Bê tông cốt thép có độ bền cao trong môi trường có độ kiềm cao

Bê tông cốt thép là vật liệu được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng, giúp đáp ứng những yêu cầu về kết cấu và độ bền của công trình.

Bạn đang xem: Bê tông cốt thép có độ bền cao trong môi trường có độ kiềm cao

Bạn đang xem: Bê tông cốt thép có độ bền cao trong môi trường có độ cứng cao

Trong thi công xây dựng hiện nay, các công trình phải đáp ứng các yêu cầu an toàn chịu lực, cách âm cách nhiệt cũng như an toàn phòng chống cháy nổ.

Để gia tăng tuổi thọ sử dụng, các công trình phải thiết kế và xây dựng đảm bảo khả năng chịu lực, đảm bảo ổn định, chịu được các tải trọng trong quá trình sử dụng. Trong đó, bê tông cốt thép là vật liệu xây dựng rất phổ biến, giúp đáp ứng những yêu cầu về kết cấu và độ bền của công trình.

Bê tông cốt thép là vật liệu được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng

Thông thường, bê tông là loại vật liệu hỗn hợp bao gồm xi măng, cát, sỏi đá kết lại với nhau dưới tác dụng của nước. Tuy nhiên, bê tông chịu nén rất tốt nhưng khả năng chịu kéo yếu nên người ta kết hợp với cốt thép để tăng sức bền chịu kéo.

Sự kết hợp này sử dụng cường độ nén của bê tông kết hợp với cường độ kéo của thép để ứng dụng cho nhiều loại tải trọng khác nhau.

Ưu điểm bê tông cốt thép

Bê tông cốt thép được xem là một loại đá nhân tạo, có ứng dụng cao trong xây dựng các công trình phục vụ dân dụng lẫn trong công trình giao thông.

Độ bền cao

Bê tông cốt thép là một loại đá, do đó có cường độ tốt, sức căng cũng như độ nén cao. Theo thời gian, cường độ chịu lực không bị giảm đi mà còn tăng lên, với điều kiện cốt thép không bị ăn mòn.

Ngoài ra, vật liệu này còn có khả năng chịu ăn mòn, xâm thực từ môi trường cao hơn các vật liệu như thép, gỗ…

Bê tông cốt thép có cường độ tốt, sức căng cũng như độ nén cao

Khả năng chịu nhiệt, chống cháy

Trong ngưỡng dưới 400 độ C thì cường độ của bê tông không bị suy giảm đáng kể, hệ số dẫn nhiệt của bê tông cũng thấp nên giúp bảo vệ cốt thép ở nhiệt độ cao.

Bản chất của bê tông là chống cháy, có thể chịu được nhiệt trong thời gian 2-6 tiếng cho phép các hoạt động cứu hộ trong trường hợp hỏa hoạn. Do đó, các tòa nhà bằng bê tông cốt thép có khả năng chống cháy cao hơn các vật liệu xây dựng khác như gỗ hay thép.

Chi phí sản xuất rẻ

Thành phần bê tông cốt thép rất phổ biến trên toàn thế giới, do đó chi phí sản xuất thấp. Bên cạnh đó, chi phí bảo quản, bảo dưỡng bê tông trong quá trình sử dụng lại thấp hơn hẳn các công trình bằng gỗ và sắt thép.

Dễ dàng thi công

Người ta có thể trộn, đúc, hoàn thiện và bảo dưỡng bê tông để thành những kết cấu có hình dạng như ý muốn, kể cả những kết cấu lớn và phức tạp.

Tuy nhiên, bê tông cốt thép cũng có một số điểm hạn chế như có trọng lượng nặng hơn các kết cấu khác như gạch, đá, gỗ. Khả năng tái sử dụng thấp, việc tháo dỡ, vận chuyển bê tông sau khi sử dụng rất tốn kém và tiêu hao nhiều công sức.

Bên cạnh đó, thời gian thi công lâu khi bê tông cần thời gian để đông cứng, thông thường 28 ngày mới đạt đủ cường độ.

Chính vì vậy, thời gian gần đây, xu hướng chung là thay thế bê tông cốt thép bằng những vật liệu xây dựng mới, vừa thân thiện với môi trường lại vừa tối ưu chi phí và thời gian thi công.

Một số loại vật liệu xây dựng thay thế bê tông cốt thép

Dưới đây là một số loại vật liệu xây dựng mới thay thế bê tông cốt thép vừa rẻ vừa chất lượng cho bạn tham khảo lựa chọn.

Gạch bê tông bọt khí siêu nhẹ

Gạch AAC hay còn được gọi là gạch siêu nhẹ, là một dòng gạch được sản xuất từ bê tông khí chưng áp.

Gạch bê tông bọt khí siêu nhẹ

Loại gạch này vẫn sử dụng nguyên liệu chính là xi măng, vôi, cát, song có bổ sung thêm bột nhôm, thạch cao, chất tạo bọt… Bề mặt của loại gạch này có nhiều lỗ nhỏ do trong quá trình sản xuất có sản sinh ra một lượng khí hydro nhất định.

Gạch bê tông bọt khí có trọng lượng nhẹ và bền hơn nhiều lần so với gạch bê tông truyền thống. Bên cạnh đó, gạch còn có khả năng chịu nhiệt, cách âm tốt, chống cháy ưu việt và nổi được trên mặt nước.

Gạch đá bê tông xốp

Nói đến vật liệu nhẹ dùng trong xây dựng thì không thể không kể đến gạch đá bê tông xốp. Nguyên liệu chính để sản xuất ra loại gạch này là xi măng, thủy tinh, cát, thạch cao và nhiều chất phụ gia khác.

Gạch đá bê tông xốp

Bê tông xốp có được là do quá trình hóa hợp thủy nhiệt của hỗn hợp xi măng và chất kết dính vôi và cát. Khi được nấu chảy, chúng hòa trộn lại với nhau và cho ra viên gạch có màu sắc, hình dáng đáp ứng yêu cầu của từng khách hàng.

Ưu điểm của vật liệu này là có trọng lượng nhẹ, giúp giảm tải trọng và tăng khả năng chịu lực của công trình.

Ngoài ra, gạch đá bê tông xốp còn có khả năng cách âm, cách nhiệt, chống nóng và chống rung tốt. Chi phí rẻ hơn so với vật liệu truyền thống và ễ dàng vận chuyển khi thi công.

Bê tông độn rơm

Bê tông siêu nhẹ độn rơm là một trong những vật liệu có thể thay thế cho bê tông cốt thép.

Bê tông siêu nhẹ độn rơm

Được biết, nguyên liệu để làm nên loại vật liệu này gồm có nhựa thông, keo da trâu, xi măng PC40, cát hoặc xỉ than, trấu bổi rơm, rạ, lõi bắp ngô, dung dịch tạo bọt... Đây được đánh giá là một loại vật liệu có cách sản xuất tận thu được các sản phẩm phế thải của nông nghiệp và đảm bảo yếu tố không gây ô nhiễm môi trường.

Ưu điểm cẩu bê tông siêu nhẹ độn rơm là có khả năng cách nhiệt, cách âm tốt, không gây tải trọng ngang và khả năng chống cháy cao. Đặc biệt sử dụng vật liệu bê tông siêu nhẹ độn rơm để thay thế bê tông cốt thép có thể giúp giảm khoảng 25-30% chi phí xây dựng so với các vật liệu khác, giảm 20-50% kết cấu móng ban đầu, giảm 70% lượng vữa xây.

Sàn nhẹ Ubot

Sàn nhẹ Ubot

Nhắc đến nhựa và bê tông, chắc chắn phải nhắc đến sàn nhẹ Ubot, hay sàn phẳng không dầm. Loại vật liệu xây dựng nhẹ này được làm từ nguồn rác thải nhựa tái chế, cụ thể là nhựa polypropylen.

Xem thêm: Anadi fashion - đồ_công_sở giá tốt tháng 6, 2023

Với trọng lượng nhẹ, sử dụng sàn nhẹ Ubot giúp giảm tải trọng hiệu quả cho công trình. Ngoài ra, độ bền và khả năng chịu lực của vật liệu này lại tương tự như sàn bê tông cốt thép truyền thống.

Hiện tượng ăn mòn kết cấu bê tông là một vấn đề rất nghiêm trọng, nó ảnh hưởng lớn đến độ an toàn của công trình, đến sức khỏe và tính mạng của người thi công xây dựng. Vấn đề này đã và đang được xem là một trong những thách thức lớn với ngành xây dựng dân dụng ngày nay. Môi trường không ngừng tác động đến các kết cấu của bê tông. Làm thế nào để ngăn chặn sự ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép, góp phần vào việc bảo vệ an toàn kết cấu công trình.Bạn đang xem: Bê tông cốt thép có khả năng chống lại sự ảnh hưởng của độ ẩm cao

Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự hư hỏng trong kết cấu của bê tông chính là sự ăn mòn cốt thép trong môi trường biển, môi trường trong các nhà máy hoá chất.Bạn đang xem: Bê tông cốt thép có độ bền cao trong môi trường có độ ẩm ướt

1. Nguyên nhân ăn mòn bê tông và kết cấu thép trong môi trường biển.


*

Có thể nói rằng Bê tông cốt thép là vật liệu phổ biến và thành công nhất trong lịch sử ngành xây dựng với xấp xỉ 12 tỉ tấn bê tông được sản xuất hằng năm, nhiều hơn bất kỳ vật liệu nhân tạo nào trên thế giới. Thông thường, khi kết cấu bê tông được thiết kế phù hợp và được đúc cẩn thận, kết cấu luôn bền vững trong suốt tuổi thọ làm việc.

Bình thường, cốt thép được bảo vệ hoàn toàn trong môi trường kiềm của bê tông nhờ vào hàm lượng lớn của canxi oxit, natri oxit và kali oxit hoà tan. Các hợp chất kiềm trong bê tông giữ độ p
H ở mức 12-13 giúp tạo nên một lớp màng bảo vệ mỏng trên bề mặt cốt thép. Trong điều kiện thông thường, lớp màng mỏng có khả năng bảo vệ cốt thép chống lại sự tấn công của các tác nhân ăn mòn từ môi trường. Cơ chế này được gọi là “cơ chế bảo vệ thụ động” của cốt thép, có hai cơ chế có thể phá vỡ sự tự bảo vệ của kết cấu bê tông cốt thép và được xem như là tác nhân chính dẫn đến ăn mòn của cốt thép trong bê tông. Đó là hiện tượng cacbonat hoá và sự xâm nhập của ion clorua.

* Quá trình Carbonat hoá trong bê tông

Sự tập trung hàm lượng dung dịch Canxi hydroxit hoà tan (Ca(OH)2) trong các lỗ hổng của kế cấu bê tông là kết quả của quá trình thuỷ hoá xi măng giúp giữ độ p
H ở ngưỡng an toàn 12-13. Như đã nói, trong môi trường kiềm, cốt thép hoàn toàn được bảo vệ khỏi các tác nhân ăn mòn nhờ vào lớp màng mỏng trên bề mặt (dày từ 2-20 nanomét). Tuy nhiên, quá trình carbonat hoá với sự hiện diện của CO2, nước và Ca(OH)2 tạo nên canxi carbonat và trung hoà môi trường kiềm trong bê tông theo phản ứng dưới đây:

CO2 + H2O + Ca(OH)2 à Ca
CO3 (calcium carbonate) + 2H2O

Sau quá trình trung hoà, khi độ p
H trong bê tông giảm xuống dưới mức 9, cơ chế “tự bảo vệ thụ động” của bê tông không còn tồn tại và cốt thép bắt đầu bị ăn mòn.Quá trình ăn mòn bắt đầu khi gỉ thép xuất hiện và phát triển trên bề mặt cốt thép và gây nứt tại những vị trí tiếp giáp với bê tông. Sự phát triển của vết nứt phát triển dần dưới sự tấn công của các tác nhân ăn mòn cho đến khi phá vỡ hoàn toàn sự kết dính giữa bê tông và cốt thép (spalling) như hình minh hoạ trên.

Tốc độ của quá trình carbonat hoá phụ thuộc vào tác động của các tác nhân từ môi trường như độ ẩm không khí, nhiệt độ, hàm lượng CO2 và tính chất cơ lý của bê tông như độ kiềm và độ thẩm thấu. Điều kiện lý tưởng thúc đẩy quá trình carbonat hoá hoạt động mạnh là khi độ ẩm không khí ở mức 60-75%. Hơn nữa, tốc độ quá trình carbonat hoá tăng dần khi hàm lượng CO2 trong không khí và nhiệt độ tăng dần. Mặt khác, hàm lượng xi măng là một yếu tố quan trọng để tăng độ kiềm và làm chậm quá trình carbonat hoá.

Ngoài ra, bề dày lớp bê tông bảo vệ cũng đóng vai trò quan trọng giảm quá trình ăn mòn Carbonat hoá là một quá trình chậm, đặc biệt khi nhiệt độ môi trường ở mức bình thường. Tốc độ của quá trình này có thể đo đạc được và ngăn chặn. Tuy nhiên, nó lại là vấn đề nghiêm trọng đối với những công trình có tuổi thọ cao (≥ 30 năm).

* Sự xâm nhập của ion clorua

Clorua có thể tồn tại trong hỗn hợp bê tông thông qua nhiều cách. Clorua có thể được đúc vào kết cấu thông qua phụ gia Ca
Cl2 (đã ngừng sử dụng), hoặc các ion clorua có thể tồn tại trong hỗn hợp cát, cốt liệu, nước, một cách vô tình hay cố ý. Tuy nhiên, nguyên nhân chính của hiện tượng ăn mòn do clorua trong hầu hết các công trình là do sự khuếch tán của ion clorua từ môi trường như:

• Kết cấu tiếp xúc trực tiếp với môi trường biển có nhiều muối;• Việc sử dụng muối làm tan băng hoặc các hợp chất hoá học có clorua.

Tương tự quá trình carbonat hoá, quá trình xâm nhập của clorua không trực tiếp ăn mòn cốt thép, ngoại trừ chúng phá vỡ lớp màng bảo vệ trên bề mặt cốt thép và thúc đẩy quá trình ăn mòn phát triển. Nói cách khác, clorua đóng vai trò như một chất xúc tác cho quá trình ăn mòn BTCT. Tuy nhiên, cơ chế ăn mòn do ion clorua khác quá trình carbonat hoá ở chỗ ion clorua xâm nhập qua lớp bê tông bảo vệ và tấn công cốt thép ngay cả khi độ p
H trong hỗn hợp vẫn ở mức cao (12-13).Ăn mòn cục bộ do sự tập trung của ion Cl- trên bề mặt cốt thép trong bê tông. Có bốn cơ chế xâm nhập của ion clorua qua lớp bảo vệ bê tông:

• Sức hút mao dẫn;

• Sự thẩm thấu do tập trung hàm lượng ion clorua cao trên bề mặt bê tông;• Thẩm thấu dưới áp căng bề mặt;

• Sự dịch chuyển do chênh lệch điện thế.

* Mối quan hệ tương hỗ giữa quá trình cacbonat hoá và sự xâm nhập của ion clorua

Trong thực tế, kết cấu BTCT thường xuyên làm việc dưới tác động hỗn hợp của cả hai cơ chế trên. Clorua aluminat (Al
Cl4-), được tạo ra từ phản ứng giữa ion clorua và xi măng có tác dụng làm giảm lượng clorua, qua đó làm chậm quá trình ăn mòn. Tuy nhiên, khi quá trình carbonat hoá làm giảm độ p
H trong bê tông, Al
Cl4- sẽ bị phá vỡ. Kết quả là những kết cấu chịu sự tác động của cả hai cơ chế trên đồng thời sẽ nhạy cảm hơn nhiều với ăn mòn và khó để kiểm soát hơn.

2. Nguyên nhân ăn mòn bê tông và kết cấu thép trong môi trường hoá chất.

Bê tông bị ăn mòn ở cả 3 môi trường rắn, lỏng và khí. Quá trình ăn mòn của bê tông chủ yếu là sự thay đổi thành phần hoá học của xi măng dưới tác dụng của các chất hoá học trong môi trường. Trong thành phần xi măng có các chất như Ca(OH)2 và C3AH6 dễ hoà tan, chúng tan vào nước làm cho cấu trúc bê tông bị rỗng do đó cường độ bê tông giảm và có thể bị phá huỷ. Mặt khác chúng có tính hoạt động hoá học mạnh, dễ tương tác với một số hợp chất hoá học của môi trường như axit, muối tạo thành các sản phẩm mới dễ hoà tan trong nước hơn hoặc nở thể tích nhiều, gây nội ứng suất phá hoại kết cấu bê tông. Trong các chất gây ăn mòn bê tông thì các axit và muối axit gây ra ăn mòn bê tông nhiều nhất và mạnh nhất. Bản chất của quá trình là do sự tác dụng của các muối khoáng hoá có tính chất kiềm trong bê tông với các muối axit hoặc axit (HNO3 , H2SO4, HCl..).

Các phản ứng diễn ra như sau:

Ca(OH)2 + H2SO4 hoặc (HNO3, HCl) = Ca
SO4 hoặc ( Ca
Cl2; Ca(NO3)2 ) + H2O

n
Ca
O.Si
O2 + p
H2SO4 + n
H2O = n
Ca
SO4 + m
Si(OH)4 + n
H2O

Các phản ứng với muối axit như Na2SO4;Mg
SO4:

Mg
SO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = Ca
SO4.2H2O + Mg(OH)2

Khi môi trường có chứa muối Na2SO4 thì đầu tiên sunfat natri sẽ phản ứng với hydroxyt canxi theo phương trình:

Na2SO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = Ca
SO4.2H2O + 2Na
OH

Sản phầm Ca
SO4.2H2O sau khi được tạo ra tăng thể tích gấp 2,34 lần so với Ca(OH)2. Sau khi được tạo ra, Ca
SO4.2H2O lại tương tác với 3Ca
O.Al2O3.6H2O tạo ra 3Ca
O.Al2O3.3Ca
SO4.31H2O (muối ettringit) theo phương trình:

3Ca
O.Al2O3.6H2O + Ca
SO4.2H2O + 19H2O = 3Ca
O.Al2O3.3Ca
SO4.31H2O

Muối Ettringit kết tinh nằm lại trong các lỗ rỗng của đá xi măng và bê tông, làm tăng thể tích gấp 4,8 lần so với tổng thể tích của các chất sinh ra nó. Chính vì sự nớ thể tích của các sản phẩm này mà cấu trúc của bê tông có thể bị phá vỡ gây hư hỏng công trình.

Khi các muối khoáng hoá mang tính kiềm bị phá huỷ sẽ tạo nên một hệ mao dẫn làm cho môi chất thấm sâu vào bên trong bê tông, khi các chất ăn mòn này tiếp xúc vơi cốt thép chúng sẽ tiếp tục ăn mòn thép theo các nguyên tắc ăn mòn kim loại như trong bài viết " nguyên nhân ăn mòn kim loại " .

Sau một thời gian bê tông và cốt thép bị ăn rỗng gây phá huỷ công trình, nguy hiểm nhất là các cọc bê tông cắm sâu xuống dưới đất để xây dựng các công trình ở môi trường biển và trong các nhà máy hoá chất, phân bón quá trình ăn mòn không thể nhìn thấy và kiểm tra được làm cho các công trình xây dựng trên nó có nguy cơ sụp lún, nghiêng đổ bất cứ khi nào tiềm tàng những hậu quả khó lường.

3. Biện pháp bảo vệ kết cấu bê tông cốt thép khỏi ăn mòn.

- Thay đổi thành phần khoáng hoá của xi măng, thêm bớt các phụ gia vào trong xi măng làm tăng độ chịu ăn mòn môi trường. Tuy nhiên khi thay đổi thành phần xi măng nó sẽ làm thay đổi tính chất kỹ thuật, tính cơ lý chung của xi măng làm giảm cường độ kết cấu công trình. Các nhà khoa học khuyến cáo phương pháp này chỉ dùng đối với các công trình có độ ăn mòn mạnh và kết cấu có yêu cầu độ chịu lực nhỏ.

Hàm lượng cốt thép đủ lớn có tác dụng kiềm chế sự phát triển và mở rộng vết nứt. Tiêu chuẩn ACI 224 kiến nghị bề rộng vết nứt cho phép không được vượt quá 0.006 in. (0.152 mm) cho kết cấu vật liệu trong môi trường biển.

Bê tông cần được đúc và dưỡng hộ một cách chính xác để hạn chế ăn mòn. Kết cấu cần được dưỡng hộ tối thiểu 07 ngày sau khi đúc ở nhiệt độ 21o
C (đối với bê tông có tỷ lệ nước/xi măng = 0.4) và lên đến 06 tháng đối với bê tông có tỷ lệ nước/xi măng = 0.6. Nhiều báo cáo khoa học đã chỉ ra rằng độ rỗng của bê tông giảm rõ rệt khi thời gian dưỡng hộ tăng lên, và tất nhiên khả năng chống ăn mòn cũng được cải thiện đáng kể.

- Những công nghệ chống ăn mòn khác thường được sử dụng cho kết cấu bê tông cốt thép bao gồm sử dụng các màng ngăn chặn sự xâm thực của nước, của các muối, các axit. Các màng ngăn như sơn polime lên bề măt bê tông, quét epoxy, quét lớp bitum, dán cao su... Khi đổ bê tông, sử dụng cốt thép mạ kẽm, cốt thép phủ epoxy, sử dụng thép không gỉ và đặc biệt là phương pháp “cathodic protection”. Cơ chế hoạt động của phương pháp “cathodic protection” (dùng dương cực tan-vật liệu ăn mòn thay cho cốt thép trong môi trường nước) dựa trên việc sử dụng các điện cực thay thế để ăn mòn và giúp bảo vệ cốt thép trước các tác nhân từ môi trường, đặc biệt là môi trường tiếp xúc nhiều với muối biển.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

x

Welcome Back!

Login to your account below

Retrieve your password

Please enter your username or email address to reset your password.