Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi chống rửa trôi để sửa chữa và gia cường các kết cấu công trình xây dựng ngập dưới nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG NGUYỄN THÁI HÒA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CỐT SỢI CHỐNG RỬA TRÔI ĐỂ SỬA CHỮA VÀ GIA CƯỜNG CÁC KẾT CẤU CÔNG TR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

NGUYỄN THÁI HÒA

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CỐT SỢI CHỐNG RỬA TRÔI ĐỂ SỬA CHỮA VÀ GIA CƯỜNG

CÁC KẾT CẤU CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

NGẬP DƯỚI NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

HẢI PHÒNG - 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc

Hải Phòng, ngày 12 tháng 06 năm 2023

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thái Hòa

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu và được sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô giáo trong nhà trường, học viên đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi chống rửa trôi để sửa chữa và gia cường các kết cấu công trình xây dựng ngập dưới nước” theo đúng nội dung của đề cương nghiên cứu đã được Hội đồng Khoa học và Đào tạo của Khoa Xây dựng-Trường Đại học Hải Phòng phê duyệt

Học viên xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo của Trường Đại học Hải Phòng, nhất là các cán bộ, giảng viên Khoa Xây dựng, Phòng Quản lý Sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho học viên hoàn thành luận văn này Đặc biệt, học viên xin cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS.Nguyễn Việt Đức

đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như trao đổi thông tin tài liệu, khoa học cần thiết cho luận văn này

Học viên xin cảm ơn anh chị em học viên trong khoa và đồng nghiệp đơn vị công tác đã giúp đỡ học viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận văn

Trong quá trình thực hiện luận văn, học viên đã cố gắng và hết sức nỗ lực song

do những hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh nghiệm và tài liệu tham khảo cho nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Học viên rất mong nhận được sự đóng góp và tư vấn của các thầy cô giáo

Xin trân trọng cảm ơn!

Hải Phòng, ngày 12 tháng 06 năm 2023

HỌC VIÊN

Nguyễn Thái Hòa

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

4 Kết quả dự kiến đạt được 3

5 Nội dung của luận văn 3

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG BÊ TÔNG DƯỚI NƯỚC VÀ CÁC VẬT LIỆU LIÊN QUAN 5

1.1 Các phương pháp thi công bê tông dưới nước 5

1.1.1 Phương pháp ống dẫn 5

1.1.2 Phương pháp đẩy vữa lên 6

1.1.3 Phương pháp đầm nện 7

1.1.4 Phương pháp xếp bao 8

1.1.5 Phương pháp dùng thùng chuyên chở 9

1.2 Các hư hỏng điển hình của kết cấu công trình liên quan đến môi trường nước 10

1.3 Tổng quan về bê tông cốt sợi và tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi ở nước ta 12

1.3.1 Khái niệm và phân loại bê tông cốt sợi 12

1.3.2 Tính năng kỹ thuật của bê tông cốt sợi 14

1.3.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi ở Việt Nam 16

1.4 Tổng quan về phụ gia dùng cho chế tạo bê tông ở nước ta 19

1.4.1 Khái niệm và phân loại phụ gia cho bê tông 19

1.4.2 Phụ gia hóa học dùng cho bê tông 20

1.4.3 Phụ gia khoáng dùng cho bê tông 20

1.4.4 Tình hình nghiên cứu và sử dụng phụ gia trong chế tạo bê tông ở nước ta

22

* Kết luận chương 1 23

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN CÁC VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG 25

2.1 Cơ sở khoa học lựa chọn sử dụng cốt sợi kết hợp với phụ gia trong bê tông ứng dụng cho công trình ngập dưới nước trong điều kiện Việt Nam 25

2.1.1 Phân tích lựa chọn loại sợi 25

2.1.2 Phân tích lựa chọn phụ gia khoáng 25

2.1.3 Phân tích lựa chọn phụ gia hóa học 27

2.1.4 Tổ hợp cốt sợi và phụ gia lựa chọn dùng trong nghiên cứu 27

2.2 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 28

2.2.1 Xi măng 28

2.2.2 Muội silic 29

2.2.3 Cát nghiền 30

2.2.4 Đá dăm 31

2.2.5 Phụ gia hóa dẻo 32

2.2.6 Phụ gia chống tan rã 32

2.2.7 Sợi thủy tinh kháng kiềm 33

2.2.8 Nước 34

2.3 Thiết kế thành phần bê tông thường mác 25MPa 34

2.4 Chế tạo cột trụ bằng bê tông thường mác 25MPa 34

* Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG BÊ TÔNG HẠT MỊN CỐT SỢI CHỐNG RỬA TRÔI

CHO VIỆC SỬA CHỮA VÀ GIA CƯỜNG 36

3.1 Nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn cốt sợi chống rửa trôi trong môi trường nước 36

3.1.1 Thiết kế thành phần cấp phối 36

3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hóa dẻo đến tính chất của bê tông hạt mịn cốt sợi khi thi công trong môi trường ngập nước 38

3.1.3 Cấp phối bê tông hạt mịn cốt sợi chống rửa trôi được chọn để sửa chữa 41 3.2 Thi công sửa chữa cột trụ bị hư hại ngập trong nước 42

3.2.1 Phương pháp thi công sửa chữa 42

3.2.2 Các mẫu thí nghiệm trước và sau khi sửa chữa và gia cường 44

3.2.3 Thí nghiệm nén cột trụ sau khi gia cố 46

3.3 Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm khả năng chịu lực 47

3.3.1 Dạng phá hủy của các cột trụ sau khi thí nghiệm nén 47

3.3.2 Khả năng chịu lực của cột trụ trước và sau khi sửa chữa và gia cường

51

3.4 Đề xuất quy trình thực hiện sửa chữa kết cấu công trình ngập dưới nước

54

* Kết luận chương 3 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 1 – Các hình ảnh thực hiện thí nghiệm và tham gia báo cáo tại hội nghị khoa học 61

PHỤ LỤC 2 – Toàn văn bài báo khoa học tham gia báo cáo tại Hội nghị khoa học thường niên Trường Đại Học Thủy Lợi 62

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

S, SF Silicafume, muội si-líc

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PC40 Bút Sơn 28

Bảng 2.2: Các chỉ tiêu tính chất của silicafume 29

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu vật lý của cát 30

Bảng 2.4: Thành phần hạt của cát 30

Bảng 2.5: Các chỉ tiêu vật lý của đá dăm 31

Bảng 2.6: Thành phần hạt của đá dăm 31

Bảng 2.7: Đặc tính kỹ thuật của phụ gia hóa học 32

Bảng 2.8: Một số đặc tính kỹ thuật của sợi thủy tinh kháng kiềm ARGF 33

Bảng 2.9: Thành phần vật liệu bê tông thường sau khi thí nghiệm điều chỉnh lượng nước để hỗn hợp bê tông đạt độ sụt theo yêu cầu 34

Bảng 2.10: Tính chất của bê tông thường mác 25MPa khi đã đóng rắn 35

Bảng 3.1: Thành phần vật liệu bê tông hạt mịn cốt sợi chống rửa trôi 40

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm tính chất của hỗn hợp bê tông tươi và bê tông sau khi đóng rắn 41

Bảng 3.3: Kết quả thử nghiệm khả năng chịu lực nén lên các cột trụ 52

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp ống dẫn 6

Hình 1.2: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp đẩy vữa lên 7

Hình 1.3: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp đầm nện 8

Hình 1.4: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp xếp bao 8

Hình 1.5: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp dùng thùng chuyên chở 9

Hình 1.6: Hư hỏng do bong tróc lớp bảo vệ cốt thép 10

Hình 1.7: Hư hỏng do va xô với tàu thuyền tại cầu An Thái-Hải Phòng [8] 11

Hình 1.8: Hư hỏng do va xô với tàu thuyền tại cầu Long Biên-Hà Nội [9] 11

Hình 1.9: Hư hỏng do vết nứt dọc mố trụ đỡ cầu cảng 11

Hình 1.10: Hư hỏng do xói cục bộ gây nguy hiểm cho các mố trụ cầu 12

Hình 1.11: Một số loại sợi dùng cho sản xuất bê tông 14

Hình 1.12: Khả năng chống nứt của bê tông cốt sợi 14

Hình 1.13: Khả năng chịu kéo của bê tông cốt sợi 15

Hình 1.14: Tính dẻo dai của bê tông cốt sợi 15

Hình 1.15: Hầm Hải Vân sử dụng công nghệ bê tông cốt sợi thép 17

Hình 1.16: Kênh tưới Nam Gò Đậu 18

Hình 1.17: Hệ thống tưới Tháp Mão 18

Hình 1.18: Bờ kè đê biển Thái Thụy, Thái Bình 18

Hình 1.19: Bờ kè kênh Tham Lương, Thành Phố Hồ Chí Minh 18

Hình 1.20: Đê biển Cà Mau 19

Hình 2.1: Xi măng PC40 Bút Sơn 28

Hình 2.2: Elkem Silicafume 28

Hình 2.3: Cát nghiền 32

Hình 2.4: Phụ gia hóa dẻo VMAT PC01 32

Hình 2.5: Phụ gia chống tan rã trong nước 33

Hình 2.6: Sợi thủy tinh kháng kiềm sử dụng trong nghiên cứu 33

Hình 2.7: Thí nghiệm đo độ sụt của hỗn hợp bê tông 35

Hình 2.8: Đúc các mẫu thí nghiệm bằng hỗn hợp bê tông thường 35

Hình 3.1: Thí nghiệm đo độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông hạt mịn 37 Hình 3.2: Dụng cụ sử dụng để thí nghiệm hỗn hợp bê tông; (a) ống Suttard để đo độ chảy xòe; (b) lưới thép để đo độ tan rã trong nước 39

Hình 3.3: Thí nghiệm xác định độ tan rã; (a) trước khi đổ hỗn hợp bê tông hạt mịn vào nước; (b) sau khi đổ hỗn hợp bê tông thường vào nước 39

Hình 3.4: Độ chảy của hỗn hợp bê tông hạt mịn cấp phối M4 42

Hình 3.5: Hỗn hợp bê tông M4 khi được đổ vào trong nước 42

Hình 3.6: Cột trụ bị hư hại ngập trong khuôn chứa đầy nước 43

Hình 3.7: Chuẩn bị hỗn hợp bê tông để thi công 43

Hình 3.8: Ống dẫn để đưa hỗn hợp bê tông vào khuôn để sửa chữa phần bị hư hại; (a) chiều dài ống; (b) đường kính đầu tiếp nhận bê tông 43

Hình 3.9: Quá trình đổ bê tông dưới nước để sửa chữa cột trụ 44

Hình 3.10: Các cột trụ sử dụng để nghiên cứu; (a) cột trụ nguyên vẹn; (b) cột trụ bị hư hại bên hông; (c) cột trụ bị hư hại tại mép chân 45

Hình 3.11: Hình ảnh cột trụ sau khi được sửa chữa và gia cường trong khuôn ngập nước 45

Hình 3.12: Máy kéo nén vạn năng sử dụng cho thí nghiệm nén cột trụ 46

Hình 3.13: Thí nghiệm nén các cột trụ; (a) cột trụ nguyên vẹn; (b) cột trụ bị hư hại ở thân; (c) cột trụ đã được sửa chữa và gia cường 47

Hình 3.14: Các dạng phá hủy thường gặp khi thí nghiệm nén mẫu trụ tròn; (a) mẫu phá hủy có dạng nón tạo thành ở hai đầu; (b) mẫu phá hủy có dạng nón ở một đầu và các vết nứt dọc ở phía đầu còn lại; (c) mẫu phá hủy có các vết nứt dọc phát triển từ một đầu đến đầu còn lại; (d) mẫu phá hủy có vết nứt xiên lớn hình thành 48

Hình 3.15: Hình ảnh phá hủy của các mẫu cột trụ nguyên vẹn 48

Hình 3.16: Hình ảnh phá hủy của các mẫu cột trụ có hư hại ở mép chân 49

Hình 3.17: Hình ảnh phá hủy của cột trụ khi đạt tới khả năng chịu lực tối đa

(cột trụ có hư hại ở mép chân đã được sửa chữa và gia cường) 50Hình 3.18: Hình ảnh phá hủy của cột trụ khi đạt tới khả năng chịu lực tối đa

(cột trụ có hư hại ở thân cột đã được sửa chữa và gia cường) 51Hình 3.19: Minh họa thí nghiệm nén các cột trụ; (a) cột trụ bị hư hại ở mép

chân; (c) cột trụ bị hư hại ở mép chân sau khi đã được sửa chữa gia cường 53Hình 3.20: Minh họa các trụ cầu bị hư hại cần được sửa chữa và gia cường

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Bê tông nói chung và bê tông cốt thép nói riêng hiện nay là loại vật liệu được sử dụng rất rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực xây dựng bao gồm cả xây dựng dân dụng, giao thông, thủy lợi và công trình biển [4]

Tỷ lệ sử dụng bê tông chiếm khoảng 40% khối lượng vật liệu và kết cấu

bê tông chiếm khoảng 60% kết cấu xây dựng [27]

Tuy nhiên, hỗn hợp bê tông khi được đổ cho các hạng mục kết cấu công trình ngập dưới nước thường hay bị tan rã trong môi trường nước, hay có thể nói một phần vữa xi măng của hỗn hợp bê tông bị rửa trôi mất đi Điều này ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng của bê tông sau khi đóng rắn và điều dễ nhận thấy nhất đó là sự suy giảm về cường độ cũng như khả năng chống thấm [4], [15]

Đây cũng là cơ hội để nước và các thành phần gây hại dễ dàng xâm nhập gây xâm thực từ đó làm phá vỡ các liên kết và hư hỏng cấu kiện, hủy hoại công trình xây dựng hay rút ngắn thời gian sử dụng hiệu quả của công trình [27]

Do đó, cần phải có công nghệ bê tông phù hợp để có thể thi công dưới nước hiệu quả, đồng thời hạn chế tối đa hiện tượng rửa trôi tan rã làm suy giảm chất lượng của bê tông sau khi đóng rắn

Nước ta có trên 3000 dòng sông và suối với chiều dài từ 10 km trở lên Các sông suối này nằm trong 108 lưu vực sông được phân bố và trải dài trên cả nước với tổng diện tích lưu vực khoảng 1.168.420 km2 [12]

Ngoài ra, nước ta còn sở hữu bờ biển trải dài trên 3.260 km từ Bắc xuống Nam, từ Móng Cái ở phía Bắc đến Hà Tiên ở phía Tây Nam [5] Các bờ biển, dòng sông, dòng suối và vùng lòng hồ của nước ta là những nơi có cảnh quan rất đẹp và hùng vĩ, tuy nhiên những địa điểm đó không phải là những nơi thuận tiện cho việc xây dựng và sửa chữa các công trình Trong khi đó, để phát triển

kinh tế xã hội, đặc biệt là giao thông đi lại của người dân và thông thương hàng hóa, nước ta hàng ngày vẫn phải đang phụ thuộc vào nhiều loại hình cơ sở hạ tầng ở những nơi có môi trường nước như vậy, như những cây cầu, cảng biển

và đập kè thủy lợi, đã được xây dựng dưới nước Cộng thêm một số công trình như cống, hầm và các công trình biển khác cũng phải thi công dưới nước [16], [23] Hay có thể nói rằng, nhu cầu về vật liệu xây dựng nói chung, cũng như bê tông và bê tông cốt thép nói riêng sử dụng cho các công trình xây dựng liên quan đến môi trường nước như công trình thủy lợi, công trình biển, công trình cầu giao thông, v.v., là rất lớn ở Việt Nam

Trên cơ sở phân tích trên, đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi chống rửa trôi để sửa chữa và gia cường các kết cấu công trình xây dựng ngập dưới nước” có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi cường độ cao chống rửa trôi trong sửa chữa và gia cường nhằm duy trì và kéo dài thời gian sử dụng của các kết cấu công trình xây dựng ngập dưới nước

Ý nghĩa khoa học: Việc nghiên cứu sử dụng loại phụ gia khoáng (silicafume) kết hợp với cốt sợi phân tán (sợi thủy tinh kháng kiềm) nhằm gia tăng cường độ kháng nén, cường độ chịu uốn, hạn chế xâm thực, tăng khả năng liên kết giữa bê tông mới và bê tông cũ (của kết cấu cần được sửa chữa và gia cường)

Ý nghĩa thực tiễn: Việc nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi chống rửa trôi trong công tác sửa chữa và gia cường các kết cấu xây dựng ngập dưới nước nhằm kéo dài tuổi thọ công trình xây dựng là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn; không những tận dụng được các tính năng nổi trội, mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của loại vật liệu mới này

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Đánh giá việc sử dụng phụ gia cho bê tông hạt mịn và xem xét lựa chọn

tổ hợp phụ gia thích hợp trong điều kiện Việt Nam;

- Phân tích các kết quả nghiên cứu sử dụng cốt sợi để gia tăng cường độ kéo cho bê tông, trên cơ sở đó đề xuất sử dụng cốt sợi trong thành phần bê tông

có sử dụng phụ gia nhằm nâng cao chất lượng;

- Nghiên cứu phương pháp tính toán thành phần bê tông tự lèn chống rửa trôi có sử dụng phụ gia và cốt sợi;

- Xác định các tính chất cơ lý của vật liệu chế tạo bê tông, của hỗn hợp bê tông và của bê tông sau khi đã rắn chắc;

- Thử nghiệm để minh chứng tính hiệu quả của giải pháp được đề xuất

4 Kết quả dự kiến đạt được

Từ những phân tích rút ra từ tài liệu tham khảo, có thể lựa chọn được tổ hợp phụ gia và cốt sợi nhằm gia tăng cường độ và độ bền của bê tông Các vật liệu thành phần thỏa mãn yêu cầu về tính sẵn có ở Việt Nam;

Thông qua các kết quả thử nghiệm có thể đánh giá được việc sử dụng tổ hợp phụ gia đã chọn và cốt sợi để khắc phục nhược điểm về khả năng chịu kéo của bê tông Từ đó, bê tông tự lèn cốt sợi cường độ cao chống rửa trôi được chế tạo Các kết quả thử nghiệm của việc ứng dụng loại bê tông này cho việc sửa chữa và gia cường các kết cấu công trình xây dựng ngập nước có thể minh chứng cho tính hiệu quả của giải pháp

5 Nội dung của luận văn

Bố cục của luận văn cụ thể gồm 03 (ba) chương chính cùng với phần mở đầu và kết luận như sau:

Mở đầu

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về công tác thi công bê tông dưới nước

và các vật liệu liên quan

Chương 2: Cơ sở khoa học lựa chọn các vật liệu sử dụng và thành phần cấp phối bê tông

Chương 3: Ứng dụng bê tông hạt mịn chống rửa trôi cho việc sửa chữa và gia cường

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG

BÊ TÔNG DƯỚI NƯỚC VÀ CÁC VẬT LIỆU LIÊN QUAN

Những năm gần đây, các dạng công trình xây dựng được thực hiện với biện pháp đổ bê tông dưới nước bao gồm: trụ cầu, cống, đập nước và các công trình hố móng dưới trụ cột, v.v Cho dù công trường xây dựng nằm dưới đáy hồ hay sông, hay đơn giản là nằm trong vùng đồng bằng ngập nước và chỉ gặp rủi ro trong thời tiết khắc nghiệt, các kỹ sư và nhà thầu xây dựng thường phải suy nghĩ và cân nhắc đáng kể đến tính khả thi và chi phí của việc thi công kết cấu bằng bê tông hay bê tông cốt thép dưới nước Sau đây chúng ta cùng đi tìm hiểu về các phương pháp thi công bê tông dưới nước phục vụ cho việc xây dựng, cũng như duy tu, bảo dưỡng và sửa chữa công trình

1.1 Các phương pháp thi công bê tông dưới nước

Theo Phụ lục E của TCN 59-2002 [1], hiện sử dụng phổ biến năm phương pháp thi công bê tông dưới nước sau đây để xây dựng và duy tu bảo dưỡng sửa chữa các công trình:

1.1.1 Phương pháp ống dẫn

Phương pháp này được thực hiện với một đường ống kín nước, thường làm bằng kim loại, với đường kính thường dao động 20-40 cm Để nối ống, có thể sử dụng các đoạn ống nhỏ dài 1-3 m, tuy nhiên phải đảm bảo sự kín nước khi ghép nối các đoạn ống nhỏ với nhau Đáy ống có thể được thiết kế với nắp được đóng

mở tự động

Phạm vi đổ yêu cầu bán kính tác dụng của ốngkhông quá 6m

Trong quá trình đổ, ống dẫn phải thường xuyên chứa đầy hỗn hợp bê tông, được nâng cao dần lên theo chiều cao đã đổ nhưng phải bảo đảm luôn luôn ngập trong khối bê tông (không ít hơn 0,8m khi chiều sâu đổ bê tông dưới 10m và không ít hơn 1,5m khi chiều sâu đổ bê tông dưới 20m) để hỗn hợp bê tông ở trong ống đi ra không tiếp xúc trực tiếp với nước, như mình họa trên Hình 1.1

Khi đổ bê tông, yêu cầu chỉ được nâng lên và hạ xuống ống, chứ không được

di chuyển ngang Khi bắt đầu, cần phải hạ ống chạm mặt đáy của ván khuôn, thường là tại vị trí thấp nhất

Hình 1.1: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp ống dẫn (Ghi chú: 1 ống di chuyển theo chiều thẳng đứng; 2 Cốp pha hoặc đê quai

ngăn nước;3 Vữa bê tông đổ xuống; 4 ống cung cấp vữa)

1.1.2 Phương pháp đẩy vữa lên

Phương pháp này, như minh họa trên Hình 1.2, được áp dụng khi không thể dùng phương pháp ống dẫn để thi công bê tông dưới nước, ví dụ như không gian thi công chật hẹp, đổ bê tông khối lượng nhỏ, v.v., với mực nước sâu dưới 20 m Cách tiến hành như sau:

- Đặt các đáy ống thẳng đứng vào sát mặt nền hố móng, sau đó thực hiện đổ cốt liệu lớn (đá sỏi hoặc đá hộc) có kích thước 20-30 cm xung quanh ống, sau đó

đổ đầy vữa xi măng cát vào trong ống cho đến khi ống đầy thì nâng ống lên từ từ

để vữa tràn ra lắp đầy khe đá

- Để ống không bị đá bịt miệng vòi cần đưa miệng ống vào trong lò xo bố trí dưới đáy hố móng với khoảng cách từ 4-6 m

Hình 1.2: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp đẩy vữa lên

(Ghi chú: 2 Cốp pha hoặc đê quai ngăn nước; 4 ống cung cấp vữa; 5 Khối đá

đổ; 6 ống bảo vệ; 7 Khối đá đổ đã được vữa lấp kín các kẽ hở)

1.1.3 Phương pháp đầm nện

Phương pháp này được áp dụng khi chiều sâu của nước nhỏ hơn 1,5m, ở các kết cấu mà cao trình đỉnh của khối đổ nằm trên mực nước, như mình họa trên Hình 1.3 Đổ bê tông bằng phương pháp đầm nện phải theo quy định sau:

 Độ sụt của bê tông 5-7 cm;

 Thi công mẻ bê tông đầu tiên phải bắt đầu từ một phía của khối cần đổ, rồi sau đó đổ lan dần ra sang phía còn lại;

 Các khối đổ tiếp theo lần lượt được đầm nện vào khối bê tông đã đổ trước

đó và phải được tiến hành đều đặn theo một trình tự nhất định, không phá hủy hay làm hư hại quá trình đông cứng của bê tông đã đổ trước đó và cách mép nước ít nhất 20 - 30 cm;

 Cần phải hạn chế tối đa hiện tượng xói lở do dòng nước xung quanh gây lên khối đổ bê tông trong lúc thi công, cũng như các tác dụng cơ học không cần thiết đối với bề mặt của khối bê tông nằm trên nước

Hình 1.3: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp đầm nện 1.1.4 Phương pháp xếp bao

Phương pháp này được sử dụng cho các hạng mục phụ, ít quan trọng, và được dùng thay cho cốp pha để đổ bê tông ở độ sâu mực nước dưới 2m, làm vật chắn nước tạm thời các hang hốc và các chỗ bị hư hỏng

Yêu cầu khi đổ bê tông theo phương pháp xếp bao phải:

 Yêu cầu dùng loại bao tải có dung tích từ 10 - 20 lít; không nên đổ đầy hỗn hợp bê tông vào bao tải, mà thường chỉ với 60-70% thể tích

 Độ sụt của bê tông: Trong khoảng từ 2 - 5 cm; kích thước của cốt liệu nhỏ hơn 10mm Không dùng bê tông trộn khô

 Yêu cầu xếp bao bê tông: Xếp so le nhau, như mình họa trên Hình 1.4

Hình 1.4: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp xếp bao

1.1.5 Phương pháp dùng thùng chuyên chở

Phương pháp này, như mình họa trên Hình 1.5, có thể áp dụng đối với mác

bê tông thấp hơn 20 MPa Dung tích thùng thường dao động từ 0,2 - 0,3m3, thùng được đậy kín ở trên và có thể bịt kín xung quanh các kẽ hở của nắp đáy

Ưu điểm: có thể được sử dụng với bất kỳ độ sâu mực nước nào và thi công trong trường hợp mặt nền sàn không bằng phẳng Thường thì phải đổ cao hơn cao trình thiết kế là 10-20 cm, do phần bê tông yếu trên bề mặt cần phải đục bỏ đi sau khi đổ

Cách thức tiến hành như sau:

- Đổ hỗn hợp bê tông vào đầy thùng, rồi sau đó hạ xuống tận đáy hố móng, tiến hành mở đáy để bê tông tràn ra điền đầy các vị trí của khuôn Để có thể mở đáy, nói chung thùng được lắp chốt phía ngoài rồi thợ lặn trực tiếp mở đáy hoặc dùng dây đứng trên bờ mở đáy

Trước khi kéo thùng lên khỏi mặt nước, chú ý kiểm tra chắc chắn nắp đã được mở hết để không có tình trạng bêtông rơi trong nước Nên chọn thể tích thùng bằng thể tích bêtông cần đổ

Hình 1.5: Sơ đồ đổ bê tông theo phương pháp dùng thùng chuyên chở

1.2 Các hư hỏng điển hình của kết cấu công trình liên quan đến môi trường

nước

Ăn mòn do hiện tượng phong hóa: Bề mặt bị bào mòn, trơ đá hoặc sỏi, như

có thể thấy trên Hình 1.6 Những trụ có xây ốp bên ngoài thì mạch vữa xây bị bong tróc và rời ra

Sụt lở do va xô của tàu thuyền: Do bê tông đã bị phong hóa, những trụ không

có công trình chống và dễ bị lở khi có tác động không lớn của tàu thuyền, như có thể thấy trên Hình 1.7 [26]

Các dạng vết nứt xuất hiện trên thân mố, thân trụ: Các vết nứt xuất hiện trên

bề mặt, các vết nứt này thường là vết ngang theo mối nối thi công, tại những vị trí tiếp giáp bệ và thân trụ, thân trụ và xà mũ, đá kế và mặt xà mũ trụ Các vết nứt dọc và sâu do tác dụng của tải trọng, những vết nứt này thường xuất pháp từ vị trí

đá kê gối phát triển sâu xuống phía dưới thân trụ, có thể thông qua chiều dày thân trụHình 1.8 [22]

Hình 1.6: Hư hỏng do bong tróc lớp bảo vệ cốt thép

Hình 1.7: Hư hỏng do va xô với tàu thuyền tại cầu An Thái-Hải Phòng [26]

Vỡ bê tông mố trụ: Vật liệu làm mố trụ bị giảm đi cường độ ban đầu, dẫn đến nứt vỡ phần bên ngoài Nếu là kết cấu bê tông cốt thép, phần bê tông bảo vệ bị vỡ gây ra tình trạng lộ và gỉ cốt thép, mặt cắt bị giảm yếu (Hình 1.9)

Hình 1.8: Hư hỏng do va xô với tàu thuyền tại cầu Long Biên-Hà Nội [22]

Hình 1.9: Hư hỏng do vết nứt dọc mố trụ đỡ cầu cảng

Hình 1.10: Hư hỏng do xói cục bộ gây nguy hiểm cho các mố trụ cầu Sụt lở đá xây phần tứ nón: Xuất hiện do tác động của mưa lũ hoặc công tác thi công không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

Những hư hỏng đối với móng: Bao gồm xói cục bộ, vỡ và gãy cọc; nứt vỡ thành giếng chìm, xói lở cục bộ bởi mưa lũ, phát triển tải trọng, sự xuất hiện cung trượt, hư ỏng của móng (Hình 1.10)

1.3 Tổng quan về bê tông cốt sợi và tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt sợi ở nước ta

1.3.1 Khái niệm và phân loại bê tông cốt sợi

a) Khái niệm

Bê tông cốt sợi là loại vật liệu composite trong đó phần vật liệu nền là bê tông thông thường, phần vật liệu cốt là các loại sợi nhỏ Sự có mặt của cốt sợi làm cho bê tông có khả năng chống lại sự co ngót và nứt trong quá trình rắn chắc; đồng thời làm tăng cường độ kéo, uốn và nâng cao độ mềm dẻo của các kết cấu

bê tông khi chịu lực [8]

Hay nói cách khác, bê tông cốt sợi là loại bê tông tươi đặc biệt được chế tạo

từ hỗn hợp xi măng, cốt liệu, nước, phụ gia và sợi gia cường riêng rẽ Sợi phân tán ngẫu nhiên hoặc sợi liên tục, phân bố theo một hoặc hai phương được đưa vào trong bê tông nhằm cải thiện và tăng cường các tính chất cho bê tông, phù hợp sử

dụng cho các công trình có yêu cầu cao về khả năng chịu kéo, chịu uốn, chịu va đập, dẻo dai và ít co ngót [8]

Do có các đặc tính ưu việt hơn so với bê tông thường, bê tông cốt sợi sẽ trở thành loại vật liệu tiến tiến trong xây dựng và được ứng dụng cho những công trình chất lượng cao như: kết cấu đường băng sân bay, kết cấu chống nổ, bể bơi, cầu cảng, nhà vòm, nhà cao tầng, nhà công nghiệp, gia cố đường hầm xuyên núi, xi lô chứa vật liệu, v.v Sử dụng bê tông cốt sợi trong xây dựng sẽ tiết kiệm không gian, tiết kiệm cốt thép, giảm nhẹ kết cấu móng và tạo ra nhiều giải pháp kết cấu mới mà ở bê tông thường sẽ không thực hiện được [8]

b) Phân loại:

Theo như trình bày chi tiết trong tài liệu tham khảo của GS.TS Nguyễn Viết Trung [8], bê tông cốt sợi được phân loại theo các chỉ tiêu sau:

 Theo hàm lượng cốt sợi:

- Bê tông cốt sợi từ 0,25 ÷ 2,5 %,

- Bê tông nhiều cốt sợi từ 10 ÷ 25 %,

 Theo chất kết dính:

- Bê tông xi măng cốt sợi,

- Bê tông polyme cốt sợi,

 Theo thành phần sợi (Hình 1.11):

- Bê tông cốt sợi Thép, - Bê tông cốt sợi Thủy tinh,

- Bê tông cốt sợi Polyme, - Bê tông cốt sợi Bazan,

- Bê tông cốt sợi Xenlulo, - Bê tông cốt sợi Cacbon,

 Theo cường độ nén bê tông:

- Bê tông cốt sợi có cường độ nén trung bình: Rn = 25 ÷ 50 MPa,

- Bê tông cốt sợi cường độ cao: Rn = 60 ÷ 100 MPa,

- Bê tông cốt sợi siêu cường độ: Rn = 120 ÷ 800 MPa,

Sợi Bazan Sợi thủy tinh

Hình 1.11: Một số loại sợi dùng cho sản xuất bê tông 1.3.2 Tính năng kỹ thuật của bê tông cốt sợi

Khả năng chống nứt: Vì cốt sợi có tính hút và giữ nước rất tốt và sự có mặt của cốt sợi trong thành phần bê tông làm tăng khả năng chống nứt do co ngót của bê tông, nên trong quá trình thi công tránh được hiện tượng bay hơi nước bề mặt, gây

co ngót bê tông, minh họa trên Hình 1.12

Hình 1.12: Khả năng chống nứt của bê tông cốt sợi

Khả năng chịu va đập, mài mòn: Cốt sợi gia cường tất cả mọi hướng do đó

nó có thể làm tăng khả năng chịu va đập và mài mòn cho bê tông là rất lớn Khả năng chịu kéo: Bê tông thông thường có tính chịu kéo kém, khi sử dụng một phần cốt sợi thay thế trong thành phần bê tông sẽ cải thiện đặc tính của bê tông đó là tăng cường khả năng chịu kéo cho bê tông, minh họa trên Hình 1.13 Tính dẻo dai: Bê tông là vật liệu giòn nên sự tham gia của cốt sợi trong cấu trúc bê tông sẽ làm tăng cường tính dẻo dai cho bê tông (Hình 1.14)

Ưu điểm thi công

Trong thi công, bê tông khi sử dụng cốt sợi sẽ không xảy ra lỗi đặt sai vị trí cốt thép và cong vênh, giảm chiều dày của sàn, tăng khả năng chống sứt mẻ cạnh cấu kiện, rút ngắn thời gian thi công; cho phép tạo hình cấu trúc bê tông có các bề mặt tự do phức hợp cho kiến trúc tạo hình; thuận tiện trực tiếp rót bê tông xuống sàn, tăng khoảng các giữa các khe co ngót, tiết kiệm cho phí vật liệu và nhân công

Hình 1.13: Khả năng chịu kéo của bê tông cốt sợi

Hình 1.14: Tính dẻo dai của bê tông cốt sợi

Ưu điểm về kết cấu

Kết cấu bê tông khi sử dụng cốt sợi sẽ tăng khả năng kháng uốn, tăng khả năng chịu va đập và mài mòn, tăng độ bền mỏi khi chịu tải trọng động, tăng cường

độ chịu kéo và chịu cắt, tăng khả năng chống chọc thủng, giảm hiện tượng co ngót, nứt nẻ bề mặt và hạn chế nứt gây thẩm và rò rỉ nước trong các kết cấu bê tông công trình ngầm và tăng hiệu quả khống chế co ngót từ đó tăng tuổi thọ cho công trình

1.3.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi ở Việt Nam

Tại Việt Nam, một số trung tâm nghiên cứu, trường đại học ở Việt nam cũng đã nghiên cứu về bê tông cốt sợi như Trường Đại học kỹ thuật thành phố HCM, Trường Đại học xây dựng, Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng, v.v., thế nhưng kết quả còn nhiều điểm hạn chế nên chưa ứng dụng được nhiều Điển hình như tại trường Đại học Giao thông vận tải theo nghiên cứu và tổng hợp của GS TS Nguyễn Viết Trung về khả năng ứng dụng của sợi thép dùng cho các kết cấu công trình, ảnh hưởng của hàm lượng sợi và các đặc tính cơ học của sợi thép đến tính chất vật liệu [8]

Các nghiên cứu về bê tông cốt sợi ở trường Đại học xây dựng Hà Nội trong những năm 1982 đến 1987 là sử dụng sợi amiăng để làm tấm lợp, tới năm 1999

đã tiến hành nghiên cứu bê tông cốt sợi thủy tinh và sợi polypropylen, năm 2000

đã tiến hành nghiên cứu bê tông cốt sợi kim loại [7]

Tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu về bê tông sử dụng cốt sợi sơ dừa để làm tấm lắp ghép xây nhà ở đồng bằng sông Cửu Long [10]

Tại trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, PGS TS Nguyễn Văn Chánh cùng các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu và ứng dụng bê tông cốt sợi dựa trên nền vật liệu địa phương được gia cường với nhiều loại sợi khác nhau như: bê tông nhẹ cốt sợi sơ dừa, bê tông cốt sợi tổng hợp, bê tông cốt sợi thép và bê tông cốt sợi Bazan Các tính chất của bê tông cốt sợi được nghiên cứu gồm: Cấp phối

thành phần hỗn hợp, tính chất của hỗn hợp, tính chất cơ học và đặc biệt là tính chất dẻo dai của bê tông cốt sợi [19]

Tại Viện Thủy công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, PGS.TS Hoàng Phó Uyên và nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công bê tông cốt sợi thép làm cửa van cho các cống lấy nước vùng Đồng bằng sông Cửu Long [13]

Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng đã có những nghiên cứu vật liệu composite nền xi măng cốt sợi thực vật để chế tạo các sản phẩm xây dựng nhà ở nông thôn và miền núi vào cuối thập kỷ 80 Tuy nhiên, vấn đề độ bền lâu của sợi thực vật trong môi trường kiềm của đá xi măng vẫn chưa giải quyết được triệt để nên loại vật liệu composite này còn nhiều hạn chế trong sử dụng

Năm 1998, Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng triển khai nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng vật liệu composite nền

xi măng cốt sợi thép phân tán” mang mã số RD - 44 và đã ứng dụng sửa chữa một số công trình như các vết nứt ở đường băng sân bay Nội Bài, gia cố nền đất

bể bơi thị xã Hà Giang [14]

Một số công trình dân dụng, giao thông, thủy lợi đã được thi công bằng bê tông cốt sợi tại Việt Nam như:

- Hầm Hải Vân: Là công trình nổi bật tại Việt Nam về ứng dụng công nghệ

bê tông cốt sợi thép (Hình 1.15)

Hình 1.15: Hầm Hải Vân sử dụng công nghệ bê tông cốt sợi thép

- Kênh tưới Nam Gò Đậu, hệ thống tưới Tháp Mão thuộc xã Phước Hưng, huyện Tuy Phước: Sử dụng công nghệ bê tông cốt sợi polypropylene (Hình 1.16

- 1.17)

- Công ty Thoát nước và phát triển đô thị tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu (BUSADCO) ứng dụng bê tông cốt sợi thủy tinh xây dựng kè chắn sóng đê biển tại Thái Bình và làm bờ kè kênh trong dự án chống ngập ứng phó với biến đổi khí hậu và thiên tai tại thành phố Hồ Chí Minh (Hình 1.18 - 1.19)

Hình 1.16: Kênh tưới Nam Gò Đậu Hình 1.17: Hệ thống tưới Tháp Mão

Hình 1.18: Bờ kè đê biển Thái Thụy,

Tuy nhiên, tại Việt Nam việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng bê tông cốt sợi còn hạn chế, chưa có nhiều công trình xây dựng thi công xây dựng hay sửa chữa hoàn toàn bằng bê tông cốt sợi Đây chính là câu hỏi đặt ra cho các nhà thiết

kế, nghiên cứu bê tông cốt sợi và ứng dụng vào thi công và sửa chữa các công trình trong lĩnh vực xây dựng

Hình 1.20: Đê biển Cà Mau 1.4 Tổng quan về phụ gia dùng cho chế tạo bê tông ở nước ta

1.4.1 Khái niệm và phân loại phụ gia cho bê tông

a) Khái niệm:

Phụ gia bê tông được định nghĩa là một loại vật liệu được sử dụng như một nguyên liệu của bê tông mà ngoài xi măng, nước và cốt liệu ra nó còn được cho vào mẻ trộn hỗn hợp bê tông ngay trước khi trộn hoặc trong quá trình trộn [9] b) Phân loại:

Có nhiều cách phân loại phụ gia tùy theo những căn cứ khác nhau như: Phân loại theo thành phần, theo cơ chế phản ứng hóa học, theo công năng và theo các yêu cầu đặc biệt Theo phân loại của Việt Nam hiện có các tiêu chuẩn TCVN liên quan đến phụ gia dùng cho bê tông và vữa cụ thể như sau:

- TCVN 8827-2011: Phụ gia khoáng hoạt tính cao dùng cho bê tông và vữa

- Silicafume và tro trấu nghiền mịn

- TCVN 10302-2014: Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng

- TCVN 6882-2001: Phụ gia khoáng cho xi măng

- TCVN 8826-2011: Phụ gia hóa học cho bê tông

1.4.2 Phụ gia hóa học dùng cho bê tông

Hiện nay, phụ gia giảm nước được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam Phụ gia giảm nước còn có tên gọi là phụ gia hóa dẻo, vì khi giữ nguyên lượng nước phụ gia này làm tăng rõ rệt độ sụt hỗn hợp bê tông Phụ gia giảm nước là một trong những yếu tố không thể thiếu để hình thành nên bê tông có độ bền cao Phụ gia giảm nước sẽ làm giảm lượng nước trộn của hỗn hợp bê tông mà vẫn giữ nguyên

độ sụt hỗn hợp, như vậy hỗn hợp bê tông vẫn có khả năng thi công tốt mà lượng

lỗ rỗng mao quản do nước tự do thừa bay hơi để lại ít nên bê tông sẽ đặc chắc hơn, đảm bảo đạt cường độ cao và tuổi thọ lâu bền hơn [25]

 Theo tiêu chuẩn TCVN 8826:2011 có hai loại phụ gia hóa dẻo giảm nước

- Phụ gia hóa dẻo giảm nước thường:

Các phụ gia tăng dẻo giảm nước thường như lignosunfonat và cacbuaxylic hydroxyl Chúng có thể giảm được 10% lượng nước trộn, khi đó cường độ có thể tăng 15÷25%, độ co ngót và từ biến của bê tông giảm đi Nếu không giảm nước thì độ sụt sẽ tăng 2÷3 lần, dễ thi công hơn

- Phụ gia hóa dẻo giảm nước bậc cao hay còn gọi là phụ gia siêu dẻo:

Là phụ gia cho phép giảm một lượng lớn nước trộn lớn, có thể từ 25÷30%

mà vẫn giữ nguyên được độ sụt của hỗn hợp vữa bê tông, do dó có thể tăng cường

độ 28 ngày của bê tông khoảng 30÷40% Nếu không giảm nước độ sụt có thể tăng lên 4 lần và chậm tổn thất độ sụt

1.4.3 Phụ gia khoáng dùng cho bê tông

a) Khái niệm

Phụ gia khoáng là các loại vật liệu vô cơ tự nhiên hoặc nhân tạo khi sử dụng kết hợp với xi măng pooclăng không gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng, bê tông và bê tông cốt thép

 Phụ gia khoáng thiên nhiên:

Phụ gia khoáng thiên nhiên thường được gọi là Puzơlan tự nhiên Pu) Puzơlan tự nhiên được quản lý theo tiêu chuẩn TCVN 3735:1982 [2] có thể

(Pozzolan-ở dạng nguyên khai hoặc đã gia nhiệt để tăng hoạt tính Loại phụ gia này thường xuất hiện trong các tầng trầm tích dưới dạng đá bọt, sét, đá phiến sét, tro, túp núi lửa, Puzơlan được xác định như một loại vật liệu có chứa nhiều SiO2 không kết tinh, hầu như không có khả năng tự rắn chắc của chất kết dính thủy, nhưng trong điều kiện ẩm khi gặp được thành phần Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường có khả năng phản ứng để tạo hợp chất mới có tính xi măng góp phần quan trọng với cường độ

bê tông

 Phụ gia khoáng nhân tạo:

Ngày nay phụ gia khoáng thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, bởi vậy phụ gia khoáng nhân tạo càng được sử dụng rộng rãi Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, một số phụ gia khoáng nhân tạo có hoạt tính Puzơlanic cao đang được sử dụng ngày càng rộng rãi, tuy nhiên một số phụ gia khoáng nhân tạo giá thành cao Phụ gia khoáng nhân tạo được sử dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới

là tro bay, Silicafume (muội silic), tro trấu, xỉ lò cao Sự khác nhau về nguồn gốc

và điều kiện hình thành của các phụ gia khoáng nhân tạo dẫn đến sự khác nhau về hoạt tính Puzơlanic, bởi vậy hiệu quả sử dụng chúng trong xi măng và bê tông sẽ khác nhau

Theo khả năng hoạt tính, phụ gia khoáng được chia làm 2 loại:

 Phụ gia khoáng trơ hay còn gọi là phụ gia làm đầy: Có thành phần là các khoáng trơ, tác dụng chủ yếu là cải thiện thành phần hạt của bê tông, tiết kiệm xi măng, tăng độ đặc vi cấu trúc vữa và bê tông

 Phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan: Puzơlan là các vật liệu nguồn gốc thiên nhiên hay nhân tạo có hay không có đặc tính xi măng hóa, nhưng ở dạng nghiền mịn và trong môi trường ẩm nó có thể phản ứng hóa học với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo nên các thành phần xi măng hoá

Nguyên lý hoạt tính của phụ gia khoáng hoạt tính Puzơlan được giải thích như sau: Trong quá trình hyđrat hoá của xi măng Pooclăng một trong các sản phẩm được tạo thành là Ca(OH)2 với hàm lượng phụ thuộc vào thành phần của xi măng và thời gian đóng rắn Trong vữa và bê tông, Ca(OH)2 biểu hiện liên kết yếu nhất trong vùng liên kết giữa hồ và cốt liệu, vì vậy nó ảnh hưởng xấu tới cường độ của vữa và bê tông

Hơn nữa, sự có mặt của Ca(OH)2 có thể làm giảm độ bền của vữa và bê tông trong môi trường ăn mòn Do đó độ bền bê tông không thể đảm bảo khi sử dụng

xi măng Pooclăng Khi pha phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan vào xi măng pooclăng, phần hoạt tính trong puzơlan sẽ có khả năng thực hiện phản ứng tạo sản phẩm Cao.SiO2.nH2O (CSH) bền vững ngay cả khi ẩm ướt và ở trong nước, góp phần ổn định cường độ bê tông Như vậy phụ gia này không chỉ làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 mà còn làm tăng cấu trúc của vữa và bê tông, do đó góp phần cải thiện một số tính chất của vữa và bê tông

1.4.4 Tình hình nghiên cứu và sử dụng phụ gia trong chế tạo bê tông ở

nước ta

Những năm gần đây việc sử dụng phụ gia trong bê tông đã trở thành rất phổ biến ở Việt Nam Gần như bê tông sản xuất ở các trạm bê tông trộn sẵn và ở các nhà máy bê tông đúc sẵn đều có sử dụng các loại phụ gia hoá học khác nhau Một trong những loại phụ gia được sử dụng với khối lượng lớn nhất là phụ gia tăng

dẻo và siêu dẻo Nguồn cung cấp chủ yếu các loại phụ gia này là từ các đại lý của các công ty hoá phẩm xây dựng nước ngoài như SIKA, MBT, GRACE [7], [27] Tuy nhiên, các loại phụ gia sẵn có hiện nay trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có loại nào mà trong thành phần có cả phụ gia siêu dẻo và phụ gia khoáng hoạt tính Hỗn hợp bê tông sử dụng phụ gia siêu dẻo thường có độ lưu động cao, song lại hay bị phân tầng, tách nước, nhất là với hàm lượng phụ gia siêu dẻo sử dụng lớn Phụ gia khoáng có hoạt tính cao như silicafume, metacaolanh khi sử dụng trong hỗn hợp bê tông sẽ triệt tiêu được hiện tượng tách nước, phân tầng, và chúng thường được sử dụng để chế tạo bê tông chất lượng cao, nhưng bắt buộc phải kết hợp với phụ gia siêu dẻo Cả hai loại phụ gia này đều có giá thành cao làm cho giá thành của hỗn hợp bê tông lớn hơn nhiều so với bê tông không sử dụng phụ gia Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo một loại bê tông có sử dụng tổ hợp phụ gia gồm cả loại sẵn có trong nước và loại hoạt tính cao để đảm bảo cả yêu cầu kỹ thuật và tính kinh tế là rất cần thiết

* Kết luận chương 1

 Từ những nghiên cứu phân tích đề cập ở trên cho thấy có rất nhiều dạng hư hỏng của các công trình tiếp xúc với môi trường nước như cầu cảng, cầu, mố trụ cầu, v.v., và do cần phải kéo dài thời gian sử dụng công trình, cho nên nhu cầu duy tu sửa chữa bảo dưỡng và gia cố các kết cấu công trình dạng này là rất lớn Qua đó có thể thấy rằng cần phải có một loại vật liệu nhằm đáp ứng tốt nhu cầu sửa chữa bảo dưỡng của các kết cấu công trình xây dựng này

 Xuất phát từ những hạn chế cố hữu của bê tông truyền thống, bê tông cốt sợi

đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi tại Việt Nam Với đặc biệt vượt trội về gia tăng khả năng chịu kéo, chịu uốn cũng như chịu va đập và giảm thiểu co ngót, khi bê tông cốt sợi sử dụng để chế tạo các kết cấu và cấu kiện của công trình xây dựng Loại vật liệu này thực sự tiềm năng để sử dụng cho việc sửa chữa và gia cường các kết cấu công trình xây dựng

 Phụ gia ngày càng trở lên là thành phần quan trọng trong chế tạo bê tông hiện nay Với sự đa dạng của các loại phụ gia, cùng với sự ra đời của các thế hệ phụ

gia mới, đặc biệt là phụ gia giảm nước, việc chế tạo bê tông trở lên dễ dàng hơn, mang lại chất lượng cao hơn, tuổi thọ dài hơn cho các kết cấu bê tông nói riêng

và các công trình xây dựng nói chung Do đó, việc sử dụng phụ gia trong bê tông cốt sợi thực sự là cần thiết, để có được cấp phối bê tông chất lượng cao phục vụ cho việc sửa chữa và gia cường các kết cấu công trình xây dung, đặc biệt là khi quá trình này được thực hiện dưới nước

 Với các phương pháp thi công bê tông dưới nước đã trình bày cụ thể ở trên, phương pháp ống dẫn được xem có tính khả thi nhất trong việc sửa chữa và gia cường các kết cấu công trình xây dựng Việc sửa chữa sẽ tạo ra một lớp “áo” bằng vật liệu gia cường bọc bên ngoài chắc chắn để bảo bệ xung quanh kết cấu, ngăn ngừa các chất có hại xâm nhập vào sâu bên trong kết cấu Điều này sẽ kéo dài thời gian làm việc của kết cấu và xa hơn là gia tăng tuổi thọ của cả công trình

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN CÁC VẬT LIỆU SỬ DỤNG

VÀ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG

Để có thể nghiên cứu chế tạo ra bê tông cốt sợi chống rửa trôi có thể ứng dụng cho các kết cấu công trình xây dựng ngập dưới nước, trước tiên cần phải đi phân tích cơ sở khoa học lựa chọn các thành phần vật liệu tạo nên nó trong điều kiện ở Việt Nam

2.1 Cơ sở khoa học lựa chọn sử dụng cốt sợi kết hợp với phụ gia trong bê tông ứng dụng cho công trình ngập dưới nước trong điều kiện Việt Nam 2.1.1 Phân tích lựa chọn loại sợi

Để có thể khắc phục được nhược điểm của bê tông là khả năng chịu kéo uốn kém, giải pháp được đưa ra ở đây là tăng cường các loại sợi vào trong thành phần của bê tông Những nghiên cứu trước đây cho thấy việc bổ sung các loại sợi vào

bê tông giúp giảm nứt, tăng cường độ chịu uốn cho cấu kiện làm việc hiệu quả và tránh được phá hủy, kéo dài tuổi thọ cho công trình Cốt sợi dùng để gia cường cho bê tông có rất nhiều loại như sợi thép, sợi cacbon, sợi thủy tinh, sợi polyme, sợi thực vật, v.v., trong đó sợi thủy tinh bền kiềm có thể ứng dụng tốt cho các kết cấu bê tông của công trình xây dựng ngập dưới nước, bao gồm cả nước sông suối

và nước biển, do đó có thể cải thiện được khả năng kháng uốn, hạn chế vết nứt, nâng cao độ bền dai và không bị ăn mòn bởi các thành phần hóa học trong nước [13], [14], [17] Phần nghiên cứu thực nghiệm tiếp theo trong đề tài sẽ chọn loại sợi này

2.1.2 Phân tích lựa chọn phụ gia khoáng

Trong các loại phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia trơ, theo yêu cầu biến đổi sản phẩm thủy hóa để tạo ra sản phẩm mới ít ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn đá

xi măng thì đề tài sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính sẽ là lựa chọn thích hợp nhất Ngoài ra nên chọn loại phụ gia khoáng hoạt tính có kích thước siêu mịn có tác

dụng chèn lấp các lỗ rỗng nhỏ trong đá xi măng để cải thiện độ đặc chắc của đá

xi măng nói chung và phần chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu nói riêng Trong các loại phụ gia khoáng hoạt tính đã được đề cập ở chương 1 thì tro bay và silicafume có nguồn gốc là sản phẩm phụ và phế thải công nghiệp nên việc tận dụng làm vật liệu xây dựng là một hướng đi có triển vọng, vừa mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật, vừa kinh tế, ngoài ra còn giải quyết được vấn đề môi trường

do việc phải tìm nơi trữ phế thải thừa nếu không có mục đích sử dụng hữu ích Với phụ gia khoáng hoạt tính tro bay và silicafume, các tác dụng mà hai loại phụ gia này có thể đạt được phù hợp với mục tiêu của đề tài, cụ thể như sau: + Cả hai loại này đều có hoạt tính puzơlan nên có khả năng chống ăn mòn, nâng cao độ bền cho bê tông;

+ Về khả năng tăng độ đặc chắc và tạo độ đồng đều cho bê tông: Silicafume ngoài tác dụng biến đổi sản phẩm thủy hóa để hạn chế ăn mòn, còn được xem là loại phụ gia cải thiện độ đặc chắc và tạo độ đồng đều cho bê tông rất tốt, nhờ đó tăng được khả năng chống thấm, tạo được sản phẩm có cường độ cao và độ bền

sử dụng lâu dài;

+ Về khả năng hạn chế xâm nhập ion clo: Theo lý thuyết, bê tông có tro bay, tro xỉ hoặc silicafume có hệ số khuyếch tán ion nhỏ hơn nhiều so với bê tông xi măng pooclăng Vì vậy bê tông có pha phụ gia có khả năng bảo vệ cốt thép cao hơn nhiều so với bê tông xi măng pooclăng, Tương quan hệ số khuyếch tán ion clo trong bê tông (D) với các loại phụ gia khoáng sử dụng khác nhau được tóm tắt như sau:

DXMPo > Dxỉ  Dtrobay > DsilicafumeVới những phân tích nêu trên có thể thấy, để đạt được mục tiêu về mặt kỹ thuật là nâng cao độ bền bằng cách biến đổi sản phẩm thủy hóa, tăng độ đặc chắc của kết cấu bê tông để ngăn cản và vô hiệu hóa những thành phần gây phá hoại

bê tông và cốt thép thì việc sử dụng phụ gia khoáng silicafume được xem là hợp

lý và hứa hẹn tạo ra được sản phẩm đạt yêu cầu như mong muốn

Ngoài ra, xét lợi ích về mặt kinh tế, về tính khả thi có thể thấy rằng, tại thời điểm này và trong tương lai thì sự lựa chọn này ở điều kiện Việt Nam là hợp lý Hiện tại phụ gia khoáng silicafume tương đối sẵn với nguồn cung cấp dồi dào trên thị trường Silicafume giá tuy cao hơn so với xi măng do phải nhập ngoại vì không

có nhà máy sản xuất silic trong nước, tuy nhiên hiện có rất nhiều hãng cung cấp đưa vào thị trường Việt Nam nên lượng cung cũng dồi dào và có sự cạnh tranh về giá cả cũng như chất lượng, đảm bảo không phải lo ngại về nguồn cung cấp lâu dài cũng như chất lượng Qua những phân tích ở trên, đề tài sẽ nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng silicafume để có thể kết hợp cải thiện các tính năng kỹ thuật và nâng cao độ bền cho các công trình BT và BTCT mà giá thành sản phẩm theo ước tính sẽ là hợp lý, nguồn cung cấp vật liệu ổn định đảm bảo khả năng đáp ứng lâu dài, và cũng giải quyết được vấn đề môi trường từ đó duy trì sự phát triển bền vững cho lĩnh vực vật liệu xây dựng

2.1.3 Phân tích lựa chọn phụ gia hóa học

Đề tài luận văn này lựa chọn sử dụng loại phụ gia hóa dẻo giảm nước cao thuộc thế hệ 3 với thành phần chính là Polycacboxylat để đảm bảo hiệu quả giảm nước cao, tăng cường độ đặc chắc, từ đó cải thiện các chỉ tiêu cơ tính của bê tông một cách tốt nhất [11] Ngoài ra, phụ gia chống tan rã cũng được sử dụng nhằm hạn chế tối đa hiện tượng vữa xi măng bị rửa trôi trong môi trường nước

2.1.4 Tổ hợp cốt sợi và phụ gia lựa chọn dùng trong nghiên cứu

Các cơ sở lý thuyết đã được phân tích ở trên vật liệu chọn sử dụng cho đề tài ngoài xi măng, nước, cát, đá là các vật liệu cơ bản trong thành phần bê tông đề tài

sẽ sử dụng thêm phụ gia bao gồm:

 Phụ gia siêu dẻo nhằm làm giảm nước, tăng độ đặc cho bê tông

 Phụ gia chống tan rã nhằm để vữa xi măng không bị rửa trôi trong nước

 Phụ gia khoáng silicafume có thể có tác dụng kép cả về mặt vật lý và hóa học đó là có khả năng biến đổi sản phẩm thủy hóa, và lấp đầy vào các lỗ rỗng nhỏ