Một Số đặc điểm Của Thép Chịu Thời Tiết Khả Năng áp Dụng Tại Việt Nam

1. Giới thiệu chung

Thép chịu thời tiết được áp dụng tương đối nhiều ở các nước có nền công nghiệp sản xuất thép tiên tiến. Với khả năng tự bảo vệ gỉ, tính bền, mầu sắc đặc trưng thì thép chịu thời tiết là lựa chọn tốt đối với các kết cấu ngoài trời mang tính chất trưng bày như các tác phẩm nghệ thuật điêu khắc, kết cấu cầu đường, dân dụng và các kết cấu thép khác. Thép chịu thời tiết là thép hợp kim thấp, có cường độ cao, tự bảo vệ gỉ bằng cách tạo ra lớp ôxit trên bề mặt kết cấu thép, lớp ôxit này sau đó làm nhiệm vụ chống gỉ cho thép. Do đó khi dùng loại thép này chúng ta không cần sơn hoặc các biện pháp chống gỉ khác, tiết kiệm được kinh phí bảo dưỡng khi sử dụng kết cấu.

Qua khảo sát bề mặt thép đang khai thác đã cho thấy hiện tượng gỉ rất ít ngay cả khi kết cấu thép không được sơn hoặc mạ kẽm. Thép có thể được khai thác trong một thời gian dài mà hầu như không tốn phí chi phí bảo dưỡng.

Lịch sử phát triển thép chịu thời tiết

- Năm 1910: một loại thép được pha thêm đồng đỏ đã chon sức kháng gỉ bằng 2 lần thép thông thường.

- Những năm 1930: được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp ô tô.

- Trong những năm 1940 - 1960: phát triển thép chịu thời tiết, pha thêm các chất như:crom, phốtpho, silic, niken.

- Những năm 1960: được sử dụng phổ biến trong cầu đường và nhà cao tầng.

- Cho đến nay: được sử dụng nhiều trong cả nghệ thuật điêu khắc.

2. Một số đặc điểm của thép chịu thời tiết

Đặc trưng vật liệu cũng như khả năng chống lại gỉ trong không khí đã tạo ra cho nó một số đặc điểm đặc biệt như sau:

- Tốn ít công kiểm tra, bảo dưỡng kết cấu: Việc bảo dưỡng,kiểm tra và vệ sinh định kỳ là việc làm cần thiết đẻ đảm bảo duy trì khả năng hoạt động tốt cho kết cấu. Thép chịu thời tiết áp dụng rất tốt cho cầu và các kết cấu khác tại những vị trí khó hoặc nguy hiểm khi tiếp cận và những vị trí mà khả năng hư hỏng trong tương lai cần được giảm đến mức tối thiểu.

- Giá đầu tư ban đầu: Giá thành ban đầu của loại thép này lớn hơn thép thông thường, tuy nhiên cần phải đem so sánh với việc cộng thêm giá của hệ thống sơn chống gỉ trong nhiều năm khai thác của cầu vì thép chịu thời tiết cần ít công bảo dưỡng.

- Giảm thời gian xây dựng: Toàn bộ thời gian xây dựng giảm do thời gian thi công trong xưởng và tại hiện trường.

- Diện mạo bề mặt thép: Diện mạo bề mặt thép thường có mầu pha trộn thích hợp với môi trường. Mầu sắc thường thay đổi theo tuổi công trình.

- Giảm các tác động vào môi trường: Giảm thiểu được các tác động đến các vấn đề môi trường do rơi vãi bụi từ công tác sơm bảo vệ và từ bụi bản do công việc bảo dưỡng trong tương lai.

- An toàn đối với con người: Vấn đề sức khỏe và an toàn tùy thuộc vào việc loại trừ công tác sơn chống gỉ ban đầu và giảm tiểu những rủi ro trong việc bảo dưỡng sau này.

- Khả năng chịu nhiệt độ cao: Có khả năng làm giảm mức độ ô xy hóa của thép ở nhiệt độ trên 400oC. Điều này phụ thuộc vào thời gian cấp nhiệt và điều kiện môi trường. Tuy nhiên, thép chịu thời tiết lại không phù hợp với các cấu kiện chịu tải trọng quan trọng như gối cầu khi nhiệt độ trên 450oC.

Lớp gỉ được hình thành trên hầu hết bề mặt thép thường sau một thời gian khai thác. Vì vậy, quá trình xác định tốc độ gỉ được thể hiện qua một họ các đường cong mà góc nghiêng phụ thuộc vào sự xâm hại của môi trường.

Với thép chịu thời tiết, quá trình gỉ của thép được băt sđầu trong cùng thời gian, nhưng các phần tử hợp kim đặc trưng trong sản xuất thép tạo ra một lớp gỉ bền bên ngoài để tham gia chống gỉ với thép phía trong. Lớp gỉ này phát triển dưới điều kiện ẩm ướt và khô xen kẽ nhau để tạo ra một lớp ôxit chống gỉ, ngăn chặn sự thâm nhập ô xy và hơi ẩm. Kết quả là đã làm giảm tốc độ gỉ của thép.

3. Khả năng áp dụng tại Việt Nam

Trong tháng 11/2006, Liên đoàn thép Nhật Bản ông Sakata - Trưởng phòng vật liệu và kiến trúc, Công ty thép Nhật Bản hợp tác với Bộ môn CTGTTP - Đại học Giao thông vận tải điều tra hiện trạng thép cầu Chợ Thượng nằm trên tuyến đường sắt Thống nhất Bắc - Nam sử dụng kết cấu giàn thép chịu thời tiết không sơn do Nhật Bản giúp đỡ xây dựng vào tháng 5 năm 2000. Cầu này nằm tại lý trình 338 từ Hà Nội trên địa phận tỉnh Hà Tĩnh. Đây là một cầu trong kế hoạch thay thế 44 cầu đường sắt trên tuyến đường sắt Bắc - Nam.

Cầu Chợ Thượng gồm 4 nhịp giàn thép Lnhịp = 61m, chiều dài toàn cầu L=250m, được chế tạo tại Công ty Nippon Steel - Nhật Bản. Giàn thép sử dụng thép chịu thời tiết SMA 400AW, SMA 400AP, BP. Tổng trọng lượng thép toàn cầu là 680tấn.

Dưới đây là một vài số liệu của một số vị trí đã được điều tra ở cầu Chợ Thượng:

' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.7478.1302' />

Nhận xét

Qua quan sát thép tại cầu Chợ Thượng sau 5 năm khai thác thấy khả năng chống gỉ của phần thép chịu thời tiết không sơn là rất tốt, hầu hết các cấu kiện có độ gỉ cấp 4, một số vị trí chịu tác động trực tiếp của hướng gió, mưa và bề mặt ẩm ướt thì có độ gỉ là cấp 3 độ gỉ được đánh giá theo tiêu chí của Liên đoàn thép Nhật Bản. Theo đánh giá chung thì độ gỉ cấp 3 và cấp 4 là tương đối giống nhau. Chiều dày gỉ trung bình cho các cấu kiện khoảng 80 μm đến 140μm trong trường hợp độ gỉ cấp 4 và 10μm đến 190μm trong trường hợp độ gỉ cấp 3. Theo số liệu được đo ở Nhật Bản thì chiều dày thép mất khoảng 30% do gỉ của thép. Vì vậy quy ước coi khoảng 20μm đến 40μm trong trường hợp độ gỉ cấp 4 và 30μm đến 60μm trong trường hợp độ gỉ cấp 3.

Kết luận

Với các đặc điểm của thép chịu thời tiết và các số liệu điều tra về gỉ của thép cầu Chợ Thượng như ở trên thì có thể thấy rằng: khả năng áp dụng thép chịu thời tiết là rất phù hợp với điều kiện khó bảo dưỡng thường xuyên và tiết kiệm chi phí để sơn chống gỉ cho các kết cấu thép, đặc biệt là cầu thép đường sắt. Loại thép này nên được nghiên cứu áp dụng rộng rãi trong điều kiện khí hậu nước ta, nhất là những nơi khó có điều kiện bảo dưỡng thường xuyên như tuyến đường sắt và đường bộ qua những nơi xa, hẻo lánh.

GS. TS. Nguyễn Viết Trung, KS. Trần Việt Hùng

Nguồn: Tạp chí Cầu đường Việt Nam, số 3/2007