Thép hình cần chống ăn mòn như thế nào?
Thép hình kết cấu không có bảo vệ bề mặt sẽ ăn mòn với tốc độ 0,05–0,3 mm/năm tùy môi trường; sau 10–20 năm tiết diện mất đi 5–30% khả năng chịu lực. Phương pháp chống ăn mòn phải phù hợp với mức độ ăn mòn môi trường (C1–C5 theo ISO 12944), điều kiện tiếp cận để bảo trì và chi phí vòng đời chấp nhận được. Ba phương pháp chính cho thép hình kết cấu là hệ sơn epoxy đa lớp, mạ kẽm nhúng nóng (HDG) và phun kẽm nhiệt (TSZ).
Phương pháp 1: Hệ sơn epoxy 3 lớp
Hệ sơn đa lớp phổ biến nhất cho thép hình xây dựng gồm: lớp mồi (primer) epoxy zinc phosphate 50–75 µm, lớp trung gian (intermediate) epoxy 75–100 µm và lớp hoàn thiện (topcoat) polyurethane (PU) aliphatic 50–75 µm; tổng DFT 175–250 µm. Sơn PU aliphatic chịu tia UV tốt nhất cho kết cấu ngoài trời; sơn epoxy thông thường ngả vàng sau 2–3 năm nắng. Hệ sơn này phù hợp môi trường C3–C4 với tuổi thọ bảo trì lần đầu 10–15 năm.
Quy trình thi công sơn
- Làm sạch bề mặt đến Sa 2,5 (ISO 8501-1) bằng phun hạt thép hoặc phun cát; độ nhám Rz 40–70 µm
- Thi công lớp mồi trong 4 giờ sau khi làm sạch (trước khi gỉ sét lại); kiểm tra DFT
- Chờ khô 24 giờ, thi công lớp trung gian; kiểm tra độ bám dính (adhesion test)
- Chờ khô 24–48 giờ, thi công lớp hoàn thiện; đo DFT tổng cộng
- Kiểm tra nghiệm thu: DFT theo ISO 2808, độ bám dính theo ISO 4624 (pull-off ≥ 5 MPa)
Phương pháp 2: Mạ kẽm nhúng nóng (HDG)
Mạ kẽm nhúng nóng tạo lớp hợp kim kẽm-sắt liên kết kim loại học với thép; không thể bong tróc như sơn và tự phục hồi tại vết xây xát nhờ bảo vệ điện hóa. Chiều dày ≥ 45 µm cho thép mỏng (t < 6 mm) và ≥ 85 µm cho thép dày theo TCVN 9789:2013; tuổi thọ 25–50 năm ở môi trường C3, 15–25 năm ở C4–C5. Chi phí mạ kẽm tham khảo 8.000–15.000 đ/kg thép mạ (2024); thích hợp cho xà gồ C/Z, cột đèn, kết cấu cầu nhỏ và cấu kiện không thể sơn lại dễ dàng.
Lưu ý khi áp dụng HDG
- Cấu kiện phải kín khí hai đầu hoặc khoan lỗ thoát khí tránh nổ khi nhúng kẽm nóng chảy
- Thép có hàm lượng silic Si = 0,15–0,25% hoặc >0,35% có thể tạo lớp mạ dày bất thường màu xám — kiểm tra thành phần thép trước khi mạ
- Sau mạ, thép có thể bị biến dạng nhẹ do nhiệt; cấu kiện mỏng cần kẹp thẳng khi nguội
- Không hàn sau khi mạ kẽm nếu không vệ sinh kỹ; hơi kẽm khi hàn rất độc (zinc fume fever)
Phương pháp 3: Phun kẽm nhiệt (TSZ) + sealer
Phun kẽm nhiệt (Thermal Spray Zinc) dùng hồ quang điện hoặc ngọn lửa phun kẽm lên bề mặt Sa 3; lớp phủ 80–150 µm xốp hơn mạ nhúng nên cần phủ thêm lớp sealer (epoxy mỏng 20–30 µm) bịt lỗ rỗng. Ưu điểm là thi công ngay tại công trường cho cấu kiện lớn không thể nhúng vào bể mạ; tuổi thọ 20–40 năm ở C3–C4. Thường áp dụng cho dầm cầu, kết cấu thép cảng và kết cấu lớn cần sửa chữa tại chỗ.
Chọn phương pháp theo môi trường
| Môi trường | Phân loại ISO 12944 | Phương pháp khuyến nghị | Tuổi thọ mục tiêu |
|---|---|---|---|
| Trong nhà khô (kho, xưởng không ăn mòn) | C1–C2 | Sơn 2 lớp epoxy, DFT 100 µm | 15–20 năm |
| Ngoài trời thành phố, nông thôn | C3 | Sơn 3 lớp epoxy-PU 175 µm hoặc HDG | 10–15 năm (sơn) / 25–50 (HDG) |
| Ven biển, khu công nghiệp | C4 | Sơn 3 lớp dày 300 µm hoặc HDG + sealer | 10–15 năm (sơn) / 15–25 (HDG) |
| Môi trường biển trực tiếp | C5-M | TSZ 150 µm + topcoat epoxy-PU 200 µm | 15–25 năm |
| Ngâm trong nước biển | CX / Im2 | TSZ 200 µm + cathodic protection | 20–30 năm |
Bảo trì chống ăn mòn định kỳ
Hệ sơn epoxy-PU cần kiểm tra hàng năm: đánh giá theo ISO 4628 về gỉ sét (Ri), bong tróc (Pb), nứt (Ck) và phồng rộp (Bl); khi đạt Ri 1 (ăn mòn < 0,05% diện tích) là lúc cần sơn bảo trì. Sơn bảo trì tốn kém hơn bảo trì phòng ngừa 3–5 lần so với sơn lại toàn bộ theo định kỳ. Với kết cấu mạ kẽm, kiểm tra chiều dày còn lại bằng máy đo từ tính; khi lớp kẽm giảm xuống < 15 µm cần phun kẽm bổ sung hoặc sơn phủ thêm.
Chi phí chống ăn mòn tham khảo (2024)
| Phương pháp | Chi phí ban đầu (đ/kg thép) | Tuổi thọ (năm) | Chi phí vòng đời (đ/kg/năm) |
|---|---|---|---|
| Sơn 2 lớp thông thường | 5.000–8.000 | 5–8 | 700–1.500 |
| Sơn 3 lớp epoxy-PU | 12.000–20.000 | 10–15 | 800–2.000 |
| Mạ kẽm nhúng nóng HDG | 8.000–15.000 | 25–50 | 160–600 |
| Phun kẽm TSZ + topcoat | 20.000–35.000 | 20–40 | 500–1.750 |
Chi phí vòng đời tính bao gồm bảo trì; mạ kẽm nhúng nóng có chi phí vòng đời thấp nhất khi bảo trì khó khăn (kết cấu trên cao, ven biển). Hệ sơn epoxy-PU kinh tế hơn cho kết cấu dễ tiếp cận bảo trì và ở môi trường C2–C3.