ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA BÊ TÔNG VÀ ĐỘ ẨM MÔI TRƯỜNG
ĐẾN ĐẶC TÍNH ANỐT CỦA LỚP KẼM PHUN TRÊN BÊ TÔNG

ThS. BÙI THỊ THANH HUYỀN
TS. HOÀNG THỊ BÍCH THỦY
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
TS. LÊ THU QUÝ
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

1. Đặt vấn đề
Sự hư hại các công trình bê tông cốt thép ở vùng biển hoặc trong môi trường biển chủ yếu là do
cốt thép bị ăn mòn dưới tác động của ion clo xâm nhập từ môi trường biển vào trong bê tông. Vùng
gây ăn mòn mạnh nhất đối với cốt thép là vùng nước toé và vùng nước lên xuống. Hiện nay, việc
chống ăn mòn cho cốt thép trong bê tông ở nước ta được thực hiện theo hướng dẫn của TCXDVN
327:2004 trong đó có chỉ định phương pháp bảo vệ catốt. Lớp kẽm phun trên bê tông có khả năng ứng
dụng làm anốt trong hệ bảo vệ catốt để chống ăn mòn cho các công trình biển Việt Nam. Bài báo này
trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của bê tông có trộn phụ gia siêu mịn silicafum hoặc phụ gia ức chế
canxinitrit cũng như ảnh hưởng của độ ẩm môi trường (vùng ngập nước) đến tính chất của lớp kẽm phun
trên bê tông dùng làm anốt trong hệ bảo vệ catốt.

2. Thực nghiệm
a) Mẫu bê tông phun kẽm
Mẫu bê tông cốt thép gồm 2 loại:
- S (Bê tông có phụ gia siêu mịn PP1 với hàm lượng 5% khối lượng xi măng và siêu dẻo R4 với tỉ lệ
0,8l/100kg xi măng).
- C (Bê tông có phụ gia ức chế canxinitrit với hàm lượng 2% khối lượng xi măng).
Cốt thép là thép

8 có diện tích bề mặt làm việc là 10cm
2
. Lớp kẽm được phun lên bề mặt bê tông

Trên hình 1 là biến thiên điện thế hở mạch của các lớp kẽm phun trên bê tông trong môi trường
NBNT theo thời gian, điện thế của các mẫu ngập chu kỳ được đo ở cuối thời gian ngập nước.

0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40
Thời gian (ngày)
E (-mV.vs Ag/AgCl)
Mẫu C ngập 0,5 cm Mẫu C ngập chu kỳ
Mẫu S ngập 0,5 cm Mẫu S ngập chu kỳ

Hình 1.

Sự biến thiên điện thế hở mạch của các lớp kẽm phun trên bê tông
theo thời gian ở các chế độ ngập nước khác nhau

Từ hình 1 ta thấy, điện thế hở mạch của lớp kẽm phun trong điều kiện ngập chu kỳ (cả mẫu S và
C) khá ổn định theo thời gian, có giá trị từ -950 đến -1020 mV so với điện cực bạc clorua và hầu như
không có sự khác nhau đáng kể về giá trị điện thế của lớp kẽm phun trên hai loại mẫu. Giá trị này
cũng tương tự như trong trường hợp mẫu bê tông không có phụ gia hay ức chế [3].
Ở chế độ ngập 0,5cm thì điện thế hở mạch của các mẫu kém ổn định hơn và dương hơn nhiều so với
các mẫu ngập chu kỳ. Ngoài ra còn thấy sự khác biệt rõ về điện thế của lớp kẽm phun giữa các mẫu bê
tông loại C và loại S. Điện thế hở mạch của mẫu loại S (từ -525 đến -700 mV) âm hơn của mẫu loại C
(từ -420 đến -500 mV). Điều này có thể do ảnh hưởng của thành phần bê tông đối với quá trình ăn mòn
kẽm trên bê tông ở chế độ này. Giá trị điện thế của các lớp kẽm phun đều nằm trong vùng ăn mòn theo


6,35

Tốc độ tự hòa tan của lớp kẽm trên các loại bê tông có giá trị khác nhau nhiều và ở giai đoạn ướt
thường lớn gấp nhiều lần ở giai đoạn khô của chu kỳ. Tốc độ tự hòa tan của lớp kẽm trên mẫu C lớn hơn
trên các mẫu S trong trường hợp ngập chu kỳ, nhưng cả hai trường hợp đều có tốc độ nhỏ hơn nhiều so
với lớp kẽm phun trên bê tông thường [3]. Tốc độ tự hòa tan của hai loại mẫu ở chế độ ngập 0,5 cm là
gần như nhau và thấp hơn đáng kể so với ở chế độ ngập chu kỳ.
Số liệu thu được về điện thế hở mạch và tốc độ tự hòa tan của lớp kẽm phun trên bê tông có phụ
gia siêu mịn (mẫu S) và phụ gia ức chế (mẫu C) ở các chế độ ngập nước khác nhau cho thấy các thông
số này chịu ảnh hưởng bởi độ ẩm mạnh hơn là thành phần bê tông. Điều này cũng tương hợp với
nghiên cứu của tác giả K.Videm cho rằng độ ẩm có ảnh hưởng nhiều tới tính chất điện hoá của kẽm
trong vữa xi măng: khi mức ẩm môi trường càng cao thì vữa được bão hòa nước càng nhiều, điện thế
ăn mòn âm hơn và tốc độ ăn mòn cũng lớn hơn [4].
Như vậy, chế độ ngập nước (độ ẩm) có ảnh hưởng lớn đến điện thế hở mạch và tốc độ tự hòa tan của
lớp kẽm phun. Khi độ ẩm càng cao thì điện thế hở mạch càng âm và tốc độ tự hòa tan càng lớn. Phụ gia,
ức chế trong bê tông ảnh hưởng không đáng kể đến giá trị và độ ổn định của điện thế nhưng ảnh hưởng
khá rõ đến tốc độ tự hòa tan của lớp kẽm phun ở chế độ ngập chu kỳ. Ở chế độ ngập 0,5 cm thì các loại
phụ gia này không ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ tự hòa tan nhưng có ảnh hưởng đến điện thế của lớp
kẽm phun trên bê tông, điện thế của lớp kẽm phun trên bê tông có ức chế dương hơn trên bê tông có phụ
gia ở chế độ này.
3.2. Đặc tính anốt của lớp kẽm phun trong hệ bảo vệ catốt cho cốt thép trong bê tông
Đặc tính anốt của lớp kẽm phun trong hệ bảo vệ catốt cho cốt thép trong bê tông được nghiên cứu
khi áp dòng anốt cho lớp kẽm phun. Mật độ dòng hoạt động của kẽm phun trong thực tế sử dụng khác
nhau tùy thuộc vào vị trí và tính chất của mỗi công trình. Mật độ dòng anốt thường thấy là 2,2 mA/m
2

và có giá trị trung bình trong điều kiện môi trường ăn mòn khắc nghiệt là 11 mA/m
2
[5,6,7]. Trong

chế độ ngập chu kỳ, điện thế làm việc của lớp kẽm phun có giá trị khoảng -920 mV đến -960 mV,
không thấy có sự khác nhau đáng kể về điện thế làm việc của lớp kẽm phun trên bê tông có phụ gia hay
ức chế. Còn đối với bê tông ngập 0,5cm, điện thế làm việc có giá trị dương hơn so với ở chế độ ngập
chu kỳ và có sự khác nhau đáng kể giữa các lớp kẽm phun trên bê tông có ức chế (từ -350 mV đến -500
mV) và trên bê tông có phụ gia (-600 mV đến -800 mV). Điện thế làm việc của anốt trong trường hợp
bê tông có ức chế dương hơn khoảng 300 mV so với trường hợp dùng phụ gia có thể do canxi nitrit
cũng có tác dụng ức chế đối với quá trình hòa tan kẽm phun trên bê tông.
Như vậy, chế độ ngập nước có ảnh hưởng nhiều đến điện thế làm việc của anốt lớp kẽm phun trên
bê tông. Giá trị và độ ổn định của điện thế làm việc của lớp kẽm phun trên bê tông ngập chu kỳ không
chịu ảnh hưởng của loại bê tông (có phụ gia hay ức chế). Khi độ ẩm nhỏ (chế độ ngập 0,5cm) thì điện
thế có giá trị dương hơn và điện thế làm việc của lớp kẽm phun trên bê tông có ức chế dương hơn trên
bê tông có phụ gia ở chế độ này.
Ảnh hưởng của mật độ dòng áp vào đến điện thế làm việc của anốt lớp kẽm phun trên bê tông được
nghiên cứu thông qua điện thế làm việc của anốt ở các mật độ dòng khác nhau theo thời gian. Trên hình
3 là đồ thị sự biến thiên điện thế làm việc của các anốt kẽm phun trên bê tông có ức chế ngập chu kỳ
trong NBNT theo mật độ dòng anốt ở các thời gian khác nhau.
800
900
1000
0 2 4 6 8 10 12
i (mA/m
2
)
E (-mV vs. Ag/AgCl)
1 ngày 2 ngày 4 ngày 7 ngày
14 ngày 21 ngày 28 ngày 42 ngày
49 ngày 56 ngày 70 ngày

Hình 3.


vì thế mà không thấy xuất hiện trên phổ.
Trên hình 4 (a) và (b) đưa ra phổ nhiễu xạ tia X của lớp kẽm phun trên bê tông có phụ gia làm việc ở
các chế độ ngập nước khác nhau, cho thấy ion chính tham gia trong thành phần của sản phẩm là Cl
-
và
SO
4
2-
.
Ở chế độ ngập chu kỳ, ion SO
4
2-
tham gia nhiều trong thành phần hơn Cl
-
. Thành phần sản phẩm
của lớp kẽm phun trên bê tông ở chế độ này gồm Zn
12
(SO
4
)
3
Cl
3
(OH)
15
.5H
2
O có cấu trúc tinh thể lục
phương (thành phần chính), ZnO và Zn
4


(b)

Trong khi đó, ở chế độ ngập 0,5cm ion SO
4
2-
tham gia ít hơn và sản phẩm chính là
Zn
5
(OH)
8
Cl
2
.H
2
O (simokoleit), giống như sản phẩm ăn mòn lớp kẽm nhúng và kẽm phun trên thép
trong môi trường khí quyển ven biển [9]. Ngoài ra còn có các thành phần khác như
Zn
4
SO
4
(OH)
6
.H
2
O, 4ZnO.ZnCl
2
.xH
2
O và Zn(ClO

- Chế độ ngập nước (độ ẩm) có ảnh hưởng nhiều đến điện thế hở mạch, điện thế làm việc và tốc độ
tự hòa tan của lớp kẽm phun. Khi độ ẩm càng cao thì điện thế càng âm và tốc độ tự hòa tan càng lớn;
- Phụ gia, ức chế trong bê tông ảnh hưởng không đáng kể đến giá trị và độ ổn định của điện thế
nhưng ảnh hưởng khá rõ đến tốc độ tự hòa tan của lớp kẽm phun ở chế độ ngập chu kỳ.
Ở
chế độ ngập
0,5 cm thì các loại phụ gia này không ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ tự hòa tan nhưng có ảnh hưởng
đến điện thế của lớp kẽm phun trên bê tông và điện thế của lớp kẽm phun trên bê tông có ức chế
dương hơn trên bê tông có phụ gia ở chế độ này;
- Kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy, anốt kẽm phun có thể dùng kết hợp được với bê tông có
phụ gia và ức chế, độ phân cực anốt nhỏ;
- Thành phần sản phẩm của quá trình hoà tan anốt trên bề mặt kẽm chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi
chế độ ngập nước (độ ẩm) mà không chịu ảnh hưởng đáng kể của chất phụ gia hay ức chế trong bê
tông.
Lời cảm ơn
: Công trình được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí của Dự án hợp tác đại học -VLIR
(VLIR UOS) thông qua đề tài AP06\Prj3\Nr08. Các tác giả xin chân thành cảm ơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

PHẠM VĂN KHOAN, TRẦN NAM. Giải pháp chống ăn mòn và bảo vệ cốt thép chịu tác động xâm thực
clo trong môi trường biển.
Tạp chí KHCN Xây dựng, số 1/2004.

2.

NGUYỄN NAM THẮNG. Nghiên cứu ứng dụng canxi nitrit làm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép cho bê
tông cốt thép trong điều kiện Việt Nam.
Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Viện KHCN Xây dựng, Hà Nội, 2007.
3.


R. BROUSSEAU, M. ARNOTT, and B. BALDOCK. Laboratory Performance of Zinc Anodes for Impressed
Current Cathodic Protection of Reinforced Concrete.
Corrosion Engineering, Vol 51(8), pp. 639-644, 1995.

9.

LÊ THỊ HỒNG LIÊN. Trạng thái ăn mòn khí quyển các lớp phủ kẽm trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt
Nam.
Tuyển tập các công trình khoa học hội nghị toàn quốc lần thứ 2, “Ăn mòn và Bảo vệ kim loại với hội
nhập kinh tế”, pp. 22-35, 2007.

10.

G.R. HOLCOMB, S.J. BULLARD, B.S. COVINO, JR., S.D. CRAMER, C.B. CRYER, and G.E. MCGILL.
Electrochemical Aging of Thermal-Sprayed Zinc Anodes on Concrete.
DOE/ARC-97-001, 1997.