Nghiên cứu tổ hợp phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước của bê tông đầm lăn sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam

BỘ XÂY DỰNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG --- NGUYỄN QUANG BÌNH NGHIÊN CỨU TỔ HỢP PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SỬ DỤNG CHO

BỘ XÂY DỰNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

-

NGUYỄN QUANG BÌNH

NGHIÊN CỨU TỔ HỢP PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SỬ DỤNG

CHO ĐẬP TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2015

BỘ XÂY DỰNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trích dẫn, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả của luận án

Nguyễn Quang Bình

LỜI CẢM ƠN

Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật vật liệu với đề tài “Nghiên cứu

tổ hợp phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước của bê tông đầm lăn

sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam’’ được hoàn thành tại Viện chuyên

nghành Bê tông - Viện Khoa học công nghệ Xây dựng

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành Viện chuyên ngành Bê tông, Viện Thông tin, đào tạo và tiêu chuẩn hóa - Viện Công nghệ Xây dựng, Viện Thủy Công, Ban Quản lý Đầu tư & Xây dựng thủy lợi 6 - Bộ NN&PTNT, Công ty cổ phần Xây dựng 47, cùng toàn thể các nhà khoa học các đồng nghiệp trong và ngoài ngành đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi hoàn thành luận án này

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo hướng dẫn là TS.Phạm Văn Khoan - Viện Khoa học công nghệ Xây dựng và PGS.TS.Hoàng Phó Uyên - Viện Thủy Công đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện hoàn thành luận án Tác giả cũng bày tỏ sự biết ơn đối với sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của cơ quan, gia đình và các đồng nghiệp, đó là nguồn động lực mạnh mẽ trong quá trình thực hiện luận án

Với khả năng có hạn, luận án khó tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những chỉ bảo và góp ý chân tình của các nhà khoa học, chuyên gia, trong và ngoài ngành cùng các đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả của luận án

Nguyễn Quang Bình

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

6 Những điểm mới 3

7 Các tài liệu đã công bố 3

8 Kết cấu của luận án 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG CHO XÂY DỰNG ĐẬP TRỌNG LỰC 5

1.1 Khái niệm BTĐL 5

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTĐL cho xây dựng đập trọng lực 6

1.2.1.Trên thế giới 6

1.2.2.Tại Việt Nam 9

1.3 Vấn đề thấm đập BTĐL ở Việt Nam 11

1.3.1 Hiện tượng thấm nước tại các đập BTĐL 12

1.3.2 Nguyên nhân thấm nước tại các đập BTĐL 16

1.3.3 Biện pháp đảm bảo khả năng chống thấm cho đập BTĐL 17

1.4 Vấn đề nhiệt trong BTĐL khối lớn 18

1.5 Cơ sở khoa học của việc sử dụng tổ hợp phụ gia để cải thiện một số tính

chất của BTĐL dùng cho đập trọng lực trong điều kiện Việt Nam 20

1.5.1 Phân tích một số đặc điểm của BTĐL 20

1.5.2 Vai trò của phụ gia hóa học trong BTĐL 24

1.5.3 Vai trò của phụ gia khoáng hoạt tính trong BTĐL 28

1.5.4 Vai trò của phụ gia Polyme trong BTĐL 32

1.6 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận án 39

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

2.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 40

2.1.1 Xi măng 40

2.1.2 Tro bay 41

2.1.3 Cốt liệu lớn 41

2.1.4 Cốt liệu nhỏ 42

2.1.5 Phụ gia hóa học 44

2.1.6 Phụ gia Polyme 45

2.2 Các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 45

2.2.1 Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu 45

2.2.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm BTĐL 47

2.2.3 Một số phương pháp thí nghiệm BTĐL cơ bản 47

2.2.4 Các phương pháp thí nghiệm cấu trúc vữa BTĐL 54

2.2.5 Một số phương pháp nghiên cứu lý thuyết 57

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỔ HỢP PHỤ GIA ĐẾN

MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 58

3.1 Khoảng biến thiên các biến trong nghiên cứu 58

3.2 Kết quả nghiên cứu thành phần cấp phối và các tính chất BTĐL 62

3.3 Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cường độ nén BTĐL 66

3.3.1 Ảnh hưởng của phụ gia S đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia T và P) 66

3.3.2 Ảnh hưởng của phụ gia T đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia S và P) 68

3.3.3 Ảnh hưởng của phụ gia P đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia S và T) 69

3.4 Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến khả năng chống thấm của BTĐL 73 3.4.1 Ảnh hưởng của phụ gia S đến khả năng chống thấm BTĐL (khi cố định phụ gia T và P) 73

3.4.2 Ảnh hưởng của phụ gia T đến khả năng chống thấm BTĐL (khi giữ cố định phụ gia S và P) 75

3.4.3.Ảnh hưởng của biến phụ gia P đến khả năng chống thấm BTĐL (khi cố định phụ gia S và T) 76

3.4.4 Ảnh hưởng đồng thời của phụ gia S, T và P đến khả năng chống thấm BTĐL 77

3.5 Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cấu trúc và tính đồng nhất của BTĐL 82

3.6 Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến nhiệt độ đoạn nhiệt của BTĐL 83

Kết luận chương 3 86

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SỬ

DỤNG TỔ HỢP PHỤ GIA S+T+P TẠI HIỆN TRƯỜNG 88

4.1 Giới thiệu công trình hồ chứa nước Nước Trong 88

4.1.1 Vài nét về công trình 88

4.1.2 Vật liệu và cấp phối BTĐL thi công công trình Nước Trong 91

4.2 Kết quả ứng dụng tổ hợp phụ gia cho BTĐL tại hiện trường 95

4.2.1 Thiết kế thành phần cấp phối BTĐL ứng dụng 95

4.2.2 Kết quả thi công hiện trường 97

4.3 Tính toán nhiệt BTĐL 100

4.3.1 Tính nhiệt dung riêng của BTĐL 100

4.3.2 Tính nhiệt độ tối đa do xi măng thủy hóa của BTĐL 100

4.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật 101

4.4.1 Chi phí cho 01 m3 BTĐL ứng dụng 101

4.4.2 Chi phí cho 01 m3 BTĐL đập Nước Trong 103

Kết luận chương 4 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107

KẾT LUẬN 107

KIẾN NGHỊ 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

I TIẾNG VIỆT 109

II TIẾNG ANH 112

PHỤ LỤC 1 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG DÙNG PHỤ GIA

S ĐẾN LƯỢNG DÙNG NƯỚC BTĐL 116PHỤ LỤC 2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CẤU TRÚC BTĐL 118PHỤ LỤC 3 CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ THI CÔNG HIỆN TRƯỜNG 123

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các nước có đập BTĐL cao hơn 60 m nhiều nhất 9

Bảng 1.2 Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam 10

Bảng 1.3 Một số thông số BTĐL các đập khảo sát 12

Bảng 1.4 Chênh lệch nhiệt độ cho phép của móng đập BTĐL 19

Bảng 1.5 Một số thông số các cấp phối BTĐL cho đập ở Việt Nam 21

Bảng 1.6 Một số thông số các cấp phối BTĐL cho đập ở Trung Quốc 21

Bảng 1.7 Phân loại phụ gia dẻo hoá xi măng 26

Bảng 2.1 Tính chất kỹ thuật của xi măng PC40 Bút Sơn 40

Bảng 2.2 Tính chất của tro tuyển Phả Lại 41

Bảng 2.3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đối với đá dăm 42

Bảng 2.4 Bảng thành phần hạt đá dăm 42

Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của cát nghiền 43

Bảng 2.6 Bảng thành phần hạt cát nghiền 43

Bảng 2.7 Một số tính chất của phụ gia S 44

Bảng 2.8 Tính chất của phụ gia P 45

Bảng 2.9 Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu 45

Bảng 2.10 Các tiêu chuẩn thí nghiệm BTĐL 47

Bảng 2.11 Các thông số máy VeBe cải tiến 48

Bảng 3.1 Vùng biến đổi của các biến 60

Bảng 3.2 Kế hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc hai ba biến 61

Bảng 3.3 Thành phần cấp phối các điểm trong quy hoạch thực nghiệm tính cho

1 m3 BTĐL 62

Bảng 3.4 Tính chất cơ lý BTĐL tại các điểm trong quy hoạch 64

Bảng 3.5 Kết quả đo đặc trưng cấu trúc xốp và tỷ trọng vữa BTĐL 82

Bảng 3.6 Nhiệt độ tối đa của BTĐL do xi măng thủy hóa 84

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của xi măng PC40 Kim Đỉnh 91

Bảng 4.2 Các tính chất cơ lý của cát 92

Bảng 4.3 Thành phần hạt của cát 92

Bảng 4.4 Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 5-20 mm 93

Bảng 4.5 Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 20-40 mm 93

Bảng 4.6 Thành phần hạt đá dăm 5-20mm, 20-40mm 93

Bảng 4.7.Tính chất của tro bay Phả Lại 94

Bảng 4.8 Thành phần cấp phối BTĐL công trình Nước Trong 95

Bảng 4.9 Thành phần cấp phối BTĐL M20W8 ứng dụng 96

Bảng 4.10 Tính chất của hỗn hợp BTĐL và BTĐL M20W8 ứng dụng 96

Bảng 4.11 Kết quả thi công BTĐL M20W8 ứng dụng tại hiện trường 98

Bảng 4.12 Tổng hợp và so sánh kết quả BTĐL M20W8 và M20W6 99

Bảng 4.13 Chi phí cho 01 m3 BTĐL ứng dụng M20W8 101

Bảng 4.14 Chi phí cho 01 m3 BTĐL đập Nước Trong M20W6 103

Bảng PL1 Tính công tác và thời gian đông kết của các cấp phối khảo sát 116

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Tổng thể đập Pleikrong 13

Hình 1.2 Thấm hạ lưu đập Pleikrong 13

Hình 1.3 Thấm hành lang thu nước đập Pleikrong 13

Hình 1.4 Thấm mạnh tại hạ lưu đập Bản Vẽ 14

Hình 1.5 Thấm tiết vôi tại hành lang kỹ thuật đập Bản Vẽ 14

Hình 1.6 Thấm tiết vôi tại hành lang kỹ thuật đập Sê San 4 15

Hình 1.7 Thấm thành dòng tại hành lang kỹ thuật đập Sê San 4 15

Hình 1.8 Thấm thành dòng tại đập Bản Chát 15

Hình 1.9 Thấm tiết vôi tại đập Bản Chát 15

Hình 1.10 Thấm tiết vôi hạ lưu đập Sông Tranh 2 16

Hình 1.11 Thấm mạnh qua khe nhiệt đập Sông Tranh 2 16

Hình 1.12 Mối quan hệ giữa hệ số thấm và tỉ lệ N/X 25

Hình 1.13 Hiệu ứng tĩnh điện (A) và hiệu ứng không gian (B) 26

Hình 1.14 Công thức cấu tạo của phân tử thành phần chính của 27

một số loại phụ gia 27

Hình 1.15 Biểu đồ quan hệ lượng nhiệt thủy hóa của các loại hỗn hợp CKD 30

Hình 1.16 Các dạng Polyme dùng để biến tính vật liệu gốc xi măng 32

Hình 1.17 Mô hình sự tạo thành pha nền hỗn hợp xi măng – Polyme 34

Hình 1.18 Mô hình mô tả quá trình hình thành màng Polyme 35

Hình 1.19 Sơ đồ minh họa quá trình tạo liên kết giữa Polyme với nhóm cacboxylat, xi măng poóc- lăng và cốt liệu 36

Hình 2.1 Cốt liệu được tập kết tại phòng thí nghiệm 44

Hình 2.2 Máy trộn cưỡng bức dung tích 150 lít 48

Hình 2.3 Sơ đồ máy rung Vebe cải tiến 50

Hình 2.4 Thử tính công tác của hỗn hợp BTĐL 50

Hình 2.5 Mẫu đúc BTĐL 51

Hình 2.6 Đúc mẫu xác định hệ số thấm 51

Hình 2.7 Thí nghiệm hệ số thấm 53

Hình 2.8 Mẫu bê tông bị thấm nước 53

Hình 2.9 Nén mẫu BTĐL 53

Hình 2.10 Thiết bị Auto Pore (Mỹ) 54

Hình 2.11 Thiết bị đo khối lượng riêng (Accupyc) 56

Hình 3.1 Sơ đồ kế hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc hai ba biến 59

Hình 3.2 Sự ảnh hưởng của biến X1 đến R90 67

Hình 3.3 Sự ảnh hưởng của biến X2 đến R90 68

Hình 3.4 Sự ảnh hưởng của biến X3 đến R90 69

Hình 3.5 Sự ảnh hưởng của biến X1, X2 đến R90 71

Hình 3.6 Sự ảnh hưởng của biến X1, X3 đến R90 72

Hình 3.7 Sự ảnh hưởng của biến X2, X3 đến R90 72

Hình 3.8 Sự ảnh hưởng của biến X1 đến Kth 74

Hình 3.9 Sự ảnh hưởng của biến X2 đến Kth 75

Hình 3.10 Sự ảnh hưởng của biến X3 đến Kth 76

Hình 3.11 Sự ảnh hưởng của biến X1, X2 đến Kth 77

Hình 3.12 Sự ảnh hưởng của biến X1, X3 đến Kth 78

Hình 3.13 Sự ảnh hưởng của biến X2, X3 đến Kth 79

Hình 3.14 Ảnh cấu trúc BTĐL sử dụng phụ gia S+T 83

Hình 3.15 Ảnh cấu trúc BTĐL sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P 83

Hình 4.1 Bãi tập kết vật liệu 89

Hình 4.2 Trạm trộn BTĐL 90

Hình 4.3 Vận chuyển và đổ hỗn hợp BTĐL 90

Hình 4.4 San BTĐL 90

Hình 4.5 Đầm BTĐL 90

Hình 4.6 Bảo dưỡng BTĐL sau khi thi công 90

Hình 4.7 Kiểm tra KLTT của BTĐL bằng máy phóng xạ 91

Hình 4.8 Khoan mẫu BTĐL 91

Hình PL1 Mối liên hệ lượng dùng nước và S trong 1m3 BTĐL 117

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT BTĐL : Bê tông đầm lăn

R28 : Cường độ nén BTĐL tuổi 28 ngày

R90 : Cường độ nén BTĐL tuổi 90 ngày

S : Siêu dẻo chậm đông kết thế hệ mới (giảm nước cao+chậm đông kết) S+T+P : Tổ hợp phụ gia siêu dẻo chậm đông kết thế hệ mới+Tro bay+Polyme

T : Tro bay

TĐ : Thủy điện

TL : Thủy lợi

Tmax : Nhiệt độ đoạn nhiệt của BTĐL

Tbđđk :Thời gian bắt đầu đông kết

Tktđk :Thời gian kết thúc đông kết

Vh : Thể tích hồ trong một m3 BTĐL

Vv : Thể vữa trong một m3 BTĐL

W : Cấp chống thấm nước, atm (tiêu chuẩnViệt Nam)

X : Xi măng

∆t : Nhiệt độ tối đa của BTĐL do CKD thủy hóa sinh ra

∆T : Chênh lệch nhiệt độ giữa tâm và mặt ngoài khối bê tông

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trên thế giới, bê tông đầm lăn (BTĐL) được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1960 [32] Tại Việt Nam, việc nghiên cứu BTĐL được bắt đầu vào những năm 1990 [13] Đến nay công nghệ BTĐL đã được áp dụng thi công hàng chục đập BTĐL tại Việt Nam Kết quả đã khẳng định ưu điểm vượt trội so với các công nghệ thi công khác là tốc độ thi công nhanh, tiêu tốn ít xi măng, khả năng

áp dụng cơ giới hóa cao, giá thành giảm so với dùng bê tông thường

Mặc dù các thành tựu về đập BTĐL ở Việt Nam là không thể phủ nhận, tuy nhiên trong quá trình sử dụng đập BTĐL vẫn đang tồn tại một số vấn đề lớn về thấm nước qua thân đập và nứt do nhiệt cần thiết phải nghiên cứu giải quyết Theo các tài liệu [9, 10, 39, 42, 43, 45, 52, 53, 66, 67], có nhiều biện pháp để cải thiện khả năng chống thấm và giảm nhiệt độ đoạn nhiệt trong BTĐL, trong đó việc nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia cho BTĐL là một trong những biện pháp đơn giản, hiệu quả và khả thi trong điều kiệnViệt Nam

Xuất phát từ đó, luận án đã tiến hành “Nghiên cứu tổ hợp phụ gia để nâng cao

khả năng chống thấm nước của bê tông đầm lăn sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam’’

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của luận án là nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P để cải thiện một số tính chất của BTĐL (khả năng chống thấm, cường độ nén, nhiệt độ đoạn nhiệt) dùng cho xây dựng đập trong điều kiện Việt Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là BTĐL dùng cho xây dựng đập trong điều kiện Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm:

- Nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm:

+ Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cường độ nén

+ Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến khả năng chống thấm

+ Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến nhiệt độ đoạn nhiệt

+ Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cấu trúc và tính đồng nhất của BTĐL

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu tổ hợp phụ gia S+T+P cho công trình thực tế

- Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, các đề xuất và kiến nghị

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với ứng dụng thử nghiệm tại công trình

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đã chứng tỏ rằng việc sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P có tác dụng nâng cao khả năng chống thấm, tăng cường độ và giảm nhiệt độ đoạn nhiệt của BTĐL dùng cho xây dựng đập trong điều kiện Việt Nam

- Việc ứng dụng kết quả nghiên cứu tổ hợp phụ gia S+T+P vào công trình xây dựng đập thủy lợi Nước Trong, bước đầu đã khẳng định được rằng hiệu quả nâng cao khả năng chống thấm của BTĐL lên 1 cấp (2 atm) và giảm nhiệt độ đoạn nhiệt của BTĐL (trên 8 oC) so với BTĐL sử dụng cho xây dựng đập Nước Trong (R90 tương đương nhau)

6 Những điểm mới

- Đã chứng minh rằng phụ gia P trong tổ hợp phụ gia S+T+P có hiệu quả nâng cao được khả năng chống thấm của BTĐL (có tỉ lệ N/CKD ≤ 0,44 và cường độ nén từ 30 MPa trở lên), nhưng ít hiệu quả với BTĐL có cường độ dưới 30 MPa hoặc N/CKD > 0,44

- Đã chứng tỏ rằng BTĐL sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P có khả năng cải thiện cấu trúc rỗng xốp và độ đồng nhất về khả năng chống thấm so với BTĐL sử dụng phụ gia S+T (không sử dụng phụ gia P)

7 Các tài liệu đã công bố

1 Lê Minh, Nguyễn Quang Bình, Giải pháp vật liệu nâng cao chống thấm cho

bê tông đầm lăn công trình thủy lợi, thủy điện 50 năm, Tuyển tập khoa học công

nghệ - xây dựng và phát triển 1959 - 2009, tập II – Nhà xuất bản Nông Nghiệp,

2009

2 Hoàng Phó Uyên, Nguyễn Quang Bình, Phương thức kiểm tra, đánh giá chất

lượng bê tông đầm lăn trong các công trình thủy lợi, thủy điện 50 năm, Tuyển

tập khoa học công nghệ - xây dựng và phát triển 1959 - 2009, tập II - Nhà xuất bản Nông Nghiệp, 2009

3 Nguyễn Quang Bình, (2014), Vấn đề thấm đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam -

Nguyên nhân và giải pháp khắc phục, Tạp chí xây dựng - Nhà xuất bản xây

dựng, 2014

4 Nguyễn Quang Bình, (2014), Nghiên cứu tổ hợp phụ gia siêu dẻo đa tính

năng - khoáng hoạt tính - Polymer để nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn,Tạp chí xây dựng - Nhà xuất bản xây dựng, 2014

8 Kết cấu của luận án

Luận án gồm các nội dung chính sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về bê tông đầm lăn dùng cho xây dựng đập trọng lực Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia đến một số tính chất của

bê tông đầm lăn

Chương 4: Ứng dụng thử nghiệm bê tông đầm lăn sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P tại hiện trường

Luận án “Nghiên cứu tổ hợp phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước

của bê tông đầm lăn sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam’’ được thực hiện

tại Viện Chuyên ngành Bê tông – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG CHO XÂY

DỰNG ĐẬP TRỌNG LỰC 1.1 Khái niệm BTĐL

Theo định nghĩa của ACI 116R-00 [31], BTĐL là bê tông được đầm bởi máy đầm lăn, tức loại bê tông mà ở trạng thái chưa đóng rắn sẽ chịu lực từ con lăn trong quá trình đầm

BTĐL là loại bê tông sử dụng các vật liệu thành phần như bê tông thường Công nghệ BTĐL thích hợp cho các công trình khối lớn, có diện thi công rộng và hình dáng không phức tạp như đập, mặt đường, sân bãi Việc đầm nén bê tông bằng

lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô và dùng ít chất kết dính hơn so với bê tông thường Nhờ vậy, đối với đập trọng lực thi công bằng công nghệ này

sẽ nhanh hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ bê tông thường

Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng lực Khối lượng bê tông được thi công càng lớn, thì hiệu quả áp dụng công nghệ BTĐL càng cao Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ BTĐL thường đem lại hiệu quả kinh tế lớn hơn so với đập bê tông thường và đập đất đá bởi các lý do sau [54]:

Thi công nhanh: So với đập bê tông thường, đập BTĐL được thi công với tốc độ

cao hơn, do có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung đề đầm nén và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt So với đập đất đắp có cùng chiều cao, khối lượng của đập BTĐL nhỏ hơn, nên thi công nhanh hơn Công trình đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL càng lớn so với đập đất đá

Hạ giá thành: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng, giá

thành đập BTĐL rẻ hơn so với bê tông truyền thống từ 25% đến 40% Sự chênh lệch giá này phụ thuộc vào giá thành cốt liệu, chất kết dính, tính phức tạp của

công tác đổ bê tông và khối lượng của toàn bộ công trình Việc hạ giá thành đạt được còn do giảm được chi phí cốp pha đổ bê tông, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ và đầm bê tông

Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ: So với đập đất đá, chi phí làm cửa tràn

của đập BTĐL rẻ hơn (tương tự như đập bê tông thường) Đối với đập thuỷ điện được thiết kế có nhiều cửa nhận nước ở nhiều cao trình khác nhau, thì phương

án đập BTĐL càng rẻ hơn so với phương án đập đất đá Hơn nữa khi làm đập BTĐL, chiều dài của kênh xả nước ngắn hơn so với kênh xả nước của đập đất đá

và vì vậy giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lý nền [8, 32]

Giảm chi phí cho biện pháp thi công: Việc thi công đập bằng BTĐL có thể giảm

chi phí dẫn dòng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các rủi ro khi nước lũ tràn qua đê quai Đối với đập BTĐL, đường ống dẫn dòng ngắn hơn ống dẫn dòng của đập đắp Hơn nữa thời gian thi công đập BTĐL ngắn, nên các ống dẫn dòng cho đập BTĐL chỉ cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn nhất theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối với đập bê tông thường

và đập đất đá Vì vậy, đường kính ống dẫn dòng của đập BTĐL nhỏ hơn và chiều cao đê quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông thường và đập đất đá

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTĐL cho xây dựng đập trọng lực 1.2.1.Trên thế giới

Từ năm 1960, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu loại bê tông ít xi măng có thể coi là tiền đề của BTĐL [17] Năm 1961 hỗn hợp bê tông không độ sụt được rải bằng xe ủi đã áp dụng cho đập Alpe Gera tại Italia và đập Manicongan ở Canada Hỗn hợp bê tông được đầm chặt bằng các loại đầm dùi gắn sau máy ủi hoặc đầm chặt bằng máy ủi [32]

Năm 1961, hỗn hợp cát đá trộn với xi măng được rải và đầm bằng các thiết bị thi công đập đất để xây dựng tường quây của đập Thanh Môn, Đài Loan [4]

Trong những năm 1970, một số công trình ở Mỹ đã đưa vào nghiên cứu BTĐL trong phòng và nghiên cứu thiết kế thử nghiệm trên hiện trường Năm 1980, lần đầu tiên Mỹ sử dụng BTĐL để xây dựng đập Willow Creek, bang Oregon Đập cao 52 m, dài 543 m, khối lượng BTĐL 331.000 m3 Đến 1999, Mỹ có hàng chục công trình đập BTĐL Ý tưởng về sử dụng BTĐL có hàm lượng lớn tro bay sau này được Cục khai hoang Mỹ (USBR) sử dụng làm cơ sở cho việc thiết

kế đập Upper Stillwater cao 90 m, dài 815 m, khối lượng BTĐL 1.125.000 m3

Từ 1972 đến 1974, Cannon R.W [37] đã có những đóng góp đáng kể về nghiên cứu BTĐL Tác giả đưa ra kết quả thí nghiệm bê tông nghèo xi măng, vận chuyển bằng ô tô, san gạt bằng xe ủi và đầm bằng lu rung

Từ năm 1970, Dunstan [32] bắt đầu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về BTĐL Tiếp đó, Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng (CIRIA) của Anh đã tiến hành dự án nghiên cứu rộng về BTĐL có sử dụng tro bay với hàm lượng lớn Các kết quả nghiên cứu được đưa ra thử nghiệm ở trạm

xử lý nước Tamara - Coruwall (1976) và thử nghiệm tại công trình đập Wimbledall (1979)

Năm 1974, các kỹ sư Nhật Bản [17] bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTĐL với mục đích rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành công trình đập bê tông

Công trình đập BTĐL đầu tiên của Nhật là Shimajigawa, cao 89 m, dài 240 m, khối lượng BTĐL 165.000 m3 trong tổng số 317.000 m3 của bê tông đập Đến cuối 1992 đã có 30 đập BTĐL được thi công ở Nhật

Đến nay, Nhật Bản đã hình thành trường phái đập BTĐL gọi là RCD Compacted Dams) gồm thiết kế mặt cắt đập, tính toán thành phần bê tông, công nghệ thi công và khống chế nhiệt độ đập Đặc điểm của phương pháp RCD là sử

(Roller-dụng kết cấu “vàng bọc bạc”, tức là lõi đập bằng BTĐL có cường độ và độ chống thấm thấp được bao bọc bởi bê tông thường phía ngoài có cường độ, độ chống thấm cao Ưu điểm của loại kết cấu đập này là đảm bảo khả năng chống thấm cho đập, nhờ lớp tường bê tông thường cốt thép có khả năng chống thấm cao phía thượng lưu Đồng thời nó có nhược điểm là quá trình thi công phức tạp

do phương thức thi công hai loại bê tông khác nhau nên không thi công đồng thời dẫn đến kéo dài thời gian thi công và liên kết giữa hai loại bê tông không cao

Năm 1980, Trung Quốc [7] bắt đầu nghiên cứu áp dụng công nghệ BTĐL Mặc

dù áp dụng công nghệ BTĐL tương đối muộn nhưng Trung Quốc là nước có tốc

độ phát triển công nghệ này rất nhanh Sau khi xây dựng xong đập BTĐL đầu tiên năm 1986 (đập Khanh Khẩu), Trung Quốc bước vào cao trào xây dựng đập BTĐL Hiện nay đập BTĐL của Trung Quốc nói chung về các mặt số lượng, chất lượng, chiều cao, kỹ thuật đều chiếm vị trí hàng đầu thế giới Các chuyên gia Trung Quốc đã xây dựng tương đối hoàn chỉnh trường phái công nghệ BTĐL của mình, với tên gọi RCCD (Roller Compacted Concrete Dams) Phương pháp này gồm thiết kế mặt cắt đập, quy trình thiết kế, chọn vật liệu và thi công, quy trình thử nghiệm kiểm tra BTĐL tại hiện trường

Xu hướng mới của Trung Quốc là dùng kết cấu hoàn toàn BTĐL, trong đó BTĐL ở phía thượng lưu đập phải đảm bảo chống thấm cao như bê tông thường,

có bề dày nhỏ nhất bằng 1/20 ÷ 1/12 cột nước mặt đập nhưng phải đảm bảo yêu cầu thi công [4] Ưu điểm của công nghệ này là vừa đảm bảo yêu cầu chống thấm cho đập, thi công đồng thời nên tăng tiến độ thi công và tính đồng nhất toàn mặt cắt đập

Tỷ lệ đập BTĐL so với tổng số đập bê tông cao trên 60 m đã và đang thi công nêu trong bảng 1.1 [14]

Bảng 1.1 Các nước có đập BTĐL cao hơn 60 m nhiều nhất [14]

1.2.2.Tại Việt Nam

Việt Nam bắt đầu nghiên cứu ứng dụng BTĐL từ những năm 1990 Viện khoa học Thủy lợi nghiên cứu phụ gia khoáng cho BTĐL [13] Công trình BTĐL xây dựng đầu tiên của Việt Nam là đập thủy điện Pleikrong, khởi công xây dựng năm 2003 Tiếp đó hàng loạt công trình đập thủy điện được thi công và chuẩn bị xây dựng bằng BTĐL (bảng 1.2) [14] Các đập của hồ chứa nước công trình thủy lợi cũng được thiết kế và xây dựng theo công nghệ này (Định Bình, Nước Trong, Tân Mỹ, v.v )

Năm 2004, trong công trình “Nghiên cứu chế tạo bê tông đầm lăn cho đập và mặt đường trong điều kiện Việt Nam” [17] đã nhận định: Tiềm năng nguyên liệu

của Việt Nam để chế tạo BTĐL tương đối sẵn, khả năng ứng dụng công nghệ BTĐL có triển vọng lớn

Năm 2007, Báo cáo đề tài cấp Bộ của PGS.TS Lê Minh “Nghiên cứu biện pháp nâng cao chống thấm của BTĐL công trình thủy lợi” [12] đã chỉ ra một số biện pháp nâng cao chống thấm cho BTĐL như: Thiết kế thành phần cấp phối hợp lý,

sử dụng phụ gia CĐK và giảm nước

Đến nay Việt Nam đã và đang xây dựng hàng chục đập BTĐL lớn [12,14, 27], thể hiện trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam

Thời gian thi công Các công trình đã thi công xong

TT Tên Kết cấu Chiều

Thời gian thi công

Các công trình đang thi công

Các công trình đang chuẩn bị đầu tư

Như vậy, tại Việt Nam quá trình xây dựng đập BTĐL đã chuyển dần từ hướng kết cấu “vàng bọc bạc” ban đầu (đập Pleikrong, Sê San 4, Định Bình) sang kết cấu toàn BTĐL và có BTĐL chống thấm cao phía thượng lưu Từ đây các nghiên cứu về BTĐL chống thấm cao bắt đầu được nghiên cứu và ứng dụng (Nước Trong, Tân Mỹ)

1.3 Vấn đề thấm đập BTĐL ở Việt Nam

Đến nay, đã có khoảng 16 công trình BTĐL lớn thi công xong và đã tích nước

để sử dụng Tuy nhiên ở hầu hết các công trình, ngay sau khi tích nước đã xảy ra hiện tượng thấm và phải xử lý chống thấm Để làm rõ thực trạng và nguyên

nhân thấm đập BTĐL, luận án đã tiến hành khảo sát 5 công trình đập BTĐL đã xây dựng Thông số thành phần cấp phối BTĐL các đập khảo sát như trong bảng 1.3

kế, ngày

Mác

bê tông, MPa

Yêu cầu chống thấm, (cm/s)

N, lít N/CKD

Dưới đây là kết quả khảo sát đánh giá thực trạng và nguyên nhân thấm tại các công trình trên

1.3.1 Hiện tượng thấm nước tại các đập BTĐL

a Đập thủy điện Pleikrong

Đập Pleikrong có chiều cao 71 m, được xây dựng trên sông PoKo tại địa bàn tỉnh Kon Tum từ 23/11/2003 và hoàn thành vào 31/12/2007, tổng khổi lượng BTĐL khoảng 300.000 m3

Hình 1.1 Tổng thể đập Pleikrong Hình 1.2 Thấm hạ lưu đập

Pleikrong

Hình 1.3 Thấm hành lang thu nước đập Pleikrong Hiện tượng thấm ở đập Pleikrong xảy ra tại hai khu vực là hạ lưu thân đập và trong hành lang kỹ thuật

- Tại hạ lưu thân đập: thấm ẩm và rỉ nước xuất hiện tại nhiều tại nhiều khu vực trên bề mặt BTĐL hạ lưu của đập (hình 1.2)

- Tại hành lang kỹ thuật: thấm chảy thành vòi xuất hiện tại các khe nhiệt và một

số vị trí của khối BTĐL Đặc biệt là thấm ướt bề mặt kèm theo tiết vôi xảy ra trên diện rộng giữa 2 khe nhiệt (hình 1.3)

b Đập thủy điện Bản Vẽ

Đập Bản Vẽ có chiều cao 135 m, được xây dựng trên sông Cả tại địa bàn tỉnh Nghệ An từ 8/2004 và hoàn thành vào 12/2009, tổng khổi lượng BTĐL khoảng 1.428.000 m3

Hình 1.4 Thấm mạnh tại hạ lưu đập

Bản Vẽ

Hình 1.5 Thấm tiết vôi tại hành lang

kỹ thuật đập Bản Vẽ Hiện tượng thấm ở đập Bản Vẽ xảy ra tại hai khu vực là hạ lưu thân đập và trong hành lang kỹ thuật

- Tại hạ lưu thân đập: thấm ướt bề mặt và rỉ nước xuất hiện trên vùng rộng của khối BTĐL (hình 1.4)

- Tại hành lang kỹ thuật: xuất hiện thấm rò rỉ tại nhiều khe nhiệt Đặc biệt là hiện tượng thấm ướt bề mặt kèm theo tiết vôi xảy ra trên diện rộng của khối BTĐL giữa 2 khe nhiệt (hình 1.5)

c Đập thủy điện Sê San 4

Đập Sê San 4 có chiều cao 71 m, được xây dựng trên sông Sê San tại địa bàn tỉnh Gia Lai từ năm 2004 và hoàn thành vào năm 2009

Hình 1.6 Thấm tiết vôi tại hành

lang kỹ thuật đập Sê San 4

Hình 1.7 Thấm thành dòng tại hành lang kỹ thuật đập Sê San 4 Hiện tượng thấm ở đập Sê San 4 chủ yếu xảy ra trong hành lang kỹ thuật: Thấm chảy mạnh thành dòng các tại khe nhiệt và thấm ướt bề mặt kèm theo tiết vôi xuất hiện trên diện rộng của khối BTĐL (hình 1.6 và 1.7)

rò rỉ xuất hiện tại một số khe nhiệt, thấm ướt bề mặt kèm theo tiết vôi xuất hiện tại nhiều khu vực của khối BTĐL (hình 1.8 và 1.9)

e Đập thủy điện Sông Tranh 2

Đập Sông tranh có chiều cao 95 m, được xây dựng từ năm 2005 và hoàn thành vào năm 2011

Hình 1.10 Thấm tiết vôi hạ lưu đập

Sông Tranh 2

Hình 1.11 Thấm mạnh qua khe nhiệt đập Sông Tranh 2 Hiện tượng thấm ở đập Sông Tranh 2 xảy ra tại hai khu vực là hạ lưu thân đập

và trong hành lang kỹ thuật

- Tại hạ lưu thân đập: thấm ướt bề mặt và rỉ nước xuất hiện trên vùng rộng của khối BTĐL và tại các khe nhiệt

- Tại hành lang kỹ thuật: xuất hiện thấm rò rỉ mạnh tại nhiều khe nhiệt Đặc biệt

là hiện tượng thấm ướt bề mặt kèm theo tiết vôi xảy ra trên diện rộng của khối BTĐL giữa 2 khe nhiệt (hình 1.10 và 1.11)

1.3.2 Nguyên nhân thấm nước tại các đập BTĐL

Qua kết quả khảo sát tình trạng thấm tại 5 công trình đập BTĐL ở trên có thể đánh giá nguyên nhân thấm như sau:

- Thấm ướt bề mặt kèm theo tiết vôi qua bản thân khối BTĐL, dạng thấm này xảy ra phổ biến tại tất cả các công trình đã khảo sát Nguyên nhân thấm dạng này được xác định là do chênh lệch áp lực cột nước lớn, do tính đồng nhất về cấu trúc và khả năng chống thấm của khối BTĐL kém hơn nhiều so với bê tông thường, nên có thể nhiều chỗ BTĐL chưa đạt yêu cầu chống thấm (điển hình là

tại các vị trí xuất hiện rò rỉ, ướt mặt và tiết vôi, mạch ngừng giữa các lớp đổ BTĐL)

- Thấm qua khe nhiệt, xảy ra ở tất cả các công trình đã khảo sát và hầu hết tại các công trình đã đưa vào sử dụng với mức độ mạnh yếu khác nhau Nguyên nhân thấm dạng này chủ yếu liên quan đến thiết kế và thi công lắp đặt gioăng cách nước tại khe nhiệt chưa đạt yêu cầu Cũng có thể do khả năng chống thấm của BTĐL tại vùng lân cận gioăng cách nước chưa đạt yêu cầu

1.3.3 Biện pháp đảm bảo khả năng chống thấm cho đập BTĐL

Từ các nguyên nhân đã phân tích ở trên thấy rằng biện pháp đảm bảo khả năng chống thấm cho đập BTĐL bao gồm:

- Đảm bảo khả năng chống thấm của toàn bộ khối BTĐL hoặc tối thiểu là cho lớp BTĐL phía mặt thượng lưu đập với bề dày khoảng 1/20 ÷ 1/12 chiều cao cột nước mặt đập tính từ mặt ngoài đập Có thể áp dụng các biện pháp cụ thể sau đây:

+ Biện pháp cơ bản: Vì BTĐL có độ dao động chất lượng chống thấm lớn (độ đồng nhất về khả năng chống thấm thấp), nên để đảm bảo mặt bẳng chống thấm tối thiểu của toàn khối BTĐL đạt được yêu cầu thiết kế, cần thiết phải nâng cao khả năng chống thấm của toàn khối BTĐL lên tối thiểu (1 ÷ 2) cấp (2 atm ÷ 4 atm) so với yêu cầu thiết kế Biện pháp này có thể đạt được bằng cách

sử dụng tổ hợp phụ gia có khả năng chống thấm cao cho BTĐL Đây cũng chính

là hướng nghiên cứu của luận án và cơ sở khoa học của việc sử dụng tổ hợp phụ gia sẽ được trình bày ở mục 1.5 dưới đây

+ Biện pháp bổ xung: Tăng cường lớp phủ chống thấm cho toàn bộ mặt thượng lưu đập, cần hoàn thành trước khi tích nước

- Đảm bảo khả năng cách nước của các gioăng tại các khe nhiệt: Cần lựa chọn gioăng cách nước phù hợp và tăng cường giám sát đảm bảo chất lượng trong suốt quá trình thi công lắp đặt gioăng

1.4 Vấn đề nhiệt trong BTĐL khối lớn

Theo tài liệu [1], nứt do nhiệt trong kết cấu bê tông khối lớn được hình thành từ nhiệt thủy hóa của xi măng Hiện tượng nứt do nhiệt trong kết cấu bê tông gây ra bởi sự thay đổi thể tích do nhiệt phát sinh từ quá trình thủy hóa xi măng và quá trình tự co phát triển do các yếu tố phức hợp như kiểu kết cấu ngàm, điều kiện giới hạn, nguyên vật liệu, tỉ lệ hỗn hợp, phương pháp thi công, điều kiện thi công, khí hậu, v.v

Theo [15], cơ chế nứt do nhiệt ở bê tông khối lớn là khi khối bê tông đủ lớn thì nhiệt thủy hóa xi măng sẽ tích tụ trong lòng bê tông, không kịp thoát ra ngoài, tạo nên sự chênh lệch nhiệt độ giữa phần trong khối bê tông với phần ngoài tiếp giáp với môi trường xung quanh Chênh nhiệt độ (∆T) đủ lớn sẽ gây ra hiện tượng co dãn không đều giữa bê tông phần trong có nhiệt độ cao và bê tông phần ngoài có nhiệt độ thấp hơn gây nên hiện tượng nứt của bê tông

Theo nhiều tài liệu [15, 40, 41, 42] cho rằng khi ∆T vượt quá ngưỡng 20 oC thì

bê tông có thể bị nứt

Theo [6], ứng suất nhiệt là nguyên nhân chủ yếu làm xuất hiện khe nứt ở đập bê tông có thể tích lớn Đập bê tông sau khi đổ, nhiệt độ có sự thay đổi phức tạp làm thể tích bê tông theo đó co dãn Khi khối bê tông không được tự do, mặt co dãn bị hạn chế hoặc bị ràng buộc thì sinh ra ứng suất do nhiệt độ Khi ứng suất vượt quá cường độ kéo của bê tông thì phát sinh ra nứt

Theo [3], mặc dù lượng xi măng của đập BTĐL là nhỏ hơn nhiều so với đập bê tông thường, nên nhiệt thủy hóa cũng nhỏ hơn, nhưng đập BTĐL có tốc độ thi công nhanh nên chênh lệch nhiệt độ ở trung tâm đập và bề mặt được duy trì tương đối lớn sau khi thi công Trong khi tại trung tâm của đập nhiệt độ giảm rất chậm thì nhiệt độ của lớp bê tông phía ngoài thay đổi theo nhiệt độ môi trường Như vậy lớp bê tông phía ngoài của đập có nhiệt độ thấp hơn so với lớp bê tông tại tâm đập, kết quả là lớp bê tông phía ngoài chịu ứng suất kéo, còn lớp bê tông phía trong chịu ứng suất nén, khi ứng suất vượt quá cường độ kéo của BTĐL thì sinh ra nứt

Theo tài liệu [7], các khối đổ tại móng đập bị kiềm chế nhiều nhất nên dễ nứt Vì vậy, điều kiện đối với ∆T để đảm bảo không nứt được quy định như trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Chênh lệch nhiệt độ cho phép của móng đập BTĐL [7]

Theo tài liệu [6], các giải pháp để giảm nhiệt trong BTĐL là:

- Giảm nhiệt thủy hóa của xi măng: Sử dụng xi măng tỏa nhiệt thấp là loại xi măng có ít khoáng C3S và nhiều khoáng C2S Cũng có thể giảm bớt lượng dùng

đối với xi măng thường bằng cách sử dụng phụ gia khoáng và các loại phụ gia hóa học

- Phát tán nhiệt ra môi trường: Sử dụng tầng đổ mỏng và thời gian cách quãng giữa các lần đổ kéo dài để nhiệt có thể phát tán ra môi trường xung quanh

- Hạ thấp nhiệt độ hỗn hợp BTĐL: Phương pháp thường sử dụng là giảm nhiệt

độ cốt liệu, sử dụng nước đá để làm lạnh nước trộn BTĐL

- Dẫn nhiệt trong lòng khối đổ BTĐL ra ngoài: Sử dụng hệ thống ống đặt sẵn trong lòng khối đổ để bơm nước tuần hoàn dẫn nhiệt ra bên ngoài

Trong các giải pháp trên thì giải pháp giảm lượng dùng đối với xi măng bằng cách sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P được xem là giải pháp đơn giản và hiệu quả Đây cũng chính là hướng nghiên cứu của luận án và cơ sở khoa học sẽ được trình bày ở mục 1.5 dưới đây

1.5 Cơ sở khoa học của việc sử dụng tổ hợp phụ gia để cải thiện một số tính chất của BTĐL dùng cho đập trọng lực trong điều kiện Việt Nam

Dưới đây luận án sẽ phân tích làm rõ cơ sở khoa học của việc sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P để cải thiện một số tính chất của BTĐL dùng cho đập trọng lực trong điều kiện Việt Nam

1.5.1 Phân tích một số đặc điểm của BTĐL

Trong bảng 1.5 trình bày một số thông số cấp phối và yêu cầu chống thấm của BTĐL dùng cho đập trọng lực tại Việt Nam [14, 27] Trong bảng 1.6 là tham khảo thông số thành phần cấp phối và yêu cầu chống thấm của BTĐL một số đập ở Trung Quốc [8]

Bảng 1.5 Một số thông số các cấp phối BTĐL cho đập ở Việt Nam [14, 27]

kế, ngày

Mác

bê tông, (MPa)

Yêu cầu chống thấm, (cm/s)

Thời gian đông kết, giờ.phút X

N, lít N/CKD Bắt

đầu

Kết thúc

1 Pleikrong -71 365 20 10-8 ÷10-6 - - 80 210 290 không 145 0,50

2 Sê San 4-71 365 20 10-8 ÷10-6 12÷20 ≤ 48 80 160 220

Dẻo hóa chậm đông kết

kế, ngày

Mác bê tông, yêu cầu chống thấm

N, kg

N/CKD

1 Song Kê-60 180 20,W6 90 110 200

CĐK + SD

105 0,53

2 Sơn Khẩu-64,6 90 20 105 86 191 95 0,50

3 Cao Bá Châu-57 90 20,-W6 125 102 227 109 0,48

TT Tên công trình –

chiều cao đập (m)

Tuổi thiết

kế, ngày

Mác bê tông, yêu cầu chống thấm

Từ số liệu bảng 1.5 và 1.6 cho thấy:

- Mác BTĐL thiết kế ở Việt Nam thường là 20 MPa phần lớn ở tuổi 365 ngày hoặc số ít ở tuổi 90 ngày (công trình Định Bình và Nước Trong), còn ở Trung Quốc cũng là 20 MPa, nhưng ở tuổi 90 hoặc 180 ngày Như vậy, nếu xét ở cùng tuổi 365 ngày thì BTĐL dùng cho đập ở Việt Nam sẽ có cường độ và khả năng chống thấm thấp hơn so với BTĐL của Trung Quốc

- Lượng dùng xi măng trong BTĐL nhìn chung là tương đối thấp: Với bê tông thường yêu cầu lượng dùng xi măng tối thiểu là 220 kg/m3 Song đối với BTĐL lượng dùng rất thấp, như trong bảng 1.5 thì chỉ khoảng (60 ÷ 80) kg/m3 Do đó

để đảm bảo đủ hàm lượng hạt mịn thì việc bổ xung thêm PGK vào thành phần

BTĐL là một trong những yêu cầu bắt buộc để được tổng lượng dùng CKD đạt khoảng (200 ÷ 220) kg/m3 trở lên

- Do dùng công nghệ lu lèn để đầm chặt BTĐL trên diện rộng và đặc điểm thi công đổ bê tông thành nhiều lớp, nên yêu cầu thời gian đông kết hỗn hợp BTĐL phải kéo dài để đảm bảo dính kết giữa các lớp BTĐL,vì vậy BTĐL luôn cần phụ gia CĐK Hầu hết các công trình BTĐL ở Việt Nam và Trung Quốc đều dùng phụ gia dẻo hóa CĐK

- Lượng nước trộn trong các cấp phối BTĐL của Trung Quốc thấp hơn nhiều so với của Việt Nam, vì rằng BTĐL của Trung Quốc sử dụng loại phụ gia siêu dẻo CĐK giảm nước cao, còn ở Việt Nam lại sử dụng phụ gia dẻo hóa CĐK giảm nước thấp hơn Ở đây có thể thấy rõ là việc dùng phụ gia siêu dẻo CĐK giảm nước cao (thế hệ mới) sẽ có nhiều lợi ích trong việc cải thiện một số tính chất của BTĐL (giảm tỉ lệ N/CKD đồng nghĩa với nâng cao cường độ nén, nâng cao khả năng chống thấm, dễ lu lèn, giảm lượng dùng xi măng đồng nghĩa với giảm nhiệt độ đoạn nhiệt nếu giữ nguyên cường độ, v.v )

- BTĐL các công trình đập ở Việt Nam sử dụng ít xi măng hơn, PGK sử dụng lớn hơn so với các công trình đập của Trung Quốc, nhưng có lượng dùng nước lớn hơn (tỉ lệ N/CKD cao hơn), dẫn đến cấu trúc và độ đồng nhất về khả năng chống thấm của BTĐL ở Việt Nam thấp hơn BTĐL Trung Quốc (xét ở cùng tuổi như đã chỉ ra ở trên) Đây có thể là một trong những nguyên nhân làm giảm khả năng chống thấm và tính đồng nhất của BTĐL, gây thấm nước cho đập trong qúa trình sử dụng

- Hiện nay ở Việt Nam chưa có công trình BTĐL nào sử dụng phụ gia Polyme, tuy nhiên với mục tiêu nâng cao khả năng chống thấm cho BTĐL thì việc xem xét nghiên cứu đưa thêm phụ gia Polyme vào thành phần BTĐL là một thử nghiệm mới, vì rằng phụ gia Polyme đã được sử dụng rộng rãi với tác dụng cải

thiện cấu trúc và tính đồng nhất về khả năng chống thấm nước, nhờ đó vữa và bê tông có khả năng chống thấm nước và chống ăn mòn rất tốt [45, 57, 59]

Trên cơ sở những phân tích trên đây, luận án sẽ đi sâu làm rõ vai trò của của từng loại phụ gia trong tổ hợp phụ gia S+T+P

1.5.2 Vai trò của phụ gia hóa học trong BTĐL

Xi măng pooclăng ra đời năm 1824 [43, 44], một năm sau thuật ngữ “bê tông”

và bê tông trên cơ sở xi măng pooclăng được chế tạo [43] Monier (1848), Coignet (1852), Hennbique (1880) đã tiến hành xây dựng những công trình bê tông cốt thép đầu tiên, bê tông xi măng pooclăng được sử dụng xây dựng công trình biển vào năm 1849 và bê tông cốt thép được sử dụng xây dựng công trình cảng năm 1897 [44]

Theo [44], quan hệ phụ thuộc giữa cường độ nén bê tông với tỉ lệ lượng dùng nước và xi măng:

Rb=f (

X A