Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở silicon rtv hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

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

-------------------------------

NINH XUÂN THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CHÈN KHE TỰ SAN PHẲNG
TRÊN CƠ SỞ SILICON RTV HAI THÀNH PHẦN SỬ DỤNG XẢM
KÍN KHE CO GIÃN ĐƯỜNG BÊ TƠNG XI MĂNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. BẠCH TRỌNG PHÚC
2. TS. TRỊNH MINH ĐẠT

Hà Nội – Năm 2017


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, các số liệu, kết quả thí
nghiệm nêu trong luận văn này là trung thực và chƣa từng công bố trên bất kỳ cơng
trình nào khác.

Tác giả luận văn

Ninh Xn Thắng

i


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Bạch Trọng Phúc và TS. Trịnh Minh Đạt
và đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo cũng nhƣ 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 Vật liệu Polyme & Compozit - Viện Kỹ
thuật hóa học - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và Trung tâm Vật liệu hữu cơ &
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 tơi hồn
thành khóa cao học 2015B.
Hà Nội, tháng 8 năm 2017
Học viên

NINH XUÂN THẮNG

ii


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 5
1.1 Vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tơng xi măng........................................................... 5
1.1.1 Ngun nhân hình thành các khe nối trên đƣờng bê tông xi măng …………5
1.1.2 Các loại khe nối của đƣờng bê tông xi măng ……………………………….5
1.1.2.1 Khe nối ngang .......................................................................................... 5
1.1.2.2 Khe nối dọc .............................................................................................. 7
1.1.3 Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu chèn khe cho
đƣờng xi măng bê tông trên thế giới ……………………………………………...7
1.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi
măng tại Việt Nam …..……………………………………………………………9
1.1.5 Các tính chất của vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng……………9
1.1.6 Phân loại vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng ……………..……10
1.1.6.1 Vật liệu chèn khe Polysunfit ................................................................... 10
1.1.6.2 Vật liệu chèn khe Silicon ........................................................................ 13
1.1.6.3 Vật liệu chèn khe Polyuretan ................................................................. 15
1.1.6.4 Vật liệu chèn khe nhựa đường cao su hóa ............................................. 17
1.2 Silicon ..................................................................................................................... 18
1.2.1 Lịch sử phát triển …………………………………………………………..18
1.2.2 Phƣơng pháp chế tạo silicon ………………………………………………19
1.2.2.1 Polyme Silicon………………………………………………………………..19
1.2.2.2 Cao su Silicon ........................................................................................ 23
1.2.3 Các loại silicon nhóm chức và cơ chế lƣu hóa …………………………….26
1.2.3.1 Polyme nhóm chức vinyl ........................................................................ 28

iii


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

1.2.3.2 Polyme hydrit ......................................................................................... 29
1.2.3.3 Polyme nhóm chức Silanol ..................................................................... 30
1.2.4 Cơ chế tƣơng tác giữa silicon và bề mặt nền xi măng bê tơng……………..32
1.2.5 Tính chất của cao su silicon………………………………………………..33
1.2.5.1 Tính chất chung ...................................................................................... 33
1.2.5.2 Khả năng chịu nhiệt ............................................................................... 33
1.2.5.3 Khả năng chịu thời tiết ........................................................................... 34
1.2.5.4 Khả năng chống chịu nước và hơi nước ................................................ 34
1.2.5.5 Khả năng chịu dầu, dung môi và các hóa chất khác …………………... 34
1.2.5.6 Tính chất điện ........................................................................................ 35
1.2.5.7 Khả năng chống cháy ............................................................................. 35
1.2.5.8 Khả năng dẫn nhiệt ................................................................................ 36
1.2.5.9 Độ bền kéo và độ bền xé ........................................................................ 36
1.2.5.10 Tính thấm khí........................................................................................ 36
1.2.5.11 Biến dạng khi nén ................................................................................ 36
1.2.5.12 Tính trong và tính màu ......................................................................... 36
1.2.5.13 Khả năng chịu các loại tia bức xạ của................................................. 37
1.2.6 Ứng dụng của cao su silicon……………………………………………….37
1.3 Chất hóa dẻo ............................................................................................................ 38
1.4 Chất độn ................................................................................................................... 39
1.4.1 Tro bay …………………………………………………………………….39
1.4.2 Bột đá ……………………………………………………………………...40
CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………...43
2.1 Nguyên liệu và hóa chất…………………………………………………………...43

2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................... 43
2.2.1 Các phƣơng pháp xác định tính chất nguyên liệu………………………….43
2.2.1.1 Phương pháp xác định tỷ trọng .............................................................. 43

iv


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

2.2.1.2 Phương pháp xác định độ nhớt Brookfield ............................................ 43
2.2.2 Quy trình chế tạo mẫu vật liệu chèn khe…………………………………...44
2.2.3 Các phƣơng pháp xác định tính chất vật liệu chèn khe……………………44
2.2.3.1 Phương pháp đánh giá lưu hóa ............................................................. 44
2.2.3.2 Phương pháp đánh giá khả năng chảy .................................................. 45
2.2.3.3 Phương pháp đánh giá thời gian khơng dính bề mặt............................. 45
2.2.3.4 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt của vật liệu ............................... 46
2.2.2.5 Phương pháp xác định độ dãn dài khi đứt của vật liệu ......................... 47
2.2.2.6 Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu.......................................... 47
2.2.2.7 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại IR ........................................... 48
2.2.2.8 Phương pháp khảo sát cấu trúc hình thái (SEM – EDX)....................... 48
2.2.2.9 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA - DTG) ...................... 49
2.2.3.10 Phương pháp xác định sự thay đổi khối lượng trong mơi trường hố
chất ..................................................................................................................... 49
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 51
3.1 Phân tích nguyên liệu đầu ........................................................................................ 51
3.1.1 Đặc tính của nguyên liệu đầu………………………………………………51
3.1.1.1 Polyme silicon ........................................................................................ 51
3.1.1.2 Chất hóa dẻo .......................................................................................... 51
3.1.1.3 Chất độn ................................................................................................. 52

3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn loại polyme silicon phù hợp………………………...53
3.1.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất xúc tác tới sự lƣu hóa và thời gian khơng
dính bề mặt ………………………………………………………………………54
3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ chất lƣu hóa tới tính chất của vật liệu chèn khe .. 55
3.3 Phân tích cấu trúc phân tử của vật liệu chèn khe qua phổ hồng ngoại IR ............... 59

v


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

3.4 Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo tới tính chất của vật
liệu chèn khe .................................................................................................................. 60
3.4.1 Khảo sát lựa chọn loại chất hóa dẻo phù hợp………………………………60
3.4.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo tới tính chất của vật liệu chèn khe…….61
3.5 Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất độn tới tính chất của vật liệu
chèn khe.......................................................................................................................... 64
3.5.1 Khảo sát lựa chọn loại chất độn phù hợp…………………………………..64
3.5.2 Ảnh hƣởng của loại và tỷ lệ chất độn tới tính chất của vật liệu chèn khe…65
3.6 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ chất lƣu hóa, chất hóa dẻo, chất độn tối ƣu để chế tạo vật
liệu chèn khe .................................................................................................................. 68
3.6.1 Chọn hàm mục tiêu………………………………………………………...69
3.6.2 Các yếu tố ảnh hƣởng………………………………………………………69
3.6.3 Thiết lập phƣơng trình……………………………………………………...69
3.6.4 Kết luận…………………………………………………………………….72
3.7 Nghiên cứu các tính chất của vật liệu chèn khe theo cấp phối tối ƣu ...................... 73
3.8 Phân tích hình thái cấu trúc và thành phần vật liệu bằng phƣơng pháp kính hiển vi
điện tử quét (SEM – EDX)............................................................................................. 74
3.9 Khảo sát độ bền nhiệt của vật liệu bằng phƣơng pháp TGA và DTG ……………76

3.10 Khảo sát độ bền hóa của vật liệu chèn khe trong các mơi trƣờng hóa chất khác
nhau theo thời gian ......................................................................................................... 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 82

vi


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ

Ký hiệu và chữ viết tắt

Axit nitric

HNO3

CH3CO-

Ac

Dioctyl terephtalate

DOTP

Ethylsilicate

TEOS

Hydroxy terminated Polydimethyl siloxane
YF70C - 2M -TH

SIL

Hóa dẻo polydimetylsiloxan

AK100

Kính hiển vi điện tử qt

SEM

Lƣu hóa ở nhiệt độ phịng

RTV

Mẫu sản phẩm chế tạo

Si-15

Metyl

Me

Natri hydroxit

NaOH

Nhơm oxit

Al2O3

Phân tích nhiệt trọng lƣợng

TGA

Phần khối lƣợng

PKL

Phổ hồng ngoại

IR

Silic dioxit

SiO2

Tin (di-butyl di-lauryl thiếc)

DBTL

Tro bay

TB

Vinyl

Vi

vii


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: So sánh tính chất của các loại chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng ........... 11
Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của chất hóa dẻo ......................................................................... 38
Bảng 3. 1: Tính chất vật lý của các loại poyme silicon………………………………..51
Bảng 3. 2: Tính chất vật lý của các chất hóa dẻo ........................................................... 52
Bảng 3. 3: Tính chất vật lý của tro bay .......................................................................... 52
Bảng 3. 4: Tính chất vật lý của bột đá ........................................................................... 53
Bảng 3. 5: Tính chất cơ học của vật liệu chèn khe với các loại polyme silicon khác
nhau ................................................................................................................................ 54
Bảng 3. 6: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác DBTL đến thời gian khơng dính bề mặt
và sự lƣu hóa của silicon ................................................................................................ 55
Bảng 3. 7: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất lƣu hóa ....................... 56
Bảng 3. 8: Tính chất cơ học của vật liệu với các loại chất hóa dẻo khác nhau.............. 61
Bảng 3. 9: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất hóa dẻo ...................... 62
Bảng 3. 10: Tính chất cơ học của vật liệu chèn khe với các loại chất độn khác nhau ... 65
Bảng 3. 11: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất độn ........................... 66
Bảng 3. 12: Cấp phối chế tạo mẫu vật liệu chèn khe ..................................................... 68
Bảng 3. 13: Ma trận kế hoạch bậc một toàn phần .......................................................... 70
Bảng 3. 14: Cấp phối chế tạo vật liệu chèn khe trong vùng thực nghiệm ..................... 73
Bảng 3. 15: Một số tính chất của vật liệu chèn khe theo ASTM D 5893–10 ................ 74
Bảng 3. 16: Sự thay đổi khối lƣợng của vật liệu trong các mơi trƣờng hóa chất .......... 79

Bảng 3. 17: Sự thay đổi độ bền cơ học của vật liệu trong mơi trƣờng hố chất ............ 79

viii


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1: Khe giãn nở đƣờng bê tơng xi măng ............................................................... 6
Hình 1. 2: Khe co ngót đƣờng bê tơng xi măng ............................................................... 6
Hình 1. 3: Các loại polyme silicon và phản ứng lƣu hóa ............................................... 27
Hình 1. 4: Cơ chế bám dính giữa silicon lƣu hóa và bề mặt nền ................................... 32
Hình 2. 1: Khn rót mẫu thử độ lƣu biến………………………………………… …45
Hình 2. 2: Mẫu đo độ bền kéo đứt ................................................................................. 46
Hình 2. 3: Máy đo độ bền cơ lý WDW - 50 ................................................................... 46
Hình 2. 4: Đồng hồ đo độ cứng SUNDOO .................................................................... 47
Hình 2. 5: Kính hiển vi điện tử qt (SEM - EDX) ....................................................... 48
Hình 2. 6: Thiết bị phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA - DTG) ...................................... 49
Hình 3. 1: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng TEOS tới độ bền kéo và độ dãn
dài khi đứt...........................................................................................................57
Hình 3. 2: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của TEOS tới độ nhớt và độ cứng Shore A. .... 57
Hình 3. 3: Đồ thị ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hƣởng của TEOS ............................. 58
Hình 3. 4: Phổ hồng ngoại của mẫu YF70C .................................................................. 59
Hình 3. 5: Phổ hồng ngoại của mẫu M0 ........................................................................ 60
Hình 3. 6: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng AK100 tới độ bền kéo và độ dãn
dài khi đứt....................................................................................................................... 62
Hình 3. 7: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng AK100 tới độ nhớt và độ cứng
Shore A ........................................................................................................................... 63
Hình 3. 8: Đồ thị ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hƣởng của AK 100 ........................... 63

Hình 3. 9: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng tro bay tới độ bền kéo và độ dãn
dài khi đứt....................................................................................................................... 66
Hình 3. 10: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng tro bay tới độ nhớt và độ cứng
Shore A ........................................................................................................................... 67
Hình 3. 11: Đồ thị ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hƣởng của tro bay .......................... 67

ix


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

Hình 3. 12: Giản đồ EDX của mẫu Si-15 ...................................................................... 75
Hình 3. 13: Giản đồ EDX của mẫu M0.......................................................................... 75
Hình 3. 14: Ảnh SEM bề mặt gẫy của mẫu M0 và mẫu Si-15 ...................................... 76
Hình 3. 15: Giản đồ TG và DTG mẫu M0 ..................................................................... 77
Hình 3. 16: Giản đồ TG và DTG mẫu Si -15 ................................................................. 77

x


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

MỞ ĐẦU
Ngày nay, mặt đƣờng bê tông xi măng vẫn luôn đƣợc các nhà nghiên cứu và các
nhà quản lý quan tâm trong việc hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn và cơng nghệ xây
dựng. Do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển nên mặt
đƣờng bê tông xi măng đang đƣợc các nƣớc sử dụng nhiều cho các đƣờng cấp cao,
đƣờng cao tốc và đƣờng sân bay. Vì vậy, tỷ trọng nói chung về mặt đƣờng bê tơng xi

măng so với mặt đƣờng các loại khác ngày càng tăng theo thời gian. Trong những năm
gần đây các dự án đƣờng giao thông lớn đã đƣợc xây dựng bằng đƣờng bê tông xi
măng nhƣ: tuyến đƣờng bộ nối cao tốc Hà Nội - Hải Phòng với cao tốc Cầu Giẽ - Ninh
Bình (thuộc tỉnh Hƣng Yên và Hà Nam); Tuyến đƣờng nối cao tốc Cầu Giẽ - Ninh
Bình với QL1A; QL8B (đoạn từ đƣờng vào cầu Bến Thủy đến QL1A, tỉnh Hà Tĩnh);
Dự án điều chỉnh QL32C, đoạn qua TP Việt Trì, tỉnh Phú Thọ; Khoảng 10km QL15A
khu vực Trng Bồn, tỉnh Nghệ An; và hầu hết các đƣờng sân bay nhƣ: Sao Vàng, Tân
Sơn Nhất, Nội Bài, Phú Bài, Cát Bi, Kép,… Khi thi công đƣờng bê tông, các dự án này
đều đã sử dụng các loại vật liệu chèn khe để chèn khe co giãn và mối nối nhƣ nhựa
đƣờng, mastic, polyurethane, vật liệu chèn khe gốc silicon.
Thị trƣờng vật liệu xây dựng Việt Nam từ trƣớc tới nay thƣờng sử dụng các loại vật
liệu chèn khe gốc bitum nhựa đƣờng, vật liệu này có nhiều nhƣợc điểm nhƣ phải thi
công ở nhiệt độ cao từ 150 – 200 oC, dễ xảy ra hiện tƣợng quá nhiệt, bám dính kém nếu
khe nền thi công không khô, độc hại và gây ô nhiễm môi trƣờng khi thi công, không
bền trong môi trƣờng xăng dầu, và với yêu cầu thực tế hiện nay thì các khe co giãn và
mối nối có bề rộng chỉ khoảng từ 3 ÷ 8 mm nên loại vật liệu này thi cơng rất khó khăn.
Hiện nay, trên thế giới đã và đang sử dụng các loại vật liệu chèn khe một thành
phần hoặc hai thành phần gốc polyurethane, polysunfit, acrylic, silicon [14] có các tính
năng khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của vật liệu chèn khe gốc bitum nhƣ: khả
năng co giãn cao, đàn hồi, không tạo bọt khí, kháng hóa chất và độ bền cơ học tốt, kết

1


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

dính tốt với hầu hết các loại vật liệu xây dựng và đặc biệt là khả năng thi công ở nhiệt
độ thƣờng, thi công trên nền bê tông ẩm ƣớt, không độc hại. Tại Việt Nam, các loại vật
liệu chèn khe này chủ yếu đƣợc nhập khẩu từ các hãng nổi tiếng trên thế giới nhƣ Dow

Corning, DuPont, Sika,… và một số nguồn từ các nƣớc nhƣ Trung Quốc, Hàn Quốc,…
Trong số các loại vật liệu chèn khe hiện nay thì vật liệu đi từ gốc silicon là loại vật liệu
có nhiều ƣu điểm nổi bật là không độc hại, thân thiện với môi trƣờng, chịu đƣợc mọi
tác động của thời tiết và lão hóa, có khả năng kháng tốt các loại hóa chất nhƣ axit yếu,
kiềm, dung môi phân cực và các dung dịch muối và vẫn giữ đƣợc tính năng của nó khi
chịu tác động của dung mơi nhƣ xăng dầu, tính chất đàn hồi đƣợc duy trì tốt ở nhiệt độ
từ - 40 oC tới 100oC, có khả năng chịu nhiệt rất tốt, loại đặc biệt có khả năng chịu đƣợc
tới nhiệt độ 250 oC, độ co giãn của vật liệu từ 20 – 25% tùy theo bề rộng của khe co
giãn. Vì vậy, để chủ động việc cung cấp sản phẩm cho các cơng trình xây dựng nhằm
thay thế sản phẩm nhập khẩu thì việc nghiên cứu chế tạo đƣợc loại vật liệu này trong
điều kiện hiện nay ở nƣớc ta là rất cần thiết.
* Mục đích nghiên cứu của luận văn
Nghiên cứu chế tạo đƣợc vật liệu chèn khe tự chảy trên cơ sở chất kết dính silicon
RTV hai thành phần ứng dụng chèn mối nối và khe co giãn cho mặt đƣờng bê tông xi
măng đạt đƣợc mức chỉ tiêu chất lƣợng dƣới đây:
+ Khơng dính bề mặt tại 300 ± 10 phút
+ Ảnh hƣởng của lão hóa nhiệt ≤ 10 %
+ Độ dãn dài khi đứt ≥ 600 %
+ Độ bền kéo tại độ dãn dài 150% ≤ 310 kPa
+ Độ cứng (Shore A) lớn hơn ≥ 30.
* Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
Hiện nay trên thị trƣờng Việt Nam có một số cơng ty cung cấp các loại Silicon có cấu
trúc ngắt mạch khác nhau nhƣ Vinyl, hydrit, silanol,… Tuy nhiên, để chế tạo đƣợc vật
liệu chèn khe có khả năng tự chảy đƣợc và đóng rắn ở nhiệt độ thƣờng thì đề tài đã

2


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

định hƣớng sử dụng silicon có cấu trúc ngắt mạch silanol có khả năng đóng rắn ở nhiệt
độ phòng (RTV) kết hợp cùng một số tác nhân khâu mạch và chất hóa dẻo có độ nhớt
thấp để làm tăng khả năng dàn chảy của vật liệu. Đồng thời, để công nghệ chế tạo đơn
giản không quá phức tạp phù hợp với ứng dụng thực tiễn thì đề tài định hƣớng nghiên
cứu chế tạo sản phẩm là hệ hai thành phần không sử dụng chất ức chế nhƣ hệ một
thành phần.
* Tóm tắt các nội dung chính của luận văn
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất xúc tác tới sự lƣu hóa và thời gian khơng dính bề
mặt.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ chất lƣu hóa tới tính chất của vật liệu chèn khe.
- Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo tới tính chất của vật
liệu chèn khe.
- Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất độn tới tính chất của vật liệu
chèn khe.
- Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ chất lƣu hóa, chất hóa dẻo, chất độn tối ƣu để chế tạo vật
liệu chèn khe.
- Nghiên cứu các tính chất của vật liệu chèn khe theo cấp phối tối ƣu bằng các thiết bị
thử cơ lý hóa và thiết bị phân tích.
* Ý nghĩa khoa học và kinh tế xã hội
Luận văn nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở silicon là một
hƣớng nghiên cứu mới có sử dụng nguyên liệu phế thải là tro bay, tạo ra sản phẩm có
tính năng cao, độ bền lâu cao, thân thiện môi trƣờng để thay thế vật liệu chèn khe gốc
bitum truyền thống gây ô nhiễm môi trƣờng. Sản phẩm của luận văn là vật liệu chèn
khe tự san phẳng có thể thay thế các sản phẩm nhập ngoại do sử dụng nguồn nguyên
liệu sẵn có trong nƣớc.

3

Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

* Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp tiêu chuẩn:
- Phƣơng pháp đánh giá lƣu hóa, phƣơng pháp đánh giá tính chất lƣu biến, phƣơng
pháp đánh giá thời gian khơng dính bề mặt theo tiêu chuẩn ASTM D 5893 – 10.
- Phƣơng pháp xác định độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu theo tiêu
chuẩn ASTM D 412 – 98.
- Phƣơng pháp xác định độ cứng của vật liệu theo tiêu chuẩn ASTM D 661 – 98.
Phương pháp phi tiêu chuẩn:
- Phƣơng pháp khảo sát cấu trúc hình thái bề mặt và thành phần vật liệu bằng kính hiển
vi điện tử quét (SEM - EDX).
- Phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA - DTG).
- Phƣơng pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR).
- Phƣơng pháp xác định sự thay đổi khối lƣợng trong môi trƣờng hoá chất.

4


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tơng xi măng
1.1.1 Ngun nhân hình thành các khe nối trên đƣờng bê tông xi măng
Mặt đƣờng bê tông xi măng, cũng nhƣ tất cả các kết cấu bê tơng đều có xu
hƣớng dịch chuyển theo thời gian. Sự co khơ và cacbonat hóa tạo ra sự co ngót của mặt
đƣờng. Chu kỳ giãn nở và co ngót đồng thời gây ra bởi sự thay đổi khí hậu và chuyển
động theo chiều dọc của mặt đƣờng do tải trọng giao thơng và biến đổi khí hậu.

Các khe nối đƣợc đặt trong hệ thống mặt đƣờng cho phép các tấm bê tông giảm
bớt ứng suất do dịch chuyển theo chiều ngang và chiều dọc. Các khe nối đƣợc chèn kín
bằng vật liệu có mơ đun đàn hồi thấp hơn nhiều so với bê tông. Các khe co dãn trên
mặt đƣờng bê tơng xi măng đƣợc chèn kín để ngăn chặn sự xâm nhập của nƣớc và tác
động không chịu nén vào hệ thống mặt đƣờng [1]. Nƣớc và tác động không chịu nén sẽ
làm ảnh hƣởng đến mặt đƣờng bởi vì sự tác động của chúng sẽ làm cho hệ thống
đƣờng bị hƣ hại. Độ bền kéo thấp của bê tông làm cho tất cả các kết cấu bê tơng có xu
hƣớng cần phải co lại, bao gồm cả mặt đƣờng. Trong thực tế, đƣờng bê tông cốt thép
và các tấm mặt đƣờng bê tông dài nối liên tục đều có xu hƣớng nứt [7]. Những vết nứt
sẽ dẫn đến cùng một loại hƣ hại nhƣ các khe nối hở. Đƣờng bê tơng liên tục có khe co
giãn với chiều dài ngắn (từ 3m đến 6m) đƣợc định hƣớng giữ cho tấm tránh nứt.
Năm 1903, khe co giãn bê tông lần đầu tiên đƣợc sử dụng làm hệ thống đƣờng
tại Hoa Kỳ. Kể từ đó, gỗ, nhựa, cao su, chất đàn hồi vô cơ, và nhiều vật liệu khác đã
đƣợc sử dụng để chèn các khe co giãn. Hiện nay đã có hàng trăm chất chèn khe có sẵn
cho các nhà thiết kế đƣờng lựa chọn.
1.1.2 Các loại khe nối của đƣờng bê tông xi măng
1.1.2.1 Khe nối ngang
Khe nối ngang [1] của mặt đƣờng bê tông xi măng đƣợc thiết kế phù hợp với
chuyển động dọc và ngang của mặt đƣờng để các tấm nứt đƣợc kiểm sốt. Khe nối có
thể vng góc với hƣớng làn đƣờng hoặc lệch một chút để giữ trọng lƣợng của cả hai

5


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

bánh xe của trục xe tác động đến các tấm cùng một lúc. Các khe có thể đƣợc đặt cách
nhau theo chu kỳ để làm giảm tiếng ồn và chống rung. Có hai loại khe nối chính của
khe nối ngang là khe giãn nở và khe co ngót.

- Khe giãn nở

Hình 1.1: Khe giãn nở đường bê tơng xi măng
Khe co giãn kéo dài qua tồn bộ chiều sâu của tấm. Khe rộng khoảng 2 cm đến
5 cm. Những khe đƣợc thiết kế để cho phép toàn bộ các tấm mặt đƣờng có thể giãn nở.
- Khe co ngót
Khe co ngót đƣợc thiết kế để kiểm sốt các vết nứt ngẫu nhiên của mặt đƣờng
do ứng suất nhiệt, co ngót, và tải trọng ứng suất bằng cách cung cấp một khe nối kín,
làm giảm mặt phẳng mà tại đó mặt đƣờng có thể nứt.

Hình 1.2: Khe co ngót đường bê tơng xi măng

6


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

1.1.2.2 Khe nối dọc
Khe dọc [1] thực hiện các chức năng tƣơng tự nhƣ khe ngang. Khe dọc nằm
giữa làn đƣờng và ở mép mặt đƣờng, giữa một làn đƣờng và dải phân cách. Khe dọc
bình thƣờng khơng có các chuyển động lớn nhƣ các khe ngang, do đó các khe thƣờng
hẹp hơn. Khe theo chiều dọc đƣợc gắn bằng cách kết hợp các thanh vào mặt đƣờng trên
các khe. Các thanh tà vẹt giữ các tấm bê tông lại với nhau và giữ chúng trong cùng mặt
phẳng thẳng đứng, do đó vật liệu chèn khe chịu ứng suất rất nhỏ.
1.1.3 Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu, ứng dụng của vật liệu chèn khe
cho đƣờng xi măng bê tông trên thế giới
Ngƣời tiền sử đã sử dụng vật liệu chèn khe tự nhiên nhƣ đất sét, cỏ, rơm trộn lẫn
với nhau để bảo vệ ngôi nhà của họ trƣớc thời tiết.
Ngƣời Neandethal đã sử dụng nhựa cây bạch dƣơng để kết dính cơng cụ sản

xuất của họ từ 80.000 năm trƣớc [15]. Sau đó, vào khoảng 40.000 năm trƣớc ngƣời
Syria đã sử dụng bitum đƣợc xử lý ở nhiệt độ cao để nối tay cầm của các cơng cụ. Một
ví dụ vẫn cịn tồn tại đƣợc tìm thấy tại tàn tích của Babylon tại thời điểm 1500 TCN,
đó là một minh chứng cho việc sử dụng nguyên liệu độn trong bitum đƣợc dùng để kết
dính và chèn khe gạch đất sét đỏ.
Vào khoảng thế kỷ 17, chất chèn khe đầu tiên đƣợc làm từ dầu hạt lanh dùng để
chèn khe vào khe của cửa sổ các nhà thờ. Bắt đầu từ thế kỷ 20, một số lƣợng nhỏ các
công ty đã bắt đầu sản xuất dầu hạt lanh theo quy mô công nghiệp. Cùng với sự phát
triển của công nghệ xây dựng và sự gia tăng của việc sử dụng kính đã làm tăng tốc độ
phát triển của vật liệu này.
Trƣớc năm 1920, toàn bộ chất chèn có nguồn gốc từ thực vật, động vật, khoáng
sản. Sự phát triển của vật liệu chèn khe gốc polyme phù hợp với sự phát triển của
ngành công nghiệp polyme, bắt đầu từ giữa những năm 1920 ÷ 1930. Trong khoảng
thời gian ngắn 20 năm, nhựa tổng hợp chính là chìa khóa để vật liệu chèn khe hiện đại
phát triển và trở thành quy mô công nghiệp.

7


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

Nhựa Acrylic, cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, là một trong những loại
nhựa tổng hợp lâu đời nhất. Acrylic este đƣợc biết đến từ những năm 1890 và đƣợc
thƣơng mại hóa vào năm 1929. Tiếp đến là cao su butyl là một polyme khá phổ biến
đƣợc phát minh bởi Thomas và Spark vào năm 1930. Năm 1937, Otto Bayer đã có
bằng sáng chế cho phản ứng giữa polyisocyanat và polyol để tạo thành sản phẩm
polyurethan khối lƣợng phân tử cao. Năm 1940, Patrick và Ferguson đã đặt nền tảng
cho sản phẩm công nghiệp polysunfit với việc tìm ra quá trình giảm độ ẩm. Cũng vào
khoảng thời gian đó, Rochow và Muller phát triển q trình tổng hợp silan để tạo thành

polyme silicon.
Từ những năm 1960 khi tốc độ xây dựng đƣờng bê tông phát triển mạnh và đã
vấp phải những vấn đề của bê tông nhƣ co ngót giãn nở bởi khí hậu khiến cho mặt
đƣờng xuất hiện nhiều vết nứt, từ những vấn đề đó hãng Dow corning đã cho ra đời sản
phẩm vật liệu chèn khe silicon cho đƣờng bê tông xi măng để giải quyết những vấn đề
trên.
Đến những năm 1990 thì vật liệu silicon sử dụng cho đƣờng bê tông xi măng
đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý bê tông cũ và thi công trên đƣờng bê tông mới.
Năm 1986, Alexander và các cộng sự [1] đã tiến hành thử nghiệm so sánh tính
chất và sử dụng tại điều kiện thực tế của các loại vật liệu chèn khe khác nhau cho
đƣờng bê tông.
Năm 1991, John W. Dean [12] đã tiến hành nghiên cứu và đƣa ra cấp phối chế
tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng cho đƣờng bê tông xi măng sử dụng polydimetyl
siloxan ngắt mạch silanol và chất độn silicafum.
Năm 2002, Dae-Jun Kim và các nhà khoa học Hàn Quốc [8] đã tiến hành nghiên
cứu tính chất cơ lý của vật liệu chèn khe silicon loại alkoxy trên các loại polyme
silicon ngắt mạch alkoxy có độ nhớt khác nhau.
Năm 2011, Mohamad và các cộng sự [17] đã tiến hành nghiên cứu khảo sát
mạng lƣới không gian của polydimetyl siloxan bằng phổ hồng ngoại và NMR. Kết quả

8


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

thu đƣợc cho thấy tính chất nhiệt và độ cứng của vật liệu tăng lên khi mật độ liên kết
ngang tăng.
1.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông
xi măng tại Việt Nam

Tại Việt Nam, vật liệu chèn khe đƣợc sử dụng từ những năm 1990 khi đƣờng bê
tông xi măng bắt đầu xuất hiện tại nƣớc ta. Ban đầu các khe nối của đƣờng bê tông xi
măng đƣợc chèn kín bằng loại nhựa đƣờng thơng thƣờng có nguồn gốc từ dầu mỏ có
nhiệt độ chảy mềm khoảng 40oC, tuy nhiên điều này làm cho vật liệu chèn khe khi tiếp
xúc với nhiệt độ thời tiết cao đã nóng chảy và bám dính vào các phƣơng tiện tham gia
giao thông và làm hở khe co giãn. Trƣớc những vấn đề đó, Viện Vật liệu xây dựng –
Bộ Xây dựng đã chế tạo thành công vật liệu matit bitum MTBC-95 chèn khe cho
đƣờng bê tông xi măng đáp ứng đƣợc các yêu cầu của vật liệu này. Cũng trong thời
gian đó, Học viện Kỹ thuật quân sự cũng đã chế tạo thành công vật liệu chèn khe TK01 đƣợc sản xuất vào những năm 1990 đảm bảo đƣợc những chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản
nhƣng trong thành phần có sử dụng một loại nguyên liệu là bột amiang nên sau này
khơng tiếp tục sản xuất. Đến năm 2015, nhóm cán bộ kỹ thuật của Học viện Kỹ thuật
Quân sự (KTQS) đã tiếp tục nghiên cứu, cải tiến, sử dụng loại ngun liệu có gốc từ
bột xenlulơ để thay thế cho bột amiăng và chế tạo thành công Mastic ĐMT-03. Loại
Mastic mới (ĐMT-03) khi sử dụng bột Genicel (có gốc từ bột xenlulơ) thay cho bột
amiang có những tính chất hồn toàn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản và phù hợp
với điều kiện khí hậu Việt Nam. Cho đến nay tại Việt Nam cũng chƣa có cơng trình
nào nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe đi từ nguồn gốc silicon sử dụng cho đƣờng bê
tông xi măng.
1.1.5 Các tính chất của vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng [1]
+ Chống thấm nƣớc - Các chất chèn khe không đƣợc phép cho nƣớc xâm nhập vào khe
nối.
+ Độ dẻo dai - Các chất chèn khe nên có khả năng chống tác động khơng chịu nén.

9


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

+ Cƣờng độ bám dính (cƣờng độ dính kết) - Các chất chèn khe phải có đủ cƣờng độ

dính kết để chống lại lực kéo dãn khi khe nối mở.
+ Cƣờng độ bám dính nội – Xé rách khơng đƣợc hình thành trong bản thân của chất
chèn khe.
+ Thời tiết - Các chất chèn khe có thể chịu đƣợc điều kiện khí hậu khắc nghiệt trong
nhiều năm.
+ Tính đàn hồi - Các chất chèn khe phải có khả năng lấy lại hình dạng ban đầu sau khi
giãn nở và co ngót trong khoảng thời gian dài lặp đi lặp lại.
+ Độ ổn định nhiệt độ - Modun đàn hồi của các chất chèn khe và hiệu suất không nên
thay đổi khi nhiệt độ dao động hàng năm từ nhiệt độ thấp đến khoảng trên 40oC.
+ Không ảnh hƣởng với các phƣơng pháp chuẩn bị - Các chất chèn khe lý tƣởng sẽ
không bị ảnh hƣởng bởi các bề mặt bẩn hoặc ẩm ƣớt để làm đơn giản việc chuẩn bị và
thi công.
1.1.6 Phân loại vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng [1]
1.1.6.1 Vật liệu chèn khe polysunfit
Là loại chèn khe đàn hồi dạng thi công nguội đƣợc sử dụng đầu tiên trên đƣờng
cao tốc. Vật liệu chèn khe Polysunfit lần đầu tiên đƣợc giới thiệu với các ngành công
nghiệp xây dựng vào năm 1952 và đã ngay lập tức đƣợc chấp nhận bởi nhiều quốc gia.
Tuy nhiên, việc thi công ban đầu đã thất bại trong nhiều năm. Các nghiên cứu và ứng
dụng sau đó đã tiếp tục hồn thiện và đƣợc chấp nhận cho đến ngày nay.
Vật liệu chèn khe polysunfit gồm chất nền là polyme đƣợc bổ sung thêm tác
nhân lƣu hóa, chất độn, và trong một số trƣờng hợp có thêm chất hóa dẻo. Chất độn gia
cƣờng đƣợc thêm vào nhằm gia tăng cƣờng độ hỗn hợp. Chất độn thƣờng đƣợc sử
dụng bao gồm cacbon đen, titan dioxit, canxi cacbonat, và nhơm hydrat. Axit có xu
hƣớng làm chậm q trình lƣu hóa của chất chèn khe polysunfit.
Vật liệu chèn khe polysunfit đƣợc cung cấp bao gồm cả hai hệ một thành phần
và hai thành phần. Hệ hai thành phần bao gồm một thành phần có chứa polyme, chất

10

Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

độn, các chất hóa dẻo và một thành phần dạng past trong đó có dioxit chì, đóng vai trị
nhƣ tác nhân lƣu hóa và phần cịn lại của chất hóa dẻo. Hai thành phần đƣợc trộn ngay
lập tức trƣớc khi thi công. Thời gian sống thƣờng là khoảng 3 giờ, nhƣng có thể đƣợc
rút ngắn xuống cịn 10 phút. Vật liệu chèn khe polysunfit khơng lƣu hóa tốt ở nhiệt độ
thấp và do đó khơng nên thi công ở nhiệt độ thấp hơn 4 °C.
Bảng 1.1: So sánh tính chất của các loại chèn khe cho đường bê tông xi măng
Polyurethan 2

Nhựa đƣờng

Polysunfit 2

Silicon 1

thành phân

thành phần

60 ÷ 125

60 ÷ 150

250 ÷ 600

-

75 ÷ 150

≥ 800

200 ÷ 350

600

50 ÷ 150

10 ÷ 30

100 ÷ 150

5 ÷ 30

35 ÷ 50

15 ÷ 20

40 ÷ 60

15 ÷ 20

50

83

75 ÷ 82

80 ÷ 90

Khoảng nhiệt độ

(-30) ÷

(-65) ÷

(-40) ÷

(-30) ÷

làm việc (oC)

(+ 100)

(+ 200)

(+ 135)

(+ 65)

Kháng dung mơi

Tốt

Rất tốt

Rất tốt

Khơng

Thuộc tính lão hóa

Tốt

Rất tốt

Rất tốt

Tốt

± 25 %

± 50 %

± 25 %

± 12,5 %

Vật liệu
Tính chất
Độ bền kéo (psi)
Độ giãn dài khi đứt
(%)
Modun tại độ giãn
dài 100% (psi)
Độ cứng Shore A
Độ hồi phục sau khi
giãn dài 100%

thành phần (Shore
A: 40÷60)

cao su hóa

Khuyến khích sử
dụng với độ dịch
chuyển khe co giãn
Việc sản xuất vật liệu polysunfit một thành phần là khá khó khăn và đắt hơn so với
hệ hai thành phần. Q trình lƣu hóa của hệ một thành phần đƣợc thực hiện bằng việc

11


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

hấp thu nƣớc từ khơng khí. Một màng nhƣ cao su cứng tạo thành ở bề mặt của các chất
chèn, điều này làm chậm tốc độ lƣu hóa cho khối lƣợng phần cịn lại của chất chèn khe.
+ Tính chất:
- Mùi: Trong trạng thái chƣa lƣu hóa chất chèn khe polysunfit phát tán mùi rất khó
chịu. Vì vậy, khi thi công vật liệu này cần thiết phải có thơng gió. Tuy nhiên, sau khi
lƣu hóa chất chèn khe sẽ khơng có mùi.
- Kháng dung mơi: Một trong những điểm mạnh của vật liệu chèn khe polysunfit là khả
năng kháng dung môi. Chèn khe polysunfit bền khi ngâm trong nƣớc và cũng kháng tốt
với một số dung môi hữu cơ, dầu, và một loạt các hóa chất.
- Độc tính: Vật liệu chèn khe polysunfit đã đƣợc thử nghiệm và chứng minh là không
độc hại và không gây dị ứng.
- Độ cứng: Bằng cách thay đổi các loại và số lƣợng chất độn, độ cứng của chất chèn
khe polysunfit có thể đƣợc thay đổi từ giá trị Shore A từ 0 đến giá trị vƣợt quá 50. Các

polyme polysunfit lỏng bao gồm toàn bộ họ polyme và lƣợng liên kết ngang trong
polyme ảnh hƣởng lớn đến độ cứng của keo. Độ cứng của chất chèn khe polysunfit
cũng thay đổi theo nhiệt độ và có xu hƣớng cứng hơn ở nhiệt độ lạnh. Polysunfit chèn
cho đƣờng cao tốc thƣờng có giá trị độ cứng từ 20 đến 40 đơn vị Shore A.
- Lão hóa và thời tiết: Các chất chèn khe polysunfit tốt thể hiện khả năng kháng tốt với
lão hóa và thời tiết. Polysunfit đầu tiên cho thấy vết nứt trên bề mặt hoặc trạng thái
aligato sau khi tiếp xúc với bụi bẩn đƣờng, giao thông, và muối trên đƣờng cao tốc.
Tuy nhiên, hiện tại polysunfit đã thành công với việc tiếp xúc nhiều hơn 1000 giờ trong
máy gia tốc thời tiết. Mở rộng tiếp xúc với bức xạ tia cực tím sẽ gây ra một số vết nứt
trên bề mặt nhƣng trong polysunfit cấp cao hơn, các lỗi này không mở rộng nhiều dƣới
bề mặt. Một số nhà sản xuất báo cáo ví dụ về chất chèn khe polysunfit hoạt động tốt,
đặc biệt là ở các khe nối theo chiều dọc trong hơn 5 năm.
- Độ giãn dài tới hạn: Cũng nhƣ độ cứng, độ giãn dài tới hạn của chất chèn khe
polysunfit có thể thay đổi trong một phạm vi rộng bằng cách thay đổi các polyme, chất

12


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

độn, và các chất hóa dẻo. Mẫu thử trong phịng thí nghiệm của polysunfit đã đƣợc trộn
hợp có giá trị độ giãn dài hơn 1000 %. Tuy nhiên, các vật liệu này hầu nhƣ khơng có sự
phục hồi hình dạng khi biến dạng tới hạn, các vật liệu sẵn có thƣờng giới hạn độ giãn
dài khoảng 50 phần trăm hoặc thấp hơn.
- Độ dão và giảm ứng suất dƣ: Vật liệu chèn khe polysunfit khi biến dạng thêm 50 %
sẽ chảy bên trong và dẫn đến giảm ứng suất tới 1/3 trong 20 phút đầu tiên. Việc giảm
ứng suất là một hạn chế vì đi kèm với khả năng phục hồi tƣơng ứng. Giá trị phục hồi
chung của chèn khe polysunfit là khoảng (70 ÷ 80) %.
1.1.6.2 Chèn khe Silicon

Silicon đƣợc coi là chất chèn khe chất lƣợng cao [6] và có thể có giá cao hơn so
với chất chèn khe khác thƣờng đƣợc sử dụng trong ngành công nghiệp xây dựng.
Silicon đƣợc ghi nhận cho khả năng chịu đựng tốt khi tiếp xúc với một môi trƣờng thay
đổi liên tục và duy trì tính chất vật lý ban đầu trong nhiều năm.
Chất chèn khe silicon đầu tiên đƣợc giới thiệu với các ngành công nghiệp xây
dựng vào năm 1960. Các chất chèn khe silicon đầu tiên sử dụng axit axetic để lƣu hóa.
Loại axit này phản ứng với canxi của bê tông và dẫn đến khả năng bám dính chắc chắn
giữa vật liệu chèn khe và nền. Tuy nhiên, ngay từ những ngày đầu phát triển, một số
chất chèn khe silicon đã đƣợc phát triển theo hƣớng tạo sản phẩm trung tính, chẳng hạn
nhƣ rƣợu, amit, hoặc amin, mà không phản ứng với bê tông.
Trong trạng thái chƣa lƣu hóa vật liệu chèn khe silicon có ba thành phần cơ bản:
chuỗi dài polyme silicon, chất lƣu hóa và chất độn. Các polyme silicon đƣợc hình
thành bởi biến đổi cát silica. Chất độn thƣờng đƣợc sử dụng bao gồm canxi cacbonat,
đất sét và silica. Các chất chèn khe ở trạng thái chƣa lƣu hóa khá hoạt động và mềm.
Do đó, khơng cần thiết sử dụng dung mơi và kết quả là gần nhƣ 100 phần trăm vật liệu
chèn khe lƣu hóa. Sự co ngót của vật liệu sau khi thi công là hầu nhƣ không đáng kể và
thời hạn sử dụng phần nào tốt hơn so với các vật liệu một thành phần khác.

13


Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở
silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tơng xi măng

Trong trạng thái lƣu hóa, cấu trúc polyme bao gồm silic và oxy nguyên tử sắp
xếp luân phiên. Liên kết polyme này là tƣơng tự nhƣ của thủy tinh và thạch anh. Do đó,
vật liệu chèn khe silicon là trong suốt với tia cực tím và hầu nhƣ không bị ảnh hƣởng
bởi thời tiết.
Chèn khe silicon thƣờng đƣợc cung cấp dạng một thành phần có chứa vật liệu
chèn khe silicon lỏng mà khi lƣu hóa tạo thành dạng cao su đàn hồi. Q trình lƣu hóa,

thƣờng đƣợc gọi là lƣu hóa nhiệt độ phịng xảy ra khi tiếp xúc chất chèn khe với độ ẩm
khơng khí. Trong q trình lƣu hóa, tác nhân lƣu hóa hay cịn gọi là khâu mạch phản
ứng với các polyme silicon tạo thành một mạng lƣới Si-O-Si liên tục.
+ Tính chất:
- Mùi: Các sản phẩm phụ giải phóng trong thời gian lƣu hóa của chất chèn khe silicon
có thể là axit hoặc trung tính. Tính axit của sản phẩm (axit acetic) tỏa ra một mùi dấm
mạnh, trong khi sản phẩm trung tính, chẳng hạn nhƣ rƣợu, amit và amin phát ra một
mùi mốc.
- Độ cứng: Trong trạng thái lƣu hóa chất chèn khe silicon thể hiện độ cứng đặc biệt ổn
định trong phạm vi nhiệt độ rộng. Chất chèn khe sẽ duy trì tính chất nhƣ cao su trong
nhiệt độ thấp và cao hơn so với các chất chèn khe hữu cơ. Độ cứng của chèn khe
silicon hiếm khi thay đổi hơn năm điểm theo thang Shore A trong phạm vi nhiệt độ từ
-40 °C đến +80 °C ngay cả sau khi tiếp xúc trong thời gian dài. Độ cứng điển hình cho
vật liệu chèn khe silicon mô đun cao là 35. Silicon mơ đun thấp sẽ có độ cứng khoảng
15 Shore A.
- Độ bền mài mòn và độ bền xé rách: Do một phần cho hồi phục cao, các vật liệu chèn
khe silicon mô đun cao đƣợc đặc trƣng bởi khả năng kháng mài mòn và xé rách thấp.
Chèn khe silicon có giá trị kháng xé rách điển hình là 40 lb/in so với giá trị 70-80 lb/in
của vật liệu chèn khe polysunfit và polymercaptan. Tuy nhiên, silicon modun thấp
kháng xé rách tƣơng tự hoặc cao hơn polysunfit và polyurethan. Silicon cũng có khả
năng kháng mài mịn thấp. Vì lý do này, vật liệu chèn khe silicon đƣợc khuyến cáo

14