Thực trạng ăn mòn cửa van thép công trình thủy lợi

Thùc tr¹ng ¡n mßn cöa van thÐp c«ng tr×nh thuû lîi<br /> PGS.TS §ç v¨n Høa<br /> PGS.TS Vò thµnh H¶i<br /> TS. NguyÔn ®×nh T©n<br /> Tr­êng §¹i häc Thuû lîi<br /> <br /> <br /> Tãm t¾t: Cöa van thÐp ë c«ng tr×nh thuû lîi lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn võa chÞu t¶i<br /> träng phøc t¹p l¹i võa chÞu t¸c ®éng cña m«i tr­êng n­íc, ®Æc biÖt lµ m«i tr­êng n­íc<br /> mÆn nªn bÞ ¨n mßn rÊt m¹nh. B»ng ph­¬ng ph¸p kh¶o s¸t t¹i hiÖn tr­êng, ®o ®¹c ®é s©u<br /> ¨n mßn, c¸c tÝnh c¬ häc cña s¬n, ph©n tÝch cÊu tróc vµ tÝnh chÊt c¬ häc cña c¸c lo¹i thÐp<br /> chÕ t¹o cöa van, kÕt hîp víi ph©n tÝch m«i tr­êng n­íc, thµnh phÇn cña líp rØ b»ng nhiÔu<br /> x¹ tia R¬n ghen, ®· x¸c ®Þnh nh÷ng nguyªn nh©n g©y ra ¨n mßn cöa van thÐp vµ ®­a ra<br /> ®Þnh h­íng cho c¸c gi¶i ph¸p b¶o vÖ thÐp trong m«i tr­êng n­íc.<br /> <br /> 1. §Æt vÊn ®Ò<br /> §èi víi vËt liÖu kim lo¹i, nguyªn nh©n tho¸i ho¸ chñ yÕu lµ do ¨n mßn. ë c¸c n­íc<br /> c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, thiÖt h¹i hµng n¨m do ¨n mßn chiÕm tõ 4- 5% tæng thu nhËp kinh<br /> tÕ quèc d©n. ThiÖt h¹i cho chi phÝ gi¸n tiÕp nh­ söa ch÷a, do ph¶i ngõng s¶n xuÊt… lµm<br /> tæn thÊt t¨ng 2- 2,5 lÇn.ViÖt nam n»m trong vïng khÝ hËu nhiÖt ®íi vµ cã trªn 3200km bê<br /> biÓn. HÖ thèng c«ng tr×nh thuû lîi võa lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn t¶i träng nÆng l¹i võa chÞu<br /> t¸c ®éng cña m«i tr­êng n­íc, ®Æc biÖt lµ trong m«i tr­êng n­íc lî, n­íc biÓn nªn cöa<br /> van vµ kÕt cÊu thÐp cña c«ng tr×nh bÞ ph¸ ho¹i do ¨n mßn rÊt nhanh. C¸c c«ng tr×nh thuû<br /> lîi ë n­íc ta ®­îc x©y dùng vµ khai th¸c ®· nhiÒu n¨m. H¬n 75 hÖ thèng thuû n«ng lín vµ<br /> võa, 700 hå chøa víi hµng ngh×n cöa van vËn hµnh ®ang thùc hiÖn nhiÖm vô ®a d¹ng cña<br /> c«ng tr×nh thuû lîi. Däc theo bê biÓn cã rÊt nhiÒu c«ng tr×nh thuû lîi ®· vµ ®ang x©y dùng<br /> víi nh÷ng nhiÖm vô hÕt søc quan träng, ®ã lµ: ng¨n mÆn, gi÷ ngät, tiªu óng, tho¸t lò gãp<br /> phÇn ph¸t triÓn kinh tÕ vïng ven biÓn.<br /> Cã thÓ nãi r»ng trong suèt qu¸ tr×nh dµi chóng ta chØ tËp trung khai th¸c sö dông<br /> c¸c c«ng tr×nh thuû lîi, viÖc kh¶o s¸t ®¸nh gi¸ møc ®é ¨n mßn cña cöa van ¶nh h­ëng ®Õn<br /> an toµn c«ng tr×nh còng nh­ x¸c ®Þnh nguyªn nh©n g©y ra ¨n mßn cöa van do t¸c ®éng<br /> cña m«i tr­êng kh¸c nhau ch­a ®­îc nghiªn cøu s©u ®Ó cã biÖn ph¸p b¶o vÖ thÝch hîp<br /> phôc vô cho c«ng t¸c t­ vÊn, chÕ t¹o, qu¶n lý, vËn hµnh cöa van.<br /> ViÖc ®¸nh gi¸ hiÖn tr¹ng ¨n mßn cöa van ®· ®­îc tiÕn hµnh ë hai côm c«ng tr×nh<br /> tiªu biÓu lµ côm c«ng tr×nh ®Çu mèi hÖ thèng thuû n«ng B¾c H­ng H¶i ( Xu©n quan, B¸o<br /> ®¸p ) vµ côm c«ng tr×nh ng¨n mÆn, gi÷ ngät, tiªu óng s«ng L©n, Th¸i b×nh (L©n II, Hoµng<br /> m«n). §ång thêi víi viÖc quan s¸t, chôp ¶nh vµ x¸c ®Þnh chiÒu s©u ¨n mßn t¹i hiÖn<br /> tr­êng, chóng t«i ®· tiÕn hµnh c¸c thÝ nhiÖm x¸c ®Þnh thµnh phÇn n­íc, thµnh phÇn vËt<br /> liÖu thÐp, c¸c chØ tiªu ®iÖn ho¸ cña thÐp, thµnh phÇn s¶n phÈm ¨n mßn, c¸c chØ tiªu vµ cÊu<br /> tróc líp s¬n phñ. Trªn c¬ së viÖc ph©n tÝch c¸c kÕt qu¶ nµy chóng ta cã thÓ thÊy ®­îc hiÖn<br /> tr¹ng, b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh ¨n mßn cöa van, c¸c nh©n tè ¶nh h­ëng chÝnh ®Õn qu¸ tr×nh<br /> ¨n mßn vµ hiÖu qu¶ b¶o vÖ cña líp phñ.<br /> <br /> 2. KÕt qu¶ vµ ®¸nh gi¸:<br /> <br /> C¸c kÕt qu¶ quan s¸t t¹i hiÖn tr­êng vµ ph©n tÝch c¸c ¶nh kü thuËt sè cã ®é ph©n<br /> gi¶i cao cho thÊy, cèng Xu©n quan cò sau 40 n¨m sö dông bÞ h­ háng nÆng do ¨n mßn.<br /> C¸c bé phËn dÇm biªn vµ b¸nh xe bÞ ¨n mßn nÆng kh«ng cßn kh¶ n¨ng lµm viÖc , b¶n mÆt<br /> bÞ ¨n mßn t¹o thµnh c¸c lç vµ r·nh rÊt khã lµm s¹ch. Cèng Xu©n quan míi, thay n¨m<br /> 1999, cã kÕt cÊu gièng cèng cò. §­îc s¬n b¶o vÖ ba líp. ë mét sè bé phËn gÇn bul«ng,<br /> thanh nÑp cã hiÖn t­îng phång rép, ®é dÝnh b¸m kÐm. B¶n mÆt, dÇm chÝnh, dÇm phô ch­a<br /> cã hiÖn t­îng bÞ ¨n mßn. Cèng B¸o ®¸p n»m c¸ch cèng Xu©n quan 3km vÒ phÝa th­îng<br /> l­u vµ c¸ch hÖ thèng n­íc th¶i c«ng nghiÖp cña thÞ trÊn Gia L©m 100m vÒ phÝa h¹ l­u.<br /> Cöa van cèng B¸o ®¸p cò sau17 n¨m vËn hµnh toµn bé cöa van cò bÞ h­ háng rÊt nÆng do<br /> ¨n mßn. DÇm chÝnh, dÇm phô, b¶n mÆt ®Òu bÞ ¨n mßn m¹nh, bÞ rç s©u. C¸c dÇm biªn,<br /> dÇm ®¸y bÞ tho¸i ho¸ m¹nh h¬n, ®Æc biÖt vÞ trÝ gÇn cao su chÆn n­íc. Cöa van cèng B¸o<br /> ®¸p míi, thay n¨m 2000, cã kÕt cÊu gièng cöa van cò. S¬n b¶o vÖ gåm 2 líp, ch­a cã hiÖn<br /> tr¹ng tho¸i ho¸ r¹n nøt, cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ tèt.<br /> Cèng L©n II vµ cèng Hoµng M«n lµm viÖc trong m«i tr­êng n­íc lî. Cèng L©n II<br /> ®­îc ®­a vµo khai th¸c n¨m 1996, gåm 4 cöa van h×nh cung, mÆt cong quay ra phÝa biÓn.<br /> PhÇn b¶n mÆt kh«ng th­êng xuyªn ngËp trong n­íc biÓn, líp phun kÏm cßn cã ®é dÝnh<br /> b¸m tèt, nhiÒu chç b¶n mÆt bÞ han rØ nh­ng kh«ng nÆng l¾m, hµ b¸m kh«ng nhiÒu, bãc<br /> líp hµ trªn b¶n mÆt cña van thÊy líp phun kÏm kh«ng cßn, bÒ mÆt cöa van ®· bÞ ¨n mßn.<br /> Cµng xuèng s©u hµ b¸m cµng dµy ®Æc. HiÖn t­îng ¨n mßn kh«ng ®Òu, låi lâm, nhiÒu chç<br /> bÞ ¨n mßn s©u. Cèng Hoµng M«n cã cöa van ph¼ng hÖ dÇm ®­îc thay míi n¨m 1999,<br /> c¸ch cèng L©n II vµo kho¶ng 800m. Sau 3 n¨m ®­a vµo sö dông, c¸c cöa van ®· bÞ ¨n<br /> mßn nÆng, bÒ mÆt låi lâm rÊt khã lµm s¹ch rØ khi b¶o d­ìng ®Þnh kú. NhiÒu chç trªn b¶n<br /> mÆt ®· bÞ thñng. C¸c dÇm biªn bÞ ¨n mßn m¹nh lµm mÊt kh¶ n¨ng chÞu lùc.<br /> Qu¸ tr×nh ¨n mßn phô thuéc vµo kÕt cÊu c«ng tr×nh, c¸c dÇm biªn vµ dÇm ®¸y<br /> th­êng bÞ ¨n mßn m¹nh h¬n (¨n mßn khe vµ ¨n mßn øng suÊt). ChÕ ®é triÒu, sinh vËt biÓn<br /> b¸m trªn cöa van ®· lµm t¨ng tèc ®é ¨n mßn. Sù ¨n mßn kh«ng ®Òu ®· lµm cho mét sè bé<br /> phËn sím bÞ h­ háng vµ hÖ thèng cöa van bÞ xuèng cÊp nhanh chãng.<br /> KÕt qu¶ x¸c ®Þnh chiÒu s©u ¨n mßn cña c¸c cÊu kiÖn cöa van t¹i hiÖn tr­êng (B¶ng<br /> I) ®· gióp cho chóng ta thÊy râ h¬n vÒ hiÖn tr¹ng ¨n mßn cöa van. ChiÒu dµy thùc tÕ cña<br /> b¶n mÆt vµ c¸c dÇm ®­îc x¸c ®Þnh b»ng thiÕt bÞ ®o chiÒu dµy thÐp Panametrics Model 25<br /> sau khi ®· hiÖu chØnh b»ng mÉu thÐp chuÈn cã chiÒu dµy 15mm vµ cã hµm l­îng c¸c bon<br /> thÊp t­¬ng øng víi vËt liÖu thÐp cöa van. Cöa van ®­îc n©ng lªn vµ ®¸nh dÊu c¸c vÞ trÞ cÇn<br /> ®o Xi,Yj theo hÖ to¹ ®é OXY n»m trong mÆt ph¼ng th¼ng ®øng phÝa th­îng l­u, cã gèc<br /> <br /> 2<br /> to¹ ®é n»m ë gãc tr¸i ®¸y cöa van, trôc X cã chiÒu d­¬ng h­íng tõ tr¸i sang ph¶i, trôc Y<br /> cã chiÒu d­¬ng h­íng tõ d­íi lªn. VÞ trÝ ®o ®­îc lµm s¹ch hµu hµ vµ tÈy líp rØ hoÆc líp<br /> s¬n phñ b»ng giÊy nh¸m mÞn 500. ChiÒu dµy thùc tÕ ij lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña ba lÇn ®o<br /> t¹i ®iÓm Xi,Yj. ChiÒu s©u ¨n mßn ®­îc x¸c ®Þnh:  ij = b®ij ; trong ®ã b® lµ chiÒu<br /> dµy ban ®Çu cña ®Çm vµ b¶n mÆt.<br /> <br /> B¶ng I: KÕt qu¶ ®o chiÒu s©u bÞ ¨n mßn cöa van cèng Xu©n Quan cò<br /> <br /> <br /> C¸c bé phËn chÝnh cña cöa van<br /> <br /> Tªn c«ng B¶n mÆt DÇm ngang DÇm biªn<br /> tr×nh To¹ ®é To¹ ®é To¹ ®é<br /> ij  ij  ij<br /> §iÓm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> §iÓm<br /> (m) (m) (m)<br /> §iÓm<br /> (mm) (mm) (mm)<br /> Xi Yj Xi Yj Xi Yj<br /> <br /> 1 0,7 0,8 0,10 7 0,8 0,4 2,54 13 0,05 0,8 4,12<br /> 2 0,7 1,6 0,09 8 1,8 0,4 2,57 14 0,05 1,6 2,80<br /> Xu©n<br /> 3 1,5 2,5 0,14 9 0,8 2,0 0,49 15 0,05 2,5 3,97<br /> Quan<br /> 4 1,5 3,4 0,05 10 1,8 2,0 0,47 13* 0,05 0,8 4,20<br /> (1959)<br /> 5 2,2 3,4 0,04 11 0,8 4,0 0,47 14* 0,05 1,6 3,00<br /> 6 2,8 3,4 0,08 12 1,8 4,0 0,48<br /> Chó thÝch: -  ij (mm) lµ chiÒu s©u bÞ ¨n mßn t¹i ®iÓm Xi Yj .<br /> - Gèc to¹ ®é OXY ®Æt t¹i gãc tr¸i d­íi ®¸y van ë phÝa th­îng l­u.<br /> <br /> <br /> Tõ c¸c kÕt qu¶ quan s¸t vµ c¸c kÕt qu¶ x¸c ®Þnh chiÒu s©u ¨n mßn cho thÊy cöa<br /> van bÞ ¨n mßn kh«ng ®Òu. ChiÒu s©u ¨n mßn cña dÇm biªn, dÇm ®¸y vµ ch©n vïng triÒu<br /> th­êng l¬n h¬n so víi c¸c vïng kh¸c. Vïng cã hµ b¸m th­êng bÞ ¨n mßn rÊt m¹nh vµ lµm<br /> cho bÒ mÆt b¶n mÆt bÞ lâm s©u.<br /> KÕt qu¶ ®o c¸c chØ tiªu chÊt l­îng n­íc, x¸c ®Þnh b»ng c¸c thiÕt bÞ IH 8304, CO150,<br /> IH 9143 vµ m¸y quang phæ hÊp phô DR2000 vµ PALINTEST 7000, ®­îc ghi trong b¶ng<br /> II. §é ®Én ®iÖn cña vïng n­íc lî l¬n h¬n h¼n vïng n­íc ngät. Cèng L©n II vµ cèng<br /> Hoµng m«n n»m trong m«i tr­êng cã t¸c dông x©m thùc m¹nh. H¹ l­u cèng B¸o ®¸p do<br /> ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng « nhiÔm ®é nªn dÉn ®iÖn l¬n h¬n so víi th­îng l­u Xu©n quan.<br /> C¸c m«i tr­êng cã ®é dÉn ®iÖn lín h¬n th× tèc ®é ¨n mßn sÏ l¬n h¬n, do mËt ®é dßng anèt<br /> hoµ tan kim lo¹i t¨ng.<br /> ViÖc ®¸nh gi¸ ¶nh h­ëng cña vËt liÖu chÕ t¹o cöa van cã thÓ dùa vµo kÕt qu¶ ph©n<br /> tÝch thµnh phÇn ho¸ häc trªn m¸y quang phæ ph¸t x¹ nguyªn tö ARL-3460 vµ kÕt qu¶ x¸c<br /> ®Þnh c¸c tÝnh chÊt ®iÖn ho¸ trªn thiÕt bÞ AUTOLAB víi phÇn mÒm GPES tù ®éng (b¶ng<br /> III). C¸c mÉu thÐp c¸n ViÖt nam CT38 ( B¸o ®¸p ) vµ thÐp c¸n nhËp CT3 cña Nga ( Xu©n<br /> <br /> 3<br /> quan) vµ mÉu n­íc ®Òu lÊy t¹i hiªn tr­êng. KÕt qña cho thÊy râ rµng lµ tèc ®é ¨n mßn cña<br /> thÐp ë th­îng h¹ l­u cöa van vïng biÓn cã sù kh¸c nhau râ rÖt h¬n h¼n ë vïng n­íc ngät.<br /> ThÐp c¸n CT3 cña Nga cã ®é bÒn ¨n mßn kh¸ h¬n so víi thÐp c¸n CT38 ViÖt nam, song<br /> c¶ 2 lo¹i thÐp trªn ®Òu thuéc nhãm thÐp ®¶m b¶o ®é bÒn ¨n mßn trong m«i tr­êng lµm<br /> viÖc.<br /> <br /> <br /> B¶ng II. KÕt qu¶ ®o c¸c chØ tiªu chÊt l­îng n­íc<br /> <br /> Xu©n Quan B¸o §¸p Hoµng M«n L©n II<br /> T<br /> ChØ tiªu §¬n Thg H¹ Thg H¹ BiÓn §ång BiÓn §ång<br /> T<br /> vÞ<br /> l­u l­u l­u l­u<br /> 2 pH - 7,72 7,68 7,61 6,91 7,81 7,78 7,77 7,42<br /> 3 §é dÉn S/cm 147,8 154,8 198,9 276 9930 5190  <br /> 4 §é mÆn So/oo 0,1 0,1 0,1 0,1 5,5 2,8 4,6 0,3<br /> 5 DO mg/l - - - - 8 7,8 7,9 7,8<br /> Cl- mg/l 18,5 20,7 18,2 22,7 3120 1340 2420 140<br /> Ca2- mg/l 22 25 21 29 40,1 41 42,1 41<br /> SO42- mg/l 8 8 7 10 250 150 332 30<br /> NO3- mg/l 0,24 0,36 0,23 0,44 0.11 0,15 0.32 0.35<br /> <br /> <br /> <br /> B¶ngIII: C¸c chØ tiªu ¨n mßn ®iÖn ho¸ cña thÐp CT3 Nga vµ CT38 ViÖt nam:<br /> <br /> <br /> B¸o ®¸p<br /> Cèng L©n II Hoµng m«n. Th­îng l­u<br /> S CT38 CT38 Xu©n quan<br /> Th«ng sè<br /> T<br /> ®iÖn ho¸ H¹ l­u Thg l­u<br /> T<br /> <br /> biÓn ®ång biÓn ®ång CT38VN CT38VN CT3Nga<br /> <br /> 1 i¨n mßn<br /> 5,134.10-8 1,167.10-8 2,450.10-8 1,565.10-8 6,070.10-9 5,410.10-9 4,766.10-9 2,365.1010<br /> (A/cm2)<br /> 2 Ptn<br /> 2,526.10-4 1,364.10-4 4,713.10-4 3,657.10-4 1,419.10-4 1,264.10-4 1,114.10-4 5,526.10-5<br /> (mm/n¨m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Khi so s¸nh kÕt qu¶ ®o ë b¶ng I vµ b¶ng III, chóng ta thÊy chiÒu s©u ¨n mßn ®o ®¹c<br /> t¹i hiÖn tr­êng lín so víi kÕt qu¶ ®o trong phßng thÝ nghiÖm nhiÒu lÇn. Nguyªn nh©n chñ<br /> yÕu lµ do sù t¸c ®éng thêi cña nhiÒu nh©n tè c¬, lý, ho¸, vi sinh, kÕt cÊu vµ ®iÒu kiÖn lµm<br /> viÖc.<br /> <br /> 4<br />  ViÖc ®¸nh gi¸ møc ®é ¶nh h­ëng cña s¶n phÈm ¨n mßn chóng ta cã thÓ dùa vµo c¸c<br /> kÕt qu¶ ph©n tÝch thµnh phÇn líp rØ b»ng nhiÔu x¹ tia R¬ngen . VÝ dô ph©n tÝch líp rØ ë<br /> cöa van c«ng L©n II cho kÕt qu¶ sau:<br />  - FeO(OH): 48 50%;  - FeO(OH): 8 10%; - FeO(OH): 28 30% ; Fe2O3