CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN DÙNG THI CÔNG BƠM CHO CÔNG TRÌNH SIÊU CAO TẦNG Tình hình các nghiên cứu trên thế giới về các tính chất của hỗn hợp BTTL dùng bơm cho công trình siêu cao tầng 1.1 Giới thiệu BTTL và các thông số kỹ thuật đặc trưng của hỗn hợp BTTL Trong những năm 80 của thế kỷ XX, độ bền của các cấu trúc bê tông là một chủ đề gây chú ý đặc biệt tại Nhật Bản. Khi đó, Ozawa vào năm 1989 đã đưa ra loại bê tông mà hỗn hợp của nó có khả năng tự lấp đầy góc cạnh ván khuôn hoặc cốp pha kể cả những kết cấu dày đặc cốt thép, mà vẫn giữ được tính đồng nhất bằng chính trọng lượng bản thân và độ chảy xòe cao, không cần bất kì lực tác động cơ học nào từ bên ngoài [1], [2]. Để đạt được độ tự lèn, Okamura và Ozawa [3] đưa ra các phương pháp chế tạo như sau: Lượng cốt liệu giới hạn và lượng chất kết dính cao. Độ biến dạng và độ nhớt cao.
XM N+SP Bọt khí PGK CLN CLL BTTL 10% 18% 2% 8% 26% 36% BT 10% 18% 2% 25% 45% THƯỜNG Hình 1.1 So sánh thành phần của BTTL với bê tông thường [4] BTTL bao gồm xi măng, cốt liệu, nước và phụ gia gần giống với thành phần của bê tông thường như Hình 1.1 [4], tuy nhiên, việc giảm cốt liệu lớn, tăng hàm lượng chất kết dính (CKD) và kết hợp sử dụng phụ gia siêu dẻo, tỉ lệ giữa nước và xi măng (N/X) thấp làm tăng khả năng tự lèn. Tại Việt Nam, năm 2018, Hội Bê tông Việt Nam đã biên soạn tiêu chuẩn TCVN 12209:2018 - Bê tông tự lèn - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử [5], để đưa BTTL sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng. Nói cách khác, hỗn hợp BTTL (Hình 1.2) chính là hỗn hợp khi đổ không cần đầm Hình 1.2 Hỗn hợp bê tông tự lèn 5 nhưng sau khi đóng rắn, kết cấu bê tông vẫn đảm bảo độ đặc chắc và các tính chất về cơ lý như bê tông truyền thống thông thường [6]. Ba tính chất đặc trưng cho hỗn hợp BTTL là khả năng lắp đầy; khả năng xuyên qua và khả năng kháng phân tầng [7].
Khả năng lấp đầy là khả năng tự lấp đầy hoàn toàn tất cả khu vực và các góc của ván khuôn. Khả năng lấp đầy của hỗn hợp BTTL được đánh giá qua các thông số độ chảy xòe, T500, Tv [5]. Độ chảy xòe hay độ chảy loang (slump flow-SF) là đường kính trung bình của hỗn hợp BTTL khi chảy loang từ côn đo độ sụt tiêu chuẩn. T500 là thời gian chảy loang (slump flow time) của hỗn hợp BTTL đạt tới đường kính 500 mm khi thử theo côn đo độ sụt tiêu chuẩn.
Thời gian chảy qua phễu V (V-funnel flow time-Tv) là thời gian để một khối lượng nhất định hỗn hợp BTTL chảy hết qua đáy của phễu V. Khả năng xuyên qua là khả năng đi qua cốt thép dày đặc mà không bị phân tầng hoặc bị tắc nghẽn. Khả năng chảy qua của hỗn hợp BTTL được đánh giá thông qua khả năng chảy qua hộp L hoặc khả năng chảy qua vòng J của hỗn hợp BTTL [5]. Khả năng chảy qua hộp L được đánh giá bằng cách đo chiều cao hỗn hợp BTTL đạt được sau khi chảy qua những khe hở quy định của các thanh thép trong một khoảng cách nhất định.
Từ chiều cao này có thể dự đoán khả năng chảy qua hay bị nghẽn của hỗn hợp BTTL. Khả năng chảy qua vòng J được xác định bằng khả năng chảy qua khe hở của hỗn hợp BTTL. Độ chảy loang theo vòng J cho thấy khả năng biến dạng bị hạn chế của hỗn hợp BTTL do ảnh hưởng gây nghẽn của các thanh cốt thép. Khả năng kháng phân tầng là khả năng giữ lại các thành phần cốt liệu của hỗn hợp ở trạng thái lơ lửng để duy trì một hỗn hợp đồng nhất về thành phần kể từ khi trộn xong cho đến khi bắt đầu đông kết.
Còn các đặc trưng lưu biến của hỗn hợp BTTL thể hiện qua giá trị ứng suất chảy 0 và độ nhớt dẻo µ. Ứng suất chảy 0 (Pa) là ứng suất tối thiểu để tạo ra dòng chảy ban đầu hoặc duy trì dòng chảy (liên quan đến độ chảy xòe). 6 Độ nhớt dẽo (Pa.s): là sức cản của dòng chảy (sự trượt lên nhau) của các lớp vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực bên ngoài dòng chảy [6]. Ứng suất chảy tĩnh là giá trị ứng suất cắt nhỏ nhất để đạt được dòng chảy ban đầu ở trạng trái tĩnh.
Ứng suất chảy động giá trị nhỏ nhất của ứng suất cắt để duy trì dòng chảy ban đầu sau khi phá vỡ cấu trúc xúc biến của hỗn hợp bê tông.2 Tình hình về nghiên cứu các thông số kỹ thuật về tính công tác và đặc trưng lưu biến của hỗn hợp BTTL Hiện tại trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về các thông số kỹ thuật về tính công tác cũng như đặc trưng lưu biến và ảnh hưởng của các thông số này đến khả năng bơm của hỗn hợp bê tông nói chung cũng như BTTL nói riêng. Năm 2002, Bartos và các đồng nghiệp [8] đã đưa ra một số phương pháp thí nghiệm để xác định các thông số kỹ thuật về tính công tác và tính lưu biến của hỗn hợp bê tông và BTTL. Các thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật về tính công tác như thí nghiệm đo độ chảy xòe, thời gian chảy qua phễu V, thời gian chảy xuyên qua vòng J-ring, L- box, thí nghiệm K-slump, … cũng đã được đưa vào các tiêu chuẩn châu Âu. Về các thông số đặc trưng lưu biến, sử dụng các thiết bị thí nghiệm như lưu biến kế, nhớt kế để xác định ứng suất chảy và độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông và BTTL.
Năm 2003, Wallevik [9] đã trình bày ảnh Silicafume hưởng của các nguyên vật liệu thành phần đến các thông số lưu biến của hỗn hợp bê tông 0 được thể hiện trong Hình 1.3 và so sánh sự Mẫu đối chứng Ứng suất chảy (Pa) khác nhau của các thông số lưu biến giữa bê tông thông thường và BTTL. Kết quả nghiên Không khí cứu cho thấy nếu tỉ lệ nước trong cấp phối càng Phụ gia Nước siêu dẻo tăng ứng suất chảy và độ nhớt dẻo của hỗn hợp µ Độ nhớt dẻo (Pa.s) bê tông càng giảm. Nếu hàm lượng phụ gia siêu dẻo càng tăng, ứng suất chảy càng giảm, Hình 1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng nguyên vật liệu đến độ nhớt và ứng hỗn hợp BTTL càng dẻo. Ngoài ra, nghiên cứu suất chảy của hỗn hợp bê tông [9] còn đưa ra sự ảnh hưởng của các yếu tố khác 7 như phụ gia khoáng, hàm lượng không khí,.
đến các thông số lưu biến của hỗn hợp BTTL. Hơn nữa, trong bài nghiên cứu này tác giả cũng đưa ra giá trị độ chảy xòe thấp nhất để hỗn hợp bê tông được gọi là BTTL, đồng thời ứng với từng khoảng độ chảy xòe sẽ có từng khoảng độ nhớt dẻo và ứng suất chảy riêng. Nếu độ nhớt dẻo có giá trị nhỏ hơn 40 Pa.s, BTTL sẽ có ứng suất chảy đáng kể tùy thuộc vào độ nhớt. Mặt khác, nếu BTTL quá nhớt với độ nhớt dẻo lớn hơn 70 Pa.s, ứng suất chảy của hỗn hợp BTTL coi như gần bằng 0 (Hình 1.
Tác giả cũng đề xuất rằng với hỗn hợp bê tông có ứng suất chảy lớn hơn 40 Pa và độ nhớt dẻo nhỏ hơn 50 Pa.s là hoàn toàn có thể bơm ngang được. 160 120 Ứng suất chảy 0 (Pa) Giá trị độ xòe nhỏ nhất của BTTL 80 550 mm Khu vực đề xuất cho BTTL có thể bơm 600 mm 40 650 mm 700 mm 0 0 30 60 90 120 Độ nhớt dẻo µ (Pa.4 Khu vực đề xuất ứng suất chảy và độ nhớt dẻo cho BTTL [9] Koehler và các đồng nghiệp, năm 2007 trình bày cách xác định ứng suất chảy tĩnh và ứng suất chảy động của BTTL sử dụng lưu biến kế ICAR [10]. Tác giả nêu rõ tính lưu biến của hỗn hợp BTTL là công cụ hữu ích để đánh giá, thiết kế và quản lý BTTL, trong đó, ứng suất chảy tĩnh được xác định ở trạng thái tĩnh, còn ứng suất chảy động xác định cho dòng chảy. Độ nhớt dẻo đặc trưng cho độ dính và độ đồng nhất, còn độ xúc biến xác định cho trạng thái nghỉ.
Ngoài ra, tính lưu biến có thể được tối ưu để đảm bảo tính công tác của BTTL (Hình 1. Khi BTTL có ứng suất chảy động thấp, độ nhớt dẻo và độ xúc biến phù hợp. Muốn giảm áp lực lên ván khuôn thì giảm ứng suất chảy tĩnh là ứng xuất gây ra bởi tính xúc biến của hỗn hợp BTTL. Để tăng khả năng chống phân tầng 8 thì tăng ứng suất chảy tĩnh và độ nhớt dẻo.
Có thể tăng khả năng bơm bằng cách giảm độ nhớt dẻo, để tăng độ ổn định của hỗn hợp BTTL.5 Sự thay đổi ứng suất chảy của hỗn hợp BTTL trong quá trình vận chuyển và thi công. [10] 50 Low Flow Chảy kém 45 Good Tốt Requires Vibration Vùng chảy kém Phân tầng Segregation 40 Plastic Viscosity (Pa.s) 35 Độ nhớt dẻo (Pa.s) 30 25 Good Tốt 20 15 10 Vùng phân tầng Segregation 5 0 0 50 100 150 Yield Ứng suất Stress chảy (Pa) (Pa) Hình 1.6 Khung công tác do Koehler đề xuất cho BTTL [10] Các tác giả đề xuất khung công tác (hình bình hành) cho BTTL trên Hình 1.6, là khu vực lưu biến phù hợp với tính công tác của hỗn hợp BTTL. Đây là một phương pháp đánh giá ảnh hưởng của các thông số lưu biến bao gồm ứng suất chảy và độ nhớt dẻo để đảm bảo độ đồng nhất và kháng phân tầng của hỗn hợp BTTL. Tính công tác tốt thì tính bền vững của hỗn hợp BTTL sẽ cao hơn.
9 Năm 2008, Feys và các đồng nghiệp nghiên cứu về bơm BTTL [11] bằng thí nghiệm bơm BT với kích thước thật của đường ống bơm, đưa các kết luận rằng BTTL có ứng suất chảy và độ nhớt dẻo nhưng trong một vài trường hợp, nó có ứng xử chảy đặc. Ứng suất chảy của BTTL là thấp hơn nhiều so với bê tông truyền thống nhưng độ nhớt dẻo là cao hơn để đảm bảo độ ổn định của mẻ trộn. Khi bơm BTTL, với lưu lượng bơm lớn, do BTTL có độ nhớt dẻo cao nên cần áp lực bơm lớn hơn so với bê tông truyền thống, còn ứng suất chảy gần như không ảnh hưởng. Năm 2009, Zerbino và các đồng nghiệp [12] đề xuất các thí nghiệm tính công tác và đánh giá lưu biến cho BTTL.