Nguyên nhân và hướng khắc phục tình trạng ăn mòn bê tông cốt thép
Ăn mòn bê tông là vấn đề nghiêm trọng trong ngành xây dựng hiện nay. Dưới sự tác động tiêu cực của môi trường dẫn đến kết cấu bê tông bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Vậy nguyên nhân dẫn đến hiện tượng ăn mòn bê tông cốt thép là gì? Giải pháp nào để phòng tránh sự ăn mòn bê tông bảo vệ kết cấu của công trình. Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây!
Ăn mòn bê tông là gì?
Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng ăn mòn bê tông
Bê tông cốt thép là một loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng, từ nhỏ đến lớn, bởi tính chất bền vững đáng kinh ngạc của nó. Mỗi năm, khoảng 12 tỷ tấn bê tông cốt thép được sản xuất, là vật liệu xây dựng nhân tạo có sản lượng cao nhất hiện nay.
Sau một thời gian sử dụng, các công trình có thể bị xuống cấp do cốt thép bị ăn mòn và hình thành rỉ sét, chiếm diện tích lớn hơn so với thép ban đầu. Điều này dẫn đến giảm diện tích của thép trong hỗn hợp bê tông cốt thép, gây ra các vết nứt, tách lớp và bong tróc.
Dưới đây là một số nguyên nhân dẫn đến tình trạng ăn mòn bê tông:
Nguyên nhân 1. Cacbonat hóa trong bê tông cốt thép
Bề mặt cốt 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).
Ngoài ra, quá trình cacbonat hóa còn phụ thuộc vào độ ẩm của bê tông, ví dụ như:
- Với độ ẩm không khí duy trì ở mức từ 50% đến 75%, quá trình cacbonat hóa sẽ diễn ra nhanh chóng.
- Với độ ẩm không khí dưới 25%, quá trình này sẽ không có tác động đáng kể.
- Với độ ẩm không khí trên 75%, độ ẩm trong lỗ chân lông sẽ bị hạn chế, ngăn cản sự xâm nhập của CO2.
Vì vậy, tốc độ cacbonat hóa trong bê tông cốt thép phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hàm lượng CO2, lực ion dung dịch, loại xi măng, thời gian bảo dưỡng và diện tích bề mặt tiếp xúc giữa đá xi măng và các tác nhân ăn mòn.
Nguyên nhân 2. Ion Clorua xâm nhập vào bê tông
Trong các môi trường đặc biệt như nước biển, nước lợ, nước ngầm hoặc môi trường có độ ẩm cao, quá trình ăn mòn bê tông sẽ diễn ra nhanh hơn so với môi trường lý tưởng. Các ion clorua có trong nước biển hoặc nước mặn khi tiếp xúc với bê tông cốt thép sẽ gây ra phản ứng nếu có oxy và độ ẩm để duy trì quá trình này.
Theo nghiên cứu của Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA), giới hạn tối đa là 0.2% tổng lượng clorua hòa tan trong axit tính theo trọng lượng xi măng có thể gây ra sự ăn mòn bê tông. Tuy nhiên, chỉ có clorua hòa tan trong nước mới có thể thúc đẩy quá trình ăn mòn do chúng có liên kết khó tách hơn trong nước.
Mặc dù Clorua có trách nhiệm trực tiếp cho sự bắt đầu quá trình ăn mòn, nhưng chúng chỉ tác động đến tốc độ ăn mòn khi lớp màng bảo vệ trên bề mặt cốt thép bị phá vỡ. Tình trạng ăn mòn cục bộ xảy ra khi các ion clorua tập trung trên bề mặt cốt thép trong bê tông.
Để xâm nhập qua lớp bảo vệ bê tông, ion clorua có thể thẩm thấu theo 4 cơ chế sau:
- Thẩm thấu do hàm lượng ion clorua trên bề mặt bê tông cốt thép cao.
- Sức hút mao dẫn.
- Thẩm thấu dưới áp căng bề mặt.
- Sự chuyển dịch do chênh lệch điện thế.
Nguyên nhân 3. Quá trình điện hóa ăn mòn bê tông
Ngoài việc bị ăn mòn bởi quá trình Cacbonat hóa hoặc sự xâm nhập của Ion Clorua, cốt thép trong bê tông cũng bị ăn mòn do quá trình điện hóa. Các nguyên tử sắt sẽ rời khỏi lưới tinh thể và trở thành các ion điện mạnh trong dung dịch dưới tác động của OH-, tạo ra các sản phẩm có công thức chung là xFeO.yFe2O3.zH2O.
Các sản phẩm này có tính chất xốp và tích tụ trên bề mặt, với thể tích gấp khoảng 5 lần so với ban đầu. Điều này gây ra nội ứng suất phá cấu trúc bê tông tại vị trí cốt thép, khiến cho các hạt xâm nhập có thể dễ dàng đi vào. Tuy nhiên, quá trình điện hóa chỉ diễn ra khi bê tông có khả năng dẫn điện đủ, tức là bê tông phải có độ ẩm đủ.
Vì vậy, để hạn chế quá trình này xảy ra thì bê tông phải chặt, lớp bảo vệ đủ dày, khả năng chống thấm tốt.
Giải pháp giúp phòng tránh hiện tượng ăn mòn bê tông ở bê tông
Để ngăn chặn tình trạng bê tông bị ăn mòn, cần phải có các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Nếu không, công trình sẽ nhanh chóng bị hư hỏng và gây nguy hiểm cho mọi người. Đồng thời, gia chủ cũng sẽ phải chi tiêu nhiều tiền để bảo dưỡng hoặc xây nhà mới. Vì vậy, cần phải áp dụng các giải pháp sau:
- Bảo đảm việc lót lớp bê tông chắc chắn trên thanh thép để duy trì tính kiềm của bê tông và tính thụ động của thép.
- Sử dụng bê tông chất lượng cao để đảm bảo tính kiềm.
- Trộn bê tông theo tỷ lệ nước/xi măng là 0.4 để giảm thiểu sự xâm nhập của ion clorua.
- Sử dụng thép không gỉ hoặc hợp kim Fe-Cr để tăng khả năng chống oxy hóa của thép. Các thành phần như Cu, Cr hoặc Ni cũng có thể được thêm vào để tăng tính chống ăn mòn trong môi trường khí quyển.
- Phủ lớp sơn Epoxy lên thanh thép là một phương pháp hiệu quả để bảo vệ cốt thép khỏi sự ăn mòn. Lớp sơn này cần có khả năng kết dính tốt với thép, bám chặt vào bề mặt bê tông và cốt thép.
- Sử dụng men silicat có hệ số giãn nở tương đương với thép. Thường thì sẽ sử dụng men thủy tinh hoặc men sứ được nung chảy trên bề mặt kim loại. Việc sử dụng lớp phủ phản ứng có nghĩa là lớp phủ này sẽ được tạo ra bằng cách thực hiện các phản ứng hóa học trực tiếp trên bề mặt kim loại.
Thêm vào đó, việc pha chất ức chế vào bê tông cũng là một trong những giải pháp hiệu quả để ngăn chặn sự ăn mòn của bê tông. Chất ức chế này được sản xuất bởi công ty Grace của Mỹ và chứa chất NaNO2, khi tương tác với sắt thông qua phản ứng hóa học, sẽ tạo ra một lớp rào cản trên bề mặt cốt thép, giúp ngăn ngừa sự thấm của ion clorua và cải thiện tính chất của bê tông.
Những phương pháp này đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, có tác dụng chống lại sự ăn mòn bê tông trong mọi môi trường khí, rắn và lỏng, cả trong điều kiện ẩm ướt và không khí ẩm.
Tình trạng ăn mòn bê tông cốt thép có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc và tính thẩm mỹ của công trình, vì vậy không thể bỏ qua. Chúng tôi hy vọng những chia sẻ này sẽ giúp bạn hiểu được nguyên nhân gây ra sự ăn mòn và có những giải pháp thích hợp để đảm bảo chất lượng và tính thẩm mỹ của công trình, cũng như tiết kiệm ngân sách.
Tìm hiểu thêm
Bài viết liên quan
Dự án liên quan
