2.1. Phõn tớch và lựa chọn nguyờn lý tớnh toỏn thiết kế thành phần hỗn hợp bờ tụng
2.1.2.1. Thiết kế thành phần hỗn hợp bờ tụng đầm lăn theo nguyờn lý bờ tụng
Phương phỏp thiết kế hỗn hợp bờ tụng đầm lăn theo nguyờn lý bờ tụng coi hỗn hợp bờ tụng đầm lăn là hỗn hợp bờ tụng dẻo thụng thường. Phương phỏp thiết kế theo nguyờn lý bờ tụng được xem sự lấp đầy, lốn chặt lẫn nhau giữa cỏc loại vật liệu trong bờ tụng là cơ sở để tớnh toỏn. Nguyờn lý này được sử dụng nhiều để thiết kế cỏc cụng trỡnh bờ tụng khối lớn như đập thuỷ điện, đập tràn…
Một số phương phỏp thiết kế dựa trờn nguyờn lý bờ tụng [39]
- Phương phỏp dư hồ CKD – Cục khai hoang Mỹ (USBR) - Phương phỏp thiết kế bờ tụng đầm lăn – Hiệp hội bờ tụng Mỹ - Phương phỏp RCCD – Trung Quốc
a. Phương phỏp dư hồ CKD – Cục khai hoang Mỹ (USBR)
Phương phỏp thiết kế dư hồ do Dunstan đề xuất và được Cục khai hoang Mỹ (USBR0) cải tiến để thiết kế thành phần bờ tụng đầm lăn cho đập Upper Stillwater (Mỹ). Phương phỏp này đỏp ứng yờu cầu cao về tớnh chống thấm nước và cú lượng dựng xi măng lớn hơn cỏc phương phỏp khỏc.
Trỡnh tự thiết kế theo phương phỏp dư hồ:
-Xỏc định khối lượng riờng của xi măng (XM), tro bay (TB), đỏ (Đ), cỏt (C), độ rỗng của cốt liệu, cấp phối hạt của cốt liệu như bờ tụng thường.
- Xỏc định tỷ lệ N/(XM + TB) theo trọng lượng dựa vào cường độ nộn yờu cầu ở tuổi thớch hợp.
Với Rn365 = 29,7 MPa cần N/(XM + TB) = 0,5. Với Rn365 = 15,9 MPa cần N/(XM + TB) = 0,7.
- Xỏc định tỷ lệ thay thế xi măng bằng tro bay theo cường độ nộn ở tuổi tương ứng. Từ đú lượng dựng xi măng, tro bay, nước được tớnh toỏn cho 1 đơn vị thể tớch hồ (XM + TB + N).
- Tỷ lệ Hồ/Vữa được lựa chọn tựy vào khoảng thời gian cho phộp giữa cỏc lớp đổ tại hiện trường. Đối với thời gian giữa cỏc lớp lu lốn từ 12h đến 24h thỡ chọn tỷ lệ Hồ/Vữa = 0,39.
-Xỏc định tỷ lệ vữa cần thiết. Lượng vữa cần lớn hơn thể tớch phần rỗng từ 5 ữ 10%, tốt nhất nờn chọn lớn hơn 7%.
-Tỷ lệ đỏ (%) được xỏc định bằng hiệu số của 100% và tỷ lệ vữa.
-Hàm lượng bọt khớ được xỏc định trong trạng thỏi ẩm bóo hũa của cốt liệu.
- Tiến hành trộn thử trong phũng thớ nghiệm và thử độ cứng VC của hỗn hợp. Nếu độ cứng khụng đạt yờu cầu thỡ phải điều chỉnh lượng nước dựng.
- Mẻ trộn cần phải được điều chỉnh lại khi thay đổi tổ hợp cỏc thành phần TB/XM, N/ (XM + TB), (XM + TB)/C, hoặc thay đổi cấp phối hạt của cỏt. Đỳc mẫu kiểm tra cường độ. Điều chỉnh từng biến trong khi giữ nguyờn cỏc biến khỏc.
b. Phương phỏp thiết kế bờ tụng đầm lăn – Hiệp hội bờ tụng Mỹ
Cỏc bước thiết kế được tiến hành như sau:
- Xỏc định thể tớch hồ tối thiểu. Đối với hỗn hợp bờ tụng đầm lăn sử dụng cho việc lút đệm giữa cỏc lớp đổ nờn lấy tỷ lệ Hồ/Vữa = 0,42 (Ph/v).
Đối với hỗn hợp BTĐL ở cỏc lớp rải bỡnh thường nờn lấy tỷ lệ Hồ/Vữa = 0,38.
-Chọn P/XM và nước N/(XM + P) phự hợp với cường độ yờu cầu.
-Xỏc định thể tớch của cốt liệu lớn Vd
- Xỏc định thể tớch vữa Vv với giả thiết lượng bọt khớ và 2%. Vv =
1000.0,98 – Vđ (2.1)
-Xỏc định thể tớch hồ Vh sử dụng tỷ lệ Ph/v từ bước 1
Vh = Vy.( 1 - Ph/v) = Vv - Vh (2.2)
-Xỏc định thể tớch cốt liệu nhỏ
N (XM + P) 1 + N XM + P -Xỏc định lượng dựng nước: V$. N V" = XM + P XM + P
-Xỏc định lượng dựng xi măng theo thể tớch:
(2. 4) V12 = . V" (2. 5) -Xỏc định lượng dựng phụ gia Puzzolan theo thể tớch: Vp = Vxm.(P/XM) (2.6)
-Quy đổi cỏc giỏ trị vật liệu thành phần BTĐL theo thể tớch ra khối lượng.
- Thớ nghiệm hỗn hợp bờ tụng đầm lăn với cỏc giỏ trị C/CL để xỏc định tỷ lệ C/CL tối ưu. Giỏ trị C/CL tối ưu ứng với trị số Vebe thấp nhất và khối lượng thể tớch của hỗn hợp bờ tụng đầm lăn được đầm lốn đạt giỏ trị cao nhất.
- Sau khi xỏc định được tỷ lệ C/CL tối ưu, cố định tỷ lệ C/CL thay đổi tỷ lệ N/(XM + P). Thiết lập mối quan hệ giữa cường độ nộn của bờ tụng đầm lăn và tỷ lệ N/(XM + P). Căn cứ vào cường độ yờu cầu chọn tỷ lệ N/(XM + P).
c. Phương phỏp RCCD - Trung Quốc
Thiết kế thành phần tương tự như bờ tụng thụng thường, dựng nguyờn lý bao bọc lấp kớn và tớnh toỏn cỏc thành phần bằng phương trỡnh thể tớch tuyệt đối.
CKD N
-Lựa chọn tỷ lệ N/CKD
Căn cứ vào yờu cầu về cường độ và tớnh bền vững của bờ tụng đầm lăn, lựa chọn tỷ lệ N/CKD. Trong điều kiện lượng dựng xi măng và chất độn ổn định, thớ nghiệm tỡm quan hệ giữa cường độ bờ tụng và tỷ lệ N/CKD ở tuổi 90 ngày.
Việc tớnh hàm lượng chất kết dớnh dựa trờn cụng thức: Tr on g đú : R 5 6 = A. R 8 9 : − B (2. 7) R90: cường độ bờ tụng đầm lăn ở tuổi 90 ngày, MPa; Rckd: cường độ của chất kết dớnh ở tuổi 28 ngày, MPa;
N, CKD: lượng nước, chất kết dớnh bao gồm XM và phụ gia khoỏng, kg/m3;
A, B: hệ số phương trỡnh hồi qui được xỏc định bằng thớ nghiệm.
- Chọn tỷ lệ sử dụng phụ gia khoỏng: Căn cứ loại xi măng, chất lượng phụ gia khoỏng, yờu cầu kỹ thuật, tỡnh hỡnh sử dụng và quy mụ cụng trỡnh.
- Chọn lượng nước: Căn cứ vào yờu cầu tớnh cụng tỏc và Dmax của cốt liệu thụ, xỏc định mối quan hệ giữa lượng nước và dung trọng của bờ tụng đầm lăn, quan hệ giữa lượng nước và cường độ, từ kết quả thớ nghiệm chọn lượng nước thớch hợp nhất.
-Chọn tỷ lệ C/CL để thoả món yờu cầu cụng nghệ thi cụng bờ tụng đầm lăn. - Sau khi tớnh được N, X, P, C/CL dựng phương trỡnh thể tớch tuyệt đối để tớnh được lượng cỏt và đỏ: Trong đú: X + N ρ1 ρB + C + D + ρCP ρD ρE = 1000 − V9 (2. 8)
N, X, P, C, D: lượng nước, xi măng, chất độn, cỏt, đỏ cho 1m3 bờ tụng (kg)
ρN, ρX, ρP, ρC, ρD: khối lượng riờng của nước, xi măng, chất độn, cỏt, đỏ
Vk: hàm lượng bọt khớ của bờ tụng đầm lăn (%)
Sau khi tớnh toỏn, đỳc mẫu thử trong phũng thớ nghiệm, nờn điều chỉnh cỏc thụng số để BTĐL cú được những tớnh chất kỹ thuật yờu cầu và đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.