Hà Giang là tỉnh miền núi, biên giới cực Bắc của Tổ Quốc, có địa hình chủ yếu là núi đá. Do địa hình hiểm trở, bị chia cắt mạnh nên khí hậu vùng Cao nguyên đá mang nhiều sắc thái ôn đới, được chia thành 2 mùa: Mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 9); mùa khô (kéo dài từ tháng 10 năm trước đến tháng 4 năm sau).
Với đặc điểm là tỉnh thiếu nước sinh hoạt và sản xuất, đặc biệt là các huyện thuộc vùng Cao nguyên đá Đồng Văn, nên vấn đề tích trữ nước phục vụ sinh hoạt và sản xuất là nhu cầu tự nhiên của con người, có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng.
Hiện tại trên địa bàn tỉnh Hà Giang các bể trữ nước của bà con nhân dân và các đơn vị bộ đội chủ yếu được chế tạo bằng vật liệu xi măng truyền thống. Trong quá trình sử dụng đã xảy ra hiện tượng một số bể chứa nước bị nứt vỡ, số lượng bể nước bị hư hỏng sau một thời gian sử dụng ngày càng tăng. Theo thống kê toàn tỉnh có tổng cộng 572 bể nước, trong đó số bể nước bị hư hỏng không thể khắc phục theo phương pháp truyền thống là 114 bể chiếm 20%. Những bể bị hư hỏng đều nằm trên địa bàn mà nguồn nước vào mùa khô ít, thêm vào đó việc đầu tư xây dựng lại bể và hệ thống đường ống cấp nước từ nguồn đòi hỏi phải có sự đầu tư lớn cả về kinh phí, nhân công. Điều này dẫn đến nhiều khó khăn trong việc trữ nước phục vụ sinh hoạt, tưới tiêu của các hộ gia đình. Vì vậy, việc triển khai nghiên cứu thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới khắc phục sự cố nứt bể nước sinh hoạt trên địa bàn 4 huyện vùng cao phía bắc tỉnh Hà Giang” có ý nghĩa thực tiễn và mang lại hiệu quả cao cung cấp đủ nước cho cộng đồng dân cư phục vụ sinh hoạt và canh tác nông nghiệp.
Qua thời gian thực hiện, ban chủ nhiệm đề tài đã khảo sát một số bể trữ nước sinh hoạt tại 03 huyện trên địa bàn phía Bắc, tỉnh Hà Giang, có thể quan sát được các vết nứt to và nứt dạng chân chim từ bên ngoài và bên trong bể. Nguồn nước được lấy cơ bản từ các suối, nguồn nước trên núi cao bằng hệ thống ống nước bằng nhựa về đến các bể chứa nước:
Kết quả khảo sát tại các huyện Quản Bạ, Yên Minh, Đồng Văn có 11.247 bể nước dung tích từ 10 - 100m3, các bể có kết cấu xây dựng khung chịu lực từ đá xanh, chất kết dính là hỗn hợp xi măng cát, hiện nay không trữ nước được (trong đó Quản Bạ 572 bể, 114 bể nứt, vỡ không sử dụng được; Yên Minh 1860 bể, 357 bể nứt, vỡ; Đồng Văn 8815 bể, 638 bể nứt vỡ).
Sau khi khảo sát, ban chủ nhiệm đề tài đã tiến hành phân tích nguyên nhân hỏng nứt bể nước và đưa ra phương án khắc phục. Các bể nước sinh hoạt tại các huyện phía Bắc tỉnh Hà Giang đều có kết cấu là tường bê tông hoặc tường gạch. Mặt sàn bê tông có khả năng xuất hiện vết nứt và kết quả làm rò thất thoát nước. Nguyên nhân xuất hiện các vết nứt có thể do một nguyên nhân hoặc do nhiều nguyên nhân, vết nứt có thể xuất hiện do thi công không đúng quy trình; vết nứt do phản ứng tỏa nhiệt khối khi đổ bê tông khối lớn, thường có dạng chân chim; vết nứt do quá trình chịu tải của bê tông sinh ra; vết nứt do lún nền, thường nền do gia cố hoặc địa chất có thể gây lún không đều và gây ra tác động lực vào kết cấu của bể bê tông; hệ thống ống xuyên qua kết cấu nếu không được xử lý sẽ tạo điều kiện cho vết nứt hình thành…
Để khắc phục các sự cố nứt bể trữ nước sinh hoạt có kết cấu bằng bê tông trong thực tế tại địa bàn các huyện của tỉnh Hà Giang nhóm đề tài chủ động đưa ra hai phương án như sau:
Phương án 1: Thiết kế kết cấu trữ nước khác dạng túi mềm bằng các vật liệu polyme, tiến hành lồng ghép túi mền vào bể bê tông. Giải pháp này mang tính sáng tạo và có nhiều sự tiện lợi, không cần phải tiến hành các công việc sửa chữa các kết cấu của bể nhiều. Có thể tự triển khai lắp bể tại các hộ gia đình theo hướng dẫn và có thể sử dụng nước sinh hoạt ngay được.
Phương án 2: Sửa chữa bề mặt bể bằng các vật liệu chống thấm khác nhau bao gồm việc trám kín các khe nứt; dùng các vật liệu xây dựng, các vật liệu chống thấm hoàn thiện toàn bộ bể bê tông. Công việc này khá phức tạp, nhiều công đoạn, khi thi công yêu cầu phải có kỹ thuật và tay nghề tốt. Đối với các bể có vết nhỏ hơn 1 - 2mm hoặc vết nứt nhỏ dạng chân chim, sẽ triển khai phương án khắc phục bằng vật liệu chèn khe và các vật liệu chống thấm. Với các bể có các vết nứt rộng hơn lớn hơn 2mm, không thể khắc phục bằng vật liệu chèn khe được thì lựa chọn phương án sử dụng túi mềm lồng ghép vào bên trong bể bê tông đã hỏng nứt.
Kết quả chế tạo vật liệu làm túi mềm trữ nước khắc phục sự cố nứt bể
Kết quả chế tạo vật liệu nhựa polyvinyl clorua (PVC) làm lớp trong túi mềm trữ nước: Để khảo sát ảnh hưởng của các cấu tử tới độ bền cơ lý của vật liệu Ban chủ nhiệm đã tiến hành chế tạo vật liệu nhựa PVC có tỷ lệ chất trợ gia công như: 30; 50 và 70 trên 100 phần khối lượng nhựa PVC.
Kết quả thu được cho thấy, khi hàm lượng chất hóa dẻo DEHA trong vật liệu PVC tăng thì độ bền kéo đứt, độ cứng của hệ vật liệu giảm dần, độ dãn dài đến đứt tăng lên. Do cao su thiên nhiên epoxy hóa có khối lượng phân tử thấp, độ linh động lớn nên có khả năng xâm nhập vào giữa các cấu trúc đoạn mạch trong vật liệu nhựa polyvinyl clorua làm cho khoảng cách cấu trúc giữa các đoạn mạch tăng lên, lực liên kết nội giữa các đoạn mạch giảm dẫn đến hệ vật liệu mềm mại hơn. Khi hàm lượng chất hóa dẻo tiếp tục tăng lên thì khoảng cách giữa các đoạn mạch trong cấu trúc vật liệu tăng lên, lực liên kết giữa các đoạn mạch trở nên yếu hơn dẫn đến độ bền kéo đứt, độ cứng của vật liệu giảm xuống. Mẫu nhựa polyvinyl clorua có 50 pkl hóa DEHA có độ bền kéo đứt cao (theo chiều dọc 23,2 MPa) nhưng độ cứng cao, độ dãn đến đứt thấp sẽ hạn chế khả năng cán tráng tạo màng vật liệu và ứng dụng thực tế của sản phẩm chế tạo được. Mẫu PVC70 có độ cứng thấp, độ dãn dài đến đứt cao sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc cán tráng nhưng do độ bền kéo đứt thấp cũng lại ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng thực tế của sản phẩm cán tráng. Mẫu nhựa polyvinyl clorua có 50 pkl hóa DEHA vừa có độ bền kéo đứt cao, vừa có độ dãn dài đến đứt lớn, độ cứng tương đối nên lựa chọn tỷ lệ chất hóa dẻo DEHA là 50 phần khối lượng để tiến hành các nghiên cứu, khảo sát tiếp theo.
Độ bền nhiệt của vật liệu nhựa polyvinyl clorua có 50 pkl hóa DEHA được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt TGA. Khi vật liệu chịu tác động của nhiệt độ, cấu trúc khung mạch của nhựa polyvinyl clorua có 50 pkl hóa DEHA sẽ bị thay đổi. Những thay đổi này kèm theo quá trình thu nhiệt hay tỏa nhiệt.
Kết quả chế tạo vật liệu polypropylen làm lớp ngoài túi mềm trữ nước: Lớp ngoài chịu lực của túi mềm trữ nước đóng vai trò quan trọng trong kết cấu của túi mềm trữ nước và phải đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật như độ bền cơ lý cao, đặc biệt là phải có khả năng chịu được tác động của môi trường như chịu được tác động môi trường nước, môi trường không khí nóng, khả năng chống lão hóa UV cao.
Thiết kế, chế tạo túi mềm trữ nước dùng để khắc phục sự cố nứt bể được thiết kết theo kích thước của từng bể nước cần khắc phục sự cố nứt bể trên cơ sở vật liệu đề tài chế tạo được. Kết quả đo độ bền mối dán, thử nghiệm độ kín cho thấy, túi mềm trữ nước với kết cấu lớp trong là màng vật liệu polyetylen, lớp ngoài chịu lực là vải dệt polypropylene có độ bền mối dán và độ kín khí cao hơn hẳn so với túi mềm trữ nước có kết cấu lớp trong là polyvinyl clorua, lớp ngoài polypropylene. Từ kết quả đánh giá này, sẽ sử dụng túi mền có kết cấu hai lớp, lớp trong là màng vật liệu polyetylen, lớp ngoài chịu lực, bền môi trường là vải dệt polypropylene để tiến hành khắc phục sự cố nứt bể tại các huyện phía Bắc, tỉnh Hà Giang.
Kết quả lắp đặt và thử nghiệm khắc sự cố nứt bể bằng túi mềm trữ nước: Qua kết quả khảo sát, đánh giá mức độ hư hỏng của bể nước tại huyện Quản Bạ, Đồng Văn. Đối với các bể có mức độ hư hỏng nặng, kích thước vết nứt bể rộng sâu không có khả năng sửa chữa bằng các phương pháp truyền thống. Đã lắp đặt túi mềm để khắc phục sự cố tại bể Quản Bạ 01, Quản Bạ 02, Đồng Văn 01, Đồng Văn 03 và Đồng Văn 04.
Ngoài việc đo đạc kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu dùng chế tạo túi mềm nhằm khắc phục sửa chữa bể chứa nước bằng bê tông đã bị hư hại, đánh giá ảnh hưởng của vật liệu đến chất lượng của nước chứa trong túi, đảm bảo cho người dân sử dụng được nguồn nước an toàn, không độc hại. Tiến hành kiểm tra, đo đạc các chỉ tiêu chất lượng của nước theo qui chuẩn QCVN-01-1:2018/BYT về mặt hóa học trước và sau 12 tuần chứa trong túi mềm cho thấy không có sự thôi nhiễm các chất lạ từ vật liệu polyethylen do đề tài chế tạo dùng làm lớp trong túi mềm. Điều này đảm bảo nguồn nước chứa trong túi mềm do đề tài chế tạo đảm bảo an toàn, vệ sinh trong việc sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt, tưới tiêu.
Kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe trên cơ sở nhựa epoxy biến tính:
Ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử cao su thiên nhiên epoxy hóa và nhựa epoxy đến tính chất của vật liệu chèn khe: Kết quả đo đạc độ bền cơ lý của vật liệu và độ bám dính trên nền bê tông cho thấy, khi tăng dần phần khối lượng ENR lên thì độ bền kéo của vật liệu giảm và độ dãn dài tăng lên. Điều này là phù hợp vì cao su thiên nhiên epoxy hóa có vai trò như một chất dẻo hóa nội phân tử khi có tham gia phản ứng mở vòng của hóa rắn amin. Tỷ lệ nhựa epoxy/cao su thiên nhiên epoxy hóa là 100/40 độ bền bám của màng trên nền bê tông có xu hướng giảm đến điểm 2, vật liệu không đạt. Ở tỷ lệ nhựa epoxy/cao su thiên nhiên epoxy hóa là 100/30 các chỉ tiêu cơ lý vật liệu tổ hợp phù hợp với tính chất của vật liệu chèn khe, có khả năng co dãn và độ bám dính cao trên nền bê tông. Như vậy tỷ lệ nhựa epoxy/cao su thiên nhiên epoxy hóa là 100/30 phù hợp để chế tạo vật liệu chèn khe.
Ứng dụng vật liệu chèn khe và các vật liệu chống thấm khắc phục nứt bể nước: Đã sử dụng phương pháp chống thấm kết hợp cho phương án xử lý thấm cho 05 bể nước có ký hiệu sau: QB-03, QB-04; YM-01, YM-02; ĐV-02. Quá trình sửa chữa gồm 2 phần công đoạn chính: Sửa chữa, chống thấm cho các khe nứt bằn vật liệu chèn khe; chống thấm hoàn thiện cho toàn bộ bề mặt của bể bằng các loại vật liệu chống thấm.
Các kết quả phân tích chất lượng nước cho thấy các chỉ tiêu của nước chứa trong bể đã được xử lý vật liệu chèn khe ở các thời điểm khác nhau luôn đáp ứng được tiêu chuẩn QCVN 01:2018/BYT. Không xuất hiện các chất độc hại, hàm lượng các chất đều trong ngưỡng an toàn qui định cho tiêu chuẩn nước sinh hoạt. Điều này cho thấy chất lượng nước chứa trong bể đã được khắc phục nứt hỏng đủ điều kiện an toàn về tiêu chuẩn nước sinh hoạt.
Như vậy, sau 02 năm thực hiện đề tài đã nghiên cứu vật liệu, quy trình công nghệ khắc phục sự cố nứt bể nước xi măng bằng vật liệu chèn khe, các vật liệu chống thấm và nghiên cứu vật liệu, quy trình công nghệ khắc phục sự cố nứt bể nước xi măng bằng phương pháp túi mềm trữ nước. Đề tài đã chế tạo 08 túi mềm trữ nước; khắc phục sự cố nứt 05 bể bằng vật liệu chèn khe. Kết quả thử nghiệm, đánh giá các chỉ tiêu sau 03 tháng lưu trữ trong túi, trong bể đều đáp ứng theo qui chuẩn QCVN-01-1:2018/BYT, đảm bảo đủ điều kiện để sử dụng trữ nước để phục vụ các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp cho cộng đồng dân cư tại địa bàn của tỉnh Hà Giang./.
Nguồn tin:
.jpg)
