1.2.2.1. Thực trạng ứng dụng BTĐL
Những năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đã có bước phát triển đáng kể nhờ có chính sánh mở cửa của Nhà nước. Nhiều cơng trình lớn đang được xây dựng để phát triển cơ sở hạ tầng như các cơng trình giao thơng, thuỷ lợi, thuỷ điện. Hơn 10 năm qua, nhiều cơng trình thủy điện với hàng chục đập bê tơng lớn nhỏ đã được xây dựng ở Việt Nam
năng, điều kiện tự nhiên của từng cơng trình cụ thể, các đập bê tơng ở VN được lựa chọn xây dựng bằng nhiều cơng nghệ khác nhau như đập trọng lực, đập vịm, đập bê tơng bản mặt đá đổ (đối với cơng trình thủy điện hoặc thủy lợi), đập xà lan, đập trụ đỡ (đối với cơng trình thủy lợi)...Trong đó, đập trọng lực chiếm số lượng nhiều nhất và chủ yếu được thi cơng bằng cơng nghệ BTĐL.
- Cơng nghệ bê tông đầm lăn: được áp dụng lần đầu tiên cho đập Pleikrong
(Kontum) vào năm 2005, đến nay hàng chục cơng trình đập đã và đang được xây dựng ở VN với cơng nghệ này (bảng 1.2). Về năng lực thiết kế, sau những đập BTĐL đầu tiên có sự giúp đỡ của các cơng ty nước ngồi (Colenco – Thụy Sỹ, Smec - Úc), hiện nay việc thiết kế các đập BTĐL đều do các đơn vị thiết kế Việt Nam đảm nhiệm.
Bảng 1.2. Một số cơng trình đập đã được xây dựng ở trong nước Tên cơng trình Năm khởi cơng Tên cơng trình Năm khởi cơng
Pleikrong 2003 Định Bình 2005 AVương 2003 Sông Tranh 2006 Bản Vẽ 2004 Bản Chát 2006 Sê San 4 2004 Dakmi4 2007 Đồng Nai 3 2004 Sông Bung 4 2010 Đồng Nai 4 2004 Lai Châu 2011 Sơn La 2005 Trung Sơn 2013
Về lựa chọn vật liệu, hầu hết các đập BTĐL ở Việt Nam đều sử dụng xi măng pooc lăng thường (PC 40 hoặc PC 50) kết hợp với một loại phụ gia khoáng thường là puzơlan có tại địa phương (Gia Quy, Sơn Tịnh, Nghĩa Đàn…) hoặc tro bay tuyển (Phả Lại). Để kéo dài thời gian đông kết cho hỗn hợp BTĐL và để cải thiện lớp dính bám, thường sử dụng phụ gia hóa học giảm nước - kéo dài đơng kết thường được sử dụng ở hầu hết các cơng trình.
Về thi công, hiện nhiều đơn vị thi cơng trong nước đều có thể đảm nhiệm (tập đồn Sơng Đà, cơng ty Xây dựng Thủy lợi 47, tổng công ty Thủy lợi 4, Licogi...). Các thiết bị thi cơng ngồi các máy móc phải nhập khẩu như lu rung, trạm trộn và băng tải
cơng suất lớn, thiết bị làm lạnh (tạo đá vẩy) phải nhập khẩu, các nhà thầu Việt Nam hiện đã chế tạo được trong nước băng tải, trạm trộn cơng suất nhỏ. Cơng suất đổ BTĐL tại các cơng trình đập ở VN thường đạt bình qn (2000 ÷ 3000) m3/ngày. Hình ảnh xây dựng đập BTĐL như trong hình 1.11. Về chất lượng thi cơng, qua các báo cáo đánh giá chất lượng thi cơng một số đập BTĐL ở VN cho thấy chất lượng bê tơng cơ bản đạt u cầu về tính chất cơ lý. Tuy nhiên việc quản lý chất lượng cịn chưa tốt. Theo thống kê, hệ số biến động cường độ kéo bê tơng mẫu khoan phần lớn các đập đều trên 30%. Hệ số biến động cường độ nén khoảng trên 20%. Cơng tác tạo nhám làm sạch mặt lớp thực hiện ở một số đập chưa được quản lý tốt. Việc thiết kế, thi cơng các chi tiết chống thấm tại khe nhiệt tại nhiều cơng trình chưa được đảm bảo.
Hình 1.11. Xây dựng đập BTĐL thủy điện Trung Sơn (Thanh Hóa)
Những năm gần đây, việc sử dụng BTXM cho công tác xây dựng đường ở Việt Nam đang được đẩy mạnh. Theo số liệu thống kê năm 2008, tổng chiều dài đường bê tơng xi măng được xây dựng ở Việt Nam là 22.000 km (chiếm khoảng 9%, chưa kể tới đường đơ thị và đường chun dùng), trong đó tỉ lệ đường BTXM làm đường giao thơng nơng thơn đạt cao nhất (18.900 km, chiếm trên 85%), thấp nhất là đường tỉnh (211 km, chiếm 0,95%), đường quốc lộ có 626 km (chiếm 2,82%) chủ yếu là đường Hồ Chí Minh và một vài đoạn tuyến quốc lộ 1A bị ngập trong mùa mưa lũ. Tuy nhiên, việc ứng dụng cơng nghệ BTXM làm đường cịn chưa đồng đều và chưa phổ biến. Trong khi đó, cơng nghệ thi cơng mặt đường bằng BTĐL cũng đã được nghiên cứu thử nghiệm ở Việt Nam
350/45) (hình 1.12).
Hình 1.12. Thi cơng thử nghiệm mặt đường BTĐL - IBST thực hiện 2001[13]
Năm 2013, một nhóm tác giả nghiên cứu đã ứng dụng cơng nghệ BTĐL cho thi cơng đường giao thơng nơng thơn ở tỉnh Tây Ninh. Kết quả thu được từ việc ứng dụng cơng nghệ này đã đem đến những kết quả rất khả quan. Trên cơ sở đó, đến tháng 12/2015 đã có những quy định tạm thời về thiết kế và thi cơng BTĐL trong xây dựng cơng trình giao thơng.
1.2.2.2. Một số cơng trình nghiên cứu tiêu biểu và ứng dụng BTĐL
1. Cơng trình nghiên cứu của TS. Nguyễn Quang Hiệp – Viện Khoa học Công nghệ và Xây dựng [13]
Trong luận án tiến sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn
cho thi công đường & đập trọng lực” năm 2005, tác giả đã đưa ra một số ý nghĩa khoa
học cụ thể như sau:
- Bằng thí nghiệm kết hợp với lập luận khoa học, luận án đã chỉ ra và lý giải nhu cầu, ảnh hưởng của 2 loại PGK tro bay và puzơlan thiên nhiên đến tính chất của hỗn hợp bê tơng và bê tơng đầm lăn cho đập và mặt đường.
- Trên cơ sở phân tích so sánh các phương pháp thiết kế thành phần BTĐL của các nước trên thế giới, luận án đã đề xuất được qui trình chọn thành phần BTĐL cho đường và đập trong điều kiện Việt Nam .
- Trên cơ sở thi cơng thử nghiệm BTĐL cho một số cơng trình đường và đập và kế thừa kinh nghiệm của các nước trên thế giới, luận án đã bước đầu xác lập được các thơng số cơng nghệ thi cơng BTĐL bằng các thiết bị thi cơng có sẵn ở Việt Nam.
- Bên cạnh những đóng góp đó, luận án chưa nêu rõ những đặc tính cơ lý và các mối quan hệ của BTĐL ứng dụng cho xây dựng đường, mới chỉ đánh giá khía cạnh về chịu nén, trong khi cường độ chịu uốn, mô đun đàn hồi, độ mài mịn lại là những tính chất quan trọng trong xây dựng đường.
2. Cơng trình nghiên cứu của TS. Phạm Hữu Hanh [11]
Trong sách “Bê tơng đầm lăn” của tác giả TS. Phạm Hữu Hanh nhà xuất bản Xây dựng năm 2007 là một trong những tài liệu đầu tiên ở Việt Nam đề cập đến vấn đề này. Cuốn sách đã cung cấp những nội dung cơ bản nhất về BTĐL từ ngun liệu, tính chất, thiết kế, cơng nghệ thi cơng và ứng dụng thực tế tại Việt Nam cho đập Sơng Cơn III ở Quảng Nam. Tuy nhiên, tài liệu chỉ đề cập đến những vấn đề để ứng dụng trong xây dựng đập mà chưa nêu rõ ứng dụng công nghệ này như thế nào cho ngành xây dựng đường.
3. Cơng trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công kết cấu mặt đường bằng bê
tông đầm lăn cho hạ tầng giao thông, đề tài cấp Bộ của Bộ Xây Dựng năm 2013 của nhóm tác giả KS. Lê Xuân Thủy, ThS. Nguyễn Hữu Duy, KS. Trần Minh Đức và KS. Huỳnh Thanh Sơn – Tổng công ty vật liệu xây dựng số 1[9]
- Đánh giá thực trạng nguồn vật liệu xây dựng phục vụ cho việc xây dựng đường BTĐL ở khu vực phía Nam;
- Đề tài nghiên cứu một số cấp phối BTĐL theo các theo tiêu chuẩn ACI211.2R ; - Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu phía Nam đến tính chất và cơng nghệ BTĐL;
- Thiết kế và thi cơng thực nghiệm BTĐL cho sân bãi và hạ tầng giao thơng làm cơ sở đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật thi cơng và nghiệm thu mặt đường BTĐL;
- Tuy nhiên đề tài chỉ mới dừng ở mức độ ứng dụng, chưa đưa ra được cơ sở lý thuyết hay làm sáng tỏ các đặc trưng cơ lý của BTĐL như sự phát triển cường độ như thế nào, mối quan hệ giữa các tính chất ra sao hay mức độ co ngót và giãn nở thế nào. Đây là điều rất quan trọng vì khu vực phía Nam thời tiết nóng kéo dài hơn so với phía Bắc.
4. Theo quy định tạm thời số 4452/QĐ -BGTVT về thiết kế và thi công mặt đường BTĐL [29]
* Phạm vi áp dụng:
- Dùng trong các kết cấu áo đường ơ tơ làm mới có cấp thiết kế từ cấp IV trở xuống theo TCVN 4045:2005, có số lần tích lũy của trục xe 100kN trong thời hạn thiết kế Ne < 1.106 lần, vận tốc khai thác khơng q 50km/h, thời hạn phục vụ thiết kế khơng q 10 năm.
- Dùng cho mặt đường giao thơng nơng thơn theo TCVN 10380:2014; mặt đường nội bộ; bãi đỗ xe; lớp móng trên trong kết cấu áo đường cho các loại đường cao tốc; đường có tải trọng nặng lưu thơng thường xun.
* Cấu tạo: thường sử dụng là các tấm hình chữ nhật có chiều rộng từ 3,0m 4,5m và chiều dài từ 6,0m 10m. Chiều dày thì tùy theo cấp hạng đường và quy mơ giao
thơng mà dao động trong khoảng 18cm 24cm. * Các chỉ tiêu cơ lý đối với BTĐL:
- Cường độ kéo uốn thiết kế u cầu fr: fr ≥ 4,5MPa đối với đường có quy mơ giao thơng cấp trung bình hoặc đường có quy mơ giao thơng cấp nhẹ nhưng có xe nặng với trục đơn > 100kN thơng qua; fr ≥ 4Mpa với đường có quy mơ giao thơng cấp nhẹ khơng có xe nặng với trục đơn > 100kN thơng qua; fz ≥ 2,5MPa khi BTĐL được dùng làm tầng móng của mặt đường ơ tơ cấp cao. - Độ mài mịn xác định theo TCVN 3114:1993 phải khơng được lớn hơn 0,6g/cm2. * Khe dọc và khe co ngang: - Khe dọc: được bố trí dọc tim đường khi đường gồm hai làn xe và thanh liên kết là cốt thép vằn, đặt tại vị trí 1/2 chiều dầy tấm.
- Khe co ngang: khoảng cách các khe từ 6m - 10m, chiều sâu cắt khe khơng nhỏ hơn ¼ chiều dầy tấm. Vật liệu chèn khe là bằng mastic rót nóng, có các chỉ tiêu kỹ thuật theo u cầu.
Mặc dù vậy, qui định chưa nêu rõ các vấn đề liên quan đến thành phần hạt, phương pháp thiết kế BTĐL và các tính chất cơ lý có liên quan đến vật liệu.
1.2.2.3. Tiềm năng ứng dụng cơng nghệ BTĐL Về nguyên liệu vật liệu
Xi măng: hiện nay Việt Nam đang sản xuất các loại xi măng pooc lăng thơng
thường, xi măng pooc lăng hỗn hợp, xi măng bền sulphat, xi măng xỉ, xi măng puzơlan, xi măng trắng, xi măng ít tỏa nhiệt. Trong đó xi măng thơng thường và xi măng pooc lăng hỗn hợp chiếm khối lượng chủ yếu. Xi măng pooc lăng thơng thường ở Việt Nam có 3 mác: 30, 40, 50; xi măng pc lăng hỗn hợp có 2 mác là 30 và 40. Tổng sản lượng xi măng năm 2011 của Việt Nam đạt 56 triệu tấn. Tổng công suất các nhà máy đã và đang xây dựng trên 100 triệu tấn/năm. Năm 2012 tổng sản lượng xi măng lên đến 80 triệu, nguồn ngun liệu dồi dào, cung cấp cho các cơng trình xây dựng.
Phụ gia khống: Hiện nay trong nước có nhiều nguồn PGK có thể sử dụng cho
BTĐL gồm các nguồn nhân tạo như tro nhiệt điện (nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Ninh Bình, ng Bí) và các loại puzơlan tự nhiên như puzơlan Sơn Tây, puzơlan Bà Rịa- Vũng Tàu, điatomit Phú n, điatomit Gia Lai, điatomit Kon Tum...Bên cạnh đó, nhiều nhà máy nhiệt điện đang hoạt động, lượng tro thải ra hàng năm rất lớn trong khi đó việc sử dụng tro cho tới nay cịn rất hạn chế. Trong các nhà máy nhiệt điện của Việt Nam, nhà máy nhiệt điện Phả Lại có cơng suất lớn nhất (gần 1000MW) và lượng tro xỉ do nhà máy này thải ra khoảng 0,5 triệu tấn/năm. Hiện nay, tro bay Phả Lại đã đáp ứng những yêu cầu của ASTM C618 – C311 để làm chất phụ gia cho BTT như bê tông khối lớn, BTĐL, gạch bê tông bọt, gạch bê tông... Theo thống kê, lượng tro tuyển từ 5 nhà máy nhiệt điện vào khoảng 2,8 triệu tấn/ năm (năm 2012), cung cấp một nguồn ngun liệu dồi dào cho các ngành sản xuất.
Về thiết bị thi cơng
Các thiết bị chính để thi cơng theo cơng nghệ BTĐL hiện đều có ở Việt Nam gồm: máy trộn cưỡng bức, xe tải tự đổ, máy rải (asphalt), xe lu rung, xe lu lốp và máy cắt bê tơng. Do vậy, việc phổ biến cơng nghệ này có thể tận dụng được các thiết bị có sẵn ở trong nước, khơng cần tốn thêm nhiều chi phí đầu tư mua thiết bị thi cơng mới.
Hiệu quả áp dụng
Về kinh tế: hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi cơng BTĐL đem lại là rút ngắn thời gian thi cơng, sớm đưa cơng trình vào khai thác sử dụng, ngồi ra cơng nghệ này cho phép giảm giá thành vật liệu đáng kể làm giảm tổng vốn đầu tư.
Về kỹ thuật: khi áp dụng cơng nghệ BTĐL cho xây dựng các cơng trình khối lớn cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm được lượng dùng xi măng, vì vậy giảm được nguy cơ nứt khối bê tơng do ứng suất nhiệt.
Về mơi trường: nhờ việc giảm lượng dùng xi măng trong BTĐL và có thể thay thế một phần bằng PGK giúp giảm mức tiêu hao năng lượng và ô nhiễm môi trường do ngành công nghiệp sản xuất xi măng gây nên.