Nghiên cứu, phân loại các dạng sụt, trượt mái taluy đường Hồ Chí Minh đoạn Đắk Rông - Thạnh Mỹ và luận chứng giải pháp xử lý hiệu quả

Sau đó tiến hành đo tính chất cơ học của mẫu kết quả thể hiện ở bảng 3.3: Bảng 3.3: Tính chất cơ học của các mẫu xốp PU ở nhiệt độ khuôn khác nhau: Độ bền nén Kpa Độ bền kéo đứt Kpa Độ b

Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học công nghệ và môi trường năm 2009

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Hà Nội, 30/10/2009

Nghiên cứu, phân loại các dạng sụt, trượt mái taluy đường Hồ Chí Minh đoạn Đắk Rông - Thạnh Mỹ và luận chứng giải pháp xử lý hiệu quả

NCS Huỳnh Thanh Bình

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Tóm tắt: Hiện tượng sụt, trượt mái taluy trên đường Hồ Chí Minh đoạn Đắc Rông - Thạnh Mỹ đã

và đang diễn ra hết sức phức tạp và mãnh liệt Do đó, việc nghiên cứu và phân loại các dạng sụt trượt mái taluy của là điều cần thiết Qua nghiên cứu và phân loại, xác định rõ nguyên nhân hình thành, điều kiện hỗ trợ phát sinh, đặc điểm, cấu trúc, kiến trúc, quy mô và cơ chế phát triển sụt trượt của mái taluy Từ những kết quả nghiên cứu và phân loại này đánh giá được độ ổn định của mái taluy và đưa ra giải pháp phòng chống hiệu quả đối với mỗi dạng sụt trượt

Abstract: The phenomena of enrosion and land sliding on slope on DakRong-ThanhMy section,

Ho Chi Minh Highway have occrurred complicatedly and strongly Thus, studying an classifying the type of great concern Through study and classification, the main cause, ocrurrence supporting conditions, characteristics, structrures, scales and devolopment mechanism of slope land sliding can be determined Based on study results and classification, stability of slope can be avalueted and effective prevention solutions for each type of land sliding are proposed

Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Tây đoạn Đắk Rông - Thạnh Mỹ từ Km250T đến Km510T đi qua các tỉnh Quảng Trị, Thừa Thiên-Huế, Quảng Nam dài khoảng 250Km Sau khi thi công và hoàn thành vào năm 2005 đến nay đã và đang diễn ra hiện tượng sụt, trượt mái taluy hết sức mãnh liệt và phức tạp Hàng năm, Ban quản lý dự án đường Hồ Chí Minh cùng các đơn vị tư vấn thiết kế đã xử lý hàng trăm điểm lớn nhỏ trên đoạn, tuy nhiên trên tuyến vẫn tiếp tục phát sinh các điểm trượt mới Theo thống kê của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT tháng 11/2007 trên đoạn có khoảng 140 điểm sụt trượt các loại

Hình 1 Vị trí sụt, trượt đất đường Hồ Chí Minh đoạn Đắc Rông - Hiên

Hình 2 Vị trí sụt, trượt đất đường Hồ Chí Minh đoạn Hiên - Thạnh Mỹ

Trong số 140 điểm thống kê được có 122 điểm sụt lở taluy dương, 13 điểm sụt lở taluy âm, 05 điểm sụt lở cả taluy dương và taluy âm, có 138 điểm có khối lượng trên 1000m3, 38 điểm có khối lượng > 10 000m3 Hàng năm, trên tuyến xảy ra trung bình khoảng 30 đến 40 điểm sụt và trượt đất có qui mô vừa và lớn (>10 000m3), hàng trănm điểm sụt qui mô nhỏ với khối lượng hàng chục vạn khối đất đá, mỗi năm lại phát sinh các điểm sụt khác nhau

Để nhận biết tại hiện trường và phân biệt về bản chất hiện tượng đất sụt xảy ra trên mái dốc, cần phải tiến hành phân loại hiện tượng sụt, trượt mái taluy, mái dốc Nhằm mục đích chung để phục vụ cho công tác khảo sát – thiết kế và quản lý đường xá Việc phân loại giúp cho việc định hướng tìm hiểu, đánh giá các điều kiện và nguyên nhân chính gây ra các dạng cụ thể của đất sụt, phân tích và giải thích được nguyên nhân phát sinh và phát triển hiện tượng, từ đó hỗ trợ việc đề xuất các phương án xử

lý và lựa chọn phương án hợp lý nhất để xử lý đạt hiệu quả mong muốn hiện tượng sụt, trượt trên cơ

sở khoa học

Nguyên tắc phân loại các hiện tượng sụt, trượt xảy ra trên đường Hồ Chí Minh, đoạn Đắk Rông - Thạnh Mỹ dựa vào những tiêu chí sau:

- Bản chất, cơ chế phát sinh, phát triển và đặc điểm dịch chuyển của đất đá trên mái dốc

- Các điều kiện và nguyên nhân chính phát sinh ra hiện tượng sụt, trượt

Qua đánh gía có thể nhận biết đủ các loại hình đất sụt đặc trưng nhất của hiện tượng sụt, trượt đất

ở Việt Nam đã diễn ra trên Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Tây, đoạn Đắk Rông - Thạnh Mỹ như sau:

1 Trượt đất:

Chiếm tỷ lệ chủ yếu khoảng 12% tổng số các điểm sụt trên tuyến, Trượt đất là hiện tượng cả nguyên khối đất đá nằm trên sườn đồi hay mái dốc bị dịch chuyển như một cố thể theo nguyên lý trọng lực, hướng di chuyển tịnh tiến xuống phía dưới trên một mặt liên tục, gẫy khúc hoặc có dạng

cung tròn trong lòng đất gọi là mặt trượt Đất đá và cây cối nằm bên trên khối trượt, trong quá trình bị dịch chuyển, không bị xáo trộn Cây cối mọc trên thân khối trượt vẫn còn nguyên nhưng sẽ bị nghiêng đều theo một hướng (còn gọi là hiện tượng cây say, rừng say) Trong đó, đất đá trên thân khối trượt và phía dưới bề mặt trượt vẫn có độ ẩm bình thường, nhưng đất tại mặt trượt thì có độ ẩm cao, tăng vọt,

và trạng thái đất đá tại đó bị cà nát, vò nhàu, vỡ vụn

2 Sụt lở đất đá:

Chiếm tỷ lệ chủ yếu khoảng 70% tổng số các điểm sụt trên tuyến, thực tế rất khó phát hiện các dấu hiệu như vách trượt, mặt trượt, trụ trượt một cách rõ ràng Khối đất sụt có xu hướng dịch chuyển xuống cuối dốc Đất đá trong khối trượt bị xáo trộn cùng với cây cối Tốc độ sụt lở thường diễn ra khá nhanh ảnh hưởng đến độ ổn định của các khối đất kề bên Lượng đất sụt có thể chiếm một thể tích khá lớn, có thể tràn lấp hẳn một đoạn đường Đây là loại sụt trượt phổ biến trên các tuyến đường miền núi nước ta

3 Xói sụt đất đá:

Do tác động bào xói của nước mặt và áp lực thủy động của nước ngầm gây ra, chiếm tỷ lệ khoảng 15% các điểm sụt, trượt Đây là hiện tượng biến dạng cục bộ của sườn đồi hoặc mái dốc dưới tác động trực tiếp của dòng chảy từ lưu vực phía trên đổ về hoặc kết hợp với tác động của dòng chảy ngầm Đối với nền đường đào, lúc đầu xuất hiện hiện tượng xói đất và đất bị bóc từng mảng ở phia trên đỉnh ta luy sau đó phát triển mạnh dần xuống phía dưới dọc theo dòng chảy và tỷ lệ với lưu tốc dòng chảy Mức độ hoạt động gây xói thường chậm, có thể sau hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần mới hoàn thành một quá trình xói sụt Khối lượng xói sụt không lớn và tuỳ thuộc vào mức độ phong hoá của đất đá, độ dốc của sườn mái dốc, lượng nước ngầm, nước mặt Hậu quả cuối cùng của hiện tượng này thường để lại trên mặt địa hình những rãnh xói, hoặc những hang hốc Sản phẩm của xói sụt đất là những đống đất đá ở chân dốc, lấp mặt đường hoặc lấp suối

Hình 5 Sơ đồ sụt lở đất đá Hình 6 Sụt lở đất đá tại Km403T+080

Hình 7 Sơ đồ xói sụt đất đá Hình 8 Xói sụt đất đá tại Km 477T+600

Hình 9 Sơ đồ đá lở, đá lăn Hình 10 Đá lở tại Km251T gần đầu cầu Đắk Rông Tùy thuộc điều kiện địa hình, điều kiện địa chất công trình, địa chất cấu tạo, địa chất thủy văn, thủy văn, khí hậu, lượng mưa, … tại những vị trí cần xử lý có các mức độ khác nhau về sự ổn định và bền vững của mái dốc Để lựa chọn biện pháp xử lý đạt hiệu quả cần làm rõ những yếu tố sau:

- Khảo sát và phân tích nhằm xác định rõ các điều kiện và nguyên nhân gây ra hiện tượng sụt, trượt;

- Thông thường các hiện tượng phá hoại nền đường, mái dốc thường phát sinh và phát triển do nhiều nguyên nhân gây ra đồng thời do đó cần phải áp dụng một cách đồng bộ nhiều biện pháp kỹ thuật;

- Biện pháp thiết kế xử lý sụt, trượt phải phù hợp với chủ trương kỹ thuật do Chủ đầu tư đề ra, theo đó phải đáp ứng được yêu cầu lựa chọn để thiết kế biện pháp xử lý đất sụt có tính tạm thời hay nửa kiên cố hoặc kiên cố hóa, bền vững lâu dài;

- Các biện pháp xử lý đất sụt tuy phong phú nhưng biện pháp với phương án được lựa chọn để tiến hành thiết kế phải là phương án hợp lý nhất, đáp ứng được các yêu cầu cơ bản về kỹ thuật và các quy định về môi trường, kinh tế – xã hội tại địa phương

Qua tổng kết kinh nghiệm phòng chống sụt, trượt của các nước trên thế giới và tại Việt Nam, có thể nhận thấy các giải pháp phòng chống sụt, trượt rất đa dạng và phong phú Từ góc độ công nghệ, có thể chia ra làm 2 loại giải pháp, đó là:

- Các giải pháp công nghệ truyền thống:

+ Biện pháp đóng tường cừ bằng tre, nứa, đan phên,

+ Biện pháp thoát nước mặt;

+ Biện pháp cắt cơ giảm tải;

+ Biện pháp xây lát đá gia cố bề mặt;

+ Biện pháp tường ốp, tường chống và tường chờ;

+ Biện pháp tường chắn đá xây móng nông chịu áp lực đất;

+ Biện pháp tường chắn bêtông móng nông chịu áp lực đất

- Các giải pháp công nghệ mới:

+ Biện pháp đầm rơi, đầm lăn để gia cố chặt bề mặt taluy;

+ Biện pháp sử dụng rọ đá không gỉ (Terramesh, bọc nhựa, );

+ Biện pháp tường đất có cốt dùng Vải địa kỹ thuật và cốt liệu khác;

+ Biện pháp trồng cỏ Vetiver có khả năng chống xói cao;

+ Biện pháp gia cố bề mặt bằng khối xây, bêtông, tấm lát;

+ Biện pháp hạ mực nước ngầm và thoát nước ngầm;

+ Biện pháp tường chắn móng cọc chống trượt sâu;

+ Biện pháp xây dựng hành lang hở (tuy-nel hở);

+ Biện pháp tường vòm neo chống trượt phẳng;

+ Biện pháp khung dầm neo chống trượt sâu

Để đảm bảo lựa chọn được giải pháp xử lý hiệu quả có thể tham khảo bảng chỉ dẫn lựa chọn biện pháp xử lý tùy thuộc vào mục đích, yêu cầu của từng vị trí cụ thể

Bảng 1 Lựa chọn các biện pháp xử lý [2]

Biện pháp xử lý tình thế, có tính tạm thời

- Trượt đất quy mô lớn đến

rất lớn Lựa chọn các biện pháp tạm thời để đảm bảo giao thông có điều kiện như sau:

- Biện pháp 1: san lấp tạm thời trên mặt đường, bù lún đảm bảo độ êm thuận tạm thời và đặt biển báo hiệu

Loại Phân loại Biện pháp xử lý

Biện pháp xử lý tình thế, có tính tạm thời Trượt

đất

- Trượt đất quy mô vừa:

- Trượt đất quy mô nhỏ:

- Biện pháp 2: nếu trượt đất gây sụt lún quá lớn và nguy hiểm, cần xem xét phương án tránh tuyến tạm thờ hoặc cầu tạm đi qua khu vực trượt đất

Có thể hót sụt hoặc xếp tạm 3-4 hàng rọ đá, với chiều cao không quá 4 m

Có thể hót sụt hoặc xếp tạm 2-3 rọ đá, với chiều cao không quá 2m

Chủ yếu hót sụt để đảm bảo giao thông

Chủ yếu hót sụt để đảm bảo giao thông

Có thể xếp tạm 2-3 hàng rọ đá, cao không quá 3m hoặc hót sụt để đảm bảo giao thông

Xói

sụt

- Xói sụt lớn đến rất lớn:

- Xói sụt quy mô vừa:

- Xói sụt quy mô nhỏ:

- Chủ yếu hót sụt để đảm bảo giao thông

- Chủ yếu hót sụt để đảm bảo giao thông và bổ sung biện pháp thoát nước

- Có thể xếp tạm 2-3 hàng rọ đá, cao không quá 3m hoặc hót sụt để đảm bảo giao thông kết hợp tiến hành gia cố bề mặt bằng cỏ hoặc trồng cây (nếu có thể)

- Đặt biển báo hiệu nguy hiểm

- Đặt biển báo hiệu nguy hiểm

- Trượt đất quy mô vừa:

- Trượt đất quy mô nhỏ:

- Sử dụng kết cấu khung neo, tường neo ; Tường chắn BTCT móng cọc kết hợp cắt cơ giảm tải, gia cố bề mặt và thoát nước

- Xây dựng tường chắn BTCT cọc khoan nhồi hoặc cọc ray; Cắt cơ giảm tải kết hợp gia cố bề mặt và thoát nước

- Xây dựng tường chắn chặn chân kết hợp gia cố bề mặt và thoát nước

- Xây dựng hệ thống tường chắn, kết hợp thoát nước và gia cố bề mặt

- Xây tường chắn hoặc xếp rọ đá hoặc gia cố bề mặt

Xói

sụt

- Xói sụt lớn đến rất lớn:

- Xói sụt quy mô vừa:

- Xói sụt quy mô nhỏ:

- Xây dựng hệ thống thoát nước kết hợp biện pháp gia cố thích hợp

để bảo vệ bề mặt và xây dựng tường chắn bảo vệ chân taluy

- Xây dựng hệ thống tường chắn, kết hợp thoát nước và gia cố bề mặt

- Xây tường chắn thấp kết hợp các biện pháp gia cố bề mặt, kể cả biện pháp phủ một lớp đất hữu cơ dày 0,30 – 0, 50 m trên bề mặt taluy để trồng cỏ chống xói

- Cắt cơ kết hợp neo khối đá hoặc xây dựng tường neo, khung neo

- Xây dựng tường chắn kết hợp khoan neo treo lưới

- Xây dựng tường chống hoặc tường chờ

Từ năm 2003 tới nay, Viện Khoa học và Công nghệ GTVT trên cơ sở kết quả nghiên cứu, phân loại chính xác, hợp lý, đã xử lý hàng trăm điểm sụt trượt lớn, nhỏ trên đường Hồ Chí Minh Theo tổng kết ngày 20/8/2009 của Hội đồng đánh giá nguyên nhân hư hỏng công trình sau các mùa mưa lũ trên đoạn Xuân Mai - Ngọc Hồi (đường Hồ Chí Minh) - Ban QLDA đường Hồ Chí Minh, trong đó có sự tham gia của các đơn vị tư vấn nhiều kinh nghiệm như: TEDI, Tư vấn 2, Tư vấn 8, Tư vấn Tổng c.ty

XD Trường Sơn, Tư vấn 533, Tư vấn 5 Viện Khoa học và Công nghệ GTVT không có công trình nào bị hư hỏng, đổ vỡ sau khi đã được thiết kế, xử lý

Tài liệu tham khảo

[1] Txưtovich, N.A (1969) Cơ học đất (Bản dịch từ tiếng Nga) Nhà xuất bản Khoa học, Hà Nội

[2] Doãn Minh Tâm (2008) Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và điều kiện áp dụng công nghệ mới trong phòng

chống đất sụt trên các tuyến đường bộ Đề tài DT063008 Hà Nội

[3] Hồ Chất; Doãn Minh Tâm (1985) Sổ tay phòng hộ và gia cố nền đường Nhà xuất bản Giao thông vận tải,

Hà Nội

[4] Lee W Abramson; Thomas S Lee; Sunil Sharma; Glenn M Boyce (2001) Slope Stability and

Stabilization Method., John Wiley&Sons, NewYork

[5] V.Đ Lomtadze (1982) Địa chất công trình (Bản dịch từ tiếng Nga) Nhà xuất bản đại học và Trung học

chuyên nghiệp, Hà Nội

[6] Hồ sơ khảo sát thiết kế Hợp đồng số 46/2008 " Tư vấn, lập dự toán thiết kế kỹ thuật bền vững hóa công

trình do mưa lũ gây ra năm 2007, nhánh Tây đường Hồ Chí Minh - Đắc Rông - Thạnh Mỹ, giai đoạn 1"

Viện KH&CN GTVT, Hà Nội

Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học công nghệ và môi trường năm 2009

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Hà Nội, 30/10/2009

Một số kết quả nghiên cứu thử nghiệm vật liệu Carboncor asphalt

và định hướng sử dụng tại Việt Nam

ThS Nguyễn Văn Thành

PGS.TS Vũ Đức Chính

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Tóm tắt: Carboncor asphalt là sản phẩm trộn sẵn trong trạm trộn chuyên dụng, bao gồm tro,

than rác có carbon (carbonaceaous shale), cốt liệu đá, hóa chất đặc biệt được trộn với tỷ lệ quy

định Carboncor asphalt là sản phẩm của Công ty Carboncor (Pty) Ltd.-Cộng hòa Nam Phi, được

công bố là có nhiều ưu điểm, được đóng bao hoặc chuyên chở trực tiếp ra hiện trường để rải lớp

phủ mặt đường, hoặc làm vật liệu bảo trì, vá ổ gà nhằm thay thế hỗn hợp bê tông nhựa truyền

thống

Bài báo này giới thiệu một số kết quả nghiên cứu đánh giá chất lượng Carboncor asphalt thông

qua thử nghiệm trong phòng và đoạn rải thử mặt đường Carboncor asphalt tại Việt Nam năm

2008-2009, qua đó đưa ra khuyến nghị, định hướng sử dụng ở Việt Nam trong tương lai

Abstract: Carboncor asphalt is pre-mix product from specialized mixing plant, including ash,

carbonaceous shale, rock aggregates, and special chemical with required ratio Carboncor asphalt is commercial product from Corboncor Ltd, The Republic of South Africa The product is

announced with many advantages, packaged or directly transported to construction site to spread

the topping of road, or used as maintenance materials, patch work…etc in order to replace traditional asphalt concrete

In this paper, some research results of quality evaluation of Carboncor asphalt are described after

laboratory tests and field test were done in 2008 - 2009 period, then recommendations and orientation of its usage in future are suggested

1 Giới thiệu về vật liệu Carboncor asphalt

1.1 Vật liệu Carbocor asphalt

Carboncor asphalt là sản phẩm trộn sẵn trong trạm trộn chuyên dụng, bao gồm tro, than rác có carbon (carbonaceaous shale), cốt liệu đá, hóa chất đặc biệt được trộn với tỷ lệ quy định Nhờ sự kết hợp giữa các phần tử carbon đó được hoạt hóa cho phép tạo ra một sự liên kết tốt hơn, gắn kết một cách có hiệu quả các thành phần với nhau Cường độ của lớp vật liệu Carboncor asphalt sau khi thi công được hình thành và phát triển theo thời gian dưới tác động của liên kết đá-nhựa và quá trình bay hơi

Theo giới thiệu của bản hãng, Carboncor asphalt có một số đặc điểm sau:

- Carboncor asphalt được sử dụng để làm lớp mặt đường hoặc sửa chữa, vá ổ gà, trong xây dựng đường ô tô

- Carboncor asphalt không yêu cầu về nhiệt độ khi chế tạo cũng như khi thi công, được rải nguội sau đó lu lèn chặt

- Trước khi rải vật liệu Carboncor asphalt, chỉ cần tưới nước mà không cần dùng vật liệu tưới dính bám như bê tông nhựa nóng thông thường

- Mặt đường không bị phùi chất kết dính trong điều kiện nhiệt độ cao

- Không bị ảnh hưởng bởi điều kiện nhiệt độ Đẫ sử dụng thành công ở nhiệt độ dưới 0oC và trên 50oC

- Có thể rải với chiều dầy tối thiểu sau đầm nén là 10mm

- So với bê tông nhựa thông thường, Carboncor asphalt có lợi hơn 25% về mặt thể tích hoặc diện tích rải mặt vì vật liệu này nhẹ hơn

- Không độc hại và thân thiện với môi trường

1.2 Công nghệ sản xuất Carbocor asphalt

Công nghệ sản xuất vật liệu Carboncor asphalt gồm các bước theo sơ đồ Hình 1 Sau khi trộn xong, vật liệu Carboncor asphalt được đựng trong bao kín hoặc được lưu giữ ở dạng rời, sau đó vận chuyển tới công trường thi công

Hình 1 Sơ đồ công nghệ sản xuất vật liệu Carboncor asphalt

Thu gom than rác

Lưu giữ than rác tại nhà máy sản xuất Carboncor asphalt

Thùng trộn

TRỘN HỖN HỢP

Chuyển than rác vào

phễu chứa tại trạm trộn

Phễu chứa

cốt liệu (đá dăm)

Nhũ tương đặc biệt

HỖN HỢP Carboncor asphalt

2 Một số kết quả nghiên cứu thử nghiệm tại Việt Nam

Trong năm 2008-2009, Phòng Thí nghiệm trọng điểm đường bộ I đã phối hợp với Công ty Cổ phần Quốc tế Bước tiến mới (là công ty nhận chuyển giao công nghệ vào Việt Nam) và Công ty Carboncor (Pty) Ltd.-Cộng hòa Nam Phi (là công ty đang sở hữu công nghệ) tiến hành các nghiên cứu thử nghiệm trong phòng và hiện trường với mục đích:

- Đánh giá chất lượng vật liệu Carboncor asphalt và công nghệ thi công trên cơ sở những thử nghiệm trong phòng và hiện trường trên đoạn rải thí điểm (có so sánh với đoạn bê tông nhựa đối chứng)

- Căn cứ kết quả thử nghiệm trong phòng và hiện trường, đưa ra nhận xét, đánh giá về chất lượng vật liệu, công nghệ thi công và việc sử dụng vật liệu Carboncor asphalt trong xây dựng giao thông tại Việt Nam

2.1 Nội dung và kết quả nghiên cứu thử nghiệm trong phòng

2.1.1 Nội dung thực hiện

Nghiên cứu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm được thực hiện trên mẫu vật liệu Carboncor asphalt nhập khẩu từ Nam Phi và mẫu bê tông nhựa (BTNC20) đối chứng Các chỉ tiêu thử nghiệm vật liệu Carboncor asphalt bao gồm:

- Các chỉ tiêu theo khuyến cáo của bản hãng;

- Các chỉ tiêu theo khuyến cáo của Asphalt Cold Mix Asphalt Manual – MS14

Kết quả thử nghiệm các chỉ tiêu theo khuyến nghị của bản hãng (và BTNC20 đối chứng) được tổng hợp ở Bảng 1

Bảng 1 Kết quả thử nghiệm các chỉ tiêu theo khuyến cáo của bản hãng

Phương pháp thử

Trong đó:

- E4, E3 và E2 là cấp hạng giao thông theo tiêu chuẩn TRH8 của Nam Phi tương ứng với số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ (8 tấn) trong thời hạn thiết kế như quy định tại Bảng 2, chuyển đổi sang số trục xe tiêu chuẩn tích lũy 10 tấn trong thời hạn thiết kế bằng cách sử dụng công thức 3.0.3.1 của tài liệu “Thiết kế nền, mặt đường ô tụ (theo tiêu chuẩn của Trung Quốc)”, người dịch: Nguyễn Quang Chiêu, NXB Giao thông vận tải, 2003, được số liệu tương ứng tại Bảng

- Căn cứ Bảng 2.1 của tiêu chuẩn 22TCN 211-06, khuyến cáo chọn loại tầng mặt tương ứng

với cấp hạng giao thông theo tiêu chuẩn TRH8 (Nam Phi) như tại Bảng 2

xe tiêu chuẩn 10T/làn)

Khuyến cáo chọn loại tầng mặt theo 22TCN 211-06

- Độ ổn định Marshall được thực hiện trên mẫu chế bị được bảo dưỡng ở nhiệt độ 22.2±1.1oC

có giá trị trung bình là 2,56 kN (so với yêu cầu kỹ thuật của bê tông nhựa nguội sử dụng nhũ

tương là 2.224 kN)

- Thử nghiệm lượng tổn thất độ ổn định Marshall được thực hiện trên mẫu chế bị (sau khi được

bảo dưỡng ở điều kiện bão hòa chân không ở áp suất 100 mmHg, nhiệt độ 22.2±1.1oC trong

khoảng thời gian 1 giờ) không thực hiện được vì trong quá trình bảo dưỡng, mẫu bị tan dã (so

với yêu cầu kỹ thuật của bê tông nhựa nguội sử dụng nhũ tương là <50%)

2.2 Nội dung và kết quả nghiên cứu thử nghiệm tại hiện trường

2.1.1 Nội dung thực hiện

Công tác thử nghiệm tại hiện trường được thực hiện tại 2 địa điểm cụ thể tại Bảng 3

Mặt đường láng nhựa trên lớp đỏ dăm 4-6cm dầy 13cm; không bị xô dồn, bong bật vật liệu hay phùi nhựa; có nhiều vết nứt thành lưới

Mô đun đàn hồi

* Được tính toán dựa trên số liệu do Công ty CP QL& ĐTXD đường bộ Hà Tây cung cấp

** Được tính toán theo 22TCN 211-06 (giả định thời gian thiết kế là 15 năm, tốc độ tăng trưởng xe là 15% /

năm)

Việc thi công đoạn thí điểm tại hiện trường do Công ty CP Quản lý và đầu tư xây dựng đường bộ

Hà Tây thực hiện dưới sự hướng dẫn, chuyển giao công nghệ của chuyên gia đến từ Công ty Carboncor (Pty) Ltd (Nam Phi)

Phòng Thí nghiệm trọng điểm đường bộ I là đơn vị tư vấn, kiểm định, theo dõi đánh giá và tổng kết công nghệ

Loại kết cấu, vật liệu sử dụng BTN đối chứng,

rải bằng máy rải thủ công Carboncor, rải bằng máy Carboncor, rải thủ công Carboncor, Chiều dầy sau khi lu lèn theo thiết

Ngày thi công 29/11/2008 07/11/2008 29/11/2008 07/11/2008

Ngày thử nghiệm kiểm tra sau khi

Ngày thử nghiệm kiểm tra sau khi

thi công (lần 2) 9/12/2008 9/12/2008 9/12/2008 9/12/2008 Ngày thử nghiệm kiểm tra sau khi

thi công (lần 3) 9/1/2009 9/1/2009 9/1/2009 9/1/2009 Ngày thử nghiệm kiểm tra sau khi

thi công (lần 4) 12/2/2009 12/2/2008 12/2/2009 12/2/2009

Ghi chú: Các đoạn thí điểm hiện trường vẫn đang được tiếp tục theo dõi, thử nghiệm

2.1.2.1 Kết quả thử nghiệm tại địa điểm 1

a) Đoạn sử dụng vật liệu Carboncor asphalt

- Bề mặt đường ổn định, không có hiện tượng xụ dồn, bong bật vật liệu

- Không có hiện tượng rạn nứt, hằn lúnn vệt bánh xe

- Theo thời gian, sự dính bám, liên kết của vật liệu tăng dần; lớp màng dính bám với mặt đường cũ đồng đều, nhiều hơn; dính bám với mặt đường cũ tốt hơn

- Kết quả thử nghiệm trên mẫu khoan các lần kiểm tra được thể hiện ở Bảng 5 và Hình 2, Hình

mẫu

Chiều dày (cm)

Độ rỗng dư -VA (%) Độ ổn

định

S (kN)

Độ dẻo (mm)

Độ ổn định S’ (kN)

Độ dẻo (mm)

Độ ổn định còn lại, % 100*(S’/S)

- Độ bằng phẳng đo bằng thước 3 mét không khác nhau nhiều giữa các lần kiểm tra

- Độ nhám vĩ mô của mặt đường xác định bằng phương pháp rắc cát sau khi thi công xong 1 tháng có tăng, sau đó giảm dần theo thời gian (tính đến thời điểm thử nghiệm), cụ thể tại Bảng 6 và Hình 4

Hình 2 Kết quả thử nghiệm độ rỗng dư trên mẫu

Carboncor asphalt khoan về từ hiện trường

1.64 1.32

1.19

5.67 5.57

S60'-Carboncor S24h-Carboncor S60'-BTN S24h-BTN

0.49

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Rắc cát-Carboncor Rắc cát-BTN

1009

800 900 1000 1100 1200 1300 1400

Benkelman-Carboncor Benkelman-BTN

daN

Thời gian

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4

Hình 5 Kết quả thử nghiệm mô đun đàn hồi trên đoạn

Carboncor asphalt và BTN đối chứng

b) Kết quả kiểm tra đoạn rải bê tông nhựa đối chứng

- Bề mặt đường ổn định, độ nhám tương đối đồng đều

- Không có hiện tượng xô dồn, bong bật vật liệu

- Không có hiện tượng rạn nứt, hằn lún vệt bánh xe

- Kết quả thử nghiệm trên mẫu khoan các lần kiểm tra được thể hiện ở Bảng 8 và Hình 5 cho thấy:

Độ rỗng dư -VA (%) Độ ổn

định

S (kN)

Độ dẻo (mm)

Độ ổn định S’ (kN)

Độ dẻo (mm)

Độ ổn định còn lại, % 100*(S’/S)

2.1.2.2 Kết quả thử nghiệm tại địa điểm 2

- Bề mặt đường ổn định, không có hiện tượng xô dồn, bong bật vật liệu

- Không có hiện tượng rạn nứt, hằn lún vệt bánh xe

- Theo thời gian, sự dính bám, liên kết của vật liệu tăng dần; lớp màng dính bám với mặt đường cũ đồng đều, nhiều hơn; dính bámm với mặt đường cũ tốt hơn

- Kết quả thử nghiệm độ bằng phẳng bằng thước 3 mét không khác nhau nhiều giữa các lần kiểm tra

- Vật liệu Carboncor asphalt đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới; đối với Việt Nam, đây là loại vật liệu mới, do vậy cần có những nghiên cứu thử nghiệm song song với quá trình

Tài liệu tham khảo

[1] Tài liệu giới thiệu về vật liệu Carboncor asphalt của Công ty Carboncor (Pty) Ltd (do Công ty Cổ phần Quốc tế Bước Tiến Mới cung cấp)

[2] “Báo cáo kết quả thử nghiệm vật liệu Carboncor asphalt (số 393/HĐ-09/VILAS164 ngày 30/3/2009)” Phòng Thí nghiệm trọng điểm đường bộ I, Hà Nội

[3] Asphalt Cold Mix Manual MS-14, Third Edition

Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học công nghệ và môi trường năm 2009

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Hà Nội , 30/10/2009

Nghiên cứu chế tạo vật liệu xốp cách âm, cách nhiệt cho phương tiện giao thông vận tải

TS Nguyễn Thị Bích Thuỷ

Viện Khoa họcvà Công nghệ GTVT

Tóm tắt Trong bài báo này, xốp bán cứng trên cơ sở nhựa Polyuretan đã được nghiên cứu chế

tạo Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa isocyanat/polyol, hàm lượng chất tạo xốp và chất xúc tác cũng được nghiên cứu Kết quả cho thấy, với tỷ lệ isocyanat/polyol là 1,1/1; 7% chất tạo xốp và hàm lượng chất xúc tác amin là 0,8% và xúc tác thiếc 0,09% thì tổ hợp C có các tính chất cơ học nổi trộị và khả năng cách âm tốt, khả năng chống bắt cháy cao phù hợp với mục đích làm vật liệu cách âm và cách nhiệt cho phương tiện Giao thông Vận tải, đặc biệt là cho toa xe tầu hỏa

Abstract Focusing on polyurethane rigid foam production, in this research, the effect of blowing

agents and catalysis on foam properties is examined According to our findings, the sample C with

an isocyanate/polyol proportion of 1.1/1 and 7%, 0.8%, 0.09% of blowing agent, ammine and zinc catalysis respectively shows the best mechanical strength, acoustics, and thermal insulation capabilities We suggest that this finding is appropriate for acoustic and thermal insulation material production, especially in manufacturing of transport vehicles

1 Giới thiệu chung

Có thể nói, các phương tiện giao thông vận tải (GTVT) là nguồn gây tiếng ồn chính trong môi trường, làm ảnh hưởng lớn tới sinh hoạt và sức khoẻ của con người Một trong những biện pháp hiệu quả để giảm tiếng ồn được áp dụng rộng rãi trên thế giới đó là sử dụng các loại vật liệu có khả năng hấp thụ âm và cách âm trong thiết kế, chế tạo và bảo dưỡng các phương tiện GTVT

Ngày nay, trước sự phát triển không ngừng của khoa hoc công nghệ, các nhà khoa học cố gắng chế tạo ra các loại vật liệu có những tính chất ngày càng ưu việt hơn và ứng dụng chúng rộng rãi trong cuộc sống Trong đó xốp chất dẻo là loại vật liệu quan trọng trong nhiều ứng dụng và được sản xuất ra với khối lượng lớn

Xốp trên cơ sở nhựa PU là loại vật liệu có cấu trúc tổ ong, có tính chất thay đổi linh hoạt theo thành phần ban đầu Vật liệu xốp cứng trên cơ sở PU là loại được sử dụng phổ biến Do có cấu trúc xốp mịn chứa các loại khí khác nhau nên vật liệu có khả năng cách âm rất tốt, có hệ số hấp thụ âm cao, bền, nhẹ và không thấm nước

2 Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu

2.1 Nguyên liệu đầu:

Xốp cứng polyuretan (PU) được chế tạo trên cơ sở hai thành phần là izocyanat và polyol

2.3 Các phương pháp xác định tính năng cơ lý của vật liệu:

- Phương pháp xác định hàm lượng phần gel

- Phương pháp xác định khối lượng riêng của xốp PU

- Phương pháp xác định độ hấp thụ nước của xốp PU

- Độ bền kéo đứt: được xác định theo ISO 1926-2005

- Độ bền nén: được xác định theo tiêu chuẩn ISO 844

- Độ bền cắt: được xác định theo tiêu chuẩn ISO 1922 – 2001

- Phương pháp xác định khả năng chống cháy của vật liệu xốp PUR: được xác định theo tiêu chuẩn UL 94

- Phương pháp đo độ giảm âm: được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 6436:1999

3 Kết quả nghiên cứu

3.1 Xác định khả năng đóng rắn của vật liệu xốp PU

Để xác định khả năng đóng rắn của izocyanat và polyol, đề tài tiến hành tạo mẫu từ các tổ hợp

A, B, C, với các tỷ lệ izocyanat/polyol như sau:

85.62 86.82 87.69 88.97 87.23 85.65

87.37 88.62 89.82 88.15 90.12

91.22

91.52

80 82 84 86 88 90 92 94

Từ hình 1 nhận thấy: ban đầu hàm lượng phần gel của các tổ hợp nguyên liệu tăng khi thay đổi

tỷ lệ izocyanat/polyol Tuy nhiên, khi đến một giá trị của tỷ lệ thì hàm lượng phần gel có xu hướng

tổ hợp B, tỷ lệ giữa isocyanat/polyol là 1/1,2 và đối với tổ hợp C, tỷ lệ giữa isocyanat/polyol là 1/1,1

3.2 Khảo sát điều kiện công nghệ chế tạo xốp theo phương pháp đổ khuôn:

Điều kiện công nghệ chế tạo xốp có ảnh hưởng lớn đến tính năng cơ lý của vật liệu xốp Đề tài tiến hành khảo sát nhiệt độ khuôn để chế tạo các mẫu xốp của tổ hợp A, tổ hợp B, tổ hợp C với tốc độ khuấy 1500 vòng/phút và thời gian khuấy 10 giây Các mẫu được ký hiệu ở bảng 3.2:

Sau đó tiến hành đo tính chất cơ học của mẫu kết quả thể hiện ở bảng 3.3:

Bảng 3.3: Tính chất cơ học của các mẫu xốp PU ở nhiệt độ khuôn khác nhau:

Độ bền nén (Kpa) Độ bền kéo đứt (Kpa) Độ bền cắt (Kpa)

Nhiệt độ chế tạo xốp là một yếu tố rất quan trọng trong công nghệ chế tạo xốp Xốp PUR

được tạo ra ngay cả trong điều kiện nhiệt độ thường khi trộn hợp các thành phần tạo xốp lại với nhau

Tuy nhiên, để xác định được nhiệt độ phản ứng tối ưu, tức là lựa chọn nhiệt độ mà tại đó xốp tạo ra có

được các tính chất tốí nhất, trước khi tiến hành gia công xốp trong ứng dụng thực tế, cần phải xác định

được nhiệt độ tối ưu này

Từ các kết quả thí nghiệm ở bảng 3.3 với các tổ hợp xốp PU (tổ hợp A, B, C) trong các nhiệt

độ khác nhau (30oC, 35oC, 40oC, 45oC, 50oC) nhận thấy:

Đối với tổ hơp A, ban đầu các độ bền kéo, bền nén, bền cắt tăng khi nhiệt độ tăng Tuy nhiên khi khảo sát ở các nhiệt độ cao hơn 40oC thì các độ bền giảm dần theo nhiệt độ, ở 40oC xốp tạo ra có tính chất cơ học cao nhất, tương ứng với độ bền nén đạt 320.4 Kpa, độ bền kéo đứt đạt 524.6 Kpa và

độ bền cắt đạt 118.7 Kpa Diễn biến này cũng xảy ra tương tự đối với tổ hợp B và tổ hợp C Với tổ hợp B, ở 40oC xốp tạo ra có độ bền cao nhất với độ bền nén đạt 328.7 Kpa, độ bền kéo đứt đạt 535.7 Kpa và độ bền cắt đạt 122.6 Kpa Còn với tổ hợp C, các độ bền trên tương ứng là 334.2 Kpa, 550.7 Kpa và 135.3 Kpa Như vậy, các tổ hợp xốp đều có các tính chất cơ học cao nhất khi tiến hành chế tạo xốp ở 40oC

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo xốp đến tính chất cơ lý của xốp PU:

Chất tạo xốp có ảnh hưởng lớn đến tính năng của xốp PU Hàm lượng chất tạo xốp phải phù hợp, nếu nhiều chất tạo xốp dẫn đến tính khối lượng riêng của xốp thấp, tính năng cơ lý của xốp giảm; ngược lại nếu hàm lượng chất tạo xốp ít quá dẫn đến xốp không thỏa mãn các yêu cầu Vì vậy, việc khảo sát hàm lượng chất tạo xốp sẽ cho phép đề tài lựa chọn được hàm lượng tối ưu cho các tổ hợp A,

B, C với các tỷ lệ isocyanat/ polyol đã lựa chọn

Bảng 3.5: Tính chất cơ học của các mẫu xốp PU ở nhiệt độ khuôn khác nhau:

100 200 300 400 500 600 700

tỷ lệ chất tạo xốp thấp Với tỷ lệ chất tạo xốp 1%, mẫu AX1 cho độ bền kéo 760 Kpa, độ bền nén 535 Kpa và độ bền cắt 325.4 Kpa Còn mẫu BX1 cho độ bền kéo 697 Kpa, độ bền nén 525 Kpa và độ bền cắt 315 Kpa Tương tự mẫu CX1 cũng cho các giá trị độ bền cơ học lớn nhất với các giá trị độ bền kéo 775 Kpa, độ bền nén 544.6 Kpa và độ bền cắt 365 Kpa Khối lượng riêng của xốp sẽ giảm dần khi tăng hầm lượng chất tạo xốp và tương ứng với các tính chất cơ học cũng giảm theo Với các mẫu có tỷ

lệ chất tạo xốp 15%, là tỷ lệ chất tạo xốp lớn nhất trong các tỷ lệ dùng để khảo sát, khối lượng riêng

và các giá trị độ bền cơ học có giá trị thấp hơn so với các mẫu có tỷ lệ chất tạo xốp thấp hơn Mẫu AX5 cho khối lượng riêng 2kg/m3, nhỏ hơn rất nhiều so với mẫu AX1 tức là cấu trúc rỗng rất chiếm

ưu thế và tương ứng với các giá trị độ bền kéo 95 Kpa, độ bền nén 75 Kpa và độ bền cắt 20 Kpa Tương tự, với mẫu BX5 có khối lượng riêng 2kg/m3 và các giá trị độ bền kéo 89 Kpa, độ bền nén 71 Kpa và độ bền cắt 25 Kpa Còn mẫu CX5 cũng có khối lượng riêng 2kg/m3 và các giá trị độ bền kéo110 Kpa, độ bền nén 87 Kpa và độ bền cắt 34.5 Kpa Như vậy, có thể khẳng định rằng khi tỷ lệ chất tạo xốp càng tăng thì tính chất cơ học của xốp càng giảm

Khi xem xét tới khả năng lựa chọn tỷ lệ chất tạo xốp thích hợp của tổ hợp xốp để ứng dụng trong thực tế, đề tài đã lựa chọn tỷ lệ chất tạo xốp là 7% Vì ở tỷ lệ này khi xem xét tới khía cạnh cân bằng giữa hiệu quả kinh tế (thể tích vật liệu tạo ra) với hiệu quả về mặt kỹ thuật (các giá trị về độ bền, khả năng cách âm, cách nhiệt ) thì tỷ lệ này là thích hợp nhất

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng và tỷ lệ các chất xúc tác đến tính chất cơ lý của xốp PU

Trong phản ứng tạo xốp PU, chất xúc tác không chỉ ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng, sự lan truyền của phản ứng theo dây chuyền mà còn ảnh hưởng tới khả năng khâu mạch của PU, từ đó ảnh hưởng tới các đặc tính của PU tạo ra Ngoài ra, chất xúc tác còn giúp cho phản ứng xảy ra hoàn toàn dẫn tới khả năng khâu mạch thích hợp cho PU tạo ra Như đã nghiên cứu ở phần tổng quan, mỗi chất xúc tác có ưu điểm riêng Vì vậy, đề tài tiến hành khảo sát hàm lượng và tỷ lệ của hai loại xúc tác, đó

là xúc tác tertiary amin và xúc tác thiếc đến các tính năng của xốp Thành phần của các mẫu xốp được thể hiện ở bảng 3.6, 3.7 và 3.8 sau:

Bảng 3.6: Thành phần của tổ hợp A

Thành phần, g Mẫu

AXT 1

Mẫu AXT 2

Mẫu AXT 3

Mẫu AXT 4

Mẫu BXT 3

Mẫu BXT 4

Mẫu CXT 3

Mẫu CXT 4

Các mẫu được chế tạo theo phương pháp đổ khuôn với các điều kiện gia công:

- Tốc độ khuấy trộn: 1500 vòng/phút trong thời gian 10 giây

- Nhiệt độ: 40 0C

- Thời gian: duy trì nhiệt độ và áp lực trong10 phút kể từ khi khuấy trộn

Các mẫu sau khi chế tạo được cắt ra theo các kích thước tiêu chuẩn để xác định độ bền nén, độ bền kéo và độ bền cắt

354.9

495 521.5 501.3

234.3 328.7 339.2 327.5

0 100 200 300 400 500 600

Hình 5: Sự phụ thuộc của độ bền cơ học của tổ hợp A vào tỷ lệ các chất xúc tác

Từ kết quả hình 5 nhận thấy, khi có mặt chất xúc tác đã làm tăng đáng kể độ bền cơ học của các mẫu xốp của tổ hợp A Tuy nhiên, sự thay đổi tỷ lệ các chất xúc tác có ảnh hưởng không lớn đến

độ bền cơ học của các tổ hợp xốp Cụ thể: khi hàm lượng chất xúc tác amin 0,8% và xúc tác thiếc 0,09% độ bền cơ lý của vật liệu xốp tổ hợp A tăng 31,9% đối với độ bền kéo đứt, độ bền cắt tăng 28,7%, độ bền nén tăng 30,9%

352.1 487.2 511.9 509.1

81.2 102.8 112 107.1231.8

301.8 332.7 309.5

0 100 200 300 400 500 600

Hình 6: Sự phụ thuộc của độ bền cơ học của tổ hợp B vào tỷ lệ các chất xúc tác

Tương tự như tổ hợp A, từ hình 6 nhận thấy, với hàm lượng xúc tác amin 0,8% và xúc tác thiếc 0,09% độ bền cơ lý của tổ hợp B tăng Cụ thể: độ bền kéo đứt tăng 31,2%, độ bền cắt tăng 27,5%, độ bền nén tăng 30,3%

384.2

94.5 127.8 134.7 121.2251.2

343.2 367 327.5

0 100 200 300 400 500

Hình 7: Sự phụ thuộc của độ bền cơ học của tổ hợp C vào tỷ lệ các chất xúc tác

Từ hình 7 nhận thấy, với hàm lượng xúc tác amin 0,8% và xúc tác thiếc 0,09% tổ hợp xốp cứng

C có độ bền kéo đứt tăng 32%, độ bền cắt tăng 29,8%, độ bền nén tăng 31,5% so với mẫu xốp không

có chất xúc tác

Đối với các mẫu xốp không có chất xúc tác, do các mẫu chế tạo ở cùng điều kiện công nghệ,

nên phản ứng xảy ra chậm và không hoàn toàn, dẫn đến tính năng cơ lý của các mẫu xốp thấp Khi có

mặt chất xúc tác quá trình phản ứng xảy ra nhanh hơn, làm cho khả năng khâu mạch của PU tăng, thể

hiện ở độ bền cơ học của các mẫu xốp tăng cao Tuy nhiên, với tỷ lệ xúc tác amin/xúc tác thiếc là

7,5/1 thì cho độ bền cơ học của các mẫu xốp lớn nhất Vì vậy, hàm lượng chất xúc tác amin là 0,8%

và xúc tác thiếc là 0,09% là tối ưu để chế tạo các mẫu xốp

3.5 Ảnh hưởng của phụ gia chống cháy đến khả năng cháy của xốp PU

Cặp nguyên liệu C được lựa chọn dùng để chế tạo xốp PU, tỷ lệ izocyanat/polyol bằng 1/1,1

phụ gia chống cháy gồm antimon trioxit kết hợp với paraphin clo hoá Tiến hành chế tạo xốp PU với

các tỷ lệ phụ gia chống cháy, chất chống cháy được trộn hợp trước với polyol

Sản phẩm xốp PU cắt thành mẫu có kích thước theo tiêu chuẩn để xác định độ bền cơ học và

khả năng chống cháy của xốp Kết quả được trình bày ở bảng 3.9

Bảng 3.9: Độ bền cơ học và tốc độ cháy của xốp PU có trộn hệ phụ gia chống cháy antimon

trioxit + paraphin clo hoá

Độ bền kéo, kPa

Độ bền cắt, kPa

Độ bền nén, kPa

Vận tốc cháy, mm/phút

Từ bảng 3.9 nhận thấy rằng, khi tăng hàm lượng chất chống cháy thì khả năng chống cháy của

vật liệu xốp được cải thiện đáng kể So sánh với mẫu không có chất chống cháy thì khả năng chống

cháy của chúng tăng lên rất nhiều Độ bền cơ học của các mẫu xốp tăng lên đáng kể khi sử dụng hệ

chất chống cháy antinom trioxit + paraphin clo hoá so với xốp khi không sử dụng kệ chất chống cháy

Tuy nhiên, hàm lượng chất chống cháy tăng đến một tỷ lệ thì tính chất cơ học của xốp PU bắt đầu suy

giảm

Kết quả cũng cho thấy với hàm lượng phụ gia là 4.6% antimon trioxit và 9.4% paraphin clo hoá

thì các mẫu vật liệu vẫn có tính chất cơ học tốt Khi tăng hàm lượng antimon trioxit lên 5.4% và

10,6% paraphin thì tính chất cơ học của xốp có sự suy giảm Như vậy, hàm lượng chất chống cháy

được lựa chọn với tỷ lệ như sau:

Paraphin clo hoá: 9.4% khối lượng của izocyanat + polyol

Antimon trioxit: 4.6% khối lượng của izocyanat + polyol

3.6 Khả năng cách âm của vật liệu

Khả năng hấp thụ âm phụ thuộc vào tính chất của vật liệu Khi sóng âm tới, không khí trong các

khe rỗng dao động, một phần năng lượng âm xuyên qua vật liệu, phụ thuộc vào sức cản của dòng

không khí và vận tốc của không khí thổi qua khe rỗng

Để đánh giá khả năng cách âm của các mẫu xốp, đề tài tiến hành đo hệ số hấp thụ âm của các

mẫu vật liệu theo tỷ lệ như sau:

- Hợp chất cơ thiếc

0,8 0,09 Chất chống cháy - Paraphin clo hóa

- Sb2O3

9,4 4,6

Các mẫu vật liệu được phun lên thành của bức tường và tiến hành đo âm thanh ở 1000Hz

Khả năng cách âm của vật liệu được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.11: Cường độ âm thanh

Tổ hợp

mẫu Cường độ âm thanh bên ngoài tấm xốp, dB Cường độ âm thanh bên trong tấm xốp, dB

• Tần số 1000Hz

Ta nhận thấy, xốp PU đã làm giảm đáng kể âm thanh so với bên ngoài do cấu trúc của các lỗ

xốp ở dạng kín vì vậy đã ngăn cản đáng kể lượng âm thanh

3 Kết luận

1 Qua khảo sát tính chất cơ lý, hàm lượng gel, tỷ trọng của vật liệu với các tỷ lệ izocyanat/polyol,

các hàm lượng chất tạo xốp và xúc tác khác nhau đề tài đã nhận thấy tổ hợp C có các tính chất nổi trội

hơn cả nhất là khả năng tạo mạng lưới cao và độ hấp thụ nước nhỏ, phù hợp với mục đích sử dụng làm

vật liệu cách âm và cách nhiệt cho tầu hỏa, nơi có tác động cơ học cao và luôn tiếp xúc với môi trường

ẩm

2 Khả năng chống bắt cháy của xốp cứng PU khi sử dụng tổ hợp chất chống cháy là paraphin clo hóa/Sb2O đã khảo sát Với 9,4 % paraphin clo hóa và 4,6 Sb2O3 sản phẩm có vận tốc cháy thấp, đảm bảo ngọn lửa bị tắt khi không còn nguồn cháy

Tài liệu tham khảo

[1]: htt:/en.wikipedia.org/wiki/Sound-pressure-level

Prioritization Study, May 2004

[3]: Lan Lowe (2001) Increasing noise annoys, Report on arecent Brisbane public meeting dealing with noise

Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học công nghệ và môi trường năm 2009

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Hà Nội, 30/10/2009

Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế tạo bộ sơn bảo vệ chống ăn mòn cầu thép và kết cấu thép tuổi thọ 5-10 năm với công suất 50 tấn/năm

TS Nguyễn Thị Bích Thủy

KS Đào Minh Tuệ và nhóm nghiên cứu

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Tóm tắt Để hoàn thiện công nghệ chế tạo bộ sơn bảo vệ chống ăn mòn, công thức sơn chế tạo

sơn lót và sơn trung gian hệ epoxy cũng như hệ sơn phủ polyurethane đã được nghiên cứu hoàn thiện Phụ gia Disperbyk cho độ mịn sơn tốt nhất và thời gian nghiền sơn ngắn nhất Qua việc thử nghiệm khả năng chịu thời tiết trong tủ khí hậu nhân tạo, đề tài đã lựa chọn được phụ gia chịu tia

tử ngoại thích hợp cho hê sơn polyurethan Đó là sử dụng kết hợp của hai loại phụ gia chịu tia tử ngoại Tinuvin và Seesorb Ngoài ra, đề tài cũng đã xác định được các điều kiện sản xuất đối với các hệ sơn đặc biệt là sơn phủ polyurethan Với quy trình hợp lý kết hợp với việc sử dụng phụ gia phân tán, thời gian chế tạo của hệ sơn phủ polyurthan đã được cải thiện đáng kể so với hệ sơn

chưa được cải tiến

Abstract For improvement of production process of anti-corrosion paint system, formulation of

primer and intermediate coating based on epoxy and polyurethane were made The use of the Disperbyk additive give the paint the finest texture, and shortest time of grinding After weathering tests, a combination of Tinuvin and Seesorb additives was used for UV resistance of polyurethane paint In addition, optimum conditions for production of paint systems, especially polyurethane paint were given.With suitable procedure of production and the use of distribution additive, production time of polyurethane paint was shortened

1 Mở đầu

Ở Việt Nam nhu cầu về các loại sơn bảo vệ cho các công trình và phương tiện GTVT với chất lượng cao nhằm nâng cao tuổi thọ công trình là rất lớn Cho đến nay, các hệ sơn Epoxy, Caosu clo hoá, Acrylic, Phenolfocmandehyt, Polyuretan, trong dung môi hữu cơ đã được nghiên cứu chế tạo và ứng dụng để bảo vệ kết cấu thép nói chung và các công trình cầu thép nói riêng Song song với việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng các hệ sơn mới, để đáp ứng xu thế hội nhập, nâng cao chất lượng, tăng hiệu quả kinh tế, giữ vững và phát triển thương hiệu các hệ sơn truyền thống do Viện chế tạo thì việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất sơn bảo vệ kết cấu thép có chất lượng cao là hướng đi quan trọng và rất cần thiết

2 Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu

2.1 Nguyên liệu:

1 Chất tạo màng epoxy

• Epon 01, Epon 02, Epotec 01, Epotec 02, DOW 671

• Chất đóng rắn: Epikure Epotec, Versamid cogni, Epikure Epon

Các bột màu, chất độn và các phụ gia sử dụng để chế tạo sơn gồm:

*Bột màu: Oxit titan; Oxit sắt; Cromat kẽm; Oxit crom xanh lá cây

*Chất độn: Ba(SO4)2; Bột Talc; CaCO3; Bột thạch anh…

*Các phụ gia

Phụ gia phân tán: Texaphor; Tego Dispers; Disperbyk; Anti - Terra:

Phụ gia hoá dẻo: Phụ gia hóa dẻo hoạt tính 01; Phụ gia hóa dẻo hoạt tính 02 ; Cereclor 56L; Cereclor 56L; Eastman DOP Plasticizer

Phụ gia chống tia tử ngoại: Seesorb; Tinuvin:

2.2 Các phương pháp nghiên cứu:

- Các phương pháp xác định tính chất của sơn và màng sơn theo TCVN, 22TCN, 64 TCN, TCVN 6934:2001, ISO, BS

- Phương pháp tổng trở điện hóa (EIS)

- Phương pháp gia tốc ăn mòn bằng thử nghiệm phun mù muối ASTM B-117

- Phương pháp thử nghiệm bức xạ tử ngoại theo ISO 11507

3 Kết quả và thảo luận

3.1 Nghiên cứu sơn Epoxy

Để nâng cao chất lượng hệ sơn trên cơ sở nhựa Epoxy và chủ động trong sản xuất đề tài đã tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo sơn với các loại nhựa Epoxy sẵn có trên thị trường để lựa chọn sử dụng cùng với sản phẩm sơn đã có của đơn vị là Epoxylaccol, đồng thời cũng nghiên cứu hoàn thiện những tồn tại của các lọai sơn đơn vị đã có bằng các phụ gia tăng cường, thông qua:

a Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại chất tạo màng đến tính chất của sơn epoxy

Trên cơ sở các chất tạo màng epoxy và các chất đóng rắn đã lựa chọn, đề tài đã nghiên cứu sơ bộ

và đã thiết lập được công thức chế tạo các mẫu sơn để tiến hành nghiên cứu

Sau khi đã chế tạo được các mẫu sơn, đề tài đã tiến hành kiểm tra các tính chất vật lý của các mẫu sơn và tiến hành khảo sát khả năng bảo vệ của sơn bằng phương pháp đo thế theo thời gian Kết quả

đo thế theo thời gian của các mẫu sơn được đưa ra trên hình 1

-800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

MÉu E3-2

Hình 1 Đồ thị Điện thế - Thời gian của các mẫu sơn

Qua quá trình khảo sát, đề tài đã lựa chọn được chất tạo màng thích hợp cho việc chế tạo sơn

epoxy để bảo vệ cho các kết cấu thép là nhựa Epon 01 và chất đóng rắn Epikure Epon

b Nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoá dẻo đến tính chất của sơn epoxy

Sau khi đã lựa chọn được chất tạo màng thích hợp, đề tài tiếp tục tiến hành nghiên cứu lựa chọn

phụ gia hoá dẻo để cải thiện tính chất của sơn epoxy đã chế tạo Và thấy rằng, khi thêm phụ gia hoá

dẻo với các hàm lượng khác nhau, thời gian nghiền và tính chất vật lý của các mẫu sơn thay đổi không

đáng kể Như vậy phụ gia hoá dẻo không làm ảnh hưởng đến tính chất vật lý của hệ sơn epoxy

Các mẫu sơn tiếp tục được pha đóng rắn và sơn lên tấm mẫu với chiều dày 50µm để kiểm tra tính

chất cơ lý và được phơi trong tủ nhiệt ẩm với chu kì 8 giờ phun ẩm và 16 giờ chịu nhiệt Sau 40 chu

kỳ, các mẫu sơn được lấy ra để kiểm tra sự thay đổi tính chất cơ lý.Qua các kết quả khảo sát đề tài đã

lựa chọn được phụ gia hóa dẻo 02 thích hợp cho việc chế tạo sơn epoxy chất lượng cao để bảo vệ lâu

dài cho các kết cấu thép

c Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia lưu biến đến khả năng thi công của hệ sơn

Đề tài đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của 3 loại phụ gia lưu biến đến đặc tính thi công của hệ

sơn Ba loại phụ gia được sử dụng là Benton, Disparlon, Silicafume với hàm lượng theo khuyến cáo

của nhà sản xuất Công thức của các mẫu sơn được cho trong bảng 1

Bảng 1 Công thức hệ sơn với các phụ gia lưu biến

Sau khi sơn, tấm mẫu được đặt trên mặt phẳng ngang và đánh giá bề mặt sau khi khô Mức độ

đánh giá được phân thành 4 mức như sau:

Mức 1 Màng sơn hoàn toàn bằng phẳng

Mức 2 Màng sơn có đa số các vết chổi đã được san phẳng hoàn toàn

Mức 3 Màng sơn có vết chổi với mật độ lớn hơn

Mức 4 Màng sơn không san phẳng được vết chổi

Kết quả nghiên cứu khả năng thi công của các hệ sơn được cho trong bảng 2

Bảng 2 Tính chất của hệ sơn epoxy với các phụ gia lưu biến khác nhau

Qua các kết quả nghiên cứu đề tài đã lựa chọn được phụ gia Silicafume sử dụng với hàm lượng

thấp nhưng cho hiệu quả cao đối với việc nâng cao tính chất thi công của hệ sơn epoxy

Nhận xét chung:

Qua quá trình khảo sát đề tài đã thiết lập được công thức chế tạo hệ sơn epoxy trên cơ sở chất tạo

màng Epon 01, chất đóng rắn Epikure epon, phụ gia hoá dẻo hoạt tính 02 và phụ gia lưu biến

Silicafume Với việc sử dụng các nguyên liệu này, hệ sơn thu được có đặc tính thi công tốt, các tính

chất cơ lý đáp ứng tiêu chuẩn 22TCN 235-97 và có khả năng bảo vệ chống ăn mòn với hiệu quả lâu

dài cho các kết cấu thép

3.2 Nghiên cứu sơn epoxy có hàm lượng dung môi thấp

Hệ sơn Epoxy có hàm lượng dung môi thấp được chế tạo dựa trên chất tạo màng epoxy khối

lượng phân tử thấp và chất đóng rắn amin Vấn đề cần giải quyết cho hệ sơn này là công nghệ phân tán

các pigment bột độn với nhựa Vì vậy, đề tài đã tập trung nghiên cứu hệ phụ gia pha loãng và bột độn

có kích thước nanô Cụ thể:

a Nghiên cứu ảnh hưởng của chất pha loãng hoạt tính đến tính chất của sơn epoxy có hàm lượng

dung môi thấp:

Hệ sơn Epoxy có hàm lượng dung môi thấp được chế tạo dựa trên chất tạo màng epoxy khối

lượng phân tử thấp và chất đóng rắn amin biến tính Hệ sơn này có các đặc tính như:

• Độ nhớt cao (vì hàm lượng dung môi không được quá giới hạn cho phép - khoảng 5%

đến 15 %) Do đó khả năng nghiền và khả năng thi công kém

• Tốc độ đóng rắn nhanh, cho màng sơn có độ cứng cao.Tuy nhiên màng sơn hệ này có

nhược điểm là giòn, độ bền uốn và độ bền va đập kém

Để khắc phục các nhược điểm trên đề tài đã tiến hành nghiên cứu cải tiến chất lượng hệ sơn bằng

cách bổ sung thêm chất pha loãng hoạt tính và khảo sát khả năng nghiền của các mẫu sơn thông qua

thời gian nghiền và độ mịn tối đa thu được Kết quả thử nghiệm các tính chất cơ lý của các mẫu sơn

nghiên cứu được đưa ra ở bảng 3

Bảng 3 Tính chất cơ lý của các mẫu sơn epoxy

Thời gian khô, giờ

Như vậy, qua kết quả nghiên cứu có thể thấy rằng, các mẫu sơn có thời gian khô và độ bám dính

tương đương nhau Mẫu sơn không có phụ gia hoá dẻo có độ cứng rất cao, tuy nhiên độ bền va đập và

độ bền uốn rất kém Mẫu sơn có sử dụng phụ gia DOP có độ bền va đập và độ bền uốn được cải thiện

đáng kể, tuy nhiên độ bền va đập vẫn chưa đạt tiêu chuẩn và độ cứng tượng đối bị giảm đi rất nhiều

Hai mẫu sơn có sử dụng chất pha loãng hoạt tính đều có các tính chất đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo

TCN-235-97 Mẫu EP-3 có sử dụng chất pha loãng hoạt tính 2 chức có độ cứng lớn hơn

b Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nano đến tính chất cơ lý của sơn epoxy

Sau khi đã lựa chọn được chất pha loãng hoạt tính thích hợp, đề tài tiếp tục tiến hành nghiên cứu

ảnh hưởng của phụ gia nano đến tính chất hệ sơn Thành phần phụ gia và tính chất vật lý của sơn lỏng,

cũng như tính chất cơ lý của màng sơn được đưa ra ở bảng 4,5,6

Bảng 6 Tính chất cơ lý của hệ sơn epoxy với hàm lượng phụ gia nano khác nhau

Thời gian khô, giờ

Như vậy hàm lượng thích hợp của phụ gia nano đối với hệ sơn đang nghiên cứu là từ 0.5% đến

1.0%

3.3 Nghiên cứu ứng dụng khoáng mica để tăng cường khả năng bảo vệ cho hệ sơn epoxy - pek

a Chế tạo sơn trên cơ sở nhựa epoxy

Để nghiên cứu khả năng sử dụng mica gia cường cho sơn trên cơ sở nhựa epoxy, đề tài đã sử

dụng loại sơn epoxy-pek đã được nghiên cứu chế tạo và sử dụng của Viện chuyên ngành vật liệu XD

và Bảo vệ công trình

Thành phần của các loại sơn nghiên cứu được thể hiện trên bảng 7 Các mẫu sơn được kiểm tra

các tính chất và tạo màng để khảo sát các tính chất cơ lý

Bảng 7 Thành phần sơn nghiên cứu

Hàm lượng (pkl) Thành phần EP EPS 1 EPS 2 EPS 3 EPS 4 EPS 5

b Khảo sát tính chất của sơn

Tính chất của các mẫu sơn được trình bầy trên bảng 8 Ở đây thấy rằng, khi có mặt của mica, thời

gian khô của màng sơn được giảm đi, nhất là khô không bắt bụi Điều này được giải thích là do sự

thoát dung môi thuận lợi hơn khi có mica trong tổ hợp sơn Mặt khác không loại trừ khả năng quá

trình đóng rắn màng sơn được thúc đẩy nhờ các hợp chất silan có trên bề mặt mica

Độ mịn của các mẫu sơn có chứa mica không được thấp, phần lớn vào khoảng 50 μm Chúng tôi

đó kiểm tra lại kích thước và phân bố của hạt mica thì thấy rằng, mica nghiên cứu có kích thước hạt

trung bình nhỏ (16,1 μm) nhưng độ phân bố của nó rộng, lên tới gần 200 μm (hình 2) Độ phân bố

hạt rộng đó làm ảnh hưởng tới độ mịn của sơn

Bảng 8 Tính chất của sơn

Thời gian khô Mẫu sơn

Độ mịn ( μm) Không bắt bụi (giờ) Khô hoàn toàn (giờ)

Chiều dày màng sơn ( μm)

Để đảm bảo sơn có chất lượng tốt, mica cần được tuyển tốt hơn

c Khảo sát tính chất cơ lý của màng sơn

Khi có mặt của mica các tính chất cơ lý của màng sơn hầu như không thay đổi và đạt ở các mức

cao theo tiêu chuẩn như độ bám dính và độ bền uốn, đảm bảo cho màng sơn sử dụng tốt Độ bền va

đập có bị suy giảm khi tăng hàm lượng mica tới 20 % Tuy nhiên với giá trị 47 KG.cm, màng sơn vẫn

đảm bảo tiêu chuẩn cho phép

Độ cứng màng sơn tăng đáng kể khi được gia cường bằng mica Sau 1 tuần các giá trị này đã lớn

hơn 30 %, giá trị cho phép theo tiêu chuẩn, khi màng sơn đóng rắn hoàn toàn các giá trị này tăng lên

nhiều Trên bảng 9 cho thấy khi hàm lượng mica tăng thì độ cứng tăng ở các mẫu EP 1 đến EP 3 Tuy

nhiên ở các mẫu có chứa 15% và 20% mica độ cứng lại bị suy giảm Điều này có thể do ảnh hưởng

của hạt mica ở phân đoạn có kích thước lớn

Mica đã làm tăng độ cứng của màng sơn, giúp cho độ bền của sơn tăng lên, nhất là khi sử dụng ở

những nơi có tác động của cơ học, hay bị trà sát như gió và cát bụi

Bảng 9 Tính chất cơ lý màng sơn

Độ cứng, (%) Mẫu sơn

Độ bám dính

(Điểm)

Độ bền uốn (mm)

Độ bền va đập (KG.cm) Sau 1 tuần Đóng rắn hoàn toàn

d Khảo sát độ bền hóa chất của màng sơn

Để khảo sát độ bền môi trường hóa chất của màng sơn, đã tiến hành ngâm mẫu trong các dung dịch muối NaCl, axit HCl và dung dịch NaOH Trên bảng 10 thấy rằng, sau 48 giờ ngâm mẫu màng sơn của tất cả các loại sơn chưa thấy có dấu hiệu hư hỏng Sau 60 ngày thử nghiệm, màng sơn EP không chứa mica có bị suy giảm chút ít trong dung dịch axit và kiềm, cũng như màng sơn EPS 1 và EPS 2 trong dung dịch kiềm Tuy nhiên sự suy giảm này là không đáng kể Mica đã thể hiện khả năng tăng cường độ bền hóa chất của sơn

e Xác định khả năng bảo vệ màng sơn bằng thử nghiệm mù muối

Bảng 11 cho thấy kết quả thử nghiệm mù muối của các mẫu sơn không có mica EP và 3 mẫu sơn

có chứa mica EPS 3, EPS 4, EPS 5 Ở vị trí không bị phá hủy, màng sơn không xuất hiện vết gỉ Tại các vết rạch, màng sơn có chứa mica ít bị gỉ hơn

Bảng 11: Kết quả thử nghiệm mù muối sau 480 giờ

EP EPS 3 EPS 4 EPS 5

f Khảo sát cấu trúc hình thái màng sơn

Cấu trúc hình thoi của màng sơn thể hiện mức độ tương tác pha giữa chất kết dính và mica hình 2

và 3 thể hiện ảnh SEM của mặt gẫy mẫu sơn có chứa mica chưa biến đổi bề mặt và đã biến đổi bề mặt tương ứng

3.4 Nghiên cứu hệ sơn phủ Polyuretan

3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất tạo màng đến tính chất của sơn polyuretan

Chất tạo màng là thành phần quyết định đối với các tính chất của hệ sơn Vì vậy để cải thiện hệ sơn trước hết đề tài đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của một số chất tạo màng khác nhau đến tính chất của màng sơn Qua nghiên cứu tổng quan, đề tài đã lựa chọn 3 loại nhựa polyol phù hợp và công thức để chế tạo sơn polyurethan Thành phần của các mẫu sơn nghiên cứu được cho trong bảng 12

Bảng 12 Thành phần của các mẫu sơn polyurethan

Các công thức được tiến hành nghiền và được kiểm tra các tính chất vật lý, cơ lý Tính chất vật

lý của các mẫu sơn được cho trong bảng 13

Bảng 13 Tính chất vật lý của các mẫu sơn Polyurethan

Qua bảng số liệu có thể thấy, các mẫu sơn với các loại chất tạo màng khác nhau có tính chất vật

lý không có sự khác biệt đáng kể Các mẫu sơn được đóng rắn bằng chất đóng rắn Desmodur 01 và

kiểm tra các tính chất cơ lý Các tính chất cơ lý của màng sơn sau khi đóng rắn được cho trong bảng

14

Bảng 14 Tính chất vật lý của các mẫu sơn polyurethan

Thời gian khô, giờ

Độ chịu axit 48 giờ màng sơn không bong rộp

Qua các kết quả thu được có thể thấy rằng nhựa Desmophen 03 cho màng sơn có độ cứng cao

tuy nhiên độ bóng của màng sơn thấp Với chất tạo màng Desmophen 01 và Desmophen 02, màng

sơn có độ bóng cao hơn nhưng độ cứng thấp hơn Việc phối trộn hai loại nhựa trên cùng với

Desmophen 03 cho màng sơn có độ bóng cao trong khi độ cứng được cải thiện rất nhiều

Để lựa chọn được hệ chất tạo màng tốt nhất cho chế tạo sơn polyurethan, đề tài tiến hành thử

nghiệm khả năng chịu thời tiết của các mẫu sơn Các mẫu sơn được phơi trong tủ khí hậu nhân tạo và

hằng ngày được lấy ra để kiểm tra sự thay đổi độ bóng Kết quả thử nghiệm thời tiết của các mẫu sơn

được biểu diễn trên đồ thị hình 4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Hình 4 Thay đổi độ bóng của các mẫu sơn khi phơi trong tủ khí hậu nhân tạo

Qua quá trình thử nghiệm thời tiết có thể thấy mẫu PU-3 có độ bóng giảm rất nhanh, mẫu PU-3

và PU-5 có độ bóng thay đổi itt thay đổi nhất Như vậy có thể rút ra kết luận nhựa Desmophen 03 có

khả năng chịu thời tiết tốt nhất Kết hợp giữa kết quả kiểm tra tính chất cơ lý và thử nghiệm mù muối,

đề tài đã quyết định lựa chọn kết hợp nhựa Desmophen 02 và Desmophen 03 để chế tạo sơn

polyurethan Sự kết hợp này cho màng sơn có các tính chất cơ lý đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và có độ

bền thời tiết cao

3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia phân tán đến tính chất của sơn polyuretan

Sau khi đã lựa chọn được loại nhựa thích hợp, đề tài tiến hành lựa chọn phụ gia phân tán cho sơn

polyurethan Sơn polyurethan là lớp sơn phủ nên màu sắc, độ bóng là các yêu cầu quan trọng Vì vậy

việc sử dụng phụ gia phân tán nhằm nâng cao khả năng và độ ổn định phân tán, độ ổn đinh màu sắc là

rất cần thiết Đề tài đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của 3 loại phụ gia phân tán đến tính chất của hệ

sơn polyurethan Công thức chế tạo các mẫu sơn được cho trong bảng 15

Bảng 15: Thành phần hệ sơn polyurethan với các phụ gia phân tán khác nhau

Các mẫu sơn được pha trộn theo công thức ảnh hưởng của phụ gia đến khả năng phân tán của hệ

sơn được cho trong bảng 16

Bảng 16: Ảnh hưởng của phụ gia phân tán đến khả năng phân tán và tính chất vật lý của hệ sơn

Qua kết quả nghiên sơn có thể thấy rằng, việc sử dụng phụ gia phân tán làm giảm đáng kể thời

gian nghiền đồng thời cũng cải thiện một phần độ mịn của hệ sơn Sử dụng phụ gia Disperbyk 01 cho

độ mịn sơn tốt nhất và thời gian nghiền sơn ngắn nhất Các mẫu sơn tiếp tục được kiểm tra tính chất

cơ lý để xác định ảnh hưởng của phụ gia phân tán đến tính chất của màng sơn Tính chất cơ lý của hệ

sơn với các phụ gia phân tán khác nhau được cho trong bảng 17

Bảng 17: Tính chất cơ lý của hệ sơn polyuretan với các phụ gia phân tán khác nhau

Thời gian khô, giờ

Như vậy việc sử dụng phụ gia có ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của màng sơn Mẫu DA-3 sử

dụng phụ gia Disperbyk có độ bóng, độ cứng cao nhất và cao hơn hẳn so với mẫu không có phụ gia

phân tán

Một vai trò của phụ gia phân tán là nâng cao độ ổn định của hệ sơn do đó đề tài đã tiến hành

nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia phân tán đến độ ổn định của hệ sơn Các mẫu sơn được đổ trong

ống đong 200ml bằng thuỷ tinh, để cố định và theo dõi tốc độ lắng bột màu Tốc độ lắng bột màu

được thể hiện qua số mm bị lắng đọng Kết quả kiểm tra độ ổn định của các mẫu sơn được cho trong

bảng 18

Bảng 18: Tốc độ lắng bột màu của các mẫu sơn polyuretan theo thời gian, mm

Qua khảo sát tốc độ lắng bột màu của các mẫu sơn có thể thấy rằng phụ gia phân tán có ảnh

hưởng lớn đến độ ổn định của hệ sơn Qua kết quả nghiên cứu, đề tài cũng lựa chọn được phụ gia

phân tán Disperbyk sử dụng cho hệ sơn polyurethan Việc sử dụng phụ gia này làm tăng hiệu quả và

độ ổn định phân tán đồng thời cũng cải thiện một phần tính chất cơ lý của hệ sơn

3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia chống tử ngoại đến độ bền thời tiết của màng sơn

Sơn polyurethan là lớp sơn phủ ngoài cung vì vậy ngoài các yêu cầu về tính chất cơ lý, yêu cầu

về khả năng chịu tia tử ngoại cũng rất quan trọng Đề tài đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của phụ

gia chống tia tử ngoại đến độ bền thời tiết cảu màng sơn Công thức chế tạo các mẫu sơn polyurethan

với các phụ gia chống tia tử ngoại khác nhau được cho trong bảng 19

Bảng 19: Thành phần các mẫu sơn polyurethan với các phụ gia chống tia tử ngoại

Các mẫu sơn sau khi áp dụng lên tấm mẫu, được phơi trong tủ khí hậu nhân tạo để theo dõi ảnh

hưởng của phụ gia chịu tia tử ngoại đến độ bền thời tiết của hệ sơn Kết quả thử nghiệm được biểu

diễn trên hình 5 và 6

0 20 40 60 80 100

Hình 5 Thay đổi độ bóng của màng sơn sau khi phơi trong tủ khi hậu nhân tạo

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Hình 6 Thay đổi màu sắc của màng sơn sau khi phơi trong tủ khi hậu nhân tạo

Như vậy qua việc thử nghiệm khả năng chịu thời tiết trong tủ khí hậu nhân tạo, đề tài đã lựa chọn được phụ gia chịu tia tử ngoại thích hợp cho hê sơn polyurethan Đó là sử dụng kết hợp của hai loại phụ gia chịu tia tử ngoại Tinuvin và Seesorb

3.4 Nghiên cứu công nghệ chế tạo sơn polyuretan

Hiện nay trong ngành giao thông, nhu cầu về sơn bảo vệ chất lượng cao chủ yếu để sơn mới hoặc sửa chữa các công trình cầu sắt và các kết cấu thép nhỏ, do đó nhu cầu về sơn bảo vệ chất lượng cao chỉ ở mức trung bình Dựa trên thực tế sản xuất sơn tại Viện khoa học và Công nghệ GTVT và tình hình ứng dụng các loại sơn bảo vệ chất lượng cao của ngành giao thông, đề tài đã lựa chọn được quy

mô sản xuất các loại sơn chất lượng cao để bảo vệ các kết cấu thép Đó là sản xuất ở quy mô nhỏ với công xuất 150 kg/mẻ Dựa trên các công thức sơn đã được nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, đề tài đã tiến hành nghiên cứu quy trình sản xuất sơn phù hợp với hệ thống thiết bị sản xuất với công xuất 150 kg/mẻ

Quy trình nghiền sơn gồm các bước như sau:

a Phối trộn ban đầu:

Đây là giai đoạn đầu tiên và có ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất sơn Trong giai đoạn này, chất tạo màng, dung môi và phụ gia phân tán (có thể cả phụ gia chống tạo bọt và phụ gia làm đặc) được hoà tan trộn trước, sau đó bột màu được từ từ cho vào trong khi khuấy ở giai đoạn này khí và hơi ẩm trong mao quản của bột màu cần được thay tách ra và bột màu được thấm ướt bằng dung dịch chất tạo màng Sự thấm ướt bột màu càng tốt, quá trình phân tán bột màu ở giai đoạn tiếp theo càng

có nhiều thuận lợi Sự thấm uớt bột màu phụ thuộc nhiều yếu tố, nhưng chủ yếu là độ nhớt của dung dịch chất tạo màng, sức căng bề mặt của chất màng và bột màu, kích thước các mao quản

b Nghiền:

Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình sản xuất sơn Giai đoạn này chiếm phần lớn thời gian và quyết định chất lượng của hệ sơn Trong giai đoạn này, các hạt bột màu kết khối bị phá vỡ thành các hạt cơ bản với kích thước nhỏ hơn rất nhiều Sau đó các hạt bột màu được bao bọc bởi dung dịch nhựa để tránh hiện tượng kết tụ bột màu Quá trình nghiền càng tốt, độ mịn của hệ sơn càng cao và chất lượng của hệ sơn càng tốt Hiệu quả quá trình nghiền được quyết định bởi loại thiết

bị, năng lượng nghiền, thời gian nghiền và các thông số công nghệ của quá trình

c Pha sơn thành phẩm:

Giai đoạn này có ảnh hưởng ít đến chất lượng cũng như thời gian sản xuất của hệ sơn ở giai đoạn này, chất tạo màng, dung môi và các loại phụ gia được bổ sung vào hệ sơn để đạt được các tính chất như mong muốn

d Lọc và đóng thùng:

Quá trình này nhằm loại bỏ các tạp chất, cặn bẩn, bột màu chưa nghiền có lẫn trong sơn

Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật đối với từng công đoạn trong quá trình sản xuất sơn và quy mô sản xuất nhỏ 150 kg/mẻ, đề tài đã lựa chọn được các thiết bị phù hợp cho quá trình sản xuất Các thiết bị

cơ bản bao gồm:

• Máy khuấy tốc độ cao: Tốc độ tối đa: 1500 vòng/phút Máy khuấy tốc độ cao phù hợp với việc khuấy trộn các hệ sơn dung môi có độ nhớt cao, có thể áp dụng cho khuấy trộn ban đầu lẫn pha sơn thành phẩm Trong quá trình khuấy trộn ban đầu với máy khuấy cao tốc, ngoài việc được thấm ướt bởi dung dịch nhựa, các hạt bột màu kết tụ cũng được phá vỡ thành các hạt có kích thước nhỏ hơn Điều này tạo rất nhiều thuận lợi cho quá trình nghiền tiếp theo

• Máy khuấy tốc độ thấp: Dùng để pha sơn dung môi có độ nhớt trung bình

• Máy nghiền hạt ngọc kiểu ngang – kích thước buồng nghiền 20 lít Máy nghiền hạt ngọc kiểu ngang là loại máy nghiền có hiệu suất nghiền cao và cho sản phẩm sơn có chất lượng tốt

• Thùng chứa và pha sơn 200 lít Thùng chứa 200 lít thích hợp với các công đoạn phối trộn ban đầu và pha sơn thành phẩm trong dây chuyền sản xuất có công suất 150 kg/mẻ

Sau khi đã lựa chọn được các thiết bị phù hợp, đề tài tiếp tục tiến hành nghiên cứu để thiết lập được các thông số công nghệ phù hợp với việc sản xuất sơn bằng các thiết bị trên Đề tài đã lựa chọn

hệ sơn phủ bảo vệ có tuổi thọ lớn hơn và bằng 10 năm ( sơn lót epoxy, sơn trung gian epoxy,sơn phủ polyurethan ) để tiến hành nghiên cứu Sơn phủ polyurethan là hệ sơn phủ ngoài cùng, quyết định tính chất bề mặt của toàn bộ hệ sơn và cũng bảo vệ cho các lớp sơn bên trong Vì vậy sơn phủ polyurethan cần có độ mịn cao, độ bóng cao, màu sắc ổn định, màng sơn đồng nhất, không có các khuyết tật Điều này được quyết định rất lớn bởi quá trình nghiền

Như vậy qua quá trình khảo sát, đề tài đã xác định được các điều kiện sản xuất đối với mẫu sơn phủ polyurethan Với quy trình hợp lý kết hợp với việc sử dụng phụ gia phân tán, thời gian sản xuất của hệ sơn phủ polyurthan đã được cải thiện đáng kể so với hệ sơn chưa được cải tiến

4 Kết luận

Qua quá trình nghiên cứu, đề tài đã hoàn thiện được công nghệ chế tạo bộ sơn bảo vệ chống ăn mòn chất lượng cao (tuổi thọ ≥10 năm) trên cơ sở sơn lót, sơn trung gian hệ epoxy biến tính và sơn phủ hệ polyuretan, đáp ứng được yêu cầu thực tế cũng như các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn Nghành 22 TCN 235-97 và tiêu chuẩn Quốc tế đối với hệ sơn phủ bảo vệ các kết cấu thép Cụ thể : 1- Đề tài đã thiết lập được công thức chế tạo hệ sơn lót epoxy trên cơ sở chất tạo màng sẵn có trên thị trường (Epon 01, chất đóng rắn Epikure Epon), phụ gia hoá dẻo hoạt tính 02 và phụ gia lưu biến Silicafume Với việc sử dụng các nguyên liệu này, hệ sơn thu được có đặc tính thi công tốt và có khả năng bảo vệ chống ăn mòn với hiệu quả lâu dài cho các kết cấu thép

2- Đề tài đã lựa chọn được chủng loại và hàm lượng chất pha loãng hoạt thích hợp để cải thiện tính chất của hệ sơn Epoxy có hàm lượng dung môi thấp Khi bổ sung phụ gia nano vào hệ sơn, độ cứng tương đối của hệ sơn đã được cải thiện đáng kể Hàm lượng sử dụng của phụ gia này là 0.5 – 1.0% Đề tài cũng đã tiến hành xây dựng quy trình sản xuất phù hợp cho hệ sơn epoxy có hàm lượng dung môi thấp Với các bước cải tiến, khả năng phân tán và tính chất của hệ sơn được cải thiện đáng