Trong hỗn hợp bê tông đầmlăn, cốt liệu thường không xét đến phản ứng hóa học với vữa kết dính tạo thành “khungxương” của bê tông, có tác dụng nhất định nâng cao một số tính năng của bê t
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
Trang 2Mục lục
Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG
ĐẦM LĂN 4
Chương 2: VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI .11
Chương 3: TRỘN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 39
Chương 4: VẬN CHUYỂN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 42
Chương 6: VÁN KHUÔN 76
6.2 ÁP LỰC NGANG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TÁC DỤNG LÊN VÁN
Chương 7: THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 83
Chương 8: QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐẬP BÊ
TÔNG ĐẦM LĂN 90
Chương 9: DÙNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐỂ SỬA CHỮA ĐẬP 106
Trang 3TÀI LIỆU THAM KHẢO 114
Trang 4Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG
ĐẦM LĂN
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI
Bê tông đầm lăn (RCC - Roller - compacted concrete) có thể được xem là sự phát triểnquan trọng nhất trong công nghệ bê tông trong một phần tư thế kỷ qua Sự ra đời của nó đã làmcho một số dự án đập trở lên khả thi hơn bởi hạ được giá thành từ việc cơ giới hóa công tác thicông, tốc độ thi công nhanh, sớm đưa công trình vào sử dụng, giảm thiểu lao động thủ côngcũng như chi phí cho các công trình phụ trợ và chi phí cho biện pháp thi công Bên cạnh đóRCC cũng là một giải pháp thích hợp cả về kinh tế và kỹ thuật khi sửa chữa nâng cấp những đập
có vấn đề về ổn định Tính kinh tế và việc thi công thành công RCC đã nhanh chóng được côngnhận trên toàn thế giới Từ năm 1960 thí nghiệm đầu tiên ứng dụng loại bê tông dầm lăn đượcthử nghiệm vào đắp đê quai khi xây dựng đập Thạch Môn ở Đài Loan, Trung Quốc Sau đó, từnăm 1961- 1964 RCC đã được dùng để thi công đập Aipe Gera ở Italia Cũng trong thời giannày, ở Canada đã sử dụng một khối lượng bê tông nghèo xi măng, san bằng ủi, đầm bằng đầmlăn rung để thi công Blốc trong khoảng giữa 2 tường cánh của công trình Manicogan I Đến năm
1968, RCC được dùng để làm lớp lót của bê tông thường cho đáy kênh xả và móng cống lấynước của đập Cochiti ở New Mêxico
Một phương pháp khả thi để thi công đập kinh tế hơn đã được kiến nghị áp dụng năm
1965, sử dụng thiết bị đắp đất bao gồm máy đầm lăn cỡ lớn cho công tác đầm để thi công nhanhđập bê tông trọng lực Tuy nhiên, phương án này không nhận được sự chú ý lắm cho đến khiRaphanel giới thiệu về “đập trọng lực tối ưu” vào năm 1970 Trong những năm 1970, một sốcác công trình đã đưa vào thí nghiệm hiện trường Những lỗ lực trên tạo nền tảng cho việc xâydựng những đập RCC đầu tiên trong những năm 1980
Năm 1972 Cannin đã đưa ra bài luận văn “Dùng đầm lăn rung nén chặt bê tông khối lớn”
và công bố kết quả thí nghiệm dùng xe ô tô tự đổ, máy gạt san, dùng đầm lăn rung đầm nén bêtông, hình thành khái niệm sơ bộ của bê tông đầm lăn Hiệp hội các kỹ sư Quân đội Hoa Kỳ đãtiến hành nghiên cứu công tác thi công RCC tại Cơ quan chuyên ngành đường thủy vào năm
1973 và ở hiện trường đập Lót Creek năm 1974 Trong thời kỳ đó, họ cũng đã thiết kế thi công
“một đập trọng lực tối ưu” cho đập Zintel Canyin theo công nghệ RCC nhưng không được ủng
hộ, tuy vậy từ những kết quả ban đầu này đã trở thành kinh nghiệm cho đập Willow Creek vàđập này trở thành đập RCC đầu tiên tại Hoa Kỳ
Trên thế giới công trình đầu tiên sử dụng lượng lớn bê tông đầm lăn là công trình sửachữa tuy nen tháo lũ của đập Tarbela ở Pakistan do binh đoàn Lục quân Mỹ nhận thầu năm
1975 Công trình này sử dụng đá cuội, cát thêm vào ít xi măng trộn thành bê tông, dùng đầm lănrung đầm nén sửa chữa các phần bị xói trôi Trong 42 ngày đổ lượng bê tông là 351.680m3,cường độ bình quân mỗi ngày đổ 8.371m3, cường độ ngày đổ nhiều nhất là 13.438m3, thể hiện
ưu việt về tốc độ thi công của bê tông đầm lăn
Dunstan đã thực hiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm tại hiện trường
Trang 5trong những năm 1970 bằng RCC có cường độ cao ở Anh Nghiên cứu tiếp theo được thực hiệntại Anh Quốc dưới sự tài trợ của Hiệp hội Nguyên cứu và Thông tin Công Nghệ Xây Dựng(CIRIA - Construction Industry Research and Information Association).
Nhật Bản là nước có tốc độ phát triển RCC sớm nhanh trên thế giới Tính đến nay, NhậtBản đã thi công trên 40 đập RCC, trong đó đập cao nhất là 156m Nhật Bản đã xây dựng hoànchỉnh về thiết kế mặt cắt đập, tỷ lệ phối hợp nguyên vật liệu, công nghệ thi công và khống chếnhiệt độ… gọi là phương pháp RCD (Roller Compacted Dam)
Đập Willow Creek ở Mỹ và đập Shimajigawa ở Nhật Bản là những kết cấu cơ bản đã mởđầu cho sự nhanh chóng ghi nhận đập RCC trên thế giới
Trong những năm 1980 đã thành công với tốc độ thi công RCC cao, gần 1,1 triệu m3
RCC được đổ trên đập Upper Stillwater trong vòng 11 tháng Đập Stagecoach cao 46m đượcxây dựng chỉ trong 37 ngày đổ liên tiếp, với tốc độ trung bình đạt được về chiều cao là1,2m/ngày Tại đập Elk Creek, tốc độ đổ RCC vượt quá 9200m3/ngày
RCC đã nhanh chóng xuất hiện ở các nước đang phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu điện
và nước ngày càng tăng Những đập RCC vòm trọng lực đầu tiên được xây dựng tại Nam Phi do
Bộ Thủy Lợi và Lâm Nghiệp thực hiện cho các đập Knekkport và Wolwedans
Từ năm 1980, Trung Quốc đã bắt đầu nghiên cứu bê tông đầm lăn trên các mặt thiết kế,thi công và lựa chọn sử dụng các loại nguyên vật liệu Năm 1986, Trung Quốc đã xây dựng đậpRCC đầu tiên là đập Khanh Khẩu, cao 56m tại tỉnh Phúc Kiến để phát điện Đến năm 1988 thicông RCC công trình thủy điện Diệp Thán Tuy nghiên cứu sau, nhưng Trung Quốc đã nhanhchóng phát triển công nghệ RCC so với các nước trên thế giới Đến nay, Trung Quốc đã xây
Trang 6dựng gần 60 đập bằng RCC và đang thiết kế nhiều đập bằng RCC khác Trung Quốc hiện lànước đứng đầu trên thế giới về loại đập này Nhiều đập lớn đã được xây dựng bằng công nghệRCC như đập trọng lực Long Than trên sông Hồng Thủy (1998) đợt đầu đập cao 190m, đợt 2đập cao 216,5m; Đập vòm Cổ Định tại ngã ba Điểu Giang cao 75m Trong những năm tới,Trung Quốc sẽ xây dựng đập vòm Cao Đường cao 110m và rất nhiều đập khác bằng RCC.
Ở Tây Ban Nha cũng đã xây dựng được trên 20 đập RCC, chiều cao đập lớn nhất là 99m,đang xây dựng tiếp 8 đập Công nghệ RCC ở Tây Ba Nha đã được khởi xướng tại Hội nghị lầnthứ XI của hội đập lớn thế giới tại Mandrit (1973) Việc áp dụng RCC lần đầu tiên vào năm
1984 khi đập Erizana được thi công và đập RCC Castibolanco de los Anoyos được hoàn thànhnăm 1985
Ở Angiêri, nơi có nhiệt độ cao lên tới 43oC cũng đã xây dựng đập RCC cao 121m, khốilượng 1.690.000m3 Ở Chi Lê, nơi có mưa nhiều tới 4.430mm/năm cũng đã xây dựng đập RCCcao 113m, khối lượng đến 660.000m3
Một số nước khác như Anh, Nga… cũng đã có một số nghiên cứu về RCC và áp dụngcông nghệ RCC vào thi công đập trọng lực
Đến nay, việc xây dựng các công trình bê tông bằng công nghệ RCC ở các nước trên thếgiới đang phát triển với tốc độ rất nhanh, diễn ra ở hầu khắp các vùng châu lục và các vùng khíhậu RCC có những ưu điểm chính: có thể giảm đáng kể lượng xi măng trong bê tông, làm giảmđược ứng suất nhiệt trong khối bê tông và có tốc độ thi công nhanh Số đập BTĐL trên thế giớiđến 2005 như bảng 1.1
Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập BTĐL đã xây dựng ở các nước
TT Tên nước Số đập đã xâydựng TT Tên nước Số đập đã xây dựng
Trang 7TT Tên nước Số đập đã xâydựng TT Tên nước Số đập đã xây dựng
1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬP RCC TẠI VIỆT NAM
Công nghệ RCC được nghiên cứu ứng dụng vào Việt Nam khá muộn so với các nướctrên thế giới Tuy vậy, với những tính năng ưu việt so với bê tông truyền thống đồng thời với sựphát triển nhanh chóng của RCC tại Trung Quốc, một đất nước liền kề có nhiều đặc điểm gầngiống với Việt Nam nên trong những năm gần đây công nghệ RCC đã được các Bộ ngành chỉđạo để thiết kế thi công với nhiều dự án thủy lợi thủy điện lớn ở Việt Nam Mới trong vòng sauhơn 3 năm kể từ năm 2004, một loạt các công trình lớn đã được xây dựng và đang chuẩn bịđược xây dựng trên khắp đất nước, đưa Việt Nam trở thành nước thứ 7 trên thế giới về tốc độphát triển đập RCC
Bảng 1.2: Danh sách các đập RCC ở Việt Nam đến năm 2013
STT Tên công trình Chiềucao
Trang 8STT Tên công trình Chiềucao
(m)
Địa điểm XD Năm dự kiến
hoàn thành Ghi chú
1.2.1 Tính ưu việt của bê tông đầm lăn
Đập bê tông đầm lăn tổng hợp được đặc tính vận hành an toàn của đập bê tông thường vàđặc tính thi công nhanh của đập đất đá, quy tụ cả hai tính ưu việt là thi công nhanh và kinh tế
1 Tốc độ thi công nhanh:
Kích thước mặt cắt của bê tông đầm lăn cũng tương tự của bê tông thường, nhưng lượng
xi măng ít hơn, thân đập có kết cấu đơn giản, không có khe dọc, không tạo khe ngang bằng vánkhuôn, sử dụng các thiết bị thi công đập đất đá; vì vậy tốc độ xây dựng nhanh hơn nhiều so với
bê tông thường Ở đập Ngọc Xuyên của Nhật Bản đã dùng xe ben chuyển bê tông tới đập để đổvào khoảng đổ theo máng dốc Qua 21 tháng thi công đổ được 1.000.000m3 bê tông, đã rút ngắnđược thời gian thi công 5~7 tháng so với dùng cẩu đổ vào khoảng Ở đập này không thi côngvào 5 tháng của mùa đông (do băng giá), như vậy rút ngắn thời gian thực tế là khoảng 1 năm ĐêGalesville của Mĩ cao 51m chỉ mất 2 tháng thi công xong Đập Elk Creek của Mĩ có ngày đổ bêtông cao nhất đạt 9.474m3 Ở Trung Quốc, đập chính trạm thuỷ điện Nham Than ngày 10-11-
1980 đã lập kỷ lục đổ bê tông cao nhất là 1.068m3/ngày
So với đập đất đá thì mặt cắt của đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn, khối lượng công trình íthơn, nếu lại áp dụng thi công cơ giới như ở đập đất đá thì sẽ rút ngắn thời gian thi công Với đậpMonksville của Mĩ đã thiết kế so sánh 4 loại đập và kết luận dùng đập kiểu bê tông đầm lăn, thờigian thi công chỉ bằng nửa của đập đất đá Đập Olivettes của Pháp toàn bộ công trình thi côngchỉ cần 18 tháng, giảm 10 tháng so với phương án đập đá hộc Cường độ và thời gian thi côngcủa một số công trình xây dựng được ghi trong bảng 1.3
Bảng 1.3: Tốc độ thi công đập bê tông đầm lăn của một số công trình xây dựng
Tên đập Lượng bê tông(1000 m3) Thời gian thi công
Khối lượng đổ lớn nhấttrong ngày (m3)
Trang 9còn tiết kiệm được cả chi phí làm lạnh vữa bê tông Bê tông đầm lăn dùng ít xi măng: Đập NgọcKhê đã tiết kiệm được 11% chi phí xi măng, đơn giá bê tông giảm 10% Đập Kháng Khẩu dùng
bê tông đầm lăn có đơn giá bằng 88% của đập bê tông thông thường Đập Thiên Sinh Kiều cấpphối 2, đơn giá bê tông đầm lăn bằng 77% đơn giá bê tông thường
Mặt cắt đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn nhiều so với đập đất, đá nên giảm được vật liệuxây dựng Chiều rộng móng đập nhỏ hơn cũng giảm bớt công việc đào và xử lý móng Thi côngchiều dài kênh dẫn và xả lũ cũng giảm do có thể bố trí công trình xả lũ ngay tại lòng sông,không như đập đất đá (đường xả lũ bố trí ngoài lòng sông) Đập bê tông đầm lăn loại vừa và nhỏchỉ cần vài tháng là xây dựng xong, cho phép giảm nhiều kinh phí dẫn dòng thi công Đập bêtông RCC cho phép nước tràn qua Vì vậy, tần suất thiết kế dẫn dòng được chọn lớn dẫn đến lưulượng thiết kế dẫn dòng nhỏ, quy mô công trình dẫn dòng nhỏ hơn và ít phức tạp hơn nhiều sovới đập đất, đá Chiều cao của đập bê tông đầm lăn chỉ cần đạt đến mực nước lũ kiểm tra làđược, dùng tường chắn sóng để chắn sóng, còn với đập đất, đá thì cần phải xét tới vượt cao vànước lũ không được tràn qua nên chiều cao đập phải cao hơn đập bê tông Tóm lại, từ các đặcđiểm kể trên có thể kết luận đập bê tông đầm lăn kinh tế hơn nhiều so với đập đất, đá Bảng 1.4
so sánh kinh tế của các công trình khác nhau
Bảng 1.4: So sánh tính kinh tế của các loại đập (1.000.000 USD)
Giá quyết toán của đập
bê tông đầm lăn
Đập bê tôngđầm lăn
Đập đấtđá
Đập bê tôngthường
Đập đáđổ
1.2.2 Những vấn đề tồn tại hiện nay của đập bê tông đầm lăn
Đập bê tông đầm lăn phát triển rất nhanh, số lượng đập đã xây ngày càng lớn Loại kiểuđập RCC đã phát triển theo hướng đập trọng lực vòm và đập vòm Hiện nay đang còn không íttồn tại về mặt kỹ thuật cần phải nghiên cứu, vấn đề tồn tại chủ yếu gồm 5 điểm sau:
1 Vấn đề chất lượng kết hợp mặt tầng của bê tông:
Sau khi xây xong đập Liễu Kê vào mùa xuân năm 1983, hồ lần đầu tiên trữ nước có độcao đến 15,2m, ở hành lang và ở mặt đập hạ lưu xuất hiện thấm nước lớn, tổng lượng nước thấmlên đến 170l/s Theo phân tích thì nước thấm chủ yếu đến từ mặt tầng đầm Qua thí nghiệmchống cắt đứt tại hiện trường của một số công trình chứng minh rằng lực cắt trong tầng bê tôngđầm lăn là 1,6Mpa, còn lực cắt của mặt tầng không xử lý gì cả chỉ có 0,8Mpa, nghĩa là bằng50% nội tầng Lực cắt mặt tầng rải vữa xi măng cát là 1,25Mpa bằng 78% nội tầng Điều nàychứng tỏ mặt tầng thi công đầm lăn là một khâu rất yếu Khi đập cao với chỉ tiêu chống cắt mặttầng tăng, làm thế nào để nâng cao chất lượng kết hợp mặt tầng để thỏa mãn chiều cao đập đangcòn là vấn đề cần giải quyết
Trang 102 Kết cấu chống thấm của bê tông đầm lăn:
Như đã nói, chất lượng kết hợp mặt tầng đầm không tốt là nguyên nhân thấm nước Vớinhiều đập bê tông đầm lăn thường dùng bê tông thường ở mặt thượng lưu của đập làm lớpchống thấm Có một số đập áp dụng lớp chống thấm thượng lưu bằng chất dẻo tổng hợp, một sốđập lấy ngay bê tông đầm lăn để chống thấm: ví dụ đập Định Bình, plêikrông v.v đã dùng bêtông thường ở thượng lưu để chống thấm; các đập Nước Trong, Sơn La v.v dùng ngay bê tôngđầm lăn chống thấm Hiện tại ưu tiên chọn kiểu cấu tạo chống thấm lấy ngay bản thân bê tôngđầm lăn, còn các kiểu cấu tạo khác vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu Tuy vậy, tuỳ tình hình cụthể mà lựa chọn kết cấu chống thấm
3 Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang:
Để tăng tấc độ thi công, thường có xu hướng bỏ khe co giãn ngang, cố gắng thi công ởmùa có nhiệt độ thấp Nhưng do khối lượng đập lớn, việc thi công đập bê tông đầm lăn vào mùa
hè cũng là điều không tránh khỏi cho nên vấn đề khống chế nhiệt độ là vô cùng quan trọng Việckhống chế nhiệt độ đảm bảo cho bê tông không bị nứt có liên quan mật thiết đến việc bố trí khe
co giãn ngang Vì vậy các vấn đề: khống chế nhiệt – khoảng cách các khe co giãn ngang – tấc
độ thi công cần được tiếp tục nghiên cứu
Vấn đề khe ngang của đập vòm bê tông đầm lăn càng trở lên quan trọng Với tình hìnhnào thì phải tạo khe ngang? Kết cấu khe ngang ra sao? Sau khi đã tạo khe ngang thì làm thế nào
để hồi phục lại tính nguyên vẹn của đập vòm? Tất cả các vấn đề này từ lý luận đến công nghệđều còn phải nghiên cứu tiếp
4 Thi công nhanh:
Quy mô đập ngày càng lớn, yêu cầu cường độ thi công cao, việc ứng dụng cơ giới trongcác khâu thi công cần được tiếp tục nghiên cứu để đảm bảo tính kinh tế và chất lượng xây dựngđập
5 Tính bền vững và tuổi thọ của đập bê tông đầm lăn:
Lượng xi măng ít, trộn nhiều tro bay đã làm cường độ thời kỳ đầu của bê tông giảm sút,nhưng niên hạn càng tăng thì cường độ càng phát triển, cho tới thời kỳ sau (như là 180ngày,365ngày) thì cường độ sẽ cao hơn cường độ bê tông thường Tuy thế, tính bền vững (ví dụ50năm, 100năm) của loại bê tông này như thế nào còn chưa rõ, bởi vì công trình đập bê tôngđầm lăn “già” nhất cũng chỉ mới hơn 20 năm Việc triển khai nghiên cứu tính bền vững và tuổithọ của bê tông đầm lăn là một vấn đề khó, nhưng vô cùng bức thiết
Trang 11Chương 2: VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI
Sử dụng nguyên vật liệu có chất lượng thì có thể tạo ra được bê tông đầm lăn tốt Tuynhiên lựa chọn vật liệu cho bê tông đầm lăn vừa thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật vừa kinh tế khôngnhất thiết chỉ dùng nguyên vật liệu tốt là được, mà còn phải xác định được cấp phối của hỗn hợp
bê tông hợp lý
Trong chương này chủ yếu nói về các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu dùng cho bê tông đầmlăn, nguyên lý và các phương pháp để thiết kế cấp phối
2.1 VẬT LIỆU TẠO THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
Bê tông đầm lăn là hỗn hợp tạo thành bởi 6 loại vật liệu: xi măng, chất độn (phụ giakhoáng hoạt tính), nước, cát, đá và chất phụ gia Xi măng và chất độn gọi chung là vật liệu kếtdính Hỗn hợp của nước với vật liệu kết dính tạo thành vữa kết dính, chúng bao bọc bên ngoàicát và lấp vào các khe hở của cát, cùng với cát tạo thành vữa cát Vữa cát bao bọc bên ngoài đá
và lấp vào các khe đá Trong hỗn hợp bê tông đầm lăn, vữa kết dính có tác dụng “bôi trơn” giữacác hạt cát, đá để hỗn hợp đạt đến độ công tác yêu cầu của thi công Vữa kết dính sau khi đôngcứng đã kết dính các cốt liệu lại với nhau thành một khối chắc chắn Trong hỗn hợp bê tông đầmlăn, cốt liệu (thường không xét đến phản ứng hóa học với vữa kết dính) tạo thành “khungxương” của bê tông, có tác dụng nhất định nâng cao một số tính năng của bê tông (ví dụ biếndạng thể tích nhỏ, giảm bớt độ tăng nhiệt của bê tông) Trong bê tông đầm lăn, chất phụ gia cótác dụng làm chậm đông kết, giảm lượng nước và dẫn khí v.v
Muốn cho bê tông đạt tính năng kỹ thuật tốt mà lại làm giảm được giá thành công trình,cần phải chọn hợp lý các vật liệu tạo thành bê tông đầm lăn
2.1.1 Xi măng
Xi măng dùng trong bê tông đầm lăn có chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu là phải phù hợp các tiêuchuẩn nhà nước hiện hành Trên nguyên tắc thì xi măng dùng làm bê tông thủy công thường cóthể dùng để pha trộn bê tông đầm lăn Mác và chủng loại bê tông phải chọn theo hai phươngdiện: một là cường độ thiết kế bê tông đầm lăn theo thời gian; hai là các yêu cầu đặc biệt về điềukiện vận hành của bộ phận bê tông đầm lăn trong công trình (ví dụ chống mòn, va đập, chốngthấm) hoặc làm chậm các phản ứng có hại (như phản ứng hoạt tính kiềm của cốt liệu, sự xâmthực của các chất độc hại) Bê tông đầm lăn bên trong các công trình quan trọng thể tích lớn thìphải dùng xi măng porland mác không dưới 40MPa tỏa nhiệt thấp (hoặc vừa) Bê tông đầm lănbên trong các công trình tạm thời hoặc nhỏ có yêu cầu thiết kế cường độ tương đối thấp thì cóthể dùng xi măng mác 30MPa hoặc 40MPa trộn với vật liệu hỗn hợp Nhưng khi trộn chất độntại công trường thì phải xét đến việc trong xi măng đã có một lượng vật liệu hỗn hợp trộn sẵn
2.1.2 Cốt liệu
Cốt liệu dùng trong bê tông đầm lăn bao gồm cốt liệu mịn (cát) và cốt liệu thô (đá) Cốtliệu có thể lấy từ thiên nhiên (cát sông, đá cuội), cũng có thể lấy do nghiền từ đá mỏ (cát nhântạo, đá dăm) Tỷ lệ cốt liệu của bê tông đầm lăn chiếm 85% 90% trọng lượng bê tông
Hình dạng và tích chất cốt liệu ảnh hưởng rất lớn đến tính năng của bê tông đã đông kết
Trang 12hoặc mới trộn Chất lượng và số lượng của cốt liệu quyết định tính kinh tế và việc thi công thuậnlợi của công trình Vì thế mà phải tiến hành điều tra khảo sát kỹ lưỡng, thí nghiệm tính năng vật
lý, lực học và so sánh kinh tế, lựa chọn chính xác vùng nguyên liệu Tốc độ thi công nhanh, khốilượng sử dụng nhiều và tập trung, nếu việc chọn cốt liệu không thỏa đáng hoặc điều tra nghiêncứu chưa đủ sẽ dẫn tới tình trạng bị động trong thi công công trình Chính vì vậy mà cần phảichú ý đặc biệt, không được để xảy ra sơ suất trong việc lựa chọn cốt liệu
bê tông thường, tăng đường kính của cốt liệu lớn nhất thì có thể giảm tỷ lệ khe hở của cốt liệuthô giảm bớt lượng chất kết dính và vữa cát Nhưng đường kính càng lớn thì sự phân ly của hỗnhợp bê tông càng nghiêm trọng Thí nghiệm hiện trường và kết quả thi công đã chứng minh: Khiđường kính cốt liệu lớn nhất vượt quá 80mm thì trong quá trình thi công sự phân ly của cốt liệu
sẽ nghiêm trọng nhất Sử dụng cốt liệu to nhất có đường kính 40mm hoặc bé hơn thì hiện tượngphân ly giảm rõ rệt; nhưng phải tăng lượng vữa cát và keo dính như vậy sẽ gây khó cho việckhống chế nhiệt độ Ở một số công trình của Mỹ sử dụng cốt liệu không quá 38mm, mặc dùlượng keo dính có tăng Ví dụ đập Upperstill Water dùng keo dính tới 254kg/m3 Nhật Bản đãtừng sử dụng các biện pháp thi công nghiêm ngặt nhưng vẫn không đạt hiệu quả giải quyết việcphân cỡ của cốt liệu thô Cho nên ở các nước trên phần lớn công trình hiện đều sử dụng cốt liệulớn nhất có đường kính nhỏ hơn 80mm
Dùng đá cuội có thể làm giảm tỷ lệ độ rỗng, với cùng một lượng vữa cát như nhau có thểđược hỗn hợp có độ công tác nhỏ Nhưng thực tế thi công đã chứng minh bê tông đầm lăn dùng
đá dăm thì khi đổ ra khỏi máy trộn mức độ phân cỡ ít hơn so với đá cuội Trong cốt liệu thô cóquá nhiều cục có dạng dẹt nhọn thì không những tỷ lệ độ rỗng lớn, mà còn khi đầm rung rất dễlàm vỡ các cục này, rất khó cho vữa cát bao bọc, cho nên phải hạn chế cục dẹt, nhọn Tỷ lệ cấpphối tốt sẽ có lợi cho việc giảm lượng keo dính của bê tông đầm lăn và nâng cao tính năng của
bê tông Các công trình bê tông đầm lăn trong và ngoài nước đều sử dụng cốt liệu thô cấp phốiliên tục, vì nếu cấp phối gián đoạn thì khả năng chống phân ly của bê tông sẽ kém Tỷ lệ và cấphạt cốt liệu thô được chọn theo kết quả thí nghiệm dung trọng đầm chặt cốt liệu khô và khảnăng chống phân cỡ Trong tình trạng thông thường khi cốt liệu thô có đường kính lớn nhất là80mm, muốn được dung trọng đầm chặt lớn nhất (tức là tỷ lệ độ rỗng nhỏ nhất), thì tỷ lệ cốtliệu to:vừa:nhỏ là 4:3:3 Khi tỷ lệ này là 3:4:3 thì dung trọng đầm chặt cốt liệu hơi nhỏ, nhưngkhả năng chống phân cỡ của hỗn hợp lại tốt Do đó rất nhiều công trình đã xây dựng ở TrungQuốc đều chọn tỷ lệ đá to:đá vừa:đá nhỏ = 3:4:3 Sự lựa chọn cấp phối cốt liệu còn phải xuấtphát từ thực tế, phải xét tới tinh hình cấp phối tự nhiên của bãi nguyên liệu, mục đích là cânbằng giữa sử dụng và sản xuất để đạt hiệu quả kinh tế
Trang 13Hàm lượng các chất độc hại trong cốt liệu thô phải nằm trong phạm vi quy định hiện hành.
ý rằng, bột mịn trong cát trong quá trình trộn bê tông phải phân tán và không được làm tăngthêm lượng nước cần của hỗn hợp Vì trong quá trình trộn bột mịn vón cục sẽ bị xi măng baobọc tạo thành những cục không kết dính trong bê tông, dẫn tới việc làm giảm cường độ bê tông,tăng độ se khô của bê tông và làm giảm độ bền lâu của bê tông Độ công tác của bê tông đầmlăn đặc biệt nhạy cảm với sự biến đổi của nước sử dụng, cho nên phải coi trọng công tác kiểmtra và khống chế hàm lượng nước của cát (nhất là khi hàm lượng bột mịn trong cát cao)
Trang 14măng của bê tông đầm lăn lại không được ít quá; như vậy có sự mâu thuẫn Phương pháp cóhiệu quả giải quyết mâu thuẫn này là trộn chất độn vào trong bê tông thay thế phần xi măng.Thông thường chất độn trong bê tông đầm lăn phải có hoạt tính, nó có thể là tro bay, xỉquặng lò cao đã nghiền, cũng có thể là tro núi lửa hoặc các nguyên liệu khác của núi lửa Cácchất độn này được tập trung hoặc gia công cho kích thước hạt cùng cấp với độ hạt của xi măng
để trộn vào bê tông, có tác dụng nâng cao tính công tác của hỗn hợp Ngoài ra, các chất độn tiềm
ẩn hoạt tính, có thể phản ứng thủy hóa lần thứ hai với xi măng tạo ra sản phẩm thủy hóa làhydioxyt canxi, chất thủy hóa này có tính kết dính ổn định, có tác dụng quan trọng nâng cao tínhnăng kỹ thuật của bê tông Bê tông đầm lăn trộn chất độn sẽ có tỷ lệ tăng cường độ thời kỳ đầuthấp nhưng cường độ dài hạn tăng, tính chống thấm và tính biến dạng của bê tông thấp Vìlượng nhiệt thủy hóa của chất độn thấp hơn nhiều so với xi măng, cho nên trộn chất độn vào bêtông đầm lăn để giảm bớt chi phí khống chế nhiệt trong bê tông
2 Đặc tính của chất độn:
Như trên đề cập, chất độn của bê tông đầm lăn có thể là tro bay, xỉ quặng lò cao đã nghiền,cũng có thể là tro núi lửa hoặc các nguyên liệu khác của núi lửa Trong bê tông đầm lăn thườngdùng chất độn là tro bay cũng có khi là tro núi lửa hoặc tro nham kết
a Thành phần hóa học chủ yếu của chất độn:
Các tạp chất đã có trong bã quặng luyện thép là SiO2, Al2O3S v.v… dưới tác dụng của nhiệt
độ cao cùng với đá vôi nung chảy, thành phần hóa học chủ yếu là CaO, SiO2, Al2O3, chiếm tỷ lệ90% trở lên trong quặng Xỉ quặng nóng chảy được làm lạnh đột ngột (nước, khí nén hoặc hơinước) hình thành kết cấu dạng thủy tinh thể gọi là “xỉ quặng lò cao hoạt hóa” có tính hoạt hóacao
Nếu hàm lượng CaO trong xỉ quặng lớn thì hoạt tính cao, nhưng nếu cao quá 51% thì độkết dính của xỉ quặng nóng chảy sẽ kém đi, thành phần tinh thể của xỉ quặng giảm đi, hoạt tínhgiảm Hàm lượng Al2O3 lớn thì hoạt tính cũng lớn Sự tồn tại SiO2 có tác dụng nhất định đến sựhình thành tinh thể, nhưng nếu hàm lượng SiO2 quá cao, do kết hợp với CaO, MgO không tốtnên hoạt tính của xỉ quặng kém Do đó nếu hàm lượng CaO và Al2O3 trong xỉ quặng cao, cònhàm lượng SiO2 thấp thì có hoạt tính tốt nhất
Tro bay trong bê tông đầm lăn là bụi tro bay do ống khói lò cao đốt than tỏa ra Thànhphần hóa học của nó thay đổi tương đối nhiều tùy thuộc điều kiện nung đốt của lò Nguyên nhânthay đổi thành phần hóa học của tro bay là sự biến động của hàm lượng và các tạp chất khôngcháy trong than đốt Thông thường thì thành phần hóa học chủ yếu của tro bay là SiO2, Al2O3 ,
Fe2O3 và CaO, trong đó SiO2, Al2O3 có hàm lượng lớn nhất, tổng hàm lượng của chúng 60% trởlên Hàm lượng Al2O3, hoạt tính và SiO2 hoạt tính quyết định hoạt tính của tro bay CaO cực kỳ
có lợi cho hoạt tính của tro bay, có một số tro bay có hàm lượng CaO cao, sau khi trộn nướcthậm chí có thể tự đông cứng Fe2O3 trong tro bay có tác dụng là chất dung môi, có thể thúc tiến
sự hình thành tinh thể, tăng hoạt tính tro bay Than chưa cháy trong tro bay là thành phần phihoạt tính Than có độ hạt lớn thô, nhiều lỗ Đem tro bay có lượng lớn than trộn với xi măng thìtốn nhiều nước hơn để được độ chặt tiêu chuẩn Ngoài ra, than sau khi gặp nước trên bề mặt tạo
Trang 15thành một lớp màng kỵ nước làm cản trở việc nước thẩm thấu vào nội bộ hạt bụi tro bay, làmảnh hưởng tới phản ứng oxi hóa hoạt tính của Ca(OH)2 trong tro bay vì vậy mà làm giảm hoạttính của nó Than là thành phần có hại trong tro bay.
Chất độn trong bê tông đầm lăn có thể dùng các nguyên liệu khác của núi lửa như tro vànham núi lửa, chúng là những sản phẩm mà núi lửa phun lên rồi bị lạnh đột ngột ở các mức độkhác nhau mà tạo thành tro và nham thạch Trong đó tro núi lửa là các chất trầm tích trong lụcđịa hoặc trong nước có độ hạt cực nhỏ phun lẫn các tạp chất xỉ, cuội sau khi phun ra lại hóathạch Thành phần hóa học của các chất độn này ngoài hợp chất silic oxy hóa ra còn có một hàmlượng oxyt nhôm, và một ít chất oxyt hóa kiềm tính (Na2O + K2O) Hoạt tính của chúng tùythuộc thành phần hóa học và tốc độ làm lạnh sau khi núi lửa phun ra và còn có liên quan tới hàmlượng tinh thể nữa
Thành phần hóa học và hoạt tính của tro, nham thạch khác nhau và tuỳ thuộc vào xuất xứcủa tro núi lửa Nham thạch và tro núi lửa đem trộn vào bê tông đầm lăn thì phải nghiền nhỏ gầnđược như xi măng và phải kiểm định xem có phù hợp mới được dùng
b Đặc tính cơ bản của tro bay:
Đặc tính vật lý của tro bay: Tro bay được tạo thành bởi các hạt có kích thước rất khácnhau Dùng kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử có thể rõ ràng quan sát các hạt trobay và diện mạo của nó, trên diện mạo có thể chia thành ba loại theo độ hạt thô hay mịn: Hạttròn, hạt nhiều lỗ và hạt bất quy tắc
Tro bay có dạng hình cầu, bề mặt tương đối trơn nhẵn, chúng là các hạt tro bay nằm ởvùng nhiệt độ cao của lò đốt Với trạng thái nhiệt độ cao than biến thành thể nóng chảy: các hạtlỏng này trong quá trình lạnh đột ngột, dưới tác dụng của sức căng bề mặt mà hình thành hạthình cầu Tuỳ theo trạng thái mật độ trong hạt và mật độ bề ngoài lớn, nhỏ mà phân chia thànhhạt cầu nổi, hạt cầu chìm rỗng ruột và hạt cầu chắc, hạt cầu phức hợp Hạt cầu nổi là hạt thủytinh nhỏ vách mỏng rỗng, có khi trên vách lại xuất hiện các lỗ rỗng Đường kính hạt cầu nổi là30100m chiếm tỷ lệ lớn, có thể nổi trên mặt nước Thành phần hóa học là SiO 2 chiếm55%61% Mật độ biểu quan là 0,40,8 Hạt cầu nổi chiếm chỉ là 0,5% 1,5% trong tro baycủa các nhà máy điện thông thường Hạt cầu rỗng có đường kính 0,5 200m, có vách chắckhông lỗ, chiều dày bằng 30% đường kính, mật độ biểu quan xấp xỉ 2, không nổi được Ngoài racũng có một số hạt tròn dính liền các hạt nhỏ thành “chuỗi hạt” cũng thuộc loại này Trong trobay của nhiều nhà máy điện chủ yếu là hạt cầu nhỏ đặc ruột, đa số có tỷ trọng vào khoảng 2,8.Hạt có màu nhạt phần lớn là hạt canxi còn gọi là hạt thủy tinh giàu canxi, đường kính phần lớn
là dưới 45m đa phần là 130m Trong hạt cầu đặc có một số chứa Fe203 cao (đạt 50%), mật
độ 3,4 trỏ lên còn gọi là hạt thủy tinh giắc sắt
Hạt nhiều lỗ là do quá trình ngưng kết, các không khí bên trong thoát ra bề mặt làm chohạt lỗ chỗ như tổ ong, cũng có một số khí bên trong không thoát ra được vì vậy loại hạt này có
lỗ hổng và lỗ kín Các loại hạt này ở bề mặt thường dính theo nhiều hạt cầu li ti trong đó có cáchạt quặng tinh thể Nói chung hạt nhiều lỗ là một dạng bất qui tắc Hạt bụi than trong tro baythường là dạng nhiều lỗ bất quy tắc Nhưng trong tro bay của một số nhà máy điện còn có bụi
Trang 16than chưa cháy có dạng gần hình cầu, bên trong có nhiều lỗ, kết cấu tơi xốp, lỗ có tính hút nướcmạnh, hạt thô Đa số hạt có đường kính trên 45m.
Hạt bất quy tắc trong tro bay có các hàm lượng hạt khác nhau Hạt chắc nhiều thì dungtrọng lớn; hạt nhiều lỗ rỗng ruột thì dung trọng bé Tỷ trọng của canxi tro bay thấp khoảng1,82,6 phần lớn là 22,3 Tỷ trọng của tro bay canxi cao tương đối lớn, lớn nhất đạt 2,52,8.Một số nước có quy định trị số dung trọng: ví dụ Anh quốc ABC 81/841 quy định nhỏ hơn200kg/m3 Chỉ tiêu dung trọng có ý nghĩa đối với việc đánh giá chất lượng, nếu tỷ trọng thay đổichứng tỏ chất lượng tro bay cũng có thể thay đổi Tiêu chuẩn ASTMC 618 của Mĩ quy địnhphạm vi thay đổi tỷ trọng của tro bay: kết quả của 10 mẫu thử không được vượt quá 5% trị sốtrung bình, nếu không sẽ coi tính đồng đều của tro đó là không đạt Tỷ trọng của tro bay là tham
số kỹ thuật không thể thiếu đối với việc thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn Dung trọng của trobay vào khoảng 550800kg/m3
Độ mịn của tro bay cũng là một chỉ tiêu quan trọng Hạt tro bay càng mịn, số hạt trên 1gcàng nhiều, diện tích bề mặt càng lớn Hạt tro bay càng mịn, hạt tròn chiếm tỷ lệ càng lớn thì hạtnhiều lỗ càng ít, sở dĩ như vậy là vì các hạt nhiều lỗ đa phần tồn tại trong các hạt thô Phần lớnthí nghiệm của các nước đã chứng minh, số lượng hạt lớn hơn 45m nhiều hay ít có quan hệ mậtthiết đến nhu cầu lượng nước dùng, do đó nhiều quốc gia lấy tỉ lệ phần trăm của hạt qua sàng45m làm chỉ tiêu độ mịn Độ mịn của tro bay cũng có thể dựa vào tỉ lệ diện tích bề mặt to, nhỏ
để đánh giá Tỷ lệ diện tích bề mặt có thể dùng phương pháp thấu khí để xác định, nguyên lý làdưới tác dụng chênh áp nhất định khi định lượng thổi qua mẫu thử chịu trở lực lớn hay bé đểphản ánh tốc độ khí thổi qua mẫu thử mà xác định tỷ lệ diện tích bề mặt Tỷ lệ diện tích bề mặttro bay vào khoảng 16003500cm2/g Một số tro bay có nhiều hạt thô, nhiều lỗ và các hạt dính
tụ lại, nhất là khi tro bay có chứa nhiều than, không tránh khỏi việc tính cả bề mặt trong củanhiều bộ phận Vì vậy phải kết hợp cả tỉ lệ diện tích bề mặt với diện mạo tương ứng để xét thìmới phản ánh chính xác độ mịn Cần lưu ý, khi dùng phương pháp khác nhau để đo tỉ lệ diệntích bề mặt thì kết quả chênh lệch nhiều, ví dụ dùng phương pháp thấu khí và phương pháp hấpthụ để xác định cho kết quả khác biệt nhiều Vì vậy khi dùng tỉ lệ diện tích bề mặt để biểu thị độmịn thì phải chú thích rõ về phương pháp thử
Cấp phối hạt phản ánh tình hình phối hợp của các hạt tro bay thô, mịn Dùng sàng nhiềucấp hoặc phương pháp lắng chìm để phân loại đường kính hạt của tro bay Sàng nhiều cấp có
900, 4000, 15600 lỗ trên 1cm2 để phân loại Phương pháp lắng chìm dựa trên nguyên lý các hạt
có đường kính khác nhau, mật độ khác nhau thì tốc độ lắng chìm khác nhau trong mỗi chất nhấtđịnh, qua việc dùng cân thăng bằng để xác định trọng lượng các hạt rơi vào cân trong một thờigian nhất định để được sự phân bổ đường kính hạt
Lượng nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của tro bay là lượng nước dùng để trộn vữa chođến khi đạt tiêu chuẩn mật độ Có thể dùng cách xác định nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của ximăng để xác định Lượng nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của tro bay nguyên dạng dao độngtrong phạm vi 0,250,7 Nó bị ảnh hưởng của độ mịn bụi tro bay, hình dạng, hàm lượng thanv.v… Thông thường thì hạt càng mịn, nhiều hạt tròn, hàm lượng than ít thì tro bay cần càng ítnước, ngược lại thì cần nhiều nước Một chỉ tiêu khác để đánh giá lượng nước cần của tro bay là
Trang 17tỉ lệ nước Nó được biểu thị bằng cách so sánh tỉ lệ nước cần để pha xi măng tro bay vữa cát và
xi măng vữa cát có cùng một độ công tác khi rung Tiêu chuẩn GB1596 của Trung Quốc quiđịnh tro bay cấp I, II, III tỉ lệ nước không được lớn hơn 95%, 105%, 115% tỷ lệ nước cần cho ximăng vữa cát
Khi lượng nước cần cho tro bay lớn, để có bê tông đạt độ công tác như nhau thì lượngnước cần để trộn phải tăng thêm, như vậy cũng có nghĩa là tăng lượng chất keo dính trong bêtông, nếu không thì cường độ bê tông kém, các tính năng khác cũng xấu đi
Tỷ lệ cường độ là một chỉ tiêu phản ánh mức kết dính nhiều hay ít của tro bay Trị sốcường độ là giá trị sau lần phản ứng thứ hai giữa tro bay với sản phẩm thủy hóa xi măngCa(OH)2
Thông thường bản thân tro bay không có tính kết dính, nhưng ở nhiệt độ thường khi cónước thì tro bay phản ứng hóa học với vôi để tạo thành chất thủy hóa có tính kết dính (chủ yếu
là keo dính silicat canxi thủy hóa) Tro bay có tỷ lệ cường độ cao đã thể hiện tro bay có chấtlượng tốt Trong quy phạm Trung Quốc GB1596-79 đối với tro bay dùng làm nguyên liệu hỗnhợp xi măng, có quy định tỉ lệ cường độ chống nén thời hạn 3 tháng của tro bay xi măng vữa cátkhông được thấp hơn 115% Đối với tro bay dùng làm chất độn bê tông, ảnh hưởng của tro bayđối với cường độ bê tông phải được phản ánh qua thí nghiệm cường độ bê tông
Lượng đốt cháy (lượng mất khi nung) cũng là một chỉ tiêu quan trọng về phẩm chất trobay, chủ yếu là phản ánh lượng than chưa cháy hết trong tro bay Tiêu chuẩn Trung QuốcGB1596-91 qui định tro bay cấp I, II, III có lượng đốt cháy không được lớn hơn 5%, 8% và15% Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 105-1999 (Việt Nam) quy định lượng đốt cháy chiếm khôngquá 6% Khi lượng đốt cháy 3% gọi là tro bay đã được đốt tốt
Đặc tính cấu tạo của tro bay: Nguồn hoạt tính của tro bay chủ yếu từ tinh thể có trongtro bay, nó quyết định tính năng thủy hóa ninh kết Đặc tính cấu tạo tro bay tinh thể có thể mượnđặc tính kết cấu thủy tinh thể để miêu tả
Trang 18●Ion Si2; ○Ion O2 cầu; Ion Ca, mg; Ion O2 phi cầu
Hình 2-1: Kết cấu oxyt silicat thể thuỷ tinh
Theo lý thuyết mạng bất quy tắc, trạng thái cấu tạo của tinh thể có thể dùng mạng khônggian 3 chiều để giải thích: trong mạng, 1 ion oxy chỉ có thể liên kết nhiều nhất với 2 ion dương(như ion silic) tạo thành mạng Số vị trí phối hợp của ion dương là 3 4 Ion dương nằm ở giữakhối oxy đa diện (khối 3 mặt hoặc khối 4 mặt) Những khối đa diện này thông qua oxy bắc cầuphối hợp thành mạng liên tục bất quy tắc phát triển theo không gian 3 chiều như hình 2-1
Từ phạm vi rộng xem mạng này là vô quy tắc, từ phạm vi hẹp xem là sắp xếp có quy tắc,như vậy gọi là kết cấu xa không trật tự, kết cấu gần có trật tự Trong tro bay còn có một lượngcác ion nhôm có thể thay thế silic để thành khối tứ diện oxyt nhôm Bởi vì, liên kết của ion nàyyếu hơn liên kết của oxi không bắc cầu của khối tứ diện SiO2, cho nên gốc axit nhôm có nhiềuhoạt tính Trong kết cấu tinh thể tro bay, SiO2, và Al2O3 là chất tạo thành mạng, là đơn nguyêncấu tạo cơ bản tạo thành mạng; còn các hợp chất oxy như Na2O, K2O, Cao, Mgo v.v… bản thânchúng không thể tạo thành kết cấu mạng mà chỉ có thể dùng làm vật liệu điều chỉnh, tham dựvào cấu tạo mạng của tro bay, tinh thể tro bay chủ yếu là các cấu tạo tứ diện Si-O và Al-O.Tại giai đoạn nung chảy của tro bay, do nhiệt độ cao, sinh ra các vận động nhiệt mãnh liệt,làm cho khối tứ diện Si-O và Al-O không thể kết hợp thành tay liên kết dài khung xương khônggian hoàn chỉnh mà chỉ có thể hình thành tay liên kết ngắn Các tay liên kết này có rất nhiềuđiểm đứt, tương đương với việc hình thành tứ diện có đỉnh tự do Bất kể là khối tứ diện Si-Ohay khối tứ diện Al-O đều có đỉnh tự do tồn tại Khối tứ diện đỉnh tự do này rất không ổn định,
và có hoạt tính tiềm ẩn cao Khung xương Si-O và Al-O trong tro bay phát triển với lượng lớn sẽlàm giảm hoạt tính Quá trình làm lạnh tro bay, do gió xoáy hút bụi, tĩnh điện hút bụi v.v tạonên các tinh thể tro bay
Hiệu ứng của tro bay: Tro bay sau khi trộn nước hình thành thể vữa Thông thường ởnhiệt độ và áp lực bình thường, tro bay trộn nước xong không thể thủy hóa, ninh kết, không cócường độ Nhưng qua nhiều nghiên cứu chứng minh, tro bay có hoạt tính tiềm ẩn, với một sốđiều kiện nhất định thì hoạt tính tiềm ẩn này của tro bay sẽ phát huy tác dụng Khi tro bay trộnvào bê tông đã phát huy hiệu quả không chỉ có hoạt tính tiềm ẩn mà là tổng hợp nhiều mặt: baogồm tác dụng giảm nước, tác dụng làm đặc và tác dụng dàn đều; thành phần hoạt tính của trobay sinh ra các hiệu ứng hóa học cũng như tác dụng lý hóa của vật liệu hạt nhỏ, phân tán trongvữa xi măng Tất cả các hiệu quả trên gọi là hiệu ứng tro bay Hiệu ứng tro bay bao gồm: hiệuứng hình thái, hiệu ứng hoạt tính và hiệu ứng lấp đầy
Hiệu ứng hình thái của tro bay là bột tro bay trộn trong bê tông do đặc điểm có sẵn về hìnhthái hạt cấp phối làm cho tính năng và kết cấu ban đầu của hỗn hợp bê tông được cải thiện Hiệuứng hình thái của tro bay vừa trực tiếp ảnh hưởng đến tính lưu biến của bê tông mới trộn, vừatrực tiếp ảnh hưởng đến kết cấu ban đầu của bê tông trong quá trình đông cứng Vì thế mà nó có
ý nghĩa quan trọng đối với việc xác định lập tính năng và kết cấu của bê tông Nếu trong tro bay,hàm lượng dạng tròn hạt chắc mà nhiều, tỷ lệ phối hợp hạt thô và mịn tốt thì hỗn hợp bê tông có
Trang 19tính lưu biến tốt và kết cấu trong khi đông cứng sẽ được cải thiện, tức là hiệu ứng hình thái pháthuy đầy đủ; ngược lại thì hiệu ứng phát huy kém Trộn tro bay vào làm hạt xi măng trong khốivữa phân tán đều tăng không gian thuỷ hoá xi măng, do đó mà thúc tiến phản ứng thuỷ hoá của
xi măng thời kỳ đầu Tác dụng này và hiệu ứng vật lý của các hạt tro phân bố trong vữa làm chokết cấu ban đầu của quá trình đông cứng được cải thiện Hiệu ứng này của tro bay thường đượccoi là hiệu ứng cơ bản thứ nhất của tro bay trong bê tông
Hiệu ứng hoạt tính của tro bay là hiệu ứng hoá học của thành phần hoạt tính của tro baytrộn vào bê tông Trong đó các hợp chất oxy (SiO2 hoạt tính và Al2O3 hoạt tính) trong tro bayphản ứng với chất thuỷ hoá xi măng Ca(OH)2 và một phần CaSO4 tạo thành các chất kết dính.Hiệu ứng hoạt tính tro bay nhiều canxi còn bao gồm phản ứng thuỷ hoá của một số chất kết tinhnữa Phản ứng tro núi lửa chỉ thể hiện rõ nét sau khi đông cứng bê tông
Hiệu ứng lấp đầy của tro bay là tác dung hoá lý của các hạt bụi tro bay trong vữa xi măng,
có tác dụng cải thiện tính đồng đều của bê tông mới trộn, cũng có lợi cho việc mịn hoá và lấpđầy các lỗ hổng và khe mao dẫn trong bê tông Hội nghị quốc tế về hoá học của xi măng tro baycho thấy, qua kính điện tử quan sát hạt thuỷ tinh tro bay thời hạn hai năm, chiều dầy tầng phảnứng chỉ khoảng 1m, với mẫu thử thời hạn 10 năm cũng chỉ dày 1m Chỉ những hạt cực nhỏmới phản ứng xâm nhập tới trung tâm Tuy vậy tầng phản ứng này có tăng trưởng chiều dày rấtchậm, nhưng mạng của chất thuỷ hoá trong tầng phản ứng ngày càng chặt chẽ Hiện tượng nàychứng tỏ đặc trưng tập trung của tro bay rõ rệt hơn hạt xi măng chưa thuỷ hóa, duy trì thời giantập hợp kéo dài Tác dụng lấp đầy có tính lấp lỗ hổng của tro bay đã làm giảm lượng khí trongvữa bê tông lại có thể làm giảm tính tách nước của bê tông, làm giảm khe hở nên càng làm chovữa bê tông thêm chặt
Ba vấn đề nêu trên là hiệu ứng cơ bản của tro bay Hiệu ứng tro bay là tổng hợp tác dụngcủa ba hiệu ứng dưới một điều kiện nhất định Nói một cách khái quát, hiệu ứng tro bay tại kỳđầu và kỳ sớm ninh kết của hỗn hợp bê tông, đã phát huy tác dụng chủ yếu là cải thiện cấp phốicủa hạt vữa, tăng thể tích vữa, giảm bớt khe rỗng và lượng nước cần, làm nhỏ các khe hở v.v…
đó là kết quả cùng tác dụng của hiệu ứng hình thái và hiệu ứng lấp đầy của tro bay Gần cuốithời kỳ đông cứng của bê tông, do thuỷ tinh thể thuỷ hoá tạo ra các sản phẩm thuỷ hoá lấp vàocác khoảng không giữa các hạt tro bay và các hạt xi măng, từ đó mà nâng cao cường độ kết cấu,đây là hiệu quả của tác dụng hoá học, là kết quả cùng tác dụng của hiệu ứng hoạt tính và hiệuứng lấp đầy
Đánh giá các hiệu ứng của tro bay: Có rất nhiều cách đánh giá hiệu ứng của tro bay,mỗi loại đều có ưu và khuyết điểm, các phương pháp hiện dùng: tỷ số lượng nước cần, tỷ sốcường độ, phương pháp vôi hấp thụ và phương pháp độ tan rã v.v… Dưới đây giới thiệu phươngpháp tỷ số lượng nước cần và phương pháp tỷ số cường độ
Phương pháp tỷ số lượng nước cần: Là phương pháp so sánh lượng nước cần dùng đểtrộn xi măng tro bay vữa cát và xi măng vữa cát có cùng một độ công tác khi rung Kết quả thínghiệm của phương pháp này phản ánh tác dụng bôi trơn trong hỗn hợp của tro bay Về mộtkhía cạnh khác nó phản ánh hiệu ứng hình thái của tro bay Tỷ số lượng nước cần của tro bay
Trang 20càng nhỏ, ở mức độ nhất định phản ánh chất lượng càng tốt.
Phương pháp tỷ số cường độ: Là phương pháp đánh giá hiệu ứng tro bay bằng cách sosánh cường độ của xi măng tro bay vữa cát với cường độ của xi măng bột thạch anh vữa cát.Phương pháp này trực quan, phản ánh hoạt tính của tro bay Phương pháp này được các nướcphổ biến coi trọng Nhưng cần hiểu rằng cường độ là thuộc tính của kết cấu, nó phản ánh tínhnăng và cường độ của vữa chất kết dính đông cứng, và không thể phản ánh một cách toàn diệntính năng và cường độ của nguyên liệu (tro bay) Do đó nói một cách đúng mức dùng tỷ sốcường độ để phản ánh hoạt tính của tro bay là chưa chính xác, nhưng dùng để đánh giá sự khácnhau về mặt hoạt tính của tro bay là thoả đáng
c Đánh giá phẩm chất tro núi lửa và tro nham kết (Puzơlan):
Tro núi lửa và tro nham đều là chất độn tro núi lửa Đánh giá phẩm chất của chúng có thểqua thí nghiệm hoạt tính tro núi lửa và thí nghiệm tỷ số cường độ chống nén và thí nghiệmlượng nước cần
Thí nghiệm hoạt tính tro núi lửa: Theo GB2847-81 Trung Quốc, để dung dịch xi măngtrộn 30% nguyên liệu chất tro núi lửa trong tủ nhiệt độ không đổi 400C, sau 7 ngày thì đo trị suấtoxit canxi và độ kiềm (OH-) Xem hình 2-2 để phán đoán hoạt tính tro núi lửa của chất trộn.Điểm thí nghiệm nằm phía dưới đường cong là đạt
02468
1816141210
-Hình 2-2: Hoạt tính tro núi lửa
Thí nghiệm so sánh cường độ chống nén của hỗn hợp xi măng Portland: Theo quy địnhcủa GB2847-81, so sánh cường độ chống nén 28 ngày của xi măng Portland vữa cát trộn 30%
Trang 21tro núi lửa và xi măng Portland vữa cát Tỷ lệ cường độ này lớn hơn 62% là đạt.
Thí nghiệm tỷ số lượng nước cần: So sánh lượng nước cần để trộn 30% tro núi lửa vào
xi măng vữa cát có độ lưu động là 130 5mm, với lượng nước cần để trộn xi măng vữa cátchưa trộn tro núi lửa ở cùng một điều kiện như nhau, cùng có độ lưu động như nhau Nó phảnánh lượng nước cần thiết nhiều hay ít để hỗn hợp vữa đạt đến cùng một độ lưu động
Khi sử dụng tro núi lửa và tro nham kết để trộn bê tông đầm lăn, ngoài việc tiến hành cácthí nghiệm phẩm chất như trên ra còn phải tiến hành thí nghiệm tính năng bê tông đầm lăn trộnvới tro núi lửa, tro nham kết; để nắm vững toàn diện tính năng của bê tông này Nói chung, trộntro núi lửa vào thì lượng nước cần sẽ tăng lên, co ngót của bê tông sẽ tăng Theo thực tiễn côngtrình đã thi công, thời gian ninh kết ban đầu của hỗn hợp bê tông trộn với tro núi lửa, tro nhamkết ngắn hơn thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông không trộn tro núi lửa
d Đánh giá phẩm chất xỉ quặng:
Sở dĩ xỉ quặng có hoạt tính là do quặng xỉ nóng chảy qua lạnh đột ngột tạo nên các kết cấuthuỷ tinh thể là chủ yếu Vì thế hoạt tính của xỉ quặng không những chỉ có liên quan tới thànhphần hoá học, mà còn được quyết định bởi các nguyên nhân như điều kiện tạo thành hạt và kếtcấu của xỉ quặng Sau đây sẽ giới thiệu hai phương pháp thường dùng để đánh giá hoạt tính của
3 2
TiO NaO SiO
O Al MgO CaO
Phương pháp thí nghiệm cường độ: Đem trộn đều hỗn hợp xỉ, xi măng Portland vàthạch cao để được xi măng xỉ quặng, và giữ cho lượng trộn và độ mịn không thay đổi Vớiphương pháp thử tiêu chuẩn lần lượt thí nghiệm cường độ xi măng xỉ quặng và xi măng theo 7ngày và 28 ngày Theo công thức sau để tính cường độ:
Rtỷ lệ = Cường độ xi măng xỉ quặng
Cường độ xi măngKhi tỷ lệ cường độ là 1 chứng tỏ xỉ quặng không có hoạt tính Tỷ lệ cường độ càng lớn thìhoạt tính xỉ quặng càng cao
Ở những nơi có tài nguyên xỉ quặng phong phú thì mới sử dụng xỉ quặng lò cao nghiềnmịn làm nguyên liệu trộn bê tông đầm lăn Lúc ấy ngoài việc tiến hành thí nghiệm phẩm chấtnêu trên ra, còn phải tiến hành thí nghiệm tính năng bê tông đầm lăn trộn xỉ quặng để nắm toàn
Trang 22diện các tính năng của bê tông đầm lăn này.
Bảng 2.1: Giới thiệu một số mỏ Puzơlan ở Viêt Nam
(tỉnh)
Trữlượng(triệutấn)
Đánh giá theo ASTMC618-92A(Si02+
Al203+ Fe203) S03 MKN
Trang 23Ghi Chú: Ký hiệu Đ và KĐ là đạt và không đạt theo yêu cầu của tiêu chuẩn ASTMC
618-94A [41] Các yêu cầu này cũng được viết theo tiêu chuẩn ngành thuỷ lợi 14 TCN 105-1999[41]
2.1.4 Chất phụ gia
Chất phụ gia là một trong những nguyên liệu không thể thiếu để tạo thành bê tông đầmlăn Trong thực tế thi công bê tông đầm lăn ở trong và ngoài nước thì phần lớn đều trộn phụ gia.Lượng chất kết dính trong bê tông đầm lăn ít, cát nhiều Để cải thiện tính năng thi công của bêtông đầm lăn cần phải có chất phụ gia Trộn chất giảm nước vào có thể làm giảm trị số VC củahỗn hợp cải thiện tính dính hoặc tính phân ly Đặc điểm thi công xây dựng bê tông đầm lăn códiện tích lớn, yêu cầu thời gian ninh kết ban đầu của bê tông phải dài để giảm bớt khe lạnh xuấthiện, cải thiện đặc tính kết dính mặt tầng thi công, vì thế mà phải trộn chất phụ gia vào
Những công trình đã xây dựng thường sử dụng chất giảm nước chậm đông kết là Sunfatcanxi gốc chất gỗ, có chức năng chính là giảm bớt nước, còn có hiệu quả làm chậm đông kết.Kinh nghiệm chứng minh,bê tông đầm lăn dùng ít vật liệu kết dính mà trộn chất dẫn khívào thì hiệu quả còn kém hơn bê tông thường Do khối vữa trong bê tông đầm lăn ít, năng lựclưu giữa không khí kém làm cho hiệu quả trộn chất dẫn khí kém Nhưng với vật liệu keo dínhdùng nhiều, tỷ lệ keo nước ít, nếu trộn chất dẫn khí vào cũng có thể được hàm lượng khí 4% đến6%
Hiệu quả của chất phụ gia còn tùy thuộc nguyên vật liệu dùng trong công trình, đặc biệtquan trọng là tính dung hòa giữa chất phụ gia với xi măng Cùng một loại chất phụ gia trộn vớicác loại xi măng khác nhau, thì hiệu quả giảm nước chậm đông kết cũng khác nhau thậm chí rấtkhác nhau Ngoài ra chủng loại chất độn bê tông đầm lăn và hàm lượng hạt nhỏ của cốt liệu mịncũng đều có ảnh hưởng nhất định tới hiệu quả trộn phụ gia Vì thế trộn chất phụ gia phải xác
Trang 24định thông qua thí nghiệm.
2.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
Bê tông đầm lăn cũng thuộc bê tông, nhưng nó khác với bê tông thường là có tỷ lệ cátlớn, lượng xi măng cần tương đối ít, thông thường trộn thêm chất độn khối lượng lớn Hỗn hợp
bê tông đầm lăn không có độ lưu động, ở trạng thái rời rạc Nhưng sau khi đầm lăn, ninh kếtđông cứng thì có đặc điểm như của bê tông, tức là chất kết dính sau khi thủy hóa biến thành chấtthủy hóa mà dính kết các cốt liệu lại thành một khối và duy trì theo thời gian mà cường độ tănglên Bê tông đầm lăn cũng được tạo bởi 3 pha rắn, pha lỏng và pha khí Dùng chấn động rung ép
để làm chặt hỗn hợp, khác với bê tông thường ở chỗ dựa vào sự chấn động của đầm lăn ép, cáchạt có sự chuyển động tương đối xích lại gần nhau Các hạt nhỏ bị đẩy vào các khe hở của cáchạt lớn làm cho không khí ở các khe này dần dần bị đẩy thoát ra ngoài Ngoài ra vữa chất kếtdính của hỗn hợp có tính xúc biến, trong tình trạng rung keo dính bị “ hóa lỏng” nên có đặc tínhlưu động nhất định mà lấp đầy vào các khe hở, do đó mà việc đầm chặt của hỗn hợp bê tôngđầm lăn vừa mang đặc điểm của bê tông vừa có một số đặc trưng thi công nén chặt đất
2.2.1 Nguyên lý cơ bản của thiết kế cấp phối
Phương pháp thi công liên tục tường lớp của đập bê tông đầm lăn và tính siêu cứng củahỗn hợp làm cho thiết kế cấp phối có những đặc điểm sau:
1 Để không gây trở ngại cho thi công đầm lăn, trong điều kiện thông thường sẽ khônglắp ống làm mát ở thân đập cho nên khi thiết kế cấp phối phải xét tới việc bê tông trộn vừa phảithỏa mãn chỉ tiêu cường độ và độ bền vững, vừa phải thỏa mãn giới hạn nhiệt độ tuyệt đối Cốgắng sử dụng lượng xi măng ít, trộn nhiều chất độn
2 Do siêu khô cứng, hỗn hợp bê tông dễ bị phân ly, vì thế khi thiết kế cấp phối cầnkhống chế đường kính của hạt cốt liệu lớn nhất Khống chế tỷ lệ cốt liệu lớn nhất với các cốtliệu khác, tăng vừa phải tỷ lệ cát để tránh tình trạng xảy ra hiện tượng phân ly nặng và khôngchặt trong quá trình thi công
3 Trong thiết kế cấp phối phải xét đến việc trộn chất độn, chất phụ gia vào
bê tông
4 Nếu coi bê tông đầm lăn như chất đất, dùng phương pháp nén chặt đất hoặc phươngpháp nện chặt để xác định lượng dùng nước đơn vị tối ưu, cần phải xét đến mặt liên quan trựctiếp giữa tính năng bê tông sau khi đông cứng với tỷ lệ nước/chất kết dính
5 Tỷ lệ pha trộn cuối cùng phải được xác định qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường
Tỷ lệ cấp phối của bê tông đầm lăn là tỷ lệ phối hợp của các nguyên vật liệu tạo thành bêtông đầm lăn Tỷ lệ cấp phối được biểu hiện bằng tỷ lệ theo trọng lượng Thông thường hìnhthức biểu thị là: xi măng:chất độn:cát:đá: = 1:x:y:z tỷ lệ theo trọng lượng, và có ghi chú tỷ lệkeo nước Nếu dùng chất phụ gia thì phải ghi rõ lượng trộn và chủng loại chất phụ gia đó Tỷ lệcấp phối còn có thể dùng hình thức bảng biểu thị
Nhiệm vụ thiết kế tỷ lệ cấp phối bê tông đầm lăn trên thực chất là tìm ra 4 quan hệ tỷ lệ
Trang 25của 5 loại vật liệu là xi măng, chất độn, nước, cát và đá (ký hiệu là C, F, W, S, G) với điều kiệnthỏa mãn yêu cầu độ công tác của bê tông, cường độ, tính bền vữn, tính kinh tế Thông thườngthì nước và chất kết dính có quan hệ so sánh trọng lượng sử dụng gọi là tỷ lệ nước/chất kết dínhbằng W/(C+ F), quan hệ so sánh trọng lượng sử dụng giữa chất độn và kết dính là F/(C+F), cũng
có thể dùng F/C để biểu thị Tỷ lệ so sánh giữa lượng cát và đá là tỷ lệ cát S/( S+G); tỷ lệ vữacát (C+F+W)/S Chúng là 4 tham số của tỷ lệ cấp phối bê tông đầm lăn Xác định chính xác 4tham số này thì sẽ thiết kế được cấp phối thỏa mãn các yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế.Chất lượng của các nguyên vật liệu trong bê tông đều có ảnh hưởng nhất định đến các chỉtiêu kỹ thuật của bê tông đầm lăn cho nên khi thiết kế cấp phối phải kiểm nghiệm chất lượng củanguyên vật liệu dùng cho công trình, kết hợp với các điều kiện thi công thực tế để thiết kế ra cáccấp phối hợp lý nhất
Điểm xuất phát cơ bản của thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn là vữa kết dính bao bọc cáchạt cốt liệu mịn cà cố gắng lấp đầy các khe hở giữa cốt liệu mịn, vữa chất kết dính và cát baobọc cốt liệu thô và lấp đầy khe rỗng giữa các cốt liệu thô để tạo thành khối bê tông đặc chắc đểđạt tới yêu cầu kỹ thuật Do đó khi tiến hành thiết kế cấp phối thì phải tìm hiểu xem vữa keodính có lấp đầy hết các khe hở của cốt liệu mịn không, vữa cát đó có lấp đầy hết các khe hở cỉacốt liệu thô không Trên cơ sở xét tới các điều kiện thi công hiện trường và sự khác biệt với điềukiện thí nghiệm trong nhà, rồi tăng thêm vừa phải lượng vữa keo dính và lượng vữa cát để dựphòng Cuối cùng qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường, kiểm nghiệm lại thiết kế để tìm ra hỗnhợp bê tông phù hợp với điều kiện thiết bị thi công hiện trường, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và giáthành thấp
2.2.2 Nguyên tắc xác định tham số cấp phối:
Để thiết kế ra bê tông đầm lăn có thể thỏa mãn các yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, thìkhi xác định các tham số cấp phối có thể tham khảo các nguyên tắc sau:
1 Nguyên tắc xác định F/(C+F) hoặc (F/C): trong bê tông đầm lăn, trộn chất độn có tỷ lệlớn không những tiết kiệm được xi măng, cải thiện một số tính năng bê tông mà còn có thể giảmgiá thành, biến chất phế thải thành “châu báu”, giảm ô nhiễm môi trường Cho nên nguyên tắcxác định F/(C+F) với điều kiện thỏa mãn yêu cầu tính năng kỹ thuật của bê tông thiết kế đưa ra,
cố gắng dùng trị số lớn
2 Nguyên tắc xác định W/(C+F): Trị số này của bê tông đầm lăn lớn hay nhỏ trực tiếpảnh hưởng đến tính năng thi công của hỗn hợp và tính chất kỹ thuật của bê tông cứng hóa Khilượng keo dính dùng cố định nếu tăng tỷ lệ nước keo thì trị số VC của hỗn hợp sẽ giảm, cường
độ và tính bền lâu của bê tông giảm Nếu lượng xi măng không đổi, áp dụng F/(C+F) lớn thìW/(C+F) giảm, có lợi cho hoạt tính của tro bay trong bê tông, cường độ và tính bền vững của bêtông tăng Trong điều kiện đạt yêu cầu cường độ, nên bền vững và trị số VC của yêu cầu thicông, nếu chọn trị số W/(C+F) nhỏ [tương ứng với việc chọn F/(C+F) lớn và lượng dùng của ximăng ít]
3 Nguyên tắc xác định (C+F+W)/S: Tỷ lệ vữa kết dính/cát nhỏ là nhân tố quan trọng ảnhhưởng đến trị số VC giảm Nếu tỷ lệ vữa kết dính/cát tăng quá nhiều không những VC giảm
Trang 26không thể thi công đầm lăn được mà còn làm lượng keo dính tăng Cho nên nguyên tắc xác định
tỷ lệ vữa kết dính/cát là: với công đầm của hỗn hợp bê tông nhất định để đầm chắc và đảm bảo
VC theo yêu cầu thi công, cố gắng lấy trị số (C+F+W)/S nhỏ
4 Nguyên tắc xác định tỷ lệ cát: Tỷ lệ cát nhiều hay ít ảnh hưởng trực tiếp đến tính năngthi công của hỗn hợp, cường độ bê tông và tính bền vững Tỷ lệ cát quá nhiều, hỗn hợp khôcứng, rời rạc, trị số VC rất lớn, khó đầm chặt, cường độ bê tông và tính bền vững kém Tỷ lệ cátquá nhỏ vữa cát không đủ để lấp vào các khe hở của cốt liệu thô và bao bọc hạt cốt liệu thô, trị
số VC của hỗn hợp lớn, mật độ bê tông kém, cường độ và tính bền vững cũng kém đi Cho nênkhi xác định cấp phối bê tông đầm lăn, phải chọn tỷ lệ cát tối ưu Tỷ lệ cát tối ưu là tỷ lệ cátdùng ít nhất chất keo dính mà vẫn đảm bảo hỗn hợp có tính chống phân cỡ tốt và đạt đến trị số
VC theo yêu cầu thi công
2.2.3 Phương pháp thiết kế cấp phối
Phương pháp thiết kế cấp phối cho đến nay vẫn chưa có quy định thống nhất Các phươngpháp đều xây dựng trên các góc độ khác nhau, trong đó có tính chất giả định, có khi mang tínhkinh nghiệm Nhưng việc phân tích nội dung của từng phương pháp dù sao cũng rất có lợi choviệc nghiên cứu thêm về lý luận thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn Sau đây giới thiệu một sốphương pháp thiết kế cấp phối:
1 Lựa chọn phương pháp thiết kế đập bê tông đầm lăn chống thấm
Có hai quan điểm về thiết kế thành phần BTĐL: (1) Thiết kế thành phần BTĐL theo quanđiểm cơ học đất; (2) Thiết kế thành phần BTĐL theo quan điểm vật liệu bê tông
Phương pháp thiết kế thành phần BTĐL theo quan điểm cơ học đất coi hỗn hợp BTĐLnhư là hỗn hợp đất được gia cố thêm xi măng, các thành phần lựa chọn dựa trên quan hệ giữa độ
ẩm và khối lượng thể tích hỗn hợp Phương pháp này chỉ phù hợp cho BTĐL nghèo xi măngnên không phù hợp cho thiết kế BTĐL chống thấm
Hiện nay có khá nhiều phương pháp thiết kế thành phần BTĐL theo quan điểm vật liệu bêtông, mỗi phương pháp đều mang đặc điểm trường phái riêng của mỗi nước, thậm chí một nướccòn đưa ra nhiều phương pháp thiết kế thành phần BTĐL như ở Mỹ (ACI, EM)
Dưới đây sẽ tập trung phân tích đánh giá các phương pháp thiết kế thành phần bê tônggiàu hồ xi măng để lựa chọn phương pháp thiết kế BTĐL chống thấm phù hợp điều kiện ViệtNam Đó là phương pháp của Cục khai hoang Mỹ, Hiệp hội quân sự Mỹ, Viện nghiên cứu bêtông Mỹ ACI, Nhật, và Trung Quốc
Tất cả các phương pháp trên đều sử dụng chỉ tiêu tính công tác là thời gian Vebe hay trị số
VC Theo phương pháp này thể tích hồ chất kết dính phải lớn hơn độ hổng giữa các hạt côt liệu
Do đó cần phải khống chế thành phần hạt cốt liệu để giảm thiểu độ hổng, nhờ đó cho phép giảmhàm lượng chất kết dính yêu cầu
2 Phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL theo Cục khẩn hoang Mỹ USBR:
Phương pháp này do Dunstan đề xuất, sau đó được Cục khai hoang Mỹ cải tiến và sử dụngtrong thiết kế BTĐL đập Upper Stillwater
Trang 27Trong phương pháp này có hai tiêu chí cần được thoả mãn Một là, BTĐL cần có lượngCKD đủ để tạo ra khả năng chống thấm tốt và bảo đảm lực bám dính giữa các lớp đổ Hai là,nhiệt thuỷ hoá của CKD cần được hạn chế đến mức nhỏ nhất có thể Yêu cầu này được thoảmãn trong thực tế bằng cách sử dụng phụ gia khoáng tro bay hoặc pudơlan thay thế xi măng với
tỷ lệ lớn Phụ gia khoáng phải là vật liệu sẵn có và giá cả hợp lý
Các bước của quy trình thiết kế thành phần BTĐL được Cục Khai hoang Mỹ sử dụng nhưsau:
1 Xác định khối lượng riêng của xi măng, phụ gia khoáng, cốt liệu lớn, cát, nước choBTĐL Độ rỗng của hỗn hợp cốt liệu cũng được xác định Cốt liệu lớn và cát cũng phải đáp ứngyêu cầu tiêu chuẩn của Cục Khai hoang Mỹ như đối với bê tông thường
2 Xác định tỷ lệ W/(C + F) theo khối lượng dựa vào cường độ chịu nén trung bình yêu cầu
ở tuổi nhất định bằng biểu đồ tham khảo Ví dụ, với Rn365 = 29,7Mpa, cần N/(X + PGK) = 0,5;với Rn365 = 15,9Mpa, cần N/(X + PGK) = 0,7
3 Xác định tỷ lệ xi măng so với phụ gia khoáng X/PGK phù hợp với cường độ trung bìnhyêu cầu ở tuổi xác định trên biểu đồ tham khảo Với BTĐL tuổi 365 ngày, thường sử dụng 25%
xi măng và 75% tro bay Sau đó tính được C , F , W cho một đơn vị thể tích hồ (Vc + Vf + Vw)
4 Tỷ lệ thể tích hồ/thể tích vữa được lựa chọn tuỳ thuộc vào khoảng thời gian cho phépgiữa các lớp đổ tại hiện trường Đối với lớp đổ có thời gian phơi lộ 12-24giờ, thì tỷ lệ Vhồ/Vvữa = 0,9
5 Xác định tỷ lệ vữa sao cho thể tích của vữa lớn hơn thể tích rỗng của cốt liệu khoảng 10%, tốt nhất là nên chọn 7%
5-6 Xác định tỷ lệ cốt liệu lớn bằng cách trừ đi phần vữa có trong 1m3 BTĐL
7 Giả thiết độ rỗng cuốn khí bằng 1,5%, tất cả các vật liệu tính cho một mẻ trộn đều đượcxác định ở trạng thái bão hoà mặt ngoài khô của cốt liệu
8 Lựa chọn thành phần cấp phối cho một mẻ trộn thử, xác định độ công tác VC Nếu VCkhông như mong muốn thì phải thay đổi lượng nước Sau đó phải điều chỉnh lại lượng vật liệuthành phần cho đến khi đạt yêu cầu đề ra
9 Cấp phối cần được tiếp tục điều chỉnh bằng thực nghiệm Để nghiên cứu các tổ hợpthành phần vật liệu khcs nhau như tỷ lệ F/C; W/(C + F); (C + F)/S hoặc các thành phần cốt liệunhỏ khác nhau Cục Khai hoang Mỹ thử nghiệm bằng cách cố định một số tỷ lệ và thay đổi một
số tỷ lệ còn lại
3 Phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL theo Hiệp hội quân sự Mỹ USACE:
Theo phương pháp này một loạt các bảng tra, biểu đồ được sử dụng để lựa chọn các giá trịcần thiết, sau đó dùng thực nghiệm để kiểm tra và điều chỉnh lại các thông số để có được mộtthành phần cấp phối BTĐL đáp ứng được các yêu cầu thiết kế
1 Sau đây là trình tự thiết kế thành phần BTĐL theo USACE:
Xác định các số liệu ban đầu như: cường độ trung bình yêu cầu, tuổi thiết kế, loại chất kếtdính (có hoặc không có pudơlan) kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu Các tính chất khác nhau
Trang 28như độ nhiệt, hệ số khuyếch tán, từ biến, ứng suất, biến dạng v.v… được tiến hành sau khi thànhphần BTĐL đã được lựa chọn.
2 Xác định tính chất của vật liệu sử dụng cho BTĐL Vật liệu cần có khối lượng đảm bảo
để tiến hành các mẻ trộn có dung tích khoảng 500 lít BTĐL
3 Dựa vào Dmax cốt liệu, độ cứng Vebe lựa chọn lượng dùng nước sơ bộ và hàm lượng bọtkhí
4 Tính toán lượng xi măng tương ứng với cường độ nén cần thiết theo biểu đồ tham khảohình 2-1 và hình 2-2 Nếu có pudơlan, thì tính toán lượng xi măng và pudơlan theo khối xi măngtương đương
Hình 2-1: Quan hệ giữa lượng dùng xi măng quy đổi và cường độ nén trung bình của
BTĐL, có sử dụng phụ gia pudơlan.
200100
0
BT§L Dmax 19~75mmTh«ng sè trung b×nh cho
Trang 29của BTĐL, không sử dụng phụ gia pudơlan
5 Tính toán tỷ lệ cốt liệu lớn phù hợp về thành phần hạt so với yêu cầu ở
10 Kiểm tra tính công tác của hỗn hợp BTĐL và cường độ ở các tuổi cần thiết thông quacác mẻ trộn thử Đối với BTĐL có Dmax 38mm sau khi kiểm tra khối lượng thể tích của hỗnhợp BTĐL thì tiến hành sàng ướt loại bỏ các hạt cốt liệu có đường kính 38mm Sau đó tiếnhành kiểm tra độ cứng Vebe và hàm lượng bọt khí Đúc mẫu bê tông để kiểm tra cường độ vàcác tính chất khác của BTĐL
Bảng 2.2: Hàm lượng nước, hàm lượng cốt liệu, hàm lượng vữa theo D max cốt liệu
lượng cốt liệu, %
a Cốt liệu nghiền
b Cốt liệu tròn 5543 49-5938-45 4341 32-4935-45 3431 29-3527-34Hàm lượng vữa, %
Trang 3012,5 21 28 63
-4 Phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL theo ACI 211.3R-2002:
Các bước thiết kế được tiến hành như sau:
1 Xác định tỷ lệ hồ tối thiểu, theo đó thể tích hồ tối thiểu trên thể tích đặc hoàn toàn củavữa, chọn bằng 0,38 cho các lớp lót
2 Lựa chọn tỷ lệ phụ gia khoáng so với xi măng F/C và nước /chất kết dính W/(C + F) chomột mẻ trộn thử, theo biểu đồ hình 2-3
Bảng 2.4: Thể tích tuyệt đối của cốt liệu lớn trong một đơn vị thể tích
của bê tông
Trang 31Thể tích tuyệt đối, % của 1 đơn vị thể
5 Phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL của Bộ XD Nhật Bản:
Các tính toán cũng dựa trên nguyên tắc thể tích tuyệt đối Tuy nhiên quá trình tính toán vàthí nghiệm khá phức tạp (xem sơ đồ hình 2-4)
Trang 32Hình 2-4: Sơ đồ thiết kế thành phần BTĐL theo phương pháp RCD của Nhật Bản.
Dưới đây tóm tắt những điểm chính của phương pháp này:
1 Xác địng lượng dùng xi măng dựa trên cường độ yêu cầu, lượng dùng CKD thấp nhất cóthể nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về cường độ Sử dụng tro bay để giảm lượng nhiệt thuỷ hoá vàgiảm lượng dùng nước
2 Mức ngậm cát của BTĐL lớn hơn so với bê tông khối lớn thông thường giúp giảm phântầng và tăng khả năng đầm chặt bằng lu rung
3 Lượng dùng xi măng phụ thuộc vào giá trị cường độ nén trung bình yêu cầu Hầu hếtcác đập BTĐL ở Nhật Bản có R91 = 20Mpa và lượng dùng CKD khoảng 130kg/m3 Tỷ lệ thaythế xi măng bằng tro bay 20-30%, thường chọn 30%, khi đó trong 1m3 BTĐL có 91kg xi măng
và 39kg tro bay
4 Lượng dùng nước được xác định sau khi đã có kết quả kiểm tra:
+ Khối lượng thể tích vữa
+ Cường độ nén của các cấp phối có lượng dùng nước thay đổi
+ Độ cứng Vebe khi lượng nước thay đổi
Sử dụng đường cong biểu thi tương quan giữa cường độ BTĐL với lượng dùng nước vàđường biểu thị tương quan giữa độ cứng Vebe với lượng dùng nước để chọn lượng dùng nướcứng với Vebe là 20s
5 Thành phần cấp phối hạt côt liệu lớn được xác định bằng thực nghiệm bằng cách thayđổi tỷ lệ các cỡ hạt và dung nèn chặt Cấp phối hạt có khối lượng thể tích lớn nhất sẽ được lựachọn
6 Sau khi cố định lượng dùng xi măng, tro bay, nước tiến hành trộn thử một số mẻ trộn có
Trang 33mức ngậm cát thay đổi Xác định giá trị Vebe, mức ngậm cát cho Vebe nhỏ nhất sẽ được chon.Kết quả thí nghiệm cho thấy nếu sử dụng thùng lớn để thử Vebe thì mức ngậm cát hợp lý là 30-32% Sau đó xây dựng đường cong quan hệ giữa cường độ BTĐL với lượng dùng xi măng vàđường này sẽ được sử dụng để xác định lượng dùng xi măng.
6 Nhận xét các phương pháp thiết kế cấp phối của nước ngoài:
Nói chung tất cả các phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL trình bày trên đây đều dựa trênnguyên tắc chung là kết hợp lý thuyết (công thức, đồ thị, bảng tra) với thực nghiệm (đúc mẫutrong phòng thí nghiệm với loại vật liệu sử dụng cho công trình cụ thể) Nguyên tắc này là kếthừa của phương pháp thiết kế cấp phối bê tông truyền thông theo phương pháp thể tích tuyệtđối
Sự khác nhau giữa các phương pháp chỉ là thứ tự xác định các thành phần vật liệu trongcấp phối, các công cụ hỗ trợ tính toán (công thức hoặc đồ thị, bảng tra)
Trong tất cả các phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp BTĐL, thì chỉ có phương phápthiết kế của Trung Quốc là dựa trên cường độ vữa – CKD để lựa chọn tỷ lệ W/F, tức là cho phéplựa chọn các loại xi măng khác nhau Trong khi các phương pháp khác thì chủ yếu áp dụng chomột loại xi măng nhất định
Hầu hết các phương pháp đều không nói đến tính chống thấm của BTĐL, chỉ có phươngpháp thiết kế EM-1110-2-2006 nói đến chất lượng của BTĐL cần đảm bảo tỷ lệ Vh/Vv ≥ 0,42.Hai phương pháp thiết kế thành phần BTĐL là EM-1110-2-2006 (phương pháp giàu hồ)của Mỹ và phương pháp của Trung Quốc có cách trình bày tương đối rõ ràng, dễ tiếp cân Đặcbiệt phương pháp của Trung Quốc có các bước tính toán gần với phương pháp thiết kế thànhphần bê tông Bolomay-Skramtaev đã được sử dụng rộng rãi và quen thuộc tại Việt Nam
7 Các bước chung khi thiết kế cấp phối:
Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn có thể chia ra làm 6 bước sau:
a) Sưu tập tài liệu cần thiết cho công tác thiết kế cấp phối:
Trước khi tiến hành thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn cần phải sưu tập toàn bộ các vănbản và tài liệu kỹ thuật có liên quan đến thiết kế cấp phối Chúng bao gồm vị trí công trình xâydựng; yêu cầu kỹ thuật mà thiết kế công trình đề ra đối với bê tông, như là cường độ, biến dạng,tính chống thấm, tính lâu bền, tính năng nhiệt học, thời gian ninh kết, chất độn, trị số VC, dungtrọng v.v… trình độ kỹ thuật thi công của đội ngũ xây dựng; chất lượng và đơn giá nguyên vậtliệu mà công trình sử dụng
b) Thiết kế sơ bộ cấp phối:
(1) Xác định sơ bộ tham số cấp phối
Trước khi chọn tham số cấp phối, cần xác định đường kính tối đa của cốt liệu thô và tỷ lệchiếm của cốt liệu thô Với bê tông trong các kiến trúc thủy công có thể tích lớn, thì đường kínhcốt liệu thô lớn nhất thường lấy 80mm Tỷ lệ của các loại cốt liệu có thể lấy theo nguyên tắcdung trọng của trạng thái đầm chắc cốt liệu thô (tức là độ rỗng ít), cốt liệu thô ít phân ly Trongcác công trình bê tông đầm lăn phần lớn cốt liệu thô chia thành 3 cấp: lớn, vừa, nhỏ và chiếm tỷ
Trang 34lệ là 4:3:3 hoặc 3:4:3 Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu thô và tỷ lệ các cấp nghĩa là đãxác định xong tham số của cấp phối.
Chọn tham số cấp phối W/(C+F), F/(C+F) (hoặc F/C), (C+F+W)/S (hoặc W, ) vàS/(S+G) (hoặc ) có thể tiến hành theo các cách sau:
Phương pháp chọn thí nghiệm đơn nguyên nhân: Mức độ ảnh hưởng của tham số cấpphối bê tông đầm lăn đối với các tính năng của bê tông rất khác nhau, vì vậy có thể chọn tham
số nào đó ảnh hưởng lớn nhất đối với tính năng của bê tông để tiến hành thí nghiệm đơn nguyênnhân từ đó xác định trị số của tham số Tỷ lệ nước/chất kết dính và lượng tro trộn thường khảosát ảnh hưởng của nó đối với dung trọng vữa cát đầm chặt để chọn Tỷ lệ cát thì căn cứ thínghiệm dung trọng đầm chắc bê tông để xác định trị số tối ưu và xét tình hình phân ly của hỗnhợp để chọn Phương pháp phân tích thí nghiệm đơn nguyên được dùng khá phổ biến
Phương pháp thiết kế thí nghiệm chính giao: Có thể lấy 4 tham số cấp phối làm mẫu thiết
kế thí nghiệm chính giao Mỗi mẫu lại lấy 3~4 mức, chọn đúng bảng chính giao để bố trí thínghiệm Dùng phương pháp phân tích trực quan hoặc phân tích so sánh để phân tích các mức độcủa mẫu và quan hệ tính năng chất độn bê tông, từ đó chọn ra các tham số cấp phối Phươngpháp này thích hợp với tình hình thí nghiệm trong nhà mà sự giao động của nguyên vật liệu rất
ít, nhưng trước khi thi công phải thông qua thí nghiệm hiện trường chọn tham số chính xác
Phương pháp chọn loại công trình tương tự: Với các công trình vừa và nhỏ khi không thểthí nghiệm để xác định tham số cấp phối thì có thể tham khảo công trình tương tự để sơ bộ chọn
ra tham số cấp phối, tiến hành thiết kế sơ bộ
(2) Xác định lượng cấp phối:
Phương pháp thể tích tuyệt đối: Phương pháp này giả định thể tích của hỗn hợp bê tôngđầm lăn bằng tổng thể tích tuyệt đối của các nguyên vật liệu hợp thành và thể tích không khítrong hỗn hợp bê tông, tức là:
C, F, W, S, G: Lượng xi măng, chất độn, nước, cát và đá trong mỗi m3 bê tông đầm lăn(kg/m3);
Trang 35C+F+W+S+G = con
Các ký hiệu công thức cũng có ý nghĩa như ở trên
Căn cứ vào các tham số đã chọn để tìm ra lượng các nguyên liệu cần cho mỗi một m3 bêtông đầm lăn
Phương pháp bao lấp: Phương pháp này dựa vào vữa keo dính bao bọc hạt cát và lấp cáckhe hở của cát để tạo thành vữa cát, vữa cát bao bọc cốt liệu thô và lấp vào khe hở của cốt liệuthô hình thành bê tông Lấy , làm chỉ tiêu đánh giá, là tỷ lệ vữa keo dính với thể tích rỗngcủa vữa cát, là tỷ lệ thể tích vữa cát với thể tích khe rỗng của cốt liệu thô Xét tới việc để lạimột dư thừa nhất định thì các trị số của , đều phải lớn hơn 1 Với bê tông đầm lăn, thì thường lấy từ 1.1~1,3; lấy 1,2~1,5 Do đó:
G
P V
10
.101000
S G G
P
G P
10
10.'
K
K K
K K K
S P
11
10
2
2 2
2 1 1
: dung trọng trạng thái đầm chặt của cát và đá
Các ký hiệu khác có ý nghĩa như trên Căn cứ vào các công thức trên để tính ra lượngnguyên liệu dùng cho mỗi mét khối bê tông đầm lăn
c) Điều chỉnh trộn thử:
Các lượng dùng nguyên liệu được tìm theo các công thức trên là dựa vào một số công thứckinh nghiệm, kể cả một số tham số không qua thí nghiệm và điều kiện thí nghiệm không thểhoàn toàn phù hợp với tình hình thực tế, cho nên cần phải qua công tác trộn thử để điều chỉnh độcông tác của hỗn hợp và xác định dung trọng của hỗn hợp bê tông
Trang 36Theo cấp phối sơ bộ để lấy các vật liệu tiến hành thí nghiệm, xác định trị số VC của hỗnhợp Nếu trị số VC lớn hơn yêu cầu của thiết kế thì phải giữ nguyên tỷ lệ (nước/keo) rồi tănglượng nước dùng Nếu VC thấp hơn yêu cầu thiết kế, có thể duy trì tỷ lệ cát không đổi mà tăngthêm cốt liệu Nếu tính chống phân ly của hỗn hợp kém, thì có thể giữ nguyên tỷ lệ vữa cát, tăngvừa phải tỷ lệ cát Ngược lại thì giảm bớt tỷ lệ cát đi.
Sau khi điều chỉnh trộn thử xong, cần xác định dung trọng thực tế của hỗn hợp rồi tính ralượng dùng các nguyên vật liệu của cấp phối thực tế
d) Xác định cấp phối trong nhà:
Cấp phối bê tông có được do điều chỉnh trộn thử, trong đó tỷ lệ (nước/keo) chưa chắc đãthỏa đáng, phải tiến thêm một bước kiểm nghiệm lại chỉ tiêu cường độ và tính bền vững Thôngthường áp dụng 3 loại cấp phối khác nhau Một trong số đó là cấp phối thông qua điều chỉnhtrộn thử tìm được Trị số tỷ lệ (nước/keo) của 2 loại cấp phối còn lại tăng 0,05 hoặc giảm 0,05
so với tỷ lệ cấp phối điều chỉnh trộn thử Lượng nước dùng của 3 cấp phối bằng nhau, tỷ lệ cát
sẽ điều chỉnh theo trị số VC Với mỗi cấp phối, chế tạo các mẫu thử cường độ và độ chống thấmtheo yêu cầu, bảo dưỡng đến đúng kỳ rồi tiến hành thí nghiệm, căn cứ vào kết quả thí nghiệm đểxác định cấp phối trong nhà
e) Quy đổi cấp phối hiện trường thi công:
Cấp phối trong nhà do thí nghiệm mà có, thường nguyên liệu cát, đá ở trạng thái cơ bản làkhô Nguyên liệu cát đá công trường ở trạng thái có nước, thực tế khác với phòng thí nghiệmcho nên khi cân trọng lượng thực tế của nguyên vật liệu hiện trường phải căn cứ vào tình trạng
có nước của chúng để tiến hành quy đổi Giả thiết cát ở hiện trường thi công có tỷ lệ nước là a%,
tỷ lệ nước của đá là b%, quy đổi cấp phối trong nhà ra cấp phối thi công, và lượng vật liệu cầncủa chúng là:
C = C'; F= F ; S = ' S'(1+ a%)
G = G'(1+b%) ; W = W'-S'.a%-G'.b%
Trong công thức trên: C',F ,' W', S', G' là lượng dùng các nguyên vật liệu cấp phốitrong nhà C, F, W, S, G là lượng dùng các nguyên vật liệu cấp phối khi thi công Khi hàmlượng cát đá của công trường có đường kính quá kém ngoài phạm vi quy định thì cũng phải tiếnhành quy đổi cấp phối trong nhà
f) Thí nghiệm đầm lăn hiện trường và điều chỉnh cấp phối:
Trong điều kiện hiện tại, trước khi tiến hành bê tông đầm lăn cho một công trình phải thínghiệm đầm lăn Mục đích là ngoài việc xác định tham số thi công, kiểm nghiệm lại tình hìnhvận hành và phối hợp của hệ thống thi công sản xuất, đề ra các biện pháp quản lý thi công, cònphải thông qua thí nghiệm đầm lăn hiện trường để kiểm tra tính thích nghi của thiết bị thi côngđối với cấp phối bê tông đầm lăn thiết kế (bao gồm tính năng có thể đầm, tính dễ đầm chắc)cũng như tính chống phân ly của hỗn hợp Khi cần cấp phối có thể điều chỉnh theo tình hình thínghiệm đầm lăn
8 Thí dụ về thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn:
a Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn:
Trang 37+ Yêu cầu thiết kế: Yêu cầu thiết kế sơ bộ bê tông đầm lăn: Trên mặt thượng lưu thân đập
có tầng chống thấm, trong đập dùng cấp phối 3 cấp bê tông đầm lăn, trị số VC của hỗn hợpkhống chế ở 10~24s, bê tông niên hạn 90 ngày có cường độ chống nén R d = 9,8MPa, suất đảmbảo 85%, chống thấm niên hạn 90 ngày có chỉ tiêu S4, nhiệt độ chênh lệch của thân đập khốngchế dưới 10~14 C, thiết kế dung trọng bê tông là 2320kg/mo 3
+ Vật liệu: Bột mịn trong cát chiếm 6,6~15,2%, hàm lượng vượt đường kính hạt chiếm7~23%, modun độ mịn giao động trong khoảng 2,8~3,3 Dùng xi măng Portland mác 425 Chấtđộn là tro bay do nhà máy điện thu hồi qua bộ phận lọc tĩnh điện Chất phụ gia là Sulfat canxichất gỗ
Chọn tham số cấp phối: Chọn tham số cấp phối theo phương pháp thiết kế thí nghiệmchính giao, dùng bảng chỉnh giao Lg(34) để bố trí thí nghiệm Mức của các tham số xem bảng2.5
Bảng 2.5: Tham số và mức thiết kế chính giao
K S W F C
n C F
m F C W
G S W F C
P con
)/(
/(
/
)/(
Trong đó m, n, K p và K là các tham số cấp phối đã định, còn các ký hiệu khác như trên.Qua bảng điều chỉnh trộn thử được cấp phối bê tông và các tính năng như bảng 2.6
Bảng 2.6: Cấp phối bê tông đề xuất để thí nghiệm đầm lăn hiện trường
(trộn 0,2% sulfat canxi chất gỗ)
Lượng dùng các vật liệu của mỗi
m3 bê tông (kg) Một số tính năng kỹ thuật của bê tông
)
Trang 3865 85 94 704 1488 20 13,6 22,9 S12 2350+ Thí nghiệm đầm lăn hiện trường: trên cơ sở thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, tiếnhành thực hiện thí nghiệm hiện trường Kết quả thí nghiệm cấp phối hiện trường giúp cho tahoàn chỉnh cấp phối trong phòng thí nghiệm để có được cấp phối chính thức dùng cho côngtrình Việc tiến hành điều chỉnh cấp phối nhằm đối phó với tính năng thiết bị trộn, giảm bớt cốtliệu thô phân ly, tỷ lệ cấp phối đá lớn:nhỡ:nhỏ, tương ứng hàm lượng cát, từ đó xác định dungtrọng của bê tông thỏa mãn yêu cầu ổn định thân đập.
Bảng 2.7: Một số cấp phối bê tông đầm lăn của một số đập tràn trên thế giới và Việt Nam
TT Tên công trình
Cấp phối sử dụngNước
W (kg)
Xi măng C(kg)
Phụ giakhoáng(kg)
Cát (kg) (kg)Đá Phụ Gia
1 Đập Kháng Khẩu
0,2%SunfátCan xi
Trang 39Chương 3: TRỘN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
Thực tiễn đã chứng minh, trộn bê tông đầm lăn có thể sử dụng máy trộn kiểu cưỡng bức,máy trộn rơi tự do, máy trộn gáo, và cũng có thể dùng máy trộn liên tục
3.1 MÁY TRỘN RƠI TỰ DO VÀ CƯỠNG BỨC
3.1.1 Máy trộn rơi tự do
Có kết cấu đơn giản, dung lượng lớn, công suất tiêu hao ít, tuổi thọ sử dụng lâu bền, thíchứng với cốt liệu lớn, đó là những ưu điểm của máy trộn rơi tự do Chính vì vậy mà máy trộn rơi
tự do được dùng rộng rãi trong các công trình đập bê tông thường, nó cũng có thể dùng để trộn
bê tông đầm lăn Theo kinh nghiệm sử dụng của rất nhiều công trình, nếu dùng máy trộn rơi tự
do để trộn bê tông đầm lăn thì phải chú ý những vấn đề sau:
1 Trình tự đổ vật liệu:
Khi trộn bê tông thì trình tự đổ các loại vật liệu vào máy trộn có ảnh hưởng lớn đến chấtlượng của hỗn hợp bê tông
Khi trộn bê tông thường theo các trình tự sau:
- Thứ nhất: đổ nước, chất phụ gia, cát vào máy tiến hành trộn ướt;
- Thứ hai: đổ chất kết dính vào, trộn đều gọi là bao cát;
- Thứ ba: đổ đá để trộn bao đá cho đến khi đều
Sự xuất hiện của bê tông đầm lăn có trộn tro bay cũng như việc sử dụng cát đá nhân tạonảy sinh các vấn để mới:
(1) Bê tông đầm lăn trộn nhiều tro nếu trộn bao cát trước thì cánh máy trộn sẽ dính nhiềuvữa cát
(2) Vữa cát hàm lượng nước ít khó mà phủ dính lên mặt của cốt liệu thô Bề mặt cốt liệu
mà xù xì thì càng tăng thêm độ phức tạp cho việc vữa cát phủ lên bể mặt cốt liệu
Vì vậy mà trình tự đổ vật liệu vào máy trộn của bê tông đầm lăn không thể áp dụng nhưcủa bê tông thường được
2 Dung lượng trộn:
Máy trộn tự do dựa vào sự rơi tự do của nguyên liệu để đạt hỗn hợp bê tông Khi trộn bêtông thường, nguyên liệu rời rạc trộn với nước thì thể tích nhỏ đi, trong thùng có đủ không gianrơi để tiến hành trộn hỗn hợp Khi trộn bê tông đầm lăn, do dùng ít nước, sự biến đổi thể tíchtrước và sau khi đổ nước không khác nhau nhiều, không gian rơi giảm đi, không đạt đến trạngthái hỗn hợp đều Vì vậy có một số máy trộn rơi tự do phải giảm bớt dung tích trộn để có bêtông đầm lăn chất lượng tốt Ví dụ máy trộn dùng ở đập Kháng Khẩu, nếu trộn bê tông thường
là 1m3, nếu cùng trộn 1m3 bê tông đầm lăn thì trộn không đều, một phần cốt liệu thô thậm chíchưa có dính vữa cát, cốt liệu thô bị phân ly nghiêm trọng; lượng trộn phải giảm xuống còn0,8m3 thì trộn đều hơn, cốt liệu ít bị phân ly hơn Ở các đập De Mist Krael và Zaaihock - NamPhi, dung lượng trộn thấp đi tới 2/3 định mức Máy trộn ở đập Liễu Khê là 6,8m3, vật liệu đổvào giảm đi chỉ còn 56m3
Trang 403 Thời gian trộn:
Nói chung khi trộn bê tông đầm lăn thời gian dài hơn so với bê tông thường Ở đập thủyđiện Đồng Giai Tử máy trộn 1,5m3 khi trộn bê tông đầm lăn đã kéo dài thêm thời gian trộn3060s Ở Thiên Sinh Kiều dùng máy trộn 1,5m3, trộn bê tông thường mất 90s, trộn bê tôngđầm lăn thời gian là 150180s
Có những công trình dùng máy trộn rơi tự do thời gian trộn bê tông đầm lăn và bê tôngthường không mấy chênh lệch Ví dụ: đập Đại Xuyên - Nhật Bản dùng máy trộn 1,5m3, thì thờigian trộn cũng là 90s như bê tông thường Ở các công trình Sa Kê Khẩu, Nham Than dùng máytrộn 3m3, thời gian trộn ít nhất là 30s, cũng không khác nhau mấy so với bê tông thường
Tóm lại, thời gian trộn còn tùy thuộc vào máy trộn và cấp phối bê tông, vì vậy cần qua thửnghiệm để chọn
6 Hàm lượng nước của cát:
Lượng nước thay đổi có ảnh hưởng rõ rệt đến tính năng của bê tông Thông thường cốtliệu thô thoát nước nhanh, hàm lượng nước ít và ổn định Ảnh hưởng đến lượng nước sử dụngphải kể chính là hàm lượng nước trong cát Cát sau khi rửa, sàng phải để đánh đống một thờigian một tuần lễ trở lên thì hàm lượng nước mới tạm ổn định Trạm trộn hiện đại có trang bịmáy đo tự động tỷ lệ nước của cát và căn cứ vào tỷ lệ này để diều chỉnh lượng nước đổ vào trộn
3.1.2 Máy trộn kiểu cưỡng bức
Máy trộn cưỡng bức là lợi dụng sức quay của cánh lắp trên trục nằm ngang, hai trục nàylắp cánh quay và chuyển động tương đối trong thùng trộn, chuyển động theo vòng tròn vàchuyển động trượt theo hướng trục Các cánh quay có tác dụng khuấy mạnh đảo đều hỗn hợp vậtliệu, thời gian trộn giảm (thường là 30s), chất lượng hỗn hợp trộn tốt Dùng cửa mở đáy xả vữa
bê tông, quá trình xả vữa bê tông gần như không phân ly Máy trộn cưỡng bức cho phép đườngkính của cốt liệu to nhất đến 100mm Nhưng máy trộn cưỡng bức bị mài mòn cánh trộn và đệmlót rất nhanh, cần phải thay luôn Máy trộn cưỡng bức đòi hỏi công suất lớn cho nên dung tíchtrộn có phần hạn chế
Máy trộn cưỡng bức được dùng phổ biến trong các công trình bê tông đầm lăn ở Nhật,Nhật Bản đã dùng loại máy trộn cưỡng bức có dung tích trộn đến 4,6m3
3.2 MÁY TRỘN LIÊN TỤC VÀ MÁY TRỘN GÁO
