Bê tông tự dầm cho cọc nhồi

Bê tông tự dầm cho cọc nhồi

Bê tông tự đầm dùng cho cọc nhồi

PGS TS Nguyễn viết Trung

Th.S Đinh công Tâm

Tóm tắt:

Chất lợng bê tông cọc khoan nhồi không những phụ thụôc vào Nhà thầu đổ bê tông mà còn phụ thuộc Nhà thầu cung cấp hỗn hợp bê tông t ơi Bài báo này đề cập các yêu cầu cơ bản đối với các đặc tính của bê tông tự

đầm dùng cho cọc nhồi, giới thiệu các kết quả thí nghiệm mới về phụ gia thế hê thứ ba dùng cho bê tông tự đầm

Giới thiệu

Chất lợng cọc khoan nhồi phụ thuộc chất lợng thi công của nhiều công đoạn bao gồm: khoan lỗ, hạ lồng cốt thép, đổ bê tông cọc Công nghệ

đổ bê tông qua ống thẳng đứng đặt trong lòng lỗ khoan có những rủi ro nhất

định khi chất lợng hỗn hợp của các xe chở bê tông không đồng đều Có thể xảy ra tình huống mà bê tông cọc bị phân tầng hoặc ninh kết ở mức độ nào

đó ngay trong lúc rót vào ống, do vậy bê tông cọc có thể bị đứt đoạn Thực chất bê tông cọc nhồi chính là bê tông tự đầm nhng lâu nay trong thi công cọc nhồi ở Việt nam, nhiều Nhà thầu và T vấn cha chú ý đầy đủ đến các yêu cầu riêng đối với loại bê tông này

Toàn bộ bê tông cọc không đợc đầm rung, đặc biệt là phần bê tông

đỉnh cọc, nơi mà sẽ phải chịu tải trọng lớn truyền trực tiếp vào Ngợc lại phần bê tông kết cấu từ bệ cọc trở lên lại đựoc đầm rung kỹ lỡng Các mẫu thử bê tông cọc cũng lại thờng đợc đầm kỹ và nh thế cờng độ bê tông mẫu thử sẽ cao hơn cờng độ bê tông thân cọc thực tế

Nếu dùng ống vách thép đặt xuống tận cao độ chân cọc thì công nghệ

đổ bê tông sẽ là đổ bê tông trong nớc, còn nếu ống vách chỉ đặt sâu đến một cao độ nhất định thì công nghệ đổ bê tông thực hiện trong vữa sét Cả hai công nghệ này đều rất khó quản lý chất lợng bê tông thân cọc trong lúc

đang thi công, mà thờng chỉ có thể kiểm tra sau khi thi công Nh vậy công tác chọn cấp phối thí nghiệm và công nghệ đổ bê tông càng cần đợc kiểm tra giám sát kỹ lỡng

Các đặc tính của bê tông cọc nhồi

Hỗn hợp bê tông cho cọc nhồi cần có yêu cầu đặc biệt về độ linh

động thể hiện qua chỉ số độ sụt và mức suy giảm độ sụt chậm cho trong suốt thời gian đổ bê tông qua ống Ngoài ra, còn phải chú ý đến đặc tính tự

đầm dới trọng lợng bản thân, sức chịu các điều kiện môi trờng khắc nghiệt, khả năng chống rửa trôi, cờng độ chịu lực theo yêu cầu

Độ linh động:

Độ sụt cao là cần thiết để hỗn hợp bê tông chảy đi qua hết ống đổ bê tông, lọt qua các khe hở giữa các cốt thép cọc và tiếp cận đến sát vách lỗ khoan Độ chảy tôt nhất sẽ đạt đợc với các cốt liệu tròn trơn và cát tự nhiên

Tính chất tự đầm:

Tính chất này là cần thiết vì không thể đầm bê tông trong cọc nhồi

đ-ợc Mức độ đầm sẽ đánh giá bằng tỷ số mật độ (tỷ số giữa mật độ thực tế

đạt đợc với mật độ của mẫu bê tông đợc đầm đầy đủ Theo nhiều Nhà nghiên cứu, hệ số cố kết nên đạt vào khoảng 0.95 - 0,96 đối với bê tông đổ qua ống vì hỗn hợp bê tông di chuyển trong ông hoàn toàn chỉ nhờ vào

trọng lợng bản thân Nếu chỗ nào đó không đủ khả năng tự đầm thì một phần hỗn hợp bê tông có thể nh "bị treo lại" trong ống, sau này bê tông thân cọc bị phân lớp và có thể bê tông không dồn đuổi đợc vữa sét ở một số vị trí thân cọc.Vữa sét ở lại trong bê tông sẽ làm giảm chất lợng cọc đáng kể cả

về mặt chịu lực và độ bền lâu

Tính chất chống phân tầng:

Hỗn hợp bê tông cần có đủ độ dính và khả năng chống phân tầng Nếu chọn cấp phối xấu thì hỗn hợp có thể bị phân tầng khiến cho trong lòng

bê tông cọc sau này có các lỗ rỗng tổ ong và có những chỗ thân cọc dễ bị thấm xuyên qua Hỗn hợp bê tông bị tách nớc hoặc bị phân rã dới áp lực của trọng lợng bản thân có thể làm tắc ống đổ bê tông hoặc hoà lẫn với vữa sét

Điều chỉnh thời gian ninh kết:

Hỗn hợp bê tông cần duy trì đợc độ chảy trong suốt chiều sâu đổ bê tông và thời gian đổ bê tông vào lỗ khoan, sau đó bê tông cần phải hoá cứng nhanh để đạt cờng độ đủ mức dự kiến sau một thời gian đã định trớc Vì vậy nhất thiết phải chọn đúng chất phụ gia hoá dẻo chậm ninh kết theo các kết quả thí nghiệm nghiêm túc tại điều kiện hiện trờng

Khả năng chịu môi trờng ăn mòn:

Bê tông cần có mật độ cao và độ thấm thấp để đủ khả năng chống ăn mòn tuỳ theo điều kiện môi trờng cụ thể Dòng chảy nớc ngầm có thể làm suy yếu bê tông cọc ngay lúc đổ bê tông và về lâu dài Vì thế cần chọn cấp phối hợp lý để có thể tránh đợc tình trạng này Tuy nhiên nếu dòng nớc ngầm quá mạnh thì phải dùng ống vách thép hạ xuống đến độ sâu cần thiết

Các đặc tính cơ học

Các tính chất cơ học của bê tông đã hoá cứng có thể thoả mãn các yêu cầu.Chúng ta thờng chỉ quan tâm đến cờng độ chịu nén Tuy nhiên c-ờng độ chịu kéo cần thiết của bê tông cọc và mức độ ứng suất uốn cao trong thân cọc cần đợc xem xét đầy đủ

Kinh nghiệm thực tế và các nghiên cứu đều cho thấy tầm quan trọng của việc chọn cấp phối bê tông hợp lý, tránh hiện tợng tách nớc Công tác giám sát bê tông tại Trạm trộn bao gồm kiểm tra chất lợng, khối lợng và nhiệt độ của các thành phần cấp phối

Tác giả Fleming & Sliwinski (1977) đề xuất chọn cấp phối bê tông cọc nhồi đổ trong vữa sét nh trong Bảng sau:

Loại cốt liệu thô cỡ đá không quá 20 mm, nếu có thể nên chọn đá

hạt tròn Hàm lợng cát 30% đến 45 % tổng trọng lợng cốt liệu

Hàm lợng xi

Phụ gia loại hóa dẻo hoặc siêu hoá dẻo kéo dài ninh kết

Theo Bartholomew (1979) hàm lợng xi măng và tỷ lệ N/X của hỗn hợp bê tông cho cọc có thể lấy trong khoảng sau:

bình thờng ăn mòn trung

bình

ăn mòn mạnh

Cọc khoan

trong điều kiện

khô

Cọc khoan đổ

bê tông qua ống

dẫn trong nớc

hay vữa sét

Cọc đóng, đúc

tại công trờng 280 - 3700,25 - 0,6 330 - 4500,3 - 0,55 0,3 - 0,45370 -500

So với bê tông cọc đóng thì bê tông cọc nhồi có mật độ kém nhất Nếu bê tông cọc nhồi đợc đổ trong các điều kiện dễ bị ảnh hởng nhất bởi ăn mòn, trong điều kiện có rủi ro vì dòng chảy nớc ngầm có thể làm phân rã hỗn hợp bê tông mới đổ thì phải tăng hàm lợng xi măng một cách hợp lý và

có thêm các giải pháp đề phòng Một trong những đặc tính của bê tông cọc nhồi mà lâu nay ít đợc Nhà thầu chú ý là độ chống thấm Để tăng độ chống thấm đến cấp B7 chẳng hạn thì nên dùng các loại phụ gia siêu hoá dẻo kéo dài ninh kết (ví dụ Sikament R4)

về cấp phối cho bê tông tự đầm có dùng phụ gia siêu dẻo cực mạnh ViscoCrete

Cốt liệu thô :

Cỡ hạt cốt liệu thô lớn nhất nên lấy trong khoảng 12 - 20 mm, nhng các kích cỡ khác cũng có thể đợc áp dụng Hàm lợng cốt liệu thô điển hình nên lấy khoảng 35%

Thành phần hạt mịn: cỡ hạt mịn không lớn quá 0,125 mm

Hàm lơng hạt mịn cần thiết của hỗn hợp phụ thuộc chủ yếu vào kích

cỡ cốt liệu thô lớn nhất, nhng cũng phụ thộc vào ứng dụng cụ thể của bê tông Nói chung hàm lợng hạt mịn cao hơn nhiều so với trong bê tông thông thờng Hàm lợng hạt mịn ở đây bao gồm cả cát, xi măng, và các chất độn khác nh muội silic (silicafume)

Hàm lợng hạt mịn điển hình nên lấy nh sau:

BT tự đầm loại 16/32 mm thì hàm lợng hạt mịn  475 kg/m3

Chất kết dính (ximăng) :

Hàm lợng xi măng đợc xác định tuỳ theo các tính chất yêu cầu của

bê tông tự đàm trong mỗi dự án cụ thể và tuỳ thuộc vào hàm lơng hạt mịn cũng nh kích cỡ lớn nhất của cốt liệu thô Hàm lợng xi măng điển hình nên lấy nh sau:

BT tự đầm loại 16/32 mm thì hàm lợng xi măng 375 - 425 kg/m3

Hàm lợng nớc:

Hàm lợng nớc trong bê tông tự đầm ảnh hởng rất lớn đến các đặc

tr-ng chất lợtr-ng của bê tôtr-ng khi đã hoá cứtr-ng nh: cờtr-ng độ cuối cùtr-ng, độ xốp rỗng,v.v Nói chung lợng nớc vao khoang 160-170 lít/m3

Hàm lợng chất phụ gia:

Phụ gia SikaViscocrete đợc dùng riêng cho bê tông tự đầm hàm lơng khoang 05 lít/100kg xi măng qua thí nghiệm có thể giảm đợc hơn nữa

Thí nghiệm kiểm tra độ chảy-sụt khi dùng côn thử độ sụt thông thờng

Chúng ta có thể dùng ngay loại côn thử độ sụt thông thờng cho bê tông nhng đặt lộn ngợc để cho đỉnh có lỗ nhỏ hơn quay xuông dới còn đé côn quay lên trên Đổ đây hỗn hợp bê tông tự đầm vào miệng lỗ to mà không dàm rung , đăt sao cho bể mặt khay thép thật nằm ngang và côn đợc

đổ đầy hỗn hợp bê tông Tiếp theo, từ từ nhấc côn lên khỏi bề mặt khay

thép Bê tông sẽ chảy lỏng loang ra thành hình tròn trên bề mặt khay thép

Đo thời gian cho đến khi đờng kính vệt loang tròn của hỗn hợp bê tông đạt

đến 50 cm (thờng là phải đạt sau 3 - 6 giây) Sau đó chờ một lúc và đo đ-ờng kính lớn nhất của vệt loang tròn ( thđ-ờng đạt khoảng 65 - 75 cm) Kiểm tra bằng mắt thờng về độ đồng nhất và độ phân tách của mẫu,đặc biệt là ở các mép xung quanh

kết quả thí nghiệm về Một số loại phụ gia mới cho bê tông tự đầm

Các phụ gia siêu dẻo kéo dài ninh kết đều làm cho các hạt nhỏ trong

bê tông không vón lại (xi măng và các chất siêu mịn) bằng cách hút bám xung quanh từng hạt mịn, do đó chúng làm triệt tiêu đợc các lực hút để hình thành các cục vón các hạt nhỏ Hoạt động này có tác dụng làm cho hồ xi măng dẻo hơn và nh vậy ngời ta có thể giảm tỷ lệ N/X mà vẫn giữ đợc tính

dễ đổ tốt

Bên cạnh những phụ gia siêu hoá dẻo gốc Napthalene đã phổ biến lâu nay ở nớc ta, gần đây đã có một số loại phụ gia thuộc thế hệ mới gốc Polycarboxylate co-polyme cải tiến đợc đa ra thị trờng Loại siêu hoá dẻo này thuộc thế hệ thứ ba có hiệu quả kéo dài ninh kết cho bê tông trong khí hậu nóng, phù hợp với Tiêu chuẩn ASTM C-44 loại G và ASTM C-1017, mức độ giảm nớc có thể đến 40% Một vài u điểm nổi bật khi dùng cho bê tông tự đầm là: duy trì tính thi công tốt đến 2 giờ, tăng cờng độ sớm, giảm

xi măng dáng kể, tăng độ chống thấm bê tông, tăng độ dính mà không gây phân tầng nên dễ bơm hốn hợp và đổ bê tông trong ống thuận lợi hơn, đặc biệt là có thể dùng với liều lợng thấp để giảm chi phí lợng dùng khoảng 0,9-1,3 lít/ 100 kg xi măng khi dùng cho bê tông tự đầm có yêu cầu cao, còn đối với bê tông tự đầm cho cọc nhồi chỉ cần khoảng 0,5 -0,7 lít/100 kg

xi măng Sau đây giới thiệu một số kết quả thí nghiệm về phụ gia Viscocrete cho bê tông tự đầm (xin xem trang Phụ lục)

Nhìn vào kết quả thí nghiệm có thể nhận xét sơ bộ nh sau:

- chỉ với lợng xi măng 350 kg/m3 bê tông, khi dùng phụ gia Viscocrete với liều lơng 0,5% đã có thể đạt độ chảy cao và kéo dài, cờng độ đều

đạt khá cao so với yêu cầu cờng độ của bê tông cọc nhồi (sau 1 ngày

đạt trung bình 20 MPa, sau 3 ngày đạt trung bình 36 MPa

- các loại xi măng khác nhau có mức độ phù hợp và hiệu quả khác nhau.Vì vậy khi dùng phải thí nghiệm kỹ lỡng

Một số đề nghị:

Hiện nay các Nhà thầu thờng chỉ quan tâm nhiều đến cờng độ của bê tông cọc nhồi Tuy nhiên để nâng cao chất lợng cọc nhồi, nhất là cọc trong móng trụ chính của các cầu đặc biệt lớn nh cầu dây văng, cầu dây võng, còn cần quan tâm hơn đến độ linh động của hỗn hợp bê tông và độ bền chống thấm nữa Không nên dùng chung một cấp phối bê tông cho các cọc phần trên cạn và các cọc phần ngập nớc Cũng nên điều chỉnh cấp phối tùy theo công nghệ tạo lỗ khoan bằng cách tăng hàm lợng xi măng một cách hợp lý Đặc biệt về việc sử dụng phụ gia, nên sử dụng phụ gia siêu hoá dẻo thay cho phụ gia hoá dẻo mặc dù giá thành bê tông có thể bị tăng hơn phần nào nhng chất lợng của hỗn hợp bê tông tơi và của bê tông đã hoá cứng đều bảo đảm hơn hẳn

Tài liệu tham khảo chính

1- Nguyễn viết Trung,Nguyễn ngọc Long

Phụ gia và Hoá chất dùng cho bê tông, NXB Giao thông vận tải, Hà nội-2004

2- Nguyễn viết Trung, Lê thanh Liêm

Cọc khoan nhồi trong công trình giao thông, NXB Giao thông vận tải, Hà nội- 2003

3- Báo cáo kết quả thí nghiệm phụ gia Viscocrete cho bê tông tự đầm , Hà nội -2003

4- Nguyễn viết Trung,

Công nghệ bê tông tự đầm và khả năng áp dụng trong xây dựng cầu dây xiên

Báo cáo Hội nghị : Công nghệ mới trong Xây dựng và quản lý cơ sở hạ tầng GTVT ở Việt nam

Hội nghị KHKT chuyên dề của Hội Cầu đờng VN, tháng 7-2002 tại TP Hạ-Long

B¶ng tãm t¾t kÕt qu¶ thÝ nghiÖm bª t«ng tù ®Çm cã dïng phô gia Viscocrete

Lo¹i Xi

m¨ng m¨ng Nuíc Xi

tªn

LiÒu lîng

10-20

mm (kg) cho 100 cho ®Çu phót phót ngµy ngµ y ngµ y ngµy

kg

3

BT

Bót S¬n

PC40 370.0 161.0 832.0 1060.0Viscocrete1200 0.5 1.9 ch¶y ch¶y ch¶y 16.2 34.3 40.3 45.9 Nghi S¬n

PCB40 370.0 165.0 832.0 1060.0Viscocrete1200 0.5 1.9 ch¶y 150.0 110.0 16.7 34.8 41.0 46.4 Nghi S¬n

PCB40 370.0 160.0 785.0 1084.0 ViscocreteHN 0.5 2.0 ch¶y 210.0 190.0 22.8 44.2 54.4 62.0 ChinfonPC4

0 370.0 160.0 785.0 1084.0 ViscocreteHN 0.5 2.0 210.0 180.0 140.0 24.4 46.5 50.5 59.9 ChinfonPC4

0 350.0 170.0 827.0 1054.0 ViscocreteHN 0.5 2.0 210.0 200.0 180.0 20.5 35.1 43.6 47.7 Nghi S¬n

PCB40 350.0 160.0 827.0 1054.0 ViscocreteHN 0.5 1.9 210.0 180.0 130.0 21.0 38.0 44.6 46.7 Nghi S¬n

PCB40 350.0 160.0 785.0 1084.0 ViscocreteHN 0.5 2.0 ch¶y 200.0 150.0 21.9 38.6 44.8 48.8