nghiên cứu chế tạo màng chống thấm trên cơ sở hỗn hợp chất kết dính bột polymer tái phân tán và xi măng pcb

NGUYỄN TIẾN DŨNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN TIẾN DŨNG

KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG CHỐNG THẤM TRÊN CƠ SỞ
HỖN HỢP CHẤT KẾT DÍNH BỘT POLYMER TÁI PHÂN TÁN
VÀ XI MĂNG PCB

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

2013B
Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN TIẾN DŨNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG CHỐNG THẤM TRÊN CƠ SỞ
HỖN HỢP CHẤT KẾT DÍNH BỘT POLYMER TÁI PHÂN TÁN
VÀ XI MĂNG PCB
Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Bạch Trọng Phúc
2. TS. Trịnh Minh Đạt

Hà Nội - 2014


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự chỉ đạo
của người hướng dẫn khoa học, các số liệu, kết quả thí nghiệm nêu trong luận văn
này là trung thực và chưa từng công bố trên bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Tiến Dũng

i


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Bạch Trọng Phúc và TS. Trịnh Minh Đạt đã

tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong
suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Em cảm ơn các thầy, cô Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme - Viện Kỹ thuật
Hóa học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Trung tâm Vật liệu hữu cơ và hóa
phẩm xây dựng - Viện Vật liệu xây dựng đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn
thành luận văn này.
Cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã ủng hộ, động viên tôi hoàn thành
khóa học cao học 2013B.
Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2014
Học viên
NGUYỄN TIẾN DŨNG

ii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT ...................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ........................................................................... ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................................. 2
1.1. Giới thiệu về hệ vật liệu chống thấm gốc xi măng-polyme......................................... 2
1.1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở nước ngoài ............................................... 3

1.1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam .............................................. 10
1.2. Bột polyme tái phân tán ............................................................................................ 12
1.2.1. Giới thiệu về bột polyme tái phân tán .............................................................. 12
1.2.2. Quá trình hình thành màng polyme .................................................................. 14
1.2.3. Quá trình hình thành màng polyme trong dung dịch hồ xi măng qua
phân tích ảnh ESEM ....................................................................................... 16
1.2.4. Cơ chế tác dụng của polyme trong hỗn hợp với xi măng ................................. 18
1.2.5. Vai trò của bột polyme tái phân tán trong màng chống thấm .......................... 23
1.2.6. Cơ chế tương tác của các loại phụ gia trong hỗn hợp xi măng-polyme ........... 25
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................ 33
2.1. Nguyên vật liệu......................................................................................................... 33
2.1.1. Xi măng ............................................................................................................ 33
2.1.2. Silicafum .......................................................................................................... 34
2.1.3. Cát trắng .......................................................................................................... 35
iii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

2.1.4. Bột polyme tái phân tán ................................................................................... 36
2.1.5. Phụ gia ............................................................................................................. 38
2.2. Các phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 40
2.3. Thiết bị và dụng cụ thử nghiệm ................................................................................ 42
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................................ 43
3.1. Nghiên cứu lựa chọn loại và hàm lượng bột polyme tái phân tán ............................. 43
3.1.1. Ảnh hưởng của bột polyme tái phân tán Vinapas 7055N ................................. 44
3.1.2. Ảnh hưởng của bột polyme tái phân tán Vinapas 8034H ................................. 46
3.1.3. Ảnh hưởng của bột polyme tái phân tán DOW™ DLP 2141 ........................... 48

3.1.4. Ảnh hưởng của bột polyme tái phân tán Elotex MP 2080 ................................ 50
3.2. Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng silicafum Elkem Microsilica Grade 940U
trong màng chống thấm ............................................................................................. 52
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo gốc PC đến một số tính chất của
màng chống thấm ...................................................................................................... 55
3.3.1. Phụ gia siêu dẻo Melflux 2641F ...................................................................... 56
3.3.2. Phụ gia siêu dẻo OS-P ..................................................................................... 57
3.3.3. Phụ gia siêu dẻo Mighty 21PSD ...................................................................... 59
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của loại và hàm lượng phụ gia phá bọt đến các tính
chất của màng chống thấm ........................................................................................ 62
3.4.1. Phụ gia phá bọt Vinapor DF 9010F ................................................................ 63
3.4.2. Phụ gia phá bọt Agitan P804 ........................................................................... 64
3.5. Nghiên cứu điều chỉnh hàm lượng sử dụng bột polyme tái phân tán Vinapas
7055N ........................................................................................................................ 67
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của các nguồn xi măng PCB40 khác nhau đến các tính
chất của màng chống thấm ........................................................................................ 69

iv


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

3.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của bột polyme tái phân tán đến liên kết trong cấu trúc
của màng chống thấm bằng phân tích phổ hồng ngoại IR ......................................... 71
3.8. Phân tích cấu trúc vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) ............................. 72
3.9. Bảng thành phần phối liệu để chế tạo màng chống thấm gốc xi măng - polyme
trên cơ sở chất kết dính bột polyme tái phân tán và xi măng PCB............................. 75
3.10. Quy trình công nghệ sản xuất màng chống thấm ở quy mô pilot 2.000

tấn/năm ...................................................................................................................... 76
3.10.1. Sơ đồ dây truyền ............................................................................................ 76
3.10.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ công suất 2.000 tấn/năm........................ 77
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 78
KIẾN NGHỊ...................................................................................................................... 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 80

v


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT
Ký hiệu và chữ viết tắt
CKD

Thuật ngữ
Chất kết dính

CĐBD

Cường độ bám dính

EVA

Etylen Vinyl Axetat

KL

Khối lượng

ĐKTC

Điều kiện tiêu chuẩn

MFFT

Minimum Film Forming Temperature
(Nhiệt độ hình thành màng tối thiểu)

PAE

Polyacrylic este

PC

Polycarboxylat

PEO

Polyoxyethylen

PKL

Phần khối lượng

SF

Silicafum

T.X

Tiếp xúc

Tg
Va-VeoVa
VeoVa

Nhiệt độ thủy tinh hóa
Vinyl axetat-vinyl este của axit versatic
Vinyl este của axit versatic

XM

Xi măng

PCB

Xi măng poóc lăng hỗn hợp

vi


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1

Các chỉ tiêu kỹ thuật của màng chống thấm cần đạt được

Bảng 2.1

Kết quả phân tích thành phần hóa học của xi măng PCB40 Nghi Sơn

Bảng 2.2

Tính chất cơ lý của xi măng PCB40 Nghi Sơn

Bảng 2.3

Một số thông số kỹ thuật của silicafum Grade 940U

Bảng 2.4

Các chỉ tiêu kỹ thuật của cát trắng Quảng Bình với kích thước hạt
nhỏ hơn 0,315 mm

Bảng 2.5

Phân bố cỡ hạt của cát trắng Quảng Bình

Bảng 2.6

Một số thông số kỹ thuật của Vinnapas 7055N và Vinapas 8034H

Bảng 2.7

Các thông số kỹ thuật của Elotex DLP 2141 và Dow MP 2080

Bảng 2.8

Thông số kỹ thuật của một số loại phụ gia siêu dẻo gốc PC

Bảng 2.9

Thông số kỹ thuật của hai loại phụ gia phá bọt

Bảng 3.1

Thành phần phối liệu cơ bản sử dụng trong nghiên cứu lựa chọn loại và
hàm lượng bột polyme tái phân tán

Bảng 3.2

Ảnh hưởng của bột Vinapas 7055N đến một số tính chất của màng
chống thấm

Bảng 3.3

Ảnh hưởng của hàm lượng bột polyme tái phân tán Vinapas 8034H
đến một số tính chất màng chống thấm

Bảng 3.4

Ảnh hưởng của hàm lượng bột polyme tái phân tán DLP 2141
đến một số tính chất của màng chống thấm

Bảng 3.5

Ảnh hưởng của hàm lượng bột polyme tái phân tán Elotex MP 2080
đến một số tính chất của màng chống thấm

Bảng 3.6

Hàm lượng sử dụng bột polyme tái phân tán thích hợp nhất để chế tạo
màng chống thấm của các hãng cung cấp khác nhau

Bảng 3.7

Thành phần phối liệu cơ bản sử dụng trong nghiên cứu ảnh hưởng
SF Grade 940U đến một số tính chất của màng chống thấm

Bảng 3.8

Ảnh hưởng của SF Grade 940U đến một số tính chất
của màng chống thấm

vii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Bảng 3.9

NGUYỄN TIẾN DŨNG

Thành phần phối liệu cơ bản sử dụng trong nghiên cứu ảnh hưởng của
phụ gia siêu dẻo gốc PC đến một số tính chất của màng chống thấm

Bảng 3.10

Ảnh hưởng của phụ gia Melflux 2641F đến các tính chất của màng
chống thấm

Bảng 3.11

Ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo OS-P đến một số tính chất
của màng chống thấm

Bảng 3.12

Ảnh hưởng của phụ gia Mighty 21PSD đến các tính chất
của màng chống thấm

Bảng 3.13

Bảng tổng hợp kết quả thử nghiệm của 3 loại phụ gia siêu dẻo

Bảng 3.14

Thành phần phối liệu cơ bản khảo sát ảnh hưởng của phụ gia phá bọt
đến các tính chất của màng chống thấm

Bảng 3.15

Ảnh hưởng của phụ gia phá bọt Vinapor DF 9010F đến các tính chất

của màng chống thấm

Bảng 3.16

Ảnh hưởng của phụ gia phá bọt Agitan P804 đến các tính chất
của màng chống thấm

Bảng 3.17

Các kết quả nghiên cứu được của luận văn so với mục tiêu đặt ra

Bảng 3.18

Thành phần phối liệu nghiên cứu điều chỉnh hàm lượng sử dụng bột
polyme tái phân tán Vinapas 7055N

Bảng 3.19

Kết quả nghiên cứu điều chỉnh hàm lượng sử dụng bột polyme
tái phân tán Vinapas 7055N

Bảng 3.20

Thành phần phối liệu cơ bản để khảo sát ảnh hưởng của các nguồn
PCB40 khác nhau đến tính chất của màng chống thấm

Bảng 3.21

Ảnh hưởng nguồn xi măng PCB40 tại một số nhà máy khác nhau đến
các tính chất của màng chống thấm

Bảng 3.22

Thành phần phối liệu chế tạo màng chống thấm gốc xi măng - polyme

viii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1

Các dạng polyme dùng để biến tính vật liệu gốc xi măng

Hình 1.2

Ước tính sản lượng vữa khô trộn sẵn sản xuất toàn cầu năm 2006

Hình 1.3

Ước tính sản lượng vữa khô trộn sẵn sản xuất toàn cầu năm 2011

Hình 1.4

Nhu cầu thị trường vữa khô trộn sẵn toàn cầu theo các năm

Hình 1.5

Phân bổ thị trường màng chống thấm tại Đông Nam Á năm 2010

Hình 1.6

Mức độ sử dụng màng chống thấm gốc xi măng-polyme tại Đông
Nam Á năm 2010

Hình 1.7

Quá trình hình thành bột polyme tái phân tán và sự phân tán trong
nước

Hình 1.8

Kích thước hạt polyme tái phân tán và phân bố kích thước hạt

Hình 1.9

Quá trình hình thành màng polyme

Hình 1.10

Quá trình thoát hơi hình thành màng

Hình 1.11

Ảnh ESEM của mẫu polyme phân tán trong nước (a) và mẫu polyme
phân tán trong dung dịch hồ xi măng sau 30 phút, ở 40 oC và độ ẩm
tương đối 25 % (b)

Hình 1.12

Ảnh ESEM của mẫu polyme phân tán trong dung dịch hồ xi măng
sau 3 giờ, ở 40 oC, độ ẩm tương đối 25 % (a) và mẫu polyme phân tán
trong nước sau 60 phút, ở 40 oC, độ ẩm tương đối 25 % (b)

Hình 1.13

Ảnh ESEM mẫu polyme phân tán trong dung dịch hồ xi măng
sau 24 giờ (a) và sau 3 ngày lưu giữ ở 40 oC, độ ẩm tương đối 25 %
sau khi rửa lại với nước (b)

Hình 1.14

Mô hình sự tạo thành pha nền hỗn hợp xi măng – polyme

Hình 1.15

Sơ đồ minh họa quá trình tạo liên kết giữa polyme với nhóm
cacboxylat, xi măng poóc- lăng và cốt liệu

Hình 1.16

Ảnh hưởng của SF và tỷ lệ PAE/xi măng đến hệ số khuếch tán ion Cl-

Hình 1.17

Quá trình hấp phụ và phân tán của phụ gia trong hồ xi măng

Hình 1.18

Mô hình quá trình phá bọt

Hình 1.19

Phá hủy cấu trúc hai lớp bởi các hạt kỵ nước
ix


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

Hình 2.1

Kích thước mẫu thử khả năng tạo cầu vết nứt

Hình 3.1

Ảnh hưởng của hàm lượng Vinapas 7055N đến CĐBD và khả năng
tạo cầu vết nứt của màng chống thấm ở ĐKTC

Hình 3.2

Ảnh hưởng của hàm lượng bột Vinapas 8034H đến CĐBD và khả
năng tạo cầu vết nứt của màng chống thấm ở ĐKTC

Hình 3.3

Ảnh hưởng của hàm lượng DLP 2141 đến CĐBD và khả năng tạo cầu
vết nứt của màng chống thấm ở ĐKTC

Hình 3.4

Ảnh hưởng của hàm lượng Elotex MP 2080 đến CĐBD và khả năng
tạo cầu vết nứt của màng chống thấm ở ĐKTC

Hình 3.5

Ảnh hưởng của hàm lượng SF Grade 940U đến một số tính chất
của màng chống thấm

Hình 3.6

Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của 3 loại phụ gia siêu dẻo đến một số tính
chất của màng chống thấm ở cùng tỷ lệ 0,15 %KL so với xi măng

Hình 3.7

Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của các loại phụ gia phá bọt đến tính chất
của màng chống thấm

Hình 3.8

Phổ IR của vữa xi măng thông thường

Hình 3.9

Phổ IR của màng chống thấm gốc xi măng - polyme

Hình 3.10

Ảnh SEM mẫu vữa xi măng thông thường

Hình 3.11

Ảnh SEM mẫu màng chống thấm

Hình 3.12

Ảnh SEM của mẫu màng chống thấm ngâm trong môi trường nước vôi

Hình 3.13

Ảnh SEM mẫu màng chống thấm ngâm trong môi trường nước clo

Hình 3.14

Sơ đồ dây truyền công nghệ công suất màng chống thấm

x


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

MỞ ĐẦU
Hiện nay, cùng với tốc độ đô thị hóa thì nhu cầu về nhà ở, trung tâm thương

mại, khu vui chơi giải trí, khu nghỉ dưỡng cũng như văn phòng làm việc ngày càng
cao. Do đó, rất nhiều tòa nhà cao tầng đã và đang được xây dựng lên mỗi ngày. Để
đảm bảo kết cấu, tăng tuổi thọ sử dụng cho công trình thì việc chống thấm sàn và
vách tầng hầm, nhà vệ sinh, mái, ban công, bể bơi… là một trong những hạng mục
rất quan trọng, không thể thiếu trong khi thiết kế. Các loại vật liệu chống thấm
truyền thống gốc bitum như sơn và tấm trải chống thấm ngày càng cho thấy sự bất
cập như: gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người do trong
quá trình thi công phải gia nhiệt làm phát thải ra các khí độc hại; không dùng chống
thấm được cho các bể chứa nước sinh hoạt hoặc bể bơi; chi phí trên một đơn vị diện
tích chống thấm cao; quá trình thi công phức tạp, bề mặt tấm trải có thể bị thủng
nếu khò quá nhiệt, tiêu tốn nhiều thời gian, nhân công, có thể ảnh hưởng đến tiến độ
công trình và đôi khi gây ra cháy nổ; bề mặt nền để thi công đòi hỏi phải được làm
phẳng và khô hoàn toàn. Trong khi đó, vật liệu chống thấm gốc xi măng - polyme
có rất nhiều ưu điểm nổi trội như: khả năng chống thấm nước và khả năng kháng lại
thời tiết rất tốt, ngay cả khi tiếp xúc trong thời gian dài, khả năng chống xước tốt,...
Vật liệu chống thấm gốc xi măng-polyme rất dễ sử dụng, không độc hại, không gây
cháy nổ, có thể dễ dàng thi công được trên các loại bề mặt với hình dạng phức tạp.
Hơn nữa, vật liệu chống thấm gốc xi măng - polyme có thể được thi công ngay cả
trên bề mặt nền ẩm ướt, do đó rút ngắn được thời gian thi công, giảm chi phí xây
dựng. Tính chất vật lý của nó ít phụ thuộc nhiệt độ so với vật liệu chống thấm gốc
bitum và có giá thành thấp hơn.
Trước nhu cầu sử dụng và yêu cầu ngày càng cao của thị trường đối với hệ
thống vật liệu chống thấm thì việc nghiên cứu và chế tạo thành công “Màng chống
thấm trên cơ sở hỗn hợp chất kết dính bột polymer tái phân tán và xi măng
PCB” thân thiện với môi trường, rút ngắn được thời gian thi công và có giá thành
phù hợp đồng thời làm chủ được công nghệ là rất cần thiết.

1

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về hệ vật liệu chống thấm gốc xi măng-polyme
Trong nghiên cứu khả năng chống thấm nước của các vật liệu hoàn thiện trong
các công trình thì chất lượng chống thấm kém trong điều kiện hiện hữu khi nguồn
rò rỉ có nguyên nhân 38 % đến từ xây dựng, 37 % do thiết kế và 25 % đến từ các
vật liệu. Đến 80 % sự phá hủy hệ thống chống thấm có liên quan đến chất lượng
vật liệu. Đặc biệt, nước tồn tại ở dạng lỏng hoặc hơi là các yếu tố thời tiết gây ra
sự hư hại đối với các công trình xây dựng như bê tông, vữa và các cấu trúc đá tự
nhiên. Công nghệ chống thấm và chống ẩm ướt phải bảo vệ tính toàn vẹn, chức
năng và tính hữu dụng của cấu trúc trong suốt thời gian sử dụng của công trình.
Để ngăn chặn tất cả các nguyên nhân có thể xâm nhập của nước, bên ngoài của
công trình xây dựng phải được bảo vệ từ trên xuống dưới cùng với những vật liệu
chống thấm. Tất cả các biện pháp chống thấm phải phù hợp cho từng hạng mục, là
một phần của toàn bộ hệ thống và cho hiệu quả tốt, ngăn chặn sự xâm nhập nước.
Khi một hạng mục nào đó của công trình không được chống thấm thì sự rò rỉ sẽ
xảy ra. Nếu kiểm soát tốt nước ngầm, nước mưa, nước trên bề mặt cũng như việc
di chuyển độ ẩm ở dạng hơi nước sẽ tránh được những sửa chữa không cần thiết,
thậm chí là sự phá hủy của cả công trình xây dựng. Ngoài vật liệu chống thấm bảo
vệ bên ngoài của tòa nhà công trình xây dựng còn có rất nhiều vật liệu chống thấm
sử dụng cho nội thất như phòng tắm, nhà vệ sinh, bể bơi, bể chứa nước sinh
hoạt...[25].
Màng chống thấm gốc xi măng đã được sử dụng thành công trong hơn 40 năm ở
châu Âu để bảo vệ một loạt các tổ hợp cấu trúc xây dựng do quá trình tiếp xúc ướt
định kỳ hoặc dài hạn (nước mặt, nước rò rỉ), áp suất thủy tĩnh thấp (ẩm ướt sinh ra
từ lòng đất) hoặc có khả năng thích ứng được với áp lực thủy tĩnh thậm chí là cao.
Màng chống thấm gốc xi măng được sử dụng để chống thấm phòng tắm và bể chứa

nước, do khả năng kháng thời tiết tuyệt vời nên có thể bảo vệ bề mặt bên ngoài tốt.
Ứng dụng điển hình là việc chống thấm tường và sàn tầng hầm, bể chứa nước sinh
hoạt, bể bơi, tường và sàn nhà trong phòng khách, nhà vệ sinh và phòng tắm, ban
2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

công, sân thượng (như một lớp chống thấm bên dưới lớp gạch lát). Ngoài ra, màng
chống thấm gốc xi măng thường được sử dụng như một hệ thống bề mặt lớp phủ
bảo vệ cho kết cấu bê tông (ví dụ như bảo vệ các kết cấu bê tông cốt thép cho các
cấu trúc mới cũng như cho các cấu trúc bê tông sau khi sửa chữa, bảo vệ chống lại
sự xâm nhập của nước, clorua và khí cacbon đioxit để tránh ăn mòn cốt thép) hoặc
như một lớp bảo vệ cho việc xây dựng các công trình chống lại các hóa chất xâm
thực (sunphát, axit, ví dụ như trong nước thải cống rãnh).
Để cải thiện độ bám dính và khả năng chống thấm nước kém, cũng như độ biến
dạng hoặc độ đàn hồi rất thấp của vữa xi măng thông thường, các polyme được
thêm vào ở dạng nhũ tương tại công trường hoặc ở dạng bột tái phân tán đã được
trộn sẵn trong hỗn hợp vữa khô, loại vữa xi măng này được gọi là vữa xi măng biến
tính bằng polyme. Các phụ gia đặc biệt trong hỗn hợp vữa khô như tác nhân giữ
nước, chất làm đặc và các phụ gia trong quá trình lưu biến được kết hợp với các
chất kết dính polyme như bột polyme tái phân tán. Hỗn hợp vữa xi măng, polyme
và các loại phụ gia đặc biệt trên được coi như là hệ vật liệu chống thấm gốc xi
măng-polyme.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở nước ngoài
a. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Từ xa xưa, việc sử dụng các polyme tự nhiên để chống thấm nước đã được biết
đến. Đầu tiên, bitum gốc dầu được sử dụng để chống thấm cho các tàu thuyền. Đến

những năm 1820, bitum được trộn hợp cùng với nhiều loại chất độn khác nhau (như
cát) để chống thấm mái nhà.
Giai đoạn 1910 - 1920 vật liệu chống thấm gốc bitum đi vào sản xuất trong các
nhà máy. Công nghệ cao su lần đầu tiên được sử dụng để sản xuất sơn trong những
năm 1940 và với việc bổ sung, gia cường bằng sợi thì màng chống thấm đã được
phát triển mạnh mẽ.
Đến giai đoạn 1945 - 1955 công nghệ sản xuất nhựa được phát triển bởi nhiều
nhà sản xuất khác nhau để cải thiện đặc tính của vật liệu chống thấm mái.

3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

Trong những năm 1960 và 1970, nhũ tương acrylic, butadien styren đã được
phát triển và mang tính đột phá trong việc cải thiện chất lượng và độ bền của màng
phủ chống thấm.
Năm 1975, màng phủ đàn hồi trên cơ sở gốc nước đầu tiên đã xuất hiện trên thị
trường Anh và đến năm 1978 màng phủ chống thấm hai thành phần trên cơ sở nhũ
tương acrylic được sử dụng [26].
Sự phát triển của ngành polyme đã tổng hợp được các polyme như: styren
butadien, polycloropren và polyme acrylic đã làm thay đổi thói quen sử dụng các
polyme tự nhiên để biến tính vữa và thay vào đó là việc sử dụng những loại polyme
mới trong biến tính vữa xi măng. Ứng dụng chính của những polyme mới để biến
tính xi măng vào thời điểm đó là để cải tạo, sửa chữa bê tông. Việc sử dụng polyme
trong chế tạo cầu và lớp phủ mặt tại các bãi đỗ ô tô đã phát triển ở Mỹ, Canada từ
đầu những năm 1970. Chức năng chính của polyme là làm giảm sự thấm cho bê
tông và làm tăng độ bền chống thấm ion clo, tăng độ bền phá hủy và độ bám dính.

Các polyme được sản xuất dưới dạng bột, có khả năng tái phân tán trong nước
(được gọi là bột polyme tái phân tán) trên cơ sở etyl-vinyl axetat (EVA), vinyl
axetat-vinyl este của axit versatic (Va/VeoVa) và những loại khác được giới thiệu
từ đầu những năm 80.
Tùy thuộc vào loại polyme và lượng dùng của chúng có thể kiểm soát được các
tính chất của vật liệu vữa xi măng-polyme. Ngoài ra, những yếu tố khác ảnh hưởng
đến các tính chất cuối cùng của vữa xi măng-polyme như: xi măng, dạng chất hoạt
động bề mặt, điều kiện dưỡng hộ,… Có nhiều loại polyme được dùng để biến tính
xi măng, những dạng polyme này có thể được phân loại cụ thể hơn theo bản chất
hóa học của chúng (hình 1.1).

4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

Elastome
Nhựa nhiệt dẻo
Polyme nhũ tương
Bột polyme
tái phân tán
Polyme, monome
biến tính xi măng

Nhựa nhiệt rắn
Blend

Polyme

tan trong nước
Nhựa lỏng

Monome

Hình 1.1: Các dạng polyme dùng để biến tính vật liệu gốc xi măng
Trong số các dạng polyme trên, nhũ tương polyme và bột polyme tái phân tán
thường được sử dụng trong vữa biến tính polyme. Bột polyme tái phân tán cho phép
chế tạo hệ sản phẩm chống thấm một thành phần. Ban đầu các loại bột polyme tái
phân tán chưa có triển vọng sử dụng so với nhũ tương polyme nhưng trong vài năm
gần đây polyme dạng bột khô được đánh giá là có hiệu quả hơn so với nhũ tương
polyme. Hiện nay, các loại bột polyme tái phân tán được sử dụng phổ biến là
copolyme của vinyl axetat và các monome là etylen, styren, vinyl este của axit
versatic hoặc vinyl laurat. EVA là một copolyme dạng bột có khả phân tán tốt trong
nước được sử dụng chủ yếu trong vữa xi măng-polyme với mục đích tăng cường độ
bám dính và chống thấm. EVA có thể được sản xuất mà không cần có dung môi. Do
đó, việc sử dụng các polyme có khả năng tái phân tán trong nước, thân thiện môi
trường đã và đang là xu hướng phát triển tất yếu trên thế giới.
Một loạt các copolyme cũng được sản xuất bằng cách đưa vào các monome thứ
cấp (như etylen, vinyl este của axit versatic (VeoVa) và acrylic). Những nghiên cứu
đã chỉ ra rằng việc tăng hàm lượng sử dụng etylen nâng cao khả năng chịu uốn của

5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

vật liệu, trong khi việc đưa vinyl versatat vào làm tăng tính kị nước của polyme.

Khi polyme này được dùng để biến tính vật liệu gốc xi măng thì sản phẩm sau khi
đóng rắn sẽ cho độ bền nước cao trong vi cấu trúc vật liệu gốc xi măng. Những
monome thứ cấp khác thường được dùng kết hợp cùng với EVA là VeoVa và vinyl
laurat. Nhiệt độ thủy tinh hóa Tg của các copolyme này thường cao hơn EVA. Nhiệt
độ hình thành màng tối thiểu (MFFT) của Va/VeoVa thấp hơn EVA từ (4-6) oC. Độ
mềm dẻo và độ bền lâu của những copolyme dạng này cũng tốt hơn so với EVA [5].
Trong khoảng 30 năm trở lại đây, một số công trình nghiên cứu đã cho thấy lợi
ích tuyệt vời khi bổ sung polyme vào hỗn hợp vữa xi măng, các tính chất như:
cường độ chịu uốn, khả năng biến dạng, độ bám dính, khả năng chống thấm nước
và độ bền của hỗn hợp vữa sau khi đóng rắn đều được cải thiện rõ rệt [4, 17].
Năm 2002 D.A. Silva, H.R. Roman và P.J.P. Gleize đã chứng minh rằng có phản
ứng hóa học xảy ra giữa EVA và xi măng poóc lăng trong quá trình hyđrat hóa. Các
kỹ thuật phân tích nhiệt (TG, DTA), phổ hồng ngoại (FT-IR) và kính hiển vi điện tử
quét (SEM) đã sử dụng để đánh giá những ảnh hưởng của EVA đến quá trình thủy
hóa của xi măng. Một số chứng cứ rõ rệt về liên kết hóa học giữa các pha xi măng
và polyme được xác nhận. Các kết quả phân tích chỉ ra rằng, các nhóm axetat của
EVA đã thủy phân trong môi trường kiềm và liên kết với ion Ca2+ trong hồ xi măng
tạo thành muối hữu cơ canxi axetat. Hàm lượng Ca(OH)2 đã giảm đi, các tinh thể
ettringit xuất hiện ở dạng hình sợi hoặc hình kim. Cũng nhận thấy có các pha cấu
trúc lục diện rỗng giàu canxi, có thể là do axit axetic tấn công vào tinh thể canxi
hydroxit. Việc bổ sung EVA vào vữa xi măng đã cải thiện một số tính chất như độ
bền lâu uốn gãy, khả năng chống thấm và cường độ bám dính với nền [5].
Năm 2011, Zhao Feng-qing và các cộng sự [23] đã nghiên cứu chế tạo vữa
chống thấm biến tính polyme thân thiện với môi trường (PMWM) từ bột polyme tái
phân tán etylen vinyl axetat (EVA)/vinyl axetat vinyl este của axit versatic (VaVeoVa). Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm ông đã tìm ra tỷ lệ các thành
phần tối ưu trong vữa PMWM như sau: bột polyme tái phân tán: 11 % khối lượng;
xi măng/cát thạch anh = 1:3,5; tỷ lệ EVA/Va–VeoVa = 1:1; phụ gia siêu dẻo: 1,5 %
6

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

(tính theo khối lượng xi măng). Sử dụng kỹ thuật phân tích kính hiển vi điện tử quét
(SEM), Feng-qing Zhao đã chỉ ra sự khác biệt rõ rệt trong cấu trúc của vữa xi măng
thông thường và vữa biến tính polyme. Hình thái học của vữa xi măng thông thường
là tổ hợp nhiều pha, các lỗ rỗng và tinh thể hình kim tồn tại độc lập nhau. Do đó,
làm giảm tính chất cơ học của vữa (cường độ chịu uốn, độ bám dính, khả năng
chống thấm nước). Còn hình thái học của vữa biến tính polyme, các tinh thể hình
kim liên kết với nhau bằng nhiều chất màng và hình thành cấu trúc mạng lưới dày
đặc. Do đó, các tính chất cơ học của vữa được cải thiện rõ rệt, đặc biệt là độ chống
thấm nước.
Năm 2012, Ru Wang và các cộng sự [18, 19, 29] đã nghiên cứu ảnh hưởng của
bột polyme tái phân tán đến độ bền uốn của vữa xi măng và nhận thấy, khi tăng hàm
lượng bột polyme có thể cải thiện độ bền uốn của vữa xi măng đến một mức độ nhất
định. Copolyme vinyl axetat và versatat (VA/VeoVa) là loại đặc biệt, các nhóm
versatat liên kết với ba phân tử mạch nhánh dài α-alkyl tạo thành copolyme có
nhiều tính chất rất ưu việt. Sự suy giảm tính chất của VA/VeoVa trong môi trường
kiềm được biết là thấp hơn so với các copolyme khác có chứa nhóm vinyl axetat.
Cùng với các chất khử bọt, bột VA/VeoVa làm tăng cường độ của vữa xi măng.
Nghiên cứu cho thấy rằng bột VA/VeoVa có ảnh hưởng tốt đến tính chất cơ học và
lý học của vữa xi măng, làm giảm sự co ngót và cải thiện tính kỵ nước, cũng như độ
chống thấm nước của vữa xi măng. Ba phân tử mạch nhánh dài α-alkyl của
VA/VeoVa có xu hướng mang lại độ bền uốn cao. Vì vậy, VA/VeoVa là một chất
làm thay đổi độ bền uốn của vữa xi măng.
b. Tình hình ứng dụng ở nước ngoài [11]
Những phát minh về bột polyme tái phân tán vào những năm 1960 đã đem lại
cho công nghệ vữa khô trộn sẵn nói chung và vật liệu chống thấm nói riêng những
bước phát triển đột phá. Thập kỷ 70, 80 của thế kỷ XX đánh dấu sự phát triển mạnh

mẽ của việc ứng dụng bột polyme tái phân tán trong vữa khô trộn sẵn để làm vữa
xây và vữa trát. Đồng thời trong thời gian đó, một số loại vữa khô trộn sẵn khác đã
đạt được sự phát triển bền vững ở một số khu vực như keo dán gạch ở Ý, vữa phủ

7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

sàn ở Bắc Âu, vữa trát ở Pháp,... Vào những năm 1980, công nghệ vữa khô trộn sẵn
đã có mặt tại tất cả các châu lục. Năm 2000 đánh dấu sự bùng nổ nhu cầu sử dụng
vữa khô trộn sẵn tại các nước Châu Á, đặc biệt là Trung Đông và Trung Quốc. Theo
thống kê tổng sản lượng vữa khô trộn sẵn ước tính sản xuất của toàn thế giới năm
2006 là 85 triệu tấn, năm 2007 là 100 triệu tấn, năm 2008 là 95 triệu tấn, năm 2009
là 102 triệu tấn và năm 2011 đạt 185,1 triệu tấn.
Tổng sản lượng vữa khô trộn sẵn sản xuất theo khu vực ước tính năm 2006,
2011 và nhu cầu thị trường trên toàn cầu được trình bày ở hình 1.2; hình 1.3;
hình 1.4.

Hình 1.2: Ước tính sản lượng vữa khô trộn sẵn sản xuất toàn cầu năm 2006

Hình 1.3: Ước tính sản lượng vữa khô trộn sẵn sản xuất toàn cầu năm 2011

8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

Hình 1.4: Nhu cầu thị trường vữa khô trộn sẵn toàn cầu theo các năm
Theo thống kê, hiện nay trên thế giới có trên 600 nhà máy sản xuất vữa khô trộn
sẵn, chủ yếu đặt tại các nước phát triển như: Tây Âu, Mỹ, Nhật Bản. Xu hướng phát
triển dạng sản phẩm này rất mạnh, đặc biệt ở các nền kinh tế có tốc độ tăng trưởng
nhanh như: Trung Quốc, Ấn Độ, các nước Đông Nam Á.
Thị phần ứng dụng màng chống thấm gốc xi măng-polyme trên thế giới và tại
châu Âu cùng chiếm khoảng 35 % toàn bộ lĩnh vực chống thấm. Tiềm năng phát
triển thị trường của màng chống thấm gốc xi măng-polyme trên thế giới và châu Âu
trong vài năm tới được đánh giá rất cao. Còn tại khu vực Đông Nam Á, thị trường
màng chống thấm gốc xi măng-polyme theo báo cáo của hãng Waker Polymer phân
bổ theo nước năm 2010 được trình bày qua hình 1.5.

Hình 1.5: Phân bổ thị trường màng chống thấm tại Đông Nam Á năm 2010

9


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

Thị trường màng chống thấm bao gồm 4 loại chính là: Latex, paste, màng
chống thấm 2 thành phần, màng chống thấm 1 thành phần. Mức độ tiêu thụ các loại
sản phẩm này được trình bày ở hình 1.6 dưới đây.

Hình 1.6: Mức độ sử dụng màng chống thấm gốc xi măng-polyme
tại Đông Nam Á năm 2010
1.1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam

Chống thấm từ lâu là vấn đề nan giải trong xây dựng mà hầu hết các công trình
đều gặp phải. Chính vì vậy mà mỗi công trình nên chú trọng đến việc chống thấm
ngay từ khi bắt đầu thi công. Như chúng ta đã biết, một trong những nguyên nhân
làm cho kết cấu của công trình bị phá hủy là nước. Nước này có thể là nước mưa,
hơi nước trong không khí và nước dưới đất. Thông thường thì mọi vật liệu xây dựng
đều có mao quản với đường kính từ (20 – 40) µm và nước sẽ thẩm thấu qua các
mao quản này.
Hơi nước luôn luôn tồn tại trong không khí với tỉ lệ khác nhau tùy theo từng
vùng, lãnh thổ, thời tiết và tỷ lệ này rất cao ở những vùng nhiệt đới. Khi bề mặt vật
liệu này tiếp xúc với nước, nước sẽ xâm nhập qua các khe hở ở bề mặt, thẩm thấu
theo các mao quản vào bên trong gây ra hiện tượng thấm. Việt Nam là đất nước ở
vùng nhiệt đới, nóng ẩm mưa nhiều, nhiệt độ chênh lệch lớn, có những vùng khí
hậu tương đối khắc nghiệt. Tất cả các điều kiện khí hậu và thời tiết không thuận lợi
gây nên những hiện tượng co ngót, giãn nở, làm nứt và phá huỷ bề mặt cũng như

10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

cấu trúc vật liệu, tạo điều kiện cho nước xâm nhập. Với sự tác động thường xuyên
của hơi ẩm lên các kết cấu (dầm, cột, tường… và các kết cấu chịu lực khác) dần dần
sẽ xuất hiện các mảng nấm mốc, chúng phát triển rất nhanh và xâm nhập vào bất kỳ
loại vật liệu xây dựng nào một cách dễ dàng và chỉ sau một thời gian ngắn đã có thể
phá hoại được các kết cấu đó.
Đã có rất nhiều phương pháp truyền thống chống ẩm, nhưng thực tế không
mang lại hiệu quả một cách hoàn hảo, tức là khí ẩm vẫn thấm vào tường và các bộ
phận khác của công trình. Do hiện tượng mao dẫn nước dưới đất sẽ theo các mao

mạch của đất đá để thẩm thấu vào nền, sàn bê tông, sau một thời gian sàn giảm độ
chịu lực khi có tải trọng tác dụng thường xuyên gây bong tróc, bề mặt sàn bị phá
hủy. Ngành công nghệ chế tạo vật liệu phủ và chống thấm dùng cho xây dựng đã
hình thành và phát triển khá lâu trên thế giới. Hiện nay ở Việt Nam, tuy chưa có đơn
vị nào nghiên cứu chế tạo màng chống thấm được biến tính bằng bột polyme tái
phân tán nhưng các loại vật liệu chống thấm khác đã được quan tâm nghiên cứu và
ứng dụng từ nhiều năm trước.
Có hai dạng cấu trúc công trình có thể sẽ bị thấm là cấu trúc ngầm và cấu trúc
nổi. Cấu trúc ngầm như tầng hầm và cấu trúc nổi như tường ngoài, nhà vệ sinh,
phòng tắm, ban công, bồn hoa, sê nô, hồ nước, hồ bơi, hệ thống mái... Nhìn chung,
những nơi tiếp xúc trực tiếp môi trường tự nhiên, thường phải đối mặt với nắng mưa
thì dễ gây thấm, nhất là xứ nhiệt đới.
Thị trường nước ta hiện nay có hàng trăm thương hiệu sản phẩm chống thấm
gốc xi măng-polyme khác nhau đều do các công ty nhập khẩu về sử dụng hoặc đóng
gói tại Việt Nam như Sikatop Seal 107 (Thụy Sỹ), Masterseal 540 (Đức),... và các
nước trong khu vực như am Flexproofing 501 (Singapore), Contite WS2 (Thái
Lan)... song đều là màng chống thấm được biến tính bằng nhũ tương polyme (loại
hai thành phần) và không thuận tiện khi sử dụng. Còn loại màng chống thấm biến
tính bằng bột polyme tái phân tán (loại một thành phần) chưa được nghiên cứu.
Ở Việt Nam mới chỉ có một vài đơn vị nghiên cứu chế tạo vữa biến tính polyme
với hàm lượng bột polyme tái phân tán khoảng (6 PKL - 10 PKL so với xi măng) để
11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

chế tạo keo dán gạch và đá ốp lát gốc và khoảng (2 PKL - 5 PKL so với xi măng)
trong chế tạo vữa phủ sàn tự san phẳng [27].

Theo đánh giá của nhiều chuyên gia trong nước và quốc tế, trong tương lai gần,
việc sản xuất và ứng dụng màng chống thấm sử dụng bột polyme tái phân tán là rất
phát triển nhờ tính thân thiện với môi trường và hiệu quả kinh tế - kỹ thuật mà loại
vật liệu này mang lại.
1.2. Bột polyme tái phân tán
1.2.1. Giới thiệu về bột polyme tái phân tán
Nhìn chung, bột polyme tái phân tán về bản chất hóa học không có gì khác so
với polyme ở dạng nhũ tương. Nó được sản xuất qua hai giai đoạn, giai đoạn một là
trùng hợp nhũ tương để tạo ra polyme ở dạng nhũ tương, giai đoạn hai là quá trình
sấy phun để tạo ra bột polyme [7].
Ví dụ quá trình sản xuất một loại bột polyme tái phân tán là EVA được mô tả ở
hình 1.7 dưới đây:

Hình 1.7: Quá trình hình thành bột polyme tái phân tán và sự phân tán trong nước
EVA là một copolyme được sản xuất theo công nghệ sấy phun để tạo ra bột
polyme có khả năng tái phân tán. Những hệ polyme như vậy ngày càng được sử
dụng phổ biến như là một thành phần trong hệ xi măng biến tính polyme ứng dụng
trong thực tế. Quá trình phun khô là để duy trì thành phần và kích thước sản phẩm

12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN TIẾN DŨNG

hạt polyme ban đầu trước khi được tái phân tán trong nước. Trong quá trình sản
xuất thường đưa vào polyvinyl alcol để ngăn cản sự kết tụ các hạt và duy trì bột có
khả năng chảy khô chống bết. Một chất chống đông tụ như là clay thường được đưa
vào với hàm lượng (5 - 13) % khối lượng để ngăn cản các polyme kết tụ khi tiếp

xúc với ẩm. Ngoài ra, có thể bổ sung một số chất khác trong bột polyme tái phân tán
như chất chống tạo bọt, chống ôxy hóa. Thành phần cuối cùng của bột polyme tái
phân tán sẽ phụ thuộc vào ứng dụng cuối cùng mà nó dự kiến sử dụng để kết hợp
với vật liệu gốc xi măng. Phân bố kích thước hạt của các hạt polyme tái phân tán
nằm trong khoảng từ (0,5 - 5,0) µm. Kích thước hạt của bột polyme tái phân tán
được kiểm soát trong quá trình gia công để duy trì các đặc tính giống với nhũ tương
polyme gốc. Kích thước và phân bố kích thước hạt của bột polyme tái phân tán ảnh
hưởng đến khả năng tạo màng hiệu quả và lực liên kết của polyme với mạng lưới xi

Phân bố kích thước hạt

măng [8].

Kích thước hạt (µm)

(a)

(b)

Hình 1.8: Kích thước hạt polyme tái phân tán (a) và Phân bố kích thước hạt (b)
Hình 1.8(b) mô tả ảnh hưởng của kích thước hạt và phân bố kích thước của bột
polyme tái phân tán đến khả năng tái phân tán của nó. Các loại bột polyme tái phân
tán có đường kính hạt nhỏ hơn sẽ giúp sự tái phân tán được đồng đều hơn và ít bị
vón cục so với các loại bột polyme tái phân tán có đường kính hạt lớn hơn. Việc bao
phủ của polyme trong mạng lưới xi măng cũng hạn chế mức độ di chuyển hơi ẩm
bên trong cấu trúc vữa đã đông cứng. Điều này đã hạn chế sự xâm nhập của nước từ
13