Đặt vấn đề Sự ra đời và phát triển bê tông đầm lăn (BTĐL) thi công đập bê tông trọng lực là bước phát triển đột phá do có nhiều ưu điểm: sử dụng ít xi măng nên tỏa nhiệt trong khối bê tông thấp, áp dụng cơ giới hóa cao nên tốc độ thi công nhanh, sử dụng phế thải và vật liệu địa phương, v. Tại Việt nam, việc nghiên cứu BTĐL bắt đầu vào những năm 90 của thế kỷ trước. Đến nay, Việt Nam đã thi công xong và tích nước khoảng 17 đập BTĐL và có một số đập đang và chuẩn bị thi công. Mặc dù đã ứng dụng công nghệ BTĐL trong xây dựng nhiều công trình đập thủy điện và thủy lợi, nhưng hiện tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn quốc gia hoặc hướng dẫn kỹ thuật về phân loại và lựa chọn sử dụng phụ gia hóa học hóa dẻo chậm đông kết, một thành phần quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng BTĐL trong thi công.
Bên cạnh đó, nhiều đập BTĐL sau khi tích nước đã thấy xuất hiện thấm nước, chủ yếu tại vị trí giữa các lớp BTĐL, việc này đối với đập bê tông trọng lực là rất đáng lo ngại. Vì vậy cần phải xử lý tốt liên kết giữa các lớp BTĐL và giảm bớt các khe lạnh giữa các lớp BTĐL bằng thi công liên tục. Đối với BTĐL, việc thi công liên tục là một trong những yếu tố quan trọng tạo nên ưu thế thi công nhanh, giảm giá thành công trình. Việc thi công liên tục đòi hỏi hỗn hợp BTĐL phải duy trì tính công tác và thời gian đông kết k o dài, đảm bảo chất lượng, giảm thiểu thấm nước cho công trình.
Do đó ngoài việc lựa chọn cấp phối BTĐL hợp lý, thì thành phần không thể thiếu trong BTĐL là phụ gia 2 hóa học, vừa duy trì tính công tác vừa k o dài thời gian đông kết cho BTĐL đảm bảo chất lượng BTĐL trong thi công. Như vậy, việc sử dụng phụ gia hóa dẻo k o dài thời gian đông kết (HK) cho ph p duy trì tính công tác, k o thời gian đông kết BTĐL để thi công liên tục giúp giảm thiểu các khe lạnh, tăng tốc độ thi công, nâng cao chất lượng và khả năng chống thấm đập BTĐL. Xuất phát từ đó, đề tài luận án giải quyết là “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hóa dẻo kéo dài thời gian đông kết đến một số tính chất cơ lý của bê tông đầm lăn s dụng cho đ p t ng l c”. Mục đích nghiên cứu Mục đích của luận án là: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hóa dẻo k o dài thời gian đông kết đến một số tính chất cơ lý của BTĐL sử dụng cho đập BTĐL trọng lực.
Từ đó đưa ra khuyến cáo sử dụng từng loại phụ gia hóa dẻo k o dài thời gian đông kết đối với từng yêu cầu cụ thể. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của luận án là một số tính chất BTĐL dùng cho xây dựng đập trọng lực tại Việt Nam khi có mặt phụ gia hóa dẻo k o dài thời gian đông kết trong thành phần cấp phối. - Phạm vi nghiên cứu của luận án là sự ảnh hưởng của từng loại phụ gia HK (TM25 của hãng Sika, Rheoplus 26 RCC của hãng BASF, ADVA 181 của hãng GRACE) đến một số tính chất cơ lý của BTĐL dùng cho xây dựng đập trọng lực tại Việt Nam ứng với vật liệu thực tế dùng để thi công công trình Hồ chứa nước Nước Trong. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập, tìm hiểu, tổng hợp kinh nghiệm và kết quả nghiên cứu của 62 tài liệu trong nước cũng như trên Thế giới về BTĐL, từ đó đưa ra mục đích nghiên cứu của Luận án.
- Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành thí nghiệm một số tính chất (tính công tác, thời gian đông kết, cường độ n n, cường độ k o dọc trục, thời điểm đầm n n hợp lý, cường độ k o lớp, tính thấm) của BTĐL trong phòng thí nghiệm đồng thời đề xuất cấp phối BTĐL và ứng dụng thi công thực tế 70 m3 BTĐL tại công trình Hồ chứa nước Nước Trong. - Lấy ý kiến chuyên gia: Thông qua hội thảo và trao đổi học thuật với các nhà khoa học và chuyên gia, Nghiên cứu sinh (NCS) đã đúc rút kinh nghiệm từ đó hoàn thiện được Luận án. Ý nghĩa khoa học - Đã nghiên cứu được quy luật ảnh hưởng của phụ gia hóa dẻo k o dài thời gian đông kết đến một số tính chất của BTĐL cho đập (tính công tác, thời gian đông kết, cường độ n n và k o, thời điểm đầm n n, quá trình phát triển nhiệt, khả năng chống thấm). Ý nghĩa thực tiễn - Trên cơ sở các quy luật nghiên cứu, đề xuất phương pháp lựa chọn phụ gia hóa dẻo trong thiết kế thành phần cấp phối của BTĐL sử dụng cho đập trọng lực.
- Đề xuất thành phần cấp phối BTĐL sử dụng phụ gia hóa dẻo k o dài thời gian đông kết có các tính chất và chỉ tiêu cơ lý đáp ứng được điều kiện kỹ thuật thi công của công trình Nước Trong, đề xuất quy trình thi công. Tính mới của Luận án - Luận án đã xác định được ảnh hưởng của ba loại phụ gia đại diện cho ba thế hệ phụ gia hoá dẻo k o dài thời gian đông kết đến các tính chất cơ lý cơ bản của BTĐL gồm: Tính công tác, thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết, cường độ kháng k o, n n, tính chống thấm của BTĐL. - Cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn loại và lượng phụ gia hoá dẻo k o dài thời gian đông kết phù hợp với từng yêu cầu cụ thể về chất lượng và tốc độ lên đập. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG XÂY DỰNG ĐẬP TRỌNG LỰC 1.
Vài n t về đập BTĐL Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bê tông không có độ sụt được tạo thành bởi hỗn hợp gồm cốt liệu nhỏ (cát thiên nhiên hoặc cát nghiền), cốt liệu lớn (đá dăm), chất kết dính (xi măng, phụ gia khoáng hoạt tính), nước, phụ gia đầy, phụ gia hóa học. Sau khi trộn, vận chuyển, san rải, được đầm chặt bằng máy đầm lăn rung. Công nghệ BTĐL thích hợp cho các công trình khối lớn, có diện thi công rộng và hình dáng không phức tạp như đập, mặt đường, sân bãi. Việc đầm n n bê tông bằng lu rung cho ph p sử dụng hỗn hợp bê tông khô và dùng ít chất kết dính hơn so với bê tông thường.
Nhờ vậy, đối với đập trọng lực thi công bằng công nghệ này sẽ nhanh hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ bê tông thường. Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng lực. Khối lượng bê tông được thi công càng lớn, thì hiệu quả áp dụng công nghệ BTĐL càng cao. Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ BTĐL thường đem lại hiệu quả kinh tế lớn hơn so với đập bê tông thường và đập đất đá [33] bởi các lý do sau: Thi công nhanh: So với đập bê tông thường, đập BTĐL được thi công với tốc độ cao hơn, do có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung để đầm n n và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt.
Công trình đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL càng lớn so với đập đất đá. Hạ giá thành: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng, giá thành đập BTĐL rẻ hơn so với đập bê tông truyền thống từ 25% đến 40%. Sự chênh lệch giá này phụ thuộc vào giá thành cốt liệu, chất kết dính, tính phức tạp 6 của công tác đổ bê tông và khối lượng của toàn bộ công trình. Việc hạ giá thành đạt được còn do giảm được chi phí cốp pha đổ bê tông, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ và đầm bê tông.
Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ: So với đập đất đá, chi phí làm cửa tràn của đập BTĐL rẻ hơn (tương tự như đập bê tông thường). Đối với đập thuỷ điện được thiết kế có nhiều cửa nhận nước ở nhiều cao trình khác nhau, thì phương án đập BTĐL càng rẻ hơn so với phương án đập đất đá. Hơn nữa khi làm đập BTĐL, chiều dài của kênh xả nước ngắn hơn so với kênh xả nước của đập đất đá và vì vậy giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lý nền [11, 26]. Giảm chi phí cho biện pháp thi công: Việc thi công đập bằng BTĐL có thể giảm chi phí dẫn dòng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các rủi ro khi nước lũ tràn qua đê quai.
Đối với đập BTĐL, đường ống dẫn dòng ngắn hơn ống dẫn dòng của đập đắp. Hơn nữa thời gian thi công đập BTĐL ngắn, nên các ống dẫn dòng cho đập BTĐL chỉ cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn nhất theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối với đập bê tông thường và đập đất đá. Vì vậy, đường kính ống dẫn dòng của đập BTĐL nhỏ hơn và chiều cao đê quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông thường và đập đất đá. Vật liệu sử dụng cho bê bê tông đầm lăn 1.
Xi măng Hiện nay trên thị trường Việt Nam, xi măng poóc lăng tương đương loại TYPE II và TYPE IV của ASTM_C150 phù hợp cho việc sử dụng trong BTĐL dùng cho đập hầu như không tồn tại. Xi măng poóc lăng trộn lẫn tức xi măng poóc lăng hỗn hợp có nhiệt thuỷ hoá vừa phải, tuy nhiên nếu sử dụng cùng một lượng 7 phụ gia khoáng lớn thì sự phát triển cường độ không đạt yêu cầu. Do đó hiện nay chủ yếu sử dụng loại xi măng không pha phụ gia, tức xi măng poóc lăng đạt yêu cầu TCVN 2682 – 2009. Phụ gia khoáng Hiện nay, phụ gia khoáng đã được sử dụng phổ biến ở việt Nam được phân thành 3 loại như sau: - Loại F: chủ yếu là tro bay nhiệt điện.
- Loại N: Chủ yếu là phụ gia khoáng thiên nhiên có xử lý nhiệt hay không qua sử lý nhiệt. - Loại C: Chủ yếu là tro bay chứa một hàm lượng lớn CaO (tro bay đốt than nâu). Dưới đây là một số chỉ tiêu cơ bản đối với phụ gia khoáng theo ASTM – C 618. Phân loại phụ gia và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của phụ gia bê tông ASTM C 618.
Loại phụ gia khoáng Chỉ tiêu N F C Tổng hàm lượng SiO2, Al2O3, Fe2O3, tối thiểu, (%). 70,0 70,0 50,0 Hàm lượng SiO3 , tối đa, (%).