CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG TỰ LÈN Bê tông, bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các công trình xây dựng. Bê tông có rất nhiều ưu điểm nhưng nổi trội nhất là khả năng chịu lực, tuổi thọ cao, dễ tạo hình và tận dụng được các nguồn vật liệu tại địa phương, chính vì vậy trong lĩnh vực xây dựng nó là loại vật liệu chiếm ưu thế lớn nhất. Trong khi sử dụng, các Chuyên gia xây dựng đã phối hợp với các Nhà khoa học về lĩnh vực vật liệu nhằm khai thác triệt để các ưu điểm, khắc phục những tồn tại của bê tông, bê tông cốt thép, vì thế đã có những công nghệ sản xuất và thi công bê tông tiên tiến ra đời. Một trong những công nghệ mới đó là công nghệ bê tông tự lèn (BTTL).
Chất lượng và độ bền của các kết cấu từ bê tông và bê tông cốt thép, ngoài việc chọn vật liệu phù hợp, thiết kế thành phần cấp phối tối ưu thì còn phụ thuộc chủ yếu vào công nghệ thi công, công tác đổ, đầm và bảo dưỡng cho bê tông. Thực tế cho thấy đã có rất nhiều những khuyết tật của kết cấu bê tông, bê tông cốt thép là do quá trình thi công tạo ra. Nhất là đối với các công trình thuỷ lợi thường xuyên hoặc định kỳ tiếp xúc với nước, thì những khuyết tật như phân tầng, rỗ, nứt, thấm v. do thi công không đảm bảo chất lượng gây ra sẽ làm giảm tuổi thọ của công trình một cách đáng kể.
Trong các công trình xây dựng, có rất nhiều các kết cấu có hình dạng phức tạp, cốt thép dầy đặc, có nhiều góc cạnh thì việc đầm hỗn hợp bê tông rất khó có thể thực hiện một cách hoàn chỉnh. Kết quả khi kết cấu bê tông không được đầm chặt thường hay gây ra các lỗ rỗng, không đảm bảo độ đặc chắc và không đạt cường độ, độ chống thấm nước như thiết kế yêu cầu. Chính vì thực tế này đòi hỏi cần có một loại bê tông có khả năng tự điền đầy các khuôn của kết cấu, từ trọng lượng của bản thân hỗn hợp nhưng phải đảm bảo luôn luôn đồng nhất và không bị phân tầng, tách nước. Bê tông tự lèn là một loại bê tông có thể đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật này.
Việc sử dụng bê tông tự lèn trong xây dựng các công trình có hình dáng kết cấu phức tạp, cốt thép dầy đặc, yêu cầu chất lượng cao là một bước tiến quan trọng 5 trong công nghệ thi công bê tông và bê tông cốt thép. Ở Việt nam, trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, để đáp ứng nhu cầu của ngành xây dựng với những công trình quan trọng nhiều công nghệ thi công bê tông đã được áp dụng. Đó là công nghệ thi công bê tông dự ứng lực, phục vụ xây dựng cầu giây văng, công nghệ thi công bê tông đầm lăn trong xây dựng các đập thuỷ điện, Thuỷ lợi. Việc nghiên cứu sử dụng công nghệ bê tông tự lèn cũng đã được Viện KHCNXD Bộ xây dựng, Trường Đại Học Xây dựng quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong xây dựng dân dụng.
Các loại bê tông tự lèn đã được nghiên cứu phục vụ xây dựng dân dụng, giao thông thường là bê tông mác cao từ 35MPa trở lên. Đối với ngành Thuỷ lợi, những kết cấu bê tông cốt thép có yêu cầu sử dụng bê tông có tính chất như bê tông tự lèn như: các cống dưới đê, xi phông dẫn nước, các cửa van bê tông cốt thép mỏng, các đập xà lan, đập vòm, đập trụ chống v. cũng đều đòi hỏi có mác từ 30MPa đến 40Mpa hoặc lớn hơn, ngoài ra còn đòi hỏi tính chống thấm tốt, bề mặt nhẵn đẹp hay nói cách khác đòi hỏi chất lượng cao. Khái niệm về bê tông tự lèn (BTTL) Bê tông tự lèn (BTTL) là loại bê tông mà hỗn hợp mới trộn xong của nó (hỗn hợp bê tông tươi) có khả năng tự điền đầy các khuôn đổ hoặc cốp pha kể cả những kết cấu dầy đặc cốt thép mà vẫn đảm bảo tính đồng nhất bằng chính trọng lượng bản thân và độ chảy xoè, không cần bất kỳ một tác động cơ học nào từ bên ngoài.
Theo các ông Takefumi Shindoh và Yasunori Matsuoka [42], BTTL được định nghĩa là loại bê tông mà hỗn hợp có độ dẻo tuyệt vời, có khả năng chống lại sự phân tầng và có thể điền đầy các kết cấu có cốt thép dày đặc mà không cần thiết đến tác dụng của quá trình đầm [38,45,18,32,41]. Như vậy, BTTL là bê tông mà hỗn hợp của nó khi đổ không cần đầm nhưng sau khi đông cứng, kết cấu bê tông vẫn đảm bảo độ đặc chắc và các tính chất cơ lý như bê tông thông thường cùng mác. Tình hình nghiên cứu ứng dụng của BTTL ở trong nước và trên thế giới 1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng BTTL trên thế giới 6 Bê tông tự lèn bắt đầu được nghiên cứu ở Nhật bản từ năm 1983 và được áp dụng từ năm 1988 nhằm mục đích nâng cao độ bền vững cho các kết cấu công trình xây dựng [20,22,29].
Hiện nay BTTL đã được sử dụng rộng rãi trên các công trình xây dựng với quy mô lớn. Năm 1988 đã có 290 000m3 bê tông tự lèn được sử dụng làm các bến thả neo của cầu Akashi Kaikyo với khoảng cách giữa hai trụ lên đến 1991m, dài nhất thế giới. Nhờ việc ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn mà thời gian thi công công trình này đã rút ngắn được 20% [33]. Hình 1-1: Sử dụng BTTL cho Mố neo của cầu Akashi-Kaikyo Hình 1-2: Đường hầm Sodra Lanken - Thụy Hình 1-3: Tháp Ma Cao - Trung Điển - thi công bằng BTTL Quốc - thi công bằng BTTL 7 Số lượng các công trình xây dựng được ứng dụng loại bê tông tự lèn ở Nhật ngày càng tăng lên.
Nhà máy lọc xăng dầu Murano đã sử dụng 200 000 m3 bê tông tự lèn và thi công với tốc độ 500m3 trong một ngày. Năm 1993 tại sân vận động Fukuoka Dome [27] đã có 10 000 m3 bê tông tự lèn được sử dụng để thi công vòm dốc 45o và khung chịu lực với cốt thép dầy đặc. Tại công trình đường hầm của thành phố Yokohama, hơn 40m3 bê tông tự lèn đã được sử dụng để thi công mặt bên trong ở độ sâu 20m [24, 26]. Năm 1998, trong khi xây dựng công trình bể chứa dầu Osaka Gas (Osaka - Nhật bản) cũng đã sử dụng 12 000 m3 bê tông tự lèn cho kết cấu bê tông dự ứng lực.
Với việc sử dụng công nghệ bê tông tự lèn, công trình này đã rút ngắn được 18% thời gian thi công và giảm hơn 60% nhân công lao động cho công tác bê tông (từ 150 người xuống còn 50 người), giảm 12% tổng chi phí cho công tác thi công bê tông [24]. Ngoài việc sử dụng bê tông tự lèn để thi công các công trình xây dựng lớn, Nhật bản cũng đã ứng dụng bê tông tự lèn thay thế bê tông thường trong lĩnh vực chế tạo các cấu kiện bê tông đúc sẵn. Theo tác giả [34], khối lượng cấu kiện bê tông đúc sẵn sử dụng bê tông tự lèn tại Nhật bản chiếm khoảng 0,5% vào năm 2000. Lần đầu tiên tại Hàn Quốc, công ty Gas Hàn Quốc kết hợp với công ty Taisei - Nhật bản đã sử dụng 256 000 m3 bê tông tự lèn để xây dựng 8 bể chứa gas với đường kính 78,58m, chiều dày thành bể 1,7m và chiều sâu 75m tại đảo Inchon [43].
Trung Quốc đã sử dụng bê tông tự lèn vào thi công tháp Macao tại Hồng Kông với chiều cao tháp là 138m. Hơn 500 m3 bê tông tự lèn đã được dùng để thi công các kết cấu của tháp từ độ cao 120m trở lên [39]. Bê tông tự lèn đã được sử dụng rất hiệu quả khi thi công xây dựng các công trình có mật độ cốt thép dầy đặc [30]. Tại Đài Loan, bê tông tự lèn đã được nghiên cứu từ những năm 1990.
Việc ứng dụng bê tông tự đầm vào các công trình xây dựng ở Đài Loan chỉ được tiến hành vào năm 1999, và chủ yếu tại các công trình xây dựng cầu, đường cao tốc, bể chứa dầu… Năm 2000, tổng khối lượng bê tông tự lèn dùng trong xây dựng ở Đài Loan xấp xỉ 220 000 m3 (chiếm 0,3%) và đến năm 2001 đã vượt trên 600 000 m3 [48,49]. 8 Bê tông tự lèn cũng đã được sử dụng tại Thái lan từ những năm 1992 vào những công trình xây dựng như: 4 000 m3 cho đường ống dẫn nước, đường ống, cầu của hệ thống cung cấp nước cho tháp làm lạnh của Nhà máy chế tạo than đá tại tỉnh Lampang; 432 m3 cho cầu vượt đường cao tốc tại tỉnh Patumthani; 429 m3 cho các cột cao của toà nhà Ofice Building ở Băng cốc. Cũng ở Thái lan bê tông tự lèn còn được dùng để sửa chữa nhà máy Mabtapud tại tỉnh Rayong, sửa chữa tường, đường ống tại Lamchabang Jetty Chonburi và đổ kết cấu tường cho bộ phận kiểm tra động cơ máy bay của sân bay Băng Kốc [40]. Philipin cũng đã sử dụng bê tông tự lèn vào các công trình xây dựng.
Cụ thể là khách sạn Eaton Holiday ở Makati cao 71 tầng đã sử dụng gần 2500 m3 bê tông tự lèn trong thi công [23]. Tại Châu Âu, Thụy Điển là một trong những nước đi đầu về áp dụng công nghệ bê tông tự lèn vào xây dựng. Năm 1996, Hiệp hội cầu đường Thụy Điển đã kết hợp với Viện nghiên cứu xi măng và bê tông Thụy Điển nghiên cứu, ứng dụng thành công, hoàn chỉnh công nghệ bê tông tự lèn trong việc thi công các công trình cầu, bê tông khối lớn [16]. Ngoài ra Thụy Điển cũng đã có dự án nghiên cứu trong 4 năm (1996 - 2000) về ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp [17].
Sau đó bê tông tự lèn tại Thụy Điển còn được công nhận và áp dụng cho những sản phẩm bê tông đúc sẵn và áp dụng cho các nhà máy bê tông tự lèn trộn sẵn (Ready Mix Self Compacting Conrete). Đến năm 2000 sản phẩm bê tông tự lèn đúc sẵn đã chiếm 5% khối lượng cấu kiện đúc sẵn của Thụy Điển. Năm 1988 - 2004, Thụy điển đã tiến hành xây dựng hệ thống giao thông lớn mang tên Sodra Lanken với tổng giá trị đầu tự lên đến 800 triệu USD với khối lượng 250 000 m3 bê tông. Trên công trình này, hơn 1500 m3 bê tông tự lèn được sử dụng trong thi công các kết cấu nằm trong lòng đất, các kết cấu đường hầm, các tường chắn nghiêng… [46].