Luận án tiến sĩ công nghệ điện hóa và bảo vệ kim loại nghiên cứu ảnh hưởng của m

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LƯU HOÀNG TÂM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẤT PHỤ GIA ĐẾN KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN CỐT THÉP BÊ TÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN NHIỆT ĐỚI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LƯU HOÀNG TÂM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẤT PHỤ GIA ĐẾN KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN CỐT THÉP BÊ TÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN NHIỆT ĐỚI Chuyên ngành: Công nghệ điện hóa và bảo vệ kim loại Mã số chuyên ngành: 62527601 Phản biện độc lập: TS.

Đinh Văn Phúc Phản biện độc lập: TS. Bùi Thanh Tùng Phản biện: PGS. Nguyễn Đình Thành Phản biện: PGS. Nguyễn Quang Long Phản biện: PGS.

Hà Thúc Chí Nhân NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1. Nguyễn Trần Hà 2. Lê Quốc Hùng LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Lưu Hoàng Tâm i TÓM TẮT LUẬN ÁN Ăn mòn cốt thép trong bê tông là vấn đề nghiêm trọng phá hủy vật liệu dẫn đến giới hạn ứng dụng bê tông cốt thép, đặc biệt trong các môi trường có tính ăn mòn kim loại cao như biển, ven biển nhiệt đới của Việt Nam. Để góp phần hạn chế sự ăn mòn cốt thép gia cường trong bê tông, nhiều phụ gia chống ăn mòn đã được nghiên cứu và ứng dụng. Luận án nghiên cứu này trình bày kết quả nghiên cứu việc sử dụng các phụ gia bao gồm natri silicat, urê, thiourê, natri nitrit, canxi nitrat và muội silic trong bê tông để ức chế quá trình ăn mòn kim loại.

Quá trình nghiên cứu ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông sử dụng các phụ gia được thực hiện trong môi trường mô phỏng thực nghiệm sử dụng dung dịch chiết từ hỗn hợp nước biển / xi măng. Hơn nữa, quá trình nghiên cứu ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông còn được thực hiện trong môi trường hiện thực, cụ thể là mẫu được ngâm và phơi tại ven biển Nha Trang. Mức độ ăn mòn cốt thép trong bê tông và ảnh hưởng bởi các phụ gia sử dụng được khảo sát, phân tích và nghiên cứu thông qua các phương pháp đánh giá tính chất cơ lý của mẫu và các phương pháp điện hóa. Kết quả nghiên cứu khẳng định được hàm lượng phù hợp của chất ức chế ăn mòn sử dụng trong phụ gia bê tông đến quá trình ức chế ăn mòn cốt thép hiệu quả.

Ngoài ra, cơ chế quá trình ăn mòn cốt thép khi sử dụng các phụ gia trong những điều kiện khảo sát cũng được phân tích và đề xuất. Nghiên cứu của luận án chỉ ra rằng: 1. Hiệu quả ức chế (Z) ăn mòn thép của natri silicat, urê và thiourê trong dung dịch chiết từ hỗn hợp “nước biển - xi măng“ tăng theo dãy: Z (natri silicat) < Z (urê) < Z (thiourê). Tốc độ ăn mòn cốt thép bê tông ngâm ngập dưới nước biển giảm theo chiều tăng hàm lượng của muội silic từ 0 – 10% (thay thế khối lượng xi măng).

Trong điều kiện thực tế khí quyển ven biển Nha Trang, thử nghiệm 12 tháng, hiệu quả bảo vệ (Z) đối với cốt thép trong bê tông tăng dần theo dãy: Z (thiourê) < Z (urê) < Z (natri silicat) < Z (muội silic). Trong điều kiện thực tế biển Nha Trang, thử nghiệm 36 tháng, hiệu quả bảo vệ (Z) của 3 chất ức chế ăn mòn cốt thép là natri silicat, urê, thiourê (từ 0,05 đến 0,20%) và muội silic (thay thế xi măng từ 2,5 đến 10%) tăng theo dãy: Z (thiourê) < Z (urê) < Z (muội silic) < Z (natri silicat). ii ABSTRACT Corrosion of steel reinforced concrete is a serious problem that obstructs their wider applications in adverse environments, especially under seawater or in tropical marine atmosphere along coastal regions of Vietnam. To suppress the corrosion of steel reinforced concrete, many corrosion inhibitor additives have been studied and applied.

This thesis reports the results of research on various potential additives, such as sodium silicate, urea, thiourea, sodium nitrite, calcium nitrate, and silica fume. The inhibitor effect on corrosion of reinforcement in the concrete was studied in stimulated environment by using solutions extracted from the seawater/cement mixture. Moreover, the field investigation of the inhibition effect was carried out by immersing steel reinforced concretes under seawater and exposing them to the marine atmosphere of Nha Trang. The degree of steel corrosion in concrete based on additives were analyzed and evaluated through mechanical testing and electrochemical measurements of the samples.

The experimental results indicated that there is a remarkable difference in inhibition efficiency of each inhibitor in optimal concentration on steel reinforced concrete under the survey conditions. From a theoretical perspective, the mechanism of corrosion when adding these inhibitors is also mentioned and discussed. The thesis research found that: 1. The inhibition efficiency (Z) on steel corrosion of sodium silicate, urea, and thiourea in the solutions extracted from the mixture of "seawater - cement" increased in the following order: Z (sodium silicate) < Z (urea) < Z (thiourea).

The corrosion rate of reinforced concrete submerged in seawater decreases with increasing silica fume concentration from 0 – 10 % by weight of cement. In the coastal atmosphere in Nha Trang (12 months), the inhibition efficiency (Z) for steel reinforcement in concrete gradually increases in the following order: Z (thiourea) < Z (urea) < Z (sodium silicate) < Z (silica fume). In the case of the submerged seawater zone in Nha Trang (36 months), the inhibition efficiency (Z) of sodium silicate, urea, thiourea (from 0.20 wt%), and silica fume (replacing cement from 2.5 to 10 wt%) for steel reinforcement increases in the following order: Z (thiourea) < Z (urea) < Z (silica fume) < Z (sodium silicate). iii LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin gửi lời cám ơn đến Ban Lãnh đạo Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh và Phòng Đào tạo Sau Đại học đã cho phép tác giả thực hiện luận án này.

Tác giả xin gửi lời tri ân đến Ban Lãnh đạo và tất cả Quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Hóa Học và Bộ môn Kỹ Thuật Hóa Lý, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, đã cung cấp rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu, hỗ trợ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để có được như ngày hôm nay. Tác giả thành kính tưởng nhớ và tri ân sâu sắc đến cố GS. Vũ Đình Huy, người Thầy tôn kính, luôn tâm huyết dạy dỗ và tận tâm hướng dẫn cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Đặc biệt, tác giả xin chân thành cám ơn PGS.

Nguyễn Trần Hà và GS. Lê Quốc Hùng, hai quý Thầy luôn luôn sẵn sàng hỗ trợ và nhiệt tình hướng dẫn giúp cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả cám ơn đến Quý Thầy Cô Khoa Công nghệ Vật liệu, Bộ môn Vật liệu Năng Lượng & Ứng dụng, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện luận án này. Tác giả xin gửi lời tri ân đến Ban Lãnh đạo Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga – Chi nhánh Ven biển – Nha Trang, TS.

Bùi Bá Xuân, KS. Phan Bá Tứ và anh em cán bộ tại đây đã hỗ trợ và giúp đỡ nhiệt tình cho việc nghiên cứu thử nghiệm tự nhiên được diễn ra thuận lợi và tốt đẹp. Cám ơn Phòng Thí nghiệm Trọng điểm của Khoa Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp cho tác giả xác định thành phần hóa học của thép và tính chất cơ, lý của các mẫu nghiên cứu. Sau cùng, tác giả xin gửi lời cám ơn đến gia đình, đồng nghiệp và các học trò đã luôn luôn động viên và quan tâm giúp đỡ cho tác giả để hoàn thành luận án này.

Nghiên cứu sinh Lưu Hoàng Tâm iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.ix DANH MỤC BẢNG BIỂU .xv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. xviii LỜI MỞ ĐẦU.1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Khái niệm về ăn mòn kim loại.1 Theo cơ chế của quá trình ăn mòn .2 Theo trạng thái bề mặt kim loại bị phá huỷ .3 Theo điều kiện của quá trình ăn mòn .3 Ăn mòn kim loại gây thiệt hại rất lớn cho nền kinh tế quốc dân.1 Tình hình thế giới .2 Tình hình trong nước .3 Nguyên nhân ăn mòn cốt thép bê tông trong môi trường nước biển .1 Quá trình cacbonat hóa.2 Tác động của ion clorua .1 Thực trạng nghiên cứu phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép bê tông .2 Khả năng khuếch tán chất ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông .1 Ức chế ăn mòn cốt thép bê tông trên cơ sở canxi nitrit, Ca(NO2)2 .2 Ức chế ăn mòn cốt thép bê tông trên cơ sở các hợp chất amin .3 Ức chế ăn mòn cốt thép bê tông bằng các phụ gia khác .25 v CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM .2 Xi măng và phụ gia bê tông .3 Nước máy và nước biển .3 Phụ gia chống ăn mòn bê tông .1 Thiết bị đo cơ tính .2 Thiết bị đo độ thâm nhập của ion clorua (Cl-) .3 Thiết bị xác định hàm lượng clorua tự do và clorua tổng .4 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .5 Thiết bị điện hóa xác định tốc độ ăn mòn cốt thép .42 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .1 Ảnh hưởng của natri silicat, urê và thiourê đến sự ăn mòn cốt thép trong dung dịch chiết từ hỗn hợp “nước biển – xi măng” .1 Ảnh hưởng của natri silicat, urê và thiourê đến tốc độ ăn mòn các thép .2 Ảnh hưởng nồng độ ba chất ức chế đến các tham số điện hóa của thép .3 Cơ chế ức chế ăn mòn thép của các chất ức chế .2 Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn cốt thép bê tông trong nước biển bởi natri nitrit, canxi nitrat và natri silicat .1 Ăn mòn cốt thép trong bê tông đã phối trộn với NaNO2 .2 Ăn mòn cốt thép trong bê tông đã phối trộn với Ca(NO3)2 .3 Ăn mòn cốt thép trong bê tông đã phối trộn với Na2SiO3.4 Cơ chế bảo vệ cốt thép bê tông trong nước biển của các chất ức chế.3 Ảnh hưởng của nồng độ natri silicat đến một số tính chất cơ, lý, hóa của cốt thép bê tông trong nước biển .