Tính cấp thiết đề tài
Bê tông tự đầm (SCC) là một công nghệ bê tông tiên tiến, được phát triển trong ba thập kỷ qua, lần đầu tiên được phát hiện bởi các nhà nghiên cứu Nhật Bản vào năm 1986 SCC có độ lưu động cao, cho phép bê tông lấp đầy mọi góc cạnh của ván khuôn và bao bọc cốt thép chỉ nhờ trọng lượng của chính nó, mà không cần rung động từ bên ngoài Nhờ vào những ưu điểm này, SCC có khả năng thi công cho các cấu kiện mà bê tông truyền thống không thể áp dụng, như tường vách mỏng và cốt thép dày.
Hiện nay, tại Việt Nam, nhiều công trình xây dựng lớn được thiết kế với kiến trúc và kết cấu hiện đại, với các thanh kết cấu mảnh và mật độ thép dày Điều này gây khó khăn trong việc đổ và đầm bê tông trong quá trình thi công Nếu bê tông không đạt yêu cầu thi công theo phương pháp thông thường hoặc không được đầm chặt, sẽ dẫn đến tình trạng rỗng và rỗ cấu kiện, làm giảm cường độ bê tông so với thiết kế.
Trong các công trình thủy, nhiều hạng mục như đường hầm dẫn nước, trụ cầu, và các cấu kiện phức tạp thường sử dụng bê tông tự đầm (SCC) để khắc phục những khó khăn trong thi công Phương pháp đổ bê tông truyền thống gặp phải vấn đề như bê tông dễ bị rỗ, tách nước, và phân tầng, đặc biệt ở những khu vực khó tiếp cận Việc sử dụng SCC không chỉ nâng cao năng suất thi công mà còn đảm bảo yêu cầu mỹ thuật cho bề mặt bê tông, giúp cải thiện chất lượng công trình một cách đáng kể.
Hình 1.1.So sánh bề mặt bê tông khi đổ bằng CVC và SCC
Hiện nay, hệ thống quy phạm Việt Nam về tiêu chuẩn phương pháp thí nghiệm SCC chưa rõ ràng, và chưa có tiêu chuẩn cụ thể cho yêu cầu kỹ thuật thiết kế, thi công và nghiệm thu cho SCC Tại khu vực Miền Trung, hầu hết các mỏ đá dăm sản xuất cho bê tông chủ yếu cung cấp dăm với kích thước 1x2cm, 2x4cm, 4x6cm, trong khi cốt liệu cho cấp phối SCC cần phải có dải liên tục từ (0:2) cm để đảm bảo tính công tác và duy trì độ lưu động cao của SCC.
Xu hướng giảm tiết diện kết cấu để tiết kiệm không gian trong xây dựng ngày càng gia tăng, đồng thời vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như cường độ sớm, độ đặc chắt, khả năng chống thấm nước, chịu mài mòn và tuổi thọ cao Điều này đã mở rộng ứng dụng của bê tông tự đầm, một giải pháp tiên tiến giúp khắc phục những nhược điểm của bê tông truyền thống Việc áp dụng công nghệ thi công bê tông tự đầm trở thành xu hướng tất yếu trong ngành xây dựng hiện nay.
Việc nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu cho bê tông tự đầm trong các công trình thủy, đặc biệt là áp dụng cho công trình Tân Mỹ, tỉnh Ninh Nhuận, là cần thiết và cấp bách.
Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về bê tông tự đầm;
- Thống kê và rút kinh nghiệm việc ứng dụng bê tông tự đầm ở Miền Trung;
Tận dụng tối đa nguồn vật liệu hiện có tại công trình giúp thiết kế cấp phối SCC phù hợp với từng kết cấu và điều kiện thi công thực tế Điều này không chỉ giảm chi phí xây dựng mà còn đảm bảo chất lượng và tiến độ thi công cho các công trình.
Vận dụng các tiêu chuẩn và tài liệu kỹ thuật trong và ngoài nước là rất quan trọng để thực hiện thí nghiệm và kiểm soát chất lượng của SCC, đảm bảo phù hợp với từng loại cấp phối SCC theo yêu cầu.
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Kế thừa kết quả nghiên cứu về bê tông SCC;
- Thống kê, đánh giá chất chượng vật liệu để thiết kế bê tông SCC trên cơ sở tận dụng vật liệu tại công trình ở khu vực Miền Trung;
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả của đề tài cung cấp cơ sở khoa học cho các đơn vị quản lý, thiết kế và thi công nhằm ứng dụng bê tông tự đầm trong các công trình thủy.
- Đề xuất quy trình kiểm tra, kiểm soát chất lượng: Vật liệu và SCC.
Cấu trúc luận văn
Cấu trúc luận văn gồm:
- Chương 1: Giới thiệu tổng quan
- Chương 2: Kết quả ứng dụng SCC và giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu cho SCC công trình thủy
- Chương 3: Tận dụng vật liệu địa phương để thiết kế cấp phối SCC cho công trình hệ thống thủy lợi Tân Mỹ - Ninh Thuận
- Kết luận và kiến nghị.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Khái quát về bê tông tự đầm
Bê tông tự đầm (SCC) là một bước tiến quan trọng trong ngành xây dựng, giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến bê tông đổ tại chỗ SCC không bị ảnh hưởng bởi kỹ năng của người lao động, cũng như hình dạng và số lượng thanh cốt thép trong kết cấu bê tông.
Bê tông tự đầm (SCC) là một loại hỗn hợp bê tông mới có khả năng tự lấp đầy mọi góc cạnh và vị trí phức tạp mà không cần rung động bên ngoài Tính năng nổi bật của SCC là khả năng tự chảy xuyên qua để làm đầy các khu vực có cốt thép dày đặc, đồng thời đảm bảo bề mặt mịn màng sau khi đông cứng.
Bê tông tự đầm là một loại hỗn hợp có khả năng tự lấp đầy mà không cần sử dụng thiết bị đầm, nhưng vẫn đảm bảo độ đặc chắc và các tính chất cơ lý tương tự như bê tông thông thường sau khi đông cứng.
Bê tông và bê tông cốt thép là vật liệu xây dựng phổ biến nhờ vào khả năng chịu lực, tuổi thọ cao và dễ dàng tạo hình Chúng tận dụng được nguồn vật liệu địa phương, làm cho bê tông trở thành lựa chọn hàng đầu trong ngành xây dựng Để phát huy tối đa ưu điểm và khắc phục nhược điểm của bê tông, các chuyên gia xây dựng đã hợp tác với nhà khoa học, dẫn đến sự ra đời của công nghệ bê tông tự đầm.
Bê tông tự đầm là giải pháp lý tưởng cho các điều kiện thi công khó khăn, nơi không thể sử dụng máy đầm, như trong các kết cấu có mật độ cốt thép dày đặc hoặc giao diện phức tạp Nó cũng phù hợp cho các kết cấu thanh mảnh và trong việc gia cố, sửa chữa các cấu trúc bê tông có vách mỏng và cốt thép dày Đặc biệt, thi công bê tông tự đầm tại khu dân cư đông đúc giúp giảm ô nhiễm tiếng ồn và đẩy nhanh tiến độ xây dựng.
Tổng quan về nghiên cứu, ứng dụng SCC trên thế giới và Việt Nam
1.2.1 Tổng quan về ứng dụng bê tông tự đầm trên thế giới
Động lực phát triển bê tông tự đầm bắt nguồn từ vấn đề xã hội liên quan đến độ bền của kết cấu bê tông, xuất hiện khoảng năm 1983 tại Nhật Bản Sự giảm dần số lượng công nhân lành nghề trong ngành xây dựng đã dẫn đến chất lượng công trình suy giảm Để đảm bảo các kết cấu bê tông bền vững và nâng cao kiểm soát chất lượng, bê tông tự đầm đã được áp dụng từ năm 1988, nhằm tăng cường độ bền vững cho các công trình xây dựng.
Hiện nay, bê tông tự đầm (SCC) đã trở thành lựa chọn phổ biến trong các công trình xây dựng quy mô lớn Một ví dụ điển hình là vào năm 1988, khoảng 290.000 m³ bê tông tự đầm đã được sử dụng cho các bến thả neo của cầu Akashi Kaikyo, với khoảng cách giữa hai trụ lên tới 1991 m, hiện là cầu dài nhất thế giới Việc ứng dụng công nghệ bê tông tự đầm đã giúp rút ngắn thời gian thi công công trình này đến 20%.
Hình 1.2.Cầu Akashi Kaikyo Bridge, Japan
Số lượng công trình xây dựng ứng dụng bê tông tự đầm (SCC) tại Nhật Bản đang gia tăng đáng kể Điển hình là nhà máy lọc xăng dầu Murano, nơi đã sử dụng 200.000 m³ bê tông SCC và thi công với tốc độ 500 m³/ngày Ngoài ra, vào năm 1993, sân vận động Fukuoka Dome cũng đã ứng dụng 10.000 m³ bê tông tự đầm để thi công vòm dốc 45 độ và khung chịu lực với cốt thép dày đặc.
Tại công trình đường hầm thành phố Yokohama, hơn 40.000 m³ bê tông tự đầm đã được sử dụng ở độ sâu 20 m Năm 1998, bể chứa dầu Osaka Gas tại Osaka, Nhật Bản, cũng áp dụng 12.000 m³ bê tông tự đầm cho kết cấu bê tông dự ứng lực Việc sử dụng công nghệ này đã giúp rút ngắn 18% thời gian thi công, giảm hơn 60% nhân công lao động từ 150 người xuống còn 50 người, và tiết kiệm 12% tổng chi phí thi công bê tông.
Hình 1.3.Sân vận động Fukuoka Dome, Nhật Bản
Lần đầu tiên tại Hàn Quốc, công ty Gas Hàn Quốc phối hợp với công ty Taisei của Nhật Bản đã sử dụng 256.000 m³ bê tông tự đầm để xây dựng 8 bể chứa gas Mỗi bể có đường kính 78,58 m, chiều dày thành bể 1,7 m và chiều sâu 75 m, được đặt tại đảo Inchon.
Tại Đài Loan, bê tông tự đầm đã được nghiên cứu từ những năm 1990 và bắt đầu được ứng dụng vào các công trình xây dựng từ năm 1999, chủ yếu trong xây dựng cầu, đường cao tốc và bể chứa dầu Đến năm 2000, tổng khối lượng bê tông tự đầm sử dụng trong xây dựng đạt khoảng 220.000 m3, chiếm 0,3% tổng lượng bê tông, và con số này đã vượt qua 600.000 m3 vào năm 2001.
Trung Quốc đã áp dụng bê tông tự đầm trong thi công tháp Macao tại Hồng Kông, với chiều cao 138 m Hơn 500 m³ bê tông tự đầm đã được sử dụng cho các kết cấu từ độ cao 120 m trở lên Phương pháp này đã chứng minh hiệu quả trong việc xây dựng các công trình có mật độ cốt thép dày đặc.
Bê tông tự đầm đã được ứng dụng tại Thái Lan từ năm 1992, đặc biệt trong các công trình xây dựng quan trọng như 4.000 m³ bê tông cho đường ống dẫn nước và cầu trong hệ thống cung cấp nước cho tháp làm lạnh tại Nhà máy chế tạo than đá tỉnh Lampang.
432 m 3 cho cầu vượt đường cao tốc tỉnh Patum thani; 429 m 3 cho các cột cao của toà nhà Ofice Building ở Băng Cốc
Hình 1.4.Tượng tháp Macao Kun Lan, Hồng Kông
Hình 1.5.Twin Towers of the Bankers Hall
Philippines đã áp dụng bê tông tự đầm trong các dự án xây dựng, điển hình là khách sạn Eaton Holiday tại Makaticao với 71 tầng, sử dụng gần 2.500 m³ bê tông tự đầm trong quá trình thi công.
Thụy Sỹ đã áp dụng bê tông tự đầm cho các công trình xây dựng đường ray tàu hoả ngầm với khối lượng 2.000 m³ Việc sử dụng bê tông tự đầm đã giúp rút ngắn thời gian thi công từ 207 ngày xuống chỉ còn 93 ngày.
Bê tông tự đầm đã được ứng dụng trong các công trình có mật độ cốt thép dày đặc tại Mỹ từ những năm 90 của thế kỷ 20, như tại các dự án West Valley ở New York, Societ Tower ở Cleveland, Ohio, và Toà nhà Bankers Hall tại Alberta, với khối lượng bê tông lớn hơn 9.000 m³.
Eco-SCC đã được sử dụng làm vỏ ống dọc ống dẫn tại nhà máy thủy điện Kárahnúkar ở Iceland, với hàng ngàn m³ được ứng dụng Ban đầu, hàm lượng chất kết dính của Eco-SCC là 290 kg/m³, nhưng đã tăng lên 320 kg/m³ khi sản xuất chuyển sang một nhà máy bê tông khác Việc rung bê tông xung quanh ống gặp khó khăn do không gian chật hẹp, vì vậy SCC được lựa chọn Eco-SCC được ưu tiên vì tính thân thiện với môi trường và độ co ngót thấp.
Bê tông tự đầm đã được nghiên cứu và chấp nhận bởi các hiệp hội AASHTO, SCDOT và PCI trong những năm gần đây, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của nó trong các công trình lớn, như đường ống áp lực tại nhà máy thủy điện Kárahnúkar, Iceland Sự phát triển này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngành xây dựng trong tương lai.
1.2.2 Tổng quan về ứng dụng bê tông tự đầm tại Việt Nam
Công nghệ bê tông tự đầm đang dần trở nên phổ biến trong ngành xây dựng tại Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng thủy lợi Nhiều viện nghiên cứu như Viện KHCN Xây dựng, Trường ĐH Xây dựng Hà Nội, Trường ĐH Bách khoa TP.HCM, Viện KHCN Giao thông Vận tải và Viện Khoa học Thủy lợi đã tiến hành nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này, góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng công trình.
Viện KHCN xây dựng đã phát triển bê tông tự đầm với vật liệu có sẵn tại Việt Nam Tác giả Nguyễn Quang Phú đã trình bày việc lựa chọn vật liệu để thiết kế các cấp phối bê tông tự đầm có cường độ từ M30 đến M60, phù hợp cho các công trình thủy lợi.
Thuận lợi và khó khăn khi ứng dụng SCC vào các công trình xây dựng
Khi đổ bê tông tươi, không cần sử dụng đầm vì trọng lượng tự nhiên của vữa bê tông sẽ tự động lấp đầy mọi vị trí trong khối đổ.
- Thời gian thi công SCC nhanh và dễ dàng hơn Tổng thời gian thi công được giảm
- Giảm số lượng nhân công phục vụ cho các khối đổ
Chất lượng bê tông của khối đổ được cải thiện đáng kể so với bê tông thông thường, với liên kết giữa bê tông và cốt thép tốt hơn, ngay cả ở những khu vực có mật độ cốt thép dày đặc Sau khi tháo ván khuôn, bề mặt bê tông không chỉ không cần xử lý thêm mà còn không xuất hiện hiện tượng rỗ bề mặt hay rỗ do bột khí.
- Giảm chi phí thi công nhờ giảm chi phí nhân công và chi phí mua sắp thiết bị và bảo dưỡng [13]
- Đẩy nhanh được tốc độ thi công bê tông
- Cải thiện môi trường làm việc được an toàn hơn và trong lành hơn do bỏ công tác đầm rung
- Cải thiện độ bền và độ đặc chắt của kết cấu bê tông nhờ loại bỏ một số yếu tố chủ quan do con người gây ra
- Tăng khả năng chống thấm của bê tông
- Tăng chi phí vật liệu của cấp phối bê tông Đặc biệt chi phí chất kết dính
Việc sử dụng vữa SCC (Self-Compacting Concrete) dẫn đến tăng chi phí cho công tác ván khuôn và giàn giáo do tính chất lỏng hơn và độ linh động cao hơn so với bê tông truyền thống Thời gian ninh kết kéo dài cùng với trọng lượng lớn của vữa SCC, do có thể tích hồ lớn và hàm lượng hạt min cao, yêu cầu ván khuôn phải kín khít để ngăn chặn tình trạng chảy vữa, tránh làm bê tông bị rỗng xốp và có bề mặt không đồng đều sau khi tháo ván khuôn.
- Hệ thống trạm trộn bê tông phải đồng bộ và hoàn toàn tự động để đảm bảo chất lượng, quy trình và thời gian trộn
Vữa SCC có sức kháng trong đường ống bơm thẳng cao hơn so với vữa bê tông thông thường Khi sức kháng ma sát trong ống bơm tăng, áp suất bơm theo chiều dọc cũng cần phải tăng lên Do đó, để đảm bảo hiệu quả, khuyến cáo nên bơm bê tông tự đầm một cách chậm và liên tục.
- Đòi hỏi những người tham gia thi công SCC phải có chuyên môn, kỹ thuật và kinh nghiệm cao để kiểm soát được chất lượng của hỗn hợp SCC
- Thời gian kết thúc đông kết SCC kéo dài hơn do lượng phụ gia hóa dùng cao hơn
- Tăng cường giám sát sự thay đổi của tính chất của hỗn hợp SCC Đặc biệt là tính công tác trong quá trình thi công
Để đảm bảo chất lượng vữa SCC trong suốt quá trình sản xuất, cần tăng cường tần suất kiểm tra các tính chất của vữa SCC tại cả phòng thí nghiệm và trạm trộn bê tông.
Hình 1.8 So sánh sức kháng bơm của vữa SCC và CVC
Yêu cầu chung của bê tông tự đầm
1.4.1 Yêu cầu cơ bản và phân loại bê tông tự đầm
Bê tông tự đầm tương tự như bê tông thông thường đầm rung (CVC), được sản xuất từ các thành phần như chất kết dính (gồm xi măng và phụ gia khoáng), cốt liệu thô (đá dăm), cốt liệu mịn (cát), nước và phụ gia hóa.
- Yêu cầu kỹ thuật của SCC cũng tương tự như bê tông truyền thống, các yêu cầu tối thiểu cần có với bê tông tự đầm là:
+ Mác (theo cường độ chịu nén; uốn; kéo) tuổi mẫu yêu cầu;…
+ Các tính năng khác: Mật độ cốt thép; Biện pháp thi công SCC; Độ chống thấm; bù co ngót;
Sự khác biệt chính giữa công nghệ thi công bê tông tự đầm (SCC) và bê tông vibrated (CVC) là SCC không sử dụng công đoạn đầm rung, mà cần đạt được khả năng chảy cao mà không bị phân tầng hay tách nước Đặc trưng quan trọng của bê tông tự đầm là sự cân bằng giữa độ chảy và tính ổn định của hỗn hợp Để đảm bảo điều này, bê tông tự đầm cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định.
Để nâng cao khả năng chảy dẻo của hỗn hợp bê tông, việc sử dụng phụ gia siêu dẻo là rất quan trọng Bên cạnh đó, tăng cường hàm lượng phụ gia mịn cũng góp phần cải thiện độ linh động của hỗn hợp vữa bê tông, giúp tối ưu hóa chất lượng và hiệu suất của sản phẩm.
+ Hàm lượng cốt liệu lớn trong SCC ít hơn so với CVC Nên lượng ngậm cát (Tỷ lệ Cát/(Cát + Đá)) trong cấp phối SCC lớn hơn trong CVC
Yêu cầu kỹ thuật đối với hỗn hợp bê tông SCC phụ thuộc vào điều kiện thi công cụ thể.
+ Tính năng chảy dẻo cao: Hỗn hợp bê tông có khả năng làm đầy với tính chảy dẻo cao và không bị phân tầng
Thời gian duy trì tính công tác của hỗn hợp bê tông tự đầm (SCC) là yếu tố quan trọng trong quá trình thi công, bao gồm vận chuyển và bơm bê tông, cùng với điều kiện nhiệt độ môi trường Để đảm bảo hiệu quả thi công, SCC cần duy trì khả năng chảy cao và tự đầm chặt trong khoảng 60 phút.
Hỗn hợp SCC cần đáp ứng các yêu cầu bổ sung về bê tông và các tiêu chuẩn đặc biệt theo thiết kế.
1.4.1.2 Phân loại bê tông tự đầm
Bê tông tự đầm (SCC) có nhiều loại khác nhau và hiện chưa có quy định cụ thể về phân loại trên thế giới Dựa vào đặc tính của vật liệu chế tạo, SCC có thể được chia thành ba loại.
Bê tông tự đầm loại 1 dựa trên hiệu ứng của bột mịn, sử dụng phụ gia siêu dẻo hoặc cuốn khí và giảm nước mức độ cao mà không cần phụ gia điều chỉnh độ linh động Độ linh động và tính năng chống phân tầng của hỗn hợp SCC được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh tỷ lệ N/B (nước/bột) Loại bê tông này có hàm lượng bột mịn cao hơn bê tông truyền thống, với tổng lượng bột mịn (bao gồm xi măng, phụ gia khoáng hoạt tính và hạt mịn qua sàng 0,14 mm) trong khoảng 550-650 kg/m³, giúp tăng cường độ dẻo, độ linh động và khả năng chống phân tầng của hỗn hợp vữa SCC.
Bê tông tự đầm loại 2 sử dụng phụ gia điều chỉnh độ linh động, bao gồm phụ gia siêu dẻo giảm nước cao thế hệ mới (polycar boxylate) và phụ gia điều chỉnh độ nhớt (VMA) Việc kết hợp này giúp hỗn hợp SCC tránh khỏi tình trạng phân tầng và tách nước, đồng thời giảm hàm lượng bột mịn so với loại SCC dựa trên hiệu ứng của bột mịn Lượng bột mịn trong loại cấp phối này dao động trong khoảng 350 đến 450 kg/m³.
Loại 3 của SCC sử dụng hỗn hợp bột mịn và phụ gia điều chỉnh độ nhớt, với lượng bột mịn dao động từ 350 đến 450 kg/m³ Để cải thiện tính công tác và từ biến của hỗn hợp, cần kiểm soát liều lượng phụ gia điều chỉnh độ nhớt và phụ gia siêu dẻo một cách hợp lý.
- Tính năng tự đầm còn được phân theo độ chảy chảy loang theo 3 mức [14] như sau: + Mức 1: Độ chảy loang: (550 ÷ 650) mm;
+ Mức 2: Độ chảy loang: [650 ÷ 750) mm;
+ Mức 3: Độ chảy loang: [750 ÷ 850] mm;
1.4.2 Thành phần vật liệu chế tạo SCC
Bê tông tự đầm (SCC) được tạo thành từ các vật liệu cơ bản như chất kết dính, cốt liệu, nước và phụ gia, nhưng yêu cầu chất lượng cao hơn so với bê tông truyền thống Điểm khác biệt lớn nhất là SCC không cần quá trình đầm nén trong thi công, nhờ đó hỗn hợp bê tông tươi có khả năng tự chảy mà không xảy ra hiện tượng phân tầng hay tách nước Tính năng ổn định độ đồng đều của hỗn hợp là rất quan trọng, với mật độ cốt liệu lớn được phân bố đồng đều Để đạt được khả năng này, cần phối hợp sử dụng các loại vật liệu tối ưu trong cấp phối SCC, vì tỷ lệ thành phần vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất tự đầm của bê tông.
Đối với SCC, cần sử dụng xi măng có nhiệt thủy hóa thấp và thành phần C3A, C4AF nhỏ để giảm nguy cơ nứt nẻ do khối lượng CKD lớn Xi măng pooclăng hỗn hợp (PCB) theo tiêu chuẩn TCVN 6260:2009, tương đương với loại IP và IS theo ASTM C595, là loại phổ biến nhất trên thị trường Việt Nam Ngoài ra, xi măng pooclăng (PC) theo tiêu chuẩn TCVN 2682:2009, tương đương với xi măng loại I theo ASTM C150, cũng được sử dụng rộng rãi.
Nước dùng để trộn bê tông phải đạt tiêu chuẩn chất lượng theo TCVN 4506:2012, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cho bê tông và vữa.
Bê tông tự đầm (SCC) có hàm lượng chất bột mịn cao hơn bê tông truyền thống, dẫn đến lượng nước cần thiết cho hỗn hợp SCC cũng cao hơn SCC nhạy cảm với hàm lượng nước, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hydrat hóa xi măng và sự hình thành hồ vữa để kết dính cốt liệu Để đảm bảo tính tự đầm, cần sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước cao cấp, vì lượng nước cao có thể gây phân tầng và tách nước, làm giảm khả năng tự đầm và khả năng chảy qua khe cốt thép Tỷ lệ N/CKD trong SCC thường dao động từ 0,3 đến 0,6, và thời gian chảy của vữa SCC sẽ nhanh hơn khi tỷ lệ N/CKD thấp.
Để tạo ra một hỗn hợp bê tông tự đầm với độ linh động cao mà không bị phân tầng, cần phải cân nhắc giữa hai đặc tính trái ngược nhau Việc sử dụng lượng nước trộn cao sẽ làm giảm khả năng tự chảy của hỗn hợp Do đó, phụ gia siêu dẻo được sử dụng nhằm cải thiện khả năng tự chảy của vữa bê tông, nhờ vào khả năng phân tán vật liệu và ngăn chặn sự tập trung ở một chỗ.
Vữa SCC khi không dùng phụ gia hóa – Vật liệu bị kết khối nhau
Nghiên cứu thiết thế cấp phối bê tông tự đầm
1.5.1 So sánh thành phần cấp phối SCC với bê tông thường CVC
SCC (Bê tông tự lèn) bao gồm các vật liệu chính như xi măng, cốt liệu mịn, cốt liệu thô, nước, cùng với các phụ gia hóa học và khoáng như tro bay, silica fume và bột đá vôi So với CVC (Bê tông thông thường), SCC có lượng chất kết dính, bao gồm xi măng và phụ gia khoáng, cao hơn, dẫn đến tỷ lệ nước trên chất kết dính thấp hơn Điều này cũng đồng nghĩa với việc khối lượng cốt liệu mịn trong SCC cao hơn, làm tăng tỷ lệ cát so với tổng cốt liệu Thành phần cấu tạo của SCC khác biệt rõ rệt so với CVC, như thể hiện trong hình 1.15.
Hình 1.15.So sánh thành phần cấp phối của SCC và CVC
Có hai điểm khác biệt chính giữa hai cấp phối bê tông SCC và CVC:
Việc thiết kế cấp phối bê tông bắt đầu từ việc xác định tỷ lệ nước trên tổng lượng chất kết dính (N/CKD) để đạt cường độ mác yêu cầu, sau đó kết thúc bằng lượng cốt liệu Đối với cấp phối bê tông tự lèn (SCC), các chỉ tiêu thí nghiệm tính công tác của vữa bê tông được chú trọng hơn Do SCC yêu cầu lượng hạt bột cao, nên cường độ bê tông thường vượt mức yêu cầu, nhằm đảm bảo SCC thỏa mãn nhiều tính chất cơ lý của cả vữa hỗn hợp và bê tông đã đóng rắn.
Các tính chất cơ lý của hỗn hợp SCC và SCC sau khi đóng rắn khó dự đoán hơn so với CVC, do đó cần thực hiện nhiều thí nghiệm và kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý để đảm bảo đáp ứng yêu cầu thiết kế Việc kiểm tra và cân đối thành phần cấp phối của SCC là rất quan trọng.
Cement Admixtures Fine aggregates Coarse aggregates
Ngoài các đặc tính cơ bản nói trên, đặc tính chế tạo và thi công của bê tông tự đầm cũng khác so với bê tông thường như sau:
Sự bắt đầu và kết thúc quá trình ninh kết của vữa bê tông tự đầm (SCC) diễn ra chậm hơn so với bê tông thông thường Điều này là do lượng phụ gia hóa học trong SCC cao hơn, dẫn đến dòng chảy tốt hơn trong cấu trúc bê tông.
- Khả năng bơm của bê tông tự đầm cao hơn so với bê tông thường
Bê tông tự đầm yêu cầu kiểm tra chất lượng, sản xuất và thi công nghiêm ngặt hơn bê tông thông thường do tính nhạy cảm với vật liệu đầu vào trong quá trình trộn.
1.5.2 Các phương pháp thiết kế thành phần cấp phối SCC
Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông tự đầm (SCC), trong đó phương pháp tính toán thiết kế theo thể tích tuyệt đối được áp dụng phổ biến nhất Các nhà nghiên cứu đã phát triển các phương pháp khác nhau tùy theo mục đích sử dụng, nhằm tối ưu hóa thành phần vật liệu và đảm bảo cấp phối bê tông tự đầm đạt yêu cầu về tính năng Một số phương pháp thiết kế cấp phối SCC theo tiêu chuẩn EFNARC 2005 bao gồm các hướng dẫn cụ thể để đạt được hiệu quả tối ưu.
Okamura H and Ozawa K presented their research on self-compactable high-performance concrete at the International Workshop on High Performance Concrete organized by the American Concrete Institute in Detroit in 1994 Their work, detailed on pages 31-44, highlights the innovative properties and applications of this advanced concrete technology.
Ouchi M và cộng sự đã đề xuất một phương pháp thiết kế cấp phối tối ưu cho vữa bê tông tự đầm, được trình bày trong kỷ yếu Hội nghị Kỹ thuật Kết cấu và Xây dựng lần thứ 6 khu vực Đông Nam Á Thái Bình Dương diễn ra tại Đài Bắc, Đài Loan vào năm 1998, trang 1307-1312.
Ozawa K, and Okamura H A rational mix-design method for mortar in self- compacting concrete Proceedings of Sixth South-East Asia Pacific Conference of Structural Engineering and Construction Taipei, Taiwan, 1998, pp1307-1312
Báo cáo mới về vật liệu và thiết kế bê tông tự đầm đã được trình bày trong kỷ yếu hội thảo quốc tế về bê tông tự đầm, diễn ra vào tháng 8 năm 1998 tại Đại học Kỹ thuật Kochi, Nhật Bản Tài liệu này bao gồm các trang từ 160 đến 190, cung cấp cái nhìn sâu sắc về các tiến bộ và ứng dụng của bê tông tự đầm trong ngành xây dựng.
Nawa T, Izumi T, and Edamatsu Y presented a comprehensive report on the materials and design aspects of self-compacting concrete at the International Workshop on Self-Compacting Concrete held in August 1998 at Kochi University of Technology, Japan This report, spanning pages 160 to 190, highlights the latest advancements and innovations in the field, emphasizing the significance of self-compacting concrete in modern construction practices.
Domone P, Chai H và Jin J đã nghiên cứu tối ưu thành phần cấp phối của bê tông tự đầm Nghiên cứu này được trình bày trong kỷ yếu hội nghị quốc tế về đổi mới cấu trúc bê tông, tập trung vào thiết kế và thi công, diễn ra tại Dundee vào tháng.
9 năm 1999 Thomas Telford; London trang 277-285/ Domone P, Chai H and Jin J
Optimum mix proportioning of self-compacting concrete Proceedings of International Conference on Innovation in Concrete Structures: Design and Construction, Dundee, September 1999 Thomas Telford; London pp277-285
Su N, Hsu K-C, and Chai H-W developed a straightforward mix design method for self-compacting concrete, as detailed in their 2001 study published in Cement and Concrete Research, volume 31, pages 1799-1807 This research provides valuable insights into the formulation of self-compacting concrete, enhancing its application in construction.
Để đáp ứng các yêu cầu của SCC, việc phát triển quy trình chọn thành phần cấp phối là rất quan trọng, vì nó phụ thuộc vào các chỉ tiêu của vật liệu trong hỗn hợp Các phương pháp thiết kế hỗn hợp SCC có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, nhưng không có phương pháp nào là duy nhất Tất cả các phương pháp khảo sát đều yêu cầu thời gian dài để thí nghiệm và đánh giá các chỉ tiêu, cũng như thử nghiệm vật liệu để đảm bảo độ ổn định và các chỉ tiêu của SCC trước khi chọn cấp phối tối ưu Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các tính chất của hỗn hợp SCC thường được chú trọng trước, thay vì các tính chất của SCC khi đã đông cứng.
Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông SCC tập trung vào việc khai thác tính dẻo của hỗn hợp bằng cách áp dụng các nguyên tắc từ tính chất cơ lý siêu nhỏ của SCC Mặc dù phương pháp này bao gồm nhiều loại hỗn hợp SCC và giảm thiểu nhu cầu thử nghiệm, nhưng vẫn thiếu hướng dẫn cụ thể để lựa chọn hỗn hợp SCC tối ưu nhất.
KẾT QUẢ ỨNG DỤNG SCC VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG VẬT LIỆU CHO SCC CÔNG TRÌNH THỦY
Phương pháp thử nghiệm, yêu cầu kỹ thuật cho vật liệu và bê tông tự đầm
Việc thử nghiệm vật liệu và bê tông cần tuân thủ các tiêu chuẩn Việt Nam, và trong trường hợp không có phương pháp thử tương ứng, sẽ áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài Danh mục các tiêu chuẩn về phương pháp thử nghiệm và yêu cầu kỹ thuật cho thí nghiệm vật liệu và bê tông được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Tiêu chuẩn về phương pháp thử và yêu cầu kỹ thuật
TT Ký hiệu Tên tiêu chuẩn
1 TCVN 4030:2003 Xi măng - Phương pháp xác định độ mịn của bột xi măng
2 TCVN 6016:2011 Xi măng - Phương pháp thử xác định cường độ
3 TCVN 10302:2014Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng
4 TCVN 8827:2011 Phụ gia hoạt tính dùng cho bê tông và vữa
5 TCVN 6017:2015 Xi măng - Phương pháp xác định thời gian đông kết và độ ổn định thể tích
6 TCVN 6260:2009 Xi măng poóc lăng hỗn hợp - Yêu cầu kỹ Thuật
7 TCVN 2682:2009 Xi măng poóc lăng - Yêu cầu kỹ Thuật
II PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH
1 TCVN 4030:2003 Xác định độ mịn, khối lượng riêng
2 TCVN 6017:2015 Xi măng - Phương pháp xác định thời gian đông kết và độ ổn định thể tích
3 TCVN 6882:2001 Xác định chỉ số hoạt tính đối với xi măng
4 TCVN 141:2008 Hàm lượng mất khi nung
5 TCVN 8827:2011 Độ mịn sút sàng 45 àm
6 TCVN 8825:2011 Lượng nước trộn yêu cầu so với mẫu đối chứng
8 TCVN 10302:2014Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng III THÍ NGHIỆM CỐT LIỆU CHO BÊ TÔNG VÀ VỮA
1 TCVN 7572:2006 Phương pháp thử Cốt liệu cho bê tông và vữa
2 TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật
3 TCVN 9205:2012 Cát nghiền cho bê tông và vữa
IV THÍ NGHIỆM NƯỚC DÙNG BÊ TÔNG
3 TCVN 4560:1988 Tổng lượng chất rắn
5 TCVN 4506:2012 Nước cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật
V PHỤ GIA HOÁ CHO BÊ TÔNG
1 TCVN 8826:2011 Phụ gia hóa học cho bê tông
2 TCVN 8827:2011 Phụ gia khoáng hoạt tính cao dùng cho bê tông và vữa
VI THÍ NGHIỆM BÊ TÔNG
1 TCVN 3105: 1993 Lấy mẫu bê tông mới trộn
2 TCVN 3106:1993 Thử độ sụt của hỗn hợp bê tông
3 TCVN 3109:1993 Thử độ tách nước của hỗn hợp bê tông
4 TCVN 3111:1993 Thử hàm lượng khí của hỗn hợp bê tông
5 TCVN 3116:1993 Thử độ chống thấm nước của bê tông
6 TCVN 3118:1993 Thử cường độ nén của bê tông
7 TCVN 9338:2012 Thử thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông
VII THÍ NGHIỆM VỮA BÊ TÔNG TỰ ĐẦM
1 ASTM C1611 Standard Test Method for Slump Flow of Self-Consolidating
2 ASTM C1610 Standard Test Method for Static Segregation of Self-
Consolidating Concrete Using Column Technique
3 ASTMC1621 Standard Test Method for Passing Ability of Self-
Standard Test Method for Rapid Assessment of Static Segregation Resistance of Self-Consolidating Concrete Using Penetration Test
5 ASTM C1758 Standard Practice for Fabricating Test Specimens with Self-
Yêu cầu về các tính chất của vật liệu sử dụng
Vật liệu chế tạo bê tông tự đầm bao gồm xi măng, phụ gia mịn, cốt liệu nhỏ và lớn, cùng với phụ gia hóa Chất lượng bê tông tự đầm phụ thuộc vào nguyên vật liệu sử dụng, do đó, việc lựa chọn và kiểm tra chất lượng vật liệu là rất quan trọng Hiện nay, nguồn vật liệu chế tạo bê tông tại Việt Nam rất đa dạng, nhưng để đạt hiệu quả cao, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đầu vào cho bê tông tự đầm cần đáp ứng yêu cầu cao hơn so với bê tông truyền thống.
Hiện nay, các loại xi măng phổ biến cho bê tông tự đầm bao gồm xi măng poóc lăng thông thường PC, xi măng giàu belite với thành phần C2S từ 40-70%, và xi măng tỏa nhiệt thấp có hàm lượng C3A và C4AF nhỏ Việc sử dụng xi măng có thành phần khoáng C3A và C4AF thấp trong sản xuất bê tông tự đầm giúp cải thiện hiệu quả phân tán và giảm nhiệt tỏa ra trong quá trình thủy hóa mà không cần giảm hàm lượng chất bột.
Bảng 2.2 Yêu cầu chỉ tiêu cơ lý của xi măng
Các chỉ tiêu PC40 PCB40
1 Cường độ nén, không hỏ hơn
2 Thời gian đông kết, min
3 Độ mịn, xác định theo:
- Phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0,09 mm, %, ≤ 10 10
- Bề mặt riêng, xác định theo phương pháp Blaine, cm 2 /g, ≤ 2.800 2.800
4 Độ ẩm ổn định thể tích, xác định theo phương pháp Le
5 Hàm lượng anhydric sunphuric (SO 3 ), %, ≤ 3,5 3,5
Để thực hiện thí nghiệm nghiên cứu các cấp phối SCC, luận văn sử dụng xi măng pooc lăng PC40 hoặc poóc lăng hỗn hợp PCB40 từ các nhà máy xi măng gần công trình, nhằm giảm chi phí và đảm bảo tiến độ cung cấp Các tính chất hóa - lý của xi măng được thí nghiệm đều phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:2009 và TCVN 6260:2009, với các chỉ tiêu cơ lý được yêu cầu như trong Bảng 2.2.
2.2.2 Phụ gia khoáng hoạt tính - Tro bay (Fly ash)
- Trong bê tông tự đầm việc sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính có hàm lượng hạt mịn (bột) lớn làm tăng độ nhớt dẻo của vữa xi măng
- Thành phần khoáng chính của Tro bay bao gồm các khoáng: SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3
> 70 % là những hạt tinh cầu tròn, siêu mịn, độ lọt sàn từ (0,05 – 50) nanomet Có tỷ diện (300 – 600) m 2 /kg
Bảng 2.3 Yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng của tro bay
Tên chỉ tiêu Giá trị
1 Tổng hàm lượng các ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % khối lượng, ≥ 70
2 Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO3, % khối lượng, ≤ 3
3 Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOtd, % khối lượng, ≤ 0
4 Hàm lượng mất khi nung MKN, % khối lượng, ≤ 12
5 Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hòa tan), % khối lượng, ≤ 1,5
7 Lượng sút sàng 45 àm, % khối lượng, ≤ 25
8 Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng, % , ≤ 105
9 Hàm lượng ion Cl - , % khối lượng, ≤ 0,1
10 Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng:
- Đối với công trình nhà ở và công cộng, ≤ 370
- Đối với công trình công nghiệp, đường đô thị và khu dân cư, ≤ 740
Khi đốt than Antraxit, tro bay có thể được sử dụng với hàm lượng mất khi nung tương ứng Việc này phụ thuộc vào thỏa thuận trong từng lĩnh vực hoặc kết quả thử nghiệm đã được chấp nhận.
Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện là vật liệu mịn được bổ sung nhằm nâng cao tính chất của bê tông Việc sử dụng tro bay có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện gần nhất giúp giảm chi phí và đảm bảo tiến độ cung cấp Tro bay sở hữu những đặc tính hóa học đặc biệt, góp phần cải thiện hiệu suất của bê tông.
Phụ gia hoạt tính tro bay cho bê tông, vữa xây và xi măng phải tuân thủ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10302:2014 Các chỉ tiêu cơ lý cần phải phù hợp với quy định trong bảng 2.3 của tiêu chuẩn này.
2.2.3 Cốt liệu mịn (Fine Aggregate)
Cốt liệu nhỏ cho bê tông tự đầm tại các công trình ở Miền Trung và Tây Nguyên chủ yếu là cát tự nhiên hoặc cát nghiền từ đá gốc, với modul độ lớn dao động từ 1,6 đến 3,2.
Sự thay đổi lượng nước ảnh hưởng đến khả năng phân tầng và tách nước, do đó, việc duy trì độ ẩm ổn định của cát trong quá trình sản xuất là rất quan trọng Cốt liệu nhỏ cần được lưu trữ với độ ẩm đồng đều và phải được kiểm tra thường xuyên Nếu phát hiện bất kỳ thay đổi nào về độ ẩm, cần phải điều chỉnh cấp phối ngay tại hiện trường Đặc biệt, độ ẩm của cát trước khi đổ bê tông luôn phải nhỏ hơn 3%.
Cát dùng cho bê tông cần đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006, quy định về cốt liệu cho bê tông và vữa, trong đó yêu cầu kỹ thuật đối với cát tự nhiên được nêu rõ.
9205 : 2012 - Cát nghiền cho bê tông và vữa (Cát nhân tạo)
2.2.4 Cốt liệu thô (Coarse Aggregate)
Trong bê tông, cốt liệu lớn chiếm tỷ lệ từ 0,37% đến 0,47% thể tích và đóng vai trò quan trọng trong chất lượng Tuy nhiên, trong bê tông tự đầm, hàm lượng cốt liệu lớn được sử dụng ít hơn để đảm bảo tính chất tự đầm Khả năng tự chảy và tự đầm của bê tông tự đầm phụ thuộc vào kích thước và hàm lượng cốt liệu lớn Nếu kích thước hạt lớn nhất vượt quá mức cho phép, khả năng chảy sẽ không đạt yêu cầu.
Đá dăm sử dụng trong bê tông tự đầm cần được giữ độ ẩm đồng đều, tương tự như cát, nhằm tránh thay đổi lượng ngậm nước Điều này giúp đảm bảo tính công tác của vữa bê tông SCC.
Đá dăm dùng cho bê tông được nghiền từ đá gốc, đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 về cốt liệu cho bê tông và vữa.
Lượng nước trong CVC và SCC đóng vai trò quan trọng trong việc xác định đặc tính của bê tông cả ở giai đoạn tươi và cứng Hàm lượng nước trong SCC nhạy cảm hơn so với bê tông truyền thống, vì nước cần thiết cho quá trình hydrat hóa xi măng, tạo ra vữa dán để kết dính các cốt liệu Để đạt được độ tự chặt của SCC, cần có nước kết hợp với phụ gia siêu dẻo nhằm bôi trơn các cốt liệu mịn và thô Nước dùng để trộn bê tông thường là nước sông hoặc nước ngầm gần chân công trình thi công.
Nước sử dụng để trộn và rửa bê tông, cũng như để xử lý và làm mát cốt liệu, phải đảm bảo sạch sẽ, không chứa dầu, axít, hay các chất hữu cơ, và nhiệt độ cần phải thấp nhất có thể Nếu nước được lấy từ các nguồn tự nhiên tại địa phương và có thể không đạt tiêu chuẩn sạch sẽ, cần tiến hành lấy mẫu và xử lý để đảm bảo nước đạt yêu cầu trước khi sử dụng.
- Loại nước này có chất lượng thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4506:2012 - Nước cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật
2.2.6 Phụ gia hóa (Chemical admixture)
Phụ gia hóa học là thành phần quan trọng có thể được thêm vào hỗn hợp bê tông trong quá trình trộn, nhằm cải thiện các đặc tính cơ bản của bê tông tươi và bê tông cứng Việc sử dụng phụ gia giúp tăng cường hiệu quả của xi măng có độ bền cao và bê tông tự lèn (SCC), đồng thời giảm lượng nước trộn để đạt được tỷ lệ N/X tối ưu cho cấp phối SCC Để đánh giá hiệu quả của phụ gia hóa học, cần xem xét sự tương thích giữa xi măng và các vật liệu sử dụng, từ đó xác định tính khả thi và lượng nước giảm cần thiết cho liều lượng phụ gia cho phép.
Thống kê kết quả vật liệu, cấp phối và tính chất của SCC các công trình đã thi công
2.3.1 Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của xi măng
Việc chọn loại xi măng phù hợp rất quan trọng, phụ thuộc vào yêu cầu về cường độ và độ bền của bê tông Xi măng Portland hỗn hợp là loại phổ biến nhất hiện nay Tuy nhiên, để sản xuất các cấp phối bê tông tự lèn (SCC) có sử dụng phụ gia khoáng, xi măng pooclang là sự lựa chọn tối ưu.
Bảng 2.5 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cơ lý xi măng tại các công trình
T Tên công trình, Tên của chủng loại xi măng
Khối lượng riêng Độ mịn (PP sàng 0,09 mm) Độ min (PP Blain) Độ dẻo tiêu chuẩn
Thời gian bắt đầu đông kết
Thời gian kết thúc đông kết Độ ổn định thể tích Độ bền chịu nén R3 ngày Độ bền chịu nén R28 ngày
Ghi chú g/cm 3 % cm 2 /g % Phút Phút mm Mpa Mpa
1 Đập dâng Văn Phong, Hoàng Thạch PCB40 3,03 3,75 3.260 27,6 125 185 1,17 23,3 43,5
2 Nhà HN QT và GD LN, Nghi Sơn PCB40 3,12 2,25 3.450 27,2 105 135 1,17 27,0 47,8
3 Thủy điện Sông Bung 5, Hoàng Mai PCB40 3,08 2,80 3.300 28,2 120 175 1,13 23,7 45,7
4 Thủy điện A Lưới, Kim Đỉnh PCB40 3,09 2,50 3.420 28,4 145 240 0,48 30,5 46,2
5 Thủy điện Đa Nhim Mở rộng, Kim Đỉnh
6 Hồ chứa nước Nước Trong, Kim Đỉnh PC40 3,15 1,25 4.100 28,0 115 185 1,42 31,4 48,4
2.3.2 Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của cát
Cốt liệu nhỏ cho bê tông SCC trong các công trình được sử dụng là cát sông tự nhiên, đã được kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 2.6.
Bảng 2.6 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cơ lý cát tại các công trình
Khối lượng thể tích Độ hút nước
Khối lượng thể tích xốp
Khả năng PƯ kiềm silic
Hàm lượng ion Clo Ghi chú g/cm 3 g/cm 3 % g/cm 3 % % - % %
1 Đập dâng Văn Phong 2,69 2,58 1,04 1.470 0,64 0,50 2,90 Vô hại Vô hại Sông Kôn
2 Nhà HN Quốc tế và GD LN 2,64 2,56 1,09 1.540 0,59 0,30 2,98 Vô hại Vô hại Sông Hà
3 Thủy điện Sông Bung 5 2,67 2,60 1,09 1.430 1,31 0,20 1,90 Vô hại Vô hại Thạnh Mỹ
4 Thủy điện A Lưới 2,65 2,56 1,22 1.450 0,60 0,20 2,62 Vô hại Vô hại Sông A Lưới
5 Thủy điện Đa Nhim Mở rộng 2,65 2,57 1,17 1.570 0,69 0,10 2,63 Vô hại Vô hại Sông cái
6 Hồ chứa nước Nước Trong 2,65 2,55 1,50 1.430 1,14 0,20 2,52 Vô hại Vô hại Nước Trong
2.3.3 Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý đá dăm
Để đạt được chất lượng bê tông tốt, cốt liệu cần phải cứng, đặc chắc và không chứa tạp chất không mong muốn Việc sử dụng đá mềm và xốp sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ và khả năng chịu mài mòn của bê tông.
Đá dăm cho SCC có kích thước lớn nhất là Dmax20 mm, tuy nhiên có thể sử dụng đá dăm 10 mm hoặc 9,5 mm tùy thuộc vào loại vật liệu tại từng công trình Việc lựa chọn loại đá dăm phù hợp không chỉ đảm bảo yêu cầu kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế tối ưu.
Bảng 2.7 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cơ lý đá dăm tại các công trình
TT Tên công trình, Dmax của đá dăm
Khối lượng thể tích Độ hút nước
Khối lượng thể tích xốp
Hàm lượng tạp chất Độ nén dập trạng thái khô Độ nén dập trạng thái bão hòa Độ hao mòn khi va đập
Ghi chú tên mỏ đá dăm g/cm 3 g/cm 3 % g/cm 3 % % % % % % %
1 Đập dâng Văn Phong, Dmax20 2,67 2,59 1,2 1.350 1,04 10,32 11,32 21,31 21,28 3,72 Vô hại Nhơn Hòa
2 Nhà HN Quốc tế và GD LN,
Dmax20 2,66 2,62 0,65 1.380 0,57 10,71 11,65 20,96 16,39 3,94 Vô hại Phú Tài
4 Thủy điện A Lưới, Dmax10 2,69 2,66 0,41 1.440 0,49 10,74 11,38 23,07 15,70 1,70 Vô hại A Lưới
5 Thủy điện Đa Nhim Mở rộng,
Dmax9,5 2,71 2,65 0,88 1.660 0,51 10,90 11,90 24,50 11,60 2,78 Vô hại Sông Pha
6 Hồ chứa nước Nước Trong,
Dmax20 2,70 2,66 0,57 1.370 0,78 11,42 12,29 21,20 15,60 1,88 Vô hại Sơn Hải
2.3.4 Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý phụ gia khoáng
Phụ gia khoáng hoạt tính, bao gồm tro bay và puzơland, là một trong những vật liệu phụ phổ biến trong ngành xây dựng, tương tự như xi măng Đây là chất vô cơ, không cháy, do đó cần thực hiện thí nghiệm kiểm tra chất lượng trước khi sử dụng Kết quả thí nghiệm các tính chất của phụ gia khoáng được thể hiện trong bảng 2.8.
Bảng 2.8 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm tính chất của phụ gia khoáng
TT Tên công trình, Tên của phụ gia khoáng
Khối lượng riêng Độ min (PP sàng 0,045 mm) Độ dẻo tiêu chuẩn
Thời gian bắt đầu đông kết
Thời gian kết thúc đông kết
Chỉ số hoạt tính về cường độ R7 ngày
Chỉ số hoạt tính về cường độ R28 ngày g/cm 3 % % Phút Phút Mpa Mpa
Tro bay Phả Lại (Hải
2.3.5 Kết quả thí nghiệm nghiệm tính chất cơ lý của phụ gia hóa
- Phụ gia hóa được sử dụng trong các công trình đã thi công trên là của hãng Sika và Vinkems Có chỉ tiêu về chất lượng như bảng 2.9
Bảng 2.9 Bảng kết quả thí nghiệm chỉ tiêu chất lượng của phụ gia hóa
TT Tên công trình, Tên phụ gia hóa Tỷ khối Hàm lượng chất khô Độ pH ở 25 0 C
1 Đập dâng Văn Phong, Vinkem 72S 1,16 41,30 5,7
2 Nhà HN Quốc tế và GD LN, Vinkem
3 Thủy điện Sông Bung 5, Sika 8200 1,08 39,10 5,04
5 Thủy điện Đa Nhim Mở rộng, Sika
6 Hồ chứa nước Nước Trong, Sika
2.3.6 Bảng thống kê cấp phối bê tông tự đầm đã thi công các công trình thủy
Dựa trên kết quả thí nghiệm các loại vật liệu đầu vào, việc thiết kế cấp phối SCC được thực hiện tại các công trình nhằm tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu gần chân công trình Điều này không chỉ đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Tại mỗi công trình, việc thiết kế cấp phối bê tông SCC được thực hiện bằng cách đúc nhiều cấp phối từ các nguồn vật liệu khác nhau để so sánh Sau đó, cấp phối tối ưu sẽ được lựa chọn để thi công, đảm bảo các tính năng phù hợp với kết cấu của từng công trình.
Bảng 2.10 Bảng tổng hợp thành phần cấp phối SCC tại các công trình đã thi công
Cát (kg) Đá dăm (kg)
Nước (lít) Tên vật liệu sử dụng
CP1 M30 - Đập dâng Văn Phong
XM: Hoàng Thạch; Tro bay Phả Lại; PGSD Vinkem 72S, Cát Thô, Dăm:
CP2 M30 - Nhà Hội nghị Quốc
Tế - Quy Nhơn, Bình Định 320 220 904 708 4,86 1,08 194 XM: Nghi Sơn; Tro bay Phả Lại; PGSD
Vinkem 82RS, Cát Thô, Dăm: Dmax20
CP3 M30 - Thủy điện Sông Bung
5 - Nam Giang, Quảng Nam 428 1.088 746 4,71 176 XM: Hoàng Mai; PGSD Sika Viscocrete
Lưới, Thừa Thiên Huế 435 927 830 4,79 202 XM: Kim Đỉnh; PGSD Sika 3000-10, Cát
M30-Thủy điện Đa Nhim mở rộng-Đơn Dương, Lâm Đồng
440 930 810 4,84 207 XM: Kim Đỉnh; PGSD Sika 3000-10, Cát
CP6 M30 - Hồ chứa nước Nước
Trong - Sơn Hà, Quảng Ngãi 350 170 902 819 5,20 180
XM: Kim Đỉnh PC40; Puzơland: Núi Voi; PGSD Sika Viscocrete 8200, Cát Thô, Dăm: Dmax20
- PGSD: Phụ gia siêu dẻo; Visco Ma: Phụ gia điều chỉnh độ linh động; PGK: Phụ gia khoáng hoạt tính (Tro bay)
- Tỷ lệ W/P: Nước/Tổng chất kết dính (Gồm xi măng và phụ gia khoáng); Tỷ lệ S/A: Cát/Tổng cốt liệu (Gồm cát và đá dăm)
2.3.7 Thống kê kết quả các tính năng của hỗn hợp vữa SCC
Trong thí nghiệm các tính năng của hỗn hợp vữa SCC, các chỉ tiêu được kiểm tra bao gồm độ chảy loang, T50 cm, hộp L-Box và phễu V Những thử nghiệm này nhằm đánh giá tính khả thi của bê tông tươi trong việc lấp đầy ván khuôn và chảy qua cốt thép Các kết quả của các tính năng này được trình bày chi tiết trong bảng 2.11.
Bảng 2.11 Bảng kết quả thí nghiệm tính công tác của cấp phối SCC các công trình
CP TÊN CẤP PHỐI Độ loang (cm) Độ loang T50 (giây)
Sau 45' CP1 M30 - Đập dâng Văn Phong 79,0 70,0 3,5 1,00 8,00 CP2 M30 - Nhà Hội nghị Quốc Tế 76,0 68,0 4,0 0,96 9,00 CP3 M30 - Thủy điện Sông Bung 5 70,0 60,0 5,0 0,83 11,00 CP4 M30 - Thủy điện A Lưới 72,0 61,0 4,5 0,87 11,00
CP5 M30-Thủy điện Đa Nhim mở rộng 73,0 62,0 4,0 0,86 10,00
CP6 M30 - Hồ chứa nước Nước
Bảng 2.12 Bảng kết quả thí nghiệm tính năng của SCC các công trình
Thời gian ninh kết (Giờ : Phút)
Bắt đầu Kết thúc R3 R7 R28 chú CP1 M30 - Đập dâng Văn Phong 8:10 13:20 18,7 26,8 38,9
CP2 M30 - Nhà Hội nghị Quốc
CP3 M30 - Thủy điện Sông Bung
CP5 M30-Thủy điện Đa Nhim mở rộng 7:50 12:50 17,1 26,5 36,3
CP6 M30 - Hồ chứa nước Nước
Để đảm bảo các cấp phối đạt yêu cầu tính công tác, cần tiến hành kiểm tra thời gian ninh kết và đúc mẫu theo khuôn lập phương 15x15x15 cm, đồng thời bảo dưỡng đúng quy định Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén được thực hiện ở các tuổi 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày, với kết quả được trình bày trong bảng 2.12.
Các số liệu và kết quả thí nghiệm vật liệu, bao gồm bê tông, được trình bày trong các bảng 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10, 2.11 và 2.12, được thu thập và tổng hợp từ Phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng LAS-XD 325 Phòng thí nghiệm này tọa lạc tại xã Phước Thành, huyện Tuy Phước, tỉnh Bình Định, thuộc Công ty Cổ phần Xây dựng 47, đã thực hiện thí nghiệm và quản lý chất lượng các công trình từ năm 2006.
Nhận xét, đánh giá thực trạng về chất lượng của SCC khi sử dụng vật liệu để thi công các công trình thủy trong thời gian qua
2.4.1 Công trình đập dâng Văn Phong (CP1)
Đập có tổng chiều dài 565,0 m, bao gồm phần đập không tràn dài 91,25 m nối tiếp với hai bờ Phần đập tràn kết hợp giữa tràn có cửa và tràn kiểu piano dài 473,75 m, trong đó có tràn xả sâu dài 172 m và đập tràn kiểu piano dài 301,75 m được bố trí hai bên tràn xả sâu Cao trình đỉnh đập tràn đạt 25,00 m.
* Đặc điểm kết cấu và thông số 1 khoang tràn piano
+ Chiều dài đỉnh đường tràn dọc cánh : 12,0 m
+ Chiều cao cánh tràn : 5,5 m (kể cả chân cánh)
+ Khối lượng bê tông cánh 1 khoang : 357,0 m 3
Đập dâng Văn Phong, công trình đập tràn phím đàn Piano dài nhất thế giới, đã được thi công một số Block bằng công nghệ bê tông bơm với độ sụt 20±2 cm Tuy nhiên, việc thi công cánh tràn Piano theo phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn do cốt thép dày đặc và cánh tràn mỏng (độ dày 20 cm, chiều cao 5 m), dẫn đến thời gian thi công kéo dài Sự dày đặc của cốt thép khiến vữa bê tông dễ phân tầng và không đồng nhất, đặc biệt bề mặt bê tông sau khi tháo ván khuôn bị rỗ nhiều do công tác đầm gặp khó khăn, nhiều vị trí không thể đầm được Do đó, cần thay đổi bê tông bơm với độ sụt 20 cm sang cấp phối SCC để cải thiện chất lượng.
Kết cấu bê tông của phím đàn Piano cần thiết kế cấp phối bê tông có tính công tác cao để đảm bảo khả năng chảy xuyên qua cốt thép dày Do đó, nên chọn cấp phối SCC loại 1 để đảm bảo chất lượng Cát Sông Kôn tại công trình có modul độ lớn 3,1, với tổng lượng hạt mịn nhỏ hơn 0,14 mm rất thấp Vì vậy, hàm lượng hạt mịn trong cấp phối cần lớn hơn 550 kg để đạt được các chỉ tiêu như độ chảy loang, L-Box và khả năng chống phân tầng.
Đá dăm gần công trình chủ yếu được sản xuất với kích thước 1x2, 2x4 và 4x6 cm, phù hợp cho bê tông thông thường Tuy nhiên, hàm lượng thoi dẹp của đá dăm tại các mỏ này thường vượt quá 20%, gây ảnh hưởng đến tính công tác và chất lượng của bê tông tự đầm SCC Do dây chuyền sản xuất không ổn định, việc sử dụng đá dăm cho cấp phối SCC tại Văn Phong yêu cầu đặt hàng riêng từ mỏ đá Nhơn Hòa, với kích thước đá dăm 5x20 mm, phục vụ cho thi công bê tông tự đầm của dập tràn piano.
Hình 2.1 Mặt cắt ngang đập tràn piano
Trên thị trường hiện nay, các nhà máy xi măng chủ yếu sản xuất xi măng poóc lăng hỗn hợp PCB, trong đó xi măng poóc lăng hỗn hợp PCB40 được sử dụng cho cấp phối SCC Xi măng Hoàng Thạch có hàm lượng phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia đầy dao động là 15%.
40) % nên khi dùng thêm phụ gia khoáng thì rất khó kiểm soát được thay đổi về tính công tác và các chỉ tiêu về chất lượng
Phụ gia khoáng tro bay Phai Lại được sản xuất tại Chí Linh, tỉnh Hải Dương, có chất lượng tốt và ổn định Tuy nhiên, cự ly vận chuyển xa và giá thành tương đối cao là những yếu tố cần cân nhắc khi sử dụng.
- Phụ gia hóa học dùng Vinkems® - 72S của hãng Vinkems là loại phụ gia thế hệ thứ
3 giảm nước cao cấp Mức giảm nước đến 35% khả năng duy trì tính công tác tốt, giảm thiểu phân tầng, co ngót và đạt cường độ sớm và cao
Theo yêu cầu kỹ thuật của công trình đập dâng Văn Phong, việc kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào và các tính năng của hỗn hợp bê tông tự lèn (SCC) cùng với SCC đã đóng rắn cần được thực hiện Tuy nhiên, tần suất kiểm tra hiện tại chưa cao và chưa có quy định riêng để đảm bảo chất lượng cho vật liệu đầu vào cũng như hỗn hợp SCC và SCC đã đóng rắn.
Hình 2.2 Thi công bê tông SCC cánh tràn Piano đập dâng Văn Phong
2.4.2 Công trình Nhà Hội Nghị (CP2)
Công trình Nhà hội nghị Quốc tế và Gặp gỡ giáo dục liên ngành bê tông SCC đang được thi công với các cột và sàn mái có kết cấu mỏng, chiều cao cột lên đến 8 m Để đảm bảo chất lượng, ván khuôn gỗ được sử dụng trong quá trình thi công, yêu cầu sau khi tháo ván khuôn, bề mặt bê tông không bị rỗ và vẫn giữ được vân gỗ đặc trưng.
Đối với kết cấu bê tông mỏng với cốt thép dày, bề mặt bê tông cần thể hiện vân gỗ, vì vậy cần thiết kế cấp phối bê tông có tính công tác cao Do đó, lựa chọn cấp phối SCC loại là giải pháp tối ưu.
1 Hơn nữa cát tự nhiên của sông Hà Thanh tại gần chân công trình có modul độ lớn giao động trong khoảng (2,9 : 3,2), lượng hạt mịn nhỏ hơn 0,14 mm rất thấp nên hàm lượng hạt mịn trong cấp phối phải lớn hơn 530 kg để đạt được các tính năng: Tính công tác, cường độ chịu nén, uốn, bề mặt láng mịn,
Đá dăm 5x20 mm từ mỏ đá Nhơn Hòa có hàm lượng thoi dẹp 25%, ảnh hưởng đến tính công tác của vữa SCC Tuy nhiên, do cột và sàng nhà Hội nghị có mật độ cốt thép thưa (khoảng cách các thanh cốt thép a = 200 mm), vữa SCC vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật.
Xi măng PCB40 Nghi Sơn có chỉ tiêu cơ lý rất tốt, nhưng việc trộn đến 25% phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia đầy có thể ảnh hưởng đến chất lượng của vữa SCC.
Phụ gia khoáng từ tro bay Phả Lại, sản xuất tại Chí Linh, tỉnh Hải Dương, nổi bật với chất lượng tốt và ổn định Tuy nhiên, khoảng cách vận chuyển đến công trình xa và giá thành tương đối cao là những yếu tố cần cân nhắc Việc sử dụng SCC trong thi công sàn và cột nhà hội nghị, cũng như trong các công trình như Nhà hội nghị Quốc tế và Gặp gỡ giáo dục liên ngành, mang lại hiệu quả cao cho dự án.
Phụ gia hóa học Vinkems® 82SR của hãng Vinkems là một sản phẩm thế hệ thứ 3, giúp giảm nước hiệu quả lên đến 40% Nhờ đó, lượng nước sử dụng trong 1 m³ SCC chỉ còn dưới 195 lít Sản phẩm này không chỉ duy trì tính công tác tốt mà còn giảm thiểu hiện tượng phân tầng và co ngót, đồng thời đạt được cường độ cao.
2.4.3 Công trình Thủy điện Sông Bung 5 (CP3)
Công trình Thủy điện Sông Bung 5 tại tỉnh Quảng Nam đang được thi công buồng xoắn nhà máy thủy điện Do kết cấu có mật độ cốt thép dày đặc, việc sử dụng đầm để thi công không khả thi.
Giải pháp để nâng cao hiệu quả sử dụng và chất lượng của SCC
2.5.1 Thiết bị, dụng cụ kiểm tra chất lượng SCC
2.5.1.1 Danh mục thiết bị thí nghiệm
Để đảm bảo chất lượng bê tông tự đầm (SCC), việc thí nghiệm và kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào, vữa SCC và SCC đã đóng rắn là rất quan trọng Các thiết bị kiểm tra cần được chuẩn bị đầy đủ và thường xuyên tại hiện trường thi công Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của từng công trình, cần lựa chọn dụng cụ và thiết bị thí nghiệm phù hợp để đáp ứng các tính năng thực tế của dự án.
Bảng 2.13 Bảng thống kê thiết bị thí nghiệm dùng thí nghiệm SCC
TT Tên thiết bị, dụng cụ thí nghiệm Công dụng
1 Máy thử Kéo Nén Uốn WE 1000 Thí nghiệm cường độ nén, uốn SCC
2 Kích thủy lực kéo neo Anke 50T Kéo nhổ thép neo trong SCC
3 Máy thử thấm BT Model HS-4 Thí nghiệm độ chống thấm SCC
4 Máy trộn bê tông tự do Trộn cấp phối SCC
5 Tủ hưỡng hộ Model HBY-30 Dưỡng hộ mẫu xi măng, tro bay
6 Lò nung 1.200 0 C Hàm lượng mất khi nung tro bay
7 Tủ sấy Model 101 Thí nghiệm của cát, đá dăm, tro bay
8 Nhiệt kế điện tử đầu đo rời Đo nhiệt độ vữa SCC và môi trường
9 Bộ sàng cốt liệu Thành phần hạt của cát, đá dăm
10 Bộ dụng cụ thử ninh kết Thí ngiệm thời gian ninh kết của SCC
15x15x60 cm Đúc mẫu thử cường độ nén, uốn SCC
12 Côn độ sụt Thử độ chảy loang của vữa SCC
13 Phểu chữ V-Funnel Thử khả năng chảy qua cốt thép vữa
14 Hộp chữ L-Box Thử khả năng chảy qua cốt thép vữa
SCC cung cấp các thiết bị kiểm tra chất lượng vật liệu xây dựng, bao gồm máy thử kéo nén uốn bê tông và cốt thép, tủ sấy vật liệu với nhiệt độ 110 độ C, máy thử thấm bê tông, lò nung 1000 độ C, và tủ dưỡng hộ Ngoài ra, SCC còn có máy trộn bê tông, bộ dụng cụ kích kéo neo anke, cùng với phòng thí nghiệm LAS-XD 325 tại Tuy Phước, Bình Định, đảm bảo đáp ứng đầy đủ nhu cầu kiểm tra và nghiên cứu trong ngành xây dựng.
Hình 2.7 Thiết bị thí nghiệm vật liệu và bê tông tự đầm
2.5.1.2 Danh mục thiết bị thi công SCC
Trạm trộn SCC có năng suất 60 m³/h và bao gồm các bộ phận cơ bản như: ba phễu cấp cốt liệu (hai phễu cho cốt liệu thô và một phễu cho cát), buồng trộn bê tông cưỡng bức với dung tích 2,5 m³, hai silo chứa xi măng và tro bay với tổng khối lượng 160 tấn, cùng bồn chứa nước dung tích 8.000 lít Hệ thống này còn có thiết bị định lượng bơm cấp và đo phụ gia hóa học cho bê tông, cùng với phần mềm quản lý để tự động cân đo và lưu trữ dữ liệu cho từng mẻ trộn.
Khu trạm trộn có diện tích đủ để bố trí các loại kho, bao gồm kho cát với diện tích 300 m2 và kho dăm với diện tích 500 m2 Kết cấu của các kho được xây dựng bằng khung thép, mái lợp tôn và tường gạch làm vách ngăn Đặc biệt, kho còn được trang bị hệ thống tưới nước để làm mát vật liệu dăm và hệ thống phun sương nhằm hạ nhiệt độ môi trường xung quanh.
- Dây chuyền thi công SCC (Hình 2.8 d, e, f): Trạm trộn 60 m 3 /h + Ô tô vận chuyển vữa chuyên dụng dung tích thùng 6 m 3 + Máy bơm bê tông tự hành 50 m 3 /h
+ Vận chuyển vữa SCC: Ôtô vận chuyển vữa bê tông sử dụng ô tô chuyên dụng dung tích bồn chứa 6 m 3
Xe bơm bê tông là thiết bị chuyên dụng dùng để bơm vữa bê tông vào khối đổ, tiêu biểu là xe bơm JUNJIN JXR37-44.16HP với cần bơm dài 37 m và công suất 50 m³/h, đáp ứng nhu cầu bơm vữa bê tông tự đầm Hệ thống bao gồm trạm trộn bê tông tự động với công suất 60 m³/h, trạm nghiền cốt liệu đá dăm và cát nghiền, kho chứa đá dăm và cát, khu phụ trợ sản xuất cốt liệu và bê tông, xe bơm bê tông, xe vận chuyển bê tông, và bể dưỡng hộ bê tông.
Hình 2.8 Thiết bị phục vụ thi công và bảo dưỡng bê tông tự đầm
2.5.2 Quản lý chất lượng SCC Đánh giá chất lượng SCC thông qua các thí nghiệm kiểm tra Công tác thí nghiệm kiểm tra hiện trường bao gồm:
+ Thí nghiệm kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào: xi măng, tro bay, cát, dăm, phụ gia hóa,
Trong quá trình kiểm tra hỗn hợp vữa SCC, các thí nghiệm quan trọng bao gồm đánh giá độ công tác thông qua các phương pháp như độ chảy loang, T50 cm, L-Box và V-Box, cũng như thời gian ninh kết Sau khi SCC đã đóng rắn, cần tiến hành thí nghiệm để xác định cường độ chịu nén và khả năng chống thấm Quản lý chất lượng vật liệu đầu vào là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả và độ bền của vữa SCC.
Công tác kiểm soát chất lượng vật liệu thi công SCC bao gồm các thành phần chính như xi măng, tro bay, cát, đá dăm, nước và phụ gia hóa học.
Khi lựa chọn xi măng cho công trình, cần đảm bảo loại xi măng đạt yêu cầu chất lượng ổn định và có cự ly vận chuyển ngắn nhất Việc lập kế hoạch cung ứng kịp thời là rất quan trọng để duy trì tiến độ đổ bê tông Xi măng thường được vận chuyển bằng xe bồn và bơm trực tiếp vào silo tại công trình, vì vậy cần tính toán kế hoạch thi công và nhập xi măng một cách hợp lý Mỗi lô xi măng nhập về đều phải có chứng nhận chất lượng từ phiếu kiểm tra của nhà sản xuất, đồng thời phòng thí nghiệm sẽ lấy mẫu để kiểm tra lại chất lượng, đảm bảo phù hợp với Quy chuẩn QCVN 16:2014/BXD và các tiêu chuẩn TCVN 2682:2009, TCVN 6260:2009 liên quan đến xi măng Poóc lăng.
Tro bay là một thành phần quan trọng trong cấp phối SCC, đóng vai trò như chất kết dính và chất độn, giúp cải thiện tính công tác, khả năng chống thấm và tăng cường độ chịu nén, kéo Việc kiểm tra và bảo quản tro bay tương tự như xi măng, đặc biệt là kiểm soát độ ẩm để tránh hiện tượng vón cục gây tắc nghẽn trong quá trình trộn Mỗi lô tro bay nhập về công trình đều phải có chứng nhận chất lượng từ nhà sản xuất, và phòng thí nghiệm sẽ tiến hành kiểm tra lại chất lượng để đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 10302:2014.
Khi sử dụng cát sông hoặc cát nghiền cho công trình, cát cần được sàng qua sàng 10 mm và hàm lượng cát trên sàng 5 mm không vượt quá 10% Cát cũng phải được trữ trong nhà che để giảm nhiệt độ trong thời tiết nắng nóng và đảm bảo độ ẩm đồng đều khi trời mưa Tần suất kiểm tra chất lượng cát là theo lô, với mỗi lô không quá 150 m³, và cần lấy mẫu thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý phù hợp với Quy chuẩn QCVN 16:2014/BXD và tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 về cốt liệu cho bê tông và vữa.
Khi thiết kế cấp phối bê tông SCC, cần sử dụng hai loại cốt liệu là cát và đá dăm với kích thước hạt liên tục từ 0 đến 20 mm Đá dăm nên được lưu trữ trong các nhà che để giảm nhiệt cho vữa SCC Việc kiểm tra đá dăm phải được thực hiện theo từng lô, với mỗi lô không quá 100 m3, và cần lấy mẫu thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý để đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cốt liệu cho bê tông theo quy chuẩn QCVN 16:2014/BXD và tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 Chỉ khi kết quả thí nghiệm đạt yêu cầu, đá dăm mới được đưa vào sử dụng.
Nước dùng để trộn bê tông phải là nước sông hoặc nước ngầm, và cần được lấy mẫu thí nghiệm để đảm bảo chất lượng Nước này phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4506:2012 về nước cho bê tông và vữa.
Phụ gia hóa cho SCC có tác dụng quan trọng là tăng tính công tác và kéo dài thời gian ninh kết ban đầu của bê tông, đồng thời giảm lượng nước, từ đó giảm lượng chất kết dính cần thiết, hạn chế nhiệt và ứng suất nhiệt trong bê tông Mỗi lô phụ gia hóa nhập về công trình cần được lấy mẫu thí nghiệm để đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý phù hợp với yêu cầu kỹ thuật theo Quy chuẩn QCVN 16:2014/BXD và Tiêu chuẩn TCVN 8826:2011 về phụ gia hóa học cho bê tông.
2.5.2.2 Quản lý chất lượng hỗn hợp vữa SCC
Hệ thống cân, đong của trạm trộn cần được kiểm định hàng năm để đảm bảo độ chính xác Để quản lý số liệu hiệu quả, phần mềm vận hành trạm trộn cần được kiểm tra thường xuyên Trước khi trộn vữa SCC, việc vệ sinh bồn trạm trộn và xe vận chuyển là cần thiết để tránh lẫn đá dăm lớn, ảnh hưởng đến tính công tác của vữa Mẫu kiểm tra tính công tác, khả năng chảy qua cốt thép, và cường độ chịu nén, kéo, ninh kết có thể được lấy bất kỳ lúc nào tại miệng xả của trạm trộn Tần suất kiểm tra được thực hiện theo quy định trong bảng 2.14 về điều kiện kỹ thuật thi công của công trình.
Bảng 2.14 Bảng tần suất kiểm tra chất lượng của SCC trong phòng thí nghiệm
Chỉ tiêu kiểm tra Tần suất đo kiểm Mục đích đo kiểm Độ chảy loang Đầu mẻ trộn và khi có thay đổi Kiểm tra tính công tác
Hộp L-Box Đầu mẻ trộn và khi có thay đổi Kiểm tra khả năng chảy qua cốt thép
Phểu V-Box Đầu mẻ trộn và khi có thay đổi Kiểm tra khả năng chảy qua cốt thép
Hiệu chỉnh cấp phối Đầu mẻ trộn và khi có thay đổi Đảm bảo tính công tác của vữa
SCC Nhiệt độ SCC Cứ (2:4) giờ một lần Khống chế nhiệt độ vữa SCC
Ninh kết Đầu mẻ trộn Kiểm soát thời gian đổ bê tông Độ chống thấm Một tổ mẫu/Block bê tông Kiểm tra khả năng chống thấm
Cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén của bê tông SCC được kiểm nghiệm thông qua các tổ mẫu Cụ thể, một tổ mẫu sẽ được sử dụng để kiểm tra cường độ chịu uốn, trong khi ba tổ mẫu sẽ được dùng để đánh giá cường độ chịu nén, đảm bảo chất lượng của SCC.
Đề xuất quy trình kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất, thi công và nghiệm thu SCC
2.6.1 Quy trình thiết kế tổ chức thi công
Công nghệ thi công SCC (bê tông tự lèn) mang lại khả năng cơ giới hóa cao, cho phép thi công nhanh chóng mà không cần đầm thủ công Thời gian thi công chủ yếu phụ thuộc vào năng suất của máy bơm bê tông, giúp tăng hiệu quả công việc so với bê tông thông thường.
Do đặc điểm của các kết cấu sử dụng bê tông tự lèn (SCC) có kích thước mỏng và hàm lượng cốt thép dày, việc lắp đặt ván khuôn gặp nhiều khó khăn Vì vậy, công tác lắp dựng cốp pha và đà giáo cần tuân thủ các yêu cầu cơ bản để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình thi công.
+ Cốp pha được lắp dựng phải đảm bảo đúng kích thước, vị trí tương quan giữa các kết cấu công trình
+ Trụ chống đà giáo phải được đặt vững chắc, không bị trượt, không bị biến dạng khi chịu tải trọng và tác động trong quá trình thi công
+ Trong mọi trường hợp, không được lấy cốt thép trong khối đổ làm điểm tựa hoặc điểm neo buộc cho cốp pha
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho đà giáo, cần hạn chế số lượng các thanh nối Các mối nối không nên được bố trí trên cùng một mặt cắt ngang hoặc ở những vị trí chịu lực lớn.
+ Hệ thống giằng chống cốp pha phải đơn giản, dễ tháo lắp Bộ phận nào cần tháo trước phải không phụ thuộc vào bộ phận tháo sau
Nhà thầu thi công cần sử dụng đà giáo có khả năng chịu lực tốt và được liên kết theo dạng khung để thuận tiện cho việc lắp dựng và tháo lắp Trước khi tiến hành thi công, nhà thầu phải xây dựng biện pháp cụ thể và chi tiết, đồng thời nhận được sự chấp thuận từ Chủ đầu tư.
2.6.2 Quy trình thiết kế cấp phối bê tông tự đầm
Để thiết kế cấp phối bê tông tự lèn (SCC) phù hợp với yêu cầu của từng kết cấu công trình, cần xem xét các yếu tố như mác, tuổi bê tông, mật độ cốt thép, khả năng chống thấm và chống mài mòn Việc lựa chọn vật liệu tại chỗ hợp lý không chỉ giúp đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý mà còn giảm giá thành xây dựng mà vẫn đảm bảo chất lượng kỹ thuật.
Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp thiết kế hỗn hợp cấp phối SCC, nhưng tại Việt Nam vẫn chưa có quy phạm chính thức Các nhà nghiên cứu thường phát triển và áp dụng phương pháp riêng, trong đó phổ biến nhất là phương pháp tính toán theo thể tích tuyệt đối Mục tiêu là tối ưu hóa thành phần vật liệu để đạt được cấp phối đặc chắt nhất, đồng thời đảm bảo mọi tính năng theo yêu cầu Một số phương pháp thiết kế cấp phối SCC tham khảo theo EFNARC và kinh nghiệm cá nhân, dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế bê tông nói chung và bê tông tự đầm nói riêng, quy trình thiết kế cấp phối cần tuân theo các bước cơ bản.
1 Khảo sát, thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của các loại vật liệu sử dụng
2 Yêu cầu về mác bê tông: Cường độ chịu nén, kéo, độ chống thấm, chống xâm thực, chống mài mòn, v.v
3 Yêu cầu về điều kiện, biện pháp thi công: Hình dạng kết cấu, kích thước, mật độ cốt thép; Thời gian cần để thi công (Vận chuyển, đổ hỗn hợp vào kết cấu), nhiệt độ môi trường, phương tiện chuyển hỗn hợp bê tông, biện pháp đổ bê tông vào khối đổ (bằng bơm hoặc cẩu), tính công tác, khả năng duy trình tính công tác, …
Hình 2.9 Quy trình thiết kế cấp phối SCC theo hướng dẫn EFNARC, 2005
4 Xác định hàm lượng bột khí
5 Chọn tổng lượng cốt liệu lớn phù hợp với kết cấu, biện pháp thi công Đối với SCC lượng đá dăm thấp hơn so với CVC
6 Tính toán tổng lượng chất kết dính (Xi măng; phụ gia khoáng hoạt tính; ) Bê tông SCC có tổng lượng chất kết dính cao hơn CVC
7 Xác định lượng nước yêu cầu phù hợp theo: Mác yêu cầu, tính công tác, dự tính được tỉ lệ N/CKD phù hợp
8 Xác định liều lượng phụ gia hóa học
9 Tính lượng cốt liệu nhỏ (cát) Phải xác định lượng hạt mịn lọt qua sàng 0,14 mm Xác định được lượng ngậm cát trong cấp phối
Kiểm tra, hiệu chỉnh các tính năng
SCC trong phòng thí nghiệm
Giám sát, thí nghiệm để kiểm soát chất lượng SCC tại hiện trường
Căn cứ các tính năng được yêu cầu cơ bản của cấp phối SCC Đánh giá, chọn lại các vật liệu thay thế
Chọn các thành phần vật liệu
Thiết kế thành phần cấp phối
Kiểm tra, hiệu chỉnh các tính năng của SCC trong phòng thí nghiệm
10 Xác định thành phần các loại vật liệu sơ bộ của cấp phối SCC
11 Xác định hàm lượng độ ẩm trong cốt liêu Tiến hành trộn cấp phối SCC trong phòng thí nghiệm, hiệu chỉnh lại cấp phối
12 Thí nghiệm kiểm tra: Tính công tác và khả năng tự chảy, chống phân tầng của hỗn hợp SCC trong phòng thí nghiệm
13 So sánh các chỉ tiêu tính công tác so với yêu cầu kỹ thuật
14 Đúc mẫu kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của SCC đã đóng rắn
15 Trộn thử nghiệm tại trạm trộn bê tông ở hiện trường kiểm tra lại các tính năng yêu cầu Từ đó so sánh với kết quả trong phòng để chọn cấp phối thi công phù hợp
16 Giám sát, thí nghiệm để kiểm soát chất lượng SCC tại hiện trường
2.6.3 Giải pháp nâng cao kiểm soát chất lượng SCC
2.6.3.1 Đối với công tác thiết kế biện pháp thi công
Hệ thống giàn chống và ván khuôn cần được thiết kế với khả năng chịu lực và ổn định cao, đặc biệt là ván khuôn mặt trên, do phải chịu áp lực lớn từ vữa bê tông SCC Vữa SCC có tính công tác lớn, độ linh động cao và thời gian ninh kết kéo dài, dẫn đến trọng lượng lớn hơn so với bê tông truyền thống Bên cạnh đó, với thể tích hồ lớn và hàm lượng hạt min cao, ván khuôn cần phải kín khít để ngăn ngừa hiện tượng chảy vữa, tránh tình trạng bê tông bị rỗng xốp và rỗ bề mặt sau khi tháo ván khuôn.
Việc thiết kế khối đổ cho bê tông SCC cần phải tương thích với tính công tác của từng loại cấp phối Để đảm bảo chất lượng đồng đều, việc đổ bê tông SCC nên được thực hiện bằng phương pháp bơm và rót từ trên xuống, với nhiều vị trí rót vữa Chiều dài vữa chảy trong khoảng đổ cần nhỏ hơn 5 m, và chiều cao vữa rơi tự do không vượt quá 1,5 m Đồng thời, cần chọn vị trí đặt ống bơm không bị vướng cốt thép để tránh hiện tượng phân tầng của vữa SCC.
2.6.3.2 Đối với công tác thi công
Cân đong vật liệu là bước quan trọng trong sản xuất SCC, yêu cầu kiểm tra chất lượng trước khi đưa vào trạm trộn SCC có tính năng công tác nhạy cảm với sự thay đổi thành phần cấp phối, do đó, việc cân đong phải được thực hiện qua phần mềm trên máy tính của trạm trộn Đảm bảo sai số cho phép khi cân đong các loại vật liệu phải tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 4453:1995 về kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối.
Để trộn hỗn hợp SCC, cần sử dụng máy trộn cưỡng bức và hệ thống cân đong tự động Thời gian trộn phải được xác định qua các mẻ thử nghiệm, thường kéo dài hơn so với bê tông thông thường Trước khi tiến hành trộn, cần vệ sinh sạch sẽ và làm ẩm cối trộn để đảm bảo chất lượng hỗn hợp.
Để chuẩn bị hỗn hợp SCC, đầu tiên trộn khô cát, xi măng và phụ gia khoáng hoạt tính trong 60 giây Sau đó, thêm 50-70% lượng nước và tiếp tục trộn trong 60 giây Tiếp theo, bổ sung 50-30% nước còn lại cùng toàn bộ phụ gia hóa, trộn thêm 60 giây Cuối cùng, cho đá dăm vào và trộn trong 90 giây Tổng thời gian trộn hỗn hợp SCC là 4,5 phút.
* Vận chuyển hỗn hợp bê tông từ trạm trộn đến khối đổ:
Trước khi nạp vữa SCC, xe vận chuyển cần được vệ sinh sạch sẽ, không còn đá dăm lớn và nước trong bồn Bồn xe trộn nên được che phủ bằng bạt để hạn chế ánh nắng trực tiếp, giúp giảm nhiệt độ vữa bê tông và duy trì tính công tác của hỗn hợp SCC Trong quá trình vận chuyển, xe trộn cần được quay đều để tránh hiện tượng phân tầng và lắng cốt liệu, đảm bảo tính công tác và độ linh động của hỗn hợp SCC.
- Thời gian cho phép lưu hỗn hợp bê tông trong quá trình vận chuyển cần phải được xác định bằng thí nghiệm thời gian ninh kết của bê tông
- Trong bất kỳ hoàn cảnh nào cũng không được cho thêm nước vào hỗn hợp bê tông trên đường vận chuyển
* Đưa hỗn hợp bê tông vào khoảnh đổ:
Phương pháp "vữa dâng" cho phép bơm vữa SCC từ bên dưới khối đổ, giúp vữa dâng lên đều đến hết chiều cao của khối Phương pháp này khắc phục tình trạng vữa bị vướng thép và phân cỡ cốt liệu, đảm bảo chất lượng bê tông đồng đều Với khả năng đổ cao tới 5 m và chiều rộng lan tỏa lên đến 10 m hoặc hơn, phương pháp này phụ thuộc vào tính công tác và độ linh động của hỗn hợp.
Kết luận chương
Bê tông tự đầm (SCC) được tạo ra từ các vật liệu cơ bản giống như bê tông truyền thống, nhưng yêu cầu chất lượng và độ ổn định cao hơn Khác với bê tông truyền thống, SCC không cần quá trình đầm nén trong thi công, mang lại những tính năng đặc biệt Tính năng quan trọng nhất của SCC là khả năng ổn định và đồng đều của hỗn hợp bê tông tươi, cũng như khả năng duy trì độ linh động trong suốt quá trình thi công mà không gây ra hiện tượng phân tầng hay tách nước Hơn nữa, mật độ cốt liệu trong SCC được phân bố đồng đều khắp toàn bộ khối đổ.
Trong công nghệ chế tạo SCC, cần giải quyết hai vấn đề chính: giảm lượng nước trộn xuống dưới 210 lít để hạn chế nước tự do trong hỗn hợp bê tông, đồng thời duy trì độ linh động trong suốt quá trình trộn, vận chuyển và đổ Ngoài ra, nguồn vật liệu đầu vào cũng cần được kiểm soát chặt chẽ và đảm bảo độ ổn định Để đạt được mục tiêu này, hai loại phụ gia được sử dụng là phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao và phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao - cuốn khí.
Tăng cường tần suất kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào, hỗn hợp vữa SCC và SCC đã đóng rắn, cả trong phòng thí nghiệm lẫn tại hiện trường, là cần thiết để đảm bảo chất lượng công trình.
Để tối ưu hóa việc sử dụng SCC trong xây dựng, cần thiết lập một hệ thống quản lý chất lượng chặt chẽ Đặc biệt, đội ngũ nhân lực quản lý cần phải có kinh nghiệm trong lĩnh vực quản lý và thi công bê tông tự đầm.
Tải bản FULL (116 trang): bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ