ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM THEO THỜI GIAN.LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Các đ ặc tính lưu biến của lớp biên này còn được gọi là các thông số ma sát - hay thông số bề mặt gồm hằng số nhớt và ngưỡng ứng suất cắt giao diện -gọi tắt là ngưỡng trượt  0t, và khả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN VINH

ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM

THEO THỜI GIAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng - Năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN VINH

ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG

LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM

THEO THỜI GIAN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS Mai Chánh Trung

Đà Nẵng - Năm 2019

Với những kiến thức tích lũy được trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, cùng với sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của Ban Giám Hiệu nhà trường, của Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp cùng quý thầy cô và với sự quyết tâm của bản thân, đến nay, tôi

đã hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình.

Với lòng biết ơn và trân trọng, tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, lãnh đạo Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập cũng như nghiên cứu, thực hiện hoàn thành luận văn này Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS MAI Chánh Trung đã quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn, giúp cho tôi hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ.

Do thời gian có hạn và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, nên luận văn của tôi không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô đóng góp ý kiến để luận văn của tôi hoàn chỉnh hơn và khả năng đưa vào sử dụng thực tế hiệu quả hơn.

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cô luôn mạnh khỏe, hạnh phúc Kính chúc Nhà trường, Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đạt được nhiều thành công hơn nữa trong thời gian đến.

Đà Nẵng, ngày 14 tháng 02 năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Vinh

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi.

Các số liệu, kết quả thí nghiệm, tính toán nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Đà Nẵng, ngày 14 tháng 02 năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Vinh

Học viên: Nguyễn Văn Vinh Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD & CN

Mã số: 8580201 Khóa: 34 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm sẽ quyết định "khả

năng bơm" của một bê tông Một thiết bị đo ma sát chuyên dùng được sử dụng để đo

ma sát này Luận văn trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ Nước/Xi măng lên masát giữa bê tông với thành ống bơm theo thời gian Các phép đo cũng đã được thựchiện để định lượng ảnh hưởng của yếu tố thời gian và tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sátgiữa bê tông với thành ống bơm và khả năng bơm Các kết quả thu được trong nghiên

cứu này cũng phù hợp với các số liệu từ các nhóm nghiên cứu khác cùng lĩnh vực này

Từ khóa – áp lực bơm; thiết bị đo ma sát; hằn g số nhớt; ngưỡng trượt; thời gian lưu

vữa

THE INFLUENCE OF WATER/CEMENT RATIO

TO FRICTION BETWEEN CONCRETE BULK AND PIPE WALL

BY THE TIME

Abstract – "Pumpability" of freshly-mixed concrete is mostly governed by friction at

the interface between concrete bulk and pipe wall This friction can be measured bymotorized tribometers This research thesis aims at studying of water/cement ratio tofriction between concrete bulk and pipe wall by the time A series of frictionalmeasurements has been conducted to investigate the influence of time andwater/cement ratio to interface friction and pumpability All obtained results in thisstudy are also matched with selected data from other researching groups in the world

Key words – pumping pressure, tribometer, viscous constant, interface yield stress,

time

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

7 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG 5

1.1 Công nghệ bơm bê tông và các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng bơm của bê tông 5

1.1.1 Công nghệ bơm bê tông 6

1.1.2 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông 11

1.2 Các thông số ảnh hưởng đến dòng chảy của bê tông trong ống bơm 13

1.2.1 Trạng thái lưu biến - phép đo thông số lưu biến của vữa bê tông 14

1.2.2 Thông số ma sát - phép đo thông số ma sát 18

1.3 Phương pháp dự tính khả năng bơm 23

1.4 Kết quả nghiên cứu gần đây - đặt vấn đề cần nghiên cứu - kết luận chương 24

1.4.1 Kết quả nghiên cứu gần đây 24

1.4.2 Đặt vấn đề nghiên cứu - Kết luận chương 25

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, THIẾT BỊ & CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 27

2.1 Vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông 27

2.1.1 Xi măng 27

2.1.2 Cát 28

2.1.3 Đá 29

2.1.4 Nước 29

2.1.5 Phụ gia 29

2.2 Thiết bị thí nghiệm 30

2.2.1 Thiết bị đo ma sát (tribomètre) 30

2.2.2 Máy trộn bê tông 35

2.2.3 Phép đo độ sụt bằng côn Abrams 36

2.2.4 Máy nén mẫu bê tông 37

2.3 Chương trình thí nghiệm 37

2.4 Kết luận chương 2 38

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 39

3.2.1 Tổng hợp kết quả nghiên cứu liên quan 40

3.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sát với thành ống bơm theo thời gian 41

3.3 Kết luận chương 47

KẾT LUẬN 49

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)

Số hiệu

2.1 Đặc trưng của xi măng poóc lăng hỗn hợp PCB40 27

2.4 Cấp phối bê tông nghiên cứu theo thông số tỉ lệ nước/xi

Số hiệu

2 Cấu tạo thiết bị đo ma sát và quy trình vận hành: 2

1.5 Nguyên tắc hoạt động của một máy bơm với hai piston

1.6 Nguyên tắc hoạt động của một máy bơm kiểu rotor (Putzmeister) 9

1.10 Trái: trạng thái bê tông khi bị nghẽn, phải: trạng thái khi bê

1.11 Bê tông ít linh động (hình trái) và linh động (hình phải) 13 1.12 Các trạng thái dòng chảy bê tông trong ống bơm 14 1.13 Đóng góp của từng pha vào ứng suất cắt của hỗn hợp vữa bê

1.14 Các trạng thái lưu biến của vữa bê tông tươi 16 1.15 Một số thiết bị đo thông số lưu biến của vữa bê tông 18

1.16.

Thiết bị đo ma sát của Kaplan: (a) Các bộ phận cấu thành; (b)

tribomètre ở trạng thái rỗng; (c) tribomètre lấp đầy vữa bê

tông

19

1.17 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị [CHAPDELAINE 2007] 20 1.18 Hình tổng quan thiết bị đo trước và trong khi quay xy lanh 20

trong bê tông [CHAPDELAINE 2007]

1.19 Thiết bị đo ma sát phát triển bởi [NGO 2009] 21 1.20 Thiết bị đo áp lực bơm phát triển bởi [B EST et al 1960] 22 1.21 Thiết bị đo áp lực bơm phát triển bởi [MORINAGA 1973] 22 1.22 Mô hình dự tính áp lực bơm bởi [KAPLAN 2000] 23

2.2.

Cấu tạo thiết bị đo ma sát và quy trình vận hành: (a) cấu tạo

thiết bị ; (b) bước đo thứ nhất; (c) bước đo thứ hai theo [NGO

et al 2010]

31

2.4 Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh và số đo momen

2.6 Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh và số đo momen

2.7 Khai thác kết quả từ phép đo ma sát: (a) kết quả đo; (b) kết

2.8 Máy trộn bê tông tư do loại nghiên đổ 300 lít 35

2.11 Biện pháp che chắn hạn chế mất nước theo thời gian 38

3.1.

Quan hệ giữa thông số ma sát và tỉ lệ Nước/Xi măng theo

[HẢI 2016] a) Sự tiến triển của hằng số nhớt; (b) Sự tiến

triển của ngưỡng trượt

3.2 Sự biến thiên của độ sụt vữa bê tông theo thời gian lưu vữa và

3.3.

Quan hệ thông số ma sát theo tỉ lệ Nước/Xi măng ở thời điểm

t =0 phút (a) Sự tiến triển của ngưỡng trượt ; (b) Sự tiến triển

của hằng số nhớt

42

3.4.

Quan hệ thông số ma sát theo thời gian lưu vữa và tỉ lệ

Nước/Xi măng (a) Sự tiến triển của ngưỡng trượt ; (b) Sự tiến

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công nghệ bơm bê tông hiện được sử dụng rộng rãi trong thi công xây dựngcông trình, kỹ thuật này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn so với các kiểu truyền thống,nhất là khi quy mô kích thước công trình càng lớn, thời gian thi công ngắn

Bê tông được xem là có khả năng bơm được đòi hỏi phải có độ linh động cầnthiết Các thông số chính ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tông có thể được chiathành:

 Thông số liên quan điều kiện công trường (loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiềudài, vật liệu làm ống bơm, lưu lượng yêu cầu )

 Và thông số liên quan đến kỹ thuật bơm (thành phần cấp phối, độ nhớt bêtông,…)

Nói chung, các thông số liên quan đến điều kiện công trường gần như đã đượcxác định trước, vì vậy áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào các thông số liên quan đến

kỹ thuật bơm

Hình 1 Mô hình dòng chảy của bê tông trong ống bơm.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ rõ: sự chuyển động của dòng bê tông trong ốngbơm là nhờ vào một lớp biên tạo ra ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm

như trong Hình 1 Các đ ặc tính lưu biến của lớp biên này còn được gọi là các thông số

ma sát - hay thông số bề mặt (gồm hằng số nhớt và ngưỡng ứng suất cắt giao diện

-gọi tắt là ngưỡng trượt  0t), và khả năng bơm của một bê tông phụ thuộc chính bởi cácthông số ma sát này

Các thông số ma sát được đo bởi thiết bị đo ma sát như Hình 2 Ngưỡng trượt 0tđặc trưng cho tính ì của dòng bê tông trong ống bơm, ngưỡng trượt càng lớn nghĩa làcần phải có một áp lực bơm ban đầu lớn để có thể khởi động dòng bê tông dịch chuyểntrong ống bơm Hằng số nhớt  đặc trưng cho tính ì của bê tông khi bê tông đã dịchchuyển trong ống, thông số này càng nhỏ thì bê tông càng dễ dịch chuyển trong ốngbơm hay nói cách khác là dễ bơm

(a) (b) (c)

Hình 2 Cấu tạo thiết bị đo ma sát và quy trình vận hành:

(a) cấu tạo thiết bị ; (b) bước đo thứ nhất; (c) bước đo thứ hai

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần của cấp phối vữa bêtông lên ma sát ở giao diện tiếp xúc ngoài việc giúp dự tính khả năng bơm của một bêtông mà còn cho phép xác định các xu hướng tiến triển của các thông số này khi thayđổi thông số thành phần/cấp phối vữa bê tông

Một số nghiên cứu trước đây đã đề cập đến ảnh hưởng của các thông số thànhphần cấp phối lên thông số ma sát, tuy nhiên chưa xem xét đến yếu tố thời gian, trongkhi đó thực tế công trường có những vấn đề kỹ thuật cần giải quyết nhiều khi là bấtkhả kháng dẫn đến thời gian chờ/ thời gian thi công bê tông bị kéo dài Vấn đề này,ngoài việc phải đảm bảo tuân thủ thời gian thi công nhỏ hơn thời gian ninh kết của vữa

bê tông theo quy định, nó còn ảnh hưởng đến độ linh động của vữa bê tông (do mấtnước, do tính chất của vữa bê tông thay đổi trong quá trình ninh kết ) kéo theo việcảnh hưởng đến quá trình thi công bơm bê tông

Ở Việt Nam hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu về thuộc tính lưu biến của vữa bê tôngnói chung và các thông số ma sát của quá trình bơm bê tông chưa thực sự được chútrọng đúng mức Do đó, trong thực tế các phương pháp xử lý thuận tiện cho thi cônglại ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng bê tông

Đã có một nghiên cứu về “Ảnh hưởng của hồ xi măng lên ma sát với thành ốngbơm theo thời gian” của học viên cao học K32 Nhằm làm rõ thêm ảnh hưởng của cácthông số thành phần khác lên ma sát với thành ống bơm theo thời gian, tác giả đề xuất

đề tài nghiên cứu: “Ảnh hưởng của tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sát với thành ống

bơm theo thời gian”.

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thành phần: tỉ lệ nước/xi măng lên ma sát ở

bề mặt tiếp xúc của bê tông với thành ống bơm

- Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, phân tích đưa ra những kết luận, kiến nghị

Xy lanh Máy khuấy

Thùng chứa

cần thiết.

3 Đối tượng nghiên cứu

Thông số ma sát: hằng số nhớt và ngưỡng trượt ở bề mặt tiếp xúc của bê tông vớithành ống bơm

4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thành phần: tỉ lệ nước/xi măng lên ma sát ở

bề mặt tiếp xúc của bê tông với thành ống bơm theo thời gian (dự kiến t0; t30; t60; t90)

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích lý thuyết

- Thí nghiệm đo ma sát

- Phân tích đánh giá kết quả

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nắm được bản chất của quá trình bơm bê tông

- Xác định được ảnh hưởng của các thông số thành phần: tỉ lệ Nước/Xi măng lên

ma sát ở bề mặt tiếp xúc của bê tông với thành ống bơm theo thời gian

- Xây dựng được 1 cơ sở dữ liệu giúp ích cho các nghiên cứu về lĩnh vực bơm bêtông sau nầy

7 Cấu trúc luận văn

Cấu trúc luận văn gồm:

MỞ ĐẦU:

1 Lý do chọn đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu

3 Đối tượng nghiên cứu

4 Phạm vi nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG

1.1 Công nghệ bơm bê tông và các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng bơm của bêtông

1.2 Các thông số ảnh hưởng đến dòng chảy của bê tông trong ống bơm

1.3 Phương pháp dự tính khả năng bơm

1.4 Kết luận chương

Chương 2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM - VẬT LIỆU SỬ DỤNG

2.1 Vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông

2.2 Thiết bị thí nghiệm

2.3 Chương trình thí nghiệm

2.4 Kết luận chương 2

Chương 3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

3.1 Kết quả của chương trình thí nghiệm

3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/xi măng lên ma sát với thành ống bơm theo thờigian

3.3 Kết luận chương

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG

1.1 Công nghệ bơm bê tông và các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng bơm của bê tông

Các đô thị trung tâm, nhất là ở các nước đã và đang phát triển, tập trung dân cưđông đúc, các công trình xây dựng không những ngày càng lớn về quy mô, số tầng

mà còn sử dụng những dạng kết cấu, kỹ thuật hiện đại nhiều khi phức tạp đòi hỏi côngnghệ thi công cũng phải có những phát triển tương ứng Ví dụ như công trình tháp

Grande arche ở La Défense (Paris - Pháp) cao đến 244 mét như Hình 1.1 a), Trung tâm hành chính Thành phố Đà Nẵng như Hình 1.1 b).

a) Tháp Grande arche ở La Défense,

Paris

b) Trung tâm hành chánh Thành phố Đà

Nẵng

Hình 1.1 Một số công trình cao tầng ở các đô thị lớn

Một trong những công nghệ thi công được áp dụng phổ biến cho các công trình

sử dụng kết cấu bê tông cốt thép đổ tại chỗ là công nghệ bơm bê tông Công nghệ nàyđặt biệt hữu dụng với các công trình có khối lượng thi công bê tông lớn, quy mô, caotầng, thời gian thi công ngắn: với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thay vì trộn, vậnchuyển, tời bê tông theo kiểu thủ công truyền thống, hầu hết các công đoạn đã được

thay thế bằng máy.

Công nghệ bơm bê tông sử dụng bơm áp lực cao kết hợp với hệ thống các đườngống dùng để vận đưa bê tông khối lượng lớn từ nơi tập kết bê tông đến vị trí cần đổ bê

tông của công trình xây dựng Hình 1.2 có thể mô tả sơ bộ công nghệ bơm bê tông

trên các công trường xây dựng Bê tông được vận chuyển trong đường ống nhờ vào áplực đẩy rất lớn của máy bơm do hệ thống động cơ và hệ thống thuỷ lực tạo ra Bơm bêtông được dùng cho hầu hết các công trình xây dựng có quy mô lớn như công trìnhdân dụng cao tầng, cầu, hầm, thuỷ điện, nền móng, cọc nhồi Với đặc tính cơ giới hoácho nên một bơm bê tông có công suất trung bình với 1 người vận hành và 8 nhâncông thao tác đường ống làm việc một ngày thì có thể đạt công suất ngang bằng với 50nhân công làm việc trong 4 ngày Điều này cho thấy bơm bê tông giúp tiết kiệm sứcngười, tiết kiệm thời gian cho tiến độ thi công và qua đó cũng sẽ đảm bảo chất lượngcủa bê tông trong thi công xây dựng Đặc biệt có những vị trí của công trình cần đổ bêtông rất khó hoặc rất nguy hiểm để con người làm được thì máy bơm bê tông dễ dàngthực hiện những công việc này

Hình 1.2 Công nghệ thi công bơm bê tông 1.1.1 Công nghệ bơm bê tông

a Hệ thống bơm

Máy bơm bê tông là một loại máy xây dựng chuyên dụng để vận chuyển hỗn hợpvữa bê tông theo cả phương ngang lẫn phương đứng bằng phương pháp bơm đẩy.Thông thường người ta chia máy bơm/hệ thống bơm bê tông thành: bơm tự hành và

bơm cố định.

Loại máy bơm tự hành/di động, loại này thường gắn trên xe ô tô tải, cũng có khigắn trên trụ tháp cần trục tháp Nó gắn liền với một hệ cần gồm nhiều đoạn có thể gấplại, như một cánh tay robot có điều khiển từ xa (còn gọi là cần bơm bê tông), để có thể

vươn xa tới những vị trí đổ bê tông với độ chính xác nhất định Hình 1.3 có thể mô tả

các nội dung của công nghệ bơm kiểu tự hành này

Hình 1.3 Công nghệ bơm bê tông dạng di động

Loại bơm cố định, là loại máy chỉ gồm phần máy bơm chính không kèm theo hệ

đường ống bơm, mà sẽ được đấu vào đường ống bơm đặt sẵn tại công trình Hình 1.4.

Hệ thống đường ống bơm cố định thường làm bằng thép liên kết cố định tạm với phầncông trình đã thi công xong

Thường máy bơm cố định không tự di chuyển được, mà phải gắn vào xe tải nhưmột rơ-moóc, để xe tải kéo đến công trường Tuy máy bơm cố định không có hệ cần

để có thể vươn tới mọi vị trí đổ bê tông trong tầm hoạt động của cần như bơm tự hành,nhưng với nhà siêu cao tầng nó lại thường được dùng để bơm chuyền lên từng đợt độcao nhà theo từng đợt đường ống đứng Trong trường hợp này, người ta thường kếthợp nhiều máy bơm tĩnh để bơm vữa bê tông trung chuyển theo từng đợt chiều cao củatòa nhà siêu cao tầng

Hình 1.4 Công nghệ bơm bê tông dạng cố định

b Bơm

Hiện nay có hai hệ thống khác nhau được sử dụng để bơm: máy bơm bê tôngkiểu piston và máy bơm bê tông kiểu rotor

Máy bơm kiểu piston (Hình 1.5)

Loại máy bơm này cấp/tốc độ bơm cao Hầu hết c ác máy bơm bê tông hiện đại

đa phần là loại bơm piston Bê tông được nạp vào phễu của máy bơm và sau đó thôngqua một khe hở đặt ở dưới cùng của phễu, bê tông bị hút vào một xi lanh bằng trọnglực và lực hút được tạo ra bởi các piston Sau đó, một hệ thốn g van điều kiển kết nốivới ổ cắm của máy bơm và piston để đẩy bê tông Máy bơm bê tông gồm hai pistonluân phiên hoạt động: một piston cung cấp bê tông trong ống bơm và một piston khácđẩy bê tông trong phễu

Hình 1.5 Nguyên tắc hoạt động của một máy bơm với hai piston (Putzmeister)

Máy bơm rotor (Hình 1.6)

Đây là loại bơm phù hợp hơn để bơm các loại bê tông "nhạy cảm" đặc biệt như

bê tông nhẹ, bê tông tự đầm, Một vòi linh hoạt được đặt dưới chân không trong mộtbuồng hình trụ Một cánh quạt với hai hoặc ba con lăn quay linh hoạt, qua đó đẩy bêtông vào ống

Công suất của máy bơm rotor là thấp hơn so với máy bơm piston, nhưng dòngchảy do nó thu được có lợi thế hơn Khi dùng máy bơm này phải thay đổi đường ốngsau khoảng 100 giờ tuỳ theo tính chất của bê tông bơm.

Cơ chế di chuyển piston trong máy bơm piston có thể cơ khí hoặc thủy lực Bơm

cơ khí được sử dụng chủ yếu ở các nước thuộc Liên Xô cũ Các nước khác thường sửdụng các máy bơm piston thủy lực hoặc máy bơm luân phiên Piston bơm cơ khí cómột bất lợi lớn đối với các máy bơm thủy lực: trong thời gian xả, máy bơm cơ khítruyền gia tốc lớn lên bê tông trái ngược với bơm thủy lực (kìm nén bê tông với mộttốc độ không đổi)

Hình 1.6 Nguyên tắc hoạt động của một máy bơm kiểu rotor (Putzmeister)

Chọn một máy bơm tốt

Sự lựa chọn giữa một máy bơm piston thủy lực và một máy bơm rotor thực sự làchưa rõ ràng, nó thường phụ thuộc vào đặc tính của từng máy, điều kiện thi công cụthể trên công trường và tính chất của bê tông bơm Để chọn loại máy bơm và công suấtphù hợp với nhu cầu thi công nó thường được dựa trên áp lực các loại máy bơm có thểcung cấp, lưu lượng dòng chảy mong muốn, các đặc tính của vữa bê tông tươi

c Ống bơm

Là một hệ thống đường ống kết hợp với một máy bơm, thường làm bằng thépdùng để vận chuyển bê tông tươi đến vị trí của ván khuôn Các đường ống thép sửdụng cho bơm bê tông thường có đường kính 65, 100, 125 và 150 mm Các ống cóchiều dài 1, 2 hoặc 3 m được nối với nhau bằng kẹp nối Những chiếc kẹp nối cho

phép kết nối/ tháo dỡ nhanh và đáng tin cậy (Hình 1.7).

Hình 1.7 Kẹp nối

d Hộp số và khuỷu tay

Hộp số của máy trộn được thiết kế theo cơ cấu truyền động bánh răng, có sứcchịu tải trọng lớn, cường độ làm việc liên tục, động cơ được lai từ dây cu loa ra pulihộp số, đầu ra của hộp số máy trộn được gắn bởi hai bánh răng đầu trục, hai bánh răngnày lại được gắn vào hai bánh răng của máy trộn, bên trong máy là hai trục có hai đầugối đỡ và những cánh đảo, bàn tay đảo để khi máy chạy thì những bánh răng hộp số sẽtruyền động làm cho những cánh đảo bên trong thùng trộn quay, và đảo bê tông làm

cho bê tông nhanh đều hơn chất lượng bê tông tốt hơn ( Hình 1.8)

Khuỷu tay được sử dụng để thay đổi hướng của ống

Hình 1.8 Hộp số và khuỷu tay

e Vòi ống bơm

Bê tông chạy từ ống bơm đến điểm đổ bê tông được thao tác bởi một vòi linh

hoạt (Hình 1.9) Qua ống này, bê tông chảy liên tục vào vị trí cuối cùng của nó và vẫn

giữ được tính đồng nhất của bê tông Trường hợp đổ bê tông sâu trong ván khuôn, vòi

su mềm giúp đưa bê tông t ới vị trí thấp của ván khuôn, sau đó nó được nâng lên dầndần lấp đầy cốp pha, cho phép để tránh sự phân tầng trong bê tông

Hình 1.9 Vòi bơm bê tông

1.1.2 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông

a Ưu điểm của kỹ thuật bơm bê tông

• Tốc độ thi công nhanh (tùy thuộc vào công suất của máy bơm được sử dụng,lắp đặt bơm và tính chất của bê tông) hơn hẳn các phương pháp đổ bê tông truyềnthống

• Đưa được vữa bê tông vào những nơi khó tiếp cận, giúp cho bê tông dễ có đượctrạng thái đồng nhất hơn trong quá trình thi công

• Giảm thời gian vận chuyển và đổ bê tông tại công trường xây dựng, mang lạihiệu quả kinh tế, giảm hao phí lao động và tạo điều kiện công việc nhẹ nhàng hơn

• Cải thiện một loạt vấn đề về an toàn trên công trường xây dựng

Tất cả những lý do trên giải thích việc sử dụng bơm bê tông ngày càng được ápdụng rộng rãi trên thế giới

b Nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông

Khi bê tông dừng bơm có thể hình thành nút nghẽn trong đường ống, dừng cànglâu khả năng hình thành nút nghẽn càng cao thậm chí có khả năng gây nổ/bể đườngống khi tái khởi động bơm lại Vì vậy cần thiết tháo rời các đường ống và thông cáctắc nghẽn này Động tác này khá là tốn thời gian, ảnh hưởng kinh tế và ảnh hưởng đếntiến độ Sự xuất hiện các nút nghẽn trong các đường ống xuất phát từ nhiều nguyênnhân khác nhau Có hai loại nguyên nhân: thứ nhất liên quan đến lỗi của con người(kết nối ống sai, sử dụng thiết bị điều khiển sai hoặc không phù hợp, ); thứ hai liênquan trực tiếp đến các tính chất lưu biến của bê tô ng

Các hình thức nghẹt :

• Nghẹt khi khởi động (95%);

• Nghẹt khi bơm;

• Nghẹt khi tái khởi động;

• Nghẹt do giai đoạn vệ sinh đường ống không tốt;

* Giai đoạn khởi động bơm

Trong công nghệ bơm bê tông, giai đoạn khởi động là rất quan trọng Giai đoạnnày, trạng thái đường ống chuyển tiếp từ chân không sang lấp đầy bằng bê tông Sựxuất hiện nghẽn bê tông giai đoạn này là rất phổ biến nhất (95% tắc nghẽn tìm thấytrên các công trường xây dựng xảy ra vào lúc bắt đầu)

Nói chung, để giảm thiểu nghẽn khi khởi động trước khi bắt đầu bơm thực tế,một hỗn hợp vữa “bôi trơn” của xi măng và nước được tạo trước trong ống bơm ở bềmặt tiếp xúc với thành ống bơm, với tỷ lệ Nước/Xi măng khoảng từ 0,5 0,8 theo nhucầu thực sự tại công trường và chuyên môn các kỹ th uật viên điều khiển máy bơm Vaitrò của hỗn hợp này là như là để “bơm mồi” ban đầu để bôi trơn thành ống Trong giai

đoạn đó, nó sẽ để lại một lớp biên - hay lớp ma sát ở mặt biên trên thành ống.

Hình 1.10 minh họa hai mẫu bê tông lấy trực tiếp từ các đường ống đầu ra, cắt

theo chiều dọc và ngang

Hình 1.10 Trái: trạng thái bê tông khi bị nghẽn,

phải: trạng thái khi bê tông trượt trong ống bơm

* Nghẹt trong quá trình bơm bê tông

Khi bê tông vượt qua giai đoạn khởi động mà không bị nghẽn, dòng chảy bê tôngtrong ống bơm đi vào giai đoạn thứ hai: trạng thái chảy ổn định Số lượng tắt nghẽndòng chảy bê tông trong ống bơm gặp trong giai đoạn này thường là rất thấp Vớinhững quan sát thực tế trên công trường xây dựng và trong thực nghiệm theo Kaplan,chúng ta có thể xác định được nguyên nhân gây nghẹt bê tông trong quá trình bơm

[KAPLAN et al 2005, KAPLAN 2000]:

- kích thước cốt liệu quá lớn (>1/4 đường kính ống bơm);

- gia tăng tốc độ bơm quá lớn và nhanh;

- sự phân tầng của bê tông ở phểu cung cấp vữa cho máy bơm, điều này có thểlàm thay đổi các thông số ma sát trong đường ống bơm;

- xuất hiện các yếu tố cá biệt khác trong bê tông (đá lớn, mảnh dây,….)

* Nghẹt trong quá trình tái khởi động bơm bê tông

Trong quá trình bơm, không thể tránh khỏi giai đoạn tạm dừng bơm phát sinh từnhiều nguyên nhân khác nhau: thay đổi vị trí, cao độ trong quá trình bơm, làm sạchđường ống hoặc xe, hoặc do sự đáp ứng giữa quá trình bơm và năng suất của tổ đội thicông bê tông…

Nếu dừng kéo dài lâu, bê tông mất tính đồng nhất của nó do sự phân tầng bê t ôngdưới tác dụng của trọng lực Do đó, ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thànhống trở nên lớn và bê tông bị lắng xuống đáy phần đường ống, lớp biên ma sát khôngcòn tồn tại, từ đó gây ra nghẹt khi khởi động lại, áp suất bơm trong giai đoạn này làkhông đủ để thắng lực ma sát với thành ống bơm, thậm chí còn có thể gây vỡ đườngống bơm

* Nghẹt do giai đoạn vệ sinh đường ống không tốt

Làm sạch ống bơm là giai đoạn cuối cùng để thực hiện quá trình bơm Hiện tại cóhai kỹ thuật làm sạch sử dụng trên công trường xây dựng: làm sạch bằng khí nén vàlàm sạch bằng nước

- Làm sạch bằng khí nén: kỹ thuật này đòi hỏi các vấn đề liên quan đến an toàntrong thi công, nhưng hiếm khi gây ra sự tắt nghẽn

- Làm sạch bằng nước: kỹ thuật này được khuyến cáo là nên sử dụng hơn so với

kỹ thuật làm sạch bằng khí nén, nhưng nó hay gây nên các nút nghẽn và các nút tắtnghẽn này lại rất khó xử lý

1.2 Các thông số ảnh hưởng đến dòng chảy của bê tông trong ống bơm

Bê tông sau khi trộn xong phải đảm bảo có độ “linh động” cần thiết để có thể thicông được: bơm/ đổ/ san gạt/ đầm Để có thể hình dung sơ bộ về độ “linh động” củavữa bê tông, chúng ta có thể xem hình ảnh về sự chảy/trượt của vữa bê tông trong

máng ứng với trường hợp vữa bê tông có độ “linh động” nhiều hay ít như Hình 1.11.

Nói chung, bê tông càng “linh động” càng dễ thi công, tuy nhiên điều đó khôngphụ thuộc ý muốn chủ quan của người thi công mà hoàn toàn là vấn đề về kỹ thuật màtrong những điều kiện cụ thể là rất khó xử lý, đôi khi nếu xử lý không đúng sẽ dẫn đếnnhững tác hại ảnh hưởng xấu tới chất lượng bê tông và qua đó ảnh hưởng đến chấtlượng công trình

Các thông số ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tông có thể được phân thành hailoại Loại thứ nhất liên quan đến các thông số cơ khí ở hiện trường thi công, có liênquan đến các thiết bị sử dụng cho quá trình bơm và các đặc tính của hệ thống bơm Đó

là vận tốc dòng chảy (hay lưu lượng bơm), các loại máy bơm, chiều dài tính theophương ngang - phương đứng của hệ thống bơm, đường kính của ống bơm, các dạngvật liệu làm ống bơm (ống cứng, ống linh hoạt, độ nhám bên trong ống ) của chướngngại vật hình học trên hệ thống bơm (tiết giảm đường ống bơm, sự rẽ nhánh đườngống, ), thời gian và tần số của điểm dừng/ngừng trong quá trình bơm

Hình 1.11 Bê tông ít linh động (hình trái) và linh động (hình phải)

Loại thứ hai liên quan đến các thông số về đặc tính của vữa bê tông tươi và do đóliên quan với các thành phần cấp phối vữa bê tông Các nghiên cứu trước đây đã chỉ rarằng dòng chảy trong bơm ống bê tông được thực hiện thông qua một lớp ranh giới đượchình thành tại giao diện tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm, còn được gọi là lớp ma

sát hay lớp biên [CHOI et al 2014, LE et al 2013, NGO 2009, KAPLAN 2000]

Hình 1.12 mô tả trạng thái của dòng chảy bê tông trong ống bơm, có hai khả

năng xảy ra:

Hình 1.12 Các trạng thái dòng chảy bê tông trong ống bơm

 Một là, khi ứng suất của bê tông ở vùng tiếp xúc với thành ống bơm nhỏ hơnngưỡng ứng suất cắt (ngưỡng cắt) của bê tông, lúc này dòng chảy của bê tông trongống bơm như là cái “nút” trượt trong ống bơm nhờ một lớp ma sát tạo ra ở bề mặt tiếpxúc với thành ống bơm, trong bê tông không có hiện tượng cắt và biểu đồ vận tốc của

dòng chảy bê tông trong ống bơm có dạng như biểu đồ (1) trong Hình 1.12 Ở trạng

thái này, dòng chảy của bê tông trong ống bơm là dòng chảy trượt, và các thông số masát của lớp biên quyết định khả năng bơm của bê tông

 Hai là, khi ứng suất của bê tông ở gần thành ống bơm lớn hơn ngưỡng cắt của

bê tông, lúc này ở phần tiếp xúc với thành ống bơm xuất hiện một phần bê tông bị cắt

và biểu đồ vận tốc của dòng bê tông trong ống bơm có dạng như biểu đồ (2) trong

Hình 1.12 Dòng chảy của bê tông trong ống bơm lúc này vừa phụ thuộc các thông số

ma sát của lớp biên vừa phụ thuộc các thông số lưu biến của bê tông

Như vậy tùy thuộc vào trạng thái dòng chảy mà ma sát g iữa bê tông và thành ống bơm và thông qua nó là áp lực bơm phụ thuộc vào thông số ma sát (dòng chảy trượt) hay cả hai (vừa thông số ma sát vừa thông số lưu biến của bê tông).

1.2.1 Trạng thái lưu biến - phép đo thông số lưu biến của vữa bê tông

a Trạng thái lưu biến của vữa bê tông

Nhiều tác giả đã chỉ ra rằng trạng thái lưu biến của vữa bê tông tươi có thể được

thể hiện như chất lỏng Bingham: [WALLEVIK 2011, LANOS et al 2009, CHAPDELAINE 2007, FERRARIS et al 1998, TATTERSALL 1990]

Trong trường hợp này, trạng thái lưu biến của vữa bê tông trong trạng thái tươiđược mô tả hoàn toàn thông qua hai tính chất tương ứng với hai thông số: ngưỡng cắt(τ0) và độ nhớt (μ) Thực tế, để vữa bê tông tươi trong trạng thái linh động để có thểbắt đầu “chuyển động” được, cần phải có lực/áp lực tối thiểu tương đương với giá trịcủa ngưỡng cắt Một khi sự xê dịch hay chuyển động được bắt đầu, lực cần thiết đểlàm biến dạng/ dịch chuyển bê tông sẽ tỷ lệ thuận với tốc độ cắt, tính chất này liênquan đến độ nhớt của vật liệu [HU 1995]

Quy luật của chất lỏng Bingham được viết dưới dạng như sau ( Eq 1.1):

Hình 1.13 Đóng góp của từng pha vào ứng suất cắt của hỗn hợp vữa bê tông

Từ Hình 1.13 có thể hình dung ảnh hưởng của từng thành phần lên ứng suất cắt

trong vữa bê tông tươi: ảnh hưởng của thông số ngưỡng cắt0(Pa) giúp tiêu tán ma sátgiữa các hạt cốt liệu; ảnh hưởng của thông số ̇ tiêu tán do nhớt trong chất lỏng (hồ

xi măng)

Đồ thị biểu diễn trạng thái lưu biến của hai vữa bê tông được minh họa trong

Hình 1.14 Việc làm chủ các thông số lưu biến có thể tối ưu hóa quá trình thi công bê

tông trên công trường

Hình 1.14 Các trạng thái lưu biến của vữa bê tông tươi

b Phép đo thông số lưu biến của vữa bê tông

Các kiến thức về hành vi lưu biến hay nói cách khác là độ linh động của vữa bêtông có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng xử với thực tế thi công bê tông trên cáccông trường xây dựng Để phần nào xác định hay lượng hóa được độ linh động củavữa bê tông, bên cạnh các thiết bị vẫn hay được sử dụng như côn Abrams, thiết bịVébé, bàn rung động, máy đo độ linh động của LCPC nhiều thiết bị đo thuộc tínhlưu biến của vữa bê tông có độ chính xác cao hơn như thiết bị đo hai điểm, BML,

BTRHEOM, CEMAGREF-IMG, ICAR (Hình 1.15).

Độ linh động của vữa bê tông có thể hiểu như là độ khó dễ để thi công bê tông, từkhi trộn vữa, vận chuyển, bơm, đổ, đầm bê tông giúp vữa bê tông có thể dễ dàngdịch chuyển để chèn vào các góc cạnh của cốp pha, cốt thép

(a) Máy đo BTRHEOM (HU , 1996) (b) Máy đo “Le Two-Point”.

(c1) (c2)

(c ) Máy đo CEMAGREF (BANFILL, 2001) : (c1) tổng thể máy Cemagref , (c2) xy

lanh trong và ngoài.

(d1) (d2) (d) Máy đo BML (WALLEVICK, 1990) : (d1) mô hình máy BML ; (d2) hai xy lanh của

máy BML.

(e) Máy đo ICAR (KOEHLER, 2006) (f) Máy đo của Esttelé (2008), LANOS

(2009)

Máy đo của Soualhi (2014)

Hình 1.15 Một số thiết bị đo thông số lưu biến của vữa bê tông

1.2.2 Thông số ma sát - phép đo thông số ma sát

a Thông số ma sát

Ma sát ở ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm (hay ứng suất cắt của vữa bê tông

ở bề mặt tiếp xúc) đóng một vai trò quan trọng lên khả năng bơm của bê tông Cácnghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ma sát này được quyết định chủ yếu bởi hai thông

số giao diện còn gọi là thông số ma sát, cụ thể là ngưỡng ứng suất cắt giao diện - haycòn gọi là ngưỡng trượt (0t) và hằng số nhớt () Mối quan hệ giữa chúng được biểu

diễn bởi phương trình Eq 1.2 được đề xuất bởi [KAPLAN 2000].

(Eq 1.2)

Trong đó:

 (Pa) là ứng suất cắt ở bề mặt giao diện tiếp xúc;

  t(Pa) là ngưỡng trượt;

 (Pa.s/m) là hằng số nhớt (độ nhớt trung bình của lớp ma sát, xác định bằng độ

nhớt của lớp vữa ma sát ở bề mặt tiếp xúc/bề dày của lớp ma sát này);

(m/s) là vận tốc trượt tương đối.

Phương trình Eq 1.2 cho thấy hằng số nhớt là tham số quan trọng nhất để xác

định sự tiến triển của ma sát theo tốc độ dòng chảy bê tông một khi bê tông đã bắt đầuchảy trong đường ống (>0)

Để đo được ma sát và sau đó tính toán các thông số giao diện, nhiều thiết bị đo

ma sát được gọi là các "tribomèters" đã được phát triển Phần tiếp theo tổng hợp cácthiết bị đo ma sát tồn tại

dụng cho bê tông truyền thống (bê tông thường), có thể thực hiện các bài thí nghiệm cảtrong phòng thí nghiệm lẫn ở công trường Trong khi những thiết bị đo kiểutrượt/chuyển tiếp có thể được sử dụng cho nhiều loại bê tông Tuy nhiên, các thiết bị

đo này chỉ giới hạn để thử nghiệm trong phòng thí nghiệm vì cấu hình cồng kềnh, đòihỏi rất nhiều sự chính xác và khá phức tạp

Thiết bị đo ma sát kiểu xoay.

* Thiết bị đo của Kaplan (2000)

Các nghiên cứu gần đây trên về các thuộc tính ma sát của bê tông liên quan khảnăng bơm được tiến hành tại Pháp bởi Kaplan Sau này đã phát triển một thiết bị đo

ma sát như Hình 1.16 [KAPLAN et al 2005, KAPLAN 2000].

Thiết bị của Kaplan bao gồm một xi lanh quay trụ thép, quay trong một thùngchứa cố định chứa 13 lít bê tông đường kính thùng chứa là 350mm, chiều cao 200mm.Một mặt đệm cao su được đặt ở dưới đáy thùng chứa, đảm bảo độ kín giữa thùng chứa

cố định và phần quay (xi lanh) Đường kính xy lanh quay là 150 m m

Hình 1.16 Thiết bị đo ma sát của Kaplan: (a) Các bộ phận cấu thành; (b) tribomètre

ở trạng thái rỗng; (c) tribomètre lấp đầy vữa bê tông

Bê tông được đặt ở khoảng hở giữa thùng chứa cố định và xy lanh quay Để đảmbảo bê tông lấp đầy được tốt (xoay xy lanh khoảng 5 vòng) Khi xy lanh xoay trong bêtông, hình thành của một lớp vữa ở ranh giới của giao diện bê tông - thép Các cặpmomen xoắn áp đặt lên xy lanh quay theo các mức vận tốc trong phạm vi giữa 0,2 1,6 vòng/s được đo lại Những số đo này cho phép tính toán các thông số giao diện bêtông - thép (tức là hằng số nhớt và ngưỡng trượt)

Ưu điểm của thiết bị này là có thể sử dụng như một thiết bị cầm tay tại ngay côngtrường Tuy nhiên, nó có nhược điểm là do có ma sát phụ giữa phần xy lanh quay vàthảm cao su mặt đáy Điều này dẫn đến sai số có thể có và cũng là giới hạn của thiết bị

đo [KAPLAN 2000]

* Thiết bị đo của Chapdelaine (2007)

Để nghiên cứu các tính chất ma sát của bê tông và đo ma sát/ ứng suất giữa bê

tông tươi và thành ống bơm thép hoặc cao su, một thiết bị đo ma sát của bê tông đượcphát triển bởi Chapdelaine [CHAPDELAINE 2007] Phiên bản cuối cùng đã đượcghép đồng bộ với thiết bị đo lưu biến IBB Rheometer Một chậu kích thước tương tựnhư của IBB Rheometer được sử dụng, lưỡi cố định rộng 12 mm được đặt trên các bứctường bên trong của chậu ở phía dưới đó như là công xơn ở trung tâm của chậu để bê

tông tươi không di chuyển Hình 1.17 và Hình 1.18 cho thấy một sơ đồ chậu và phần

di động (hình trụ rỗng) của tribometer

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị [CHAPDELAINE 2007]

Hình 1.18 Hình tổng quan thiết bị đo trước và trong khi quay xy lanh

trong bê tông [CHAPDELAINE 2007]

Ưu điểm của thiết bị này là giảm thiểu ma sát phụ thêm nhưng việc sử dụng thiết

bị trên công trường là có phần hạn chế kích thước có phần hơn lớn của thiết bị

* Thiết bị đo của Ngo (2009)

Năm 2009, một phiên bản khác của thiết bị đo ma sát kiểu quay đã được pháttriển trong phòng thí nghiệm tại L2MGC, Đại học Cergy -Pontoise bởi [NGO 2009]

Một thiết bị đo ma sát, trong đó bao gồm ba phần chính (Hình 1.19):

- một máy khuấy điện tử để ghi lại các cặp momen xoắn áp đặt lên xy lanh quay;

- một xy lanh hình trụ thép trơn cao 10cm và có đường kính 10,7cm;

- một thùng chứa bê tông 30x20cm hoặc 26x20cm (tương ứng là đường kính vàchiều cao của nó)

Hình 1.19 Thiết bị đo ma sát phát triển bởi [NGO 2009]

Máy khuấy điện tử được gắn trên đầu của trục quay xy lanh, trong khi đó xy lanhthì được đặt ngập trong một chậu/thùng chứa bê tông để tránh hiệu ma sát ở đáy thùngchứa Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đo ma sát này là đo mô-men xoắn ma sát xungquanh trụ xy lanh (thành đứng của xy lanh quay) theo các mức/cấp độ vận tốc quay ápđặt lên xy lanh Tám mức tốc độ quay của xy lanh được áp đặt trong phạm vi 0,2 1,6vòng/s Để làm điều được điều này, một lượt đo ma sát ở đáy xy lanh và sau đó là đo

ma sát toàn bộ (ma sát ở phía đáy + bề mặt xung quanh xy lanh) được thực hiện vớicùng một mức tốc độ quay áp đặt lên xy lanh Các cặp ma sát trung bình thu được

bằng chênh lệch giữa hai phép đo này (Hình 1.19).

Những lợi thế của thiết bị này là đơn giản, gọn nhẹ và dễ sử dụng tại chỗ

 Thiết bị đo ma sát kiểu chuyển tiếp

* Thiết bị đo của Best và Lane (1960)

Best và Lane đã phát triển một thiết bị đo ma sát như Hình 1.20 và xác nhận kết

quả đo với một hệ thống bơm sử dụng đường ống có đường kính 150 mm Hệ thốngthiết bị bao gồm một xi lanh thủy lực dùng đẩy bê tông trong một đường ống có đườngkính 250mm, ở phần cuối của xi lanh này, bê tông phải di chuyển trong một đư ờngồng bị giảm tiết diện 16% Tốc độ piston là 25 mm/s Xét nghiệm này không chỉ đo masát vì một phần năng lượng sử dụng để nén bê tông do đường ống bị giảm tiết diện

[BEST et al 1960].

Hình 1.20 Thiết bị đo áp lực bơm phát triển bởi [BEST et al 1960]

* Thiết bị đo của Morinaga (1973)

Để đo ma sát tại giao diện thép - bê tông khi bê tông trượt trong ống bơm,Morinaga [MORINAGA 1973] đã tạo nên mộ t thiết bị có thể tái tạo các điều kiện

bơm và đo ma sát tại giao diện như Hình 1.21

Hình 1.21 Thiết bị đo áp lực bơm phát triển bởi [MORINAGA 1973]

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này là để làm bê tông di chuyển trong mộtđường ống đường kính 50mm và dài 2m, dưới một áp suất khí nén Một cảm biến gắntrong đường ống, đo ma sát tạo ra giữa bê tông và đường ống Ma sát (f) dọc theo bứctường của đường ống được mô tả bởi quan hệ:

(Eq 1.3)

Trong đó:

k1: hệ số gắn kết (trong Pa);

k2: hệ số vận tốc (trong Pa.s/m);

v: vận tốc dòng chảy của bê tông (trong m/s)

Loại thiết bị này có vẻ như là giải pháp rất tốt để mô tả các đặc trưng giao diệntiếp xúc giữa bê tông - thành ống bơm thép Tiếc là kích thước thiết bị khá cồng kềnh,

v k k

việc sử sụng còn hạn chế nhất là trong điều kiện thực tế ở công trường.

1.3 Phương pháp dự tính khả năng bơm

Khả năng bơm của bê tông được gọi là "dễ/thuận lợi" hoặc "khó khăn" phụ thuộc

ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm Ma sát này càng lớn thì áplục bơm cần thiết cũng cần phải lớn theo tương ứng đề có thể bơm đáp ứng được tốc

độ hay lưu lượng yêu cầu Vì vậy, đối với một tốc độ/ lưu lượng bơm yêu cầu, một bêtông mà tạo ra ít ma sát với thành ống sẽ dễ dàng bơm hơn là bê tông tạo ra một ma sátlớn Hay nói cách khác, hoàn toàn có thể để dự đoán khả năng bơm bê tông dựa trênmột trong hai thông số: dựa trên thông số ma sát hoặc dựa trên áp lực bơm

Có nhiều phương pháp dự tính áp lực bơm, đơn giản nhất là dựa theo các bảngtra hoặc đồ thị để xác định áp lực bơm cần thiết Hoặc cũng có thể dựa vào các môhình tính của các tác giả như [CHAPDELAINE 2007, CHOUINARD 1999] , tuynhiên sử dụng mô hình của [KAPLAN 2000] vẫn thuận lợi nhất và được sử dụng phổbiến nhất

Mô hình này được thiết lập từ phép đo lưu biến (thực hiện bởi RheometerBTRhéom) và phép đo ma sát (thực hiện bởi tribometer) Kết quả cho thấy ma sát ở

giao diện phụ thuộc tuyến tính vào tốc độ bơm như phương trình Eq 1.2.

Phương trình Eq 1.2 cho thấy hằng số nhớt là tham số quan trọng nhất để xác

định sự tiến triển của ma sát theo vận tốc dòng bê tông trong ống bơm Hằng số nhớt

và ngưỡng trượt được còn được gọi là thông số ma sát hay thông số bơm Từ phươngtrình này, Kaplan đã đề xuất một mô hình để dự đoán áp lực bơm theo lưu lượng vàcác thông số ma sát (được đo bằng một thiết bị đo ma sát) Nó cũng được đề xuất đểkết hợp các phép đo lưu biến của bê tông trong mô hình Mô hình này cho thấy sựtiến triển của áp lực bơm - lưu lượng theo hai trang thái (1) và (2) khác nhau như

Hình 1.22.

Hình 1.22 Mô hình dự tính áp lực bơm bởi [KAPLAN 2000]

Phần đầu tiên của mô hình (1) được mô tả đầy đủ ở Hình 1.12(1), lúc này dòng

chảy của bê tông trong ống bơm là dòng chảy trượt nh ờ lớp ma sát tạo ra ở lớp biên,

áp lực bơm phụ thuộc chủ yếu vào các thông số ma sát ở bề mặt (hằng số nhớt và

ngưỡng trượt) theo công thức Eq 1.4:

(Eq 1.4)

Khi lưu lượng bơm vượt qua giá trị Q1 xác định theo công thức Eq 1.5, ứng suất

cắt ở bề mặt tiếp xúc vượt qua ứng suất cắt của bê tông, dòng chảy của bê tông trong

ống bơm có hiện tượng cắt ở vùng tiếp xúc, được mô tả như ở Hình 1.12(2).

(Eq 1.5)

Lúc này áp lực bơm vừa phụ thuộc các thông số ma sát vừa phụ thuộc các thông

số lưu biến của bê tông xác định như công thức Eq 1.6.

Q (m³/h): lưu lượng bơm trung bình;

kr : hệ số lấp đầy (kr = 0,8 với bơm cố định, kr = 0,7 với bơm di động)[KAPLAN 2000];

 0i(Pa)ngưỡng trượt (đo bởi thiết bị đo ma sát);

 (Pas/m)hằng số nhớt (đo bởi thiết bị đo ma sát);

 0(Pa): ngưỡng cắt của bê tông (đo bởi thiết bị đo lưu biến);

 (Pas)độ nhớt của bê tông (đo bởi thiết bị đo lưu biến)

1.4 Kết quả nghiên cứu gần đây - đặt vấn đề cần nghiên cứu - kết luận chương

1.4.1 Kết quả nghiên cứu gần đây

Lĩnh vực nghiên cứu về lưu biến học của bê tông bắt đầu phát triển và phát triểnmạnh từ các trung tâm nghiên cứu ở các nước trên thế giới như Mỹ, Anh, Pháp nhằmđáp ứng giải quyết các vấn đề nẩy sinh trong quá trình thi công bê tông, vấn đề quản lýchất lượng bê tông trong những điều kiện thi công khó khăn, đòi hỏi nghiêm ngặt vềchất lượng

L

36002

3 4

Q R

L

i

Với công nghệ bơm bê tông thì số trung tâm nghiên cứu có phần hạn chế hơn,ban đầu chỉ có một số trung tâm nghiên cứu lớn ở Pháp, Bỉ, Canada sau phát triểnrộng ra các nước khác như Mỹ, Nhật, Đài Loan

Ở Việt Nam thì lĩnh vực nghiên cứu về lưu biến bê tông cũng như bơm bê tôngcũng có phần hạn chế, bên cạnh vấn đề đầu tư hệ thống thiết bị phần khác cũng còn làvấn đề chuyên gia, kỹ thuật viên cũng như đào tạo Một số nơi cũng đã bắt đầu có sựquan tâm đến vấn đề này nhưng kết quả vẫn còn nhiều hạn chế do còn quá mới Đạihọc Duy Tân Đà Nẵng là một trong những đơn vị đầu tiên ở Việt Nam quan tầm đầu tưđến lĩnh vực này và hiện nay thì cũng có một số trường khác như Đại học Bách khoa

TP Hồ Chí Minh đang bắt đầu tìm hiểu đầu tư cho lĩnh vực này

Một số kết quả chính có liên quan, liên quan trực tiếp đến đề tài có thể kể đến như:

 Đề tài cao học của Thạc sĩ Bùi Ngọc Hải, K31 ĐN (ĐH Bách khoa Đà Nẵng):

“Nghiên cứu ảnh hưởng của hồ xi măng và tỉ lệ nước/ximăng lên ma sát với thành ốngbơm” Bảo vệ năm 2016

 Đề tài cao học của Thạc sĩ Lê Bá Đức, K31 ĐN (ĐH Bách khoa Đà Nẵng):

“Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo lên ma sát với thành ống bơm” Bảo vệnăm 2016

Các đề tài này nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thành phần của bê tôngnhư hồ xi măng; tỉ lệ nước/ximăng; hàm lượng và tính chất phụ gia siêu dẻo lên ma sátvới thành ống bơm

 Đề tài cao học của Thạc sĩ Nguyễn Duy Nhật, K32 ĐN (ĐH Bách khoa ĐàNẵng): “Nghiên cứu ảnh hưởng của hồ xi măng lên tính chất lưu biến của bê tông theothời gian” Bảo vệ năm cuối năm 2017

 Đề tài cao học của Học viên Nguyễn Đắc Hưng, K32 ĐN (ĐH Bách khoa ĐàNẵng): “Nghiên cứu ảnh hưởng của hồ xi măng lên ma sát với thành ống bơm theothời gian”

Các đề tài này nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng hồ xi măng lên tính chất lưubiến, tính chất ma sát của bê tông theo thời gian

Các kết quả nghiên cứu này sẽ được sử dụng trong việc đề xuất nội dung nghiêncứu của đề tài này cũng như trong việc phân tích lập luận kết quả nghiên cứu

1.4.2 Đặt vấn đề nghiên cứu - Kết luận chương

Độ linh động của vữa bê tông giúp cho quá trình thi công trộn/vận đổ/san gạt/đầm thuận lợi hay khó khăn Với vấn đề bơm bê tông, càng đòi hỏi phải

chuyển/bơm-có độ linh động cần thiết Các thông số chính ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tông chuyển/bơm-cóthể được chia thành 2 nhóm: nhóm thông số liên quan điều kiện công trường (khốilượng bê tông bơm, thời gian thi công, loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều dài, vật liệu