Sử dụng hiệu phụ gia khoáng cho sản xuất bê tông đầm lăn Việt Nam ThS Nguyễn Văn Đoàn - Viện Vật liệu xây dựng Giới thiệu chung Bê tông đầm lăn (BTĐL) loại bê tông độ sụt, đầm chặt máy lu rung, phương pháp thi công tương tự thi công đường giao thông đập đất đá, sử dụng chủ yếu để xây dựng đường giao thông đập chắn nước cho công trình thủy lợi, thủy điện Trên giới, BTĐL sử dụng rộng rãi từ năm 70 kỷ 20, phát triển quan trọng công nghệ xây dựng đập nhờ hiệu kinh tế cao thời gian thi công nhanh so với bê tông thông thường Một ưu điểm BTĐL sử dụng hàm lượng xi măng nên nhiệt thủy hóa sinh trình rắn bê tông thấp, làm giảm đáng kể nhiệt độ khối bê tông, hạn chế ứng suất nhiệt gây nứt phá hủy kết cấu bê tông Đối với kết cấu bê tông khối lớn, nhiệt độ ứng suất nhiệt phát sinh trình bê tông rắn vấn đề quan trọng cần giải quyết, sử dụng BTĐL hiệu việc giải vấn đề nước ta, BTĐL tương đối mẻ, việc nghiên cứu sử dụng loại bê tông chưa quan tâm mức độ cần thiết Hiện nay, nhiều công trình thủy điện nước ta bắt đầu ý đến việc sử dụng BTĐL để xây dựng đập trọng lực cho hồ chứa, số công trình giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm đặc tính kỹ thuật công nghệ thi công BTĐL Các vật liệu sử dụng để chế tạo BTĐL tương tự bê tông truyền thống, bao gồm xi măng, phụ gia khoáng, phụ gia hóa học, cốt liệu nước Tuy nhiên, đặc điểm hỗn hợp BTĐL độ sụt lượng xi măng sử dụng thành phần vật liệu BTĐL khác nhiều so với bê tông thông thường, cấp phối hạt cốt liệu hàm lượng hạt mịn yếu tố quan trọng việc định lượng thành phần cấp phối định tính chất hỗn hợp bê tông BTĐL rắn Hạt mịn sử dụng cho BTĐL loại vật liệu có kích thước hạt nhỏ 75 m, tùy thuộc vào khối lượng chất kết dính (xi măng) kích thước lớn cốt liệu sử dụng, yêu cầu hàm lượng hạt mịn chiếm đến 10% khối lượng cốt liệu BTĐL Các loại hạt mịn sử dụng BTĐL thường loại poozolan, tro bay, silicafum, xỉ lò cao, gọi chung phụ gia khoáng Việc lựa chọn sử dụng hợp lý nguồn phụ gia khoáng cho BTĐL vấn đề cần thiết, có liên quan trực tiếp đến địa điểm xây dựng công trình, yêu cầu chất lượng bê tông, khả cung cấp giá thành công trình xây dựng Vai trò phụ gia khoáng BTĐL Phụ gia khoáng (PGK) vật liệu khoáng vô có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo, phân thành hai loại PGK hoạt tính PGK không hoạt tính PGK hoạt tính có nguồn gốc tự nhiên khoáng sản hình thành thiên nhiên, có nguồn gốc từ núi lửa trầm tích sinh học bao gồm: tro núi lửa, tuf núi lửa, đá bọt, đá bazan phong hóa, đá silic, thuộc nhóm vật liệu có hoạt tính poozolanic, thường gọi phụ gia khoáng poozolan Thành phần hóa học khoáng vật đá dao động lớn, gồm pha thủy tinh pha kết tinh, pha thủy tinh oxít silic hoạt tính thành phần làm cho đá có hoạt tính poozolanic PGK hoạt tính có nguồn gốc nhân tạo gồm loại phế thải thu trình sản xuất công nghiệp, bao gồm silicafum, tro bay nhiệt điện, xỉ hạt lò cao, PGK không hoạt tính loại bột đá tự nhiên hoạt tính poozolanic, tác dụng chủ yếu cải thiện cấp phối hạt, nâng cao độ đặc cấu trúc vữa bê tông Loại bao gồm đá vôi, đá đôlômit, đá bazan, loại sa khoáng khác Như giới thiệu trên, đặc điểm BTĐL sử dụng lượng xi măng ít, lượng nước nhào trộn thấp, bê tông không đủ lượng hồ xi măng để lấp đầy khoảng rỗng hạt cốt liệu bôi trơn bề mặt hạt cốt liệu, dẫn đến hỗn hợp bê tông dời rạc dẻo Để giải vấn đề này, việc sử dụng tro bay loại PGK tự nhiên nghiền mịn cho BTĐL cần thiết, nhằm tăng thể tích hồ, bổ xung lượng hạt mịn (vi cốt liệu) thiếu để lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu tạo cho hỗn hợp BTĐL có tính dẻo tốt, có khả chịu đầm Ngoài ra, PGK hoạt tính có tác dụng mặt hóa học tham gia phản ứng với Ca(OH)2 sinh trình thủy hóa xi măng, tạo khoáng có cường độ, nâng cao độ đặc chắc, cường độ nén, khả chống thấm tính chất khác bê tông Do đó, PGK hoạt tính có tác dụng làm giảm đáng kể hàm lượng xi măng sử dụng mà BTĐL đảm bảo cường độ nén theo yêu cầu thiết kế Kinh nghiệm nước sử dụng nhiều cho thấy, hỗn hợp BTĐL có hàm lượng chất kết dính thấp cần bổ sung nhiều thành phần PGK nghiền mịn để tăng hàm lượng bột mịn lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu Như vậy, vai trò PGK BTĐL quan trọng, thành phần thiếu chế tạo BTĐL, sử dụng để giải vấn đề sau: 1) Thay phần xi măng để giảm lượng nhiệt thủy hóa ứng suất nhiệt BTĐL sử dụng cho kết cấu bê tông khối lớn 2) Cải thiện cấp phối hạt cốt liệu, tăng độ đặc kết cấu bê tông, từ nâng cao cường độ nén, khả chống thấm tính chất khác BTĐL 3) Cải thiện tính dẻo hạn chế phân tầng hỗn hợp BTĐL, tăng khả chịu đầm chặt trình thi công 4) Thay phần xi măng để giảm chi phí xây dựng công trình Về khía cạnh kỹ thuật, PGK hoạt tính sử dụng cho BTĐL vừa có tác dụng mặt hóa học, thể qua khả tham gia phản ứng thủy hóa tạo khoáng có cường độ, vừa có tác dụng mặt học, thể qua hiệu cải thiện cấp phối hạt cốt liệu tính công tác hỗn hợp BTĐL PGK không hoạt tính có tác tác dụng mặt học, sử dụng loại PGK cho BTĐL không hiệu PGK hoạt tính Một số loại PGK làm tăng lượng nước nhào trộn, giảm cường độ nén tạo hỗn hợp bê tông dính, gây khó khăn cho trình thi công bê tông Do đó, chế tạo BTĐL cho công trình cụ thể cần ý đến chất vật liệu sử dụng làm PGK, nguồn khả cung cấp nhằm sử dụng có hiệu nguồn PGK sẵn có, đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật công trình Sử dụng hiệu phụ gia khoáng cho btđl việt nam Trên giới, PGK thường sử dụng để chế tạo BTĐL tro bay nhiệt điện poozolan tự nhiên, tro bay thường sử dụng nhiều có nhiều ưu điểm độ mịn cao hạt hình cầu, khả hoạt tính poozolanic cao, lượng cần nước thấp, giảm đáng kể lượng dùng xi măng mà đảm bảo yêu cầu độ dẻo hỗn hợp bê tông phù hợp cho thi công cường độ nén bê tông rắn Ngược lại, hầu hết loại PGK poozolan tự nhiên thường có hoạt tính poozolanic thấp hơn, lượng cần nước cao cần lượng dùng xi măng cao so với sử dụng tro bay Việt Nam có nguồn PGK tự nhiên nhân tạo đa dạng, sử dụng để chế tạo BTĐL Nguồn PGK poozolan tự nhiên có chất lượng tốt, trữ lượng lớn, nằm dải rác khắp vùng nước Nguồn tro bay có khối lượng khoảng 700.000 tấn/năm, cung cấp chủ yếu từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại - Hải Dương số nhà máy nhiệt điện khác khu vực phía Bắc Các công trình dự kiến sử dụng BTĐL nước ta công trình đập thủy lợi, thủy điện, nằm khu vực miền núi nước Hầu hết công trình gần mỏ PGK tự nhiên, thuận lợi cho việc khai thác, vận chuyển sử dụng chế tạo BTĐL Tuy nhiên, đơn vị tư vấn thiết kế thi công có xu hướng sử dụng tro bay làm PGK cho chế tạo BTĐL, nguồn tro bay nước ta chủ yếu tập trung khu vực phía bắc, công trình sử dụng nhiều đến tro bay lại nằm dải rác xa nguồn cung cấp Mặt khác, tro bay có khối lượng thể tích nhỏ nên việc vận chuyển đến nơi sử dụng gặp nhiều khó khăn, chi phí vận chuyển cao Một vấn đề đáng quan tâm chất lượng nguồn tro bay nhiệt điện nước ta không tốt Theo phân loại tiêu chuẩn ASTM C618 - 99, tro bay nước ta thuộc loại F, có khả hoạt tính không cao, hàm lượng nung lớn Các kết nghiên cứu gần cho thấy, số hoạt tính cường độ với xi măng poóclăng mức trung bình, khoảng 80 - 85% tro bay tuyển, hàm lượng nung tro bay không qua tuyển từ dây chuyền nhà máy nhiệt điện Phả Lại từ 25 - 30%, dây chuyền từ 12 - 17%, giới hạn cho phép nhỏ 6% Điều ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bê tông, phải qua công đoạn tuyển chọn sử dụng Hiện nay, công nghệ tuyển chọn đơn giản, lạc hậu, quy mô nhỏ, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, … không đáp ứng đủ cho nhu cầu sử dụng Xuất phát từ vấn đề kinh tế kỹ thuật nêu trên, việc nghiên cứu sử dụng hợp lý nguồn PGK tự nhiên tro bay kết hợp sử dụng hai loại để chế tạo BTĐL cho công trình thủy lợi, thủy điện nước ta cần thiết, với công trình thuỷ điện Sơn La có khối lượng bê tông có yêu cầu sử dụng PGK lớn Như phân tích, vai trò PGK poozolan tự nhiên tro bay tham gia phản ứng tạo khoáng cải thiện cấp phối hạt cốt liệu, lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu BTĐL, hàm lượng sử dụng thành phần bê tông tương đối lớn Tuy nhiên, BTĐL loại bê tông nghèo xi măng, lượng xi măng sử dụng thấp nên lượng Ca(OH)2 sinh thuỷ hoá không nhiều, lượng PGK hoạt tính (tro bay pozzolan) cần để thực phản ứng poozolanic không nhiều Phần lớn lượng PGK hoạt tính thành phần BTĐL phát huy hiệu mặt học cải thiện cấp phối hạt, lấp đầy lỗ rỗng bôi trơn hạt cốt liệu, cải thiện tính công tác hỗn hợp bê tông, lượng PGK hoạt tính thay loại PGK không hoạt tính (phụ gia điền đầy) Điều quan trọng công trình nằm xa nguồn cung cấp tro bay, tìm kiếm nguồn PGK khu vực lân cận Một số kết nghiên cứu sơ gần cho thấy khả sử dụng PGK tự nhiên thay tro bay để chế tạo BTĐL Như vậy, việc sử dụng hoàn toàn tro bay để chế tạo BTĐL công trình xa nguồn cung cấp không cần thiết làm tăng giá thành công trình, giải cách sử dụng PGK poozolan thay tro bay kết hợp sử dụng hai loại Vấn đề đặt sử dụng tro bay loại PGK cho hợp lý hiệu quả, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, kinh tế khả cung cấp cho công trình có sử dụng BTĐL Để giải vấn đề này, Viện Vật liệu xây dựng đề xuất Bộ Xây dựng giao nhiệm vụ thực đề tài Nghiên cứu sử dụng hợp lý loại PGK cho chế tạo BTĐL phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện Đề tài đặt nhiệm vụ nghiên cứu xác định nguồn PGK sử dụng để chế tạo BTĐL, khả kết hợp sử dụng tro bay loại PGK khác để chế tạo BTĐL, nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật công trình sử dụng BTĐL, đặc biệt công trình vùng có nguồn pozzolan, xa nguồn cung cấp tro bay Trên sở kết nghiên cứu, xây dựng tiêu chuẩn chất lượng PGK cho bê tông Đề tài giai đoạn bắt đầu triển khai thực Công trình thủy điện Sơn La cần sử dụng khối lượng bê tông lớn, theo thiết kế khoảng triệu m3, bê tông thông thường khoảng triệu m3 BTĐL khoảng triệu m3 Để đáp ứng yêu cầu cho bê tông cần khoảng 2,75 triệu m3 cát, nguồn cát tự nhiên khu vực tỉnh Sơn La có trữ lượng ít, không đáp ứng đủ nhu cầu cát cho công trình Nguồn cát mỏ Kỳ Sơn - Hòa Bình nằm xa nên vận chuyển đến công trình có giá thành cao, khả cung cấp không đáp ứng kịp thời tiến độ thi công bê tông thời kỳ cao điểm Để giải vấn đề này, công trình thủy điện Sơn La sử dụng cát nghiền thay cát tự nhiên Kết thí nghiệm mẫu cát nghiền từ đá bazan không rửa sản xuất Sơn La cho thấy hàm lượng hạt nhỏ 75 m tương đối cao, khoảng 15 – 18%, vượt nhiều so với mức tiêu chuẩn quy định, không phù hợp cho bê tông Để phù hợp với quy định, cát sau nghiền sàng phải qua công đoạn rửa để loại bỏ bớt hạt mịn Khối lượng hạt mịn phải loại bỏ lớn dẫn đến giá thành cát nghiền tương đối cao Lượng hạt mịn sử dụng làm chất độn mịn để thay phần PGK cho chế tạo BTĐL công trình, góp phần làm giảm giá thành công trình Kết luận · PGK thành phần quan trọng cho chế tạo BTĐL, sử dụng để giảm lượng dùng xi măng, giảm nhiệt thủy hóa, cải thiện cấp phối hạt cốt liệu, nâng cao tính chất hỗn hợp bê tông BTĐL · Tại Việt Nam có nhiều nguồn PGK sử dụng để chế tạo BTĐL, sử dụng hợp lý nguồn PGK nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật công trình Tài liệu tham khảo Nguyễn Văn Đoàn - Báo cáo kết nghiên cứu mỏ đá Tạ Bú - Sơn La làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng bê tông, Viện Vật liệu xây dựng, 2004 Nguyễn Văn Đoàn - Báo cáo dự án xây dựng tiêu chuẩn Cát nghiền cho bê tông vữa, Viện Vật liệu xây dựng, 2005 Vũ Hồng Phong - Báo cáo kết nghiên cứu mỏ đá bazan phong hóa Quảng Ngãi làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng bê tông, Viện Vật liệu xây dựng, 2004 Nguyễn Văn Chiến, Trịnh ích, Phan Trường Thị - Thạch học, Nhà xuất Bộ ĐH THCN, 1983 Roller- Compacted Mass Concrete, Reported by ACI Committee 207-ACI 207.5R-99 ASTM C618 - 99 Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use a Mineral Admixture in Concrete./ Hà Nội, 1/2007 ... kỹ thuật công trình Sử dụng hiệu phụ gia khoáng cho btđl việt nam Trên giới, PGK thường sử dụng để chế tạo BTĐL tro bay nhiệt điện poozolan tự nhiên, tro bay thường sử dụng nhiều có nhiều ưu... cách sử dụng PGK poozolan thay tro bay kết hợp sử dụng hai loại Vấn đề đặt sử dụng tro bay loại PGK cho hợp lý hiệu quả, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, kinh tế khả cung cấp cho công trình có sử dụng. .. vật liệu sử dụng để chế tạo BTĐL tương tự bê tông truyền thống, bao gồm xi măng, phụ gia khoáng, phụ gia hóa học, cốt liệu nước Tuy nhiên, đặc điểm hỗn hợp BTĐL độ sụt lượng xi măng sử dụng thành