nghiên cứu ảnh hưởng của suy giảm cường độ do thấm gây ra tới trường ứng suất biến dạng trong đập đê bê tông đầm lăn

Tiềm năng về nguyên vật liệu và thiết bị thi công dùng cho công nghệ BTĐL ở Việt Nam  Tiềm năng về nguyên vật liệu: Thông thường bê tông cho lõi đập trọng lực thường được thiết kế với m

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Phú, thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùng đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Thủy công, bộ môn sức bền

và kết cấu, khoa Công Trình, phòng đào tạo đại học và Sau đại học - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ Chi nhánh Tư vấn 1- Công ty Cổ phần

Tư vấn Sông Đà đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp, bạn bè gần xa và gia đình

đã động viên khích lệ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Hà Nội, tháng 12 năm 2011

Tác giả

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Đối với Việt Nam, công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) là một công nghệ mới Hiện nay xây dựng đập bê tông dùng công nghệ RCC tương đối phổ biến: Pleikrông, Sơn La, Bản Chát, Định Bình… Trong nhiều nghiên cứu và thực tế đã chứng minh được công nghệ RCC có rất nhiều ưu điểm

Tuy nhiên, một nhược điểm cơ bản cần được quan tâm là sự hình thành phân tách lớp giữa các lớp đổ dẫn tới sự suy giảm khả năng chống trượt cũng như khả năng chống thấm của đập Đặc biệt khi đã hình thành phân tách lớp, tác động của áp lực thấm lại là một nhân tố thúc đẩy sự phân tách lớp phát triển càng mạnh mẽ Không những thế trong thời gian phát triển cường độ của bê tông RCC, áp lực thấm phát sinh trong thân đập có ảnh hưởng mạnh mẽ tới sức chịu tải của vật liệu Nói cách khác, áp lực thấm và sự phân tách lớp cũng như quá trình phát triển của cường

độ bê tông RCC có sự liên quan mật thiết đến nhau

Xuất phát từ những luận điểm như vậy, luận văn tập trung đi sâu nghiên cứu quá trình suy giảm cường độ của RCC dưới tác dụng của dòng thấm Từ đó tiến hành phân tích ứng suất biến dạng trong toàn bộ thân đập để có thể đưa ra được kết quả ban đầu về những ứng xử của công trình dưới tác dụng của dòng thấm trong đập RCC

Mục đích nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến

cường độ RCC, đặc biệt là ảnh hưởng của áp lực thấm tới sự phát triển cường độ RCC, thông qua đó nghiên cứu sự thay đổi phân bố ứng suất biến dạng trong toàn

bộ thân đập RCC để có biện pháp ứng xử vật liệu cũng như những giải pháp công trình nhằm nâng cao tính an toàn cho đập RCC

3 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Đập bê tông dùng công nghệ RCC

- Phạm vi nghiên cứu: Các đập RCC có chiều cao từ 30m÷100m

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Tổng hợp các nghiên cứu khoa học, các số liệu thí nghiệm, lựa chọn phương pháp tính toán

+ Sử dụng các phần mềm trong phân tích ổn định, ứng suất trong đập RCC

- Thấy rõ sự quy luật thay đổi của trường ứng suất chính trong thân đập Để

từ đó có những ứng xử công trình cần thiết trong vấn đề chống thấm cho đập bê tông đầm lăn RCC

- Qua kết quả tính toán đề xuất và lựa chọn bài toán dùng trong nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG ỨNG DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI

VÀ Ở VIỆT NAM

1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Tình hìn h xây dựng đập bê tông trên thế giới

Cách đây khoảng 4000 năm ở Ai Cập, Trung Quốc đã bắt đầu xuất hiện những công trình thủy lợi (đập, kênh mương và các công trình đơn giản khác ) Đập đầu tiên được xây dựng ở trên sông Nile cao 15m, dài 450m có cốt là đá đổ và đất sét

Theo thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD ) tính đến năm 2000 trên

toàn thế giới có khoảng 45.000 đập lớn Theo cách phân loại của ICOLD thì đập có chiều cao H=10÷15m và có chiều dài L≥500m, QR xả lũ R≥2.000 mP

Pnước được xếp vào loại đập cao Số lượng hơn 45.000 đập phân

bố không đều trên các châu lục

Nước có nhiều đập nhất trên thế giới là Trung Quốc với khoảng 22.000 đập chiếm 48% số đập trên thế giới Đứng thứ hai là Mỹ với 6.575 đập, thứ ba là Ấn Độ với 4.291 đập Tiếp đến là Nhật Bản có 2.675, Tây Ban Nha có 1.196 đập Việt Nam có 460 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập lớn

Tốc độ xây dựng đập cao trên thế giới cũng không đều, thống kê xây dựng đập từ năm 1900 đến năm 2000 thấy rằng thời kỳ xây dựng nhiều nhất là vào những năm 1950, đỉnh cao là năm 1970

Theo thống kê đập ở 44 nước của ICOLD-1997, số đập cao 15÷30m chiếm khoảng 56,2%, cao từ 30÷150m chiếm khoảng 23,8% và trên 150m chỉ chiếm có 0,1% Từ những năm 1960 trở lại đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lý luận tính toán ngày càng phát triển và hoàn thiện, độ an toàn đập ngày càng cao

Bảng 1.1: Bảng thống kê số lượng đập cao đã được xây dựng trên Thế giới

STT Nước Số lượng đập STT Nước Số lượng đập

( Số liệu lấy từ báo Đập và an toàn đập của tác giả Nguyễn Tiến Đạt )

1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông ở nước ta

Thời kỳ trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập bê tông trọng lực nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5÷10m, chưa có những đập lớn Các đập có kết cấu đơn giản, thi công nhanh bằng thủ công, kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam tỉnh Phú Yên do đặc điểm thuỷ văn của sông Đà Rằng

Giai đoạn từ 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một số đập bê tông trọng lực như đập dâng Đô Lương - Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước

tưới, đập Đáy ở Hà Tây có nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ khác như đập dâng An Trạch ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình,…

Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư xây dựng các công trình thuỷ lợi lớn bị hạn chế Trong thời kỳ này chưa có đập bê tông trọng lực cao nhưng cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập thuỷ điện

Thác Bà, đập tràn thuỷ điện Cầm Sơn, Đa Nhim Kỹ thuật và công nghệ xây dựng

ở phía bắc chủ yếu của Liên Xô (cũ) và của Trung Quốc, ở phía Nam là của Nhật

Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá nên các công trình thuỷ điện thuỷ lợi được xây dựng khắp cả nước và đập

bê tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú Đầu mối các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện như: Pleikrông, Sê San 3 và Sê San 4, Bản Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang và đập tràn ở các đầu mối thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu mP

3

P bê tông, chiều cao từ 70÷138m

Hình 1.1: Đập bê tông trọng lực - Hồ chứa nước Tân Giang

1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn (BTĐL) trên thế giới và ở Việt Nam

Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương

tự như bê tông thường BTĐL khác với bê tông thường là được đầm chặt bằng thiết

bị rung đưa vào trong lòng khối đổ, BTĐL được làm chặt bằng thiết bị rung lèn từ

mặt ngoài (lu rung) Công nghệ này thích hợp cho các công trình bê tông khối lớn, hình dáng không phức tạp như đập, mặt đường Việc đầm lèn bê tông bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất kết dính hơn so với bê tông thường nhờ vậy đối với một số đập và đường bê tông, thi công bằng công nghệ này nhanh hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ đổ bê tông truyền thống Công nghệ BTĐL thường được áp dụng thích hợp cho thi công đập bê tông trọng lực

Bảng 1.2 Số lượng đập BTĐL đã xây dựng của một số nước trên thế giới

Tên Quốc

Gia

Số đập đã

xây dựng

Thể tích BTĐL (10 P

%

Tỷ lệ theo K.lượng

%

Tên Quốc Gia

Số đập

đã xây dựng

Thể tích BTĐL (10 P

%

Tỷ lệ theo K.lượng

%

T.Quốc 57 28.275 20 30.50 Pháp 6 234 2.1 0.25 Nhật Bản 43 15.465 15.09 16.68 Hy Lạp 3 500 0.7 0.54 Kyrgystan 1 100 0.35 0.11 Italy 1 262 0.35 0.28 Thái Lan 3 5.248 1.05 5.66 Nga 1 1.200 0.35 1.29 Inđonesia 1 528 0.35 0.57 T.B Nha 22 3.164 7.72 3.41 Tổng: 105 49.616 36.8 53.56 Tổng: 35 5.384 11.9 5.81

Argentina 1 590 0.35 0.64 Algeria 2 2.760 0.7 2.98 Brazil 36 9.440 12.63 10.18 Angola 1 757 0.35 0.82 Chile 2 2.170 0.7 2.34 Eritrea 1 187 0.35

Colombia 2 2.974 0.7 3.21 Ma Rốc 11 2.044 3.86 2.20 Mexico 6 840 2.1 0.91 Nam Phi 14 1.214 4.91 1.31 Tổng: 51 16.014 16.48 17.27 Tổng: 29 6.962 10.17 7.51

Canada 2 622 0.7 0.67 Australia 9 596 3.15 0.64 Hoa Kì 37 5.081 12.98 5.48 Khác 17 7.534 5.96 8.13 Tổng: 39 5.703 13.68 6.15 Tổng trên

T.Giới 285 92.712

Hình 1.2 Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo các hướng khác nhau trên thế giới

Bê tông đầm lăn (RCC) có thể được xem là sự phát triển quan trọng nhất của công nghệ đập bê tông trong một phần tư thế kỷ qua Áp dụng đập bằng RCC cho phép nhiều đập mới có tính khả thi về mặt kinh tế do giảm giá thành từ phương pháp thi công nhanh, điều này cũng khiến các kỹ sư thiết kế có cơ hội cải tạo các đập bê tông hiện có mà đập đó có sự cố về an toàn và cần phải gia cố, cải thiện các đập có công suất tràn chưa hợp lý bằng biện pháp cho tràn qua đập một cách an toàn

Trong những năm gần đây RCC đã được áp dụng rộng rãi khi thi công các

đập ở các nước trên thế giới (Xem hình 1.3: Các đập RCC đã xây dựng và đang thi

công - tính đến cuối năm 2009)

Hình 1.3: Các đập RCC đã xây dựng và đang thi công - tính đến cuối năm 2009

Từ khi ra đời cho đến nay, việc xây dựng đập BTĐL đã và đang phát triển theo các hướng chính:

+ Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) (hàm lượng CKD < 99kg/mP

3

P

)

do USACE - Mỹ phát triển dựa trên công nghệ thi công đất đắp;

+ Bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100÷149

Ngoài ra còn một hướng phát triển BTĐL khác đó là hướng phát triển RCD của Nhật bản (Japannese Roller Compacted Dams), chuyển từ đập trọng lực bê

tông thường sang sử dụng BTĐL Theo hướng này, BTĐL có lượng CKD nằm giữa

loại BTĐL có lượng CKD trung bình và loại BTĐL có lượng CKD cao

Sau hơn 30 năm ứng dụng trên thế giới, công nghệ xây dựng đập BTĐL liên tục được cải tiến cả về vật liệu chế tạo và kỹ thuật thi công Cho tới nay, đập BTĐL được thi công xây dựng ở nhiều nước thế giới, ở nơi có nhiệt độ môi trường từ rất thấp cho đến rất cao và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn

Trước đây, đập BTĐL sử dụng BTĐL nghèo CKD được sử dụng tại một số đập có chiều cao dưới 60m ở Mỹ Ngày nay, các đập BTĐL được xây dựng trên thế giới chủ yếu sử dụng BTĐL có lượng CKD trung bình và giàu CKD như các nước Tây Âu, Trung Quốc, Nhật Bản

Bảng 1.3 Những đặc tính và tham số hữu quan của một số đập BTĐL đã xây dựng

xong và đang xây dựng:

STT Tên đập

Chiều cao đập (m)

Chiều dài đập (m)

Chiều rộng đáy

Vật liệu kết dính Thời

gian hoàn thành

Vc (giây) Thuyết minh Ciment

Kg/m P

3

Tro than Kg/m P

2 Liễu (Mỹ)

Ở thượng lưu có tấm chống thấm bằng bê tông đúc sẵn (tấm bản mặt)

3 Khang

Khẩu 57 123 42 60 80 1986 1510

Trộn lượng tro bay

ca o, chống thấm bằng vữa cát nhựa đường

ở biên đầm chặt, độ sụt 0.6-1.14 cm, thường bằng cốp pha trượt, trộn lượng tro bay nhiều

5 Long Môn

Than 58 139 48 54-86

86 96.31 1989 13-25

-Thêm chống thấm bằng bê tông co ngót

6 Thiên Sinh

Kiều 61 470 43 53-47 85-44 1989 105 Chống thấm bằng bê tông cấp phối 2

7 Phan Gia Khẩu 27 277 36 94 44 1989 3-5 1-3

Đầm nén trên toàn

bộ mặt cắt thêm vữa vào để đầm

8 Nham Than 111 525 73 90 55 1992 105 Bê tông cấp phối 2

11 ÔnTruyền

Bảo 49 188 13.8 99 1994 6-108

Đập vòm bê tông đầm lăn, khe ngang

có thể khoan phụt trùng lặp

12 Quan Âm

Các 82 1040 66 84 1995

Hình thức kim bao ngân, cắt khe, trong thi công nhiều lần xuất hiện khe nứt

STT Tên đập

Chiều cao đập (m)

Chiều dài đập (m)

Chiều rộng đáy

Vật liệu kết dính Thời

gian hoàn thành

Vc (giây) Thuyết minh Ciment

Kg/m P

3

Tro than Kg/m P

3

13 Thạch Man

Than 40 674 33 104 56 1997 6-12

Toàn mặt cắt độ sụt của bê tông = 0, mặt hứng nước hoặc thêm vữa hoặc phối

cơ chế riêng để làm cho V R C R giảm còn 1- 3s

Sau khi xây xong sẽ trở thành đập đầm lăn cao nhất Trung Quốc

17 Sa Bài 132 238 28 110-60 2000 8-9

7.5-9

Đập bê tông đầm lăn

18 Thạch Môn

Tử 109 176.5 30 2002 7 Đập vòm bê tông đầm lăn

19 Bá ch Sắc 130 734 113

Đang xây dựng

Đập bê tông cấp phối 2 chống thấm

Đê quây cao nhất của đập bê tông đầm lăn của Trung Quốc

U

Ghi chúU: Những đập không chú thích là của Trung Quốc

1.2.2 Việc áp dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam

Trong một vài năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển đáng kể nhờ có chính sánh mở cửa của Nhà nước Nhiều công trình lớn đang được xây dựng để phát triển cơ sở hạ tầng như các công trình giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện Các dự án bê tông hoá đường nông thôn, hàng ngàn km đường cần trải mặt Bên cạnh đó, để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện tăng cao trong giai đoạn 2005÷2015, Tổng công ty điện lực Việt Nam (EVN) đã lập các dự án xây dựng mới

32 nhà máy điện trong đó có 20 nhà máy thuỷ điện Từ năm 2003, EVN đã khởi công nhiều công trình thuỷ điện như thủy điện AVương (xây dựng trên địa bàn tỉnh Quảng Nam) công suất lắp máy 170MW khởi công 8/2003, Pleikrông (Kontum) công suất lắp máy 100MW (khởi công 11/22003), Bản Vẽ (Nghệ An) công suất lắp máy 300MW (khởi công 2004), thuỷ điện Sơn La (Sơn La) với công suất lắp máy 2400MW (khởi công năm 2005), đập Tân Mỹ, Đakđrinh (Quãng Ngãi) công suất

lắp máy 125MW… Vì các công trình này đều đòi hỏi thời gian thi công ngắn, năng suất thi công lớn hơn nhiều so với trước đây nên giải pháp xây dựng đập dâng bằng

bê tông trọng lực thi công bằng công nghệ đầm lăn đã được đề nghị lựa chọn

Bảng 1.4: Một số công trình đập BTĐL đã thiết kế và bắt đầu xây dựng ở nước ta

Tên đập Năm khởi

công

Hồ chứa, (10P

3

P

)

HR max (m)

Tên đập Năm khởi

công

Hồ chứa, (10P

3

P

)

HR max (m) Pleikrông 2003 1050 450 85 Đồng Nai 4 2004 340 1400 129 Bản Vẽ 2004 1800 1200 135 Sông Tranh 2006 730 - 96

1.2.2.1 Tiềm năng về nguyên vật liệu và thiết bị thi công dùng cho công nghệ BTĐL ở Việt Nam

 Tiềm năng về nguyên vật liệu:

Thông thường bê tông cho lõi đập trọng lực thường được thiết kế với mác thấp (khoảng 15÷20Mpa ) nên lượng dùng xi măng thấp và vì vậy nếu không sử dụng thêm các phụ gia khoáng mịn, hàm lượng hồ chất kết dính sẽ quá thấp dẫn tới

bê tông kém lưu động và không có độ đặc chắc cao, giảm tính chống thấm, chống xâm thực và giảm độ bền lâu của bê tông Việc sử dụng các phụ gia khoáng mịn cho

bê tông khối lớn ngoài việc giảm nhiệt sinh ra do CKD thuỷ hoá còn có tác dụng giảm giá thành, cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông

Ở nước ta hiện có nhiều nguồn phụ gia khoáng có thể sử dụng làm PGK cho BTĐL gồm các nguồn nhân tạo như tro nhiệt điện (nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Ninh Bình, Uông Bí ) và các loại puzơlan tự nhiên như puzơlan Sơn Tây, Đá silic Hải Phòng, puzơlan Phong Mỹ - Thừa Thiên Huế, puzơlan Gia Lai, điatomit Kontum, puzơlan Bà Rịa-Vũng Tàu, điatomit Phú Yên

 Tiềm năng về thiết bị:

Thiết bị thi công BTĐL không phức tạp, các thiết bị chính để thi công bê tông theo công nghệ này hiện đều có ở Việt Nam Thiết bị chính để thi công BTĐL cho đập và đường giống nhau Tuy nhiên ở mỗi loại hình công nghệ đòi hỏi thêm những thiết bị thi công đặc chủng riêng

Các thiết bị chính cho thi công đập bằng công nghệ BTĐL gồm: Máy trộn cưỡng bức có khả năng trộn hỗn hợp bê tông khô sử dụng cốt liệu có đường kính lớn, băng tải hoặc các thiết bị tương đương để vận chuyển bê tông, xe tải tự đổ, máy san ủi, máy lu rung, máy tạo khe co, máy đánh xờm, hệ thống phun nước cao áp làm sạch bề mặt bê tông mạch ngừng, hệ thống phun nước bảo dưỡng bê tông

Có thể thấy rằng các thiết bị chính cho thi công bê tông bằng công nghệ BTĐL đã có sẵn ở Việt Nam hoặc có thể chế tạo một phần tại Việt Nam Nếu phổ

biến công nghệ BTĐL ở Việt Nam thì có thể tận dụng được các thiết bị có sẵn ở trong nước

 Hiệu quả áp dụng BTĐL làm đập ở Việt Nam

Về kinh tế, hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi công bê tông đầm lăn đem lại

là rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng, ngoài ra đối với xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ điện, công nghệ này cho phép giảm giá thành vật liệu đáng kể tức giảm tổng vốn đầu tư

Về kỹ thuật, khi áp dụng công nghệ BTĐL cho xây dựng các công trình khối lớn cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm được lượng dùng xi măng vì vậy giảm được nguy cơ nứt khối do ứng suất nhiệt

Về môi trường, nhờ việc giảm lượng dùng xi măng trong BTÐL và có thể thay thế một phần xi măng bằng phụ gia khoáng giúp giảm mức tiêu hao năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường do ngành công nghiệp sản xuất xi măng gây nên Hơn nữa việc có thể tận dụng phế thải tro than, cho phép giải quyết xử lý phế thải công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường

Thuật ngữ “bê tông đầm lăn” (RCC) là để mô tả loại bê tông sử dụng trong quá trình thi công kết hợp được tính kinh tế và công nghệ thi công nhanh của các đập đắp với cường độ và độ bền của bê tông RCC là bê tông có độ ổn định, không sụt trong trạng thái chưa đông cứng sẽ được vận chuyển, đổ và đầm bằng các thiết

bị thi công đập đắp Các tính chất của RCC đông cứng tương tự như những tính chất của bê tông thi công theo các phương pháp thi công truyền thống

Lựa chọn kết cấu RCC cho hạng mục đập dâng bê tông trọng lực là kết cấu

sử dụng công nghệ thi công tiên tiến, phổ biến rộng rãi trên thế giới Lịch sử ứng dụng RCC trong thi công có thể tính từ việc sử dụng bê tông đầm lăn trong thi công đường giao thông hay sử dụng như một vật liệu trám, cho đến lần sử dụng đầu tiên

ở các đập và sau đó là các bước phát triển tiếp theo của công nghệ này RCC đã là một ứng dụng thông thường kể từ cuối những năm 1920, nhưng hầu hết chỉ được sử dụng để làm nền đường cao tốc và đường băng sân bay Trong lĩnh vực ứng dụng

này, người ta thường biết đến bê tông nghèo hoặc bê tông nghèo khô và các thuật ngữ tương tự Những đề xuất ban đầu cho rằng RCC có thể sử dụng trong thi công đập được đưa ra từ năm 1941, nhưng mãi đến năm 1960÷1961, RCC mới được sử dụng trong thi công đập Hiện nay, trên thế giới có khoảng trên 300 đập được xây dựng theo công nghệ RCC, các đập bê tông đầm lăn đã thay thế các đập bê tông trọng lực thi công theo công nghệ truyền thống (bê tông đầm rung CVC) Gần 2/3 các đập RCC đã được xây dựng là ở các nước tiên tiến như: Colombia (đập Miel I ),

Mỹ (đập Olivenhain), Nhật Bản (đập urayama), Chile (đập Ralco), Nga (Bureiskaya), Trung Quốc (đập Shabai)

1.3 Gi ới thiệu về công nghệ xây dựng đập bê tông đầm lăn

Công nghệ bê tông đầm lăn đã được Công ty Tư vấn xây dựng điện 1 áp dụng cho các công trình như: Thủy điện Pleikrông, Thủy điện Bản Vẽ, Thủy điện

Sê San 4 và đã được chứng minh thực tiễn là giảm chi phí đầu tư xây dựng, rút ngắn thời gian thi công khoảng 1 năm Dự án Thuỷ điện Sơn La là công trình thuỷ điện lớn nhất của nước ta và cũng là của khu vực, có công suất lắp máy 2.400 MW Bộ Công nghiệp đã quyết định việc thiết kế kỹ thuật công trình Thuỷ điện Sơn La do Liên doanh Công ty Tư vấn Xây dựng điện 1 (PECC 1) và Viện Thiết kế Thuỷ công Matxcơva (HPI) có sự trợ giúp của Tư vấn phụ Colenco Thụy Sỹ thực hiện Qua nghiên cứu và khảo sát cho thấy, xây dựng đập bê tông truyền thống với quy mô như đập Sơn La sẽ gặp phải nhiều khó khăn phức tạp, đòi hỏi công nghệ làm lạnh vữa bê tông và trong khối đổ để tránh gây nứt đập không kiểm soát được Khối lượng thiết bị làm lạnh rất lớn sẽ gây khó khăn cho bố trí mặt bằng thi công, cụ thể

là phải có trạm để sản xuất nước đá làm lạnh cốt liệu qui mô lớn, hệ thống ống dẫn qua các khối đổ rất phức tạp Ngoài ra, khối lượng thiết bị thi công bê tông trên đập

và khối lượng cốp pha cho bê tông rất lớn cũng gây khó khăn cho bố trí mặt bằng thi công và đường vận chuyển Kết quả nghiên cứu thiết kế kỹ thuật giai đoạn I cho thấy, công nghệ RCC đảm bảo độ tin cậy cao nhất cho công trình Trong thiết kế đập RCC sử dụng hai phương pháp thiết kế chính Phương pháp “chung” dựa vào tính kín nước của đập thông qua chất lượng và cách xử lý đúng đắn đối với mỗi khe

nâng Phương pháp “độc lập” dựa vào một thanh chắn chống thấm độc lập, thường

là bố trí trên mặt thượng lưu của đập tương tự như ở đập đá đổ bản mặt bê tông Bước phát triển cao nhất của phương pháp này là “đắp cứng” hoặc đập cát sỏi trát xi măng, do mặt cắt ngang lớn hơn thường ít phụ thuộc hơn vào cường độ kháng kéo

và cường độ kết dính Với hai phương pháp thiết kế trên, công nghệ RCC cho thấy tính vượt trội so với bê tông truyền thống Công nghệ thi công nhanh hơn với cường

độ và độ bền của bê tông (có thể lên tới 2,5÷3m chiều đứng mỗi tuần ở các đập lớn), do đó cho phép có thể chạy tổ máy số 1 vào cuối năm 2009 Các lớp mỏng hơn dẫn đến độ an toàn gia tăng trong thi công nhờ giảm bớt các khác biệt trong các lớp giữa các lần đổ Do đó, độ an toàn càng được gia tăng do giảm độ phụ thuộc vào cốp pha Ngoài ra, còn giảm ảnh hưởng đối với môi trường do không cần đào các đường cáp

Có thể nói rằng, việc áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn cho công trình Thuỷ điện Sơn La là một thành tựu đáng kể trong quá trình trưởng thành và phát triển của ngành thi công công trình thủy Việt Nam

Hình 1.5: Đập Bê tông đầm lăn - Sơn La

1.4 Những tồn tại trong công nghệ xây dựng đập bê tông đầm lăn

Mặc dù công nghệ BTĐL đã được khẳng định là công nghệ xây dựng tối ưu

áp dụng cho đập trọng lực nhưng việc xây dựng đập BTĐL chỉ thực sự phát huy được tính ưu việt và tạo ra sản phẩm có chất lượng tương đương với đập bê tông thường khi khắc phục được những điểm yếu của loại hình công nghệ này:

1.4.1 Về chất lượng bám dính giữa các lớp:

Cường độ bám dính giữa các lớp đối với đập BTĐL là điểm yếu nhất của BTĐL Vì vậy cường độ kéo bê tông tại vùng tiếp giáp giữa các lớp đổ là mối quan tâm lớn nhất khi thiết kế kết cấu đập BTĐL Do vậy cần phải có những thử nghiệm

kỹ càng trên mô hình với các điều kiện về vật liệu, thiết bị và quy trình thi công thực tế để xác định các tính chất của bê tông tại vùng tiếp giáp giữa các lớp thi công

và đảm bảo rằng các giá trị của các tính chất của bê tông không thấp hơn yêu cầu thiết kế

1.4.2 Về vấn đề thấm:

Do BTĐL được thi công thành những lớp nên các khe tiếp giáp giữa các lớp

có thể là đường chính để nước thấm qua thân đập Ngoài ra do sử dụng ít chất kết dính hơn so với bê tông thường nên BTĐL có tính chống thấm kém hơn so với bê tông thường cùng mác Vì vậy cần nghiên cứu kỹ các giải pháp cấu tạo chống thấm, thành phần vật liệu và quy trình thi công thích hợp để đảm bảo khả năng

chống thấm cho đập

1.4.3 Về chất lượng thi công:

Sự phân ly hỗn hợp bê tông là một trong những vẫn đề bất lợi nhất có thể xảy

ra trong quá trình sản xuất và đổ BTĐL Do đặc thù thi công trên diện rộng với khối lượng lớn nên việc kiểm soát sự đồng nhất về thành phần và tính công tác của hỗn hợp BTĐL khó hơn so với bê tông thường Điều này sẽ dẫn đến chất lượng của BTĐL sẽ dao động lớn

Do kế thừa công nghệ thi công cơ giới của đập đất nên đập bê tông đầm lăn

có ưu điểm lớn là thi công nhanh, hiệu quả kinh tế cao so với thi công thủ công ở đập bê tông truyền thống Áp dụng công nghệ này sẽ đẩy nhanh được tiến độ thi công, công trình sớm đưa vào khai thác vận hành, hiệu quả kinh tế sẽ lớn hơn nhiều

so với đập bê tông truyền thống Những công trình có khối lượng bê tông lớn là sở trường của công nghệ BTĐL

Do sử dụng ít nước trong hỗn hợp bê tông nên lượng dùng xi măng trong hỗn hợp BTĐL nhỏ Yếu tố này làm cho nhiệt lượng thuỷ hoá trong khối BTĐL nhỏ hơn nhiều so với bê tông truyền thống Theo đó vấn đề khống chế nhiệt độ không phức tạp như đập bê tông truyền thống và càng phức tạp hơn đối với đập cao, vì phải sử dụng hệ thống ống làm lạnh bên trong thân đập, ngoài các biện pháp hạ nhiệt hỗn hợp bê tông bên ngoài

* Nhược điểm :

Các mặt tiếp xúc giữa các lớp đổ nếu kiểm soát không chặt chẽ sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống thấm của đập Tuy nhiên vấn đề này cho đến nay đã được giải quyết khá triệt để: trong thiết kế đã bố trí lớp chống thấm thượng lưu và lớp bê tông biến thái ở phía thượng lưu bê tông chống thấm; Sau khi đập hoàn thành mặt thượng lưu đập được xử lý bằng 1 lớp chống thấm dạng kết tinh (Xypex hoặc Krystol ); Sau lớp bê tông chống thấm là hệ thống tiêu nước trong thân đập Trước khi thi công đã tiến hành thí nghiệm đầm nện hiện trường để xác định thông số đầm nện, quy trình thi công, thời gian khống chế để không được phát sinh khe lạnh ở 2 lớp tiếp giáp

CHƯƠNG 2 TÁC HẠI CỦA DÒNG THẤM TRONG ĐẬP RCC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU

2.1 Quá trình phát triển cường độ của bê tông đầm lăn (BTĐL)

BTĐL cũng giống bê tông thường, cũng là một loại hỗn hợp của nhiều vật liệu, cấu tạo bên trong rất phức tạp Từ quan điểm kết cấu vĩ mô mà xét, có thể coi BTĐL thuộc loại có 2 vật liệu gốc là cốt liệu phân tán trong chất keo dính của BTĐL Xét từ quan điểm kết cấu vĩ mô, thể vữa keo dính sau khi cứng hóa là tổng hợp của keo dính hydroxit canxi kết tinh, các hạt xi măng chưa thủy hóa và các hạt chất độn, các lỗ hổng của keo, các mao quản, lỗ có nước và không khí,…Do đó thủy hóa chất keo dính còn kéo dài một thời gian sau nữa, nhất là thủy hóa của các chất độn trong đó nước còn tiếp tục bốc hơi, để lại không ít các lỗ khí và khe nứt nhỏ Sự phá hủy của BTĐL cũng là do các khe nứt nhỏ bên trong dưới tác dụng của

ngoại lực mà phát sinh kéo dài hoặc mở rộng tạo lên

Cường độ của BTĐL được chia thành ba loại: cường độ kháng nén, cường độ kháng kéo và cường độ kháng cắt Do BTĐL có trộn nhiều loại chất độn cho nên

quy luật phát triển của cường độ không giống như bê tông thường Cường độ thời đầu của BTĐL phát triển chậm hơn bê tông thường, cường độ sau 28 ngày phát triển nhanh hơn bê tông thường Hiện tại trong thiết kế thi công kết cấu BTĐL, phương pháp đánh giá và các chỉ tiêu cơ lý của RCC về cơ bản gần giống như của

bê tông thường nhưng phương pháp thành hình, chọn tỷ lệ cấp phối và tỷ lệ hợp thành đều khác xa với bê tông thường, do đó nguyên nhân ảnh hưởng đến tính năng của BTĐL cũng phức tạp hơn bê tông thường rất nhiều

2.1.1 Cường độ kháng nén:

2.1.1.1 S ự phát triển của Cường độ kháng nén

 Cường độ kháng nén phát triển theo thời gian theo Công thức:

Rct/Rc28=31.138tP

0.334

P

(%) (2-1) Trong đó:

RR ct R: Cường độ kháng nén của RCC ở tuổi t ngày (Mpa)

RR c28 R: Cường độ kháng nén của RCC ở tuổi 28 ngày Mpa) t: Tuổi của RCC (d), 1610d ≥ t ≥ 7dR o

Hình 2.1: Sự phát triển cường độ kháng nén của BTÐL

 Công thức xác định cường độ của BTĐL do Trung Quốc đúc kết và đưa vào quy trình thí nghiệm:

)(

N

KD R A

R đl = kd − (2-2) Trong đó:

đl

R : Cường độ kháng nén BTĐL tuổi 90 ngày A: Hệ số phẩm chất cốt liệu, bằng 0,811 đối với dăm, bằng 0,733 đối

với sỏi

dăm, bằng 0,789 đối với sỏi

Ngoài ra cường độ kháng nén của RCC có thể áp dụng công thức của Abrams

 Cường độ kháng nén của RCC theo nguyên lý Abrams:

52 , 6

82 , 1 24

, 14 46

, 12

+ +

−

=

F C

F F

C

F W

B

Trong đó:

RR c R: Cường độ kháng nén BTĐL tuổi 90 ngày

W: Hàm lượng nước trong 1mP

Hình 2.2: Sự phát triển cường độ kháng kéo của BTÐL

Cường độ chịu kéo bửa và chịu kéo đúng tâm đều tăng theo thời gian, theo công thức sau:

38 , 29 ) ( 40 , 41

28

−

= Ln t R

2.1.3 Quan hệ giữa cường độ kháng nén và cường độ kháng kéo:

Hình 2.3: Quan hệ giữa cường độ kháng nén và cường độ kháng kéo của BTÐL

Cường độ kháng nén càng cao thì cường độ kháng cắt và kháng kéo đúng tâm cũng càng cao, tuân theo công thức:

lớn nếu chỉ tăng tải trọng bề mặt thì ảnh hưởng mật độ cũng không lớn, chỉ làm cho

tiếp xúc giữa các hạt tăng lên Muốn cho mật độ bề mặt thay đổi thì phải làm cho

kết cấu của nó biến dạng, cũng có nghĩa là làm cho các hạt thắng được trở lực ma sát mà di chuyển Trong điều kiện tĩnh lực, trở lực ma sát này rất lớn, nhưng dưới tác dụng của động lực, các hạt mịn ở vào trạng thái rung động nhảy, còn các hạt thô thì được sắp xếp lại hình thành kết cấu vững chắc, ổn định; do vậy BTĐL siêu khô

cứng phải dùng rung động để đầm chặt Cường độ kháng nén của BTĐL tăng theo gia tốc rung, khi gia tốc rung cực đại lớn hơn 5g thì sự tăng trưởng cường độ kháng nén có xu thế giảm dần đến ổn định

Phương pháp tạo hình BTĐL khác với bê tông thường là cho rung tạo hình

và tỷ lệ cấp phối cũng như tỷ lệ tạo thành cũng rất khác bê tông thường, cũng vì vậy

mà nguyên nhân ảnh hưởng đến tính năng lực học của BTĐL cũng phức tạp, chủ

yếu do các nguyên nhân: độ đầm chắc, tỷ lệ keo nước, tỷ lệ cát, cấp phối và chất

lượng cốt liệu thô, chất phụ gia chất lượng và số lượng tro bay, hàm lượng hạt nhỏ trong cốt liệu, kỳ hạn, mặt tầng, điều kiện bảo dưỡng,

2.2.1.1 Ảnh hưởng của đầm chắc

Độ chắc của BTĐL thường được biểu thị bằng mật độ biểu quan BTĐL có

chắc không trực tiếp ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng lực học, tức là tỷ lệ cấp phối trong phòng thử hoàn toàn phù hợp với yêu cầu; nếu độ chắc kém thì cường độ kháng nén cũng không đạt yêu cầu Cường độ kháng nén của BTĐL tỷ lệ thuận với

mật độ biểu quan khô Như hình 2.4 Trong hình là quan hệ giữa tỷ lệ mật độ biểu

quan với mật độ chắc và tỷ lệ cường độ bê tông thực tế với cường độ bê tông đã đầm chắc

Từ hình 2.4 ta thấy, mật độ biểu quan của BTĐL càng lớn thì cường độ

kháng nén càng cao, khi chứa 5% lỗ rỗng thì cường độ bê tông ước giảm 30%, nếu khe lỗ chiếm 2% thì cường độ cũng giảm 10% trở lên Từ đó cho thấy khi thi công

BTĐL thì phải khống chế chất lượng chặt chẽ hơn nhiều so với bê tông thường

Hình 2.4: Mật độ biểu quan của BTĐL với cường độ kháng nén

Hình 2.5: Tỷ số cường độ và tỷ số mật độ biểu quan

2.2.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ keo nước với cường độ kháng nén

Cường độ kháng nén của BTĐL cũng như bê tông thường trong điều kiện

trộn một lượng nhất định chất độn thì cường độ giảm khi tỷ lệ keo nước tăng Theo

“Quy trình thí nghiệm BTĐL thuỷ công”, khi chọn tỷ lệ keo nước tham khảo công

thức:

B F C R A

cf

R : Là cường độ vữa cát 28 ngày hỗn hợp xi măng tro bay (Mpa)

W, C, F : Là lượng nước, xi măng, tro bay của một đơn vị thể tích bê tông (kg )

A, B là hệ số hồi quy thay đổi theo điều kiện ở các công trình lớn căn

cứ điều kiện bản thân để tìm A, B tương ứng Thông thường có thể chọn A, B theo trị số sau: với đá cuội A=0,733, B=0,789, với đá dăm A=0,8111, B=0,581

Từ công thức trên thấy cường độ của BTĐL tỷ lệ nghịch với tỷ lệ nước keo

2.2.1.3 Ảnh hưởng của cấp cường độ, chủng loại xi măng, lượng và chất tro bay với cường độ kháng nén

Rất nhiều thí nghiệm và thực tiễn công trình trên thế giới và Trung Quốc đã chứng minh bê tông có cấp cường độ cao thường là dùng xi măng có cấp cường độ cao Cùng một tỷ lệ cấp phối và cùng một loại vật liệu khác trừ xi măng ra, với các loại xi măng khác nhau pha trộn thành bê tông có quy luật phát triển cường độ cũng không giống nhau, chủ yếu là do có liên quan đến các hàm lượng của thành phần quặng trong xi măng

Sau khi trộn tro bay vào BTĐL, cường độ sớm của bê tông giảm và phát triển chậm, nhưng cường độ giai đoạn về sau phát triển rất nhanh Chất lượng của tro bay ảnh hưởng đến quy luật phát triển cường độ của BTĐL không giống nhau Tro bay loại tốt so với tro bay thường ảnh hưởng đến cường độ sớm tương đối ít song cường độ phát triển nhanh Cường độ sớm của BTĐL giảm theo lượng tro bay tăng, còn cường độ giai đoạn về sau có tỷ lệ tăng trưởng tăng khi lượng tro bay tăng

như bảng 2.1 Tăng lượng trộn tro bay, tuy có làm giảm cường độ kháng nén sớm

nhưng cũng không quan trọng lắm đối với bê tông thể tích lớn, mà trộn tro bay sẽ cải thiện tính dễ thi công của BTĐL, làm giảm sự toả nhiệt của bê tông và tránh cốt liệu phân ly, điều này cũng rất quan trọng

Bảng 2.1 : Lượng trộn tro bay trong BTĐL và cường độ kháng nén

3

m Kg

phương pháp thay thế đẳng lượng thì cường độ kháng nén giảm rõ Đó là vì nhiều tro bay, xi măng tương đối ít, nồng độ Ca(OH)R 2 R tham gia phản ứng lần hai giảm

thấp vì thế mà ảnh hưởng đến quá trình phản ứng thuỷ hoá của tro bay, tăng tỷ lệ lỗ mao quản mà giảm thấp cường độ, nhưng tỷ lệ tăng trưởng cường độ ở giai đoạn về sau của BTĐL thì lại cao hơn BTĐL không trộn tro bay

Hình 2.6 : Đường cong cường độ kháng nén 90ngày với cường độ tro bay

2.2.1.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ lượng sử dụng chất keo dính trên độ rỗng của keo dính

Với loại bê tông khô nghèo thì lượng keo dính và nước dùng tương đối ít, tức

là thể tích vữa xi măng và vữa cát tương đối ít, lượng vữa tro không đủ để nhét đầy các lỗ hổng không khí, khi duy trì cho tỷ lệ keo nước không đổi cũng có nghĩa là

tăng thêm lượng keo dính, thì lượng vữa tro tăng, tỷ lệ khe lỗ nhỏ đi cường độ cũng

tăng theo Nhưng lượng keo tăng đến có thể vữa bao bọc cốt liệu và nhét đầy các lỗ khí, thì lượng keo nhiều hay ít ảnh hưởng cực nhỏ đến cường độ

Nguồn gốc cường độ của bê tông là cường độ của vữa cát, lực kết dính của

vữa cát với cốt liệu thô, cường độ cốt liệu, cường độ vữa cát ngoài việc chịu ảnh

hưởng của tỷ lệ xi măng nước ra còn có liên quan tới tỷ số không khí và keo Thuỷ hoá vật liệu keo dính diễn ra làm cho thể tích vữa keo dính cũng tăng lên, do đó mà

tỷ lệ keo dính trên lỗ rỗng cũng tăng, cường độ kháng nén vữa cát được nâng cao

như hình 2.7:

Hình 2.7 : Tỷ lệ chất keo dính trên độ rỗng Ghi chú : Cường độ của mẫu thử hình lập phương cạnh dài 51mm

O là chất độn A ; X là chất độn B ; ∆ là chất độn C

2.2.1.5 Ảnh hưởng của hàm lượng cát

Cũng như bê tông thường, môđun min hạt cát, lượng dùng nước và tỷ lệ keo

nước không đổi, suất cát quá lớn thì vữa keo dính không đủ để bao bọc cát và lấp vào lỗ rỗng làm cho cường độ của BTĐL giảm đi Khi suất cát quá nhỏ lượng vữa cát không đủ để bao cốt liệu thô và lấp khe rỗng cũng làm cho cường độ giảm, ngoài ra suất vữa cát quá nhỏ rất dễ làm cốt liệu BTĐL phân ly, làm cho chất lượng không đồng đều mà giảm cường độ Cho nên ở BTĐL cũng có vấn đề suất hàm

lượng vữa cát tối ưu

2.2.1.6 Ảnh hưởng của cốt liệu thô đến cường độ BTĐL

Những nguyên nhân cốt liệu thô ảnh hưởng đến cường độ của BTĐL chủ yếu

là cường độ của cốt liệu và tỷ lệ hút nước, hình dáng cốt liệu và hình dáng bề mặt, đường kính hạt cốt liệu và cấp phối

 Cường độ cốt liệu và tỷ lệ hút nước

Nếu cường độ BTĐL yêu cầu không cao lắm thì cũng không cần cốt liệu kiên cố, nhưng yêu cầu khi đầm không vỡ vụn Đối với bê tông mà nói, cốt liệu không nhất định càng cứng càng tốt, bởi vì cốt liệu tốt ngăn cản không cho đá xi

măng co giãn sinh ra khe nứt Sự thay đổi thể tích sau khi cốt liệu hút nước không

có lợi cho việc kết dính của cốt liệu với đá xi măng làm cho mặt tiếp giáp giữa đá xi

măng và cốt liệu bị hỏng

 Hình dáng cốt liệu và trạng thái bề mặt

Hình dáng cốt liệu có dạng tròn hoặc vuông thì có lợi cho cường độ của bê tông, khi đó diện tích bề mặt và tỷ lệ khe hở tương đối nhỏ, không những tiết kiệm được vữa xi măng mà còn có thể giảm bớt được các thiếu sót bên trong bê tông Cốt

liệu dạng nhọn và tấm dẹt rất dễ bị gãy khi đầm Ngoài ra, dưới mặt phẳng của cốt

liệu hình thành huyệt trống hoặc lỗ tích nước tạo nên khu yếu, đều có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông Dùng cốt liệu có bề mặt thô nhám để trộn thì bê tông có

cường độ tốt hơn là trộn cốt liệu nhẵn Tại công trình, trộn cốt liệu nhân tạo thì

cường độ bê tông tốt hơn là trộn cốt liệu thiên nhiên chính là vì nguyên nhân này

 Đường kính hạt cốt liệu và cấp phối

Mật độ biểu quan của BTĐL tăng theo đường kính lớn nhất của cốt liệu, mà

cường độ BTĐL thông thường cũng tăng theo mật độ biểu quan, do vậy tăng cường đường kính lớn nhất của cốt liệu thô là tăng cường độ BTĐL Qua nghiên cứu

chứng thực, trong điều kiện VC và lượng trộn tro bay cũng như cường độ đã cố định thì BTĐL cũng giống bê tông thường ở chỗ tăng đường kính lớn nhất của cốt

liệu thô, thì tỷ lệ khe rỗng giữa các cốt liệu và tổng diện tích bề mặt giảm làm cho

lượng dùng xi măng cũng giảm Nếu vẫn giữ nguyên lượng dùng xi măng thì cường

độ bê tông sẽ tăng Nhưng tăng đường kính lớn nhất của cốt liệu thì dễ sinh ra cốt

liệu thô trong hỗn hợp bị phân ly, làm giảm độ đồng đều của bê tông, mà sự liên kết

của mặt giáp ranh giữa cốt liệu thô với vữa keo dính cứng hoá lại là khâu yếu của

cường độ bê tông Với tác dụng nhất định của tải trọng, khe nứt mặt tiếp giáp sẽ phát triển từ mặt tiếp giáp của cốt liệu có đường kính lớn nhất, từ đó mà dẫn đến bê tông bị phá huỷ Căn cứ vào kinh nghiệm thực tiễn công trình trong và ngoài nước cho thấy, đường kính lớn nhất của cốt liệu thô BTĐL khống chế ở mức 80mm là

vừa phải

Cấp phối lý tưởng của cốt liệu thô bê tông là phải có tỷ lệ rỗng nhỏ nhất, và

bề mặt diện tích cũng nhỏ nhất, nhưng hai vấn đề này không thể cùng tồn tại, cho nên ở cốt liệu thô không tồn tại cấp phối tối ưu, chỉ có thể căn cứ vào điều kiện công nghệ thi công cụ thể để chọn ra cấp phối vừa phải Cấp phối cốt liệu thô tương đương với điều kiện chiếu cố đề cả hai tỷ lệ khe rỗng và diện tích bề mặt, và chú

trọng đến khả năng chống phân ly để khoảng cách tỷ lệ phân cấp của cốt liệu không quá lớn Nếu cốt liệu thô bị phân ly, làm cho năng lực tự điều chỉnh của cốt liệu thô trong quá trình đầm rung bê tông siêu khô cứng tương đối kém đi, không tránh khỏi

sẽ sinh ra lỗ hổng và khe hở không khí, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cường độ kháng nén và các tính năng khác của bê tông

Trộn chất ninh kết vào BTĐL trên thực tế là kéo dài sự ninh kết cứng hoá

của bê tông làm cường độ sớm giảm đi, phát triển cũng chậm, nhưng đến hậu kỳ thì

cường độ phục hồi trở lại bình thường đạt đến cường độ của bê tông chưa trộn chất

chậm ninh kết

Kết quả thí nghiệm đã chứng minh, giữ nguyên độ chắc, trộn vào chất dẫn khí có thể giảm lượng nước tức là tiết kiệm được vật liệu kết dính; hàm lượng khí càng lớn thì tiết kiệm càng nhiều nhưng cường độ kháng nén sẽ giảm theo hàm

lượng khí tăng Nếu vẫn duy trì lượng dùng keo dính và mật độ của BTĐL thì trộn

chất dẫn khí vào, không những sẽ làm tăng độ bền vững của BTĐL mà còn cải thiện được tính dễ thi công của nó BTĐL trộn chất dẫn khí thì phải khống chế thật nghiêm hàm lượng khí, nếu không thì hàm lượng khí quá lớn sẽ giảm thái quá cường độ kháng nén

2.2.1.8 Ảnh hưởng của độ mịn cốt liệu đối với cường độ

Trong tình hình tỷ lệ cấp phối không thay đổi, dùng lượng tương bột đá hoặc tro bay thay cho cát có thể nâng cao cường độ bê tông Qua nghiên cứu thấy, trên cơ

sở tỷ lệ cấp phối thông thường dùng tro bay nghiền mịn thay một phần cát để trộn

BTĐL trong điều kiện vẫn giữ trị số VC không đổi thì cường độ kháng nén của bê tông tăng rõ rệt Đó là vì bột mịn tăng làm các khe hở của cát giảm, tỷ lệ giàu vữa tro tăng cải thiện tính dễ thi công, làm bê tông dễ đầm chặt Dùng nhiều tro bay, không những nó có tác dụng như bột đá là lấp vào khe rỗng mà bản thân nó là vật

liệu hoạt tính, có thể tác dụng với Ca(OH)R 2 R sinh phản ứng lần 2, tăng độ trắc, tăng

lượng tro bay tương ứng là giảm tỷ lệ nước keo và suất cát cũng như làm tăng tính dính của bê tông, giảm bớt sự phân ly có nghĩa là tăng cường độ bê tông lên

Bảng 2.2 Ảnh hưởng cường độ kháng nén do dùng tro bay thay cát

Các mục thay cát Không

Thay 6% cát Xét tro bay cần

nước Không xét tro bay cần nước

lượng bột cát có trong cát với đường kính nhỏ hơn 0,16mm ), ở đây tồn tại suất bột

mịn tối ưu Trong BTĐL tác dụng của vữa keo dính cũng là để lấp lỗ hổng và bao

bề mặt hạt cát, vữa cát thì lấp các khe hở đá và bao bọc mặt đá Nhưng nếu BTĐL

là loại bê tông khô nghèo, chất keo dính và nước dùng tương đối ít, vữa keo dính không đủ để lấp khe hở và bao bề mặt làm cho cường độ bê tông bị giảm, mật độ

biểu quan bị kém đi Khi hàm lượng bột mịn trong cát tăng, do hạt tương đối mịn

tương tự như của tro bay, cùng với chất keo dính và nước, độ mịn trong cát cũng có tác dụng lấp lỗ hổng và bao hạt cát tức là tương đương với việc tăng vữa keo dính,

có thể thoả mãn nhu cầu lấp lỗ hổng và bao bọc bề mặt làm suất khe hở giảm nhỏ,

mật độ biểu quan tăng, cường độ cũng tăng theo Nếu hàm lượng bột mịn lớn quá

cường độ vữa tro giảm, thì cường độ BTĐL cũng giảm theo như hình 2.8

Hình 2.8 : Đường quan hệ cường độ nén và tỷ lệ hàm bột mịn

2.2.1.9 Ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng, tuổi đến cường độ kháng nén

BTĐL dùng ít nước, trong quá trình thi công cần phải giữ cho mặt tầng ẩm ướt để đảm bảo cho mặt tầng kết hợp tốt Sau khi BTĐL cứng hoá, cũng như bê tông thường cần phải duy trì thuỷ hoá bình thường Nghiên cứu phát hiện sau khi

tạo hình xong mẫu thử, nhiệt độ bảo dưỡng có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ, bảo

dưỡng ở nhiệt độ thấp sẽ làm cho thời kỳ đầu cường độ giảm đi, lượng tro bay càng nhiều thì giảm càng nhanh Duy trì nhiệt độ thấp cũng ảnh hưởng rất lớn đến cường

độ hậu kỳ, thí nghiệm ở đập Đại Điền, Kháng Khẩu phát hiện, BTĐL bảo dưỡng ở nhiệt độ dưới 100P

o

P

C, cường độ trung bình của 27 nhóm mẫu thử kỳ hạn 28 ngày chỉ

có 12,3Mpa, còn cường độ của cùng tỷ lệ cấp phối bảo dưỡng tiêu chuẩn thí nghiệm trong nhà đạt 19,8Mpa Thi công đập Đại Xuyên của Nhật tiến hành thí nghiệm bảo

PC), cường độ 91 ngày chỉ bằng 6% của cường độ

mẫu thử bảo dưỡng tiêu chuẩn Nhưng nếu sau khi bảo dưỡng ở nhiệt độ thấp xong

lại bảo dưỡng tiêu chuẩn một thời kỳ nữa thì BTĐL vẫn đuổi kịp một trị số nằm ở

cường độ mẫu thử bảo dưỡng tiêu chuẩn

Bảng 2.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng tới cường độ thời kỳ đầu

o

P

C R’R 7 R/RR 7 0,81 0,68 0,78 0,85 0,68 0,54

Do nhiệt độ môi trường thấp làm cho nước trong hỗn hợp bê tông bay hơi, khiến tỷ số keo nước của hỗn hợp giảm thấp quá, xi măng và tro bay không có thể phát huy hết để mà phản ứng thuỷ hoá tất dẫn đến giảm thấp cường độ

Tuy nhiên cường độ kháng nén của BTĐL và bê tông thường đều tăng theo

kỳ hạn kéo dài, nhưng do nguyên nhân vật liệu và tỷ lệ cấp phối của hai loại này khác nhau mà quy luật phát triển cường độ cũng không giống nhau Qua nghiên cứu

chứng minh kỳ hạn tăng thì trị số tương đối của cường độ kháng nén BTĐL cũng

tăng dần (nghĩa là cường độ kháng nén tăng theo thời gian tuổi kéo dài) Lượng trộn tro bay tăng thì trị số tương đối của cường độ kháng nén 7 ngày sẽ giảm dần, còn trị

số tương đối của cường độ kháng nén 90 ngày thì lại tăng dần Đó là do phản ứng thuỷ hoá thời kỳ đầu của tro bay trong chất keo dính tương đối chậm, sau khi đến 28 ngày thì phản ứng thuỷ hoá lần 2 của tro bay tăng dần lên, thúc đẩy cường độ tăng lên Tỷ lệ tăng trưởng cường độ kháng nén của BTĐL sau 28 ngày rõ ràng là cao

hơn bê tông thường Khi lượng tro bay cao hơn 50% trị số tương đối của cường độ

BTĐL 7 ngày thấp hơn của bê tông thường trộn bằng xi măng Portland Hiện nay có

rất nhiều công trình dùng BTĐL trộn tro bay với tỷ lệ 50%, do vậy có thể nói tuy phát triển cường độ của BTĐL thời kỳ đầu chậm hơn bê tông thường trộn xi măng portland, nhưng cường độ phát triển của bê tông đầm lăn thời kỳ sau (sau 28 ngày ) thì lại nhanh hơn của bê tông thường Đây chính là một đặc trưng quan trọng của

BTĐL so với bê tông thường

Cường độ kháng nén cuả BTĐL tăng theo lượng trộn tro bay, tỷ lệ tăng

trưởng cường độ kháng nén thời kỳ sau cũng tăng lên BTĐL có lượng trộn tro bay đến 50%÷60% thì cường độ kháng nén và tuổi có quan hệ theo công thức :

7

* 381 , 0 1

28

t R

Trong đó :

RR t R: Cường độ kháng nén tuổi t ngày

RR 28 R: Cường độ kháng nén tuổi 28 ngày

T : Tuổi tính của cường độ kháng nén

Nghiên cứu chứng minh, biên độ tăng trưởng cường độ 90 ngày của BTĐL

trộn tro bay càng lớn khi tro bay càng nhiều Trong bê tông bao Nham Than, tro bay chiếm tỷ lệ 70% chất keo dính, nghiên cứu tính năng kỳ hạn lâu dài của nó cho

thấy, cường độ kháng nén của BTĐL 9 năm tương đương với 2,25 lần cường độ kháng nén của bê tông thường 28 ngày Từ 5năm ÷9năm, cường độ kháng nén của

bê tông tăng trưởng 33,9% Từ 8năm ÷9năm, cường độ kháng nén của bê tông tăng

trưởng 3,4%

2.2.1.10 Ảnh hưởng của điều kiện tạo hình mẫu thử

Qua thí nghiệm nghiên cứu cho thấy, thời gian rung tạo hình càng dài thì cường độ kháng nén của BTĐL cũng có phần tăng lên, nhưng thời gian rung quá dài thì ngược lại sẽ làm cho cường độ giảm Bởi vì nếu thời gian rung vượt quá trị số

Vc nhiều lần thì cốt liệu bị phân ly, vữa tro bay bị tách ra quá nhiều tạo lên nội bộ

vữa tro quá ít, khe rỗng tăng làm cường độ kết cấu giảm đi Thông thường yêu cầu

thời gian rung trong khoảng 2Vc ÷3Vc là đủ

Trong điều kiện rung động nhất định, cường độ nén bề mặt tăng thì cường độ kháng nén cũng tăng, cường độ nén bề mặt tăng tới trình độ nhất định thì cường độ kháng nén chỉ tăng chút ít Nếu cường độ kháng nén bề mặt tăng quá nhiều, thì tấm

ép rung tạo hình sẽ bị nhảy, ngược lại hỗn hợp không được đầm chặt, kết quả là

cường độ bê tông giảm đi

2.2.1.11 Ảnh hưởng của mặt tầng đến cường độ kháng nén BTĐL

Nếu xử lý mặt tầng BTĐL không tốt sẽ tạo thành một mặt yếu kém, sự tồn

tại của nó làm suy yếu các chỉ tiêu cường độ của BTĐL Nghiên cứu chứng minh,

sự tồn tại mặt yếu kém làm giảm cường độ kháng nén của BTĐL, nhưng trong các

mẫu thử có mặt tầng thì thời gian giản cách mặt tầng ngắn so với loại thời gian giản cách dài thì cường độ kháng nén mặt tầng đã xử lý cao hơn không xử lý Phương

thức xử lý mặt tầng cũng ảnh hưởng đến cường độ kháng nén của mẫu thử Mặc dù

vậy cường độ kháng nén trung bình của mẫu thử đã được xử lý mặt tầng và cường

độ kéo đứt trung bình đều thấp hơn của BTĐL không có mặt nối tiếp

2.2.1.12 Ảnh hưởng của kích thước mẫu thử và sàng ướt đến cường độ bê tông

BTĐL thường dùng cốt liệu có đường kính 80mm, việc đo thử cường độ kháng nén trong nhà thường dùng mẫu thử tiêu chuẩn quy định là khối lập phương 150mmx150mmx150mm, chỉ cho phép dùng cốt liệu có đường kính nhỏ hơn

40mm, cường độ bê tông sau khi sàng ướt nhỏ hơn so với cường độ bê tông ban đầu Nghiên cứu chứng minh, sau khi qua sàng ướt tác dụng khung cốt của cốt liệu

giảm đi, do vậy cường độ của 28 ngày nhỏ hơn của bê tông khi chưa sàng bỏ cốt liệu lớn Như vậy cường độ mẫu thử tạo hình lấy từ miệng máy trộn rồi qua sàng ướt để thử trong nhà so với khoan nõn bê tông nguyên dạng lấy mẫu tại hiện trường

là có sai khác

2.2.2 Cường độ kháng kéo của bê tông đầm lăn (BTĐL)

Nhân tố ảnh hưởng cường độ kháng nén cũng là nhân tố ảmh hưởng đến

cường độ kháng kéo, chẳng qua là khác nhau về mức độ Những nguyên nhân chủ

yếu là: Tỷ lệ nước keo, lượng trộn tro bay, đường kính hạt trung bình phân cấp cốt

liệu, mật độ liên quan của vữa cát, kỳ hạn và mặt tầng…

2.2.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước keo và lượng tro bay

Kết quả thí nghiệm cường độ kháng kéo hướng trục kỳ hạn 28 ngày của

BTĐL và tỷ lệ nước keo như hình 2.9

Hình 2.9: Cường độ kháng kéo hướng trục của BTĐL với các tỷ lệ trộn tro bay và tỷ lệ nước keo (kỳ hạn 28 ngày, G lượng trộn tro bay (theo thể tích))

BTĐL trộn tro bay khác nhau, cường độ kháng kéo hướng trục tăng khi tỷ lệ

nước keo giảm Khi tỷ lệ nước keo như nhau lượng trộn tro bay tăng thì cường độ kháng kéo hướng trục của BTĐL giảm Khi tỷ lệ nước keo nhỏ, tỷ lệ giảm thấp hơn

so với khi tỷ lệ nước keo lớn

Khi cường độ kháng nén như nhau, cường độ kháng kéo của BTĐL tăng theo

lượng trộn tro bay, như vậy cải thiện được tính chống nứt của BTĐL

2.2.2.2 Ảnh hưởng của đường kính trung bình của hạt và sự tổ hợp cốt liệu với cường độ kháng kéo

Khi vữa xi măng cố định, thể tích cốt liệu từ 0 tăng lên 20% thì cường độ kháng kéo của BTĐL giảm dần, sau đó thể tích cốt liệu tăng tiếp thì cường độ kháng kéo lại tăng lên như hình 2.10

Hình 2.10: Quan hệ giữa cường độ kháng kéo trực tiếp khi tỷ lệ nước keo

bằng 0,5 với thể tích cốt liệu

BTĐL có lượng vữa tro khoảng 15%÷20%, thể tích cốt liệu đạt 80%÷85%, cường độ kháng kéo của BTĐL lớn hơn của bê tông thường Nhưng cường độ kháng kéo của bê tông tăng theo đường kính lớn nhất của cốt liệu, tuy tăng thể tích

cốt liệu nhưng cường độ kháng kéo lại giảm Nguyên nhân chính là mặt giáp giới

kết hợp cốt liệu thô tăng theo đường kính cốt liệu vì nước thoát ra, đầm rung không

chặt chẽ sẽ tạo thành mặt yếu hơn nhiều, do đó làm giảm cường độ

Tỷ lệ cát của BTĐL lớn hơn bê tông thường mà đường kính trung bình hạt

cốt liệu lại nhỏ Trong điều kiện đường kính hạt lớn nhất và các điều kiện khác như nhau thì khả năng chống kéo của BTĐL lớn hơn của bê tông thường

2.2.2.3 Ảnh hưởng mật độ biểu quan của vữa cát đến cường độ kháng kéo

Độ chắc của BTĐL có ảnh hưởng đến cường độ kháng kéo, cả cường độ kháng nén, cũng có tài liệu từng đề cập, do bê tông nghèo không chắc, mật độ biểu quan tụt thấp 2,5% còn cường độ kháng kéo giảm 28%, cũng có nghĩa là mật độ

biểu quan giảm 1%, cường độ kháng kéo giảm 11% Nói chung chất lượng tốt xấu

của BTĐL chú trọng nhiều đến khe hở giữa các cốt liệu thô có hay không, còn vữa tro có lấp hết các khe hở giữa các cốt liệu thô không thì không quan trọng lắm

Thực tế cả hai đều không dễ bỏ qua và loại sau là gốc của cốt liệu thô càng cần phải chú ý Theo M.R.H Dunstan nước Anh đã đề xuất quan hệ giữa mật độ biểu quan

của vữa và tỷ lệ vữa tro/vữa cát như hình 2.11, khi tỷ lệ vữa tro trên vữa cát đạt đến

0,4÷0,44 thì mật độ biểu quan có thể đạt đến 98%÷99% mật độ biểu quan lý thuyết

Hình 2.11: Mật độ biểu quan vữa cát và thể tích vữa tro/vữa cát Khi tỷ lệ vữa tro bay/vữa cát đạt 0,44 với các tỷ lệ nước keo khác nhau,

lượng tro trộn khác nhau, thì cường độ kháng kéo của BTĐL như hình 2.12 (a), (b)

Trong đó hình 2.12 (a) là cường độ kháng kéo BTĐL các kỳ hạn thấp, với các

lượng trộn tro khác nhau thì lớn hơn của bê tông thường đập lớn, hình 2.12 (b) là

khi tỷ lệ nước keo lớn, trộn tro bay dưới 60% thể tích thì cường độ vẫn tốt hơn của

bê tông thường

2.2.2.4 Ảnh hưởng tuổi đến cường độ kháng kéo

Quy luật tăng trưởng cường độ kháng kéo BTĐL theo tuổi cũng giống như cường độ kháng nén Qua phân tích nghiên cứu một số công trình của Trung Quốc cho thấy cường độ kháng kéo cũng như cường độ kháng nén tăng theo kỳ hạn kéo dài Lượng tro trộn càng nhiều thì cường độ kháng kéo thời kỳ đầu càng chậm, còn phát triển thời kỳ sau càng nhanh Tốc độ tăng trưởng thời kỳ sau của cường độ kháng kéo cao hơn tốc độ tăng trưởng cường độ kháng nén

Hình 2.12: So sánh cường độ kháng kéo bê tông thường đập lớn với BTĐL

các tỷ lệ tro bay và các kỳ hạn khác nhau

BTĐL không trộn tro bay tuổi sau 28 ngày, cường độ kháng kéo hướng trục

tăng trưởng chậm, trộn tro bay thì tăng trưởng nhanh có thể hơn BTĐL không trộn tro bay Đó là vì hàm lượng lớn hạt thuỷ tinh trong tro bay có bề mặt tương đối không dễ bị thuỷ hoá, đến kỳ hạn 28 ngày thì có một ít sản phẩm keo dính thuỷ hoá

xuất hiện, sau 90 ngày bề mặt các hạt này mới sản sinh ra một lượng lớn silicat canxi thuỷ hoá dạng sợi, chúng liên tiếp giao thoa với nhau tạo thành cường độ kết

cấu rất cao, làm xung quanh hạt tro bay tạo thành khu kết cấu có tính kháng kéo lớn