Vải địa kỹ thuật – Lịch sử hình thành và phát triển của Vải địa

Vải địa kỹ thuật được sử dụng từ năm nào ?

Theo ghi nhận của một vài tài liệu của Viện khoa học và Kỹ thuật địa chất Việt NamVải địa kỹ thuật được sử dụng lần đầu tiên vào thập niên 50 của thế kỷ trước, nhưng mãi cho đến năm 1958 mới có ghi nhận rõ rệt hơn Vải địa kỹ thật được sử dụng ở Florida vào năm 1958. Vải địa kỹ thuật  sử dụng đầu tiên như một chức năng tách lọc các phần của đất đá dạng hạt, cho phép thoát nước và giữ lại đất, đá, cát bên trên nó, có tên gọi là vải lọc. Cũng ghi nhận ở châu Âu vào năm 1968 tại Pháp, vải địa kỹ thuật không dệtđầu tiên được sản xuất bởi công ty Rhone Pounlence bằng một tấm Polyester tương đối dày để xây dựng một cái đập bằng đất ở Pháp vào năm 1970.

vải địa kỹ thuật

Minh họa một công trình với các vật liệu trong đó có vải địa kỹ thuật

Vào năm 1950 RJ Barrett người Mỹ đã sử dụng vải địa kỹ thuật mà thời đó gọi là Vải lọc để che chắn xói mòn cho một bức tường bê tông đúc sẳn, dưới chân tường là những tảng đá lớn để gia cố, nhưng không may với lượng mưa lớn ở Florida các chân tường dễ bị xó mòn và gây sụp đổ các kết cấu được xây dựng trên nó. RJ Barrett đã nhận thấy rằng cần phải che chắn với Vải lọc, Vải lọc có chức năng phân cách và thoát nước hai chiều ngang và đứng, sự thấm nước của vải lọc này ngày càng được chú ý vì sự chống xói mòn của dòng chảy, tính thấm nước, giữ được đất.

RJ Barrett đã thảo luận với các đồng nghiệp của ông về sự cần thiết của đặc tính vải lọc như độ bền, hệ số thấm, độ giãn dài, cường độ chịu kéo, và thảo luận nghiêm túc về các tông màu cho vải tùy vào chức năng và tình huống sử dụng. Các tiêu chuẩn này được các cộng sự của ông bắt đầu đưa vào bộ tiêu chuẩn  ASTM (American Society for Testing and Materials) gọi là Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ  cho đến năm 2001 được đổi thành ASTM Quốc tế.

Ngày nay Vải địa kỹ thuật được phát triển với nhiều tầm mức khác nhau, đa dạng về chủng loại, phức tạp hơn về tính năng, phong phú về cách sử dụng, không những trong các công trình chống xói mòn cho các chân đập, đê kè, hạ tầng cầu đường, mà còn trong các công trình dân dụng trang trí cảnh quan. Dù đa dạng thế nào thì Vải địa kỹ thuật cơ bản vẫn có ba loại. Vải địa kỹ thuật dệtVải địa kỹ thuật không dệt và Vải địa kỹ thuật phức hợp.

Vải địa kỹ thuật

Một loại vải địa kỹ thuật không dệt sản xuất tại Việt Nam

Vải địa kỹ thuật du nhập vào Việt Nam từ năm nào ?

Sau cuộc cấm vận kinh tế của Mỹ vào năm 1995, Việt Nam được mở cửa đón nhận các nhà đầu tư từ nước ngoài vào Việt Nam, thời bây giờ hạ tầng Giao thông của Việt Nam đang còn sơ khai, sau chiến tranh, hạ tầng Việt Nam bị tàn phá nặng nề, cho đến những năm 1995 – 1998 Vải địa kỹ thuật bắt đầu du nhập vào Việt Nam qua con đường nhập khẩu chính ngạch. Lúc này chỉ có vải địa kỹ thuật nhập khẩu, chưa có sản xuất tại Việt Nam như một dạng vật liệu phục vụ cho việc xây dựng hạ tầng cầu đường và đê đập.

Vải địa kỹ thuật ban đầu nhập khẩu vào Việt Nam mạnh nhất từ những năm 2003 đến nay, tuy nhiên từ những năm 2005 Việt Nam đã sản xuất được trong nước Vải địa kỹ thuật không dệt bằng phương pháp xơ hóa xuyên kim. Những năm này các loại vải địa kỹ thuật gia cường thường là vải dệt có cường độ cao được nhập khẩu mạnh từ Thái Lan, Hàn Quốc và Trung Quốc. Các công trình trọng điểm Quốc Gia về hạ tầng giao thông trong thời điểm này từ năm 2008 đến 2012 bao gồm các đường Cao tốc Trung Lương chợ đệm, Long Thành Dầu Giây… sử dụng một khối lượng vải địa kỹ thuật dệt, vải địa kỹ thuật không dệt với một khối lượng khổng lồ.

Từ năm 2012  một vài công ty ở Việt Nam bắt đầu sản xuất được Vải địa kỹ thuật dệt, Vải địa kỹ thuật cường độ cao hầu hết bằng xơ và sợi nhập khẩu. Sản phẩm Vải địa được chế xuất bằng sản phẩm phụ của dầu mỏ. Hầu hết ở Việt Nam được sản xuất bằng vật liệu Polyester và Polypropylen.

Vải địa kỹ thuật ngày nay sử dụng ra sao ?

Ngày nay Vải địa kỹ thuật đã được nhiều Doanh nghiệp Việt Nam sản xuất với rất nhiều chủng loại kể cả Vải địa kỹ thuật dệtVải địa kỹ thuật không dệt. Riêng vải địa kỹ thuật phức hợp ở thị trường Việt Nam ít sử dụng đến do đòi hỏi thông số kỹ thuật kết hợp giữa hai loại vải dệt và không dệt nên sản xuất đòi hỏi công nghệ phức tạp và gia công khó, đa số ở Việt Nam loại vải này được nhập khẩu với giá thành khá đắt đỏ cho nên các công trình phức tạp thường tìm kiếm các phương án thay thế, do đó các Doanh nghiệp cũng không mặn mà gì để sản xuất loại vải này.

Vật liệu này là một dạng đặc biệt của một dự án hạ tầng như  một kênh mương thủy lợi, một dòng sông đang sạt lở nghiêm trọng, để chống xói mòn hiệu quả, các kỹ sư thường kết hợp vải địa kỹ thuật không dệt với Rọ Đá hoặc Thảm đá, Vải địa  không dệt ở trường hợp này chỉ ngăn xói mòn của dòng chảy, cho phép thoát nước ở mái Taluy hoặc độ dốc của bờ kè, Rọ đá hoặc Thảm đá mới là vật liệu chính để triệt tiêu năng lượng của dòng chảy. Vải địa kỹ thuật không dệt được lót một lớp dưới Thảm đá hoặc Rọ đá, có thể là Rồng đá ngăn rửa trôi nền đất, tạo độ ổn vững cho chân đập, bờ dốc taluy.

Vải địa kỹ thuật sử dụng cho đường cao tốc qua nền đất yếu, các kỹ sư kết hợp nhiều lớp khác nhau cùng với cường độ chịu kéo tùy vào độ yếu của nền đường. Thông thường các Cao tốc như Trung lương – Chợ đệm chạy qua các cánh đồng có nền đất vô cùng bất ổn, đó đó vải địa kỹ thuật cường độ cao được sử dụng lớp dưới cùng của nền đường, và cũng có thể sử dụng thêm cả Bấc thấm đứng đóng sâu xuống nền đất từ 30 – 40m để gia tải.

Vải địa kỹ thuật ngày nay không những sử dụng nhiều trong các công trình hạ tầng đường sá, mà còn trong các công trình dân sinh và xử lý môi trường. Đó là sự kết hợp giữa màng chống thấm HDPE và Vải địa không dệt. Khi xây dựng một bể chứa nước thải hoặc một hố chôn lấp rác, Công trình thường sử dụng màng chống thấm HDPE để ngăn nước thải thẩm thấu qua môi trường. Nếu công trình phải xây trên nền đất có nhiều đá sắc nhọn hoặc vùng đất bazan, công trình bắt buộc phải có lớp vải địa kỹ thuật không dệt lót ở phía dưới lớp màng chống thấm HDPE để bảo vệ, nếu không lâu ngày lớp HDPE sẽ bị thủng rách vì lực tác động lên nó là rất lớn.

Có bao nhiêu loại vải địa kỹ thuật ?

Như trình bày ở trên, về cơ bản vẫn có 3 nhóm Vải địa kỹ thuật dệt, không dệt và Phức hợp. Về cơ bản của ứng dụng vẫn có các tính năng là Gia cường nền đất yếu, Tiêu thoát nước, và ngăn cách các lớp vật liệu. Các chỉ tiêu của Vải địa rất phức tạp và rất nhiều thông số kỹ thuật trong phòng thí nghiệm cho đến thực tế. Về cơ bản có thể phân biệt các loại vải địa như sau:

Vải địa không dệt xuyên kim sợi ngắn 

Loại vải này sản xuất với công nghệ đơn giản hơn không phức tạp như loại vải dệt, sợi xơ hóa bằng Polypropylen hoặc Polyester được cracking từ dầu mỏ, một vài nhà máy ở Việt Nam nhập xơ sợi này về và sản xuất bằng phương pháp xuyên kim dùi để ép lại chúng thành một tấm vải có độ dày khác nhau tùy vào cường độ chịu kéo hoặc kháng thủng được tính bằng kN.

Loại vải này điểm qua một vài tên mà bạn sẽ bắt gặp như ART viết tắt của công ty Vải địa kỹ thuật Việt Nam Aritex. Được sản xuất bằng phương pháp xơ hóa xuyên kim với nhiều chủng loại khác nhau theo tên gọi của cường lực chịu kéo. Sản phẩm vải không dệt ART này bao gồm ART6 là thấp nhất đến ART30 là cao nhất trong sản xuất của họ, nếu yêu cầu cao hơn, bạn phải đặt hàng trước.

Vải địa kỹ thuật không dệt

Vải địa không dệt xuyên kim sợi dài liên tục

Hiện nay công nghệ này Việt Nam vẫn chưa sản xuất được, chỉ có hình thức xơ hóa sợi ngắn xuyên kim như trình bày ở trên, công nghệ thổi sợi dài liên tục hiện nay có công ty Polyfelt của Malaysia và hiện nay Việt Nam mình nhập khẩu qua một công ty độc quyền phân phối. Loại vải này có đặc tính thấm, và tiêu thoát theo phương ngang rất tốt do cấu trúc sợi dài liên tục sản xuất theo phương pháp xuyên kim dùi.

Vải địa kỹ thuật TS được sản xuất theo tên gọi từ TS20 đến TS80 với những cường lực chịu kéo từ 8 kN đến 28 kN. Thông thường thì cường độ chịu kéo của các loại vải này thấp hơn so với vải địa dệt bởi cấu trúc của nó là kết dính xơ sợi không theo một trật tự nào.

Vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật dệt cường độ thấp

Loại vải này được tính toán sản xuất theo mật độ của sợi dệt, với cường độ chịu kéo theo hai phương, ngang và dọc, các kỹ sư thiết kế làm sao để đáp ứng các chỉ tiêu của công trình hoặc sự lựa chọn của người dùng, mật độ sợi dệt và kích thước lổ thoát nước cũng được tính đến.

Vải địa kỹ thuật dệt được tính theo lực chịu kéo theo phương ngang hay dọc hoặc cả hai, còn tùy thuộc vào mật độ sợi dệt. Nếu là sợi dệt theo phương ngang là chiều rộng của khổ vải theo cuộn có lực chịu kéo là 50/100kN. Hoặc mật độ sợi dệt theo chiều dọc là cuộn vải có lực kéo là 100/50 kN hoặc cả hai chiều là 100/100 kN.

vải địa kỹ thuật PP25

Vải địa kỹ thuật dệt cường độ cao

Vải địa kỹ thuật dệt cường lực cao là một loại vải được sản xuất từ sợi Polyester một sản phẩm phụ từ dầu mỏ, có cường độ chịu kéo cao và độ biến dạng thấp. Hiện nay vải địa cường độ cao đã sản xuất tại Việt Nam và có giá thành tương đối rẻ so với nhập khẩu. Vì được cấu tạo dệt với mật độ khác nhau tùy theo lực kéo vải này chịu được trong môi trường Axit với độ PH thấp, tuổi thọ cao.

Vải địa kỹ thuật cường độ cao

Vải địa kỹ thuật cường độ cao

Vải địa kỹ thuật gia cường GM200 được minh họa hình trên, có cường độ chịu kéo đều hai phương ngang và dọc là 200kN. Mật độ sợi dệt của loại vải này là ngang bằng nhau do đó vải này được sử dụng trên nền đất yếu có gia tải lớn. Theo một thí nghiệm của kênh National Graphic họ dùng 07 lớp vải 200kN này kết dính lại bằng keo dùng cho áo giáp trong quân đội. Thử nghiệm được tiến hành là mặc áo giáp này vào cho một hình nộm ma nơ canh và dùng dúng AR15 đứng cách xa 100m bắn trực tiếp vào, kết quả thu được là viên đạn không thể xuyên thủng qua 07 lớp, một kết cấu thật vững chắc.

LỜI KẾT

Vải địa kỹ thuật ra đời cách nay gần 100 năm trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng, cho đến nay một ngành mới là Địa kỹ thuật – Môi trường, một chuyên khoa của các trường Đại học chuyên nghành địa chất đang phát triển mạnh mẽ. Các quy chuẩn và thông số kỹ thuật của nó tùy theo từng Quốc gia, tuy thế quy chẩn ASTM quốc tế vẫn được sử dụng nhiều nhất.

Bài viết thể hiện quan điểm cá nhân am hiểu qua lĩnh vực nhờ kinh doanh trong ngành, do đó các dữ kiện của bài viết có thể không chính xác về thời gian, nhưng các tính năng của vải địa kỹ thuật mong có thể giúp được các bạn trong tìm hiểu Vải địa kỹ thuật để ứng dụng vào thực tiển hoặc tham khảo thiết kế các công trình thi công hạ tầng. Nếu có thắc mắc hoặc phản biện xin các bạn để lại comment bên dưới, chúng tôi sẽ trả lời hoặc thảo luận cùng bạn cho các vấn đề và giải pháp địa kỹ thuật. Xin cám ơn.

Leave a Reply