Bài báo đưa ra cơ sở khoa học công nghệ chống ăn mòn cọc thép trong môi trường Việt Nam. Trên cơ sở nghiên cứu đã đưa ra lựa chọn vị trí thử nghiệm, tiến hành thử nghiệm và xây dựng tiêu chuẩn quốc gia về nguyên tắc lựa chọn phương pháp chống ăn mòn cho cọc thép.
TỪ KHÓA: Chống ăn mòn, cọc thép, môi trường Việt Nam.
Abstract: This article provides the basis of science and technology of corrosion resistance of steel piles in the environment of Vietnam. Based on the research have selected the testing site, testing and edit of TCVN in selection principle of anticorrosion steel piles.
Keywords: Corrosion resistance, steel piles, environment of Vietnam
1. Đặt vấn đề
Ăn mòn kim loại nói chung và ăn mòn đối với các loại cọc thép nói riêng là vấn đề quan trọng trong việc duy trì tuổi thọ của các công trình sử dụng cọc thép làm kết cấu móng các công trình như cầu, cảng trong ngành GTVT.
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ kim loại cũng được nhiều cơ quan quan tâm nghiên cứu. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào giải pháp công nghệ và vật liệu chống ăn mòn, phát triển theo 3 hướng chính:
– Nghiên cứu các lớp phủ bọc như sơn, composite và phun phủ kim loại;
– Nghiên cứu vật liệu chịu thời tiết;
– Bảo vệ điện hóa hay còn gọi là bảo vệ cathode và ức chế ăn mòn.
Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã có một số công trình nghiên cứu về vấn đề ăn mòn và bảo vệ kim loại và áp dụng cho một số công trình, trong đó có cầu Nguyễn Văn Trỗi (Đà Nẵng), cảng Cam Ranh (Nha Trang), cảng Cửa Lò (Nghệ An), cảng Vân Phong (Khánh Hòa)… đều kết hợp sơn phủ bảo vệ với bảo vệ catot nhưng tuổi thọ thiết kế tại thời điểm này chỉ dừng lại ở 5 năm hoặc 10 năm.
Để có cơ sở khoa học cho việc xây dựng Chỉ dẫn kỹ thuật chống ăn mòn cọc thép phù hợp trong điều kiện Việt Nam, Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã thực hiện Đề tài Nghiên cứu cơ sở khoa học cho công nghệ chống ăn mòn cọc thép trong môi trường Việt Nam cùng sự hợp tác của Tập đoàn Nippon Steel & Sumitomo Metal và hỗ trợ nghiên cứu của các chuyên gia Trường Đại học GTVT.
2. Nghiên cứu đặc điểm các môi trường ăn mòn cho cọc thép
2.1 Ăn mòn cọc thép trong môi trường đất
Trong lòng đất, đặc biệt ở các khu công nghiệp, nhiều thiết bị chôn ngầm dưới đất như hệ thống ống dẫn nước, dẫn khí ga, cáp điện, đường ống dẫn nhiên liệu lỏng, xăng dầu… có thể bị ăn mòn, làm giảm tuổi thọ của các ống dẫn. Dạng ăn mòn kim loại trong đất rất đa dạng, thường là ăn mòn cục bộ nên kim loại bị phá hủy ở dạng ăn mòn điểm, hố sâu, dạng rỗ…
Do cấu trúc của đất không đồng nhất nên sự thông khí không đều và thường gây ra ăn mòn thông khí. Khi đó, nơi có nhiều oxi đóng vai trò là catot còn vùng ít oxi đóng vai trò là anot, phản ứng xảy ra phá hủy kim loại.
Sự ăn mòn kim loại trong môi trường đất là ăn mòn điện hóa với catot khử oxi, đôi khi khử ion H+ nếu môi trường ăn mòn là axit.
Để đánh giá khả năng ăn mòn kim loại của môi trường đất, người ta dùng chỉ số pH hoặc độ dẫn điện của đất. Với pH = 5 ÷ 8 và nền đất ẩm, môi trường axit có độ dẫn điện tốt, kim loại dễ dàng bị ăn mòn [6]. Trong cùng một điều kiện, đất cát gây ra ăn mòn cao hơn đất sét vì dễ dàng thông khí oxi. Cần lưu ý rằng, trong môi trường đất, sự có mặt của vi sinh vật cũng ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ ăn mòn.
Môi trường đất phèn chua có chứa hàm lượng pyrit cao, chúng được xem là trung tính khi không bị ngập nước và tiếp xúc với oxi. Độ pH của đất loại này sẽ giảm đáng kể khi pyrit tiếp xúc với oxi và nước tạo ra axit sulphuric và có khả năng gây ra tốc độ ăn mòn cao. Tốc độ ăn mòn thép trong loại đất này chưa rõ ràng và vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu.
Để chống ăn mòn cọc thép trong môi trường đất, người ta thường sử dụng các biện pháp cơ bản sau: Phương pháp sơn phủ, phương pháp bọc kim loại bằng vật liệu polymer hoặc các loại sơn vô cơ, ngoài ra có thể sử dụng phương pháp điện hóa bảo vệ catot.
2.2 Ăn mòn cọc thép trong môi trường nước biển
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn của thép trong nước biển bao gồm nước biển, vật liệu được sử dụng và các yếu tố khách quan khác.
Những yếu tố của nước biển ảnh hưởng đến sự ăn mòn của thép là: Lượng các muối hòa tan; lượng oxi hòa tan; tốc độ dòng chảy; nhiệt độ của nước; độ pH.
Để chống ăn mòn cho cọc thép trong môi trường nước biển, người ta thường lựa chọn các biện pháp cơ bản sau: Phương pháp bảo vệ catot và các biện pháp điện hóa khác; phương pháp lớp phủ (kim loại hoặc sơn); các phương pháp chống ăn mòn khác như: Sử dụng các kim loại, hợp kim ít bị ăn mòn, thiết kế kết cấu nhằm giảm thiểu các nguy cơ gây ăn mòn.
2.3 Ăn mòn cọc thép trong môi trường khí quyển biển
Trong khí quyển biển luôn luôn có ion Cl–, vì thế tốc độ ăn mòn kim loại tăng đáng kể so với khu vực khác. Đối với ăn mòn khí quyển, ngoài các tạp chất gây ăn mòn thì thời gian lưu ẩm (tức là khoảng thời gian không khí có độ ẩm tương đối lớn hơn 80% và nhiệt độ lớn hơn 0oC) đóng một vai trò rất quan trọng quyết định tốc độ ăn mòn kim loại. Những màng mỏng do nước mưa hoặc do sương trên bề mặt kim loại thường có độ ẩm gần bằng 100%.
Để chống ăn mòn cho cọc thép trong môi trường khí quyển biển, người ta thường lựa chọn các biện pháp cơ bản sau: Tạo ra các lớp bao phủ, sơn hữu cơ, có lớp phủ vô cơ, hoặc xi mạ ngăn cách kim loại với môi trường gây ra ăn mòn; chọn các kim loại có độ bền chống ăn mòn cao: Thép không gỉ, các loại hợp kim; đối với các kết cấu nhỏ và lưu giữ trong kho có mặt các loại chất ức chế bay hơi bảo quản trong không khí khô.
(Còn Tiếp)
Bài viết được trích từ Bài báo đã được đăng trên tạp chí giao thông vận tải ngày 15/09/2016
ThS. Nguyễn Thúy Hằng
KS. Đặng Công Minh
ThS. Đỗ Văn Tài – Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải
PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh – Trường Đại học Giao thông vận tải
Tài liệu tham khảo
[1]. Khảo sát hàm lượng muối và tốc độ ăn mòn thép carbon trong môi trường khí quyển TP. Nha Trang – Science & technology Development, Vol13, No.M1-2010. [2]. Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ và vật liệu sơn phủ bảo vệ kết cấu thép, các công trình và phương tiện GTVT, Hội nghị Khoa học công nghệ thường niên Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, 2011. [3]. Nguyễn Thị Tuệ Minh và đồng nghiệp (2011), Nghiên cứu cơ sở khoa học và xây dựng Dự thảo Tiêu chuẩn “Cọc thép – chống ăn mòn”, Đề tài nghiên cứu Khoa học và Công nghệ cấp Bộ. [4]. Nguyễn Thị Tuyết Trinh và đồng nghiệp (2014), Nghiên cứu công nghệ bảo vệ cọc thép trong điều kiện khí hậu và môi trường Việt Nam, Đề tài nghiên cứu Khoa học và Công nghệ cấp Bộ. [5]. TCVN 11197:2015, Cọc thép – Phương pháp chống ăn mòn – Yêu cầu và Nguyên tắc lựa chọn. [6]. Ăn mòn đối với một số kim loại màu và hợp kim trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam, Tạp chí Phát triển KH&CN, tập 10, số 10/2007.