Nghiên cứu chế tạo chất phủ kị nước trên cơ sở nano silica và polysiloxan ứng dụng chống thấm cho các công trình xây dựng bằng bê tông và gạch đất sét nung

LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết thí nghiệm nêu luận văn trung thực chƣa công bố công trình khác Tác giả luận văn Thái Duy Đức i LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn TS Trịnh Minh Đạt PGS.TS Tạ Phƣơng Hòa tận tình hƣớng dẫn, bảo nhƣ tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Em cảm ơn thầy, cô Trung tâm Vật liệu Polyme & Compozit - Viện Kỹ thuật hóa học - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Trung tâm Vật liệu hữu & Hóa phẩm xây dựng - Viện Vật liệu xây dựng giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè gia đình ủng hộ, động viên hoàn thành khóa cao học 2014A Hà Nội, tháng năm 2016 Học viên THÁI DUY ĐỨC ii LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Hiện tƣợng kỵ nƣớc tự nhiên 1.2 Vật liệu kị nƣớc nhân tạo 1.2.1 Ống nano cac bon 1.2.2 Hợp chất kim loại có cấu trúc dạng hạt nano nanorod 1.2.3 Vật liệu hợp kim 1.2.4 Vật liệu polyme nanocompozit 1.3 Tính chất màng phủ kị nƣớc 1.3.1 Tính chất bám dính 1.3.2 Tính thấm ướt bề mặt màng phủ nano kị nước 10 1.3.3 Tính chất quang học 12 1.3.4 Tính chất chống ăn mòn 12 1.3.5 Tính dẫn điện 13 1.4 Vật liệu bê tông gạch đất sét nung 13 1.4.1 Vật liệu bê tông [7] 13 1.4.2 Gạch đất sét nung 15 iii LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC 1.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng chất phủ chống thấm kỵ nƣớc nƣớc giới 16 1.5.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng nước 16 1.5.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng nước 17 1.6 Cơ sở khoa học vấn đề nghiên cứu 18 1.6.1 Cơ sở lý thuyết vấn đề thấm ướt góc tiếp xúc 18 1.6.2 Cơ chế tương tác chất tạo màng chất phân tán 23 1.6.3 Cơ chế đóng rắn màng phủ kị nước sở chất kết dính polysiloxan 27 1.6.4 Cơ chế tương tác chất phủ, đặc tính thở màng polysiloxan 29 CHƢƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Nguyên vật liệu 32 2.1.1 Chất tạo màng 32 2.1.2 Bột nano SiO2 kị nước 33 2.1.3 Các loại phụ gia 33 2.1.4 Quy trình chế tạo bê tông thử nghiệm [15] 33 2.1.5 Quy trình chế tạo gạch đất sét nung 34 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 35 2.2.1 Các phương pháp tiêu chuẩn 35 2.2.2 Các phương pháp phi tiêu chuẩn 35 2.2.3 Các phương pháp phân tích lý hóa đại 36 2.3 Thiết bị dụng cụ thử nghiệm 36 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 38 3.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng chất tạo màng khác đến đặc tính kị nƣớc khả thoát nƣớc màng phủ 38 iv LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng điều kiện công nghệ phân tán hạt nano SiO2 đến tính chất kị nƣớc màng phủ 42 3.2.1 Ảnh hưởng tốc độ khuấy 42 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian khuấy 43 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ khuấy đến tính kị nước màng phủ 44 3.3 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phân tán thích hợp để phân tán hạt nano SiO2 dung dịch chất tạo màng 45 3.4 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phá bọt để nâng cao tính chất kị nƣớc màng phủ 47 3.5 Ảnh hƣởng hàm lƣợng SiO2 đến tính chất kị nƣớc màng phủ 48 3.6 Nghiên cứu qui trình phối trộn dung dịch 50 3.7 Nghiên cứu đánh giá tính chất chống thấm dung dịch kỵ nƣớc chế tạo với sản phẩm đối chứng vật liệu bê tông gạch đất sét nung 52 3.7.1 Nghiên cứu đánh giá độ hút nước bê tông gạch đất sét nung 52 3.7.2 Nghiên cứu đánh giá khả chống thấm chiều thuận nghịch 53 3.7.3 Nghiên cứu đánh giá mức độ chống thấm ion clo 54 3.7.4 Phân tích cấu trúc vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 v LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Ký hiệu chữ viết tắt Góc tiếp xúc WCAs Lực hấp dẫn VA Lực đẩy VR Vật liệu xây dựng VLXD Kính hiển vi điện tử quét SEM vi LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các tiêu chất lƣợng dung dịch chống thấm cần đạt đƣợc Bảng 1.2 Tính chất loại màng phủ kị nƣớc sở chất tạo màng khác phủ lên bề mặt gạch Bảng 1.3 Năng lƣợng bề mặt vật liệu thông dụng Bảng 2.1 Thành phần tính chất mẫu bê tông thử nghiệm Bảng 3.1 Khả thoát nƣớc mẫu vữa bê tông đƣợc xử lý bề mặt dung dịch kị nƣớc sở chất tạo màng khác Bảng 3.2 Ảnh hƣởng phụ gia phá bọt Foamaster NXZ Dapro DF 7010 đến ngoại quan màng phủ kị nƣớc Bảng 3.3 So sánh góc tiếp xúc mẫu dung dịch kị nƣớc khuấy theo qui trình qui trình Bảng 3.4 Độ hút nƣớc bê tông gạch đất sét nung Bảng 3.5 Khả chống thấm hai chiều thuận nghịch bê tông M25 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm khả thấm ion clo mẫu bê tông mác 25 Mpa vii LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cây sen giọt nƣớc bề mặt sen Hình 1.2 (a) Ảnh SEM bề mặt sen, ô biểu bì đƣợc bao bọc tinh thể nano sáp (cỡ 20 μm); (b) Quá trình tự làm bề mặt bề mặt nhám Hình 1.3 (a) Nhện nƣớc đứng bề mặt nƣớc; (b) Ảnh SEM bề mặt chân nhện nƣớc có nhiều gai định hƣớng có kích thƣớc micro; (c, d, e, f) Cấu trúc dạng rãnh kích thƣớc nanomet lông Hình 1.4 (a) Giọt nƣớc màng PS với góc tiếp xúc 95o ; Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt đƣợc tạo từ PS ống nano với góc nghiêng khác nhau: (b) 0o, (c) 90o, (d) 180o Hình 1.5 (a) Giọt nƣớc bề mặt kị nƣớc; (b) giọt nƣớc bề mặt ƣa nƣớc Hình 1.6 Sự liên hệ góc tiếp xúc theta sức căng bề mặt theo công thức Yoang Hình 1.7 (a) giọt nƣớc rơi bề mặt theo mô hình Wenzel; (b) cách tính góc tiếp xúc theo mô hình Wenzel Hình 1.8 (a) giọt nƣớc rơi bề mặt nhám theo mô hình Cassie; (b) cách tính góc tiếp xúc theo mô hình Cassie Hình 1.9 (a) góc tiếp xúc trễ; (b) góc tiếp xúc tiến lùi thêm rút chất lỏng khỏi giọt chất lỏng Hình 1.10 Bề mặt tƣờng đƣợc phủ lớp màng kị nƣớc sở polysiloxan nano SiO2 kị nƣớc Hình 1.11 Cấu trúc hóa học polysiloxan Hình 1.12 Cấu trúc hóa học màng polyme siloxane sau đóng rắn Hình 1.13 So sánh đặc tính thở mẫu bê tông chƣa xử lý xử lý màng phủ kị nƣớc Hình 1.14 Tƣơng tác hóa học màng phủ Hình 3.1 Ảnh giọt nƣớc bề mặt màng phủ kị nƣớc sở chất tạo màng khác Hình 3.2 Ảnh hƣởng thời gian bảo quản đến góc tiếp xúc màng phủ Hình 3.3 Ảnh hƣởng tốc độ khuấy đến tính kị nƣớc màng phủ viii LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC Hình 3.4 Ảnh hƣởng thời gian khuấy đến tính kị nƣớc màng phủ Hình 3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến tính kị nƣớc màng phủ Hình 3.6 Ảnh hƣởng loại hàm lƣợng phụ gia phân tán đến góc tiếp xúc với giọt nƣớc màng phủ kị nƣớc Hình 3.7 Ảnh hƣởng hàm lƣợng SiO2 đến góc tiếp xúc với giọt nƣớc màng phủ Hình 3.8 Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt màng phủ sau phủ dung dịch kị nƣớc lên đế thủy tinh Hình 3.9 Hình ảnh thử nghiệm khả chống thấm chiều thuận nghịch Hình 3.10 Thiết bị đo độ thấm ion clo - Viện Vật liệu xây dựng Hình 3.11 Hình thái bề mặt bê tông trƣớc sau xử lý COTI-12 Hình 3.12 Hình thái bề mặt gạch đất sét nung trƣớc sau xử lý COTI-12 ix LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC MỞ ĐẦU Hiện nay, nƣớc ta hàng năm có nhiều công trình xây dựng: khu chung cƣ, trung tâm thƣơng mại, khu giải trí… đƣợc hoàn thành Việt Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, mƣa nhiều, chênh lệch nhiệt độ ngày- đêm lớn gây nên tƣợng co ngót, giãn nở vật liệu tạo vết nứt bề mặt lòng vật liệu, điều tạo điều kiện cho việc nƣớc thấm vào cấu trúc bê tông, gạch đất sét để ăn mòn kết cấu thép gây thấm dột cho công trình Để đảm bảo tuổi thọ, kết cấu mỹ quan công trình hạng mục chống thấm phần thiếu đƣợc trình thi công nhƣ tu bảo dƣỡng Hiện nay, thị trƣờng vật liệu chống thấm đƣợc sử dụng với nhiều nguồn gốc khác nhau: gốc bitum (sơn bitum, trải chống thấm), gốc acrylic, butadien - sryren (vật liệu chống thấm gốc xi măng - polyme) số dòng vật liệu chống thấm có gốc từ thủy tinh lỏng Các dòng vật liệu chống thấm từ gốc bitum thƣờng có nhƣợc điểm ô nhiễm môi trƣờng, thi công phức tạp chất lƣợng chống thấm phụ thuộc vào vật liệu bị ảnh hƣởng nhiều tay nghề công nhân nên có nhiều hạn chế sử dụng Vật liệu chống thấm hai thành phần gốc xi măng -polyme dễ sử dụng, thi công nhanh chóng tác dụng chống thấm tƣơng đối rõ rệt nhiên việc sử dụng vật liệu hữu khô màng theo phƣơng pháp vật lý nên sau thời gian chịu tác động thời tiết màng bị suy giảm chất lƣợng, loại màng sử dụng làm thay đổi màu sắc nên nên ảnh hƣởng đến tính ngoại quan bề mặt Các dòng vật liệu chống thấm từ nguồn gốc thủy tinh lỏng đƣợc sử dụng thực tế hiệu chống thấm không cao Trong đó, dòng vật liệu chống thấm sở hợp chất polysiloxane biến tính có nhiều ƣu điểm nhƣ: không làm thay đổi màu sắc vật liệu nền, khả chống thấm bền thời tiết tốt khoảng thời gian dài, trình trƣơng tác vật liệu chống thấm với theo chế tạo liên kết qua phản ứng hóa học nên màng bền theo thời gian, trình thi công loại vật liệu đơn giản, không đòi hỏi kỹ thuật cao nên tiết kiệm lớn chi phí nhân công trình thi công LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC - Tốc độ khuấy: 4000 vòng/phút - Thời gian khuấy: 120 phút - Hàm lƣợng SiO2 sử dụng: % khối lƣợng so với chất tạo màng - Hàm lƣợng nƣớc 26 % so với khối lƣợng dung dịch chất tạo màng Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng ba loại phụ gia Teric N9, OrotanTM 731DP, Hydropalat 5040 đến khả phân tán hạt nano SiO2 qua phép đo tính kị nƣớc dung dịch chế tạo đƣợc, kết đo đƣợc thể hình 3.6 Hình 3.6: Ảnh hưởng loại hàm lượng phụ gia phân tán đến góc tiếp xúc với giọt nước màng phủ kị nước Từ kết hình 4.6 nhận thấy, phụ gia Teric N9 không thích hợp việc phân tán hạt nano SiO2 dung dịch chất kết dính polysiloxan, dung dịch chế tạo đƣợc có độ kị nƣớc thấp Khi sử dụng phụ gia hydropalat 5040 Oratan TM 731 với hàm lƣợng tăng dần góc tiếp túc tăng lên Tuy nhiên, hàm lƣợng sử dụng màng phủ có phụ gia Oratan TM 731 nhận đƣợc góc tiếp xúc cao phụ gia hydropalat 5040 Tại hàm lƣợng sử dụng 10 %, màng phủ kị nƣớc dùng phụ gia Oratan TM 731 có góc tiếp xúc 850, màng phủ sử dụng phụ gia hydropalat 5040 có góc tiếp xúc nhỏ (700) 46 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC So sánh kết đo góc tiếp xúc thu đƣợc loại phụ gia phân tán từ hình 4.6, chọn phụ gia OratanTM 731DP làm phụ gia phân tán với hàm lƣợng sử dụng 10 % khối lƣợng để tiến hành nghiên cứu 3.4 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phá bọt để nâng cao tính chất kị nƣớc màng phủ Trong trình chế tạo màng phủ kị nƣớc, việc sử dụng phụ gia phân tán vào nƣớc để phân tán hạt nano SiO2 vào chất tạo màng làm xuất nhiều bọt màng phủ Màng có bọt làm cho tác động môi trƣờng xung quanh xâm nhập vào dễ dàng làm giảm khả kị nƣớc màng Dung dịch có độ nhớt lớn bọt khó phá vỡ dung dịch có độ nhớt cao không khí khó đƣợc giải thoát khỏi khối dung dịch Do đó, việc sử dụng tác nhân hóa học để phá vỡ bọt biện pháp mang lại hiệu cao Hiện nay, thị trƣờng có nhiều loại phụ gia phá bọt sở dầu khoáng hợp chất silicon đƣợc sử dụng ngành công nghiệp màng phủ Đề tài tiến hành thử nghiệm hai loại phụ gia phá bọt dạng dung dịch Foamaster NXZ Dapro DF 7010 để nghiên cứu làm phụ gia phá bọt cho dung dịch kị nƣớc Các mẫu dung dịch đƣợc chế tạo điều kiện thí nghiệm tƣơng tự phụ gia phân tán, sử dụng hàm lƣợng phụ gia phân tán nano SiO2 nhƣ khảo sát trên, việc đánh giá chất lƣợng thông qua quan sát ngoại quan đo góc tiếp xúc giọt nƣớc với màng phủ Hàm lƣợng phần trăm phụ gia phá bọt sử dụng đƣợc tính theo lƣợng chất tạo màng polysiloxan Kết quan sát ngoại quan màng phủ sở loại phụ gia phá bọt đƣợc trình bày bảng 3.2 Từ kết bảng 3.2 rằng, sử dụng phụ gia phá bọt Foamaster NXZ với hàm lƣợng từ 0,025-0,05% khối lƣợng màng phủ bọt; hàm lƣợng sử dụng lớn 0,05% khối lƣợng màng bọt nhƣng có lớp váng chất phá bọt lên chứng tỏ hàm lƣợng phụ gia sử dụng dƣ thừa Khi sử dụng phụ gia Dapro DF 7010 hiệu phá bọt tƣơng đƣơng với Foamaster NXZ hàm lƣợng 47 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC Bảng 3.2: Ảnh hưởng phụ gia phá bọt Foamaster NXZ Dapro DF 7010 đến ngoại quan màng phủ kị nước Hàm lƣợng phụ gia, % khối lƣợng Foamaster NXZ Dapro DF 7010 0,00 Màng có bọt Màng có bọt 85 0,025 Màng có bọt Màng có bọt 85 0,05 Màng bọt khí Màng bọt khí 90 0,075 Không có bọt, nhƣng có lớp váng bề mặt Không có bọt, nhƣng có lớp váng bề mặt 80 0,1 Không có bọt, nhƣng có lớp váng bề mặt Không có bọt, nhƣng có lớp váng bề mặt 75 TT Nhận xét Góc tiếp xúc, độ Từ phân tích so sánh trên, thấy hiệu kỹ thuật hai loại phụ gia phá bọt sử dụng nghiên cứu tƣơng đƣơng, xét khía cạnh kinh tế phụ gia Dapro DF 7010 rẻ so với Foamaster NXZ, lựa chọn Dapro DF 7010 làm phụ gia phá bọt cho dung dịch kị nƣớc với hàm lƣợng sử dụng 0,05% khối lƣợng cho nghiên cứu 3.5 Ảnh hƣởng hàm lƣợng SiO2 đến tính chất kị nƣớc màng phủ Hàm lƣợng nano SiO2 khả phân tán ảnh hƣởng nhiều đến tính chất kị nƣớc màng phủ Theo lý thuyết, hàm lƣợng hạt nano SiO2 tăng kết hợp với độ phân tán tốt nhất, dung dịch thu đƣợc có tính kị nƣớc chống thấm cao Nhƣ đề cập phần khảo sát lựa chọn phụ gia phân tán, nano SiO2 đƣợc phân tán trƣớc vào nƣớc với phụ gia phân tán tiếp tục phân tán vào dung dịch chất tạo màng Điều kiện thí nghiệm để khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng SiO2 đến tính kị nƣớc dung dịch đƣợc cố định nhƣ sau: 48 LUẬN VĂN THẠC SĨ - THÁI DUY ĐỨC Hàm lƣợng phụ gia phá bọt sử dụng: 0,05 % khối lƣợng so với lƣợng chất tạo màng; - Hàm lƣợng phụ gia phân tán sử dụng: 10 % khối lƣợng so với hàm lƣợng nano SiO2; - Hàm lƣợng nƣớc 26 % so với khối lƣợng dung dịch chất tạo màng - Tốc độ khuấy: 4000 vòng/phút; - Thời gian khuấy: 120 phút; Đã tiến hành khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng nano SiO2 (0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 % khối lƣợng so với lƣợng chất tạo màng) đến tính chất kị nƣớc màng phủ thông qua phép đo góc tiếp xúc với giọt nƣớc, kết thí nghiệm đƣợc thể hình 3.7 Hình 3.7: Ảnh hưởng hàm lượng SiO2 đến góc tiếp xúc với giọt nước màng phủ Từ kết hình 4.7, nhận thấy hàm lƣợng SiO2 tăng từ 0% đến 1,5 % khối lƣợng góc tiếp xúc tăng (từ 20 đến 1100) Tuy nhiên, hàm lƣợng SiO2 tăng từ 1,5 % đến 2,5% khối lƣợng góc tiếp xúc không tăng Điều giải thích nhƣ sau: Khi hàm lƣợng SiO2 tăng đến 1,5%, dƣới điều kiện khuấy tốc độ cao 4000 vòng/phút cho khả phân tán đồng tới kích thƣớc nhỏ đạt đƣợc Khi tăng hàm lƣợng SiO2 lên cao không làm tăng tính chất kị nƣớc dung dịch Có thể nồng độ nano SiO2 lớn 1,5% mật 49 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC độ hạt dung dịch nhiều dẫn tới phân tán đồng hạt dung dịch khó khăn hơn, có kết đám hạt nên không làm tăng đƣợc tính kị nƣớc màng phủ thêm Hơn nữa, nồng độ hạt nano SiO2 tăng làm tăng giá thành sản phẩm Qua kết nghiên cứu nhận thấy, hàm lƣợng SiO2 1,5 % khối lƣợng (góc tiếp xúc đo đƣợc 1100) hàm lƣợng tối ƣu đƣa vào dung dịch chất tạo màng Hình ảnh giọt nƣớc màng kị nƣớc với hàm lƣợng SiO2 đƣa vào 1,5 % khối lƣợng đƣợc phủ lên đế thủy tinh có góc tiếp xúc 1100 (hình 4.8): Hình 3.8: Hình ảnh giọt nước bề mặt màng phủ sau phủ dung dịch kị nước lên đế thủy tinh 3.6 Nghiên cứu qui trình phối trộn dung dịch Từ thực tế thí nghiệm nhận thấy, đƣa bột nano SiO2 trực tiếp vào dung dịch chất tạo màng khó để phân tán Do vậy, tiến hành phân tán bột nano SiO2 vào chất tạo màng theo qui trình thí nghiệm nhƣ sau: + Qui trình 1: Cho dung dịch chất tạo màng vào thùng khuấy, bật máy khuấy chạy với tốc độ khuấy vừa phải 600 vòng/phút Sau tiến hành cho bột nano SiO2, phụ gia phân tán, phụ gia phá bọt, nƣớc vào tăng tốc độ khuấy lên 4000 vòng/phút, thời gian khuấy 120 phút Theo qui trình thu đƣợc mẫu dung dịch kị nƣớc kí hiệu M1 50 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC + Qui trình 2: Cho lƣợng nƣớc thích hợp vào thùng khuấy, bật máy khuấy chạy với tốc độ 600 vòng/phút cho từ từ phụ gia phân tán nano SiO2 vào Sau đó, cho phụ gia phá bọt vào khuấy hỗn hợp 600 vòng/phút sau khoảng thời gian khác lần lƣợt 30 phút, 60 phút, 90 phút Tiếp đó, cho dung dịch chất kết dính polysiloxan vào hỗn hợp khuấy tốc độ 4000 vòng/phút sau 90 phút Theo qui trình thu đƣợc mẫu dung dịch kị nƣớc, kí hiệu M2, M3, M4 Để đánh giá nhanh hiệu qui trình khuấy trộn, mẫu dung dịch đƣợc đánh giá chất lƣợng thông qua tính chất kị nƣớc màng phủ Kết đo góc tiếp xúc mẫu thí nghiệm đƣợc nêu bảng 3.3 Bảng 3.3: So sánh góc tiếp xúc mẫu dung dịch kị nước khuấy theo qui trình TT Kí hiệu mẫu thí nghiệm Góc tiếp xúc M1 800 M2 870 M3 1100 M4 1120 Từ số liệu bảng 3.3, nhận thấy mẫu đƣợc chế tạo theo qui trình thu đƣợc có góc tiếp xúc cao so với mẫu chế tạo theo qui trình Trong đó, mẫu M3 cho góc tiếp xúc lớn mẫu M2 nhƣng nhỏ không đáng kể so với mẫu M4, nhiên thời gian phân tán hạt nano SiO2 ngắn so với mẫu M4 30 phút Do đó, lựa chọn quy trình phối trộn dung dịch theo mẫu M3 Quy trình phối trộn dung dịch làm màng phủ kị nƣớc đƣợc thực nhƣ sau: Định lƣợng nƣớc, cho nano SiO2 vào nƣớc tốc độ 600 vòng/phút; lần lƣợt cho tiếp phụ gia phân tán phụ gia phá bọt vào khuấy tốc độ 600 vòng/phút 60 phút Sau đó, cho dung dịch chất tạo màng vào hỗn hợp dung dịch khuấy tốc độ khuấy 4000 vòng/phút sau thời gian 90 phút 51 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC 3.7 Nghiên cứu đánh giá tính chất chống thấm dung dịch kỵ nƣớc chế tạo với sản phẩm đối chứng vật liệu bê tông gạch đất sét nung Sau chế tạo thành công dung dịch chống thấm kỵ nƣớc đặt tên cho sản phẩm COTI-12, tiến hành khảo sát số tính chất chống thấm sản phẩm chế tạo đƣợc so sánh với mẫu đối chứng ngoại nhập Radcon Tamsilk vật liệu bê tông mác 25 MPa gạch đất sét mác 15 Mpa 3.7.1 Nghiên cứu đánh giá độ hút nước bê tông gạch đất sét nung Các mẫu bê tông, gạch đƣợc sấy khô 105 oC 24 để mẫu khô hoàn toàn Tiến hành phun phủ mẫu vật liệu chống thấm lên theo định lƣợng hƣớng dẫn nhà sản xuất Sau phun ngày tiến hành xác định độ hút nƣớc sản phẩm đề tài COTI-12 với sản phẩm ngoại nhập mẫu không xử lý chống thấm Kết đo độ hút nƣớc đƣợc nêu bảng 3.4 Bảng 3.4: Độ hút nước bê tông gạch đất sét nung Thời gian (giờ) COTI-12 Radcon Tamsilk Mẫu trống Gạch (%) Bê tông (%) Gạch (%) Bê tông (%) Gạch (%) Bê tông (%) Gạch (%) Bê tông (%) t=0 - - - - - - - - t=1 0.016 0.11 0.35 1.81 0.121 1.569 13.68 4.18 t=2 0.032 0.12 0.49 2.29 0.227 1.884 14.01 5.04 t=3 0.048 0.13 0.54 2.67 0.590 2.163 14.10 5.27 t=4 0.063 0.16 0.64 2.90 1.544 2.334 14.40 5.43 t=24 0.095 0.26 2.80 4.40 6.677 4.134 14,40 5.43 t=48 0.096 0.27 2.810 4.48 6.858 4.910 14,40 5.43 52 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC Kết kiểm tra độ hút nƣớc sản phẩm nghiên cứu đề tài với mẫu đối chứng (bảng 3.4) nhận thấy, độ hút nƣớc COTI-12 thấp nhiều so với mẫu bê tông, gạch không đƣợc xử lý nhƣ so với sản phẩm Radcon Tamsilk Sau 48h ngâm nƣớc, gạch đất sét mẫu có xử lý dung dịch chống thấm COTI-12 giảm độ hút nƣớc từ 14,4% xuống 0,096% so với mẫu chƣa xử lý Đối với bê tông độ hút nƣớc sau 48h ngâm nƣớc mẫu xử lý dung dịch COTI-12 giảm 5,43% xuống 0,27% Ngoài ra, độ hút nƣớc mẫu bê tông gạch có xử lý Coti-12 so mẫu xử lý Radcon Tamsilk thấp nhiều Điều giải thích nhƣ sau: thành phần bê tông xi măng nhƣ gạch đất sét nung có phần Ca(OH)2 dƣ tạo liên kết hóa học với phân tử polysiloxan tạo cầu nối Si-O-Ca, nhóm kỵ nƣớc -CH3 tạo hiệu ứng kỵ nƣớc bề mặt vật liệu Ngoài ra, hạt nano SiO2 lấp vào lỗ mao quản lòng vật liệu làm cho vật liệu trở nên đặc giảm độ hấp thụ nƣớc Vì vậy, nhận thấy hiệu chống thấm COTI-12 đạt đƣợc mức đăng ký tốt sản phẩm đối chứng 3.7.2 Nghiên cứu đánh giá khả chống thấm chiều thuận nghịch Để đánh giá khả chống thấm dƣới áp lực thủy tĩnh bê tông mác 25 MPa, mẫu bê tông có kích thƣớc hình trụ, chiều cao đƣờng kính 150 mm Mẫu đƣợc sấy khô 105oC sau ngày quét dung dịch chống thấm COTI-12, Radcon7 Tamsilk giống nhƣ quy trình xác định độ hút nƣớc Kết đo cấp độ độ chống thấm đƣợc thể Bảng 3.5 Bảng 3.5: Khả chống thấm hai chiều thuận nghịch bê tông M25 Cấp độ chống thấm COTI-12 Radcon B10 Không thấm B12 B14 Tamsilk Mẫu trống Không thấm Không thấm Không thấm Không thấm Không thấm Không thấm Thấm Không thấm Không thấm Không thấm Thấm 53 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC Mẫu trống bị thấm cấp B12 Mẫu xử lý COTI-12 không thấm cấp B12 Hình 3.9: Hình ảnh thử nghiệm khả chống thấm chiều thuận nghịch Nhận xét: Qua kết đo độ chống thấm hai chiều thuận nghịch mẫu bê tông cƣờng độ 25 MPa có xử lý dung dịch chống thấm cho thấy, cấp độ chống thấm B12 mẫu bê tông không đƣợc xử lý bị thấm, mẫu xử lý vật liệu chống thấm cho khả chống thấm tốt dƣới tác dụng áp lực thủy tĩnh Sự cải thiện khả chống thấm hai chiều thuận nghịch giải thích độ thấm sâu dung dịch kỵ nƣớc vào lòng bê tông, làm cho bê tông có khả kỵ nƣớc từ bên trong, lỗ mao quản đƣợc lấp đầy ngăn cản trình thấm nƣớc vào bê tông, thử cấp áp lực nƣớc B12 B14 mẫu bê tông đƣợc xử lý chống thấm đảm bảo tính chống thấm nƣớc tốt 3.7.3 Nghiên cứu đánh giá mức độ chống thấm ion clo Khi hạng mục bê tông cốt thép sử dụng môi trƣờng ăn mòn theo thời gian phần tử ăn mòn cốt thép nhƣ ion Cl- thấm sâu vào bê tông, ăn mòn cốt thép phá hủy công trình Do vậy, dung dịch chống thấm cần phải có thêm 54 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC tính làm giảm khả thấm ion clo để bảo vệ nâng cao tuổi thọ công trình Để đánh giá khả ngăn cản thấm ion clo cho bê tông, sử dụng phƣơng pháp đo độ thấm ion clo theo tiêu chuẩn TCVN 9337: 2012 Mẫu bê tông để thử có dạng hình trụ kích thƣớc Dxh = 10x5 cm Các mẫu bê tông đƣợc sấy khô phun phủ dung dịch chống thấm theo quy trình nhƣ xác định khả chống thấm hai chiều thuận nghịch Độ chống thấm ion clo đƣợc xác định thông qua giá trị điện lƣợng truyền qua đo đƣợc máy RLC Instrument Co Kết đo mẫu đƣợc nêu bảng 3.6 Hình 3.10: Thiết bị đo độ thấm ion clo - Viện Vật liệu xây dựng 55 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC Bảng 3.6: Kết thí nghiệm khả thấm ion clo mẫu bê tông mác 25 MPa Chỉ tiêu Tổng điện lƣợng truyền Mo M1 M2 M3 2955 1640 1495 1790 Trung Thấp Thấp Thấp 44,50 49,40 39,40 qua (Culông) Mức độ thấm ion clo mẫu bê tông Khả giảm độ thấm bình ion clo mẫu bê tông xử lý so với mẫu đối chứng, % Trong đó: - Mo: Mẫu bê tông mác 25 MPa không xử lý chống thấm; - M1: Bê tông mác 25 MPa xử lý dung dịch COTI-12; - M2: Bê tông mác 25 MPa xử lý dung dịch Radcon 7; - Bê tông mác 25 MPa xử lý dung dịch Tamsilk Nhận xét: - Mức độ thấm ion clo mẫu bê tông có sử dụng dung dịch chống thấm thấp so với mẫu không sử dụng vật liệu chống thấm cấp từ trung bình xuống mức thấp - Khả chống thấm ion clo mẫu đề tài chế tạo giảm đƣợc 44,5%, hai sản phẩm loại ngoại nhập Radcon : 49,4% Tamsilk :39,4 % Nhƣ vậy, thấy đƣợc sử dụng dung dịch chống thấm khả chống thấm nƣớc tốt có khả bảo vệ bê tông cốt thép chống lại trình ăn mòn điện hóa xảy lòng bê tông 56 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC 3.7.4 Phân tích cấu trúc vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) SEM phƣơng pháp hiệu để phân tích, nghiên cứu hình thái cấu trúc bê tông vật liệu Do đó, đề tài sử dụng phƣơng pháp để nghiên cứu hình thái cấu trúc bề mặt bê tông gạch đất sét nung chƣa đƣợc xử lý sau xử lý dung dịch chống thấm COTI-12 Hình 3.11: Hình thái bề mặt bê tông trước sau xử lý COTI-12 57 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC Hình 3.12: Hình thái bề mặt gạch đất sét nung trước sau xử lý COTI-12 Qua hình 3.11 3.12 nhận thấy, bề mặt bê tông và gạch đất sét nung sau xử lý dung dịch chống thấm kỵ nƣớc COTI-12 trở nên đặc hơn, lỗ mao quản nhƣ vết nứt nhỏ đƣợc điền đầy hạt SiO2 Điều giải thích cho việc khả chống thấm nƣớc bê tông gạch đƣợc xử lý sản phẩm COTI-12 đề tài 58 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Đã nghiên cứu lựa chọn đƣợc cấp phối thích hợp để chế tạo dung dịch chống thấm kỵ nƣớc cho bê tông xi măng gạch đất sét nung từ polysiloxan nano SiO2 số loại phụ gia với tỷ lệ sau: + Hàm lƣợng polysiloxan: 100 % + Hàm lƣợng nano SiO2 kị nƣớc 1,5%; + Hàm lƣợng phụ gia phân tán Oratan TM 731: 10%; + Hàm lƣợng phụ gia phá bọt Dapro DF 7010: 0,05%; + Tốc độ khuấy 4000 vòng/ phút; + Thời gian khuấy 120 phút * Kết thử nghiệm sản phẩm nghiên cứu phủ bảo vệ bê tông gạch đất sét nung: + Giảm độ hút nƣớc so với mẫu bê tông đối chứng từ 5,43% xuống 0,27% giảm độ hút nƣớc so với mẫu gạch đất sét đối chứng từ 14,4% xuống 0,096% + Làm tăng độ chống thấm bê tông lên cấp từ B10 lên B14 so với mẫu trống + Mức độ thấm ion Clo giảm từ trung bình xuống thấp so với mẫu trống Khả giảm độ thấm ion clo mẫu bê tông xử lý so với mẫu đối chứng 44,5 % * Hình thái cấu trúc bề mặt SEM bê tông gạch đất sét nung sau xử lý dung dịch chống thấm kỵ nƣớc nghiên cứu hầu nhƣ không lỗ mao quản, bề mặt trở nên đặc chắc, không nhận thấy vết nứt tế vi, lý làm cho bê tông tăng khả chống thấm nƣớc, chống tác nhân ăn mòn giúp bảo vệ bê tông khỏi môi trƣờng xâm thực, tăng tuổi thọ cho công trình Từ kết nghiên cứu luận văn nhận thấy, cần phải tiếp tục nghiên cứu thêm để cải thiện tính chất dung dịch chống thấm sở polysiloxan nano silica để giúp khả chống thấm, bảo vệ bề mặt công trình xi măng - bê tông, gạch đất sét nung số loại vật liệu khác nhƣ: gỗ, đá tự nhiên hay kim loại Và cần nghiên cứu thêm tính bền lâu hiệu chống thấm bề mặt công trình dƣới tác động trực tiếp thời tiết nhƣ độ bền theo thời gian 59 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI DUY ĐỨC TÀI LIỆU THAM KHẢO Barthlott, W.; Neinhuis, C., (1997), Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces Planta, 202 (1), 1-8 Butt, H J.; Graf, K.; Kappl, M., (2003), Physics and chemistry of interfaces Wiley-VCH Quere, D., (2008) Wetting and roughness Annual Review of Materials Research, 38, 71-99 “Colorless Coatings for Brick Masonry,”BIA Technical Notes on Brick Construction-6A, April 1995 Young, T., An Essay on the Cohesion of Fluids Philosophical Transactions of the Royal Society of London 1805, 95, 65-87 Shibuichi, S.; Onda, T.; Satoh, N.; Tsujii, K., (1996), Super water-repellent surfaces resulting from fractal structure Journal of Physical Chemistry, 100 (50), 19512-19517 Wenzel, R N., (1936), Resistance of solid surfaces to wetting by water Industrial and Engineering Chemistry, 28, 988-994 Cassie, A B D.; Baxter, S., (1944), Wettability of porous surfaces Transactions of theFaraday Society, 40, 0546-0550 Neinhuis, C.; Barthlott, W., (1997), Characterization and distribution of waterrepellent, selfcleaning plant surfaces Annals of Botany, 79 (6), 667-677 10 “Colorless Coatings for Brick Masonry,” BIA Technical Notes on Brick Construction- 7E, February 1987, Brick Institute of America, 11490 Commerce Park Dr., Reston, VA 22091 11 Phạm Thị Vinh Nga, Trịnh Thị Hằng, Phạm Văn Thắng, Trần Quốc Tế (2010), Báo cáo tổng kết đề tài RD 38-09 “Nghiên cứu chế tạo sơn vô chống ăn mòn cho kết cấu thép kim loại” 12 Onda, T.; Shibuichi, S.; Satoh, N.; Tsujii, K., (1996), Super-water-repellent fractal surfaces Langmuir, 12 (9), 2125-2127 13 P Manoudis, I Karapanagiotis, A Tsakalof, I Zuburtikudis, C Panayiotou, Super-hydrophobic polymer/nanoparticle composites for the protection of marble monuments, 9th International Conference on NDT of Art, Jerusalem Israel, 25-30 May 2008 60 ... dung nghiên cứu - Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo thành công dung dịch chống thấm sở nano silica polysiloxan ứng dụng để chống thấm cho công trình bê tông gạch đất sét nung đạt đƣợc mức chất. .. chất chống thấm dung dịch kỵ nƣớc chế tạo với sản phẩm đối chứng vật liệu bê tông gạch đất sét nung 52 3.7.1 Nghiên cứu đánh giá độ hút nước bê tông gạch đất sét nung 52 3.7.2 Nghiên cứu đánh... tài Nghiên cứu lựa chọn đƣợc chất tạo màng hàm lƣợng bột nano SiO2 để chế tạo dung dịch chống thấm, kỵ nƣớc thân thiện với môi trƣờng bảo vệ cho công trình xây dựng bê tông gạch đất sét nung