nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương và hệ thống sản xuất rcc cho đập công trình thủy điện bình điền tỉnh thừa thiên huế

Một trong những đặc điểm bê tông đầm lăn là sử dụng lượng xi măng, lượng nước trong 1 mP 3 Pbê tông nhỏ hơn so với bê tông thường khi có cùng cường độ, cho nên việc lựa chọn cấp phối RCC

“ Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương và hệ thống sản xuất RCC cho đập công trình thuỷ điện Bình Điền - tỉnh Thừa Thiên Huế” được hoàn thành với sự

giúp đỡ tận tình, hiệu quả của khoa Công trình, Khoa sau Đại học, Bộ môn Thi công, Bộ môn Thủy công, Bộ môn Vật liệu xây dựng, Thư viện trường Đại học Thủy Lợi, Trung tâm thí nghiệm Sông Đà, Trung tâm thí nghiệm Điện 1, Tổng công ty Tư Vấn Xây Dựng Thủy Lợi Việt Nam-CTCP,Công ty tư vấn 11 …cùng các Thầy, Cô giáo trong trường và bạn bè, đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn đến các Cơ quan, đơn vị, Khoa, Bộ môn và các cá nhân nói trên đã truyền bá kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp

Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Trung Anh và GS.TS Lê Kim Truyền những người đã trực tiếp hướng dẫn, tận

tình giúp đỡ, cung cấp các tài liệu tham khảo để học viên hoàn thành luận văn đúng với nội dung và thời hạn đăng ký

Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo, cùng sự động viên của cơ quan,

g ia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn chỉ bảo ân cần tác giả về mọi mặt trong suốt những năm qua

Tuy đã có những cố gắng phấn đấu, với nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết

R ất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp chân tình của các Thầy, cô cùng bạn

bè đồng nghiệp để luân văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2010

MỞ ĐẦU

Trang

I Tính cấp thiết của đề tài……… 1

II Mục đích của đề tài……… 1

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu……… 2

IV Kết quả dự kiến đạt được……… 2

Chương I ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN I Khái niệm chung về bê tông đầm lăn (RCC)……… 3

II Tình hình sử dụng bê tông đầm lăn trong nước và thế giới………… 4

1 Tình hình sử dụng bê tông đầm lăn trên thế giới……… 4

2 Triển vọng áp dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam……… 8

3 Tiềm năng về nguyên liệu và thiết bị thi công dùng cho công nghệ BTĐL ở Việt Nam 10 III Những yêu cầu về vật liệu thi công RCC……… 13

1 Xi măng……… 13

2 Phụ gia……… 14

3 Nước cho RCC……… 14

4 Cát dùng cho RCC……… 15

5 Cốt liệu thô (đá)……… 15

IV Đặc điểm của RCC……… 16

V Những yêu cầu khi sử dụng RCC trong xây dựng đập……… 17

Chương II NGHIÊN CỨU NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬT LIỆU KHI THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ THI CÔNG RCC I Những yêu cầu khi thiết kế cấp phối và thi công RCC……… 18

2 Độ chống thấm……… 19

3 Hiện tượng sinh nhiệt trong khối đổ bê tông đầm lăn……… 19

4 Độ công tác VR c R………

20 5 Cốt liệu……… 20

6 Hàm lượng nước……… 22

II Hỗn hợp RCC, những nhân tố ảnh hưởng đến tính chất hỗn hợp bê tông 22 1 Các nhân tố ảnh hưởng đến trị số VR c R……… 22

1.1 Lượng dùng nước trong bê tông……… 22

1.2 Lượng dùng và đặc tính cốt liệu thô……… 22

1.3 Ảnh hưởng tính chất của cốt liệu nhỏ……… 23

1.4 Chủng loại tro bay và puzolan ảnh hưởng đến chất lượng………… 23

1.5 Ảnh hưởng của chất phụ gia đối với VR c Rcủa BTĐL……… 24

1.6 Sự ảnh hưởng của môi trường khí hậu và thời gian ngừng làm viêc 24 1.7 Điều kiện bảo dưỡng bê tông……… 24

III Tính toán thành phần cấp phối RCC khi thí nghiệm và thi công… 25

1 Đặc điểm của thiết kế cấp phối……… 25

2 Nguyên tắc thiết kế cấp phối BTĐL……… 26

3 Nguyên lý thiết kế cấp phối BTĐL……… 28

IV Diễn biến nhiệt trong BTĐL và nguyên lý khống chế nhiệt……… 31

1 Tính năng của BTĐL, đặc điểm ứng suất nhiệt và đặc điểm thi công 31 2 Thiết kế và khống chế nhiệt độ trong BTĐL……… 32

2.1 Chủng loại khe nứt trong bê tông……… 32

2.2 Nguyên lý sản sinh khe nứt nhiệt trong bê tông……… 32

2.3 Thiết kế và khống chế nhiệt……… 33

V Tính chất của RCC khi đông cứng……… 35

1 Định nghĩa……… 35

2 Các ứng dụng……… 36

3 Mục đích sử dụng RCC……… 36

4 Các ưu điểm chính……… 37

5 Các ưu điểm khác……… 39

6 Các yêu cầu về trách nhiệm về kỹ thuật……… 39

Chương III THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ THI CÔNG ĐẬP RCC CHO CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN BÌNH ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ I Giới thiệu công trình……… 40

II Thiết kế thành phần cấp phối RCC và ứng dụng thi công……… 43

1 Các chỉ tiêu trong thiết kế đập RCC……… 45

2 Công tác chuẩn bị và thí nghiệm vật liệu……… 46

3 Thành phần cấp phối với puzolan Phong Mỹ và Gia quy……… 48

4 Thiết kế bãi thí nghiệm BTĐL……… 49

5 Kiểm tra thiết bị thí nghiệm và thi công trước khi tiến hành đắp bãi RCC hiện trường 50 6 Thí nghiệm hiện trường……… 51

7 Kết quả thí nghiệm độ công tác Vebe (VR c R)………

58 8 Kết quả thí nghiệm vữa liên kết sử lý khe lạnh……… 59

9 Kết quả thí nghiệm bê tông trong khối……… 60

10 Kết quả thí nghiệm thời gian đông kết của bê tông đầm lăn……… 87

11 Kết quả thí nghiệm nén bê tông RCC lập phương đúc ngoài trạm trôn 88 12 Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông RCC khi thi công ở hiên trường 90 III Các giải pháp kỷ thuật để bảo đảm chất lượng công trình………… 98

IV Khống chế nhiệt trong sản xuất RCC và thi công ở hiên trường…… 99

V Kiểm tra thành phần cấp phối khi thi công ở hiện trường………… 101

1 Kiểm tra khống chế chất lượng nguyên vật liệu……… 101

2 Kiểm tra và khống chế chất lượng trong quá trình trộn và sản xuất… 102

3 Kiểm tra xác xuất khi vật liệu trộn ra khỏi máy……… 103

VI Ưu và nhược điểm và những bài học kinh nghiệm khi thiết kế cấp

phối và thi công

106

PHỤC VỤ THI CÔNG.

I Đặc điểm chính để xây dựng thiết kế hệ thống sản xuất RCC lạnh để

thi công tại hiện trường

109

II Một số kết quả nghiên cứu để triển khai dây chuyền sản xuất RCC

để phục vụ thi công tại hiện trường

111

III Lựa chọn phương án và dây chuyền sản xuất RCC lạnh……… 112

IV Quy trình vận hành hệ thống dây chuyền sản xuất RCC lạnh……… 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 114

DANH MỤC BẢN VẼ

Chương I ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Trang

Hình 1.1 Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo các hướng khác nhau trên thế giới…… 6

Hình 1.2 Thi công đập BTĐL bằng xe lu rung ……… 7

Hình 1.3 Thi công sân bãi bằng công ngh ệ BTĐL ……… 7

Hình 1.4 Cấu tạo trụ neo cáp cầu treo Akashiyko - Nhật Bản ……… 8

Hình 1.5 Thi công đập BTĐL thuỷ điện Bình Điền bằng đầm bàn … 10

Hình 1.6 Thi công đập BTĐL thuỷ điện Bình Điền bằng máy ủi …… 10

Hình 1.7 Thi công đập BTĐL thuỷ điện Bình Điền bằng ô tô, máy ủi, đầm rung 10 Hình 1.8 Một dây chuyền sản xuất cát nhân tạo của Châu Âu ……… 15

Hình 1.9 Dây chuyền sản xuất BTĐL thuỷ điện Bình Điền ……… 16

Hình 1.10 Thi công đập Bình Điền - Thừa Thiên Huế ……… 17

Chương II NGHIÊN CỨU NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬT LIỆU KHI THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ THI CÔNG RCC Hình 2.1 Máy nén khí bê tông 300 tấn……… 18

Hình 2.2 Máy thí nghíệm thấm bê tông ……… 19

Hình 2.3 Thí nghiệm nhiệt độ bê tong sau khi trộn ra……… 20

Hình 2.4 Bàn rung và thiết bị đo độ cứng vebe……… 20

Hình 2.5 Bộ rây vật liệu theo tiêu chuẩn……… 21

Hình 2.6 Máy làm nước đá bào Iceman corpation……… 31 Hình 2.7 nước đá bào được trữ trong một nhà tuyết sẵn sàng cho việc

trộn bê tông lạnh

32

Chương III THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ THI CÔNG ĐẬP RCC CHO CÔNG

Hình 3.2 Khoan noãn BTĐL tại hiện trường ……… 104

Hình 3.3 Nén mẫu thí nghiệm BTĐL ……… 104

Hình 3.4 Kiểm tra dung trọng bằng phương pháp rót cát……… 104

Hình 3.5 Kiểm tra dung trọng bằng phương pháp máy phóng xạ……… 104

Hình 3.6 Tiến hành đo thời gian ninh kết BTĐL tại hiện trường 105

Hình 3.7 Rửa xe trước khi vào đổ BTĐL vào khoảnh đổ 105

Hình 3.8 Trải vải bạt bề mặt BTĐL khi mưa 105

Hình 3.9 Phun sương bảo dưỡng BTĐL 105

Hình 3.10 Mặt bằng công trình thuỷ điện Bình Điền 106

Hình 3.11 Mặt cắt dọc công trình thuỷ điện Bình Điền 107

Hình 3.12 Mặt cắt ngang công trình thuỷ điện Bình Điền 108

Chương IV NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SẢN XUẤT RCC LẠNH ĐỂ PHỤC VỤ THI CÔNG Hình 4.1 Dây chuyền sản xuất RCC lạnh 109

Hình 4.2 Dây chuyền sản xuất RCC lạnh 112

DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương I ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Trang Bảng 1.1 Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới 5

Bảng 1.2 Một số công trình đập BTĐL đã được thiết kế 9

Chương II NGHIÊN CỨU NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬT

Bảng 2.1 So sánh tính năng giữa bê tông đá cuội và bê tông đá dăm 23 Bảng 2.2 Sự ảnh hưởng của tro bay có chất lượng khác nhau đối với trị sốVc 24 Bảng 2.3 Ảnh hưởng đối với cường độ trong điều kiện dưỡng hộ ở đập Đại

Điền Khang Khẩu

24

Chương III THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ THI CÔNG ĐẬP RCC CHO CÔNG

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của dự án thủy điện Bình Điền 40

Bảng 3.2 Trị số tham khảo hệ số hồi quy A, B 43

Bảng 3.3 Trị số t 44

Bảng 3.4 Hàm lượng nước trộn N, l/mP 3 P 44

Bảng 3.5 Các chỉ tiêu đánh giá của các loại phụ gia khoáng như sau 47

Bảng 3.6 Thành phần cấp phối puzolan Phong Mỹ 48

Bảng 3.7 Thành phần cấp phối puzolan Gia Quy 49 Bảng 3.8 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 01 Phong M ỹ không

có phụ gia hoá học

53

Bảng 3.9 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 01 Phong Mỹ, có phụ

gia hoá học

54

Bảng 3.10 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 02,Phong Mỹ có phụ 55

Bảng 3.11 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 02, Gia Quy, có phụ

gia hoá học

55

Bảng 3.12 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 02,Phong Mỹcó phụ

gia hoá học

56

Bảng 3.13 13 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 03,Gia Quy có

phụ gia hoá học

56

Bảng 3.14 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 04,Phong Mỹ có phụ

gia hoá học

57

Bảng 3.15 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 04, Gia Quy, có phụ

gia hoá học

57

Bảng 3.16 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 05Phong Mỹ có phụ

gia hoá học

58

Bảng 3.17 Kết quả kiểm tra dung trọng và độ ẩm của lớp 05, Gia Quy, có phụ

gia hoá học

58

Bảng 3.18 Kết quả kiểm tra trị số Vc 59

Bảng 3.19 Thành phần cấp phối vữa bê tông 59

Bảng 3.20 Kết quả đo nhiệt độ khối đổ 61

Bảng 3.21 Số liệu tổng hợp đo nhiệt độ bê tông trong khối 85

Bảng 3.22 Kết quả nén mẫu bê tông đầm lăn và dung trọng bê tông 88

Bảng 3.23 Kết quả nén mẫu bê tông và dung trọng bê tông khi khoan lấy mẫu 91 Bảng 3.24 Kết quả nén mẫu bê tông và dung trọng bê tông khi khoan lấy mẫu 95 Bảng 3.25 Cấp phối bê tông đầm lăn 97

Bảng 3.26 Cấp phối vữa bê tông 98

Bảng 3.27 Cấp phối bê tông đổ biên 98

Bảng 3.28 Kiểm tra và trị số sai lệch trong quá trình phối cốt liệu 103

Bảng 3.29 Kiểm tra xác xuất khi vật liệu trộn ra khỏi máy 104

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, do nhu cầu phát triển nhanh việc xây dựng

các nhà máy thủy điện và các công trình thủy lợi phục vụ đa mục tiêu để giải quyết

tình trạng thiếu điện trầm trọng, đẩy mạnh công cuộc hiện đại hóa đất nước Để đáp

ứng nhu cầu đó, các nhà khoa học kỹ thuật Việt Nam đã bắt nhip được với xu thế

phát triển của thế giới áp dụng nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật, thay đổi công nghệ

xây dựng đập truyền thống bằng các công nghệ xây dựng mới như bê tông đầm lăn

và đập đá đổ bản mặt

Việc áp dụng công nghệ mới hoàn toàn dựa vào kinh nghiệm của các nước

phát triển như Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản … như chúng ta còn thiếu nhiều kinh

nghiệm trong lĩnh vực này

Một trong những đặc điểm bê tông đầm lăn là sử dụng lượng xi măng,

lượng nước trong 1 mP

3

Pbê tông nhỏ hơn so với bê tông thường khi có cùng cường

độ, cho nên việc lựa chọn cấp phối RCC có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công

trình, ngoài ra cho đập RCC thường có khối lượng lớn nên việc lựa chọn nguồn vật

liệu để cung cấp cho RCC là trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới giá

thành, chất lượng tiến độ thi công RCC

Đối với đập bê tông đầm lăn Bình Điền có khối lượng 189x10P

dựng RCC Vì vậy chúng ta phải nghiên cứu sử dụng nguồn vật liệu địa phương để

cung cấp kịp thời cho thi công, giảm giá thành cho xây dựng công trình là hết sức

cần thiết

1 Nghiên cứu cấp phối RCC và thiết kế cấp phối cho công trình Bình Điền

2 Nghiên cứu hệ thống sản xuất RCC lạnh để phục vụ thi công bảo đảm chất lượng

và tiến độ thi công

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

1 Khảo sát phân tích đánh giá các công trình đã và đang xây dựng

2 Từ các công trình đã và đang thi công xây dựng như Công trình thuỷ điện Play

Krông, thuỷ điện Bình Điền, thủy điện Hương Điền, thuỷ điện A Vương, thuỷ điện

Sơn La, đập Định Bình, thủy điện Bản Chát nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng

đến thiết kế cấp phối và công nghệ thi công bê tông bê tông đầm lăn, từ đó đưa ra

những nhận xét đánh giá mức độ ảnh hưởng của việc thiết kế cấp phối và công nghệ

thi công, phân chia các khối đổ hợp lý để thi công đập bê tông đầm lăn

1 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của thành phần cấp phối RCC đến chất lượng bê

tông đầm lăn và đưa ra được cách thiết kế cấp phối và công nghệ sản xuất bê tông

lạnh

2 Đề xuất cấp phối cho RCC và công nghệ sản xuất RCC cho công trình thủy điện

Bình Điền – Thừa Thiên Huế

C HƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

Bê tông đầm lăn là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương tự như

bê tông thông thường, cũng là vật liệu cát, cốt liệu, vật liệu dính kết, nước và bọt

khí trong khe rỗng tạo thành những tỉ lệ tổ hợp so với bê tông thông thường có sự

khác biệt lớn Khác với bê tông thông thường được đầm chặt bằng thiết bị rung đưa

vào trong khối đổ Bê tông đầm lăn được làm chặt bằng thiết bị rung từ mặt ngoài

Việc đầm lên bê tông bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất

kết dính hơn so với bê tông thông thường nhờ vậy với một số đập đường thi công bê

tông bằng công nghệ này nhanh hơn và rẻ hơn so với công nghệ thi công bê tông

thông thường

Công nghệ BTĐL áp dụng cho thi công đường giao thông so với công

nghệ thi công thông thường có các ưu điểm như, phương pháp thi công không phức

tạp, lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số sản phẩm phụ hoặc phế thải

công nghiệp giúp hạ giá thành vật liệu so với bê tông xi măng thông thường, tốc độ

thi công nhanh

Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông

trọng lực Khối lượng bê tông được thi công càng lớn thì hiệu quả áp dụng công

nghệ bê tông đầm lăn càng cao Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công

nghệ thường đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đập bê tông thường và đập đất

đắp bởi các lí do sau

Thi công nhanh so với đập bê tông thường, đập BTĐL được thi công với

tốc độ cao hơn do có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san

gạt, máy lu rung để đầm lèn và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt So với đập đất đắp có

cùng chiều cao, thể tích của đập BTĐL nhỏ hơn nên thi công nhanh hơn Công trình

đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL càng lớn so với đập đất đắp

Giá thành hạ theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng trên

truyền thống từ 25% đến 40% Việc hạ giá thành đạt được là do giảm được chi phí

cốp pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông

Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ so với đập đắp, chi phí làm cửa tràn

của đập BTĐL rẻ hơn (tương tự như đập bê tông thường) Đối với đập thuỷ điện

được thiết kế có nhiều cửa nhận nước ở nhiều cao trình khác nhau thì phương án

đập BTĐL càng rẻ hơn so với phương án đập đắp Hơn nữa khi làm đập BTĐL

chiều dài của kênh xả nước ngắn hơn so với kênh xả nước của đập đắp và vì vậy

giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lí nền đập

Giảm chi phí cho biện pháp thi công việc thi công đập bằng BTĐL có 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 đắp Hơn nữa thời gian thi công đập BTĐL ngắn nên các cống

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 và đập đắp

Vì vậy đường kính cống dẫn dòng của đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn và chiều cao đê

quai cho đập bê tông đầm lăn cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông thường

và đập đắp

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 mP

3

PBTĐL

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

Tên

Quốc

Gia

Số đập

đã xây dựng

Thể tích BTĐL

%

Tỷ lệ theo

lượng

%

Tên Quốc Gia

Số đập

đã xây dựng

Thể tích BTĐL

%

Tỷ lệ theo

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

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

) 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 đến

thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp

Ngoài ra còn một hướng phát triển đập 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 bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình và loại bê tông đầm lăn 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 bê

tông đầm lăn 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

Ngoài việc ứng dụng cho đập, BTĐL cũng được ứng dụng trong xây dựng

mặt đường và sân bải BTĐL cho mặt đường lần đầu tiên được áp dụng ở Canada

vào năm 1976 tại Caycuse trên đảo Vancouver với diện tích tổng cộng 36.000mP

2

P Cho tới nay, hàng chục triệu mP

2

P đường và sân bải được xây dựng bằng công nghệ BTĐL ở các nước Mỹ, Nhật và một số nước khác Các công trình mặt đường và sân

bải bằng BTĐL đều cho hiệu quả sử dụng tốt và giảm chi phí bảo dưỡng

Ngoài việc áp dụng cho xây dựng đập, mặt đường và sân bải, BTĐL còn

được áp dụng được cho các dạng kết cấu khác Năm 1986 cầu treo lớn nhất thế giới

Akashi được khởi công xây dựng tại Nhật Bản Cây cầu này nối liền đảo Honshu và

đảo Shikoku với chiều dài nhịp giữa hai tháp chính 1960m Đây là công trình đã

ứng dụng nhiều công nghệ bê tông tiên tiến như bê tông tự lèn, bê tông đổ trong

nước và bê tông đầm lăn Móng trụ neo cáp của công trình này được thiết kế là bê

tông trọng lực khối lớn Để thi công khối móng với khối tích khoảng 200.000mP

3

Ptrong thời gian ngắn, công nghệ bê tông đầm lăn đã được lựa chọn áp dụng

Hình 1.2 Thi công đập BTĐL bằng Hình 1.3 Thi công sân b ải bằng công

nghệ BTĐL

Hình 1.4 Cấu tạo trụ neo cáp cầu treo Akashi Kaiyko-Nhật Bản

Có thể thấy rằng những dạng kết cấu bê tông có hình dạng không phức tạp

và không có cốt thép đều có thể thi công bằng công nghệ BTĐL Khối đổ bê tông

càng lớn, áp dụng công nghệ này càng hiệu quả

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 cần 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 (dự kiến khởi công trong năm 2005), thủy điện Bình Điền (Huế ) với

công suất lắp máy 44 MW, thủy điện Hương Điền (Huế) với công suất lắp máy 55

MW 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 1.2 Một số công trình đập BTĐL đã được thiết kế

STT Tên công trình Chiều

cao (m)

Địa điểm xây dựng kiến hoàn Năm dự

thành

Ghi chú

Hình 1.5 T hi công đập BTĐL thủy điện Bình Điền bằng đầm bàn

Hình 1.6 T hi công đập BTĐL thủy điện Bình Điền bằng máy ủi

Hình 1.7 Thi công đập BTĐL thủy điện Bình Điền bằng ô tô, máy ủi, đầm rung

3 Tiềm năng về nguyên vật liệu và thiết bị thi công dùng cho công nghệ BTĐL

ở Việt Nam

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

Từ trước tới nay, phụ gia khoáng đã được sử dụng phổ biến cho các công

trình bê tông khối lớn thi công theo công nghệ bê tông thường với mục đích giảm

nhiệt thuỷ hoá, hạ giá thành bê tông như các đập thuỷ lợi (Đập sông Lòng Sông, đập

Bái Thượng ) và đập thuỷ điện (Sê San3) Thực tế cho thấy các loại phụ gia

khoáng đã sử dụng cho các công trình nói trên đều mang lại hiệu quả kinh tế kỹ

thuật tốt

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 puzolan tự nhiên như puzolan Sơn Tây, Đá silic

Hải Phòng, puzolan Phong Mỹ - Thừa Thiên Huế, puzolan Gia Lai, điatomit

Kontum, puzolan Bà Rịa-Vũng Tầu, điatomit Phú Yên

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

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

Thiết bị cho thi công đường, sân bãi Máy trộn cưỡng bức, xe tải tự đổ,

máy rải (asphalt), xe lu rung, xe lu lốp, mắy cắt 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

Về kinh tế, hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi công BTĐL 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 Đối với xây dựng mặt đường, sân

bãi, việc sử dụng BTĐL có thể rút ngắn thời gian đưa công trình vào sử dụng nhanh

gấp hai lần so với bê tông thường

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

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

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

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

Xi măng để sản xuất RCC phải là loại xi măng Poocland do các nhà máy

sản xuất, xi măng với công nghệ lò quay ngang sản xuất, không sử dụng xi măng

của các nhà máy xi măng lò đứng để sản xuất RCC

Xi măng dung để sản xuất RCC là loại xi măng Poocland PC40, không sử

dụng loại xi măng hỗn PCB, để sản xuất RCC xi măng phải đảm bảo y êu cầu kỹ

thuật theo tiêu chuẩn ngành 14 TCN66-2002’’ Xi măng dùng trong bê tông thuỷ

công, yêu cầu về kỹ thuật “.Xi măng dùng để sản xuất RCC được thí nghiệm theo

tiêu chuẩn ngành 14TCN67-2002 “ Xi măng dùng cho bê tông thủy công - phương

pháp thử ’’ Bất kỳ loại xi măng nào chứa tại công trường công hơn 60 ngày thì

phải được lấy mẫu mang lại thí nghiệm để kiểm tra lại

Phụ gia hoạt tính được sử dụng cho RCC nhằm mục đích giảm lượng xi

măng, giảm lượng thủy hóa của xi măng, để giảm nhiệt độ trong khối đổ RCC Phụ

chuẩn ASTMC-03 “ Quy định kỹ thuật tiêu chuẩn đối với cho bay và puzơlan thiên

nhiên nguyên chất hoặc đã nung dung làm phụ gia khoáng cho bê tông”

Puzơlan là sản phẩm tự nhiên được khai thác từ mỏ sau đó đem nghiền

mịn và sấy khô, chất lượng puzơlan phụ thuộc rất lớn vào chất lượng mỏ nguyên

liệu và tính đồng nhất của chúng Vì vậy quy trình sản xuất và quản lý chất lượng

puzơlan phải được thực hiện chặt chẽ như sản xuất xi măng và phải kiểm tra chất

lượng trước khi xuất xưởng phải thỏa mãn tiêu chuẩn ASTMC618-03 và đúc mẫu

bê tông kiểm tra cường độ và phát triển cường độ theo thời gian, trước khi đưa vào

sử dụng thì chúng ta phải lấy mẫu kiểm tra đối chứng với vật liệu này

Các loại phụ gia khác trong hỗn hợp bê tông nhằm vào mục đích khác

nhau trong hạng mục công trình

Phụ gia hóa dẻo trong hỗn hợp bê tông nhằm vào mục đích giảm lượng

nước và xi măng trong bê tông

Phụ gia chậm đông kết nhằm mục đích kéo dài thời gian liên kết của hỗn

hợp bê tông RCC tạo điều kiện cho công tác san đầm trong khối đổ và tiết kiệm

lượng vữa xi măng giải lên bề mặt khi đổ bê tông lớp mới vào

Nước dùng trộn và bảo dưỡng RCC Sử dụng nước ngọt, sạch Không

dùng nước bẩn, nước lợ, nhiễm mặn, chua phèn

Bảo dưỡng bê tông tức là thực hiện việc cung cấp nước đầy đủ cho quá

trình thuỷ hoá của xi măng-quá trình đông kết và hoá cứng của bê tông Trong điều

kiện bình thường Ngay sau khi đổ 4 giờ nếu trời nắng ta phải tiến hành che phủ bề

mặt bằng để tránh hiên tượng ‘trắng bề mặt’ bê tông rất ảnh hưởng đến cường độ

Tưới nước dùng cách phun (phun mưa nhân tạo), không được tưới trực tiếp lên bề

mặt bê tông mới đông kết Nước dùng cho bảo dưỡng, phải thoả mãn các yêu cầu

kỹ thuật như nước dùng trộn bê tông theo tiêu chuẩn ngành 14TCN-68-2002

4 Cát dùng cho RCC

Cát dùng cho RCC phải thỏa mãn tiêu chuẩn ngành 14TCN-68-2002 cát

dùng cho bê tông thủy công

Cát nhân tạo M=2.2-:- 2.9 hàm lượng bột đá 10%-:-20% Phải thỏa mãn

TCXDVN349-2005

Hình1 8 M ột dây chuyền sản xuất cát nhân tạo của châu Âu Trên thế giới hiện nay, cát nhân tạo đang được dùng phổ biến, không những

để thay thế cát tự nhiên đang ngày càng càng cạn kiệt mà còn do tính chất đặc biệt

của nó Hạt cát đồng đều hơn, có thể điều chỉnh modun và tỷ lệ thành phần hạt

theo từng yêu cầu cấp phối cho các loại bê tông khác nhau (như bê tông asphalt, bê

tông macrosell, bê tông xi măng, bê tông đầm lăn, bê tông mác cao đặc biệt )

Loại cát nhân tạo cũng cho phép tiết kiệm xi măng, nhựa đường, rút ngắn thời gian

thi công và tăng tuổi thọ công trình

Cát tự nhiên M=2.0-:- 3.0 hàm lượng bùn ≤ 5%

Cốt liệu thô bao gồm đá cuội, đá dăm về đường kính đá chia làm 3 loại

khác nhau, đá nhỏ 5-:- 20 mm, đá trung bình 20-:-40 mm; đá lớn 40-:80 mm

Bê tông cấp phối II đường kính đá lớn nhất 40 mm

Bê tông cấp phối III đường kính đá lớn nhất 80 mm

Cốt liệu phải cứng chặt bền , không rạn nứt, hàm lượng đất sét, bùn lắng,

bột đá, chất hữu cơ và các tạp chất khác không được vượt quá trị số cho phép trong

tiêu chuẩn ngành 14CTN-70-2002 dùng cho bê tông thủy công

Hình 1.9 Dây chuyền sản xuất BTĐL thuỷ điện Bình Điền

Bê tông đầm lăn trọng lực so với đập bê tông trọng lực thông thường có

những ưu điểm, thi công nhanh, thời kỳ thi công ngắn, tiết kiệm xi măng Những

đập bê tông đầm lăn có nhiều lớp, nhiều tầng nếu không xử lý không tốt dễ hình

thành đường thấm, ảnh hưởng đến chống trượt của đập Thi công đập BTĐL không

những là một phương pháp mới, hơn nữa loại đập này hình thành một hình đập mới

nổi lên, mới đầu cho sử dụng trong đập trọng lực, hiện nay đã phát triển đến đập

vòng trọng lực và đập vòm

Ngoại hình các mặt cắt của đập, đại thể giống đập bê tông trọng lực, song

về phương diện thiết kế các bộ phận chi tiết trong thân đập như bố trí khe ngang,

hành lang bố trí đường ống và lỗ thoátt nước … đều có những điểm khác nhau rất

nhiều so với đập bê tông thông thường

Tóm lại để thích ứng với công nghệ mới BTĐL về thiết kế RCC cũng phải

tiến hành điều chỉnh như cần thiết càng làm tăng thêm tính yêu việt của BTĐL

Bê tông RCC sử dụng trong xây dựng đập chúng ta phải thiết kế mác bê

tông và ngày tuổi của bê tông từ đó mới xác định được cường độ bê tông theo quan

điểm nhà thiết kế đưa ra

Các chỉ tiêu thiết kế RCC như sau

Dung trọng ướt cho loại bê tông có thành phần phụ gia hoạt tính puzơlan

và phụ gia cho bay

Cường độ nén mẫu của bê tông với hai loại phụ gia hoạt tính puzơlan và

phụ gia cho bay

Cường độ bê tông trong công trình khi kiểm tra ngày tuổi bằng nén mẫu

tại hiện trường được coi là đạt yêu cầu thiết kế khi RR nén R> R thì cường độ các mẫu

nén lớn hơn 85% mác thiết kế là đạt yêu cầu

Hình 1.10 T hi công đập Bình Điền – Thừa Thiên Huế

Kết luận

Công nghệ BTĐL đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng hiệu quả cho

các công trình đường bê tông và đập bê tông trọng lực BTĐL có triển vọng lớn áp

dụng cho các công trình tương tự ở Việt Nam Để đảm bảo xây dựng đập BTĐL có

chất lượng tương đương với đập bê tông thường cần chú ý những điểm yếu của loại

hình công nghệ này Trước khi áp dụng công nghệ BTĐL phải nghiên cứu vật liệu,

thử nghiệm công nghệ và xây dựng qui trình thi công, kiểm tra nghiệm thu BTĐL

gắn với đặc điểm của từng công trình cụ thể

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ THI CÔNG RCC

Bê tông RCC là một loại bê tông rất khô, không có tính lưu động Sau khi

đầm lên rất khô khó thu được bê tông có độ đặc chắc cao Phương pháp giải đổ liên

tục với các lớp mỏng để xây dựng lên đập BTĐL nên khi thiết kế cấp phối RCC tự

nó có đặc điểm bê tông khô, nguyên tắc xác định các tham số tỷ lệ phối hợp và

nguyên lý thiết kế cấp phối bê tông có sự khác biệt so với bê tông thông thường

Cường độ của RCC đã được cơ quan thiết kế công trình xác định trong khi

tính toán thiết kế, cường độ RCC là loại bê tông nghèo xi măng cường độ phụ thuộc

vào chất kết dính (xi măng, phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn)và công nghệ đầm

cán Một yếu tố quyết định đến cường độ của RCC là tỷ lệ, Nước/ Chất kết dính,

mặt khác phải thỏa mãn yêu cầu thiết kế về cường độ và tính bền … khi RCC dung

vào bên trong đập cao, kết cấu của công trình hoặc kết cấu chịu tải trọng khác, về

thiết kế thường nêu ra yêu cầu về cường độ (hoặc mác bê tông) Từ đó nhằm đảm

bảo cường độ khi bê tông cứng phải thỏa mãn yêu cầu thiết kế

Hình 2.1 Máy nén bê tông 300 tấn ( hãng TECNOTEST –ITALY)

2 Độ chống thấm

Khả năng chống thấm của RCC quyết định đến khả năng chống lại sự xâm

thực của môi trường đối với công trình Độ bền của công trình xây dựng từ RCC,

ngoài việc phụ thuộc vào cường độ thì còn phụ thuộc vào khả năng chống thấm của

nó RCC dùng cho xây dựng đập thường được thiết kế với hàm lượng xi măng thấp

(nghèo xi măng) Nên khả năng chống thấm nước là kém hơn so với các loại bê

tông truyền thống khác cùng mác Chính vì vậy để đảm bảo kết cấu trong bê tông

đầm lăn nghèo xi măng trước tác động của môi trường, cần phải tính toán thiết kế

một lớp bê tông giàu xi măng hơn bao bọc bên ngoài hoặc có thể sử dụng các màng

chống thấm nước

Mặt khác khả năng chống đông lạnh phá hoại của BTĐL đương đối kém,

nhưng bê tông phần bên trong đập cao không có yêu cầu chống đông lạnh, tỷ lệ

phối hợp chọn thỏa đáng thì dễ trộn cho việc trộn, việc đổ và đầm nén BTĐL, khả

năng chống thấm của đập BTĐL là đủ thỏa mãn yêu cầu của đập cao, nguyên nhân

chủ yếu gây ra thẩm lậu là do sự liên kết giữa các lớp của các khe thi công không

tốt gây ra

Hình 2.2 M áy thí nghiệm thấm bê tông

Để giảm lượng nhiệt phát sinh của bê tông, biện pháp đơn giản là khống

thiểu lượng xi măng và trộn dung tro bay hoặc puzơlan để đảm bảo lượng vữa và

đầy đủ Tuy nhiên phải nghiên cứu tính toán lượng dùng lượng dùng chất kết dính

hợp lý để bảo đảm cường độ và độ bền và các tính chất cơ lý khác của sản phẩm

BTĐL sau khi đông cứng phù hợp với yêu cầu thiết kế đưa ra

Hình 2.3 T hử nhiệt độ bê tông sau khi trộn ra

Độ công tác (VR c R) là một tính chất hỗn hợp của BTĐL, qua đó có thể xác

định được khả năng đổ và đầm hỗn hợp BTĐL với loại thiết bị thi công thích hợp

không gây ra hiện tượng phân tầng, phân lớp ảnh hưởng xấu đến chất lượng của kết

cấu công trình Độ công tác VR c R của hỗn hợp BTĐL phụ thuộc vào hàm lượng xi

măng, lượng nước trộn, hàm lượng phụ gia khoáng nghiền mịn và phụ gia hóa học,

cấp phối hỗn hợp, hình dạng cốt liệu, tỷ lệ cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ

Hình 2.4 B àn rung và thiết bị đo độ cứng vê be

5 Cốt liệu

Chọn đường kính cốt liệu lớn nhất và cấp phối cốt liệu tối ưu, bảo đảm

trong quá trình thi công vật liệu không phát sinh phân ly rõ rệt

Vật liệu trộn của BTĐL là rất thô và ở dạng rời, trong quá trình vận

chuyển bê tông và rải vật liêụ dễ phát sinh hiện tượng phân ly Cốt liệu phân ly sẽ

làm tổn hại nghiêm trọng tới chất lượng BTĐL, điều này chủ yếu thể hiện ở hai

mặt

Chỗ lỗ trống mà cốt liệu tập trung không để dễ cho vữa cát khô cứng lấp

vào mà hình thành “ tổ ong” khiến cho tính đều đặn và độ chặt của bê tông khi khô

cứng bị giảm

Cốt liệu phân ly thường làm cho tương đối nhiều cốt liệu lớn tập trung

phần đáy của mỗi tầng (lớp) của bê tông đầm lăn, tạo thành cường độ dính kết của

mặt khe giữa hai lớp giảm thấp, dọc theo mặt khe tiếp giáp hình thành dòng chảy

thẩm lậu, kinh nghiệm cho thi công chứng tỏa, nguyên nhân tạo ra cốt liệu phân ly

có nhiều mặt như phương thức vận chuyển, độ cao đổ vật liệu, độ dày và phương

pháp rải vật liệu … Trong cùng điều kiện thi công, lượng cốt liệu to sử dụng càng

nhiều, đường kính cốt liệu càng lớn thì hiện tượng phân ly càng nghiêm trọng hơn

nữa không dễ khắc phục, cho nên khi thiết kế tỷ lệ phối hợp cần căn cứ vào điều

kiện thi công cụ thể để giảm hiện tượng phân ly vật liệu trong quá trình thi công

RCC

6 Hàm lượng nước

Hàm lượng nước trộn ảnh hưởng đến cường độ chống thấm của BTĐL

Tuy nhiên nếu hàm lượng nước quá thấp làm cho độ công tác Vc lớn khó thi công

trong quá trình đầm cán Chính vì vậy cần phải sử dụng phụ gia hóa dẻo giảm nước

để tối ưu hóa lượng nước trộn trong hỗn hợp BTĐL

tông

Trị số VR c Rcủa hỗn hợp BTĐL chủ yếu là do lượng nước dùng quyết định

Nước là loại lưu động duy nhất trong nhào trộn bê tông, nó và những hạt mịn nhỏ

như xi măng, tro bay hoặc puzơlan … Cấu thành thể vữa lấp đầy lổ hổng trong cốt

liệu, khi cốt liệu trộn bị chấn động lượng vữa tương đối nhiều, nồng độ tương đối

lỏng, khi chịu chấn dễ bị xuất vữa điều đó có thể tưởng tượng được

Trong điều kiện tỷ lệ nước xi măng và lượng trộn tro bay hoặc puzơlan

giống nhau, tiến hành thí nghiệm quan hệ giữa lượng nước dung khác nhau về trị số

Vc, cho thấy lượng nước dung tăng lên thì trị số VR c Rgiảm đi

Mặt khác trong thực tế cho thấy khi đường kính lớn nhát của cốt liệu trong

nguyên vật liệu bê tông và tỷ lệ cát không thay đổi, sự thay đổi về tỷ lệ xi măng và

tro bay hoặc puzơlan và lượng nước thì ảnh hưởng đến trị số VR c R đối với hỗn hợp

trộn

Hỗn hợp bê tông là do vữa và cốt liệu thô cấu tạo thành, trong điều kiện tỷ

lệ phối hợp của cát nhất định, cốt liệu thô dung lượng nhiều, lượng dùng vữa cát

giảm thiểu tương đối, mặt tiếp xúc giữa các hạt lớn tăng lên, dưới năng lượng chấn

động là như nhau hóa lỏng và xuất vữa tương đối khó khăn, trị số VR c R tăng lên khi

cốt liệu thô nhiều đến mứa vữa cát không đủ lấp đầy lổ hổng trong nó, sẽ dẫn đến

không thể đầm nén chặt được, nghĩa là phát sinh hiện tượng cốt liệu treo lơ lửng

Đường kính hạt lớn nhất, chủng loại, tính hút và phối hợp hạt của vật liệu

quyết định độ rỗng của cốt liệu thô lớn hay nhỏ và lượng cần thiết của vữa hỗn hợp

cũng ảnh hưởng đến trị số VR c Rcủa hỗn hợp trộn Bề mặt đá dăm thô ráp và nhiều góc

nhọn, do đó lực ma sát trong giữa các hạt và lực dính giữa thể vữa so với đá cuội

tương đối lớn Diện tích bề mặt đá dăm lớn, theo đó vữa cũng cần nhiều hơn so với

đá cuội, trong hỗn hợp trộn thể vữa di động cũng tương đối ít Đồng thời độ rỗng

của đá dăm lớn, độ dư vữa cần thiết cũng tương đối nhiều một chút, nghĩa là điều

kiện tương đối, trị số VR c Rcủa hỗn hợp trộn bê tông đá dăm so với bê tông đá cuội lớn

hơn, thí nghiệm sau so sánh nói lên điều đó

Bảng 2.1 So sánh tính năng giữa bê tông đá cuội và bê tông đá dăm

Loại cốt

liệu thô Tỷ lệ

F C

W

+

Lượng dung vật liệu dính kết cho 1m3(kg/m3)

Tính chất của cốt liệu nhỏ nói chung chỉ trạng thái bề mặt hạt, mức độ thô

mịn (dùng mô đun độ nhỏ để biểu thị) Hàm lượng hạt có phối hợp hạt nhỏ hơn

0.16 mm và tỷ lệ hút nước … Những tính chất này đối với trị số VR c Rcủa hỗn hợp

trộn đều có ảnh hưởng nhất định

Phần lớn tro bay và puzơlan ở nước ta do vô vàn nguyên nhân, sự chênh lệnh

về sản phẩm chất lượng tương đối lớn, hiệu quả của vật liệu hỗn hợp làm bê tông

thường có sự khác biệt nói chung độ mịn của tro bay và puzơlan, hình thái hạt, tỷ lệ

cần nước có sự ảnh hưởng tương đối lớn đến lượng dùng nước, trị số Vc của

BTĐL

Bảng 2.2 Sự ảnh hưởng của tro bay có chất lượng khác nhau đối với trị số VRc

Chủng loại cho

bay

Chủng loại cốt liệu thô Lượng dùng vật liệu cho 1m

P

3

P

bê tông (kg)

Trị số

Vc Nước Xi măng Tro bay

Chất phụ gia hóa học tham gia vào BTĐL nó ảnh hưởng đến trị số VR c R vì

nó có thể tiết kiệm được nước trộn trong BTĐL và kéo dài thời gian dính kết của bê

tông và cải thiện độ bền vững trong bê tông khi có phụ gia hóa học

Trị số VR c R của hỗn hợp BTĐL theo thời gian kéo dài mà tăng lên, tốc độ

tăng lên thì theo điều kiện khí hậu và chủng loại xi măng khác nhau có sự chênh

lệch rất lớn Do trong quá trình ngừng làm việc, nước trong hỗn hợp trộn bốc hơi,

vật liệu phụ gia và vật liệu dính kết thủy hóa, là nguyên nhân chính để trị số VR c Rcủa

hỗn hợp bê tông tăng lên

Sau khi bê tông đã đông kết chúng ta luôn phải giữ cho bề mặt bê tông

một độ ẩm thích hợp để làm cho xi măng không ngừng thủy hóa được tiến hành

bình thường Chúng ta có thể dùng phương pháp phun mù để giữ bề mặt bê tông

cho ẩm cho đập

Bảng2.3 Ảnh hưởng đối với cường độ trong điều kiện dưỡng hộ ở đập

Đại Điền Khang Khẩ u

III Tính toán thành phần cấp phối RCC khi thí nghiệm và thi công

BTĐL là một loại bê tông rất khô, không có tính lưu động Sau khi đầm

lèn rất khó thu được bê tông có độ đặc chắc cao Phương pháp rải đổ liên tục với

các lớp mỏng để xây dựng lên đập BTĐL nên khi thiết kế cấp phối BTĐL tự nó đã

có đặc điểm là bê tông phải rất khô, nguyên tắc xác định các tham số tỷ lệ phối hợp

và nguyên lý thiết kế cấp phối bê tông có sự khác biệt với bê tông thông thường

Để không gây trở ngại đến thi công đầm lèn bê tông, thông thường dưới điều

kiện nhất định, trong thân đập không nên thiết kế đặt ống nước lạnh, do phải đổ rải

liên tục, lượng nhiệt phát tán thông qua bề mặt các lớp bê tông sẽ giảm khi thi công

đổ rải các tầng, do nguyên nhân nhiệt độ tăng dần trong bê tông vv Khi thiết kế

phải cân nhắc khi chế tạo bê tông, vừa phải thoả mãn các yêu cầu về, cường độ, tính

bền vừa phải hạn chế sự tăng nhiệt trong bê tông Dù rằng lượng dùng xi măng

tương đối thấp, nhưng tỷ lệ vật liệu hỗn hợp thì lại lớn

Do đặc tính hỗn hợp bê tông rất khô cứng, phân tán và dễ phân tầng, nên

trong thiết kế cấp phối bê tông phải khống chế đường kính lớn nhất của cốt liệu

thô, và tỷ lệ hợp lý giữa các cấp hạt cốt liệu, lượng dùng cát thoả đáng, để trong quá

trình thi công tránh xuất hiện sự phân tầng nghiêm trọng và hiện tượng không có

khả năng đầm chặt được

Trong thiết kế cấp phối BTĐL thường phải cân nhắc xen nên pha loại phụ

gia gì vào bê tông

Coi hỗn hợp BTĐL tương tự như vật liệu đất để đầm lèn hoặc xác định

phương pháp thi công công trình, xác định lượng dùng nước đơn vị tối ưu, còn phải

cân nhắc các tính năng của bê tông sau khi cứng hoá và mối tương quan trực tiếp

giữa tỷ lệ N/CKD

Cấp phối để được đưa ra thi công, thường phải thông qua thí nghiệm bê

tông tại hiện trường để quyết định

2 Nguyên tắc thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn

Để tiến hành thiết kế cấp phối BTĐL, chúng ta cần phải hiểu biết và nắm

vững, tuân thủ những nguyên tắc thiết kế cấp phối bê tông như sau

thông thường

Theo kết quả thí nghiệm vật liệu đều thấy rõ, BTĐL sau khi cứng hoá, sau

khi đã lèn chặt thì cường độ của nó và tỷ lệ N/CKD có mối quan hệ mật thiết, nếu tỷ

lệ N/CKD của hỗn hợp bê tông càng lớn, cường độ bê tông đầm lăn sau khi cứng

hoá có quy luật càng giảm thấp Cũng có thể nói rằng, cường độ BTĐL sau khi

cứng hoá phù hợp với "tỷ lệ N/CKD xác định" Định trước tỷ lệ N/CKD, để thiết kế

cấp phối sơ bộ và sau đó điều chỉnh cấp phối đã tính được

Các thí nghiệm khác cũng thấy rõ rằng, với các điều kiện khác không đổi, giá

trị VC của hỗn hợp BTĐL phụ thuộc vào lượng nước dùng cho 1 đơn vị thể tích bê

tông và tỷ lệ giữa lượng Nước so với lượng dùng vật liệu kết dính (trong một phạm

vi nhất định) quan hệ này thay đổi không lớn Cũng giống như bê tông thông

thường, nó phụ thuộc vào" Lượng nước yêu cầu xác định" Trong các phương pháp

thiết kế cấp phối BTĐL, đều trực tiếp hoặc gián tiếp ứng dụng nguyên tắc cơ bản

này Để điều chỉnh giá trị VR C R của hỗn hợp bê tông và duy trì cường độ bê tông

không thay đổi, cần giữ nguyên tỷ lệ N/CKD và giảm lượng nước dùng và lượng

cát Để giữ cho giá trị VR C R không đổi, có thể điều chỉnh tỷ lệ N/CKD thì sẽ điều

chỉnh được cường độ bê tông; Nếu giữ nguyên lượng nước dùng, giảm lượng dùng

vật liệu kết dính và lượng cát Lượng vật liệu kết dính và lượng cát thay đổi thì thể

tích bê tông có thể thay đổi, tỷ lệ N/CKD thay đổi có thể điều chỉnh được cường độ

bê tông mà không ảnh hưởng đến lượng nước dùng và giá trị VR C Rcủa bê tông

Tham số tỷ lệ phối hợp BTĐL bao gồm

Nước và mối quan hệ giữa lượng dùng vật liệu kết dính so với nước; đó là

Mối quan hệ giữa lượng vữa vật liệu kết dính so với lượng cát: (C+F+W)/S

hoặc hệ số a biểu thị lượng vữa đủ và dư thừa để nhét đầy lỗ rỗng các hạt cát Để

thiết kế ra loại bê tông thoả mãn đầy đủ yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật, khi xác định

các tham số cấp phối phải tham khảo những nguyên tắc dưới đây

Nguyên tắc xác định tỷ lệ F/(C+F) hoặc F/C trong BTĐL

Tỷ lệ này càng lớn, không chỉ tiết kiệm xi măng, cải thiện một số tính năng

của bê tông mà còn có thể giảm giá thành mà còn sử dụng được phế thải, giảm thiểu

ô nhiễm môi trường Do vậy, nguyên tắc xác định tỷ lệ F/(C+F) là từ yêu cầu tính

năng kỹ thuật của bê tông, để lựa chọn được giá trị tham số tương đối thoả mãn với

yêu cầu

Nguyên tắc xác định W/(C+F)

Tỷ lệ W/(C+F) trong BTĐL lớn hay nhỏ sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến tính

năng thi công của hỗn hợp bê tông và các tính chất kỹ thuật của bê tông sau khi

cứng hoá Với lượng dùng vật liệu kết dính nhất định, tỷ lệ N/CKD càng lớn thì giá

trị VR C R của hỗn hợp sẽ giảm (nhỏ) cường độ bê tông tăng và tính bền giảm thấp

Ngược lại với giá trị VR C Rtăng, cường độ bê tông sau cứng hoá và tính bền được cải

thiện Nếu như với lượng dùng xi măng không đổi, tỷ lệ F/(C+F) tăng lớn lên, thì tỷ

lệ W/(C+F) giảm thấp, điều đó có lợi cho việc phát huy hoạt tính của vật liệu hỗn

hợp trong bê tông, cường độ và tính bền của bê tông tăng cao Trong điều kiện về

cường độ yêu cầu và tính bền của bê tông như nhau, có thể đạt được hiệu quả về

kinh tế cao, do đó nguyên tắc xác định tỷ lệ W/(C+F) càng lớn thì lượng dùng xi

măng sẽ càng nhỏ

Nguyên tắc xác định tỷ lệ (C+F+W)/S

Tỷ lệ vữa cát lớn hay nhỏ là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến giá trị VR C Rcủa

hỗn hợp bê tong, cũng là nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông

Khi lượng dùng cát tăng, thì giá trị VR C Rgiảm nhỏ, dưới điều kiện năng lượng

đầm chấn động nhất định, độ đầm chặt của bê tông sẽ nâng cao, nếu tỷ lệ vữa cát

tăng lên quá lớn, không chỉ tạo nên giá trị VR C R giảm quá nhỏ, không thể thi công

đầm lèn được, mà còn làm cho lượng dùng vật liệu kết dính gia tăng Do vậy,

nguyên tắc xác định tỷ lệ lượng vữa cát là với năng lượng đầm chấn động nhất định

đối với hỗn hợp bê tông để thoả mãn được yêu cầu thi công với giá trị VR C R định

trước, thường giá trị VR C Rnhỏ

Nguyên tắc xác định lượng cát

Lượng cát lớn hay nhỏ trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng thi công của hỗn

hợp bê tông, đến cường độ và tính bền của bê tông sau khi cứng hoá Lượng cát quá

lớn, hỗn hợp bê tông khô cứng, rời rạc, giá trị VR C R lớn, khó đầm lèn chặt, cường độ

bê tông thấp, tính bền kém Lượng cát quá nhỏ, vữa cát không đủ để nhét đầy lỗ

rỗng giữa các hạt cốt liệu thô và bao bọc mặt ngoài các hạt cốt liệu, giá trị VR C R của

hỗn hợp cũng lớn, cốt liệu thô dễ bị phân tầng, độ đặc của bê tông giảm thấp, cường

độ và tính bền giảm Do vậy, khi xác định tỷ lệ phối hợp bê tông, cần phải chọn

lượng dùng cát tối ưu Gọi là lượng cát tối ưu, để duy trì hỗn hợp bê tông có tính

chống phân tầng tốt và đạt được giá trị VR C R theo yêu cầu thi công, lượng dùng vật

liệu kết dính ít nhất

Cho đến nay có 2 nguyên lý cơ bản để tiến hành thiết kế cấp phối bê tông

đầm lăn, đó là nguyên lý “phối chế vật liệu đất” và nguyên lý “phối chế bê tông”

Nhưng cho dù là nguyên lý cơ bản nào, thì xuất phát điểm cơ bản của nguyên lý

thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn là lượng vữa vật liệu kết dính phải đủ bao bọc các

hạt cốt liệu thô mà còn đủ để có thể lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu nhỏ, vữa

cát bao bọc các hạt cốt liệu thô, hình thành lên bê tông có độ đặc đồng đều, đạt

được các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật Khi tiến hành thiết kế cấp phối bê tông,

còn cần phải hiểu rằng lượng vữa vật liệu kết dính có thể không thể lấp đầy lỗ rỗng

các hạt cốt liệu nhỏ và lượng vữa cát không đủ để lấp đầy lỗ rỗng các hạt cốt liệu

thô, nhưng về cơ bản, phải xem xét đến điều kiện hiện trường thi công và điều kiện

trong phòng thí nghiệm có sự khác nhau, nên phải gia tăng thêm một lượng vữa

chất kết dính thích đáng và cần có dư thêm một lượng vữa cát Cuối cùng là cần

phải thông qua thí nghiệm đầm lèn ở hiện trường để kiểm nghiệm lại cấp phối thiết

kế của bê tông xem có thoả mãn với với khả năng thi công ở ngoài hiện trường

không

Nguyên lý vật liệu đất coi hỗn hợp BTĐL như là loại vật liệu đất hay như xi

măng đất Thiết kế cấp phối của nó là dựa trên quan hệ giữa hàm lượng nước trong

đất và độ đầm chặt Như là đối với một lượng cốt liệu nhất định và vật liệu kết

dính, Làm thí nghiệm trong phòng dùng phương pháp đầm chấn động, ở hiện

trường dùng phương pháp đầm lèn ép để xác định lượng nước dùng đơn vị tối ưu

của nó Từ lực đầm động trong phòng và độ đầm chặt có thể đưa ra độ lèn và lực lèn

ép tương ứng của máy đầm lèn ở hiện trường Phương pháp nguyên lý vật liệu đất

là cần với một lực đầm lèn nhất định tìm được một "hàm lượng nước tối ưu" Dựa

vào hàm lượng nước tối ưu này, hỗn hợp BTĐL sau khi đầm có thể đạt được tỷ

trọng khô lớn nhất Lực đầm lèn càng lớn, tỷ trọng khô lớn nhất có thể tăng lên khi,

hàm lượng nước tối ưu giảm xuống Với phương pháp nguyên lý đất, tỷ trọng khô

lớn nhất được dùng làm chỉ tiêu thiết kế

b Nguyên lý bê tông

Phương pháp phối chế bê tông coi hỗn hợp BTĐL như là bê tông dẻo thông

N/CKD được Abrams thành lập từ năm 1918, đó là giả sử cốt liệu sạch và rắn chắc

thì độ đặc, cường độ nén và tỷ lệ N/CKD tồn tại mối quan hệ với nhau, tỷ lệ N/CKD

tăng lên thì cường độ bê tông sẽ giảm, nên khi thiết kế cấp phối bê tông cần dựa

vào mối quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ N/CKD, đối với một lượng cốt liệu và

vật liệu kết dính nhất định, nếu duy trì độ đầm lèn của hỗn hợp BTĐL, thì khi tỷ lệ

N/CKD của hỗn hợp càng lớn, cường độ BTĐL sau khi cứng hoá có quy luật càng

giảm Vì vậy, tỷ lệ N/CKD được dùng làm chỉ tiêu thiết kế quan trọng

Phương pháp nguyên lý phối chế bê tông được xem sự lấp đầy, lên chặt lẫn

nhau giữa các loại vật liệu trong bê tông là cơ sở để tính toán

Trong hỗn hợp BTĐL phải có đủ nhiều lượng vữa vật liệu kết đính để bao

bọc và nhét đầy lỗ rỗng các hạt cốt liệu nhỏ, và lượng vữa cát đủ nhiều để bao bọc

và nhét đầy lỗ rỗng có hạt cốt liệu thô, hình thành lên loại bê tông siêu khô cứng và

đồng nhất

Quan hệ giữa hai nguyên lý có thể dùng tỷ lệ N/CKD của bê tông và cường

độ nén của bê tông có quan hệ đường cong, xem xét trong hỗn hợp BTĐL còn có

một lượng không khí nhất định, nên mối quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ

N/CKD thực tế của BTĐL khi đầm chặt hoàn toàn với lý thuyết thì vẫn tồn tại một

lượng không khí nhất định Dù sao thì BTĐL có thể dùng hai loại nguyên lý trên để

tiến hành thiết kế cấp phối, nhưng thông thường thì nên dựa vào nguyên lý của bê

tông để tiến hành thiết kế sơ bộ Do cường độ bê tông ngoài sự liên quan đến đầm

lèn, mà còn liên quan đến sự dính kết Khi mức độ đầm lén và mức độ dính kết càng

cao, thì cường độ nén của bê tông thì càng lớn, nói một cách khác cường độ của bê

tông phương pháp đất chủ yếu là do mức độ đầm chặt Hỗn hợp bê tông theo

nguyên lý đất mà nói, bề mặt bê tông sau khi đầm lèn chấn động nhẹ, vẫn xuất hiện

chưa đầy đủ lượng vữa trên bề mặt, trong bê tông vẫn không đủ lượng vữa để lấp

đầy lỗ rỗng cốt liệu, do vậy hỗn hợp bê tông không thể có khả năng kết dinh hoàn

toàn Bảo đảm bề mặt bê tông sau khi đầm lèn nhẹ đã xuất hiện đủ lượng vữa không