Trong lĩnh vực địa kỹ thuật môi trường, màng chống thấm HDPE (High-Density Polyethylene) đóng vai trò then chốt trong các công trình như bãi chôn lấp rác thải, hồ xử lý nước thải, hồ chứa chất thải nguy hại, hay các dự án nuôi trồng thủy sản quy mô lớn. Khả năng ngăn chặn thẩm thấu hiệu quả của màng HDPE trực tiếp quyết định đến sự an toàn môi trường và tính bền vững của công trình. Tuy nhiên, hiệu quả đó chỉ được đảm bảo khi các đường hàn kết nối các tấm màng đạt chất lượng tối ưu. Để kiểm chứng điều này, Màng HDPE Yêu Cầu Thí Nghiệm áp Lực Khí đường Hàn Kép là một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy được áp dụng rộng rãi và có ý nghĩa quan trọng bậc nhất.
Bài viết này, dựa trên Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 11322:2018 do Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam biên soạn, sẽ đi sâu vào các yêu cầu kỹ thuật, quy trình và phương pháp kiểm định chất lượng đường hàn màng HDPE, đặc biệt nhấn mạnh tầm quan trọng của thí nghiệm áp lực khí đường hàn kép. Là một chuyên gia trong lĩnh vực địa kỹ thuật môi trường và máy hàn nhựa, chúng tôi mong muốn cung cấp cái nhìn toàn diện để độc giả có thể nắm vững các chuẩn mực cần thiết, từ đó đảm bảo các dự án sử dụng màng HDPE đạt được hiệu suất chống thấm cao nhất.
1. Tổng quan về Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 11322:2018 và Chất lượng Đường hàn HDPE
Tiêu chuẩn TCVN 11322:2018 quy định các yêu cầu về thiết kế, thi công và nghiệm thu màng chống thấm HDPE dùng cho các công trình thủy lợi bằng đất (đập, kênh, ao, hồ) và các công trình ngăn chặn thẩm thấu chất ô nhiễm. Tiêu chuẩn này là kim chỉ nam đảm bảo tính năng chống thấm và bảo vệ môi trường của màng HDPE.
Chất lượng đường hàn màng HDPE được đánh giá dựa trên hai yếu tố chính:
- Độ kín: Đảm bảo không có kẽ hở hoặc lỗ thủng cho phép chất lỏng hoặc khí đi qua. Độ kín thường được kiểm tra bằng các phương pháp không phá hủy trực tiếp tại công trường.
- Độ bền: Khả năng chịu lực kéo, bóc mà không bị phá vỡ. Độ bền được kiểm tra bằng các phương pháp phá hủy tại phòng thí nghiệm hợp chuẩn.
Việc tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn này không chỉ là yêu cầu pháp lý mà còn là nền tảng cho sự thành công và an toàn của mọi dự án sử dụng màng HDPE trong địa kỹ thuật môi trường.
2. Thiết bị Thi Công và Kiểm tra Chất lượng Màng HDPE tại Hiện Trường
Để đạt được chất lượng đường hàn cao và kiểm soát chặt chẽ quá trình thi công, việc lựa chọn và sử dụng đúng loại máy móc, thiết bị là cực kỳ quan trọng.
2.1. Máy móc thiết yếu cho quá trình hàn và kiểm định màng HDPE
Các thiết bị sau đây là không thể thiếu trong quy trình hàn và kiểm tra chất lượng màng chống thấm HDPE:
- Máy hàn cầm tay: Ví dụ như máy hàn Triac ST, dùng để hàn các chi tiết nhỏ, góc cạnh hoặc sửa chữa các mối hàn cục bộ.
- Máy hàn tự động: Các dòng máy tiên tiến như Comet, Twinny T, Geo Star G5, Twinny S (thường của Leister) là lựa chọn hàng đầu cho việc hàn các đường hàn dài trên diện rộng, đảm bảo tốc độ và độ đồng đều.
- Thiết bị kiểm tra chất lượng mối hàn: Bao gồm Kim hơi Leister (dùng cho thí nghiệm áp lực khí), Máy kiểm tra chân không Vacuum – Leister (Vacuum Box/Vacuum Bell), và Máy xé màng HDPE Examo (dùng để kiểm tra độ bền tại hiện trường).
Máy hàn tự động Leister Geostar G5 và máy hàn đùn Weldplast S2
2.2. Thiết bị thí nghiệm chuyên dụng tại công trường
Ngoài các máy hàn, việc trang bị đầy đủ thiết bị thí nghiệm tại hiện trường giúp giám sát và điều chỉnh kịp thời chất lượng thi công:
- Máy Xé màng HDPE Examo xách tay: Được dùng để kiểm tra độ bền mối hàn thử, giúp lựa chọn các thông số kỹ thuật tối ưu cho máy hàn (nhiệt độ hàn, áp lực nén và tốc độ hàn) phù hợp với từng ca làm việc. Máy cần có lực kéo tối thiểu 1200 N và hành trình ngàm kẹp di động ≥ 50cm.
- Thiết Bị Thí Nghiệm Chân Không, Thiết Bị Thí Nghiệm Áp Lá»±c Khí, Thiết Bị Thí Nghiệm Tia Lá»a Äiện: Các thiết bị này phải được kiểm tra và hiệu chuẩn định kỳ để đảm bảo độ chính xác trong quá trình nghiệm thu tại công trường.
- Bàn Cắt Mẫu Coupon Cutter 500: Dùng để chế tạo các mẫu thử có kích thước chuẩn (15/20/25 x 150mm) cho việc kiểm tra độ bền mối hàn.
Bàn cắt mẫu Coupon Cutter 500 và máy xé mẫu Examo
3. Quy trình Hàn thử Màng HDPE: Nền tảng Chất lượng Đường hàn
Hàn thử là bước cực kỳ quan trọng trước khi tiến hành hàn chính thức, giúp xác định các thông số máy hàn phù hợp với điều kiện thực tế của vật liệu và môi trường.
3.1. Đối với máy hàn kép (Comet, Geo Star G5, Twinny T5…)
- Chuẩn bị mẫu: Tại công trường, cắt 2 tấm màng HDPE dài 5m, rộng 0,3m.
- Chọn thông số hàn: Lựa chọn các thông số ban đầu cho máy hàn gồm nhiệt độ, tốc độ và áp lực nén.
- Hàn thử: Khởi động máy, đợi máy ổn định rồi tiến hành hàn hai tấm màng đã chuẩn bị.
- Chế tạo mẫu thử: Sau khi mẫu hàn nguội, loại bỏ hai đầu mẫu. Dùng Bàn cắt Mẫu Coupon Cutter 500 để chế tạo 10 mẫu thử, mỗi mẫu có kích thước 0,025m x 0,15m. Trong đó, 5 mẫu dùng để thử độ bền kháng kéo và 5 mẫu để thử độ bền kháng bóc.
- Kiểm tra tại hiện trường: Sử dụng máy kéo xách tay (Examo) để kiểm tra 10 mẫu này ngay tại công trường.
- Đánh giá: So sánh giá trị trung bình của mỗi dạng thử với Bảng 2. Nếu độ bền kháng kéo và kháng bóc bằng hoặc lớn hơn giá trị quy định, mối hàn đạt yêu cầu. Các thông số đã chọn sẽ được sử dụng cho ca hàn chính thức. Nếu không đạt, cần điều chỉnh lại các thông số và hàn thử lại.
Thí nghiệm kéo xé mẫu hàn thử tại hiện trường
3.2. Đối với máy hàn đùn (Fusion 3, Weldplast S2…)
Quy trình tương tự như máy hàn kép, nhưng chiều dài đường hàn thử là 1m.
3.3. Tần suất hàn thử
Hàn thử ít nhất 1 lần trong ngày vào lúc bắt đầu làm việc, và khi nhiệt độ môi trường thay đổi quá 10°C so với lần hàn thử trước đó. Điều này đảm bảo các thông số hàn luôn được điều chỉnh phù hợp với điều kiện thời tiết thay đổi, đặc biệt quan trọng tại các công trình địa kỹ thuật môi trường ngoài trời.
Bảng 2 – Độ bền của mối hàn
| Độ bền kháng kéo | Độ bền kháng kéo | Độ bền kháng bóc | Độ bền kháng bóc | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Tên | Độ dày | Hàn Đùn | Hàn kép | Hàn Đùn | Hàn kép |
| mm | kN/m | kN/m | kN/m | kN/m | |
| Màng HDPE | 1.0 | 14,1 | 14,1 | 9.1 | 11.4 |
| Màng HDPE | 1.5 | 21,2 | 21,2 | 13.7 | 17.2 |
| Màng HDPE | 2.0 | 28,4 | 28,4 | 18.2 | 22.8 |
| Màng HDPE | 1.0 | 9,8 | 9,8 | 8,4 | 8,4 |
| Màng HDPE | 1.5 | 14,7 | 14,7 | 12,6 | 12,6 |
| Màng HDPE | 2.0 | 19,6 | 19,6 | 16,8 | 16,8 |
Lưu ý: Dữ liệu trong bảng này được trình bày dưới dạng tham khảo và có thể cần được kiểm tra lại với phiên bản tiêu chuẩn cập nhật nhất.
4. Nghiệm thu Lắp đặt Màng Chống thấm HDPE: Kiểm tra Không Phá Hủy
Các phương pháp kiểm tra không phá hủy là bước nghiệm thu quan trọng tại hiện trường, giúp đánh giá độ kín của đường hàn mà không làm hỏng cấu trúc màng.
4.1. Màng HDPE Yêu Cầu Thí Nghiệm Áp Lực Khí Đường Hàn Kép: Chi tiết Quy trình
Đây là phương pháp kiểm tra độ kín đặc biệt hiệu quả cho đường hàn kép, loại đường hàn phổ biến trong các dự án màng HDPE quy mô lớn như bãi chôn lấp và hồ xử lý nước thải. Đường hàn kép tạo ra một kênh khí nhỏ nằm giữa hai đường hàn riêng biệt.
- Thiết bị kiểm tra bao gồm:
- Bình khí nén hoặc Bơm thủ công được trang bị đồng hồ đo áp suất và có khả năng tạo, duy trì áp suất lớn hơn 275 kPa.
- Ống dẫn khí chịu áp lực bằng cao su.
- Kim Hơi Testing Neddle Leister 6 bar, được thiết kế đặc biệt để cắm vào kênh khí.
- Đồng hồ bấm giây (thì kế) để đo thời gian duy trì áp lực.
Thiết bị kiểm tra mối hàn bằng khí nén (Kim hơi Leister)
- Quy trình thử:
- Hàn kín hai đầu kênh khí: Sử dụng máy hàn đùn Leister để hàn kín hai đầu của đoạn đường hàn kép cần kiểm tra.
- Bơm khí: Cắm kim hơi vào kênh khí. Mở van thông khí từ bình nén hoặc bơm cho đến khi áp lực đạt trị số theo quy định trong Bảng A.1.
- Khóa van và bấm giờ: Khóa van cấp khí đồng thời bấm đồng hồ đo thời gian.
- Quan sát: Quan sát đồng hồ đo áp lực trong kênh khí không ít hơn 5 phút.
- Ghi kết quả: Ghi lại các thông số và diễn biến áp lực.
Quy trình thí nghiệm áp lực khí đường hàn kép màng HDPE
- Đánh giá kết quả:
Sau 5 phút, nếu áp lực trong kênh khí không giảm hoặc chỉ giảm trong giới hạn cho phép ghi trong Bảng A.1, thì đường hàn đạt yêu cầu về độ kín. Đây là minh chứng quan trọng cho sự toàn vẹn của đường hàn, đảm bảo không có rò rỉ tiềm ẩn có thể gây ảnh hưởng đến môi trường.
Bảng A.1 – Giới hạn áp lực trong kênh khí
| Độ dày màng HDPE (mm) | Áp lực tối thiểu (kPa) | Áp lực tối đa (kPa) | Giới hạn giảm áp (kPa) |
|---|---|---|---|
| 0.75 | 165,4 | 206,7 | 20,7 |
| 1 | 165,4 | 206,7 | 20,7 |
| 1.5 | 186,0 | 206,7 | 20,7 |
| 2 | 186,0 | 206,7 | 20,7 |
| 2.5 | 206,7 | 220,5 | 20,7 |
4.2. Phương pháp Thí nghiệm Chân không (Vacuum Test)
Thí nghiệm chân không là phương pháp đa năng, áp dụng cho tất cả các loại đường hàn (đặc biệt hiệu quả cho đường hàn đùn) và kiểm tra các khuyết tật bề mặt màng chống thấm.
- Thiết bị thử:
- Thiết bị Hút chân không Vacuum Box hoặc Vacuum Bell – Leister, có đồng hồ đo áp suất, van thoát khí và viền cao su xốp (neoprene) để tạo độ kín.
- Đồng hồ chân không có thang đo từ 5 kPa đến 70 kPa.
- Bơm Hút chân không (Vacuum Pump) có ống mềm chịu áp lực nén.
- Dung dịch xà phòng và chổi quét.
Thiết bị hút chân không Vacuum Box Leister kiểm tra đường hàn
- Quy trình thử:
- Làm ướt bề mặt: Quét ướt đều dung dịch xà phòng lên diện tích màng hoặc đường hàn cần kiểm tra.
- Úp hộp chân không: Úp hộp chân không lên khu vực đã quét xà phòng.
- Hút chân không: Hút chân không từ 28 kPa đến 55 kPa tùy thuộc vào độ dày màng HDPE.
- Quan sát: Quan sát toàn bộ diện tích thử không ít hơn 10 giây.
- Đánh giá kết quả:
Đường hàn đạt yêu cầu nếu không xuất hiện bong bóng xà phòng. Bong bóng xà phòng xuất hiện tại điểm có lỗ thủng hoặc đường hàn hở, báo hiệu cần đánh dấu khu vực để sửa chữa.
4.3. Phương pháp Thí nghiệm Tia lửa điện (Spark Test)
Phương pháp này dùng để kiểm tra chất lượng của tất cả các dạng đường hàn, miếng vá, vùng phủ, và phát hiện các khiếm khuyết trong quá trình chế tạo trên toàn bộ bề mặt màng chống thấm.
- Thiết bị thí nghiệm:
- Máy khuếch đại điện áp lên tới 35 kV.
- Đầu dò (bàn chải rà) có cán làm bằng vật liệu cách điện áp cao, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
- Bản âm cực di động nối với cực âm của máy.
- Bộ bảo hộ an toàn cho thí nghiệm viên: quần áo, giày, kính, găng tay.
- Quy trình vận hành:
- Thiết lập điện áp: Khuếch đại điện áp lên từ 15000 V đến 35000 V (tùy theo chiều dày màng chống thấm).
- Kiểm tra: Cầm cán của đầu rà, rà trên bề mặt mối hàn hoặc trên bề mặt màng chống thấm.
Sơ đồ phương pháp thí nghiệm tia lửa điện
- Đánh giá kết quả:
Nếu mối hàn hở hoặc có lỗ thủng trên bề mặt màng chống thấm, từ đầu rà sẽ xuất hiện tia lửa điện kèm theo tiếng đánh lửa lách tách. Cần dùng bút sơn trắng đánh dấu để sửa chữa.
5. Kiểm tra Chất lượng Đường hàn bằng Phương pháp Phá hủy (trong phòng thí nghiệm)
Độ bền cơ học của đường hàn, biểu hiện qua khả năng kháng bóc và kháng kéo, được kiểm tra bằng phương pháp phá hủy tại các phòng thí nghiệm hợp chuẩn. Đây là bước kiểm định chuyên sâu, cung cấp dữ liệu định lượng về khả năng chịu lực của mối hàn.
5.1. Tần suất lấy mẫu và kích thước mẫu thí nghiệm
- Tần suất lấy mẫu: Tối thiểu là 150m dài đường hàn cho 1 lần lấy mẫu (theo GRI Test method GM14). Giám sát viên có quyền tăng hoặc giảm tần suất dựa trên kết quả thí nghiệm trước đó.
- Kích thước mẫu thí nghiệm: Mẫu hình chữ nhật, kích thước rộng x dài = 0,3m x 0,1m, có đường hàn chạy dọc đường trung tâm. Mẫu được chia thành ba phần:
- Phần cho phòng thí nghiệm: Rộng x Dài = 0,3 m x 0,45 m.
- Phần cho người lắp đặt: Rộng x Dài = 0,3 m x 0,3 m.
- Phần cho chủ đầu tư để lưu trữ: Rộng x Dài = 0,3 m x 0,3 m.
5.2. Vị trí lấy mẫu
Vị trí lấy mẫu cần thỏa mãn một trong các điều kiện sau: ngẫu nhiên, tại những vị trí nghi ngờ có khuyết tật, hoặc theo yêu cầu của giám sát viên chịu trách nhiệm bảo đảm chất lượng lắp đặt. Giám sát viên sẽ ký và đánh số mẫu, ghi rõ vị trí và thời gian lấy mẫu. Các vị trí cắt mẫu sau đó phải được hàn vá ngay lập tức bằng máy hàn đùn Leister và kiểm tra lại bằng phương pháp chân không (Vacuum Box).
5.3. Quy trình thí nghiệm
- Chế tạo mẫu thử: Từ mẫu lớn (0,305m x 0,458m) lấy từ hiện trường, chế tạo thành 10 mẫu nhỏ hình chữ nhật, kích thước 0,025m x 0,15m. Trong đó, 5 mẫu dùng cho thí nghiệm độ bền kháng kéo (1a, 2a, 3a, 4a, 5a) và 5 mẫu dùng cho thí nghiệm độ bền kháng bóc (1b, 2b, 3b, 4b, 5b).
- Bảo dưỡng mẫu: Các mẫu cần được bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn: Nhiệt độ 23 ± 2°C, độ ẩm 50% ÷ 70%, thời gian 40 giờ.
- Thiết bị thí nghiệm: Máy Xé Mối hàn Examo Leister, bộ cảm biến lực (0 kN đến 100 kN), bộ ngàm kẹp mẫu.
- Trình tự thí nghiệm:
- Thí nghiệm kháng kéo: Lắp mẫu như hình a (theo TCVN 11322:2018).
- Thí nghiệm kháng bóc: Lắp mẫu như hình b (theo TCVN 11322:2018).
- Chọn tốc độ kéo 0,050m/min.
- Cho máy chạy đến khi mẫu đứt hoàn toàn, đọc và ghi kết quả. Lặp lại quy trình cho hết số lượng mẫu thử.
5.4. Tính toán kết quả
- Độ bền kháng kéo (TK): Là giá trị trung bình cộng của 5 mẫu thử kháng kéo.
TK = (Tk1 + Tk2 + Tk3 + Tk4 + Tk5) / 5
Trong đó, TK là độ bền kháng kéo của mối hàn (kN/m), và Tk1-Tk5 là độ bền kháng kéo của từng mẫu thử. - Độ bền kháng bóc (TB): Là giá trị trung bình cộng của 5 mẫu thử kháng bóc.
TB = (Tb1 + Tb2 + Tb3 + Tb4 + Tb5) / 5
Trong đó, TB là độ bền kháng bóc của mối hàn (kN/m), và Tb1-Tb5 là độ bền kháng bóc của từng mẫu thử. - Kết quả thí nghiệm và biểu đồ kéo cần được in ra, đặc biệt đối với các thiết bị điều khiển tự động kết nối với máy tính.
5.5. Đánh giá kết quả
Đường hàn được đánh giá là đạt độ bền cơ học khi kết quả thí nghiệm độ bền kháng kéo và độ bền kháng bóc bằng hoặc lớn hơn các giá trị tương ứng ghi ở Bảng B.1.
Bảng B.1 – Bảng tiêu chuẩn độ bền mối hàn
| Độ dày màng chống thấm HDPE | Độ bền Kháng Bóc (kN/m) | Độ bền Kháng Bóc (kN/m) |
|---|---|---|
| Hàn Đùn | Hàn Kép | |
| Dày 0,75mm | 6,1 | 8,6 |
| Dày 1 mm | 9,1 | 11,4 |
| Dày 1,5 mm | 13,7 | 17,2 |
| Dày 2.0 mm | 18,2 | 22,8 |
| Dày 2.5 mm | 22,7 | 28,4 |
Lưu ý: Các vị trí cắt mẫu thí nghiệm phải được xử lý bằng cách hàn vá lại, sử dụng máy hàn đùn Leister (Weldplast S2, Fusion 3) và kiểm tra lại bằng phương pháp chân không (Vacuum Box) để đảm bảo không còn khuyết tật.
Máy hàn đùn Leister Weldplast S2 và Fusion 3
5.6. Lưu mẫu
Mẫu lưu hình chữ nhật có kích thước nhỏ nhất: chiều rộng x chiều dài = 0,305 m x 0,306 m. Mẫu cần được lưu trữ trong điều kiện tiêu chuẩn theo TCVN 8222:2009 với thời gian tối thiểu là 28 ngày.
Kết luận
Việc đảm bảo chất lượng đường hàn màng HDPE là yếu tố sống còn cho bất kỳ công trình địa kỹ thuật môi trường nào. Từ các quy trình hàn thử cẩn trọng đến các phương pháp kiểm tra không phá hủy như màng HDPE yêu cầu thí nghiệm áp lực khí đường hàn kép, thí nghiệm chân không, tia lửa điện, và cuối cùng là kiểm tra phá hủy trong phòng thí nghiệm, tất cả đều tạo thành một hệ thống chặt chẽ để xác nhận độ kín và độ bền của mối hàn.
Với vai trò là chuyên gia trong lĩnh vực máy hàn nhựa và địa kỹ thuật môi trường, chúng tôi tin rằng việc nắm vững và áp dụng các tiêu chuẩn này không chỉ giúp tuân thủ quy định mà còn nâng cao đáng kể tuổi thọ và hiệu quả bảo vệ môi trường của các công trình. Website “Bạt lót ao hồ” tự hào là nguồn thông tin hàng đầu, cung cấp kiến thức chuyên sâu và giải pháp toàn diện về màng chống thấm HDPE, máy hàn Leister và các thiết bị kiểm tra chất lượng. Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn chi tiết về các sản phẩm và dịch vụ, đảm bảo dự án của bạn đạt được tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.
Tài liệu tham khảo
- TCCS 01 – 2007 – VKHTL: Hướng dẫn thiết kế thi công vải chống thấm trong công trình thủy lợi.
- ASTM-D 6392-99: Standard Test Methods For Determining The Integrity Of NonReinforced Geomembrane Seams Produced Using Thermo – Fusion Methods: “Phương pháp thí nghiệm xác định chất lượng đường hàn nhiệt đối với màng địa kỹ thuật không dùng cho gia cố”.
- ASTM-D1004: Standard Test Methods For tear resistance of plastic film and sheeting: “Phương pháp thí nghiệm xác định độ bền kháng xé”.
- ASTM-D638: Standard Test Methods For properties of plastics: “Phương pháp thí nghiệm xác định tính chất của nhựa”.
- ASTM-D 5641-94: Standard Practice For Geomembrane Seam Evaluation By Vacuum Chamber: “Tiêu chuẩn thí nghiệm hút chân không áp dụng cho đường hàn của màng chống thấm”.
- GRI Standard GW113: Test Properties, Testing Frequency and recommended Warranty for High Density Polyethylene (HDPE) Smooth and Textured Geomembranes: “ Phương pháp thử các tính chất, tần suất thí nghiệm và yêu cầu bảo hành đối với màng chống thấm HDPE nhẵn và nhám”.
- GRI Standard GM14: Selecting Variable Intervals for Taking Geomembrane Destructive Seam Samples Using the Method of Attributes Smooth and Textured Geomembranes: “ Chọn tần suất lấy mẫu đường hàn cho thí nghiệm phá hủy đối với màng chống thấm nhẵn và nhám”.
- ASTM D4437 – 08: Standard Practice for Non-destructive Testing (NDT) for Determining the Integrity of Seams Used in Joining Flexible Polymeric Sheet Geomembranes: “Phương pháp thí nghiệm không phá hủy xác định chất lượng đường hàn khi nối màng chống thấm”.