3.THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG THÉP CHỐNG ĂN MÒN CAO CORSPACETM (THÊM HÀM LƯỢNG THIẾC)
Hiện tượng ăn mòn của thép sẽ xảy ra trong màng nước mỏng trong điều kiện tuần hoàn ẩm và khô. Trong điều kiện không quyền có độ mặn cao như bờ biển, cơ chế ăn mòn được đề nghị như tài liệu Hình 3.1 [6,8]. Trong màng nước mỏng, khu vực phản ứng A-nốt và Ca-tốt riêng biệt và không thể nhìn thấy. Đối với thép carbon thường, môi trường tại khu vực A-nốt (nơi kim loại hòa tan) bị thay đổi thành dung dịch có tính axit chứa hàm lượng Cl- cao do thủy phân của Fe3+ [6]. Cl- làm tăng phản ứng A-nốt và tốc độ ăn mòn của thép trong điều kiện khô [9]. Cơ chế ăn mòn của thép khi có mặt Cl- được thể hiện ở Hình 3.1 [6,10]. Tuy nhiên, thực nghiệm trong điều kiện tương tự đối với thép chứa hàm lượng rất nhỏ Sn cho thấy, nó có thể làm giảm phản ứng A-nốt và tốc độ ăn mòn trong điều kiện khôi nhờ sự ức chế của Ion Sn [6,8,9]. Cơ chế ăn mòn lý thuyết tương tự có thể áp dụng cho ăn mòn tại vệt sơn trên bề mặt thép [10]. Thép chống ăn mòn cao CORSPACETM đã được nghiên cứu phát triển dựa trên cơ chế ăn mòn này.
Hình 3.1: Cơ chế ăn mòn của thép khi có mặt Cl-
Tiến hành thực nghiệm phơi mẫu thép carbon thông thường và thép chống ăn mòn cao CORSPACETM đều được sơn phủ Epoxy (Hình 3.2), vạch dấu cắt ngang tạo vệt khiếm khuyết trên lớp sơn phủ sâu đến bề mặt thép. Thực hiện thử nghiệm ăn mòn tăng tốc theo quy trình kiểm tra của Tiêu chuẩn SAE J2334 (Hình 3.2), mô phỏng chính xác theo điều kiện không khí mặn khu vực bờ biển [11].
Hình 3.2: Mẫu thí nghiệm thép carbon và thép chống ăn mòn cao CORSPACETM
Hình 3.3: Quy trình kiểm tra ăn mòn theo Tiêu chuẩn SAE J2334
Hình 3.4 và 3.5 là kết quả diện tích sơn bị phân tách và độ sâu ăn mòn tại vị trí lớp sơn bị nứt vỡ của mẫu thép được sơn phủ sau thực nghiệm ăn mòn. Sau 120 chu kỳ lặp, diện tích sơn bị phân tách trên thép carbon thông thường chiếm khoảng 80% tổng diện tích mẫu thử. Trong khi đó, diện tích sơn bị phân tách trên thép CORSPACETM đạt khoảng 45% (Hình 3.4). Ngoài ra, kết quả thực nghiệm cũng cho thấy, độ sâu ăn mòn của thép carbon thông thường khoảng 0.9mm. Trong khi đó, độ sâu ăn mòn của thép CORSPACETM khoảng 0.5mm (Hình 3.5). Kết quả thực nghiệm phơi mẫu trên 10 năm cho kết luận rằng, thép CORSPACETM có thể làm giảm sự ăn mòn ở lớp sơn, làm giảm độ phân tách của lớp sơn và độ sâu ăn mòn so với thép carbon thông thường ngay cả trong điều kiện khi quyền mặn cao [12,13,14].
Hình 3.4: Diện tích lớp sơn bị phân tách
Hình 3.5: Độ sâu ăn mòn
Thép CORSPACETM đã được áp dụng cho nhiều công trình cầu ở Nhật Bản. Hiện nay, số lượng các công trình cầu sử dụng thép CORSPACETM đang tăng lên. Hình 3.6 là hình ảnh cầu cạn Số 5 Mizuashi Shin Tsuji trên đường bộ Higashi Harima-Nanboku sử dụng vật liệu thép chống ăn môn cao CORSPACETM.
Hình 3.6: Cầu cạn trên đường cao tốc Higashi Harima-Nanbaku sử dụng thép CORSPACETM
4. KHUYẾN NGHỊ MÔI TRƯỜNG CÓ THỂ ÁP DỤNG THÉP CHỊU THỜI TIẾT CAO NAW-TENTM VÀ THÉP CHỐNG ĂN MÒN CAO CORSPACETM
Hình 4.1 là chỉ dẫn môi trường có thể sử dụng thép chịu thời tiết cao NAW-TENTM và thép chống ăn mòn cao CORSPACETM. Điều kiện môi trường được phân biệt bằng lượng muối sinh ra trong không khí. Khi hàm lượng muối trong không khí nhỏ hơn 0.05 mdd như đất liền, có thể áp dụng thép chịu thời tiết thông thường cho cầu đường sắt. Khi hàm lượng muối lớn hơn 0.05 mdd như khu vực cách bờ biển khoảng 20km, nếu có thể sử dụng thép không sơn phủ, khuyến nghị sử dụng thép chịu thời tiết cao NAW-TENTM. Trong trường hợp phải sử dụng thép có sơn phủ trong điều kiện môi trường ăn mòn, khuyến nghị sử dụng thép chống ăn mòn cao CORSPACETM.
Hình 4.1: Môi trường áp dụng thép chịu thời tiết cao NAW-TENTM và thép chống ăn mòn cao CORSPACETM
5. KẾT LUẬN
Thép chịu thời tiết tiêu biểu COR-TENTM đã được nghiên cứu và phát triển hơn 50 năm. Việc áp dụng thép chịu thời tiết cho nhiều công trình trong những điều kiện khác nhau đã ngày càng làm rõ môi trường phù hợp cho thép chịu thời tiết. Những hạn chế áp dụng của thép chịu thời tiết thông thường trước đây đã thúc đẩy việc nghiên cứu các loại thép chịu thời tiết mới và thép chống ăn mòn mới, có khả năng chống ăn mòn cao hơn thép chịu thời tiết thông thường. Thép chịu thời tiết cao NAW-TENTM bằng cách tăng 3% Niken có thể giảm thiểu mất mát do ăn mòn trong thời gian dài nhờ tự hình thành một lớp gỉ chống ăn mòn cao cấp. Bên cạnh đó, thép chống ăn mòn cao CORSPACETM bằng cách ức chế Ion Sn có thể giảm thiểu sự phân tách của lớp sơn và giảm thiểu độ sâu ăn mòn tại lớp sơn. Các loại thép chống ăn mòn mới này đã được áp dụng cho nhiều kết cấu cầu thép ở Nhật Bản để giảm chi phí duy tu bảo dưỡng trong tương lai, có nghĩa là giảm chi phí vòng đời công trình (LCC). Từ những ưu điểm này, cần xem xét việc áp dụng các loại thép chống ăn mòn mới này cho các công trình cầu ở Việt Nam. Tuy nhiên, do điều kiện khí hậu của mỗi nước là khác nhau nên mức độ chống ăn mòn là khác nhau, cần thiết phải tiến hành thực nghiệm phơi mẫu trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam, từ đó sẽ phần nào đánh giá được phạm vi và hiệu quả áp dụng của những loại thép chống ăn mòn mới này một cách rõ nét hơn.
Tài liệu tham khảo
[1]. H. Okada, Y. Hosoi, K. Yukawa, H. Narito (1969), Tetsu-to-Hagané, 55, 355.
[2]. Hướng dẫn sử dụng thép chịu thời tiết cho công trình cầu ở Việt Nam (2012), NXB. Khoa học và Công nghệ.
[3]. H. Kihira, M. Kimura (2011), Ăn mòn, 67, 9.
[4]. M. Nagasawa, Y. Harada, M. Okushita, R. Ando, M. Tanaka, M. Takagi (2015), Báo cáo kĩ thuật của Nippon Steel & Sumitomo Metal, 110, 58.
[5]. K. Sugae, T. Kamimura, R. Ando, T. Tsuzuki (2015), Báo cáo kĩ thuật của Nippon steel & Sumitomo Metal, 110, 79.
[6]. T. Kamimura, K. Kashima, K. Sugae, H. Miyuki, T. Kudo (2013), Khoa học ăn mòn, 62, 34.
[7]. T. Hosaka, Y. Fujii, M. Tanaka (2006), Kỷ yếu Hội nghị thường niên lần thứ 61 của Hiệp hội Kỹ sư xây dựng Nhật Bản, 1-641.
[8]. T. Kamimura, K. Kashima, K. Sugae, H. Miyuki, H. Kudo (2013), Tạp chí của Hiệp hội Khoa học Vật liệu, Nhật Bản, 63, 207.
[9]. K. Sugae, T. Kamimura, H. Miyuki, T. Kudo (2018), Mater. Trans, 59, 779.
[10]. T. Kamimura, M. Nishio, T. Maeda, N. Yoshida, K. Kashima, K. Sugae, H. Miyuki, T. Kudo (2013), Nguyên liệu và môi trường, 62, 187.
[11]. H.Nagano, M. Yamashita, H. Ucida (2004), Khoa học vật liệu môi trường – Kỹ thuật chống ăn mòn và bảo vệ liên quan đến bảo tồn môi trường toàn cầu, Kyoritsu Shuppan Co., Ltd., Tokyo, Japan, pp.87.
[12]. K. Sugae, T. Kamimura, M. Tanaka, M. Kodama, H. Iki (2016), Kỷ yếu Hội nghị thường niên lần thứ 71 của Hiệp hội Kỹ sư xây dựng Nhật Bản, 1025.
[13]. K. Sugae, T. Kamimura, M. Tanaka, M. Kodama, H. Iki (2017), Kỷ yếu Hội nghị thường niên lần thứ 72 của Hiệp hội Kỹ sư xây dựng Nhật Bản, -018.
[14]. Y. Aoki, Y. Takada, K. Sugae, T. Kamimura, H. Iki,
Kodama, K. Nasu (2018), Kỷ yếu Hội nghị thường niên lần thứ 73 của Hiệp hội xây Nhật Bản, 1-018
[15]. Nguyễn Tuyết Trinh, Takahi (2013), Đánh giá khả năng ứng dụng thép chịu thời tiết qua kết quả thử nghiệm ban đầu ở Việt Nam, Tạp chí GTVT.
[16]. Nguyễn Thị Tuyết Trinh, Đào Duy Lâm (2013), Kết quả điều tra tình trạng của thép chịu thời tiết áp dụng ở cầu Chợ Thượng, Tạp chí GTVT.
[17]. Mạc Văn Hà, Nguyễn Thị Tuyết Trinh (2015), Phân tích đánh giá trạng thái ăn mòn của thép chịu thời tiết tại các vị trí liên kết của cầu Chợ Thượng, Tạp chí GTVT.
Xin cảm ơn!
PGS.TS. NGUYỄN THỊ TUYẾT TRINH – Trường Đại học Giao thông vận tải
TS. KIYONOBU SUGAE – Tập đoàn Nippon Steel & Sumitomo Metal
Người phản biện:
PGS.TS. Đào Duy Lâm
TS. Thái Minh Quân
Đã gửi đến chúng tôi bài viết này!
(Bài đăng trên Báo GTVT số 09-2018)