Trên thế giới, bê tông cốt thép được phát minh và ứng dụng từ giữa thế kỷ 19. Ở Việt Nam, kết cấu này được người Pháp đưa vào sử dụng ngay từ những năm cuối của thế kỷ 19, nhưng phải sau năm 1960, các công trình bê tông cốt thép mới tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, hiện tượng bê tông cốt thép bị ăn mòn đang trở thành thách thức đối với nhà thầu thi công. Yêu cầu đặt ra là làm thế nào để phòng tránh sự ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép, nâng cao tuổi thọ công trình.

Mối liên hệ giữa kết cấu bê tông cốt thép với công trình xây dựng

Hiện nay, bê tông cốt thép vẫn đang được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng, là vật liệu khó thay thế trong tương lai bởi tính dễ ứng dụng, dễ thích nghi, chi phí sản xuất và bảo trì thấp do độ bền cao, khả năng phục hồi tốt. Vật liệu này thường được sử dụng để xây dựng nền móng cho các tòa nhà cao tầng, đường cao tốc, đường hầm thủy điện, hầm xuyên biển, cầu cống và các cấu trúc đúc sẵn khác…

Qua hơn một thế kỷ sử dụng, ngoài những ưu điểm nổi bật nêu trên thì bê tông cốt thép cũng có một số nhược điểm như: Khả năng tái sử dụng thấp, thời gian thi công lâu… Đặc biệt là rất dễ bị ăn mòn trong một số môi trường như: Nước biển, nước thải, khí thải ... Yếu tố này là nguyên nhân chính ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ công trình.

Theo các nhà nghiên cứu ở châu Âu, hiện tượng ăn mòn cốt thép và bê tông dẫn đến làm nứt vỡ và phá huỷ kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển có thể xuất hiện sau 10 đến 30 năm sử dụng. Tại Việt Nam, qua quá trình kiểm định và sửa chữa nhận thấy, các công trình trong khu vực bị ảnh hưởng của nước biển có tuổi thọ từ 15 đến 20 năm. Còn trong đất liền, các nhà thầu xây dựng cũng như người mua nhà chung cư - loại hình công trình được xây dựng phổ biến ở các thành phố luôn quan tâm công trình của mình sẽ có tuổi thọ bao nhiêu năm?

Thực tế cho thấy, nhiều công trình mới được 2 năm (kể từ khi bàn giao đưa vào sử dụng) nhưng đã phải sửa chữa, gây thiệt hại kinh tế cho chủ đầu tư và người sử dụng.

Lý do là vì hiện nay các đơn vị thi công trong nước thường chú trọng đến khả năng chịu lực, mà chưa chú trọng đúng mức đến độ bền và tuổi thọ của công trình. Vì vậy, các công trình này thường có tuổi thọ ngắn hơn so với công trình của các nước phát triển ở châu Âu và Mỹ.

Tại sao tuổi thọ công trình ở các nước phát triển cao hơn Việt Nam

Để trả lời câu hỏi này, hãy xem các nước phát triển giải quyết thế nào vấn đề trên tại một số công trình có tuổi thọ 100 năm.

1. Tuyến cống dẫn nước thải dài 8 km tại Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh

Tuyến cống dẫn nước thải dài 8 km tại Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh.

Ngoài việc sử dụng bê tông chất lượng cao, công trình có màng bọc chống thấm PE được gắn trước khi đổ bê tông. Tuổi thọ công trình phụ thuộc rất lớn vào lớp màng này. Việc tại sao không dùng chất chống thấm quét sau khi thi công sẽ được thảo luận ở đề tài khác.

2. Đường hầm xuyên biển CHANNEL giữa 2 nước Anh và Pháp:

Đường hầm xuyên biển CHANNEL.

Công trình này có tuổi thọ thiết kế 120 năm; Cường độ thiết kế: 60 N/mm2; Sử dụng 30% bột khoáng tro bay để giảm nhiệt, tăng cường độ, giảm ăn mòn.

Để công trình có tuổi thọ 120 năm, các nước đang phát triển đã dùng phương pháp điện hóa (Cathodic Protection) với 16 lỗ khoan đặt Anode, chiều sâu mỗi lỗ là 100m. Theo các chuyên gia, nếu chỉ dùng bê tông thì tuổi thọ công trình chỉ đạt 50-60 năm, bằng 1/2 tuổi thọ yêu cầu.

Các thông số này được trích dẫn từ Viện Nghiên cứu ăn mòn của Bỉ (CEBELOR) - Đơn vị thiết kế hệ thống  bảo vệ ăn mòn cho công trình (tháng 12/1993).

Qua 2 ví dụ thực tế trên cho thấy một số kinh nghiệm từ các nước phát triển trong việc nâng cao tuổi thọ công trình tại khu vực có môi trường ảnh hưởng đến sự ăn mòn cốt thép trong bê tông như sau:

- Tuổi thọ công trình có kết cấu bê tông cốt thép phụ thuộc nhiều vào chiều dày và chất lượng lớp bê tông bảo vệ, cũng như kết cấu thép thì phụ thuộc nhiều vào lớp sơn bên ngoài.

- Chỉ dùng lớp bảo vệ bằng bê tông không thể đáp ứng tuổi thọ 100 năm cho các công trình chịu ảnh hưởng bởi môi trường ăn mòn.

- Ngoài dùng phương pháp dùng màng bọc, còn dùng dòng điện để ngăn chặn ăn mòn.

Quy phạm về ngăn chặn ăn mòn cốt thép trong bê tông bằng phương pháp điện hóa

Mặt dù kinh phí bỏ ra xây dựng công trình không ít, nhưng tuổi thọ một số công trình của Việt Nam còn thấp so với các nước phát triển. Để giải quyết vấn đề này không chỉ tập trung nâng cao chất lượng lớp bê tông bảo vệ, mà còn phải áp dụng một số biện pháp khác trong đó có phương pháp điện hóa - bảo vệ cực âm.

Phương pháp bảo vệ cực âm là dùng 2 điện cực Anode - điện cực ngoài, Cathodic - thép cần bảo vệ. Sau khi cung cấp dòng điện 1 chiều chạy từ Anode đến Cathodic thì một số phản ứng hóa học xảy ra, dẫn đến điện thế trong thép có xu thế trở về 0.

Cấu tạo của phương pháp điện hóa ngăn chặn ăn mòn của thép trong bê tông.

Hiện nay, quy phạm của các nước châu Âu về ngăn chặn ăn mòn cốt thép trong bê tông bằng phương pháp điện hóa - bảo vệ cực âm (Cathodic Protection) là BS EN ISO 12696:2016, còn của Hoa Kỳ là NACE SP02016-2016 và NACE SP0290-2007.

Phương pháp điện hóa BS EN ISO 12696:2016.

Theo quy phạm BS EN ISO 12696:2016, khi tắt nguồn điện thế đạt được > -150 mV thì coi nhưng cốt thép bị ăn mòn không đáng kể.

Trong khi đó Việt Nam hiện nay chưa có quy phạm về ngăn chặn ăn mòn cốt thép trong bê tông bằng điện hóa mà chỉ có quy phạm dùng phương pháp điện hóa cho kết cấu thép (TCVN 9348:2012 (ASTM C876), TCVN 10264: 2014, TCVN 10263:2014, TCVN 11197:2015).

TCVN 9348:2012 (ASTM C876).

Theo TCVN 9348:2012 (ASTM C876): Khi khảo sát ăn mòn cốt thép trong bê tông, chúng ta thường dùng thiết bị đo điện thế cốt thép. Với điện cực Bạc Clorua, điện thế cốt thép từ -256 mV đến -106 mV thì khả năng cốt thép bị ăn mòn không chắc chắn (có thể yên tâm chưa bị ăn mòn).

Khảo sát thực tế thi công tại các công trình trong nước cho thấy, một số đơn vị, nhà thầu thi công đã sử dụng phương pháp điện hóa để ngăn chặn ăn mòn của thép trong bê tông. Trong đó điển hình là Công ty TNHH XD và TM Phú Bắc (Phubaco) đã kịp thời nắm bắt những ưu điểm của phương pháp điện hóa, cũng như nhận thức được tầm quan trọng của việc sử dụng phương pháp này giúp tăng tuổi thọ công trình, từ đó mạnh dạn nghiên cứu, áp dụng phương pháp này khi thi công các công trình.

Tủ cung cấp điện cho công trình sử dụng phương pháp điện hóa và quá trình gắn Anode bảo vệ ăn mòn công trình.

Đến nay sau gần 17 năm hoạt động, Phubaco đã sửa chữa nhiều công trình thủy điện, cầu cảng và nhà dân dụng trên cả nước. Phubaco đã chế tạo thành công thiết bị ngăn chặn ăn mòn của thép trong bê tông bằng dòng điện. Thiết bị này ứng dụng công nghệ 4.0, hoàn toàn tự động điều khiển.

Để biết thêm thông tin chi tiết vui lòng truy cập website: http://phubac.vn/ hoặc liên hệ hotline: 0908906788  

Nguồn: Baoxaydung