“Nghiên cứu, lựa chọn phụ gia khoáng hoạt tính hợp lý dùng cho bê tông đầm lăn của đập dâng Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận”

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, cơ quan và bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sĩ : “Nghiên cứu, lựa c

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp

đỡ tận tình của các thầy cô, cơ quan và bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sĩ :

“Nghiên cứu, lựa chọn phụ gia khoáng hoạt tính hợp lý dùng cho bê tông đầm lăn của đập dâng Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận” đã được hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa Đại học và sau Đại học, Khoa công trình trường Đại học Thuỷ lợi đã giảng dạy, giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này Đồng thời tác giả cũng xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Như Oanh

Tác giả chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Đào tạo và Khoa học ứng dụng Miền Trung; Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam, Viện thủy công; Ban Quản lý Đầu tư và Xây dựng Thủy lợi 7; Bộ môn Vật liệu xây dựng – Trường Đại học Thủy lợi; các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Do thời gian và sự hiểu biết còn hạn chế, luận văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót, tác giả mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô cũng như sự góp ý của bạn bè và đồng nghiệp

Tác giả có kết quả hôm nay chính là nhờ sự dạy bảo ân cần của các Thầy giáo, Cô giáo cùng sự động viên khuyến khích của cơ quan, đồng nghiệp, bạn bè, gia đình trong những năm vừa qua

Tác giả xin chân thành cảm ơn !

Ninh Thuận, ngày tháng năm 2012

Tác giả

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT - 5 -

DANH MỤC CÁC BẢNG - 6 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ - 8 -

MỞ ĐẦU - 9 -

1 Tính cấp thiết của đề tài - 9 -

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - 11 -

3 Cách tiếp cận, phạm vi và phương pháp nghiên cứu - 11 -

4 Kết quả đạt được - 12 -

CHƯƠNG I - 13 -

TỔNG QUAN VỀ RCC, CÔNG NGHỆ THI CÔNG RCC VÀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH DÙNG CHO RCC - 13 -

1.1 Tổng quan về RCC, công nghệ thi công RCC - 13 -

1.1.1 Lịch sử phát triển RCC - 13 -

1.1.1.1 Lịch sử phát triển RCC trên thế giới - 13 -

1.1.1.2 Lịch sử phát triển RCC tại Việt Nam - 16 -

1.1.2 Tính ưu việt của RCC - 23 -

1.1.2.1 Tốc độ thi công nhanh - 23 -

1.1.2.2 Kinh tế - 23 -

1.1.2.3 Thuận lợi trong việc bố trí đập tràn và các kết cấu phụ trợ - 24 -

1.1.2.4 Giảm thiểu công trình dẫn dòng và đê quây - 24 -

1.1.2.5 Các ưu điểm khác - 25 -

1.1.3 Những vấn đề tồn tại của RCC - 25 -

1.1.3.1 Chất lượng kết hợp mặt tầng của bê tông - 25 -

1.1.3.2 Kết cấu chống thấm - 25 -

1.1.3.3 Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang - 26 -

1.1.3.4 Thi công nhanh - 26 -

1.1.3.5 Tính bền vững và tuổi thọ - 26 -

1.1.4 Xu thế phát triển của đập RCC - 26 -

1.2 Tổng quan về phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho RCC - 27 -

1.2.1 Các khái niệm, nhận thức ban đầu - 27 -

1.2.1.1 Quá trình tổng hợp lợi dụng tro bay - 28 -

1.2.1.2 Xu thế về sử dụng tro bay - 29 -

1.2.2 Sản xuất, vận chuyển và gìn giữ tro bay - 31 -

1.2.2.1 Sản xuất tro bay - 31 -

1.2.2.2 Thu gom và vận chuyển tro bay - 31 -

1.2.2.3 Giữ gìn tro bay - 32 -

1.2.3 Tình hình sử dụng puzơlan ở Việt Nam - 33 -

1.2.4 Các loại phụ gia khoáng hoạt tính theo tiêu chuẩn Mỹ - 34 -

1.2.5 Các loại phụ gia khoáng hoạt tính sử dụng ở Việt Nam - 34 -

1.2.5.1 Tro bay - 34 -

1.2.5.2 Puzơlan - 36 -

1.3 Kết luận - 38 -

CHƯƠNG II - 39 -

YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI PGKHT VÀ CÁC NGUỒN PGKHT TRONG NƯỚC - 39 -

2.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với PGKHT - 39 -

2.1.1 Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam - 39 -

2.1.2 Hệ thống tiêu chuẩn nước ngoài - 41 -

2.2 Các nguồn cung cấp PGKHT tại Việt Nam - 42 -

2.2.1 Các nhà cung cấp chế tạo phụ gia ở Việt Nam - 42 -

2.2.2 Các nguồn cung cấp - 44 -

2.2.3 Tính chất cơ lý của các nguồn cung cấp PGKHT - 45 -

2.3 Một số kết quả ứng dụng PGKHT tại một số công trình - 45 -

2.3.1 Ứng dụng PGKHT tại một số công trình nước ngoài - 45 -

2.3.2 Ứng dụng PGKHT tại một số công trình trong nước - 45 -

2.3.2.1 Công trình đập Định Bình - 45 -

2.3.2.2 Công trình khác - 47 -

2.4 Kết luận - 48 -

CHƯƠNG III - 50 -

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ÁP DỤNG LÝ THUYẾT THỰC NGHIỆM ĐỂ LỰA CHỌN PGKHT CHO RCC ĐẬP DÂNG TÂN MỸ TỈNH NINH THUẬN - 50 -

3.1 Giới thiệu về dự án Hệ thống thủy lợi Tân Mỹ - 50 -

3.1.1 Tóm tắt dự án - 50 -

3.1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ dự án - 50 -

3.1.3 Cấp công trình và quy mô dự án - 51 -

3.2 Một số vật liệu dự kiến thí nghiệm dùng cho RCC Tân Mỹ - 54 -

3.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng - 54 -

3.2.2 Nguồn vật liệu - 55 -

3.3 Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm [3] - 56 -

3.3.1 Những khái niệm cơ bản - 56 -

3.3.2 Các nguyên tắc cơ bản - 60 -

3.3.2.1 Nguyên tắc không lấy toàn bộ trạng thái đầu vào - 61 -

3.3.2.2 Nguyên tắc phức tạp dần mô hình toán học - 61 -

3.3.2.3 Nguyên tắc đối chứng với nhiễu - 61 -

3.3.2.4 Nguyên tắc ngẫu nhiên hóa (sử dụng tối ưu không gian các yếu tố) - 62 - 3.3.2.5 Nguyên tắc tối ưu của quy hoạch thực nghiệm - 63 -

3.3.3 Thuật toán (các bước) của phương pháp quy hoạch thực nghiệm cực trị - 63 - 3.3.3.1 Chọn thông số nghiên cứu - 63 -

3.3.3.2 Lập kế hoạch thực nghiệm - 64 -

3.3.3.3 Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin - 64 -

3.3.3.4 Xây dựng và kiểm tra mô hình thực nghiệm - 65 -

3.3.3.5 Tối ưu hóa hàm mục tiêu - 65 -

3.3.4 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm vào công nghệ vật liệu - 66 -

3.3.4.1 Thiết lập các mô tả thống kê - 66 -

3.3.4.2 Các phương pháp kế hoạch hóa thực nghiệm cực trị chủ yếu - 68 -

3.3.4.3 Xác định các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu - 70 -

3.3.4.4 Kết luận - 70 -

3.4 Áp dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm vào công tác thí nghiệm để xác định cấp phối RCC Tân Mỹ - 70 -

3.4.1 Cấp phối BTĐL M20B6 (R90) - 71 -

3.4.2 Cấp phối BTĐL M15B2 (R90) - 74 -

3.5 Kết quả thí nghiệm - 76 -

3.5.1 Cấp phối tối ưu BTĐL M20B6 (R90) - 76 -

3.5.2 Cấp phối tối ưu BTĐL M15B2 (R90) - 76 -

3.6 Nhận xét đánh giá kết quả - 76 -

3.6.1 Tính công tác của hỗn hợp BTĐL - 76 -

3.6.2 Cường độ kháng nén của BTĐL - 77 -

3.6.3 Tính chống thấm của BTĐL - 78 -

3.6.4 Cường độ kháng cắt, kéo của BTĐL - 78 -

3.7 Kết luận - 78 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 80 -

1 Kết luận - 80 -

2 Những tồn tại và hạn chế - 80 -

3 Kiến nghị - 80 -

PHỤ LỤC - 82 -

TÀI LIỆU THAO KHẢO - 134 -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

- CVC: Bê tông truyền thống

- RCC: Bê tông đầm lăn

- BTĐL: Bê tông đầm lăn

- LCRCC: Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính

- MCRCC: Bê tông đầm lăn lượng chất kết dính trung bình

- RCD: Bê tông đầm lăn thi công theo phương pháp của Nhật

- HCRCC: Bê tông đầm lăn giàu chất kết dính

- PGKHT: Phụ gia khoáng hoạt tính

- TBĐĐK: Thời gian bắt đầu đông kết

- TKTĐK: Thời gian kết thúc đông kết

- PG: Phụ gia nói chung

- NN& PTNT: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

- CP: Công ty Cổ phần

- TNHH MTV: Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập BTĐL đã xây dựng trên thế giới đến 2005 - 17 -

Bảng 1.2: Quy mô và khối lượng bê tông, BTĐL của 5 nước dẫn đầu Thế giới đến 2007 - 18 -

Bảng 1.3: Danh sách các đập BTĐL ở Việt Nam đến năm 2013 - 18 -

Bảng 1.4: Lượng dùng chất kết dính trong BTĐL của 4 nước dẫn đầu và Việt Nam - 19 - Bảng 1.5: Tốc độ thi công đập RCC của một số công trình xây dựng - 25 -

Bảng 1.6: So sánh tính kinh tế của các loại đập (1.000.000USD) - 26 -

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu chất lượng của phụ gia khoáng - 42 -

Bảng 2.2: Phân loại phụ gia và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của phụ gia bê tông theo ASTM-C618 - 43 -

Bảng 2.3: Giới thiệu một số mỏ Puzơlan ở Việt Nam - 45 -

Bảng 2.4: Thống kê các nguồn cung cấp PGKHT tại Việt Nam - 46 -

Bảng 2.15: Cấp phối BTĐL đập Định Bình thiết kế trong phòng - 48 -

Bảng 2.16: Cấp phối sau khi hiệu chỉnh lần 1 - 48 -

Bảng 2.17: Cấp phối 3 sau khi điền chỉnh lần 2 - 48 -

Bảng 2.18: Cấp phối BTĐL thí nghiệm đề nghị dùng cho đập Sơn La - 49 -

Bảng 2.19: Cấp phối BTĐL được thi công cho đập Pleikrong - 49 -

Bảng 3.1: Thông số cơ bản công trình (phần công trình CVC và RCC) - 53 -

Bảng 3.2: Thành phần cấp phối BTĐL M20B6 cơ bản sử dụng xi măng Kim Đỉnh, tro bay Phả Lại (Sông Đà - Cao Cường) - 74 -

Bảng 3.3: Tổ hợp các loại vật liệu cho cấp phối BTĐL M20B6 - 74 -

Bảng 3.4: Thành phần BTĐL M15B2 cơ bản sử dụng xi măng Kim Đỉnh, puzơlan Núi Thơm - 76 -

Bảng 3.5: Tổ hợp các loại vật liệu cho cấp phối BTĐL M15B2 - 76 -

Bảng 2.5: Kết quả thí nghiệm Puzơlan Núi Thơm - Vinaconex - 84 -

Bảng 2.6: Kết quả thí nghiệm Puzơlan Lương Sơn - Phước Sơn - 85 -

Bảng 2.7: Kết quả thí nghiệm Puzơlan Gia Quy - Minh Tiến - 86 -

Bảng 2.8: Kết quả thí nghiệm Puzơlan Núi Voi - IDICO - 87 -

Bảng 2.9: Kết quả thí nghiệm Tro bay Formosa - Tây Đô - 88 -

Bảng 2.10: Kết quả thí nghiệm Tro bay Phả Lại - Sông Đà - Cao Cường - 89 -

Bảng 2.11: Kết quả thí nghiệm Tro bay Phả Lại - Vina Fly ash - 90 -

Bảng 2.12: Tỷ lệ cấp phối bê tông đầm lăn ở một số công trình ở Trung Quốc - 91 -

Bảng 2.13: Thông số một số đập bê tông đầm lăn ở Trung Quốc - 92 -

Bảng 2.14: Một số đập RCC có độ cao trên 50 m được xây dựng trong vòng 40 qua trên toàn thế giới - 94 -

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm các tính chất: độ công tác, thời gian đông kết, KLTT ứng với thành phần cấp phối tối ưu BTĐL M20B6 (R90) - 98 - Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm: cường độ nén, độ chống thấm , cường độ kéo, cường

độ cắt, độ co ngót, môđun đàn hồi, hệ số poisson ứng với thành phần cấp phối tối

ưu BTĐL M20B6 (R90) - 100 - Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm các tính chất: độ công tác, thời gian đông kết, KLTT ứng với thành phần cấp phối BTĐL M20B6 (R90) sử dụng phụ gia Viện IBST, Việt Nhật, Vikems - 102 - Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm: cường độ nén, độ chống thấm , cường độ kéo, cường

độ cắt, độ co ngót, môđun đàn hồi, hệ số poisson ứng với thành phần cấp phối BTĐL M20B6 (R90) sử dụng phụ gia Viện IBST, Việt Nhật, Vikems - 104 - Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm các tính chất: độ công tác, thời gian đông kết, KLTT ứng với thành phần cấp phối BTĐL M20B6 (R90) sử dụng tro bay Phả Lại (Fly ash) - 106 - Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm: cường độ nén, độ chống thấm , cường độ kéo, cường độ cắt, độ co ngót, môđun đàn hồi, hệ số poisson ứng với thành phần cấp phối BTĐL M20B6 (R90) sử dụng tro bay Phả Lại (Fly ash) - 108 - Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm các tính chất: độ công tác, thời gian đông kết, KLTT ứng với thành phần cấp phối tối ưu BTĐL M15B2(R90) - 110 - Bảng 3.13: Kết quả thí nghiệm : cường độ nén, độ chống thấm , cường độ kéo, cường độ cắt, độ co ngót, môđun đàn hồi, hệ số poisson ứng với thành phần cấp phối tối ưu BTĐL M15B2(R90) - 111 - Bảng 3.14: Kết quả thí nghiệm các tính chất: độ công tác, thời gian đông kết, KLTT ứng với thành phần cấp phối BTĐL M15B2(R90) sử dụng phụ gia Viện IBST, Việt Nhật, Vikems - 113 - Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm : cường độ nén, độ chống thấm , cường độ kéo, cường độ cắt, độ co ngót, môđun đàn hồi, hệ số poisson ứng thành phần cấp phối BTĐL M15B2(R90) sử dụng phụ gia Viện IBST, Việt Nhật, Vikems - 115 - Bảng 3.17: Kết quả thí nghiệm : cường độ nén, độ chống thấm , cường độ kéo, cường độ cắt, độ co ngót, môđun đàn hồi, hệ số poisson ứng thành phần cấp phối BTĐL M15B2(R90) sử dụng puzơlan Núi Voi - 118 - Bảng 3.18: Kết quả thí nghiệm các tính chất: độ công tác, thời gian đông kết, KLTT ứng với thành phần cấp phối BTĐL M15B2(R90) sử dụng puzơlan Lương Sơn -

120 -

Bảng 3.19: Kết quả thí nghiệm : cường độ nén, độ chống thấm , cường độ kéo, cường độ cắt, độ co ngót, môđun đàn hồi, hệ số poisson ứng thành phần cấp phối BTĐL M15B2(R90) sử dụng puzơlan Lương Sơn - 122 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Đập bê tông BTĐL Thủy điện A Vương – Quảng Nam, trong thời gian

đang thi công - 24 -

Hình 1.2: Đập bê tông BTĐL Thủy điện A Vương – Quảng Nam, đã hoàn thành đưa vào sử dụng - 24 -

Hình 1.3: Đập bê tông BTĐL Thủy điện Đồng Nai 3 – ĐakNông - 25 -

Hình 1.4: Đập bê tông BTĐL Thủy điện Sơn La – tỉnh Sơn La - 25 -

Hình 1.5: Đập bê tông BTĐL Thủy điện Sơn La – tỉnh Sơn La (Khối lượng BTĐL đã thi công xong) - 26 -

Hình 3.3: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng XM Hà Tiên 1 - 122 -

Hình 3.4: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng XM Kim Đỉnh - 123 -

Hình 3.5: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng TB Phả Lại (Sông Đà - Cao Cường) - 124 -

Hình 3.6: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng Tro bay Formusa - 125 - Hình 3.7: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng Tro bay Phả Lại (Fly Ash) - 126 -

Hình 3.8: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng XM Hà Tiên 1 - 127 -

Hình 3.9: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng XM Kim Đỉnh - 128 -

Hình 3.10: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng Puzơlan Núi Thơm -

129 - Hình 3.11: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng Puzơlan Gia Quy- 130 - Hình 3.12: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng Puzơlan Núi Voi - 131 - Hình 3.13: Biểu đồ Vc, Cường độ nén các cấp phối sử dụng Puzơlan Lương Sơn -

132 - Hình 3.14: Một số hình ảnh thí nghiệm - 133 -

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bê tông là loại vật liệu xây dựng chủ yếu trong thế kỷ XX Công nghệ xây dựng sử dụng bê tông truyền thống (CVC - Conventional Vibrated Concrete) đã tạo nên nhiều công trình hiện đại, hữu ích cho xã hội Tuy nhiên trong quá trình xây dựng, đặc biệt là xây dựng các công trình bê tông khối lớn, vật liệu CVC đã bộc lộ một số nhược điểm cơ bản sau:

- Lượng tỏa nhiệt của bê tông lớn, đối với bê tông khối lớn có thể phát sinh ứng suất nhiệt làm giảm các tính chất cơ lý của bê tông như cường độ, độ chống thấm ảnh hưởng đến chất lượng, độ an toàn của công trình;

- Tiến độ thi công chậm gây khó khăn và kéo dài thời gian thi công, đặc biệt với công trình có khối lượng thi công lớn;

- Giá thành xây dựng cao

Để khắc phục các nhược điểm trên đây của CVC, các nhà khoa học đã nghiên cứu ra loại bê tông đầm lăn (RCC – Roller Compacted Concrete) là loại CVC được cải tiến, kết hợp giữa hai công nghệ: Công nghệ chế tạo bê tông rung (Bê tông có độ sụt bằng không) và công nghệ thi công đất đá lu lèn So với CVC thì RCC có lượng dùng nước thấp (độ sụt bằng không), lượng dùng xi măng thấp, lượng nhiệt tỏa ra ít, giá thành thấp, tiến độ thi công nhanh, hiệu quả cao đặc biệt với công trình bê tông khối lớn Những ưu điểm và hiệu quả kinh tế của công nghệ RCC đã nhanh chóng được công nhận và áp dụng rộng rãi trên thế giới như: Mỹ, Anh, Canada, Nhật Bản, Trung Quốc

Ở Việt Nam, những năm gần đây nền kinh tế đã có những bước phát triển đáng kể Việc xây dựng cơ sở hạ tầng phát triển kinh tế xã hội cũng đang được Đảng, Nhà nước hết sức chú trọng Hàng loạt các công trình lớn về lĩnh vực xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện đã và đang được triển khai xây dựng Công nghệ RCC cũng đã được áp dụng vào xây dựng các đập thủy lợi, thủy điện như: Công trình Pleikrông – Gia Lai, công trình thủy điện A Vương – Đà Nẵng, Công trình thủy lợi Định Bình – Bình Định, thủy điện Đồng Nai 3&4 – Đắc Nông, thủy điện Sông Tranh – Quảng Nam, thủy điện Sơn La, thủy điện Sê San4 Mặc dù vậy, công nghệ RCC mới được áp dụng nên vẫn còn có nhiều vấn đề cần nghiên cứu tiếp Các tồn tại về mặt kỹ thuật chủ yếu gồm:

- Vấn đề về chất lượng kết hợp mặt tầng của bê tông: Mặt tầng khi thi công RCC là một khâu rất yếu Khi đập cao với chỉ tiêu chống cắt của mặt tầng tăng, làm

thế nào để nâng cao chất lượng kết hợp mặt tầng để thỏa mãn chiều cao đập đang còn là vấn đề cần giải quyết;

- Kết cấu chống thấm của RCC: Chất lượng kết hợp mặt tầng đầm không tốt

là nguyên nhân thấm nước Tùy vào tình hình cụ thể của công trình mà lựa chọn kết cấu chống thấm cho phù hợp;

- Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang: Việc khống chế nhiệt độ đảm bảo cho bê tông không bị nứt có liên quan mật thiết đến việc bố trí khe co giãn ngang Kết hợp với việc tốc độ thi công bị chậm lại do vậy mối quan hệ khống chế nhiệt – khoảng cách khe co giãn ngang – tốc độ thi công cần được tiếp tục nghiên cứu Điều này còn đặc biệt quan trọng đối với đập vòm bởi tính nguyên vẹn của đập vòm

- Tác dụng nâng cao tính công tác của hỗn hợp: Kích thước hạt của phụ gia

có cùng cấp với hạt xi măng;

- Tác dụng nâng cao tính năng kỹ thuật của bê tông: Các phụ gia có hoạt tính, có thể phản ứng thủy hóa lần hai với xi măng, chất thủy hóa này có tính dính kết ổn định;

- RCC cường độ thời kì đầu thấp nhưng cường độ dài hạn tăng, tăng tính chống thấm, tính biến dạng của bê tông thấp;

- Giảm chi phí khống chế nhiệt trong bê tông: Nhiệt thủy hóa của phụ gia nhỏ hơn nhiều so với xi măng

Đập dâng Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận là một trong những đập sử dụng công nghệ thi công RCC đang áp dụng nhiều tại Việt Nam Dự án hệ thống thủy lợi Tân

Mỹ là một dự án lớn, nằm trong quy hoạch tổng thể của lưu vực Sông Cái – Phan Rang, tỉnh Ninh Thuận đã được nhiều cơ quan trong và ngoài nước nghiên cứu Xây

dựng hệ thống thủy lợi Tân Mỹ nhằm điều tiết, sử dụng hợp lý nguồn nước sông Cái, đáp ứng yêu cầu dùng nước cho các ngành kinh tế quốc dân, khai thác tiềm năng đất đai, phát triển sản xuất nông nghiệp, đảm bảo an ninh lương thực tại chỗ, góp phần xóa đói giảm nghèo, nhất là vùng đồng bào dân tộc thiểu số, giữ vững an ninh chính trị, trật tự xã hội khu vực

Với những tính ưu việt và mặt tồn tại của RCC, tác dụng có tính quyết định tới RCC của phụ gia khoáng hoạt tính, tầm quan trọng của đập dâng Tân Mỹ trong

dự án Hệ thống thủy lợi Tân Mỹ, việc “NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH HỢP LÝ DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN CỦA ĐẬP DÂNG TÂN MỸ TỈNH NINH THUẬN” là hết sức cần thiết nhằm đưa ra được phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho bê tông đầm lăn của đập dâng Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận phù hợp với điều kiện, công nghệ thi công ở nước ta cũng như điều kiện riêng của công trình

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu:

Dựa vào kết quả khảo sát và thí nghiệm vật liệu dùng cho RCC, thí nghiệm thành phần cấp phối RCC cho đập dâng Tân Mỹ, lựa chọn phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho bê tông đầm lăn của đập dâng Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận

Kiến nghị một số vấn đề cơ bản về lựa chọn phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho bê tông đầm lăn

Nội dung thực hiện:

Tổng quan về công nghệ thi công bê tông đầm lăn và các loại phụ gia khoáng hoạt tính dùng trong bê tông đầm lăn

Các yêu cầu kỹ thuật đối với phụ gia khoáng hoạt tính dùng trong bê tông đầm lăn Một số kết quả nghiên cứu trong nước về phụ gia khoáng hoạt tính

Nghiên cứu thực nghiệm và áp dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm để lựa chọn phụ gia khoáng hoạt tính hợp lý dùng cho bê tông đầm lăn đập dâng Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận

3 Cách tiếp cận, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận:

Tìm hiểu về RCC và công nghệ thi công RCC trên thế giới, ứng dụng và hiện trạng tại Việt Nam

Tìm hiểu về Phụ gia khoáng hoạt tính và các nguồn Phụ gia khoáng hoạt tính tại Việt Nam, đặc biệt tại khu vực công trình

Thu thập tài liệu và tìm hiểu về các thí nghiệm RCC của đập dâng Tân Mỹ Thu thập tài liệu và tìm hiểu về các thí nghiệm RCC công trình tương tự trong khu vực

Các thí nghiệm nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng bộ môn Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi

Các thí nghiệm nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Thủy công

Phạm vi nghiên cứu:

Phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho bê tông đầm lăn

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp kế thừa

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp dùng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm

4 Kết quả đạt được

Tổng hợp một số chỉ tiêu kỹ thuật chính của Phụ gia khoáng hoạt tính do một

số nguồn cung cấp PGKHT sử dụng cho RCC tại Việt Nam

Mối quan hệ giữa chỉ tiêu kỹ thuật của phụ gia khoáng hoạt tính – cấp phối RCC – chỉ tiêu kỹ thuật của RCC

Lựa chọn phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho RCC của đập dâng Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RCC, CÔNG NGHỆ THI CÔNG RCC VÀ PHỤ GIA

KHOÁNG HOẠT TÍNH DÙNG CHO RCC 1.1 Tổng quan về RCC, công nghệ thi công RCC

1.1.1 Lịch sử phát triển RCC

1.1.1.1 Lịch sử phát triển RCC trên thế giới

Bê tông đầm lăn (RCC) có thể được xem là sự phát triển quan trọng nhất của công nghệ bê tông trong một phần tư thế kỷ qua Sự ra đời của nó đã làm cho một

số dự án đập trở lên khả thi hơn bởi hạ được giá thành từ việc cơ giới hóa công tác thi công, tốc độ thi công nhanh, sớm đưa công trình vào sử dụng, giảm thiểu lao động thủ công cũng như chi phí cho các công trình phụ trợ và chi phí cho biện pháp thi công Bên cạnh đó RCC cũng là một giải pháp thích hợp cả về kinh tế và kỹ thuật khi sửa chữa, nâng cấp những đập có vấn đề về ổn định Tính kinh tế và việc thi công thành công RCC đã nhanh chóng được công nhận trên toàn thế giới

- Từ những năm 60 của thế kỷ 20 các Chuyên gia trên Thế giới đã tìm kiếm loại hình đập mới;

- 1961-1962, ở Đài Loan -Trung Quốc đã thi công tường tâm của đập Thạch Môn bằng bê tông đầm lăn;

- 1961-1964, Italia đã xây dựng thành công đập Alpe Gera bằng bê tông khô, nghèo chất kết dính;

- Năm 1970, tại Mỹ, hội nghị “Thi công đập bê tông tốc độ nhanh”, Asilomar người Italia cũng đã đề xuất sử dụng bê tông khô, nghèo để thi công đập;

- Jerome Raphael về “Đập trọng lực tối ưu” đã đề xuất dùng biện pháp thi công đập đất đá để thi công bê tông khối lớn với bê tông có cấp phối cốt liệu liên tục và dùng máy đầm rung để lèn chặt bê tông;

- Năm 1972, Tại hội nghị “Thi công kinh tế đập bê tông” Robert W Canon người Mỹ đã đưa ra bài báo “Dùng phương pháp đầm đất để xây dựng đập bê tông”;

- Năm 1972-1973 cũng tại Mỹ, đập Tims Ford, đập Jackson Dam và đập Lost Creek Dam đã tiến hành thí nghiệm hiện trường về bê tông đầm lăn;

- Năm 1973, tại hội nghị Quốc tế về đập lớn lần thứ 11, trong bài báo của A.I.B Moffat viết về “Nghiên cứu bê tông khô, nghèo thích hợp để thi công đập bê tông trọng lực” ;

- Năm 1974, Nhật Bản đã xây dựng kế hoạch “Nghiên cứu hợp lý đập bê tông”, bắt đầu tiến hành nghiên cứu một cách hệ thống về Bê tông đầm lăn;

- Năm 1976, đã tiến hành thí nghiệm hiện trường đê quai thượng lưu đập Đại Xuyên;

- Năm 1978, thân đập Shimajigawa đã sử dụng bê tông đầm lăn;

- Năm 1979, bắt đầu sử dụng bê tông đầm lăn cho phần tiếp giáp nền của đập Đại Xuyên;

- Năm 1975, Viện Nghiên cứu khoa học Thủy công Liên xô (cũ) đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng bê tông nghèo xi măng để xây dựng đập bê tông trọng lực;

- Năm 1978, đã bắt đầu triển khai kế hoạch nghiên cứu tổng hợp thí nghiệm cho đập bê tông đầm lăn;

- Năm 1979-1980, một bộ phận công trình Curpxai Hydaulic Electric Staition đã sử dụng bê tông đầm lăn;

- Năm 1984, Liên xô đã chính thức sử dụng bê tông đầm lăn để xây dựng các nhà máy Thủy điện Tashkumr, Bureixo và Cuvinsc, v.v…;

- Tại Trung Quốc, năm 1978 đã bắt đầu tiến hành nghiên cứu xây dựng đập bằng RCC;

- Năm 1980-1981, Tại tỉnh Tứ Xuyên, đường bê tông của nhà máy thủy điện Long Nhai đã tiến hành thí nghiệm Bê tông đầm lăn tại hiện trường;

- Năm 1983, tại Hạ Môn tỉnh Phúc Kiến đã tiến hành thí nghiệm hiện trường RCC;

- Năm 1984-1985, RCC đã chính thức được dùng để xây dựng đê quai và tường cửa lấy nước của nhà máy thủy điện Cát Khê Khẩu;

- Năm 1985, phần giáp nền của tường âu thuyền đập Cát Châu trên sông Trường Giang cũng đã tiến hành thí nghiệm 2 lần đầm nén hiện trường Sau đó đập Đồng Nhai Tử và đập phụ của Nhà máy Thủy điện Ngưu Nhật Khê cũng đã sử dụng RCC;

- Tháng 5 năm 1985, Tại Trung Quốc đập RCC đầu tiên đã xây dựng thành công là đập Keng Khẩu tại huyện Đại Điền, tỉnh Phúc Kiến;

- Tính đến năm 2005, Trung Quốc đã, đang xây dựng và thiết kế tổng cộng

là 125 đập RCC, trong đó có 98 đập trọng lực, 27 đập vòm bằng RCC (có 26 đập cao trên 100m, trong đó 19 đập trọng lực và 7 đập vòm); đập cao nhất thế giới là đập Long Than (cao 216,5m);

- Tính đến năm 2006, trên toàn thế giới đã và đang xây dựng tổng cộng là

278 đập BTĐL, trong đó có 184 đập đã hoàn thành và 94 đập đang thi công [2]

Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập BTĐL đã xây dựng trên thế giới đến 2005

TT Tên nước Số đập đã xây

Số đập

đã xây dựng

Bảng 1.2: Quy mô và khối lượng bê tông, BTĐL của 5 nước dẫn đầu Thế giới

đến 2007

Quốc gia lượng Số

đập

Độ cao của đập RCC Khối lượng RCC Tổng khối lượng BT (m) ( 10 4 m 3 ) ( 10 4 m 3 ) Trung

bình nhất Cao Trung bình nhất Cao Trung bình nhất Cao

Trung Quốc 125 73,8 216,5 28,9 495,0 47,7 750,0 Nhật Bản 43 85,3 156 35,55 153,7 65,69 331,7

Brazil 36 46,6 80 26,76 143,8 56,70 880,0 Tây Ban

(Nguồn [2])

1.1.1.2 Lịch sử phát triển RCC tại Việt Nam

Công nghệ RCC được nghiên cứu ứng dụng vào Việt Nam khá muộn so với các nước trên thế giới Tuy vậy, với những tính năng ưu việt so với bê tông truyền thống đồng thời với sự phát triển nhanh chóng của RCC tại Trung Quốc, một đất nước liền kề có đặc điểm gần giống với Việt Nam nên trong những năm gần đây công nghệ RCC đã được các Bộ Ngành chỉ đạo để thiết kế thi công với nhiều dự án thủy lợi thủy điện lớn ở Việt Nam Mới sau vòng hơn 6 năm kể từ năm 2004, một loạt các công trình lớn đã được xây dựng và đang chuẩn bị xây dựng trên khắp đất nước, đưa Việt Nam trở thành nước thứ 7 trên thế giới về tốc độ phát triển đập RCC

Bảng 1.3: Danh sách các đập BTĐL ở Việt Nam đến năm 2013

STT Tên công trình cao (m) Chiều Địa điểm XD kiến HT Ghi chú Năm dự

12 Nước Trong 70 Quảng Ngãi 2010 Đang XD

Trung bình nhất Lớn Trung bình nhất Lớn Trung bình nhất Lớn

Hình 1.1: Đập bê tông BTĐL Thủy điện A Vương – Quảng Nam, trong thời

gian đang thi công

Hình 1.2: Đập bê tông BTĐL Thủy điện A Vương – Quảng Nam, đã hoàn

thành đưa vào sử dụng

Hình 1.3: Đập bê tông BTĐL Thủy điện Đồng Nai 3 – ĐakNông

Hình 1.4: Đập bê tông BTĐL Thủy điện Sơn La – tỉnh Sơn La

Hình 1.5: Đập bê tông BTĐL Thủy điện Sơn La – tỉnh Sơn La (Khối lƣợng

BTĐL đã thi công xong)

Hình 1.6: Đập bê tông BTĐL Thủy điện PleiKrông – KonTum

Hình 1.7: Đập bê tông BTĐL Bản vẽ – Nghệ An

Hình 1.8: Đập bê tông BTĐL Nước trong – Quảng Ngãi

Hình 1.9: Đập bê tông BTĐL Định Bình – Bình Định

Hình 1.10: Đập bê tông BTĐL Định Bình – Bình Định (Đã hoàn thành)

1.1.2 Tính ưu việt của RCC

1.1.2.1 Tốc độ thi công nhanh

Kích thước mặt cắt của RCC cũng tương tự của CVC, nhưng lượng xi măng

ít hơn, thân đập có kết cấu đơn giản, không có khe dọc, không tạo khe ngang bằng ván khuôn, xử dụng các thiết bị thi công đập đất đá; vì vậy tốc độ xây dựng nhanh hơn nhiều so với CVC

So với đập đất đá thì mặt cắt của đập RCC nhỏ hơn, khối lượng công trình ít hơn, nếu áp dụng thi công cơ giới như ở đập đất đá thì sẽ rút ngắn thời gian thi công Với một số đập, thời gian thi công đập RCC chỉ bằng một nửa của đập đất đá Cường độ và thời gian thi công của một số công trình xây dựng được ghi trong bảng 1.5 [1]

Bảng 1.5: Tốc độ thi công đập RCC của một số công trình xây dựng

Tên đập Lượng bê tông (1000m 3 ) Thời gian thi công nhất trong ngày (m Khối lượng đổ lớn 3 )

So với CVC thì đập RCC đã tiết kiệm được khối lượng ván khuôn (thân đập

có kết cấu đơn giản, không có khe dọc, không tạo khe ngang bằng ván khuôn); đồng thời còn tiết kiệm cả chi phí làm lạnh vữa bê tông RCC dùng ít xi măng, đơn giá của bê tông giảm khoảng 10%, với một số đập đơn giá còn giảm xuống  20%

Mặt cắt đập RCC nhỏ hơn nhiều so với đập đất, đá nên giảm được vật liệu xây dựng Chiều rộng móng đập nhỏ hơn cũng giảm bớt công việc đào và xử lý móng, thi công chiều dài kênh dẫn và xả lũ cũng giảm do có thể bố trí tràn xả lũ ngay tại lòng sông Đập RCC loại vừa và nhỏ chỉ cần vài tháng là xây dựng xong, cho phép giảm nhiều chi phí dẫn dòng thi công Đập RCC cho phép nước tràn qua,

vì vậy, tần suất thiết kế dẫn dòng được chọn lớn dẫn đến lưu lượng thiết kế dẫn dòng nhỏ, quy mô công trình dẫn dòng nhỏ hơn và ít phức tạp hơn nhiều so với đập đất đá Chiều cao đập RCC chỉ cần đạt đến mực nước luc kiểm tra là được, dùng tường chắn sóng để chắn sóng, còn với đập đất, đá thì cần phải xét tới vượt cao và nước lũ không được tràn qua nên chiều cao đập phải cao hơn đập bê tông Tóm lại,

từ các đặc điểm kể trên có thể kết luận đập RCC kinh tế hơn nhiều so với đập đất,

1.1.2.3 Thuận lợi trong việc bố trí đập tràn và các kết cấu phụ trợ

Cũng như đập bê tông thường, đập tràn BTĐL được nối liền với đập chính

Sơ đồ bố trí điển hình cho phép lưu lượng xả qua đỉnh đập xuống mặt hạ lưu Trái lại, đập tràn trong đập đắp thường được thi công ở một trong hai vai đập hoặc ở một yên ngựa nào đó Đập đắp có đập tràn và cửa xả tách biệt khỏi đập và nói chung tốn kém hơn so với đập BTĐL có cả đập tràn và các cửa xả nằm trong đập Đối với các công trình yêu cầu cửa lấy nước đặt ở nhiều cao trình để kiểm soát chất lượng nước hoặc để quản lý bùn cát trong hồ chứa, cửa lấy nước có thể neo vào mặt thượng lưu đập BTĐL Đối với đập đắp, loại cửa lấy nước tương tự là một tháp đứng tách riêng

ở trong hồ hoặc một kết cấu xây bên bờ hồ Giá thành cửa lấy nước đập BTĐL dường như thấp hơn đáng kể so với giá thành kết cấu cửa lấy nước đập đắp, đặc biệt

ở những khu vực có động đất mạnh Kích thước chiều rộng đáy của đập BTĐL ngắn hơn so với kích thước chiều rộng đáy đập đắp và do đó làm giảm kích thước cũng như chiều dài của đường ống xả và đường ống áp lực cho các công trình xả và nhà máy điện và cũng làm giảm giá thành chuẩn bị nền [1]

1.1.2.4 Giảm thiểu công trình dẫn dòng và đê quây

Đập BTĐL làm giảm giá thành công trình dẫn dòng trong thời gian xây dựng

và giảm các thiệt hại, các rủi ro khi nước tràn qua đê quai Đường ống dẫn dòng đập BTĐL sẽ ngắn hơn đường ống dẫn dòng đập đắp Với thời gian thi công ngắn hơn, khả năng xẩy ra nước lớn ít hơn, do vậy kích thước đường ống dẫn dòng và chiều cao đê quai có thể giảm hơn so với yêu cầu so với cả đập bê tông thường và đập đắp Các công trình dẫn dòng này có thể được thiết kế chỉ đối với lưu lượng lớn

nhất trong mùa chứ không dùng cho lưu lượng lớn nhất trong năm Với khả năng chống xói cao của BTĐL, khả năng gây hư hại sẽ giảm thiểu và thiệt hại gây ra sẽ ít hơn, thậm chí nếu bị tràn qua đê quai Các ưu điểm nổi bật có thể được thực hiện bằng cách sử dụng BTĐL để làm đê quai Việc đó tạo nhiều lợi ích trong công tác thi công nhanh, chân đế nhỏ, và đê quai có thể làm việc được ngay sau khi nước tràn qua [1]

1.1.2.5 Các ưu điểm khác

Khi so sánh với đập đắp, khối lượng thi công đập trọng lực BTĐL nhỏ hơn nên yêu cầu về nguồn vật liệu thi công ít hơn trong việc lựa chọn tuyến Hơn nữa, nguồn khai thác sẽ ít hơn đáng kể và về phương diện môi trường có thể ở mức chấp nhận được Đập trọng lực BTĐL cũng vốn chịu được xói bên trong và tràn qua đỉnh tốt hơn

Do sử dụng ít nước trong hỗn hợp bê tông nên lượng dùng xi măng trong hỗn hợp BTĐL nhỏ Yếu tố này làm cho nhiệt lượng thuỷ hoá trong khối BTĐL nhỏ hơn nhiều so với bê tông truyền thống Theo đó vấn đề khống chế nhiệt độ không phức tạp như đập bê tông truyền thống và càng phức tạp hơn đối với đập cao, vì phải sử dụng hệ thống ống làm lạnh bên trong thân đập, ngoài các biện pháp hạ nhiệt hỗn hợp bê tông bên ngoài

1.1.3 Những vấn đề tồn tại của RCC

Đập RCC phát triển rất nhanh, số lượng đập đã xây ngày càng lớn Loại kiểu đập RCC đã phát triển theo hướng đập trọng lực vòm, đập vòm Hiện nay đang còn không ít tồn tại về mặt kỹ thuật cần phải nghiên cứu, vấn đề tồn tại chủ yếu gồm:

1.1.3.1 Chất lượng kết hợp mặt tầng của bê tông

Mặt tầng khi thi công RCC là một khâu rất yếu Khi đập cao với chỉ tiêu chống cắt của mặt tầng tăng, làm thế nào để nâng cao chất lượng kết hợp mặt tầng

để thỏa mãn chiều cao đập đang còn là vấn đề cần giải quyết Ví dụ như đập Liễu Khê - hồ lần đầu tiên trữ nước có độ cao 15,2m thì xuất hiện lượng thấm nước lớn (170l/s), theo phân tích thì nước thấm chủ yếu đến từ mặt tầng [1]

1.1.3.2 Kết cấu chống thấm

Chất lượng kết hợp mặt tầng đầm không tốt là nguyên nhân thấm nước Tùy vào tình hình cụ thể của công trình mà lựa chọn kết cấu chống thấm cho phù hợp Với nhiều đập RCC dùng CVC ở mặt thượng lưu đập làm lớp chống thấm như: đập Nước Trong, đập Sơn La…, một số đập dùng chất dẻo tổng hợp, một số dùng ngay RCC để chống thấm như: đập Định Bình, đập PleiKrông [1]

1.1.3.3 Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang

Việc khống chế nhiệt độ đảm bảo cho bê tông không bị nứt có liên quan mật thiết đến việc bố trí khe co giãn ngang Kết hợp với việc tốc độ thi công bị chậm lại

do vậy mối quan hệ khống chế nhiệt – khoảng cách khe co giãn ngang – tốc độ thi công cần được tiếp tục nghiên cứu Điều này còn đặc biệt quan trọng đối với đập vòm bởi tính nguyên vẹn của đập vòm bị ảnh hưởng [1]

1.1.3.4 Thi công nhanh

Quy mô đập ngày càng lớn, yêu cầu cường độ thi công cao, việc ứng dụng cơ giới trong thi công cần được tiếp tục nghiên cứu để đảm bảo tính kinh tế và chất lượng xây dựng đập

1.1.3.5 Tính bền vững và tuổi thọ

RCC dùng lượng xi măng ít, trộn nhiều phụ gia làm cường độ thời kì đầu của

bê tông bị giảm sút, niên hạn càng tăng thì cường độ càng phát triển cho tới thời kỳ sau (như là 180 ngày, 365 ngày) thì cường độ sẽ cao CVC Những công trình bằng RCC thực tế mới chỉ trải qua 20 năm tuổi nên chưa thể đánh giá hết được tính bền vững và tuổi thọ của RCC

- Đập bê tông đầm lăn thi công theo phương pháp RCD (Hàm lượng CKD là 120-130kg/m3, trong đó hàm lượng puzơlan chiếm từ 20-35%);

- Đập BTĐL có lượng CKD trung bình – MCRCC (Hàm lượng CKD từ 100 -140kg/m3);

- Đập bê tông đầm lăn giàu chất kết dính - HCRCC (Hàm lượng CKD từ 150kg/m3 trở lên, hàm lượng trộn phụ gia khoáng tương đối cao, thường từ 60-80%)

Sau hơn 30 năm ứng dụng trên thế giới, công nghệ xây dựng đập BTĐL liên tục được cải tiến cả về vật liệu chế tạo và kỹ thuật thi công Cho tới nay, đập BTĐL được thi công xây dựng ở nhiều nước thế giới, ở nơi có nhiệt độ môi trường từ rất thấp cho đến rất cao và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn

Trước đây, đập BTĐL sử dụng BTĐL nghèo CKD được sử dụng tại một số đập có chiều cao dưới 60m ở Mỹ Ngày nay, các đập BTĐL được xây dựng trên thế giới chủ yếu sử dụng BTĐL có lượng CKD trung bình và giàu CKD như các nước Tây Âu, Trung Quốc, Nhật Bản

Ngoài việc ứng dụng cho đập, BTĐL cũng được ứng dụng trong xây dựng mặt đường và sân bãi BTĐL cho mặt đường lần đầu tiên được áp dụng ở Canada vào năm 1976 tại Caycuse trên đảo Vancouver với diện tích tổng cộng 36.000m2 Cho tới nay, hàng chục triệu m2 đường và sân bãi được xây dựng bằng công nghệ BTĐL ở các nước Mỹ, Nhật và một số nước khác Các công trình mặt đường và sân bãi bằng BTĐL đều cho hiệu quả sử dụng tốt và giảm chi phí bảo dưỡng

Ngoài việc áp dụng cho xây dựng đập, mặt đường và sân bãi, BTĐL còn được áp dụng được cho các dạng kết cấu khác Năm 1986 cầu treo lớn nhất thế giới Akashi được khởi công xây dựng tại Nhật Bản Cây cầu này nối liền đảo Honshu và đảo Shikoku với chiều dài nhịp giữa hai tháp chính 1960m Đây là công trình đã ứng dụng nhiều công nghệ bê tông tiên tiến như bê tông tự lèn, bê tông đổ trong nước và bê tông đầm lăn Móng trụ neo cáp của công trình này được thiết kế là bê tông trọng lực khối lớn Để thi công khối móng với khối tích khoảng 200.000m3trong thời gian ngắn, công nghệ bê tông đầm lăn đã được lựa chọn áp dụng

Có thể thấy rằng những dạng kết cấu bê tông có hình dáng không phức tạp và không có cốt thép đều có thể thi công bằng công nghệ bê tông đầm lăn Khối đổ bê tông càng lớn, áp dụng công nghệ này càng hiệu quả [1]

1.2 Tổng quan về phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho RCC

1.2.1 Các khái niệm, nhận thức ban đầu

Trong bê tông khối lớn nói chung hay 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 là phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT) có khả năng kết hợp với Ca(OH)2 thải ra khi thủy 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 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 khi nhào trộn, tăng độ phân tán của hạt xi măng do đó tăng mức độ thủy hóa xi măng;

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

ăn mòn hóa học nhờ phản ứng giữa SiO2 hoạt tính có trong phụ gia khoáng với Ca(OH)2 – gọi là phản ứng Puzơlanic

Phụ gia khoáng trong bê tông RCC có thể là tro bay, puzơlan, xỉ quặng lò cao đã nghiền, cũng có thể là tro núi lửa hoặc các nguyên liệu khác của núi lửa Các phụ gia khoáng này được tập trung hoặc gia công cho độ mịn cùng cấp với độ mịn của xi măng để trộn vào bê tông, có tác dụng nâng cao tính công tác của hỗn hợp Ngoài ra các phụ gia khoáng có hoạt tính, có thể phản ứng thủy hóa lần thứ hai với

xi măng nhờ sản phản thủy hóa là hydioxyt canxi dư, chất thủy hóa này có tính kết dính ổn định, có tác dụng nâng cao tính năng kỹ thuật của bê tông

Bê tông RCC trộn phụ gia khoáng sẽ có tỷ lệ tăng cường độ thời kỳ đầu thấp nhưng cường độ dài hạn tăng, tính chống thấm và tính biến dạng của bê tông thấp

Vì lượng nhiệt thủy hóa của phụ gia khoáng thấp hơn nhiều so với xi măng, cho trộn phụ gia khoáng vào bê tông RCC để giảm bớt chi phí khống chế nhiệt trong bê tông [2]

1.2.1.1 Quá trình tổng hợp lợi dụng tro bay

Ngay từ khi xuất hiện tro bay các nhà khoa học trong giới công nghiệp đã đề xuất ý tưởng lợi dụng tro bay Năm 1932, bộ môn điện lực trước đây của Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng tro bay trong bê tông Nghiên cứu một cách có hệ thống là R.E.Davil bắt đầu 1933 Mới đầu, ông ta chỉ nghiên cứu trộn tro bay vào bê tông và vữa, sau khi đã nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh, ông ta có nhiều báo cáo, còn chủ biên “Tiêu chuân tro bay ASTM” đầu tiên Ông đã đề xuất ra những căn cứ kỹ thuật khá hoàn thiện về vấn đề sử dụng tro bay trong bê tông ở Mỹ

sử dụng trong công trình thủy lợi ở một mức độ nhất định

- Những năm 60, học giả ở các nước tiến hành nghiên cứu lý luận cơ bản về tro bay, đã đề xuất rất nhiều thành quả như đặc tính vật lý, tính chất hóa học, cấu trúc thể chất, hoạt tính v.v… của tro bay Tại Trung Quốc đã có những ứng dụng của tro bay trong xi măng và bê tông, các ngành xây dựng vật liệu, thủy lợi … đã ứng dụng rộng rãi những sự lợi dụng chưa cao

- Những năm 70, tại các nước tiên tiến, việc lợi dụng tro bay để chế tạo xi măng đã rất phổ biến Tại Trung Quốc đã xây dựng được một số nhà máy gạch tro bay, nhà máy trộn bê tông nhẹ (trộn khí)

- Những năm 80, nguy cơ mang tính toàn cầu về tài nguyên và năng lượng, môi trường bị ô nhiễm, tài nguyên thiếu hụt … càng thúc đẩy mạnh việc nghiên cứu

và sử dụng tro bay Nhiều cuộc hội thảo quốc tế, việc nghiên cứu và ứng dụng tro bay được đẩy mạnh Tro bay là tài nguyên được mọi người trên thị trường thế giới quan tâm vì là tài nguyên phong phú, giá rẻ lại giảm được tác hại môi trường, là nguyên liệu, vật liệu cho xây dựng, xưởng hóa học

- Những năm 90 tro bay được nghiên cứu sâu, sử dụng rộng rãi như: vật liệu xây dựng, xây dựng công trình, ngành muối, ngành nông nghiệp …ý thức bảo vệ môi trường đã thúc đẩy lợi dụng tổng hợp tro bay thành một trào lưu tốt Đặc biệt là nhiều hội thảo giao lưu học thuật, thành lập các công ty tro bay, thúc đẩy sự quản

lý, vận chuyển, tàng trữ, lợi dụng, truyền bá kỹ thuật tiên tiến đối với tro bay

Sang thế kỷ 21 tro bay với những ưu việt của mình, công nghệ sản xuất và sử dụng tổng hợp tro bay đã phát triển như vũ bão Tại Việt Nam, các công ty kinh doanh vật liệu xây dựng phát triển mạnh tro bay, tro bay đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, đặc biệt trong công nghệ bê tông, thủy lợi, thủy điện [5]

1.2.1.2 Xu thế về sử dụng tro bay

Việc nghiên cứu về tro bay đã chuyển biến từ nghiên cứu lý luận sang nghiên cứu về ứng dụng; đặc biệt là nghiên cứu coi đây là tài nguyên và khai thác; không ngừng tăng sản phẩm của tro bay, luôn luôn đổi mới kỹ thuật; tổng hợp lợi dụng tro bay Xu thế phát triển của tro bay thể hiện qua một số ý sau:

1 Tư tưởng sử dụng tro bay chuyển sang bảo vệ môi trường và coi đây là tài nguyên để ứng xử cho hợp lý

2 Vị trí, chỗ đứng của tro bay: trước đây chủ yếu là cất giữ nay chuyển thành tổng hợp lợi dụng Hiệu xuất lợi dụng tro bay ở các nước luôn được nâng cao, có nước đạt ở mức 100%

3 Con đường tổng hợp lợi dụng tro bay: từ việc làm trước đây như: nền đường, vật liệu đắp vật liệu trộn thêm trong bê tông, cải tạo đất… phát triển tới ngày nay như: các công trình đầu mối thủy lợi, thân đập, nền móng, vận chuyển bê tông bằng bơm, phần lớn các chế phẩm của bê tông, nguyên liệu cho xi măng, vật liệu hỗn hợp của xi măng, công trình mặt đường, vật liệu cao cấp để đắp, lọc kim loại… con đường lợi dụng cao cấp

4 Tro bay là một loại nguyên liệu, một tài nguyên, trước đây là loại phế liệu nay chuyển sang vật liệu sử dụng, có tính thương mại, xuất khẩu tro bay

5 Các công ty sản xuất, kinh doanh tro bay phát triển mạnh mẽ, có hiệu ích kinh tế tương đối tốt

6 Đã công bố một số văn kiện, quy phạm kỹ thuật, tiêu chuẩn về tro bay và lợi dụng tro bay

Ở nước ta, việc nghiên cứu và lợi dụng tổng hợp tro bay đã qua 20 năm, dần dần trở thành môn khoa học mới, có sự thay đổi sâu sắc về mọi mặt:

1 Trình độ nhận thức: từ vật phế thải sang có thể lợi dụng và ngày nay chuyển thành nguyên liệu

2 Phương thức xử lý: trước đây trôn lấp là chính hoặc chôn và dùng kết hợp phát triển đến nay là sản phẩm phối hợp

3 Phạm vi sử dụng: trước đây bó hẹp trong một số lĩnh vực ứng dụng nay phát triển rộng các ngành

4 Kỹ thuật lợi dụng: chuyển sang con đường lợi dụng cao cấp

5 Phương pháp quản lý: Trước đây là tự phát nay chuyển sang quản lý có

1 Chế phẩm kiến trúc của tro bay: gạch nung trộn nhiều tro bay, gạch bọt khí tro bay, gạch nhỏ rỗng ruột tro bay, gạch lát mầu tro bay, thủy tinh tro bay, gốm tro bay vv…

2 Chế phẩm chịu lửa bảo ôn tro bay: vật chịu lửa bảo ôn, vật liệu phòng lửa bằng tro bay…

3 Lọc lấy kim loại và khoáng chất từ tro bay: tuyển chọn sắt, nhôm, than…

4 Kỹ thuật “rắn hóa” và “hoạt hóa” tro bay: đây là kỹ thuật trọng yếu hiện nay của tro bay Kỹ thuật rắn hóa là để trừ bụi ở bãi tro bay, hiện trường công trình Kỹ thuật hoạt hóa mở ra tiền đồ mới cho công nghệ xi măng

5 Sử dụng tro bay trên nông nghiệp: chế tạo các loại phân từ tro bay, dùng tro bay để cải tạo đất…

Chúng ta cũng công nhận rằng: sử dụng tổng hợp tro bay trên phương diện xi măng, bê tông, các chế phẩm cho công nghệ giao thông vẫn là hướng đi rất trọng yếu [5]

1.2.2 Sản xuất, vận chuyển và gìn giữ tro bay

Nếu chúng ta gọi tro bay là sản phẩm thì bột than là nguyên liệu Bột than sau khi bị đốt cháy trong lò là được tro bay bước đầu Thực ra sau khi bột than cháy xong ngoài thu được tro bay theo đường ống khói, ở dưới đáy lò than ta còn thu được xỉ than Tro bay và xỉ than là bộ phận không thể đốt cháy và chưa bị đốt cháy của bột than Thường nói tổng hợp lợi dụng tro bay là bao gồm cả xỉ ở đáy lò, cho nên tro bay phải gọi chung các chất mà lò đốt thải ra [1]

1.2.2.1 Sản xuất tro bay

Hình thành tro bay là do đốt than phát điện và công nghệ lò cao mà có Hiện nay có 3 loại đốt than phát điện: lò bột than, lò gió, lò tầng nhiệt

1 Lò bột than: dùng than khô nghiền nhỏ thành bột (80% qua mắt sàng 74µm) đưa vào lò đốt bằng khí Trong tro bay thải bằng hệ thống thải đáy, đại bộ phận chất thải (80%) là hình thức tro bay thải qua ống khói, trong đó có 65% tro bay có cỡ hạt nhỏ hơn 0,010mm Tùy theo điểm chảy của than (tro) mà chúng ta thu được lượng tro bay thải ra khác nhau

2 Lò gió: dùng than vụn có đường kính nhỏ hơn 12,7mm làm nhiên liệu Than vụn được đốt liên tục ở nhiệt độ cao 80%÷85% xỉ than nóng chảy

và với hình thức xỉ nóng chảy thải ra lò, tro bay trong khói có 90% cỡ hạt nhỏ hơn 0,010mm Cũng giống như lò bột than, khuyết điểm chính của dạng lò này là nồng độ (NO2) cao trong khói

3 Lò tầng nhiệt: loại lò có máy đổ than vào lò và cung cấp lượng không khí đốt thỏa đáng, dùng máy để thải bỏ xỉ than không đốt được Trong xỉ than

có 15%÷55% tro bay, trong đó đường kính hạt tro bay nhỏ hơn 0,010mm chiếm 10%÷45% [5]

1.2.2.2 Thu gom và vận chuyển tro bay

Tro bay thu gom ở nhà máy nhiệt điện gọi là khử bụi Thu gom xỉ đáy lò cùng với hệ thống vệ sinh ngoài lò, mấu chốt là thu gom tro bay qua ống khói Sau khi thu được rồi dùng các hình thức để chuyển đi khỏi hiện trường

* Thu gom tro bay chủ yếu dùng các hình thức sau: máy hút bụi bằng điện;

máy khử bụi bằng màng nước; máy khử bụi bằng túi và máy khử bụi bằng gió

1 Máy khử bụi bằng tĩnh điện: sử dụng chủ yếu ở các lò đốt bột than Máy hoạt động theo nguyên lý dùng điện cao áp điện ly khói và hạt bụi nhiễm điện, sau đó do lực hút của tĩnh điện mà các hạt bụi di chuyển về các bản cực, định kỳ chấn động bản cực các hạt bụi rơi xuống phễu thu Tuy giá thiết bị cao nhưng có ưu điểm thu được các cấp phối hạt khác nhau dẫn đến xử lý tốt chất lượng tro bay

2 Khử bụi bằng phương pháp ẩm: dùng ở các nhà máy nhiệt điện đốt than khử bụi bằng màng nước hay lưới chắn nghiêng Phương pháp này sẽ thu được tro bay ướt đẫn đến giảm chất lượng tro bay, khó khăn cho việc tổng hợp

3 Khử bụi bằng túi: dùng máy thổi gió cỡ lớn qua túi khử bụi, so với máy khử bằng tĩnh điện có hai ưu điểm Thứ nhất là thích ứng với các loại than và hiệu suất thu được trên 99% Thứ hai là có thể thu được với hiệu suất cao các hạt cỡ rất mịn có hại cho con người Nhược điểm là túi mau rách, túi đắt, thay túi nhiều nên ít dùng

4 Khử bụi bằng gió thổi khô: tổ hợp nhiều ống thổi gió khô, chủ yếu dùng ở nhà máy nhiệt điện nhỏ, khủ bụi chỉ đạt 70%÷80% bởi vậy thường được kết hợp với các thiết bị khử bụi khác mới đạt yêu cầu

* Vận chuyển tro bay sau khi thu gom, tro bay được vận chuyển ra nơi giữ

gìn tro Cách chuyển tro bay bằng cách khô và ướt Quá trình vận chuyển có thể phân ra tro, xỉ riêng hoặc hỗn hợp cả hai Vận chuyển khô lợi dụng sức gió, dùng không khí làm môi giới, vận chuyển qua đường ống bằng sức ép hoăc lực hút Vận chuyển ướt thì dùng nước làm môi giới, quá trình vận chuyển tro, xỉ không bị bay bụi [5]

1.2.2.3 Giữ gìn tro bay

Vị trí kho tro thường ở nơi thấp, khe núi, bãi bồi ở sông, vịnh biển v.v… , giữ tro bay thường chia làm hai loại dạng chủ yếu là ướt và khô, đại đa số dùng biện pháp ướt Nhưng ngày càng có những nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường, an toàn vệ sinh nên các kho giữ tro bay dần chuyển sang khô

1 Phương pháp ướt: là dùng nước để di chuyển tro, với sự hỗ trợ của bơm

để đưa tro tới bãi chứa, có số ít tro vận chuyển qua chảy tràn hoặc thẩm thấu, thời gian bảo quản tại bãi trên mặt tro là một lớp nước, tránh để tro khô có thể sẽ bay lên gây ô nhiễm môi trường bụi

2 Phương pháp khô: những năm gần đây sản lượng tro tăng, người ta coi trọng phương pháp bảo quản khô, thường lưu giữ dạng ô ruộng Để tránh

tình trạng tro bay bụi người ta đắp một lớp đất trên đỉnh, đắp lên lớp cỏ hoặc loại thực vật nhỏ và làm rãnh thoát nước [5]

1.2.3 Tình hình sử dụng puzơlan ở Việt Nam

Puzơlan là một loại nguyên liệu đặc biệt được phát hiện và sử dụng rộng rãi trong xây dựng từ thời La Mã cổ đại tại vùng Puzuoli ở Italia

Loại nguyên liệu tương tự này sau đó được phát hiện ở nhiều nơi khác trên thế giới và vẫn mang tên chung là puzơlan, tên của địa phương đầu tiên nó được phát hiện Người ta phân biệt:

- Puzơlan thiên nhiên: Là những loại vật liệu (thành tạo địa chất) có hoạt tính

ở trạng thái tự nhiên

- Puzơlan nhân tạo: Không có hoạt tính ở trạng thái tự nhiên, nhưng trở nên

có hoạt tính sau khi được xử lý bằng những phương thức khác nhau

Trong công nghiệp sản xuất xi măng ngày nay, puzơlan được sử dụng rộng rãi với tư cách là một đòi hỏi kỹ thuật, mặt khác là yếu tố làm tăng cao hiệu quả kinh tế của sản xuất, vì nhờ có độ hoạt tính (độ hút vôi) cao, phụ gia puzơlan được

sử dụng để trung hoà, hạn chế bớt những thành phần kiềm CaO, Na2O, K2O, v.v còn dư thừa trong quá trình nung luyện clinker hay sinh ra trong quá trình thuỷ hoá của xi măng trong khi sử dụng, nhờ đó hạn chế được quá trình toả nhiệt, trương nở thể tích và gây nứt vỡ công trình, đặc biệt các công trình dưới nước

Mặt khác, khi phụ gia puzơlan tác dụng với các thành phần nói trên dẫn đến

sự hình thành các khoáng vật kết dính kiểu C-H-S hay C4AH13 hoặc C2ASH8 , lấp đầy các mao quản trong cốt liệu và vì vậy làm tăng độ chặt sít của kết cấu, tăng độ bền sulfat của xi măng

Về kinh tế, puzơlan giúp tăng cao công suất của các nhà máy, xí nghiệp với

tư cách là một chất độn Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260-1997 áp dụng cho

xi măng pooclăng hỗn hợp, tổng lượng phụ gia khoáng cho phép phối trộn trực tiếp vào clinker xi măng không qua khâu nung luyện với tỷ lệ lên tới 40% tuỳ thuộc chất lượng clinker

Ngay từ những năm 1960, phụ gia puzơlan Sơn Tây đã được nhà máy xi măng Hải Phòng khai thác sử dụng

Trong những năm 1976-1977, nhà máy xi măng Hà Tiên đã khai thác sử dụng bazan Mu Rùa (Bà Rịa - Vũng Tàu) và tiếp đó, năm 1991, nhà máy đã sử dụng bazan Bến Thắm (Đồng Nai) làm phụ gia puzơlan tự nhiên

Từ 1985-1990, các nhà máy sản xuất xi măng phía Bắc đã sử dụng tro bay của xí nghiệp nhiệt điện Phả Lại làm phụ gia puzơlan nhân tạo trong sản xuất, nhưng hàm lượng than còn sót lại trong tro bay còn quá cao (30%) và độ ẩm cao sau khi tuyển (15%) đã hạn chế khả năng sử dụng của loại phụ gia này

Trong khoảng thời gian đầu những năm 90, hàng loạt các mỏ phụ gia puzơlan thiên nhiên đã được phát hiện (bazan Nông Cống ở Thanh Hoá, bazan Phủ Quỳ ở Nghệ An; bazan Vĩnh Linh, Cùa ở Quảng Trị và bazan Sơn Tịnh ở Quảng Ngãi) và được các nhà máy xi măng trong khu vực kế cận khai thác sử dụng Gần đây (2000), nhà máy xi măng Sao Mai đã chính thức khai thác puzơlan từ mỏ Núi Thơm, Bà Rịa - Vũng Tàu, sử dụng làm phụ gia hoạt tính trong sản xuất xi măng PCB 30-40

Ngoài ra, ở khu vực Tây Nguyên, hàng loạt các điểm quặng và tụ khoáng khác nhau (như Trà Bá, Chư Á ở Gia Lai) cũng được khai thác sử dụng cho các trạm nghiền từ Bình Định trở vào [5]

1.2.4 Các loại phụ gia khoáng hoạt tính theo tiêu chuẩn Mỹ

Hiện nay phụ gia khoáng bắt đầu được sử dụng phổ biến ở Việt Nam, tuy nhiên chưa có tiêu chuẩn quốc gia cho phụ gia khoáng, vì vậy cho đến nay vẫn sử dụng tiêu chuẩn Mỹ ASTM-C618 theo đó phụ gia khoáng được phân thành 3 loại như sau:

- Loại F: chủ yếu là tro bay nhiệt điện;

- Loại N: chủ yếu là phụ gia khoáng thiên nhiên có xử lý nhiệt hay không qua xử lý nhiệt;

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

1.2.5 Các loại phụ gia khoáng hoạt tính sử dụng ở Việt Nam

Đối với các công trình RCC ở Việt Nam thường sử dụng 2 loại phụ gia khoáng là tro bay và Puzơlan

1.2.5.1 Tro bay

Tro bay trong bê tông RCC là bụi tro do ống khối lò cao đốt than tỏa ra Thành phần hóa học của nó thay đổi tương đối tùy thuộc điểu kiện nung đốt của lò Nguyên thay đổi thành hoá học của tro bay là sự biến động của hàm lượng và các tạp chất không cháy trong than đốt 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 là 60% trở lên Hàm lượng Al2O3, hoạt tính và

SiO2 họat tính quyết định họat tính của tro bay CaO cực kỳ có lợi cho hoạt tính của tro bay, có một số lượng tro bay có hàm lượng CaO cao, sau khi trộn nước thậm chí

có thể tự đông cứng Fe2O3 trong tro bay có tác dụng là chất dung môi, có thể thúc tiến sự hình thành tinh thể, tăng hoạt tính tro bay Than chưa cháy trong tro bay là thành phần phi hoạt tính Than có độ hạt lớn thô, nhiều lỗ Đem tro bay có hàm lượng lớn than trộn với xi măng thì tốn nhiều nước hơn để được độ chặt tiêu chuẩn Ngoài ra thanh sau khi gặp nước trên bề mặt tạo thành một lớp màng kỵ nước là cản trở việc nước thẩm thấu vào nội bộ hạt bụi tro bay, làm ảnh hưởng tới phản ứng ôxy hóa hoạt tính của Ca(OH)2 trong tro bay vì vậy mà làm giảm hoạt tính của nó Than

là thành phần có hại trong tro bay

Đặc tính vật lý của tro bay:

- Tro được tạo thành bởi các hạt có kích thước rất khác nhau Dùng kính hiển

vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử có thể quan sát rõ ràng các hạt tro bay và diện mạo của nó, trên diện mạo có thể chia thành ba loại theo độ hạt thô hay mịn: Hạt tròn, hạt nhiểu lỗ và hạt bất quy tắc

- Tro bay có dạng hình cầu, bề mặt tương đối trơn nhẵn, chúng là các hạt tro bay nằm ở vùng nhiệt độ cao của lò đốt Với trạng thái nhiệt độ cao thanh biến thành thể nóng chảy: các hạt lỏng này trong quá trình lạnh đột ngột, dưới tác dụng của sức căng bề mặt mà hình thành hạt cầu Tùy theo trạng thái mật độ trong hạt và mật độ bề ngoài lớn, nhỏ mà phân chia thành hạt cầu nổi, hạt cầu chìm rỗng ruột và hạt cầu chắc, hạt cầu phức hợp Hạt cầu nổi là hạt thủy tinh nhỏ vách mỏng rỗng, có khi trên vách lại xuất hiện các lỗ rỗng Đường kính hạt cầu nổi là 30 ÷ 100µm chiếm tỷ lệ lớn, có thể nổi trên mặt nước

- Tỷ trọng của tro bay canxi thấp khoảng 1,8 ÷ 2,6 g/cm3 phần lớn là 2 ÷ 2,3 g/cm3 Tỷ trọng của tro bay canxi cao tương đối lớn, lớn nhất đạt 2,5 ÷ 2,8 g/cm3 Một số nước có quy định trị số dung trọng: Ví dụ Anh quốc ABC 81/841 quy định không nhỏ hơn 200kg/m3 Chỉ tiêu dung trọng có ý nghĩa đối với việc đánh giá chất lượng, nếu tỷ trọng thay đổi chứng tỏ chất lượng tro bay cũng có thể thay đổi Tiêu chuẩn ASTM 618 của Mỹ quy định phạm vi thay đổi tỷ trọng của tro bay: kết quả của 10 mẫu thử không được vượt quá 5% trị số trung bình, nếu sẽ không coi tính đồng đều của tro đó không đạt Tỷ trọng của tro bay là tham số kỹ thuật không thể thiếu đối với việc thiết kế cấp phối bê tông BTĐL Dung trọng của tro bay vào khoảng 550 ÷ 800kg/m3

- Độ mịn của tro bay cũng là một chỉ tiêu quan trọng Hạt tro bay càng mịn,

số hạt mịn trên 1g càng nhiều, diện tích bề mặt càng lớn Hạt tro bay càng mịn, hạt tròn chiếm tỷ lệ càng lớn thí hạt nhiều lỗ càng ít, sở dĩ như vậy là vì các hạt nhiều lỗ

đa phần tồn tại trong các hạt thô Phần lớn thí nghiệm của các nước đã chứng minh,

số lượng hạt lớn hơn 45µm nhiều hay ít có quan hệ mật thiết đến nhu cầu lượng nước dùng, do đó nhiều quốc gia lấy tỷ lệ phần trăm của hạt qua sàng 45µm làm chỉ tiêu độ mịn Độ mịn của tro bay cũng có thể dựa vào tỷ lệ diện tích bề mặt lớn, nhỏ

để đánh giá Tỷ lệ diện tích bề mặt tro bay vào khoảng 1600 ÷ 3500cm2/g

- Tỷ lệ cường độ là một chỉ tiêu phản ánh mức kết dính nhiều hay ít của tro bay Trị số cường độ là giá trị sau lần phản ứng thứ hai giữa tro bay với sản phẩm thủy hóa xi măng Ca(OH)2 Thông thường bản thân tro bay không có tính kết dính, nhưng ở nhiệt độ thường khi có nước thì tro bay phản ứng hóa học với vôi để tạo thành chất thủy hóa có tính kết dính (chủ yếu là keo dính silicat canxi thủy hóa) Tro bay có tỷ lệ cường độ cao đã thể hiện tro bay có chất lượng tốt Trong quy phạm Trung Quốc GB1596-79 đối với tro bay dùng làm nguyên liệu hỗn hợp xi măng, có quy định tỷ lệ cường độ chống nén thời hạn 3 tháng của tro bay xi măng vữa cát không được thấp hơn 115% Đối với tro bay dùng làm chất độn bê tông, ảnh hưởng tro bay đối với cường độ bê tông phải được phản ánh qua thí nghiệm cường

độ bê tông

- Lượng đốt cháy (lượng mất khi nung) cũng là một chỉ tiêu quan trọng về phẩm chất tro bay, chủ yếu là phản ánh lượng than chưa cháy hết trong tro bay Tiêu chuẩn Trung Quốc GB1596-91 quy định tro bay cấp I, II, III có lượng đốt cháy không được lớn hơn 5%, 8% và 15% Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 105 – 1999 (Việt Nam) quy định lượng đốt cháy chiếm 6% Khi lượng đốt cháy ≤ 3% gọi là tro bay

đã được đốt tốt

1.2.5.2 Puzơlan

Puzơlan là các sản phẩm lấy từ tro và nham núi lửa, chúng là những sản phẩm mà núi lửa phun lên rồi bị lạnh đột ngột ở các mức độ khác nhau mà tạo thành tro và nham thạch Trong đó tro núi lửa là các chất trầm tích trong lục địa hoặc trong nước có độ hạt cực nhỏ phun lẫn các tạp chất xỉ, cuội sau khi phun ra hóa thạch Thành phần hóa học các chất độn này ngòai hợp chất silic ôxy hóa ra còn có một hàm lượng oxít nhôm, và một ít chất oxít hóa kiềm tính (Na2O + K2O) Hoạt tính của chúng phụ thuộc thành phần hóa học và tốc độ làm lạnh sau khi núi lửa phun ra và còn có liên quan tới hàm lượng tinh thể nữa

Thành phần hóa học và hoạt tính của tro, nham thạch khác nhau tùy thuộc vào xuất xứ của tro núi lửa Nham thạch và tro núi lửa đem vào trộn vào bê tông BTĐL thì phải nghiền nhỏ gần như xi măng và phải kiểm định xem có phù hợp mới được dùng

Cần nhấn mạnh rằng puzơlan thiên nhiên là một loại nguyên liệu; nó có thể được thành tạo từ đá phun trào bazơ (bazan), axit (tuf ryolit), hay các loại đá trầm tích (điatomit), biến chất (silimanit) v.v , nhưng có đặc điểm là có một hoạt tính nhất định, mặc dù chất lượng có thể khác nhau

Chính vì vậy, khi nói về puzơlan, trong bài viết này chúng tôi không đề cập đến tuổi của các thành tạo ban đầu Tại thời điểm hiện nay, puzơlan ở nước ta chủ yếu được khai thác từ các thành tạo bazan

Do những đòi hỏi khắt khe hơn về đặc tính kỹ thuật của phụ gia puzolan sử dụng cho xi măng (TCVN 3735-82), nên hiện tại, các cơ sở khai thác puzolan chỉ quan tâm đến các loại bazan còn nguyên khối, chưa bị phong hoá, bỏ qua các thành tạo khác tuy cùng chất lượng, nhưng ở trạng thái bở rời hoặc phong hoá dở dang, phong hoá triệt để, vì vậy đã lãng phí không những về tài nguyên mà còn cả về thời gian và công sức để bóc bỏ và đổ đi một khối lượng nguyên liệu khổng lồ trước khi khai thác được puzơlan nguyên khối

Trong khi đó, nguyên liệu chính được sử dụng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung có thể bao gồm toàn bộ các biến thể của bazan và các sản phẩm bán phong hoá, cũng như phong hoá triệt để của chúng, phổ biến rộng rãi ở nước ta

Trong mặt cắt vỏ phong hoá trên đá bazan có thể phân biệt nhiều tầng puzơlan với chất lượng khác nhau và chất lượng đó phụ thuộc vào nhiều yếu tố Xét toàn bộ mặt cắt trong quá trình phong hoá của bazan, từ dưới lên, có thể khái quát được một số nét sau:

1 Những biến thể bazan chặt sít, khi chưa bị phong hoá, do cấu trúc chặt sít, diện tích bề mặt riêng thấp nên khả năng tiếp xúc thấp dẫn đến hoạt tính thấp (5÷15 mg CaO/gpg.), không thể sử dụng như một nguồn puzơlan thực thụ

2 Trong quá trình phong hoá, SiO2 có xu hướng giảm dần, bị rửa trôi, trong khi Al2O3 tích tụ và có hàm lượng tăng dần

3 Mặc dù được thành tạo trong điều kiện phun trào thuận lợi cho quá trình hình thành các tập hợp keo vô định hình, nhưng tổng hàm lượng SiO2 không làm tăng hoạt tính của mẫu, ngược lại có xu hướng tương quan tỉ lệ nghịch với độ hoạt tính Điều này cũng chứng tỏ phần lớn SiO2 đã được liên kết trong thành phần khoáng vật của đá, hoặc đã bị rửa trôi mạnh mẽ và không tồn tại phổ biến ở dạng tự do nên không đóng vai trò chủ đạo tạo nên hoạt tính của mẫu

4 Ngược lại, hoạt tính của puzơlan trong đá bazan trong quá trình phong hoá có xu hướng tỷ lệ thuận với tổng hàm lượng Al2O3 và với hàm lượng keo vô định hình trong mẫu Điều này chứng tỏ về bản chất hóa học, chính Al2O3 là một trong những thành phần cơ bản tạo nên thể keo vô định hình và ảnh hưởng mạnh mẽ tới hoạt tính của puzơlan trong đá bazan

5 Ngoài ra, cấu trúc của bazan cũng ảnh hưởng mạnh tới hoạt tính của mẫu, biến thể có khối lượng thể tích nhỏ nhất, với độ lỗ rỗng lớn nhất sẽ có độ hoạt tính cao nhất, điển hình là bazan bọt, với kích thước lỗ rỗng phù hợp tạo nên độ lỗ rỗng lớn, làm tăng diện tích tiếp xúc với Ca++, thêm vào

đó, hàm lượng keo hoạt tính lớn dẫn tới hoạt tính của biến thể này cao hơn so với các biến thể khác

1.3 Kết luận

1 Việc áp dụng công nghệ RCC vào xây dựng các công trình trên thế giới

đã đem lại hiệu quả to lớn Vật liệu chế tạo RCC tương tự như bê tông thường Khác biệt là sử dụng một lượng lớn phụ gia khoáng để thay thế cho xi măng Phụ gia khoáng được dùng tuỳ theo đặc điểm của từng nước nhưng phổ biến là tro bay và Puzơlan

2 Ở Việt Nam tiềm năng về nguyên vật liệu để chế tạo RCC tương đối sẵn Công nghệ RCC đang được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong công tác xây dựng đập bê tông trọng lực khối lớn Vì vậy RCC cần được nghiên cứu đầy đủ từ vật liệu chế tạo, công nghệ thiết kế và thi công

3 Thiết kế cấp phối RCC dù theo tiêu chuẩn của nước nào cũng đều phải qua lựa chọn vật liệu chế tạo Việc lựa chọn phụ gia khoáng hoạt tính sao cho đạt được yêu cầu đặt ra với công trình, vừa đảm bảo kỹ thuật và kinh

tế trong điều kiện thời tiết , khí hậu và tình hình vật liệu của Việt Nam là vấn đề rất cần thiết và cấp bách được đặt ra cho các nhà khoa học, kỹ thuật nước ta để nhanh chóng làm chủ công nghệ thiết kế và thi công RCC ở Việt Nam

CHƯƠNG II YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI PGKHT VÀ CÁC NGUỒN PGKHT

TRONG NƯỚC 2.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với PGKHT

Phụ gia khoáng hoạt tính là một thành phần không thể thiếu trong thành phần cấp phối của RCC Phụ gia khoáng hoạt tính vừa đóng vai trò là chất kết dính nâng cao cường độ và độ chống thấm của RCC, vừa đóng vai trò như chất độn cải thiện

bề mặt tăng khả năng liên kết giữa các lớp rải RCC

RCC là một thành tựu về công nghệ vật liệu của thế giới Đối với nước ta công nghệ này mới được áp dụng nhưng đã có những bước phát triển Trong thiết

kế RCC hồi sơ khai chúng ta áp dụng hoàn toàn tiêu chuẩn của các nước đã phát triển RCC như: Mỹ; Trung Quốc; Nhât… sau một số công trình được xây dựng và đúc kết kinh nghiệm, chúng ta đã điều chỉnh các quy phạm, tiêu chuẩn này sao cho phù hợp với điều kiện Việt Nam hơn

2.1.1 Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam

Hệ thống pháp lý ở Việt Nam cho việc quản lý và sử dụng phụ gia trước năm 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 phải chịu trách nhiệm về sản phẩm của mình

Các tiêu chuẩn nói về phụ gia khoáng hoạt tính có thể kể đến như sau:

TCXDVN 395: 2007 Phụ gia khoáng cho bê tông đầm lăn;

TCXDVN 311:2004 Phụ gia khoáng hoạt tính cao dùng cho bê tông và vữa: Silicafume và tro trấu nghiền mịn;

TCXDVN 208:1998 Đá Bazan làm phụ gia cho ximăng - yêu cầu kĩ thuật và phương pháp thử;

TCXDVN 173:1989 Phụ gia tăng dẻo KDT2 cho vữa và bêtông xây dựng; TCXD 231:2003 Phụ gia khoáng hoạt tính cao Silicafume và tro trấu nghiền mịn;

TCVN 7131:2001 Phụ gia khoáng cho xi măng;

TCVN 6882 : 2001 Phụ gia khoáng cho cho vữa và bê tông;

TCVN 3735:1982 Phụ gia hoạt tính Puzơlan;

TCVN 4315:1986 Xỉ lò cao dùng để sản xuất XM;

TCVN 4033:1995 Xi măng Pooclăng Puzơlan;

14 TCN (103-109) - 1999 Phụ gia cho bê tông và vữa;

14 TCN 114 - 2001 Hướng dẫn sử dụng bê tông và phụ gia trong xây dựng thủy lợi

Chỉ tiêu chất lượng của phụ gia khoáng theo tiêu chuẩn ngành thủy lợi 14 TCN 105 – 1999

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu chất lượng của phụ gia khoáng

Tên chỉ tiêu Phụ gia hoạt tính Mức Phụ gia

đầy

Tự nhiên Nhân tạo

1 Chỉ số hoạt tính cường độ so với mẫu đối

chứng, %, không nhỏ hơn

- Ở tuổi 7 ngày

3 Hàm lượng kiềm có hại của phụ gia, %,

(Nguồn: theo tiêu chuẩn ngành thủy lợi 14 TCN 105 – 1999)

Ghi chú:

- Với mẫu phụ gia khoáng nhân tạo cho phép sử dụng lượng mất khi nung đến 12% nhưng phải thí nghiệm để xác định không gây ảnh hưởng đến các tính chất của BTĐL

- Ngoài các chỉ tiêu được quy định tại bảng 2.1, nếu có yêu cầu thì cần phải kiểm tra thêm: Khả năng ngăn cản phản ứng Kiềm - Silic; Độ bền trong môi trường sunphát, của phụ gia khoáng [2]