M c L c ụ ụ Trang
Ch ng 1: Đ t v n đ …………………………………………………… ươ ặ ấ ề 2
Ch ng 2: Nghiên c u xem xét nguyên lý ăn mòn thép (g thép) …….. ươ ứ ỉ 3
2.1. Khái quát v ăn mòn thép ………………………………………….. 3ề
2.2. Các d ng ăn mòn thép ……………………………………………… 3ạ
2.3. Ăn mòn đi n hóa …………………………………………………… 4ệ
2.4. Các y u t nh h ng t i ăn mòn thép …………………………….. 6ế ố ả ưở ớ
2.5. T c đ ăn mòn thép ………………………………………………… 6ố ộ
2.6. H u qu c a hi n t ng g đ i v i k t c u ………………………..... 7ậ ả ủ ệ ượ ỉ ố ớ ế ấ
Ch ng 3: Xác đ nh s c kháng còn l i sau ăn mòn ……………………. ươ ị ứ ạ 9
3.1. S c kháng kéo d c tr c …………………………………………….. 9ứ ọ ụ
3.2. S c kháng nén d c tr c …………………………………………….. 15ứ ọ ụ
3.3. M t mát ti t di n do ăn mòn, d báo s c kháng còn l i sau 10 năm,ấ ế ệ ự ứ ạ
20 năm, 50 năm, 75 năm, 100 năm ………………………………… 30
Ch ng 4: Các bi n pháp b o v ch ng ăn mòn thép k t c u …………. ươ ệ ả ệ ố ế ấ 43
4.1. T i Vi t Nam và Th gi i …………………………………………... 43ạ ệ ế ớ
4.2. Đánh giá và đ xu t ph ng án m i nh m h n ch hi n t ng g ….. 53ề ấ ươ ớ ằ ạ ế ệ ượ ỉ
Ch ng 5: K t lu n ……………………………………………………… ươ ế ậ 56
Tài li u tham kh o ………………………………………………………. ệ ả 57
Ch ng 1: Đ t v n đươ ặ ấ ề
ĐHGTVT - CTGTCC K51 Trang 1
Ăn mòn kim lo i là v n đ r t nghiêm tr ng gây nên t n th t r t l n cho n nạ ấ ề ấ ọ ổ ấ ấ ớ ề
kinh t qu c dân. Trên th gi i có kho ng m t ph n ba tr ng l ng kim lo iế ố ế ớ ả ộ ầ ọ ượ ạ
hàng năm b ăn mòn, phá h y. Tác h i do ăn mòn kim lo i gây ra là r t l n, g mị ủ ạ ạ ấ ớ ồ
nhi u tác h i tr c ti p và gián ti p. Vì th , ch ng ăn mòn kim lo i là m t v nề ạ ự ế ế ế ố ạ ộ ấ
đ đã và đang đ c áp d ng đ làm gi m thi t h i này. ề ượ ụ ể ả ệ ạ
D ng ăn mòn kim lo i ph bi n nh t là g . G (có thành phạ ạ ổ ế ấ ỉ ỉ ần Fe2O3.nH2O)
không b n và x p nên không b o v đ c s t kh i b ăn mòn.ề ố ả ệ ượ ắ ỏ ị Hi n t ng ănệ ượ
mòn là m t lo i h h ng c a k t c u, nó chi m kho ng 20-25% nh ng sai h ngộ ạ ư ỏ ủ ế ấ ế ả ữ ỏ
đ c ghi nh n và th ng r t nguy hi m. Các bi n pháp đo đ c c n đ c th cượ ậ ườ ấ ể ệ ạ ầ ượ ự
hi n th ng xuyên đ ngăn ch n quá trình ăn mòn ho c d ng s d ng khi phátệ ườ ể ặ ặ ừ ử ụ
hi n nguy hi m đ tránh th m ho . Nh ng h h ng do tác đ ng c a ngo i l cệ ể ể ả ạ ữ ư ỏ ộ ủ ạ ự
nh gió, bão, neo gi , l p đ t không đúng hay l i v t li u đ c đánh giá quanư ữ ắ ặ ỗ ậ ệ ượ
tr ng h n. Tuy nhiên, k t c u khi b ăn mòn s gi m kh năng ch ng ch u l iọ ơ ế ấ ị ẽ ả ả ố ị ạ
nh ng ngo i l c trên hay làm nghiêm tr ng thêm nh ng đi m y u trong v t li u.ữ ạ ự ọ ữ ể ế ậ ệ
Ngăn ch n quá trình ăn mòn c n đ c quan tâm đ n trong toàn b quá trình: tặ ầ ượ ế ộ ừ
thi t k , l p đ t, th nghi m và trong su t th i gian ho t đ ng. M t khi quáế ế ắ ặ ử ệ ố ờ ạ ộ ộ
trình ăn mòn đã x y ra, vi c gi m thi u tác đ ng c a nó lên s toàn v n c a hả ệ ả ể ộ ủ ự ẹ ủ ệ
th ng là r t khó khăn.ố ấ
Th ng s tách bi t gi a d án và v n hành gây khó khăn cho vi c ki m soátườ ự ệ ữ ự ậ ệ ể
ăn mòn. D án th ng c g ng trong vi c t o ra m t k t c u có kh năng làmự ườ ố ắ ệ ạ ộ ế ấ ả
vi c trong khung th i gian và tài chính c n thi t. Nh v y, quá trình v n hành cóệ ờ ầ ế ư ậ ậ
th ph i nh n m t h th ng không t i u và chi phí ch ng ăn mòn r t cao. Luônể ả ậ ộ ệ ố ố ư ố ấ
luôn t n t i m t s không cân b ng gi a ngu n v n và chi phí v n hành, do đóồ ạ ộ ự ằ ữ ồ ố ậ
c n ph i phân tích c n th n đ l a ch n ph ng pháp ch ng ăn mòn đ đ tầ ả ẩ ậ ể ự ọ ươ ố ể ạ
đ c cân b ng kinh t t t nh t. Khó khăn l n nh t trong vi c đánh giá v kinhượ ằ ế ố ấ ớ ấ ệ ề
t là s không ch c ch n v tu i th và quá trình ho t đ ng c a nó. Thôngế ự ắ ắ ề ổ ọ ạ ộ ủ
th ng chi phí cho vi c ch ng ăn mòn chi m kho ng 10-20% t ng v n d án vàườ ệ ố ế ả ổ ố ự
0,3-0,5% chi phí v n hành.ậ
Ăn mòn kim lo i mà c th là ăn mòn các k t c u c u thép là v n đ r t c nạ ụ ể ế ấ ầ ấ ề ấ ầ
đ c quan tâm nghiên c u.ượ ứ
ĐHGTVT - CTGTCC K51 Trang 2
Ch ng 2: Nghiên c u xem xét nguyên lý ăn mòn thép (g thép)ươ ứ ỉ
2.1. Khái quát v ăn mòn thép.ề
Ăn mòn đ c đ nh nghĩa là s xu ng c p c a m t kim lo i do ph n ng đi nượ ị ự ố ấ ủ ộ ạ ả ứ ệ
hóa c a nó v i môi tr ng. Theo các đ nh lu t nhi t đ ng l c h c, có m t xuủ ớ ườ ị ậ ệ ộ ự ọ ộ
h ng tr ng thái năng l ng cao bi n đ i thành năng l ng th p. Đó là xuướ ạ ượ ế ổ ượ ấ
h ng c a kim lo i tái k t h p v i các nguyên t hi n di n trong môi tr ngướ ủ ạ ế ợ ớ ố ệ ệ ườ
d n đ n hi n t ng đ c g i là ăn mòn.ẫ ế ệ ượ ượ ọ
2.2. Các d ng ăn mòn thép.ạ
- Ăn mòn c c b : D ng ăn mòn r t thông th ng, nó là quá trình ăn mòn di nụ ộ ạ ấ ườ ễ
ra do nh ng bi n đ i c a đi u ki n môi tr ng. Quá trình này d kh ng ch vàữ ế ổ ủ ề ệ ườ ễ ố ế
ngăn ch n. Tuy nhiên có th khó khăn trong vi c xác đ nh v trí đo đ c.ặ ể ệ ị ị ạ
- Ăn mòn l : S khác bi t gi a ăn mòn c c b và ăn mòn l đôi khi gây nh mỗ ự ệ ữ ụ ộ ỗ ầ
l n. Ăn mòn l th t s là do nh ng v trí ăn mòn cô l p hoàn toàn, ph n l n kimẫ ỗ ậ ự ữ ị ậ ầ ớ
lo i xung quang không b nh h ng. Đ i v i thép carbon, nh ng l này cóạ ị ả ưở ố ớ ữ ỗ
khuynh h ng l n lên theo hình bán c u và vài l ch ng lên nhau t o ra vùng ănướ ớ ầ ỗ ồ ạ
mòn l n hình v sò. Đ i v i thép h p kim ch ng ăn mòn, nh ng l này th ngớ ỏ ố ớ ợ ố ữ ỗ ườ
có đ ng kính nh nh ng ăn sâu và th ng t o thành c m.ườ ỏ ư ườ ạ ụ
- D ng Intergranular (n i s n sùi) r t ít g p đ i v i thép carbon tr khi có sạ ổ ầ ấ ặ ố ớ ừ ự
không đ ng nh t t i nh ng v trí có m i hàn, th ng gây ra do sulphide vàồ ấ ạ ữ ị ố ườ
nitrate, nh ng lo i thép h p kim r t nh y c m v i lo i ăn mòn này.ư ạ ợ ấ ạ ả ớ ạ
- Ăn mòn k t h p v i ng su t gây n t gãy: m t d ng ăn mòn m r ng r tế ợ ớ ứ ấ ứ ộ ạ ở ộ ấ
nguy hi m, có th h n ch và ngăn ch n b ng cách c n th n và đúng đ n trongể ể ạ ế ặ ằ ẩ ậ ắ
vi c l a ch n v t li u, l p đ t và v n hành. Quá trình ăn mòn di n ra có s k tệ ự ọ ậ ệ ắ ặ ậ ễ ự ế
h p c a ng su t xu t hi n và tình tr ng đ c bi t c a môi tr ng. Thép k t c uợ ủ ứ ấ ấ ệ ạ ặ ệ ủ ườ ế ấ
có th b n t trong môi tr ng chua (Hydrogen sulphide). H p kim ch ng ăn mònể ị ứ ườ ợ ố
có th b n t trong môi tr ng chloride.ể ị ứ ườ
- N i b t: xu t hi n trong môi tr ng chua, do có c u trúc kim lo i khôngổ ọ ấ ệ ườ ấ ạ
đ ng nh t trong thép, ch y u x y ra trong các b n ch a. Ph n ng ăn mòn gi iồ ấ ủ ế ả ồ ứ ả ứ ả
phóng hydrogen nguyên t và m t s có th xâm nh p vào c u trúc c a thép, sauử ộ ố ể ậ ấ ủ
đó k t h p t o thành phân t khí hydrogen. Khí này do không th thoát ra nên t pế ợ ạ ử ể ậ
trung l i t o nên áp su t cao gây ra nh ng b t xu t hi n trên b m t.ạ ạ ấ ữ ọ ấ ệ ề ặ
- Ăn mòn m i: x y ra nhi u trong k t c u. B t c s t o thành ng su t cóỏ ả ề ế ấ ấ ứ ự ạ ứ ấ
ĐHGTVT - CTGTCC K51 Trang 3
tính chu kỳ nào cũng tr nên nguy hi m n u có s hi n di n c a tác nhân ănở ể ế ự ệ ệ ủ
mòn. Môi tr ng có sulphide đ c bi t nguy hi m đ i v i lo i này.ườ ặ ệ ể ố ớ ạ
2.3. Ăn mòn đi n hóa.ệ
Trong ăn mòn đi n hóa, có hai ph n ng x y ra giao di n kim lo i và ch tệ ả ứ ả ở ệ ạ ấ
đi n ly: Ph n ng gi i phóng đi n t an t (oxy hóa) và ph n ng tiêu th đi nệ ả ứ ả ệ ử ở ố ả ứ ụ ệ
t c c âm. M t lo i pin ăn mòn c b n, có b n thành ph n thi t y u bao g m:ử ở ự ộ ạ ơ ả ố ầ ế ế ồ
-C c d ng (anot). C c d ng th ng ăn mòn do m t đi n t t cácự ươ ự ươ ườ ấ ệ ử ừ
nguyên t kim lo i trung hòa v đi n đ hình thành các ion r i r c. Nh ngử ạ ề ệ ể ờ ạ ữ
ion này có th v n còn trong dung d ch ho c ph n ng đ t o thành cácể ẫ ị ặ ả ứ ể ạ
s n ph m ăn mòn không hòa tan. Ph n ng ăn mòn c a kim lo i Feả ẩ ả ứ ủ ạ
th ng đ c bi u di n b i ph ng trình đ n gi n:ườ ượ ể ễ ở ươ ơ ả
(2.1)
-C c âm (catot). Ph n ng c c âm ph i tiêu th các đi n t đ c s n raự ả ứ ự ả ụ ệ ử ượ ả
b i ph n ng c c d ng. Có hai ph n ng c b n x y ra c c âm tùyở ả ứ ở ự ươ ả ứ ơ ả ả ở ự
thu c vào pH c a dung d ch:ộ ủ ị
(2.2)
(2.3)
-Ch t đi n ly. Đây là dung d ch đi n ly nó có th cho phép các ionấ ệ ị ệ ể
d ng di chuy n t c c d ng t i c c âm và các ion âm di chuy n theoươ ể ừ ự ươ ớ ự ể
h ng ng c l i.ướ ượ ạ
-K t n i đi n. C c d ng và c c âm ph i đ c n i v i nhau b ngế ố ệ ự ươ ự ả ượ ố ớ ằ
dây d n đi n trong pin ăn mòn.ẫ ệ
Thi u m t thành ph n b t kỳ nào thì ăn mòn đi n hóa s không x y ra. ế ộ ầ ấ ệ ẽ ả
•Bi u đ Pourbaixể ồ
D a trên d li u nhi t đ ng h c v ph n ng gi a kim lo i và n c,ự ữ ệ ệ ộ ọ ề ả ứ ữ ạ ướ
Pourbaix phát tri n bi u đ gi a đi n th v i đ pH cho th y các pha n đ nhể ể ồ ữ ệ ế ớ ộ ấ ổ ị
nhi t đ ng h c nh là m t hàm c a đi n th đi n c c và đ pH. Bi u đệ ộ ọ ư ộ ủ ệ ế ệ ự ộ ể ồ
Pourbaix đ i v i s t, đ c th hi n trong hình 2.1.ố ớ ắ ượ ể ệ
ĐHGTVT - CTGTCC K51 Trang 4
Hình 2.1. Bi u đ Pourbaix quan h th đi n c c và đ pH c a h Fe-Hể ồ ệ ế ệ ự ộ ủ ệ 2O
Có ba vùng đ c minh h a trong bi u đ : vùng Corrosion s t b ăn mòn, vùngượ ọ ể ồ ắ ị
Passivation s t b th đ ng, vùng Immunity s t không b ăn mòn. T gi n đ thắ ị ụ ộ ắ ị ừ ả ồ ế
đi n c c - pH c a h Fe - Hệ ự ủ ệ 2O trình bày trên hình 2.1 cho phép rút ra m t sộ ố
nh n xét sau:ậ
− D đoán kh năng b ăn mòn và không b ăn mòn c a s t trong môi tr ngự ả ị ị ủ ắ ườ
n c. T t nhiên không đem l i m t thông tin gì v t c đ c a các ph n ng x yướ ấ ạ ộ ề ố ộ ủ ả ứ ả
ra.
− Rút ra nguyên t c c a ph ng pháp đi n hoá b o v ch ng ăn mòn s tắ ủ ươ ệ ả ệ ố ắ
trong môi tr ng n c và c th là:ườ ướ ụ ể
+ D ch chuy n th đi n c c s t (thép) trong môi tr ng n c v phía âm h nị ể ế ệ ự ắ ườ ướ ề ơ
so v i đi n th ăn mòn c a s t thì s t đi vào vùng an toàn không b ăn mòn. ớ ệ ế ủ ắ ắ ị
+ D ch chuy n th đi n c c c a s t (thép) trong môi tr ng tr ng n c vị ể ế ệ ự ủ ắ ườ ườ ướ ề
phía d ng so v i đi n th ăn mòn (phân c c anot) s làm cho kim lo i b thươ ớ ệ ế ự ẽ ạ ị ụ
đ ng - g i là b o v anot.ộ ọ ả ệ
+ Đi u ch nh tăng pH =12.5-13.5 c a môi tr ng ăn mòn đ a kim lo i thépề ỉ ủ ườ ư ạ
vào vùng th đ ng làm gi m t c đ ăn mòn kim lo i.ụ ộ ả ố ộ ạ
ĐHGTVT - CTGTCC K51 Trang 5