Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ bơm phun (Shotcast) trong thi công và sửa chữa lò công nghiệp (Phần 1)

Bê tông chịu lửa (BTCL) được thi công vào lò bằng các phương pháp như: đầm rung, đúc tự chảy, phun khô, bơm phun, … . ở nước ta hiện nay nhu cầu và quy mô sử dụng BTCL ít XM, siêu ít XM đang tăng nhanh theo tốc độ đầu tư phát triển của các ngành xi măng, luyện cán thép, nhiệt điện, … và kèm theo đó là nhu cầu về các phương pháp thi công hiện đại, năng suất cao. Năm bắt được xu thế phát triển mới trong lĩnh vực này, Viện Vật liệu xây dựng đãđề xuất và được Bộ Xây dựng giao nhiệm vụ thực hiện đề tài R-D cấp Bộ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm phun (Shotcast) trong thi công v sửa chữa lò công nghiệp”. Bài viết này nhằm giới thiệu một số kết quả nghiên cứu, thử nghiệm của đề tài.

1. Giới thiệu về công nghệ bơm phun
Có 2 phương pháp thi công phun bê tông (Shotcrete) bao gồm: phun khô (dry gunning) và phun ướt (wet shotcreting – bơm phun). Trong phương pháp phun khô hỗn hợp vật liệu trộn sẵn được tải bằng khí nén đến đầu vòi phun, tại đây được hoà lẫn với nước hoặc chất kết dính lỏng trước khi phun bắn vào vị trí sử dụng. Còn phương pháp bơm phun thường được áp dụng với BTCL có tác nhân keo tán (như BTCL ít XM, siêu ít XM, không XM), yêu cầu bắt buộc phải trộn ướt cưỡng bức khi thi công và khống chế lượng nước trộn một cách chặt chẽ. Vật liệu được trộn sẵn với nước đến độ linh động yêu cầu, máy bơm bê tông áp lực cao (kiểu pít-tông đôi) bơm theo ống dẫn đến đầu vòi phun, tại đây được xé bởi dòng khí nén cao áp, đồng thời phối tức thì (tại đầu vòi phun) với phụ gia keo tụ đã được mù hoá bằng khí nén và phun bắn vào vị trí sử dụng. Ngay sau khi được bắn vào bề mặt cần thi công, BTCL bị tác dụng của phụ gia keo tụ làm mất tính linh động trong một khoảng khắc rất ngắn (khoảng vài giây), nhờ vậy mà định hình được thể VLCL cần thi công.
Phương pháp phun bắn có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác:
– Không cần đến cốp pha, tính cơ giới hoá cao (có thể được tự động hoá);
– Có thể thi công những vị trí phức tạp, khó với tới và khó ráp cốp;
– Thi công nhanh với năng suất cao, rút ngắn đáng kể thời gian dừng lò.
Phun ướt (Bơm phun) ngoài những ưu điểm trên còn có thêm nhiều ưu điểm khác so với phương pháp phun khô:
– Tạo được thể vật liệu chịu lửa có độ xốp thấp, mật độ chắc đặc hơn;
– Chỉ phương pháp này mới có thể áp dụng được cho BTCL có tác nhân keo tán (BTCL ít XM, BTCL siêu ít XM, …).
– Lượng vật liệu nẩy bật (rebound) và bụi phát tán khi thi công cũng được giảm thiểu do vật liệu được phun ở trạng thái ướt, cải thiện đáng kể môi trường làm việc khi thi công.
Sơ đồ lưu trình công nghệ Bơm phun được trình bày ở hình 1.
Quy trình công nghệ bơm phun bao gồm 4 công đoạn: Trộn ướt – Bơm – Phun – Cố kết.
2. Những vấn đề công nghệ cần giải quyết
2.1. Cải thiện tính chất lưu biến của BTCL Bơm phun – cho công đoạn trộn và bơm BTCL bơm phun phải có tính chất lưu biến của BTCL tự chảy (với độ chảy xoè 80-110% – thử theo côn ASTM) để đễ trộn, dễ bơm và độ nẩy bật thấp [3]. BTCL tự chảy là một dạng đặc biệt của BTCL ít xi măng, được phát triển cao hơn bằng việc lựa chọn và khống chế chặt chẽ thành phần cấp phối hạt, hàm lượng pha liên kết, thành phần siêu mịn và các phụ gia phân tán, phụ gia điều chỉnh được sử dụng, để hỗn hợp BTCL bơm phun có độ nhớt thấp, độ linh động cao.
2.2. Công đoạn phun
Để tạo được lớp BTCL chắc đặc, luồng phun BTCL phải là một tập hợp các hạt cá thể (hạt cốt liệu thô được bao bọc bởi pha liên kết), và để các hạt này dễ dàng bám dính và cố kết với nhau sau khi chạm đến bề mặt thi công thì lớp pha liên kết phải đủ dày để làm triệt tiêu động năng của các hạt bắn vào bề mặt đó. Việc giảm kích thước cốt liệu thô và tăng tỷ lệ Kết dính/Cốt liệu thô sẽ giảm thiểu động năng va chạm của các hạt cốt liệu vào bề mặt thi công.
2.3. Công đoạn cố kết
Sau khi va chạm và bám dính vào bề mặt thi công, dưới tác động của phụ gia keo tụ, BTCL bơm phun nhanh chóng (trong khoảng vài giây) mất tính linh động, lớp sau bám vào lớp trước và cố kết thành thể BTCL theo thiết kế. Để tạo được một lớp BTCL chắc đặc thì cần một khoảng thời gian để các hạt BTCL bơm phun sau khi được bắn vào bề mặt sẽ bắt đầu các phản ứng đông kết. Điều kiện này đảm bảo cho một sự liên kết và đồng nhất giữa các lớp bê tông được phun nối tiếp nhau, giảm lượng nẩy bật và chảy trượt theo từng lớp.
Tính chất keo tụ của phụ gia phụ thuộc rất nhiều đến thành hoá học, tính chất lưu biến và các tính chất vật lý của BTCL bơm phun. Việc lựa chọn loại và lượng phụ gia thích hợp cho đến nay vẫn phổ biến dựa trên thực nghiệm.