Thép chịu thời tiết và các ứng dụng trong xây dựng

THÉP CHỊU THỜI TIẾT
VÀ
CÁC ỨNG DỤNG
THÁNG 33, 2011
2011.
Nippon Steel Corporation

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Thép chịu thời tiết là gì ?
・
・Được USA phát triển năm 1933
・Hình
Hình thành lớp gỉ mịn và chắc trên bề mặt thép và hầu
như ngăn ngừa quá trình ăn mòn trong vòng vài năm.
→Cực
Cự tiểu
tiể hóa
hó chi
hi phí
hí LCC cho
h cầu
ầ thé
thép vìì khô
không cần
ầ sơn
ơ
và sơn lại.
Lượng ăn mòn(m

mm)

Đường cong ăn mòn
Thép thường

Thép chịu thời tiết

Thời gian (năm)

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


SƠ ĐỒ GỈ CỦA THÉP
Thép chịu thời tiết
Lớp gỉ mịn bao phủ bề mặt
thép và hầu như ngăn chặn
quá trình ăn mòn sâu hơn

Thép thường
Lớp gỉ sét xốp và giòn
giòn,,
không ngăn chặn được
quá trình ăn mòn
mòn..

Lớp gỉ mịn (Cu,Cr,Ni,Fe)

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved

Thay đổi bề ngoài thép theo thời gian
Sau khi thi công
2 tháng
thá

1.
2.
3.

Sau khi thi công
13 thá
tháng

Sau khi thi công
17 năm
ă 1 tháng
thá

Lớp gỉ thép chịu thời tiết ở giai đoạn đầu
giống lớp gỉ thép thường.
Theo thời gian, hình thành lớp gỉ bảo vệ
bề mặt.
Chuyển
h ể sang màu
à nâu
â sậm.
ậ Ngoài
à ra, cũng

ũ
có thể xử lý màu cho bề mặt

Xử lý màu cho bề mặt

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Đặc điểm của Thép chịu thời tiết
Ưu điểm
・Giảm chi pphí LCC
・Khối lượng công tác bảo trì thấp
・Thân thiện với môi trường
g
Nhược điểm
・Hơi cao hơn ggiá thép
p thường
g
・Không sử dụng được ở vùng duyên hải và vùng ngập nước
)
thép
p ở Nhật
ậ Bản
VD.)Giá
Thép chịu thời tiết(SMA)/Thép thường(SM)=1.18
(As of Jan,2011 Japanese market price)
SM490YB(t=25) 1520$/ton
SMA490BW(t=25)1790$/ton
(1$=83

(1$
83 \)
©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Chỉ dẫn kỹ thuật
Theo JIS(Japan Industrial Standard), các lớp cường độ chịu kéo
của thép chịu thời tiết là 400MPa, 500MPa, 600MPa, 800MPa

Ex.)Lớp cường độ 500MPa
Mechanical Properties

Steel type

JIS

Chemical Composition (%)

Yield
Point

Tensile
g
Strength

N/mm2

N/mm2

C

Si

Mn

0.55
max
max.

1.65
1.60
max
max
max.

Ordinary

G3101
G3101
SM490Y
SM490Y

355

490～610

0.20
max
max.

Weathering

G3114
SMA490W

355

490～610

0.18 0.15～ 1.40
max. 0.65 max.

P

S

Cu

Cr

Ni

0.035 0.035
max max.
max.
max
0.035 0.035 0.30～ 0.45～ 0.05～
0.75
0.30

max. max. 0.50

Yield Point: in case of thickness is 16< t ≦ 40 mm

Thêm vào 1 lượng nhỏ các hợp kim như đồng, crôm và
niken
ik để ttạo lớ
lớp gỉỉ bả
bảo vệ.
ệ
©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Đặc điểm thép chịu thời tiết
Thí nghiệm trong môi trường ăn
mòn cao

Thí nghiệm trong môi trường ăn mòn
bình thường

Thép chịu thời tiết

Thời
hời gian
i (năm)
(
)

Lượng ăn

n mòn (1 bên :mm)

Lượng ăn
n mòn( 1 bên :mm)

Thép thường

Thời gian (năm)

Ghi chú:
①Ở khu
kh vực nồng
ồ độ muối
ối trong
t
không
khô khí cao
→Tốc độ ăn mòn không giảm vì không hình thành được lớp gỉ bảo vệ
②Thiết kế chi tiết
→Tránh bị ngập nước, bị làm ẩm, hoặc tình trạng ẩm ướt trong thời gian dài

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Các khu vực có thể ứng dụng thép chịu thời tiết
Nồng
ồ độ muối
ố 0.05mdd (mg/dm2/ngày)
Có thể dùng JIS-SMA

JIS SMA
[Dựa trên hợp tác nghiên cứu của PWRI,JASBC,KC(1981～1993) ở Nhật Bản]
PWRI：Public Works
Research Institute
JASBC：Hiệp
ệ hội
ộ xây
â dựng
cầu thép Nhật Bản
KC：Câu lạc bộ Kozai

Các khu vực có thể áp
dụng mà không cần đo
nồng độ muối
©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Công nghệ dự tính ăn mòn
“YOSOKUTM”
Nhập điều
ề kiện
thời tiết

Dựa trên dữ liệu thí nghiệm
khổng lồ ở Nhật Bản,NSC
đề xuất phần mềm dự tính
lượng ăn mòn.

Có khả năng dự

tính lượng ăn mòn
sau 100 năm

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Thép chịu thời tiết có thêm Ni
Thí nghiệm
g ệ 9 năm tại
ạ
cảng (nồng độ muối 1.3mdd)

Thép chịu thời tiết thông thường

Thép chịu thời tiết có thêm Ni

Thép chịu thời tiết chứa 1
1-3％Ni
3％Ni và
không chứa Cr có khả năng làm
việc tốt trong môi trường nồng độ
muối cao

Có thể sử dụng ở khu vực
duyên hải
©2011 Nippon Steel Corporation,

All Rights Reserved

Sơ đồ lựa chọn Thép chịu thời tiết ở Nhật Bản

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Đánh giá công nghệ chống ăn mòn trong cầu thép
Sơn
Thường

Thép chịu thời tiết

Chất lượng cao

Không sơn

Xử lý bề mặt với
màu

Thép chịu
thời tiết có
Niken（Trần）

Kim loại gốc

Thép cuộn cho kết cấu hàn
（JIS G3106)

Thép chịu thời tiết（JIS G 3114)

Thép chịu thời tiết

Nguyên lý của
lớ chống
lớp
hố ă
ăn
mòn

Lớp phủ nhựa bảo vệ

Lớp gỉ bảo vệ

Lớp gỉ bảo vệ

Độ bền

10 năm

Bán vĩnh cửu

Bảo trì

Sơn lại

Kiểm tra định kì (khoảng mỗi 10 năm)

Giá ban đầu

Có yêu cầu giá sơn

Hơi cao hơn thép
thường

Hơi cao hơn thép
thường + chi phí
xử lý

Chi phí bảo trì
(trong 100 năm)

Mỹ quan

30-45 năm

（Nippon Steel Orig.)

Giá cao vì có thêm
Ni

8 $/m2

41 $/m2

18 $/m2

52 $/m2

48 $/m2

122+α $/m2

105+α $/m2

18+α $/m2

52+α $/m2

48+α $/m2

(10 lần

( 2 lần sơn lại)

( không cần
ầ sơn lại)

( không
khô cần
ầ sơn lại)
l i)

(khô cần
(không
ầ sơn lại)
l i)

sơn lại)

Có thể sơn bất kỳ màu nào

Màu gỉ (nâu)

Có thể có vài
màu

Màu gỉ (nâu)

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Ưu điểm về mặt kinh tế của Thép chịu thời tiết (Cực
tiểu
ể hóa chi phí LCC)
C
Corrosion
 protectio
on cosｔ（$//m2）

140

Painting(Normal)
Painting(Heavy duty)
W h i
Weathering
steel(Bare use)
l(B
)

120
100

Weathering steel(N‐treatment)
Ni added WS(Bare)

80
60
40
20
0
0



Ví dụ ước tính chi phí LCC:
・Chỉ so sánh chi p
phí chống
g ăn
mòn
・Dựa trên thiết kế cầu Rạch
tôm
・Không tính trượt giá

20
40
60
80
100

Period after construction（Years）

Chi phí LCC đối với Thép chịu thời tiết thấp hơn chi phí LCC của
cầu thép bình thường vì không tốn chi phí sơn lại
©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Bảo trì cầu thép
Phương pháp bảo
trì

Sơn

Thép chịu thời tiết

・Kiểm
ể tra
a đị
định kì(vài
(và năm
ă 1
lần)
・Sơn lại định kỳ (khoảng
10 45 năm)
10~45
ă )

・Kiểm
ể tra

a bằng
bằ g mắt
ắ thường
ườ g
mỗi 10 năm
･Không cần sơn lại

Phương pháp kiểm ・Kiểm tra bằng mắt
tra
thường (gỉ
(gỉ, xuống màu,
màu rỗ
bề mặt, nứt, bong tróc)
・Đo bề dày lớp sơn

・Tốc độ gỉ dựa trên quan sát
bằng mắt thường.
thường
・Đo lượng bị ăn mòn

• Vì không yêu cầu
ầ chi phí sơn lại, chi phí bảo
ả trì cho cầu
ầ thép chịu
thời tiết thấp hơn
©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Quy trình bảo dưỡng Thép chịu thời tiết

Kế hoạch bảo dưỡng
Thi công cầu
Kiểm tra lần đầu
Kiểm tra định kì

・Chọn điểm quan trắc
・Lựa chọn phương pháp quan trắc
・Tiến hành 2 năm sau khi thi công
Kiểm tra tình trạng ban đầu, khắc phục khuyết tật
・Kiểm
・Báo cáo riêng nếu thời tiết quá khắc nghiệt
・Mỗi 10 năm sau khi thi công
g
・Kiểm tra gỉ bất thường do rò rỉ nước và khắc phục
các điểm hư hỏng
Yêu cầu quan
sát

Đánh giá
tình trạng

Có vấn đề
Tốt

Có vấn đề
Điều tra
Xử lý
VD)Sơn lại 1 phần
chi tiết
Yêu cầu

Quan sát
Có
ó kế
ế hoạch bảo
ả trìì
©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Xu hướng gỉ của cầu Thép chịu thời tiết
& các phương pháp khắc
ắ phục
Dầm
ầ trong

・Điều kiện xấu hơn
(Độ ẩm, v.v)

Dầm
ầ giữa
ữ

・Điều kiện tốt hơn
(Không rò rỉ nước,vv)

Dầm ngoài

・điều kiện tốt
(Được làm sạch nhờ nước mưa, điều kiện
khô thoáng, v.v)

Mặt trên bản cánh dưới
Girder end

・Worst condition
((Water leakage
g from exp.
p joint
j
etc.))

・Điều
Điều kiện xấu (bị đọng nước, v.v)

Hệ dầm ngang

・điều kiện tốt (không bị đọng nước, v.v)

Xem xét áp dụng Thép chịu thời tiết cho kết cấu cầu
・Đánh
Đánh giá khả năng chống ăn mòn ở dầm phía trong
・Cải thiện dầu dầm (sơn lại 1 phần, end cutting for breeze etc.)
・ Tránh nước rò rì từ khe con dãn hay hệ thống thoát nước của cầu
©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Phương pháp đánh giá khả năng áp dụng Thép chịu thời tiết
Mục

Phương pháp (Tiêu chuẩn Nhật
Bản)

Kiến nghị

(1)
Môi trường

Nhiệt độ, độ ẩm,
ẩ lượng mưa, nồng
ồ
độ muối, v.v

ẵ
○Tham khảo dữ liệu sẵn
có

(2) Môi trường
t ườ

Đ chất
Đo
hất lượng
lượ nước
ướ

○Đ mật
○Đo
ật độ ion
i clo

l

(3) nghiệm
(3)Thí
g ệ
ngoài trời cho
Thép chịu thời
tiết

Thí nghiệm ngoài trời cho mẫu Thép chịu thời
(50mmx50mm)
（Yêu cầu ít nhất là 1 năm)

△Xét đến thời g
gian

(4)Nồng độ
muối trong
không khí

Phương pháp Dry Gazes（Tiêu
Nhật
ậ Bản）
）
chuẩn N
Giới hạn 0.05mg/dm2/ngày

△Nhìn chung là đắt

(5)Ước tính

lượng bị ăn
mòn

Ước tính Lượng ăn mòn sau 100 năm bằng
phần
ầ mềm
ề YOSOKU
OSO

△Có thể dùng được nếu
có dữ liệu thí nghiệm
ngoài trời trong 1 năm

Giới hạn
ạ tối đa: 0.030mm/năm
/

Giới hạn tối đa 0.5mm

• Kiến nghị dùng mục (1) và (2)

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Inspection & repainting work on paint
Công
ô tác
á kiểm
ể tra hàng

à năm
ă
Kiểm tra

Đánh giá

Quyết định sơn lại 1 phần hay toàn bộ
Sơn liên hợp (Ví dụ)

Sơn lại (10~40 năm 1 lần)
Giàn giáo

Làm sạch bề mặt
(thủ công
ô hoặc
h ặ máy
á thổi)

Top coat
(keep appearance)

Repainting work
Ratings of paint surface state(example)
TT

Hư hỏng

Steel surface

Phương pháp bảo trì và sửa

chữa

５

Bề ngoài không thay đổi

Không cần bảo trì

４

Xuống màu hoặc nổi bong bóng trong lớp bảo vệ

Sơn lại 1 phần
(Làm sạch bề mặt loại 3)

３

Lớp
p bảo vệ
ệ tróc 1 p
phần và lớp
p chống
gg
gỉ bịị lộ
ộ ra ngoài
g
Sơn lại
ạ 1 phần
p
(Làm sạch bề mặt loại 3)

２

・Lớp bảo vệ bị hư với diện tích lớn và xuất hiện các
đốm gỉ
･Xuất hiện ăn mòn cục bộ và quan sát được chiều
dàylượng ăn mòn

Sơn lại toàn bộ
(Làm sạch bề mặt loại 3)

１

Bị ăn mòn trên toàn bộ lớp bảo vệ và có thể quan
sát chiều dày bị ăn mòn

Thay thế

Intermediate coat
(adherent)

Under coating
(prevent invasion of corrosive material)
Pi
Primer
(Corrosion protection for steel)
Surface preparation
(by blasting or hand tool)

Máy thổi

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Các cầu thép chịu thời tiết
đã thi công ở Nhật Bản

Thép chịu thời tiết được ứng dụng ngày càng nhiều vì chi phí LCC thấp
19

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Các dự án cầu sử dụng
Thép chịu thời tiết ở Việt Nam
Cầu Chợ Thượng
･Tuyến đường sắt SG-HN
・Tỉnh
Tỉnh HÀ Tĩnh
・Cách bờ biển 25km
・Hoàn thành: tháng
g 5/2000
/

Wikipedia

Thép chịu thời tiết làm việc tốt sau 10 năm
T ê bề mặt

Trên
ặt đã hình
hì h thành
thà h lớp
lớ chống
hố gỉỉ
©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


21

Kết luận
1. Thép
p chịu
ị thời tiết hầu như không
g gỉ
g
sau 1 vài năm
2. Không cần sơn.
3 Giá thành
3.
thà h thấp
thấ vìì không
khô tốn
tố chi
hi phí
hí
sơn ban đầu và chi phí sơn bảo
dưỡng trong tương lai.

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved


Trân trọng cảm ơn

©2011 Nippon Steel Corporation,
All Rights Reserved