Nghiên cứu khảo sát một số đặc trưng cơ lý của vải địa kỹ thuật đang sử dụng tại việt nam

Các sản phẩm của ngành dệt may Việt Nam hiện nay chủ yếu phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày như quần áo, chăn, ga, đồ trang trí nội thất … Do

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô Viện Dệt May - Da giày & Thời trang Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô Viện Dệt May -

Da giày & Thời trang Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy bảo cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Nhật Trinh đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học

Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn quí anh, chị và ban lãnh đạo Viện Dệt May – Tập Đoàn Dệt May Việt Nam, Công ty Cổ phần Dệt Công Nghiệp Hà Nội – Haicatex, Công ty Vải Địa Kỹ Thuật Việt Nam – ARITEX đã tạo điều kiện cho tôi điều tra khảo sát để có dữ liệu viết luận văn

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn

Hà Nội, tháng 11 năm 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Phạm Thành Nam, học viên cao học lớp 11BVLDM.KH, chuyên ngành Công nghệ Vật liệu Dệt may, khoá 2011B Tôi xin cam đoan

luận văn thạc sĩ ‘‘Nghiên cứu khảo sát một số đặc trưng cơ lý của vải địa kỹ

thuật đang sử dụng tại Việt Nam’’ là công trình nghiên cứu của cá nhân,

được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ: Nguyễn Nhật Trinh, số liệu nghiên cứu thu được từ thực nghiệm và không sao chép từ bất cứ công trình nào

Học viên

Phạm Thành Nam

MỤC LỤC

Trang g Lời cảm ơn ………

Lời cam đoan ………

Mục lục ………

Danh mục các ký hiệu, các chữ cái viết tắt ………

Danh mục các bảng biểu ………

Danh mục các hình vẽ, đồ thị ………

Lời mở đầu ………

Chương 1 TỔNG QUAN VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ………

1.1 Sự phát triển của vải địa kỹ thuật ………

1.2 Vật liệu địa kỹ thuật ………

1.3 Vải địa kỹ thuật ………

1.4 Nguyên liệu sản xuất vải địa kỹ thuật ………

1.4.1 Xơ polypropylen ………

1.4.2 Xơ polyeste ………

1.5 Đặc trưng cơ lý của vải địa kỹ thuật ………

1.6 Ứng dụng của vải địa kỹ thuật ………

1.6.1 Vải địa kỹ thuật trong hệ thống thoát nước ………

1.6.2 Vải địa kỹ thuật trong hệ thống lọc nước ………

1.6.3 Vải địa kỹ thuật trong công trình xây dựng gia cường nền đường 1.6.4 Vải địa kỹ thuật trong nông nghiệp ………

Kết luận chương 1 ………

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ………

2.1 Đối tượng nghiên cứu ………

2.2 Nội dung nghiên cứu ………

2

3

4

6

7

9

11

13

13

14

18

21

21

25

29

32

32

33

34

35

37

38

38

39

2.3 Phương pháp nghiên cứu ………

2.3.1 Phương pháp thu thập mẫu thí nghiệm ………

2.3.2 Phương pháp xác định các đặc trưng cơ lý của vải địa kỹ thuật ……

2.3.3 Phương pháp xác định khối lượng của vải địa kỹ thuật ………

2.3.4 Phương pháp xác định độ bền kéo giãn của vải địa kỹ thuật ………

2.3.5 Phương pháp xác định độ bền xuyên thủng của vải địa kỹ thuật … 2.3.6 Phương pháp xác định độ bền xé rách của vải địa kỹ thuật ………

2.4 Phương pháp xử lý số liệu ………

Kết luận chương 2 ………

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ………

3.1 Kết quả nghiên cứu ………

3.1.1 Kết quả thí nghiệm xác định khối lượng vải địa kỹ thuật …………

3.1.2 Kết quả thí nghiệm xác định độ bền kéo đứt vải địa kỹ thuật ……

3.1.3 Kết quả thí nghiệm xác định độ giãn vải địa kỹ thuật ………

3.1.4 Kết quả thí nghiệm xác định độ bền xuyên thủng của vải địa kỹ thuật ………

3.1.5 Kết quả thí nghiệm xác định độ bền xé rách của vải địa kỹ thuật … 3.2 Bàn luận ………

3.2.1 Khối lượng vải địa kỹ thuật ………

3.2.2 Độ bền kéo đứt vải địa kỹ thuật ………

3.2.3 Độ giãn vải địa kỹ thuật ………

3.2.4 Độ bền xuyên thủng vải địa kỹ thuật ………

3.2.5 Độ bền xé rách vải địa kỹ thuật ………

Kết luận ………

Tài liệu tham khảo ………

39

39

40

40

41

44

48

49

51

52

51

52

53

56

58

59

61

61

62

66

69

71

75

77

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A1: Vải địa kỹ thuật Aritex khối lượng vải 150 g/m2

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Tên bảng Trang

Bảng 3.1 Khối lượng vải địa kỹ thuật của Công ty Haicatex 51 Bảng 3.2 Khối lượng vải địa kỹ thuật của Công ty Aritex 52 Bảng 3.3 Độ bền kéo đứt dọc vải địa kỹ thuật Công ty Haicatex 53 Bảng 3.4 Độ bền kéo đứt dọc vải địa kỹ thuật của Công ty Aritex 53 Bảng 3.5 Độ bền kéo đứt ngang vải địa kỹ thuật của Công ty

Bảng 3.14 Độ bền xé rách dọc vải địa kỹ thuật của Công ty Aritex 58 Bảng 3.15 Độ bền xé rách ngang vải địa kỹ thuật của Công ty

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Tên hình vẽ Trang

Hình 1.11 Vải địa kỹ thuật dệt thoi và phức hợp 20 Hình 1.12 Cấu trúc mạch đại phân tử polypropylen 22

Hình 1.14 Quan hệ tải trọng và độ giãn của vải 31

Hình 1.17 Vải địa kỹ thuật gia cường nền đường 34

Hình 2.1 Cân điện tử SARTORIUS GB 1503S-OCE, 39

Hình 2.7 Kích thước mẫu thử độ bền xuyên thủng vải 45

Hình 2.8 Nguyên lý đo độ bền xuyên thủng vải địa kỹ thuật 46

Hình 3.1 Khối lượng vải địa kỹ thuật công ty Haicatex 60 Hình 3.2 Khối lượng vải địa kỹ thuật công ty Aritex 60 Hình 3.3 Độ bền kéo đứt vải địa kỹ thuật Haicatex 62 Hình 3.4 Độ bền kéo đứt vải địa kỹ thuật Aritex 63 Hình 3.5 So sánh độ bền kéo đứt dọc vải Haicatex và Aritex 64 Hình 3.6 So sánh độ bền kéo đứt ngang vải Haicatex và Aritex 64 Hình 3.7 Độ giãn đứt dọc và độ giãn đứt ngang vải Haicatex 65 Hình 3.8 Độ giãn đứt dọc và độ giãn đứt ngang vải Aritex 66 Hình 3.9 So sánh độ giãn dọc vải Haicatex và Aritex 67 Hình 3.10 So sánh độ giãn ngang vải Haicatex và Aritex 67

Hình 3.15 So sánh độ bền xé rách dọc vải Haicatex và Aritex 73 Hình 3.16 So sánh độ bền xé rách ngang vải Haicatex và Aritex 73

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời kỳ công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, công nghiệp dệt may Việt Nam giữ một vị trí quan trọng của nền kinh tế quốc dân, đây là ngành công nghiệp giải quyết công ăn việc làm cho hàng vạn lao động và góp phần tạo ra sự ổn định cho xã hội Hơn mười năm qua ngành dệt may đã có những bước phát triển mạnh mẽ, số lượng các doanh nghiệp sản xuất tăng nhanh, quy mô sản xuất ngày càng được đầu tư mở rộng, sản lượng năm sau cao hơn nhiều so với năm trước Kim ngạnh xuất khẩu dệt may năm 2012 đứng ở vị trí đầu tiên đạt khoảng 15 tỷ USD

Các sản phẩm của ngành dệt may Việt Nam hiện nay chủ yếu phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày như quần áo, chăn, ga, đồ trang trí nội thất … Do khoa học và công nghệ phát triển, ngày nay các sản phẩm dệt kỹ thuật đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, nông nghiệp, giao thông vận tải, chế tạo vật liệu compozit … các sản phẩm dệt kỹ thuật này mang lại cho ngành công nghiệp dệt giá trị thặng dư cao hơn gấp nhiều lần so với các sản phẩm dệt may truyền thống và tương lai sẽ trở thành bộ phận sản xuất chủ lực của ngành dệt

Trong số các loại vải kỹ thuật, vải địa kỹ thuật đã được sản xuất tại Việt Nam gần 10 năm qua, nhu cầu sử dụng rất lớn, các loại sản phẩm vải địa kỹ thuật chủ yếu được sử dụng cho các công trình xây dựng cầu đường, các công trình giao thông, các công trình xây dựng hồ chứa nước … Tuy nhiên việc nghiên cứu các tính chất cơ lý của chủng loại vải địa kỹ thuật hầu như chưa được quan tâm để tìm ra các thông số công nghệ tối ưu đối với từng công trình xây dựng

Vì vậy đề tài ‘‘Nghiên cứu khảo sát một số đặc trưng cơ lý của vải địa kỹ thuật đang sử dụng tại Việt Nam’’ được thực hiện nhằm tìm ra mối quan hệ

giữa các tính chất cơ lý của vải địa kỹ thuật để làm tài liệu tham khảo cho các nhà sử dụng công nhiệp khai thác hiệu quả chủng loại vải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật

Luận văn nghiên cứu gồm 3 phần:

Chương 1: Tổng quan vải địa kỹ thuật

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận

Kết luận của luận văn

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

1.1 Sự phát triển của vải địa kỹ thuật

Từ thời Ai Cập cổ đại các nguyên liệu dệt sản xuất vải đã được sử dụng làm vật liệu lót đường đi phục vụ cho các công trình xây dựng kim tự tháp Pharaohs Các công trình khảo cổ học cho thấy người Ai Cập đã khám phá ra các xơ sợi thiên nhiên hoặc vải có tác dụng cải thiện đáng kể chất lượng đường xá khi trộn lẫn chúng với đất, đặc biệt hiệu quả khi trộn với nền đất yếu

Năm 1920 chính quyền bang Nam Carolia Hoa Kỳ đã sử dụng vải bông làm vật liệu để gia cường nền đường đi tại những vùng có nền đất yếu, sau này người ta kết hợp vải bông với nhựa đường nhằm tăng độ bền và độ ổn định cho các công trình xây dựng đường xá Vào những năm 1960 công nghiệp sản xuất xơ tổng hợp phát triển mạnh mẽ, xơ tổng hợp với nhiều tính năng ưu việt hơn xơ tự nhiên đã được sử dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng đường xá, sân bay với sản phẩm đặc trưng riêng biệt là vải địa kỹ thuật

Khối lượng tiêu thụ các chủng loại vật liệu địa kỹ thuật trên thế giới luôn luôn tăng trưởng cao trong khoảng 30 năm từ 1970 đến 1998 (hình 1.1) Trong những năm gần đây, sản lượng vải địa kỹ thuật trên thế giới tăng trưởng với tốc độ mạnh mẽ, tốc độ tăng trưởng sản lượng vải địa kỹ thuật những năm 2000-2005 khoảng 4,6% hàng năm, khoảng từ 2007-2012 dự báo mức tăng trưởng đạt 5,3% hàng năm Ngày nay, vải địa kỹ thuật chủ yếu được sản xuất từ xơ polyolefin do xơ có khối lượng thấp, độ bền cơ học cao và giá thành rẻ Xơ sản xuất vải địa kỹ thuật thường sử dụng ở dạng xơ ngắn, xơ monophilamăng, xơ multiphilamăng và dạng sợi dẹt

Hình 1.1 Tiêu thụ vật liệu địa kỹ thuật

1.2 Vật liệu địa kỹ thuật

Những vật liệu được sử dụng với chức năng gia cố nền đất tại các công trình xây dựng đường xá gọi là vật liệu địa kỹ thuật Nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ vật liệu địa kỹ thuật ngày nay rất đa dạng về chủng loại đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật cho các công trình xây dựng cầu đường, các công trình xây dựng hồ chứa nước và các đập thủy điện

Vật liệu địa kỹ thuật được phân chia thành 6 loại cơ bản (hình 1.2):

- Vải địa kỹ thuật,

- Vật liệu địa kỹ thuật dạng vỉ,

- Vật liệu địa kỹ thuật dạng lưới,

- Vật liệu địa kỹ thuật dạng màng,

- Vật liệu địa kỹ thuật dạng ống,

Geo

Hình 1.2 Phân loại vật liệu địa kỹ thuật Vật liệu địa kỹ thuật có các chức năng cơ bản như ngăn cách, gia cường, lọc, thoát nước và chặn nước Tùy theo mục đích sử dụng mà vật liệu địa kỹ thuật thể hiện những chức năng trên bảng 1.1

Bảng 1.1 Chức năng của vật liệu địa kỹ thuật

Ngăn cách Gia cường Lọc Thoát nước Chặn nước

Một số loại vật liệu địa kỹ thuật:

Hình 1.3 Vật liệu địa kỹ thuật dạng vải

Hình 1.4 Vật liệu địa kỹ thuật dạng vỉ

Hình 1.5 Vật liệu địa kỹ thuật dạng lưới

Hình 1.6 Vật liệu địa kỹ thuật dạng màng

Hình 1.7 Vật liệu địa kỹ thuật dạng ống

Hình 1.8 Vật liệu địa kỹ thuật dạng phức hợp

1.3 Vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật là chủng loại vải được sản xuất từ xơ polime tổng hợp, khổ rộng, dạng dệt, dạng không dệt hoặc dạng phức hợp có các chức năng gia

cố, phân cách, bảo vệ, lọc và tiêu thoát nước Vải địa kỹ thuật được sử dụng cùng với các loại vật liệu khác như đất, đá, bê tông … trong các công trình xây dựng [4]

Vải địa kỹ thuật được phân chia thành 3 loại (hình 1.9):

- Vải địa kỹ thuật phức hợp,

- Vải địa kỹ thuật không dệt,

- Vải địa kỹ thuật dệt thoi,

Hình 1.9 Phân loại vải địa kỹ thuật

VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

VẢI KHÔNG DỆT

Vải không dệt liên kết

Đối với vải địa kỹ thuật không dệt thường sử dụng 3 công nghệ liên kết

xơ như sau:

- Vải địa kỹ thuật không dệt liên kết xuyên kim,

- Vải địa kỹ thuật không dệt liên kết hóa học,

- Vải địa kỹ thuật không dệt liên kết nhiệt học,

Vải địa kỹ thuật không dệt được sản xuất từ nguyên liệu xơ dạng cắt ngắn hoặc xơ dài dạng philamăng Đối với xơ dạng cắt ngắn chiều dài xơ thường khoảng 1-4 inch, vải được hình thành bằng công nghệ sản xuất vải không dệt phổ biến nhất là công nghệ liên kết xuyên kim, tiếp đến là công nghệ liên kết nhiệt học và công nghệ liên kết hóa học Đối với xơ dài dạng philamăng vải không dệt được hình thành bằng công nghệ kéo sợi trực tiếp, các xơ được liên kết với nhau bằng công nghệ xuyên kim hoặc công nghệ liên kết nhiệt học

Hình 1.10 Vải địa kỹ thuật không dệt Đối với vải địa kỹ thuật dệt thoi thường sử dụng 3 loại nguyên liệu sợi chính bao gồm:

- Vải địa kỹ thuật dệt thoi sử dụng sợi monofilamăng,

- Vải địa kỹ thuật dệt thoi sử dụng sợi dẹt,

- Vải địa kỹ thuật dệt thoi sử dụng sợi multifilamăng,

Hình 1.11 Vải địa kỹ thuật dệt thoi và phức hợp

Vải địa kỹ thuật phức hợp Vải địa kỹ thuật dệt thoi sợi dẹt Vải địa kỹ thuật dệt thoi

sợi multifilamăng

Vải địa kỹ thuật dệt thoi là loại vải được tạo thành bằng công nghệ dệt thoi với hai hệ sợi chính là sợi dọc và sợi ngang liên kết với nhau theo một quy luật nhất định, quy luật liên kết sợi chính là kiểu dệt của vải

Vải địa kỹ thuật phức hợp là loại vải địa kỹ thuật kết hợp của hai loại vải địa kỹ thuật dệt thoi và vải địa kỹ thuật không dệt hoặc kết hợp với một loại vật liệu địa kỹ thuật khác

1.4 Nguyên liệu sản xuất vải địa kỹ thuật

Trong công nghiệp sản xuất vải địa kỹ thuật người ta thường sử dụng nguyên liệu dạng xơ hoặc dạng sợi philamăng kết hợp với nhau tạo nên cấu trúc của vải Nguyên liệu được sử dụng phổ biến nhất là xơ hóa học tổng hợp polypropylen và polyeste do các xơ này có nhiều tính chất cơ lý hóa vượt trội hơn so với các xơ khác và giá thành tương đối rẻ Ngoài ra một số loại xơ khác cũng được sử dụng như xơ polyamit và xơ thiên nhiên

1.4.1 Xơ polypropylen

Quá trình phát triển

Việc phát minh ra Polypropylen diễn ra vào đầu những năm 1950 Polypropylen hình thành từ quá trình đồng trùng hợp (Polymer hóa) với sự có mặt của chất xúc tác Ziegler – Natta Polypropylen được đưa ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1957 bởi công ty Montecatini, Italia Ngay sau đó, nó được sản xuất hàng loạt tại châu Âu, Mỹ và Nhật Theo dòng thời gian phát triển công suất và chất lượng Polypropylene thương mại ngày càng được cải thiện

Hình 1.12 Cấu trúc mạch đại phân tử polypropylen

Phân loại Polypropylen

Polypropylen là một loại nhựa nhiệt dẻo được sản xuất bởi quá trình polimer hóa propylene Có nhưng tính chất nhiệt, vật lý, hóa học như mong

muốn khi sử dụng ở nhiệt độ phòng

Trong công nghiệp người ta chia Polypropylen thành các họ lớn với các tên gọi như sau:

- HomoPolypropylen (Polypropylen đồng thể), là kết quả của quá trình polymer hóa chỉ duy nhất monomer là Propylen Là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại sản phẩm của PP Nó được sản xuất từ những thiết bị phản ứng khác nhau có sử dụng xúc tác để liên kết các monomer lại với nhau thành dạng có cấu trúc không gian cố định HomoPolypropylen là một hệ hai pha, vì nó chứa cả vùng kết tinh được và vùng không kết tinh được (vô định hình) Vùng không có khả năng kết tinh bao gồm cả isotactic PP và atactic

PP Isotactic PP có khả năng kết tinh chậm trong vùng vô định hình HPP có mạng tinh thể từ dày đến mỏng được thể hiện qua điểm chảy của nó

- Random CoPolypropylen (Polypropylen đồng trùng hợp) (RCP) là kết quả của quá trình đồng polymer hóa monomer Propylen với các monomer khác Thường dung dịch kết hợp comonomer Ethylene với tỷ lệ thấp (7 %)

Đa số Copolymer có cấu tạo không điều hòa, trong mạch phân tử của chúng

có các mắc xích cơ sở (monomer A và B) khác nhau sắp xếp một cách hỗn độn và không thể tách ra các đoạn mạch lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn Đồng trùng hợp có các ứng dụng lớn trong thực tế vì nó cho phép thay đổi tính chất của các hợp chất cao phân tử trong một giới hạn rộng Đồng trùng hợp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cao su tổng hợp Các polymer

có cấu tạo không gian được sản xuất trong dây chuyền các thiết bị phản ứng nối tiếp, ở thiết bị phản ứng thứ nhất là homopolymer và thiết bị thứ hai là copolymer

… - A – A – A – A – B – A – B – B – A - …

- Copolypropylen block (Polypropylen đồng trùng hợp khối): Khác với các copolymer thông thường, trong đại phân tử của chúng các đơn vị monomer riêng biệt luân phiên nhau và sắp xếp không theo một trật tự trong mạch

 Isotactic polypropylene:

Có các nhóm - CH3 cùng nằm về một phía mặt phẳng trong cấu hình đồng phân quang học, dạng tinh thể Có tính chất là không tan được trong heptan sôi và có nhiệt độ điểm chảy khoảng 165o

Tính chất của xơ polypropylen

Xơ polypropylen được sản xuất với nhiều loại khác nhau về độ bền đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Xơ sử dụng trong lĩnh vực dệt may độ bền kéo khoảng 4,5-6,0 g/den, xơ độ bền cao trên 9,0 g/den được sử dụng sản xuất dây chão, lưới… Xơ polypropylen hiệu năng cao là nhóm xơ có độ bền và mô đun rất cao Đối với xơ polypropylen philamăng độ bền có thể đạt trên 13,0 g/den Cấu trúc xơ polypropylen gồm các vùng tinh thể và các vùng vô định hình Mức độ tinh thể của xơ polypropylen đạt khoảng 50-65% phụ thuộc vào điều kiện sản xuất, mức độ định hướng tinh thể của xơ nhận được trong quá trình kéo giãn ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ học của xơ polypropylen philamăng Mức độ kéo giãn càng lớn thì độ bền kéo càng cao và độ giãn càng thấp, xơ PP thương mại monophilamăng có độ giãn đứt khoảng 12-25%,

xơ cắt ngắn có độ giãn đứt khoảng 20-30% và xơ multiphilamăng có độ giãn đứt khoảng 20-35%

Xơ polypropylen có nhiệt độ chảy mềm trong khoảng 1500C và nhiệt độ nóng chảy 1600

C-1700C Ở nhiệt độ dưới - 700C xơ polypropylen vẫn giữ được tính mềm mại tuyệt vời của nó, ở nhiệt độ cao hơn (dưới 1200

C) tính chất cơ học của xơ polypropylen gần như không bị ảnh hưởng Tất cả các loại

xơ polypropylen đều có tính dẫn nhiệt kém

Xơ polypropylen chịu hóa chất rất cao đối với axit và kiềm, xơ chịu mài mòn tốt, chịu được vi khuẩn và nấm mốc

1.4.2 Xơ polyeste

Quá trình phát triển

Khoảng năm 1930, W.H.Carothers và đồng sự ở viện Duponts đã tổng hợp được polyester dựa trên phản ứng ngưng tụ đa phân tử Xơ polyester đầu tiên được tổng hợp dựa trên phương pháp kéo nguội không được sử dụng

trong công nghiệp dệt do nhiệt độ nóng chảy thấp ngoài ra nó còn dễ tan trong một số dung môi thông thường

Năm 1941 J.R.Whinfield và J.T.Dickson tổng hợp được một loại polyester mới từ acid terephthalic và một số rượu hai chức Loại xơ mới này

có nhiệt độ nóng chảy cao, các tính chất của nó vượt trội nên bắt đầu được ứng dụng trong công nghiệp dệt với tên gọi là Terylene

Kể từ đó rất nhiều xơ polyester mới được tổng hợp và được đưa ngay vào sản xuất từ nguyên liệu ban đầu là acid terephthalic Các chủng loại xơ polyester càng ngày đa dạng với sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất, trong đó các loại xơ polyester được sản xuất với sản lượng cao nhất là: Polyethylene terephthalate, poly 1-4 butylene terephthalate, poly 1-4 bis cyclohexane terephthalate

Cấu trúc hóa học của polyester như sau:

O O

H2C

H2C O

n

O O

H2C

H2C

H2C

H2

C

n O

C O

O

O O

O

H2C

Poly 1-4 butyllene terephthalate

Poly 1-4 bis methylene cyclohecxan terephythalate

Hình 1.13 Cấu trúc hóa học của polyester Bằng cách đưa các rượu thơm hai chức thay thế cho các rượu hai chức mạch thẳng, người ta đã sản xuất được các xơ polyester có các đơn vị cấu trúc

chỉ chứa những vòng thơm Những xơ này tạo thành họ polyacrylate, được sản xuất bằng phương pháp kéo nóng chảy sau đó được ủ ở nhiệt độ gần với nhiệt độ nóng chảy để làm tăng mật độ pha tinh thể Do chúng có khả năng hình thành pha tinh thể ở trạng thái lỏng nên mật độ pha tinh thể trong xơ rất cao, xơ có các tính chất cơ lý ưu việt hơn hẳn các polyester thông thường Phần lớn các polyester là polymer đồng trùng hợp

Xơ polyester có khối lượng riêng d 1.38g/cm3, xơ khó trương nở trong nước, khó thoát mồ hôi, khó nhuộm Người ta chỉ nhuộm polyester với phẩm phân tán ở nhiệt độ cao 1300C hoặc 1000C có chất tải

Polyester là loại xơ nhiệt dẻo, độ bền nhiệt vượt xa các loại xơ thiên nhiên và đa số các loại xơ hoá học khác Ở nhiệt độ 2650C xơ mới bắt đầu bị mềm và ở nhiệt độ 2800C xơ bị nóng chảy và phân huỷ

Do hàm ẩm thấp nên xơ polyester có khả năng cách điện cao Nhưng đồng thời cũng dễ tích điện nên gây khó khăn trong quá trình dệt Các thông

số vật lý khác: Độ mảnh: 1,3 den, Độ hồi ẩm: 0,3%, Độ hút ẩm kém: 0,4 – 0,5% (điều kiện tiêu chuẩn)

Bảng 1.2 Một số tính chất của xơ polyeste

Tính chất Đơn vị Xơ không

ổn định

Xơ ổn định

Xơ giả len thường dtex/mm 1,7/40 1,7/40 3,3/40 Tải trọng kéo đứt cN/tex 55-60 55-60 45-55

Ảnh hưởng của acid

Xơ polyester tương đối bền với tác dụng của axit Hầu hết các axit hữu

cơ và vô cơ với nồng độ không cao lắm ở nhiệt độ thường đều không gây ảnh hưởng gì đến độ bền của xơ, chỉ ở nhiệt độ trên 70oC với nồng độ axit cao (H2SO4 > 70%, HNO3 >60%) thì xơ polyester mới bị phá huỷ từng bộ phận

Ảnh hưởng của bazơ

Xơ Polyester kém bền với tác dụng của kiềm Khi đun sôi lâu trong dung dịch xút 1%, xơ polyester đã bị thuỷ phân Nó hoàn toàn bị phá huỷ khi gia công bằng dung dịch xút 5% ở 180oC trong 1 giờ Trong dung dịch NaOH 40% và KOH 50% ở nhiệt độ thường cũng bị phá huỷ mạnh, còn ở nhiệt độ sôi nó sẽ hoàn toàn bị phá huỷ Sở dĩ xơ polyester kém bền với kiềm là vì trong mạch đại phân tử của chúng có chứa các nhóm estes dễ bị thuỷ phân

Ảnh hưởng của chất khử và oxi hoá

Xơ polyester tương đối bền với chất khử và oxi hoá (Hidro peroxit, natrihypocloit và natri hidrosunfit chỉ gây hư hại nhẹ cho polyester)

Ví Dụ : Khi gia công bằng dung dịch NaClO có nồng độ ClO hoạt động 5g/l với PH 7-10 Ở nhiệt độ thường trong vòng 1 tuần lễ độ bền của xơ giảm không đáng kể, hoặc khi chịu tác dụng của dung dịch chất khử của dung dịch Na2SiO4 trong vòng 3 ngày độ bền của xơ vẫn không thay đổi

Ảnh hưởng của dung môi

Xơ polyester rất bền với các dung môi thường trong giặt và tẩy mỡ (chứa Hidrocacbon và Clo như Benzen, toluene, acetone, cloetan, rượu tetraclorua cacbon) Tuy nhiên không bền với các dung môi chứa oxi

Khả năng nhuộm màu của polyester

Xơ polyester chứa ít nhóm ưa nước, lại có cấu trúc chặt chẽ do đó xơ polyester có hàm ẩm thấp, làm cho polyester có khả năng cách điện cao, dễ tích điện gây khó khăn trong quá trình dệt

Mạch đại phân tử của polyester thể hiện tính bất đối xứng cao giữa chiều ngang và chiều dọc, các nhóm (– CO – C6H4 – CO –) kém linh động, khó quay tự do, các nhóm ester còn liên hợp với nhân thơm nên có độ phân cực lớn Những đặc điểm trên làm cho polyester rất đều đặn, ít gấp khúc, không phân nhánh và có độ định hướng cao, làm cho xơ khó nhuộm hoặc những loại thuốc nhuộm có tính chất tương tự ở nhiệt độ cao hay khi có mặt chất tải

Xơ polyester không chứa nhóm bazơ và nhóm acid mạnh, bởi vậy không thể dùng các loại thuốc nhuộm cation hay anion để nhuộm chúng Để nhuộm polyester thường dùng thuốc nhuộm phân tán hoặc những loại thuốc nhuộm

có tính chất tương tự ở nhiệt độ cao hay khi có mặt chất tải, trong một vài trường hợp có thể dùng thuốc nhuộm hoàn nguyên hoặc azoic

1.5 Đặc trƣng cơ lý của vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật thuộc dạng vật liệu được sản xuất từ nguyên liệu là các polime, nguyên liệu sử dụng phổ biến nhất là polypropylen, polyeste,

polyetylen và polyamit Các nguyên liệu sử dụng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của vải địa kỹ thuật về tính chất cơ học, tính chất lý học và tính chất hóa học Vải địa kỹ thuật có các chức năng cơ bản sau: ngăn cách, lọc, gia cố, thoát nước và chặn nước trong các công trình xây dựng

Tính chất của vải địa kỹ thuật được thể hiện bởi các tính chất cơ lý như

độ dày của vải, khối lượng vải, độ bền kéo giãn, độ bền xé, độ bền kháng tia

UV, kích thước lỗ, độ thấm xuyên và độ dẫn nước

Allen và cộng sự [5] nghiên cứu các tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật

sử dụng ở những vùng thời tiết giá lạnh của nước Mỹ Các tác giả đã nghiên cứu về mối quan hệ độ bền-độ giãn-tải trọng và các đặc tính dão của vải địa

kỹ thuật dưới tác động của thời tiết Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong khoảng vùng nhiệt độ nghiên cứu các đặc trưng độ bền-độ giãn-tải trọng và

độ dão của vải ít chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ giá lạnh Chu kỳ tuyết tan/đóng băng, nước tinh khiết hoặc nước mặn không ảnh hưởng đáng kể đến đặc trưng

độ bền-độ giãn-tải trọng và độ dão của vải địa kỹ thuật

Dựa trên kết quả thử nghiệm độ bền, vải địa kỹ thuật không dệt liên kết xuyên kim (xơ polyesste filamăng, xơ polypropylen filamăng) đạt được độ bền trung bình và độ giãn cao, vải địa kỹ thuật vải dệt thoi sử dụng sợi dẹt đạt được độ bền cao nhất nhưng độ giãn thấp nhất Vải địa kỹ thuật không dệt liên kết nhiệt xơ polypropylen filamăng và vải địa kỹ thuật không dệt liên kết hóa học xơ polyesste filamăng có các đặc trưng độ bền và độ giãn trung bình

so với vải địa kỹ thuật không dệt liên kết xuyên kim và vải địa kỹ thuật vải dệt thoi sử dụng sợi dẹt Mô đun và độ bền vải địa không dệt liên kết nhiệt tăng khi giảm nhiệt độ liên kết xơ, nhưng độ giãn giảm đáng kể

Nhiều công trình nghiên cứu chỉ ra rằng vải địa kỹ thuật xơ polypropylen khi nhiệt độ giảm thì độ dão của vải giảm Ảnh hưởng của nhiệt

độ đến độ dão dường như liên quan đến yếu tố xơ chứ không liên quan đến

cấu trúc vải Xơ polypropylen xuất độ dão và bị phá hủy ở tải trọng khoảng 50-65% độ bền đứt ở 220C Vải địa kỹ thuật xơ polyeste có tốc độ dão thấp nhất Đối với tải trọng cho trước, vải địa kỹ thuật xuyên kim có độ dão lớn nhất, vải đại kỹ thuật liên kết nhiệt và vải địa dệt thoi có độ dão nhỏ nhất

Mc Gown và cộng sự [10] nghiên cứu ứng xử của vải địa trong đất, vải địa không dệt xơ philamăng polypropylen 67% và xơ philamăng polyetylen 33%, xơ philamăng polyeste và vải địa dệt thoi phức hợp Tác giả cho rằng ứng xử độ dão của vải địa chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường đất, nhiệt

độ, loại xơ và cấu trúc xơ

S.R Boyle, M Gallagher và R.D Holtz [11] nghiên cứu ảnh hưởng tốc

độ kéo giãn đến độ bền vải địa dệt thoi nguyên liệu xơ polypropylen với tốc

độ kéo giãn vải 10; 1; 0,1; 0,01%/ph Độ bền của vải rất nhạy cảm với tốc độ kéo giãn, tương ứng với tốc độ kéo giãn giảm thì độ bền của vải địa giảm đáng kể và độ giãn đứt của vải tăng lên Với tốc độ kéo giãn vải 10%/phút độ giãn của vải khoảng 14% và tải trọng khoảng 90 kN/m, với tốc độ kéo giãn vải 0,01%/ph độ giãn của vải đạt gần 20% nhưng tải trọng khoảng 40 kN/m

Hình 1.14 Quan hệ tải trọng và độ giãn của vải

Andrawns và cộng sự [8] nghiên cứu mối quan hệ giữ nhiệt độ- thời gian- độ giãn- tải trọng, 4 mẫu vải được thử nghiệm ở chế độ có tải và bỏ tải, thời gian 10.000 giờ, nhiệt độ thử nghiệm là 5, 10, 20 và 400C Tác giả cho biết cường độ của độ giãn dẻo và đàn hồi tức thời gần như bằng nhau

Jaillous, J.M và Segrestin, P [9] nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường đến tính năng của vải địa kỹ thuật cho thấy khi tăng nhiệt độ thì sự phân ra phá hủy của vải địa tăng nhanh Tác giả nhận thấy vải địa xơ polyeste dễ bị tổn thương do thủy phân ở nhiệt độ thường, vải địa xơ polypropylen có thể chịu được tác động của nhiều loại hóa chất

1.6 Ứng dụng của vải địa kỹ thuật

1.6.1 Vải địa kỹ thuật trong hệ thống thoát nước

Một lĩnh vực ứng dụng cơ bản của vải địa kỹ thuật là làm vật liệu của hệ thống lọc và thoát nước trong các công trình xây dựng cầu đường, cống thoát nước Vải địa kỹ thuật được sử dụng với đầy đủ các chức năng của hệ thống lọc:

- Cho phép nước chảy qua vải,

- Giữ lại các hạt đất đá và ngăn chặn chúng thâm nhập vào hệ thống thoát nước

Một số kết cấu của hệ thống thoát nước sử dụng vải địa kỹ thuật trên hình 1.15

Kết cấu thoát nước hình 1.15a vải địa kỹ thuật bao bọc khối đá bên trong, nước từ trên bề mặt thấm vào trong lòng đất, sau đó thấm qua lớp vải địa kỹ thuật và được tích trữ trong khối đá, theo chiều dài của đường thoát nước được dẫn ra ngoài

Kết cấu thoát nước hình 1.15b có bổ sung thêm ống dẫn nước (vật liệu địa kỹ thuật dạng ống) bên trong khối đá, nước từ trên bề mặt thấm vào bên trong lòng đất, sau đó thấm qua lớp vải địa kỹ thuật, thấm qua lớp đá và được

tích trữ trong ống dẫn nước Sau đó nước thoát ra khu chứa nước Kết cấu này thường được sử dụng trong các công trình xây dựng nền đường tàu hỏa

Hình 1.15 Hệ thống thoát nước

1.6.2 Vải địa kỹ thuật trong hệ thống lọc nước

Đối với vải địa kỹ thuật có chức năng lọc thì vải phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Vải phải có tác dụng giữ lại được đất cát và cho nước di chuyển qua vải

- Các kích thước lỗ lớn nhất của vải phải nhỏ hơn kích thước của các hạt đất cát, khi đó đất cát sẽ được vải giữ lại trong quá trình lọc

- Nếu kích thước lỗ của vải đủ lớn để cho các hạt đất cát đi qua di chuyển qua vải trong quá trình lọc thì vải sẽ bị tắc và mất dần chức năng lọc

Hình 1.16 Hệ thống lọc nước

1.6.3 Vải địa kỹ thuật trong công trình xây dựng gia cường nền đường

Trong các công trình xây dựng cầu đường, nhằm mục đích gia cường nền đường tại những vùng đất có kết cấu yếu hoặc không ổn định, vải địa kỹ thuật được đặt tại bề mặt phân chia giữa lớp cốt đường và lớp vật liệu đắp mới, nó có chức năng ngăn cách chống không cho hai lớp vật liệu trộn với nhau

Đối với kết cấu đường hình 1.17a không sử dụng vải địa kỹ thuật, sau một thời gian sử dụng lớp vật liệu đắp mới thường bằng đá di chuyển tự do vào nền đất cũ do nền đất cũ yếu Sự di chuyển của lớp vật liệu nền đường mới làm cho đường bị lún sụt giảm khả năng chịu tải trọng và giảm tuổi thọ của đường

Để xử lý hiện tượng này, kết cấu đường hình 1.17b sử dụng các lớp vải địa kỹ thuật làm vật liệu ngăn cách lớp đất nền đường cũ và lớp vật liệu nền đường mới Khi đó không xảy ra hiện tượng di chuyển các lớp vật liệu vào nhau, lớp nền đường mới có kết cấu vững chắc và ổn định trong quá trình sử dụng

Nước Đất cát

Vải địa kỹ thuật Thoát nước

Hình 1.17 Vải địa kỹ thuật gia cường nền đường

1.6.4 Vải địa kỹ thuật trong nông nghiệp

Vải địa kỹ thuật được sử dụng trong nông nghiệp với chức năng thoát nước và cung cấp nước tưới cho cây trồng

Hình 1.18 Vải địa kỹ thuật trong nông nghiệp

Vải địa kỹ thuật

Đất nền đường Đất nền đường

Kết cấu hệ thống thoát nước hoặc cung cấp nước cho cây trồng gồm một hộp hình trụ vật liệu địa kỹ thuật dạng ống được bọc bên ngoài từ 1-3 lớp vải địa kỹ thuật Kết cấu này được thiết kế lắp đặt từ 1-2 dãy ống song song với hàng cây Ống địa kỹ thuật làm tăng khả năng thoát nước nhanh hoặc tăng năng lực chứa nước trong ống để cung cấp cho cây

Đối với hệ thống thoát nước (hình 1.18a), trong trường hợp đất đã bão hòa khả năng thấm nước, khi đó cây có thể bị thối rễ và chết trong vài ngày, nhờ hệ thống thoát nước dọc theo hàng cây, nước sẽ thấm qua lớp vải địa di chuyển vào ống địa kỹ thuật hình trụ, sau đó được dẫn ra khu vực tập trung Đối với hệ thống cung cấp nước cho cây trồng (hình 1.18b), trong điều kiện môi trường nắng khô, nước từ trong ống địa kỹ thuật hình trụ thấm qua các lớp vải địa kỹ thuật, sau đó thấm vào đất, thông qua hệ rễ cây cung cấp nước cho cây trồng

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Vải địa kỹ thuật ngày nay được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng cầu đường với ba chủng loại chủ yếu: vải địa kỹ thuật không dệt, vải địa kỹ thuật dệt thoi và vải địa kỹ thuật phức hợp, trong đó vải địa kỹ thuật không dệt được sử dụng nhiều nhất do công nghệ sản xuất đơn giản, năng suất cao và giá thành thấp

Nguyên liệu sản xuất vải địa kỹ thuật chủ yếu là xơ tổng hợp như xơ polypropylen, xơ polyeste, xơ polyetylen và xơ polyamit ở dạng cắt ngắn hoặc dạng philamăng

Vải địa kỹ thuật có các chức năng chính bao gồm: thoát nước, lọc, ngăn cách và gia cường

Độ bền, tuổi thọ và chất lượng của các công trình phụ thuộc vào các tính chất cơ lý của vải địa kỹ thuật, do vậy nghiên cứu các tính chất cơ lý của vải địa kỹ thuật đang sử dụng tại Việt Nam là vấn đề cần thiết nhằm giúp các nhà

sử dụng lựa chọn và kiểm định các loại vải trước khi sử dụng để đảm bảo chất lượng và tuổi thọ cho các công trình xây dựng có sử dụng vải địa kỹ thuật

CHƯƠNG 2

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Chương 1 đã phân tích các loại vải địa kỹ thuật đang được sử dụng bao gồm vải địa kỹ thuật dạng vải địa kỹ thuật phức hợp, vải địa kỹ thuật dạng vải không dệt và vải địa kỹ thuật dạng vải dệt thoi Hiện nay vải địa kỹ thuật dạng vải không dệt và dạng vải dệt thoi được sử dụng phổ biến cho các công trình xây dựng tại Việt Nam

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là vải địa kỹ thuật dạng vải không dệt do Công ty cổ phần dệt công nghiệp Hà Nội Haicatex, Công ty cổ phần vải địa kỹ thuật Aritex sản xuất

Vải địa kỹ thuật của Công ty cổ phần dệt công nghiệp Hà Nội Haicatex được sản xuất từ nguyên liệu xơ polypropylen (PP) gồm 5 loại mẫu khác nhau

về khối lượng, ký hiệu các mẫu vải: H1, H2, H3, H4, H5

Khối lượng vải (g/m2

2.2 Nội dung nghiên cứu

Luận văn khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm xác định các đặc trưng cơ

lý của vải địa kỹ thuật được sản xuất và sử dụng tại Việt Nam bao gồm:

- Nghiên cứu xác định khối lượng của vải địa kỹ thuật

- Nghiên cứu xác định độ bền kéo giãn của vải địa kỹ thuật theo chiều dọc và theo chiều ngang của vải

- Nghiên cứu xác định độ bền xuyên thủng của vải địa kỹ thuật

- Nghiên cứu xác định độ bền xé rách của vải địa kỹ thuật theo chiều dọc

và theo chiều ngang của vải

Vải địa kỹ thuật được sản xuất và cung ứng trên thị trường thường được xác định theo tiêu chí khối lượng vải (g/m2), do vậy luận văn định hướng nghiên cứu xây dựng mối quan hệ giữa thông số khối lượng vải được sản xuất với các thông số đặc trưng cơ lý của vải địa kỹ thuật

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Khảo sát thực tế các công ty lớn sản xuất và cung ứng vải địa kỹ thuật trên thị trường miền Bắc

- Phương pháp thu thập mẫu thí nghiệm

- Phương pháp xác định các đặc trưng cơ lý vải địa kỹ thuật

2.3.1 Phương pháp thu thập mẫu thí nghiệm

Các mẫu vải địa kỹ thuật nghiên cứu nhận từ hai công ty đang sản xuất kinh doanh phục vụ cho nhu cầu thị trường: Công ty cổ phần dệt công nghiệp

Hà Nội Haicatex và Công ty cổ phần vải địa kỹ thuật Aritex Các mẫu vải địa

kỹ thuật được bảo quản cẩn thận trong các bao bì nhằm tránh bị kéo giãn ngoại lệ do vận chuyển, và tránh các yếu tố môi trường tác động như bụi bẩn, hóa chất…