Bê tông tự dầm cho cọc nhồi

Bê tông tự dầm cho cọc nhồi

Bê tông tự đầm dùng cho cọc nhồiPGS TS Nguyễn viết TrungTh.S. Đinh công TâmTóm tắt: Chất lợng bê tông cọc khoan nhồi không những phụ thụôc vào Nhà thầu đổ bê tông mà còn phụ thuộc Nhà thầu cung cấp hỗn hợp bê tông tơi. Bài báo này đề cập các yêu cầu cơ bản đối với các đặc tính của bê tông tự đầm dùng cho cọc nhồi, giới thiệu các kết quả thí nghiệm mới về phụ gia thế hê thứ ba dùng cho bê tông tự đầm.Giới thiệuChất lợng cọc khoan nhồi phụ thuộc chất lợng thi công của nhiều công đoạn bao gồm: khoan lỗ, hạ lồng cốt thép, đổ bê tông cọc. Công nghệ đổ bê tông qua ống thẳng đứng đặt trong lòng lỗ khoan có những rủi ro nhất định khi chất lợng hỗn hợp của các xe chở bê tông không đồng đều. Có thể xảy ra tình huống mà bê tông cọc bị phân tầng hoặc ninh kết ở mức độ nào đó ngay trong lúc rót vào ống, do vậy bê tông cọc có thể bị đứt đoạn. Thực chất bê tông cọc nhồi chính là bê tông tự đầm nhng lâu nay trong thi công cọc nhồi ở Việt nam, nhiều Nhà thầu và T vấn cha chú ý đầy đủ đến các yêu cầu riêng đối với loại bê tông này. Toàn bộ bê tông cọc không đợc đầm rung, đặc biệt là phần bê tông đỉnh cọc, nơi mà sẽ phải chịu tải trọng lớn truyền trực tiếp vào. Ngợc lại phần bê tông kết cấu từ bệ cọc trở lên lại đựoc đầm rung kỹ lỡng. Các mẫu thử bê tông cọc cũng lại thờng đợc đầm kỹ và nh thế cờng độ bê tông mẫu thử sẽ cao hơn cờng độ bê tông thân cọc thực tế.Nếu dùng ống vách thép đặt xuống tận cao độ chân cọc thì công nghệ đổ bê tông sẽ là đổ bê tông trong nớc, còn nếu ống vách chỉ đặt sâu đến một cao độ nhất định thì công nghệ đổ bê tông thực hiện trong vữa sét. Cả hai công nghệ này đều rất khó quản lý chất lợng bê tông thân cọc trong lúc đang thi công, mà thờng chỉ có thể kiểm tra sau khi thi công. Nh vậy công tác chọn cấp phối thí nghiệm và công nghệ đổ bê tông càng cần đợc kiểm tra giám sát kỹ lỡngCác đặc tính của bê tông cọc nhồiHỗn hợp bê tông cho cọc nhồi cần có yêu cầu đặc biệt về độ linh động thể hiện qua chỉ số độ sụt và mức suy giảm độ sụt chậm cho trong suốt thời gian đổ bê tông qua ống. Ngoài ra, còn phải chú ý đến đặc tính tự đầm dới 1 trọng lợng bản thân, sức chịu các điều kiện môi trờng khắc nghiệt, khả năng chống rửa trôi, cờng độ chịu lực theo yêu cầu.Độ linh động: Độ sụt cao là cần thiết để hỗn hợp bê tông chảy đi qua hết ống đổ bê tông, lọt qua các khe hở giữa các cốt thép cọc và tiếp cận đến sát vách lỗ khoan. Độ chảy tôt nhất sẽ đạt đợc với các cốt liệu tròn trơn và cát tự nhiên.Tính chất tự đầm: Tính chất này là cần thiết vì không thể đầm bê tông trong cọc nhồi đ-ợc. Mức độ đầm sẽ đánh giá bằng tỷ số mật độ (tỷ số giữa mật độ thực tế đạt đợc với mật độ của mẫu bê tông đợc đầm đầy đủ. Theo nhiều Nhà nghiên cứu, hệ số cố kết nên đạt vào khoảng 0.95 - 0,96 đối với bê tông đổ qua ống vì hỗn hợp bê tông di chuyển trong ông hoàn toàn chỉ nhờ vào trọng lợng bản thân. Nếu chỗ nào đó không đủ khả năng tự đầm thì một phần hỗn hợp bê tông có thể nh "bị treo lại" trong ống, sau này bê tông thân cọc bị phân lớp và có thể bê tông không dồn đuổi đợc vữa sét ở một số vị trí thân cọc.Vữa sét ở lại trong bê tông sẽ làm giảm chất lợng cọc đáng kể cả về mặt chịu lực và độ bền lâu.Tính chất chống phân tầng: Hỗn hợp bê tông cần có đủ độ dính và khả năng chống phân tầng. Nếu chọn cấp phối xấu thì hỗn hợp có thể bị phân tầng khiến cho trong lòng bê tông cọc sau này có các lỗ rỗng tổ ong và có những chỗ thân cọc dễ bị thấm xuyên qua. Hỗn hợp bê tông bị tách nớc hoặc bị phân rã dới áp lực của trọng lợng bản thân có thể làm tắc ống đổ bê tông hoặc hoà lẫn với vữa sét.Điều chỉnh thời gian ninh kết:Hỗn hợp bê tông cần duy trì đợc độ chảy trong suốt chiều sâu đổ bê tông và thời gian đổ bê tông vào lỗ khoan, sau đó bê tông cần phải hoá cứng nhanh để đạt cờng độ đủ mức dự kiến sau một thời gian đã định trớc. Vì vậy nhất thiết phải chọn đúng chất phụ gia hoá dẻo chậm ninh kết theo các kết quả thí nghiệm nghiêm túc tại điều kiện hiện trờng. Khả năng chịu môi trờng ăn mòn:Bê tông cần có mật độ cao và độ thấm thấp để đủ khả năng chống ăn mòn tuỳ theo điều kiện môi trờng cụ thể. Dòng chảy nớc ngầm có thể làm suy yếu bê tông cọc ngay lúc đổ bê tông và về lâu dài. Vì thế cần chọn cấp phối hợp lý để có thể tránh đợc tình trạng này. Tuy nhiên nếu dòng nớc ngầm quá mạnh thì phải dùng ống vách thép hạ xuống đến độ sâu cần thiết.Các đặc tính cơ học Các tính chất cơ học của bê tông đã hoá cứng có thể thoả mãn các yêu cầu.Chúng ta thờng chỉ quan tâm đến cờng độ chịu nén. Tuy nhiên cờng độ chịu kéo cần thiết của bê tông cọc và mức độ ứng suất uốn cao trong thân cọc cần đợc xem xét đầy đủ. Kinh nghiệm thực tế và các nghiên cứu đều cho thấy tầm quan trọng của việc chọn cấp phối bê tông hợp lý, tránh hiện tợng tách nớc. Công tác 2 giám sát bê tông tại Trạm trộn bao gồm kiểm tra chất lợng, khối lợng và nhiệt độ của các thành phần cấp phối.Tác giả Fleming & Sliwinski (1977) đề xuất chọn cấp phối bê tông cọc nhồi đổ trong vữa sét nh trong Bảng sau:Độ sụt > 175 mmTỷ lệ N/X nhỏ hơn 0,6Loại cốt liệu thô cỡ đá không quá 20 mm, nếu có thể nên chọn đá hạt tròn Hàm lợng cát 30% đến 45 % tổng trọng lợng cốt liệuHàm lợng xi măng không ít hơn 400 kgPhụ gia loại hóa dẻo hoặc siêu hoá dẻo kéo dài ninh kết Theo Bartholomew (1979) hàm lợng xi măng và tỷ lệ N/X của hỗn hợp bê tông cho cọc có thể lấy trong khoảng sau:Loại cọc các điều kiện môi trờng ăn mònbình thờng ăn mòn trung bìnhăn mòn mạnhCọc đúc sẵn 450-475 450-475 450-4750,4 - 0,5 0,4 0,4Cọc khoan trong điều kiện khô300 - 450 350 - 450 380 - 5000,5 - 0,55 0,475 - 0,5 0,45 - 0,5Cọc khoan đổ bê tông qua ống dẫn trong nớc hay vữa sét350 - 450 350 - 450 400 - 5000,5 - 0,6 0,475 - 0,5 0,43 - 0,45Cọc đóng, đúc tại công trờng280 - 370 330 - 450 370 -5000,25 - 0,6 0,3 - 0,55 0,3 - 0,45So với bê tông cọc đóng thì bê tông cọc nhồi có mật độ kém nhất. Nếu bê tông cọc nhồi đợc đổ trong các điều kiện dễ bị ảnh hởng nhất bởi ăn mòn, trong điều kiện có rủi ro vì dòng chảy nớc ngầm có thể làm phân rã hỗn hợp bê tông mới đổ thì phải tăng hàm lợng xi măng một cách hợp lý và có thêm các giải pháp đề phòng. Một trong những đặc tính của bê tông cọc nhồi mà lâu nay ít đợc Nhà thầu chú ý là độ chống thấm. Để tăng độ chống thấm đến cấp B7 chẳng hạn thì nên dùng các loại phụ gia siêu hoá dẻo kéo dài ninh kết (ví dụ Sikament R4).về cấp phối cho bê tông tự đầm có dùng phụ gia siêu dẻo cực mạnh ViscoCreteCốt liệu thô : 3 Cỡ hạt cốt liệu thô lớn nhất nên lấy trong khoảng 12 - 20 mm, nhng các kích cỡ khác cũng có thể đợc áp dụng. Hàm lợng cốt liệu thô điển hình nên lấy khoảng 35%Thành phần hạt mịn: cỡ hạt mịn không lớn quá 0,125 mmHàm lơng hạt mịn cần thiết của hỗn hợp phụ thuộc chủ yếu vào kích cỡ cốt liệu thô lớn nhất, nhng cũng phụ thộc vào ứng dụng cụ thể của bê tông. Nói chung hàm lợng hạt mịn cao hơn nhiều so với trong bê tông thông thờng. Hàm lợng hạt mịn ở đây bao gồm cả cát, xi măng, và các chất độn khác nh muội silic (silicafume).Hàm lợng hạt mịn điển hình nên lấy nh sau:BT tự đầm loại 16/32 mm thì hàm lợng hạt mịn 475 kg/m3Chất kết dính (ximăng) : Hàm lợng xi măng đợc xác định tuỳ theo các tính chất yêu cầu của bê tông tự đàm trong mỗi dự án cụ thể và tuỳ thuộc vào hàm lơng hạt mịn cũng nh kích cỡ lớn nhất của cốt liệu thô. Hàm lợng xi măng điển hình nên lấy nh sau:BT tự đầm loại 16/32 mm thì hàm lợng xi măng 375 - 425 kg/m3Hàm lợng nớc: Hàm lợng nớc trong bê tông tự đầm ảnh hởng rất lớn đến các đặc trng chất lợng của bê tông khi đã hoá cứng nh: cờng độ cuối cùng, độ xốp rỗng,v.v Nói chung lợng nớc vao khoang 160-170 lít/m3Hàm lợng chất phụ gia: Phụ gia SikaViscocrete đợc dùng riêng cho bê tông tự đầm. hàm lơng khoang 05 lít/100kg xi măng. qua thí nghiệm có thể giảm đợc hơn nữa Thí nghiệm kiểm tra độ chảy-sụt khi dùng côn thử độ sụt thông thờngChúng ta có thể dùng ngay loại côn thử độ sụt thông thờng cho bê tông nhng đặt lộn ngợc để cho đỉnh có lỗ nhỏ hơn quay xuông dới còn đé côn quay lên trên Đổ đây hỗn hợp bê tông tự đầm vào miệng lỗ to mà không dàm rung , đăt sao cho bể mặt khay thép thật nằm ngang và côn đợc đổ đầy hỗn hợp bê tông. Tiếp theo, từ từ nhấc côn lên khỏi bề mặt khay thép . Bê tông sẽ chảy lỏng loang ra thành hình tròn trên bề mặt khay thép. Đo thời gian cho đến khi đờng kính vệt loang tròn của hỗn hợp bê tông đạt đến 50 cm. (thờng là phải đạt sau 3 - 6 giây). Sau đó chờ một lúc và đo đờng kính lớn nhất của vệt loang tròn ( thờng đạt khoảng 65 - 75 cm). Kiểm tra bằng mắt thờng về độ đồng nhất và độ phân tách của mẫu,đặc biệt là ở các mép xung quanh.kết quả thí nghiệm về Một số loại phụ gia mới cho bê tông tự đầmCác phụ gia siêu dẻo kéo dài ninh kết đều làm cho các hạt nhỏ trong bê tông không vón lại (xi măng và các chất siêu mịn) bằng cách hút bám xung quanh từng hạt mịn, do đó chúng làm triệt tiêu đợc các lực hút để hình 4 thành các cục vón các hạt nhỏ Hoạt động này có tác dụng làm cho hồ xi măng dẻo hơn và nh vậy ngời ta có thể giảm tỷ lệ N/X mà vẫn giữ đợc tính dễ đổ tốt. Bên cạnh những phụ gia siêu hoá dẻo gốc Napthalene đã phổ biến lâu nay ở nớc ta, gần đây đã có một số loại phụ gia thuộc thế hệ mới gốc Polycarboxylate co-polyme cải tiến đợc đa ra thị trờng. Loại siêu hoá dẻo này thuộc thế hệ thứ ba có hiệu quả kéo dài ninh kết cho bê tông trong khí hậu nóng, phù hợp với Tiêu chuẩn ASTM C-44 loại G và ASTM C-1017, mức độ giảm nớc có thể đến 40%. Một vài u điểm nổi bật khi dùng cho bê tông tự đầm là: duy trì tính thi công tốt đến 2 giờ, tăng cờng độ sớm, giảm xi măng dáng kể, tăng độ chống thấm bê tông, tăng độ dính mà không gây phân tầng nên dễ bơm hốn hợp và đổ bê tông trong ống thuận lợi hơn, đặc biệt là có thể dùng với liều lợng thấp để giảm chi phí. lợng dùng khoảng 0,9-1,3 lít/ 100 kg xi măng khi dùng cho bê tông tự đầm có yêu cầu cao, còn đối với bê tông tự đầm cho cọc nhồi chỉ cần khoảng 0,5 -0,7 lít/100 kg xi măng. Sau đây giới thiệu một số kết quả thí nghiệm về phụ gia Viscocrete cho bê tông tự đầm (xin xem trang Phụ lục).Nhìn vào kết quả thí nghiệm có thể nhận xét sơ bộ nh sau:- chỉ với lợng xi măng 350 kg/m3 bê tông, khi dùng phụ gia Viscocrete với liều lơng 0,5% đã có thể đạt độ chảy cao và kéo dài, cờng độ đều đạt khá cao so với yêu cầu cờng độ của bê tông cọc nhồi (sau 1 ngày đạt trung bình 20 MPa, sau 3 ngày đạt trung bình 36 MPa.- các loại xi măng khác nhau có mức độ phù hợp và hiệu quả khác nhau.Vì vậy khi dùng phải thí nghiệm kỹ lỡng.Một số đề nghị:Hiện nay các Nhà thầu thờng chỉ quan tâm nhiều đến cờng độ của bê tông cọc nhồi. Tuy nhiên để nâng cao chất lợng cọc nhồi, nhất là cọc trong móng trụ chính của các cầu đặc biệt lớn nh cầu dây văng, cầu dây võng, còn cần quan tâm hơn đến độ linh động của hỗn hợp bê tông và độ bền chống thấm nữa. Không nên dùng chung một cấp phối bê tông cho các cọc phần trên cạn và các cọc phần ngập nớc. Cũng nên điều chỉnh cấp phối tùy theo công nghệ tạo lỗ khoan bằng cách tăng hàm lợng xi măng một cách hợp lý. Đặc biệt về việc sử dụng phụ gia, nên sử dụng phụ gia siêu hoá dẻo thay cho phụ gia hoá dẻo mặc dù giá thành bê tông có thể bị tăng hơn phần nào nhng chất lợng của hỗn hợp bê tông tơi và của bê tông đã hoá cứng đều bảo đảm hơn hẳn.5 Tài liệu tham khảo chính1- Nguyễn viết Trung,Nguyễn ngọc LongPhụ gia và Hoá chất dùng cho bê tông, NXB Giao thông vận tải, Hà nội- 20042- Nguyễn viết Trung, Lê thanh LiêmCọc khoan nhồi trong công trình giao thông, NXB Giao thông vận tải, Hà nội- 20033- Báo cáo kết quả thí nghiệm phụ gia Viscocrete cho bê tông tự đầm , Hà nội -20034- Nguyễn viết Trung,Công nghệ bê tông tự đầm và khả năng áp dụng trong xây dựng cầu dây xiênBáo cáo Hội nghị : Công nghệ mới trong Xây dựng và quản lý cơ sở hạ tầng GTVT ở Việt nam.Hội nghị KHKT chuyên dề của Hội Cầu đờng VN, tháng 7-2002 tại TP Hạ-Long 6 Bảng tóm tắt kết quả thí nghiệm bê tông tự đầm có dùng phụ gia Viscocrete Đá Cát Phụ gia Độ sụt (mm)Cuờng độ nén (N/mm2)Loại Xi măngXi măng Nuớc tênLiều lợng (lít) ban 30 60 1 3 7 28 10-20 mm (kg)cho 100 cho đầu phút phút ngàyngàyngày ngày kg XM1m3 BT Bút Sơn PC40 370.0 161.0 832.0 1060.0Viscocrete1200 0.5 1.9 chảy chảy chảy 16.2 34.3 40.3 45.9Nghi Sơn PCB40 370.0 165.0 832.0 1060.0Viscocrete1200 0.5 1.9 chảy150.0110.0 16.7 34.8 41.0 46.4Nghi Sơn PCB40 370.0 160.0 785.0 1084.0Viscocrete HN 0.5 2.0 chảy210.0190.0 22.8 44.2 54.4 62.0ChinfonPC40 370.0 160.0 785.0 1084.0Viscocrete HN 0.5 2.0210.0180.0140.0 24.4 46.5 50.5 59.9ChinfonPC40 350.0 170.0 827.0 1054.0Viscocrete HN 0.5 2.0210.0200.0180.0 20.5 35.1 43.6 47.7Nghi Sơn PCB40 350.0 160.0 827.0 1054.0Viscocrete HN 0.5 1.9210.0180.0130.0 21.0 38.0 44.6 46.7Nghi Sơn 350.0 160.0 785.0 1084.0 Viscocrete 0.5 2.0 chảy 200. 150. 21.9 38.6 44.8 48.87 PCB40 HN 0 08 . thí nghiệm và công nghệ đổ bê tông càng cần đợc kiểm tra giám sát kỹ lỡngCác đặc tính của bê tông cọc nhồiHỗn hợp bê tông cho cọc nhồi cần có yêu cầu đặc. mà bê tông cọc bị phân tầng hoặc ninh kết ở mức độ nào đó ngay trong lúc rót vào ống, do vậy bê tông cọc có thể bị đứt đoạn. Thực chất bê tông cọc nhồi