Tài liệu Nghiên cứu công nghệ bê tông tự lèn để thi công cánh tràn piano đập dâng văn phong tỉnh bình định

1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 8 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................. 8 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................... 10 2.1. Mục tiêu nghiên cứu: .................................................................................10 2.2. Nội dung nghiên cứu: ................................................................................10 2.3. Phạm vi nghiên cứu: ..................................................................................10 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................... 10 4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC ............................................................................. 11 5. KẾT CẤU LUẬN VĂN .............................................................................................. 11 CHƯƠNG I ...................................................................................................................... 12 TỔNG QUAN VỀ BÊ TỔNG TỰ LÈN VÀ ĐIỀU KIỆN .............................................. 12 ỨNG DỤNG .................................................................................................................... 12 1.1. KHÁI QUÁT VỀ BÊ TÔNG TỰ LÈN .................................................................... 12 1.1.1. Khái niệm bê tông tự lèn ........................................................................12 1.1.2. Đặc điểm và phân loại của bê tông tự lèn ..............................................13 1.2. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG TỰ LÈN TRÊN THẾ GIỚI ..................................... 14 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG TỰ LÈN Ở VIỆT NAM ................................................................................................................................. 18 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ............................................................................................ 20 CHƯƠNG II .................................................................................................................... 21 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ................................... 21 BÊ TÔNG TỰ LÈN ......................................................................................................... 21 2.1. CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG TỰ LÈN ......................................................................... 21 2.1.1. Vật iệu chế tạo .......................................................................................21 2.1.2. Yêu cầu kỹ thuật của bê tông tự lèn .......................................................29 2.1.3. Các phương pháp thí nghiệm hỗn hợp bê tông tự lèn [2].......................30 2.1.4. Công nghệ chế tạo bê tông tự lèn ...........................................................34 2.1.5. Thực nghiệm về tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông tự lèn và bê tông tự lèn đã đông cứng [2] .........................................................................................38 2.2. NGHÊN CỨU THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG TỰ LÈN. .......................... 57 2.2.1. Mở đầu ....................................................................................................57 2.2.2. Nguyên tắc thiết kế thành phần cấp phối bê tông tự lèn [2] ...................58 2.2.3. Phương pháp lựa chọn thành phần cấp phối bê tông tự lèn: ..................60 2.2.4. Quy trình thiết kế bê tông tự lèn. ............................................................63 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG ............................................................................................ 66 CHƯƠNG III. .................................................................................................................. 68 XÂY DỰNG BIỆN PHÁP THI CÔNG BÊ TÔNG TỰ LÈN CHO CÁNH TRÀN PIANO ĐẬP DÂNG VĂN PHONG. .............................................................................. 68 3.1. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ PHÂN ĐỢT ĐỔ BÊ TÔNG ........................................ 68 2 3.1.1. Quy mô và kết cấu chính các hạng mục công trình đầu mối công trình đập dâng Văn Phong .........................................................................................68 3.1.2. Phân đợt đổ bê tông. ...............................................................................75 3.2. TÍNH TOÁN, THÍ NGHIỆM VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG TỰ LÈN ............................................................................................................... 76 3.2.1. Khảo sát, lựa chọn và thí nghiệm vật liệu chế tạo vữa bê tông. .............76 3.2.2. Tính toán lựa chọn thành phần cấp phối bê tông tự lèn. ........................81 3.3. VÁN KHUÔN DÙNG CHO BÊ TÔNG TỰ LÈN CÁNH TRÀN PIANO ĐẬP DÂNG VĂN PHONG ..................................................................................................... 96 3.3.1. Yêu cầu chung ........................................................................................96 3.3.2. Lắp dựng cốp pha và đà giáo ..................................................................97 3.3.3. Tháo dỡ cốp pha .....................................................................................98 3.4. LỰA CHỌN THIẾT BỊ THI CÔNG ........................................................................ 98 3.4.1. Đặc điểm và điều kiện thi công tại công trình đập dâng Văn Phong: ....98 3.4.2. Lựa chọn thiết bị .....................................................................................99 3.5. QUY TRÌNH THI CÔNG VÀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG TỰ LÈN TẠI HIỆN TRƯỜNG .................................................................................................... 101 3.5.1. Công tác chuẩn bị .................................................................................101 3.5.2. Quy trình chế tạo và thi công bê tông tự lèn ........................................104 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG .......................................................................................... 107 CHƯƠNG IV ................................................................................................................. 108 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA VIỆC SỬ DỤNG BÊ TÔNG TỰ LÈN CHO THI CÔNG CÁNH TRÀN PIANO ĐẬP DÂNG VĂN PHONG TỈNH BÌNH ĐỊNH ............................................................................................................................. 108 4.1. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VỀ KỸ THUẬT ....................................... 108 4.1.1. Về cường độ chịu nén: ..........................................................................108 4.1.2. Về cường độ chịu kéo: ..........................................................................109 4.1.3. Mô đun đàn hồi:....................................................................................109 4.1.4. Độ chống thấm nước: ...........................................................................109 4.1.5. Co ngót và từ biến: ...............................................................................109 4.1.6. Lực bám dính giữa BTTL và Bê tông thường ......................................110 4.1.7. Khả năng chống cắt tại các mặt phẳng đổ: ...........................................110 4.2. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VỀ KINH TẾ ........................................... 111 4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG .......................................................................................... 114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 115 5.1. KẾT LUẬN: ........................................................................................................... 115 5.2. KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 116 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Sử dụng BT tự lèn cho Mố neo của cầu Akashi-Kaikyo ................ 17 Hình 1.2. Sử dụng BT tự lèn cho Sân vận động Fukuoka .............................. 17 Hình 1.3. Sử dụng BT tự lèn cho bể chứa ga tại Osaka .................................. 17 Hình 1.4. Thi công bê tông tự lèn cho cấu kiện đúc sẵn ................................. 17 Hình 1.5. Thi công bản đáy xà lan cống Sáu Hỷ ............................................ 19 Hình 1.6. Hoàn thiện thi công xà lan và lai dắt xà lan Sáu Hỷ ....................... 20 Hình 1.7. Cống Ngọc Hùng – Nam Định........................................................ 20 Hình 1.8. Nhà thi đấu đa năng – Đà Nẵng ...................................................... 20 Hình 2.1. Đường cong biến dạng chảy và khả năng tự lèn của hỗn hợp BT ..22 Hình 2.2. Thí nghiệm xác định độ chảy xòe của hỗn hợp BTTL ................... 31 Hình 2.3. L-box thí nghiệm khả năng chảy qua cốt thép của BTTL .............. 32 Hình 2.4. U-box thí nghiệm khả năng chảy qua cốt thép của BTTL .............. 33 Hình 2.5. Quy trình trộng bê tông ................................................................... 36 Hình 2.6. Đường biểu thị sự tổn thất độ chẩy xoè theo thời gian (CP I) ........ 41 Hình 2.7. Đường biểu thị sự tổn thất độ chẩy xoè theo thời gian (CP II)....... 42 Hình 2.8. Đường biểu thị sự tổn thất độ chẩy xoè theo thời gian (CP III) ..... 42 Hình 2.9. Đường biểu thị sự tổn thất độ chẩy xoè theo thời gian (CP IV) ..... 43 Hình 2.10. Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL - (CP I) ............... 45 Hình 2.11. Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL - (CP II) ............. 47 Hình 2.12. Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL - (CP II) ............. 48 Hình 2.13. Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL- (CP IV) ............. 49 Hình 2.14. Biểu đồ độ hút nước của BTTL cấp phối I ................................... 51 Hình 2.15. Biểu đồ độ hút nước của BTTL cấp phối II .................................. 51 Hình 2.16. Biểu đồ độ hút nước của BTTL cấp phối III................................. 52 Hình 2.17. Biểu đồ độ hút nước của BTTL cấp phối IV ................................ 53 4 Hình 2.18. Phát triển cường độ nén theo thời gian của BTTL - (CP I) .......... 54 Hình 2.19. Phát triển cường độ nén theo thời gian của BTTL- (CP II) .......... 55 Hình 2.20. Phát triển cường độ nén theo thời gian BTTL- (CP III) ............... 56 Hình 2.21. Phát triển cường độ nén theo thời gian của BTTL- (CP IV) ........ 56 Hình 2.22. Nguyên tắc thiết kế thành phần bê tông tự lèn.............................. 60 Hình 2.23. Quy trình thiết kế cấp phối BTTL theo JSCE - EFNARC ........... 61 Hình 2.24. Quy trình thiết kế cấp phối BTTL theo OKAMURA ................... 62 Hình 3.1. Tổng thể công trình Văn Phong ...................................................... 68 Hình 3.2. Mặt cắt ngang đập không tràn ......................................................... 69 Hình 3.3. Mặt cắt ngang đập tràn có cửa ........................................................ 70 Hình 3.4. Mặt bằng một đoạn tràn piano ........................................................ 71 Hình 3.5. Cắt dọc một đoạn tràn piano ........................................................... 72 Hình 3.6. Cắt ngang đập tràn piano ................................................................ 72 Hình 3.7. Cốt thép cánh tràn piano phía hạ lưu .............................................. 73 Hình 3.8. Cốt thép cánh tràn piano phía thượng lưu....................................... 74 Hình 3.9. Cốt thép tường dọc cánh tràn piano ................................................ 74 Hình 3.10. Phân chia giai đoạn thi công ......................................................... 75 Hình 3.11. Phân đợt thi công cánh tràn piano ................................................. 76 Hình 3.12. Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén bê tông tuổi 28 ngày và lượng dùng xi măng ................................................................................................... 86 Hình 3.15. Trạm trộn bê tông 60 m3/h ........................................................... 99 Hình 3.16. Ô tô vận chuyển vữa chuyên dụng loại 7m3............................... 100 Hình 3.17. Xe bơm bê tông chuyên dụng loại cần 37m ............................... 100 Hình 3.18. Quy trình trộn bê tông ................................................................. 104 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Cấp phối sử dụng tro bay nhiệt điện, bột đá vôi và Silicafume (CPI) Bảng 2.2. Cấp phối sử dụng tro bay nhiệt điện, puzôlan thiên nhiên và Silicafume (CP II) ........................................................................................... 39 Bảng 2.3. Cấp phối sử dụng tro bay nhiệt điện và Silicafume (CP III) .......... 39 Bảng 2.4. Cấp phối sử dụng puzôlan thiên nhiên và Silicafume (CP IV) ...... 40 Bảng 2.5. Kết quả thí nghiệm sự tổn thất độ chảy của hỗn hợp BTTL theo thời gian. ............................................................................................................... 40 Bảng 2.6. Thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL (CP I) ............................... 44 Bảng 2.7. Kết quả thí nghiệm thời gian đông kết của hỗn hợp BTTL(CP II) 46 Bảng 2.8. Kết quả thí nghiệm thời gian đông kết hỗn hợp BTTL-(CPIII) ..... 47 Bảng 2.9. Kết quả thí nghiệm thời gian đông kết hỗn hợp BTTL-(CPIV) ..... 48 Bảng 2.10. Độ hút nước của BTTL cấp phối I................................................ 50 Bảng 2.11. Độ hút nước của BTTL cấp phối II .............................................. 51 Bảng 2.12. Độ hút nước của BTTL cấp phối III ............................................. 52 Bảng 2.13. Độ hút nước của BTTL cấp phối IV............................................. 52 Bảng 2.14. Cường độ nén của BTTL cấp phối I ............................................. 54 Bảng 2.15. Cường độ nén của BTTL cấp phối II............................................ 54 Bảng 2.16. Cường độ nén của BTTL cấp phối III .......................................... 55 Bảng 2.17. Cường độ nén của BTTL cấp phối IV .......................................... 56 Bảng 2.18. Độ chống thấm nước của mẫu BTTL ........................................... 57 Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm xi măng ........................................................... 77 Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm phụ gia khoáng hoạt tính................................. 78 Bảng 3.3. Các tính chất cơ lý của cát Sông Kôn ............................................. 79 Bảng 3.4. Thành phần hạt của cát Sông Kôn .................................................. 79 Bảng 3.5. Các tính chất cơ lý của cát đá dăm Nhơn Hòa ............................... 80 Bảng 3.6. Thành phần hạt của đá dăm 5-20mm ............................................. 80 6 Bảng 3.7. Cấp phối bê tông M30 cơ bản......................................................... 84 Bảng 3.8. Cấp phối 3 thành phần định hướng................................................. 85 Bảng 3.9. Kết quả thí nghiệm cường độ nén tuổi 7 ngày và 28 ngày các cấp phối bê tông định hướng ................................................................................. 85 Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả thí nghiệm một số tính chất cơ bản BTTL ứng với các thành phần cấp phối ............................................................................ 88 Bảng 3.11. Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ nén và thời gian đông kết của BTTL với các cấp phối chọn .................................................................... 91 Bảng 3.12. Thành phần cấp phối lựa chọn để áp dụng thi công cánh tràn piano đập dâng Văn Phong ....................................................................................... 92 Bảng 3.13. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu thí nghiệm cấp phối chọn ................. 93 Bảng 3.12. Thành phần cấp phối lựa chọn để áp dụng thi công cánh tràn piano đập dâng Văn Phong ..................................................................................... 101 Bảng 4.1. Thành phần cấp phối lựa chọn để áp dụng thi công cánh tràn piano đập dâng Văn Phong (30Mpa) ...................................................................... 108 Bảng 4.4. So sánh giá thành theo định mức 1m3 BTTL và bê tông thường 112 7 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BBTL Bê tông tự lèn XM Xi măng PGK Phụ gia khoáng TB Tro bay N/B Nước / Bột N/X Nước / Xi măng N/CKD Nước / Chất kết dính VMA Viscosity Modifying Admixture TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam CP Cấp phối Mđl Mô đun độ lớn AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials SCDOT The South Carolina State Department of Transportation PCI The Precast/ Prestressed Concrete Institute 8 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, ở Việt Nam nhiều công trình xây dựng lớn có kết cấu mới đang được thiết kế và thi công xây dựng. Việc thiết kế các công trình này đã đưa ra nhiều dạng kết cấu có kích thước thanh mảnh, mật độ thép rất dày, dẫn đến việc đổ, đầm bê tông khi thi công rất khó hoặc không thực hiện được. Nếu bê tông không đủ điều kiện để có thể thi công theo phương pháp thông thường hoặc không được đầm chặt sẽ dẫn tới rỗng, rỗ cấu kiện, làm cường độ bê tông không đảm bảo theo như thiết kế. Một trong những vấn đề kỹ thuật cũng cần quan tâm giải quyết là công nghệ thi công bê tông chất lượng cao, đặc biệt cho một số bộ phận kết cấu có đặc điểm chịu lực phức tạp, chịu ứng suất cục bộ lớn. Tại các vị trí này yêu cầu bê tông có cường độ chịu nén cũng như chịu kéo lớn. Mặt khác, tại những vị trí thi công trên cao, sàn công tác chật hẹp thì việc bơm bê tông lên cao cũng như đầm bê tông đều có những yêu cầu đặc biệt khó khăn. Hơn nữa, một số công trình xây dựng sau một thời gian khai thác sử dụng, kết cấu ăn mòn bởi môi trường và các tác nhân khác cần phải gia cố, sửa chữa, kết cấu có mặt cắt ngang hẹp, chiều dài lớn, cốt thép khá dày, nếu dùng bê tông truyền thống thì công tác đổ, đầm bê tông đảm bảo yêu cầu là rất khó khăn, tốn nhiều công sức, đôi khi không thể thực hiện được. Đặc biệt, đối với công trình thủy lợi, kết cấu công trình cũng đang được thiết kế và áp dụng nhiều loại hình mang tính chất thẩm mỹ mà phải đáp ứng về yêu cầu kinh tế và kỹ thuật. Bê tông tự lèn (BTTL) cũng giống như bê tông thông thường được chế tạo từ các vật liệu cấu thành như xi măng, cốt liệu, nước và phụ gia. Sự khác nhau cơ bản trong công nghệ thi công BTTL so với bê tông thường là không 9 có công đoạn tạo chấn động để lèn chặt bê tông. BTTL có những tính ưu việt so với bê tông thường như sau: - Thi công bê tông trong điều kiện công trình có kết cấu mỏng mà mật độ cốt thép dày đặc, giao diện đan xen phức tạp, khó hoặc không thể sử dụng máy đầm. - Gia cố và sữa chữa kết cấu bê tông có chiều dày mỏng, hình thể phức tạp, đồng thời có cốt thép, khi thi công khó có thể sử dụng máy đầm, - Thời gian thi công nhanh hơn so với bê tông thường có cùng điều kiện thi công do không cần có công đoạn đầm bê tông. Đập dâng Văn Phong là công trình dạng đập tràn phím đàn piano đã được triển khai thi công 1/2 công trình phía bờ trái bằng công nghệ bê tông truyền thống. Trong quá trình thi công cánh tràn Piano thi công theo công nghệ thi công truyền thống gặp nhiều khó khăn để đảm bảo chất lượng bê tông do một số đặc điểm kết cấu như: - Cánh tràn có cốt thép dày đặc, chiều dày cánh tràn mỏng (từ 20cm đến 46cm), chiều cao cánh cao 5m, rất khó khăn để đầm bê tông dẫn tới bê tông không đặc chắc và rộ tại các vị trí giao nhau giữa tường đứng và cánh nghiêng, giữa vị trí giao nhau của hai cánh tràn thuận nghịch; - Bê tông mặt nghiêng phía trên của phần cánh tràn còn rộ nhiều do không thoát hết bọt khí ra khỏi hỗn hợp bê tông khi đầm; - Thời gian thi công kéo dài vì rất khó khăn để đưa vữa bê tông vào khối đổ. Vì những lý do trên lựa chọn giải pháp nghiên cứu ứng dụng bê tông tự lèn để thi công cánh tràn piano đập dâng Văn Phong, nhằm đáp ứng mục tiêu về kỹ thuật, tiến độ và phù hợp với điều kiện thực tế ở công trình Văn Phong, đây là một tiêu chí rất quan trọng và cần thiết. Vì vậy tác giả đã lựa chọn đề 10 tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu công nghệ bê tông tự lèn để thi công cánh tràn piano, Đập dâng Văn Phong tỉnh Bình Định” 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào thi công cánh tràn piano, công trình Đập dâng Văn Phong tỉnh Bình Định. 2.2. Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết về bê tông tự lèn và điều kiện ứng dụng của bê tông tự lèn. - Nghiên cứu nguyên tắc, phương pháp, quy trình thiết kế cấp phối bê tông tự lèn từ đó tính toán lựa chọn được thành phần cấp phối hợp lý. - Thí nghiệm, hiệu chỉnh hiện trường thành phần cấp phối để thỏa mãn được yêu cầu các tính công tác của hỗn hợp bê tông tự lèn; lấy mẫu thí nghiệm một chỉ tiêu cơ lý của bê tông đã đóng rắn để kiểm nghiệm. - Nghiên cứu đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và xã hội giữa bê tông tự lèn và bê tông truyền thống. 2.3. Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu tính toán thiết kế cấp phối bê tông tự lèn đáp ứng được các tính chất cơ lý của bê tông và thỏa mãn được các yêu cầu ứng dụng dựa trên vật liệu sẵn có tại công trình; Xây dựng biện pháp thi công và đánh giá hiệu quả kỹ thuật - kinh tế dựa trên điều kiện thực tế của công trình Đập dâng Văn Phong tỉnh Bình Định và các công trình khác có tính chất tương tự. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Khảo sát thực tế, thu thập tài liệu, kết luận đánh giá của các chuyên gia, tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu, phân tích lý thuyết, kiểm tra bằng 11 các thí nghiệm thực tế tại hiện trường. Một số thí nghiệm về chỉ tiêu cơ lý vật liệu, tính công tác của hỗn hợp BTTL, bê tông đã đóng rắn sẽ được tiến hành tại Phòng thí nghiệm vật liệu và kết cấu LAS-XD 325, số 105 đường Tây Sơn, tỉnh Bình Định. 4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC - Lựa chọn được vật liệu sử dụng và tính toán thiết kế thành phần cấp phối bê tông tự lèn thỏa mãn các yêu cầu sử dụng để thi công cánh tràn Piano đập dâng Văn Phong-Bình Định. - Xây dựng biện pháp thi công bê tông tự lèn cánh tràn Piano đập dâng Văn Phong tỉnh Bình Định. - Phân tích đánh giá hiệu quả kỹ thuật, kinh tế công nghệ bê tông tự lèn. - Kiến nghị việc sử dụng công nghệ bê tông tự lèn trong các công trình tương tự. 5. KẾT CẤU LUẬN VĂN Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, luận văn gồm 04 chương như sau: Chương 1: Tổng quan về công nghệ bê tông tự lèn và tình hình ứng dụng trên thế giới và tại Việt Nam. Chương 2: Nghiên cứu công nghệ và thành phần cấp phối bê tông tự lèn Chương 3: Xây dựng biện pháp thi công bê tông tự lèn cho cánh tràn piano đập dâng Văn Phong tỉnh Bình Định Chương 4: Đánh giá hiệu quả kinh tế - Kỹ thuật của việc sử dụng bê tông tự lèn cho thi công cánh tràn piano đập dâng Văn Phong Bình Định 12 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÊ TỔNG TỰ LÈN VÀ ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG 1.1. KHÁI QUÁT VỀ BÊ TÔNG TỰ LÈN 1.1.1. Khái niệm bê tông tự lèn Bê tông, bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các công trình xây dựng. Bê tông có rất nhiều ưu điểm, nổi trội nhất là khả năng chịu lực, tuổi thọ cao, dễ tạo hình và tận dụng được các nguồn vật liệu tại địa phương. Trong lĩnh vực xây dựng nó là loại vật liệu chiếm ưu thế nhất. Trong khi sử dụng, các chuyên gia xây dựng đã phối hợp với các nhà khoa học về lĩnh vực vật liệu nhằm khai thác triệt để các ưu điểm, khắc phục những tồn tại của bê tông, bê tông cốt thép, vì thế đã có những công nghệ sản xuất và thi công mới ra đời, đó chính là công nghệ bê tông tự lèn. Bê tông tự lèn là loại bê tông mà hỗn hợp mới trộn xong của nó (hỗn hợp bê tông tươi) có khả năng tự điền đẩy các khuôn đổ hoặc cốp pha kể cả những kết cấu dầy đặc cốt thép, mà vẫn đảm bảo tính đồng nhất bằng chính trọng lượng bản thân và độ chảy xòe cao, không cần bất kỳ một tác động cơ học nào từ bên ngoài [2]. Hay nói một cách đơn giản: Bê tông tự lèn chính là bê tông, mà hỗn hợp của nó khi đổ không cần đầm nhưng sau khi đông cứng, kết cấu bê tông vẫn đảm bảo độ đặc chắc và các tính chất cơ lý như bê tông thông thường cùng mác. Bê tông tự lèn thường được sử dụng trong các điều kiện khó khăn không thể sử dụng máy đầm như: Kết cấu công trình có mật độ cốt thép dày đặc, giao diện đan xen phức tạp; Các kết cấu dạng thanh, mảnh hoặc mỏng khó sử dụng máy đầm để đầm bê tông; Gia cố và sữa chữa kết cấu bê tông có 13 vách mỏng hình thể phức tạp đồng thời có cốt thép; Thi công công trình bê tông ở khu dân cư đông đúc, có thể giảm bớt ô nhiễm và tiếng ồn, nâng cao tiến độ thi công. 1.1.2. Đặc điểm và phân loại của bê tông tự lèn a. Đặc điểm. Về cơ bản bê tông tự lèn cũng giống như bê tông thông thường được chế tạo từ các vật liệu như chất kết dính xi măng, cốt liệu, nước và phụ gia. Sự khác nhau cơ bản trong công nghệ thi công bê tông tự lèn là không có công đoạn tạo chấn động để làm chặt bê tông. Bê tông tự lèn cần đạt khả năng chảy cao đồng thời không bị phân tầng tách nước. Vì vậy đặc trưng cơ bản của loại bê tông này là sự cân bằng giữa độ chảy và sự không phân tầng của hỗn hợp bê tông. Để đạt được điều này, bê tông tự lèn cần có các yêu cầu sau: - Sử dụng phụ gia siêu dẻo để đạt khả năng chảy dẻo cao của hỗn hợp bê tông; - Sử dụng hàm lượng lớn phụ gia mịn để tăng độ linh động của hỗn hợp vữa bê tông; - Hàm lượng cốt liệu lớn trong bê tông ít hơn so với bê tông thông thường. Ngoài các đặc tính cơ bản nói trên, đặc tính chế tạo và thi công của bê tông tự lèn cũng khác so với bê tông thường như sau: - Sự bắt đầu và kết thúc ninh kết của bê tông tự lèn có khuynh hướng chậm hơn so với bê tông thường. - Khả năng bơm của bê tông tự lèn cao hơn so với bê tông thường. - Do sự nhạy cảm với vật liệu đầu vào trong khi trộn nên bê tông tự lèn có yêu cầu về kiểm tra chất lượng, kiểm tra sản xuất và kiểm tra thi công khắt khe hơn bê tông thường. 14 - Do không thực hiện việc rung động làm chặt, yêu cầu quan tâm đến thời gian duy trì tính công tác của hỗn hợp vữa lớn hơn bê tông thường b. Phân loại Bê tông tự lèn có thể có nhiều loại khác nhau, việc phân loại chúng trên thế giới cũng chưa có tiêu chuẩn nào quy định. Dựa vào đặc tính của vật liệu sử dụng để chế tạo có thể chia BTTL thành 3 loại [2]: (1) Bê tông tự lèn dựa trên hiệu ứng của bột mịn: Đây là loại BTTL chỉ sử dụng phụ gia siêu dẻo hoặc cuốn khí và giảm nước mức độ cao, mà không phải dùng đến phụ gia điều chỉnh độ linh động. Độ linh động và tính năng không phân tầng của hỗn hợp BTTL đạt được bằng cách điều chỉnh phù hợp tỷ lệ N/B [nước / bột (xi măng và phụ gia khoáng mịn)]. Loại bê tông này có hàm lượng bột mịn cao hơn so với bê tông truyền thống; (2) Bê tông tự lèn sử dụng phụ gia điều chỉnh độ linh động: Là loại BTTL ngoài việc sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước cao thế hệ mới (polycar boxylate), còn cần phải sử dụng phụ gia điều chỉnh độ nhớt (VMA – Viscosity Modifying Admixture) để hỗn hợp BTTL tránh khỏi sự phân tầng, tách nước. Việc sử dụng phụ gia điều chỉnh độ nhớt đã làm giảm được hàm lượng bột mịn trong loại BTTL này so với loại BTTL dựa trên hiệu ứng của bột mịn; (3) BTTL sử dụng hỗn hợp cả bột mịn và phụ gia điều chỉnh độ nhớt. 1.2. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG TỰ LÈN TRÊN THẾ GIỚI Bê tông tự lèn (BTTL) bắt đầu được nghiên cứu ở Nhật bản từ năm 1983 và được áp dụng từ năm 1988 nhằm mục đích nâng cao độ bền vững cho các kết cấu công trình xây dựng. Hiện nay BTTL đã được sử dụng rộng rãi trên các công trình xây dựng với quy mô lớn. Năm 1988 đã có 290.000 m3 bê tông tự lèn được sử dụng làm các bến thả neo của cầu Akashi Kaikyo với khoảng cách giữa hai trụ đến 1991m, dài nhất thế giới. Nhờ việc ứng dụng 15 công nghệ bê tông tự lèn mà thời gian thi công công trình này đã rút ngắn được 20% [9]. Số lượng các công trình xây dựng được ứng dụng loại bê tông tự lèn ở Nhật ngày càng tăng lên. Nhà máy lọc xăng dầu Murano đã sử dụng 200.000 m3 bê tông tự lèn và thi công với tốc độ 500m3/ngày. Năm 1993 tại sân vận động Fukuoka Dome đã có 10.000 m3 bê tông tự lèn được sử dụng để thi công vòm dốc 45o và khung chịu lực với cốt thép dày đặc (hình 1.1).[10] Tại công trình đường hầm của thành phố Yokohama, hơn 40 m3 bê tông tự lèn đã được sử dụng để thi công mặt bên trong ở độ sâu 20 m. Năm 1998, trong khi xây dựng công trình bể chứa dầu Osaka Gas (Osaka –Nhật bản) đã sử dụng 12.000 m3 bê tông tự lèn cho kết cấu bê tông dự ứng lực. Với việc sử dụng công nghệ bê tông tự lèn, công trình này đã rút ngắn được 18% thời gian thi công và giảm hơn 60% nhân công lao động cho công tác bê tông (từ 150 người xuống còn 50 người), giảm 12% tổng chi phí cho công tác thi công bê tông [11]. Lần đầu tiên tại Hàn Quốc, công ty Gas Hàn Quốc kết hợp với công ty Taisei – Nhật bản đã sử dụng 256.000 m3 bê tông tự lèn để xây dựng 8 bể chứa gas với đường kính 78,58m, chiều dày thành bể là 1,7m và chiều sâu 75m tại đảo Inchon [12]. Trung Quốc đã sử dụng bê tông tự lèn vào thi công tháp Macao tại Hồng Kông với chiều cao tháp là 138m. Hơn 500 m3 bê tông tự lèn đã được dùng để thi công các kết cấu của tháp từ độ cao 120 m trở lên [8] . Bê tông tự lèn đã được sử dụng rất hiệu quả khi thi công xây dựng các công trình có mật độ cốt thép dày đặc [13]. Tại Đài Loan, bê tông tự lèn đã được nghiên cứu từ những năm 1990. Việc ứng dụng bê tông tự lèn vào các công trình xây dựng ở Đài Loan chỉ được tiến hành vào năm 1999, và chủ yếu tại các công trình xây dựng cầu, 16 đường cao tốc, bể chứa dầu …, năm 2000, tổng khối lượng bê tông tự lèn dùng trong xây dựng ở Đài Loan xấp xỉ 220.000 m3 (chiếm 0,3%) và đến năm 2001 đã vượt trên 600.000 m3 [14,15]. Bê tông tự lèn cũng đã được sử dụng tại Thái Lan từ những năm 1992 vào những công trình xây dựng như: 4.000m3 cho đường ống dẫn nước, đường ống, cầu của hệ thống cung cấp nước cho tháp làm lạnh của Nhà máy chế tạo than đá tỉnh Lampang; 432 m3 cho cầu vượt đường cao tốc tỉnh Patum thani; 429 m3 cho các cột cao của toà nhà Ofice Building ở Băng cốc [16] Philipin cũng đã sử dụng bê tông tự lèn vào các công trình xây dựng. Cụ thể là khách sạn Eaton Holiday ở Makaticao 71 tầng đã sử dụng gần 2.500 m3 bê tông tự lèn trong thi công [17]. Thụy Sỹ cũng đã sử dụng bê tông tự lèn vào các công trình xây dựng đường ray tầu hoả ngầm dưới đất với khối lượng 2.000 m3. Nhờ việc sử dụng bê tông tự lèn nên thời gian thi công đã được rút ngắn từ 207 ngày xuống còn 93 ngày [18]. Bê tông tự lèn đã được áp dụng trong thi công các công trình có mật độ cốt thép dày đặc tại Mỹ từ những năm 90 của thế kỷ 20. Đó là tại các công trình West Valley - New York, Societ Tower–Cleveland - Ohio, Toà nhà Bankers Hall - Alberta với khối lượng bê tông lớn hơn 9.000 m3. Đặc biệt trong những năm gần đây bê tông tự lèn đã được nghiên cứu và chấp nhận bởi các hiệp hội AASHTO, SCDOT và PCI, do vậy bê tông tự lèn đã và sẽ được ứng dụng rộng rãi vào thi công các công trình cầu lớn trong tương lai [19,20]. Ngoài ra, các nước châu âu khác như Đan mạch, Đức, Nauy, Italia Pháp... Đang tiếp tục nghiên cứu và sử dụng ngày một rộng rãi bê tông tự lèn trong thi công các công trình đường ngầm, hầm tuy nen, bể chứa... Một số hình ảnh ứng dụng bê tông tự lèn tại nhật bản và trên thế giới 17 Hình 1.1. Sử dụng BT tự lèn cho Mố neo của cầu Akashi-Kaikyo Hình 1.2. Sử dụng BT tự lèn cho Sân vận động Fukuoka Hình 1.3. Sử dụng BT tự lèn cho bể chứa ga tại Osaka Hình 1.4. Thi công bê tông tự lèn cho cấu kiện đúc sẵn 18 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG TỰ LÈN Ở VIỆT NAM [2] Công nghệ bê tông tự lèn vẫn là một công nghệ còn khá mới đối với các nhà xây dựng của Việt nam, nhất là đối với ngành xây dựng thuỷ lợi. Trong công tác nghiên cứu và ứng dụng tại một số Viện nghiên cứu như: Viện KHCN Xây dựng, Viện khoa học Thủy lợi, Viện KHCN giao thông vận tải, trường ĐH xây dựng Hà nội, trường ĐH Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. Trường ĐH xây dựng Hà nội đã nghiên cứu chế tạo vữa và bê tông tự lèn từ vật liệu sẵn có tại Việt nam, sử dụng bột mịn là bột đá vôi, tro bay nhiệt điện Phả Lại. Trường ĐH Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn sử dụng bột mịn là bột đá vôi và Mêta cao lanh trong điều kiện phòng thí nghiệm. Viện KHCN giao thông vận tải đã nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn sử dụng bột mịn là bột đá vôi. Bộ môn Vật liệu xây dựng - Trường Đại học Thủy lợi đã nghiên cứu ứng dụng vữa bê tông tự lèn vào thi công các kết cấu mỏng như kênh mương đúc sẵn, sửa chữa mặt đường giao thông,v,v… Viện KHCN xây dựng đã nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn sử dụng vật liệu sẵn có tại Việt nam. Viện Khoa học Thủy lợi, năm 2007 đã thực hiện đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào công trình thủy lợi và năm 2012 đã hoàn đề tài cấp Bộ “Hoàn thiện công nghệ chế tạo và thi công bê tông tự lèn trong xây dựng công trình thủy lợi” do PGS. TS. Hoàng Phó Uyên làm chủ nhiệm đề tài. Phòng NC Vật liệu - Viện KH Thuỷ lợi đã nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn cốt liệu nhỏ sử dụng cát Sông lô để thi công thử nghiệm cho công nghệ 19 bảo vệ bờ sông bằng thảm FS và thử nghiệm bê tông tự lèn vào thi công cửa van cống Ngọc Hùng – Nam Định, và hơn 60 đập xà lan di động trong dự án phân ranh mặn ngọt tại Đồng bằng sông Cửu Long đạt kết quả tốt. [1]. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn nhìn chung còn chưa phổ biến. Vì vậy đối với ngành xây dựng nói chung, xây dựng Thuỷ lợi nói riêng thì việc nghiên cứu sử dụng bê tông tự lèn cho thi công các kết cấu phức tạp mỏng và dày cốt thép là điều cần thiết. Ví dụ đối với các gối đỡ tai cửa van cung, các cống dưới đê, ống xi phông bê tông cốt thép, các tuy nen và đập xà lan khi sử dụng bê tông tự lèn có thể sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật như tại các nước tiên tiến đã áp dụng. Ngoài ra bê tông tự lèn còn có thể áp dụng cho thi công các kết cấu chịu lực cao như cầu, nhà cao tầng, sân bay và sử dụng để sửa chữa các công trình ngầm (Cống dưới đê, dưới đập). Một số hình ảnh ứng dụng bê tông tự lèn đã thi công trong nước Hình 1.5. Thi công bản đáy xà lan cống Sáu Hỷ 20 Hình 1.6. Hoàn thiện thi công xà lan và lai dắt xà lan Sáu Hỷ Hình 1.7. Cống Ngọc Hùng – Nam Định Hình 1.8. Nhà thi đấu đa năng – Đà Nẵng 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG - Việc áp dụng công nghệ BTTL vào xây dựng các công trình trên thế giới là bước nhảy vọt về công nghệ thi công bê tông, hiện nay đã có nhiều nước trên thế giới ứng dụng. - Ở Việt Nam công nghệ BTTL từng ngày đang dần được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong công tác xây dựng các công trình có kết cấu mỏng và mật độ cốt thép dày. Vì vậy BTTL cần được nghiên cứu đầy đủ từ vật liệu chế tạo, thiết kế và thi công.