nghiên cứu chế tạo sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng để chống thấm cho các công trình thủy lợi

Kết quả thí nghiệm độ chống thấm của mẫu bê tông sử dụng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng ..... Có rất nhiều biện pháp để nâng cao độ chống thấm cho kết cấu bê tông: Nâng ca

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1.Tình hình sử dụng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh trên thế giới và tại Việt Nam 3

1.1.1.Trên thế giới 3

1.1.2.Tại Việt nam 7

1.2 Cấu trúc xốp và hiện tượng hút, thấm nước của của vật liệu bê tông 11

1.2.1 Cấu trúc xốp của bê tông 11

1.2.2 Tính hút nước và bão hòa nước 11

1.2.3 Tính thấm nước của bê tông 12

1.3 Các giải pháp chống thấm công trình bê tông 13

1.3.1 Nâng cao khả năng chống thấm cho bản thân bê tông 13

1.3.2 Tăng chiều dày cấu kiện 13

1.3.3.Tạo lớp màng bọc bê tông cấu kiện 13

1.3.4 Giải pháp chống thấm theo cơ chế thẩm thấu kết tinh 14

1.4 Kết luận chương 1 18

CHƯƠNG II : NGUYÊN VẬT LIỆU HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 20

2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất 20

2.1.3 Khoáng hoạt tính siêu mịn 21

2.1.4 Phụ gia hoá học 23

2.2 Các dụng cụ, thiết bị 23

2.3 Kết luận chương 2 24

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 25

3.1 Phân tích tìm hiểu sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng 25

3.1.1 Đặc trưng chung của sơn và cách sử dụng 25

3.1.2 Kết quả phân tích thành phần hạt sơn Pene-seal 26

3.1.3 Kết quả phân tích thành phần hóa học và thành phần khoáng của sơn pene-seal 26

3.1.4 Tìm hiểu thành phần phụ gia hóa học của sơn pene-seal 28

3.1.5 Một số kết luận về thành phần sơn để định hướng nghiên cứu 29

3.2 Một số kết quả nghiên cứu sơn chống thấm gốc xi măng 32

3.2.1 Nghiên cứu chế tạo sơn chống thấm gốc xi măng 32

3.2.2 Nghiên cứu một số tính năng của sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh chế tạo ra và sơn nước ngoài 35

3.3 Kết luận chương 3 45

CHƯƠNG IV : ỨNG DỤNG SƠN CHỐNG THẤM THẨM THẤU KẾT TINH GỐC XI MĂNG VÀO CHỐNG THẤM CHO CÔNG TRÌNH THỦY LỢI NƯỚC TRONG 46

4.1 Giới thiệu về công trình Nước Trong 46

4.1.1 Địa điểm xây dựng 46

4.1.4 Vật liệu chế tạo bê tông đập trọng lực của công trình Nước Trong 49

4.1.5 Chỉ tiêu cơ lý của các vật liệu dùng để xây dựng đập Nước Trong 49

4.2 Hiện tượng thấm nước của bê tông 51

4.2.1.Tính thấm nước của bê tông 51

4.2.2 Khái niệm về mác chống thấm W của bê tông: 51

4.3 Phương pháp nghiên cứu mác chống thấm W của bê tông trên thế giới và Việt Nam 52

4.3.1 Phương pháp nghiên cứu mác chống thấm W của bê tông trên thế giới 52 4.3.2 Phương pháp nghiên cứu mác chống thấm W của bê tông ở Việt Nam 55 4.4 Áp dụng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh cho công trình đập Nước Trong57 4.5 Kết luận chương 4 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

1 Kết quả đạt được của luận văn 64

2 Những vấn đề còn tồn tại 64

3 Kiến nghị 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng 3

Bảng 1 2 Một số công trình bê tông tại Việt Nam áp dụng công nghệ chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng 8

Bảng 2 1 Tính chất cơ lý của xi măng PC40 – Kim Đỉnh 20

Bảng 2 2 Tính chất cơ lý của khoáng siêu mịn nano 22

Bảng 2 3 Tính chất cơ lý của khoáng mịn 22

Bảng 3 1 Thành phần hóa học của sơn pene – seal 27

Bảng 3 2 Thành phần khoáng của sơn pene-seal 28

Bảng 3 3 Thành phần sơn một thành phần theo trọng lượng dự kiến 33

Bảng 3 4 Thành phần sơn 2 thành phần theo trọng lượng dự kiến 34

Bảng 3 5 Các đặc trưng ngoại quan của sơn 35

Bảng 3 6 Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của sơn thẩm thấu 38

Bảng 3 7 Mật độ của sơn (chế tạo) trên bề mặt cấu kiện bê tông M200 39

Bảng 3 8 Hệ số thấm trên mẫu bê tông với mật độ sơn (chế tạo) khác nhau 39

Bảng 3 9 Kết quả thí nghiệm mài mòn bê tông không quét sơn và bê tông có quét sơn 40

Bảng 3 10 Kết quả thí nghiệm thấm các tổ mẫu bê tông 41

Bảng 3 11 Kết quả đo độ xốp của mẫu vữa và mẫu vữa đã quét sơn thẩm thấu kết tinh pene-seal và mẫu sơn chế tạo (độ sâu 5mm) 44

Bảng 4 1 Kết quả thí nghiệm độ chống thấm của mẫu bê tông sử dụng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng 63

Hình 1 2 Hình ảnh công trình Olympic 2000 stadium (Australia) 6

Hình 1 3 Hình ảnh công trình Washington D.C Metro System (USA) 7

Hình 1 4 Hình ảnh nhà máy Sanyo 9

Hình 1 5 Hình ảnh nhà máy Điện Phú Mỹ 9

Hình 1 6 Hình ảnh Đập Dầu Tiếng 10

Hình 1 7 Hình ảnh nhà máy sản xuất xe Yamaha 10

Hình 1 8 Hình ảnh nhà máy Uni - President 11

Hình 1 9 Cấu trúc xốp của vật liệu bê tông 15

Hình 1 10 Hình ảnh kẽ nứt được phóng đại 15

Hình 1 11 Hình ảnh mao mạch gây thấm 16

Hình 1 12 Quét sơn chống thấm lên khu vực cần chống thấm 16

Hình 1 13 Qúa trình phản ứng của vật liệu bên trong cấu trúc xốp của bê tông 17

Hình 1 14 Qúa trình hình thành lên tinh thể kháng nước trong các mao quản 17

Hình 1 15 Sự điền đầy các lỗ mao quản 18

Hình 3 1 Hình ảnh sơn chế tạo trong phòng thí nghiệm 36

Hình 3 2 Hình ảnh sơn Pene - seal 36

Hình 3 3 Hình ảnh thiết bị thí nghiệm mài mòn 40

Hình 3 4 Hình ảnh mẫu thí nghiệm mài mòn có quét sơn chống thấm 41

Hình 3 5 Cấu trúc mẫu vữa không quét sơn 43

Hình 3 6 Cấu trúc mẫu vữa quét sơn Pene-seal 43

Hình 3 7 Cấu trúc mẫu vữa quét mẫu sơn chế tạo 44

Hình 4 1 Hình ảnh công trình Nước Trong 58

Hình 4 2 Hình ảnh trộn sơn chuẩn bị thi công 59

Hình 4 3 Hình ảnh thi công sơn chống thấm 59

Hình 4 4 Khoan lấy mẫu thí nghiệm 60

Hình 4 5 Hình ảnh mẫu thí nghiệm 61

Hình 4 6 Hình ảnh thiết bị thử chống thấm 62

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện tại và trong tương lai bê tông là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện, nhưng bên cạnh đó bê tông các công trình thuỷ lợi cường độ nén thường thấp, nên khả năng chống thấm không cao, trong khi đó yêu cầu về khả năng giữ nước là hàng đầu nên bê tông cần có độ chống thấm cao Vì vậy việc tăng khả năng chống thấm cho các công trình bê tông là cấp thiết, có thể nói là tất cả các công trình thủy lợi đều nên tăng khả năng chống thấm Đồng thời độ bền lâu của công trình bê tông được được xem xét ở mức độ thấm nước và khí của vật liệu này Do vậy việc nghiên cứu áp dụng các biện pháp và vật liệu sử dụng chống thấm cho bê tông, nhất

là bê tông cốt thép luôn được quan tâm từ hàng thế kỷ nay Có rất nhiều biện pháp

để nâng cao độ chống thấm cho kết cấu bê tông: Nâng cao khả năng chống thấm cho bản thân bê tông (nâng cao độ đặc chắc bê tông), tăng độ dày cấu kiện, nén trước bê tông trong quá trình sản xuất cấu kiện để triệt tiêu ứng suất kéo sẽ xuất hiện dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh, tạo lớp màng chống thấm bề mặt kết cấu bê tông bằng lớp màng (sơn phủ, bọc bề mặt bê tông), sử dụng công nghệ chống thấm bằng kết tinh, sử dụng phụ gia tạo bọt…

Mỗi cách chống thấm có những ưu nhược điểm nhất định, trong đó công nghệ chống thấm bê tông bằng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng mới xuất hiện tại Việt Nam nhưng tỏ ra có ưu điểm cả về kỹ thuật và kinh tế so với các phương pháp và công nghệ chống thấm khác

Đề tài „„Nghiên cứu chế tạo sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng

để chống thấm cho các công trình Thủy Lợi ‟‟ phần nào đã giải quyết được vấn đề chống thấm mới cho các công trình Thủy Lợi hiện nay

2 Mục đích của đề tài

Tìm hiểu sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh của nước ngoài đang có tại Việt Nam

Nghiên cứu chế tạo sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng ở phòng thí nghiệm và so sánh với sơn của nước ngoài

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Tìm hiểu các sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh của nước ngoài đang có ở Việt Nam

Trên cơ sở đó nghiên cứu chế tạo sơn chống thấm kết tinh gốc xi măng ở phòng thí nghiệm được so sánh với sơn của nước ngoài

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp và nghiên cứu về sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng của nước ngoài có mặt tại Việt Nam

Chế tạo và thí nghiệm mẫu sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng trong phòng thí nghiệm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1.Tình hình sử dụng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh trên thế giới và tại Việt Nam

1.1.1.Trên thế giới

Chất chống thấm kết cấu bê tông bằng thẩm thấu kết tinh được ra đời trên thế giới từ những năm 60 của thế kỷ trước, có nhiều loại chất chống thấm bê tông dạng thẩm thấu của nhiều hãng vật liệu khác nhau như: Thụy Sĩ, Úc, Mỹ, Canada có sản phẩm Penetron, Indoseal, v.v

Các sản phẩm này được sử dụng rộng rãi tại một số nước trên thế giới như

Mỹ, Nhật, Úc và Canada, v.v… cho các công trình dân dụng, công nghiệp cũng như giao thông thủy lợi

Một số công trình trên thế giới thiết kế sử dụng vật liệu chống thấm thẩm thấu gốc xi măng như trong bảng 1.1

Bảng 1 1 Một số công trình bê tông lớn trên thế giới áp dụng công nghệ

chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng

3

Vancourver seabus Floating Docks

4 Badaling Donglaoyu Express

TT Tên công trình Địa đểm Nước

10 Guang xi tian-shen-Qiao

Một số hình ảnh về những công trình đã sử dụng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng để chống thấm cho công trình trên thế giới

Hình 1 1 Hình ảnh công trình Sydney Harbour tunnel (Australia)

Hình 1 2 Hình ảnh công trình Olympic 2000 stadium (Australia)

Hình 1 3 Hình ảnh công trình Washington D.C Metro System (USA)

1.1.2.Tại Việt nam

Hiện nay tại Việt Nam chưa có công trình hay đề tài nghiên cứu về lĩnh vực chống thấm bằng kết tinh

Các hãng sản xuất vật liệu có tổ chức các buổi hội thảo giới thiệu về vật liệu kết tinh, trong đó có giới thiệu về tính năng sản phẩm, các công trình đã áp dụng công nghệ chống thấm bằng thẩm thấu kết tinh trên thế giới và tại Việt Nam, v.v

Có rất nhiều loại sản phẩm được các Hãng hoá chất xây dựng bán và ứng dụng cho các công trình bê tông như: SimonR Pene-Seal của Hãng Vinkems; XypexR của Hãng Xypex, IndoSealR của Trung Tâm xử lý Kỹ thuật Công trình Đông Dương-Indochina Centepro

Các sản phẩm của các hãng đã được ứng dụng tại nhiều công trình tại Việt Nam, một số công trình tiêu biểu như trong bảng 1.2

Bảng 1 2 Một số công trình bê tông tại Việt Nam áp dụng công nghệ chống thấm

thẩm thấu kết tinh gốc xi măng

7 Bồn chứa hồ – Nhà máy American

8 Nhà máy nước Long Thành Nhơn trạch –Đồng Nai Việt nam

Một số hình ảnh về những công trình đã sử dụng sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng để chống thấm cho công trình tại Việt Nam

Hình 1 4 Hình ảnh nhà máy Sanyo

Hình 1 5 Hình ảnh nhà máy Điện Phú Mỹ

Hình 1 6 Hình ảnh Đập Dầu Tiếng

Hình 1 7 Hình ảnh nhà máy sản xuất xe Yamaha

Hình 1 8 Hình ảnh nhà máy Uni - President

1.2 Cấu trúc xốp và hiện tượng hút, thấm nước của của vật liệu bê tông

1.2.1 Cấu trúc xốp của bê tông

Đá xi măng, vữa và bê tông là các vật liệu có cấu trúc xốp Phân loại kích thước lỗ xốp của các vật liệu thành: Xốp gel có bán kính 15 30 A0 và xốp mao quản có bán kính từ 30  10.000 A0 (1m) Trong xốp mao quản lại chia ra vi sốp

có bán kính 50 A0, xốp mao quản chuyển tiếp có bán kính từ 50 đến 100A0 và xốp mao quản lớn có bán kính từ 1000 đến 10.000 A0

Loại xốp thô không phải dạng mao quản có đường kính lớn hơn 10000 A0

Độ thấm nước của xốp gel rất thấp cỡ 7.10-6 m/s và thực tế xốp mao quản có bán kính đến 500 A0 cũng khó thấm nước qua Do vậy độ thấm nước của bê tông phụ thuộc vào độ xốp có bán kính mao quản lớn hơn 500 A0

và kiểu cấu tạo mao quản không liên tục hay gián đoạn

1.2.2 Tính hút nước và bão hòa nước

Do bê tông có kết cấu mao quản và rỗng nên có thể bị hóa ẩm do hút một lượng hơi nước nhất định từ môi trường không khí xung quanh hoặc có thể hút nước đến bão hoà khi tiếp xúc trực tiếp với nước

Khi độ ẩm tương đối của môi trường không khí vượt quá trị số ẩm của bê tông, hay khi nhiệt độ bão hoà hơi nước môi trường xung quanh lớn hơn nhiệt độ bê tông, sẽ đưa đến sự hút ẩm Độ ẩm cân bằng của bê tông phụ thuộc vào độ rỗng và tính chất phần rỗng của bê tông Với bê tông nhẹ cốt liệu rỗng, có cấu tạo toàn khối liên tục độ hút ẩm có thể đạt tới 20  25%

Sự hút nước và bão hoà nước của bê tông khi tiếp xúc trực tiếp với nước xảy

ra do sự hút ẩm mao dẫn trong bê tông hoặc qua các lỗ rỗng hở khi mặt ngoài của sản phẩm hay công trình bị thấm ướt Sự hút ẩm mao dẫn hay sự dịch chuyển hơi nước trong mao quản nhỏ trong đá xi măng tương đối đặc chắc xảy ra khi có građien nhiệt độ và độ ẩm Những mao quản có tiết diện bé hơn 1m không cho nước lọt qua kể cả dưới áp lực đáng kể hoặc khi trên vách mao quản có chiều dày của màng nước hấp phụ bằng 0,5m thì sự dẫn nước mao quản này hoàn toàn bị mất đi

Độ hút nước lớn nhất của bê tông xi măng, cốt liệu đặc chắc thường xuyên ở trạng thái bão hoà nước có thể đạt đến 4  8% theo khối lượng (10  20% theo thể tích) Với bê tông nhẹ cốt liệu rỗng, độ hút nước lớn đáng kể và dao động trong giới hạn lớn phụ thuộc vào độ rỗng và tính chất rỗng của cốt liệu cũng như cấu tạo của

bê tông

Khi bão hoà nước, cường độ bê tông sẽ giảm Tỉ số cường độ bê tông ở trạng thái bão hoà nước và ở trạng thái khô gọi là hệ số mềm Với bê tông xi măng nặng

hệ số mềm dao động trong phạm vi 0,85  0,9, bê tông thạch cao có hệ số mềm 0,35

 0,45 Sự hút nước và bão hoà liên tiếp sẽ dẫn đến sự biến đổi thể tích bê tông và biến dạng dài sản phẩm nhưng không lớn Nhưng cứ bão hoà nước rồi sấy khô liên tiếp nhiều lần, sự biến dạng lắp đi lắp lại liên tục dẫn đến phá hoại mối liên kết và làm lay chuyển kết cấu bê tông

1.2.3 Tính thấm nước của bê tông

Bê tông có kết cấu rỗng mao quản (kể cả bê tông đặc chắc) nên có tính thấm

nước và các chất lỏng khác dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh Sự thấm lọc dưới áp lực thuỷ tĩnh của bê tông có độ đặc chắc trung bình không phải qua đá xi măng mà chủ yếu theo mao quản thô có tiết diện < 1m thông nhau và những hốc rỗng bé giữa miền tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu Những hốc rỗng này được tạo thành

do sự tách nước bên trong khi các hạt xi măng lắng, hoặc do sự xuất hiện kẽ nứt co ngót trong bê tông

Với một số kết cấu hoặc công trình bê tông cần sử dụng bê tông chống thấm với số liệu khác nhau Độ bền chống thấm của bê tông là trị số áp lực thủy tĩnh mà với áp lực này nước không thấm qua mẫu bê tông có kích thước tiêu chuẩn

1.3 Các giải pháp chống thấm công trình bê tông

1.3.1 Nâng cao khả năng chống thấm cho bản thân bê tông

Nâng cao độ đặc chắc bê tông cần xác định lượng dùng xi măng và thành phần cốt liệu tốt nhất, giảm nhỏ tỉ lệ N/X bằng sử dụng phụ gia hoạt tính bề mặt, tăng năng lượng đầm Biện pháp này tốn kém do phải lựa chọn sử dụng vật liệu có phẩm chất tốt, sử dụng phụ gia hoạt tính bề mặt và tăng năng lượng đầm

1.3.2 Tăng chiều dày cấu kiện

Biện pháp này liên quan đến kích thước công trình và tốn kém về kinh tế

1.3.3.Tạo lớp màng bọc bê tông cấu kiện

Sử dụng các loại sơn polime hay epoxy, tấm dán sau biện pháp này có nhược điểm là phụ thuộc nhiều vào điều kiện thi công và không phù hợp với các kết cấu chịu tải trọng động hay tiếp xúc trực tiếp với nước động (nhất là các công trình Thuỷ lợi), vì khi đã bị hư hỏng (thủng tại một vị trí), thì nước có thể xâm nhập toàn

bộ vào bề mặt bê tông kết cấu

Ngoài ra hiện nay công nghệ chống thấm bằng thẩm thấu kết tinh là công nghệ tiến tiến và được áp dụng rộng rãi trên thế giới và đang được áp dụng tại Việt Nam

1.3.4 Giải pháp chống thấm theo cơ chế thẩm thấu kết tinh

Các chất hoạt tính trong hỗn hợp chất chống thấm dạng này khi quét hoặc phun lên bề mặt bê tông ẩm sẽ thẩm thấu vào trong và tạo nên một phản ứng xúc tác giữa phân tử nước và các muối vô cơ, oxyt kim loại và các sản phẩm hydrat hoá có trong bê tông tạo thành các sản phẩm tinh thể không hoà tan bên trong các lỗ mao quản, chèn kín và bịt chặt hệ thống mao quản thông nhau trong cấu trúc bê tông Đồng thời liên kết các khe nứt nhỏ do co ngót của bê tông trong quá trình đóng rắn

Ưu điểm của biện pháp công nghệ này là không phụ thuộc vào điều kiện thi công

mà còn thẩm thấu đi sâu vào trong bản thân bê tông và trở thành một phần không thể tách rời của bê tông, giúp ngăn chặn triệt để hiện tượng thấm từ mọi hướng

Trên bề mặt bê tông là một mạng lưới các lỗ Xốp gel, xốp mao quản (vi xốp

và xốp mao quản lớn), xốp thô

Khi các chất lỏng tiếp xúc với bề mặt bê tông sẽ chịu một lực hút do các lỗ rỗng thông nhau tạo ra gọi là lực hút mao quản Lực hút này lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ thống lỗ rỗng (loại bê tông), bản chất của chất lỏng

Ngoài ra dung dịch sơn có nồng độ chất tan cao được khuyếch tán thẩm thấu vào trong nước mao quản của bê tông

Trong thực tế thì các lỗ rỗng có bán kính nhỏ hơn 500 A0 hầu như không cho nước thấm qua, như vậy để nâng cao khả năng chống thấm thì chỉ cần quan tâm đến các lỗ rỗng thông nhau có đường kính lớn hơn 500 A0

Thực chất cơ chế hoạt động của các chất thẩm thấu là thâm nhập vào bê tông qua đường mao quản, các lỗ gel, phản ứng hoá học với Ca(OH)2 hình thành sản phẩm silicat có cường độ, liên kết với nhau thành hệ thống gel bít kín các lỗ rỗng bê tông, làm cứng hoá bê tông và tăng độ chống thấm nước

Hình ảnh quá trình thẩm thấu của sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc ximăng được thể hiện ở hình ở hình 1.9 đến 1.15

Hình 1 9 Cấu trúc xốp của vật liệu bê tông

Hình 1 10 Hình ảnh kẽ nứt được phóng đại

Hình 1 11 Hình ảnh mao mạch gây thấm

Hình 1 12 Quét sơn chống thấm lên khu vực cần chống thấm

Hình 1 13 Qúa trình phản ứng của vật liệu bên trong cấu trúc xốp của bê tông

Hình 1 14 Qúa trình hình thành lên tinh thể kháng nước trong các mao quản

Hình 1 15 Sự điền đầy các lỗ mao quản

Có hai loại chống thấm thẩm thấu cho bê tông :

Loại thứ nhất là sơn gốc xi măng, trong thành phần của sơn có ximăng kết hợp với bột cát thạch anh mịn, chất hoạt tính siêu mịn và phụ gia hoá học có tác dụng: tăng độ dẻo (độ chảy lỏng ) ximăng, độ bền chống thấm và độ liên kết bám dính của sơn với bề mặt nền bê tông, vữa Thuộc loại sơn này: Simon pene – seal của Đức, sơn của hãng Xypex-Canada, sơn của công ty hoá phẩm xây dựng Trung Quốc, v.v…

Loại thứ 2 là hợp chất có silic ở dạng lỏng điển hình là Certi-Vexpenseal 244 40% của hãng Vexcon, radcon # 7 do Australia cung cấp, v.v

1.4 Kết luận chương 1

Sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh ra đời từ những năm 60 của thế kỷ trước

và đã được sử dụng rộng rãi tại một số nước trên thế giới như Mỹ, Úc, Canada, Nhật… Tại Việt Nam thì sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng đã được

sử dụng để chống thấm cho các công trình tuy nhiên phần lớn là sử dụng sơn nhập

từ nước ngoài nên giá thành cao Việc nghiên cứu chế tạo ra sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh sử dụng vật liệu trong nước vẫn đảm bảo chất lượng tương đương sơn của nước ngoài và giảm chi phí là rất cần thiết

CHƯƠNG II : NGUYÊN VẬT LIỆU HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất

2.1.1 Xi măng Pooc lăng

Chọn xi măng PC- 40 tiến hành xác định cỡ hạt và có thể nghiền lại để tăng

độ mịn đạt diện tích bề mặt ≥ 3300cm2/g Thành phần xi măng được đựng trong túi

PE để tránh ẩm

Mua clinke tại các nhà máy xi măng về nghiền mịn trong phòng thí nghiệm cho đến cấp hạt phù hợp với thành phần trong sơn

Xi măng có các tính chất như trong bảng 2.1

Bảng 2 1 Tính chất cơ lý của xi măng PC40 – Kim Đỉnh

Nhận xét: Xi măng có các chỉ tiêu cơ lý đạt tiêu chuẩn xi măng PC40 theo

2.15 3.10

2.1.2 Cát thạch anh

Nghiền sàng tuyển cát thạch anh có thành phần SiO2 ≥ 85%, thành phần hạt

từ 100 đến 520 m (kích thước trung bình 220 m) Cát thạch anh sử dụng chế tạo sơn được sấy khô và đựng trong túi PE để tránh ẩm Cát thạch anh mịn có thể tìm mua trên thị trường sau đó sàng tuyển lấy cỡ hạt như trên

2.1.3 Khoáng hoạt tính siêu mịn

Có thể lựa chọn silicafume, sản phẩm thương mại sikasece-PP1 của công ty ka; Fume (N) của công ty Vinkems; MP-SF của công ty BASF, sản phẩm của hãng Elkem, các sản phẩm này hiện đang có trên thị trường nước ta Hoặc sử dụng các sản phẩm siêu mịn hoạt tính trong nước là kết quả của quá trình nghiền bột khoáng

Si-Thành phần khoáng hoạt tính siêu mịn cũng phải sấy khô và đựng trong túi (bao) PE để cách ẩm

Thành phần khoáng hoạt tính siêu mịn có thể kết hợp Silicafume với hợp chất silicat có modun thích hợp để đảm bảo độ bền ẩm và nước

Thành phần khoáng hoạt tính siêu mịn có đường kính hạt nhỏ hơn 1m dự tính chiếm 7,5- 8% trọng lượng trong sơn

Sử dụng khoáng hoạt tính siêu mịn nano (nhập ngoại) và siêu mịn (nhập ngoại hoặc trong nước) thu được trong quá trình nghiền có tính chất như trong bảng 2.2 và 2.3

Bảng 2 2 Tính chất cơ lý của khoáng siêu mịn nano

Bảng 2 3 Tính chất cơ lý của khoáng mịn

2.1.4 Phụ gia hoá học

Trong thành phần của sơn chống thấm theo cơ chế thẩm thấu kết tinh, chất hoạt động bề mặt về nguyên tắc để tăng độ chảy lỏng, độ linh động của sơn gốc xi măng, với tỉ lệ N/SK thấp thì cần phải có thành phần phụ gia hóa học làm tăng độ dẻo của

xi măng Để có khả năng đáp ứng yêu cầu như vậy, nên lựa chọn sử dụng kết hợp phụ gia siêu dẻo với phụ gia polyme tan trong nước có mức độ lồng khí ít nhất

Để sản xuất sơn chống thấm gốc xi măng như kiểu sơn Pene-seal cần sử dụng phụ gia siêu dẻo và phụ gia polyme tan trong nước dạng rắn Các phụ gia hoá học cho vào sơn để phát huy tác dụng được nhanh (sử dụng hỗn hợp ngay sau khi trộn lẫn với nước) cần phải nghiền nhỏ đến cỡ 1 m Các loại phụ gia này cần lựa chọn và nhập mua ở dạng bột khô

Trong điều kiện chế tạo thử nghiệm của đề tài bước đầu có thể sử dụng phụ gia hoá học ở dạng dung dịch khi chuẩn bị hỗn hợp sơn cho vào nước trộn sơn

Tỷ lệ thành phần phụ gia hoá học trong sơn chiếm 2 – 2,5% (tính theo lượng phụ gia khô) trọng lượng của sơn

Sử dụng loại Polyacrylat thường được sử dụng làm thành phần sơn chống thấm của các hãng vật liệu

2.2 Các dụng cụ, thiết bị

- Khuôn chế tạo mẫu bê tông, vữa để thí nghiệm khảo sát;

- Các thiết bị thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý vật liệu bê tông, vữa;

- Thiết bị đo phân tích cỡ hạt điện tử;

- Thiết bị nghiên cứu cấu trúc SEM, đo độ xốp, đo Rơnghen

- Máy nghiền va đập công suất 2 tấn/giờ (nghiền cát thạch anh);

- Máy khuấy sơn dung tích 10  15 lít, cánh khuấy vận hành bằng động cơ công suất 400  800 W;

- Thiết bị chế thử sơn: Máy, máy nghiền trộn

2.3 Kết luận chương 2

Với các nguyên vật liệu, hóa chất: Xi măng Pooc lăng, cát thạch anh, khoáng hoạt tính siêu mịn, phụ gia hóa học có các chỉ tiêu cơ lý đạt tiêu chuẩn để chế tạo sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng Các vật liệu này có thể khai thác

và chế tạo tại Việt Nam nhằm đáp ứng các nhu cầu cần thiết về vật liệu chống thấm cho các lĩnh vực khác nhau của ngành Xây dựng nói chung và ngành xây dựng công trình Thủy lợi nói riêng

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Phân tích tìm hiểu sơn chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng

3.1.1 Đặc trưng chung của sơn và cách sử dụng

Là một hỗn hợp gồm xi măng, phụ gia chống thấm, silicat và các xúc tác thẩm thấu vào bề mặt bê tông hoặc vữa Sau khi thẩm thấu vào các mao dẫn chúng tác dụng với muối trong xi măng tạo thành chất có cường độ lấp đầy các mao dẫn

và lỗ rỗng tạo khả năng chống thấm tốt cho bê tông và vữa

3.1.1.1 Các thông số kỹ thuật sau:

- Dạng: bột khô màu sáng

- Lực bám dính: 1,5N/mm2

- Thời gian cho phép thi công: 90 phút ở 300C

- Nhiệt độ thi công cho phép: trên 5oC

- Khối lượng thể tích sau khi trộn: 2  0.1kg/lít

- Thời hạn sử dụng: 12 tháng trong bao bì chưa mở và lưu trữ trong kho có mái che, khô ráo ở nhiệt độ từ 5 – 300

C

3.1.1.2.Cách sử dụng sơn (Pene – seal)

- Chuẩn bị bề mặt bê tông và vữa cần chống thấm, tưới ẩm bão hòa nước, nhưng không để nước đọng lại khi phủ sơn

- Pha trộn sơn theo tỉ lệ N/SK = 0.3  0.35 (một bao sơn 20kg trộn với 6 -7 lít nước)

- Quét hoặc pha sơn lên bề mặt cần chống thấm đã chuẩn bị hai lớp sơn Lớp thứ nhất thi công xong ít nhất sau bốn giờ phủ lớp thứ sơn thứ hai Tiêu tốn sơn mỗi lớp phủ là 0,75 – 1,25kg/m2

- Bảo dưỡng lớp sơn bằng nước trong 24 giờ và tránh đi lại trên bề mặt lớp sơn phủ trong tời gian sơn ninh kết

3.1.2 Kết quả phân tích thành phần hạt sơn Pene-seal

Việc phân tích kích cỡ hạt và phân bố kích thước hạt của sơn chống thấm theo cơ chế thẩm thấu, khuyếch tán vào mạng mao quản của khối bê tông và vữa là rất cần thiết Bởi vì thành phần cấp hạt có đường kính nhỏ hơn 1 m trong hỗn hợp sơn có độ chảy cao dễ dàng thẩm thấu vào trong các mao quản có kích thước lớn hơn trong khối bê tông Trong trường hợp này khi các hạt nhỏ khuyếch tán vào mao quản xốp sẽ làm cho cấu tạo mao quản trở nên bị gián đoạn, đồng thời làm giảm kích thước của nó dẫn đến tăng độ bền thấm cho bê tông

Tiến hành phân tích các hạt sơn chống thấm pene-seal trên thiết bị tán xạ Laze LA 950 tại phòng thí nghiệm Vật liệu Quân Sự - Viện hoá hoc Vật liệu Thiết

bị mới trang bị có khả năng đo được cỡ hạt có đường kính 0,01m (10nm) đến

3.1.3 Kết quả phân tích thành phần hóa học và thành phần khoáng của sơn pene-seal

Theo tài liệu hướng dẫn đây là loại sơn gốc xi măng, tiến hành phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm Vilas 003 thuộc Viện Vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng Kết quả phân tích thành phần hóa học của sơn trình bày ở bảng 3.1

Bảng 3 1 Thành phần hóa học của sơn pene – seal

Kết quả phân tích trên đƣợc kiểm tra trên thiết bị XRF

Nhận xét: Từ kết quả phân tích ở bảng 3.1 nhận thấy trong sơn có thành phần

SiO2 lớn hơn nhiều so với lƣợng SiO2 có trong xi măng Kết quả này phù hợp với các tài liệu công bố trong sơn chống thấm gốc xi măng có thành phần cát thạch anh nghiền mịn Các thành phần oxít còn lại đều có trong xi măng pooc lăng

Thành phần khoáng của sơn cũng đƣợc phân tích tại phòng thí nghiệm Vilas

003 Viện vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng Kết quả phân tích thành phần khoáng của sơn pene-seal nhƣ trong bảng 3.2

Bảng 3 2 Thành phần khoáng của sơn pene-seal

3 Canxisilicat :Ca3SiO5 (C3S) 42-47%

4 Canxialuminozid : Ca3Al2O6 (C3A) 3-6%

5 Brownmillerite:Ca2(Al+3,Fe+3)2O5(C4AF) 4-8%

Các thành phần khoáng trong bảng 3.2 đƣợc thể hiện trên phổ đồ phân tích Rơnghen của bột sơn này Từ phân tích thành phần khoáng cho biết trong sơn chống thấm gốc xi măng pene-seal thành phần bột thạch anh chiếm 25-30%

3.1.4 Tìm hiểu thành phần phụ gia hóa học của sơn pene-seal

Trong thành phần của sơn chống thấm theo cơ chế thẩm thấu kết tinh, chất hoạt động bề mặt về nguyên tắc để tăng độ chảy lỏng, độ linh động của sơn gốc xi măng, với tỉ lệ N/SK thấp thì cần phải có thành phần phụ gia hóa học làm tăng độ dẻo của xi măng

Từ kết quả phân tích thành phần hóa học ở bảng 3.1 và thành phần khoáng của sơn pene-seal ở bảng 3.2, đã tiến hành một số thử nghiệm để tìm hiểu vai trò của phụ gia hoá học trong sơn này

Tỉ lệ 1 thu được hỗn hợp sơn dạng hồ khá linh động

Tỉ lệ 2 thu được hỗn hợp sơn chảy lỏng và linh động hơn.Theo dõi hỗn hợp sơn trộn với tỷ lệ 2 trong vòng 60 phút không có hiện tượng tách nước

Thử định tính khả năng bám dính của hỗn hợp sơn trên đầu ngón tay khi áp lại và mở ra nhận thấy sơn có độ bám dính tốt

b Thí nghiệm 2:

Tiến hành chuẩn bị mẫu vữa có 75% trọng lượng xi măng PC-40 Bút Sơn và 25% cát thạch anh nghiền mịn, tỉ lệ N/(X+CM) = 0,30 và 0,35 vữa cũng không có khả năng chảy lỏng được Tính bám dính của vữa kém hơn nhiều so với sơn trên

Từ các thí nghiệm so sánh ban đầu có thể nhận thấy trong thành phần sơn pene-seal có phụ gia hóa học với chức năng tăng độ chảy và độ liên kết bám dính của sơn

3.1.5 Một số kết luận về thành phần sơn để định hướng nghiên cứu

Sơn thẩm thấu kết tinh chống thấm cho kết cấu bê tông có hai tác dụng chính:

a Thẩm thấu vào trong mạng lưới mao quản, lỗ rỗng bê tông

Thứ nhất là lấp bịt, điền đầy các lỗ rỗng hoặc làm hẹp đường kính lỗ rỗng

để hạn chế không cho nước thấm qua

Thứ hai là có tác dụng phản ứng Puzzolanic với Ca(OH)2, Mg(OH)2, v.v tạo thành khoáng có cường độ

b Tạo lớp bề mặt có cường độ, độ cứng cao, tăng khả năng kháng mài mòn

và tăng khả năng chống thấm cho bê tông

Trên cơ sở tác dụng của sơn, thành phần dự kiến của sơn như sau:

- Chất kết dính xi măng

- Cốt liệu mịn cát thạch anh

- Khoáng siêu mịn có hoạt tính cao dễ dàng thâm nhập vào trong mạng lưới mao quản và lan tỏa

- Phụ gia hóa học làm chậm quá trình ninh kết của xi măng

- Phụ gia hóa học giảm nước

- Phụ gia hóa học tăng khả năng thẩm thấu của dung dịch vào bê tông Phân tích đã xác định được định lượng thành phần hóa học chủ yếu và thành phần khoáng của sơn gốc xi măng pene-seal Ngoài ra cũngxác định được kích thước hạt và phân bố kích thước hạt của sơn

Tiến hành thử nghiệm hỗn hợp sơn (trộn sơn với nước) bước đầu xác định được vai trò quan trọng của thành phần phụ gia trong sơn và tiếp tục phân tích tìm hiểu Những kết quả phân tích tìm hiểu ban đầu giúp cho đề tài hiểu được vai trò chức năng của các thành phần khoáng, thành phần phụ gia hóa học và kích thước hạt của sơn chống thấm gốc xi măng theo cơ chế thẩm thấu kết tinh Đây là các kết quả quan trọng tạo cơ sở khoa học cho việc triển khai tiếp tục đề tài đạt mục tiêu đề ra Trên cơ sở các tài liệu công bố kết quả nghiên cứu, sản xuất, ứng dụng và tài liệu hướng dẫn sử dụng các sản phẩm sơn chống thấm gốc xi măng theo cơ chế thẩm thấu kết tinh, kết hợp với kết quả phân tích tìm hiểu sơn pene - seal có thể xác định các thành phần chính và chức năng của chúng đối với loại sơn này gồm: