ĂN MÒN VẬT LIỆU XÂY DỰNG TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN

“corrosion protection for offshore structures”

Chương 4: Chống ăn mòn cho các công trình biển (1,5 tuần)4.1. Mở đầu4.2. Chống ăn mòn cho công trình biển bằng thép:

1) Sơn phủ2) Thiết kế hệ thống bảo vệ catốt: bằng anốt hy sinh và dòng ngoài3) Lắp đặt, kiểm tra, duy tu bảo dưỡng, thay thế hệ thống bảo vệ catốt

4.3. Chống ăn mòn cho công trình biển bằng bê tông cốt thép1) Nguyên nhân ăn mòn cốt thép trong bê tông2) Lựa chọn vật liệu bê tông cốt thép3) Thiết kế hệ thống chống ăn mòn cho cốt thép 4) Kiểm tra, duy tu bão dưỡng hệ thống chống ăn mòn

Chương 4: Chống ăn mòn cho các công trình biển

4.1. Mở đầu

4.2. Chống ăn mòn cho công trình biển bằng thép:

1) Sơn phủ

2) Thiết kế hệ thống bảo vệ catốt: bằng anốt hy sinh và dòng ngoài

3) Lắp đặt, kiểm tra, duy tu bảo dưỡng, thay thế hệ thống bảo vệ catốt

4.3. Chống ăn mòn cho công trình biển bằng bê tông cốt thép

1) Nguyên nhân ăn mòn cốt thép trong bê tông

Sự ăn mòn cốt thép trong bê tông là một vấn đề lớn mà các kỹ sư xây dựng dân

dụng và các cán bộ giám định phải đối mặt.

Câu hỏi đặt ra, tại sao thép bị ăn mòn trong bê tông? Một câu hỏi hợp lý hơn là lý

do tại sao  thép trong bê tông không bị ăn mòn. 

Chúng ta biết rằng thép thường và  thép thanh cường độ cao  dùng làm cốt thép bị

ăn mòn (gỉ) khi có không khí và không có không khí. Tại sao khi bê tông xốp và có chứa

ẩm nhưng thép trong bê tông thường không bị ăn mòn?

Câu trả lời rằng bê tông là kiềm. Tính kiềm là đối diện của tính axit.  Kim loại bị

ăn mòn  trong axit, trong khi đó chúng thường được bảo vệ khỏi bị ăn mòn bởi chất kiềm.

Khi chúng ta nói bê tông là kiềm có nghĩa là nó chứa những lỗ rất nhỏ với nồng độ

cao của ô xít canxi, natri và kali hòa tan. Những oxit này tạo nên hy-đrô-xít mà chúng có

tính chất rất kiềm khi cho thêm nước. Điều này tạo ra một điều kiện rất kiềm (độ pH nằm

1/17

trong khoảng 12÷13).

pH là độ đo tính a xít và tính kiềm dựa trên yếu tố nồng độ của iôn hydrô [H+]

(tính a xít) nhân với iôn hydrôxil [OH-] (tính kiềm) là 10÷17 mol/l trong dung dịch lỏng:

tức là a xít mạnh có , kiềm mạnh có , dung dịch trung tính có . Bê

tông có . Thép bị ăn mòn khi .

  Thành phần của nước lỗ rỗng và sự dịch chuyển của các ion và các loại khí thông

qua các lỗ rỗng là rất quan trọng khi phân tích độ nhạy cảm của kết cấu bê tông cốt

thép đối với sự ăn mòn. 

Điều kiện kiềm dẫn đến một lớp "thụ động" hình thành trên bề mặt thép. Lớp thụ

động là một màng đậm và không thể xuyên thủng, dày đặc, mà nếu tạo lập và duy trì đầy

đủ lớp thụ động này thì có thể ngăn ngừa sự ăn mòn tiếp theo của thép. Lớp hình

thành trên thép trong bê tông có thể là phần oxit/hydroxit kim loại và một phần khoáng

từ xi măng. Một lớp thụ động thực sự là rất dày, lớp mỏng oxit dẫn đến một tốc độ oxy

hóa (ăn mòn) rất chậm. Dù lớp mỏng trên bề mặt thép có là một lớp thụ động đúng nghĩa

hay không nhưng nó dày so với các lớp khác thụ động và nó bao gồm nhiều oxit kim

loại hơn, nhưng nó hoạt động như một lớp thụ động và vì thế thường được gọi là lớp "thụ

động" .

Các kỹ sư về ăn mòn dành nhiều thời gian để tìm cách ngăn chặn sự ăn mòn của

thép bằng cách áp dụng các lớp phủ bảo vệ. Các kim loại như kẽm hoặc các polyme như

acrylics hay ê-pốc-xy được sử dụng để ngăn chặn điều kiện ăn mòn xảy ra trên bề

mặt thép. Lớp thụ động là lớp phủ mơ ước của  các kỹ sư về ăn mòn vì chính nó tạo ra

chính nó và sẽ tự duy trì và tự sửa chữa  miễn là có một môi trường mạ (kiềm) có khả

năng tái tạo nó nếu nó bị hỏng. Nếu môi trường kiềm như vậy có thể được duy trì, thì

nó  tốt hơn nhiều so với các lớp phủ nhân tạo như mạ kẽm hoặc hợp epoxy là những lớp

phủ có thể bị ảnh hưởng hoặc bị hư hỏng, cho phép ăn mòn tiến hành ở các khu vực bị hư

hỏng.

Tuy nhiên, môi trường kiềm không phải luôn luôn được duy trì. Hai quá trình có

thể phá vỡ môi trường kiềm trong bê tông, đó là sự các-bua-hóa và ăn mòn clorua. 

2/17

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn:

- Các yếu tố bên ngoài

- Các yếu tố bên trong

1.1. Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự ăn mòn của thép trong bê tông

Chúng bao gồm các thông số chủ yếu là môi trường, chẳng hạn như:

a) Sự sẵn có của oxy và độ ẩm: 

Sự hiện diện của độ ẩm và oxy hỗ trợ cho ăn mòn. Độ ẩm bổ sung cho các yêu cầu

về điện phân của các pin ăn mòn, và độ ẩm và oxy cùng nhau giúp cho việc hình

thành nhiều OH- hơn do đó tạo ra thành phần rỉ nhiều hơn, tức là Fe(OH)2. Oxy cũng ảnh

hưởng đến quá trình của các phản ứng cực âm (cathodic reaction). Trong trường hợp

không có ôxy, thậm chí trong một tình huống của thụ động hóa, ăn mòn sẽ không tiến

triển do sự phân cực âm cực.

Trong kết cấu ngập nước hoặc tiếp xúc với nước dài hạn hoặc ngập nước theo chu

kỳ là nguyên nhân gây bão hòa nước của bê tông trong thời gian ngắn, sự sẵn có của oxy

chỉ là yếu tố giới hạn đối với tốc độ ăn mòn cốt thép khi bê tông bao xung quanh thép bị

bão hòa nước và hầu hết ôxy cùng với bê tông gần với bề mặt cốt thép bị ảnh

hưởng bởi các phản ứng cực âm của quá trình ăn mòn.

Do đó, trong trường hợp kết cấu bên ngoài  tiếp xúc với mưa và không ngập

nước hoặc không liên tục  bão hòa nước bởi các lý do khác, cũng không mong đợi có sự

suy giảm tốc độ ăn mòn gây ra bởi sự khuếch tán hạn chế của oxy.

b) Độ ẩm tương đối: 

Điều kiện độ ẩm là một trong những thông số ảnh hưởng tới sự đông cứng của bê

tông, đặc biệt là gần với bề mặt, và do đó ảnh hưởng đến tính thấm nước, khí và

các ion. Sự thay đổi độ ẩm  gây ra co rút và co ngót nứt. Độ ẩm đóng vai trò đáng

kể trong phản ứng hóa học trong bê tông và trong quá trình vật lý và hóa học trong hiện

tượng suy giảm khả năng làm việc khác nhau.

Thời gian bắt đầu để cốt thép  bị ăn mòn  chịu ảnh hưởng lớn của thành phần độ

ẩm vì độ ẩm cao làm chậm sự xâm nhập của khí carbon dioxide CO2 (khuếch

tán khí carbon là rất chậm hơn so với trong pha khí), tuy nhiên một vài thành phần của độ

ẩm  là cần thiết cho lượng khí carbon dioxide phản ứng với Ca(OH)2.

3/17

Clorua cần độ ẩm để xâm nhập vào bê tông. Trong vùng nước bắn của công

trình biển độ ẩm đóng một vai trò tích cực hơn khi muối xâm nhập do đối lưu, di

chuyển với nước và đọng lại ở đâu đó và khi độ ẩm bốc hơi. 

Khi ăn mòn bắt đầu thì tốc độ ăn mòn chịu ảnh hưởng của độ ẩm đến một mức độ

lớn. Trong điều kiện khô (điện kháng của bê tông) hoặc điều kiện rất ẩm ướt (O2 khuếch

tán trở thành yếu tố kiểm soát)  tốc độ ăn mòn là chậm nhưng điều kiện độ ẩm trung bình

tạo nên một chất điện phân và cho phép sự xâm nhập của oxy cho quá trình ăn mòn. Do

đó, kiến thức về số lượng lỗ rỗng được mô tả bởi độ xốp, sự phân bố kích thước lỗ

rỗng và độ bão hòa nước của các lỗ rỗng là các thông số quan trọng để hiểu được quá

trình điện hóa trong bê tông.

c) Nhiệt độ: 

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến quá trình ăn mòn của thép trong bê tông, đặc

biệt đối với thế năng ăn mòn, tốc độ ăn mòn,  điện trở suất  của bê tông và các quá

trình vận chuyển trong bê tông. Sự tăng nhiệt độ có thể dẫn đến hai hiệu ứng : các tốc

độ phản ứng điện cực thường tăng lên, và độ hòa tan oxy tăng lên gây nên sự tăng tốc độ

ăn mòn. Nếu tình hình thuận lợi, tốc độ ăn mòn tăng khi nhiệt độ cao và độ ẩm cao.

d) Cacbonat và xâm nhập của các chất gây ô nhiễm khí axit 

Các-bua-hóa là kết quả của sự tương tác của khí carbon dioxide  trong khí

quyển với hydroxit kiềm trong bê tông. Giống như  nhiều khí khác, khí carbon

dioxide hòa tan trong nước tạo ra một axit. Không giống như hầu hết các a xít các-bô-níc

không tấn công hỗn hợp xi măng, nhưng chỉ trung hòa các chất kiềm trong nước lỗ

rỗng, chủ yếu là tạo thành cacbonat canxi rằng đường lối lỗ rỗng:

Trong các lỗ rỗng của bê tông  có nhiều hydroxit canxi  hơn là hydroxit canxi có

thể tan  trong nước lỗ rỗng. Điều này giúp duy trì độ pH ở mức độ bình thường là

13 khi các phản ứng các-bua-nát xảy ra. Tuy nhiên, cuối cùng là hydroxit canxi có phản

ứng, kết tủa canxi carbonate và cho phép pH giảm đến một mức độ có thể gây nên sự

4/17

khởi đầu ăn mòn, mất tính thụ động của bê tông chống lại ăn mòn cốt thép, thể

hiện ở bảng dưới đây.

Bảng 2. Trạng thái ăn mòn của cốt thép ở các mức độ PH khác nhau

Độ PH của bê tông Trạng thái ăn mòn cốt thép

<9,5 Bắt đầu ăn mòn thép

8,0 Màng bảo vệ thụ động trên bề mặt thép biến mất

<7,0 Ăn mòn rất mạnh xảy ra

Sự hư hỏng do các-bua-nát xảy ra nhanh nhất khi có ít bê tông bao phủ cốt thép. Các-

bua-nát có thể xảy ra ngay cả khi bê tông phủ cốt thép có chiều dày lớn. Điều này có thể

là do cấu trúc lỗ rỗng là mở, nơi lỗ rỗng cũng được kết nối với nhau và cho phép 

nhanh chóng đi vào. Điều đó  cũng có thể xảy ra khi dự trữ kiềm trong các lỗ rỗng thấp.

Những vấn đề này xảy ra khi có một hàm lượng xi măng thấp, tỷ lệ nước xi măng

Anion xâm thực đạt đến cốt thép:

Sự ăn mòn của cốt thép do các ion clorua từ muối  hoặc nước biển ngưng tụ 

là nguyên nhân chính gây thiệt hại và phá hủy sớm của kết cấu bê tông cốt thép

(BTCT). Nồng độ clorua cao trong lớp bọc bê tông gây nên sự mất lớp thụ động của cốt

thép. Cơ chế mất sự thụ động hóa do ăn mòn clorua khác với ăn mòn do các-bua-hóa. 

Các ion clorua ăn mòn các lớp thụ động, nhưng không giống như các-bua-hóa, không

có sự giảm tổng thể ở độ pH. Clorua hoạt động như chất xúc tác để khi đủ nồng độ clorua

ở bề mặt cốt thép nó sẽ phá vỡ lớp thụ động. Nó không làm tiêu hao gì trong quá trình

này nhưng giúp đỡ để phá vỡ lớp ôxít trên thép và cho phép quá trình ăn mòn xảy ra

nhanh chóng. Rõ ràng một vài ion clorua trong nước lỗ rỗng sẽ không phá hỏng lớp thụ

động, đặc biệt là nếu nó tự tái lập lại có hiệu quả lại  khi có hư hỏng.

Ăn mòn nghiêm trọng thường xảy ra khi sự khô/ướt xảy ra theo chu

kỳ, thường ở vùng nước bắn của kết cấu công trình.

5/17

Người ta nhận rằng chỉ có các ion clorua tự do ảnh hưởng đến quá trình ăn

mòn. hàm lượng clorua tăng làm giảm điện trở suất và làm tăng tốc độ ăn mòn. Tuy

nhiên, sự thay đổi pH được thấy là không đáng kể do sự thay đổi nồng độ clorua của bê

tông.

Sự xâm nhập của clorua  vào bê tông xác định thời gian để bắt đầu phá vỡ sự thụ

động hóa do ăn mòn cục bộ và đó chính là một trong các quá trình quyết định nhất cho độ

bền và tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép. Nước và clorua được vận chuyển nhanh

chóng vào bê tông bởi sự hút mao dẫn. 

Bên cạnh những ảnh hưởng chiếm ưu thế của độ rỗng và sự phân bố kích

thước lỗ rỗng, tốc độ và số lượng clorua xâm nhập có liên quan đến gradient độ ẩm hiện

hữu trong bê tông đúc khuôn cũng như tính chất hóa học của xi măng đông cứng.

Việc sử dụng xi măng với hàm lượng cao C3A (3CaO • Al2O3) được xem là có lợi

cho sức bền chống ăn mòn bởi vì khả năng của nó để clorua kết tủa bằng cách hình

thành canxi cloro-aluminết, 3CaO • Al2O3 • CaCl2 • 10H2O, đôi khi được gọi là  muối

Friedel.

Tuy nhiên, ăn mòn sun-phát do nước biển gây nên phân hủy của calcium chloro-

aluminate, bằng cách hình thành nên canxi sunphua-aluminát  clorua canxi sulpho-

aluminate.  Do đó Clo  một lần nữa trở nên sẵn sàng cho quá trình ăn mòn.

Sự bão hòa của hỗn hợp xi măng đông cứng trong đó có clorua ràng buộc có một tác

dụng tương tự như việc làm cho các clorua ràng buộc được tự do và do đó làm tăng nguy

cơ bị ăn mòn. Người ta thấy rằng sự hiện diện của lượng rất nhỏ các ion clorua trong bê

tông bị các-bua hóa làm tăng tốc độ ăn mòn gây ra bởi độ kiềm thấp  bê tông bị các-

bua hóa. 

Trong khi hoạt động ăn mòn của các thanh thép gia cố có thể được phát hiện trong

phòng thí nghiệm và tại hiện trường bằng kỹ thuật điện hóa không phá hủy như đo

lường điện thế, thì không có khả năng như vậy để phát hiện và định lượng của các

ion clorua trong bê tông. Chỉ có thông tin chất lượng  về phân bố clorua có thể nhận được

từ bản đồ về thế năng.

6/17

Dòng điện phân tán:  dòng điện phân tán có các nguồn khác nhau, ví dụ, do xây

dựng hệ thống cấp điện, hệ thống bảo vệ catốt,  hệ thống cấp điện cho đầu máy   xe

lửa, v.v… gây ra sự ăn mòn điện phân.

Ăn mòn do vi khuẩn:

Ăn mòn do vi khuẩn có ảnh hưởng theo 3 cách sau

1. Các vi khuẩn làm tan rã vật liệu xi măng dẫn đến hư hao của lớp bọc.

2. Các vi khuẩn kỵ khí tạo nên sulfua sắt trong điều kiện thiếu ôxy, chẳng hạn như ống

cống bê tông, cho phép các phản ứng ăn mònđể tiến hành thậm chí không có oxy.

3. Các vi khuẩn háo khí cũng có thể hỗ trợ trong việc hình thành các lỗ trao đổi khí, có

thể dẫn tới ăn mòn.

1.2)  Các yếu tố bên trong ảnh hưởng đến sự ăn mòn cốt thép

Chúng bao gồm các thông số chất lượng bê tông và thép.

Thành phần Xi măng: Xi măng trong bê tông bảo vệ cho cốt thép chống ăn mòn bằng

cách duy trì độ pH cao trong khoảng 12,5÷13 có sự hiện diện của Ca(OH)2 và các vật liệu

có tính kiềm khác trong sản phẩm  hydrát hóa xi măng, và bằng cách liên kết một số

lượng đáng kể clorua  như là kết quả của phản ứng hóa học giữa các thành phần

C3A vàC4AF của xi măng trong bê tông. Như vậy giá trị ngưỡng clorua dịch về phía cao

hơn so với sự tăng trong thành phần  C3A của xi măng. Việc sử dụng xi măng hỗn hợp,

chẳng hạn như xi măng C3A  pha trộn cát trắng mịn bền đồng thời đối với ăn mòn

sulfate  và ăn mòn clorua của bê tông

Tạp chất trong cốt liệu: Cốt liệu có chứa các muối clorua gây ra  ăn mòn nghiêm

trọng, đặc biệt là cốt liệu liên quan với nước biển và những cốt liệu tự nhiên nằm trong

vùng nước ngầm có chứa clorua nồng độ cao.

Tạp chất trong nước trộn và bảo dưỡng bê tông: nước dùng để trộn và bảo

dưỡng bê tông, hoặc là bị ô nhiễm với số lượng đủ clorua hoặc  axít hóa cao do chất liệu

không mong muốn bất kỳ có mặt trong nước, có hại cho ăn mòn cốt thép.

Phụ gia: Sự bổ sung clorua canxi trong bê tông, như là một phụ gia phổ biến để thúc đẩy

việc hydrat hóa của xi măng có lẽ là lý do quan trọng nhất cho sự hiện diện

7/17

của clorua trong các kết cấu bê tông cốt thép tiếp xúc với điều kiện thời tiết bình

thường. Một số phụ gia giảm nước cũng chứa clorua.

Tỷ lệ nước/xi măng (N/X): 

Tỷ lệ N/X thấp làm giảm độ thấm bê tông, do đó làm giảm sự xâm nhập của

clorua, giảm sự thâm nhập các-bô-nát  và sự khuếch tán oxy trong bê tông. Tuy

nhiên, một  tỷ lệ N/X thấp không tự đảm bảo rằng bê tông có độ thẩm thấu thấp. Ví

dụ, bê tông “không mịn” có thể có  tỷ lệ N/X thấp và độ thấm cao. Như vậy, ngoài  tỉ

lệ N/X thấp,bê tông phải được pha đúng tỷ lệ và cố kết tốt để tạo nên bê tông có độ thẩm

thấu thấp.

Khi kết cấu bê tông cốt thép nằm trong một số dung dịch có tính ăn

mòn, chính tính thấm của bê tông,  là hàm số của tỷ lệ N/X, ảnh hưởng đến sự ăn

mòn của cốt thép. Độ sâu của sự thâm nhập của  clorua đến một ngưỡng cụ thể tăng lên

cùng với sự tăng tỷ lệ N/X. Độ sâu các-bon-hóa tăng theo tỷ lệ tuyến tính với sự tăng tỷ

lệ N/X. Các hệ số khuếch tán oxy cũng tăng cùng với mức tăng tỷ lệ N/X.

Hàm lượng xi măng: Hàm lượng  xi măng trong bê tông không chỉ ảnh hưởng đến cường

độ mà còn ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của bê tông. Giảm lượng xi măng trong hỗn

hợp bê tông  làm cho bê tông cố kết không chuẩn xác dẫn đến rỗ và các khuyết tật bề

mặt khác của bê tông. Các vết rỗ và các khuyết tật bề mặt tạo điều kiện cho việc  thâm

nhập và khuếch tán  tác nhân gây ra ăn mòn, chẳng hạn như Cl-, H2O,

O2, CO2, v.v.., trong bê tông. Điều này gây nên khởi điểm ăn mòn cốt

thép do các pin hình thành. Hơn nữa, bê tông  có hàm lượng xi măng  thấp không có tính

dẻo đồng đều do đó nó không tạo thành một  lớp thụ động đồng đều trên bề mặt của

các thanh thép. Vì vậy, điều quan trọng để duy trì hàm lượng xi măng tối thiểu xét

theo quan điểm độ bền.

Kích thước và cấp độ cốt liệu: 

Vì kích thước của cốt liệu có liên quan tới sự đồng đều của bê tông, có thể có hiệu

lực nên nó ảnh hưởng đến sự ăn mòn cốt thép. Cấp độ cốt liệu là một yếu tố cần được

xem xét đối với bê tông không thấm chất lượng cao. Thực tế cho thấy đối với tỷ lệ N/X

8/17

cho trước hệ số thấm của bê tông  tăng đáng kể cùng với sự tăng kích thước của cốt

liệu. Khuyến cáo kích thước tối đa của cốt liệu như sau:

25-50 mm cho bê tông 35MPa , 

18.5 mm cho bê tông 40MPa 40 

9-12,5 mm cho bê tôngvới lực nén lớn hơn 40 MPa.

Việc phân chia tỷ lệ giữa cốt liệu thô và mịn là rất quan trọng để sản xuất bê tông

có khả năng chịu lực và bền. Việc phân chia tỷ lệ cho mục đích này bao gồm cố định

phần khối lượng tối ưu của cát trong tổng số hàm lượng cốt liệu.

Thực tế thi công:

Các vấn đề nghiêm trọng ăn mòn có thể xảy ra nếu không quan tâm đủ các yếu tố

liệt kê dưới đây ở giai đoạn xây dựng

(I) rửa sạch các vật liệu có hại, nếu có;

(Ii) Kiểm soát clorua ở hầu hết các thành phần của bê tông, tức là, nước, xi măng, cốt

liệu, và phụ gia;

(Iii) thực thi nghiêm ngặt của các yêu cầu thiết kế đối với tỷ nước/xi măng, thành phần xi

măng, độ dày lớp bảo vệ, v.v…

(Iv) Sự đông cứng phù hợp của bê tông đổ tươi

(V) Sự chăm sóc thích hợp đối với bê tông.

Lớp bảo vệ cốt thép :

Chiều dày lớp bảo vệ có ảnh hưởng đáng kể trong trường hợp ăn mòn do sự thâm

nhập của clorua hoặc cacbonat. Ảnh hưởng của lớp bảo vệ được giới hạn trong thời gian

đúc so với thời gian mà cốt thép bị mất lớp thụ động và sự ăn mòn được bắt đầu.

Tốc độ ăn mòn, một khi nó đã bắt đầu, không phụ thuộc vào nhiều vấn đề kể cả độ dày

lớp bảo vệ.Độ dày lớp bảo vệ là một trong những yếu tố ảnh hưởng tới nứt và vỡ vụn của

bê tông do ăn mòn cốt thép.

Thành phần hóa học và cấu trúc của thép gia cố: Sự khác biệt trong thành phần hóa

học và cấu trúc của thép gia cố andpresence căng thẳng trong gia cố, hoặc tĩnh hoặc theo

chu kỳ, tạo các thế năng khác nhau tại địa điểm khác nhau trên bề mặt của cốt thép, gây

nên sự hình thành của tế bào vi sai ăn mòn, dẫn đến sự ăn mòn của thép.

9/17

PH của nước lỗ rỗng bê tông: Trong kết cấu bê tông, cốt thép được bảo vệ chống ăn

mòn bởi độ kiềm cao của nước lỗ rỗng cụ thể kết quả trong lớp màng phim thụ động trên

thép.

Bê tông với hệ thống lỗ liên tục và xu hướng hình thành vết nứt bề mặt, không phải là

một hàng rào chống ăn mòn hoàn hảo. 

Tầm quan trọng thực sự của lớp bê tông bảo vệ có liên quan chủ yếu đến khả năng

bảo quản các điều kiện độ pH cao cần thiết để duy trì cốt thép ở trong điều kiện bị động

bằng cách ngăn chặn tốc độ xâm nhập của "các chất có tính axit" từ môi trường bên

ngoài gây nên sự giảm độ pH. 

Nói chung, chúng là dioxide carbon có trong không khí và trong các địa điểm bị ô

nhiễm, các loại khí khác như dioxide lưu huỳnh.CO2 phản ứng với các thành phần kiềm

của hỗn hợp xi măng để tạo thành một khu vực bị các-bua thâm nhập tăng dần vào bê

tông tiếp xúc, làm giảm độ pH của vùng bị ảnh hưởng đến một giá trị làm cho ăn mòn sẽ

xảy ra.

Sự các-bua hóa của bê tông này được đặc trưng bởi một sự thay đổi độ pH trong

khoảng 4 đơn vị về phía giá trị thấp hơn.

Việc giám sát sự các-bua hóa có thể bằng cách đo độ pH. Khi đã xác định được phạm vị

các-bua hóa, yêu cầu về độ chính xác của các cảm biến đo độ pH không nhất thiết phải

cao, nhưng cần thiết cho sự kết hợp lâu dài với các phép đo có hiệu quả.

Kết hợp với đo tỷ lệ [Cl-]/[OH-] mô tả sự ăn mòn thực tế của bê tông  có thể đánh

giá dung dịch trong lỗ rỗng. Nồng độ clorua tới hạn thường không xem xét vai trò của

pH. Việc giám sát có thể được sử dụng để đánh giá sự suy giảm hiệu suất hiện tại và dự

đoán trong tương lai.

2) Nguyên nhân và cơ chế của sự ăn mòn và phá hủy bê tông do ăn

Các nguyên nhân chính của sự ăn mòn của thép trong bê tông là sự ăn mòn clorua

và carbonation. Hai cơ chế là không bình thường ở chỗ chúng không ăn mòn sự toàn vẹn

của bê tông. Thay vào đó, loài hóa học tích cực đi qua các lỗ rỗng trong bê tông và ăn

mòn thép. Điều này không giống như  các quá trình suy thoái bình thường do ăn mòn hóa

học trong bê tông. Các axit và ion mạnh khác như là sulphate phá hủy tính toàn

vẹn của bê tông trước khi thép được bị ảnh hưởng. 

10/17

Do đó hầu hết các dạng ăn mòn hóa học  là những vấn đề của bê tông trước khi

chúng là vấn đề ăn mòn chung. Carbon dioxide và ion clorua là rất bất thường trong việc

thâm nhập vào bê tông mà không gây tổn hại đáng kể cho bê tông. Ví dụ, các giọt mưa

axit gây nên sự ăn mòn của thép đặt chìm trong bê tông chứ không phải là bê tông.

3.1 CARBONATION

Carbonation is the result of the interaction of carbon dioxide gas in the atmosphere with

the alkaline hydroxides in the concrete. Like many other gases carbon dioxide dissolved

in water to form an acid. Unlike most other acids the cacbonic acid does not attack the

cement paste, but just neutralizes the alkalis in the pore water, mainly forming calcium

carbonate that lines the pores:

2.1) Các-bua hóa

Các-bua hóa là kết quả của sự tương tác của khí carbon dioxide ( ) trong khí

quyển với hydroxit kiềm  trong bê tông.  Giống như nhiều khí  khác

carbon dioxide  hòa tan trong nước để tạo thành một  acid.  Không giống như hầu hết

các axit khác axit cacbonic không ăn mòn hỗn hợp xi măng, mà chỉ làm trung

hòa các chất kiềm trong nước lỗ rỗng, chủ yếu là tạo thành cacbonat canxi mà dòng

các lỗ rỗng:

Khí Nước Axít cácbôníc

Dung dịch Axít Cácbôníc lỗ rỗng

11/17

Có rất nhiều hydroxit canxi trong các lỗ rỗng bê tông  hơn là hydroxit canxi  có

thể bị hòa tan trong các lỗ rỗng nước. Điều này giúp duy trì độ pH ở mức bình

thường của nó khoảng 12 hoặc 13 như khi các phản ứng carbonation xảy ra. Tuy

nhiên, cuối cùng tất cả các hydroxit canxi có sẵn tại địa phương phản ứng, kết

tủa canxi cacbonat và cho phép độ pH giảm xuống tới mức để thép bị ăn mòn. 

Sự hư hỏng do Các-bua hóa  xảy ra nhanh nhất khi có một ít bê tông bao phủ trên

cốt thép. Các-bua hóa có thể xảy ra ngay cả khi bê tông bao phủ  cốt thép có chiều dày

lớn. Điều này có thể là do cấu trúc lỗ rỗng rộng mở khi các lỗ rỗng được kết nối

với nhau và cho phép CO2 nhanh chóng xâm nhập. Điều đó cũng có thể xảy ra khidự

trữ kiềm trong nội dung, tỷ lệ  xi măng nước cao và xử lý bê tông đạt yêu cầu.

A carbonation front proceeds into the concrete roughly following the laws of diffusion.

These are most easily defined by the statement that the rate is inversely proportional to

the thickness:

Phạm vi Các-bua hóa thâm nhập vào bê tông tuân theo các định luật khuyếch tán. Nó tỷ

lệ nghịch với độ dày:

Trong đó x là khoảng cách, t là thời gian và D0 là hằng số khuếch tán.

Hằng số khuếch tán D0  được xác định bởi chất lượng bê tông. Ở vùng các-bua hóa

có sự giảm mạnh trong kiềm từ pH=11÷13 ph xuống đến dưới pH 8. Lúc đó

cấp các lớp thụ động,  được tạo ra bởi độ kiềm, không còn được duy trì để sự ăn mòn tiến

triển theo cơ chế ăn mòn nói chung như được mô tả.

Trong trường hợp các-bô-nát hóa, lượng khí carbon dioxide trong khí quyển (CO

2) phản ứng với kiềm nước lỗ rỗng theo phản ứng tổng quát sau:

Nó tiêu thụ kiềm và làm giảm độ pH của nước lỗ rỗng đến phạm vi 8-9, nơi

mà thép không còn là thụ động.

12/17

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng của bê tông cốt thép chống lại sự  ăn mòn do

các-bua hóa (carbonation) gây ra. Tốc độ carbonation, hay đúng hơn tome đối với sự ăn

mòn do carbonation, là một hàm số của độ dày lớp bê tông bảo vệ. Lớp bê tông bảo vệ

tốt là điều cần thiết để chống các-bua hóa. Khi quá trình này là một trong những trung

hòa độ kiềm của, dự trữ bê tông tốt của kiềm là cần thiết, tức là hàm lượng xi

măng cao. Quá trình khuyếch tán được thực hiện dễ dàng hơn nếu bê tông có cấu trúc lỗ

rỗng mở. Trên quy mô vĩ mô này có nghĩa là cần  đầm tốt.Trên quy mô vi mô bê tông

được chăm sóc tốt có những lỗ rỗng nhỏ  và sự kết nối không liên tục của các lỗ rỗng làm

cho CO2  di chuyển khó khăn qua bê tông. Silíc mịn và các phụ gia khác có thể chặn lỗ

rỗng, giảm kích thước lỗ rỗng.

Carbonation là phổ biến trong cấu trúc cũ, kết cấu được xây dựng không đảm bảo (đặc

biệt là các tòa nhà) và kết cấu có chứa các thành phần cốt thép thường có hàm lượng xi

măng thấpvà là rất xốp. 

Cacbonation hiếm gặp ở cầu đường cao tốc hiện đại và kỹ thuật dân dụng khác

có tỷ lệ nước/xi măng thấp, hàm lượng xi măng là cao được đầm và bảo dưỡng tốt, và có

lớp bảo vệ đủ  để ngăn chặn phạm vi các-bua hóa dịch chuyển vào trong bê tông đến độ

sâu của thép trong suất cả đời sống của công trình. 

Ở những kết cấu trúc tiếp xúc với nước biển hoặc muối ngưng

đọng, các clorua thường xâm nhập vào cốt thép và gây ra ăn mòn lâu trước

khi Cacbonation trở thành một vấn đề. Sự lạp đi lặp lại Ướt/khô trên bề mặt bê

tông sẽ đẩy nhanh sự bão hòa bằng cách cho phép khí carbon dioxide trong chu

kỳ khô và sau đó cung cấp nước để hòa tan nó trong chu kỳ ẩm ướt. Điều này cho

phép các vấn đề ở một số nước trong khu vực nhiệt đới hoặc bán nhiệt đới, sự lặp theo

chu trình giữa mùa mưa và khô có vẻ như có lợi cho sự Cacbonation, ví

dụ: Hồng Kông và một số nước ở Thái Bình Dương.

Sự bão hòa rất dễ dàng để phát hiện và đo lường. Một chất chỉ thị độ pH, thường là

phenolphthalein trong một dung dịch nước và rượu, sẽ phát hiện sự thay đổi pH trên

một mặt bê tông phơi trần. Phenolphthalein thay đổi từ không màu, độ pH thấp( khu vực

các-bua hóa) đến màu hồng ở pH cao ( bê tông không các-bua hóa). Các phép đo có thể

13/17

được đưa vào lõi bê tông, mảnh và xuống lỗ khoan. 

3.2 CHLORIDE ATTACT

3.2.1 Sources of chlorides

Chlorides can come from several sources. They can be cast into the concrete or they can

diffuse in from the outside. Chlorides cast into concrete can be due to:

• deliberate addition of chloride set accelerators (calcium chloride, CaCl2, was widely

used until the mid-1970s);

• use of sea water in the mix;

• contaminated aggregates (usually sea dredged aggregates which were unwashed or

inadequately washed).

2.2) Ăn mòn clorua

2.2.1) Nguồn Clorua

Clorua có thể đến từ nhiều nguồn. Có thể được đúc sẵn trong bê tông hoặc

chúng có thể khuếch tán vào từ bên ngoài. Clorua đúc sẵn trong bê tông có thể là do:

• cố ý bổ sung các chất làm tăng clorua (chẳng hạn canxi clorua, CaCl2, được sử

dụng nhiều cho đến giữa thập niên 1970);

• sử dụng nước biển để  trộn bê tông;

• Cốt liệu bị ô nhiễm (thường là cốt liệu được lấy từ biển mà chưa rửa hoặc rửa không

đủ  sạch).

A low level of chloride cast in can lead to rapid onset of corrosion if further chlorides

become available from the environment. This often happens in marine conditions where

seawater contaminates the original concrete mix and then diffuses into hardened concrete.

Clorua có thể khuếch tán vào bê tông là kết quả của:

• muối biển và nước biển phun trực tiếp làm ướt;

• sự kết tinh muối;

• sử dụng các hóa chất (công trình sử dụng để lưu trữ muối, bồn ngâm nước

muối, hồ,vv.). Clorua có sẵn trong bê tông ở mức thấp  có thể dẫn đến sự khởi đầu nhanh

chóng của sự ăn mòn nếu bổ sung thêm clorua có sẵn từ môi trường. Điều này

thường xảy ra trong điều kiện nước biển gây ô nhiễm biển đối với hỗn hợp bê tông ban

14/17

đầu và sau đó khuếch tán vào bê tông cứng.

2.2.2) Clo thâm nhập bê tông

Cũng giống như các-bua hóa, tỷ lệ thâm nhập clorua thường xấp xỉ với luật

khuếch tán. Có thêm yếu tố ở đây. Cơ chế đầu tiên là sự hút, đặc biệt là khi bề

mặt khô. Nước muối nhanh chóng hấp thụ bởi bê tông khô. Có sau đó một số chuyển

động mao dẫn của nước muối đầy thông qua các lỗ rỗng sau đó khuếch tán 'đúng'.

Có những cơ chế khác đối lập đó làm chậm các clorua xuống. Chúng bao gồm phản ứng

hóa học để hình thành phèn chua clorua hấp thụ vào bề mặt lỗ rỗng.

2.2.3) Cơ chế ăn mòn clorua

Ở trên đã thảo luận về sự ăn mòn của thép trong bê tông và hiệu quả của độ

kiềm trong bê tông các lỗ rỗng bị động sản xuất một lớp ôxít bảo vệ trên bề

mặt thép ngừng ăn mòn. Chúng ta quan sát thấy rằng độ kiềm trong  các lỗ rỗng bê tông

bị vô hiệu hóa bởi sự các-bua hóa. Cơ chế ăn mòn clorua phá vỡ sự thụ động là hơi khác

nhau. Các ion clorua ăn mòn các lớp thụ động, nhưng, không giống như các-bua hóa,

không có giảm tổng thể ở pH. Clorua hoạt động như chất xúc tác cho sự ăn

mòn khi có đủ nồng độ ở bề mặt thép cây để phá vỡ các lớp thụ động. Họ không phải

là tiêu thụ trong quá trình này mà giúp đỡ để phá vỡ các lớpoxit thụ động của thép và cho

phép quá trình ăn mòn để tiến hành nhanh chóng.  Điều này làm cho sự ăn

mòn clorua khó khăn để khắc phục như clorua là khó có thể loại bỏ.

Rõ ràng là các ion clorua  trong nước lỗ rỗng sẽ không phá vỡ các lớp thụ động,

đặc biệt là nếu nó là hiệu quả tự thiết lập lại chính nó khi bị hư hỏng.

2.2.4) Thiết kế hệ thống chống ăn mòn cho cốt thép

15/17

Hiình 6.1Sơ đồ bảo vệ điện hóa

* Lý thuyết và nguyên lý hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng điện cưỡng bức

Hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng điện cưỡng bức làm việc nhờ dòng điện một

chiều chạy từ anốt cố định thường xuyên trên bề mặt kết cấu hoặc trong bê tông đến cốt

thép trong bê tông. Dòng điện được cung cấp từ anốt đến cốt thép ngăn cản phản ứng ở

anốt:

và làm cho phản ứng catốt chỉ xảy ra trên bề mặt thép:

Tuy nhiên phản ứng khác cũng có thể xảy ra nếu thế năng trở thành âm:

16/17

17/17