Gỉ là các sản phẩm của quá trình ăn mòn hình thành do phản ứng của thép với hơi nước và oxy không khí. Gỉ thép trong quá trình bảo quản, gia công lắp dựng trước khi sử dụng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng công trình xây dựng. Gỉ thép không những làm suy giảm lực liên kết giữa thép với lớp bảo vệ bên ngoài mà hơn nữa nó còn là nguyên nhân gây ra hiện tượng ăn mòn, sớm phá hủy kết cấu đặc biệt đối với công trình xây dựng vùng biển. Có nhiều giải pháp xử lý gỉ thép như phương pháp cơ học, điện hóa, hóa học… trong đó sử dụng chất biến đổi gỉ là giải pháp có nhiều ưu điểm hơn cả. Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam bước đầu cho thấy sử dụng chất biến đổi gỉ xử lý gỉ thép an toàn, đảm bảo khả năng chống ăn mòn, không độc hại, dễ sử dụng và chi phí thấp.
Gỉ thép là hiện tượng phổ biến và thường gặp trong xây dựng. Tại vị trí nào có thép thì hầu như đều xuất hiện gỉ đi kèm nếu không có các biện pháp bảo vệ thích hợp. Hiện tượng gỉ thép thường gặp nhất đối với các loại thép trần, chỉ sau một thời gian ngắn tiếp xúc với môi trường bên ngoài đã có xuất hiện các vệt gỉ mầu vàng nhạt đến nâu làm giảm các tính năng cơ lý của thép, dẫn tới giảm chất lượng thép, nghiêm trọng hơn có thể gây ra các sự cố công trình.
Để tăng cường khả năng làm việc lâu dài của thép, trước khi sử dụng phải áp dụng các biện pháp làm sạch bề mặt. Tuy nhiên trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam, phần lớn thép nhanh chóng bị gỉ khi tiếp xúc với môi trường xung quanh. Các giải pháp làm sạch gỉ thông thường tốn nhiều chi phí, thời gian đồng thời không đảm bảo khả năng bảo vệ thép lâu dài, có khả năng tiềm ẩn dẫn tới xuất hiện các sự cố do ăn mòn thép trong xây dựng. Do vậy việc nghiên cứu các các biện pháp kỹ thuật xử lý gỉ, bảo quản thép trong điều kiện Việt Nam là cần thiết và cấp bách góp phần hạn chế tối đa sự cố công trình, đảm bảo và nâng cao chất lượng công trình đạt tuổi thọ theo thiết kế.
Phân loại và bản chất của gỉ thép
Gỉ là sản phẩm quá trình ăn mòn thép do tác dụng của các yếu tố tự nhiên như nước, oxy không khí với sắt. Gỉ thép có thể phân thành nhiều loại theo nhiều phương pháp khác nhau tuỳ thuộc vào thành phần, tính chất của gỉ nhưng phương pháp phổ biến nhất là phân loại theo hình dạng của gỉ thép.
Mức độ gỉ của bề mặt thép trước khi làm sạch
Ký hiệu Trạng thái bề mặt
mức độ gỉ tuơng ứng
A Đã chớm có gỉ nhưng còn rất ít.
B Bề mặt thép đã bắt đầu có các đốm gỉ dạng bụi phấn và gỉ có thể bong ra.
C Bề mặt thép có vảy gỉ dạng hạt bong ra hoặc cạo ra được, xuất hiện C các vết lõm nhỏ nhìn thấy được.
D Bề mặt thép có nhiều vảy gỉ lớn bong ra, xuất hiện nhiều vết lõm nhỏ dễ nhìn thấy bằng mắt thường.
Các loại gỉ khác nhau có liên quan mật thiết đến nhau: gỉ vẩy loại D được tạo thành từ gỉ hạt loại C, còn gỉ hạt được tạo thành từ gỉ phấn loại B... Thành phần của các loại gỉ cũng tương đối giống nhau, chỉ khác chỉ khác nhau cơ bản về hàm lượng các loại oxyt và hyđroxyt trong đó. Về bản chất hoá học, gỉ thép là các oxyt hay hiđrdxyt sắt như goethite ( a-FeOOH ), akaganetite ( b-FeOOH ), lepidocroxite (g-FeOOH), oxyt sắt từ magnetite (Fe3O4 ), maghemite ( g-Fe2O3 ) và hematite (a-Fe2O3). Gỉ từ những loại hợp chất này tạo thành các lớp liên tục khác nhau được liên kết lại từ những hạt gỉ nhỏ phần lớn ở trạng thái hoạt động gây gỉ và ăn mòn sâu vào bên trong thép.
Ảnh hưởng của gỉ thép đến tới chất lượng công trình xây dựng
Gỉ thép chưa xử lý có ảnh hưởng lớn đến chất lượng công trình xây dựng. Đây cũng là một trong các nguyên nhân chính dẫn đến sớm phá hủy kết cấu thép và bê tông cốt thép đặc biệt đối với các công trình xây dựng vùng biến. Với các kết cấu thép không được bảo vệ, sau 1 năm thử nghiệm cho thấy tùy thuộc vào môi trường nói chung lượng thép hao hụt từ 500 đến 2000g/m2. Ngoài ra còn làm suy giảm lực bám dính giữa thép với lớp phủ bảo vệ và gây ra ăn mòn điểm. Điều đó dẫn tới mất khả năng bảo vệ của các lớp phủ bên ngoài. Nếu chưa được làm sạch hoàn toàn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bê tông cốt thép, chủ yếu ở hai yếu tố là giảm lực liên kết giữa thép với bê tông và tăng mức độ ăn mòn của thép trong bê tông theo thời gian.
Các kết quả thử nghiệm sau 1 năm chỉ ra rằng nếu thép chưa làm sạch gỉ, lực liên kết giữa thép gỉ ở các mức độ A, B, C, và D với bê tông trong thời điểm đầu có tăng tuy nhiên theo thời gian thì có xu hướng giảm dần . Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng này được xem là do thép gỉ có diện tích bề mặt lớn hơn thép thường, lực ma sát tạo ra lớn nên lực liên kết với bê tông cao. Tại thời điểm ban đầu sản phẩm gỉ tiếp tục phát triển gây nở tạo ứng suất ép vào bề mặt bê tông nên lực liên kết lớn hơn và tăng dần. Tuy nhiên dần dần theo thời gian thì gỉ thép càng phát triển, sản phẩm gỉ tạo thành không còn tính liên kết với thép nền nên lực liên kết giảm dần. Bên cạnh đó gỉ thép do chưa đợc xử lý nên cũng là mầm tạo điều kiện thúc đẩy quá trình ăn mòn phát triển. Bình thường thép sau một thời gian làm việc lâu dài, do các yếu tố bên ngoài xâm thực tác động mạnh mới tạo thành gỉ. Nhưng thép đã có sẵn gỉ thì các vết gỉ có tính chất xốp, là nơi tích tụ nhiều oxy và hơi ẩm sẽ dễ dàng phát triển gỉ nhanh và mạnh hơn nhiều. Tại thời điểm ban đầu, gỉ thép mới tạo thành còn bị ức chế bởi môi trường kiềm trong bê tông nhưng theo thời gian môi trường kiềm trong bê tông không còn khả năng tái tạo màng thụ động bảo vệ, gỉ thép tiếp tục phát triển và tốc độ ăn mòn thép tăng. Do vậy, dù với bất cứ dạng gỉ nào cũng có thể nhận thấy nếu không được xử lý triệt để hoàn toàn thì gỉ thép là nguyên nhân chủ yếu làm suy giảm khả năng làm việc của kết cấu bê tông cốt thép, dẫn tới nguy cơ tiềm ẩn xẩy ra các sự cố công trình.
Gỉ thép phân loại và bản chất
