Tăng cường và sửa chữa kết cấu nhịp cầu bêtông cốt thép cũ

ViÖc t¨ng c­êng vµ söa ch÷a kÕt cÊu nhÞp cÇu bªt«ng cèt thÐp cò cã thÓ ¸p dông ®¬n lÎ hoÆc kÕt hîp nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau nh­ sau: Thay ®æi s¬ ®å tÜnh häc cña kÕt cÊu, ®Æt thªm cèt thÐp vµ ®æ bªt«ng bæ sung, ®Æt hÖ thèng t¨ng ®¬ vµ g«ng. GÇn ®©y mét sè ph­¬ng ph¸p cßn ®­îc coi lµ míi, ch­a ¸p dông hoÆc míi b¾t ®Çu ¸p dông ë n­íc ta nh­ dïng bªt«ng phun, ®Æt thªm cèt thÐp d­ øng lùc ngoµI, tiªm v÷a hoÆc keo vµo vÕt nøt, dïng bª t«ng polymer, d¸n thªm b¶n thÐp ngoµI, hoÆc d¸n thªm b¶n CFRP v.v. Lùa chän gi¶i ph¸p vµ c«ng nghÖ söa ch÷a, t¨ng c­êng cÇu BTCT cò trªn §­êng s¾t ViÖt nam (§SVN) tr­íc tiªn cÇn thiÕt ph¶i l­u ý mét sè ®iÒu kiÖn quan träng sau ®©y: • Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh söa ch÷a, t¨ng c­êng cÇu vÉn ph¶i ®¶m b¶o an toµn cho tÇu chËy b×nh th­êng theo biÓu ®å quy ®Þnh chung cña §SVN. • C¸c cÇu BTCT trªn ®­êng s¾t lµ nh÷ng cÇu nhá, nhÞp gi¶n ®¬n cã khÈu ®é tõ 2 16 m, mÆt c¾t ngang gåm 2 phiÕn. Trong ®ã chñ yÕu lµ c¸c cÇu cã khÈu ®é nhÞp tõ 7 13 m. • Gi¶i ph¸p vµ c«ng nghÖ ®­a ra ph¶i gi¶i quyÕt ®­îc ®ång thêi c¶ 5 “c¨n bÖnh” tån t¹i trªn mçi nhÞp dÇm “bÞ bÖnh”: Mét lµ söa ch÷a tÇng phßng n­íc bÞ thÊm n­íc; hai lµ bÞt c¸c vÕt nøt cã ®é më réng > 0,2 mm; ba lµ t¨ng c­êng kh¶ n¨ng b¶o vÖ cña líp bª t«ng b¶o hé qu¸ máng; bèn lµ kh«i phôc l¹i mÆt c¾t ban ®Çu cña dÇm do bÞ phong ho¸, trãc vì long lë bª t«ng d­íi ®¸y bÇu dÇm lµm lé cèt thÐp; n¨m lµ t¨ng c­êng kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña dÇm ®¹t t¶i träng cÊp T14 kh«ng h¹n chÕ tèc ®é. • Gi¶i ph¸p vµ c«ng nghÖ gia cè dÇm ph¶i kh¶ thi, phï hîp víi n¨ng lùc thùc hiÖn còng nh­ b¶o d­ìng sau gia cè cña ®éi ngò ®«ng ®¶o nh÷ng ng­êi thî cÇu cã s½n ë kh¾p c¸c cung cÇu trªn m¹ng l­íi §SVN. • Gi¸ thµnh söa ch÷a, t¨ng c­êng ph¶i thÊp d­íi 30% gi¸ thµnh thay dÇm míi. Gi¶i ph¸p sö dông bª t«ng polymer vµ d¸n b¶n thÐp bªn ngoµi dÇm ®• ¸p dông thÝ ®iÓm lÇn ®Çu tiªn ë ViÖt nam t¹i 4 cÇu BTCT cò trªn §SVN (19931994) ®¹t kÕt qu¶ rÊt tèt, tháa m•n nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æt ra vµ l¹i kÕt hîp ch÷a trÞ ®­îc c¸c “c¨n bÖnh” kh¸c cña cÇu trong cïng mét lÇn gia cè. T­ t­ëng cña gi¶i ph¸p nµy lµ chän sö dông vËt liÖu polymer thay thÕ c¸c bé phËn BT bÞ suy tho¸i vµ d¸n c¸c b¶n thÐp vµo mÆt ngoµi chÞu kÐo cña dÇm ®Ó t¨ng c­êng kh¶ n¨ng chÞu t¶i. VËt liÖu polymer lµ lo¹i vËt liÖu cã søc b¸m dÝnh tuyÖt vêi ®èi víi BTCT vµ cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc thêi gian cho nã tham gia chÞu lùc cïng víi kÕt cÊu ®­îc gia cè theo ý muèn cña ng­êi thiÕt kÕ. Néi dung chÝnh cña gi¶i ph¸p vµ c«ng nghÖ nµy ®• thùc hiÖn ë 4 cÇu trªn §SVN võa qua nh­ sau: • Tr¸ng lªn mÆt trªn m¸ng ballast mÆt cÇu mét líp v÷a polymer cã ®Æt cèt v¶i, chiÒu dÇy trung b×nh lµ 2 3 mm ®Ó thay thÕ tÇng phßng n­íc cò bÞ háng. • B¬m v÷a polymer vµo tÊt c¶ c¸c vÕt nøt ph¸t hiÖn ®­îc trªn dÇm b»ng m¸y b¬m ¸p lùc cao (tèi ®a ®Õn 100 atmosphere). • Lo¹i bá líp bª t«ng bÞ phong ho¸ d­íi ®¸y c¸c bÇu dÇm, ch¶i gØ cèt thÐp råi ®æ bª t«ng polymer b¶o vÖ, ®ång thêi t¹o ra tr­íc mét bÒ mÆt b»ng ph¼ng cho viÖc d¸n b¶n thÐp tiÕp theo. • D¸n c¸c b¶n thÐp dÇy tõ 6 10 mm d­íi ®¸y c¸c phiÕn dÇm. Tuú theo kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña tõng cÇu mµ d¸n mét líp hay nhiÒu líp b¶n thÐp. VÝ dô ë cÇu Km 995 d¸n 2 líp b¶n thÐp mçi líp dÇy 6 mm, ë cÇu Km 410, Km 411, Km 983 d¸n mét líp b¶n thÐp dÇy 6 mm. Thay v× d¸n c¸c b¶n thÐp ngoµi cã thÓ d¸n c¸c tÊm CFRP .v.v. • QuÐt s¬n polymer (chän lo¹i s¬n dung m«i) b¶o vÖ toµn bé c¸c nhÞp dÇm (cÇu Km 983 cÇu Km 995) ®Ó ng¨n ngõa t¸c nh©n x©m thùc cña m«i tr­êng, ®Æc biÖt lµ sù x©m nhËp ion CL vµo bª t«ng. Líp s¬n nµy rÊt cã ý nghÜa bëi v× hiÖn t¹I hÇu hÕt c¸c dÇm cÇu BTCT trªn tuyÕn cã líp phßng hé qu¸ máng. • KÕt qu¶ kiÓm tra sau 6 n¨m khai th¸c sö dông c¸c cÇu BTCT ®­êng s¾t ®­îc söa ch÷a, t¨ng c­êng b»ng gi¶i ph¸p sö dông bª t«ng polymer vµ d¸n b¶n thÐp ngoµi cho thÊy: c¸c vÕt nøt tr­íc khi gia cè dÇm ®Õn nay vÉn kh«ng thÊy xuÊt hiÖn trë l¹i; b¶n thÐp vÉn b¸m chÆt chÏ víi ®¸y dÇm BTCT nh­ lóc míi gia cè, kh«ng thÊy xuÊt hiÖn vÕt nøt bong t¸ch; øng suÊt c¸c b¶n thÐp t¨ng c­êng ë 4 cÇu khi cã ho¹t t¶i ®¹t trung b×nh 125 kgcm2; tÇng phßng n­íc lµm viÖc tèt, kh«ng thÊy cã dÊu hiÖu dét hoÆc thÊm n­íc; líp s¬n phñ b¶o vÖ dÇm BTCT vÉn cßn tèt. Néi dung chuyªn ®Ò nµy bao gåm: • Giíi thiÖu vÒ c«ng nghÖ bª t«ng polymer vµ d¸n b¶n thÐp. • Tr×nh bÇy c¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm ngoµI n­íc vµ trong n­íc vÒ c«ng nghÖ nµy.

Mở đầu

Việc tăng cờng và sửa chữa kết cấu nhịp cầu bêtông cốt thép cũ có thể

áp dụng đơn lẻ hoặc kết hợp nhiều phơng pháp khác nhau nh sau: Thay

đổi sơ đồ tĩnh học của kết cấu, đặt thêm cốt thép và đổ bêtông bổ sung,

đặt hệ thống tăng đơ và gông Gần đây một số ph ơng pháp còn đợc coi

là mới, cha áp dụng hoặc mới bắt đầu áp dụng ở n ớc ta nh dùngbêtông phun, đặt thêm cốt thép d ứng lực ngoàI, tiêm vữa hoặc keo vàovết nứt, dùng bê tông polymer, dán thêm bản thép ngoàI, hoặc dán thêmbản CFRP v.v

Lựa chọn giải pháp và công nghệ sửa chữa, tăng c ờng cầu BTCT cũ trên

Đờng sắt Việt nam (ĐSVN) trớc tiên cần thiết phải lu ý một số điều kiệnquan trọng sau đây:

• Quá trình tiến hành sửa chữa, tăng cờng cầu vẫn phải đảm bảo an toàncho tầu chậy bình thờng theo biểu đồ quy định chung của ĐSVN

• Các cầu BTCT trên đờng sắt là những cầu nhỏ, nhịp giản đơn có khẩu độ

từ 2 - 16 m, mặt cắt ngang gồm 2 phiến Trong đó chủ yếu là các cầu cókhẩu độ nhịp từ 7 - 13 m

• Giải pháp và công nghệ đa ra phải giải quyết đợc đồng thời cả 5 “cănbệnh” tồn tại trên mỗi nhịp dầm “bị bệnh”: Một là sửa chữa tầng phòngnớc bị thấm nớc; hai là bịt các vết nứt có độ mở rộng > 0,2 mm; ba làtăng cờng khả năng bảo vệ của lớp bê tông bảo hộ quá mỏng; bốn làkhôi phục lại mặt cắt ban đầu của dầm do bị phong hoá, tróc vỡ long lở

bê tông dới đáy bầu dầm làm lộ cốt thép; năm là tăng cờng khả năngchịu tải của dầm đạt tải trọng cấp T-14 không hạn chế tốc độ

• Giải pháp và công nghệ gia cố dầm phải khả thi, phù hợp với năng lựcthực hiện cũng nh bảo dỡng sau gia cố của đội ngũ đông đảo những ng ờithợ cầu có sẵn ở khắp các cung cầu trên mạng lới ĐSVN

• Giá thành sửa chữa, tăng cờng phải thấp dới 30% giá thành thay dầmmới

Giải pháp sử dụng bê tông polymer và dán bản thép bên ngoài dầm đã

áp dụng thí điểm lần đầu tiên ở Việt nam tại 4 cầu BTCT cũ trên ĐSVN(1993-1994) đạt kết quả rất tốt, thỏa mãn những điều kiện đặt ra và lạikết hợp chữa trị đợc các “căn bệnh” khác của cầu trong cùng một lần gia

cố T tởng của giải pháp này là chọn sử dụng vật liệu polymer thay thếcác bộ phận BT bị suy thoái và dán các bản thép vào mặt ngoài chịu kéocủa dầm để tăng cờng khả năng chịu tải Vật liệu polymer là loại vật liệu

có sức bám dính tuyệt vời đối với BTCT và có thể điều chỉnh đ ợc thờigian cho nó tham gia chịu lực cùng với kết cấu đ ợc gia cố theo ý muốncủa ngời thiết kế Nội dung chính của giải pháp và công nghệ này đãthực hiện ở 4 cầu trên ĐSVN vừa qua nh sau:

• Tráng lên mặt trên máng ballast mặt cầu một lớp vữa polymer có đặt cốtvải, chiều dầy trung bình là 2 - 3 mm để thay thế tầng phòng n ớc cũ bịhỏng

• Bơm vữa polymer vào tất cả các vết nứt phát hiện đ ợc trên dầm bằngmáy bơm áp lực cao (tối đa đến 100 atmosphere)

• Loại bỏ lớp bê tông bị phong hoá dới đáy các bầu dầm, chải gỉ cốt théprồi đổ bê tông polymer bảo vệ, đồng thời tạo ra tr ớc một bề mặt bằngphẳng cho việc dán bản thép tiếp theo

• Dán các bản thép dầy từ 6 - 10 mm dới đáy các phiến dầm Tuỳ theo khảnăng chịu tải của từng cầu mà dán một lớp hay nhiều lớp bản thép Ví dụ

ở cầu Km 995 dán 2 lớp bản thép mỗi lớp dầy 6 mm, ở cầu Km 410, Km

411, Km 983 dán một lớp bản thép dầy 6 mm Thay vì dán các bản thépngoài có thể dán các tấm CFRP v.v

• Quét sơn polymer (chọn loại sơn dung môi) bảo vệ toàn bộ các nhịp dầm(cầu Km 983 & cầu Km 995) để ngăn ngừa tác nhân xâm thực của môi tr -ờng, đặc biệt là sự xâm nhập ion CL- vào bê tông Lớp sơn này rất có ýnghĩa bởi vì hiện tạI hầu hết các dầm cầu BTCT trên tuyến có lớp phòng

hộ quá mỏng

• Kết quả kiểm tra sau 6 năm khai thác sử dụng các cầu BTCT đ ờng sắt

đ-ợc sửa chữa, tăng cờng bằng giải pháp sử dụng bê tông polymer và dánbản thép ngoài cho thấy: các vết nứt tr ớc khi gia cố dầm đến nay vẫnkhông thấy xuất hiện trở lại; bản thép vẫn bám chặt chẽ với đáy dầmBTCT nh lúc mới gia cố, không thấy xuất hiện vết nứt bong tách; ứngsuất các bản thép tăng cờng ở 4 cầu khi có hoạt tải đạt trung bình 125kg/cm2; tầng phòng nớc làm việc tốt, không thấy có dấu hiệu dột hoặcthấm nớc; lớp sơn phủ bảo vệ dầm BTCT vẫn còn tốt

Nội dung chuyên đề này bao gồm:

• Giới thiệu về công nghệ bê tông polymer và dán bản thép

• Trình bầy các nghiên cứu thực nghiệm ngoàI n ớc và trong nớc về côngnghệ này

sử dụng vật liệu polymer để sửa chữa và tăng c ờng dầm cầu btct cũ

-1.1 Khái niệm chung

1.1.1 Các phơng pháp để sửa chữa cầu BTCT có thể phân loại theo mục

đích của chúng nh sau:

• Sửa chữa để nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy kết cấu

• Sửa chữa để khôi phục khả năng chịu tải của kết cấu

Các phơng pháp dùng vữa xi măng thờng hoặc dùng bêtông thờng cốtliệu nhỏ để lấp các vết nứt, các chỗ nứt vỡ bêtông th ờng không có hiệuquả Do co ngót và do dính bám không đủ giữa lớp bêtông cũ và lớp áobêtông mới nên các lớp áo mới đều dần dần bị bong ra, n ớc ma và hơi

ẩm tụ lại trong các khe hở giữa hai lớp bêtông cũ, mới gây tác hại xấu

đến bêtông cũ và cốt thép Đối với các cầu đang có xe tầu qua lại gâyrung động và biến dạng thì biện pháp sửa chữa này càng không có hiệuquả.

Hiện nay ở nhiều nớc đã trám lấp các vết nứt nhỏ bằng các loại sơn, còn các vếtnứt lớn thì cũng cần trám trớc bằng vữa xi măng rồi sơn phủ Nhng biện phápnày cũng kém hiệu quả Để lựa chọn phơng pháp (Công nghệ, vật liệu) sửachữa phải căn cứ vào đặc điểm của h hỏng

1.2 Phân loại h hỏng để sửa chữa

Có thể phân loại h hỏng thành 3 loại:

1.2.1 Loại 1.

Gồm những h hỏng mà không làm giảm cờng độ chịu nén thực tế và tuổithọ kết cấu (Ví dụ kết cấu có các vết rỗ bề mặt nhỏ, các vết nứt ch a rộngquá 0,2mm, các sứt vỡ mà không lộ cốt thép)

1.2.2 LoạI 2.

Gồm những h hỏng làm giảm tuổi thọ kết cấu Ví dụ kết cấu có các vếtnứt rộng hơn 0,2mm, các vết nứt vỡ lộ cốt thép, các vết ăn mòn bêtôngv.v

1.2.3 LoạI 3.

Gồm các h hỏng làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu (Ví dụ: kết cấu

có vết nứt nghiêng trong sờn dầm, các vết nứt nằm ngang ở chỗ tiếp giápphần sờn dầm với phần bản cánh, các vết sứt vỡ và rỗ lớn ở vùng bêtôngchịu nén ở mặt cắt v.v )

Những h hỏng LoạI 1 không đòi hỏi các biện pháp đặc biệt nh ng nênkhắc phục sớm, duy tu bảo dỡng định kỳ Các h hỏng LoạI 2 cần đợc sửachữa để tăng tuổi thọ, do đó các vật liệu dùng để sửa chữa cấn có tínhchất bảo vệ cao Đối với các h hỏng Loại 3 cần phải tìm cách khôi phụckhả năng chịu lực của kết cấu theo các dấu hiệu cụ thể, do đó các vậtliệu và công nghệ sửa chữa cần phải đảm bảo có cờng độ tốt

Theo các tiêu chuẩn hiện nay, các vật liệu và công nghệ để sửa chữachủ yếu nhằm loại bỏ các h hỏng Loại 1 và LoạI 2, bởi vì muốn loại bỏ hhỏng Loại 3 thì phải có đồ án thiết kế cá biệt sửa chữa cụ thể

1.3 Phân loại vật liệu sửa chữa

Có thể phân thành 2 nhóm vật liệu:

1.3.1 Nhóm I:

Các vật liệu mà sau khi bám vào bêtông cũ của kết cấu thì tạo ra lớp áo cứng

có tính chất gần giống đá xi măng Chúng đợc dùng để sửa chữa các h hỏngtrên đoạn kết cấu có biến dạng nhỏ, kể cả các vết nứt có độ rộng biến đổi dớitác động hoạt tải đến mức 0,1mm, cũng nh các vết nứt trong các dầm dự ứnglực dọc theo cốt thép thờng và các vết nứt do co ngót Để sửa chữa kết cấucầu nên dùng vữa xi măng - cát, vữa xi măng polymer (Vữa hoặc sơn), cácchất kết dính trên cơ sở keo tổng hợp hữu cơ

1.3.2 Nhóm II:

Gồm các chất có thành phần cao su, có tính dẻo, không bị phá hoại khi

bị biến dạng lớn Loại vật liệu này chủ yếu đ ợc dùng để trám vá các vết

nứt có độ rộng biến đổi lớn hơn hay bằng 0,2mm Ví dụ vật liệu kết hợpcao su - bitum Các kết cấu nhịp chịu môi tr ờng xâm thực nên đợc bảo vệchống rỉ bằng các chất trên cơ sở êpôxy, keo peclovinyl và sơn silíc hữucơ Để tăng cờng khả năng bảo vệ và làm đẹp bề ngoài của kết cấu cầuBTCT nên dùng loại sơn đặc biệt trên cơ sở chất polivinyl axetat hoặcsơn tổng hợp Các chất này thẩm thấu vào các mao quản của lớp bê tôngbảo vệ và cũng dùng để trám bịt các vết nứt nhỏ.

1.4 bảo vệ bê tông bằng Lớp phủ polymer

1.4.1 Khả năng áp dụng các lớp phủ polymer

Trong các kết cấu xây dựng hiện đại (Cầu, nhà, công trình thuỷ lợi) lớpphủ pôlyme thờng đợc sử dụng để bảo vệ kết cấu BTCT làm việc trongmôi trờng ăn mòn nhằm tăng cờng tính ổn định hoá học, tính ổn địnhkhông khí, ổn định với nớc, v.v

Để giảm nhẹ giá thành của các loại pôlyme nh êpôxy thông thờng ngời tatrộn êpôxy với nhựa rẻ hơn nh: Nhựa phuranic

ở Mỹ thờng dùng nhựa êpôxy trộn với phuranic theo tỷ lệ 50 - 52% (theokhối lợng) ở Đức thờng dùng hỗn hơp êpôxy, phuranic (FAFĐ-8) và trộnvới phenolfocmadêhyt 2FP-1

Theo các số liệu nghiên cứu tại Anh sử dụng nhiên liệu sơn caosu clohoá, chất phủ này áp dụng trong một số công trình nền móng, kết cấuBTCT ở vùng ven biển và kết cấu làm việc trong môi tr ờng có tác dụngvật lý và cơ học cao Lớp phủ trên cơ sở cao su clo hoá sẽ bền, kinh tế

và có ý nghĩa thực tế

ở Nga chủ yếu sử dụng các lớp phủ trên cơ sở các polyme cơ bản:Polieste, phuranic, nhựa phenol và epôxy Tuy nhiên trong các tr ờng hợpthông thờng có thể dùng lớp phủ là hỗn hợp của cao su và êpôxy (Tỷ lệcao su là 5%)

Khi sử dụng các lớp phủ kể trên cần lu ý 2 vấn đề:

• Hệ số giãn nở về nhiệt rất lớn (0,0005-0,0007) so với BTCT là 0,000011

Nh vậy khi sử dụng rất có thể trong lớp phủ sẽ xuất hiện ứng suất nhiệt

• Độ bền của polymer trong điều kiện nhiệt đới ẩm đã đ ợc xác định là đảmbảo, xong với những loại nhựa cụ thể cần đợc kiểm tra kỹ giới hạn bềnkhí hậu

ở Việt nam lần đầu tiên vào năm 1993 đã sử dụng sơn polymer dung môiquét phủ bảo vệ toàn bộ các nhịp dầm BTCT cầu Km 983 & cầu Km 995tuyến ĐSTN để ngăn ngừa tác nhân xâm thực của môi tr ờng, đặc biệt là

sự xâm nhập ion CL- vào bê tông Lớp sơn này rất có ý nghĩa bởi vì hiệntạI hầu hết các dầm cầu BTCT trên tuyến có lớp phòng hộ quá mỏng.Qua thời gian sử dụng cho đến nay lớp phủ sơn polymer tỏ ra rất hiệuquả

1.5 Phân loại lớp phủ polymer bảo vệ kết cấu BTCT

1.5.1 Các dạng lớp phủ polymer trên bêtông và BTCT

Hiện nay các lớp phủ polymer trên kết cấu bêtông và BTCT đ ợc chia ra 5loại sau:

• Các loại sơn, lớp màng mỏng, lớp phủ matít, lớp polymer, xi măng,bêtông và lớp phủ bêtông polymer.

• Lớp sơn phủ bảo vệ đợc hình thành bằng cách phủ lên bề mặt kết cấuBTCT các lớp sơn có thể rắn chắc ở nhiệt độ th ờng hoặc nhiệt độ cao.Lớp sơn bảo vệ chiều dày từ 0,1 - 1mm

• Lớp màng bảo vệ đợc cấu tạo từ các lớp keo, băng đặc biệt có thể dánlên bề mặt kết cấu BTCT Chiều dày của chúng đ ợc xác định từ loại kếtcấu và chất lợng của cuộn băng keo

• Lớp matít bảo vệ cấu tạo gồm các thành phần: chất độn rất nhỏ vàpolyme Thành phần chất độn chiếm 40 - 400% theo trọng l ợng nhựapolyme Chiều dày lớp phủ matít từ 0,5  3mm

• Lớp phủ polymer xi măng hoặc bêtông polymer tốt hơn lớp phủ matít vớithành phần bao gồm: Cát, đá, xi măng và polyme

Chiều dày lớp phủ loại này từ 1  5 cm và đợc xác định tuỳ theo yêu cầu

về kết cấu, cốt liệu và môi trờng ăn mòn

1.5.2 Các loại polymer cơ bản dùng cho lớp phủ bảo vệ

Polietilen: Có khả năng chống thấm nớc và ổn định hoá học cao

Polietilen là sản phẩm lỏng, nguyên liệu chủ yếu để chế tạo các cuộnbăng keo bảo vệ, làm việc tốt ở nhiệt độ đến 150oC

Nhựa phenolfocmadehyt đợc chế tạo từ phenol và focmadahyt đợc sửdụng chế tạo sơn bảo vệ

Nhựa epoxy là loại keo đặc biệt trong thành phần có chất gốc epoxy Tốtnhất nên dùng loại epoxy lỏng ED-6, ED-16, ED-20, ED-22 ( OOCT10587-76) hoặc hỗn hợp của epoxy với cao su, phurano và các loại nhựakhác

Nhựa Polieste: Có ký hiệu PM1-PN4; PN1-C đến PM10, PM100

Sơn peclovinyl (PXB) có các mác PXB-18, PXB-23, PXB-14 Lớp sơn loạinày là 1 loại lớp bảo vệ tốt có triển vọng cho kết cấu BTCT làm việctrong điều kiện khí hậu ven biển và khí hậu nhiệt đới ẩm

Sơn silic hữu cơ, có độ ổn định rất cao trong môi tr ờngkhông khí, nớc.Hiện nay dang sử dụng rất rộng rãi các loại sơn silic K 10, K 11,

K 94

Sơn phenolfocmadehyt đặc biệt tốt khi bảo vệ bê tông làm việc trong môitrờng nớc và môi trờng axít loãng và môi trờng phóng xạ

Vật liệu sơn epoxy (ELM) đợc sử dụng làm lớp phủ trên bê tông và BTCT.Tính chất quí giá của loại sơn này là chống ăn mòn rất tốt đối với bê tông

ẩm ELM trên cơ sở nhựa epoxy có thể bịt kín các vết nứt trong BT vàBTCT Các loại sơn này khi đợc gia nhiệt có thể bịt kín các vết sâu của

bê tông ở Nga có các loại sơn epoxy làm lớp phủ mác -4100, -4001,

1.6.1 Giới thiệu thành phần keo epoxy

Keo epoxy là vật liệu hỗn hợp bao gồm 4 thành phần chính:

đã chế sẵn cha pha chất hoá rắn trớc khi dùng thì trộn 2 thành phần đóvới nhau và sử dụng ngay để dán

1.6.2 Nhựa epoxy

ở Việt nam thờng dùng các loại nhựa epoxy do Nga sản xuất với ký hiệuED-20, ED-16, ED-5, ED-6 trong lĩnh vực bảo vệ kết cấu chống ăn mòn.Nhựa epoxy có hai liên kết hoá học chính là liên kết Các bon - Các bon(C- C) và ete (-C-0-C-) cùng hai nhóm đặc trng là hyđroxin (OH) vàetylen oxyt ( -C-C-) hay còn gọi là nhóm epoxy

O

Nhìn vào cấu trúc hoá học nh trên của nhựa epoxy có thể nhận thấy cấutrúc phân cực của nó Chính do cấu trúc này mà nhựa epoxy có tính bámdính tốt với những vật liệu nào cũng có tính phân cực, nhựa epoxy có thểphản ứng hoá học với các chất hoá rắn và có độ bền cơ lý, độ bền nhiệtcao

Những tính chất đáng chú ý nhất của nhựa epoxy là:

Có thể pha trộn với một số chất khác để tạo ra những loại keo dán hoặcvật liệu dính bám tốt có những tính năng đặc biệt dính bám đ ợc với nhiềuloại vật liệu khác nhau ( gỗ, thép, bê tông, đá, v.v )

Việc pha trộn trớc lúc sử dụng ở điều kiện trong nhà x ởng hoặc ngoài trờikhông đòi hỏi các thiết bị phức tạp

Trong quá trình tác động hoá học với chất hoá rắn không sinh ra n ớc haycác chất bay hơi có thể làm yếu vật liệu đã hoá cứng về mặt độ bền cơhọc hay độ bền nhiệt

Vật liệu sau khi hoá cứng có tính đồng nhất cao.

Có thể hoá cứng ở nhiệt độ bình th ờng (80 - 350) Nếu có biện pháp gianhiệt đến 100oC thì sẽ hoá cứng nhanh hơn nhng sẽ bị dòn hơn

Có độ co ngót rất nhỏ sau khi hoá rắn (0,15% - 0,40%)

Tính năng của một số keo epoxy xem ở bảng 1

1.6.3 Chất hoá dẻo

Khi trộn chất hoá dẻo với nhựa epoxy thì có tác dụng làm tăng tính dẻo,giảm độ co ngót, tăng khả năng chịu rung, chịu va đập, giảm độ nhớt vàkéo dài thời gian thi công của hỗn hợp keo Cũng có nhiều tr ờng hợp vìmục đích sử dụng nào đó mà không dùng chất hoá dẻo

Cần lu ý là việc trộn chất hoá dẻo vào loại nhựa epoxy độ nhớt cao sẽlàm cho hỗn hợp keo có các tính năng cơ lý tốt hơn Ng ợc lại, nếu trộnchất hoá dẻo với loại nhựa epoxy độ nhớt thấp lại làm giảm tính năng cơ

lý của keo

Về thành phần hoá học, các chất hoá dẻo là các hợp chất cac buahyđro

và các chất dẫn xuất của chúng có trọng l ợng phân tử thấp Thông dụngnhất là các chất polyeste peclorovinyl thiorel, dibutia-phtalat Riêng chấtdibutin phatalat là loại chất hoá dẻo trơ không phản ứng hoá học vớinhựa epoxy mà khi trộn với nhựa epoxy thì chỉ làm giảm độ nhớt của hỗnhợp keo

Những chất hoá rắn có phản ứng hoá học với nhựa epoxy ở nhiệt độ th ờng (8o - 35o) đợc gọi là chất hoá rắn nguội Chúng th ờng là các amin vớimột hay nhiều nhóm amin, Ví dụ nh: etylen diamin, tetra- etylenpentamin, dietylen triamin, dimetyl amin Thông dụng nhất là chấtpolyetylen polyamin ở thể lỏng, màu vàng nâu, dễ bay hơi và độc hại đốivới sức khoẻ.

-Khi sửa chữa cầu bê tông hoặc BTCT nếu thời gian thi công hạn chế do

điều kiện thông xe thì cần làm cho keo epoxy hoá rắn nhanh bằng cáchchọn liều lợng pha trộn chất hoá rắn và điều kiện gia nhiệt thích hợp Do đóphải làm thí nghiệm cụ thể cho mỗi tình huống ở hiện tr ờng Nói chung, thờigian hoá rắn tốt nhất ở 20oC là 70-150 giờ và ở 80oC là 3-4 giờ Nếu khôngmuốn gia nhiệt cho keo hoá rắn nhanh thì có thể trộn thêm vào keo một sốchất đặc biệt khác mà theo thí nghiệm sẽ quyết định

1.6.5 Chất độn:

Việc cho thêm chất độn vào hỗn hợp keo có thể tiết kiệm nhựa epoxy khi

sử dụng keo với khối lợng lớn Tác dụng chính của chất độn ( có tính chấtgần giống với tính chất của vật liệu kết cấu cần dán keo) là làm tăng khảnăng dính bám của keo với bề mặt của vật liệu kết cấu Có 2 dạng chất

độn: Dạng bột và dạng sợi Trộn chất độn sợi amiăng vào hỗn hợp keoepõy sẽ làm tăng độ bền cơ học của keo Sử dụng chất độn dạng bộtgraphit làm tăng khả năng chịu mài mòn và tự bôi trơn của keo epoxy saukhi hoá cứng Để sửa chữa kết cấu bê tông và BTCT th ờng dùng chất độn

là bột xi măng khô có mác cao

Các chất độn dạng bột đợc phân thành 2 nhóm: Nhóm làm tăng độ bềncủa keo nh bột sắt, đồng, kẽm, graphit, gang, mica nhóm bột độn trơ

nh bột tale, cao lanh, nhôm, cát hạt mịn

Liều lợng bột độn vào keo do thí nghiệm quyết định tuỳ theo các yêu cầu

cụ thể về phẩm chất của keo, điều kiện chế tạo và sử dụng nó Nóichung, bột độn cần phải mịn, khô và không lẫn tạp chất để đảm bảo chấtlợng keo

1.7 Những đIều kiện để sử dụng keo epoxy có hiệu quả

1.7.1 Tình trạng bề mặt bê tông và vết nứt

Bề mặt bê tông và bên trong khe nứt phải sạch và khô Vì vậy công tácchuẩn bị bề mặt rất quan trọng Muốn cho keo dính bám chặt với bề mặt

bê tông và bịt chặt các khe nứt cần phải tẩy bỏ lớp bê tông bị phong hoá

và rửa sạch mọi bụi phấn vãi trên bề mặt bê tông

Nếu độ ẩm bề mặt bê tông lớn hơn 6% thì keo dính bám kém với bê tông

và sẽ bị bong sớm Do đó nhất thiết phải sấy khô bề mặt bê tông đến độ

ẩm thấp hơn 5% trớc khi bôi keo

1.7.2 Độ ẩm của bột xi măng độn

Xi măng càng ẩm thì tốc độ hoá cứng của keo càng chậm và c ờng độ keocàng thấp Vì vậy phải làm khô độn xi măng trớc khi trộn vào hỗn hợpkeo Kết quả thí nghiệm ảnh hởng của độ ẩm xi măng đối với chất lợngkeo ghi ở bảng 2

Bảng 2

Quan hệ độ ẩm bột độn xi măng với cờng độ keo epoxy.

TT Độ ẩm của bột độn xi măngmịn ( %) Cờng độ chịu nén trung bình của keoepoxy (kg/cm2)

1 ngày 3 ngày 7 ngày

1.7.3 Nhiệt độ trong quá trình hoá rắn của keo

Sau khi đợc trộn với nhựa epoxy thì các chất hoá rắn nóng đòi hỏi phảiduy trì nhiệt độ chừng 15oC trong khoảng 2 giờ liên tục để phản ứng hoáhọc xảy ra hoàn toàn và vật liệu keo đã hoá cứng có các tính chất tốt.Tuy nhiên để sửa chữa kết cấu bê tông và BTCT th ờng dùng các chấthoá rắn nguội nh polyetylen polyamin ở nhiệt độ 20oC tuỳ theo tỷ lệ phatrộn mà keo epoxy sẽ hoá cứng dần dần sau 60 - 150 phút nh vậy có đủthời gian thi công Nếu gia nhiệt đến 80oC thì keo sẽ hoá cứng rất nhanhchỉ sau 5- 10 phút và lúc đó không thể thực hiện hoặc điều chỉnh gì đ ợcnữa Trong điều kiện thi công mùa hè, có ánh nắng trực tiếp, nhiệt độ bềmặt bôi keo có thể đạt đến 40oC, do đó keo sẽ hoá cứng nhanh, vì vậycần điều chỉnh tăng tỷ lệ chất hoá dẻo và cần tổ chức thi công sao cho

đủ đảm bảo thời gian

1.7.4 Thời gian sống của keo epoxy

Đó là khoảng thời gian kể từ khi trộn chất hoá rắn vào hỗn hợp keo đếnkhi keo hoá cứng hoàn toàn Thời gian sống của keo tuỳ thuộc loại nhựaepoxy, chất hoá rắn và tỷ lệ pha trộn, điều kiện nhiệt độ, do đó cần đ ợcxác định theo thí nghiệm ở hiện trờng Nói chung thời gian sống của keocần vào khoảng 1- 3 giờ

1.8 Nguyên tắc pha chế và sử dụng keo epoxy

Khi sửa chữa kết cấu bê tông và BTCT có thể dùng keo epoxy với cácthành phần thích hợp khác nhau và theo các công nghệ khác nhau tuỳmức độ h hỏng ( vá vết sứt vỡ, tiêm bịt vết nứt, sơn phủ bề mặt bê tông

và cốt thép, dán bản thép, v.v ) Trong phần này chỉ trình bày nhữngnguyên tắc chung về pha chế keo epoxy, bôi keo, ép dán, an toàn lao

động và vệ sinh công nghiệp liên quan đến việc sử dụng keo epoxy.Trong những phần sau này sẽ trrình bày thêm các điểm bổ sung liênquan đến từng công nghệ vá, tiêm, dán bản thép Khi đó thành phần keo

sẽ đợc cụ thể hoá thêm cho thích hợp

1.8.1 Pha chế keo epoxy để vá và dán

Đối với keo epoxy dùng chất hoá rắn nguội thì nhiệt độ thi công hợp lýkhoảng 15- 35oC do đó nên theo dõi nhiệt độ trong ngày ở hiện tr ờng đểquyết định thời điểm thi công hợp lý

Thành phần pha chế keo phải đợc quyết định bằng thí nghiệm cụ thể Bột

xi măng độn phải có mác ít nhất là P400, đợc sàng qua mắt sàng 0,1mm

và sấy khô để có độ ẩm nhỏ hơn 0,1% khi sử dụng Bảng 3 cho một ví dụ

về thành phần pha chế keo để tham khảo

Bảng 3

Ký hiệu

công

thức

Nhiệt độ thi công

o C

Độ lún của vữa polimer 1/100mm

Độ bền kéo tuổi

1 ngày kg/cm 2

Độ bền cắt tuổi 1ngày kg/cm 2

Độ bền nén tuỏi 1ngày kg/

cm 2

Độ bền kéo khi uốn tuổi 1ngày kg/cm 2

Độ bám dính vào

BT 400

các mối nối vữa polimer

đều nguyên vẹn BT mác 400

bị phá huỷ.

Trớc tiên cần trộn nhựa epoxy, chất hoá dẻo và chất bột độn theo trình tựsau:

• Cần đong nhựa epoxy và chất hoá dẻo đúng liều l ợng qui định và để vàoxoong nhôm rộng miệng dung tích cỡ 3-4 lít, đặt lên bếp và đun nóng đến

80oC trong 10 phút và liên tục khuấy đều hỗn hợp cho đồng nhất Tiếptheo vẫn giữ nhiệt độ nh trên rắc từ từ xi măng vào với tốc độ 1-2 g/s cho

đến hết liều lợng đã dự định Sau khi hết xi măng vẫn tiếp tục khuấythêm 10 phút nữa để hỗn hợp nhựa epoxy và chất hoá dẻo bao quanh

đều các hạt xi măng

• Sau khi khuấy xong vẫn tiếp tục đun nóng để duy trì nhiệt độ 80oC  2oCtrong 30 phút nữa để thoát hết các bọt khí bị lẫn vào hỗn hợp Sau đó đặtcả xoong nhôm đựng hỗn hợp vào nơi khô ráo, thoáng cho nguội dần đếnnhiệt độ không khí

• Tiếp theo cần kiểm tra điều kiện chuẩn bị tr ớc khi trộn tiếp chất hóa rắnvào hỗn hợp Cần đảm bảo đủ các điều kiện sau đây:

• Bề mặt BT cần dán đã đợc làm sạch theo yêu cầu đã trình bày

• Các thiết bị cẩu lắp và tạo lực ép đã đợc chuẩn bị sẵn sàng và hoạt độngthử tốt

• Nhiệt độ ở công trờng và ở bề mặt bê tông phù hợp với nhiệt độ qui địnhtrong công thức pha chế keo mà thí nghiệm đã qui định Trời không m a

• Sau khi đã đảm bảo đủ 3 điều kiện nói trên thì trộn chất hoá rắn vào hỗnhợp nh sau:

• Đổ từ từ chất hoá rắn đều đặn lên bề mặt hỗn hợp keo rồi trộn đều từ d ớilên trên, từ trái sang phải và ng ợc lại nhiều lần Sau đó khuấy đều hônhợp keo theo chiều kim đồng hồ từ trong ra ngoài và từ ngoài vào trongnhiều lần

• Thời gian trộn và khuấy kéo dài tổng cộng là 5 - 8 phút khi hỗn hợp keo

đã đồng nhất về mầu sắc và độ sệt là đạt yêu cầu

• Keo đã trộn xong phải đợc bôi ngay lên bề mặt và dùng hết trong khoảngthời gian sống của keo mà thí nghiệm đã cho biết

Nếu dán bản thép vào bê tông thì sau khi thử và biết chắc thời gian thựchiện thao tác ngắn thời gian sống của keo và phù hợp với các yêu cầu vềkhoảng thời gian cấm xe qua cầu thì đặt sẵn các bản thép sẽ đ ợc dáncách bề mặt bê tông chừng 50-60cm, đặt trên đà giáo chờ bôi keo Nếudùng keo để trám vá vết nứt thì cũng cần trộn keo với l ợng vừa đủ từng

mẻ để thi công trong khoảng 1-2giờ Khi nào dùng hết mới trộn tiếp mẻkeo khác

Dùng bay răng lựơc trát keo epoxy lên cả hai bề mặt cần dán (bê tông vàtôle) Bay răng lợc phải đặt vuông góc với bề mặt đ ợc bôi keo, miết keo

từ dới lên trên, từ trái sang phải không bỏ sót chỗ nào, sau đó dùng baythợ nề có mũi nhọn miết keo vào các chỗ lồi lõm nhỏ Dùng rulô cao sulăn đi lăn lại để miết cho keo epoxy bám chặt vào bề mặt bê tông Cuốicùng lại dùng bay răng lợc miết keo trên toàn bộ bề mặt bôi keo theo thứ

tự nh trên để khống chế bề dày keo lần cuối trớc khi khép mối nối

Thời gian trát keo epoxy lên hai bề mặt đợc dán với nhau cần khống chếtrong phạm vi 30 - 45 phút

Sau khi bôi keo xong lên cả 2 bề mặt cần dán với nhau phải áp sát chúngvào nhau với lực ép cỡ 0,4kg/cm2 Có thể dùng kích tăng đơ để tạo ra lực

ép nói trên

Thời gian áp khít mối nối và tạo lực ép cần khống chế trong phạm vi 45

-60 phút

1.8.3 Kiểm tra chất lợng keo epoxy và mối nối dán

Xi măng làm chất bột độn phải đảm bảo có mác ít nhất P400 lọt qua mắtsàng 0,1mm và khô ráo

Các thành phần khác để pha trộn keo phải đ ợc kiểm tra ở phòng thínghiệm và phải đạt các chỉ tiêu sau:

• Chỉ số epoxy của nhựa epoxy phải đạt từ 14% đến 18%

• Độ chứa nhóm amin, tính theo phần trăm trọng l ợng của polyetylenpolyamin phải lớn hơn 21%

• Cờng độ chịu nén của keo epoxy ở tuổi 1 ngày phải >400kg/cm2

• Số lợng mẫu mang về phòng thí nghiệm cho mỗi lô hoá chất đ ợc qui định

1.8.4 Công tác vệ sinh công nghiệp và an toàn lao động

Cân dùng để cân vật liệu phải đợc hiệu chỉnh và lau sạch trớc khi sửdụng Những chỗ có dính hoá chất nh nhựa epoxy, chất hoá dẻo hay chấthoá rắn phải dùng giẻ mềm, sạch thấm axeton lau sạch

Các dụng cụ đo khác nh nhiệt kế, máy khuấy, rulô cao su có tiếp xúc vớihoá chất trong khi sử dụng cũng phải lau sạch bằng giẻ thấm exeton

Đối với xoong nhôm, bay thì sau khi dùng xong lấy bay thợ nề và que sắtgạt hết các lớp keo bám trên bề mặt, đặt tất cả các dụng cụ vào xoongkim loại, đổ vào xoong 50ml dầu madút và châm lửa đốt Sau khi lửa tắt,dùng bay thợ nề cao hết các lớp keo đã cháy đen ròn dễ dàng Khi làm

vệ sinh bay răng lợc phải cạo tỷ mỉ sạch hết các lớp keo bít vào các kẽrăng lợc.

Khi làm vệ sinh bằng cách đốt lửa cần đề phòng hoả hoạn và cháy cácchi tiết bằng gỗ

Khi pha chế và dán keo epoxy cần đảm bảo các yêu cầu an toàn lao

động nh sau:

• Pha keo ở nơi thoáng gió để xua tan hơi độc hoá chất Chuẩn bị sẵn xàphòng, nớc rửa, khăn lau để công nhân rửa tay ngay sau khi tiếp xúc hoáchất

• Công nhân phải đeo khẩu trang và có mũ bảo vệ

• Khi dùng axeton để lau chùi dụng cụ phải chuẩn bị dụng cụ đầy đủ đểlàm nhanh vì đây là chất độc bay hơi

Công nghệ sử dụng bê tông polymer và dán bản thép ngoàI để sửa chữa và tăng cờng dầm BTCT2.1 Giới thiệu

Việc dán bản thép bên ngoài bề mặt bê tông để tăng c ờng và sửa chữakết cấu cầu đã đợc thực hiện ở nhiều nớc ngoài Sau đây tóm tắt một số

ví dụ ứng dụng điển hình

• Cầu bản 4 nhịp dài 4 x 13m ở Pháp bị nứt quá qui định, năm 1980 đã đ ợcdán bản thép ở đáy kết cấu nhịp Các bản thép rộng 300m dày 4mm, dài4300mm đợc dán từng tấm ngang cầu đã dùng hết trung bình 5kg keodán cho 1m2 bề mặt dán Kết quả là giảm đ ợc độ võng hoạt tải 10% vàcác vết nứt không phát triển nữa

• Cầu dầm liên tục 3 nhịp dự ứng lực theo sơ đồ 35,95 + 54,00 + 35,95m bịnứt nghiêng và nứt ngang đã dán 3 lớp bản thép nằm ngang rộng600mm, dày 4mm, dài 16000mm lên mặt đáy cong vồng lên Mỗi tấm tôn