Chương 1: Tổng quan về bê tông đầm lăn dùng cho xây dựng đập trọng lực Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia đến một số tính chất của bê tông đầm lăn Chương 4: Ứng dụng thử nghiệm bê tông đầm lăn sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P tại hiện trường Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Trong đó có 39 bảng, 55 hình vẽ và đồ thị với 68 tài liệu tham khảo được trình bày trên 124 trang giấy khổ A4. Luận án “Nghiên cứu tổ hợp phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước của bê tông đầm lăn sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam’’ được thực hiện tại Viện Chuyên ngành Bê tông – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG CHO XÂY DỰNG ĐẬP TRỌNG LỰC 1. Khái niệm BTĐL Theo định nghĩa của ACI 116R-00 [31], BTĐL là bê tông được đầm bởi máy đầm lăn, tức loại bê tông mà ở trạng thái chưa đóng rắn sẽ chịu lực từ con lăn trong quá trình đầm.
BTĐL là loại bê tông sử dụng các vật liệu thành phần như bê tông thường. 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 nén bê tông bằng lu rung cho phép 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 bởi các lý do sau [54]: 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 đề đầm nén và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt. So với đập đất đắp có cùng chiều cao, khối lượng của đập BTĐL nhỏ hơn, nên thi công nhanh hơn.
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 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 của 5 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 [8, 32]. 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. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTĐL cho xây dựng đập trọng lực 1.Trên thế giới Từ năm 1960, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu loại bê tông ít xi măng có thể coi là tiền đề của BTĐL [17].
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 [32]. 6 Năm 1961, hỗn hợp cát đá trộn với xi măng được rải và đầm bằng các thiết bị thi công đập đất để xây dựng tường quây của đập Thanh Môn, Đài Loan [4]. Trong những năm 1970, một số công trình ở Mỹ đã đưa vào nghiên cứu BTĐL trong phòng và nghiên cứu thiết kế thử nghiệm trên hiện trường.
Năm 1980, lần đầu tiên Mỹ sử dụng BTĐL để xây dựng đập Willow Creek, bang Oregon. Đập cao 52 m, dài 543 m, khối lượng BTĐL 331. Đến 1999, Mỹ có hàng chục công trình đập BTĐL. Ý tưởng về sử dụng BTĐL có hàm lượng lớn tro bay sau này được Cục khai hoang Mỹ (USBR) sử dụng làm cơ sở cho việc thiết kế đập Upper Stillwater cao 90 m, dài 815 m, khối lượng BTĐL 1.
Từ 1972 đến 1974, Cannon R.W [37] đã có những đóng góp đáng kể về nghiên cứu BTĐL. Tác giả đưa ra kết quả thí nghiệm bê tông nghèo xi măng, vận chuyển bằng ô tô, san gạt bằng xe ủi và đầm bằng lu rung. Từ năm 1970, Dunstan [32] bắt đầu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về BTĐL. Tiếp đó, Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng (CIRIA) của Anh đã tiến hành dự án nghiên cứu rộng về BTĐL có sử dụng tro bay với hàm lượng lớn.
Các kết quả nghiên cứu được đưa ra thử nghiệm ở trạm xử lý nước Tamara - Coruwall (1976) và thử nghiệm tại công trình đập Wimbledall (1979). Năm 1974, các kỹ sư Nhật Bản [17] bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTĐL với mục đích rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành công trình đập bê tông. Công trình đập BTĐL đầu tiên của Nhật là Shimajigawa, cao 89 m, dài 240 m, khối lượng BTĐL 165.000 m3 trong tổng số 317.000 m3 của bê tông đập. Đến cuối 1992 đã có 30 đập BTĐL được thi công ở Nhật.
Đến nay, Nhật Bản đã hình thành trường phái đập BTĐL gọi là RCD (Roller- Compacted Dams) gồm thiết kế mặt cắt đập, tính toán thành phần bê tông, công nghệ thi công và khống chế nhiệt độ đập. Đặc điểm của phương pháp RCD là sử 7 dụng kết cấu “vàng bọc bạc”, tức là lõi đập bằng BTĐL có cường độ và độ chống thấm thấp được bao bọc bởi bê tông thường phía ngoài có cường độ, độ chống thấm cao. Ưu điểm của loại kết cấu đập này là đảm bảo khả năng chống thấm cho đập, nhờ lớp tường bê tông thường cốt thép có khả năng chống thấm cao phía thượng lưu. Đồng thời nó có nhược điểm là quá trình thi công phức tạp do phương thức thi công hai loại bê tông khác nhau nên không thi công đồng thời dẫn đến kéo dài thời gian thi công và liên kết giữa hai loại bê tông không cao.
Năm 1980, Trung Quốc [7] bắt đầu nghiên cứu áp dụng công nghệ BTĐL. Mặc dù áp dụng công nghệ BTĐL tương đối muộn nhưng Trung Quốc là nước có tốc độ phát triển công nghệ này rất nhanh. Sau khi xây dựng xong đập BTĐL đầu tiên năm 1986 (đập Khanh Khẩu), Trung Quốc bước vào cao trào xây dựng đập BTĐL. Hiện nay đập BTĐL của Trung Quốc nói chung về các mặt số lượng, chất lượng, chiều cao, kỹ thuật đều chiếm vị trí hàng đầu thế giới.
Các chuyên gia Trung Quốc đã xây dựng tương đối hoàn chỉnh trường phái công nghệ BTĐL của mình, với tên gọi RCCD (Roller Compacted Concrete Dams). Phương pháp này gồm thiết kế mặt cắt đập, quy trình thiết kế, chọn vật liệu và thi công, quy trình thử nghiệm kiểm tra BTĐL tại hiện trường. Xu hướng mới của Trung Quốc là dùng kết cấu hoàn toàn BTĐL, trong đó BTĐL ở phía thượng lưu đập phải đảm bảo chống thấm cao như bê tông thường, có bề dày nhỏ nhất bằng 1/20 ÷ 1/12 cột nước mặt đập nhưng phải đảm bảo yêu cầu thi công [4]. Ưu điểm của công nghệ này là vừa đảm bảo yêu cầu chống thấm cho đập, thi công đồng thời nên tăng tiến độ thi công và tính đồng nhất toàn mặt cắt đập.
Tỷ lệ đập BTĐL so với tổng số đập bê tông cao trên 60 m đã và đang thi công nêu trong bảng 1. Các nước có đập BTĐL cao hơn 60 m nhiều nhất [14] TT Tên nước Tổng số đập Trong đó BTĐL 1 Trung Quốc 95 25 2 Việt Nam 17 9 3 Nhật 40 5 4 Iran 48 3 5 Thổ Nhĩ Kỳ 51 2 6 Tây Ban Nha 10 2 7 Ấn độ 10 1 Như vậy, Việt Nam là một trong những nước trên thế giới có nhiều đập BTĐL cao trên 60 m. Đến nay trên thế giới có hai loại kết cấu đập BTĐL là kết cấu “vàng bọc bạc” và kết cấu BTĐL toàn mặt cắt, trong đó kết cấu BTĐL toàn mặt cắt là xu thế chung hiện nay. Đặc biệt theo trường phái của Trung Quốc thì kết cấu BTĐL toàn mặt cắt có phần thượng lưu nằng BTĐL chống thấm cao là giải pháp hữu hiệu.Tại Việt Nam Việt Nam bắt đầu nghiên cứu ứng dụng BTĐL từ những năm 1990.
Viện khoa học Thủy lợi nghiên cứu phụ gia khoáng cho BTĐL [13]. Công trình BTĐL xây dựng đầu tiên của Việt Nam là đập thủy điện Pleikrong, khởi công xây dựng năm 2003. Tiếp đó hàng loạt công trình đập thủy điện được thi công và chuẩn bị xây dựng bằng BTĐL (bảng 1. Các đập của hồ chứa nước công trình thủy lợi cũng được thiết kế và xây dựng theo công nghệ này (Định Bình, Nước Trong, Tân Mỹ, v.
Năm 2004, trong công trình “Nghiên cứu chế tạo bê tông đầm lăn cho đập và mặt đường trong điều kiện Việt Nam” [17] đã nhận định: Tiềm năng nguyên liệu 9 của Việt Nam để chế tạo BTĐL tương đối sẵn, khả năng ứng dụng công nghệ BTĐL có triển vọng lớn. Năm 2007, Báo cáo đề tài cấp Bộ của PGS.
