Sự khuếch tán ion clo trong bê tông - vai trò chất phụ gia và xác định nhanh hệ số khuếch tán ion clo

ghT¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (2), Tr. 163 - 166, 2004<br /> <br /> <br /> <br /> sù khuÕch t¸n ion clo trong bª t«ng - Vai trß chÊt<br /> phô gia vµ x¸c ®Þnh nhanh hÖ sè khuÕch t¸n ion clo<br /> §Õn Tßa so¹n 9-6-2003<br /> Phan V¨n T êng1, TrÇn D ¬ng2, TrÇn Thóy Nga3<br /> 1<br /> Khoa Hãa häc, Tr!êng §¹i häc Khoa häc tù nhiªn, §HQG H) Néi<br /> 2<br /> Khoa Hãa häc, Tr!êng §¹i häc S! ph¹m HuÕ<br /> 3<br /> Tr!êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i H) Néi<br /> <br /> <br /> Summary<br /> Chloride diffusivity is an important factor affecting the durability of a reinforced<br /> concrete structure in the marine environment. Chloride permeability of concrete has been<br /> improved greatly by using superplasticising admixture and silica fume. From the<br /> mathematical model suggested by Tang Luping and Lars Olof Nilsson, the rapidly chloride<br /> diffusivity of concrete specimens could be determined.<br /> <br /> <br /> I - §Æt vÊn ®Ò Phô gia siªu dÎo l& c¸c polyme h÷u c¬ tan,<br /> khi sö dông víi mét liÒu l îng nhÊt ®Þnh nã cã<br /> Cã nhiÒu nguyªn nh©n g©y nªn sù h háng t¸c dông t¨ng ®é l u biÕn cña v÷a, gi¶m tû lÖ<br /> c¸c c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp ë vïng biÓn, n íc/xi m¨ng l&m t¨ng ®é ®Æc ch¾c cña bª<br /> song nguyªn nh©n chÝnh l& do sù ph¸ háng cèt t«ng. HiÖn nay, ng êi ta th êng sö dông phô<br /> thÐp bëi Cl [1, 2]. ViÖc sö dông chÊt phô gia hiÖn gia siªu dÎo ho¹t tÝnh cao l& c¸c polyme trªn c¬<br /> nay ®3 trë th&nh phæ biÕn trªn thÕ giíi nh»m së melamin formaldehyt sunfonat (MSF) hoÆc<br /> t¨ng ®é ch¾c ®Æc, ®é bÒn l©u cña bª t«ng trong naphtalen formaldehyt sunfonat (NSF). Nguyªn<br /> m«i tr êng biÓn. ViÖc sö dông m« h×nh to¸n häc nh©n gi¶m ® îc l îng n íc khi sö dông phô<br /> do Tang Luping v& Olof Nilsson ® a ra b»ng c¸ch gia siªu dÎo l&: Khi kh«ng sö dông phô gia siªu<br /> ¸p dông ®iÖn tr êng cho phÐp x¸c ®Þnh nhanh hÖ dÎo th× khi qu¸ tr×nh hidrat hãa xi m¨ng x¶y ra,<br /> sè khuÕch t¸n cña ion Cl trong bª t«ng, nã ®¸p do c¸c h¹t kho¸ng xi m¨ng v& n íc l& c¸c h¹t<br /> øng nh÷ng ®ßi hái cña c¸c nh& x©y dùng. tÝch ®iÖn nªn chóng cã hiÖn t îng kÕt b«ng l¹i<br /> víi nhau g©y c¶n trë qu¸ tr×nh hidrat hãa v& l&m<br /> II - Vai trß cña phô gia trong gi¶m ®é l u biÕn cña v÷a. NÕu dïng phô gia<br /> bª t«ng siªu dÎo th× c¸c polyme sÏ bÞ hÊp phô lªn bÒ<br /> mÆt h¹t xi m¨ng l&m cho nã ph©n t¸n dÔ d&ng<br /> ViÖc sö dông phô gia cho bª t«ng hiÖn nay<br /> trong m«i tr êng n íc. Ngo&i ra x¶y ra t ¬ng<br /> ®3 ® îc nghiªn cøu v& sö dông réng r3i nh»m<br /> t¸c gi÷a ph©n tö polyme v& ion Ca2+ l&m gi¶m<br /> t¹o ra bª t«ng chÊt l îng cao v& ®3 cã nh÷ng<br /> l îng v«i tù do trong bª t«ng.<br /> tiÕn bé quan träng trong c«ng nghÖ bª t«ng.<br /> HiÖn nay ®Ó chÕ t¹o bª t«ng chÊt l îng cao Phô gia siªu mÞn l& lo¹i phô gia cã kÝch<br /> ng êi ta chñ yÕu sö dông hai lo¹i phô gia: phô th íc bÐ h¬n rÊt nhiÒu so víi kÝch th íc h¹t xi<br /> gia siªu dÎo v& phô gia siªu mÞn [3 - 8]. m¨ng, cã kh¶ n¨ng lÊp ®Çy lç trèng gi÷a c¸c h¹t.<br /> <br /> 163<br /> Phô gia siªu mÞn cã thÓ ph©n th&nh hai lo¹i l& th êng ng êi ta sö dông ®ång thêi c¶ hai lo¹i<br /> phô gia siªu mÞn tr¬ v& phô gia siªu mÞn ho¹t phô gia trªn. §Ó x¸c ®Þnh tû lÖ tèi u cho phô gia<br /> hãa. Phô gia siªu mÞn ho¹t hãa ngo&i chøc n¨ng siªu mÞn siªu dÎo, chóng t«i sö dông xi m¨ng<br /> bÞt kÝn c¸c lç trèng, cßn cã chøc n¨ng ph¶n øng PC 40 cña nh& m¸y Luvaxi V¨n X¸ - Thõa Thiªn<br /> víi porlandit (Ca(OH)2) trong bª t«ng t¹o ra pha HuÕ, phô gia siªu dÎo NSF (sicamen) v& phô gia<br /> kÕt dÝnh C-S-H (3CaO.SiO2.3H2O) [9]. siªu mÞn l& silica fume nh sau:<br /> III - X¸c ®Þnh tû lÖ tèi u siªu mÞn Chóng t«i tiÕn h&nh cè ®Þnh siªu mÞn 10%<br /> siªu dÎo thay ®æi tû lÖ siªu dÎo còng nh tû lÖ n íc/xi<br /> nh b¶ng 1. Sau ®ã cè ®Þnh 1% siªu dÎo v& thay<br /> Trong s¶n xuÊt bª t«ng chÊt l îng cao ®æi tû lÖ siªu mÞn nh b¶ng 2<br /> B¶ng 1: Cè ®Þnh 10% siªu mÞn, thay ®æi tû lÖ siªu dÎo<br /> Tªn mÉu Xi m¨ng C¸t Siªu mÞn (%) Siªu dÎo (%) N íc / xi m¨ng<br /> M1 1 3 10 0 0,53<br /> M2 1 3 10 0,8 0,45<br /> M3 1 3 10 1,0 0,42<br /> M4 1 3 10 1,2 0,39<br /> <br /> B¶ng 2: Cè ®Þnh 1% siªu dÎo, thay ®æi tû lÖ siªu mÞn<br /> Tªn mÉu Xi m¨ng C¸t Siªu mÞn (%) Siªu dÎo (%) N íc / xi m¨ng<br /> M5 1 3 0 1,0 0,42<br /> M6 1 3 6 1,0 0,42<br /> M7 1 3 8 1,0 0,42<br /> M3 1 3 10 1,0 0,42<br /> L u ý trong b¶ng 1 v& b¶ng 2 mÉu cã ký hiÖu M3 l& trïng nhau (in ®Ëm).<br /> Cô thÓ cho c¶ hai lo¹i ® îc tr×nh b&y nh b¶ng 3.<br /> KÕt qu¶ ®o ®é kh¸ng uèn (Ru) v& ®é kh¸ng nÐn (Rn) thu ® îc nh b¶ng 4.<br /> Qua b¶ng 4 ta thÊy mÉu M3 cã c êng ®é kh¸ng uèn v& kh¸ng nÐn cao nhÊt, nh vËy cã thÓ kÕt<br /> luËn tû lÖ siªu dÎo, siªu mÞn øng víi mÉu M3 l& tèt nhÊt.<br /> B¶ng 3: C¸c mÉu bª t«ng cã tû lÖ siªu mÞn, siªu dÎo thay ®æi<br /> STT Tªn mÉu Xi m¨ng (g) C¸t (g) Siªu mÞn (g) Siªu dÎo (ml) N íc / xi m¨ng N íc (ml)<br /> 1 M0 500 1500 0 0 0,53 265<br /> 2 M1 500 1500 50 0 0,53 265<br /> 3 M2 500 1500 50 4 0,45 225<br /> 4 M3 500 1500 50 5 0,42 210<br /> 5 M4 500 1500 50 6 0,39 195<br /> 6 M5 500 1500 0 5 0,42 210<br /> 7 M6 500 1500 30 5 0,42 210<br /> 8 M7 500 1500 40 5 0,42 210<br /> <br /> 164<br />  B¶ng 4: §é kh¸ng uèn v& kh¸ng nÐn<br /> M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7<br /> 2<br /> Ru (kg/cm ) 60,2 73,5 81,7 88,7 79,2 69,5 78,2 82,4<br /> Rn (kg/cm2) 185,6 218,0 286,4 356,8 281,2 287,6 297,2 315,6<br /> <br /> IV - X¸c ®Þnh nhanh sù khuÕch t¸n víi mÉu cã ¸p ®iÖn tr êng trong vßng 8 giê, v&<br /> ion Cl mÉu ® îc ng©m 6 th¸ng trong dung dÞch NaCl<br /> 3% trong Ca(OH)2 b3o hßa [12].<br /> Tang Luping v& Olof Nilsson ® a ra m« h×nh Chóng t«i sö dông xi m¨ng PC40 cña<br /> to¸n häc cho sù khuÕch t¸n Cl trong bª t«ng cã nh& m¸y xi m¨ng Luvaxi - Thõa Thiªn HuÕ,<br /> ¸p dông ®iÖn tr êng nh sau [10]: c¸t ®3 röa s¹ch b»ng n íc cÊt nh»m lo¹i hÕt<br /> dC d2C zFE dC clo. C¸c mÉu ® îc ®óc trong khu«n h×nh trô<br /> =D (1) ® êng kÝnh 70 mm, cao 50 mm, ®Æt trªn b&n<br /> dt dx 2 RT dx<br /> rung trong kho¶ng 10 phót, g¹t b»ng. Sau 24<br /> (0 < x < + ; t > 0) giê, mÉu ® îc b¶o d ìng trong n íc v«i b3o<br /> víi ®iÒu kiÖn: C(0,t) = C0 v& C(x,0) = 0. hßa trong vßng 3 th¸ng. §Ó tiÕn h&nh thùc<br /> nghiÖm ®o sù khuÕch t¸n ion Cl chóng t«i<br /> ë ®©y, E: c êng ®é ®iÖn tr êng, R: h»ng sè khÝ, bäc mÉu thö trong c¸c khu«n nhùa cao<br /> T: nhiÖt ®é Kelvin, C = C(x,t): nång ®é cña ion kho¶ng 150 mm cã tr¸t keo ®Ó cã thÓ chøa<br /> t¹i vÞ trÝ x, z: hãa trÞ cña ion, F: h»ng sè Faraday. ® îc 100 ml dung dÞch NaCl 3% trong<br /> Tõ viÖc gi¶i b&i to¸n trªn chóng t«i thu ® îc Ca(OH)2 b3o hßa ë phÝa trªn. Dông cô ® îc<br /> nghiÖm [11]: l¾p ®Æt nh h×nh 1. §iÖn ¸p ® îc thiÕt lËp l&<br /> 30 V (DC) [10]. Thêi gian thö nghiÖm l& 8<br /> C(x,t) =<br /> giê. Ph©n tÝch h&m l îng clo tæng sè<br /> C0 1 1 1 + erf x aDt x + aDt (2) (ph ¬ng ph¸p ASTM C1152-90). C¸c mÉu<br /> e ax .erfc<br /> 2 2 Dt 2 Dt ® îc ®o l& mÉu M3 v& mÉu t ¬ng øng kh«ng<br /> chøa phô gia cã tû lÖ xi m¨ng : c¸t : n íc = 1<br /> Sù ®óng ®¾n cña m« h×nh trªn ®3 ® îc kiÓm : 3 : 0,5 (ký hiÖu mÉu M8), kÕt qu¶ ® îc tr×nh<br /> tra b»ng c¸ch so s¸nh hÖ sè khuÕch t¸n Cl ®èi b&y trong b¶ng 5.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 1: ThiÕt bÞ x¸c ®Þnh nhanh Cl b»ng ph ¬ng ph¸p sö dông ®iÖn tr êng<br /> a: gi¶i ng¨n c¸ch, b: n íc v«i trong b3o hßa, c: an«t b»ng thÐp kh«ng gØ<br /> d: mÉu e: líp nhùa, f: cat«t b»ng thÐp kh«ng gØ<br /> g: n íc muèi 3% trong n íc v«i trong b3o hßa, h: chËu thñy tinh<br /> <br /> 165<br />  B¶ng 5: H&m l îng Cl theo chiÒu s©u khuÕch t¸n<br /> §é s©u (m) 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040<br /> MÉu<br /> M3 0,090 0,014 0,015 0,013 0,012 0,014 0,013 0,013<br /> M8 0,378 0,129 0,064 0,059 0,059 0,021 0,021 0,023<br /> <br /> Sö dông phÇn mÒm Mathematica tÝnh D cña 5. NguyÔn Nh Thä, NguyÔn V¨n Dòng. Phô<br /> c¸c mÉu theo ph ¬ng tr×nh (2), thu ® îc kÕt gia siªu dÎo: T¸c dông cña chóng ®Õn c«ng<br /> qu¶ nh ë b¶ng 6. nghÖ v& tÝnh n¨ng bÒn cña bª t«ng, Héi th¶o<br /> vÒ c«ng nghÖ xi m¨ng v& bª t«ng, H& Néi<br /> B¶ng 6: HÖ sè khuÕch t¸n (1996).<br /> MÉu HÖ sè khuÕch t¸n (m2/s) 6. TrÇn Nh Thä, NguyÔn V¨n CÇu. Phô gia<br /> M3 6,4 × 10 12 siªu dÎo v& Silica fume - T¸c dông cña<br /> chóng ®Õn tÝnh n¨ng bÒn cña bª t«ng, Héi<br /> M8 13,6 × 10 12<br /> th¶o c«ng nghÖ xi m¨ng v& bª t«ng, Nghiªn<br /> KÕt qu¶ cho thÊy mÉu cã phô gia cã ®é thÊm cøu v& øng dông, H& Néi (1998).<br /> Cl thÊp h¬n so víi mÉu kh«ng sö dông phô gia. 7. P. Fidjestol. Silica fume in marine concrete<br /> introduction and long term experence,<br /> V - KÕt luËn International Conference on Concrete in<br /> Marine Environments, Hanoi (2002).<br /> Tõ nh÷ng ®iÒu tr×nh b&y ë trªn chóng t«i ®3<br /> 8. G. Hastie and F. Papworth. Durability design<br /> x¸c ®Þnh ® îc tû lÖ thÝch hîp nhÊt cho phô gia<br /> of marine structures using silica fume<br /> siªu mÞn v& siªu dÎo ®Ó ®¹t ® îc bª t«ng cã<br /> or geosilica, International Conference on<br /> chÊt l îng tèt nhÊt v& bª t«ng cã sö dông phô<br /> Concrete in Marine Environments, Hanoi<br /> gia cho ®é thÊm Cl thÊp h¬n nhiÒu so víi bª (2002).<br /> t«ng kh«ng sö dông phô gia. ViÖc sö dông m«<br /> h×nh to¸n häc cã ¸p dông ®iÖn tr êng cña Tang 9. Phan V¨n T êng, NguyÔn ViÕt Trung, Yumi<br /> Luping v& Olof Nilsson cho phÐp x¸c ®Þnh Kan. VÊn ®Ò nghiªn cøu v& sö dông phô gia<br /> nhanh sù khuÕch t¸n Cl so víi c¸c ph ¬ng ë ViÖt Nam, Héi th¶o c«ng nghÖ xi m¨ng.<br /> ph¸p hiÖn cã. Nghiªn cøu v& øng dông, H& Néi (1998).<br /> 10. Tang Luping and Lars Olof Nilsson. Rapid<br /> T>i liÖu tham kh¶o determination of the chloride diffusivity in<br /> concrete by applying an electrical field, ACI<br /> 1. Phan L ¬ng CÇm, NguyÔn Ngäc Phong. ¡n Materials Journal, January–February (1992).<br /> mßn v& b¶o vÖ cèt thÐp trong bª t«ng, Héi<br /> 11. P. V. Tuong, T. Duong, and D. U. Van.<br /> th¶o vÒ c«ng nghÖ xi m¨ng v& bª t«ng, H&<br /> Comments on the mathematical model of<br /> Néi (1996).<br /> Tang Luping and Lars Olof Nilsson for<br /> 2. P. Kumar Mehta. Concrete in the marine rapid determination of the chloride diffusi-<br /> environment, Elsevier Applied Science, vity in concrete by applying an electrical<br /> London and New York (1991). field, International Conference on Concrete<br /> 3. P. Baron et J. P. Oliver. La durabilitÐ des in Marine Environments, Haooi (2002).<br /> bÐtons, Press de l’Ecole Nationale des 12. TrÇn D ¬ng, Phan V¨n T êng, TrÇn Thóy<br /> Ponts et ChassÐes, Paris (1992). Nga. X¸c ®Þnh nhanh ®é khuÕch t¸n ion Cl<br /> 4. Yves Matier. Les BÐtons & hautes perfor- trong bª t«ng b»ng c¸ch sö dông ®iÖn<br /> mances, Press de l’Ecole Nationale des tr êng, C«ng nghÖ bª t«ng ViÖt Nam, sè 2,<br /> Ponts et ChassÐes, Paris (1992). H& Néi (2003).<br /> <br /> <br /> 166<br />