Untitled PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước sơn polyurea (PUA) đã được sử dụng phổ biến trên thế giới, đặc biệt là ở các nước Mỹ, Canada, Đức, Úc, Hàn Quốc, T[.]
-1PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Từ đầu năm 90 kỷ trước sơn polyurea (PUA) sử dụng phổ biến giới, đặc biệt nước Mỹ, Canada, Đức, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc, Đài Loan… Hiện công nghệ phun phủ màng polyurea cho cơng trình xây dựng bắt đầu áp dụng nước ta Việc PUA ứng dụng rộng rãi giới Việt Nam vật liệu có tính vượt trội khả chống thấm, chống ăn mòn chống mài mòn so với vật liệu phủ khác đánh giá loại vật liệu phủ tiên tiến hàng đầu giới PUA bám dính bề mặt bê tông, thép, gỗ, nhựa nhiều vật liệu khác, phù hợp làm lớp phủ chống thấm cho, mái, sàn, tầng hầm, bể chứa nước, đường ống dẫn nước; đập bê tơng, bảo vệ chống mài mịn chống dính cho silơ chứa; chống mài mịn chống nứt, chống ăn mịn cho kết cấu thép, bê tơng cốt thép môi trường xâm thực môi trường công nghiệp, hóa chất, mơi trường biển PUA bền tác động thay đổi thời tiết điều kiện làm việc khắc nghiệt Việc sử dụng màng phủ PUA bê tông gặp phải vấn đề không mong muốn màng phủ bị phồng rộp, bong tách khỏi làm giảm hiệu sử dụng màng phủ Thực tế cho thấy nguyên nhân độ bám dính màng PUA với bê tơng khơng đảm bảo Vì để phát huy tốt hiệu sử dụng vật liệu PUA việc nghiên cứu nâng cao khả bám dính polyurea với nói chung bê tơng nói riêng cần thiết Do vật liệu PUA tạo gel khô nhanh (tạo gel từ ÷ giây, thời gian khơ từ 10 ÷ 30 giây) có độ nhớt cao, lực bám dính PUA với bê tơng thấp thường đạt (30 ÷ 50)% cường độ kéo đứt bê tơng (R kbt) Vấn đề khắc phục sử dụng sơn lót gốc epoxy Khi nâng cao độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông tương đương với cường độ kéo đứt bê tông Hiện Việt Nam chưa có nghiên cứu liên quan đến sơn PUA nói chung nghiên cứu vấn đề bám dính PUA với bê tơng nói riêng Vì việc nghiên cứu nâng cao khả bám dính màng phủ PUA với bê tơng cần thiết, để phát huy tối đa ưu điểm mở rộng khả ứng dụng vật liệu Việt Nam Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nâng cao độ bám dính hệ phủ polyurea với bê tông (khô ẩm) mác M20, M30, M40, M50, M60 từ mức (30÷50)% Rkbt (khi khơng có sơn lót) đến mức tương đương với Rkbt (khi có sơn lót) nhằm đảm bảo làm việc bền vững hệ phủ PUA với bê tông -22.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án xác định cụ thể sau: - Polyurea: Cường độ chịu kéo đến 20MPa, độ giãn dài ≥ 300%, thời gian khô < 20s - Sơn lót epoxy: Nghiên cứu lựa chọn pha chế sơn lót epoxy gốc dung mơi có độ nhớt phù hợp với bê tơng khơ sơn lót epoxy gốc nước dùng cho bê tông ẩm Hàm lượng nhựa sơn lót nghiên cứu khoảng (40 ÷ 80)%, độ nhớt sơn lót khoảng từ (21 ÷ 95) giây - Bê tông: Nghiên cứu bê tơng khơ ẩm có mác khác nhau, gồm: Bê tông đầm lăn M20, bê tông thường mác M20, M30, M40, M50, M60 - Thời điểm phun PUA: Nghiên cứu thời điểm phun PUA sau quét sơn lót khoảng (6 ÷ 120) Điều kiện mơi trường nghiên cứu có nhiệt độ khoảng (15 ÷ 35)oC độ ẩm khoảng (55 ÷ 95)% Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Trong nghiên cứu đề tài sử dụng phương pháp tiêu chuẩn (trong nước) phương pháp phi tiêu chuẩn Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu độ bám dính PUA phun trực tiếp lên bê tông, thông số vật liệu công nghệ phù hợp để nâng cao độ bám dính PUA bê tơng - Nghiên cứu pha chế sử dụng sơn lót epoxy gốc dung môi gốc nước với tỷ lệ D/N khác phù hợp với bê tông khô ẩm - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố (cường độ độ ẩm bê tông; độ nhớt, tỷ lệ dung mơi/nhựa sơn lót; thời điểm phun PUA (theo nhiệt độ độ ẩm môi trường) lên bề mặt bê tơng phủ sơn lót) đến độ bám dính hệ phủ PUA với bê tơng; - Nghiên cứu nâng cao khả bám dính hệ phủ PUA sử dụng sơn lót epoxy gốc dung môi gốc nước cho bê tông khô ẩm mác M20, M30, M40, M50, M60 đạt mức tương đương Rkbt - Nghiên cứu độ bền bám dính hệ phủ PUA với bê tông tác động điều kiện khác nhau: chiếu tia UV, thử nhiệt ẩm, ngâm nước, chịu nhiệt độ 3oC 80oC, kéo dãn mơ hình làm việc khe biến dạng - Nghiên cứu ứng dụng hệ phủ PUA vào thi cơng chống thấm, chống ăn mịn số cơng trình thực tế Kiểm tra đánh giá cường độ bám dính hệ phủ PUA sử dụng thực tế sau ÷ năm Ý nghĩa thực tiễn Luận án có số ý nghĩa thực tiễn sau: - Phân biệt bê tông khô ẩm thông qua độ ẩm giới hạn - Chỉ rõ cách pha chế sơn lót epoxy gốc dung môi gốc nước từ nguyên liệu bán thành phẩm có sẵn thị trường phù hợp với bê tơng khơ ẩm có mác khác cách xác định thời điểm phun PUA điều kiện -3nền bê tơng có cường độ độ ẩm khác nhau, qua nâng cao cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tơng tới mức tương đương Rkbt - Đưa quan hệ thời điểm phun khoảng thời gian phun PUA bê tơng qt sơn lót với nhiệt độ độ ẩm môi trường - Từ kết nghiên cứu luận án ứng dụng hệ phủ PUA vào 10 cơng trình cụ thể qua chứng minh hiệu hệ phủ polyurea vào việc thi cơng chống thấm, chống ăn mịn cho cơng trình Qua bước đầu khẳng định loại sơn lót chế tạo đảm bảo khả làm việc điều kiện thực tế - Kiểm tra đánh giá hiệu sử dụng hệ phủ PUA bê tông khô ẩm thực tế sau ÷ năm Những đóng góp luận án a) Từ nguyên liệu bán thành phẩm sẵn có thị trường Việt Nam pha chế sơn lót epoxy gốc dung mơi thành phần gồm (nhựa epoxy E18/ chất đóng rắn A75 =2,5/1,0) dung môi hữu (xylene/PM =1/1) dùng cho bê tơng khơ, sơn lót epoxy gốc nước thành phần gồm nhựa (epoxy E18/chất đóng rắn A21 =1,0/1,5) dung mơi nước dùng cho bê tơng ẩm, nâng cao độ bám dính hệ phủ PUA với bê tơng (M20 ÷ M60) lên tương đương với Rkbt, tức tăng (2÷3) lần so với dùng PUA khơng sử dụng sơn lót b) Luận án xác lập cặp thông số công nghệ tối ưu để thi cơng lớp sơn lót màng phủ PUA sau: + Đối với bê tông khô M20, M30 độ nhớt sơn lót (52÷68) giây, mác M40, M50, M60 độ nhớt sơn lót (30÷44) giây thời điểm phun PUA sau qt sơn lót (30÷42) + Đối với bê tông ẩm M20, M30 độ nhớt sơn lót (61÷75) giây, mác M40, M50, M60 độ nhớt sơn lót (45÷59) giây thời điểm phun PUA sau qt sơn lót (36÷54) + Quy luật chung cường độ bê tông tăng lên cần sơn lót có độ nhớt thấp ngược lại cường độ bê tơng giảm cần sơn lót có độ nhớt cao Khi nhiệt độ mơi trường tăng khoảng thời gian phun PUA tối ưu cần rút ngắn lại ngược lại khoảng thời gian phun kéo dài nhiệt độ môi trường giảm c) Đã tiến hành thử nghiệm đánh giá độ bền bám dính hệ phủ PUA với bê tông khô ẩm tác động điều kiện môi trường khác chiếu tia UV 2.500 (tương đương 10 năm), thử nhiệt ẩm, ngâm nước, chịu nhiệt độ 3oC 80oC, thử độ dãn dài mơ hình khe biến dạng Các kết thử nghiệm cho thấy độ bám dính hệ PUA suy giảm không đáng kể so với độ bám dính thời điểm ban đầu Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ PHỦ PUA 1.1 Tổng quan hệ phủ PUA Hệ phủ PUA nghiên cứu gồm lớp sơn phủ PUA lớp sơn lót epoxy -41.1.1 Khái niệm PUA PUA loại chất dẻo tạo từ phản ứng poly isocyanate hỗn hợp polyamine, tạo thành chuỗi PUA Từ PUA xuất phát từ tiếng Ai Cập, poly có nghĩa nhiều, urea hợp chất hữu có cơng thức hóa học (NH2)2CO, phân tử có nhóm amine NH 2- kết hợp với nhóm chức carbonyl để hình thành liên kết ure [28, 52] 1.1.2 Thành phần cấu tạo đặc tính kỹ thuật PUA Vật liệu PUA kết phản ứng poly isocyanate polyamine, cấu trúc PUA Hình 1.1 [25, 46] Poly Hình 1.1 Phản ứng hình thành PUA Thơng thường PUA có thông số kỹ thuật Bảng 1.1 [28, 41, 46, 52]: Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật PUA TT Chỉ tiêu kỹ thuật Thông số Thời gian khô bề mặt Từ giây đến 30 giây Độ dãn dài kéo đứt Từ 200% đến 600% < 6mg, 500g/1000 chu kỳ (ASTM Khả chịu mài mòn D4060) Cường độ kéo đứt > 20 MPa Độ cứng A/D (40 - 50)/(70-90) Khả bền mơi hố chất Chịu dung dịch 20% H2SO4 Khoảng nhiệt độ sử dụng Từ - 50°C đến + 175°C Khơng có khơng giới hạn chiều Mối nối chiều dầy lớp phủ dày với lớp phủ Độ bền lâu (khả trì > 20 năm tính chất theo thời gian) 1.1.3 Thành phần cấu tạo đặc tính kỹ thuật sơn lót epoxy: Sơn lót epoxy gồm thành phần nhựa epoxy chất đóng rắn amin Khi quét sơn lót epoxy lên bề mặt bê tơng bám dính tốt với bê tơng phủ PUA Làm đặc lớp bê tông bề mặt làm đồng bề mặt bê tông ban đầu Thông thường sơn lót gốc dung mơi sử dụng cho bê tơng khơ, sơn lót gốc nước sử dụng cho bê tông ẩm 1.1.4 Công nghệ thi công khả ứng dụng hệ phủ PUA: Sử dụng máy phun chuyên dụng để trộn tự động thành phần PUA theo tỷ lệ 1:1 phun 70 oC±5 Khả ứng dụng hệ phủ PUA xây dựng: chống thấm mái, bể chứa, đường ống dẫn nước, đập BT, tầng hầm … chống ăn mòn khu hóa chất, cơng trình BTCT, Kết cấu thép, phủ sàn nhà … 1.2 Một số kết nghiên cứu ứng dụng hệ phủ PUA giới VN * Trên giới: -5- Phủ PUA chống thấm cho dự án đường sắt cao tốc Bắc Kinh - Thượng Hải Bắc kinh - Thiên Tân [51] - Cầu San Mateo California [26] - Hầm Beau Catcher thuộc cao tốc Bắc Carolina [26] - Phủ PUA bên ống xả (ILO) đập Tehri – Ấn Độ [46] - Phủ PUA cho đập Xiaolangdi - Trung Quốc [48] - Sử dụng PUA sửa chữa vết nứt đập Girotte Pháp [35] - Ứng dụng PUA sửa chữa cơng trình dẫn nước đập bê tơng – Dự án dẫn nước Nam – Bắc Trung Quốc [39] - PUA cho hồ chứa bùn than Mỹ Phun phủ PUA bể nhiên liệu máy bay - Ứng dụng phủ sàn * Ở Việt Nam: Công nghệ phun phủ PUA du nhập vào Việt Nam từ năm 2005, phải đến năm 2010 công nghệ ứng dụng nhiều Công nghệ phun phủ vật liệu PUA sử dụng Việt Nam vào mục đích chống thấm, chống ăn mịn, bảo vệ cơng trình, phủ sàn vài ứng dụng khác Cơng nghệ phủ PUA sau thời gian vào Việt Nam thể phát huy tính ưu việt Thơng kê sơ bộ, tính đến diện tích phun phủ PUA Việt Nam khoảng triệu m2 1.3 Vấn đề bám dính hệ phủ PUA với bê tông * PUA bám dính trực tiếp với bê tơng: Lớp phủ PUA đóng rắn nhanh, có thời gian tạo gel nhanh (3-7) giây khô nhanh khoảng (10-30) giây, khả thi công tốt điều kiện môi trường bất lợi độ ẩm 90%, nhiệt độ thấp oC Tuy vậy, thời gian khô nhanh làm cho PUA không kịp thấm sâu vào bê tông để tạo chân rết liên kết với bê tông, điều dẫn đến độ bám dính thân PUA với bê tơng thường thấp [19, 53] Để phát huy hết hiệu sử dụng PUA cường độ bám dính PUA với bê tông tối thiểu phải cường độ chịu kéo bê tơng Kết thí nghiệm độ bám dính trực tiếp PUA với BT Bảng 1.4 Bảng 1.4 Cường độ bám dính trực tiếp màng phủ PUA với bê tông Cường độ bám dính bê tơng mác M20 đến M60, MPa Trạng thái bê tông TT (khô, ẩm) BTĐL* M20 M30 M40 M50 M60 M20 Nền khô (mẫu bê tông để 0,5 0,7 0,9 1,2 1,5 1,6 tủ tạo ẩm có độ ẩm < 85 %) % cường độ bám dính so với 42 30 30 32 34 33 R*kbt bê tông Nền ẩm (mẫu bê tông để 0,6 0,9 1,1 1,4 1,6 1,8 tủ tạo ẩm có độ ẩm > 95 %) % độ bám dính so với Rkbt 50 39 37 38 36 38 Ghi chú: BTĐL*- Bê tông đầm lăn Rkbt - Cường độ kéo BT theo Bảng 3.2 -6* PUA bám dính với bê tơng có sơn lót: Lực bám dính hệ phủ PUA với bê tông phụ thuộc vào: - Lực bám dính sơn lót với bê tơng - Lực bám dính PUA với sơn lót Thực tế, hư hỏng màng phủ nói chung màng phủ PUA nói riêng liên quan tới bám dính phổ biến (cả hệ phủ PUA sử dụng sơn lót), hư hỏng thường phồng rộp, bong tách, rách, lỗ khí ngun nhân sau: bê tơng khơng chuẩn bị cách, lựa chọn sơn lót khơng phù hợp, công nghệ thi công … * Một số hình ảnh hư hỏng màng PUA Việt Nam Qua khảo sát hư hỏng PUA Việt Nam nhận thấy tượng hư hỏng thấy phổng rộp, bong tách (Hình ) Nguyên nhân hư hỏng chủ yếu bám dính màng PUA với BT sơn lót sử dụng không phù hợp công tác chuẩn bị bề mặt chưa đảm bảo Lớp PUA bể bị phồng rộp Lớp PUA bị bong tách rách Lớp PUA cống dẫn nước bị bong Lớp PUA sàn nhà bị bong tách khơng sử dụng sơn lót tách rách Hình 1.25 Hình ảnh hư hỏng màng PUA Việt Nam 1.4 Sử dụng sơn lót để nâng cao khả bám dính PUA với BT Khi khơng sử dụng sơn lót cường độ bám dính PUA với bê tơng (Rbd) đạt (30 - 50)% R kbt, để nâng cao hiệu sử dụng phát huy tối đa tính PUA cần phải có biện pháp nâng cao khả bám dính sơn PUA với bê tông đến mức cho thử cường độ bám dính PUA phá hủy xảy bê tông Nhiều nghiên cứu [29, 31, 43, 46, 52] sơn lót giải pháp tối ưu để làm tăng lực bám dính PUA với bê tông Nhiều tác giả giới nghiên cứu vấn đề bám dính, nâng cao độ bám dính PUA với bê tơng thơng qua lớp sơn lót Sơn lót sử dụng nghiên cứu chủ yếu sơn lót gốc epoxy -7polyurethane (PU) bao gồm sơn gốc nước gốc dung môi Tài liệu nghiên cứu [39] thực tế loại sơn lót gốc epoxy, acrylic, PU cho kết hệ phủ PUA sử dụng sơn lót gốc epoxy cho kết bám dính với BT cao nhất, sau đến sơn lót PU cuối sơn acrylic 1.5 Cơ sở khoa học việc lựa chọn sơn lót epoxy để nâng cao khả bám dính hệ phủ PUA với bê tông 1.5.1 Lý thuyết chung bám dính Các lý thuyết chung bám dính gồm: Thuyết bám dính học; Thuyết hấp phụ (vật lý); Thuyết điện từ; Thuyết khuếch tán; Thuyết hóa học [14] 1.5.2 Cơ chế bám dính sơn lót với bê tơng với PUA 1.5.2.1 Cơ chế bám dính sơn lót epoxy với bê tơng yếu tố ảnh hưởng * Cơ chế bám dính sơn lót epoxy với bê tơng Lực bám dính sơn lót epoxy với BT cho kết hợp chủ yếu ba lực liên kết: vật lý (hấp phụ), hóa học học (lồng, ngàm vào nhau) [17,42] - Liên kết vật lý (hấp phụ) Hình 2.1 Liên kết vật lý (sơn lót hấp phụ bề mặt bê tông - lực Van der waals) - Liên kết hố học Hình 2.3 Liên kết hóa học (các nhóm chức sơn lót phản ứng với nhóm chức có bê tơng)[51] - Liên kết học Hình 2.4 Liên kết học (do sơn lót thẩm thấu vào bê tơng tạo thành mỏ “neo”) * Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bám dính sơn lót với bê tơng - Nền bê tông + Cường độ, cấu trúc rỗng, độ hút nước độ ẩm bê tông - Sơn lót: Độ nhớt; Tỷ lệ dung mơi/nhựa (D/N); Thời gian khơ 1.5.2.2 Cơ chế bám dính PUA với sơn lót epoxy yếu tố ảnh hưởng -8* Cơ chế bám dính màng phủ PUA với sơn lót epoxy: gồm liên kết vật lý liên kết hóa học * Các yếu tố ảnh hưởng độ bám dính PUA với sơn lót: Thời điểm phun phủ PUA số yếu tố khác 1.6 Mục tiêu nội dung nghiên cứu (như phần mở đầu trình bày) Chương 2: VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu sử dụng 2.1.1 Vật liệu cho bê tông + Xi măng: PCB40 Nghi Sơn + Cốt liệu nhỏ: Cát vàng Sông Lô + Cốt liệu lớn: Đá dăm Kiện Khê (5-20)mm + Phụ gia siêu dẻo: Sikament R4 2.1.2 Sơn lót epoxy (do tác giả chế tạo từ nguyên liệu ban đầu) + Nhựa epoxy E18 - hãng Chang Chun Plastics Co., Ltd.- Đài Loan + Chất đóng rắn A75- hãng Air products- Mỹ (chất đóng rắn gốc dung mơi) + Chất đóng rắn A21- hãng Air products - Mỹ (chất đóng rắn gốc nước) + Hỗn hợp dung môi (xylene PM) - Đài Loan + Dung môi Propylene glycol methyl ether (PM) Pha chế mẫu sơn lót epoxy sử dụng nghiên cứu: Sử dụng nhựa epoxy E18 kết hợp với chất đóng rắn A75 hỗn hợp dung mơi (Xylene : PM = 1:1) để tạo thành sơn lót gốc dung mơi Nhựa epoxy E18 kết hợp với chất đóng rắn A21 nước để tạo thành sơn lót gốc nước - Sơn lót gốc dung mơi: Trộn nhựa epoxy E18 với chất đóng rắn A75 theo tỷ lệ cố định E18 : A75 = 2,5 : 1,0 Hỗn hợp dung môi (xylene + PM) thêm vào để điều chỉnh độ nhớt hàm lượng nhựa sơn lót gốc dung mơi - Sơn lót gốc nước: Trộn nhựa epoxy E18 với chất đóng rắn A21 theo tỷ lệ cố định E18 : A21 = 1,0 : 1,5 Nước thêm vào để điều chỉnh độ nhớt hàm lượng nhựa sơn lót gốc nước 2.1.3 Vật liệu PUA: Polytop 200 hãng Atek – Hàn Quốc 2.2 Phương pháp nghiên cứu Các thí nghiệm thực theo hai phương pháp là: Phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn (xác định độ ẩm bê tông; Đánh giá, phân loại lỗ rỗng bê tông; Các dạng phá hoại thử độ bám dính hệ phủ PUA với bê tơng) Khi thí nghiệm xác định độ bám dính có dạng phá hoại sau: Dạng 1: phá hoại bê tông Dạng 2: phá hoại hỗn hợp, phần bê tông phần tiếp giáp sơn lót bê tơng Dạng 3: phá hoại vị trí tiếp giáp bề mặt sơn lót bê tơng Dạng 4: phá hoại tiếp giáp sơn lót phủ PUA Chương 3: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA HỆ PHỦ PUA VỚI NỀN BÊ TƠNG 3.1 Sơn lót epoxy gốc dung mơi gốc nước Bảng 3.1 Các tiêu sơn lót epoxy gốc dung môi (gốc nước) -9TT Ký hiệu sơn lót gốc dung mơi (gốc nước) K1(A1 K2(A2) K3(A3) K4(A4) K5(A5) ) Độ nhớt (giây) 22 (21) 36 (31) 52 (45) 78 (68) 95 (82) Hàm lượng nhựa (%) 40 (40) 50 (50) 60(60) 70 (70) 80 (80) Tỷ lệ dung môi/nhựa (D/N) 1,5 1,0 0,67 0,43 0,25 6±0,5 6±0,5 5±0,5 5±0,5 4±0,5 Thời gian khô se mặt (giờ) 7±0,5 7±0,5 6±0,5 6±0,5 5±0,5 25±1 24±1 23±1 22±1 21±1 Thời gian khô thấu cấp (giờ) 29±1 28±1 27±1 26±1 25±1 59±1 58±1 56±1 55±1 52±1 Thời gian khô thấu cấp (giờ) 68±1 65±1 62±1 59±1 56±1 Tên tiêu 100 100 90 80 y = -48,665x + 86,858 R² = 0,9045 80 70 70 Độ nhớt (giây) Độ nhớt (giây) 90 y = -57,806x + 101,09 R² = 0,9186 60 50 40 30 60 50 40 30 20 20 10 10 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 0,5 1,5 Tỷ lệ D/N (%) Tỷ lệ D/N (%) Hình 3.1 Quan hệ độ nhớt tỷ lệ Hình 3.2 Quan hệ độ nhớt tỷ lệ D/N D/N sơn lót epoxy gốc dung mơi sơn lót epoxy gốc nước Nhờ mối quan hệ mà nghiên cứu xác định độ nhớt tối ưu sơn lót gốc dung mơi sơn lót gốc nước dễ dàng xác định tỷ lệ D/N 3.2 Các yếu tố liên quan đến bê tơng bám dính sơn lót với 3.2.1 Thơng số kỹ thuật bê tông Các mẫu bê tông dùng nghiên cứu gồm: bê tông đầm lăn đập thủy điện Sông Tranh mác M20, ký hiệu M1, mẫu bê tông khác đúc theo cấp phối thiết kế bê tông mác M20; M30; M40; M50; M60 ký hiệu tương ứng M2, M3, M4, M5, M6 Tính chất mẫu bê tơng thể Bảng 3.2 Bảng 3.2 Tính chất mẫu bê tông M1-M6 T Ký Cườn Cường T hiệu g độ độ uốn mẫu nén (MPa) (MPa) M1 21,5 M2 23,1 4,0 M3 33,8 5,6 M4 45,2 6,8 M5 56,2 8,0 M6 66,3 8,6 Rkbt (MPa) 1,2 2,3 3,0 3,7 4,4 4,8 Khối KLTT lượng (khi sấy riêng khô) (g/cm3) (kg/m3) 2,63 2.272 2,64 2.290 2,64 2.315 2,66 2.341 2,66 2.368 2,69 2.402 Độ rỗng (%) 13,6 13,3 12,3 12,0 11,0 10,7 Độ ẩm mẫu BT tối đa đạt (%) 6,0 5,8 5,3 5,1 4,6 4,5 - 10 3.2.2 Xác định bê tơng khơ ẩm Để sơn lót cho bê tông khô bê tông ẩm, đề tài lựa chọn hai loại sơn lót epoxy gốc dung mơi K1 K4 để nghiên cứu (sơn lót gốc dung môi phù hợp với bê tông khô), theo yêu cầu chuẩn bị bề mặt bê tông trước sơn phủ độ ẩm bê tơng phải ≤ 4% lớp mặt dầy 20 mm (không quy định rõ độ ẩm tương ứng với mác bê tơng khác nhau) Nói chung độ ẩm vượt q giới hạn ẩm độ bám dính bị giảm đồng thời dạng phá hoại có xu hướng chuyển từ dạng sang dạng sang dạng Việc xác định nhằm đưa giới hạn ẩm tương ứng với mác bê tơng để lựa chọn loại sơn lót phù hợp (sơn lót gốc dung mơi cho khô gốc nước cho ẩm) Qua kết thí nghiệm cho thấy cường độ bám dính mẫu bê tông M 1, M2, M3, M4, M5, M6 giảm mạnh độ ẩm bê tông tương ứng 4,0%, 3,9%, 3,6%, 3,4%, 3,0%, 2,9% (khi độ ẩm mơi trường 85%) Từ xác định giá trị “giới hạn ẩm” bê tông khô bê tông ẩm tương ứng với mác bê tơng khác Bảng 3.3 Hình 3.3 Ảnh hưởng độ ẩm bê tông đến cường độ bám dính sơn lót K1 với mẫu M1 đến M6 Cường độ bám dính, Mpa 5,0 4,5 M1 4,0 M2 3,5 M3 3,0 M4 2,5 M5 2,0 M6 1,5 1,0 0,5 0,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Độ ẩm bê tơng, % Hình 3.4 Ảnh hưởng độ ẩm bê tông đến cường độ bám dính sơn lót K4 với mẫu M1 đến M6 Cường độ bám dính, MPa 5,0 4,5 M1 4,0 M2 3,5 M3 3,0 M4 2,5 M5 2,0 M6 1,5 1,0 0,5 0,0 2,5 3,5 4,5 5,5 Độ ẩm bê tông, % Bảng 3.3 Giới hạn ẩm bê tông khô bê tông ẩm tương ứng với mác bê tông khác TT Mẫu bê tông Độ ẩm bê tông (%) Bê tông khô Bê tông ẩm - 14 Theo kết Hình 3.7 thấy sơn lót có độ nhớt nằm khoảng (36 78) giây đồng thời có thời điểm phun sơn PUA nằm khoảng (18 - 48) có giá trị độ nhớt thời điểm phun cho cường độ bám dính hệ sơn PUA với bê tông khô M lớn cường độ kéo bê tông M (cường độ kéo bê tông M 3,0 MPa) Để xác định xác thơng số độ nhớt thời điểm phun PUA tối ưu, thí nghiệm tiến hành với kết chi tiết nêu Bảng 4.1 Kết thí nghiệm Bảng 4.1 Hình 4.1 cho thấy cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông khô M3 cao cường độ kéo bê tông sử dụng sơn lót có độ nhớt nằm khoảng từ (52 - 68) giây đồng thời có thời điểm phun PUA nằm khoảng từ (30 - 42) Bảng 4.1 Cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tơng khơ M3 sử dụng sơn lót có độ nhớt từ (36 - 78) giây thời điểm phun từ (18 - 48) giờ, MPa T T Thời điểm phun PUA (giờ) Cường độ bám dính hệ phủ PUA sử dụng sơn lót có độ nhớt khác nhau, MPa (Dạng phá hoại) (% so với Rkbt) 60 giây 68 giây 78 giây 1,8 1,9 2,1 2,2 (2) (60) (2) (63) (2) (70) (2) (73) 2,2 2,4 2,8 2,9 24 (2) (73) (2) (80) (2) (93) (1) (97) 2,3 2,7 3,0 3,3 30 (2) (77) (2) (90) (1) (100) (1) (110) 3,2 3,3 2,5 2,8 36 (2) (83) (2) (93) (1) (107) (1) (110) 2,4 2,6 3,1 3,2 42 (2) (80) (2) (87) (1) (103) (1) (107) 2,0 2,3 2,7 2,8 48 (2) (67) (2) (77) (2) (90) (2) (93) Ghi chú: Dạng phá hoại 1,2,3,4 xem Chương mục 2.2 2,1 (2) (70) 2,7 (2) (90) 3,1 (1) (103) 3,1 (1) (103) 3,1 (1) (103) 2,6 (2) (87) 2,0 (2) (67) 2,5 (2) (83) 2,8 (2) (93) 2,9 (1) (97) 2,7 (2) (90) 2,4 (2) (80) 36 giây 44 giây 52 giây 18 Hình 4.1 Ảnh hưởng độ nhớt sơn lót thời điểm phun sơn PUA đến cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tơng khơ - M3 C ường độ bám dính, M pa 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 36 giây 52 giây 68 giây 44 giây 60 giây 78 giây 1,0 18 24 30 36 42 Thời điểm phun PUA sau quét sơn lót, 48 - 15 4.1.2 Xác định độ nhớt thời điểm phun PUA tối ưu cho BT ẩm M3 Tương tự ta có kết Bảng 4.2 Hình 4.2 Kết thí nghiệm Bảng 4.2 Hình 4.2 cho thấy cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông ẩm M3 cao cường độ kéo bê tơng sử dụng sơn lót có độ nhớt nằm khoảng từ (61 - 75) giây đồng thời có thời điểm phun PUA nằm khoảng từ (36 - 54) Bảng 4.2 Cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tơng ẩm M3 sử dụng sơn lót có độ nhớt từ (45 - 82) giây thời điểm phun từ (24 - 72) giờ, MPa Thời Cường độ bám dính hệ phủ PUA sử dụng sơn lót có điểm độ nhớt khác nhau, MPa (Dạng phá hoại) (% so với Rk T phun BT) T PUA 45 giây 53 giây 61 giây 68 giây 75 giây 82 giây (giờ) 2,0 2,2 2,2 2,5 2,3 2,3 24 (2) (67) (2) (73) (2) (73) (2) (83) (2) (77) (2) (77) 3,0 3,0 3,1 2,6 2,0 2,7 36 (2) (67) (2) (90) (1) (100) (1) (100) (1) (103) (2) (87) 2,5 2,6 3,0 3,0 3,0 2,6 48 (2) (83) (2) (87) (1) (100) (1) (100) (1) (100) (2) (87) 2,1 2,7 3,0 3,0 3,1 2,4 54 (2) (70) (2) (90) (1) (100) (1) (100) (1) (103) (2) (80) 2,2 2,7 2,8 2,9 2,7 2,3 60 (2) (73) (2) (90) (2) (93) (2) (97) (2) (90) (2) (77) 2,0 2,3 2,3 2,2 2,4 2,2 72 (2) (67) (2) (77) (2) (77) (2) (73) (2) (80) (2) (73) 3,5 3,0 Cường độ bám dính, Mpa Hình 4.2 Ảnh hưởng độ nhớt sơn lót thời điểm phun sơn PUA đến cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông ẩm - M3 2,5 2,0 1,5 45 giây 61 giây 75 giây 53 giây 68 giây 82 giây 1,0 24 36 48 60 Thời điểm phun PUA sau quét sơn lót, 72 4.1.3 Xác định độ nhớt thời điểm phun PUA tối ưu cho BT khô M6 Tương tự ta có kết Bảng 4.3 Hình 4.3 Kết thí nghiệm Bảng 4.3 Hình 4.3 cho thấy cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông khô M6 cao cường độ kéo bê tơng sử dụng sơn lót - 16 có độ nhớt nằm khoảng từ (30 - 44) giây đồng thời có thời điểm phun PUA nằm khoảng từ (30 - 42) Bảng 4.3 Cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tơng khơ M6 sử dụng sơn lót có độ nhớt từ (22 - 52) giây thời điểm phun từ (18 - 48) giờ, MPa Thời Cường độ bám dính hệ phủ PUA sử dụng sơn lót có điểm độ nhớt khác nhau, MPa (Dạng phá hoại) (% so với Rk T phun BT) T PUA 22 giây 30 giây 36 giây 44 giây 52 giây (giờ) 2,9 3,4 3,5 3,4 3,1 18 (3) (60) (3) (71) (3) (73) (3) (71) (3) (65) 3,7 4,1 4,5 4,2 3,7 24 (3) (77) (3) (85) (3) (94) (3) (88) (3) (77) 5,0 5,1 4,9 4,1 4,3 30 (1) (104) (1) (106) (1) (102) (3) (85) (3) (90) 5,2 5,3 5,1 4,3 4,7 36 (1) (108) (1) (110) (1) (106) (3) (90) (3) (98) 4,3 4,9 5,1 4,8 4,0 42 (3) (90) (1) (102) (1) (106) (1) (100) (3) (83) 3,5 3,6 3,8 3,5 3,2 48 (3) (73) (3) (75) (3) (79) (3) (73) (3) (67) 5,5 C n g đ ộ b m d ín h , M p a Hình 4.3 Ảnh hưởng độ nhớt sơn lót thời điểm phun sơn PUA đến cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông khô - M6 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 24 giây 30 giây 44 giây 52 giây 36 giây 2,5 18 24 30 36 42 Thời điểm phun PUA sau quét sơn lót, 48 4.1.4 Xác định độ nhớt thời điểm phun PUA tối ưu cho BT ẩm M6 Tương tự ta có kết Bảng 4.4 Hình 4.4 Kết thí nghiệm Bảng 4.4 Hình 4.4 cho thấy cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông ẩm M6 cao cường độ kéo bê tơng sử dụng sơn lót có độ nhớt nằm khoảng từ (45 - 59) giây đồng thời có thời điểm phun PUA nằm khoảng từ (36 - 54) Bảng 4.4 Cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông ẩm M6 sử dụng sơn lót có độ nhớt từ (45 - 82) giây thời điểm phun từ (24 - 72) giờ, MPa T T Thời điểm phun Cường độ bám dính hệ phủ PUA sử dụng sơn lót có độ nhớt khác nhau, MPa (Dạng phá hoại) (% so với Rk BT) - 17 PUA (giờ) 24 36 48 54 60 72 31 giây 38 giây 45 giây 52 giây 59 giây 68 giây 3,0 (3) (63) 3,3 (3) (69) 3,4 (3) (71) 3,3 (3) (69) 3,2 (3) (67) 3,2 (3) (67) 3,3 3,8 (3) (69) (3) (79) 4,7 4,1 (3) (85) (1) (98) 4,8 4,2 (3) (88) (1) (100) 4,0 4,7 (3) (83) (1) (98) 3,7 4,0 (3) (77) (3) (83) 3,4 3,6 (3) (71) (3) (75) 3,9 (3) (81) 4,9 (1) (102) 5,0 (1) (104) 4,8 (1) (100) 4,2 (3) (88) 3,7 (3) (77) 3,7 (3) (77) 4,8 (1) (100) 4,8 (1) (100) 4,7 (1) (98) 4,1 (3) (85) 3,5 (3) (73) 3,1 (3) (65) 3,5 (3) (73) 3,6 (3) (75) 3,4 (3) (71) 3,3 (3) (69) 3,2 (3) (67) 5,5 5,0 Cường độ bám dính, Mpa Hình 4.4 Ảnh hưởng độ nhớt sơn lót thời điểm phun PUA đến cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông ẩm - M6 4,5 4,0 3,5 31 giây 45 giây 59 giây 3,0 38 giây 52 giây 68 giây 2,5 24 36 48 60 Thời điểm phun PUA sau quét sơn lót, 72 4.2 Quan hệ thời điểm phun PUA với nhiệt độ độ ẩm môi trường + Ký hiệu sơn lót có độ nhớt tối ưu theo kết Bảng 4.1 Bảng 4.3 cho bê tông khô M3 M6 sau: TT Ký hiệu mẫu Độ nhớt sơn lót gốc dung mơi, (giây) Hàm lượng nhựa, % KM3 KM6 52 ÷ 68 30 ÷ 44 54 ÷ 64 45 ÷ 50 + Ký hiệu sơn lót có độ nhớt tối ưu theo kết Bảng 4.2 Bảng 4.4 cho bê tông ẩm M3 M6 sau: T Ký hiệu mẫu AM3 AM6 T Độ nhớt sơn lót gốc nước, (giây) 61 ÷ 75 45 ÷ 59 Hàm lượng nhựa, % 65 ÷ 81 54 ÷ 64 - 18 4.2.1 Quan hệ thời điểm phun PUA lên bê tông qt sơn lót gốc dung mơi với nhiệt độ độ ẩm mơi trường Trong thí nghiệm thơng số có dao động sau: + Nhiệt độ môi trường dao động mức ± oC + Độ ẩm môi trường dao động mức ± % + Thời gian khô thấu cấp dao động mức ± Bảng 4.5 Thời gian khơ thấu cấp sơn lót gốc dung môi KM3 KM6 theo nhiệt độ độ ẩm môi trường, (giờ) Độ ẩm môi trường (%) Nhiệt độ môi TT trường (oC) 55 65 75 85 15 29 30 31 32 20 27 28 29 30 25 25 26 27 28 30 23 24 25 26 35 21 22 23 24 Bảng 4.6 Thời gian khơ thấu cấp sơn lót gốc dung môi KM3 KM6 theo nhiệt độ độ ẩm môi trường, (giờ) Độ ẩm môi trường (%) Nhiệt độ môi TT trường (oC) 55 65 75 85 15 68 70 72 75 20 62 64 66 68 25 56 57 59 62 30 49 51 53 55 35 42 43 45 48 Kết thí nghiệm Bảng 4.1, Bảng 4.3 Bảng 4.5, Bảng 4.6 cho thấy: - Thời điểm bắt đầu phun = 1,2 x Thời gian khô thấu cấp - Thời điểm kết thúc phun = 0,75 x Thời gian khơ thấu cấp Từ cách tính hình thành Bảng 4.7 Bảng 4.7 Thời điểm bắt đầu phun/kết thúc phun tối ưu sau quét sơn lót KM3 KM6 theo nhiệt độ độ ẩm môi trường (giờ) Độ ẩm môi trường (%) Nhiệt độ môi TT trường (oC) 55 65 75 85 15 35/51 36/53 37/54 38/56 20 32/47 34/48 35/50 36/51 25 30/42 31/43 32/44 34/47 30 28/37 29/38 30/40 31/41 35 25/31 26/32 28/34 29/36 Thí nghiệm kiểm chứng nhận định tiến hành thử độ bám dính hệ phủ PUA bê tơng khơ M sơn lót KM3 bê tơng khơ M sơn lót KM6, thí nghiệm với 04 trường hợp điều kiện nhiệt độ độ ẩm môi trường khác tương ứng thời điểm phun PUA tối ưu, điều kiện thí nghiệm (theo Bảng 4.8) - 19 Bảng 4.8 Kết thí nghiệm kiểm chứng cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông khô M3 M6, (MPa) Cường độ bám dính Nhiệt độ/độ ẩm/thời điểm Nền bê tơng thí phun PUA (oC; %; giờ), Mpa (Dạng phá hoại) TT nghiệm 20/65/48 25/75/32 30/85/41 35/65/26 Bê tông khô M3 3,2 (1) 3,0 (1) 3,1 (1) 3,1 (1) Bê tông khô M6 5,2 (1) 5,1 (1) 5,0 (1) 5,1 (1) Từ Bảng 4.7 xác định khoảng thời gian thi công phun PUA tối ưu, cách lấy thời điểm kết thúc phun tối ưu trừ thời điểm bắt đầu phun tối ưu, kết có Bảng 4.9 Bảng 4.9 Khoảng thời gian phun PUA tối ưu sau quét sơn lót KM3 KM6 theo nhiệt độ độ ẩm môi trường (giờ) Độ ẩm môi trường (%) Nhiệt độ môi trường TT (oC) 55 65 75 85 15 16 17 17 18 20 14 14 15 15 25 12 12 12 13 30 9 10 10 35 6 4.2.2 Quan hệ thời điểm phun PUA lên bê tông quét sơn lót gốc nước với nhiệt độ độ ẩm môi trường Tương tự trên, luận án tiến hành thí nghiệm xác định mối quan hệ thời điểm phun PUA lên bê tơng qt sơn lót gốc nước với nhiệt độ độ ẩm môi trường Kết thí nghiệm Bảng 4.2, Bảng 4.4 Bảng 4.5, Bảng 4.6 cho thấy: - Thời điểm bắt đầu phun = 1,3 Thời gian khô thấu cấp - Thời điểm kết thúc phun = 0,87 Thời gian khơ thấu cấp Từ cách tính hình thành Bảng 4.12 Bảng 4.10 Thời gian khơ thấu cấp sơn lót gốc nước AM3 AM6 theo nhiệt độ độ ẩm môi trường, (giờ) Độ ẩm môi trường (%) Nhiệt độ môi TT trường (oC) 55 65 75 85 15 37 37 38 39 20 33 34 36 38 25 28 31 32 34 30 25 29 31 33 35 23 26 27 30 Bảng 4.11 Thời gian khơ thấu cấp sơn lót gốc nước AM3 AM6 theo nhiệt độ độ ẩm môi trường, (giờ) Độ ẩm môi trường (%) Nhiệt độ môi TT trường (oC) 55 65 75 85 - 20 15 20 25 30 35 78 71 62 54 78 89 83 75 68 89 92 87 78 73 92 97 91 82 78 97 Bảng 4.12 Thời điểm bắt đầu phun/kết thúc phun tối ưu sau quét sơn lót AM3 AM6 theo nhiệt độ độ ẩm môi trường (giờ) Độ ẩm môi trường (%) Nhiệt độ môi TT trường (oC) 55 65 75 85 15 48/68 44/67 46/69 48/73 20 43/62 41/62 43/65 46/68 25 36/54 37/56 38/59 41/62 30 33/47 35/51 37/55 40/59 35 30/42 31/44 32/47 36/52 Thí nghiệm kiểm chứng nhận định tiến hành thử độ bám dính hệ phủ PUA bê tơng ẩm M3 sơn lót AM3 bê tơng ẩm M6 sơn lót AM6, thí nghiệm với 04 trường hợp điều kiện nhiệt độ độ ẩm môi trường khác tương ứng thời điểm phun PUA tối ưu Bảng 4.12 Bảng 4.13 Kết thí nghiệm kiểm chứng cường độ bám dính hệ phủ PUA với bê tông ẩm M3 M6, (MPa) Cường độ bám dính Nhiệt độ/độ ẩm/thời điểm Nền bê tơng thí phun PUA (oC; %; giờ), MPa (Dạng phá hoại) TT nghiệm 20/65/62 25/75/38 30/85/59 35/75/31 Bê tông ẩm M3 3,1 (1) 3,0 (1) 3,0 (1) 3,1 (1) Bê tông ẩm M6 5,0 (1) 4,9 (1) 5,1 (1) 5,0 (1) Từ Bảng 4.12 xác định khoảng thời gian thi công phun PUA tối ưu, cách lấy thời điểm kết thúc phun tối ưu trừ thời điểm bắt đầu phun tối ưu, kết có Bảng 4.14 Bảng 4.14 Khoảng thời gian phun PUA tối ưu sau quét sơn lót AM3 AM6 theo nhiệt độ độ ẩm môi trường (giờ) Độ ẩm môi trường (%) Nhiệt độ môi trường TT (oC) 55 65 75 85 15 20 22 23 26 20 19 21 22 23 25 18 19 20 21 30 14 16 18 19 35 12 13 14 16 4.3 Kiểm chứng độ bám dính hệ phủ PUA tối ưu với bê tông M 1, M2, M4, M5