›
›

Bài giảng Công nghệ xây dựng công trình bê tông nâng cao - Dương Đức Tiến

pdf 191 trang hapham 1280
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công nghệ xây dựng công trình bê tông nâng cao - Dương Đức Tiến", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_cong_nghe_xay_dung_cong_trinh_be_tong_nang_cao_duo.pdf

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ xây dựng công trình bê tông nâng cao - Dương Đức Tiến

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Khoa: Công Trình Bộ môn: Công nghệ và QLXD BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG NÂNG CAO Biên soạn: GS.TS Vũ Thanh Te TS. Dương Đức Tiến Năm 2013 1
  2. Mục lục Phần thứ 1: CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 6 Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 6 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI 6 1.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬP RCC TẠI VIỆT NAM 9 Chương 2: VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI 14 2.1. VẬT LIỆU TẠO THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 14 2.2. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 27 Chương 3: TR N BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 43 3.1. MÁY TRỘN RƠI TỰ DO VÀ CƯỠNG BỨC 43 3.2. MÁY TRỘN LIÊN TỤC VÀ MÁY TRỘN GÁO 45 Chương : VẬN CHU ỂN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 45 4.1. XE BEN TỰ ĐỔ 45 4.2. BĂNG CHUYỀN 47 4.3. ỐNG CHẢY CHÂN KHÔNG NGHIÊNG 48 Chương 5: CÔNG TÁC MẶT ĐẬP 54 5.1. SAN BÊ TÔNG 54 5.2. ĐẦM LĂN 55 5.3. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG HIỆU QUẢ ĐẦM RUNG 57 5.4. PHƯƠNG THỨC LÊN CAO THÂN ĐẬP 61 5.5. XÁC ĐỊNH NĂNG LỰC ĐỔ BÊ TÔNG TỐI ƯU 65 5.6. XỬ LÝ MẶT TẦNG 70 5.7. TẠO KHE CO GIÃN NGANG 72 5.8. CHÔN THIẾT BỊ QUAN TRẮC 74 5.9. THI CÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU ĐẶC BIỆT 77 Chương 6: VÁN KHUÔN 81 6.1. CÁC LOẠI VÁN KHUÔN 81 6.2. ÁP LỰC NGANG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TÁC DỤNG LÊN VÁN KHUÔN 85 6.3. CƯỜNG ĐỘ NEO GIỮ CỦA THÉP NEO 87 Chương 7: THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 88 7.1. CÁC LOẠI KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 88 7.2. THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 89 Chương 8: QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 95 8.1. KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG NGUYÊN VẬT LIỆU 95 8.2. KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BÊ TÔNG 96 8.3. KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG MẶT KHOẢNH ĐỔ 98 8.4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ NGHIỆM THU 109 Chương 9: DÙNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐỂ S CH ĐẬP 111 9.1. GIA CỐ ĐẬP ĐẤT ĐÁ 111 9.2. CẢI THIỆN ĐIỀU KIỆN THUỶ LỰC ĐẬP ĐẤT ĐÁ 112 9.3. THAY THẾ ĐẬP CŨ 115 9.4. GIA CỐ ĐẬP BÊ TÔNG VÀ ĐẬP ĐÁ 116 9.5. ĐẶC ĐIỂM DÙNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐỂ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH 118 Phần thứ 2: THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ VÀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG 119 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ VÀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG 119 2
  3. 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ CÁC HÌNH THỨC MẶT CẮT NGANG CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐÁ ĐỔ 119 1.2 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI NỀN ĐẬP ĐÁ ĐỔ 120 1.3 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP ĐÁ ĐỔ 120 1.4 ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG 121 1.5 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG 125 1.5.1 Công tác xử lý nền đập 125 1.5.2 Công nghệ thi công bê tông bản chân đập 126 1.5.3 Công nghệ thi công đắp đập 127 1.5.4 Công nghệ thi công bản mặt bê tông 131 1.6 CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN ĐÁ LÊN BỀ MẶT ĐẬP 135 1.7 CÔNG TÁC RẢI SAN ĐẦM 135 1.7.1 Trường hợp đá đầm nén 135 1.7.2 Trường hợp đá đổ không dùng đầm 135 1.8 CƯỜNG ĐỘ THI CÔNG VÀ TRÌNH TỰ ĐẮP ĐẬP 136 1.8.1 Cường độ thi công 136 1.8.2 Trình tự đắp đập 136 1.9 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CÁC KHỐI ĐẮP VÀ LỚP LỌC NGƯỢC 136 Chương 2: VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP ĐÁ ĐỔ VÀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG 137 1.1 CẤU TẠO MẶT CẮT VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI VẬT LIỆU ĐẮP CFRD 137 1.1.1 Vật liệu đắp vùng đệm IIA 138 1.1.2 Vật liệu đắp vùng đệm đặc biệt IIB 139 1.1.3 Vật liệu đắp vùng chuyển tiếp IIIA 139 1.1.4 Vật liệu đắp vùng đá chính IIIB 140 1.1.5 Vật liệu đắp vùng đá hạ lưu IIIC. 141 1.1.6 Vật liệu đắp vùng IA, IB, IIID, IIIE, IIIF và các vùng khác của đập Cửa Đạt 142 1.2 TRỮ LƯỢNG MỎ ĐÁ 144 1.2.1 Thể tích đá tơi sau nổ mìn 144 1.2.2 Tổn thất đá từ mỏ lên đập 144 1.2.3 Cách tính đổi thể tích đá nguyên khai ra thể tích đá đắp đập 144 PHẦN THỨ 3: NỔ MÌN TRONG XÂY DỰNG 147 CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ LÝ THUYẾT NỔ 147 1. SÓNG NỔ 147 2. SÓNG NỔ XUNG KÍCH THEO QUAN ĐIỂM THỦY KHÍ ĐỘNG HỌC 147 3. 1.3. SỰ HÌNH THÀNH SÓNG NỔ ĐỊA CHẤN THEO QUAN ĐIỂM CỦA LÝ THUYẾT ĐÀN HỒI 149 4. PHÂN LOẠI SÓNG 150 4.1. Sóng ngang: 150 4.2. Sóng dọc: 150 4.3. Sóng mặt rơle: 150 5. VẬN TỐC LAN TRUYỀN SÓNG 151 6. CHU KỲ VÀ TẦN SỐ 151 6.1. Vùng gần tâm nổ 152 6.2. Vùng trung gian 153 6.3. Vùng xa tâm nổ 153 6.4. Vùng tĩnh 153 7. ÁP LỰC SÓNG XUNG KÍCH TẠI MỘT ĐIỂM TRONG KHÔNG GIAN 154 7.1. Nổ trên không 154 3
  4. 7.2. Nổ trên mặt đất: 156 8. ÁP LỰC VÀ VẬN TỐC HẠT MÔI TRƯỜNG KHI NỔ TRONG ĐẤT ĐÁ 156 8.1. Vùng gần tâm nổ 157 8.2. Vùng trung gian: 157 8.3. Vùng xa tâm nổ 159 9. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG NỔ KHI NỔ MÌN DƯỚI NƯỚC 159 9.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình đập vỡ đất đá dưới nước 159 9.1.1. ảnh hưởng của môi trường nước 159 9.1.2. ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh. 159 9.2. Ảnh hưởng của sóng nổ đến môi trường khi nổ mìn dưới nước 160 9.2.1. Sóng đập thủy lực 160 9.2.2. Sóng chấn động 160 9.3. Trường hợp áp lực khi nổ dưới nước trong môi trường vô hạn 161 CHƯƠNG 2: TÁC DỤNG CỦA MẶT THOÁNG ĐỐI VỚI HIỆU QUẢ NỔ MÌN 163 1. NGUYÊN LÝ VỀ TÁC DỤNG CỦA MẶT THOÁNG ĐỐI VỚI NỔ PHÁ 163 2. TÁC ĐỘNG CỦA MẶT THOÁNG VỚI CƠ CẤU PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN 164 2.1. Tác dụng của mặt thoáng tới cơ cấu phá dỡ đất đá đồng chất bằng nổ mìn 164 2.1.1. Giai đoạn 1 166 2.1.2. Giai đoạn 2 166 2.1.3. Giai đoạn 3 166 2.1.4. Giai đoạn 4 167 2.2. Tác động của mặt thoáng tới cơ cấu phá vỡ đất đá nứt nẻ bằng nổ mìn 169 CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP NGĂN NGỪA ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG NỔ 172 1. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG NỔ 172 1.1. Đặc điểm của phương pháp 172 1.2. Các sơ đồ nổ vi sai 174 1.2.1. Nổ vi sai trong một hàng mìn 174 1.2.2. Nổ vi sai nhiều hàng mìn 175 1.3. Ưu điểm của phương pháp nổ mìn vi sai: 176 2. PHƯƠNG PHÁP TẠO MÀNG NGĂN SÓNG ĐỊA CHẤN 176 2.1. Phương pháp dùng hào để làm giảm địa chấn 177 2.2. Phương pháp dùng lớp đá nát vụn để làm giảm địa chấn 178 2.3. Phương pháp tạo ra khe nứt hoàn chỉnh để màng ngăn địa chấn (Phương pháp nổ mìn tạo viền) 182 CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ KHOAN NỔ TẠO VIỀN 184 1. GIỚI THIỆU CHUNG 184 2. PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN VIỀN 184 2.1. Đặc điểm chung: 184 2.2. Phân loại các phương pháp nổ mìn viền: 185 3. NỔ MÌN VIENF VỚI PHƯƠNG ÁN TẠO HÀO TRƯỚC 185 3.1. Nguyên lý chung của phương án 185 3.2. Yêu cầu của phương án: 185 3.3. Khống chế độ rộng của hào ngăn sóng địa chấn: 187 3.4. Các thông số cơ bản của nổ mìn tạo viền: 188 3.4.1. Mật độ nạp thuốc 188 3.4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế: 189 3.4.3. Một vài kết quả kiểm nghiệm: 190 4
  5. 3.5. Kết luận 190 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO 191 5
  6. Phần thứ 1: CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI Bê tông đầm lăn (RCC - Roller - compacted concrete) có thể được xem là sự phát triển quan trọng nhất trong công nghệ bê tông trong một phần tư thế kỷ qua. Sự ra đời của nó đã làm cho một số dự án đập trở lên khả thi hơn bởi hạ được giá thành từ việc cơ giới hóa công tác thi công, tốc độ thi công nhanh, sớm đưa công trình vào sử dụng, giảm thiểu lao động thủ công cũng như chi phí cho các công trình phụ trợ và chi phí cho biện pháp thi công. Bên cạnh đó RCC cũng là một giải pháp thích hợp cả về kinh tế và kỹ thuật khi sửa chữa nâng cấp những đập có vấn đề về ổn định. Tính kinh tế và việc thi công thành công RCC đã nhanh chóng được công nhận trên toàn thế giới. Từ năm 1960 thí nghiệm đầu tiên ứng dụng loại bê tông dầm lăn được thử nghiệm vào đắp đê quai khi xây dựng đập Thạch Môn ở Đài Loan, Trung Quốc. Sau đó, từ năm 1961- 1964 RCC đã được dùng để thi công đập Aipe Gera ở Italia. Cũng trong thời gian này, ở Canada đã sử dụng một khối lượng bê tông nghèo xi măng, san bằng ủi, đầm bằng đầm lăn rung để thi công Blốc trong khoảng giữa 2 tường cánh của công trình Manicogan I. Đến năm 1968, RCC được dùng để làm lớp lót của bê tông thường cho đáy kênh xả và móng cống lấy nước của đập Cochiti ở New Mêxico. Một phương pháp khả thi để thi công đập kinh tế hơn đã được kiến nghị áp dụng năm 1965, sử dụng thiết bị đắp đất bao gồm máy đầm lăn cỡ lớn cho công tác đầm để thi công nhanh đập bê tông trọng lực. Tuy nhiên, phương án này không nhận được sự chú ý lắm cho đến khi Raphanel giới thiệu về “đập trọng lực tối ưu” vào năm 1970. Trong những năm 1970, một số các công trình đã đưa vào thí nghiệm hiện trường. Những lỗ lực trên tạo nền tảng cho việc xây dựng những đập RCC đầu tiên trong những năm 1980. Năm 1972 Cannin đã đưa ra bài luận văn “Dùng đầm lăn rung nén chặt bê tông khối lớn” và công bố kết quả thí nghiệm dùng xe ô tô tự đổ, máy gạt san, dùng đầm lăn rung đầm nén bê tông, hình thành khái niệm sơ bộ của bê tông đầm lăn. Hiệp hội các kỹ sư Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu công tác thi công RCC tại Cơ quan chuyên ngành đường thủy vào năm 1973 và ở hiện trường đập Lót Creek năm 1974. Trong thời kỳ đó, họ cũng đã thiết kế thi công “một đập trọng lực tối ưu” cho đập Zintel Canyin theo công nghệ RCC nhưng không được ủng hộ, tuy vậy từ những kết quả ban đầu này đã trở thành kinh nghiệm cho đập Willow Creek và đập này trở thành đập RCC đầu tiên tại Hoa Kỳ. Trên thế giới công trình đầu tiên sử dụng lượng lớn bê tông đầm lăn là công trình sửa chữa tuy nen tháo lũ của đập Tarbela ở Pakistan do binh đoàn Lục quân Mỹ nhận thầu năm 1975. Công trình này sử dụng đá cuội, cát thêm vào ít xi măng trộn thành bê tông, dùng đầm lăn rung đầm nén sửa chữa các phần bị xói trôi. Trong 42 ngày đổ lượng bê tông là 351.680m3, cường độ bình quân mỗi ngày đổ 8.371m3, cường độ ngày đổ nhiều nhất là 13.438m3, thể hiện ưu việt về tốc độ thi công của bê tông đầm lăn. 6
  7. Dunstan đã thực hiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm tại hiện trường trong những năm 1970 bằng RCC có cường độ cao ở Anh. Nghiên cứu tiếp theo được thực hiện tại Anh Quốc dưới sự tài trợ của Hiệp hội Nguyên cứu và Thông tin Công Nghệ Xây Dựng (CIRIA - Construction Industry Research and Information Association). Nhật Bản là nước có tốc độ phát triển RCC sớm. nhanh trên thế giới. Tính đến nay, Nhật Bản đã thi công trên 40 đập RCC, trong đó đập cao nhất là 156m. Nhật Bản đã xây dựng hoàn chỉnh về thiết kế mặt cắt đập, tỷ lệ phối hợp nguyên vật liệu, công nghệ thi công và khống chế nhiệt độ gọi là phương pháp RCD (Roller Compacted Dam). Đập Willow Creek ở Mỹ và đập Shimajigawa ở Nhật Bản là những kết cấu cơ bản đã mở đầu cho sự nhanh chóng ghi nhận đập RCC trên thế giới. Trong những năm 1980 đã thành công với tốc độ thi công RCC cao, gần 1,1 triệu m3 RCC được đổ trên đập Upper Still ater trong v ng 11 tháng. Đập Stagecoach cao 46m được xây dựng chỉ trong 37 ngày đổ liên tiếp, với tốc độ trung bình đạt được về chiều cao là 1,2m ngày. Tại đập Elk Creek, tốc độ đổ RCC vượt quá 9200m3/ngày. RCC đã nhanh chóng xuất hiện ở các nước đang phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu điện và nước ngày càng tăng. Những đập RCC vòm trọng lực đầu tiên được xây dựng tại Nam Phi do Bộ Thủy Lợi và Lâm Nghiệp thực hiện cho các đập Knekkport và Wolwedans. Đập Willow Creek Đập Upper Stillwater Đập Shimajigawa Đập Wolwedans Từ năm 1980, Trung Quốc đã bắt đầu nghiên cứu bê tông đầm lăn trên các mặt thiết kế, thi công và lựa chọn sử dụng các loại nguyên vật liệu. Năm 1986, Trung Quốc đã xây dựng đập RCC đầu tiên là đập Khanh Khẩu, cao 56m tại tỉnh Phúc Kiến để phát điện. Đến năm 1988 thi công RCC công trình thủy điện Diệp Thán. Tuy nghiên cứu sau, nhưng Trung Quốc đã nhanh 7
  8. chóng phát triển công nghệ RCC so với các nước trên thế giới. Đến nay, Trung Quốc đã xây dựng gần 60 đập bằng RCC và đang thiết kế nhiều đập bằng RCC khác. Trung Quốc hiện là nước đứng đầu trên thế giới về loại đập này. Nhiều đập lớn đã được xây dựng bằng công nghệ RCC như đập trọng lực Long Than trên sông Hồng Thủy (1998) đợt đầu đập cao 190m, đợt 2 đập cao 216,5m; Đập vòm Cổ Định tại ngã ba Điểu Giang cao 75m. Trong những năm tới, Trung Quốc sẽ xây dựng đập v m Cao Đường cao 110m và rất nhiều đập khác bằng RCC. Ở Tây Ban Nha cũng đã xây dựng được trên 20 đập RCC, chiều cao đập lớn nhất là 99m, đang xây dựng tiếp 8 đập. Công nghệ RCC ở Tây Ba Nha đã được khởi xướng tại Hội nghị lần thứ XI của hội đập lớn thế giới tại Mandrit (1973). Việc áp dụng RCC lần đầu tiên vào năm 1984 khi đập Erizana được thi công và đập RCC Castibolanco de los Anoyos được hoàn thành năm 1985. Ở Angiêri, nơi có nhiệt độ cao lên tới 43oC cũng đã xây dựng đập RCC cao 121m, khối lượng 1.690.000m3. Ở Chi Lê, nơi có mưa nhiều tới 4.430mm/năm cũng đã xây dựng đập RCC cao 113m, khối lượng đến 660.000m3. Một số nước khác như Anh, Nga cũng đã có một số nghiên cứu về RCC và áp dụng công nghệ RCC vào thi công đập trọng lực. Đến nay, việc xây dựng các công trình bê tông bằng công nghệ RCC ở các nước trên thế giới đang phát triển với tốc độ rất nhanh, diễn ra ở hầu khắp các vùng châu lục và các vùng khí hậu. RCC có những ưu điểm chính: có thể giảm đáng kể lượng xi măng trong bê tông, làm giảm được ứng suất nhiệt trong khối bê tông và có tốc độ thi công nhanh. Số đập BTĐL trên thế giới đến 2005 như bảng 1.1. Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập BTĐL đã xây dựng ở các nước Số đập đã xây Số đập đã TT Tên nước TT Tên nước dựng xây dựng 1 Trung Quốc 57 17 Pháp 6 2 Nhật Bản 43 18 Hy Lạp 3 3 Tazikistan 1 19 Italia 1 4 Thái Lan 3 20 Rumani 2 5 Inđônêxia 1 21 Nga 1 Cộng Châu Á 105 22 Tây Ba Nha 22 6 Canada 2 Cộng Châu Âu 35 7 Mỹ 39 Cộng Bắc Mỹ 41 23 Algieri 1 8 Achentia 1 24 Angola 1 9 Braizil 36 25 Ertroria 1 10 Chile 2 26 Maroc 11 11 Colombia 2 27 Nam Phi 14 8
  9. Số đập đã xây Số đập đã TT Tên nước TT Tên nước dựng xây dựng 12 CH Đôminica 1 Cộng Châu Phi 28 13 Guyana 1 28 Australia 9 14 Onđurat 2 29 Nơi khác 15 Cộng Châu Úc 15 Mêhico 6 24 và nơi khác 16 Vênzuyala 1 Cộng Nam và Trung 52 Mỹ 1.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬP RCC TẠI VIỆT NAM Công nghệ RCC được nghiên cứu ứng dụng vào Việt Nam khá muộn so với các nước trên thế giới. Tuy vậy, với những tính năng ưu việt so với bê tông truyền thống đồng thời với sự phát triển nhanh chóng của RCC tại Trung Quốc, một đất nước liền kề có nhiều đặc điểm gần giống với Việt Nam nên trong những năm gần đây công nghệ RCC đã được các Bộ ngành chỉ đạo để thiết kế thi công với nhiều dự án thủy lợi thủy điện lớn ở Việt Nam. Mới trong vòng sau hơn 3 năm kể từ năm 2004, một loạt các công trình lớn đã được xây dựng và đang chuẩn bị được xây dựng trên khắp đất nước, đưa Việt Nam trở thành nước thứ 7 trên thế giới về tốc độ phát triển đập RCC. Bảng 1.2: Danh sách các đập RCC ở Việt Nam đến năm 2013 Chiều Năm dự kiến STT Tên công trình cao Địa điểm XD Ghi chú hoàn thành (m) 1 PlêiKrông 71 Kontum 2007 Đã xây dựng 2 Định Bình 54 Bình Định 2007 Đang XD 3 A Vương 70 Quảng Nam 2008 Đang XD 4 Sê San 4 80 Gia Lai 2008 Đang XD 5 Bắc Hà 100 Lào Cai 2008 6 Bình Điền 75 Thừa Thiên Huế 2008 Đang XD 7 Cổ Bi 70 Thừa Thiên Huế 2008 8 Đồng Nai 3 110 ĐắcNông 2008 Đang XD 9 Đồng Nai 4 129 ĐắcNông 2008 Đang XD 10 Đakring 100 Quảng Ngãi 2008 11 Thượng Kontum Kontum 2009 Chuẩn bị 12 Nước trong 70 Quảng Ngãi 2010 Chuẩn bị 13 Sơn La 138 Sơn La 2010 Đang XD 14 Bản Chát 70 Lai Châu 2010 Đang XD 15 Bản Vẽ 138 Nghệ An 2010 Đang XD 16 Hủa Na Nghệ An 2010 Chuẩn bị 17 Sông Bung 2 95 Quảng Nam 2010 Chuẩn bị 9
  10. Chiều Năm dự kiến STT Tên công trình cao Địa điểm XD Ghi chú hoàn thành (m) 18 Sông Tranh 2 100 Quảng Nam 2010 Đang XD 19 Sông Côn 2 50 Quảng Nam 2010 Chuẩn bị 20 Bản Uôn 85 Thanh Hóa 2011 Chuẩn bị 21 Huội Quảng Sơn La 2012 Chuẩn bị 22 Lai Châu Lai Châu 2012 Chuẩn bị 23 Nậm Chiến 130 Sơn La 2013 Chuẩn bị 24 Tào Pao Bình Thuận Chuẩn bị 1.2.1. Tính ưu việt của bê tông đầm lăn Đập bê tông đầm lăn tổng hợp được đặc tính vận hành an toàn của đập bê tông thường và đặc tính thi công nhanh của đập đất đá, quy tụ cả hai tính ưu việt là thi công nhanh và kinh tế. 1. Tốc độ thi công nhanh: Kích thước mặt cắt của bê tông đầm lăn cũng tương tự của bê tông thường, nhưng lượng xi măng ít hơn, thân đập có kết cấu đơn giản, không có khe dọc, không tạo khe ngang bằng ván khuôn, sử dụng các thiết bị thi công đập đất đá; vì vậy tốc độ xây dựng nhanh hơn nhiều so với bê tông thường. Ở đập Ngọc Xuyên của Nhật Bản đã dùng xe ben chuyển bê tông tới đập để đổ vào khoảng đổ theo máng dốc. Qua 21 tháng thi công đổ được 1.000.000m3 bê tông, đã rút ngắn được thời gian thi công 5~7 tháng so với dùng cẩu đổ vào khoảng. Ở đập này không thi công vào 5 tháng của mùa đông (do băng giá), như vậy rút ngắn thời gian thực tế là khoảng 1 năm. Đê Galesville của Mĩ cao 51m chỉ mất 2 tháng thi công xong. Đập Elk Creek của Mĩ có ngày đổ bê tông cao nhất đạt 9.474m3. Ở Trung Quốc, đập chính trạm thuỷ điện Nham Than ngày 10-11- 1980 đã lập kỷ lục đổ bê tông cao nhất là 1.068m3/ngày. So với đập đất đá thì mặt cắt của đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn, khối lượng công trình ít hơn, nếu lại áp dụng thi công cơ giới như ở đập đất đá thì sẽ rút ngắn thời gian thi công. Với đập Monksville của Mĩ đã thiết kế so sánh 4 loại đập và kết luận dùng đập kiểu bê tông đầm lăn, thời gian thi công chỉ bằng nửa của đập đất đá. Đập Olivettes của Pháp toàn bộ công trình thi công chỉ cần 18 tháng, giảm 10 tháng so với phương án đập đá hộc. Cường độ và thời gian thi công của một số công trình xây dựng được ghi trong bảng 1.3. Bảng 1.3: Tốc độ thi công đập bê tông đầm lăn của một số công trình xây dựng Lượng bê tông Khối lượng đổ lớn nhất Tên đập Thời gian thi công (1000 m3 ) trong ngày ( ) Liễu kê 3.320 < 5 tháng 4460 Middle Fozk 421 45 ngày 1530 Galessville 1.600 70 ngày 5700 10
  11. Lượng bê tông Khối lượng đổ lớn nhất Tên đập Thời gian thi công (1000 m3 ) trong ngày ( ) Monksville 2.210 < 5 tháng 9760 Copper field 1.400 < 4 tháng 2600 2. Kinh tế: So với bê tông thường thì đập bê tông đầm lăn đã tiết kiệm được khối lượng ván khuôn; căn cứ vào tính toán của đập Ngọc Xuyên đã tiết kiệm được 30% chi phí ván khuôn; đồng thời còn tiết kiệm được cả chi phí làm lạnh vữa bê tông. Bê tông đầm lăn dùng ít xi măng: Đập Ngọc Khê đã tiết kiệm được 11% chi phí xi măng, đơn giá bê tông giảm 10%. Đập Kháng Khẩu dùng bê tông đầm lăn có đơn giá bằng 88% của đập bê tông thông thường. Đập Thiên Sinh Kiều cấp phối 2, đơn giá bê tông đầm lăn bằng 77% đơn giá bê tông thường. Mặt cắt đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn nhiều so với đập đất, đá nên giảm được vật liệu xây dựng. Chiều rộng móng đập nhỏ hơn cũng giảm bớt công việc đào và xử lý móng. Thi công chiều dài kênh dẫn và xả lũ cũng giảm do có thể bố trí công trình xả lũ ngay tại lòng sông, không như đập đất đá (đường xả lũ bố trí ngoài lòng sông). Đập bê tông đầm lăn loại vừa và nhỏ chỉ cần vài tháng là xây dựng xong, cho phép giảm nhiều kinh phí dẫn dòng thi công. Đập bê tông RCC cho phép nước tràn qua. Vì vậy, tần suất thiết kế dẫn d ng được chọn lớn dẫn đến lưu lượng thiết kế dẫn dòng nhỏ, quy mô công trình dẫn dòng nhỏ hơn và ít phức tạp hơn nhiều so với đập đất, đá. Chiều cao của đập bê tông đầm lăn chỉ cần đạt đến mực nước lũ kiểm tra là được, dùng tường chắn sóng để chắn sóng, còn với đập đất, đá thì cần phải xét tới vượt cao và nước lũ không được tràn qua nên chiều cao đập phải cao hơn đập bê tông. Tóm lại, từ các đặc điểm kể trên có thể kết luận đập bê tông đầm lăn kinh tế hơn nhiều so với đập đất, đá. Bảng 1.4 so sánh kinh tế của các công trình khác nhau. Bảng 1.4: So sánh tính kinh tế của các loại đập (1.000.000 USD) Giá dự toán Giá quyết toán Tên đập của đập Đập bê tông Đập đất Đập bê tông Đập đá bê tông đầm lăn đá thường đổ đầm lăn Liễu kê 17.3 39.1 25.1 14.1 Galesville 14.7 15.3 17.3 12.7 Monksville 18.1 20.5 33.6 25.6 17 Upperstillwater 75.9 82 60.6 1.2.2. Những vấn đề tồn tại hiện nay của đập bê tông đầm lăn Đập bê tông đầm lăn phát triển rất nhanh, số lượng đập đã xây ngày càng lớn. Loại kiểu 11
  12. đập RCC đã phát triển theo hướng đập trọng lực v m và đập vòm. Hiện nay đang c n không ít tồn tại về mặt kỹ thuật cần phải nghiên cứu, vấn đề tồn tại chủ yếu gồm 5 điểm sau: 1. Vấn đề chất lượng kết hợp mặt tầng của bê tông: Sau khi xây xong đập Liễu Kê vào mùa xuân năm 1983, hồ lần đầu tiên trữ nước có độ cao đến 15,2m, ở hành lang và ở mặt đập hạ lưu xuất hiện thấm nước lớn, tổng lượng nước thấm lên đến 170l s. Theo phân tích thì nước thấm chủ yếu đến từ mặt tầng đầm. Qua thí nghiệm chống cắt đứt tại hiện trường của một số công trình chứng minh rằng lực cắt trong tầng bê tông đầm lăn là 1,6Mpa, còn lực cắt của mặt tầng không xử lý gì cả chỉ có 0,8Mpa, nghĩa là bằng 50% nội tầng. Lực cắt mặt tầng rải vữa xi măng cát là 1,25Mpa bằng 78% nội tầng. Điều này chứng tỏ mặt tầng thi công đầm lăn là một khâu rất yếu. Khi đập cao với chỉ tiêu chống cắt mặt tầng tăng, làm thế nào để nâng cao chất lượng kết hợp mặt tầng để thỏa mãn chiều cao đập đang còn là vấn đề cần giải quyết. 2.Kết cấu chống thấm của bê tông đầm lăn: Như đã nói, chất lượng kết hợp mặt tầng đầm không tốt là nguyên nhân thấm nước. Với nhiều đập bê tông đầm lăn thường dùng bê tông thường ở mặt thượng lưu của đập làm lớp chống thấm. Có một số đập áp dụng lớp chống thấm thượng lưu bằng chất dẻo tổng hợp, một số đập lấy ngay bê tông đầm lăn để chống thấm: ví dụ đập Định Bình, plêikrông v.v đã dùng bê tông thường ở thượng lưu để chống thấm; các đập Nước Trong, Sơn La v.v dùng ngay bê tông đầm lăn chống thấm. Hiện tại ưu tiên chọn kiểu cấu tạo chống thấm lấy ngay bản thân bê tông đầm lăn, c n các kiểu cấu tạo khác vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu . Tuy vậy, tuỳ tình hình cụ thể mà lựa chọn kết cấu chống thấm. 3.Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang: Để tăng tấc độ thi công, thường có xu hướng bỏ khe co giãn ngang, cố gắng thi công ở mùa có nhiệt độ thấp. Nhưng do khối lượng đập lớn, việc thi công đập bê tông đầm lăn vào mùa hè cũng là điều không tránh khỏi cho nên vấn đề khống chế nhiệt độ là vô cùng quan trọng. Việc khống chế nhiệt độ đảm bảo cho bê tông không bị nứt có liên quan mật thiết đến việc bố trí khe co giãn ngang. Vì vậy các vấn đề: khống chế nhiệt – khoảng cách các khe co giãn ngang – tấc độ thi công cần được tiếp tục nghiên cứu. Vấn đề khe ngang của đập vòm bê tông đầm lăn càng trở lên quan trọng. Với tình hình nào thì phải tạo khe ngang? Kết cấu khe ngang ra sao? Sau khi đã tạo khe ngang thì làm thế nào để hồi phục lại tính nguyên vẹn của đập vòm? Tất cả các vấn đề này từ lý luận đến công nghệ đều còn phải nghiên cứu tiếp. 4.Thi công nhanh: Quy mô đập ngày càng lớn, yêu cầu cường độ thi công cao, việc ứng dụng cơ giới trong các khâu thi công cần được tiếp tục nghiên cứu để đảm bảo tính kinh tế và chất lượng xây dựng đập. 5.Tính bền vững và tuổi thọ của đập bê tông đầm lăn: Lượng xi măng ít, trộn nhiều tro bay đã làm cường độ thời kỳ đầu của bê tông giảm sút, 12
  13. nhưng niên hạn càng tăng thì cường độ càng phát triển, cho tới thời kỳ sau (như là 180ngày, 365ngày) thì cường độ sẽ cao hơn cường độ bê tông thường. Tuy thế, tính bền vững (ví dụ 50năm, 100năm) của loại bê tông này như thế nào c n chưa rõ, bởi vì công trình đập bê tông đầm lăn “già” nhất cũng chỉ mới hơn 20 năm. Việc triển khai nghiên cứu tính bền vững và tuổi thọ của bê tông đầm lăn là một vấn đề khó, nhưng vô cùng bức thiết. 13
  14. Chương 2: VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI Sử dụng nguyên vật liệu có chất lượng thì có thể tạo ra được bê tông đầm lăn tốt. Tuy nhiên lựa chọn vật liệu cho bê tông đầm lăn vừa thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật vừa kinh tế không nhất thiết chỉ dùng nguyên vật liệu tốt là được, mà còn phải xác định được cấp phối của hỗn hợp bê tông hợp lý. Trong chương này chủ yếu nói về các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu dùng cho bê tông đầm lăn, nguyên lý và các phương pháp để thiết kế cấp phối. 2.1. VẬT LIỆU TẠO THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Bê tông đầm lăn là hỗn hợp tạo thành bởi 6 loại vật liệu: xi măng, chất độn (phụ gia khoáng hoặt tính), nước, cát, đá và chất phụ gia. Xi măng và chất độn gọi chung là vật liệu kết dính. Hỗn hợp của nước với vật liệu kết dính tạo thành vữa kết dính, chúng bao bọc bên ngoài cát và lấp vào các khe hở của cát, cùng với cát tạo thành vữa cát. Vữa cát bao bọc bên ngoài đá và lấp vào các khe đá. Trong hỗn hợp bê tông đầm lăn, vữa kết dính có tác dụng “bôi trơn” giữa các hạt cát, đá để hỗn hợp đạt đến độ công tác yêu cầu của thi công. Vữa kết dính sau khi đông cứng đã kết dính các cốt liệu lại với nhau thành một khối chắc chắn. Trong hỗn hợp bê tông đầm lăn, cốt liệu (thường không xét đến phản ứng hóa học với vữa kết dính) tạo thành “khung xương” của bê tông, có tác dụng nhất định nâng cao một số tính năng của bê tông (ví dụ biến dạng thể tích nhỏ, giảm bớt độ tăng nhiệt của bê tông). Trong bê tông đầm lăn, chất phụ gia có tác dụng làm chậm đông kết, giảm lượng nước và dẫn khí v.v Muốn cho bê tông đạt tính năng kỹ thuật tốt mà lại làm giảm được giá thành công trình, cần phải chọn hợp lý các vật liệu tạo thành bê tông đầm lăn. 2.1.1. Xi măng Xi măng dùng trong bê tông đầm lăn có chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu là phải phù hợp các tiêu chuẩn nhà nước hiện hành. Trên nguyên tắc thì xi măng dùng làm bê tông thủy công thường có thể dùng để pha trộn bê tông đầm lăn. Mác và chủng loại bê tông phải chọn theo hai phương diện: một là cường độ thiết kế bê tông đầm lăn theo thời gian; hai là các yêu cầu đặc biệt về điều kiện vận hành của bộ phận bê tông đầm lăn trong công trình (ví dụ chống m n, va đập, chống thấm) hoặc làm chậm các phản ứng có hại (như phản ứng hoạt tính kiềm của cốt liệu, sự xâm thực của các chất độc hại). Bê tông đầm lăn bên trong các công trình quan trọng thể tích lớn thì phải dùng xi măng porland mác không dưới 40MPa tỏa nhiệt thấp (hoặc vừa). Bê tông đầm lăn bên trong các công trình tạm thời hoặc nhỏ có yêu cầu thiết kế cường độ tương đối thấp thì có thể dùng xi măng mác 30MPa hoặc 40MPa trộn với vật liệu hỗn hợp. Nhưng khi trộn chất độn tại công trường thì phải xét đến việc trong xi măng đã có một lượng vật liệu hỗn hợp trộn sẵn. 2.1.2. Cốt liệu Cốt liệu dùng trong bê tông đầm lăn bao gồm cốt liệu mịn (cát) và cốt liệu thô (đá). Cốt liệu có thể lấy từ thiên nhiên (cát sông, đá cuội), cũng có thể lấy do nghiền từ đá mỏ (cát nhân tạo, đá dăm). Tỷ lệ cốt liệu của bê tông đầm lăn chiếm 85%  90% trọng lượng bê tông. Hình dạng và tích chất cốt liệu ảnh hưởng rất lớn đến tính năng của bê tông đã đông kết 14
  15. hoặc mới trộn. Chất lượng và số lượng của cốt liệu quyết định tính kinh tế và việc thi công thuận lợi của công trình. Vì thế mà phải tiến hành điều tra khảo sát kỹ lưỡng, thí nghiệm tính năng vật lý, lực học và so sánh kinh tế, lựa chọn chính xác vùng nguyên liệu. Tốc độ thi công nhanh, khối lượng sử dụng nhiều và tập trung, nếu việc chọn cốt liệu không thỏa đáng hoặc điều tra nghiên cứu chưa đủ sẽ dẫn tới tình trạng bị động trong thi công công trình. Chính vì vậy mà cần phải chú ý đặc biệt, không được để xảy ra sơ suất trong việc lựa chọn cốt liệu. 1. Cốt liệu thô: Yêu cầu phải sạch, chắc, có hình dạng hạt hợp lý và tỷ lệ thành phần hạt phải nằm trong giới hạn đường bao thành phần hạt tiêu chuẩn, không chứa quá nhiều các chất độc hại. Bê tông đầm lăn là một loại bê tông siêu khô cứng, phần lớn là dùng xe ben tự đổ để vận chuyển vào khoảng đổ. Tùy theo tình hình công trình và điều kiện thi công để chọn đường kính cốt liệu lớn nhất sao cho phù hợp, giảm thiểu phân ly cốt liệu trong quá trình thi công. Cũng như bê tông thường, tăng đường kính của cốt liệu lớn nhất thì có thể giảm tỷ lệ khe hở của cốt liệu thô giảm bớt lượng chất kết dính và vữa cát. Nhưng đường kính càng lớn thì sự phân ly của hỗn hợp bê tông càng nghiêm trọng. Thí nghiệm hiện trường và kết quả thi công đã chứng minh: Khi đường kính cốt liệu lớn nhất vượt quá 80mm thì trong quá trình thi công sự phân ly của cốt liệu sẽ nghiêm trọng nhất. Sử dụng cốt liệu to nhất có đường kính 40mm hoặc bé hơn thì hiện tượng phân ly giảm rõ rệt; nhưng phải tăng lượng vữa cát và keo dính như vậy sẽ gây khó cho việc khống chế nhiệt độ. Ở một số công trình của Mỹ sử dụng cốt liệu không quá 38mm, mặc dù lượng keo dính có tăng. Ví dụ đập Upperstill Water dùng keo dính tới 254kg/m3. Nhật Bản đã từng sử dụng các biện pháp thi công nghiêm ngặt nhưng vẫn không đạt hiệu quả giải quyết việc phân cỡ của cốt liệu thô. Cho nên ở các nước trên phần lớn công trình hiện đều sử dụng cốt liệu lớn nhất có đường kính nhỏ hơn 80mm. Dùng đá cuội có thể làm giảm tỷ lệ độ rỗng, với cùng một lượng vữa cát như nhau có thể được hỗn hợp có độ công tác nhỏ. Nhưng thực tế thi công đã chứng minh bê tông đầm lăn dùng đá dăm thì khi đổ ra khỏi máy trộn mức độ phân cỡ ít hơn so với đá cuội. Trong cốt liệu thô có quá nhiều cục có dạng dẹt nhọn thì không những tỷ lệ độ rỗng lớn, mà c n khi đầm rung rất dễ làm vỡ các cục này, rất khó cho vữa cát bao bọc, cho nên phải hạn chế cục dẹt, nhọn. Tỷ lệ cấp phối tốt sẽ có lợi cho việc giảm lượng keo dính của bê tông đầm lăn và nâng cao tính năng của bê tông. Các công trình bê tông đầm lăn trong và ngoài nước đều sử dụng cốt liệu thô cấp phối liên tục, vì nếu cấp phối gián đoạn thì khả năng chống phân ly của bê tông sẽ kém. Tỷ lệ và cấp hạt cốt liệu thô được chọn theo kết quả thí nghiệm dung trọng đầm chặt cốt liệu khô và khả năng chống phân cỡ. Trong tình trạng thông thường khi cốt liệu thô có đường kính lớn nhất là 80mm, muốn được dung trọng đầm chặt lớn nhất (tức là tỷ lệ độ rỗng nhỏ nhất), thì tỷ lệ cốt liệu to:vừa:nhỏ là 4:3:3. Khi tỷ lệ này là 3:4:3 thì dung trọng đầm chặt cốt liệu hơi nhỏ, nhưng khả năng chống phân cỡ của hỗn hợp lại tốt. Do đó rất nhiều công trình đã xây dựng ở Trung Quốc đều chọn tỷ lệ đá to:đá vừa:đá nhỏ 3:4:3. Sự lựa chọn cấp phối cốt liệu c n phải xuất phát từ thực tế, phải xét tới tinh hình cấp phối tự nhiên của bãi nguyên liệu, mục đích là cân bằng giữa sử dụng và sản xuất để đạt hiệu quả kinh tế. 15
  16. Hàm lượng các chất độc hại trong cốt liệu thô phải nằm trong phạm vi quy định hiện hành. 2. Cốt liệu mịn: Yêu cầu chất lượng cốt liệu mịn của bê tông đầm lăn cũng cơ bản giống vật liệu mịn dùng cho bê tông thường. Cốt liệu mịn phải sạch, không chứa quá nhiều chất độc hại và tạp chất hữu cơ. Môdun độ mịn từ 2,20 đến 3,00 là vừa phải. Độ hạt và hình dáng của cốt liệu mịn có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng bê tông đầm lăn. Cát có góc cạnh, nhất là cát dẹt nhiều hoặc cát cấp phối không tốt thì có tỷ lệ rỗng lớn. Khe rỗng của cát trong bê tông thường là 40%45%. Cát cấp phối tốt thì độ rỗng giảm xuống dưới 40%. Dùng cát có tỷ lệ rỗng lớn để trộn bê tông cần tốn nhiều nguyên vật liệu kết dính. Lượng hạt nhỏ trong cát (Trung Quốc quyết định hạt nhỏ trong cát là hạt có đường kính nhỏ hơn 0,16mm, Mỹ quy định nhỏ hơn 0,075mm), có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng bê tông. Bột mịn co ngót ít hoặc không co ngót dùng để trộn bê tông đầm lăn đều có hiệu quả tốt. Trong “Chỉ đạo và thiết kế thi công đập bê tông đầm lăn” của Mỹ có nêu: Chỉ số co ngót của bột mịn là 4 dùng được trong bê tông đầm lăn. Bột mịn có chỉ số co ngót 57, chỉ sau khi qua thực nghiệm rộng rãi chứng minh là không vón thành cục hoặc làm giảm tính công tác của hỗn hợp mới được dùng. Bột mịn có chỉ số lớn hơn 9 không thích hợp dùng làm bê tông đầm lăn. Theo kinh nghiệm của Trung Quốc, trong cốt liệu mịn có một lượng nhất định bột mịn không co ngót đến co ngót ít đều có tác dụng nhất định đến tính năng của bê tông đầm lăn. Ví dụ như cải thiện tính công tác của hỗn hợp, tăng độ nén chặt của bê tông, chống thấm tăng, cường độ của bê tông tăng, tính liên kết mặt tầng thi công tốt hơn, giảm lượng chất keo dính v.v Trong cốt liệu mịn, hàm lượng bột mịn cho phép tùy thuộc tính chất của bột mịn mà có sự chênh lệch lớn. Nghiền nham thạch để làm cát nhân tạo dùng làm cốt liệu mịn thì hàm lượng bột mịn trong cát nhân tạo (độ hạt dưới 0,075mm) là không quá 15%. Trung Quốc trong “Quy phạm thi công bê tông đầm lăn thủy công” tiêu chuẩn ngành thủy lợi, thủy điện quy định hàm lượng bột mịn không quá 17%. Thí nghiệm trong nhà chứng minh, bột mịn trong cát nhân tạo chiếm hơn 20% cũng không ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của bê tông. Cần lưu ý rằng, bột mịn trong cát trong quá trình trộn bê tông phải phân tán và không được làm tăng thêm lượng nước cần của hỗn hợp. Vì trong quá trình trộn bột mịn vón cục sẽ bị xi măng bao bọc tạo thành những cục không kết dính trong bê tông, dẫn tới việc làm giảm cường độ bê tông, tăng độ se khô của bê tông và làm giảm độ bền lâu của bê tông. Độ công tác của bê tông đầm lăn đặc biệt nhạy cảm với sự biến đổi của nước sử dụng, cho nên phải coi trọng công tác kiểm tra và khống chế hàm lượng nước của cát (nhất là khi hàm lượng bột mịn trong cát cao). 2.1.3. Chất độn c ng của c ất độn: Đặc điểm nổi bật của bê tông đầm lăn là tấc độ thi công nhanh. Nhưng chính tấc độ thi công nhanh lại dẫn tới sự tăng cao nhiệt độ do phản ứng thủy hoá của xi măng trong đập sinh ra. Sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa tâm khối đổ và nhiệt độ môi trường xung quanh dẫn đến nứt bê tông giảm khả năng chịu lực và khả năng chống thấm của đập. Do vậy để giảm nhiệt độ trong bê tông thì lượng xi măng trong bê tông cũng phải giảm thấp, nhưng muốn thỏa mãn độ công tác của hỗn hợp đáp ứng điều kiện thi công và yêu cầu tính năng kỹ thuật đề ra thì lượng xi 16
  17. măng của bê tông đầm lăn lại không được ít quá; như vậy có sự mâu thuẫn. Phương pháp có hiệu quả giải quyết mâu thuẫn này là trộn chất độn vào trong bê tông thay thế phần xi măng. Thông thường chất độn trong bê tông đầm lăn phải có hoạt tính, nó có thể là tro bay, xỉ quặng l cao đã nghiền, cũng có thể là tro núi lửa hoặc các nguyên liệu khác của núi lửa. Các chất độn này được tập trung hoặc gia công cho kích thước hạt cùng cấp với độ hạt của xi măng để trộn vào bê tông, có tác dụng nâng cao tính công tác của hỗn hợp. Ngoài ra, các chất độn tiềm ẩn hoạt tính, có thể phản ứng thủy hóa lần thứ hai với xi măng tạo ra sản phẩm thủy hóa là hydioxyt canxi, chất thủy hóa này có tính kết dính ổn định, có tác dụng quan trọng nâng cao tính năng kỹ thuật của bê tông. Bê tông đầm lăn trộn chất độn sẽ có tỷ lệ tăng cường độ thời kỳ đầu thấp nhưng cường độ dài hạn tăng, tính chống thấm và tính biến dạng của bê tông thấp. Vì lượng nhiệt thủy hóa của chất độn thấp hơn nhiều so với xi măng, cho nên trộn chất độn vào bê tông đầm lăn để giảm bớt chi phí khống chế nhiệt trong bê tông. ặc t n của c ất độn: Như trên đề cập, chất độn của bê tông đầm lăn có thể là tro bay, xỉ quặng l cao đã nghiền, cũng có thể là tro núi lửa hoặc các nguyên liệu khác của núi lửa. Trong bê tông đầm lăn thường dùng chất độn là tro bay cũng có khi là tro núi lửa hoặc tro nham kết. a. Thành phần h a h c chủ yếu của chất độn: Các tạp chất đã có trong bã quặng luyện thép là SiO2, Al2O3S v.v dưới tác dụng của nhiệt độ cao cùng với đá vôi nung chảy, thành phần hóa học chủ yếu là CaO, SiO2, Al2O3, chiếm tỷ lệ 90% trở lên trong quặng. Xỉ quặng nóng chảy được làm lạnh đột ngột (nước, khí nén hoặc hơi nước) hình thành kết cấu dạng thủy tinh thể gọi là “xỉ quặng l cao hoạt hóa” có tính hoạt hóa cao. Nếu hàm lượng CaO trong xỉ quặng lớn thì hoạt tính cao, nhưng nếu cao quá 51% thì độ kết dính của xỉ quặng nóng chảy sẽ kém đi, thành phần tinh thể của xỉ quặng giảm đi, hoạt tính giảm. Hàm lượng Al2O3 lớn thì hoạt tính cũng lớn. Sự tồn tại SiO2 có tác dụng nhất định đến sự hình thành tinh thể, nhưng nếu hàm lượng SiO2 quá cao, do kết hợp với CaO, MgO không tốt nên hoạt tính của xỉ quặng kém. Do đó nếu hàm lượng CaO và Al2O3 trong xỉ quặng cao, c n hàm lượng SiO2 thấp thì có hoạt tính tốt nhất. Tro bay trong bê tông đầm lăn là bụi tro bay do ống khói l cao đốt than tỏa ra. Thành phần hóa học của nó thay đổi tương đối nhiều tùy thuộc điều kiện nung đốt của l . Nguyên nhân thay đổi thành phần hóa học của tro bay là sự biến động của hàm lượng và các tạp chất không cháy trong than đốt. Thông thường thì thành phần hóa học chủ yếu của tro bay là SiO2, Al2O3 , Fe2O3 và CaO, trong đó SiO2, Al2O3 có hàm lượng lớn nhất, tổng hàm lượng của chúng 60% trở lên. Hàm lượng Al2O3, hoạt tính và SiO2 hoạt tính quyết định hoạt tính của tro bay. CaO cực kỳ có lợi cho hoạt tính của tro bay, có một số tro bay có hàm lượng CaO cao, sau khi trộn nước thậm chí có thể tự đông cứng. Fe2O3 trong tro bay có tác dụng là chất dung môi, có thể thúc tiến sự hình thành tinh thể, tăng hoạt tính tro bay. Than chưa cháy trong tro bay là thành phần phi hoạt tính. Than có độ hạt lớn thô, nhiều lỗ. Đem tro bay có lượng lớn than trộn với xi măng thì tốn nhiều nước hơn để được độ chặt tiêu chuẩn. Ngoài ra, than sau khi gặp nước trên bề mặt tạo 17
  18. thành một lớp màng k nước làm cản trở việc nước thẩm thấu vào nội bộ hạt bụi tro bay, làm ảnh hưởng tới phản ứng oxi hóa hoạt tính của Ca(OH)2 trong tro bay vì vậy mà làm giảm hoạt tính của nó. Than là thành phần có hại trong tro bay. Chất độn trong bê tông đầm lăn có thể dùng các nguyên liệu khác của núi lửa như tro và nham núi lửa, chúng là những sản phẩm mà núi lửa phun lên rồi bị lạnh đột ngột ở các mức độ khác nhau mà tạo thành tro và nham thạch. Trong đó tro núi lửa là các chất trầm tích trong lục địa hoặc trong nước có độ hạt cực nhỏ phun lẫn các tạp chất xỉ, cuội sau khi phun ra lại hóa thạch. Thành phần hóa học của các chất độn này ngoài hợp chất silic oxy hóa ra c n có một hàm lượng oxyt nhôm, và một ít chất oxyt hóa kiềm tính (Na2O + K2O). Hoạt tính của chúng tùy thuộc thành phần hóa học và tốc độ làm lạnh sau khi núi lửa phun ra và c n có liên quan tới hàm lượng tinh thể nữa. Thành phần hóa học và hoạt tính của tro, nham thạch khác nhau và tuỳ thuộc vào xuất xứ của tro núi lửa. Nham thạch và tro núi lửa đem trộn vào bê tông đầm lăn thì phải nghiền nhỏ gần được như xi măng và phải kiểm định xem có phù hợp mới được dùng. b. Đặc tính cơ bản của tr bay:  Đặc tính vật lý của tro bay: Tro bay được tạo thành bởi các hạt có kích thước rất khác nhau. Dùng kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử có thể rõ ràng quan sát các hạt tro bay và diện mạo của nó, trên diện mạo có thể chia thành ba loại theo độ hạt thô hay mịn: Hạt tr n, hạt nhiều lỗ và hạt bất quy tắc. Tro bay có dạng hình cầu, bề mặt tương đối trơn nhẵn, chúng là các hạt tro bay nằm ở vùng nhiệt độ cao của l đốt. Với trạng thái nhiệt độ cao than biến thành thể nóng chảy: các hạt lỏng này trong quá trình lạnh đột ngột, dưới tác dụng của sức căng bề mặt mà hình thành hạt hình cầu. Tuỳ theo trạng thái mật độ trong hạt và mật độ bề ngoài lớn, nhỏ mà phân chia thành hạt cầu nổi, hạt cầu chìm rỗng ruột và hạt cầu chắc, hạt cầu phức hợp. Hạt cầu nổi là hạt thủy tinh nhỏ vách mỏng rỗng, có khi trên vách lại xuất hiện các lỗ rỗng. Đường kính hạt cầu nổi là 30100m chiếm tỷ lệ lớn, có thể nổi trên mặt nước. Thành phần hóa học là SiO2 chiếm 55%61%. Mật độ biểu quan là 0,40,8. Hạt cầu nổi chiếm chỉ là 0,5%1,5% trong tro bay của các nhà máy điện thông thường. Hạt cầu rỗng có đường kính 0,5200m, có vách chắc không lỗ, chiều dày bằng 30% đường kính, mật độ biểu quan xấp xỉ 2, không nổi được. Ngoài ra cũng có một số hạt tr n dính liền các hạt nhỏ thành “chuỗi hạt” cũng thuộc loại này. Trong tro bay của nhiều nhà máy điện chủ yếu là hạt cầu nhỏ đặc ruột, đa số có tỷ trọng vào khoảng 2,8. Hạt có màu nhạt phần lớn là hạt canxi c n gọi là hạt thủy tinh giàu canxi, đường kính phần lớn là dưới 45m đa phần là 130m. Trong hạt cầu đặc có một số chứa Fe203 cao (đạt 50%), mật độ 3,4 trỏ lên c n gọi là hạt thủy tinh giắc sắt. Hạt nhiều lỗ là do quá trình ngưng kết, các không khí bên trong thoát ra bề mặt làm cho hạt lỗ chỗ như tổ ong, cũng có một số khí bên trong không thoát ra được vì vậy loại hạt này có lỗ hổng và lỗ kín. Các loại hạt này ở bề mặt thường dính theo nhiều hạt cầu li ti trong đó có các 18
  19. hạt quặng tinh thể. Nói chung hạt nhiều lỗ là một dạng bất qui tắc. Hạt bụi than trong tro bay thường là dạng nhiều lỗ bất quy tắc. Nhưng trong tro bay của một số nhà máy điện c n có bụi than chưa cháy có dạng gần hình cầu, bên trong có nhiều lỗ, kết cấu tơi xốp, lỗ có tính hút nước mạnh, hạt thô. Đa số hạt có đường kính trên 45m. Hạt bất quy tắc trong tro bay có các hàm lượng hạt khác nhau. Hạt chắc nhiều thì dung trọng lớn; hạt nhiều lỗ rỗng ruột thì dung trọng bé. Tỷ trọng của canxi tro bay thấp khoảng 1,82,6 phần lớn là 22,3. Tỷ trọng của tro bay canxi cao tương đối lớn, lớn nhất đạt 2,52,8. Một số nước có quy định trị số dung trọng: ví dụ Anh quốc ABC 81 841 quy định nhỏ hơn 200kg/m3. Chỉ tiêu dung trọng có ý nghĩa đối với việc đánh giá chất lượng, nếu tỷ trọng thay đổi chứng tỏ chất lượng tro bay cũng có thể thay đổi. Tiêu chuẩn ASTMC 618 của Mĩ quy định phạm vi thay đổi tỷ trọng của tro bay: kết quả của 10 mẫu thử không được vượt quá 5% trị số trung bình, nếu không sẽ coi tính đồng đều của tro đó là không đạt. Tỷ trọng của tro bay là tham số kỹ thuật không thể thiếu đối với việc thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn. Dung trọng của tro bay vào khoảng 550800kg/m3. Độ mịn của tro bay cũng là một chỉ tiêu quan trọng. Hạt tro bay càng mịn, số hạt trên 1g càng nhiều, diện tích bề mặt càng lớn. Hạt tro bay càng mịn, hạt tr n chiếm tỷ lệ càng lớn thì hạt nhiều lỗ càng ít, sở dĩ như vậy là vì các hạt nhiều lỗ đa phần tồn tại trong các hạt thô. Phần lớn thí nghiệm của các nước đã chứng minh, số lượng hạt lớn hơn 45m nhiều hay ít có quan hệ mật thiết đến nhu cầu lượng nước dùng, do đó nhiều quốc gia lấy tỉ lệ phần trăm của hạt qua sàng 45m làm chỉ tiêu độ mịn. Độ mịn của tro bay cũng có thể dựa vào tỉ lệ diện tích bề mặt to, nhỏ để đánh giá. Tỷ lệ diện tích bề mặt có thể dùng phương pháp thấu khí để xác định, nguyên lý là dưới tác dụng chênh áp nhất định khi định lượng thổi qua mẫu thử chịu trở lực lớn hay bé để phản ánh tốc độ khí thổi qua mẫu thử mà xác định tỷ lệ diện tích bề mặt. Tỷ lệ diện tích bề mặt tro bay vào khoảng 16003500cm2 g. Một số tro bay có nhiều hạt thô, nhiều lỗ và các hạt dính tụ lại, nhất là khi tro bay có chứa nhiều than, không tránh khỏi việc tính cả bề mặt trong của nhiều bộ phận. Vì vậy phải kết hợp cả tỉ lệ diện tích bề mặt với diện mạo tương ứng để xét thì mới phản ánh chính xác độ mịn. Cần lưu ý, khi dùng phương pháp khác nhau để đo tỉ lệ diện tích bề mặt thì kết quả chênh lệch nhiều, ví dụ dùng phương pháp thấu khí và phương pháp hấp thụ để xác định cho kết quả khác biệt nhiều. Vì vậy khi dùng tỉ lệ diện tích bề mặt để biểu thị độ mịn thì phải chú thích rõ về phương pháp thử. Cấp phối hạt phản ánh tình hình phối hợp của các hạt tro bay thô, mịn. Dùng sàng nhiều cấp hoặc phương pháp lắng chìm để phân loại đường kính hạt của tro bay. Sàng nhiều cấp có 900, 4000, 15600 lỗ trên 1cm2 để phân loại. Phương pháp lắng chìm dựa trên nguyên lý các hạt có đường kính khác nhau, mật độ khác nhau thì tốc độ lắng chìm khác nhau trong mỗi chất nhất định, qua việc dùng cân thăng bằng để xác định trọng lượng các hạt rơi vào cân trong một thời gian nhất định để được sự phân bổ đường kính hạt. Lượng nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của tro bay là lượng nước dùng để trộn vữa cho đến khi đạt tiêu chuẩn mật độ. Có thể dùng cách xác định nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của xi măng để xác định. Lượng nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của tro bay nguyên dạng dao động 19
  20. trong phạm vi 0,250,7. Nó bị ảnh hưởng của độ mịn bụi tro bay, hình dạng, hàm lượng than v.v Thông thường thì hạt càng mịn, nhiều hạt tr n, hàm lượng than ít thì tro bay cần càng ít nước, ngược lại thì cần nhiều nước. Một chỉ tiêu khác để đánh giá lượng nước cần của tro bay là tỉ lệ nước. Nó được biểu thị bằng cách so sánh tỉ lệ nước cần để pha xi măng tro bay vữa cát và xi măng vữa cát có cùng một độ công tác khi rung. Tiêu chuẩn GB1596 của Trung Quốc qui định tro bay cấp I, II, III tỉ lệ nước không được lớn hơn 95%, 105%, 115% tỷ lệ nước cần cho xi măng vữa cát. Khi lượng nước cần cho tro bay lớn, để có bê tông đạt độ công tác như nhau thì lượng nước cần để trộn phải tăng thêm, như vậy cũng có nghĩa là tăng lượng chất keo dính trong bê tông, nếu không thì cường độ bê tông kém, các tính năng khác cũng xấu đi. Tỷ lệ cường độ là một chỉ tiêu phản ánh mức kết dính nhiều hay ít của tro bay. Trị số cường độ là giá trị sau lần phản ứng thứ hai giữa tro bay với sản phẩm thủy hóa xi măng Ca(OH)2. Thông thường bản thân tro bay không có tính kết dính, nhưng ở nhiệt độ thường khi có nước thì tro bay phản ứng hóa học với vôi để tạo thành chất thủy hóa có tính kết dính (chủ yếu là keo dính silicat canxi thủy hóa). Tro bay có tỷ lệ cường độ cao đã thể hiện tro bay có chất lượng tốt. Trong quy phạm Trung Quốc GB1596-79 đối với tro bay dùng làm nguyên liệu hỗn hợp xi măng, có quy định tỉ lệ cường độ chống nén thời hạn 3 tháng của tro bay xi măng vữa cát không được thấp hơn 115%. Đối với tro bay dùng làm chất độn bê tông, ảnh hưởng của tro bay đối với cường độ bê tông phải được phản ánh qua thí nghiệm cường độ bê tông. Lượng đốt cháy (lượng mất khi nung) cũng là một chỉ tiêu quan trọng về phẩm chất tro bay, chủ yếu là phản ánh lượng than chưa cháy hết trong tro bay. Tiêu chuẩn Trung Quốc GB1596-91 qui định tro bay cấp I, II, III có lượng đốt cháy không được lớn hơn 5%, 8% và 15%. Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 105-1999 (Việt Nam) quy định lượng đốt cháy chiếm không quá 6%. Khi lượng đốt cháy 3% gọi là tro bay đã được đốt tốt.  Đặc tính cấu tạo của tro bay: Nguồn hoạt tính của tro bay chủ yếu từ tinh thể có trong tro bay, nó quyết định tính năng thủy hóa ninh kết. Đặc tính cấu tạo tro bay tinh thể có thể mượn đặc tính kết cấu thủy tinh thể để miêu tả. 20
  21. Ion Si2 Ion O 2 cÇu Ion Ca, Mg Ion O phi cÇu 2 Hình 2-1: Kết cấu oxyt silicat thể thuỷ tinh Theo lý thuyết mạng bất quy tắc, trạng thái cấu tạo của tinh thể có thể dùng mạng không gian 3 chiều để giải thích: trong mạng, 1 ion oxy chỉ có thể liên kết nhiều nhất với 2 ion dương (như ion silic) tạo thành mạng. Số vị trí phối hợp của ion dương là 34. Ion dương nằm ở giữa khối oxy đa diện (khối 3 mặt hoặc khối 4 mặt). Những khối đa diện này thông qua oxy bắc cầu phối hợp thành mạng liên tục bất quy tắc phát triển theo không gian 3 chiều như hình 2-1. Từ phạm vi rộng xem mạng này là vô quy tắc, từ phạm vi hẹp xem là sắp xếp có quy tắc, như vậy gọi là kết cấu xa không trật tự, kết cấu gần có trật tự. Trong tro bay c n có một lượng các ion nhôm có thể thay thế silic để thành khối tứ diện oxyt nhôm. Bởi vì, liên kết của ion này yếu hơn liên kết của oxi không bắc cầu của khối tứ diện SiO2, cho nên gốc axit nhôm có nhiều hoạt tính. Trong kết cấu tinh thể tro bay, SiO2, và Al2O3 là chất tạo thành mạng, là đơn nguyên cấu tạo cơ bản tạo thành mạng; c n các hợp chất oxy như Na2O, K2O, Cao, Mgo v.v bản thân chúng không thể tạo thành kết cấu mạng mà chỉ có thể dùng làm vật liệu điều chỉnh, tham dự vào cấu tạo mạng của tro bay, tinh thể tro bay chủ yếu là các cấu tạo tứ diện Si-O và Al-O. Tại giai đoạn nung chảy của tro bay, do nhiệt độ cao, sinh ra các vận động nhiệt mãnh liệt, làm cho khối tứ diện Si-O và Al-O không thể kết hợp thành tay liên kết dài khung xương không gian hoàn chỉnh mà chỉ có thể hình thành tay liên kết ngắn. Các tay liên kết này có rất nhiều điểm đứt, tương đương với việc hình thành tứ diện có đỉnh tự do. Bất kể là khối tứ diện Si-O hay khối tứ diện Al-O đều có đỉnh tự do tồn tại. Khối tứ diện đỉnh tự do này rất không ổn định, và có hoạt tính tiềm ẩn cao. Khung xương Si-O và Al-O trong tro bay phát triển với lượng lớn sẽ làm giảm hoạt tính. Quá trình làm lạnh tro bay, do gió xoáy hút bụi, tĩnh điện hút bụi v.v tạo nên các tinh thể tro bay. 21
  22.  Hiệu ứng của tro bay: Tro bay sau khi trộn nước hình thành thể vữa. Thông thường ở nhiệt độ và áp lực bình thường, tro bay trộn nước xong không thể thủy hóa, ninh kết, không có cường độ. Nhưng qua nhiều nghiên cứu chứng minh, tro bay có hoạt tính tiềm ẩn, với một số điều kiện nhất định thì hoạt tính tiềm ẩn này của tro bay sẽ phát huy tác dụng. Khi tro bay trộn vào bê tông đã phát huy hiệu quả không chỉ có hoạt tính tiềm ẩn mà là tổng hợp nhiều mặt: bao gồm tác dụng giảm nước, tác dụng làm đặc và tác dụng dàn đều; thành phần hoạt tính của tro bay sinh ra các hiệu ứng hóa học cũng như tác dụng lý hóa của vật liệu hạt nhỏ, phân tán trong vữa xi măng. Tất cả các hiệu quả trên gọi là hiệu ứng tro bay. Hiệu ứng tro bay bao gồm: hiệu ứng hình thái, hiệu ứng hoạt tính và hiệu ứng lấp đầy. Hiệu ứng hình thái của tro bay là bột tro bay trộn trong bê tông do đặc điểm có sẵn về hình thái hạt cấp phối làm cho tính năng và kết cấu ban đầu của hỗn hợp bê tông được cải thiện. Hiệu ứng hình thái của tro bay vừa trực tiếp ảnh hưởng đến tính lưu biến của bê tông mới trộn, vừa trực tiếp ảnh hưởng đến kết cấu ban đầu của bê tông trong quá trình đông cứng. Vì thế mà nó có ý nghĩa quan trọng đối với việc xác định lập tính năng và kết cấu của bê tông. Nếu trong tro bay, hàm lượng dạng tròn hạt chắc mà nhiều, tỷ lệ phối hợp hạt thô và mịn tốt thì hỗn hợp bê tông có tính lưu biến tốt và kết cấu trong khi đông cứng sẽ được cải thiện, tức là hiệu ứng hình thái phát huy đầy đủ; ngược lại thì hiệu ứng phát huy kém. Trộn tro bay vào làm hạt xi măng trong khối vữa phân tán đều tăng không gian thuỷ hoá xi măng, do đó mà thúc tiến phản ứng thuỷ hoá của xi măng thời kỳ đầu. Tác dụng này và hiệu ứng vật lý của các hạt tro phân bố trong vữa làm cho kết cấu ban đầu của quá trình đông cứng được cải thiện. Hiệu ứng này của tro bay thường được coi là hiệu ứng cơ bản thứ nhất của tro bay trong bê tông. Hiệu ứng hoạt tính của tro bay là hiệu ứng hoá học của thành phần hoạt tính của tro bay trộn vào bê tông. Trong đó các hợp chất oxy (SiO2 hoạt tính và Al2O3 hoạt tính) trong tro bay phản ứng với chất thuỷ hoá xi măng Ca(OH)2 và một phần CaSO4 tạo thành các chất kết dính. Hiệu ứng hoạt tính tro bay nhiều canxi còn bao gồm phản ứng thuỷ hoá của một số chất kết tinh nữa. Phản ứng tro núi lửa chỉ thể hiện rõ nét sau khi đông cứng bê tông. Hiệu ứng lấp đầy của tro bay là tác dung hoá lý của các hạt bụi tro bay trong vữa xi măng, có tác dụng cải thiện tính đồng đều của bê tông mới trộn, cũng có lợi cho việc mịn hoá và lấp đầy các lỗ hổng và khe mao dẫn trong bê tông. Hội nghị quốc tế về hoá học của xi măng tro bay cho thấy, qua kính điện tử quan sát hạt thuỷ tinh tro bay thời hạn hai năm, chiều dầy tầng phản ứng chỉ khoảng 1m, với mẫu thử thời hạn 10 năm cũng chỉ dày 1m. Chỉ những hạt cực nhỏ mới phản ứng xâm nhập tới trung tâm. Tuy vậy tầng phản ứng này có tăng trưởng chiều dày rất chậm, nhưng mạng của chất thuỷ hoá trong tầng phản ứng ngày càng chặt chẽ. Hiện tượng này chứng tỏ đặc trưng tập trung của tro bay rõ rệt hơn hạt xi măng chưa thuỷ hóa, duy trì thời gian tập hợp kéo dài. Tác dụng lấp đầy có tính lấp lỗ hổng của tro bay đã làm giảm lượng khí trong vữa bê tông lại có thể làm giảm tính tách nước của bê tông, làm giảm khe hở nên càng làm cho vữa bê tông thêm chặt. Ba vấn đề nêu trên là hiệu ứng cơ bản của tro bay. Hiệu ứng tro bay là tổng hợp tác dụng của ba hiệu ứng dưới một điều kiện nhất định. Nói một cách khái quát, hiệu ứng tro bay tại kỳ 22
  23. đầu và kỳ sớm ninh kết của hỗn hợp bê tông, đã phát huy tác dụng chủ yếu là cải thiện cấp phối của hạt vữa, tăng thể tích vữa, giảm bớt khe rỗng và lượng nước cần, làm nhỏ các khe hở v.v đó là kết quả cùng tác dụng của hiệu ứng hình thái và hiệu ứng lấp đầy của tro bay. Gần cuối thời kỳ đông cứng của bê tông, do thuỷ tinh thể thuỷ hoá tạo ra các sản phẩm thuỷ hoá lấp vào các khoảng không giữa các hạt tro bay và các hạt xi măng, từ đó mà nâng cao cường độ kết cấu, đây là hiệu quả của tác dụng hoá học, là kết quả cùng tác dụng của hiệu ứng hoạt tính và hiệu ứng lấp đầy.  Đánh giá các hiệu ứng của tro bay: Có rất nhiều cách đánh giá hiệu ứng của tro bay, mỗi loại đều có ưu và khuyết điểm, các phương pháp hiện dùng: tỷ số lượng nước cần, tỷ số cường độ, phương pháp vôi hấp thụ và phương pháp độ tan rã v.v Dưới đây giới thiệu phương pháp tỷ số lượng nước cần và phương pháp tỷ số cường độ.  Phương pháp tỷ số lượng nước cần: Là phương pháp so sánh lượng nước cần dùng để trộn xi măng tro bay vữa cát và xi măng vữa cát có cùng một độ công tác khi rung. Kết quả thí nghiệm của phương pháp này phản ánh tác dụng bôi trơn trong hỗn hợp của tro bay. Về một khía cạnh khác nó phản ánh hiệu ứng hình thái của tro bay. Tỷ số lượng nước cần của tro bay càng nhỏ, ở mức độ nhất định phản ánh chất lượng càng tốt.  Phương pháp tỷ số cường độ: Là phương pháp đánh giá hiệu ứng tro bay bằng cách so sánh cường độ của xi măng tro bay vữa cát với cường độ của xi măng bột thạch anh vữa cát. Phương pháp này trực quan, phản ánh hoạt tính của tro bay. Phương pháp này được các nước phổ biến coi trọng. Nhưng cần hiểu rằng cường độ là thuộc tính của kết cấu, nó phản ánh tính năng và cường độ của vữa chất kết dính đông cứng, và không thể phản ánh một cách toàn diện tính năng và cường độ của nguyên liệu (tro bay). Do đó nói một cách đúng mức dùng tỷ số cường độ để phản ánh hoạt tính của tro bay là chưa chính xác, nhưng dùng để đánh giá sự khác nhau về mặt hoạt tính của tro bay là thoả đáng. c. Đánh giá phẩm chất tro núi lửa và tro nham kết (Puzơlan): Tro núi lửa và tro nham đều là chất độn tro núi lửa. Đánh giá phẩm chất của chúng có thể qua thí nghiệm hoạt tính tro núi lửa và thí nghiệm tỷ số cường độ chống nén và thí nghiệm lượng nước cần.  Thí nghiệm hoạt tính tro núi lửa: Theo GB2847-81 Trung Quốc, để dung dịch xi măng trộn 30% nguyên liệu chất tro núi lửa trong tủ nhiệt độ không đổi 400C, sau 7 ngày thì đo trị suất oxit canxi và độ kiềm (OH-). Xem hình 2-2 để phán đoán hoạt tính tro núi lửa của chất trộn. Điểm thí nghiệm nằm phía dưới đường cong là đạt. 23
  24. 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 18 16 14 12 10 8 6 oxytCaO/L) silicat tö ph©n(mg 4 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 - Tæng ®é kiÒm (mg ph©n tö 0H /L) Hình 2-2: Hoạt tính tro núi lửa  Thí nghiệm so sánh cường độ chống nén của hỗn hợp xi măng Portland: Theo quy định của GB2847-81, so sánh cường độ chống nén 28 ngày của xi măng Portland vữa cát trộn 30% tro núi lửa và xi măng Portland vữa cát. Tỷ lệ cường độ này lớn hơn 62% là đạt.  Thí nghiệm tỷ số lượng nước cần: So sánh lượng nước cần để trộn 30% tro núi lửa vào xi măng vữa cát có độ lưu động là 130 5mm, với lượng nước cần để trộn xi măng vữa cát chưa trộn tro núi lửa ở cùng một điều kiện như nhau, cùng có độ lưu động như nhau. Nó phản ánh lượng nước cần thiết nhiều hay ít để hỗn hợp vữa đạt đến cùng một độ lưu động. Khi sử dụng tro núi lửa và tro nham kết để trộn bê tông đầm lăn, ngoài việc tiến hành các thí nghiệm phẩm chất như trên ra c n phải tiến hành thí nghiệm tính năng bê tông đầm lăn trộn với tro núi lửa, tro nham kết; để nắm vững toàn diện tính năng của bê tông này. Nói chung, trộn tro núi lửa vào thì lượng nước cần sẽ tăng lên, co ngót của bê tông sẽ tăng. Theo thực tiễn công trình đã thi công, thời gian ninh kết ban đầu của hỗn hợp bê tông trộn với tro núi lửa, tro nham kết ngắn hơn thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông không trộn tro núi lửa. d. Đánh giá phẩm chất xỉ quặng: Sở dĩ xỉ quặng có hoạt tính là do quặng xỉ nóng chảy qua lạnh đột ngột tạo nên các kết cấu thuỷ tinh thể là chủ yếu. Vì thế hoạt tính của xỉ quặng không những chỉ có liên quan tới thành phần hoá học, mà c n được quyết định bởi các nguyên nhân như điều kiện tạo thành hạt và kết cấu của xỉ quặng. Sau đây sẽ giới thiệu hai phương pháp thường dùng để đánh giá hoạt tính của xỉ quặng. 24
  25.  Phương pháp hoá phân tích: Thành phần hoá học là một phương diện để đánh giá hoạt tính của xỉ quặng. Chất lượng xỉ quặng có thể dùng hệ số chất lượng K để đánh giá. CaO MgO Al O K 2 3 SiO2 NaO TiO2 Hệ số chất lượng càng lớn thì hoạt tính của xỉ quặng càng cao. Hệ số chất lượng của xỉ lò cao thường không bé hơn 1,2. Tuy vậy nếu chỉ dựa vào thành phần hoá học để phán đoán hoạt tính của xỉ quặng là chưa toàn diện. Bởi vì hoạt tính của xỉ quặng c n đề cập đến trạng thái kết cấu nội bộ của nó. Thành phần hoá học chỉ có thể phản ánh mức độ nhất định bản chất của xỉ quặng cho nên phương pháp này cũng chỉ là một trong các phương pháp chủ yếu để đánh giá chất lượng xỉ quặng.  Phương pháp thí nghiệm cường độ: Đem trộn đều hỗn hợp xỉ, xi măng Portland và thạch cao để được xi măng xỉ quặng, và giữ cho lượng trộn và độ mịn không thay đổi. Với phương pháp thử tiêu chuẩn lần lượt thí nghiệm cường độ xi măng xỉ quặng và xi măng theo 7 ngày và 28 ngày. Theo công thức sau để tính cường độ: Cường độ xi măng xỉ quặng Rtỷ lệ = Cường độ xi măng Khi tỷ lệ cường độ là 1 chứng tỏ xỉ quặng không có hoạt tính. Tỷ lệ cường độ càng lớn thì hoạt tính xỉ quặng càng cao. Ở những nơi có tài nguyên xỉ quặng phong phú thì mới sử dụng xỉ quặng lò cao nghiền mịn làm nguyên liệu trộn bê tông đầm lăn. Lúc ấy ngoài việc tiến hành thí nghiệm phẩm chất nêu trên ra, còn phải tiến hành thí nghiệm tính năng bê tông đầm lăn trộn xỉ quặng để nắm toàn diện các tính năng của bê tông đầm lăn này. Bảng 2.1: Giới thiệu một số mỏ Puzơlan ở Viêt Nam Đánh giá theo ASTM Trữ C618-92A Địa điểm lượng TT Tên mỏ Loại đá gốc (tỉnh) (triệu (Si02+ tấn) Al203+ S03 MKN Fe203) 1 Đập Trung Mẫu Phiến hình Vĩnh Phúc 0,67 Đ Đ Đ 2 Hương Canh Phiến nt - KĐ - Đ 3 Mậu Thông Phiến nt 3,2 Đ Đ Đ 4 Núi Đanh Phiến nt 6,1 Đ Đ Đ 5 Xóm Chùa Phiến nt 0,1 Đ Đ Đ 25
  26. 6 Sơn Tây Silic Hà Tây 2,7 Đ Đ Đ 7 Thanh Trắc Silic nt 0,5 Đ Đ Đ 8 Pháp Cổ Silic Hải Phòng 71,5 Đ Đ Đ 9 Cát Bà Silic nt 10,0 Đ Đ Đ 10 Phương Phi Phiến Hà Nam 0,55 - - - 11 Nông Cống Bazan Thanh hoá 57 Đ Đ - 12 Phú Quý Bazan Nghệ An 5,0 Đ Đ - Núi Voi - Núi 13 Bazan Quảng Ngãi 2,0 KD - Đ Ngang 14 Đồng Điền Bazan nt 5,0 KD - Đ 15 Thình Thình Bazan nt 2,0 KD - - 16 Đồng Đanh Bazan nt 10,0 KD - Đ 17 Trung Sơn Bazan nt - KD - - 18 An Dương Bazan Bình Định 5 Đ Đ Đ 19 Núi Mái Nhà Bazan Phú Yên - - - - 20 Kon Tom Phiến Kon Tom Đ Đ Đ Buôn Ma 21 Thuận An Bazan 4 - - - Thuật 22 Chu Nga Bazan Bình Phước - - - - 23 Bình Long Bazan nt 1,04 KĐ - - 24 Lộc Ninh Bazan Đồng Nai - KĐ - - 25 Vĩnh Tân Bazan nt 35 Đ Đ - 26 Xuân Lộc Bazan Bà Rịa 5 - - - 27 Núi Nhạn Bazan nt - - - - 28 Núi Đất Bazan nt - - - - Gia Quỳ 29 Bazan Quảng Trị 40,7 Đ - DDD (Mu Rùa) 30 Cam Nghĩa Bazan An Giang 1 KĐ - - 31 An Giang Điatonit Lâm Đồng - Đ Đ Đ 26
  27. 32 Lâm Đồng Điatonit nt - Đ Đ Đ 33 Long Phước Bazan Bà Rịa Đ Đ Đ Đ Ghi Chú: Ký hiệu Đ và KĐ là đạt và không đạt theo yêu cầu của tiêu chuẩn ASTMC 618- 94A [41]. Các yêu cầu này cũng được viết theo tiêu chuẩn ngành thuỷ lợi 14 TCN 105-1999 [41]. 2.1.4. Chất phụ gia Chất phụ gia là một trong những nguyên liệu không thể thiếu để tạo thành bê tông đầm lăn. Trong thực tế thi công bê tông đầm lăn ở trong và ngoài nước thì phần lớn đều trộn phụ gia. Lượng chất kết dính trong bê tông đầm lăn ít, cát nhiều. Để cải thiện tính năng thi công của bê tông đầm lăn cần phải có chất phụ gia. Trộn chất giảm nước vào có thể làm giảm trị số VC của hỗn hợp cải thiện tính dính hoặc tính phân ly. Đặc điểm thi công xây dựng bê tông đầm lăn có diện tích lớn, yêu cầu thời gian ninh kết ban đầu của bê tông phải dài để giảm bớt khe lạnh xuất hiện, cải thiện đặc tính kết dính mặt tầng thi công, vì thế mà phải trộn chất phụ gia vào. Những công trình đã xây dựng thường sử dụng chất giảm nước chậm đông kết là Sun at canxi gốc chất gỗ, có chức năng chính là giảm bớt nước, c n có hiệu quả làm chậm đông kết. Kinh nghiệm chứng minh,bê tông đầm lăn dùng ít vật liệu kết dính mà trộn chất dẫn khí vào thì hiệu quả c n kém hơn bê tông thường. Do khối vữa trong bê tông đầm lăn ít, năng lực lưu giữa không khí kém làm cho hiệu quả trộn chất dẫn khí kém. Nhưng với vật liệu keo dính dùng nhiều, tỷ lệ keo nước ít, nếu trộn chất dẫn khí vào cũng có thể được hàm lượng khí 4% đến 6%. Hiệu quả của chất phụ gia c n tùy thuộc nguyên vật liệu dùng trong công trình, đặc biệt quan trọng là tính dung h a giữa chất phụ gia với xi măng. Cùng một loại chất phụ gia trộn với các loại xi măng khác nhau, thì hiệu quả giảm nước chậm đông kết cũng khác nhau thậm chí rất khác nhau. Ngoài ra chủng loại chất độn bê tông đầm lăn và hàm lượng hạt nhỏ của cốt liệu mịn cũng đều có ảnh hưởng nhất định tới hiệu quả trộn phụ gia. Vì thế trộn chất phụ gia phải xác định thông qua thí nghiệm. 2.2. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Bê tông đầm lăn cũng thuộc bê tông, nhưng nó khác với bê tông thường là có tỷ lệ cát lớn, lượng xi măng cần tương đối ít, thông thường trộn thêm chất độn khối lượng lớn. Hỗn hợp bê tông đầm lăn không có độ lưu động, ở trạng thái rời rạc. Nhưng sau khi đầm lăn, ninh kết đông cứng thì có đặc điểm như của bê tông, tức là chất kết dính sau khi thủy hóa biến thành chất thủy hóa mà dính kết các cốt liệu lại thành một khối và duy trì theo thời gian mà cường độ tăng lên. Bê tông đầm lăn cũng được tạo bởi 3 pha rắn, pha lỏng và pha khí. Dùng chấn động rung ép để làm chặt hỗn hợp, khác với bê tông thường ở chỗ dựa vào sự chấn động của đầm lăn ép, các hạt có sự chuyển động tương đối xích lại gần nhau. Các hạt nhỏ bị đẩy vào các khe hở của các hạt lớn làm cho không khí ở các khe này dần dần bị đẩy thoát ra ngoài. Ngoài ra vữa chất kết dính của hỗn hợp có tính xúc biến, trong tình trạng rung keo dính bị “ hóa lỏng” nên có đặc tính lưu động nhất định mà lấp đầy vào các khe hở, do đó mà việc đầm chặt của hỗn hợp bê tông 27
  28. đầm lăn vừa mang đặc điểm của bê tông vừa có một số đặc trưng thi công nén chặt đất. 2.2.1. Ngu ên l ơ b n ủa thiết ế ấ hối Phương pháp thi công liên tục tường lớp của đập bê tông đầm lăn và tính siêu cứng của hỗn hợp làm cho thiết kế cấp phối có những đặc điểm sau: 1. Để không gây trở ngại cho thi công đầm lăn, trong điều kiện thông thường sẽ không lắp ống làm mát ở thân đập cho nên khi thiết kế cấp phối phải xét tới việc bê tông trộn vừa phải thỏa mãn chỉ tiêu cường độ và độ bền vững, vừa phải thỏa mãn giới hạn nhiệt độ tuyệt đối. Cố gắng sử dụng lượng xi măng ít, trộn nhiều chất độn. 2. Do siêu khô cứng, hỗn hợp bê tông dễ bị phân ly, vì thế khi thiết kế cấp phối cần khống chế đường kính của hạt cốt liệu lớn nhất. Khống chế tỷ lệ cốt liệu lớn nhất với các cốt liệu khác, tăng vừa phải tỷ lệ cát để tránh tình trạng xảy ra hiện tượng phân ly nặng và không chặt trong quá trình thi công. 3. Trong thiết kế cấp phối phải xét đến việc trộn chất độn, chất phụ gia vào bê tông. 4. Nếu coi bê tông đầm lăn như chất đất, dùng phương pháp nén chặt đất hoặc phương pháp nện chặt để xác định lượng dùng nước đơn vị tối ưu, cần phải xét đến mặt liên quan trực tiếp giữa tính năng bê tông sau khi đông cứng với tỷ lệ nước/chất kết dính. 5. Tỷ lệ pha trộn cuối cùng phải được xác định qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường. Tỷ lệ cấp phối của bê tông đầm lăn là tỷ lệ phối hợp của các nguyên vật liệu tạo thành bê tông đầm lăn. Tỷ lệ cấp phối được biểu hiện bằng tỷ lệ theo trọng lượng. Thông thường hình thức biểu thị là: xi măng:chất độn:cát:đá: 1:x:y:z tỷ lệ theo trọng lượng, và có ghi chú tỷ lệ keo nước. Nếu dùng chất phụ gia thì phải ghi rõ lượng trộn và chủng loại chất phụ gia đó. Tỷ lệ cấp phối c n có thể dùng hình thức bảng biểu thị. Nhiệm vụ thiết kế tỷ lệ cấp phối bê tông đầm lăn trên thực chất là tìm ra 4 quan hệ tỷ lệ của 5 loại vật liệu là xi măng, chất độn, nước, cát và đá (ký hiệu là C, F, , S, G). với điều kiện thỏa mãn yêu cầu độ công tác của bê tông, cường độ, tính bền vữn, tính kinh tế. Thông thường thì nước và chất kết dính có quan hệ so sánh trọng lượng sử dụng gọi là tỷ lệ nước chất kết dính bằng (C F), quan hệ so sánh trọng lượng sử dụng giữa chất độn và kết dính là F (C F), cũng có thể dùng F C để biểu thị. Tỷ lệ so sánh giữa lượng cát và đá là tỷ lệ cát S ( S G); tỷ lệ vữa cát (C F ) S. Chúng là 4 tham số của tỷ lệ cấp phối bê tông đầm lăn. Xác định chính xác 4 tham số này thì sẽ thiết kế được cấp phối thỏa mãn các yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế. Chất lượng của các nguyên vật liệu trong bê tông đều có ảnh hưởng nhất định đến các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông đầm lăn cho nên khi thiết kế cấp phối phải kiểm nghiệm chất lượng của nguyên vật liệu dùng cho công trình, kết hợp với các điều kiện thi công thực tế để thiết kế ra các cấp phối hợp lý nhất. Điểm xuất phát cơ bản của thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn là vữa kết dính bao bọc các hạt cốt liệu mịn cà cố gắng lấp đầy các khe hở giữa cốt liệu mịn, vữa chất kết dính và cát bao 28
  29. bọc cốt liệu thô và lấp đầy khe rỗng giữa các cốt liệu thô để tạo thành khối bê tông đặc chắc để đạt tới yêu cầu kỹ thuật. Do đó khi tiến hành thiết kế cấp phối thì phải tìm hiểu xem vữa keo dính có lấp đầy hết các khe hở của cốt liệu mịn không, vữa cát đó có lấp đầy hết các khe hở cỉa cốt liệu thô không. Trên cơ sở xét tới các điều kiện thi công hiện trường và sự khác biệt với điều kiện thí nghiệm trong nhà, rồi tăng thêm vừa phải lượng vữa keo dính và lượng vữa cát để dự ph ng. Cuối cùng qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường, kiểm nghiệm lại thiết kế để tìm ra hỗn hợp bê tông phù hợp với điều kiện thiết bị thi công hiện trường, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và giá thành thấp. 2.2.2. Ngu ên tắ đ nh tham ố ấ hối: Để thiết kế ra bê tông đầm lăn có thể thỏa mãn các yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, thì khi xác định các tham số cấp phối có thể tham khảo các nguyên tắc sau: 1. Nguyên tắc xác định F (C F) hoặc (F C): trong bê tông đầm lăn, trộn chất độn có tỷ lệ lớn không những tiết kiệm được xi măng, cải thiện một số tính năng bê tông mà c n có thể giảm giá thành, biến chất phế thải thành “châu báu”, giảm ô nhiễm môi trường. Cho nên nguyên tắc xác định F (C F) với điều kiện thỏa mãn yêu cầu tính năng kỹ thuật của bê tông thiết kế đưa ra, cố gắng dùng trị số lớn. 2. Nguyên tắc xác định (C F): Trị số này của bê tông đầm lăn lớn hay nhỏ trực tiếp ảnh hưởng đến tính năng thi công của hỗn hợp và tính chất kỹ thuật của bê tông cứng hóa. Khi lượng keo dính dùng cố định nếu tăng tỷ lệ nước keo thì trị số VC của hỗn hợp sẽ giảm, cường độ và tính bền lâu của bê tông giảm. Nếu lượng xi măng không đổi, áp dụng F (C F) lớn thì (C F) giảm, có lợi cho hoạt tính của tro bay trong bê tông, cường độ và tính bền vững của bê tông tăng. Trong điều kiện đạt yêu cầu cường độ, nên bền vững và trị số VC của yêu cầu thi công, nếu chọn trị số (C F) nhỏ tương ứng với việc chọn F (C F) lớn và lượng dùng của xi măng ít]. 3. Nguyên tắc xác định (C F ) S: Tỷ lệ vữa kết dính cát nhỏ là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến trị số VC giảm. Nếu tỷ lệ vữa kết dính cát tăng quá nhiều không những VC giảm không thể thi công đầm lăn được mà c n làm lượng keo dính tăng. Cho nên nguyên tắc xác định tỷ lệ vữa kết dính cát là: với công đầm của hỗn hợp bê tông nhất định để đầm chắc và đảm bảo VC theo yêu cầu thi công, cố gắng lấy trị số (C F ) S nhỏ. 4. Nguyên tắc xác định tỷ lệ cát: Tỷ lệ cát nhiều hay ít ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng thi công của hỗn hợp, cường độ bê tông và tính bền vững. Tỷ lệ cát quá nhiều, hỗn hợp khô cứng, rời rạc, trị số VC rất lớn, khó đầm chặt, cường độ bê tông và tính bền vững kém. Tỷ lệ cát quá nhỏ vữa cát không đủ để lấp vào các khe hở của cốt liệu thô và bao bọc hạt cốt liệu thô, trị số VC của hỗn hợp lớn, mật độ bê tông kém, cường độ và tính bền vững cũng kém đi. Cho nên khi xác định cấp phối bê tông đầm lăn, phải chọn tỷ lệ cát tối ưu. Tỷ lệ cát tối ưu là tỷ lệ cát dùng ít nhất chất keo dính mà vẫn đảm bảo hỗn hợp có tính chống phân cỡ tốt và đạt đến trị số VC theo yêu cầu thi công. 2.2.3. Phương h thiết ế ấ hối 29
  30. Phương pháp thiết kế cấp phối cho đến nay vẫn chưa có quy định thống nhất. Các phương pháp đều xây dựng trên các góc độ khác nhau, trong đó có tính chất giả định, có khi mang tính kinh nghiệm. Nhưng việc phân tích nội dung của từng phương pháp dù sao cũng rất có lợi cho việc nghiên cứu thêm về lý luận thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn. Sau đây giới thiệu một số phương pháp thiết kế cấp phối: 1. Lựa chọn p ương p p t iết kế đập bê tông đầm lăn c ống thấm Có hai quan điểm về thiết kế thành phần BTĐL: (1) Thiết kế thành phần BTĐL theo quan điểm cơ học đất; (2) Thiết kế thành phần BTĐL theo quan điểm vật liệu bê tông. Phương pháp thiết kế thành phần BTĐL theo quan điểm cơ học đất coi hỗn hợp BTĐL như là hỗn hợp đất được gia cố thêm xi măng, các thành phần lựa chọn dựa trên quan hệ giữa độ ẩm và khối lượng thể tích hỗn hợp. Phương pháp này chỉ phù hợp cho BTĐL nghèo xi măng nên không phù hợp cho thiết kế BTĐL chống thấm. Hiện nay có khá nhiều phương pháp thiết kế thành phần BTĐL theo quan điểm vật liệu bê tông, mỗi phương pháp đều mang đặc điểm trường phái riêng của mỗi nước, thậm chí một nước c n đưa ra nhiều phương pháp thiết kế thành phần BTĐL như ở Mỹ (ACI, EM). Dưới đây sẽ tập trung phân tích đánh giá các phương pháp thiết kế thành phần bê tông giàu hồ xi măng để lựa chọn phương pháp thiết kế BTĐL chống thấm phù hợp điều kiện Việt Nam. Đó là phương pháp của Cục khai hoang Mỹ, Hiệp hội quân sự Mỹ, Viện nghiên cứu bê tông Mỹ ACI, Nhật, và Trung Quốc. Tất cả các phương pháp trên đều sử dụng chỉ tiêu tính công tác là thời gian Vebe hay trị số VC. Theo phương pháp này thể tích hồ chất kết dính phải lớn hơn độ hổng giữa các hạt côt liệu. Do đó cần phải khống chế thành phần hạt cốt liệu để giảm thiểu độ hổng, nhờ đó cho phép giảm hàm lượng chất kết dính yêu cầu. P ương p p t iết kế cấp phối B L t eo C c khẩn hoang Mỹ USBR: Phương pháp này do Dunstan đề xuất, sau đó được Cục khai hoang Mỹ cải tiến và sử dụng trong thiết kế BTĐL đập Upper Stillwater. Trong phương pháp này có hai tiêu chí cần được thoả mãn. Một là, BTĐL cần có lượng CKD đủ để tạo ra khả năng chống thấm tốt và bảo đảm lực bám dính giữa các lớp đổ. Hai là, nhiệt thuỷ hoá của CKD cần được hạn chế đến mức nhỏ nhất có thể. Yêu cầu này được thoả mãn trong thực tế bằng cách sử dụng phụ gia khoáng tro bay hoặc pudơlan thay thế xi măng với tỷ lệ lớn. Phụ gia khoáng phải là vật liệu sẵn có và giá cả hợp lý. Các bước của quy trình thiết kế thành phần BTĐL được Cục Khai hoang Mỹ sử dụng như sau: 1. Xác định khối lượng riêng của xi măng, phụ gia khoáng, cốt liệu lớn, cát, nước cho BTĐL. Độ rỗng của hỗn hợp cốt liệu cũng được xác định. Cốt liệu lớn và cát cũng phải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn của Cục Khai hoang Mỹ như đối với bê tông thường. 2. Xác định tỷ lệ W/(C + F) theo khối lượng dựa vào cường độ chịu nén trung bình yêu cầu 30
  31. 365 ở tuổi nhất định bằng biểu đồ tham khảo. Ví dụ, với Rn = 29,7Mpa, cần N/(X + PGK) = 0,5; 365 với Rn = 15,9Mpa, cần N/(X + PGK) = 0,7. 3. Xác định tỷ lệ xi măng so với phụ gia khoáng X/PGK phù hợp với cường độ trung bình yêu cầu ở tuổi xác định trên biểu đồ tham khảo. Với BTĐL tuổi 365 ngày, thường sử dụng 25% xi măng và 75% tro bay. Sau đó tính được C , F , W cho một đơn vị thể tích hồ (Vc + Vf + Vw). 4. Tỷ lệ thể tích hồ/thể tích vữa được lựa chọn tuỳ thuộc vào khoảng thời gian cho phép giữa các lớp đổ tại hiện trường. Đối với lớp đổ có thời gian phơi lộ 12-24giờ, thì tỷ lệ Vhồ/Vvữa = 0,9. 5. Xác định tỷ lệ vữa sao cho thể tích của vữa lớn hơn thể tích rỗng của cốt liệu khoảng 5- 10%, tốt nhất là nên chọn 7%. 6. Xác định tỷ lệ cốt liệu lớn bằng cách trừ đi phần vữa có trong 1m3 BTĐL. 7. Giả thiết độ rỗng cuốn khí bằng 1,5%, tất cả các vật liệu tính cho một mẻ trộn đều được xác định ở trạng thái bão hoà mặt ngoài khô của cốt liệu. 8. Lựa chọn thành phần cấp phối cho một mẻ trộn thử, xác định độ công tác VC. Nếu VC không như mong muốn thì phải thay đổi lượng nước. Sau đó phải điều chỉnh lại lượng vật liệu thành phần cho đến khi đạt yêu cầu đề ra. 9. Cấp phối cần được tiếp tục điều chỉnh bằng thực nghiệm. Để nghiên cứu các tổ hợp thành phần vật liệu khcs nhau như tỷ lệ F/C; W/(C + F); (C + F)/S hoặc các thành phần cốt liệu nhỏ khác nhau. Cục Khai hoang Mỹ thử nghiệm bằng cách cố định một số tỷ lệ và thay đổi một số tỷ lệ còn lại. 3 P ương p p t iết kế cấp phối B L t eo Hiệp hội quân sự Mỹ USACE: Theo phương pháp này một loạt các bảng tra, biểu đồ được sử dụng để lựa chọn các giá trị cần thiết, sau đó dùng thực nghiệm để kiểm tra và điều chỉnh lại các thông số để có được một thành phần cấp phối BTĐL đáp ứng được các yêu cầu thiết kế. 1. Sau đây là trình tự thiết kế thành phần BTĐL theo USACE: Xác định các số liệu ban đầu như: cường độ trung bình yêu cầu, tuổi thiết kế, loại chất kết dính (có hoặc không có pudơlan) kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu. Các tính chất khác nhau như độ nhiệt, hệ số khuyếch tán, từ biến, ứng suất, biến dạng v.v được tiến hành sau khi thành phần BTĐL đã được lựa chọn. 2. Xác định tính chất của vật liệu sử dụng cho BTĐL. Vật liệu cần có khối lượng đảm bảo để tiến hành các mẻ trộn có dung tích khoảng 500 lít BTĐL. 3. Dựa vào Dmax cốt liệu, độ cứng Vebe lựa chọn lượng dùng nước sơ bộ và hàm lượng bọt khí. 4. Tính toán lượng xi măng tương ứng với cường độ nén cần thiết theo biểu đồ tham khảo hình 2-1 và hình 2-2. Nếu có pudơlan, thì tính toán lượng xi măng và pudơlan theo khối xi măng tương đương. 31
  32. 80 70 Dmax 19~75mm. Sö dông 1 n¨m 60 10~50% pud¬lan so víi l•îng XM quy ®æi 90 ngµy 50 40 28 ngµy 30 C•êng ®é nÐn Mpa nÐn ®é C•êng 7 ngµy 20 10 0 0 100 200 300 400 3 L•îng xi m¨ng t•¬ng ®•¬ng kg/m Hình 2-1: Quan hệ giữa lượng dùng xi măng quy đổi và cường độ nén trung bình của BTĐL, c sử dụng phụ gia pudơlan. 80 70 1 n¨m Th«ng sè trung b×nh cho 60 BT§L Dmax 19~75mm 50 90 ngµy 40 28 ngµy 30 C•êng ®é nÐn Mpa nÐn ®é C•êng 7 ngµy 20 10 0 0 100 200 300 400 3 L•îng xi m¨ng kg/m Hình 2-2: Quan hệ giữa lượng dùng xi măng quy đổi và cường độ nén trung bình của BTĐL, không sử dụng phụ gia pudơlan 5. Tính toán tỷ lệ cốt liệu lớn phù hợp về thành phần hạt so với yêu cầu ở bảng 2.2 6. So sánh thành phần hạt cốt liệu nhỏ thực tế sử dụng với phạm vi thành phần hạt theo bảng 2.3. 7. Xác định thể tích tuyệt đối và khối lượng của vật liệu dựa theo kết quả thu được từ bước hai đến bước 6. 8. Xác định thể tích vữa và so sánh với các giá trị khuyến cáo trong bảng 2.2. Thể tích vữa bao gồm phần cốt liệu lọt sàng 4,75mm, CKD, nước và thể tích 32
  33. bọt khí. 9. Xác định tỷ lệ “thể tích hồ/thể tích vữa”, tỷ lệ này cần lớn hơn hoặc bằng 0,42 để các lỗ hổng trong cốt liệu được lấp đầy bằng hồ CKD. Từ đó điều chỉnh cho hợp lý lượng hạt mịn. 10. Kiểm tra tính công tác của hỗn hợp BTĐL và cường độ ở các tuổi cần thiết thông qua các mẻ trộn thử. Đối với BTĐL có Dmax 38mm sau khi kiểm tra khối lượng thể tích của hỗn hợp BTĐL thì tiến hành sàng ướt loại bỏ các hạt cốt liệu có đường kính 38mm. Sau đó tiến hành kiểm tra độ cứng Vebe và hàm lượng bọt khí. Đúc mẫu bê tông để kiểm tra cường độ và các tính chất khác của BTĐL. Bảng 2.2: Hàm lượng nước, hàm lượng cốt liệu, hàm lượng vữa theo Dmax cốt liệu Dmax cốt liệu (mm) Chỉ tiêu 19 50 75 TB Phạm vi TB Phạm vi TB Phạm vi Lượng nước a. Độ cứng Vebe 30s 150 133-181 122 107-140 107 85-128 b. Độ cứng Vebe 30s 134 110-154 119 104-125 100 97-112 Hàm lượng cát so với tổng lượng cốt liệu, % a. Cốt liệu nghiền 55 49-59 43 32-49 34 29-35 b. Cốt liệu tròn 43 38-45 41 35-45 31 27-34 Hàm lượng vữa, % a. Cốt liệu nghiền 70 63-73 55 43-67 45 39-50 b. Cốt liệu tròn 55 53-57 51 47-59 43 39-48 Tỷ lệ hồ CKD/Vữa 0,41 0,27-0,55 0,41 0,31-0,56 0,44 0,33-0,59 Hàm lượng bọt khí, % 1,5 0,1-4,2 1,1 0,2-4,1 1,1 0,5-3,3 Bảng 2.3: Yêu cầu thành phần hạt cốt liệu lớn đối với BTĐL ch đập theo EM 1110-2-2006 Tỷ lệ lọt sàng Cỡ sàng, mm 4,75  75mm 4,75  75mm 4,75  75mm 75 100 63 88 50 76 100 37,5 61 81 25 44 58 19 33 44 100 12,5 21 28 63 9,5 14 18 41 4,75 - - - 33
  34. 4 P ương p p t iết kế cấp phối B L t eo ACI 3R-2002: Các bước thiết kế được tiến hành như sau: 1. Xác định tỷ lệ hồ tối thiểu, theo đó thể tích hồ tối thiểu trên thể tích đặc hoàn toàn của vữa, chọn bằng 0,38 cho các lớp lót. 2. Lựa chọn tỷ lệ phụ gia khoáng so với xi măng F C và nước /chất kết dính W/(C + F) cho một mẻ trộn thử, theo biểu đồ hình 2-3. 2,3 2,2 R28 = 34,5Mpa 2,1 R28 = 27,6Mpa 2,0 R28 = 20,7Mpa 1,9 R28 = 20,7Mpa 1,8 1,7 R28 = 13,8Mpa N/(XM+P) theo thÓ tÝch thÓ theo N/(XM+P) 1,6 R28 = 13,8Mpa 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 (W/C+F) P/XM theo thÓ tÝch ( F / C ) Hình 2-3: Biểu đồ đường cong quan hệ tỷ lệ N/CKD với tỷ lệ thay thế xi măng pudơlan và cường độ. 3. Xác định thể tích đặc tuyệt đối của côt liệu lớn Vd bằng cách thử cho đến khi đạt được chỉ số VC mong muốn hoặc tra theo bảng 2.4. 4. Xác định thể tích vữa đặc tuyệt đối (Vv), giả thiết hàm lượng khi bị cuốn vào BTĐL bằng 2,0% của tổng thể tích BTĐL. Vv = Vbt .0,98 – Vđ Bảng 2.4: Thể tích tuyệt đối của cốt liệu lớn trong một đơn vị thể tích của bê tông Dmax cốt liệu, mm 152 108 75 38 19 9,5 Thể tích tuyệt đối, % của 1 đơn vị thể 63-65 61-63 57-61 52-56 46-52 42-48 tích BTĐL 34
  35. 5. Xác định thể tích hồ (Vh) theo giá trị chọn từ bước 1: Vh = Vv.Vh/Vv 6. Xác định thể tích cát (Vc): Vs = Vv.(1-Ph) hay Vs = Vv - Vh 7. Xác định thể tích nước cho mẻ trộn thử (N): Vw = Vh. W/C+F. 1/1+W/C+F 8. Xác định thể tích xi măng (Vc): Vc = W/W/C+F+(1+F/C) 9. Xác định thể tích phụ gia khoáng pudơlan hoặc tro bay, Vf: Vf = Vc.(F/C) 10. Tính khối lượng của các vật liệu nêu trên bằng cách nhân thể tích tuyệt đối đã tìm được với khối lượng riêng (tỷ trọng hạt đặc chắc). 11. Làm thí nghiệm với mẻ trộn thử để đạt được chỉ số VC theo yêu cầu hoặc xác định thời gian đầm tối thiểu cần thiết để đạt được dung trọng đầm chặt lớn nhất. 12. Sau khi đã lựa chọn thể tích cốt liệu cuối cùng, thì chuẩn bị ít nhất hai mẻ trộn phụ; một mẻ có tỷ lệ W/(C + F) cao hơn và một mẻ có tỷ lệ thấp hơn. Xác định cường độ của các cấp phối đó, rồi vẽ đường quan hệ cường độ - với tỷ lệ W/(C+ F). Từ đó xác định được thành phần hỗn hợp BTĐL cuối cùng. 5 P ương p p t iết kế cấp phối B L của Bộ XD Nhật Bản: Các tính toán cũng dựa trên nguyên tắc thể tích tuyệt đối. Tuy nhiên quá trình tính toán và thí nghiệm khá phức tạp (xem sơ đồ hình 2-4). 35
  36. Hình 2-4: Sơ đồ thiết kế thành phần BTĐL the phương pháp RCD của Nhật Bản. Dưới đây tóm tắt những điểm chính của phương pháp này: 1. Xác địng lượng dùng xi măng dựa trên cường độ yêu cầu, lượng dùng CKD thấp nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về cường độ. Sử dụng tro bay để giảm lượng nhiệt thuỷ hoá và giảm lượng dùng nước. 2. Mức ngậm cát của BTĐL lớn hơn so với bê tông khối lớn thông thường giúp giảm phân tầng và tăng khả năng đầm chặt bằng lu rung. 3. Lượng dùng xi măng phụ thuộc vào giá trị cường độ nén trung bình yêu cầu. Hầu hết 3 các đập BTĐL ở Nhật Bản có R91 20Mpa và lượng dùng CKD khoảng 130kg/m . Tỷ lệ thay thế xi măng bằng tro bay 20-30%, thường chọn 30%, khi đó trong 1m3 BTĐL có 91kg xi măng và 39kg tro bay. 4. Lượng dùng nước được xác định sau khi đã có kết quả kiểm tra: + Khối lượng thể tích vữa. Cường độ nén của các cấp phối có lượng dùng nước thay đổi. Độ cứng Vebe khi lượng nước thay đổi. Sử dụng đường cong biểu thi tương quan giữa cường độ BTĐL với lượng dùng nước và đường biểu thị tương quan giữa độ cứng Vebe với lượng dùng nước để chọn lượng dùng nước ứng với Vebe là 20s. 5. Thành phần cấp phối hạt côt liệu lớn được xác định bằng thực nghiệm bằng cách thay đổi tỷ lệ các cỡ hạt và dung nèn chặt. Cấp phối hạt có khối lượng thể tích lớn nhất sẽ được lựa 36
  37. chọn. 6. Sau khi cố định lượng dùng xi măng, tro bay, nước tiến hành trộn thử một số mẻ trộn có mức ngậm cát thay đổi. Xác định giá trị Vebe, mức ngậm cát cho Vebe nhỏ nhất sẽ được chon. Kết quả thí nghiệm cho thấy nếu sử dụng thùng lớn để thử Vebe thì mức ngậm cát hợp lý là 30- 32%. Sau đó xây dựng đường cong quan hệ giữa cường độ BTĐL với lượng dùng xi măng và đường này sẽ được sử dụng để xác định lượng dùng xi măng. 6. Nhận xét c c p ương p p t iết kế cấp phối của nước ngoài: Nói chung tất cả các phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL trình bày trên đây đều dựa trên nguyên tắc chung là kết hợp lý thuyết (công thức, đồ thị, bảng tra) với thực nghiệm (đúc mẫu trong phòng thí nghiệm với loại vật liệu sử dụng cho công trình cụ thể). Nguyên tắc này là kế thừa của phương pháp thiết kế cấp phối bê tông truyền thông theo phương pháp thể tích tuyệt đối. Sự khác nhau giữa các phương pháp chỉ là thứ tự xác định các thành phần vật liệu trong cấp phối, các công cụ hỗ trợ tính toán (công thức hoặc đồ thị, bảng tra). Trong tất cả các phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp BTĐL, thì chỉ có phương pháp thiết kế của Trung Quốc là dựa trên cường độ vữa – CKD để lựa chọn tỷ lệ W/F, tức là cho phép lựa chọn các loại xi măng khác nhau. Trong khi các phương pháp khác thì chủ yếu áp dụng cho một loại xi măng nhất định. Hầu hết các phương pháp đều không nói đến tính chống thấm của BTĐL, chỉ có phương pháp thiết kế EM-1110-2-2006 nói đến chất lượng của BTĐL cần đảm bảo tỷ lệ Vh/Vv ≥ 0,42. Hai phương pháp thiết kế thành phần BTĐL là EM-1110-2-2006 (phương pháp giàu hồ) của Mỹ và phương pháp của Trung Quốc có cách trình bày tương đối rõ ràng, dễ tiếp cân. Đặc biệt phương pháp của Trung Quốc có các bước tính toán gần với phương pháp thiết kế thành phần bê tông Bolomay-Skramtaev đã được sử dụng rộng rãi và quen thuộc tại Việt Nam. 7 C c bước c ng i t iết ế cấp p ối: Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn có thể chia ra làm 6 bước sau: a) Sưu tập tài liệu cần thiết ch công tác thiết kế cấp phối: Trước khi tiến hành thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn cần phải sưu tập toàn bộ các văn bản và tài liệu kỹ thuật có liên quan đến thiết kế cấp phối. Chúng bao gồm vị trí công trình xây dựng; yêu cầu kỹ thuật mà thiết kế công trình đề ra đối với bê tông, như là cường độ, biến dạng, tính chống thấm, tính lâu bền, tính năng nhiệt học, thời gian ninh kết, chất độn, trị số VC, dung trọng v.v trình độ kỹ thuật thi công của đội ngũ xây dựng; chất lượng và đơn giá nguyên vật liệu mà công trình sử dụng. b) Thiết kế sơ bộ cấp phối: (1) Xác định sơ bộ tham số cấp phối. Trước khi chọn tham số cấp phối, cần xác định đường kính tối đa của cốt liệu thô và tỷ lệ chiếm của cốt liệu thô. Với bê tông trong các kiến trúc thủy công có thể tích lớn, thì đường kính cốt liệu thô lớn nhất thường lấy 80mm. Tỷ lệ của các loại cốt liệu có thể lấy theo nguyên tắc 37
  38. dung trọng của trạng thái đầm chắc cốt liệu thô (tức là độ rỗng ít), cốt liệu thô ít phân ly. Trong các công trình bê tông đầm lăn phần lớn cốt liệu thô chia thành 3 cấp: lớn, vừa, nhỏ và chiếm tỷ lệ là 4:3:3 hoặc 3:4:3. Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu thô và tỷ lệ các cấp nghĩa là đã xác định xong tham số của cấp phối. Chọn tham số cấp phối (C F), F (C F) (hoặc F C), (C F ) S (hoặc , ) và S/(S+G) (hoặc  ) có thể tiến hành theo các cách sau: Phương pháp chọn thí nghiệm đơn nguyên nhân: Mức độ ảnh hưởng của tham số cấp phối bê tông đầm lăn đối với các tính năng của bê tông rất khác nhau, vì vậy có thể chọn tham số nào đó ảnh hưởng lớn nhất đối với tính năng của bê tông để tiến hành thí nghiệm đơn nguyên nhân từ đó xác định trị số của tham số. Tỷ lệ nước/chất kết dính và lượng tro trộn thường khảo sát ảnh hưởng của nó đối với dung trọng vữa cát đầm chặt để chọn. Tỷ lệ cát thì căn cứ thí nghiệm dung trọng đầm chắc bê tông để xác định trị số tối ưu và xét tình hình phân ly của hỗn hợp để chọn. Phương pháp phân tích thí nghiệm đơn nguyên được dùng khá phổ biến. Phương pháp thiết kế thí nghiệm chính giao: Có thể lấy 4 tham số cấp phối làm mẫu thiết kế thí nghiệm chính giao. Mỗi mẫu lại lấy 3 4 mức, chọn đúng bảng chính giao để bố trí thí nghiệm. Dùng phương pháp phân tích trực quan hoặc phân tích so sánh để phân tích các mức độ của mẫu và quan hệ tính năng chất độn bê tông, từ đó chọn ra các tham số cấp phối. Phương pháp này thích hợp với tình hình thí nghiệm trong nhà mà sự giao động của nguyên vật liệu rất ít, nhưng trước khi thi công phải thông qua thí nghiệm hiện trường chọn tham số chính xác. Phương pháp chọn loại công trình tương tự: Với các công trình vừa và nhỏ khi không thể thí nghiệm để xác định tham số cấp phối thì có thể tham khảo công trình tương tự để sơ bộ chọn ra tham số cấp phối, tiến hành thiết kế sơ bộ. (2) Xác định lượng cấp phối: Phương pháp thể tích tuyệt đối: Phương pháp này giả định thể tích của hỗn hợp bê tông đầm lăn bằng tổng thể tích tuyệt đối của các nguyên vật liệu hợp thành và thể tích không khí trong hỗn hợp bê tông, tức là: C F W S G + + + + +10. = 1000 c F W  s  G Trong đó: C, F, , S, G: Lượng xi măng, chất độn, nước, cát và đá trong mỗi m3 bê tông đầm lăn (kg/m3); 3 c , F , W : dung trọng của xi măng, đất trộn, nước (g/m ); 3  G ,  s : dung trọng của cát, đá (g/m ); : số phần trăm hàm lượng khí của hỗn hợp bê tông đầm lăn, khi không trộn chất dẫn khí, có thể lấy =(1~3)%. Căn cứ vào tham số đã chọn được, có thể tìm ra lượng dùng nguyên liệu của mỗi m3 bê tông 38
  39. Phương pháp dung trọng giả định: Phương pháp này giả định dung trọng là một trị số đã biết  con do đó có: C+F+W+S+G =  con Các ký hiệu công thức cũng có ý nghĩa như ở trên. Căn cứ vào các tham số đã chọn để tìm ra lượng các nguyên liệu cần cho mỗi một m3 bê tông đầm lăn. Phương pháp bao lấp: Phương pháp này dựa vào vữa keo dính bao bọc hạt cát và lấp các khe hở của cát để tạo thành vữa cát, vữa cát bao bọc cốt liệu thô và lấp vào khe hở của cốt liệu thô hình thành bê tông. Lấy ,  làm chỉ tiêu đánh giá, là tỷ lệ vữa keo dính với thể tích rỗng của vữa cát,  là tỷ lệ thể tích vữa cát với thể tích khe rỗng của cốt liệu thô. Xét tới việc để lại một dư thừa nhất định thì các trị số của ,  đều phải lớn hơn 1. Với bê tông đầm lăn, thì thường lấy từ 1.1~1,3;  lấy 1,2 1,5. Do đó: C F W 10.PS .S + + = . ' c F W  S G 10.PG .S 1000-10.V - =  . '  G  G Từ đó tìm được: 10.P . G .G 1000 10.V  ' G = ; S = G 10.P 1 10.P 1 . G . S '  G  G  S  S Nếu tham số cấp phối là /(C+F)= K1 , F/(C+F)= K2 thì: 10.P . S .S  ' K C = S ; F = 2 .C ; W= K . C F K .K 1 K 1 1 2 2 1 K2 K1 1 K2 c 1 K2 . F Trong các công thức trên: - PS , PG : tỷ lệ lỗ rỗng ở trạng thái đầm chặt của cát và đá; - V : tỷ lệ phần trăm thể tích lỗ rỗng của bê tông; ' ' -  S , G : dung trọng trạng thái đầm chặt của cát và đá. Các ký hiệu khác có ý nghĩa như trên. Căn cứ vào các công thức trên để tính ra lượng nguyên liệu dùng cho mỗi mét khối bê tông đầm lăn. c) Điều chỉnh trộn thử: Các lượng dùng nguyên liệu được tìm theo các công thức trên là dựa vào một số công thức 39
  40. kinh nghiệm, kể cả một số tham số không qua thí nghiệm và điều kiện thí nghiệm không thể hoàn toàn phù hợp với tình hình thực tế, cho nên cần phải qua công tác trộn thử để điều chỉnh độ công tác của hỗn hợp và xác định dung trọng của hỗn hợp bê tông. Theo cấp phối sơ bộ để lấy các vật liệu tiến hành thí nghiệm, xác định trị số VC của hỗn hợp. Nếu trị số VC lớn hơn yêu cầu của thiết kế thì phải giữ nguyên tỷ lệ (nước keo) rồi tăng lượng nước dùng. Nếu VC thấp hơn yêu cầu thiết kế, có thể duy trì tỷ lệ cát không đổi mà tăng thêm cốt liệu. Nếu tính chống phân ly của hỗn hợp kém, thì có thể giữ nguyên tỷ lệ vữa cát, tăng vừa phải tỷ lệ cát. Ngược lại thì giảm bớt tỷ lệ cát đi. Sau khi điều chỉnh trộn thử xong, cần xác định dung trọng thực tế của hỗn hợp rồi tính ra lượng dùng các nguyên vật liệu của cấp phối thực tế. d) ác định cấp phối tr ng nhà: Cấp phối bê tông có được do điều chỉnh trộn thử, trong đó tỷ lệ (nước keo) chưa chắc đã thỏa đáng, phải tiến thêm một bước kiểm nghiệm lại chỉ tiêu cường độ và tính bền vững. Thông thường áp dụng 3 loại cấp phối khác nhau. Một trong số đó là cấp phối thông qua điều chỉnh trộn thử tìm được. Trị số tỷ lệ (nước keo) của 2 loại cấp phối c n lại tăng 0,05 hoặc giảm 0,05 so với tỷ lệ cấp phối điều chỉnh trộn thử. Lượng nước dùng của 3 cấp phối bằng nhau, tỷ lệ cát sẽ điều chỉnh theo trị số VC. Với mỗi cấp phối, chế tạo các mẫu thử cường độ và độ chống thấm theo yêu cầu, bảo dưỡng đến đúng kỳ rồi tiến hành thí nghiệm, căn cứ vào kết quả thí nghiệm để xác định cấp phối trong nhà. e) uy đổi cấp phối hiện trường thi công: Cấp phối trong nhà do thí nghiệm mà có, thường nguyên liệu cát, đá ở trạng thái cơ bản là khô. Nguyên liệu cát đá công trường ở trạng thái có nước, thực tế khác với ph ng thí nghiệm cho nên khi cân trọng lượng thực tế của nguyên vật liệu hiện trường phải căn cứ vào tình trạng có nước của chúng để tiến hành quy đổi. Giả thiết cát ở hiện trường thi công có tỷ lệ nước là a%, tỷ lệ nước của đá là b%, quy đổi cấp phối trong nhà ra cấp phối thi công, và lượng vật liệu cần của chúng là: C = C ' ; F= F ' ; S = S ' (1+ a%). G = G' (1+b%) ; W = W ' - S ' .a%-G' .b% Trong công thức trên: , , W ' , , là lượng dùng các nguyên vật liệu cấp phối trong nhà. C, F, , S, G là lượng dùng các nguyên vật liệu cấp phối khi thi công. Khi hàm lượng cát đá của công trường có đường kính quá kém ngoài phạm vi quy định thì cũng phải tiến hành quy đổi cấp phối trong nhà. ) Thí nghiệm đầm lăn hiện trường và điều chỉnh cấp phối: Trong điều kiện hiện tại, trước khi tiến hành bê tông đầm lăn cho một công trình phải thí nghiệm đầm lăn. Mục đích là ngoài việc xác định tham số thi công, kiểm nghiệm lại tình hình vận hành và phối hợp của hệ thống thi công sản xuất, đề ra các biện pháp quản lý thi công, c n phải thông qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường để kiểm tra tính thích nghi của thiết bị thi công đối với cấp phối bê tông đầm lăn thiết kế (bao gồm tính năng có thể đầm, tính dễ đầm chắc) cũng như tính chống phân ly của hỗn hợp. Khi cần cấp phối có thể điều chỉnh theo tình hình thí 40
  41. nghiệm đầm lăn. 8 về t iết ế cấp p ối bê tông đầm lăn: a. Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn: Yêu cầu thiết kế: Yêu cầu thiết kế sơ bộ bê tông đầm lăn: Trên mặt thượng lưu thân đập có tầng chống thấm, trong đập dùng cấp phối 3 cấp bê tông đầm lăn, trị số VC của hỗn hợp khống chế ở 10 24s, bê tông niên hạn 90 ngày có cường độ chống nén Rd 9,8MPa, suất đảm bảo 85%, chống thấm niên hạn 90 ngày có chỉ tiêu S4 , nhiệt độ chênh lệch của thân đập khống chế dưới 10~14o C, thiết kế dung trọng bê tông là 2320kg/m3. Vật liệu: Bột mịn trong cát chiếm 6,6 15,2%, hàm lượng vượt đường kính hạt chiếm 7~23%, modun độ mịn giao động trong khoảng 2,8 3,3. Dùng xi măng Portland mác 425. Chất độn là tro bay do nhà máy điện thu hồi qua bộ phận lọc tĩnh điện. Chất phụ gia là Sul at canxi chất gỗ. Chọn tham số cấp phối: Chọn tham số cấp phối theo phương pháp thiết kế thí nghiệm chính giao, dùng bảng chỉnh giao Lg(34) để bố trí thí nghiệm. Mức của các tham số xem bảng 2.5. Bảng 2.5: Tham số và m c thiết kế chính gia Tham số W/(C+F) F/C (C+F+W)/S S/(S+G) Mức 0,50 0,60 0,70 1,0 1,2 1,4 0,35 0,40 0,45 0,32 0,34 0,36 Qua khảo sát trị số VC, dung trọng cường độ chống nén của bê tông niên hạn 7 ngày và 28 ngày, sơ bộ chọn tham số cấp phối theo /(C+F) = 0,60; F/C = 1,2; (C+F+W)/S = 0,40; (S+G) = 0,33. Thí nghiệm trong nhà: Đưa các tham số cấp phối trên vào các công thức sau để tìm lượng dùng các nguyên liệu: C F W S G  con W /(C F) m F /C n (C F W )/ S K P S /(S G) K Trong đó m, n, K p và K là các tham số cấp phối đã định, c n các ký hiệu khác như trên. Qua bảng điều chỉnh trộn thử được cấp phối bê tông và các tính năng như bảng 2.6. Bảng 2.6: Cấp phối bê tông đề xuất để thí nghiệm đầm lăn hiện trường (trộn 0,2 sul at canxi chất g ) Lượng dùng các vật liệu của mỗi Một số tính năng kỹ thuật của bê tông m3 bê tông (kg) 41
  42. 3 C F W S G VC(s) R28(MPa) R90 (MPa) Sn  con (kg/ m ) 80 95 105 700 1448 16 14,7 27,2 2374 S12 65 91 101 728 1415 12 10,4 21,0 - 2364 65 85 94 704 1488 20 13,6 22,9 S12 2350 Thí nghiệm đầm lăn hiện trường: trên cơ sở thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, tiến hành thực hiện thí nghiệm hiện trường. Kết quả thí nghiệm cấp phối hiện trường giúp cho ta hoàn chỉnh cấp phối trong phòng thí nghiệm để có được cấp phối chính thức dùng cho công trình. Việc tiến hành điều chỉnh cấp phối nhằm đối phó với tính năng thiết bị trộn, giảm bớt cốt liệu thô phân ly, tỷ lệ cấp phối đá lớn:nhỡ:nhỏ, tương ứng hàm lượng cát, từ đó xác định dung trọng của bê tông thỏa mãn yêu cầu ổn định thân đập. Bảng 2.7: Một số cấp phối bê tông đầm lăn của một số đập tràn trên thế giới và Việt Nam Cấp phối sử dụng Nước Phụ gia TT Tên công trình Xi măng C Cát Đá W khoáng Phụ Gia (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) Đập Kháng Khẩu 1 101 65 91 728 1415 (Trung Quốc) Thiên Sinh Kiều 2 83 55 85 785 1462 (Trung Quốc) 0,2% Plêikrông Sunfát 3 145 50 210 728 1364 (Việt Nam) Can xi ĐH4a Sê San 4 4 172 80 140 734 1309 (Việt Nam) Định Bình 5 122 105 140 772 1341 (Việt Nam) 42
  43. Chương 3: TR N BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Thực tiễn đã chứng minh, trộn bê tông đầm lăn có thể sử dụng máy trộn kiểu cưỡng bức, máy trộn rơi tự do, máy trộn gáo, và cũng có thể dùng máy trộn liên tục. 3.1. MÁY TRỘN RƠI TỰ DO VÀ CƯỠNG BỨC 3.1.1. M t ộn ơi t Có kết cấu đơn giản, dung lượng lớn, công suất tiêu hao ít, tuổi thọ sử dụng lâu bền, thích ứng với cốt liệu lớn, đó là những ưu điểm của máy trộn rơi tự do. Chính vì vậy mà máy trộn rơi tự do được dùng rộng rãi trong các công trình đập bê tông thường, nó cũng có thể dùng để trộn bê tông đầm lăn. Theo kinh nghiệm sử dụng của rất nhiều công trình, nếu dùng máy trộn rơi tự do để trộn bê tông đầm lăn thì phải chú ý những vấn đề sau: n tự đổ vật liệ : Khi trộn bê tông thì trình tự đổ các loại vật liệu vào máy trộn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hỗn hợp bê tông. Khi trộn bê tông thường theo các trình tự sau: - Thứ nhất: đổ nước, chất phụ gia, cát vào máy tiến hành trộn ướt; - Thứ hai: đổ chất kết dính vào, trộn đều gọi là bao cát; - Thứ ba: đổ đá để trộn bao đá cho đến khi đều. Sự xuất hiện của bê tông đầm lăn có trộn tro bay cũng như việc sử dụng cát đá nhân tạo nảy sinh các vấn để mới: (1) Bê tông đầm lăn trộn nhiều tro nếu trộn bao cát trước thì cánh máy trộn sẽ dính nhiều vữa cát. (2) Vữa cát hàm lượng nước ít khó mà phủ dính lên mặt của cốt liệu thô. Bề mặt cốt liệu mà xù xì thì càng tăng thêm độ phức tạp cho việc vữa cát phủ lên bể mặt cốt liệu. Vì vậy mà trình tự đổ vật liệu vào máy trộn của bê tông đầm lăn không thể áp dụng như của bê tông thường được. ng lượng t ộn: Máy trộn tự do dựa vào sự rơi tự do của nguyên liệu để đạt hỗn hợp bê tông. Khi trộn bê tông thường, nguyên liệu rời rạc trộn với nước thì thể tích nhỏ đi, trong thùng có đủ không gian rơi để tiến hành trộn hỗn hợp. Khi trộn bê tông đầm lăn, do dùng ít nước, sự biến đổi thể tích trước và sau khi đổ nước không khác nhau nhiều, không gian rơi giảm đi, không đạt đến trạng thái hỗn hợp đều. Vì vậy có một số máy trộn rơi tự do phải giảm bớt dung tích trộn để có bê tông đầm lăn chất lượng tốt. Ví dụ máy trộn dùng ở đập Kháng Khẩu, nếu trộn bê tông thường là 1m3, nếu cùng trộn 1m3 bê tông đầm lăn thì trộn không đều, một phần cốt liệu thô thậm chí chưa có dính vữa cát, cốt liệu thô bị phân ly nghiêm trọng; lượng trộn phải giảm xuống c n 0,8m3 thì trộn đều hơn, cốt liệu ít bị phân ly hơn. Ở các đập De Mist Krael và aaihock - Nam 43
  44. Phi, dung lượng trộn thấp đi tới 2 3 định mức. Máy trộn ở đập Liễu Khê là 6,8m3, vật liệu đổ vào giảm đi chỉ c n 56m3. 3 i gian t ộn: Nói chung khi trộn bê tông đầm lăn thời gian dài hơn so với bê tông thường. Ở đập thủy điện Đồng Giai Tử máy trộn 1,5m3 khi trộn bê tông đầm lăn đã kéo dài thêm thời gian trộn 3060s. Ở Thiên Sinh Kiều dùng máy trộn 1,5m3, trộn bê tông thường mất 90s, trộn bê tông đầm lăn thời gian là 150180s. Có những công trình dùng máy trộn rơi tự do thời gian trộn bê tông đầm lăn và bê tông thường không mấy chênh lệch. Ví dụ: đập Đại Xuyên - Nhật Bản dùng máy trộn 1,5m3, thì thời gian trộn cũng là 90s như bê tông thường. Ở các công trình Sa Kê Khẩu, Nham Than dùng máy trộn 3m3, thời gian trộn ít nhất là 30s, cũng không khác nhau mấy so với bê tông thường. Tóm lại, thời gian trộn c n tùy thuộc vào máy trộn và cấp phối bê tông, vì vậy cần qua thử nghiệm để chọn. 4 ấn đề b m n : Khi trộn bê tông đầm lăn, do lượng nước ít vữa cát dính vào cánh trộn. Cánh trộn dính vữa làm cho việc trộn kém. Ở đập Kháng Khẩu, cứ trộn xong 20 mẻ lại rửa máy trộn một lần, vì vậy mà giảm hiệu suất công tác. Thứ tự đổ vật liệu vào máy trộn hợp lý cũng sẽ làm giảm bớt hiện tượng bám dính. 5 ấn đề p n l : Khi nghiêng máy trộn để đổ hỗn hợp ra, cốt liệu thô thường rơi vào phễu trước, sau đó lại tập trung dưới đáy thùng sau khi hãm máy, xuất hiện rõ rệt trạng thái phân ly. Thứ tự đổ vật liệu hợp lý và cánh tay quay có hình dáng phù hợp sẽ làm giảm bớt phân ly. Hàm lượng nước của c t: Lượng nước thay đổi có ảnh hưởng rõ rệt đến tính năng của bê tông. Thông thường cốt liệu thô thoát nước nhanh, hàm lượng nước ít và ổn định. Ảnh hưởng đến lượng nước sử dụng phải kể chính là hàm lượng nước trong cát. Cát sau khi rửa, sàng phải để đánh đống một thời gian một tuần lễ trở lên thì hàm lượng nước mới tạm ổn định. Trạm trộn hiện đại có trang bị máy đo tự động tỷ lệ nước của cát và căn cứ vào tỷ lệ này để diều chỉnh lượng nước đổ vào trộn. 3.1.2. M t ộn i u ư ng bứ Máy trộn cưỡng bức là lợi dụng sức quay của cánh lắp trên trục nằm ngang, hai trục này lắp cánh quay và chuyển động tương đối trong thùng trộn, chuyển động theo v ng tr n và chuyển động trượt theo hướng trục. Các cánh quay có tác dụng khuấy mạnh đảo đều hỗn hợp vật liệu, thời gian trộn giảm (thường là 30s), chất lượng hỗn hợp trộn tốt. Dùng cửa mở đáy xả vữa bê tông, quá trình xả vữa bê tông gần như không phân ly. Máy trộn cưỡng bức cho phép đường kính của cốt liệu to nhất đến 100mm. Nhưng máy trộn cưỡng bức bị mài m n cánh trộn và đệm lót rất nhanh, cần phải thay luôn. Máy trộn cưỡng bức đ i hỏi công suất lớn cho nên dung tích trộn có phần hạn chế. Máy trộn cưỡng bức được dùng phổ biến trong các công trình bê tông đầm lăn ở Nhật, 44
  45. Nhật Bản đã dùng loại máy trộn cưỡng bức có dung tích trộn đến 4,6m3. 3.2. MÁY TRỘN LIÊN TỤC VÀ MÁY TRỘN GÁO 3.2.1. M t ộn liên tụ Máy trộn liên tục chia làm 2 loại: máy rơi tự do và máy cưỡng bức. Loại máy rơi tự do là một thùng tr n xoay nghiêng, trong vách phía trong thùng có các lá gân, vật liệu được cân liên tục rồi đổ vào cửa thùng trộn, trộn theo kiểu rơi tự do cho đến khi đều, sau đó qua cửa ra cho vữa bê tông liên tục, năng suất đạt 200250m3 h. Kiểu máy trộn cưỡng bức có 2 trục nằm ngang, các cánh tay gân quay làm cho vật liệu trộn đều rồi từ máng chữ U theo hướng cửa đổ vữa bê tông mà đẩy ra ngoài, năng suất đạt 300m3 h trở lên. 3.2.2. M t ộn g Máy trộn kiểu này mới được nghiên cứu gần đây. Máy được tạo thành bởi hai thùng nửa hình cầu gắn trên trục quay nằm ngang, một bán cầu gắn cứng lên một đầu trục, c n nửa cầu khác thì quay quanh trục. Cho phép lấy vữa bê tông ở vị trí giữa hai gáo quay, một đầu gáo có đường phễu cho vật liệu vào. Khi máy hoạt động có hai chức năng như rơi tự do và cưỡng chế, có thể trộn cốt liệu có kích thước lớn (200250mm), không bị m n nhiều, thời gian trộn ngắn (5080s), vữa bê tông ra nhanh (810s), có lợi cho việc tránh cốt liệu phân ly. Hãng SGME (Bỉ) sản suất loại máy trộn gáo có dung tích ra vữa bê tông từ (0,61,6m3) và đã được áp dụng cho nhiều công trình đập bê tông đầm lăn trên thế giới. Chương : VẬN CHU ỂN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Bê tông đầm lăn là một loại bê tông siêu khô cứng, phạm vi tuyển chọn các loại phương tiện vận chuyển cũng rộng hơn so với bê tông thường. Một số công trình đập bê tông đầm lăn, đã sử dụng các phương tiện vận chuyển như: máy xúc, máy ủi, cần cẩu và máy xúc lật v.v nhưng do tốc độ thi công bê tông đầm lăn rất nhanh, những công cụ này không đáp ứng được cường độ vận chuyển. Máy xúc, máy ủi, và máy xúc lật c n bị hạn chế bởi khoảng cách vận chuyển mà chỉ phù hợp với công việc vận chuyển đường ngắn. Do cường độ vận chuyển lớn mà băng tải và xe ben trở thành phương thức vận chuyển phổ biến nhất. Gần đây xuất hiện loại ống chảy chân không dùng ở các địa hình dốc, đã cho thấy rõ tính ưu việt của nó. Trong chương này giới thiệu về các phương tiện vận chuyển thường dùng. 4.1. XE BEN TỰ ĐỔ Xe ben là một loại phương tiện vận chuyển thường hay dùng nhất, có các đặc tính như sức chuyển tải lớn, linh hoạt, cơ động và thông dụng. Khi sử dụng xe ben để vận chuyển bê tông đầm lăn cần chú ý những vần đề sau: .1.1. L ại Thường sử dụng xe ben loại đổ phía sau, sức chứa của thùng xe phải phối hợp chặt chẽ với máy trộn, diện tích mặt đập và cường độ thi công. Theo kinh nghiệm đã dùng thì trong các loại 45
  46. xe ben đổ phía sau, loại xe có thùng vẩy cao đuôi sau khi đổ mức độ phân ly ít hơn loại đuôi thùng ph ng. Ở các công trình trong và ngoài nước thường dùng loại xe ben tải trọng 20T, 15T, 10T và 8T, cũng có công trình dùng xe ben loại lớn 32T và 45T. Xe ben đổ đáy ít sinh ra cốt liệu phân ly, nhưng tính cơ động kém cho nên cũng ít dùng. Nếu mặt đập hẹp mà xe đi vào từ một hướng và ra hướng kía thì sử dụng xe ben đổ nắp sau là phù hợp. .1.2. Bố t í đư ng đi Vận chuyển bằng xe ben cần phải bố trí đường đi theo cao trình. Con đường từ trạm trộn đến mặt đập được bố trí theo hai loại đường chính và đường nhánh. Từ đường chính chia làm nhiều nhánh lên đập bố trí theo từng tầng đổ bê tông. Mỗi đường nhánh bố trí độ cao 57m để tránh cho đường lên đập phải đắp cao tạm thời quá nhiều. Mặt đường rộng tuỳ thuộc mật độ xe ben. Cửa đường vào tùy thuộc kết cấu của mặt đập. Khi mặt đập được xây bằng các tấm bê tông đúc sẵn thì có thể nối liền trực tiếp đường đi với mặt đập. Khi mặt đập sử dụng hình thức khác hoặc phải đổ bê tông tầng chống thấm thì giữa đầu đường và mặt đập phải có khoảng cách vừa đủ để thỏa mãn yêu cầu thi công tầng chống thấm. Có nhiều hình thức nối đường với thân đập. Tại đập Long Môn Than nối bằng cầu Belei, là một đoạn xà dài 40m một đầu xà ghếch lên đầu đường c n đầu xà kia ghếch lên mặt đập, mặt đập cao thì đầu xà này cũng cao dần lên, cao nhất là 5m. Kiểu nối tiếp này ít ảnh hưởng đến tính liên tục khi thi công nâng cao mặt đập. Hình 4-1: Cầu cơ động và đường vận chuyển ở đập Long Môn a) Cầu cơ động; b) Đường vận chuyển. Đập Long Môn của Nhật cao 99,5m, dùng xe ben 15T để chuyên chở, nối bằng cầu cơ động từ mặt đường đến thân đập như hình 4-1. Cầu nặng 200T, độ cao khống chế là 12m. Do 46