Lựa chọn vật liệu để sửa chữa, nâng cấp

CHƯƠNG III: VẬN DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP NÂNG CẤP CỐNG NGẦM CỦA HỒ YÊN MỸ, HUYỆN NÔNG CỐNG, TỈNH THANH HÓA

3.4. Lựa chọn vật liệu để sửa chữa, nâng cấp

Ta áp dụng xác định áp lực P0tại đầu phụt cho khe nứt có chiều dài l=

1,3m, độ sâu b=0,4m, bề rộng khe nứt δ =0,0002m. Chất kết dính là hợp chất epoxy có độ nhớt bằng 0,5 Ns/m2và thời gian làm việc của vật liệu là t=

1h30’=5400s.

Theo công thức (3.5) ta có Q:

1, 3.0, 4.0, 0002 8

1, 93.10 5400

Q lb t

δ −

= = = (m3/s)

Theo công thức (3.4a) ta có P0:

0 0

0 3

12Q (R r )

P r

η πδ

= −

Lấy R0 = b, r0= bán kính phân phối lấy bằng 40mm.

0 3

12.1, 93.10 .0, 5 0, 4 0, 004

( ) 456807, 32

.0, 0002 0, 004

P π

− −

= = N/m2

=4,568 kg/cm2

Kiểm tra độ bền của kết cấu tại khe nứt do tác động của áp lựcphụt khe nứt cho trên hình 3.6.

. . max 130.40.4, 568 23753, 6

l b p = = kg

cos 3.(4.2700.0, 707) 2.5.0, 5.2100.0, 707 30330, 3

i a i

fa R α kg

= + =

∑

>l b p. . max =130.40.4, 568= 23753, 6kg ( đảm bảo an toàn)

Khả năng neo giữ rốn tiếp nhận được kiểm tra theo công thức (3.5) với

[ ] 2

1, 0 ; 1, 5 ; 7, 5 /

n n k

d = cm l = cm τ = R = kg cm

2 2

4 2( ) 4 2(1 1, 5)1, 5.7, 5

50, 64 .1, 0

n n n k

d l l R

P πd π

+ +

≤ = = kg/cm2> P0

Khả năng neo giữ rốn tiếp nhận đảm bảo.

* Tính cho một lỗ rò rỉ cách mặt thoáng 5m, có lưu lượng rò rỉ mỗi ngày đêm 24 lít. Thành tường dày 0,4m. Xác định đường kính lỗ rò và áp lực phụt chất kết dính để trám lỗ rò biết rằng chất kết dính có η =0, 5Ns m/ 2và thời gian công tác t=3600s.

Đường kính của lỗ rò được xác định theo công thức:

7 3

0, 024

2, 7778.10 / 24.3600

Q= = − m s

Độ nhớt η0 =1, 005.10−3Ns m/ 2 của nước tại 20ºC.

7 3

4 128.2, 7778.10 .1, 005.10 .0, 4 4

9,1.10 0, 91 .50000

D m mm

− −

= = − =

Để trám chỗ rò rỉ dùng hợp chất epoxy có η = 0, 5Ns m/ 2 và thời gian công tác t=3600s. Ta chọn lưu lượng phụt bằng:

2 2

11 3

. 1 .0, 00091 1

. 20.10 /

4 4 3600

Q D m s

π π −

= = =

Áp lực phụt nước được xác định theo công thức (3.9) có kể đến áp lực thủy tĩnh của cột nước:

2 4 4

128.20.10 .0, 5.0, 4

10000.5 52376, 6 / .(9,1.10 )

P N m

−

= − + =

* Kết quả sau sửa chữa:

Sau khi phụt dung dịch epoxy, chỉ sau 30 phút các dòng thấm đã bị chặn đứng. Sau 7 ngày trát vữa, bề mặt bê tông đã khô hoàn toàn. Vữa trát chống thấm có độ bền cao, chống thấm cao và độ co ngót không đáng kể. Vữa trát đã được thí nghiệm về khả năng chống thấm, độ co ngót.

Công nghệ phụt epoxy chặn nước và trát vữa chống thấm bề mặt đã giải quyết được vấn đề khó khăn trong thực tế, mà khi yêu cầu xử lý rò rỉ và thấm nước trong khi không có điều kiện hạ thấp mực nước thượng lưu do khách quan hoặc do yêu cầu sử dụng và không điều tra được những hư hỏng phía mặt giáp đất.

Các cấp phối vữa dùng cho nghiên cứu trình bày trong bảng 3.1.

Bảng 3.1: Các cấp phối vữa dùng cho nghiên cứu

Ký hiệu mẫu C/X N/X Polyme(%) Siêu dẻo (%)

0 2,25 0,55 0 0

1 2,25 0,5 0.3 1

2 2,25 0,5 0.2 1

3 2,25 0,5 0,2 3

4 2,25 0,5 0,5 3

5 2,25 0,5 0,25 2

Bảng 3.2: Cường độ nén vữa sau 7 ngày Ký hiệu mẫu Rn7(daN/cm²) Tỷ lệ %

Mẫu 0(đối chứng) 350 100

1 352 101

2 374 107

3 367 105

4 385 110

5 365 104

Bảng 3.3: Cường độ nén vữa sau 28 ngày Ký hiệu mẫu Rn28(daN/cm²) Tỷ lệ %

Mẫu 0(đối chứng) 438 100

1 439 100

2 437 100

3 445 102

4 478 109

5 480 110

Cường độ bám dính của vữa sử dụng có phụ gia Polyme và phụ gia siêu dẻo so với đối chứng ở tuổi 28 ngày trong bảng 3.4.

Bảng 3.4: Cường độ bám dính của vữa Ký hiệu mẫu Rbd (daN/cm²) Tỷ lệ %

Mẫu 0(đối chứng) 44 100

1 49 111

2 54 123

3 58 132

4 66 150

5 65 148

Kết quả nghiên cứu sự thay đổi độ dài của thanh vữa: Mẫu được đúc và bảo dưỡng trong môi trường có độ ẩm khoảng 80% và nhiệt độ 25±2ºC. Kết quả trong bảng 3.5.

Bảng 3.5: Kết quả đo độ co nở của vữa

Ngày tuổi

thứ tự lần đo

M-0 M-3%Ar-0,3%Sd

Chiều dài thanh vữa l (mm)

Độ co nở ɛ(%)

Chiều dài thanh vữa l (mm)

Độ co nở ɛ(%)

1 292,180 0 293,548 0

2 291,258 -0,316 293,528 -0,0068

3 291,282 -0,307 293,532 -0,0055

4 291,257 -0,316 293,521 -0,0092

5 291,253 -0,317 293,531 -0,0058

6 291,265 -0,313 293,530 -0,0061

1 291,167 -0,347 293,527 -0,0072

2 291,148 -0,353 293,525 -0,0078

3 291,120 -0,363 293,519 -0,0099

4 291,118 -0,363 293,526 -0,0075

3 1 291,126 -0,361 293,523 -0,0085

2 291,155 -0,351 293,515 -0,0112

7 1 291,158 -0,350 293,524 -0,0082

14 1 291,116 -0,364 293,525 -0,0078

21 1 291,122 -0,362 293,528 -0,0068

28 1 291,127 -0,360 293,531 -0,0058

Mẫu M-0: Dùng để đối chứng, không có phụ gia có độ dài ban đầu là lo= 292,180 mm.

Mẫu M-3%Ar-0,3%Sd: Mẫu chứa 3% polume Acrylic và 0,3% phụ gia siêu dẻo có độ dài ban đầu là lo=293,548 mm.

Kết quả sau 28 ngày bảo dưỡng theo đúng chế độ thấy độ co ngót của vữa đối chứng đạt 36.10−4, trong khi đó độ co ngót của vữa có phụ gia polyme và siêu dẻo không đáng kể 1,12.10−4bằng 3% so với vữa đối chứng.

Kết quả nghiên cứu khả năng chống thấm: Đã tiến hành đúc bánh hình vuông 15x15cm dày 3cm cho vừa với khuôn của máy thử độ chống thấm bê tông Matest, dưỡng hộ 28 ngày và lắp vào khuôn chống thấm của máy. Cho máy chạy từ áp lực 10 atm (độ chống thấm cao nhất của bê tông) duy trì trong thời gian trên 24h thì thấy các mẫu không bị thấm.

Qua các thí nghiệm thấy vữa trát bề mặt chống thấm có độ bền và ít bị co ngót, chống thấm rất tốt, phù hợp để trát cho các kết cấu làm việc trong môi trường có yêu cầu chống thấm cao.

Sau khi sử dụng công nghệ trên, đến nay công trình hồ Yên Mỹ không còn bị thấm và rò rỉ nửa, đảm bảo làm việc tốt. Hiệu quả của việc sử lý cao, có thể áp dụng để sử lý các cống ngầm trong thân đập bị hư hỏng trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa.

3.5. Xây dựng quy trình công nghệ để sửa chữa, nâng cao tuổi thọ các cống ngầm trong thân đập trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa.

Quy trình công nghệ để sửa chữa hư hỏng kéo dài tuổi thọ các cống ngầm trong thân đập trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa cần thực hiện theo các giai đoạn sau:

- Tiến hành khảo sát kỹ thuật để đánh giá nguyên nhân, mức độ hư hỏng của công trình.

- Đề ra phương án thiết kế, lựa chọn thiết kế phù hợp nhất để sửa chữa các kết cấu bị hư hỏng.

- Sử dụng vật liệu có chất lượng cao và áp dụng công nghệ thi công hợp lý để khắc phục hư hỏng cho công trình.

Quá trình sửa chữa được thực hiện cơ bản như sơ đồ sau:

Khảo sát nguyên nhân, đánh giá mức độ hư hỏng

Đề ra phương án thiết kế, lựa chọn phương án phù hợp

Lựa chọn vật liệu, thi

công sửa chữa

3.5.1. Khảo sát đánh giá nguyên nhân, mức độ hư hỏng của kết cấu bê tông cốt thép.

- Nghiên cứu lịch sử công trình: trước khi tiến hành khảo sát công trình tại hiện trường, cần xem xét kỹ các loại hồ sơ có trong lý lịch công trình: Hồ sơ thiết kế, hồ sơ hoàn công và tất cả các tài liệu có liên quan đến chất lượng công trình. Tuy nhiên trong thực tế do công tác bảo quản hồ sơ không cẩn thận, rất nhiều công trình hồ sơ bị thất lạc, vì vậy không đủ cơ sở khoa học để đưa ra kết luận chính xác. Trong trường hợp này cần lập lại hồ sơ thiết kế ban đầu theo hiện trạng công trình khi tiến hành khảo sát.

- Đánh giá hiện trạng hư hỏng của công trình: Phải tiến hành tại hiện trường bằng quan sát, ghi chép, đo đạc, chụp ảnh, đánh dấu hư hỏng, phân loại hư hỏng và lập bản vẽ hiện trạng công trình (Bảng 3.6).

Bảng 3.6: Phân loại mức độ hư hỏng của công trình Mức độ hư hỏng Các dấu hiệu quan sát

Nhóm A

Bề mặt ngoài công trình chưa thấy xuất hiện các vết nứt, cốt thép chỉ mới rỉ nhẹ và thưa thớt.

Nhóm B

Bề mặt ngoài công trình đã xuất hiện các vết nứt có kích thước khác nhau, chạy dọc theo phương của các thanh thép bị rỉ. Ở mức độ này cốt thép bị rỉ ở mức độ trung bình, có nơi rỉ nặng.

Nhóm C

Bề mặt ngoài công trình có những vết nứt có kích thước lớn, rõ nét, làm bong tách lớp áo bê tông bảo vệ, cốt thép bị lộ ra ngoài và rỉ nặng.

- Kiểm tra chất lượng vật liệu xây dựng: Bao gồm kiểm tra cường độ, xác định chiều dày lớp bảo vệ và phân tích thành phần hóa học các chất gây ra hư hỏng bê tông và cốt thép, thường dùng 2 phương pháp sau để kiểm tra cường độ bê tông:

* Phương pháp không phá hoại: Sử dụng súng bật nẩy theo tiêu chuẩn ASTM C805-94, súng kháng xuyên theo tiêu chuẩn ASTM C805-90, hoặc sử dụng máy siêu âm theo tiêu chuẩn ASTM C597-83. Khi kiểm tra theo phương pháp này cần chuẩn bị tốt bề mặt kết cấu nơi kiểm tra, cần đục bỏ lớp bê tông bi bong tróc và bụi bẩn bám vào bê tông để đảm bảo kết quả kiểm tra không bị sai lệch.

* Phương pháp phá hoại: Kiểm tra bằng lỗ khoan bê tông tại hiện trường, sử dụng máy khoan chuyên dụng để lấy mẫu bê tông, sau đó gia công và ép mẫu tại phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn hiện hành. Vị trí khoan lấy lõi bê tông nên bố trí tại nơi kết cấu bê tông công trình không chịu tải hoặc chịu tải nhẹ, sau khi kết thúc khoan các lỗ phải được bịt ngay bằng cách rót vữa mác cao không co ngót mác 400-600.

Kiểm tra chiều dày lớp bê tông bảo vệ: Chiều dày lớp này có tác dụng rất lớn trong việc bảo vệ cốt thép chống lại quá trình ăn mòn của môi trường.

Có thể xác định chiều dày lớp bê tông bảo vệ bằng các cách sau:

• Đục mở và đo trực tiếp bằng thước thép hoặc thước kẹp.

• Xác định bằng máy siêu âm hoặc máy dò từ trường.

Kiểm tra chất lượng cốt thép: Xác định vị trí, đường kính cốt thép bằng phương pháp đục mở, đo trực tiếp bằng thước hoặc máy dò từ trường. Đánh giá mức độ rò rỉ bằng phương pháp điện hóa (kiểm tra loại thép sử dụng, cường độ chịu uốn, nén, giới hạn chảy dẻo, moduyn đàn hồi, khả năng chịu hàn …).

Kiểm tra tác nhân xâm thực từ môi trường bên ngoài: So sánh với các tiêu chuẩn để đánh giá mức độ tác động xâm thực của môi trường.

Tính lại khả năng chịu lực của kết cấu: Kiểm tra khả năng chịu lực của kết cấu theo hồ sơ lưu trữ, theo quy mô hiện trạng (đặc biệt phải tính đến tải trọng thực tế, sự suy giảm kích thước, tiết diện bê tông, cốt thép do bị ăn mòn).

Kết luận về nguyên nhân và mức độ hư hỏng của công trình: Căn cứ vào mức độ ăn mòn bê tông cốt thép, kết quả tính toán khả năng chịu lực đưa ra kết luận về mức độ hư hỏng theo các trường hợp:

• Kết cấu công trình còn khả năng làm việc lâu dài.

• Kết cấu công trình đã bị suy giảm khả năng chịu lực do ăn mòn, cần được sửa chữa.

• Kết cấu công trình đã không còn khả năng chịu lực, bắt buộc phải gia cường kết cấu hoặc thay thế bằng kết cấu mới hoàn toàn.

3.5.2. Lập phương án thiết kế sửa chữa.

Căn cứ mức độ và nguyên nhân hư hỏng, thời gian cần kéo dài tuổi thọ cho công trình, cũng như khả năng đầu tư kinh phí đề ra phương án thiết kế sửa chữa cho phù hợp với các mục đích sau:

- Sửa chữa gia cường: Thay thế các lớp bê tông vùng bị hư hỏng, rò rỉ và nứt. Biện pháp này sử dụng cho các công trình bị hư hỏng nặng, khả năng chịu lực bị suy giảm đáng kể và mất nước nhiều cần được xử lý nhanh để kết cấu không bị phá hoại thêm.

- Biện pháp thay thế bằng kết cấu mới: Áp dụng cho các công trình hư hỏng đặc biệt nghiêm trọng, kết cấu không còn khả năng chịu tải và mất nước nghiêm trọng không thể khắc phục bằng biện pháp gia cường.

3.5.3. Các công đoạn sửa chữa kết cấu công trình.

Chống đỡ kết cấu: Để đảm bảo an toàn trong quá trình sửa chữa cần áp dụng biện pháp chống đỡ để giải phóng một phần hay toàn bộ tải trọng tác dụng lên kết cấu, thiết bị chống đỡ phải chắc chắn nhưng phải đảm bảo điều kiện hiện trường thi công được dễ dàng, hợp lý.

Kỹ thuật tách bỏ phần bê tông cần sửa chữa: Thường cần phải bỏ phần bê tông đã bị hư hỏng và cốt thép đa bị rỉ nứt, đánh sờm và làm sạch bề mặt bê tông. Có nhiều cách đục bỏ bê tông khác nhau, cần lựa chọn phương pháp phù hợp:

- Phương pháp nổ phá.

- Phương pháp cắt.

- Phương pháp va đập.

- Phương pháp tách lớp.

Sửa chữa cốt thép: Sau khi tách bỏ phần bê tông hư hỏng nếu thấy cốt thép không cần phải thay thế thì làm vệ sinh bằng cách cạo gỉ. Nếu mức độ hư hỏng nhẹ có thể dùng bàn chải sắt để làm sạch nhưng nếu diện tích lớn thì dùng biện pháp phụt thổi vật liệu cọ mòn.Có thể dùng tia nước áp lực cao để cọ mòn nhưng phương pháp này lại cung cấp oxy và nước làm cho cốt thép bị rỉ lại. Sau khi làm sạch có thể dùng sơn có nguồn gốc từ epoxy, xi măng – polyme quét lên bề mặt cốt thép để tránh cốt thép bị rỉ lại trong thời gian chờ đổ bê tông.

Chuẩn bị bề mặt: Là khâu quan trọng đảm bảo việc sửa chữa tốt. Bao gồm dọn bỏ khối lượng bê tông đục bỏ, làm cho bề mặt bê tông khô, phẳng, không có bụi bẩn, dầu mỡ … để phát triển liên kết tốt với bê tông đổ sau. Một số phương pháp làm sạch bề mặt bao gồm:

- Làm sạch bằng hóa chất: Dùng khi bê tông bị nhiễm bẩn bởi dầu, mỡ, dùng hóa chất để tẩy rửa sau đó làm sạch bằng nước (không được dùng chất hòa tan vì khi tan chúng có thể xâm nhập vào bê tông).

- Làm sạch bằng lửa: Thường được sử dụng làm sạch bê tông mà sau đó có phủ lớp reezin. Được thi công bằng ống phụt oxy – axetylen nhiệt độ đạt khoảng 3100ºC trên bề mặt bê tông. Sau khi phụt lửa xong phải làm sạch bề mặt bê tông băng bàn chải sắt.

- Làm sạch bằng cơ học: Có nhiều thiết bị loại này và thường nằm trong hai loại là loại quay và loại đập. Các loại này làm bê tông vỡ nhỏ ra nên phương pháp này cần có thiết bị làm sạch đi kèm.

- Làm sạch bằng phụt thổi: Có nhiều loại vật liệu dùng cho việc thổi phụt: Thổi phụt bằng cát, hạt kim loại, bằng tia nước áp lực cao. Thổi phụt bằng cát cần lưu ý chống bụi cho công nhân. Thổi phụt bằng nước cóưu điểm là không bụi, ít ồn, không gây chấn động cơ học và có thể thi công nhiều cỡ nhám khác nhau bằng điều chỉnh áp lực nước và tốc độ phun nhưng gặp khó khăn trong thu gom nước thải.

Phun quét chất tạo dính giữa bê tông cũ và mới: Thông thương sự liên kết giữa bê tông cũ và bê tông mới không chặt chẽ, do đó để tăng khả năng bám dính người ta phủ lên bề mặt tiếp xúc bằng các loại tạo màng bám dính:

Hồ xi măng, nhũ tương polyme SIKA LATEX, nhũ tương BARA EMULSION hay epoxy biến tính … bằng các phương pháp sau:

Kỹ thuật phun: Sử dụng khi diện tích cần được phủ tương đối rộng, có hai loại phun được dùng là:

+ Phun không có không khí: Thích hợp nhất với độ nhớt trung bình và nặng, vật liệu tương đối kho bơm. Việc phun không dùng không khí được tạo ra khi vật liệu được bơm qua một lỗ rất nhỏ và có áp suất cao, trong dải từ 12,4-20,6 Mpa. Sự thay đổi đột ngột áp suất khí quyển và hình dạng của đầu

vòi làm tơi nhỏ vật liệu ra, áp suất được duy trì bằng bơm thủy lực kiểu pít tông đẩy bằng khí nén.

+ Phun dùng không khí: Chậm hơn phun không có không khí nhưng có ưu điểm khống chế được tốt hơn.

- Phủ bằng con lăn: Có ưu điểm là ép được vật liệu phủ vào chỗ gồ ghề trên mặt bê tông, quét vật liệu rất nhớt thành màng tương đối mỏng.

- Quét bằng bàn chải: Là phương pháp chậm và vất vả nhưng lại tạo sự làm ướttốt hơn, được sử dụng phối hợp với phương pháp con lăn.

Quét sơn phủ bằng bay và chổi cao su: Vật liệu được rót lên bề mặt nền và được gạt ra như vữa trát thông thường. Trát bằng bay sẽ tạo ra chiều dày đặc chắc ổn định.

Thi công lớp bê tông mới: Sau khi phủ lớp bám dính xong tiến hành thi công phần bê tông để hoàn thiện kết cấu sửa chữa. Tùy theo yêu cầu và vị trí cần phải sửa chữa mà áp dụng các công nghệ bê tông cho phù hợp:

- Công nghệ phun bắn vữa bê tông áp lực cao: Bao gồm phun khô và phun ướt. Phun bắn vữa bê tông khô: Để sửa chữa những hư hỏng của công trình bê tông đặc biệt là những hư hỏng bề mặt, các kết cấu có bề dày mỏng, các công trình hoặc cấu kiện có hình dạng và vị trí khó ghép cốp pha …

- Công nghệ chống thấm ngược để xử lý rò rỉ và thấm nước: Bằng công nghệ bơm ép hồ xi măng, bơm vữa xi măng, công nghệ chặn nước bằng vữa cứng rất nhanh, công nghệ phụt chặn nước bằng polyurethan và trát chống thấm bằng vữa đặc biệt…

Hoàn thiện bề mặt và bảo dưỡng kết cấu: Sau khi thi công lớp bê tông mới xong phải hoàn thiện bề mặt vì nếu dùng công nghệ phun bắn bê tông thì bề mặt thường gồ ghề và độ dày không đều.

Bảo dưỡng bê tông và trát vữa theo quy định để kết cấu đạt cường độ theo yêu cầu. Đối với kết cấu cần hoàn thiện bề mặt, sau khi phun đạt độ dày