Ăn mòn cốt thép trong bê tông cầu cảng có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân : môi trường nước biển giàu clorua, chất lượng vật liệu và thi công, cùng công tác vận hành và bảo trì trong quá trình sử dụng. Bài viết không quy kết hư hỏng cho riêng một yếu tố; trọng tâm là chia sẻ kinh nghiệm từ góc nhìn thiết kế, đặc biệt là lựa chọn cao độ, bố trí cấu kiện và giải pháp bảo vệ độ bền lâu phù hợp với môi trường khai thác.

Từ kinh nghiệm sửa chữa nhiều cầu cảng cho thấy tuổi thọ cầu cảng phụ thuộc một phần vào cao độ đáy dầm . Hiện trạng tại một cầu cảng cho thấy dầm bê tông cốt thép đặt thấp dưới sàn đã xuất hiện vệt ố gỉ sau khoảng 7 năm khai thác. Theo ghi nhận, khu vực có độ ẩm cao và ít thông thoáng. Cầu cảng bên cạnh có dầm đặt cao hơn; sau khoảng 14 năm khai thác, kết cấu vẫn trong tình trạng tốt. Sự khác biệt này đặt ra câu hỏi: thiết kế đã phản ánh đúng mức độ xâm thực thực tế của môi trường biển hay mới chỉ đáp ứng các yêu cầu tối thiểu trên hồ sơ?

Hiện trạng hai cầu cảng

Dầm đặt thấp nằm trong không gian khuất dưới sàn, gần mặt nước và khó tiếp cận. Ảnh hiện trường ghi nhận các vệt ố gỉ trên bề mặt; đây là dấu hiệu cần kiểm tra thêm để xác định tình trạng cốt thép bên trong.

 

Ở cầu cảng bên cạnh, dầm được bố trí cao hơn mặt nước và kết cấu thông thoáng hơn. Theo thông tin hiện trường, sau khoảng 14 năm khai thác, dầm vẫn tốt. Thân cọc ở khu vực splash vẫn chịu tác động của nước biển, nhưng lộ thiên, có gió lưu thông và thuận tiện quan sát, bảo trì hơn đáy dầm nằm khuất dưới sàn.

 

 

Quy phạm quy định gì?

TCVN 9346:2012 quy định yêu cầu thiết kế, vật liệu và thi công nhằm bảo vệ kết cấu bê tông, bê tông cốt thép trong môi trường biển. Tiêu chuẩn phân chia môi trường thành vùng ngập nước, vùng nước lên xuống và vùng khí quyển biển; vùng nước lên xuống, kể cả khu vực bị sóng tạt, được xem là vùng xâm thực mạnh. Biện pháp bảo vệ phải được lựa chọn theo vị trí và mức độ tác động của môi trường [1].

Các yêu cầu thiết kế tối thiểu bao gồm cấp bê tông, độ chống thấm, chiều dày lớp bê tông bảo vệ, giới hạn khe nứt và cấu tạo bề mặt. Tiêu chuẩn yêu cầu bề mặt kết cấu hạn chế đọng nước, tích tụ ẩm và bụi; đồng thời cần có khả năng tiếp cận để kiểm tra, sửa chữa [1].

Như vậy, quy phạm không chỉ kiểm tra khả năng chịu lực. Thiết kế còn phải phân vùng phơi nhiễm và chọn giải pháp bảo vệ độ bền lâu phù hợp với điều kiện môi trường.

Độ ẩm và nguy cơ ăn mòn theo biểu đồ CEB–FIP

Biểu đồ CEB–FIP dưới đây thể hiện mối quan hệ định tính giữa hàm lượng clorua tới hạn so với lượng xi măng và điều kiện môi trường. Trục đứng càng thấp nghĩa là ngưỡng clorua cần để khởi phát ăn mòn càng thấp. Sơ đồ chỉ ra nguy cơ cao hơn trong môi trường có độ ẩm thay đổi ( ẩm , khô ) ; môi trường khô ổn định có thể hạn chế quá trình điện hóa, còn bê tông bão hòa nước liên tục có thể thiếu oxy. Chất lượng lớp bê tông bảo vệ và hiện tượng cacbonat hóa cũng ảnh hưởng đến ngưỡng clorua [2].

Khác biệt giữa yêu cầu quy phạm và điều kiện thực tế

Một hồ sơ thiết kế có thể quy định đủ cấp bê tông, lớp bảo vệ và độ chống thấm nhưng vẫn cần xem xét liệu phân loại môi trường có phản ánh đúng điều kiện tại vị trí dầm hay không. Dầm nằm trên mực nước nhưng thường xuyên bị sóng tạt, nước biển bắn có thể phải chịu phơi nhiễm khắc nghiệt hơn cách gọi chung “vùng khí quyển”.

Cọc ở vùng splash cũng không “an toàn” hơn dầm theo nguyên tắc chung. Đây vẫn là vùng xâm thực mạnh. Tuy nhiên, trong điều kiện cụ thể, cọc lộ thiên có thể được gió làm khô nhanh hơn và dễ quan sát, sửa chữa hơn. Đáy dầm dưới sàn có thể ít trao đổi không khí, lâu khô, khuất tầm nhìn và khó tiếp cận để bảo trì.

Bài học thiết kế và kiểm tra

Khi điều kiện công trình cho phép, nên hạn chế đặt đáy dầm trong vùng splash hoặc trong khoang thấp, kín và khó tiếp cận. Nâng cao dầm để tăng độ thông thoáng và giúp bề mặt nhanh khô có thể giảm thời gian duy trì độ ẩm , nâng cao tuổi thọ công trình . Cao độ phải được xác định theo mực nước triều, sóng và phạm vi nước biển bắn, không chỉ dựa vào mực nước trung bình.

Nếu không thể thay đổi cao độ, thiết kế cần tăng cường giải pháp bảo vệ: bê tông ít thấm, lớp bảo vệ phù hợp, kiểm soát khe nứt, ngăn chặn ăn mòn bằng điện hóa . Cần bố trí khả năng tiếp cận để kiểm tra và sửa chữa định kỳ.

Với dầm đã có vệt ố gỉ, cần khảo sát chiều dày lớp bê tông bảo vệ, lập bản đồ vết nứt và vùng bong rỗng, xác định hàm lượng clorua theo chiều sâu, kiểm tra trực tiếp cốt thép và đối chiếu kết quả với hồ sơ thiết kế, thi công.

TÁC GIẢ: KS. VŨ QUANG HOÀI Professional Member – Institute of Corrosion (ICorr), United Kingdom  NACE CP1 – Cathodic Protection PHUBACO E: vuquanghoai@phubac.vn | T: 090 8906 788 | W: www.phubac.vn Lĩnh vực nghiên cứu : Ăn mòn – Bảo vệ cathode – Tuổi thọ công trình biển

                                                                                             

Tài liệu tham khảo

[1] TCVN 9346:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển, đặc biệt các mục 3 và 4.

[2] CEB, Durable Concrete Structures – Design Guide, Bulletin d’Information 183, 1992. Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng clorua tới hạn, độ ẩm và chất lượng bê tông.