Ở Việt Nam, một đất nước đang đẩy nhanh tốc độ phát triểnhạ tầng giao thông, việc ứng dụng vật liệu mới trong xây dựngcông trình giao thông là rất quan trọng. Trong điều kiện môitrường không khí thích hợp, thép chịu thời tiết có thể được sửdụng cho các kết cấu thép mà không cần phải sơn phủ và giảmđược chi phí vòng đời của kết cấu. Để làm rõ ảnh hưởng củacác yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm tương đối và lượngmuối trong không khí đến đặc tính ăn mòn của thép chịu thờitiết trong môi trường không khí ở Việt Nam, việc đo đạc môitrường và thí nghiệm phơi bày đã được thực hiện. Theo như kếtquả từ việc đo đạc môi trường, thời gian ẩm ướt có mối liên hệchặt chẽ với độ ẩm tương đối. Lượng muối trong không khíthay đổi phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí thí nghiệm đến bờbiển ở mỗi vùng. Mất mát ăn mòn của thép chịu thời tiết trongmột năm thí nghiệm phơi bày cho thấy mối tương quan thuậngiữa lượng muối trong không khí và thời gian ẩm ướt.
Trang 1KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU CỦA THÍ NGHIỆM PHƠI BÀY THÉP CHỊU THỜI TIẾT Ở
VIỆT NAM
PRIMARY RESULT OF EXPOSURE TEST OF WEATHERING STEEL IN VIETNAM
TS Đặng Đăng Tùng, Th.S Vũ Việt Hùng, Th.S Shinichi Miura, TS Isamu Kage, TS Masaji Murase, TS Takashi Okamoto, GS.TS Eiji Iwasaki
TÓM T ẮT
Ở Việt Nam, một đất nước đang đẩy nhanh tốc độ phát triển
hạ tầng giao thông, việc ứng dụng vật liệu mới trong xây dựng
công trình giao thông là rất quan trọng Trong điều kiện môi
trường không khí thích hợp, thép chịu thời tiết có thể được sử
dụng cho các kết cấu thép mà không cần phải sơn phủ và giảm
được chi phí vòng đời của kết cấu Để làm rõ ảnh hưởng của
các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm tương đối và lượng
muối trong không khí đến đặc tính ăn mòn của thép chịu thời
tiết trong môi trường không khí ở Việt Nam, việc đo đạc môi
trường và thí nghiệm phơi bày đã được thực hiện Theo như kết
quả từ việc đo đạc môi trường, thời gian ẩm ướt có mối liên hệ
chặt chẽ với độ ẩm tương đối Lượng muối trong không khí
thay đổi phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí thí nghiệm đến bờ
biển ở mỗi vùng Mất mát ăn mòn của thép chịu thời tiết trong
một năm thí nghiệm phơi bày cho thấy mối tương quan thuận
giữa lượng muối trong không khí và thời gian ẩm ướt
Từ khóa: Thép chịu thời tiết, ăn mòn, muối trong không
khí, th ời gian ẩm ướt, khoảng cách bờ biển
ABSTRACT
In Vietnam, where the development of infrastructure is
proceeding, it is important to clarify the applicability of
weathering steel in order to reduce the Life Cycle Cost of
structures To clarify the influence of environmental factors
such as temperature, relative humidity and the amount of
airborne salt on the corrosion behavior of weathering steel
under atmospheric environments in Vietnam, environmental
measurements and exposure tests were conducted As a result
of the environmental measurements, the time of wetness
showed a good correlation with relative humidity The amount
of airborne salt varied depending on the distance from the
coastline in each region The corrosion loss of weathering steel
in a one-year exposure test showed a positive correlation with
the amount of airborne salt and the time of wetness
Keywords: Weathering steel, corrosion, airborne salt, time
of wetness, and distance from coastline
TS Đặng Đăng Tùng, Th.S Vũ Việt Hùng
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa – Đại
Học Quốc Gia Tp.HCM
Email: ddtung@hcmut.edu.vn
Điện thoại: 0979 134 725
Th.S Shinichi Miura, TS Isamu Kage, TS Masaji Murase,
TS Takashi Okamoto
Viện nghiên cứu thép, Tập đoàn Thép JFE Nhật Bản
GS.TS Eiji Iwasaki
Khoa Xây dựng và Môi trường, Trường Đại học Công Nghệ
Nagaoka, Nhật Bản
1 Gi ới thiệu
Các kết cấu thép thường được yêu cầu phải sơn phủ để ngăn
chặn sự ăn mòn trong môi trường không khí Việc sơn phủ này
làm tăng chi phí duy tu bảo dưỡng do phải sơn theo chu kỳ
trong suốt vòng đời của kết cấu Trong điều kiện môi trường
không khí thích hợp, thép chịu thời tiết có thể được sử dụng mà
không cần phải sơn phủ do một lớp gỉ bảo vệ hình thành trên
bề mặt thép Việc không sơn phủ này làm giảm chi phí ban đầu
và chi phí duy tu bảo dưỡng Gần đây, ở Nhật Bản, Hoa Kỳ và nhiều nước khác, thép chịu thời tiết được sử dụng cho cầu đã làm giảm chi phí vòng đời của công trình Ở các nước Đông Nam Á, nơi cơ sở hạ tầng đang phát triển, chứng minh việc sử
dụng thép chịu thời tiết làm giảm chi phí vòng đời của kết cấu
là rất quan trọng Đặc tính ăn mòn của thép chịu thời tiết bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, lượng muối trong không khí…Nhiều nghiên cứu về mối liên hệ giữa đặc tính ăn mòn của thép chịu thời tiết và các yếu
tố môi trường đã được báo cáo tại Nhật Bản [1] Gần đây, một
số kết quả nghiên cứu của thí nghiệm phơi bày của thép chịu
thời tiết đã được báo báo ở Việt Nam [2], [3] Trong bài báo này, chúng tôi điều tra ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên đặc tính ăn mòn của thép chịu thời tiết ở Việt Nam
2 Ti ến trình thí nghiệm
Ở Việt Nam, một đất nước có đường bờ biển trải dài từ Bắc đến Nam, việc xem xét ảnh hưởng của sự khác biệt về địa lý lên các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và lượng muối trong không khí là cần thiết Do đó, cả ba vùng Bắc, Trung, Nam của Việt Nam được chọn làm khu vực thí nghiệm phơi bày để điều tra ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm Ở mỗi vùng,
những cầu ở những khoảng cách khác nhau so với bờ biển như hình 1 được chọn để thực hiện thí nghiệm và điều tra ảnh hưởng của lượng muối bám Bảng 1 chỉ ra các thành phần hóa
học của mẫu thí nghiệm – thép chịu thời tiết thông thường JIS G3114 Nhóm tác giả thực hiện thí nghiệm phơi bày Wappen (được đề xuất tại Nhật Bản bởi Hiệp hội kết cấu thép Nhật Bản năm 2007) [4] và đưa ra kết quả phản ánh môi trường ăn mòn
của cầu thực tế bằng cách thực hiện thí nghiệm phơi bày tại vị trí đó [2] Các mẫu thí nghiệm được gắn ở mặt trên và dưới của
bản cánh dưới, nơi mà sự ăn mòn xảy ra nhiều hơn các bộ phận khác của cầu được thể hiện trên hình 2 Các yếu tố môi trường được đo trong vòng một năm bằng thiết bị đo nhiệt độ và độ
ẩm tương đối do T&D sản xuất Lượng muối trong không khí được xác định bằng phương pháp gạc mùng khô (JIS Z 2382) Các mẫu thép thí nghiệm sẽ được gỡ sau một năm thí nghiệm
và giá trị trung bình của độ dày mất mát do ăn mòn ở mặt trên
và dưới của mẫu được xem là mất mát ăn mòn trung bình
B ảng 1 Thành phần hóa học của các mẫu thép (theo % khối
lượng)
0.10 0.20 0.69 0.32 0.18 0.51
(Đối với thép chịu thời tiết thông thường theo JIS G3114)
Trang 1
Trang 2Hình 1 V ị trí thực hiện thí nghiệm phơi bày
Hình 2 V ị trí gắn mẫu thép trên dầm cầu bê tông
3 K ết quả và đánh giá
3.1 Các y ếu tố môi trường
Bảng 2 cho thấy các kết quả đo của những yếu tố môi
trường ở mỗi vùng thí nghiệm phơi bày Ở vùng 1 và vùng 2,
nhiệt độ trung bình tương đối cao và độ ẩm tương đối trung
bình tương đối thấp Ở vùng 3, nhiệt độ trung bình khá thấp và
độ ẩm tương đối trung bình cao Hình 3 chỉ ra mối liên hệ giữa
nhiệt độ trung bình và độ ẩm tương đối trung bình Độ ẩm
tương đối trung bình ở vùng 1 là 70~80% ứng với nhiệt độ
trung bình là 28~29℃, ở vùng 2 là 75~80% ứng với nhiệt độ
trung bình là 28℃, ở vùng 3 là 85% ứng với nhiệt độ trung
bình là 25~26℃ Hình 4 thể hiện nhiệt độ trung bình và độ ẩm
tương đối trung bình trong một năm của 3 vùng (vị trí cầu Sông
Phan của vùng 1, vị trí cầu Đò Xu ở vùng 2 và vị trí cầu Vô
Hối ở vùng 3)
Đặc trưng sự thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm trong một năm
của các vị trí đại diện cho các vùng thể hiện như sau: Nhiệt độ
trong một năm ở vị trí cầu Sông Phan thì cao, nằm trong
khoảng từ 27～30℃, độ ẩm tương đối trung bình từ 70~90%,
nhiệt độ ở vị trí cầu Đò Xu trong khoảng từ 25℃～30℃, độ ẩm
tương đối trung bình từ 25~30%, trong khi đó tại vị trí cầu Vô
Hối sự chênh lệch nhiệt độ là khá lớn từ 15℃～30℃, độ ẩm
tương đối trung bình từ 80~95%
Thời gian ẩm ướt được tính từ các số liệu đo được như tổng
số giờ có nhiệt độ lớn hơn 0℃ trong vòng một năm và độ ẩm tương đối lớn hơn 80% Thời gian ẩm ướt ở Việt Nam nhìn chung là phù hợp với độ ẩm tương đối trung bình Thời gian
ẩm ướt ở mỗi vùng trong hình 5 được sắp xếp theo thứ tự sau: vùng 3 > vùng 2 > vùng 1
Hình 6 chỉ ra mối quan hệ giữa khoảng cách đến bờ biển và lượng muối trong không khí Nói chung nồng độ muối trong không khí tăng khi khoảng cách từ bờ biển đến vị trí cầu giảm
Xu hướng này giống với kết quả nghiên cứu ở Nhật Bản[5]
Mối tương quan giữa khoảng cách bờ biển và nồng độ muối trong không khí tuân theo phương trình khi chọn vị trí để thực
hiện thí nghiệm Tuy nhiên có một số vị trí không tuân theo quy luật này tùy thuộc vào từng khu vực Mối tương quan giữa khoảng cách bờ biển và nồng độ muối tương tự như vùng biển phía Bắc biển Nhật Bản (môi trường khắc nghiệt) và vùng biển
nội địa Sentonaikai ở Nhật Bản (môi trường ẩm) Nồng độ
muối đo được ở cầu Kỳ Hà (vùng 1) rất lớn mặc dù cầu này
nằm cách bờ biển rất xa (44 km), giả thiết nguyên nhân ở đây
là do dòng chảy dưới cầu bị nhiễm mặn Ở Nhật, thép chịu thời
tiết có thể được sử dụng mà không cần phải sơn khi nồng độ
muối trong không khí nhỏ hơn 0.05 mdd (mg･NaCl/dm2/day) [6] Tại Việt Nam, khoảng cách tính từ bờ biển, nơi có nồng độ
muối trong không khí nhỏ hơn 0.05 mdd vào khoảng 0,6km ở vùng 1, 1km ở vùng 2 và 5km ở vùng 3
3.2 Thí nghi ệm phơi bày
Hình 7 thể hiện tương quan giữa thời gian ẩm ướt và mất mát ăn mòn Ở Việt Nam, thời gian ẩm ướt và mất mát ăn mòn
có mối tương quan thuận với nhau Xu hướng này giống với
kết quả thí nghiệm trên thép Cacbon [7]
Hình 8 cho thấy ảnh hưởng của lượng muối trong không khí đến mất mát ăn mòn Ở tất cả các vùng, mất mất ăn mòn tăng khi lượng muối trong không khí tăng Thứ tự các mức độ nghiêm trọng của môi trường ăn mòn như sau: vùng 3 > vùng 2
> vùng 1 Theo như kết quả thí nghiệm phơi bày ở Nhật
Bản[4], mất mát ăn mòn hàng năm thấp hơn 30µm dưới điều
kiện 0.05 mdd Mất mát ăn mòn hàng năm ở Việt Nam cũng
xấp xỉ với kết quả ở Nhật Bản
Có thể nói rằng, mất mát ăn mòn hàng năm phụ thuộc vào lượng muối trong không khí và thời gian ẩm ướt Mất mát ăn mòn ở Việt Nam có xu hướng thấp hơn so với Nhật Bản Trong hình 9, nếu căn cứ vào phạm vi áp dụng thép chịu thời tiết ở
Nhật Bản là mất mát ăn mòn 0,03mm/năm thì tại Việt Nam, khoảng cách tính từ bờ biển tương ứng cho từng vùng là: khoảng 0,1km ở vùng 1, 2km ở vùng 2 và 5km ở vùng 3
4 K ết luận
Nhóm nghiên cứu thực hiện các đo đạc yếu tố môi trường
và thí nghiệm phơi bày để làm sáng tỏ ảnh hưởng của các yếu
tố môi trường lên đặc tính ăn mòn của thép chịu thời tiết trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam Kết quả sau một năm được tổng
hợp như sau:
1 Trong nghiên cứu về môi trường không khí cho thép chịu
thời tiết ở Việt Nam, lượng muối trong không khí khác nhau
phụ thuộc vào khoảng cách từ địa điểm thí nghiệm tới bờ biển
Kết quả này giống với kết quả của Nhật Bản Thứ tự về nồng
độ muối trong không khí được sắp xếp như sau: vùng 3 > vùng
2 > vùng 1
2 Thời gian ẩm ướt có mối tương quan thuận với độ ẩm tương đối Thứ tự về thời gian ẩm ướt được sắp xếp như sau: vùng 3 > vùng 2 > vùng 1 Thời gian ẩm ướt ở Việt nam có xu hướng dài hơn so với thời gian ẩm ướt ở Nhật Bản
3 Kết quả đã cho thấy một mối tương quan chặt chẽ giữa lượng muối trong không khí và mất mát ăn mòn hàng năm ở
mỗi vùng Ở Việt Nam, mất mát ăn mòn ít hơn 0.03mm khi
Trang 2
Trang 3lượng muối trong không khí là 0.05 mdd Tuy nhiên, theo như
các thí nghiệm ở Nhật Bản thì cần thêm nhiều thí nghiệm phơi
bày hơn nữa để đánh giá mất mát ăn mòn hàng năm dưới
0.03mm
4 Mất mát ăn mòn hàng năm cũng có mối tương quan thuận với thời gian ẩm ướt trong điều kiện môi trường Việt Nam
B ảng 2 Kết quả đo đạc các yếu tố môi trường
Vùng Tên c ầu Lượng muối trong không khí (mdd) Kho b ờ biển (km) ảng cách đến Nhi bình ( ệt độ trung o
C)
Độ ẩm tương đối trung bình (%)
Th ời gian
ẩm ướt (giờ)
Vùng 1
Vùng 2
Vùng 3
Hình 4 Nhiệt độ trung bình và độ ẩm tương đối trung bình trong một năm của 3 vùng (mỗi cầu đại diện cho một vùng)
Trang 3
Trang 4Hình 5 Bi ểu đồ mối quan hệ giữa độ ẩm tương đối
trung bình và th ời gian ẩm ướt
Hình 6 Biểu đồ mối quan hệ giữa khoảng cách bờ biển và
l ượng muối trong không khí
Hình 7 Bi ểu đồ mối quan hệ giữa thời gian ẩm ướt đến mất mát
ăn mòn
Hình 8 Bi ểu đồ mối quan hệ giữa lượng muối trong không khí
đến mất mát ăn mòn
Hình 9 Bi ểu đồ mối quan hệ giữa khoảng cách
b ờ biển đến mất mát ăn mòn
L ời cảm ơn: Nhóm nghiên cứu cảm ơn các cơ quan quản
lý c ầu đường: Cục quản lý đường bộ IV, các Sở Giao thông V ận tải các tỉnh, thành phố: thành phố Hồ Chí Minh, thành ph ố Đà Nẵng, tỉnh Bình Thuận, tỉnh Hải Dương,
t ỉnh Thái Bình và các công ty quản lý đường bộ: Công ty
c ổ phần đầu tư Phú Mỹ, Công ty cổ phần Rạng Đông, Công ty c ổ phần 545 đã cho phép và tạo điều kiện để nhóm nghiên c ứu thực hiện đề tài này
TÀI LI ỆU THAM KHẢO [1] Kage I, Shiotani K, Takemura M, Komori T, Furuta A,
Kyono K (2006) Estimation of Corrosion Loss for Ni-added High Corrosion Resistant Weathering Steel based on Field Exposure Test Zairyo-to-Kankyo 55, pp 152-158 (in Japanese)
[2] Đ Đ Tùng, T D Khanh, S Miura, I Kage, T Okamoto, E Iwasaki “Đánh giá ứng dụng thép chịu thời tiết
trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam” Tạp chí Giao thông Vận
t ải, số 12, 2013, trang 14-17
[3] T T T Trinh “Đánh giá ứng dụng thép chịu thời tiết qua kết quả thử nghiệm ban đầu ở Việt Nam” Tạp chí Giao thông V ận tải, số 12, 2013, trang 30-31
[4] Japan Society of Steel Construction (2007)
Taikouseikoukyouryou no kanousei to atarashiigijutu Technical Report 73 Gihodo-shuppan (in Japanese)
[5] Public Works Research Institute (1993) Nationwide Investigation on Air-borne Chloride(4) Relationship between Geographical Distribution of Air-borne Chloride and Wind Technical Note of PWRI (in Japanese)
[6] Public Works Research Institute, Kozai Club, Japan Bridge Association (1993) Report on Application of Weathering Steel to Highway Bridges (XX) (in Japanese)
[7] Lien LTH, San PT, Hong HL (2007) Results of
studying atmospheric corrosion in Vietnam 1995-2005 Science and Technology of Advanced Materials, 8, pp
552-558
Trang 4
