Sự ăn mòn của bê tông cốt thép là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng xuống cấp công trình trong xây dựng. Ăn mòn của bê tông cốt thép để lại những hậu quả nghiêm trọng khiến ảnh hưởng đến chất lượng cũng như thẩm mỹ của công trình. Vậy nguyên nhân gây ra hiện tượng trên là do đâu? Và cần làm gì để phòng tránh và khắc phục là thắc mắc của rất nhiều người. Cùng tìm hiểu ngay qua bài viết dưới đây nhé!
Bê tông cốt thép là loại vật liệu quan trọng và được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng. Bê tông cốt thép ra đời giống như một bước ngoặt chuyển mình mới cho ngành xây dựng dân dụng. Theo thống kê, có đến 12 tỷ tấn bê tông cốt thép được sản xuất ra mỗi năm trên thế giới, là loại vật liệu xây dựng được sản xuất nhiều nhất trong số các loại vật liệu nhân tạo. Bê tông có độ bền rất cao nếu được thiết kế và đúc kết cẩn thận, độ bền có thể lên đến hàng trăm năm.
Tuy nhiên, sau một thời gian đưa vào sử dụng, tùy thuộc vào nhiều yếu tố môi trường cũng như hóa học có thể dẫn đến hiện tượng bê tông bị ăn mòn gây hư hỏng, kết cấu xuống cấp. Hiện tượng này có thể kể đến một số nguyên nhân phổ biến như:
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.
Tốc độ của quá trình carbonat hóa phụ thuộc vào tác động của các tác nhân từ môi trường như độ ẩm không khí, nhiệt độ, hàm lượng CO2 và tính chất cơ lý của bê tông như độ kiềm và độ thẩm thấu. Điều kiện lý tưởng thúc đẩy quá trình carbonat hóa hoạt động mạnh là khi độ ẩm không khí ở mức 60-75%. Hơn nữa, tốc độ quá trình carbonat hóa tăng dần khi hàm lượng CO2 trong không khí và nhiệt độ tăng dần. Mặt khác, hàm lượng xi măng là một yếu tố quan trọng để tăng độ kiềm và làm chậm quá trình carbonat hóa.
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.
Theo các nghiên cứu 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.
Bê tông bị ăn mòn ở cả 3 môi trường rắn, lỏng và khí. Quá trình ăn mòn của bê tông chủ yếu là sự thay đổi thành phần hoá học của xi măng dưới tác dụng của các chất hóa học trong môi trường. Trong thành phần xi măng có các chất như Ca(OH)2 và C3AH6 dễ hoà tan, chúng tan vào nước làm cho cấu trúc bê tông bị rỗng do đó cường độ bê tông giảm và có thể bị phá huỷ. Mặt khác chúng có tính hoạt động hoá học mạnh, dễ tương tác với một số hợp chất hoá học của môi trường như axit, muối tạo thành các sản phẩm mới dễ hoà tan trong nước hơn hoặc nở thể tích nhiều, gây nội ứng suất phá hoại kết cấu bê tông. Trong các chất gây ăn mòn bê tông thì các axit và muối axit gây ra ăn mòn bê tông nhiều nhất và mạnh nhất. Bản chất của quá trình là do sự tác dụng của các muối khoáng hoá có tính chất kiềm trong bê tông với các muối axit hoặc axit (HNO3 , H2SO4, HCl..).
– Cung cấp đầy đủ lớp phủ bê tông: 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: 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.
– 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: giúp 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.
