Nguyên nhân gây ăn mòn bê tông và các giải pháp

Trần Thị Ánh Dương

Ăn mòn bê tông là vấn đề nghiêm trọng trong ngành xây dựng hiện nay. Dưới sự tác động tiêu cực của môi trường hiện nay kết cấu bê tông bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Vậy giải pháp nào để phòng tránh sự ăn mòn bê tông bảo vệ kết cấu của công trình, bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu về những nguyên nhân gây ăn mòn bê tông và giải pháp.

Nguyên nhân gây ăn mòn bê tông

Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới vì độ bền và chắc chắn đáng kinh ngạc, không những được sử dụng trong các giai đoạn thơ của công trình mà hiện nay với công nghệ phát triển bê tông còn được sử dụng để làm nội thất trang trí. Xấp xỉ 12 tỷ tấn bê tông  trên thế giới được sản xuất mỗi năm, đây được xem là vật liệu xây dựng có số lượng sản xuất nhiều nhất trong tất cả các vật liệu nhân tạo trên thế giới hiện nay.

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

Quá trình cacbonat hóa trong bê tông

Khi bề mặt thép trong khối bê tông không được bảo vệ trong môi trường không khí, thép sẽ bắt đầu rỉ sét sẽ trên bề mặt và dần dần bong tróc ăn mòn dẫn đến hư hỏng các khối bê tông làm mất đi tính chắc chắt.

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

 Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O 

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

Quá trình ăn mòn bắt đầu khi rỉ sét xuất hiện và phát triển trên bề mặt cốt thép và gây nứt lớp bê tông tại những vị trí tiếp giáp với bê tông. Vết nứt phát triển dần  dưới sự tác động của các tác nhân ăn mòn cho đến khi phá vỡ hoàn toàn sự liên kết giữa bê tông và cốt thép (spalling).

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

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

Độ ẩm trong 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 bê tông 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 thấp xuống trong phạm vi khoảng từ 10 - 11 thì ngưỡng ăn mòn của clorua sẽ thấp hơn đáng kể. 

an-mon-be-tong-1-1651246497.jpg

Quá trình cacbonat hóa xảy ra khi carbon dioxide từ trong không khí xâm nhập vào

Sự xâm nhập của ion clorua trong bê tông

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

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 xảy ra hiện tượng ăn mòn, còn với một số clorua chỉ hòa tan trong axit thì phải được liên kết trong các tập hợp, do đó không có sẵn ở ngoài môi trường để thúc đẩy hình thành quá trình ăn mòn ăn mòn. 

Mặc dù clorua chịu trách nhiệm trực tiếp dẫn đến sự bắt đầu ăn mòn, nhưng chúng dường như chỉ đóng một vai trò gián tiếp ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn cốt thép. Ngoại trừ, khi chúng tự phá vỡ lớp màng bảo vệ trên bề mặt cốt thép và thúc đẩy tốc độ ăn mòn phát triển nhanh hơn. Có thể hiểu, clorua đóng vai trò như một chất xúc tác đẩy nhanh hơn 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 bốn cơ chế xâm nhập của ion clorua qua các 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 lớp bảo vệ do chênh lệch điện thế.

an-mon-be-tong-2-1651246497.jpg

Sự xâm nhập của ion clorua trong bê tông

Giải pháp chống ăn mòn bê tông

Cung cấp đầy đủ lớp phủ bề mặt bê tông

Cần cung cấp một lượng bê tông tốt lên trên các thanh cốt thép để đảm bảo duy trì tính chất kiềm trong bê tông và tính thụ động của các thanh thép bên trong. Các thanh thép phải được đặt chính xác vào vị trí đã được xác định ẩn trước đó. Nếu trong quá trình sản xuất các khối bê tông không được phủ đầy đủ các lượng bê tông trên các thanh cốt liệu thép sẽ dẫn đến ăn mòn bê tông.

Sử dụng bê tông chất lượng tốt

Bạn phải sử dụng bê tông chất lượng cao để giúp duy trì tính chất kiềm phù 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. Đảm bảo được chất lượng bê tông, vừa đảm bảo được sự ăn mòn bê tông.

an-mon-be-tong-3-1651246497.jpg

sử dụng bê tông chất lượng cao để giúp duy trì tính chất kiềm thích hợp

Sử dụng thanh phủ FBE vào sản xuất bê tông

Bạn có thể phủ lớp sơn Epoxy kết hợp với liên kết (FBEC) lên các thanh sắt để ngăn chặn sự rỉ sét. Bột epoxy được rải tĩnh điện lên các thanh sắt, bột tan chảy và chảy qua các thanh sắt khi gia nhiệt tạo thành một lớp phủ bảo vệ cho các thanh sắt. Chúng là lớp phủ polyme nhiệt rắn vì tác dụng nhiệt sẽ không làm chảy lớp phủ. Giúp ngăn sự hình thành quá trình rỉ sét của các thanh sắt thép, tăng thêm độ bền của bê tông.

Sử dụng Polyme gốc xi măng trong bê tông

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

an-mon-be-tong-4-1651246497.jpg

polyme gốc xi măng hoạt động như một chất liên kết trong bê tông

Kết luận

Qua bài viết trên cho chúng ta biết được những nguyên nhân dẫn đến sự ăn mòn bê tông từ các tác nhân bên ngoài môi trường. Từ đó, đưa ra những pháp thích hợp để ngăn hình thành quá trình ăn mòn bê tông. Bên cạnh đó, đảm bảo được chất lượng bê tông, tăng thêm độ bền và tính rắn chắc bê tông.