MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG THI CÔNG

Ngoài các đặc trưng cơ lý cần đạt được thì việc đảm bảo tính công tác tốt luôn là một trong những yêu cầu cơ bản đối với bất kỳ một loại hỗn hợp bê tông nào, nó đặc trưng cho mức độ dễ t

MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG THI CÔNG.

Tóm tắt:

Ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn trong xây dựng đường ngày càng trở thành nhu cầu cấp thiết, do những tính chất ưu việt của công nghệ này đem lại như thi công nhanh, giá thành công trình thấp Ngoài các đặc trưng cơ lý cần đạt được thì việc đảm bảo tính công tác tốt luôn là một trong những yêu cầu cơ bản đối với bất kỳ một loại hỗn hợp bê tông nào, nó đặc trưng cho mức độ dễ thi công để có thể đầm chặt tối đa hỗn hợp, chính vì thế đánh giá được mức độ tổn thất tính công tác cần được xem xét Bên cạnh đó, hỗn hợp bê tông cũng cần được thi công trong thời gian mà xi măng chưa bắt đầu đông kết Do vậy, việc xác định một

số tính chất như tính công tác, thời gian đông kết, hệ số lèn chặt là thiết yếu, cho việc đảm bảo chất lượng thi công bê tông đầm lăn ngoài hiện trường

Abtract

The application of roller-compacted concrete technology in road construction is increasingly becoming an urgent need, given the superior properties of this technology, such as fast construction and low cost In addition to the mechanical properties to be achieved, good workability is always one of the basic requirements for any concrete mix, which characterizes the ease of application that can be achieved Compounding maximum mixing, thus assessing the degree of impairment of work needs to be considered In addition, concrete mixtures should be applied during the time when the cement has not yet started to solidify Therefore, the determination of some properties such as workability, setting time, tightening coefficient is essential for the quality assurance

of roller compacted concrete in the field

Từ khóa: Bê tông đầm lăn, thi công, tính công tác, thời gian ninh kết, hệ

số lèn chặt

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong quá trình phát triển với sự xuất hiện của nhiều vật liệu mới và công nghệ thi công liên tục được cải tiến đã thúc đẩy sự ra đời của nhiều

loại mặt đường, trong đó phải kể đến công nghệ bê tông đầm lăn Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bê tông không có độ sụt được đầm chặt bằng lu rung với thành phần tương tự như bê tông xi măng Công nghệ này bắt đầu được áp dụng từ những năm 60 ở một số nước như Canada, Italia, Đài loan và sau đó đã được lần lượt áp dụng ở nhiều nước khác nhờ các đặc tính ưu việt như tốc độ thi công nhanh, giá thành thấp so với bê tông thông thường, đặc biệt là cho một số đập thủy lợi, thủy điện lớn Đối với công nghệ mới này, sự lựa chọn loại vật liệu sử dụng, sau đó là chất lượng và lượng dùng của chúng là nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành của sản phẩm Giống như với bê tông thông thường, các thành phần vật liệu của BTĐL gồm: chất kết dính, cốt liệu, nước và phụ gia hóa học Tuy nhiên điểm khác giữa hai loại bê tông này là chất kết dính sử dụng cho BTĐL ngoài xi măng còn có thêm phụ gia khoáng được xem như là thành phần bắt buộc Phụ gia khoáng có vai trò quan trọng trong việc cải thiện các tính chất của bê tông và thỏa mãn các yêu cầu cần thiết trong qui trình thi công

Ở Việt Nam những năm gần đây, hàng loạt các công trình thủy điện được xây dựng mà ở đó vai trò của BTĐL đã thực sự được khẳng định Tuy nhiên, việc ứng dụng BTĐL vào xây dựng hạ tầng giao thông chưa

có nhiều Trong khi đó hàng loạt các công trình đường giao thông qua các vùng thường xuyên chịu lũ lụt, các bãi đỗ xe, sân cảng và sân bãi các công trình công nghiệp lớn, đang và sẽ được xây dựng trong tương lai gần

Đã có một số đề tài nghiên cứu đánh giá tính chất cơ học, tính chất vật lý của vật liệu, để từ đó đề xuất ra các phạm vi ứng dụng khác nhau của chúng [2,3] Song song với công việc đó, thì việc đáng giá những tính chất ảnh hưởng đến chất lượng thi công như tính công tác, tính đông kết,

hệ số lèn chặt là vô cùng cần thiết Điều này góp phần hoàn thiện hơn về các khía cạnh của vật liệu để đáp ứng thực tế trong xây dựng đường ở Việt Nam

2 MỘT SỐ TÍNH CHẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG THI CÔNG

2.1 Tính công tác và độ tổn thất tính công tác

Đặc điểm BTĐL là được đầm chặt bằng phương pháp lu lèn, cường độ

bê tông phụ thuộc rất lớn vào tính công tác của BTĐL, khi nhiệt độ tăng cao, độ ẩm không khí xuống thấp, kết hợp với gió, đặc biệt là vào mùa khô, lượng bốc hơi nước trên bề mặt BTĐL sau khi rải xảy ra nhanh, làm cho bề mặt lớp bê tông sau khi rải (khoảng 3cm ở phía trên) có độ

ẩm giảm, tính công tác của BTĐL giảm theo Quá trình này dẫn đến công tác lu lèn bị ảnh hưởng do hàm lượng nước trong BTĐL rất thấp, tiệm cận với độ ẩm tối ưu để đạt độ chặt lớn nhất

Việc mất nước bề mặt khi bức xạ mặt trời cao làm cho một phần bề mặt bên trên của lớp BTĐL không đủ lượng nước để thủy hóa xi măng, bề mặt thường dễ bị bong tróc sau khi thi công, trong khi phần bên dưới vẫn đảm bảo độ chặt theo yêu cầu Dựa theo nhiều kết quả thực nghiệm

và các công trình thực tế sử dụng BTĐL như trong các tài liệu [1,2,4,5] cho thấy, nếu độ cứng của hỗn hợp bê tông trên 40 giây khó có thể đảm bảo độ chặt của bê tông trong quá trình lu lèn, thậm chí không thể lu được Ngược lại, nếu độ cứng của hỗn hợp bê tông dưới 20s thì trong quá trình thi công thường gây ra hiện tượng dợn sóng không đảm bảo

được độ bằng phẳng cho mặt đường Do vậy mà độ cứng của BTĐL nên trong khoảng 30s – 40s là phù hợp với điều kiện môi trường ở Việt Nam Tổn thất tính công tác có thể được hiểu là mức độ thay đổi độ cứng của hỗn hợp BTĐL theo thời gian ở điều kiện môi trường khí hậu Trong phạm vi nghiên cứu các mẫu thí nghiệm chủ yếu được tiến hành

đo đạc ở khu vực Hà Nội

Sử dụng thiết bị Vebe cải tiến , trình tự tiến hành theo ASTM C1170 để xác định độ cứng của BTĐL có các thành phần đều thỏa mãn theo tiêu gồm đá Sunway Hà Nội, cát Sông Lô, xi măng Bút Sơn PC40 và tro bay VinaF&C Phả Lại Tiến hành thí nghiệm đo độ cứng của các mẫu BTĐL với tỷ lệ N/CKD là 0,38 trong các điều kiện nhiệt độ môi trường khác nhau dao động từ 200C đến 300C và ở các thời gian khác nhau Trong 4 mẫu thí nghiệm, 3 mẫu sử dụng cốt liệu ở trạng thái ẩm bão hoà khô mặt, 1 mẫu còn lại sử dụng cốt liệu ở trạng thái khô, kết quả đo trong bảng 1

Theo kết quả thí nghiệm tổn thất tính công tác theo thời gian với các loại phụ gia khoáng, tỷ lệ N/CKD khác nhau thể hiện trên hình 1 thấy rằng

xu hướng của các đường khá giống nhau, về cơ bản nếu thời gian thi công càng lâu thì mức độ tổn thất càng tăng lên do tác động của môi trường Nhiệt độ môi trường càng cao thì mức độ tổn thất càng nhanh, điều này có thể rõ ràng thấy được nguyên nhân là do sự bay hơi của nước trong hỗn hợp BTĐL làm hỗn hợp trở nên cứng hơn Điều này rất quan trọng khi khống chế thời gian thi công rải và lu lèn Hỗn hợp BTĐL sử dụng cốt liệu khô (đường số 4 hình 1) có tốc độ tổn thất tính công tác cao hơn so với hỗn hợp sử dụng cốt liệu làm ẩm từ trước

2.2 Thời gian đông kết

Ngoài việc đảm bảo tính công tác có độ cứng 30s – 40s, cần xác định thời gian đông kết của BTĐL để hỗn hợp BTĐL sau khi trộn cần được tiến hành thi công nhanh chóng, để tránh hỗn hợp khó đầm

Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm trong phòng xác định thời gian đông kết như sau:

– Từ hỗn hợp vữa BTĐL sau khi trộn, dùng sàng 5mm sàng lấy khoảng

22 lít vữa chất kết dính – cát;

– Cho vữa chất kết dính – cát rải đều vào 6 khuôn 150x150x150mm mỗi khuôn đổ 2 lớp, mỗi lớp chọc 25 cái bằng thanh chọc D16mm Đặt các khuôn lên bàn rung, trên mặt đặt cục tải trọng lèn tính toán sao cho áp lực lèn khoảng 2400 ¸ 2500Pa (5,4KG ¸ 5,6KG) Mở máy rung để các mẫu được rung và bị lèn chặt Thời gian rung bằng thời gian xác định trị

số độ cứng;

– Sau khi đúc xong dùng dụng cụ đo lực cản cắm xuyên để kiểm tra cường độ kháng xuyên của vữa Mỗi lần cắm đầu xuyên các vị trí cắm phải cách nhau 25 mm trở lên;

– Lập bảng kết quả độ kháng xuyên của mẫu theo thời gian

– Lập biểu đồ quan hệ độ kháng xuyên – thời gian Căn cứ vào kết quả

cụ thể, ở chỗ điểm ngoặt của đồ thị chia tập hợp kết quả thành 2 nhóm Dùng phương pháp bình phương nhỏ nhất để xác định 2 đường thẳng tương quan của hai nhóm Lấy thời gian ứng với vị trí giao của 2 đường thẳng làm thời gian bắt đầu đông kết của BTĐL

Xác định thời gian đông kết của BTĐL được tiến hành theo phương pháp đo độ kháng xuyên của vữa BTĐL Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên bảng 2 và hình 2

Từ kết quả thí nghiệm rút ra nhận xét: Việc sử dụng tro làm PGK cho BTĐL đã đem lại hiệu quả kéo dài thời gian đông kết cho hỗn hợp BTĐL từ hơn 8 h tăng lên thành gần 10 giờ Sự kéo dài thời gian đông kết của hỗn hợp BTĐL tạo điều kiện thuận lợi cho thi công BTĐL trong điều kiện nắng nóng Việt Nam

2.3 Hệ số lèn chặt

Đầm chặt là quá trình nhờ ngoại lực bên ngoài làm tăng độ chặt của vật liệu do hai mặt cấu thành:

– Dưới tác dụng của lực chấn động, làm cho lực ma sát trong bê tông giảm rõ rệt, các hạt nhỏ ở trạng thái trôi nổi mà hình thành thể lỏng Các hạt cốt liệu thô thì phát sinh xê dịch, sắp xếp lại cấu thành khung cốt liệu, đồng thời vữa cát lấp vào các lỗ hổng giữa vật liệu mà dần dần chặt lại

– Lực chấn động phải đủ để khắc phục lực ma sát trong và lực dính giữa các hạt mới có thể hóa lỏng và nới lỏng sự tiếp xúc giữa các hạt thô, đồng thời còn cần phải có lực đập nén đẩy đủ mới có thể làm cho bê tông nội bộ dần chặt lại

Quá trình đầm lăn, năng lượng hoặc công đầm mà bê tông thu được là bao nhiêu có quan hệ rất lớn với hiệu quả chấn động đầm chặt Đạt đến

độ chặt nào đó, đơn vị thể tích của bê tông cần bao nhiêu năng lượng, điều này có quan hệ với rất nhiều yếu tố như năng lượng dẫn ra từ bánh

xe chấn động, biên độ và tần số của đầm chấn động, tốc độ chạy, trọng lượng tĩnh của đầm chấn động

– Trong phòng thí nghiệm, sau khi cho hỗn hợp vào khuôn và đặt lên thiết bị đầm rung đo độ công tác, thì thời gian để hỗn hợp đạt độ chặt tối

đa là tổng thời gian để hỗn hợp lèn chặt đến khi ko có sự thay đổi về chiều dầy hỗn hợp Mặc dù chỉ là kết quả thí nghiệm trong phòng, xong

nó lại là tiền đề cho việc xác định độ lèn chặt tối đa của hỗn hợp ngoài hiện trường

Chất lượng đầm nén nên theo độ đầm chặt để khống chế, độ chặt tương đối của bê tông thường biểu thị bằng:

D= 100% (1)

trong đó: D là độ chặt tương đối của bê tông (gọi là độ chặt), %; gt là dung trọng thực đo thực tế của bê tông, kg/m3;

– Xác định thể tích của hỗn hợp BTĐL trong thùng sau khi thí nghiệm chỉ số độ cứng bằng cách dùng thước kẹp chính xác tới 0.01mm đo khoảng cách từ miệng thùng đến mặt trên của tấm nhựa trong Lấy giá trị trung bình của 5 điểm đo cách đều nhau trên miệng thùng cộng với chiều dày tấm cho khoảng cách từ miệng thùng đến mặt mẫu Sau khi đo tiến hành cân toàn bộ thùng và mẫu:

trong đó: là khối lượng thùng và mẫu, kg; là khối lượng thùng, kg; R là bán kính thùng, m; h là chiều cao thùng, m; d là khoảng cách đo trung bình từ miệng thùng đến mặt mẫu, m;

g0 là dung trọng độ chặt lý thuyết (chỉ trọng lượng đơn vị thể tích khi nén chặt tuyệt đối, thường dùng thực đo dung trọng chặt lớn nhất để thay thế, kg/m3

là khối lượng của các thành phần xi măng, phụ gia pu zơ lan, cát, đá, nước; là khối lượng thể tích của các thành phần xi măng, tro bay, cát, đá,

nước Kết quả xác định hệ số lèn chặt từ hỗn hợp BTĐL M300 như trong bảng 3

Theo kinh nghiệm thực tế thi công BTĐL, nếu độ chặt giảm đi 10% thì cường độ BTĐL giảm theo khoảng 20%, vì thế độ chặt cần phải coi trọng đầy đủ Dung trọng chặt lý luận của bê tông có tính vật lý liên tục, khi hỗn hợp trộn bê tông tỷ lệ phối hợp không thay đổi, trị số của nó là một hằng số nhưng trong thi công do sự thay đổi độ đầm chặt thì dung trọng đo được của bê tông cũng thay đổi Thay đổi dung trọng tức phản ánh sự thay đổi độ đầm chặt cho nên có thể dùng hiện trường thi công đầm nén trực tiếp đo dung trọng ướt của bê tông để đạt được mục đích tìm hiểu chất lượng đầm nén của bê tông Khống chế đối với dung trọng ướt của bê tông thực chất là khống chế đối với độ đầm chặt

2.4 Một số biện pháp bảo đảm chất lượng cho BTĐL ngoài hiện trường

Hỗn hợp BTĐL sau khi được trộn đạt được tính công tác cần thiết với độ cứng thử trên thiết bị Vebe cải tiến từ 30s – 40s được chuyển đến hiện trường bằng xe tự đổ Sau đó hỗn hợp được rải bằng máy rải với chiều rộng và chiều dày theo thiết kế Sau khi rải, thay vì được đầm chặt bằng thiết bị đầm dùi như bê tông thường, BTĐL được làm chặt từ mặt ngoài bằng xe lu với tải trọng lèn và thời gian lèn thích hợp Sau khi kết thúc quá trình làm chặt, bề mặt bê tông được hoàn thiện lại bằng xe lu lốp Sau 1 ngày tiến hành cắt khe co theo thiết kế để chống nứt cho bê tông Một số hình ảnh thi công mặt đường và sân bãi bằng công nghệ BTĐL được mô tả trên các hình 4 đến hình 7

Trong điều kiện nắng nóng ở Việt Nam, nhất là vào mùa hè nhiệt độ lên tới 40oC thì độ tổn thất sẽ rất lớn nên khó lu lèn Chính vì thế, hỗn hợp BTĐL rất cần áp dụng một số biện pháp để giảm thiểu mức tổn thất tính công tác như:

– Làm ẩm cốt liệu để tăng độ ẩm cho bề mặt lớp bê tông, đồng thời cần tính toán cẩn thận để lượng nước bù vẫn đủ để đảm bảo tính công tác nhưng không làm giảm cường độ bê tông, ảnh hưởng đến công tác lu lèn

– Bố trí trạm trộn bê tông đủ công suất đáp ứng nhu cầu thi công liên tục của thiết bị rải, lu lèn, tránh xảy ra trình trạng xe rải, xe lu phải chờ đợi, việc xe rải dừng thường xuyên tạo nên sự không bằng phẳng tại các vị trí

xe dừng chờ bê tông Bê tông sau khi ra khỏi máy rải không quá 60 phút phải được lu lèn ngay, bánh xe lu cần được làm ẩm thường xuyên Chú ý đến biện pháp che phủ trong quá trình vận chuyển, để tránh nước bay hơi gây nên tổn thất công tác của hỗn hợp

– Vật liệu trộn trong BTĐL lượng dùng nước tương đối ít, trong quá trình thi công phải giữ cho bề mặt luôn luôn ẩm để đảm bảo sự kết hợp giữa các lớp được tốt Sau khi BTĐL đầm nén đã cứng, cũng giống như

bê tông thường phải giữ một nhiệt độ và độ ẩm thích đáng để làm cho xi măng không ngừng thuỷ hoá được tiến hành bình thường, vì thế đối với BTĐL trong quá trình từ san rải đến đầm nén đều phải chú ý giữ trạng thái ẩm ở mặt khối đổ (có thể dùng phương pháp phun mù để giữ mặt khối đổ ẩm ướt)

– Sau khi đông cứng nên chú ý giữ nhiệt độ và độ ẩm để đảm bảo cho phản ứng thuỷ hoá trong xi măng được tiến hành làm cho cường độ bê tông phát triển bình thường

3 KẾT LUẬN

Do đặc thù xây dựng trong mỗi loại công trình nên yêu cầu về chỉ số công tác của hỗn hợp BTĐL dùng cho đường và đập có sự khác nhau Tuy nhiên, dù cho mục đích xây dựng là gì thì tổn thất công tác đều tác động trực tiếp đến chất lượng công trình Trong xây dựng thủy điện, BTĐL được xây dựng thành các lớp nên việc đòi hỏi cần sự dính kết tốt giữa các lớp, nên nếu BTĐL thi công không kịp thời, mức độ tổn thất công tác lớn, sẽ ảnh hưởng đến chất lượng dính bám giữa các lớp làm giảm chất lượng công trình, chỉ số Vebe thường khoảng 12s¸17s Còn đối với xây dựng công trình giao thông thì chỉ số Vebe khoảng 30s ¸ 40s,

để đảm bảo thi công BTĐL không bị gợn sóng, nhưng nếu mức độ tổn thất vượt quá mức cho phép cũng sẽ làm cho hỗn hợp bị cứng khó thi công, lượng nước bay hơi ảnh hưởng đến chất lượng thủy hóa của xi măng làm chất lượng công trình không được đảm bảo

Bên cạnh đó, thời gian lu lèn thích hợp cho hỗn hợp BTĐL là cần được rải và kết thúc lu lèn trong khi xi măng chưa bắt đầu đông kết Trong trường hợp muốn kéo dài thời gian thi công cần phải bổ sung phụ gia chậm đông kết