Công nghệ bê tông tự đầm

Bê tông tự đầm là loại bê tông có khả năng tự đầm được và lấp đầy các góc cạnh của ván khuôn mà không cần tác động lực từ bên ngoài (Máy đầm bê tông, con người,…), Bê tông tự đầm có khả năng không bị phân tầng trong quá trình thi công và có khả năng lấp đầy các kết cấu cốt thép dầy đặc. Bê tông tự đầm thường có hàm lượng cốt liệu thô thấp và sử dụng kết hợp các loại phụ gia (phụ gia hóa học và phụ gia bột mịn). Quá trình rắn chắc của bê tông này thường chậm hơn bê tông thường. Loại bê tông này cho phép thi công các công trình có khối lượng rất lớn (20.000 m3 trở lên) không cần bố trí mối nối, không cần đầm. Sử dụng bê tông tự đầm tiết kiệm được nhân công, thời gian và không gây ồn.

TIỂU LUẬN

CHUYÊN ĐỀ VẬT LIỆU MỚI

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG TỰ ĐẦM

Hình 1.1: Bê tông tự đầm (Self-Compacting Concrete-SCC)

b Sự phát triển và tình hình nghiên cứu trên toàn thế giới.

Bê tông tự đầm được nghiên cứu đầu tiên ở Nhật Bản (1983) và được đưa vào sử dụng 1988

Năm 1996, nhiều nước Châu Âu đã thành lập dự án "Sản xuất hợp lý và cải thiện môi trường bằng cách sử dụng BTTĐ" nhằm khám phá ý nghĩa các tính năng tích cực của BTTĐ, để ứng dụng và phát triển BTTĐ vào thực tế xây dựng các công trình

Hình 1.2: Cầu Ashaki Kaikuo Nhật Bản

c Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông tự đầm ở VN

Từ năm 1999-2001, trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu thành công BTTĐ có

sử dụng bột đá vôi

Năm 2008, khoa Xây dựng Cầu đường trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng đã nghiên cứu ứng dụng BTTĐ dùng cho đường sân bay Kết quả nghiên cứu đã được áp dụng vào công trình xây dựng cảng Cái Mép Thị Vải Những năm gần đây, các trường Đại học, các Viên nghiên cứu vẫn tiếp tục nghiên, ứng dụng và

BTTĐ đã bắt đầu được sử dụng tại một số công trình xây dựng nhà cao tầng, các công trình cầu, các công trình thủy lợi v.v.

Công trình Landmark 81

2 Phân loại.

Bê tông tự đầm kiểu bột: Bê tông tự đầm kiểu bột có tỉ lệ nước - bột giới hạn trong một phạm vi rất

hẹp (gồm xi măng và bột) Thể tích tuyệt đối của chất bột không nhỏ hơn 0,16m3 /m3, có thể tạo ra bê tông

có chất lượng cao vì tỉ lệ nước - chất gắn kết thấp - Các tính chất về thi công Sự dao động về ẩm bề mặt và

độ mịn của cốt liệu mịn ảnh hưởng đáng kể lên các phẩm chất của bê tông trong quá trình đóng rắn, có thể dẫn đến co ngót tự sinh Sự đa dạng về bột nên cần nhiều silo chứa nguyên liệu

 Bê tông tự đầm kiểu dẻo: Bê tông tự đầm kiểu dẻo có hàm lượng bột thấp và sử

dụng phụ gia siêu dẻo Hàm lượng bột thấp hơn so với các kiểu khác, ở mức từ 300 500kg/m3, chỉ sử dụng một chất gắn kết duy nhất Một số loại phụ gia dẻo dẫn đến hàm lượng nước trên 180kg/m3 Mỗi kiểu phụ gia dẻo có thể hoặc không thể tương thích với mỗi kiểu hợp chất làm giảm nước ở phạm vi cao và cuốn theo khí hoặc chất siêu dẻo Như vậy sự khác nhau về khả năng tương thích cũng tồn tại với các chất

-gắn kết Do đó, khi lựa chọn kiểu nguyên vật liệu cần lưu tâm đến tính tương thích giữa chúng Độ dẻo có thể dễ dàng được điều chỉnh bằng cách thay đổi hàm lượng phụ gia dẻo Có thể sử dụng kiểu phụ gia dẻo với hàm lượng thích hợp làm tăng khả năng giữ độ dẻo cho bê tông, nhưng có thể làm chậm quá trình rắn chắc - Các tính chất thi công Trong hầu hết các trường hợp, một lượng nhỏ tác nhân nhớt dạng bột có thể cần cho thêm vào bê tông tại thời điểm sản xuất.

 Bê tông tự đầm kiểu kết hợp: Thành phần bê tông này có cả chất bột và phụ gia tăng

dẻo Các tỉ lệ nước - bột có thể được lựa chọn bị giới hạn trong một phạm vi rất hẹp, thể tích tuyệt đối của bột không nhỏ hơn 0,13m3 /m3 Bê tông tự đầm kiểu kết hợp

có được sản xuất thành bê tông có chất lượng cao, vì tỉ lệ nước - chất gắn kết thấp.

Có loại bột dẫn đến sự co rút tự sinh cao

Các tính chất thi công: Do sử dụng nhiều loại bột, nên nhà máy cần nhiều silo hơn với bê tông thông

thường Khi cho thêm một phụ gia dẻo vào sẽ làm tăng khả năng biến dạng và làm giảm sự phân tầng, tăng thêm khả năng tự đầm cho bê tông

II ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG TỰ ĐẦM

Bê tông tự lèn có độ chảy rất tốt để có thể tự lèn chặt và làm đầy khuôn đúc, cốp pha Để đạt được điều đó thì vữa bê tông tươi sau khi trộn phải có sự cân bằng giữa độ chảy và sự không phân tầng của hỗn hợp bê tông Điều này được quyết định bởi hàm lượng phụ gia và các loại phụ gia được nhắc đến dưới đây

– Phụ gia siêu dẻo : Cần sử dụng loại phụ gia này để đạt khả năng chảy dẻo cao của hỗn hợp bê tông;

– Phụ gia mịn : Sử dụng hàm lượng lớn để tăng độ linh động của vữa xi măng;

– Hàm lượng cốt liệu lớn như cát, sỏi, đá… phải ít hơn so với bê tông thông thường.

Ngoài việc sử dụng các phụ gia cơ bản nói trên để tạo nên tính đặc trưng của bê tông

tự lèn thì quá trình thi công cũng phải chú ý sự khác biệt so với bê tông thường như sau:

– Sự bắt đầu và kết thúc quá trình ninh kết (quá trình đông cứng) của bê tông tự lèn có khuynh hướng chậm hơn so với bê tông thường.

– Khả năng bơm của bê tông tự lèn bằng các loại máy bơm bê tông cao hơn so với bê tông thường.

– Do độ dẻo, độ chảy lớn dẫn đến dao động chất lượng và sự cố trong khi trộn và thi công nên khi sử dụng vật liệu bê tông tự lèn cần có yêu cầu kiểm tra về chất lượng, kiểm tra sản xuất và kiểm tra thi công khắt khe hơn bê tông thường.

– Do không có các tác động cơ học bên ngoài để làm chặt nên cần phải quan tâm đến thời gian duy trì chất lượng cũng như đảm bảo được độ chảy trong quá trình vận chuyển lớn hơn bê tông thường.

III VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ ĐẦM

Bê tông tự đầm cũng giống như bê tông thông thường được chế tạo từ các vật liệu cấu thành như chất kết dính xi măng, cốt liệu, nước và phụ gia Sự khác nhau cơ bản trong công nghệ thi công bê tông tự đầm là không có công đoạn tạo chấn động đầm chặt bê tông Ðể làm đầy cốp pha bằng trọng lượng bản thân nó, bê tông tự đầm cần đạt khả năng chảy cao đồng thời không bị phân tầng Vì vậy đặc trưng cơ bản của loại bê tông này là sự cân bằng giữa độ chảy và sự không phân tầng của hỗn hợp

bê tông Ðạt được điều này, bê tông tự đầm cần có các yêu cầu sau:

 Sử dụng phụ gia siêu dẻo để đạt khả năng chảy dẻo cao của hỗn hợp bê tông

 Sử dụng hàm lượng lớn phụ gia mịn để tăng độ linh động của vữa xi măng;

 Hàm lượng cốt liệu lớn trong bê tông ít hơn so với bê tông thông thường

Ngoài các đặc tính cơ bản nói trên, đặc tính chế tạo và thi công của bê tông tự lèn cũng khác so với bê tông thường như sau:

 Sự bắt đầu và kết thúc ninh kết của bê tông tự lèn có khuynh hướng chậm hơn so với bê tôngthường

 Khả năng bơm của bê tông tự lèn cao hơn so với bê tông thường

 Do sự nhạy cảm lớn dẫn đến dao động chất lượng và sự cố trong khi trộn của vật liệu nên bê tông tựlèn có yêu cầu về kiểm tra chất lượng, kiểm tra sản xuất và kiểm tra thi công khắt khe hơn bê tôngthường

 Do không thực hiện việc rung động làm chặt, yêu cầu quan tâm đến thời gian duy trì chất lượngcũng như độ chảy lớn hơn bê tông thường

Hiện nay, nguồn nguyên vật liệu để chế tạo bê tông ở nước ta rất dồi dào Với lượng tài nguyên phong phú và khá đa dạng tạo điều kiện phát triển công nghiệp chế tạo vật liệu cho sản xuất bê tông tự đầm Các cốt liệu chế tạo là cát, đá, xi măng, phụ gia bột mịn, phụ gia hóa học,…

1 XI MĂNG

Hiện nay, các loại xi măng thông dụng dùng trong bê tông tự lèn là xi măng poóc lăng thông thường, xi măng giàu belite (thành phần C2S = 40-70%), xi măng toả nhiệt thấp có thành phần C3A và C4AF nhỏ Ðặc biệtviệc dùng xi măng có thành phần khoáng C3A và C4AF nhỏ trong chế tạo bê tông tự lèn sẽ cho hiệu quả ảnh hưởng phân tán của phụ gia cao Có thể kể đến các thương hiệu xi măng hiện nay như: Xi măng Bút Sơn, Cẩm Phả, Vilcem,…

Xi măng Cẩm Phả Xi măng Bút Sơn

2 CỐT LIỆU THÔ

Trong bê tông thường cốt liệu lớn chiếm tỷ lệ 0,37 -0,47% thể tích và đóng một vai trò quan trọng đối với chất lượng của bê tông Tuy nhiên trong bê tông tự lèn, để đảm bảo tính chất tự lèn, hàm lượng cốt liệu lớn được dùng ít hơn so với bê tông thường Khả năng tự chảy, tự lèn của bê tông tự lèn phụ thuộc vào kích thước và hàm lượng cốt liệu lớn trong thành phần bê tông Trong bê tông tự đầm cốt liệu lớn cỡ hạt lớn nhất từ 12 tới 20 mm, bề mặt hạt nên ít góc cạnh, các yếu tố khác giống với yêu cầu cốt liệu lớn cho bê tông thường

Hình 1.3: Đá dăm hoặc sỏi có thể dùng trong hỗn hợp bê tông tự đầm

3 CỐT LIỆU MỊN

Trong bê tông tự lèn việc sử dụng phụ gia khoáng có hàm lượng hạt mịn (bột) lớn làm tăng độ nhớt dẻocủa vữa xi măng Phụ gia khoáng mịn sử dụng trong chế tạo bê tông tự lèn có nhiều chủng loại như

silicafume, tro nhiệt điện, xỉ lò cao, bột đá vôi, tro trấu,…

 Muội silic tăng tính lưu biến tăng khả năng chống chịu phân tầng.tuy nhiên dễ tách nước cũng không nên dùng quá nhiều.

 Xỉ lò cao là loại xỉ thu được khi luyện gang và được làm nguội nhanh để tạo thành dạng hạt pha thuỷ tinh Xỉ lò cao nghiền mịn là chất độn mịn có tiềm năng thuỷ hoá Xỉ lò cao nghiền mịn có thể thêm vào bê tông tự lèn để cải thiện tính chất lưu biến, giảm nhiệt thủy hóa tuy nhiên có thể làm chậm rắn chắc hàm lượng không nên quá cao.

Xỉ lò cao

 Tro bay là sản phẩm thu được từ quá trình đốt cháy trấu Tro bay có hàm lượng SiO2 > 85% Sau khi nghiền mịn, cũng như mêta cao lanh, tro bay có thể sử dụng làm phụ gia cho bê tông Tro bay cải thiện tính chất của bê tông theo 2 cách: phản ứng với hydroxyt can xi trong bê tông làm tăng số lượng thành phần gel hydrosilicat canxi và lấp đầy khoảng trống giữa các hạt xi măng Ðộ đặc chắc của bê tông được nâng cao, đồng thời tro bay giúp tăng tính lưu biến giảm

độ nhạy cảm với sự thay đổi của lượng nước tuy nhiên hàm lượng không nên quá lớn.

Tro bay

 Bột đá vôi vôi nghiền mịn, thành phần chủ yếu là CaCO3, bột đá vôi cơ hạt < 0,125mm Bột đá vôi có rất ít hoạt tính trong vai trò chất kết dính Vì vậy nó cũng có thể được xem là phụ gia trơ hay là thành phần mịn trong bê tông

Bột đá vôi vôi nghiền mịn

 Mêta cao lanh là loại phụ gia khoáng với hàm lượng SiO2 + Al2O3 > 90% Meta cao lanh là sản phẩm trung gian của quá trình hình thành mulít từ kaolinít dưới tác dụng của nhiệt độ cao (700-900oC) Sau khi gia công nghiền mịn, có thể sử dụng làm phụ gia khoáng hoạt tính cho bê tông nhằm cải thiện tính công

tác của hỗn hợp bê tông cũng như làm tăng độ đặc chắc cho bê tông đã đóng rắn.

Mêta cao lanh

 Silicafume là vật liệu rất mịn, chứa oxit silic vô định hình (85-98%), thu được của quá trình sản xuất xilic và hợp kim silic bằng hồ quang Do có bề mặt hấp phụ lớn nên silicafume có khả năng giữ nước tốt trong hỗn hợp bê tông, cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông Ngoài ra, silicafume còn tham gia phản ứng với các sản phẩm thuỷ hoá của xi măng cùng với thành phần hạt siêu mịn sẽ lấp đầy các lỗ rỗng giữa thành phần xi măng làm tăng cường độ, tăng độ đặc chắc cho đá xi măng.

4 PHỤ GIA HÓA HỌC

Trong chế tạo bê tông tự lèn, người ta thường sử dụng các loại phụ gia: Phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao (30-40% nước trộn), phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao cuốn khí, phụ gia chống thấm, phụgia điều chỉnh độ nhớt Yêu cầu đối với phụ gia siêu dẻo dùng cho bê tông tự lèn ngoài việc tăng độ chảy củahỗn hợp bê tông còn phải có khả năng duy trì tính công tác theo thời gian Hiện nay, phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate cho khả năng duy trì tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn cao hơn so với các loại phụ gia khác

Hình 1.4: Phụ gia siêu dẻo được dùng trong bê tông tự đầm

Tên phụ gia Hãng cung

cấp Gốc phụ gia Hiệu quả giảm nước

Mighty 150 KAO Naphthalene sulfonate 15-20%

Conplast SP

Hình 1.5: Một số loại phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao trên thị trường xây dựng Việt nam

+So sánh với bê tông thường :

-Bê tông tự lèn được ứng dụng rộng rãi trong thi công xây mang lại hiệu quả về kinh tế; cải thiện chất lượng

bê tông Đồng thời nâng cao được độ bền của công trình, linh hoạt trong điều kiện thi công

- Bê tông tự đầm giúp giảm chi phí hoàn thiện bề mặt, giảm chi phí nhân công, thiết bị, thi công nhanh gọn

- Bề mặt đồng nhất và phẳng, không cần đầm rung giảm khả năng bị thấm nước, tăng sức kháng thâm nhập của Clo, giảm mức độ cacbonát hóa và những ảnh hưởng khắc nghiệt khác giúp tăng tuổi thọ, độ bền của công trình;

- Công trình sử dụng bê tông tự lèn giảm tiếng ồn thi công và giúp phần nào giảm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

- Dễ dàng lấp đầy ván khuôn hẹp, cho phép chế tạo những cấu kiện mỏng cho nên giảm lượng bê tông

+ Bê tông thường

- Trước hết là về nhân lực huy động cao đòi hỏi hao tốn nhiều sức lực, năng suất thấp

và tốn vật tư , nguyên liệu

-Lượng xi măng khi trộn tay thường phải hao phí thêm 15% so với trộn máy lại cho

bê tông có phẩm chất thấp

-Khi trộn bằng tay rất khó cân đong chính xác khôi lượng của mẻ trộn, Xi măng và các vật liệu đo bằng cách ước lượng, đổ từ bao, cát đá đong bằng xô, bằng xẻng, vầ đôi khi hoàn toàn theo cảm tính Chỉ cần sai một lượng là điều tạo ra sự sai khác về phẩm chất, chất lượng

-Khi sử dụng phụ gia, nhiều người cũng không cần biết đến tỷ lệ phối trộn Họ cho rằng càng nhiều càng tốt , bê tông càng cứng nhanh Bê tông bị cứng trước thời gian ninh kết tối thiểu Vì vậy mà các chỉ số độ dứng, độ dẻo , độ mài mòn không đạt hoặc vượt quá chỉ tiêu

-Khi trộn thủ công , người ta thường trộn cả một dống lớn để tiết kiệm công sức Nhưng hậu quả đem lại là vật liệu không đồng điều gây chất lượng bê tông kém -Yêu cầu gia chủ phải giám sát chặt chẽ nếu muốn chất lượng bê tông được đảm bảo

IV NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ MỘT SỐ CẤP PHỐI CỦA CÁC QUỐC GIA.

Phương pháp thiết kế thành phần SCC

Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết kế thành phần SCC được đưa ra thế giới

Trong số đó có 2 phương pháp thiết kế thành phần SCC thường được đưa áp dụng là:

- Phương pháp thiết kế thành phần SCC của Hiệp Hội Bêtông Nhật Bản (JSCE) và EFNARC ( Anh)

- Phương ohaos thiết kế của giáo sư Okamura ( Nhật)

- Phương pháp thiết kế của JSCE & EFNARC thì quá trình thiết kế thành phần SCC được JSCE thiết lập năm

1998 và EFRNARC năm 2002 ( điều chỉnh năm 2005), dựa trên các kinh nghiệm nghiên cứu cũng như thực tếtại các công trường ở Nhật Bản và Châu Âu, được trình bày tóm tắt ở Hình 2

Phương pháp thiết kế thành phần của giáo sư OKAMURA và các đồng nghiệp: GS Okamura là một trong những người tiên phong nghiên cứu về SCC tại Nhật Bản, Phương pháp thiết kế thành phần của ông được đưa ra từ năm 1993 và trình bày tóm tắt ở Hình 3.

Một số ví dụ về cấp phối SCC đã được sử dụng ở Nhật Bản (J), Châu Âu (EU) và Hoa Kì (U) được thể hiện ở các Bảng 1

BẢNG 1: MỘT SỐ CẤP PHỐI SCC ĐÃ ĐƯỚC Ử DỤNG TẠI NHẬT BẢN, CHÂU ÂU VÀ HOA KÌ

CP J1 CP J2 CP J3 CP

E1

CPE2

CPE3

CP U1 CP U2 CP U3

+: cấp phối 1 sử dụng xi măng Portland toả nhiệt thấp.

+ 1: cấp phối sử dụng cho bêtông làm bể chứa LNG

+ 2: cấp phối sử dụng cho bêtông móng giếng chìm khối lớn của cầu.

+ *3: cấp phối sử dụng cho kết cấu bêtông cốt thép

+ HRWR: phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao

+ VMA: phụ gia điều chỉnh độ nhớt.

Nhận xét và đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối: Phương pháp thiết kế thành phần theo EFNARC tương

đối rõ ràng với các chỉ tiêu cụ thể hơn so với phương pháp thiết kế thành phần theo giáo sư Okamura Với

phương pháp VMA-type sử dụng hàm lượng lớn phụ gia điều chỉnh độ nhớt Loại phụ gia này có giá thành

đắt, do đó sẽ tăng chi phí khi áp dụng vào xây dựng Từ những nhận xét trên, đề xuất phương pháp thiết kế thành phần theo EFNARC kết hợp phương pháp Powder-type (sử dụng hàm lượng bột đá vôi lớn kết hợp

silicafume) nhằm giảm giá thành, tạo cho SCC có tính ứng dụng cao vào xây dựng

Một số cấp phối BTTL đã áp dụng tại các công trình xây dựng ở Việt Nam

STT Tên công trình Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông tự lên

X, kg TB, kg C, kg Đ, kg N, kg Pg, lít Ghi chú

(Loại phụ gia hóa học)

1 Đập xà lan di động – Sóc

trăng- Bạc Liêu 420 170 780 826 210 6.8 PG

SD

2 Đập dâng Văn

0.57 l

3 Cống Ba nương- Quảng

0.75 l

V.TÍNH HIỆU QUẢ VÀ GIÁ THÀNH.

1 HIỆU QUẢ KỸ THUẬT.

Để đảm bảo khả năng nổi và di chuyển trên sông Đập xà lan phải có trọng lượng nhẹ, chiều dày cấu kiện bê tông chỉ từ 12 đến 18cm nhỏ hơn rất nhiều so với cống truyền thống (tối thiểu là 40cm), cốt thép dày đặc, do đó rất không thể sử dụng bê tông thường để chế tạo và thi công được Bê tông tự lèn với Mác cao (M35), có các đặc trưng tính năng vượt trội, có khả năng chống thấm, chống xâm thực tốt, đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu để chế tạo đập xà lan di động phục vụ công tác ngăn sông vùng ven biển Trong khi đó,

bê tông thường chỉ áp dụng được cho các cống truyền thống với kết cấu dày, khối lượng công trình lớn và nặng nề

2 HIỆU QUẢ KINH TẾ.

Dưa vào thành phần cấp phối bê tông, giá thành bình quân 1m3 bê tông tự lèn lớn hơn gấp khoảng 1,2 – 1,4 lần bê tông thường Tuy nhiên, khi áp dụng công nghệ BTTl, sẽ tiết kiệm 60-70% chi phí lao động ở công tác đổ, san và bảo dưỡng bê tông, giảm 50% chi phí đầm bê tông, đồng thời giảm chi phí máy móc, giảm chi phí hoàn thiện bề mặt và rút ngắn từ 1,2 đến 1,5 lần thời gian thi công công trình, nhờ đó làm giảm giá thành xây dựng, tiết kiệm ngân sách nhà nước và nâng cao lợi nhuận của các nhà đầu tư.