Nhiều nghiên cứu được tiến hành trên thế giới nhằm tìm ra các giải pháp bảo vệ bờ sông, biển đạt hiệu quả cao, giảm giá thành xây dựng, đơn giản trong thi công và thân thiện với môi trường. Bài báo trình bày một số kết quả trong thiết kế, chế tạo Ống mềm sử dụng trong công nghệ bảo vệ mềm, đây là giải pháp bảo vệ bờ có nhiều ưu điểm và đang nhận được sự quan tâm. Đây cũng là một trong số các nội dung của đề tài có mã số KC.02.13/11-15.
Nghiên cứu khoa học công nghệ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ỐNG MỀM TỪ VẢI POLYESTE VÀ BLEND NBR-PVC ĐỂ XÂY DỰNG KẾT CẤU BẢO VỆ CÁC CƠNG TRÌNH KINH TẾ, QUỐC PHÒNG Vương Quang Việt1*, Nguyễn Thế Tiến1, Trần Đức Đạt2, Nguyễn Hồng Anh Dũng3, Nguyễn Thị Kim Yến1 Tóm tắt: Việt Nam có bờ biển dài 3.260 km hệ thống sơng rạch chằng chịt, xói lở bờ sơng, biển vấn đề gây xúc lớn cho xã hội Các tượng thời tiết khí hậu cực đoan làm cho vấn đề diễn tiến phức tạp - mực nước biển dâng cao gây nên đợt triều cường phá hủy cơng trình dân sinh, quốc phịng Nhiều nghiên cứu tiến hành giới nhằm tìm giải pháp bảo vệ bờ sông, biển đạt hiệu cao, giảm giá thành xây dựng, đơn giản thi công thân thiện với môi trường Bài báo trình bày số kết thiết kế, chế tạo Ống mềm sử dụng công nghệ bảo vệ mềm, giải pháp bảo vệ bờ có nhiều ưu điểm nhận quan tâm Đây số nội dung đề tài có mã số KC.02.13/11-15 Từ khóa: Ống mềm, Vật liệu dệt-polyme ĐẶT VẤN ĐỀ Các giải pháp công trình nhằm thích ứng, giảm thiểu tác động biến đổi khí hậu nước biển dâng quan tâm Nhiều giải pháp công nghệ áp dụng như: kè bờ đá hộc, kè bờ tường cừ, thảm bê tơng, khối dị hình… Tuy nhiên phương án không thu hiệu mong muốn, khơng đơi cịn làm thay đổi tính chất đường bờ tình trạng bồi xói khu vực lân cận Thời gian gần nhà khoa học giới nghiên cứu đưa công nghệ bảo vệ bờ – “Công nghệ đê mềm” Công nghệ khơng bảo vệ bờ tránh xói lở mà làm bồi đắp bền vững thân thiện với mơi trường Ngồi cơng nghệ cịn sử dụng để xây dựng đảo nhân tạo hiệu nhanh chóng Do chi phí đặc biệt thấp, thời gian thi công nhanh so với công nghệ trước sử dụng vật liệu truyền thống như: bê tông, sắt thép…, công nghệ ống mềm nhồi cát có ý nghĩa với điều kiện kinh tế xã hội nước ta NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu Căn u cầu tính cơ, lý, hóa giá thành sản phẩm, sử dụng vật liệu sau để nghiên cứu: - Keo dán KDOM chế tạo Viện nhiệt đới mơi trường Keo KDOM chất kết dính trên sở blend cao su nitril butadien nhựa Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 213 Hóa học Kỹ thuật mơi trường polyvinylcloride (NBR-PVC) phụ gia có độ bền kéo đứt 19,2 ± 1,8 MPa theo TCVN 4509-2006; độ dãn dài đứt 380 ± 28 % theo TCVN 4509-2006, có hệ số già hóa mơi trường nước muối %, khơng khí, sau 500 chiếu UV vượt 80 % - Primer OM chế tạo sở polybutylacrylat (PBA) nhựa phenolformaldehyd (PF) Viện nhiệt đới mơi trường Priner OM có thành phần khối lượng Toluen: MEK: PF: PBA theo tỷ lệ tương ứng 32:63:3,5:1,5 - Vải polyester GM 200 Hàn Quốc có thơng số sau: Trọng lượng: 600 g/m2; Độ bền kéo đứt theo chiều dọc ngang > 200 kN/m; Độ dãn dài đứt theo chiều dọc ngang < 15 %; Hệ số thấm: 10-5 m/s; Kích thước lỗ O90 : 0,075 mm; Khổ rộng: 3,6 m; Chiều dày mm - Chỉ polyester số 10, cường lực 8,588 kN, độ dãn đứt 22 %, xuất xứ Đài Loan sang Cơng ty Bình Hưng Việt, Hóc Mơn, Tp Hồ Chí Minh - Các hóa chất khác có nguồn gốc từ Bayer Formosa, LG, Dupont dow 2.2 Phương pháp nghiên cứu thiết bị sử dụng Blend NBR-PVC chế tạo máy trộn kín, hở hịa tan thành dung dịch keo dán Tính chất cơ, lý, hóa vật liệu xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam Quốc tế thiết bị tương ứng sau: - Xác định tính chất lý máy Zwick 1445, Germany: Độ bền kéo bóc xác định theo TCVN 1596: 2006 (ISO 36: 2005); Độ bền kéo trượt theo tiêu chuẩn TCVN 7755: 2007 (ASTM D – 905) - Xác định thông số lưu hóa máy Rheometer GT-M2000, Đài Loan, theo TCVN 6094: 2004 - Xác định độ cứng Shore Durometer, theo TCVN 1595-1-2007 - Máy cán luyện kín benbery, thể tích buồng máy 70 lít; Máy cán trục khổ 1,6 m Việt Nam - Máy ép lưu hóa Việt Nam, lực ép max 60 tấn, công suất gia nhiệt kW - Máy may dầy chuyên dùng Taking TK-98 Đài loan, băng rộng 0,8 m - Độ bền môi trường vật liệu theo tiêu chuẩn TCVN 2229-2007 mơi trường khơng khí mơi trường nước muối hệ thống tủ khí hậu nhân tạo - Độ bền chịu UV sau 500 theo ASTM D 4355-92 thiết bị Solarbox 3000, Italia KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thiết kế ống mềm Ngun tắc tính tốn ống mềm dựa nguyên lý cân vỏ ống mềm để xác định sức căng [1], [2], [3], [4] Để đơn giản hố cho việc tính tốn ta xét toán mặt phẳng với giả thiết sau: 214 V.Q.Việt, N.T Tiến, …,“Thiết kế, chế tạo ống mềm từ vải … kinh tế, quốc phòng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ - Ống nhồi cát dài đồng hình học lẫn vật liệu Ống chịu lực gần theo chiều dài ống nói cách gần coi nội lực ống theo chiều dài không - Ống chế tạo từ loại vật liệu mềm chiều dày nhỏ nhiều so với chiều rộng chiều dài ta coi nội lực ống tồn lực kéo điểm chu vi ống Khi ta cần xác định lực căng ống nhồi cát tiết diện cắt ngang - Vật liệu lấp đầy hỗn hợp lỏng (nước cát), cân thủy tĩnh ứng suất có bên ống - Khơng có lực trượt hỗn hợp lỏng thành ống Điều kiện để ống trạng thái cân tổng hình chiếu lực tác dụng lên theo phương không Từ điều kiện cân xét theo phương nằm ngang với giả thiết ta có : (1) Trong đó: T - Lực căng ống Px - Thành phần áp lực hỗn hợp lỏng theo phương nằm ngang tác dụng lên mặt ống Khi ống bơm căng hỗn hợp lỏng với chiều cao HO áp lực bên ống (H0 γ) Trong γ : tỷ trọng hỗn hợp lỏng Thành phần theo phương nằm ngang áp suất hỗn hợp lỏng dPx tác dụng lên đơn vị bề mặt phía ống theo phương nằm ngang điểm cách đáy ống khoảng h tính theo cơng thức: (2) Như vậy, thành phần theo phương nằm ngang PX áp lực túi (do hỗn hợp lỏng gây nên) có giá trị: (3) Suy : (4) Đối với hỗn hợp (nước cát) bơm vào có γ 1,6 kg/cm3 với ống có đường kính d = m ta coi HO ≈ d =1 m Sức căng ống T = 1600 kg/m3 x m2 : = 400 kg/m ≈ kN/m Khi bơm với áp lực 10 kN/m2 ống phải có sức căng : Tb = kN/m + 10 kN/m2 Chu vi = (4 + 31,4) kN/m = 35,4 kN/m Thông thường sau bơm xong cát ống có chiều cao khoảng 0,6 ÷ 0,8 so với đường kính thiết kế Khi ống phải chịu sức căng lớn (ứng với ho = 0,8, γ 2,4 kg/cm3) là: Để đảm bảo an toàn cho cơng trình, nhà thiết kế chọn hệ số an toàn cho ống mềm Trên sở tài liệu, phân tích tình trạng thực tế nước ta chọn hệ số giảm trừ độ bền R= 8,5 [5] Nó bao gồm : Hệ số giảm trừ độ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 215 Hóa học Kỹ thuật mơi trường bền lắp đặt, lão hóa vật liệu, cơng trình, mối nối Khi sức căng tới hạn ống là: Tult = TWork x R = 3,84 x 8,5 = 32,64 kN/m Trong : Tult : Sức căng giới hạn ống TWork : Sức căng tính tốn ống Như vậy, biết kích thước ống mềm (chu vi), hỗn hợp chất lỏng nhồi (γ) áp lực bơm ta tính sức căng mà ống phải chịu trình nhồi Tb, sức căng giới hạn ống Tult Trên sở ta chọn vật liệu cơng nghệ thích hợp để chế tạo ống mềm Chúng tơi sử dụng phần mềm GeOCoP(3.0) Hiệp hội kỹ sư qn đội Mỹ để tính tốn kiểm chứng [6], kết phù hợp với tính tốn theo lý thuyết trình bày Từ kết tính toán cho thấy việc chọn vải GM 200 để chế tạo ống mềm chu vi 3,14 m dài 50 m nhồi cát đến chiều cao 0,8 m bơm hỗn hợp cát nước áp lực từ 10 đến 50 kPa phù hợp với hệ số an toàn cao [7] Ống mềm xếp chồng lớp lên để xây dựng đê cao m (kể lớp đất phủ 20 cm) dài 500 m khuôn khổ nghiên cứu đề tài KC.02.13/11-15 Sơ đồ mặt cắt thiết kế cảnh quan công trình hình Hình Mặt cắt thiết kế cảnh quan cơng trình Trong thiết kế cơng trình Quận thành phố Hồ Chí Minh, hàng Bần bên ngồi đê tơn tạo trồng bổ sung chạy theo mép nước có tác dụng hạn chế sóng tàu, chống xói lở tạo cảnh quan dọc sơng Sài Gịn 3.2 Chế tạo ống mềm Chế tạo ống mềm công đoạn phức tạp công nghệ chế tạo đê ống nhồi cát Phương pháp định hình chế tạo ống mềm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thời gian hồn thành cơng trình Việc lựa chọn phương pháp gia cơng có ý nghĩa định đến chất lượng tuổi thọ cơng trình Có nhiều phương pháp định hình ống, quan trọng liệt kê là: - Định hình ống phương pháp may; - Định hình ống keo dán; - Phương pháp kết hợp phương pháp 216 V.Q.Việt, N.T Tiến, …,“Thiết kế, chế tạo ống mềm từ vải … kinh tế, quốc phịng.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ 3.2.1 Định hình ống mềm keo dán Vải GM 200 tẩm primer OM rộng chiều rộng mối dán, để khô tự nhiên 48 Tráng tiếp keo dán KDOM để đạt chiều dày 0,2 - 0,4mm Sau khơ mặt (khoảng 10 phút) dán mặt có tráng keo với chiều rộng mối dán thay đổi Tiến hành ép lưu hóa nhiệt độ 145 0C vòng 10 phút Sau ép xong để nguội 24 tiến hành đo đạc Độ bền mối dán khảo sát theo tiêu chuẩn ASTM D 4884 Kết khảo sát tương quan chiều rộng mối dán (cm) độ bền kéo trượt (kN/cm) trình bày bảng thể hình Bảng Kết khảo sát tương quan chiều rộng mối dán độ bền kéo trượt Chiều rộng mối dán (cm) Độ bền (kN/m ) Sai số 10 12 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 46, 53 ,7 0, 67, 74, 80, 87, 95, 10 10 11 12 12 13 14 15 ±1, ±1, ±0 ,9 ±1, ±2, ±1, ±1, ±2, ±1, ±2, ±2, ±3, ±2, ±0, ±1, ±0, Hình Biến thiên độ bền kéo trượt theo chiều rộng mối dán Hình Biến thiên độ bền mối nối theo số đường may Độ bền mối dán tăng theo chiều rộng mối dán sử dụng keo KDOM để định hình Kết khảo sát cho ta thấy để đạt độ bền mối nối theo tiêu chuẩn ASTM D 4759 chiều rộng mối dán sử dụng keo KDOM phải lớn 12 cm Còn muốn mối nối có độ bền 160 kN/m (80 % độ bền vải GM 200) mối dán phải có rộng 40 cm Để giảm chiều rộng tăng độ an toàn cho mối nối, chúng tơi tiến hành nghiên cứu định hình kết hợp keo dán với may gia cường 3.2.2 Định hình ống mềm keo dán kết hợp may Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 217 Hóa học Kỹ thuật môi trường Chế tạo mẫu: Vải GM 200 tẩm primer OM rộng 20 cm, để khô tự nhiên 48 Tráng tiếp dung keo KDOM để đạt chiều dày 0,2 - 0,4mm Sau khô mặt (khoảng 10 phút) dán mặt có tráng keo với rộng mối dán 20 cm Tiến hành ép lưu hóa nhiệt độ 145 0C vịng 10 phút Sau ép xong để nguội 24 tiến hành may gia cường, sau may xong phủ lên đường may lớp keo để khô tự nhiên tiến hành đo đạc Khảo sát độ bền mối nối: độ bền mối nối (bản rộng 20 cm) khảo sát theo tiêu chuẩn ASTM D 4884 đạt 80,4 kN/m Kết độ bền mối nối rộng 20 cm sử dụng keo gia cường đường may trình bày bảng thể đồ thị hình Bảng Kết khảo sát tương quan độ bền mối nối số đường may Số đường may Độ bền (kN/m) Sai số 80, ±1, 94, ±1, 8 10 11 12 13 106 115 126 135 133 162 171 178 183 189 194 199 ±1, ±1, ±1, ±1, ±2, ±0, ±1, ±1, ±1, ±1, ±0, ±0, Từ khảo sát ta thấy mối dán rộng 20 cm sử dụng primer OM keo dán KDOM gia cường đường may đáp ứng yêu cầu chế tạo ống mềm từ vải GM 200 (độ bền 162 kN/m) KẾT LUẬN Đã thiết kế ống mềm chu vi 3,14 m, dài 50 m nhồi cát đạt chiều cao đến 0,8 m cách bơm hỗn hợp cát nước với áp lực từ 10 đến 50 kPa Phương pháp tính tốn có độ tin cậy cao kiểm chứng phần mềm GeoP(3.0) Đã nghiên cứu phương pháp chế tạo ống mềm từ vải GM 200 cách sử dụng primer OM keo dán KDOM kết hợp gia cường đường may đáp ứng yêu cầu chế tạo ống mềm theo tiêu chuẩn ASTM D 4759 Viện Nhiệt đới môi trường ứng dụng thiết kế công nghệ chế tạo 3.000 m ống mềm thi công 500 m đê thử nghiệm sông Sài Gòn gần khu vực cầu Phú Mỹ, quận 7, Tp Hồ Chí Minh Các kết nghiên cứu mở khả làm chủ công nghệ xây dựng đê ống nhồi cát Đây công nghệ bảo vệ bờ có nhiều ưu điểm thích hợp cho nước ta để ứng phó với biến đổi khí hậu nước biển dâng Lời cảm ơn: Nghiên cứu thực với hỗ trợ Bộ Khoa học Công nghệ thơng qua Chương trình nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ vật liệu KC.02/11-15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 218 V.Q.Việt, N.T Tiến, …,“Thiết kế, chế tạo ống mềm từ vải … kinh tế, quốc phòng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ [1] Krystian W Pilarczyk (1998), “Dikes and Revetments: Design, Maintenance and Safety Assessment”, Publisher A A Balkema, Rotterdam [2] Krystian W Pilarczyk (2000), “Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and Coastal Engineering”, Taylor & Francis [3] Lê Mạnh Hùng (2003), “Đập cao su”, NXB Nông nghiệp [4] K&O (1999), “Shore and bank protection works in practice and theory”, Rotterdam [5] Herman Jacobus Kriel (2012), “Hydraulic stability of multi-layered sand-filled geotextile tube breakwaters under wave attack”, Port and Coastal Engineering, Civil Engineering - Stellenbosch University [6] Leshchinsky D., Leshchinsky O., Ling H I., and Gibert P A., “Geosynthetic Tubes for Confining Pressurized Slurry: Some Design Aspects”, Jurnal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol 122, No 8, 1996, pp 682-690 [7] Đinh Quang Cường Dương Thanh Quỳnh (2015), “Các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm sử dụng ống mềm vải địa kỹ thuật để xây dựng cơng trình ven biển”, Báo cáo chun đề đề tài mã số KC.02.13/11-15, Viện Cơng trình biển, ĐH Xây dựng (UCE), Hà Nội ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURE OF FLEXIBLE HOSES FROM POLYESTER TEXTILE AND BLEND OF NBR-PVC FOR BUILDING PROTECTIVE STRUCTURES FOR ECONOMIC AND DEFENSE WORKS Erosion of river banks and sea shores is an urgent matter that Vietnam is facing with as it has a more than 3,260 km coastline and a system of interlacing rivers and canals Extreme climate and weather phenomena make it more and more complicated, particularly when higher sea levels are causative of flood tides that can destroy civil and defense works Many researches have been conducted in the world, seeking effective and ecofriendly protection of river banks and sea shores with reduced costs and simplicity of construction This article presents some results from the design and manufacture of flexible hoses to be employed in the flexible protection technology, which, thanks to its various advantages, has been paid many interests That is also one of the contents of Project KC.02.13/11-15 Keywords: Flexible Hose, Polymer - Textile combination Nhận ngày 07 tháng 07 năm 2015 Hoàn thiện ngày 29 tháng năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015 Địa chỉ: 1Viện Nhiệt đới môi trường; TT Nghiên cứu Chuyển giao công nghệ - Sở KH&CN Tp HCM; Trung tâm Chống ngập nước Tp Hồ Chí Minh; *Email: vuonghathu87@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 219 ... dụng hạn chế sóng tàu, chống xói lở tạo cảnh quan dọc sơng Sài Gịn 3.2 Chế tạo ống mềm Chế tạo ống mềm công đoạn phức tạp công nghệ chế tạo đê ống nhồi cát Phương pháp định hình chế tạo ống mềm ảnh... vỏ ống mềm để xác định sức căng [1], [2], [3], [4] Để đơn giản hố cho việc tính tốn ta xét toán mặt phẳng với giả thiết sau: 214 V.Q.Việt, N.T Tiến, …,? ?Thiết kế, chế tạo ống mềm từ vải … kinh tế,. .. hình ống keo dán; - Phương pháp kết hợp phương pháp 216 V.Q.Việt, N.T Tiến, …,? ?Thiết kế, chế tạo ống mềm từ vải … kinh tế, quốc phịng.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ 3.2.1 Định hình ống mềm keo