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

Mục lục ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP CHỌN THIẾT BỊ BƠM BÊ TÔNG TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG Chương 1: THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU VÀ TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ BƠM BÊ TÔNG Các cơng trình tiêu biểu sử dụng bơm bê tơng 2 Thực trạng nghiên cứu 3 Định nghĩa phân loại máy móc thiết bị bơm bê tơng 4 Các tính chất vữa bê tông 11 Chương 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CHỌN LỰA THIẾT BỊ BƠM BÊ TƠNG 14 Công suất động đẩy máy bơm 14 Áp suất vận chuyển hỗn hợp bê tông .16 Xác định tổn hao áp lực riêng biểu đồ tính 20 Thiết kế hệ thống đường ống bơm máy bơm tĩnh cho thi công nhà cao tầng 23 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 Đối với bơm tĩnh: .31 Đối với xe bơm cần: 33 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: Dỗn Hiệu Chương 1: THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU VÀ TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ BƠM BÊ TƠNG Các cơng trình tiêu biểu sử dụng bơm bê tơng Thế Giới có nhiều nhà siêu cao tầng có chiều cao lớn 250m Tháp Petronas Malaysia cao 452m, Taipei 101 (Đài Loan) cao 509m, Shanghai WorldFinancial Centre (Trung Quốc) cao 492m, Tháp Al Burj Dubai cao 828m Tòa tháp Burj Dubai bắt đầu xây dựng từ năm 2005, từ đầu, ba máy bơm bê tông hiệu suất cao, hệ thống đường ống bơm bê tông phức tạp, bốn cần bơm cố định không lắp đối trọng với nhiều loại hỗn hợp bê tông cung cấp cho cơng trình Putzmeister AG cung cấp lắp đặt máy bơm hệ thống cần bơm bê tông Tại dự án Burj Dubai dự án có máy bơm bê tơng siêu cao áp đạt kỷ lục độ cao bơm bê tông lên tới 601m (tầng 155) độ cao cuối 611m Độ cao bơm tính theo chiều dài đường ống đứng lắp kết cấu đường ống bơm bê tông thẳng đứng, bao gồm ống trụ cần bơm trạm bơm cố định Máy bơm Putzmeister hệ thống đường ống bơm bê tông lên độ cao 600m với lưu lượng 30m3/giờ Để đạt độ cao bơm bê tông để phục vụ thi cơng cho tòa nhà, người ta tiến hành thử nghiệm hệ thống đường ống bơm trải ngang mặt đất giả định áp suất bơm, độ ma sát bê tông đường ống bơm kết hợp hai máy bơm siêu cao áp BSA 14000 SHP-D với máy bơm cao áp „thường‟ BSA 14000 HP-D dùng thử nghiệm, thành trạm bơm Ban đầu đường ống bơm nối với bốn cần bơm cố định Putzmeister Ba đường ống nối với cần bơm loại MX28-4T, chúng chuyển bê tông tới kết cấu cánh cơng trình Cần bơm MX28-4T cố định sàn công tác hệ thống giàn giáo Doka với trụ ống cao 16m Việc đổ bê tông cho kết cấu lõi tiến hành lên tới độ cao 585m (tầng 155) với bốn cần bơm, chí lớn loại MX có tầm với 32m Các cần bơm MX32-4T lắp trụ ống cao 20m gắn sàn công tác hệ thống giàn giáo tự leo Doka Tiến trình leo hệ thống thực thiết bị thủy lực theo cách nâng dần thành nhiều bước cho tầng Công nghệ vận chuyển, phân phối rót vữa bê tơng Cơng trình KeangNam Hanoi Landmark Tower: Khu phực hợp gồm tòa tháp cao với 70 tầng tầng hầm có chiều cao 336m Tổng diện tích sàn 579.000m Phần tòa tháp bố trí 02 tổ hợp máy bơm tĩnh nối chiều cao (bơm truyền) Với 03 tuyến đường ống bơm bê tông lên cao, tuyến gồm đợt bơm truyền cao 100m Và vữa bê tông rải 03 cần phân phối bê tơng có bán kính bơm xả theo chiều ngang 28m bán kính hoạt động 36m (Ở có 01 tuyến đường ống, nối với 01 cần phân phối bê tông để dự phòng) Hai tòa tháp 48 tầng, tòa tháp bố trí 01 hệ thống bơm bê tơng lên tầng cao nối với 01 cần phân phối bê tơng có bán kính bơm xả chiều ngang 32m Tháp tài Bitexco Tòa tháp có chiều cao 262m (68 tầng) Phần móng với hệ đài móng bè cọc bê tông cốt thép dày 3m, đặt cọc khoan nhồi đường kính 1,5m sâu 75m Bố trí cần phân phối bê tông để rải vữa bê tông tầng 65 Trung tâm thương mại Lotte Hà Nội Phần thân cơng trình Lotte Center Hanoi tầng 61 bố trí 03 cần phân phối bê tơng (Putzmeister) để đảm bảo cho cơng tác thi cơng rót rải vữa cho tồn mặt sàn Phần mái tòa nhà cất cao độ 267m (tầng thứ 65 cơng trình) Thực trạng nghiên cứu Bài báo “Ma sát cách xác định ma sát bê tông tươi thành ống bơm” Nguyễn Thế Dương, Ngơ Tiến Tùng, Phạm Quang Nhật.Tạp chí Khoa học Công nghệ Duy Tân, số 4, 2012, đưa mơ hình thực nghiệm xác định ma sát vữa bê tông với thành ống bơm, giới hạn lượng dùng xi măng tối thiểu cho cấp phối vữa bơm bê tông 340 kg Với lượng dùng xi măng tối thiểu đủ tạo thành lớp màng bôi trơn thành ống dày 5mm làm giảm ma sát thành ống bơm Bài báo “Khảo sát thực nghiệm thông số bơm 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 kết thời điểm thích hợp sử dụng phụ gia siêu dẻo tăng theo chiều hướng tích cực thơng số bơm vữa bơm bê tông thời điểm khoảng 30 đến 40% thời gian lưu hỗn hợp bê tông Các thông số ma sát đạt giá trị tối ưu ứng với hàm lượng phụ gia sử dụng thời điểm ban đầu từ 20-40% Việc chia hàm lượng phụ gia thành giai đoạn sử dụng cho hỗn hợp bê tông với tỉ lệ hợp lý tác động bất lợi đến cường độ bê tông Tỉ lệ hàm lượng phụ gia sử dụng thời điểm bắt đầu trộn hỗn hợp bê tông tối ưu nằm 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 thi cơng nhà siêu cao tầng”, Vũ Hồi, TS Phạm Tồn Đức hướng dẫn: Tổng hợp hệ thống cơng thức lý thuyết xác định hao tổn áp suất bơm, quan hệ suất bơm với áp suất bơm công suất động đẩy, đưa mơ hình lý thuyết để tính tốn áp suất bơm suất bơm, nghiên cứu thực nghiệm xác định hệ số ma sát ảnh hưởng nhiệt độ đến ma sát vữa thành ống Các tiêu chuẩn kỹ thuật thi công bơm bê tơng: Nhóm Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam liên quan đến bơm bê tơng có tiêu chuẩn vữa dùng cho bơm bê tông là: TCXDVN 200:1997 Nhà cao tầng-kỹ thuật bê tông bơm Tiêu chuẩn quy định đường kính cốt liệu lớn dùng cho vữa bê tông bơm phải nhỏ 1/3 đến 1/4 lần đường kính ống bơm, để tránh tắc ống giảm phân tầng bơm Như với đường kính cốt liệu thơng thường dùng cho vữa bơm bê tông Dmax=2,0 đến 4,0cm đường kính ống bơm thích hợp phải lớn 8,0cm thường 100mm, 125mm, hay 150mm Tiêu chuẩn quy định độ sụt thích hợp vữa bơm bê tông khoảng S=12 đến 18cm, để giảm ma sát với thành ống, tránh phân tầng giảm tổn hao áp lực bơm Tóm lại năm gần đây, Việt Nam chưa có đề nghiên cứu tiếp cận đến quy trình thiết kế việc lựa chọn máy bơm bê tông thi công nhà nhiều tầng, cao tầng siêu cao tầng Đa phần đề tài nghiên cứu thơng số thích hợp cho bơm bê tông vật liệu vữa bê tông nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm ma sát vữa với thành ống Từ đó, chúng tơi thấy cần phải triển khai hướng nghiên cứu đề tài tìm quy trình thiết kế biện pháp lựa chọn máy bơm bê tông lên cao thi công nhà nhiều tầng, nhà cao tầng siêu cao tầng Định nghĩa phân loại máy móc thiết bị bơm bê tông 3.1 Máy bơm tĩnh Máy bơm tĩnh bê tơng, loại máy móc phương tiện bơm bê tơng mà gồm phần máy bơm chính, đặt cố định tĩnh vị trí mặt cơng trường hay cơng trình, khơng kèm theo hệ đường ống bơm hay cần phân phối, mà máy bơm đấu vào đường ống bơm đặt sẵn công trình, loại máy bơm gọi máy bơm dòng hay máy bơm đường ống Thường máy bơm tĩnh không tự di chuyển được, mà phải gắn vào xe tải rơ-moóc, để xe tải kéo đến cơng trường Tuy nhiên, có loại bơm tĩnh tự hành, đến cơng trường đặt tĩnh vị trí cố định, mà vị trí phải tiếp cận gần kề với đầu nối vào hệ ống bơm để nối vào hệ thống ống bơm bê tông lắp sẵn cố định trường Thông số hoạt động máy bơm tĩnh tính chế tạo sẵn cho máy bơm chính, mà nhà sản xuất cung cấp (thông số máy bơm thông số miệng xả máy bơm vị trí đấu nối với đường ống bên ngồi), khơng kèm thơng số đường ống ngồi cấp bê tơng đến vị trí thi cơng Tuy máy bơm tĩnh khơng có hệ cần để vươn tới vị trí đổ bê tơng tầm hoạt động cần xe bơm cần (tức bơm di động), kích thước trọng lượng gọn nhẹ xe bơm cần nên, lại ưu điểm, nhà siêu cao tầng lại thường dùng để bơm chuyền lên đợt độ cao nhà theo đợt đường ống đứng Trong trường hợp này, người ta thường kết hợp nhiều máy bơm tĩnh để bơm vữa bê tông trung chuyển theo đợt chiều cao tòa nhà siêu cao tầng Hình 1: Hệ thống bơm tĩnh sử dụng thi cơng tòa nhà Al Burj Dubai 3.2 Xe bơm cần Xe bơm cần loại máy bơm bê tông di động kết hợp cần phân phối đặt ô tô Xe bơm cần bê tông dùng để vận chuyển bê tông theo đường ống dẫn nối vào bơm, thép vật liệu cao su, lắp sẵn gập gọn xe tự vươn từ xe vận chuyển bê tơng đến vị trí thi cơng, gọi cần bơm Xe bơm cần máy bơm bê tông di động nên có thể, với xe bồn chở bê tơng, động đến vị trí cung cấp bê tông nằm mặt công trường, làm tăng khả vận chuyển ngang vữa bê tông Tại vị trí đứng cấp bê tơng, tức vị trí đỗ xe bơm cần, số lượng chiều dài đốt ống bơm cần bơm gắn xe bơm có hạn, nên độ vươn xa, độ vươn cao xuống sâu cần bơm có giới hạn định thiết lập thành biểu đồ tính vùng làm việc cần bơm đặt xe bơm cần Ngồi biểu đồ tính cần bơm, xe bơm cần có hệ thống thơng số riêng cho phần máy bơm chính, nhà sản suất cung cấp, tương tự thông số máy bơm tĩnh Do tầm với tối đa cần bơm cố định nên hao tổn áp lực từ điểm đầu máy bơm bê tông nối với cần điểm đầu cần cấp bê tơng tới vị trí thi công khoảng phổ giá trị hữu hạn Từ áp lực bơm đầu cuối xe bơm cần ổn định so với thiết bị bơm khác Nhưng tầm với tối đa cố định nên xe bơm cần vận chuyển bê tông lên độ cao vượt độ vươn cao tối đa cần bơm xe bơm cần, nên thường xe bơm cần thích hợp vận chuyển lên cao thi công cho nhà nhiều tầng hay nhà cao tầng (độ cao khơng lớn lắm), mà khơng thích hợp để cấp bê tông cho nhà cao tầng siêu cao tầng Chiều dài cần phân phối gắn xe bơm cần thường nhỏ 50m Xe bơm cần có kính thước lớn bao gồm máy bơm chính, cần phân phối lẫn xe tải trở bơm Do xe bơm cần thích hợp cho thi cơng nhà cao tầng với độ cao nhà 50m cẩu xe lên tầng cao để bơm truyền Tuy nhiên, bù lại xe bơm cần động mặt công trường để kết hợp vận chuyển ngang đứng bê tông đến nơi đổ Hình 2: Một xe bơm cần di chuyển đường 3.3 Cần phân phối bê tơng Hình 3: Một cần phân phối hoạt động Cần phân phối bê tông thiết bị chuyên dùng vận chuyển bê tông lên cao phân phối diện rộng (Chiều ngang tầm với tới 45 m), khơng kèm theo máy bơm Cần phân phối hệ thống ống bơm chuyên dụng đầu cuối, nằm cuối hệ thống đường ống cho bơm tĩnh, cung cấp bê tơng đến vị trí mặt cơng trình nhà cao tầng hay siêu cao tầng Cần phân phối thường gắn vào trụ tháp neo vào nhà, hay leo lỗ mở sàn hay lõi thang nhà cao tầng Trong trụ tháp có gắn đường ống thẳng đứng dẫn bê tơng lên cần Phần cần đối trọng cần quay quanh đỉnh trụ cần phân phối vươn lên cao hay xa so với đỉnh trụ để phân phối vữa bê tông đến vị trí mặt mái nhà cao tầng siêu cao tầng Hình 4: Cấu tạo nguyên lý cần phân phối bê tông 3.4 Các dạng máy bơm thiết bị bơm bê tơng 3.4.1 Máy bơm kiểu rơ-to Hình 5: Ngun lý hoạt động bơm bê tông kiểu rô-to Ống dẫn bê tông cao áp (4), nối với vòng đai ống mềm đàn hồi (2) nằm buồng bơm Bê tông từ thùng chứa trộn theo (4) vào (2) nằm buồng bơm Trong buồng bơm bánh đà (5) rô-to quay với lực ly tâm ép vào thành ống mềm đàn hồi (2) đẩy vữa thoát ống bơm (1) Ống mềm đàn hồi phận quan trọng bơm làm cao su cường độ cao Tuy nhiên phải chịu ma sát áp lực lớn phía thành ống bên bên nên tuổi thọ ống mềm đàn hồi (2) thường khơng cao Thêm nữa, máy bơm có lực đẩy lần công suất động roto mà khơng khuếch đại lên nên tính máy bơm roto bị hạn chế: áp suất đẩy suất xả bê tông thấp nhiều so với kiểu máy bơm pitton Trong thực tế, máy bơm roto sử dụng Trong đề tài khơng khảo sát sâu thêm loại máy bơm 3.4.2 Máy bơm kiểu pitston Bộ phận dẫn động từ động điện (hình 6) có khả khuếch đại công suất bơm đĩa nghiêng Động điện quay đĩa nghiêng lúc kéo piston trái hình để nạp điền đầy vữa vào xi lanh trái, đồng thời đẩy piston phải hình để bơm vữa bê tơng qua van chữ S hình lên đường ống bơm Song hành với hệ thống piston, van chữ S lật từ cửa xi lanh trái sang cửa xi lanh phải, ngược lại Khi van chữ S lật sang xi lanh trái đĩa nghiêng điều khiển cặp piston theo hành trình ngược lại: piston trái lại đẩy vữa qua van S vào đường ống piston phải lại hút nạp đầy vữa thùng trộn vào xi lanh phải Hình 6: Nguyên lý phận dẫn động từ động điện sang cho pitston bơm bê tơng Hình 7: Cơ cấu hoạt động bơm bê tơng kiểu pit-ton 10 Hình 10: Biểu đồ tính dòng bơm tĩnh hãng Putzmeister Khi đó, cơng thức (3) hay (4) trở thành: p=0,25H+ b.(16/π).(Q.L/D3), (Bar) (5) Đối với hãng sản xuất máy bơm khác tổn hao áp suất riêng p thường tra biểu đồ tính dòng hay kiểu loại bơm bê tông (phương pháp đồ họa) Việc lựa chọn công suất động đẩy cần thiết bơm bê tơng làm sáng tỏ qua ví dụ hướng dẫn hãng Putzmeister, sau đây: “Năng suất bơm bê tông yêu cầu 40 m 3/h với độ xòe rộng vữa bê tơng 40 cm (độ sụt cm) bơm qua đường phân phối với Ø125 mm khoảng cách bơm (tức tổng chiều dài đường ống ngang đứng) 300 m riêng chiều cao (tức chiều dài ống bơm đứng) 80 m Vẽ đường nằm ngang từ 40 m 3/h đến đường kính 125 mm, từ đường thẳng đứng xuống tới độ xòe 40 cm từ đường ngang bên trái đến khoảng cách phân phối (chiều dài bơm ngang) 300 m Bây bạn đọc trên trục vng góc màu đỏ áp lực phân phối cần thiết 19 Đối với chiều cao truyền tải 80 m (cứ m chiều cao cần tăng thêm 1,0 bar áp lực yêu cầu, tổn hao áp lực thủy tĩnh 1,0 m ống đứng 0,25 bar), 20 bar thêm vào áp lực phân phối yêu cầu 64 bar khoảng cách phân phối (tham khảo cơng thức hình) Điều dẫn đến tổng áp lực phân phối 84 bar Tại điểm đường thẳng đứng từ giá trị 84 bar đường ngang từ giá trị 40 m3/h giao điểm cắt đường cong hiển thị trường D (biểu đồ góc phần tư thứ nhất), bạn đọc cơng suất máy bơm: 132 kw.” Máy bơm bê tông kiểu tĩnh, Putzmeister Theo cơng thức giải tích hãng Putzmeister: Với độ xòe thiết kế vữa bê tơng bơm 50cm, b=2,02x10-6 Chiều dài ống bơm quy đổi 300m Đường kính ống bơm 125mm Ta có: pa=b.(16/π).(Q/D3).L=p0.L=2,02x10-6x(16/3,1416)x(40,0/0,1253)x300,0 =0,2107x300,0=63,2bar pe=H.γb=0,25H=80,0/4=20,0bar p=pe+pa=20,0+63,2=83,2bar Chọn p=84bar Xác định tổn hao áp lực riêng biểu đồ tính Xác định tổn hao áp lực riêng cho mét dài đường ống ngang bơm bê tơng theo biểu đồ tính hãng Khảo sát dòng máy bơm hãng Liebherr, LB Đức Xét loại máy bơm tĩnh THS-140 làm việc chế độ piston chạy chậm, công suất động đẩy (160kw) lớn piston chạy nhanh Năng suất yêu cầu chọn Qmax chế độ piston chạy chậm 82,5m 3/h, với loại đường ống đường kính 125mm Loại vữa bê tơng bơm dùng cho khảo sát loại có độ sụt 15cm (độ xòe tương đương 48cm) Khảo sát loại tổng chiều dài đường ống ngang đứng 100m; 200m; 300m; 400m; 500m Qua tra biểu đồ, tương tự ví dụ hãng Putzmeister bên trên, ta kết sau: với L=100m p a=15,83 bar; với L=200m pa=30,83 bar; với L=300m pa=43,8 bar; với L=400m p a=58,89 bar; với L=500 pa=75,19 bar Chênh lệch áp suất sau 100m đường ống ngang là: p a1=15,83; pa2=15,0; pa3=12,97; pa4=15,09; pa5=16,29 bar Lượng tổn hao áp suất 100m dài đường ống ngang bơm bê tơng nhau, điều có nghĩa biểu đồ phản ánh thực tế Lượng tổn hao áp suất trung bình qua mét ống ngang đường kính 125, với vữa bơm có độ sụt 15 là: p0=((15,83+15,0+12,97+15,09+16,29)/5)/100=75,18/500=0,1504 bar Tỷ lệ quy đổi hao hụt áp suất từ ống đứng ống ngang k=(0,25+0,1504)/0,1504=2,662 (1,0m ống đứng= 2,662m ống ngang đường kính 125, độ sụt vữa 15cm) Khảo sát tương tự với ví dụ với dòng máy bơm tĩnh hãng Putzmeister, dùng đường ống đường kính 125, vữa bê tơng bơm có độ sụt s=6 cm, ta có lượng tổn hao áp suất trung bình mét ống ngang ví dụ 20 p0=0,21 bar Tỷ lệ quy đổi hao hụt áp suất từ ống đứng ống ngang k=(0,25+0,21)/0,21=2,19 (1,0m ống đứng = 2,19m ống ngang đường kính 125, độ sụt vữa 6cm) Qua khảo sát ta thấy với loại đường kính ống tỷ lệ quy đổi ống đứng ống ngang, tỷ lệ nghịch với độ sụt hay độ xòe 21 Hình 11: Xác định tổn hao áp lực riêng dọc đường ống máy bơm tĩnh THS140 hãng Liebherr Thiết kế hệ thống đường ống bơm máy bơm tĩnh cho thi công nhà cao tầng Gọi chiều dài tổng riêng đường ống bơm thẳng đứng X (m), tổng chiều dài đường ống bơm nằm ngang A (m) Thì phương trình cân áp suất máy bơm đáp ứng tương ứng mức suất tối đa, với áp suất yêu cầu để đạt đến tổng khoảng cách vận chuyển cao xa đó, có dạng sau: (A+k.X)p0=p (7) Với (A.p0) phần áp suất cần thiết để vận chuyển phần đường ống ngang dài A; (k.p0.X) phần áp suất cần thiết để vận chuyển phần đường ống đứng dài X, ẩn số cần tìm) Vẫn dùng loại máy bơm tĩnh THS-140 để khảo sát Ở chế độ làm việc “piston side”, tức chế độ piston chạy chậm, công suất động đẩy 160kw Ta tra suất tối đa Qmax1=82,5 m3/h, tương ứng với áp suất đáp ứng 61,5 bar Hệ số ka=82,5x61,5/160=31,72 Ở chế độ làm việc “rod side”, tức chế độ piston chạy nhanh hơn, tra Q max2=135,7 m3/h áp suất tương ứng 36,7 bar, công suất động đẩy thấp chút (135,7x36,7/31,72)=157 kw Chọn Lượng xả bê tông cần thiết Q=Q max1=82,5 m3/h để áp suất đẩy lớn tương ứng 61,48 bar, thích hợp với chiều cao phân phối cao chế độ Trên mặt cơng trình tổng mặt bằng, dễ dàng tính tốn bố trí sẵn tổng chiều dài bố trí đường ống ngang mặt cơng trình cơng trường A (m) Ví dụ lựa chọn tổng chiều dài đường ống ngang A=45,0+32,4=77,4m (trong 45m bán kính tối đa cần phân phối mái, 32,4m chiều dài đoạn ống ngang mặt đất) Lựa chọn đường kính đường ống bơm 125mm, phù hợp với đường kính cốt liệu Dmax Lựa chọn tính cơng tác (tính lưu động) vữa bê tơng phù hợp với yêu cầu vữa bơm bê tông độ sụt 1218cm Cụ thể chọn loại vữa S=15cm, ta có phương trình (7) xác định là: (77,4+2,662X)0,1504=61,48; Dải phương trình ta X=124,5 (m) Chọn X=122,6 (m); A=77,4 (m); khoảng cách vận chuyển bê tông L=X+A=126,6+77,4=200,0 (m) Với khoảng cách L=200 (m), đường kính ống bơm 125mm, độ sụt S=15cm, suất xả yêu cầu Q=82,5 m 3/h pa=30,83 (bar), tổng áp suất cần thiết p=X/4+pa=122,6/4+30,83=61,48 (bar) Với nhà siêu cao tầng có độ cao lớn nhiều chiều cao X=122,6 đến 124,5 (m) ta chọn nhiều bơm tĩnh loại THS-140 để trung chuyển bê tơng nhiều đợt Đợt bơm đầu có chiều dài ống bơm đứng cao khoảng 141,4m chiều ngang ống bơm ngang 32,4m, (với p=(32,4+141,4x2,662)x0,1504=61,48bar) 22 Đợt cuối dùng cần phân phối với bán kính tối đa 45m, độ vươn cao cần nằm ngang tối đa 136,7m, (với p=(45+136,65x2,662)x0,1504=61,48bar) Với đợt bơm trung chuyển bơm đứng, chiều cao đẩy vữa phân phối xác định theo phương trình (7) (0,0+2,662X)0,1504=61,48; X=153,56 (m) Chọn chiều cao bơm đợt trung chuyển phía khoảng X=153,5m khoảng cách bơm bơm trung chuyển, chiều cao ống đứng, L=X=153,56m khoảng cách lẻ khơng tra trực tiếp pa biểu đồ, trường hợp L=200m Đối với trường hợp chiều cao cơng trình nhà cao tầng H nhỏ chiều cao ống đứng đợt bơm đầu X=122,6m dùng loại bơm tĩnh THS-140, với chiều ngang ống bơm X=77,4m; đường kính ống 125mm, vữa bê tơng độ sụt 15 cm; áp suất đầu cuối đường ống, miệng xả bê tông vào cốp pha dư thừa áp suất so với yêu cầu Lượng dư thừa áp suất tính theo cơng thức: ΔP=p – (0,25H+0,1504(H+A))=61,48 – (0,25H+0,1504(H+77,4)); (bar) Để xử lý lượng dư thừa áp suất này, ta chuyển sang tính tốn với chế độ làm việc “rod side”, tức chế độ piston chạy nhanh hơn, để tăng lượng xả bê tông giảm áp xuất dư thừa Nếu không chuyển chế độ làm việc hay chuyển mà dư thừa áp suất phải lấy giá trị áp lực đầu cuối dư thừa ΔP để làm giá trị tải trọng đổ bê tông bơm thiết kế cốp pha, thay giá trị tải trọng đổ bơm, tiêu chuẩn TCVN 4453:1995 400 (kG/m2) = 0,04 (bar) Chọn lựa xe bơm cần Hình 12: Một số biểu đồ phạm vi không gian hoạt động cần bơm vài xe bơm cần Đối với xe bơm cần, khác biệt so với bơm tĩnh chủng loại chiều dài đường ống gắn vào cần, khoảng cách phân phối vữa bê tông L, xác định trước Việc chọn lựa độ vươn cao H=X độ vươn xa A phụ thuộc vào biểu độ tính khoảng cách bơm, thỏa mãn X+A=L Sau lựa chọn xong X A đủ đảm bảo cấp vữa bê tông đến điểm xa mặt mái nhà với lượng xả (năng suất) yêu cầu, việc tính áp suất yêu cầu tính theo cơng thức p=(0,25X+L.p0) (bar), (8) 23 Hình 13: Biểu đồ tính cần bơm thơng số máy bơm xe bơm cần Liebherr 50M5XXT Chiều dài cần bơm xe bơm cần Liebherr 50M5XXT Lv=44,4m Tổng chiều dài đường ống quy đổi trang bị xe bơm cần L=9,67+7,97+7,67+9,72+10,075x0,135+10x0,425+7,2x1,5+4x0,425+4,00=44,425+10x0,425+7,2x1,5+4x0,42 5+4,00=44,4x1,468=65,175m (hệ số φa=1,468) 24 Hình 14: Kích thước triển khai đường ống bơm xe bơm cần Liebherr 50M5XXT Công suất động loại máy bơm THP140H chế độ ưu tiên áp suất bơm 360kw Ka=Q.Pa/N=96x119/360=31,73 Công suất động chế độ làm việc ưu tiên suất bơm N=Q.Pa/Ka=138x80/31,73=348kw Với chế độ ưu tiên áp suất bơm thích hợp cho vận chuyển bê tông thẳng đứng lên cao Năng suất bơm tối đa Qmax1=96m3/h Áp suất bơm tương ứng máy bơm cung cấp Pa1=119bar Độ cao bơm lớn H=49,1m Chiều dài ống bơm xe bơm cần khơng đổi L=65,175m Đường kính ống bơm 125mm Chọn độ sụt vữa bê tông dùng cho công tác bơm S=15cm Áp suất cần thiết là: p=49,1/4+65,175p0=12,275+65,175p0=12,275+7,037=19,312bar Áp suất dư là: p=119-19,312=99,67bar, lượng dư lớn q lãng phí 25 Hình 15: Xác định tổn hao áp suất riêng cho máy bơm THP140H lắp cho xe bơm cần Liebherr 50M5XXT Chuyển sang chọn chế độ ưu tiên suất bơm Năng suất bơm tối đa chế độ là: Qmax2=138m3/h Áp suất bơm tương ứng mà máy bơm cung cấp Pa2=80bar Với tổng chiều dài đường ống bơm lắp sẵn xe bơm 26 L=65,175m, đặc tính vữa dùng cho bơm khơng đổi, ta tra biểu đồ ngoại suy giá trị tổn hao áp suất riêng mét tổng chiều dài 65,175m pa1=17,222bar Quy đổi tương đương cho 100m giá trị tổn hao áp suất riêng pa1=26,4246bar Qua tra biểu đồ, ta kết sau: với L=100m pa2=26,389 bar; với L=200m pa3=51,574 bar; với L=300m pa4=72,963 bar Chênh lệch áp suất sau 100m đường ống ngang là: p a1=26,4246; pa2=26,389; pa3=25,185; pa4=21,389 bar Lượng tổn hao áp suất trung bình qua mét ống ngang đường kính 125, với vữa bơm có độ sụt 15 là: p0=(17,222+26,389+25,185+21,389)/(300+65,175)=90,185/365,175=0,24696 bar hay p0=(26,4246+26,389+25,185+21,389)/400=99,3876/400=0,24847 bar chọn p0=0,24847 bar Áp suất cần thiết là: p=49,1/4+65,175p0=12,275+65,175x0,24847=12,275+16,194=28,469bar Áp suất dư là: p=80-28,469=51,531bar, lượng dư lớn đỡ lãng phí Hình 16: Xác định tổn hao áp suất riêng cho máy bơm THP125 lắp cho xe bơm cần Liebherr 50M5XXT Công suất động loại máy bơm THP125 chế độ ưu tiên áp suất bơm 360kw Ka=Q.Pa/N=95x75/360=19,79 Công suất động chế độ làm việc ưu tiên suất bơm N=Q.Pa/Ka=125x55/19,79=347,4kw Chọn chế độ ưu tiên suất bơm Năng suất bơm tối đa chế độ là: Qmax2=125m3/h Áp suất bơm tương ứng mà máy bơm cung cấp Pa2=55bar Với tổng chiều dài đường ống bơm lắp sẵn xe bơm 27 L=65,175m, đặc tính vữa dùng cho bơm không đổi, ta tra biểu đồ ngoại suy giá trị tổn hao áp suất riêng mét tổng chiều dài 65,175m pa1=15,556bar Quy đổi tương đương cho 100m giá trị tổn hao áp suất riêng pa1=23,868bar Qua tra biểu đồ, ta kết sau: với L=100m pa2=24,167 bar; với L=200m pa3=46,667 bar; với L=300m pa4=66,019 bar Chênh lệch áp suất sau 100m đường ống là: p a1=23,868; pa2=24,167; pa3=22,5; pa4=19,352 bar Lượng tổn hao áp suất trung bình qua mét ống ngang đường kính 125mm, với vữa bơm có độ sụt 15cm là: p0=(15,556+24,167+22,5+19,352)/(300+65,175)=81,575/365,175=0,2234 bar hay p0=(23,868+24,167+22,5+19,352)/400=89,887/400=0,2247 bar chọn p0=0,2247 bar Áp suất cần thiết là: p=49,1/4+65,175p0=12,275+65,175x0,2247=12,275+14,645=26,92bar Áp suất dư là: p=55-26,92=28,08bar, lượng áp suất dư giảm đáng kể nên đỡ lãng phí nhiều Vậy chọn tổ hợp xe bơm cần Liebherr 50M5XXT với máy bơm THP125 hợp lý 28 Hình 17: Biểu đồ tính khơng gian phục vụ cần bơm cho xe bơm cần Liebherr 50M5XXT Giả sử, độ cao đổ bê tông tầng n 35,0m; vị trí đổ bê tơng tầng n xa có bán kính đổ tới tâm gốc cần phân phối mặt 30,0m Tra biểu đồ tính không gian phục vụ xe bơm 50M5XXT phù hợp với độ cao đổ bán kính phục vụ Với tổ hợp xe bơm cần vừa chọn, áp suất yêu cầu để thi công nhà là: p=35,0/4+65,175x0,2247=8,75+14,645=23,395bar Áp suất dư p=55-23,395=31,605bar Tương ứng suất bơm bê tông lớn lên tầng n 125m3/h Một ví dụ khác xe bơm cần tài liệu tham khảo số 4, có: Chiều dài cần bơm 35,07m, hệ số φ a=1,3 Chiều dài ống bơm là: L2=8,64+4x0,425+(6,4+5,07+5,07+5,07+6,39)+10x0,425+3,00= 29 35,07x1,3=45,59m Áp suất riêng cần thiết là: p 0=1,06bar/m Tổng áp suất yêu cầu để bơm tới độ cao lớn H max=28m là: p=28/4+45,59x1,06=7,0+48,325=55,325bar Chương 3: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHỌN LỰA SỬ DỤNG THIẾT BỊ BƠM BÊ TƠNG THI CƠNG NHÀ CAO TẦNG Tóm lại, quy trình tính tốn thiết kế sử dụng máy bơm vận chuyển vữa lên cao thi công nhà cao tầng cần phải thực sau: Đối với bơm tĩnh: Tùy thuộc vào quy mơ chiều cao cơng trình nhà mà chọn lựa suất yêu cầu tối đa Q theo chế độ làm việc ưu tiên suất “rod side”, hay chế độ ưu tiên áp suất bơm “piston side” Đối với nhà cao tầng chiều cao nhà 50m nên chọn chế độ làm việc ưu tiên áp suất bơm Nhà cao 100m chọn phương pháp bơm truyền theo đợt Từ suất yêu cầu tố đa Q tra biểu đồ tính máy bơm dòng bơm hãng sản xuất máy bơm áp suất đáp ứng tương ứng Xác định đường kính ống bơm phù hợp với đường kính cốt liệu lớn vữa bê tơng Xác định tính lưu động u cầu vữa bê tơng (độ sụt hay độ chảy xòe) theo Cấp độ bền cấu kiện bê tơng (cường độ), theo tính cơng tác vữa bê tơng, theo phụ gia hóa dẻo, theo yêu cầu vữa bê tông sử dụng để bơm bê tông Với tổ hợp giá trị xác định Q, đường kính ống bơm, độ sụt hay độ xòe, ta khảo sát hàng loạt khoảng cách bơm khác để xác định Tổng tổn hao ứng suất động dòng vật liệu trung bình mét đường ống bơm p Tổn hao áp suất riêng p0 xác định qua cơng thức giải tích thực nghiệm có cơng thức hãng sản xuất bơm đưa (ví dụ cơng thức (4)) Từ tính hệ số quy đổi tổn hao áp suất bơm từ đường ống đứng sang đường ống ngang, k=(0,25+p0)/p0 Trên mặt cơng trường, bố trí vị trí đặt máy bơm, xác định tầm với A theo phương ngang mặt để cung cấp vữa ngang đến vị trí xa mặt mái cơng trình Tiếp theo sử dụng phương trình (7) để xác định chiều dài đường ống bơm đứng yêu cầu X tính khoảng cách bơm L=A+X Kiểm tra điều kiện cân áp suất đáp ứng tương ứng với Q, so với áp suất yêu cầu tính theo chiều dài ống chọn A, X L 30 Hình 18: Quy trình chọn lựa tổ hợp máy bơm tĩnh cấp bê tông cho thi công nhà cao tầng Nếu có dư thừa áp suất ΔP thay đổ chế độ làm việc khơng dùng giá trị áp suất dư thừa để tính tốn thiết kế cốp pha Nếu chiều cao nhà lớn gấp nhiều chiều cao X máy bơm tĩnh, thiết kế biện pháp chia đợt bơm trung chuyển Các đợt trung chuyển bên thiết kế chiều cao bơm đứng mà khơng có chiều ngang bơm ngang, A=0 31 Đối với xe bơm cần: Xe bơm cần thường thích hợp cho nhà cao tầng có chiều cao nhỏ 50m với 01 đợt bơm từ xe bơm Do đó, lựa chọn họ xe bơm sơ theo quy mơ kích thước hình học nhà (độ cao công tác mái nhà H bán kính bơm lớn R cho tầng mái nhà) biểu đồ đặc tính khơng gian phục vụ dòng xe bơm cần Sau chọn lựa sơ dòng xe bơm cần theo thơng số chiều cao yêu cầu bán kính bơm yêu cầu, tiến hành xác định chiều dài đường ống bơm bố trí xe bơm cần qua tính tổng chiều dài triển khai đường ống bơm qua chiều dài cần hệ số φa Đối với xe bơm cần, qua ví dụ thấy rằng: chiều cao bơm yêu cầu thường không lớn không cần nhiều áp suất bơm yêu cầu Nên thường chọn theo chế độ làm việc máy bơm chế độ ưu tiên suất xả bê tơng Xác định tính lưu động u cầu vữa bê tơng (độ sụt hay độ chảy xòe) theo Cấp độ bền cấu kiện bê tông (cường độ), theo tính cơng tác vữa bê tơng, theo phụ gia hóa dẻo, theo u cầu vữa bê tơng sử dụng để bơm bê tông Chọn loại máy bơm cho xe bơm cần Với tổ hợp giá trị xác định Qmax với chế độ ưu tiên suất xả bê tơng, đường kính ống bơm, độ sụt hay độ xòe, ta khảo sát hàng loạt khoảng cách bơm khác để xác định Tổng tổn hao ứng suất động dòng vật liệu trung bình mét đường ống bơm p0 Tổn hao áp suất riêng p xác định qua cơng thức giải tích thực nghiệm có cơng thức hãng sản xuất bơm đưa (ví dụ cơng thức (4)) Từ Qmax tra biểu đồ tính dòng máy bơm p max áp suất cung cấp tương ứng với Qmax Từ tính tổn hao áp suất bơm việc sử dụng công thức p=H.γb+L.p0=0,25H+L.p0 (9) Kiểm tra điều kiện áp suất bơm pmax≥p, tính chênh lệch áp suất dư: ΔP=pmax–p Nếu áp suất dư lớn tiến hành chọn lại máy bơm Sau chọn xong máy bơm chính, kiểm tra lại điều kiện khơng gian cho tầng nhà tính áp suất dư vị trí thi cơng tầng nhà Nếu áp suất dư lớn trị số áp lực đổ bê tông tiêu chuẩn dùng để thiết kế cốp pha, lấy giá trị áp suất dư để tính thiết kế cốp pha 32 Đối với cần phân phối: Cần phân phối chọn lựa tương tự cần phân phối gắn xe bơm cần, với thông số máy bơm máy chủ bơm tĩnh bên dưới, độ cao công tác công thức (9) độ cao công tác đợt bơm Kết luận Kết đóng góp đề tài đưa hệ thống quy trình chọn lựa chuẩn cho việc lập biện pháp thi công cung cấp vận chuyển bê tông lên cao thi công nhà nhiều tầng, cao tầng siêu cao tầng mà trước chưa có Tham khảo Ma sát cách xác định ma sát bê tông tươi thành ống bơm Nguyễn Thế Dương, Ngô Tiến Tùng, Phạm Quang Nhật.Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Duy Tân, số 4, 2012 Khảo sát thực nghiệm thông số bơm 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 (http://khoaxaydung.duytan.edu.vn/media/86136/khao-sat-thuc-nghiem-cac-thongso-bom-hon-hop-be-tong-theo-thoi-diem-su-dung-phu-gia-sieu-deo-converted.pdf ) Nghiên cứu giải pháp tối ưu vận chuyển bê tông thi công nhà siêu cao tầng”, Vũ Hoài, TS Phạm Toàn Đức, năm 2016 Đồ án tốt nghiệp ngành khí xây dựng trường Bách khoa Đà Nẵng: Khảo sát xe bơm bê tông Putzmeister, năm 2007, sinh viên Trương Văn Minh Phú, giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Đông (http://luanvan.net.vn/luan-van/do-an-khao-sat-xe-bom-be-tong-putzmeister23057/#) Hỏi-đáp thiết kế thi công kết cấu nhà cao tầng, tập II, Triệu Tây An, nhà xuất Xây dựng, 1996 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam: TCXDVN 200:1997 Nhà cao tầng-kỹ thuật bê tông bơm Máy bơm bê tông kiểu tĩnh, Putzmeister (https://www.sp-mea.com/wpcontent/uploads/2018/11/Putzmeister-Stationary-Pump.pdf) Máy bơm bê tông kiểu tĩnh, Liebherr (https://www.liebherr.com/en/sgp/products/construction-machines/concretetechnology/concrete-pumps/stationary-concrete-pumps/stationary-concretepumps.html) Xe bơm cần hãng Liebherr (https://www.liebherr.com/en/sgp/products/construction-machines/concretetechnology/concrete-pumps/truck-mounted-concrete-pumps/truck-mounted-concretepumps.html) 33 ... lựa chọn máy bơm bê tông lên cao thi công nhà nhiều tầng, nhà cao tầng siêu cao tầng Định nghĩa phân loại máy móc thi t bị bơm bê tông 3.1 Máy bơm tĩnh Máy bơm tĩnh bê tơng, loại máy móc phương. . .Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường năm 2019 Mã hiệu đề tài: 92-2019/KHXD ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP CHỌN THI T BỊ BƠM BÊ TÔNG TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG Chủ trình đề tài: Dỗn Hiệu... để bơm tới độ cao lớn H max=28m là: p=28/4+45,59x1,06=7,0+48,325=55,325bar Chương 3: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHỌN LỰA SỬ DỤNG THI T BỊ BƠM BÊ TÔNG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG Tóm lại, quy trình tính tốn thi t