Tăng cường và sửa chữa kết cấu nhịp cầu bêtông cốt thép cũ

ViÖc t¨ng c­êng vµ söa ch÷a kÕt cÊu nhÞp cÇu bªt«ng cèt thÐp cò cã thÓ ¸p dông ®¬n lÎ hoÆc kÕt hîp nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau nh­ sau: Thay ®æi s¬ ®å tÜnh häc cña kÕt cÊu, ®Æt thªm cèt thÐp vµ ®æ bªt«ng bæ sung, ®Æt hÖ thèng t¨ng ®¬ vµ g«ng. GÇn ®©y mét sè ph­¬ng ph¸p cßn ®­îc coi lµ míi, ch­a ¸p dông hoÆc míi b¾t ®Çu ¸p dông ë n­íc ta nh­ dïng bªt«ng phun, ®Æt thªm cèt thÐp d­ øng lùc ngoµI, tiªm v÷a hoÆc keo vµo vÕt nøt, dïng bª t«ng polymer, d¸n thªm b¶n thÐp ngoµI, hoÆc d¸n thªm b¶n CFRP v.v. Lùa chän gi¶i ph¸p vµ c«ng nghÖ söa ch÷a, t¨ng c­êng cÇu BTCT cò trªn §­êng s¾t ViÖt nam (§SVN) tr­íc tiªn cÇn thiÕt ph¶i l­u ý mét sè ®iÒu kiÖn quan träng sau ®©y: • Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh söa ch÷a, t¨ng c­êng cÇu vÉn ph¶i ®¶m b¶o an toµn cho tÇu chËy b×nh th­êng theo biÓu ®å quy ®Þnh chung cña §SVN. • C¸c cÇu BTCT trªn ®­êng s¾t lµ nh÷ng cÇu nhá, nhÞp gi¶n ®¬n cã khÈu ®é tõ 2 16 m, mÆt c¾t ngang gåm 2 phiÕn. Trong ®ã chñ yÕu lµ c¸c cÇu cã khÈu ®é nhÞp tõ 7 13 m. • Gi¶i ph¸p vµ c«ng nghÖ ®­a ra ph¶i gi¶i quyÕt ®­îc ®ång thêi c¶ 5 “c¨n bÖnh” tån t¹i trªn mçi nhÞp dÇm “bÞ bÖnh”: Mét lµ söa ch÷a tÇng phßng n­íc bÞ thÊm n­íc; hai lµ bÞt c¸c vÕt nøt cã ®é më réng > 0,2 mm; ba lµ t¨ng c­êng kh¶ n¨ng b¶o vÖ cña líp bª t«ng b¶o hé qu¸ máng; bèn lµ kh«i phôc l¹i mÆt c¾t ban ®Çu cña dÇm do bÞ phong ho¸, trãc vì long lë bª t«ng d­íi ®¸y bÇu dÇm lµm lé cèt thÐp; n¨m lµ t¨ng c­êng kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña dÇm ®¹t t¶i träng cÊp T14 kh«ng h¹n chÕ tèc ®é. • Gi¶i ph¸p vµ c«ng nghÖ gia cè dÇm ph¶i kh¶ thi, phï hîp víi n¨ng lùc thùc hiÖn còng nh­ b¶o d­ìng sau gia cè cña ®éi ngò ®«ng ®¶o nh÷ng ng­êi thî cÇu cã s½n ë kh¾p c¸c cung cÇu trªn m¹ng l­íi §SVN. • Gi¸ thµnh söa ch÷a, t¨ng c­êng ph¶i thÊp d­íi 30% gi¸ thµnh thay dÇm míi. Gi¶i ph¸p sö dông bª t«ng polymer vµ d¸n b¶n thÐp bªn ngoµi dÇm ®• ¸p dông thÝ ®iÓm lÇn ®Çu tiªn ë ViÖt nam t¹i 4 cÇu BTCT cò trªn §SVN (19931994) ®¹t kÕt qu¶ rÊt tèt, tháa m•n nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æt ra vµ l¹i kÕt hîp ch÷a trÞ ®­îc c¸c “c¨n bÖnh” kh¸c cña cÇu trong cïng mét lÇn gia cè. T­ t­ëng cña gi¶i ph¸p nµy lµ chän sö dông vËt liÖu polymer thay thÕ c¸c bé phËn BT bÞ suy tho¸i vµ d¸n c¸c b¶n thÐp vµo mÆt ngoµi chÞu kÐo cña dÇm ®Ó t¨ng c­êng kh¶ n¨ng chÞu t¶i. VËt liÖu polymer lµ lo¹i vËt liÖu cã søc b¸m dÝnh tuyÖt vêi ®èi víi BTCT vµ cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc thêi gian cho nã tham gia chÞu lùc cïng víi kÕt cÊu ®­îc gia cè theo ý muèn cña ng­êi thiÕt kÕ. Néi dung chÝnh cña gi¶i ph¸p vµ c«ng nghÖ nµy ®• thùc hiÖn ë 4 cÇu trªn §SVN võa qua nh­ sau: • Tr¸ng lªn mÆt trªn m¸ng ballast mÆt cÇu mét líp v÷a polymer cã ®Æt cèt v¶i, chiÒu dÇy trung b×nh lµ 2 3 mm ®Ó thay thÕ tÇng phßng n­íc cò bÞ háng. • B¬m v÷a polymer vµo tÊt c¶ c¸c vÕt nøt ph¸t hiÖn ®­îc trªn dÇm b»ng m¸y b¬m ¸p lùc cao (tèi ®a ®Õn 100 atmosphere). • Lo¹i bá líp bª t«ng bÞ phong ho¸ d­íi ®¸y c¸c bÇu dÇm, ch¶i gØ cèt thÐp råi ®æ bª t«ng polymer b¶o vÖ, ®ång thêi t¹o ra tr­íc mét bÒ mÆt b»ng ph¼ng cho viÖc d¸n b¶n thÐp tiÕp theo. • D¸n c¸c b¶n thÐp dÇy tõ 6 10 mm d­íi ®¸y c¸c phiÕn dÇm. Tuú theo kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña tõng cÇu mµ d¸n mét líp hay nhiÒu líp b¶n thÐp. VÝ dô ë cÇu Km 995 d¸n 2 líp b¶n thÐp mçi líp dÇy 6 mm, ë cÇu Km 410, Km 411, Km 983 d¸n mét líp b¶n thÐp dÇy 6 mm. Thay v× d¸n c¸c b¶n thÐp ngoµi cã thÓ d¸n c¸c tÊm CFRP .v.v. • QuÐt s¬n polymer (chän lo¹i s¬n dung m«i) b¶o vÖ toµn bé c¸c nhÞp dÇm (cÇu Km 983 cÇu Km 995) ®Ó ng¨n ngõa t¸c nh©n x©m thùc cña m«i tr­êng, ®Æc biÖt lµ sù x©m nhËp ion CL vµo bª t«ng. Líp s¬n nµy rÊt cã ý nghÜa bëi v× hiÖn t¹I hÇu hÕt c¸c dÇm cÇu BTCT trªn tuyÕn cã líp phßng hé qu¸ máng. • KÕt qu¶ kiÓm tra sau 6 n¨m khai th¸c sö dông c¸c cÇu BTCT ®­êng s¾t ®­îc söa ch÷a, t¨ng c­êng b»ng gi¶i ph¸p sö dông bª t«ng polymer vµ d¸n b¶n thÐp ngoµi cho thÊy: c¸c vÕt nøt tr­íc khi gia cè dÇm ®Õn nay vÉn kh«ng thÊy xuÊt hiÖn trë l¹i; b¶n thÐp vÉn b¸m chÆt chÏ víi ®¸y dÇm BTCT nh­ lóc míi gia cè, kh«ng thÊy xuÊt hiÖn vÕt nøt bong t¸ch; øng suÊt c¸c b¶n thÐp t¨ng c­êng ë 4 cÇu khi cã ho¹t t¶i ®¹t trung b×nh 125 kgcm2; tÇng phßng n­íc lµm viÖc tèt, kh«ng thÊy cã dÊu hiÖu dét hoÆc thÊm n­íc; líp s¬n phñ b¶o vÖ dÇm BTCT vÉn cßn tèt. Néi dung chuyªn ®Ò nµy bao gåm: • Giíi thiÖu vÒ c«ng nghÖ bª t«ng polymer vµ d¸n b¶n thÐp. • Tr×nh bÇy c¸c nghiªn cøu thùc nghiÖm ngoµI n­íc vµ trong n­íc vÒ c«ng nghÖ nµy.

Mở đầu Việc tăng cờng và sửa chữa kết cấu nhịp cầu bêtông cốt thép cũ có thể áp dụng đơn lẻ hoặc kết hợp nhiều phơng pháp khác nhau nh sau: Thay đổi sơ đồ tĩnh học của kết cấu, đặt thêm cốt thép và đổ bêtông bổ sung, đặt hệ thống tăng đơ và gông. Gần đây một số phơng pháp còn đợc coi là mới, cha áp dụng hoặc mới bắt đầu áp dụng ở nớc ta nh dùng bêtông phun, đặt thêm cốt thép d ứng lực ngoàI, tiêm vữa hoặc keo vào vết nứt, dùng bê tông polymer, dán thêm bản thép ngoàI, hoặc dán thêm bản CFRP v.v. Lựa chọn giải pháp và công nghệ sửa chữa, tăng cờng cầu BTCT cũ trên Đờng sắt Việt nam (ĐSVN) trớc tiên cần thiết phải lu ý một số điều kiện quan trọng sau đây: Quá trình tiến hành sửa chữa, tăng cờng cầu vẫn phải đảm bảo an toàn cho tầu chậy bình thờng theo biểu đồ quy định chung của ĐSVN. Các cầu BTCT trên đờng sắt là những cầu nhỏ, nhịp giản đơn có khẩu độ từ 2 - 16 m, mặt cắt ngang gồm 2 phiến. Trong đó chủ yếu là các cầu có khẩu độ nhịp từ 7 - 13 m. Giải pháp và công nghệ đa ra phải giải quyết đợc đồng thời cả 5 căn bệnh tồn tại trên mỗi nhịp dầm bị bệnh: Một là sửa chữa tầng phòng nớc bị thấm nớc; hai là bịt các vết nứt có độ mở rộng > 0,2 mm; ba là tăng cờng khả năng bảo vệ của lớp bê tông bảo hộ quá mỏng; bốn là khôi phục lại mặt cắt ban đầu của dầm do bị phong hoá, tróc vỡ long lở bê tông dới đáy bầu dầm làm lộ cốt thép; năm là tăng cờng khả năng chịu tải của dầm đạt tải trọng cấp T-14 không hạn chế tốc độ. Giải pháp và công nghệ gia cố dầm phải khả thi, phù hợp với năng lực thực hiện cũng nh bảo dỡng sau gia cố của đội ngũ đông đảo những ngời thợ cầu có sẵn ở khắp các cung cầu trên mạng lới ĐSVN. Giá thành sửa chữa, tăng cờng phải thấp dới 30% giá thành thay dầm mới. Giải pháp sử dụng bê tông polymer và dán bản thép bên ngoài dầm đã áp dụng thí điểm lần đầu tiên ở Việt nam tại 4 cầu BTCT cũ trên ĐSVN (1993-1994) đạt kết quả rất tốt, thỏa mãn những điều kiện đặt ra và lại kết hợp chữa trị đợc các căn bệnh khác của cầu trong cùng một lần gia cố. T tởng của giải pháp này là chọn sử dụng vật liệu polymer thay thế các bộ phận BT bị suy thoái và dán các bản thép vào mặt ngoài chịu kéo của dầm để tăng cờng khả năng chịu tải. Vật liệu polymer là loại vật liệu có sức bám dính tuyệt vời đối với BTCT và có thể điều chỉnh đợc thời gian cho nó tham gia chịu lực cùng với kết cấu đợc gia cố theo ý muốn của ngời thiết kế. Nội dung chính của giải pháp và công nghệ này đã thực hiện ở 4 cầu trên ĐSVN vừa qua nh sau: 1 Tráng lên mặt trên máng ballast mặt cầu một lớp vữa polymer có đặt cốt vải, chiều dầy trung bình là 2 - 3 mm để thay thế tầng phòng nớc cũ bị hỏng. Bơm vữa polymer vào tất cả các vết nứt phát hiện đợc trên dầm bằng máy bơm áp lực cao (tối đa đến 100 atmosphere). Loại bỏ lớp bê tông bị phong hoá dới đáy các bầu dầm, chải gỉ cốt thép rồi đổ bê tông polymer bảo vệ, đồng thời tạo ra trớc một bề mặt bằng phẳng cho việc dán bản thép tiếp theo. Dán các bản thép dầy từ 6 - 10 mm dới đáy các phiến dầm. Tuỳ theo khả năng chịu tải của từng cầu mà dán một lớp hay nhiều lớp bản thép. Ví dụ ở cầu Km 995 dán 2 lớp bản thép mỗi lớp dầy 6 mm, ở cầu Km 410, Km 411, Km 983 dán một lớp bản thép dầy 6 mm. Thay vì dán các bản thép ngoài có thể dán các tấm CFRP .v.v. Quét sơn polymer (chọn loại sơn dung môi) bảo vệ toàn bộ các nhịp dầm (cầu Km 983 & cầu Km 995) để ngăn ngừa tác nhân xâm thực của môi tr - ờng, đặc biệt là sự xâm nhập ion CL - vào bê tông. Lớp sơn này rất có ý nghĩa bởi vì hiện tạI hầu hết các dầm cầu BTCT trên tuyến có lớp phòng hộ quá mỏng. Kết quả kiểm tra sau 6 năm khai thác sử dụng các cầu BTCT đờng sắt đ- ợc sửa chữa, tăng cờng bằng giải pháp sử dụng bê tông polymer và dán bản thép ngoài cho thấy: các vết nứt trớc khi gia cố dầm đến nay vẫn không thấy xuất hiện trở lại; bản thép vẫn bám chặt chẽ với đáy dầm BTCT nh lúc mới gia cố, không thấy xuất hiện vết nứt bong tách; ứng suất các bản thép tăng cờng ở 4 cầu khi có hoạt tải đạt trung bình 125 kg/cm 2 ; tầng phòng nớc làm việc tốt, không thấy có dấu hiệu dột hoặc thấm nớc; lớp sơn phủ bảo vệ dầm BTCT vẫn còn tốt. Nội dung chuyên đề này bao gồm: Giới thiệu về công nghệ bê tông polymer và dán bản thép. Trình bầy các nghiên cứu thực nghiệm ngoàI nớc và trong nớc về công nghệ này. 2 1 Chơng 1 sử dụng vật liệu polymer để sửa chữa và tăng c- ờng dầm cầu btct cũ 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Các phơng pháp để sửa chữa cầu BTCT có thể phân loại theo mục đích của chúng nh sau: Sửa chữa để nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy kết cấu. Sửa chữa để khôi phục khả năng chịu tải của kết cấu. Các phơng pháp dùng vữa xi măng thờng hoặc dùng bêtông thờng cốt liệu nhỏ để lấp các vết nứt, các chỗ nứt vỡ bêtông thờng không có hiệu quả. Do co ngót và do dính bám không đủ giữa lớp bêtông cũ và lớp áo bêtông mới nên các lớp áo mới đều dần dần bị bong ra, nớc ma và hơi ẩm tụ lại trong các khe hở giữa hai lớp bêtông cũ, mới gây tác hại xấu đến bêtông cũ và cốt thép. Đối với các cầu đang có xe tầu qua lại gây rung động và biến dạng thì biện pháp sửa chữa này càng không có hiệu quả. Hiện nay ở nhiều nớc đã trám lấp các vết nứt nhỏ bằng các loại sơn, còn các vết nứt lớn thì cũng cần trám trớc bằng vữa xi măng rồi sơn phủ. Nhng biện pháp này cũng kém hiệu quả. Để lựa chọn phơng pháp (Công nghệ, vật liệu) sửa chữa phải căn cứ vào đặc điểm của h hỏng. 1.2 Phân loại h hỏng để sửa chữa Có thể phân loại h hỏng thành 3 loại: 1.2.1 Loại 1. Gồm những h hỏng mà không làm giảm cờng độ chịu nén thực tế và tuổi thọ kết cấu (Ví dụ kết cấu có các vết rỗ bề mặt nhỏ, các vết nứt ch a rộng quá 0,2mm, các sứt vỡ mà không lộ cốt thép). 1.2.2 LoạI 2. Gồm những h hỏng làm giảm tuổi thọ kết cấu. Ví dụ kết cấu có các vết nứt rộng hơn 0,2mm, các vết nứt vỡ lộ cốt thép, các vết ăn mòn bêtông v.v 1.2.3 LoạI 3. Gồm các h hỏng làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu (Ví dụ: kết cấu có vết nứt nghiêng trong sờn dầm, các vết nứt nằm ngang ở chỗ tiếp giáp phần sờn dầm với phần bản cánh, các vết sứt vỡ và rỗ lớn ở vùng bêtông chịu nén ở mặt cắt v.v ). 3 Những h hỏng LoạI 1 không đòi hỏi các biện pháp đặc biệt nhng nên khắc phục sớm, duy tu bảo dỡng định kỳ. Các h hỏng LoạI 2 cần đợc sửa chữa để tăng tuổi thọ, do đó các vật liệu dùng để sửa chữa cấn có tính chất bảo vệ cao. Đối với các h hỏng Loại 3 cần phải tìm cách khôi phục khả năng chịu lực của kết cấu theo các dấu hiệu cụ thể, do đó các vật liệu và công nghệ sửa chữa cần phải đảm bảo có cờng độ tốt. Theo các tiêu chuẩn hiện nay, các vật liệu và công nghệ để sửa chữa chủ yếu nhằm loại bỏ các h hỏng Loại 1 và LoạI 2, bởi vì muốn loại bỏ h hỏng Loại 3 thì phải có đồ án thiết kế cá biệt sửa chữa cụ thể. 1.3 Phân loại vật liệu sửa chữa Có thể phân thành 2 nhóm vật liệu: 1.3.1 Nhóm I: Các vật liệu mà sau khi bám vào bêtông cũ của kết cấu thì tạo ra lớp áo cứng có tính chất gần giống đá xi măng. Chúng đợc dùng để sửa chữa các h hỏng trên đoạn kết cấu có biến dạng nhỏ, kể cả các vết nứt có độ rộng biến đổi dới tác động hoạt tải đến mức 0,1mm, cũng nh các vết nứt trong các dầm dự ứng lực dọc theo cốt thép thờng và các vết nứt do co ngót. Để sửa chữa kết cấu cầu nên dùng vữa xi măng - cát, vữa xi măng polymer (Vữa hoặc sơn), các chất kết dính trên cơ sở keo tổng hợp hữu cơ. 1.3.2 Nhóm II: Gồm các chất có thành phần cao su, có tính dẻo, không bị phá hoại khi bị biến dạng lớn. Loại vật liệu này chủ yếu đợc dùng để trám vá các vết nứt có độ rộng biến đổi lớn hơn hay bằng 0,2mm. Ví dụ vật liệu kết hợp cao su - bitum. Các kết cấu nhịp chịu môi trờng xâm thực nên đợc bảo vệ chống rỉ bằng các chất trên cơ sở êpôxy, keo peclovinyl và sơn silíc hữu cơ. Để tăng cờng khả năng bảo vệ và làm đẹp bề ngoài của kết cấu cầu BTCT nên dùng loại sơn đặc biệt trên cơ sở chất polivinyl axetat hoặc sơn tổng hợp. Các chất này thẩm thấu vào các mao quản của lớp bê tông bảo vệ và cũng dùng để trám bịt các vết nứt nhỏ. 1.4 bảo vệ bê tông bằng Lớp phủ polymer 1.4.1 Khả năng áp dụng các lớp phủ polymer Trong các kết cấu xây dựng hiện đại (Cầu, nhà, công trình thuỷ lợi) lớp phủ pôlyme thờng đợc sử dụng để bảo vệ kết cấu BTCT làm việc trong môi trờng ăn mòn nhằm tăng cờng tính ổn định hoá học, tính ổn định không khí, ổn định với nớc, v.v. Để giảm nhẹ giá thành của các loại pôlyme nh êpôxy thông thờng ngời ta trộn êpôxy với nhựa rẻ hơn nh: Nhựa phuranic. 4 ở Mỹ thờng dùng nhựa êpôxy trộn với phuranic theo tỷ lệ 50 - 52% (theo khối lợng). ở Đức thờng dùng hỗn hơp êpôxy, phuranic (FAFĐ-8) và trộn với phenolfocmadêhyt 2FP-1. Theo các số liệu nghiên cứu tại Anh sử dụng nhiên liệu sơn caosu clo hoá, chất phủ này áp dụng trong một số công trình nền móng, kết cấu BTCT ở vùng ven biển và kết cấu làm việc trong môi trờng có tác dụng vật lý và cơ học cao. Lớp phủ trên cơ sở cao su clo hoá sẽ bền, kinh tế và có ý nghĩa thực tế. ở Nga chủ yếu sử dụng các lớp phủ trên cơ sở các polyme cơ bản: Polieste, phuranic, nhựa phenol và epôxy. Tuy nhiên trong các trờng hợp thông thờng có thể dùng lớp phủ là hỗn hợp của cao su và êpôxy (Tỷ lệ cao su là 5%). Khi sử dụng các lớp phủ kể trên cần lu ý 2 vấn đề: Hệ số giãn nở về nhiệt rất lớn (0,0005-0,0007) so với BTCT là 0,000011. Nh vậy khi sử dụng rất có thể trong lớp phủ sẽ xuất hiện ứng suất nhiệt. Độ bền của polymer trong điều kiện nhiệt đới ẩm đã đợc xác định là đảm bảo, xong với những loại nhựa cụ thể cần đợc kiểm tra kỹ giới hạn bền khí hậu. ở Việt nam lần đầu tiên vào năm 1993 đã sử dụng sơn polymer dung môi quét phủ bảo vệ toàn bộ các nhịp dầm BTCT cầu Km 983 & cầu Km 995 tuyến ĐSTN để ngăn ngừa tác nhân xâm thực của môi trờng, đặc biệt là sự xâm nhập ion CL - vào bê tông. Lớp sơn này rất có ý nghĩa bởi vì hiện tạI hầu hết các dầm cầu BTCT trên tuyến có lớp phòng hộ quá mỏng. Qua thời gian sử dụng cho đến nay lớp phủ sơn polymer tỏ ra rất hiệu quả. 1.5 Phân loại lớp phủ polymer bảo vệ kết cấu BTCT 1.5.1 Các dạng lớp phủ polymer trên bêtông và BTCT Hiện nay các lớp phủ polymer trên kết cấu bêtông và BTCT đợc chia ra 5 loại sau: Các loại sơn, lớp màng mỏng, lớp phủ matít, lớp polymer, xi măng, bêtông và lớp phủ bêtông polymer. Lớp sơn phủ bảo vệ đợc hình thành bằng cách phủ lên bề mặt kết cấu BTCT các lớp sơn có thể rắn chắc ở nhiệt độ thờng hoặc nhiệt độ cao. Lớp sơn bảo vệ chiều dày từ 0,1 - 1mm. Lớp màng bảo vệ đợc cấu tạo từ các lớp keo, băng đặc biệt có thể dán lên bề mặt kết cấu BTCT. Chiều dày của chúng đợc xác định từ loại kết cấu và chất lợng của cuộn băng keo. 5 Lớp matít bảo vệ cấu tạo gồm các thành phần: chất độn rất nhỏ và polyme. Thành phần chất độn chiếm 40 - 400% theo trọng lợng nhựa polyme. Chiều dày lớp phủ matít từ 0,5 ữ 3mm. Lớp phủ polymer xi măng hoặc bêtông polymer tốt hơn lớp phủ matít với thành phần bao gồm: Cát, đá, xi măng và polyme. Chiều dày lớp phủ loại này từ 1 ữ 5 cm và đợc xác định tuỳ theo yêu cầu về kết cấu, cốt liệu và môi trờng ăn mòn. 1.5.2 Các loại polymer cơ bản dùng cho lớp phủ bảo vệ Polietilen: Có khả năng chống thấm nớc và ổn định hoá học cao. Polietilen là sản phẩm lỏng, nguyên liệu chủ yếu để chế tạo các cuộn băng keo bảo vệ, làm việc tốt ở nhiệt độ đến 150 o C Nhựa phenolfocmadehyt đợc chế tạo từ phenol và focmadahyt đợc sử dụng chế tạo sơn bảo vệ. Nhựa epoxy là loại keo đặc biệt trong thành phần có chất gốc epoxy. Tốt nhất nên dùng loại epoxy lỏng ED-6, ED-16, ED-20, ED-22 (OOCT 10587-76) hoặc hỗn hợp của epoxy với cao su, phurano và các loại nhựa khác. Nhựa Polieste: Có ký hiệu PM1-PN4; PN1-C đến PM10, PM100. 1.5.3 Các loại sơn polymer Hiện nay sử dụng rộng rãi các loại sơn bảo vệ kết cấu bêtông làm việc trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm Sơn polivinilaxetat (BL) đợc chế tạo từ polivinilaxetat với phụ gia epoxy. Sơn BL có độ ổn định về cờng độ, về thể tích trong môi trờng nớc, dầu và các dung môi hữu cơ khác. BL đợc dùng nhiều cho các kết cấu BTCT khai thác trong môi trờng khô ẩm luân hồi. Sơn peclovinyl (PXB) có các mác PXB-18, PXB-23, PXB-14. Lớp sơn loại này là 1 loại lớp bảo vệ tốt có triển vọng cho kết cấu BTCT làm việc trong điều kiện khí hậu ven biển và khí hậu nhiệt đới ẩm. Sơn silic hữu cơ, có độ ổn định rất cao trong môi trờngkhông khí, nớc. Hiện nay dang sử dụng rất rộng rãi các loại sơn silic K 10, K 11, K 94. Sơn phenolfocmadehyt đặc biệt tốt khi bảo vệ bê tông làm việc trong môi trờng nớc và môi trờng axít loãng và môi trờng phóng xạ. Vật liệu sơn epoxy (ELM) đợc sử dụng làm lớp phủ trên bê tông và BTCT. Tính chất quí giá của loại sơn này là chống ăn mòn rất tốt đối với bê tông ẩm. ELM trên cơ sở nhựa epoxy có thể bịt kín các vết nứt trong BT và 6 BTCT. Các loại sơn này khi đợc gia nhiệt có thể bịt kín các vết sâu của bê tông. ở Nga có các loại sơn epoxy làm lớp phủ mác -4100, -4001, 4021, 07-4173, 56, -200, -300. Sơn nairitto (NLM) có thành phần nh sau: Naitito 15%, oxytitan 7,5, bột cao lanh 7,5% và một số chất khác. Các loại sơn kể trên có thể làm việc tốt ở nhiệt độ -30 o C đến +70 o C. Theo kinh nghiệm của Việt nam và các nớc khác, khi sử dụng lớp sơn phủ bảo vệ tốt nhất nên dùng sơn phenolfocmadehyt và sơn epoxy. 1.6 keo epoxy 1.6.1 Giới thiệu thành phần keo epoxy Keo epoxy là vật liệu hỗn hợp bao gồm 4 thành phần chính: Nhựa epoxy Chất hoá dẻo Chất độn Chất hoá rắn. Ngoài ra một số chất khác có thể đợc thêm vào hỗn hợp lúc cha hoá cứng để cải thiện một số tính chất của nó tùy theo yêu cầu thiết kế đặc biệt nh chất phòng lão hoá Trên thị trờng thờng bán sẵn hỗn hợp keo đã chế sẵn cha pha chất hoá rắn trớc khi dùng thì trộn 2 thành phần đó với nhau và sử dụng ngay để dán. 1.6.2 Nhựa epoxy ở Việt nam thờng dùng các loại nhựa epoxy do Nga sản xuất với ký hiệu ED-20, ED-16, ED-5, ED-6 trong lĩnh vực bảo vệ kết cấu chống ăn mòn. Nhựa epoxy có hai liên kết hoá học chính là liên kết Các bon - Các bon (C- C) và ete (-C-0-C-) cùng hai nhóm đặc trng là hyđroxin (OH) và etylen oxyt ( -C-C-) hay còn gọi là nhóm epoxy. O Nhìn vào cấu trúc hoá học nh trên của nhựa epoxy có thể nhận thấy cấu trúc phân cực của nó. Chính do cấu trúc này mà nhựa epoxy có tính bám dính tốt với những vật liệu nào cũng có tính phân cực, nhựa epoxy có thể phản ứng hoá học với các chất hoá rắn và có độ bền cơ lý, độ bền nhiệt cao. Những tính chất đáng chú ý nhất của nhựa epoxy là: Có thể pha trộn với một số chất khác để tạo ra những loại keo dán hoặc vật liệu dính bám tốt có những tính năng đặc biệt dính bám đợc với nhiều loại vật liệu khác nhau ( gỗ, thép, bê tông, đá, v.v ). 7 Việc pha trộn trớc lúc sử dụng ở điều kiện trong nhà xởng hoặc ngoài trời không đòi hỏi các thiết bị phức tạp. Trong quá trình tác động hoá học với chất hoá rắn không sinh ra nớc hay các chất bay hơi có thể làm yếu vật liệu đã hoá cứng về mặt độ bền cơ học hay độ bền nhiệt. Vật liệu sau khi hoá cứng có tính đồng nhất cao. Có thể hoá cứng ở nhiệt độ bình thờng (8 0 - 35 0 ). Nếu có biện pháp gia nhiệt đến 100 o C thì sẽ hoá cứng nhanh hơn nhng sẽ bị dòn hơn. Có độ co ngót rất nhỏ sau khi hoá rắn (0,15% - 0,40%). Chống thấm rất tốt. Có độ bền hoá học, chống đợc nhiều loại hoá chất ăn mòn, nh các loại axít v.v Khi sử dụng nhựa epoxy cần quan tâm đến chỉ số epoxy của nhựa. Đó là một đặc trng cấu tạo đợc tính bằng tỷ lệ phần trăm giữa trọng lợng của nhóm epoxy so với trọng lợng phân tử của loại nhựa. Tính năng của một số keo epoxy xem ở bảng 1. Bảng 1 STT Mác nhựa epoxy Trọng lợng phân tử (đ.v.o) Chỉ số epoxy 1 - 5 400 25 - 27 2 - 6 500 14 - 18 3 - 40 600 16 - 21 4 - 13 1500 8 - 10 5 - 15 2500 5 - 7 6 - 16 500 16 - 18 7 - 20 420 19,9 - 22 8 - 22 400 22,9 - 23,5 1.6.3 Chất hoá dẻo Khi trộn chất hoá dẻo với nhựa epoxy thì có tác dụng làm tăng tính dẻo, giảm độ co ngót, tăng khả năng chịu rung, chịu va đập, giảm độ nhớt và kéo dài thời gian thi công của hỗn hợp keo. Cũng có nhiều tr ờng hợp vì mục đích sử dụng nào đó mà không dùng chất hoá dẻo. Cần lu ý là việc trộn chất hoá dẻo vào loại nhựa epoxy độ nhớt cao sẽ làm cho hỗn hợp keo có các tính năng cơ lý tốt hơn. Ngợc lại, nếu trộn chất hoá dẻo với loại nhựa epoxy độ nhớt thấp lại làm giảm tính năng cơ lý của keo. 8 Về thành phần hoá học, các chất hoá dẻo là các hợp chất cac buahyđro và các chất dẫn xuất của chúng có trọng lợng phân tử thấp. Thông dụng nhất là các chất polyeste peclorovinyl thiorel, dibutia-phtalat. Riêng chất dibutin phatalat là loại chất hoá dẻo trơ không phản ứng hoá học với nhựa epoxy mà khi trộn với nhựa epoxy thì chỉ làm giảm độ nhớt của hỗn hợp keo. 1.6.4 Chất hoá rắn Tác dụng của các chất hoá rắn là khi đợc trộn với nhựa epoxy thì sẽ phản ứng hoá học với nhựa epoxy tạo ra hợp chất cứng rắn nhanh. Những chất hoá rắn đòi hỏi có nhiệt độ cao để phản ứng hoá học với nhựa epoxy đợc gọi là chất hoá rắn nóng. Đó là các anhydrit axit nh anhydrit maleic v.v Chúng hầu nh không đợc ứng dụng để sửa chữa kết cấu xây dựng. Những chất hoá rắn có phản ứng hoá học với nhựa epoxy ở nhiệt độ th - ờng (8 o - 35 o ) đợc gọi là chất hoá rắn nguội. Chúng thờng là các amin với một hay nhiều nhóm amin, Ví dụ nh: etylen diamin, tetra- etylen pentamin, dietylen triamin, dimetyl amin Thông dụng nhất là chất polyetylen polyamin ở thể lỏng, màu vàng nâu, dễ bay hơi và độc hại đối với sức khoẻ. Khi sửa chữa cầu bê tông hoặc BTCT nếu thời gian thi công hạn chế do điều kiện thông xe thì cần làm cho keo epoxy hoá rắn nhanh bằng cách chọn liều lợng pha trộn chất hoá rắn và điều kiện gia nhiệt thích hợp. Do đó phải làm thí nghiệm cụ thể cho mỗi tình huống ở hiện trờng. Nói chung, thời gian hoá rắn tốt nhất ở 20 o C là 70-150 giờ và ở 80 o C là 3-4 giờ. Nếu không muốn gia nhiệt cho keo hoá rắn nhanh thì có thể trộn thêm vào keo một số chất đặc biệt khác mà theo thí nghiệm sẽ quyết định. 1.6.5 Chất độn: Việc cho thêm chất độn vào hỗn hợp keo có thể tiết kiệm nhựa epoxy khi sử dụng keo với khối lợng lớn. Tác dụng chính của chất độn ( có tính chất gần giống với tính chất của vật liệu kết cấu cần dán keo) là làm tăng khả năng dính bám của keo với bề mặt của vật liệu kết cấu. Có 2 dạng chất độn: Dạng bột và dạng sợi. Trộn chất độn sợi amiăng vào hỗn hợp keo epõy sẽ làm tăng độ bền cơ học của keo. Sử dụng chất độn dạng bột graphit làm tăng khả năng chịu mài mòn và tự bôi trơn của keo epoxy sau khi hoá cứng. Để sửa chữa kết cấu bê tông và BTCT thờng dùng chất độn là bột xi măng khô có mác cao. Các chất độn dạng bột đợc phân thành 2 nhóm: Nhóm làm tăng độ bền của keo nh bột sắt, đồng, kẽm, graphit, gang, mica nhóm bột độn trơ nh bột tale, cao lanh, nhôm, cát hạt mịn Liều lợng bột độn vào keo do thí nghiệm quyết định tuỳ theo các yêu cầu cụ thể về phẩm chất của keo, điều kiện chế tạo và sử dụng nó. Nói 9 chung, bột độn cần phải mịn, khô và không lẫn tạp chất để đảm bảo chất lợng keo. 1.7 Những đIều kiện để sử dụng keo epoxy có hiệu quả 1.7.1 Tình trạng bề mặt bê tông và vết nứt Bề mặt bê tông và bên trong khe nứt phải sạch và khô. Vì vậy công tác chuẩn bị bề mặt rất quan trọng. Muốn cho keo dính bám chặt với bề mặt bê tông và bịt chặt các khe nứt cần phải tẩy bỏ lớp bê tông bị phong hoá và rửa sạch mọi bụi phấn vãi trên bề mặt bê tông. Nếu độ ẩm bề mặt bê tông lớn hơn 6% thì keo dính bám kém với bê tông và sẽ bị bong sớm. Do đó nhất thiết phải sấy khô bề mặt bê tông đến độ ẩm thấp hơn 5% trớc khi bôi keo. 1.7.2 Độ ẩm của bột xi măng độn Xi măng càng ẩm thì tốc độ hoá cứng của keo càng chậm và cờng độ keo càng thấp. Vì vậy phải làm khô độn xi măng trớc khi trộn vào hỗn hợp keo. Kết quả thí nghiệm ảnh hởng của độ ẩm xi măng đối với chất lợng keo ghi ở bảng 2. Bảng 2 Quan hệ độ ẩm bột độn xi măng với cờng độ keo epoxy. Số TT Độ ẩm của bột độn xi măng mịn ( %) Cờng độ chịu nén trung bình của keo epoxy (kg/cm 2 ) 1 ngày 3 ngày 7 ngày 1 Xi măng 1% 315 450 736 2 Xi măng ẩm 0,5% 417 550 863 3 Xi măng ẩm 0,1% 825 908 993 1.7.3 Nhiệt độ trong quá trình hoá rắn của keo Sau khi đợc trộn với nhựa epoxy thì các chất hoá rắn nóng đòi hỏi phải duy trì nhiệt độ chừng 15 o C trong khoảng 2 giờ liên tục để phản ứng hoá học xảy ra hoàn toàn và vật liệu keo đã hoá cứng có các tính chất tốt. Tuy nhiên để sửa chữa kết cấu bê tông và BTCT thờng dùng các chất hoá rắn nguội nh polyetylen polyamin. ở nhiệt độ 20 o C tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà keo epoxy sẽ hoá cứng dần dần sau 60 - 150 phút nh vậy có đủ thời gian thi công. Nếu gia nhiệt đến 80 o C thì keo sẽ hoá cứng rất nhanh chỉ sau 5- 10 phút và lúc đó không thể thực hiện hoặc điều chỉnh gì đợc nữa. Trong điều kiện thi công mùa hè, có ánh nắng trực tiếp, nhiệt độ bề mặt bôi keo có thể đạt đến 40 o C, do đó keo sẽ hoá cứng nhanh, vì vậy 10 [...]... nghệ sử dụng bê tông polymer và dán bản thép ngoàI để sửa chữa và tăng cờng dầm BTCT 15 2.1 Giới thiệu Việc dán bản thép bên ngoài bề mặt bê tông để tăng c ờng và sửa chữa kết cấu cầu đã đợc thực hiện ở nhiều nớc ngoài Sau đây tóm tắt một số ví dụ ứng dụng điển hình Cầu bản 4 nhịp dài 4 x 13m ở Pháp bị nứt quá qui định, năm 1980 đã đ ợc dán bản thép ở đáy kết cấu nhịp Các bản thép rộng 300m dày 4mm, dài... tại Km 411 tuyến ĐSTN Cầu gồm một nhịp 10m Tr ớc khi sửa chữa Bê tông khu vực đáy dầm bị bong rộp khắp nơi để lộ cốt thép chủ hàng dới cùng, v.v Biện pháp sửa chữa nh sau: Tẩy bỏ lớp bê tông phong hoá, chải gỉ cốt thép, khôi phục lại bằng bê tông Polymer và dán một lớp bản thép 400x8500x6 (mm) dới đáy phiến dầm chủ Cầu BTCT tại Km 983 tuyến ĐSTN Cầu gồm hai nhịp 12m Trớc khi sửa chữa Bê tông khu vực... khắp nơi để lộ cốt thép chủ hàng dới cùng, v.v Biện pháp sửa chữa nh sau: Tẩy bỏ lớp bê tông phong hoá, chải gỉ cốt thép, khôi phục lại bằng bê tông Polymer và dán một lớp bản thép 400x8500x6 (mm) dới đáy phiến dầm chủ Cầu BTCT tại Km 995 tuyến ĐSTN Cầu gồm ba nhịp 11m Tr ớc khi sửa chữa Bê tông khu vực đáy dầm bị bong rộp khắp nơi để lộ cốt thép chủ hàng dới cùng, v.v Biện pháp sửa chữa nh sau: Tẩy... (3) Về gối cầu: Có 2 trong 18 cầu gối bị cập kênh, gây ra các h hỏng cho dầm và bản mặt cầu 3.3 Các yêu cầu vế sửa chữa đối với gối và bản mặt cầu Ta biết bản mặt cầu tiếp thu toàn bộ tải trọng từ ba lát truyền xuống và bị uốn theo hớng ngang cầu, ngoài ra bản còn là một thành phần trong mặt cắt dầm chủ nên còn cùng với các sờn dầm chịu uốn theo hớng dọc cầu Vì vậy yêu cầu kỹ thuật về sửa chữa đối với... sơn polime 3.5 Sửa chữa gối cầu cập kênh Theo tài liệu của thiết kế đIển hình cũ của Pháp để lại gối cầu của các cầu BTCT cũ hiện nay là gối bản thép phẳng cấu tạo gồm thớt trên và thớt dới chiều dầy bản thép là 15mm, không thấy phân biệt gối di đông và gối cố định Trong thực tiễn thiết kế hiện nay thờng phải thiết kế hai loại gối trên một kết cấu nhịp: Gối cố định và gối di động Cấu tạo gối di động... bốn cầu đờng sắt đã đợc ứng dụng vật liệu Polymer để gia cố nh sau: Cầu BTCT tại Km 410 tuyến ĐSTN Cầu gồm một nhịp 10m Tr ớc khi sửa chữa Bê tông khu vực đáy dầm bị bong rộp khắp nơi để lộ cốt thép chủ hàng dới cùng, v.v Biện pháp sửa chữa nh sau: Tẩy bỏ lớp bê tông phong hoá, chải gỉ cốt thép, khôi phục lại bằng bê tông Polymer và dán một lớp bản thép 400x8500x6 (mm) dới đáy phiến dầm chủ Cầu BTCT... 30mm đến sát cốt thép ở những chỗ sứt vỡ lớn bê tông và lộ cốt thép cần đặt lới gồm các sợi thép đờng kính 0,5 - 5mm (kích thớc ô lới 2,5- 10cm) và liên kết chúng với cốt thép chủ, các cốt thép bị lộ ra đợc tẩy rỉ sạch bằng bàn chải sắt hoặc bằng cách phun cát ở vùng có một số vết nứt ở gần nhau thì phải đục rộng cả vùng để cùng xử lý bằng bê tông Polymer 18 2.3.3 Chuẩn bị bản thép Bản thép đợc cắt... Cấu tạo gối di động phải dảm bảo các yêu cầu sau: Bảo đảm chuyển vị dọc tự do của kết cấu nhịp khì có tác động của tải trọng hay của nhiệt độ Bảo đảm chuyển vị quay của mặt cắt gối dầm Cản trở chuyển vị ngang của kết cấu nhịp Đối với gối cố định thì yêu cầu về cấu tạo chỉ khác với gối di động là phải cản trở đợc chuyển vị dọc của kết cấu nhịp Nh vậy là kết quả nhịp càng lớn dẫn đến tải trọng càng lớn... có máng ba lát và gối cầu, từ đó đề xuất các giải pháp sửa chữa, tăng c ờng chúng để bảo đảm an toàn chạy tầu 3.2 Đánh giá hiện trạng gối và bản mặt cầu Kết quả khảo sát 18 cầu trên đoạn tuyến Quảng ngài- Diêu trì tháng 61998 cho biết: (1) Về tầng phòng nớc: Có 8 trong 18 cầu tầng phòng nớc không còn tác dụng nữa, nớc thấm qua tầng phòng nớc, qua bản mặt cầu nhỏ nớc và mọc nhũ; bản mặt cầu trong khoảng... Sửa chữa bản mặt cầu và gối cầu 25 3.1 Giới thiệu chung Các cầu BTCT trên tuyến Đờng sắt Thống nhất có mặt cắt ngang dầm kiểu chữ Đặc trng cấu tạo của kết cấu nhịp bao gồm phần bản xe chạy có máng ba lát và hai sờn dầm Giữa các sờn dầm có các dầm ngang đặt cách quãng Ngay từ khi mới xây dựng cầu đã có tồn tại nhiều khuyết tật do thi công để lại nh lớp bê tông bảo vệ có chiều dầy quá mỏng, bố trí cốt . có ý nghĩa bởi vì hiện tạI hầu hết các dầm cầu BTCT trên tuyến có lớp phòng hộ quá mỏng. Kết quả kiểm tra sau 6 năm khai thác sử dụng các cầu BTCT đờng sắt đ- ợc sửa chữa, tăng cờng bằng giải. Chơng 1 sử dụng vật liệu polymer để sửa chữa và tăng c- ờng dầm cầu btct cũ 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Các phơng pháp để sửa chữa cầu BTCT có thể phân loại theo mục đích của chúng nh sau: Sửa chữa. hết các dầm cầu BTCT trên tuyến có lớp phòng hộ quá mỏng. Qua thời gian sử dụng cho đến nay lớp phủ sơn polymer tỏ ra rất hiệu quả. 1.5 Phân loại lớp phủ polymer bảo vệ kết cấu BTCT 1.5.1 Các