Phụ gia dùng chế tạo bê tông đầm lăn trong xây dựng đập trọng lực - Nguyễn Đức Thắng

Nội dung text: Phụ gia dùng chế tạo bê tông đầm lăn trong xây dựng đập trọng lực - Nguyễn Đức Thắng

1. Phụ gia dùng chế tạo bê tông đầm lăn trong xây dựng đập trọng lực TS. Nguyễn Đức Thắng Viện Chuyên ngành bê tông - Viện KHCN xây dựng Tóm tắt: Bài báo trình bày một số vấn đề về phụ gia (phân loại, tính năng của phụ gia, mức độ tiêu chuẩn hoá phụ gia cho bê tông ở Việt Nam, các loại phụ gia cho bê tông đầm lăn). Đồng thời bài báo trình bày kết quả ba tr•ờng hợp sử dụng phụ gia cho bê tông đầm lăn mà Viện của chúng tôi đã thực hiện. Thông qua đó, tác giả trao đổi về hai vấn đề: thiết kế lựa chọn thành phần bê tông đầm lăn và kiểm soát chất l•ợng bê tông đầm lăn. Hàng năm, trên thế giới đang sản xuất chặt đ•ợc thực hiện bởi công nghệ rung–lèn khoảng 1,5 – 2 tỷ mét khối bê tông các loại. (rung có tải trọng). Ngoài những đặc tính chung Trong t•ơng lai gần bê tông vẫn là một trong nh• bê tông thông th•ờng thì hỗn hợp bê tông những vật liệu xây dựng chính dùng thi công các đầm lăn có các tính chất đặc biệt nh•: công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, Hỗn hợp bê tông không có độ sụt ; đ•ờng, cầu, cảng, sân bay, công trình năng L•ợng n•ớc trộn thấp ( 150 lít/m3); lượng, thuỷ lợi Bê tông được dùng rộng rãi L•ợng dùng xi măng ít. trong xây dựng bởi •u thế: Nh• vậy chất l•ợng của bê tông đầm lăn phụ Tính công nghệ cao (có thể chế tạo đ•ợc kết thuộc rất lớn vào khả năng đầm chặt của hỗn cấu, cấu kiện với hình dáng bất kỳ); hợp và mức độ liên kết giữa các lớp. Để điều Sử dụng vật liệu tại chỗ. Do đó có thể chế chỉnh các tính chất của bê tông đầm lăn và tăng tạo bê tông ở hầu hết các vùng trên thế giới; liên kết giữa các lớp đã đầm, sử dụng phụ gia là Có thể chế tạo kết cấu, cấu kiện với các tính một trong các giải pháp kỹ thuật đ•ợc áp dụng. năng kỹ thuật đa dạng (c•ờng độ, khối l•ợng thể Phụ gia bê tông là các chất trộn thêm vào hỗn tích ); hợp bê tông nhằm điều chỉnh một hoặc nhiều Bền trong điều kiện tự nhiên; tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông. Giá thành thấp so với các loại vật liệu khác Phụ gia bê tông hiện nay đ•ợc sử dụng rộng có tính năng t•ơng tự; rãi sản xuất bê tông công nghiệp và tập trung và Công nghệ sạch (ít phế thải và có khả năng đ•ợc phân loại tùy theo nguồn gốc, dạng và sử dụng phế thải các ngành công nghiệp khác). l•ợng sử dụng, tính năng điều chỉnh hoặc hiệu Trong nền kinh tế thị tr•ờng, khi mà đồng quả sử dụng. vốn đầu t• cần nhanh chóng sinh lời, một dạng 1. Phân loại phụ gia bê tông mới đ•ợc áp dụng để xây dựng các đập Theo Mỹ của công trình năng l•ợng, thuỷ lợi: bê tông - Nhóm 1. Accelerating almixtures – phụ gia đầm lăn. Ngoài các •u việt của bê tông, bê tông tăng nhanh đóng rắn. đầm lăn cho phép thi công nhanh (3000 – 14000 - Nhóm 2. Air-entraming – Phụ gia cuốn khí. m3 bê tông/ngày). - Nhóm 3. Water-relucing and set-controlling Chính vì vậy, hiện nay và trong 8–10 năm tới – Phụ gia giảm n•ớc và điều chỉnh thời gian ở Việt Nam đang và sẽ sử dụng bê tông đầm lăn đông kết. thi công khoảng 20 đập bê tông trọng lực với - Nhóm 4. Finely divided mineral – Phụ gia khối l•ợng tới 15 triệu m3 bê tông. khoáng. Bê tông đầm lăn là bê tông mà quá trình đầm - Nhóm 5. Miscellanou – Phụ gia tổng hợp. 27
2. Theo Nga bê tông - Yêu cầu kỹ thuật; - Nhóm 1 . Phụ gia hoá học. TCXDVN 311: 2004 Phụ gia khoáng hoạt - Nhóm 2 . Phụ gia khoáng. tính cao dùng trong bê tông - Silicafime và tro - Nhóm 3 . Phụ gia tổng hợp. trấu nghiền mịn- Yêu cầu kỹ thuật; 2. Tính năng của phụ gia TCVN 2007: Phụ gia khoáng cho bê Phụ gia khi cho vào hỗn hợp bê tông có thể tông đầm lăn – Yêu cầu kỹ thuật. điều chỉnh tăng hoặc giảm nhiều tính chất của 4. Các loại phụ gia cho bê tông đầm lăn hỗn hợp bê tông và bê tông: Các nhóm phụ gia chính th•ờng đ•ợc sử Điều chỉnh các tính chất của hỗn hợp bê dụng để điều chỉnh những tính chất của hỗn hợp tông bê tông và bê tông đầm lăn khi thi công đập bê - Hoá dẻo; tông trọng lực nh•: - Chống phân tầng và giảm tách n•ớc của hỗn Phụ gia cuốn khí, hợp bê tông; Phụ gia hoá dẻo – kéo dài thời gian đông - Kéo dài thời gian đông kết; kết, - Tăng nhanh thời gian đông kết; Phụ gia khoáng. - Tăng độ đồng nhất và tính dễ đầm. 4.1. Phụ gia cuốn khí Điều chỉnh các tính chất của bê tông Loại phụ gia này đ•ợc đ•a vào khi trộn hỗn - Tăng c•ờng độ; hợp bê tông đầm lăn chủ yếu ở các n•ớc ôn đới - Tăng nhanh tốc độ đóng rắn; (khí hậu lạnh d•ới 0oC) nhằm tăng độ bền chống - Tăng độ chống thấm; băng giá. Do vậy đối với bê tông đầm lăn dùng - Kỵ n•ớc; cho đập ở Việt Nam không cần thiết sử dụng - Tăng khả năng chống đóng - tan băng (tăng những loại phụ gia điều chỉnh hàm l•ợng bọt khí độ bền băng giá); trong bê tông đầm lăn trong các công trình đập - Tăng khả năng cản xạ; và đ•ờng. - Chống ăn mòn; 4.2. Phụ gia hoá dẻo – kéo dài thời gian đông - Cách điện; kết - Dẫn điện; Sử dụng phụ gia nhóm này nhằm đạt mục - Giảm co; đích: - Điều chỉnh cấu trúc; - Tăng tính dễ thi công; - - Tăng khả năng dính kết (liên kết) và độ 3. Mức độ tiêu chuẩn hoá phụ gia cho bê chống thấm của vùng tiếp giáp giữa các lớp đổ tông ở Việt Nam bê tông trong quá trình thi công đập. Phụ gia cho bê tông đ•ợc sử dụng ở Việt Do hỗn hợp bê tông đầm lăn sử dụng ít xi Nam vào những năm 60 của thế kỷ XX. Cùng măng, ít n•ớc và nhiều cốt liệu nên hiệu quả dẻo với sự phát triển của ngành công nghiệp bê tông hoá của phụ gia là thấp. Thông th•ờng l•ợng Việt Nam, sử dụng phụ gia để cải thiện tính chất phụ gia tính theo khối l•ợng chất kết dính (bao của hỗn hợp bê tông và bê tông ngày càng gồm xi măng và phụ gia khoáng) và liều dùng nhiều. Tiêu chuẩn hóa các sản phẩm phụ gia th•ờng cao hơn so với hỗn hợp bê tông dẻo. cũng đ•ợc Nhà n•ớc Việt Nam chú trọng. Đã Tính năng phụ gia nhóm này th•ờng đ•ợc ban hành các tiêu chuẩn cơ bản nh•: dùng chủ yếu là khả năng kéo dài thời gian đông TCVN 6882: 2001 Phụ gia khoáng cho xi kết của hỗn hợp bê tông đầm lăn. Đặc biệt là đối măng - yêu cầu kỹ thuật; với các đập có yêu cầu cao về c•ờng độ chịu kéo TCXDVN 325: 2004 Phụ gia hoá học cho mặt lớp, độ chống thấm và độ đồng nhất cao. 28
3. Bảng 1. Thời gian đông kết của RCC sử dụng phụ gia kéo dài đông kết Hình 1. Biểu đồ thời gian đông kết của RCC sử dụng phụ gia kéo dài đông kết L•ợng dùng của phụ gia này khoảng từ 0,5– 2% khối l•ợng chất kết dính. Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của hỗn hợp bê tông đầm lăn có thể kéo dài từ một ngày đến vài ngày (bảng 1, hình 1, 2 và 3). Hình 2. Hỗn hợp RCC sử dụng phụ gia kéo Hình 3. Hỗn hợp RCC không sử dụng phụ gia dài đông kết sau khi đầm kéo dài đông kết sau khi đầm 29
4. Nh• vậy việc lựa chọn phụ gia hoá dẻo–kéo dài Giảm độ tách n•ớc và phân tầng của hỗn thời gian đông kết trong bê tông đầm lăn cần dựa hợp bê tông đầm lăn; trên yêu cầu kỹ thuật, tốc độ thi công của từng Tăng độ dễ đầm; công trình và phân tích lợi ích kỹ thuật–kinh tế. Nâng cao độ đặc chắc, khả năng chống 4.3. Phụ gia khoáng thấm của bê tông đầm lăn; Phụ gia khoáng là thành phần không thể thiếu Giảm giá thành bê tông và bảo vệ môi trong bê tông đầm lăn trên thế giới và ở Việt tr•ờng (khi dùng phế thải công nghiệp hoặc vật Nam. Tính cần thiết sử dụng phụ gia bên trong liệu địa ph•ơng). bê tông đầm lăn qui định bởi: Phụ gia khoáng th•ờng đ•ợc sử dụng d•ới Có khả năng phản ứng hoá lý với Ca(OH)2 dạng nghiền mịn. Kích th•ớc hạt phụ gia khoáng giải phóng trong quá trình thuỷ hoá của xi măng t•ơng đ•ơng với kích th•ớc hạt xi măng và càng để tạo ra các chất có khả năng kết dính các hạt nhỏ càng tốt. rời thành khối (thay thế 1 phần xi măng); Trong bảng 2 giới thiệu tính chất cơ lý hóa Giảm nhiệt thuỷ hoá của xi măng và do đó của một số phụ gia khoáng sử dụng trong bê giảm nhiệt độ trong khối đổ; tông đầm lăn ở Việt Nam Bảng 2. Tính chất cơ - lý – hóa của một số phụ gia khoáng Phụ gia khoáng th•ờng đ•ợc chia làm hai nhóm: khí quyển không tác dụng với Ca(OH)2. - Phụ gia khoáng hoạt tính chứa ôxít silíc vô 4.4. Kết quả của ba tr•ờng hợp sử dụng định hình và các loại ôxít nhôm, ôxít sắt và phụ gia cho bê tông đầm lăn trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khí quyển tác Sau đây là kết quả của ba tr•ờng hợp sử dụng dụng với hydroxít can xi tạo thành chất kết dính; phụ gia cho bê tông đầm lăn mà Viện của chúng - Phụ gia lấp đầy không chứa ôxít silíc vô tôi đã thực hiện. định hình và trong điều kiện nhiệt độ và áp suất Đập RCC của công trình thuỷ điện thứ nhất 30
5. Yêu cầu thiết kế : - C•ờng độ chịu nén, MPa: 3 mk - Khối l•ợng thể tích, T/m : 2,4 Rn 9,52 MD150 - C•ờng độ chịu nén ở tuổi 180 ngày, MPa : Rn 12,5 Lop R180 15 Rk 0,54 mk - C•ờng độ chịu kéo, MPa: ( C•ờng độ mẫu khoan, MPa : R 10 ) khoi 180 R 0,75 - Thành phần bê tông sử dụng: k - Thành phần bê tông sử dụng: Xi măng Pooclăng PC40, kg : 80; Xi măng Pooclăng PC40, kg: 80; Puzơlan, kg : 210; Puzơlan, kg : 160; N•ớc, lít : 145  158; N•ớc, lít : 145-155; Phụ gia khoáng hoạt tính: Phụ gia hoạt tính: Gia Quy ( Bà Rịa – Vũng Tàu); Phong Mỹ (Thừa Thiên Huế ) Phụ gia kéo dài thời gian đông kết: TM30; SDR. Gia Quy (Bà Rịa – Vũng Tàu ); Thí nghiệm kiểm tra lấy từ bê tông đập: Phụ gia kéo dài thời gian đông kết: không sử - C•ờng độ chịu nén mẫu khoan (Φ150), MPa: dụng; n R 28 8,6 ; Thí nghiệm mẫu lấy tại bê tông đập; - C•ờng độ chịu kéo mặt lớp, MPa: C•ờng độ mẫu khoan (Φ150) bê tông đập : R klop 0,54 ; R nk = 8,8-12,6 MPa 28 60 - C•ờng độ chịu kéo khối, MPa: Đập RCC của công trình thuỷ điện thứ hai R khoi 0,75 Yêu cầu thiết kế : n 5. Mấy vấn đề cần trao đổi - Khối l•ợng thể tích, T/m3 :  2,4 5.1 Về thiết kế lựa chọn thành phần bê tông - C•ờng độ chịu nén ở tuổi 180 ngày, MPa: đầm lăn R 20 180 Từ những phân tích lý thuyết, kinh nghiệm sử (C•ờng độ mũi khoan , MPa : R mk 12,0 ) 180 dụng bê tông đầm lăn của các n•ớc và thực tiễn - C•ờng độ chịu kéo mặt lớp, MPa: ứng dụng bê tông đầm lăn thi công một số đập R K 0,6 ; 180 trọng lực ở Việt Nam có thể thấy: - Hệ số thấm, cm/s :  10 8 . - Phụ gia bê tông đầm lăn là một bộ phận cấu - Thành phần bê tông sử dụng: thành bắt buộc; Xi măng Pooclăng PC40, kg : 90; - Các loại phụ gia có thể khai thác tại Việt Puzơlan, kg : 150; Nam và đáp ứng yêu cầu thiết kế: N•ớc, lít : 132. Phụ gia khoáng có thể đ•ợc sử dụng cả tro Phụ gia hoạt tính : bay và puzolan. Tuy nhiên việc áp dụng tiêu Sơn Tịnh ( Quảng Ngãi ) chuẩn đánh giá cần tính đến điều kiện làm việc Gia Quy ( Bà Rịa – Vũng Tàu); của đập và đặc điểm khí hậu của Việt Nam. Phụ gia kéo dài thời gian đông kết: TM20; Việc tách bạch l•ợng phụ gia khoáng và thành SDR. phần chất kết dính và l•ợng hạt mịn tham gia vào Thí nghiệm kiểm tra lấy từ bê tông đập: cải thiện tính công tác và các tính chất công nghệ - Khối l•ợng thể tích ,T/m3 : γ = 2,4 khác của hỗn hợp bê tông để lựa chọn thành phần (γ = 2,24, γ = 2,56); min max hợp lý phù hợp với đặc thù của từng công tr•ờng - C•ờng độ chịu nén mẫu khoan (Φ150), MPa: n với các vật liệu chế tạo bê tông và năng lực thi R5 8thang 22,2  29,8(R =18,6; R = 42,6) min max công của nhà thầu và phù hợp với l•ợng vữa trong - C•ờng độ chịu kéo mặt lớp, MPa : k hỗn hợp bê tông đầm lăn là cần thiết. R210 0,68 1,24( R = 0,40 ; R = 2,2). min max - Phụ gia kéo dài thời gian đông kết nên sử Đập RCC của công trình thuỷ điện thứ ba dụng. Đặc biệt điều đó là cần thiết đối với khí Yêu cầu của thiết kế (tuổi 365 ngày) hậu nóng ở Việt Nam và năng lực thi công của - Khối l•ợng thể tích, T/m3 :  2,4 31
6. các đơn vị thi công. Tuy nhiên thời gian bắt đầu khối l•ợng lớn. Tuy nhiên dao động chất l•ợng đông kết cần có những nghiên cứu và tổng kết của bê tông đập th•ờng cao hơn bê tông thông để lựa chọn hợp lý vừa nâng cao khả năng dính th•ờng (ở Nga và Mỹ, bê tông đập th•ờng cho kết lớp vừa đảm bảo tiến độ thi công và không phép dao động chất l•ợng cao hơn hẳn bê tông làm giảm các tính chất khác của bê tông. kết cấu). Có thể thấy dao động c•ờng độ của bê 5.2. Về kiểm soát chất l•ợng bê tông đầm lăn tông đầm lăn trong đập ở Việt Nam (trong khối Bê tông đầm lăn cho phép thi công đập với đập cao khoảng 11m) là khá cao (bảng 3). Bảng 3. Các đặc tr•ng chất l•ợng của bê tông đầm lăn trong đập (mẫu khoan lấy từ đập) STT Kí kiệu C•ờng độ, MPa Độ lệch chuẩn, Hệ số biến động, Trung bình Cao nhất Nhỏ nhất MPa % 1 Block A 29,8 42,6 18,6 14,2 47,6 2 Block B 22,2 28,4 18,6 5,7 25,7 3 Block C 24,8 26,7 22,3 2,6 10,5 4 Block D 25,2 40,4 25,2 8,8 34,9 Vì vậy kiểm soát chất l•ợng trong toàn bộ Kiểm tra chất l•ợng hỗn hợp bê tông tạo quá trình thi công ảnh h•ởng rất lớn đến chất điểm đầu (sau khi trộn) và tại điểm cuối (tại l•ợng bê tông đập. Để nâng cao chất l•ợng và khối đổ) là cần thiết và kiểm tra tất cả các tính độ đồng nhất của bê tông, kiểm soát chất l•ợng chất công nghệ. cần đ•ợc thực hiện trên các giai đoạn: Để có thể tổng kết kết kinh nghiệm khi thi - Chuẩn bị vật liệu chế tạo; công bê tông đầm lăn đối với đập nên tiến hành - Quá trình trộn, vận chuyển, đổ và đầm; khoan lấy mẫu bê tông đập để đánh giá và phân - Kiểm tra chất l•ợng bê tông trong đập. tích. Summary ADMIXTURE FOR MAKING ROLLER COMPACTED CONCRETE IN BUILDING GRAVITY DAMS By Dr. Nguyen Duc Thang Director of The concrete Institute – The Science Technology Building Institute The paper presents several problems of admixture (classification, characteristic, properties, level of Vietnamese criteria, kinds of admixture). It also presents the results of three cases using admixture that was carried out by our institute. Based on the above implementations the author would like to discuss two issues: designing RCC ingredient and quality control for RCC concrete. Ng•ời phản biện: TS. Nguyễn Nh• Oanh 32