Phần mở đầu, 4 Chương, Kết luận và kiến nghị; 66 tài liệu tham khảo, 04 tài liệu tác giả đã công bố. Nội dung chính của luận án được trình bày trong 118 trang và phụ lục với 72 hình vẽ và 27 bảng. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1. Bê tông đầm lăn BTĐL là loại bê tông không có độ sụt được tạo bởi hỗn hợp bao gồm cốt liệu nhỏ (cát thiên nhiên hoặc cát nghiền), cốt liệu lớn (đá dăm), chất kết dính (XM, PGK hoạt tính nghiền mịn), nước và phụ gia hóa học.
Sau khi trộn đều, vận chuyển, san rải hỗn hợp được đầm chặt theo yêu cầu của thiết kế bằng thiết bị đầm lăn [43]. Công nghệ xây dựng BTĐL có ưu điểm là thi công nhanh, hạ giá thành và giảm chi phí cho công trình tạm phục vụ dẫn dòng thi công. Thực tiễn cho thấy do giảm hàm lượng XM/CKD nên nhiệt thủy hóa của BTĐL giảm hơn so với CVC nhưng lại có tốc độ nhiệt thủy hóa chậm hơn. Tuy nhiên BTĐL lại tồn tại vấn đề là tính chống thấm kém và được coi là vật liệu không đẳng hướng do đầm nén lớp mỏng.
Vì vậy, ở nhiều nước người ta sử dụng BTĐL làm lõi đập, bao bọc xung quanh là lớp vỏ bê tông thường chống thấm dày 2÷3 m hoặc sử dụng BTĐL có tính chống thấm cao và thi công trên toàn mặt cắt [4][5]. Tính năng cơ học của BTĐL 1. Cường độ kháng nén của BTĐL Cường độ kháng nén là tính chất quan trọng nhất của bê tông nói chung và BTĐL nói riêng và thường được xem xét đầu tiên. Giá trị cường độ kháng nén của BTĐL (fc) được xác định thông qua thí nghiệm nén mẫu với hình dạng, kích thước, ngày tuổi không thống nhất giữa các nước.
Ngoài ra giá trị cường độ kháng nén của BTĐL còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất vật liệu CKD, tỉ lệ nước trên chất kết dính (N/CKD), hàm lượng trộn phụ gia khoáng trong chất kết dính (PGK/CKD), cường độ và độ sạch cốt liệu, điều kiện bảo dưỡng bê tông. Theo một nghiên cứu của Trung Quốc [14], cường độ kháng nén của BTĐL tại thời điểm 28 ngày và 90 ngày được xác định theo công thức (1.2): f c28 19, 459CKD / N-0,147PGK/CKD-11,681 (MPa) (1.1) 4 f c90 19,326CKD / N-0,333PGK/CKD+5,968 (MPa) (1.2) Từ công thức trên có thể thấy rằng cường độ kháng nén của BTĐL giảm khi hàm lượng trộn PGK/CKD tăng lên. Cường độ kháng kéo của BTĐL Giá trị cường độ kháng kéo của BTĐL (ft) có thể xác định trực tiếp thông qua thí nghiệm kéo mẫu hoặc tính toán theo công thức kinh nghiệm từ giá trị cường độ kháng nén. Cường độ kháng kéo của BTĐL mặc dù có liên quan với chủng loại và cấp phối vật liệu nhưng nói chung tăng lên khi cường độ kháng nén của BTĐL tăng lên.
Cường độ kháng kéo của BTĐL tại thời điểm 28 ngày và 90 ngày được xác định theo công thức (1. Mô đun đàn hồi của BTĐL Mô đun đàn hồi của BTĐL (Ec) là tham số quan trọng khi tính toán phân bố ứng suất trong kết cấu đập BTĐL. Do thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi tương đối khó, nói chung đều được xác định thông qua cường độ kháng nén của BTĐL. Công thức kinh nghiệm xác định mô đun đàn hồi đều đưa ra từ kết quả thống kê thực nghiệm.
Đối với bê tông nói chung các quốc gia khác nhau có công thức xác định khác nhau, ví dụ: 100 Quy phạm Trung Quốc [29]: E c (GPa) (1.5) 34,7 2, 2 fc Quy phạm ACI của Mỹ [41]: E c 4, 73 f c (GPa) (1.6) 5,5 Tiêu chuẩn BS8110 của Anh [46]: E c fc (GPa) (1.7) c Tiêu chuẩn của Châu Âu [49]: E c 6 f c (GPa) (1.8) 5 Theo TCXDVN 356-2005 [32] giá trị của Ec phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén của bê tông và trong khoảng từ (21 ~ 40) 103 MPa. Do cường độ kháng nén của BTĐL phụ thuộc tỉ lệ N/CKD và hàm lượng PGK/CKD, vì vậy mô đun đàn hồi của BTĐL tại thời điểm 28 ngày và 90 ngày có thể được xác định theo công thức (1.9) E c90 21, 217CKD / N-0,197PGK/CKD-1,376 (GPa) (1.10) Từ công thức trên có thể thấy rằng mô đun đàn hồi của BTĐL giảm khi hàm lượng trộn PGK/CKD tăng lên. Biến dạng của BTĐL BTĐL trong quá trình đông cứng và trong môi trường sử dụng khác nhau đều có thể xuất hiện biến dạng, biến dạng của BTĐL bao gồm co ngót hóa học, co dãn do độ ẩm, biến dạng nhiệt, biến dạng do tải trọng, v. Theo tính chất biến dạng có thể phân thành biến dạng hồi phục và biến dạng không hồi phục, biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.
Từ biến của BTĐL Khi kết cấu BTĐL chịu tác dụng của tải trọng không đổi trong thời gian dài, biến dạng BTĐL tăng lên theo thời gian được gọi là từ biến. Thời kỳ đầu gia tải, từ biến của BTĐL tăng lên khá nhanh sau đó dần dần giảm xuống, một vài năm sau tăng lên rất chậm. BTĐL sau khi dỡ tải, một phần biến dạng hồi phục tức thời, biến dạng này nhỏ hơn biến dạng đàn hồi phát sinh khi gia tải ban đầu. Trong một khoảng thời gian sau khi dỡ tải, biến dạng vẫn có thể tiếp tục hồi phục gọi là hồi phục từ biến.
Biến dạng không có khả năng hồi phục gọi là biến dạng dư. BTĐL bất kể là chịu nén, chịu kéo hoặc chịu uốn đều có hiện tượng từ biến, nguyên nhân phát sinh từ biến nói chung là do tính bám dính của cốt liệu đá và XM dưới tác dụng của tải trọng trong một thời gian dài bị nới lỏng. Biến dạng do từ biến dưới tác dụng của đơn vị ứng suất gọi là độ từ biến, thông thường khoảng (10~300)10-6 MPa. 6 Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến giá trị từ biến như chủng loại XM, tính chất cốt liệu, tỉ lệ N/XM, tỉ lệ vữa, chất phụ gia cùng với ngày tuổi bê tông khi gia tải, giá trị ứng suất, thời gian duy trì tải trọng, nhiệt độ và độ ẩm của môi trường, hình dạng và kích thước kết cấu, v.
Co ngót của BTĐL Khi BTĐL rắn chắc trong không khí, thể tích của nó có thể giảm nhỏ, hiện tượng này gọi là co ngót. Co ngót là biến dạng phát sinh do thể tích thay đổi mà bê tông không chịu ngoại lực. Thông thường cho rằng co ngót bê tông là do thể tích bản thân khối kết dính bị co ngót và bê tông co ngót thể tích do mất nước. Thời kỳ đầu co ngót phát triển rất nhanh, sau đó dần dần chậm lại, tổng thể quá trình co ngót có thể kéo dài 2 năm trở lên.
Khi BTĐL không thể tự do co ngót, trong bê tông phát sinh ứng suất kéo dẫn đến phá hoại nứt. Nhân tố ảnh hưởng đến co ngót của BTĐL chủ yếu có nhiệt độ và độ ẩm môi trường xung quanh, hình dạng và kích thước mặt cắt cấu kiện, tỉ lệ cấp phối, tính chất cốt liệu, tính chất XM, điều kiện bảo dưỡng. nên tính toán chính xác co ngót bê tông rất khó khăn. Giá trị kéo dãn giới hạn của BTĐL Giá trị kéo dãn giới hạn của BTĐL (p) tại thời điểm 28 ngày và 90 ngày có liên quan đến cường độ kháng kéo của BTĐL có thể được xác định theo công thức (1.12) Từ công thức trên có thể thấy rằng giá trị kéo dãn giới hạn của BTĐL tăng lên khi cường độ kháng kéo của BTĐL tăng lên.
Tính năng cơ học của BTĐL theo thời gian Quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu BTĐL là biểu thức toán học miêu tả quy luật vận động và quan hệ giữa lực, nhiệt độ, biến dạng, v.v… của nội bộ kết cấu trong không gian và thời gian. BTĐL là vật liệu hỗn hợp được tạo thành từ XM, PGK, cốt liệu thô, cốt liệu mịn và nước. Khi mới hình thành, trong bê tông đã tồn tại các khuyết tật như các lỗ rỗng, vết nứt nhỏ, v. Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, do tập trung ứng suất tại các khuyết tật nên chúng dần dần phát triển, từ đó dẫn đến quan hệ ứng suất - biến dạng của phần tử cốt liệu từng bước đi chệch quan hệ tuyến tính và xuất hiện đặc tính cơ bản của phi tuyến tính.
Đồng thời do các thành phần vật liệu bê tông có đặc trưng phân bố ngẫu nhiên, vì vậy bất kể là phân bố khuyết tật ban đầu hay là quá trình diễn biến khuyết tật về sau đều không thể ngăn ngừa đặc trưng ngẫu nhiên sẵn có của bê tông. Phi tuyến tính và ngẫu nhiên là hai đặc trưng cơ bản của quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông. Hiện nay quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu bê tông nói chung và BTĐL nói riêng có thể phân thành mấy nhóm mô hình sau [42][48]: - Mô hình cơ học đàn hồi tuyến tính và phi tuyến tính; - Mô hình cơ học tính dẻo; - Mô hình cơ học phá hủy. Do tính phức tạp của vật liệu BTĐL, hiện nay vẫn chưa có một mô hình vật liệu BTĐL duy nhất được mọi người công nhận.
Nói chung căn cứ vào đặc điểm chịu lực, phạm vi ứng suất và độ chính xác tính toán, v. của kết cấu phân tích để lựa chọn mô hình thích hợp. Đương nhiên để xác định chính xác cần phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác lập các hàm biểu diễn quá trình phát triển các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL theo thời gian ứng với cấp phối được lựa chọn tối ưu cho từng công trình cụ thể. Tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới và tại Việt Nam 1.
Tình hình xây dựng đập BTĐL trên thế giới Trong khoảng thời gian từ năm 1960 đến 1970 có những cách sử dụng vật liệu có thể coi là tiền đề của BTĐL. Cụ thể, năm 1961 hỗn hợp bê tông không độ sụt được rải bằng xe ủi đã áp dụng cho đập Alpe Gera tại Italia và đập Manicongan ở Canada. Hỗn hợp bê tông được đầm chặt bằng các loại đầm dùi gắn sau máy ủi hoặc đầm chặt bằng máy ủi [43]. Cũng trong năm 1961 hỗn hợp cát đá trộn với XM được rải và đầm bằng các thiết bị thi công đập đất để xây dựng tường quây của đập Thanh Môn, Đài Loan [4].