Thi công bê tông đầm lăn (nxb xây dựng 2010) vũ thanh te, 160 trang

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LỜI NÓI ĐẦU

Bê tông đầm lăn là loại bê tông siêu khô được đầm chặt bằng đầm lăn rung Cùng với sự p h á t triển của kỹ thuật, cộng với giá thành rẻ, tốc độ xây dựng nhanh, nên trong thời gian ngắn nó

đã được sự chấp nhận của cả th ế giới Bê tông đầm lần ngày càng được sử dụng rộng rải trong xăy dựng mới các đập, gia cô'

và cải tạo đập cũ, đập có sự cố nguy hiểm Ngoài ra, bê tông đầm lăn củng đang được mở rộng sử dụng vào các con đường của ngành giao thông, vận tải, các quảng trường, trạm ga xe lửa, bãi chứa hàng, đường bay, bãi đê xe, bến cảng

Cuốn sách "Thi c ô n g bê tô n g đ ầ m lă n " giới thiệu một cách toàn diện về lĩnh vực công nghệ thi công bê tông đầm lăn bao gồm từ yêu cầu vật liệu, thiết k ế cấp phối, sản xuất, vận chuyển

Và thi công m ặt đập (rải, san, dầm , xử lý m ặt tầng), công tác ván khuôn, công tác quản lí chất lượng thi công, lắp đặt thiết bị quan trắc Ngoài ra, cuốn sách còn đề cập đến công tác cải tạo, sửa chữa, nâng cấp các đập bằng bê tông đầm lăn.

Cuốn sách này dùng làm giáo trình giảng dạy và học tập cho các hệ đào tạo cao học, đại học và là tài liệu tham khảo cho các

kỹ sư, cán bộ kỹ thuật ở các đơn vị nghiên cứu, tư vấn và ở các công trường xây dựng.

Các cơ quan hữu quan, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ rất nhiều tư liệu đ ể viết cuốn sách này Biên tập và các nhân viên nhà xu ấ t bản củng bỏ không ít công sức đ ể sách được ra đời Tác giả xin vô cùng cảm ơn.

R ấ t mong độc giả phê bình, chỉ giáo cho những p h ầ n còn thiếu sót của cuốn sách.

Mọi góp ý xin gửi về Phòng biên tập sách Khoa học kỹ thuật -

N h à xu â t bản Xây dựng - 37 Lê Đại H ành ■ H à Nội Điện thoại

04.9741954.

rr> í _ •

Tác giả

Chương 1

KHÁI QUÁT VỂ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN

VÀ ÚNG DỤNG BÊTÔNG ĐẦM LÃN

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐẬP BÊTÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI

Bê tông đầm lãn (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 lãn 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 nhĩng năm 1970, một số các công trình đã đưa vào thí nghiệm hiện trưcng Những lỗ lực trên tạo nền táng cho việc xây dựng những đập RCC jầu tiên trong những năm 1980.

Năm 1972 Cannin đã đưa ra bài luận văn “Dùng đầm lãn rung nén chặt

bê tông khối lớn” và công bô' 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 bè tỏng lu 351.680m\ cường độ bình quân mỗi ngày đổ 8.37 lm \ cường độ ngay đ() nhiều nhất là 13.438m\ thể hiện ưu việt về tốc độ thi công của bê tông đầm lăn

Dunstan đã thực hiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thú 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 Iníormation Association)

Nhật Bản là nước có tốc độ phát triển RCC sớm và 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

đ ộ gọi là phương pháp RCD (Roller Compacled 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 Stillwater trong vòng 11 tháng Đập Stagecoach cao 46m được xây dựng chỉ trong 37 ngày đổ liên tiểp, với tốc độ trung bình đạt được về chiều cao là l,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 đitu tiên được xây dựng tại Nam Phi do Bộ Thúy Lợi và Lâm Nghiệp thực hiện cho các đập Knekkport và Wolwedans

Đập Willow Creek Đập Upper Stiìlwater

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 Nãm 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 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 ỉớn đã được xây dựng bằng cóng 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 c ổ Định tại ngã bu Điểu Giang cao 75m Trong những năm tới, Trung Quốc sẽ xây dựng đập vòm Cao Đường cao 1 lOm 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 Ban 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 đẩu 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 43°c cũng đã xây dựng đập RCCcao 12lm, khối lượng 1.690.000m\ ở Chi Lê, nơi có mưa nhiều tới 4.430mm/năm cũng đã xây dựng đập RCC cao 113m, khối lượng đến 660.000m\

Một số nước khác như Anh, Nga cũng đã có một số nghiên cứu vé 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 ỏ 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 ximăng 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

B ảng 1.1 Thống kê sô lượng đập BTĐL đã xây dựng ở các nước

Số đập đã xây dựng

1.2 S ự 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 còng trình lớn đã được xây dựng và đang chuẩn bị được xây dựng trên khắp đrít 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

STT Tên cõng trình Chiéu cao (m) Địa điểm XD Năm dự kiến hoàn thành Ghi chú

1.2.1 Tính ưu việt của bê tông đầm lăn

Đập bê tông đầm lãn 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 tớì đập để đổ vào khoảng đổ theo máng dốc Qua 21 tháng thi công đổ được 1 OOO.OOOm3 bê tông, đã rút ngắn được thời gian thi công 5 -7 tháng

so vói 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 9.474m \ Ở Trung Quốc, đập chính trạm thuỷ điện Nham Than ngày 10-11-1980 đã lập kỷ lục đổ bê tông cao nhất là 1.068mVngày

Bảng 1.3 Tốc độ thi công đập bê tông đầm lăn

của một sô công trình xây dựng

(1000m3)

Thời gian thi công

Khối lượng đổ lớn nhất trong ngày (m3)

đá thì sẽ rút ngắn thời gian thi công Với đập Monksville của M ĩ đù thiết kế so sánh 4 loại đập và kết luận dùng đập kiểu bê tông đầm lãn, 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 1 0 tháng so với phương án đập đá hộc Cường độ và thời gian thi công của một số cóng trình xây dựng được ghi trong bảng 1.3.

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 8 8% 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 vù

xả lũ cũng giảm do có thể bô' trí công trình xả lũ ngay tại lòng sông, không như đập đất đá (đường xả 10 bố trí ngoài lòng sông) Đập bô 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 dòng 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 tê của các loại đập (1.000.000 USD)

Tên đập

của đập bê tông đầm lăn

Đập bê tông đắm lăn Đập đất đá

1.2.2 Những vấn đề tồn tại hiện nay của đập bẻ tông đầm lăn

Đập bê tông đầm lăn phát triển rất nhanh, số lượng đập đã xây ngày càng lớn Loại kiểu đập RCC đã phát triển theo hướng đập trọng lực vòm

và đập vòm Hiện nay đang còn không ít tồn tại về mặt kỹ thuật cần phải nghiên cứu, vấn đề tồn tại chủ yếu gồm 5 điểm sau:

Vấn đê chất lượng kết hợp mặt tầng của bê tông:

Sau khi xây xong đập Liễu Khê 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 1701/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 l,6MPa, còn lực cắt của mặt tầng không xử lý gì

cả chỉ có 0,8MPa, nghĩa là bằng 50% nội táng Lực cắt mặt tầng rải vữa

xi măng cát là l,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

Kết cấu chông thấm của bê tỏng 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 đdm lăn để chống thấm: ví dụ đập Định Bình, pỉêikrông

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, còn các kiểu cấu tạo khác vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu Tuy vậy, íuỳ tình hình cụ thể mà lựa chọn kết cấu chống thấm cho phù hợp.

Khống chê nhiệt độ và đặt khe ngang:

Để tăng tấc độ thi công, thường có xu hướng bỏ khe co giãn ngang, cô 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

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

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, 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, lOOnăm) của loại bê tông này như thế nào còn 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

Chương 2

VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LÃN

VÀ THIẾT KÊ CẨP 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 đẫn 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 bêtông 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 mãng 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 vêu cầu đặc biệt về điều kiện vận hành của bộ phận bê tông đầm lăn trong công trình (ví dụ chống mòn, va đập, chống thấm) hoặc làm chậm các phản ứng có hại (như phản ứng hoạt tính kiềm của cốt liệu, sự xám 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 mãng 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% -ỉ- 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 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 nãng 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 phẩn hạt phải nằm trong giới hạn đường bao thành phần hạt tiêu chuẩn, không chứa quá nhiều các chất độc hại

Bê tông đầm lãn 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 lón 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 nghiêm 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 ơ 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/m\ 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 còn 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 thỉ khả năng chống phân

ly của bê tông sẽ kém Tỷ lệ và cấp hạt cốt liệu thô được chọn theo kết quà thí nghiệm dung trọng đầm chặt cốt liệu khô và khả năng chống phân cờ 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 nho nhất), thì tỷ lệ cổt liệu to:vừa:nhỏ là 4:3:3 Khi tỷ ]ệ này là

3:4:3 thì dung trọng đầm chặt cốt liệu hơi nhỏ, nhưng khả năng chóng phân cỡ của hỗn họp 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 còn phải xuất phát từ thực tế, phải xét tới tinh hình cấp phổi

tự nhiên của bãi nguyên liệu, mục đích là cân bằng giữa sử dụng và sản xuất để đạt hiệu quả kinh tế

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%H-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-h7, chỉ sau khi qua thực nghiệm rộng rãi chứng minh là không vón thành cục hoặc làm giảm tính cổng 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 cóng tốt hơn, giảm lượng chất keo dính v.v Trong cốt liệu mịn, hàm lưọag 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 bẻ tông đầm lăn thủy công” tiêu chuẩn ngành thủy lợi, thúy điện quy định hàm lượng bột mịn không quá 17% Thí nghiệm trong nhà chứng minh, bột mịn trong cát nhân tạo chiếm hơn 2 0% cũng không ảnh hưởng nhiéu 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, tãng độ se khô của bê tông và làm giám 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 ỉà khi hàm lượng bột mịn trong cát cao)

Hàm lượng các chất độc hại trong cốt liệu mịn phải nằm trong phạm

Thông thường chất độn trong bê tông đàm lăn phải có hoạt tính, nó có thể là tro bay, xỉ quặng lò cao đã nghiền, cũng có thế 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 đê 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 nhờ sản phẩm thủy hóa là hydioxyt canxi dư, chất thủy hóa này cỏ tính kết dính ồn 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

2 Đăc tính của chất đôn:• •

Như trên đề cập, chất độn của bê tông đầm lăn có thể là tro bay, xỉ quặng lò 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 hóa học chủ yếu của chất độn:

Các tạp chất đã có trong bã quặng luyện thép là S i 0 2 , A I 2O 3 v.v dưới tác dụng của nhiệt độ cao cùng với đá vôi nung chảy, thành phần hóa học chủ yếu là CaO, S i0 2, AI2O3, chiếm tỷ lệ 90% trở lên trong quặng Xì quặng nóng chảy được làm lạnh đột ngột (nước, khí nén hoặc hơi nước) hình thành kết cấu dạng thủy tinh thể gpi là “xỉ quặng lò cao hoạt hóa” có tính hoạ't 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 A I 2O 3 lớn thì hoạt tính cũng lớn Sự tồn tại S i02 có tác dụng nhất định đến sự hình thành tinh thể, nhưng nếu hàm lượng S i02 quá cao, do kết hợp với CaO, MgO không tốt nên hoạt tính của xỉ quặng kém Do đó nếu hàm lượng CaO và AI2O3 trong xi quặng cao, còn hàm lượng S1O2 thấp thì có hoạt tính tốt nhất

Tro bay trong bê tông đầm lăn là bụi tro bay do ống khói lò cao đốt than tỏa ra Thành phần hóa học của nó thay đổi tương đối nhiều tùy

thuộc điều kiện nung đốt của lò 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 S i0 2, A120 3, Fe2Ơ3 và CaO, trong đó S i0 2, AI2O3 có hàm lượng lớn nhất, tổng hàm lượng của chúng 60% trở lên Hàm lượng

A I 2 O 3 , hoạt tính và S i02 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 thế tự đông címg Fe20 :( 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 thành một lớp màng kỵ 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 hoa thạch Thành phần hóa học của các chất độn này ngoài họp chất silic oxy hóa ra còn có một hàm lượng oxyt nhôm, và một ít chất oxyt hóa kiềm tính (Na20 + K20) Hoạt tính của chúng tùy thuộc thành phần hóa học và tốc độ làm lạnh sau khi núi lửa phun ra và còn 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 cùa tro 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 thế chia thành ba loại theo độ hạt thô hay mịn: Hạt tròn, hạt nhiều lồ và hạt bất quy tắc.

Tro bay có dạng hình cầu, bề măt tương đổi trơn nhẵn, chúng là các hạt tro bay nằm ở vùng nhiệt độ cao của lò 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 họp Hạt cầu nổi là hạt thủy tinh nhỏ vách mỏng rỗng, có khi trên vách lại xuất hiện các lỗ rồng Đường kính hạt cầu nổi là 3(M 00fim chiếm tỷ lệ lớn, có thể nổi trên mặt nước Thành phần hóa học là S i02

chiếm 55%h-61% Mật độ biểu quan là 0,4+0,8 Hạt cầu nổi chiếm chỉ là

0,5%4-l,5% trong tro bay của các nhà máy điện thông thường Hạt cầu rỗng có đường kính 0,5-í-200|am, 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 tròn 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 tỳ trọng vào khoảng 2,8 Hạt có màu nhạt phần lớn

là hạt canxi còn gọi là hạt thủy tinh giàu canxi, đường kính phần lớn là dưới 4 5|0.m đa phần là l+30Ị!m Trong hạt cầu đặc có một số chứa Fe203

cao (đạt 50%), mật độ 3,4 trỏ lên còn gọi là hạt thủy tinh giắc sắt

Hạt nhiều lồ là do quá trình ngưnr 1 *t các không khí bên trong thoát

ra bề mặt làm cho hạt lỗ chồ như tô cũng có một số khí bên trong không thoát ra được vi vây loại hạt này có lỗ hổng và lồ kín Các loại hạt này ở bề mặt thường dính theo nhiều hạt cầu li ti trong đó có các 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 còn 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

T ỳ trọng của tro bay canxi thấp khoảng 1,8h-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: v í dụ Anh quốc ABC 81/841 quy địmh không nhó hơn 200kg/m3 Chi tiêu dung trọng có ý nghĩa đối với việc đánh giá chất lượng, nếu tỷ trọng thay đổi chứng tỏ chất lượng tro baiy cũng có thể thay đổi Tiêu chuẩn ASTMC 618 của Mĩ quy định phiạm vi thay đổi tỷ trọng của tro bay: kết quả của 1 0 mẫu thử không đurợc vượt quá 5% trị số trung binh, nếu không sẽ coi tính đồng đều của tro đó là không đạt Tỷ trọng của tro bay là tham số kỳ thuật không thể thiiếu đổi với việc thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn Dung trọng cùa tro baiy vào khoảng 550H-800kg/m3.

Độ mịn của tro bay cũng là một chỉ tiêu quan trọng Hạt tro bay càng mịịn, số hạt trên lg càng nhiều, diện tích bề mặt càng lớn Hạt tro bay càng mịn, hạt tròn 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|j.m nhiều hay ít có quan hệ mật thiết đến nhu cầu lượng nước dùng, do đó nhiều quiốc gia lấy tỉ lệ phần trăm của hạt qua sàng 45|j.m làm chỉ tiêu độ min Đ<ộ mịn của tro bay cũng có thể dựa vào tỉ lệ diện tích bề mặt to, nhỏ để đânh giá Tỷ lệ diện tích bề mặt có thể dùng phương pháp thấu khí để xác đinh, nguyên lý là dưới tác dụng chênh áp nhất định khi định lượng thổi qua mẫu thử chịu trở lực lớn hay bé đế phản ánh tốc độ khí thổi qua mẫu thiử mà xác định tỷ lệ diện tích bề mặt Tỷ lệ diện tích bề mặt tro bay vào khoảng 1600-H-3500cm2/g Một số tro bay có nhiều hạt thô, nhiều lỗ và câc hạt dính tụ lại, nhất là khi tro bay có chứa nhiều than, không tránh khỏi viêc 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 diiện tỉch bề mặt thì kết quả chênh lệch nhiều, ví dụ dùng phương pháp thiấu khí và phương pháp hấp thụ để xác định cho kết quả khác biệt nlhiều 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 họp 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 lcm2 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 đề trộn vữa cho đến khi đạt tiêu chuẩn mật độ Có thể dùng cách xác định nưóc cần cho mật độ tiêu chuẩn của xi măng để xác định Lượng nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của tro bay nguyên dạne dao động 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 tròn, hàm lượng than ít thì tro bay cần càng ít nước, ngược lại thi 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 pna 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 quy định tro bay cấp I, II, III

tỉ lệ nước không được lớn hơn 95%, 105%, 115% tỷ lệ nước cần cho xi

Thông thường bản thân tro bay không có tính kết dính, nhưng ở nhiiệt

độ thường khi có nước thì tro bay phản ứng hóa học với vôi để tạo thàmh chất thủy hóa có tính kết dính (chủ yếu là keo dính silicat canxi :hiủy hóa) Tro bay có tỷ lệ cường độ cao đã thể hiện tro bay có chất lượnt 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

- Đặc tính cẩu 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 tao tro baỵ tinh thể có thể mượn đặc tính kết cấu thủy tinh thể để miêu tả

- Đặc tính cấu tạo của tro bay: Nguồn hoạt tính của tro bay chù 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

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 lon oxy chỉ

có thể liên kết nhiều nhất với 2 ion dương (như ion silic) tạo thành mạng

Số vị trí phối họp của ion dương là 3-Ỉ-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

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 S i-0 và A l-0 không thể kết hợp thành tay liên kết dài khung xương không gian hoàn chinh 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 S i-0 hay khối tứ diện A l-0 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-0 và A l-0 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

- 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 ưộn nước xong không thể thủy hóạ, 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 thi 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 ừong vừa xi măng Tất cả các hiệu quả ứên 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 cùa tro bay là bột tro bay trộn trong bê tông do đặc điểm có sằn về hình thái hạt cấp phối làm cho tính năng và kết cấu ban đầu cùa hồn họp bê tông được cải thiện Hiệu ứng hình thái của tro bay vừa trực tiếp ảnh hưòng 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 lập tính năng

và kết cấu của bê tông Nếu trong tro bay, hàm lượng hạt dạng tròn hạt chẳc mà nhiều, tỷ lệ phối hợp hạt thô và mịn tốt thì hồn 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 (S i02

hoạt tính và AI2O3 hoạt tính) trong tro bay phản ứng với chất thuỷ hoá xi măng Ca(OH) 2 và một phần C aS04 tạo thành các chất kết dính Hiệu ứng hoạt tính tro bay nhiều canxi còn bao gồm phản ứng thuỷ hoá của một sổ 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 chi khoảng lỊim, với mẫu thử thời hạn 1 0 năm cũng chỉ dày 1 |j.m Chi những hạt cực nhò mới phản ứng xâm nhập tới trung tâm Tuy vậy tàns phản ứng này có tàng 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 họp 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 họp tác dụng của ba hiệu ứng dưới một điều kiện nhất định Nói một cách khái quát, hiệu ứng tro bay tại kỳ đầu và kỳ sớm ninh kết của hỗn họp bê tông, đã phát huy tác dụng chủ yếu là cải thiện cấp phối của hạt vữa, tăng thể tích vừa, 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 đày

- Đảnh 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 sổ 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 v ề 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 sổ 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 thế 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.

cj Đánh giá phẩm chất tro núi lửa và tro nham kết (Puzơlan'):

Tro núi lửa và tro nham đêu là chât độn tro núi lửa Đánh giá phâm chất của chúng có thể qua thí nghiệm hoạt tính tro núi lửa và thí nghiệm

tý 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 40°c, 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

- 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 cúa 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 còn phải tiến hành thí nghiệm tính năng bê tông đầm lăn trộn với tro núi lửa, tro nham kết;

đế 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 cua 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 ạnh 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 còn 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 đê đánh giá hoạt tính của xỉ quặng

- Phương pháp hoá phán tích: Thành phần hoá học là một phương

diện để đánh giá hoạt tính của xỉ quặng Chất lượng xỉ quặng có Inể dùng

vào thành phần hoá học để phán đoán hoạt tính của xỉ quặng là chưa toàn diện Bởi vì hoạt tính của xỉ quặng còn đề cập đến trạng thái kết cấu nội

bộ của nó Thành phần hoá học chỉ có thể phản ánh mức độ nhẩt định bản chất của xỉ quặng cho nên phương pháp này cũng chỉ là một trong các phương pháp chù yếu để đánh giá chất lượng xỉ quặng

Bảng 2.1 Giói thiệu một số mỏ Puzơlan ở Viêt Nam

đá gốc

Địa điểm (tỉnh)

Trữ lượng (triệu tấn)

Đánh giá theo ASTM

C 618-92A (SÌO9+AI2O3+

Fe203)

S 0 3 M KN

Ghi Chú: Ký hiệu Đ và KĐ là đạt và không đạt theo yêu cầu của tiêu chuẩn

ASTMC 618-94A Các yêu cầu này cũng được xét theo tiêu chuẩn ngành thuỷ lợi 14 TCN 105-1999

- 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

R,ỳ lí= 7TT 77 : 7

Cường độ xi măngKhi 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 xi 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

2.1.4 Chất phụ gia

Chất phụ gia là một trong những nguyên liệu không thể thiếu đê 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 làn ít, cát nhiều Đề cải thiện tính năng thi công của bê tông đầm lăn cần phải có chất phụ gia Trộn chất giảm nước vào có thế làm giảm trị số v c của hồn họp 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 thể mà phải trộn chất phụ gia vào.

Những công trình đã xây dựng thường sử dụng chất giảm nước chậm dông kết là Sunfat canxi gốc chất gỗ, ngoài chức năng chính là giảm bớt nước, còn có hiệu quả làm chậm đông kết

Kinh nghiệm chủng minh, bê tông đầm lăn dùng ít vật liệu kết dính

mà trộn chất dẫn khí vào thì hiệu quả còn kém hơn bê tông thường Do khối vừa trong bê tông đầm lăn ít, năng lực lưu giữ 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, nểu trộn chất dẫn khí vào cũng có thề được hàm lượng khí 4% đến 6%

Hiệu quả của chất phụ gia còn tùy thuôc nguyên vật liệu dùng trong công trình, đặc biệt quan trọng là tính dung hòa 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 cúa cốt liệu mịn cũng đều có ảnh hường nhất định tới hiệu quả trộn phụ gia Vì thế trộn chất phụ gia phái xác định thông qua thí nghiệm

§2.2 THIÉT KÉ CẤP PHÓI BÊ TÔNG ĐẨM LĂN

Bê tông dầm lăn cũng thuộc bê tông, nhưng nó khác với bê tông thường là có tỷ lệ cát lớn, lượng xi măng cần tương đổi ít, thông thường trộn thêm chất độn khối lượng lớn Hồn 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 điếm như của bè tông, tức là chất kết dính sau khi thủy hóa biến thành chất thủy hỏa 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 đề 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 hồn 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 đầm lăn vừa mang đặc điểm của bẽ tông vừa có một số đặc trưng thi công nén chặt đất.

2.2.1 Nguyên lý cơ bản của thiết kế cấp phối

Phương pháp thi công liên tục từng lóp 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 c ố 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 che

tỷ lệ cốt liệu lớn nhất với các cốt liệu khác, tăng vừa phải tỷ lệ cát đế 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/chẩt kết dính

5 Tỷ lệ pha trộn cuối cùng phải được xác định qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường

Tỷ lệ cấp phổi 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 biếu 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 còn có thể dùng hình thức bảng biểu thị

Nhiệm vụ thiết kế tỷ lệ cấp phổi 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, w , 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 bàng W/(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+W)/S Chúng là 4 tham sổ 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 chí tiêu kỹ thuật của bê tông đầm lăn cho nên khi thiết

kể 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 họp 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 chấĩ kết dính và cát bao 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 phổi 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 của cót 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 tảng thêm vừa phải lượng vữa keo dính và lượng vữa cát để dự phòng Cuối cùng qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường,

kiểm nghiệm lại thiết kế để tìm ra hỗn họp bê tông phù họp với điều kiện thiết bị thi công hiện trường, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và giá thành thấp.

2.2.2 Nguyên tắc xác định tham số cấp phối

Đe thiết kế ra bê tông đầm lăn có thể thỏa mãn các yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế kỳ thuật, 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 sổ tính năng bê tông mà còn có thể giảm giá thành, biến chất phể thài 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 W/(C+F): Trị số này của bê tông đầm lăn lớn hay nhò 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 sổ v c của hỗn họp 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 W/(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, bền vững và trị số v c của yêu cầu thi công, nên chọn trị số W/(C+F) nhỏ [tương ứng với việc chọn F/(C+F) lớn và lượng dùng cùa xi măng ít]

3 Nguyên tắc xác định (C+F+W)/S: Tỷ ỉệ vữa kết dính/cát là nhân tổ quan trọng ảnh hưởng đến trị số v c Neu tỷ lệ vữa kết dính/cát tăng quá nhiều không những v c giảm không thể thi công đầm lăn được mà còn làm lượng keo dính tăng Cho nên nguyên tắc xác định tỷ lệ vữa kết dính/cát là: với công đầm của hồn họp bê tông nhất định để đầm chắc và đảm bảo v c theo yêu cầu thi công, cố gắng lấy trị số (C+F+W)/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 v c rất lớn, khó đầm chặt, cường độ bê tông và tính bền vững kém Tỷ ỉệ cát quá nhỏ

vừa cáĩ không đủ để lấp vào các khe hở của cốt liệu thô và bao bọc hạt cốt liệu thô, trị số v c của hỗn họp 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 họp có tính chống phân cỡ tốt và đạt đến trị số v c theo yêu cầu thi công.

2.2.3 Phương pháp thiết kế cấp phối

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 phương pháp thiết kế cấp phối đập bê tông đầm lăn chống thẩm

Có hai quan điểm về thiết kế thành phần bê tông đầm lăn: (1) Thiết kế thành phần bê tông đầm lăn theo quan điềm cơ học đất; (2) Thiết kế thành phần bê tông đầm lăn theo quan điếm vật liệu bê tông

Phương pháp thiết kế thành phần bê tông đầm lăn theo quan điểm cơ học đất coi hỗn hợp bê tông đầm lăn như là hỗn hợp đất được gia cố thêm xi măng, các thành phần lựa chọn dựa trên quan hệ giữa độ ấm và khối lượng thể tích hỗn họp Phương pháp này chỉ phù hợp cho bê tông đầm lăn nghèo xi măng nên không phù hợp cho thiết kế bê tông đầm lăn chống thấm

Hiện nay có khá nhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông đầm lăn theo quan điểm vật liệu bê tông, mồi phương pháp đều mang đặc điểm trường phái riêng cùa mồi nước, thậm chí một nước còn đưa ra nhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông đầm lăn 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 bê tông đầm lăn 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 v c 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

2 Phương pháp thiết k ế cấp phối bê tông đầm lăn theo Cục 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 bê tông đầm lăn đập Upper Stillwater

Trong phương pháp này có hai tiêu chí cần được thoả mãn Một là, bê tông đầm lăn cần có lượng chất kết dính đủ để tạo ra khả năng chống thấm tốt và bảo đảm lực bám dính giữa các lóp đổ Hai là, nhiệt thuỷ hoá của chất kết dính cần được hạn chế đến mức nhỏ nhất có thể Yêu cầu này được thoả mãn trong thực tế bàng 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 bê tông đầm lăn 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 bê tông đầm lăn Độ rỗng của hỗn hợp cốt liệu cũng được xác định, c ố t 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 ở tuổi nhất định bằng biểu đồ tham khảo Ví dụ,với Rn365 = 29,7MPa, cần W/(C + F) = 0,5; với Rn365 = 15,9MPa, cần N/(X + PGK) = 0,7

3 Xác định tỷ lệ xi măng so với phụ gia khoáng C/F phù hợp với cường độ trung bình yêu cầu ở tuổi xác định trên biểu đồ tham khảo Với

bê tông đầm lăn 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 + v w).

4 Tỷ lệ thế tích hồ/thể tích vữa được lựa chọn tuỳ thuộc vào khoảng thời gian cho phép giữa các lóp đồ tại hiện trường Đổi với lớp đổ có thời gian phơi ỉộ 12-24giờ, thì tỷ lệ Vhô/Vvữa = 0,9.

5 Xác định tỷ lệ vừa sao cho thê tích của vữa lớn hơn thê 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 lm3

bê tông đầm lăn

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 v c Nếu v c không như mong muốn thì phải thay đổi lượng nước Sau đó phải điều chính lại lượng vật liệu thành ph.àn cho đến khi đạt yêu cầu đề ra

9 Cấp phối cần được tỉếp tục điểu chinh bằng thực nghiệm Đe 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 nỊ\ạu Cục Khai hoang Mỹ thử nghiệm bằng cách cố định một số tỷ lệ và thay đổi một số tỷ lệ còn lại

3 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn theo 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 phổi bê tông đầm lăn đáp ứng được các yêu cầu thiết kế

1 Sau đây là trình tự thiết kế thành phần bê tône đầm lăn 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

bê tông đầm lăn đã được lựa chọn