1 Phương pháp thiết kế cấp phối hỗn hợp bê tơng đầm lăn TS Hồng Phó Un Viện Khoa học Thuỷ lợi I Đặt vấn đề Thiết kế cấp phối việc nghiên cứu tính tốn lý thuyết sau tiến hành thử nghiệm kiểm chứng phịng thí nghiệm để lựa chọn tỷ lệ hợp lý thành phần hỗn hợp bê tông đầm lăn Cũng nhưbê tông truyền thống , tỷ lệ cấp phối phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật bê tơng đầm lăn mà nhà thiết kế cơng trình yêu cầu Cụ thểđối với đập trọng lực bê tông đầm lăn phải đạt cường độ, độchống thấm nước đảm bảo độ bền vững kết cấu cơng trình Việc tính tốn thiết kế hợp lý tỷ lệ hỗn hợp bê tông đầm lăn khâu quan trọng để có sản phẩm bê tông đầm lăn chất lượng cao, vừa đảm bảo kinh tế tiết kiệm vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Tuy nhiên tỷ lệ thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông đầm lăn phụ thuộc vào u cầu cụ thể cơng trình, vật liệu để xây dựng cơng trình, thiết bị vận chuyển hỗn hợp bê tông đầm lăn thiết bị san đầm Nhà thầu thi cơng cơng trình Hiện giới có nhiều phương pháp thiết kế cấp phối hỗn hợp bê tông đầm lăn theo nhiều trường phái khác phương pháp Mỹ ( có đến phương pháp ), Trung Quốc, Nhật v.v… Bài viết giới thiệu phương pháp thiết kế cấp phối hỗn hợp bê tơng đầm lăn Phịng NC Vật liệu – Viện Khoa học Thuỷ lợi với giúp đỡ Giáo sư TSKH Nguyễn Thúc Tuyên tham khảo tài liệu cấp phối bê tông đầm lăn cơng trình xây dựng Thuỷ lợi, Thuỷđiện Việt nam II Một số cứđểtính tốn thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông đầm lăn 2.1 Cường độ Cường độ bê tông đầm lăn thường quan thiết kế cơng trình xác định tính tốn thiết kế Đối với bê tơng truyền thống cường độ phụ thuộc vào hàm lượng xi măng, bê tơng đầm lăn loại bê tông nghèo xi măng cường độ phụ thuộc vào hàm lượng chất kết dính ( xi măng + phụ gia khống hoạt tính nghiền mịn ) cơng nghệđầm cán Một yếu tố định đến cường độ bê tông đầm lăn , loại bê tơng khác tỷ lệ: Nước / Chất kết dính 2.2 Độ chống thấm Khả chống thấm nước bê tông đầm lăn định đến khả chống lại xâm thực môi trường cơng trình Độ bền cơng trình xây dựng từ bê tơng đầm lăn ngồi việc phụ thuộc vào cường độ cịn phụ thuộc vào khả chống thấm Bê tơng đầm lăn dùng cho xây dựng đập thường thiết kế với hàm lượng xi măng thấp ( nghèo xi măng ) nên khả chống thấm nước thường so với bê tơng truyền thống có mác Chính để bảo vệ kết cấu bê tông đầm lăn nghèo xi măng trước tác động môi trường, cần phải tính tốn thiết kế lớp bê tơng giầu xi măng bao bọc mặt ngồi hopặc phải sử dụng màng chống thấm nước 2 2.3 Độ công tác ( Vc ) Độ công tác ( Vc ) tính chất hỗn hợp bê tơng đầm lăn , qua xác định khảnăng đổ đầm hỗn hợp bê tông đầm lăn với loại thiết bịthi cơng thích hợp khơng gây tượng phân tầng phân lớp ảnh hưởng xấu đến chất lượng kết cấu cơng trình Độ cơng tác Vc hỗn hợp bê tông đầm lăn phụ thuộc vào hàm lượng dùng xi măng, lượng nước trộn, hàm lượng dùng phụ gia khoáng nghiền mịn phụgia hoá học, cấp phối hỗn hợp, hình dạng cốt liệu, tỷ lệ cốt liệu lớn cốt liệu nhỏ 2.4 Hiện tượng sinh nhiệt khối đổ bê tông đầm lăn Hỗn hợp bê tơng đầm lăn có lượng dùng xi măng lượng nước trộn thấp, phần xi măng thay phụ gia khống hoạt tính nghiền mịn, làm cho nhiệt thuỷ hoá xi măng khối bê tông đầm lăn giảm đáng kể Tuy phải cần nghiên cứu tính tốn lượng dùng chất kết dính hợp lý đểđảm bảo cường độ, độ bền tính chất lý khác sản phẩm bê tông đầm lăn sau đông cứng phù hợp với yêu cầu thiết kếđề 2.5 Cốt liệu Kích cỡ lớn ( Dmax ) cốt liệu lớn thường gây ảnh hưởng đến phân tầng trình vận chuyển san đầm hỗn hợp bê tông đầm lăn Với công nghệ thi công thiết bị thi công tiên tiến , cơng trình đập trọng lực dùng cốt liệu có Dmax đến 150mm Tuy nhiên Việt nam, qua số cơng trình thi cơng bê tơng đầm lăn như: Định Bình, Plejkrơng, Bản vễ v.v… Dmax cốt liệu lớn thường chỉđến 60mm Đối với cơng trình sử dụng cát tự nhiên mà khơng đủ thành phần hạt mịn cần bổ xung loại vật liệu mịn nhỏ cỡ sàng 75 μm yếu tố quan trọng để giảm lỗ rỗng vữa bê tông đầm lăn tạo hỗn hợp có độ kết dính tính dễđổ tốt 2.6 Hàm lượng nước Hàm lượng nước trộn ảnh hưởng đến cường độ độ chống thấm bê tông đầm lăn Tuy nhiên hàm lượng nước thấp làm cho độ công tác Vc lớn khó thi cơng q trình đầm cán Chính cần phải sử dụng phụ gia dẻo hoá giảm nước để tối ưu hoá lượng nước trộn hỗn hợp bê tông đầm lăn III Phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông đầm lăn 3.1 Nguyên tắc chung -Thiết kế thành phần theo phương pháp thể tích tuyệt đối có kểđến hàm lượng khí tồn hỗn hợp bê tông đầm lăn – 2%không kể lỗ rỗng khối bê tông thi công gây -Mức ngậm cát hợp lý, cát sỏi tự nhiên, cấp phối cấp 26 – 32%, cấp phối cấp 32 – 37% Dùng cát nghiền tăng thêm – 6% Nói chung mức ngậm cát bê tơng đầm lăn lớn bê tông truyền thống khpoảng từ đến 5% Mức ngậm cát tối ưu xác định thông qua thí nghiệm -Tổng lượng chất kết dính ( xi măng + phụ gia khống hoạt tính nghiền mịn ) bê tông đầm lăn không nhỏ 130 kg/m3 -Cốt liệu lớn có Dmax = 40; 60; 80mm; -Hàm lượng phụ gia khống nghiền mịn thích hợp bê tông đầm lăn dao động khoảng 40 – 70% khối lượng chất kết dính; -Tỷ lệ N/CKD < 0,7; -Độcơng tác Vc miệng máy trộn thích hợp từ đến 20 giây; 3.2 Các kiện cần biết -Đối với hỗn hợp bê tông đầm lăn bê tông đầm lăn : Trị số Vc, thời gian đông kết hỗn hợp bê tông, mác bê tông, mác chống thấm hệ số thấm; -Chất kết dính (CKD ) : Cường độ nén tuổi 28 ngày, khối lượng riêng, khối lượng thể tích ( xác định thí nghiệm tính tốn theo tỷ lệ % hỗn hợp chất kết dính ); -Đối với cát : Khối lượng riêng, thành phần hạt; -Đối với đá: Dmax, thành phần hạt, khối lượng riêng; -Đối với phụ gia khống hoạt tính : Khối lượng riêng, tỷ lệ phụgia khống chất kết dính 3.3 Mục đích việc thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông đầm lăn Nhằm xác định hàm lượng loại vật liệu cấu thành ( xi măng, phụ gia khống hoạt tính, cốt liệu lơn, cốt liệu nhỏ, nước phụ gia hoá học ) 1m3 hỗn hợp bê tông đầm lăn để hỗn hợp bê tông đầm lăn đạt yêu cầu thiết kế Các bước thiết kế thành phần hỗn hợp bê tơng đầm lăn A – Phần tính tốn: Bước Xác định tỷ lệ CKD/N Tỷ lệ CKD/N tính theo cơng thức sau đây: CKD CKDBTDL R90 = A.R28 ( − B) N Trong A B hệ số thực nghiệm tra bảng Bảng Hệ sốA B Loại cốt liệu A B Sỏi 0,773 0,789 Dăm 0,811 0,581 BTDL cường độ yêu cầu y/c ( cường độ thí nghiệm )của bê tơng đầm lăn tính cơng R 90 R90 thức: y/c tk R90 =R90 + t.S Trong đó: S – Sai số quan phương xác định từ kết cường độ nén nhóm mẫu; t – Hệ số phụ thuộc vào mức bảo đảm cường độ bê tông P xác định theo bảng Bảng Trị số t Nếu khơng có điều kiện thí nghiệm, lấy Ry/c =(1,1÷1,15).Rtk tuỳ theo mức độ thi cơng bê tông tốt 75,0 80,0 t 0,67 0,840 1,00 1,04 1,28 0,52 84,1 85, P% 70,0 90,0 95,0 1,64 97, 99,9 2,00 3,00 90 90 trung bình Bước Xác định hàm lượng nước trộn 1m3 bê tông theo bảng 3Bảng 3: Hàm lượng nước trộn N, l/m3 Dmax cốt liệu lớn (mm ) Cát tự nhiên Cát nghiền 20 40 80 100 – 120 110 - 125 90 - 115 100- 120 80 – 110 90 - 115 nén, kéo uốn, chống thấm ) Bước điều chỉnh 3:Trộn thử mẻ với thành phần BTĐL điều chỉnh bước & với mức ngậm cát (m ) dùng trộn thêm hai mẻ khác có độ ngậm cát m ± 3, sau thí nghiệm trị số Vc mẻtrộn đểđợc Vc1, Vc2, Vc3 Từđó vẽđường quan hệ Vc mức ngậm cát m Xác định mức ngậm cát tối ưu cho giá trị Vclớn nhất, từđó xác định lại hàm lượng cát đá hỗn hợp BTĐL Bước điều chỉnh 4: Trộn mẻ thử với thành phần xác định bước 1,2 & 3, xác định khối lượng thể tích hỗn hợp BTĐL Tính khối lượng thể tích 1m3 BTĐL, từđó xác định hàm lượng vật liệu thành phần 1m3 BTĐL để áp dụng thi công cơng trình Tuy nhiên lượng cát, đá dùng tính tốn trạng thái bão hồ khơ bề mặt ( SSD ) Nếu thực tế công trường cát đá có độẩm khác SSD phải điều chỉnh lượng nước trộn lượng cát, đá cho cấp phối bê tơng tính tốn khơng thay đổi 6 Tài liệu tham khảo -Hồng Phó Un, Nguyễn Quang Bình Báo cáo kết thí nghiệm hiệu chỉnh cấp phối BTĐL trường – Cơng trình đầu mối Hồ chứa nước Định Bình – Bình Định, 2006 -Phương pháp thiết kế RCC Viện bê tông Mỹ theo ACI 211.3R – 13 -Phương pháp thiết kế RCC phương pháp dung trọng tối đa Mỹ theo ACI 211 3R – 13 -Phương pháp thiết kế RCC Hiệp hội kỹ sư quân Mỹ theo EM – 1110 -2-2006 -Phương pháp thiết kế RCC Mỹ theo ACI 207 5R -Phương pháp thiết kế RCC Cục khai hoang Mỹ -Phương pháp RCCD Trung Quốc -Phương pháp RCD Nhật ... 2006 -Phương pháp thiết kế RCC Viện bê tông Mỹ theo ACI 211.3R – 13 -Phương pháp thiết kế RCC phương pháp dung trọng tối đa Mỹ theo ACI 211 3R – 13 -Phương pháp thiết kế RCC Hiệp hội kỹ sư quân... sư quân Mỹ theo EM – 1110 -2-2006 -Phương pháp thiết kế RCC Mỹ theo ACI 207 5R -Phương pháp thiết kế RCC Cục khai hoang Mỹ -Phương pháp RCCD Trung Quốc -Phương pháp RCD Nhật