CÁP DỰ ỨNG LỰC CHỐNG ĂN MÒN Ở NHẬT BẢN

Ăn mòn muối là quá trình phá vỡ màng thụ động bảo vệ cốt thép do ion muối Cl-xâm nhập vào trong bê tông và thúc đẩy ăn mòn cốt thép.

Ion Cl-có trong thành phần muối từ bên ngoài và muối bên trong kết cấu.Muối từ bên ngoài là muối từ nước biển, gió biển thổi tới các công trình được xây dựng ven bờ biển, hay từ chất chống đông kết ở những vùng lạnh, nhiều tuyết. Muối có trong kết cấu là trường hợp sử dụng muốibiển, chất phụ gia, xi măng, nước trộn…

Nồng độ ion Cl-có trong bê tông bắt đầu gây hiện tượng ăn mòncốt thép là 1.2kg/m3. Trong tiêu chuẩn bê tông (Nhật Bản) hiện nay quy định nồng độ ion Cl-trong bê tông phải dưới 0.3 kg/m3. Trong thiết kế, người ta có thể giảm tối đa ảnh hưởng muối bên trong kết cấu, cho nên trong báo báo này sẽ tập trung vào muối từ bên ngoài công trình

Nguyên nhân ăn mòn muối và đường xâm nhập

1)Cầu ở gần bờ biển

Phần đầu bản cánh, hay mặt dưới bụng của dầm chữ T bị ăn mòn là những ví dụ thường thấy ở những cầu được xây dựng gần bờ biển. Muối trong không khí gần bờ biển được gió biển thổi tới và dính bám vàodầm cầu, thẩm thấu vào bên trong kết cấu và gây ăn mòn và phá hủy cốt thép. Mặt dưới bản cánh, bụngdầm và hai mặt bên của dầm chữ T nên thường dễ bị phá hoại do dễ bị dính bám muối từ gió biển.

2) Mối nối đốt dầm

Ví dụ tiêu biểu về ăn trong trường hợp này là vấn đề xuống cấp của vữa lấp mối đốt dầm. Một bên mối nối bị mở rộng ra, và có thể quan sát được nước gỉ chảy ra từ trong mối nối. Nguyên nhân tổn thương ởmối nối này, là do việc tập trung ăn mòn cốt thép ở đây, quá trình ăn mòn macro sẽ tiến triển rất nhanh,trường hợp xấu nhất có thể gây ra sập cầu, nên cần thiết phải có biện pháp ứng cứu cấp thiết cho trường
hợp ăn mòn này.

3) Bê tông bịt đầu neo

Ví dụ hư hỏng phần bê tông bịt đầu neo được thể hiện trong hình 2. Sau khi căng kéo, cố định cáp dự ứng lực, tiến hành bơm vữa hay bê tông để bịt kín đầu neo.

Tuy nhiên, do lượng co ngót lớn làm mất liên kết dính bám với bê tông dầm, là nguyên nhân để nước mưa xâm nhập. Khi nước mưa xâm nhập vào trong bộ neo sẽ gây ăn mòn neo và cáp dự ứng lực.

Khi cốt thép bị ăn mòn, gỉ sắt chiếm thể tích lớn hơn so với thép. Sự tăng thể tích này tạo ra ứng suất kéo trong bê tông, đẩy phần bê tông bịt đầu neo rơi ra ngoài. Nếu ăn mòn bộ neo và cáp dự ứng lực ngày càng trầm trọng, có thể dẫn đến đứt cáp dự ứng lực.

4) Phần mối nối bản mặt cầu đổ tại chỗ của dầm đúc sẵn

Tại vị trí mối nối của bê tông đổ tại chỗ và cấu kiện đúc sẵn, khi thi công không thực hiện các biện pháp thích hợp, thì do sự chênh lệch nhiệt độ, từ biến, co ngót giữa bê tông cũ và mới làm mất sự bám dính giữa các mặt tiếp xúc, rồi phát sinh vết nứt co ngót. Do ảnh hưởng của nước thẩm thấu từ mối nối thi công tại chỗ, các vết nứt, hay thiếu lớp chống thấm sẽ phát sinh rò rỉ nước, ăn mòn cốt thép.

5) Hư hỏng do vữa bơm không lấp đầy hoàn toàn

Khi vữa không được lấp đầy toàn bộ ống gen, sẽ tạo ra những khoảng trống lớn bên trong ống gen, nước mưa xâm nhập vào, cũng với nước có sẵn trong vữa bơm sẽ có khả năng ăn mòn cáp dự ứng lực. Do giãn nở thể tích do ăn mòn, sẽ phát sinh các vết nứt dầm dọc theo ống gen. Ví dụ phát sinh vết nứt dọc theo bụng dầm do ăn mòn do vữa không lấp đầy ở vị trí đặt cáp dự ứng lực.

                                                     

Trong môi trường chịu xâm thực của muối biển, có rất nhiều biện pháp bảo vệ và giảm thiểu tác động ăn mòn muối đối với kết cấu như đảm bảo chất lượng lớp bê tông bảo vệ cốt thép, giảm nguy cơ ở những nơi dễ hư hỏng trên lớp bê tông bảo vệ, đảm bảo chất lượng vữa và công tác thi công bơm vữa, sử dụng cốt thép không hoặc khó bị gỉ…

Trong các biện pháp trên thì sử dụng cốt thép không hoặc khó bị gỉ chính là biện pháp đảm bảo chắc chắn nhất. Những vật liệu cốt thép không gỉ đã được nghiên cứu, phát triển, và đã có tính ứng dụng trong thực tế được giới thiệu ở hình 5. Tuy nhiên ở dưới đây chỉ thuyết mình về cáp dựứng lực bọc epoxy và cáp dự ứng lực mạ kẽm, hai loại có tính kinh tế và nhiều ưu điểm nhất hiện nay.

3.1) Tao cáp dự ứng lực bọc nhựa epoxy từng sợi đơn

Tao cáp dự ứng lực bọc nhựa epoxy từng sợi đơn là tao cáp dùng trong bê tông dự ứng lực có thêm tính năng chống ăn mòn, tính bền mỏi mà không làm ảnh hưởng đến những đặc tính vật liệu khác của tao cáp dự ứng lực thông thường bằng việc hình thành lớp màng chống gỉ trên toàn bộ chiều dài từng sợi ngoài, sợi lõi trung tâm, theo phương pháp sơn tĩnh điện sử dụng bột sơn là nhựa epoxy.

Tao cáp dự ứng lực bọc nhựa epoxy từng sợi đơn, hay cáp có thêm vỏ polyethylene có thể phù hợp với rất nhiều loại kết cấu khác nhau bởi có thể sử dụng hoàn toàn giống tao cáp dự ứng lực thông thường. Có thể nói đây là loại cáp có tính ứng dụng cao, và đặc biệt thích hợp với công trình yêu cầu tính bền và tuổi thọ cao.

Ưu điểm và nhược điểm

• Cấu tạo chống gỉ: Toàn bộ diện tích ngoài từng sợi đơn của tao cáp được sơn phủ nhựa epoxy.
• Tính năng phòng gỉ: Không có vị trí nào mà không được xử lý phòng gỉ bởi sự hình thành lớp màng bao phủ toàn bộ diện tích từng sợi đơn
• Tính mềm dẻo: Mặc dù xử lý phòng gỉ từng sợi đơn nhưng tao cáp dự ứng lực bọc epoxy từng sợi đơn vẫn sở hữu tính mềm dẻo giống với tao cáp dự ứng lực thông thường.
• Tính uốn: Nếu bán kính uốn lớn hơn 2.5 đường kính tao cáp mà các sợi của tao không bị cố định thì không xảy ra hiện tượng bong tróc, nứt, vỡ lớp vỏ bọc.
• Tính bám dính với bê tông: Do hình thành lớp màng bọc từng sợi đơn nên độ sâu của phần xoắn sẽ rộng và sâu hơn nên cường độ bám dính với bê tông là giống với tao cáp thông thường.
• Tính thi công: Có thể thi công với các thiết bị và bộ neo theo tiêu chuẩn giống với cáp dự ứng lực thông thường.

                               

3.2) Tao cáp dự ứng lực phủ mặt và lấp đầy

Tao cáp dự ứng lực phủ mặt và lấp đầy là loại cáp mà cáp dự ứng lực thường (không bọc) được phủ bểmặt và lấp đầy khoảng trống giữa các sợi đơn bằng nhựa epoxy.

Ưu điểm và nhược điểm

• Khi sử dụng cho cáp trong, hay cáp văng, dẫu có sơ suất mà không thể bơm vữa lấp đầy toàn bộ ống gen, do cáp được bảo vệ bằng lớp nhựa epoxy có thể thiểu các ảnh hưởng đến cáp dự ứng lực,
  cũng như độ bền của công trình. Tuy nhiên ở các đường cong, do lớp vỏ bị biến dạng dẻo, có thể không đẩm bảo được chức năng này.
• Phần tiếp xúc giữa các sợi đơn không được bảo vệ, là nguyên nhân nước xâm nhập, lan truyền ăn
  mòn, ăn mòn ma sát
• Bề dày lớp vỏ lớn, nên không thể dùng các bộ neo thông thường, phải sử dụng loại neo đặc biệt.Hơn nữa biên độ dao động bề dày lớn, răng nêm neo không cắn đều đến sợi thép, có khả năng không cắn đến sợi thép, nên trong thi công, sử dụng có thể bị trượt neo.
• Trường hợp yêu cầu tính dính bám, phải sử dụng loại có găm hạt vụn trên bề mặt vỏ bọc

3.3.Tao cáp dự ứng lực mạ kẽm

Tao cáp dự ứng lực mạ kẽm là tao cáp thực hiện nhúng từng sợi đơn trong dung dịch kẽm nóng chảy, sau đó bó các sợi tao lại thành tao cáp. Tao cáp dự ứng lực mạ kẽm không chỉ có tác dụng bảo vệ đối với thép mà còn có chức năng chống ăn mòn như là cực dương trong trường hợp lớp mạ kẽm bị khuyết tật hay tổn thương.

Ưu điểm và nhược điểm

• Do lớp mạ kẽm được hình thành nên tao cáp có chức năng phòng gỉ ngay cả trong trường hợp có khuyết tật ở lớp mạ
• Khi sử dụng trong bê tông, trong vữa cần phải kiểm tra trước tính ổn định của lớp mạ kẽm trongmôi trường kiềm mạnh.
• Do thực hiện mạ kẽm nhúng nóng nên cường độ kéo của thép giảm từ 5~10%
• Tao cáp dự ứng lực mạ kẽm có đặc tính cơ lý giống với tao cáp dự ứng lực thông thường. Tuy nhiên,giống như trình bày ở phần trên khi sử dụng trong bê tông hay vữa cần phải kiểm tra trước tính ổn định của lớp mạ kẽm trong môi trường vữa hoặc bê tông.
• Ngoài ra, do đây không phải là biện pháp chống ăn mònhoàn toàn nên gần đây người ta thường sử dụng 2 lớp chống ăn mòn bằng cách phủ lớp mỡ và bọc vỏ nhựa bảo vệ hơn là sử dụng cáp mạ kẽm đơn thuần.

KẾT LUẬN

Về các biện pháp chống ăn mòn muối, có thể kể đến sơn phủ bề mặt bê tông ngăn ion clorua xâm nhậptừ bên ngoài, sử dụng phụ gia trung hòa ion clorua bên trong bên trong bê tông, hay sử dụng cáp chống gỉđể ngăn sự tiếp xúc của thép với ion clorua.

Trong các biện pháp này, biện pháp toàn diện nhất có thể nóilà dùng cáp thép chống ăn mòn, bởi nó phòng được cả tác dụng của ion cloura bên trong và bên ngoài.

Từ những phân tích ở trên, nhận thấy rằng loại cáp dự ứng lực bọc từng sợi đơn nhựa epoxy với tính chống ănmòn ưu việt mà vẫn duy trì được tính chất cơ lý, tính thi công của cáp thông thường là vật liệu thích hợpnhất cho các công trình BT dự ứng lực yêu cầu độ bền và tuổi thọ cao.

Chính vì vậy sự ra đời của nhà máysản xuất cáp dự ứng lực bọc epoxy ở Đồng Nai, Việt Nam của Kurosawa, được kỳ vọng là sẽ đóng góp chosự phát triển các công trình với độ bền và tuổi thọ cao ở Việt Nam, và tương lai có thể là cả Đông Nam Á.