Đánh giá chất lượng các hệ sơn phủ chống ăn mòn kết cấu thép vùng biển Việt Nam

VẬT LIỆU - MÔI TRƯỜNG - KỸ THUẬT HẠ TẦNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÁC HỆ SƠN PHỦ CHỐNG ĂN MÒN 
KẾT CẤU THÉP VÙNG BIỂN VIỆT NAM 
TS. NGUYỄN NAM THẮNG 
TS. NGUYỄN MẠNH HỒNG 
KS. PHAN VĂN CHƯƠNG 
Viện KHCN Xây dựng 
Tóm tắt: Trong những nĕm gần đây, nhiều công trình xây dựng ngoài khơi và ven biển được xây dựng 
nhằm phục vụ cho mục tiêu của Quốc gia là phát triển mạnh kinh tế biển, trong só đó các công trình bằng kết 
cấu thép chiếm tỷ lệ lớn. Mặc dù các kết cấu thép có ưu điểm là cường độ cao, gọn nhẹ và thời gian thi công 
nhanh hơn so với kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), nhưng chống ĕn mòn cho kết cấu thép trong môi trường 
biển để đảm bảo được tuổi thọ thiết kế là một vấn đề phức tạp. Thực tế ở nước ta hiện nay tình trạng ĕn mòn 
gây hư hỏng các công trình kết cấu thép là nghiêm trọng, tốc độ ĕn mòn khá nhanh. Sơn phủ là một trong số 
những biện pháp hiệu quả thường được lựa chọn áp dụng để bảo vệ chống ĕn mòn cho kết cấu thép vùng biển. 
Tuy nhiên, chất lượng các hệ sơn phủ bảo vệ kết cấu thép trong môi trường biển là vấn đề cần được xem xét kỹ 
trước khi lựa chọn áp dụng. Bài báo này trình bày một số đánh giá bước đầu về chất lượng một số loại sơn phủ 
thường áp dụng bảo vệ kết cấu thép vùng biển. 
1. Tình trạng ăn mòn kết cấu thép trong môi trường biển Việt Nam 
Từ các kết quả khảo sát thực trạng ĕn mòn kết cấu thép trong môi trường biển Việt Nam có thể rút ra một 
số nhận xét như sau: 
Quá trình ĕn mòn phá hủy kết cấu thép diễn ra khá nhanh. Tại một số công trình có hiện tượng gỉ thép cục 
bộ, đốm gỉ, bong tróc. Mức độ xâm thực có sự khác biệt giữa các vùng miền. Ví dụ: ở khu vực Nha Trang tốc 
độ ĕn mòn thép CT3 là 52,3µm/nĕm, Kiên Giang: 41,4µm/nĕm, thành phố Vinh: 39,3µm/nĕm, Hải Phòng: 
31,46µm/nĕm [1]. 
Một số công trình thủy lợi Bắc Hưng Hải và cụm công trình ngĕn mặn, giữ ngọt, tiêu úng sông Lân, Thái 
Bình, các bộ phận dầm biên bị ĕn mòn nặng không còn khả nĕng làm việc, bản mặt bị ĕn mòn tạo thành các lỗ 
và rãnh [2]. 
Cầu Nguyễn Vĕn Trỗi bắc qua sông Hàn tại Thành phố Đà Nẵng được xây dựng từ nĕm 1968, kết cấu 
bằng thép ống, nằm gần biển (cách biển 4,5 km), hiện nay các cấu kiện như: trụ, dầm cầu,... bị ĕn mòn làm 
giảm khả nĕng chịu tải của cầu (hình 1, 2). 
Hình 1. Cầu Nguyễn Vĕn Trỗi - Đà Nẵng Hình 2. Tình trạng gỉ ở dầm cầu 
 Ĕn mòn kết cấu thép vùng biển gây ra thiệt hại kinh tế lớn, chi phí cho sửa chữa khắc phục có thể chiếm tới 
30  70% mức đầu tư xây dựng công trình. 
VẬT LIỆU - MÔI TRƯỜNG - KỸ THUẬT HẠ TẦNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
Hiện nay và trong những nĕm tới đây nhu cầu đầu tư xây mới và sửa chữa công trình ở vùng biển sẽ tĕng 
mạnh, trong đó công trình thép chiếm tỷ trọng lớn. Vì vậy, cần thiết phải triển khai ứng dụng các giải pháp hiệu 
quả để bảo vệ chống ĕn mòn cho kết cấu thép vùng biển Việt Nam. 
2. Các giải pháp chống ăn mòn cho kết cấu thép trong môi trường biển Việt Nam 
So với BTCT thì kết cấu thép có ưu điểm là gọn nhẹ hơn và tốc độ thi công lắp dựng nhanh hơn, nhưng do 
phải trực tiếp chịu tác động của môi trường biển nên loại kết cấu này nếu không được bảo vệ tốt sẽ bị ĕn mòn 
rất nhanh. Ĕn mòn làm cho tiết diện các thanh của kết cấu thép giảm đi, làm giảm độ tin cậy về khả nĕng chịu 
tải của kết cấu, làm tĕng khả nĕng phá hoại giòn kết cấu thép. Ĕn mòn làm cho các cấu kiện sớm bị phá hoại 
hoặc phải sửa chữa nhiều. 
Để chống ĕn mòn cho kết cấu thép vùng biển thường lựa chọn áp dụng các biện pháp cơ bản sau: 
- Sử dụng các kim loại, hợp kim ít bị ĕn mòn; 
- Thiết kế kết cấu nhằm giảm thiểu các nguy cơ gây ĕn mòn; 
- Bảo vệ catôt và các biện pháp điện hóa khác; 
- Sử dụng các lớp phủ (kim loại, sơn) chống ĕn mòn cho kết cấu thép, bền với môi trường. 
 Trong các biện pháp nêu trên thì sử dụng các hệ sơn phủ tạo lớp ngĕn cách môi trường với bề mặt thép 
là biện pháp bảo vệ hiệu quả và thông dụng nhất vì có ưu điểm thi công đơn giản, áp dụng cho các kết cấu 
có kích thước và hình dạng khác nhau, có tính thẩm mỹ cao, một số hệ sơn do tiêu chuẩn ISO 12944 kiến 
nghị trong bảng 1. Mặt khác nếu dùng biện pháp sơn phủ thì công tác bảo trì cũng dễ dàng [3]. Vì thế, hiện 
nay có tới hơn 80% bề mặt kim loại được bảo vệ bằng sơn với các chủng loại sơn rất phong phú [5]. 
 Ngày nay, với sự phát triển nhanh của ngành kỹ thuật các hợp chất cao phân tử nói chung và ngành sơn 
nói riêng, các loại chất tạo màng có khả nĕng bám dính tốt trên thép và chống ĕn mòn cao như epoxy, 
polyuretan, furan, silicon, khả nĕng nâng cao hàm lượng chất rắn và việc sử dụng các dung môi hoạt tính, các 
chất hoạt động bề mặt và phụ gia nâng cao độ bền nước của màng sơn, tạo khả nĕng sơn trên nền có độ ẩm 
cao, đã tạo nên những hệ sơn có khả nĕng bảo vệ cao và đáng tin cậy, chống ĕn mòn cho kết cấu thép. 
Bảng 1. Một số hệ sơn được kiến nghị trong tiêu chuẩn ISO 12944 
Sơn lót Sơn phủ Hệ sơn Tuổi thọ, nĕm 
Chất tạo 
màng 
Số 
lớp 
Chiều dày 
MSK, µm 
Chất tạo 
màng 
Số 
lớp 
Chiều dày 
MSK, µm 
Số 
lớp 
Chiều dày 
MSK, µm 
5-15 > 15 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
Cho môi trường có mức độ ĕn mòn C5-M 
1 40 3 200 4 240 X 
1-2 80 3-4 240 4-6 320 X 
Epoxy, 
Polyuretan 
giàu kẽm 1 40 
Epoxy, 
Polyuretan 
3-4 280 4-5 320 X 
Etyl silicat 1 80 
Epoxy, 
Polyuretan 
2-4 240 3-5 320 
X 
Cho môi trường có mức độ ĕn mòn C4 
1-2 80 2 160 3-4 240 X Alkyd 
1-2 80 
Bitum 
2-3 200 3-5 280 X 
Cao su clo 
hoá 
1-2 80 
Cao su clo 
hoá 
2-3 160 3-5 240 X 
Epoxy 1 160 
Cao su clo 
hoá 
1 120 2 280 
X 
Epoxy 1-2 80 
Epoxy, 
Polyuretan 
2-3 200 3-5 280 
X 
2-3 160 3-4 200 X 
Epoxy, 
Polyuretan 
giàu kẽm 
1 
40 
Cao su clo 
hoá, 
Polyuretan 
2-3 
2-3 
3-4 
200 
240 
280 
3-4 
3-4 
4-5 
240 
280 
320 
 X 
X 
X 
Epoxy, 1 40 Epoxy, 2-3 160 3-4 200 X 
VẬT LIỆU - MÔI TRƯỜNG - KỸ THUẬT HẠ TẦNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
Polyuretan Polyuretan 2-3 240 3-4 280 X 
2-3 120 3-4 200 X 
Etyl silicat 1 80 
Epoxy, 
Polyuretan 2-3 200 3-4 280 X 
Cho môi trường có mức độ ĕn mòn C3 
1-2 80 2-3 120 3-5 200 X Alkyd 
1-2 80 
Cao su clo 
hoá 2-3 160 3-5 240 X 
1-2 80 
1-2 
2-3 
80 
120 
2-4 
3-5 
160 
200 
X 
X 
Cao su clo 
hoá 
1-2 80 
Cao su clo 
hoá 
2-3 160 3-5 240 X 
1-2 80 2-3 120 3-5 200 X 
Epoxy 
1-2 80 
Epoxy, 
Polyuretan 2-3 160 3-5 240 X 
1 40 
Epoxy, 
Polyuretan 
2-3 160 3-4 200 X Epoxy, 
Polyuretan 
giàu kẽm 1 40 Cao su clo 
hoá 
2-3 160 3-4 200 X 
1 80 Cao su clo 
hoá 
2-3 120 3-4 200 X 
Etyl silicat 
1 80 
Epoxy, 
Polyuretan 
2-3 120 3-4 200 X 
3. Xem xét chất lượng các hệ sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu thép 
Dựa vào kết quả nghiên cứu các hệ sơn do tiêu chuẩn ISO 12944 kiến nghị trong phòng thí nghiệm cũng 
như xem xét một số kết quả từ thực tế ứng dụng, bước đầu có những đánh giá về độ bền một số hệ sơn thông 
qua các chỉ tiêu cơ bản như sau: 
Bảng 2. Một số chỉ tiêu cơ bản của các hệ sơn 
 Hệ sơn 
Chỉ tiêu 
Epoxy giàu kẽm – 
polyuretan 
Cao su clo hoá Sơn alkyd 
Độ bám dính, N/mm² (TCXD 
236:1999) 
1.16 – 1.85 0.43 – 0.47 0.38 
Khả nĕng chống ĕn mòn (tiêu chuẩn 
ISO 14993), chu kỳ 62 - 69 45-50 14-22 
Độ bền nóng lạnh, chu kỳ (TCVN 
6934: 2001) 
Lớn hơn 450 90 – 110 54 
Độ thấm ion clorua, 10-3mol/l (ASTM 
A943) 
0.005- 0.01 17.4-24.5 38.5-48.5 
Độ bền mù muối, giờ (ISO 7253) 560-940 277-305 120-198 
Độ bền nhiệt ẩm, giờ (TCXDVN 341: 
2005) 
720-648 120 24 
a. Độ bám dính 
Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ sơn epoxy giàu kẽm - polyuretan có độ bám dính với nền thép cao nhất, 
đạt 0,16 - 1,85 N/mm²; các hệ sơn cao su clo hoá có độ bám dính 0,43 - 0,47 N/mm²; hệ sơn alkyd có độ bám 
dính 0,38 N/mm². 
b. Khả nĕng chống ĕn mòn 
Các kết quả thử nghiệm theo tiêu chuẩn ISO 14993 cho thấy: các hệ sơn epoxy giàu kẽm - polyuretan có 
khả nĕng chống ĕn mòn cao nhất, chịu được từ 62 đến 65 chu kỳ thử nghiệm (tiêu chuẩn JIS K5627 quy định 
sơn chống ĕn mòn phải chịu được ít nhất 28 chu kỳ thử nghiệm); kế tiếp là các hệ sơn cao su clo hoá và khả 
nĕng chống ĕn mòn thấp nhất là hệ sơn alkyd. 
c. Độ bền nóng lạnh 
Độ bền nóng lạnh của các hệ sơn đặc trưng cho độ bền của màng sơn dưới tác động của thời tiết khắc 
nghiệt nắng mưa đột ngột, điển hình của khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam. Kết quả thử nghiệm chứng tỏ các hệ 
sơn epoxy giàu kẽm - polyuretan có độ bền nóng lạnh cao nhất (450 chu kỳ), các hệ sơn cao su clo hoá (90 - 
110 chu kỳ), thấp nhất là hệ sơn alkyd (54 chu kỳ - tương đương với yêu cầu đối với sơn tường ngoài). 
d. Độ thấm ion clorua 
VẬT LIỆU - MÔI TRƯỜNG - KỸ THUẬT HẠ TẦNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 
Độ chống thấm ion clorua của màng sơn phản ánh khả nĕng ngĕn cản sự xâm nhập của ion clorua qua 
màng sơn. Kết quả thử nghiệm độ chống thấm ion clorua của các màng sơn cho thấy: các hệ sơn epoxy giàu 
kẽm – polyuretan có khả nĕng chống thấm ion clorua cao nhất trong các hệ sơn thử nghiệm, tiếp theo là hệ sơn 
cao su clo hoá, hệ sơn alkyd kém nhất về tính chất này. Điều này càng minh chứng rõ hơn cho khả nĕng bảo 
vệ thép chống ĕn mòn thấp của hệ sơn alkyd trong môi trường tự nhiên. 
e. Độ bền mù muối 
Theo tiêu chuẩn ISO 12944, các hệ sơn cao su clo hoá chỉ nên áp dụng trong môi trường có mức độ xâm 
thực C3 với tuổi thọ trung bình. Trong môi trường có mức độ xâm thực C4, tuổi thọ bảo vệ của các hệ sơn này 
chỉ ở mức thấp. Do đó, cần nghiên cứu biến tính hệ sơn này để nâng cao độ bền nhiệt ẩm của chúng, bởi vì 
khả nĕng chịu mù muối của hệ sơn này khá cao. Các hệ sơn epoxy giàu kẽm – polyuretan có thể áp trong môi 
trường xâm thực C3, C4 với thời hạn bảo vệ cao, môi trường C5-M với tuổi thọ trung bình. Hệ sơn alkyd có độ 
bền nhiệt ẩm quá thấp (< 48 h), không đạt yêu cầu bảo vệ kết cấu thép trong môi trường khí quyển biển (thấp 
nhất là C3), do đó không nên áp dụng trong môi trường này. 
f. Độ bền nhiệt ẩm 
Kết quả thử nghiệm cho thấy độ bền nhiệt ẩm phụ thuộc nhiều vào loại chất tạo màng sơn. Hệ sơn alkyd có 
độ bền nhiệt ẩm thấp nhất (24h), điều này liên quan đến tuổi thọ ngắn của hệ sơn alkyd trong thực tế khi sử 
dụng để bảo vệ các kết cấu thép. Các hệ sơn khác thường có độ bền nhiệt ẩm hơn hẳn hệ sơn ankyd điển hình 
như hệ sơn cao su clo hoá, đặc biệt là hệ sơn epoxy giàu kẽm - polyuretan. 
4. Kết luận 
 Môi trường biển Việt Nam có tính chất xâm thực mạnh đối với kết cấu thép. Mức độ ảnh hưởng của môi 
trường lên kết cấu thép ở các vùng miền có sự khác biệt. 
 Tình trạng ĕn mòn kết cấu thép vùng biển Việt Nam là nghiêm trọng. Để đảm bảo tuổi thọ thiết kế cần phải 
áp dụng các giải pháp bảo vệ chống ĕn mòn, mà sơn phủ là một trong những giải pháp có thể lựa chọn áp 
dụng. 
Xem xét các chỉ tiêu cơ bản về khả nĕng bảo vệ kết cấu thép của các hệ sơn như độ bền nhiệt ẩm, mù 
muối, độ chống thấm ion clorua, khả nĕng chống ĕn mòn, độ bền nhiệt ẩm của một số hệ sơn thông dụng cho 
thấy hệ sơn epoxy giàu kẽm - polyuretan có độ bền cao và khả nĕng bảo vệ kết cấu thép trong môi trường xâm 
thực vùng biển rất tốt, tiếp đến là các hệ sơn cao su clo hoá và hệ sơn alkyd. 
Cĕn cứ vào yêu cầu bảo vệ chống ĕn mòn, mức độ ảnh hưởng của môi trường, dạng kết cấu thép để lựa 
chọn áp dụng hệ sơn phù hợp đáp ứng yêu cầu đề ra. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. NGUYỄN MẠNH HỒNG và ctv. Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu ứng dụng sơn bảo vệ kết cấu thép vùng ven biển 
Việt Nam, Hà Nội, 2007. 
2. ĐỖ VĔN HỨA, VŨ THÀNH HẢI, NGUYỄN ĐÌNH TÂN. Thực trạng ĕn mòn cửa van thép công trình thuỷ lợi. Hội nghị 
khoa học toàn quốc lần thứ hai về sự cố và hư hỏng công trình xây dựng. NXB Xây dựng, Hà Nội, 2003. 
3. NGUYỄN VIẾT HUỆ, VŨ ĐÌNH HUY và ctv. Sơn xi mĕng và kết quả áp dụng trong điều kiện Việt Nam. Báo cáo giám 
định đề tài cấp Nhà nước, mã số 48D.02.02. Hà Nội, 1988. 
4. NGUYỄN THỊ BÍCH THUỶ và ctv. Lựa chọn, xây dựng tiêu chuẩn và công nghệ sơn phủ bảo vệ thích hợp trong một số 
môi trường đặc biệt cho các công trình giao thông. Báo cáo nghiệm thu đề tài, Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông 
vận tải, Hà Nội, 1997. 
VẬT LIỆU - MÔI TRƯỜNG - KỸ THUẬT HẠ TẦNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011