Hiệu quả của một số loại sơn bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép trong bê tông khi sử dụng nước biển

VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 43 
HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ LOẠI SƠN BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO 
CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG NƯỚC BIỂN 
ThS. PHAN VĂN CHƯƠNG 
Viện KHCN Xây dựng 
Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu 
khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép của 
một số loại sơn phủ đặc trưng. Các nghiên cứu 
được thực hiện trong phòng thí nghiệm với nước 
biển nhân tạo có nồng độ muối NaCl 5% được 
trộn vào trong bê tông. 
1. Đặt vấn đề 
 Từ đầu thế kỷ XX, các quốc gia như Mỹ, Anh, 
Pháp, đã bắt đầu nghiên cứu và sử dụng nước 
biển để chế tạo BTCT nhằm mục đích quân sự 
hóa các đảo đã chiếm được trong chiến tranh. 
Một số kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng có thể sử 
dụng nước biển để chế tạo bê tông và bê tông 
cốt thép trong các điều kiện cụ thể, đồng thời 
phải áp dụng các biện pháp bảo vệ chống ăn 
mòn cho cốt thép. 
 Nước ta có bờ biển dài khoảng 3260 km [1], tại 
những vùng khan hiếm nước ngọt, có thể phải 
dùng nước biển để chế tạo bê tông, việc sử dụng 
nước biển để chế tạo BTCT nếu không có biện 
pháp bảo vệ cốt thép thì khả năng cốt thép bị ăn 
mòn sẽ cao và vật liệu sử dụng sẽ không đáp 
ứng được yêu cầu kỹ thuật như trong TCVN 9346 
: 2012 [2]. 
 Đề tài bước đầu nghiên cứu khảo sát lựa chọn 
03 loại sơn Epoxy EP 02, Xi măng-polime AC-05, 
PU – 3000 sơn lên cốt thép với chiều dày khác 
nhau để nghiên cứu bảo vệ chống ăn mòn cho 
cốt thép khi sử dụng nước biển để chế tạo bê 
tông. 
2. Vật liệu sử dụng khi nghiên cứu 
2.1 Xi măng 
Đề tài sử dụng xi măng PCB40 Chinfon Hải 
Phòng. Các chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng đáp ứng 
yêu cầu kỹ thuật TCVN 2682:2009 [3]. 
2.2 Cát 
 Sử dụng cát vàng sông Lô. Các chỉ tiêu cơ lý 
của cát Sông Lô đạt tiêu chuẩn TCVN 
7570:2006[4]. 
2.3 Đá 
 Sử dụng đá mỏ Kiện Khê. Các chỉ tiêu kỹ 
thuật đáp ứng yêu cầu TCVN 7570 : 2006. 
2.4 Nước biển: 
 Nước biển nhân tạo được chế tạo tại phòng 
thí nghiệm với nồng độ muối NaCl 5% . 
3. Cấp phối bê tông và chiều dày màng sơn 
khi nghiên cứu 
3.1 Cấp phối bê tông 
 Cấp phối bê tông mác M30, thí nghiệm thiết 
kế cấp phối theo “Chỉ dẫn Kỹ thuật chọn thành 
phần bê tông các loại” [5]. 
Bảng 1. Cấp phối bê tông thí nghiệm 
Mẫu bê tông Xi măng (kg) Cát(kg) Đá(kg) Nước ngọt (lít) Nước biển (lít) 
Sử dụng nước biển 413,4 671,3 1070 - 189,1 
BT đối chứng 413,4 671,3 1070 193,1 
VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG 
44 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 
3.2 Chiều dày màng sơn trên bề mặt cốt thép 
khi thử nghiệm 
Để nghiên cứu cường độ liên kết giữa cốt 
thép khi được sơn phủ và bê tông, nghiên cứu 
gia tốc ăn mòn cốt thép tác giả đã lựa chọn 03 
loại sơn: Sơn Epoxy EP 02, Sơn Xi măng-polime 
AC-05, Sơn PU – 3000 sơn lên cốt thép khi thử 
nghiệm với 3 lớp có chiều dày khác nhau như 
trong bảng 2, phương pháp đo theo tiêu chuẩn 
TCVN 9406 : 2012 [6]. 
Bảng 2. Kết quả chiều dày màng sơn khi thử nghiệm 
 Thép 
Loại sơn Thép tròn trơn Thép vằn 
Sơn PU – 3000 
1 lớp 53,8 69,3 
2 lớp 105,8 135,6 
3 lớp 205 235 
Sơn Xi măng-polime 
AC-05 
1 lớp 120 125,2 
2 lớp 220 245,5 
3 lớp 332 365,5 
Sơn Epoxy EP 02 
1 lớp 60,2 68,8 
2 lớp 118,8 132,6 
3 lớp 200,5 221,6 
4. Kết quả nghiên cứu 
4.1 Cường độ liên kết giữa cốt thép và bê tông 
Cường độ liên kết giữa cốt thép và bê tông 
được tiến hành thử trên mẫu thép tròn trơn Φ 10. 
Mẫu bê tông có kích thước 10x10x20 cm trong đó 
thép được quét phủ các loại sơn khác nhau và 
mẫu đối chứng không quét phủ. Kết quả được 
đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM A934 [8]. 
Bảng 3. Cường độ liên kết giữa cốt thép được sơn phủ và bê tông (tấn) 
Loại sơn 
Lực kéo, tấn (%) 
1 lớp 2 lớp 3 lớp 
Sơn Epoxy – 02 5,9(88,72) 6,9(103,76) 6,3(94,74) 
Sơn Xi măng-polime AC-05 6,1(91,73) 5,9(88,72) 5,5(82,71) 
Sơn polyurethane 3000 5,3(79,70) 6,6(99,25) 6,58(98,95) 
Mẫu đối chứng 6,65(100) 
Hình 1. Biểu đồ cường độ liên kết giữa cốt thép 
được sơn phủ và bê tông 
Hình 2. Phần trăm cường độ liên kết giữa cốt thép 
được sơn phủ và bê tông với mẫu đối chứng 
Nhận xét: Từ kết quả trên cho thấy cường độ liên kết 
cốt thép được sơn phủ và bê tông của các loại 
VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 45 
sơn phủ của 3 lớp là khá tốt. Với từng loại sơn, 
cường độ liên kết tốt với chiều dày sơn khác 
nhau. Trong 3 loại sơn, Epoxy EP02 2 lớp có 
cường độ liên kết tốt nhất đạt 103,8%, tiếp đến là 
Polyurethane 3000 sơn 2 lớp đạt 99,25%, cuối 
cùng đến xi măng polymer AC05 1 lớp có cường 
độ liên kết tốt nhất đạt 91,73% so với mẫu đối 
chứng. Sơn PU 3000 1 lớp đạt 79,7% ~ 80% so 
với mẫu đối chứng. Nếu đánh giá theo ASTM 
A934, mẫu sơn được coi là đạt yêu cầu nếu 
cường độ liên kết không nhỏ hơn 80% so với 
mẫu đối chứng. Vậy cường độ liên kết giữa cốt 
thép được sơn phủ và bê tông là đạt yêu cầu. 
4.2 Đo độ bền uốn của màng sơn 
Thí nghiệm độ bền uốn thể hiện sự làm việc 
đồng thời của cốt thép khi sơn và bê tông, khi kết 
cấu chịu tác động của tải trọng bị nứt thì sơn có 
còn khả năng bảo vệ cốt thép khỏi tác động ăn 
mòn nữa không. Nếu sơn không bị rạn hay nứt, 
mặc dù bê tông bị nứt thì vẫn đảm bảo được tính 
chất bảo vệ cốt thép khi có sự xâm nhập của tác 
nhân ăn mòn bên ngoài. Phương pháp thí 
nghiệm theo TCVN 2099- 2007 [7]. 
Bảng 4. Độ bền uốn của các màng sơn 
 Trục 
Loại sơn Φ 2 Φ 3 Φ 4 
Sơn PU 3000 1 lớp Đạt Đạt Đạt 
2 lớp Đạt Đạt Đạt 
3 lớp Không đạt Đạt Đạt 
Sơn 
Xi măng-polyme 
AC 05 
1 lớp Có hiện tượng rạn Đạt Đạt 
2 lớp Có hiện tượng rạn Đạt Đạt 
3 lớp Có hiện tượng rạn Có hiện tượng rạn Đạt 
Sơn Epoxy EP 02 1 lớp Đạt Đạt Đạt 
2 lớp Đạt Đạt Đạt 
3 lớp Đạt Đạt Đạt 
Nhận xét: Các kết quả nghiên cứu ta thấy, việc 
sử dụng lớp sơn, của các loại sơn khác nhau đạt 
qua trục Φ 4 là có thể thỏa mãn yêu cầu về độ 
uốn theo ASTM A934 trong quá trình sử dụng 
sơn cốt thép. 
4.3 Hiệu quả chống ăn mòn của sơn phủ khi 
thí nghiệm bằng phương pháp gia tốc (theo 
phương pháp gia tốc NT Build 356) 
Kết quả thí nghiệm: 
 Ngày bắt đầu thí nghiệm gia tốc ăn mòn là 
5/12/2015. 
Bảng 5. Theo dõi của quá trình đo gia tốc ăn mòn 
Loại 
sơn 
Lớp Sau 3 
ngày 
Sau 6 
ngày 
Sau 9 
ngày 
Sau 12 
ngày 
Sau 15 
ngày 
Sau 18 
ngày 
Sau 25 
ngày 
Sau 33 
ngày 
Sau 40 
ngày 
 1 KHT CG XHGV GV GV GV GN GN GN 
EP02 2 KHT KHT CG CG CG XHGV GV GV GV 
 3 KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT 
PU 
3000 
1 KHT CG CG XHGV GV GN GN GN GN 
2 KHT KHT CG CG XHGV XHGV GV GV GV 
3 KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT 
AC05 
1 KHT CG XHGV GV GV GN GN GN GN 
2 KHT KHT CG CG XHGV GV GV GN GN 
3 KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT 
Mẫu đối 
chứng CG GV GV GN GN GN GN GN GN 
Ghi chú: 
VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG 
46 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 
KHT: Mẫu chưa bị gỉ GV: Cốt thép bị gỉ vàng 
CG : Bắt đầu xuất hiện gỉ GN: Cốt thép bị gỉ nâu 
XHGV: Xuất hiện các đốm gỉ vàng 
Hình 3. Sự phát triển gỉ cốt thép khi sơn phủ EP 02 so với mẫu đối chứng 
Hình 4. Sự phát triển gỉ cốt thép khi sơn phủ PU3000 so với mẫu đối chứng 
Hình 5. Sự phát triển gỉ cốt thép khi sơn phủ AC 05 so với mẫu đối chứng 
Nhận xét: 
Sau hơn 1 tháng thử nghiệm ăn mòn cốt thép 
bằng phương pháp gia tốc cho thấy: 3 loại sơn có 
chiều dày 3 lớp đều có khả năng chống ăn mòn 
cho cốt thép. Ba loại sơn có 3 lớp không có hiện 
tượng ăn mòn cốt thép tại thời điểm kết thúc đo. 
Mẫu đối chứng xuất hiện gỉ từ ngày thứ 3, còn 
các mẫu sơn 1 lớp xuất hiện từ ngày thứ 6, ngày 
thứ 9 . 
VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG 
Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 47 
4.4 Nghiên cứu quá trình ăn mòn trong điều 
kiện tự nhiên 
 Sau 17 tháng đặt mẫu trong điều kiện tự 
nhiên, tác giả đã đập bỏ phần bê tông bảo vệ của 
các mẫu có sơn 01 lớp lên cốt thép và quan sát 
lớp sơn bảo vệ cốt thép. Lớp sơn bảo vệ không 
bị lão hóa hay bong tróc. Cốt thép được phủ sơn 
bảo vệ chưa bị ăn mòn, tuy nhiên cốt thép của 
mẫu đối chứng đã bị ăn mòn, xuất hiện gỉ lấm 
tấm.
Hình 6. Đập mẫu bê tông để quan sát cốt thép khi mẫu trong điều kiện tự nhiên 
5. Kết luận 
Một số kết luận bước đầu của nghiên cứu: 
- Đo cường độ liên kết giữa cốt thép được 
sơn phủ và bê tông bằng 3 loại sơn PU-3000, 
EP-02, AC-05 ta thấy: Theo cách đánh giá của 
ASTM A934 thì cường độ liên kết đều đạt yêu 
cầu. Trong đó cường độ liên kết tốt nhất khi cốt 
thép sơn EP-02 2 lớp đạt 103,76% so với mẫu 
đối chứng; 
- Đo gia tốc ăn mòn: Với mẫu đối chứng cốt 
thép bắt đầu gỉ ở ngày thứ 3, với mẫu cốt thép 
được sơn 3 lớp có khả năng bảo vệ khỏi ăn mòn 
là tốt hơn; 
- Sau 17 tháng phơi mẫu trong điều kiện tự 
nhiên, cốt thép được sơn phủ 01 lớp của 03 loại 
sơn đều không bị ăn mòn, mẫu đối chứng bị ăn 
mòn. 
Để đảm bảo làm việc đồng thời giữa cốt thép 
được sơn phủ và bê tông cũng như khả năng 
chống ăn mòn thì sơn EP-02 sơn 02 lớp là tốt 
hơn cả. 
6. Kiến nghị 
Từ những kết quả bước đầu của việc nghiên 
cứu đề tài, kiến nghị: 
- Tiếp tục nghiên cứu gia tốc ăn mòn cho đến 
khi giới hạn mẫu phá hủy, đo tốc độ ăn mòn cốt 
thép theo từng chu kỳ và theo ASTM G59; 
- Đối với mỗi loại sơn, sử dụng mô hình toán 
quy hoạch thực nghiệm đo đạc trong phòng thí 
nghiệm nhiều chỉ tiêu khác nhau để tìm ra chiều 
dày màng sơn tối ưu chống ăn mòn cho cốt thép; 
- Xây dựng một số mô hình thí nghiệm mô 
phỏng quá trình ăn mòn cốt thép trong môi 
trường biển đảo; 
- Áp dụng kết quả nghiên cứu vào trong thực tế. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Phan Văn Chương (2001), “Nghiên cứu ảnh 
hưởng của chiều dày màng sơn Epoxy giàu 
kẽm- Polyurethane đến tính năng chống ăn mòn 
kết cấu thép trong môi trường khí quyển biển 
Việt Nam”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Đại học 
Xây dựng. 
[2]. TCVN 9346 : 2012 kết cấu bê tông và bê tông 
cốt thép- Yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn trong 
môi trường biển. 
[3]. TCVN 2682 : 2009 Xi măng pooc lăng- Yêu cầu 
kỹ thuật. 
[4]. TCVN 7570 : 2000 Cốt liệu cho bê tông và vữa - 
yêu cầu kỹ thuật. 
[5]. Chỉ dẫn Kỹ thuật chọn thành phần bê tông các 
loại, Bộ Xây dựng, Hà Nội, 1998. 
[6]. TCVN 9406 : 2012 Sơn – Phương pháp không 
phá huỷ xác định chiều dày màng sơn khô. 
[7]. TCVN 2099 : 2007 Sơn và vecni - Phép thử uốn 
(trục hình trụ). 
[8]. ASTM A934/A934M-01 Standard Specification 
for Epoxy-Coated Prefabricated Steel 
Reinforcing Bars. 
Ngày nhận bài: 7/6/2016. 
Ngày nhận bài sửa lần cuối: 12/7/2016.