Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu chế tạo phụ gia ức chế ăn mòn thân thiện môi trường cho bê tông cốt thép công trình ven biển Hải Phòng (11/09/2025)

Ăn mòn kim loại, đặc biệt là cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến suy giảm độ bền, giảm tuổi thọ và mất an toàn của công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình làm việc trong môi trường biển. Trong số các phương pháp được ứng dụng, sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn là giải pháp có chi phí hợp lý, khả năng triển khai cao và hiệu quả đáng kể. Tuy nhiên, hầu hết các chất ức chế ăn mòn vô cơ hoặc hữu cơ hiện nay có nguồn gốc công nghiệp, tiềm ẩn rủi ro gây độc hại cho môi trường và sức khỏe con người.

Trước xu thế phát triển bền vững, các chất ức chế ăn mòn “xanh” - có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện môi trường - đang nhận được sự quan tâm đặc biệt. Trong nhóm này, các polyphenol - đặc biệt là tanin - có khả năng tạo lớp phức với ion kim loại, hình thành màng bảo vệ bề mặt kim loại và làm chậm quá trình oxy hóa, được coi là ứng viên tiềm năng cho phụ gia ức chế ăn mòn.

Đề tài “Nghiên cứu chế tạo phụ gia ức chế ăn mòn thân thiện môi trường cho bê tông cốt thép công trình ven biển Hải Phòng” do Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam chủ trì thực hiện, TS. Võ Hoàng Tùng làm chủ nhiệm, được thực hiện nhằm chiết tách polyphenol từ nguyên liệu lá cây có sẵn tại địa phương (như lá vối), chế tạo phụ gia ức chế ăn mòn và đánh giá hiệu quả ứng dụng trong bảo vệ cốt thép BTCT.

Một số hình ảnh thi công và thử nghiệm các mẫu BTCT sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn từ dịch chiết lá vối.

Do được phân bố rộng rãi và có hàm lượng polyphenol cao, nghiên cứu lựa chọn lá vối (Syzygium nervosum) làm nguyên liệu chế tạo phụ gia ức chế ăn mòn thân thiện môi trường. Quy trình chiết xuất polyphenol - phụ gia ức chế ăn mòn từ dịch chiết lá vối gồm các bước: chuẩn bị nguyên liệu; chiết xuất polyphenol từ lá vối; cô đặc dịch chiết; kiểm tra chất lượng dịch chiết. Trong đó, nghiên cứu đã xác định được các điều kiện tối ưu: dung môi ethanol 60%, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 20:1, nhiệt độ 50°C, thời gian siêu âm 30 phút. Hiệu suất chiết xuất polyphenol đạt tối đa 195,7 mg GAE/g nguyên liệu tại tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 1:20.

Nghiên cứu cũng xây dựng quy trình chế tạo dung dịch phụ gia ức chế ăn mòn gồm các bước: Pha chế dung dịch gốc (Hòa tan dịch chiết lá vối cô đặc vào nước cất theo tỷ lệ thích hợp để tạo dung dịch gốc; Điều chỉnh pH của dung dịch về khoảng 6,5 - 7,5 bằng cách sử dụng axit hoặc bazơ nhẹ; Khuấy đều hỗn hợp để đảm bảo dung dịch đồng nhất); Bổ sung chất ổn định và chất hoạt động bề mặt (Thêm chất ổn định để tăng cường tính bền của polyphenol trong dung dịch; Bổ sung chất hoạt động bề mặt (PEG) để cải thiện khả năng phân tán của dung dịch trong nước trộn bê tông; Khuấy mạnh hỗn hợp trong 30 phút ở nhiệt độ phòng để đảm bảo các thành phần hòa tan hoàn toàn); Kiểm tra chất lượng dung dịch phụ gia (Hàm lượng polyphenol: Xác định bằng phương pháp quang phổ UV-Vis tại bước sóng 765 nm, sử dụng thuốc thử Folin-Ciocalteu; Độ ổn định: Kiểm tra độ bền của dung dịch theo thời gian, ảnh hưởng của pH và nhiệt độ bảo quản; Khả năng ứng dụng: Kiểm tra tính tương thích của dung dịch với hệ bê tông cốt thép, đánh giá khả năng hòa tan và phân tán trong nước trộn bê tông); Đóng gói và bảo quản (Dung dịch phụ gia sau khi đạt các tiêu chuẩn chất lượng sẽ được đóng gói vào chai hoặc thùng chứa phù hợp; Bảo quản dung dịch ở nhiệt độ 5 - 25°C, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời; Thời gian bảo quản tối ưu là dưới 3 năm; Phụ gia được chế tạo dưới dạng dung dịch, có thể pha vào nước trộn bê tông với hàm lượng tối ưu 0,02% theo khối lượng. Sản phẩm có độ ổn định tốt, bảo quản được trong điều kiện thông thường).

Đánh giá hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 bằng phương pháp tổn hao khối lượng cho thấy, mẫu thép ngâm trong dung dịch có 0,02% dịch chiết giảm tốc độ ăn mòn rõ rệt so với mẫu trắng. Tốc độ ăn mòn giảm đến 5,7 lần sau 1 ngày ngâm. Phân tích điện hóa phân cực cho thấy, nồng độ 0,02% làm giảm mật độ dòng ăn mòn tới 61,34% so với mẫu không có phụ gia. Việc phân tích EDX và hình ảnh SEM xác nhận sự hình thành màng hấp phụ trên bề mặt thép, góp phần ngăn cản quá trình oxy hóa. Kết quả đánh giá khả năng bảo vệ cốt thép trong bê tông cốt thép cho thấy, các mác bê tông M300, M400, M500, M600 có bổ sung phụ gia (ký hiệu M3001, M4001, M5001, M6001) có khả năng chống ăn mòn vượt trội trong cả môi trường mô phỏng (NaCl 3,5%) và môi trường nước biển tự nhiên tại Đồ Sơn. Sau 6 tháng ngâm trong nước biển mô phỏng, các mẫu không phụ gia bị gỉ nặng, trong khi mẫu có phụ gia chỉ bị gỉ nhẹ. Kết quả tương tự thu được trong điều kiện thực tế tại Đồ Sơn sau 12 tháng, khẳng định tính bền vững của phụ gia.

Nghiên cứu tính tương thích của phụ gia với hỗn hợp bê tông, Ban chủ nhiệm nhận thấy, phụ gia không ảnh hưởng đến độ sụt (Mẫu M1: 7,4 cm, Mẫu M2: 7,5 cm); cường độ nén, độ chống thấm và các chỉ tiêu cơ lý khác đều đạt chuẩn TCVN với hoặc không có phụ gia.

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã chứng minh tính hiệu quả và khả thi trong việc sử dụng dịch chiết lá vối làm phụ gia ức chế ăn mòn thân thiện với môi trường cho bê tông cốt thép, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong điều kiện công trình ven biển. Kết quả nghiên cứu là tiền đề vững chắc cho việc tiếp tục mở rộng quy mô sản xuất, thử nghiệm trên các dạng công trình thực tế và tích hợp vào hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật ứng dụng lâu dài.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu nhiệm vụ  tại Trung tâm Công nghệ thông tin và Truyền thông Hải Phòng./.