ĂN MÒN CỌC THÉP TRONG NƯỚC BIỂN

VÀ NƯỚC LỢ GẦN ĐÔ THỊ

HIỆN TRẠNG – NGUYÊN NHÂN – CẢNH BÁO – GIẢI PHÁP NGĂN CHẶN

 

1. HIỆN TRẠNG

     Trong quá trình sửa chữa ăn mòn các cọc thép cầu cảng ở Việt Nam , thực tế cho  thấy các vùng nước khác nhau  có các vị trí ăn mòn khác nhau . Tốc độ ăn mòn rất lớn  gây mất an toàn công trình  cụ thể như sau :

• Vùng nước biển ( hình 1a): ăn mòn mạnh ở vùng sóng đánh và vùng dưới mực nước trung bình thấp ( MLWL) , tốc độ ăn mòn từ 0.3-0.5 mm/năm
• Vùng nước lợ gần đô thị (hình 1b):  chịu ảnh hưởng nước thải, phần sóng đánh nhìn còn khá tốt không đồng nghĩa phần cọc dưới nước an toàn , vùng ngay phía dưới mực nước trung bình thấp ( MLWL) có ảnh hưởng vi sinh vật (  phát triển MIC/ALWC ) với tốc độ ăn mòn  0,3–0,5 mm/năm 

Hình 1. Hai dạng môi trường điển hình.

2. PHÂN BỐ ĂN MÒN THEO CAO ĐỘ

Đồ thị dưới đây trình bày xu hướng khái niệm. Đường cong bên trái dựa trên quy luật ăn mòn điển hình của cọc thép trong nước biển; đường cong bên phải là mô hình cảnh báo cho nước lợ đô thị/nước thải, trong đó đỉnh ăn mòn có thể tập trung quanh hoặc ngay dưới mực nước thấp.

3. NGUYÊN NHÂN VÀ CƠ CHẾ

3.1. Nước biển

•     Vùng splash chịu chu kỳ ướt–khô liên tục, oxy dồi dào và chloride cô đặc khi nước bay hơi; vì vậy lớp phủ dễ suy giảm và thép bị ăn mòn mạnh.

•    Trong vùng thủy triều, chênh lệch nồng độ oxy có thể hình thành macro-cell: phần giàu oxy đóng vai trò cathodic tương đối, còn vùng ít oxy hơn quanh low-water có xu hướng anodic và mất thép mạnh hơn.

•     Xuống sâu hơn, oxy giảm và sản phẩm ăn mòn/marine growth có thể làm tốc độ ăn mòn thông thường giảm, trừ khi có MIC hoặc điều kiện cục bộ bất lợi.

3.2. Nước lợ gần thành phố / chịu ảnh hưởng nước thải

•    Độ mặn thấp hơn không đồng nghĩa môi trường ít ăn mòn hơn. Nước lợ đô thị có thể mang chất hữu cơ, nitrogen, sulfide/H₂S và nhiều chất dinh dưỡng, thúc đẩy biofilm và MIC.

•    Melchers và Jeffrey báo cáo mối liên hệ giữa ô nhiễm nước, dissolved inorganic nitrogen trong nước biển/nước lợ và ALWC của cọc thép dưới low-water level.

•    ALWC là dạng ăn mòn cục bộ, có thể phát triển ở hoặc ngay dưới mực nước thấp. Tài liệu khoa học báo cáo mức điển hình khoảng 0,3 mm/năm; PIANC nêu khoảng 0,5 mm/mặt/năm trung bình đến khi thủng, và trường hợp cao hơn 1 mm/năm đã được ghi nhận.

4. GIẢI PHÁP NGĂN CHẶN – BẢO VỆ KẾT HỢP THEO VÙNG

Không nên dùng một giải pháp duy nhất cho toàn bộ chiều dài cọc. Phương án hợp lý là tạo lớp cản vật lý bền ở phần phía trên và dùng bảo vệ cathodic cho phần ngập nước/bùn.

4.1. Phía trên: petrolatum wrapping cho khí quyển – splash – tidal

Hình 4. Hệ petrolatum: jacket/đai bảo vệ bên ngoài (trái) và lớp petrolatum tape/paste mềm bám sát bề mặt thép (phải). Ảnh do người dùng cung cấp.

•    Làm sạch gỉ rời, xử lý bề mặt theo yêu cầu hệ thống. Các hố rỗ cần được lấp bằng petrolatum paste/mastic phù hợp để tránh tạo khoảng rỗng dưới băng.

•   Quấn petrolatum tape đủ chồng mí, sau đó bọc HDPE jacket/wrapping và siết band cố định để chịu sóng, va đập và bảo vệ cơ học.

•   Đầu dưới của hệ wrapping nên chồng xuống vùng ngập đủ để tạo chuyển tiếp an toàn với cathodic protection, tránh khoảng hở không được bảo vệ.

4.2. Phía dưới: bảo vệ điện hóa bằng SACP hoặc ICCP

Hình 5. SACP: anode hy sinh dưới nước và công tác kiểm tra/lắp đặt bằng thợ lặn.

Hình 6. Ví dụ ICCP với anode dạng thanh bố trí bên cạnh cọc trong vùng ngập nước

Hệ	Ưu điểm	Lưu ý vận hành
SACP	Đơn giản, không cần nguồn điện; anode tự cấp dòng.	Anode bị tiêu hao; cần kiểm tra và thay theo tuổi thọ; công trình lớn có thể cần nhiều anode.
ICCP	Điều chỉnh được dòng/điện thế; phù hợp diện tích lớn và yêu cầu giám sát.	Cần TR/nguồn DC, anode, reference electrode, cáp, giám sát và nhân sự vận hành/bảo trì.
Cả hai	Bảo vệ tốt vùng ngập nước liên tục và saline mud khi thiết kế đúng.	Không thay thế hoàn toàn wrapping/coating ở vùng phía trên; phải kiểm tra electrical continuity và potential.
Theo ISO 13174:2012: cathodic protection áp dụng cho toàn bộ vùng ngập trong seawater, brackish waters và saline mud. Với bề mặt luân phiên ngập/khô, CP chỉ hiệu quả khi thời gian ngập đủ để phân cực; tiêu chuẩn nêu rằng hiệu quả điển hình đạt được cho các bề mặt dưới mid-tide.