Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
220
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU THỬ NGHIỆM
CÔNG NGHỆ NGĂN NGỪA HÀ BÁM TRÊN BỀ MẶT
KẾT CẤU THÉP VÙNG BIỂN
Vũ Hoàng Hưng1, Trần Thanh Tùng1, Yuji Shuto2, Yuichi Iai2
1Trường Đại học Thủy lợi, email: hung.kcct@tlu.edu.vn
2IHI Corporation
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Hiện nay kết cấu thép được sử dụng khá
rộng rãi trong các công trình kiểm soát nước
vùng triều, cống ngăn mặn vùng ven biển,
công trình bảo vệ bờ biển, công trình năng
lượng tái tạo, công trình khai thác dầu mỏ
ngoài khơi... và có quy mô ngày càng lớn.
Riêng trong Ngành Nông nghiệp và Phát triển
nông thôn, hầu hết các cống đều có cửa van
điều tiết, trong đó cửa van bằng thép làm việc
trong môi trường ảnh hưởng của nước mặn
chiếm đa số. Hà là một loại động vật chân
khớp chỉ sống ở vùng nước mặn, thường là
vùng nước nông và thủy triều. Chúng có thể
bám vào bề mặt của bất cứ thứ gì bắt gặp trên
biển và không di chuyển trong suốt cuộc đời.
Chính vì vậy vấn đề nan giải đối với kết cấu
thép làm việc trong môi trường nước biển là
hà bám vào bề mặt kim loại tiết ra chất kết
dính cực kỳ bền chặt làm hỏng lớp sơn bảo vệ
bề mặt kim loại gây ra ăn mòn và rỉ sét kết cấu
thép, giảm tuổi thọ của kết cấu và mất mỹ
quan của công trình, yếu tố này ngày càng
được coi trọng khi các công trình lớn thường
gắn liền với du lịch để nâng cao thu nhập và
sức hút của mỗi khu vực. Để bảo vệ kết cấu
thép làm việc trong môi trường nước biển,
ngoài việc nghiên cứu hóa tính vật liệu thép,
lớp phủ bảo vệ, gắn a nốt hy sinh để chịu được
ăn mòn trong môi trường nước biển còn phải
nghiên cứu vấn đề chống hà bám bề mặt kết
cấu thép sau một thời gian ngâm trong nước
biển như cửa van trong các công trình thủy lợi
kể cả các công trình phục vụ phát triển kinh tế
và phòng chống thiên tai khác như trụ điện gió
ngoài khơi, cọc ống thép và cừ thép bảo vệ bờ
biển, đường ống thép, giàn khoan ngoài khơi...
Để chống hà bám, các lớp phủ (sơn) thường
được sử dụng do các ưu điểm của nó về giá
thành, đơn giản, dễ dàng áp dụng cho các bề
mặt có kích thước lớn. Tuy nhiên công nghệ
tạo lớp phủ bề mặt chống hà bám hiện nay có
tuổi thọ khoảng từ 1 đến 5 năm, nên việc duy
trì tác dụng của lớp phủ đối với các kết cấu
thép lớn làm việc trong môi trường ngập nước
biển thường xuyên gặp nhiều khó khăn. Giải
pháp sử dụng dòng điện thấp và sóng siêu âm
để ngăn ngừa và làm sạch hà bám bề mặt kết
cấu thép là một giải pháp thân thiện với môi
trường và gần như không ảnh hưởng đến quá
trình làm việc của công trình. Đây là công
nghệ mới được áp dụng thành công tại Nhật
Bản và đã được cấp bằng sáng chế. Tuy nhiên
việc áp dụng công nghệ này trong điều kiện
đặc thù Việt Nam cần được tiếp tục nghiên
cứu và thử nghiệm. Trong khuôn khổ hợp tác
nghiên cứu chung giữa Trường Đại học Thủy
lợi (ĐHTL) và Tập đoàn IHI (Nhật Bản) [1],
hai đơn vị đã tiến hành nghiên cứu và thử
nghiệm tại công trình cống C2 thuộc địa phận
thành phố Hải Phòng và cho kết quả bước đầu
khả quan. Dưới đây sẽ trình bày tóm tắt về
giải pháp công nghệ và một số kết quả trong
quá trình thử nghiệm.
2. CÔNG NGHỆ NGĂN NGỪA VÀ LÀM
SẠCH BỀ MẶT KẾT CẤU THÉP
2.1. Công nghệ sử dụng dòng điện thấp
Nguyên lý của công nghệ sử dụng dòng
điện thấp là thông qua điện cực gây phản ứng
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
221
điện phân trên bề mặt tạo ra lớp oxy thấp làm
màng ngăn để ngăn cản sự bám dính của ấu
trùng hà trong môi trường nước [2].
Hình 1. Nguyên lý của phương pháp
dòng điện thấp để ngăn ngừa hà bám bề mặt
2.2. Công nghệ sử dụng sóng siêu âm
Nguyên lý hoạt động của máy phát sóng
siêu âm là sử dụng sóng siêu thanh có tần số
cao làm cho môi trường nước xung quanh nó
lúc thì bị nén lại, lúc thì kéo dãn tạo ra hàng
nghìn các bọt khí rất nhỏ liên tục xuất hiện và
biến mất. Những bọt khí nhỏ li ti này trong
nhanh chóng sẽ len lõi vào từng ngóc ngách
của các bề mặt và phá vỡ xâm thực. Chính
nhờ nguyên lý này mà bề mặt thép được làm
sạch [2].
Hình 2. Nguyên lý của phương pháp
sóng siêu âm để làm sạch hà bám bề mặt
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Để lựa chọn địa điểm thử nghiệm, nhóm
nghiên cứu đã thống nhất lựa chọn một công
trình trên tuyến đê biển thuộc thành phố Hải
Phòng vì đáp ứng được các tiêu chí: Cửa van
thép thường xuyên làm việc trong môi trường
nước mặn và bị hà bám trên bề mặt; Chiều sâu
nước đủ lớn để mẫu thử nghiệm thường xuyên
ngập nước; Đủ không gian để lắp đặt thiết bị
và ít ảnh hưởng đến việc vận hành thường
xuyên của công trình; Có nguồn điện lưới đến
chân công trình; Thuận tiện cho công tác bảo
vệ và theo dõi trong quá trình thử nghiệm.
Trong số các cống trên đê biển Hải Phòng có
04 cống có cánh van bị ảnh hưởng lớn do hàu,
hà và các vi sinh vật bám trên bề mặt gồm
cống Cổ Tiểu 2, Cổ Tiểu 3, cống C2, cống
Cầm Cập. Đây là những cống có quy mô lớn,
quan trọng với tần suất vận hành nhiều so với
đa số các cống dưới đê thuộc hệ thống. Qua
khảo sát thực địa và phân tích đánh giá, nhóm
chuyên gia Trường ĐHTL và IHI đã thống
nhất lựa chọn cống C2 có điều kiện phù hợp
nhất để tiến hành thử nghiệm công nghệ ngăn
ngừa và làm sạch hàu, hà và sinh vật bám trên
bề mặt cửa van thép trong điều kiện đặc thù
của Việt Nam. Các thiết bị được lắp trên
tường cánh phía thượng lưu và được nối với
hệ thống điều khiển đặt trên giàn công tác
ngày 19/3/2024. Đối với thử nghiệm công
nghệ sử dụng dòng điện thấp, lắp đặt 4 khung,
mỗi khung đặt 3 tấm thép thử nghiệm. Đối với
thử nghiệm công nghệ sử dụng sóng siêu âm,
lắp đặt 1 khung phía trong đặt 3 tấm thép thử
nghiệm (1 tấm thép phủ kẽm, 1 tấm thép phủ
sơn, 1 tấm thép SUS323L). Đầu dò siêu âm
được đặt ở phía cạnh cửa van thấp hơn các
khung thử dòng điện thấp. Khung cũng có thể
dễ dàng nâng hạ để quan sát chụp ảnh và tránh
ảnh hưởng của dòng chảy khi mở cửa van.
Các mẫu áp dụng công nghệ dòng điện thấp
bắt đầu quan trắc từ ngày 3/5/2024 với tuần
suất 4 ngày 1 lần và bắt đầu từ tháng 6 chỉ 2
lần/tháng và kết thúc vào ngày 18/5/2025.
Đến thời điểm hiện nay 30/7/2024 đã thực
hiện 13 lần quan trắc và cho thấy hiệu quả ban
đầu của việc sử dụng công nghệ ngăn ngừa và
làm sạch hà bám trên bề mặt kết cấu thép. Ví
dụ như khung thử số 4 gồm 3 mẫu thép
SUS323L, mẫu 1 và mẫu 2 được nối với dòng
điện, mẫu 3 không gắn điện cực, kết quả cho
thấy mẫu 3 có nhiều hà bám và chúng lớn dần
theo thời gian. Các khung khác cũng cho kết
quả tương tự. Các mẫu áp dụng công nghệ
sóng siêu âm được theo dõi bắt đầu từ ngày
28/8/2024 và đang trong quá trình quan trắc.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
222
Hình 3. Lắp đặt thiết bị thử nghiệm công nghệ sử dụng dòng điện thấp
Hìnhảnhtổngthểcủakhung
số4
Ảnhtoàncảnh
củamẫuthử1
Ảnhchụpcậncảnh
mẫuthử1
(Nửatrêncủatấm)
Ảnhchụpcậncảnh
mẫuthử1
(Nửadướicủatấm)
Ảnhtoàncảnh
củamẫuthử2
Ảnhchụpcậncảnh
mẫuthử2
(Nửatrêncủatấm)
Ảnhchụpcậncảnh
mẫuthử2
(Nửadướicủatấm)
Ảnhtoàncảnh
củamẫuthử3
Ảnhchụpcậncảnh
mẫuthử3
(Nửatrêncủatấm)
Ảnhchụpcậncảnh
mẫuthử3
(Nửadướicủatấm)
Hình 4. Các mẫu thử trong khung số 4 được quan trắc ngày 16/7/2024 [3]
4. KẾT LUẬN
Với công nghệ ngăn ngừa và làm sạch hà
bám trên bề mặt kết cấu thép vùng biển sử
dụng dòng điện thấp và sóng siêu âm cho kết
quả thử nghiệm bước đầu mang lại hiệu quả.
Tuy nhiên đây mới chỉ là kết quả đánh giá
bằng trực quan và trong thời gian đầu thử
nghiệm nên cần được tiếp tục theo dõi. Các
đánh giá chi tiết sẽ được nhóm tác giả công bố
sau khi hoàn thành thử nghiệm đối với các mẫu
và trên cửa van cống trong công trình thủy lợi.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Joint Research Agreement Between Institute
of Civil Engineering - Thuyloi University
and IHI Corporation, September, 2023.
[2] IHI Corporation, 2024. Study of anti-
biofouling technology for gate facilities. IHI
Engineering Review.
[3] Công ty TNHH MTV Khai thác CTTL
Đa Độ, 2024, Báo cáo kết quả quan trắc
mẫu thử.