Phương pháp nhiệt vi sai xác định tuổi thọ của ống địa kỹ thuật xây dựng đê

41<br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016<br /> <br /> <br /> PHƯƠNG PHÁP NHIỆT VI SAI XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CỦA ỐNG<br /> ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐÊ<br /> DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY METHOD TO DETERMINE THE<br /> LIFE TIME OF GEOTUBE USED FOR DIKE CONSTRUCTION<br /> Vương Quang Việt<br /> Viện Nhiệt đới môi trường<br /> Tóm tắt: Tuổi thọ của vật liệu chế tạo ống địa kỹ thuật quyết định thời gian làm việc của đê xây<br /> dựng bằng ống địa kỹ thuật nhồi cát. Độ chính xác của phép dự báo phụ thuộc vào phương trình dự<br /> báo có phản ánh đầy đủ các yếu tố khí hậu, thời tiết, môi trường, điều kiện sử dụng ... tác động lên<br /> ống địa kỹ thuật và tiêu chuẩn hư hỏng mẫu được lựa chọn có tiêu biểu hay không. Việc gia tốc quá<br /> trình lão hóa cho phép đánh giá nhanh hơn quá trình phá hủy của vật liệu. Bài viết trình bày kết quả<br /> dự báo tuổi thọ sử dụng của ống địa kỹ thuật theo phương pháp nhiệt vi sai.<br /> Từ khoá: Tuổi thọ, vật liệu dệt PES.<br /> Abstract: The life time of geotube materials determines the work life of sand-filled geotube<br /> containment dykes. Accuracies of predictions depend on whether the prediction equation sufficiently<br /> includes the factors that impact on geotube such as climate, weather, environment and use conditions<br /> and whether the selected sample damage criteria are typical. Acceleration of aging enables quicker<br /> evaluation of material decomposition. This article shows results of geotube life time prediction with a<br /> differential scanning calorimetry method.<br /> Key words: Lifetime, PES textile material.<br /> <br /> 1. Giới thiệu liệu dệt PES làm ống địa kỹ thuật – bằng<br /> Vật liệu dệt polyeste (PES) thường được phương pháp nhiệt vi sai (DTA).<br /> dùng trong chế tạo ống địa kỹ thuật nhồi cát 2. Phương pháp nghiên cứu<br /> xây dựng đê do một số ưu điểm vượt trội là 2.1. Nguyên vật liệu<br /> độ bền cơ học cao, chịu nhiệt, kháng UV, Vải polyester GM200 Hàn Quốc có các<br /> khó bị thủy phân trong nước,... . Tuổi thọ của thông số chính sau: Trọng lượng: 600 g/m2;<br /> đê phụ thuộc vào tuổi thọ của ống địa kỹ độ bền kéo đứt theo chiều dọc và ngang: ><br /> thuật xây dựng đê - đây là khoảng thời gian 200 kN/m; độ dãn dài khi đứt theo chiều dọc<br /> liên tục tính từ khi đê được xây dựng (ống và ngang < 15 %; hệ số thấm: 10-5 m/s; kích<br /> địa kỹ thuật chịu tác động của điều kiện sử thước lỗ O90: 0,075 mm; khổ rộng: 3,6 m;<br /> dụng cũng như của môi trường sử dụng) cho chiều dày: 2 mm.<br /> đến khi bị hư hỏng căn cứ theo một tiêu<br /> chuẩn nào đó. Phương pháp xác định thời 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> gian làm việc tốt nhất là phơi mẫu hiện Phân tích nhiệt vi sai trên thiết bị:<br /> trường tuy nhiên tiêu tốn nhiều thời gian. Vì Netzsch STA 409 PC với detector DTG-60;<br /> vậy cần đến phương pháp gia tốc quá trình Chế độ: Môi trường phân tích khí argon,<br /> lão hóa hoặc các phiên bản của nó. Độ chính thực hiện với các chế độ gia nhiệt: 2,5; 5,0;<br /> xác của phép dự báo phụ thuộc vào phương 7,5; 10,0 oC/phút tại Phòng Thí nghiệm Đại<br /> trình dự báo có phản ánh đầy đủ các yếu tố học Bách khoa Hà Nội.<br /> khí hậu, thời tiết, môi trường, điều kiện sử Thử nghiệm động học phân hủy trọng<br /> dụng ... tác động lên ống địa kỹ thuật và tiêu lượng nhiệt dựa vào phương pháp<br /> chuẩn hư hỏng mẫu được lựa chọn có tiêu Ozawa/Flynn/Wall theo ASTM: E1641 - 15<br /> biểu hay không [1, 2]. Mục tiêu của nghiên [3].<br /> cứu là sử dụng phương pháp nhiệt vi sai dự<br /> Tính toán bền nhiệt của vật liệu từ số<br /> báo thời gian hoặc tuổi thọ của vật liệu chế<br /> liệu phân hủy trọng lượng nhiệt theo ASTM:<br /> tạo ống địa kỹ thuật. Bài báo này trình bày<br /> E1877 - 15 [4].<br /> một số kết quả nghiên cứu về tuổi thọ của vật<br /> 3. Kết quả và thảo luận<br /> 42<br /> Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016<br /> <br /> <br /> 3.1. Xây dựng giản đồ tương quan logv Xác định năng lượng hoạt hóa của quá<br /> – giản đồ Arrhenius trình theo ASTM: E1877-15.<br /> Kết quả phân tích DTA trong môi trường Phương trình năng lượng có dạng:<br /> argon với các tốc độ gia nhiệt khác nhau R<br /> E = b.a (2)<br /> được trình bày trên giản đồ hình 1.<br /> Trong đó:<br /> E: Năng lượng hoạt hóa Arrhenius<br /> (J/mol);<br /> R: Hằng số khí = 8,31451 J/(mol K);<br /> a: Hệ số góc (theo ASTM: E1641-15):<br /> ∆(logv)<br /> a= 1 = 10.000;<br /> ∆( )<br /> T<br /> <br /> b từ bảng cho trước và lần đầu lấy giá trị<br /> b = 0,4570<br /> Hình 1. Giản đồ DTA của mẫu vật liệu GM200 trong Thay vào tính:<br /> môi trường argon. 8,314<br /> Từ kết quả phân tích DTA, chọn mức độ E = 0,457 . 10.000 = 181.926 J/mol<br /> phân hủy 10 % để tính toán với các tốc độ Tính lặp lại:<br /> E 191.926<br /> = 8,314x677 = 32,3218<br /> gia nhiệt v tương ứng 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 RT<br /> o<br /> C/phút. Xác định các nhiệt độ giảm khối tra bảng  b = 0,461<br /> lượng tương ứng. Kết quả trình bày trong Tính lại E:<br /> bảng 1. 8,314<br /> E = 0,461 . 10.000 = 180.347 J/mol<br /> Bảng 1. Giá trị logv và nhiệt độ.<br /> Tốc độ Logv Nhiệt Nhiệt 1000/T Kết quả này cho chênh lệch nhỏ hơn 1<br /> gia nhiệt độ độ %. Chấp nhận kết quả này: E=180.347<br /> v phân phân (J/mol);<br /> (oC/phút) hủy hủy E<br /> (oC) (oK) = 32,3218;<br /> RT<br /> 2,5 0,3979 385 658 1,5189<br /> 5 0,6990 404 677 1,4771 B = 0,461 ở nhiệt độ 404 oC hay 677 oK.<br /> 7,5 0,8751 408 681 1,4684 3.2. Xây dựng giản đồ chịu nhiệt của<br /> 10 1,0000 413 686 1,4578 vật liệu<br /> Xây dựng giản đồ Arrhenius - tương Giản đồ chịu nhiệt của vật liệu ống địa<br /> quan logv = f(1000/T) trình bày trong hình 2. kỹ thuật được xây dựng theo ASTM: E1877-<br /> 15.<br /> Phương trình chịu nhiệt của vật liệu có<br /> dạng:<br /> E E<br /> log[t] = (2,303.R.T) + log Rv − a (3)<br />