Bảo vệ cốt thép bằng các lớp sơn phủ là một trong các phương pháp phổ biến nhằm cô lập cốt thép khỏi tác động của mơi trường xâm thực (Hình 1.21). Sự có mặt của lớp che phủ trên bề mặt cốt thép sẽ kìm hãm sự hình thành các pin tế vi (microcell) [2, 32]. Lớp phủ bảo vệ có thể là lớp phủ vơ cơ hay lớp phủ hữu cơ, trong đó lớp phủ hữu cơ bao gồm các lớp phủ sơn và lớp phủ polyme. Các lớp phủ sơn bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép theo 2 cơ chế: cô lập vật lý kim loại khỏi các tác nhân xâm thực như clorua, oxy, hơi nước…(hiệu ứng che chắn- barrier), tác động hóa học thơng qua các phản ứng điện hóa từ các chất ức chế ăn mòn (các pigmen đưa vào lớp phủ) [32].
Hình 1.21. Cốt thép trong BT đƣợc bảo vệ chống ăn mòn khi sơn phủ
Ăn mịn kim loại là q trình điện hóa. Có thể ngăn cản q trình ăn mịn kim loại bằng cách ngăn chặn phản ứng ở catot hoặc anot hoặc bằng cách ngăn cản dòng ăn mòn trong dung dịch điện phân. Ba phương pháp này gọi là ức chế catot, ức chế anot, ức chế điện trở [22, 76].
Ức chế catot: Trong phản ứng ở catot tác nhân phản ứng là oxy và nước. Thực nghiệm cho thấy màng sơn có độ dày bình thường khơng thể ngăn cản oxy và nước thấm qua màng nên màng sơn không thể hiện tác dụng ức chế catot [69].
Ức chế anot: Tại miền catot phản ứng bao gồm sự chuyển ion kim loại vào trong chất điện ly kèm theo giải phóng điện tử lưu lại trong kim loại. Do đó ức chế anot theo hai cách [114]:
Cung cấp đầy đủ điện tử cho kim loại để ngăn cản ion kim loại đi ra khỏi bề mặt. Sử dụng các màng sơn bảo vệ catot chứa các bột màu kim loại có thế ăn mịn thấp hơn thế ăn mòn của kim loại cần được bảo vệ ví dụ như sơn giàu kẽm. Các pigment hy sinh như kẽm thường có dạng hình cầu được sử dụng với nồng độ lớn để đảm bảo độ dẫn điện giữa các hạt kẽm và nền thép trong màng sơn. Trong điều kiện như vậy, một galvanic nối với nhau được tạo ra giữa Zn và chất nền (thép) cao hơn Zn, sau đó kẽm hịa tan một cách ưu tiên hoạt động như anot hy sinh và cho phép bảo vệ catot chất nền [101].
Ở giai đoạn ban đầu của bột kẽm trong màng khi tiếp xúc với bề mặt thép và dung dịch điện ly đóng vai trị như một anot hy sinh tạo ra dòng điện để bảo vệ catot, q trình hịa tan Zn theo phản ứng:
Zn2++2H2O→ 2Zn(OH)2 + H2
Zn(OH)2→ ZnO+ H2O
Qúa trình này diễn ra trong màng sơn. Cực âm của quá trình lấy đi O2 và làm giảm O2 diễn ra trên bề mặt thép theo phản ứng:
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
Sau một thời gian làm việc, bột kẽm trong màng bị ăn mòn tạo thành oxit kẽm hoặc hydroxit kẽm có tác dụng như một pigment ức chế ăn mịn trong màng sơn, khi đó màng lại hoạt động theo cơ chế bảo vệ che chắn [78], [39] .
Ức chế điện trở: Đây là cơ chế bảo vệ chung nhất được thực hiện bởi màng sơn. Khi phủ 1 lớp màng sơn lên bề mặt kim loại có nghĩa là đặt một điện trở vào mạch điện hóa, sự di chuyển ion kim loại từ bề mặt vào dung dịch chất điện ly bị ngăn cản dẫn đến ăn mịn kim loại bị ngăn chặn hoặc ít nhất cũng bị giảm xuống giá trị thấp.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng ức chế điện trở của màng sơn: + Độ dày của màng sơn;
+ Hàm lượng tạp chất tan trong nước của bột màu; + Mức độ sạch của bề mặt kim loại trước khi sơn;
+ Khả năng ngăn cản sự thấm nước và chất điện ly qua màng sơn.
Mỗi loại sơn có yêu cầu kỹ thuật khác nhau tùy theo mơi trường ăn mịn. Sơn có chức năng bám dính trên bề mặt, ức chế sự ăn mịn nếu có mặt chất màu ức chế, hoạt động hy sinh nếu có mặt chất màu giàu kẽm và chịu tác dụng trực tiếp của mơi trường ăn mịn. Thực tế tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà lớp sơn có thể tăng lên hoặc giảm xuống [11].