Công nghệ “Thi công dán nguội màng chống thấm” cầu thép THUẬN PHƯỚC

Thi công dán nguội màng chống thấm Cầu

Kết cấu trên bề mặt cầu thép theo thiết kế (từ trên xuống dưới) là 02 lớp bê tông nhựa SMA10 dày 30mm & SMA15 dày 40mm; Lớp phủ chống thấm, dính bám (Nhựa đường pha cao su + cát kết trộn sẵn) dày 1,6 – 2,0mm; Lớp kẽm dày 100µm trên bản thép trực hướng của dầm thép dày 12mm. Kinh phí dự tính ban đầu ước khoảng 35 tỷ đồng / 11.700 m2 mặt cầu

Quá trình lựa chọn vật liệu và công nghệ lớp phủ mặt cầu

1. Lựa chọn các yêu cầu kỹ thuật ban đầu

Sở Giao thông vận tải Đà Nẵng đã phối hợp Tư vấn thiết kế (Công ty CP tư vấn xây dựng 533) tham khảo các tài liệu, chỉ dẫn kỹ thuật có liên quan để xây dựng một tiêu chí chung ban đầu (gồm 10 chỉ tiêu) làm cơ sở cho việc lựa chọn vật liệu lớp phủ này. Đó là yêu cầu về nhiệt độ thi công, khả năng chịu nhiệt độ tối đa,khả năng chịu nhiệt của vật liệu trong quá trình khai thác tại bề mặt tiếp xúc với dầm,mức truyền ẩm, độ bền căng kéo, độ giãn dài tại điểm đứt, cường độ dính bám với mặt cầu ở 18oC / 80oC, khả năng chống trượt với mặt cầu ở 80oC, khả năng chống chọc thủng của cốt liệu vàTuổi thọ khai thác của vật liệu (thông qua thí nghiệm kháng lão hóa).Để làm rõ các vấn đề về công nghệ và vật liệu mới này, Sở GTVT đã có thông báo trên trang web của Sở mời các Nhà thầu có năng lực chuẩn bị và trình đề xuất Kỹ thuật cho lớp phủ mặt cầu thép Thuận Phước. Đã có 02 công nghệ gắn liền với 02 loại vật liệu dính bám do 02 đơn vị tham gia đề xuất. Đó là

1. Công nghệ “Thi công phun chất lỏng nguội” sử dụng vật liệu Eliminator của hãng Stirling Lloyd (Anh) do Liên danh VI512JO đề xuất;

2. Công nghệ “Thi công dán nguội màng chống thấm” sử dụng vật liệu Bituthene 5000 của hãng GRACE (Mỹ) do Liên danh MBA đề xuất.Tại cuộc họp ngày 25/11/2008, sau khi nghe các đơn vị báo cáo, đại diện Cục Quản lý XD&CL công trình giao thông (Bộ GTVT), Trung tâm TVTK (Viện KHCN GTVT), Phân viện KHCN GTVT Miền Trung, các chuyên gia cầu đường thành phố và các đơn vị liên quan tham gia dự án cầu Thuận Phước (Ban QLDA, TVTK, TVGS) đều thống nhất các công nghệ nêu trên có một số ưu điểm và khuyết điểm. Tuy nhiên, tại thời điểm này, công nghệ “Thi công dán nguội màng chống thấm” tỏ ra hợp lý hơn:

- Lớp vật liệu này cơ bản phù hợp với công nghệ lớp phủ mặt cầu thép trước đây đã được Bộ Giao thông vận tải chấp thuận (không phải xử lý tẩy lớp phun kẽm đã được phê duyệt và triển khai thi công xong);

- Thời gian thi công ngắn, phù hợp với yêu cầu tiến độ thi công cầu Thuận Phước;

- Về hiệu quả kinh tế: Kinh phí đầu tư lớp phủ mặt cầu khi sử dụng vật liệu Bituthene 5000 (1,25 triệu đ/m2) thấp hơn so với sử dụng vật liệu Emliminator (1,95 tỷ đ/m2). Ta có thể xem đây là phương án đầu tư phân kỳ, đến thời điểm phải đại tu lớp bê tông nhựa trên mặt cầu theo quy định (khoảng 10 – 15 năm sau), chúng ta có thể đánh giá, lựa chọn vật liệu lớp phủ mặt cầu tối ưu cho cầu Thuận Phước (có thể tiếp tục sử dụng vật liệu Bituthene 5000 hoặc vật liệu khác đã được các nước tổng kết, lựa chọn).

- Về yêu cầu kỹ thuật: Mặc dù tải trọng khai thác của cầu Thuận Phước không lớn, Sở Giao thông vận tải sẽ tiếp tục chỉ đạo các đơn vị liên quan kiểm tra lại toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật mà nhà cung cấp vật liệu công bố đồng thời sẽ yêu cầu bổ sung thêm các thí nghiệm cần thiết khác cũng như so sánh với các loại vật liệu lớp phủ khác để khẳng định sự đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của cầu Thuận Phước.

Chương trình nghiên cứu và thực nghiệm lựa chọn vật liệu lớp phủ mặt cầu

Chương trình nghiên cứu và thực nghiệm bao gồm các bài kiểm tra vật liệu lớp phòng nước và lớp vật liệu phủ mặt ở các dải nhiệt độ khác nhau, trong điều kiện làm việc riêng rẽ và làm việc đồng thời. Ngoài ra trong chương trình còn có công việc theo dõi liên tục nhiệt độ thực tế của bản thép mặt cầu để xác định khoảng nhiệt độ làm việc bất lợi của lớp phủ mặt cầu trong suốt thời gian khai thác.

Các đơn vị liên quan đã quyết định tổ chức đo nhiệt độ chính thức sau khi đã cơ bản hoàn thành công tác hàn gắn các đốt dầm với nhau. Nhiệt độ mặt cầu sau đó đã được theo dõi liên tục trong vòng 1 tuần từ ngày 18/4/2009 đến ngày 24/4/2009. Kết quả cho thấy nhiệt độ trên bản mặt cầu khá cao so với dự báo ban đầu (nhiệt độ cao nhất trong ngày đều vượt quá 60 độ C), đặc biệt vào trưa ngày 19 tháng 4 năm 2009, nhiệt độ thực tế đo được là 84 độ C. Đây là điều cực kỳ bất lợi cho kết cấu mặt đường trên cầu, và cần thiết phải thực hiện một số điều chỉnh về vật liệu và công nghệ thi công nhằm bảo đảm tuổi thọ lâu dài của kết cấu.

1 Các vật liệu tham gia chương trình thực nghiệm

Vật liệu phòng nước/dính bám:

1.Màng cán sẵn tự dính dán nguội Bituthene 5000 của hãng Grace Construction (USA)

2 Màng cán sẵn khò nóng Poliflex HV 25AV của Hãng Polyglass (USA)

3. Vật liệu Poplytop (Phun tạo màng) của hãng ATEX (Hàn Quốc)

4. Vật liệu Bridge Deck Membrane (Phun tạo màng) của hãng BridgePreservation(USA)

5. Nhựa đường cải tiến Pôlime PMB III của hãng Shell, có trộn sợi hữu cơ xen lu lô.

6. Nhựa đường Êpoxy của Hãng Chemco System (USA)

Vật liệu SMA: Hỗn hợp SMA theo Tiêu chuẩn KT do Tư vấn Thiết kế 533 ban hành và Công Nghệ Thi công do liên danh MBA biên soạn, có điều chỉnh phù hợp với điều kiện Việt Nam, thành phần có sử dụng sợi khoáng cenlulô, dùng hàm lượng nhựa cao (6,5-7,0%) để tăng độ đàn hồi, khả năng chống mỏi cũng như khả năng chống lão hoá của lớp mặt đường.

Vật liệu Bê tông nhựa Epoxy: Hỗn hợp bê tông nhựa Êpoxy và lớp dính bám nhựa đường Epôxy chuyên dụng cho bản măt cầu thép với khác biệt chính là dùng nhựa đường Êpôxy thay cho nhựa đường thông thường.

2 Các nhận xét rút ra từ thí nghiệm:

Ở nhiệt độ thường (30 độ C), các phá hoại khi nhổ xảy ra ở các vị trí khác nhau

-Với lớp Bituthene 5000 SQ, phá hoại xảy ra giữa mặt bản thép và lớp nhựa đường cao su hoá.

-Với vật liệu gốc Polyurea (Pôlytop hoặc Bridge Deck Membrane), phá hoại đều xảy ra ở lớp dính bám giữa SMA và mặt lớp phòng nước.

-Với vật liệu gốc nhựa đường cải tiến, phá hoại xảy ra ở giữa màng nhựa (độ dính bám với mặt thép khá tốt)

·Ở nhiệt độ trên 40 độ C, với lớp Bituthene 5000 phá hoại đa số xảy ra ở lớp màng Polyester gia cường.

·Ở nhiệt độ cao (trên 60 độ C), tất cả các phá hoại xảy ra ở lớp nhựa dính bám (tack coat)

·Loại vật liệu gốc Polyurea (Pôlytop hoặc Bridge Deck Membrane) có độ dính bám và chống trượt trên bản thép ổn định khi nhiệt độ thay đổi Thí nghiệm kéo trực tiếp). Tuy nhiên như đã nêu trên, khi thí nghiệm tổ hợp thì phá hoại (nhổ, trượt) đều xảy ra ở lớp nhựa dính bám giữa lớp màng này và lớp SMA (Phá hoại trên lớp tack coat) với giá trị lực nhỏ

·Với nhiệt độ thí nghiệm lên đến 70 độ C, ngoại trừ loại nhựa đường Epoxy, tất cả các loại nhựa dính bám hiện có trên thị trường đều không duy trì được khả năng dính bám, gây hiện tượng tách lớp dễ dàng giữa SMA. Điều này cực kỳ nguy hiểm cho độ bền của lớp phủ mặt cầu thép do các lớp không làm việc đồng thời trong điều kiện bản thép phải chịu biến dạng trùng phục liên tục dưới tác dụng của tải trọng xe cộ.

·Với nhiệt độ làm viêc trên 60 độ C, trong thời gian dài trong ngày, lớp vât liệu SMA, mặc dù đã sử dụng loại nhựa đường cải tiến Pôlime đặc biệt PMB 3 có nhiệt độ hoá mềm khá cao (trên 80 độ C), vẫn có các chỉ tiêu cơ lý khá thấp, nên có các rủi ro về nứt dọc và lún vệt bánh xe vào mùa hè, khó đảm bảo tuổi thọ lâu dài như dự kiến

Sau giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm cả trong phòng và hiện trường, các bên tham gia đã thống nhất sử dụng BTN Epoxy Asphalt để phủ mặt cầu phần xe cơ giới vì hiệu suất làm việc nổi bật của nó trong các chương trình thử nghiệm chỉ tiêu dính bám đơn và dính bám phối hợp ở nhiệt độ cao mà các loại vật liệu khác không thể đạt được. Liên danh MBA cũng đã thực hiện việc gởi mẫu cốt liệu địa phương đi các phòng thí nghiệm nước ngoài để đánh giá chỉ tiêu độ mỏi và độ chống lún vệt bánh xe của BTN Epoxy, so sánh với loại SMA đang nghiên cứu.

Phần lề bộ hành, vẫn sử dụng SMA loại Dmax 9,5 với chiều dày tương đương với chiều dày BTN Epoxy ở phần xe cơ giới. Lớp dính bám và bảo vệ chống rỉ trên toàn mặt cầu sử dụng loại vật liệu Êpoxy Bond coat phun tạo màng bằng thiết bị chuyên dụng.

3 Công nghệ thi công

Liên danh MBA đã liên hệ trực tiếp với hãng Chemco của Hoa Kỳ, là hãng độc quyền cung cấp nhựa đường Epoxy dùng cho lớp phủ mặt cầu thép và đã vượt qua được những yêu cầu kiểm tra gắt gao của hãng này để trở thành nhà ứng dụng sản phẩm được chấp thuận. Ngoài ra các Kỹ sư thuộc Sở GTVT, Ban QLDA và liên danh MBA còn có các đợt công tác liên tục sang Thái Lan để kiểm tra thiết bị thi công BTN Epoxy, thương thảo việc thuê thiết bị và thu thập trao đổi thông tin về các công tác chuẩn bị cần thiết cho việc sản xuất và thi công bê tông nhựa Epoxy. Sau khi được thống nhất chủ trương về điều chỉnh kết cấu của cấp có thẩm quyền, Liên danh MBA đã phối hợp với các đơn vị liên quan bắt tay ngay vào công việc soạn thảo quy trình công nghệ thi công chi tiết các lớp phủ mặt cầu đệ trình lên Tư vấn Giám sát dự án và các bên liên quan trước khi triển khai. Công việc soạn thảo này tốn khá nhiều thời gian và nhân lực có chuyên môn cao do tất cả thông tin và tài liệu đều được biên dịch từ tài liệu nước ngoài, với sự trợ giúp của các chuyên gia nước ngoài thông qua mạng Internet và các đợt kiểm tra hiện trường ngắn ngày trong giai đoạn chuẩn bị.