CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU PHỦ GỐC POLYUREA BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG VÀ HẠ TẦNG KỸ THUẬT

Trần Ngọc Anh – Chủ tịch Công ty Cổ phần Newtec Group

1. Giới thiệu chung

Việt Nam là nước với nền khí hậu nhiệt đới nóng ẩm. Có bờ biển dài hơn 3260 km trải dài từ Bắc vào Nam. Đây chính là điều kiện môi trường gây ăn mòn kết cấu kim loại cũng như ăn mòn và phá hủy kết cấu bê tông cốt thép (KCBTCT) với tốc độ rất cao. Theo số liệu khảo sát của Hội Khoa học Kỹ thuật Ăn mòn và Bảo vệ kim loại Việt Nam, thiệt hại ăn mòn tại nước ta là không dưới 5% GPD. Như vậy, có thể thấy tổn thất kinh tế ở nước ta hàng năm lên đến 20-25 tỷ USD do ăn mòn gây ra, quả thực là một con số tổn thất lớn. Thiệt hại do ăn mòn trên thế giới cũng là rất lớn, chỉ tính riêng tại Mỹ, hàng năm tổn thất này lên đến hàng vài ba trăm tỷ USD.

Vì vậy, việc bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu kim loại và KCBTCT để kéo dài tuổi thọ của công trình có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế. Để chống ăn mòn kim loại và KCBTCT, có thể áp dụng nhiều biện pháp khác nhau, bao gồm:

• Lựa chọn vật liệu thép kết cấu thích hợp có độ bền chống ăn mòn cao trong môi trường làm việc;
• Sử dụng biện pháp thay đổi độ xâm thực ăn mòn của môi trường, trong đó có sử dụng các chất ức chế ăn mòn;
• Lựa chọn và sử dụng các lớp sơn phủ có tuổi thọ cao, độ bền cơ học cao;
• Bảo vệ điện hóa.
• Nâng cao tính năng của bê tông và chiều dày lớp bảo vệ cốt thép hoặc sơn phủ cốt thép đối với KCBTCT trong vùng khí quyển ven biển. Hoặc sơn phủ cho KCBTCT tiếp xúc môi trường hóa chất, môi trường ionclorua…

Trong thực tế, việc sử dụng vật liệu sơn phủ là phương pháp rất phổ biến, có từ lâu và là biện pháp trọng yếu trong việc chống ăn mòn cho kim loại. Một số trường hợp cụ thể như các đường ống thép, bể chứa bằng thép chôn ngầm, thì thường hay kết hợp giữa sơn phủ với bảo vệ điện hóa (catot). Các đường ống, bể chứa lộ thiên thì kết hợp sơn phủ với chất ức chế ăn mòn. Đối với chống ăn mòn cho KCBTCT thường nâng cao chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép hoặc nâng cao tính năng cho bê tông hoặc phủ lớp composite bảo vệ.

Do vậy, việc lựa chọn biện pháp bảo vệ phải được xem xét kỹ ngay từ khi thiết kế công trình. Hay nói cách khác, việc lựa chọn vật liệu phủ bảo vệ chống ăn mòn là đặc biệt quan trọng quyết định đến tuổi thọ và hiệu quả đầu tư của công trình.

2. Điều kiện xảy ra ăn mòn và phá hủy kim loại

• Tác nhân gây ra ăn mòn kim loại chính là sự có mặt của cả hai yếu tố: nước và Oxy.
• Thiết bị, đường ống bằng thép (Fe-C) tiếp xúc với nước (hoặc hơi nước) và khí oxi thường xảy ra phản ứng:
  3Fe + 4H₂O  = Fe₃O₄ ( gỉ sắt) + 4H₂↑
  3Fe + 2O₂= Fe₃O₄ ( gỉ sắt)

Hoặc xảy ra phản ứng oxy hóa khử trong môi trường chất điện ly (đất có điện trở thấp, axit, kiếm, muối…) và tạo ra Fe₃O₄ nH₂O ( gỉ sắt). Qúa trình này sinh ra dòng điện ăn mòn và tốc độ ăn mòn nhanh hơn.

• Trong một số trường hợp, sự ăn mòn thép còn xảy ra khi không cần có mặt của oxy. Nhất là dạng ăn mòn sunfua. Nguyên tố lưu huỳnh được sản sinh bởi các vi sinh phân hủy các tạp chất hữu cơ.

3. Điều kiện xảy ra ăn mòn và phá hủy KCBTCT

• Ăn mòn cốt thép trong bê tông khi có mặt ionclorua: Hơi nước, oxy và ionclorua từ môi trường xâm nhập vào vùng bê tông cận cốt thép. Ionclorua tồn tại ở dạng tự do sẽ khuyếch tán trong cấu trúc bê tông tuân theo định luật Fick II. Sự chênh lệch nhiệt độ, áp suất khí quyển, hơi nước và hàm lượng cloura càng cao thì nó khuyếch tán càng nhanh. Bê tông có độ chống thấm càng cao thì sự khuyếch tánionclorua càng giảm. Khi hàm lượng ionclorua trong bê tông từ 0,6¸ 0,8 kg/ m³ thì sẽ phá vỡ màng bảo vệ thụ động của cốt thép. Tạo điều kiện nhanh chóng cho hơi nước và oxy xảy ra phản ứng ăn mòn phá hủy kim loại như đã nêu ở mục 2. (Điều kiện xảy ra ăn mòn và phá hủy kim loại).  Khi cốt thép bị gỉ sẽ tăng thể tích lên 4-6 lần và phá vỡ hoặc nứt bê tông. Hiện tượng ăn mòn và phá hủy KCBTCT trong vùng khí quyển ven biển tại Việt Nam là rất phổ biến và đáng báo động. Hầu hết các công trình xây dựng ở vùng vùng khí quyển ven biển tại Việt Nam sau 15¸20 năm đã thấy dấu hiệu bị ăn mòn. Nhiều công trình xây dựng sau 30 sử dụng năm đã bị ăn mòn và phá hủy nghiêm trọng gây mất an toàn.

• Ăn mòn KCBTCT xây dựng trong vùng ngập nước (nước biển, nước lợ, nước ngọt): thường xảy ra các dạng ăn mòn phản ứng giữa các khoáng trong bê tông (đá xi măng) với các muối Magie (Mg) hoặc muối sunfat. Hoặc phản ứng kiềm silic rửa trôi…hoặc ăn mòn dạng vi sinh…
• Ăn mòn KCBTCT trong các công trình công nghiệp và hạ tầng kỹ thuật cấp thoát nước: Đây là dạng ăn mòn khá phổ biến hiện nay tại nước ta. Và cũng gây tổn thất kinh tế rất nhiều cho các chủ đầu tư. Do sự phát triển mạnh của ngành công nghiệp và đô thị hóa nhanh chóng ở Việt Nam. Nguyên nhân chủ yếu là do KCBTCT (tồn tại ở dạng bể chứa, đường ống, sàn nhà…) tiếp xúc trực tiếp với các tác nhân gây ăn mòn rất mạnh trong các nhà máy sản xuất và nước thải. Một số tác nhân gây ăn mòn như: SO₂; H₂S; CO₂; các hóa chất phèn PAC; hóa chất CLOR; hóa chất tẩy rửa…Khi KCBTCT tiếp xúc với các hóa chất này thì hầu hết sẽ xảy ra ăn mòn hóa học, phản ứng dạng trung hòa kiềm – axit làm cho bê tông bị ăn mòn (thối rữa) và phá hủy nhanh chóng. Nhiều công trình xây dựng công nghiệp và hạ tầng kỹ thuật cấp thoát nước bị ăn mòn và phá hủy nghiêm trọng chỉ sau 5¸7 năm vận hành nếu không có biện pháp bảo vệ chống ăn mòn phù hợp. Còn đối với các bể chứa bằng thép trong các ngành công nghiệp luyện kim, công nghiệp hóa chất…mặc dù được bảo vệ chống ăn mòn ngay từ khi xây dựng nhưng hầu hết phải thay thế các lớp sơn phủ bảo vệ với chu kỳ hoạt động từ 3 – 4 năm.

4. Một số công trình xây dựng và hạ tầng kỹ thuật bị ăn mòn và hư hỏng tại Việt Nam

Công trình: Đường ống dẫn nước tuần hoàn D1400 dài 1,5 km – Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí

Chủ đầu tư: Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí

Hiện trạng hư hỏng: Sau 30 năm hoạt động, bề mặt ống thép dày 2mm bị ăn mòn rất nặng, nhiều chỗ bị thủng.

Tác nhân gây ăn mòn: do nguồn nước lợ có chứa hàm lượng clorua cao

Giải pháp đã sửa chữa: Làm sạch gỉ thép, tram vá lỗ thủng. Sơn polyurea chống ăn mòn dày 2mm.

Công trình: Đường ống nước thải D800 dài 1,5 km – KCN Bàu Bàng

Chủ đầu tư: Tập đoàn Becamex

Hiện trạng hư hỏng: Sau 15 năm hoạt động, bề mặt ống bê tông bị ăn mòn rất nặng, nhiều chỗ bị thủng, rò nước.

Tác nhân gây ăn mòn: nước thải chứa các chất hữu cơ phân hủy tạo ra các chất gây ăn mòn cao như H2S

Giải pháp đã sửa chữa: Làm sạch bê tông, trám vá lỗ thủng. Sơn polyurea chống ăn mòn dày 2,5 mm.

Công trình: Bể xử lý nước thải đơn nguyên A-B

Công trình: Nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng

Chủ đầu: Trung tâm QLHT Kỹ thuật – TP Hồ Chí Minh.

Hiện trạng hư hỏng: Sau hơn 10 năm hoạt động, bề mặt bê tông phần ngập nước bị ăn mòn rất nặng, trơ đá. Cốt thép bị gỉ.

Bể bị thấm rò rỉ nhiều.

Tác nhân gây ăn mòn: các hóa chất đưa vào bể để xử lý làm sạch nước thải.

Giải pháp đã sửa chữa: Làm sạch bê tông, trám vá hư hỏng. Sơn polyurea chống ăn mòn, chống thấm dày 2mm.

5. Công nghệ vật liệu phủ polyurea bảo vệ chống ăn mòn

• Các đường ống chôn ngầm khi thiết kế và lắp đặt thường yêu cầu tuổi thọ tối thiểu trên 50 năm, thậm chí với công trình cấp 1 thì yêu cầu tuổi thọ trên 100 năm. Việc bảo trì sửa chữa các đường ống ngầm là việc làm rất tốn kém và đôi khi không thể thực hiện được do điều kiện giải phóng mặt bằng, ngầm sâu trong đất, khó khăn tháo dỡ thay thế…Do vậy, mọi hư hỏng do ăn mòn gây ra là điều người sử dụng không hề mong muốn và có thể phải tổn thất kinh tế nặng nề. 
• Đối với các bể chứa bằng thép hoặc KCBTCT khi tiếp xúc với các hóa chất hoặc tác nhân ăn mòn thì yêu cầu bắt buộc là phải phủ bảo vệ lớp chống ăn mòn. Một trong những biện pháp ngăn chặn từ đầu là người sử dụng và đặc biệt là người thiết kế phải lựa chọn lớp sơn phủ ( lớp lót cho kết cấu) phù hợp nhất, có độ bền cơ học, bền hóa chất cao nhất, kháng thấm cao và tuổi thọ cao nhất…

Lớp phủ chống ăn mòn thường có yêu cầu các đặc tính  như sau:

• Khả năng chống thấm ( nước, oxy, hơi clorua…) cao;
• Khả năng cách điện và điện hóa tốt;
• Độ bám dính cao với bề mặt thép hoặc bê tông;
• Độ bền cơ học, bền UV và bền hóa chất cao;
• Chịu va đập tốt;
• Chống trầy xướcvà chống mài mòn, để bảo vệ khỏi hư hỏng trong quá trình xử lý, thử nghiệm, vận chuyển, lắp đặt và các hoạt động khai thác sử dụng;
• Khả năng chống lại những thay đổi của nền đất và ứng suất nhiệt;
• Khả năng chống nứt cao ( tạo cầu vết nứt cao) và giãn dài cao.

Hiện nay, trên thế giới các loại lớp phủ khác nhau được sử dụng  để bảo vệ các đường ống chôn ngầm, kết cấu thép và bể chứa bao gồm:

• Lớp phủ nhựa than bitum: loại lớp phủ sử dụng từ rất lâu. Có ưu điểm là giá thành rẻ, nhược điểm là độ bền thấp, chịu va đập thấp, rất dễ trầy xước trong quá trình lắp đặt và chứa dung môi độc hại. Loại này trên thế giới hiện nay rất hạn chế và ít được sử dụng.
• Nhựa polyester/ Vinyl ester kết hợp sợi thủy tinh tạo thành composite: được sử dụng phổ biến, dễ thi công. Nhược điểm là chịu va đập kém, giòn, dễ nứt, không chịu được sốc nhiệt, chịu UV rất kém, rất độc hại. Tuổi thọ lộ thiên không quá cao, thông thường dưới 5 năm.
• Sơn gốc epoxy: được sử dụng phổ biến, dễ thi công. Nhược điểm là chịu va đập kém, giòn, dễ nứt, không chịu được sốc nhiệt. Tuổi thọ epoxy không quá cao, thông thường dưới 10 năm.
• Lớp phủ polyethylenejacketing: sử dụng bằng phương pháp bọc quấn ngoài đường ống, để lại nhiều mối nối. Lớp bọc bằng polyetylen có thể bị hỏng trong quá trình lắp đặt. Nó mềm ở 80 ° C (176 ° F) và nóng chảy ở nhiệt độ gần 100 đến 110 ° C (212 đến 230 ° F). Không thể thi công phủ bảo vệ bên trong đường ống. Do đó loại này ứng dụng còn hạn chế.
• Lớp phủ Polyurea ( Polyurea là loại được nghiên cứu phát triển có tính năng cao cấp hơn dựa trên biến đổi nhựa polyurethane – loại đã ra đời cách đây hơn 80 năm): được sử dụng phổ biến trên thế giới từ khoảng 30 năm trở lại đây trong hầu hết các ngành: ngành dầu khí, ngành cấp thoát nước, xây dựng dân dụng, thủy điện… Tại Việt Nam, polyurea được sử dụng bảo vệ cho các đường ống, bể chứa nước và chống thấm mái khoảng gần 20 năm trở lại đây. Đây là loại lớp phủ có thể nói là hoàn hảo của thế kỷ 21 với nhiều ưu điểm vượt trội so với toàn bộ các hệ lớp sơn phủ còn lại. Tuổi thọ của lớp phủ polyurea trong nước hoặc ngâm đất trên 50 năm; lộ thiên trên 20 năm; môi trường biển trên 15 năm và môi trường công nghiệp tiếp xúc hóa chất trên 8 năm.

Lớp phủ polyurea có những ưu điểm so với những sơn phủ còn lại như sau:

• Polyurea đóng rắn nhanh ( từ 5 giây đến 120 giây tùy thuộc vào yêu cầu của người sử dụng). Có thể sử dụng, tiếp xúc nước ngay sau khi phun 60 giây. Và đảm bảo tính kinh tế với tỷ lệ và hiệu quả sản xuất cao, rút ngắn thời gian chờ đợi hoặc ngưng sản xuất để sửa chữa;
• Có độ bám dính cao với bề mặt thép, bê tông, gỗ, nhựa…lớp phủ liền mạch, không mối nối;
• Polyurea có khả năng chống va đập cao nhất trong các hệ sơn phủ;
• Khả năng kháng hóa chất và chống ăn mòn của polyurea rất cao;
• Polyurea có khả năng chống nứt cao ( tạo cầu vết nứt cao đến 5 mm);
• Cường độ kéo giãn cao ( bằng 1/10 so với thép) và độ đàn hồi cao trên 350%;
• Giảm tổn thất thủy lực do bề mặt bên trong của đường ống trơn láng hơn;
• Hiệu quả kinh tế lâu dài hơn do suy giảm mài mòn xâm thực là thấp;
• Không chứa VOC, an toàn tiếp xúc với con người và thực phẩm ăn uống;
• Trong trường hợp đường ống công nghiệp hoặc đường ống nước thải, đường ống có thể bị tấn công bởi các chất hóa học như clorua, kiềm, axit… khi đó polyurea có khả năng kháng hóa chất cao, đảm bảo tuổi thọ kinh tế cao hơn tất cả các hệ sơn phủ truyền thống.

Một số thử nghiệm về độ bền của vật liệu polyurea do Nhà máy sản xuất Polyurea and Paint của Công ty Cổ phần Newtec Group sản xuất và thử nghiệm dưới sự chứng kiến của nhiều Chuyên gia ngành xây dựng; các chuyên viên của Phòng QLCN và Phòng QL Thoát nước – Cục Hạ tầng Kỹ thuật – Bộ Xây dựng và các Chủ đầu tư:
(Nhà máy có địa chỉ: CN2-12 Cụm Công nghiệp Yên Dương, huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định)

Ghi chú: Và nhiều các biện pháp thử độ bền của lớp phủ polyurea được cập nhật trên kênh youtube:  www.youtube.com/@newtec-group hoặc website:  www.newtecgroup.com.vn

6. Một số dự án sử dụng lớp phủ polyurea để chống ăn mòn, chống thấm do NEWTEC GROUP thực hiện tại Việt Nam

Trong những năm qua, Công ty Cổ phần Newtec group đã triển khai thi công chống ăn mòn và chống thấm cho nhiều dự án có quy mô lớn và quan trọng của Quốc gia. Những dự án có yêu cầu cao về yếu tố chống ăn mòn đã được sử dụng vật liệu phủ siêu bền gốc polyurea. Sản phẩm polyurea được kiểm tra đánh giá chất lượng kỹ càng tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành được cấp phép bởi Bộ Xây dựng. Newtec Group thi công luôn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, chất lượng và tiến độ của dự án.

Cung cấp vật tư, thiết bị công nghệ sơn phủ polyurea bảo vệ chống ăn mòn ống bê tông D800 &D1200 tại Nhà máy bê tông Hà Thanh

Công trình: Hệ thống cống ngầm Sông Tô Lịch – Tổng thầu TEKKEN Nhật Bản

Dự án: Xây dựng hệ thống xử lý nước thải Yên Xá -TP. Hà Nội

Kênh VTV24h đã đưa tin “Lắp đặt hệ thống cống thu gom nước thải dọc sông Tô Lịch | VTV24”.

Sơn phủ polyurea bảo vệ chống ăn mòn đường ống bê tông D800 dài 1,5 km Công trình: Hệ thống cống thu gom nước thải – KCN Bàu Bàng – Bình Dương. Chủ đầu tư: Tập đoàn Becamex

Chủ đầu tư: Tập đoàn Becamex

Sơn phủ polyurea bảo vệ chống ăn mòn bể xử lý nước thải đơn nguyên A-B
Công trình: Nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng

Chủ đầu: Trung tâm QLHT Kỹ thuật – TP Hồ Chí Minh.

Ghi chú: Và nhiều dự án khác đã sử dụng lớp phủ polyurea được cập nhật trên kênh youtube:  www.youtube.com/@newtec-group hoặc website:  www.newtecgroup.com.vn

7. Kết Luận

• Lựa chọn lớp phủ chống ăn mòn là một trong những biện pháp tối ưu để chống ăn mòn cho các kết cấu trong môi trường xâm thực mạnh. Cụ thể là lựa chọn lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn cho đường ống chôn ngầm, kết cấu thép hoặc bể chứa tiếp xúc hóa chất là đặc biệt quan trọng. Nhằm đảo bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cũng như đảm bảo tuổi thọ của công trình. Vật liệu phủ gốc polyurea là một lựa chọn tối ưu nhất hiện nay trong việc bảo vệ chống ăn mòn dài lâu cho các đường ống chôn ngầm, các kết cấu thép và kết cấu bể chứa. Tuổi thọ cao của polyurea trong môi trường xâm thực sẽ hạn chế tối đa những thiệt hại do ăn mòn gây ra. Và sẽ mang lại giá trị lợi ích kinh tế cao cho chủ đầu tư và cho toàn xã hội.
• Lựa chọn vật liệu phủ siêu bền gốc polyurea để chống thấm, chống ăn mòn cho các công trình xây dựng và hạ tầng kỹ thuật là xu hướng phổ biến trên thế giới và Việt Nam ngày nay. Vật liệu polyurea có nhược điểm là giá thành cao hơn khoảng 1,2 lần so với sơn phủ truyền thống và thi công phải bằng máy chuyên dụng nung nóng 2 thành phần áp suất cao được vận hành bởi đội ngũ công nhân được đào tạo tay nghề phun polyurea.
• NEWTEC GROUP tự hào là đơn vị sản xuất polyurea và cung cấp các giải pháp, dịch vụ hàng đầu về các loại sơn phủ thế hệ mới tại Việt Nam. Chúng tôi luôn hoàn thiện công nghệ và nâng cao quản lý chất lượng hệ thống sản xuất các lớp phủ chống thấm và chống ăn mòn bảo vệ cho công trình của mọi nhà đầu tư đảm bảo độ bền lâu và hiệu quả kinh tế cao nhất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tài liệu tập huấn kỹ thuật “ Chống ăn mòn và bảo vệ các công trình bê tông và bê tông cốt thép vùng biển” – PGS.TS Cao Duy Tiến; NCVC.TS Lê Quang Hùng; NCVC.TS Phạm Văn Khoan;
2. TCVN 9276:2012 Sơn phủ bảo vệ kết cấu thép – Hướng dẫn kiểm tra, giám sát chất lượng quá trình thi công;
3. Tiêu chuẩn công nghệ khoan kích ngầm cho Việt Nam-2018 của Bộ Xây dựng ( Việt Nam) và Bộ Đất đai, Hạ tầng, Giao thông và Du lịch ( Nhật Bản);
4. JSA – JIS A 7502-2 : 2015 Corrosion protection technology of sewerage concrete structures — Part 2: Design standards for prevent sulfuric acid corrosion;
5. AWWA C222-08: Polyurethane Coatings For The Interior & Exterior Of Steel Water Pipe & Fittings.