Vai trò của phụ gia khoáng trong bê tông đầm lăn và các kinh nghiệm rút ra từ việc sử dụng phụ gia khoáng cho bê tông đầm lăn đập Định Bình - Bình Định

Phụ gia khoáng là thành phần bắt buộc phải có trong bê tông đầm lăn, là thành phần có vai trò quan trọng trong việc cải thiện các tính chất của bê tông và thỏa mãn các yêu cầu cần thiết trong qui trình thi công bê tông đầm lăn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết Vai trò của phụ gia khoáng trong bê tông đầm lăn và các kinh nghiệm rút ra từ việc sử dụng phụ gia khoáng cho bê tông đầm lăn đập Định Bình - Bình Định để hiểu hơn về vấn đề này.

VAI TRỊ CỦA PHỤ GIA KHỐNG TRONG BÊ TƠNG ĐẦM LĂN VÀ CÁC KINH NGHIỆM RÚT RA TỪ VIỆC SỬ DỤNG PGK CHO BTĐL ĐẬP ĐỊNH BÌNH – BÌNH ĐỊNH ThS Nguyễn Thị Thu Hương B mụn Vt liu xõy dựng - Trường ĐHTL Tóm tắt: Phụ gia khống (PGK) thành phần bắt buộc phải có bê tơng đầm lăn, thành phần có vai trò quan trọng việc cải thiện tính chất bê tơng thỏa mãn yêu cầu cần thiết qui trình thi cơng bê tơng đầm lăn Trong giới thiệu vai trò PGK thành phần BTĐL, loại phụ gia khống sử dụng cho BTĐL điều kiện khai thác Việt Nam Từ kinh nghiệm thực tế qua việc sử dụng PGK cho BTĐL đập Định Bình – Bình Định, báo đưa kết luận kiến nghị cho cơng trình thi công theo công nghệ BTĐL sau I- ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, công nghệ bê tông đầm lăn (sau gọi tắt BTĐL) bắt đầu sử dụng số cơng trình xây dựng Việt Nam, đặc biệt cho số đập thủy lợi, thủy điện lớn Đối với công nghệ này, lựa chọn loại vật liệu sử dụng, sau chất lượng lượng dùng chúng nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng giá thành sản phẩm Giống với bê tông thông thường, thành phần vật liệu bê tơng đầm lăn gồm: Chất kết dính + Cốt liệu + Nước + Phụ gia hóa Tuy nhiên điểm khác bê tông đầm lăn so với bê tơng thường chất kết dính sử dụng cho bê tơng đầm lăn ngồi xi măng có thêm phụ gia khoáng xem thành phần bắt buộc Phụ gia khống thành phần chất kết dính bê tơng đầm lăn có vai trò quan trọng việc cải thiện tính chất bê tơng thỏa mãn yêu cầu cần thiết qui trình thi công II - KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI PHỤ GIA KHỐNG Phụ gia khống vật liệu khống vơ có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo, phân thành hai loại PGK hoạt tính PGK khơng hoạt tính Phụ gia khống hoạt tính a, Phân loại phụ gia khống hoạt tính - PGK hoạt tính có nguồn gốc tự nhiên: Là khống sản hình thành thiên nhiên, có nguồn gốc từ núi lửa trầm tích sinh học bao gồm: tro núi lửa, túp núi lửa, đá bọt, đá bazan phong hóa, thuộc nhóm vật liệu có hoạt tính puzơlanic, thường gọi phụ gia khống puzơlan - PGK hoạt tính có nguồn gốc nhân tạo: Gồm loại phế thải thu trình sản xuất công nghiệp, bao gồm muội silic (silica fume), tro bay (Fly Ash) nhiệt điện, xỉ hạt lò cao (Blast Furnace Granulated Slag), b, C¸c loại phụ gia khống hoạt tính thường sử dụng cơng nghệ chế tạo BTĐL gồm: - Puzơlan (tự nhiên) (Pozzolan): Thường xuất tầng trầm tích dạng đá bọt, sét, đá phiến sét, tro, túp núi lửa Puzơlan xác định loại vật liệu có chứa SiO2 không kết tinh SiO2 Al2O3, khơng có khả tự rắn chất kết dính thủy, điều kiện ẩm gặp thành phần Ca(OH)2 nhiệt độ thường có khả phản ứng để tạo hợp chất có tính xi măng Khi pha Puzơlan vào xi măng Pooclăng, nhờ có thành phần Ca(OH)2 giải phóng từ q trình thủy hóa xi măng, phần hoạt tính Puzơlan có khả thực phản ứng tạo sản phẩm góp phần nâng cao cường độ bê tông Các Puzơlan tự nhiên thường phải nghiền mịn trước sử dụng, số loại phải kích hoạt trước sử dụng để tạo thành trạng thái không kết tinh cách nung nhiệt độ 650-980oC - Tro bay (Fly Ash): Phế thải mịn thu từ việc đốt than nhà máy nhiệt điện, có dạng hình cầu, kích thước mịn nhỏ, hàm lượng SiO2 79 chưa kết tinh cao Tro bay muốn sử dụng tốt phải tuyển để hµm lượng nung nhỏ 6% Bi c im dạng cầu nên tro bay hoạt động hỗn hợp bê tơng tăng tác dụng bơi trơn giảm lượng cần nước bê tông - Xỉ quặng (Blast Furnace Granulated Slag): Sản phẩm thu từ công nghệ chế biến gang thép việc làm nguội nhanh phần xỉ vớt bỏ từ lò nung quặng sắt Trong xỉ có số khống vật có khả rắn chất kết dính thủy lượng SiO2 chưa kết tinh Al2O3 định Khi pha trộn với xi măng, phần SiO2 chưa kết tinh Al2O3 thực phản ứng Puzơlanic để tạo sản phẩm đóng rắn với thành phần đóng rắn khác từ khoáng vật tạo thể rắn cho chất kết dính hỗn hợp xi măng Pooclăng xỉ Xỉ phải dùng với hàm lượng lớn so với Puzơlan để đạt đặc tính tương tự c, Yêu cầu kỹ thuật phụ gia khoáng BTĐL Phụ gia khoáng BTĐL theo tiêu chuẩn Mỹ thỏa mãn yêu cầu ASTM C618 Tiêu chuẩn nhiều nước sử dụng lựa chọn phụ gia khoáng cho BTĐL Các yêu cầu ASTM C618 bảng Bảng1 Các mức tiêu chất lượng phụ gia khoáng cho BTĐL theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C618 STT Tªn chØ tiªu Đơn vị % Loại N Min 70 ASTM C 618 Loại F Min 70 Loại C Min 50 Tổng hàm lượng ôxit SiO2, Al2O3, Fe2O3 Hàm lượng SO3 % Max Max Max §é Èm % Max Max Max Hàm lượng MKN % Max 10 Max Max §é mịn sàng 45m % Max 34 Max 34 Max 34 Chỉ số hoạt tính cường độ - ti ngµy % Min 75 Min 75 Min 75 - Ở ti 28 ngµy % Min 75 Min 75 Min 75 Lượng nước yêu cầu % Max 115 Max 105 Max 105 §é në Autoclave % Max 0,8 Max 0,8 Max 0,8 Ghi chú: Loại N puzơlan tự nhiên; Loại F tro bay vơi; Loại C tro bay nhiều vôi Ở nước ta có tiêu chuẩn TCXDVN 395:2007 tiêu chuẩn “phụ gia khống cho BTĐL”, ngồi có tiêu chuẩn ngành 14TCN 105:1999 tiêu chuẩn “Phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn cho bê tơng vữa” tiêu chuẩn phụ gia khoáng cho xi măng TCVN 6882:2001 Các loại phụ gia khoáng loại N, F, C theo ASTM C618 thuộc loại phụ gia khống hoạt tính theo tiêu chuẩn Việt Nam nói Phụ gia khống khơng hoạt tính Là loại bột đá tự nhiên khơng có hoạt tính puzơlanic, 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 khống khác 80 III- VAI TRỊ CỦA PHỤ GIA KHỐNG TRONG THÀNH PHẦN BTĐL Phụ gia khống thành phần chất kết dính bê tơng đầm lăn có vai trò quan trọng việc cải thiện tính chất bê tơng thỏa mãn u cầu cần thiết qui trình thi cơng, cụ thể vai trò là: - Thay phần xi măng để giảm lượng tỏa nhiệt bên khối bê tông - Bổ sung thêm thành phần hạt mịn bột kết dính để tăng tính dễ đổ cho hỗn hợp bê tông tạo cấu trúc đặc cho bê tơng đóng rắn - Tham gia phản ứng tạo nên tinh thể hyđrat làm tăng cường độ tính chất lý cho bê tơng Ba vai trò phụ gia khống BTĐL tồn song song có ảnh hưởng tương hỗ đến Sau phân tích kỹ tác dụng phụ gia khoáng BTĐL theo vai trò nêu trên: - Phụ gia khoáng thay phần xi măng để giảm lượng tỏa nhiệt khối đổ: Trong đập BTĐL, trình phát triển nhiệt cần khống chế nhằm tránh tạo ứng suất nhiệt lớn gây nứt hàm lượng xi măng thường khống chế mức thấp thay phần xi măng BTĐL phụ gia khống Khi tổng lượng thành phần khống vật chất kết dính lượng tỏa nhiệt Ngồi theo số tài liệu, phản ứng Puzơlanic không tỏa thêm nhiệt mà có tính thu nhiệt tổng lượng tỏa nhiệt BTĐL sử dụng chất kết dính pha PGK so với BTĐL sử dụng loại xi măng Poolăng khác - Phụ gia khoáng đảm bảo hỗn hợp BTĐL có tính cơng tác theo u cầu tăng độ đặc cho bê tông: Đối với BTĐL đặc điểm sử dụng lượng xi măng ít, lượng nước nhào trộn thấp lượng hồ xi măng để lấp đầy khoảng rỗng hạt cốt liệu bôi trơn bề mặt hạt cốt liệu so với bê tơng thường, dẫn đến hỗn hợp bê tông rời rạc dẻo Để giải vấn đề này, việc sử dụng phụ gia khoáng nghiền mịn cho BTĐL cần thiết, nhằm tăng thể tích hồ, bổ sung lượng hạt mịn (vi cốt liệu) thiếu để lấp đầy lỗ rỗng (và có dư) khe hạt cốt liệu để tạo cho hỗn hợp BTĐL có tính dẻo, tăng độ đặc bê tơng tăng khả chịu lực chống thấm bê tơng - Phụ gia khống thành phần tham gia phản ứng tạo nên tinh thể hydrat làm tăng cường độ tính chất lý cho bê tơng: PGK hoạt tính có tác dụng mặt hóa học tham gia phản ứng với Ca(OH)2 sinh q trình thủy hóa xi măng, tạo khống có cường độ, nâng cao độ đặc chắc, cường độ nén, khả chống thấm tính chất khác bê tơng Do đó, sử dụng PGK hoạt tính chất lượng tốt có tác dụng làm giảm hàm lượng xi măng sử dụng mà BTĐL đảm bảo cường độ nén theo yêu cầu thiết kế Tuy nhiên, theo phân tích việc tham gia phản ứng tạo nên tinh thể hydrat làm tăng cường độ tính chất lý cho bê tơng chức phụ gia khoáng BTĐL Phân tích kỹ vai trò phụ gia khống BTĐL cho thấy để thực chức cần lượng phụ gia khống hoạt tính Nếu khối lượng phụ gia khoáng pha vào với lượng u cầu phần dư có tác dụng vật liệu độn có vai trò điền đầy cấu trúc tạo tính cơng tác cho hỗn hợp BTĐL Với vai trò dùng phụ gia khống khơng hoạt tính thay để tận dụng nguyên liệu chỗ thuận lợi cho việc cung cấp phụ gia khoáng cho BTĐL IV - ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC VÀ ĐẶC ĐIỂM PHỤ GIA KHỐNG Ở VIỆT NAM Việt Nam có nguồn PGK tự nhiên nhân tạo sử dụng để chế tạo BTĐL 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 Nguồn Puzơlan tự nhiên có mỏ Sơn Tây tỉnh Hà Tây, mỏ Phong Điền tỉnh Thừa Thiên Huế, mỏ Mu Rùa, Long Đất tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, v.v Các cơng trình dự kiến sử dụng BTĐL nước ta cơng trình đập thủy lợi, thủy điện, nằm khu vực miền núi nước Các đơn vị tư vấn thiết kế thi công có xu hướng sử dụng tro bay làm PGK cho chế tạo BTĐL.Qua nghiên cứu đánh giá chuyên gia chất lượng nguồn tro bay nhiệt điện nước ta có thành phần lý hố tiêu kỹ thuật đáp ứng yêu cầu làm vật liệu kết dính cho cơng nghệ BTĐL Duy tồn hàm lượng cácbon không cháy hết tương đương với tiêu nung (Loss Of Ignition - LOI) tro lớn Hàm lượng nung tro bay khơng qua tuyển lên tới 30%, giới hạn cho phép nhỏ 6% Điều ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bê tơng, phải qua công đoạn tuyển chọn sử dụng Việc làm tăng giá thành tro bay lên 81 hay đắt so với xi măng phụ thuộc vào khoảng cách vận chuyển Khi việc sử dụng tro bay trở nên khả thi mặt kinh tế cơng trình xa nguồn cung cấp tro bay tỉnh phía Nam Trong theo số liệu khảo sát nghiên cứu quan chuyên ngành Việt Nam có nhiều mỏ puzơlan thiên nhiên có trữ lượng lớn chất lượng tốt sử dụng chế tạo BTĐL Nhiều cơng trình gần mỏ PGK tự nhiên, thuận lợi cho việc khai thác, vận chuyển sử dụng chế tạo BTĐL mang lại tính khả thi cao mặt kinh tế Từ phân tích thấy việc nghiên cứu sử dụng puzơlan chế tạo BTĐL Việt Nam vấn đề mà nhà nghiên cứu, thiết kế, nhà đầu tư nhà thầu nước cần phải quan tâm Ngoài ra, xuất phát từ vấn đề kinh tế kỹ thuật nêu trên, việc nghiên cứu sử dụng kết hợp hai loại PGK để chế tạo BTĐL cho cơng trình thủy lợi, thủy điện nước ta vấn đề cần xem xét TT Ký hiệu CP CP3-M150 CP2-M200 Đập BTĐL Định Bình hai đập BTĐL xây dựng nước ta Bộ Nông nghiệp phát triển Nông thôn đầu tư Bộ có đạo tổng kết thiết kế, thi cơng đập BTĐL Định Bình nhằm đánh giá kết đạt tồn tại, thiếu sót cần rút kinh nghiệm cho cơng trình sau Từ kết tổng kết liên quan đến vấn đề sử dụng phụ gia khoáng thành phần BTĐL, báo xin nêu vắn tắt vấn đề kinh nghiệm đúc rút từ cơng trình theo [6] * Vật liệu kết dính phụ gia khống sử dụng cho BTĐL đập Định Bình: + Xi măng: Dùng hai loại Bỉm Sơn Nghi Sơn + Phụ gia khoáng: Dùng tro bay từ hai nguồn Tro bay Phả Lại Tro bay Đồng Nai Các kết nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng tro bay cho BTĐL đập Định Bình a, Phụ gia tro bay làm tăng tính đặc chắc, làm mịn bề mặt san đầm Bảng Cấp phối BTĐL đập Định Bình thiết kế phòng Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông Đ Đ Đ XM Tro CKD N C 5x20 20x40 40x60 105 100 205 120 780 527 216 607 126 114 240 130 793 837 451 Theo tiêu chuẩn EM1110-2-2006 Mỹ, để đánh giá mức độ hồ lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu nhỏ tạo phần dư mặt người ta xác định trị số dư hồ Vp/Vm phải đảm bảo lớn 0,42 Trong Vp thể tích hồ (paste) gồm nước, xi măng hạt phụ gia mịn, Vm thể tích vữa (mortar) gồm cốt liệu nhỏ, hồ xi măng thể tích bọt khí Cấp phối BTĐL thiết kế phòng cho thấy Đối với BTĐL cấp phối mác 150 có Vp/Vm=0,410,42 Như cấp phối chưa thỏa mãn yêu cầu - Thực tế dải đầm thí nghiệm BTĐL 82 V MỘT SỐ KINH NGHIỆM RÚT RA TỪ VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG CHO BTĐL ĐẬP ĐỊNH BÌNH – BÌNH ĐỊNH Tổng Đá 1350 1288 PG 1,85 1,68 trường cho kết sau: + Các dải đầm CP2 bề mặt sau đầm phẳng bóng có nước vữa lên, điều chứng tỏ cấp phối đạt yêu cầu không cần phải hiệu chỉnh + Các dải đầm thí nghiệm trường CP3 cho thấy bề mặt bê tông sau đầm chưa thấy có nước vữa lên, mẫu nõn khoan sau cho thấy nhiều lỗ rỗng điều chứng tỏ thành phần bê tông CP3 thiết kế phòng thiếu hạt mịn, chưa đủ để lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu Để đảm bảo đặc cải thiện bề mặt tiếp giáp lớp đổ, theo đề nghị chuyên gia Trung Quốc thiết kế chấp nhận theo phương án tăng 5% lượng cốt liệu nhỏ tro bay để bù vào hạt mịn thiếu, đảm bảo trị số dư hồ >0,42 Tiếp tục tiến hành đầm thí nghiệm trường với CP3-M150 hiệu chỉnh kết cho thấy bề mặt sau đầm nước vữa bắt đầu lên, bề mặt không rạn nứt trước nữa, điều chứng tỏ phần tro bay tăng thêm (khoảng 40kg/m3) có tác dụng đáng kể tạo đặc cho BTĐL, đồng thời cải thiện rõ rệt bề mặt sau đầm, tạo liên kết lớp đổ BTĐL Bảng Cấp phối sau hiệu chỉnh lần TT Ký hiệu CP CP3-M150 CP2-M200 XM 105 126 Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông Đ Đ Đ Tro CKD N C 5x20 20x40 40x60 140 245 120 772 526 215 600 114 240 130 793 837 451 b, Phụ gia tro bay làm giảm nhiệt thủy hóa cho BTĐL so với BT truyền thống - Trong bê tông lượng nhiệt tỏa tỷ lệ với lượng dùng xi măng khối đổ Để khống chế ứng suất nhiệt khối đổ nằm phạm vi cho phép không gây nứt bê tông phải giảm chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ lớn khối đổ nhiệt độ môi trường t, tức giảm nhiệt thủy hóa bê tông tốt Tro bay loại phụ gia khống hoạt tính khơng có khả tự rắn thành phần tro bay có SiO2 vơ định hình có khả phản ứng với vơi tự do phản ứng khoáng vật xi măng với nước tạo để tạo thành hợp chất có cường độ Như tro bay đóng vai trò thành phần Tổng Đá 1341 1288 PG 1,85 1,68 chất kết dính BTĐL mà khơng sinh nhiệt Từ để giảm t cần giảm lượng dùng xi măng thay vào tro bay để đảm bảo lượng CKD theo u cầu - Thực tế cơng trình Định Bình giai đoạn đầu dùng CP3-M150 sau điều chỉnh, nhiệt độ quan trắc khối đổ cho thấy t lớn thời điểm ngày thứ đạt 19,7oC Dựa vào ý kiến chuyên gia Trung Quốc chênh lệch nhiệt độ khối đổ với môi trường trường hợp không lớn 16oC Để giải vấn đề CP3M150 lại điều chỉnh lần nữa, giảm lượng xi măng từ 105kg/m3 xuống 70kg/m3 Cấp phối sau điều chỉnh cụ thể sau: Bảng Cấp phối sau điều chỉnh lần TT Ký hiệu CP CP3-M150 XM 70 Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông Đ Đ Đ Tro CKD N C 5x20 20x40 40x60 175 245 110 772 526 215 600 Khi nhiệt độ quan trắc khối đổ cho thấy t lớn thời điểm ngày thứ đạt 10,8oC, thỏa mãn yêu cầu mà chuyên gia đưa t phải