Dự báo nguy cơ hư hỏng, nâng cao hiệu quả bảo trì phù điêu bằng đồng

Sở Khoa học và Công nghệ TP. Hồ Chí Minh vừa tổ chức Hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học và công nghệ "Nghiên cứu thiết lập dữ liệu để dự đoán và bảo trì phù điêu bằng đồng tại các công trình trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh (Thí điểm tại Khu truyền thống cách mạng cuộc Tổng tiến công và nổi dậy Xuân Mậu Thân 1968)".

Nhiệm vụ do Viện Nghiên cứu Khoa học Tự nhiên và Công nghệ (IoNST) chủ trì thực hiện, PGS.TS. Nguyễn Đăng Nam làm chủ nhiệm. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng dữ liệu thực nghiệm về đặc tính vật liệu, tính chất cơ học, cơ chế ăn mòn của vật liệu đồng, qua đó hỗ trợ công tác theo dõi, đánh giá và dự báo hư hỏng, chủ động bảo trì và duy tu phù hợp.

Quang cảnh buổi họp nghiệm thu nhiệm vụ

Nhận diện "điểm yếu" từ cấu trúc vật liệu

Theo nhóm nghiên cứu, bức phù điêu Xuân Mậu Thân tại Khu tưởng niệm liệt sĩ Láng Le - Bàu Cò có diện tích khoảng 187 m², được ghép từ 51 tấm đồng đúc nguyên khối, có độ dày tối thiểu 10 mm. Các tấm đồng được liên kết bằng công nghệ hàn ngọn lửa và cố định trên tường bê tông cốt thép bằng hệ thống tắc-kê inox 304.

Là một công trình ngoài trời, bức phù điêu thường xuyên chịu tác động của nhiệt độ, độ ẩm, nước mưa và các yếu tố môi trường có khả năng thúc đẩy quá trình ăn mòn. Quá trình xuống cấp có thể xuất phát từ nhiều vị trí và cơ chế khác nhau, trong đó đáng chú ý là sự biến đổi vật liệu tại khu vực mối hàn, hiện tượng ăn mòn giữa đồng và hệ thống tắc-kê inox, sự oxy hóa bề mặt cũng như tình trạng suy giảm chất lượng của lớp sơn bảo vệ. Để đảm bảo chất lượng và an toàn cho công trình, các yếu tố này cần được nghiên cứu và đánh giá thường xuyên.

Nhiệm vụ này tập trung vào các nội dung nghiên cứu dự báo hư hỏng xung quanh vị trí mối hàn dựa vào cấu trúc hợp kim, tính chất cơ học, tính chất ăn mòn, ảnh hưởng của nhiệt độ; dự báo hư hỏng tại vị trí tắc-kê inox giữ các mảnh phù điêu trên bức tường bê tông do ảnh hưởng của ăn mòn galvanic; đề xuất phương án khắc phục hư hỏng tại vị trí tắc-kê inox giữ các mảnh phù điêu trên bức tường bê tông; nghiên cứu phương pháp bảo vệ và duy tu bề mặt bức phù điêu.

PGS.TS. Nguyễn Đăng Nam, đại diện nhóm nghiên cứu, báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành các phương pháp phân tích và thử nghiệm để nghiên cứu vi cấu trúc vật liệu, đánh giá cơ tính, khảo sát các quá trình điện hóa, ăn mòn và độ bền của lớp sơn bảo vệ trong phòng thí nghiệm cũng như điều kiện thực tế ngoài trời.

Kết quả xác định khu vực xung quanh mối hàn là vị trí cần được quan tâm trong quá trình theo dõi và bảo trì công trình. Các phân tích cho thấy quá trình hàn tạo ra sự khác biệt về cấu trúc giữa kim loại nền, vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và khu vực mối hàn. Kết quả thử nghiệm cơ tính cho thấy toàn bộ các mẫu thử kéo đều xảy ra đứt gãy tại vùng HAZ. Đồng thời, tốc độ ăn mòn tại khu vực này cũng cao hơn so với vùng mối hàn và kim loại nền. Trên cơ sở này, nhóm nghiên cứu đề nghị công tác bảo trì có thể tập trung nhiều hơn vào những vị trí có nguy cơ xuống cấp.

Nhóm nghiên cứu cũng khảo sát tác động của các chế độ nhiệt khác nhau đối với cấu trúc và tính chất của vật liệu. Kết quả cho thấy điều kiện xử lý nhiệt ở mức 50°C giúp cấu trúc vật liệu đạt trạng thái tương đối ổn định hơn và có tốc độ ăn mòn thấp. Tuy nhiên, nhiệt độ gia tăng cũng có thể làm vật liệu trở nên cứng và giòn hơn, cho thấy yêu cầu cần cân nhắc đồng thời nhiều yếu tố khi đánh giá độ bền của công trình.

Về hiện tượng ăn mòn galvanic giữa các tấm đồng và hệ thống tắc-kê inox 304, kết quả nghiên cứu cho thấy, khi nước mưa hoặc hơi ẩm tạo thành một lớp dung dịch điện ly kết nối hai loại vật liệu, sự chênh lệch về điện thế có thể tạo ra quá trình ăn mòn. Điều đáng chú ý là vai trò của đồng và inox trong quá trình này có thể thay đổi theo điều kiện môi trường.

Kết quả thực nghiệm cho thấy trong môi trường trung tính và kiềm, inox 304 đóng vai trò cực catốt, trong khi đồng trở thành cực anốt và có nguy cơ bị ăn mòn. Ngược lại, trong môi trường axit mạnh, inox 304 có thể bị hoạt hóa và trở thành vật liệu bị ăn mòn ưu tiên. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hợp chất Lanthanum 4-hydroxycinnamate với nồng độ 0,63 mM nhằm hạn chế hiện tượng ăn mòn galvanic. Phụ gia này có khả năng hình thành lớp màng bảo vệ trên bề mặt các vật liệu, góp phần hạn chế quá trình ăn mòn và duy trì độ bền của các vị trí liên kết.

Hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ tại Sở Khoa học và Công nghệ TP. Hồ Chí Minh ngày 08/9/2026

Về giải pháp bảo vệ trực tiếp bề mặt đồng, nhóm nghiên cứu đã khảo sát khả năng chống ăn mòn của một số muối chloride đất hiếm, gồm CeCl₃, PrCl₃ và LaCl₃. Trong đó, LaCl₃ ở nồng độ 300 ppm cho hiệu quả ức chế ăn mòn đồng cao nhất, đạt khoảng 94,61%.

Từ kết quả này, nhóm nghiên cứu tiếp tục tích hợp phụ gia LaCl₃ vào hệ sơn kim loại gốc nước để phát triển phương án bảo vệ bề mặt phù hợp với điều kiện sử dụng ngoài trời. Hệ sơn được thử nghiệm cho độ bám dính cao, đạt mức 5B theo tiêu chuẩn ASTM D3359. Qua các thử nghiệm sốc nhiệt ở 120°C và 240°C, màng sơn không xuất hiện hiện tượng phồng rộp. Trong điều kiện phun sương muối, lớp phủ cũng duy trì trạng thái ổn định trong 10 ngày, tương đương 240 giờ thử nghiệm.

Để kiểm chứng trong điều kiện thực tế, nhóm nghiên cứu đã bố trí các mẫu thử của bốn hệ sơn tại Khu tưởng niệm liệt sĩ Láng Le - Bàu Cò. Kết quả phân tích cho thấy những liên kết hóa học đặc trưng của màng sơn vẫn duy trì ổn định, chưa ghi nhận dấu hiệu biến tính đáng kể dưới tác động của điều kiện nắng mưa thực tế.

Từ dữ liệu khoa học đến bảo trì chủ động

Đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, nhiệm vụ đã hoàn thành các sản phẩm khoa học và công nghệ gồm 3 quy trình kỹ thuật dự báo hư hỏng xung quanh vị trí mối hàn dựa vào cấu trúc hợp kim, dựa vào tính chất cơ, dựa vào tính chất ăn mòn, và quy trình dự báo hư hỏng tại vị trí tắc-kê inox; 2 báo cáo phương án kỹ thuật về chống ăn mòn galvanic và bảo vệ bề mặt bức phù điêu; các công bố khoa học và kết quả đào tạo sau đại học.

Đáng chú ý, một giải pháp liên quan đến phụ gia chống ăn mòn bảo vệ bề mặt kim loại đồng trong môi trường chứa ion chloride đã được Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn hợp lệ.

Quan trọng hơn, nhiệm vụ đã cung cấp dữ liệu khoa học giúp làm rõ mối quan hệ giữa cấu trúc vật liệu, điều kiện môi trường và nguy cơ hư hỏng. Đây là cơ sở để từng bước chuyển đổi phương thức bảo trì các công trình bằng đồng từ xử lý sự cố sang theo dõi, dự báo và bảo trì chủ động. Kết quả nghiên cứu có thể tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo, đồng thời có khả năng ứng dụng trong công tác bảo tồn, trùng tu các tượng đài, phù điêu và công trình nghệ thuật bằng đồng ngoài trời. Việc xây dựng được các quy trình kỹ thuật và giải pháp bảo vệ vật liệu cũng mở ra hướng ứng dụng khoa học và công nghệ trong gìn giữ giá trị của các công trình văn hóa - lịch sử trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh.

Lam Vân