Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương và hệ thống sản xuất rcc cho đập công trình thủy điện bình điền tỉnh thừa thiên huế

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương và hệ thống sản xuất rcc cho đập công trình thủy điện bình, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng

• Tác giả: Bùi Ngọc Chiến
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trung Anh
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật công trình thủy
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu địa phương và RCC cho đập thủy điện Bình Điền
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢN VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 1. Chương 1: ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
• 1.1. Khái niệm chung về bê tông đầm lăn (RCC)
• 1.2. Tình hình sử dụng bê tông đầm lăn trong nước và thế giới
• 1.2.1. Tình hình sử dụng bê tông đầm lăn trên thế giới
• 1.2.2. Triển vọng áp dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam
• 1.2.3. Tiềm năng về nguyên liệu và thiết bị thi công dùng cho công nghệ BTĐL ở Việt Nam
• 1.3. Những yêu cầu về vật liệu thi công RCC
• 1.3.1. Nước cho RCC
• 1.3.2. Cát dùng cho RCC
• 1.3.3. Cốt liệu thô (đá)
• 1.3.4. Đặc điểm của RCC
• 1.3.5. Những yêu cầu khi sử dụng RCC trong xây dựng đập
• 2. Chương 2: NGHIÊN CỨU NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VẬT LIỆU KHI THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ THI CÔNG RCC
• 2.1. Những yêu cầu khi thiết kế cấp phối và thi công RCC
• 2.1.1. Cường độ bê tông
• 2.1.2. Hiện tượng sinh nhiệt trong khối đổ bê tông đầm lăn
• 2.1.3. Hàm lượng nước
• 2.2. Hỗn hợp RCC, những nhân tố ảnh hưởng đến tính chất hỗn hợp bê tông
• 2.2.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến trị số Vc
• 2.2.1.1. Lượng dùng nước trong bê tông
• 2.2.1.2. Lượng dùng và đặc tính cốt liệu thô
• 2.2.1.3. Ảnh hưởng tính chất của cốt liệu nhỏ
• 2.2.1.4. Chủng loại tro bay và puzolan ảnh hưởng đến chất lượng
• 2.2.1.5. Ảnh hưởng của chất phụ gia đối với Vc của BTĐL
• 2.2.1.6. Sự ảnh hưởng của môi trường khí hậu và thời gian ngừng làm việc
• 2.2.1.7. Điều kiện bảo dưỡng bê tông
• 2.3. Tính toán thành phần cấp phối RCC khi thí nghiệm và thi công
• 2.3.1. Đặc điểm của thiết kế cấp phối
• 2.3.2. Nguyên tắc thiết kế cấp phối BTĐL
• 2.3.3. Nguyên lý thiết kế cấp phối BTĐL
• 2.4. Diễn biến nhiệt trong BTĐL và nguyên lý khống chế nhiệt
• 2.4.1. Tính năng của BTĐL, đặc điểm ứng suất nhiệt và đặc điểm thi công
• 2.4.2. Thiết kế và khống chế nhiệt độ trong BTĐL
• 2.4.2.1. Chủng loại khe nứt trong bê tông
• 2.4.2.2. Nguyên lý sản sinh khe nứt nhiệt trong bê tông
• 2.4.2.3. Thiết kế và khống chế nhiệt
• 2.5. Tính chất của RCC khi đông cứng
• 2.5.1. Mục đích sử dụng RCC
• 2.5.2. Các ưu điểm chính
• 2.5.3. Các yêu cầu về trách nhiệm về kỹ thuật
• 3. Chương 3: THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ THI CÔNG ĐẬP RCC CHO CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN BÌNH ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
• 3.1. Giới thiệu công trình
• 3.2. Thiết kế thành phần cấp phối RCC và ứng dụng thi công
• 3.2.1. Các chỉ tiêu trong thiết kế đập RCC
• 3.2.2. Công tác chuẩn bị và thí nghiệm vật liệu
• 3.2.3. Thành phần cấp phối với puzolan Phong Mỹ và Gia quy
• 3.2.4. Thiết kế bãi thí nghiệm BTĐL
• 3.2.5. Kiểm tra thiết bị thí nghiệm và thi công trước khi tiến hành đắp bãi RCC hiện trường
• 3.2.6. Thí nghiệm hiện trường
• 3.2.7. Kết quả thí nghiệm độ công tác Vebe (Vc)
• 3.2.8. Kết quả thí nghiệm vữa liên kết xử lý khe lạnh
• 3.2.9. Kết quả thí nghiệm bê tông trong khối
• 3.2.10. Kết quả thí nghiệm thời gian đông kết của bê tông đầm lăn
• 3.2.11. Kết quả thí nghiệm nén bê tông RCC lập phương đúc ngoài trạm trộn
• 3.2.12. Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông RCC khi thi công ở hiện trường
• 3.3. Các giải pháp kỹ thuật để bảo đảm chất lượng công trình
• 3.4. Khống chế nhiệt trong sản xuất RCC và thi công ở hiện trường
• 3.4.1. Khống chế nhiệt trong bê tông đầm lăn khối lớn
• 3.5. Kiểm tra thành phần cấp phối khi thi công ở hiện trường
• 3.5.1. Kiểm tra khống chế chất lượng nguyên vật liệu
• 3.5.2. Kiểm tra và khống chế chất lượng trong quá trình trộn và sản xuất
• 3.5.3. Kiểm tra xác suất khi vật liệu trộn ra khỏi máy
• 3.6. Ưu và nhược điểm và những bài học kinh nghiệm khi thiết kế cấp phối và thi công
• 3.6.1. Ưu và nhược điểm
• 3.6.2. Bài học kinh nghiệm
• 4. Chương 4: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SẢN XUẤT RCC LẠNH ĐỂ PHỤC VỤ THI CÔNG
• 4.1. Đặc điểm chính để xây dựng thiết kế hệ thống sản xuất RCC lạnh để thi công tại hiện trường
• 4.2. Một số kết quả nghiên cứu để triển khai dây chuyền sản xuất RCC để phục vụ thi công tại hiện trường
• 4.3. Lựa chọn phương án và dây chuyền sản xuất RCC lạnh
• 4.4. Quy trình vận hành hệ thống dây chuyền sản xuất RCC lạnh
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Bê Tông Đầm Lăn RCC Ứng Dụng Thực Tế

Bê tông đầm lăn (RCC) sử dụng nguyên vật liệu tương tự bê tông thông thường, nhưng tỷ lệ phối trộn khác biệt. Điểm khác biệt chính là phương pháp đầm chặt: RCC được đầm bằng lu rung từ bên ngoài, cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô và ít chất kết dính hơn. Điều này giúp thi công nhanh hơn và giảm chi phí. Công nghệ RCC đặc biệt hiệu quả cho xây dựng đập bê tông trọng lực, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đập bê tông thường và đập đất đắp. Việc lựa chọn cấp phối RCC có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình. Theo tài liệu gốc, việc áp dụng công nghệ mới hoàn toàn dựa vào kinh nghiệm của các nước phát triển như Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản.

1.1. Ưu Điểm Vượt Trội Của Bê Tông Đầm Lăn RCC Trong Xây Dựng

RCC mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp xây dựng đập truyền thống. Thi công nhanh hơn do sử dụng băng tải, máy ủi và máy lu rung. Giảm chi phí cốp pha, vận chuyển, đổ và đầm bê tông. Chi phí cho các kết cấu phụ trợ cũng giảm so với đập đắp. Đối với đập thủy điện có nhiều cửa nhận nước, RCC càng hiệu quả về mặt chi phí. Kênh xả nước ngắn hơn, giảm chi phí làm bản đáy và xử lý nền đập. Biện pháp thi công cũng giúp giảm chi phí dẫn dòng và rủi ro lũ lụt.

1.2. So Sánh Chi Phí Bê Tông Đầm Lăn RCC So Với Các Loại Đập Khác

Giá thành đập RCC rẻ hơn 25-40% so với đập bê tông thi công bằng công nghệ truyền thống. Chi phí làm cửa tràn của đập RCC cũng rẻ hơn (tương tự đập bê tông thường). Ống dẫn dòng ngắn hơn so với đập đắp, giảm đường kính cống dẫn dòng và chiều cao đê quai. Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng trên Thế giới, giá thành đập BTĐL rẻ hơn so với đập bê tông thi công bằng công nghệ truyền thống từ 25% đến 40%.

II. Tình Hình Ứng Dụng Bê Tông Đầm Lăn RCC Trên Thế Giới

Tính đến năm 2005, thế giới đã xây dựng khoảng 300 đập RCC với tổng khối lượng trên 90 triệu m3. Trung Quốc dẫn đầu về số lượng đập RCC, tiếp theo là Hoa Kỳ, Nhật Bản và Tây Ban Nha. Công nghệ RCC đã phát triển theo nhiều hướng, bao gồm bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD), trung bình CKD và giàu CKD. Nhật Bản phát triển RCD, nằm giữa loại trung bình và cao CKD. Công nghệ RCC liên tục được cải tiến về vật liệu và kỹ thuật thi công, ứng dụng ở nhiều điều kiện môi trường khác nhau.

2.1. Các Hướng Phát Triển Chính Của Công Nghệ Bê Tông Đầm Lăn RCC

Có nhiều hướng phát triển chính của công nghệ RCC. Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) do USACE - Mỹ phát triển dựa trên công nghệ thi công đất đắp. Bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100 đến 149 kg/m3). Bê tông đầm lăn giàu CKD (hàm lượng CKD > 150 kg/m3) được phát triển ở Anh. Việc thiết kế thành phần BTĐL được cải tiến từ bê tông thường và việc thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp.

2.2. Ứng Dụng Đa Dạng Của Bê Tông Đầm Lăn RCC Ngoài Xây Đập

Ngoài xây đập, RCC còn được dùng trong xây dựng mặt đường và sân bãi. Lần đầu tiên áp dụng ở Canada năm 1976, đến nay hàng chục triệu m2 đường và sân bãi đã được xây bằng RCC ở Mỹ, Nhật và các nước khác. RCC cũng được dùng cho các kết cấu khác, ví dụ như móng trụ neo cáp cầu treo Akashi ở Nhật Bản, một công trình ứng dụng nhiều công nghệ bê tông tiên tiến.

III. Vật Liệu Địa Phương RCC Giải Pháp Cho Đập Bình Điền

Đập bê tông đầm lăn Bình Điền có khối lượng 189x103 m3. Việc sử dụng vật liệu địa phương là yếu tố quan trọng để đảm bảo cung cấp kịp thời, giảm giá thành và đảm bảo chất lượng. Nghiên cứu sử dụng nguồn vật liệu địa phương để cung cấp kịp thời cho thi công, giảm giá thành cho xây dựng công trình là hết sức cần thiết. Đặc điểm nguồn vật liệu cung cấp ở đây có đặc điểm khác so với những nơi đã xây dựng RCC.

3.1. Tầm Quan Trọng Của Vật Liệu Địa Phương Trong Xây Đập RCC

Việc lựa chọn nguồn vật liệu địa phương có ảnh hưởng lớn đến giá thành, chất lượng và tiến độ thi công RCC. Đối với đập bê tông đầm lăn Bình Điền có khối lượng 189x103 m3, với đặc điểm nguồn vật liệu cung cấp ở đây có đặc điểm khác so với những nơi đã xây dựng RCC. Vì vậy chúng ta phải nghiên cứu sử dụng nguồn vật liệu địa phương để cung cấp kịp thời cho thi công, giảm giá thành cho xây dựng công trình là hết sức cần thiết.

3.2. Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu Địa Phương Huế Cho Đập RCC

Cần nghiên cứu kỹ lưỡng các đặc tính của vật liệu địa phương tại Thừa Thiên Huế để đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của RCC. Các nghiên cứu cần tập trung vào khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn về cường độ, độ bền và tính công tác của bê tông. Việc sử dụng vật liệu địa phương không chỉ giúp giảm chi phí mà còn góp phần vào phát triển kinh tế địa phương.

IV. Thiết Kế Cấp Phối RCC Hệ Thống Sản Xuất RCC Lạnh

Nghiên cứu cấp phối RCC và thiết kế cấp phối cho công trình Bình Điền. Nghiên cứu hệ thống sản xuất RCC lạnh để phục vụ thi công bảo đảm chất lượng và tiến độ thi công. Một trong những đặc điểm bê tông đầm lăn là sử dụng lượng xi măng, lượng nước trong 1 m3 bê tông nhỏ hơn so với bê tông thường khi có cùng cường độ, cho nên việc lựa chọn cấp phối RCC có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình.

4.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Thiết Kế Cấp Phối Bê Tông RCC

Việc thiết kế cấp phối RCC cần xem xét nhiều yếu tố, bao gồm cường độ bê tông, hiện tượng sinh nhiệt trong khối đổ, hàm lượng nước và tính chất của hỗn hợp RCC. Các nhân tố ảnh hưởng đến trị số Vc (độ cứng Vebe) bao gồm lượng dùng nước, đặc tính cốt liệu thô, tính chất cốt liệu nhỏ, chủng loại tro bay và puzolan, chất phụ gia và điều kiện bảo dưỡng bê tông.

4.2. Sản Xuất RCC Lạnh Giải Pháp Cho Khống Chế Nhiệt Độ

Sản xuất RCC lạnh là một giải pháp quan trọng để khống chế nhiệt độ trong khối đổ bê tông lớn. Việc sử dụng nước đá bào và các biện pháp làm mát khác giúp giảm nhiệt độ bê tông, từ đó giảm nguy cơ nứt do nhiệt. Cần có hệ thống sản xuất RCC lạnh hiệu quả để đảm bảo chất lượng và tiến độ thi công.

V. Kiểm Soát Chất Lượng Giải Pháp Kỹ Thuật Thi Công RCC

Cần có các giải pháp kỹ thuật để đảm bảo chất lượng công trình RCC. Khống chế nhiệt trong sản xuất RCC và thi công ở hiện trường là rất quan trọng. Kiểm tra thành phần cấp phối khi thi công ở hiện trường, kiểm tra khống chế chất lượng nguyên vật liệu, kiểm tra và khống chế chất lượng trong quá trình trộn và sản xuất. Ưu và nhược điểm và những bài học kinh nghiệm khi thiết kế cấp phối và thi công.

5.1. Các Bước Kiểm Tra Chất Lượng Bê Tông RCC Tại Công Trường

Kiểm tra chất lượng bê tông RCC tại công trường bao gồm kiểm tra dung trọng và độ ẩm của vật liệu, kiểm tra độ sụt của bê tông, kiểm tra cường độ nén của mẫu bê tông và kiểm tra nhiệt độ của khối đổ. Các kết quả kiểm tra cần được ghi chép và phân tích để đảm bảo chất lượng bê tông đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

5.2. Giải Pháp Bảo Dưỡng Bê Tông RCC Trong Điều Kiện Thời Tiết Khắc Nghiệt

Trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, cần có các giải pháp bảo dưỡng bê tông RCC phù hợp. Che chắn bê tông khỏi ánh nắng trực tiếp và mưa lớn, phun sương để giữ ẩm cho bề mặt bê tông và sử dụng các vật liệu cách nhiệt để giảm sự thay đổi nhiệt độ. Việc bảo dưỡng đúng cách giúp tăng cường độ và độ bền của bê tông.

VI. Bài Học Kinh Nghiệm Triển Vọng Ứng Dụng RCC Tại Việt Nam

Việc áp dụng công nghệ RCC tại Việt Nam còn nhiều thách thức, nhưng cũng có nhiều tiềm năng phát triển. Cần học hỏi kinh nghiệm từ các công trình đã xây dựng trên thế giới và trong nước, đồng thời nghiên cứu và phát triển các giải pháp phù hợp với điều kiện địa phương. Chuyển giao công nghệ và đào tạo nguồn nhân lực là yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công của các dự án RCC.

6.1. Những Thách Thức Khi Triển Khai Công Nghệ RCC Tại Việt Nam

Một số thách thức khi triển khai công nghệ RCC tại Việt Nam bao gồm thiếu kinh nghiệm trong thiết kế và thi công, khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng vật liệu và bê tông, và hạn chế về nguồn nhân lực có trình độ chuyên môn cao. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà khoa học, kỹ sư và nhà thầu để vượt qua những thách thức này.

6.2. Phát Triển Bền Vững Với Bê Tông Đầm Lăn RCC Vật Liệu Địa Phương

Sử dụng RCC và vật liệu địa phương góp phần vào phát triển bền vững. Giảm lượng xi măng sử dụng, tận dụng phế thải công nghiệp và giảm tác động đến môi trường. Phát triển kinh tế địa phương thông qua việc sử dụng nguồn vật liệu và lao động địa phương. Cần có chính sách hỗ trợ và khuyến khích để thúc đẩy ứng dụng RCC và vật liệu địa phương trong xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển vượt bậc của công nghệ xây dựng đập trên thế giới đã ghi nhận hơn 300 công trình bê tông đầm lăn với tổng khối tích vượt mốc 90 triệu mét khối. Tại Việt Nam, quy hoạch phát triển nguồn năng lượng giai đoạn 2005-2015 đặt ra yêu cầu cấp bách xây mới hơn 20 nhà máy thủy điện công suất lớn. Việc chuyển dịch từ công nghệ bê tông truyền thống sang bê tông đầm lăn là xu thế tất yếu nhằm rút ngắn thời gian thi công và tối ưu hóa chi phí đầu tư.

Vấn đề cốt lõi trong xây dựng đập bê tông đầm lăn khối lớn nằm ở việc kiểm soát nhiệt thủy hóa của xi măng để chống nứt khối đổ, đồng thời phải tìm kiếm nguồn vật liệu kết dính thay thế nhằm hạ giá thành. Công trình thủy điện Bình Điền xây dựng trên sông Hữu Trạch thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế có công suất lắp máy 44 MW, chiều cao đập 75 mét và tổng khối tích bê tông đầm lăn lên đến 189.000 mét khối. Khu vực này có điều kiện khí hậu nắng nóng khắc nghiệt, đòi hỏi phải có giải pháp công nghệ đồng bộ và nguồn vật liệu phù hợp tại chỗ.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là thiết kế thành phần cấp phối bê tông đầm lăn tối ưu sử dụng phụ gia khoáng puzolan tự nhiên tại mỏ Phong Mỹ và Gia Quy, kết hợp nghiên cứu dây chuyền sản xuất bê tông lạnh nhằm kiểm soát nhiệt độ khối đổ. Đề tài mang ý nghĩa kinh tế kỹ thuật to lớn khi giúp giảm 25% đến 40% chi phí xây dựng so với bê tông thường, rút ngắn tiến độ thi công toàn bộ tuyến đập khoảng 6 tháng và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hồ chứa dung tích 423,68 triệu mét khối phục vụ cấp nước 11.630 hecta hạ du.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tương quan cường độ của Duff Abrams thiết lập từ năm 1918, chứng minh mối quan hệ hàm số giữa tỷ lệ Nước trên Chất kết dính và độ đặc chắc của cấu trúc đá xi măng sau khi đông cứng. Bên cạnh đó, đề tài tích hợp nguyên lý đầm nén cơ học đất nhằm xác định độ ẩm tối ưu tương ứng với dung trọng khô lớn nhất dưới tác dụng của năng lượng đầm rung bề mặt.

Mô hình ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn được xây dựng dựa trên hướng dẫn kỹ thuật ETL 1110-2-542 và tiêu chuẩn ACI 116R1 của Viện Bê tông Hoa Kỳ. Các khái niệm học thuật then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

• Độ công tác Vebe biểu thị độ lưu động và khả năng lèn chặt của hỗn hợp siêu khô dưới rung động cơ học.
• Tỷ lệ chất kết dính thay thế phản ánh hàm lượng phụ gia khoáng hoạt tính puzolanic trong thể tích hồ vữa.
• Nhiệt thủy hóa đoạn nhiệt mô tả sự tích tụ nhiệt lượng bên trong phân đoạn khối đổ lớn.
• Bê tông đầm lăn lạnh biểu thị công nghệ kiểm soát nhiệt độ hỗn hợp vật liệu đầu vào bằng đá bào nhằm triệt tiêu ứng suất kéo nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu thực nghiệm thông qua 54 tổ mẫu đúc lập phương kích thước 15x15x15 cm tại trạm trộn và 36 tổ mẫu khoan noãn trực tiếp tại thân đập ở các mốc thời gian 7 ngày, 28 ngày và 90 ngày tuổi. Dữ liệu nhiệt độ khối đổ được ghi nhận liên tục qua mạng lưới 12 đầu đo cảm biến nhiệt điện trở bố trí tại các cao trình khác nhau.

Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nguyên tắc ngẫu nhiên phân tầng theo từng lớp rải dày 30 cm đến 50 cm trên bãi thử nghiệm hiện trường rộng 1.200 mét vuông. Mẫu vật liệu cát, đá dăm, xi măng Poocland PC40 và puzolan được kiểm tra xác suất trực tiếp tại cửa xả máy trộn cưỡng bức theo tiêu chuẩn ngành 14 TCN 66-2002, 14 TCN 67-2002 và 14 TCN 70-2002.

Phương pháp phân tích hồi quy tương quan đa biến được lựa chọn để thiết lập hàm quan hệ giữa tỷ lệ Nước/Chất kết dính, hàm lượng bột đá và trị số Vebe. Đồng thời, phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để mô phỏng trường nhiệt độ ổn định. Lựa chọn này giúp phản ánh chính xác trạng thái chịu lực và ứng suất nhiệt cục bộ của kết cấu đập trọng lực cao 75 mét dưới tác động nhiệt bức xạ mặt trời miền Trung. Tiến trình thực nghiệm trong phòng và kiểm chứng hiện trường được thực hiện liên tục trong thời gian 24 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phụ gia khoáng puzolan tự nhiên mỏ Phong Mỹ và Gia Quy đáp ứng hoàn hảo các chỉ tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn ASTM C618-03. Việc sử dụng puzolan địa phương cho phép thay thế từ 35% đến 45% lượng xi măng Poocland PC40, giúp giảm 32% lượng nhiệt phát sinh do thủy hóa trong 7 ngày đầu so với cấp phối bê tông thông thường.

Thứ hai, hàm lượng bột đá trong cát nghiền nhân tạo duy trì ở mức 12% đến 18% kết hợp phụ gia hóa dẻo chậm đông kết giúp trị số Vebe đạt trạng thái lý tưởng từ 18 giây đến 22 giây. Lượng nước trộn giảm được khoảng 15 lít trên một mét khối bê tông, hạn chế tối đa hiện tượng phân tầng và nâng dung trọng đầm nén ướt đạt mức 2,42 đến 2,45 tấn trên một mét khối.

Thứ ba, cường độ chịu nén của các mẫu bê tông đầm lăn tại ngày tuổi 90 ngày đạt giá trị từ 18,5 MPa đến 22,3 MPa, vượt 123% so với yêu cầu thiết kế mác 15 MPa. Hệ số chống thấm của thân đập đạt cấp W6 đến W8 tại các vùng tiếp giáp mạch ngừng thi công có xử lý lớp vữa liên kết chuyên dụng.

Thứ tư, dây chuyền sản xuất bê tông lạnh kết hợp máy tạo đá bào công nghiệp Iceman đã hạ nhiệt độ hỗn hợp bê tông khi xuất xưởng xuống mức 19°C đến 21°C. Giải pháp này khống chế độ chênh lệch nhiệt độ giữa tâm khối đổ và môi trường ngoài luôn nhỏ hơn 18°C, loại trừ hoàn toàn nguy cơ hình thành khe nứt nhiệt xuyên chân khay móng.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tăng trưởng cường độ dài hạn của bê tông đầm lăn sử dụng puzolan được giải thích bởi phản ứng puzolanic thứ cấp giữa silic dioxit hoạt tính với canxi hydroxit tự do, hình thành mạng lưới tinh thể C-S-H lấp đầy các vi lỗ rỗng. Mặc dù cường độ ở 7 ngày tuổi chỉ đạt khoảng 42% mác thiết kế, tốc độ phát triển cường độ sau 28 ngày diễn ra rất mạnh mẽ và đạt đỉnh ở 90 ngày.

Dữ liệu quan trắc nhiệt độ được mô hình hóa trực quan qua biểu đồ đường đẳng nhiệt theo thời gian, cho thấy đỉnh nhiệt trong thân đập đạt cực đại 41,5°C sau khi đổ 96 giờ rồi giảm dần với tốc độ 0,3°C mỗi ngày đêm. Bảng tổng hợp so sánh chỉ rõ phương án sử dụng cát nghiền địa phương có tỷ lệ bột đá hợp lý giúp tăng độ bám dính bề mặt hạt cốt liệu thô lên 28% so với phương án dùng cát tự nhiên thiếu hạt mịn.

Kết quả này hoàn toàn tương thích với các công trình quy mô lớn như đập Pleikrông (cao 71 mét) hay đập Định Bình (cao 54 mét). Việc làm chủ cấp phối và công nghệ sản xuất bê tông lạnh tại thủy điện Bình Điền theo quyết định phê duyệt số 95/2001/QĐ-TTg đã chứng minh tính hiệu quả vượt trội, tiết kiệm hơn 18,5 tỷ đồng chi phí vật liệu và tạo tiền đề áp dụng cho các dự án thủy điện Sơn La và Bản Chát.

Đề xuất và khuyến nghị

• Chuẩn hóa quy trình tuyển chọn, sấy khô và nghiền mịn puzolan tự nhiên tại mỏ Phong Mỹ nhằm đảm bảo lượng hạt mịn qua sàng 0,08 mm đạt trên 85% và độ ẩm vật liệu dưới 1%, do đơn vị cung ứng vật liệu hoàn thành kiểm định trước mỗi đợt đổ bê tông 48 giờ.
• Vận hành đồng bộ dây chuyền sản xuất bê tông lạnh với tỷ lệ thay thế nước trộn bằng đá bào từ 40% đến 50% khối lượng, đảm bảo nhiệt độ hỗn hợp bê tông khi rải ra mặt đập luôn duy trì dưới 22°C trong các tháng thi công mùa hè, do bộ phận vận hành trạm trộn giám sát liên tục theo từng mẻ.
• Kiểm soát nghiêm ngặt chiều dày lớp rải ở mức 30 cm và duy trì tần số lu lèn bằng lu rung 10 tấn đến 12 tấn với 8 lượt lu trên một dải rải, nhằm đạt độ chặt đầm nén trên 98% dung trọng tiêu chuẩn, do kỹ sư giám sát hiện trường nghiệm thu tại chỗ.
• Áp dụng hệ thống phun sương làm mát tự động 24/24 giờ và che phủ bạt chuyên dụng cách nhiệt ngay sau khi lu lèn hoàn tất trong vòng 4 giờ đầu, do đội ngũ bảo dưỡng công trình duy trì liên tục trong suốt chu kỳ dưỡng hộ 28 ngày.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Ban quản lý dự án và các Chủ đầu tư công trình năng lượng: Tiếp cận giải pháp kinh tế kỹ thuật giúp tối ưu hóa tổng mức đầu tư từ 25% đến 40% và kiểm soát chặt chẽ tiến độ xây dựng đập dâng khối lớn.
• Kỹ sư thiết kế và Tư vấn giám sát công trình thủy công: Khai thác phương pháp tính toán cấp phối bê tông đầm lăn nghèo xi măng giàu tro phụ gia và mô hình dự báo ứng suất nhiệt theo tiêu chuẩn quốc tế.
• Nhà thầu thi công hạ tầng thủy lợi thủy điện: Tham khảo quy trình tổ chức mặt bằng, quy chuẩn vận hành dây chuyền sản xuất bê tông lạnh bằng máy đá bào và công nghệ lu lèn bãi thi công diện rộng.
• Giảng viên, Nghiên cứu sinh và Học viên cao học ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy: Sử dụng làm tài liệu tham khảo học thuật chuyên sâu về cơ lý vật liệu địa phương và công nghệ bê tông đầm lăn tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Bê tông đầm lăn mang lại lợi thế kinh tế nào vượt trội so với bê tông truyền thống?
Bê tông đầm lăn giúp giảm giá thành xây dựng từ 25% đến 40% nhờ cắt giảm lượng xi măng đắt tiền xuống dưới 100 kg trên một mét khối, triệt tiêu chi phí cốp pha đắt đỏ và rút ngắn thời gian thi công từ 6 đến 12 tháng nhờ cơ giới hóa toàn bộ khâu vận chuyển và đầm lèn mặt bằng rộng.

Tại sao việc sử dụng puzolan Phong Mỹ lại có tính chất quyết định tại đập Bình Điền?
Puzolan Phong Mỹ là nguồn phụ gia khoáng tự nhiên sẵn có tại Thừa Thiên Huế, đáp ứng tiêu chuẩn ASTM C618-03. Việc sử dụng vật liệu này giúp thay thế tới 45% xi măng Poocland PC40, giảm 32% nhiệt thủy hóa khối đổ và tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí vận chuyển tro bay từ các nhà máy nhiệt điện phía Bắc.

Làm thế nào để khống chế hiện tượng nứt nhiệt trong khối bê tông đập cao 75 mét?
Nghiên cứu áp dụng giải pháp tổng thể gồm thiết kế cấp phối ít xi măng, ứng dụng hệ thống sản xuất bê tông lạnh bằng đá bào Iceman để giữ nhiệt độ xuất xưởng dưới 21°C, đồng thời kết hợp phun sương bảo dưỡng bề mặt liên tục nhằm khống chế chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài khối đổ dưới 18°C.

Yêu cầu kỹ thuật đối với cát nhân tạo trong hỗn hợp bê tông đầm lăn là gì?
Theo tiêu chuẩn 14 TCN 68-2002 và TCXDVN 349-2005, cát nhân tạo dùng cho bê tông đầm lăn phải có hàm lượng bột đá mịn từ 10% đến 20% nhằm điền đầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu thô, bù đắp lượng hạt mịn thiếu hụt do giảm xi măng và khống chế hàm lượng bùn sét dưới mức 5%.

Biện pháp xử lý tiếp giáp giữa các lớp đổ để đảm bảo chống thấm cho thân đập?
Tại các mạch ngừng thi công có thời gian ngưng kết vượt quá 4 giờ, bề mặt bê tông phải được làm sạch bằng máy phun nước áp lực cao để đánh xờm, sau đó trải một lớp vữa liên kết chuyên dụng giàu xi măng dày 1,5 cm đến 2 cm trước khi rải lớp bê tông mới nhằm triệt tiêu hoàn toàn đường thấm.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công bộ thông số cấp phối bê tông đầm lăn tối ưu sử dụng 100% nguồn puzolan tự nhiên Phong Mỹ và Gia Quy, thay thế hiệu quả 35% đến 45% lượng xi măng Poocland PC40.
• Thiết lập hoàn chỉnh dây chuyền sản xuất bê tông đầm lăn lạnh với công nghệ làm lạnh nước trộn bằng máy đá bào Iceman, kiểm soát nhiệt độ khối bê tông sau trộn luôn dưới 21°C.
• Xác lập mối quan hệ định lượng giữa trị số độ công tác Vebe từ 18 giây đến 22 giây với hàm lượng bột đá 12% đến 18%, đảm bảo dung trọng đầm lèn đạt trên 2,42 tấn trên một mét khối.
• Minh chứng độ bền cơ học và khả năng chống thấm vượt trội với cường độ nén 90 ngày đạt trên 18,5 MPa và cấp chống thấm đạt W6 đến W8 tại đập thủy điện Bình Điền.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho việc ban hành các quy trình, tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu bê tông đầm lăn trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam.

Kế hoạch phát triển tiếp theo tập trung vào việc nghiên cứu ứng dụng puzolan hoạt tính cao cho các công trình đập vòm bê tông đầm lăn có chiều cao trên 100 mét trong giai đoạn tới. Các kỹ sư và nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác toàn bộ cơ sở dữ liệu cấp phối thực nghiệm của đề tài để ứng dụng trực tiếp vào các dự án hạ tầng thủy điện và giao thông trọng điểm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN. Khái niệm chung về bê tông đầm lăn (BT ĐL) Bê tông đầm lăn là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương tự như bê tông thông thường, cũng là vật liệu cát, cốt liệu, vật liệu dính kết, nước và bọt khí trong khe rỗng tạo thành những tỉ lệ tổ hợp so với bê tông thông thường có sự khác biệt lớn. Khác với bê tông thông thường được đầm chặt bằng thiết bị rung đưa vào trong khối đổ. Bê tông đầm lăn được làm chặt bằng thiết bị rung từ mặt ngoài.

Việc đầm lên bê tông bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất kết dính hơn so với bê tông thông thường nhờ vậy với một số đập đường thi công bê tông bằng công nghệ này nhanh hơn và rẻ hơn so với công nghệ thi công bê tông thông thường. Công nghệ BTĐL áp dụng cho thi công đường giao thông so với công nghệ thi công thông thường có các ưu điểm như, phương pháp thi công không phức tạp, lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số sản phẩm phụ hoặc phế thải công nghiệp giúp hạ giá thành vật liệu so với bê tông xi măng thông thường, tốc độ thi công nhanh. 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 bê tông đầm lăn càng cao.

Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ thường đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đập bê tông thường và đập đất đắp bởi các lí 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 lèn và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt. So với đập đất đắp có cùng chiều cao, thể tích 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 đắp.

Giá thành hạ theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng trên Thế giới, giá thành đập BTĐL rẻ hơn so với đập bê tông thi công bằng công nghệ LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Bïi Ngäc ChiÕn 4 truyền thống từ 25% đến 40%. Việc hạ giá thành đạt được là do giảm được chi phí cốp pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông. Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ so với đập đắp, 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 đắp.

Hơn nữa khi làm đập BTĐL chiều dài của kênh xả nước ngắn hơn so với kênh xả nước của đập đắp và vì vậy giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lí nền đập. 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 cống 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 và đập đắp.

Vì vậy đường kính cống dẫn dòng của đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn và chiều cao đê quai cho đập bê tông đầm lăn cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông thường và đập đắp. Tình hình sử dụng bê tông đầm lăn trong nước và thế giới 1. Tình hình sử dụng bê tông đầm lăn trên thế giới Về xây dựng đập trọng lực, tính đến 2005, toàn thế giới đã xây dựng được trên dưới 300 đập BTĐL với khối lượng tổng cộng khoảng trên 90 triệu m3 BTĐL. P P Hiện Trung Quốc là quốc gia đang dẫn đầu về số lượng đập BTĐL sau đó là Hoa Kỳ, Nhật Bản và Tây Ban Nha.

LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Bïi Ngäc ChiÕn 5 Bảng 1.1 Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới Tên Số Thể Tỷ lệ Tỷ lệ Tên Số Thể Tỷ lệ Tỷ lệ Quốc đập tích theo theo Quốc đập tích theo theo Gia đã BTĐL S.lượng Khối Gia đã BTĐL S.lượng Khối xây 103 m3 % lượng xây 103 m3 P P% P lượng dựng dựng P P P % % Châu á Châu Âu T.81 Nam Mỹ Châu Phi Argentina 1 590 0.51 Bắc Mỹ Châu úc Canada 2 622 0.712 trên TG LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Bïi Ngäc ChiÕn 6 Hình 1.1 Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo các hướng khác nhau trên thế giới Từ khi ra đời cho đến nay, việc xây dựng đập BTĐL đã và đang phát triển theo các hướng chính. Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) (hàm lượng CKD < 99kg/m3) do USACE - Mỹ phát triển dựa trên công nghệ thi công đất đắp. P P Bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100 đến 149 kg/m3). P P Bê tông đầm lăn giàu CKD (hàm lượng CKD > 150 kg/m3) được phát P P triển ở Anh.

Việc thiết kế thành phần BTĐL được cải tiến từ bê tông thường và việc thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp. Ngoài ra còn một hướng phát triển đập BTĐL khác đó là hướng phát triển RCD của Nhật bản (Japannese Roller Compacted Dams), chuyển từ đập trọng lực bê tông thường sang sử dụng BTĐL. Theo hướng này BTĐL có lượng CKD nằm giữa loại bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình và loại bê tông đầm lăn có lượng CKD cao. Sau hơn 30 năm ứng dụng trên thế giới, công nghệ xây dựng đập BTĐL liên tục được cải tiến cả về vật liệu chế tạo và kỹ thuật thi công.

Cho tới nay, đập bê tông đầm lăn được thi công xây dựng ở nhiều nước thế giới , ở nơi có nhiệt độ môi trường từ rất thấp cho đến rất cao và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn. LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Bïi Ngäc ChiÕn 7 Trước đây, đập BTĐL sử dụng BTĐL nghèo CKD được sử dụng tại một số đập có chiều cao dưới 60m ở Mỹ. Ngày nay, các đập BTĐL được xây dựng trên thế giới chủ yếu sử dụng BTĐL có lượng CKD trung bình và giàu CKD như các nước Tây âu, Trung Quốc, Nhật Bản. Ngoài việc ứng dụng cho đập, BTĐL cũng được ứng dụng trong xây dựng mặt đường và sân bải.

BTĐL cho mặt đường lần đầu tiên được áp dụng ở Canada vào năm 1976 tại Caycuse trên đảo Vancouver với diện tích tổng cộng 36. P P Cho tới nay, hàng chục triệu m2 đường và sân bải được xây dựng bằng công nghệ P P BTĐL ở các nước Mỹ, Nhật và một số nước khác. Các công trình mặt đường và sân bải bằng BTĐL đều cho hiệu quả sử dụng tốt và giảm chi phí bảo dưỡng. Ngoài việc áp dụng cho xây dựng đập, mặt đường và sân bải, BTĐL còn được áp dụng được cho các dạng kết cấu khác.

Năm 1986 cầu treo lớn nhất thế giới Akashi được khởi công xây dựng tại Nhật Bản. Cây cầu này nối liền đảo Honshu và đảo Shikoku với chiều dài nhịp giữa hai tháp chính 1960m. Đây là công trình đã ứng dụng nhiều công nghệ bê tông tiên tiến như bê tông tự lèn, bê tông đổ trong nước và bê tông đầm lăn. Móng trụ neo cáp của công trình này được thiết kế là bê tông trọng lực khối lớn.

Để thi công khối móng với khối tích khoảng 200.000m3 P P trong thời gian ngắn, công nghệ bê tông đầm lăn đã được lựa chọn áp dụng.2 Thi công đập BTĐL bằng Hình 1.3 Thi công sân bải bằng công xe lu rung nghệ BTĐL ( Beni-Haroun - Algeri) LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Bïi Ngäc ChiÕn 8 C¸p 84.5 Khung angke Th©n khung angke 38.5 Bª t«ng ®óc s½n Tuêng bª t«ng Bª t«ng ®Çm l¨n 83.4 Cấu tạo trụ neo cáp cầu treo Akashi Kaiyko-Nhật Bản Có thể thấy rằng những dạng kết cấu bê tông có hình dạng không phức tạp và không có cốt thép đều có thể thi công bằng công nghệ BTĐL. Khối đổ bê tông càng lớn, áp dụng công nghệ này càng hiệu quả. Triển vọng áp dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam Trong một vài năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển đáng kể nhờ có chính sánh mở cửa của Nhà nước. Nhiều công trình lớn đang được xây dựng để phát triển cơ sở hạ tầng như các công trình giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện.

Các dự án bê tông hoá đường nông thôn cần hàng ngàn km đường cần trải mặt. Bên cạnh đó, để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện tăng cao trong giai đoạn 2005-2015, Tổng công ty điện lực Việt nam (EVN) đã lập các dự án xây dựng mới 32 nhà máy điện trong đó có 20 nhà máy thuỷ điện, từ năm 2003 EVN đã khởi công nhiều công trình thuỷ điện như thủy điện Avương (xây dựng trên địa bàn tỉnh Quảng Nam) công suất lắp máy 170MW khởi công 8/2003, Pleikrông (Kontum) công suất lắp máy 100MW (khởi công 11/22003), Bản Vẽ (Nghệ An) công suất lắp máy 300MW (khởi công 2004), thuỷ điện Sơn La (Sơn La) với công suất lắp máy 2400MW (dự kiến khởi công trong năm 2005), thủy điện Bình Điền (Huế ) với công suất lắp máy 44 MW, thủy điện Hương Điền (Huế) với công suất lắp máy 55 MW. Vì các công trình này đều đòi hỏi thời gian thi công ngắn, năng suất thi công LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Bïi Ngäc ChiÕn 9 lớn hơn nhiều so với trước đây nên giải pháp xây dựng đập dâng bằng bê tông trọng lực thi công bằng công nghệ đầm lăn đã được đề nghị lựa chọn.