Nghiên cứu tính công tác hỗn hợp bê tông và kỹ thuật bảo dưỡng bê tông tự lèn trong điều kiện khí hậu việt nam

DANH MỤC CÁC Ý HIỆU1 Dmax Đường kính lớn nhất của cốt liệu 2 N/B Tỷ lệ nước trên bột theo khối lượng 3 N/Bv Tỷ lệ nước trên bột theo thể tích 5 N/X Tỷ lệ nước trên xi măng theo khối lượn

NGUYỄN HÙNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TÍNH CÔNG TÁC HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ

KỸ THUẬT BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG TỰ LÈN TRONG ĐIỀU

KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng

Mã số: 9580201

LUẬN ÁN TIẾN SỸ

Hà Nội - 2020

Bùi Danh Đại đã hết lòng giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Tác giảxin chân thành cảm ơn trường Đại học Xây dựng, Khoa Xây dựng Dân dụng và Côngnghiệp, Khoa Vật liệu xây dựng, Khoa Sau đại học, Phòng thí Nghiệm Vật liệu xâydựng (LASXD115), Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng, Bộ môn Công Nghệ vậtliệu xây dựng, Nhà máy bê tông Vĩnh Tuy đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho NCS trongquá trình tiến hành nghiên cứu của luận án Trân trọng cảm ơn sâu sắc PGS.TSKHTrần Hoài Linh về các trao đổi học thuật Xin chân thành cảm ơn toàn thể bạn bè, đồngnghiệp đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ tôi hoàn thành Luận án này Đặc biệt xingửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân đã luôn sát cánh, đồng hành cùng NCStrong suốt quá trình thực hiện luận án.

Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2020

Tác giả luận án

Nguyễn Hùng Cường

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kếtquả được trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trongbất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2020

Tác giả luận án

Nguyễn Hùng Cường

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xii

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG TỰ LÈN 7

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ 7

1.1.1 Bê tông tự lèn 7

1.1.2 Đặc điểm công nghệ thi công bê tông tự lèn 7

1.1.3 Tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn 8

1.1.4 Mất nước do bay hơi nước của bê tông 8

1.1.5 Biến dạng mềm của bê tông 8

1.1.6 Bảo dưỡng bê tông 8

1.1.7 Mạng nơ ron nhân tạo ANN 8

1.2 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG TỰ LÈN 9

1.2.1 Đặc điểm vật liệu chế tạo bê tông tự lèn 9

1.2.2 Nguyên lý cấp phối và cấu trúc thành phần 11

1.2.3 Phân loại bê tông tự lèn 12

1.2.4 Đặc điểm về tính chất cơ lý của bê tông tự lèn 13

1.2.5 Một số đặc điểm thi công bê tông tự lèn 14

1.3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG TỰ LÈN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 16

1.3.1 Khái quát lịch sử quá trình nghiên cứu bê tông tự lèn trên thế giới 16

1.3.2 Ứng dụng bê tông tự l n trên thế giới 17

1.3.3 Nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự l n tại Việt Nam 19

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN VÀ BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG TỰ LÈN 21

1.4.1 Tình hình nghiên cứu về tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn 22

1.4.2 Tình hình nghiên cứu về bảo dưỡng bê tông tự lèn 23

1.5 NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 27

1.5.1 Những vấn đề đặt ra 27

1.5.2 Định hướng nghiên cứu của luận án 28

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ TÍNH CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG TỰ LÈN 30

2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM ĐẾN CÔNG TÁC BÊ TÔNG 30

2.1.1 Đặc điểm khí hậu Việt Nam 30

2.1.2 Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu đến công tác bê tông 31

2.2 TÍNH CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN 32

2.2.1 Thông số kỹ thuật của tính công tác hỗn hợp bê tông tự lèn 32

2.2.2 Ảnh hưởng của vật liệu thành phần đến tính công tác của hỗn hợp BTTL .33

2.2.3 Ảnh hưởng của yếu tố công nghệ, khí hậu đến tính công tác hỗn hợp BTTL36 2.3 MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO ANN TRONG NGHIÊN CỨU TÍNH CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BTTL 37

2.4 QUÁ TRÌNH THỦY HÓA VÀ PHÁT TRIỂN CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG TỰ LÈN GIAI ĐOẠN ĐẦU ĐÓNG RẮN 42

2.4.1 Quá trình thủy hóa và hình thành cấu trúc ban đầu của bê tông 42

2.4.2 Quá trình đ ng rắn và phát triển cường độ của bê tông tự lèn 43

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy h a và đ ng rắn bê tông tự lèn 45

2.4.4 Ảnh hưởng của quá trình thủy h a đến cấu trúc lỗ rỗng bê tông 47

2.4.5 Quá trình vật lý xảy ra trong quá trình đ ng rắn bê tông 48

2.5 BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG TỰ LÈN 51

2.5.1 Bản chất của bảo dưỡng bê tông 51

2.5.2 Các thông số kỹ thuật bảo dưỡng bê tông 52

2.5.3 Các phương pháp bảo dưỡng bê tông 53

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 56

3.1 VẬT LIỆU THÀNH PHẦN SỬ DỤNG CHO BÊ TÔNG TỰ LÈN 56

3.1.1 Xi măng 56

3.1.2 Cốt liệu 56

3.1.3 Phụ gia 58

3.1.4 Nước 59

3.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ CHẾ TẠO HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN CHO THỰC NGHIỆM 59

3.2.1 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông tự lèn 59

3.2.2 Xác định các thông số kỹ thuật thiết kế cấp phối bê tông tự lèn 60

3.2.3 Chế tạo hỗn hợp bê tông tự lèn 61

3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THÍ NGHIỆM 67

3.3.1 Phương pháp xác định sự suy giảm tính công tác của hỗn hợp BTTL 67

3.3.2 Phương pháp ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo ANN trong dự báo tính công tác hỗn hợp bê tông tự lèn 67

3.3.3 Phương pháp xác định mất nước và biến dạng mềm của BTTL 69

3.3.4 Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông tự lèn 71

3.3.5 Phương pháp xác định các thông số kỹ thuật bảo dưỡng bê tông tự lèn 71

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH, YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐẢM BẢO TÍNH CÔNG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ T NG TỰ LÈN 74

4.1 MẪU, ĐIỀU KIỆN VÀ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 74

4.1.1 Mẫu hỗn hợp bê tông tự lèn thí nghiệm 74

4.1.2 Điều kiện khí hậu thí nghiệm 74

4.1.3 Nội dung thí nghiệm 75

4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 75

4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu hỗn hợp đến tính công tác 75

4.2.2 Ảnh hưởng của điều kiện lưu giữ đến tính công tác 77

4.2.3 Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu đến tính công tác 78

4.2.4 Ảnh hưởng của sự suy giảm tính công tác đến cường độ nén của BTTL 87

4.3 DỰ BÁO TÍNH CÔNG TÁC HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN BẰNG MÔ HÌNH MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO ANN 88

4.3.1 Mô hình dự báo tính công tác và cường độ bê tông theo thành phần vật liệu chế tạo 88

4.3.2 Mô hình dự báo tính công tác theo yếu tố nhiệt độ và thời gian lưu giữ 93

4.4 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐẢM BẢO TÍNH CÔNG TÁC HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM 99

4.4.1 Quy trình cơ bản thiết kế cấp phối, trộn, lưu giữ và vận chuyển hỗn hợp bê tông tự lèn 99

4.4.2 Quy trình xây dựng mô hình ANN dự báo các thông số tính công tác của hỗn hợp BTTL 101

4.4.3 Quy trình thiết kế cấp phối sử dụng dữ liệu mạng ANN 102

4.4.4 Đảm bảo tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn trong vận chuyển – lưu giữ ở điều kiện khí hậu Việt Nam 105

4.5 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỤ THỂ TRONG THỰC TẾ THI CÔNG 108

4.5.1 Mô tả dữ liệu, điều kiện, yêu cầu thi công 108

4.5.2 Kết quả xử lý 109

CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU Ỹ THUẬT BẢO DƯỠNG BÊ T NG TỰ LÈN TRONG ĐIỀU IỆN H HẬU VIỆT NAM 113

5.1 MẪU, ĐIỀU KIỆN VÀ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 113

5.1.1 Mẫu bê tông tự lèn thí nghiệm 113

5.1.2 Điều kiện thí nghiệm 113

5.1.3 Nội dung thí nghiệm 114

5.2 THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH VẬT LÝ TRONG GIAIĐOẠN ĐẦU ĐÓNG RẮN 1145.2.1 Kết quả thí nghiệm đo mất nước và biến dạng mềm 1145.2.2 Phân tích kết quả nghiên cứu 1165.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG TỰ LÈN PHÙHỢP ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM 1225.3.1 Ảnh hưởng của mất nước và biến dạng mềm đến chất lượng bê tông tự lèn122

5.3.2 Lựa chọn phương pháp bảo dưỡng bê tông tự lèn phù hợp 125

DƯỠNG CHE NI LÔNG CHO BÊ TÔNG TỰ LÈN 1295.4.1 Xác định hình thức và thời gian bảo dưỡng ban đầu 1295.4.2 Xác định thông số kỹ thuật bảo dưỡng tiếp theo 1315.4.3 Kỹ thuật bảo dưỡng bê tông tự lèn bằng phương pháp che ni lông trong điềukiện khí hậu Việt Nam 134

KẾT LUẬN 138 TUYỂN TẬP CÁC BÀI BÁO CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TRÊN CÁC TẠP CHÍ CHUYÊN NGÀNH 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 PHỤ LỤC PL1

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 ACI American Concrete Institute (Viện bê tông Mỹ)

2 ASTM American Society for Testing and Materials (Hiệp hội vật liệu

và thử nghiệm Hoa Kỳ)

3 ANN Artificial Neural Network (Mạng nơ ron nhân tạo)

5 BDTTBảo dưỡng tiếp theo

6 BTTTBê tông thông thường

7 BTTLBê tông tự l n

8 BTCTBê tông cốt thép

9 CBI Swedish Cement and Concrete Research Institute (Viện nghiên

cứu xi măng và bê tông Thụy Điển)

10 CDOT The Chicago Department of Transportation (Sở giao thông vận

tải Chicago)

12 CTXDCông trình xây dựng

13 EFNARC European Federation of National Associations Representing

for Concrete (Liên đoàn bê tông châu Âu)

15 HPC High Performance Concrete (Bê tông chất lượng cao)

16 ICAR International Center for Aggregates Research (Trung tâm

nghiên cứu cốt liệu Quốc tế)

18 MRE Mean Relative Error (Trung bình của sai số tương đối)

19 Max AE Max Absolute Error (Sai số tuyệt đối lớn nhất)

20 MLP Multilayer Perceptron (Mạng truyền thẳng đa lớp)

21 MAE Mean Absolute Error (Trung bình của sai số tuyệt đối)

22 PCE Polycarboxylate ether (Phụ gia siêu dẻo)

23 RILEM International Union of Laboratories and Experts in Contruction

Materials, Systems and Structures (Liên đoàn thế giới của cácphòng thí nghiệm và chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu xâydựng, hệ thống và kết cấu)

24 SF Slump Flow (Độ chảy lan của bê tông tự l n)

25 SR Segregation Resistance (Kháng phân tầng của hỗn hợp bê

tông)

27 SCC Bê tông tự l n (Self Compacting Concrete)

28 TCVNTiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC CÁC Ý HIỆU

1 Dmax Đường kính lớn nhất của cốt liệu

2 N/B Tỷ lệ nước trên bột theo khối lượng

3 (N/B)v Tỷ lệ nước trên bột theo thể tích

5 N/X Tỷ lệ nước trên xi măng theo khối lượng

6 PL Khả năng vượt qua trong thí nghiệm Lbox

7 PJ Khả năng vượt qua trong thí nghiệm Jring

8 R7 Cường độ nén ở tuổi 7 ngày của bê tông

9 R28 Cường độ nén ở tuổi 28 ngày của bê tông

10 Rtc 28 Cường độ nén ở tuổi 28 ngày của mẫu bê tông, đ ng rắn trong

điều kiện phù hợp điều kiện tiêu chuẩn

11 RthBD Cường độ bảo dưỡng tới hạn

12 R2 Hệ số tương quan (Correlation coefficient)

13 Rn Cường độ nén bê tông tại thời điểm ngày thứ n

14 Rn+t Cường độ nén bê tông ở độ tuổi 28 ngày tương ứng với n ngày

bảo dưỡng (t = 28 – n)

15 T500 Thời gian (giây) để hỗn hợp bê tông tự l n chảy đến đường

kính 500mm trong thử nghiệm dòng chảy lan

16 TB/B Tỷ lệ tro bay trên bột theo khối lượng

17 TctBD Thời gian bảo dưỡng cần thiết

20 VF Độ nhớt trong thí nghiệm Vfunnel

21 VMAViscosity Modifying Admixtures (Phụ gia biến tính độ nhớt)

23 V Tốc độ gi môi trường không khí

24 ƐmBT Giá trị biến dạng mềm của bê tông

25 Vmn Tốc độ bay hơi nước

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại BTTL theo tính công tác và khuyến cáo sử dụng 12

Bảng 1.2 Các mốc thời gian phát triển BTTL 17

Bảng 2.1 Ảnh hưởng của tro bay đến tính công tác của hỗn hợp BTTL 34

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của muội silic tới tính công tác của hỗn hợp BTTL 35

Bảng 2.3 Ảnh hưởng của xỉ lò cao tới tính công tác của hỗn hợp BTTL 35

Bảng 2.4 Phân loại mạng nơ-ron nhân tạo 40

Bảng 3.1 Thành phần hoá của xi măng PC40 Bút Sơn 56

Bảng 3.2 Tính chất cơ lý của xi măng PC40 Bút Sơn 56

Bảng 3.3 Tính chất cơ lý của đá dăm 57

Bảng 3.4 Tính chất cơ lý của cát vàng 57

Bảng 3.5 Thành phần hạt của cát vàng 57

Bảng 3.6 Thành phần hoá của tro bay Phả Lại 58

Bảng 3.7 Tính chất kỹ thuật của tro bay 58

Bảng 3.8 Thành phần các cấp phối hỗn hợp BTTL 61

Bảng 3.9 Quy trình trộn hỗn hợp BTTL 62

Bảng 3.10 Giá trị các thông số tính công tác để phân loại và sử dụng BTTL 64

Bảng 3.11 Kết quả thí nghiệm tính công tác BTTL 64

Bảng 4.1 Cấp phối hỗn hợp BTTL dùng cho thí nghiệm đánh giá tính công tác 74

Bảng 4.2 Thông số thời tiết môi trường thí nghiệm 74

Bảng 4.3 Tính công tác hỗn hợp BTTL với nhiệt độ ban đầu khác nhau theo thời gian 76

Bảng 4.4 Tính công tác hỗn hợp BTTL lưu giữ ở các điều kiện khác nhau 77

Bảng 4.5 Thông số tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn cấp phối M1 theo điều kiện khí hậu và thời gian lưu trữ 79

Bảng 4.6 Thông số tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn cấp phối M2 theo điều kiện khí hậu và thời gian lưu trữ 80

Bảng 4.7 Thông số tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn cấp phối M3 theo điều kiện khí hậu và thời gian lưu trữ 81

Bảng 4.8 Giới hạn thời gian lưu giữ 3 loại hỗn hợp BTTL trong các điều kiện 85

Bảng 4.9 Cường độ nén BTTL tương ứng với các thời điểm lưu giữ hỗn hợp bê tôngkhác nhau 87

Bảng 4.10 Sai số đánh giá và hệ số tương quan của kết quả chạy mô hình ANN1 92

Bảng 4.11 Sai số đánh giá và hệ số tương quan của kết quả chạy mô hình MLP-ANN2cho các cấp phối M1 98

Bảng 4.12 Sai số đánh giá và hệ số tương quan của kết quả chạy mô hình MLP-ANN2cho các cấp phối M2 98

Bảng 4.13 Sai số đánh giá và hệ số tương quan của kết quả chạy mô hình MLP-ANN2cho các cấp phối M3 99

Bảng 4.14 Quy định về thời gian vận chuyển - lưu giữ hỗn hợp bê tông tự lèn trongđiều kiện khí hậu Việt Nam 108Bảng 4.15 So sánh các thông số tính công tác và R28 của bê tông tự lèn cấp phối M2theo thực nghiệm và theo dự báo của mô hình ANN2 111Bảng 5.1 Cấp phối hỗn hợp BTTL dùng cho thí nghiệm bảo dưỡng bê tông 113

Bảng 5.2 Giá trị đo bay hơi nước và biến dạng mềm BTTL trong điều kiện khô hanh 115Bảng 5.3 Bảng giá trị đo bay hơi nước và biến dạng mềm BTTL điều kiện nóng ẩm 115Bảng 5.4 Bảng giá trị đo bay hơi nước và biến dạng mềm BTTL điều kiện nắng nóng 116

Bảng 5.5 Cường độ nén BTTL tương ứng các điều kiện bảo dưỡng 124Bảng 5.6 Cường độ nén của BTTL M1-N/B=0,35 và M2-N/B=0,3 theo thời gian bảodưỡng ban đầu khác nhau 130Bảng 5.7 Cường độ nén của BTTL M1-N/B=0,35 và M2-N/B=0,3 với thời gian bảodưỡng tiếp theo khác nhau 132Bảng 5.8 Chỉ dẫn kỹ thuật công nghệ bảo dưỡng bê tông tự l n theo phương pháp che

ni lông trong điều kiện khí hậu Việt Nam 136

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử của PCE 10

Hình 1.2 So sánh thành phần vật liệu giữa BTTL và BT truyền thống 11

Hình 1.3 Cột neo 4a cầu Akashi 18

Hình 1.4 Dự án Sodra Lanken 18

Hình 1.5 Cơ sở thử nghiệm âm thanh tại trạm Plum Brook 19

Hình 1.6 Nhà thờ Chúa Christ the Light, ở Oakland, California 19

Hình 1.7 Móng tòa nhà siêu cao tầng the Landmark 81 21

Hình 2.1 Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm ở Hà Nội, Đà Nẵng, TP.Hồ Chí Minh điều kiện nồm ẩm 31

Hình 2.2 Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm Hà Nội, Đà Nẵng, TP.Hồ Chí Minh trong điều kiện khô hanh 31

Hình 2.3 Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm Hà Nội, Đà Nẵng, TP.Hồ Chí Minh ĐK n ng ẩm 31

Hình 2.4 Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm Hà Nội, Đà Nẵng, TP.Hồ Chí Minh ở ĐK nắng nóng 31

Hình 2.5 Sơ đồ các thông số cơ bản tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn 32

Hình 2.6 Cấu trúc mạng nơ – ron nhân tạo 38

Hình 2.7 Mô hình một nơ-ron nhân tạo 39

Hình 2.8 Mối liên quan giữa hiện tượng vật lý trong quá trình đ ng rắn 48

Hình 3.1 Tỷ lệ theo thể tích của các thành phần trong hỗn hợp BTTL 60

Hình 3.2 Xác định các thông số tính công tác của hỗn hợp BTTL tại phòng thí nghiệm 63 Hình 3.3 Đánh giá trực quan tính công tác vữa theo ASTM dựa trên giá trị VSI 64

Hình 3.4 Cường độ nén R28 của BTTL cấp phối khác nhau 66

Hình 3.5 Một ví dụ về MLP với một lớp ẩn 68

Hình 3.6 Thí nghiệm đo mất nước 70

Hình 3.7 Thí nghiệm đo BD mềm 70

Hình 3.8 Quá trình đo biến dạng mềm của BTTL 71

Hình 3.9 Thí nghiệm đúc mẫu xác định thời gian bảo dưỡng cần thiết 72

Hình 4.1 Suy giảm độ SF và T500 theo nhiệt độ vữa và thời gian lưu giữ 76

Hình 4.2 Suy giảm SF và T500 theo phương pháp và thời gian lưu giữ 78

Hình 4.3 Suy giảm SF của M1 theo điều kiện thời tiết và thời gian 82

Hình 4.4 Biến đổi T500 và Vfunnel của M1 theo điều kiện thời tiết và thời gian 82

Hình 4.5 Biến đổi Lbox và Jring của M1 theo điều kiện thời tiết và thời gian 82

Hình 4.6 Suy giảm SF của M2 theo điều kiện thời tiết và thời gian 83

Hình 4.7 Biến đổi T500 và Vfunnel của M2 theo điều kiện thời tiết và thời gian 83

Hình 4.8 Biến đổi Lbox và Jring của M2 theo điều kiện thời tiết và thời gian 83

Hình 4.9 Suy giảm SF của M3 theo điều kiện thời tiết và thời gian 84

Hình 4.10 Biến đổi T500 và Vfunnel của M3 theo điều kiện thời tiết và thời gian 84

Hình 4.11 Biến đổi Lbox và Jring của M3 theo điều kiện thời tiết và thời gian 84

Hình 4.12 Mô hình ANN1 dự báo các thông số tính công tác theo vật liệu chế tạo 89

Hình 4.13 Kết quả kiểm tra các thông số SF và T500 90

Hình 4.14 Kết quả kiểm tra các thông số Vfunel và Lbox 90

Hình 4.15 Kết quả kiểm tra các thông số Jring và SR 91

Hình 4.16 Kết quả kiểm tra thông số cường độ nén R28 91

Hình 4.17 Ví dụ về tương quan giữa các đầu ra MLP-ANN1 và các giá trị đích cho tham số Lbox 91

Hình 4.18 Mô hình MLP-ANN2 dự báo các thông số tính công tác và cường độ R28 của BTTL theo các yếu tố nhiệt độ và thời gian 94

Hình 4.19 Kết quả dự báo SF và T500 của M1 95

Hình 4.20 Kết quả dự báo Vfunnel và Lbox của M1 95

Hình 4.21 Kết quả dự báo Jring và R28 của M1 95

Hình 4.22 Kết quả dự báo SF và T500 của M2 96

Hình 4.23 Kết quả dự báo Vfunnel và Lbox của M2 96

Hình 4.24 Kết quả dự báo Jring và R28 của M2 96

Hình 4.25 Kết quả ước lượng SF và T500 cho M3 97

Hình 4.26 Kết quả dự báo Vfunnel và Lbox cho M3 97

Hình 4.27 Kết quả dự báo Jring và R28 cho M3 97

Hình 4.28 Quy trình cơ bản cấp phối, trộn, lưu giữ và vận chuyển hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng số liệu mô hình toán ANN 100

Hình 4.29 Quy trình chung xây dựng mô hình ANN cho bài toán dự báo 101

Hình 4.30 Quy trình thiết kế cấp phối hỗn hợp BTTL sử dụng dữ liệu 103

Hình 4.31 Quy trình đảm bảo tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn trong vận chuyển – lưu giữ ở điều kiện khí hậu Việt Nam 105

Hình 4.32 Kết quả ANN2 dự báo thời gian vận chuyển theo SF 110

Hình 4.33 Kết quả ANN2 dự báo thời gian vận chuyển theo T500 110

Hình 4.34 Kết quả ANN2 dự báo thời gian vận chuyển theo Vfunnel 110

Hình 4.35 Kết quả ANN2 dự báo thời gian vận chuyển theo Lbox 110

Hình 4.36 Kết quả ANN2 dự báo thời gian vận chuyển theo Jring 110

Hình 4.37 Kết quả ANN2 dự báo thời gian vận chuyển theo R28 110

Hình 4.38 Thời gian vận chuyển - lưu giữ đảm bảo tính công tác và 111

Hình 5.1 Bay hơi nước và biến dạng mềm cấp phối M1 N/B=0,30 ở ĐK khô hanh 117

Hình 5.2 Bay hơi nước và biến dạng mềm cấp phối M2 N/B=0,35 ở ĐK khô hanh 117

Hình 5.3 Bay hơi nước và biến dạng mềm cấp phối M1 N/B=0,30 ở ĐK n ng ẩm 118

Hình 5.4 Bay hơi nước và biến dạng mềm cấp phối M2 N/B=0,35 ở ĐK n ng ẩm 118

Hình 5.5 Bay hơi nước và biến dạng mềm cấp phối M1 N/B=0,30 ở ĐK nắng nóng 119

Hình 5.6 Bay hơi nước và biến dạng mềm cấp phối M2 N/B=0,35 ở ĐK nắng nóng 119

Hình 5.7 Cường độ nén của BTTL bảo dưỡng bằng phương pháp khác nhau trong điều kiện khô hanh: a) Cấp phối M1 N/B=0,3; b) Cấp phối M2 N/B=0,35 123

Hình 5.8 Cường độ nén của BTTL bảo dưỡng bằng phương pháp khác nhau trong điều kiện nóng ẩm: a) Cấp phối M1 N/B=0,3; b) Cấp phối M2 N/B=0,35 123

Hình 5.9 Cường độ nén của BTTL bảo dưỡng bằng phương pháp khác nhau trong điều kiện nắng nóng: a) Cấp phối M1 N/B=0,3; b) Cấp phối M2 N/B=0,35 123

Hình 5.10 Chất lượng bề mặt bê tông tương ứng 3 điều kiện bảo dưỡng: a) không bảo dưỡng, b) bảo dưỡng tưới nước, c) bảo dưỡng che ni lông 125

Hình 5.11 Hiện tượng ngưng tụ nước trên màng ni lông khi bảo dưỡng 126

Hình 5.12 Bay hơi nước và biến dạng mềm BTTL M2 N/B=0,35 trong 3 ĐK thời tiết 127 Hình 5.13 Bay hơi nước và biến dạng mềm BTTL M1 N/B=0,30 trong 3 ĐK thời tiết 127 Hình 5.14 Cường độ nén R28 của BTTL trong 3 điều kiện thời tiết: 128

Hình 5.15 Thời gian bảo dưỡng ban đầu BTTL trong điều kiện khô hanh 130

Hình 5.16 Thời gian bảo dưỡng ban đầu BTTL trong điều kiện nóng ẩm 130

Hình 5.17 Thời gian bảo dưỡng ban đầu BTTL trong điều kiện nắng nóng 131

Hình 5.18 Thời gian bảo dưỡng cần thiết trong các điều kiện khô hanh 133

Hình 5.19 Thời gian bảo dưỡng cần thiết trong các điều kiện nóng ẩm 133

Hình 5.20 Thời gian bảo dưỡng cần thiết trong các điều kiện nắng nóng 133

Hình 5.21 Quy trình công nghệ bảo dưỡng đổ liên tục không có mạch ngừng 135

Hình 5.22 Quy trình công nghệ bảo dưỡng đổ không liên tục có mạch ngừng ngang 135

Hình 5.23 Quy trình công nghệ bảo dưỡng đổ không liên tục có mạch ngừng đứng 135

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Bê tông tự lèn (BTTL) là loại bê tông chất lượng cao, đã được áp dụng rộng rãi trênthế giới Sử dụng BTTL tạo được sự thuận lợi trong công tác đổ bê tông các kết cấuBTCT công trình lớn, yêu cầu chất lượng và mỹ thuật cao, đặc biệt những kết cấu cómật độ cốt thép dày đặc

Công nghệ thi công BTTL là một công nghệ mới trong xây dựng ở Việt Nam, mới chỉđược sử dụng ở một số công trình đặc biệt Một số cơ sở khoa học công nghệ đã cónhững nghiên cứu cơ bản ban đầu về loại bê tông này, chủ yếu trong điều kiện phòngthí nghiệm và việc ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tế còn hạn chế

Đảm bảo tính công tác của hỗn hợp BTTL trước khi đổ vào khuôn và công tác bảodưỡng BTTL là hai đặc điểm công nghệ đặc biệt quan trọng trong dây chuyền côngnghệ bê tông toàn khối, c ý nghĩa quan trọng đến chất lượng, cường độ của BTTL vàchịu ảnh hưởng trực tiếp của điều kiện khí hậu Sự suy giảm tính công tác của hỗn hợpBTTL theo thời gian, dẫn đến kh khăn cho công tác đổ bê tông, làm tăng độ rỗng vàgiảm cường độ nén của BTTL [23] Đồng thời, bê tông cũng c thể bị phá hủy nếukhông được bảo dưỡng đúng cách [93]

Thành phần của hỗn hợp BTTL có những điểm khác biệt so với bê tông thường nhưhàm lượng chất độn mịn, phụ gia siêu dẻo nhiều, thể tích hồ xi măng nhiều hơn và tỷ

lệ N/B thấp hơn BTTL có tỷ lệ N/X thấp (<0,4) có thể sử dụng tất cả lượng nước trộncho quá trình thủy hóa nên cần phải bổ sung nước vào trong bê tông trong quá trìnhbảo dưỡng, tuy nhiên, sự không liên tục giữa các mao dẫn làm cho việc cung cấp nướcvào bên trong bê tông kh khăn [90] Việc sử dụng phụ gia siêu dẻo với hàm lượng lớndẫn đến thời gian đ ng rắn bê tông bị kéo dài [102] Vì vậy, một số đặc điểm côngnghệ thi công như tính công tác và kỹ thuật bảo dưỡng sẽ có những đặc thù riêng sovới bê tông truyền thống

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gi mùa, nhìn chung điều kiện khí hậu có tácđộng tốt cho quá trình đ ng rắn và phát triển cường độ của BTTL Tuy nhiên, trongnăm c nhiều chu kỳ thời tiết bất lợi như nắng nóng và khô hanh, sự biến thiên và chênhlệch nhiệt độ, độ ẩm cao giữa ngày và đêm làm ảnh hưởng xấu đến các tính chất

của hỗn hợp bê tông, sự đ ng rắn và phát triển cường độ của bê tông.

Tính công tác của hỗn hợp BTTL và quá trình đ ng rắn ban đầu của BTTL sẽ thay đổi,ứng xử như thế nào trong điều kiện thời tiết Việt Nam? Cần phải áp dụng các biệnpháp, quy trình kỹ thuật nào để đảm bảo tính công tác trước khi đổ bê tông? Kỹ thuậtbảo dưỡng bê tông nào cần phải áp dụng để đảm bảo quá trình đ ng rắn? Các kết quảnghiên cứu đã thực hiện và công bố ở Việt Nam và các tài liệu được tổng hợp từ nướcngoài về vấn đề này chưa đầy đủ và rõ ràng Trong khi đ , xu hướng phát triển và ứngdụng công nghệ BTTL trong thực tế xây dựng ở Việt Nam ngày càng rõ rệt và gia

tăng Vì vậy, đề tài ―Nghiên cứu tính công tác hỗn hợp bê tông và kỹ thuật bảo dưỡng bê tông tự lèn trong điều kiện khí hậu Việt Nam‖ là mang tính khoa học,

thực tiễn và cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng:

- Quy trình và yêu cầu kỹ thuật đảm bảo tính công tác của hỗn hợp BTTL trước khi đổvào khuôn trên cơ sở sử dụng thuật toán ANN và nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởngyếu tố công nghệ và khí hậu;

- Kỹ thuật bảo dưỡng BTTL, trong điều kiện khí hậu Việt Nam, trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ và khí hậu môi trường

3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu đề ra, luận án phải thực hiện các nội dung nghiên cứu cơ bản sau đây:

- Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp BTTL với nguồn vật liệu và phụ gia sẵn có ở Việt Nam

- Nghiên cứu thực nghiệm sự sụt giảm tính công tác của hỗn hợp BTTL trong thờigian lưu giữ ở điều kiện khí hậu Việt Nam

- Nghiên cứu sự mất nước và biến dạng mềm của BTTL trong thời gian đầu đ ng rắn dưới sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ và khí hậu

- Xây dựng mô hình mạng nơ ron nhân tạo ANN dự báo các thông số ban đầu của tínhcông tác hỗn hợp BTTL theo yếu tố thành phần vật liệu chế tạo

- Xây dựng mô hình mạng nơ ron nhân tạo ANN ước lượng sự suy giảm tính công tác của hỗn hợp BTTL dưới sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ và khí hậu

- Đề xuất quy trình kỹ thuật và yêu cầu kỹ thuật đảm bảo tính công tác của hỗn hợp BTTL trước khi đổ vào khuôn.

- Đề xuất kỹ thuật bảo dưỡng BTTL trong điều kiện khí hậu Việt Nam

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Tính công tác của hỗn hợp BTTL

- Công tác bảo dưỡng BTTL

4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu áp dụng cho kết cấu BTCT thông thường thi công bằng phương pháp đổ

bê tông tại chỗ, không bao gồm kết cấu bê tông khối lớn

- BTTL có tỷ lệ N/B = 0,256 - 0,374; TrB/B=0,081-0,418; cấp độ bền từ B35 – B50

- Điều kiện thí nghiệm: điều kiện thời tiết khu vực Hà Nội với các chu kỳ thời tiết vàcác thông số về nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí tương đồng tương đối vớimột số khu vực khác nhau trên cả nước Từ đ kết quả nghiên cứu có thể áp dụng ởcác khu vực c điều kiện thời tiết với các thông số khí hậu tương đương Các thí nghiệmthực hiện ở điều kiện tự nhiên, giống như điều kiện thi công trên công trường

5 Cơ sở khoa học của đề tài

Tính công tác của hỗn hợp BTTL được đặc trưng bởi các thông số: khả năng lấp đầy(được xác định bằng thí nghiệm độ chảy lan, thời gian chảy T500, Vfunnel); khả năngchảy xuyên (xác định bằng thí nghiệm Jring và Lbox); khả năng chống phân tầng (xácđịnh bằng thí nghiệm phân tầng sàng) Tính công tác của hỗn hợp BTTL chịu ảnhhưởng của các yếu tố như vật liệu thành phần (thể tích bột, cốt liệu); phụ gia hoạt tính(độ mịn, thành phần hạt, hình dạng hạt, thành phần khoáng, h a, độ hoạt tính, khốilượng riêng); loại phụ gia siêu dẻo, phụ gia tạo nhớt sử dụng; lượng nước trộn và cácyếu tố công nghệ, khí hậu như nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp, thời gian lưu giữ,phương pháp vận chuyển và điều kiện khí hậu

Mạng nơ ron nhân tạo ANN được sử dụng để xây dựng mô hình dự báo khi đối tượng

là một hàm phụ thuộc nhiều yếu tố và có quan hệ phi tuyến với các yếu tố phụ thuộc.Tính công tác của hỗn hợp BTTL được định lượng chính xác theo các yếu tố vật liệuchế tạo (xi măng, tro bay, nước, cốt liệu) và yếu tố công nghệ khí hậu (nhiệt độ bê

tông, nhiệt độ môi trường và thời gian vận chuyển) dựa trên ứng dụng mô hình ANN Bảo dưỡng bê tông tự lèn là tạo điều kiện thuận lợi về nhiệt độ và độ ẩm cho xi măng thủy hóa và các phản ứng puzzolanic xảy ra để bê tông đạt được các thuộc tính mong muốn Tốc độ và chất lượng quá trình thủy h a và đ ng rắn của BTTL phụ thuộc

phương pháp dưỡng ẩm, thành phần khoáng xi măng (lượng C3A, C3S, C2S), tỷ lệ N/X, thành phần phụ gia khoáng (tro bay, muội silic, xỉ lò cao), phụ gia siêu dẻo và nhiệt độ đ ng rắn

Quá trình bảo dưỡng gồm: Giai đoạn bảo dưỡng ban đầu (BDBĐ) và giai đoạn bảodưỡng tiếp theo (BDTT) Giai đoạn BDBĐ thực hiện ngay sau khi hoàn thiện bề mặt,mục đích giai đoạn này là kiểm soát quá trình mất nước của bê tông Đối với bê tôngthường, thời gian BDBĐ được xác định đến khi bê tông đạt cường độ 0,3-0,5MPa[13] Thời gian BDBĐ phụ thuộc vào việc kiểm soát lượng nước bay hơi và biến dạngmềm của bê tông, chính là thời gian để bê tông bay hơi tự do và đạt được cường độnhất định, thường 1-4 giờ [135] Giai đoạn BDTT được thực hiện sau BDBĐ với 2thông số: thời gian bảo dưỡng cần thiết TctBD và cường độ bảo dưỡng tới hạn RthBD.

TctBD tính bằng ngày đêm, là thời gian cần thiết duy trì bảo dưỡng để đạt giá trị RthBD

RthBD được tính bằng % cường độ nén của mẫu bê tông tiêu chuẩn (Rtc28)

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp định lượng thống kê (sử dụng mô hình mạng nơ ron nhân tạo ANN)

7 Giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Giá trị khoa học: Hệ thống h a cơ sở khoa học về công nghệ BTTL; định tính và địnhlượng sự thay đổi của tính công tác hỗn hợp bê tông, sự mất nước và biến dạng mềmcủa BTTL trong điều kiện khí hậu Việt Nam

- Ý nghĩa thực tiễn: Đã thiết kế cấp phối và chế tạo được BTTL bằng vật liệu nguồn gốcViệt Nam; đề xuất được quy trình và chỉ dẫn kỹ thuật đảm bảo tính công tác hỗn hợpBTTL trước khi đổ bê tông; đề xuất được quy trình và chỉ dẫn kỹ thuật bảo dưỡng

BTTL Các đề xuất có khả năng áp dụng cao trong thực tế thi công xây dựng

8 Những đóng góp mới của luận án

- Xác định được quy luật và định lượng được sự thay đổi của tính công tác hỗn hợpBTTL dưới sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ và khí hậu qua thực nghiệm vàứng dụng mô hình mạng ANN.

- Xác định được quy luật và định lượng được quá trình mất nước và biến dạng mềmtrong giai đoạn đầu đ ng rắn của bê tông tự l n dưới sự ảnh hưởng của yếu tố côngnghệ và khí hậu qua thực nghiệm trong điều kiện tự nhiên

- Đề xuất được quy trình, yêu cầu kỹ thuật đảm bảo tính công tác hỗn hợp BTTL trướckhi đổ bê tông dựa trên thí nghiệm thực nghiệm và ứng dụng các mô hình mạng nơ ronnhân tạo (ANN); đề xuất kỹ thuật bảo dưỡng BTTL hiệu quả trong điều kiện khí hậuViệt Nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ T NH C NG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ T NG

VÀ BẢO DƯỠNG BÊ T NG TỰ LÈN 1.1 MỘT SỐ HÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ

1.1.1 Bê tông tự lèn

Bê tông tự l n (BTTL), tên tiếng Anh: Self-Compacting Concrete (SCC), là loại bêtông khi chưa đông kết ở dạng hỗn hợp c khả năng tự chảy dưới tác dụng của trọng lựcbản thân và c khả năng điền đầy vào mọi g c cạnh của ván khuôn kể cả những nơi cmật độ cốt thép dày đặc mà không cần tác động cơ học, đảm bảo độ l n chặt, đồngnhất, không tách nước và phân tầng Sử dụng BTTL tạo được sự thuận lợi trong côngtác đổ bê tông các kết cấu BTCT công trình lớn, yêu cầu chất lượng và mỹ thuật cao,đặc biệt những kết cấu có mật độ cốt thép dày đặc [37] Khái niệm về BTTL ở một sốnước như sau:

- Ở Nhật Bản: BTTL là loại bê tông mà có thể tự lèn chặt ở mọi góc cạnh của vánkhuôn, đơn thuần chỉ bằng trọng lực bản thân của bê tông mà không cần phải sử dụngđầm rung [75]

- Ở Châu Âu: BTTL là loại bê tông mà không cần phải đầm rung khi thi công, có thể

tự chảy và lấp đầy khuôn bằng chính trọng lực bản thân mà vẫn đảm bảo độ đặc chắc

kể cả khu vực cốt thép dày đặc, c đặc tính kĩ thuật và độ bền lâu tương đương bê tôngđầm rung truyền thống [57]

- Ở khu vực Bắc Mỹ: BTTL là bê tông có độ chảy lan cao, không bị phân tầng, có thể

tự chảy và làm đầy ván khuôn kể cả khu vực có cốt thép dày đặc mà không cần đến sựtác động ngoại lực bên ngoài [42]

- Ở Liên bang Nga: BTTL (Самоуплотняющийся бетон) là hỗn hợp (vữa) bê tông tựchảy dưới tác động của trọng lực bản thân, tự thoát khí và lấp đầy khuôn với cốt thép

mà không cần sự tác động của ngoại lực đầm rung

1.1.2 Đặc điểm công nghệ thi công bê tông tự lèn

Công nghệ BTTL là hệ thống gồm kiến thức, thiết bị, phương pháp và quy trình trongviệc chế tạo, lưu giữ, vận chuyển, đổ và bảo dưỡng bê tông, tạo ra kết cấu xây dựngvới các tính chất kỹ thuật theo thiết kế Đặc điểm công nghệ thi công là các đặc trưng

(thuộc tính) ứng xử của nó trong quá trình chế tạo và thi công [138] Tính công tác củahỗn hợp và bảo dưỡng là những đặc điểm công nghệ thi công của BTTL.

1.1.3 Tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn

Hỗn hợp bê tông là hỗn hợp đồng nhất của chất kết dính, cốt liệu và nước có hoặckhông có thêm phụ gia hóa học và phụ gia khoáng, sau khi đổ, đầm và đ ng rắn tạothành bê tông [134]

Tính công tác (Workability) của hỗn hợp bê tông là một đặc tính công nghệ thi côngcủa hỗn hợp bê tông, quyết định sự dễ dàng khi đổ, san gạt, đầm tại mọi vị trí của vánkhuôn mà không có sự phân tầng và tách nước [52] Tính công tác được đánh giá bởi

độ linh động (lưu động), độ cứng và sự kết dính [134, 138]

1.1.4 Mất nước do bay hơi nước của bê tông

Mất nước của bê tông là quá trình bay hơi nước từ bê tông ra môi trường xung quanh(quá trình thay đổi chất) qua bề mặt thoáng Ảnh hưởng đến sự mất nước của bê tôngthời gian đầu đ ng rắn có nhiều yếu tố: bản thân cấp phối bê tông; chế độ và vật liệubảo dưỡng; khối tích và mô đun bề mặt của kết cấu; và đặc biệt là các yếu tố khí hậu,môi trường xung quanh [13]

1.1.5 Biến dạng mềm của bê tông

Biến dạng mềm là hiện tượng thay đổi thể tích (co hoặc nở) của bê tông khi chưa c cường độ, hoặc cường độ còn rất nhỏ Quá trình biến dạng mềm diễn ra trong khoảng trước 8-10 giờ đầu đ ng rắn của bê tông, tùy theo thời tiết cụ thể Ảnh hưởng đến biến dạng mềm của bê tông có nhiều yếu tố: bản thân cấu trúc bê tông; thông số khí hậu; quá trình mất nước của bê tông; phản ứng thủy hóa của xi măng trong bê tông [13]

1.1.6 Bảo dưỡng bê tông

Bảo dưỡng bê tông là việc duy trì độ ẩm và nhiệt độ thích hợp trong bê tông trong mộtkhoảng thời gian ngay sau khi đổ và hoàn thiện bề mặt để bê tông đ ng rắn thuận lợi,đảm bảo sự phát triển và đạt được các tính chất cơ lý của bê tông [5, 138]

1.1.7 Mạng nơ ron nhân tạo ANN

Mạng nơ ron nhân tạo (Artificial Neural Network- ANN) là mô hình toán học xử lý

thông tin được mô phỏng dựa trên hoạt động của hệ thống thần kinh của sinh vật, baogồm số lượng lớn các nơ ron được gắn kết để xử lý thông tin ANN giống như bộ nãocon người, được học bởi kinh nghiệm (thông qua huấn luyện), có khả năng lưu giữnhững kinh nghiệm hiểu biết (tri thức) và sử dụng những tri thức đ trong việc dự đoáncác dữ liệu chưa biết (unseen data).

1.2 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN C NG NGHỆ BÊ T NG TỰ LÈN 1.2.1 Đặc điểm vật liệu chế tạo bê tông tự lèn

1.2.1.1 Bột: gồm xi măng, pozzolan và chất độn mịn, c kích thước hạt dưới 125µm,hàm lượng bột quyết định thể tích hồ và tính lưu biến của hỗn hợp

a) Xi măng: xi măng sử dụng cho BTTL là các loại xi măng Po clăng thông thường, ximăng giàu belite (lượng C2S quy định từ 40-70%) Đặc biệt việc dùng xi măng toảnhiệt thấp c thành phần khoáng C3A và C4AF nhỏ trong chế tạo BTTL sẽ cho hiệu quảảnh hưởng phân tán, giảm lượng nhiệt toả ra mà không cần phải giảm hàm lượng ximăng [9]

b) Tro bay: tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháynhiên liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện chạy than, là phế thải thoát ra từ buồngđốt qua ống kh i nhà máy Tro bay phân thành 2 loại: Loại F và loại C Loại F là trobay c hàm lượng ôxit can xi thấp, hàm lượng CaO <10% được tạo ra khi đốt thanantraxit, than bi tum; Loại C là tro bay c hàm lượng ôxit can xi cao, hàm lượng CaO >10%, được tạo ra từ than lignite [60] Tro bay làm giảm khả năng thấm, giảm nhucầu nước và nhiệt độ thủy h a, tăng tính công tác, tuy nhiên sự phát triển về cường độthì chậm hơn [68]

c) Muội silic: muội silic là sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất chế phẩm chứasilic, thoát ra dưới dạng khói bay cực mịn Muội silic c kích thước rất nhỏ, khoảng từ0,1 μm m đến vài μm m, đường kính hạt trung bình 1,5 μm m, nhỏ hơn nhiều kích thước củahầu hết các bột khác Muội silic lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt xi măng làmtăng độ đặc chắc và cường độ BTTL [67]

d) Xỉ lò cao: xỉ lò cao là sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxít sắt thành gang

Xỉ lò cao nghiền mịn có kích thước hạt xấp xỉ kích thước hạt xi măng, giúp để cảithiện tính chất lưu biến của hỗn hợp BTTL [67]

1.2.1.2 Cốt liệu

a) Cốt liệu lớn – đá: đối với BTTL, hàm lượng cốt liệu lớn được sử dụng ít hơn so với

bê tông truyền thống [98] Theo hướng dẫn của Châu Âu kích thước cốt liệu nên chọn12-20mm, với kích thước 10-15mm bê tông sẽ ổn định hơn [81], trong trường hợp bêtông cường độ cao kích thước này nên chọn 9,5-12,7mm [109]

b) Cốt liệu nhỏ - cát: các loại cát dùng cho bê tông thông thường đều có thể dùng choBTTL Nhật Bản, Trung Quốc, châu Âu, Mỹ quy định thể tích hạt > 5mm (và 8mmtheo quy định của Thụy Điển và Na Uy) của cốt liệu nhỏ không vượt quá 10% [78].1.2.1.3 Phụ gia hoá học

a) Phụ gia siêu dẻo

Chức năng của phụ gia siêu dẻo là phân tán các hạt xi măng và tạo cho hỗn hợp bêtông c độ chảy cao mà không cần thêm nước Phụ gia siêu dẻo gốc Naphthalene choBTTL cần hàm lượng cao mới có thể đạt được tính công tác yêu cầu, tuy nhiên sẽ kéodài quá trình đ ng rắn và giảm tốc độ phát triển cường độ của bê tông ở tuổi sớm Phụgia siêu dẻo gốc Melamine làm nhanh suy giảm độ chảy của hỗn hợp bê tông nên cũng

ít được sử dụng Mức độ giảm nước 2 loại phụ gia này tối đa 25% [67] Phụ gia siêudẻo gốc Polycarboxylate Ether (PCE) khắc phục được những nhược điểm nêu trên.Polycarboxylate là một chất polyme có cấu trúc phân tử gồm mạch chính và các mạchnhánh hình răng lược (hình 1.1)

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử của PCE

Tác động tăng dẻo của phụ gia PCE chủ yếu là nhờ hai loại lực đẩy khác nhau giữa cáchạt xi măng làm chúng bị phân tán Lực tĩnh điện xuất hiện do sự hấp thụ các điện tích

âm được cung cấp bởi các nhóm carboxilic của phần tử mạch chính Đồng thời, hiệuứng phân tán nhờ các mạch nhánh hình răng lược của các phân tử polyme trong phụ

gia ngăn cản sự kết tụ của các hạt xi măng Loại phụ gia này có thể giảm nước đến 40% Tại Việt Nam có nhiều loại phụ gia siêu dẻo, giảm nước đến 30-40%, có thể sửdụng để sản xuất BTTL như Glenium SP 51, Glenium SP 8 của hãng MBT; Viscocrete

30-3400 của hãng SiKa; ADVS Cast 508 của hãng Grace, Dynamon SP 1 của hãngMaPei; BP HV 297 của hãng Bifi

b) Phụ gia biến tính độ nhớt: Phụ gia biến tính độ nhớt (VMA) được sử dụng để điềuchỉnh độ nhớt của hỗn hợp bê tông VMA được sử dụng để sản xuất bê tông c độ nhớttốt hơn, kiểm soát tính lưu biến của hỗn hợp, nâng cao sự đồng nhất, giảm tách nước,phân tầng, làm cho hỗn hợp BTTL dễ kiểm soát hơn [67]

1.2.2 Nguyên lý cấp phối và cấu trúc thành phần

Đặc điểm của BTTL là cường độ cao (> 40 MPa) vì lỗ rỗng ít, tuổi thọ cao, độ chốngthấm tốt [35] BTTL được chế tạo theo nguyên tắc sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính,

tỷ lệ N/B thấp, giảm tối đa hàm lượng cốt liệu lớn, lượng phụ gia siêu dẻo cao [118].Phụ gia khoáng hoạt tính để tăng hàm lượng bột (xi măng + phụ gia khoáng hoạt tính)nhằm tăng thể tích hồ và cải thiện tính lưu biến của hỗn hợp bê tông với lượng dùng ximăng tương đối nhỏ, tỷ lệ N/B thấp để tăng độ liên kết của hỗn hợp BTTL và đảm bảocường độ yêu cầu của bê tông, giảm tối đa hàm lượng cốt liệu lớn để cải thiện tínhcông tác, lượng phụ gia siêu dẻo cao để đảm bảo độ chảy yêu cầu của hỗn hợp bê tông

So với bê tông truyền thống, cấp phối BTTL có lượng bột nhiều hơn và cốt liệu lớn íthơn, hàm lượng phụ gia siêu dẻo cao Theo [67] thành phần vật liệu của hỗn hợpBTTL c xu hướng tương tự với thành phần vật liệu của bê tông cường độ cao So sánhthành phần vật liệu giữa BTTL và bê tông truyền thống ở Hình 1.2 [102]

Hình 1.2 So sánh thành phần vật liệu giữa BTTL và BT truyền thống [102]

1.2.3 Phân loại bê tông tự lèn

1.2.3.1 Phân loại theo tính công tác

Theo hướng dẫn Châu Âu [57] BTTL được phân loại dựa trên các giá trị của các đặctính công tác như độ chảy lan SF, độ nhớt, khả năng vượt qua, độ ổn định Tương ứngvới từng loại bê tông khác nhau sẽ c hướng dẫn ứng dụng phù hợp nhằm đảm bảo chấtlượng thi công Bảng 1.1 thể hiện phân loại BTTL và khuyến cáo sử dụng

Bảng 1.1 Phân loại BTTL theo tính công tác và khuyến cáo sử dụng [57]

tông chỉ tiêu đo

Kết cấu đúc sẵn, đúc bằng bơm, c dòngSF1 550-650 chảy ngang nhỏ như cọc hoặc móng sâu,

(mm) SF2 660-750 Các kết cấu cột, tường, sàn đúc tại chỗ

Bê tông c kích thước cốt liệu nhỏ hơnSF3 760-850 16mm, các kết cấu đứng cốt thép dày đặc

hoặc hình dạng phức tạp

VS1/VF1 ≤2/(≤8) Khả năng làm đầy tốt, tự cân bằng cao,

chất lượng bề mặt hoàn thiện tốt nhất

(%) khoảng chảy>5m, khoảng cách cốt

thép>80mm Hoặc kết cấu theo phươngđứng cao, khoảng cách cốt thép< 80mm,rơi tự do<5m, chất lượng bề mặt cao.Ghi chú: - PL1, PL2 ứng Lbox có 2 thanh thép chặn và 3 thanh thép chặn

- PJ1, PJ2 ứng với Jring có 12 thanh thép chặn và 16 thanh thép

chặn 1.2.3.2 Phân loại theo vật liệu

Theo [115], hỗn hợp BTTL được chia thành 3 loại theo đặc tính của vật liệu cấp phối:

- Hỗn hợp BTTL dựa trên hiệu ứng bột mịn: chỉ sử dụng phụ gia siêu dẻo, không sửdụng phụ gia biến tính độ nhớt, c hàm lượng bột mịn cao hơn so với bê tông truyền thống Độ linh động và tính ổn định của hỗn hợp bê tông điều chỉnh bằng tỷ lệ N/B

- Hỗn hợp BTTL sử dụng phụ gia biến tính độ nhớt: sử dụng phụ gia siêu dẻo cùng vớiphụ gia biến tính độ nhớt, giảm lượng bột mịn trong thành phần

- Hỗn hợp BTTL kiểu kết hợp: thành phần c cả chất bột mịn, phụ gia siêu dẻo và phụ gia biến tính độ nhớt

1.2.4 Đặc điểm về tính chất cơ lý của bê tông tự lèn

- Cường độ chịu nén: Cường độ chịu nén của BTTL phụ thuộc vào hàm lượng ximăng, tỷ lệ N/B và tỷ lệ thay thế xi măng bằng các phụ gia mịn (tro bay, silica fume, xỉ

lò cao ) [67] Nhìn chung BTTL c cường độ nén cao hơn so với bê tông truyền thống

có cùng tỷ lệ N/B [57]

- Cường độ chịu kéo: cường độ chịu kéo của BTTL giống như bê tông truyền thống dolượng hồ vữa (xi măng+ cốt liệu mịn+nước) không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu kéo của bê tông [67, 105]

- Modul đàn hồi: modul đàn hồi của BTTL thấp hơn so với bê tông truyền thống cócùng cường độ Điều này được giải thích do BTTL có lượng cốt liệu lớn ít và lượng bột nhiều hơn so với bê tông truyền thống [57, 105]

- Từ biến: Từ biến của BTTL cao hơn không nhiều so với bê tông truyền thống có cùng cường độ nén [57]

- Biến dạng của BTTL: Giá trị co khô của BTTL tăng lên do giảm tối đa thể tích cốt

liệu dẫn đến tăng thể tích hồ [57] Biến dạng mềm của BTTL c xu hướng lớn hơn bêtông truyền thống do hàm lượng bột, phụ gia siêu dẻo, phụ gia VMA lớn, tỷ lệ N/Bthấp [67].

- Liên kết với cốt thép: Liên kết giữa BTTL với cốt thép tốt hơn so với bê tông truyền thống, do chất lượng tiếp xúc giữa bê tông và cốt thép tốt hơn [105]

1.2.5 Một số đặc điểm thi công bê tông tự lèn

1.2.5.1 Công tác trộn hỗn hợp bê tông tự lèn

BTTL c thể được trộn đều bằng các loại máy trộn khác nhau như máy trộn rơi tự do vàmáy trộn cưỡng bức Trộn bằng máy cưỡng bức c hiệu quả trộn cao hơn so với máytrộn theo nguyên lý rơi tự do [67] BTTL c hàm lượng hạt mịn và phụ gia siêu dẻonhiều hơn bê tông truyền thống nên thời gian trộn lâu hơn [64] BTTL c độ nhớt

cao, lượng nước dùng ít, nên thời gian trộn phải lâu hơn để đảm bảo tính công tác củahỗn hợp Độ nhớt lớn nên khả năng bám dính bê tông vào cánh trộn lớn, để đạt hiệuquả trộn cần trộn với tốc độ chậm và thể tích mẻ trộn không nên vượt quá 70% thể tíchhiệu dụng của thùng trộn [67]

1.2.5.2 Công tác ván khuôn bê tông tự lèn

Đối với BTTL c thể áp dụng các loại ván khuôn như gỗ, thép, nhựa để thi công nhưđối với bê tông truyền thống Bề mặt tấm khuôn cần xử lý (phủ phim, bôi dầu ) đểđảm bảo chất lượng bề mặt bê tông Nhiều nghiên cứu cho thấy áp lực của hỗn hợp bêtông tác động lên ván khuôn không cao hơn so với bê tông truyền thống ngay cả khi đổvới tốc độ cao Tuy nhiên, việc thiết kế tính toán ván khuôn được khuyến cáo thựchiện theo áp lực thủy tĩnh [102]

1.2.5.3 Công tác vận chuyển bê tông tự lèn

Hỗn hợp BTTL được vận chuyển đến công trường bằng các loại xe bồn c gắn trống xoaynhằm xáo trộn hỗn hợp tránh bị phân tầng và tách nước Đối với hỗn hợp bê tông truyềnthống các biến động chất lượng trong quá trình lưu giữ - vận chuyển c thể được khắc phụcbằng đầm rung để đảm bảo độ đặc chắc, nhưng giải pháp này là không thể áp dụng đối vớiBTTL Vì vậy, sự gián đoạn trong công tác vận chuyển thường để lại những hậu quảnghiêm trọng hơn so với bê tông truyền thống [70] Công tác vận chuyển hỗn hợp BTTL

so với bê tông truyền thống cũng cần lưu ý một số đặc điểm:

tốc độ rải hỗn hợp BTTL nhanh hơn rất nhiều, đòi hỏi công suất vận chuyển lớn hơn;hỗn hợp BTTL c độ lỏng lớn hơn, nên thể tích thực vận chuyển so với dung tích thùngchứa phải ít hơn, tránh hỗn hợp bê tông bị chảy ra ngoài trong quá trình vận chuyển,đặc biệt là khu vực dốc, đồi núi [67].

1.2.5.4 Công tác đổ bê tông tự lèn

Hỗn hợp BTTL c thể đổ vào khuôn trực tiếp từ xe bồn, thùng chứa c vòi hoặc đổ bằngbơm bê tông Một số nguyên tắc khi đổ bê tông [67]:

- Cao độ đặt ống đổ: Khi ống đổ đặt cao hơn so với bề mặt hỗn hợp sẽ làm cho khôngkhí xâm nhập vào bên trong bê tông Do độ nhớt của BTTL khá lớn nên việc thoát cácbọt khí ra khỏi hỗn hợp bê tông là kh khăn làm cho BTTL dễ bị khuyết tật như bị lỗrỗng bên trong hoặc rỗ bề mặt Vì vậy, nên bố trí ống đổ nằm thấp hơn so với bề mặthỗn hợp hoặc giới hạn chiều cao đổ và tốc độ đổ bê tông

- Tốc độ đổ: đổ bê tông nên thực hiện với tốc độ chậm để không khí c thời gian thoát

ra bên ngoài hỗn hợp bê tông

- Hướng đổ bê tông: nên đổ hỗn hợp bê tông theo một hướng nhất định, không đổ từ hai hướng để tránh không khí bị mắc kẹt trong hỗn hợp bê tông gây lỗ rỗng bên trong

- Khoảng cách chảy: Hỗn hợp bê tông chảy với quảng đường dài, nhiều cản trở sẽ dễ

bị phân tầng Theo ACI 237R [42] cho phép khoảng chảy tối đa 10m Tuy nhiên đểthực sự hiệu quả theo gợi ý của tổ chức Rilem thì khoảng chảy là 5-8m

- Chiều cao rơi: Chiều cao rơi tự do hỗn hợp BTTL được giới hạn nhằm tránh hiệntượng phân tầng hỗn hợp bê tông Chiều cao rơi cho phép đến 8m, tuy nhiên, chiều cao

từ 1-3m được cho là áp dụng hiệu quả nhất

- Nếu khu vực đổ c diện tích lớn thì cần chia khu vực thành các phân khu Kết cấu c

độ dày lớn, việc đổ bê tông được chia thành các lớp đổ

- Sự liên kết giữa lớp bê tông đổ trước và lớp bê tông đổ sau của BTTL là tươngđương hoặc tốt hơn so với truyền thống Bề mặt BTTL nên được san gạt sơ bộ theophân đoạn nhất định, và hoàn thiện chính thức được thực hiện trước khi bê tông đôngcứng [102]

1.2.5.5 Công tác bảo dưỡng bê tông tự lèn

BTTL c xu hướng khô nhanh hơn so với bê tông truyền thống do BTTL, ít bị hoặc

không tách nước trên bề mặt BTTL được bảo dưỡng càng sớm càng tốt sau khi đổ đểngăn cản bê tông bị nứt do co ng t [102].

1.3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ T NG TỰ LÈN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.3.1 hái quát lịch sử quá trình nghiên cứu bê tông tự lèn trên thế giới

Trong khoảng nhiều năm bắt đầu từ năm 1983, vấn đề về tính bền vững của kết cấu bêtông là một chủ đề n ng được quan tâm tại Nhật Bản Để tạo ra được kết cấu bê tông cótính bền vững cao đòi hỏi phải c đội ngũ thợ lành nghề tiến hành đầm chặt bê tông.Tuy nhiên, sự sụt giảm lớn công nhân trong ngành xây dựng Nhật Bản giai đoạn này

đã ảnh hưởng đến độ bền lâu của bê tông Giải pháp thay thế là sử dụng loại bê tông cókhả năng khả năng tự lèn chặt vào tất cả các góc cạnh của ván khuôn chỉ đơn giảnbằng chính trọng lượng của bản thân n mà không cần đầm rung

Nguyên mẫu của BTTL được hoàn thiện lần đầu tiên vào năm 1988 tại Nhật Bản bằngcách sử dụng những vật liệu có sẵn trên thị trường Bê tông này được đặt tên là ―Bêtông tính năng cao‖, sau đ được gọi là ―Bê tông tự l n tính năng cao‖ [56] Từ đ đếnnay, có rất nhiều nước trên thế giới từ Nhật Bản, Châu Âu, Bắc Mỹ, Úc dành sự quantâm đặc biệt trong nghiên cứu, hoàn thiện và ứng dụng loại bê tông này

Năm 1997, Ủy ban kỹ thuật về BTTL được thành lập với sự tham gia của 17 thànhviên đến từ 10 nước trên 4 châu lục với mục đích thu thập, phân tích, rà soát công nghệ

và thống nhất xây dựng phương pháp thí nghiệm đánh giá BTTL [73] Kỷ yếu Hộinghị Quốc tế đầu tiên về BTTL do RILEM tổ chức tại Thụy Điển đã tập hợp được 65bài viết từ các nước trên thế giới xoay quanh các vấn đề: tính lưu biến, đặc tính đôngkết, thiết kế cấp phối và trộn, thành phần vật liệu và ứng dụng BTTL trong xây dựng[67] Đến Hội nghị quốc tế lần 8 năm 2016 về BTTL tổ chức tại Mỹ thì số bài viết tănglên (105 bài) và các chủ đề thảo luận về BTTL cũng mở rộng hơn với nhiều lĩnh vực:phương pháp thí nghiệm, thiết kế cấp phối, vật liệu, lưu biến, tính chất cơ lý, độ bềnlâu và tính bền vững, sử dụng cốt sợi, sản xuất và ứng dụng [83]

Bảng 1.2 thể hiện khái quát các mốc thời gian phát triển BTTL trên thế giới từ năm 1997 đến nay.

Bảng 1.2 Các mốc thời gian phát triển BTTL [67]

Năm Các sự kiện về nghiên cứu và phát triển BTTL

1988 Nguyên mẫu BTTL lần đầu tiên được công bố ở Nhật Bản

1997 Hiệp hội kỹ thuật về BTTL được RILEM thành lập

1999 Hội nghị chuyên đề RILEM lần 1 về BTTL tại Thụy Điển

2002 EFNARC ban hành Đặc điểm kỹ thuật và Hướng dẫn BTTL

2003 Ủy ban kĩ thuật ACI 237 về BTTL được thành lập

2005 Ban hành Hướng dẫn của Châu Âu về BTTL: Đặc điểm kỹ thuật,

Sản xuất và Sử dụng2005-2006 ASTM ban hành phương pháp thí nghiệm tính công tác BTTL

2010 Ban hành Tiêu chuẩn Châu Âu EN về PP kiểm tra HH BTTL

2016 Hội nghị chuyên đề quốc tế RILEM thứ 8 tại Mỹ

11/2019 Hội nghị chuyên đề quốc tế RILEM thứ 9 tại Đức

Tại Nhật Bản bài viết quan trọng đầu tiên về BTTL được thực hiện bởi tác giả Ozawa

và các cộng sự năm 1992 [103] Mô hình thiết kế chế tạo BTTL được Viện nghiên cứu

xi măng và bê tông Thụy Điển (CBI) [106] xuất bản năm 1996 Ai Xơ Len bắt đầu nghiêncứu BTTL từ 1996 đến 1999 Tại Pháp các khuyến nghị về sử dụng vật liệu cho BTTLđược ban hành tháng 7/2000 Năm 2002, Tây Ban Nha đã xuất bản tiêu chuẩn về BTTL

Hà Lan bắt đầu quan tâm tới BTTL từ năm 1998 Ở Na Uy năm 2001, hướng dẫn về sảnxuất và sử dụng vật liệu BTTL đã được ban hành Tại Anh, Hiệp hội

bê tông được thành lập năm 1999 với mục đích phát triển BTTL tại Anh [73] Tại cácnước Bắc Mỹ, các nghiên cứu về BTTL chủ yếu được thực hiện tại Mỹ và Canada.Năm 2007 các nghiên cứu thực tế về BTTL được bắt đầu [67] Tại Singarpore tháng3/2019 hội nghị quốc tế về BTTL được Viện Hàn lâm Khoa học, Kỹ thuật và Côngnghệ Thế giới tổ chức, nhằm tập hợp các nhà khoa học hàng đầu về BTTL để chia sẻcác kinh nghiệm và kết quả nghiên cứu của họ về BTTL [128]

1.3.2 Ứng dụng bê tông tự lèn trên thế giới

Tại Nhật Bản, năm 1990, BTTL lần đầu tiên được sử dụng để xây dựng công trình nhà ở.Năm 1991, BTTL được sử dụng để xây dựng các trụ của 1 cây cầu dây văng bê tông dựứng lực [101] Năm 1998, BTTL được sử dụng trong thi công hai cọc neo dày 3m

của công trình Cầu Akashi-Kaikyo (Akashi Straits) (Hình 1.3), với chiều dài nhịp1,991km - dài nhất thế thế giới vào thời điểm đ Hỗn hợp BTTL được vận chuyển từkhoảng cách 200m trong các ống dẫn đến nơi đúc Kết quả ứng dụng cho thấy bê tôngđạt chất lượng tốt, thời gian thi công rút ngắn từ 2,5 năm xuống 2 năm [100].

Tại Bắc Kinh - Trung Quốc, công trình Tòa nhà CCTV gồm 2 tòa tháp cao 234 tầng có

độ nghiêng 6 độ vào nhau Các cột BTCT phức tạp được thi công bằng hỗn hợp BTTL

có độ chảy SF = 720mm [132]

Tòa nhà Alturki Business Park - Ả Rập Saudi là công trình được xây dựng hoàn toànbằng BTTL Hỗn hợp BTTL sử dụng phụ gia mịn là tro bay, cấp độ bền 60MPa, độchảy SF = 650 - 750mm được bơm cao 230m đến vị trí đổ bê tông Thực tế thi côngcho thấy công tác đổ và hoàn thiện BTTL dễ dàng hơn so với bê tông truyền thống, cóthể đổ bê tông liên tục kết cấu tường cao 7 m trong một thời gian rất ngắn và đạt chấtlượng cao [71]

BTTL được sử dụng tại Thái Lan từ năm 1992, cho một số công trình như các cột củatòa nhà Office Building ở Băng Cốc, đường ống dẫn nước của nhà máy chế tạo than đátại tỉnh Patumthani, cầu vượt đường cao tốc tại tỉnh Patumthani [121] Philippines đã

sử dụng BTTL để xây dựng khách sạn Eaton Holiday ở Makati cao 71 tầng [38]

Ở Thụy Điển, năm 1998, 225.000m3 BTTL được sử dụng tại Dự án hạ tầng SodraLanken lớn nhất Thụy Điển (hình 1.4) Dự án bao gồm 6 km đường bốn làn nối đông

và tây Stockkholm, gồm bảy nút giao thông lớn, với cầu, tường giữ đất, lối vào đường hầm và đường hầm trong đất, chiều dài đường hầm là 16,6km [102]

Hình 1.3 Cột neo 4a cầu Akashi [100] Hình 1.4 Dự án Sodra Lanken [102]

Năm 2007, Viện bê tông Mỹ ACI đã đánh giá BTTL là một công nghệ mới và khuyếnkhích áp dụng tại Mỹ Khảo sát cho thấy 22/25 hạt của bang Columbia năm 2008 đã sửdụng hoặc xem xét sử dụng BTTL [67] Cục vận tải Virginia, Mỹ (VDOT) mỗi nămdành khoảng 13 triệu USD cho các kết cấu đúc sẵn bằng BTTL, tiết kiệm được 5% chiphí [104] Các bức tường của Cơ sở thử nghiệm dao động âm thanh của Cơ quan Hàngkhông và Vũ trụ Mỹ (NASA) tại trạm Plum Brook (Hình 1.5) được thi công bằngBTTL c độ chảy SF = 650mm với chất lượng bề mặt kết cấu đảm bảo yêu cầu [67].Nhà thờ Chúa Christ the Light, ở Oakland, California (Hình 1.6) đưa vào sử dụng năm

2008 với các bức tường vòm bằng bê tông có mật độ cốt thép dày đặc, nhiều chi tiếttrang trí sắc nét, thẩm mỹ cao ở bề mặt của các bức tường, được thi công bằng bơmBTTL có độ chảy SF = 610 - 690mm [67]

Hình 1.5 Cơ sở thử nghiệm âm thanh tại Hình 1.6 Nhà thờ Chúa Christ the

1.3.3 Nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự lèn tại Việt Nam

Ở Việt Nam, BTTL được bắt đầu nghiên cứu từ năm 2001 tại một số viện nghiên cứu

và các trường đại học Để chế tạo BTTL cho thí nghiệm, các loại phụ gia hóa học đặcbiệt (siêu dẻo, biến tính độ nhớt), phụ gia mịn khoáng hoạt tính chất lượng cao (trobay, silica fume) đã được sử dụng [19]

Năm 2004, Trương Thị Hồng Thúy - Viện KHCN Xây dựng (IBST) đã nghiên cứu, đềxuất cấp phối và phương pháp chế tạo BTTL, cường độ nén 50MPa sử dụng vật liệuđịa phương Kết quả nghiên cứu này đã được IBST áp dụng cho việc thi công nút khung bê tông tòa nhà T34 Trung Hòa, Hà Nội [32]

Năm 2007, các cấp phối hỗn hợp BTTL M200 được đề xuất bởi Phạm Văn Khoan.Hỗn hợp có thể duy trì tính công tác trong thời gian 90 phút Biến dạng mềm trongđiều kiện đo ở phòng thí nghiệm 0,815mm/m, giá trị đo ngoài trời trong điều kiện khíhậu Miền Nam ở nhiệt độ 30-370C và độ ẩm 54-59% là 1,025mm/m Co khô đo được

ở phòng thí nghiệm 0,115mm/m và 0,225mm/m trong điều kiện đo ngoài trời [25] Năm 2008 trường đại học Bách khoa Đà Nẵng đã nghiên cứu ứng dụng BTTL chođường và sân bay Kết quả nghiên cứu được áp dụng thử nghiệm cho công trình cảngCái Mép Thị Vải cuối năm 2010 [29]

Dựa trên Hướng dẫn của Châu Âu về BTTL, sản phẩm gạch lát lề đường bằng BTTL

đã được nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bởi Nguyễn Văn Chánh năm 2009 [9]

Năm 2010, Kim Huy Hoàng và Bùi Đức Vinh đã nghiên cứu tối ưu thành phần vật liệuBTTL với cốt liệu nhỏ là cát tự nhiên kết hợp cát nhân tạo nghiền từ đá, sử dụng cốtliệu lớn là đá dăm Dmax = 10mm Theo kết quả nghiên cứu, BTTL được chế tạo có độchảy 525 – 850mm, cường độ nén ở tuổi 28 ngày đạt 140 - 170 MPa [21]

Trong đề tài ―Hoàn thiện công nghệ chế tạo và thi công BTTL trong xây dựng cáccông trình thủy lợi‖ của Hoàng Phó Uyên - Viện Khoa học Thủy lợi thực hiện năm

2012, BTTL mác M200, M300, M400 được chế tạo bằng vật liệu trong nước với cácnghiên cứu về sự suy giảm tính công tác của hỗn hợp vữa và thời gian đông kết củahỗn hợp BTTL trong điều kiện phòng thí nghiệm [38] Tác giả Vũ Quốc Vương trườngĐại học Thủy Lợi đã nghiên cứu sử dụng cát nghiền chế tạo bê tông tự lèn M400,M500, M600 đảm bảo cường độ và tính công tác của hỗn hợp [39]

Kết quả nghiên cứu năm 2013 của Trần Đức Trung - Trường Đại học Xây dựng chothấy, hoàn toàn có thể sử dụng cát mịn thay thế cát thô kết hợp với xỉ lò cao và tro trấuchế tạo BTTL c cường độ cao tương tự như BTTL sử dụng cát thô; cường độ nén củaBTTL ở 28 ngày tuổi có thể đạt trên 60MPa [36]

Năm 2014, Nguyễn Quang Phú đã tiến hành nghiên cứu các giải pháp nâng cao khảnăng chống thấm cho các công trình thủy lợi sử dụng BTTL c cường độ nén trên40MPa Kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp điều chỉnh liều lượng phụ gia siêu dẻo

và sử dụng phụ gia khoáng silica fume với tỷ lệ hợp lý có tác dụng tăng cường khảnăng chống thấm cho kết cấu BTTL [28]

Năm 2018 ở Việt Nam đã ban hành TCVN 12209:2018 Bê tông tự lèn – yêu cầu kỹthuật và phương pháp thử Tiêu chuẩn hướng dẫn chi tiết về phương pháp thí nghiệmtính công tác và phân loại hỗn hợp bê tông tự lèn [8].

Những năm gần đây bê tông c độ chảy cao đã được sử dụng cho một số công trình nhưKeangnam Hanoi Landmark Tower, Lotte Center Hanoi, Viettinbank Tower [29].Công trình The Landmark 81 tại Tp Hồ Chí Minh là công trình siêu cao tầng đầu tiên

do nhà thầu Việt Nam thi công với kết cấu đài m ng siêu lớn, chiều cao lớn nhất đến8,4m, diện tích bề mặt 3000m2, khối lượng bê tông móng xấp xỉ 17.000m3, mật độ cốtthép dày đặc (Hình 1.7) BTTL c độ chảy cao, tỏa nhiệt thấp được lựa chọn cho kết cấuđài m ng, quá trình đổ bê tông liên tục trong 41 giờ, bê tông đài m ng được đánh giátốt, đảm bảo chất lượng theo yêu cầu [11]

Hình 1.7 Móng tòa nhà siêu cao tầng the Landmark 81 [11]

Trong lĩnh vực thủy lợi một số công trình đã áp dụng thành công BTTL như cống T17 ở U Minh - Cà Mau (khẩu độ B = 8m, ngưỡng -2.20, đập xà lan và cống Sáu Hỷ(khẩu độ B = 8m, ngưỡng -2.00, đập xà lan bản sườn, cầu giao thông H8, mặt cầu rộng3m) và hàng loạt công trình khác thuộc hệ thống công trình phân ranh mặn ngọt tỉnh

T23-S c Trăng - Bạc Liêu Các công trình này sử dụng BTTL M350, mác chống thấm sau

28 ngày là W = 12 atm Giá vật liệu BTTL lớn hơn 1,2 ÷ 1,4 lần so với bê tông

thường; nhưng tiết kiệm 60-70% chi phí nhân công đổ, san gạt; giảm 50% chi phí đầm

bê tông và hoàn thiện bề mặt; rút ngắn 1,2 ÷ 1,5 lần thời gian thi công [34]

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ T NH C NG TÁC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN VÀ BẢO DƯỠNG BÊ T NG TỰ LÈN

1.4.1 Tình hình nghiên cứu về tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn

Kết quả nghiên cứu của Abdullah và các cộng sự cho thấy, nhiệt độ tăng làm tăng tốc

độ thủy h a và bay hơi nước do đ giảm tính công tác của hỗn hợp bê tông [55]

Năm 2011, kết quả nghiên cứu của Marar và Eren chỉ ra rằng, khi hàm lượng xi măng tăng, và tỷ lệ cốt liệu/xi măng giảm có tác dụng tăng tính l n chặt của bê tông [96] Báocáo ACI 238.1 năm 2008 làm rõ phương pháp tăng tính công tác của hỗn hợp bê tông bằng cách sử dụng phụ gia siêu dẻo và tối ưu h a thành phần hạt của cốt liệu [43]

Theo Felekoglu, BTTL có tỷ lệ N/X thấp thì mức độ suy giảm độ chảy cao hơn; sửdụng phụ gia siêu dẻo gốc PC biến đổi cấu trúc, kết hợp với hàm lượng siêu dẻo và tỷ

lệ N/B hợp lý là yếu tố quan trọng duy trì tính công tác của hỗn hợp BTTL [70]

Năm 2009 ASTM đã nghiên cứu và ban hành tiêu chuẩn kiểm tra tính công tác củahỗn hợp BTTL gồm ASTM C1611 [41], ASTM 1621 [40], ASTM C1610 [61] Năm

2010 Châu Âu ban hành tiêu chuẩn EN12350 [51] về phương pháp thí nghiệm cácthông số tính công tác của hỗn hợp BTTL Đây là 2 bộ tiêu chuẩn rất quan trọng trongviệc xác định kiểm tra và đánh giá tính công tác của hỗn hợp BTTL

Nehdi đã sử dụng ANN để dự báo chính xác độ chảy lan, khả năng tự lèn và sự phântầng và cường độ nén của BTTL theo thành phần vật liệu [92] Việc xây dựng mô hìnhANN dự báo độ độ sụt và cường độ của bê tông theo các thông số (tỷ lệ N/X, độ dàylớp vữa, tỷ lệ chất kết dính/tro bay, thể tích cốt liệu mịn) Ứng dụng mô hình ANNtrong bài toán thiết kế này được cho thấy giảm được số lượng thử nghiệm trong quátrình thiết kế cấp phối nên tiết kiệm được chi phí, nhân công và thời gian thực hiện Bêtông thiết kế cấp phối bằng mô hình ANN dự kiến sử dụng lượng xi măng và nướcthấp hơn nhưng độ bền lâu cao hơn [80]

Sử dụng mô hình toán mạng nơ ron nhân tạo ANN, Yeh đã nghiên cứu và đánh giáđược sự ảnh hưởng của các thành phần vật liệu đến độ chảy của hỗn hợp BTTL.Nghiên cứu cho thấy sử dụng mô hình ANN thể hiện tốt mối liên hệ phi tuyến giữa độchảy với các tham số vật liệu thành phần (tro bay, xỉ lò cao, xi măng, nước, phụ giasiêu dẻo, cốt liệu) [130] Trong một nghiên cứu khác, Yeh sử dụng mô hình toán ANN

và mô hình phương pháp hồi quy để xây dựng mô hình độ chảy của bê tông HPC

Nghiên cứu đã cho thấy độ chảy dựa trên mô hình ANN chính xác hơn nhiều so với

mô hình dựa trên phân tích hồi quy Đồng thời, việc sử dụng mô hình toán ANN trởnên thuận tiện và dễ dàng để xem xét ảnh hưởng của tỷ lệ trộn lên các đặc tính dòngchảy bê tông [131]

Tại Việt Nam, kết quả nghiên cứu của Nguyễn Duy Hiếu năm 2009 về cấp phối hỗnhợp BTTL sử dụng cốt liệu rỗng keramzit khô cho thấy có sự tổn thất độ chảy theothời gian rất lớn (giảm 50mm sau 60 phút và 320mm sau 120 phút lưu giữ) do sự hútnước mạnh của cốt liệu rỗng trong hồ xi măng, hỗn hợp bê tông cũng c xu hướng phântầng và tách nước mạnh [20]

Theo kết quả nghiên cứu trong [22], tốc độ và giá trị suy giảm tính công tác của hỗnhợp BTTL phụ thuộc chủ yếu vào thời gian lưu giữ vữa, và bị ảnh hưởng bởi các yếu

tố như cấp phối và điều kiện khí hậu Trong điều kiện môi trường tự nhiên với nhiệt độ

T = 19 ÷ 300C; độ ẩm W = 70 ÷ 85%; vận tốc gió trung bình v = 2,2 m/giây, khôngnên lưu giữ hỗn hợp BTTL quá 60 phút kể từ khi trộn

Sự suy giảm tính công tác ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ BTTL: cường độ của

bê tông tạo hình từ hỗn hợp BTTL suy giảm theo thời gian lưu giữ hỗn hợp bê tôngvới các mức độ khác nhau Nguyên nhân có thể do sự suy giảm khả năng tự chảy và tựlèn chặt khuôn của hỗn hợp, dẫn đến làm tăng độ rỗng và giảm cường độ nén của bêtông [23]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu về bảo dưỡng bê tông tự lèn

Hiện nay, chưa c một tiêu chuẩn hướng dẫn riêng về kỹ thuật bảo dưỡng bê tông chấtlượng cao (hiệu năng cao – HPC) nói chung và BTTL nói riêng Tiêu chuẩn ACI 237R[42] khuyến nghị sử dụng tiêu chuẩn ACI 308.1M-11 để bảo dưỡng BTTL Tuy nhiên,tiêu chuẩn ACI 308.1M-11 [44] chủ yếu là hướng dẫn bảo dưỡng cho các loại bê tôngthông thường, chưa c hướng dẫn cho bê tông có tỷ lệ N/X thấp, bê tông chứa phụ giamịn khoáng hoạt tính (tro bay, silica fume) và phụ gia hóa học

Các tiêu chuẩn và hướng dẫn bảo dưỡng hiện hành chưa đề cập và xét đến các yếu tốảnh hưởng như: cấp độ bền bê tông, tốc độ thủy hóa và phát triển cường độ bê tông,nhiệt độ bê tông và nhiệt độ môi trường đ ng rắn, phụ gia hóa học và phụ gia khoáng[89], nên có thể chưa thực sự phù hợp để áp dụng cho BTTL