Đang tải... (xem toàn văn)
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng hệ sơn phủ polyurea để chống thấm phía mặt thượng lưu khe biến dạng cho đập bê tông đầm lăn Thủy điện Sông Tranh 2, Thủy điện Bản Vẽ và Thủy điện Bản Chát. Việc chống thấm này thực hiện sau khi hồ đã tích nước và bước đầu cho kết quả chống thấm tốt.
VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG ỨNG DỤNG HỆ SƠN POLYUREA ĐỂ CHỐNG THẤM KHE BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP BÊ TƠNG SAU KHI TÍCH NƯỚC ThS NGUYỄN ĐĂNG KHOA, TS PHẠM VĂN KHOAN, KS NGUYỄN VĂN TUẤN Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Trong năm gần nước ta có nhiều cơng trình đập thủy điện, thủy lợi xây dựng Với đập bê tơng thi cơng xong sau tích nước hầu hết bị thấm, chủ yếu thấm qua khe biến dạng Để khắc phục tình trạng giải pháp hữu hiệu đưa chống thấm mặt thượng lưu khe biến dạng đập Do bê tơng ngâm nước lâu nên có độ ẩm cao để đảm bảo hệ sơn polyurea bám dính tốt với bê tơng cần lựa chọn loại sơn lót gốc nước Với ưu điểm vượt trội hệ sơn phủ polyurea lựa chọn giải pháp hữu hiệu để chống thấm cho mặt thượng lưu khe biến dạng (KBD) Bài báo trình bày kết nghiên cứu ứng dụng hệ sơn phủ polyurea để chống thấm phía mặt thượng lưu khe biến dạng cho đập bê tông đầm lăn Thủy điện Sông Tranh 2, Thủy điện Bản Vẽ Thủy điện Bản Chát Việc chống thấm thực sau hồ tích nước bước đầu cho kết chống thấm tốt Từ khóa: polyurea, chống thấm, khe biến dạng, độ bám dính, đập bê tơng Hiện trạng thấm qua khe biến dạng đập bê tông Đập bê tông (thủy lợi, thủy điện, ) xây xây dựng theo công nghệ bê tông đầm lăn (BTĐL) dựng nhiều nước ta năm gần đây, hình ảnh thấm qua khe biến dạng chủ yếu đập trọng lực, bê tông khối lớn số đập bê tơng (hình - 3): Hình Thấm qua khe biến dạng đập thủy điện Sông Tranh đập BTĐL lớn [1], đập thủy điện Bản Vẽ cao 136 m, đập thủy điện Bản Chát cao 130m, đập thủy điện Sơn La cao 139m, đập thủy điện Đồng Nai cao 128m, Theo tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông [2] phải bố trí khe biến dạng (KBD) để chống nứt ngang đập co dãn, biến dạng, xảy chủ yếu nhiệt độ thay đổi chuyển dịch trình thi cơng khai thác Ở Việt Nam tính đến có khoảng 20 cơng trình BTĐL lớn thi cơng xong tích nước để sử dụng Tuy nhiên hầu hết cơng trình, sau tích nước xảy tượng thấm, tượng thấm chủ yếu thấm qua khe biến dạng Dưới Hình Thấm qua khe biến dạng đập thủy điện Bản Vẽ Với lưu lượng thấm qua khe nhiệt từ vài lít/giây đến hàng chục lít/giây, nước thấm qua KBD không xử lý theo thời gian lưu lượng thấm ngày tăng lên, vượt giới hạn cho phép Về lâu dài nước thấm qua khe biến dạng gây tượng xâm thực hòa tan, rửa trơi dẫn đến làm giảm chất lượng bê tơng an tồn đập Vì vậy, vấn Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 Đến Việt Nam xây dựng hàng chục Hình Thấm qua khe biến dạng đập thủy điện Bản Chát đề quan tâm nhiều thời gian gần xử lý chống thấm cho đập BTĐL, bao gồm chống thấm cho thân đập KBD, chống thấm qua KBD quan tâm Vật liệu dùng để chống thấm KBD phải có khả chống thấm cao, đàn hồi dẻo dai chịu va đập, bám dính tốt với bê tơng, có độ bền lâu nước,… để phù hợp với điều kiện làm việc KBD Với 31 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ưu điểm vượt trội, hệ sơn phủ polyurea lựa chọn giải pháp hữu hiệu để chống thấm cho thượng lưu KBD, ưu điểm như: đáp ứng tiến độ thi cơng nhanh polyurea có thời gian khơ nhanh, đóng rắn điều kiện mơi trường có độ ẩm cao, nhiệt độ thấp, khả chống thấm tuyệt hảo, chịu va đập tốt, độ bền cao, dẻo dai, bám dính tốt với bê tơng, bền nước - Độ bám dính sơn với TCVN 9349 : 2012; - Độ dãn dài đứt cường độ kéo đứt sơn ASTM D412; - Chiều dày màng sơn TCVN 9406 : 2012; - Độ chống thấm nước bê tông TCVN 3116 : 1993; - Cường độ kháng xé ASTM D624; Kết kiểm tra tiêu kỹ thuật hệ sơn phủ polyurea phòng thí nghiệm - Cường độ kháng xun thủng ASTM D4833; 2.1 Vật liệu phương pháp thí nghiệm - Độ bền va đập sơn TCVN 2100-2:2007; a Vật liệu - Bê tông: Mẫu bê tông đầm lăn lấy cơng trình; - Sơn lót AM3 có thông số kỹ thuật sau: Hàm lượng nhựa 63,6%; độ nhớt 68 giây; thời điểm phun 44 giờ; - Sơn polyurea Polytop 200 - hãng Atek Hàn Quốc; - Keo PU Polytop Aseal 47 - hãng Atek Hàn Quốc: độ dãn dài > 450 % b Phương pháp thí nghiệm: * Tiêu chuẩn áp dụng: - Độ nhớt sơn TCVN 2092 : 1993; - Độ bền uốn 900 màng sơn TCVN 20991993 2.2 Mơ hình thí nghiệm thử độ dãn dài màng polyurea Mơ hình thí nghiệm thử độ dãn dài màng sơn polyurea hình 4, gồm hai mẫu bê tơng kích thước (10 x 10 x 40) cm đặt cách 1cm Giữa khe hở xảm keo có độ đàn hồi lớn Polytop Aseal 47 Sau phun lớp sơn chống thấm polyurea dày 3mm lên bề mặt hai mẫu bê tông bề mặt keo Tác dụng lớp keo thứ thân lớp chống thấm, thứ hai lớp keo tạo trước khoảng hở để làm tăng độ dãn dài màng sơn polyurea, đồng thời triệt tiêu biến dạng xảy khe Hình Mơ hình kiểm tra độ dãn dài màng polyurea bê tơng 2.3 Kết thí nghiệm số tiêu kỹ thuật hệ sơn polyurea 2.3.1 Xác định độ bám dính hệ sơn polyurea với bê tông Mẫu bê tông vệ sinh xử lý bề mặt, sau tạo ẩm cho bê tông tương tự điều 32 kiện thực tế (độ ẩm > 5,0%) Tiến hành quét sơn lót AM3, định mức 0,2 kg/m2 Sau quét sơn lót 42 tiến hành phun phủ sơn polyurea lên bề mặt bê tơng qt sơn lót Sau phun phủ polyurea ngày tiến hành thử độ bám dính hệ sơn polyurea với bê tơng, kết thí nghiệm thể bảng hình Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG Bảng Kết thử độ bám dính hệ sơn polyurea với bê tông TT Mẫu Chỉ tiêu M1 1,4 Độ bám dính M2 1,5 M3 1,5 Độ bám dính trung bình (MPa) Dạng phá hoại 1,5 Phá hoại bê tơng Hình Thí nghiệm độ bám dính hệ sơn polyurea với bê tơng 2.3.2 Xác định khả chống thấm màng sơn polyurea Mẫu thử gồm 06 mẫu bê tơng hình trụ h x d = 150x150mm (hình 6) Khoan lỗ thủng dọc theo hình trụ để tạo lỗ quan sát nước thấm qua màng phủ polyurea, lỗ khoan cho viên đá vào trong, viên đá liên kết điểm với hồ xi măng giống “bỏng ngô” để đảm bảo nước thấm qua màng quan sát Một bề mặt mẫu thử phun phủ lớp chống thấm polyurea dày 1mm, 2mm 3mm Trước a) Chuẩn bị mẫu thử phun phủ sơn polyurea tiến hành vệ sinh bề mặt quét sơn lót AM3 Với cấp áp lực nước 14 atm (chiều cao cột nước 140m), tiến hành thử cho thấy lớp sơn polyurea dày 1mm, 2mm, 3mm khơng có tượng nước thấm qua, nhiên với màng dầy 1mm có tượng màng bị biến dạng có bong tách với bê tơng Qua nhận thấy lớp sơn phủ polyurea có tính chống thấm nước tốt cột nước 140m với chiều dày 2mm 3mm b) Phun sơn polyurea tạo mẫu thử c) Lắp đặt mẫu tiến hành thử thấm Hình Thử nghiệm tính chống thấm vật liệu polyurea 2.3.3 Xác định độ dãn dài lực kéo đứt vật liệu polyurea Độ dãn dài lực kéo đứt vật liệu polyurea trình bày bảng Bảng Kết độ dãn dài lực kéo đứt màng sơn polyurea STT Chỉ tiêu thí nghiệm Độ giãn dài Lực kéo đứt Kết thí nghiệm mẫu khác Đơn vị % MPa M1 M2 M3 M4 M5 296 20,6 315 20,5 310 21,2 298 20,6 295 21.1 Theo [1] khe biến dạng đập thủy điện thường có độ biến dạng lớn, dao động khoảng từ 02 - 10mm Trước ứng dụng vào Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 Trung bình 303 20,8 chống thấm cho khe biến dạng, tác giả tiến hành làm mô hình mơ thực tế làm việc khe biến dạng đập để xác định độ dãn dài 33 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG màng sơn polyurea mơ hình khe biến dạng (hình 7) Kết thí nghiệm: Trước kéo khoảng hở hai mẫu bê tông 1,0 cm, sau màng sơn polyurea bị kéo đứt, tiến hành đo khoảng hở hai mẫu bê tông giá trị 4,0 cm tương đương với độ dãn dài lớn 300% Hình Thí nghiệm độ dãn dài lực kéo đứt màng sơn polyurea 2.3.4 Thí nghiệm số tính chất khác màng sơn polyurea Các tính chất lý khác màng sơn chống thấm polyurea, kết nêu bảng đây: Bảng Kết thí nghiệm số tính chất khác màng sơn polyurea STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết M3 Trung bình M1 M2 kN/m 86,1 85,2 87,1 86,1 660 680 675 672 Cường độ kháng xé Cường độ kháng xuyên thủng N Độ bền uốn 90 - Độ bền va đập sơn Kg.m Không bị bong tách 37,7 33,8 30,8 34,1 Một số hình ảnh thí nghiệm sơn polyurea trình bày Hình 8, hình Hình 10 Hình Chuẩn bị mẫu thử kháng xé rách Hình Thí nghiệm độ bền va đập Trên sở kết thí nghiệm điều kiện phòng thí nghiệm nhận thấy vật liệu polyurea loại vật liệu dẻo đa tính năng, có khả chống thấm tốt, độ bám dính với bê tơng cao, độ đàn hồi cao chịu va đập Do việc lựa chọn hệ sơn polyurea để chống thấm cho mặt thượng lưu khe biến dạng đập bê tông phù hợp Kết ứng dụng hệ sơn polyurea để chống thấm khe biến dạng 34 Hình 10 Thí nghiệm độ bền uốn 90 3.1 Lựa chọn chiều dày bề rộng phủ hệ sơn polyurea - Dựa theo kết thí nghiệm, điều kiện thực tế thi cơng vận hành cơng trình lựa chọn chiều dày màng chống thấm mm; - Dựa vào cấu tạo KBD đập bê tông hình 13 nhận thấy chiều rộng lớp phủ mở rộng khả chống thấm qua khe biến dạng đập bê tông tăng lên Tại vị trí khe biến dạng có lắp đặt băng cách nước đồng nên khoảng 1,0 m đến 1,5 m gần KBD thi Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MƠI TRƯỜNG cơng đổ bê tơng đầm lăn thiết bị lu lèn (xe lu) không tiếp cận để đầm lèn bê tông được, mà khu vực gần khe biến dạng chủ yếu dùng đầm bàn (hình 11), chất lượng bê tơng vị trí khơng tốt so với vị trí khác Trên sở phân tích trạng thấm, nứt KBD (hình 12) để lựa chọn chiều rộng màng chống thấm polyurea dọc theo KBD 3,0 m (mỗi bên KBD 1,5 m) Hình 12 Vết nứt khe biến dạng Hình 11 Đầm bê tơng khe biến dạng Thiết kế chống thấm điển hình cho thượng lưu khe biến dạng đập bê tơng trình bày hình 13: Hình 13 Thiết kế điển hình chống thấm khe biến dạng hệ sơn polyurea 3.2 Ứng dụng hệ sơn polyurea để chống thấm cho mặt thượng lưu khe biến dạng đập bê tơng sau tích nước Trong phần ứng dụng, báo trình bày việc sử dụng hệ sơn polyurea để xử lý chống thấm cho mặt thượng lưu khe biến dạng đập bê tông sau: đầm lăn, cao 136 m Sau tích nước đập xảy tượng thấm qua khe nhiệt Việc ứng dụng hệ sơn polyurea cho công tác chống thấm khe biến dạng đập thủy điện Bản Vẽ tiến hành nhiều đợt (năm 2012, 2013, 2015) Phạm vị chống thấm từ cao trình 150 m đến 202 m a Đập thủy điện Sông Tranh – tỉnh Quảng Nam, diện tích phủ PUA 1.500m c Cơng trình thủy điện Sơng Tranh xây dựng huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam có cơng suất 190MW - 02 tổ máy, đập bê tông đầm lăn cao 95m Tháng 11/2011, sau tích nước đến mực nước dâng bình thường xảy tượng thấm qua đập lớn so với yêu cầu thiết kế, chủ yếu thấm qua khe nhiệt Công trình hạ mực nước để tiến hành xử lý chống thấm thượng lưu khe biến dạng, phạm vi xử lý chống thấm từ cao độ 140m đến 175m Dự án thủy điện Bản Chát nằm sông Nậm Mu thuộc địa phận huyện Than Uyên Tân Uyên b Đập thủy điện Bản Vẽ - tỉnh Nghệ An, diện tích phủ PUA 1.200m2 Cơng trình thủy điện Bản Vẽ nằm thượng nguồn dòng sơng Nậm Nơn, thuộc huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An, xây dựng từ năm 2005 Đây cơng trình thuỷ điện lớn khu vực Bắc miền Trung với công suất 320 MW, đập bê tơng Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 Đập thủy điện Bản Chát – tỉnh Lai Châu, diện tích phủ PUA 350 m2 tỉnh Lai Châu Dự án có tổng cơng suất thiết kế 220MW, đập bê tông đầm lăn, cao 130m Sau đập tích nước số khe biến dạng có lưu lượng nước thấm qua khe lớn so với thiết kế Để bảm bảo đập vận hành an tồn, cơng tác thi công chống thấm khe biến dạng sử dụng hệ sơn polyurea, phạm vi chống thấm từ cao trình 435m đến 475m Cả 03 cơng trình đập thủy điện đập bê tơng đầm lăn, có mác bê tơng M20, sau tích nước đập bị thấm qua khe biến dạng, lưu lượng thấm qua khe biến dạng đập mức độ khác Trên sở xem xét hồ sơ thiết kế, khảo sát trạng nguyên nhân thấm 35 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG để đưa thiết kế quy trình xử lý chống thấm cho khe biến dạng đập, cụ thể sau: - Trám vá lỗ rỗng rỗ vữa xi măng - cát mịn; - Xảm keo Polytop Aseal 47 vào khe đục; - Lắp đặt giáo treo phục vụ thi công; - Cắt đục tạo rãnh rộng cm, sâu cm dọc theo khe biến dạng; - Vệ sinh bề mặt bê tông rộng 3m dọc theo khe biến dạng (mỗi bên 1,5 m); - Quét lớp sơn lót AM3 rộng 3m dọc theo khe biến dạng; - Phun lớp sơn polyurea dày trung bình 3mm, rộng 3m lên bề mặt bê tơng quét sơn lót Bảng Kết khảo sát bê tông đập kết ứng dụng hệ sơn polyurea cho đập bê tông Kết khảo sát Hệ polyurea Độ bám dính Cơng trình hệ sơn Cường độ Độ ẩm Thời điểm Sơn lót TT đập bê tông polyurea với kéo đứt nền phun AM3, độ thủy điện bê tông bê tông bê tông polyurea nhớt (giây) (MPa) (MPa) (%) (giờ) Sông Tranh 1,2 5,1 68,2 42,0 1,4 Bản Vẽ 1,4 5,1 68,2 42,0 1,6 Bản Chát 1,4 5,0 68,2 42,0 1,6 o Ghi chú: Thời điểm thi công nhiệt độ độ ẩm môi trường 35 C 65%, nên thời điểm phun điều chỉnh cho phù hợp Kết thí nghiệm trường cho thấy hệ sơn polyurea có cường độ bám dính lớn 1,14 lần so với cường độ kéo đứt bê tơng, thí nghiệm thử bám dính cho kết phá hoại bê tông Sau thi cơng chống thấm cho KBD, Hình 14 Phủ polyurea chống thấm Đập TĐ Sông Tranh Hình 15 Phủ polyurea chống thấm Đập TĐ Bản Vẽ Kết luận - Việc sử dụng hệ sơn polyurea để chống thấm mặt thượng lưu cho đập bê tông thủy điện Sông Tranh 2, Bản Vẽ Bản Chát đạt kết tốt, KBD hết thấm, chứng tỏ việc sử dụng hệ sơn polyurea để chống thấm phù hợp; - Công nghệ phun phủ sơn polyurea công nghệ tiên tiến, phù hợp để thi công chống thấm mặt thượng lưu đập bê tông Tổng diện tích phun polyurea chống thấm cho 03 cơng trình 3.050 m2; - Sơn polyurea bám dính tốt với bê tông ẩm sử dụng sơn lót AM3, cường độ bám dính hệ lớn 1,15 lần cường độ kéo bê tông; - Vật liệu polyurea ngồi khả chống thấm tốt có tính ưu việt khác khả 36 cơng trình tích nước trở lại tiến hành kiểm tra hiệu chống thấm, kết cho thấy khe biến dạng sau xử lý chống thấm hết thấm Một số hình ảnh thi công chống thấm KBD đập bê tông thể hình 14, 15 16: Hình 16 Phủ polyurea chống thấm Đập TĐ Bản Chát chống va đập tốt, có độ dẻo dai tiến độ thi cơng nhanh TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Quang Bình (2015), "Nghiên cứu tổ hợp phụ gia để nâng cao khả chống thấm nước bê tông đầm lăn sử dụng cho đập điều kiện Việt Nam", Luận án tiến sĩ kỹ thuật Bộ Thủy lợi, "Thiết kế đập bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế 14TCN", tr 58-88 Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Điện (2010), "Báo cáo công tác khoan lấy mẫu kiểm tra tiêu lý RCC đập dâng – Cơng trình thủy điện Bản Vẽ" Ngày nhận bài: 26/7/2016 Ngày nhận sửa lần cuối: 27/9/2016 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 ... hình chống thấm khe biến dạng hệ sơn polyurea 3.2 Ứng dụng hệ sơn polyurea để chống thấm cho mặt thượng lưu khe biến dạng đập bê tông sau tích nước Trong phần ứng dụng, báo trình bày việc sử dụng. .. việc sử dụng hệ sơn polyurea để xử lý chống thấm cho mặt thượng lưu khe biến dạng đập bê tông sau: đầm lăn, cao 136 m Sau tích nước đập xảy tượng thấm qua khe nhiệt Việc ứng dụng hệ sơn polyurea. .. cao 130m Sau đập tích nước số khe biến dạng có lưu lượng nước thấm qua khe lớn so với thiết kế Để bảm bảo đập vận hành an tồn, cơng tác thi cơng chống thấm khe biến dạng sử dụng hệ sơn polyurea,