Nghiên cứu áp dụng công nghệ chống thấm ngược để xử lý rò rỉ và thấm nước cho các cấu kiện bê tông trong công trình thủy lợi

ĐÀO THANH HẢI NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CHỐNG THẤM NGƯỢC ĐỂ XỬ LÝ RÒ RỈ VÀ THẤM NƯỚC CHO CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT... Sau quá trình thu

ĐÀO THANH HẢI

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CHỐNG THẤM NGƯỢC ĐỂ XỬ LÝ RÒ RỈ VÀ THẤM NƯỚC CHO CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

ĐÀO THANH HẢI

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CHỐNG THẤM

CẤU KIỆN BÊ TÔNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

Mã số : 60 – 58 – 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.DƯƠNG ĐỨC TIẾN

PGS.TS.LÊ MINH

Hµ Néi - 2010

TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NÔI 2010

Ví dụ:

PHẠM VĂN THẮNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NÔI 2010

Sau quá trình thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài

“Nghiên cứu áp dụng công nghệ chống thấm ngược để xử lý rò rỉ và thấm nước cho các cấu kiện bê tông trong công trình thủy lợi” được hoàn thành

với sự giúp đỡ tận tình của Quý thầy cô giáo trong Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, Bộ môn Thi công, cán bộ trường Đại học Thủy lợi cùng các đồng nghiệp và bạn bè

Tác giả xin chân thành cảm ơn Quý cơ quan, các thầy, các cô và đồng nghiệp đã tạo nhiều thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Tiến sỹ Dương Đức Tiến và Phó giáo sư, Tiến sỹ Lê Minh đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện để tác giả vượt qua khó khăn, trở ngại và hoàn thành luận văn

luôn động viên, khích lệ, tạo điều kiện cho tác giả về mọi mặt trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu vừa qua

Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian và trình độ có hạn, luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Kính mong Quý thầy cô, Quý đồng nghiệp và bạn bè góp ý xây dựng để tác giả có thể tiếp tục học tập

và nghiên cứu hoàn thiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2010

Tác giả

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ……… 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

nước

37

poliuretan chế tạo bằng phương pháp một giai đoạn

40

poliuretan

41

bêtông

42

nứt có bề rộng khác nhau (1-0,3mm; 2-0,5mm; 3-1,0mm)

46

TT Tên hình vẽ Trang

của xi măng

53

của hồ

53

polyme đến độ dẻo của vữa:

55

TT Tên bảng Trang

MỞ ĐẦU

Trong quá trình xây dựng các công trình nói chung, đặc biệt là công

trình chịu áp lực nước như thủy lợi, thủy điện nói riêng, hiện tượng thấm, rò rỉ

thường xảy ra trong cả khi thi công và quá trình quản lý vận hành, sử dụng

Hiện tượng thấm với công trình đang thi công xảy ra ở các công trình thủy

công, công trình thủy điện, công trình tích chứa, các tunel, collector, công

trình ngầm là chủ yếu Có thể nói các nguyên nhân đầu tiên là thiết kế biện

pháp thi công không phù hợp, tổ chức thi công không đảm bảo, do bảo dưỡng

bê tông, do giải quyết bài toán ứng suất nhiệt đối với bê tông khối lớn không

hợp lý Đôi khi là do vật liệu bê tông và vật liệu cấu tạo chống thấm không

phù hợp, hoặc thiết kế chống thấm không phù hợp Hiện tượng này có thể

được phát hiện ngay khi thi công hạng mục đó, cũng có khi hạng mục đó bắt

đầu đưa vào làm việc với yêu cầu chống thấm Khi đó cần xác định chính xác

nguyên nhân, ngăn ngừa các phát sinh tương tự và thực hiện xử lý chống

thấm xong mới tiếp tục thi công tiếp

Hiện tượng thấm thường xảy ra ở phần nền và vai đập do khoan phụt,

xử lý chưa tốt, phần khe co giãn giữa các đốt thi công, phần khe co, mạch

ngừng thi công bê tông, phần đáy của hố thu nước, có thể thấm do chất lượng

hoặc mác chống thấm bê tông không đảm bảo như bê tông bị rỗ, nứt Cũng có

thể do bảo dưỡng bê tông không tốt gây nứt Đôi khi do thiết kế lựa chọn các

lớp áo chống thấm không phù hợp, hoặc cấu tạo không phù hợp Hiện tượng

này có thể nói xảy ra ở hầu hết các công trình với các mức độ khác nhau

Xong đối với công trình thủy công, thủy điện, cần đặc biệt coi trọng công tác

đánh giá và phải sửa chữa triệt để thấm, tránh nguy cơ gây sự cố lớn

Đối với công trình đã sử dụng một thời gian mà bị thấm, nguyên nhân

cần xem xét là các nguyên nhân biến dạng dưới tải trọng: Lún, chênh lún, có

các tải trọng phụ gia tăng quá mức, tải trọng biến đổi, phương tác dụng của tải

trọng thay đổi; nguyên nhân thứ 2 là các nguyên nhân về sự làm việc của kết

cấu bê tông trong điều kiện môi trường: các công trình qua khai thác, sử dụng

nhiều năm chịu tác động của sự thay đổi độ ẩm, nhiệt độ, gió, bức xạ mặt trời,

môi trường nước, tải trọng tác động ở mỗi mùa, mỗi vùng khác nhau, tác

động trực tiếp lên công trình, cụ thể như: co cứng gây nứt, phản ứng kiềm

silic, rỉ cốt thép, ăn mòn sunphát, biến dạng do thay đổi nhiệt độ, độ ẩm của

môi trường,…; nguyên nhân thứ 3 do hư hỏng lớp vật liệu chống thấm bổ

sung: thủng, rách, lão hóa, bị bong rộp, bị rỉ các gioăng, bị mối ăn thủng

gioăng, các vật liệu chèn khe hết đàn hồi và khả năng bám dính

Hiện tượng thấm, rò rỉ trong công trình gây nhiều bất lợi trong quá

trình khai thác, quản lý vận hành như ảnh hưởng đến độ an toàn, tuổi thọ công

trình, ảnh hưởng đến an toàn lao động, tâm lý, sức khỏe của công nhân vận

xử lý khắc phục trong công tác sửa chữa, quản lý vận hành tốn kém

Vì vậy trong ngành xây dựng, chuyện thấm dột được ví là bệnh “ung

thư” Chỉ tính trong 10 năm qua, đã có hàng trăm hội thảo quy mô khác nhau

để bàn về chủ đề này Gần đây, tháng 12.2006 tại Hà Nội có hội thảo khoa

học toàn quốc về “Bệnh nhiệt đới của công trình kiến trúc - công nghệ và giải

pháp” do Viện kiến trúc nhiệt đới, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và Bộ

Xây dựng tổ chức, việc xử lý chống thấm đã được nêu ra Việc bị tác động và

triển mạnh trong 5 năm trở lại đây Ông Cao Thành Thái, Phó giám đốc điều

năm làm chống thấm và nhận thấy: “hầu hết các công trình xây trong 10 năm

cuối thế kỷ trước đều đã bị thấm”

Thực tế các công trình đã được xây dựng thủy điện, thủy lợi, đường

hầm đã chứng minh đa số các công trình đã xảy ra các hiện tượng rò rỉ, thấm

Tình trạng nước thấm với mức độ nước thấm nhiều ít khác nhau, nhẹ thì thấm

từng mảng hoạc rò rỉ ướt bề mặt, nặng thì nước phun từng dòng qua lỗ rỗng

hoặc vết nứt với lưu lượng khác nhau Phương pháp thường dùng để xử lý rò

rỉ, thấm trước đây là hạ mực nước xung quanh, đục bỏ phần bê tông xấu để

trát lớp vữa mới sau đó khoan phụt xi măng để tăng chống thấm Ở những chỗ

rò rỉ mạnh, việc sửa chữa chống thấm theo phương pháp thông thường như

phụt vữa xi măng, trát chống thấm không đạt hiệu quả Đối với một số công

trình ngầm như tuynen, cống dưới đập, tầng ngầm trạm bơm, buồng xoắn của

tuốc bin thủy điện, đặc biệt đối với các công trình dưới sâu, việc khai móng

hoặc phá dỡ một phần công trình để, việc tháo cạn nước phía thượng lưu để

sửa chữa là không cho phép hoặc rất khó khăn, phức tạp, tốn kém và mất

nhiều thời gian làm ảnh hưởng tới hiệu quả phục vụ sản xuất của công trình

Ở nước ta, công nghệ xử lý chống thấm công trình phát triển qua các

thời kỳ như sau: Từ 1990 trở về trước chủ yếu dùng công nghệ khoan phụt xi

măng, từ năm 1990 trở lại đây bắt đầu nghiên cứu giải pháp chống thấm

ngược Đối với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép chịu áp lực nước thường

sử dụng các phương pháp: Công nghệ bơm ép hồ xi măng, công nghệ bơm

vữa xi măng, công nghệ chặn nước bằng vữa cứng rất nhanh Các phương

điểm là chỉ thích hợp xử lý các kết cấu chịu áp lực nước thấm thấp, thời gian

thi công kéo dài

Vì vậy việc nghiên cứu và tìm ra giải pháp, công nghệ chống thấm mới

khắc phục các nhược điểm trên để ứng dụng trong xử lý chống thấm, rò rỉ

nước cho các cấu kiện bê tông, bê tông cốt thép chịu áp lực nước cao là rất

cần thiết Việc sử dụng công nghệ mới để chống thấm cho công trình nhằm

khắc phục những khó khăn, hạ thấp chi phí và rút ngắn thời gian trong công

tác sửa chữa công trình đã được các nhà khoa học nghiên cứu và đề ra đó là

phương pháp xử lý chống thấm ngược Xử lý chống thấm ngược là xử lý rò rỉ,

thấm có thể tiến hành từ phía hạ lưu mà không cần hạ thấp mực nước phía

thượng lưu Nó ngược với quy trình chống thấm thông thường (chống thấm từ

phía thượng lưu), nên chúng ta gọi là phương pháp chống thấm ngược

Hiện nay công nghệ phụt chặn nước bằng poliuretan và trát thấm bằng

vữa đặc biệt đã được công ty SCOTT VIKE giới thiệu tại Việt Nam từ năm

1996 song với chi phí nhập khẩu thiết bị và vữa cho công nghệ lớn cho nên

chưa được áp dụng rộng rãi ở nước ta Đến nay các nhà khoa học trong nước

đã nghiên cứu thành công việc chế tạo thiết bị trong công nghệ nói trên bằng

các nguồn vật liệu trong nước kết hợp với nhập khẩu Về giá thành chế tạo

thiết bị phụt có thể giảm giá 50-60%, về chế tạo vữa trát có thể giảm giá

khoảng 80% so với nhập khẩu Vì vậy việc áp dụng rộng rãi công nghệ phụt

chặn nước bằng poliuretan và trát thấm bằng vữa đặc biệt để xử lý rò rỉ và

thấm nước đối với công trình thủy lợi nói chung và các công trình chịu áp lực

nước nói riêng là rất hiệu quả, góp phần nâng cao tuổi thọ công trình, đảm

bảo vệ sinh, an toàn trong công tác quản lý vận hành, phát huy hiệu quả sản

xuất của công trình cần được triển khai thực hiện

CHƯƠNG 1:

MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1 Mục tiêu của đề tài

Công nghệ chống thấm ngược đã được một số công ty nước ngoài giới

thiệu tại Việt Nam Sau khi dùng thử chúng tôi thấy có kết quả tốt Tuy vậy,

do toàn bộ vật liệu, thiết bị phải nhập ngoại từ nước ngoài nên giá thành cao,

lại không chủ động được thời gian, ảnh hưởng đến tiến độ thi công và sửa

chữa

Ở nước ta, từ năm 2005 các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Thủy

chế tạo và thử nghiệm thành công vữa trát chống thấm và thiết bị phụt

poliuretan để xử lý rò rỉ và thấm nước Tuy nhiên, hiện nay công nghệ này

chưa được áp dụng rộng rãi trong công tác sửa chữa các công trình chịu áp

lực nước nói chung và công trình thủy lợi nói riêng

Vì vậy, mục tiêu của đề tài là nghiên cứu áp dụng nghệ chống thấm

ngược đối với điều kiện nước ta để xử lý các công trình chịu áp lực nước mà

không cần hạ mực nước thượng lưu, góp phần hiện đại hóa, đẩy nhanh tiến độ

thi công, nâng cao hiệu quả xử lý, tiết kiệm chi phí trong công tác sửa chữa,

nâng cấp, kéo dài tuổi thọ của công trình

1.2 Nội dung nghiên cứu

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp tổng hợp phân tích: Dựa vào các tài liệu tham khảo, các

catalo của các công ty nước ngoài và kinh nghiệm sửa chữa công trình của

Việt Nam để chọn lựa thiết bị chống thấm ngược phù hợp với điều kiện ở Việt

Nam

phòng thí nghiệm, xác định được các thông số về tỷ lệ vật liệu phụt, chế độ

phụt, thành phần vữa trát chống thấm bề mặt…để đưa ra áp dụng công trình

thực tế

Thiết bị sử dụng cho nghiên cứu là các thiết bị có sẵn trong phòng thí

nghiệm Vật liệu xây dựng và thí nghiệm hóa của Viện Khoa học Thủy lợi và

Viện Hóa quân sự

Các thí nghiệm tính chất vật liệu đầu vào như: Xi măng, cát đá, phụ

gia…cũng như tính chất của bê tông và vữa được tiến hành theo tiêu chuẩn

Việt Nam hoặc tiêu chuẩn Ngành Trường hợp không có tiêu chuẩn, phương

pháp thí nghiệm sẽ được trình bày ở từng phần có liên quan

Tiêu chí để đánh giá kết quả xử lý chống thấm là bề mặt bê tông sau

khi xử lý trở nên khô trắng như các vùng bê tông không bị hư hỏng

Hiệu quả kinh tế kỹ thuật của biện pháp xử lý được đánh giá trên các

mặt: tính khả thi trong điều kiện Việt Nam, thời gian thi công, giá thành

CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ

DÙNG ĐỂ CHỐNG THẤM NGƯỢC 2.1 Tình hình nghiên cứu chống thấm ngược ở nước ta

Trên thế giới, trong các loại vật liệu xây dựng con người làm ra, bê

tông thuộc loại sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất Các loại công trình dân

dụng, giao thông, thủy lợi, thủy điện v.v… bằng bê tông và bê tông cốt thép

có ở khắp nơi Hàng năm trên trái đất, lượng bê tông sản xuất ra khoảng tấn

trên trung bình mỗi đầu người Trong tương lai bê tông và bê tông cốt thép

vẫn là loại vật liệu chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng

nghìn tỷ đô la Mỹ cho công tác sửa chữa công trình bê tông Như vậy có thể

thấy rằng, còn rất nhiều vấn đề tồn tại xung quanh việc chế tạo và sử dụng

chúng: từ góc độ tư vấn –thiết kế, trình độ thi công, đến việc lựa chọn vật liệu

xây dựng và khả năng thích ứng của chúng trước các loại môi trường ăn

mòn.v.v…

Trong tổng thể đó, các công việc phục hồi, sửa chữa các công trình bê

tông bị thoái hóa hay hư hỏng và kéo dài tuổi sử dụng của chúng đã ngày

càng có tỷ trọng lớn hơn Ở các nước Bắc Mỹ, đầu tư từ lĩnh vực này đã tăng

từ 25% lên 50% kinh phí đầu tư xây dựng cơ bản, trong 4 thập kỷ vừa qua

Tình hình trên ở các nước cũng đúng với hoàn cảnh của nước ta Nó

còn cấp bách hơn ở chỗ sau rất nhiều năm chiến tranh và nhiều năm xây dựng

trong điều kiện kinh tế khó khăn, số phần trăm công trình bê tông và bê tông

cốt thép bị hư hỏng hoặc bị thoái hóa của chúng ta có nhiều hơn họ và chúng

ta lại chưa tích lũy được nhiều kinh nghiệm trong công tác sửa chữa

Về tình hình xây dựng các công trình thủy lợi ở nước ta: theo những tài

liệu thống kê mà chúng tôi thu thập được, tính đến cuối năm 1995, nước ta đã

có 75 hệ thống công trình thủy lợi lớn và trung bình (chưa kể một số hệ thống

do Tổng Công ty Điện lực Việt Nam quản lý như Thác Bà, Hòa Bình, Trị An

) gồm 650 đập vừa và lớn, trên 3.500 hồ đập nhỏ, 1.000 công trình tưới tiêu

lớn, 2.000 trạm bơm với công suất lắp máy 250.000 Kw, đồng bằng sông Cửu

Long có hàng ngàn ki lô mét kênh rạch, bờ ao chống lũ Tài sản cố định ước

tính khoảng hơn 20.000 tỷ đồng theo thời giá năm 1992 Trong tài sản đó, dễ

dàng thấy giá trị các công trình bằng bê tông và bê tông cốt thép là rất lớn

Dựa vào nhiệm vụ và đặc điểm kết cấu, có thể chia các công trình bê

Đập dâng được xây dựng trên có sông suối nhằm dâng cao mức nước

tự nhiên, chuyển một phần hoặc toàn bộ dòng chảy vào hệ thống kênh tưới Ở

nước ta, ngoài các dập dâng vừa và nhỏ xây dựng trên các nhánh sông suối ở

miền núi, có 8 hệ thống Thủy lợi lớn và đầu mối là đập dâng, gồm:

Tổng diện tích tưới do các hệ thống này đảm nhiệm khoảng 250.000ha

Tổng số các đập trên, có 2 đập Cầu Sơn và Đồng Cam là kết cấu đá

xây, số còn lại là các đập bê tông Hệ thống Thác Huống có 2 đập dâng là

Thác Huống và Đá Gân Trừ đập Thạch Nham mới được xây dựng, các đập

đều đã được đưa vào khai thác 60 ÷ 70 năm Kết cấu đập thường là ở dạng

đập Ôphixêrôp không chân không

Do làm nhiệm vụ dâng nước, các đập thường xuyên phải chịu áp lực

cao; chịu tác động trực tiếp của dòng chảy mặt – đặc biệt trong mùa lũ, sự va

đập của vật nổi và tác động của dòng thấm qua đập Một số đập trong thời

gian nước kiệt không có dòng chảy tràn qua đỉnh đập, bê tông mặt đập chịu

tác động trực tiếp của nắng, mưa, nhiệt độ và các tác nhân phong hóa khác

Về mặt kết cấu, duy chỉ có ở đập Đô Lương, các hầm phao có kết cấu

mỏng, các đập khác đều ở dạng khối, tảng, đặc, chắc

Bên cạnh các đập lớn, ở các tỉnh miền núi và các tỉnh duyên hải miền

Trung còn có nhiều đập dâng nhỏ Đồng thời dạng công trình này còn đang

được phát triển mạnh mẽ theo tốc độ kiên cố hóa các công trình tạm ở các

tỉnh miền núi

Hồ chứa nước là công trình thủy lợi khai thác tổng hợp được xây dựng

nhiều ở nước ta Chỉ tính riêng các hồ chứa cung cấp nước tưới đã đưa vào

khai thác, tính đến năm 1993 cả nước có khoảng 450 hồ (loại W trữ lượng > 1

Các cống lấy nước thường được xây dựng dưới đập đất, đặt trực tiếp trên nền

(đất, đá) tự nhiên Hầu hết công trình đều có tháp trong đó bố trí cửa van điều

tiết và thiết bị đóng mở, mặt cắt ngang thường là các đường ống tròn d = (1 ÷

kiểm tra Ở loại cống này chế độ chảy thường là có áp và cửa van điều tiết

được bố trí ở hạ lưu

Do có chiều dài lớn, thân cống được cắt thành các đoạn từ 15 ÷ 20m

được ghép nối bằng các khớp nối kín nước

Cống lấy nước dưới đập thường chịu tác động trực tiếp của dòng chảy

với vận tốc lớn; của dòng thấm với áp lực cao; của các yếu tố xâm thực của

nước hồ Đoạn cống sau tháp cống chịu rung động và đôi khi bị phá hoại do

hình thành áp lực chân không trong quá trình cống làm việc

Các loại tràn xả lũ của các hồ chứa được xây dựng ở nước ta thường

gồm 3 bộ phận:

- Phần tiêu năng: Có thể là bể tiêu năng hoặc tiêu năng kiêm mũi

phun tạo hố xói sau tràn

Đặc trưng làm việc của tràn xả lũ biểu hiện ở 3 yếu tố:

Với các hồ đã được xây dựng ở nước ta (do ngành Thủy lợi quản lý) có

hồ trang bị cửa van điều tiết ở tràn xả lũ

Với trên 5.500km đê sông và khoảng 2.000km đê biển, ở nước ta đã có

trên 1.000 cống dưới đê lớn làm nhiệm vụ lấy nước tưới, tiêu nước hoặc tưới

tiêu kết hợp Ngoài ra còn có rất nhiều các cống điều tiết, cống thông nước

trên các hệ thống kênh mương Các cống có thể là cống lộ thiên hoặc ở dạng

cống ngầm Về điều kiện làm việc, các cống dưới đê thường phải chịu tác

động của nước lũ, các cống dưới đê biển và vùng cửa sông chịu tác động của

nước mặn

5 Các công trình dẫn nước trên kênh: Cầu máng, cống luồn, tuynen

6 Các trạm bơm

Nước ta hiện đã có trên 2.000 trạm bơm tưới, tiêu cố định Nhà các

trạm bơm lớn thường có kết cấu bằng bê tông cốt thép (gồm nhà trạm, bể hút,

bể xả) Trừ một số trạm bơm lớn của hệ thống thủy nông Bắc Nam Hà, công

trình trạm bơm được bố trí theo kết cấu khối tảng bể xả liền tường nhà máy

3

P/ha, bể xả tách rời tường nhà máy Với các trạm bơm lớn, tường nhà máy buồng bơm luôn chìm sâu dưới

mức nước cần được gia cố chống thấm

Trong các công trình bê tông và bê tông cốt thép nói trên, nhiều cái đã

xây dựng từ lâu (có cái từ thời Pháp và đã hơn 70 năm), nhiều cái chịu bom

đạn chiến tranh, nhiều cái đã xây dựng từ lâu (có cái từ thời Pháp và đã hơn

70 năm), nhiều cái chịu bom đạn chiến tranh, nhiều cái xây dựng trong các

điều kiện khó khăn nhiều mặt hoặc thi công kém nên số lượng các công

phải ít

Hình 2.2: Ảnh bê tông bị bào mòn

Để tiếp tục khai thác các công trình đã có, trong đó các công trình bê

tông và bê tông cốt thép thường là các công trình đầu mối của hệ thống, có vị

trí khá cốt yếu Từ đó, có thể thấy là công tác theo dõi, vận hành, sửa chữa kịp

thời các hư hỏng trong các công trình bê tông và bê tông cốt thép để có thể

kéo dài tuổi làm việc của chúng nói riêng, của các hệ thống công trình thủy

lợi nói chung, có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật rất quan trọng

2.1.2 Thấm và nguyên nhân gây thấm trong công trình

a) Thấm trong công trình

Hiện tượng thấm với công trình đang thi công xảy ra với các công trình

thủy công, công trình thủy điện, công trình tích chứa, các tunel, collector,

công trình ngầm là chủ yếu Có thể nói các nguyên nhân đầu tiên là thiết kế

biện pháp thi công không phù hợp, tổ chức thi công không đảm bảo, do bảo

dưỡng bê tông, do giải quyết bài toán ứng suất nhiệt đối với bê tông khối lớn

không hợp lý Đôi khi là do vật liệu bê tông và vật liệu cấu tạo chống thấm

không phù hợp, hoặc thiết kế chống thấm không phù hợp Hiện tượng này có

thể được phát hiện ngay khi thi công hạng mục đó, cũng có khi hạng mục đó

bắt đầu đưa vào làm việc với yêu cầu chống thấm Khi đó cần xác định chính

xác nguyên nhân, ngăn ngừa các phát sinh tương tự và thực hiện xử lý chống

thấm xong mới tiếp tục thi công tiếp

Hiện tượng thấm thường xảy ra ở phần nền và vai đập do khoan phụt,

xử lý chưa tốt, phần khe co giãn giữa các đốt thi công, phần khe co, mạch

ngừng thi công bê tông, phần đáy của hố thu nước, có thể thấm do chất lượng

hoặc mác chống thấm bê tông không đảm bảo như bê tông bị rỗ, nứt Cũng có

thể do bảo dưỡng bê tông không tốt gây nứt Đôi khi do thiết kế lựa chọn các

lớp áo chống thấm không phù hợp, hoặc cấu tạo không phù hợp Hiện tượng

này có thể nói xảy ra ở hầu hết các công trình với các mức độ khác nhau

Xong đối với công trình thủy công, thủy điện, cần đặc biệt coi trọng công tác

đánh giá và phải sửa chữa triệt để thấm, tránh nguy cơ gây sự cố lớn

Đối với công trình đã sử dụng một thời gian mà bị thấm, nguyên nhân

cần xem xét là các nguyên nhân biến dạng dưới tải trọng: Lún, chênh lún, có

các tải trọng phụ gia tăng quá mức, tải trọng biến đổi, phương tác dụng của tải

trọng thay đổi; nguyên nhân thứ 2 là các nguyên nhân về sự làm việc của kết

cấu bê tông trong điều kiện môi trường cụ thể: co cứng gây nứt, phản ứng

kiềm silic, rỉ cốt thép, ăn mòn sunphát, biến dạng do thay đổi nhiệt ẩm của

môi trường,…; nguyên nhân thứ 3 do hư hỏng lớp vật liệu chống thấm bổ

sung: thủng, rách, lão hóa, bị bong rộp, bị rỉ các gioăng, bị mối ăn thủng

gioăng, các vật liệu chèn khe hết đàn hồi và khả năng bám dính

Để sửa chữa cũng cần đánh giá chính xác nguyên nhân để đề xuất biện

kiện làm việc của kết cấu chống thấm Việc chống thấm khi công trình đã làm

việc là khó khăn, tốn nhiều thời gian và kinh phí Có thể ảnh hưởng đến sự

làm việc bình thường của công trình, và phải do những đơn vị chuyên ngành

thực hiện

b) Phân tích các nguyên nhân gây thấm trong công trình bê tông và bê

tông cốt thép

“Tính bền chắc” (Durability) của bê tông là từ quy ước nói về khả năng

duy trì yêu cầu làm việc của một sản phẩm, một cấu kiện, một bộ phận công

trình hay của cả công trình, trải dài qua thời gian thiết kế quy định Tính thấm

nước được xác định là chìa khóa để bê tông có tính bền Vì vậy, các yếu tố

ảnh hưởng đến tính bền chắc của bê tông có thể được xem là nguyên nhân gây

4 loại chính là: 1- Do công tác thi công; 2- Do nguyên nhân thiết kế; 3-Do

tính chất vật liệu; 4- Do điều kiện tiếp xúc môi trường Sau đây chúng ta đi

sâu vào phân tích cụ thể các yếu tố trên:

1 Do công tác thi công

Quy trình thi công không đúng hoặc sơ suất đều dẫn đến bê tông kém

chất lượng Các yếu tố về vận chuyển, đổ bê tông, kỹ thuật hoàn thiện, cách

bảo dưỡng không hợp cách nằm trong nhóm này

Lún của móng do trước đó không gia cố đủ, di chuyển của ván khuôn

do lắp ráp không tốt, đầm không hợp cách, có thể dẫn đến nứt trong bê tông

cứng hóa

Nứt do lún cục bộ tại móng phát sinh nếu có các túi mềm ở tầng phía

dưới chỗ đổ bê tông

Nứt do ván khuôn di chuyển xảy ra trong thời kỳ bê tông bắt đầu cứng

hóa cho đến khi nó hoàn toàn cứng hóa Các nứt này thường ở trong, không

thể thấy được khi kiểm tra bê tông mặt và là các vị trí tiềm ẩn và phát sinh suy

thoái

Nứt do bê tông đầm xấu, không đủ chặt, không có các lớp liên kết giữa

động trong quá trình ninh kết bê tông là loại hay gặp

Sau đổ bê tông lúc đầu, đầm và hoàn thiện, bê tông có khuynh hướng

tiếp tục cố kết hoặc lún xuống Vì bề mặt bê tông sẽ cứng hóa trước, nếu nó bị

kìm chế cục bộ bởi các thép hay ván khuôn thì dễ phát sinh lỗ rỗng hay nứt ở

gần sát với chỗ có lực kiềm chế Nếu cốt thép đặt dày thì thay vì nứt mặt lại

còn có thể sinh ra mặt phân cách không tốt cho việc bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn

mòn

Làm bê tông có độ sụt cao mà dùng hỗn hợp ướt quá cũng như việc đổ

thêm nước vào khi thi công có thể làm bề mặt bê tông yếu và sẽ có khuynh

hướng bị mủn nhỏ Dùng tỷ lệ nước /xi măng cao dễ sinh ra hiện tượng tách

nước, phân tầng làm tăng độ rỗng trong bê tông, về lâu dài sẽ làm bê tông

không chống chịu tốt trước các tác nhân ăn mòn Công tác hoàn thiện bề mặt

không làm tốt là tiền đề của bong, tróc, mủn bề mặt, nứt về sau Thiếu dưỡng

hộ tốt làm cho dễ có nứt do co khô, bề mặt kém chịu mài mòn v.v…

Hỗn hợp bê tông bị tiết nước nhiều, công tác hoàn thiện bề mặt làm quá

sớm khiến bề mặt bê tông chịu khô quá nhanh, không được dưỡng hộ đủ, chịu

tông sau này bị bụi bẩn

Việc kết cấu bê tông chịu quá tải khi thi công, phải làm việc trước tuổi,

dỡ cốp pha vận chuyển cấu kiện trước hạn định đều là nguy hiểm, dễ sinh

nứt.v.v…

2 Do nguyên nhân thiết kế

Nhiều chi tiết thiết kế được thực hiện theo đúng tiêu chuẩn đã không

làm việc tốt được trong thực tế Việc kiểm tra công trình chỉ ra rằng hư hỏng

đã xảy ra lặp đi lặp lại với một số chi tiết hoặc là một số hiệu quả đã xảy ra

không như thiết kế lường trước Một thiết kế không thỏa đáng, không tính đến

từ biến trong một kết cấu chịu lực (thí dụ như võng của sàn) sẽ dẫn đến chỗ

truyền tải sang kết cấu không chịu lực (thí dụ như tường phân cách, panen lắp

chen) và hư hỏng sẽ xảy ra

Trong thiết kế mà không tính đủ đến các việc bố trí tiêu thoát nước thì

có thể vừa làm hại vẻ đẹp của kết cấu do tù đọng nước, ố bẩn, vừa làm giảm

tuổi thọ của bê tông như có thể bị xâm nhập ẩm quá mức

Thiếu sót có thể gây ra nứt gồm việc thiết kế thiếu tỉ mỉ các góc lõm,

dầm, các cấu kiện đúc sẵn; chọn lọc và bố trí cốt thép không thích hợp; có sự

kiềm chế các kết cấu phải chịu biến đổi thể tích Bố trí không hợp lý, không

đủ các khe hở sẽ làm phát sinh nứt giữa panen ở các mặt cắt chữ T của các

khe Cũng phải bố trí đủ các khe co để thích ứng được sự co khô và các

chuyển động nhiệt, khu trú các nứt lớn vào các vị trí lường trước

Thiết kế phải bao gồm cả chỉ dẫn thực hiện bê tông có khả năng chống

chịu điều kiện môi trường khi làm việc Muốn vậy người thiết kế phải có

thông tin đầy đủ về các đặc tính môi trường để chọn lựa thích đáng loại bê

tông phù hợp

3 Do tính chất của vật liệu

Chất lượng của bê tông theo góc độ bền chắc được đo bằng khả năng

chống thấm Tính chất này của bê tông đã cứng hóa được quyết định bởi hệ

thống lỗ rỗng và nó là cơ sở cho phép chống chịu được các xâm nhập hóa học

từ bên ngoài (như a xít, các bon dioxit, sunphát…), từ bên trong (như của

tương tác kiềm cốt liệu, của xi măng không tốt) và từ các tác động xấu của

môi trường có liên quan đến xâm nhập ẩm (như đóng băng, tan băng, thấm

nước…) Tính thấm bị ảnh hưởng bởi (1) Chất lượng của xi măng và cốt liệu;

(2) tỷ lệ nước/xi măng và mức độ thủy hóa; (3) Hiệu quả của sự làm chắc đặc

bê tông; (4) Kéo dài bảo dưỡng; (5) Có hay không có nứt

Phản ứng tác động lên tính thấm có thể coi như có hai loại lớn là phản

ứng bề mặt hay phản ứng bên trong Các tác động bề mặt gây phá hoại các vi

cấu trúc bề ngoài của bê tông và vữa thường là do hiệu quả có hại của các môi

trường ăn mòn Phá hoại bên trong có thể sinh ra bởi cốt liệu chịu tác động

của nở lớn cùng xi măng Phá hoại bên trong này còn có thể phát sinh nếu xi

măng kém chất lượng hoặc chứa nhiều canxi oxit hoặc manhê oxit

cọ mòn, xói mòn, khí thực và trạng thái ứng suất của dạng truyền sóng (sóng

va vật lý) Khả năng chống chịu các lực này phụ thuộc vào chất lượng của bê

tông Bê tông có cường độ cao, mật độ cao, tính rỗng thấp, tính thấm thấp có

khả năng chống chịu tốt tác động vật lý và ít hư hỏng nhiều năm

4 Do điều kiện tiếp xúc môi trường

Điều kiện tiếp xúc môi trường (exposure conditions) là kể từ các loại

công trình công sở, văn phòng có bao che cho đến các môi trường khắc

nghiệt, nóng, tích muối Người tư vấn thiết kế và người thi công phải biết về

các điều kiện làm việc sau này của công trình, các yếu tố ảnh hưởng của môi

trường và chỉ khi đó mới thiết kế được loại bê tông làm việc tốt, bền chắc

Chống thấm nước là một trong những yêu cầu đầu tiên của bê tông các

công trình ngầm Phương pháp chống thấm tốt nhất cho bê tông là làm cho nó

được kín nước bằng cách giảm khả năng thấm nước của nó Để cho bê tông

khó khả năng chống thấm nước tốt tức là phải tạo ra một loại bê tông có độ

đặc chắc cao ngay từ khi thiết kế, ngoài việc lựa chọn cấp phối thành phần

hạt cốt liệu hợp lý, sử dụng phụ gia siêu dẻo và những phụ gia khoáng mịn

hoạt tính để lấp đầy các lỗ rỗng, tăng cường độ ở tuổi dài ngày thì phải cần

khống chế tỷ lệ N/X sao cho thấp nhất có thể Tuy vậy, bê tông các công trình

ngầm khi làm việc thứờng xuyên tiếp xúc với nước, những chỗ gián đoạn như

các khớp nối sẽ là cửa ngõ để nước dễ thâm nhập vào Tuỳ thuộc vào mức độ

khắc nghiệt của môi trường xung quanh mà bê tông sẽ bị xâm thực và dẫn đến

hư hỏng Mặt khác trong quá trình vận hành của các công trình ngầm thường

hay xảy ra các hiện tượng hư hỏng như nứt, tiết vôi rồi sau nước sẽ thấm

thành dòng Các khe nứt bắt đầu được mở rộng Chính vì vậy các công trình

xây dựng, nhất là công trình ngầm cần phải được sửa chữa các hư hỏng càng

sớm càng tốt…

Xử lý chống thấm nói chung và xử lý chống thấm ngược nói riêng cho

các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép các công trình ngầm đã và đang được

phát triển không ngừng cùng với sự phát triển của ngành hoá chất, vật liệu

xây dựng và kỹ thuật thi công sửa chữa các công trình Giải pháp sửa chữa

chống thấm cho các công trình ngầm là giải pháp chống thấm ngược và được

xem như một giải pháp giải quyết tương đối tổng thể nhất hiện nay Tuy nhiên

với công nghệ sửa chữa chống thấm và bê tồng cốt thép lại cần phải có các

loại vật liệu đặc biệt phù hợp cho từng công nghệ

Định kỳ có Hội nghị quốc tế về áp dụng công nghệ tiên tiến để sửa

chữa, nâng cấp các kết cấu công trình khác nhau

Ở nước ta, công nghệ sửa chữa chống thấm công trình phát triển qua

các mốc sau đây:

Thời kỳ từ 1990 trở về trước: Xử lý chống thấm kết cấu bê tông và bê

tông cốt thép chủ yếu dùng khoan phụt vữa xi măng để tăng độ đặc chắc, kết

hợp với xử lý trát chống thấm bề mặt bằng các loại vữa xi măng cát mác cao

Từ 1990 trở lại đây, nhờ tiếp cận với công nghệ tiên tiến chúng ta bắt

đầu nghiên cứu sử dụng các vật liệu và thiết bị của nước ngoài để sửa chữa

chống thấm cho các công trình khác nhau theo phương pháp chống thấm

ngược

Đối với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép chịu áp lực nước, cho đến

nay chúng ta thường sử dụng các phương pháp sau đây:

a) Công nghệ bơm ép hồ xi măng

Công nghệ này gồm các bước như sau: (hình 2.3)

đường dẫn thoát nước

trì áp lực không cho nước đẩy hồ xi măng trôi ra cho tới khi hồ đóng rắn

Trong công nghệ bơm ép hồ xi măng thường dùng xi măng PC30 với tỷ

lệ N/X=0,6, độ chảy của hồ 20-25cm Hiện nay thường pha thêm phụ gia nở

vào lớp bê tông phản áp và hồ xi măng để tránh nứt tách do co ngót hoặc

dùng kết hợp với cả phụ gia siêu dẻo để tăng độ chảy, tăng khả năng thâm

nhập của hồ vào các chỗ nứt, rỗng của bê tông Áp lực bơm ép khoảng từ 3

đến 8atm Cường độ của hồ sau khi đóng rắn ở tuổi 28 ngày xấp xỉ

2

P

B¦ í C 3 B¦ í C 4

THIÕT BÞ B¥ M

VÕT NøT

Rç -Há NG B£ T¤ NG

V1

V2

Ưu điểm: Công nghệ đơn giản, sử dụng thiết bị khoan phụt hồ xi măng

vết nứt nhỏ, thấm ẩm hoặc thấm ướt bề mặt Bề rộng vết nứt từ 0,2-0,5mm

Nhược điểm: Thời gian thi công lâu do phải chờ hồ xi măng đóng rắn

mới có thể chặn được nước để thi công các bước tiếp theo Không phù hợp để

chống thấm khi có áp lực cao, nước phun thành tia

Hiện nay Việt Nam đã hoàn toàn làm chủ công nghệ này

Các bước tiến hành sửa chữa cũng tương tự như bơm ép hồ xi măng

Điểm khác biệt là vật liệu hồ xi măng được thay bằng vữa xi măng cát mịn có

siêu dẻo để làm tăng độ chảy của vữa, phụ gia hoạt tính để làm tăng độ đặc

chắc (muội silic hoặc tro trấu), phụ gia nở để chống co ngót nứt tách giữa vữa

mới với bê tông cũ Khi dùng xi măng PC40, cường độ của vữa dùng để bơm

Thiết bị dùng bơm ép vữa xi măng là máy bơm tay kiểu pít tông hoặc

máy bơm màng, đảm bảo áp lực trung bình từ 3-5atm, tối đa 6-10atm, lưu

lượng bơm 5-20 lít/phút Nếu sửa chữa lớn, có thể dùng loại bơm guồng xoắn

đạt áp lực bơm tối đa là 25atm, lưu lượng bơm lớn

Ưu điểm: Sử dụng vật liệu sẵn có trên thị trường (xi măng và các loại

phụ gia) Thiết bị bơm tay gọn nhẹ, cơ động, dễ len lỏi vào các ngóc ngách

công trình Phù hợp cho sửa chữa các khuyết tật, rỗng hổng lớn hoặc vết nứt

trên 0,5mm, nước thấm thành dòng yếu

Nhược điểm: Giống như bơm ép hồ xi măng, công nghệ bơm ép vữa xi

măng cũng phải chờ cho vữa xi măng đóng rắn, nên thời gian chặn nước kéo

dài tùy theo tốc độ đóng rắn của vữa xi măng nên rất khó thi công khi xử lý,

sửa chữa những chỗ thấm có dòng chảy mạnh

Đây là công nghệ một số công ty nước ngoài giới thiệu tại Việt Nam

trong vòng 10 năm gần đây Các bước tiến hành sửa chữa như sau: (hình 2.4)

thoát nước

chống thấm bề mặt các vùng xung quanh

nút ống bằng vữa cứng rất nhanh, không co ngót hoặc nở

Vật liệu là một loại xi măng đặc biệt cứng rất nhanh, kết thúc ninh kết

trong vòng 30 phút Cường độ sau 1 ngày có thể đạt 300 daN/cmP

2

P, ví dụ:

SIKA 102, BARRA RAPIT410T

Ưu điểm: Thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị đặc biệt Thích hợp

chặn nước ở những chỗ lỗ thấm nhỏ, tập trung, lưu lượng không lớn

d) Công nghệ phụt chặn nước bằng poliuretan và trát chống thấm bằng

vữa đặc biệt

Có rất nhiều công nghệ và vật liệu để sửa chữa bê tông và bê tông cốt

thép công trình ngầm như: CAF System Conclinic Advanced Fibrwrap

System; TYFO Fibrwrap System; Surtreat System; CAUW System Conclinic

Advanced Underwater Retrofit System; ARC System Acrylic Resin Chemical

System ASG Activated Silicate Grouting…Tuy nhiên công nghệ phụt chặn

nước bằng dung dịch Poliuretan và trát vữa chống thấm đặc biệt của hãng

Việt Nam Công nghệ này thích hợp cho việc sửa chữa các hư hỏng thấm

nước của các công trình ngầm chịu áp nước mà không có điều kiện hạ mực

nước bên ngoài Các loại vật liệu phục vụ cho công nghệ này đều có bán sẵn

tại Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ này được công ty SCOTT VIKER giới thiệu

từ năm 1996 Bản chất của công nghệ này là sử dụng tính chất của poliuretan

trương nở khi gặp nước tạo thành nút đàn hồi chặn nước tức thời

Các bước tiến hành phụt poliuretan chặn nước như sau:

giây, poliuretan sẽ tác dụng với nước, trương nở tạo thành nút chặn dòng

Thiết bị dùng để phụt poliuretan là các loại bơm tay kiểu pittông (hình

theo dõi áp lực khi bơm

Vật liệu tạo màng bám dính giữa bêtông và vữa chống thấm mới là các

dung dịch polime dạng sữa, ví dụ SIKALATEC (của hãng SIKA- Thụy Sỹ),

Vữa trát chống thấm đặc biệt là vữa khô trộn sẵn, đóng bao 25kg/bao

có pha phụ gia polime để tăng chống thấm (ví dụ BARRA MORTAR) Trong

trường hợp cần tăng khả năng chịu kéo để chống nứt, có thể dùng vữa có độn

vi sợi (Ví dụ: SIKA MONOTOP-R) Trong quá trình thi công, vữa cần dùng

đến đâu trộn với nước đến đó Cường độ chịu nén của vữa ở trên 28 ngày đạt

2

P Độ co ngót của vữa gần bằng 0

Ưu điểm:

- Thời gian thi công rút ngắn đáng kể do sử dụng poliuretan có khả

năng chặn nước gần như tức thời sau khi bơm phụt vào vùng rò rỉ

- Thích hợp để xử lý chặn nước ở những nơi chịu áp lực cao, rò rỉ mạnh

thành dòng, thành tia

Hạn chế:

hỏi trình độ tay nghề khá cao

độ và ảnh hưởng đến thi công

Đối với công nghệ khoan phụt poliuretan chặn nước và trát vữa chống

thấm chúng ta đã có những tiền đề sau đây:

thiết bị để thi công phụt poliuretan chặn nước

chúng ta sẽ chủ động được một phần vật liệu phụt

vữa chống thấm, làm tiền đề cho việc chế tạo vữa đặc biệt để chống thấm bề

mặt trong công nghệ chống thấm ngược

poliuretan Từ đó có thể chế tạo ra thiết bị này ở Việt Nam với giá thành rẻ

hơn nhập ngoại

Với kinh nghiệm tích lũy được trong quá trình sử dụng vật liệu và thiết

bị nhập ngoại để sửa chữa chống thấm công trình, đã đến lúc chúng ta cần

nghiên cứu sâu hơn để khắc phục các hạn chế nói trên và làm chủ công nghệ

chống thấm ngược tiên tiến này

2.2 Tính chất của poliuretan và sử dụng poliuretan trong thực tế

Hóa học về poliuretan dựa trên nền tảng vào năm 1849 khi Wurtz và

Hofmann lần đầu tiên báo cáo về phản ứng giữa isocyanate và một hợp chất

hydroxy Nhưng mãi cho đến năm 1937 khi Otto Bayer và các cộng sự tại

phòng thí nghiệm I.G Farnen, Đức, tìm ra được ứng dụng thương mại dựa

trên phản ứng giữa hexamethylene diisocyanate và butanediol, sản phẩm có

tính chất cơ lý tương tự nylon (polyamides), ngày nay vẫn còn được sử dụng

để làm các sợi cho bàn chải Sự thiếu trầm trọng nguyên vật liệu trong chiến

tranh thế giới II (1937 – 1945) đã giúp đẩy mạnh sự phát triển nguyên liệu

poliuretan cho ngành sợi, sơn và mút xốp Tuy nhiên sự phát triển mạnh mẽ

của lĩnh vực này xảy ra vào những năm 1950 khi người ta tìm ra nguyên liệu

mới Toluene diisocyanate (TDI) và polyester polyol để sản xuất mút mềm ở

Đức Sự nhảy vọt thực sự vào năm 1957 khi có nhiều loại polyether polyols

(poly ete) được cho vào công thức mút xốp Chúng không chỉ có giá cạnh

tranh hơn mà mút tạo ra còn có tính chất cơ lý tốt hơn các sản phẩm từ

polyester polyol (poly este) Sự phát triển mạnh mẽ hơn còn nhờ vào nhu cầu

lớn mạnh từ thị trường Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản Ngày nay poliuretan đứng

hàng thứ 6 trong tổng lượng tiêu thụ các loại polymer, với khoảng 6% thị

trường tiêu thụ Phần ứng dụng lớn nhất của uretan là mút xốp mềm (khoảng

44%), mút cứng (khoảng 28%), còn lại 28% cho ứng dụng trong sơn, keo dán,

gioăng phớt và dạng PU đàn hồi (số liệu về thị phần ứng dụng có thể khác

nhau tùy theo vùng, nước, khu vực)

Không giống như những polymer khác như là polyethylene,

polystyrene hay polyvinyl chloride … được tạo nên từ các monomer ethylene,

styrene hay vinyl chloride (vinyl clorua) , poliuretan không được tạo nên từ

các đơn vị uretan theo cách thông thường mà dựa trên phản ứng từ các

polyhydroxy như là polyether polyol với các isocyanate Nói ngắn gọn

poliuretan là những polymer chứa nhóm liên kết (-NH-CO-O-)

Đặc trưng sản xuất và sử dụng poliuretan là có thể tạo ra những loại

mút từ rất mềm đến mềm hay mút cứng hoặc bán cứng và dạng đàn hồi

Chúng có thể tạo ra dạng khối lớn hay đổ vào các khuôn có hình dạng và kích

thước khác nhau

Nguyên liệu chính để tạo thành poliuretan là isoxyanat Cơ sở lý thuyết

về hóa học các hợp chất isoxyanat và những dẫn xuất của chúng

Các hợp chất isoxyanat chứa nhóm –N=C=O (-NCO) có mức độ chưa

no cao nên dễ dàng tham gia phản ứng với nhiều hợp chất khác (nước,

polyeste, polyete, rượu, amin, axit cacboxylic ) và có thể tự phản ứng với

nhau Dưới đây trình bày vắn tắt phản ứng hóa học của isoxyanat với các chất

liên quan trong quá trình tạo thành poliuretan

Nước có trong thành phần polyeste và các chất khác khi gặp isoxyanat

sẽ tạo ra phản ứng tạo thành amin và thoát ra khí COR 2 R Amin ngay lập tức lại

phản ứng với isoxyanat với tốc độ lớn hơn so với nước, tạo thành dẫn xuất urê

Phản ứng (4) xảy ra chậm nhưng có khả năng khâu mạng các mạch

bị xốp

Phản ứng của axít cacboxylic (thường có trong thành phần polyeste

amin bị thế:

Phản ứng isoxyanat với nhóm hydroxyl của ancohol tạo thành uretan là

phản ứng cộng hợp:

0

P

C

của rượu bậc 2 chậm hơn 3 lần, của rượu bậc 3 chậm hơn 2.000 lần so với

rượu bậc 1

isoxyanat, nhưng kém hơn urê bị thế Phản ứng của uretan với isoxyanat có

tốc độ tương đối

RNCO + RNHCOOR’ → RNCOOR’

CONHR Toàn bộ các phản ứng từ (1) đến (7) được xúc tác bởi kiềm và amin

bậc 3

Từ các phản ứng tạo thành poliuretan đã trình bày ở trên cho thấy

poliuretan có thể chứa các nhóm rất khác nhau như: uretan, este, axit, ete, urê

và gốc hydrocacbon thơm, hydrocacbon không no Các nhóm este làm cho

mạch polime mềm dẻo, còn gốc thơm tạo ra độ cứng Các nhóm este và gốc

thơm trong mạch phân tử lớn có lực tương tác giữa các phân tử vừa phải, còn

nhóm uretan và urê tạo khả năng lực tương tác giữa các đại phân tử rất lớn

2.2.3 Ứng dụng poliuretan trong thực tế

Ban đầu poliuretan được dùng phổ biến làm keo dán Keo poliuretan

được sử dụng lần đầu tiên ở Đức trong chiến tranh thế giới thứ II, tiếp đó nó

được nghiên cứu và phát triển mạnh ở Đức, Mỹ, Anh và Liên Xô cũ Keo PU

có độ bền và tính bám dính rất cao, được dùng để dán các kim loại với nhau

và hàng loạt vật liệu phi kim loại trong ngành hàng không và nghiên cứu vũ

trụ

Hiện nay trên thế giới có hơn 3.000 sản phẩm PU được sử dụng rộng

rãi vào nhiều lĩnh vực khác nhau, tùy theo thành phần hóa học và tính chất cơ

TT Lĩnh vực ứng dụng Số sản

phẩm

Trong khai thác mỏ người ta dùng poliuretan để gia cố các hầm lò, gắn

kết các khối đá, than bị vỡ, phun chống thấm bề mặt đường hầm lò để ngăn

Ở Việt Nam, các sản phẩm poliuretan được dùng nhiều trong lĩnh vực

sản xuất giầy dép, làm keo dán, làm đệm giường, bao bì Toàn bộ nguyên vật

liệu đầu vào phải nhập ngoại, người ta sử dụng chúng để pha chế tạo thành

các sản phẩm khác nhau tùy theo yêu cầu Việc sử dụng PU trong sửa chữa

công trình hầu như chưa được chú ý

Qua khảo sát chúng tôi thấy hiện nay ở nước ta có đủ nguồn nguyên

liệu để pha chế tạo thành sản phẩm PU dùng cho khoan phụt chặn nước

Để phụt chặn nước người ta dùng loại PU xốp Nguyên liệu chính để

chế tạo PU xốp là:

và 20% đồng phân 2,6 toluendiisoxyanat)

và điều chỉnh kích thước xốp

điều chỉnh kích thước xốp (thường sử dụng dầu silicon L-520)