Chống ăn mòn kết cấu thép: chọn hệ sơn theo môi trường làm việc

Lớp bảo vệ bề mặt chiếm một phần không nhỏ giá trị hợp đồng kết cấu thép, nhưng lại là hạng mục bị cắt giảm nhiều nhất. Hậu quả không xuất hiện ngay: hai đến ba năm sau, gỉ nổi ở chân cột, ở mép bản mã và ở những vị trí đọng nước, và chi phí sơn lại trong nhà xưởng đang vận hành cao hơn nhiều lần chi phí làm đúng từ đầu.

Bắt đầu từ phân loại môi trường

Tiêu chuẩn ISO 12944 phân loại độ ăn mòn khí quyển thành các cấp từ C1 đến C5 và CX. Đây là bước đầu tiên, trước khi bàn đến loại sơn:

Cấp	Môi trường điển hình	Ví dụ tại Việt Nam
C1 – C2	Trong nhà khô ráo, khí quyển nông thôn ít ô nhiễm	Kho kín, xưởng lắp ráp điện tử
C3	Khí quyển đô thị, công nghiệp nhẹ, độ ẩm cao	Nhà xưởng tại khu công nghiệp nội địa
C4	Công nghiệp có hóa chất, ven biển độ mặn vừa	Xưởng mạ, chế biến thủy sản, nhà máy gần biển
C5	Công nghiệp ẩm ướt nặng, ven biển độ mặn cao	Công trình sát biển, khu vực nhiều hơi hóa chất
CX	Ngoài khơi, nhiệt đới có tải muối rất cao	Kết cấu trên biển, cảng dầu khí

Cùng một nhà máy có thể có nhiều cấp khác nhau: khung mái khu văn phòng là C3, trong khi khung đỡ bể hóa chất cách đó ba mươi mét đã là C5. Chia vùng ăn mòn trên mặt bằng rồi mới áp hệ sơn là cách làm tiết kiệm, thay vì áp một hệ cao cho toàn bộ công trình.

Tuổi thọ mong muốn quyết định chiều dày

ISO 12944 gắn mỗi hệ sơn với một khoảng tuổi thọ dự kiến trước lần bảo trì lớn đầu tiên – từ thấp (dưới 7 năm) đến rất cao (trên 25 năm). Chủ đầu tư cần chọn con số này một cách có ý thức, vì nó quyết định số lớp và tổng chiều dày màng khô.

Ví dụ hệ sơn thường dùng cho môi trường C4, tuổi thọ cao:

• Lớp lót epoxy giàu kẽm, khoảng 60–80 µm – bảo vệ điện hóa cho thép nền;
• Lớp trung gian epoxy, khoảng 100–120 µm – tạo màng chắn dày;
• Lớp phủ polyurethane, khoảng 50–60 µm – chịu tia UV, giữ màu.

Tổng chiều dày màng khô khoảng 220–260 µm. Con số cụ thể phải lấy theo bảng hệ sơn của nhà sản xuất tương ứng với cấp môi trường và tuổi thọ yêu cầu, không nên tự suy diễn.

Sơn hay mạ kẽm nhúng nóng?

Mạ kẽm nhúng nóng theo ISO 1461 phù hợp với cấu kiện nhỏ và trung bình: bu lông, lan can, thang, sàn grating, khung đỡ thiết bị ngoài trời. Ưu điểm là phủ kín cả mặt trong ống, mép cắt và ren – những chỗ sơn khó tới. Chiều dày lớp mạ phụ thuộc chiều dày thép nền, với thép dày trên 6 mm thường đạt mức trung bình khoảng 85 µm.

Hạn chế: kích thước bị giới hạn bởi bể mạ, cấu kiện dài phải mạ nhúng hai lần, thép mỏng dễ cong vênh do nhiệt, và bắt buộc phải có lỗ thoát kẽm – phải thiết kế từ bản vẽ chế tạo chứ không khoan tùy tiện tại xưởng mạ.

Với môi trường rất khắc nghiệt, hệ kết hợp mạ kẽm rồi sơn phủ cho tuổi thọ dài nhất, nhưng cần xử lý bề mặt kẽm đúng cách (quét nhẹ bằng hạt mài hoặc dùng lớp lót chuyên dụng) để sơn bám.

Chuẩn bị bề mặt quyết định 80% kết quả

Không có hệ sơn nào cứu được bề mặt chuẩn bị kém. Các điểm bắt buộc:

• Độ sạch: phun hạt mài đạt cấp Sa 2½ cho hầu hết hệ sơn công nghiệp. Làm sạch bằng bàn chải sắt chỉ phù hợp cho sửa chữa cục bộ.
• Độ nhám: đúng dải khuyến nghị của nhà sản xuất; quá nhẵn thì sơn không bám, quá nhám thì đỉnh nhấp nhô xuyên qua màng sơn.
• Muối bề mặt: với công trình ven biển, phải kiểm tra và rửa muối trước khi phun hạt mài. Đây là nguyên nhân phổ biến gây phồng rộp sớm.
• Thời gian chờ: sơn lót phải phủ trong khoảng thời gian quy định sau khi phun hạt mài, trước khi thép gỉ trở lại – thường trong vòng vài giờ ở điều kiện khí hậu Việt Nam.

Những lỗi thi công làm hỏng lớp bảo vệ

1. Bỏ qua sơn dặm mép và cạnh sắc. Màng sơn mỏng đi đáng kể tại cạnh; cần bo tròn cạnh và sơn dặm một lớp riêng trước khi phun lớp chính.
2. Sơn khi điều kiện không đạt. Nhiệt độ bề mặt phải cao hơn điểm sương ít nhất 3 °C; sơn trong lúc độ ẩm cao làm màng bị mờ và bám kém.
3. Không kiểm tra chiều dày. Đo chiều dày màng khô bằng máy đo theo số điểm quy định, lưu hồ sơ. Không đo thì con số trong hợp đồng chỉ là con số.
4. Quên vị trí sau khi lắp dựng. Mối hàn công trường, đầu bu lông, chỗ trầy xước do vận chuyển phải được làm sạch và sơn dặm đủ lớp – đây chính là nơi gỉ xuất hiện đầu tiên.
5. Thiết kế đọng nước. Thép hộp không bịt kín, bản mã nằm ngang không có lỗ thoát nước, chân cột chôn trong nền bê tông ẩm sẽ gỉ bất kể hệ sơn nào.

Kết luận

Chống ăn mòn là bài toán thiết kế, không chỉ là hạng mục thi công: phân vùng môi trường, chọn tuổi thọ mục tiêu, chọn hệ sơn hoặc mạ tương ứng, và loại bỏ các chi tiết gây đọng nước ngay trên bản vẽ. Chi phí tăng thêm ở bước này luôn nhỏ hơn chi phí sơn lại một nhà xưởng đang chạy.