Tài liệu Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông tự đầm dùng cho công trình xây dựng tại tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -----  ----- NGUYỄN PHỈ PHƢƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG TỰ ĐẦM DÙNG CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -----  ----- NGUYỄN PHỈ PHƢƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG TỰ ĐẦM DÙNG CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. HOÀNG PHƢƠNG HOA Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Ngƣời cam đoan Nguyễn Phỉ Phƣơng ii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................................ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT .......................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... viii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Lý do lựa chọn đề tài ............................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2 3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu và ý nghĩa ............................................................. 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2 5. Kết cấu luận văn ...................................................................................................... 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 3 1.1. KHÁI QUÁT VỀ BÊTÔNG TỰ ĐẦM ................................................................... 3 1.2. SỰ PHÁT TRIỂN VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BTTĐ TRÊN THẾ GIỚI............................................................................................................. 5 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BTTĐ Ở VIỆT NAM ........................ 8 1.4. NHỮNG YÊU CẦU VÀ NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA BTTĐ ....................... 10 1.5. THÀNH PHẦN VẬT LIỆU CỦA BTTĐ .............................................................. 11 1.5.1. Bột khoáng ...................................................................................................... 11 1.5.2. Xi măng .......................................................................................................... 11 1.5.3. Chất độn .......................................................................................................... 11 1.5.4. Cốt liệu ............................................................................................................ 12 1.5.5. Phụ gia ............................................................................................................. 12 1.6. THIẾT KẾ HỖN HỢP BTTĐ ................................................................................ 13 1.6.1. Một số phƣơng pháp thiết kế BTTĐ ............................................................... 13 1.6.2. Thành phần vật liệu của BTTĐ ....................................................................... 16 1.7. PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BTTĐ ............................................................................................................................. 16 1.7.1. Thử độ chảy xoè ............................................................................................. 17 1.7.2. Thí nghiệm độ linh động và khả năng tự chảy của BTTĐ .............................. 17 1.7.3. Thí nghiệm kiểu chữ U, vòng J và chữ L ........................................................ 18 1.7.3.1. Thí nghiệm kiểu chữ U (U Type) ............................................................ 18 1.7.3.2. Phƣơng pháp thử vòng J (J ring: ASTM C 1621/C 1621M) ................... 18 1.7.3.4. Thí nghiệm kiểu hộp chữ L...................................................................... 19 1.8. TÍNH CHẤT CỦA BTTĐ SAU KHI HÌNH THÀNH CƢỜNG ĐỘ .................... 21 1.8.1. Cƣờng độ chịu nén .......................................................................................... 21 1.8.2. Cƣờng độ chịu kéo khi uốn ............................................................................. 21 iii 1.8.3. Mô đun đàn hồi ............................................................................................... 21 1.8.4. Từ biến ............................................................................................................ 21 1.8.5. Co ngót ............................................................................................................ 22 1.8.6. Hệ số giãn nở nhiệt.......................................................................................... 22 1.8.7. Lực dính với cốt thép thƣờng và cốt thép ứng suất trƣớc ............................... 22 1.8.8. Khả năng chống cắt tại các mặt phẳng đổ ....................................................... 22 1.8.9. Khả năng chống phá hủy do nhiệt độ cao ....................................................... 23 1.8.10. Độ bền .......................................................................................................... 23 1.9. CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ ỨNG DỤNG BTTĐ VÀO XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ........................................................................................................................... 23 1.10. KẾT LUẬN CHƢƠNG ........................................................................................ 24 CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTĐ CÓ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN 40Mpa, 50Mpa .......................................................... 25 2.1. SƠ LƢỢC VỀ MỘT SỐ MỎ VẬT LIỆU TẠI QUẢNG NGÃI ........................... 25 2.1.1. Về vị trí và tình hình đầu tƣ tại Quảng Ngãi ................................................... 25 2.1.2. Về đá xây dựng ............................................................................................... 25 2.1.3. Về đá cát xây dựng .......................................................................................... 26 2.1.4. Phụ gia khoáng tro bay.................................................................................... 27 2.2. LỰA CHỌN, THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU............. 28 2.2.1. Lựa chọn vật liệu ............................................................................................. 28 2.2.1.1. Cốt liệu thô (Đá 5x10 và 10x20) ............................................................. 28 2.2.1.2. Cốt liệu mịn (Cát) .................................................................................... 28 2.2.1.3. Xi măng.................................................................................................... 28 2.2.1.4. Phụ gia khoáng hoạt tính ......................................................................... 28 2.2.1.5. Phụ gia siêu dẻo ....................................................................................... 28 2.2.2. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu ...................................................... 29 2.3. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BTTĐ ..................................................... 34 2.3.1. Các yêu cầu về đặc tính của BTTĐ ................................................................. 34 2.3.2. Lựa chọn và thiết kế cấp phối ......................................................................... 34 2.3.3. Cƣờng độ chịu nén của cấp phối bê tông ........................................................ 36 2.3.4. Cƣờng độ chịu kéo khi uốn của cấp phối bê tông ........................................... 42 2.3.5. Độ đồng nhất của bê tông................................................................................ 43 2.3.6. Cấp chống thấm của bê tông ........................................................................... 45 2.4. MỘT SỐ CẤP PHỐI BTTĐ ÁP DỤNG CHO MỘT SỐ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH ........................................................................................................................... 47 2.4.1. Cấp phối BTTĐ dùng cho kết cấu có kích thƣớc lớn, khoảng cách cốt thép lớn (≥ 150mm) ............................................................................................................... 47 2.4.2. Cấp phối BTTĐ dùng cho kết cấu tƣờng mỏng, kết cấu có bề dày nhỏ, mật độ cốt thép dày............................................................................................................... 47 iv 2.4.3. Cấp phối BTTĐ dùng để sửa chữa kết cấu cũ, khuyết tật .............................. 49 2.5. SO SÁNH TÍNH HIỆU QUẢ GIỮA BTTĐ VỚI BÊTÔNG THƢỜNG .............. 49 2.5.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật ........................................................................................ 50 2.5.2. Chi phí vật liệu cho một đơn vị bê tông và giá thành công trình .................... 50 2.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG .......................................................................................... 54 CHƢƠNG 3. CÔNG NGHỆ THI CÔNG BTTĐ VÀ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG BTTĐ VÀO MỘT SỐ KẾT CẤU XÂY DỰNG TẠI ĐỊA PHƢƠNG .................... 55 3.1. ĐIỀU KIỆN THI CÔNG THỰC TẾ ...................................................................... 55 3.1.1. Con ngƣời ........................................................................................................ 55 3.1.2. Nguồn nguyên vật liệu .................................................................................... 55 3.1.3. Công nghệ và thiết bị ...................................................................................... 55 3.2. SẢN XUẤT VÀ THI CÔNG BTTĐ ...................................................................... 56 3.2.1. Chuẩn bị vật liệu ............................................................................................. 56 3.2.2. Trộn bê tông .................................................................................................... 57 3.2.3. Thiết bị trộn và quy trình trộn hổn hợp BTTĐ ............................................... 57 3.2.3.1. Thiết bị trộn ............................................................................................. 57 3.2.3.2. Quy trình trộn hổn hợp BTTĐ ................................................................. 57 3.2.4. Kiểm soát chất lƣợng sản phẩm ...................................................................... 58 3.2.4.1. Kiểm soát chất lƣợng vật liệu .................................................................. 58 3.2.4.2. Kiểm soát chất lƣợng bê tông .................................................................. 59 3.2.5. Vận chuyển bê tông đến cấu kiện, đổ bê tông và hoàn thiện bề mặt .............. 60 3.2.5.1. Vận chuyển bê tông đến cấu kiện ............................................................ 60 3.2.5.2. Đổ bê tông ................................................................................................ 60 3.2.5.3. Hoàn thiện bề mặt .................................................................................... 63 3.2.6. Nhân lực tham gia thực hiện công đoạn chế tạo và thi công .......................... 63 3.2.7. Bảo dƣỡng bê tông .......................................................................................... 63 3.2.8. Xác nhận và kiểm tra hiện trƣờng .................................................................. 64 3.3. ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG BTTĐ VÀO MỘT SỐ KẾT CẤU XÂY DỰNG .......... 64 3.3.1. Ứng dụng BTTĐ trong thi công các kết cấu đúc sẵn ...................................... 64 3.3.2. Ứng dụng BTTĐ để thi công các kết cấu đổ tại chỗ ....................................... 65 3.3.2.1. Bê tông khối lớn, trụ cầu, trụ tháp ........................................................... 65 3.3.2.2. Kết cấu tƣờng mỏng................................................................................. 66 3.3.2.3. Ống thép nhồi bê tông .............................................................................. 67 3.3.3. Sử dụng BTTĐ sửa chữa kết cấu bê tông cũ, các kết cấu bị khuyết tật.......... 67 3.3.4. Sử dụng BTTĐ thi công kè bê tông - đá hộc đổ đống .................................... 68 3.3.5. Sử dụng BTTĐ liên kết các thùng chìm và với nền ở dự án đê biển [12] ...... 69 3.4. ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG BTTĐ ĐỂ SỬA CHỮA BẢN ĐÁY BTCT TẠI CÁC CÔNG TRÌNH CẢNG .................................................................................................. 70 3.4.1. Đặc điểm đối với việc sửa chữa bản đáy BTCT ............................................. 70 v 3.4.2. Yêu cầu đối với công nghệ sửa chữa .............................................................. 71 3.4.3. Nguyên tắc chung của công nghệ ................................................................... 71 3.4.4. Nội dung đề xuất công nghệ sửa chữa bản đáy BTCT ................................... 71 3.4.4.1. Nghiên cứu về vật liệu ............................................................................. 71 3.4.4.2. Nghiên cứu về công nghệ thi công .......................................................... 73 3.4.4.3. Đề xuất công nghệ sửa chữa bản đáy BTCT tại cầu cảng PTSC Dung Quất...................................................................................................................... 75 3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG .......................................................................................... 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT STT Các ký hiệu, từ viết tắc 1 AASHTO 2 ASTM 3 4 5 6 7 8 9 10 BTTĐ BTCT Cp1 Cp2 CT40 CT50 Cp40S DƢL 11 EFNARC 12 HRWR 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 39 40 M401-1 M402-1 M401-2 M402-2 M501-1 M502-1 M501-2 M502-2 M1-240 M2-240 M1-150 M2-150 M1-S40 M2-S40 M401 M402 Giải thích American Association of State Highway and Transportation Officials - Hiệp hội Quan chức Giao thông và Xa lộ Tiểu bang Mỹ American Society for Testing and Material – Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Hoa Kỳ Bê tông tự đầm Bê tông cốt thép Cấp phối 1 Cấp phối 2 Mẫu chống thấm, cấp phối 2 - 40Mpa Mẫu chống thấm, cấp phối 1 - 50Mpa Cấp phối – 40Mpa dùng để sửa chữa Dự ứng lực The European Federation of Specialist Construction Chemicals and Concrete systems - Ủy ban Châu Âu về hệ thống bê tông và các hóa chất đặc biệt dùng trong xây dựng. High-Range Water Reducer (concrete admixture) – Phụ gia giảm nƣớc cao Mẫu nén 1, cấp phối 1 - 40Mpa Mẫu nén 2, cấp phối 1 - 40Mpa Mẫu nén 1, cấp phối 2 - 40Mpa Mẫu nén 2, cấp phối 2 - 40Mpa Mẫu nén 1, cấp phối 1 - 50Mpa Mẫu nén 2, cấp phối 1 - 50Mpa Mẫu nén 1, cấp phối 2 - 50Mpa Mẫu nén 2, cấp phối 2 - 50Mpa Mẫu kéo uốn 1, cấp phối 2 - 40Mpa Mẫu kéo uốn 2, cấp phối 2 - 40Mpa Mẫu kéo uốn 1, cấp phối 1 - 50Mpa Mẫu kéo uốn 2, cấp phối 1 - 50Mpa Mẫu nén 1, cấp phối – 40Mpa dùng để sửa chữa Mẫu nén 2, cấp phối – 40Mpa dùng để sửa chữa Mẫu nén 1 – 40Mpa nguyên trạng Mẫu nén 2 – 40Mpa nguyên trạng vii 41 42 43 44 45 46 47 48 Các ký hiệu, từ viết tắc M40s1 M40s2 Mku1 Mku2 Mku1r Mku2r Mku1m Mku2m 49 JSCE 50 51 52 53 54 55 PTSC PTI QL1A TN SCC W/F STT Giải thích Mẫu nén 1 – 40Mpa sửa chữa Mẫu nén 2 – 40Mpa sửa chữa Mẫu kéo uốn 1 – 40Mpa nguyên trạng Mẫu kéo uốn 2 – 40Mpa nguyên trạng Mẫu kéo uốn 1 – 40Mpa tạo rãnh Mẫu kéo uốn 2 – 40Mpa tạo rãnh Mẫu kéo uốn 1 – 40Mpa đục phá bề mặt Mẫu kéo uốn 2 – 40Mpa đục phá bề mặt Japan Society of Civil Engineering - Hiệp hội các Kỹ sƣ dân dụng Nhật Bản PetroVietNam Technical Services Corporation Post Tensioning Institute - Viện công nghệ DƢL kéo sau Quốc lộ 1A Thí nghiệm Self-compacting concrete Water/Flour - Nƣớc/Bột viii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14. 2.15. 2.16. 2.17. 2.18. 2.19. 2.20. Tên bảng Trang Một số công trình điển hình có sử dụng BTTĐ Các loại phụ gia siêu dẻo Các phƣơng pháp thí nghiệm đánh giá khả năng làm việc của BTTĐ Các chỉ tiêu đƣợc chấp thuận của BTTĐ Kết quả sàng thành phần hạt của đá 1x2 Kết quả sàng thành phần hạt của đá 0,5x1 Kết quả sàng thành phần hạt của đá phối 50% đá 1x2 và 50% đá 0,5x1 Chỉ tiêu cơ lý của đá phối 50% đá 1x2 và 50% đá 0,5x1 Kết quả chỉ tiêu cơ lý của cát sông Trà Khúc Kết quả sàng thành phần hạt của cát sông Trà Khúc Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của Xi măng PC 40 Kim Đỉnh Các chỉ tiêu cơ lý, hóa của tro bay (số liệu của nhà sản xuất ) Yêu cầu về đặc tính của BTTĐ 40Mpa và 50 Mpa Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông 40Mpa (cấp phối 1) Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông 40Mpa (cấp phối 2) Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 1 – 40Mpa 3 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 1 – 40Mpa 7 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 1 – 40Mpa 28 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 2 – 40Mpa 3 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 2 – 40Mpa 7 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 2 – 40Mpa 28 ngày Kết quả tổng hợp cƣờng độ chịu nén của cấp phối 1&2-40Mpa Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông 50Mpa (Cấp phối 1) Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông 50Mpa (Cấp phối 2) 8 13 16 20 29 30 30 31 32 32 33 34 34 34 35 36 36 36 36 37 37 37 38 38 ix Số hiệu bảng 2.21. 2.22. 2.23. 2.24. 2.25. 2.26. 2.27. 2.28. 2.29. 2.30. 2.31. 2.32. 2.33. 2.34. 2.35. 2.36. 2.37. 2.38. 2.39. 2.40. 2.41. 2.42. 3.1. 3.2. Tên bảng Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 1 – 50Mpa 3 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 1 – 50Mpa 7 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 1 – 50Mpa 28 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 2 – 50Mpa 3 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 2 – 50Mpa 7 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông cấp phối 2 – 50Mpa 28 ngày Kết quả tổng hợp cƣờng độ chịu nén của cấp phối 1&2-50Mpa Kết quả cƣờng độ chịu kéo khi uốn bê tông 40Mpa Kết quả cƣờng độ chịu kéo khi uốn bê tông 50Mpa Kết quả thí nghiệm độ đồng nhất của bê tông 40Mpa Kết quả thí nghiệm độ đồng nhất của bê tông 50Mpa Kết quả thí nghiệm chống thấm mẫu bê tông 40Mpa Kết quả thí nghiệm chống thấm mẫu bê tông 50Mpa Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông 40Mpa dùng cho kết cấu tƣờng mỏng kết cấu có bề dày nhỏ, mật độ cốt thép dày Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông 40Mpa dùng để sửa chữa kết cấu Kết quả hình thành cƣờng độ chịu nén của 2 cấp phối 40Mpa Chi phí vật liệu cho 1m3 bê tông thƣờng 40Mpa – thi công tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất – Quảng Ngãi Chi phí vật liệu cho 1m3 BTTĐ 40Mpa So sánh chi phí thi công bằng bê tông thƣờng và BTTĐ So sánh thời gian thi công bằng bê tông thƣờng và BTTĐ So sánh chi phí đầu tƣ các công trình ở miền tây Nam bộ So sánh tổng giá thành hạng mục bê tông công trình sử dụng bê tông thƣờng (cống truyền thống) và sử dụng BTTĐ (đập xà lan) Yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu dùng cho BTTĐ Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông 40Mpa dùng để sửa chữa kết cấu cũ Trang 38 39 39 39 39 40 40 42 42 44 45 46 47 49 49 50 51 52 52 52 53 53 56 71 x Số hiệu bảng 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. Tên bảng Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông 40Mpa dùng để sửa chữa - 3 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông 40Mpa dùngđể sửa chữa 7 ngày Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông 40Mpa dùng để sửa chữa - 28 ngày Cƣờng độ chịu kéo khi uốn bê tông 40Mpa dùng để sửa chữa Kết quả nén mẫu so sánh các mẫu bê tông 40Mpa Kết quả thí nghiệm cƣờng độ kéo khi uốn của mẫu bê tông Bảng so sánh giá thành loại vật liệu sử dụng để sửa chữa bản đáy BTCT Trang 72 72 72 72 74 75 80 xi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. 1.13. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. Tên hình Trang Biểu đồ khối lƣợng BTTĐ sử dụng tại Nhật Bản từ 1990-2000 Sản xuất cấu kiện đúc sẵn bằng BTTĐ Mố neo của cầu Akashi-Kaikyo và lớp phủ mặt đƣờng Tòa nhà Burj Khalifa (Dubai-UAE) Nút liên kết dầm cột tòa nhà T34 Trung Hòa- Nhân Chính -Hà Nội Hình ảnh thi công cầu Đông Trù - Hà Nội Nguyên tắc cơ bản để sản xuất BTTĐ theo Okamura Quy trình thiết kế thành phần cấp phối BTTĐ Dụng cụ thí nghiệm và cách xác định giá trị độ chảy xòe Cấu tạo phễu V Dụng cụ thí nghiệm kiểu chữ U Dụng cụ thí nghiệm kiểu vòng J Dụng cụ thí nghiệm kiểu hộp chữ L Dây chuyền sản xuất đá tại mỏ đá Phƣớc Hòa – Dung Quất Quảng Ngãi Hình ảnh khai thác cát tại sông Trà Khúc- TP Quảng Ngãi Sản phẩm tro bay và dây chuyền xử lý tro bay nhiệt điện của Công ty CP Sông Đà Cao Cƣờng baoxaydung.com.vn, 06/01/2017 Một số hình ảnh lấy mẫu đá, cát tại trạm bê tông Công ty Cổ phần Thƣơng mại ABH Thiên Tân (evernew)và thí nghiệm tại Phòng Las –XD 350-Dung Quất Biểu đồ bao thành phần hạt của đá 1x2 Biểu đồ bao thành phần hạt của đá 0,5x1 Biểu đồ bao thành phần hạt của đá sau khi phối Dmax20mm Biểu đồ bao thành phần hạt của đá cát sông Trà Khúc Hình ảnh thí nghiệm các đặc tính của bê tông tại Phòng Las – XD 350 Biểu đồ cƣờng độ chịu nén của BTTĐ cấp phối 1&2-40Mpa Biểu đồ cƣờng độ chịu nén của BTTĐ cấp phối 1&2-50Mpa Một số hình ảnh đúc mẫu, nén mẫu tại Phòng Las –XD 350 Hình ảnh thí nghiệm chịu kéo khi uốn và biểu đồ so sánh cƣờng 6 6 7 7 9 9 10 15 17 17 18 18 19 26 26 27 29 30 30 31 33 35 37 40 41 43 xii Số hiệu hình 2.14. 2.15. 2.16. 2.17. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16. 3.17. 3.18. 3.19. 3.20. 3.21. Tên hình độ chịu kéo khi uốn so với cƣờng độ chịu nén của BTTĐ 40Mpa và 50Mpa Hình ảnh text máy và siêu âm đo độ đồng nhất tại Phòng Las – XD 35 Hình ảnh ứng dụng BTTĐ để thi công đập sà lan di động ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long. Cƣờng độ chịu nén của bê tông thƣờng và bê tông thự đầm 40Mpa Hình ảnh thi công bê tông tự đồng và bê tông truyền thống Sơ đồ tóm tắt quy trình trộn BTTĐ Quy trình kiểm soát chất lƣợng sản phẩm BTTĐ Máy bơm, van cấp bê tông cho giải pháp bơm từ chân ván khuôn Bơm BTTĐ từ dƣới chân vách lên Chống đỡ vách phục vụ cho giải pháp bơm bê tông từ trên xuống Thi công BTTĐ bằng máng đổ và thùng đổ Hoàn thiện bề mặt cấu kiện bê tông Các cấu kiền đúc sẵn: cừ bê tông, dầm DƢL và đập xà lan di động Dầm ngang liên kết tháp, tháp cầu, mố neo Kết cấu tƣờng mỏng đƣợc thi công bằng BTTĐ và bề mặt hoàn thiện Cầu vòm ống thép nhồi bê tông – Cầu Đông Trù, Cầu Xóm Củi Kết cấu BTCT bản đáy bị hƣ hỏng, kết cấu dầm khuyết tật Phƣơng pháp thi công kè BTTĐ – đá hộc đổ đống Quy hoạch tổng thể tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công Kết cấu đê biển Vũng Tàu – Gò Công bằng thùng chìm Phƣơng pháp thi công BTTĐ liên kết thùng chìm với nền Hính ảnh mẫu bê tông trƣớc, trong và sau khi tạo rãnh Hình ảnh mẫu chuẩn bị rót bê tông vào và sau khi đã rót bê tông vào Hình ảnh giai đoạn tạo mẫu thí nghiệm Hình ảnh lắp mẫu chịu kéo khi uốn vào lại khuôn Một số hình ảnh hƣ hỏng thƣờng gặp ở bản đáy của các cầu cảng Trang 43 48 50 51 58 59 61 61 62 62 63 64 66 66 67 68 68 69 69 70 73 73 74 75 76 xiii Số hiệu hình 3.22. 3.23. 3.24. 3.25. Tên hình Trang Mặt cắt ngang thiết kế, hoàn công bến cảng PTSC – Dung Quất Mô phỏng hƣ hỏng bản đáy tại cảng PTSC trong tƣơng lai Mặt cắt ngang mô phỏng giải pháp sửa chữa bản đáy BTCT Một số hình ảnh mô phỏng trình tƣ sửa chữa bản đáy BTCT 77 77 78 79 xiv NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG TỰ ĐẦM DÙNG CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Nguyễn Phỉ Phƣơng. Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT giao thông Mã số: 60.58.02.05. Khóa: 32 – XGT. Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Thi công bê tông tại các công trình xây dựng thƣờng phải đầm nén, rung để tăng tính đồng nhất và độ đặc sít của cấu trúc bê tông nhằm nâng cao chất lƣợng. Đối với những cấu kiện phức tạp, có mật độ cốt thép dày đặc hoặc ở những vị trí không thể thi công đầm nén, rung đƣợc thì phải cần một loại bê tông có tính chảy dẻo cao, không bị phân tầng và tự đầm chặt do trọng lƣợng bản thân mà không cần đến năng lƣợng đầm rung. BTTĐ là loại bê tông có khả năng đáp ứng các yêu cầu trên. Mục đích của luận văn là nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối BBTĐ mác 40Mpa, 50Mpa sử dụng cốt liệu sẵn có tại địa phƣơng. Cụ thể cốt liệu trong thành phần cấp phối BTTĐ là cát sông Trà Khúc, đá dăm mỏ Phƣớc Hòa – Dung Quất, xi măng PC40 Kim Đỉnh, nƣớc, phụ gia siêu hóa dẻo vicorete 3000-20 và phụ gia khoáng tro bay nhiệt điện Phả Lại. Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể chế tạo đƣợc một cấp phối BTTĐ có các đặc tính đảm bảo yêu cầu, phù hợp với mục đích sử dụng và cƣờng độ chịu nén của nó có thể lên đến 60Mpa. Từ khóa: Bê tông tự đầm, tro bay, phụ gia siêu hóa dẻo, độ chảy xòe, không phân tầng. A STUDY ON DESIGNING SELF-COMPACTING CONCRETE FOR CONSTRUCTION WORK IN QUANG NGAI PROVINCE Abstract: In order to improve quality of construction, compacting and vibration are required to increase the uniformity and strength of structure of concrete which is put into use in construction sites. In case of structures with densely packed steel or in places where it is not feasible to compacting and vibration, it is required a highly flexible concrete that is not stratified and self compacting caused by its own weight without vibration. It is self- compacting concrete that is capable of meeting requirements mentioned above. The purpose of the thesis is to study designing ingredients of self-compacting concrete at 40Mpa, 50Mpa using local available materials, in particular sand of Tra Khuc River, ground stones from Phuoc Hoa - Dung Quat mine, water, Kim Đinh PC40 Cement, vicorete 3000-20 superplasticizer and Pha Lai Thermoelectric Fly Ash . The reseach reveals that self compacting concrete possesses characteristics meeting its requirements. It is in accordance with the intended use and its compressive strength can be up to 60Mpa. Key words: Self-compacting concrete, fly ash, superplasticizer, spreading, no tratification. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Đất nƣớc ngày càng phát triển và lớn mạnh, trình độ dân trí, đời sống ngƣời dân ngày một cải thiện và nâng cao, nhu cầu đi lại, trao đổi giao lƣu văn hóa, kinh tế giữa các vùng miền ngày một tăng lên, hƣởng thụ của đại bộ phận ngƣời dân cũng đang dần thay đổi. Bên cạnh đó, dân số ngày càng tăng nhanh, đặc biệt là dân số đô thị đã làm cho đất đai ngày càng bị thu hẹp và đắt đỏ, dẫn đến tận dụng triệt để và sử dụng đất, sử dụng không gian hiệu quả trong đô thị là điều cần thiết. Các công trình giao thông có khẩu độ vƣợt nhịp lớn, các công trình có kết cấu thanh mảnh, các nhà cao tầng ra đời là một lựa chọn phù hợp để có thể đáp ứng các điều kiện về mỹ quan công trình, cảnh quan đô thị, về sử dụng đất, sử dụng không gian, lợi ích về kinh tế - xã hội và nó là một phần tất yếu của phát triển đô thị, phát triển kinh tế vùng, thể hiện đƣợc sức mạnh và trình độ của một địa phƣơng, vùng miền và đất nƣớc. Tuy nhiên, nhìn vào thực trạng thi công các công trình xây dựng hiện nay ở Việt Nam nói chung và địa phƣơng tỉnh Quảng Ngãi nói riêng ta thấy còn nhiều vấn đề cần phải giải quyết: khả năng vƣợt nhịp, mỹ quan công trình và chiều cao công trình vẫn còn bị hạn chế bởi tính năng vật liệu, chất lƣợng thi công công trình khó kiểm soát, tình trạng tai nạn lao động trong quá trình xây dựng diễn ra ngày một nhiều, phứp tạp và đặc biệt quá trình thi công xây dựng thƣờng bị kéo dài. Trong khi đó xét về nguồn tài nguyên cát, đá và các loại phụ gia khoáng cần thiết khác tại các vùng miền, địa phƣơng trên cả nƣớc lại hết sức phong phú và đang dạng. Việc nghiên cứu, lựa chọn và ứng dụng các loại vật liệu, công nghệ thi công tiên tiến vào các công trình xây dựng hiện nay nhằm phù hợp với điều kiện của Việt Nam, điều kiện các vùng miền và cho riêng ở địa bàn tỉnh Quảng Ngãi là điều hết sức cần thiết. Xuất phát từ lý do trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế thành phần Bê tông tự đầm dùng cho công trình xây dựng tại tỉnh Quảng Ngãi” để làm đề tài nghiên cứu. Công nghệ BTTĐ đã lan rộng trên toàn Thế giới, nguyên nhân là do nó khắc phục đƣợc một số nhƣợc điểm của bê tông thông thƣờng. Dù vậy, ở Việt Nam và khu vực nó vẫn còn hạn chế, các hiểu biết về BTTĐ chỉ tập trung vào một số ít các cơ quan nghiên cứu, các trƣờng Đại học, một số hãng cung cấp phụ gia. Chính vì lẽ đó mà tính thƣơng mại hóa của loại bê tông này tại các địa phƣơng, vùng miền trên cả nƣớc là chƣa cao. Vì vậy, vấn đề đặt ra ở đây là để đƣa loại vật liệu BTTĐ vào sử dụng cho các công trình xây dựng trong thời gian đến, cần phải đi sâu nghiên cứu các vấn đề sau: 1. Cần phải nghiên cứu kỹ hơn về những tính chất cơ lý của BTTĐ, có đƣợc đầy đủ những tính chất trên thì việc đƣa sản phẩm vào xây dựng các công trình mới bảo đảm độ tin cậy và nâng cao hiệu quả kinh tế. 2. BTTĐ là sản phầm phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng và thành phần cấp phối, độ ẩm vật liệu đầu vào để tạo ra nó. Vì vậy, rất cần thiết phải tiến hành nghiên 2 cứu đến việc sử dụng cốt liệu địa phƣơng để sản xuất BTTĐ. 3. Một số kết cấu công trình xây dựng dùng bê tông truyền thống để thi công, do một số nguyên nhân khác nhau dẫn đến chƣa đảm bảo về mặt thẩm mỹ, độ bền hoặc thi công trong điều kiện khó khăn tuy vẫn đạt yêu cầu về chất lƣợng nhƣng hiệu quả kinh tế thì chƣa cao. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của nghiên cứu này là để đi sâu nghiên cứu tính khả thi của việc sử dụng BTTĐ tại địa phƣơng bằng cách khảo sát các thuộc tính cơ bản của các loại vật liệu dùng trong BTTĐ và độ bền của hỗn hợp bêtông sau khi sử dụng. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu này là tiến hành khảo sát đối với sự phát triển cƣờng độ của một thiết kế cấp phối BTTĐ phù hợp bằng việc sử dụng cốt liệu địa phƣơng và để đánh giá hiệu quả của cấp phối BTTĐ đƣợc lựa chọn theo cƣờng độ, độ bền và các tiêu chí sử dụng khác. Các mục tiêu cụ thể: 1. Để thiết kế cấp phối BTTĐ thích hợp sử dụng cốt liệu địa phƣơng. 2. Để đánh giá sự phát triển cƣờng độ và độ bền của BTTĐ. 3. Để có thể ứng dụng BTTĐ vào thực tế sản xuất. 3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu và ý nghĩa Đối tƣợng nghiên cứu này là thiết kế thành phần BTTĐ bằng việc sử dụng các loại vật liệu sẵn có ở địa phƣơng. Phạm vi của nghiên cứu của đề tài giới hạn trong việc tính toán, thiết kế thành phần cấp phối BTTĐ có cƣờng độ chịu nén 40Mpa và 50Mpa sử dụng cốt liệu địa phƣơng đáp ứng đƣợc các đặc tính về độ chảy xoè, khả năng tự làm đầy, khả năng chảy xuyên qua các khu vực hạn chế, khả năng chống phân tầng và đảm bảo các yêu cầu về cƣờng độ, độ bền, độ ổn định và các yêu cầu khai thác khác của bê tông. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu này nhằm cung cấp một số thông số thực tế của BTTĐ sử dụng vật liệu địa phƣơng. Từ đó đề xuất sử dụng loại vật liệu này trong xây dựng các công trình xây tại tỉnh Quảng Ngãi trong thời gian tới. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp phƣơng pháp thực nghiệm. 5. Kết cấu luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, phụ lục và tài liệu tham khảo, luận văn đƣợc chia làm 3 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng Quan. Chƣơng 2: Nghiên cứu thiết kế thành phần BTTĐ có cƣờng độ chịu nén 40Mpa, 50Mpa. Chƣơng 3: Công nghệ thi công BTTĐ và đề xuất ứng dụng BTTĐ vào một số kết cấu, công trình xây dựng tại tỉnh Quảng Ngãi. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ BÊTÔNG TỰ ĐẦM BTTĐ là loại bê tông có độ linh động cao, có thể tự chảy dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản thân để lấp đầy hoàn toàn ván khuôn ngay cả khi có mật độ bố trí cốt thép dày đặc mà không cần đầm rung. Đồng thời các thành phần bê tông vẫn giữ nguyên tính đồng nhất trong suốt quá trình vận chuyển và thi công. BTTĐ là một trong những tiến bộ quan trọng của công nghệ bê tông trong nhiều thập kỷ qua. Việc bê tông đúc tại chỗ thiếu tính đồng nhất do không đƣợc đầm kỹ hoặc bị phân tầng có thể làm giảm chất lƣợng của bê tông, làm ảnh hƣởng đến khả năng chịu lực của kết cấu và tuổi thọ công trình. Theo đó, BTTĐ đƣợc phát triển nhằm đảm bảo cho bê tông vẫn đạt đƣợc độ đồng nhất, tự làm đầy mọi vị trí trong ván khuôn và có thể tự chảy qua các kết cấu có cốt thép dày đặc hoặc kết cấu có tiết diện hẹp, mỏng mà không cần rung động vẫn có thể đảm bảo chất lƣợng theo yêu cầu. BTTĐ đƣợc phát triển đầu tiên tại Nhật Bản vào những năm 1980, đƣợc sử dụng chủ yếu cho các kết cấu có nhiều cốt thép trong các vùng động đất (Bouzoubaa và Lachemi, 2001). BTTĐ cũng có thể đƣợc sử dụng trong các điều kiện khó khăn khác khi không thể sử dụng máy đầm nhƣ: đổ bê tông dƣới nƣớc, cọc nhồi, bệ máy và cột hoặc tƣờng gia cố. Kể từ khi ra đời năm 1983, nó đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng tại Nhật Bản (Okamura và Ouchi, 2003). Gần đây, loại bê tông này đã đƣợc sử dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới cho các ứng dụng khác nhau và nhiều hình dạng kết cấu khác nhau. BTTĐ cũng có thể đƣợc coi là "sự phát triển mang tính cách mạng". Ban đầu phát triển của nó nhằm bù đắp sự thiếu hụt lao động có tay nghề ngày càng tăng, đến nay nó đƣợc sử dụng cho cả công tác bê tông đổ tại chỗ và bê tông đúc sẵn trong nhà máy. Lợi ích mà nó mang lại đã đƣợc kiểm chứng nhƣ [14]:  Rút ngắn thời gian thi công.  Giảm nhân lực trên công trƣờng.  Thi công dễ dàng hơn.  Độ đồng nhất và đông đặc hoàn toàn.  Bề mặt hoàn thiện tốt hơn.  Nâng cao độ bền.  Sức dính bám tăng.  Dễ dàng hơn trong thiết kế thành phần bê tông.  Giảm tiếng ồn do không có chấn động.  Môi trƣờng làm việc an toàn hơn. Tính tự đầm của bê tông không những thể hiện qua khả năng biến dạng cao mà 4 nó còn thể hiện qua khả năng chống phân tầng giữa cốt liệu thô và vữa khi bê tông đi qua khoảng hẹp giới hạn giữa các thanh thép. Tính đồng nhất của BTTĐ còn thể hiện ở khả năng không bị phân tầng trong khi vận chuyển và thi công. Hiện nay, có thể chế tạo BTTĐ có độ linh động cao và khả năng chống phân tầng bằng cách: 1. Thêm nhiều hơn hàm lƣợng hạt mịn, giảm hàm lƣợng cốt liệu thô. 2. Giảm tỷ lệ nƣớc/Hàm lƣợng bột, (Hàm lƣợng bột ở đây là xi măng cộng với chất độn nhƣ tro bay, puzolan v.v..). 3. Sử dụng phụ gia siêu dẻo. Do hàm lƣợng cốt liệu thô thấp, trong giai đoạn đầu kết cấu bê tông không có các khuyết tật và lớp bảo vệ thì có khả năng chống lại các yếu tố bên ngoài sau khi hình thành cƣờng độ. Tuy nhiên, BTTĐ vẫn có một số vấn đề nhƣ sau:  BTTĐ có mô đun đàn hồi thấp hơn, nó có thể ảnh hƣởng đến đặc tính biến dạng của kết cấu bê tông dự ứng lực;  Chùng dão và co ngót cao hơn nên ảnh hƣởng đến mất mát ứng suất và độ võng theo thời gian. Thành phần của BTTĐ về cơ bản tƣơng tự nhƣ bê tông truyền thống, nhƣng để đạt đƣợc hỗn hợp có tính linh động cao ngƣời ta thêm vào một số chất độn nhƣ tro bay, mụi silíc, bột đá vôi, puzolan tƣ nhiên v.v.. và một lƣợng phù hợp phụ gia siêu hóa dẻo. Ba đặc điểm cơ bản của BTTĐ cần có là: tính biến dạng cao, khả năng chảy qua vật cản và khả năng chống phân tầng. Tính biến dạng cao có liên quan đến khả năng tự lấp đầy của bê tông, nó làm cho bê tông tự chảy để lấp đầy các khoảng trống trong cốp pha. Mặt khác, hình dạng của cốp pha, kích cỡ và hàm lƣợng của cốt liệu cũng làm tăng ma sát giữa các cốt liệu và làm giảm độ linh động của bê tông, có thể làm giảm đặc tính này bằng cách thêm vào thành phần của bê tông một số các phụ gia giảm nƣớc cao (HRWR). Tăng độ lƣu động làm cho bê tông có thể dễ dàng chảy quanh những vật cản, vị trí có cốt thép dày và có liên quan đến kích thƣớc hình học và hình dạng của ván khuôn (ống thép, kết cấu thành mỏng). Sự phân tầng thƣờng liên quan đến khả năng dính kết của bê tông, khả năng dính kết có thể đƣợc tăng cƣờng bằng cách thêm một phụ gia cải tiến độ dính bám (VMA) cùng với phụ gia giảm nƣớc cao (HRWR), bằng cách giảm hàm lƣợng nƣớc tự do, tăng hàm lƣợng vữa, hoặc một vài hợp chất khác. Có ba loại BTTĐ thông dụng trên thị trƣờng nhƣ sau [14]:  BTTĐ đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng cấp phối vật liệu: là loại bê tông mà khả năng “tự đầm” đƣợc tạo ra bằng cách giảm tỉ lệ nƣớc với chất kết dính (xi măng, tro bay, puzolan…tức là tăng hàm lƣợng chất kết dính hay còn gọi là hàm lƣợng “bột”) nhằm tạo ra khả năng chống lại sự phân tầng và sử dụng phụ gia giảm nƣớc hoặc phụ gia siêu dẻo để làm tăng độ linh động của bê tông.  BTTĐ đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng phụ gia tăng độ nhớt (Viscosity agent): là loại bê tông sử dụng chất phụ gia làm tăng độ nhớt để tạo ra khả năng tự đầm và làm