Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại phụ gia đến tính chất của bê tông trọng lực công trình thủy điện sông bạc hà gian

Luận văn được hình thành với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu ảnh hưởng của các loại phụ gia đến tính chất của bê tông trọng lực công trình thủy lợi, thủy điện... NGHỆ THI

ảnh hưởng của các loại phụ gia đến tính chất của bê tông trọng lực công trình thủy điện Sông Bạc – Hà Giang” đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình

của thầy giáo TS Vũ Quốc Vương thuộc bộ môn Vật liệu xây dựng Trường Đại

học Thủy lợi Luận văn được hình thành với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu ảnh hưởng của các loại phụ gia đến tính chất của bê tông trọng lực công trình thủy lợi, thủy điện Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo về sự

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 08 năm 2012

Tác giả

chất của bê tông trọng lực công trình thủy điện Sông Bạc – Hà Giang”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu

vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường

Học viên

Đoàn Văn Huân

NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG TRỌNG LỰC CHO CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 3

1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng vật liệu và công nghệ thi công bê tông trọng lực cho các công trình thuỷ lợi thuỷ điện trên thế giới 3 1.1.1 Tình hình xây dựng đập trên thế giới .3 1.1.2 Tình hình sử dụng vật liêu .4 1.1.3 Công nghệ thi công bê tông trọng lực cho các công trình thủy lợi, thủy điện trên thế giới .6 1.2 Tổng quan về tình hình sử dụng vật liệu và công nghệ thi công bê tông trọng lực cho các công trình thuỷ lợi thuỷ điện ở Việt Nam .11 1.2.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam 11 1.2.1 Tổng quan về tình hình sử dụng vật liệu .13 1.2.3 Công nghệ thi công bê tông trọng lực các công trình thủy lợi thủy điện ở Việt Nam 14

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 19 CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI PHỤ GIA DÙNG CHO BÊ TÔNG TRỌNG LỰC CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN 20

2.1 Tình hình sử dụng phụ gia trên thế giới và Việt Nam 20 2.1.1 Lịch sử nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho bê tông và vữa trên thế giới 20 2.1.2 Lịch sử nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho bê tông và vữa ở Việt Nam.23 2.1.3 Các hệ thống tiêu chuẩn 27 2.2 Nghiên cứu cơ chế hoạt động của các loại phụ gia dùng cho bê tông trọng lực .28 2.2.1 Định nghĩa và phân loại 28 2.2.2 Cơ chế hoạt động của các loại phụ gia dùng cho bê tông trọng lực .33 2.3 Nghiên cứu cấp phối bê tông có pha trộn các loại phụ gia bê tông .45

2.3.4 Cấp phối bê tông có pha trộn phụ gia 47

2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại phụ gia đến tính chất của bê tông trọng lực công trình thuỷ điện 56

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 58

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI PHỤ GIA CHO THỦY ĐIỆN SÔNG BẠC – HÀ GIANG 59

3.1 Tổng quan về thuỷ điện Sông Bạc – Hà Giang .59

3.1.1 Tên dự án: 59

3.1.2 Mô tả chung về công trình: 59

3.1.3 Các thông số chính của công trình thuỷ điện Sông Bạc - Hà Giang .60

3.1.4 Khối lượng thi công 64

3.1.5 Nhu cầu các loại vật liệu xây dựng chính 65

3.2 Nghiên cứu vật liệu chế tạo bê tông cho thuỷ điện Sông Bạc – Hà Giang 65

3.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng 65

3.2.2 Nguồn vật liệu chế tạo bê tông cho thủy điện Sông Bạc – Hà Giang .66

3.3 Thiết kế cấp phối bê tông cho thuỷ điện Sông Bạc – Hà Giang .70

3.3.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế thành phần bê tông trọng lực thủy điện Sông Bạc .70

3.3.2 Thành phần cấp phối bê tông cho thủy điện Sông Bạc – Hà Giang 77

3.4 Ảnh hưởng của các loại phụ gia đến tính chất của bê tông công trình thuỷ điện Sông Bạc – Hà Giang .78

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 79

CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU TỔ HỢP CÁC LOẠI PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG BẠC – HÀ GIANG 80

4.1 Nghiên cứu các loại phụ gia, tổ hợp các loại phụ gia dùng cho công trình thuỷ điện Sông Bạc – Hà Giang 80

4.2.2 Ảnh hưởng của các loại phụ gia đến cường độ bê tông 82

4.2.3 Ảnh hưởng của các loại phụ gia đến mác chống thấm của bê tông 85

4.3 Ảnh hưởng của các loại tổ hợp phụ gia đến tính chất của bê tông công trình thủy điện Sông Bạc_Hà Giang .86

4.3.1 Tổ hợp phụ gia tro bay tro bay nhiệt điện Phả lại và phụ gia hóa dẻo Sikament R4 87

4.3.3 Kết quả khảo sát thực tế tại công trường .89

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Bảng 1.2 Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới 10

Bảng 1.3 Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam 12

Bảng 1.4 Một số đập bê tông trọng lực ở Việt Nam 15

Bảng 1.5: Một số đập BTĐL đã hoàn thành và đang thi công ở Việt Nam 16

Bảng 2.1 Các yêu cầu vật lý của phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn 30

Bảng 2.2 Các yêu cầu hoá học đối với phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn 31

Bảng 2.3: Phân loại phụ gia và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của phụ gia bê tông theo ASTM-C618 [2] 32

Bảng 2.4: Yêu cầu kỹ thuật đối với phụ gia chống thấm 33

- Lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liêu mịn ( nhóm Puzolan-P, Tro bay – T) 34

Bảng 2.5 : Thành phần hoá học của puzơlan có nguồn gốc núi lửa 35

Bảng 2.6: Giới thiệu một số mỏ Puzơlan ở Việt Nam 36

Bảng 2.7 : Chất lượng phụ gia đá bazan 37

Bảng 2.8: Kết quả thí nghiệm Tro bay Phả Lại - Sông Đà - Cao Cường 40

Bảng 2.9: Kết quả thí nghiệm Tro bay Phả Lại - Vina Fly ash 41

Bảng 2.10 Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới 48

Bảng 2.11: Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi có và không có tro bay[23] 49

Bảng 2.12: Thành phần cấp phối bê tông cho 1m 3 49

Bảng 2.13: Thành phần cấp phối bê tông cho 1m 3 50

Bảng 2.14 Thành phần cấp phối BTKL kiến nghị cho 1m 3 công trình thủy điện Tuyên Quang .52

Bảng 2.15 Thành phần cấp phối BTĐL kiến nghị cho 1m 3 công trình Sơn La 52

Bảng 2.16: Cấp phối bê tông đối chứng và sử dụng phụ gia cho bê tông lõi đập M150 53

Bảng 2.17: Cấp phối bê tông đối M25 có sử dụng PGHD Sikament R4, PGCT Plastocrete R N 53

Bảng 2.18: Cấp phối bê tông có pha trộn phụ gia hóa dẻo BIFI-03[29] 54

Bảng 3.2: Bảng khối lượng chính của thủy điện Sông Bạc – Hà Giang 65

Bảng 3.3: Bảng tổng hợp nhu cầu sử dụng vật liệu 65

Bảng 3.4: Chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB40-Quang Sơn 67

Bảng 3.5: Chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu cát [17] 67

Bảng 3.6: Chỉ tiêu cơ lý của đá dăm [17] 68

Bảng 3.7: Kết quả thí nghiêm chỉ tiêu cơ lý của phụ gia tro bay Phả Lại 69

Bảng 3.8 : Tỷ lệ N/CKD đối với bê tông khối lớn 73

Bảng 3.9: Quan hệ gần đúng giữa cường độ và tỷ lệ N/CDK 73

Bảng 3.10 Lượng nước trộn gần đúng cho 1m 3 hỗn hợp bê tông 74

Bảng 3.11: Hàm lượng cốt liệu lớn( theo % thể tích tuyệt đối của tổng hàm lượng cốt liệu) 75

Bảng 3.12: Nghiên cứu cấp phối bê tông sử dụng phụ gia cho tro bay nhiệt điện 77 Bảng 3.13 Cấp phối bê tông đối chứng và bê tong sử dụng phụ gia chống thấm .78

Bảng 4.1: tỉ lệ N/X khi pha trộn phụ gia chống thấm 81

Bảng4.2: Cường độ của bê tông khi sử dụng tro bay nhiệt điện 83

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của Plastocrete R N đến cường độ bê tông 84

Bảng 4.3: Mác chống thấm của bê tông có pha trộn PGCT 85

Bảng 4.4: Cấp phối bê tông có phụ Sikament R4 và Tro Bay 87

Bảng 4.5: Ảnh hưởng tổ hợp phụ gia đến cường độ nén mẫu 87

Bảng 4.6: Cấp phối bê tông có phụ gia sikament R4 và Plastocrete R N 88

Bảng 4.7: Ảnh hưởng tổ hợp phụ gia tới cường độ bê tông 88

Hình 1.2 Đập Chambon - Pháp 8

Hình 1.3: Đập Miyagase - Nhật Bản 8

Hình 1.4: Đập Grande Dixence- Thụy Sỹ .9

Hình 1.5: Thượng lưu đập thủy điện Sơn La 17

Hình 1.6 : Phối cảnh thủy điện Lai Châu .17

Hình 1.7 : Thủy điện Sê San 3 18

Hình 1.8: Thủy điện Tà Thàng – Lào Cai 18

Hình 2.1 Sự phát triển nhiệt độ ở tâm mẫu bê tông 15x15x15cm [23] 49

Hình 4.1: Bảng quan hệ giữa tỉ lệ N/X và mác bê tông 82

Hình 4.2: Ảnh hưởng của Plastocrete R N đến cường độ bê tông 84

Hình 4.2: Tương quan giữa mác chống thấm của bê tông có PGCT và bê tông không có PGCT 86

Hình 4.3: Biểu thị cường độ nén mẫu bê tông 87

Hình 4.4: Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia đến cường độ bê tông 88

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá nên các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện được xây dựng khắp cả nước và đập bê tông trọng lực cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú Đầu mối các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện như: Sê San 3, Bản Vẽ, Tân Giang,

… và đập tràn ở các đầu mối thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang,… là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m3 bê tông, chiều cao đập từ 70 –138m Việt Nam đã

và đang sử dụng thành công kĩ thuật và công nghệ hiện đại để xây dựng các đập bê tông trọng lực có quy mô cả về chiều cao và khối lượng bê tông ngày một lớn hơn Trong những năm gần đây, các công trình xây dựng ở nước ta ngày càng có quy

mô lớn, đòi hỏi phải có những loại bê tông tính năng cao phục vụ những mục đích đặc biệt như: Thi công kết cấu chịu va chạm; chống thấm … Các loại bê tông này phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về: cường độ cao, phát triển nhanh, dễ chảy, khả năng điền đầy cao, ổn định kích thước, bám dính tốt, không phân tầng, tách nước, không rạn nứt, bền với điều kiện khí hậu, kháng va đập, chịu rung động, có khả năng bảo vệ cốt thép, chống thấm, … v.v Công nghệ xây dựng các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện không ngừng được cải tiến để tăng chất lượng cũng như hạ giá thành công trình Công nghệ thay đổi đi đôi với vật liệu thay đổi đặc biệt việc sử dụng phụ gia để cải tạo tính chất của bê tông, kéo dài tuổi thọ công trình, đảm bảo sự an toàn trong quản lý, sử dụng đối với các đập lớn là vấn đề mang tính khoa học, kinh tế và thực tiễn vô cùng to lớn

Vì vậy, việc “Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại phụ gia đến tính chất của bê tông trọng lực, lựa chọn tổ hợp các loại phụ gia để nâng cao chất lượng công trình thuỷ điện Sông Bạc - Hà Giang” là hết sức cần thiết

2 Mục đích của Đề tài

Nghiên cứu ứng dụng các loại phụ gia cho công trình bê tông trọng lực, tìm ra ảnh hưởng của các loại phụ gia này đến tính chất của bê tông trọng lực thuỷ điện

Sông Bạc - Hà Giang Từ đó tìm ra được những ảnh hưởng tích cực của phụ gia đến tính chất của bê tông trọng lực để phát huy và hạn chế những ảnh hưởng tiêu cực

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Dựa vào cơ sở lý thuyết kết hợp với thí nghiệm trong phòng để tìm ra các loại phụ gia dùng cho bê tông trọng lực

- Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước về các loại phụ gia bê tông dùng cho công trình thuỷ lợi, thuỷ điện

- Nghiên cứu lý luận kết hợp thực nghiệm trong phòng

4 Kết quả dự kiến đạt được

- Đưa ra các loại phụ gia bê tông dung cho công trình thuỷ lợi, thuỷ điện

- Đưa ra được ảnh hưởng của các loại phụ gia đến tính chất của bê tông trọng lực

- Ứng dụng các loại phụ gia nghiên cứu vào xây dựng cho công trình thủy điện Sông Bạc - Hà Giang

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG TRỌNG LỰC CHO CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI,

THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng vật liệu và công nghệ thi công bê tông trọng lực cho các công trình thuỷ lợi thuỷ điện trên thế giới

1.1.1 Tình hình xây dựng đập trên thế giới

Theo thống kê của hội đập cao thế giới (ICOLD) tính đến năm 2000 trên thế giới có khoảng 45.000 đập lớn Năm quốc gia đứng đầu về số lượng đập trên thế giới là: Trung quốc với 22.000 đập chiếm 48% số đập trên thế giới, Mỹ có 6.575 đập, Ấn Độ có 4.291 đập, Nhật bản có 2.675 đập và Tây Ban Nha có 1.196 đập[8]

Các thống kê về loại đập của ICOLD - 1986 cho thấy đập bê tông trọng lực chiếm 12% trong tổng số các đập được xây dựng Trong đó số các đập cao hơn 100m tình hình lại khác, đập bê tông trọng lực và đập vòm chiếm ưu thế trong đó có 38% là đập bê tông trọng lực, 21,5% là đập vòm Từ những năm 60 trở lại đây kỹ thuật xây dựng đập bê tông trọng lực rất phát triển xuất hiện những đập rất cao như đập bê tông trọng lực Grand Dixen ở Thủy Điển cao 285m, đập vòm trọng lực SayanoShushensk ở Nga cao 245m

Nhằm đẩy nhanh tiến độ thi công đập bê tông trọng lực và hạ giá thành xây dựng thì các công trình nghiên cứu về đập bê tông đầm lăn – Roller Compacted Concrete (viết tắt là RCC) đã bắt đầu từ những năm 1960 Đài Loan là nước đầu tiên thí nghiệm dùng bê tông đầm lăn, và năm 1963 đập AlpecGra (H= 172m) đã được xây dựng ở Ý bằng phương pháp bê tông đầm lăn Sau đó phương pháp này được sử dụng ở

Mỹ, Canada, Anh, Pakistan, Nhật và Brazil, Tính đến cuối năm 1998, trên thế giới đã

có khoảng 210 đập có chiều cao H>15m được xây dựng bằng công nghệ bê tông đầm lăn RCC Năm 1978 Trung Quốc bắt đầu áp dụng kỹ thuật RCC , đến nay Trung Quốc đã và đang xây dựng 46 đập loại này, trong đó có đập Shapai có H=129m (năm 2001) và là nước đứng đầu thế giới Nhật là nước thứ nhì có 40 đập RCC[8]

1.1.2 Tình hình sử dụng vật liêu

1.1.2.1 Xi măng

Theo ACI 207.1R-96 [21], trong bê tông khối lớn có thể sử dụng các loại xi măng sau: Xi măng pooc lăng loại I, II, IV, và V theo tiêu chuẩn ASTM C150, xi măng puzolan loại P, IP, S, IS, I (PM) và I(SM) theo tiêu chuẩn ASTM C595

Bảng 1.1 Thống kê sơ lược lượng dùng xi trong đập BTTL trên thế giới

STT Nước Thống kê số

lượng đập

Loại đập và năm xây dựng

Lượng dùng xi măng (kg/m 3 )

Ghi chú

sau 1930

bên trong 223; bên ngoài 368

Đập vòm

Bên trong

210, bên ngoài 260,

325

Cho rằng lượng dùng xi măng thấp hơn 200, chống đông, chống thấm, chống mài mòn sẽ thấp Đập vòm dầy 200~225

275~350

Đập ngăn nước sớm, lượng xi măng

230, tro bay 0.9,từng bị

Đập Tùng Nguyên

Bên trong 112; bên ngoài 126

Tăng thêm 33

kg xỉ vôi

(Nguồn: GS Phan Như Tranh – Trung Quốc) 1.1.2.2 Cốt liệu cát, đá

Cát được dùng cho xây dựng đập bê tông trọng lực gồm 2 loại: cát thiên nhiên

và cát nhân tạo Cát thiên nhiên được khai thác từ tự nhiên ở các lòng sông, lòng suối phù hợp với tiêu chuẩn của từng nước

Cát nghiền đã được sản xuất và sử dụng rất lâu Theo các nhà sản xuất và sử dụng ở các nước phát triển như Anh, Pháp, Đức, Mỹ,… thì hầu như ở tất cả các dây chuyền sản xuất đá xây dựng đều sản xuất cát nghiền, ở Bồ Đào Nha họ đã kế thừa của các thế hệ trước vào đầu thế kỷ XX Các nước thiếu cát tự nhiên phải sử dụng đến cát nghiền: Bồ Đào Nha, Pháp, Anh, Italia, Venezuela… và cát nghiền đã là nguồn cốt liệu sử dụng chính cho bê tông ở các vùng thiếu cát tự nhiên Ở Bồ Đào Nha hiện có 75 cơ sở sản xuất với tổng công suất khoảng 800.000 tấn/năm Ở Anh sản xuất khoảng 700.000 tấn/năm, riêng ở bắc đảo Irland là 450.000 tấn/năm… Đặc biệt cát nghiền được dùng sản xuất dùng cho xây dựng các đập nước lớn như đập Sagulinh ở Indonesia từ đá andesite, đập Chonarit trên sông Lakhdar đông

Manakesh từ đá vôi, đập Jebha ở Nigieria từ đá granit, đập Grand Maison của Pháp

từ đá gneisquazt, đập Vueltosa của Venezuela [4] Đặc biệt trong đó Trung Quốc là quốc gia ứng dụng công nghệ này thành công nhất như đập Tam Điệp sử dụng cát nghiền cho đập RCC lớn nhất thế giới

1.1.3 Công nghệ thi công bê tông trọng lực cho các công trình thủy lợi, thủy điện trên thế giới

Kỹ thuật xây dựng đập bê tông trọng lực với bê tông truyền thống bằng phương pháp đầm rung (Conventional Vibrated Concrete –CVC) đã được bắt đầu phát triển từ thập kỷ thứ 2 của thế kỷ XX Từ đó một giải pháp mới trong công nghệ xây dựng các đập cao được phát triển, công nghệ đập bê tông trọng lực đã được áp dụng và phát triển rộng rãi trên toàn thế giới Hiện nay số lượng đập bê tông trọng lực trên thế giới cao trên 100m rất nhiều

Đập bê tông trọng lực thông thường được sử dụng với các thành phần cấp phối bao gồm: xi măng, cốt liệu, nước trộn và một lượng phụ gia được cho vào để cải thiện tính chất của bê tông Cốt liệu đá được sử dụng Dmax lên đến 80mm, lượng

xi măng thường dùng cho 1m3 bê tông trong khoảng 200-250kg Lượng xi măng cao, trong quá trình thủy phân của bê tông sẽ phát sinh ra nhiệt lượng lớn, gây ra ứng suất nhiệt trong bê tông làm bê tông co ngót không đều dẫn đến hiện tượng nứt

nẻ bê tông Vì vậy đập bê tông trọng lực thường được phân khoảng 15m một khối theo chiều ngang đập

Một hình ảnh và công nghệ thi công đập bê tông trọng lực trên thế giới:

Đập thủy điện Hoover [28] được xếp hạng là một trong 7 công trình xây

dựng vĩ đại nhất nước Mỹ, được công nhận là kỳ quan lịch sử quốc gia và là một trong 100 kỳ quan thế giới ở thế kỷ XX Đập Hoover được xây dựng tại Black Canyon thuộc con sông Colorado Vị trí của đập nằm giữa hai tiểu bang Arizona và Nevada Đập có chiều cao trên 150m, được khởi công xây dựng ngày 20/4/1931, xây dựng chỉ trong 5 năm, kết thúc năm 1936 Kế đến là phần đổ

bê tông cũng được bắt đầu trong cùng năm 1933 Vì bê tông khi nóng sẽ cong lại và nguội một cách không đồng đều, các kỹ sư ước tính rằng nếu đập được đổ bê tông

một lớp thật dày, thì phải mất đến 125 năm mới nguội đồng đều, kết quả là trong thời gian đó, đập sẽ bị nứt và bể dần ra từng mảng Để tránh tình trạng này, đập đã được xây bằng cách đổ từng lớp bê tông hình tứ giác không có cạnh song song (trapezoid) liên kết với nhau và chỉ mỏng chừng sáu inches (khoảng 15 cm) Đập cũng còn được làm nguội bằng những ống dẫn nước phía bên trong và giữa các lớp

bê tông Lượng bê tông xây đập Hoover nếu được dùng để xây đường hai chiều xe chạy, thì con đường có thể nối từ thành phố New York ở bờ Đông đến thành phố San Francisco ở bờ Tây Hoa Kỳ

Hình 1.1: Đập thủy điện Hoover - Mỹ Đập Chambon[28] được xây dựng trên sông Romanche trong hạt Isère (38)

thuộc tỉnh Rhône-Alpes miền Tây Nam nước Pháp Thời gian xây dựng :

1929-1934 Đập bêtông trọng lực, cao 136,7m là đập cao nhất châu Âu trong khoảng 20 năm Bề rộng đỉnh đập 5m và móng 70m Thể tích đập 415 000 m3 Dung tích hồ 51 triệu m3 nước Lưu vực hồ rộng 220km2 trong vùng Alpes trên biên giới Pháp - Italia và Pháp - Thuỵ Sĩ, nơi có phong cảnh thiên nhiên tuyệt đẹp

Hình 1.2 Đập Chambon - Pháp

Hình 1.3: Đập Miyagase - Nhật Bản

Đây là loại đập bê tông trọng lực, là loại đập đa mục tiêu được xây dựng trong khu vực thành phố Tokyo, trên sông Nakatsu nằm trong hệ thống sông Sakami trong vòng 50km giữa Tokyo và Yokohama Chiều cao đập: 156m, Chiều dài đỉnh đập: khoảng 400m, Thể tích thân đập: Khoảng 2.000.000 m3, Chiều rộng mặt cắt không tràn: 290,0m

Nhiệm vụ của công trình[28]: Chống lũ: Lưu lượng lũ thiết kế 1.700m3/s tại

vị trí đập; 1.600m3/s được điều tiết để bảo vệ bờ sông Nakatsu, cùng với đập Shiroyama và các công trình khác ở hạ lưu sông Sagami,đập làm công tác giảm lũ

và bảo vệ đời sống và tài sản nhân dân; Cấp nước uống: Cấp 1.300.000 m3 nước uống hàng ngày cho 15 thành phố và 9 thị trấn bao gồm cả Yokohama và Kawasali; cải thiện môi trường sông; phát điện Nhà máy điện Aikawa 1 và 2 được xây dựng tại đập chính và đập phụ Nước sau đập sử dụng cho phát điện với công suất Max 24.200 kw và1.200kw, cấp cho 25.000 hộ dân

Đập bê tông trọng lực Grande Dixence (Thụy Sỹ) [28] Cao nhất thế giới

285m được xây dựng trên sông Dixence vào năm 1951-1965 Đập có thể tích 6 triệu

m3 bê tông truyền thống Chiều dài đập tại đỉnh là 748m, bề rộng ở đỉnh là 14m, ở chân đập là 200m Toàn bộ nền đập được gia cố bằng biện pháp khoan phụt sâu 200m và mở rộng bề mặt 100m về mỗi phía

Hình 1.4: Đập Grande Dixence- Thụy Sỹ

Về xây dựng đập trọng lực thi công theo công nghệ bê tông đầm lăn (RCC), tính đến 2005, toàn thế giới đã xây dựng được trên dưới 300 đập BTĐL với khối lượng tổng cộng khoảng trên 90 triệu m3 BTĐL Hiện Trung Quốc là quốc gia đang dẫn đầu về số lượng đập BTĐL sau đó là Hoa Kỳ, Nhật Bản và Tây Ban Nha

Bảng 1.2 Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới

(10 3 m 3 )

Tỷ lệ theo S.lượng

%

Tỷ lệ theo K.lượng

%

Tên Quốc Gia

Số đập

đã xây dựng

Thể tích BTĐL

(103 m3)

Tỷ lệ theo S.lượng

%

Tỷ lệ theo K.lượng

%

Nhật Bản 43 15.465 15.09 16.68 Hy Lạp 3 500 0.7 0.54 Kyrgystan 1 100 0.35 0.11 Italy 1 262 0.35 0.28 Thái Lan 3 5.248 1.05 5.66 Nga 1 1.200 0.35 1.29 Inđonesia 1 528 0.35 0.57 T.B.Nha 22 3.164 7.72 3.41

Từ khi ra đời cho đến nay, việc xây dựng đập BTĐL đã và đang phát triển theo các hướng chính [6] :

+ Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) (hàm lượng CKD < 99kg/m3)

do USACE - Mỹ phát triển dựa trên công nghệ thi công đất đắp;

+ Bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100 đến

149 kg/m3);

+ Bê tông đầm lăn giàu CKD: (hàm lượng CKD > 150 kg/m3) được phát triển

ở Anh Việc thiết kế thành phần BTĐL được cải tiến từ bê tông thường và việc thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp;

Ngoài ra còn một hướng phát triển BTĐL khác đó là hướng phát triển RCD của Nhật bản (Japannese Roller Compacted Dams), chuyển từ đập trọng lực bê

tông thường sang sử dụng BTĐL Theo hướng này, BTĐL có lượng CKD nằm giữa

loại BTĐL có lượng CKD trung bình và loại BTĐL có lượng CKD cao

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

1.2 Tổng quan về tình hình sử dụng vật liệu và công nghệ thi công bê tông trọng lực cho các công trình thuỷ lợi thuỷ điện ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam

Thời kỳ trước những năm 30 của thế kỷ XX, ở nước ta đã xuất hiện một số đập bê tông trọng lực nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5m đến 10m, chưa có những đập lớn Các đập có kết cấu đơn giản, thi công nhanh bằng thủ công, kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam, tỉnh Phú Yên do đặc điểm thủy văn của sông Đà Rằng Phần lớn công việc từ thiết kế, chỉ đạo thi công là do các kỹ sư Pháp thực hiện Xi măng nhập từ châu Âu, cấp phối bê tông chủ yếu dựa vào các kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những giải pháp và công nghệ thi công phù hợp với Việt Nam[8]

Giai đoạn từ năm 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một

số đập bê tông trọng lực như đập dâng Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước

tưới, đập Đáy ở Hà Tây có nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ khác như đập

dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình

Bảng 1.3 Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam

Giai đoạn trước năm 1945[8]

Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước xẩy ra chiến tranh nên việc tập

trung xây dựng các công trình thủy lợi lớn bị hạn chế Trong thời kỳ này chưa có

đập bê tông trọng lực cao nhưng cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập

tràn thủy điện Thác Bà, đập tràn thủy điện Cấm Sơn, Đa Nhim Kỹ thuật xây dựng

ở phía bắc chủ yếu của Liên xô(cũ) và của Trung Quốc, Ở phía Nam là của Nhật

Từ Năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hóa-hiện đại

hóa nên các công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng khắp cả nước, và đập bê

tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú Đầu

mối các công trình thủy lợi, thủy điện như: PleiKrong, Sê San 3 và Sê San 4, Bản

Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông, Bắc Hà, Tà Thàng, Đồng Nai 3 và Đồng

Nai 4 Và đập tràn ở các đầu mối thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang là những

đập bê tông với khối lượng lớn đến hàng triệu m3 bê tông, chiều cao đập từ

70-138m Việt Nam đã và đang sử dụng thành công kỹ thuật và công nghệ hiện đại để

xây dựng các đập bê tông trọng lực có quy mô cả về chiều cao và khối lượng bê

tông ngày một lớn

1.2.1 Tổng quan về tình hình sử dụng vật liệu

Bê tông trọng lực dùng cho các công trình thủy lợi, thủy điện chủ yếu là bê tông khối lớn Theo tiêu chuẩn của Mỹ (ACI 116R – 90), bê tông khối lớn được định nghĩa là một thể tích bê tông có kích thước đủ lớn, yêu cầu phải có biện pháp đối phó với sự phát nhiệt do xi măng thủy hóa và theo đó là sự biến đổi thể tích gây

ra nứt nẻ

Ở Việt Nam hiện nay, khi xây dựng đập bê tông trọng lực thường sử dụng 2 loại bê tông: Bê tông thường (Conventional Vibrated Concrete –CVC); Bê tông đầm lăn ( Roller Compacted Concrete – RCC)

Bê tông thường CVC được ứng dụng nhiều ở Việt Nam từ trước đến nay để xây dựng các đập bê tông trọng lực như đập Thác Bà, Hòa Bình, Trị An, Nham Thạch, Hàm Thuận, Đa My, và mới đây là đập Tân Giang, Lòng Sông, Tà Thàng, Gần đây RCC được sử dụng xây dựng hàng loạt đập bê tông trọng lực như đạp Định Bình, A Vương, Sê San 4, Sơn La, Bản Chát,

1.2.2.1 Xi măng

Như chúng ta đã biết, trong đập bê tông trọng lực quá trình đông kết bê tông,

sự thủy hóa của xi măng sinh ra lượng nhiệt lớn làm giãn nở thể tích bê tông, sự tỏa nhiệt và co ngót của bê tông sinh ra ứng suất nhiệt trong bê tông gây ra hiện tượng nứt nẻ bề mặt Vì vậy trong thực tế xây dựng đập bê tông ngày nay người ta đã chú trọng dùng bê tông ít tỏa nhiệt Để đảm bảo tính ổn định của bê tông khối lớn cần chú ý chọn dùng các vật liệu thích hợp

Xi măng ít tỏa nhiệt phải có lượng nhiệt phát ra khi xi măng thủy hóa (xác định theo phương pháp termot) sau 3 ngày không lớn hơn 45-50cal/g, sau 7 ngày không lớn hơn 50-60cal/g

Ở nước ta đã ban hành tiêu chuẩn xi măng ít tỏa nhiệt quy định nhiệt thủy hóa sau 7 ngày không lớn hơn 60cal/g, nhưng thực tế hầu như chưa sản xuất, nên trên thị trường xi măng ở nước ta không có mặt xi măng ít tỏa nhiệt, mà chỉ có loại

xi măng pooc lăng hỗn hợp (PCB) pha khoảng 15-20% phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia trơ

sử dụng phụ gia được quy định trong các tiêu chuẩn nghành thủy lợi 14TCN

104-1999 đến 14TCN 109-104-1999 và 14TCN 114-2001

1.2.2.3 Cốt liệu cát, đá

Cát, đá dùng cho bê tông thủy công, bê tông khối lớn phải đạt được các yêu cầu nêu trong các tiêu chuẩn của nhà nước TCVN 1770-1986, TCVN 1772-1987 và

tiêu chuẩn nghành thủy lợi 14TCN 68-2002 và 14TCN 70-2002

Cát vàng dùng cho bê tông các công trình thủy lợi, thủy điện là rất lớn, chủ yếu là các nguồn cát thiên nhiên được khai thác từ các lòng sông, lòng suối Ngày nay, cùng với nhu cầu phát triển và xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện tăng nhanh, đặc biệt là sự phát triển của đập bê tông trọng lực với khối lượng bê tông rất lớn đòi hỏi nguồn cát cung cấp cũng rất lớn Nếu chỉ dùng cát khai thác tự nhiên thì

sẽ không đủ, chính vì vậy hiện nay chúng ta đã và đang nghiên cứu cát nghiền, và

đã được ứng dụng tại một số công trình

Các công trình ở Việt Nam đã nghiên cứu và sử dụng cát nghiền để thay thế một phần hoặc toàn bộ cát tự nhiên như là đập thủy điện A Vương thay thế một phần cát tự nhiên, đập Sông Tranh 2, đập Sơn La thay thế toàn bộ cát tự nhiên bằng cát nghiền nhân tạo, đập Huội Quảng, đập Bản Chát, Đồng Nai 3& Đồng Nai 4 Cốt liệu đá dăm dùng cho các công trình thủy lợi thủy điện chủ yếu được khai thác tại chỗ tại các mỏ đá ở công trình Đá đào móng công trình đầu mối, công trình ngầm được gom, chọn lọc và vận chuyển đến trạm nghiền, cung cấp cho việc sản xuất bê tông

1.2.3 Công nghệ thi công bê tông trọng lực các công trình thủy lợi thủy điện ở Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay, khi xây dựng đập bê tông trọng lực thường sử dụng 2 loại bê tông: Bê tông thường (Conventional Vibrated Concrete –CVC); Bê tông đầm lăn ( Roller Compacted Concrete – RCC)

Kỹ thuật thi công bê tông trọng lực bằng bê tông thường theo phương pháp đầm rung (CVC) được phát triển mạnh mẽ ở Việt Nam từ những năm 1975, cho đến nay loại đập bê tông này vẫn đang được ứng dụng rộng rãi

Bảng 1.4 Một số đập bê tông trọng lực ở Việt Nam

STT Tên công trình

Chiều cao đập (m)

Công suất lắp máy (MW)

Địa điểm xây dựng

KLBT truyền thống (m 3 )

Năm xây dựng

10 Hồ chứa nước Định Bình 54,3 Bình Định 250.000 2004-2008

Đập bê tông đầm lăn (RCC) là một công nghệ mới được hình thành và phát triển ở Việt Nam vào những thập kỷ cuối của thế kỷ XX Ưu điểm nổi bật của công

nghệ bê tông đầm lăn là khắc phục được nhược điểm của bê tông khối lớn, rút ngắn được thời gian xây dựng so với công nghệ đập bê tông truyền thống nên ngày nay

nó được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới Công nghệ này được áp dụng vào nước ta vào những năm cuối thập kỷ 90 của thế kỷ XX nhưng đã có một tốc độ phát triển khá nhanh Hiện nay Việt Nam đã và đang thiết kế, xây dựng nhiều đập bê tông đầm lăn Dự tính đến năm 2015 nước ta xây dựng được 24 đập loại này, trong đó có nhiều đập cao, đập Sơn La cao 138m, đập thủy điện Bản Vẽ cao hơn 100m

Bảng 1.5: Một số đập BTĐL đã hoàn thành và đang thi công ở Việt Nam

cao Tình trạng

Một số hình ảnh về đập bê tông trọng lực ở Việt Nam

Hình 1.5: Thượng lưu đập thủy điện Sơn La

Hình 1.6 : Phối cảnh thủy điện Lai Châu

Hình 1.7 : Thủy điện Sê San 3

Hình 1.8: Thủy điện Tà Thàng – Lào Cai

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Từ kết quả nghiên cứu cho thấy đập bê tông trọng lực đã và đang xây dựng ngày càng phong phú trên thế giới cũng như ở Việt Nam Việc nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu cho các loại đập bê tông trọng lực có ý nghĩa rất quan trọng Việc áp dụng công nghệ xây đập bê tông trọng lực vào các công trình thủy lợi, thủy điện làm tăng được chiều cao của các đập lớn hơn nhiều lần mà đập đất, đập đá đổ không thể thực hiện được

Để làm giảm phát sinh ứng suất nhiệt trong đập bê tông trọng lực, rút ngắn thời gian thi công công trình, giảm giá thành xây dựng công trình trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã nghiên cứu và ứng dụng các loại vật liệu mới, công nghệ thi công mới

Với đập bê tông trọng lực thi công theo công nghệ bê tông truyền thống đã

và đang nghiên cứu áp dụng các loại phụ gia khoáng hoạt tính nhằm thay thế một lượng lớn xi măng trong hỗn hợp bê tông làm giảm nhiệt thủy hóa trong bê tông

Công nghệ mới thi công đập bê tông trọng lực hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam đã và đang áp dụng rộng rãi thi công đập theo công nghệ bê tông đầm lăn,

nó đang trở thành xu hướng của thời đại

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI PHỤ GIA DÙNG CHO BÊ TÔNG TRỌNG LỰC

CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN

2.1 Tình hình sử dụng phụ gia trên thế giới và Việt Nam

2.1.1 Lịch sử nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho bê tông và vữa trên thế giới

Việc đưa vào bê tông các sản phẩm khác nhau (phụ gia) nhằm cải thiện một vài tính chất của chúng, được thực hiện ngay từ thời kỳ đầu của việc sản xuất bê tông bằng ximăng pooclăng Các sản phẩm đưa vào đầu tiên chắc chắn là thạch cao, canxi clorua, các loại bột mịn Trước hết, người ta tìm cách tác động lên thời gian ninh kết, cường độ cơ học, tính chống thấm nước của bê tông Cnadlt đã nghiên cứu

từ năm 1891 tác dụng của các chất làm chậm đông kết nhanh và làm chậm sự đông kết Việc sử dụng chất đường làm một chất làm chậm đông kết đã được biết tới vào năm 1909 Những nhà sản xuất đầu tiên bán các sản phẩm thích hợp đối với bê tông

để cải thiện một vài tính chất của chúng xuất hiện vào năm 1910 Các sản phẩm sản xuất vào những năm 1920 - 1930 là các chất kỵ nước có gốc là các sản phẩm mịn, như các muối stearat, keo xương, san hô biển, các chất cứng nhanh có gốc là Clorua canxi, các chất kỵ nước cứng nhanh

Năm 1932 lần đầu tiên Mỹ công bố việc sử dụng nước thải sunphít của các nhà máy giấy làm phụ gia hóa dẻo cho bê tông

Các chất cuốn khí chỉ được thực tế sử dụng từ những năm 1948

Một bước tiến quan trong nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học cho bê tông

là sự ra đời của phụ gia siêu dẻo - là phụ gia hóa dẻo thế hệ hai, đến nay có hai loại phụ gia siêu dẻo (theo ASTM C494 type F & G) được sử dụng phổ biến trên cơ sở Naphtalen sunphonat foocmandehit (NSF) do Nhật bản tổng hợp đầu tiên năm 1964

và Melamin foocmanđehit sunfonat (MSF) do Cộng hòa liên bang Đức chế tạo năm

1972, hơn hai mươi năm nay do sử dụng phụ gia siêu dẻo kết hợp với xi măng mác cao và cốt liệu chọn lọc chế tạo bê tông chất lượng cao (High perfommance concrete - HPC) có cường độ và độ bền đặc chắc cao (độ thấm nhỏ)

Trong những năm gần đây trên thế giới đang tập trung nghiên cứu chế tạo, sử dụng phụ gia siêu dẻo thế hệ mới có tên gọi chung là nhóm polycacboxylat có khả năng giảm nước nhiều hơn, đóng vai trò rất quan trọng đối với tương lai bê tông chất lượng cao và công nghệ bê tông tự đầm cũng như phát triển các loại phụ gia polyme để biến tính xi măng, nâng cao chất lượng vữa làm vật liệu chống thấm bảo

vệ và hoàn thiện công trình đạt chất lượng và hiệu quả cao trong xây dựng

Các nước phát triển đi đầu trong việc nghiên cứu, chế tạo và sử dụng phụ gia hoá học (PGHH) Ở Mỹ sử dụng phụ gia hóa dẻo để sản xuất bê tông: 1967 - 46 triệu m3; 1978 - 68 triệu m3; 1982 - 85 triệu m3

Ở Canađa từ năm 1987-1988 dùng phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tông đạt cường

độ 80 MPa để xây dựng tòa nhà chọc trời ở Toronto, đến nay 100% sản lượng bê tông của nước này có sử dụng PGHH

Ở Anh, Pháp hợp tác xây dựng đường hầm xuyên biển Măng-sơ dùng phụ gia siêu dẻo DURCIPLAST và HR401 của Sika chế tạo hàng triệu m3 mác lớn hơn 60Mpa

Ở Pháp triển khai dự án nhà nước về bê tông chất lượng cao (1986-1990) và đã hình thành một mạng lưới gồm 15 trung tâm chế tạo bê tông chất lượng cao trộn sẵn

có sử dụng phụ gia siêu sẻo DURCIPLAST trên cơ sở MSF đạt cường độ 60÷100Mpa

Tại Nhật bản 100% bê tông có sử dụng PGHH, lượng dùng ước tính đến 1triệu tấn/năm phụ gia các loại

Tại Trung Quốc từ 1980 đã chế tạo bê tông cường độ 50 ÷ 70MPa đi từ xi măng Pooclăng thông dụng, phụ gia hóa dẻo và Silicafume để thi công các kết cấu chịu lực (cột, dầm) nhà cao tầng từ 60 ÷ 216m ở Bắc Kinh, Thẩm Quyến, Thượng Hải

Quá trình sử dụng tro bay:

Ngay từ khi xuất hiện tro bay các nhà khoa học trong giới công nghiệp đã đề xuất ý tưởng lợi dụng tro bay Năm 1932, bộ môn điện lực trước đây của Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng tro bay trong bê tông Nghiên cứu một cách có hệ thống là

R.E.Davil bắt đầu 1933 Mới đầu, ông ta chỉ nghiên cứu trộn tro bay vào bê tông và vữa, sau khi đã nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh, ông ta có nhiều báo cáo, còn chủ biên “Tiêu chuân tro bay ASTM” đầu tiên Ông đã đề xuất ra những căn cứ kỹ thuật khá hoàn thiện về vấn đề sử dụng tro bay trong bê tông ở Mỹ

- Những năm 40, đã có kinh nghiệm và đưa vào ứng dụng trộn thêm tro bay trong xây dựng đập bê tông

- Những năm 50, do sự phát triển của công nghệ năng lượng, nhiệt điện tăng nhiều nên khối lượng tro bay cũng tăng theo Thủy điện phát triển, khối lượng bê tông làm đập tăng là điều kiện để lợi dụng tro bay một cách tổng hợp Tro bay được

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

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

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

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

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

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

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

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

2.1.2 Lịch sử nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho bê tông và vữa ở Việt Nam

2.1.2.1 Nghiên cứu lịch sử sử dụng phụ gia

Ở nước ta việc nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học cho bê tông xây dựng mới được thực hiện từ những năm 60 của thế kỷ này, đánh dấu bằng việc nghiên cứu sử dụng phụ gia CCB cho công trình thủy điện Thác Bà với sự giúp đỡ của Liên

độ và khả năng chống thấm của bê tông Các loại phụ gia trên được sử dụng rộng rãi vào các công trình xây dựng

Tiếp đó nhiều đơn vị thuộc nhiều ngành khác nhau đã tiến hành nghiên cứu và cho ra đời nhiều sản phẩm PGHH sử dụng rộng rãi cho các công trình xây dựng:

- Sản phẩm phụ gia lignhin kiềm PBG-K01 và lignhin nitro hóa PBG-K02, phụ gia BENIT trên cơ sở bentonit của Viện khoa học thủy lợi có tác dụng giảm nước nâng cao mác bê tông, chống thấm

- Sản phẩm phụ gia ZECAGI của Viện KHKT Giao thông có tác dụng dẻo hóa cao, đông cứng nhanh chống thấm và chống ăn mòn cốt thép

- Sản phẩm hóa dẻo PA và phụ gia Puzzolith từ Puzzolan và rỉ mật cuả Công ty thí nghiệm Vật liệu giao thông I

- Sản phẩm KĐT-2 của Viện Vật liệu xây dựng nghiên cứu chuyển giao cho nhà máy giấy Hòa Bình năm 1984, xây dựng dây chuyền sản xuất với quy mô 300 tấn/năm góp phần phục vụ hơn 1 triệu m3 để xây dựng công trình thủy điện Hòa Bình Từ phụ gia KĐT-2 Viện còn tiếp tục nghiên cứu biến tính chế tạo phụ gia đa chức năng (chống thấm và phát triển cường độ nhanh), cũng như cho ra đời sản phẩm phụ gia siêu dẻo SD-83 bằng cách sunfonat hóa naphthalen, sau đó thực hiện phản ứng đa ngưng tụ với foocmalin Sản phẩm này phụ gia cho bê tông có độ sụt cao OK³20cm, sử dụng cho các cấu kiện bê tông có mật độ cốt thép dầy đặc, khi thi công phải bơm phun áp lực cao và làm giảm tổn thất độ sụt của bê tông tươi

Tháng 4/1996 Công ty trách nhiệm hữu hạn MBT Việt Nam (Master Builder Technologies) xin được phép đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất phụ gia bê tông và hóa chất xây dựng tại khu Công nghiệp Thuận An, tỉnh Bình Dương với 100% vốn nước ngoài (Thụy Sĩ)

Tháng 6/1996 Công ty TNHH Sika Việt Nam được phép đầu tư nhà máy sản xuất phụ gia bê tông và hóa chất xây dựng tại khu Công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng Nai với 100% vốn nước ngoài là 4,7 triệu USD có công suất 15.400 tấn/năm

Tiếp đó nhiều công ty khác như GRAGE (Mĩ), Fosroc (Anh), SKW (Đức) và Mapei (Ý) … đã ào ạt đưa vào thị trường trong nước hàng loạt sản phẩm phụ gia bê tông dưới nhiều tên thương phẩm khác nhau, tạo nên bộ mặt thị trường hoá phẩm sôi động

Nhiều cơ sở trong nước đã mạnh dạn đầu tư nghiên cứu và đưa ra thị trường nhiều sản phẩm phụ gia bê tông khác nhau như: PLACC- 02A, Selfill (liên hiệp quang hoá điện tử) ; BENIT- 1, BENIT- 2, BENIT- 3 (Viện KHKT thuỷ lợi) từ khoáng sét tự nhiên; PUZÔLIT, PA (CIENCO 1); LK1, ICT Super (viện KHCNXD) từ dịch kiềm đen v.v… các sản phẩm này đã góp phần làm phong phú thị trường phụ gia bê tông, giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, đồng thời khẳng định khả năng nghiên cứu sản xuất và đáp ứng thị trường về mặt hàng này của các

cơ sở trong nước

Năm 2004 công ty cổ phần BIFI được thành lập theo giấy phép kinh doanh của UBND thành phố Hà Nội và được cấp bằng độc quyền sáng chế số 5888 theo quyết định số: 9514/QĐ-SHTT ngày 19.09.2006 của Cục sở hữu trí tuệ – Bộ KH&CN BIFI đã xây dựng hàng loạt nhà máy sản xuất phụ gia cho bê tông chất lượng cao trên cở sở nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước với công xuất thiết kế giai đoạn 1 (2006 - 2008) là: 10.000 tấn/năm; giai đoạn hai là: 30.000 tấn/năm có khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng phụ gia cho bê tông ngày càng tăng ở Việt Nam

2.1.2.2 Chế tạo và sử dụng phụ gia cho bê tông trọng lực

Bê tông dùng cho các công trình thủy lợi thủy điện thường xuyên phải tác dụng với môi trường nước Bê tông thủy công công trình thủy lợi thủy điện thường

có mác 200, nhiều khi yêu cầu chống thấm cần đạt tới 8 đến 10 atm Nếu tăng chống thấm bằng cách tăng thêm lượng dùng xi măng thì không kinh tế Đối với bê tông trọng lực dùng cho bê tông khối lớn, nếu tăng thêm lượng dùng xi măng sẽ kéo theo tăng sự tỏa nhiệt, gây ra ứng suất nhiệt trong bê tông làm nứt nẻ bề mặt Để tăng chống thấm cho bê tông đồng thời có tác tác dụng tốt hơn bảo vệ cốt thép bên trong, do đó tăng khả năng chống ăn mòn cho bê tông cốt thép trong một số môi trường xâm thực như nước biển, khí quyển biển, nước chua phèn vùng đồng bằng sông Cửu Long Vì nghiên cứu và sử dụng phụ gia chống thấm là cần thiết[19]

Phụ gia chống thấm BENIT-1 (được sử dụng phổ bến trong giai đoạn 1990-2002)

Phụ gia được chế tạo trên cơ sở bentonit kiềm thổ, có pha thêm phụ gia hóa dẻo với tỷ lệ thích hợp, tỷ lệ dùng 3-5% so với xi măng tăng được chống thấm cho

bê tông M200, đạt đến 10-12 atm; đã áp dụng để chống thấm cho hàng trăm nghìn

m3 bê tông của nhiều công trình như đường ống áp lực thủy điện Trị An, công trình đầu mối thủy lợi Ayun Hạ (Gia Lai), chống ăn mòn cho các cống bê tông cốt thép vùng ven biển như Kênh Than ( Thanh Hóa), Kai Lai ( Thái Bình), sửa chữa bể ngầm ở Hà Tây Mỗi m3 bê tông có phụ gia BENIT-1 giảm được 30-50kg xi măng

so với biện pháp tăng xi măng để đạt chống thấm tương đương Ngoài ra bê tông có tính năng thi công, giảm tách nước, giảm phân tầng, dễ thi công Tuy nhiên loại gia

này cũng có những nhược điểm là sử dụng sét bentonit kiềm thổ có độ lắng đọng nhanh, Khi dùng 5% có hiện tượng phụ gia nổi lên bề mặt bê tông sau khi đầm

Phụ gia chống thấm CTN-1 (Được Viện Khoa học Thủy lợi nghiên cứu và được

ứng dụng từ năm 2003 đến nay)

Dựa trên cơ sở nghiên cứu về phụ gia chống thấm BENIT, kết hợp với nghiên cứu cấu trúc rỗng của bê tông, Viện Khoa học Thủy lợi (VKHTL) đã nghiên cứu đề xuất chế tạo loại phụ gia phức hợp CTN-1 chống thấm cho bê tông các công trình thủy lợi Tác dụng của phụ gia CTN-1 dựa trên bốn hiệu ứng sau:

a) Hiệu ứng hóa dẻo, làm cho khi chế tạo bê tông cần ít nước hơn nhưng vẫn đảm bảo thi công được, như vậy sẽ làm bớt đi các lỗ rỗng do lượng nước thừa bay hơi để lại trong bê tông;

b) Hiệu ứng lấp đầy các lỗ rỗng nhỏ trong bê tông của phụ gia có chứa bột puzolan hoạt tính nghiền mịn;

c) Hiệu ứng Puzolanic, tức là trong phụ gia có chứa bột puzolan hoạt tính nghiền mịn có thành phần khoáng chủ yếu là SiO2 Khoáng này sẽ tác dụng với Ca(OH)2 trong bê tông do quá trình thủy hóa xi măng tạo ra cùng với những vết nứt giữa mặt phân cách của đá xi măng và cốt liệu Sau phản ứng một loại keo silicat C-H-S rất bền vững được tạo ra, lấp đầy các vết nứt mao quản này làm cho bê tông đặc chắc hơn

d) Hiệu ứng trương nở của khoáng montmorilonit kiềm có trong phụ gia chống thấm, lấp đầy các lỗ rỗng không khí nhỏ có sẵn trong quá trình chế tạo bê tông gây

ra

Phụ gai chống thấm ăn mòn CTN-1 dạng bột, màu nâu nhạt, mịn hơn xi măng lượng sót trên sàng 4.900 lỗ/cm2 là từ 5 đến 8% Khối lượng thể tích xốp là: 1,25 đến 1,30g/cm3; hàm lượng mất khi nung nhỏ hơn 5%

Phụ gia CTN-1 có một số đặc tính sau:

- Không làm thay đổi độ ổn định thể tích và giới hạn bền nén của xi măng;

- Cải thiện độ lưu động của hỗn hợp bê tông tươi;

- Phụ gia CTN-1 cải thiện tốt hơn cường độ kháng nén của bê tông;

- Phụ gia CTN-1 nâng cao khả năng chống thấm cho bê tông;

- Phụ gia CTN-1 tăng khả năng bảo vệ của bê tông trong môi trường ăn mòn;

Phụ gia khoáng cho bê tông khối lớn và bê tông đầm lăn

Ở công trình thủy lợi thủy điện Việt Nam trong khoảng mười lăm năm gần đây mới sử dụng phụ gia khoáng cho bê tông khối lớn Phụ gia khoáng tro bay đã được dùng để sửa chữa cho công trình đập Bái Thượng, xây dựng mới đập Tân Giang Tại các công trình này đã phối hợp các phụ gia hóa học khác, tiết kiệm được

từ 7-10%, hạ giá thành công trình, giảm ứng suất nhiệt cho bê tông khối lớn

Loại phụ gia này đã được nghiên cứu tương đối kỹ lưỡng và hệ thống về sử dụng vật liệu và cấp phối bê tông đầm lăn Xác định được nguồn phụ gia khoáng làm chất độn min cho bê tông đầm lăn Đưa ra được một số cấp phối bê tông đầm lăn sử dụng vật liệu và phụ gia khoáng của Việt Nam Mỗi m3 bê tông đầm lăn M150 giảm được 80-100kg xi măng so với bê tông thường cùng mác Bê tông đầm lăn RCC đã và đang được ứng dụng rất nhiều cho các công trình đầu mối thủy điện như: thủy điện Tuyên Quang, thủy điện Sơn La, Đồng Nai 3&4, Lai Châu

2.1.3 Các hệ thống tiêu chuẩn

2.1.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN

9 Phụ gia khoáng cho xi măng: TCVN 8682:2001

9 Phụ gia hoạt tính Puzolan: TCVN 3736:1982

9 Xỉ lò cao dùng cho xi măng: TCVN 4315:1986

9 Phụ gia hóa học cho bê tông: TCXDVN 325:2004

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

2.1.3.2 Tiêu chuẩn nước ngoài

™ ASTM:

9 C494: Chemical Admixtures

9 C260: Air - Entraining Admixtures

9 C936: Grout Fluidified for Preplaced Aggregate Concrete

9 C1017: Chemical Admixtures for Use in producing fluing Concrete

9 C1144: Admixtures for Shotcrete

™ ACI

9 232-2R-96: Use of Fly Ash in Concrete

9 212-3R-91: Chemical Admixtures of Concrete

9 212-4R-93:Superplasticizers

9 233-R-93: Ground Granulated Blast-Furnace Slag

9 234-R-96: Guide for Use of Silcafune in Concrete

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

SIKA, MBT(DEGUSA) : Thụy sỹ; FOSROC : Anh; GRACE: Mỹ; RADMIX: Úc;

SIMON, STONHARD, MAPEI : Anh; XYPEX:Canada; VIKEMS: Liên doanh; SBT: Trung Quốc

9 Trung tâm thí nghiệm- Tổng công ty XD số 1

9 Công ty Nguyên Linh (NiKang-TQ)

9 Viện khoa học xây dựng Giang Tô (SBT-TQ)

2.2 Nghiên cứu cơ chế hoạt động của các loại phụ gia dùng cho bê tông trọng lực

2.2.1 Định nghĩa và phân loại

2.2.1.1 Định nghĩa

Phụ gia cho bê tông và vữa[19] là những hợp chất hay hỗn hợp các hợp chất chất vô cơ, hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp mà khi cho một lượng nhỏ vào hỗn hợp bê tông sẽ làm thay đổi tính chất công nghệ của bê tông tươi hay tính chất sử dụng của bê tông đã hóa rắn theo hướng mong muốn

2.2.1.2 Phân loại phụ gia dùng cho bê tông và vữa

a) Nhóm 1 là phụ gia hóa học:

- Phụ gia giảm nước ( dẻo hóa, loại A),

- Phụ gia làm chậm ninh kết ( loại B),

- Phụ gia tăng nhanh đóng rắn ( loại C),

- Phụ gia giảm nước và chậm ninh kết ( loại D),

- Phụ gia giảm nước và đóng rắn nhanh (loại E),

- Phụ gia siêu dẻo ( giảm nước bậc cao, loại F),

- Phụ gia siêu dẻo và chậm ninh kết (loai G)

b) Nhóm 2 là phụ gia khoáng hoạt tính:

2.2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật chung

a) Các yêu cầu kỹ thuật đối với phụ gia hoá học:

- Phụ gia hoá học phải đáp ứng các yêu cầu tính năng tương ứng với mỗi loại phụ gia đó về hàm lượng nước, độ sụt, thời gian ninh kết và cường độ của bê tông dùng phụ gia Đặc biệt cường độ của bê tông ở tuổi dài ngày ( 6 tháng và 1 năm ) khi dùng phụ gia không được thua kém cường độ cơ học ở tuổi 28 và 90 ngày

- Khi có những yêu cầu đặc biệt về hàm lượng khí và độ co ngót thì phụ gia hoá học khi dùng cho bê tông phải thoả mãn các giá trị sau:

+ Hàm lượng khí của bê tông đối chứng và bê tông có dùng phụ gia không được vượt quá 3% đối với bê tông thường, hoặc 7% đối với bê tông lồng khí (cuốn khí)

+ Độ co ngót của bê tông dùng phụ gia ở tuổi 28 ngày không được vượt quá

800 μm (0,8 mm) và 135% so với độ co ngót của mẫu bê tông đối chứng

Ngoài ra phụ gia hoá học phải có độ đồng nhất cao và không nên chứa ion clo một tác nhân làm tăng nhanh sự ăn mòn cốt thép trong bê tông

b) Phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn

™ Các yêu cầu vật lý đối với phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn

Bảng 2.1 Các yêu cầu vật lý của phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn

Chỉ số hoạt tính đối với

XM, % so với đối chứng, min

Thời gian ninh kết

Độ bền nở sun phát 14 ngày,

% max Tên

28 ngày

Bắt đầu, không sớm hơn

Kết thúc không muộn hơn

Độ ổn định thể tích,

mm, max Trung

bình Cao

Độ giảm nguy hiểm ăn mòn Kiềm-cốt liệu 14 ngày,

™ Các yêu cầu hoá học đối với phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn

Các yêu cầu hoá học được nêu trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Các yêu cầu hoá học đối với phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn

Mất khi nung,

%, max

Sunphat theo

SO 3 , %, max

Thành phần hoạt tính

chính

Kiềm (*) theo

Bảng 2.3: Phân loại phụ gia và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của phụ gia bê tông

Lượng mịn sót sàng 0,045 (sàng ướt), tối

75 75 75

5500 5500 -

Chỉ số hoạt tính cường độ:

Với xi măng poóclăng, tuổi 7 ngày, tối

thiểu, (%) so với mẫu đối chứng

Với vôi, tuổi 7 ngày, tối thiểu (KPa)

Với xi măng poóclăng, tuổi 28 ngày, tối

thiểu, (%) so với mẫu đối chứng

70 70 70

Nước yêu cầu tối đa, (%) so với mẫu đối

Hệ số biến động của khối lượng riêng tối

Hệ số biến động của độ mịn sót sàng 0,045

c) Yêu cầu kỹ thuật đối với phụ gia chống thấm

Phụ gia chống thấm cần phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật ghi trong bảng 2.4