Ăn mòn trong bê tông cốt thép: Nguyên nhân và giải pháp khắc phục

Sự ăn mòn của cốt thép và các kim loại là nguyên nhân hàng đầu gây ra sự xuống cấp nghiêm trọng trong ngành xây dựng. Khi thép bị ăn mòn, tạo thành rỉ sét chiếm thể tích lớn hơn thép, đồng nghĩa việc giảm diện tích thiết diện của thép, tạo ra các vết nứt, tách lớp và bong tróc. Vậy, đâu là nguyên nhân gây ra sự ăn mòn trong bê tông cốt thép? Làm thế nào khắc phục trước tác động ăn mòn?

Sự ăn mòn trong bê tông cốt thép tại các công trình xây dựng

Nguyên nhân, các yếu tố dẫn đến sự ăn mòn bê tông cốt thép

Bê tông cốt thép (BTCT) là một loại vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vì độ bền đáng kinh ngạc của nó. Xấp xỉ 12 tỷ tấn BTCT được sản xuất mỗi năm, đây được xem là vật liệu xây dựng có số lượng sản xuất nhiều nhất trong các vật liệu nhân tạo trên thế giới hiện nay.

Sau một thời gian dài sử dụng, các yếu tố ảnh hưởng như hạn chế vật liệu, thực hành xây dựng và điều kiện môi trường khắc nghiệt có thể dẫn đến hư hỏng bê tông và các vấn đề về kết cấu. Sự xuống cấp của bê tông có liên quan đến một số nguyên nhân như:

Ăn mòn trong bê tông cốt thép theo thời gian

Quá trình cacbonat hóa trong bê tông cốt thép 

Khi bề mặt thép không được bảo vệ trong môi trường không khí, rỉ sét sẽ bắt đầu hình thành trên bề mặt thép và dần dần bong tróc ra.

Quá trình cacbonat hóa xảy ra khi carbon dioxide từ không khí xâm nhập vào bê tông và phản ứng với hidroxit. Chẳng hạn như canxi hydroxit để tạo thành cacbonat theo phản ứng dưới đây:

 Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O 

Phản ứng này làm giảm độ pH của dung dịch lỗ rỗng xuống còn 8.5, ở mức độ này màng thụ động trên thép không ổn định và cốt thép bắt đầu bị ăn mòn.

Hình ảnh ăn mòn bê tông cốt thép theo thời gian

Cacbonat là một quá trình chậm. Trong bê tông chất lượng cao, người ta đã ước tính rằng quá trình cacbonat hóa sẽ xảy ra với tốc độ lên tới 0.04 inch mỗi năm. Lượng cacbonate tăng lên đáng kể trong bê tông có tỷ lệ nước trên xi măng cao, hàm lượng xi măng thấp, thời gian đóng rắn ngắn, cường độ thấp và có tính thẩm thấu cao.

Hình ảnh cho thấy, độ ẩm không khí duy trì ở mức 50 - 75%, thúc đẩy quá trình cacbonat hóa hoạt động mạnh

Quá trình cacbonat hóa phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của bê tông. 

• Độ ẩm không khí duy trì ở mức 50 - 75%, thúc đẩy quá trình cacbonat hóa hoạt động mạnh.

• Độ dưới 25%, mức độ cacbonat diễn ra được coi là không đáng kể.

• Độ ẩm trên 75%, độ ẩm trong lỗ chân lông hạn chế sự xâm nhập của CO2.

Trong bê tông mới có độ pH từ 12 - 13, cần khoảng 7.000 - 8.000 parts per million clorua để bắt đầu ăn mòn thép nhúng. Tuy nhiên, nếu độ pH được hạ xuống trong phạm vi khoảng từ 10 - 11 ngưỡng ăn mòn của clorua sẽ thấp hơn đáng kể. 

Sự xâm nhập của ion clorua

Sự tiếp xúc của bê tông cốt thép với các ion clorua là nguyên nhân gây ra ăn mòn của cốt thép. Sự xâm nhập của ion clorua trong muối khử muối và nước biển vào bê tông cốt thép gây ăn mòn thép nếu oxy và độ ẩm có sẵn để duy trì phản ứng. Clorua hòa tan trong nước có thể thấm qua bê tông âm hoặc đến thép qua các vết nứt. Khi hàm lượng clorua ở bề mặt thép vượt quá giới hạn nhất định (giá trị ngưỡng) sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn nếu có cả nước và oxy. 

Clorua hòa tan trong nước làm thấm qua bê tông âm hoặc đến thép qua các vết nứt

Theo các nghiên cứu của Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA) cho biết: Giới hạn ngưỡng 0.2% tổng lượng clorua (hòa tan trong axit) tính theo trọng lượng của xi măng có thể gây ra sự ăn mòn cốt thép trong sàn cầu . Tuy nhiên, chỉ những clorua hòa tan trong nước mới thúc đẩy sự ăn mòn, còn với một số clorua hòa tan trong axit có thể được liên kết trong các tập hợp, do đó không có sẵn để thúc đẩy sự ăn mòn. 

Mặc dù clorua chịu trách nhiệm trực tiếp cho sự bắt đầu ăn mòn, nhưng chúng dường như chỉ đóng một vai trò gián tiếp trong tốc độ ăn mòn cốt thép. Ngoại trừ, khi chúng phá vỡ lớp màng bảo vệ trên bề mặt cốt thép và thúc đẩy tốc độ ăn mòn phát triển. Có thể hiểu, clorua đóng vai trò như một chất xúc tác đẩy nhanh quá trình ăn mòn bê tông cốt thép.

Ăn mòn cục bộ do sự tụ hội của ion clorua trên bề mặt cốt thép trong bê tông cốt thép. Hiện nay, có 4 cơ chế xâm nhập của ion clorua qua lớp bảo vệ bê tông bao gồm:

• Sự thẩm thấu do hàm lượng ion clorua cao trên bề mặt bê tông cốt thép.

• Sức hút mao dẫn.

• Thẩm thấu dưới áp căng bề mặt.

• Sự dịch chuyển do chênh lệch điện thế.

Các giải pháp khắc phục để bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn

Cung cấp đầy đủ lớp phủ bê tông

Cần cung cấp một lượng bê tông tốt trên các thanh cốt thép để đảm bảo duy trì tính chất kiềm trong bê tông và tính thụ động của các thanh thép. Các thanh thép phải được đặt chính xác vào vị trí.

Sử dụng bê tông chất lượng tốt

Phải sử dụng bê tông chất lượng cao giúp duy trì tính chất kiềm thích hợp. Đối với bê tông, cần duy trì tỷ lệ nước/xi măng từ 0.4 trở xuống để hạn chế quá trình xâm nhập của clorua.

>>Tìm hiểu chi tiết về tấm tường HRC chống ăn mòn cốt thép trong bê tông

Sử dụng thanh phủ FBE

Có thể phủ lớp sơn Epoxy kết hợp liên kết (FBEC) lên các thanh thép để ngăn chặn sự ăn mòn. Bột epoxy được rải tĩnh điện lên các thanh thép, bột tan chảy và chảy qua các thanh khi gia nhiệt tạo thành một lớp phủ bảo vệ. Chúng là lớp phủ polyme nhiệt rắn vì tác dụng nhiệt sẽ không làm chảy lớp phủ. 

Sử dụng Polyme gốc xi măng 

Polyme gốc xi măng được sử dụng trong bê tông để tăng cường khả năng bảo vệ chống ăn mòn và mài mòn. Các polyme gốc xi măng hoạt động như một chất kết dính trong bê tông giúp tăng độ bền, độ bền kéo và giảm rung của bê tông.

Sức chống chịu của bê tông HRC trước các tác nhân ăn mòn

Tải trọng bê tông cốt thép hay sức chống chịu của bê tông là điều vô cùng quan trọng quyết định đến sự thành công và hoàn thành công trình đang thi công, đặc biệt là bê tông đúc sẵn.

2 lý do tạo nên chất lượng của bê tông HRC: 

Bê tông thượng phẩm cường độ cao, độ sụt thấp và kiểm soát chặt chẽ trước khi sản xuất

Một trong các yếu tố quyết định đến cường độ bê tông đó là tỉ lệ nước và xi măng. Với bê tông đổ tại chỗ, tỷ lệ nước xi măng thông thường khoảng 65%, nhưng tại HRC tất cả các sản phẩm đều sử dụng bê tông mác 40MPa (40N/mm2) với tỉ lệ nước - xi măng yêu cầu ở mức 38%. 

Tấm bê tông HRC với cường độ chịu lực tốt - mác 40MPa

Dưỡng hộ bằng hơi nhiệt

Bê tông sau khi được đổ vào khuôn, hòa thiện bề mặt sẽ trải qua bước dưỡng hộ bằng hơi ở nhiệt độ 40 - 60 độ C.

Có thể thấy, sức chống chịu của tấm bê tông HRC trước các tác nhân ăn mòn là rất tốt vì tuổi thọ sử dụng lên đến 180 năm.

Ngoài ra, một số ưu điểm nổi bật của vật liệu bê tông HRC được khá nhiều công trình áp dụng bởi:

• Nguy cơ ẩm mốc rất thấp, không bong tróc.

• Bề mặt của tấm bê tông phẳng mịn, không cần bả matit hay sơn trực tiếp lên bề mặt tấm.

• Tiến độ thi công siêu nhanh.

• Quy trình sản xuất khép kín trong nhà máy, do đó không bụi bẩn, ảnh hưởng đến môi trường.

Các công trình xây dựng nên lựa chọn những vật liệu bê tông chất lượng tốt để không làm gián đoạn thời gian sửa chữa, thi công

>>Biện pháp chống ăn mòn bê tông cốt thép bằng tấm tường HRC 

Trên đây là những thông tin cung cấp hữu ích giúp khách có thêm kiến thức về nguyên nhân về sự ăn mòn trong bê tông cốt thép, từ đó đưa ra giải pháp khắc phục kịp thời cho công trình của mình. Nếu khách hàng đang quan tâm đến vật liệu chống mòn cho công trình của mình thì hãy liên hệ với Vật liệu xanh HRC Việt Nam qua Hotline 0981158591 để được tư vấn chi tiết nhất.