Bài giảng Vật liệu xây dựng nâng cao (bài giảng cao học)

 Cải thiện các tính chất của bê tông đóng rắn  Tăng tốc độ phát triển cường độ  Tăng cường độ chịu nén, kéo  Tăng khả năng chống thấm  Làm chậm quá trình tỏa nhiệt, giảm nhiệt tỏa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG

VẬT LIỆU XÂY DỰNG NÂNG CAO

Hà Nội - 2013

CHƯƠNG I: PHỤ GIA CHO BÊ TÔNG

1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG PHỤ GIA Ở VIỆT NAM

Nhu cầu về xi măng và bê tông là rất lớn và không ngừng tăng lên theo thời gian Theo số liệu của Hội xây dựng Việt Nam, lượng xi măng tiêu thụ trong những năm qua được cho ở bảng 1

Bảng 1: Lượng tiêu thụ xi măng ở Việt Nam (triệu tấn)

Và nhu cầu xi măng cho các năm sau theo quy hoạch được cho ở bảng 2

Bảng 2: Quy hoạch sản lượng xi măng (triệu tấn)

Bảng 3: Dự kiến sản lượng xi măng (triệu tấn)

năm chúng ta cần sử dụng một giá trị khoảng 150 triệu USD cho việc mua và sử

dụng phụ gia Đây là con số không hề nhỏ, nếu biết rằng lợi nhuận của phụ gia hóa học không dưới 15 – 20% Con số này vào năm 2010 và 2020 tương ứng sẽ

là 270 triệu USD và 154 triệu USD Như vậy rất nên chăng đầu tư xây dựng vào lĩnh vực nghiên cứu sản xuất phụ gia trực tiếp trở thành sản phẩm trên thị trường Một lĩnh vực có lợi nhuận cao với đầu tư không lớn vì nó là biểu hiện của kinh tế tri thức Cùng với mức tăng trưởng tiêu thụ xi măng là sự tăng trưởng về nhu cầu sản xuất chế tạo bê tông một cách tương ứng và ngày nay trong thành phần bê tông, nhất là bê tông trộn sẵn không thể không có phụ gia các loại Có nhiều loại phụ gia được cho thêm vào thành phần bê tông nhằm cải thiện tính chất của bê tông tươi cũng như tính chất của bê tông đã đóng rắn, tùy theo mục đính yêu cầu của người thi công và người sử dụng công trình

1.1 Lịch sử dùng phụ gia ở Việt Nam

 Trước đây chúng ta đã biết sử dụng vữa vôi

Ngày xưa chúng ta đã sử dụng một số chất cho thêm vào vôi cho vữa dẻo hơn như: nhớt dâm bụt, nhớt ô dước (gôm) làm chất dẻo hóa Cho thêm vào vữa vôi cho đóng rắn nhanh hơn: mật rỉ đường Cho thêm vào vữa vôi cho bền hơn, bền nước biển hơn: tro trấu(RHA) Cho thêm vào vữa vôi cho không bị nứt, rạn: giấy bản như là sợi celloloze

 Đối với bê tông xi măng

Ở Việt Nam người ta đã sử dụng xi măng pooclang từ những năm đầu thế

kỷ XX trong các công trình như: cầu Long Biên (1909); Cung An Định (Huế) (1919)

Những năm 60 của thế kỷ XX: Dùng SSB (Liên Xô – USSR) cho thủy điện Thác Bà

Những năm 70: Dùng phụ gia nước thải của nhà máy giấy (theo công nghệ kiềm): phụ gia giẻo hóa, giảm nước 10%: thủy điện Hòa Bình

Những năm 80: Dùng phụ gia Lignhin kiềm: giảm nước 15% Phụ gia khoáng sét bentonite: tăng khả năng chống thấm

Những năm 90: Phụ gia Ligno Sunphonate: giảm nước 20% Các hãng SIKA, MBT lần lượt vào Việt Nam Phụ gia siêu dẻo gốc Melamin: giảm nước 20%

Những năm 2000: Phụ gia siêu dẻo thế hệ mới: Polycacboxylat Natri, giảm nước 25 – 35%

Năm 2013: Phụ gia siêu dẻo thế hệ mới Policaboxylat, giảm nước 35 – 45%

1.2 Hệ thống pháp lý ở Việt Nam cho việc quản lý và sử dụng phụ gia

Trước 1994: Phải có giấy phép của Bộ Xây Dựng, sau năm 1994 nhà sản xuất tự công bố chất lượng, đăng ký với chi cục quản lý chất lượng Tự nhà cung cấp chịu trách nhiệm về sản phẩm của mình Hệ thống tiêu chuẩn:

 Tiêu chuẩn Việt Nam

 TCVN:

- Phụ gia khoáng cho xi măng: TCVN 6882 – 2001

- Phụ gia hoạt tính Puzolan : TCVN 3736 – 1982

- Xỉ hạt lò cao dùng để sản xuất XM : TCVN 4315 – 1986

- Phụ gia hóa học cho bê tông : TCXDVN 325 – 2004

- Phụ gia khoáng hoạt tính cao silicafum và tro trấu nghiền mịn : TCXD 231 – 2003

- Vữa xi măng không co (khô) : TCXD 258 – 2001

- Chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế thành phần và thi công bê tông tự lèn (SCC): đang chờ QĐ

- Phụ gia cho bê tông và vữa: 14 TCVN (103 – 109) – 1999

- Hướng dẫn sử dụng xi măng và phụ gia trong xây dựng thủy lợi:14 TCN 114– 2001

 Tiêu chuẩn nước ngoài

 ASTM

 ACI

1.3 Các nhà cung cấp chế tạo phụ gia ở Việt Nam

 Viện VLXD IBM; Tel: 04.8581111

 Viện KHCNXD IBST; Tel: 04.7544196

 Liên hiệp quang hóa điện tử IMAG; Tel: 04.7567272

 Viện KHCN GTVT: ITST; Tel : 04.8349932

 Công ty CP tƣ vấn thí nghiệm công trình giao thông 1; Tel: 04.37331747

 Tổng công ty xây dựng số 1; Tel: 04 22425856

 Công ty Nguyên Linh (Nikang – TQ); Tel : 04.9745482

1.4 Triển vọng ứng dụng hóa phẩm và phụ gia trong những năm tới

Bê tông mác cao: 40–100 MPa: HPC phụ gia siêu dẻo gốc Sunphonat và melamin Phụ gia SF, Phụ gia RHA, MK

Bê tông tự lèn, bê tông có độ chảy cao: SCC: phụ gia siêu dẻo Phụ gia siêu dẻo thế hệ mới gốc Polycacboxilic SF hoặc RHA, MK Bê tông trang trí dùng phụ gia MK thay SF Bê tông giảm khả năng phản ứng cốt liệu: Tro bay, xỉ hạt hóa, SF, Tro trấu (RHA)

Bê tông đầm lăn: RCC: chất dẻo hóa: lighin kiềm Puzolan thiên nhiên: puzolan, diatomit, tuff Puzolan công nghiệp: tro bay, tro xỉ; phụ gia kéo dài thời gian ninh kết

Bê tông khối lớn: Phụ gia khoáng hoạt tính, Phụ gia giảm tốc độ đóng rắn

Bê tông coffa trượt : Phụ gia kéo dài ninh kết

Bê tông phun: Phụ gia ninh kết nhanh Phụ gia khoáng hoạt tính

Bê tông cốt sợi : Sợi PP: siêu dẻo và sợi PP làm phủ mặt Sợi thép: siêu dẻo + sợi thép: chống nứt co cứng, tăng cường độ chịu uốn, tăng độ dẻo dai Sợi các bon tập trung: gia cường kết cấu

Bê tông kiến trúc: Xi măng trắng; Chất mầu; Siêu dẻo; Phụ gia khoáng

MK, SF trắng

Các loại bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam: Phụ gia kéo dài ninh kết; Giảm co mềm, co cứng Tăng khả năng chống thấm Dễ thi công

Các loại vữa: đều cần phụ gia siêu dẻo, phụ gia PVA, EVA, PVAH trong chế tạo: vữa bơm, vữa bơm ống cáp, vữa rót, vữa sửa chữa, trám vá kết cấu, vữa chống ăn mòn, bột bả các loại trong, ngoài, vữa dán ốp trong, ngoài, các loại vữa tăng cứng, láng sàn

2 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI PHỤ GIA

Phụ gia bê tông là một loại vật liệu, được cho vào mẻ trộn hỗn hợp bê tông ngay trước khi trộn hoặc trong quá trình trộn ngoài xi măng, nước và cốt liệu Phụ gia bị tiêu tốn cùng lượng bê tông được sản xuất

Bê tông được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau tùy vào điều kiện, song thực thế bê tông thông thường lại không đáp ứng được các yêu cầu riêng về công nghệ hay về chất lượng và độ bền Khi đó phụ gia được sử dụng để thay đổi các tính chất của hỗn hợp bê tông tươi và đặc tính của bê tông đóng rắn Trong một số trường hợp, các phụ gia ảnh hưởng đồng thời đến một vài đặc tính của bê tông, vì thế khi sử dụng các loại phụ gia phải thí nghiệm trong điều kiện cụ thể

Liều lượng phụ gia hóa học vào khoảng 0,3–1,5% so với khối lượng xi măng Ngoài ra còn có các phụ gia khoáng được cho vào bê tông với liều lượng khá lớn (5–15%) Như vậy khi thiết kế cấp phối có thể không xét đến thể tích của phụ gia hóa học nhưng phải xét đến thể tích của phụ gia khoáng

Phụ gia có thể cải tiến các tính chất sau:

 Tính dễ thi công của hỗn hợp bê tông:

 Tăng độ linh động, độ sụt, chống tổn thất độ sụt

 Làm chậm lại hoặc tăng nhanh quá trình ninh kết

 Giảm tách nước, phân tầng

 Giảm co ngót hoặc gây nở thể tích

 Cải thiện các tính chất của bê tông đóng rắn

 Tăng tốc độ phát triển cường độ

 Tăng cường độ chịu nén, kéo

 Tăng khả năng chống thấm

 Làm chậm quá trình tỏa nhiệt, giảm nhiệt tỏa ra khi đóng rắn

 Giảm phán ứng kiềm–cốt liệu

 Ức chế ăn mòn cốt thép

 Tăng bám dính

 Tăng khả năng chịu va đập và chịu mài mòn

 Tạo mầu cho bê tong

 Tăng liên kết bê tông với cốt thép

 Phân loại phụ gia

Có nhiều cách phân loại khác nhau đối với các phụ gia

 Phân loại phụ gia theo ASTM

Các phụ gia hóa học được phân loại thành các nhóm sau đây:

- Loại A: phụ gia giảm nước

- Loại B: phụ gia ninh kết chậm

- Loại C: phụ gia ninh kết nhanh

- Loại D: phụ gia giảm nước và ninh kết chậm

- Loại E: phụ gia giảm nước và ninh kết nhanh

- Loại F: phụ gia giảm nước và ninh kết nhanh mức cao

- Loại G: phụ gia giảm nước và ninh kết chậm mức cao

Sản phẩm phụ gia có các đạc tính kết hợp nên một phụ gia có thể phân vào 2-3 nhóm đồng thời

Các phụ gia khoáng là các chất khoáng có hoạt tính thủy lực hoặc tính kết dính yếu, được nghiền mịn, có thể chia làm 4 nhóm như sau:

- Nhóm X: gồm có xỉ lò cao, xỉ hạt nghiền mịn, có hoạt tính rất cao và tính kết dính

- Nhóm P: gồm các phụ gia hoạt tính puzolan có nguồn gốc khoáng thiên nhiên

- Nhóm T: gồm có các phụ gia hoạt tính từ tro bay, tro

- Nhóm S: gồm có các phụ gia gốc microsilica, cỡ hạt siêu mịn và thành phần hóa học chủ yếu là silic hoạt tính Nhóm này gồm 3 phân nhóm: + Meta kaolin: chất tạo từ cao lanh lọc được hoạt hóa bằng gia ở nhiệt độ

/g

+ Silicafume (SF) oxyt silic vô định hình rất mịn, thu được từ muội silic của quá trình sản xuất ferromangan và ferrosilic trong lò hồ quang điện

+ Tro trấu RHA: được chế tạo bằng cách hoạt hóa trấu trong thiết bị đặc biệt

ở điều kiện oxy hóa và nhiệt độ phù hợp, sau đó được nghiền mịn

 Xi măng pooclang PC phù hợp TCVN 2620 – 1997 PCB được sản xuất bằng cách nghiền clinke xi măng với một lượng phụ gia khoáng từ 15 – 40%

 Xi măng pooclang bền sunphat PC-s đáp ứng TCVN 6067 – 1995 PC-s được phân ra làm hai nhóm: bền sunphat thường và bền sunphat cao với hai mác 30 và 40

 Ngoài ra còn có xi măng pooclang xỉ bền sunphat

Xi măng pooclang xỉ hạt lò cao: phù hợp với TCVN 4316 – 1986

Xi măng Puzolan là PC-puz : phù hợp với TCVN 4033 – 1995

Xi măng pooclang ít tỏa nhiệt là PC-lh : phù hợp với TCVN 6069 – 1995

 Phụ gia siêu dẻo: Loại phụ gia này có thể giảm được 25 – 45% lượng nước trộn, do đó tăng cường độ bê tông ngày 28 của bê tông khoảng 30 – 40%, cường độ ban đầu cũng cao hơn

 Phụ gia cuốn khí: phụ gia này có tác dụng lôi cuốn một phần không khí vào trong bê tông trong quá trình trộn, tạo ra các bọt khí cực nhỏ đường kính từ

10 – 100 µm

 Phụ gia puzolan: phụ gia hoạt tính puzolan thiên nhiên theo TCVN 3735 –

82 ở dạng nguyên khai hoặc đã hoạt hóa

 Xỉ hoạt hóa lò cao: Xỉ lò cao được quy định TCVN 4315 – 1986

 Tro bay – FA: đó là phế thải mịn thu được sau lọc bụi điện do việc đốt than ở nhà máy nhiệt điện, yêu càu than chưa cháy không được quá 6%

 Silicafume – SF : là sản phẩm của công nghệ sản xuất silic hoặc hợp kim sắt – silic, hiện nay phải nhập ngoại SF có hai tác dụng chính: phản ứng puzolan rất mạnh thông qua phản ứng với vôi tách ra khi xi măng thủy hóa để tạo thành CSH và điền đầy các lỗ rỗng gel Tỷ lệ pha SF từ 5 – 25% xi măng

c, đáp ứng tiêu chuẩn TCXDVN 311 – 2003 Đây là loại phụ gia số 1 của các nước trồng lúa nước như Việt Nam

 Phụ gia nở: loại phụ gia này tự giãn nở khi ngâm nươc hoặc khi tác dụng với monosunphat và vôi của xi măng nở Ettringite

 Phụ gia chống thấm: các loại phụ gia khoáng hoạt tính nêu trên được nghiền rất mịn, sẽ làm tăng tính chống thấm của bê tông

 Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép: để hạn chế ăn mòn cốt thép có hiệu quả

lượng xi măng

 Phụ gia chống rêu mốc

 Phụ gia chống rửa trôi cho bê tông đổ dưới nước

3 CÁC PHỤ GIA KHOÁNG

Phụ gia khoáng là các vật liệu vô cơ có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo,

hoặc có rất ít tính kết dính, nhưng khi được nghiền mịn và ở điều kiện ẩm sẽ tác dụng hóa học với vôi và có tính chất kết dính

Các phụ gia thường gặp là tro núi lửa (puzolan) opal, điatomit, sét nung, tro bay, xỉ lò cao, silicafume Puzolan được chia làm 2 nhóm: puzolan tự nhiên

và puzolan nhân tạo Ở nước ta, một số puzolan có hoạt tính ở nhiệt độ thường như đá Mu Rùa (Hà Tiên), bazan Phủ Quỳ (Nghệ An) Một số khác phải xử lý nhiệt trước khi dùng, chẳng hạn như puzolan Sơn Tây (Hà Tây cũ), Pháp Cổ (Hải Phòng)…

Tro bay thu được từ máy tách khí xoáy, có kích thước hạt tương đối lớn Trong khi đó tro bay thu được từ tấm hút tĩnh điện thì khá mịn và có tỷ diện tích

phần chính thường là oxit silic, oxit nhôm, oxit cacbon, oxit magie, oxit lưu huỳnh

Xỉ lò cao hoạt hóa: bằng cách làm nguội nhanh xỉ lò cao luyện thép người

cao có tính tự kết dính và hút vôi

chủ yếu ở dạng vô định hình Kích thước hạt trung bình của muội silic khoảng 0,1µm, tức là nhỏ hơn tro bay khoảng 100 lần

Tro trấu: Từ một tấn thóc có thể thu được 150 kg trấu Khi đốt trấu sẽ thu

lại là than chưa cháy hết, có hoạt tính rất mạnh như SF

Meta kaolin: phụ gia này có thể thay thế 10% lượng xi măng mà không làm giảm cường độ bê tông, có tính chất tương tự nhóm SF

4 PHỤ GIA DẺO HÓA VÀ SIÊU DẺO (Phụ gia hóa học)

Phụ gia giảm nước còn gọi là phụ gia hóa dẻo, vì khi giữ nguyên lượng nước, phụ gia này làm tăng rõ rệt độ sụt của hỗn hợp bê tông

Chế tạo phụ gia giảm nước: Về bản chất hóa học các phụ gia giảm nước đang

lignosunphonic Hợp chất lignosunphonic có cấu tạo rất phức tạp, khối lượng phân tử từ 20.000 đến 30.000 Các phụ gia siêu dẻo có khả năng làm giảm lượng nước cần dùng trong hỗn hợp bê tông đến 35 – 45% mà vẫn giữ nguyên

độ sụt cần thiết thuận tiện cho thi công Nhờ đó cường độ bê tông có thể tăng lên tương ứng, dễ dàng tạo ra bê tông mác cao Qua thực tế sử dụng phụ gia siêu dẻo ở Việt Nam có thể nhận thấy là với mỗi loại xi măng cụ thể thì tác dụng của mỗi loại phụ gia siêu dẻo cũng khác nhau

Có một số loại phụ gia siêu dẻo sau: Sunphonat melamin, Sunphonat naphthalene, Modified lignosunphonat Lignosunphonat bột lấy từ bột gỗ, được

sử dụng phổ biến như chất hóa dẻo Các hóa chất hay hỗn hợp mà chúng có yêu cầu làm việc như là chất siêu dẻo Ví dụ như hỗn hợp axit amin, polyxacarit và các polymer hydroxylat trọng lượng phân tử cao cùng các copolymer

4.1 Cơ chế hoạt động

Sự khác nhau chủ yếu là chất siêu dẻo gồm các phân tử rất lớn (kích thước keo) khi hòa tan trong nước để các anion Các anion này bám vào bề mặt của các hạt xi măng với liều lượng phụ gia phù hợp Các loại phụ gia siêu dẻo thế hệ mới trên nên polycacboxylic có cơ chế hấp phụ hai giai đoạn, làm tằng mạnh mẽ hiệu quả của phụ gia

Các chất siêu dẻo không tạo ra sự giảm đáng kể ứng suất bề mặt của nước,

do vậy ít có xu hướng thái quá cuốn khí ngay cả khi với liều lượng cao

4.2 Phụ gia siêu dẻo gốc polycacboxylat (PC)

Phụ gia siêu dẻo là hợp chất hữu cơ tan vào trong nước có tác dụng phân tán các hạt xi măng làm tăng độ chảy và làm tăng tính linh động của vữa và bê tông

do đó có thể giảm lượng nước trong vữa và bê tông Phụ gia siêu dẻo gốc PC là loại phụ gia siêu dẻo giảm nước cao, có thể giảm lượng nước trong bê tông 35–45%, làm tăng cường độ lên 35 – 50%, đồng thời độ sụt tăng lên 4 lần trong khi các loại phụ gia giảm nước thông thường là 2 lần nếu cùng giữ nguyên lượng nước Khác với loại phụ gia giảm nước thông thường là nó không ảnh hưởng tới thời gian ninh kết của vữa và bê tông

 Lịch sử phát triển

sulphonate; 1980: Melamine sulphonate; 1990: Polyvinyl copolymer; 2000: Polocacboxylic copolymer Tình hình nghiên cứu và sản xuất phụ gia siêu dẻo gốc PC trên thế giới Trên thế giới hiện nay người ta đang nghiên cứu áp dụng loại phụ gia siêu dẻo gốc polycacboxylat Ngoài ra các nước phát triển còn rất chú trọng đến phụ gia polymer biến tính xi măng

Về tỷ trọng sử dụng phu gia cho bê tông thì phụ gia hóa dẻo và phụ gia siêu dẻo các loại chiếm ưu thế tuyệt đối Đối với các nước có khí hậu lạnh thì các phụ gia đóng rắn nhanh và phụ gia cuốn khí cũng được áp dụng Năm 1981

ở Nhật Bản có khoảng 12,5% bê tông đúc sẵn và 78% bê tông trộn sẵn sử dụng phụ gia hóa dẻo Trong năm 1967 tại Mỹ đã sử dụng phụ gia hóa dẻo trong 38–

bê tông và như vậy tính cho đến năm đó ở Mỹ đã sử dụng phụ gia

bê tông Đến năm 1978 thì số lượng bê

gia siêu dẻo tương đương gần 2% tổng sản lượng bê tông ở Mỹ hàng năm Trong đó số bê tông có sử dụng phụ gia thì 82% là sử dụng phụ gia hóa dẻo và làm chậm đóng rắn Tại Nhật Bản trong năm 1980 phụ gia siêu dẻo được sử dụng cho khoảng 2% lượng bê tông trộn sẵn, 78% sản lượng bê tông trộn sẵn sử dụng phụ gia hóa dẻo, 20% là không sử dụng phụ gia Riêng ba nước Mỹ,

Canada, Nhật Bản đến năm 1997 lượng bê tông sử dụng phụ gia siêu dẻo đã chiếm khoảng từ 9 – 12% tổng lượng bê tông chế tạo hàng năm

 Tinh hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng phụ gia siêu dẻo gốc PC tại Việt Nam

Nước ta, việc nghiên cứu phu gia bê tông dường như mới bắt đầu từ những năm 70 Viện KHCN xây dựng bắt đầu bằng việc nghiên cứu sử dụng nước thải của nhà máy giấy để chế tạo phụ gia hóa dẻo và làm chậm đóng rắn cho bê tông LK-1 bằng con đường kết tủa axit và sau đó hòa tan lại Cũng trong những năm đầu 80 Viện Vật liệu xây dựng đã nghiên cứu và chế tạo thành công phụ gia siêu dẻo SD-83 trên cơ sở naphtalen sunphonat formandehyt Cuối năm

80 đầu 90 công ty Sika (Thụy Sỹ) rồi tiếp đó các công ty khác như MBT (Thụy Sỹ) GRACE (Mỹ) Fosroc (Anh) đã ào ạt đưa vào thị trường trong nước hàng loạt sản phẩm phụ gia bê tông dưới nhiều tên thương phẩm khác nhau, tạo nên mặt thị trường hóa phẩm xây dựng sôi động Như được kích thích bởi thị trường hóa phẩm xây dựng đầy tiềm năng, nhiều cơ sở trong nước đã đầu tư nghiên cứu

và đưa ra thị trường thêm nhiều sản phẩm phụ gia bê tông khác nhau như: PLACC-02A, SELFLLL-2010S, SELFLLL-2010R (Liên hiệp Quang Hóa Điện Tử), BENIT-1, BENIT-2, BENIT-30 (Viện KH Thủy Lợi) PUZOLIT, PA95 (CIENCO1), ZECAGI (Viện KHKT GTVT) SACA (Viện Vật Liệu Xây Dựng)…

 Ảnh hưởng của xi măng pooclang đến các tính chất của vữa tự chảy

Tính dễ đổ: hỗn hợp vữa ít xi măng (vữa gầy) kém dẻo, khó đổ và khó

hoàn thiện ở độ chảy xèo thấp Hỗn hợp vữa nhiều xi măng (vữa béo) sẽ có tính dính, dẻo và dễ đổ hơn, độ chảy xèo cao Độ mịn của xi măng cũng ảnh hưởng đến tính dễ đổ của vữa, nhưng ít ảnh hưởng của hàm lượng xi măng Độ mịn của

xi măng tăng lên, làm cho hỗn hợp dính kết tốt hơn, giảm lượng nước yêu cầu để đạt được độ sụt đề ra, dẫn đến giảm phân tầng và tiết nước

Tính chất đồng kết (ninh kết) của xi măng được chuyển trực tiếp sang hỗn hợp vữa Sự đông kết sẽ quyết định trực tiếp đến sự tổn thất độ sụt theo thời gian của vữa tự chảy

Độ mịn cao: làm tăng cường độ xi măng ở tuổi ban đầu đến khoảng 28

ngày, mạnh nhất là trong 10 đến 20 giờ đầu, về sau tăng ít đi

Tính thấm nước: Xi mặng hạt thô tạo ra độ rỗng mạnh hơn xi măng hạt

mịn Độ thấm nước của vữa phụ thuộc vào độ thấm của đá xi măng thành phần cốt liệu, cũng như tỷ lệ của chúng trong vữa

Phụ gia khoáng mịn: Cần phải thay thế xi măng bằng một loại phụ gia khoáng mịn có thể giảm cường độ của vữa đồng thời làm tăng độ chảy của vữa Đặc biệt là loại phụ gia có hàm lượng hạt mịn lớn, cấu trúc hạt hình cầu sẽ cho phép giảm được lượng nước yêu cầu

Hiện nay có các loại phụ gia khoáng mịn có kích thước hạt nhỏ hơn hoặc tương đương hạt xi măng thường được dùng trong chế tạo vữa tự chảy và bê tông tự lèn Điển hình là các loại sau:

Tro bay

Đó là phế thải mịn thu được do việc đốt than ở nhà máy nhiệt điện Tro bay là một loại puzolan nhân tạo có các silic oxit, nhôm oxit, caxi oxit, manhe oxit, lưu huỳnh oxit

Xỉ lò cao

Phụ gia xỉ lò cao là loại xỉ thu được khi luyện gang và được làm nguội nhanh để tạo thành dạng hạt pha thủy tinh Xỉ bao gồm chủ yếu các canxi silicat,

với clanhke để sản xuất xi măng pooclang xỉ hạt lò cao, xi măng pooclang hỗn hợp hoặc có thể nghiền riêng thành bột mịn để pha vào bê tông và vữa trước khi trộn Xỉ hạt lò cao thường được nghiền nhỏ hơn xi măng, tỉ diện của nó lớn hơn

/g

Bột đá vôi:

Ngoài phụ gia hoạt tính kể trên, người ta còn dùng bột đá nghiền mịn làm phụ gia cho xi măng hay vữa và bê tông Khi dùng dưới 15% BĐV trong XM sẽ

có tác dụng làm tăng tăng cường độ sớm so với XM nền

Hiện nay trên thị trường có các loại phụ gia khoáng hoạt tính dạng siêu mịn sau:

Metacaolanh: metacaolanh (MK) là alumosilicat hoạt tính hình thành do

lung cao lanh tinh khiết hoặc đất sét caonilit trong khoảng nhiệt độ hợp lý và

phẩm hydrat, vì thế nó góp phần làm tăng các đặc tính của vữa bê tông Độ mịn

/kg

Silicafume (SF): SF là bụi silic vô định hình và là sản phẩm phụ của quá

trình sản xuất ferrosilic, ferromangan hoặc silicon SF có dạng hình cầu với đường kính trung bình khoảng 0,5 mm tương ứng với diện tích bề mặt riêng

độ mịn cao nên có khả năng điền đầy các lỗ trống gel do các hạt xi măng để lại, làm tăng độ đặc chắc của vữa và bê tông, tăng cường độ cũng như chất lượng của bê tông

Tro trấu: Tro trấu hoạt hóa theo Mehta ở nhiệt độ cháy trong điều kiện

oxy hóa với thời gian ngắn là loại phụ gia khoáng hoạt tính puzolan rất mạnh,

mà thành phần chủ yếu là silic vô định hình chiếm tới 90 – 96%, bề mặt riêng

hàm lượng 5–15% khối lượng so với xi măng có thể tạo ra vữa và bê tông có cường độ cao hơn, giảm khả năng thấm, chống ăn mòn sulphat, giảm khuyếch tán clo rất tốt Chỉ số hoạt tính cường độ đạt từ 87% trở lên Nên tro trấu có thể được sử dụng thay thế silicafum trong các loại vữa bê tông chất lượng cao

Hình 2: Hình dạng hạt trấu sau khi nghiền Hình 3: Hình dạng hạt Silicafume

Phụ gia khoáng hoạt tính có tác dụng chính sau:

Hiệu ứng puzơlan rất mạnh thông qua phản ứng với vôi tách ra khi xi măng thủy hóa để tạo thành canxi silicat thủy hóa (C-S-H) bền vững

Có tác dụng nhét kẽ rất tốt có lỗ rỗng nhỏ tới micrôn

Phụ gia siêu dẻo gốc polycacboxylat và cơ chế tác dụng

Nếu giảm nước và giữ nguyện độ sụt, cùng cường độ 28 ngày, thì có thể giảm lượng xi măng, do đó tiết kiệm được một lượng xi măng khá lớn

Cơ chế tác dụng của phụ gia siêu dẻo

Cơ chế tác dụng của phụ gia siêu dẻo đối với hệ xi măng-nước đã được nghiên cứu nhiều Tuy chưa có cách giải thích thống nhất nhưng có thể tập hợp lại thành 3 cơ chế chính sau:

Cơ chế hóa dẻo do làm giảm sức căng bề mặt

- Cơ chế hóa dẻo do cuốn khí

- Cơ chế hóa dẻo do chống keo tụ, cơ chế này được chia làm 2 nhóm: + Dựa trên lực đẩy tĩnh điện

+ Dựa trên lực đẩy không gian

Cơ chế tác dụng của PGSD gốc PC

phủ bởi 1 lớp điện tích âm rất lớn Ngoài ra, phân tử acid với gốc – COOH là

một đầu mạch nhánh nối với mạnh chính polymer rất dài gây nên sự cản trở về không gian cực lớn Làm độ linh động của hồ càng tăng Nói chung PGSD gốc

PC thiên về cơ chế hóa dẻo do chống keo tụ

Như vậy với cùng 1 loại phụ gia siêu dẻo, các loại xi măng khác nhau sẽ tương tác khác nhau Nếu chọn phụ gia siêu dẻo không tương thích với xi măng

sẽ làm cho tính linh động của vữa và bê tông mất nhanh theo thời gian Tính hấp thụ phải được thể hiện trong tương quan có độ linh động cao và duy trì tính linh động lâu Quá trình hấp thụ nhanh làm cho hồ xi măng có độ chảy ban đầu cao, quá trình hấp thụ của các phân tử chậm sẽ làm duy trì độ linh động lâu

4.3 Cơ chế hấp phụ hai gia đoạn

Giai đoạn 1: Đầu tiên là sự ảnh hưởng của phân tán và phân tách

Giai đoạn 2: Song song với quá trình đó là sự bố trí các nguyên tử PGSD trong không gian làm cản trở các hạt xi măng vón tụ lại

Phụ gia điều chỉnh độ nhớt: Phụ gia này có khả năng làm tăng độ dẻo, độ đồng nhất và chống phân tầng mà không làm ảnh hưởng đến tác dụng của các phụ gia siêu dẻo khác, đồng thời giảm hiện tượng ―tắc‖ của bê tông khi chảy qua khe hẹp nhờ duy trì một lượng vữa đủ để bao phủ và bôi trơn các hạt cốt liệu thô Phụ gia này thường chiếm 0,1 – 0,2% vật liệu bột trong thành phần vữa Hiện nay trên thế giới có 2 loại VMA cơ bản:

Loại giúp bơm truyền thống: dùng để bơm bê tông ít chất kết dính Thành phần cơ bản dựa trên sự biến đổi xenlulo

Loại tăng độ nhớt: rất có hiệu quả đối với vữa tự chảy và bê tông tự lèn Thành phần chính là polyethielen-glycol và biopolymer

Nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu

Xi măng pooclang, phụ gia siêu dẻo

Sika Viscocrete 3000-10 Lỏng Nâu

Vữa tự chảy phải đạt yêu cầu sau:

- Đảm bảo thi công tốt: không tách nước, không phân tầng

Rn, daN/cm2 493 436 361

Để an toàn,ta chọn thành phần cấp phối cho bảng sau

Bảng 7: Thành phần cấp phối vữa trung tâm tính trên 1m3

Nghiên cứu khả năng giảm nước của các PGSD đối với vữa tự chảy

Xác định tỉ lệ N/B của cấp phối vữa đối chứng (Ao)

Kết quả xác định tỉ lệ N/B của cấp phối vữa đối chứng được thể hiện ở bảng 8

Bảng 8: Độ chảy của cấp phối vữa đối chứng sử dụng cát Quảng Bình

Cát

QB kg/m 3

cm

Tách nước

CHƯƠNG II: BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

I KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

1.1 Khái Niệm:

Bê tông đầm lăn (BTĐL) (tên tiếng Anh: Roller Compacted Concrete – viết tắt là RCC) là loại bê tông có sự khác biệt so với bê tông dẻo thông thường

Nó có lượng dùng cát lớn, lượng dùng xi măng nhỏ, thường dùng phụ gia khoáng với tỷ lệ lớn Hỗn hợp BTĐL không có tính dẻo, hiện rõ trạng thái phân tán, rời rạc, nhưng hỗn hợp BTĐL vẫn có những đặc điểm giống như bê tông thông thường là sau khi đầm lèn chặt, nó cũng ngưng kết và cứng hoá

Đặc biệt là vật liệu kết dính qua quá trình thuỷ hoá sinh ra các sản phẩm dính kết các hạt cốt liệu thành một thể hoàn chỉnh, cường độ cũng tăng liên tục theo tuổi của bê tông Do hàm lượng vữa vật liệu kết dính trong bê tông đầm lăn tương đối ít nên tính kết dính của hỗn hợp tương đối kém, BTĐL có phương pháp thi công giống như thi công đắp vật liệu cát, đất đá, cho nên có thể xem hỗn hợp bê tông đầm lăn như là loại vật liệu hỗn hợp cát, đất, đá Đó là tổng hợp các hệ rắn, thể lỏng, và thể khí

Sự đầm lèn của hỗn hợp BTĐL để tăng độ chặt khác so với bê tông thông thường, đó là dùng đầm rung lèn chặt từng lớp bê tông Hỗn hợp BTĐL được máy đầm rung, chấn động và tác dụng của lực nén làm chặt lại, có thể tích rắn chắc, làm vị trí các hạt khi rắn chắc sẽ đạt tới vị trí mới, sinh ra sự thay đổi vị trí tương đối giữa các hạt tiếp xúc lẫn nhau Các hạt nhỏ bị dồn lèn lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt lớn, không khí trong lỗ rỗng bị dồn đẩy ra ngoài Hỗn hợp bê tông dần dần bị lèn chặt Ngoài ra vật liệu kết dính trong hỗn hợp BT có tính thay đổi khi tiếp xúc, trong khi đầm lèn do sự thay đổi sự keo kết mà dung dịch keo gọi

là "hoá lỏng" nên có tính lưu động nhất định, dần dần lấp đầy lỗ rỗng, làm không khí bị đẩy ra ngoài Do vậy, độ đầm lèn chặt của bê tông đầm lăn ngoài

có đặc điểm cơ bản giống bê tông thông thường còn có một số đặc tính giống như thi công như đầm lèn vật liệu đất

1.2 Phân loại bê tông đầm lăn

Bê tông đầm lăn – Roller Compacted Concrete (RCC) phân thành hai dạng chính đó là bê tông đầm lăn dùng cho mặt đường và bê tông đầm lăn dùng cho đập (RCCD)

Về cơ bản hai loại bê tông đầm lăn này không có khác biệt lớn Tuy vậy, mỗi loại có một số tính chất, yêu cầu xuất phát từ sự khác nhau về kết cấu, mặt đường và kết cấu đập

Đối với RCC dùng cho thi công mặt đường thì yêu cầu sau 3 ngày cường

ngày thường cao hơn nhiều so với RCC cho đập Mặt khác mặt đường thường có

mm

Đối với RCC dùng cho đập, yêu cầu về cường độ nén thấp Tuổi thiết kế của cường độ được chọn phụ thuộc vào tốc độ thi công chọn 90,120, hay 180 ngày và một số ít trường hợp là 365 ngày Ngoài cường độ nén, RCC dùng cho đập cần thỏa mãn yêu cầu thiết kế về cường độ kéo, cường độ kháng cắt, khối lượng thể tích, hệ số thấm v.v…Cường độ nén của RCC dùng cho đập thường dao động trong khoảng 13 ÷ 18Mpa Do độ dày của lớp rải lớn, từ 300-600 (1000) mm, kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu cũng lớn hơn so với RCC dùng cho mặt đường

Một số nước châu Âu, châu Mỹ sử dụng Dmax = 50 mm Ở Nhật Bản dùng Dmax = 80 mm, ở Trung Quốc dùng Dmax = 40 mm và 60 mm Nhìn chung khi Dmax càng lớn thì lượng vữa cần để lèn đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn càng nhỏ, dẫn đến lượng dùng chất kết dính giảm Tuy vậy khả năng phân tàng hỗn hợp RCC sẽ tăng và tính chống thấm giảm

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:

Ngoài ra mức ngậm cát (tỷ lệ cát trên cốt liệu trong RCC cao hơn so với CVC đạt 32 ÷ 33% đến 38 ÷ 40% (giá trị nhỏ là RCC sử dụng cho đập tại các

nước Nhật Bản, và giá trị lớn sử dụng cho RCC ở Châu Âu, Mỹ và Trung Quốc) So với CVC có cùng Dmax cốt liệu, mức ngậm cát của RCC lớn hơn Đó

là đặc thù của RCC được đầm chặt bằng lu rung nhằm tránh tạo vòm làm giảm

độ lèn chạt các lớp phân bổ phía dưới Nước trong RCC chỉ chiếm 5 -6% hàm lượng chất khô

II NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHẾ TẠO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Nguyên vật liệu chế tạo RCC cũng không có khác biệt lớn so với nguyên liệu chế tạo bê tông truyền thống (CVC) Chúng bao gồm các loại vật liệu như:

Xi măng, phụ gia khoáng, cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, phụ gia hóa học (phụ gia chậm đông kết) và nước

2.1 Xi măng

2.1.1 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 sau đó có khả năng rắn chắc lại và cho cường độ

Khi tiếp xúc với nước các hạt xi măng bị thấm ướt, các khoáng clanker tạo nên xi măng phản ứng với nước gọi là phản ứng thủy hóa cho khả năng liên kết, gắn chắc các hạt cốt liệu (gồm đá và cát) lại thành một khối rắn chắc gọi là

bê tông

Trong xi măng póoclăng gồm 4 loại khoáng chính đó là:

Tỷ lệ % của các khoáng xi măng phụ thuộc vào loại xi măng Theo tiêu chuẩn ASTM C150 xi măng póoclăng thường có kí hiệu TYPE–I có thành phần khoáng như nhau:

Tất cả các khoáng clanker khi thủy hóa đề tỏa nhiệt Lƣợng nhiệt tỏa ra của các khoáng khác nhau thì không giống nhau Do vậy nhiệt thủy hóa của xi măng phụ thuộc vào loại xi măng

Có thể xác định đƣợc nhiệt thủy hóa của xi măng khi biết nhiệt thủy hóa của các khoáng nhƣ nêu trong bảng sau:

Bảng 2.1 – Nhiệt thủy hóa của xi măng:

Xi măng póoclăng: TCVN 2682 – 1999

Xi măng póoclăng puzơlan: TCVN 4033– 1995

Xi măng póoclăng xỉ lò cao: TCVN 4316 – 1985

Xi măng póoclăng bền sun phát: TCVN 6067 – 2004

Xi măng póoclăng ít tỏa nhiệt: TCVN 6069 – 1995

Xi măng póoclăng hỗn hợp: TCVN 6260 – 1997

Xi măng póoclăng trắng: TCVN 5691– 2000

Theo tiêu chuẩn Mỹ, xi măng póoc lăng đƣợc phân thành 5 loại chính – ASTM C150:

TYPE I: xi măng poóc lăng thường TYPE II: xi măng poóc lăng nhiệt thủy hóa trung bình TYPE III: xi măng poóc lăng rắn nhanh

TYPE IV: xi măng poóc lăng nhiệt thủy hóa thấp TYPE V: xi măng poóc lăng bền sun phát

Hiện nay trên thị trường Việt Nam, xi măng póoclăng tương đương loại TYPE II và TYPE IV của ASTM C150 phù hợp cho việc sử dụng trong RCC dùng cho đập hầu như không tồn tại Xi măng poóc lăng trộn lẫn tức xi măng poóclăng hỗn hợp có nhiệt thủy hóa vừa phải, tuy nhiên nếu sử dụng cùng 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 phụ gia, tức xi măng poóclăng đạt yêu cầu TCVN 2682 – 1999

2.1.2 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 như:

+ Phương pháp thử độ mịn của xi măng theo phương pháp Blaine

+ Phương pháp xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết của xi măng + Phương pháp xác định độ ổn định thể tích

+ Phương pháp xác định giới hạn bền nén

2.2 Phụ gia khoáng

Trong bê tông khối lớn nói chung và bê tông đầm lăn RCC nói riêng sự

có mặt của phụ gia khoáng nghiền mịn là không thể thiếu Phụ gia khoáng có thể

hóa xi măng cho sản phẩm tương tự như khi thủy hóa xi măng, phụ gia trơ hay chất độn mịn

Sự có mặt của phụ gia khoáng nghiền mịn có tác dụng:

Giảm lượng dùng xi măng clanke, cải thiện thành phần hạt của cốt liệu, tăng độ đặc vi cấu trúc, giảm nhiệt thủy hóa

Tăng dẻo do hiệu ứng ổ bi (ball bearing effect), có tác dụng giảm nước nhào trộn, tăng độ phân tán của hạt xi măng do đó tăng mức độ thủy hóa

Tăng độ bền của bê tông trong môi trường có tác nhân rửa kiềm, tác nhân

2.2.1 Phân loại phụ gia khoáng

Hiện nay phụ gia khoáng bắt đầu được sử dụng phổ biến ở Việt Nam sử dụng TCXDVN 395:2007 Ngoài ra phụ gia khoáng cho BTĐL sử dụng tiêu chuẩn Mỹ ASTM.C618 theo đó phụ gia khoáng được phân thành 3 loại như nhau:

Loại F: chủ yếu là tro bay nhiệt điện

Loại N: Chủ yêu là phụ gia khoáng thiên nhiên có xử lý nhiệt hay không quan xử lý nhiệt

Loại C: Chủ yếu là tro bay chứa một hàm lượng lớn CaO (tro bay đốt than nâu) Dưới đây là một số chỉ tiêu cơ bản đối với phụ gia khoáng theo ASTM-C618

Bảng 2.2: Phân loại phụ gia và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của phụ gia bê

tông ASTM C618

so với mẫu đối chứng

Với vôi , tuổi 7 ngày, tối thiểu (Kpa)

Với xi măng póoclăng, tuổi 28 ngày, tuổi (%) so

với mẫu đối chứng

Hệ số biến động của khối lượng riêng tối đa so với giá

lệ tro bay: xi măng theo khối lượng từ 0,7 ÷ 4,2 lần

Khi sử dụng phụ gia khoáng loại N cần có sự điều chỉnh phù hợp do hiệu quả của phụ gia này không giống như phụ gia loại F Trong khi lượng cần nước của CKD sử dụng tro bay thường giảm mạnh thì sự có mặt của phụ gia khoáng loại N thường làm tăng lượng cần nước Hình dạng hạt gần với hình cầu và thành phần cấp hạt cũng như khả năng phản ứng của phụ gia khoáng loại F tạo

ra hiệu quả cải thiện tính chất của RCC như tính công tác và cường độ dài ngày của RCC

Tổng hàm lượng CKD theo quan điểm của M.Dunstan được xác định phục thuộc vào yêu cầu hệ số thấm Trong khi đó hệ số thấm được xác định phụ thuộc vào chiều cao của đập tức áp lực thủy tĩnh của nước

2.2.2 Phụ gia hóa học

Hiện nay hầu hết các loại bê tông đều sử dụng phụ gia hóa học Theo ACI, phụ gia hóa học cho bê tông được phân thành 14 loại khác nhau Tuy vậy trong thực tế cách phân loại theo ASTM C494 là phổ biến hơn cả (xem bảng) ngoài ra BS 5075 cũng đưa ra các phân loại tương tự

Bảng 2.3: Phân loại phụ gia khoáng hóa 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 Kết thúc đông kết

Type A, phụ gia

Không sớm quá 60, không muộn quá 90

Không sớm quá 60, không muộn quá 90 Type B, phụ gia

Chậm hơn ít nhất 60, nhưng không quá 210

Không muộn quá

210 Type C, phụ gia

Sớm hơn ít nhất là 60, nhưng không quá 210

Sớm hơn ít nhất 60

Type F, phụ gia

giảm nước tầm cao 88

Không sớm hơn 60, không muộn quá 90 phút

Không sớm hơn quá

60, không muộn quá 90

về ―Những thành tựu mới trong nghiên cứu và ứng dụng vật liệu xây dựng‖ Hà Nội.3/2006 do Bộ môn công nghệ VLXD, ĐHXD và Bộ môn Công nghệ chất kết dính

cô cơ và bê tông, ĐH Tổng hợp quốc gia xây dựng Moskva đồng tổ chức, Giáo

sư viện sỹ J.M.Bazenov đề xuất sử dụng phụ gia hóa doeorcos nguồn gốc lignosunphonat natri để kéo dài thời gian đông kết cho RCC vừa có tác dụng giảm nhiệt thủy hóa CKĐ

2.3 Cốt liệu sử dụng để chế tạo bê tông đầm lăn

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 cố 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 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 tỏa nhiệt do thủy hóa

2.3.1 Cốt liệu nhỏ

Cốt liệu nhỏ thường là cát Cát có thể là 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 tốt nhất

Để xác định thành phần hạt của cát cần tiến hành phân tích sàng để xác

Bộ sàng tiêu chuẩn Việt Nam (theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ) gồm các sàng

có kích thước sau: 5 mm; 2,5 mm; 1,25 mm; 0,63 mm; 0,315 mm và 0,14 mm

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

Bảng 2.4: Giới hạn thành phần hạt của cát theo TCVN 1770 – 1986

Mô đun độ lớn của cát được xác định như sau:

100

14 , 0 315 , 0 63 , 0 25 , 1 5 ,

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 thức khi xác định bằng dụng cụ VeBe có gia tải Q = 22,7 kg nằm trong

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 Đối với cát xay theo tiêu chuẩn EM 1110-2-2006 của USCE 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 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 2.5: Thành phần hạt của cát theo ASTM C33

Đối với cát xay sử dụng cho RCC, tiêu chuẩn EM 1110-2-2006 đề xuất giới hạn thành phần hạt sau:

Bảng 2.6: Giới hạn thành phần của cát xay

3

Cốt liệu lớn cho RCC không chỉ thay đổi về khối lượng mà thành phần hạt của cốt liệu lớn sử dụng cho RCC cũng có dự khác biệt Ta có thể thấy sự khác biệt này qua bảng dưới đây:

Bảng 2.7: Thành phần hạt lý tưởng của cốt liệu lớn cho RCC và CVC

Cỡ sàng

(mm)

% Lọt sàng RCC

4,75 ÷

75 mm

CVC 4,75 ÷

75 mm

RCC 4,75 ÷

50 mm

CVC 4,75 ÷

50 mm

RCC 4,75 ÷

Ngoài yêu cầu về thành phần hạt, cốt liệu lớn cần đáp ứng những yêu cầu khác đó là: Hàm lượng sét cục và hạt mềm yếu: hàm lượng hạt < 0,075 mm; tạp chất than, than nâu; độ mài mòn, độ nở sunfat;…

III CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

3.1 Cường độ chịu nén của RCC

Tuân theo nguyên lý Abrams giống như Bê tông thường, quan hệ giữa

―Cường độ nén và N/CKD” theo công thức thực nghiệm sau:

Rc = 12.46.CKD/N -14.24F/(X+F)+1.82(F/(X+F))2+ 6.52

X: Xi măng; F: Phụ gia khoáng ( Tro bay, puzơlan); N: nước

Rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến Cường độ, bao gồm：

 Thiết bị và trình độ thi công

 Điều kiện bảo dưỡng…

3.2 Sự phát triển của Cường độ chịu nén theo thời gian

 Cường độ chịu nén phát triển theo thời gian theo Công thức：

Rct/Rc28=31.138t0.334 （％）

Trong đó： Rct - Cường độ chịu nén của RCC ở tuổi t ngày (MPa）；

Rc28 - Cường độ chịu nén của RCC ở tuổi 28 ngày (MPa）；

t - Tuổi của RCC (d)，1610d≥t≥7d。

ng độ chịu nén

2 Cường độ chịu kéo bửa và kéo đúng tâm

3 Cường độ chịu cắt

Hình 2.1 Biểu đồ biểu thị sự phát triển của cường độ nén của bê tông đầm

lăn theo thời gian 3.3 Quan hệ giữa Rnén và Rkéo

Cường độ chịu nén càng cao thì cường độ chịu cắt và chịu kéo đúng tâm cũng càng cao, Tuân theo quan hệ tuyến tính với công thức:

RpL = 0.059Rc + 0.73

RL = 0.078Rc + 0.14

Sự phát triển của cường độ chịu kéo

Cường độ chịu kéo bửa và chịu kéo đúng tâm đều tăng theo thời gian, theo công thức sau:

Rpt/Rp28 = 41.40Ln(t)- 29.38 (%) Rlt/Rl28 = 40.96Ln(t)- 27.18 (%)

t : Thời gian (ngày)

3.4 Tính biến hình của RCC

3.4.1 Mô đun đàn hồi của RCC:

Mô đun đàn hồi và Rn ở tuổi 90 ngày có quan hệ theo công thức sau:

lgE90 = 0.53lgR90 + 0.74

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

ô đun đàn hồi

Hình 2.2 Biều đồ biểu diễn mói quan hệ giữa Mô đun đàn hồi và cường độ

nén của RCC

3.4.2 Quy luật phát triển Mô đun đàn hồi theo thời gian:

1 Mô đun đàn hồi kháng nén：

lgE9 0 = 0.53lgRc 9 0+ 0.74

0.5 1 1.5 2

0.5 1 1.5 lgRc 9 02

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

90  p

p



Từ biến của RCC so với CVC không trộn PG khoáng nhỏ hơn 60%，so với CVC có trộn PG khoáng nhỏ hơn chỉ 10%-25%。

30%-Hình 2.4 Quan hệ giữa Từ biến theo tuổi của (CVC) và RCC với thời gian

chất tải khác nhau

3.4.5 Co khô và biến hình tự sinh thể tích của RCC

RCC giống CVC，tuổi càng tăng，thời kỳ sớm Co khô tăng rất nhanh, thời

kỳ sau chậm lại, Theo quy luật：

εd = 71.78Ln(t)–39.86 (x 10-6)

Hình 2.5 Biểu đồ biểu diễn sự phát triển co khô theo thời gian

Biến hình thể tích tự sinh giảm dần theo thời gian và có xu hướng ổn định, theo quy luật ：

b) RCC

0 20 40 60 80 100

-30 -25 -20 -15 -10 -5

d



3.4.6.2 Độ tăng nhiệt tuyệt đối:

Tăng nhiệt tuyệt đối cuối cùng của RCC: 11～20℃

Tăng nhiệt tuyệt đối cuối cùng của CVC : 20～27℃

) 1

( 0.1770

t r

e T





0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

( 0.1770

t r

e T





IV THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

4 1 PHÂN LOẠI CẤP PHỐI

Bê tông đầm lăn từ thí nghiệm trong phòng đến thí nghiệm hiện trường sau đó ứng dụng vào thi công công trình Từ góc độ vật liệu xem xét, chúng ta

có thể phân thành 3 loại hình cấp phối chủ yếu như sau:

4.1.1 Vữa vật liệu kết dính cố kết cát, đá trong BTĐL :

―Vữa vật liệu kết dính cố kết cát, đá‖ trong BTĐL cũng có thể gọi là bê tông đầm lăn "nghèo" Trong loại hình bê tông này, tổng liệu vật liệu kết dính

lượng dùng không vượt quá 30% tổng lượng vật liệu kết dính (CKD), một số ít loại bê tông có thể đạt 50%; Do lượng dùng vật liệu kết dính trong loại bê tông này ít, để đầm lèn đạt yêu cầu phải tăng lượng nước cho đến khi thực hiện được

làm cho cường độ bê tông sẽ giảm thấp, tính bền và tính chống thấm sẽ kém Trong loại bê tông này vữa vật liệu kết dính không đủ để nhét đầy lỗ rỗng của cát nên độ rỗng bê tông sẽ lớn

Khi thiết kế công trình sử dụng loại bê tông này, chỉ mục đích lợi dụng vữa vật liệu kết dính để kết dính vật liệu cát, đá thành một thể hoàn chỉnh, như

là một bộ phận thân đập, sự ổn định đập do trọng lượng bản thân của bê tông còn để chịu lực và phòng thấm cho thân đập thì dùng loại bê tông khác hoặc là vật liệu chống thấm Nên tiến độ xây dựng công trình đạt tốc độ nhanh và đạt được mục đích kinh tế Ví dụ Đập Willow Creek, đập Galesville, đập Elk Creek

ở Mỹ, vv đã sử dụng một phần bê tông thuộc loại hình cấp phối này cho bê tông đầm lăn xây dựng đập Ở tỉnh Quảng Tây - Trung Quốc, trong thân đập của Nhà máy thuỷ điện Bách Long Nhan cũng đã dùng loại cấp phối này cho bê tông đầm lăn

Vì loại bê tông này do lượng dùng vật liệu kết dính ít, tính dính kết của hỗn hợp kém, cốt liệu dễ phát sinh hiện tượng phân tầng, nhưng độ tăng nhiệt độ của bê tông thấp, khi thi công có thể dễ dàng khống chế nhiệt độ của bê tông Thiết bị thi công loại bê tông này dễ chọn và dễ sử dụng vì phụ thuộc vào kết cấu chống thấm ở thượng lưu đơn giản và cường độ yêu cầu của bê tông thường

không yêu cầu quá lớn, nên đối với các đập loại vừa và nhỏ rất thích hợp với vật liệu loại hình bê tông này

4.1.2 Loại bê tông đầm lăn khô, nghèo :

Loại bê tông này cũng gọi được là bê tông đầm lăn có cấp phối "nghèo"

đó phụ gia khoáng chỉ chiếm 25 - 30% tổng lượng vật liệu kết dính Với loại bê tông này, do lượng dùng vật liệu kết dính không lớn, với lượng nước dùng tăng,

Do tỷ lệ phụ gia khoáng tương đối thấp, nên sự gia tăng nhiệt của bê tông khá cao, khi tỷ lệ N/CKD của loại bê tông này tương đối lớn, thì tính chống thấm giảm, thường không dùng cho tầng chống thấm của thân đập mà chỉ làm bê tông bên trong thân đập Trong quá trình thi công các tầng và độ nghỉ giữa các lớp từ

2 - 5 ngày có thể lợi dụng lượng nhiệt phát tán ở bề mặt đỉnh các lớp bê tông để tránh sinh khe lạnh giữa các tầng, nên sử dụng phương pháp bàn chải sắt rải cát đánh sạch bề mặt các lớp sẽ làm cải thiện được chất lượng dính kết bề mặt các tầng Ở Nhật Bản khi xây dựng đập BTĐL đều sử dụng loại tỷ lệ phối hợp BTĐL này làm bê tông bên trong thân đập còn mặt ngoài đập thì sử dụng loại bê tông dẻo thông thường

4.1.3 Bê tông đầm lăn có hàm lượng bột tro bay cao :

bột tro bay chiếm từ 50% đến 75% so với tổng lượng vật liệu kết dính Loại bê

lượng dùng vật liệu kết dính trung bình; 2) Loại 2: Có lượng dùng vật liệu kết

tông đầm lăn có lượng dùng vật liệu kết dính cao Trước đây Bê tông có lượng dùng vật liệu kết dính thấp, lượng dùng XM khá thấp, sự phát nhiệt trong bê tông nhỏ, nhưng chất lượng dính kết bề mặt giữa các tầng thi công rất khó khống chế Và thường dùng bê tông này làm bê tông bên trong thân đập, mặt thượng lưu đập xây dựng tầng chống thấm bằng Bê tông khác Sau này dùng Bê tông có lượng dùng vật liệu kết dính tăng cao hơn (nhiều bằng hai lần cấp phối bê tông trước đây), nhiệt thuỷ hoá tăng cao hơn, chất lượng dính kết bề mặt của các tầng

thi công so với trước dễ khống chế hơn, bê tông có tính năng chống thấm tốt hơn (đặc biệt là tính năng chống thấm của bề mặt các tầng thi công) so với trước đây

Nó không chỉ làm bê tông bên trong thân đập, mà cũng có thể dùng làm tầng chống thấm mặt thượng lưu của đập

Ở Trung Quốc, từ năm 1985 bê tông đầm lăn đã sử dụng, đa số là bê tông

có xu thế dần càng tăng lên Ví dụ như năm 1985, nhà máy thuỷ điện Sa Khê Khẩu ở tỉnh Phúc Kiến, bê tông đầm lăn tường chắn cửa dẫn nước, có lượng trộn bột tro bay là 57% Sau đó khi xây dựng tường vây của Nhà máy thuỷ điện Nham - Nan và bê tông đập Thiên Sinh Kiều 2 ở tỉnh Quảng Tây, lượng trộn bột tro bay được dùng là 61% và 70% Những năm gần đây Trung Quốc đã triển khai nghiên cứu những ảnh hưởng của lượng dùng xi măng và lượng trộn bột tro bay đối với bê tông đầm lăn, kết quả là lượng dùng xi măng thấp, hàm lượng bột tro bay cao thì bê tông sẽ có những tính năng ưu việt Do vậy, BTĐL có loại tỷ

lệ cấp phối này đang được dùng rộng rãi Ở Trung Quốc, tại các mặt thượng lưu của đập vòm Phổ Định - tỉnh Quý Châu, mặt thượng lưu đập của kho nước 2 - Phân Hà - tỉnh Sơn Đông, mặt thượng lưu đập Nhà máy thuỷ điện Miên Hoa Nam - tỉnh Phúc Kiến đều sử dụng BTĐL loại 2 này Tại một đập ở Mỹ đã sử dụng loại BTĐL lượng dùng vật liệu kết dính cao, hàm lượng bột tro bay cao

hàm lượng bột tro bay tới 69%; Tư tưởng chỉ đạo để chế tạo BTĐL cho đập đó là phải khắc phục hiện tượng phân tầng cốt liệu thô, cải thiện chất lượng dính kết

bề mặt các tầng, không bị gián đoạn trong thi công, do đó đã sử dụng bê tông đầm lăn có cấp phối loại 2 này, lượng dùng vật liệu kết dính tăng lên nhiều và nâng cao tỷ lệ trộn bột tro bay Thực tiễn thi công thấy rõ, về cơ bản đạt được các yêu cầu đề ra, nhưng lượng nhiệt toả ra trong Bê tông tăng lên cao làm cho việc khống chế nhiệt độ có khó khăn nhất định

4.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

BTĐL là một loại bê tông rất khô, không có tính lưu động Sau khi đầm lèn rất khó thu được bê tông có độ đặc chắc cao Phương pháp rải đổ liên tục với các lớp mỏng để xây dựng lên đập bê tông đầm lăn nên khi thiết kế cấp phối

bê tông đầm lăn tự nó đã có đặc điểm là bê tông phải rất khô, nguyên tắc xác

định các tham số tỷ lệ phối hợp và nguyên lý thiết kế cấp phối bê tông có sự khác biệt với bê tông thông thường

4.2.1 Đặc điểm của thiết kế cấp phối

1 Để không gây trở ngại đến thi công đầm lèn bê tông, thông thường dưới điều kiện nhất định, trong thân đập không nên thiết kế đặt ống nước lạnh, do phải

đổ rải liên tục, lượng nhiệt phát tán thông qua bề mặt các lớp bê tông sẽ giảm khi thi công đổ rải các tầng, do nguyên nhân nhiệt độ tăng dần trong

bê tông vv Khi thiết kế phải cân nhắc khi chế tạo bê tông, vừa phải thoả mãn các yêu cầu về, cường độ, tính bền vừa phải hạn chế sự tăng nhiệt trong

bê tông Dù rằng lượng dùng xi măng tương đối thấp, nhưng tỷ lệ phụ gia khoáng thì lại lớn

2 Do đặc tính hỗn hợp bê tông rất khô cứng, phân tán và dễ phân tầng, nên trong thiết kế cấp phối bê tông phải khống chế đường kính lớn nhất của cốt liệu thô, và tỷ lệ hợp lý giữa các cấp hạt cốt liệu, lượng dùng cát thoả đáng,

để trong quá trình thi công tránh xuất hiện sự phân tầng nghiêm trọng và hiện tượng không có khả năng đầm chặt được

3 Trong thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn thường phải cân nhắc xen nên trộn loại phụ gia hóa gì vào bê tông

4 Coi hỗn hợp bê tông đầm lăn tương tự như vật liệu đất để đầm lèn để xác định phương pháp thi công và xác định được lượng dùng nước đơn vị tối ưu,

và phải cân nhắc xem các tính năng của bê tông sau khi cứng hoá và mối tương quan trực tiếp giữa các tính năng đó với tỷ lệ N/CKD

5 Cấp phối bê tông đầm lăn để được đưa ra thi công thường phải thông qua thí nghiệm bê tông đầm nén tại hiện trường để quyết định

4.2.2 Nguyên tắc thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn :

Để tiến hành thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn tốt, chúng ta cần phải hiểu biết và nắm vững, tuân thủ những nguyên tắc thiết kế cấp phối bê tông như sau:

4.2.2.1 Thiết kế cấp phối theo nguyên tắc của bê tông truyền thống:

Theo kết quả thí nghiệm thấy rõ, bê tông đầm lăn sau khi đã lèn chặt và cứng hoá, thì cường độ của nó và tỷ lệ N/CKD có mối quan hệ mật thiết, nếu tỷ