CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM, CÁC YÊU CẦU SỬ DỤNG VẬT LIỆU
2.1. Đặc điểm, các y êu cầu vật liệu sử dụng cho RCC
Yếu tố quan trọng nhất cần xem xét khi lựa chọn nguồn, hình dạng và thành phần hạt của dăm thô đó là để tránh sự phân tầng. Cho dù các tính chất lý thuyết của một RCC có tốt đến thế nào chăng nữa, nếu bê tông đó phân tầng trong khi vận chuyển, rải và đầm, các đặc tính tại chỗ vẫn thấp hơn những kết quả đã dự kiến. Để tránh phân tầng, người ta nhận thấy rằng một dăm có cấp phối thành phần hạt tốt sẽ phù hợp hơn. Tuy nhiên với các hỗn hợp RCC hàm lượng kết dính th ấp, người ta nhận thấy rằng khi tăng tỉ lệ dăm mịn trong phạm vi cấp phối thành phần hạt tổng, có thể giảm được xu hướng phân tầng.
Cũng có thể sử dụng dăm nghiền để giảm xu hướng phân tầng, khi so với một dăm cạnh tròn tự nhiên.
Kích thước max lớn nhất của dăm có thể có ảnh hưởng lớn lên sự phân tầng.
Thông thường kích thước max càng nhỏ thì càng giảm xu hướng phân tầng. Tuy nhiên, như vậy lại cần sản xuất ra các loại dăm với kích thước max nhỏ hơn để đáp ứng cân bằng tránh nhu cầu phân tầng.
Kích thước Dmax có xu hướng từ 50÷60mm đối với dăm nghiền và khoảng từ 40÷50mm đối với dăm thiên nhiên. Kích thước max của cốt liệu dăm không liên quan đến chiều dày lớp hoặc thiết bị đầm. Khả năng đầm chặt trước hết bị chi phối bởi tính công tác của bê tông. Cần chúý rằng hỗn hợp có tính công tác thấp hơn có xu hướng phân tầng cao hơn so với hỗn hợp có tính công tác cao hơn, với thời gian Vebe dưới 20 giây.
2.1.2. Cốt liệu mịn (cát)
Thành phần hạt của dăm mịn có ảnh hưởng lớn đến các yêu cầu về hồ và tính đầm chặt của một RCC. Các thành phần hạt của dăm mịn phù hợp với các giới hạn bê tông truyền thống đãđược sử dụng thành côngở hầu hết các đập RCC. Dăm mịn với những thành phần hạt này đôi khi cần nhiều vật liệu kết dính hơn so với lượng dùng cho các hỗn hợp nghèo sử dụng nhiều dăm mịn hơn so với các cho phép thông thường.
Người ta cũng đã sử dụng cốt liệu dăm chưa rửa với phạm vi thành phần hạt rộng hơn so với quy định thông thường. Thành phần hạt của dăm và lượng bột mịn
ảnh hưởng đến tính đầm chặt tương đối của RCC vàảnh hưởng đến số lần rung tối thiểu để hợp nhất hoàn toàn một chiều dày lớp cho trước. Nó cũng ảnh hưởng đến các yêu cầu về nước và vật liệu kết dính cần để lấp các kẽ rỗng trong cốt liệu và bọc các hạt dăm.
Nếu thêm quá nhiều dăm mịn sau khi các kẽ rỗng cốt liệu đãđược lấp lại có thể sẽ là không kinh tế và có thể sẽ ảnh hưởng xấu đến hỗn hợp RCC do bị giảm đi tính công tác, tăng lên nhu cầu về nước và do đó mất cường độ. Một yếu tố khác hạn chế việc bổ sung dăm mịn vào hỗn hợp đó là bản chất của dăm mịn. Các dăm mịn được nghiền và vật liệu bột mịn thường được chấp nhận sử dụng. Tuy nhiên, bột sét mịn, đôi khi gọi là bột mịn dẻo, có thể gây ra gia tăng nhu cầu nước và mất cường độ và sinh ra một hỗn hợp quá dính rất khó trộn và đầm.
Có thể sử dụng cát tự nhiên hoặc cát nghiền hay hỗn hợp cát tự nhiên và cát nghiền. Không nên sử dụng cát có mô đun độ lớn nhỏ hơn 2,0;
Khi hàm lượng hạt có kích thước nhỏ hơn 0,075 mm của cốt liệu nhỏ tăng thìđộ đầm chặt, cường độ và độ chống thấm của RCC được cải thiện t heo hướng tăng lên;
Đối với cát nghiền sử dụng cho RCC, hàm lượng lọt sàng 0,075 mm có thể từ 6
% đến 18% (EM 1110-2- 2006 của USACE);
Có thể tham khảo ASTM C33 và EM 1110- 2- 2006 về giới hạn thành phần hạt của cát và cát nghiền như trong bảng2.1 và 2.2.
Bảng2.1 : Thành phần hạt của cát theo ASTM C33
Cỡ sàng, mm 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15
Lượng lọt, % 100 95 ÷ 100 80 ÷ 100 50 ÷ 85 25 ÷ 60 5 ÷ 30 0 ÷ 10 Lượng sót tích lũy, % 0 0 ÷ 5 0 ÷ 20 15 ÷ 50 40 ÷ 75 70 ÷ 95 90 ÷ 100
Bảng2.2 : Giới hạn thành phần cát nghiền theo EM 1110- 2- 2006
Cỡ sàng, mm 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Lượng lọt, % 100 95 ÷ 100 74 ÷ 95 55 ÷ 80 35 ÷ 60 24 ÷40 18 ÷ 28 6 ÷ 18
Mô đun độ lớn của cốt liệu nhỏ (cát) dùng cho RCC: Mđl= 2.1 ÷ 2.75.
2.1.3. Thành phần hạt tổng thể
Nhìn chung cácđập RCC hàm lượng chất kết dính thấp có cấp phối sử dụng hàm lượng mịn cao hơn so với những hàm lượng chất kết dính cao hơn. Có một xu thế rõ ràng của việc giảm hàm lượng dăm mịn với việc gia tăng kích thước max của dăm và vớisự gia tăng tính công tác.
Khi cần kiểm soát chặt chẽ thành phần hạt của dăm và việc sản xuất RCC, việc phân chia kích thước phải tuân theo yêu cầu kỹ thuật. Có thể giảm giá thành đáng kể thông qua kết hợp hai hoặc nhiều hơn các phạm vi kích thước để giảm số lượng bãi trữ,vv..Tuy nhiên, do phạm vi kích thước gia tăng ở mỗi bãi trữ, rõ ràng là sẽ càng làm khó thêm việc tránh phân tầng của các hạt lớn hơn trong quá trình vận chuyển cốt liệu.
Kỹ sư thiết kế và/hoặc Nhà thầu phải cân bằng chi phí tiết kiệm trong việc giảm bớt số lượng bãi trữ và tách riêng các thiết bị cân và vận chuyển với khả năng gia tăng thay đổi thành phần hạt của dăm và ảnh hưởng của nó lên tính đồng nhất của bê tông và cường độ, tính liên kết giữa các lớp, và độ thấm của RCC.
2.1.4. Ximăng
Có thể tạo ra RCC bằng bất kỳ loại xi măng cơ bản nào. Đối với các đập RCC, xi măng với các đặc tính phát sinh nhiệt thấp hơn so với xi măng poóclăng thông thường (ASTM C150 Kiểu I), sẽ hiệu quả hơn, nếu chúng có tại chỗ công trình. Những loại này bao gồm kiểu II (nhiệt vừa), kiểu IP (xi măng Portland puzơlan) và kiểu IS (xi măng poóclăng xỉ lò cao). Sự phát triển cường độ của những loại xi măng nhiệt thấp này thường chậm hơn so với xi măng poóclăng thông thường (Ordinary Portland) khi còn ít ngày tuổi. Khi tuổi lớn hơn các xi măng phát triển cường độ chậm khi ít tuổi thường lại sinh ra các cường độ cao hơn so với xi măng poóclăng thông thường.
Mặc dù các xi măng nhiệt thấp hơn đãđược sử dụng với một tỷ lệ hợp lý trong các đập RCC, sẽ hiệu quả hơn nếu điều chỉnh các tỷ lệ xi măng poóclăng và phụ gia khoáng chất để có được các hiệu quả tương tự. Phương pháp này thường kinh tế hơn, đặc biệt ở những quốc gia không sẵn có xi măng nhiệt thấp (và vì thế
giá thành các loại xi măng này thường cao hơn) so với xi măng poóclăng thông thường.
2.1.5. Phụ gia khoáng chất
Các phụ gia khoáng chất là các vật liệu mịn tách silic được bổ sung thêm vào xi măng, thường trong phạm vi từ 15 đến 100% theo trọng lượng vật liệu kết dính.
Một số phụ gia khoáng chất có tính puzơlan (như tro bay ít vôi, puzơlan thiên nhiên và sét nung), một số khác có tính kết dính (như xỉ lò cao nghiền mịn), một số khác nữa lại là sự kết hợp giữa vật liệu có tính kết dính và vật liệu có tính puzơlan (như tro bay nhiều vôi). Ngoài xỉ lò cao nghiền m ịn, đặc trưng kỹ thuật tiêu chuẩn đối với các phụ gia khoáng chất là ASTM C618.
Phụ gia khoáng được phân thành 03 loại theo ASTM C 618 như sau:
+ Loại F: Chủ yếu là tro bay nhiệt điện;
+ Loại N: Chủ yếu là phụ gia khoáng thiên nhiên có hoặc không qua xử lý nhiệt;
+ Loại C: Chủ yếu là tro bay chứa một hàm lượng lớn CaO (tro bay đốt từ than nâu).
Một số chỉ tiêu cơ bản đối với phụ gia khoáng theo ASTM C618-12 được nêu trong bảng2.3.
Bảng2.3 : Phân loại và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của phụ gia khoáng dùng cho bê tông (ASTM C618)
Tên chỉ tiêu Loại phụ gia khoáng
N F C
1. Tổng hàm lượng SiO2, Al2O3, Fe2O3, tối thiểu, % 70.0 70.0 70.0
2. Hàm lượng SiO3, tối đa, % 4.0 5.0 5.0
3. Độ ẩm, tối đa, % 3.0 3.0 3.0
4. Hàm lượng mất khi nung, tối đa, % 10.0 6.0 6.0
5. Độ mịn sót sàng 0.045 (sàng ướt), tối đa, % 34.0 34.0 34.0
6. Chỉ số hoạt tính cường độ:
Với xi măng poóc lăng, tuổi 7 ngày, tối thiểu, % so với mẫu đối chứng Với xi măng poóc lăng, tuổi 28 ngày, tối thiểu, % so với mẫu đối chứng
75 75
75 75
75 75
7. Nước yêu cầu, tối đa % so với mẫu đối chứng 115 105 105
8. Độ co nở Autoclave, tối đa, % 0.8 0.8 0.8
9. Hệ số biến động của khối lượng riêng tối đa so với giá trị trung bình, % 5 5 5 10. Hệ số biến động của độ mịn sót sàng 0.045 tối đa so với giá trị trung bình 5 5 5
Xỉ lò cao nghiền mịn có tính chất gần giống với xi măng poóclăng hơn so với tro bay hoặc puzơlan thiên nhiên và nó có điểm ninh kết ban đầu sớm hơn và nhiệt thủy hóa khá cao so với các loại phụ gia khoáng chất khác. Thành phần của xỉ (vôi, silica và alumin) cũng tương tự như của xi măng, nhưng ở các tỷ lệ khác.
Các tính chất của tro bay cũng khác nhau nếu chúng từ các nguồn khác nhau.
Sự khác biệt về nguồn gốc của than và trong thiết kế và vận hành nhà máy Nhiệt điện cũng sẽ tạo ra những khác biệt về các tính chất vật lý và hóa học của tro. Cần thí nghiệm trước với các nguồn tiềm năng của tro trong hỗn hợp RCC nhưng phạm vi nhỏ. Gần như hầu hết các tro bay đã sử dụng ở các đập RCC đều là tro bay ít vôi.
Puzơlan thiên nhiên có thể là tro núi lửa, đá bọt, tuff, đá phiến silíc opanlin và đá phiến sét và một số đất điatômít. Sét nung hoặc đá phiến sét là các vật liệu cần được xử lý nhiệt (nung) để tạo thành một vật liệu có tính puzơlan.
2.1.6. Phụ gia hóa học (phụ gia chậm ninh kết)
Các phụ gia đãđược sử dụng khoảng trên 60% tất cả các đập RCC.
- Phụ gia hóa học dùng cho RCC theo tiêu chuẩn ASTM C494. Phụ gia thông dụng nhất đó là kết hợp phụ gia giảm n ước và phụ gia bọt khí.
- Việc lựa chọn bất kỳ phụ gia nào cũng phải được khẳng định thông qua các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và tốt nhất là sau các thí nghiệm toàn diện tại hiện trường. Các phụ gia nhất định sẽ thích hợp với các vật liệu kết dính nhất định nhưng chưa chắc đã phù hợp với các vật liệu khác.
2.1.7. Nước
Nước trộnRCC tuân thủtiêu chuẩnASTM C94 hoặc TCXDVN 302 : 2004 .
2.2. Đặc điểm, một số hình ảnh các thiết bị sử dụng cho công nghệ thi công RCC
Các thiết bị chính cho thi công đập bằng công nghệ RCC gồm: Máy trộn cưỡng bức có khả năng trộn hỗn hợp bê tông khô hơn so với bê tông truyền thống, sử dụng cốt liệu có đường kính lớn; băng tải hoặc các thiết bị tương đương để vận chuyển bê tông; xe tải tự đổ; máy san ủi; máy lu rung; máy tạo khe co ngót; máy đánh xờm; hệ
thống phun nước cao áp làm sạch bề mặt bê tông khe lớp, hệ thống phun nước bảo dưỡng bê tông (phun sương).
Có thể thấy rằng các thiết bị sản xuất và thi công RCC tương đối đơn giản và đều có sẵn tại Việt Nam.
Hình 2.1: Hệ thống dây chuyền trạm trộn, băng tải và ôtô vận chuyển RCC
Hình 2.2: Công tác san gạt RCC
Hình 2.3: Công tác lu đầm RCC
Hình 2.4: Máy đánh xờm xử lý khe lớp RCC
Hình 2.5: Sử dụng nước áp lực cao xử lý khe lớp RCC
Hình 2.6: Bề mặt RCC sau khi xử lý khe siêu lạnh
Hình 2.7: Công tác rải hồ xử lý khe siêu lạnh
Hình 2.8: Tổ chức thi công hạng mục đập dâng bằng RCC