VIỆN KỸ THUẬT CÁC CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT BỘ MÔN: CẦU ĐƯỜNG SÂN BAY BÀI THU HOẠCH MÔN: VẬT LIỆU MỚI TRONG XÂY DỰNG VÀ SỬA CHỮA, BẢO DƯỠNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ CHUYÊN ĐỀ: BÊ TÔNG ĐẦM LĂN GVHD: PGS, TS NGÔ HÀ SƠN HỌC VIÊN: NGUYỄN NGỌC DOANH LỚP: XD ĐƯỜNG Ô TÔ K25A HÀ NỘI: 2014 CHUYÊN ĐỀ: BÊ TÔNG ĐẦM LĂN I Sự cần thiết Bê tông đầm lăn là loại bê tông không có độ sụt được tạo thành bởi hỗn hợp bao gồm cốt liệu nhỏ (cát thiên nhiên hoặc cát nghiền), cốt liệu lớn (đá dăm), chất kết dính (xi măng, phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn), nước, phụ gia đầy, phụ gia hóa học Sau trộn đều vận chuyển, san rải hỗn hợp được đầm chặt theo yêu cầu của thiết kế bằng thiết bị đầm lăn Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương tự bê tông thường Khác với bê tông thường được đầm chặt bằng thiết bị rung đưa vào lòng khối đổ, BTĐL được làm chặt bằng thiết bị rung lèn từ mặt ngoài (lu rung) Công nghệ này thích hợp cho các công trình bê tông khối tích lớn, hình dáng không phức tạp đập, mặt đường Việc đầm lèn bê tông bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất kết dính so với bê tông thường nhờ vậy đối với một số đập và đường bê tông, thi công bằng công nghệ này nhanh và rẻ so với dùng công nghệ đổ bê tông truyền thống Công nghệ BTĐL thường được áp dụng thích hợp cho thi công đập bê tông trọng lực và mặt đường, sân bãi Bê tông đầm lăn đời mang tính thiết và tất yếu Sự đời của Bê tông đầm lăn là nhu cầu phát triển xây dựng bê tông trọng lực khối lớn Bê tông của các đập này thường chia thành phần: phần vỏ ngoài cần có cường độ cao, độ chống thấm cao, chịu mài mòn và xâm thực tốt Phần lõi đập yêu cầu cường độ và độ chống thấm vừa phải phải có lượng to nhiệt càng thấp càng tốt để tránh nứt ứng suất nhiệt Để thi công các đập bê tông khối lớn phải áp dụng nhiều biện pháp khác song các biện pháp này chưa đáp ứng được tiến độ và giá thành thi công mong muốn Nhìn chung ứng suất nhiệt phát sinh bê tông cao, xử lý phức tạp dẫn đến thời gian thi công kéo dài, ván khuôn sử dụng nhiều, giá thành cao Để giải quyết các tồn tại trên, người ta tìm cách chế tạo loại bê tông nghèo xi măng, cho có thể thi công và đầm chặt bằng các phưng tiện thi công đập đất đá Và công nghệ bê tông đầm lăn đời từ đó, gặp nhiều khó khăn của bê tông thông thường về ứng suất nhiệt, tốc độ thi công nhanh và mặc dù phải thi công theo quy trình nghiêm ngặt có giá thành rẻ bê tông thường Công nghệ thi công bê tông có thể được coi đời sớm nhất vào năm 1960 ở Đài Loan sử dụng xi măng trộn đất để đắp đê quai cho đập Thạch Môn Sau đó từ năm 1961 - 1964 đập Alpe Gera ở Italia được xây dựng bằng bê tông đầm lăn Năm 1971 - 1977 vương quốc Anh bắt đầu nghiên cứu BTĐL Một cuộc thí nghiệm quy mô được tiến hành tại đập Wimbleball vào năm 1979 Công việc này không đưa đến sử dụng bê tông đầm lăn vào một đập lớn ở Anh, nó là sở cho thiết kế của Tổng cục khai hoang Mỹ (USRB) về đập Still water Thượng Tại Mỹ giáo sư Raphael có báo cáo chuyên đề “Đập bê tông trọng lực tối ưu” vào năm 1970 tại hội nghị xây dựng nhanh các đập bê tông Năm 1980 Mỹ xây dựng đập RCC tại công trình Willow Creek cao 56 m, không khớp nối ngang không khớp nối dọc, là đập thế giới xây dựng hoàn toàn bằng BTĐL Năm 1974 tại Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu bê tông đầm lăn và được sử dụng nhằm rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành Trong năm 1980 hàng loạt công trình đập bê tông được áp dụng với công nghệ đầm lăn đập SinNakano, đập Tamagawa, chiều cao cao nhất của đập loại này đạt 156 m Tại Liên Xô cũ, năm 1979 thí nghiệm hiện trường một số Block tại nhà máy thuỷ điện Cưrpxai Năm 1984 chính thức sử dụng vào công trình thuỷ điện Tascumưrxki cao 75m Tại Tây Ban Nha năm 1984 mới bắt đầu xây dựng đầu trái đập Erizana và đập Castibolanco bằng BTĐL Tại Trung Quốc đến năm 1980 mới bắt đầu nghiên cứu bê tông đầm lăn Đập RCC được xây dựng năm 1986 là đâp Khang Khẩu cao 56,8 m Năm 1988 xây dựng tiếp đập cho thuỷ điện Diệp Thám Tại Austraylia, đập được xây dựng là đập Coppefield cao 40 m vào năm 1984 đó dùng BTĐL siêu dẻo hoá và việc kết hợp nhập CO rắn để hạ thấp nhiệt độ của hỗn hợp bê tông, ci thiện cường độ… Như vậy mọi điều kiện khí hậu, thời tiết khắc nghiệt, đập RCC được xây dựng nhờ thành quy trình thi công tiên tiến, kĩ thuật hợp lý và phát huy tối đa hiệu suất của máy móc thiết bị làm nhiều nước quan tâm Hầu khắp các châu lục, đập sử dụng công nghệ BTĐL và phát triển toàn diện II Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu việc sản xuất và công nghệ thi công bê tông đầm lăn, đánh giá chất lượng và hiệu quả việc sử dụng bê tông đầm lăn… III Nội dung nghiên cứu Các nhà vật liệu xây dựng qua nghiên cứu nhận thấy rằng lượng nước (N) yêu cầu để đảm bảo quá trình thuỷ hoá xi măng (X) khối bê tông là thấp nhiều so với lượng nước được trộn vào hỗn hợp bê tông truyền thống Mặt khác qua nghiên cứu lí luận về cường độ bê tông phát hiện rằng cường độ bê tông Rb tỷ lệ thuận với tỷ lệ N/X (Rb=F(N/X)) Vậy nếu giảm lượng nước trộn có thể giảm được lượng xi măng của hổn hợp mà cường độ bê tông không thay đổi Do giảm lượng nước trộn nên bê tông khô đất, muốn đầm phải sử dụng máy đầm rung thay đầm dùi bê tông truyền thống Vật liệu chế tạo BTÐL 1.1 Xi măng Ðối với BTÐL dùng cho đập khối lớn nên sử dụng xi măng có nhiệt thuỷ hoá thấp so với nhiệt thuỷ hoá của xi măng poc lăng thường (TCVN 2682 -1992) các loại poóc lăng - pu giơ lan (TCVN 4033-95) và xi măng hỗn hợp xỉ lò cao (TCVN 6260 -1999) hay xi măng ít toả nhiệt (TCVN 6069-95) Ðối với BTÐL cho mặt đường có thể dùng các loại xi măng thông thường các dạng xi măng dùng cho kết cấu thông thường khác 1.2 Cốt liệu Ðối với BTÐL cho đập, có thể sử dụng cốt liệu có Dmax tới 75mm hoặc cao Tuy nhiên việc lựa chọn Dmax cần cân nhắc kỹ về kinh tế và kỹ thuật Việc sử dụng cốt liệu có Dmax lớn 100mm- 150mm có giảm giá thành vật liệu chế tạo bê tông lại đẩy cao chi phí trộn và vận chuyển hỗn hợp bê tông Ðối với BTÐL cho mặt đường, nên sử dụng cốt liệu có Dmax 20mm 1.3 Phụ gia khoáng Phụ gia khoáng (PGK) pu-giơ-lan là vật liệu silicat hoặc alumo-silicat mà bản thân nó có ít hoặc không có khả đóng rắn với có mặt của nước hoặc độ ẩm nó có thể phản ứng với can-xi hy-dro-xit để có thể đóng rắn Pu-giơlan cho BTÐL cần phù hợp tiêu chuẩn ASTM C618-97 hoặc 14 TCN 105-97, TCVN 3735-82 1.4 Phụ gia hoá học Các công trình BTÐL thường sử dụng các loại phụ gia: Phụ gia dẻo hoágiảm nước, giảm nước và kéo dài thời gian đông kết và một số loại phụ gia cuốn khí Trên thực tế, việc sử dụng phụ gia dẻo hoá và dẻo hoá chậm đông kết làm tăng tính dễ thi công lu lèn và kéo dài thời gian thi công làm cho khả bám dính và độ chống thấm vùng tiếp giáp các lớp bê tông được tăng cường Việc lựa chọn loại và tỷ lệ dùng phụ gia hoá học thường vào kết quả thí nghiệm với các vật liệu XM, PGK, cốt liệu cụ thể Tính chất vật liệu - BT đầm lăn có độ sút nhỏ - Lượng ximăng ít so với BT thường - Cường độ BT đầm lăn thường nhỏ so với BT thường Hiệu áp dụng BTĐL làm đập mặt đường Việt Nam Về kinh tế, hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi công bê tông đầm lăn đem lại là rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng, ngoài đối với xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ điện, công nghệ này cho phép giảm giá thành vật liệu đáng kể tức giảm tổng vốn đầu tư Về kỹ thuật, áp dụng công nghệ BTĐL cho xây dựng các công trình khối lớn cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm được lượng dùng xi măng vậy giảm được nguy nứt khối ứng suất nhiệt Đối với xây dựng mặt đường, sân bãi, việc sử dụng BTĐL có thể rút ngắn thời gian đưa công trình vào sử dụng nhanh gấp hai lần so với bê tông thường Một số điểm cần lưu ý áp dụng công nghệ Bê tông đầm lăn cho xây dựng đập Mặc dù công nghệ BTĐL được khẳng định là công nghệ xây dựng tối ưu áp dụng cho đập trọng lực việc xây dựng đập BTĐL thực phát huy được tính ưu việt và tạo sản phẩm có chất lượng tương đương với đập bê tông thường khắc phục được điểm yếu của loại hình công nghệ này: + Về chất lượng bám dính lớp: Cường độ bám dính các lớp đối với đập BTĐL là điểm yếu nhất của BTĐL Vì vậy cường độ kéo bê tông tại vùng tiếp giáp các lớp đổ là mối quan tâm lớn nhất thiết kế kết cấu đập BTĐL [3] Do vậy cần phải có thử nghiệm kỹ càng mô hình với các điều kiện về vật liệu, thiết bị và quy trình thi công thực tế để xác định các tính chất của bê tông tại vùng tiếp giáp các lớp thi công và đảm bảo rằng các giá trị của các tính chất của bê tông không thấp yêu cầu thiết kế + Về vấn đề thấm: Do BTĐL được thi công thành lớp nên các khe tiếp giáp các lớp có thể là đường chính để nước thấm qua thân đập [3] Ngoài sử dụng ít chất kết dính so với bê tông thường nên BTĐL có tính chống thấm so với bê tông thường mác Vì vậy cần nghiên cứu kỹ các giải pháp cấu tạo chống thấm, thành phần vật liệu và quy trình thi công thích hợp để đảm bảo khả chống thấm cho đập + Về chất lượng thi công: Sự phân ly hỗn hợp bê tông là một đề bất lợi nhất có thể xảy quá trình sản xuất và đổ BTĐL Do đặc thù thi công diện rộng với khối lượng lớn nên việc kiểm soát đồng nhất về thành phần và tính công tác của hỗn hợp BTĐL khó so với bê tông thường Điều này dẫn đến chất lượng của BTĐL dao động lớn IV Công nghệ thi công Thiết bị thi công bê tông đầm lăn không phức tạp, các thiết bị chính để thi công bê tông theo công nghệ này hiện đều có ở Việt Nam Thiết bị thi công BTÐL nói chung giống công BTĐL cho đập, đường và các dạng công trình bê tông khối lơn không cốt thép khác Tuy nhiên ở mỗi loại hình công nghệ đó đòi hỏi them thiết bị thi công đặc chủng riêng Các thiết bị cần thiết cho thi công đặp bằng công nghệ BTĐT gồm: Máy trộn cưỡng có khả trộn hỗn hợp bê tông khô sử dụng cốt liệu có đường kính lơn; băng tải hoặc các thiết bị tương đương để vận chuyển bê tông; xe tải tự đổ; máy san ủi; máy lu rung; máy nhồi tấm tạo khe co hệ thống phun nước cao áp lầm sạch bề mặt bê tông mạch ngừng Hê thống phun nước bảo dưỡng Thiết bị cho thi công đường, sân bãi: Máy trộn cưỡng bức; xe tự đổ; máy rải; xe lu rung; xe lu lốp; máy cắt bê tông Có thể thấy rằng các thiết bị chính cho thi công bê tông bằng công nghẹ BTĐT có sẵn ở Việt Nam hoặc có thể chế tạo tại Việt Nam Nếu phổ biến công nghệ BTĐL ở Việt Nam cố thể tận dung được các thiết bị có sẵn ở nước, không cần tốn them nhiều chi phí đầu tư mua thiết bị thi công mới V Nhận xét đánh giá Ưu điểm: - Do kế thừa công nghệ thi công giới của đập đất nên đập bê tông đầm lăn có ưu điểm lớn là thi công nhanh, hiệu quả kinh tế cao so với thi công thủ công ở đập bê tông truyền thống Áp dụng công nghệ này đẩy nhanh được tiến độ thi công, công trình sớm đưa vào khai thác vận hành, hiệu quả kinh tế lớn nhiều so với đập bê tông truyền thống Những công trình có khối lượng bê tông lớn là sở trường của công nghệ BTĐL - Do sử dụng ít nước hổn hợp bê tông nên lượng dùng xi măng hổn hợp BTĐL nhỏ Yếu tố này làm cho nhiệt lượng thuỷ hoá khối BTĐL nhỏ nhiều so với bê tông truyền thống Theo đó vấn đề khống chế nhiệt độ không phức tạp đập bê tông truyền thống và càng phức tạp đối với đập cao, phải sử dụng hệ thống ống làm lạnh bên thân đập, ngoài các biện pháp hạ nhiệt hổn hợp bê tông bên ngoài Công nghệ BTĐL áp dụng cho thi công đường giao thông so với công nghệ thi công thông thường có các ưu điểm như: phương pháp thi công không phức tạp, lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số sản phẩm phụ hoặc phế thải công nghiệp giúp hạ giá thành vật liệu so với bê tông xi măng thông thường, tốc độ thi công nhanh Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng lực Khối lượng bê tông được thi công càng lớn hiệu quả áp dụng công nghệ BTĐL càng cao Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ BTĐL thường đem lại hiệu quả kinh tế cao so với đập bê tông thường và đập đất đắp bởi các lí sau: Thi công nhanh: So với đập bê tông thường, đập BTĐL được thi công với tốc độ cao có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung để đầm lèn và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt So với đập đất đắp có chiều cao, khối tích của đập BTĐL nhỏ nên thi công nhanh Công trình đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL càng lớn so với đập đất đắp Giá thành hạ: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình xây dựng Thế giới, giá thành đập BTĐL rẻ so với đập bê tông thi công bằng công nghệ truyền thống từ 25% đến 40% Việc hạ giá thành đạt được là giảm được chi phí cốp pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ: So với đập đắp, chi phí làm cửa tràn của đập BTĐL rẻ (tương tự đập bê tông thường) Đối với đập thuỷ điện được thiết kế có nhiều cửa nhận nước ở nhiều cao trình khác phương án đập BTĐL càng rẻ so với phương án đập đắp Hơn làm đập BTĐL, chiều dài của kênh xả nước ngắn so với kênh xả nước của đập đắp và vậy giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lí nền đập Giảm chi phí cho biện pháp thi công: Việc thi công đập bằng BTĐL có thể giảm chi phí dẫn dòng thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các rủi ro nước lũ tràn qua đê quai Đối với đập BTĐL, đường ống dẫn dòng ngắn ống dẫn dòng của đập đắp Hơn thời gian thi công đập BTĐL ngắn nên các ống dẫn dòng cho đập BTĐL cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn nhất theo mùa thay lưu lượng lớn nhất theo năm đối với đập bê tông và đập đắp Vì vậy đường kính cống dẫn dòng của đập BTĐL nhỏ và chiều cao đê quai cho đập BTĐL thấp so với phương án đập bê tông thường và đập đắp - Ưu điểm bật là giảm được đáng kể số lượng xi măng m3 bê tông, vậy giảm được nhiệt phát sinh khối bê tông là nguyên nhân chính gây nứt nẻ bê tông - Thi công nhanh, giảm được thời gian xây dựng so với bê tông thường (so sánh điều kiện công trình xây dựng và hoàn tất công tác chuẩn bị) - Có thể thi công liên tục nếu thiết kế khoảnh đổ và tổ chức thi công hợp lý - Sử dụng ván khuôn ít so với bê tông thường - Giảm giá thành công trình so với bê tông thường, có thể từ 15%-20% Nhược điểm - Do bê tông khô, it xi măng, dễ bị phân ly vật liệu vữa BTĐL vận chuyển, đổ, san, ủi, đầm nén, dẫn đến làm chất lượng bê tông không đều, thậm chí suy giảm không đạt cường độ thiết kế - Phụ thuộc nhiều vào thời tiết, nền nhiệt độ nơi đổ bê tông - Thời gian ninh kết đạt cường độ thiết kế khá lâu thông thường từ 90-120 ngày thậm chí 180 ngày sau đổ bê tông - Phụ thuộc vào trạm trộn và nguồn cung cấp phụ gia tro bay Khả sử dụng Công nghệ BTĐL được nhiều nước thế giới áp dụng hiệu quả cho các công trình đường bê tông và đập bê tông trọng lực BTĐL có triển vọng lớn áp dụng cho các công trình tương tự ở Việt Nam Để đảm bảo xây dựng đập BTĐL có chất lượng tương đương với đập bê tông thường cần ý điểm yếu của loại hình công nghệ này Trước áp dụng công nghệ BTĐL phải nghiên cứu vật liệu, thử nghiệm công nghệ và xây dựng qui trình thi công, kiểm tra nghiệm thu BTĐL gắn với đặc điểm của công trình cụ thể Tài liệu tham khảo: - TCVN-RCC-2013: Tiêu chuẩn Quốc gia “Công trình Thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật thi công và nghiệm thu bê tông đầm lăn”; - Bê tông đầm lăn - công nghệ vượt trội xây dựng; - Bê tông đầm lăn và bản lĩnh người thợ Sông Đà; ... Thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật thi công và nghiệm thu bê tông đầm lăn ; - Bê tông đầm lăn - công nghệ vượt trội xây dựng; - Bê tông đầm lăn và bản lĩnh người thợ Sông Đà; ... hợp được đầm chặt theo yêu cầu của thiết kế bằng thiết bị đầm lăn Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương tự bê tông thường Khác với bê tông thường... hợp mà cường độ bê tông không thay đổi Do giảm lượng nước trộn nên bê tông khô đất, muốn đầm phải sử dụng máy đầm rung thay đầm dùi bê tông truyền thống Vật liệu chế tạo BTÐL 1.1