Chống ăn mòn cho các công trình biển

Tiểu luận mÔN học
CHốNG ĂN MòN CHO CáC CÔNG TRìNH BIểN

MC LC
MC LC................................................................................................................................................1
DANH MC HèNH NH........................................................................................................................2
PHN 1: C S Lí THUYT................................................................................................................3
I.Cụng tỏc chng n mũn cho cỏc cụng trỡnh bin Vit Nam (ngoi khi)..........................................3
1.Phõn loi v c im n mũn ca cỏc cụng trỡnh bin Vit Nam hin nay.....................................3
2.Nguyờn nhõn gõy n mũn cỏc cụng trỡnh bin (cụng trỡnh ngoi khi)...............................................3
3.Cỏc bin phỏp chng n mũn cho cỏc cụng trỡnh bin.......................................................................3
3.1.Cụng trỡnh bin c nh bng thộp..............................................................................................4
3.2.Cụng trỡnh bin di ng...............................................................................................................7
3.3.ng ng bin (Piping)...........................................................................................................10
3.3.1.Chng n mũn bờn ngoi ng ng.....................................................................................11
3.3.2.Chng n mũn bờn trong ng ng.....................................................................................12
II.Cụng tỏc chng n mũn cho cỏc cụng trỡnh ven bin Vit Nam.....................................................13
1.c im n mũn ca cỏc cụng trỡnh bin Vit Nam hin nay.......................................................13
2.Cỏc phng phỏp chng n mũn BTCT cho cụng trỡnh ven bin......................................................14
2.1.Tng tớnh chng thm cho bờ tụng............................................................................................14
2.2.Tng chiu dy bờ tụng bo v ct thộp....................................................................................15
2.3.Thit k thi cụng hp lý..............................................................................................................15
2.4.Bo v catụt...............................................................................................................................15
2.5.Ct thộp khụng r.......................................................................................................................16
2.6.Ph gia.......................................................................................................................................17
2.6.1.Ph gia c ch n mũn ct thộp.............................................................................................17
2.6.2.Ph gia lp l rng b mt......................................................................................................18
2.6.3.Mng chng thm b mt......................................................................................................18
2.6.4.Ph gia tng tớnh chng thm.................................................................................................18
PHN 2: V D TNH TON...............................................................................................................19
2.1.Tớnh toỏn s lng a-nt...........................................................................................................20

2.2.Kim tra cỏc iu kin thit k theo tiờu chun DnV-RP-B401..................................................25
2.2.1.iu kin 1.............................................................................................................................25
2.2.2.iu kin 2.............................................................................................................................25
2.2.3.iu kin 3.............................................................................................................................26
2.3.Kt lun v b trớ.......................................................................................................................27
PHN 3: NHN XẫT............................................................................................................................29
TI LIU THAM KHO.......................................................................................................................30

Nhúm 2 Lp XBHN1511

-1/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 : Các khu vực tác động của công trình biển cố định bằng thép......................................................4
Hình 2 : Sơn phủ cho thượng tầng công trình biển cố định bằng thép.......................................................5
Hình 3 : Sơn phủ cho kết cấu nằm trong vùng có mực nước thay đổi.......................................................6
Hình 4 : Sử dụng phương pháp a nốt hy sinh để bảo vệ kết cấu công trình biển cố định nằm trong vùng
ngập nước..................................................................................................................................................7
Hình 5 : Sử dụng phương pháp A nốt hy sinh và sơn phủ để bảo vệ cho giàn bán chìm...........................8
Hình 6 : Sơn phủ chống ăn mòn cho chân giàn khoan tự nâng..................................................................9
Hình 7 : Sơn phủ chống ăn mòn cho thân giàn khoan tự nâng..................................................................9
Hình 8 : Chống ăn mòn cho phần gần chân vịt của tàu bằng dòng điện cưỡng bức.................................10
Hình 9 : Minh họa mặt cắt ngang phổ biến của 1 đường ống biển..........................................................11
Hình 10 : Đường ống sau khi có lớp phủ và bọc gia tải...........................................................................12
Hình 11 : Ăn mòn bê tông cốt thép ở các công trình ven biển.................................................................13
Hình 12 : Nguyên lý phương pháp bảo vệ cốt thép bằng phương pháp a nốt hy sinh..............................15

Hình 13 : Ứng dụng của các loại thép không rỉ trong các môi trường có nồng độ ion clorua và độ pH khác
nhau.........................................................................................................................................................16
Hình 14 : Thép không gỉ làm bằng polyme cốt sợi thủy tinh...................................................................17
Hình 15: Kết cấu khung được tính toán ăn mòn......................................................................................20
Hình 16: Bố trí kết A-nốt vào kết cấu.....................................................................................................28

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-2/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. Công tác chống ăn mòn cho các công trình biển ở Việt Nam (ngoài khơi)
1. Phân loại và đặc điểm ăn mòn của các công trình biển ở Việt Nam hiện nay.
-

Các công trình biển hay nói cách khác là công trình ngoài khơi chịu điều kiện môi
trường phức tạp và khắc nghiệt nên quá trình ăn mòn lớn. Các công trình biển (bao
gồm cả các phương tiện nổi hoạt động ngoài khơi) phổ biến ở Việt Nam hiện nay là:
giàn khoan cố định bằng thép, các công trình biển di động (Juckup, semi- sub, FPSO
…) và hệ thống đường ống dẫn dầu dẫn khí. Mỗi loại công trình thực hiện những
chức năng khác nhau trong những điều kiện khác nhau nên cách thức ăn mòn cũng
khác nhau.

-

Ở Việt Nam hiện nay có nhiều loại công trình phục vụ cho phát triển kinh tế biển đảm

bảo àn toàn hằng hải, đặc điểm chung của các loại công trình này làm từ vật liệu thép
và bê tong cốt thép là chủ yếu, vật liệu này rất dễ ăn mòn bởi môi trường biển, không
khí và các chất trong dầu khí. Khi kết cấu bị ăn mòn sẽ giảm khả năng chịu lực, tuổi
thọ và thẩm mỹ của kết cấu.

2. Nguyên nhân gây ăn mòn các công trình biển (công trình ngoài khơi).
Các công trình biển được xây dựng ngoài khơi chịu môi trường khắc nghiệt và dễ ăn
mòn. Cụ thể các công trình chịu ăn mòn bởi các nguyên nhân chính sau:
-

Ăn mòn do các thành phần hóa học có trong môi trường cụ thể là nước biển.

-

Ăn mòn do các sinh vật biển.

-

Ăn mòn do sản phẩm từ khai thác (dầu mỏ, khí…) chủ yếu ăn mòn bên trong
đường ống dẫn, phương tiện chứa…

-

Ăn mòn do sự va đập của môi trường (sóng, dòng chảy…) lên bản thân kết cấu.

-

Ăn mòn do kết cấu tiếp xúc với nhiều môi trường khác nhau (lúc trong môi trường
nước biển, lúc trong môi trường không khí).

3. Các biện pháp chống ăn mòn cho các công trình biển.
-

Có nhiều phương pháp chống ăn mòn cho các công trình biển nhưng tùy thuộc vào
cấu tạo, chức năng và mức độ ăn mòn của từng loại công trình người ta có những biện

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-3/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

pháp chống ăn mòn riêng. Sau đây ta sẽ tìm hiểu một số phương pháp chống ăn mòn
cho từng nhóm công trình.
3.1. Công trình biển cố định bằng thép.
-

Một công trình biển cố định bằng thép có các khu vực tác động của môi trường biển
như sau:
1. Khu vực khí quyển (Marine Atmosphere).
2. Vùng nước bắn (Splash Zone).
3. Khu vực thủy triều lên xuống (Tidal Zone).
4. Vùng ngập nước thường xuyên (Quiescent
Seawater).
5. Vùng đất đáy biển (Ocean Bottom)

Hình 1 : Các khu vực tác động của
công trình biển cố định bằng thép.

-

Vùng tiếp xúc với không khí: Vùng này có thể xảy ra quá trình ăn mòn do phản ứng
kim loại với oxy của không khí. Khi độ ẩm và nồng độ của một vài chất ô nhiễm
trong không khí cho phép tạo thành một chất điện phân trên bề mặt, cơ chế giống với
cơ chế của sự ăn mòn trong môi trường nước. Để chống ăn mòn cho khu vực này
phương pháp phổ biển nhất hiện nay là sơn phủ bằng sơn chuyên dụng cho công trình
biển.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-4/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

Hình 2 : Sơn phủ cho thượng tầng công trình biển cố định bằng thép.
-

Vùng nước bắn: Vùng này nằm ngay trên vùng tiếp giáp với mực nước biển. Vùng
này tiếp xúc với cả nước lẫn không khí, đối với những kim loại không thụ động, như
thép carbon, thép hợp kim yếu, thì sự ăn mòn trong vùng này rất mạnh. Để chống ăn
mòn cho vùng này phương pháp phổ biến nhất là sơn phủ bằng sơn chuyên dụng cho
công trình biển.

-

Vùng nước thủy triều: Là vùng nằm giữa mức cao và mức thấp thủy triều. Kim loại
nằm trong vùng tiếp xúc khi thủy triều lên và không tiếp xúc khi thủy triều xuống vì

thế ăn mòn trong vùng này cũng hết sức phức tạp. Cũng như vùng nước bắn để chống
ăn mòn cho vùng này phương pháp phổ biến nhất là sơn phủ bằng sơn chuyên dụng
cho công trình biển.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-5/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

Hình 3 : Sơn phủ cho kết cấu nằm trong vùng có mực nước thay đổi.
-

Vùng chìm trong nước biển: Đây là vùng tiếp xúc thường xuyên với nước biển, sự ăn
mòn mạnh xảy ra ngay tại vùng ranh giới tạo mức nước thấp nhất vì một pin ăn mòn
tạo thành với phần trên của công trình. Pin này được mang tên là pin thông gió, phần
trên nằm trong vùng thủy triều tiếp xúc với môi trường nhiều không khí, tạo nên
cathode nơi xảy ra quá trình khử của O 2. Phần nằm ngay phía dưới (vùng ngập trong
nước biển) tạo thành anode, nơi xảy ra quá trình oxy hóa kim loại. Để chống ăn mòn
cho khu vực này người ta thường sử dụng phương pháp bảo vệ ca tốt ( anốt hy sinh)
có nghĩa người ta sẽ tính toán và bố trí các a nốt và các kết cấu mục đích tạo ra 1 pin
điện hóa nhằm bảo vệ kết cấu không bị ăn mòn bởi môi trường.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-6/28-

TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

Hình 4 : Sử dụng phương pháp a nốt hy sinh để bảo vệ kết cấu công trình biển cố định
nằm trong vùng ngập nước
-

Vùng trầm tích (cặn): Vùng này rất phức tạp, tương ứng với phần công trình bị chôn
vùi trong biển. Vùng này không đơn giản là quá trình tích tụ những vật liệu rắn từ
trong nước, mà trong vùng này còn xảy ra rất nhiều quá trình chuyển hóa liên quan
đến hoạt động của các vi sinh vật và những dòng trao đổi vật liệu giữa vùng trầm tích
và nước biển.

3.2. Công trình biển di động.
-

Các công trình biển di động bao gồm giàn bán chìm, giàn khoan tự nâng và các tàu
chở dầu, FPSO/FSO… Các công trình biển này khác với công trình biển di động là nó
dic huyển liên tục, cấu tạo từ kết cấu thép, hoặc hợp kim thép dưới dạng tấm vỏ, với
những đặc điểm riêng biệt của từng loại công trình nên chúng có thể sử dụng nhiều
phương pháp chống ăn mòn khác nhau.

-

Cũng như công trình biển cố định bằng thép, công trình biển bán chìm người ta sử
dụng kết hợp 2 phương pháp chống ăn mòn là sơn phủ cho phần kết cấu ở phần có

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-7/28-

TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

mực nước thay đổi, phần không ngập nước và thượng tầng. Còn phần kết cấu luôn
ngập trong nước người ta sử dụng phương pháp a nốt hy sinh.

Hình 5 : Sử dụng phương pháp A nốt hy sinh và sơn phủ để bảo vệ cho giàn bán chìm.
-

Một dạng công trình biển di động khác là giàn khoan tự nâng (Jackup) gồm 2 phần là
chân và thân ngập trong nước, chân giàn khoan tự nâng có kết cấu dạng giàn không
gian nhưng vì chúng có khẳ năng thay đổi vị trí liên tục nên chúng không sử dụng
phương pháp chống ăn mòn bằng a nốt hy sinh mà sử dụng phương pháp sơn phủ,
tương tự như chân thì thân giàn khoan tự nâng cũng sử dụng phương pháp chống ăn
mòn bằng sơn phủ.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-8/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

Hình 6 : Sơn phủ chống ăn mòn cho chân giàn khoan tự nâng.

Hình 7 : Sơn phủ chống ăn mòn cho thân giàn khoan tự nâng.
-

Với FPSO/FSO và tàu chứa dầu người ta sử dụng nhiều phương pháp chống ăn mòn
như sử dụng vật liệu hợp kim chống ăn mòn, sơn phủ, phương pháp bảo vệ ca tốt

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-9/28-


Tiểu luận mÔN học
CHốNG ĂN MòN CHO CáC CÔNG TRìNH BIểN

bng dũng in cng bc (ICCP) ỏp dng cho phn chõn vt ni nc b khy ng
mnh.

Hỡnh 8 : Chng n mũn cho phn gn chõn vt ca tu bng dũng in cng bc.
+ u im ca phng phỏp dũng in cng bc:
Thi gian gia cỏc ln bo dng di hn .
Thi gian v chi phớ bo trỡ l ti thiu
Bo v chng n mũn cho thõn tu mt cỏch ti u v t ng.
Bo v chng n mũn hiu qu hn so vi phng phỏp dựng anode hy sinh.
Khỏng ma sỏt ỏy tu nh hn so vi phng phỏp dựng anode hy sinh.
Thõn tu c giỏm sỏt bo v liờn tc
H thng gn nh.
3.3. ng ng bin (Piping)
-

ng ng bin phc v cho vic dn sn phm du khớ v sn phm phc v quỏ
trỡnh khai thỏc du khớ ni m hoc t cỏc m vo t lin, c im ca loi cụng
trỡnh ny l chỳng b n mũn c trong ln ngoi. Vỡ th, trong thit k tớnh toỏn n

mũn cho ng ng ngi ta phi a ra phng phỏp chng n mũn cho c trong ln
ngoi ng ng.

Nhúm 2 Lp XBHN1511

-10/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

3.3.1. Chống ăn mòn bên ngoài đường ống.
-

Để chống ăn mòn bên ngoài đường ống người ta sử dụng lớp phủ, tùy mức độ thì
người ta sử dụng 1 hay nhiều lớp phủ, ngoài lớp phủ là lớp bê tông gia tải có lưới thép
ở giữa.

Hình 9 : Minh họa mặt cắt ngang phổ biến của 1 đường ống biển
-

Lớp phủ bên ngoài ống được sử dụng đê bảo vệ các đường ống chống ăn mòn. Tùy
mức độ ăn mòn, sự quan trọng của công trình mà người ta sử dụng 1 hay nhiều lớp
phủ. Lớp phủ đơn ( 1 lớp) được sử dụng khi các đường ống dẫn sau khi lắp đặt luôn ở
trong điều kiện tĩnh, ổn định theo phương ngang khi nằm trên nền đất như đất sét
hoặc cát. Các lớp phù bổ sung được sử dụng bảo vệ thêm, làm tăng trọng lượng để
giúp cho đường ống vần giữ được ổn định ngang trên đáy biển, hoặc để tạo lớp cách
nhiệt. Lớp phủ nhiều lớp thường được sử dụng trong trường hợp môi trường bên
ngoài có xu hướng dễ dàng mang đi lớp phủ bên ngoài (ví dụ, đường ống nằm trên
đỉnh nền đá, trên vật liệu đá vôi...Lớp cách nhiệt được sử dụng đê duy trì nhiệt độ cao

của chất lóng chảy bên trong so với nhiệt độ môi trường bên ngoài. Việc sử dụng lớp
phù một lớp hoặc lớp phù nhiều lớp tùy thuộc vào môi trường bên ngoài và hoặc vị trí
hoặc việc sử dụng đường ống dẫn.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-11/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

Hình 10 : Đường ống sau khi có lớp phủ và bọc gia tải.
-

Trong nhiều trường hợp do đường ống đi qua địa hình phức tạp, quá trình thi công sẽ
làm lớp lót bảo vệ không còn phát huy tác dụng chống ăn mòn của nó nên người ta
chống ăn mòn cho đường ống bằng phương pháp a nốt hy sinh, phương pháp này
cũng giống như cho công trình biển cố định bằng thép.

3.3.2. Chống ăn mòn bên trong đường ống.
-

Hầu hết các chất lỏng vận chuyển trong các hệ thống đường ống có khả năng ăn mòn
vật liệu đường ống thép C-Mn.

-

Việc lựa chọn một hệ thống bảo vệ chống ăn mòn bên trong đường ống có ảnh hướng
lớn đến thiết kế chi tiết và do đó phải được đánh giá trong quá trình thiết kế phương

án.

-

Khi thiết kế có thể đưa ra 1 số phương án chống ăn mòn bên trong ống như sau:
+ Xử lý chất lỏng để loại bỏ các nước ở dạng lỏng hoặc các chất gây ăn mòn.
+ Sử dụng đường ống hoặc lót (kim loại) bên trong có khă năng chống ăn mòn.
+ Sử dụng lớp phủ hữu cơ chống ăn mòn bảo vệ hoặc lớp lót (thường sử dụng kết
hợp 2 phương pháp trên).
+ Xử lý hóa học, tức là bổ sung các chất hóa học có chức năng giảm ăn mòn.

Nhận xét: Hiện nay trên thế giới có nhiều công trình ngoài khơi bằng BTCT ví dụ như
công trình trọng lực nhưng tại Việt Nam công trình BTCT ngoài khơi chỉ có những công
trình nằm trên các đảo (Đèn biển, công trình dân sự, quốc phòng) phương pháp chống ăn
mòn cho các loại công trình này sẽ được trình bày trong mục dưới.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-12/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

II. Công tác chống ăn mòn cho các công trình ven biển ở Việt Nam.
1. Đặc điểm ăn mòn của các công trình biển ở Việt Nam hiện nay.
-

Các công trình ven biển ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là công trình BTCT ( đê, kè,
cảng …) ngoài ra còn một số công trình bằng thép (bể chứa, nhà máy…)

-

Các công trình bằng thép bị ăn mòn ôxy hóa nên phương pháp chống ăn mòn chủ yếu
là sơn phủ và dùng dòng điện cưỡng bức (bể chứa..). Trong phần này sẽ tập trung và
chống ăn mòn cốt thép cho công trình ven biển.

-

Hiện tượng ăn mòn cốt thép được xem là nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ công
trình (BTCT) vùng biển. Hàng năm, việc sửa chữa hư hại trong các công trình BTCT
do ăn mòn cốt thép gây tốn hàng trăm tỷ đồng. Ở Việt Nam với khoảng 3300 km bờ
biển, kết quả nghiên cứu và khảo sát cũng cho thấy tình trạng ăn mòn và phá hủy cốt
thép do xâm thực clorua trong các kết cấu BTCT vùng biển là rất phổ biến và gây
thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế.

Hình 11 : Ăn mòn bê tông cốt thép ở các công trình ven biển.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-13/28-


Tiểu luận mÔN học
CHốNG ĂN MòN CHO CáC CÔNG TRìNH BIểN

-

Hin nay ti Vit Nam núi riờng v trờn th gii núi chung vic tớnh toỏn chng n
mũn cho cụng trỡnh ven bin bng BTCT cú rt nhiu phng phỏp nh: Tng tớnh

chng thm cho bờ tụng, tng chiu dy bờ tụng bo v, thit k kt cu hp lý

2. Cỏc phng phỏp chng n mũn BTCT cho cụng trỡnh ven bin.
2.1. Tng tớnh chng thm cho bờ tụng.
-

Tớnh chng thm ca bờ tụng l c tớnh quan trng nht quyt nh niờn hn s dng
cụng trỡnh BTCT vựng bin. Cỏc bin phỏp chớnh tng cng tớnh chng thm ca bờ
tụng gm:
+ Xi mng: Cn tng hm lng xi mng, tuy nhiờn cn chỳ ý n nh hng ca
nhit thy húa cú th gõy nt bờ tụng nht l trong bờ tụng khi ln. Mt im ỏng
chỳ ý khỏc l vic qui nh dựng xi mng bn sulphat cng nh hn ch hm lng
C3A clinke nh hn 10% bi TCXDVN 327: 2004. Qui nh ny da trờn gi thuyt
gõy nhiu tranh cói l hm lng C3A clinke cao s dn n nguy c xut hin vt nt
do n mũn sulphat (hm lng ion sulphat trong nc bin khong 2700 mg/lớt). Tuy
nhiờn, phn ng to ettringit gia nc bin v xi mng pooclng khụng kốm theo s
trng n v vt nt trong mụi trng cha ion clorua. Ettringit ch trng n trong
mụi trng bóo hũa ca ion OH-. Ngc li, vic qui nh hm lng C3A clinke ti
thiu cú l hp lý hn do C3A clinke phn ng ion clorua gõy nờn hp th húa hc, v
do ú lm gim tc xõm thc ca ion clorua.
+ Gim t l nc/xi mng: thng thụng qua bin phỏp dựng ph gia do húa v
siờu do. Khi dựng nhiu loi ph gia khỏc nhau, phi m bo vic tng thớch gia
cỏc ph gia vi nhau cng nh vi loi xi mng v ct liu ang dựng.
+ Dựng cỏc ph liu puzolan: x tro, bi thch anh... Kớch thc ht rt nh ca cỏc
vt liu ny cú kh nng gia tng mc ng nht ca bờ tụng thụng qua vic tng
linh ng, gim nhit thy húa v tng cng vựng tip xỳc gia ct liu v xi
mng.
+ Cp phi ct liu hp lý.
+ Cụng tỏc thi cụng cn c chỳ ý v giỏm sỏt nghiờm ngt, nht l cụng tỏc m
nộn, dng h v hon tt b mt.

+ Gim thiu s xut hin ca vt nt do cỏc nguyờn nhõn khỏc nhau.

Nhúm 2 Lp XBHN1511

-14/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

2.2. Tăng chiều dày bê tông bảo vệ cốt thép.
-

Cùng với tính chống thấm, việc tăng bề dày của lớp bê tông bảo vệ góp phần rất lớn
tăng khoảng thời gian cần thiết để nồng độ ion clorua tại bề mặt cốt thép đạt giá trị
ngưỡng gây ăn mòn. Ảnh hưởng của việc thay đổi bề dày lớp bê tông bảo vệ có thể
được tính toán dễ dàng. Thông thường, việc giảm 10 mm lớp bê tông bảo vệ sẽ làm
giảm thời gian cần thiết để nồng độ ion clorua tại bề mặt cốt thép đạt giá trị ngưỡng
gây ăn mòn khoảng 10 năm. Việc đảm bảo đúng chiều dày bảo vệ thiết kế trong kết
cấu BTCT thực tế cũng cần sự chú ý đúng mức.

-

Tuy nhiên, việc tăng chiều dày bảo vệ làm tăng nguy cơ xuất hiện vết nứt do co ngót
và do đó cần phải có biện pháp thích hợp (dùng cốt liệu sợi,...).

2.3. Thiết kế thi công hợp lý.
-

Việc thiết kế và thi công hợp lý cũng góp phần bảo vệ kết cấu khỏi sự ăn mòn, trong

thiết kế, thi công người ta thường loại bỏ các yếu tố gây thấm dột, đọng nước...

2.4. Bảo vệ catôt
-

Phương pháp bảo vệ catôt được áp dụng vào việc bảo vệ kết cấu BTCT lần đầu tiên ở
California, Mỹ vào năm 1973. Phương pháp có thể được sử dụng trong các công trình
mới (đường giao thông trên cao ở Ý, công trình cầu ở Anh...), nhưng phổ biến hơn
vẫn là trong việc nâng cấp sửa chữa công trình BTCT.

Hình 12 : Nguyên lý phương pháp bảo vệ cốt thép bằng phương pháp a nốt hy sinh.
Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-15/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

-

Phương pháp này khá phù hợp trong việc nâng cao khả năng chống ăn mòn cốt thép
trong công trình BTCT vùng biển. Sự có mặt của ion clorua trong bê tông làm tăng
tính dẫn điện và do đó giảm điện thế yêu cầu để cung cấp sự bảo vệ catôt cần thiết
cho cốt thép.

2.5. Cốt thép không rỉ
-

Thép không rỉ đã được dùng trong những kết cấu BTCT làm việc trong môi trường

khắc nghiệt, tuy chưa phổ biến do giá thành ban đầu còn khá cao (thường gấp 7-12
lần thép cacbon bình thường). Để giảm giá thành, có thể dùng thép không rỉ trong
những vùng quan trọng và thép cacbon ở những vùng còn lại, nhưng cần phải chú ý
hiện tượng ăn mòn điện hóa gây ăn mòn thép cacbon.

AISI 316

AISI 304

THÉP
CACBON

Hình 13 : Ứng dụng của các loại thép không rỉ trong các môi trường có nồng độ ion
clorua và độ pH khác nhau.
-

Thép không rỉ được dùng phổ biến nhất là thép austenitic AISI 304 và 316. Tuy
nhiên, các loại khác cũng được dùng trên cơ sở cân đối các yếu tố về mức độ nguy
hiểm của môi trường làm việc, yêu cầu về tính chất cơ lý và giá thành. Hình 4 trình
bày ứng dụng của các loại thép không rỉ trong các môi trường có nồng độ ion clorua
và độ pH khác nhau.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-16/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

Hình 14 : Thép không gỉ làm bằng polyme cốt sợi thủy tinh

2.6. Phụ gia
2.6.1. Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép
-

Chất ức chế ăn mòn cốt thép phổ biến hiện tại là nitrat canxi. Ưu điểm của nitrat canxi
là có thể được trộn vào hỗn hợp bê tông; ít ảnh hưởng xấu đến tính năng làm việc của
kết cấu (trừ việc gây đông cứng nhanh hỗn hợp bê tông dẻo và do đó việc dùng thêm
phụ gia đông cứng chậm có thể cần thiết); không ảnh hưởng đến việc áp dụng các
phương pháp chống ăn mòn khác (phương pháp bảo vệ catôt,…). Để ngăn cản ăn
mòn, tỷ lệ hàm lượng ion clorua và nitrat tại bề mặt cốt thép phải nhỏ hơn 1.0

-

Nhược điểm chủ yếu của nitrat canxi là nitrat canxi chỉ phác huy tác dụng bảo vệ sau
một thời gian làm việc của kết cấu (với các kết cấu BTCT có tính chống thấm tốt và
chiều dày bảo vệ hợp lý, thời gian này thường không dưới 20 năm). Hàm lượng thực
tế của nitrat canxi cũng như khả năng bảo vệ cốt thép của nó sau khoảng thời gian dài
như vậy trong bê tông cần phải được nghiên cứu thêm.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-17/28-


Tiểu luận mÔN học
CHốNG ĂN MòN CHO CáC CÔNG TRìNH BIểN

2.6.2. Ph gia lp l rng b mt

-

C ch hot ng ca loi ph gia ny l ph gia s thõm nhp vo l rng ca bờ
tụng v phn ng vi nc l rng to nờn mng k nc ngn cn s thõm nhp ca
nc t bờn ngoi. sõu thõm nhp thng t 2-4 mm, tuy nhiờn i vi bờ tụng cú
tớnh chng thm cao cú th gim cũn khong 1mm. u im ca loi ny l r, khụng
b nh hng bi tỏc ng vt lý trờn b mt kt cu, khụng nh hng n vic thit
k cng nh tớnh nng ca kt cu. Tuy nhiờn vic thm nh kh nng lm vic ca
loi ny cũn gp nhiu khú khn.

2.6.3. Mng chng thm b mt
-

Mng chng thm c s dng khỏ ph bin trong cỏc cụng trỡnh cu Chõu u v
nht l Anh. Mng chng thm thng cú 2 dng: dng lng s cụ c trờn b mt
kt cu v dng tm c dỏn vo b mt kt cu. Tui th trung bỡnh ca mng
chng thm khong 15 nm. Vic s dng mng chng thm yờu cu thit k v thi
cụng hp lý vic thoỏt nc v ngn nc thm vo bờn di mng. Vic s dng
mng chng thm cựng vi phng phỏp bo v catụt cn phi cõn nhc vỡ khớ thoỏt
ra t h thng bo v catụt cú th b ngn cn bi mng chng thm.

2.6.4. Ph gia tng tớnh chng thm
-

Ph gia tng tớnh chng thm l dng ph gia mi cú kh nng gim tc xõm thc
ca nc/hi nc vo bờ tụng, v ó c ỏp dng vo nhiu cụng trỡnh thc t .

-

Ph gia ny cú th phõn thnh 2 loi chớnh:

Loi tng tớnh k nc: thay i sc cng b mt ca cỏc sn phm thy húa xi
mng v ca h thng l rng.
Loi thay i cu trỳc vi mụ ca bờ tụng thụng qua cỏc phn ng to tinh th vi
cỏc sn phm thy húa xi mng, lp h thng l rng trong bờ tụng; v vic lp h
thng l rng trong bờ tụng bng cỏc phõn t polyme.

Nhúm 2 Lp XBHN1511

-18/28-


Tiểu luận mÔN học
CHốNG ĂN MòN CHO CáC CÔNG TRìNH BIểN

PHN 2: V D TNH TON
1. bi: Tớnh toỏn chng n mũn bng phng phỏp bo v ca-tt v b trớ a-nt cho mt
khung thộp (hỡnh 15) dng thng ng trong mụi trng nc bin tng ng vi sõu
nc ly theo ct O hi .

Bng 1: Thụng s u vo
Nhúm

2

Min khớ

Hng

hu

sn ph

Tropical

I

Loi Anot

Hp kim

Quy cỏch

mn

Tui th

Tiờu

Anot

nc bin

cụng

chun ỏp

Bng 2

3.5%

trỡnh
25 nm

dng
DnV-RP-

nhụm

B401

Bng 2: Quy cỏch mt s loi A-nt
Anode Code

Anode

Anode

Anode

Core

Anode

Length

Width

Depth

Diameter

Weight (kg)

AFA 1190

(mm)
1530

(mm)
184

(mm)
159

(mm)
60

Net/Gross*
119/131

AFA 1190
AFA 1200
AFA 1480
AFA 1480
AFA 1680
AFA 2400
AFA 2600
AFA 3300
AFA 4350

1526
2600
2200
2750
2550
2622
2295
2372
2910

184
135
145
160
185
210
210
252
254

159
135
145
162
185
210
220
144
257

25
40
40
60
114
114
60
114
114

119/127
120/155
148/182
148/167
168/230
240/305
260/280
330/390
565/640

Nhúm 2 Lp XBHN1511

-19/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

Hình 15: Kết cấu khung được tính toán ăn mòn.
Từ kết cấu khung cho trên ta có: Độ sâu nước d = 48,3 m.

2. Tính toán
2.1. Tính toán số lượng a-nốt.

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-20/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

-

Theo DnV-RP-B401 (mục 7.7.1), số lượng A-nốt phải thỏa mãn điều kiện sao cho tổng A-nốt phải lớn hơn khối lượng yêu cầu Ma :
M = N.m ≥ M a =

-

Icm .t f .8760
I .t .8760
(kg) suy ra: N ≥ cm f
(A-nốt)
u .ε
u.ε.m

Chọn A-nốt loại AFA 1190 (thông số cụ thể bảng 2):

Icm

ε

u

tf

m

Dòng điện yêu cầu trung bình, tức là dòng Đời

sống Hệ số sử dụng A-nốt phụ thuộc vào

Điện dung của A-

Khối lượng

điện ở thời điểm giữa khoảng thời gian đời công

trình, chiều dài A-nốt và bán kính tương

nốt, (Ah/kg) phụ

của một A-

thuộc vào vật liệu

nốt, (kg)

sống của kết cấu công trình cần bảo vệ, (A)

đương của mặt cắt ngang A-nốt.

(năm)

làm A-nốt và mô
trường chống ăn
mòn.
I cm = icm . f cm . Ac

Đời -

-

• icm - Mật độ dòng thiết kế trung bình (A/m 2),
phụ thuộc vào nhiệt độ và độ sâu nước biển,
icm được cho trong Bảng 10-2, DnV-RP-B401.
o

Ta có: d = 48,3 (m) và Tropical (>20 C) suy

sống

công

trình:
tf

=

Từ các đặt trưng của A-nốt đã -

Khối

chọn ở trên ta tính được thông số

A-nốt là hợp kim

lượng của

mặt cắt cụ thể như sau:

nhôm, kết cấu cần

A-nốt

bảo vệ nằm trong

AFA 1680

nước

là: m=119

25

(năm)

biển,

tra

Bảng 10.6, DnV-

ra: icm = 0,06 (A/m2).
Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

Vật liệu làm -

RP-B401 ta có : ε
-21/28-

(kg)


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

= 2000 (Ah/kg)

f cm - Hệ số phá hủy sơn trung bình (tại thời

•

điểm giữa), f cm = a + b

tf
2

- a,b là các hệ số phụ thuộc vào đặc tính của
sơn và độ sâu nước, giá trị này được cho
trong Bảng 10-4, DnV-RP-B401.

Ta có: d = 48,3 (m) và sơn phủ loại II suy ra:

 Bán kính quy đổi là:

a = 0,05 ; b = 0,015

r=

- tf : tuổi thọ thiết kế, tf = 25 (năm)

-

 f cm = 0, 05 + 0, 015.

25
= 0,2375
2

184 + 207 + 186 + 186
= 121, 43(mm)
2.π

Kết cấu cần bảo vệ là thanh
dài mảnh và LA-nốt = 1530 (mm) >

• Ac – Diện tích phần kết cấu cần được bảo vệ,
2

4.r = 485,72 (mm). Tra Bảng 10.8,
DnV-RP-B401 ta có: u = 0,9

Dựa vào kết cấu ta có Ac = 734,91 (m )
Vậy: I cm = icm . f cm . Ac = 0,06 . 0,2375 . 734,91
Icm = 10,472 (A)
Vậy:
N≥

I cm .t f .8760 10, 472.25.8760
=
= 10, 7 (1)
u.ε.m
0,9.2000.119

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-22/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

2.2. Kiểm tra các điều kiện thiết kế theo tiêu chuẩn DnV-RP-B401
2.2.1. Điều kiện 1
-

Theo DnV-RP-B401 (mục 7.8.4), điện dung cung cấp tổng cộng bởi các A-nốt (Ca
) phải lớn hơn điện dung yêu cầu, cụ thể:
Icm .t f .8760
Ca tot = N. Ca ≥ Icm. tf . 8760 (Ah) suy ra: N ≥
(A-nốt)

Ca

tot

Ca

Icm

tf

Điện dung của một A-nốt

Dòng điện yêu cầu trung bình

Đời sống công trình

(Ah)
Ca = m.ε.u = 119.2000.0,9

(A)
-

(năm)
Đời sống công
trình
tf = 25 (năm)

Theo 2.1, Icm = 10,472

= 214200 (Ah)

(A)

Vậy:
N≥

Icm .t f .8760 10, 472.25.8760
=
= 10, 7 (A-nốt)
Ca
214200

(2)

2.2.2. Điều kiện 2
-

Theo DnV-RP-B401 (mục 7.8.4), dòng điện tổng cộng cung cấp bởi các anode khi
mới thiết kế (Ia tot i) phải lớn hơn dòng điện yêu cầu ở thời điểm này của đời sống công
trình, cụ thể:
Ia tot i = N .Iai ≥ Ici suy ra: N ≥
Iai

Ici
Iai

Ici

Dòng điện cung cấp bởi một Anode ở thời điểm Dòng điện yêu cầu ở thời điểm đầu đời
khởi đầu đời sống công trình (mới xây dựng),

(A/chiếc)
Theo DnV-RP-B401 (mục 7.8.2) có:
I ai =

Eco − Eao
Rai

Eco - Hiệu điện thế bảo vệ thiết kế, (V) theo
o
DnV-RP-B401 (mục 5.4) có Ec =-0,8 V.

Eao - Hiệu điện thế mạch kín, (V). Với vật liệu

làm A-nốt là hợp kim nhôm, chống ăn mòn
trong môi trường nước biển, tra bảng 10.6,
o
DnV-RP-B401 Ea =-1,05 V.

Rai - Điện trở của A-nốt, (ohm). Với kết cấu
Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

sống công trình (mới xây dựng), (A)
I ci = ici . f ci . Ac
• ici - Mật độ dòng thiết kế tại thời
điểm đầu (A/m2), phụ thuộc vào nhiệt
độ và độ sâu nước biển, ici được cho
trong Bảng 10-1, DnV-RP-B401.
Ta có: d = 48,3 (m) và Tropical
(>20oC) suy ra: ici = 0,12 (A/m2).
• f ci - Hệ số phá hủy sơn tại thời điểm

đầu, f ci = a
a là các hệ số phụ thuộc vào đặc
tính của sơn và độ sâu nước, giá trị
này được cho trong Bảng 10-4, DnVRP-B401.
Ta có: d = 48,3 (m) và sơn phủ loại II
-25/28-


TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN

mảnh và A-nốt có L>4r (mục 2.1) từ bảng
10.7, DnV-RP-B401 ta có:
Rai =

ρ  4.L 
− 1÷
 ln
2.π.L 
r


Với độ mặn nước biển 3,5% và nhiệt độ nước
biển 25oC (tropical) tra đồ thị 10-1, DnV-RP-

suy ra: a = 0,05
 f ci = 0,05
• Ac – Diện tích phần kết cấu cần được
bảo vệ, Dựa vào kết cấu ta có Ac =
734,91 (m2)

Vậy: I ci = ici . f ci . Ac = 0,12.0,05.734,91
Ici = 4,41 (A)

B401 ta có ρ= 0,16.
Rai =

0,16 
4.1,53

ln
− 1÷ = 0, 05 (ohm)

2.π.1,53  0,12143 

Vậy:
I ai =

Eco − Eao −0,8 − ( −1, 05 )
=
= 5(A)
Rai
0, 05

Vậy:
N≥

Ici 4, 41
=
= 0,882 (A-nốt)
Iai

5

(3)

2.2.3. Điều kiện 3
-

Theo DnV-RP-B401 (mục 7.8.4), dòng điện tổng cộng cung cấp bởi các anode ở thời
điểm cuối của công tình (I a tot f) phải lớn hơn dòng điện yêu cầu ở thời điểm này của đời
sống công trình, cụ thể:
Ia tot f = N .Iaf ≥ Icf suy ra: N ≥

I cf
I af

Iaf

Icf

Dòng điện cung cấp bởi một Anode ở thời điểm

Dòng điện yêu cầu ở thời điểm cuối đời

cuối đời sống công trình (mới xây dựng),

sống công trình (mới xây dựng), (A)

(A/chiếc)
Theo DnV-RP-B401 (mục 7.8.2) có:
I af =

Eco − Eao
Raf

Eco - Hiệu điện thế bảo vệ thiết kế, (V) theo
o
DnV-RP-B401 (mục 5.4) có Ec = -0,8 V.

Eao - Hiệu điện thế mạch kín, (V). Với vật liệu

làm A-nốt là hợp kim nhôm, chống ăn mòn
trong môi trường nước biển, tra bảng 10.6,

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

I cf = icf . f cf . Ac

• icf - Mật độ dòng thiết kế tại thời điểm
cuối (A/m2), phụ thuộc vào nhiệt độ
và độ sâu nước biển, icf được cho
trong Bảng 10-1, DnV-RP-B401.
Ta có: d = 48,3 (m) và Tropical
(>20oC) suy ra: icf = 0,08 (A/m2).
• f cf - Hệ số phá hủy sơn tại thời điểm
cuối, f cf = a + b.t f
a,b là các hệ số phụ thuộc vào
đặc tính của sơn và độ sâu nước, giá
trị này được cho trong Bảng 10-4,
-26/28-

TiÓu luËn m¤N häc
CHèNG ¡N MßN CHO C¸C C¤NG TR×NH BIÓN
o
DnV-RP-B401 Ea =-1,05 V.

Raf - Điện trở của A-nốt tại thời điểm cuối của
công trình, (ohm).
Raf =

ρ
2.π.L f

 4.L f

− 1÷
 ln
÷
rf



Theo DnV-RP-B401 (mục 7.9) chiều dài và
khối lượng A-nốt ở giai đoạn này có sự thay

DnV-RP-B401.
Ta có: d = 48,3 (m) và sơn phủ loại II
suy ra: a = 0,05 ; b=0,015
 f cf = 0,425
• Ac – Diện tích phần kết cấu cần được

bảo vệ, Dựa vào kết cấu ta có A c =
734,91 (m2)
Vậy: I cf = icf . f cf . Ac =0,08.0,425.734,91
Icf = 24,987 (A)

đổi, cụ thể:
Lf = 90%.L= 1377 (mm) ; maf = mai.(1-u) =
11,9 (kg) suy ra: rf = 0,049
Với độ mặn nước biển 3,5% và nhiệt độ nước
biển 25oC (tropical) tra đồ thị 10-1, DnV-RPB401 ta có ρ= 0,16.
Raf =

0,16  4.1,377 
ln
− 1÷ = 0, 069 (ohm)
2.π.1,377  0, 049


Vậy:
I af =

Eco − Eao −0,8 − ( −1, 05 )
=
= 3,63(A)
Raf
0, 069

Vậy:
N≥

Icf 24,987
=
= 6,88 (A-nốt)
Iaf
3, 63

(4)

2.3. Kết luận và bố trí.
Từ (1), (2), (3), (4) đã tính toán ở mục 2.1 , 2.2 ở trên và dựa vào kết cấu khung cần chống
ăn mòn ta chọn N = 12 (A-nốt) và bố trí như sau:

Nhóm 2 – Lớp XBHN1511

-27/28-