Tính cấp thiết của đề tài
Thép chịu thời tiết được ưa chuộng ở các quốc gia có ngành công nghiệp thép phát triển nhờ khả năng tự bảo vệ khỏi gỉ sét, độ bền cao và màu sắc đặc trưng, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các kết cấu ngoài trời như tác phẩm nghệ thuật điêu khắc, cầu đường và các công trình dân dụng khác Mặc dù ở Việt Nam, tỷ lệ sử dụng cầu thép vẫn thấp hơn so với cầu bê tông do chi phí xây dựng và bảo trì cao, nhưng việc áp dụng thép chịu thời tiết trong xây dựng cầu có thể giảm đáng kể chi phí bảo trì và tổng chi phí vòng đời của cầu.
Trong tương lai, xu hướng sử dụng cầu thép chịu thời tiết sẽ gia tăng, do đó, việc phát triển phương pháp đánh giá mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường và sự gỉ sét của thép chịu thời tiết trong điều kiện Việt Nam trở thành một yêu cầu cấp thiết.
Mục đích nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu 5 năm về khả năng sử dụng thép chịu thời tiết tại Việt Nam do TS Đặng Đăng Tùng chủ trì, với sự tham gia của nhóm nghiên cứu từ những ngày đầu Nghiên cứu này kế thừa kết quả từ luận văn thạc sĩ của Hồ Trung Thông về ứng dụng thép chịu thời tiết trong xây dựng cầu tại Thành phố Hồ Chí Minh và Phan Thiết Qua một năm thu thập dữ liệu thí nghiệm hiện trường, đề tài sẽ phân tích mối tương quan giữa các yếu tố môi trường như mật độ muối trong không khí, mật độ SOx và độ ẩm đến tính gỉ của thép chịu thời tiết, từ đó đánh giá khả năng ứng dụng của loại thép này trong xây dựng cầu tại khu vực nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài được giải quyết thông qua một số phương pháp chính sau:
- Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu tham khảo có liên quan đến cầu thép và cầu thép chịu thời tiết
- Phân tích và lựa chọn mô hình dự đoán tốc độ ăn mòn thép chịu thời tiết
- Thực hiện thí nghiệm phơi bày đối với thép chịu thời tiết
Bài viết này đánh giá khả năng ứng dụng của thép chịu thời tiết trong xây dựng cầu tại khu vực TP Hồ Chí Minh – Phan Thiết, dựa trên các tiêu chuẩn đánh giá ăn mòn, mô hình dự đoán tốc độ ăn mòn và dữ liệu thí nghiệm đã được thu thập và phân tích.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Thép chịu thời tiết, với lớp gỉ bảo vệ, được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt là cầu, giúp giảm chi phí duy tu bảo dưỡng ở các nước phát triển Tuy nhiên, ở những vùng có độ ẩm cao hoặc lượng muối lớn, thép chịu thời tiết có thể không phát huy hiệu quả Do đó, việc hiểu rõ đặc tính của thép chịu thời tiết và áp dụng trong môi trường phù hợp, cùng với các phương pháp bảo trì thích hợp, là rất quan trọng để xây dựng cầu với chi phí bảo dưỡng thấp nhất, mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
TỔNG QUAN VỀ CẦU THÉP VÀ VẬT LIỆU THÉP DÙNG
TỔNG QUAN VỀ CẦU THÉP
1.1.1 Đặc điểm củavật liệu thép và cầu thép
Thép là vật liệu quan trọng, được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống hàng ngày, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng cầu.
Thép có khả năng chịu lực vượt trội với các loại ứng suất như kéo, nén, uốn và cắt Nhờ vào tính chất này, thép được sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo nhiều dạng cầu khác nhau, bao gồm dầm, dàn, vòm, treo và các hệ liên hợp.
Thép có trọng lượng riêng lớn, độ bền cao, trọng lượng bản thân nhẹ do đó có thể xây dựng được những cầu nhịp rất lớn
Thép có cường độ cao và mô đun đàn hồi lớn, mang lại độ cứng vượt trội, giúp đảm bảo sự ổn định dưới tác động của tải trọng gió và các loại tải trọng có chu kỳ.
Thép có tính đồng nhất cao về mặt lý hóa, cho phép nó duy trì cường độ và mô đun đàn hồi ổn định dưới ảnh hưởng của nhiệt độ Điều này giúp cầu hoạt động hiệu quả ngay cả khi điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi.
Thép có tính chất dễ gia công, cắt, rèn, đúc và hàn, cho phép chế tạo nhiều hình dạng phù hợp với các loại cầu khác nhau Điều này không chỉ hỗ trợ công nghiệp hóa và tự động hóa trong sản xuất mà còn giúp vận chuyển các bộ phận cầu thép đến công trường một cách thuận lợi Quá trình lắp ráp có thể được cơ giới hóa hoàn toàn, từ đó rút ngắn thời gian xây dựng công trình.
Cầu thép nổi bật với nhiều dạng liên kết đáng tin cậy như bu lông, chốt, đinh tán, hàn và dán Những loại liên kết này không chỉ đảm bảo tính lắp ghép cao mà còn giúp cầu dễ dàng lắp đặt và tháo dỡ Điều này làm cho cầu thép trở thành lựa chọn lý tưởng cho các công trình vĩnh cửu, công trình tạm thời và các dự án phục vụ quốc phòng.
1.1.2 Ưu, khuyết điểm của cầu thép
Thép là vật liệu hoàn hảo với tính đồng nhất và đẳng hướng, có khả năng đàn hồi hoàn toàn trước khi đạt cường độ chảy Nó sở hữu cường độ chịu nén và chịu kéo cao, cùng với độ dự trữ biến dạng vượt trội, giúp thép ổn định và chịu tải trọng động tốt hơn so với các vật liệu khác.
Cầu thép được xây dựng nhanh hơn cầu bê tông, với khả năng lắp dựng dễ dàng qua sông, suối và thung lũng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ đó giúp giảm chi phí xây dựng.
Kết cấu cầu thép nhẹ giúp giảm chi phí cho phần kết cấu dưới, điều này đặc biệt quan trọng khi đối mặt với địa chất xấu và nền đất yếu.
Kết cấu nhịp cầu thép cho phép thiết kế với chiều cao thấp hơn so với cầu bê tông, giúp giảm chiều cao kiến trúc khi sử dụng cho cầu vượt hoặc cầu trên đường cao tốc.
Cầu thép dễ sửa chữa và sửa chữa nhanh hơn cầu bêtông
Gỉ của thép là vấn đề dai dẳng và tốn kém trong việc duy tu bảo dưỡng cầu Đó là nguyên nhân chính dẫn đến phá hỏng cầu thép
Giá thành sơn cầu thép trong suốt thời gian sử dụng rất cao, và việc cạo gỉ có tác động tiêu cực đến môi trường cũng như sức khỏe con người Chi phí để loại bỏ sơn cũ và thu gom phế thải độc hại thường vượt quá chi phí xây dựng cầu mới Hơn nữa, quá trình sơn cầu cũng gây ra ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộng đồng.
Với những nhược điểm nói trên đã làm giảm sự hấp dẫn phần nào của cầu thép so với cầu bêtông ứng suất trước
Hình 1.1.Gỉ ở cầu thép Nam Ô, thành phố Đà Nẵng 1.1.3 Sơ lược lịch sử phát triển cầu thép
Gang đã được sử dụng ở châu Âu để chế tạo khẩu pháo và máy móc từ thế kỷ XVI, nhưng chỉ đến cuối thế kỷ XVIII, trong thời kỳ cách mạng công nghiệp đầu tiên, gang mới được ứng dụng cho các kết cấu Cầu vòm gang đầu tiên trên thế giới, cầu Coalbrookdale, nằm ở hạt Shropshire, Anh, có nhịp dài 30.5m Được thiết kế bởi Thomas Pritchard và xây dựng bởi Darby và Wilkinson từ năm 1777 đến 1779, cầu này nặng 400 tấn và có chất lượng vượt trội, vẫn tồn tại cho đến ngày nay sau hơn 200 năm.
Cầu Coalbrookdale, được xây dựng dựa trên các khái niệm truyền thống của cầu đá, có hình dạng vòm bán nguyệt và cấu trúc trên vòm Thomas Telford đã nhận ra rằng, với tính chất nhẹ và cường độ cao của gang, cầu có thể vượt nhịp lớn hơn và phẳng hơn Năm 1796, ông đã xây dựng cầu Buildwas qua sông Severn ở Shropshire với nhịp vòm lên tới 40 m.
Hình 1.2 Cầu Coalbrookdale ở Shropshire, Anh (1777-1779)
Tom Paine đã thiết kế một cây cầu bằng gang dài 122m bắc qua sông Schuylkill ở Philadelphia, đặt hàng từ Yorkshire, Anh Tuy nhiên, dự án này đã bị đình trệ, và khối lượng gang được sử dụng để xây dựng cầu dài 72m bắc qua sông Wear ở Sunderland, cùng thời điểm với cầu Buildwas Những cây cầu này đã mở đường cho sự phát triển của nhiều cầu bằng gang khác tại Anh và Pháp trong hai thập kỷ đầu của thế kỷ XIX.
Vào năm 1814, Thomas Telford đã đề xuất xây dựng cầu treo qua sông Mersey ở Runcorn với nhịp chính dài 1000ft (305m) và hai nhịp biên dài 500ft Hợp tác với Samuel Brown, Telford đã thí nghiệm với sắt rèn và xác định rằng cáp làm từ sắt rèn có thể chịu được ứng suất làm việc lên đến 5 tấn/inch vuông (77N/mm²), cao hơn nhiều so với ứng suất của gang chỉ 1.25 tấn/inch vuông Mặc dù cầu Mersey không được xây dựng, nhưng đề xuất này đã thúc đẩy sự hợp tác giữa Anh và Ireland Năm 1817, Telford đã đề xuất một cầu treo dây võng bắc qua eo biển Menai với nhịp chính dài 177m, công trình bắt đầu vào năm 1819 và hoàn thành vào năm 1826, trở thành cầu treo bằng gang đầu tiên trên thế giới và cũng là cầu đầu tiên bắc qua biển Đồng thời, Telford cũng xây dựng cầu dây võng dài 100m ở Conway Thành công của hai cây cầu này đã mở ra một kỷ nguyên mới cho các công trình cầu lớn.
Hình 1.3 Cầu dây võng bắc qua eo biển Menai, Wales (1819-1826)
VẬT LIỆU THÉP DÙNG CHO CẦU
Thép được sử dụng cho xây dựng cầu và kết cấu gồm các thành phần:
(2) Một tỷ lệ phần trăm nhỏ carbon và mangan
(3) Tạp chất không thể được hoàn toàn loại bỏ từ quặng, cụ thể là lưu huỳnh và phốt pho
Một số thành phần hợp kim như đồng, silic, niken, crom, molypden, vanadium, columbi và zirconium được bổ sung với lượng nhỏ nhằm cải thiện các thuộc tính của sản phẩm.
Biểu đồ 1.1 Các nhóm thành phần trong thép
Cường độ của thép tăng khi hàm lượng carbon cao, nhưng độ dẻo dai và tính chịu hàn lại giảm Lưu huỳnh và phốt pho có tác động tiêu cực, vì vậy hàm lượng của chúng cần được kiểm soát Thép dùng trong xây dựng cầu được phân loại thành các nhóm chính.
Thép carbon là loại thép rẻ nhất, thường chứa mangan và đôi khi có thêm một lượng nhỏ đồng và silic Loại thép này được sử dụng trong các kết cấu khi độ cứng quan trọng hơn cường độ, với giới hạn chảy lên đến 275 N/mm² và dễ dàng hàn Thép carbon theo tiêu chuẩn châu Âu EN10025 bao gồm các cấp S235 và S275, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong xây dựng.
Mỹ tới cấp G36 theo AASHTO M270, ASTM A709 và trước đó ASTM A36 thuộc vào nhóm này
Thép cường độ cao bao gồm các loại thép có giới hạn chảy từ 300 đến 390 N/mm², đạt được cường độ cao và các tính chất khác nhờ vào việc bổ sung các thành phần hợp kim Các tiêu chuẩn thép châu Âu EN 10025 với cấp S355 và thép Bắc Mỹ cấp G50 theo AASHTO M270, ASTM A709, cũng như ASTM A572 trước đây, thuộc nhóm thép cường độ cao này.
Thép carbon xử lý nhiệt là loại thép có cường độ cao nhất, giữ lại các tính chất cần thiết cho xây dựng cầu Cường độ cao của loại thép này đạt được nhờ các phương pháp xử lý nhiệt như chuẩn hóa hoặc tôi rèn Các tiêu chuẩn thép châu Âu EN 10113 cấp S420 và S460, cùng với thép Bắc Mỹ cấp G100 theo AASHTO M270, ASTM A709 và trước đó là ASTM A514 đều thuộc nhóm này.
Thép chịu thời tiết được sản xuất với khả năng kháng ăn mòn khí quyển cao, cho phép để ngoài trời mà không cần sơn trong những điều kiện thích hợp Tại châu Âu, thép này tuân theo tiêu chuẩn EN 10155 với hai cấp S235 và S355 Ở Mỹ, các cấp G50W, G70W và G100W được sản xuất theo AASHTO M270 và ASTM A709, đồng thời tuân thủ quy định về ăn mòn theo ISO 9223 Tại Anh, có các quy định riêng về thiết kế, thi công và bảo trì thép chịu thời tiết cho cầu.
BD 7/01 quy định về thép chịu thời tiết cho các kết cấu đường bộ và cầu, bao gồm sổ tay hướng dẫn thiết kế và các quy định về ăn mòn theo tiêu chuẩn ISO 9223 Tại Nhật Bản, thép chịu thời tiết truyền thống được quy định theo tiêu chuẩn công nghiệp JIS G 3114 SMA (JIS-SMA Weathering Steel).
VẬT LIỆU THÉP CHỊU THỜI TIẾT
1.3.1 Định nghĩa và đặc điểm của thép chịu thời tiết
Thép chịu thời tiết, hay còn gọi là thép kháng thời tiết, là những loại thép được cải thiện khả năng chống ăn mòn do ảnh hưởng của khí quyển.
Thép chịu thời tiết là loại thép hợp kim thấp với cường độ cao, có khả năng hình thành lớp gỉ bảo vệ khi tiếp xúc với môi trường, giúp kiềm chế quá trình ăn mòn Tốc độ ăn mòn của thép này rất chậm, cho phép các công trình như cầu được chế tạo từ thép chịu thời tiết không sơn đạt được độ bền lâu dài.
Thiết kế với tuổi thọ lên đến 120 năm và chỉ cần bảo trì danh nghĩa, loại thép này giúp tiết kiệm chi phí bảo dưỡng Người dùng không cần sơn hoặc áp dụng các biện pháp chống gỉ khác, từ đó giảm thiểu chi phí cho kết cấu.
Thép chịu thời tiết sở hữu các thuộc tính đặc biệt nhờ vào sự pha trộn cẩn thận của các thành phần hợp kim trong quá trình sản xuất Với hàm lượng carbon thấp, thép này ít giòn hơn và có khả năng chịu tải cao hơn Thành phần chính của thép chịu thời tiết bao gồm crom, đồng, silic và phốt pho, với tỷ lệ phụ thuộc vào các thuộc tính mong muốn.
Độ ẩm và không khí là nguyên nhân chính khiến thép hợp kim thấp bị gỉ, với tốc độ gỉ phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc với oxi, độ ẩm và các tạp chất trong khí quyển Tuy nhiên, thép chịu thời tiết có khả năng tự bảo vệ; khi gỉ hình thành, nó tạo ra một lớp màng oxit giúp ngăn cản sự xâm nhập của oxi, độ ẩm và tạp chất, từ đó làm chậm quá trình gỉ.
Sắt và thép đều dễ bị gỉ khi tiếp xúc với không khí và nước, dẫn đến sự hình thành gỉ sắt và oxit sắt Thép không chịu thời tiết có lớp oxit xốp, giữ ẩm và tăng cường quá trình ăn mòn Sau một thời gian, lớp gỉ này sẽ tách khỏi bề mặt kim loại, khiến bề mặt lộ ra và gây hư hại nghiêm trọng hơn Tốc độ gỉ phát triển theo các đường cong và có thể được ước lượng bằng một đường thẳng, với độ dốc phụ thuộc vào tính chất xâm thực của môi trường.
Biểu đồ 1.2.So sánh giữa mất mát ăn mòn thép chịu thời tiết và thép carbon thông thường
Thép chịu thời tiết bắt đầu quá trình gỉ giống như thép cacbon thông thường khi tiếp xúc với môi trường Tuy nhiên, các hợp kim đặc biệt trong thép tạo ra một lớp gỉ ổn định, bám chặt vào kim loại cơ bản và ít xốp Lớp gỉ này phát triển dưới điều kiện ẩm và khô xen kẽ, hình thành một lớp oxit chống gỉ, ngăn chặn sự thâm nhập của oxi và hơi ẩm, từ đó làm giảm tốc độ gỉ của thép.
Thép chịu thời tiết với giới hạn chảy cao giúp giảm giá thành nhờ vào khả năng thiết kế mặt cắt kết cấu mỏng hơn Loại thép này chủ yếu được phát triển cho các ứng dụng không cần sơn, từ đó giảm thiểu chi phí bảo trì.
Biểu đồ 1.3.Đường cong ứng suất – biến dạng điển hình cho các loại thép kết cấu
Khảo sát bề mặt thép đang khai thác cho thấy hiện tượng gỉ rất ít, ngay cả khi không được sơn hoặc mạ kẽm Điều này cho phép thép được khai thác trong thời gian dài mà không tốn nhiều chi phí bảo dưỡng.
Hình 1.18 Bề mặt lớp gỉ của thép chịu thời tiết và thép thường
1.3.2 Lịch sử phát triển của thép chịu thời tiết
Năm 1916, Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Hoa Kỳ đã bắt đầu một nghiên cứu về sự ăn mòn khí quyển của vật liệu
Trong những năm 1930, tập đoàn thép Hoa Kỳ đã phát triển thép chịu thời tiết, hay còn gọi là cor-ten, bằng cách thêm đồng, phốt pho và các hợp kim khác để tăng khả năng kháng ăn mòn trong môi trường công nghiệp và nông thôn Thép này chủ yếu được sử dụng cho các toa xe than đường sắt nhờ vào tính năng kiểm soát ăn mòn, đáp ứng nhu cầu về một loại thép bền bỉ cho các chuyến tàu và mỏ than ở Mỹ Với độ bền cao, thép chịu thời tiết cũng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất container Tuy nhiên, thép này không hình thành lớp gỉ bảo vệ và có tốc độ ăn mòn cao hơn khi tiếp xúc với ion Cl-.
Nhiều năm sau, Yamashita đã nghiên cứu sự ăn mòn khí quyển của thép chịu thời tiết có chứa Crôm khi được phơi bày trong môi trường gần biển trong hơn 20 năm Ông nhận thấy rằng lớp gỉ tự nhiên hình thành gồm hai lớp, với lớp bên trong được làm giàu Crôm và có cấu trúc α-(Fe1-X, CrX)OOH Tài liệu cho biết lớp gỉ này có khả năng bảo vệ, nhờ vào khả năng ngăn chặn sự xâm nhập của ion Cl-, từ đó thúc đẩy sự hình thành lớp gỉ chắc chắn hơn.
Vào đầu những năm 1960, các ứng dụng kỹ thuật dân sự đã bắt đầu tận dụng sức kháng ăn mòn cải thiện để chống lại hiện tượng ăn mòn Cầu đầu tiên sử dụng vật liệu này được xây dựng tại New Jersey Turnpike vào năm 1964.
Thép chịu thời tiết hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như cầu, đường sắt, tháp truyền dẫn, ống khói và đóng tàu Một số công trình tiêu biểu bao gồm cầu New River Gorge ở West Virginia, Mỹ, với vòm dài 518m được xây dựng từ năm 1974 đến 1977; nhánh mới của cầu Newburgh-Beacon, New York, Mỹ, được xây dựng năm 1972 để giảm tải cho cầu cũ; và Trung tâm nghệ thuật đương đại Australia (ACCA) hoàn thành năm 2002.
Hình 1.19.Cầu New River Gorge, West Virginia, Mỹ
Hình 1.20 Cầu Newburgh-Beacon, New York, Mỹ
Thép chịu thời tiết cũng được sử dụng phổ biến cho những tác phẩm điêu khắc ngoài trời như tác phẩm Angel of the North ở Gateshead, Tyne and Wear,
Anh;tác phẩm điêu khắc Chicago Picasso ở Chicago, Illinois, Mỹ và cũng như cho mặt tiền của công trình, hay những tác phẩm với diện mạo cổ kính
Hình 1.21 Tác phẩm Angel of the North, Gateshead, Tyne and Wear, Anh
Cầu thép chịu thời tiết, được ứng dụng tại cầu Chợ Thượng, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh, là một minh chứng cho sự hợp tác quốc tế trong xây dựng cơ sở hạ tầng Cầu này nằm trên tuyến đường sắt Thống Nhất Bắc – Nam và được xây dựng vào tháng 5 năm 2000 với sự hỗ trợ của Nhật Bản, sử dụng kết cấu giàn thép chịu thời tiết không sơn.
Hình 1.23 Cầu Chợ Thượng làm bằng thép chịu thời tiết trên tuyến đường sắt Bắc – Nam
1.3.3 Lợi ích của thép chịu thời tiết
Cầu thép thông thường, nhờ vào những tiến bộ trong tự động hóa và kỹ thuật xây dựng, mang lại giải pháp kinh tế cho các yêu cầu về an toàn, xây dựng nhanh, và diện mạo hấp dẫn Chúng có chiều cao kết cấu thấp, yêu cầu bảo trì tối thiểu và tính linh hoạt trong sử dụng Đặc biệt, cầu thép chịu thời tiết không chỉ sở hữu những ưu điểm này mà còn cung cấp thêm nhiều lợi ích khác.
NHẬN XÉT VÀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
Sau hơn 80 năm phát triển và hơn 40 năm ứng dụng trong xây dựng cầu, thép chịu thời tiết đã chứng tỏ được lợi ích kinh tế và môi trường, khiến hầu hết các quốc gia trên thế giới nhận thức rõ giá trị của nó Tỷ lệ sử dụng cầu thép chịu thời tiết, đặc biệt tại các nước phát triển, đã tăng đáng kể trong thời gian qua.
Thép chịu thời tiết vẫn còn là khái niệm mới mẻ tại Việt Nam, hiện chỉ được áp dụng trong dự án cầu Chợ Thượng với sự hỗ trợ từ Nhật Bản Việc ứng dụng loại thép này vào xây dựng cầu phụ thuộc nhiều vào đặc điểm môi trường và khí hậu Do đó, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu và đánh giá tổng quan về khả năng ứng dụng thép chịu thời tiết trong xây dựng cầu tại Việt Nam.
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CẦUTHÉP CHỊU THỜI TIẾT
BẢN CHẤT THÉP CHỊU THỜI TIẾT
2.1.1 Vật liệu thép chịu thời tiết
Cấu trúc vật liệu của thép chịu thời tiết bao gồm các thành phần chính tương tự như thép thông thường, bao gồm thép, một tỷ lệ nhỏ carbon và mangan, tạp chất không thể loại bỏ hoàn toàn như lưu huỳnh và phốt pho, cùng với một số thành phần hợp kim Sự khác biệt nổi bật của thép chịu thời tiết nằm ở việc pha trộn cẩn thận các thành phần hợp kim trong suốt quá trình sản xuất, giúp tạo ra những thuộc tính đặc biệt cho loại thép này.
Các thành phần hợp kim được điều chỉnh để phù hợp với các đặc tính cần thiết cho nhiều môi trường khác nhau, từ khí hậu ôn hòa ở nông thôn và đô thị đến những khu vực công nghiệp và ven biển có khí hậu khắc nghiệt.
Sản phẩm thép chịu thời tiết cor-ten, được phát triển vào những năm 1930 tại Mỹ bằng cách thêm đồng, phốt pho và các hợp kim khác, hiện có hai cấp độ chính: cor-ten A với độ dày tối đa 12.5mm và cor-ten B với độ dày tối đa 50mm Các đặc điểm của hai cấp thép này rất quan trọng trong việc ứng dụng và lựa chọn cho các công trình xây dựng.
Bảng 2.1 Thành phần hóa học (%)
Cấp thép C Si Mn P S Cr Cu V Ni
Bảng 2.2 Tính chất cơ học của cor-ten A
Cấp Điểm chảy tối thiểu
Bảng 2.3 Tính chất cơ học của cor-ten B
Cấp Độ dày (mm) Điểm chảy tối thiểu
Cường độ chịu kéo (MPa)
Nhật Bản là quốc gia tiên phong trong nghiên cứu và ứng dụng thép chịu thời tiết, với đa dạng sản phẩm phù hợp với khí hậu khắc nghiệt Các sản phẩm thép chịu thời tiết tại đây có thành phần hóa học đặc biệt, như được trình bày trong bảng 2.4 Gần đây, các tập đoàn thép lớn như Nippon Steel và JFE Steel đã phát triển những sản phẩm mới với hàm lượng Niken cao, cho thấy hiệu quả vượt trội khi hoạt động trong môi trường ven biển có nồng độ muối trong không khí cao.
Bảng 2.4 Thành phần hóa học các sản phẩm thép chịu thời tiết
Cấp thép C Si Mn P S Cu Cr Ni Mo
Thành phần hợp kim và điều kiện môi trường đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành màng oxit trên thép Khi gặp môi trường thích hợp, thép chịu thời tiết sẽ phát triển một lớp phủ oxit bảo vệ, có khả năng bám dính chặt chẽ và bền bỉ.
Sự hình thành và phát triển của lớp phủ này chịu ảnh hưởng bởi ba yếu tố chính: thời gian, mức độ tiếp xúc và điều kiện môi trường không khí.
Theo thời gian, lớp phủ oxit chuyển từ màu đỏ cam sang màu gỉ tím-nâu sẫm, với bề mặt ngày càng thô ráp khi lớp phủ dày lên Quá trình phong hóa này diễn ra trong một khoảng thời gian dài và chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau.
Mức độ tiếp xúc với các yếu tố tự nhiên như ánh sáng mặt trời, gió và mưa có tác động lớn đến quá trình phong hóa của thép Những bề mặt thép tiếp xúc trực tiếp với các yếu tố này sẽ phong hóa nhanh hơn so với những bề mặt được che chắn Đồng thời, các lớp oxit trên bề mặt được bảo vệ thường có kết cấu nhám, ít dày đặc và không đồng nhất như những bề mặt tiếp xúc trực tiếp.
Không khí môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của oxit, trong đó chu trình ẩm – khô diễn ra thường xuyên, như ẩm do mưa và sương, sau đó được làm khô bởi gió và ánh nắng mặt trời, đóng vai trò quan trọng trong quá trình phong hóa.
Mức độ ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến quá trình phong hóa của thép chịu thời tiết, với sự phát triển nhanh chóng và màu sắc đậm nhất trong môi trường công nghiệp Ngược lại, ở vùng nông thôn, các lớp oxit phát triển chậm hơn và thường có màu sắc nhạt hơn Đặc biệt, trong các khu vực khí hậu khô cằn, quá trình phong hóa diễn ra chậm đáng kể.
Ngày nay, các kỹ sư chống ăn mòn có thể áp dụng các công cụ phân tích hiện đại để xác định các dạng oxit hình thành trong môi trường Sự hiện diện của các oxit này đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu và kiểm soát quá trình ăn mòn.
"tốt" hay "xấu" có thể xác nhận liệu các lớp gỉ bảo vệ đã hoặc sẽ được hình thành
Thép chịu thời tiết đã chứng minh hiệu quả trong nhiều ứng dụng, nhưng trong một số điều kiện, việc không sơn có thể dẫn đến vấn đề trong việc hình thành lớp gỉ oxit bảo vệ Những điều kiện này cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất tối ưu của thép chịu thời tiết.
- Bầu khí quyển có chứa chất ăn mòn công nghiệp và hơi hoá chất đậm đặc
- Các địa điểm bị phun nước mặn hoặc sương muối dày
Thép thường được sử dụng trong các ứng dụng nơi có độ ẩm cao, như khi bị ngập nước, chôn trong đất hoặc đặt ở những vùng nước ô nhiễm với muối khử băng Những điều kiện này thường xuất hiện ở cống rò rỉ hoặc các tuyến đập, làm tăng nguy cơ hư hỏng cho vật liệu.
- Ứng dụng mà thép tiếp xúc trực tiếp tấm lát gỗ Gỗ vẫn giữ độ ẩm và có thể được xử lý bằng chất muối bảo quản
- Những cây cầu trên đường cao tốc nơi tập trung bụi, nước muối dầy ở dưới cầu tích tụ lại ở các kết cấu thượng tầng
2.1.3 Thời gian ổn định lớp gỉ
Thời gian đạt trạng thái ổn định của lớp gỉ trên thép chịu ăn mòn khí quyển phụ thuộc vào điều kiện môi trường nơi thép được phơi bày Việc hiểu rõ ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và ô nhiễm không khí đến khả năng kháng ăn mòn của thép chịu thời tiết là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp bảo vệ hiệu quả.
Bảng 2.5 tóm tắt sự phát triển của hiện tượng ăn mòn khí quyển trên thép chịu thời tiết theo thời gian phơi bày Khí quyển được phân loại thành các khu vực như nông thôn, đô thị, công nghiệp và ven biển dựa trên đánh giá chủ quan về mức độ ô nhiễm, mà không xem xét đến yếu tố độ ẩm.
Bảng 2.5 Thông tin về sự phát triển ăn mòn khí quyển của thép chịu thời tiết truyền thống theo thời gian phơi bày[6]
Vị trí Quốc gia Khí quyển
Thời gian ổn định lớp gỉ (năm) Ở thời điểm phơi bày dài nhất (năm)
Tốc độ ăn mòn (m/năm)
South Bend Mỹ Nông thôn C2 5–10
Potter County Mỹ Nông thôn C2 3
State College Mỹ Nông thôn C3 3 7.3 (7 y) 1.9 (7 y)
Los Angeles Mỹ Đô thị C2 5 4.4 (5.3 y) 1.1 (5.3 y)
2.1 (8–16 y) Newark Mỹ Công nghiệp C3-C4 3 10.3 (7 y) 1.9 (7 y) Whiting Mỹ Công nghiệp C3-C4 3 10.3 (7 y) 1.8 (7 y)
Rankin Mỹ Công nghiệp C3 5–10 7.74 (10 y) 4.31 (10 y) Columbus Mỹ Công nghiệp C3 5–10 7.72 (10 y) 2.28 (10 y) Bethlehem Mỹ Công nghiệp C3 5 6.54 (10 y) 3.13 (10 y) Kure Beach
Point Reyes Mỹ Ven biển C4 7 18.0 (7 y) 3.3 (7 y)
Miraflores Panama Ven biển C3 >15 6.8 (16 y) 2.7 (16 y) Limon Bay Panama Ven biển C3 >15 12.7 (16 y) 2.0 (16 y)
Block Island Mỹ Ven biển C2-C3 >17
R∗: Tỷ số giữa ăn mòn thép carbon (CS) và ăn mòn thép chịu thời tiết (WS)
CÁC CHÚ Ý ĐỐI VỚI CẦU THÉP CHỊU THỜI TIẾT
2.2.1 Các chú ý về thiết kế, chi tiết
Nếu việc thiết kế và chi tiết cầu thép chịu thời tiết tốt thì nó sẽ hoạt động đạt được yêu cầu một cách tốt đẹp
2.2.1.1 Các chú ý về thiết kế
Mặc dù thép chịu thời tiết có tốc độ ăn mòn thấp hơn thép carbon thông thường, nhưng vẫn cần xem xét sự mất mát do ăn mòn trong suốt tuổi thọ của cầu Độ dày mất mát phụ thuộc vào mức độ nghiêm trọng của môi trường và được quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế Tại Việt Nam, chưa có quy định cụ thể, do đó có thể tham khảo tiêu chuẩn quốc tế Tại Nhật Bản, thép chịu thời tiết được quy định theo tiêu chuẩn G 3114 SMA, với mức mất mát ăn mòn tối đa là 0.5 mm trong 100 năm Ở Mỹ và Anh, quy định về ăn mòn được nêu trong ISO 9223.
Loại ăn mòn khí quyển
Loại môi trường thép chịu thời tiết Ăn mòn cho phép (mm/bề mặt)
(none) Dầm trong (dầm hộp) 0.5
- Không có giá trị ăn mòn cho phép đối với mặt bên trong của dầm hộp kín
- Các trị số ăn mòn cho phép được áp dụng đối với tất cả các đường hàn góc và một phần đối với đường hàn đối đầu
- Không có giá trị ăn mòn cho phép đối với các bu lông bằng thép chịu thời tiết loại HSFG
Các trị số độ ăn mòn cho phép áp dụng cho tất cả các bộ phận của kết cấu, bao gồm cả thép tăng cường và thép giằng Độ dày bổ sung này không được tính vào mặt cắt hiệu khi phân tích ứng suất, nhưng có thể được xem xét cho đặc tính mặt cắt trong phân tích tổng thể của toàn bộ kết cấu nếu cần thiết.
2.2.1.2 Các chú ý về chi tiết
Lớp gỉ bảo vệ thép chịu thời tiết chỉ hình thành khi thép trải qua chu kỳ ẩm và khô, vì vậy việc thiết kế cầu cần đảm bảo điều kiện này Dưới đây là một số lời khuyên quan trọng cho việc chi tiết kết cấu của cầu thép chịu thời tiết.
Hở khe co giãn là nguyên nhân chính gây khuyết tật ở cầu thép chịu thời tiết, do nước mưa và nước bẩn chảy vào đầu dầm Việc thiết kế khe co giãn cần được xem xét cẩn trọng; lý tưởng nhất là tránh sử dụng khe co giãn bằng cách xây dựng nguyên khối Nếu không thể tránh, nên đặt khe co giãn xa đầu dầm và sử dụng hệ thống thoát nước phi kim loại để dẫn nước rò rỉ ra khỏi kết cấu thép Ngoài ra, có thể sơn cục bộ ở mỗi đầu dầm dưới mối nối sàn với màu sắc phù hợp với màu sắc cuối cùng của công trình.
Thoát nước đối với thép chịu thời tiết:
Cầu thép chịu thời tiết cần được thiết kế tỉ mỉ để mọi bộ phận của kết cấu thép có khả năng khô ráo, tránh ẩm ướt và đảm bảo thông thoáng đầy đủ.
- Các chi tiết mối hàn phẳng có thể tạo thành các nơi chứa nước
- Các thép gia cường được gắn vào đáy bản cánh dầm cho phép kéo dài 50mm
- Tránh thiết kế các dầm quá gần nhau để cho thông gió được tốt
- Tránh thiết kế chồng lấp, hốc lõm, khe hở mà có thể thu hút hơi ẩm bởi ảnh hưởng mao dẫn
- Thiết kế dầm hộp kín hoặc bố trí đường vào, ống thoát nước và thông gió phù hợp
Để đảm bảo tính bền vững cho dầm hộp, cần kéo dài bản bụng thêm 20mm dưới đáy bản cánh Đối với bản mặt cầu liên hợp, nên chọn phần hẫng mặt cầu đủ rộng và có chi tiết chỉ nước tốt để bảo vệ dầm khỏi tác động của gió và mưa Hơn nữa, các ống thoát nước từ bản mặt cầu trên dầm nên được làm bằng vật liệu phi kim loại và có chiều dài đủ để ngăn nước phun vào bề mặt kết cấu thép.
Nước mưa từ kết cấu thép trong những năm đầu có thể chứa sản phẩm ăn mòn, gây nhuộm màu cho phần dưới Để tránh nguy cơ này, cần bố trí các chi tiết gờ trên mặt dưới của dầm và đảm bảo gối dốc thoải để nước có thể rơi xuống hệ thống thoát nước bên trong kết cấu.
Khả năng tương thích với các vật liệu khác:
Mặc dù cầu thép chịu thời tiết được thiết kế tốt sẽ không gặp phải vấn đề về gỉ sét, nhưng bề mặt bê tông, đá và gạch không tráng men của mố trụ cầu lại rất khó làm sạch Do đó, việc sử dụng loại sơn dễ dàng rửa sạch cho cấu trúc phần dưới là cần thiết để thuận tiện cho việc bảo trì và làm sạch bề mặt.
Các vấn đề khác để xem xét bao gồm:
- Các bộ phận được chôn trong đất nên được sơn
- Mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông phải được bịt kín với một chất keo thích hợp
- Các bộ phận được bọc trong bê tông không cần phải sơn
- Nên tránh các kết nối tiếp xúc giữa các vật liệu mạ không tương đồng như kẽm hoặc bu lông mạ cadmium
Cần thiết phải áp dụng các biện pháp ngăn cản lối đi tự do đến các dầm nhằm giảm thiểu tác hại đối với thép chịu thời tiết Tuy nhiên, việc này cần được thực hiện sao cho vẫn đảm bảo lối đi chuyên dụng cho công tác kiểm định, giám sát và làm sạch.
Cầu thép chịu thời tiết hiện nay không gây khó khăn cho các nhà sản xuất có kinh nghiệm trong chế tạo và lắp dựng Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất và lắp dựng, cần lưu ý một số vấn đề quan trọng để đảm bảo chất lượng và độ bền của cầu.
Mối nối hàn của kết cấu thép chịu thời tiết tương tự như kết cấu thép thông thường, nhưng cần thí nghiệm để xác định mức độ hợp lý của việc làm nóng sẵn thép trước khi hàn Đối với thép chịu thời tiết, que hàn phải có thành phần hóa học phù hợp với kim loại gốc, thường được sử dụng cho mối hàn góc và mối hàn đối đầu nhiều đường Que hàn C–Mn truyền thống có thể áp dụng cho phần thân của các mối hàn này, cũng như cho mối hàn đối đầu với mối hàn đơn mỗi bên và mối hàn góc đơn đến 8mm, miễn là chúng đủ hòa tan các thành phần hợp kim từ kim loại gốc vào đường hàn để đảm bảo sức kháng ăn mòn cần thiết.
Tất cả các mối nối hàn, bao gồm cả đường hàn góc, cần được hàn liên tục để ngăn ngừa sự xâm nhập của hơi ẩm và hạn chế các vị trí dễ bị ăn mòn, như các đường nứt.
Bu lông thép chịu thời tiết loại HSFG, cùng với đai ốc và gioăng đạt tiêu chuẩn hóa học ASTM A325, loại 3, hạng A hoặc tương đương, là lựa chọn tối ưu cho tất cả các mối nối bu lông "Tải trọng chỉ thị" của gioăng không nên được quy định, vì chúng không có giá trị thực tế trong các cấp thép chịu thời tiết và có thể gây ra nứt do ăn mòn Thay vào đó, phương pháp siết chặt như "quay siết chặt từng phần" nên được áp dụng Đối với thiết kế mối nối bu lông, hệ số trượt cần được tính toán giống như trong kết cấu thép thông thường.
Liên kết bu lông cần có tấm nối chồng để đảm bảo độ chắc chắn, nhưng điều này cũng có thể gây ra các khe hở tiềm ẩn Để giảm thiểu nguy cơ ăn mòn, việc thiết kế mối nối một cách cẩn thận theo các hướng dẫn phù hợp là rất quan trọng.
- Đảm bảo lắp đặt tốt bằng cách sử dụng các tấm ốp linh hoạt
- Khoảng cách tối đa giữa các bu lông gần kề tới mép cạnh bằng 14t nhưng không > 180mm
- Khoảng cách từ mép cạnh tới tâm bu lông bằng 8t nhưng không > 130mm (Trong đó t là bề dày của tấm mỏng hơn)
Nếu hướng dẫn này không thể đạt được, cạnh của mối nối nên được bảo vệ bằng chất trám kín phù hợp
Phun cát làm sạch nên được thực hiện sau khi chế tạo và trước khi vận chuyển đến công trường, nhằm hình thành lớp gỉ bảo vệ đồng đều Trong quá trình sản xuất và lắp dựng, cần tránh sử dụng sơn, sáp hoặc phấn để đánh dấu cấu trúc thép, vì việc tẩy sạch chúng rất khó khăn.
PHƯƠNG TRÌNH DỰ BÁO ĂN MÒN
Khi sử dụng thép chịu thời tiết trong xây dựng, việc ước lượng mức độ ăn mòn là rất quan trọng Điều này xuất phát từ thực tế rằng không thể cung cấp sản phẩm chỉ dựa trên kết quả thử nghiệm sau 100 năm.
Các nghiên cứu về ăn mòn thép chịu thời tiết cho thấy dữ liệu mất mát ăn mòn phù hợp với hàm lũy thừa, được ứng dụng phổ biến để dự đoán hành vi ăn mòn khí quyển của vật liệu này sau thời gian dài phơi bày Độ chính xác và độ tin cậy của hàm lũy thừa đã được nhiều tác giả xác nhận.
Phương trình 2.1 là phương trình dự báo ăn mòn đã được sử dụng phổ biến
Y = A* X B (2.1) hoặc theo chuyển đổi lôgarit của nó: lnY = lnA + B*lnX (2.2) Trong đó:
X: Thời gian phơi bày (năm)
Y: Giảm chiều dày tấm một mặt trung bình (mm)
A, B: hệ số và số mũ thay đổi
Giá trị B là một tiêu chí quan trọng để đánh giá khả năng chống ăn mòn của kim loại trong khí quyển theo thời gian dài Nó phụ thuộc vào loại kim loại, môi trường khí quyển, thời gian phơi bày tối đa và các điều kiện phơi bày cụ thể.
Tham số A là tiêu chí đánh giá tính nhạy ăn mòn khí quyển ngắn hạn, phản ánh sự phản ứng của bề mặt kim loại qua xu hướng hình thành lớp ăn mòn trong điều kiện phơi bày ngắn hạn Theo phương trình 2.1, với thời gian phơi bày 1 năm (X=1), suy ra Y=A, cho thấy hệ số A chỉ ra mức độ mất mát ăn mòn trong năm đầu tiên.
2.3.2 Hệ số A và số mũ B
Trong năm 1993, Viện Nghiên Cứu Công Trình Công Cộng Nhật Bản đề xuất A là hàm của muối trong không khí C như phương trình 2.3[7]
Hệ số B được xác định là 0.73, tuy nhiên, việc ước lượng mất mát ăn mòn của thép chịu thời tiết gặp phải hai vấn đề chính Thứ nhất, số mũ B không phải là hằng số mà thay đổi tùy theo các môi trường khác nhau Thứ hai, hệ số A không chỉ phụ thuộc vào nồng độ muối trong không khí (C) mà còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm.
Theo các nghiên cứu gần đây của các nhà nghiên cứu Nhật Bản, hệ số A bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian ngưng tụ ẩm, như được chỉ ra trong phương trình 2.4.
A = k(α*T+β)*TOW*C γ (2.4) TOW: thời gian ngưng tụ ẩm (giờ/năm)
T: nhiệt độ ( o C) k: hằng số α, β, γ: hệ số phụ thuộc vào thành phần thép
Số mũ B là chỉ số đo lường hiệu quả bảo vệ, với giá trị thay đổi từ 0.6 đến 1.0 khi A biến đổi Biểu đồ 2.2 minh họa mối quan hệ giữa A và B tại 41 điểm khảo sát cầu B không phải là hằng số và được hồi quy theo A.
Biểu đồ 2.2 Mối quan hệ giữa hệ số A và số mũ B ở phương trình 2.1 của thép JIS-SMA
MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CÁC THAM SỐ MÔI TRƯỜNG CHO VIỆC SỬ DỤNG THÉP CHỊU THỜI TIẾT TRUYỀN THỐNG
SỬ DỤNG THÉP CHỊU THỜI TIẾT TRUYỀN THỐNG
2.4.1 Nồng độ muối trong không khí
Nồng độ muối trong không khí là yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn của thép chịu thời tiết Các tiêu chuẩn quốc tế về sử dụng thép chịu thời tiết thường dựa vào giá trị này để xác định giới hạn phạm vi sử dụng của loại thép này.
Theo hướng dẫn sử dụng thép chịu thời tiết không sơn cho thép JIS SMA, loại thép này được khuyến nghị sử dụng trong môi trường có nồng độ muối trong không khí dưới 0.05 mdd (NaCl: mg/dm²/ngày) Tốc độ ăn mòn tối đa cho phép của thép chịu thời tiết là 6 μm/năm, theo quy định được đề xuất vào năm 1993.
Biểu đồ 2.3 Hướng dẫn áp dụng cho cầu thép không sơn cho thép chịu thời tiết truyền thống ở Nhật Bản [1]
Giới hạn nồng độ muối < 0.05 mdd cũng là giới hạn áp dụng đối với các loại thép chịu thời tiết mang nhãn hiệu Cor-ten ở Mỹ
Theo tiêu chuẩn BD 7 của Bộ Giao thông Vận tải Vương Quốc Anh, được đề xuất vào năm 1981, việc sử dụng thép chịu thời tiết không sơn không được khuyến khích khi nồng độ clorua vượt quá 0.1 mdd.
Biểu đồ 2.4.Ảnh hưởng của nồng độ muối trong không khí đến ổn định lớp gỉ bảo vệ thép chịu thời tiết[6]
Trong những năm gần đây, các nhà sản xuất đã phát triển các loại thép chịu thời tiết mới với hàm lượng Niken cao, giúp tăng cường khả năng kháng ăn mòn Những loại thép này có thể được sử dụng trong môi trường có hàm lượng muối trong không khí lên tới 0.6 mdd, mang lại hiệu quả vượt trội trong việc chống lại sự ăn mòn.
Biểu đồ 2.5.Kết quả mất mát ăn mòn ước lượng của thép chịu thời tiết kháng ăn mòn cao thêm Niken sau 100 năm[7]
2.4.2 Mối quan hệ giữa lượng muối thổi đến và khoảng cách bờ biển
Nồng độ muối biển trong không khí thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố như khoảng cách từ bờ biển, hướng và tốc độ gió, độ ẩm, và độ che chắn, đồng thời giá trị này cũng biến đổi theo mùa Chính vì vậy, nồng độ muối biển khác nhau giữa các vùng khác nhau Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra mối quan hệ giữa lượng muối thổi đến và khoảng cách từ bờ biển trong các khu vực nhất định.
Công thức của Herron và Langway mô tả sự thay đổi hàm lượng muối biển trong không khí theo khoảng cách từ bờ biển, được trình bày trong tài liệu[9] Các tác giả chỉ ra rằng, trong vòng 300 km từ bờ, hàm lượng muối này chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách từ bờ biển Sự biến đổi của hàm lượng muối biển trong không khí có thể được thể hiện qua công thức tính toán cụ thể.
Nồng độ muối trong không khí tại một địa điểm có thể được ước lượng dựa vào nồng độ muối Y0 ở cự ly x từ bờ biển và khoảng cách D từ vị trí này đến vị trí cần tính Phương pháp này cho phép xác định nồng độ muối biển ở các khu vực khác nhau trong môi trường.
Một nghiên cứu của Khandaker M.A Hossain và Said M Easa đã xác định sự phân bố của muối biển trong không gian tại khu vực Chittagong, Bangladesh Nghiên cứu sử dụng phương pháp nến ướt (Wet Candle Method) tại 12 trạm thí nghiệm, từ đó xây dựng mối tương quan giữa nồng độ muối biển trong không khí và khoảng cách từ bờ biển, được thể hiện qua phương trình 2.7.
= 4.4783 (2.7) Trong đó x là khoảng cách từ bờ biển (km) và y là lượng muối thổi đến (mg/dm 2 /ngày)
Nghiên cứu tại Nhật Bản chỉ ra mối liên hệ giữa lượng muối biển thổi vào và khoảng cách từ bờ biển, được mô tả qua phương trình 2.8 dưới đây.
Biểu đồ 2.6 Lượng muối biển thổi đến theo phương trình 2.7 và 2.8
Nồng độ muối biển trong không khí khác nhau ở các khu vực khác nhau Trong nghiên cứu, có thể tham khảo các nghiên cứu toàn cầu để định hướng ban đầu, nhưng lượng muối biển cần được xác định lại thông qua các phép đo thực tế.
2.4.3 Thời gian ngưng tụ ẩm và nhiệt độ
Thời gian ngưng tụ ẩm (TOW) theo tiêu chuẩn ISO 9223 được xác định là khoảng thời gian mà độ ẩm không khí vượt quá 80% và nhiệt độ cao hơn 0°C Thời gian này được đo bằng đơn vị giờ mỗi năm.
Khí hậu nhiệt đới với độ ẩm cao dễ gây ngưng tụ ẩm trên bề mặt, tạo điều kiện cho các tác động ăn mòn mạnh mẽ lên vật liệu thép Sự kết hợp của muối và các chất ô nhiễm trong không khí như Cl- và SOx càng làm gia tăng mức độ ăn mòn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền và tuổi thọ của thép.
Theo ISO 9223, thời gian ngưng tụ ẩm được phân thành năm nhóm tương ứng với các mức khác nhau như bảng sau
Bảng 2.8 Phân nhóm thời gian ngưng tụ ẩm
Loại TOW τ1 TOW< τ2 10 < TOW