-1- MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC BẢNG BIỂU 3 DANH MỤC HÌNH VẼ 5 MỞ ĐẦU 6 1. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 11 1.1. Khái niệm về bê tông đầm lăn (BTĐL). 11 1.2. Sự phát triển của bê tông đầm lăn trên thế giới và tại Việt Nam. 13 1.2.1. Tình hình ứng dụng BTĐL trên thế giới. 13 1.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam. 17 1.3. Phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho bê tông đầm lăn 21 1.3.1. Khái niệm về phụ gia khoáng 21 1.3.2. Phân loại phụ gia khoáng 21 1.3.3. Thành phần hóa học và tính chất cơ lý của PGK hoạt tính 23 1.3.4. Tình hình nghiên cứu sử dụng PGK ở Việt Nam 24 2. CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 30 2.1. Vật liệu chế tạo bê tông đầm lăn 30 2.1.1. Xi măng 30 2.1.2. Phụ gia khoáng hoạt tính 31 2.1.3. Cốt liệu mịn (Cát) 35 2.1.4. Cốt liệu thô (Đá) 36 2.1.5. Phụ gia hóa 41 2.1.6. Nước 41 2.1.7. Nhận xét chung 41 2.2. Phương pháp chế tạo mẫu và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL 41 2.2.1. Phương pháp chế tạo mẫu 41 2.2.2. Quy trình thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL 44 -2- 2.3. Một số cấp phối bê tông đầm lăn sử dụng cho các công trình thủy lợi ở Việt Nam 52 3. CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU SO SÁNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BTĐL SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH TRO BAY NHIỆT ĐIỆN VÀ PUZƠLAN THIÊN NHIÊN 53 3.1. Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên đến tính công tác của BTĐL 58 3.2. Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên đến cường độ chống kéo của BTĐL 62 3.3. Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên đến cường độ kháng nén của BTĐL 65 3.4. Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên đến tính chống thấm của BTĐL 69 4. KẾT LUẬN 76 KIẾN NGHỊ 79 5. PHỤ LỤC 80 Phụ lục 1: Kết quả thí nghiệm của một số công trình 80 Phụ lục 2: Một số hình ảnh thí nghiệm 89 -3- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Số lượng đập BTĐL tại một số nước trên thế giới 16 Bảng 1.2: Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam 20 Bảng 1.3: Các yêu cầu về thành phần hóa học của PGK hoạt tính 23 Bảng 1.4: Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của PGK hoạt tính 23 Bảng 1.5: Thành phần hóa học yêu cầu của phụ gia khoáng 24 Bảng 1.6: Sự phân bố, trữ lượng và chất lượng một số mỏ Puzơlan ở Việt Nam 27 Bảng 2.1: Kết quả thí nghiệm xi măng 31 Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm Puzơlan Gia Quy 32 Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm Tro bay Phả Lại 34 Bảng 2.4: Các chỉ tiêu cơ lý của cát 35 Bảng 2.5: Thành phần hạt của cát 35 Bảng 2.6: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 5-20mm 37 Bảng 2.7: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 20-40mm 37 Bảng 2.8: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 40-60mm 38 Bảng 2.9: Thành phần hạt đá dăm 5-20mm, 20-40mm, 40-60mm 38 Bảng 2.10: Khối lượng thể tích hỗn hợp đá dăm 5-40mm ứng với các tỷ lệ phối hợp hai loại đá 5-20mm và 20-40mm 39 Bảng 2.11: Khối lượng thể tích hỗn hợp đá dăm 5-60mm ứng với các tỷ lệ phối hợp ba loại đá 5-20mm , 20-40mm và 40-60mm 39 Bảng 2.12: Thành phần đá dăm 5-40mm 40 Bảng 2.13: Thành phần đâ dăm 5-60mm 40 Bảng 2.14. Chỉ tiêu cần xác định và hình dáng, kích thước viên mẫu 42 -4- Bảng 2.15: Thành phần cấp phối sử dụng tro bay 52 Bảng 2.16: Thành phần cấp phối sử dụng Puzơlan 52 Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Tân Mỹ dùng Puzơlan 55 Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Nước Trong dùng Puzơlan 55 Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Thủy điện Bản Vẽ dùng Puzơlan56 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Tân Mỹ dùng tro bay 56 Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Nước Trong dùng tro bay 57 Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm BTĐL đập Thủy điện Bản Vẽ dùng tro bay 57 Bảng3.7: Tổng hợp kết quả trị số Vc (s) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình 60 Bảng 3.8: Kết quả Rk (MPa) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình sử dụng PGK Puzơlan thiên nhiên 63 Bảng 3.9: Kết quả Rk (MPa) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình sử dụng PGK Tro bay 64 Bảng 3.10: Kết quả trị số RN (MPa) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình sử dụng Puzơlan thiên nhiên 67 Bảng 3.11: Kết quả trị số RN (MPa) trung bình các mẫu thí nghiệm của các công trình sử dụng Tro bay 68 Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm về độ chống thấm của BTĐLở một số công trình 73 -5- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Tỷ lệ áp dụng BTĐL theo các hướng khác nhau trên thế giới 17 Hình 2.1. Máy rung Ve be cải tiến 45 Hình 3.1: Biểu đồ so sánh độ công tác của BTĐL khi sử dụng PGK tro bay và Puzơlan thiên nhiên 61 Hình 3.2: Biểu đồ so sánh cường độ kháng kéo của BTĐL khi sử dụng PGK tro bay và Puzơlan thiên nhiên 64 Hình 3.3: Biểu đồ so sánh cường độ kháng nén của BTĐL khi sử dụng PGK tro bay và Puzơlan thiên nhiên 68 -6- MỞ ĐẦU Trên thế giới trong số các vật liệu xây dựng do con người làm ra, bê tông là một vật liệu, một sản phẩm được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất. Các công trình xây dựng làm bằng bê tông và bê tông cốt thép có mặt ở khắp nơi trong các lĩnh vực xây dựng công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thủy lợi và thủy điện… Bê tông nói chung và bê tông đầm lăn nói riêng là loại vật liệu đá nhân tạo có cường độ nén cao, bền theo thời gian, sử dụng vật liệu sẵn có tại địa phương để chế tạo, nên vật liệu bê tông có lợi ích về kinh tế rất lớn. Từ khi được phát minh cho tới nay người ta không ngừng nghiên cứu phát triển các loại bê tông nhằm ứng dụng trong thi công các công trình có đặc điểm khác nhau. Nhiều công trình thủy lợi được làm bằng bê tông cốt thép như đập tràn, cống lấy nước và tiêu nước, trạm bơm, âu thuyền, xi phông, cầu máng, kênh mương… Cũng theo hướng phát triển đó, công nghệ bê tông đầm lăn (BTĐL) ra đời sử dụng thi công các công trình có mặt bằng rộng lớn, đòi hỏi tiến độ thi công nhanh như các công trình thủy điện, thủy lợi, các công trình đê chắn sóng, mặt đường, bãi đỗ xe… Đặc biệt với công trình bê tông khối lớn như đập bê tông trọng lực thì tốc độ thi công BTĐL rất nhanh so với công nghệ thi công bê tông thường. Khối lượng thi công càng lớn hiệu quả áp dụng công nghệ BTĐL càng cao. Việc thi công BTĐL cho phép nâng cao hiệu suất thi công, kết hợp các thiết bị cơ giới cùng hoạt động: Có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung để đầm lèn. Giảm đáng kể sử dụng ván khuôn, rải lớp mỏng đổ liên tục nên lượng nhiệt tích lũy nhỏ. -7- Xuất phát từ những ưu việt trên sử dụng công nghệ thi công BTĐL đem lại hiệu quả kinh tế cao so với bê tông truyền thống khi thi công các công trình đập bê tông trọng lực bởi lý do sau: + Thi công BTĐL sẽ giảm giá thành công trình từ 25-40% so với thi công bê tông thường. Việc hạ giá thành đạt được là do giảm được chi phí cốt pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông và đặc biệt giảm được giá thành đơn vị bê tông. Vì thế, trong gần 40 năm qua, công nghệ BTĐL được phổ biến ngày càng rộng rãi trên thế giới, hình thành các trường phái công nghệ của Mỹ, Nhật và Trung Quốc. + Giảm chi phí cho biện pháp thi công: việc thi công đập bằng BTĐL có thể giảm chi phí dẫn dòng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các rủi ro khi nước lũ tràn qua đê quai. Đối với đập BTĐL, đường ống dẫn dòng ngắn hơn ống dẫn dòng của đập đất đắp. Hơn nữa thời gian thi công đập BTĐL ngắn nên các ống dẫn dòng cho đập BTĐL chỉ cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn nhất theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối với đập bê tông thường và đập đất đắp. Vì thế đường kính cống dẫn dòng của đập BTĐL nhỏ hơn và chiều cao đê quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông thường và đập đất đắp. Bê tông đầm lăn là bê tông khối lớn và việc xây dựng đập BTĐL chỉ thực sự phát huy được tính ưu việt là tạo ra sản phẩm có chất lượng tương đương với đập bê tông truyền thống trong một số điều kiện nhất định, đó là phải sử dụng vật liệu tại địa phương như cát, đá, xi măng và chất độn mịn ( puzơlan hoặc tro bay ) -8- 1. Tính cấp thiết của đề tài “Nghiên cứu so sánh một số tính chất cơ lý của bê tông đầm lăn (RCC) sử dụng phụ gia khoáng tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên” Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển, nên số lượng và quy mô các công trình đập thủy điện, thủy lợi đang được xây dựng ngày càng nhiều và lớn nhằm tăng sản lượng điện và lượng nước trong các hồ chứa để phục vụ phát triển công nghiệp, nông nghiệp. Hầu hết các công trình đang xây dựng hay đang trong giai đoạn thiết kế đều sử dụng công nghệ BTĐL. Có thể kể đến một số công trình thủy lợi, thủy điện, đã khởi công như thủy điện Pleikrông (tỉnh Kontum), thủy điện Sơn La (tỉnh Sơn La), thủy điện A Vương (tỉnh Quảng Nam), thủy điện Sông Kon 2 (Quảng Nam), thủy điện Se San 4 (Gia Lai), hồ chứa nước Định Bình tỉnh Bình Định … Đối với các đập bê tông đầm lăn, các loại vật liệu dùng để chế tạo rất phong phú và đa dạng, trong đó có phụ gia khoáng hoạt tính tro bay hoặc puzơlan thiên nhiên. Với phụ gia khoáng tro bay đã được sử dụng phổ biến, sản lượng nhiều, giá thành rẻ và đã áp dụng cho một số công trình như đập Định Bình, Thủy điện Sơn La, Thủy điện Bản Vẽ …. Tuy nhiên, tại một số nơi xây dựng công trình như thủy điện Pleikrong, thủy điện Se San 4 lại sử dụng puzơlan thiên nhiên, việc thay thế tro bay bằng puzơlan thiên nhiên liệu có mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn và đảm bảo chất lượng công trình hay không, vấn đề này chúng ta cần có những đánh giá thực tế trên công trình thực tế. Đề tài nghiên cứu so sánh một số tính chất cơ lý của bê tông đầm lăn (RCC) được sản xuất bởi phụ gia khoáng hoạt tính tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên. Từ đó đề xuất lựa chọn loại phụ gia khoáng phù hợp cho các công trình đập RCC ở Việt Nam. -9- 2. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của RCC khi sử dụng phụ gia khoáng là tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên - Kiến nghị lựa chọn loại phụ gia khoáng phù hợp, đảm bảo yêu cầu kinh tế và kỹ thuật cho các đập RCC ở Việt Nam. 3. Ý nghĩa khoa học của đề tài Bê tông đầm lăn nói chung và bê tông đầm lăn dùng cho công trình thủy điện, thủy lợi nói riêng, là loại bê tông đặc biệt chứa một lượng nước rất nhỏ và có lượng chất kết dính thấp. Ví dụ tại đập Upper Stillwater (1988), USA có lượng dùng chất kết dính 252 kg (bao gồm 80 Kg xi măng +172 kg tro bay); đập Địa Xuyên (1980), Nhật bản có lượng dùng chất kết dính 130 kg (91 kg xi măng + 39 kg tro bay); đập Thủy Khẩu (1993), Trung Quốc có lượng dùng chất kết dính 170 kg (65 kg xi măng +105 kg tro bay); Liễu Khê, Mỹ (1983), CKD 66kg (trong đó 47 kg xi măng + 19 kg tro bay), Đập thủy điện Pleikrông có lượng chất kết dính 290 kg (80 kg xi măng +210 kg Puzơlan)v.v Tính chất của hỗn hợp bê tông đầm lăn phụ thuộc chủ yếu vào tính chất và tỷ lệ các loại vật liệu tạo nên hỗn hợp, trong đó phụ gia khoáng hoạt tính là loại vật liệu quan trọng và không thể thiếu trong bê tông đầm lăn. Ở Việt Nam, cho đến nay, loại phụ gia khoáng thường dùng trong BTĐL là tro bay nhiệt điện. Tuy nhiên các nguồn cung cấp tro bay lại tập trung ở khu vực miền Bắc, trong khi nhu cầu sử dụng lại lớn và nằm trong cả nước. Mặt khác, Việt Nam cũng có nguồn phụ gia khoáng hoạt tính Puzơlan thiên nhiên rất dồi dào, phân bố trên khắp cả nước. Đề tài lần đầu tiên đề cập đến việc sử dụng hai loại phụ gia khoáng hoạt tính (Puzơlan thiên nhiên và tro bay) trong thành phần hỗn hợp BTĐL. -10- Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đáp ứng được mục đích đặt ra là so sánh các tính chất cơ lý của BTĐL sử dụng PGK là Puzơlan thiên nhiên với BTĐL sử dụng PGK là tro bay nhiệt điện và đưa ra kết luận rằng: Puzơlan thiên nhiên hoàn toàn có thể thay thế tro bay nhiệt điện trong sản xuất BTĐL; trong nhiều trường hợp có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về chất lượng công trình. Chính vì vậy đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. [...]... Phụ gia khoáng hoạt tính dùng cho bê tông đầm lăn 1.3.1 Khái niệm về phụ gia khoáng Các vật liệu sử dụng để chế tạo BTĐL cũng tương tự như bê tông truyền thống, bao gồm xi măng, phụ gia khoáng, phụ gia hóa học, cốt liệu và nước Tuy nhiên, do đặc điểm chính của hỗn hợp BTĐL là không có độ sụt và lượng xi măng sử dụng ít do đó thành phần các vật liệu của BTĐL khác nhiều so với bê tông thông thường, trong... QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1.1 Khái niệm về bê tông đầm lăn (BTĐL) Bê tông đầm lăn là một loại bê tông nặng Trong đó hỗn hợp bê tông không có độ sụt, được đầm bởi đầm rung, lăn cho các lớp bê tông mỏng hầu như không vượt quá 300 đến 600mm Công nghệ thi công BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng đối với các công trình lớn, mặt bằng thi công rộng như đường, đê, đập thủy điện, thủy lợi, khối lượng bê tông được... BTĐL, trong đó sử dụng kết cấu “vàng bọc bạc” Do nhiều lý do, khi thi công, đập Tân -18- Giang được điều chỉnh thành đập bê tông truyền thống và đã thi công hoàn thành vào năm 2003 Mặc dù vậy, các kết quả nghiên cứu thiết kế đập BTĐL Tân Giang đã tích luỹ nhiều kinh nghiệm quý báu về thiết kế đập BTĐL, sử dụng tro bay và phụ gia [28] Các cấp phối bê tông M15 và M20 có cốt liệu Dmax tới 100 mm và lượng tro. .. lượng cốt liệu trong BTĐL Các loại hạt mịn được sử dụng trong BTĐL thường là các loại Puzơlan, tro bay, silica-fume, xỉ lò cao, được gọi chung là phụ gia khoáng Việc lựa chọn và sử dụng hợp lý nguồn phụ gia khoáng cho BTĐL là vấn đề rất cần thiết, có liên quan trực tiếp đến địa điểm xây dựng công trình, yêu cầu và chất lượng bê tông, khả năng cung cấp và giá thành công trình xây dựng Phụ gia khoáng (PGK)... tiêu chuẩn xi măng Pooclăng PC40 theo TCVN 2628-1999 và đạt tiêu chuẩn dùng cho bê tông thủy công 14 TCN 66-2002 “Xi măng dùng cho bê tông thủy công- Yêu cầu kỹ thuật” 2.1.2 Phụ gia khoáng hoạt tính Phụ gia khoáng hoạt tính (Tro bay nhiệt điện hoặc Puzơlan thiên nhiên) là thành phần không thể thiếu trong BTĐL vừa có tác dụng lấp đầy phần trống giữa các hạt cát do lượng xi măng dùng trong hỗn hợp BTĐL là... vừa có oxít silíc hoạt tính sẽ tác dụng với canxi hidroxit tạo ra các sản phẩm tăng cường độ Sự có mặt của phụ gia khoáng hoạt tính có tác dụng giảm lượng nhiệt thủy hóa trong BTĐL -32- Trong đề tài sử dụng hai loại phụ gia khoáng hoạt tính có tại phòng Thí nghiệm Vật liệu- Viện Thủy Công + Puzơlan Gia Quy- Vũng Tàu của công ty Cổ phần Khoáng sản Minh Tiến + Tro bay Phả Lại của Công ty Cổ phần Sông... 14.34 14.66 12 Hàm lượng SO3 TCVN 7131: 2002 % 0.48 7 0.56 0.52 0.52 Nhận xét: Phụ gia khoáng hoạt tính Puzơlan Gia Quy có các chỉ tiêu thí nghiệm đạt tiêu chuẩn dùng cho BTĐL theo TCXDVN395- 2007 - Phụ gia khoáng cho Bê tông đầm lăn 2.1.2.2 Tro bay Phả Lại Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của Tro bay Phả Lại được thể hiện trong bảng 2.3 -34- Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm Tro bay Phả Lại STT Chỉ tiêu... có tính khả thi về mặt kinh tế do giảm giá thành từ phương pháp thi công nhanh và hàm lượng chất kết dính thấp Điểm khác biệt lớn nhất của bê tông đầm lăn với bê tông thường là lượng xi măng và lượng nước dùng thấp hơn so với bê tông thường Lượng dùng chất kết dính trong BTĐL thay đổi trong phạm vi rộng từ 59 đến 297 kg/m3, trong đó một phần xi măng được thay thế bằng Puzơlan, tro bay nhằm giảm nhiệt. .. hơn 80% cường độ của 3 mẫu lập phương tương đương đúc từ vữa xi măng không phụ gia ở độ tuổi 28 ngày, đến độ tuổi 90 ngày thì cường độ phải tương đương 1.3.4 Tình hình nghiên cứu sử dụng PGK ở Việt Nam Trên thế giới, PGK thường được sử dụng để chế tạo BTĐL là tro bay nhiệt điện hoặc Puzơlan thiên nhiên, trong đó tro bay thường được sử dụng nhiều hơn do có nhiều ưu điểm như độ mịn cao và hạt hình cầu,... có số liệu nên không đánh giá được Các mỏ từ 1-30 theo số liệu của Viện VLXD Các mỏ từ 30-32 theo số liệu của Viện nghiên cứu Thủy Lợi Nam Bộ Thuận lợi -29- 1.3.4.2 PGK nhân tạo - Tro bay nhiệt điện Tro bay là chất thải dạng mịn, là kết quả của việc đốt cháy than nghiền hoặc than bột chứa Antra xít hoặc than chứa Bi tan, chúng thỏa mãn các yêu cầu sử dụng, Các loại tro bay này có tính chất như Puzơlan . 3. NGHIÊN CỨU SO SÁNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BTĐL SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH TRO BAY NHIỆT ĐIỆN VÀ PUZƠLAN THIÊN NHIÊN 53 3.1. Ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên. nghiên cứu so sánh một số tính chất cơ lý của bê tông đầm lăn (RCC) được sản xuất bởi phụ gia khoáng hoạt tính tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên. Từ đó đề xuất lựa chọn loại phụ gia khoáng. 2. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu một số tính chất cơ lý của RCC khi sử dụng phụ gia khoáng là tro bay nhiệt điện và puzơlan thiên nhiên - Kiến nghị lựa chọn loại phụ gia khoáng phù hợp,