Bài giảng cao học ngành công trình thuỷ lợi: Bê tông đầm lăn

Nguyên tắc xác định tham số cấp phối: Điều kiện hoàncảnh của bê tông Niên hạn thiết kế Cường độ pha chế Loại mác xi măng Lượng trộn tro bay Phẩm chất tro bay Tính bền lâu Tỉ suất nước Cấ

BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

(BÀI GIẢNG CAO HỌC)

Mục lục

Mục lục II

BÊ TÔNG ĐẦM LĂN (BÀI GIẢNG CAO HỌC) 1

1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN 1

2 TÍNH ƯU VIỆT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 3

2.1 Thi công nhanh 3

2.2 Kinh tế 3

3 NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI HIỆN NAY CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 4

3.1 Vấn đề chất lượng mặt kết hợp của tầng bê tông 4

3.2 Kết cấu chống thấm của bê tông đầm lăn 4

3.3 Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang 4

3.4 Thi công nhanh công trình lớn 4

3.5 Tính bền vững của bê tông đầm lăn 4

CHƯƠNG 1 VẬT LIỆU HỢP THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI 6 1.1 VẬT LIỆU HỢP THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 6

1.1.1 XI MĂNG 6

1.1.2 CỐT LIỆU 6

1.1.3 CHẤT ĐỘN 6

1.1.4 CHẤT PHỤ GIA 10

1.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 10

1.2.1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA THIẾT KẾ CẤP PHỐI 10

1.2.2 CÁC LOẠI CẤP PHỐI CHỦ YẾU 12

1.2.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI 13

CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 18

2.1 TÍNH CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 18

2.2 XÁC ĐỊNH ĐỘ CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CÔNG TÁC: 18

2.2.1 Xác định độ công tác của hỗn hợp 18

2.2.2 Các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng trị số VC 19

2.3 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN THI CÔNG ĐỐI VỚI TỐC ĐỘ CHẶT CỦA HỖN HỢP 19

2.3.1 Biên độ và tần số rung 19

2.3.2 Áp lực rung 20

2.4 TÍNH CHỐNG PHÂN LY CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU PHÂN LY 20

2.4.1 Cường độ chống nén 21

2.4.2 Cường độ chống kéo 22

2.4.3 Cường độ chống cắt 23

2.4.4 Đặc tính biến dạng do chịu lực của bê tông đầm lăn: 23

2.5 TÍNH VẬT LÝ VÀ TÍNH BỀN VỮNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 23

2.6 TÍNH NHIỆT HỌC CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 23

2.6.1 Thuỷ hoá nhiệt của keo dính: 23

2.6.2 Nhiệt độ tuyệt đối của bê tông đầm lăn: 23

2.6.3 Hệ số đạo ôn, hệ số dẫn nhiệt, tỉ lệ và hệ số nở dài của bê tông đầm lăn: 24

2.6.4 Tính chống va đập mài mòn của bê tông đầm lăn: 24

2.6.5 Tính chống ăn mòn hoá học của bê tông đầm lăn: 24

Chương 3 TRỘN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 25

3.1 MÁY TRỘN RƠI TỰ DO VÀ CƯỠNG BỨC 25

3.1.1 Máy trộn rơi tự do: 25

3.1.2 Máy trộn kiểu cưỡng bức: 26

3.2 MÁY TRỘN LIÊN TỤC VÀ MÁY TRỘN GÁO 26

3.2.1 Máy trộn liên tục: 26

3.2.2 Máy trộn gáo: 27

Chương 4 VẬN CHUYỂN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 28

4.1 XE BEN TỰ ĐỔ 28

4.1.1 Loại hình: 28

4.1.2 Bố trí đường đi: 28

4.1.3 Tình trạng lốp xe: 29

4.1.4 Cách bốc rỡ: 29

4.2 BĂNG CHUYỀN 30

4.2.1 Máy cấp vật liệu: 31

4.2.2 Máy rải hỗn hợp bê tông: 31

4.3 DỐC TRƯỢT 33

4.4 ỐNG CHẢY CHÂN KHÔNG NGHIÊNG 34

4.4.1 Tính cơ lý của bê tông đầm lăn chuyển bằng ống chảy chân không nghiêng: 34

4.4.2 Kết cấu của hệ thống ống chảy chân không nghiêng: 36

Chương 5 SAN VÀ ĐẦM BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 39

5.1 SAN BÊ TÔNG 39

5.1.1 Máy ủi hoặc máy san bê tông: 39

5.1.2 Máy rải bê tông: 39

5.1.3 Máy rải đơn giản: 40

5.2 ĐẦM LĂN 40

5.2.1 Đặc tính chủ yếu của đầm rung: 40

5.2.2 Các loại đầm rung: 41

5.3 NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG HIỆU QUẢ ĐẦM RUNG: 42

5.3.1 Tần số biên độ rung: 42

5.3.2 Tốc độ di chuyển của máy đầm: 42

5.3.3 Trọng lượng tĩnh của đầm rung: 42

5.3.4 Năng lượng đầm chặt 42

5.3.5 Lượng nước sử dụng cho một đơn vị thể tích bê tông: 43

5.4 PHƯƠNG THỨC LÊN CAO THÂN ĐẬP 43

5.4.1 Phán đoán theo độ chín của bê tông: 45

5.4.2 Phán đoán theo thời gian ninh kết ban đầu của bê tông: 45

5.4.3 Phán đoán theo thời gian sau khi hỗn hợp ra khỏi máy trộn: 46

Chương 6 CÔNG TÁC MẶT ĐẬP VÀ THI CÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU ĐẶC BIỆT 47

6.1 XỬ LÝ MẶT KHE 47

6.1.1 Tạo nhám mặt tầng: 47

6.1.2 Đổ vật liệu đệm nối tiếp khe: 48

6.2 TẠO KHE 48

6.2.1 Dùng máy cắt bê tông để tạo khe: 49

6.2.2 Để lỗ (hoặc khoan) tạo khe: 49

6.2.3 Chôn tấm tạo khe: 49

6.2.4 Ván khuôn tạo khe: 50

6.3 CHÔN THIẾT BỊ QUAN TRẮC 50

6.3.1 Đào rãnh chôn: 51

6.3.2 Đào lỗ chôn: 51

Chương 7 VÁN KHUÔN 53

7.1 CÁC LOẠI VÁN KHUÔN 53

7.1.1 Ván khuôn công son: 53

7.1.2 Ván khuôn trượt: 53

7.1.3 Ván khuôn bê tông đúc sẵn: 54

7.1.4 Ván khuôn lưới thép: 55

7.1.5 Không dùng ván khuôn: 55

7.2 ÁP LỰC BÊN CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 56

7.3 CƯỜNG ĐỘ NEO GIỮ CỦA THÉP NEO 58

Chương 8 THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 60

8.1 CÁC LỌAI KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 60

8.1.1 Chống thấm bằng bê tông thường: 60

8.1.2 Chống thấm bằng bê tông đầm lăn: 60

8.1.3 Chống thấm bằng màng mỏng: 61

8.1.4 Chống thấm bằng hỗn hợp bitum: 61

8.1.5 Chống thấm bằng bê tông bù ngót: 61

8.2 THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 61

8.2.1 Bê tông đầm lăn (tầng chống thấm): 61

8.2.2 Chống thấm bằng hỗn hợp Bitum: 62

8.2.3 Bê tông bù ngót: 64

8.2.4 Màng mỏng chống thấm: 65

Chương 9 KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐẬP BÊ

TÔNG ĐẦM LĂN 67

9.1 KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG NGUYÊN VẬT LIỆU GỐC 67

9.1.1 Xi măng: 67

9.1.2 Tro bay: 68

9.1.3 Cát: 68

9.1.4 Đá: 69

9.1.5 Chất phụ gia: 69

9.2 KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 69

9.3 KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG MẶT KHOẢNH ĐỔ 74

9.3.1 Khống chế các công việc đổ đống, san, đầm lăn: 74

9.3.2 Kiểm tra hiện trường thời gian ninh kết ban đầu của bê tông đầm lăn: 75

9.3.3 Thiết bị thử và phương pháp thử: 77

9.3.4 Khống chế mức khô ẩm của hỗn hợp bê tông đầm lăn: 79

9.3.5 Kiểm tra và khống chế đầm chặt tương đối: 79

9.3.6 Dùng máy đo mật độ hạt để đo dung trọng đầm chặt: 80

9.3.7 Dùng đồng hồ đo đầm chặt để khống chế dung trọng đầm chặt: 86

9.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ NGHIỆM THU 88

9.4.1 Mẫu nhiều: 88

9.4.2 Mẫu ít: 89

Chương 10 CÁC VÍ DỤ VỀ ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 91

10.1 ĐẬP ĐẢO ĐỊA XUYÊN CỦA NHẬT BẢN 91

10.1.1 Công nghệ đổ bê tông và máy thi công: 91

10.1.2 Khống chế chất lượng: 92

10.2 ĐẬP WILLOW CREEK CỦA MỸ 93

10.3 ĐẬP UPPER STILL WATER CỦA MỸ 95

10.4 ĐẬP NGỌC XUYÊN CỦA NHẬT 96

10.5.1 Đặc điểm thi công: 96

10.5.2 Biện pháp khống chế nhiệt độ: 96

10.5.3 Cường độ bê tông đầm lăn: 97

10.5 ĐẬP KHÁNG KHẨU CỦA TRUNG QUỐC 97

10.6 CÁC ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN KHÁC 98

10.6.1 Đập Elk Creek của Mỹ: 98

10.6.2 Đập Auweite cuả Pháp: 98

10.6.3 Đập Nirput và Walvistan của Nam Phi: 98

BÊ TÔNG ĐẦM LĂN (BÀI GIẢNG CAO HỌC)

1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN

Bê tông đầm lăn là loại dùng đầm rung làm cho bê tông đặc chắc Trong quá trình cạnh tranh ác liệt giữa đập bê tông thông thường và đập đất đá, đã nảy sinh ra đập

bê tông đầm lăn Do sự phát triển của lý luận lực học về đất đã nới rộng, hạn chế của đập đất đá đối với vật liệu xây dựng, tăng thêm khả năng sử dụng vật liệu xây dựng tại chỗ đối với đập Các công trình đất đá lớn mới sử dụng thi công cơ giới để tăng nhanh tốc độ thi công, giảm giá thành đập đá, về mặt kinh tế đã chiếm được ưu thế vì vậy màphát triển mạnh mẽ Trong đó các đập của thế giới có chiều cao từ 15m trở lên thì đập

bê tông mới chỉ chiếm 38% (tính đến năm 1950), từ năm 1951 đến 1977 tụt xuống còn25%, từ 1978 đến 1982 lại tụt lùi thêm một bước chỉ còn 16,5% Ngược lại với thời gian trên thì số lượng đập vòm bê tông xây dựng ở các thung lũng vùng sông hẹp lại tăng lên Cho nên tỉ lệ giảm số lượng đập bê tông lớn hơn tỉ lệ như trên phản ánh

Năm 1972 cũng tại địa điểm trên trong hội nghị ''thi công kinh tế đập bê tông''R.W Cannon có đưa ra luận điểm xây đập bê tông dùng đất nện'' phát triển thêm một bước ý tưởng của Raphael Cannon giới thiệu dùng xe ben chở bê tông nghèo theo saumáy đầm, ông kiến nghị dùng phương thức cốp pha trượt ngang phía thượng lưu và hạ lưu thì dùng bê tông giàu Theo ông thì phương thức vận chuyển bê tông bằng xe ben chưa hẳn là tốt nhất

Năm 1973, trong hội nghị quốc tế về đập lớn lần thứ 11, Moffat đưa ra luận vấn

đề ''nghiên cứu bê tông nghèo khô dùng trong thi công đập trọng lực'' cũng kiến nghị

áp dụng bê tông nghèo khô đã từng sử dụng 50 năm trước ở Luki nước Anh để sửa đập, dùng xe lu để đầm Ông dự tính với con đập cao 40m trở lên thì giá thành giảm 15%

Năm 1982 Mỹ xây dựng đập trọng lực bê tông đầm lăn đầu tiên trên thế giới, đập Willow Creek Đập này cao 52m, chiều dài trục đập 543m, không có rãnh ngangdọc Hàm lượng keo dính trong bê tông đầm lăn chỉ có 66 kg/m3 Chiều dày tầng đầm

là 30 cm đổ liên tục để lên cao Với 331.000m3 bê tông đầm lăn mà chỉ đổ trong 5 tháng là xong So với đập bê tông thường thì thời gian thi công rút ngắn được 1~1,5 năm, giá thành chỉ bằng 40% giá thành của đập bê tông thông thường và bằng 60% của đập đá hộc Đập Willow Creek đã chứng minh một cách đầy đủ ưu thế vô cùng lớn về kinh tế và tốc độ của đập bê tông đầm lăn Việc xây dựng thành công của đập bê tôngđầm lăn đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng trên nước Mỹ và trên các nước toàn thế giới

Tính đến cuối năm 1991 toàn thế giới có 75 đập bê tông đầm lăn, có 17 cái đang ở giai đoạn thi công Trong số đang thi công đập trọng lực bê tông đầm lăn thìcao nhất là đập Cung Lạn của Nhật cao 155 m Ngoài đập trọng lực còn xây xong 2đập vòm trọng lực: là đập Knellpoort của Nam Phi cao 50m và Wolwedans cao 70m.Đập vòm bê tông đầm lăn cao 75m ở Phổ Định - Quí Châu - Trung Quốc đang trong giai đoạn thi công

Bảng 1 Đập bê tông đầm lăn đã, đang và sắp xây dựng của Trung Quốc

hình

Nơi dùng

bê tông đầm lăn

Cao (m)

Đỉnh dài (m)

Lượng

bê tông (1000m 3 )

Ghi chú

Khanh khẩu Phúc

Kiến

Đậptrọng lực Toàn đập 56.8 122 4.2 Đã xongThiên sinh Quảng Đập Đập tràn, 58.7 470 7.8 Đã xong

Tên đập Địa chỉ Loại

hình

Nơi dùng

bê tông đầm lăn

Cao (m)

Đỉnh dài (m)

Lượng

bê tông (1000m 3 )

Ghi chú

Kiều Tây trọng lực đoạn ngăn

nướcLong môn

than

PhúcKiến

Đập trọng lực Toàn đập 57.5 149 7.3 Đã xongPhan gia

khẩu Hà Bắc

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 28.8 227 1.5 Đã xongVinh điạ Quảng

Tây

Đập trọng lực Toàn đập 56.3 136 6.0 Đã xongVan an Giang

Tây

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 45.0 160 7.0

Đã đầm xong

Mã hồi Tứ

xuyên

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 24.0 605 10.0 Đã xongNham than Quảng

Tây

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 110.0 498 32.5 Đã xongĐồng giai tử Tứ

Xuyên

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 82.0 513 41.0 Đã xongThuỷ khẩu Phúc

Kiến

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 100.0 791 45.0 Đã xongQuảng bá Quảng

Đông

Đập trọng lực Toàn đập 43.5 130 4.2 Đã xongQuan âm các Liên

Minh

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 52.0 1049 123.0 Đã xongCẩm giang Quảng

Đông

Đập trọng lực Toàn đập 60.4 157 18.2 Đã xong

Đệ đại

Quảng Hải nam

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 57.0 65.0 48.5 Đã xongPhổ định Quí châu Đập

trọng lực Toàn đập 75.0 195 10.3 Đã xong

Ôn tuyền bảo Hà bắc Đập

trọng lực Toàn đập 48.5 5.6 Đã xongBảo châu tự Tứ

xuyên

Đập trọng lực

Đập tràn,đoạn ngăn 132.0 524 50.0 Sắp làmThuỷ đông Phúc

kiến

Đập trọng lực Toàn đập 63.0 140 8.0 Thiết kếSơn tồn Phúc

kiến

Đập trọng lực Toàn đập 65.0 320 18.0Đào lân khẩu Hà bắc Đập

trọng lực Bộ phận đập 81.5 537 7.5Miên hoa

than

Phúckiến

Đập trọng lực Toàn đập 111 303 54.8Lâm giang Giang

minh

Đậptrọng lực Bộ phận đập 104.0 531 142Đại triều sơn Vân nam Đập

trọng lực Toàn đập 120 480 8.5Uyển giao Triết

giang

Đập trọng lực Toàn đập 83.0 32Giang a Hồ nam Đập

trọng lực Toàn đập 128 105.6

Tên đập Địa chỉ Loại

hình

Nơi dùng

bê tông đầm lăn

Cao (m)

Đỉnh dài (m)

Lượng

bê tông (1000m 3 )

Ghi chú

Tư lâm Quí châu Đập

trọng lực Toàn đập 84.0 62Trường

thuận Hồ bắc

Đập trọng lực Toàn đập 83.0 14Thạch bàn

thuỷ

Tứ xuyên

Đập trọng lực Toàn đập 84.0 44.4Long than Quảng

tây

Đập trọng lực Bộ phận đập 210/192

*

353/270*

* Thời kỳ cuối/Thời kỳ đầu

Bảng 2 Đê quai bê tông đầm lăn xây ở Trung Quốc

dụng

Cao (m)

Đỉnh dài (m)

Lượng bê tông (10000m 3 )

2 TÍNH ƯU VIỆT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

2.1 Thi công nhanh

Bảng 3 Tốc độ thi công đập bê tông đầm lăn của một số công trình xây dựng

(1000m 3 )

Thời gian thi công

Khối lượng đổ lớn nhất trong ngày (m 3 )

Bảng 4 So sánh tính kinh tế của các loại đập (1.000.000 USD)

Đập bê tông đầm lăn

Đập đất đá

Đập bê tông thường

Đập đá đổ

bê tông đầm lăn

3 NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI HIỆN NAY CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Đập bê tông đầm lăn phát triển rất nhanh, số lượng đập đã xây ngày càng lớn, loại hình kiểu đập trọng lực phát triển theo hướng đập trọng lực vòm và đập vòm Hiện đang còn không ít các kỹ thuật còn phải nghiên cứu, vấn đề tồn tại chủ yếu bao gồm 5 điểm sau:

3.1 Vấn đề chất lượng mặt kết hợp của tầng bê tông

Sau khi xây xong đập Liễu Khê vào mùa xuân năm 1983, hồ chứa nước lần đầu tiên trữ nước có độ cao đến 15,2m, ở cống thoát nước và ở mặt đập hạ lưu lập tức xuất hiện thấm nước lớn, tổng lượng nước thấm lên đến 170 l/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 công trình ở Trung Quốc chứng minh rằng lực kết hợp trong tầng bê tông đầm lăn

là 1,6 MPa, còn lực kết hợp mặt tầng không xử lý gì cả chỉ có 0,8 MPa, nghĩa là bằng 50% nội tầng Lực kết hợp mặt tầng rải vữa xi măng cát là 1,25 MPa bằng 78% nội tầng Điều này chứng tỏ mặt tầng thi công đầm lăn là một khâu rất yếu Khi độ cao với chỉ tiêu chống cắt mặt tầng tăng, làm thế nào để nâng cao chất lượng kết hợp mặt tầng

để thoả mãn chiều cao đập đang còn là vấn đề chờ giải quyết

3.2 Kết cấu chống thấm của bê tông đầm lăn

Như trên đã nói, chất lượng kết hợp mặt tầng đầm không tốt là nguyên nhânthấm nước Với những người đã xây nhiều đập bê tông đầm lăn thường lấy mặt thượng lưu của đập bê tông thường làm tác dụng chống thấm Có một số đập đơn độc áp dụng tầng chống thấm thượng lưu, một số ít đập lấy ngay đập bê tông đầm lăn để chống thấm Hiện tại thì ưu tiên

3.3 Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang

Vấn đề đặt khe ngang của đập vòm bê tông đầm lăn càng trở nên 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 cần phải nghiên cứu tiếp

3.4 Thi công nhanh công trình lớn

Quy mô đập ngày càng lớn, yêu cầu cường độ thi công ngày càng tăng Việc ứng dụng thi công cơ giới trong các công trình vừa và nhỏ sẽ không đáp ứng được nhu cầu thi công cường độ cao Những năm gần đây việc đổ bê tông, vừa trộn vừa vận chuyển liên tục đã ngày càng nhiều, đây cũng chính là nhu cầu của tình hình phát triển

3.5 Tính bền vững của bê tông đầm lăn

Lượng xi măng ít, trộn nhiều tro bay đã làm cường độ thời kỳ đầu của bê tônggiảm sút, nhưng niên hạn càng tăng thì cường độ càng phát triển, cho tới thời kỳ sau (như là 180 ngày, 356 ngày) thì cường độ sẽ cao hơn cường độ của bê tông thường

Tuy thế cho đến tận ngày nay, tính năng trường kỳ (ví dụ 50 năm, 100 năm) 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 10 năm Việc triển khai nghiên cứu tính bền vững của bê tông đầm lăn tuy khó nhưng mà vô cùng bức thiết

CHƯƠNG 1 VẬT LIỆU HỢP THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ

THIẾT KẾ CẤP PHỐI

1.1 VẬT LIỆU HỢP THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Bê tông đầm lăn là hỗn hợp tạo thành bởi 6 lọai vật liệu là xi măng, chất độn, nước, cát, đá và chất phụ gia Trong bê tông đầm lăn, chất phụ gia có tác dụng làmchậm đông cứng, giảm lượng nước và dẫn khí v.v

1.1.2.2 Cốt liệu mịn

Yêu cầu chất lượng cốt liệu mịn của bê tông đầm lăn cũng cơ bản giống cốt liệu mịn dùng cho bê tông thường Cốt liệu mịn phải sạch, không chứa quá nhiều chất độc hại và tạp chất hữu cơ Modun độ mịn từ 2,20 đến 3,00 là vừa phải

1.1.2.3 Cốt liệu tổng hợp

Cấp phối cốt liệu của bê tông đầm lăn từ cấp phối cốt liệu loại ưu theo phân loại thông thường đến hỗn hợp cốt liệu không phân loại (còn gọi là cốt liệu thống nhất hoá) đều được dùng Sử dụng cốt liệu hỗn hợp có thể đơn giản hoá thậm chí bỏ hẳn công nghệ sàng cốt liệu, có thể lấy nguyên liệu tại chỗ đạt hiệu quả kinh tế

1.1.3 CHẤT ĐỘN

1.1.3.1 Tác dụng của chất độn

Phương pháp có hiệu quả trộn chất độn vào bê tông

Thông thường chất độn trong bê tông đầm lăn phải có hoạt tính, nó có thể là trobay, xỉ quặng lò cao đã nghiền, cũng có thể là tro núi lửa hoặc nguyên liệu khác của núi lửa Các chất độn này có tác dụng nâng cao tính công tác của hỗn hợp cũng như ximăng vậy Ngoài ra, các chất độn này tiềm ẩn hoạt tính, có thể phản ứng thuỷ hoá lần thứ hai với xi măng tạo ra sản phẩm thuỷ hoá là hydioxyt canxi, chất thuỷ hoá này cótính kết dính ổn định, có tác dụng quan trọng nâng cao tính năng kỹ thuật của bê tông

1.1.3.2 Đặc tính của chất độn

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 tro núi lửa khác

1) Thành phần hoá học chủ yếu của chất độn

Các tạp chất có trong bã quặng luyện thép là SiO2, Al2O3 v.v dưới tác dụng của nhiệt độ cao cùng với đá vôi nung chảy thành, thành phần hoá học chủ yếu là CaO,SiO2, Al2O3, chiếm tỉ lệ 90% trở lên trong xỉ quặng Xỉ quặng nóng chảy được làmlạnh đột ngột (nước, khí nén hoặc hơi nước) hình thành kết cấu dạng thuỷ tinh là chínhgọi là ''xỉ quặng lò cao hạt hoá'' có hoạt tính cao

Tro bay dùng trong bê tông đầm lăn là bụi tro bay (fly ash) do ống khói lò caođốt than toả ra Thông thường thì thành phần hóa học chủ yếu của tro bay là SiO2,

Al2O3, Fe2O3 và CaO, trong đó SiO2, Al2O3 có hàm lượng lớn nhất, tổng hàm lượng của chúng tới 60% trở lên Hàm lượng Al2O3, hoạt tính và SiO2 hoạt tính quyết định hoạt tính của tro bay

Thành phần hoá học và hoạt tính của tro nham khác nhau và tuỳ thuộc xuất xứ của tro núi lửa Nham và tro núi lửa đem trộn vào bê tông đầm lăn thì phải nghiền nhỏ gần được như xi măng rồi lại phải kiểm định xem có phù hợp mới được dùng

2) Đặc tính cơ bản của tro bay

(1) Đặc tính vật lý của tro bay:

Dùng kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử có thể rõ ràng quan sátcác hạt tro bay và diện mạo của nó, trên diện mạo có thể chia làm 3 lọai theo độ hạt thô hay mịn: Hạt tròn, hạt nhiều lỗ và hạt bất qui tắc

Tiêu chuẩn GB1596 của Trung Quốc qui định áp dụng sàng hơi để xác định dưlượng qua sàng 45m Độ mịn của tro bay cũng có thể dựa vào tỉ lệ diện tích bề mặt to nhỏ để đánh giá Tỉ lệ diện tích bề mặt có thể dùng phương pháp thấu khí để xác định, nguyên lý là dưới tác dụng chênh áp nhất định khi định lượng thổi qua mẫu thử chịu trở lực lớn hay bé để phản ánh tốc độ khí thổi qua mẫu thử mà xác định tỉ lệ diện tích

bề mặt Tỉ lệ diện tích bề mặt của tro bay vào khoảng 1600~3500 cm2/g khi dùng tỉ lệ diện tích bề mặt để biểu thị độ mịn thì phải chú thích rõ về phương pháp thử

Tiêu chuẩn GB1596 của Trung Quốc qui định tro bay cấp I, II, III tỉ lệ cần nước không được lớn hơn 95%, 105%, 115%

Thông thường bản thân tro bay không có tính kết dính, nhưng ở nhiệt độ thường khi có nước thì tro bay phản ứng hoá học với vôi để tạo thành chất thuỷ hoá có tính kết dính (chủ yếu là keo dính silicat canxi thủy hoá)

(2) Đặc tính cấu tạo của tro bay: Nguồn hoạt tính của tro bay chủ yếu từ thuỷ tinh thể có trong tro bay, nó quyết định tính năng thuỷ hoá ninh kết cứng hoá Đặc tính cấu tạo tro bay thuỷ tinh thể có thể mượn đặc tính kết cấu thuỷ tinh thể để miêu tả

Hình 1-1: Kết cấu oxyt silicat thể thuỷ tinh

(3) Hiệu ứng của tro bay: Kỳ thực tro bay trộn vào bê tông đã phát huy các hiệunăng bê tông không chỉ có hoạt tính tiềm ẩn mà là tổng hợp hiệu ứng trên 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 hoá học cũng như tác dụng lý hoá của vật liệu trưng tập các hạt nhỏ, phân tán trong vữa xi măng của các hạt tro bay Tất cả các hiệu năng trên gọi tổng hợp lại là hiệu ứng của tro bay Hiệu ứng tro bay bao gồm: Hiệu ứng hình thái, hiệu ứng hoạt tính và hiệu ứng tập hợp

(4) Đánh giá các hiệu ứng của tro bay:

* Phương pháp tỉ suất lượng nước cần: Tỉ số lượng nước cần của tro bay càngnhỏ, ở mức độ nhất định phản ánh chất lượng càng tốt

* Phương pháp tỉ số 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

3) Đánh giá phẩm chất tro núi lửa và tro nham kết

(1) Thí nghiệm hoạt tính tro núi lửa: Theo GB 2847-81, để dung dịch xi măng trộn 30% nguyên liệu chất tro núi lửa trong tủ nhiệt độ không đổi 400C, sau 7 ngày thì

đo trị suất oxyt can xi và độ kiềm (OH

-) Xem hình 1-2, sơ đồ hoạt tính, để phán đoán hoạt tính tro núi lửa của chất trộn Điểm thí nghiệm rơi xuống phía dưới đường cong làđạt

Hình 1-2: Hoạt tính tro núi lửa

(2) Thí nghiệm so sánh cường độ chống nén của hỗn hợp xi măng portland:Theo qui định của GB 2847-81, so sánh cường độ chống nén 28 ngày của xi măng portland vữa cát và xi măng portland vữa cát trộn 30% tro núi lửa Tỉ lệ cường độ nàylớn hơn 62% là đạt

(3) Thí nghiệm tỉ 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 5 mm, 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 lưuđộng như nhau Nó phản ánh lượng nước cần thiết nhiều hay ít để nguyên liệu đạt đến cùng một độ lưu động

4) Đánh giá phẩm chất xỉ quặng

Sau đây sẽ giới thiệu 2 phương pháp thường dùng để đánh giá hoạt tính của xỉ quặng

(1) Phương pháp hoá phân tích: Thành phần hoá học có thể là một phương diện

để đánh giá hoạt tính của xỉ quặng

Theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB 203 qui định, chất lượng xỉ quặng có thể dùng

hệ số chất lượng K để đánh giá

K =

2 2

3 2

TiONaOSiO

OAlMgOCaO

Cường độ xi măng xỉ quặng

Rtỉ lệ =

-Cường độ xi măng thuần (1 - tỉ lệ % xỉ quặng trộn thêm)Khi tỉ lệ cường độ là 1 chứng tỏ xỉ quặng không có hoạt tính Tỉ lệ cường độ càng lớn thì hoạt tính xỉ quặng càng cao

1.1.4 CHẤT PHỤ GIA

Trộn chất giảm nước vào có thể giảm trị số VC của hỗn hợp cải thiện tích tụ dính hoặc tính chiết ly Đặc điểm thi công xây dựng bê tông đầm lăn có diện tích lớn, yêu cầu thời gian ninh kết ban đầu của chất độn phải dài để giảm bớt khe lạnh xuất hiện, cải thiện đặc tính kết dính mặt tầng thi công, vì thế mà phải trộn chất phụ gia vào Bê tông đầm lăn ở những vùng giá rét còn phải tính đến việc trộn vào chất dẫn khí, để nâng cao tính chống đông của nó

Những công trình đã xây dựng ở Trung Quốc sử dụng chất giảm nước chậm đông là Sulfat canxi gốc chất gỗ, có chức năng chính là giảm bớt nước, còn có hiệu quả làm chậm ninh kết nhất định Mỹ qui định trong thi công đầm lăn dùng chất giảm nước ASTMC494 loại A, và chất chậm đông ASTMC494 loại B và loại D Trộn chất chậm đông vào ngoài việc kéo dài thời gian ninh kết ban đầu của hỗn hợp ra, còn cótác dụng làm chậm tốc độ toả nhiệt thuỷ hoá xi măng, giảm thấp tốc độ toả nhiệt thời

kỳ đầu của bê tông

1.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

1.2.1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA THIẾT KẾ CẤP PHỐI

Thiết kế cấp phối có những đặc điểm sau:

(1) Bê tông trộn phải thoả mãn chỉ tiêu cường độ và độ bền vững, vừa phải thoả mãn giới hạn nhiệt độ tuyệt đối Cố gắng sử dụng lượng xi măng ít mà trộn nhiều chất độn

(2) Khống chế hợp lý tỉ lệ cốt liệu to nhất với các cốt liệu khác, tăng vừa phải tỉ

lệ cát để tránh tình trạng xảy ra hiện tượng phân ly nặng và không chặt trong quá trìnhthi công

(3) Trong thiết kế cấp phối phải xét đến việc trộn chất phụ gia vào bê tông.(4) Phải xét đến mặt liên quan trực tiếp giữa tính năng bê tông sau khi đôngcứng với tỉ lệ nước keo

(5) Tỉ lệ pha trộn cuối cùng nói chung phải được xác định qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường

Hình 1-3: Quá trình thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn

1.2.1.1 Các nguyên tắc chung phải tuân thủ khi thiết kế cấp phối

''Quy tắc tỉ lệ nước xi'' Tức là hỗn hợp bê tông đầm lăn cũng như hỗn hợp bêtông thường đều phục tùng ''qui tắc lượng nước cần'' điều chỉnh trị số VC, cần tăng giảm lượng nước và tỉ lệ cát Khi giữ cho VC không đổi, điều chỉnh tỉ suất nước keo thì cần duy trì lượng nước dùng không đổi, tăng giảm lượng keo dính và tỉ lệ cát với thể tích bằng nhau đổi lẫn cho nhau có thể đạt đến biến đổi tỉ lệ nước keo từ đó màđiều chỉnh cường độ bê tông mà không làm ảnh hưởng đến lượng nước dùng và trị số VC

1.2.1.2 Nguyên tắc xác định tham số cấp phối:

Điều kiện hoàncảnh của bê tông

Niên hạn thiết kế

Cường độ pha chế

Loại mác xi măng

Lượng trộn tro bay

Phẩm chất tro bay

Tính bền lâu Tỉ suất nước

Cấp phối sơbộ

Tỉ lệ cát Cấp phối cốt

liệu

Độ công tác Cường độ Tính bền

vữngHiệu chỉnh

mẫu thử

1.2.1.3 Chiều dày lớp vữa của hạt cốt liệu và lượng vữa dùng của hỗn hợp bê tông:

Trong quá trình trộn bê tông thì mỗi hạt cốt liệu đều được bao bọc ra ngoài một lớp vữa mỏng hay dày (như hình 1-4)

Hình 1-4: Tầng vữa giới hạn quanh cốt liệu

Lượng vữa keo dính trong hỗn hợp bê tông đầm lăn nhiều hay ít trực tiếp ảnh hưởng đến tính vật lý và tính năng thi công của bê tông Vấn đề vẫn còn tồn tại của hỗn hợp bê tông đầm lăn là lượng dùng vữa tối ưu, lượng tối ưu này chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

(1) Năng lượng rung động cấp cho hỗn hợp

(2) Chủng loại cốt liệu, cấp phối và đặc tính bề mặt hạt

(3) Tỉ lệ nước keo và tỉ lệ chất độn

1.2.2 CÁC LOẠI CẤP PHỐI CHỦ YẾU

Cho đến nay việc áp dụng bê tông đầm lăn ở các nước, trên góc độ tài liệu mànói thì có 3 loại cấp phối chủ yếu:

1.2.2.1 Bê tông đầm lăn vữa keo dính cố kết cát đá dăm

Lượng chất kết dính không lớn hơn 110 kg/m3 Trong đó lượng tro bay hoặc chất độn khác nhau chiếm không quá 30% tổng trọng lượng keo dính Loại bê tôngnày dùng ít keo dính, muốn được tính dễ đầm phải thực tăng lượng nước cần, cho nên

tỉ lệ nước keo lớn, đạt tới 0,95~1,50 Như vậy sẽ làm cho cường độ của hỗn hợp thấp, tính chống thấm và tính bền lâu kém Đập Willow Creek, đập Galesville và đập Elk Creek của Mỹ sử dụng một bộ phần bê tông đầm lăn là loại này

1.2.2.2 Bê tông đầm lăn nghèo khô

Loại bê tông này còn gọi là bê tông đầm lăn cấp phối nghèo Lượng keo dính trong bê tông là 120~130 kg/m3, trong đó chất độn chiếm 25%~30% tổng trọng lượng chất keo Loại bê tông này dùng keo dính không nhiều, phải tăng lượng nước vừa phải

để thoả mãn yêu cầu đầm lăn Tỉ lệ nước keo thường là 0,70 ~ 0,90 Do tỉ lệ chất độn thấp nên nhiệt độ tuyệt đối của bê tông cao Tỉ lệ nước keo tương đối lớn, tính chống thấm không tốt Một số đập bê tông đầm lăn của Nhật đều áp dụng cấp phối loại này

1.2.2.3 Bê tông đầm lăn hàm lượng tro bay cao

Lượng keo dùng trong bê tông đầm lăn này là 140~170 kg/m3, chất độn chiếm 50% ~ 70% tổng trọng lượng keo Loại bê tông này chia làm 2 loại: Cấp phối 1 có chất keo là 140 ~ 170 kg/m3 chất độn chiếm 50%~60%, gọi là bê tông đầm lăn dùng keo

vừa; Cấp phối 2 có lượng keo chiếm 180~250 kg/m3, trong đó chất độn chiếm 60%~75%, gọi là bê tông đầm lăn dùng keo nhiều Từ năm 1985 trở lại ở Trung Quốc tuyệt đại đa số bê tông đầm lăn có lượng keo là 140~170 kg/m3, lượng tro bay trộn có

xu thế tăng dần Ap dụng bê tông đầm lăn cấp phối 2, tăng lượng dùng keo nâng tỉ lệ trộn tro bay Thực tiễn thi công chứng minh, cơ bản đạt đến mục dự kiến, nhưng nhiệt

độ tối đa của bê tông cao mang lại một số khó khăn trong việc khống chế nhiệt độ

1.2.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI

Phương pháp thiết kế cấp phối cho đến nay vẫn chưa có qui định thống nhất Sau đây sẽ giới thiệu cách thiết kế cấp phối của công trình mang tính đại diện

1.2.3.1 Các bước chung khi thiết kế cấp phối

Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn có thể chia là 6 bước sau:

1 Sưu tập tài liệu cần thiết cho công tác thiết kế cấp phối:

2 Thiết kế sơ bộ cấp phối:

(1) Xác định sơ bộ tham số cấp phối Trong các công trình bê tông đầm lăn lớn trong nước phần lớn chia cốt liệu thô thành 3 cấp lớn, vừa, nhỏ và chiếm tỉ lệ là 4:3:3hoặc 3:4:3 Đường kính lớn nhất của cốt liệu thô và tỉ lệ xác định xong tức là xác định xong tham số của cấp phối

Chọn tham số cấp phối W/(C + F), F/(C + F) (hoặc F/C), (C + F + W)/S (hoặc

W,) và S/(S + G) (hoặc ) có thể tiến hành theo các cách sau:

* Phương pháp chọn thí nghiệm đơn nguyên nhân:

* Phương pháp chọn thiết kế thí nghiệm chính giao:

* Phương pháp chọn loại công trình tương tự:

(2) Lượng dùng các nguyên liệu trong tính toán mỗi mét khối bê tông đầm lăn:

* Phương pháp thể tích tuyệt đối: Phương pháp này giả định thể tích của hỗn hợp bê tông đầm lăn bằng tổng các thể tích tuyệt đối của các nguyên vật liệu hợp thành

và thể tích không khí trong hỗn hợp bê tông, tức là:

G S W F C

= 1000Trong đó:

- C, F, W, S, G: Lượng xi măng, chất độn, nước, cát và đá trong mỗi m3 bêtông đầm lăn (kg/m3)

- C,F,W: mật độ xi măng, chất độn, nước (g/cm3)

- G,S: mật độ biểu quan của cát, đá (g/cm3)

- : Số phần trăm hàm lượng khí của hỗn hợp bê tông đầm lăn, khi không trộn chất dẫn khí, có thể lấy  = 1~3

Căn cứ vào tham số đã chọn được, có thể tìm ra lượng dùng nguyên liệu của mỗi m3 bê tông.Trạm máy cắt thuỷ điện Sa Kê Khẩu - Phúc Kiến và đập thuỷ điện Đồng Giai Tử - Tứ Xuyên đã áp dụng phương pháp này trong thiết kế cấp phối bêtông đầm lăn

* Phương pháp mật độ biểu quan giả định (Phương pháp dung trọng giả định): Phương pháp này giả định mật độ biểu quan của hỗn hợp bê tông đầm lăn trộn được làmột trị số đã biết con, do đó có:

C + F + W + S + G =conCác ký hiệu trong công thức cũng có ý nghĩa như ở trên

Căn cứ vào các tham số đã chọn để tìm ra lượng các nguyên liệu cần cho mỗi một m3 bê tông đầm lăn Đập cấp 2 Thiên Sinh Kiều, đập Đại Quảng đã áp dụng phương pháp này vào thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn.

* Phương pháp bao lấp: Phương pháp này dựa vào vữa keo dính bao bọc hạt cát

và lấp các khe hở của cát để tạo thành vữa cát, vữa cát bao bọc cốt liệu thô và lấp vàokhe hở của cốt liệu thô hình thành bê tông Lấy ,  làm chỉ tiêu đánh giá,  là tỉ lệ thể tích của vữa keo dính với thể tích của cát,  là tỉ lệ thể tích vữa cát với thể tích khe hở cốt liệu thô Xét tới việc để lại một dư thừa nhất định thì các trị số của ,  đều phải lớn hơn 1 Với bê tông đầm lăn, thì thường lấy 1,1 ~ 1,3;  lấy 1,2 ~ 1,5 Do đó:

W F C

WFC



Từ đó tìm được:

G G

P.10

V.101000G

S G G

1'

P.10

G.'

P.10.S

2

C 2

2 1 1

S S

)

K1(

K1

K1

K.KK

S.'

P.10

K

2

2

 ; W = K1.(C + F)

Trong các công thức trên:

- PS, PG: tỉ lệ khe hở trạng thái đầm chặt của cát và đá

- V: tỉ lệ phần trăm thể tích lỗ hổng của bê tông

- 'S, 'G: mật độ tích tụ trạng thái đầm chặt của cát và đá (dung trọng rung chặt)

Các ký hiệu khác có ý nghĩa như trên Căn cứ vào các công thức trên để tính ra lượng nguyên liệu dùng cho mỗi mét khối bê tông đầm lăn

3 Điều chỉnh trộn thử:

Theo cấp phối xác định sơ bộ để lấy các nguyên vật liệu mà tiến hành thínghiệm, xác định trị số VC của hỗn hợp Nếu trị số VC lớn hơn yêu cầu của thiết kế, thì phải giữ nguyên tỉ lệ nước keo rồi tăng lượng nước dùng Nếu dùng VC thấp hơnyêu cầu thiết kế, có thể duy trì tỉ lệ cát không đổi mà tăng thêm cốt liệu Nếu tính chống phân ly của hỗn hợp kém, thì có thể giữ nguyên tỉ lệ vữa cát, tăng vừa phải tỉ lệ cát Ngược lại thì giảm bớt tỉ lệ cát đi

Sau khi điều chỉnh trộn thử xong, thì xác định mật độ biểu quan thực tế của hỗn hợp rồi tính ra lượng dùng các nguyên liệu của cấp phối thực tế

4 Xác định cấp phối trong nhà:

Cấp phối bê tông có được cho điều chỉnh trộn thử, trong đó tỉ lệ nước keo chưachắc đã thoả đáng, phải tiến thêm một bước kiểm nghiệm lại chỉ tiêu cường độ và tínhbền vững Thông thường áp dụng 3 loại cấp phối khác nhau Một trong số đó là cấp phối thông qua điều chỉnh trộn thử tìm được Trị số tỷ lệ nước keo của 2 loại cấp phối còn lại tăng 0.05 hoặc giảm 0,05 so với trị số cấp phối của điều chỉnh trộn thử Lượng

nước dùng của 3 cấp phối bằng nhau, tỉ lệ cát sẽ điều chỉnh một chút theo trị số VC Với mỗi cấp phối, chế tạo các mẫu thử cường độ và độ bền theo yêu cầu, bảo dưỡng đến đúng kỳ rồi tiến hành thí nghệm, căn cứ vào kết quả thí nghiệm để xác định cấp phối trong nhà.

5 Quy đổi cấp phối hiện trường thi công:

Cấp phối trong nhà do thí nghiệm mà có, thường là nguyên liệu cát đá ở trạng thái cơ bản là khô Nguyên liệu cát đá ở công trường thì trạng thái có nước, thực tế khác với phòng thí nghiệm cho nên khi cân trọng lượng thực tế của nguyên vật liệu hiện trường thì phải căn cứ vào tình trạng có nước của chúng để tiến hành qui đổi Giả thiết cát ở hiện trường thi công có tỷ lệ hàm nước là a%, tỷ lệ hàm nước của đá là b%,thì qui đổi cấp phối trong nhà ra cấp phối thi công, và lượng vật liệu cần của chúng là:

C = C'; F = F'; S = S' (1 + a%)

G = G' (1 + b%); W = W' - S'.a% - G'.b%

Trong công thức trên, C', F', W', S', G' là lượng dùng các nguyên vật liệu cấp phối trong nhà C, F, W, S, G là lượng dùng các nguyên vật liệu cấp phối thi công Khi hàm lượng cát đá của công trường có đường kính quá kém ngoài phạm vi qui định thìcũng phải tiến hành qui đổi cấp phối trong nhà

6 Thí nghiệm đầm lăn hiện trường và điều chỉnh cấp phối:

Trong điều kiện hiện tại, trước khi tiến hành thi công bê tông đầm lăn cho một công trình phải thí nghiệm đầm lăn Mục đích là ngoài việc xác định tham số thi công, kiểm nghiệm lại tình hình vận hành và phối hợp của hệ thống thi công sản xuất, đề ra các biện pháp quản lý thi công ra, còn phải thông qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường để kiểm tra tính thích nghi của thiết bị thi công đối với cấp phối bê tông đầm lăn thiết kế (bao gồm tính có thể đầm, tính dễ đầm chắc) cũng như tính chống phân ly của hỗn hợp Khi cần có thể điều chỉnh theo tình hình thí nghiệm đầm lăn

1.2.3.2 Thí dụ thực tế về thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn của một công trình điển hình

Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn đập Kháng Khẩu - Phúc Kiến:

(1) Yêu cầu thiết kế: Yêu cầu thiết kế sơ bộ bê tông đầm lăn đập Kháng Khẩu: Trên mặt thượng lưu thân đập có tầng chống thấm, trong đập dùng cấp phối 3 cấp bêtông đầm lăn, trị số VC của hỗn hợp khống chế ở 10~24s, bê tông niên hạn 90 ngày cócường độ chống nén Rd= 9,8 MPa, suất đảm bảo 85%, chống thấm niên hạn 90 ngày

có chỉ tiêu S4, nhiệt độ chênh lệch của thân đập khống chế dưới 10~140C, thiết kế mật

độ biểu quan bê tông là 2320 kg/m3

.(2) Nguyên vật liệu: Bột mịn trong cát chiếm 6,6%~15,2%, hàm lượng vượt đường kính hạt chiếm 7%~23%, modun độ mịn giao động trong khoảng 2,8~3,3 Dùng

xi măng Portland mác 425 (Mác thực tế đạt 525) của Nhà máy xi măng Quảng Bìnhsản xuất, trong đó hàm lượng clanke là 92% Chất độn là tro bay do Nhà máy điện Trâu Vũ thu hồi qua bộ lọc tĩnh điện Chất phụ gia là Sulfat canxi chất gỗ do Nhà máysợi trơ Khai Sơn - Cát Lân sản xuất

(3) Chọn tham số cấp phối: Chọn tham số cấp phối theo phương pháp thiết kế thí nghiệm chính giao, dùng bảng chỉnh giao L9 (34) để bố trí thí nghiệm Mức của các tham số chọn (mục) xem bảng

Bảng 1.1 Mục và mức thiết kế chính giao

Mức 0,50 0,60 0,70 1,0 1,2 1,4 0,35 0,40 0,45 0,32 0,34 0,36

Qua khảo sát trị số VC, mật độ biểu quan, cường độ chống nén của bê tông niênhạn 7 ngày và 28 ngày, sơ bộ chọn tham số cấp phối theo W/(C+F) = 0,60, F/C=1,2, (C+F+W)/S = 0,40, (S+G) = 0,33.

(4) Thí nghiệm trong nhà: Đưa các tham số cấp phối trên vào các công thức sau

để tìm lượng dùng các nguyên liệu:

S

KS/)WFC(

nC/F

m)FC/(

W

GSWFC

P con

Trong đó m, n, KP và K là các tham số cấp phối đã định, còn các ký hiệu khác như trên

Qua điều chỉnh trộn thử được cấp phối bê tông và các tính năng như bảng 1-2.Bảng 1.2 Cấp phối bê tông đề xuất để thí nghiệm đầm lăn hiện trường

(trộn 0,2% sulfat can xi chất gỗ)Lượng dùng các vật liệu

của mỗi m3 bê tông (kg) Một số tính năng kỹ thuật của bê tông

C F W S G VC (s) R28(MPa) R90(MPa) Sn con(kg/m3)

Bảng 1.3 Cấp phối thực dụng của bê tông đầm lăn và một phần kết quả thí nghiệm tính năng

Lượng dùng các vật liệu

của mỗi m3bê tông (kg) Cường độ chống nén (MPa)

Nhiệt độ tối đa (0C)

Mác chống thấm

C F W S G

Can xi gỗ

VC (s)

là 2355 kg/m3 (2616 lần đo), đạt 97,9% dung trọng lý luận Cường độ chống nén niênhạn 90 ngày lấy mẫu ở miệng máy thoả mãn yêu cầu thiết kế.

CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CHỦ YẾU CỦA BÊ

TÔNG ĐẦM LĂN

Bê tông đầm lăn trước khi cứng hoá gọi là hỗn hợp bê tông đầm lăn Nó phải có tính công tác tốt, dễ thi công, để đảm bảo thu được chất lượng xây dựng tốt Sau khi hỗn hợp bê tông đầm lăn cứng hoá phải có các tính năng vật lý tốt nhằm đảm bảo cho công trình có thể an toàn chịu được tải trọng thiết kế và tính bền vững cần thiết

Trong chương này sẽ chú trọng giới thiệu về tính công tác và các nhân tố ảnh hưởng đến tính công tác của hỗn hợp bê tông đầm lăn, các tính năng vật lý, tính bền vững của bê tông sau khi cứng hoá; kết cấu và ảnh hưởng của nó tới tính năng bê tông

2.1 TÍNH CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Toàn bộ hàm nghĩa tính công tác của hỗn hợp bê tông đầm lăn bao gồm độ công tác, tính co, tính ổn định và tính dễ đầm chắc Hỗn hợp bê tông đầm lăn có tính công tác tốt là phải có tính thích nghi của độ công tác với thiết bị thi công và điều kiện hoàn cảnh thi công (như nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối v.v ); tính co tốt là dưới tác dụng của ngoại lực nhất định có thể biến dạng co ngót vừa phải; tính ổn định tốt làtrong quá trình thi công hỗn hợp không bị phân ly; tính dễ đầm chắc là dưới tác dụng đầm rung của thiết bị thi công dễ đầm chắc

(Vibrating Compacted Value, tức là thời gian cần bao nhiêu giây từ lúc rung đến khi

bề mặt toát ra vữa)

Việc làm chắc hỗn hợp bê tông đầm lăn tại hiện trường là dùng đầm rung Đầm rung truyền sóng rung động cho hỗn hợp bê tông đồng thời cho áp lực động làm chohỗn hợp chắc dần lên Ở trong phòng thí nghiệm dùng bệ rung (hoặc máy rung bề mặt)

để cung cấp sóng rung cho hỗn hợp, còn nén ép bề mặt thì dùng áp lực động mô phỏng Quan sát thí nghiệm thấy, ở rung ép sơ kỳ, hỗn hợp nhanh chóng chìm xuống, chủ yếu là do tác dụng của lực rung và lực nén đã lấp đầy các vị trí khung rỗng có trong nội bộ hỗn hợp, quá trình này diễn ra rất nhanh Sau đó các cốt liệu trong hỗn hợp chuyển động nhảy và tự điều chỉnh vị trí dưới tác dụng của trọng lực và lực rung nén Dưới tác dụng rung động vữa biến thành thể lỏng Các phần tử tạo thành hỗn hợp dần dần chèn ép các khoảng rỗng xung quanh mà đẩy không khí ra, làm cho hỗn hợp đầm chặt dần Sau khi rung động ngừng thì vị trí tương đối của các phần tử tạo nênhỗn hợp về cơ bản cũng không thay đổi nữa

Xét từ góc độ lưu biến học, cốt liệu và vữa trong hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của sóng rung mà chuyển động nhảy, hệ số độ dính của vữa ở trạng thái rung động giảm đi, vữa tự do tương ứng tăng lên Do đó mà ứng lực khuất phục và hệ số dính co của hỗn hợp đều giảm Trong quá trình rung động, cốt liệu tiến hành xắp xếp lại, vữa được lấp đầy các khe rỗng, giữa các cốt liệu, không khí bị đẩy ra

2.2 XÁC ĐỊNH ĐỘ CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

VÀ NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CÔNG TÁC:

2.2.1 Xác định độ công tác của hỗn hợp

Hiện tại đa phần các nước đều dùng trị số VC để biểu thị độ công tác của hỗn hợp bê tông đầm lăn Xác định trị số VC bằng cách đổ hỗn hợp theo qui định vào ống chứa đường kính trong 240 mm, chiều cao trong là 200mm Với tình trạng trọng lực,

tần số và biên độ rung theo qui định, đo xem thời gian bao nhiêu giây kề từ lúc bắt đầu rung đến khi trên mặt hỗn hợp nổi vữa Trị số VC trên một mức độ nhất định phản ánh đặc tính lưu biến của hỗn hợp Trị số này to hay bé là mức độ phản ánh đặc tính lưubiến của hỗn hợp Chúng ta có thể lấy trị số VC là một chỉ tiêu để đánh giá độ công tác

và tính năng thi công của hỗn hợp bê tông đầm lăn Trị số VC lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào năng lượng đầm rung, điều kiện nhiệt độ, độ ẩm môi trường, hiện trường thi công

để mà chọn, thông thường lấy 10  5s là phù hợp

2.2.2 Các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng trị số VC

Trị số VC của hỗn hợp bê tông đầm lăn chịu ảnh hưởng của nhân tố đa dạng, chủ yếu là tỉ lệ nước keo và lượng dùng vữa cho một đơn vị, lượng dùng và đặc tính của cốt liệu thô mịn, lượng trộn và đặc tính của tro bay Chất phụ gia và thời gian để chờ đợi hỗn hợp v.v

1 Tỉ lệ nước keo và lượng vữa dùng cho 1 đơn vị:

2 Đặc tính và lượng dùng cốt liệu mịn:

3 Đặc tính của cốt liệu thô:

4 Đặc tính và lượng độn của tro bay:

Theo tình hình chung, tro bay càng mịn, bề mặt thô nháp, nhiều lỗ, hạt tơi táncàng nhiều, hàm lượng than càng nhiều thì tính cần nước càng lớn Trong tình trạng lượng độn tro bay và tỉ lệ nước keo không đổi, lượng nước cần của tro bay càng lớn thìvữa keo càng đặc Chiều dày lớp vữa giới hạn bao quanh cốt liệu càng lớn, thể tích vữa

tự do càng nhỏ, trị số VC càng lớn Nếu lượng dùng keo và tỷ lệ nước keo nhất định, tăng lượng độn tro bay, lực nội tụ của vữa hơi tăng (vì đa số tro bay của Trung Quốc

có lượng dùng nước lớn), cho nên trị số VC của hỗn hợp cũng tăng Nhưng khi lượng độn tro bay vượt qua một trị số nhất định thì lượng tro bay tăng, thể tích vữa keo tăng chiếm địa vị chủ đạo đối với ảnh hưởng đến trị số VC, khi đó ngược lại trị số VC lại giảm đi Nhưng sử dụng tro bay có tỉ lệ dùng nước nhỏ hơn 100% thì lượng tro bay tăng lên, trị số VC của hỗn hợp giảm đi

5 Chất phụ gia:

Do các chất phụ gia trộn vào ảnh hưởng đến lực nội tụ của thể vữa vì vậy ảnh hưởng đến chiều dày lớp vữa giới hạn và thể tích vữa tự do, tiến hơn là ảnh hưởng đến chiều dày lớp vữa của hỗn hợp Nói chung trộn chất giảm nước hoặc chất dẫn khí có thể làm cho trị số VC giảm Mức độ ảnh hưởng tùy theo lượng trộn và phẩm chất khác nhau của chất phụ gia

6 Thời gian chờ đợi của hỗn hợp:

Thời gian để chờ đợi của hỗn hợp kéo dài, chất keo dính trong hỗn hợp không ngừng thuỷ phân và hút nước, nước trong hỗn hợp bay hơi làm trị số VC của hỗn hợp tăng lớn

2.3 TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN THI CÔNG ĐỐI VỚI TỐC ĐỘ CHẶT CỦA HỖN HỢP

2.3.1 Biên độ và tần số rung

Quá trình đầm chặt dưới tác dụng rung động của hỗn hợp bê tông đầm lăn là kết quả truyền sóng rung động trong hỗn hợp

Thí nghiệm chứng tỏ, trong tình trạng giữ cho biên độ rung không đổi, tần số rung tăng lên, thì thời gian nổi vữa của hỗn hợp giảm đi (xem hình 2-8) Gia tốc rung tăng, thì thời gian nổi vữa giảm (hình 2-9) Kết quả thí nghiệm đã chứng thực lý luận

2.3.3 Chiều dày tầng đổ thi công:

Nếu tầng quá dày, mặc dù đã tăng thời gian đầm rung nhưng hỗn hợp ở phía dưới vẫn khó mà đầm chặt theo yêu cầu Chiều dày tầng đổ hợp lý còn tuỳ thuộc tính năng của thiết bị đầm và xác định theo thực tế thí nghiệm hỗn hợp bê tông đó, nhằm đạt mục đích hiệu suất thi công cao, mà chất lượng bê tông đầm lại chắc, đều Chiều dày đổ bêtông đầm lăn không được để chiều dày đầm chặt nhỏ hơn 3 lần đường kính cốt liệu lớn nhất nếu không sẽ ảnh hưởng đến độ đầm chặt

2.4 TÍNH CHỐNG PHÂN LY CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU PHÂN LY

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của đường kính lỗ trung bình đối với cường độ xi măng khi suất khe lỗ bằng nhau

Đường kính lỗ trung bình (Ao ) Cường độ chống nén (MPa)

A) Tỉ lệ khe lỗ C = 90, F = 39

W/(C+F) = 0,80

C = 85, F = 83W/(C+F) = 0,50

C = 75, F = 162W/(C+F) = 0,45

(1) Tỉ lệ nước keo, mác của xi măng và lượng keo dính:

Hình 2-10: Quan hệ giữa cường độ chống nén và tỉ lệ nước keo

(a) C + F khác nhau (b) Niên hạn khác nhau

(2) Lượng trộn tro bay:

Bảng 2.4 Quan hệ của cường độ chống nén vữa cát xi măng độn tro bay Thiệu Vũ (MPa), lượng độn tro bay, niên hạn

C (kg/m3) F (kg/m3) (%)

F C

(3) Ảnh hưởng của cốt liệu:

(4) Điều kiện tạo hình:

(5) Niên hạn bê tông:

F C

W

 = 0,55

Bảng 2.8 Quan hệ niên hạn với cường độ bê tông đầm lăn ở đập Kháng Khẩu

Cường độ chống nén tương đối (%) 42 65 100 204 204 249

Cường độ chống kéo tương đối (%) - 50 100 289 386 413 C = 60, F = 80

F C

2.5 TÍNH VẬT LÝ VÀ TÍNH BỀN VỮNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Tính vật lý của bê tông đầm lăn bao gồm tính năng nhiệt học và biến dạng phi tác dụng phụ tải Tính bền vững bao gồm tính chống thấm, tính chống đông, tính chịu

va đập mài mòn và tính chống ăn mòn hóa chất v.v

2.6 TÍNH NHIỆT HỌC CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

2.6.1 Thuỷ hoá nhiệt của keo dính:

q = 4,187.[a.C3S (%) + b.C2S (%) + c.C3A (%) + d.C4AF (%)] (2-7)

Trong đó:

- q: nhiệt thuỷ hoá của xi măng (J/g)

- a, b, c, d: hệ số hồi qui của thí nghiệm

Bảng 2-9: 4 hệ số hồi qui trong công thức kinh nghiệm nhiệt thuỷ hoá

- q0: nhiệt lượng xi măng khi chất độn của hỗn hợp p = 0 (J/g)

- qp: nhiệt thuỷ hoá xi măng của hỗn hợp có chất trộn (J/g)

Bảng 2-10: Kết quả đo thí nghiệm thuỷ hoá của chất keo dính.

Nhiệt thuỷ hoá (J/g)*

Tro bay Dusi trandong, thuỷ vực 525R

* Chú ý: trong ngoặc ( ) là trị số dự đoán tương ứng

2.6.2 Nhiệt độ tuyệt đối của bê tông đầm lăn:

Bảng 2-11: Kết quả thí nghiệm nhiệt độ tối đa của một số công trình bê tông đầm lăn

C=68, F=107

3,07 6,74 10,23 12,70 14,45 13,96 16,75

Xi măng 525#, tro bay điều đông, C=55,F=85

tro bay C=60,F=80

Đồng

giai tử 4,06 11,99 19,25 22,82

(18d)23,06 23,77 23,80

Xi măng525# , tro bayĐậu đập C=80, F=80Đập

quảng 2,94 5,84 8,18 9,96 11,75 12,39 13,32

Xi măng425# , tro bayHoàng phố C=50,F=100Thương

Đơn vị mòn[kg/(m2.h)]

Cường độ chống mòn(h/kg/m2)

C + F(kg/m3)

28ngày

90ngày 28 ngày 28 ngàyThường 0,34 30 371 38,1 46,3 1,228 0,814Đầm lăn 0,34 30 290 37,1 45,2 0,924 1,076

2.6.5 Tính chống ăn mòn hoá học của bê tông đầm lăn:

Chương 3 TRỘN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

3.1 MÁY TRỘN RƠI TỰ DO VÀ CƯỠNG BỨC

3.1.1 Máy trộn rơi tự do:

1 Trình tự đổ vật liệu:

Trộn bê tông thường, theo các trình tự sau:

- Thứ nhất: đổ nước, chất phụ gia, cát vào máy tiến hành trộn ướt

- Thứ hai: đổ keo dính vào, trộn đều gọi là bao cát

- Thứ ba: đổ đá để trộn bao đá cho đến khi đều

Sự xuất hiện của bê tông đầm lăn có trộn tro bay cũng như việc sử dụng cát đánhân tạo đã nảy sinh các vấn đề mới:

(1) Bê tông đầm lăn trộn nhiều tro nếu trộn bao cát trước thì cánh máy trộn sẽ dính nhiều vữa cát

(2) Vữa cát hàm lượng nước ít khó mà phủ dính lên mặt của cốt liệu thô Bề mặt cốt liệu nhân tạo mà xù xì thì càng tăng thêm độ phức tạp cho việc vữa cát phủ lên

bề mặt cốt liệu

Đập Kháng khẩu dùng máy trộn thùng côn nghiêng 2x1000 do Trung Quốc sản xuất, trộn cát đá nhân tạo, bê tông đầm lăn có 3 cấp cốt liệu thô, cát, xi măng, tro bay, nước và phụ gia, tổng là 8 loại nguyên liệu Hệ thống điều khiển trộn lại chỉ có 2 cấp trình tự đổ vật liệu Sau nhiều lần nghiên cứu tổng hợp, cuối cùng chọn thứ tự trên nhưsau:

- Thứ nhất: đổ nước, phụ gia, cốt liệu thô vào, cho máy quay trong vài phút

- Thứ hai: đổ xi măng, tro bay và cát vào

Trạm thuỷ điện Đồng Giai Tử dùng nhà trộn của Nhật 4x1,5m3 (máy trộn đổi thành máy trộn thùng nghiêng do Trung Quốc sản xuất), cát đá tự nhiên, chọn trình tự

Tóm lại là tuỳ theo máy trộn mà công trường sử dụng, và tình hình sử dụng cụ thể của bê tông đầm lăn, qua thí nghiệm để xác định một thứ tự đổ hợp lý

2 Dung lượng trộn:

Khi trộn bê tông đầm lăn, do dùng ít nước, sự biến đổi thể tích trước và sau khi

đổ nước không khác nhau nhiều, không gian rơi giảm đi, không đạt đến hỗn hợp đầy

đủ Vì vậy có một số máy trộn rơi tự do phải giảm bớt dung tích trộn để có bê tôngđầm lăn chất lượng tốt

3 Thời gian trộn:

Có một số máy trộn khi trộn bê tông đầm lăn thì kéo dài thời gian hơn so với bêtông thường là 90s kéo dài tới 150s để trộn bê tông đầm lăn Ở Thiên Sinh Kiều cấp 2 dùng máy trộn 1,5m3, trộn bê tông thường mất 90s, trộn bê tông đầm lăn thời gian là150~180s

Tóm lại, thời gian trộn ít nhất chính xác còn tuỳ thuộc máy trộn và bê tông rồi qua thử nghiệm để chọn.

4 Vấn đề bám dính:

Khi trộn bê tông đầm lăn, có một số máy trộn có vấn đề dính vữa cát vào cánhtrộn Cánh trộn dính vữa làm cho việc trộn kém Ở đập Kháng Khẩu, cứ trộn xong 20

mẻ lại rửa máy trộn 1 lần, vì vậy mà làm giảm hiệu suất công tác Thứ tự đổ vào hợp

lý cũng sẽ làm giảm bớt hiện tượng bám dính

5 Vấn đề phân ly:

Khi nghiêng máy trộn để đổ hỗn hợp ra, cốt liệu thô thường rơi vào phễu trước, sau đó lại tập trung dưới đáy thùng sau khi hãm máy, xuất hiện rõ rệt trạng thái phân

ly Thứ tự đổ vật liệu hợp lý và cánh quay có hình dáng phù hợp sẽ làm giảm bớt phân

ly Ví dụ đập Ngọc Xuyên dùng máy trộn có cánh ở giữa đầu mút có rãnh dạng máng

đã giảm hiện tượng phân ly

6 Hàm lượng nước của cát:

Lượng nước thay đổi có ảnh hưởng đến tính năng bê tông rõ rệt Thông thường cốt liệu thô thoát nước nhanh, hàm lượng nước ít và ổn định Ảnh hưởng đến lượng nước sử dụng phải kể chính hàm lượng nước trong cát Cát sau khi rửa sàng phải để đánh đống một thời gian là một tuần lễ trở lên thì hàm lượng nước mới tạm ổn định

Tổng hợp các vấn đề nêu trên, khi dùng máy trộn rơi tự do để trộn bê tông đầm lăn, cần phải xét tới một số nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất công tác Nên nới rộng dung lượng của máy trộn hoặc tăng thêm số máy trộn, nếu không thì donăng lực máy trộn không đủ mà làm ảnh hưởng đến việc phát huy hiệu suất của máy

Ở đập Kháng Khẩu, do không lường trước máy trộn bị giảm hiệu suất nên chọn máy trộn có công suất hơi nhỏ, trong thi công thực tế hiệu suất của máy do dung lượng của máy giảm mà thời gian trộn kéo dài và còn phải rửa máy v.v , từ công suất trên nhãnmáy đề là 60m3/h giảm còn 30m3/h gây nên tình trạng thi công đập luôn bị chờ đợi

3.1.2 Máy trộn kiểu cưỡng bức:

Máy trộn cưỡng chế là lợi dụng sức quay của cánh lắp trên trục nằm ngang, hai trục này lắp cánh quay và chuyển động tương đối trong thùng trộn mang các vệt trộn chuyển động theo vòng tròn và chuyển động trượt đi lại theo hướng trục Tác dụng khuấy mạnh, thời gian trộn giảm (thường là 30s), chất lượng hỗn hợp trộn tốt; đổ vật liệu nhanh, phạm vi thích ứng với độ chặt bê tông rất rộng Dùng cửa mở đáy ra vữa

bê tông, quá trình ra vữa bê tông gần như là không phân ly Cho phép đường kính của cốt liệu to nhất đến 100mm Nhưng máy này bị mài mòn cánh khuấy và đệm lót rất ghê gớm, cần phải thay luôn, và công suất hơi lớn cho nên dung lượng có phần bị hạn chế

Máy trộn cưỡng bức được dùng phổ biến trong các công trình bê tông đầm lăn

Máy trộn liên tục lại chia làm 2 loại: máy rơi tự do và máy cưỡng bức Loại trên

là một thùng tròn quay nghiêng, trong vách phía trong thùng có các lá gân, vật liệu được cân liên tục rồi đổ vào cửa thùng trộn theo kiểu rơi tự do cho đến khi đều, sau đó

qua cửa ra cho vữa bê tông ra liên tục, hiệu suất sản xuất đạt 200~250m3/h Kiểu máy trộn cưỡng bức có 2 trục nằm ngang, các cánh gân quay làm cho vật liệu trộn đều rồi

từ máng chữ U theo hướng cửa đổ vữa bê tông mà đẩy ra ngoài, hiệu suất đạt 300m3/htrở lên

Chất lượng trộn của máy trộn liên tục tuỳ thuộc vào độ chính xác cân đo liêntục các thành phần và tính ổn định của việc cung cấp nguyên liệu Máy trộn liên tục tiên tiến nhất có thể điều khiển với tốc độ chính xác như của máy trộn từng lô

Công ty Aran của Australia sản xuất ra hệ thốg máy trộn ASR áp dụng trộn liêntục 2 trục nằm có máng và băng tải kiểu phân cắt cân chính xác Hệ thống này trên cơ

sở cân liên tục khống chế chính xác các vật liêu trộn mà không cần phải lỏng hoá các vật liệu Các gân trộn bằng đồng niken dày 25 mm có thể tháo lắp được, ra vữa bê tôngtheo băng tải, sức kéo thuỷ lực, đổ di động thuận tiện, chiếm diện tích nhỏ, yêu cầu chịu tải trọng của nền không cao Máy ASR-200 có công suất 200m3/h, máy ASR-400

có công suất 400m3/h Hệ thống máy trộn liên tục ASR được sử dụng nhiều ở Australia và Mỹ Ở đập Đồng Điền sử dụng 2 máy ASR-200, trong vòng 17 tuần lễ đãsản xuất được 140.000 m3 bê tông đầm lăn Đường kính cốt liệu lớn nhất là 63 mm.Hai máy như 2 phân xưởng có năng suất trung bình là 220m3//h và 179m3/h Do cónhiều ưu điểm mà kiểu máy trộn liên tục ngày càng được nhiều công tình đưa vào sử dụng

3.2.2 Máy trộn gáo:

Máy trộn kiểu này mới được nghiên cứu gần đây Máy được tạo thành bởi hai thùng nửa hình cầu gắn trên trục quay nằm ngang, một bán cầu gắn cứng lên một đầu trục, còn nửa cầu khác thì trượt quanh trục Cho phép lấy vữa bê tông ở vị trí giữa 2gáo quay, một đầu gáo có đường phễu cho vật liệu có thể cho vào cục cốt liệu to Khi máy hoạt động có 2 chức năng như rơi tự do và cưỡng chế, cơ thể trộn cốt liệu có kích thước lớn (200~250mm), không bị mòn nhiều, thời gian trộn ngắn (50~80s), vữa bêtông ra nhanh (8~10s), có lợi cho việc tránh cốt liệu phân ly

Lô sản phẩm ROLL-MR của hãng SGME (Bỉ) có công suất ra vữa bê tông610~1600l, cho nên đạt năng suất rất cao

Hai đập vòm trọng lực bê tông đầm lăn của Nam Phi đã sử dụng kiểu máy trộn gáo này Ở đập Knellpoort dùng máy trộn gáo 4,5m3/h, kết quả ứng dụng không lý tưởng lắm Trên nhãn máy ghi năng suất máy 130m3/h, thực tế năng suất cao nhất chỉ đạt 80m3

/h Trong khi thi công nhiều khi do máy trộn mà kéo dài việc đổ mặt đập Về sau thi công đập Wolwedans dùng máy trộn gáo 5,5m3/h, tình hình có khá hơn đập Knellpoort, trên nhãn ghi năng suất là 145m3/h thì năng suất thực tế cao nhất là130m3/h

Chương 4 VẬN CHUYỂN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

4.1 XE BEN TỰ ĐỔ

Xe ben là một phương tiện vận chuyển thường hay dùng nhất, có các đặc tính như sức chuyển tải lớn, linh hoạt cơ động và thông dụng Khi sử dụng xe ben để vận chuyển bê tông đầm lăn cần chú ý những vấn đề sau:

4.1.1 Loại hình:

Thường sử dụng xe ben loại đổ phía sau, sức chứa của thùng xe phải phối hợpchặt chẽ với máy trộn, mặt bãi và cường độ thi công Theo kinh nghiệm đã dùng thìtrong các loại xe ben đổ phía sau, loại xe có thùng vểnh đuôi sau khi đổ xong thì mức

độ phân ly ít hơn loại đuôi thùng phẳng Ở các công trình trong và ngoài nước thường dùng loại xe ben tải trọng 20T, 15T, 10T và 8T, cũng có công trình dùng xe ben loại lớn 32T và 45T

4.1.2 Bố trí đường đi:

Vận chuyển bằng xe tải cần phải bố trí đường đi tuỳ theo cao trình Con đường

từ phân xưởng trộn đến mặt đập được bố trí theo 2 loại đường chính và đường nhánh

Từ đường chính chia làm nhiều nhánh lên đập bố trí theo cao trình Mỗi đường nhánh phụ trách độ cao 5~7m để tránh cho đường lên đập phải đắp cao tạm thời qúa nhiều Mặt đường rộng tuỳ thuộc mật độ dòng xe tải Có công trình mở rộng mặt đường gấp đôi mặt đường tính toán cần thiết, luân lưu sử dụng mặt đường bên phải và bên trái,luồng xe thì nâng cao để tránh tình trạng bị gián đoạn khi nâng cao mặt đường để đổ

bê tông cho mặt đập

Cửa đường vào tuỳ thuộc vào kết cấu của mặt đập Khi mặt đập được xây bằng các tấm bê tông đúc sẵn thì có thể trực tiếp nối liền đường đi với mặt đập Khi mặt đập

sử dụng hình thức khác hoặc phải xây đơn độc tầng chống thấm thì giữa đầu đường vàmặt đập phải có khoảng cách vừa đủ để thoả mãn yêu cầu bốc xếp tấm hoặc thi công tầng chống thấm

Hình 4-1: Cầu cơ động và đường vận chuyển ở đập Long môn

(a) Cầu cơ động (b) Đường vận chuyển

B Bể rửa:

Bể rửa bố trí trên đường vào đập, chiều dài và chiều sâu của bể tuỳ thuộc vàolọai xe Tại đập Kháng Khẩu dùng xe tải tự đổ 8T thì bể có chiều dài là 10m, sâu 60m.Đáy bể không có cửa xả nước bẩn Khi xe tải đi qua, nước sạch rửa sạch lốp xe Dùngkiểu này tiết kiệm nước, nhưng chất bẩn lâu ngày tích tụ ở đáy bể nếu không kịp thời thay nước thì sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch

Cũng có khi ở một số công trình người ta không dùng một loại thiết bị làm sạch nào mà trực tiếp cầm vòi nước áp lực để rửa lốp xe Bất kể dùng hình thức rửa nào thìđều có một đoạn đường đủ để nước thoát khỏi bánh xe mà không đem nước vào mặt đập Mặt đoạn đường từ chỗ rửa đến mặt đập được rải một lớp đá dăm sạch hoặc cát thô, để tránh tình trạng nước trong hành trình thoát ra lại làm bẩn lốp xe

4.2 BĂNG CHUYỀN

Băng chuyền có hiệu suất cao, thiết bị nhẹ, giá thành rẻ có thể đáp ứng được nhu cầu thi công nhanh, kinh tế của các loại đập lớn Xét qua các công trình bê tôngđầm lăn đã thi công cho thấy, băng chuyền chỉ đứng thứ 2 sau vận chuyển bằng xe ben Ở đập Upperstill water và Elk Creek đã dùng băng chuyền đã lập kỷ lục cường độ

đổ bê tông 7950 m3

/ngày

Trung Quốc xây đập bê tông đầm lăn phần lớn dùng xe tải để vận chuyển Tại

đê bao và đập chính trạm thuỷ điện Vạn An - Giang Tây dùng băng chuyền để vận chuyển bê tông Sơ đồ bố trí hệ thống băng chuyền vận chuyển Vạn An như hình 4-2

Hình 4-2: Bố trí hệ thống băng tải vận chuyển đập Vạn An

1- Phân xưởng trộn 2- Đường xe tải 3- Âu thuyền

4- Nhà xưởng 5- Lỗ đáy 6- Hố móng bờ trái

(1) Dùng băng chuyền lồng máng, góc nghiêng của trục lăn đầu tiên tăng đến

450, đã có tác dụng rõ rệt đến việc nâng cao năng suất vận chuyển và chống phân ly của cốt liệu

(2) Tăng thêm các trục lăn đỡ, đầu nối băng tải dùng keo dính làm băng chuyền chuyển vận êm hơn tránh cốt liệu phân ly

(3) Ở mỗi đầu băng chuyền có đặt hai máy quét dọn để tránh hao vữa cát

(4) Nới rộng dung tích phễu rót để đảm bảo băng chuyền vận hành liên tục, giảm bớt phân ly

(5) Ở đầu mỗi băng chuyền treo tấm chắn rèm mềm để giảm phân ly

(6) Tốc độ băng chuyền là 1,6m/s, giảm sự biến đổi VC của bê tông đầm lăn.(7) Tăng chiều dày lớp bê tông trên băng chuyền, liên tục cấp bê tông đều có tác dụng tốt là thoả mãn cường độ vận tải, giảm bớt phân ly, giảm bớt sự thay đổi VC

Để tìm hiểu ảnh hưởng của chiều dài băng chuyền 508m đối với trị số VC, đãchọn điều kiện thời tiết khác nhau để tiến hành đo thử trị số VC của bê tông đầm lăn ở đầu và cuối của băng chuyền, kết quả như bảng 4-1

Qua bảng 4-1 ta thấy với mùa có nhiệt độ thấp, thời tiết bình thường thì VC tăng 1scòn hôm trời quang gió to thì tăng đến 5s

Thực tiễn thi công ở đập Vạn An đã chứng minh có thể áp dụng vận chuyển bêtông đầm lăn bằng băng chuyền Sau đó xây thân đập chính lại cải tiến thêm một số điểm sau:

(1) Dùng mái che nắng kiêm tác dụng chống mưa gió

(2) Ở đuôi băng tải 4# tăng thêm băng chuyền kiểu tay quay dài 22m, tiếp dưới

là ống cao su 10m để giảm tốc độ rơi

(3) Lắp thêm máy xoắn kép, trộn lần 2 để tăng thêm tính năng của bê tông

Bảng 4-1: Sự biến đổi VC của bê tông đầm lăn chuyển bằng băng chuyền.

Đầu băng1# Cuối băng 4#

Ngày thử Tình hình thời tiết

Số lần VC (s) Số lần VC (s)

Thay đổi trị số VC

(s)27-1-1990 Nhiều mây chuyển

2-2-1990 Mưa phùn gió thoảng 22 9 18 7 -2

13-2-1990 Trời quay gió to 31 7 27 12 5

Hiện nay các nhà máy sản xuất băng chuyền dùng cho bê tông trên thế giới có công ty Rotec, công ty Morgen của Mỹ và công ty Thạch Xuyên Đảo của Nhật Thiết

bị do công ty Morgen sản xuất chủ yếu là phục vụ các công trình xây dựng nhỏ, công

ty Thạch Xuyên Đảo chủ yếu sản xuất các băng tải có góc nghiêng lớn, còn công tyRotec thì có tất cả các loại sản phẩm

Băng chuyền chuyên dụng cho bê tông phải thoả mãn 3 yêu cầu sau của việc vận chuyển và đổ bê tông:

(1) Nâng cao độ tin cậy của chi tiết và của cả băng chuyền

(2) Cố gắng sao cho thiết bị nhẹ, dễ lắp ráp, cơ động và thích ứng mạnh

(3) Bố trí phối hợp với các thiết bị chuyên dùng để đảm bảo chất lượng bê tông.Các băng chuyền dụng tuỳ theo chức năng mà chia thành 3 loại: cấp vật liệu, vận chuyển và rải bê tông Ở Trung Quốc hiện đối với các loại cấp vật liệu và rải bêtông còn có sự chênh lệch rất lớn Dưới đây sẽ giới thiệu tình hình của máy cấp vật liệu và máy rải bê tông

4.2.1 Máy cấp vật liệu:

Yêu cầu cơ bản của máy cấp vật liệu là hạn mức, đều và liên tục Ngoài ra cònlợi dụng phễu rót để trộn bê tông lần 2, và để nó tăng gia tốc đồng bộ với tốc độ của băng tải, tránh tình trạng chuyển hướng vật liệu vào quá nhanh gây ra rơi vãi vật liệu

Máy cấp vật liệu xoắn có lắp cánh xoắn trong phễu rót, vừa có tác dụng cưỡng bức cấp vật liệu vừa cưỡng bức trộn khiến cho bê tông được trộn lần 2, vật liệu ra đều hơn; cánh xoắn do động cơ thông qua cơ cấu thuỷ lực, khi gặp đá to, cứng mắc kẹt thìtránh hoặc tự động ngừng tránh hư máy Miệng phễu tập trung có lắp một băng tải ngắn để cho ra bê tông

Xe trộn lật là một lọai xe tự lật nghiêng có máng chuyển dạng băng dung lượng lớn Dung lượng của phễu là 20m3 Tài xế ngồi trong buồng lái điều khiển tốc độ băng tải, mở cửa cong, góc lật và tốc độ quay của cánh xoắn Nó là một loại xe vận tải trộn đều trong quá trình chuyển vận để tránh phân ly, dựa vào góc nghiêng lật và chuyển động của cánh xoắn để đổ vật liệu ra, có thể cung cấp vật liệu đều cho băng vận chuyển, như hình 4-3

4.2.2 Máy rải hỗn hợp bê tông:

Dùng băng tải đổ bê tông thì yêu cầu phải luôn thay đổi điểm rỡ, cho nên mặt bãi bố trí băng tải quay vòng, có thể co giãn và có thể gục ngửa Để giảm cốt liệu phân

ly khi rót bê tông thì ở miệng phễu rót còn lắp một ống vòi voi mỏng làm bằng cao su đường kính 300~400 mm Bê tông nhét đầy trong ống bị vách ống cản trở mà giảm bớt lưu tốc từ đó mà bớt phân ly Bê tông từ vòi voi chảy ra xối thành máng vòng tròn bốn

bề vun cao, không như các thiết bị rỡ vật liệu khác là cốt liệu thô từ bề mặt hình đống chóp chảy xuống phân ly

Chống đỡ máy rải toàn mặt khoảnh đổ có nhiều kiểu, thường dùng là kiểu ống trụ Đem ống thép cắm vào lỗ sẵn của bãi, rồi đem máy rải kẹp lên ống thép Băng tải thì có thể co duỗi, quay vòng và gục ngửa Bán kính lớn nhất là 19,8m, chiều cao đổ vật liệu là là 9,3m (góc ngửa 240), công suất động cơ điện 22,5 KW, tổng trọng lượng

471 kg, đổ một lần được diện tích mặt khoảnh là 40m x 40m Khi cần có thể dùngnhiều máy băng tải tiếp sức nhau để cung cấp bê tông Sau khi di chuyển máy rải vật liệu thì nhổ cọc ống thép lên rồi đổ bê tông lấp lỗ ở đoạn dưới, còn đoạn trên để lại lỗ cắm cọc thép đổ bê tông lớp sau

Hình 4-3: Xe trộn lật nghiêng hiệu suất cao

là máy chuyển vận lại vừa là máy rải bê tông, dựa vào tháp mang tự quay vòng tròn vàcần cẩu lên xuống để di chuyển điểm rỡ bê tông, có thể phủ hết toàn bộ không gian đổ

bê tông Tháp mang đồng thời kiêm luôn cả công việc vận chuyển cac dụng cụ máy móc và di chuyển máy rải bê tông như hình 4-4

Công ty Thạch Xuyên Đảo (Nhật Bản) nghiên cứu chế tạo ra máy rải vật liệu có góc nghiêng lớn 600, dựa vào 2 băng tải trên và dưới để mang chuyển hỗn hợp bê tông.Máy này được đặt trên thiết bị di chuyển tổng hợp, hệ thống cấp vật liệu liền sau cùng

di chuyển theo máy Máy có băng rộng 760mm, tốc độ đường băng là 1,27m/s Năngsuất vận chuyển 60m3/h, chuyên dùng để đổ bê tông khô cứng có đường kính cốt liệu lớn nhất là 150mm Đập Upperstill Water lấy bê tông từ phân xưởng trộn rồi chuyền bằng băng tải dài 335m đến đập lớn, hệ thống băng tải gồm 3 đoạn băng tải cố định vàmột đoạn băng tải rỡ bê tông Băng tải rộng 1,2 m, tốc độ 3,8m/s, qua 2 ống mềm đổ vật liệu vào xe tải trên mặt đập Công nhân thao tác ở cuối băng tải căn cứ vào tìnhhình đổ bê tông mặt đập mà điều chỉnh tốc độ rót bê tông của nhà máy cấp cho băng tải Hệ thống này lắp máy tính để điều khiển băng tải

Trên đập Elk Creek sử dụng hệ thống băng tải vận chuyển của công ty Rotec

Từ nhà máy bê tông đến đập lắp hệ thống chuyển tải dài 152m ở mỗi hệ thống có 2 máy băng tải đặt song song có chiều rộng khác nhau, băng tải rộng 914mm chở bêtông đầm lăn, còn băng tải 460mm chuyên chở bê tông thường Dọc theo đường vận chuyển của mỗi hệ thống có bố trí 4 trụ đứng 2,4m, mỗi dây chuyền băng tải được lắp ở hai bên cạnh mặt phẳng của hai trụ đỡ này Giá đỡ mặt phẳng là động cơ điện do thuỷ lực điều khiển nâng hạ, mỗi lần bò theo trụ lên cao được 1,5m, như vậy thì toàn

bộ hệ thống chuyển tải lên cao theo mặt đập Máy băng tải có nắp che và có đường dành cho người đi Hai phễu cấp bê tông dung tích 19m3 cung cấp bê tông cho bất kỳ

hệ thống nào, bất kỳ lúc nào mà không để xuất hiện tình trạng phân ly và dung tíchchết trong phễu Ở cuối mỗi dây chuyền có hai máy rải bê tông có cánh tay dày 15,2m,qua ống vòi voi rót bê tông vào xe tải 22,5m3, thời gian dừng xe nạp nguyên liệu không quá 2 phút

4.3 DỐC TRƯỢT

Các công trình bê tông đầm lăn của Nhật tại đập Cánh Xuyên, Ngọc Xuyên,Chân Xuyên v.v đều áp dụng kiểu vận chuyển này Khi thi công đập Ngọc Xuyên, bêtông từ nhà trộn đổ vào xe vận chuyển rồi lại đổ vào xe ở dây chuyền vận chuyển máng trượt chở tới trạm rỡ bê tông và rót vào xe ben đem rải mặt khoảnh đổ, như hình4-5 Cường độ vận tải của dây chuyền này không cao, một máng trượt vận chuyển khối lượng chỉ tương đương như khối lượng vận chuyển của 1 xe tải, mặt khác lại có nhược điểm là số lần trung chuyển tương đối nhiều

Hình 4-5: Máng trượt đập Ngọc Xuyên

1 Nhà trộn 2 Xe vận chuyển

3 Phòng máy 4 Tời cuốn

5 Xe tự đổ 6 Xe có phễu

7 Đường ray 8 Phễu rót 9 Xe ben

Ở đập Cung Lạn của Nhật có áp dụng một kiểu vận chuyển đường trượt xuống tới mặt bãi Ở 2 đường dốc song song có 2 xe tải do dây cáp nối chạy ngược chiều nhau Thời gian từ nơi trộn đến nơi đổ bê tông rất ngắn, có lợi cho chất lượng bê tông.Tuy loại vận chuyển đường trượt này rất đắt nhưng ở đập Cung Lạn sử dụng lại rất kinh tế, vì đập này sử dụng đến 2.000.000 m3bê tông

Hình 4-6: Đường trượt đập Cung Lạn

4.4 ỐNG CHẢY CHÂN KHÔNG NGHIÊNG

Ống chảy chân không nghiêng là ống chảy nửa cứng nửa mềm lắp trên mặt dốc

Do trở lực ma sát và độ chân không trong ống sinh ra trở lực trễ đã khống chế bê tôngtrượt xuống ở một phạm vi nhất định, không

bắn văng ra, không tắc ống cũng không phân

ly, đạt mục tiêu vận chuyển bê tông

4.4.1 Tính cơ lý của bê tông đầm lăn

chuyển bằng ống chảy chân không

nghiêng:

Bê tông đầm lăn chảy trong ống

chân không nghiêng có tốc độ V, lấy một

đoạn ống chảy có chiều dài L để phân tích

các lực tác dụng như hình 4-7

Trong hình: W là trọng lượng của

bê tông trong ống (N),  là góc kẹp giữa

đường ống và mặt đất (độ), F1 là lực ma

sát do khối lượng W trượt trong ống (N),

F2 là lực kết dính giữa bê tông đầm lăn và

vách ống (N); Pv là áp lực chân không

(Pa); F3 là lực ma sát trượt giữa bê tông

với vật liệu A của ống dưới tác dụng của

Pv (N); F4 là lực ma sát trượt giữa bê tông

đầm lăn với vật liệu ống B dưới tác dụng

của Pv (N)

Có thể lập ra các công thức sau:

- R: Mật độ của bê tông đầm lăn (kg/m3)

- S: diện tích mặt cắt ngang trung bình của bê tông đầm lăn (m2)

- g: gia tốc trọng trường (m/s2)

- 1: hệ số ma sát trượt giữa bê tông và A

- 2: hệ số ma sát trượt giữa bê tông và B

- S1,S2: diện tích tiếp xúc giữa A, B với bê tông (m2)

Theo qui luật động lực cơ học có thể lập công thức sau:

V= V0 +

L.S

FFFFT

R

4 3 2 1

f.SF.S

R

2 2 1 1





Từ công thức (4-7) cho thấy nếu tốc độ ban đầu của bê tông đầm lăn V0 = 0, thì(C -D.Pv)  0, khi đó bê tông đầm lăn mới trượt xuống, cũng có nghĩa là  phải thoả mãn điều kiện sau:

(sin - 1.cos).g 

L.S

Pv)

f.SF.S(

R

2 2 1 1

1

2 v 2

2 1

90

0

f1

Pv.f.aP.af1

Trong đó a =

g.L.S

f.SF.S

R

2 2 1 1





Vì S1, S2, 1,2, R, S, L và g đều là hằng

số, cho nên Pv trở thành nhân tố duy nhất khống

chế trượt xuống Chọn Pv hợp lý để điều khiển

tốc độ trượt xuống của bê tông đầm lăn là kỹ

thuật mấu chốt của công tác thiết kế ống chảy

chân không nghiêng

Trong ống chảy chân không nghiêng kín,

không khí chảy cùng bê tông đầm lăn phù hợp

với định luật bảo toàn năng lượng của khí động

học Như hình 4-8, trong ống chảy chân không