Betong phun shortcrete

Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Bêtông phun (Shortcrete) Tác giả: Elwyn H King, Cộng tác viên chuyên mơn (đã nghỉ h u) c a tập đồn Parsons Brinckerhoff Quade & Douglas, Inc Biên dịch: KS CN Nguy n Đức To n Bài đăng T p chí C u Đ ờng Vi t Nam tháng 12 năm 2002 Bêtông phun không đơn loại "bêtơng tạo nh khí nén" Mặc dù vật liệu (ximăng, đá, cát, n ớc) t ơng tự tuân theo tiêu chuẩn ASTM, nh ng chất thêm vào (ví d ph gia tăng tốc độ đông cứng, microsilica, sợi thép) làm thay đổi tính chất c a khiến cho bêtông phun tr nên độc hữu d ng theo cách thức khác xa so với bêtông th ng Bêtông phun thảo luận tập trung vào loại sử d ng kỹ thuật xây dựng ngầm Th i gian bắt đầu ninh kết nhanh (1 - phút hay hơn), th i gian kết thúc đơng kết nhanh (điển hình khoảng 12 phút, tối đa 20 phút), tính dính bám tốt vào bề mặt đất đá, liên kết tốt lớp phun liên tiếp, phát triển c ng độ cao sớm (ví d 700 psi ≈ 50 kg/cm2 gi ), có tính mềm dẻo ứng suất d /còn lại lớn, độ thấm giảm, mỏng kích th ớc so với bêtơng đổ chỗ, tất u điểm tất yếu c a bêtơng phun Tuy vậy, dự án khơng cần địi hỏi phải có tính chất u việt Bêtơng phun cốt liệu lớn dạng chuẩn dùng cho hầm hang lớn; việc dùng bêtông phun cốt liệu nhỏ giới hạn việc làm nhẵn bề mặt ứng d ng thứ cấp khác Bêtông phun đ ợc đề cập tới rải rác nhiều tài liệu kỹ thuật Một nguồn tham khảo tập trung tuyệt v i tập hợp tài liệu hội nghị Móng cơng trình (Engineering Foundation) tổ chức năm 1916 b i Hội y trị Kỹ thuật Thống (United Engineering Trustees) ch đề chung bêtông phun sử d ng xây dựng ngầm Các hội nghị đ ợc tổ chức tiếp vào năm 1973 (tại Mỹ), 1976 (Mỹ), 1978 (Áo, NATM), 1982 (Colombia, ch đề địa chất khó khăn), 1990 (Th y Điển), 1993 (Canada), 1995 (Áo) Các địa điểm biên giới Mỹ, quốc gia có sử d ng rộng rãi bêtơng phun, đ ợc lựa chọn cách đặc biệt để m rộng diện c a đội ngũ chuyên môn Mỹ vào ứng d ng thực tế nơi khác Tài liệu tham chiếu đầy đ đ ợc cung cấp cuối ch ơng L CH S C A BÊTÔNG PHUN Các nguyên tắc súng phun ximăng (vịi xịt bêtơng phun) đ ợc phát triển năm 1907 b i Carl E Akeley, nhà tự nhiên học, nhà thám hiểm, nhà điêu khắc, để thực tốt tác phẩm bệ đỡ chiến tích Nó đ ợc phát triển đăng ký sáng chế năm 1910 b i Công ty Cement Gun Allentown, Pennsylvania, công ty đặt từ gunite cho loại vật liệu mà ngày đ ợc gọi thức bêtơng phun cốt liệu nhỏ Việc đ a vữa phun hay bêtông phun vào xây dựng ngầm có lẽ bắt đầu Mỏ Thực nghiệm Brucetown c a C c Mỏ Pittsburgh vào năm 1914 Tuy nhiên, ch a thể phát triển thành loại vật liệu chống đỡ chấp nhận đ ợc có xu h ớng Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 bong xuất áp lực đá nhỏ, đòi hỏi phải phun thành lớp mỏng có độ dính bám kém, co ngót nhiều gây b i l ợng dùng ximăng cao Đã có vài ứng d ng thành công đ ợc ghi nhận, nh việc dùng kết hợp với neo bulơng hầm Mỹ năm 1952, hầm thứ hai Keifer báo cáo năm 1966 Sự phát triển châu Âu phần lớn giống nh l c địa Mỹ này, tài liệu c a châu Âu đề nghị chế độ kiểm soát chất l ợng gắt gao Sau Thế chiến II, ng i ta tập trung vào phát triển hệ thống ngầm nh cần thiết kinh tế loạt dự án th y điện kỹ thuật khác có liên quan quốc gia thuộc dãy Anpơ (Áo, Th y Sĩ, Bắc Italia) Th y Điển Năm 1952, vữa phun đ ợc sử d ng thành công nh hệ chống vỏ hầm cho hầm áp lực hầm không áp xây dựng hệ thống th y điện Maggia c a Th y Sĩ Một vài năm sau ng i ta chứng kiến phát triển c a bêtông phun, hay "shotcrete" Các thiết bị có khả phun cốt liệu 25mm đ ợc chế tạo, giúp cho trộn ximăng với cốt liệu mà không cần xử lý tr ớc, khiến cho kiểm sốt đ ợc khối l ợng ximăng cần dùng Loại ph gia cải thiện đông cứng thúc đẩy ninh kết đ i, cho phép phun bêtông thành lớp dày, bề mặt ớt, khống chế dòng n ớc thấm lớn Áo, máy phun bêtông cốt liệu lớn đ ợc chế tạo, chức c a bêtông phun việc hạn chế rão r i c a đá khơng ổn định hóa học nh cấu trúc đ ợc chứng minh dự án Prutz-Imst (1953-54) Schwarzach (Los Birql, 1955-58) (Rotter, 1960) Tính hiệu c a đ ợc thể địa chất tr ợt không đồng không cố kết đất ớt, mềm Serra Ripoli Monastero (Italy) (Zanon, 1962) Trong năm 1960-62, bêtông phun c a hai hầm ôtô song song Planicia, Venezuela, chặn đứng hay chống lại rão r i đất giữ cho hố đào ổn định 12 tháng, tuyến hầm đơi khác đ ợc chống theo cách truyền thống gặp phải phá hoại c c tải trọng tăng dần (Rabcewicz, 1964) Tại dự án kho trữ tháo n ớc Kaunertal (Áo) năm 1962-63, hiệu c a bêtông phun kết hợp với neo bulông lỗ vữa đ ợc chứng minh địa tầng nặng, đá schist sericite (mica trắng chứa kali) mylonit hóa dẻo mềm, nơi mà hệ chống thép thơng th ng kết hợp với hệ gia cố v ợt tr ớc (forepoling) thép thất bại (Rabcewicz, 1964) Năm 1967, đoạn hầm đ ợc đào qua sỏi ch a cố kết cho xe điện ngầm Milano (Italy), gây lún bề mặt so với xảy hầm bên cạnh theo ph ơng pháp khiên đào Trong đó, phát triển song hành c a kỹ thuật bêtông phun diễn bán đảo Scandinavia Những dự án lớn Th y Điển nhà máy th y điện Holjes (195860) Lossens (1959-69), Na Uy, nhà máy th y điện Tokke (1963) (Karlsson and Fryk, 1963) Xu h ớng Th y Điển dùng bêtông phun khơng có cốt thép, khơng có l ới thép, hay phận chống đỡ hầm truyền thống khác Khoảng năm 1965-66, Nhật Bản gia nhập trào l u, có báo cáo tiếng Anh kinh nghiệm c a họ Bắc Mỹ t t lại phía sau, có lẽ họ có nguồn cung cấp khổng lồ vật liệu chống đỡ thay có tính kinh tế Kinh nghiệm cơng trình ngầm có sử d ng bêtơng phun để lại mối nghi ng chung giới kỹ s nhà thầu tính hồn hảo c a ph ơng pháp, đến nghi ng tồn Các ứng d ng sớm c a bêtông phun Bắc Mỹ gồm có Hầm Đ ng sắt Quốc gia Canada (Mason, 1968), Hầm No.1 Tehachapi (Cecil, 1970), Hầm Balboa (Blanck, 1969), Hầm Lucky Friday (Miner Hendricks, 1969) Tóm lại, hiệu c a bêtơng phun chống lại phá hoại c a đất đá đ ợc chứng minh nhiều điều kiện địa chất Các dự án dùng bêtông phun sử d ng q trình trộn khơ Việc dùng bêtơng phun trộn ớt bắt đầu năm 1960 Nghiên cứu sử d ng sợi thép bêtông phun bắt đầu cuối năm 1970 Việc sử d ng đại trà bắt đầu vào đầu năm 1980 gia tăng chậm có nhiều vấn đề phải v ợt qua chấp nhận tăng lên Động lực cho phát triển có từ phía Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 nhà thầu có vấn đề lắp đặt l ới thép hàn Sự phát lợi ích c a việc cho thêm bọt Silic đioxit (silica fume) vào hỗn hợp bêtông phun vào năm 1983 Trong vòng ba năm, sử d ng đại trà bắt đầu tăng triển vững CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ XÂY DỰNG Các tr ng hợp c thể hầu nh ln ln đ ợc phân tích kỹ Những tr ng hợp nói tới sau đây, đ ợc chọn vơ số cơng trình hồn thành, đại diện nh mốc lớn hay chứng minh tính chất đa d ng c a bêtông phun Hầm Vancouver Hầm Đ ng sắt Quốc gia Canada đ ng ray đơn nằm d ới khu dân c công nghiệp c a Vancouver, bang British Columbia Xây dựng năm 1967-68, hầm lớn Bắc Mỹ có dùng bêtơng phun cốt liệu lớn để làm chống ban đầu vỏ hầm hồn thiện "Mặt cắt ngang kiểu-Boston" (móng ngựa chân nghiêng) cao 8.8m rộng 6m Tổng chiều dài 3.3km, 2.8km nằm đá Đá cuội kết conglomerat (cuội lớn tới 10cm cát sét), cát kết (hạt mịn thô, th ng mềm bão hoà), hai loại đá phiến sét (một loại khối lớn, giòn, hạn nhỏ, loại hạt thô phân lớp) Công việc đ ợc làm theo ba ca ngày, năm ngày tuần, nh ng khơng cho phép nổ mìn nửa đêm gi sáng G ơng lò đá bắt đầu với chống thép (loại 8WF28) đá phiến sét phong hóa mềm h ớng dốc nhẹ vào g ơng đào, ngồi có vỉa than dày 30cm nằm ph lên vỉa 46cm nằm d ới dải phiến sét dẻo, phong hóa dày 90cm Thanh thép gia cố tr ớc (forepoling) phải đặt sớm Hang rỗng phía dãy cọc chống đất t t đ ợc phun bêtông; g ơng đào đ ợc phun bêtơng Các lị xun vỉa qua địa tầng dạng t ng ngắn đ ợc đào phun bêtông; vịng cắt hình vịm đ ợc đào phun bêtơng; sau dựng vịm chống thép Cuối cùng, khối đào lớn đ ợc hồn thành phun bêtơng Khi vào sâu dần, nhu cầu đào phân mảnh giảm đi, vòm chống thép đ ợc bỏ đạt 8m Sau có đoạn đào thử dài 60m Một dòng n ớc xuất khối cuội kết làm trôi loạt sỏi cuội theo sau chảy nhỏ giọt n ớc đứt quãng Sau phun 30 phút, bêtơng bắt đầu dính bám vào đất Theo sau đoạn đào thử nghiệm, công việc vào quỹ đạo, với việc khoan chu kỳ có 110 lỗ mìn, chiều dài 3m; nổ mìn; phun lớp bêtơng dày 5cm lên vịm sau nổ mìn 45 phút phun từ sàn di dộng v ơn qua đống đá thải, tiếp t c phun lớp bêtơng đ chiều dày 15cm chu kỳ xúc dọn đá thải; sau phun bêtơng cho t ng hầm tới chiều dày 10cm chu kỳ khoan Hang Nhà máy điện Drakensberg Dự án Trữ n ớc bơm Drakensberg, nằm vách đứng núi Drakensberg phía đơng bắc Lesotho, Nam Phi, bao gồm nhà máy điện ngầm đào đất t ơng đối xấu (Sharp Lawrence, 1982) Hang hầm chính, dùng làm Gian Máy, có nhịp 17m, chiều cao 30.5m (ch a kể hố trũng), chiều dài 198m Gian Biến áp Buồng Van phân phối có kích th ớc t ơng tự Điều kiện địa chất không phù hợp với hang đào lớn nh Tuy thế, hang đ ợc gia cố neo bulông ứng suất tr ớc vỏ hầm đ ợc lát vĩnh cửu bêtơng phun có chiều dày tối thiểu 10cm Việc phun bêtơng vỏ hầm hồn tất năm 1979 (tr ớc xuất loại bêtông phun tốt có sợi thép gia c ng) Địa chất bao gồm lớp xen kẽ c a bùn kết, sét kết, cát kết với thể t ng đolerit vỉa mạch xâm nhập có lớp than cacbonat mỏng Ba tập hợp khe nứt gần nh thẳng đứng diện Đặc điểm trội có mặt phẳng phân lớp ch yếu nằm ngang, nói chung cách 0.5cm tới 50cm Cũng có mặt khu vực địa chất chịu nén có mặt tr ợt nhẵn, h ớng dốc 400 tới 600 đá chứa nhiều sét hơn, nh thấy suy thoái c a đá xảy đá mịn phá vỡ khối kết tập khô Các đo đạc ứng suất chỗ tr ớc xây dựng ứng suất thẳng đứng gần giá trị lớp đất ph lý thuyết ứng suất ngang vng góc với t ng đứng cao, gấp 2.5 lần ứng suất đứng độ sâu 152m Địa chất nh khiến cho phải áp d ng mái hầm phẳng có khơng có Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 s n vịm nghiêng phun bêtơng sớm để tránh yếu c a đá Phải công nhận lớp sét mỏng, bùn, mica gây dính bám tồi c a bêtơng, ứng suất ngang lớn sinh v tr ợt mặt phẳng xếp lớp, đặc biệt gần cao độ vòm mái vòm đáy Việc đào buồng ngầm g ơng lị đỉnh trung tâm có nhịp mái phẳng 8m Theo sau vết cắt rạch bên cho d ới s n vòm 450 Gian Biến Gian Máy Phần lại c a Gian Máy đ ợc đào theo loạt chín bậc thềm có bề dày lớn 3.6m Các gian hầm khác cần đào số bậc thang Các thép ¿25mm đ ợc dùng để gia cố đá; bulơng neo dài 6m, sau 3m Sơ đồ neo mái nói chung 1.2m x 1.2m áp d ng cho hai loại neo Sơ đồ neo t ng ch yếu 1.5m x 1.5m, với hai loại chiều dài neo neo đ ợc đặt xiên góc lên hay xuống (khoảng 300) theo hàng so le theo chiều đứng Th ng lắp đặt neo tiến hành tr ớc phun bêtông Tuy nhiên, lớp bêtông phải trì vịng 7.6m kể từ g ơng đào phải phun vòng 48 gi sau đào Lớp bêtông ban đầu mỏng 5cm tăng tới 9cm Nó đ ợc gia c ng chứa 2.75% chất tăng đông cứng (theo khối l ợng ximăng) Lớp khơng dính bám l ợng ph gia hơn, l ợng lớn đáng kể gây suy giảm c ng độ tới hạn C ng độ quy định 28 ngày tuổi 300 kg/cm2 Bản mặt c a neo có "con nhện" đặc biệt cấu tạo từ thép mềm (thép cácbon thấp) No.3 dài 1.2m liên kết hàn Các chân chìa đ ợc để h ớng xuống d ới nhằm tránh hiệu ứng chắn phun lớp bêtông L ới thép hàn h (20x20cm @ 3.0 kg/m2) đ ợc đặt lớp bêtông ban đầu cuối cùng, chân nhện đ ợc uốn cong để song song theo lớp phun Lớp hồn thiện (nhỏ 5cm) có nhiều vấn đề so với lớp ban đầu lớp không cho phép dùng ph gia thúc đẩy ninh kết Kết lớp d ới phải giới hạn chiều dày 2.5cm phần đỉnh lớp ban đầu dày khơng kịp đơng cứng để dính bám Đơi khi, cần tới lớp, tất đ ợc thực thao tác toàn nh Chuyển vị lệch đáng kể theo ph ơng ngang xảy t ng đỉnh vịm, ớc tính từ 10 đến 20 cm Nó xảy phía d ới mặt d ới c a vịm phẳng theo mặt phẳng tựa yếu Việc phun bêtông ban đầu đ ợc tiếp t c, v ợt qua chỗ nối đỉnh vòm - cánh vòm Việc tập trung ứng suất lớp ban đầu c a đỉnh vòm đ để phá hỏng c c bêtông phun s n vòm Các vùng bị phá hoại đ ợc bỏ thay cần thiết tr ớc phun lớp bêtơng hồn thiện Việc làm vỏ hầm hồn thiện cho mái vòm đ ợc lui lại đào xong số bậc thềm nhằm cho phép hầu hết chuyển vị chênh lệch kết thúc Một đ ng xoi liên t c đ ợc để lại lớp này, kéo dài 30 cm phía c a mối nối Việc trát kẽ h đ ợc thực vỏ t ng hầm xong chuyển vị kết thúc Hầm Đường Du Toitskloof Các đặc điểm đáng giá c a hầm việc dùng ph ơng pháp đóng băng để ổn định hóa ban đầu cho phần chiều dài c a nó, việc phun bêtơng lên t ng đất đóng băng để làm vỏ hầm vĩnh cửu Hầm dài 4km nằm cách khoảng 64km phía đơng Capetown, Nam Phi Gần nh 150m phía tây c a đ ng hầm đào qua đá cứng mà khơng có biến cố xảy ra, tồn hầu nh đá granit; chiều dày lớp đất ph lớn 730m phía hầm sau đào có nhịp 12.8m Phần hầm phía tây xét đến có mặt g ơng đá granit bão hịa, hồn tồn phá hoại dài 120m, phần lại mặt g ơng xen kẽ granit phân h y, phong hóa nguyên trạng Lớp ph dày 7.6m cổng hầm, tăng lên t ơng đối đặn tới 49m cuối đoạn hầm địa chất yếu Mực n ớc ngầm tự nhiên tăng từ cao độ hang khoảng 12.2m cổng hầm tới khoảng 45.7m cuối đoạn hầm (Lawrence, 1982) Một hầm thăm dị 10m2 đ ợc đào tồn chiều dài khoảng 36.6m cách tim hầm t ơng lai năm 1979 để xác định chi tiết điều kiện địa chất Có nhiều vấn đề đào qua đá granit phân h y nằm d ới mực n ớc ngầm khu vực cổng hầm, bao gồm chỗ đất s t khơng thể chống giữ đất vịm thép ván chắn Đã phải dùng ph ơng Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 pháp đóng băng đất c c để ổn định hóa đ hầm nhỏ bé ng Một việc làm thử mang tính lý thuyết đ ợc tiến hành giai đoạn đấu thầu b i nhà thắng thầu lớp bêtông phun dày 5cm phun nhiệt độ 1000F (37.80C) lên bề mặt bảo d ỡng -40F (-200C) có nhiệt độ 320F (00C) vòng gi T ơng tự, lớp 10cm 10 gi , lớp 20cm 40 gi Một thử nghiệm tr ng với mơ hình đoạn hầm ngắn có kích th ớc thật, đắp đằng sau đá granit rã r i xáo trộn, trì -200C có khí nitơ dạng khí ống lồng làm lạnh, chứng tỏ kết làm nản lịng, b i tiêu chuẩn c ng độ nén 280 kg/cm2 đạt đ ợc, cho dù sử d ng hỗn hợp trộn khô hay ớt đáp ứng tiêu chuẩn May thay, nhiệt độ dự kiến vấn đề c ng độ không thành thực thi công thực tế, c ng độ bêtông u cầu ln ln đạt đ ợc Có số lý giải thích cho điều Lớp granit xáo trộn phía sau hiển nhiên chứa nhiều n ớc vật liệu thật chỗ, gây độ lạnh tổng thể nhiều hơn; n ớc biển nitơ đ ợc dùng nh tác nhân làm lạnh hầm thực, tỷ số lực làm lạnh lực sinh nhiệt c a bêtông phun hoàn toàn khác hai loại tác nhân Một l ợng ximăng cao 10% (450 kg/m3) đ ợc dùng hầm thực so với đoạn hầm thử nghiệm, bề mặt đào bắt đầu ấm lên sau đào xong Cuối cùng, giá trị cách nhiệt c a bêtơng phun cao lớp hy sinh 5cm cho phép lớp lại đ ợc bảo d ỡng nhiệt độ gần với nhiệt độ hầm Những phần m rộng cho hốc khoan dài 7.6m đ ợc đặt cách 30m Tại vịng đóng băng có bề rộng tối thiểu 2m Chiều dày vỏ hầm yêu cầu 66cm khoảng dài 7.6m gần cổng hầm, dày 46cm chỗ khác Đoạn cổng hầm có chống thép chữ H 75x75 mm cách 1m; đoạn điển hình có vịm chống kiểu Anpơ nhỏ (mặt cắt hình chng) đặt cách qng t ơng tự Bêtơng c a đoạn điển hình đ ợc phun làm lớp, lớp 5cm chứa l ới thép nhẹ (l ới thép hàn), lớp 10cm có l ới nặng uốn cong tr ớc, lớp 20cm có vịm thép kiểu Anpơ, lớp cuối 10cm lại có l ới thép nặng uốn cong tr ớc.Việc buộc l ới thép khó khăn H m Eo biển Anh (English Channel Tunnel) Việc đào buồng ngầm giao lớn đ ợc mô tả Ch ơng phần "Các Ph ơng pháp Đào" Bêtông phun đ ợc dùng để làm ổn định hang nhỏ máy đào hầm kiểu cắt gọt tiếp đến phần m rộng tới kích th ớc thiết kế H m Hồ Treo (Hanging Lake Tunnels) Cũng đ ợc đề cập phần c a Ch ơng 7, neo đá bêtông phun đ ợc sử d ng để chống đỡ ban đầu cho hầm khoan-nổ phá Những hầm khác xây dựng gần có dùng bêtơng phun neo bulơng làm kết cấu chống đỡ gồm có Hầm Đ ng Trans-Koolau tuyến Liên bang H-3 đảo Hawaii Hầm Đ ng Cumberland Gap cho Dịch v Công viên Quốc gia Tennessee Cả ba hầm dùng sợi thép microsilica làm cốt cho bêtông phun đ ợc thiết kế b i hãng B O Đ M CH T L NG Một số tiêu chuẩn ASTM, đ ợc trích dẫn, góp phần đáng kể vào việc đảm bảo chất l ợng vật liệu, cung cấp ph ơng pháp thí nghiệm tiêu chuẩn hóa, định đặc tính độ bền c a thành phẩm Chúng đ ợc liệt kê d ới để tiện cho việc tham chiếu có viết tắt sau đ ợc thảo luận thích hợp Một vài tài liệu c a Viện Bê tơng Mỹ (ACI) có ích đ ợc liệt kê Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Các Tiêu chu n c a H i Th nghi m V t li u M (ASTM) 506.1R Báo cáo trạng Bêtông phun Cốt Sợi thép Các tiêu chuẩn sau giúp đảm bảo chất l ợng c a nguyên liệu (sáu tiêu chuẩn tiếng cho bêtông thép không nêu đây): 506.3R H ớng dẫn Chứng cấp cho Công nhân phun Bêtông A820 Sợi thép cho Bêtông Cốt Sợi thép C311 Lấy mẫu Thử nghiệm B i Tro Pozzolan Tự nhiên dùng nh Ph gia Khoáng Bêtông Ximăng-Portland C1240 Hơi Silica (Silic Oxyt) sử d ng Vữa Bêtông Ximăng Các tiêu chuẩn thử sau giúp đảm bảo chất l ợng c a bêtông phun (ba tiêu chuẩn tiếng đ ợc bỏ qua): C78 C ng độ Uốn c a Bêtông phun C642 Trọng l ợng Riêng, Tính hút thu, Lỗ rỗng Bêtông Đông cứng C1018 Độ bền dai chống Uốn C ng độ c a Bêtông Cốt Sợi thép có Vết nứt-Đầu tiên (Dùng Dầm với Ba Điểm Chất tải) C1102 Th i gian Ninh kết c a Hồ Ximăng Portland Chứa Ph gia Tăng Đông cứng cho Bêtông phun C1116 Tiêu chuẩn kỹ thuật Bêtông Cốt Sợi thép Bêtông phun C1117 Th i gian Ninh kết c a Hỗn hợp Bêtông phun thử Độ kháng Xuyên C1140 Chuẩn bị Thử Mẫu lấy từ Tấm Mẫu thử Bêtông phun Các n ph m c a Vi n Bêtông M (ACI) 506R-90 Chỉ dẫn Bêtơng Phun 544.2R Đo l ng Tính chất c a Bêtông Cốt Sợi thép CÁC V T LI U Ba loại vật liệu sau ch yếu giống nh cho bêtông th ng; ba loại vật liệu tạo cho bêtơng phun tính chất đặc biệt cần thiết c a Ximăng Loại 1, 2, hay Khối l ợng thông th ng 8.5 đến 10.5 bao (43 kg bao) cho mét khối Chỉ dùng loại ximăng cho dự án để tránh lẫn lộn vận chuyển Các cỡ hạt nghiền mịn c a Loại đ ợc a dùng Loại bình th ng không cần thiết cho bêtông phun nhiệt th y hóa thấp nh ng dùng cần có tính kháng sunfat vừa phải Loại (để có c ng độ cao sớm) nói chung khơng đ ợc khuyến cáo Sự bắt đầu kết thúc ninh kết đ ợc thúc đẩy th ng đòi hỏi vùng ẩm ớt phía đầu khả c a thân Loại Nhiều loại ph gia thúc đẩy đông cứng không t ơng hợp với Loại Loại 4, sản xuất nhằm sinh nhiệt th y hóa bêtơng khối lớn (nh ninh kết từ từ), không phù hợp với bêtông phun 506.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật Vật liệu, Cấp phối, Phun Bêtông phun Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Loại chấp nhận đ ợc cần có tính chống sunfat cao Cốt li u Các cốt liệu phải có cấp phối có độ bền Cấp phối ACI 506-2 No.2 thông d ng ứng d ng cơng trình ngầm bình th ng Cấp phối No.1 chấp nhận đ ợc lớp phun làm nhẵn; Cấp phối No.3 chấp nhận, đặc biệt cần có lớp dày hơn, đ ợc dùng giống nh bêtơng th ng Các cấp phối ACI 506-2 đ ợc thể Bảng 12-1 vẽ nh hình 12-1 Một loại vật liệu minh họa đơn giản cho cốt liệu nhỏ "cát bêtông" với cấp phối điều chỉnh Chú ý Bảng 12-1 70 đến 85% c a tổng l ợng cốt liệu thông th ng cốt liệu nhỏ Một cốt liệu thơ sắc đ ợc a chuộng hơn, song cốt liệu tròn chấp nhận đ ợc Cốt liệu có tính chất phản ứng không đ ợc phép sử d ng N c "Sạch uống đ ợc; khơng có chất có hại" th ng đ ợc yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật Các hỗn hợp với tỷ lệ n ớc/ximăng (N/X) 0.35 bé hơn, nh 0.5 lớn không tạo đ ợc bêtông phun nh mong muốn Một cách tiêu biểu, tỷ lệ N/X khoảng 0.4 0.45 tốt Ph gia tăng đơng cứng Sự phun bêtơng khí nén nhu cầu phải đạt đ ợc dính bám vào bề mặt ớt sau ổn định chỗ bề mặt đứng đỉnh trần đòi hỏi cần phải có ph gia thúc đẩy ninh kết để tránh tạo vũng nhão chùng võng Lớp bêtông dày, th i gian ninh kết phải ngắn Chất tăng đơng cứng d ới dạng rắn, dạng bột, dạng lỏng Sử d ng dạng lỏng phổ biến nhất; khối l ợng cần phải đ ợc đo l ng Đối với hỗn hợp khơng có microsililca, th ng quy định 2% (theo khối l ợng ximăng) nh l ợng dùng tối thiểu để có tính đạt yêu cầu; cần tới 5% vịm hầm; tối đa khơng đ ợc v ợt q 8% d ới điều kiện đất ớt Các lớp bêtơng bổ sung địi hỏi ph gia tăng cứng có bề mặt phun tốt độ ẩm bề mặt giảm Một vấn đề hay gặp phải dùng số phần trăm ph gia cao suy giảm c ng độ t ơng lai xa Khi microsilica phần thiếu hỗn hợp, l ợng phần trăm nói đ ợc giảm đáng kể; chất thúc đẩy ninh kết không đ ợc dùng cho bề mặt gần nh thẳng đứng sau phun lớp ban đầu, khơng cần sau nữa, ph thuộc vào chất Lớn 2% cần thiết cho vòm hầm Một vấn đề khác c a chất tăng đơng cứng tính ăn da, làm sạm da Điều đặc biệt giai đoạn tr ớc đây, chất tăng đông cứng dạng bột đ ợc đong đếm xẻng gỗ xúc đầy! Ký ức khó chịu cịn đ ợc đề cập tới quy trình Một chất thúc đẩy ninh kết dạng lỏng không ăn da dựa silica (silic đioxyt) đ ợc chế tạo, việc sử d ng tăng lên nhanh chóng Các loại chất tăng đông cứng không ăn da khác đ ợc phát triển Đạt đ ợc c ng độ lớn nhanh chóng vịng 12 gi th ng có tầm quan trọng lớn việc ổn định hóa khối đất cách thỏa mãn Sự tăng c ng độ chậm hay xảy ra, so với hỗn hợp không đ ợc thúc đẩy ninh kết, sau khoảng gi chí sau 28 ngày khơng mong muốn, nh ng chấp nhận đ ợc khơng có sẵn loại ph gia tăng đông cứng u việt Căn vào c ng độ chỗ 28-ngày cao quy định, l ợng mát c ng độ bé t ơng lai xa cho phép, miễn đừng xảy mát t ơng lai làm c ng độ xuống d ới giá trị quy định S i thép (Steel Fibers) Cốt thép gia c ng dạng thông th ng không đ ợc dùng cho bêtông phun ngoại trừ điều kiện địa chất đòi hỏi phải đặt thêm dầm (giàn) mắt cáo Thay vào đó, u cầu tính mềm Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 dẻo, độ bền dai, c ng độ d th ng đ ợc đáp ứng nh đ a mẩu ngắn, mỏng c a dây thép thép vào hỗn hợp Khi yêu cầu ch yếu giảm tính thấm cách hạn chế số l ợng chiều rộng khe nứt co ngót, dùng sợi polypropylene, để đáp ứng yêu cầu độ bền ứng suất d thận trọng đặc biệt dùng đến giới hạn biên silica có xu h ớng tăng co ngót và, đó, tăng khả nứt Các yêu cầu microsilica (ASTM C1240): L ợng SiO2, nhỏ 80% (chứ khơng phải 85% nh quy trình tại) Có bốn loại sợi thép: dây thép kéo nguội, thép cắt r i, thép tách nh nấu chảy, loại khác (ASTM-C820) Chỉ có hai loại đầu đ ợc xem thích hợp cho bêtơng phun làm cơng trình ngầm L ợng sót sàng No 325, nhỏ 10% Mất mát đốt cháy lớn 2% Ban đầu, có hai nhân tố làm chậm ứng d ng thành công c a sợi thép "Sự làm tổ chim" "sự vón thành c c tròn" c a sợi thép hay xảy ra, sợi thép có xu h ớng bị lôi khỏi bêtông mà không đạt đ ợc hiệu mong muốn xảy nứt Tr c trặc thứ đ ợc giải cách giữ cho tỷ số hình dạng (chiều dài chia cho đ ng kính hiệu d ng danh nghĩa) phạm vi rạch ròi từ 40 đến 80; gần đây, sợi có độ dài từ 20 đến 40mm Sức kháng tốt chống lại tuột sợi thép nhận đ ợc cách tạo g cho nó, chồn hay uốn đầu sợi thép, hay cách gấp nếp tạo sọc dọc theo chiều dài sợi Độ ẩm lớn 3% Kiểm soát nhỏ 85%, số hoạt tính pozzolan tăng ninh kết với ximăng Portland ngày Độ hấp th đun sôi lớn 6% mẫu bêtông phun Sự quy định sợi thép số kilôgam mét khối khơng hợp lý có khác lớn tính chất kỹ thuật c a loại sợi Tiêu chuẩn kỹ thuật tính - quy định độ mềm dẻo (độ bền dai) yêu cầu ứng suất d - phải đ ợc áp d ng Hơi/bọt Silica (Silica Fume) Cũng đ ợc gọi microsilica, vật liệu thay cho l ợng phần trăm nhỏ ximăng, khơng hẳn thuộc tính ng i ta th ng nghĩ cải thiện c ng độ bêtơng c a nó, mà hiệu ứng ph có lợi c a làm tăng tính dính bám, tăng độ chống thấm, giảm l ợng ph gia, và, bêtông phun khô, giảm đáng kể l ợng b i bật nảy rơi vãi phun Hai tác d ng sau phần lớn l ợng vật liệu lọt qua sàng số No 200 Phần trăm thay phải giữ phạm vi đến 13%, tốt nên vòng đến 11% Cần có B i tro đ ợc dùng thay cho ximăng bêtơng có tác d ng tốt Nó dùng bêtơng phun cho cơng trình mặt đất khơng địi hỏi phải ninh kết nhanh Tuy nhiên, ngầm d ới đất, tính hay thay đổi tác động xấu c a đơng cứng khiến ng i ta không muốn khuyến cáo sử d ng "Tính dính" c a bêtơng phun có đ ợc nh microsilica có giá trị đặc biệt tất lớp trần lớp t ng đá gốc có tính ẩm ớt cố hữu b i dòng n ớc c c L i thép (Wire Mesh) L ới thép hàn (WWF) đ ợc đề cập sử d ng th ng xuyên tr ớc Nó đ ợc đ a vào bêtông phun để tạo độ bền; vậy, sợi thép cho ta tính chất hiệu Lý khơng cịn khuyến khích sử d ng l ới thép khơng phải mang tính lý thuyết; có tính thực hành cao Thậm chí l ới có khoảng cách thích hợp (10cm x 10cm hay 15cm x 15cm) cứng, khiến việc lắp đặt tốn th i gian khó khăn, chi phí cao Khi dùng hầm khoan-và-nổ mìn, cần l ợng d bêtông Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 phun đáng kể để lấp đầy chiều dày đào thiết kế mà l ới thép khơng thể lắp đặt vào cách thích đáng Hơn nữa, để l ới thép cách bề mặt phun xa, theo yêu cầu để có hiệu lớn nhất, chất l ợng bêtơng giảm hiệu ứng chắn gây b i l ới thép cứng b i rung động c a l ới nằm d ới luồng phun L ới thép đan ("liên kết móc xích") th ng đ ợc dùng phối hợp với neo đá cho an toàn đá đ ợc gia c ng M c đích c a tóm bắt lại chỗ l mảnh rơi nhỏ c a đất đá Tuy nhiên, bê tơng phun có hiệu hơn, miễn đ ợc phun sớm, b i chống lại bong l đất ninh kết chống lại rơi khối hình thành c ng độ nh tạo thành vịm kích th ớc định để làm việc chặt chẽ với đá Khoảng h (b ớc cốt thép) bé kích th ớc l ới thép rộng làm tăng thêm hiệu ứng chắn có hại Do thế, l ới thép khơng thích hợp với bê tơng phun hầm Các ph gia khác Khi dự đốn có xảy chu trình đóng băng - tan băng, cần có thêm l ợng khí vào hỗn hợp ớt; khơng có hiệu hỗn hợp khơ Một phần lớn khí bị mát phun bêtông; 10 tới 12% bơm cần thiết để tạo đến 6% "trên t ng" Chất giảm n ớc ph gia siêu dẻo cần có hỗn hợp ớt Khi có hạn chế gắt gao mơi tr ng thi công (b i), cần cho thêm ph gia ngăn cản b i đặc biệt vào hỗn hợp khô, đặc biệt không dùng microsilica; nhiên, cần có đ ống xả b i đặc biệt khu vực phun bêtông Những năm tr ớc đây, bêtông phun trộn khô sinh nhiều bật nảy rơi vãi mức độ b i cao nhìn thấy đ ợc Nh ng, điều số nhân tố nằm ngồi q trình trộn Khi ch a có vịi phun điều khiển từ xa, kết vị trí c a vịi phun khơng thích hợp làm tăng lớn b i bật rơi CÁC TÍNH CH T K THU T C ng độ nén lớn 350 kg/m2 đạt đ ợc, nh ng cần đến Th ng a dùng hay nhiều lớp mỏng, có khó khăn việc tạo đ ợc hỗn hợp phù hợp cho c ng độ cao Trừ phi microsilica (điôxyt silic mịn) phần cấu thành c a hỗn hợp thiết kế, ng i ta a thích tăng chiều dày thiết kế để đạt đ ợc lực chịu lực yêu cầu c a vỏ hầm Khi mà hiển nhiên bêtông phun chịu ứng lực cao, 280 kg/cm2 đ Trừ tr ng hợp đặc biệt, đ ợc dùng cấp c ng độ bêtông phun cho dự án Độ dính bám c ng độ chống cắt quan trọng c ng độ nén Tuy vậy, bêtông th ng, c ng độ nén báo tốt tính chất khác; mà th ng dùng nh thí nghiệm Tính dính bám cần thiết đạt đ ợc dễ dàng nh làm bề mặt đ ợc phun nh thêm bọt silica vào hỗn hợp (xem phần chuẩn bị bề mặt ch ơng này) Một cấp phối thiết kế tốt phải tạo c ng độ dính bám 13kg/cm2 Giá trị thực tế u cầu khơng có giới hạn b i bề mặt đ ợc phun đ phẳng nhẵn phép tính dính phát huy hiệu Lực c a dịng bêtơng phun sinh khoảng trống mô nhấp nhô nhỏ bề mặt (không phải đào quá) đ ợc lấp đầy, để ninh kết xảy ra, tính chất khác đ ợc huy động tham gia Ngay khơng tác d ng khoảng th i gian đáng kể nào, dính bám tốt tính chất cốt yếu c a thứ bêtơng phun tốt Bình th ng hỗn hợp đ ợc tăng đơng cứng phát triển c ng độ nén kg/cm2 ninh kết 10 kg/cm2 vòng 30 phút (Các số có tính thơng tin) Bất cần có c ng độ sớm để ổn định hóa ban đầu cho hầm, yêu cầu 50 kg/cm2 gi cần phải đ ợc đ a vào quy trình kỹ thuật T ơng tự, c ng độ 3-ngày, mà thay đổi ph thuộc vào c ng độ 28-ngày yêu cầu, cần phải đ ợc quy định rõ Tuy nhiên, quy định thông th ng c ng độ bêtông 7-ngày, th ng khơng có ý nghĩa lớn sản xuất Do vậy, giá thành c a thử nghiệm Page of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 nhiều mẫu hình tr có tuổi nh khơng đ ợc đ a Độ bền liên kết khó quy định khác lớn hỗn hợp khô ớt Sự liên kết với cốt thép, nh bêtông th ng, mà liên kết lớp bêtông phun liên tiếp để đảm bảo tất lớp thực chức cách trọn vẹn mặt c ng độ Dữ liệu sơ sài, nh ng theo ACI 506R, đo sức chống cắt thay đổi từ đến 12% c ng độ nén hỗn hợp khơ, nh ng nửa cỡ hỗn hợp ớt Khi lớp đ ợc phun vòng 24 gi c a lớp cũ, độ bền liên kết th ng vấn đề C ng độ uốn c a bêtông phun th ng khoảng 10 tới 28 ngày độ 15 đến 20% c ng độ nén Do đó, t ợng bêtông phun "xanh" (nghĩa "non", "t ơi", bảo d ỡng phần) có tính dễ uốn tuổi thấp dão ra, mát c ng độ, cần phải đ ợc ngiên cứu mặt định tính Tính mềm dẻo (khả sinh biến dạng lớn mà không bị phá hoại) có đ ợc nh dùng cốt sợi thép Do đó, c ng độ uốn ứng suất d cần phải điểm bắt buộc quy định kỹ thuật Gần đây, ph ơng pháp thử đ ợc thiết lập nh ng khó thực hiện, đ ng tới trí giá trị chuẩn (xem thảo luận phần "7 Thí nghiệm") Khả chống thấm tốt nhận đ ợc cách tránh dùng hỗn hợp nhiều ximăng cách thừa thãi (để giảm thiểu nứt co ngót), cách sử d ng sợi thép (để giảm thiểu phân bố độ m c a khe nứt co ngót), dùng ximăng nghiền mịn hơn, cho thêm bọt silica, nh kiểm soát cẩn thận khoảng cách t vịi phun (để bêtơng phun chỗ có mật độ (độ chặt) lớn nhất) Khác với thép kết cấu bêtông, sản phẩm cuối "trên t ng" không thực với quy định kỹ thuật hay với tỷ lệ tạo phịng thí nghiệm L ợng ximăng thực dùng lớn hơn; l ợng cốt liệu, đặc biệt phần cốt liệu lớn, giảm Cả hai nảy bật c a cốt liệu Tổng l ợng n ớc nhiều bêtơng phun trộn ớt (do "đầm lại" để bơm đ ợc), hay (hoặc nhiều hơn) đợt trộn c a bêtông trộn khô điều chỉnh yêu cầu b i l ợng n ớc có bề mặt cần phun Thử nghiệm giai đoạn làm thử tr ng cho ta số dẫn thay đổi Cuối cùng, nh ng không phần quan trọng, công nhân thực việc phun nhân tố kiểm soát cuối chất l ợng bêtông phun Hầu hết th i gian làm việc d ới điều kiện khó khăn, đặc biệt hầm nhỏ; kỹ thuật phun c a định độ chặt, độ dính bám, chất l ợng Dù sao, sản phẩm chỗ cuối nói chung nằm giới hạn chấp nhận đ ợc TR N T HAY TR N KHÔ? Từ giai đoạn sớm ban đầu, tất bêtơng phun trộn khơ Vịi phun không đ khả trộn kỹ n ớc chất rắn, ch a có kỹ thuật điều khiển từ xa Kết là, độ bật nảy rơi vãi gây b i khơng khí q mức Cải tiến chậm nh ng có hiệu Tuy thế, có số trích khơng có lý xác đáng ph ơng pháp trộn khô T ơng tự nh vậy, thiết bị trộn ớt đầu năm 1970 ch a thể tạo đ ợc bêtông phun thoả mãn cho sử d ng ngầm, thiếu cân đong xác Tuy nhiên, nhiều năm tr lại bêtơng phun chất l ợng tốt có đ ợc nh b i ph ơng pháp Sự a dùng hỗn hợp ớt hay khơ có tranh cãi sôi - sinh định độc đoán thiếu đắn Trung tâm c a bàn luận sinh b i nhiễm khơng khí, bật rơi vãi, tốc độ sản xuất (năng suất) Khi ứng d ng tồn giới đ ợc xem xét, nhìn khái quát bề mặt tạo cảm t ng thiên vị b i số quốc gia hay khu vực Khảo sát kỹ cho thấy a thích nh thực tế dựa - cách đắn - Page 10 of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 điều kiện địa chất Tại hội nghị năm 1991 c a y ban bêtông phun c a Hiệp hội Xây dựng Hầm Quốc tế (ITA), văn kiện thảo luận cho thấy rằng, Na Uy hầu nh sử d ng hỗn hợp ớt mà Th y Điển sử d ng hỗn hợp ớt nhiều gấp ba lần hỗn hợp khô Cả hai quốc gia ch yếu dùng chiều dày tổng cộng từ 10 tới 20cm Mặt khác, Đức lại hầu nh sử d ng hỗn hợp trộn khô, Áo định h ớng mạnh mẽ tới sử d ng bêtông trộn khô Hai n ớc sử d ng chiều dày vỏ hầm từ 20 đến 40 cm, có kích th ớc giống nh vỏ hầm bêtơng th ng Na Uy Th y Điển đ ợc ý u c a họ địa chất đá tốt B i vỏ hầm mỏng chất tăng đông cứng số l ợng không đổi hệ tự nhiên, đặc biệt kết cấu chống đỡ nhanh nặng nề vấn đề lớn N ớc Đức sử d ng bêtông phun phần lớn loại đá mềm đất yếu N ớc Áo, với nhiều hầm qua dãy Anpơ c a mình, phải chiến đấu với dãy núi đá điều kiện đất yếu Trong địa chất khó khăn, đào hầm theo lối phần g ơng đào th ng thích hợp dẫn đến khối l ợng bêtông phun nhỏ ứng d ng th ng xuyên Các bậc thềm ngắn điển hình cho NATM địi hỏi bêtơng tạm th i lớn nh việc phá bỏ Khoảng th i gian ngắn, bêtông phun đạt c ng độ thấp việc phá vỡ d i chuyển dễ Có khác u điểm định c a bêtông trộn ớt trộn khơ, sản phẩm cuối gần giống (xem Bảng 12-2) Kết luận chung khơng thể chối cãi hai q trình trộn có vị trí thích đáng c a xây dựng ngầm Loại hay loại kia, đó, bị loại trừ cách tùy tiện khỏi tài liệu hợp đồng Quá trình tr n t Q trình trộn ớt bao gồm việc hịa trộn khối l ợng đ ợc cân đong c a cốt liệu, ximăng, n ớc, đ a hỗn hợp nhận đ ợc vào bình chứa để bơm khí nén hay khí qua ống dẫn tới đích cần phun nh vịi phun Nó có u điểm kiểm sốt chặt chẽ đ ợc tỷ lệ n ớc/ximăng (N/X) c a sản phẩm Các thiết bị phun đ ợc cỡ cốt liệu lớn 20mm Hơn nữa, ph ơng pháp thành công đ ợc phát minh để đ a ph gia tác d ngnhanh tới ống dẫn Việc bơm bêtơng có độ s t bé th ng vấn đề, l ợng n ớc nhiều yêu cầu chút đ ợc sử d ng Nh dùng ph gia tăng ninh kết, bêtơng nh đ ợc tạo để dính bám vào mặt trần, nh ng th ng c ng độ cao chịu thiệt Tuy nhiên, ph ơng pháp cho thấy thuận tiện sử d ng với công nhân lành nghề, đặc biệt cơng trình có khơng gian hạn chế hầm mỏ, mà đa số chúng nói chung khơ Bảng 12-2 So sánh Q trình Trộn- ớt Trộn-Khơ Q trình trộn ớt Q trình trộn Khơ N ớc trộn đ ợc kiểm soát thiết bị vận chuyển đo l ng xác Kiểm soát tức th i l ợng n ớc độ linh động c a hỗn hợp đầu vòi phun để đáp ứng điều kiện tr ng khác Đảm bảo tốt n ớc đ ợc trộn kỹ với thành phần khác Phù hợp tốt phun hỗn hợp chứa cốt liệu nhẹ, vật liệu chịu nhiệt bêtơng phun địi hỏi c ng độ sớm Có thể sử d ng hỗn hợp trộn sẵn khối l ợng lớn Cân đong xác Th ng có độ bật rơi thấp lãng phí vật liệu Gây b i mát ximăng liền với Đầu t thiết bị Vận tốc va chạm lớn hơn; dính bám tốt Các đặc điểm phun lúc bắt đầu kết thúc tốt với hao phí tối thiểu độ động phun cao Có khả truyền khoảng cách xa Page 11 of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 thao tác phun Có thể cho phép khí Có thể có suất lớn Dễ phun mặt trần Có thể đạt c cao ng độ Q trình tr n khơ Bêtông phun trộn khô bao gồm hỗn hợp c a cốt liệu ẩm ximăng nạp vào máy phun, đ a vào luồng khí với tốc độ đồng để qua ống dẫn tới vòi phun N ớc th y hóa đ ợc cho vào vòi phun tr ớc ph t vào mặt đất N ớc đ ợc kiểm soát tay, cho phép điều chỉnh để thay đổi độ ớt c a bề mặt cần phun Thêm ph gia dạng bột vào hỗn hợp khơ đ ợc nạp vào máy phun Nếu dạng lỏng, ph gia đ ợc trộn với n ớc tr ớc n ớc bơm tới vòi phun D CHU N B , TR N, PHUN, VÀ B O NG Chu n b bề mặt c n phun Sự dính bám tốt vào đất lớp phun ban đầu tính liên kết tốt lớp sau điều kiện tiên c a thứ bêtơng phun có chất l ợng Bề mặt đ ợc phun cần phải ẩm, nh ng không đ ợc ớt, tr ớc lúc phun Điều đạt đ ợc tốt máy xịt khín ớc kết hợp áp lực cao, sử d ng với vòi phun dài dạng ống xịt đ ợc giữ t ơng đối sát bề mặt Chỉ rửa bề mặt với n ớc phun qua vòi phun bêtông ch a đ không chấp nhận đ ợc Việc làm t ơng tự cần thiết khoảng th i gian đáng kể (24 gi ) trôi qua đợt phun, hay công việc g ơng đào làm sinh kết bám (gồm b i) lên bề mặt bêtông Đối với th i đoạn ngắn hơn, bề mặt hồn tồn sạch, khơng có hốc nhỏ bề mặt c a vật liệu (giống nh sữa ximăng), thiết bị làm ẩm/rửa n ớc áp lực-thấp đ ợc dùng với m c đích tiết kiệm th i gian Một ngoại lệ với mô tả xảy mơi tr ng làm hầm có đất sét Trong tr ng hợp này, họng phun dùng khí cần thiết nhằm tránh để lại màng mỏng c a vật liệu ngăn cản-dính bám Các họng phun dùng khí thích hợp vật liệu c a bề mặt phun xuống cấp nhanh chóng có n ớc xâm nhập Chu n b Cốt li u Tr n-Khô Khi dự trữ cốt liệu trộn khơ tr ng, cần phải bảo vệ khỏi yếu tố nh m a, tuyết, băng Việc dự trữ theo nhóm kích cỡ hạt cần phải tránh chia tách theo kích th ớc d ới tiêu chuẩn Tốt nhất, phải trì độ ẩm cho cốt liệu từ đến 6% (cơ bão hòa) Độ ẩm bé hấp th nhiều n ớc hoà trộn; lớn tạo tỷ lệ N/X cao Khi sử d ng bao vật liệu khơ tiêu chuẩn đóng gói sẵn, cần phải đ a vật liệu qua thiết bị gây ẩm tr ớc tr ớc đ a vào "thùng" để có đ ợc điều kiện ẩm - 6% H nh p giả thiết c ng độ sớm cho ổn định hóa ban đầu tính chống thấm lâu dài lớn đ ợc yêu cầu sợi thép microsilica cần thiết Các thành phần c a hỗn hợp đ ợc thảo luận đây, phần "3 Các vật liệu" Chỉ dẫn tốt cho cân đong ban đầu kinh nghiệm địa ph ơng; sau đ ợc bổ sung quy trình kỹ thuật thơng th ng cần thiết thí nghiệm đặc biệt Khi ch a có sẵn kinh nghiệm nh vậy, hỗn hợp khơ trộn thử ban đầu lấy xấp xỉ nh sau: Page 12 of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Ximăng 397 kg/cm3 53 kg/cm3 Bọt Silica Cốt liệu Nhỏ N ớc 1156 kg/cm3 160 kg/cm3 N ớc trộn-khô bao gồm độ ẩm cốt liệu n ớc hoà trộn Việc cân đong trộn- ớt cần cho thêm ximăng, microsilica hơn, cốt liệu nhỏ hơn, nhiều n ớc hơn, với l ợng thay đổi ban đầu khoảng hay 10% Ngoài ra, chất giảm n ớc, ph gia siêu dẻo, hay ph gia khí cần phải thêm vào thích hợp Cân đong sản phẩm s khối l ợng hay thể tích Nếu dùng đong đếm thể tích, cần phải có kiểm tra so sánh khối l ợng hàng ngày dựa phân tích khối l ợng tích lũy nh quy định Sự cho thêm vào cốt sợi thép địi hỏi khơng địi hỏi có thay đổi hỗn hợp bêtông phun thông th ng Hiệu hỗn hợp đơi chút khơ với độ s t bé Tuy vậy, có mặt c a microsilica làm tăng tính cơng tác Nói chung, thiết kế hỗn hợp phải giữ tỷ lệ N/X hệ số ximăng thấp tốt tỷ lệ cốt liệu thô lớn hay Ln ln có cám dỗ cho thêm ximăng để có tính cơng tác lớn giảm cỡ cốt liệu lớn nhất, nh ng điều lại phản tác d ng yêu cầu co ngót nhỏ Vịi phun H n h p-Khơ Vịi phun cho bêtơng phun trộn khơ gây quan ngại b i n ớc đ ợc cho vào đây, có th i gian cho t ơng tác Một vịi phun tiêu chuẩn có vịng gom n ớc đơn đặt phía sau đầu phun Th i kỳ đầu có rắc rối việc tạo th y hóa hồn tồn, gây nhiều b i rơi vãi Một số thợ phun bêtông giải điều cách nối thêm đoạn ngắn (khoảng 0.6m) ống dẫn vào đầu phun, khống chế dòng vật liệu để chúng đ ợc trộn lâu ống Ngày nay, vành gom n ớc đ ợc gắn lùi xa hơn, phần phía buồng trộn đ ợc cải tiến để hoà trộn tốt hơn, v.v Một số vịi phun có hai vành gom n ớc riêng biệt V trí/t th Vịi phun Bêtơng phun tốt "trên t ng" nhận đ ợc vòi phun đ ợc giữ cách bề mặt đ ợc phun vịng 1m đến 1.7m vng góc với bề mặt hay phạm vi 150 Sai khác với điều kiện sinh độ đầm chặt (mật độ bêtông) rơi vãi nhiều (tốn tiền) Xét hạt dịng bêtơng đ ợc bắn với vận tốc 75 đến 150 m/s (270 đến 540 km/h), dễ hiểu cơng nhân cầm vịi phun, mặc quần áo d ng c bảo hộ, dùng tay để giữ vòi phun t u điểm c a "robot" (đúng loại vòi phun điều khiển từ xa) hiển nhiên, quy trình ln u cầu sử d ng chúng Vịi phun điều khiển t xa Các u cầu điều khiển từ xa là: phải lắp vòi phun đầu c a tay với dài đằng tr ớc xe nặng, có khả di chuyển đầu tay với theo ba chiều quay vòi phun theo góc cầu, nh có điều khiển để kiểm soát cách êm thuận chuyển động c a vịi phun Ngồi việc giữ vịi phun t nhằm có đ ợc bêtơng độ chặt lớn th i điểm, phun bêtơng v ợt qua đống đá vừa nổ mìn, làm ổn định hóa hầm nhanh Trong thực tế, thiết bị đa dạng, từ máy phun đơn giản chế tạo theo đặc thù cơng việc đến nhà máy bêtơng phun hồn chỉnh phức tạp đặt bánh xe Các y u tố Phun bêtông khác Page 13 of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Chiếu sáng tốt phun bêtơng quan trọng b i diện mạo bề cho biết nhiều chất l ợng c a sản phẩm chỗ Ngoài việc phát sớm tróc mảng s t chớm, l ợng hợp lý c a n ớc hỗn hợp, bắt đầu mạnh mẽ c a q trình ninh kết, tính đồng c a cấu trúc bề mặt, v.v đ ợc định tốt Do đó, cần thiết phải chiếu sáng đèn pha di chuyển đ ợc dễ dàng Ph thuộc vào mức độ khó khăn hạn chế c a mơi tr ng làm việc, phải lắp thêm ống thơng gió ph từ ống thơng gió Vật liệu rơi vãi bật nảy cần phải đ ợc thu dọn thải Điều đặc biệt quan trọng bêtông t ng đ ợc phun xuống cao độ vòm ngửa Khối l ợng bật nảy c a hỗn hợp trộn khô lớn trộn ớt, gấp đơi so với giá trị nhỏ đến 15% c a loại trộn ớt Việc bảo d ỡng thiết bị phun bêtông th ng xuyên bắt buộc muốn tránh th i gian chết gây lãng phí c a máy làm việc Máy phun (từ buồng phun tới vòi), đặc biệt "bộ ruột" (những phận bên trong), phải đ ợc rửa kỹ sau phiên làm việc để tránh bít nút kín, v.v Cũng cần đặn thay phận chịu mài mòn lớn Th i gian chết dùng cho sửa máy làm chậm tiến độ tăng tổng giá thành, không phận làm công tác bêtông Cần tiến hành bảo d ỡng th i kỳ nguy cấp mà cơng việc bình th ng tiến triển B od ng Bêtông Trong hầm nơi mà độ ẩm t ơng đối vùng phun bêtông thấp khoảng 85% (độ ẩm cao có tính điển hình hơn), bề mặt bêtông phải đ ợc giữ ẩm cách phun n ớc ngày Điều khó thực nhiều hầm giới hạn không gian Th i gian thực tế yêu cầu thay đổi ph thuộc vào mức độ nhanh đến đâu bêtông đạt đ ợc đ c ng độ để thực chức theo thiết kế THÍ NGHI M Thí nghi m để Ch p thu n H n h p Thử nghiệm đ ợc yêu cầu nguyên liệu, thợ máy (ng i cầm vòi phun), tính khả áp d ng tr ng, sản phẩm bêtông giai đoạn thiết kế hỗn hợp khác tuổi c a bêtông phun quy định hợp đồng Mọi loại bêtơng phun thực nhằm m c đích thuận tiện cho nhà thầu nhà thầu chi trả nhà thiết kế khơng đ ợc địi hỏi thí nghiệm Tuy nhiên, "công tác đào nhằm m c đích thuận tiện thi cơng" mà cuối khơng đ ợc đắp trả lại tr ợt l c a chúng gây nguy hiểm cho cơng việc phải đ ợc làm ổn định hóa vĩnh viễn, ghi rõ quy trình Làm để khiến chúng có tính nhạy cảm cách thích hợp Thử nghiệm nguyên liệu - ximăng, cốt liệu, sợi thép, microsilica - đ ợc lập kỹ mặt ph ơng pháp thực kết yêu cầu Vì lý cần thiết nhiều hiển nhiên, ta nên nói thêm thay đổi nguồn vật liệu địi hỏi phải có thí nghiệm tr ớc sử d ng vật liệu Thử tay nghề công nhân phun bêtông để biết họ có khả tạo đ ợc bêtơng chất l ợng thoả mãn rõ ràng việc cần thiết, điều mắt xích yếu dây chuyền vật liệu - trộn - phun - hình thành sản phẩm Tiêu chuẩn ACI 506.3R quy định th t c cấp chứng cho công nhân phun bêtơng S hữu chứng có hiệu lực chứng đ nói lên lực, chịu thẩm tra cách khoan lấy mẫu từ công trình tham gia tr ớc với thiết bị phun đ ợc chấp thuận Tốt làm biên thử tay nghề, nh ng khơng cần thiết phải điều kiện tiên Nếu ch a đ ợc chứng nhận, tr ớc chấp nhận cho công việc sản xuất đ ợc bắt đầu, bắt buộc phải chứng minh khả làm với thiết bị sản xuất, hỗn hợp đ ợc Page 14 of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 chấp nhận trộn thử tr ng phù hợp với th t c thí nghiệm tr ng, đáp ứng kết yêu cầu Thí nghiệm bêtơng phun q trình baphần Giai đoạn thứ nhất, kiểm tra tính t ơng thích, yêu cầu tr ớc vật liệu đề nghị nguồn c a chúng đ ợc chấp thuận Tính t ơng hợp ximăng-ph gia quan trọng Phải tuân theo tiêu chuẩn ASTM C1102 T ơng tự, t ơng hợp c a toàn hỗn hợp cấp phối phải đ ợc thiết lập cách tuân th nhiều yêu cầu, với hỗn hợp đề nghị đ ợc chuẩn bị, bảo d ỡng, thử phòng thí nghiệm Giai đoạn thứ hai, trộn thử tr ng, bắt đầu hoàn tất giai đoạn Vật liệu lấy từ nguồn hợp lệ phải đ ợc kết hợp theo hỗn hợp chấp thuận nh thiết bị dùng t ơng lai, sau phun b i công nhân lành nghề vào hộp có cỡ thích hợp, đ ợc treo vị trí thẳng đứng đầu Phải sử d ng thiết bị vịi phun có điều khiển từ xa nh đề nghị (Sau đó, cần theo th t c tiến hành để cấp chứng cho công nhân phun) Sau bảo d ỡng theo cách thức đề nghị áp d ng cho cơng trình thực, cần phải khoan lấy mẫu chế tạo dầm thử, sau thí nghiệm Giai đoạn ba, thí nghiệm thi cơng, có ba phần Đầu tiên, cần lặp lại q trình trộn thử tr ng g ơng đào phun bêtông thực theo yêu cầu c a T vấn Thứ hai, khoan lấy mẫu từ khối bêtông phun chỗ, cách quãng theo nh định tr ớc M c đích tr ớc hết c a việc nhằm kiểm tra chiều dày độ kết dính; nhiên, cần phải thử c ng độ nén Phần thứ ba kiểm tra tồn bêtơng đổ chỗ Ngồi việc kiểm tra mắt để biết khuyết tật, phải kiểm tra độ âm vang c a bêtông nhiều vị trí cách dùng búa địa chất búa t ơng tự gõ vào bề mặt Bêtông kết dính tốt chất l ợng cao gây nên âm trong, rõ, vang vọng riêng biệt Bêtông phân lớp hay có lỗ rỗng bên cho ta âm lộp bộp hay ốm ốm, rỗng Nếu nghe lộp bộp, vùng cần đ ợc kiểm tra lại kỹ l ỡng xác định t ơng đối biên giới Sau cần khoan lấy mẫu kiểm tra Bêtông bị khuyết tật cần phải phá bỏ thay bê tơng khác có chất l ợng Các thí nghi m đặc bi t Khi cần có độ chống thấm cao, cần phải thử nghiệm tính hiệu c a hỗn hợp thiết kế theo nh tiêu chuẩn ASTM C642 sử d ng giá trị hấp th đun sôi lớn 6% Độ bền dai báo khả hấp thu l ợng c a bê tông phun uốn C ng độ chống uốn c a bê tơng phun có cốt sợi thép đ ợc xác định từ đồ thị c a số liệu đ ng cong chất tải uốn nhận đ ợc từ Ph ơng pháp Thí nghiệm Tiêu chuẩn ASTM C1018-89 dầm thử Độ bền đ ợc thể diện tích nằm d ới đ ng cong chất tải uốn từ gốc c a tới tiêu chuẩn uốn lựa chọn Chỉ riêng số độ bền không đ ợc c ng độ c a bê tơng cịn lại sau độ uốn cho tr ớc Do đó, việc thêm vào quy trình kỹ thuật yêu cầu c ng độ dự trữ cần thiết để đ ợccần lực dự trữ dự án thi công Hệ số ứng suất d (Rx,y) đ ợc tính tốn nh hiệu số hai giá trị độ bền (Ix, Iy) nhân với số thích hợp Về mặt lý thuyết, vật liệu dầm có ứng xử đàn hồi hoàn hảo xuất vết nứt sau có ứng xử dẻo hồn tồn có giá trị I5 5, I10 10, v.v Các l ợng t ơng ứng gấp 3.0 lần giá trị có vết nứt I5, 5.5 lần I10, v.v Tr ớc đây, ng i ta đ a giá trị I5 I10 Ngày nay, giá trị I30 đ ợc sử d ng nghiên cứu dùng I50 Hệ số ứng suất d lý thuyết cho R10,30 100 Tiêu chuẩn ASTM C1116-89 cung cấp dẫn số độ bền cấp tính t ơng đối (xem Bảng 12-3) Chú ý cấp IV đạt đ ợc với loại sợi thép Page 15 of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 tăng có đ ợc b i gấp nếp vòm thép mỏng nhẵn NH NG XEM XÉT KHI THI T K Thảo luận điểm tập trung vấn đề bêtơng phun làm để chế tạo Lý luận b ớc thiết kế tổng quát đ ợc nói tới Ch ơng 5, 6, Chiều dày bêtông, dựa ph ơng pháp kinh nghiệm dựa vào cơng trình hồn thành, đ ợc thảo luận Ch ơng Trong hầm xuyên đá, th ng sử d ng kết hợp bêtông phun bulông neo đá để gia c ng cho đá Chỉ tr ng hợp (ví d , tính chống thấm yêu cầu chính, bảo vệ đất khỏi bị rã ra, đá cứng nơi đảm bảo dính bám tốt) dùng đơn độc bêtông phun Ng ợc lại, bêtông phun th ng xuyên không phù hợp hầm đào máy khoan hầm TBM (đã l u ý Ch ơng 7) Trong tr ng hợp khác, bêtông phun bulông bổ sung cho (Trong thuật ngữ châu Âu, bulơng (bolt) đ ợc gọi neo (anchor), thuật ngữ có tính mơ tả tốt tới mức độ mà bêtông phun đ ợc đề cập) Khi neo chốt (dowels) thật tạo neo giữ bêtông phun ch yếu làm việc hai chiều, bêtơng đ ợc thiết kế theo kiểu hẫng từ gối neo, nh gối lên bốn neo bốn góc, v.v Tuy nhiên, tính dính bám vào đá tác d ng nh dầm c a tổ hợp bêtông-đá cần phải đ ợc xem xét, không sinh chiều dày bêtông lớn Nhu cầu khiến bulông làm việc nh neo bêtơng giảm nhanh chóng "tấm bản" tr nên cong; dầm tổ hợp chí tr nên hiệu hơn, bulơng neo có tác d ng nhiều chức thật c a chúng, nghĩa là, nén ép bao bọc đá để đá chống lại đ ợc nhiều biến dạng đất hội t phát sinh đào m g ơng Với trần phẳng, không đ ợc phép sử d ng đơn độc bêtơng phun Ít phải có neo bulơng tối thiểu để đảm bảo chống lại mặt phẳng phân lớp yếu không dự kiến tới Ngồi ra, dính bám không đ cách c c Một s t ban đầu khơng có tác d ng bảo vệ khỏi bong tróc liên tiếp hay uốn thứ cấp đ ợc neo giữ b i bulơng Bêtơng phun đ ợc dùng với tin t ng nhiều điều kiện đất yếu Đất sét cứng vừa ví d Mặc dù bị chất tải tới gần c ng độ không n hơng c a nó, bao nén khối đất nh có vịng bêtơng phun sớm giúp ph c hồi lại hầu nh tất c ng độ ban đầu Ph ơng pháp Làm hầm Mới c a n ớc Áo (NATM) kỹ thuật quan trắc c a có thành cơng tốt địa chất khó khăn Các hầm tiết diện nhỏ riêng biệt giảm kích th ớc l ợng bêtông phun hợp lý tạo đ ợc g ơng m ổn định Các g ơng m lị sau đ ợc m rộng hay tổ hợp lại cách phun thêm bêtông sau tạo đ ợc g ơng đào lớn Việc tạo t ng vịm bêtơng chiều dày q lớn, nh ng quan trọng hơn, lại tạo nên đ ợc đ ng hầm hoàn chỉnh Những đất nén ép đất tr ơng n không bị khống chế b i vỏ bêtông phun, khơng bulơng neo dài th i gian giúp ổn định hóa đ ợc khối đất Một số dự án dùng rãnh khía cắt vào bêtơng phép biến dạng có kiểm sốt đ ợc tiếp t c diễn Các vịm bêtơng mỏng có lực chịu tải lớn Một lý kiềm chế (bị giam nén bao bọc) c a đất, loại bỏ ứng suất uốn Độ nhám không đồng đáng kể theo chu vi đào làm tăng khả chịu tải, t ơng tự nh Page 16 of 17 Nguyễn Đức Toản, HaiVan Tunnels, December - 2002 Bảng 12-3 Các cấp độ Tính Quy định tiêu chuẩn ASTM C 1116-89 Chỉ số độ bền, I5 Chỉ số độ bền, I10 Mức độ Tính Trị số Kết Trị số Kết quy định thử quy định thử I 2.7 3.0 5.4 6.0 II 3.6 4.0 7.2 8.0 III 4.5 5.0 9.0 10.0 IV 5.4 6.0 10.8 12.0 Cuối cùng, tiến công nghệ bêtông phun 25 năm qua phi th ng Với khả tính chất đa d ng c a đ ợc khẳng định rõ ràng nh vậy, không nghi ng tiến tiếp t c tới trình độ mà chắn ch a thể hình dung đ ợc./ Nguy n Đức To n (biên dịch) Bài dịch từ nguyên Chương 12 sách “Tunnel Engineering Handbook” tác giả J.O Bickel, T.R Kuesel E.H King, ấn hành năm 1996 * Ghi ngày 13-03-2006 người d ch: Bài (nguyên bản) viết sách in cách 10 năm Trong thời gian 10 năm qua, công nghệ vật liệu thiết b cho bêtông phun Mỹ châu Âu nước khác diễn mạnh mẽ Người d ch tập hợp thông tin để chuyển đến bạn đọc thời gian tới N.Đ.T Đ a ch nay: Viện KHCN GTVT 1252, Đường Láng, Hà Nội Email: ngdtoanhanoi@yahoo.com Page 17 of 17 ... ớc bơm tới vòi phun D CHU N B , TR N, PHUN, VÀ B O NG Chu n b bề mặt c n phun Sự dính bám tốt vào đất lớp phun ban đầu tính liên kết tốt lớp sau điều kiện tiên c a thứ bêtông phun có chất l ợng... nhỏ Vịi phun H n h p-Khơ Vịi phun cho bêtông phun trộn khô gây quan ngại b i n ớc đ ợc cho vào đây, có th i gian cho t ơng tác Một vịi phun tiêu chuẩn có vịng gom n ớc đơn đặt phía sau đầu phun. .. trộn tốt hơn, v.v Một số vịi phun có hai vành gom n ớc riêng biệt V trí/t th Vịi phun Bêtông phun tốt "trên t ng" nhận đ ợc vòi phun đ ợc giữ cách bề mặt đ ợc phun vịng 1m đến 1.7m vng góc với