ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP CHỌN THIẾT bị bơm bê TÔNG TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG

Các công trình tiêu biểu sử dụng bơm bê tông Thế Giới có nhiều nhà siêu cao tầng có chiều cao lớn hơn 250m như ThápPetronas của Malaysia cao 452m, Taipei 101 Đài Loan cao 509m, Shanghai

Mục lục

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP CHỌN THIẾT BỊ BƠM BÊ TÔNG TRONG THI CÔNG NHÀ CAO

TẦNG 2

Chương 1: THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU VÀ TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ BƠM BÊ TÔNG 2

1 Các công trình tiêu biểu sử dụng bơm bê tông 2

2 Thực trạng nghiên cứu 3

3 Định nghĩa và phân loại máy móc thiết bị bơm bê tông 4

4 Các tính chất của vữa bê tông 11

Chương 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỌN LỰA THIẾT BỊ BƠM BÊ TÔNG 14

1 Công suất động cơ đẩy của máy bơm chính 14

2 Áp suất vận chuyển hỗn hợp bê tông 16

3 Xác định tổn hao áp lực riêng trên biểu đồ tính năng 20

4 Thiết kế hệ thống đường ống bơm máy bơm tĩnh cho thi công nhà cao tầng 23

5 Chọn lựa xe bơm cần 24

Chương 3: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHỌN LỰA SỬ DỤNG THIẾT BỊ BƠM BÊ TÔNG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG 31

1 Đối với bơm tĩnh: 31

2 Đối với xe bơm cần: 33

3 Đối với cần phân phối: 34

Kết luận 34

Tham khảo 34

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường năm 2019

Mã hiệu đề tài: 92-2019/KHXD

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP CHỌN THIẾT BỊ BƠM BÊ

TÔNG TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG

Chủ trình đề tài: Doãn Hiệu

Chương 1: THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU VÀ TỔNG QUAN VỀ

SỬ DỤNG THIẾT BỊ BƠM BÊ TÔNG

1 Các công trình tiêu biểu sử dụng bơm bê tông

Thế Giới có nhiều nhà siêu cao tầng có chiều cao lớn hơn 250m như ThápPetronas của Malaysia cao 452m, Taipei 101 (Đài Loan) cao 509m, ShanghaiWorldFinancial Centre (Trung Quốc) cao 492m, Tháp Al Burj Dubai cao 828m.Tòa tháp Burj Dubai được bắt đầu xây dựng từ năm 2005, ngay từ đầu, ba máybơm bê tông hiệu suất cao, một hệ thống đường ống bơm bê tông phức tạp, bốncần bơm cố định không lắp đối trọng với nhiều loại hỗn hợp bê tông đã đượccung cấp cho công trình Putzmeister AG đã cung cấp và lắp đặt các máy bơm

và hệ thống cần bơm bê tông Tại dự án Burj Dubai và tại dự án này có một máybơm bê tông siêu cao áp đã đạt kỷ lục về độ cao bơm bê tông lên tới 601m (tầng155) và độ cao cuối cùng là 611m Độ cao bơm được tính theo chiều dài củađường ống đứng lắp trong kết cấu và đường ống bơm bê tông thẳng đứng, baogồm cả ống trụ và cần bơm của trạm bơm cố định Máy bơm Putzmeister và hệthống đường ống đã bơm bê tông lên độ cao 600m với lưu lượng 30m3/giờ

Để đạt được độ cao bơm bê tông để phục vụ thi công cho tòa nhà, người ta tiếnhành các thử nghiệm bằng một hệ thống đường ống bơm trải ngang trên mặt đất

và các giả định về áp suất bơm, độ ma sát của bê tông trong đường ống bơm vàkết hợp hai máy bơm siêu cao áp BSA 14000 SHP-D với một máy bơm cao áp

„thường‟ BSA 14000 HP-D đã dùng khi thử nghiệm, thành một trạm bơm Banđầu các đường ống bơm được nối với cả bốn cần bơm cố định Putzmeister Bađường ống được nối với các cần bơm loại MX28-4T, chúng sẽ chuyển bê tôngtới các kết cấu cánh của công trình Cần bơm MX28-4T được cố định trên sàncông tác của hệ thống giàn giáo Doka với các trụ ống cao 16m Việc đổ bê tôngcho kết cấu lõi được tiến hành lên tới độ cao 585m (tầng 155) với bốn cần bơm,thậm chí lớn hơn loại MX có tầm với 32m Các cần bơm MX32-4T được lắptrên các trụ ống cao 20m gắn trên sàn công tác của hệ thống giàn giáo tự leoDoka Tiến trình leo của hệ thống này được thực hiện bằng thiết bị thủy lực theocách nâng dần thành nhiều bước cho mỗi tầng

Công nghệ vận chuyển, phân phối và rót vữa bê tông tại Công trình KeangNamHanoi Landmark Tower: Khu phực hợp gồm 1 tòa tháp chính cao nhất với 70tầng nổi và 2 tầng hầm có chiều cao là 336m Tổng diện tích sàn là 579.000m2.Phần tòa tháp chính này được bố trí 02 tổ hợp máy bơm tĩnh nối tiếp theo chiềucao (bơm truyền) Với 03 tuyến đường ống bơm bê tông lên cao, mỗi tuyến gồm

3 đợt bơm truyền cao trên 100m Và vữa bê tông được rải bởi 03 cần phân phối

bê tông có bán kính bơm xả theo chiều ngang là 28m và bán kính hoạt động36m (Ở đây có 01 tuyến đường ống, nối với 01 cần phân phối bê tông để dựphòng) Hai tòa tháp 48 tầng, mỗi tòa tháp bố trí 01 hệ thống bơm bê tông lêncác tầng cao nối với 01 cần phân phối bê tông có bán kính bơm xả chiều ngang

là 32m

Tháp tài chính Bitexco Tòa tháp có chiều cao 262m (68 tầng) Phần móng với

hệ đài móng bè cọc bằng bê tông cốt thép dày hơn 3m, đặt trên cọc khoan nhồiđường kính 1,5m sâu 75m Bố trí cần phân phối bê tông để rải vữa bê tông tạitầng 65

Trung tâm thương mại Lotte Hà Nội Phần thân công trình Lotte Center Hanoitại tầng 61 vẫn được bố trí 03 cần phân phối bê tông (Putzmeister) để đảm bảocho công tác thi công rót rải vữa cho toàn bộ mặt sàn Phần mái tòa nhà đã đượccất nóc tại cao độ 267m (tầng thứ 65 của công trình)

2 Thực trạng nghiên cứu

Bài báo “Ma sát và cách xác định ma sát của bê tông tươi trong thành ống

bơm” Nguyễn Thế Dương, Ngô Tiến Tùng, Phạm Quang Nhật.Tạp chí Khoa học và Công nghệ Duy Tân, số 4, 2012, đưa ra mô hình thực nghiệm

xác định ma sát của vữa bê tông với thành ống bơm, và giới hạn lượng dùng ximăng tối thiểu cho cấp phối vữa bơm bê tông là 340 kg Với lượng dùng ximăng tối thiểu như vậy mới đủ tạo thành lớp màng bôi trơn thành ống dày trên5mm làm giảm ma sát thành ống bơm

Bài báo “Khảo sát thực nghiệm các thông số bơm của hỗn hợp bê tông theo

thời điểm sử dụng phụ gia siêu dẻo”; Phạm Quang Nhật, Vũ Văn Nhân – Khoa Xây dựng, Đại học Duy Tân, năm 2017 Đưa ra kết quả là thời điểm

thích hợp sử dụng phụ gia siêu dẻo là tăng theo chiều hướng tích cực các thông

số bơm của vữa bơm bê tông là thời điểm khoảng 30 đến 40% thời gian lưu hỗnhợp bê tông Các thông số ma sát đạt được giá trị tối ưu ứng với hàm lượng phụgia sử dụng ở thời điểm ban đầu là từ 20-40% Việc chia hàm lượng phụ giathành các giai đoạn sử dụng cho hỗn hợp bê tông với một tỉ lệ hợp lý không cótác động bất lợi đến cường độ của bê tông Tỉ lệ hàm lượng phụ gia sử dụng ởthời điểm bắt đầu trộn hỗn hợp bê tông tối ưu nằm trong khoảng 20-40%

Luận văn Thạc sĩ năm 2016, trường Đại học Dân lập Hải Phòng: “Nghiên cứu giải pháp tối ưu vận chuyển bê tông trong thi công nhà siêu cao tầng”,

Vũ Hoài, TS Phạm Toàn Đức hướng dẫn: Tổng hợp hệ thống công thức lý

thuyết xác định hao tổn áp suất bơm, quan hệ năng suất bơm với áp suất bơm vàcông suất động cơ đẩy, đưa mô hình lý thuyết để tính toán áp suất bơm và năngsuất bơm, nghiên cứu thực nghiệm xác định hệ số ma sát và ảnh hưởng củanhiệt độ đến ma sát giữa vữa và thành ống

Các tiêu chuẩn kỹ thuật thi công bơm bê tông: Nhóm Tiêu chuẩn xây dựng ViệtNam liên quan đến bơm bê tông cũng mới chỉ có tiêu chuẩn về vữa dùng chobơm bê tông là: TCXDVN 200:1997 Nhà cao tầng-kỹ thuật về bê tông bơm.Tiêu chuẩn này quy định đường kính cốt liệu lớn nhất dùng cho vữa bê tôngbơm là phải nhỏ hơn 1/3 đến 1/4 lần đường kính trong của ống bơm, để tránhtắc ống và giảm phân tầng trong khi bơm Như vậy với đường kính cốt liệuthông thường dùng cho vữa bơm bê tông Dmax=2,0 đến 4,0cm thì đường kínhống bơm thích hợp phải lớn hơn 8,0cm và thường là 100mm, 125mm, hay150mm Tiêu chuẩn cũng quy định độ sụt thích hợp của vữa bơm bê tông làkhoảng S=12 đến 18cm, để giảm ma sát với thành ống, tránh phân tầng và giảmtổn hao áp lực bơm

Tóm lại cho đến những năm gần đây, tại Việt Nam vẫn chưa có đề nghiên cứunào tiếp cận đến một quy trình thiết kế việc lựa chọn máy bơm bê tông trong thicông nhà nhiều tầng, cao tầng và siêu cao tầng Đa phần các đề tài nghiên cứu

về thông số thích hợp cho bơm bê tông của vật liệu vữa bê tông hoặc nghiêncứu lý thuyết và thực nghiệm về ma sát vữa với thành ống Từ đó, chúng tôithấy cần phải triển khai hướng nghiên cứu của đề tài này là tìm ra quy trình thiết

kế biện pháp lựa chọn máy bơm bê tông lên cao trong thi công nhà nhiều tầng,nhà cao tầng và siêu cao tầng

3 Định nghĩa và phân loại máy móc thiết bị bơm bê tông

3.1 Máy bơm tĩnh

Máy bơm tĩnh bê tông, là loại máy móc phương tiện bơm bê tông mà chỉ gồmphần máy bơm chính, đặt cố định tĩnh tại một vị trí mặt bằng công trường haycông trình, không kèm theo hệ đường ống bơm hay cần phân phối, mà máy bơm

sẽ được đấu vào đường ống bơm đặt sẵn tại công trình, do đó loại máy bơm nàycòn gọi là máy bơm dòng hay máy bơm đường ống Thường máy bơm tĩnhkhông tự di chuyển được, mà phải gắn vào xe tải như một rơ-moóc, để xe tảikéo đến công trường Tuy nhiên, cũng có loại bơm tĩnh tự hành, nhưng đến côngtrường nó vẫn được đặt tĩnh tại một vị trí cố định, mà vị trí này phải tiếp cậngần kề với đầu nối vào hệ ống bơm để có thể nối vào hệ thống ống bơm bê tônglắp sẵn cố định tại hiện trường Thông số hoạt động của máy bơm tĩnh là tínhnăng được chế tạo sẵn cho máy bơm chính, mà nhà sản xuất cung cấp (thông số

máy bơm và thông số tại miệng xả máy bơm tại vị trí đấu nối với đường ốngbên ngoài), không kèm thông số về đường ống ngoài cấp bê tông đến vị trí thicông Tuy máy bơm tĩnh không có hệ cần để có thể vươn tới mọi vị trí đổ bêtông trong tầm hoạt động của cần như xe bơm cần (tức là bơm di động), nhưng

do kích thước và trọng lượng gọn nhẹ hơn xe bơm cần nên, đây lại là ưu điểm,đối với nhà siêu cao tầng nó lại thường được dùng để bơm chuyền lên từng đợt

độ cao nhà theo từng đợt đường ống đứng Trong trường hợp này, người tathường kết hợp nhiều máy bơm tĩnh để bơm vữa bê tông trung chuyển theo từngđợt chiều cao của tòa nhà siêu cao tầng

Hình 1: Hệ thống bơm tĩnh sử dụng thi công tòa nhà Al Burj Dubai.

3.2 Xe bơm cần

Xe bơm cần là loại máy bơm bê tông di động kết hợp cần phân phối đặt trên ô

tô Xe bơm cần bê tông dùng để vận chuyển bê tông theo một đường ống dẫnnối vào bơm, bằng thép hoặc bằng một vật liệu cao su, lắp sẵn và gập gọn trên

xe nhưng có thể tự vươn ra từ xe vận chuyển bê tông đến các vị trí thi công, gọi

là cần bơm Xe bơm cần là máy bơm bê tông di động nên nó có thể, cùng với xebồn chở bê tông, cơ động đến mọi vị trí cung cấp bê tông cùng nằm trên mặtbằng công trường, làm tăng khả năng vận chuyển ngang vữa bê tông Tại mỗimột vị trí đứng cấp bê tông, tức vị trí đỗ của xe bơm cần, do số lượng và chiềudài các đốt ống bơm của cần bơm gắn trên xe bơm là có hạn, nên độ vươn xa,

độ vươn cao và xuống sâu của cần bơm có giới hạn nhất định được thiết lậpthành biểu đồ tính năng vùng làm việc của cần bơm đặt trên xe bơm cần Ngoàibiểu đồ tính năng của cần bơm, xe bơm cần còn có hệ thống thông số riêng cho

phần máy bơm chính, do nhà sản suất cung cấp, tương tự như thông số của máybơm tĩnh Do tầm với tối đa của cần bơm là cố định nên hao tổn áp lực từ điểmđầu ra của máy bơm bê tông nối với cần và điểm đầu cần cấp bê tông tới vị tríthi công là một khoảng phổ giá trị hữu hạn Từ đó áp lực bơm tại đầu cuối của

xe bơm cần ổn định hơn so với các thiết bị bơm khác Nhưng cũng vì tầm vớitối đa cố định nên xe bơm cần không thể vận chuyển bê tông lên độ cao vượtquá độ vươn cao tối đa của cần bơm xe bơm cần, nên thường xe bơm cần chỉthích hợp vận chuyển lên cao thi công cho nhà nhiều tầng hay đôi khi nhà caotầng (độ cao không lớn lắm), mà không thích hợp để cấp bê tông cho nhà caotầng và siêu cao tầng Chiều dài cần phân phối gắn trên xe bơm cần thường nhỏdưới 50m Xe bơm cần có kính thước lớn vì bao gồm cả máy bơm chính, cầnphân phối lẫn xe tải trở bơm Do đó xe bơm cần chỉ thích hợp cho thi công nhàcao tầng với độ cao nhà dưới 50m và không thể cẩu cả xe lên trên các tầng cao

để bơm truyền Tuy nhiên, bù lại xe bơm cần có thể cơ động trên mặt bằng côngtrường để kết hợp vận chuyển ngang và đứng bê tông đến nơi đổ

Hình 2: Một xe bơm cần đang di chuyển trên đường.

3.3 Cần phân phối bê tông

Hình 3: Một cần phân phối đang hoạt động.

Cần phân phối bê tông là thiết bị chuyên dùng vận chuyển bê tông lên cao vàphân phối diện rộng (Chiều ngang tầm với có thể tới 45 m), nhưng không kèmtheo máy bơm chính Cần phân phối là hệ thống ống bơm chuyên dụng đầucuối, nằm ở cuối hệ thống đường ống cho bơm tĩnh, cung cấp bê tông đến mọi

vị trí mặt bằng công trình nhà cao tầng hay siêu cao tầng Cần phân phối thườnggắn vào trụ tháp neo vào nhà, hay leo trong lỗ mở sàn hay lõi thang nhà caotầng Trong trụ tháp có gắn đường ống thẳng đứng dẫn bê tông lên cần Phầncần và đối trọng cần có thể quay được quanh đỉnh trụ và cần phân phối có thểvươn lên cao hay ra xa so với đỉnh trụ để phân phối vữa bê tông đến mọi vị trímặt bằng mái nhà cao tầng hoặc siêu cao tầng

Hình 4: Cấu tạo nguyên lý của cần phân phối bê tông.

3.4 Các dạng máy bơm chính của thiết bị bơm bê tông

3.4.1 Máy bơm chính kiểu rô-to

Hình 5: Nguyên lý hoạt động của bơm bê tông kiểu rô-to

Ống dẫn bê tông cao áp (4), được nối với vòng đai ống mềm đàn hồi (2) nằmtrong buồng bơm Bê tông từ thùng chứa trộn theo (4) vào (2) nằm trong buồngbơm Trong buồng bơm 2 bánh đà (5) của rô-to quay với lực ly tâm ép vàothành ống mềm đàn hồi (2) đẩy vữa đi thoát ra ống bơm (1) Ống mềm đàn hồi

2 là bộ phận quan trọng của bơm được làm bằng cao su cường độ cao Tuynhiên do phải chịu ma sát áp lực lớn ở cả 2 phía thành ống bên trong và bênngoài nên tuổi thọ ống mềm đàn hồi (2) thường không cao Thêm nữa, máy bơmchỉ có năng lực đẩy bằng một lần công suất động cơ roto mà không đượckhuếch đại lên nên tính năng của máy bơm roto bị hạn chế: áp suất đẩy và năngsuất xả bê tông đều thấp hơn nhiều so với kiểu máy bơm pitton Trong thực tế,máy bơm roto ít được sử dụng Trong đề tài này không khảo sát sâu thêm loạimáy bơm chính này

3.4.2 Máy bơm chính kiểu pitston

Bộ phận dẫn động từ động cơ điện (hình 6) có khả năng khuếch đại công suất

bơm bằng đĩa nghiêng Động cơ điện quay đĩa nghiêng cùng một lúc kéo pistontrái trong hình 7 để nạp điền đầy vữa vào xi lanh trái, đồng thời đẩy piston phảihình 7 để bơm vữa bê tông qua van chữ S trong hình 7 lên đường ống bơm.Song hành với hệ thống piston, van chữ S lần lượt lật từ cửa xi lanh trái sangcửa xi lanh phải, và ngược lại Khi van chữ S lật sang xi lanh trái thì đĩanghiêng cũng điều khiển cặp piston theo hành trình ngược lại: piston trái lại đẩyvữa qua van S vào đường ống piston phải lại hút nạp đầy vữa ở thùng trộn vàotrong xi lanh phải

Hình 6: Nguyên lý bộ phận dẫn động từ động cơ điện sang cho 2 pitston bơm bê

tông.

Hình 7: Cơ cấu hoạt động của bơm bê tông kiểu pit-ton.

4 Các tính chất của vữa bê tông

4.1.Tính chất lưu biến của vữa xi măng

Để miêu tả trạng thái của hỗn hợp vữa bê tông sử dụng cho bơm bê tông trongđường ống, người ta sử dụng các đặc tính lưu biến của nó: ứng suất giới hạntrượt (vận tốc biến dạng trượt ), độ nhớt, cùng hệ số ma sát giữa vữa bê tôngbơm và thành ống (ứng suất tiếp ), và quan trọng nhất là độ lưu động của hỗnhợp vữa bê tông Tính chất lưu biến của bê tông tươi phụ thuộc phần lớn vàotính chất của vữa xi măng tạo ra nó Nghiên cứu về tính chất của vữa xi măng ởtrạng thái tươi liên quan đến một số khái niệm về tính ổn định, độ chặt, tính linhđộng hay nói khái quát nhất đó là tính chất “lưu biến” (rheology) tức là tínhbiến dạng và tạo dòng chảy của vữa xi măng dưới tác dụng của ứng suất Hainhân tố ảnh hưởng nhiều nhất đến tính lưu biến của vữa xi măng là tỷ lệ nước/ximăng (N/X) và hàm lượng phụ gia siêu dẻo Các nhân tố này ảnh hưởng quyếtđịnh tới độ lưu động của vữa bê tông, đến ma sát giữa vữa bê tông và thành ốngbơm Về các tính chất lưu biến của vữa xi măng trong bê tông ảnh hưởng tới bê

tông bơm được các tài liệu tham khảo số 1 và số 2 nghiên cứu chỉ ra bên trên.

Ngoài ảnh hưởng quyết định của tính lưu biến hồ xi măng trong vữa bê tôngtươi đến tính lưu biến của vữa bê tông tươi dùng cho bơm, thì thành phần cốtliệu cũng ảnh hưởng đến tính lưu biến của vữa bê tông trong ống bơm Trongđiều kiện sản xuất, độ lưu động của hỗn hợp vữa bê tông (dù định lượng bằng

độ sụt hay độ chảy xòe) đều được kiểm tra bằng côn đo tiêu chuẩn Độ lưu độngcủa vữa bê tông tạo nên tính dễ đổ, tính dễ công tác dễ vận chuyển trong đườngống của thiết bị bơm Nên độ lưu động của vữa bê tông còn được gọi là tínhcông tác của vữa bê tông

4.2.Tính chất công nghệ của vữa bê tông

Chất lượng vữa bê tông trên quan điểm thi công được đánh giá qua tính dễ đổ

và tính công tác của hỗn hợp Đây chính là các tính chất công nghệ của vữa bêtông, các tính chất này được đánh giá theo thông số độ lưu động hoặc độ cứngcủa hỗn hợp bê tông Ở giai đoạn ban đầu của hỗn hợp bê tông (giai đoạn có thểthi công được), hỗn hợp bê tông có dạng vữa lỏng, nên rất dễ chứa đựng, vậnchuyển và bơm theo đường ống Độ linh động của vữa lỏng đảm bảo cho việcbơm bê tông, rót bê tông vào khuôn được dễ dàng Tính linh động của vữa bêtông được đo lường thông qua chỉ tiêu độ sụt hay độ chảy xòe của vữa trước khi

đổ bê tông Độ sụt của vữa bê tông đảm bảo cho vữa bê tông có thể bơm được

và chảy đến mọi vị trí bên trong khuôn khi đổ bê tông Tính công tác của vữa bêtông quyết định bởi các yếu tố: độ sụt, độ cứng và độ nhớt của hỗn hợp Độ sụtđược xác định theo TCVN 3106-1993 hoặc ASTM C143-90A Dụng cụ đo độsụt là hình nón cụt của Abrams, gọi là côn Abrams, có kích thước 203x102x305

cm, đáy và miệng hở Độ sụt được xác định bằng chênh lệch giữa độ cao côn(305 cm) và độ cao của cột bê tông sau khi đổ ra khỏi côn Độ cứng của hỗnhợp vữa bê tông được xác định bằng nhớt kế kỹ thuật Vebe Tại Hoa Kỳ, khikiểm tra độ sụt bê tông các kỹ sư thường sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật ASTM

và AASHTO làm tài liệu để kiểm tra Các tiêu chuẩn của Hoa Kỳ thường chỉđịnh cụ thể nón sụt giả phải có chiều cao là 12-in (30,48 cm), có đường kínhdưới cùng là 8-in (20,32 cm) và đường kính trên là 4-in (10,16 cm) Các tiêuchuẩn ASTM cũng chỉ định cụ thể quá trình tháo nón sụt, cần nâng lên theochiều dọc, mà không được quay tròn nón sụt trong quá trình tháo bỏ khỏikhuôn Sự kiểm tra độ sụt được xem như là "Tiêu chuẩn phương pháp thử choviệc thử độ sụt của hỗn hợp vữa xi măng và cùng với tiêu chuẩn (ASTM C 143)hay (AASHTO T 119) Tại Anh Quốc tiêu chuẩn chỉ định nón sụt có chiều cao

là 300mm, đường kính đáy dưới của nón sụt là 200mm, đường kính trên cùng là100mm Tiêu chuẩn Anh không yêu cầu cụ thể cách tháo bỏ nón sụt mà chỉ yêucầu nón sụt nên lên theo chiều dọc Công tác kiểm tra trong tiêu chuẩn Anhtrước đây thường dùng BS 1881102:1983 và hiện nay sử dụng tiêu chuẩn hiệnhành của châu Âu BS EN 123502:2009 thay thế tiêu chuẩn cũ

4.3 Yêu cầu kỹ thuật của vữa bê tông đáp ứng quá trình vận chuyển bằng

bơm bê tông

Đối với công tác bơm bê tông, trong thành phần của hỗn hợp bê tông thì nước làthành phần qua trong nhất để có thể bơm được hỗn hợp bê tông vì nó là thànhphần trung gian truyền áp suất do bơm tạo ra đến các phối liệu khác Do vậy cầnphải tạo ra hỗn hợp thể huyền phù của nước và các phối liệu cứng mà từ hỗnhợp này nước không thể tách ra được Trong các phối liệu tạo nên hỗn hợp bêtông đảm bảo việc giữ được nước, các vật liệu có độ hạt nhỏ hơn 0,25 mm cóvai trò quan trọng vì sức căng bề mặt của chúng trong hỗn hợp là lớn nhất nênngăn cản không cho nước chảy qua Chất lượng và khối lượng của hỗn hợp ởthể huyền phù có ảnh đến việc tạo thành dòng bê tông trong đường ống Nếutrong hỗn hợp bê tông, thể huyền phù xuất hiện với số lượng ít hơn so với sốlượng cần thiết để điền đầy thể tích rỗng của hỗn hợp, lúc này dòng bê tôngtrong các đường ống không được tạo thành Trong vùng chưa được điền đầy, ápsuất của bơm không đủ để tạo thành dòng hỗn hợp vật liệu mà chỉ chèn ép cáchạt Chính điều này làm xuất hiện hiện tượng ùn tắc trong đường ống và việcbơm hỗn hợp không thể thực hiện được Nếu như hỗn hợp bê tông được tạothành một dòng liên tục, không có lỗ hổng không khí (ta gọi bê tông ở thểhuyền phù) thì dòng chất lỏng không chịu nén sẽ đảm bảo cho bê tông dichuyển thành dòng không bị ùn tắc Áp suất của bơm sẽ truyền lực thuỷ tĩnhtrực tiếp tác dụng lên hỗn hợp đã hoà trộn đều (thể huyền phù), hỗn hợp nàytrong lúc di chuyển thành đống thường xuyên phủ lên bề mặt trong của đường

ống tạo thành lớp bôi trơn Như vậy để bơm bê tông đạt năng suất cao và ápsuất vận chuyển có thể nhỏ là cần phải tạo ra một hỗn hợp bê tông vận chuyển ởdạng huyền phù Một điều cần lưu ý đối với các hỗn hợp bê tông có sử dụng cácchất phụ gia như chất làm đông kết, chất làm chậm đông kết, phụ gia liên kếthoặc phụ gia làm tăng tính đầm lèn cần phải kiểm tra tại chỗ xem có ảnh hưởngđến khả năng bơm bê tông hay không Như vậy, để quá trình bơm được thuậnlợi vữa bê tông phải có độ sụt, độ đồng nhất, độ dẻo cao và không được táchnước, phân tầng Về nguyên tắc, vữa dùng cho bơm bê tông có độ lưu động từ 5đến 12 cm, nhưng trong thực tế độ lưu động của vữa bê tông bơm dung cho cácnhà cao tầng là 12±2 cm cho 6 đến 7 tầng dưới, và càng lên tầng cao độ sụt càngphải cao hơn, vào khoảng 15±2 cm Để có thể dùng bơm vận chuyển, hỗn hợp

bê tông phải có hàm lượng cốt liệu nhỏ cao Giới hạn cỡ hạt đá cần phải nhỏhơn 1/3 đường kính trong nhỏ nhất của ống bơm Nếu độ lưu động quá nhỏ, lực

ma sát lớn, vữa khó dịch chuyển trong đường ống Ngược lại, nếu độ lưu độngcao quá giới hạn, vữa có thể bị phân tầng khi bơm, gây ra tắc ống Sử dụng phụgia hoá dẻo chống phân tầng và phụ gia Sika Pump cho hỗn hợp bê tông sẽ làm

dễ dàng bơm theo đường ống Trong xây dựng nhà siêu cao tầng, để đáp ứng vaitrò là kết cấu chịu lực của kết cấu, bê tông toàn khối phải đạt được các yêu cầurất nghiêm ngặt về kỹ thuật và công nghệ, đó là bê tông chất lượng cao hay cóthể gọi là bê tông công nghệ cao (High Performance Concrete, HPC) Bê tôngchất lượng cao là bê tông kết hợp nhiều tính chất vượt trội: tính thi công, cường

độ, độ bền sử dụng cao, chỉ số mài mòi và thẩm thấu thấp, các tính chất bảo vệ

an toàn đối với cốt thép, vững bền trước ăn mòn hóa học, vi sinh và ổn định vềthể tích

Công nghệ bê tông chất lượng cao phải dựa trên sự điều chỉnh cấu trúc tạothành của bê tông ở tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất Phục vụ quátrình đó phải sử dụng xi măng pooclăng cường độ cao hoặc chất kết dích hỗnhợp, tổ hợp các chất biến tính hóa học (modification) làm biến thể cấu trúc vàtính chất bê tông, các thành phần và chất độn khoáng hoạt tính và các loại phụgia Trong quá trình sản xuất áp dụng những công nghệ tiên tiến, đảm bảo sựchính xác và khoa học công tác cấp liệu, trộn, sự đồng nhất hỗn hợp vữa, sự lènchặt và đóng rắn bê tông

Việc sản xuất và thi công bê tông toàn khối trong xây dựng nhà siêu cao tầngphải đặc biệt linh hoạt, phù hợp với từng kết cấu, giai đoạn thi công Hiện nay,khi thi công phần kết cấu chịu lực nhà siêu cao tầng, với yêu cầu về cường độcao, thi công đổ bê tông ở độ cao lớn, cấu kiện với mật độ cốt thép dày đặc,ngoài yêu cầu về cường độ, vữa bê tông phải đảm bảo tính thi công, tự đầm và

có độ chảy thích hợp (độ xòe côn trên 600mm) Để đạt được các yêu cầu trên

khi chế trộn vữa bê tông phải thiết kế cấp phối sử dụng tổ hợp chất biến tính,phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia siêu hóa dẻo.

Chương 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHỌN LỰA THIẾT BỊ BƠM BÊ TÔNG

1 Công suất động cơ đẩy của máy bơm chính

Công suất động cơ đẩy được tính toán dựa trên cơ sở của lý thuyết vận chuyểnđường ống

N=p.Q/36ηck = p.Q/ka (kW) (6)

Trong đó:

ηck : hệ số tần suất hoạt động của động cơ đẩy, hệ số này phụ thuộc vào vận tốcđẩy vữa của pitton đồng bộ với vận tốc gạt của van chữ S (số hành trình/phút).Đối với dòng máy bơm tĩnh Putzmeister có ka=25 thì ηck=0,694

Q: năng suất vận chuyển trung bình (m 3 /h)

p: áp suất vận chuyển hỗn hợp bê tông (Bar)

ka: hệ số quan hệ giữa công suất động cơ đẩy với (p.Q), phụ thuộc vào từngdòng máy bơm của các hãng sản xuất máy bơm bê tông Riêng các dòng máybơm của hãng Putzmeister thì ka=25

Hình 8: Biểu đồ tính năng của họ bơm bê tông chính kiểu pitton có cùng hệ số

k a =25.

Các dòng máy bơm chính (bơm tĩnh) khác có thể có hệ số ka khác, dẫn đến côngthức xác định công suất đẩy của động cơ theo năng suất xả và áp suất cũng sẽkhác Ví dụ: Một loại bơm tĩnh hãng Junjin Hàn Quốc dùng bơm thủy lực chínhJSP.90HP-D, với hệ số ka=36, ηck =1,0 (phù hợp với số hành trình/phút);

Công suất tối đa phía họng xả bơm tĩnh (phía cần): 86m3/h

Áp suất phía họng xả bơm tĩnh (phía cần): 71 bar

Số hành trình/phút, phía cần: 32 lần/phút

Công suất phía piston: 58m3/h

Áp suất phía piston: 106 bar

Số hành trình/phút, phía piston: 22 lần/phút

Đường kính xi lanh phân phối: 200 mm

Chiều dài hành trình piston: 1400 mm

Áp suất thủy lực toàn hệ thống: 350 bar

Kích cỡ van chữ S: S2018 (8"x7")

Động cơ làm việc chế độ ưu tiên áp suất bơm: năng suất xả Q1=86(m3/h), tra ápsuất bơm tương ứng p1=62bar Kiểm tra lại: Q1=147x36/86=61,5bar Động cơ

Q1=75m3/h Kiểm tra lại có: N1=Qx71/36=147kw Q1=147x36/71=74,5bar.Động cơ làm việc chế độ ưu tiên năng suất bơm Q2=58 (m3/h), tra năng suất xả

Công suất đẩy cần thiết phải lớn hơn yêu cầu một chút Động cơ làm việc chế

độ ưu tiên năng suất bơm: p2=106bar, tra năng suất xả tương ứng Q2=51m3/h.Kiểm tra lại có: N2=Qx106/36=151kw Q2=151x36/106=51,3m3/h

Hình 9: Biểu đồ tính năng (đường đặc tính Q.p) máy bơm chính của bơm tĩnh

hãng Junjin

2 Áp suất vận chuyển hỗn hợp bê tông

Áp suất vận chuyển trong đường ống phụ thuộc nhiều vào đặc tính vữa bơm vàống bơm, ít phụ thuộc vào thông số đáp ứng của máy bơm chính Trong biểu đồtính năng của thiết bị bơm được tra qua phần biểu đồ ở 3 góc phần tư còn lại trừbiểu đồ góc phần tư thứ nhất phía trên bên trái dành cho thông số đáp ứng củamáy bơm chính

Áp suất của hỗn hợp trong các đường ống giảm dần khi đi qua các khớp nối vớibơm dọc theo đường ống và ở cuối đường ống bằng áp suât không khí bênngoài

Áp suất cần thiết của bơm: p=pe+pd+p0.L+Pr, (Bar) (1)

trong đó:

pe=γbH=0,25H: tổn hao áp suất thủy tĩnh chỉ có trong các đoạn đường ống bơm

đứng với chiều cao H, (Bar); Khi trọng lượng riêng của vữa bê tông γb=0,25

(tấn/m 3) thì tổn hao áp lực thủy tĩnh trên mỗi 4,0m ống bơm đứng sẽ là 1,0 (Bar).

pd: tổn hao áp suất động, là áp suất tới hạn ban đầu đủ để thắng được sức cản ma

sát thành ống của dòng vữa bê tông bơm (Bar);

p0: tổn hao áp suất của dòng vữa bê tông bơm dọc theo đường vận chuyển Thực

tế, thường gộp pd vào với p0, nên p0 trở thành tổn hao áp suất riêng của dòng vữa

bê tông bơm trên 1,0m dài đường ống (Bar/m)

L: giá trị tương đương của tổng các đường ống dẫn (m);

Pr: áp suất cần thiết của đầu phun, áp suất này thường lấy là áp suất khí quyển,

nên không có chênh lệch, giá trị lấy bằng 0 (Bar).

Tổn thất áp suất động là do hậu quả của sự thay đổi vận tốc dòng hỗn hợp, vìvậy nó chỉ xuất hiện đối với các loại bơm hoạt động mang tính chu kỳ Áp suấtđộng học dọc theo dọc theo đường ống kể từ pittông trở đi giảm dần, nguyênnhân là do tác dụng đàn hồi và dập tắc dao động của vật liệu cần vận chuyển.Theo kinh nghiệm thực tế, hệ số kể đến áp lực động được xác định theo kinhnghiệm có thể đưa vào tính toán và khi đó công thức (1) có thể được viết lại nhưsau: p=pe+φa.Lv.p0=pe+L.p0=H.γb+L.p0=pe+pa, (Bar) (2)

trong đó:

φa: hệ số quy đổi chiều dài ống bơm phụ thuộc vào kiểu thiết bị bơm bê tông.Đối với xe bơm cần hệ số này là tỷ số chiều dài đường ống trên chiều dài cầnbơm Đối với bơm đường dòng (bơm tĩnh), nếu đường ống bơm dòng có thay