Ở Việt Nam, một đất nước đang đẩy nhanh tốc độ phát triểnhạ tầng giao thông, việc ứng dụng vật liệu mới trong xây dựngcông trình giao thông là rất quan trọng. Trong điều kiện môitrường không khí thích hợp, thép chịu thời tiết có thể được sửdụng cho các kết cấu thép mà không cần phải sơn phủ và giảmđược chi phí vòng đời của kết cấu. Để làm rõ ảnh hưởng củacác yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm tương đối và lượngmuối trong không khí đến đặc tính ăn mòn của thép chịu thờitiết trong môi trường không khí ở Việt Nam, việc đo đạc môitrường và thí nghiệm phơi bày đã được thực hiện. Theo như kếtquả từ việc đo đạc môi trường, thời gian ẩm ướt có mối liên hệchặt chẽ với độ ẩm tương đối. Lượng muối trong không khíthay đổi phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí thí nghiệm đến bờbiển ở mỗi vùng. Mất mát ăn mòn của thép chịu thời tiết trongmột năm thí nghiệm phơi bày cho thấy mối tương quan thuậngiữa lượng muối trong không khí và thời gian ẩm ướt.
KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU CỦA THÍ NGHIỆM PHƠI BÀY THÉP CHỊU THỜI TIẾT Ở VIỆT NAM PRIMARY RESULT OF EXPOSURE TEST OF WEATHERING STEEL IN VIETNAM TS Đặng Đăng Tùng, Th.S Vũ Việt Hùng, Th.S Shinichi Miura, TS Isamu Kage, TS Masaji Murase, TS Takashi Okamoto, GS.TS Eiji Iwasaki TÓM TẮT Ở Việt Nam, đất nước đẩy nhanh tốc độ phát triển hạ tầng giao thông, việc ứng dụng vật liệu xây dựng công trình giao thông quan trọng Trong điều kiện môi trường không khí thích hợp, thép chịu thời tiết sử dụng cho kết cấu thép mà không cần phải sơn phủ giảm chi phí vòng đời kết cấu Để làm rõ ảnh hưởng yếu tố môi trường nhiệt độ, độ ẩm tương đối lượng muối không khí đến đặc tính ăn mòn thép chịu thời tiết môi trường không khí Việt Nam, việc đo đạc môi trường thí nghiệm phơi bày thực Theo kết từ việc đo đạc môi trường, thời gian ẩm ướt có mối liên hệ chặt chẽ với độ ẩm tương đối Lượng muối không khí thay đổi phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí thí nghiệm đến bờ biển vùng Mất mát ăn mòn thép chịu thời tiết năm thí nghiệm phơi bày cho thấy mối tương quan thuận lượng muối không khí thời gian ẩm ướt Từ khóa: Thép chịu thời tiết, ăn mòn, muối không khí, thời gian ẩm ướt, khoảng cách bờ biển ABSTRACT In Vietnam, where the development of infrastructure is proceeding, it is important to clarify the applicability of weathering steel in order to reduce the Life Cycle Cost of structures To clarify the influence of environmental factors such as temperature, relative humidity and the amount of airborne salt on the corrosion behavior of weathering steel under atmospheric environments in Vietnam, environmental measurements and exposure tests were conducted As a result of the environmental measurements, the time of wetness showed a good correlation with relative humidity The amount of airborne salt varied depending on the distance from the coastline in each region The corrosion loss of weathering steel in a one-year exposure test showed a positive correlation with the amount of airborne salt and the time of wetness Keywords: Weathering steel, corrosion, airborne salt, time of wetness, and distance from coastline TS Đặng Đăng Tùng, Th.S Vũ Việt Hùng Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM Email: ddtung@hcmut.edu.vn Điện thoại: 0979 134 725 Th.S Shinichi Miura, TS Isamu Kage, TS Masaji Murase, TS Takashi Okamoto Viện nghiên cứu thép, Tập đoàn Thép JFE Nhật Bản GS.TS Eiji Iwasaki Khoa Xây dựng Môi trường, Trường Đại học Công Nghệ Nagaoka, Nhật Bản không cần phải sơn phủ lớp gỉ bảo vệ hình thành bề mặt thép Việc không sơn phủ làm giảm chi phí ban đầu chi phí tu bảo dưỡng Gần đây, Nhật Bản, Hoa Kỳ nhiều nước khác, thép chịu thời tiết sử dụng cho cầu làm giảm chi phí vòng đời công trình Ở nước Đông Nam Á, nơi sở hạ tầng phát triển, chứng minh việc sử dụng thép chịu thời tiết làm giảm chi phí vòng đời kết cấu quan trọng Đặc tính ăn mòn thép chịu thời tiết bị ảnh hưởng yếu tố môi trường nhiệt độ, độ ẩm tương đối, lượng muối không khí…Nhiều nghiên cứu mối liên hệ đặc tính ăn mòn thép chịu thời tiết yếu tố môi trường báo cáo Nhật Bản [1] Gần đây, số kết nghiên cứu thí nghiệm phơi bày thép chịu thời tiết báo báo Việt Nam [2], [3] Trong báo này, điều tra ảnh hưởng yếu tố môi trường lên đặc tính ăn mòn thép chịu thời tiết Việt Nam Tiến trình thí nghiệm Ở Việt Nam, đất nước có đường bờ biển trải dài từ Bắc đến Nam, việc xem xét ảnh hưởng khác biệt địa lý lên yếu tố môi trường nhiệt độ, độ ẩm lượng muối không khí cần thiết Do đó, ba vùng Bắc, Trung, Nam Việt Nam chọn làm khu vực thí nghiệm phơi bày để điều tra ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm Ở vùng, cầu khoảng cách khác so với bờ biển hình chọn để thực thí nghiệm điều tra ảnh hưởng lượng muối bám Bảng thành phần hóa học mẫu thí nghiệm – thép chịu thời tiết thông thường JIS G3114 Nhóm tác giả thực thí nghiệm phơi bày Wappen (được đề xuất Nhật Bản Hiệp hội kết cấu thép Nhật Bản năm 2007) [4] đưa kết phản ánh môi trường ăn mòn cầu thực tế cách thực thí nghiệm phơi bày vị trí [2] Các mẫu thí nghiệm gắn mặt cánh dưới, nơi mà ăn mòn xảy nhiều phận khác cầu thể hình Các yếu tố môi trường đo vòng năm thiết bị đo nhiệt độ độ ẩm tương đối T&D sản xuất Lượng muối không khí xác định phương pháp gạc mùng khô (JIS Z 2382) Các mẫu thép thí nghiệm gỡ sau năm thí nghiệm giá trị trung bình độ dày mát ăn mòn mặt mẫu xem mát ăn mòn trung bình Bảng Thành phần hóa học mẫu thép (theo % khối lượng) C 0.10 Si 0.20 Mn 0.69 Cu 0.32 Ni 0.18 Cr 0.51 (Đối với thép chịu thời tiết thông thường theo JIS G3114) Giới thiệu Các kết cấu thép thường yêu cầu phải sơn phủ để ngăn chặn ăn mòn môi trường không khí Việc sơn phủ làm tăng chi phí tu bảo dưỡng phải sơn theo chu kỳ suốt vòng đời kết cấu Trong điều kiện môi trường không khí thích hợp, thép chịu thời tiết sử dụng mà Trang Hình Vị trí thực thí nghiệm phơi bày Hình Vị trí gắn mẫu thép dầm cầu bê tông Kết đánh giá 3.1 Các yếu tố môi trường Bảng cho thấy kết đo yếu tố môi trường vùng thí nghiệm phơi bày Ở vùng vùng 2, nhiệt độ trung bình tương đối cao độ ẩm tương đối trung bình tương đối thấp Ở vùng 3, nhiệt độ trung bình thấp độ ẩm tương đối trung bình cao Hình mối liên hệ nhiệt độ trung bình độ ẩm tương đối trung bình Độ ẩm tương đối trung bình vùng 70~80% ứng với nhiệt độ trung bình 28~29℃, vùng 75~80% ứng với nhiệt độ trung bình 28℃, vùng 85% ứng với nhiệt độ trung bình 25~26℃ Hình thể nhiệt độ trung bình độ ẩm tương đối trung bình năm vùng (vị trí cầu Sông Phan vùng 1, vị trí cầu Đò Xu vùng vị trí cầu Vô Hối vùng 3) Đặc trưng thay đổi nhiệt độ độ ẩm năm vị trí đại diện cho vùng thể sau: Nhiệt độ năm vị trí cầu Sông Phan cao, nằm khoảng từ 27～30℃, độ ẩm tương đối trung bình từ 70~90%, nhiệt độ vị trí cầu Đò Xu khoảng từ 25℃～30℃, độ ẩm tương đối trung bình từ 25~30%, vị trí cầu Vô Hối chênh lệch nhiệt độ lớn từ 15℃～30℃, độ ẩm tương đối trung bình từ 80~95% Thời gian ẩm ướt tính từ số liệu đo tổng số có nhiệt độ lớn 0℃ vòng năm độ ẩm tương đối lớn 80% Thời gian ẩm ướt Việt Nam nhìn chung phù hợp với độ ẩm tương đối trung bình Thời gian ẩm ướt vùng hình xếp theo thứ tự sau: vùng > vùng > vùng Hình mối quan hệ khoảng cách đến bờ biển lượng muối không khí Nói chung nồng độ muối không khí tăng khoảng cách từ bờ biển đến vị trí cầu giảm Xu hướng giống với kết nghiên cứu Nhật Bản[5] Mối tương quan khoảng cách bờ biển nồng độ muối không khí tuân theo phương trình chọn vị trí để thực thí nghiệm Tuy nhiên có số vị trí không tuân theo quy luật tùy thuộc vào khu vực Mối tương quan khoảng cách bờ biển nồng độ muối tương tự vùng biển phía Bắc biển Nhật Bản (môi trường khắc nghiệt) vùng biển nội địa Sentonaikai Nhật Bản (môi trường ẩm) Nồng độ muối đo cầu Kỳ Hà (vùng 1) lớn cầu nằm cách bờ biển xa (44 km), giả thiết nguyên nhân dòng chảy cầu bị nhiễm mặn Ở Nhật, thép chịu thời tiết sử dụng mà không cần phải sơn nồng độ muối không khí nhỏ 0.05 mdd (mg･NaCl/dm2/day) [6] Tại Việt Nam, khoảng cách tính từ bờ biển, nơi có nồng độ muối không khí nhỏ 0.05 mdd vào khoảng 0,6km vùng 1, 1km vùng 5km vùng 3.2 Thí nghiệm phơi bày Hình thể tương quan thời gian ẩm ướt mát ăn mòn Ở Việt Nam, thời gian ẩm ướt mát ăn mòn có mối tương quan thuận với Xu hướng giống với kết thí nghiệm thép Cacbon [7] Hình cho thấy ảnh hưởng lượng muối không khí đến mát ăn mòn Ở tất vùng, mất ăn mòn tăng lượng muối không khí tăng Thứ tự mức độ nghiêm trọng môi trường ăn mòn sau: vùng > vùng > vùng Theo kết thí nghiệm phơi bày Nhật Bản[4], mát ăn mòn hàng năm thấp 30µm điều kiện 0.05 mdd Mất mát ăn mòn hàng năm Việt Nam xấp xỉ với kết Nhật Bản Có thể nói rằng, mát ăn mòn hàng năm phụ thuộc vào lượng muối không khí thời gian ẩm ướt Mất mát ăn mòn Việt Nam có xu hướng thấp so với Nhật Bản Trong hình 9, vào phạm vi áp dụng thép chịu thời tiết Nhật Bản mát ăn mòn 0,03mm/năm Việt Nam, khoảng cách tính từ bờ biển tương ứng cho vùng là: khoảng 0,1km vùng 1, 2km vùng 5km vùng Kết luận Nhóm nghiên cứu thực đo đạc yếu tố môi trường thí nghiệm phơi bày để làm sáng tỏ ảnh hưởng yếu tố môi trường lên đặc tính ăn mòn thép chịu thời tiết điều kiện khí hậu Việt Nam Kết sau năm tổng hợp sau: Trong nghiên cứu môi trường không khí cho thép chịu thời tiết Việt Nam, lượng muối không khí khác phụ thuộc vào khoảng cách từ địa điểm thí nghiệm tới bờ biển Kết giống với kết Nhật Bản Thứ tự nồng độ muối không khí xếp sau: vùng > vùng > vùng Thời gian ẩm ướt có mối tương quan thuận với độ ẩm tương đối Thứ tự thời gian ẩm ướt xếp sau: vùng > vùng > vùng Thời gian ẩm ướt Việt nam có xu hướng dài so với thời gian ẩm ướt Nhật Bản Kết cho thấy mối tương quan chặt chẽ lượng muối không khí mát ăn mòn hàng năm vùng Ở Việt Nam, mát ăn mòn 0.03mm Trang lượng muối không khí 0.05 mdd Tuy nhiên, theo thí nghiệm Nhật Bản cần thêm nhiều thí nghiệm phơi bày để đánh giá mát ăn mòn hàng năm 0.03mm Vùng Vùng Vùng Vùng Tên cầu Sông Phan Cà Ty Phú Hài Túy Loan Do Do Xu Xe Vo Hoi Diem Dien Mất mát ăn mòn hàng năm có mối tương quan thuận với thời gian ẩm ướt điều kiện môi trường Việt Nam Bảng Kết đo đạc yếu tố môi trường Lượng muối Khoảng cách đến Nhiệt độ trung không khí (mdd) bờ biển (km) bình (oC) 0.009 15.0 28.3 0.009 2.1 29.2 0.038 0.6 27.8 0.003 12.0 27.8 0.007 7.8 27.6 0.010 4.0 27.8 0.007 27.0 25.9 0.015 16.0 24.5 0.084 3.0 24.6 Độ ẩm tương đối trung bình (%) 78.4 70.8 78.2 75.1 78.1 79.0 83.6 85.2 84.5 Thời gian ẩm ướt (giờ) 4304 1920 4295 2972 4514 4760 5864 6425 6215 Hình Nhiệt độ trung bình độ ẩm tương đối trung bình năm vùng (mỗi cầu đại diện cho vùng) Trang Hình Biểu đồ mối quan hệ khoảng cách bờ biển đến mát ăn mòn Hình Biểu đồ mối quan hệ độ ẩm tương đối trung bình thời gian ẩm ướt Hình Biểu đồ mối quan hệ khoảng cách bờ biển lượng muối không khí Hình Biểu đồ mối quan hệ thời gian ẩm ướt đến mát ăn mòn Lời cảm ơn: Nhóm nghiên cứu cảm ơn quan quản lý cầu đường: Cục quản lý đường IV, Sở Giao thông Vận tải tỉnh, thành phố: thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Đà Nẵng, tỉnh Bình Thuận, tỉnh Hải Dương, tỉnh Thái Bình công ty quản lý đường bộ: Công ty cổ phần đầu tư Phú Mỹ, Công ty cổ phần Rạng Đông, Công ty cổ phần 545 cho phép tạo điều kiện để nhóm nghiên cứu thực đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kage I, Shiotani K, Takemura M, Komori T, Furuta A, Kyono K (2006) Estimation of Corrosion Loss for Ni-added High Corrosion Resistant Weathering Steel based on Field Exposure Test Zairyo-to-Kankyo 55, pp 152-158 (in Japanese) [2] Đ Đ Tùng, T D Khanh, S Miura, I Kage, T Okamoto, E Iwasaki “Đánh giá ứng dụng thép chịu thời tiết điều kiện khí hậu Việt Nam” Tạp chí Giao thông Vận tải, số 12, 2013, trang 14-17 [3] T T T Trinh “Đánh giá ứng dụng thép chịu thời tiết qua kết thử nghiệm ban đầu Việt Nam” Tạp chí Giao thông Vận tải, số 12, 2013, trang 30-31 [4] Japan Society of Steel Construction (2007) Taikouseikoukyouryou no kanousei to atarashiigijutu Technical Report 73 Gihodo-shuppan (in Japanese) [5] Public Works Research Institute (1993) Nationwide Investigation on Air-borne Chloride(4) Relationship between Geographical Distribution of Air-borne Chloride and Wind Technical Note of PWRI (in Japanese) [6] Public Works Research Institute, Kozai Club, Japan Bridge Association (1993) Report on Application of Weathering Steel to Highway Bridges (XX) (in Japanese) [7] Lien LTH, San PT, Hong HL (2007) Results of studying atmospheric corrosion in Vietnam 1995-2005 Science and Technology of Advanced Materials, 8, pp 552558 Hình Biểu đồ mối quan hệ lượng muối không khí đến mát ăn mòn Trang