Giải pháp chống ăn mòn cho kết cấu thép môi trường biển Việt Nam Tóm tắt: Trong năm gần đây, nhiều công trình xây dựng khơi ven biển xây dựng nhằm phục vụ cho mục tiêu Quốc gia phát triển mạnh kinh tế biển, só công trình kết cấu thép chiếm tỷ lệ lớn Mặc dù kết cấu thép có ưu điểm cường độ cao, gọn nhẹ thời gian thi công nhanh so với kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), chống ăn mòn cho kết cấu thép môi trường biển để đảm bảo tuổi thọ thiết kế vấn đề phức tạp Thực tế nước ta tình trạng ăn mòn gây hư hỏng công trình kết cấu thép nghiêm trọng, tốc độ ăn mòn nhanh Sơn phủ số biện pháp hiệu thường lựa chọn áp dụng để bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu thép vùng biển Tuy nhiên, chất lượng hệ sơn phủ bảo vệ kết cấu thép môi trường biển vấn đề cần xem xét kỹ trước lựa chọn áp dụng Bài báo trình bày số đánh giá bước đầu chất lượng số loại sơn phủ thường áp dụng bảo vệ kết cấu thép vùng biển Tình trạng ăn mòn kết cấu thép môi trường biển Việt Nam Từ kết khảo sát thực trạng ăn mòn kết cấu thép môi trường biển Việt Nam rút số nhận xét sau: Quá trình ăn mòn phá hủy kết cấu thép diễn nhanh Tại số công trình có tượng gỉ thép cục bộ, đốm gỉ, bong tróc Mức độ xâm thực có khác biệt vùng miền Ví dụ: khu vực Nha Trang tốc độ ăn mòn thép CT3 52,3µm/năm, Kiên Giang: 41,4µm/năm, thành phố Vinh: 39,3µm/năm, Hải Phòng: 31,46µm/năm Một số công trình thủy lợi Bắc Hưng Hải cụm công trình ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu úng sông Lân, Thái Bình, phận dầm biên bị ăn mòn nặng không khả làm việc, mặt bị ăn mòn tạo thành lỗ rãnh rãnh [2] Cầu Nguyễn Văn Trỗi bắc qua sông Hàn Thành phố Đà Nẵng xây dựng từ năm 1968, kết cấu thép ống, nằm gần biển (cách biển 4,5 km), cấu kiện như: trụ, dầm cầu, bị ăn mòn làm giảm khả chịu tải cầu Ăn mòn kết cấu thép vùng biển gây thiệt hại kinh tế lớn, chi phí cho sửa chữa khắc phục chiếm tới 30  70% mức đầu tư xây dựng công trình Hiện năm tới nhu cầu đầu tư xây sửa chữa công trình vùng biển tăng mạnh, công trình thép chiếm tỷ trọng lớn Vì vậy, cần thiết phải triển khai ứng dụng giải pháp hiệu để bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu thép vùng biển Việt Nam Các giải pháp chống ăn mòn cho kết cấu thép môi trường biển Việt Nam So với BTCT kết cấu thép có ưu điểm gọn nhẹ tốc độ thi công lắp dựng nhanh hơn, phải trực tiếp chịu tác động môi trường biển nên loại kết cấu không bảo vệ tốt bị ăn mòn nhanh Ăn mòn làm cho tiết diện kết cấu thép giảm đi, làm giảm độ tin cậy khả chịu tải kết cấu, làm tăng khả phá hoại giòn kết cấu thép Ăn mòn làm cho cấu kiện sớm bị phá hoại phải sửa chữa nhiều Để chống ăn mòn cho kết cấu thép vùng biển thường lựa chọn áp dụng biện pháp sau: - Sử dụng kim loại, hợp kim bị ăn mòn - Thiết kế kết cấu nhằm giảm thiểu nguy gây ăn mòn - Bảo vệ catôt biện pháp điện hóa khác - Sử dụng lớp phủ (kim loại, sơn) chống ăn mòn cho kết cấu thép, bền với môi trường Trong biện pháp nêu sử dụng hệ sơn phủ tạo lớp ngăn cách môi trường với bề mặt thép biện pháp bảo vệ hiệu thông dụng có ưu điểm thi công đơn giản, áp dụng cho kết cấu có kích thước hình dạng khác nhau, có tính thẩm mỹ cao, số hệ sơn tiêu chuẩn ISO 12944 kiến nghị bảng Mặt khác dùng biện pháp sơn phủ công tác bảo trì dễ dàng [3] Vì thế, có tới 80% bề mặt kim loại bảo vệ sơn với chủng loại sơn phong phú Ngày nay, với phát triển nhanh ngành kỹ thuật hợp chất cao phân tử nói chung ngành sơn nói riêng, loại chất tạo màng có khả bám dính tốt thép chống ăn mòn cao epoxy, polyuretan, furan, silicon, khả nâng cao hàm lượng chất rắn việc sử dụng dung môi hoạt tính, chất hoạt động bề mặt phụ gia nâng cao độ bền nước màng sơn, tạo khả sơn có độ ẩm cao, tạo nên hệ sơn có khả bảo vệ cao đáng tin cậy, chống ăn mòn cho kết cấu thép 3 Xem xét chất lượng hệ sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu thép Dựa vào kết nghiên cứu hệ sơn tiêu chuẩn ISO 12944 kiến nghị phòng thí nghiệm xem xét số kết từ thực tế ứng dụng, bước đầu có đánh giá độ bền số hệ sơn thông qua tiêu sau: 3.1 Độ bám dính Kết thử nghiệm cho thấy hệ sơn epoxy giàu kẽm - polyuretan có độ bám dính với thép cao nhất, đạt 0,16 - 1,85 N/mm²; hệ sơn cao su clo hoá có độ bám dính 0,43 - 0,47 N/mm²; hệ sơn alkyd có độ bám dính 0,38 N/mm² 3.2 Khả chống ăn mòn Các kết thử nghiệm theo tiêu chuẩn ISO 14993 cho thấy: hệ sơn epoxy giàu kẽm polyuretan có khả chống ăn mòn cao nhất, chịu từ 62 đến 65 chu kỳ thử nghiệm (tiêu chuẩn JIS K5627 quy định sơn chống ăn mòn phải chịu 28 chu kỳ thử nghiệm); hệ sơn cao su clo hoá khả chống ăn mòn thấp hệ sơn alkyd 3.3 Độ bền nóng lạnh Độ bền nóng lạnh hệ sơn đặc trưng cho độ bền màng sơn tác động thời tiết khắc nghiệt nắng mưa đột ngột, điển hình khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam Kết thử nghiệm chứng tỏ hệ sơn epoxy giàu kẽm - polyuretan có độ bền nóng lạnh cao (450 chu kỳ), hệ sơn cao su clo hoá (90 - 110 chu kỳ), thấp hệ sơn alkyd (54 chu kỳ - tương đương với yêu cầu sơn tường ngoài) 3.4 Độ thấm ion clorua Độ chống thấm ion clorua màng sơn phản ánh khả ngăn cản xâm nhập ion clorua qua màng sơn Kết thử nghiệm độ chống thấm ion clorua màng sơn cho thấy: hệ sơn epoxy giàu kẽm – polyuretan có khả chống thấm ion clorua cao hệ sơn thử nghiệm, hệ sơn cao su clo hoá, hệ sơn alkyd tính chất Điều minh chứng rõ cho khả bảo vệ thép chống ăn mòn thấp hệ sơn alkyd môi trường tự nhiên 3.5 Độ bền mù muối Theo tiêu chuẩn ISO 12944, hệ sơn cao su clo hoá nên áp dụng môi trường có mức độ xâm thực C3 với tuổi thọ trung bình Trong môi trường có mức độ xâm thực C4, tuổi thọ bảo vệ hệ sơn mức thấp Do đó, cần nghiên cứu biến tính hệ sơn để nâng cao độ bền nhiệt ẩm chúng, khả chịu mù muối hệ sơn cao Các hệ sơn epoxy giàu kẽm – polyuretan áp môi trường xâm thực C3, C4 với thời hạn bảo vệ cao, môi trường C5-M với tuổi thọ trung bình Hệ sơn alkyd có độ bền nhiệt ẩm thấp (< 48 h), không đạt yêu cầu bảo vệ kết cấu thép môi trường khí biển (thấp C3), không nên áp dụng môi trường 3.6 Độ bền nhiệt ẩm Kết thử nghiệm cho thấy độ bền nhiệt ẩm phụ thuộc nhiều vào loại chất tạo màng sơn Hệ sơn alkyd có độ bền nhiệt ẩm thấp (24h), điều liên quan đến tuổi thọ ngắn hệ sơn alkyd thực tế sử dụng để bảo vệ kết cấu thép Các hệ sơn khác thường có độ bền nhiệt ẩm hẳn hệ sơn ankyd điển hệ sơn cao su clo hoá, đặc biệt hệ sơn epoxy giàu kẽm polyuretan Kết luận Môi trường biển Việt Nam có tính chất xâm thực mạnh kết cấu thép Mức độ ảnh hưởng môi trường lên kết cấu thép vùng miền có khác biệt Tình trạng ăn mòn kết cấu thép vùng biển Việt Nam nghiêm trọng Để đảm bảo tuổi thọ thiết kế cần phải áp dụng giải pháp bảo vệ chống ăn mòn, mà sơn phủ giải pháp lựa chọn áp dụng Xem xét tiêu khả bảo vệ kết cấu thép hệ sơn độ bền nhiệt ẩm, mù muối, độ chống thấm ion clorua, khả chống ăn mòn, độ bền nhiệt ẩm số hệ sơn thông dụng cho thấy hệ sơn epoxy giàu kẽm - polyuretan có độ bền cao khả bảo vệ kết cấu thép môi trường xâm thực vùng biển tốt, tiếp đến hệ sơn cao su clo hoá hệ sơn alkyd Căn vào yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn, mức độ ảnh hưởng môi trường, dạng kết cấu thép để lựa chọn áp dụng hệ sơn phù hợp đáp ứng yêu cầu đề