Cầu thép chịu thời tiết đầu tiên ở Việt Nam là cầu Chợ Thượng (Hà Tĩnh). Sau 15 năm đưa vào khai thác, công tác đánh giá trạng thái ăn mòn tại các vị trí liên kết của cầu này chưa được tiến hành. Bài báo trình bày tóm tắt kết quả phân tích, đánh giá trạng thái ăn mòn thép chịu thời tiết tại các vị trí liên kết của cầu Chợ Thượng để đánh giá được hiệu quả thực tế và khả năng áp dụng loại thép này ở Việt Nam.
1. Giới thiệu
Trong cầu giàn thép, các vị trí liên kết thường có đặc điểm bị đọng nước, chứa rác thải và tập trung ứng suất… tạo ra môi trường ăn mòn thuận lợi gây ra tình trạng giảm khả năng chịu lực của cầu, tăng chi phí duy tu bảo dưỡng và làm giảm tuổi thọ công trình [1]. Tại các vị trí liên kết này công tác sơn bảo dưỡng hết sức khó khăn hoặc không triệt để do phạm vi chật hẹp. Hiện nay ở Việt Nam, các vị trí liên kết ở nhiều cầu thép thông thường, đặc biệt là cầu giàn, hiện tượng ăn mòn xảy ra rất khốc liệt. Trong khi đó, tại các vị trí liên kết cầu thép sử dụng thép chịu thời tiết lại chưa hề được khảo sát và đánh giá tình trạng ăn mòn.
Trong điều kiện môi trường thích hợp, thép chịu thời tiết có thể không cần sơn, trên bề mặt thép sẽ hình thành lớp gỉ ngăn chặn sự phát triển quá trình ăn mòn. Để có thể đánh giá được tình trạng ăn mòn tại các vị trí liên kết của cầu thép chịu thời tiết trong điều kiện môi trường thực tế của Việt Nam, từ đó đánh giá được khả năng áp dụng rộng rãi loại thép này cho các công trình cầu thép ở Việt Nam, bài báo tiến hành phân tích, đánh giá trạng thái ăn mòn tại các vị trí liên kết của cầu Chợ Thượng, đây là vị trí chịu các tác nhân gây ăn mòn mạnh nhất trên cầu.
2. Khảo sát tình trạng ăn mòn tại các vị trí liên kết của cầu Chợ Thượng
2.1. Giới thiệu chung về cầu Chợ Thượng
Cầu Chợ Thượng nằm ở huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh trên tuyến đường sắt Bắc Nam, cách Hà Nội khoảng 338km, cách bờ biển khoảng 25km. Đây là cầu thép chịu thời tiết đầu tiên ở Việt Nam, cầu sử dụng vật liệu thép chịu thời tiết có ký hiệu SMA-W chế tạo theo Tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản. Cầu được xây dựng xong vào năm 1999 bằng vốn hỗ trợ phát triển của Nhật Bản (ODA). Đặc trưng các loại thép chịu thời tiết sử dụng trên cầu Chợ Thượng được thể hiện trong Bảng 2.1. Toàn bộ phần cầu tính từ ray trở lên không sơn phủ, phần cầu tính từ ray trở xuống được sơn phủ do xét đến ảnh hưởng của nước thải trên cầu. Tới nay, sau 15 năm khai thác, cầu này mới được đánh giá tình trạng ăn mòn cho hệ thanh giàn, các vị trí liên kết chưa được đánh giá.
Hình 2.1: Cầu Chợ Thượng
Hà Tĩnh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới có hai mùa khí hậu rõ ràng: Mùa mưa và mùa khô. Đây là khu vực thuộc vành đai nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của khí hậu chuyển tiếp của miền Nam và miền Bắc, nên có các đặc điểm của khu vực khí hậu nhiệt đới điển hình của miền Nam và mùa đông lạnh khô của miền Bắc. Hàm lượng muối trong không khí trong khu vực nhỏ hơn 0,04mg/dm2/ngày. Theo khuyến cáo trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu trên đường cao tốc của Hiệp hội Đường bộ Nhật Bản năm 2012, cầu thép chịu thời tiết không sơn nên được áp dụng trong các vùng có hàm lượng muối không khí lắng đọng dưới 0,05mg/dm2/ngày. Do đó, cầu thép chịu thời tiết Chợ Thượng được áp dụng tại vị trí phù hợp theo Tiêu chuẩn thiết kế này.
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của các loại thép chịu thời tiết áp dụng trên cầu Chợ Thượng (Theo JIS G3114)
2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp đánh giá ăn mòn được thể hiện trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Phương pháp đánh giá
2.3. Khảo sát tình trạng ăn mòn tại các vị trí liên kết của cầu Chợ Thượng
Nút giàn điển hình ở phía trên và phía dưới được thể hiện trong Hình 2.2
Hình 2.2. Nút giàn điển hình ở phía trên và phía dưới
2.3.1. Kết quả khảo sát sử dụng phương pháp quan sát bằng mắt thường
Tiêu chuẩn đánh giá mức độ gỉ sắt bằng mắt thường được đề xuất như ở Bảng 2.2. Tiêu chuẩn này được sử dụng để quan sát bằng mắt thường tình trạng gỉ sắt của thép chịu thời tiết và thực hiện phân loại mức độ gỉ sắt dựa trên cấu trúc của các hạt gỉ sắt (kích thước, độ dày…). Mức độ gỉ sắt “5”, “4”, “3” là những trạng thái có tính năng chống ăn mòn. Mức độ gỉ sắt “2” có tính năng đẩy nhanh ăn mòn hơn dự kiến, do đó, đây là trạng thái cần chú ý tiến hành quan sát liên tục. Mức độ gỉ sắt “1” có tính năng đẩy nhanh ăn mòn nhanh chóng, cần đưa ra biện pháp xử lý.
Bảng 2.3. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ gỉ sắt bằng mắt thường
Theo kết quả khảo sát bằng mắt thường cho thấy, hầu hết các vị trí liên kết của cầu có trạng thái gỉ thông thường (mức độ gỉ “3”,“4”, “5”), thép phát huy tốt hiệu quả chống ăn mòn, các vị trí liên kết của nhịp 2 bị ăn mòn mạnh hơn cả so với các nhịp khác của cầu. Mặc dù cường độ nắng và gió ở phía Đông và phía Tây của cầu chịu ảnh hưởng khác nhau, tuy nhiên gỉ của các nút giàn đối xứng phía Đông và phía Tây về cơ bản tương đương nhau.
Mức độ gỉ của hầu hết các bộ phận kết cấu không sơn tại các nút giàn của nhịp 2 ở mức độ “4”, chỉ có phần kết cấu tiếp giáp liên kết bu lông nút giàn TJ5, TJ6, BJ5, BJ6, BJ7 của các thanh chéo có mức độ gỉ “3”. Ngoài hai thanh xiên, các kết cấu của nút giàn phía dưới đều được sơn 6 lớp có chất lượng tốt, chưa thấy xuất hiện các dấu hiệu hư hỏng sơn và ăn mòn kết cấu. Ký hiệu và vị trí của các nút giàn này được thể hiện trên Hình 2.3. Mức độ gỉ sắt của các nút giàn TJ5, TJ6, BJ5, BJ6, BJ7 của nhịp 2 sau 15 năm khai thác được thể hiện trong Bảng 2.3. Ngoài các nút giàn phía dưới, các vị trí liên kết được sơn khác xuất hiện một vài điểm gỉ cục bộ, sơn bị bong tróc, bụi bẩn bám ở mức độ khá nhỏ.
Hình 2.3: Ký hiệu nút giàn của nhịp 2
Bảng 2.4. Kết quả đánh giá mức độ gỉ sắt của nhịp 2
(Còn tiếp)
Bài viết được trích từ Bài báo đã được đăng trên Tạp chí giao thông vận tải ngày 26/12/2015
TS. Mạc Văn Hà – Trường Đại học Giao thông vận tải
PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh – Trường Đại học Giao thông vận tải
Người phản biện:
PGS. TS. Bùi Đức Chính – PGS. TS. Nguyễn Thị Bích Thủy
Tài liệu tham khảo
[1]. GS. TS. Nguyễn Viết Trung và cộng sự (2012), Nghiên cứu ứng dụng thép chịu thời tiết áp dụng cho xây dựng cầu ở Việt Nam, Đề tài NCKH cấp Bộ GD&ĐT. [2]. PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh (2014), Kết quả điều tra tình trạng của thép chịu thời tiết áp dụng ở cầu Chợ Thượng, Tạp chí GTVT. [3]. PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh, TS. Masahide Takagi (2013), Đánh giá khả năng ứng dụng thép chịu thời tiết qua kết quả thử nghiệm ban đầu ở Việt Nam, Tạp chí GTVT. [4]. Trường Đại học GTVT, Tập đoàn thép Nippon Steel & Sumitomo Metal (2012), Hướng dẫn sử dụng thép chịu thời tiết cho công trình cầu ở Việt Nam, NXB. Khoa học Công nghệ. [5]. Japan Road Association (2012), Specifications for Highway Bridges – Part II – Steel Bridges, Tokyo, Japan. [6]. Japan Road Association (2014), JIS 3114 – Steel. [7]. T. Murata (2000), “Weathering steel” in Uhlig’s Corrosion Handbook, J. Wiley & Sons, New York.