Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: 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

Sau quá trình thu thập tải liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài“Nghién cứu áp dụng công nghệ chỗng thắm ngược

ĐÀO THANH HAI

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CHÓNG THÁM

NGƯỢC DE XU LY RO RI VÀ THÁM NƯỚC CHO CAC CAU KIEN BE TONG TRONG CONG TRINH THUY LOI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUAT

Hà Nội - 2010

ĐÀO THANH HAL

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CHÓNG THÁM

NGƯỢC DE XỬ LY RO RI VA THÁM NƯỚC CHO CÁCCAU KIEN BE TONG TRONG CONG TRÌNH THỦY LỢI

sn ngành Xây dung công trình thủy,

60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC: TS.DUONG ĐỨC TIEN

PGS.TS.LÊ MINH

Hà Nội - 2010

TENTACGIA LUẬN VĂN THẠC SIKY THUẬT _ HÀ NÔI2010

Vid

PHAM VĂN THANG _ LUANVANTHACSIKY THUAT HANOI 2010

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

“Nghién cứu áp dụng công nghệ chỗng thắm ngược dé xử lý rò rỉ và thắmnước cho các cấu kiện bê tông trong công trình thiy lợi” được hoàn thànhvới sự giúp đỡ tận tình của Quý thầy cô giáo trong Khoa Công trình, Phòng

Dio tạo Đại học và sau Đại học, Bộ môn Thi công, cán bộ trường Đại học

Thủy lợi cùng các đồng nghiệp và bạn bẻ

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 bảy tỏ lòng biết ơn chân thành đến Tiền sỹ Dương.Đức Tién và Phó giáo sư, Tiến sỹ Lê Minh đã hết lòng giúp đỡ, hướng di

tao điều kiện để tác giả vượt qua khó khăn, trở ngại và hoàn thành luận văn.

Xin bày tỏ sự biết ơn đối với gia đình, ban bè và các đồng nghiệp đãluôn động viên, khích lệ, tạo điều kiện cho tác giả về mọi mặt trong suốt

thời gian học tập, nghién cứu vừa qua.

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

và nghiên cứu hoàn thiện dé tài

Xin chân thành cảm ơn!

“Hà Nội, ngày 01 thắng 12 năm 2010

Tác gia

MỠ DẦU

CHƯƠNG 1: MỤC TIEU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN COU

1-1 Mục tiêu của để tài

1.2 Nội dung nghiên edu

1.3 Phương pháp nghiên cứ

CHƯƠNG 2: TONG QUAN VE PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ DUNG DECHONG THÁM NGƯỢC,

2.1 Tình hình nghiên cứu chẳng thắm ngược ở nước ta

2.1.4 Hiện trang công trình bê tông và bề tông cốt thép “

2.1.2 Thắm và nguyên nhân gây thắm trong công trình 19213.Tink hình nghiên cứu chẳng thắm ngược ở nước ta a2.2 Tinh chit cũa poliuretan và sử dung poliuretan trong thực tế

2.2.1 Lich sử phát triển poliuretan 31 2.2.2 Phần ứng to thành poliuretan 33

2.2.3 Ung dung poliuretan trong thực tễ 32.3, Kết luận chương 2 ««eeteerirtriiiirrrrrrarrrsosoŸ7CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHỤT HOA CHAT CHANNướt

3,1 Nghiên cứu thiết bị phụt poliuretan

4.1 Tìm hig một số thiết bị phựtpoliuretum 394.1.2, Thiết kế chế ụø 403.1.3 Gia công chế tạo thiết bị phụt 4L

3.2 Nghiên cứu vit liệu tạo poliuretan

4.2.1 Xúc định thành phin dung dịch hóa chất dé ạo polturetan chặn nước

4.1, Nghiên cứu chế tạo vữa trait

ALL Yêu cầu đối với chế tạo vẫn trất s

52 sé 55

41.5 BS tr thí nghiệm 584.1.6, Kết quả thi nghiện xác định thành phan cắp phối vữa wr s

4.1.7, Kết quả thí nghiệm thử vữa trút 68

4.2 Nghiên cứu công nghệ chẳng thắm bề mặt

4.2.1, Lựu chọn chất tạo màng liên két (bám dinh) oo4.2.2 Sơ dB công nghệ chẳng thắm bề mit (sau khi đã phyt chặn nước) 7I

43 Kết luận chương 4.

CHUONG §: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CHÓNG THÁM NGƯỢC DE SỬA.CHỮA CÔNG TRÌNH

5.2.2 Dinh giá hiện trang và nguyên nhân hur hong của kết cấu bê tông cằm

sửa chủ 7

5.2.3, Thiết kế sửa chữa 89

5.24, Thi công sữa chữa 90

Ap dung chống thắm ngược tại Hải Dương - e-««e«.ĐU

| Hiện trạng hw hong của công trình thử nghiệm sita chữa 90 5.3.2, Nguyên nhân hư hồng sở

5.3.3 Thiết Kd sữa chữa sĩ5.34, Két quả thie nghiệm 2

CHUONG 6: KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ

6,1, Kết luận «eeeeeerrarrrrrmaraarrrrarasar ĐỂ

62 Kiến nghị

PHỤ LỤC

TT ‘Ten hình vẽ Trang

1 | Hình 2.1: Ảnh về hiện tượng hư hỏng khớp nồi 14

Hinh 2.2: Ảnh bê tông bi bảo min 15

3 | Hình 2.3: Trình tự khoan - bơm — ép hỗ bê tông, 2

4 | Hình 2.4: Chan nước chống thắm bằng vữa cứng rất nhanh 4

5 | Hình 2.5: May phut poliuretan bằng tay 26

6 | Hình 3.1: Thiết bi phut poliuretan do Hàn quốc sản xuất 35

7 | Hình 3.2: Thiết bj phut poliuretan do My sản xuất 36

8 | Hình 3.3: Nguyên lý cấu tạo của thiết bị phut poliuretan chin | 37

11 | Hình 3.6: Mẫu dùng để thử bám dinh của xốp poliuretan 4I

12 | Hình 3.7: Sơ đồ kéo mẫu để thử độ bám dính của poliuretan với |_ 42

bôtông

13 | Hình 3.8: Sơ đồ bổ trí mô hình thí nghiệm phụt poliuretan 44

14 | Hình 3.9: Diễn biển áp lực phyt poliuretan khi bom 4

15 | Hình 3.10: Diễn biến áp lực phụt poliuretan khi bơm vào khe| 46 nứt có bề rộng khác nhau (1-0,3mm; 2-0.5mm; 3-1,0mm)

16 | Hình 4.1: Sơ đồ các bước tiền hành nghiên cứu 49

17 | Hình 4.2: Ảnh hưởng của polyme Acrylic tới thời gian đông két| 53

của xỉ mang

18 | Hình 4.3: Biểu đồ so sánh độ dẻo cắm côn của vữa 5s

19 | Hình 4.4: Biểu đồ so sánh cường độ nén R; của vữa $6

20 | Hình 4.5: Biểu đồ so sánh cường độ nén Ry của vữa 37

21 | Hình 4.6: Biểu đồ cột so sánh cường độ nén Ras của vữa 37

2 liêu dé so sánh cường độ uốn Ry của vữa 58

23 | Hình 4.8: Biều đồ so sánh cường độ uốn R; của vita s9

24 | Hình 4.9: Biểu đồ so sánh cường độ uốn Ros của vữa 59

25 | Hình 4.10: Biểu do cột so sánh cường độ bám dính Ryy của vữa | 60

26 | Hình 4.11: Độ hút nước bão hòa của vita 6

27 | Hình 4.12: Sự thay đổi độ dai của thanh vữa 6

28 | Hình 4.13: Sơ đồ công nghệ chế tao vữa trát 6

29 | Hình 4.14: So sánh độ bám dính của các chat tao mang liên kết |_ 66

TT Tên bang Trang

1 [Bang 2.1: Một số lĩnh vực sử dụng nhiều nhất sản phẩm, 31 poliuretan

2 _ | Bảng 3.1: So sánh thiết bị phụt poliuretan tự chế với mẫu thiết |_ 38

bị nhập

3 | Bang 3.2: Tốc độ phản ứng tạo thành xốp poliuretan 40

4 | Bảng 3.3: Kết qua thí nghiệm độ bám dính của xốp poliuretan|_ 43

với bêtông âm

5 |Bảng 3.4: Diễn biến áp lực bơm theo thời gian bơm phụt| 45

poliuretan

6 | Bảng 3.5: Diễn biến áp lực phụt theo thời gian 46

7 | Bảng 4.1: Tinh chất của xi măng Nghỉ Son PCB - 40 30

8 | Bang 4.2: Tinh chất của cát ving sông Lô dé chế tạo vita 50

9 | Bảng 4.3: Anh hưởng của phụ gia acrylic đến tính chất đông két| 53

của hỗ

10 | Bảng 4.4: Các cắp phối vita dùng cho nghiên cứu 54

11 | Bảng 4.5: Ảnh hưởng của lượng ding phụ gia siêu dẻo và| 55 polyme đến độ déo của vita:

12 | Bảng 4.6: Cường độ nén vita tuôi 3 ngày 56

13 | Bảng 4.7: Cường độ nén của vữa tuôi 7 ngày 36

14 | Bảng 4.8: Cường độ nén vữa tuổi 28 ngày 37

15 | Bảng 4.9: Cường độ uốn của vữa ở tuổi 3 ngày 58

16 | Bảng 4.10: Cường độ udn của vữa ở tuổi 7 ngày 38

17 | Bang 4.11: Cường độ uốn của vita ở tuôi 28 ngày 59

18 | Bảng 4.12: Cường độ bám dính Ryg của vữa 60

19 | Bảng 4.13: Độ hút nước bao hòa của vữa 61

20 | Bang 4.14: Kết qua đo độ co ngót của vita 62

21 | Bảng 4.15: So sánh tính chất của vữa tự chế tạo với mẫu của| 65

SIKA

22 | Bang 4.16: Kết quả thir độ bám dinh của các chất tạo màng khác | 66

nhau

trình chịu áp lực nước như thủy lợi, thủy điện nói riêng, hiện tượng thắm, rỏ rỉ thường xảy ra trong cả khi thi công và quá trình quản lý vận hành, sử dụng Hiện tượng thắm với công trình dang thi công xảy ra ở các công trình thủy công, công trình thủy điện, công trình tích chứa, các tunel, collector, công,

trình ngằm 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 đám bảo, do bảo dưỡng

bê tông, do giải quyết bài toán ứng suất nhiệt đổi với bê tông khi 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 thắm không phù hợp Hiện tượng này có théđược phát hiện ngay khi thi công hạng mục đó, cũng có khi hạng mục đó bắtđầu 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 thắm thường xảy ra ở phần nén và vai đập do khoan phyt,

xử lý chưa tốt, phần khe co giãn giữa các đốt thi công, phần khe co, mạch.ngừng thi công bê tông, phẩn đáy của hồ thu nước, có thé thắm do chất lượng

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

thé do bảo dưỡng bé tông không tốt gây nút Đôi khi do thiết kế lựa chọn các

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

này có thé 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 dé thắm, tránh nguy cơ gây sự cố lớn

Đối với công inh đã sử dụng một thời gian ma bị thắm, 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

bê tơng trong điều kiện mơi trường: các cơng trình qua khai thác, sử dụng,

năm chịu tác động của sự thay đổi độ ẩm, nhiệt độ, gid, bức xạ mặt rời

mơi trường nước, tải trọng tác động ở mỗi mila, mỗi ving khác nhau, tácđộng trực tiếp lên cơng trình, cụ thé như: co cứng gay nứt, phản ứng kiềmsilic, rỉ cốt thép, ăn mịn sunphát, biến dang do thay đổi nhiệt độ, độ âm của.mơi trường ; nguyên nhân thứ 3 do hư hỏng lớp vật liệu chống thắm bỏ

sung: thủng, rich, lão hĩa, bị bong rộp, bị rỉ các giộng, bị mối ăn thủng siộng, các vật liệu chèn khe hết đàn hồi và khả năng bám dính.

Hiện tượng thấm, rị rỉ trong cơng trình gây nhiều bit lợi trong quátrình khai thác, quản lý vận hành như ảnh hưởng đến độ an tồn, tuổi thọ cơng

trình, ảnh hưởng đến an tồn lao động, tâm lý, sức khỏe của cơng nhân vận

hà h, ảnh hưởng đến mỹ quan, năng suất, hiệu qua của cơng trình Chỉ phí để

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

Vi vậy trong ngành xây dựng, chuyện thấm đột được vi là bệnh "ung

thư”, Chỉ tỉnh trong 10 năm qua, đã cĩ hing trăm hội thảo quy mơ khác nhau

để ban về chủ để nay Gần đây, tháng 12.2006 tại Hà Nội cĩ hội thảo khoahọc tồn quốc về “Bệnh nhiệt đới của cơng trình kiến trúc - cơng nghệ và giảipháp” do Viện kiến trúc nhiệt đới, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và Bộ.Xây dựng tổ chức, việc xử lý chống thắm đã được nêu ra Việc bị tác động và

phá huỷ này đã xuất hiện từ lâu nhưng thị trường vật liệu và địch vụ mới phát

triển mạnh trong 5 năm trở lại đây Ơng Cao Thành Thái, Phĩ giám đốc điều

hành Trung tâm Xử lý kỹ thuật cơng trình Đơng Dương cho biết ơng đã cĩ 12

năm làm chống thắm và nhận thấy: "hầu hết các cơng trình xây trong 10 năm

cuối thé kỷ trước đều đã bj thấm”

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

him đã chứng minh đa số các cơng trình đã xảy ra các hiện tượng rị ri, thắm

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 ding để xử lý rò

ri, thắm trước đây la hạ mực nước xung quanh, đục bỏ phần bê tông xấu détrất lớp vữa mới sau đó khoan phụt xi mang để tăng chống thắm Ở những chỗ

rò rỉ mạnh, việc sửa chữa chống thắm theo phương pháp thông thường nhưphụt vữa xi mang, trát chống thắm không đạt hiệu quả Đối với một công

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

tude bin thủy điện, đặc biệt đối với các công trình dưới sâu, việc khai mónghoặc phá đỡ một phần công trình dé, việc tháo cạn nước phía thượng lưu để

sửa chữa là không cho phép hoặc rất khó khăn, phức tạp, ton kém và mat

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

G nước ta, công nghệ xử lý chống thấm công trình phát triển qua cácthời kỳ như sau: Từ 1990 trở về trước chủ yếu dùng công nghệ khoan phut ximăng, từ năm 1990 trở lại đây bắt đầu nghiên cứu giải pháp chống thắm

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 mang, công nghệ chặn nước bằng vữa cứng rất nhanh Các phươngpháp này có ưu điểm là vật liệu có sẵn, công nghệ đơn giản, nhưng có nhược.điểm là chỉ thích hợp xử lý các kết cấu chịu áp lực nước thắm thấp, thời gian

thi công kéo d

Vi vậy việc nghĩ cứu và tìm ra giải pháp, công nghệ chống thắm mới

khắc phục các nhược điểm trên dé ứng dụng trong xử lý chống thắm, rò rỉnước 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 thắm cho công trình nhằmkhắc phục những khó khăn, hạ thấp chỉ phí và rút ngắn thời gian trong côngtác sửa chữa công trình đã được các nhà khoa học nghiên cứu và dé ra đó là

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

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

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

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

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

1996 song với chỉ 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 bằngcác 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 thé giảm giá

khoảng 80% so với nhập khẩu Vì vậy việc áp dụng rộng rai công nghệ phut

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

thắm 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 cằn được triển khai thực hiện

1.1 Mục tiêu của dé tài

Công nghệ chống thắm ngược đã được một số công ty nước ngoai giớithiệu 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

lợi do Phó Giáo sư- Tién sỹ Lê Minh làm chú nhiệm đã tiền hành Nghiên cứu,

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

poliuretan để xử lý rò rỉ và thắm nước Tuy nhiên, hiện nay công nghệ này chưa được áp dung rộng rai trong công tác sửa chữa các công trình chịu áp

Ie nước nói chung và công trình thủy lợi nói riêng.

Vi vậy, mục tiêu của để tai 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 ma

không cần hạ mực nước thượng lưu, góp phần hiện đại hóa, day nhanh tiền độ

thi công, nâng cao hiệu quả xứ lý, tiết kiệm chi phí trong công tác sữa chữa,

nâng cấp, kéo dai tuổi thọ của công trình

1.2 Nội dụng nghiên cứu

~ Tổng quan về các phương pháp chống thấm ngược

~ Nghiên cứu thiết bị phụt hóa chất chặn nước đẻ thay nhập ngoại

= Nghiên cứu vật liệu và công nghệ phụt hóa chat chặn nước.

- Nghiên cứu vật liệu và công nghệ chống thẩm be mặt

~ Ap dụng xử lý rò rỉ nước tại hiện trường

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Để tai sử dụng các phương pháp sau:

~ Phương pháp tổng hợp phân tích: Dựa vào các tải liệu tham khảo, các catalo của các công ty nước ngoài va kinh nghiệm sửa chữa công trình của

Việt Nam để chọn lựa thiết bị chống thắm ngược phủ hợp với điều kiện ở Việt

Nam.

- Phương pháp thir nghiệm: Thông qua các kết quả thử nghiệm tại

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

phụt, thành phan vữa trát chống thấm bé 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 tinh chat vật liệu đầu vảo như: Xi măng, cát đá, phụgia cũng như tính chất của bê tông và vữa được tiến hành theo tiêu chuẩn

‘Viet Nam hoặc tiêu chuẩn Ngành Trường hợp không có tiêu chuẩn, phươngpháp thí nghiệm sẽ được trình bảy ở từng phần có liên quan

“Tiêu chi dé đánh giá kết quả xử lý chống thắm là b mặt bê tông sau

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

Hiệu quả kinh tế kỳ thuật của biện pháp xử lý được đánh giá trên cácmặt: tính khả thi trong điều kiện Việt Nam, thời gian thi công, giá thành

TONG QUAN VE PHƯƠNG PHAP VÀ THIET BỊ

DUNG ĐỀ CHONG THÁM NGƯỢC2.1 Tình hình nghiên cứu chống thắm ngược ở nước ta

2.1.1 Hiện trạng công trình bê tông và bê tông cốt tháp

“Trên thé giới, trong các loại vật liệu xây dựng con người làm ra, bêtông thuộc loại sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất Các loại công trình dândụng, 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 tấntrên trung bình mỗi đầu người Trong tương lai bê tông và bê tông cốt thépvẫn là loại vật liệu chủ yếu trong lĩnh vực xây đựng

Theo số liệu thong kê, hàng năm trên thé giới vẫn phải tiêu tốn hangnghìn tỷ đô la My cho công tác sửa chữa công trình bê tông Như vậy có thểthấy rằng, còn rất nhiều vấn dé 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 dai tuổi sử dụng của chúng đã ngày

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

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

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

còn cấp bách hơn ở chỗ sau rit nhiều năm chiến tranh và nhiều năm xây dựngtrong điều kiện kinh tế khó khăn, số phần trăm công trình bé 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 lily được nhiều kinh nghiệm trong công tác sửa chữa

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

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

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

.) gồm 650 đập vừa va lớn, trên 3.500 hỗ đập nhỏ, 1.000 công trình tưới tiêulớn, 2.000 tram bơm với công suất lắp máy 250.000 Kw, đồng bằng sông Cửu.Long có hang ngàn kỉ 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 tai sản đó, dễding thấy giá trị các công trình bằng bê tông và bê tông cốt thép là rit lớn

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

tông và bê tông cốt thép hiện có trong ngành thủy lợi thành các nhóm sau:

1, Đập dang

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

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

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

miễn núi, có 8 hệ thống Thủy lợi lớn và đầu mỗi là đập dâng, gầm:

- _ Cầu Sơn, Cam Sơn (Hà Bắc cũ)

~ _ Thác Huéng (Hà Bắc cũ — Bắc Thai cũ)

~_ Liễn Son (Vĩnh Phú cũ)

~ Bai Thượng (Thanh Hóa)

~ Đô Luong (Nghệ An)

Thạch Nham (Quảng Ngài)

~ Đồng Cam (Phú Yên)

~ Nha Trinh (Ninh Thuận)

“Tổng diện tích tưới do các hệ thống nay đảm nhiệm khoảng 250.000haTổng số các đập trên, có 2 đặp Chu Son và Đồng Cam là kết chu đáxây, số còn lại là các đập bê tông Hệ thống Thác Huống có 2 đập ding là

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

gian nước kiệt không có dòng chảy tràn qua đỉnh đập, bé 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 him phao có kết cấu.mỏng, các đập khác đều ở dạng khối, tảng, đặc, chắc

Bên cạnh các đập lớn, ở các tinh miền núi va các tỉnh duyên hải miễn

‘Trung còn có nhiều đập dâng nhỏ Đồng thời dạng công trình nị còn dang được phát triển mạnh m theo tốc độ kiên cổ hóa các công trình tạm ở các

tỉnh miễn núi,

2 Cổng lấy nước ở các hỗ chứa

Hỗ chứa nước là công trình thủy lợi khai thác tổng hợp được xây dựng,nhiều ở nước ta Chỉ tinh riêng các hỗ chứa cung cấp nước tưới đã đưa vàokhai thác, tính đến năm 1993 cả nước có khoảng 450 hỗ (loại W trữ lượng > 1

triệu m') dung tích chứa 5 ty m' nước, thiết kế tưới cho khoảng 400.000ha

Các cổng lấy nước thường được xây dựng dưới đập đất, đặt trực tiếp trên nền(dat, đá) tự nhiên Hau hết công trình đều có tháp trong đó bố trí cửa van điều.tiết và thiết bj dong mở, mặt cắt ngang thường là các đường ống tròn d = (1 +2)m Ở các hồ lớn (Núi Cốc, Sông Mực, ) các ống được dat trong hành lang.kiểm tra Ở loại cống nảy chế độ chảy thường là có áp và cửa van điều tiếtđược bố trí ở hạ lưu

Do có chiểu dai lớn, thân công được cắt thành các đoạn từ 15 + 20mđược ghép nối bằng các khớp nỗ

ip lực cao; của các yếu tố xâm thực của.

với vận tốc lớn; của ding thắm vị

nước hồ Đoạn công sau tháp cống chịu rung động và đôi khi bị phá hoại do.hình thành áp lực chân không trong quá trình cổng làm việc

3 Trần xả lữ

Các loại tràn xả lũ của các hỗ chứa được xây dựng ở nước ta thường,gồm 3 bộ phận:

~_ Phin cửa vào: Có bố trí hoặc không bề trí cửa van didu tiết

- Phin thân: Ở dang đốc nước hay bậc nước.

~ Phần tiêu năng: Có thé là bé tiêu nang hoặc tiêu năng kiêm mỗi

phun tạo hồ x6i sau tràn

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

~ Than đốc tràn chịu tác động trực tiếp của dòng chảy xiết

~ _ Tác động của dòng thắm dưới day (đặc biệt với loại trần bậc nước),

~ Chiu tác động phong hóa của thời tiết (nắng, mưa, nhiệt độ).

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 trần xa lũ

4, Các loại cổng qua dé, công thông nước

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

trên 1.000 công dưới dé lớn làm nhiệm vụ lấy nước tưới, tiêu nước hoặc tướitiêu kết hợp Ngoài ra còn có rất nhiều các cống điều tiết, cổng thông nước.trên các hệ thống kênh mương Các cổng có thé là cống lộ thiên hoặc ở dạng

cổng ngằm Về điều kiện làm việc, các cổng đưới dé thường phải chịu tác

động của nước lồ, các cống dưới dé biển và vùng cửa sông chịu tác động của nước mặn.

5 Cúc công trình dẫn nước trên kênh: Cầu máng, cổng luồn, tuynen

6 Các tram bom

Nước ta hiện đã có trên 2.000 trạm bơm tưới, tiêu cố định Nhà cáctrạm bơm lớn thường có kết cấu bằng bê tông cốt thép (gồm nha trạm, bề hút,

bể xã) Trừ một số trạm bơm lớn của hệ thống thủy nông Bắc Nam Hà, côngtrình trạm bơm được bố trí theo kết cấu khối tảng bé xả liền tường nhà máy.còn toàn bộ các trạm bơm lớn lắp máy 8.000 m’/ha, bể xả tách rời tường nhamáy Với các tram bơm lớn, tường nhà máy bung bơm luôn chim sâu dướimức nước cần được gia cố chống thấm

Hình 2.1: Ảnh về hiện tượng hư hỏng khớp nối

“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 hon 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 chỉ

điều kiện khó khăn nhiều mặt hoặc thi công kém nên số lượng các côngtrình hoặc đã bị thoái hóa xuống cắp hoặc bị hư hỏng cần sửa chữa không

tranh, nhiều cái xây dựng trong các

phải it

Để tiếp tục khai thác các công trình đã có, trong đó các công trình bêtông và bê tông cốt thép thường là các công trình đầu mối của hệ thống, có vị

trí khá cốt yêu Từ đó, có thé thấy là công tác theo dõi, vận hành, sửa chữa kipthời các hư hỏng trong các công tình bê tông và bê tông cốt thép để có thể

kéo dai tuổi làm việc của chúng nói riêng, của các hệ thống công trình thủylợi nói chung, có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật rất quan trọng

2.1.2 Thắm và nguyên nhân gây thắm trong công trình

a) Tham 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 ngằm là chủ yếu Có thể nói các nguyên nhân đầu tiên lả thiết kế

biện pháp thi công không phủ hợp, tổ chức thi công không đảm bao, do bảodưỡng 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 vậtiệu cẩu tạo chống thắmkhông phù hợp, hoặc thiết kế chống thắm không phù hợp Hiện tượng này có

thể được phát hiện ngay khi thi công hang mục đó, cũng có khí hạng mục đó bắt lầu đưa vào làm việc với yêu cầu chống thấm Khi đó cần xác định chính

xác nguyên nhân, ngăn ngừa các phát sinh trong tự và thực hiện xử lý chống, thắm xong mới tiếp tục thi công tiếp.

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

xử lý chưa tốt, phân khe co giãn giữa các đốt thi công, phần khe co, machngừng thi công bê tông, phan đáy của hồ thu nước, có thé thấm do chất lượng.hoặc mác chống thắm bê tông không đảm bảo như bê tông bị rổ, nứt Cũng cóthé do bảo dưỡng bê tông không tốt gây nứt Đôi khi do thiết kế lựa chọn các

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

nảy có thể nói xảy ra ở hau hết các công trình với các múc độ khác nhauXong đối với công trình thủy công, thủy điện, cần đặc biệt coi trọng công tácđánh giá và phải sửa chữa triệt dé thm, tránh nguy cơ gây sự c6 lớn,

Đối với công trình đã sử dụng một thời gian ma bị thắm, nguyên nhâncần xem xét là các nguyên nhân biến dạng dưới tải trọng: Lún, chênh lún, có

các tải trong phụ gia tăng quá mức, tải trọng biển déi, phương tắc dụng của tải

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

cấu bê tông trong điều kiện môi trường cụ thé: co cứng gây nứt, phản imgkiểm silic, ri cốt thép, ăn mòn sunphát, biến dang do thay đổi nhiệt âm của

môi trường nguyên nhân thứ 3 do hư hỏng lớp vật liệu chống thắm bổ

sung: thủng, rách, lão hóa, bị bong rộp, bị rỉ các gioăng, bị mỗi an thủng giodng, các vật liệu chèn khe hết đàn hồi va khả năng bám dính.

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

pháp và tổ chức thi công sửa chữa Có nhiễu giải pháp sửa chữa tùy vào điều

kiện làm việc của kết cấu chống thấm Việc chống thắm khi công trình đã làmviệc là khó khăn, tồn nhiều thời gian và kinh phí Có thể anh hưởng đến sự

lâm việc bình thường của công trình, và phải do những đơn vị chuyên ngành thực hiện.

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

tông cốt thép

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

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

h thấm.trình hay của cả công trình, trải dai qua thời gian thiết kế quy định

ih bên,

nước được xác định là chia khóa để bê tông có vậy, các yếu tốảnh hưởng đến tính bền chắc của bé tông có thể được xem là nguyên nhân gay

ra nứt và thắm trong công trình bê tông Các yếu tế trên có thể được xếp theo

4 loại chính là: 1- Do công tác thi công; 2- Do nguyên nhân thiết kế, 3-Dotính chất vật liệu; 4- Do điều kiện tiếp xúc môi trường Sau đây chúng ta di

sâu vào phân tích cụ thé các yếu tổ 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, đỗ bê tông, kỹ thuật hoàn thiện, cách

bảo dường không hợp cách nằm trong nhóm này.

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

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

cứng hóa.

Nat do lún cục bộ tại móng phát sinh nếu có các túi mềm ở tang phíadưới chỗ dé bê tông

Nit do vấn 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 thưởng ở trong, không

thé thấy được khi kiểm tra bê tông mặt và là ác vị tri iểm an và phát sinh suy

thoá

Nit do bê tông đầm xấu, không đủ chat, không có các lớp liên kết giữa

bê tông có thé sinh ra khe lạnh (cold jont) hay rỗ tổ ong.v.v Nut do có chắn.động trong quá trình ninh kết bê tông là loại hay gặp

Sau đỗ bê tông lúc đầu, dim và hoàn thiện, bê tông có khuynh hướngtiếp tục cố kết hoặc lún xuống Vì bề mg hóa trước, néu nó bịat bê tông s

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

gần sát với chỗ có lực kiểm chế Nếu cốt thép đặt day thi thay vì nứt mặt lạicòn có thể sinh ra mặt phân cách không tốt cho việc bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn

mon.

Lâm bê tông có độ sụt cao ma dùng hỗn hợp ước quá cũng như việc đổ

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

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

nước, phân ting 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 bẻ mặtkhông làm tốt là tiền dé của bong, tróc, min bề mặt, nứt về sau Thiếu dưỡng

hộ tốt lâm cho dễ có nứt do co khô, bé mặt kém chịu mài mòn v.v

Hỗn hợp bé tông bị tiết nước nhiều, công tác hoàn thiện bể mặt làm quásớm khiến b mặt bé tông chịu khô quá nhanh, không được dưỡng hộ đủ, chịu

tác động của CO; lên bề mặt bê tông vừa đỗ xong sẽ làm cho bề mặt bê

tông sau này bị bụi bản

'Việc kết cấu bê tông chịu quá tải khi thi công, phải lam việc trước tu

đỡ 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 chỉ tiết thiết kế được thực hiện theo đúng tiêu chuẩn đã không,

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

đã xảy ra lặp di Kip lại với một số chỉ tiết hoặc là một số hiệu qua 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 san) 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 tinh đủ đến các việc bố trí tiêu thoát nước thi

có thé vừa làm hại vẻ đẹp của kết cau do tủ đọng nước, bin, vừa lâm giảm

thọ của bê tông như có thé bị xâm nhập ẩm quá mức,

“Thiếu sót có thể gây ra nút gồm việc thiết kế thiếu ti mi các góc lõm,dim, các cấu kiện đúc sẵn: chọn lọc và bố trí cốt thép không thích hợp; có sựkiềm chế các kết cấu phải chịu biến đổi thể tích Bế trí không hop lý, không

ii các khe hở sẽ làm phát sinh nút giữa panen ở các mặt cắt chữ T của các

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

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

Thiết kế phải bao gồm cả chi dan thực hiện bê tông có khả năng chốngchịu 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 phủ hợp.

3 Do tính chất của vật liệu

Chất lượng của bê tông theo góc độ bén chắc được do bằng khả năng,chống thắm Tinh 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 kiểm cốt liệu, của xi măng không tốt) va từ các tác động xấu của.môi trường có liên quan đến xâm nhập ẩm (như đóng băng, tan băng, thắm

nước ) Tính thắm bị ảnh hưởng bởi (1) Chất lượng của xi măng và cốt liệu; (2) tỷ lệ nước/xỉ mang và mức độ thủy hóa; (3) Hiệu qua của sự làm chắc đặc

"bê tông; (4) Kéo dai bio dưỡng; (5) Có hay không có nút,

Phản ứng tác động lên tính thắm có thé coi như có hai loại lớn là phảnứng bề mặt hay phản ứng bên trong Các tác động bề mặt gây phá hoại các vi

cấu trúc bể ngoài của bê tông và vữa thường là do hiệu quả có hại của các môitrường ăn mòn Phá hoại bên trong có thé sinh ra bởi cốt liệu chịu tác động.của nở lớn cùng xi măng Phá hoại bên trong nay còn có thé phat sinh nếu ximăng kém chất lượng hoặc chứa nhiều canxi oxit hoặc manhê oxit.

Cac hiện tượng vật lý tác động lên tính bền gồm tính bị hư hỏng do bj

co mon, x6i môn, khí thực và trang 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, tinh rỗng thấp, tính thắm 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 ké từ các loạicông trình công sở, văn phòng có bao che cho đến các môi trường khắcnghiệt, nóng, tích muối Người tư van thiết kế và người thi công phải biết vềcác điều kiện làm việc sau này của công trình, các yếu tố ảnh hưởng của môitrường và chỉ khi đó mới thiết kế được loại bê tông làm việc tốt, bền chắc

2.1.3 Tinh hình nghiên cứu chỗng thắm ngược ở nước ta

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

công trình ngầm Phương pháp chồng thắm tốt nhất cho bé tông là làm cho nóđược kín nước bằng cách giảm khả nang thấm nước của nó Để cho bê tôngkhó khả năng chống thắm nước tốt tức là phải tạo ra một loại bê tông có độđặc chắc cao ngay từ khi thiết kế, ngoài việc lựa chọn cấp phối thành phầnhạt cốt u hợp lý, sử dụng phụ gia siêu dẻo và những phụ gia khoáng min

hoạt tính để lắp diy các lỗ rồng tăng cường độ ở tuổi dải ngày thi phải cầnkhống chế ty lệ N/X sao cho thắp nhất có thẻ, Tuy vậy, bê tông các công trình

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

các khớp nối sẽ là cửa ngõ dé nước dễ thâm nhập vào Tuy 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 ngằm thường

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

thành dong Các khe nứt bắt đầu được mở rộng Chinh vi vậy các công trình

xây dựng, nhất là công trình ngầm can phải được sửa chữa các hư hỏng cảng.sớm càng tốt

“Xử lý chống thắm nói chung và xử lý chống thắm ngược nói riêng chocác kết cấu bê tông và bê tông cốt thép các công trình ngắm đã và đang được.phát trin không ngừng cùng với sự phát triển của ngành hoá chất, vật liệu

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

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

xem như một giải pháp giải quyết tương đối tổng thé nhất hiện nay Tuy nhiênvới công nghệ sửa chữa chống thắm và bê tổng cốt thép lại cần phải có các

loại vật liệu đặc biệt phủ hợp cho từng công nghệ.

Định kỳ có Hội nghị quốc tế về áp dụng công nghệ tiên tiến để sửa.chữa, nâng cắp các kết cấu công trình khác nhau

Ở nước ta, công nghệ sửa chữa chống thắm 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 bêtông cốt thép chủ yếu dùng khoan phụt vữa xi mang dé tăng độ đặc chắc, kếthợp với xử lý trát chống thắm 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 bắtđầu nghiên cứu sử dụng các vật liệu và thiết bị của nước ngoài để sửa chữa

chống thấm cho c 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:

4) Công nghệ bơm áp hồ xi mang

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

- Bước 1: Bue bỏ một phần lớp bê tông rồng xốp bề mặt và khoan tạođường dẫn thoát nước

- Bước 2: Chôn ống, chèn đi ự và dé bê tông phản áp.

~ Bước 3: Bơm hồ xi ming gia cố bê tông và bịt dòng nước thấm Duytrì áp lực không cho nước day hỗ xi măng trôi ra cho tới khi hỗ đóng rắn

~ Bước 4: Cắt ông và bịt đầu ống,

- Bước 5: Trát hoàn toàn bé mit

“Trong công nghệ bơm ép hỗ xỉ ming thường dùng xi măng PC30 với tỷ

NX: 6, độ chảy của hồ 20-25em, Hiện nay thường pha thêm phụ gia no

vào lớp bê tông phản áp và hỗ xi mang 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, rồng của bê tông Ap lực bơm ép khoảng từ 3đến §atm Cường độ của hồ sau khi đóng rắn ở tuổi 28 ngày xấp xỉ

200daN/em

Hình 2.3: Trình tự khoan — bơm - ép hỗ bê tông

Uu điểm: Công nghệ đơn giản, sử dụng thiết bị khoan phut hỗ xi măngthông thường, vật šm, thích hợp cho các kết cấu chịu áp lực thấp, có.

vết nứt nhỏ, thắm âm hoặc thám ướt bẻ mặt Bề rộng vết nứt từ 0,2-0,5mm

Nhược điểm: Thời gian thi công lâu do phải chờ hồ xi măng đóng rinmới có thé chặn được nước dé thi công các bước tiếp theo Không phủ hợp déchống thấm khi có áp lực cao, nước phun thành tỉa

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

b) Công nghệ bơm vita xi mang

Các bước tiễn 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 mang cát mịn có

độ chảy vữa 28-30em Cát có D„„„=1,25mm Phụ gia thường ding là: phụ gia siêu déo để Lim tang độ chảy của vữa, phụ gia hoạt tính để làm tăng độ đặc

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

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

ép có thé đạt trên 200daN/cm” ở tuổi 1 ngày, trên 300daN/em’ ở tuổi 3 ngày,

trên 400daN/em? ở tuổi 28 ngày

Thiết bị dùng bơm ép vữa xi mang là máy bơm tay kiểu pit tông hoặc máy bom mảng, đảm bảo áp lực trung bình từ 3-Satm, tối đa 6-10atm, lưu

lượng bơm 5-20 lit/phút Nếu sửa chữa lớn, có thé dùng loại bơm guỗng xoắn

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

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

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

công trình Phủ hợp cho sửa chữa các khuyết tật, rỗng hồng lớn hoặc vết nứttrên 0,5mm, nước thắm thành dòng yến

Nhược điểm: Giống như bơm ép hồ xi mang, công nghệ bơm ép vữa ximing cũng phải chờ cho vữa xi măng đóng rắn, nên thời gian chặn nước kéo

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

sửa chữa những chỗ thắm có dòng chảy mạnh

©) Công nghệ chặn nước bằng vữa cứng rất nhanh

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

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

~ Bước 1: Duc bỏ phan bê tông yếu trên bé mặt và khoan tạo lỗ dẫn

thoát nước.

~ Bước 2: Đặt ống thoát nước và chén ống bằng vữa cứng rit nhanh

~ Bước 3: Quét một lớp nhữ tương polime để tăng chống thấm rồi trat

chống thấm bŠ mit các ving xung quanh

~ Bước 4: Sau khi vữa chống thẩm bé mặt đủ cường độ chịu lực, chèn

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

Vat liệu là một loại xi mang đặc biệt cứng rất nhanh, kết thúc ninh kếttrong vòng 30 phút Cường độ sau 1 ngày có thể đạt 300 daN/em”, ví dụ

SIKA 102, BARRA RAPITAIOT.

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

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

Han chế: Không phủ hợp dé xử lý dòng thắm mạnh và trên diện rộng

Hình 2.4: Chain nước chéng thám bằng vita cứng rất nhanh

4) Công nghệ phụt chặn nước bằng poliuretan và trát chống thắm bằng.

vữa đặc biệt

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

thép công trình ngầm như: CAF System Conelinic 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 dich Poliuretan và trit vita chống thắm đặc biệt của hing

kí SCOTT VIKER là ông nghệ phổ biến và đễ áp dụng nhất trong đ của

Việt Nam, ng nghệ này thích hợp cho lệc sửa chữa các hư hỏng thấm.

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

nước bên ngoài Các loại vật liệu phục vụ cho công nghệ nảy 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 én hành phụt poliuretan chặn nước như sau:

~ Khoan lỗ $16 hai bên khe nứt dé đặt van phụt một chiều

i, poliuretan sẽ tác dụng với nước „ trương nở tao thảnh nút chan dòng

~ Duc bỏ lớp bêtông xấu xung quanh vết nứt và thôi rửa làm sạch bể

mặt

- Quét dung dich tạo mảng bám dính để đảm bảo liên kết tốt gi

bêtông nền va lớp vữa chống thẩm

- Trát vữa chồng thắm đặc biệt

Thiết bi dùng dé phụt poliuretan là các loại bơm tay kiểu pittong (hình

2-5), công suất 1 lit/phut, áp lực bơm tối đa 10atm Trên bơm có gắn áp kế dé

theo dõi áp lực khi bơm,

‘Vat liệu tạo mang bam dính giữa bêtông và vữa chống thắm mới là các

dung địch polime dang sữa, ví dụ SIKALATEC (của hãng SIKA- Thụy Sÿ), BARRA EMULSION (của hãng MBT- Thụy Sÿ)

Vita trất ct ig thim đặc biệt là vữa khô trộn sẵn, đóng bao 25kg/bao

có pha phụ gia polime dé tăng chống thắm (ví dụ BARRA MORTAR) Trong

trường hợp cần tăng khả năng chịu kéo đẻ chống nit, có thé dùng vita có độn

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

đến đâu trộn với nước đến đó Cường độ chịu nén của vita ở trên 28 ngày đạttối thiêu 300daN/cmẺ Độ co ngót của vữa gan bằng 0

©

Hinh 2.5: Máy phụt poliuretan bằng tay

1) Máy của Hàn quốc, nguồn:

httpz//www.tradekorea.com/prodiuct-cdetail/P00251062/Single_Lin: Grouting_Injection_Hand_Pump.hul# 2) Máy của Mỹ, nguén_htp://www.webac.com/equip.htm

Ưu điểm:

- Thời gian thi công rút ngắn đáng ké do sử dung poliuretan có khảnăng chặn nước gần như tức thời sau khi bơm phụt vào vùng rò rỉ

~ Thich hợp dé xử lý chặn nước ở những noi chịu áp lực cao, rò rỉ mạnh thành dòng, thành tia

Hạn chế

~ Vật liệu và thiết bị bơm poliuretan là loại đặc chủng nên giá đắt, đòi

hỏi ih độ tay nghề khá cao,

~ Vật liệu và thiết bị đều phải nhập ngoại nên nhiều khi bị động về tiến

độ và ảnh hưởng đến thi công

Đối với công nghệ khoan phụt poliurctan chặn nước và trit vữa chống,

thấm chúng ta đã có những tiễn đề sau đây:

lũy được một số kinh nghiệm về sử dụng vật liệu và vận hành.thiết bị dé thi công phụt poliuretan chặn nước

~ Ở Việt Nam có nhập đủ các nguyên liệu gốc để pha chế poliuretandùng cho phụt chặn nước Nếu tìm được công thức pha chế các thảnh phần

chúng ta sẽ chủ động được một phần vật liệu phụt

~ Viện Khoa học Thủy lợi đã có kinh nghiệm nhiều năm nghiên cứu

vữa chống thấm, làm tiền dé cho việc chế tạo vita đặc biệt để chống thắm bềmặt trong công nghệ chống thắm ngược

~ Chúng ta đã nắm được nguyên lý cấu tạo và vận hành thiết bị để phụtpoliuretan, Tờ đó có thể chế tao ra thiết bị này ở Việt Nam với giá thành rẻ

hơn nhập ngoại

V6i kinh nghiệm tích lay được trong quá trình sử dụng vật liệu và thiết

bị nhập ngoại dé sửa chữa chống thắm công trình, đã đến lúc chúng ta cần

nghiên cứu sâu hơn dé khắc phục c¿ hạn chế nói trên và làm chủ công nghệ

chếng thấm ngược tiên tiến này

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

2.2.1 Lich sử phát triển poliuretan.

Hóa học về poliuretan dựa trên nền tảng vào năm 1849 khi Wurtz vàHofmann 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 Famen, Đức, tim 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 dung

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

tranh thé 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 nảy xảy ra vào những năm 1950 khi người ta tìm ra nguyên liệu

mới Toluene diisocyanate (TDI) và polyester polyol dé sản xuất mút mém ở

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

(poly ete) được cho vào công thức mút xốp Chúng không chi có giá cạnhtranh hơn mà mút tạo ra còn có tính chất cơ lý tốt hơn các sản phẩm tirpolyester 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 Phan 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 dần,

gioăng phot và dang PU dan hồi (số liệu về thị phần ứng dụng có thé 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 gon

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

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

mút từ rất mềm đến mềm hay mút cứng hoặc bán cứng và dạng đàn hồi.Chúng có thé tạo ra dạng khối lớn hay đồ vào các khuôn có hình dạng va kích

thước khác nhau

2.2.2 Phần ứng tạo thành poliuretan

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 bảy vẫn 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 COs Amin ngay lập tức lại

phản ứng với isoxyanat với tốc độ lớn hon so với nước, tạo thành dẫn xuất uré

RNCO + RNHCONHR ->› RNCONHR.

| 4)CONHR

Phản ứng (4) xảy ra châm nhưng có khả năng khâu mạng các mạch phân từ lớn ở nhiệt độ cao và phản ứng (1) sinh ra khí CO; sẽ làm poliuretan

bị xốp

Phản ứng của axít cacboxylic (thường có trong thành phần polyestechứa nhóm -OH) với isoxyanat cũng giống như với nước tạo thành CO; vàamin bị thé:

RNCO + R'COOH ~ RNHCOR’ +CO 6) Phan ứng isoxyanat với nhóm hydroxyl của ancohol tạo thành uretan là phan ứng cộng hợp:

RNCO + R'OH > RNHCOOR" ©

Nhóm -OH của ancohol bậc 1, bậc 2 và bậc 3 do hiệu ứng không gian

nên khả năng phản ứng với isoxyanat khác nhau nhiều Theo (4) ở 25-50°C

nhóm -OH của ancohol bậc 1 phản ứng nhanh với isoxyanat, còn nhóm -OH của rượu bậc 2 chậm hơn 3 lần, của rượu bậc 3 chậm hơn 2.000 lần so với

rượu bậc 1

Nhóm uretan chứa nguyên tir hydro lại có khả năng phản ứng với

isoxyanat, nhưng kém hơn uré bj thé Phản ứng của uretan với isoxyanat có.tốc độ tương đối

RNCO + RNHCOOR' -> RNCOOR’

| @

CONHR

“Toàn bộ các phản ứng tir (1) đến (7) được xúc tác bởi kiểm va amin

bậc 3.

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

poliuretan có thé chứa các nhóm rất khác nhau như: uretan, este, axit, ete, une

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 gi

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

nhóm uretan và uré tạo khả năng lực tương tác giữa các dai phân tử rất lớn

3.2.3 Ứng dụng poliuretan trong thực tế

Ban đầu poliuretan được ding phổ biến làm keo din, Keo poliuretanđược sử dụng lần đầu tiên ở Đức trong chiến tranh thé 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 bên và tính bám đính rất cao, được dùng dé dán các kim loại với nhau

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

Bang 2.1: Một số lĩnh vực sử dụng nhiều nhất sản phẩm poliuretan

(Nguồn: http//www.poliurethaneweb.com/Directory, 14 Feb 2004.)

dò rỉ khí, chế tạo các mỏ neo gia cố đường him.

6 Việt Nam, các sản phẩm poliuretan được dùng nhiễu 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 tủy theo yêu cỉ u Việc sử dung PU trong sửa chữa công trình hầu như chưa được chú ý.

Qua khảo sit chúng tôi thị hiện nay ở nước ta có đủ nguồn nguyên

tạo thành sản phẩm PU dùng cho khoan phụt chặn nước,

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

chế tạo PU xốp là:

~ Toluen diisoxyanat 80/20 (gồm 80% đồng phân 2,4 toluendiisoxyanat

và 20% đồng phân 2,6 toluendiisoxyanat).

~ Poliol, một loại xúc poliete có nhóm -OH

-.CI xúc tác thường sử dụng gồm: Các amin bậc 3 béo như

trietylamin, amin bậc 3 vòng no N-etymor-pholin.

Các hợp chất cơ nguyên tổ như octoat thiếc

~ Việc sử dụng các chất xúc tác cho phép điều chinh tăng tốc độ tạo xốp

và điều chỉnh kích thước xốp.

~ Các chất hoạt động bề mặt sử dụng có tác dụng én định hệ xốp vàđiều chỉnh kích thước xốp (thường sử dụng dau silicon L-520)