Nghiên Cứu Tính Chất và Thiết Kế Bê Tông Chống Thấm Trong Công Trình Thủy Lợi

Bê tông là vật liệu đá nhân tạo được tạo thành từ chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi, đá dăm) và phụ gia. Hỗn hợp bê tông phải đảm bảo đạt được các tính chất như cường độ và độ chống thấm sau khi rắn chắc. Ưu điểm lớn nhất của bê tông là cường độ chịu nén cao. Tuy nhiên, một trong những nhược điểm của bê tông là tính thấm nước. Điều này gây ăn mòn cốt thép và phá hoại kết cấu bê tông, giảm tuổi thọ công trình. Cường độ nén và tính thấm của bê tông có mối tương quan nhất định. Thông thường, khi cường độ bê tông cao, bê tông có tính đặc chắc, hàm lượng lỗ rỗng mao quản nhỏ, khí đó khả năng chống thấm của bê tông tốt hơn.

Mác chống thấm là khả năng của bê tông không cho nước thấm qua dưới áp lực thủy tĩnh. Khi thí nghiệm xác định độ chống thấm của tổ mẫu (6 viên hình trụ, kích thước 150 x 150 mm ) là cấp áp lực lớn nhất mà ở trong đó 4 trong 6 viên mẫu chưa bị nước thấm qua. Từ áp lực nước mà ở đó 4 trong 6 viên đã bị thấm nước (áp lực mà tại đó dừng việc thử) trừ đi 2 sẽ cho mác chống thấm của bê tông B.

Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bước phát triển đột phá trong công nghệ đập bê tông khối lớn. Ưu điểm nổi bật của BTĐL là sử dụng ít xi măng, chỉ bằng khoảng 25-30% so với bê tông thường, tốc độ thi công nhanh, nên giảm giá thành, đạt hiệu quả kinh tế cao. Nhược điểm của BTĐL là chống thấm kém. Vì vậy, các đập bê tông đầm lăn kiểu cũ chỉ sử dụng BTĐL làm lõi đập, bao bọc xung quanh là lớp vỏ bê tông thường chống thấm dày 2 - 3 m. Kết cấu đập kiểu này thường gọi là “vàng bọc bạc”. Nó được sử dụng phổ biến ở hầu hết các nước cho đến cuối thế kỷ XX.

Việt Nam bắt đầu nghiên cứu BTĐL từ những năm 90 của thế kỷ XX. Năm 2003, Việt Nam khởi công xây dựng đập bê tông đầm lăn đầu tiên, đập thủy điện Pleikrong, cao 71m, kết cấu “vàng bọc bạc”. Vài năm gần đây, Việt Nam bắt đầu nghiên cứu áp dụng BTĐL chống thấm cao thay cho bê tông thường để xây dựng đập bê tông trọng lực. Ví dụ: BTĐL công trình thủy lợi Nước Trong ( đang xây dựng) dùng mác R90150B2 và R90200B6. Nhiều công trình thủy điện dùng BTĐL chống thấm cao như thủy điện Sơn La ( mác R 365 200 CT10) , đang thiết kế thi công thủy điện Bản Vẽ, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4 và A Vương hoàn toàn BTĐL có độ chống thấm B6 đến B8.

Nghiên cứu sử dụng các loại vật liệu như xi măng PCB40 Mai Sơn, cốt liệu lớn (đá dăm), cốt liệu nhỏ (cát nghiền) và phụ gia hóa học. Các tính chất của nguyên vật liệu được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng bê tông. Các thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN, TCXDVN, TCN và ASTM. Phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm cũng được áp dụng để tối ưu hóa thành phần bê tông.

Các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn (TCVN, TCXDVN, TCN, ASTM.) và không tiêu chuẩn (phương pháp quy hoạch thực nghiệm, các phương pháp thí nghiệm đề xuất) được sử dụng. Các phương tiện nghiên cứu hiện đại được sử dụng để nghiên cứu các tính chất của vật liệu và các sản phẩm nghiên cứu. Bằng phương pháp thực nghiệm nghiên cứu các tính chất của các loại bê tông, từ đó đưa ra mối tương quan giữa cường độ nén và mác chống thấm.

Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối tương quan chặt chẽ giữa cường độ nén và mác chống thấm của bê tông. Cường độ nén cao thường đi kèm với mác chống thấm cao hơn. Tuy nhiên, mối quan hệ này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như thành phần cấp phối, loại xi măng sử dụng và điều kiện bảo dưỡng.

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để lựa chọn thành phần cấp phối bê tông phù hợp cho các công trình thủy lợi cụ thể. Việc lựa chọn đúng thành phần cấp phối sẽ giúp đảm bảo bê tông có cường độ và khả năng chống thấm đáp ứng yêu cầu thiết kế, từ đó kéo dài tuổi thọ công trình.