Kết quả ứng dụng thử nghiệm bê tông đầm lăn sử dụng tổ hợp phụ gia (S+T+P) tại hiện trường cho công trình đập nước trong

Nội dung text: Kết quả ứng dụng thử nghiệm bê tông đầm lăn sử dụng tổ hợp phụ gia (S+T+P) tại hiện trường cho công trình đập nước trong

1. BÀI BÁO KHOA HỌC KẾT QUẢ ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SỬ DỤNG TỔ HỢP PHỤ GIA (S+T+P) TẠI HIỆN TRƯỜNG CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP NƯỚC TRONG Nguyễn Quang Phú1, Nguyễn Quang Bình2 Tóm tắt: Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia Siêu dẻo chậm đông kết thế hệ mới (S) + Tro bay (T) + Polyme (P): (S+T+P) cho bê tông đầm lăn công trình đập Nước Trong đã đạt được cường độ chịu nén ở tuổi 90 ngày từ (29,7 ÷ 32,1) MPa, mác chống thấm W8. Trong khi đó lượng dùng xi măng giảm tới 55 kg/m3 BTĐL, tương ứng với giảm nhiệt độ đoạn nhiệt khoảng 8,2 oC so với BTĐL thiết kế ban đầu của công trình Nước Trong. Việc sử dụng tổ hợp phụ gia (S+T+P) cho BTĐL sẽ cải thiện một số tính chất kỹ thuật của BTĐL dùng cho đập (nâng cao khả năng chống thấm, nâng cao cường độ nén, giảm nhiệt độ đoạn nhiệt) mang lại hiệu quả cao và khả thi trong điều kiện Việt Nam. Từ khóa: Bê tông đầm lăn (BTĐL); Tro bay; Phụ gia siêu dẻo; Cường độ nén. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ1 Nam. Sử dụng polyme trong thành phần của bê Trên thế giới, bê tông đầm lăn (BTĐL) được tông (S. Chandra and P. Flodin 1987) làm tăng nghiên cứu và ứng dụng từ năm 1960. Tại Việt khả năng phản ứng hydrat của xi măng, giảm Nam, việc nghiên cứu BTĐL được bắt đầu vào lượng nước dùng, tăng độ đặc chắc của bê tông. những năm 1990. Đến nay BTĐL đã được thi Việc sử dụng kết hợp phụ gia polyme trong công hàng chục đập tại Việt Nam; kết quả đã thành phần của BTĐL có tác dụng nâng cao khả khẳng định được ưu điểm vượt trội so với các năng chống thấm cho bê tông. Từ đó, đề tài đã công nghệ thi công khác là thi công nhanh, tiêu tiến hành nghiên cứu tổ hợp phụ gia Siêu dẻo tốn ít xi măng (X), áp dụng cơ giới hóa cao, giá chậm đông kết thế hệ mới (S) + Tro bay (T) + thành giảm. Polyme (P): (S+T+P) để nâng cao khả năng Thành tựu về đập BTĐL ở Việt Nam là chống thấm nước của bê tông đầm lăn sử dụng không thể phủ nhận, nhưng còn một số vấn đề cho đập Nước Trong - Quảng Ngãi. lớn đang tồn tạitrong công trình đập BTĐL là 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU về hiện tượng thấm nước qua thân đập và nứt Nghiên cứu (NC) sử dụng tổ hợp phụ gia do nhiệt (Lê Minh và Nguyễn Quang Bình Siêu dẻo chậm đông kết thế hệ mới (S) + Tro 2009). Vì vậy vấn đề này cần thiết phải được bay (T) + Polyme (P): (S+T+P), để cải thiện nghiên cứu và đưa ra hướng giải quyết một một số tính chất của BTĐL như khả năng chống cách hợp lý nhất. thấm, cường độ nén, nhiệt độ đoạn nhiệt dùng Theo các tài liệu (V.R. Riley and I. Razl, 1974; cho xây dựng đập trong điều kiện Việt Nam. Nguyễn Quang Bình, 2014), có nhiều biện pháp Kết quả NC được áp dụng hiện trường cho công để cải thiện khả năng chống thấm và giảm nhiệt trình đập Nước Trong - Quảng Ngãi. độ đoạn nhiệt trong BTĐL, trong đó việc nghiên Nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm cứu giải pháp vật liệu sử dụng tổ hợp phụ gia về: Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia (S+T+P) đến cho BTĐL là một trong những biện pháp đơn cường độ nén, khả năng chống thấm, Tmax của giản, hiệu quả và khả thi trong điều kiệnViệt BTĐL. Ứng dụng kết quả NC cho công trình thực tế đập Nước Trong - Quảng Ngãi, qua đó 1 Khoa Công trình, Đại học Thủy lợi, Việt Nam. đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và nêu lên 2 Viện Thủy công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. các đề xuất, kiến nghị. 32 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015)
2. 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Khối lượng thể tích xốp, độ hút nước bão hoà, NGHIÊN CỨU hàm lượng sét cục và hạt mềm yếu, khối lượng 3.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu riêng, độ ẩm: TCVN 7572:2006; Yêu cầu đối Đề tài sử dụng xi măng PC40 Kim Đỉnh, Tro với cốt liệu bê tông: TCVN 7570:2006. bay Phả Lại, đá dăm granit dùng thi công công Cát: Thành phần hạt: AASHTO T 27; Khối trình Nước Trong - Quảng Ngãi, Cát vàng Sông lượng thể tích xốp, khối lượng riêng, độ hút Nước Trong đưa về Phòng nghiên cứu vật liệu - nước bão hoà, tạp chất hữu cơ, độ ẩm, hàm Viện Thủy công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt lượng bụi, bùn sét: TCVN 7572:2006; Yêu cầu Nam, phụ gia siêu dẻo thế hệ mới S được phối đối với cốt liệu bê tông: TCVN 7570:2006. trộn từ phụ gia CĐK (GP101- Great: Mỹ) với 3.2.2. Các tiêu chuẩn thí nghiệm BTĐL phụ gia siêu dẻo giảm nước cao (ADVA 181 - Hỗn hợp BTĐL và BTĐL: SL48÷94; Cường độ Great: Mỹ), phụ gia Polyme DM 200 hãng nén: TCVN 3118:1993; Khối lượng thể tích: Schooll - Đức. Các loại vật liệu này đạt yêu cầu TCVN 3108:1993; Mác chống thấm: TCVN dùng cho BTĐL theo các tiêu chuẩn hiện hành. 3116:1993; Độ xốp vữa BTĐL: ASTM D 4404-84. 3.2. Các phương pháp sử dụng trong 4. ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM BÊ TÔNG nghiên cứu ĐẦM LĂN SỬ DỤNG TỔ HỢP PHỤ GIA Kết hợp NC trong phòng thí nghiệm với ứng (S+T+P) TẠI HIỆN TRƯỜNG dụng thi công thực tế tại công trình Nước Trong Được sự đồng ý của Ban Quản lý đầu tư và - Quảng Ngãi sử dụng các tiêu chuẩn, thiết bị thí xây dựng Thủy lợi 6 - Bộ NN & PTNN, Đề tài nghiệm của các nước trên thế giới và Việt Nam. đã tiến hành thiết kế cấp phối BTĐL sử dụng tổ 3.2.1. Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu: hợp phụ gia (S+T+P), thí nghiệm các chỉ tiêu cơ Xi măng: Thời gian bắt đầu và kết thúc đông lý của BTĐL trong phòng và thi công ứng dụng kết: TCVN 6017:1999; Khối lượng riêng: TCVN tại đập Nước Trong - Quảng Ngãi. 4030:2003; Độ ổn định thể tích (PP Lơsatơlie): 4.1. Giới thiệu công trình hồ chứa nước TCVN 6017:1999; Cường độ nén: TCVN Nước Trong 6016:2011. 4.1.1. Vài nét về công trình Tro bay: Tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Đập Nước Trong thuộc huyện Sơn Hà - Fe2O3): TCVN 7131:2002; Mất khi nung: Quảng Ngãi có dung tích toàn bộ là 6 3 TCVN 7131:2002; Độ ẩm: TCVN 7572:2006; Vh=289.50x10 m . Đập chính ngăn sông dạng Khối lượng riêng, độ mịn theo phương pháp đập bê tông trọng lực, công nghệ bê tông đầm Blaine: TCVN 4030:2003; Lượng sót trên sàng lăn (RCC) cao 69,0 m. 45 µm: TCVN 8827:2011; Hàm lượng SO3: Công trình thi công trộn hỗn hợp BTĐL bằng TCVN 7131:2002; Hoạt tính đối với XM: máy trộn hai trục nằm ngang công suất 250 TCVN 6882:2001. m3/h. Một số hình ảnh thi công BTĐL đập Nước Đá dăm: Thành phần hạt: AASHTO T 27; Trong như hình 4.1 đến 4.4 Hình 4.1. Trạm trộn BTĐL Hình 4.2. San BTĐL KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015) 33
3. Hình 4.3. Đầm BTĐL Hình 4.4. Khoan mẫu BTĐL 4.1.2. Vật liệu và cấp phối BTĐL thi công loại vật liệu này đã được nghiên cứu thí nghiệm công trình Nước Trong đạt yêu cầu dùng cho BTĐL theo các tiêu chuẩn Vật liệu dùng cho BTĐL thi công công trình hiện hành. đập Nước Trong: Xi măng PC40 Kim Đỉnh, Thành phần cấp phối BTĐL sử dụng cho cát vàng sông Nước Trong, đá khai thác tại công công trình Nước Trong được thiết kế thỏa mãn trình, tro bay Phả Lại, phụ gia CĐK TM25 - các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Kết quả cho như Sika, phụ gia giảm nước Plastimen 96-Sika. Các bảng 4.1. Bảng 4.1. Thành phần cấp phối BTĐL công trình Nước Trong Loại cấp XM TB Cát Đá dăm (kg) TM25 PL96 Nước STT Trạng thái VL phối (kg) (kg) (kg) 5-20 20-40 (lít) (lít) (lít) 1 NT0 Bão hòa khô mặt 125 240 713 761 622 2,6 0,8 115 BTĐL thi công tại công trình Nước Trong có Tính toán thành phần cấp phối BTĐL ứng các thông số kỹ thuật: Tính công tác Vc = 20±3 dụng thi công theo điều kiện cường độ và độ sec; Tbđđk = 18±2 h; Tktđk ≤ 70h; cường độ nén chống thấm dựa trên kết quả nghiên cứu tổ hợp thiết kế tuổi 90 ngày đạt 20 MPa; mác chống phụ gia (S+T+P). Các yêu cầu về cường độ và thấm tuổi 90 ngày đạt W6. độ chống thấm như sau: Cường độ nén tuổi 90 4.2. Kết quả ứng dụng tổ hợp phụ gia cho đạt 20 MPa, độ chống thấm tuổi 90 ngày cao BTĐL tại hiện trường hơn 1 cấp đạt W8. Kết quả thành phần cấp phối 4.2.1. Thiết kế thành phần cấp phối BTĐL cho như bảng 4.2. Các tính chất của hỗn hợp ứng dụng BTĐL và BTĐL như trong bảng 4.3. Bảng 4.2. Thành phần cấp phối BTĐL R90M20W8 ứng dụng X T Cát Đá dăm (Kg) S P (DM200) Nước STT Trạng thái VL (kg) (kg) (kg) 5-20 20-40 (lít) (kg) (lít) 1 Khô 70 230 722 744 623 2,5 2,2 100 34 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015)
4. Bảng 4.3. Tính chất của hỗn hợp BTĐL và BTĐL R90M20W8 ứng dụng KLTT bê Thời gian đông Cường độ Độ chống thấm Tính KLTT hh tông tuổi kết, h.ph nén, MPa tuổi 90 ngày TT công bê tông, 90 ngày 3 tác, giây kg/m 3 TBĐĐK TKTĐK kg/m R28 R90 Kth, cm/s W 1 19 16.20 48.25 2488 2452 24,6 31,6 25,1×10-10 8 Như vậy, các chỉ tiêu tính chất cơ lý của BTĐL Kết quả thí nghiệm của BTĐL sử dụng tổ ứng dụng (S+T+P) đạt yêu cầu về tính công tác, hợp phụ gia (S+T+P) (R90M20W8) ứng dụng tại thời gian đông kết, cường độ nén. Độ chống thấm công trình Nước Trong và BTĐL thực tế thi W8 cao hơn so với BTĐL Nước Trong đã thiết kế công công trình Nước Trong (R90M20W6). So 1 cấp, lượng dùng xi măng giảm 55 kg/m3 . sánh đánh giá giữa hai loại BTĐL này được thể 4.2.2. Kết quả thi công hiện trường hiện trong bảng 4.4. Bảng 4.4. Tổng hợp và so sánh kết quả BTĐL R90M20W8 và R90M20W6 BTĐL So sánh BTĐL R M20W8 STT Chỉ tiêu kỹ thuật 90 R M20W6 R M20W8 với ứng dụng 90 90 Nước Trong R90M20W6 1 Độ công tác (Vc), giây 1721 1723 Tương đương 2 Số lần đầm nén 10 12 Giảm 2 lượt 3 Độ chặt hiện trường 0.981 0.971 Tương đương 4 TBĐĐK, giờ.phút 16.2018.15 16.1017.30 Tương đương 5 TKTĐK, giờ.phút 41.1048.25 35.2038.55 Tăng 6 R90 mẫu trụ, MPa 29,7  32,1 25,927,8 Tăng 7 KLTT của BTĐL, kg/m3 2421 2463 2373 2410 Tăng 8 Độ chống thấm, atm 8 6 Tăng o 9 ∆t, C 12,6 20,8 Giảm 10 Chi phí cho 1m3 BTĐL, đ 1.139.224 1.136.113 Tăng 3.111đ Từ kết quả thi công, thí nghiệm hiện trường với BTĐL thực tế thi công đập Nước Trong. cho thấy: Tính công tác Vc, thời gian đông kết 4.3. Tính toán nhiệt BTĐL của hai loại BTĐL là tương đương nhau; Số + BTĐL thi công đập Nước Trong: BQ 425x125 o lượt đầm nén của BTĐL ứng dụng giảm hai lượt 0 20,8 C t C 2550 so với BTĐL thi công Nước Trong, do BTĐL c BQ 425x70 o ứng dụng sử dụng phụ gia siêu dẻo thế hệ mới, + BTĐL ứng dụng: 0 12,6 C t C 2355 ngoài mức độ giảm nước thì khả năng dẻo hóa c cao nên các hạt mịn CKD có độ trơn trượt lớn Như vậy ∆t của BTĐL ứng dụng giảm được o hơn do hiệu ứng tĩnh điện kết hợp với mạch khoảng 8,2 C so với BTĐL thực tế thi công đập không gian làm cho các hạt sắp xếp lèn chặt Nước Trong, đồng nghĩa với việc kết hợp sử nhanh hơn dưới tác dụng của lực đầm rung; dụng tổ hợp (S+T+P) thì nhiệt độ đoạn nhiệt Cường độ nén và độ chống thấm tuổi 90 ngày BTĐL ứng dụng giảm được 8,2 oC so với BTĐL của mẫu trụ khoan BTĐL ứng dụng cao hơn so không sử dụng P. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015) 35
5. 4.4. Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật với cường độ BTĐL của công trình Nước Trong Để đánh giá hiệu quả kinh tế của việc ứng (25,9 ÷ 27,8) MPa; dụng tổ hợp phụ gia (S+T+P) cho thi công đập - Độ chống thấm của BTĐL ở tuổi 90 ngày BTĐL, đề tài tiến hành so sánh giá thành sản sử dụng tổ hợp phụ gia (S+T+P) đạt W8, tức là phẩm 01m3 BTĐL trong cùng điều kiện thi công cao hơn 1 cấp so với BTĐL của công trình ở đập Nước Trong về các mặt chi phí vật liệu, Nước Trong (W6); nhân công và máy thi công. - BTĐL sử dụng tổ hợp phụ gia (S+T+P) Tổng chi phí cho 01 m3 BTĐL ứng dụng: giảm được lượng dùng xi măng tới 55 kg/m3 1.139.224 (đ) BTĐL, tương ứng với giảm nhiệt độ đoạn nhiệt Tổng chi phí cho 01m3 BTĐL tại công trình khoảng 8,2 oC so với BTĐL của công trình Nước Trong là: 1.136.113 (đ) Nước Trong. Như vậy, giá thành 01 m3 BTĐL thành phẩm + Giá thành 1m3 BTĐL ứng dụng tương sử dụng tổ hợp phụ gia (S+T+P) cao hơn so với đương với 1m3 BTĐL thi công Nước Trong. giá BTĐL đập Nước Trong là: + Công nghệ chế tạo BTĐL sử dụng tổ hợp 1.139.224 –1.136.113 = 3.111 (đ). phụ gia (S+T+P) tương tự như chế tạo BTĐL Giá của 01m3 BTĐL ứng dụng tổ hợp phụ đang thi công ở công trình đập Nước Trong, gia (S+T+P) tăng so với BTĐL của đập Nước nhưng giảm được 2 lần đầm nén. Trong là 3.111 (đ), tương đương 0,27%, chi phí + Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng tăng thêm không đáng kể. Có thể coi giá thành định rằng phụ gia P trong tổ hợp phụ gia hai loại bê tông là tương đương nhau. (S+T+P) có hiệu quả nâng cao được khả năng 5. KẾT LUẬN chống thấm của BTĐL. Trên cơ sở kết quả ứng dụng tổ hợp phụ gia + Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và ứng (S+T+P) tại hiện trường công trình xây dựng đập dụng hiện trường có thể khẳng định rằng giả Nước Trong có thể rút ra một số kết luận sau đây: thuyết khoa học về việc sử dụng tổ hợp phụ gia + Đề tài đã ứng dụng BTĐL dùng tổ hợp phụ (S+T+P) để cải thiện một số tính chất kỹ thuật gia (S+T+P) vào công trình đập Nước Trong với của BTĐL dùng cho đập (nâng cao khả năng kết quả như sau: chống thấm, nâng cao cường độ nén, giảm nhiệt - Cường độ BTĐL sử dụng tổ hợp phụ gia độ đoạn nhiệt) là đúng hướng, có hiệu quả cao (S+T+P) đạt từ (29,7 ÷ 32,1) MPa, lớn hơn so và khả thi trong điều kiện Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO BhushanL., Karihaloo (1995), "Fracture mechanics structural concrete". Longman S&T, 1995, 330p. Các tiêu chuẩn TCVN, ASTM, AASHTO. Hoàng Phó Uyên, Nguyễn Quang Bình (2009), "Phương thức kiểm tra, đánh giá chất lượng bê tông đầm lăn trong các công trình thủy lợi, thủy điện", 50 năm - Tuyển tập khoa học công nghệ - xây dựng và phát triển 1959 - 2009, tập II - Nhà xuất bản Nông nghiệp, số tháng 10/2014, p.384-390. Lê Minh, Nguyễn Quang Bình (2009), "Giải pháp vật liệu nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn công trình thủy lợi", 50 năm - Tuyển tập khoa học công nghệ - xây dựng và phát triển 1959 - 2009, tập II - Nhà xuất bản Nông Nghiệp, số tháng 10/2014, p.400-406. Nguyễn Ngọc Bách (2005), "Quy phạm thiết kế đập bê tông đầm lăn - tiêu chuẩn SL 314- 2004 của Trung Quốc", Công ty tư vấn xây dựng thủy lợi, 1/2005. 36 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015)
6. Nguyễn Quang Bình (2014), "Vấn đề thấm đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam - Nguyên nhân và giải pháp khắc phục", Tạp chí xây dựng - Nhà xuất bản Xây dựng, số tháng 10/2014, p.159-162. Nguyễn Quang Bình, (2014), "Nghiên cứu tổ hợp phụ gia siêu dẻo đa tính năng - khoáng hoạt tính - polymer để nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn đập trọng lực”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, số 23, p.50-57. S. Chandra and P. Flodin (1987), "Interactions of polymenrs and organic admixture on Portland cement hydration", Cem. Concr, res., 1987, V.17, p.875-890. V.R. Riley, I. Razl (1974), "Polymer additive for cement composites, Composites" 1974, V.5(1), p.27-33. Abstract: THE RESULTS APPLICATION OF ROLLER COMPACTED CONCRETE TEST USING THE ADDITIVES COMBINATION (S + T + P) AT THE SITE FOR NUOC TRONG DAM PROJECT The studying used a combination of the new generation Super-plasticizer retarding additives (S) + Fly ash (T) + Polymers (P): (S + T + P) for Roller Compacted Concrete Nuoc Trong dam has achieved the compressive strength at 90 days of age (29.7 ÷ 32.1) MPa, Waterproof level W8. Meanwhile the cement volume decreased to 55 kg/m3 RCC, corresponding to the adiabatic temperature decrease about 8.2°C to compare with the original RCC design of Nuoc Trong works. The using of combination additives (S + T + P) for RCC will improve some of the technical properties of RCC using for dams (enhanced waterproof, enhanced compressive strength, and reduced adiabatic temperature) its highly effective and feasible in Vietnam condition. Keywords: Roller Compacted Concrete; Fly Ash; Super-plasticizer; Compressive strength. BBT nhận bài: 12/10/2015 Phản biện xong: 30/11/2015 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015) 37