Chất lượng các công trình phụ thuộc rất nhiều vào độ bền các kết cấu bê tông hay chính là chất lượng bê tông sử dụng. Với việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong công nghệ chế tạo bê tông, cho phép chúng ta tạo ra những kết cấu bê tông, bê tông cốt thép và bê tông cốt sợi phân tán có chất lượng cao, bê tông màu trang trí cường độ lớn tăng tuổi thọ cho công trình
Trang 1MỤC LỤC
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Bê tông và bê tông cốt thép (BTCT) đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng cơ bản, phục vụ cho nhiều ngành kinh tế quốc dân cũng như trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, cầu đường,… Trong đó bê tông là một trong những loại vật liệu xây dựng được sử dụng với khối lượng lớn nhất, chúng chiếm đến trên 80% khối lượng của các công trình xây dựng Và theo thống kê của Hiệp hội bê tông thì hàng năm trên toàn thế giới sử dụng khoảng 2,5 tỷ m 3 bê tông các loại.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và kỹ thuật trên tất
cả các mặt của đời sống xã hội thì ngành công nghiệp xây dựng nói chung và công nghiệp bê tông nói riêng đã và đang tạo nên những bước phát triển to lớn cho phép chúng ta tạo ra được nhiều hơn nữa những công trình kiến trúc mang tính đột phá, những công trình mang tính thế kỉ và những công trình đặc biệt có ý nghĩa quan trọng trong các hoạt động kinh tế, chính trị, xã hội, quốc phòng và an ninh,… Chất lượng các công trình phụ thuộc rất nhiều vào độ bền các kết cấu bê tông hay chính là chất lượng
bê tông sử dụng Với việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong công nghệ chế tạo bê tông, cho phép chúng ta tạo ra những kết cấu bê tông, bê tông cốt thép và
bê tông cốt sợi phân tán có chất lượng cao, bê tông màu trang trí cường độ lớn tăng tuổi thọ cho công trình
Trang 3CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG
ĐẦM LĂN
1.1 Giới thiệu về công nghệ bê tông đầm lăn.
Bê tông đầm lăn (BTĐL) hay bê tông lu lèn (Tiếng Anh là “Roller Compacted Concrete”, viết tắt là RCC) là loại bê tông không có độ sụt, sử dụng các nguyên vật liệu tương tự như bê tông thường Khác với bê tông thường được đầm chặt bằng thiết bị rung đưa vào trong lòng khối đổ, BTĐL được làm chặt bằng thiết bị rung lèn từ mặt ngoài (lu rung) Công nghệ này thích hợp cho các công trình bê tông khối tích lớn, hình dáng không phức tạp như đập, mặt đường Việc đầm lèn bê tông bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất kết dính hơn so với bê tông thường nhờ vậy đối với một số đập và đường bê tông, thi công bằng công nghệ này nhanh hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ đổ bê tông truyền thống Công nghệ BTĐL thường được áp dụng thích hợp xây dựng các bãi đỗ xe, kho bãi, đường trong các khu công nghiệp, đường giao thông và đập chắn nước cho các công trình thủy lợi, thủy điện
Công nghệ BTĐL áp dụng cho thi công đường giao thông so với công nghệ thi công thông thường có các ưu điểm như: phương pháp thi công không phức tạp, lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số sản phẩm phụ hoặc phế thải công nghiệp giúp
hạ giá thành vật liệu so với bê tông xi măng thông thường, tốc độ thi công nhanh
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 cao hơn so với đập bê tông thường và đập đất đắp bởi các lí do sau [3]:
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 để đầm lèn và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt So với đập đất đắp có cùng chiều cao, khối tích 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 đắp
Giá thành hạ: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng trên Thế
giới, giá thành đập BTĐL rẻ hơn so với đập bê tông thi công bằng công nghệ truyền thống từ 25% đến 40% Việc hạ giá thành đạt được là do giảm được chi phí cốp pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông
Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ: So với đập đắp, chi phí làm cửa tràn của
đập BTĐL rẻ hơn (tương tự như đập bê tông thường) Đối với đập thuỷ điện được thiết
Trang 4kế có nhiều cửa nhận nước ở nhiều cao trình khác nhau thì phương án đập BTĐL càng rẻ hơn so với phương án đập đắp Hơn nữa khi làm đập BTĐL, chiều dài của kênh xả nước ngắn hơn so với kênh xả nước của đập đắp và vì vậy giảm chi phí làm bản đáy và chi phí
xử lí nền đập
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 và đập đắp Vì vậy đường kính cống 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 đắp
Nguồn gốc của mặt đường BTĐL: BTĐL được sử dụng từ cuối thập kỷ 70
trong ngành công nghiệp gỗ ở Canađa do có ưu điểm là thi công dễ dàng và nhanh chóng, có đủ độ bền cần thiết dưới tác dụng của tải trọng và các thiết bị nặng Sau đó, BTĐL còn được sử dụng trong các bãi đỗ xe, bến cảng, kho chứa hàng BTĐL cũng đã được áp dụng cho các đập nước ở những năm 80, và đến năm 2001 chúng đã được áp dụng để xây dựng mặt đường ô tô trong khu công nghiệp sản xuất ô tô ở Alabama (Mỹ) Cho đến năm 2004, khi xây dựng lại tuyến đường liên bang ở bang Georgia – Mỹ số hiệu I-285 xung quanh thành phố Atlanta, The Georgia Department of Transportation (GDOT) đã áp dụng công nghệ xây dựng mặt đường bằng BTĐL cho phần lề gia cố (làn
đỗ khẩn cấp) thay thế cho cách làm truyền thống và đã tạo được tiếng vang lớn – đó là huy chương bạc của The National Partnership for Highway Quality (NPHQ) vào năm
2006 Cũng trong năm 2004 The City of Columbus, Ohio cũng đã áp dụng công nghệ này cho các đường trong thành phố Cho đến nay, BTĐL được sử dụng rất nhiều cho các đường có tốc độ thấp, các bãi đỗ xe, các nút giao thông trong đô thị, đường trong các khu công nghiệp, kho bãi, bến cảng hàng nặng … Tuy nhiên, vẫn chưa tìm thấy công trình đường ô tô cấp cao nào sử dụng công nghệ xây dựng mặt đường bằng BTĐL Có lẽ vì chúng được đầm chặt bằng phương pháp lu lèn nên độ bằng phẳng của mặt đường chưa đáp ứng được yêu cầu cho các phương tiện xe chạy với tốc độ cao Cũng vì lý do về độ bằng phẳng của mặt đường BTĐL không được phẳng như mặt đường BTN hay BTXM thông thường nên các nhà chuyên môn đã khuyến cáo rằng chỉ nên dùng mặt đường BTĐL cho các đường có tốc độ thiết kế không quá 60 km/h
Trang 51.2 Tình hình ứng dụng BTĐL trên thế giới
Trên thế giới, BTĐL đã được sử dụng từ những năm 70 thế kỷ 20, là một trong những sự phát triển quan trọng, có tính cạnh tranh cao trong công nghệ xây dựng đập nhờ hiệu quả kinh tế và thời gian thi công nhanh hơn so với bê tông thông thường Một ưu điểm nữa của BTĐL là do sử dụng hàm lượng xi măng ít nên nhiệt thủy hóa sinh ra trong quá trình rắn chắc của bê tông thấp, làm giảm đáng kể nhiệt độ trong khối bê tông, hạn chế ứng suất nhiệt gây nứt và phá hủy kết cấu bê tông Đối với kết cấu bê tông khối lớn, nhiệt độ và ứng suất nhiệt phát sinh trong quá trình bê tông rắn chắc là vấn đề quan trọng nhất cần được giải quyết, sử dụng BTĐL sẽ rất hiệu quả trong việc giải quyết vấn đề này
Về xây dựng đập trọng lực, tính đến 2005, toàn thế giới đã xây dựng được trên dưới 300 đập BTĐL với khối lượng tổng cộng khoảng trên 90 triệu m3 BTĐL Hiện Trung Quốc là quốc gia đang dẫn đầu về số lượng đập BTĐL sau đó là Hoa Kỳ, Nhật Bản và Tây Ban Nha
Bảng 1 Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới
Tên Quốc
Gia
Số đập đã
xây dựng
Thể tích BTĐL
(10 3 m 3 )
Tỷ lệ theo S.lượng
%
Tỷ lệ theo K.lượn g%
Tên Quốc Gia
Số đập đã xây dựng
Thể tích BTĐL
(10 3 m 3 )
Tỷ lệ theo S.lượng
%
Tỷ lệ theo K.lượng
%
T.Quốc 57 28.275 20 30.50 Pháp 6 234 2.1 0.25 Nhật Bản 43 15.465 15.09 16.68 Hy Lạp 3 500 0.7 0.54 Kyrgystan 1 100 0.35 0.11 Italy 1 262 0.35 0.28 Thái Lan 3 5.248 1.05 5.66 Nga 1 1.200 0.35 1.29 Inđonesia 1 528 0.35 0.57 T.B Nha 22 3.164 7.72 3.41
Argentina 1 590 0.35 0.64 Algeria 2 2.760 0.7 2.98
Brazil 36 9.440 12.63 10.18 Angola 1 757 0.35 0.82
Chile 2 2.170 0.7 2.34 Eritrea 1 187 0.35
Colombia 2 2.974 0.7 3.21 Ma Rốc 11 2.044 3.86 2.20
Mexico 6 840 2.1 0.91 Nam Phi 14 1.214 4.91 1.31
Trang 6Tổng: 51 16.014 16.48 17.27 Tổng: 29 6.962 10.17 7.51
Canada 2 622 0.7 0.67 Australia 9 596 3.15 0.64 Hoa Kì 37 5.081 12.98 5.48 Khác 17 7.534 5.96 8.13
Hình 1 Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo các hướng khác nhau trên thế giới
Từ khi ra đời cho đến nay, việc xây dựng đập BTĐL đã và đang phát triển theo các hướng chính [2] :
+ Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) (hàm lượng CKD < 99kg/m3) do USACE - Mỹ phát triển dựa trên công nghệ thi công đất đắp;
+ Bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100 đến 149
kg/m3);
+ Bê tông đầm lăn giàu CKD: (hàm lượng CKD > 150 kg/m3) được phát triển ở Anh Việc thiết kế thành phần BTĐL được cải tiến từ bê tông thường và việc thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp;
Ngoài ra còn một hướng phát triển BTĐL khác đó là hướng phát triển RCD của Nhật bản (Japannese Roller Compacted Dams), chuyển từ đập trọng lực bê tông thường
sang sử dụng BTĐL Theo hướng này, BTĐL có lượng CKD nằm giữa loại BTĐL có lượng CKD trung bình và loại BTĐL có lượng CKD cao
Sau hơn 30 năm ứng dụng trên thế giới, công nghệ xây dựng đập BTĐL liên tục được cải tiến cả về vật liệu chế tạo và kỹ thuật thi công Cho tới nay, đập BTĐL được thi công xây dựng ở nhiều nước thế giới , ở nơi có nhiệt độ môi trường từ rất thấp cho đến rất cao và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn
Trước đây, đập BTĐL sử dụng BTĐL nghèo CKD được sử dụng tại một số đập có chiều cao dưới 60m ở Mỹ Ngày nay, các đập BTĐL được xây dựng trên thế giới chủ yếu
sử dụng BTĐL có lượng CKD trung bình và giàu CKD như các nước Tây âu, Trung Quốc, Nhật Bản
Trang 7Ngoài việc ứng dụng cho đập, BTĐL cũng được ứng dụng trong xõy dựng mặt đường và sõn bói BTĐL cho mặt đường lần đầu tiờn được ỏp dụng ở Canada vào năm
1976 tại Caycuse trờn đảo Vancouver với diện tớch tổng cộng 36.000m2 Cho tới nay, hàng chục triệu m2 đường và sõn bói được xõy dựng bằng cụng nghệ BTĐL ở cỏc nước
Mỹ, Nhật và một số nước khỏc Cỏc cụng trỡnh mặt đường và sõn bói bằng BTĐL đờ̀u cho hiệu quả sử dụng tốt và giảm chi phớ bảo dưỡng
Ngoài việc ỏp dụng cho xõy dựng đập, mặt đường và sõn bói, BTĐL cũn được ỏp dụng được cho cỏc dạng kết cấu khỏc Năm 1986 cầu treo lớn nhất thế giới Akashi được khởi cụng xõy dựng tại Nhật Bản Cõy cầu này nối liờ̀n đảo Honshu và đảo Shikoku với chiờ̀u dài nhịp giữa hai thỏp chớnh 1960m Đõy là cụng trỡnh đó ứng dụng nhiờ̀u cụng nghệ bờ tụng tiờn tiến như bờ tụng tự lốn, bờ tụng đổ trong nước và bờ tụng đầm lăn Múng trụ neo cỏp của cụng trỡnh này được thiết kế là bờ tụng trọng lực khối lớn (hỡnh 4)
Để thi cụng khối múng với khối tớch khoảng 200.000m3 trong thời gian ngắn, cụng nghệ
bờ tụng đầm lăn đó được lựa chọn ỏp dụng
Hỡnh 2 Thi cụng đập BTĐL bằng xe lu
rung ( Beni-Haroun - Algeri)
Hỡnh 3 Thi cụng sõn bói bằng cụng nghệ BTĐL
Tuờng bê tông
Bê tông đúc sẵn
Dầm cứng Thanh neo Cáp
Thân khung
angke
Khung angke
Bê tông đầm lăn
84.5
85
Cú thể thấy rằng những dạng kết cấu bờ tụng cú hỡnh dỏng khụng phức tạp và khụng cú cốt thộp đờ̀u cú thể thi cụng bằng cụng nghệ bờ tụng đầm lăn Khối đổ bờ tụng càng lớn, ỏp dụng cụng nghệ này càng hiệu quả
Trang 8Hình 4 Cấu tạo trụ neo cáp cầu treo Akashi Kaiyko-Nhật Bản
Trang 9CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG XÂY DỰNG
MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ.
Trong xây dựng kết cấu mặt đường, ngay như tên gọi của nó, hỗn hợp BTĐL được rải bằng các thiết bị thông thường như các thiết bị rải bê tông nhựa chặt truyền thống, sau đó đầm chặt bằng máy lu – gồm lu sơ bộ, lu trung gian và lu hoàn thiện giống như mặt đường BTN thông thường
2.1.Thành phần cơ bản của hỗn hợp BTĐL
Các vật liệu sử dụng để chế tạo BTĐL cũng tương tự như bê tông truyền thống, bao gồm xi măng, phụ gia khoáng, phụ gia hóa học, cốt liệu (mịn và thô) và nước Tuy nhiên, do đặc điểm chính của hỗn hợp BTĐL là không có độ sụt và lượng xi măng sử dụng ít do đó thành phần các vật liệu của BTĐL khác nhiều so với bê tông thông thường, trong đó cấp phối hạt cốt liệu và hàm lượng hạt mịn là các yếu tố quan trọng trong việc định lượng thành phần cấp phối và quyết định tính chất của hỗn hợp bê tông và BTĐL khi rắn chắc
Hạt mịn sử dụng cho BTĐL là các loại vật liệu có kích thước hạt nhỏ hơn 75 mm (0,075mm), tùy thuộc vào khối lượng chất kết dính (xi măng) và kích thước lớn nhất của cốt liệu được sử dụng, yêu cầu về hàm lượng hạt mịn có thể chiếm đến 10% khối lượng cốt liệu trong BTĐL Các loại hạt mịn được sử dụng trong BTĐL thường là các loại poozolan, tro bay, silicafum, xỉ lò cao, được gọi chung là phụ gia khoáng Việc lựa chọn và sử dụng hợp lý nguồn phụ gia khoáng cho BTĐL là vấn đề rất cần thiết, có liên quan trực tiếp đến địa điểm xây dựng công trình, yêu cầu và chất lượng bê tông, khả năng cung cấp và giá thành công trình xây dựng Hiện nay nước ta cũng đã có nguồn phụ gia khoáng (tro bay) này
BTĐL có thành phần cơ bản như bê tông truyền thống bao gồm xi măng, nước
và cốt liệu (mịn và thô) … nhưng nó khác bê tông truyền thống ở chỗ hỗn hợp bê tông khô hơn, đủ độ dẻo cứng (stiff) để đầm bằng lu rung Đặc biệt, lớp mặt đường sử dụng BTĐL (sau đây gọi là mặt đường BTĐL) được xây dựng không cần các khe nối, không cần phải có ván khuôn, máy rải chuyên dụng và các loại thanh truyền lực Do có các tính năng ưu việt như vậy nên việc xây dựng mặt đường bằng BTĐL rất đơn giản, nhanh và kinh tế Cấp phối của BTĐL dùng cho xây dựng mặt đường ô tô có thể tham khảo số liệu sau:
Trang 10Sieve Size Percent Passing
2.2 Thi công mặt đường bằng bê tông đầm lăn
Việc thi công mặt đường bằng BTĐL rất nhanh và đơn giản BTĐL được trộn ở trạm trộn trung tâm rồi dùng xe ô tô tự đổ vận chuyển tới các máy rải thông thường (máy rải BTN thông thường), sau đó dùng lu rung để đầm chặt hỗn hợp và bảo dưỡng như mặt đường BTXM thông thường Nhiệt độ không khí khi rải BTĐL không nên quá
90 độ F (32 độ C) Khi nhiệt độ môi trường không khí vượt quá 90 độ F (32 độ C), thời
Trang 11gian cho phép từ thời điểm trộn đến khi hoàn thành quá trình đầm nén nên giảm cho phù hợp (ví dụ, từ 60 phút giảm đến 30 - 45 phút) Để bù đắp cho sự mất độ ẩm trong thời gian trộn, vận chuyển và rải, nước trộn có thể được cân nhắc tăng thêm tại trạm trộn.
Mặt đường BTĐL không cần các khe nối, các loại thanh truyền lực nhưng yêu cầu về các lớp móng bên dưới hoàn toàn giống như các kết cấu mặt đường bê tông xi măng truyền thống Mặt đường BTĐL có tất cả các chỉ tiêu độ bền vững như mặt đường bê tông xi măng tiêu chuẩn kể cả khả năng chịu đựng sự chênh lệch nhiệt độ lớn, chịu đựng sự ăn mòn do chất lỏng và hóa chất độc hại khác Với những ưu điểm của mặt đường cứng, mặt đường BTĐL dễ dàng chịu đựng các tải trọng lớn thường thấy trong các công trình đường giao thông, bãi container, bãi đỗ xe, bến cảng, và nút giao thông Mặt đường BTĐL cũng không bị nứt do trục xe tải hạng nặng, và cũng không bị hiện tượng xô hoặc rách khi các phương tiện quay đầu hoặc hãm phanh.
RCC was used for roads, parking at the Honda Plant in Lincoln, Alabama 2001
Công thức trộn: Theo báo cáo của The Georgia Department of
Transportation (GDOT) thì đây là thành công rất lớn trong việc áp dụng công nghệ và vật liệu mới có tính cạnh tranh cao trong xây dựng mặt đường ô tô Trong khuôn khổ
dự án này (tại công trình đường I – 285) các nhà chuyên môn đã sử dụng lớp mặt BTĐL dày 20cm có cường độ chịu nén là 27,6Mpa (tương đương mác 350 của Việt Nam), kích thước tối đa của cốt liệu là 19mm (lọt sàng 12,5mm) với công thức trộn (xi măng:cát:đá) cho một (01) Cu Yard: cụ thể như sau (1 CuYard = (1 yard) 3 ; 3 feet = 1 Yard; 0,9144 mét = 1,0936 Yard; 1 lbs = 1 pound = 453g):
- Xi măng portland: 400 - 500 lbs;
- Cát vàng: 1000 - 1500 lbs;
