Thanh cốt thép không gỉ cho bê tông ven biển: lựa chọn & thiết kế

Trong xây dựng dân dụng và kết cấu công trình, tuổi thọ ở môi trường biển phụ thuộc quyết định vào khả năng chống ăn mòn của cốt thép trong bê tông. Bài viết này tập trung vào thanh cốt thép không gỉ (stainless rebar) và cách ứng dụng tối ưu cho kết cấu bê tông ven biển nhằm đạt mục tiêu bền vững 75–100 năm với chi phí vòng đời thấp.

Vì sao bê tông ven biển dễ hư hại và vai trò của rebar không gỉ

– Tác nhân chính: ion clorua từ nước biển/sương muối xâm nhập bê tông, phá màng thụ động của thép cácbon, kích hoạt ăn mòn điện hoá.
– Vùng nguy hiểm nhất: vùng bắn toé (splash), thuỷ triều, mực nước dao động; kết cấu tiếp giáp nước mặn và không khí.
– Hệ quả: nở thể tích rỉ sét gây nứt, bong lớp bê tông bảo vệ, giảm tiết diện chịu lực, tăng chi phí sửa chữa.

Cốt thép không gỉ hình thành lớp thụ động giàu Cr, Mo, N bền vững hơn trong môi trường chứa clorua, nâng ngưỡng kích hoạt ăn mòn và kéo dài đáng kể thời gian khởi phát ăn mòn so với thép cácbon.

Ưu nhược điểm so với các giải pháp thay thế

– So với thép cácbon đen: tuổi thọ cao hơn rõ rệt trong môi trường clorua; giảm chi phí sửa chữa xuyên vòng đời.
– So với thép mạ epoxy: epoxy dễ sứt mẻ khi uốn/vận chuyển; một khi lớp phủ hư, ăn mòn cục bộ phát triển nhanh. Rebar không gỉ không phụ thuộc vào lớp phủ.
– So với thép mạ kẽm: kẽm bảo vệ tốt ở clorua vừa phải nhưng giới hạn ở vùng bắn toé; tuổi thọ không bằng mác inox cao Mo/N.
– So với FRP/GFRP: FRP không bị ăn mòn nhưng có mô đun thấp, hành vi nhiệt khác, chi tiết neo nối đặc thù; inox tương thích thiết kế cốt thép truyền thống, dễ thi công.
– Nhược điểm inox: giá mua cao hơn; cần kiểm soát gia công (uốn/hàn) đúng quy trình.

Lựa chọn mác inox theo mức độ phơi nhiễm clorua

Chỉ số PREN và phân hạng môi trường

– PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ≈ %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. PREN càng cao, kháng rỗ clorua càng tốt.
– PREN điển hình:
– 304/304L (1.4301/1.4307): PREN ~18–19
– 316/316L/316LN (1.4401/1.4404/1.4429): PREN ~23–26
– 2304 lean duplex (1.4362): PREN ~26–28
– 2205 duplex (1.4462): PREN ~34–36
Khuyến nghị theo vùng phơi nhiễm:
– Vùng sương muối xa bờ (airborne chloride nhẹ, >1–5 km từ bờ): 304L/316L tùy yêu cầu tuổi thọ và lớp bảo vệ.
– Vùng ven biển trực tiếp, dầm sàn trên cao, mái đậu xe gần biển, chân tường ngoài: 316L hoặc 2304 lean duplex.
– Vùng bắn toé/thuỷ triều/bệ móng cầu cảng, cọc bệ trụ cầu, bản mặt cầu dùng muối khử băng: 2205 duplex hoặc 316LN chất lượng cao; ưu tiên duplex 2205 cho rủi ro clorua rất cao.

Tiêu chuẩn sản phẩm và cơ tính

– ASTM A955/A955M: thanh cốt thép không gỉ vằn/nhẵn cho bê tông. Cấp bền phổ biến Grade 60 (fy ≥ 420 MPa) và Grade 75 (fy ≥ 520 MPa), đường kính tương đương rebar thông dụng.
– BS 6744:2016(+A1): inox thanh vằn cho bê tông, lớp bền phổ biến 500 (Rp0.2 ≥ 500 MPa).
– Cơ tính: mô đun đàn hồi ~190–200 GPa (xấp xỉ thép cácbon), độ giãn dài cao, khả năng chịu uốn tốt. Hệ số giãn nở nhiệt austenitic ~16 µm/m·K; duplex ~13 µm/m·K (gần thép cácbon ~12).

Thiết kế và chi tiết cho kết cấu bê tông ven biển dùng inox

Nguyên tắc bao che và mô hình hóa tuổi thọ

– Dù dùng inox, vẫn cần bê tông chất lượng thấp thấm (w/c ≤ 0.40; dùng phụ gia khoáng như tro bay, xỉ, silica fume) và bảo dưỡng ẩm chuẩn.
– Chiều dày lớp bảo vệ: theo tiêu chuẩn thiết kế áp dụng (TCVN 5574:2018/EN 1992-1-1/ACI 318) và mức phơi nhiễm. Một số hướng dẫn châu Âu (ví dụ UK NA cho EN 1992 và Concrete Society TR 62) cho phép giảm lớp bảo vệ khi dùng inox mác cao, nhưng chỉ sau khi kiểm chứng bằng mô hình khuếch tán clorua/tuổi thọ mục tiêu.
– Nứt kiểm soát: mô đun tương đương thép cácbon nên kiểm soát nứt áp dụng như thường; với austenitic có giãn nở nhiệt cao hơn, cần khe co giãn và cấu kiện hợp lý ở kết cấu chịu biến thiên nhiệt lớn.

Nối chồng, đầu nối và kết hợp với thép cácbon

– Nối chồng tính toán như với thép cácbon theo tiêu chuẩn thiết kế, dùng chiều dài neo phù hợp lớp bề mặt vằn của thanh inox theo ASTM A955/BS 6744.
– Có thể phối hợp inox ở “khu vực nguy cấp” (vùng bắn toé, đầu dầm, mép sàn, góc bo, mối nối) và thép cácbon ở khu vực ít rủi ro. Để hạn chế ăn mòn galvanic khi thép cácbon bị kích hoạt, nên:
– Giữ vùng nối trong bê tông đặc chắc, cover đủ, hạn chế nứt và thâm nhập clorua.
– Ưu tiên dùng nối cơ khí hoặc chiều dài nối rộng rãi; sử dụng dây buộc inox hoặc nhựa; tránh tiếp xúc trực tiếp với bề mặt thép cácbon trần ở môi trường ẩm mặn.
– Đầu nối cơ khí: được khuyến khích cho thay đổi mác thép và cho đường kính lớn; yêu cầu phụ kiện tương thích inox.

Hàn, uốn và gia công

– Hàn: tuân theo AWS D1.6 (kết cấu inox). Dùng vật liệu hàn phù hợp mác (ví dụ 316L hàn filler 316L/ER316L), kiểm soát nhiệt đầu vào để tránh nhạy cảm hoá. Với thanh cốt thép, ưu tiên nối cơ học thay vì hàn tại hiện trường.
– Uốn: inox có xu hướng hoá bền nguội cao; dùng đường kính trục uốn theo chuẩn (xem BS 6744/ASTM A955 hoặc hướng dẫn nhà sản xuất), bề mặt không nứt rạn sau uốn.
– Lưu ý sạch bề mặt: tránh nhiễm sắt tự do khi bảo quản/thi công (dùng giá/kẹp nhựa, không đặt trực tiếp trên thép cácbon rỉ). Không cần sơn phủ; có thể pickling/passivation sau gia công nếu yêu cầu thẩm mỹ/kháng ăn mòn tối đa.

Hiệu quả chi phí vòng đời (LCCA) cho công trình ven biển

– Chi phí ban đầu: inox rebar thường cao hơn thép cácbon 3–6 lần theo kg, nhưng cốt thép chỉ chiếm 1–3% tổng chi phí dự án dân dụng/biển; mức tăng tổng chi phí thường 0.5–2%.
– Lợi ích vòng đời: giảm sửa chữa (đục vá, cathodic protection, thay cốt), giảm thời gian dừng khai thác, giảm rủi ro an toàn.
Ví dụ đơn giản:
– Giả sử bản mặt cầu ven biển 4,000 m2, 100 tấn rebar. Chênh lệch chi phí mua inox +20 tỷ VND. Sửa chữa lớn do ăn mòn sau 20 năm nếu dùng thép cácbon: 25–35 tỷ VND/lần, lặp lại 2–3 lần trong 75 năm, cộng chi phí gián đoạn. NPV tại 5% chiết khấu dễ vượt 40–60 tỷ VND. Inox thường “hoà vốn” trong 15–25 năm và sau đó tiết kiệm ròng.
– Lợi ích phụ: có thể tối ưu chiều dày cover/chi tiết, giảm trọng lượng/cốt đai ở vài vị trí nhạy cảm, rút ngắn tiến độ sửa chữa trong tương lai.

Ứng dụng điển hình ở Việt Nam và lưu ý thiết kế

– Kè biển, tường chắn sóng, bệ neo tàu, bến cảng vùng bắn toé: dùng duplex 2205 cho thanh chủ và 316L cho đai/neo.
– Dầm mép sàn, console ban công, mái đậu xe tại đô thị ven biển (Đà Nẵng, Nha Trang, Vũng Tàu): 316L/2304 cho vùng rìa hở khí quyển có sương muối.
– Cọc khoan nhồi, bệ trụ cầu vượt biển: inox ở dải mực nước dao động; thép cácbon ở vùng ngập sâu ổn định (clorua khuếch tán chậm) để tối ưu chi phí.
– Bể xử lý nước mặn/lợ, nhà máy khử mặn: 316L/duplex cho vùng xuyên thấm cao, mạch ngừng đổ bê tông.

Yêu cầu bê tông và thi công đồng bộ

– Cấp phối: w/c ≤ 0.40; xi măng/SCM phù hợp (xỉ 30–50%, tro bay 20–30%, silica fume 5–8%) để giảm hệ số khuếch tán clorua; phụ gia siêu dẻo để giảm nước trộn.
– Bảo dưỡng: ẩm liên tục ≥ 7 ngày (xi măng Poóc lăng) hoặc theo khuyến nghị với xi măng/SCM; đặc biệt tại khí hậu nóng ẩm ven biển.
– Kiểm soát thấm: bịt kín mạch ngừng, xử lý khe co giãn, phủ chống thấm bề mặt nơi cần thiết (ban công, mái hở).

Quy cách đặt hàng và kiểm soát chất lượng

– Trích dẫn tiêu chuẩn: ASTM A955/A955M hoặc BS 6744 cho thanh; yêu cầu chứng chỉ xuất xưởng (MTC) nêu rõ mác thép hóa học (Cr, Mo, N), cơ tính (fy, fu, A%), hình dạng gân.
– Cấp bền: nêu rõ Grade 60/75 (ASTM) hoặc Class 500 (BS). Quy định dung sai đường kính, khối lượng/m, chiều dài cây/cắt uốn theo bản vẽ.
– Thử nghiệm độc lập: kiểm tra hóa học, kéo, uốn; thử ăn mòn rỗ (nếu cần) theo ASTM G48 để xác minh mác cao Mo/N cho vùng bắn toé.
– Gia công: uốn nguội theo bản vẽ; hàn theo AWS D1.6 nếu bắt buộc; vệ sinh bề mặt sau gia công; đóng gói chống nhiễm bẩn.
– Nghiệm thu: kiểm tra nhãn mác/khắc nổi trên thanh theo tiêu chuẩn, đối chiếu MTC, kiểm tra ngoại quan nứt rạn sau uốn.

Các câu hỏi thường gặp

– Khi nào dùng 304, 316 hay duplex? 304 cho môi trường nhẹ; 316/2304 cho ven biển trực tiếp; 2205 cho splash/tidal hoặc mặt cầu có muối khử băng.
– Có thể trộn inox và thép cácbon? Có, với detailing đúng (cover đủ, nối trong bê tông đặc, nối cơ khí/chiều dài đủ, tránh tiếp xúc ngoài môi trường).
– Inox có cần lớp phủ epoxy? Không cần. Lớp phủ có thể dùng cho mục tiêu đặc biệt, nhưng bản chất inox đã chống clorua.
– Thi công có khác biệt lớn? Không đáng kể; lưu ý uốn đúng bán kính, dùng dây buộc inox/nhựa, tránh nhiễm sắt.
– Tiêu chuẩn Việt Nam có cho phép? TCVN 5574:2018 cho phép thiết kế theo đặc trưng cơ học vật liệu; vật liệu inox tuân thủ ASTM A955/BS 6744 sẽ đáp ứng cơ tính, dùng các hệ số thiết kế hiện hành.

Nguồn tham khảo

– ASTM A955/A955M – Deformed and Plain Stainless-Steel Bars for Concrete Reinforcement, ASTM International.
– BS 6744:2016+A1 – Stainless steel bars for the reinforcement of and use in concrete, BSI.
– ACI 222R-19 – Guide to Durability of Concrete, American Concrete Institute.
– Concrete Society Technical Report 62 (TR 62) – Guidance on the use of stainless steel reinforcement in concrete.
– FHWA TechBrief HIF-16-027 – Corrosion-Resistant Reinforcing Steels in Concrete, Federal Highway Administration.
– EN 1992-1-1 (Eurocode 2) và Phụ lục Quốc gia Vương quốc Anh – khuyến nghị durability với cốt thép không gỉ.

Kết luận

Ở môi trường ven biển, thanh cốt thép không gỉ là giải pháp bền vững và hiệu quả vòng đời để loại bỏ rủi ro ăn mòn clorua – đặc biệt tại vùng bắn toé, thuỷ triều và các chi tiết mép hở. Chọn đúng mác (316/2304 cho ven biển; 2205 cho splash/tidal), tuân thủ tiêu chuẩn sản phẩm (ASTM A955/BS 6744), kết hợp với bê tông chất lượng thấp thấm và detailing chuẩn sẽ giúp công trình đạt mục tiêu 75–100 năm với chi phí vận hành tối thiểu.

Cần hồ sơ kỹ thuật, bóc tách khối lượng và báo giá nhanh cho inox rebar dự án ven biển? Liên hệ Inox Cuong Thinh để được tư vấn và giá tốt nhất.
Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com