nghiên cứu so sánh một số tính chất cơ lý của bê tông đầm lăn (rcc) sử dụng phụ gia khoáng tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên

Các công trình xây dựng làm bằng bê tông và bê tông cốt thép có mặt ở khắp nơi trong các lĩnh vực xây dựng công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thủy lợi và thủy điện… Bê tông n

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

MỞ ĐẦU 6

1 CH ƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 11

1.1 Khái niệm về bê tông đầm lăn (BTĐL) 11

1.2 Sự phát triển của bê tông đầm lăn trên thế giới và tại Việt Nam 13

1.2.1 Tình hình ứng dụng BTĐL trên thế giới 13 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam 17 1.3 Phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho bê tông đầm lăn 21

1.3.1 Khái niệm về phụ gia khoáng 21 1.3.2 Phân loại phụ gia khoáng 21 1.3.3 Thành phần hóa học và tính chất cơ lý của PGK hoạt tính 23 1.3.4 Tình hình nghiên cứu sử dụng PGK ở Việt Nam 24 2 CH ƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 30

2.1 Vật liệu chế tạo bê tông đầm lăn 30

2.1.1 Xi măng 30 2.1.2 Phụ gia khoáng hoạt tính 31 2.1.3 Cốt liệu mịn (Cát) 35 2.1.4 Cốt liệu thô (Đá) 36 2.1.5 Phụ gia hóa 41 2.1.6 N ước 41 2.1.7 Nhận xét chung 41 2.2 Ph ương pháp chế tạo mẫu và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL 41

2.2.2 Quy trình thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL 44

2.3 Một số cấp phối bê tông đầm lăn sử dụng cho các công trình thủy lợi

ở Việt Nam 52

3 CH ƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SO SÁNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BTĐL SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH TRO BAY NHIỆT ĐIỆN VÀ PUZƠLAN THIÊN NHIÊN 53

3.1 Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên đến tính công tác của BTĐL 58

3.2 Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên đến cường độ chống kéo của BTĐL 62

3.3 Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên đến cường độ kháng nén của BTĐL 65

3.4 Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên đến tính chống thấm của BTĐL 69

4 KẾT LUẬN 76

KIẾN NGHỊ 79

5 PHỤ LỤC 80

Phụ lục 1: Kết quả thí nghiệm của một số công trình 80

Phụ lục 2: Một số hình ảnh thí nghiệm 89

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới 16

Bảng 1.2: Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam 20

Bảng 1.3: Các yêu cầu về thành phần hóa học của PGK hoạt tính 23

Bảng 1.4: Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của PGK hoạt tính 23

Bảng 1.5: Thành phần hóa học yêu cầu của phụ gia khoáng 24

Bảng 1.6: Sự phân bố, trữ lượng và chất lượng một số mỏ Puzơlan ở Việt Nam 27

Bảng 2.1: Kết quả thí nghiệm xi măng 31

Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm Puzơlan Gia Quy 32

Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm Tro bay Phả Lại 34

Bảng 2.4: Các chỉ tiêu cơ lý của cát 35

Bảng 2.5: Thành phần hạt của cát 35

Bảng 2.6: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 5-20mm 37

Bảng 2.7: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 20-40mm 37

Bảng 2.8: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 40-60mm 38

Bảng 2.9: Thành phần hạt đá dăm 5-20mm, 20-40mm, 40-60mm 38

Bảng 2.10: Khối lượng thể tích hỗn hợp đá dăm 5-40mm ứng với các tỷ lệ phối hợp hai loại đá 5-20mm và 20-40mm 39

Bảng 2.11: Khối lượng thể tích hỗn hợp đá dăm 5-60mm ứng với các tỷ lệ phối hợp ba loại đá 5-20mm , 20-40mm và 40-60mm 39

Bảng 2.12: Thành phần đá dăm 5-40mm 40

B ảng 2.13: Thành phần đâ dăm 5-60mm 40

Bảng 2.14 Chỉ tiêu cần xác định và hình dáng, kích thước viên mẫu 42

Bảng 2.15: Thành phần cấp phối sử dụng tro bay 52

Bảng 2.16: Thành phần cấp phối sử dụng Puzơlan 52

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Tân Mỹ dùng Puzơlan 55

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Nước Trong dùng Puzơlan 55

Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Thủy điện Bản Vẽ dùng Puzơlan56 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Tân Mỹ dùng tro bay 56

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Nước Trong dùng tro bay 57

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Thủy điện Bản Vẽ dùng tro bay 57

Bảng3.7: Tổng hợp kết quả trị số Vc (s) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình 60

Bảng 3.8: Kết quả Rk (MPa) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình sử dụng PGK Puzơlan thiên nhiên 63

Bảng 3.9: Kết quả Rk (MPa) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình sử dụng PGK Tro bay 64

Bảng 3.10: Kết quả trị số RN (MPa) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình sử dụng Puzơlan thiên nhiên 67

Bảng 3.11: Kết quả trị số RN (MPa) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình sử dụng Tro bay 68

Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm về độ chống thấm của BTĐLở một số công trình 73

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo các hướng khác nhau trên thế giới 17 Hình 2.1 Máy rung Ve be cải tiến 45 Hình 3.1: B iểu đồ so sánh độ công tác của BTĐL khi sử dụng PGK tro bay và Puzơlan thiên nhiên 61 Hình 3.2: Biểu đồ so sánh cường độ kháng kéo của BTĐL khi sử dụng PGK tro bay và Puzơlan thiên nhiên 64 Hình 3.3: Biểu đồ so sánh cường độ kháng nén của BTĐL khi sử dụng PGK tro bay và Puzơlan thiên nhiên 68

MỞ ĐẦU

Trên thế giới trong số các vật liệu xây dựng do con người làm ra, bê tông là một vật liệu, một sản phẩm được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất Các công trình xây dựng làm bằng bê tông và bê tông cốt thép có mặt ở khắp nơi trong các lĩnh vực xây dựng công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thủy lợi và thủy điện…

Bê tông nói chung và bê tông đầm lăn nói riêng là loại vật liệu đá nhân tạo có cường độ nén cao, bền theo thời gian, sử dụng vật liệu sẵn có tại địa phương để chế tạo, nên vật liệu bê tông có lợi ích về kinh tế rất lớn Từ khi được phát minh cho tới nay người ta không ngừng nghiên cứu phát triển các loại bê tông nhằm ứng dụng trong thi công các công trình có đặc điểm khác nhau Nhiều công trình thủy lợi được làm bằng bê tông cốt thép như đập tràn, cống lấy nước và tiêu nước, trạm bơm, âu thuyền, xi phông, cầu máng, kênh mương… Cũng theo hướng phát triển đó, công nghệ bê tông đầm lăn (BTĐL)

ra đời sử dụng thi công các công trình có mặt bằng rộng lớn, đòi hỏi tiến độ thi công nhanh như các công trình thủy điện, thủy lợi, các công trình đê chắn sóng, mặt đường, bãi đỗ xe…

Đặc biệt với công trình bê tông khối lớn như đập bê tông trọng lực thì tốc độ thi công BTĐL rất nhanh so với công nghệ thi công bê tông thường Khối lượng thi công càng lớn hiệu quả áp dụng công nghệ BTĐL càng cao Việc thi công BTĐL cho phép nâng cao hiệu suất thi công, kết hợp các thiết

bị cơ giới cùng hoạt động: Có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung để đầm lèn Giảm đáng kể sử dụng ván khuôn, rải lớp mỏng đổ liên tục nên lượng nhiệt tích lũy nhỏ

Xuất phát từ những ưu việt trên sử dụng công nghệ thi công BTĐL đem lại hiệu quả kinh tế cao so với bê tông truyền thống khi thi công các công trình đập bê tông trọng lực bởi lý do sau:

+ Thi công BTĐL sẽ giảm giá thành công trình từ 25-40% so với thi công bê tông thường Việc hạ giá thành đạt được là do giảm được chi phí cốt pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông và đặc biệt giảm được giá thành đơn vị bê tông Vì thế, trong gần 40 năm qua, công nghệ BTĐL được phổ biến ngày càng rộng rãi trên thế giới, hình thành các trường phái công nghệ của Mỹ, Nhật và Trung Quốc

+ Giảm chi phí cho biện pháp thi công: việc thi công đập bằng BTĐL

c ó thể giảm chi phí dẫn dòng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các rủi ro khi nước lũ tràn qua đê quai Đối với đập BTĐL, đường ống dẫn dòng ngắn hơn ống dẫn dòng của đập đất đắp Hơn nữa thời gian thi công đập BTĐL ngắn nên các ống dẫn dòng cho đập BTĐL chỉ cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn nhất theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối với đập bê tông thường và đập đất đắp Vì thế đường kính cống dẫn dòng của đập BTĐL nhỏ hơn và chiều cao đê quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông thường và đập đất đắp

Bê tông đầm lăn là bê tông khối lớn và việc xây dựng đập BTĐL chỉ thực sự phát huy được tính ưu việt là tạo ra sản phẩm có chất lượng tương đương với đập bê tông truyền thống trong một số điều kiện nhất định, đó là phải sử dụng vật liệu tại địa phương như cát, đá, xi măng và chất độn mịn ( puzơlan hoặc tro bay )

1 Tính cấp thiết của đề tài “Nghiên cứu so sánh một số tính chất cơ lý của

bê tông đầm lăn (RCC) sử dụng phụ gia khoáng tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên”

Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển, nên số lượng và quy mô các công trình đập thủy điện, thủy lợi đang được xây dựng ngày càng nhiều và lớn nhằm tăng sản lượng điện và lượng nước trong các hồ chứa để phục vụ phát triển công nghiệp, nông nghiệp Hầu hết các công trình đang xây dựng hay đang trong giai đoạn thiết kế đều sử dụng công nghệ BTĐL Có thể kể đến một số công trình thủy lợi, thủy điện, đã khởi công như thủy điện Pleikrông (tỉnh Kontum), thủy điện Sơn La (tỉnh Sơn La), thủy điện A Vương (tỉnh Quảng Nam), thủy điện Sông Kon 2 (Quảng Nam), thủy điện Se San 4 (Gia L ai), hồ chứa nước Định Bình tỉnh Bình Định …

Đối với các đập bê tông đầm lăn, các loại vật liệu dùng để chế tạo rất phong phú và đa dạng, trong đó có phụ gia khoáng hoạt tính tro bay hoặc puzơlan thiên nhiên Với phụ gia khoáng tro bay đã được sử dụng phổ biến, sản lượng nhiều, giá thành rẻ và đã áp dụng cho một số công trình như đập Định Bình, Thủy điện Sơn La, Thủy điện Bản Vẽ … Tuy nhiên, tại một số nơi xây dựng công trình như thủy điện Pleikrong, thủy điện Se San 4 lại sử dụng puzơlan thiên nhiên, việc thay thế tro bay bằng puzơlan thiên nhiên liệu

có mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn và đảm bảo chất lượng công trình hay không, vấn đề này chúng ta cần có những đánh giá thực tế trên công trình thực tế

Đề tài nghiên cứu so sánh một số tính chất cơ lý của bê tông đầm lăn (RCC) được sản xuất bởi phụ gia khoáng hoạt tính tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên Từ đó đề xuất lựa chọn loại phụ gia khoáng phù hợp cho các công trình đập RCC ở Việt Nam

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của RCC khi sử dụng phụ gia khoáng

là tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên

- Kiến nghị lựa chọn loại phụ gia khoáng phù hợp, đảm bảo yêu cầu kinh

tế và kỹ thuật cho các đập RCC ở Việt Nam

3 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Bê tông đầm lăn nói chung và bê tông đầm lăn dùng cho công trình thủy điện, thủy lợi nói riêng, là loại bê tông đặc biệt chứa một lượng nước rất nhỏ và có lượng chất kết dính thấp Ví dụ tại đập Upper Stillwater (1988), USA có lượng dùng chất kết dính 252 kg (bao gồm 80 Kg xi măng +172 kg tro bay); đập Địa Xuyên (1980), Nhật bản có lượng dùng chất kết dính 130 kg (91 kg xi măng + 39 kg tro bay); đập Thủy Khẩu (1993), Trung Quốc có lượng dùng chất kết dính 170 kg (65 kg xi măng +105 kg tro bay); Liễu Khê,

Mỹ (1983), CKD 66kg (trong đó 47 kg xi măng + 19 kg tro bay), Đập thủy điện Pleikrông có lượng chất kết dính 290 kg (80 kg xi măng +210 kg Puzơlan)v.v

Tính chất của hỗn hợp bê tông đầm lăn phụ thuộc chủ yếu vào tính chất

và tỷ lệ các loại vật liệu tạo nên hỗn hợp, trong đó phụ gia khoáng hoạt tính là loại vật liệu quan trọng và không thể thiếu trong bê tông đầm lăn Ở Việt Nam, cho đến nay, loại phụ gia khoáng thường dùng trong BTĐL là tro bay nhiệt điện Tuy nhiên các nguồn cung cấp tro bay lại tập trung ở khu vực miền Bắc, trong khi nhu cầu sử dụng lại lớn và nằm trong cả nước Mặt khác, Việt

N am cũng có nguồn phụ gia khoáng hoạt tính Puzơlan thiên nhiên rất dồi dào, phân bố trên khắp cả nước Đề tài lần đầu tiên đề cập đến việc sử dụng hai loại phụ gia khoáng hoạt tính (Puzơlan thiên nhiên và tro bay) trong thành phần hỗn hợp BTĐL

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đáp ứng được mục đích đặt ra là so sánh các tính chất cơ lý của BTĐL sử dụng PGK là Puzơlan thiên nhiên với BTĐL sử dụng PGK là tro bay nhiệt điện và đưa ra kết luận rằng: Puzơlan thiên nhiên hoàn toàn có thể thay thế tro bay nhiệt điện trong sản xuất BTĐL; trong nhiều trường hợp có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về chất lượng công trình Chính vì vậy đề tài có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn

1 C HƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

1.1 K hái niệm về bê tông đầm lăn (BTĐL)

Bê tông đầm lăn là một loại bê tông nặng Trong đó hỗn hợp bê tông không có độ sụt, được đầm bởi đầm rung, lăn cho các lớp bê tông mỏng hầu như không vượt quá 300 đến 600mm Công nghệ thi công BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng đối với các công trình lớn, mặt bằng thi công rộng như đường, đê, đập thủy điện, thủy lợi, khối lượng bê tông được thi công càng lớn thì hiệu quả áp dụng công nghệ BTĐL càng cao

BTĐL là loại bê tông nghèo xi măng sử dụng các nguyên vật liệu tương

tự như bê tông thường Khác với bê tông thường được đầm chặt bởi 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 có thể được xem là sự phát triển quan trọng nhất trong công nghệ đập bê tông trong một phần tư thế kỷ qua Áp dụng công nghệ BTĐL cho phép nhiều đập mới có tính khả thi về mặt kinh tế

do giảm giá thành từ phương pháp thi công nhanh và hàm lượng chất kết dính thấp Điểm khác biệt lớn nhất của bê tông đầm lăn với bê tông thường là lượng xi măng và lượng nước dùng thấp hơn so với bê tông thường

Lượng dùng chất kết dính trong BTĐL thay đổi trong phạm vi rộng từ

59 đến 297 kg/m3, trong đó một phần xi măng được thay thế bằng Puzơlan, tro bay… nhằm giảm nhiệt thủy hóa, hạn chế phát sinh vết nứt ảnh hưởng đến chất lượng và tuổi thọ công trình [12] Tùy theo lượng dùng CKD mà phân ra các loại BTĐL như sau [16] :

+ Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) hàm lượng (CKD < 99 kg/m3) 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 =

100-149 kg/m3);

+ Bê tông đầm lăn giàu CKD ( hàm lượng CKD ≥ 150 kg/m3) được phát triển ở Anh Việc thiết kế thành phần BTĐL được cải tiến từ bê tông thường và thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp

Ngoài ra BTĐL còn có hướng phát triển khác, đó là hướng phát triển RCD của Nhật Bản (Roller CoMPacted Dams), chuyển từ đập trọng lực bê tông thường sang sử dụng BTĐL Theo hướng này, BTĐL có lượng CKD nằm giữa BTĐL có lượng CKD trung bình và loại BTĐL có 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 trên thế giới, ở nơi

có nhiệt độ môi trường khác nhau và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn

Nhược điểm của BTĐL là độ chống thấm thấp, do lượng dùng chất kết dính trong BTĐL thấp Độ đặc chắc của hỗn hợp BTĐL sau khi lèn chặt bằng

lu rung có thể không đồng nhất, khó đạt giá trị độ đặc chắc như đối với bê tông thường Mặt khác độ đồng nhất của BTĐL kém hơn so với bê tông thường do tính công tác thấp cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống thấm Vào những năm 80 của thế kỷ trước người ta không đặt ra yêu cầu chống thấm đối với BTĐL Hiện nay cùng với sự tiến bộ về trình độ công

n ghệ thi công BTĐL, có thể thay thế vỏ bọc bê tông thường bằng BTĐL có

độ chống thấm cao Tại Nhật Bản BTĐL yêu cầu phải đạt độ chống thấm như

bê tông thường Trung Quốc là nước hiện nay đang xây dựng nhiều đập BTĐL đã chế tạo được BTĐL có độ chống thấm cao Phần chống thấm bên ngoài dùng BTĐL cấp phối II (cốt liệu lớn tổ hợp từ hai loại đá dăm, đường kính cốt liệu lớn nhất của cốt liệu 40 mm, giầu chất kết dính ) có độ đồng nhất trong thi công cao, nên chống thấm tốt, phần bên trong dùng cấp phối III (cốt

liệu lớn tổ hợp từ 3 loại đá, đường kính lớn nhất của cốt liệu 80 mm hoặc có thể 100 mm), có lượng dùng chất kết dính thấp

1.2 S ự phát triển của bê tông đầm lăn trên thế giới và tại Việt Nam

1.2.1 Tình hình ứng dụng BTĐL trên thế giới

Tính kinh tế và thi công thành công BTĐL đã nhanh chóng được công nhận trên toàn thế giới Trong những năm từ 1960 đến 1970 có một số đập BTĐL được xây dựng kết hợp ý tưởng giữa đập bê tông trọng lực đầm lăn và đập đất Năm 1961 hỗn hợp bê tông không độ sụt được rải bằng xe ủi đã áp dụng cho đập Alpe Gera tại Italia và đập Manicongan ở Canada Hỗn hợp bê tông được đầm chặt bằng các loại đầm dùi gắn sau máy ủi hoặc đầm chặt bằng máy ủi [38], giảm được giá thành do giảm lượng dùng xi măng so với bê tông thường

Năm 1961 hỗn hợp cát đá trộn với xi măng được rải và đầm bằng các thiết bị thi công đập đất để xây dựng tường quây của đập Thanh Môn, Đài Loan [4]

BTĐL chỉ thực sự được chú ý khi giáo sư Jerome Raphael (Mỹ) trình bày báo cáo “Đập trọng lực tối ưu” vào năm 1970, trong đó nêu ra phương pháp thi công nhanh đập bê tông trọng lực bằng cách sử dụng thiết bị đắp đập đất [38]

Trong những năm 1970, một số công trình ở Mỹ đã đưa vào nghiên cứu BTĐL trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu thiết kế thử nghiệm tại hiện trường Những nỗ lực trên tạo nền tảng cho việc xây dựng đập BTĐL đầu tiên trong những năm 80

Từ 1972 đến 1974, Cannon R.W đã có những đóng góp đáng kể về nghiên cứu BTĐL Ông đưa ra kết quả thí nghiệm bê tông nghèo xi măng, vận chuyển bằng ô tô, san gạt bằng xe ủi và đầm bằng lu rung Sau đó Hiệp hội kỹ

sư quân đội Hoa Kỳ (USACE) đã thi công các lô bê tông thử nghiệm ở đập Lost Creek Năm 1980, lần đầu tiên ở Mỹ sử dụng BTĐL để xây dựng đập Willow Creek, bang Oregon Đập cao 52 m, dài 543 m, khối lượng BTĐL 331.000 m3 Đến 1999, Mỹ có hàng chục công trình đập BTĐL

Tại Canada đã thiết kế đập bê tông trọng lực kết hợp giữa bê tông thường phía ngoài có tác dụng chống thấm, chịu xâm thực và tác động của môi trường còn bên trong lõi đập sử dụng BTĐL, biện pháp thiết kế này đã giảm chi phí công trình tới 20% so với thi công bê tông thường Ở Anh, Dunstan bắt đầu nghiên cứu tích cực trong phòng thí nghiệm về BTĐL trong những năm 1970 Tiếp đó, Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng (CIRIA) của Anh đã tiến hành dự án nghiên cứu rộng về BTĐL có sử dụng tro bay với hàm lượng lớn Các kết quả nghiên cứu được đưa ra thử nghiệm ở trạm xử lý nước Tamara - Coruwall (1976) và thử nghiệm tại công trình đập Wimbledall (1979) Ý tưởng về sử dụng BTĐL có hàm lượng lớn tro bay sau này được Cục khai hoang Mỹ ( USBR) sử dụng làm cơ sở cho việc thiết kế đập Upper Stillwater cao 90m, dài 815m, khối lượng BTĐL 1.125.000m3 Đặc điểm của công nghệ BTĐL của Mỹ (thường gọi Roller CoMPacted Concrete - RCC) là thiên về sử dụng BTĐL nghèo xi măng (hàm lượng chất kết dính dưới 100 kg/m3) Để chống thấm cho đập, thường sử dụng kết cấu tường bê tông thượng lưu bằng bê tông thường đúc sẵn lắp ghép hoặc đổ tại chỗ bằng cốp pha trượt, kèm theo màng chống thấm bằng vật liệu hữu cơ

Các kỹ sư Nhật Bản tiến hành nghiên cứu và thi công các công trình BTĐL muộn hơn Năm 1974, Nhật Bản đã xây dựng kế hoạch “Nghiên cứu hợp lý đập bê tông”, bắt đầu tiến hành nghiên cứu một cách hệ thống về BTĐL, đã đề ra phương pháp thi công mới cho đập bê tông Năm 1976, tiến hành thí nghiệm hiện trường đê quai thượng lưu đập Đại Xuyên Năm 1978,

sử dụng BTĐL cho thân đập Shimajigawa cao 89 m, dài 240 m, khối lượng

BTĐL 165.000 m3 trong tổng số 317.000 m3 của bê tông đập Năm 1979, bắt đầu sử dụng BTĐL cho phần tiếp giáp nền của đập Đại Xuyên Cho đến những năm 80 của thế kỷ 20, Nhật Bản đã xây dựng thành công hàng loạt công trình như đập Tamagawa trên sông Tama, năm 1986 cao 72m dài 332m Năm 1989 Nhật Bản xây dựng đập Nunome trên sông Nunome thuộc tỉnh Nara, đập cao 72m dài 332m …Nhật bản là nước có tốc độ phát triển BTĐL nhanh nhất trên thế giới Tính đến cuối năm 1992, ở Nhật đã có 30 đập BTĐL được thi công Đến nay Nhật Bản đã hình thành trường phái BTĐL gọi là RCD (Roller-coMPa cted dams) gồm thiết kế mặt cắt đập, tính toán thành phần bê tông, công nghệ thi công và khống chế nhiệt độ đập Đặc điểm của phương pháp RCD là sử dụng kết cấu “vàng bọc bạc” [26]

Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu ứng dụng BTĐL muộn hơn so với Mỹ

và Nhật Bản (1980) Tuy vậy việc ứng dụng công nghệ BTĐL được triển khai với tốc độ rất nhanh Đầu tiên là thủy điện Khang Khẩu tại tỉnh Phúc Kiến (1986) cao 56,8m tiếp đến là Long Môn Than cao 58m, Thiên Sinh Kiều cao 61m, đập Thủy Khẩu, đập Phổ Định…Đến cuối năm 2004, đã xây dựng được

45 đập bê tông đầm lăn trong đó có 7 đập vòm, 38 đập trọng lực và 11 đập cao trên 100m[4] Cho tới nay Trung Quốc đã là một trong những nước phát triển về công nghệ BTĐL Trong thời kỳ đầu ở Trung Quốc đập được thiết kế theo công nghệ kết hợp giữa bê tông thường và BTĐL, theo kiểu kim bọc ngân ( lớp vỏ bọc bằng bê tông thường bao lõi đập bằng BTĐL), do ban đầu người ta quan niệm BTĐL có khả năng chống thấm kém hơn so với bê tông thường nếu có cùng mác cường độ nén Nhưng hiện nay ở Trung Quốc đã nghiên cứu và thiết kế ứng dụng cấp phối BTĐL có khả năng chống thấm cao cho đập BTĐL Năm 1993, Trung Quốc xây dựng thành công đập vòm Phổ Định, cao 75m dài 196m, hoàn toàn bằng BTĐL, trong đó phía thượng lưu sử dụng BTĐL chống thấm Dmax= 40 mm thay cho bê tông thường, phía hạ lưu

sử dụng BTĐL không chống thấm Dmax=80 mm Theo [4] , tính đến 2004, Trung Quốc có hơn 10 đập được thiết kế, thi công với công nghệ BTĐL

chống thấm Đây là một tiến bộ kỹ thuật bao gồm hàng loạt biện pháp từ thiết

kế đến thi công xây dựng

Về xây dựng đập trọng lực, tính đến 2005, toàn thế giới đã xây dựng được trên dưới 300 đập BTĐL với khối lượng tổng cộng khoảng trên 90 triệu

m3BTĐL Hiện Trung Quốc là quốc gia đang dẫn đầu về số lượng đập BTĐL sau đó là Hoa Kỳ, Nhật Bản và Tây Ban Nha

Bảng 1.1 Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới

(10 3 m 3 )

Tỷ lệ theo S.lượng

%

Tỷ lệ theo K

lượng%

Tên Quốc Gia

Số đập

đã xây dựng

Thể tích BTĐL

(103

m3)

Tỷ lệ theo S.lượng

%

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

Hình 1.1 Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo các hướng khác nhau trên thế giới

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam

Công nghệ thi công BTĐL là công nghệ mới phát triển rất nhanh chóng trên thế giới do tính cơ giới hóa cao, tiến độ thi công nhanh, công trình sớm được đưa vào khai thác, hiệu quả kinh tế mang lại to lớn, chính vì vậy việc áp dụng công nghệ BTĐL vào Việt Nam là điều cần thiết Nó đã thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu, quản lý, thiết kế, thi công các cơ quan

kỹ thuật có liên quan trực tiếp đến công tác thi công bê tông đầm lăn và các công trình thuỷ công tại Việt Nam Năm 1990 Viện Khoa học Thuỷ lợi đã nghiên cứu phụ gia khoáng cho BTĐL [22] Ngày 16 tháng 10 năm 1995 Bộ Thuỷ lợi (cũ) ra quyết định số 1570 QĐ/QLXD phê duyệt NCKT công trình thủy lợi Tân Giang (Ninh Thuận) thống nhất phương án công trình đầu mối là đập bê tông trọng lực chọn phương án cao Trên cơ sở quyết định 1570 QĐ/QLXD, HEC-1 đã tiến hành nghiên cứu thiết kế đập Tân Giang theo hai phương án bê tông trọng lực truyền thống và bê tông trọng lực đầm lăn Đây

là lần đầu tiên BTĐL được nghiên cứu vào công trình thực tế ở Việt Nam Ngày 20 tháng 9 năm 1997 Bộ Nông nghiệp và PTNT ra quyết định số 2425 NN/ĐTXD/QĐ phê duyệt đập đầu mối công trình Tân Giang là BTĐL, trong

đó sử dụng kết cấu “vàng bọc bạc” Do nhiều lý do, khi thi công, đập Tân

Gia ng được điều chỉnh thành đập bê tông truyền thống và đã thi công hoàn thành vào năm 2003 Mặc dù vậy, các kết quả nghiên cứu thiết kế đập BTĐL Tân Giang đã tích luỹ nhiều kinh nghiệm quý báu về thiết kế đập BTĐL, sử dụng tro bay và phụ gia [28] Các cấp phối bê tông M15 và M20 có cốt liệu

Dmax tới 100 mm và lượng tro bay Phả Lại là 25 - 33% so với xi măng để khống chế nứt do ứng suất nhiệt được đưa vào quy trình xây dựng đập Tân Giang [36]

Công trình BTĐL xây dựng đầu tiên của Việt Nam là đập thuỷ điện Pleikrông tại tỉnh KonTum với chiều cao 71m được thiết kế bởi Công ty Tư

v ấn Xây dựng điện I, khởi công xây dựng năm 2003 Tiếp đó hàng loạt công trình đập thuỷ điện được thi công và chuẩn bị xây dựng bằng BTĐL (bảng 1.6) [14,23] , thủy điện Bản Vẽ với 1.2x106

m3 BTĐL, hồ chứa nước Định Bình: 0,24x106 m3 BTĐL, công trình thủy điện Sê San 4: 0.8x106

m3, công trình thủy điện Sơn La: 3.1 x106

m3 BTĐL, Đồng Nai 4: 1.4x106

m3, Định Bình: 0.24x106 m3BTĐL và sắp tới là hồ chứa nước Nước Trong, tỉnh Quảng Ngãi Do công nghệ BTĐL ở nước ta mới được áp dụng, nên việc thiết kế và thi công đập BTĐL vẫn thiên về biện pháp an toàn, tức là sử dụng BTĐL bên trong lõi đập không có hoặc có yêu cầu chống thấm thấp Cấp phối BTĐL có lượng chất kết dính cao hơn so với bê tông cùng loại của các đập trên thế giới Đập thủy điện Pleikrông, BTĐL mác M15 tuổi 180 ngày, Dmaxcốt liệu 40mm, lượng chất kết dính 290 kg (80 kg xi măng +210 kg Puzơlan) Do hàm lượng chất kết dính lớn nên cường độ bê tông thường vượt mác yêu cầu khá nhiều từ 30- 40%, mặt khác phần BTĐL được sử dụng cho lõi đập nên không yêu cầu khả năng chống thấm Các kết quả thí nghiệm trong phòng cho thấy BTĐL chỉ đạt được cường độ chống thấm từ B2÷B4 Đập Định Bình tỉnh Bình Định

do Công ty T ư vấn Xây dựng thủy lợi 1 thiết kế đang được xây dựng bằng BTĐL, tường chống thấm mác M25 W8 bằng bê tông thường, tiếp theo là lớp

BTĐL dầy 3m mác M20 Dmax 40mm tuổi thiết kế 90 ngày, độ chống thấm B6, lượng chất kết dính 261 kg (trong đó 126 kg xi măng, 141 kg tro bay); phần lõi đập BTĐL mác M15 tuổi 90 ngày Dmax 60 mm, độ chống thấm B4, lượng dùng chất kết dính 245 kg (105 kg xi măng + 40kg tro bay ) Các số liệu thu được ngoài hiện trường đắp thử từ các mẫu khoan cho thấy cường độ BTĐL đều vượt mác thiết kế, nhưng độ chống thấm đối với BTĐL mác M20 chỉ đạt

B 4 và mác M15 chỉ đạt B2 Từ kết quả thực tế này, đơn vị tư vấn thiết kế đã rút yêu cầu độ chống thấm của BTĐL xuống còn B4 đối với BTĐL mác M20

và B 2 đối với BTĐL mác M15 Trên cơ sở đó cấp phối BTĐL của đập Định Bình đã được điều chỉnh và được được cải tiến, giảm lượng dùng xi măng vẫn đảm bảo cường độ BTĐL mác M15 lượng dùng xi măng giảm còn 70 kg/m3

bê tông đầm lăn mác M20 còn 85 kg/m3 Do giảm lượng dùng xi măng nên giảm nhiệt thủy hóa trong BTĐL nhờ đó giảm thời gian chờ hạ nhiệt độ trong khối đổ, tăng nhanh tiến độ thi công công trình [23].

Cho đến nay có thể nói Việt Nam đã chính thức có tên trên bản đồ công nghệ BTĐL của thế giới Theo báo cáo của Dr M.R.H.Dunstan tại Hội nghị xây dựng đập BTĐL, do Tập đoàn điện lực Việt Nam EVN tổ chức tại Hà Nội tháng 4 năm 2007, đập BTĐL của thuỷ điện Sơn La đứng thứ 10 về chiều cao và đứng thứ 3 về khối lượng bê tông trong số 10 đập bê tông lớn nhất của thế giới, tính đến 2006 Việt Nam đứng thứ 2 thế giới, sau Trung Quốc, về số lượng đập cao hơn 60 m đang thi công bằng BTĐL

Bảng 1.2: Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam

Chiều cao đập (m)

Ghi chú

Năm 2007 thí nghiệm hiện trường Thi công đập chính T7/2007

2 TĐ Bản Chát- Lai Châu 130

3 TĐ Huội Quảng- Sơn La 104 Theo TKKT 1

4 TĐ Bản Vẽ- Nghệ An 136 Thi công đập dâng BTĐL vào

T2/2007

5 TĐ A Vương - Quảng Nam 82 Thi công đập BTĐL vào

T3/2006

6 TĐ sông Tranh- Quảng Nam 95 Chưa có đầm nén hiện trường

7 TĐ PleiKrong - KonTum 71 Khởi công 2003

8 TĐ Sê San 4- Gia Lai 71 Khởi công 2004

1.3 P hụ gia khoáng hoạt tính dùng cho bê tông đầm lăn

1.3.1 Khái niệm về phụ gia khoáng

Các vật liệu sử dụng để chế tạo BTĐL cũng tương tự như bê tông truyền thống, bao gồm xi măng, phụ gia khoáng, phụ gia hóa học, cốt liệu và nước Tuy nhiên, do đặc điểm chính của hỗn hợp BTĐL là không có độ sụt và lượng xi măng sử dụng ít do đó thành phần các vật liệu của BTĐL khác nhiều

so với bê tông thông thường, trong đó cấp phối hạt cốt liệu và hàm lượng hạt mịn là các yếu tố quan trọng trong việc định lượng thành phần cấp phối và quyết định tính chất của hỗn hợp bê tông và BTĐL khi rắn chắc

Hạt mịn sử dụng cho BTĐL là các loại vật liệu có kích thước hạt nhỏ hơn 75 µm, tùy thuộc vào khối lượng chất kết dính (xi măng) và kích thước lớn nhất của cốt liệu được sử dụng, yêu cầu về hàm lượng hạt mịn có thể chiếm đến 10% khối lượng cốt liệu trong BTĐL Các loại hạt mịn được sử dụng trong BTĐL thường là các loại Puzơlan, tro bay, silica-fume, xỉ lò cao, được gọi chung là phụ gia khoáng Việc lựa chọn và sử dụng hợp lý nguồn phụ gia khoáng cho BTĐL là vấn đề rất cần thiết, có liên quan trực tiếp đến địa điểm xây dựng công trình, yêu cầu và chất lượng bê tông, khả năng cung cấp và giá thành công trình xây dựng

Phụ gia khoáng (PGK) là các vật liệu khoáng vô cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, có chứa SiO2 hoặc Al2O3ở dang hoạt tính Bản thân vật liệu này không có tính kết dính nhưng khi được nghiền mịn và trong điều kiện

ẩm chúng sẽ có tác dụng hóa học với vôi và trở thành hợp chất có tính kết dính, khi thủy hóa sẽ tạo thành Silicat Canxi ngậm nước

1.3.2 Phân loại phụ gia khoáng

Tùy theo nguồn gốc của chúng mà người ta chia PGK thành 2 nhóm:

PGK tự nhiên và PGK nhân tạo

- PGK có nguồn gốc tự nhiên là các khoáng sản được hình thành trong thiên nhiên, có nguồn gốc từ núi lửa hoặc có trầm tích sinh học bao gồm: tro núi lửa, đá bọt, đá bazan phong hóa, đá silic, đất Điatomit,

- PGK có nguồn gốc nhân tạo gồm các loại phế thải thu được trong các quá trình sản xuất công nghiệp, bao gồm silica-fume, tro bay nhiệt điện, xỉ hạt

lò cao,

Theo khả năng tham gia phản ứng với vôi, người ta chia PGK thành 2

nhóm : PGK hoạt tính và PGK không hoạt tính

- PGK hoạt tính thuộc nhóm vật liệu có hoạt tính puzơlanic, thường được gọi là phụ gia khoáng Puzơlan Thành phần hóa học và khoáng vật trong đá dao động rất lớn, gồm các pha thủy tinh và các pha kết tinh, trong đó pha thủy tinh và các oxít silic hoạt tính là thành phần cơ bản làm cho đá có hoạt tính puzơlanic

- PGK không hoạt tính là các loại bột đá tự nhiên không hoặc ít có hoạt tính puz ơlanic, tác dụng chủ yếu là cải thiện cấp phối hạt, nâng cao độ đặc chắc của cấu trúc vữa và bê tông Loại này bao gồm đá vôi, đá đôlômit, đá bazan, các loại sa khoáng khác

Theo tiêu chuẩn ASTM-C618 của Mỹ: PGK hoạt tính được chia làm 3

loại:

opan, đá phiến sét, tro núi lửa hay đá bọt…

than mỡ

tính tự kết dính (loại này có thể có hàm lượng vôi CaO trên 10%)

1.3.3 Thành phần hóa học và tính chất cơ lý của PGK hoạt tính

Chất độn mịn khoáng hoạt tính được sử dụng cho BTĐL theo tiêu chuẩn ASTM- C618 phải đáp ứng các yêu cầu về thành phần hóa, lý như trong bảng 1.3 và 1.4

Bảng 1.3: Các yêu cầu về thành phần hóa học của PGK hoạt tính

Bảng 1.4: Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của PGK hoạt tính

Ở 7 ngày tối thiểu (% kiểm soát) 75.0 75.0 75.0

Ở 28 ngày tối thiểu (% kiểm soát) 75.0 75.0 75.0

3 Yêu cầu về nước (% tối đa so với

Bảng 1.5: Thành phần hóa học yêu cầu của phụ gia khoáng

Cũng theo tiêu chuẩn 1344-1968 của Ấn Độ, các yêu cầu về mặt lý học của PGK hoạt tính như sau:

- Tỷ lệ diện tích bề mặt không nhỏ hơn 3200 cm2

/g

- Cường độ nén trung bình theo thí nghiệm tối thiểu 3 mẫu lập phương vữa không được nhỏ hơn 80% cường độ của 3 mẫu lập phương tương đương đúc từ vữa xi măng không phụ gia ở độ tuổi 28 ngày, đến độ tuổi 90 ngày thì cường độ phải tương đương

1.3.4 Tình hình nghiên cứu sử dụng PGK ở Việt Nam

Trên thế giới, PGK thường được sử dụng để chế tạo BTĐL là tro bay nhiệt điện hoặc Puzơlan thiên nhiên, trong đó tro bay thường được sử dụng nhiều hơn do có nhiều ưu điểm như độ mịn cao và hạt hình cầu, khả năng hoạt tính puzơlanic cao, lượng cần nước thấp, giảm được đáng kể lượng dùng xi măng mà vẫn đảm bảo yêu cầu độ dẻo hỗn hợp bê tông phù hợp cho thi công

và cường độ nén của bê tông khi rắn chắc Ngược lại, hầu hết các loại PGK Puzơlan thiên nhiên thường có hoạt tính puzơlanic thấp hơn, lượng cần nước cao hơn và do đó cần lượng dùng xi măng cao hơn so với khi sử dụng tro bay

Việt Nam có nguồn PGK tự nhiên và nhân tạo rất đa dạng, có thể sử dụng để chế tạo BTĐL Nguồn PGK Puzơlan thiên nhiên có chất lượng tốt, trữ lượng lớn, nằm rải rác khắp các vùng trong cả nước Nguồn tro bay có khối lượng khoảng 700.000 tấn/năm, được cung cấp chủ yếu từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại - Hải Dương và một số nhà máy nhiệt điện khác ở khu vực phía Bắc

1.3.4.1 PGK tự nhiên- Puzơlan

Puzơlan là vật liệu Silic hoặc Silic và Alumin, có ít hoặc không có tính dính kết, nhưng ở dạng hạt mịn và mặt của nước, ẩm sẽ có tác dụng hóa học với Canxihiđroxít ở nhiệt độ thường để tạo thành hợp chất có tính chất dính kết Puzơlan thiên nhiên nguyên khai hay qua nung phù hợp với các yêu cầu

áp dụng như một vài loại đất Diatomit, đá mảnh opan và diệp thạch, tuyp và tro núi lửa hoặc đá bột, trong đó có loại qua nung và không qua nung, các loại vật liệu khác yêu cầu được nung để cho các tính chất thỏa mãn như một vài loại đất và diệp thạch

Ở Việt Nam, PGK từ trước đến nay, Puzơlan được nghiên cứu sử dụng chủ yếu cho sản xuất xi măng Từ năm 1960, mỏ Puzơlan ở Sơn Tây được phát hiện, đây là loại phún suất sau khi nung trở thành Puzơlan có độ hoạt tính cao Theo số liệu của các dự án quy hoạch Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng), ở nước ta hiện nay có hơn 30 mỏ Puzơlan thiên nhiên phân bố từ Bắc vào Nam Theo số liệu khảo sát, thăm dò, tiềm năng PGK tự nhiên ở nước ta rất lớn 12/30 mỏ đã khảo sát có trữ lượng trên 5 triệu tấn, nhiều nhất là ở mỏ Pháp Cổ (71,5 triệu tấn) Mỏ đá bazan chiếm tỉ lệ nhiều nhất (18/30 mỏ) Còn lại là các mỏ đá phiến, đá silic

Ở miền Trung và Miền Nam nước ta tập trung hầu hết các mỏ đá bazan, nhiều mỏ đá được khai thác sử dụng làm phụ gia cho Xi măng như

Nông Cống Thanh Hóa, Phủ Quỳ Nghệ An, Núi Voi Quảng Ngãi, Bến Tân Đồng Nai, Mui Rùa, Núi Đất Bà Rịa

Ở miền Bắc, các mỏ PGK hoạt tính thường là các mỏ đá Silic hoặc đá phiến Đá Silic chứa thành phần chủ yếu là α thạch anh, ngoài ra còn có khoáng vật sét thuộc nhóm Mica SiO2 tự do, tồn tại trong đá chủ yếu dưới 3 dạng: canxedan (α thạch anh ẩn tinh), α thạch anh vi tinh và opal (opal hình tròn cấu tạo tỏa tia và keo opal) Đá Silic ở dạng nguyên khai có tính Puzơlan Cấu trúc của đá từ xốp đến đặc tùy theo mức độ phong hóa

Sự phân bố và tữ lượng của một số mỏ Puzoơlan ở Việt Nam được trình bày trong bảng 1.6 dưới đâychom thấy nguồn phụ gia khoáng Puzoơlan của nước ta là rất lớn

Bảng 1.6: Sự phân bố, trữ lượng và chất lượng một số mỏ Puzơlan ở Việt Nam

TT Tên mỏ Loại đá gốc Vị trí Trữ lượng giao thông Điều kiện Đánh giá theo ASTM - C618 - 94A

Ghi chú Bảng (1.6)

Đ: Đạt

KĐ: Không đạt

(- ): Không có số liệu nên không đánh giá được

Các mỏ từ 1-30 theo số liệu của Viện VLXD

Các mỏ từ 30-32 theo số liệu của Viện nghiên cứu Thủy Lợi Nam Bộ

1.3.4.2 PGK nhân tạo - Tro bay nhiệt điện

Tro bay là chất thải dạng mịn, là kết quả của việc đốt cháy than nghiền hoặc than bột chứa Antra xít hoặc than chứa Bi tan, chúng thỏa mãn các yêu cầu sử dụng, Các loại tro bay này có tính chất như Puzơlan

Tro bay là sản phẩm của nhà máy nhiệt điện, là loại phụ gia có độ mịn

và hoạt tính rất cao Do hình dạng và cấu trúc hình cầu của nó nên yêu cầu dùng nước thường giảm đi

Nguồn PGK nhân tạo ở nước ta chủ yếu nằm ở các tỉnh phía Bắc Cụ thể là nguồn phế phẩm của các nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhiệt điện Uông

Bí, nhiệt điện Ninh Bình Ở miền Trung và miền Nam nước ta, nguồn PGK này hầu như không có hoặc rất ít, trữ lượng không đáng kể

2 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1 V ật liệu chế tạo bê tông đầm lăn

Hiện nay các loại vật liệu sử dụng cho một số công trình BTĐL thuỷ điện và thuỷ lợi tại Việt Nam chủ yếu sử dụng vật liệu trong nước hoặc sản xuất ở Việt Nam theo công nghệ nước ngoài: Xi măng Poóc lăng và xi măng hỗn hợp; đá dăm có nguồn gốc Bazan hoặc Granit, có các tính chất cơ lý tốt; cát tự nhiên hoặc cát nhân tạo (tại những nơi không có cát tự nhiên hoặc cát

tự nhiên không đủ tiêu chuẩn); phụ gia khoáng như tro bay hoặc Puzơlan, tro trấu, silica fume (muội silíc) ; phụ gia hoá học có tác dụng kéo dài thời gian đông kết hay giảm lượng dùng nước cho bê tông

2.1.1 Xi măng

Đối với các công trình bê tông trọng lực khối lớn, loại xi măng sử dụng phải có lượng nhiệt thủy hóa thấp hơn loại xi măng thường, loại xi măng có thành phần khoáng C3S và C3A thấp Các loại xi măng Poóc lăng - Puzơlan và

xi măng Poóc lăng - xỉ lò cao phù hợp cho chế tao BTĐL

Thông thường các loại xi măng tỏa nhiệt ít thì cường độ bê tông ở tuổi sớm thường thấp, nhưng cường độ bê tông tuổi dài ngày lại tương đương hoặc

có thể cao hơn so với bê tông sử dụng xi măng thường Trong đề tài sử dụng

xi măng PC40- Hoàng Mai có tại Phòng Nghiên cứu Vật liệu- Viện Thủy Công làm thí nghiệm; thử theo TCVN 4030-2003; TCVN 6017-1995; TCVN 6016-1995; TCVN 6070- 2005 Kết quả thí nghiệm như trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Kết quả thí nghiệm xi măng

TT Chỉ tiêu thí

nghiệm pháp thử Đơn vị Phương M1 Xi măng PC40 M2 M3 M*

1 Khối lượng riêng 4030-2003 TCVN : g/cm3 3.08 3.08 3.05 3.07

2 Độ mịn (Lượng sót

trên sàng 0,08)

TCVN : 4030-2003 % 5.80 6.20 5.90 5.97

3 Lượng nước tiêu

chuẩn 6017-1995 TCVN : % 27.25 27.50 27.00 27.25

4

Thời gian bắt đầu

đông kết 6017-1995 TCVN : ph 150.00 155.00 150.00 151.67 Thời gian kết thúc

tuổi 28 ngày 6016-1995 TCVN : N/mm

2 51.30 50.10 52.80 51.40

7 Nhiệt thủy hóa 6070-2005 TCVN Cal/g 79.89 80.27 80.14 80.10

N hận xét: Xi măng PC40 đạt tiêu chuẩn xi măng Pooclăng PC40 theo TCVN 2628- 1999 và đạt tiêu chuẩn dùng cho bê tông thủy công 14 TCN 66-2002

“Xi măng dùng cho bê tông thủy công- Yêu cầu kỹ thuật”

2.1.2 Phụ gia khoáng hoạt tính

Phụ gia khoáng hoạt tính (Tro bay nhiệt điện hoặc Puzơlan thiên nhiên)

là thành phần không thể thiếu trong BTĐL vừa có tác dụng lấp đầy phần trống giữa các hạt cát do lượng xi măng dùng trong hỗn hợp BTĐL là rất ít vừa có oxít silíc hoạt tính sẽ tác dụng với canxi hidroxit tạo ra các sản phẩm tăng cường độ Sự có mặt của phụ gia khoáng hoạt tính có tác dụng giảm lượng nhiệt thủy hóa trong BTĐL

Trong đề tài sử dụng hai loại phụ gia khoáng hoạt tính có tại phòng Thí nghiệm Vật liệu- Viện Thủy Công

+ Puzơlan Gia Quy- Vũng Tàu của công ty Cổ phần Khoáng sản Minh Tiến

+ Tro bay Phả Lại của Công ty Cổ phần Sông Đà- Cao Cường

Tiến hành thí nghiệm hai loại phụ gia nói trên theo TCVN 4030: 2003, TCVN 7131: 2002, 14 TCN 108:1999

2.1.2.1 Puzơlan Gia Quy - Vũng Tàu

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của Puzơlan Gia Quy được thể hiện trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm Puzơlan Gia Quy

STT Chỉ tiêu thí nghiệm Phương

pháp thử Đơn vị

Kết quả thí nghiệm M1 M2 M3 M*

Chỉ số hoạt tính tuổi 7 ngày so

với mẫu đối chứng

14 TCN 108:1999 % 83.5 82.6 82.1 82.73 Chỉ số hoạt tính tuổi 28 ngày

so với mẫu đối chứng

14 TCN 108:1999 % 84.3 83.5 83.8 83.87

5 Khối lượng thể tích xốp kg/m3 980 1010 995 995.00

STT Chỉ tiêu thí nghiệm Phương

pháp thử Đơn vị

Kết quả thí nghiệm M1 M2 M3 M*

8 Hàm lượng mất khi nung TCVN

7131: 2002 % 3.22 3.26 3.28 3.25

9 Hàm lượng SiO 2

TCVN 7131: 2002 % 45.68 45.76 45.64 45.69

Nhận xét: Phụ gia khoáng hoạt tính Puzơlan Gia Quy có các chỉ tiêu thí nghiệm đạt tiêu chuẩn dùng cho BTĐL theo TCXDVN395- 2007 - “Phụ gia khoáng cho Bê tông đầm lăn”

2.1.2.2 Tro bay Phả Lại

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của Tro bay Phả Lại được thể hiện trong bảng 2.3

Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm Tro bay Phả Lại

STT Chỉ tiêu thí nghiệm pháp thử Phương Đơn vị Kết quả thí nghiệm

28 ngày so với mẫu

đối chứng

14 TCN 108:1999 % 80.2 81.3 79.6 80.37

8 Hàm lượng mất khi

nung

TCVN 7131:2002 % 4.12 4.16 4.36 4.21

9 Hàm lượng SiO 2

TCVN 7131: 2002 % 57.4 57.4 57.6 57.45

Nhận xét: Phụ gia khoáng hoạt tính Tro bay Phả Lại có các chỉ tiêu thí nghiệm đạt tiêu chuẩn dùng cho BTĐL theo TCXDVN395- 2007 - “Phụ gia khoáng cho Bê tông đầm lăn”

là bột đá có độ mịn thích hợp, hoặc phụ gia khoáng mịn

2.1.4 Cốt liệu thô (Đá)

Cốt liệu thô dùng cho BTĐL phải đảm bảo về chất lượng và thành phần cấp phối hạt tối ưu theo yêu cầu thiết kế Tuy nhiên tùy thuộc vào tình hình cụ thể của từng công trình mà có các điều chỉnh phù hợp, phải có sự kết hợp giữa yêu cầu kỹ thuật và lợi ích kinh tế Xu thế sử dụng cốt liệu có kích thước hạt lớn nhất (Dmax) lớn sẽ hạ giá thành sản phẩm, nhưng ngược lại nếu Dmax quá lớn sẽ gây khó khăn trong quá trình trộn bê tông và gây ra phân tầng trong quá trình thi công BTĐL

Đá dăm được sử dụng trong thí nghiệm là đá có nguồn gốc Granit Đá dăm được phân ra 3 cỡ hạt: 5-20mm, 20-40mm, 40-60mm Các chỉ tiêu tính chất của đá được xác định bằng thí nghiệm theo TCVN 7572:06 như trong bảng 2.6, 2.7 và 2.8; thành phần hạt như trong bảng 2.9

Bảng 2.6: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 5-20mm

STT Chỉ tiêu thí nghiệm Kết quả thí nghiệm

Bảng 2.7: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 20-40mm

STT Chỉ tiêu thí nghiệm Kết quả thí nghiệm

Bảng 2.8: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 40-60mm

STT Chỉ tiêu thí nghiệm Kết quả thí nghiệm

Lượng sót tích lũy đá 20-40mm, %

Lượng sót tích lũy đá 40-60mm, %

yêu cầu kỹ thuật Kết quả thí nghiệm phối hợp thành đá dăm hỗn hợp 40,

5-60 như bảng 2.10, 2.11

Bảng 2.10: Khối lượng thể tích hỗn hợp đá dăm 5-40mm ứng với các tỷ lệ

phối hợp hai loại đá 5-20mm và 20-40mm

TT Tỉ lệ loại đá

5-20mm, %

Tỉ lệ loại đá 40mm, %

20-KLTT lèn chặt, kg/m 3

KLTT xốp kg/m 3

Tỉ lệ loại đá 40-60mm

%

KLTT lèn chặt, kg/m 3

KLTT xốp kg/m 3

Sau khi phối hợp các tỷ lệ đá dăm 5-20, 20-40, 40-60 để được đá dăm hỗn hợp 5-40 và 5-60, đá dăm hỗn hợp 5-40mm được phối hợp thành từ đá dăm 5-20 và 20-40 theo tỷ lệ (5-20: 20-40) = (45:55) đạt γđc