Ứng dụng hệ sơn Polyurea để chống thấm khe biến dạng của đập bê tông sau khi tích nước

Nội dung text: Ứng dụng hệ sơn Polyurea để chống thấm khe biến dạng của đập bê tông sau khi tích nước

1. VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG ỨNG DỤNG HỆ SƠN POLYUREA ĐỂ CHỐNG THẤM KHE BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP BÊ TÔNG SAU KHI TÍCH NƯỚC ThS. NGUYỄN ĐĂNG KHOA, TS. PHẠM VĂN KHOAN, KS. NGUYỄN VĂN TUẤN Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Trong những năm gần đây ở nước ta xây dựng theo công nghệ bê tông đầm lăn (BTĐL). có rất nhiều công trình đập thủy điện, thủy lợi đã và đang được xây dựng. Với các đập bê tông đã thi Đến nay Việt Nam đã và đang xây dựng hàng chục công xong sau khi tích nước hầu hết đều bị thấm, đập BTĐL lớn [1], như đập thủy điện Bản Vẽ cao chủ yếu là thấm qua khe biến dạng. Để khắc phục tình trạng này giải pháp hữu hiệu được đưa ra là 136 m, đập thủy điện Bản Chát cao 130m, đập thủy chống thấm mặt thượng lưu khe biến dạng của đập. điện Sơn La cao 139m, đập thủy điện Đồng Nai 4 Do bê tông ngâm trong nước đã lâu nên có độ ẩm cao vì vậy để đảm bảo hệ sơn polyurea bám dính cao 128m, tốt với nền bê tông cần lựa chọn loại sơn lót gốc nước. Với các ưu điểm vượt trội hệ sơn phủ Theo tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông [2] đều polyurea đã được lựa chọn như là một giải pháp phải bố trí các khe biến dạng (KBD) để chống hữu hiệu nhất để chống thấm cho mặt thượng lưu khe biến dạng (KBD). nứt ngang khi đập co dãn, biến dạng, xảy ra chủ Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng yếu do nhiệt độ thay đổi và chuyển dịch trong hệ sơn phủ polyurea để chống thấm phía mặt thượng lưu khe biến dạng cho đập bê tông đầm lăn Thủy điện quá trình thi công và khai thác. Ở Việt Nam tính Sông Tranh 2, Thủy điện Bản Vẽ và Thủy điện Bản đến nay đã có khoảng 20 công trình BTĐL lớn Chát. Việc chống thấm này thực hiện sau khi hồ đã tích thi công xong và đã tích nước để sử dụng. Tuy nước và bước đầu cho kết quả chống thấm tốt. Từ khóa: polyurea, chống thấm, khe biến dạng, nhiên ở hầu hết các công trình, sau khi tích độ bám dính, đập bê tông. nước đã xảy ra hiện tượng thấm, hiện tượng 1. Hiện trạng thấm qua khe biến dạng đập bê tông Đập bê tông (thủy lợi, thủy điện, ) được xây thấm chủ yếu là thấm qua khe biến dạng. Dưới dựng nhiều ở nước ta trong những năm gần đây, đây là hình ảnh thấm qua khe biến dạng của một chủ yếu là các đập trọng lực, bê tông khối lớn và số đập bê tông (hình 1 - 3): Hình 1. Thấm qua khe biến dạng Hình 2. Thấm qua khe biến Hình 3. Thấm qua khe biến đập thủy điện Sông Tranh 2 dạng đập thủy điện Bản Vẽ dạng đập thủy điện Bản Chát Với lưu lượng thấm qua các khe nhiệt có thể từ đề được quan tâm nhiều trong thời gian gần đây là vài lít/giây đến hàng chục lít/giây, khi nước thấm xử lý chống thấm cho đập BTĐL, bao gồm cả chống qua các KBD nếu không được xử lý theo thời gian thấm cho thân đập và các KBD, trong đó chống lưu lượng thấm ngày càng tăng lên, và vượt quá thấm qua các KBD được quan tâm hơn cả. Vật liệu giới hạn cho phép. Về lâu dài khi nước thấm qua dùng để chống thấm KBD phải có khả năng chống các khe biến dạng sẽ gây ra hiện tượng xâm thực thấm cao, đàn hồi và dẻo dai. chịu va đập, bám dính hòa tan, rửa trôi dẫn đến làm giảm chất lượng bê tốt với nền bê tông, có độ bền lâu trong nước, để tông và an toàn đập. Vì vậy, một trong những vấn phù hợp với điều kiện làm việc của KBD. Với các Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 31
2. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ưu điểm vượt trội, hệ sơn phủ polyurea đã được lựa - Độ bám dính của sơn với nền TCVN 9349 : chọn như là một giải pháp hữu hiệu nhất để chống 2012; thấm cho thượng lưu KBD, các ưu điểm như: đáp - Độ dãn dài khi đứt và cường độ kéo đứt của ứng tiến độ thi công nhanh do polyurea có thời gian sơn ASTM D412; khô rất nhanh, đóng rắn ngay cả trong điều kiện môi trường có độ ẩm cao, nhiệt độ thấp, khả năng - Chiều dày màng sơn TCVN 9406 : 2012; chống thấm tuyệt hảo, chịu va đập tốt, độ bền cao, - Độ chống thấm nước của bê tông TCVN 3116 rất dẻo dai, bám dính tốt với nền bê tông, bền trong : 1993; nước. - Cường độ kháng xé ASTM D624; 2. Kết quả kiểm tra chỉ tiêu kỹ thuật của hệ sơn - Cường độ kháng xuyên thủng ASTM D4833; phủ polyurea trong phòng thí nghiệm - Độ bền va đập của sơn TCVN 2100-2:2007; 2.1 Vật liệu và phương pháp thí nghiệm 0 a. Vật liệu - Độ bền uốn 90 của màng sơn TCVN 2099- 1993. - Bê tông: Mẫu bê tông đầm lăn lấy tại công trình; 2.2 Mô hình thí nghiệm thử độ dãn dài của màng polyurea - Sơn lót AM3 có thông số kỹ thuật như sau: Hàm lượng nhựa 63,6%; độ nhớt 68 giây; thời điểm Mô hình thí nghiệm thử độ dãn dài của màng phun là 44 giờ; sơn polyurea như trên hình 4, gồm hai mẫu bê tông kích thước (10 x 10 x 40) cm đặt cách nhau 1cm. - Sơn polyurea là Polytop 200 - hãng Atek Hàn Giữa khe hở được xảm keo có độ đàn hồi lớn Quốc; Polytop Aseal 47. Sau đó phun lớp sơn chống thấm - Keo PU Polytop Aseal 47 - hãng Atek Hàn polyurea dày 3mm lên bề mặt hai mẫu bê tông và Quốc: độ dãn dài > 450 %. bề mặt keo. Tác dụng của lớp keo này thứ nhất bản b. Phương pháp thí nghiệm: thân nó là một lớp chống thấm, thứ hai lớp keo này là tạo trước một khoảng hở để làm tăng độ dãn dài * Tiêu chuẩn áp dụng: của màng sơn polyurea, đồng thời cũng triệt tiêu - Độ nhớt của sơn TCVN 2092 : 1993; được biến dạng có thể xảy ra tại khe. Hình 4. Mô hình kiểm tra độ dãn dài của màng polyurea trên nền bê tông 2.3 Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu kỹ thuật kiện thực tế (độ ẩm > 5,0%). Tiến hành quét sơn lót 2 của hệ sơn polyurea AM3, định mức 0,2 kg/m . Sau khi quét sơn lót được 42 giờ thì tiến hành phun phủ sơn polyurea 2.3.1 Xác định độ bám dính của hệ sơn polyurea với lên bề mặt bê tông đã quét sơn lót. Sau khi phun nền bê tông phủ polyurea được 5 ngày tiến hành thử độ bám Mẫu bê tông được vệ sinh sạch và xử lý bề mặt, dính của hệ sơn polyurea với nền bê tông, kết quả sau đó tạo ẩm cho nền bê tông tương tự như điều thí nghiệm được thể hiện ở bảng 1 và hình 5. 32 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016
3. VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG Bảng 1. Kết quả thử độ bám dính của hệ sơn polyurea với nền bê tông Mẫu Độ bám dính TT Chỉ tiêu Dạng phá hoại M1 M2 M3 trung bình (MPa) 1 Độ bám dính 1,4 1,5 1,5 1,5 Phá hoại trong nền bê tông Hình 5. Thí nghiệm độ bám dính của hệ sơn polyurea với nền bê tông 2.3.2 Xác định khả năng chống thấm của màng sơn polyurea khi phun phủ sơn polyurea tiến hành vệ sinh bề mặt Mẫu thử gồm 06 mẫu bê tông hình trụ h x d = và quét sơn lót AM3. Với cấp áp lực nước là 14 atm 150x150mm (hình 6). Khoan 1 lỗ thủng dọc theo (chiều cao cột nước là 140m), tiến hành thử cho hình trụ để tạo lỗ quan sát khi nước thấm qua màng thấy lớp sơn polyurea dày 1mm, 2mm, 3mm không phủ polyurea, lỗ khoan này được cho các viên đá có hiện tượng nước thấm qua, tuy nhiên với màng vào trong, các viên đá liên kết điểm với nhau bằng dầy 1mm thì có hiện tượng màng bị biến dạng và có hồ xi măng giống như “bỏng ngô” để đảm bảo khi sự bong tách với nền bê tông. Qua đó nhận thấy nước thấm qua màng thì quan sát được. Một bề rằng lớp sơn phủ polyurea có tính năng chống thấm mặt của mẫu thử được phun phủ lớp chống thấm nước rất tốt ở cột nước 140m với chiều dày 2mm polyurea dày lần lượt là 1mm, 2mm và 3mm. Trước và 3mm. a) Chuẩn bị mẫu thử b) Phun sơn polyurea c) Lắp đặt mẫu và tiến tạo mẫu thử hành thử thấm Hình 6. Thử nghiệm tính năng chống thấm của vật liệu polyurea 2.3.3 Xác định độ dãn dài và lực kéo đứt của vật liệu polyurea Độ dãn dài và lực kéo đứt của vật liệu polyurea được trình bày ở bảng 2. Bảng 2. Kết quả độ dãn dài và lực kéo đứt của màng sơn polyurea Kết quả thí nghiệm các mẫu khác nhau Chỉ tiêu thí STT Đơn vị Trung nghiệm M1 M2 M3 M4 M5 bình 1 Độ giãn dài % 296 315 310 298 295 303 2 Lực kéo đứt MPa 20,6 20,5 21,2 20,6 21.1 20,8 Theo [1] các khe biến dạng của đập thủy điện chống thấm cho các khe biến dạng, tác giả đã thường có độ biến dạng lớn, dao động trong tiến hành làm mô hình mô phỏng thực tế làm việc khoảng từ 02 - 10mm. Trước khi ứng dụng vào khe biến dạng của đập để xác định độ dãn dài Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 33
4. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG của màng sơn polyurea trên mô hình của khe màng sơn polyurea bị kéo đứt, tiến hành đo biến dạng (hình 7). khoảng hở giữa hai mẫu bê tông được giá trị là Kết quả thí nghiệm: Trước khi kéo khoảng trên 4,0 cm tương đương với độ dãn dài lớn hở giữa hai mẫu bê tông là 1,0 cm, sau khi hơn 300%. Hình 7. Thí nghiệm độ dãn dài và lực kéo đứt của màng sơn polyurea 2.3.4 Thí nghiệm một số tính chất khác của màng sơn polyurea Các tính chất cơ lý khác của màng sơn chống thấm polyurea, kết quả được nêu trong bảng 3 dưới đây: Bảng 3. Kết quả thí nghiệm một số tính chất khác của màng sơn polyurea Kết quả STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị M1 M2 M3 Trung bình 1 Cường độ kháng xé kN/m 86,1 85,2 87,1 86,1 2 Cường độ kháng xuyên thủng N 660 680 675 672 3 Độ bền uốn 900 - Không bị bong tách. 4 Độ bền va đập của sơn Kg.m 37,7 33,8 30,8 34,1 Một số hình ảnh thí nghiệm sơn polyurea được trình bày trong Hình 8, hình 9 và Hình 10. Hình 8. Chuẩn bị mẫu thử Hình 9. Thí nghiệm độ bền Hình 10. Thí nghiệm độ bền kháng xé rách va đập uốn 900 Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm trong điều 3.1 Lựa chọn chiều dày và bề rộng phủ hệ sơn kiện phòng thí nghiệm có thể nhận thấy vật liệu polyurea polyurea là loại vật liệu dẻo đa tính năng, có khả - Dựa theo kết quả thí nghiệm, điều kiện thực tế năng chống thấm rất tốt, độ bám dính với nền bê thi công và vận hành công trình lựa chọn chiều dày màng chống thấm là 3 mm; tông cao, độ đàn hồi cao và chịu va đập. Do vậy việc lựa chọn hệ sơn polyurea để chống thấm cho - Dựa vào cấu tạo của KBD các đập bê tông như mặt thượng lưu khe biến dạng các đập bê tông là trong hình 13 nhận thấy khi chiều rộng lớp phủ càng phù hợp. mở rộng thì khả năng chống thấm qua khe biến dạng của đập bê tông càng tăng lên. Tại vị trí khe biến 3. Kết quả ứng dụng hệ sơn polyurea để chống dạng có lắp đặt các băng cách nước và tấm đồng thấm khe biến dạng nên trong khoảng 1,0 m đến 1,5 m gần KBD khi thi 34 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016
5. VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG công đổ bê tông đầm lăn các thiết bị lu lèn (xe lu) không được tốt so với các vị trí khác. Trên cơ sở không tiếp cận để đầm lèn bê tông được, mà khu phân tích hiện trạng thấm, nứt của KBD (hình 12) để vực gần khe biến dạng chủ yếu là dùng đầm bàn lựa chọn chiều rộng màng chống thấm polyurea dọc (hình 11), vì thế chất lượng của bê tông tại vị trí này theo KBD là 3,0 m (mỗi bên KBD 1,5 m). Hình 11. Đầm bê tông tại khe biến dạng Hình 12. Vết nứt tại khe biến dạng Thiết kế chống thấm điển hình cho thượng lưu khe biến dạng của đập bê tông được trình bày trên hình 13: Hình 13. Thiết kế điển hình chống thấm khe biến dạng bằng hệ sơn polyurea 3.2 Ứng dụng hệ sơn polyurea để chống thấm đầm lăn, cao 136 m. Sau khi tích nước đập xảy ra cho mặt thượng lưu khe biến dạng đập bê tông hiện tượng thấm qua các khe nhiệt. Việc ứng dụng sau khi đã tích nước hệ sơn polyurea cho công tác chống thấm khe biến Trong phần ứng dụng, bài báo sẽ trình bày việc sử dạng đập thủy điện Bản Vẽ được tiến hành nhiều dụng hệ sơn polyurea để xử lý chống thấm cho mặt đợt (năm 2012, 2013, 2015). Phạm vị chống thấm thượng lưu khe biến dạng của các đập bê tông sau: từ cao trình 150 m đến 202 m. a. Đập thủy điện Sông Tranh 2 – tỉnh Quảng Nam, c. Đập thủy điện Bản Chát – tỉnh Lai Châu, diện diện tích phủ PUA 1.500m2 tích phủ PUA 350 m2 Công trình thủy điện Sông Tranh 2 được xây Dự án thủy điện Bản Chát nằm trên sông Nậm dựng tại huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam có Mu thuộc địa phận huyện Than Uyên và Tân Uyên công suất 190MW - 02 tổ máy, đập bê tông đầm lăn tỉnh Lai Châu. Dự án có tổng công suất thiết kế là cao 95m. Tháng 11/2011, sau khi tích nước đến 220MW, đập bê tông đầm lăn, cao 130m. Sau khi mực nước dâng bình thường thì xảy ra hiện tượng đập tích nước tại một số khe biến dạng có lưu thấm qua đập lớn hơn so với yêu cầu thiết kế, chủ lượng nước thấm qua khe lớn hơn so với thiết kế. yếu là thấm qua các khe nhiệt. Công trình đã được Để bảm bảo đập vận hành an toàn, công tác thi hạ mực nước để tiến hành xử lý chống thấm công chống thấm các khe biến dạng sử dụng hệ thượng lưu các khe biến dạng, phạm vi xử lý chống sơn polyurea, phạm vi chống thấm từ cao trình thấm từ cao độ 140m đến 175m. 435m đến 475m. b. Đập thủy điện Bản Vẽ - tỉnh Nghệ An, diện tích phủ PUA 1.200m2 Cả 03 công trình đập thủy điện trên là đập bê tông đầm lăn, có mác bê tông M20, sau khi tích Công trình thủy điện Bản Vẽ nằm trên thượng nguồn dòng sông Nậm Nơn, thuộc huyện Tương nước các đập đều bị thấm qua các khe biến dạng, Dương, tỉnh Nghệ An, được xây dựng từ năm 2005. lưu lượng thấm qua các khe biến dạng của các đập Đây là công trình thuỷ điện lớn nhất khu vực Bắc ở mức độ khác nhau. Trên cơ sở xem xét hồ sơ miền Trung với công suất 320 MW, đập bê tông thiết kế, khảo sát hiện trạng và nguyên nhân thấm Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016 35
6. KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG để đưa ra thiết kế và quy trình xử lý chống thấm cho - Trám vá các lỗ rỗng rỗ bằng vữa xi măng - cát các khe biến dạng của đập, cụ thể như sau: mịn; - Lắp đặt giáo treo phục vụ thi công; - Xảm keo Polytop Aseal 47 vào khe đã được đục; - Cắt đục tạo rãnh rộng 6 cm, sâu 2 cm dọc theo - Quét lớp sơn lót AM3 rộng 3m dọc theo khe các khe biến dạng; biến dạng; - Vệ sinh sạch bề mặt bê tông rộng 3m dọc theo - Phun lớp sơn polyurea dày trung bình 3mm, khe biến dạng (mỗi bên 1,5 m); rộng 3m lên bề mặt bê tông đã quét sơn lót. Bảng 4. Kết quả khảo sát nền bê tông đập và kết quả ứng dụng hệ sơn polyurea cho các đập bê tông Kết quả khảo sát Hệ polyurea Độ bám dính Công trình Cường độ Độ ẩm Thời điểm của hệ sơn Sơn lót TT đập bê tông kéo đứt nền của nền phun polyurea với AM3, độ thủy điện bê tông bê tông polyurea nền bê tông nhớt (giây) (MPa) (%) (giờ) (MPa) 1 Sông Tranh 2 1,2 5,1 68,2 42,0 1,4 2 Bản Vẽ 1,4 5,1 68,2 42,0 1,6 3 Bản Chát 1,4 5,0 68,2 42,0 1,6 Ghi chú: Thời điểm thi công nhiệt độ và độ ẩm môi trường là 35oC và 65%, nên thời điểm phun đã được điều chỉnh cho phù hợp. Kết quả thí nghiệm tại hiện trường cho thấy hệ các công trình đã tích nước trở lại và tiến hành kiểm sơn polyurea có cường độ bám dính lớn hơn 1,14 tra hiệu quả chống thấm, kết quả cho thấy các khe lần so với cường độ kéo đứt của nền bê tông, thí biến dạng sau khi xử lý chống thấm đã hết thấm. Một nghiệm thử bám dính cho kết quả là phá hoại tại nền số hình ảnh thi công chống thấm các KBD tại các bê tông. Sau khi thi công chống thấm cho các KBD, đập bê tông thể hiện trong các hình 14, 15 và 16: Hình 14. Phủ polyurea chống Hình 15. Phủ polyurea chống Hình 16. Phủ polyurea chống thấm Đập TĐ Sông Tranh 2 thấm Đập TĐ Bản Vẽ thấm Đập TĐ Bản Chát 4. Kết luận chống va đập tốt, có độ dẻo dai và tiến độ thi công - Việc sử dụng hệ sơn polyurea để chống thấm nhanh. mặt thượng lưu cho các đập bê tông của thủy điện TÀI LIỆU THAM KHẢO Sông Tranh 2, Bản Vẽ và Bản Chát đạt kết quả tốt, 1.Nguyễn Quang Bình (2015), "Nghiên cứu tổ hợp KBD đã hết thấm, chứng tỏ việc sử dụng hệ sơn phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước polyurea để chống thấm là phù hợp; của bê tông đầm lăn sử dụng cho đập trong điều - Công nghệ phun phủ sơn polyurea là công nghệ kiện Việt Nam", Luận án tiến sĩ kỹ thuật. tiên tiến, rất phù hợp để thi công chống thấm mặt 2. Bộ Thủy lợi, "Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thượng lưu đập bê tông. Tổng diện tích phun polyurea thép – Tiêu chuẩn thiết kế 14TCN", tr. 58-88. 2 chống thấm cho 03 công trình trên là 3.050 m ; 3. Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Điện 1 (2010), - Sơn polyurea bám dính tốt với nền bê tông ẩm "Báo cáo công tác khoan lấy mẫu kiểm tra các chỉ khi sử dụng sơn lót AM3, cường độ bám dính của tiêu cơ lý của RCC đập dâng – Công trình thủy hệ lớn hơn 1,15 lần cường độ kéo của nền bê tông; điện Bản Vẽ" - Vật liệu polyurea ngoài khả năng chống thấm tốt Ngày nhận bài: 26/7/2016. còn có các tính năng ưu việt khác như khả năng Ngày nhận bài sửa lần cuối: 27/9/2016. 36 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2016