Làm thế nào để ngăn chặn sự ăn mòn cốt thép trên công trường?

Sự ăn mòn của các thanh thép rất bất lợi cho các phần tử bê tông cốt thép và có thể làm giảm khả năng sử dụng của chúng và thậm chí gây ra hư hỏng kết cấu. Tuy nhiên, có thể thực hiện nhiều biện pháp phòng ngừa khác nhau để ngăn chặn sự ăn mòn của các thanh thép trên công trường.

Bê tông có chất lượng cao và độ thấm thấp là yếu tố cần thiết để kiểm soát các cơ chế ăn mòn khác nhau. Do đó, mặc dù bê tông thông thường không hoàn toàn không thấm, nhưng việc chú ý thích hợp đến các khía cạnh khác nhau của xây dựng như tay nghề, hỗn hợp bê tông và bảo dưỡng có thể đảm bảo sản xuất bê tông ít thấm với chất lượng tuyệt vời.

Các biện pháp thiết thực này rất quan trọng đối với các nhà thiết kế và kỹ sư công trường để ngăn chặn sự ăn mòn cốt thép.

Chi tiết sản phẩm: Chất tẩy gỉ B05

Làm thế nào để ngăn chặn sự ăn mòn cốt thép?

1. Tỷ lệ nước-xi măng (tỷ lệ w / c)

Bê tông có độ thấm thấp có thể được sản xuất bằng cách áp dụng tỷ lệ w / c thấp, đổi lại, có thể bảo vệ cốt thép tốt hơn. Các yêu cầu của Bộ luật xây dựng ACI 318M-11 đối với bê tông kết cấu khuyến nghị tỷ lệ w / c tối đa là 0,40 và cường độ bê tông tối thiểu là 35 MPa đối với bê tông tiếp xúc với độ ẩm và nguồn clorua bên ngoài từ hóa chất khử muối, nước mặn, nước lợ, nước biển hoặc phun từ các nguồn này.

Hơn nữa, ACI 357R- 84 cung cấp một tỷ lệ nước trên xi măng tương tự, như được trình bày trong Bảng-1. Do đó, nên sử dụng cường độ bê tông là 42 MPa miễn là bề mặt bê tông dự kiến ​​sẽ xuống cấp nghiêm trọng.

Bảng-1: Tỷ lệ nước / xi măng và cường độ nén bê tông cho ba điều kiện thời tiết

Vùng	Tỷ lệ w / c tối đa	Cường độ nén bê tông (fc ‘) MPa
Ngập nước	0,45	35
Splash	0,40	35
Khí quyển	0,40	35

2. Liên kết

Khả năng liên kết của CO ₂ và CL được tăng lên khi hàm lượng xi măng được tăng lên. Tuy nhiên, nếu lượng xi măng được tăng lên mà không có biện pháp, tỷ lệ nước / xi măng, chất lượng đóng rắn và đầm nén sẽ có ảnh hưởng lớn hơn đến sự xâm nhập của clorua và cacbonat so với hàm lượng xi măng. Do đó, ACI 357R-84 khuyến nghị rằng hàm lượng xi măng tối thiểu là 356 Kg / m3 có thể được sử dụng cho môi trường ăn mòn.

3. Loại xi măng

Thành phần xi măng ảnh hưởng không nhỏ đến độ bền của bê tông . Ví dụ, khi hàm lượng tricalcium aluminat (C ₃ A) trong xi măng poóc lăng tăng lên, khả năng chống ăn mòn được cải thiện đáng kể. Điều này là do phản ứng của ion clorua với tricalcium sulfoaluminate ngậm nước tạo ra muối Friedel không hòa tan trong hồ xi măng cứng. Hình-1 minh họa ảnh hưởng của C ₃ A đối với sự bắt đầu ăn mòn cốt thép.

Tuy nhiên, hiệu suất của C ₃ A giảm khi lượng clorua nhiều hơn vì C ₃ A chỉ phản ứng với một lượng clorua cụ thể. Hơn nữa, khả năng chống lại sự tấn công của bê tông bị suy giảm do hàm lượng C ₃ A tăng lên. Đó là lý do tại sao ACI 357R-84 khuyến nghị sử dụng loại xi măng ASTM I, II và III (Hiệp hội tiêu chuẩn Canada (CSA) 10, 20 và 30) nhưng với hàm lượng C ₃ A dao động trong khoảng 4-10%.

4. Pozzolans

Các vật liệu Pozzolanic như silica fume, xỉ lò cao và tro bay được sử dụng để sản xuất bê tông chống lại sự tấn công của clorua và sunfat. Điều quan trọng là sự kết hợp của cả nước và canxi hydroxit với pozzolans tạo ra bê tông có độ thẩm thấu thấp và cường độ cao. ACI 318M-11 cho phép xi măng loại V (50 theo CSA) với pozzolans để chống lại sự tấn công của sunfat.

5. Phụ gia

Phụ gia là vật liệu hóa học được sử dụng để giúp bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn. Có thể sử dụng tỷ lệ w / c thấp bằng cách sử dụng phụ gia giảm nước và phụ gia siêu dẻo, cung cấp khả năng làm việc thích hợp, dẫn đến khả năng chống thấm tốt hơn. Nên tránh sử dụng các loại phụ gia có clorua canxi vì nó dẫn đến ăn mòn thép. Phụ gia điều chỉnh thời gian và giảm nước nên được sử dụng theo ASTM C494M.

6. Cốt liệu

Cốt liệu ảnh hưởng đáng kể đến tính thấm của bê tông vì nó chiếm khoảng 70% thể tích của hỗn hợp bê tông. Độ thấm của bê tông tăng khi kích thước của cốt liệu thô tăng lên. Độ thẩm thấu của hầu hết các loại cốt liệu khoáng cao hơn 10-1000 lần so với hồ bê tông. Đó là lý do tại sao điều quan trọng là phải bao gồm độ ẩm tổng hợp trong tính toán tỷ lệ w / c, và chúng phải được rửa sạch.

7. Hàm lượng clorua cho phép

Quy chuẩn xây dựng ACI 318-11 quy định hàm lượng ion clorua hòa tan trong nước tối đa trong bê tông (xem Bảng 2).

Bảng-2: Bê tông ion clorua hòa tan trong nước tối đa trong bê tông,% trọng lượng xi măng

Điều kiện phơi sáng	Hàm lượng ion clorua (Cl–) hòa tan trong nước tối đa trong bê tông, phần trăm trọng lượng xi măng *
Bê tông cốt thép	Bê tông đúc sẵn
Bê tông tiếp xúc với độ ẩm và nguồn clorua bên ngoài	0,15	0,06
Bê tông tiếp xúc với độ ẩm nhưng không tiếp xúc với các nguồn clorua bên ngoài	0,30	0,06
Bê tông khô hoặc được bảo vệ khỏi độ ẩm	1,0	0,06
* Hàm lượng ion clorua hòa tan trong nước được đóng góp từ các thành phần, bao gồm nước, cốt liệu, vật liệu kết dính và phụ gia, sẽ được xác định trong hỗn hợp bê tông bằng ASTM C1218M ở độ tuổi từ 28 đến 42 ngày.

8. Độ dày lớp phủ bê tông

Chiều sâu của lớp phủ bê tông được coi là yếu tố ảnh hưởng đáng kể nhất đến sự ăn mòn của cốt thép. Có thể trì hoãn sự xâm nhập của hơi ẩm và sự xâm nhập của clorua bằng cách phủ thêm lớp phủ bê tông . Một số thông số ảnh hưởng đến độ dày lớp phủ bê tông , và kết quả là, cốt thép bị ăn mòn. Phương trình sau giải thích các tham số đó:

Ở đâu:

Rt: Thời gian ăn mòn cốt thép nhúng trong bê tông tiếp xúc với nước mặn liên tục, hàng năm

Si: Chiều sâu của lớp phủ bê tông, cm

K: Nồng độ ion clorua, ppm

w / c: Tỷ lệ nước trên xi măng

ACI 318M-11 khuyến nghị lớp phủ bê tông tối thiểu để chống ăn mòn là 65 mm đối với bê tông thông thường và độ sâu lớp phủ tối thiểu là 50 mm đối với bê tông đúc sẵn. Hơn nữa, ACI 357R-84 quy định lớp phủ bê tông cho các điều kiện tiếp xúc khác nhau, như được trình bày trong Bảng-3.

Bảng-3: Đề xuất phủ bê tông trên thép gia cường

Vùng	Phủ lên trên cốt thép	Che phủ các ống dẫn dự ứng lực
Vùng khí quyển không bị phun muối	50 mm	75
Bắn tung tóe và vùng khí quyển bị phun muối	65 mm	90
Ngập nước	50 mm	75
Bìa kiềng	Ít hơn 13 mm so với những người đã đề cập ở trên

9. Nén

Sự ăn mòn cốt thép bị ảnh hưởng trực tiếp bởi mức độ đầm bê tông. Do đó, nếu không cung cấp đủ độ đầm trong quá trình đổ bê tông sẽ dẫn đến sự ăn mòn các phần tử bê tông nhanh hơn. Ví dụ, do độ đầm giảm 10%, độ thấm sẽ tăng 100% và cường độ bê tông giảm 50%. Từ đó, rõ ràng rằng độ đầm nén đầy đủ là rất quan trọng để ngăn ngừa ăn mòn.

10. Độ thấm bê tông

Độ thấm của bê tông có thể được giảm thiểu bằng cách bảo dưỡng thích hợp và kiểm soát cả nhiệt độ và độ ẩm. Độ thấm của lớp bề mặt bê tông tăng lên gấp 5 – 10 lần nếu không sử dụng biện pháp bảo dưỡng thích hợp. Nếu thời gian bảo dưỡng quá ngắn, các ion clorua sẽ xâm nhập vào bê tông trước khi tạo thành một lớp màng bảo vệ thụ động. Ủy ban ACI 308 (Tiêu chuẩn Thực hành Bảo dưỡng) đưa ra các khuyến nghị về bảo dưỡng bê tông.

11. Chiều rộng vết nứt cho phép

Sự hiện diện của các vết nứt bê tông ảnh hưởng đáng kể đến sự ăn mòn cốt thép. Do đó, ACI 224-01 khuyến nghị rằng cho phép chiều rộng vết nứt tối đa là 0,15 mm tại mặt căng của phần tử tiếp xúc với quá trình làm ướt và làm khô.

Ngoài ra, người ta thấy rằng vết nứt dọc dọc cốt thép bất lợi hơn nhiều so với vết nứt ngang trên cốt thép dọc. Điều này là do cái sau cho phép xâm nhập vào một khu vực nhỏ trong khi cái trước có thể phá vỡ lớp phủ bê tông. Bảng-4 cung cấp các vết nứt tối đa cho phép đối với các điều kiện tiếp xúc khác nhau .

Bảng-4: Hướng dẫn về chiều rộng vết nứt được khuyến nghị cho bê tông cốt thép chịu tải trọng dịch vụ

Điều kiện phơi sáng	Chiều rộng vết nứt (mm)
Không khí khô hoặc màng bảo vệ	0,41
Độ ẩm, không khí ẩm, đất	0,30
Hóa chất khử mùi	0,18
Nước biển và nước biển phun, làm ướt và làm khô	0,15
Cấu trúc giữ nước †	0,10
† Không bao gồm đường ống không áp suất.

12. Lớp phủ bảo vệ

Việc áp dụng lớp phủ thanh gia cố và bảo vệ catốt là một cách khác để ngăn chặn sự ăn mòn. Tuy nhiên, chúng đắt hơn so với lớp bảo vệ bê tông có độ thẩm thấu thấp. Cả hai lớp phủ anốt và lớp phủ chắn là những phương pháp bảo vệ quan trọng nhất bằng lớp phủ. Trong kỹ thuật catốt, môi trường bê tông được thay đổi bằng cách sử dụng các cực dương tự nguyện hoặc hướng dòng ion ra khỏi cốt thép.

Câu hỏi thường gặp