Đề tài Bảo vệ điện hoá bằng cách thay đổi điện thế điện cực

PHỤ LỤC I/ Lời mở đầu……………………………... II/ Nội dung sơ lược……………………….. III/ Nội dung chính: - Bảo vệ Anod hy sinh. -Bảo vệ Cathod: * Bảo vệ Protector (Anod hy sinh)……………... * Bảo vệ Cathod bằng Anod hy sinh……………. IV/ Một số công trình thực nghiệm: Thi công hệ thống bảo vệ Cathod chống ăn mòn cho công trình dầu khí. I/ Lời mở đầu: Ăn mòn và bảo vệ kim loại là một ngành khoa học có liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau: kim loại học, hóa phân tích, hóa môi trường…Đề tài này giúp mỗi người chúng ta thâu tóm lại một cách ngắn gọn về bảo vệ điện hóa bằng cách thay đổi điện thế điện cực một cách chính xác và dễ hiểu. II/ Nội dung sơ lược: Để chống ăn mòn cho các công trình kim loại có nhiều phương pháp như ngăn cách môi trường ăn mòn với kim loại bằng sơn phủ, thay đổi môi trường ăn mòn nếu có thể như dùng chất ức chế, và phương pháp điện hoá như phương pháp bảo vệ catốt. Bảo vệ catốt là phương pháp rất cần thiết để chống ăn mòn cho các công trình trong môi trường đất, môi trường nước và đặc biệt là trong nước biển. Trong đó bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh là phương pháp rất có hiệu quả và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên hiệu quả chính của phương pháp chỉ đạt được khi có được vật liệu anốt hy sinh có tính chất điện hoá tốt. Trước đây, anốt hy sinh phải nhập ngoại, còn anot hy sinh sản xuất trong nước có quy trình chế tạo phức tạp, sau khi đúc phải qua quá trình nhiệt luyện, điều đó gây tốn kém và khó khăn, nhất là đối với loại anốt có kích thước lớn. Ngoài ra còn đòi hỏi nguyên liệu ban đầu phải có độ sạch cao, tuy vậy dung lượng điện hoá của sản phẩm vẫn thấp và chưa đạt được các yêu cầu kỹ thuật khác. Vật liệu anốt hy sinh mới có tính chất điện hoá tốt, có công nghệ chế tạo đơn giản, không cần nhiệt luyện sau khi đúc và đặc biệt là không đòi hỏi nguyên liệu ban đầu có độ sạch cao. Việt nam là nước có bờ biển dài, có nhiều công trình biển, có khai thác dầu khí biển, có giao thông đường biển, có nhiều cầu cảng biển và khai thác hải sản ngày càng phát triển. Ngoài ra, ở nước ta còn có rất nhiều công trình thuỷ lợi để giữ ngọt, ngăn mặn, tưới tiêu cho đồng ruộng. Đối với các công trình đó, nhất là các công trình trong vùng đất chua mặn, ven biển thường bị ăn mòn nhiều thì phương pháp dùng anốt hy sinh để chống ăn mòn cho các cánh cửa đập là cần thiết và rất có hiệu quả. Chính vì vậy mà khối lượng anốt hy sinh trong thực tế yêu cầu ngày càng tăng. Từ những thành công của công trình về nghiên cứu vật liệu anốt hy sinh, chúng tôi đã tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo các loại anốt hy sinh và lập trình tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh cho các công trình theo thời gian bảo vệ yêu cầu. Trải qua thời gian áp dụng công nghệ bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh (từ vật liệu mới do chúng tôi nghiên cứu) để chống ăn mòn cho các công trình đã cho thấy hiệu quả bảo vệ tốt, được nhiều đơn vị ứng dụng đánh giá cao. Các công trình đã được chống ăn mòn, đảm bảo an toàn trong sử dụng, giảm thiệt hại về kinh tế. Tuy nhiên cũng có đơn vị do không nắm về cơ sở khoa học của phương pháp nên khó chấp nhận, hoặc đánh giá kết quả sai lệch hoàn toàn. Ví dụ: đối với anốt hy sinh (protector) có nhận xét là không hiệu quả vì "protector không giữ được hình dáng ban đầu, bề mặt bị mủn ra,…" mà đó là những yêu cầu cần phải có đối với những anốt hy sinh có chất lượng cao - và thực ra những lời phê phán đó lại là những lời khen rất khách quan của những người không sát chuyên môn. Vật liệu anốt hy sinh không những dùng chống ăn mòn cho các công trình thép trong môi trường nước biển, nước lợ, môi trường đất mà còn có thể được sử dụng để chống ăn mòn cho cốt thép trong các công trình bê tông cốt thép trong các môi trường trên và ngay cả trong môi trường khí quyển. Hiện nay một số nước trên thế giới đã áp dụng có hiệu quả. Việc sản xuất anốt hy sinh với chất lượng cao cần được phát triển, mở rộng nhằm đáp ứng nhu cầu anốt hy sinh ngày càng tăng của các ngành kinh tế, quốc phòng đặc biệt là trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá và đẩy mạnh phát triển kinh tế biển của nước ta. III/ Nội dung chính: 1/ Khái niệm: Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tương tác hóa học hoặc điện hoá của kim loại với môi trường xung quanh. - Sự đứt, gãy, sự xâm thực, mài mòn, tương nở cao phân tử không gọi là ăn mòn. - Sự biến dạng cấu trúc khi thay đổi nhiệt độ không gọi là ăn mòn. à Ăn mòn điện hoá: là quá trình ăn mòn do tác dụng điện hoá học giữa kim loại với môi trường; phản ứng điện hóa xảy ra trên 2 vùng khác nhau của bề mặt kim loại: vùng anốt và vùng catốt. Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào điện thế điện cực của kim loại, môi trường ăn mòn, nhiệt độ … - Dựa trên đồ thị đường cong phân cực trong điều kiện xác định, ta có thể chuyển điện thế điện cực về phía dương hay âm so với điện thế ăn mòn thì dòng điện ăn mòn có thể giảm. Như vậy, bảo vệ điện hóa là phân cực hóa điện cực. Trong bảo vệ điện hóa bằng cách thay đổi điện thế điện cực thì việc sử dụng các thế điện cực Anod và Cathod để bảo vệ kim loại tránh những tác nhân ăn mòn từ môi trường là vô cùng quan trọng. Việc phân cực được chia làm như sau: - Phân cực Anod: Chuyển điện thế điện cực về phía dương so với điện thế ăn mòn cho đến khi kim loại rơi vào trạng thái thụ động. muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực dương của nguồn điện một chiều hay nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện cực dương hơn. Trong cả hai trường hợp, kim loại cần bảo vệ đóng vai trò là Anod. Cho nên tốc đọ ăn mòn chỉ giảm khi ở môi trường đó kim loại bị thụ động. - Phân cực Cathod: Chuyển diện thế điện cực về phía âm hơn so với điện thế ăn mòn thì hầu như phản ứng hòa tan kim loại ngừng hẳn. Muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn điện một chiều hay nối kim loại cần bảo với kim loại có điện thế điện cực âm hơn. Trong cả hai trường hợp, kim loại cần bảo vệ đóng vai trò Cathod, nên tốc độ ăn mòn sẽ giảm. Để chứng minh điều trên ta tiến hành phân loại các cực: 1/ Phân cực Cathod bằng cách nối kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn một chiều, được gọi là bảo vệ Cathod điện phân. 2/ Phân cực Anod bằng cách nối kim loại cần bảo vệ với kim loại khác có điện thế điện cực âm hơn, được gọi là bảo vệ bằng Protector (Anod hy sinh). l Bảo vệ Protector (Anod hy sinh). Bảo vệ bằng Protector có thể thực hiện bằng hai cách ( Hình 1.1) 1 2 Gián tiếp 1. Thiết bị cầu bảo vệ 2. Protector Zn 3. Chất bọc Protector 4. Dụng cụ kiểm tra 4 1 2 3 Trực tiếp l Bảo vệ Cathod: * Bảo vệ Cathod bằng Anod hy sinh Vấn đề ăn mòn các kết cấu kim loại nằm trong nước biển, trong đất đă được nghiên cứu nhiều. Các nước phát triển đã có những đánh giá tương đối đẩy đủ mức độ ăn mòn cho từng vùng và các biện pháp bảo vệ tương ứng thông qua các tiêu chuẩn, hướng dẫn... Với nước ta, vấn đề này cũng đã được quan tâm nhưng mới chủ yếu là ở giai đoạn thiết kế. Thông thường các nhà thiết kế đưa ra độ dư ăn mòn cho các kết cấu thép và coi đó là đủ điểu kiện để tổn tại trong suốt tuổi thọ công trình. Trên thực tế, điểu kiện này vẫn là chưa đủ vì ăn mòn thép trong nước và trong đất phát triển theo ba loại chính: ăn mòn đều, ăn mòn theo vùng và ăn mòn điểm. Với độ dư ăn mòn, chúng ta khống chế được hình thức đầu, còn hai hình thức sau rất nguy hiểm và thường là nguyên nhân gây ra sự cố thì chưa được khấc phục đầy đủ. Phương pháp duy nhất để khống chế hiện tượng ăn mòn này trong môi trường nước và bùn biển là bảo vệ ca tốt. Nguyên lý của phương pháp này là cấp cho các kết cấu thép một dòng điện đủ để không xảy ra các phản ứng anốt trên bề mặt thép. Vùng ca tốt vẫn xảy ra các phản ứng ca tốt bình thường nhưng với mức độ lớn hơn. Dòng điện từ bên ngoài có thể tính toán đến giá trị đủ để dòng anốt bị triệt tiêu hoặc xoay ngược chiều. Khi đó, tại các vùng anốt, sẽ xảy ra các phản ứng ca tốt và không còn sự ăn mòn. Có hai phương pháp bảo vệ ca tốt: sử dụng anốt hy sinh và dòng điện ngoài. Bảo vệ bằng anốt hy sinh: Kim loại cần bảo vệ (công trình hoặc thiết bị bằng thép) được nối với một kim loại khác có điện thế điện cực âm hơn . Trong quá trình làm việc, kim loại đó hoạt động như một anốt, bị hòa tan vào môi trường để bảo vệ cho công trình khỏi bị ăn mòn-từ đó có tên gọi "anốt hy sinh", hay protectơr. *Bảo vệ bằng dòng điện ngoài: Trong sơ đồ bảo vệ bằng dòng điện ngoài (Hình 2) thì công trình (kim loại cần bảo vệ) vẫn đóng vai trò cathod. Hai điểm khác so với sơ đồ báo vệ bằng anốt hy sinh là: - Dùng dòng điện bên ngoài để phân cực, khác với dòng điện tự hy sinh trong sơ đổ bảo vệ bằng anốt hy sinh. - Vật liệu anốt không nhất thiết phải là vật liệu hy sinh. Dòng điện ngoài lấy từ điện lưới, qua hạ thế và chỉnh lưu để trở thành nguồn một chiều. Nguồn điện bên ngoài có nhiệm vụ cung cấp dòng định mức bảo vệ không đổi trong suốt thời gian vận hành đến tất cả các điện tích cần bảo vệ. Qua các công trình thực tế áp dụng phương pháp bảo vệ catốt, chúng tôi luôn quan tâm đến việc đánh giá hiệu quả bảo vệ sau khi có những khảo sát đánh giá thực tiễn. Kết quả đánh giá ở cầu Bến Thủy: Hệ thống chống ăn mòn các cọc thép móng trụ 6, 7, 8 cầu Bến Thủy là sản phẩm ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ mới vào thực tiễn từ đề tài cấp Bộ 34C-01-06 "Nghiên cứu bảo vệ kết cấu thép " do Viện Khoa học công nghệ thực hiện. Hệ thống được lắp đặt từ năm 1993, có thời hạn sử dụng theo thiết kế 10 năm, đến nay đã quá thời hạn sử dụng. Mục đích của hệ thống chống ăn mòn là nhằm giảm thiểu quá trình ăn mòn các cọc thép móng trụ 6, 7, 8 nằm trong nước và trong bùn đất thuộc vùng nước mặn có mức độ ăn mòn cao. Đây là hệ thống bảo vệ điện hóa bằng dòng điện ngoài điển hình đầu tiên ở nước ta vào thời điểm năm 1993. Đánh giá theo tiêu chí điện thế bảo vệ: điện thế bảo vệ các cọc thép luôn được duy trì thông qua dòng điện cấp cho hệ thống và luôn ở mức âm hơn - 800 mV so với điện cực Ag/AgCl. Theo hồ sơ theo dõi và bảo dưỡng công trình thì hệ thống hoạt động đến năm 2004 (quá tuổi thọ thiết kế), các bộ phận trong hệ thống mới bắt đầu hư hỏng. Đánh giá theo mẫu đến chứng: Có cách đánh giá theo mẫu treo thời gian ngắn (1 năm), có cách đánh giá dựa trên số liệu đo trực tiếp tại công trình sau khoảng thời gian dài (hơn 10 năm). Các số liệu này còn hạn chế về mặt số lượng song nó cũng phản ánh được tổng quát hiệu quả bảo vệ của hệ thống cũng như cảnh báo về sự nguy hiểm cho các kết cấu thép trong vùng nước cầu Bến Thủy nếu không có hệ thống bảo vệ. Một đặc điểm rất nguy hiểm của ăn mòn kim loại trong nước là ăn mòn không đều. Để đánh giá mức độ ăn mòn không đều, chúng tôi lấy một số thiết diện cắt ngang bị ăn mòn nhiều nhất để so sánh với thiết diện chuẩn. Từ các bảng trên cho ta thấy tốc độ ăn mòn của thép trong vùng nước cẩu Bến Thủy thuộc loại cao. Theo như mẫu treo, 1 năm tốc độ ăn mòn khoảng 0,34 mm/năm, còn sau khoảng thời gian dài là 0,19 mm/năm. Điểu này có thể giải thích là thời gian càng kéo dài thì các sản phẩm gỉ như Fe2O3 sinh vật dưới nước bám ngày càng dẩy tạo thành màng ngăn cản các tác nhân ăn mòn tiến tới bề mặt thép và làm giảm tốc độ ăn mòn. Đối với các cọc thép trụ cầu được bảo vệ, tốc độ ăn mòn chỉ có 0,05 mm/năm. Mặc dù hiệu quả bảo vệ đánh giá sau nhiều năm chỉ đạt 73,9%, thấp hơn so với thiết kế (80%), nhưng do một số sự cố nhỏ trong quá trình khai thác sử dụng và là những công trình đẩu tiên áp dụng công nghệ mới nên chỉ số này có thể chấp nhận được. Bến số 3 cảng Cửa Lò: Hệ thống được lắp đặt xong tháng 7/2003, sau gần hai năm hệ thống được đo đạc đánh giá lần đẩu với kết quả thu được như sau: Kiểm tra điện thế bảo vệ trên toàn bến. Ghi chú: Công việc đo được thực hiện khi hệ thống bảo vệ ở bến 3 đă làm việc được 1,5 năm, còn bến số 4 chưa được lắp. - Kiểm tra mức độ ăn mòn theo mẫu đối chứng: chúng tôi tiến hành lấy mẫu đối chứng đã lắp đặt khi lắp các anốt hy sinh. Trong đợt này chúng tôi lấy hai giàn mẫu, một giàn được bảo vệ còn giàn kia không được bảo vệ để kiểm tra, so sánh tốc độ ăn mòn trong điểu kiện thực tế tại cảng Cửa Lò. Các mẫu được thợ lặn lấy lên sau đó tháo rời từng mẫu nhỏ, mang vệ phòng thí nghiệm để làm sạch, cân đo và đánh giá tốc độ án mòn theo phương pháp khối lượng. Các vết ăn mòn điểm được đo chiều sâu của lỗ mòn và tính tỷ lệ bể mặt bị ăn mòn. Kết quả đo điện thế bảo vệ cho thấy hệ thống đang làm việc tốt, các thông số kỹ thuật đều thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 6051 - 1995 (âm hơn 800 mV) , hệ thống tường cừ được bảo vệ tốt. Kết quả kiểm tra khối lượng các mẫu đối chứng được bảo vệ cho thấy thép hoàn toàn không bị ăn mòn. Từ các mẫu đối chứng không được bảo vệ cho thấy thép trong môi trường nước biển tại Cửa Lò bị ăn mòn với tốc độ 0,128 mm/năm. Đặc điểm nổi bật của sự ăn mòn trên các mẫu là ăn mòn điểm, có vị trí độ sâu ăn mòn đă đạt đến hơn 1mm. Từ đây cho thấy hệ thống bảo vệ ca tốt là cẩn thiết. Các công trình khác có hệ thống bảo vệ bằng anốt hy sinh đểu được kiểm tra bằng phương pháp đo điện thế nhưng khả năng đánh giá tổng thể còn hạn chế do thiếu kinh phí. Kết quả đo kiểm tra của các chuyên gia kiểm nghiệm tại cảng dịch vụ cho kết quả rất tốt. Điện thế tại các vùng xa anốt khoảng từ - 865 mV đến - 947 mV, tại các vùng gần anốt từ - 924 mV đến - 975 mV, trên bể mặt anốt từ -1036 mV đến - 1067 mV. Từ các kết quả thu được trong thực tế, chúng ta thấy hiệu quả rõ rệt của phương pháp bảo vệ ca tốt trong việc nâng cao tuổi thọ các kết cấu thép của công trình, đặc biệt là các công trình nằm trong vùng có môi trường khắc nghiệt. Đối với các công trình cẩn tuổi thọ lâu dài (công trình vĩnh cửu) cẩn áp dụng phương pháp bảo vệ catôt cho các kết cấu thép ngập trong nước và trong bùn để tránh các sự cố nguy hiểm có thể xảy ra. Một số loại anốt hy sinh chống ăn mòn cho các công trình trong môi trường nước IV/ Một số công trình thực nghiệm: Thi công hệ thống bảo vệ Cathod chống ăn mòn cho công trình dầu khí Ứng dụng vật liệu nhựa tổng hợp trong chế tạo cửa van vùng ven biển có Kết cấu cửa van (khung thép-bản mặt cừ PVC) Nghiên cứu giải pháp kết cấu và vật liệu chế tạo hợp lý cho các loại cửa van vùng chịu ăn mòn cao là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Bài viết giới thiệu một số kết quả nghiên cứu ứng dụng cừ nhựa tổng hợp để chế tạo cửa van cho các công trình thủy lợi vùng ven biển. Đối với ngành thủy lợi nước ta, chống ăn mòn cho các kết cấu thép nói chung và các cửa van nói riêng (đặc biệt là các cửa van cống vùng triều) thực sự là một vấn đề nan giải. Hàng năm, trên toàn quốc có hàng ngàn cửa van, khoảng 1/3 trong số đó cần phải được sửa chữa hoặc làm mới, tiêu thụ hàng ngàn tấn thép. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nhựa tổng hợp vào chế tạo cửa van, phôc vô cho thiết kế, chế tạo cửa van một cách hợp lý và hiệu quả, việc làm mang nghĩa khoa học và thực tiễn cao.Tổng quan tình hình sử dụng cửa van trong công trình thủy lợi vùng ven biểnCửa van trong công trình Thủy lợi vùng ven biển Nước ta dọc bờ biển dài hơn 3000km, ở các vùng đồng bằng duyên hải có hàng ngàn công trình thủy lợi nhằm ngăn mặn giữ ngọt tiêu úng, thoát lũ, (một số cống có thêm nhiệm vụ lấy hớt nước triều ngọt). Nhiệm vụ của công trình được thực hiện thông qua việc vân hành các loại cửa van khác nhau. Cửa van là trái tim của hầu hết các công trình thủy lợi, kích thước của các cửa van phổ biến từ 2 m đến 10m. Trên cơ sở nghiên cứu nguyên nhân quá trình ăn mòn thép trong nước biển, các nhà khoa học đã đề xuất nhiều giải pháp để bảo vệ kết cấu thép như: Chế tạo thép có độ tinh khiết cao và các hợp kim ít bị ăn mòn; ứng dụng công nghệ điện hoá anốt hy sinh; Sử dụng lớp phủ bảo vệ. Ở nước ta hiện tại đa phần được bảo vệ bằng3 biện pháp sau: Phủ sơn, Phun kẽm, Bọc bằng vật liệu Compsite.Tính cấp thiết phải nghiên cứu giải pháp chế tạo cửa van bằng vật liệu mới Thực tế cho thấy nhiều kết quả nghiên cứu và ứng dụng với nhiều hình thức bảo vệ cửa van kim loại như sơn, phun kẽm, anốt hy sinh, bọc cửa van bằng Composite, hoặc thay thế bằng vật liệu chịu môi trường chua, mặn như thép không rỉ, cửa van Composite, cửa van bê tông cốt thép đạt kết quả tốt. Tuy nhiên, bài toán chọn vật liệu làm cửa van vẫn là vấn đề thời sự cần đầu tư nghiên cứu để đáp ứng được đòi hỏi cấp bách của công tác xây dựng các công trình mới cũng như việc nâng cấp hiện đại hoá các công trình thuỷ lợi đã có ở vùng chịu ảnh hưởng của thuỷ triều.Nghiên cứu chế tạo cửa van chịu ăn mòn bằng các vật liệu khác với các loại vật liệu truyền thống thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật, có tuổi thọ cao, quản lý vận hành nhẹ nhàng, sữa chữa đơn giản, giá thành hợp lý chấp nhận được về độ bền kết cấu và chống được sự ăn mòn của môi trường vùng ven biển, là hướng đi thích hợp. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nhựa tổng hợp vào chế tạo cửa van  Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu sử dụng vật liệu nhựa tổng hợp :Ưu điểm cơ bản của vật liệu nhựa tổng hợp là chịu được sự ăn mòn của môi trường mặn, lợ vùng ven biển. Các loại cửa van phổ biến ở các công trình ven biển gồm có: cửa van phẳng, cửa van Clape và cửa van tự động thủy lực cánh cửa.  Việc đề xuất các giải pháp sử dụng nhựa tổng hợp vào các thành phần kết cấu cửa van dựa trên các kết quả phân tích đánh giá các yếu tố sau: Đặc điểm cấu tạo chung của kết cấu cửa; Đặc điểm của từng hạng mục trong cả quá trình vận hành cửa; Các kết quả về tính chất và khả năng chịu lực của vật liệu nhựa.  Đối với bộ phận tĩnh của cửa van: Bộ phận tĩnh của cửa van gồm có khe phai và khe van cùng một vài chi tiết chôn sẵn trong phần thủy công của công trình. Về mặt cấu tạo, đây là các bộ phận cố định (tĩnh) làm nhiệm vụ trung gian truyền lực từ bộ phận động (cửa van) sang kết cấu công trình (trụ pin, thành bên,...). Tuy nhiên, trong một số trường hợp nó lại phải làm việc như là một bộ phận động, tuỳ thuộc vào từng loại cửa van cụ thể. Vì vậy, đối với bộ phận này việc đề xuất kết cấu cần phải đi vào cụ thể cho từng loại cửa van. Ví dụ đối với cửa van phẳng, thực hiện thao tác đóng mở ngay cả khi có độ chênh mực nước trước và sau cửa nên khi vận hành có ma sát lớn giữa cửa van với khe van, việc này lại xẩy ra khá thường xuyên do đó, vật liệu nhựa tổng hợp không nên sử dụng trong các bộ phận động đối với loại cửa van này.Còn đối với cửa van Clape, trong quá trình vận hành khai thác khe phai và các chi tiết cố định (như gờ tựa kín nước bên) hoàn toàn không có sự chuyển động cọ xát với nhau có thể gây nên sự phá hỏng kết cấu. Thực tế cho thấy, đối với cửa van tự động kiểu cánh cửa cũng vậy. Cửa van thường được chế tạo và bố trí gọn trong hệ thống khung cửa. Khung được thả vào rãnh khe van. Vì vậy, đối với hai dạng cửa này hoàn toàn có thể sử dụng vật liệu nhựa tổng hợp cho các chi tiết khe phai và khe van.Đối với bộ phận động của cửa: Do đặc điểm cấu tạo cũng như tính chất làm việc mà các chi tiết và cụm chi tiết thuộc bộ phận động như: ổ trục quay, gối đỡ ổ trục quay, thiết bị đóng mở,… nhất thiết phải được chế tạo lắp đặt theo các phương án thông thường. Đối với cửa van, về nguyên tắc có thể thay thế hầu hết các phần kết cấu cửa bằng thép bởi nhựa tổng hợp. Tuy nhiên, cần hết sức cân nhắc đến tính kinh tế cũng như yếu tố quản lý vận hành công trình để có các bước thay thế hợp lý.* Các dầm chính (đứng, ngang): Đối với cửa van khi làm việc, yêu cầu dảm bảo tính kín nước tốt dẫn đến đòi hỏi khá cao đến độ võng cho phép của cửa van nói chung và các dầm chính nói riêng. Đây là một yêu cầu rất khó đối với vật liệu nhựa tổng hợp nói chung vì hầu hết các loại nhựa đều có khả năng bị biến dạng lớn ngay cả với tải trọng nhỏ. Mặt khác, thường trên các dầm chính sẽ được bố trí các chi tiết ghép nối và làm việc với các chi tiết động như: cụm gối đỡ trục, ổ đỡ trục quay,… - là những điểm tập trung lực lớn. Việc định vị, liên kết các chi tiết này vào dầm bằng vật liệu nhựa đảm bảo kỹ thuật và khả năng chịu lực theo yêu cầu là một vấn đề hết sức khó khăn. Do vậy, hiện tại, việc thay thế các dầm chính cửa van bởi các dầm bằng vật liệu nhựa là chưa thích hợp. * Các dầm phụ (đứng, ngang): Đối với các dầm phụ trong cửa van, yêu cầu về độ võng cho phép thường thấp hơn nhiều so với dầm chính và đặc biệt là không có bố trí các chi tiết cơ khí phức tạp khác. Dầm phụ chỉ có nhiệm vụ chính là truyền tải áp lực nước từ bản mặt cửa lên dầm chính cửa van. Như vậy, dầm phụ có thể thay thế được bằng vật liệu nhựa tổng hợp.* Với bản mặt cửa: Bản mặt cửa có nhiệm vụ chính là ngăn nước và truyền áp lực nước lên các dầm phụ (chính) của cửa van. Với nhiệm vụ ấy, có thể nói việc thay thế bản mặt cửa bởi vật liệu nhựa tổng hợp là hợp lý và hiệu quả nhất. Tóm lại: đối với cửa van việc thay thế vật liệu thép bằng vật liệu nhựa tổng hợp nên thực hiện đối với bản mặt và dầm phụ của cửa. Với việc thay thế này cửa van chỉ còn lại các chi tiết cơ khí quan trọng của bộ phận động (cụm cối quay, tai cửa,…) và dầm chính cửa là bằng thép còn lại là vật liệu nhựa tổng hợp. Bố trí kết cấu cừ nhựa cho các loại cửa van:Như đã phân tích ở trên, bản mặt cửa van nên được thay thế hoàn toàn bằng vật liệu nhựa tổng hợp. Tuy nhiên, trong thực tế do việc ứng dụng vật liệu nhựa tổng hợp vào chế tạo cửa van mới chỉ bắt đầu đưa vào nghiên cứu thử nghiệm, trong khi để tạo ra được một sản phẩm nhựa dù là đơn giản nhất là tấm phẳng cũng phải có một dây chuyền công nghệ với các khuôn ép, nén riêng dẫn đến giá thành một sản phẩm nhựa mới đơn lẻ sẽ có giá thành rất cao gấp nhiều lần với giá trị thực của nó.Vì vậy, trong thời điểm hiện tại việc đề xuất thay thế bản mặt cửa van bằng một sản phẩm nhựa tổng hợp có sẵn trên thị trường là một giải pháp hợp lý.* Lựa chọn hình thức vật liệu nhựa thay thế:Từ những phân tích trên, kết cấu bản mặt cửa bằng tấm nhựa tổng hợp là giải pháp nên được lựa chọn. Việc thi công, chế tạo lắp đặt bản mặt dạng này vào cửa van được thực hiện hoàn toàn tương tự như đối với bản mặt thép, điểm khác nhau cơ bản ở đây là đối với bản mặt cửa bằng thép được liên kết với các dầm ngang và đứng bằng liên kết hàn, còn đối với bản mặt bằng nhựa tổng hợp nó được liên kết bởi hệ thống các bu lông. Qua nghiên cứu, tìm hiểu các loại sản phẩm nhựa hiện có trên thị trường chúng tôi thấy rằng việc ứng dụng cừ nhựa tổng hợp vào thay thế cho một số hạng mục cửa van là hoàn toàn có thể và mang tính khả thi cao hơn cả, nó có những đặc điểm cơ bản đáp ứng tốt các yêu cầu đặt ra: Đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật nếu sử dụng làm bản mặt cửa hay dầm phụ; Dễ chế tạo, lắp đặt; Sẵn có trên thị trương, giá thành chấp nhận được.* Bố trí kết cấu:Dựa trên đặc điểm chịu lực của cừ cũng như đặc điểm chung về kết cấu cửa van, đề tài chọn giải pháp sử dụng cừ vừa làm dầm phụ vừa kết hợp làm bản mặt cửa. Các tấm cừ sẽ được ghép nối liên tục với nhau (theo đúng kiểu cấu tạo ghép nối cừ nguyên bản), hai đầu cừ được gối trực tiếp lên các dầm chính của cửa van và được định vị bởi các bản nẹp gắn chặt vào dầm chính.Với kết cấu như vậy, mỗi bản cừ được xem như là một dầm phụ (ngang hoặc đứng) và cũng đồng thời là các giải bản mặt cửa van. Kết cấu này hoàn toàn có thể áp dụng chung cho cả 3 loại cửa (Clape, phẳng, tự động kiểu cánh cửa). Về cấu tạo, việc bố trí bản cừ theo chiều ngang là hợp lý hơn. Tuy nhiên với mỗi loại, tuỳ thuộc vào khẩu độ cửa và tính thẩm mỹ công trình mà có thể bố trí các bản cừ theo chiều ngang hay đứng.Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho công trình thực tế Kết quả nghiên cứu đã được áp dụng thử nghiệm trong chế tạo cửa van Clape trục dưới công trình ngăn mặn Ninh Quới (Bạc Liêu). Các dầm chịu lực (dầm chính ngang, đáy, dầm phụ đứng) và các chi tiết động (trục cửa, gối đỡ trục,…) được chế tạo bằng thép phun kẽm và thép không gỉ. Toàn bộ bản mặt cửa van được chế tạo bằng vật liệu nhựa tổng hợp (cừ nhựa). Các bản cừ nhựa được ghép nối thành các mảnh (cửa nhỏ) rồi ghép nối vào cửa van bằng bu lông.Toàn bộ cửa được chế tạo hoàn chỉnh trong nhà máy sau đó mang ra hiện trường lắp đặt tại công trình, cửa van được thả vào khe đã lắp ghép với phần khe đáy được thi công chôn trước vào trụ pin và dầm đáy.Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật: Về kinh tế: Tính riêng về giá thành chế tạo, cửa van bằng thép và bằng nhựa tổng hợp hiện tại xấp xỉ nhau. Nhưng xét về tổng giá trị xây lắp đối với hạng mục cửa van sẽ giảm xuống còn khoảng 70% so với cửa van thép thể hiện qua việc hạ giá thành ở các hạng mục khác. Do tổng khối lượng cửa van giảm (còn khoảng 60-70%) dẫn đến giảm các chi phí và đầu tư đối với các nội dung sau: Quy mô (công suất) của thiết bị đóng mở cửa van giảm; Chi phí nâng hạ cũng như vận chuyển tới chân công trình trong quá trình thi công chế tạo cửa van giảm; Chi phí cho việc lắp đặt giảm; Chi phí sơn sửa và bảo dưỡng hàng năm hay định kỳ giảm (đặc biệt hiệu quả đối với các vùng chịu ảnh hưởng mạnh của ăn mòn kim loại). Về kỹ thuật:Vấn đề nan giải đối với các loại cửa van vùng chua mặn là bảo vệ chống sự ăn mòn của môi trường, rõ ràng giải pháp cửa van bằng nhựa tổng hợp là giải pháp hết sức hiệu quả cho vấn đề này. Bên cạnh đó, việc thi công chế tạo lắp đặt cũng rất dễ dàng và thuận lợi.Kết luận Vật liệu tổng hợp được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, xây dựng dân dụng và nhiều ngành kinh tế quốc dân, do những tính ưu việt của nó. Trong thuỷ lợi, vậ