Hotline: 0908906788    
Email: vuquanghoai@phubac.vn

TÀI LIỆU SỐ 41:CỌC BTCT DỰ ỨNG LỰC NGĂN CHẶN ĂN MÒN CỐT THÉP BẰNG ĐIỆN HÓA

TÀI LIỆU SỐ 41:CỌC BTCT DỰ ỨNG LỰC NGĂN CHẶN ĂN MÒN CỐT THÉP BẰNG ĐIỆN HÓA - Nứt bê tông,Rò rỉ nước đập thủy điện,Xử lý thép bị gỉ trong bê tông,Gia cố kết cấu bê tông bằng FRP,Gia cố kết cấu,Xử lý thép gỉ,Ăn mòn cốt thép

Phú Bắc14/10/2023170 Lượt xem
TÀI LIỆU SỒ : 41        NGÀY 02/08/2023
CỌC BTCT DỰ ỨNG LỰC
NGĂN CHẶN ĂN MÒN THÉP CÔT THÉP BẰNG  ĐIỆN HÓA   
NGƯỜI VIẾT : VŨ QUANG HOÀI

 
CỌC BTCT DỰ ỨNG LỰC
 
NGĂN CHẶN ĂN MÒN CỐT THÉP BẰNG ĐIỆN HÓA   
 (NACE 01102- 2/2002)
 
 
GIỚI THIỆU                                                                                                                                                  
Những năm gần đây  cọc bê tông ứng suất trước (UST) đã được áp dụng rộng rãi tại các công trình cầu , cảng , nhà cao tầng .
    
Một số công trình cầu và cảng sau quá trình sử dụng được 5-10 năm đã xuất hiện một số vết nứt đứng và ngang tại khu vực thủy triều ( xem hình 1,2) .
 
Hình 1: vết nứt dọc
Hình 1: vết nứt dọc Hình 2: vết nứt ngang  

Hiện tượng nứt cọc này gây nhiều lo lắng cho chủ đầu tư và tư vấn thiết kế vì thường khó sửa hơn so với loại cọc bê tông cốt thép thông thường , một số cảng đã áp dụng phương pháp bọc một lớp bê tông cốt thép dày 10 cm gia cố , tăng cường khả năng chịu lực xung quanh đoạn cọc có vết nứt , nhưng một số lo lắng xuất hiện như sau :
  • Việc bọc này có ngăn được ăn mòn thép và sự phát triển vết nứt trong cọc
  • Có hiện tượng vết nứt xuất hiện rất nhanh , bọc được cọc này thì các cọc khác lại bị nứt
 
    Sau khi xem xét quy phạm của NACE ( hiệp hội ăn mòn quốc tế ) về vấn đề trên . Tôi viết bài này nhằm giới thiệu một phương pháp xử lý thép trong cọc UST bị ăn mòn bằng phương pháp điện hóa  phương phương này  đã được thực hiện rất hiệu quả  bên Hoa Kỳ tại nhiều công trình , một số thông tin xung quanh phương pháp này như sau  :
 
KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP BỌC LỚP GIA CỐ BTCT  CỌC
 
Hình 3a : thép dự ứng lực  phía trong lớp gia cố BTCT vẫn bị ăn mòn
 
Hình 3b : cọc cầu tại Việt Nam
Tại báo cáo số C2020-14485 của NACE đã khảng định phương pháp bọc cọc bằng một lớp BTCT bên ngoài không hiệu quả khi tháo lớp bọc ra  , hình số 3a là của cầu Bryant Patten – Florida thể hiện , hình 3b là cọc cầu tại Việt Nam :
  • Các thép dự ứng đều bị ăn mòn , bê tông bị nứt và vỡ 
  • Lớp áo gia cố chỉ che dấu các vấn đề xuống cấp bên trong và rất khó để kiểm tra định kỳ

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA
 
Từ những hạn chế của phương pháp bọc lớp BTCT gia cố cọc đã nêu trên , năm 1992 một dự án do FHWA ( Cục quản lý đường cao tốc liên bang )  tài trợ  và  sở giao thông bang Florida ( FDOT) quản lý , nghiên cứu tìm giải pháp khả thi hơn , đó là phương pháp điện hóa ; dùng lưới kẽm làm anode kết hợp với lớp bọc bên ngoài bằng composite
  • Cầu The Veterans Memorial – Florida ( cốt thép thông thường )
  • Xây dựng năm 1954 , năm 1994 : xử lý các cọc có thép bị ăn mòn gây nứt bê tông  bằng phương pháp điện hóa , số lượng cọc xử lý là 133 cọc 
Hình 4 : cầu Veteans Memorial sau khi được xử lý bằng phương pháp điện hóa
Năm 2016 bang Florida không sử dụng cầu này vì lý do lỗi thời , trải qua 21 năm lắp đặt anode bằng lưới kẽm các cọc vẫn hoạt động tốt - hiệp hội NACE đánh giá , xem hình 5,6
Hình 5 : đoạn cọc được cắt để thử nghiệm chất lượng
 
Hình 6 : hiện trạng lưới kẽm sau 21 năm sử dụng 
  • Cầu Chesapeake Bay –Tunnel – Virginia :  tổng cộng cầu và hầm xuyên biển dài 37 km,  với 5189 cọc UST có đường kính 137 cm , chiều dài từ 42.6-54.8 m , dùng phương pháp căng sau
  • Khai trương 4/1964
  • Năm 1989 đơn vị kiểm định cho biết các cọc xuất hiện vết nứt bê tông và chủ đầu tư đã tiến hành bơm epoxy vào vết nứt
  • Năm 2000 kiểm định lại cho thấy các vết nứt lại xuất hiện , nhận xét việc bơm epoxy không hiệu quả
  • Tháng 5/ 2007 xử lý bằng phương pháp điện hóa , xem hình 7-10
    Hình 7 : thép dự ứng lực bị rỉ , bê tông bể Hình 8 : vết nứt đứng
    Hình 9 : mặt cắt ngang cọc Hình 10 : bơm vữa sau khi lắp đặt lưới kẽm
PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA  - dùng a nốt hy sinh , chi tiết như sau , hình 11-12
 
  • Cực a nốt : là lưới kẽm bọc xung quanh cọc , ngoài ra dưới mực nước thấp nhất có gắn thêm 1 cục kẽm 22 kg đển bổ sung cho lưới kẽm
  • Vật liệu bọc ngoài cùng  : lớp sợi thủy tinh và keo epoxy , chúng có tác dụng giữ ẩm , chống mài mòn , thay cốp pha khi bơm vữa
  • Thép tăng cường chịu lực nếu thấy cần thiết , có thể dùng thanh thép composite cường độ cao
  •  
  • Lớp vữa cường độ cao giữa vật liệu bọc và cọc hiện hữu
    Hình 11 : các bộ phận của phương pháp điện hóa Hình 12 : chi tiết lưới kẽm và vật liệu bọc bên ngoài
Ưu điểm
  • Không lo hiện tượng giòn thép cường độ cao do gia tăng lượng hydro bởi điện áp quá lớn vì không dùng dòng điện ngoài
  • Các vết nứt nhỏ không cần đục sửa vì khi áp dụng biện pháp này thanh thép là ca tốt và kẽm là a nốt , do vậy  rỉ thép bị cô lập không pháp sinh thêm ( phản ứng ăn mòn chỉ xảy ra tại a nốt )
  • Lượng clorua trên bề mặt thép sẽ bị hút ra ngoài theo phản ứng điện hóa , do vậy thép sẽ không bị ăn mòn
  • Tuổi thọ cao  có thể đạt 40 năm
 
KẾT LUẬN
 
     Cọc bê tông hình tròn dự ứng lực có chất lượng cao , tuy nhiên ảnh hưởng của môi trường clorua và mực nước khô và ẩm trong vùng sóng đánh do vậy đã xuất hiện ăn mòn cốt thép trong bê tông , gây ra hiện tượng nứt bê tông , giảm khả năng chịu lực .
    Việc sửa chữa các vết nứt bê tông trong cọc dự ứng lực  khó khăn hơn cọc có cốt thép thông thường , vì khi ta đục mở rộng vết nứt thì có thể thủng thành cọc , vì phía trong của cọc rỗng , thành mỏng , bê tông rất cứng .
    Do các khó khăn trên , một số công trình cảng đã tính đến việc phá bỏ làm mới sau 5-10 đi vào sử dụng gây tổn thất rất lớn .
   Nước Mỹ đã áp dụng các cọc này trước chúng ta và các hư hỏng cũng gặp trước chúng ta . Họ cũng đã áp dụng nhiều biện pháp sửa chữa từ dễ đến khó , và cuối cùng đã rút ra được biện pháp sửa chữa phù hợp cách nay 30 năm .
   Chúng tôi đã có kinh nghiệm trên 20 năm xử lý ăn mòn thép trong bê tông , do vậy hoàn toàn có thể giải quyết được các vấn đề khó khăn đã nêu ở trên .
Tác giả
KS : Vũ Quang Hoài
CP1- NACE - Hoa Kỳ
MICorr - Anh Quốc
Mobile :  0908906788
Email : vuquanghoai@phubac.vn
 









Tài liệu tham khảo                                                                 
  1. Cathodic Protection of Prestressed Concrete Element – NACE - 01102
  2. Cathodic Protection Field Trials on Prestressed Concrete Components – Publication no .FHWA –RD-97-153
  3. Forensic Evaluation of Long-term Galvanic Cathodic Protection of Bridge Pillings in a Marine Environment – NACE –C2020-14485
  4. Jacket Wrap Bridge Piles with Cathodic Protection , Chesapeake Bay Bridge-Tunnel – NACE -1/2008
0908 906 788