giáo trình công nghệ xây dựng BTCT

CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1 KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 2 VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI 3 THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM

1

MÔN HỌC:

CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG

Giảng viên: TS Dương Đức Tiến

Bộ môn: Công nghệ & Quản lý xây dựng

CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

1 KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

2 VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP

PHỐI

3 THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

4 THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

5 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐẬP

BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

6 DÙNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐỂ SỬA CHỮA ĐẬP

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

 Bê tông đầm lăn là một loại bê tông không có độ sụt được rải và đầm chặt bằng các thiết bị thi công đường, đập đất công suất lớn

Thiết bị rải và đầm chặt RCC:

Xe ủi hay xe rải bê tông atphan

Lu rung bánh thép

Lu bánh hơi (để hòan thiện bề mặt)

 Bê tông đầm lăn – Roller Compacted Concrete (RCC) gồm hai dạng chính:

 Bê tông đầm lăn dùng cho mặt đường (RCCP)

 Bê tông đầm lăn dùng cho đập (RCC)

 Yêu cầu đối với RCCP:

R  25MPa cho phép thông xe

Dmax  25 mm

 Yêu cầu đối với RCC dùng cho đập:

Cường độ thiết kế chọn 90, 120, hay 180 ngày và một số rất ít trường hợp là 365 ngày, giao động trong khỏang 13  18MPa

Ngoài cường độ nén, RCC dùng cho đập cần thoả mãn yêu cầu thiết kế về cường độ kéo, cường độ kháng cắt, khối lượng thể tích, hệ

số thấm

Dmax cốt liệu thay đổi:

Một số nước châu Âu, châu Mỹ sử dụng Dmax = 50 mm

Nhật Bản dùng Dmax = 80 mm, Trung Quốc dùng Dmax = 40 mm và 60 mm

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

 So với bê tông thường hay còn gọi là bê tông lèn chặt bằng gia công chấn động - conventional vibrated concrete (CVC), RCC có lượng dùng CKD nhỏ:

CKD  100–150 kg/m3 – RCC nghèo chất kết dính

CKD = 100–150 kg/m3 – RCC giầu hồ mức trung bình

CKD  150–200 kg/m3 hay cao hơn – RCC giầu hồ

Nước trong RCC chỉ chiếm 5 – 6% hàm lượng chất khô

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Trung Quốc (170)

Brazil (44)

Mỹ (48)

Australia (14) South Africa (16)

11.4 10.8

4 73.8

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Lean RCC dams Hard -fill dams

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Lưu vực Diện tích

lưu vực (km 2 )

Nhà máy thủy điện

Đã xây Đang thiết kế và quy hoạch

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

đổ BTĐL

KL

m 3 x10 3 Kết thúc

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Huế

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Bảng: Các nước có đập cao hơn 100 m đang thi công nhiều nhất

TT Tên nước Tổng số đập Đập cao 100 m trở lên Tỷ lệ (%)

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

TT Tên đập Nước Chiều

cao (m)

Chiều dài (m)

Thể tích BTĐL (10 3 m 3 )

Tổng thể tích

BT (10 3 m 3 )

10 Sơn La Việt Nam 139 900 2700 4800

Bảng: Mười đập BTĐL cao nhất thế giới tính đến 2011

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Bảng: Mười đập có khối lượng BTĐL lớn nhất thế giới tính đến 2011

TT Tên đập Nước Chiều

cao

m

Chiều dài

m

Thể tích BTĐL

10 3 m 3

Tổng thể tích BT

10 3 m 3

3 Sơn La Việt Nam 139 900 2960 4600

II VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHẾ TẠO RCC

NƯỚC

CỐT LIỆU THÔ CỐT LIỆU MỊN CHẤT PHỤ GIA

1 XI MĂNG

1.1 Định nghĩa và phân loại

 Xi măng là thành phần quan trọng trong bê tông, ta có thể

định nghĩa xi măng như sau: Xi măng là loại bột mịn màu xám khi trộn với nước tạo thành hồ dẻo có khả năng rắn chắc lại và cho cường độ

 Trong xi măng poóclăng gồm 4 loại khoáng chính đó là: 3CaO.SiO2 : (C3S) - gọi là khoáng Alít

2CaO.SiO2 : (C2S) - gọi là khoáng Belít

3CaO.Al2O3 : (C3A)

4CaO.Al2O3.Fe2O3 : (C4AF)

Tỷ lệ % của các khoáng xi măng phụ thuộc vào loại xi măng

phẩm hyđrát) vôi và kèm theo tỏa nhiệt:

2[ 3CaO.SiO2] + 6 H2O 3 CaO2SiO23H2O + 3Ca(OH)2 + Q

2[2CaO.SiO2] + 4 H2O 3 CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2 + Q

3CaO.Al2O3 + 6H2O 3 CaOAl2O36H2O + Q

1 XI MĂNG

Tất cả các khoáng clanker khi thuỷ hoá đều toả nhiệt Lượng nhiệt toả ra của các khoáng khác nhau cũng khác nhau Do vậy nhiệt thuỷ hoá của xi măng phụ thuộc vào loại xi măng

Có thể xác định được nhiệt thuỷ hoá của xi măng khi biết nhiệt thuỷ hoá của các khoáng như nêu trong bảng sau:

Bảng 1: Nhiệt thuỷ hoá của các khoáng tinh khiết:

 Xi măng được phân loại dựa vào các thuộc tính cơ bản Ở mỗi nước có cách phân loại riêng của mình

+ Ở Việt Nam xi măng được phân thành 7 loại chủ yếu sau:

 Xi măng poóclăng : TCVN 2682 – 1999

 Xi măng poóclăng puzơlan : TCVN 4033 – 1995

 Xi măng poóclăng xỉ lò cao : TCVN 4316 - 1985

 Xi măng poóclăng bền sun phát : TCVN 6067 – 2004

 Xi măng poóclăng ít toả nhiệt : TCVN 6069 – 1995

 Xi măng poóclăng hỗn hợp : TCVN 6260 – 1997

 Xi măng poóclăng trắng : TCVN 5691 - 2000

+ Theo tiêu chuẩn Mỹ, xi măng poóclăng được phân thành 5 loại chính – ASTM C150:

TYPE I: Xi măng poóclăng thường

TYPE II: Xi măng poóclăng nhiệt thuỷ hoá trung bình

TYPE III: Xi măng poóclăng rắn nhanh

TYPE III: Xi măng poóclăng nhiệt thuỷ hoá thấp

TYPE V: xi măng poóclăng bền sun phát

1 XI MĂNG

Tại Việt Nam, xi măng tương đương loại TYPE II và TYPE III của ASTM C150 phù hợp cho việc sử dụng trong RCC dùng cho đập hầu như không tồn tại

Xi măng poóclăng trộn lẫn tức xi măng poóclăng hỗn hợp có nhiệt thuỷ hoá vừa phải, tuy nhiên nếu sử dụng bổ sung một lượng phụ gia khoáng lớn thì sự phát triển cường độ không đạt yêu cầu

Do đó hiện nay chủ yếu sử dụng loại xi măng không pha phụ gia, tức

xi măng poóclăng đạt yêu cầu TCVN 2682 – 1999

1 XI MĂNG

Một số phương pháp thử cơ bản kiểm tra chất lượng xi măng:

Chất lượng của xi măng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và thay đổi theo thời gian Tiêu chuẩn Việt Nam quy định yêu cầu kỹ thuật đối với từng loại xi măng (xem phần phân loại) Để xác định tính chất của xi măng, cần sử dụng các phương pháp thử do tiêu chuẩn quy định, ví dụ:

 Phương pháp thử độ mịn của xi măng theo phương pháp Blaine Hình 1

 Một số phương pháp thử xi măng

 Bộ khuôn tiêu chuẩn Hình 4

27

Phân loại phụ gia khoáng:

Hiện nay phụ gia khoáng bắt đầu được sử dụng phổ biến ở việt Nam tuy nhiên chưa có tiêu chuẩn quốc gia cho phụ gia khoáng Vì vậy cho đến nay vẫn sử dụng tiêu chuẩn Mỹ ASTM C 618 theo đó phụ gia khoáng được phân thành 3 loại như sau:

Loại F: chủ yếu là tro bay nhiệt điện

Loại N: Chủ yếu là phụ gia khoáng thiên nhiên có xử lý nhiệt hay không qua sử lý nhiệt

Loại C: Chủ yếu là tro bay chứa một hàm lượng lớn CaO (tro bay đốt than nâu)

Hàm lượng mất khi nung, tối đa, (%) 10,0 6,0 6,0

Độ mịn sót sàng 0,045 (sàng ướt), tối đa, (%) 34,0 34 34 Chỉ số hoạt tính cường độ:

- Với xi măng poóclăng, tuổi 7 ngày, tối thiểu, (%) so với mẫu đối

chứng

- Với vôi, tuổi 7 ngày, tối thiểu (KPa)

- Với xi măng poóclăng, tuổi 28 ngày, tuổi (%) so với mẫu đối chứng

75 75 75

5500 5500 -

70 70 70

Nước yêu cầu, tối đa (%) so với mẫu đối chứng 115 105 105

Hệ số biến động của khối lượng riêng tối đa so với giá trị trung bình (%) 5 5 5

Hệ số biến động của độ mịn sót sàng 0,045 tối đa so với giá trị trung

bình

 Tuy vậy trong thực tế cách phân loại theo ASTM C494

Trong thi công RCC, phụ gia hoá học chủ yếu được dùng để kéo dài thời gian đông kết của hỗn hợp RCC, tạo điều kiện cho lớp rải sau liên kết tốt với lớp rải trước và chất lượng khe nâng (khả năng bám dính, tính chống thấm…) được cải thiện

Giảm giá thành, tăng tốc độ thi công do loại bỏ khả năng

sử dụng lớp vữa lót Như vậy phụ gia loại F,G thường được

sử dụng cho RCC

30

Bảng phân loại phụ gia khoáng hoá học theo ASTM C494

Loại phụ gia Hàm lượng nước trong

hỗn hợp bê tông so với mẫu đối chứng tối đa, (%)

Thời gian đông kết, (phút) Bắt đầu đông kết đông kết

Type A, phụ gia giảm

90 Type B, phụ gia chậm rắn

nhưng không quá 210

Muộn hơn không quá

210 Type E, phụ gia giảm

Type G, phụ gia giảm

31

4 CỐT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO RCC

Nếu hiểu cốt liệu cho bê tông là chất độn để giảm chi phí xi măng thì

sẽ rất sai lầm Bởi vì cốt liệu, gồm cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ đóng vai trò hết sức quan trọng là tạo bộ khung vững chắc của bê tông Khi được

sử dụng một cách hợp lý, lượng dùng chất kết dính sẽ giảm đến mức tối thiểu giúp giảm giá thành bê tông và cải thiện nhiều tính chất quan trọng của bê tông nói chung và RCC nói riêng, đó là :

Giảm co ngót

Giảm từ biến

Giảm khả năng ăn mòn

Giảm toả nhiệt do thuỷ hoá xi măng

32

3.1.Cốt liệu nhỏ

Cốt liệu nhỏ thường là cát Cát có thể là:

Cát tự nhiên khai thác từ sông, suối, biển, v.v …

Cát nhân tạo có thể là cát xay từ các loại đá khác nhau

Cát từ tro đáy các buồng đốt than hay xỉ lò cao

Ở Việt Nam cát chủ yếu được khai thác từ sông suối có chất lượng và thành phần hạt tương ứng yêu cầu của TCVN 1770 – 1986 “Cát xây dựng- Yêu cầu kỹ thuật”

Về thành phần hạt, cát cần có đường biểu diễn thành phần hạt lọt trong vùng quy định của quy phạm sẽ cho phép chế tạo được hỗn hợp bê tông

có hiệu quả kinh tế và kỹ thuật tốt nhất

Bộ sàng tiêu chuẩn Việt Nam (theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ) gồm các sàng có kích thước lỗ sàng sau:

5 mm; 2,5 mm; 1,25 mm; 0,63 mm; 0,315 mm và 0,14 mm

33

Giới hạn thành phần hạt của cát được quy định trong bảng sau:

Bảng 4: Giới hạn thành phần của cát theo TCVN 1770 – 1986

AA

34

Cát sử dụng cho RCC có một số yêu cầu đặc biệt:

- Xuất phát từ việc RCC được đầm chặt bằng lu rung và RCC là loại

bê tông cứng không có độ sụt, tính công tác khi xác định bằng dụng

cụ VêBe có gia tải Q = 22,7 kg nằm trong khoảng 20  5 sec Kinh nghiệm nghiên cứu và ứng dụng RCC trên thế giới cho thấy khi hàm lượng hạt có kích thước < 0,075 mm tăng thì độ đầm chặt, cường độ

và độ chống thấm của RCC được cải thiện rõ rệt

- Theo tiêu chuẩn EM 1110-2-2006 của USCE đối với cát xay hàm lượng lọt sàng 0,075 mm là 6 – 18 % Trong đó cát tự nhiên thường

có rất ít lượng hạt mịn này do vậy cần bổ sung bằng các hạt không

có tính dẻo Hàm lượng hạt mịn bổ sung không vượt quá 6 – 7 % tổng lượng dùng cát Tiêu chuẩn ASTM C33 cũng quy định yêu cầu

kỹ thuật đối với cát Theo đó cát phải có đường biểu diễn thành phần hạt nằm trong vùng yêu cầu sau: bảng 5

35

Bảng 5: Thành phần hạt của cát theo ASTM C33

Cỡ sàng (mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0,60 0,30 0,15 Lượng lọt ( %) 100 95-100 80-100 50-85 25-60 5-30 0-10

+ Trong bê tông RCC lượng dùng cốt liệu nói chung và cốt liệu lớn nói riêng lớn hơn nhiều so với CVC

Ví dụ theo EM 1110-2-2006 thể tích đặc của cốt liệu lớn trong 1m3RCC dao động trong khoảng:

0,45 m3 cho đá dăm Dmax=19 mm;

0,49 m3 cho đá dăm Dmax=50 mm

0,57 m3 cho đá dăm Dmax =75 mm

 0,760,96 m3 ở trạng thái chọc chặt (tăng ~ 10%)

CVC, cụ thể là lượng lọt sàng của đá dăm sử dụng trong RCC của cùng một mắt sàng lớn hơn

 Ngoài yêu cầu về thành phần hạt, cốt liệu lớn cần đáp ứng các yêu cầu khác đó là:

4 Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn

1 Các phương pháp thiết kế RCC theo quan điểm cơ học đất

1.1 Phương pháp RCC nghèo xi măng

1.2 Phương pháp cơ học đất giản lược

2 Phương pháp thiết kế thành phần RCC dựa trên cách tiếp cận vật liệu

bê tông

2.1 Phương pháp giàu hồ

2.2 Phương pháp thiết kế RCC theo Hiệp hội kỹ sư quân sự Hoa Kỳ

2.3 Phương pháp thiết kế thành phần RCC theo ACI.211.3R

2.4 Phương pháp thiết kế thành phần cấp phối bê tông đầm lăn của Trung Quốc

2.5 Phương pháp thiết kế RCC của Bộ Xây Dựng Nhật Bản (phương pháp RCD)

III THI CÔNG RCC

Sơ đồ công

nghệ thi công

RCC

173

正常高水位

坝体RCC R150

二级配 RCC 防渗层

DC找平层, 1.0m

7

1:0 75

.06 67

68

155 179

41

III THI CÔNG RCC

Đặc điểm kết

cấu đập RCC

III THI CÔNG RCC

1 Đặc điểm thi công RCC

2 Tiến độ thi công

3 Chế tạo cốt liệu và quy hoạch mặt bằng khu vực chế tạo cốt liệu

2 Làm sạch, bảo dưỡng và che chắn hạn chế ảnh hưởng của

thời tiết cho RCC

3 Khe co

9 Bảo dưỡng RCC

10 Giám sát chất lượng

III THI CÔNG RCC

1 Đặc điểm thi công RCC

Tiến độ lên đập nhanh tạo ra hiệu quả kinh tế khi sử dụng RCC đặt ra yêu cầu chặt chẽ về lập kế hoạch, tiến độ thi công và sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà thầu và tư vấn thiết kế

•Ở Hoa Kì khoảng thời gian khi trộn RCC đến khi đầm xong không quá 45 phút

•Ở Nhật Bản thời gian này có thể gấp đôi

Mặt khác ở Nhật Bản mỗi một lớp rải phải được bảo dưỡng không dưới 36 giờ trước khi rải tiếp lớp khác Ở Hoa Kì và các nước khác thì mục đích đặt ra là quá trình rải RCC phải diễn ra liên tục

Quá trình xả, đổ, rải, san và đầm RCC

III THI CÔNG RCC

2 Tiến độ thi công

Tiến độ thi công được lập cho RCC là hết sức chặt chẽ RCC được coi là khá nhạy cảm và toàn bộ lớp rải yêu cầu phải cùng lúc

Việc đào tạo cán bộ thi công và giám sát rải, bảo dưỡng RCC trong phòng và ngoài

công trường phải được thực hiện hết sức chu đáo

Để tránh chậm tiến độ làm thiệt hại kinh tế khi nảy sinh những bất đồng về sự phù hợp tiêu chuẩn chất lượng thì cơ quan được giao nhiệm vụ giải quyết những vấn đề kỹ thuật cần phải được trang bị đội ngũ cán bộ chuyên môn được đào tạo bài bản

Vì việc rải RCC nhanh và hiệu quả chi phối mọi công việc liên quan đến công tác làm sạch nền móng, hệ thống đường vào, lắp đặt các bộ phận chi tiết chờ, dự trữ vật liệu cần được quy hoạch và lập tiến độ hết sức cẩn thận trước khi khởi công công trình Việc lắp dựng ván khuôn và lắp đặt các chi tiết chờ cần phải thực hiện ngoài phạm vi đập hoặc khoảng thời gian nghỉ giữa hai ca ngay trên bề mặt lớp rải

Tiến độ thực hiện các lớp rải thường bị phức tạp hoá do khách quan, và ta ngại vấn đề tích luỹ nhiệt Vì tiến độ thi công RCC rất khẩn trương do vậy việc khống chế nhiệt có thể khống chế mùa được thi công, hay thời gian nào trong ngày được thi công RCC cũng như tốc độ lên đập sẽ làm phức tạp hoá việc lập tiến độ thi công

III THI CÔNG RCC

3 Chế tạo cốt liệu và quy hoạch mặt bằng khu vực chế tạo cốt liệu

 Việc cung cấp đủ và liên tục cốt liệu đạt tiêu chuẩn cho tiến độ thi công RCC yêu cầu là hết sức quan trọng Khoảng hơn 50% khối lượng cốt liệu cho một mùa thi công phải được dự trữ sẵn trước khi khởi công công trình nhằm mục đích đáp ứng kịp nhu cầu cao đột xuất trong mùa thi công Việc dự trữ vật liệu với khối lượng lớn cho phép lựa chọn thiết

bị công nghệ một cách kinh tế và cho phép phối trộn các loại vật liệu không đáp ứng yêu cầu quy phạm

 Vị trí, kích cỡ và hình dạng các đống dự trữ cốt liệu cần phải được bố trí một cách hợp lý tương quan với vị trí trạm trộn RCC và phương pháp cốt liệu Khi không sử dụng băng tải thì một máy rải xúc có thể sử dụng cùng lúc để cung cấp cốt liệu cho máy trộn tại một số công trình lớn

 Ví dụ: để cung cấp đủ cốt liệu cho trạm trộn công suất 690 m3/h cần khoảng 4 xe xúc có dung tích gần 9 m3 Khoảng cách vận chuyển, quy trình đổ, vận hành quay trở lại của máy xúc phải được quy hoạch cẩn thận để bảo đảm an toàn với tính hiệu quả cao