Tài liệu NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG ĂN MÒN, XÂM THỰC CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP VÙNG VEN BIỂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG, CHỐNG

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG ĂN MÒN, XÂM THỰC CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP VÙNG VEN BIỂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG, CHỐNG Chủ nhiệm đề tài: ThS. TRƯƠNG HOÀI CHÍNH Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng I. MỞ ĐẦU: Vấn đề ăn mòn phá hủy vật liệu trong môi trường nước biển là một vấn đề hết sức phức tạp. Do vậy, việc nghiên cứu đưa ra biện pháp bảo vệ chống ăn mòn xâm thực một cách có hiệu quả cho các công trình phải được dựa trên cơ sở của các kết quả nghiên cứu cụ thể về mức độ xâm thực của môi trường, như tác động của khí hậu, môi trường nước biển và môi trường không khí. Đối với các quốc gia, thành phố có nhiều biển thì các công trình xây dựng ven biển như cầu, cảng,… đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế. Do vậy việc nghiên cứu phương pháp bảo vệ chống ăn mòn nhằm nâng cao tuổi thọ cho các công trình là một vấn đề hết sức quan trọng. Hiện nay, trên thế giới, hầu hết các công trình ven biển, trên biển của các quốc gia có nền kinh tế phát triển đều được ứng dụng các công nghệ chống ăn mòn phù hợp. Thành phố Đà Nẵng với vị trí địa lý có bờ biển dài do vậy có rất nhiều công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp (DD&CN) nằm trên biển hoặc ven biển đặc biệt là các công trình cầu cảng. Hiện nay, ở Đà Nẵng có 3 cầu cảng chính làm nhiệm vụ khác nhau gồm cảng cá Thuận Phước, cảng Liên Chiểu, cảng Tiên Sa. Các cảng này đóng một vai trò rất quan trọng, góp phần vào sự phát triển kinh tế của thành phố, đặc biệt là cảng Tiên Sa, làm nhiệm vụ xuất và nhập hàng hóa lớn của khu vực miền Trung và cả nước. Tuy nhiên, cho đến hiện nay chưa có một công trình nào được ứng dụng những biện pháp chống ăn mòn xâm thực một cách hiệu quả. Chính vì thế, việc nghiên cứu khảo sát tình trạng và tìm ra nguyên nhân gây ăn mòn phá hủy các công trình là vấn đề rất cần thiết và cấp bách nhằm góp phần vào việc đánh giá được tình trạng, mức độ hư hỏng, tìm ra được nguyên nhân, trên cơ sở đó đưa ra các phương pháp sửa chữa phục hồi các công trình, dự báo khả năng ăn mòn phá hủy cho các công trình, dự báo khả năng ăn mòn xâm thực, phương pháp ứng dụng chống ăn mòn phá hủy cho các công trình đang hoạt động nói riêng và những công trình đang và sẽ đầu tư xây dựng tại vùng ven biển Đà Nẵng nói chung, nhằm nâng cao tuổi thọ của các công trình, góp phần vào sự phát triển kinh tế ổn định cho thành phố. II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu khảo sát thực trạng về mức độ xâm thực của môi trường không khí, nước biển của vùng ven biển Đà Nẵng và dựa trên việc khảo sát thực trạng của các công trình tiêu biểu vùng ven biển thành phố Đà Nẵng để đưa ra các dự báo về tình trạng ăn mòn của các công trình. Trên cơ sở khảo sát, đo đạc nghiên cứu và kết quả thử nghiệm đề tài sẽ đưa ra những biện pháp sửa chữa phục hồi các công trình và biện pháp chống ăn mòn phù hợp đặc biệt với công trình bê tông cốt thép vùng ven biển thành phố Đà Nẵng. III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 1. Đặc trưng chung của biển và quá trình ăn mòn trong môi trường biển; 2. Khảo sát, phân tích đánh giá môi trường xâm thực vùng ven biển thành phố Đà Nẵng; 3. Nghiên cứu khảo sát và đánh giá tình trạng ăn mòn xâm thực của các công trình xây dựng vùng ven biển thành phố Đà Nẵng; 4. Phân tích nguyên nhân, dự báo mức độ ăn mòn phá hủy của các công trình xây dựng vùng ven biển thành phố Đà Nẵng; 5. Đề xuất các giải pháp bảo vệ phòng và chống ăn mòn xâm thực cho các công trình xây dựng vùng ven biển Đà Nẵng - Công nghệ chống ăn mòn - Thử nghiệm thiết bị bảo vệ chống ăn mòn. IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: Chương 1: Đặc trưng chung của biển và quá trình ăn mòn trong môi trường biển: 1. Những đặc trưng của môi trường biển: - Với diện tích của nước biển chiếm hơn 70% diện tích trái đất, sự khác nhau của các vùng khí hậu, đặc điểm địa lý,… do vậy thành phần và những tính chất hóa lý của nước biển cũng thay đổi rất nhiều. - Nước biển chứa khoảng 30-40g muối tan và khoảng vài chục mg các chất ở dạng huyền phù. Khối lượng muối trong nước biển thay đổi theo vị trí địa lý của các vùng này, vùng khác, theo mùa. - Độ muối lớn của nước biển đóng vai trò quan trọng cho tính chất dẫn điện của nước biển, điện trở của nước biển khoảng 20Ω.cm, giá trị này nhỏ hơn một nghìn lần so với nước ngọt. - Nhiệt độ của nước biển liên quan đến sự trao đổi với môi trường không khí. Sự thay đổi nhiệt độ là một tham số ảnh hưởng hầu như toàn bộ các tham số như độ hòa tan của các khí, hoạt động của các vi sinh vật hoặc sự cân bằng hóa học. Như vậy thông thường rất khó khăn đánh giá được hiệu ứng của nó đến quá trình phá hủy vật liệu. - Áp suất thủy tĩnh là một trong những tham số quan trọng đối với công trình nằm sâu trong nước biển. Sự thay đổi áp suất theo độ sâu là 1atm/10m. Sự thay đổi này ảnh hưởng rất nhiều đến nhiệt độ và sự hòa tan của oxy. - Hoạt động của các vi sinh vật ảnh hưởng đến pH, nồng độ CO 2, O2 hòa tan thông qua quá trình quang hợp, hô hấp (oxy hóa sinh học). Quá trình hô hấp tiêu thụ các vật liệu hữu cơ, oxy và sinh ra CO 2, điều này có khuynh hướng làm giảm pH. Sự thay đổi pH, nồng độ oxy hòa tan theo chiều sâu thông thường được liên quan với nhau. Sự nhúng chìm một vật liệu không toxit vào nước biển, đứng trên phương diện sinh vật học, trong một thời gian sẽ tạo thành một lớp mỏng sinh vật chứa những vi khuẩn, tảo. Lớp vi sinh vật, “rác bẩn của biển” bao bọc công trình và gây ra quá trình ăn mòn của vật liệu. - Dòng chảy của biển, sự tạo cặn trên bề mặt và những tham số khác làm tăng cường cho quá trình ăn mòn, nhất là những vùng nước bị khuấy động. 2. Cơ chế ăn mòn kim loại trong môi trường biển: Trong môi trường biển, những kiểu ăn mòn chính, chủ yếu xảy ra như sau: - Ăn mòn pin galvanique: Do sự dẫn điện tốt của môi trường biển. - Ăn mòn vết và ăn mòn lỗ: Do hàm lượng Cl- trong nước biển. - Ăn mòn sinh học: Do hoạt động của các vi sinh vật. Cuối cùng là sự ăn mòn xảy ra theo các kiểu khác nhau tùy thuộc vào kim loại nhúng chìm trong nước biển, do hiện tượng thủy triều mà chúng thường xuyên hay không thường xuyên với những kỳ sấy khô khi tiếp xúc với không khí. Những vùng ăn mòn của công trình trong môi trường biển: Sự ăn mòn vật liệu có thể thay đổi tùy theo vị trí và điều kiện tiếp xúc của vật liệu, người ta phân biệt các vùng khác nhau: - Vùng tiếp xúc với không khí: Vùng này có thể xảy ra quá trình ăn mòn do phản ứng kim loại với oxy của không khí. Khi độ ẩm và nồng độ của một vài chất ô nhiễm trong không khí cho phép tạo thành một chất điện phân trên bề mặt, cơ chế giống với cơ chế của sự ăn mòn trong môi trường nước. - Vùng nước bắn: Vùng này nằm ngay trên vùng tiếp giáp với mực nước biển. Đối với những kim loại không thụ động, như thép carbon, thép hợp kim yếu, thì sự ăn mòn trong vùng này rất mạnh. - Vùng nước thủy triều: Là vùng nằm giữa mức cao và mức thấp thủy triều. Kim loại nằm trong vùng tiếp xúc khi thủy triều lên và không tiếp xúc khi thủy triều xuống. - Vùng chìm trong nước biển: Đây là vùng tiếp xúc thường xuyên với nước biển, sự ăn mòn mạnh xảy ra ngay tại vùng ranh giới tạo mức nước thấp nhất vì một pin ăn mòn tạo thành với phần trên của công trình. Pin này được mang tên là pin thông gió, phần trên nằm trong vùng thủy triều tiếp xúc với môi trường nhiều không khí, tạo nên cathode nơi xảy ra quá trình khử của O2. Phần nằm ngay phía dưới (vùng ngập trong nước biển) tạo thành anode, nơi xảy ra quá trình oxy hóa kim loại. - Vùng trầm tích (cặn): Vùng này rất phức tạp, tương ứng với phần công trình bị chôn vùi trong biển. Vùng này không đơn giản là quá trình tích tụ những vật liệu rắn từ trong nước, mà trong vùng này còn xảy ra rất nhiều quá trình chuyển hóa liên quan đến hoạt động của các vi sinh vật và những dòng trao đổi vật liệu giữa vùng trầm tích và nước biển. 3. Các dạng ăn mòn trong môi trường nước biển: - Ăn mòn galvanique và ăn mòn chọn lựa: Sự ăn mòn kim loại pin galvanique là sự ăn mòn do tạo thành pin giữa các kim loại mà những đặc tính điện hóa khác nhau trong một môi trường. - Ăn mòn vết, ăn mòn lỗ: Hai kiểu ăn mòn này xảy ra rất phổ biến trong môi trường biển do hàm lượng Cl- trong biển rất lớn. Kiểu ăn mòn vết xảy ra thông thường đối với kim loại thụ động bởi màng oxyt mỏng trên bề mặt, sự ăn mòn này gây ra bởi những ion đặc trưng, đặc biệt là ion Cl - và tạo thành những vết rất nhỏ vài chục micromet. Ăn mòn lỗ là những trường hợp sự tấn công chọn lựa vào những vị trí khe, vết nứt của kim loại, dung dịch không thể trao đổi với môi trường, oxy trong vùng này nhanh chóng bị tiêu thụ, sự hòa tan anode của kim loại sẽ dẫn đến sự tích tụ các ion kim loại và chúng sẽ phải được cân bằng điện với sự dịch chuyển của ion đến từ bên ngoài lỗ. - Phá hủy sinh vật: Là sự thay đổi toàn bộ tính chất lý hóa, cơ học của kim loại dưới tác dụng của các vi sinh vật như các vi khuẩn, nấm, mốc, tảo. - Ăn mòn - Xói mòn: Ăn mòn xói mòn được phân biệt thành hai loại, ăn mòn mài mòn là sự phá hủy cơ học do sự có mặt của những hạt dạng huyền phù. Ăn mòn xâm thực là kết quả của sự xâm thực những bọt khí trên bề mặt. 4. Kết luận: Quá trình ăn mòn phá hủy vật liệu, công trình trong môi trường nước biển là quá trình phức tạp. Việc nghiên cứu khảo sát nguyên nhân, tình trạng ăn mòn phá hủy của các công trình trong biển, ven biển để tìm ra được biện pháp phòng chống là vấn đề cần thiết nhằm nâng cao tuổi thọ cho các công trình. Chương 2: Khảo sát, phân tích đánh giá môi trường xâm thực vùng ven biển thành phố Đà Nẵng: 1.Kết quả khảo sát và đo đạc môi trường xâm thực vùng ven biển thành phố Đà Nẵng: - Vị trí khảo sát: + Cầu Nguyễn Văn Trỗi. + Cảng cá Thuận Phước. + Cảng Tiên Sa. + Cảng Liên Chiểu. - Thời gian khảo sát và đo đạc: + Mùa khô: Vào tháng 6, 7. + Mùa mưa: Vào tháng 11, 12. - Phương pháp nghiên cứu: + Sử dụng thiết bị đo đạc trực tiếp tại hiện trường. + Sử dụng thiết bị lấy mẫu và tiến hành đo đạc, phân tích phòng thí nghiệm. - Các kết quả khảo sát và đo đạc: (Xem báo cáo tổng kết) 2. Phân tích mức độ xâm thực của môi trường: - Theo kết quả đo đạc, ở Đà Nẵng, nhiệt độ dao động từ 21,3 - 29,1 0C, độ ẩm trung bình quanh năm lớn khoảng 85%, lượng mưa trung bình hằng năm 2041,5mm, số ngày sương mù 3,3 ngày. Dưới điều kiện khí hậu như vậy tốc độ ăn mòn thép CT3 (g/m2.năm) bằng 382,1. - Sông Hàn và sông Cu Đê tạo thành hai cửa biển, tại những vị trí này độ mặn của nước biển giảm nhưng ngược lại, tại hai vị trí này chứa rất nhiều bùn và phù sa là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của quá trình ăn mòn phá hủy các công trình do các vi sinh vật. - Với đặc điểm độ ẩm không khí cao đặc biệt mùa mưa, kết hợp với những cơn mưa thường xuyên dẫn đến bề mặt công trình luôn luôn bị ẩm ướt. Sự ẩm ướt bề mặt của công trình làm tăng khả năng khuếch tán các ion xâm thực qua các lớp bê tông bảo vệ. Sự chênh lệch lớn của nhiệt độ giữa mùa đông và mùa hè, kèm theo sự thay đổi mạnh của độ ẩm giữa mùa mưa (~40%) và mùa khô (~85%) gây nên sự giản nở của lớp BT bảo vệ, sinh ra các vết nứt trên bề mặt cũng tăng cường quá trình thâm nhập các tác nhân gây ăn mòn phá hủy. - Nước biển là một trong những môi trường có độ xâm thực mạnh do chứa nhiều tác nhân gây ăn mòn và phá hủy như Cl -, SO42-, O2 hòa tan, ngoài ra còn có các khoáng chất khác. Sự ăn mòn phá hủy các công trình xảy ra mạnh nhất tại vùng mực nước lên xuống, nơi tiếp xúc ba vùng không khí, nước biển và bề mặt công trình. Chính vì vậy việc khảo sát thành phần nước biển ở tầng bề mặt rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ xâm thực gây ăn mòn phá hủy của các công trình. 3. Kết luận: Mức độ xâm thực của môi trường (không khí, nước biển) là một yếu tố quyết định đến khả năng gây ăn mòn phá hủy của các công trình. Kết quả khảo sát cho thấy, đặc điểm thành phần nước biển, môi trường không khí của các vùng ven biển Đà Nẵng có độ xâm thực từ trung bình đến nặng. Bên cạnh đó, các công trình luôn chịu ảnh hưởng lớn của khí hậu như tác động thường xuyên của nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng Cl - khuếch tán lớn, tác động theo chu kỳ khô - ẩm và nhiều gió bão gây ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của các công trình. Mùa đông, thường có những cơn mưa phùn, thời tiết hanh khô, ngược lại mùa hè, trời nóng làm nước bốc hơi nhanh nhưng đôi lúc cũng có những cơn mưa đột ngột. Chính những tác nhân này gây nên những quá trình khô ẩm trên bề mặt kết cấu công trình, tăng cường quá trình xâm thực của các tác nhân gây ăn mòn phá hủy đến công trình. Chương 3: Nghiên cứu khảo sát và đánh giá tình trạng ăn mòn xâm thực của các công trình xây dựng vùng ven biển thành phố Đà Nẵng: 1. Đặt vấn đề: Ở Đà Nẵng, do đặc điểm vị trí địa lý, khí hậu nhiệt độ, độ ẩm cao, kết hợp với môi trường vùng biển thì quá trình ăn mòn xâm thực đối với các công trình xây dựng bằng BTCT là điều không thể tránh khỏi và ở mức độ rất mạnh. Do vậy việc đánh giá hiện trạng ăn mòn xâm thực các công trình là vấn đề cần thiết, làm cơ sở cho việc triển khai ứng dụng các công nghệ chống ăn mòn, mang lại hiệu quả đầu tư cao, góp phần vào sự phát triển kinh tế ổn định cho thành phố. 2. Vị trí và phương pháp nghiên cứu khảo sát mức độ ăn mòn xâm thực của các công trình: - Các vị trí được chọn lựa nghiên cứu khảo sát bao gồm: + Công trình cầu Nguyễn Văn Trỗi (Thép). + Công trình cảng cá Thuận Phước (BTCT). + Công trình cảng Tiên Sa (BTCT). + Công trình cảng Liên Chiểu (BTCT). - Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện được dựa trên phương pháp đo đạc tại hiện trường hoặc lấy mẫu đo đạc các chỉ tiêu tại phòng thí nghiệm. Các dụng cụ nghiên cứu bao gồm: + Máy đo điện thế ăn mòn Ag/AgCl + Máy đo chiều dày màng sơn + Máy đo đường kính cốt thép PROFOMETER 5-S + Máy đo cường độ Bê tông (súng bật nảy Thụy Sĩ) 3. Kết quả khảo sát và đo đạc: Xem báo cáo tổng kết. 4. Phân tích đánh giá thực trạng ăn mòn xâm thực của các công trình xây dựng bằng thép và BTCT vùng ven biển thành phố Đà Nẵng: Việc đánh giá các tác nhân gây ăn mòn, xâm thực đến các công trình BTCT và thép ở Đà Nẵng dựa trên hai yếu tố chủ quan và khách quan. Về yếu tố chủ quan là do ảnh hưởng của môi trường xâm thực như: Vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu Đà Nẵng, các tác nhân trong môi trường không khí, các tác nhân trong môi trường nước biển. Về yếu tố khách quan bao gồm việc thiết kế, thi công, công tác bảo trì, ứng dụng công nghệ ăn mòn cho các công trình. Do đặc điểm của từng vị trí, cấu trúc của các công trình khác nhau nên việc đánh giá dựa trên tình trạng của từng công trình cụ thể. a. Công trình xây dựng bằng thép - Cầu Nguyễn Văn Trỗi: Theo kết quả khảo sát và đo đạc, nhiều mảng sơn bị bong ra, thép bị lộ hẳn ra ngoài và bị ăn mòn đánh thủng đặc biệt ở sàn cầu. Tình trạng ăn mòn xảy ra không đồng đều, ăn mòn theo kiểu cục bộ. Phần chìm trong nước, hiện nay đang bảo vệ bằng phương pháp anode hy sinh, hệ thống anode hy sinh này do CPRC- Hanoi University of Technology, Việt Nam thiết kế, sản xuất và lắp đặt. Hệ thống này áp dụng cho phần công trình bị nhúng chìm trong nước, thời gian bảo vệ trong vòng 10 năm. Hiện nay, công tác bảo trì do Sở Giao thông Công chính Đà Nẵng trực tiếp chỉ đạo, phần vị trí công trình tại mực nước lên xuống thường xuyên sơn phủ, nhưng phần nằm trên mặt nước khô ráo thì không được bảo trì do vậy tình trạng ăn mòn phá hủy mạnh, khoảng 15-25% diện tích bị ăn mòn. Các dầm của kết cấu sàn nhiều chỗ bị ăn mòn mạnh, lớp sơn phủ bị bong ra từng mảng, khuyết tật màng sơn lớn, nhiều vị trí bị ăn mòn, phá hủy hoàn toàn không thể khôi phục được. b. Cảng cá Thuận Phước: Kết quả đo đạc BTCT cho thấy chiều dài lớp BT bảo vệ thay đổi từ 30-50mm, đường kính cốt thép từ 18-22, điện thế cốt thép BT đều nhỏ hơn -300mV cho thấy khả năng ăn mòn cốt thép lớn hơn 90%. Phần vị trí công trình ngập nước bị ăn mòn tương đối mạnh, khả năng cốt thép bị ăn mòn mạnh, nhiều chỗ tiết diện trụ cầu giảm 10-15%. Phần công trình nằm ở vị trí nước lên xuống bị ăn mòn mạnh, cường độ chịu nén của BT nằm trong khoảng RnTB=302-503 (daN/cm2), nhiều chỗ có vết nứt chạy theo chiều dài của cốt thép, BT bị thấm nước. Điện thế đo đạc nhỏ hơn -300mV cho thấy khả năng ăn mòn cốt thép lớn hơn 90%. Lớp BT bảo vệ bị nhiễm Cl- nặng, hàm lượng Cl- đo đạc được 1,1% vượt rất xa ngưỡng ăn mòn do ion Cl- tiêu chuẩn (0,06%). Các vị trí của công trình nằm trong vùng không khí trên mặt biển cũng không nằm ngoài tình trạng ăn mòn, bê tông bị vỡ ra từng mảng, do sự ăn mòn của cốt thép nên bị rỉ nặng. c. Cảng cá Liên Chiểu: Qua kết quả khảo sát cho thấy, công trình cũng đang ở tình trạng xuống cấp do bị ăn mòn phá hủy. Kết quả đo đạc BTCT cho thấy tại vị trí nước lên xuống, sóng đánh, chiều dày lớp BT bảo vệ từ 25-48mm, đường kính cốt thép nằm trong khoảng 18-25mm, cường độ bê tông thay đổi theo từng vị trí, dao động trong khoảng 378-530 (daN/cm 2), hà bám nhiều, một số vị trí trụ cảng bị gãy. Hàm lượng Cl - trong bê tông đo được 1,1% vượt rất xa ngưỡng ăn mòn do thấm Cl - và thấm đều theo chiều sâu của lớp bê tông bảo vệ. Điện thế cốt thép đo đạc được đều nhỏ hơn -300mV, cho thấy khả năng ăn mòn của cốt thép lớn hơn 90%, dự đoán cốt thép bị rỉ nặng. Tại vùng nằm ở dưới mức nước biển, tiết diện của trụ cầu giảm 15-25%, hà bám nhiều. Phần nằm trên mặt nước biển, khô ráo nhiều chỗ bê tông bong từng mảng do cốt thép bị mòn hoặc do va đập cơ học cốt thép lộ ra ngoài và rỉ mạnh. d. Cảng Tiên Sa: Tại vị trí hai cầu cảng cũ, phần ngập nước bị hà bám rất nhiều, đường kính trụ cầu bị giảm 20-50%, nhiều chỗ bê tông bị bong ra từng mảng, vài trụ bị gãy. Các thanh giằng làm bằng thép bị hư hỏng hoàn toàn. Phần nằm trên vùng không khí biển cũng nằm trong tình trạng bị ăn mòn mạnh, bê tông nhiều chỗ bị nứt bong ra từng mảng do cốt thép bị ăn mòn. 5. Kết luận: Nhìn chung, dựa trên cơ sở khảo sát và đo đạc thực tế chúng ta thấy toàn cảnh ăn mòn xâm thực đối với công trình xây dựng bị ảnh hưởng của môi trường biển. Đối với công trình xây dựng bằng thép (cầu Nguyễn Văn Trỗi) thì cả ba vùng của công trình đều bị ăn mòn xâm thực mạnh. Vùng tiếp xúc với môi trường không khí, phần diện tích bị ăn mòn chiếm khoảng 15-25%, ở vùng này ăn mòn không đồng đều, chủ yếu tập trung vào những khu vực ẩm ướt hoặc nơi có khuyết tật màng sơn. Nhiều vị trí dầm cầu bị ăn mòn phá hủy không thể khôi phục được. Vùng nằm ở mực nước lên xuống, cũng nằm trong khả năng ăn mòn lớn hơn 90%. Đối với vùng ngập chìm trong nước cũng đang ở trạng thái bị ăn mòn, hệ thống bảo vệ anode hy sinh đã hết thời gian hoạt động, tiết diện trụ cầu giảm so với phần nằm trong không khí. Đối với các công trình xây dựng bằng BTCT, thì hầu hết các công trình tùy vào thời gian xây dựng mà tình trạng bị ăn mòn từ mức trung bình đến nặng, đặc biệt cảng Tiên Sa đang ở tình trạng ăn mòn phá hủy ở mức báo động. Tình trạng ăn mòn phá hủy các công trình phụ thuộc vào điều kiện môi trường hoặc nằm chìm trong nước biển, mức lên xuống của nước biển, sóng đánh hoặc trên môi trường không khí biển. Chương 4: Phân tích nguyên nhân, dự báo mức độ ăn mòn phá hủy của các công trình xây dựng vùng ven biển thành phố Đà Nẵng: 1. Đặt vấn đề: Việc nghiên cứu tìm ra nguyên nhân gây ăn mòn phá hủy các công trình là vấn đề cần thiết, kết quả nghiên cứu là cơ sở phục vụ cho việc nghiên cứu đưa ra phương pháp chống ăn mòn hiệu quả cho các công trình. Đối với những công trình xây dựng vùng ven biển Đà Nẵng, việc tìm ra nguyên nhân và dự báo mức độ ăn mòn, ngoài việc xây dựng cơ sở để lựa chọn phương pháp chống ăn mòn có hiệu quả, kết quả nghiên cứu cũng giúp cho các nhà đầu tư nhận thấy rõ hơn về việc ứng dụng công nghệ chống ăn mòn cho các công trình, định hướng cho thành phố Đà Nẵng nâng cao hơn nữa việc phát triển kinh tế từ việc nâng cao tuổi thọ cho các công trình. Đặc biệt là các công trình cầu cảng. 2. Phân tích nguyên nhân gây ăn mòn của các công trình ven biển Đà Nẵng: - Vị trí địa lý và khí hậu của thành phố Đà Nẵng: Đà Nẵng với điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa, nhiều nắng và mưa, trên bề mặt các công trình luôn luôn bị ẩm ướt đó là môi trường điện phân tốt cho quá trình ăn mòn phá hủy theo cơ chế điện hóa xảy ra. Ngoài ra, Đà Nẵng tập trung các cửa sông chảy ra biển cụ thể có hai con sông là sông Hàn và sông Cu Đê, tại những vị trí này độ mặn của nước biển giảm nhưng ngược lại tại hai vị trí này chứa rất nhiều bùn và phù sa là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của các vi sinh vật. Chính vì những yếu tố địa lý và điều kiện khí hậu trên mà vùng ven biển thành phố Đà Nẵng, đặc biệt là các công trình xây dựng rất dễ dàng bị xâm thực mạnh. - Môi trường không khí, nước biển: Kết quả khảo sát đo đạc về môi trường không khí, thành phần nước biển cho thấy môi trường ven biển là môi trường xâm thực trung bình đến nặng. Bên cạnh đó với đặc điểm khí hậu nóng ẩm cao, biên độ dao động của nhiệt độ giữa hai mùa trong năm tương đối lớn. Như vậy chúng ta thấy, điều kiện không khí biển Đà Nẵng là một môi trường thuận lợi cho quá trình ăn mòn, phá hủy vật liệu rất mạnh so với môi trường khí hậu của các vùng biển trên thế giới. Ngoài ra, hàng năm có nhiều cơn bão cũng là một trong những tác nhân gây ăn mòn, phá hủy các công trình xây dựng ven biển Đà Nẵng. - Chất lượng công trình, công tác bảo trì, tình hình ứng dụng công nghệ chống ăn mòn của các công trình: + Chất lượng công trình: Hầu hết các công trình BTCT được khảo sát tại cảng Liên Chiểu, cảng Tiên Sa, cảng Thuận Phước đều xuống cấp trước thời hạn rất nhiều, thì nguyên nhân đầu tiên có thể là do chất lượng của công trình không đảm bảo. Các nguyên nhân này có thể như sau: Trong quá trình thiết kế, có thể chưa tuân thủ theo yêu cầu của tiêu chuẩn áp dụng đối với các công trình mà có ba vùng khác nhau nằm trong biển; Trong quá trình thi công, có thể chưa tuân thủ theo qui tắc thi công đối với các công trình biển như việc sử dụng ván khuôn, xử lý cốt thép trước khi đổ bê tông. + Công tác bảo trì: Đến thời điểm hiện nay, trừ cầu Nguyễn Văn Trỗi, các công trình đã khảo sát thì công tác bảo trì rất kém hoặc hầu như không có sự bảo trì như công trình cảng Tiên Sa, cảng cá Thuận Phước, chỉ khi nào sự cố hư hỏng nặng thì mới xử lý. + Ứng dụng công nghệ chống ăn mòn: Các công trình BTCT đã khảo sát không có một thiết bị công nghệ chống ăn mòn nào được ứng dụng. Cảng Tiên Sa, trước 1975 có ứng dụng công nghệ chống ăn mòn bằng phương pháp anode hy sinh (theo báo cáo của ban quản lý cảng), nhưng sau đó gở bỏ không hiểu nguyên nhân. Đối với cầu Nguyễn Văn Trỗi, có ứng dụng công nghệ bảo vệ ăn mòn bằng phương pháp sơn phủ và phương pháp anode hy sinh theo đánh giá thì có hiệu quả, nhưng nhìn chung do công tác bảo dưỡng không thường xuyên nên tình trạng ăn mòn mạnh theo dạng ăn mòn cục bộ. 3. Dự báo hiện trạng ăn mòn xâm thực đối với các công trình: - Tình trạng ăn mòn phá hủy của các công trình xây dựng DD&CN hiện có tại vùng ven biển Đà Nẵng từ mức trung bình đến nặng, một số công trình có mức độ ăn mòn ở tình trạng báo động. Môi trường, khí hậu vùng ven biển Đà Nẵng mang tính chất xâm thực mạnh. - Các công trình đều xuống cấp sau 5-10 năm sử dụng (theo quy định là 50 năm). - Đối với các công trình đang xây dựng hoặc sẽ đầu tư trong tương lai của vùng ven biển Đà Nẵng nếu không tuân thủ theo các tiêu chuẩn thiết kế đối với các công trình ven biển và không sử dụng các công nghệ chống ăn mòn chắc chắn sẽ ở trong tình trạng giống như các công trình đang khảo sát, tình trạng xuống cấp nhanh sau 10-15 năm sử dụng và điều này sẽ dẫn đến chi phí đầu tư cho việc sửa chữa nâng cấp các công trình 30-70% giá trị của công trình. 4. Kết luận: Nhìn chung qua kết quả đo đạc và phân tích đánh giá cho thấy nguyên nhân chủ yếu gây nên hiện tượng ăn mòn xâm thực đến các công trình ven biển Đà Nẵng là do đặc điểm địa lý, khí hậu, môi trường không khí, môi trường nước biển và đặc biệt là chất lượng công trình, công tác bảo trì. Chương 5: Đề xuất các giải pháp bảo vệ phòng và chống ăn mòn xâm thực cho các công trình xây dựng vùng ven biển Đà Nẵng - Công nghệ chống ăn mòn - Thử nghiệm thiết bị bảo vệ chống ăn mòn: 1. Các giải pháp và định hướng phòng chống ăn mòn cho các công trình xây dựng BTCT vùng ven biển thành phố Đà Nẵng: Các giải pháp chống ăn mòn cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp được xây dựng trên cơ sở của các kết quả nghiên cứu và tài liệu tham khảo liên quan tại Việt Nam. Phạm vi ứng dụng các giải pháp này bao gồm từ việc thiết kế, lựa chọn vật liệu, qui trình thiết kế áp dụng đối với các công trình BTCT vùng ven biển Đà Nẵng. - Phân vùng chống ăn mòn và bảo vệ kết cấu: Việc phân vùng chống ăn mòn và bảo vệ kết cấu phải căn cứ vào tính chất và mức độ xâm thực của từng vùng trong môi trường biển lên kết cấu BTCT. Mục tiêu bảo vệ và phương án dùng bê tông chống thấm, chống ăn mòn được xác định phụ thuộc vào vị trí làm việc của kết cấu như: Trong vùng ngập nước, trong vùng nước lên xuống và trong vùng khí quyển. - Nội dung chỉ dẫn kỹ thuật: + Thiết kế chống ăn mòn và bảo vệ kết cấu. + Lựa chọn vật liệu làm bê tông, bê tông cốt thép đạt tính năng chống ăn mòn. + Thi công bê tông, bê tông cốt thép xây dựng trong môi trường biển. + Vận hành công trình. - Các tiêu chuẩn và phương pháp thử cần áp dụng: + Tiêu chuẩn thiết kế. + Tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu. + Tiêu chuẩn phương pháp thử. + Tiêu chuẩn thi công. + Quy phạm, chỉ dẫn kỹ thuật sửa chữa. 2. Công nghệ chống ăn mòn: - Phương pháp sử dụng các phụ gia bê tông: Tùy theo kết cấu đối với từng công trình mà người sử dụng các phụ gia khác nhau: + Kết cấu trong vùng ngập nước: Dùng xi măng pooclăng bền sunfat kết hợp với phụ gia dẻo hóa, siêu dẻo hoặc dùng xi măng pooclăng thường, xi măng hỗn hợp kết hợp với phụ gia khoáng hoạt tính: silicafume, cao lanh, tro xỉ lò cao, puzơlan và phụ gia dẻo hóa, siêu dẻo. + Kết cấu trong vùng thay đổi (mức nước lên xuống và sóng đánh): Dùng xi măng poolăng bền sunfat kết hợp với phụ gia dẻo hóa, siêu dẻo hoặc dùng xi măng pooclăng thường, xi măng hỗn hợp kết hợp với phụ gia khoáng hoạt tính: silicafume, cao lanh, tro xỉ lò cao, puzơlan và phụ gia dẻo hóa, siêu dẻo, chất ức chế ăn mòn hệ Ca(NO3)2, nhũ tương polime,… + Kết cấu nằm trong vùng khí quyển: Dùng xi măng poolăng thường, xi măng hỗn hợp kết hợp với phụ gia dẻo hóa, siêu dẻo, chất ức chế ăn mòn hệ Ca(NO3)2, nhũ tương polime,… Ngoài ra còn có các phương pháp chống ăn mòn khác như phủ kẽm, polymer,… - Các công nghệ chống ăn mòn bằng phương pháp điện hóa: + Phương pháp bảo vệ cathode bằng dòng cưỡng bức (ICCP). + Phương pháp bảo vệ cathode bằng anode hy sinh (sacrificial anode). 3. Cơ sở chọn lựa giải pháp công nghệ chống ăn mòn cho các công trình xây dựng bằng BTCT vùng ven biển thành phố Đà Nẵng: - Sự cần thiết lắp đặt thiết bị chống ăn mòn cho các công trình xây dựng dân dụng bằng BTCT vùng ven biển Đà Nẵng: Để đảm bảo cho cầu cảng có tuổi thọ lâu dài, ngoài việc tuân thủ theo những tiêu chuẩn về thiết kế, thi công, bảo trì, công trình cần thiết phải áp dụng các phương pháp chống ăn mòn. Đối với từng công trình cần phải có sự nghiên cứu cụ thể - Cơ sở lựa chọn giải pháp công nghệ chống ăn mòn phù hợp cho các công trình xây dựng bằng BTCT vùng ven biển Đà Nẵng: + Cơ sở lựa chọn phương pháp bảo vệ phù hợp. + Phương pháp bảo vệ cathode bằng anode hy sinh. + Lựa chọn phương pháp sử dụng anode hy sinh. - Phương pháp tính toán thiết kế thiết bị: Phương pháp tính toán trong quy trình thiết kế hệ thống bảo vệ. + Xác định cấu trúc của công trình và môi trường chung quanh công trình. + Đo đạc cường độ dòng điện. + Chọn lựa anode. + Tính toán số lượng anode. 4. Thiết bị thử nghiệm chống ăn mòn: - Thông số kỹ thuật của các thiết bị. - Nghiên cứu chọn lựa vị trí lắp đặt thử nghiệm. - Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị thử nghiệm. - Kết quả tính toán thiết bị thử nghiệm. - Phương pháp lắp đặt. - Phương pháp kiểm tra hoạt động của thiết bị thử nghiệm sau khi lắp đặt. - Kết quả đo đạc điện thế ăn mòn sau khi lắp đặt thiết bị thử nghiệm. 5. Kết luận: Nhìn chung các công trình xây dựng DD&CN vùng ven biển Đà Nẵng đang ở tình trạng ăn mòn xâm thực mạnh, nhiều công trình xuống cấp sau 10-15 năm sử dụng, việc ứng dụng các công nghệ chống ăn mòn nhằm nâng cao tuổi thọ cho các công trình là một điều cần thiết. Nghiên cứu lý thuyết ăn mòn, các công nghệ ứng dụng chống ăn mòn cho các công trình cầu cảng ven biển, trên biển cho thấy phương pháp bảo vệ bằng anode hy sinh là phương pháp hiệu quả nhất cho việc chống ăn mòn cốt thép trong BTCT. Phương pháp này có nhiều ưu điểm, hiệu quả bảo vệ cao, chi phí đầu tư và bảo trì thấp so với các phương pháp khác. Sử dụng anode hy sinh chôn vùi trong BTCT là một trong những phương pháp mới ít phổ biến. Đây là dạng anode mới được nghiên cứu sản xuất rất phù hợp với việc bảo vệ chống ăn mòn cốt thép trong BTCT đối với các công trình ven biển, đặc biệt đối với công trình cầu cảng, hạn chế được sự mất mác cũng như sự va đập cơ học do sóng biển hoặc trong quá trình hoạt động của cầu cảng. Phương pháp này rất dễ dàng thực hiện trong quá trình thi công các công trình xây mới. IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận: Trên cơ sở nghiên cứu khảo sát đặc điểm, vị trí địa lý, khí hậu, thành phần nước biển và môi trường không khí (tại các vị trí khảo sát) cho thấy vùng ven biển Đà Nẵng là một vùng xâm thực gây ăn mòn phá hủy mạnh. Kết quả khảo sát là cơ sở dữ liệu để minh chứng cho khả năng xâm thực mạnh của môi trường ven biển Đà Nẵng, là cơ sở cho việc đánh giá, đề xuất những biện pháp, công nghệ phù hợp, nhằm bảo vệ chống ăn mòn xâm thực, nâng cao tuổi thọ cho các công trình vùng ven biển Đà Nẵng, góp phần vào sự phát triển kinh tế của thành phố. Với kết quả đánh giá khảo sát về môi trường, kết quả khảo sát tình trạng của các công trình xây dựng vùng ven biển thành phố Đà Nẵng cho thấy hầu hết các công trình xây dựng bằng thép, bằng bê tông cốt thép vùng ven biển thành phố Đà Nẵng đều nằm trong tình trạng ăn mòn phá hủy từ mức độ trung bình đến nặng, nhiều công trình xuống cấp sau 5-10 năm sử dụng. Đặc biệt là cảng Tiên Sa đang ở tình trạng ăn mòn phá hủy ở mức báo động. Tình trạng ăn mòn phá hủy các công trình phụ thuộc vào điều kiện môi trường hoặc nằm chìm trong nước biển, mức lên xuống của nước biển, sóng đánh hoặc trên môi trường không khí biển. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, khảo sát đo đạc, đánh giá mức độ ăn mòn xâm thực của môi trường, dựa vào những kết quả nghiên cứu khác của các đồng nghiệp và kết quả thử nghiệm của đề tài, ban chủ nhiệm đề tài đã xây dựng nên quy trình từ việc thiết kế, thi công, vận hành công trình và cơ sở lựa chọn công nghệ chống ăn mòn bằng phương pháp điện hóa. Quy trình này sẽ giúp cho các nhà chuyên môn xây dựng có thêm phương pháp cơ sở trong việc nghiên cứu ứng dụng các biện pháp chống ăn mòn nhằm nâng cao tuổi thọ cho các công trình xây dựng vùng ven biển thành phố Đà Nẵng. Góp phần vào sự phát triển kinh tế, sự ổn định cho thành phố thông qua các hoạt động từ các công trình cầu cảng. 2. Kiến nghị: Dựa trên những kết quả nghiên cứu của đề tài về vấn đề ăn mòn phá hủy của các công trình xây dựng cầu cảng đang hoạt động ở vùng ven biển thành phố Đà Nẵng, với mục tiêu nâng cao tuổi thọ đối với các công trình góp phần vào sự phát triển ổn định cho thành phố, ban chủ nhiệm đề tài có những kiến nghị sau: - Cần nghiên cứu triển khai xây dựng quy phạm, tiêu chuẩn riêng cho việc xây dựng các công trình cầu cảng vùng ven biển thành phố Đà Nẵng trên cơ sở các tiêu chuẩn, quy phạm của Việt Nam. - Đưa việc chống ăn mòn vào thành tiêu chuẩn hàng đầu trong việc thiết kế, thi công… cho các công trình xây dựng vùng ven biển thành phố Đà Nẵng. - Thành phố cần áp dụng các biện pháp, quy định tích cực nhằm thúc đẩy việc bảo quản, tu dưỡng các công trình cầu cảng đang hoạt động ở vùng ven biển thành phố Đà Nẵng, nhằm khắc phục kịp thời sự xuống cấp của các công trình, nâng cao tuổi thọ cho các công trình.