Một số kết quả nghiên cứu nâng cao tính chống thấm cho bê tông đầm lăn - Lê Minh

Nội dung text: Một số kết quả nghiên cứu nâng cao tính chống thấm cho bê tông đầm lăn - Lê Minh

1. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH CHỐNG THẤM CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN PGS.TS. Lê Minh, Th.S. Nguyễn Tiến Trung TS. Hoàng Phó Uyên, Th.S. Nguyễn Quang Bình Viện KH Thủy lợi. Tóm tắt: Bài viết giới thiệu kết quả bước đầu nghiên cứu tại Viện Khoa học Thủy lợi nhằm nâng cao tính chống thấm BTĐL đạt CT-6 bằng các biện pháp sử dụng phụ gia hóa häc, phụ gia xử lý bề mặt 1. Xu hướng sử dụng bê tông đầm lăn “Nguyên tắc thiết kế đập bê tông đầm lăn và chống thấm thay bê tông thường tổng quan thi công đập bê tông đầm lăn” . Các đập bê tông đầm lăn trọng lực kiểu cũ có Các kinh nghiệm của Trung Quốc đang đƣợc dạng kết cấu điển hình là “vàng bọc bạc”. Trong Việt Nam tiếp thu và đƣa vào các công trình của đó, bê tông đầm lăn đƣợc sử dụng làm lõi đập. mình. Công trình đầu tiên ở Việt Nam đƣợc Bao bọc xung quanh là lớp vỏ bê tông thƣờng thiết kế sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm là chống thấm cao dày 2-3 m. Hầu hết các đập trọng đập thủy điện Sơn La cao 139 m, R365200 CT8, lực bê tông đầm lăn của Nhật và Trung Quốc CT10, đang thiết kế kỹ thuật. Công trình thủy đƣợc xây trong thế kỷ XX đều dùng kết cấu này. lợi Định Bình sử dụng bê tông đầm lăn chống Đối với chúng, ngƣời ta không đặt yêu cầu chống thấm CT4, đang thi công gần xong. Tuy nhiên thấm cho bê tông đầm lăn trong lõi đập. đập bê tông đầm lăn chống thấm CT4 trong Trung Quốc là nƣớc dẫn đầu trong việc công trình thủy lợi Định Bình không thay thế nghiên cứu và áp dụng bê tông đầm lăn chống lớp vỏ bê tông chống thấm. Sắp tới có một số thấm cao để xây dựng đập bê tông đầm lăn. công trình thủy điện thủy lợi sử dụng bê tông Năm 1986 Trung Quốc hoàn thành đập bê tông đầm lăn chống thấm thay bê tông thƣờng nhƣ đầm lăn đầu tiên Khanh Khẩu, cao 57m, theo Bản Vẽ, Nƣớc Trong kiểu “vàng bọc bạc”. Chỉ ít năm sau (1989) Vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao chống Trung Quốc xây dựng thành công đập trọng lực thấm cho bê tông đầm lăn để thay bê tông bê tông đầm lăn Thiên Sinh Kiều (cao 61 m), sử thƣờng là nhu cầu cấp thiết ở nƣớc ta hiện nay dụng bê tông đầm lăn chống thấm bằng bê tông 2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp cấp phối 2 thay bê tông thƣờng. Năm 1993, nghiên cứu Trung Quốc hoàn thành đập vòm bê tông đầm 2.1. Mục tiêu nghiên cứu: lăn đầu tiên (đập Phổ Định, cao 75 m), sử dụng Trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ, thực hiện bê tông đầm lăn chống thấm R90200, W6. Năm năm 2006 - 2007, Viện Khoa học Thủy lợi tiến 1999, Trung Quốc xây dựng xong đập bê tông hành nghiên cứu các giải pháp nhằm tạo ra bê đầm lăn cao nhất của Trung Quốc (đập Giang tông đầm lăn có độ chống thấm CT6 (tƣơng Á, cao 131 m) sử dụng bê tông đầm lăn R90 200, đƣơng W6 của Trung Quốc) để phục vụ xây W6. Tính đến năm 2004, Trung Quốc có hơn 10 dựng các đập bê tông trọng lực của 1 số hồ chứa đập sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm cao công trình thủy lợi. thay cho bê tông thƣờng. 2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu: Việc sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm đã Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu một đƣợc Trung Quốc tiêu chuẩn hóa trong tài liệu số giải pháp để nâng cao chống thấm bê tông 21
2. đầm lăn. Cụ thể là: Sử dụng phụ gia hóa học; cải gồm 4 khuôn. thiện tính chất của phụ gia khoáng pudolan; sử Dùng cho TN mẫu bê tông đầm lăn hình dụng phụ gia tạo khoáng kết tinh; tối ƣu hóa côn hoặc hình trụ (mẫu khoan) thiết kế cấp phối thành phần hạt cốt liệu. + máy TN thấm của Trung Quốc: gồm 6 Trên cơ sở kế thừa kết quả nghiên cứu của khuôn, sử dụng mẫu bê tông hình côn, thí các công trình đã có trong và ngoài nƣớc, đề nghiệm độ chống thấm theo quy định tại tiêu tài tiến hành các thực nghiệm bổ sung, từ đó chuẩn TCVN 3116-1993. xác định khái quát mức độ nâng cao chống 3. Kết quả thí nghiệm và nhận xét thấm cho bê tông đầm lăn của các giải pháp cụ Đề tài chƣa tổng kết nghiệm thu nên dƣới thể. đây giới thiệu 1 số kết quả đạt đƣợc từ các 2.3. Vật liệu sử dụng: nghiên cứu chuyên đề [1,2,3] Vật liệu sử dụng cho nghiên cứu gồm các 3.1. Kết quả khảo sát tính chất của bê loại thông thƣờng nhƣ: xi măng, cát, đá, phụ tông đầm lăn Việt Nam gia khoáng, phụ gia hóa học. Các vật liệu này Đã khảo sát tính chất bê tông đầm lăn 4 phải đạt yêu cầu kỹ thuật để làm bê tông thủy công trình là đập Pleikrong, Sesan 4, Định công: Xi măng PC 40 Chinfon; Tro bay nhiệt Bình và Sơn La. Đây là các đập bê tông đầm điện Phả Lại; Pudolan Phong Mỹ; Pudolan lăn tiêu biểu đã và đang đƣợc xây dựng của Gia Quy - Vũng Tàu; Cát vàng sông Lô: ngành thủy điện và thủy lợi. Đặc điểm kỹ module độ lớn - 2,59; Đá dăm gốc ba dan, thuật và cấp phối bê tông đầm lăn các công Dmax - 40 mm; Phụ gia giảm nƣớc chậm ninh trình này nêu ở bảng 1 đến bảng 5. Việc lấy kết PLASTIMENT 96; Phụ gia siêu dẻo mẫu đƣợc tiến hành tại các bãi đổ đầm thử VISCO CRETE 3000; Phụ gia cuốn khí SIKA nghiệm trƣớc khi thi công chính thức các đập AER; Phụ gia khoáng kết tinh: INDOSEAL này. Nõn khoan bê tông có đƣờng kính 150 của hãng RADCRET (Mỹ) mm, đƣợc đƣa về phòng thí nghiệm để gia 2.4. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm công và thí nghiệm các tính chất cơ lý theo độ chống thấm của bê tông đầm lăn: tiêu chuẩn TCVN 239: 2000, TCVN 3113, Thiết bị TN thấm BTĐL đƣợc sử dụng cho 3115, 3116 và 3118: 1993. Kết quả khảo sát nghiên cứu gồm 2 loại: đánh giá tính chất bê tông đầm lăn 4 công + Máy TN thấm nhãn hiệu MATEST của Ý trình ở bảng 6. Bảng 1 : Đặc điểm kỹ thuật của một số đập BTĐL được khảo sát Tên đập Chiều cao, Loại bê tông Khối lượng Địa điểm Yêu cầu m bê tông, m3 chống thấm Pleikrong 71 M150 300.000 Tỉnh Kontum Không yêu Dmax 40 R180 cầu SeSan 4 87 M150 850.000 Tỉnh Gia Lai Không yêu Dmax 50 R365 cầu Định Bình 47 M150 240.000 CT2, CT4 Dmax60R90 Tỉnh Bình M200 Định Dmax 40, R90 Sơn La 215 M200 3.000.000 Tỉnh Sơn La CT8,CT10 22
3. Dmax50 R365 Bảng 2 : Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn đập Pleikrong Thành phần cấp phối (kg) Mác Tỉ lệ X.măng bê Puzơlan Tổng Phụ Cát Đá Đá Đá Tên đập Tuổi N/CDK PC40 Nƣớc tông Gia Qui CDK gia hoá 5-10 10-20 20-40 K. Đỉnh Pleikrong 150 180 0.50 80 210 290 145 - 728 272 478 614 Bảng 3 : Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn đập SêSan 4 Thành phần cấp phối (kg) Mác X.măng Phụ Đá bê Tỉ lệ Puzơlan Tổng Cát Đá Đá Tên đập Tuổi PC40 Nƣớc gia 12,5- tông N/CDK Gia Qui CDK 5-12,5 25-50 K. Đỉnh hoá 25 SeSan 4 150 365 0.65 80 160 240 155 - 729 665 425 239 Bảng 4: Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn đập Định Bình Thành phần cấp phối (kg) Mác Tên Tỉ lệ Ximăng bê Tuổi Tro bay Tổng Phụ gia Cát Đá Đá Đá đập N/CDK PCB 40 Nƣớc tông Phả Lại CDK hoá 5-20 20-40 40-60 Bỉm Sơn Định 150 90 2 105 140 245 122 2,49 772 526 215 600 Bình 200 90 4 126 141 267 132 2,70 746 852 468 - Bảng 5 : Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn đập Sơn La Thành phần cấp phối (kg) Mác Xi măng Cát Tên đập Tỉ lệ Tro bay Tổng Phụ gia Đá Đá Đá bê Tuổi PC 40 Nƣớc nghiền N/CDK Phả Lại CDK hoá 5-10 10-20 20-50 tông Bỉm Sơn Sơn La 200 365 60 140 200 123 1,5 - 2,0 892 376 493 587 Bảng 6 : Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của mẫu khoan BTĐL tại hiện trường Tên đập Mác bê tông thiết kế Tuổi BTĐL tại Khối lƣợng Cƣờng Độ hút Độ chống thời điểm khoan thể tích, độ nén, nƣớc, thấm, mẫu, ngày kg/m3 daN/cm2 % atm Pleikrong M150, Dmax 40, R180 đã vƣợt tuổi 2390 171 5,88 0 thiết kế SeSan 4 M150, Dmax 50, R365 190 ngày 2418 153 5,67 0 Định M150, Dmax 60, R90, đã vƣợt tuổi 2424 232 5,12 2 23
4. Bình M200, Dmax 40, R90 thiết kế 2413 318 4,75 4 Sơn La M200, Dmax 50, R365 300 2549 220 4,95 4 Kết quả khảo sát và thí nghiệm mẫu khoan khi của TQ không quá 110 kg/m3. Điều này có BTĐL của các đập Pleikrong, SeSan 4, Định thể do cát thiếu cỡ hạt từ 0,08 đến 0,14mm nên Bình và Sơn La cho thấy : phải tăng lƣợng dùng phụ gia khoáng để bù đắp. - Thành phần cấp phối BTĐL các công trình Nhìn chung, kết quả khảo sát đánh giá BTĐL này tƣơng đối khác nhau, đặc biệt là lƣợng chất tại các công trình Định Bình và Sơn La cho thấy dính kết và tỉ lệ phụ gia khoáng trong chất dính việc đảm bảo độ chống thấm của BTĐL khó kết. Điều này là do tuổi quy định mác bê tông đạt hơn so với đảm bảo cƣờng độ. Nhất là trong và tính chất của cốt liệu tại các công trình này điều kiện đồng thời phải giảm lƣợng xi măng khác nhau. càng nhiều càng tốt để khống chế nứt do ứng - Bê tông đầm lăn ở các công trình đầu tiên suất nhiệt. của Việt Nam không có yêu cầu chống thấm vì 3.2. Kết quả nghiên cứu sử dụng phụ gia đã thiết kế tƣờng chống thấm bằng bê tông hoá học để nâng cao chèng thấm BTĐL thƣờng ở phía thƣợng lƣu Đề tài sử dụng cấp phối bê tông đầm lăn mác - Bê tông đầm lăn tại công trình đập Định Bình 200 tuổi 90 ngày, độ công tác Vebe 10-15 giây. có cƣờng độ nén vƣợt khá cao so với yêu cầu. Độ Thành phần cấp phối đƣợc thiết kế theo phƣơng chống thấm đạt CT2 đối với bê tông mác 150 và pháp của Trung Quốc. CT 4 đối với bê tông mác 200 (có thể coi nhƣ Phụ gia sử dụng là phụ gia hóa của hãng SIKA tƣơng đƣơng W2, W4 của Trung Quốc) (Thụy Sĩ) sản xuất tại Việt Nam, gồm: hóa dẻo - Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy bê tông PLASTIMENT 96, siêu dẻo VISCOCRETE đầm lăn Định Bình, Sơn La dùng phụ gia khoáng 3000 và phụ gia cuốn khí SIKAAER tro bay và phụ gia hoá học có độ chống thấm tốt Các cấp phối BTĐL sử dụng phụ gia hóa hơn so với bê tông đầm lăn dùng phụ gia khoáng học có thành phần xi măng, cát, đá, phụ gia hoạt tính puzơlan (Pleikrong, SeSan 4). Cấp phối khoáng giống với cấp phối không phụ gia (đối bê tông công trình đập Định Bình và Sơn La có tỉ chứng). Riêng lƣợng nƣớc đƣợc điều chỉnh để lệ N/CKD thấp hơn so với hai công trình còn lại. đảm bảo tính công tác (chỉ số Vebe) giống nhƣ - Lƣợng phụ gia khoáng hoạt tính trong cấp cấp phối bê tông đối chứng. phối BTĐL của các công trình trên đều chiếm Thành phần các cấp phối BTĐL, tỷ lệ phụ khá lớn so với BTĐL cùng mác của Trung gia sử dụng và kết quả thí nghiệm đƣợc trình Quốc. Việt Nam dùng 140 đến 210 kg/m3, trong bày trong các bảng 7 và 8. Bảng 7: Thành phần cấp phối BTĐL có phụ gia hóa học Chất kết dính Ký N Cát Đá PG TT Loại, % phụ gia hóa học N/CKD Xi măng PGK hiệu (kg) (kg) (kg) (lÝt) (kg) (kg) Bê tông dù ng phụ gia Tro bay Phả Lại 1 M-0 Mẫu đối chứng không phụ gia 0.58 135 85 147 735 1455 0 2 M-1 Có Plastiment 96, 0.6lit/100kg CDK 0.53 122 85 147 735 1455 1.4 3 M-2 Có Viscocrete 3000, 1lit/100 kg CDK 0.46 107 85 147 735 1455 2.32 4 M-3 Có Sika Aer, 0.1 lit/100 kg CDK 0.56 130 85 147 735 1455 0.23 Bê tông dù ng phụ gia Puzơlan Gia Qui 5 L-0 Mẫu đối chứng không phụ gia 0.63 156 90 156 726 1437 0 6 L-1 Có Plastiment 96, 0.5lit/100kg CDK 0.53 130 90 156 726 1437 1.23 24
5. 7 M4-1 Có Viscocrete 3000, 1lit/100 kg CDK 0.45 111 90 156 726 1437 2.46 8 M4-2 Có Sika Aer, 0.1 lit/100 kg CDK 0.59 144 90 156 726 1437 0.25 Bảng 8 : Kết quả thí nghiệm các tính chỉ tiêu cơ lý của BTĐL có phụ gia hóa học Độ công tác, giây Cƣờng độ nén, daN/cm2 Độ chống TT Kí hiệu Nhận xét (chỉ số Vebe) thấm, atm 28 ngày 90 ngày Bê tông dùng phụ gia Tro bay Phả Lại 1 M-0 12 171 236 2 2 M-1 14 229 317 4 3 M-2 11 282 396 6 4 M-3 14 165 224 2 Bê tông dùng phụ gia Puzơlan Gia Qui 5 L-0 14 131 147 0 BT không có khả năng chống thấm 6 L-1 12 167 204 2 7 M4-1 15 215 223 4 8 M4-2 13 135 160 0 BT không có khả năng chống thấm Các kết quả thí nghiệm ở bảng 7 và 8 cho thấy: mới dạng tinh thể. - Cả 3 loại phụ gia hóa học nói trên góp phần Đề tài sử dụng dung dịch Indoseal của hãng cải thiện đáng kể tính công tác, cƣờng độ và độ RADCRET (Mỹ) để thí nghiệm. Việc xử lý chống thấm của BTĐL. Indoseal chống thấm cho các mẫu thí nghiệm đƣợc - Các phụ gia giảm nƣớc thông thƣờng có thể thực hiện theo quy trình hƣớng dẫn của nhà sản tăng độ chống thấm của BTĐL lên 1 cấp (2atm) so xuất. với đối chứng. Thành phần cấp phối BTĐL kiểm tra là các - Độ chống thấm của BTĐL tăng lên một cách mẫu có phụ gia siêu dẻo ( M-1 và M4-1 trong rõ rệt khi sử dụng loại phụ gia siêu dẻo thế hệ mới, bảng 7). cao hơn khoảng 4 atm so với đối chứng. Hiệu quả 3.3.1.Ảnh hưởng của phụ gia Indoseal đến tăng chống thấm là do giảm tỷ lệ N/ CKD cấu trúc bê tông. - Phụ gia cuốn khí cải thiện tính công tác của Sau khi xử lý mẫu bê tông bằng phụ gia BTĐL nhƣng không làm tăng cƣờng độ và độ Indoseal, tiến hành nghiên cứu cấu trúc bằng chống thấm của BTĐL. Điều này có thể do hàm phƣơng pháp theo dõi trên kính hiển vi điện tử. lƣợng khí trong BTĐL tăng lên khi sử dụng phụ Quan sát cấu trúc của mẫu theo thời gian thấy có gia cuốn khí, dẫn đến triệt tiêu tác dụng của việc những khoáng mới bao bọc các hạt tro bay hoặc giảm tỷ lệ N/CKD pudolan . - Với cùng loại phụ gia hóa học, BTĐL dùng tro Muốn biết loại khoáng nào đƣợc hình thành cần bay Phả Lại có cƣờng độ và độ chống thấm cao tiếp tục tiến hành phân tích thành phần khoáng hơn so với bê tông dùng pudolan Gia Qui. Có thể của đá xi măng. Tuy nhiên, điều này có thể không là pudolan Gia Quy có hệ số hoạt tính kém hơn tro thành công nếu lƣợng khoáng mới tạo ra quá ít, bay Phả Lại, nên phản ứng kém hơn với Ca(OH)2 không đủ rõ để nhận biết. và tạo ra ít gel silicat canxi hơn để lấp vào lỗ rỗng 3.3.2. Ảnh hưởng của phụ gia Indoseal đến đá xi măng. độ cứng bề mặt bê tông 3.3. Kết quả nghiên cứu nâng cao chống Thí nghiệm cƣờng độ bề mặt bê tông sau xử lý thấm BTĐL bằng phụ gia khoáng kết tinh phụ gia Indoseal bằng phƣơng pháp sử dụng súng Phụ gia tạo khoáng kết tinh là hoá chất có khả bật nảy. Sử dụng loại súng Tecnotest của Italia, năng thấm sâu vào bê tông và tham gia phản ứng phạm vi đo từ 10-70 N/mm2. Áp dụng tiêu chuẩn với Ca(OH)2 trong đá xi măng tạo ra các khoáng TCXD 239 : 2005. Tiến hành đo trị số bật nảy của 25
6. bê tông trƣớc và sau khi xử lý phụ gia để so sánh độ chống thấm đánh giá hiệu quả. Kết quả đo trị số bật nảy cho Sau 03 ngày xử lý chống thấm bằng Indoseal, thấy cƣờng độ bề mặt hầu nhƣ không tăng so với tổ mẫu đối chứng và có xử lý bằng Indoseal đƣợc đối chứng, chứng tỏ các sản phẩm kết tinh chỉ có đồng thời đƣa vào 02 máy thử thấm hiệu MATES tác dụng lấp đầy lỗ rỗng của đá xi măng và làm của Italia. Tiến hành thí nghiệm độ chống thấm tăng khả năng chống thấm nhƣng không có khả theo TCVN 3116 – 1993. năng nâng cao cƣờng độ bê tông. Kết quả thí nghiệm thấm chi tiết thử trên từng 3.3.3. Ảnh hưởng của phụ gia Indoseal đến mẫu và tổ mẫu đƣợc liệt kê cụ thể trong các bảng 9. Bảng 9: Độ chống thấm của các mẫu BTĐL xử lý bằng Indoseal TT Loại mẫu Ký hiệu mẫu Độ chống thấm 1 Mẫu dùng tro bay, đối chứng IDS-0-T CT-6 2 Mẫu dùng tro bay, có xử lý IDS-1-T CT-8 3 Mẫu dùng pudolan, đối chứng IDS-0-P CT-4 4 Mẫu dùng pudolan, có xử lý IDS-1-P CT-6 Từ các kết quả thí nghiệm với phụ gia xử lý có cơ sở khoa học và có tính khả thi bề mặt ta thấy: - Trong phòng thí nghiệm, sử dụng phụ gia - Phụ gia dạng thẩm thấu Indoseal không hoá dẻo và siêu dẻo thế hệ mới có thể tăng độ ảnh hƣởng nhiều tới độ cứng bề mặt bê tông chống thấm BTĐL từ 2 đến 4 atm nhờ giảm tỷ - Phụ gia dạng thẩm thấu Indoseal có khả lệ N/CKD; sử dụng phụ gia tạo khoáng để xử lý năng tăng độ chống thấm nƣớc của BTĐL lên 1 bề mặt có thể tăng độ chống thấm gần 2atm nhờ cấp (2atm) nhờ phản ứng tạo ra khoáng mới dẫn tăng độ đặc chắc của đá xi măng đến tăng độ đặc chắc của đá xi măng - Cần tiếp tục nghiên cứu các biện pháp khác 5. Kết luận (tối ƣu hoá thành phần cốt liệu, phƣơng pháp thí - Việt Nam chƣa có kinh nghiệm thực tế về sử nghiệm, các yếu tố thi công ) để giảm lƣợng dụng BTĐL chống thấm thay bê tông thƣờng, dùng chất kết dính và tăng độ chống thấm nhƣng việc áp dụng công nghệ này ở Việt Nam là BTĐL của Việt Nam./. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Báo cáo chuyên đề “Khảo sát đánh giá tính chất một số bê tông đầm lăn đang dùng ở Việt Nam”. Viện KHTL, 2006 2- Báo cáo chuyên đề “Nghiên cứu sử dụng phụ gia hoá học để nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn công trình thủy lợi”. Viện KHTL, 2006 3- Báo cáo chuyên đề “Nghiên cứu biện pháp silicat hoá bề mặt bê tông bằng phụ gia khoáng kết tinh để nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn công trình thủy lợi”. Viện KHTL, 2007 Summary: SEVERAL STUDIED RESULTS ON INCREASING THE WATER IMPERMEABILITY OF RCC By Assoc. Prof. Le Minh, ME. Nguyễn Tien Trung Dr. Hoang Pho Uyen, ME. Nguyen Quang Binh Institute for Water Resources The article introduces the initial studied results on increasing the water impermeability of RCC at Vietnam Institute for Water Resources.The plasticizer, supper plasticizer and surface treatment admixture are used to obtain the grade of impermeability W6. Ng•êi ph¶n biÖn: TS. NguyÔn Nh• Oanh 26