Chương 1 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu về công nghệ vật liệu bê tông bản mặt đập đá đổ, áp dụng cho công trình Cửa Đạt – Thanh Hóa” đã được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân,[.]
LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu công nghệ vật liệu bê tông mặt đập đá đổ, áp dụng cho cơng trình Cửa Đạt – Thanh Hóa” hồn thành với nỗ lực thân, giúp đỡ nhiệt tình thầy cô môn vật liệu xây dựng, khoa Sau Đại học- Trường đại học Thuỷ lợi Hà Nội, bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Như Oanh thầy giáo TS Nguyễn Đình Trinh trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo môn liệu xây dựng, khoa Sau đại học, khoa Cơng trình, thầy giáo trường Đại học Thủy lợi tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức suốt thời gian học tập chương trình cao học trình thực luận văn Tác giả chân thành cám ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người trước bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình mặt đường học hỏi nghiên cứu khoa học Do trình độ có hạn thời gian nghiên cứu ngắn, nên luận văn tránh khỏi tồn tại, hạn chế, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Tác giả mong muốn vấn đề tồn tác giả nghiên cứu sâu để góp phần đưa kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất Hà nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả luận văn LÊ VĂN TUÂN BẢN CAM ĐOAN Tên Lê Văn Tuân, học viên lớp cao học CH19C12, chun ngành xây dựng cơng trình thủy, khóa 2011-2014 Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thành phần cấp phối bê tông mặt đập đá đổ, áp dụng cho cơng trình Cửa Đạt – Thanh Hóa” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khoa học Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả luận văn Lê Văn Tuân MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài .2 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỦA BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm chung bê tông 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại bê tông 1.2 Vật liệu thành phần cho bê tông 1.2.1 Xi măng .5 1.2.2 Nước 1.2.3 Cốt liệu 1.2.4 Phụ gia 1.3 Đặc điểm bê tông mặt , vấn đề đặt cấp phối bê tông 1.3.1 Kết cấu đập đá đổ bê tông mặt (CFRD) 1.3.2 Đặc điểm làm việc bê tông mặt 10 1.3.3 Công nghệ thi công bê tông mặt .10 1.4 Kết luận chương .15 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG HỢP LÝ CHO BÊ TƠNG BẢN MẶT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 17 2.1 Các đặc điểm yêu cầu bê tông mặt 17 2.1.1 Các tượng hư hỏng mặt 17 2.1.2 Một vài vấn đề thiết kế mặt đập đá đổ mặt bê tông 19 2.2 Nghiên cứu lựa chọn vật liệu để thiết kế cấp phối bê tơng mặt 24 2.2.1 Kích thước hạt lớn 24 2.2.2 Thứ tự ưu tiên phương án dùng vật liệu 24 2.3 Tính tốn thành phần cấp phối bê tông .25 2.3.1 Khái quát chung .25 2.3.2 Xác định yêu cầu tiêu kỹ thuật bê tông 27 2.3.3 Tính tốn thiết kế cấp phối bê tông .27 2.3.4 Tính tốn phịng thí nghiệm 37 2.3.5 Thí nghiệm điều chỉnh cấp phối bê tông theo điều kiện thực tế trường .39 2.4 Các phương pháp kiểm tra kĩ thuật 41 2.4.1 Thí nghiệm độ sụt 41 2.4.2 Cường độ nén tiêu khác .43 2.4.3 Đúc mấu, xác định khối lượng thể tích, bão dưỡng mẫu 43 2.5 Kết luận chương .43 CHƯƠNG III TÍNH TỐN CẤP PHỐI HỢP LÝ ÁP DỤNG BÊ TÔNG BẢN MẶT HỒ CHỨA CỬA ĐẠT – THANH HÓA 45 3.1 Giới thiệu cơng trình hồ chứa Cửa Đạt – Thanh Hóa .45 3.1.1 Giới thiệu cơng trình hồ chứa Cửa Đạt – Thanh Hóa 45 3.1.2 Tình hình làm việc bê tông mặt hồ chứa Cửa Đạt .48 3.2 Tính tốn cấp phối bê tơng mặt M30 độ chống thấm B10 cho đập đá đổ hồ chứa Cửa Đạt – Thanh Hóa .49 3.2.1 Kết thí nghiệm vật liệu, cấp phối bê tơng .49 a Thí nghiệm xi măng 49 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thành phần hạt 53 3.2.3 Tính tốn thành phần cấp phối bê tơng phịng thí nghiệm 63 3.2.4 Tính tốn thành phần cấp phối bê tơng ngồi trường 65 3.3 So sánh kết tính tốn với kết đơn vị tư vấn 67 3.3.1 Kết tính tốn đơn vị tư vấn .67 3.3.2 So sánh kết đơn vị tư vấn 68 3.4 Kết luận chương .69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 I Những kết đạt luận văn 71 II Những vấn đề tồn 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đập bê tông mặt Shuibuya – Trung Quốc .8 Hình 1.2 Đập bê tơng mặt Cirata – Indonesia Hình 1.3 Mặt cắt ngang đậpCFRD Hình 1.4: ván khn trượt thi công mặt bê tông đập Cửa Đạt với mặt rộng 15m 11 Hình 1.5 ván khn trượt thi cơng mặt bê tông đập Tuyên Quang với mặt rông 12m 12 Hình 1.6: Tấm khớp nối đứng mặt bê tông đập Tuyên Quang 13 Hình 2.1 Nứt mặt đập Tử Bình Phố (Trung Quốc) động đât 17 Hình 2.2 Nứt dẫn đến sập gẫy mặt đập Campos Novos(Brazil) 18 Hình 2.3: thí nghiệm độ sụt 42 Hình 2.4: thí nghiệm cường độ nén bê tơng .43 Hình 3.1: Mơ hình tổng thể hồ chứa nước Cửa Đạt .45 Hình 3.2: mặt cắt ngang điển hình hồ chứa nước Cửa Đạt .46 Hình 3.3: đập hồ chứa nước Cửa Đạt 47 Hình 3.4: Nứt mặt bê tông đập hồ chứa Cửa Đạt 48 vị trí sát vai trái đập 48 Hình 3.5: Nứt mặt bê tông đập hồ chứa Cửa Đạt 48 vị trí sát vai phải đập 48 Hình 3.6 : Các kiểu xếp hạt cốt liệu 54 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hệ số điền đầy đến độ rỗng hỗn hợp CL .60 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hệ số điền đầy đến KLTT hỗn hợp CL .60 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hệ số điền đầy đến độ rỗng hỗn hợp CL 62 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hệ số điền đầy đến KLTT hỗn hợp CL 62 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Độ sụt hỗn hợp bê tông dùng cho dạng kết cấu 28 Bảng 2.2: Lượng nước trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tơng, lít 30 Bảng 2.3: hệ số chất lượng vật liệu A A1 33 Bảng 2.4: hệ số quy đổi cường độ nén bê tông tuổi cường độ bê tông 28 ngày k t 33 Bảng 2.5: tỉ lệ CKD/N tối thiểu bê tông chống thấm 34 Bảng 2.6: Hàm lượng xi măng tối thiểu 1m3 bê tông, kg .34 Bảng 2.7: hệ số dư vữa hợp lý (K d) dùng cho hỗn hợp bê tông 36 Bảng 3.1: Kết thí nghiệm tiêu lý xi măng PCB – 40 Tam Điệp 49 Bảng 3.2: Kết thí nghiệm tiêu lý xi măng PCB – 40 Nghi Sơn .50 Bảng 3.3: Kết thí nghiệm hoạt tính tro bay xi măng .50 Bảng 3.4: Một số tiêu lý cát 51 Bảng 3.5: Thành phần hạt cát 51 Bảng 3.6: Các tiêu tính chất đá dăm 52 Bảng 3.7: Thành phần hạt đá dăm 52 Bảng 3.8: Sự phụ thuộc độ xốp vào kiểu xếp hạt 54 Bảng 3.9 : Sự phụ thuộc độ rỗng vào phối hợp cấp hạt 55 Bảng 3.10:Kết phối hợp cấp hạt X2 (5 ÷ 20mm) cấp hạt X3 (20 ÷ 40mm) 59 Bảng 3.11 Thành phần hạt hỗn hợp đá 5-20 20-40 sau phối trộn 61 Bảng 3.12: Kết phối hợp cấp hạt X (0 ÷ 5mm) cấp hạt X2 X 61 Bảng 3.8: thành phần định hướng bê tông mặt, sử dụng xi măng PCB – 40 Tam Điệp 65 Bảng 3.9: Thành phần bê tông sau hiệu chỉnh lần 1: .66 Bảng 3.10: Kết cường độ, độ chống thấm cấp phối bê tông hiệu chỉnh lần .66 Bảng 3.11: Thành phần cấp phối bê tông thí nghiệm hiệu chỉnh lần 67 Bảng 3.12: Kết cường độ chịu nén, độ chống thấm cấp phối bê tông hiệu chỉnh lần 67 Bảng 3.13: thành phần cấp phối bê tông đơn vị tư vấn 68 Bảng 3.14: So sánh kết thành phần cấp phối bê tông mặt 68 Bảng 3.15: So sánh kết cường độ chịu nén, độ chống thấm cấp phối bê tông sau hiệu chỉnh lần với kết đơn vị tư vấn 68 Bảng 3.16: So sánh kết tính tốn thành phần cấp phối bê tơng phịng thí nghiệm thí nghiệm trường .69 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đập đá đổ mặt bê tông loại cơng trình sử dụng rộng rải giới Ở nước ta năm qua ứng dụng loại đập số cơng trình đập Tun Quang, đập Cửa Đạt – Thanh Hóa, đập Rào Quán Đây loại cơng trình ứng dụng cơng nghệ thi cơng nước ta nên kinh nghiệm chưa có nhiều; Phần lớn cơng nghệ thi cơng tư vấn nước ngồi đảm nhận, Công ty trực tiếp thi cơng chưa đúc kết xây dựng quy trình cơng nghệ thi cơng cho loại cơng trình Đặc điểm kết cấu cơng trình đập đá đổ đầm nén chống thấm bê tông mặt Bản mặt bê tông kết cấu chống thấm chủ yếu đập, độ dày mỏng Mặc dù lớp đá đổ hạ lưu có tính thấm nhỏ, hệ số thấm lớn nhiều lần mặt bê tơng, tổn thất cột nước thấm chủ yếu phát sinh phạm vi độ dày mặt bê tông, khiến mặt chịu chênh lệch áp lực lớn… Nứt mặt hư hỏng thường gặp đập đá đổ mặt bê tông Phổ biến đến mức nhiều chuyên gia coi việc nứt mặt điều “tất yếu” Tính “tất yếu” phản ánh thực tế khó tránh bê tơng vật liệu có tính đồng khơng cao lại cịn chịu ảnh hưởng nhiều tác động bên ngồi khó kiểm sốt động đất, mưa nắng thất thường, nhiệt độ môi trường biến đổi, khối đá đổ nén kỹ cịn biến dạng, bê tơng lại vật liệu cứng, khả chịu kéo kém, diện tích mặt lại lớn, thông thường lên đến hàng vạn mét vuông… Để đảm bảo chất lượng thi công, rút ngắn thời gian thi cơng giảm chi phí xây dựng giai đoạn thi công, cần nghiên cứu, tổng kết xây dựng quy trình cơng nghệ thi công Bê tông mặt nước ta, hiệu chỉnh cấp phối bê tơng với nguồn vật liệu trường vấn đề cần thiết, mang nhiều ý nghĩa kỹ thuật kinh tế trình xây dựng đập đá đổ mặt bê tơng Vì đề tài “ Nghiên cứu thành phần cấp phối bê tông mặt đập đá đổ, áp dụng cho cơng trình Cửa Đạt – Thanh Hóa”, mang nhiều ý nghĩa ứng dụng thực tiễn cấp thiết Mục đích đề tài Nghiên cứu tính tốn, tối ưu hóa thành phần cấp phối mặt bê tơng M30 – B10, cơng trình Cửa Đạt – Thanh Hóa Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận + Khảo sát thực tế cơng trình ứng dụng Việt Nam; + Tìm hiểu tài liệu nghiên cứu ứng dụng; + Các đánh giá chuyên gia - Phương pháp nghiên cứu: + Nghiên cứu tổng quan lý thuyết kết thực nghiệm 61 Bảng 3.11 Thành phần hạt hỗn hợp đá 5-20 20-40 sau phối trộn Kích thước lỗ sàng, mm 70 40 20 10 Lượng sót tích lũy sàng, % khối lượng ứng với kích thước hạt cốt liệu nhỏ lớn nhất, mm Theo TCVN Kết luận Kết 7570:2006 0 Đạt 5,4 0-10 Đạt 34,5 40-70 Đạt 52.4 Đạt 95.4 90-100 Đạt Nhận xét: Thành phần hạt hỗn hợp đá 5-20 20-40 nằm miền quy phạm theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 + Tính khối lượng cấp hạt X (0÷ 5mm) để lấp đầy thể tích lỗ rỗng hỗn hợp cốt liệu hai cấp hạt X (5 ÷ 20mm) X (20 ÷ 40mm) tính tốn phối hợp Thực phép tính nhân thể tích rỗng hỗn hợp hai cấp hạt X (5 ÷ 20mm) X (20 ÷ 40mm) với khối lượng thể tích lèn chặt cỡ hạt X (0÷ 5mm) ta có kết tính tốn 3.12 Bảng 3.12: Kết phối hợp cấp hạt X (0 ÷ 5mm) cấp hạt X X Hệ số điền đầy khoảng STT trống Hàm lượng hỗn hợp ( % ) Cát Đá 27.5 30,3 33,1 35,8 38,6 41,3 44,1 72,5 69,7 66,9 64,2 61,4 58,7 55,9 hạt (µ) 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Độ Khối lượng Khối lượng rỗng thể tích lèn riêng của hỗn chặt hỗn hỗn hợp hợp hợp cốt liệu cốt liệu r hh , ɣ ohh ,(kg/m3 ) ɣ ahh ,(g/cm3 ) (%) 1998 2,706 26,2 2000 2,705 26,0 2033 2,703 24,8 2038 2,701 24,5 2069 2,699 23,4 2049 2,698 24,1 2033 2,696 24,6 62 Ta đánh giá mối tương quan đồ thị hệ số điền đầy độ rỗng hỗn hợp phối trộn cấp cỡ hạt X ; X X hình 3.9 3.10 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hệ số điền đầy đến độ rỗng hỗn hợp CL Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hệ số điền đầy đến KLTT hỗn hợp CL Kết thí nghiệm bảng 3.12 hình 3.9, 3.10, cho thấy với µ=1,4 hỗn hợp cốt liệu có độ rỗng nhỏ khối lượng thể tích lèn chặt lớn nên chọn hỗn hợp cốt liệu có thành phần hạt tối ưu có giá trị µ=1,4 với hàm lượng cỡ hạt sau: - Cát: X (0 ÷ 5mm) = 38,6 % ≈ 40% - Đá 1: X (5 ÷ 20mm) = 18,42 % ≈ 20% - Đá 2: X (20 ÷ 40mm) =42,98 % ≈ 40 63 Như ta thấy ta phối hợp loại đá (5-20) (20-40) theo tỉ lệ 1:2 3.2.3 Tính tốn thành phần cấp phối bê tơng phịng thí nghiệm Tính tốn thành phần bê tông sử dụng xi măng PCB – 40 Nghi Sơn: a Các thông số đầu vào * Yêu cầu bê tông: - Mac (theo cường độ nén): 30Mpa độ tuổi 28 ngày Mẫu chuẩn 150x150x150mm - Các tính khác:B = 10at, môi trường sử dụng: thông thường - Điều kiện thi công: - Thời gian thi công mẻ trộn: 60 phút, đầm dùi, nhiệt độ môi trường 30oC - Các yêu cầu công nghệ khác: trạm trộn cân đong tự động * Vật liệu chế tạo - Xi măng: PCB 40 Nghi Sơn, cường độ thực tế xi măng 28 ngày tuổi lấy bảng 3.3 Cụ thể với PCB 40 Nghi Sơn 40,30 N/mm - Đá (sỏi): đường kính hạt lớn 40mm, độ rỗng hạt V r = 46%, theo bảng 3.6 khối lượng riêng ρ d = 2,65 g/cm3; khối lượng thể tích xốp ρvd =1420kg/m3 - Cát vàng: khối lượng riêng ρc = 2,63 g/cm3, mô đun độ lớn M dl = 2,52, lượng hạt sàng 5mm: 0%; lượng hạt ≤ 0,3mm: 14,8% - Phụ gia: + Tro bay: 15%, khối lượng riêng 2,22 g/cm3 + Phụ gia siêu dẻo (2000 AT kết hợp sika Aer) 1,5% xi măng, phụ gia khí (Sellfill 2010R – air) 0,15% xi măng b Trình tự tính tốn thành phần bê tơng - Chọn độ sụt: theo bảng 2.1 chọn độ sụt D s = 6÷8 cm - Xác định khối lượng riêng chất kết dính 64 100 100 = = 2,926 (g/cm3) X % PGK % 85 15 + + ρX ρ PGK 3,1 2, 22 ρCKD = - Xác định lượng nước (N): tra bảng 2.2 N = 185 lít - Xác định tỷ lệ CKD/N: áp dụng công thức (2.1), Tra bảng 2.3 hệ số A=0,43 Rb CKD 30.1,1 = + 0,5 = + 0,5 = 2,18 N ARx 0, 43.40,3 - So sánh giá trị CKD/N với yêu cầu bảng 2.5 lấy tỷ lệ CKD/N = 2,4 - Xác định hàm lượng chất kết dính : CKD = CKD N = 2,4.185 = 444 (kg) N - Hiệu chỉnh lượng nước (N): X > 400kg cần hiệu chỉnh lượng nước, áp dụng công thức : N hc = 10 N − 400 10.185 − 400 = = 190,8 (lít) 10 − CKD / N 10 − 2.4 - Lượng chất kết dính hiệu chỉnh CKDhc = CKD N hc = 2,4.190,8 = 458 (kg) N hc - Lượng xi măng : X = 458.85% = 389 (kg) - Xác định hàm lượng phụ gia: + Hàm lượng tro bay : PG = 15%.458 = 68 (kg) + Phụ gia siêu dẻo : PG2 = 1,5%.457,92 = 6,86(lít) + Phụ gia khí : PG3 = 0,15%.457,92 = 0,68 (lít) - Theo mục 2.3.2b Lượng nước trộn thực tế : N = 190 - (6,86+0,68).60% = 186,3 (lit) - Xác định hàm lượng cốt liệu lớn Đá (sỏi) : + Tính thể tích hồ xi măng : Vh = CKD ρx +N = 458 + 186,3 =334 (lít) 3,1 + Xác định hệ số dư vữa K d : 65 K d = 1,56 (tra bảng 2.7) + 0,2 (vì bê tơng có u cầu chống thấm nước, cát có M đl = 2,52 > 2,5) K d = 1,76 + Xác định hàm lượng cốt liệu lớn D : D= ρvd rd (kd − 1) + = 1420 = 1052 (kg) 0, 46.(1, 76 − 1) + - Xác định hàm lượng cát (C) : áp dụng công thức (2.11) ta CKD N D + + C= 1000 − ρc ρCKD ρ n ρ D 458 185 1052 C= 1000 − + + 2, 63 2, 65 2,926 C = 687,7 (kg) - Kiểm tra hàm lượng cát mịn < 0,3mm X + C