Khám phá vai trò then chốt của vật liệu thép trong phao báo hiệu thủy

Khi nói đến cấu tạo của phao báo hiệu đường thủy, người ta thường nhắc đến thân nổi bằng nhựa HDPE hay các công nghệ GPS hiện đại. Nhưng ít ai chú ý rằng, chính những chi tiết bằng vật liệu thép âm thầm nằm bên trong mới là xương sống chịu lực, định vị và bảo đảm sự ổn định lâu dài cho cả hệ thống phao. Trong bài biết này của NLT Group sẽ phân tích rõ vai trò của vật liệu thép trong cấu tạo phao và lý do vì sao nó luôn là lựa chọn bắt buộc trong mọi thiết kế đạt chuẩn QCVN.

Vai trò của vật liệu thép trong cấu tạo phao đường thủy

Vật liệu thép được dùng cho bộ phận nào?

Trong một chiếc phao báo hiệu đường thủy hiện đại, vật liệu thép không nằm ở phần thân nổi nơi thường làm bằng nhựa hoặc composite, mà được bố trí tại những vị trí chịu tải trọng, va chạm hoặc có yêu cầu liên kết cơ khí cao. Cụ thể, vật liệu thép được sử dụng ở các bộ phận sau:

• Móc neo (anchor shackle): là điểm chịu toàn bộ lực kéo từ dây neo dưới đáy, yêu cầu độ bền và chống xoắn cao.
• Vòng chốt treo (lifting eye): dùng để cẩu phao lên xuống khi lắp đặt hoặc bảo trì, thường chịu tải trọng hàng trăm kg.
• Khung đỡ bên trong: nhiều loại phao đúc nguyên khối vẫn có lõi khung thép bên trong để tăng cường độ cứng.
• Chốt kết nối đèn, topmark: các bộ phận cố định phần trên của phao thường dùng trụ hoặc giá bằng thép mạ kẽm.
• Cửa hatch kỹ thuật: nắp mở bảo trì đèn, pin hoặc GPS thường chế tạo bằng inox hoặc thép sơn chống gỉ.

Những chi tiết này thường bị ẩn bên trong, nhưng lại là thành phần chịu lực và liên kết trọng yếu, giữ cho toàn bộ phao đứng vững, không xoay lệch hoặc gãy đổ khi gặp dòng chảy mạnh hay va đập nhẹ từ tàu thuyền.

Lý do không thay thép bằng vật liệu nhẹ hơn

Trong thiết kế hiện đại, xu hướng giảm trọng lượng là điều luôn được cân nhắc, đặc biệt với các thiết bị nổi như phao. Tuy nhiên, với các bộ phận kể trên, việc thay vật liệu thép bằng nhôm, nhựa cứng hay vật liệu nhẹ hơn không đảm bảo an toàn kỹ thuật vì những lý do sau:

1. Thép có giới hạn chảy và độ bền kéo cao hơn nhiều lần so với vật liệu phi kim. Với cùng tiết diện, thép chịu lực xoắn, uốn, va đập tốt hơn đáng kể.
2. Tính ổn định lâu dài: nhôm và nhựa dễ biến dạng khi chịu lực lặp lại hoặc nhiệt độ cao trong khi thép vẫn giữ được hình dạng và độ cứng ban đầu.
3. Khả năng liên kết: bulong, vòng siết, mối hàn, vít… đều tương thích tốt với thép hơn là composite hay HDPE, giúp việc chế tạo và bảo trì thuận lợi.
4. Tính kinh tế: mặc dù nặng hơn, nhưng thép dễ gia công, dễ sửa chữa, có sẵn và chi phí hợp lý, đặc biệt khi sản xuất hàng loạt.

Hơn nữa, các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành như QCVN 39:2011/BGTVT đều quy định rõ về yêu cầu vật liệu, trong đó nhiều bộ phận bắt buộc phải sử dụng thép mạ kẽm nhúng nóng hoặc inox 304 trở lên, không được thay thế tùy tiện.

Phân loại các dạng vật liệu thép sử dụng trong phao

Thép mạ kẽm nhúng nóng (Hot-dip galvanized steel)

Đây là loại thép phổ biến nhất được sử dụng trong kết cấu phao báo hiệu, đặc biệt ở các bộ phận như móc neo, vòng chốt treo, bu lông siết, và giá đỡ đèn. Thép sau khi gia công sẽ được ngâm nhúng trong bể kẽm nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 450°C, tạo nên lớp phủ kẽm liên kết kim loại rất bền.

Ưu điểm nổi bật:

• Chống ăn mòn cực tốt, đặc biệt trong môi trường nước mặn và nước lợ.
• Chi phí thấp, dễ gia công hàng loạt.
• Tuổi thọ cao, có thể duy trì 5–10 năm trước khi cần thay thế lớp mạ.

Theo QCVN, các bộ phận bằng thép mạ kẽm phải đảm bảo lớp phủ không bong tróc, độ dày lớp mạ tối thiểu 70–100 µm để đạt khả năng chống mòn theo yêu cầu kỹ thuật.

Thép kháng mòn khác: SUS304, inox cứng hoá

Ở những vị trí đòi hỏi cao hơn về độ bền hóa học và khả năng chịu tải, người ta sử dụng các loại thép không gỉ (inox) như:

• SUS 304: bền, chống rỉ, dùng cho phần nắp kỹ thuật, vít đèn, giá GPS.
• Inox cứng hóa (như SUS316): kháng mặn mạnh, dùng tại các vùng biển, cảng có sóng mạnh, mưa axit.

Tuy chi phí cao hơn nhưng các loại thép này ít cần bảo dưỡng và giữ chất lượng lâu dài hơn so với thép mạ kẽm. Đặc biệt, inox không cần lớp sơn phủ bảo vệ bên ngoài.

Kết cấu liên kết thép với nhựa HDPE, composite

Việc ghép nối giữa vật liệu thép và vật liệu thân phao như nhựa HDPE hoặc composite là một thách thức kỹ thuật quan trọng. Thông thường, liên kết này được thực hiện qua:

• Gắn thép vào lõi phao trong lúc đúc nguyên khối (với HDPE)
• Gắn cơ khí bằng bu lông không gỉ xuyên tấm gia cường (với composite)
• Tăng cường bằng lớp keo chống mòn + vòng đệm chống rung

Các vị trí liên kết phải đảm bảo không tạo ra điểm ăn mòn điện hóa (do khác điện thế giữa kim loại và nhựa), đồng thời không để nước xâm nhập làm hỏng liên kết từ bên trong.

Yêu cầu kỹ thuật đối với các chi tiết thép

Tiêu chuẩn về độ bền, tải trọng, chống mòn

Theo QCVN 39:2011/BGTVT, các chi tiết bằng vật liệu thép trong phao phải:

• Chịu được lực kéo tối thiểu 3.000–5.000 N, tương ứng với trọng lượng và lực neo của từng loại phao.
• Không bị rạn nứt, cong vênh, gãy mối hàn khi thử tải.
• Chống mòn tối thiểu 5 năm trong điều kiện nước lợ – nước mặn, có thể kéo dài đến 10 năm nếu kết hợp lớp phủ sơn epoxy hoặc polyurea.

Độ dày và quy định đối với vòng chốt, móc treo

Một số thông số kỹ thuật phổ biến được yêu cầu:

Bộ phận	Vật liệu	Đường kính tối thiểu	Tiêu chuẩn kỹ thuật
Móc neo (anchor shackle)	Thép mạ kẽm hoặc inox 304	Ø32–36 mm	Chịu lực 5 kN, không biến dạng dưới nước
Vòng chốt treo (lifting eye)	Thép rèn liền khối	Ø28 mm trở lên	Gắn chắc với khung hoặc lõi phao
Bu lông nối khung đèn	SUS304	M10 – M16	Phải có đệm chống rung và khóa ren

Tất cả các chi tiết phải được tính toán theo bản vẽ thiết kế kỹ thuật và tùy thuộc vào loại phao (phao luồng, phao cảnh báo, phao neo…).

Kiểm tra nghiệm thu thép trước khi đóng phao

Trước khi vật liệu thép được lắp đặt vào phao hoặc đưa đi mạ kẽm, cần tiến hành các bước kiểm tra sau:

• Kiểm tra kích thước, đường kính, sai số chế tạo
• Kiểm tra vết nứt, ăn mòn bề mặt, độ sạch trước khi mạ
• Kiểm tra mối hàn (nếu có) bằng phương pháp UT hoặc chụp ảnh
• Ghi nhận mã thép, chứng chỉ xuất xưởng (CO/CQ)

Sau khi mạ kẽm hoặc đánh bóng, cần đo lại độ dày lớp phủ bằng máy chuyên dụng và đánh giá lớp bảo vệ có đồng đều hay không. Biên bản nghiệm thu này sẽ là một phần trong hồ sơ hoàn công phao báo hiệu theo quy định của Bộ GTVT.

So sánh vật liệu thép với các vật liệu thay thế

So với nhôm, nhựa cứng 

Tiêu chí	Thép mạ kẽm / Inox	Nhôm	Nhựa cứng (ABS, PVC công nghiệp)
Khả năng chịu lực	Rất cao (chịu kéo, uốn, xoắn tốt)	Trung bình, dễ biến dạng	Kém, không dùng cho chi tiết chịu lực
Kháng va đập	Tốt, không gãy giòn	Dễ móp, biến dạng khi va mạnh	Có thể vỡ hoặc nứt khi chịu lực lặp lại
Trọng lượng	Nặng	Nhẹ hơn khoảng 30–40% so với thép	Rất nhẹ
Khả năng chống ăn mòn	Tốt nếu được mạ kẽm hoặc dùng inox	Tốt, nhưng dễ bị ăn mòn điện hóa nếu tiếp xúc ẩm	Tốt trong môi trường ngọt, kém bền với nước mặn
Liên kết cơ khí	Tốt, dễ bắt vít, hàn, dùng bulông	Khó hàn với thép, phải dùng kết cấu riêng	Kém, dễ bị nứt khi siết chặt bulông
Ứng dụng phù hợp	Móc neo, vòng treo, khung kỹ thuật chịu tải	Giá đỡ phụ nhẹ, khung topmark	Tấm che, nắp kỹ thuật, chi tiết không chịu lực

Khi nào nên dùng 100% vật liệu thép? Khi nào nên dùng lại vật liệu?

100% vật liệu thép chỉ nên dùng cho các chi tiết gánh tải trọng cao, có nguy cơ va chạm, hoặc cần độ ổn định tuyệt đối (ví dụ: hệ thống neo đáy, trục giữa khung phao, vòng nâng).

Kết cấu lai (thép + nhựa hoặc thép + composite) phù hợp cho:

• Các phao cần nổi tốt, giảm khối lượng tổng thể
• Những vị trí tiếp xúc với con người hoặc chịu ăn mòn nhẹ

Nguyên tắc chung: vị trí nào chịu lực – dùng thép. Vị trí nào nổi hoặc thẩm mỹ – ưu tiên nhựa hoặc composite.

Kết luận

Không có vật liệu nào thay thế được hoàn toàn vai trò của vật liệu thép trong cấu tạo phao báo hiệu đường thủy. Dù nằm ẩn bên trong hay chỉ chiếm một phần nhỏ khối lượng, các chi tiết thép chính là trụ cột giữ cho phao luôn đúng vị trí, đúng định hướng và đúng chức năng trong suốt hàng năm vận hành giữa môi trường khắc nghiệt. Thiết kế đúng, dùng thép đúng chủng loại kiểm tra và bảo trì định kỳ, đó chính là ba yếu tố cốt lõi để hệ thống phao đảm bảo an toàn, tiết kiệm và hiệu quả lâu dài.

FAQ