Phụ gia dùng chế tạo bê tông đầm lăn trong xây dựng đập trọng lực - TS. Nguyễn Đức Thắng

Bài viết Phụ gia dùng chế tạo bê tông đầm lăn trong xây dựng đập trọng lực trình bày một số vấn đề về phụ gia (phân loại, tính năng của phụ gia, mức độ tiêu chuẩn hoá phụ gia cho bê tông ở Việt Nam, các loại phụ gia cho bê tông đầm lăn). Đồng thời bài viết trình bày kết quả ba trường hợp sử dụng phụ gia cho bê tông đầm lăn mà Viện của chúng tôi đã thực hiện. Mời các bạn cùng tham khảo.

Phụ gia dùng chế tạo bê tông đầm lăn xây dựng đập trọng lực TS Nguyễn Đức Thắng Viện Chuyên ngành bê tông - Viện KHCN xây dựng Tóm tắt: Bài báo trình bày số vấn đề phụ gia (phân loại, tính phụ gia, mức độ tiêu chuẩn hoá phụ gia cho bê tông Việt Nam, loại phụ gia cho bê tông đầm lăn) Đồng thời báo trình bày kết ba tr-ờng hợp sử dụng phụ gia cho bê tông đầm lăn mà Viện thực Thông qua đó, tác giả trao đổi hai vấn đề: thiết kế lựa chọn thành phần bê tông đầm lăn kiểm soát chất l-ợng bê tông đầm lăn Hàng năm, giới sản xuất khoảng 1,5 tỷ mét khối bê tông loại Trong t-ơng lai gần bê tông vật liệu xây dựng dùng thi công công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, đ-ờng, cầu, cảng, sân bay, công trình lượng, thuỷ lợi Bê tông dùng rộng rãi xây dựng -u thế: Tính công nghệ cao (có thể chế tạo đ-ợc kết cấu, cấu kiện với hình dáng bất kỳ); Sử dụng vật liệu chỗ Do chế tạo bê tông hầu hết vùng thÕ giíi;  Cã thĨ chÕ t¹o kÕt cÊu, cÊu kiện với tính kỹ thuật đa dạng (c-ờng ®é, khèi l-ỵng thĨ tÝch…);  BỊn ®iỊu kiƯn tự nhiên; Giá thành thấp so với loại vật liệu khác có tính t-ơng tự; Công nghệ (ít phế thải có khả sử dụng phế thải ngành công nghiệp khác) Trong kinh tế thị tr-ờng, mà đồng vốn đầu t- cần nhanh chóng sinh lời, dạng bê tông đ-ợc áp dụng để xây dựng đập công trình l-ợng, thuỷ lợi: bê tông đầm lăn Ngoài -u việt bê tông, bê tông đầm lăn cho phép thi công nhanh (3000 14000 m3 bê tông/ngày) Chính vậy, 810 năm tới Việt Nam sử dụng bê tông đầm lăn thi công khoảng 20 đập bê tông trọng lực với khối l-ợng tới 15 triệu m3 bê tông Bê tông đầm lăn bê tông mà trình đầm chặt đ-ợc thực công nghệ runglèn (rung có tải trọng) Ngoài đặc tính chung nh- bê tông thông th-ờng hỗn hợp bê tông đầm lăn có tính chất đặc biệt nh-: Hỗn hợp bê tông độ sụt ; L-ợng n-íc trén thÊp (  150 lÝt/m3);  L-ỵng dïng xi măng Nh- chất l-ợng bê tông đầm lăn phụ thuộc lớn vào khả đầm chặt hỗn hợp mức độ liên kết lớp Để điều chỉnh tính chất bê tông đầm lăn tăng liên kết lớp đầm, sử dụng phụ gia giải pháp kỹ thuật đ-ợc áp dụng Phụ gia bê tông chất trộn thêm vào hỗn hợp bê tông nhằm điều chỉnh nhiều tính chất hỗn hợp bê tông bê tông Phụ gia bê tông đ-ợc sử dụng rộng rãi sản xuất bê tông công nghiệp tập trung đ-ợc phân loại tùy theo nguồn gốc, dạng l-ợng sử dụng, tính điều chỉnh hiệu sử dụng Phân loại phụ gia Theo Mỹ - Nhóm Accelerating almixtures phụ gia tăng nhanh đóng rắn - Nhãm Air-entraming – Phô gia cuèn khÝ - Nhãm Water-relucing and set-controlling Phụ gia giảm n-ớc ®iỊu chØnh thêi gian ®«ng kÕt - Nhãm Finely divided mineral – Phơ gia kho¸ng - Nhãm Miscellanou – Phơ gia tỉng hỵp 27  Theo Nga - Nhãm Phơ gia ho¸ häc - Nhãm Phơ gia kho¸ng - Nhãm Phơ gia tổng hợp Tính phụ gia Phụ gia cho vào hỗn hợp bê tông điều chỉnh tăng giảm nhiều tính chất hỗn hợp bê tông bê tông: Điều chỉnh tính chất hỗn hợp bê tông - Hoá dẻo; - Chống phân tầng giảm tách n-ớc hỗn hợp bê tông; - Kéo dài thời gian đông kết; - Tăng nhanh thời gian đông kết; - Tăng độ đồng tính dễ đầm Điều chỉnh tính chất bê tông - Tăng c-ờng độ; - Tăng nhanh tốc độ đóng rắn; - Tăng độ chống thấm; - Kỵ n-ớc; - Tăng khả chống đóng - tan băng (tăng độ bền băng giá); - Tăng khả cản xạ; - Chống ăn mòn; - Cách điện; - Dẫn điện; - Giảm co; - Điều chỉnh cấu trúc; - Mức độ tiêu chuẩn hoá phụ gia cho bê tông Việt Nam Phụ gia cho bê tông đ-ợc sử dụng Việt Nam vào năm 60 cđa thÕ kû XX Cïng víi sù ph¸t triĨn ngành công nghiệp bê tông Việt Nam, sử dụng phụ gia để cải thiện tính chất hỗn hợp bê tông bê tông ngày nhiều Tiêu chuẩn hóa sản phẩm phụ gia đ-ợc Nhà n-ớc Việt Nam trọng Đã ban hành tiêu chuẩn nh-: TCVN 6882: 2001 Phụ gia khoáng cho xi măng - yêu cầu kỹ thuật; TCXDVN 325: 2004 Phụ gia hoá học cho 28 bê tông - Yêu cầu kỹ thuật; TCXDVN 311: 2004 Phụ gia khoáng hoạt tính cao dùng bê tông - Silicafime tro trấu nghiền mịn- Yêu cầu kỹ thuật; TCVN 2007: Phụ gia khoáng cho bê tông đầm lăn Yêu cầu kỹ thuật Các loại phụ gia cho bê tông đầm lăn Các nhóm phụ gia th-ờng đ-ợc sử dụng để điều chỉnh tính chất hỗn hợp bê tông bê tông đầm lăn thi công đập bê tông trọng lực nh-:  Phơ gia cn khÝ,  Phơ gia ho¸ dẻo kéo dài thời gian đông kết, Phụ gia khoáng 4.1 Phụ gia khí Loại phụ gia đ-ợc đ-a vào trộn hỗn hợp bê tông đầm lăn chủ yếu n-ớc ôn đới (khí hậu lạnh d-ới 0oC) nhằm tăng độ bền chống băng giá Do bê tông đầm lăn dùng cho đập Việt Nam không cần thiết sử dụng loại phụ gia điều chỉnh hàm l-ợng bọt khí bê tông đầm lăn công trình đập đ-ờng 4.2 Phụ gia hoá dẻo kéo dài thời gian đông kết Sử dụng phụ gia nhóm nhằm đạt mục đích: - Tăng tính dễ thi công; - Tăng khả dính kết (liên kết) độ chống thấm vùng tiếp giáp lớp đổ bê tông trình thi công đập Do hỗn hợp bê tông đầm lăn sử dụng xi măng, n-ớc nhiều cốt liệu nên hiệu dẻo hoá phụ gia thấp Thông th-ờng l-ợng phụ gia tÝnh theo khèi l-ỵng chÊt kÕt dÝnh (bao gåm xi măng phụ gia khoáng) liều dùng th-ờng cao so với hỗn hợp bê tông dẻo Tính phụ gia nhóm th-ờng đ-ợc dùng chủ yếu khả kéo dài thời gian đông kết hỗn hợp bê tông đầm lăn Đặc biệt đập có yêu cầu cao c-ờng độ chịu kéo mặt lớp, độ chống thấm độ đồng cao Bảng Thời gian đông kết RCC sử dụng phụ gia kéo dài đông kết Hình Biểu đồ thời gian đông kết RCC sử dụng phụ gia kéo dài đông kết L-ợng dùng phụ gia khoảng từ 0,5 2% khối l-ợng chất kết dính Thời gian bắt đầu kết thúc đông kết hỗn hợp bê tông đầm lăn kéo dài từ ngày đến vài ngày (bảng 1, hình 1, 3) Hình Hỗn hợp RCC sử dụng phụ gia kéo dài đông kết sau đầm Hình Hỗn hợp RCC không sử dụng phụ gia kéo dài đông kết sau đầm 29 Nh- việc lựa chọn phụ gia hoá dẻokéo dài thời gian đông kết bê tông đầm lăn cần dựa yêu cầu kỹ thuật, tốc độ thi công công trình phân tích lợi ích kỹ thuậtkinh tế 4.3 Phụ gia khoáng Phụ gia khoáng thành phần thiếu bê tông đầm lăn giới Việt Nam Tính cần thiết sử dụng phụ gia bên bê tông đầm lăn qui định bởi: Có khả phản ứng hoá lý với Ca(OH)2 giải phóng trình thuỷ hoá xi măng để tạo chất có khả kết dính hạt rời thành khối (thay phần xi măng); Giảm nhiệt thuỷ hoá xi măng giảm nhiệt độ khối đổ; Giảm độ tách n-ớc phân tầng hỗn hợp bê tông đầm lăn; Tăng độ dễ đầm; Nâng cao độ đặc chắc, khả chống thấm bê tông đầm lăn; Giảm giá thành bê tông bảo vệ môi tr-ờng (khi dùng phế thải công nghiệp vật liệu địa ph-ơng) Phụ gia khoáng th-ờng đ-ợc sử dụng d-ới dạng nghiền mịn Kích th-ớc hạt phụ gia khoáng t-ơng đ-ơng với kích th-ớc hạt xi măng nhỏ tốt Trong bảng giới thiƯu tÝnh chÊt c¬ lý hãa cđa mét sè phơ gia khoáng sử dụng bê tông đầm lăn Việt Nam Bảng Tính chất - lý hãa cđa mét sè phơ gia kho¸ng Phơ gia kho¸ng th-ờng đ-ợc chia làm hai nhóm: - Phụ gia khoáng hoạt tính chứa ôxít silíc vô định hình loại ôxít nhôm, ôxít sắt điều kiện nhiệt độ áp suất khí tác dụng với hydroxít can xi tạo thành chất kết dính; - Phụ gia lấp đầy không chứa ôxít silíc vô định hình điều kiện nhiệt độ áp suất 30 khí không tác dụng với Ca(OH)2 4.4 Kết ba tr-ờng hợp sử dụng phụ gia cho bê tông đầm lăn Sau kết ba tr-ờng hợp sử dụng phụ gia cho bê tông đầm lăn mà Viện thực Đập RCC công trình thuỷ điện thứ Yêu cầu thiết kế : - Khối l-ợng thể tích, T/m3 : 2,4 - C-ờng độ chịu nén ti 180 ngµy, MPa : R180  15 mk  10 ) ( C-êng ®é mÉu khoan, MPa : R180 - Thành phần bê tông sử dụng: Xi măng Pooclăng PC40, kg : 80; Puz¬lan, kg : 210; N-íc, lÝt : 145 158; Phụ gia khoáng hoạt tính: Phong Mỹ (Thừa Thiên Huế ) Gia Quy (Bà Rịa Vũng Tàu ); Phụ gia kéo dài thời gian đông kết: không sử dụng; Thí nghiệm mẫu lấy bê tông đập; C-ờng độ mẫu khoan (150) bê tông đập : nk R 60 = 8,8-12,6 MPa  §Ëp RCC công trình thuỷ điện thứ hai Yêu cầu thiết kÕ : - Khèi l-ỵng thĨ tÝch, T/m3 :  2,4 - C-ờng độ chịu nén tuổi 180 ngµy, MPa: R180  20 mk  12 ,0 ) (C-êng ®é mòi khoan , MPa : R180 - C-êng độ chịu kéo mặt lớp, MPa: K R180 0,6 ; - HÖ sè thÊm, cm/s :   10 - Thành phần bê tông sử dụng: Xi măng Pooclăng PC40, kg : 90; Puzơlan, kg : 150; N-ớc, lít : 132 Phụ gia hoạt tính : Sơn Tịnh ( Quảng Ngãi ) Gia Quy ( Bà Rịa Vũng Tàu); Phụ gia kéo dài thời gian đông kÕt: TM20; SDR ThÝ nghiƯm kiĨm tra lÊy tõ bª tông đập: - Khối l-ợng thể tích ,T/m3 : = 2,4 (γmin = 2,24, γmax= 2,56); - C-êng ®é chÞu nÐn mÉu khoan (Φ150), MPa: n R58thang  22,2  29,8 (Rmin =18,6; Rmax = 42,6) - C-êng ®é chịu kéo mặt lớp, MPa : k R 210 0,68  1,24 ( Rmin = 0,40 ; Rmax= 2,2) Đập RCC công trình thuỷ điện thứ ba Yêu cầu thiết kế (tuổi 365 ngày) - Khối l-ỵng thĨ tÝch, T/m3 :   2,4 - C-êng ®é chÞu nÐn, MPa: R nmk  9,52 RnMD 150 12 ,5 - C-ờng độ chịu kéo, MPa: RkLop 0,54 Rkkhoi 0,75 - Thành phần bê tông sử dụng: Xi măng Pooclăng PC40, kg: 80; Puzơlan, kg : 160; N-íc, lÝt : 145-155; Phơ gia ho¹t tÝnh: Gia Quy ( Bà Rịa Vũng Tàu); Phụ gia kéo dài thời gian đông kết: TM30; SDR Thí nghiệm kiểm tra lấy từ bê tông đập: - C-ờng độ chÞu nÐn mÉu khoan (Φ150), MPa: n R 28  8,6 ; - C-ờng độ chịu kéo mặt lớp, MPa: klop R 28 0,54 ; - C-ờng độ chịu kÐo khèi, MPa: R nkhoi  0,75 MÊy vÊn ®Ị cÇn trao ®ỉi 5.1 VỊ thiÕt kÕ lùa chän thành phần bê tông đầm lăn Từ phân tích lý thuyết, kinh nghiệm sử dụng bê tông đầm lăn n-ớc thực tiễn ứng dụng bê tông đầm lăn thi công số đập trọng lực Việt Nam thấy: - Phụ gia bê tông đầm lăn phận cấu thành bắt buộc; - Các loại phụ gia khai thác Việt Nam đáp ứng yêu cầu thiết kế: Phụ gia khoáng đ-ợc sử dụng tro bay puzolan Tuy nhiên việc áp dụng tiêu chuẩn đánh giá cần tính đến điều kiện làm việc đập đặc điểm khí hậu Việt Nam Việc tách bạch l-ợng phụ gia khoáng thành phần chất kết dính l-ợng hạt mịn tham gia vào cải thiện tính công tác tính chất công nghệ khác hỗn hợp bê tông để lựa chọn thành phần hợp lý phù hợp với đặc thù công tr-ờng với vật liệu chế tạo bê tông lực thi công nhà thầu phù hợp với l-ợng vữa hỗn hợp bê tông đầm lăn cần thiết - Phụ gia kéo dài thời gian đông kết nên sử dụng Đặc biệt điều cần thiết khí hậu nóng Việt Nam lực thi công 31 đơn vị thi công Tuy nhiên thời gian bắt đầu đông kết cần có nghiên cứu tổng kết để lựa chọn hợp lý vừa nâng cao khả dính kết lớp vừa đảm bảo tiến độ thi công không làm giảm tính chất khác bê tông 5.2 Về kiểm soát chất l-ợng bê tông đầm lăn Bê tông đầm lăn cho phép thi công đập với khối l-ợng lớn Tuy nhiên dao động chất l-ợng bê tông đập th-ờng cao bê tông thông th-ờng (ở Nga Mỹ, bê tông đập th-ờng cho phép dao động chất l-ợng cao hẳn bê tông kết cấu) Có thể thấy dao động c-ờng độ bê tông đầm lăn đập Việt Nam (trong khối đập cao khoảng 11m) cao (bảng 3) Bảng Các đặc tr-ng chất l-ợng bê tông đầm lăn ®Ëp (mÉu khoan lÊy tõ ®Ëp) STT KÝ kiƯu Block A Block B Block C Block D C-ờng độ, MPa Trung bình Cao Nhỏ nhÊt 29,8 42,6 18,6 22,2 28,4 18,6 24,8 26,7 22,3 25,2 40,4 25,2 Vì kiểm soát chất l-ợng toàn trình thi công ảnh h-ởng lớn đến chất l-ợng bê tông đập Để nâng cao chất l-ợng độ đồng bê tông, kiểm soát chất l-ợng cần đ-ợc thực giai đoạn: - Chuẩn bị vật liệu chế tạo; - Quá trình trộn, vận chuyển, đổ đầm; - Kiểm tra chất l-ợng bê tông đập Độ lệch chuẩn, MPa 14,2 5,7 2,6 8,8 HƯ sè biÕn ®éng, % 47,6 25,7 10,5 34,9 Kiểm tra chất l-ợng hỗn hợp bê tông tạo điểm đầu (sau trộn) điểm cuối (tại khối đổ) cần thiết kiểm tra tất tính chất công nghệ Để tổng kết kết kinh nghiệm thi công bê tông đầm lăn đập nên tiến hành khoan lấy mẫu bê tông đập để đánh giá phân tích Summary ADMIXTURE FOR MAKING ROLLER COMPACTED CONCRETE IN BUILDING GRAVITY DAMS By Dr Nguyen Duc Thang Director of The concrete Institute – The Science Technology Building Institute The paper presents several problems of admixture (classification, characteristic, properties, level of Vietnamese criteria, kinds of admixture) It also presents the results of three cases using admixture that was carried out by our institute Based on the above implementations the author would like to discuss two issues: designing RCC ingredient and quality control for RCC concrete Ng-êi ph¶n biƯn: TS Ngun Nh- Oanh 32 ... công đập bê tông trọng lực nh-: Phụ gia khí, Phụ gia hoá dẻo kéo dài thời gian đông kết, Phụ gia khoáng 4.1 Phụ gia khí Loại phụ gia - c đ-a vào trộn hỗn hợp bê tông đầm lăn chủ yếu n-ớc... 2007: Phụ gia khoáng cho bê tông đầm lăn Yêu cầu kỹ thuật Các loại phụ gia cho bê tông đầm lăn Các nhóm phụ gia th-ờng - c sử dụng để điều chỉnh tính chất hỗn hợp bê tông bê tông đầm lăn thi... chất khác bê tông 5.2 Về kiểm soát chất l-ợng bê tông đầm lăn Bê tông đầm lăn cho phép thi công đập với khối l-ợng lớn Tuy nhiên dao động chất l-ợng bê tông đập th-ờng cao bê tông thông th-ờng (ở