Kết quả ban đầu nghiên cứu nâng cao độ chống thấm của bê tông đầm lăn bằng phụ gia hóa học

Các đập bê tông đầm lăn trọng lực kiểu cũ có dạng kết cấu điển hình là “vàng bọc bạc”. Trong đó, bê tông đầm lăn được sử dụng làm lõi đập. Bao bọc xung quanh là lớp vỏ bê tông thường chống thấm cao, dày 2-3 m. Hầu hết các đập trọng lực bê tông đầm lăn của Nhật và Trung Quốc được xây trong thế kỷ XX đều dùng kết cấu này. Đối với  chúng, người ta không đặt yêu cầu chống thấm cho bê tông đầm lăn trong lõi đập.
 Một trong những bước tiến nhảy vọt của công nghệ bê tông đầm lăn là sử dụng bê tông đầm lăn có tính chống thấm cao thay cho bê tông thường. Điều này dẫn đến đơn giản hóa kết cấu của đập bê tông đầm lăn trọng lực, thuận tiện hơn trong thi công và hạ giá thành công trình.
 Trung Quốc là nước dẫn đầu trong việc nghiên cứu và áp dụng bê tông đầm lăn chống thấm cao để xây dựng đập bê tông đầm lăn. Năm 1989 Trung Quốc xây dựng thành công đập trọng lực bê tông đầm lăn Thiên Sinh Kiều (cao 61 m), sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm cấp phối 2 thay bê tông thường. Từ đó,  Trung Quốc hoàn thiện và tiêu chuẩn hóa thiết kế đập hoàn toàn bằng BTĐL[2]. Theo tiêu chuẩn đó, kết cấu “vàng bọc bạc” được thay bằng kết cấu mới, gồm: mặt thượng lưu đập là  bê tông đầm lăn  chống thấm cấp phối 2, phía hạ lưu đập dùng bê tông đầm lăn cấp phối 3.
Ở Việt Nam, công nghệ bê tông đầm lăn được bắt đầu nghiên cứu áp dụng từ những năm 90 của thế kỷ trước. Sau khi khởi công xây dựng đập bê tông đầm lăn đầu tiên, đập Pleikrong (2004), Việt Nam đang áp dụng mạnh mẽ công nghệ này vào xây dựng đập bê tông trọng lực và bắt đầu có tên trên bản đồ công nghệ BTĐL thế giới. Tính  đến năm 2005, đập bê tông đầm lăn Sơn La của Việt Nam là công trình đứng thứ ba về chiều cao và đứng thứ 10 về khối lượng bê tông trong danh sách 10 đập bê tông đầm lăn cao nhất và lớn nhất thế giới [1].
Việc nghiên cứu áp dụng BTĐL chống thấm thay cho bê tông thường mới chỉ được bắt đầu ở Việt Nam vài năm gần đây, nên  kết quả công bố chính thức chưa đáng kể. Công trình bê tông đầm lăn đầu tiên ở Việt Nam được thiết kế sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm là đập thủy điện Sơn La cao 139 m, R365200 CT8 và CT10. Công trình thủy lợi Định Bình sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm CT2 ở lõi đập nhưng vẫn có vỏ bọc bằng bê tông chống thấm thông thường.  Sắp tới có một số công trình thủy điện, thủy lợi sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm thay bê tông thường như Bản Vẽ, Nước Trong... Vì vậy, việc nghiên cứu các biện pháp nâng cao chống thấm cho BTĐL góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ BTĐL vào Việt Nam.
Trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ, thực hiện năm 2006 - 2007, Viện Khoa học Thủy lợi tiến hành nghiên cứu một số giải pháp nhằm tạo ra bê tông đầm lăn có độ chống thấm CT6 (tương đương W6 của Trung Quốc) để phục vụ xây dựng các đập bê tông trọng lực của 1 số hồ chứa công trình thủy lợi.
 ới đây là kết quả nghiên cứu sử dụng phụ gia hóa học, một trong số các giải pháp để nâng cao chống thấm cho BTĐL Việt Nam
 Vật liệu sử dụng và phương pháp nghiên cứu
Vật liệu:
Vật liệu sử dụng cho nghiên cứu gồm các loại thông thường như: xi măng, cát, đá, phụ gia khoáng, phụ gia hóa học. Các vật liệu này phải  đạt yêu cầu kỹ thuật để làm bê tông thủy công.
- Xi măng PC 40 Chinfon: R28 = 41,3 Mpa; Thời gian đông kết bắt đầu - 1h55’, kết thúc - 2h50’; độ dẻo tiêu chuẩn -27%; độ mịn (sót sàng 008) - 12%.
- Tro bay nhiệt điện Phả Lại: Lượng mất khi nung dưới 10%; Độ mịn (sót sàng 008) - 12%, chỉ số hoạt tính ở tuổi 28 ngày - 84%.
 - Pudolan Gia Quy - Vũng Tàu: độ mịn (sót sàng 008) - 12%; chỉ số hoạt tính 28 ngày - 81%.
- Cát vàng sông Lô: module độ lớn - 2,59; hàm lượng bụi bẩn - 1,89%; khối lượng thể tích xốp 1,45 kg/dm3; khối lượng riêng - 2,62 kg/dm3.
- Đá dăm: Dmax - 40 mm; đá gốc bazan; độ hút nước - 0,66 đến 0,89%; khối lượng thể tích - 2,78 đến 2,89 kg/dm3; khối lượng thể tích xốp - 1440 đến 1530 T/m3; hàm lượng thoi dẹt - 25,4 đến 29,5%.
- Phụ gia hóa học: sử dụng các phụ gia của hãng SIKA (Thụy Sỹ) sản xuất tại Việt Nam:
+ Phụ gia giảm nước chậm ninh kết PLASTIMENT 96, dạng lỏng màu nâu, khối lượng thể tích - 1,18 g/cm3.
+ Phụ gia siêu dẻo VISCO CRETE 3000, dạng lỏng màu nâu, KLTT - 1,16 g/cm3.
+ Phụ gia cuốn khí SIKA AER, dạng lỏng màu vàng, KLTT - 1,02 g/cm3.
Thiết bị và phương pháp thí nghiệm độ chống thấm của bê tông đầm lăn:
Mẫu để thí nghiệm thấm là mẫu trụ đường kính 150 mm hoặc mẫu hình côn. Mẫu trụ được chế tạo từ các nõn khoan bê tông công trình thực tế. Mẫu hình côn là mẫu đúc TN trong phòng.
Thiết bị TN thấm được sử dụng cho nghiên cứu gồm 2 loại:
+ Máy TN thấm nhãn hiệu MATEST của ý gồm 4 khuôn.
Thiết bị này có thể xác định cả hệ số thấm và mác chống thấm. Dùng cho TN mẫu bê tông đầm lăn hình côn hoặc hình trụ (mẫu khoan)
+ Máy TN thấm của Trung Quốc: gồm 6 khuôn. Thiết bị này chỉ xác định mác chống thấm, sử dụng mẫu bê tông hình côn.
Các thí nghiệm mác chống thấm tiến hành theo quy định tại tiêu chuẩn TCVN 3116-1993.
  Kết quả thí  nghiệm và nhận xét:
Đề tài sử dụng cấp phối bê tông đầm lăn mác 200 tuổi 90 ngày, độ công tác Vebe 10-15 giây. Thành phần cấp phối được thiết kế theo phương pháp của Trung Quốc.
 Các cấp phối BTĐL sử dụng phụ gia hóa học có thành phần xi măng, cát, đá, phụ gia khoáng giống với cấp phối không phụ gia (đối chứng). Riêng lượng nước được điều chỉnh để đảm bảo tính công tác (chỉ số Vebe) giống như cấp phối bê tông đối chứng.
 Thành phần các cấp phối BTĐL, tỷ lệ phụ gia sử dụng và kết quả thí nghiệm được trình bày trong các bảng 1 và 2.
Bảng 1. Thành phần cấp phối bê tông đầm lăn có phụ gia hóa học

TT

Ký hiệu

Loại, % phụ gia hóa học

N/CKD

N

(kg)

Chất kết dính

Cát

(kg)

Đá

(kg)

 

PG (lít)  

 

Xi măng (kg)

Phụ gia khoáng (kg)

 

Bê tông dùng phụ gia tro bay Phả Lại

1

M-0

Mẫu đối chứng

0.58

135

85

147

735

1455

0

2

M-1

 Có Plastiment 96, 0.6lit/100kg  CDK

0.53

122

85

147

735

1455

1.4

3

M-2

 Có Viscocrete 3000, 1lit/100 kg CDK

0.46

107

85

147

735

1455

2.32

4

M-3

Có Sika Aer, 0.1 lit/100 kg CDK

0.56

130

85

147

735

1455

0.23

 

Bê tông dùng phụ gia pudolan Gia Qui

5

L-0

Mẫu đối chứng

0.63

156

90

156

726

1437

0

6

L-1

 Có Plastiment 96, 0.5lit/100kg  CDK

0.53

130

90

156

726

1437

1.23

7

M4-1

Có Viscocrete 3000, 1lit/100 kg CDK

0.45

111

90

156

726

1437

2.46

8

M4-2

Có Sika Aer, 0.1 lit/100 kg CDK

0.59

144

90

156

726

1437

0.25

 

Bảng 2. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của bê tông đầm lăn có phụ gia hóa học

TT

Ký hiệu

Độ công tác, giây

(chỉ số Vebe)

Cường độ nén , daN/cm2

Độ chống thấm, atm

Nhận xét

28 ngày

90 ngày

Bê tông dùng phụ gia tro bay Phả Lại

1

M-0

12

171

236

2

 

2

M-1

14

229

317

4

 

3

M-2

11

282

396

6

 

4

M-3

14

165

224

2

 

Bê tông dùng phụ gia pudolan Gia Qui

5

L-0

14

131

147

0

BT không có khả năng chống thấm

6

L-1

12

167

204

2

 

7

M4-1

15

215

223

4

 

8

M4-2

13

135

160

0

BT không có khả năng chống thấm

 

 Các kết quả thí nghiệm ở bảng 1 và 2  cho thấy:
 - Cả 3 loại phụ gia hóa học nói trên  góp phần cải thiện đáng kể tính công tác, cường độ và độ chống thấm của BTĐL.
- Các phụ gia giảm nước thông thường có thể  tăng  độ chống thấm của BTĐL lên 1 cấp (2atm) so với đối chứng.
- Độ chống thấm của BTĐL tăng lên một cách rõ rệt khi sử dụng loại phụ gia siêu dẻo thế hệ mới, cao hơn khoảng 4 atm so với đối chứng. Hiệu quả tăng chống thấm là do giảm tỷ lệ N/CKD và cải thiện khả năng đầm chặt
- Phụ gia cuốn khí cải thiện  tính công tác của BTĐL nhưng không làm tăng cường độ và độ chống thấm của BTĐL. Điều này  có lẽ   do hiệu quả giảm nước không đáng kể, trong khi lượng khí trong BTĐL lại tăng lên, đẫn đến triệt tiêu tác dụng của việc giảm tỷ lệ N/CKD
- Với cùng loại phụ gia hóa học, BTĐL dùng tro bay Phả Lại có cường độ và độ chống thấm cao hơn so với bê tông dùng pudolan Gia Qui. Có thể  là  pudolan Gia Quy có hệ số hoạt tính kém hơn tro bay Phả Lại,  nên phản ứng kém  hơn với Ca(OH)2  và tạo ra ít gel silicat canxi hơn để lấp vào lỗ rỗng  đá xi măng.

Kết luận
- Nâng cao chống thấm BTĐL để sử dụng thay cho bê tông thường là xu thế tiến bộ đang được nghiên cứu áp dụng ở Việt Nam,  có tính khả thi và hiệu quả
- Trong phòng thí nghiệm, khi giữ nguyên xi măng, sử dụng phụ gia hoá dẻo PLASTIMENT 96 và siêu dẻo thế hệ mới VISCOCRETE 3000 có thể tăng độ chống thấm BTĐL khoảng 2 đến 4 atm. Hiệu quả tăng chống thấm  chủ yếu  nhờ giảm tỷ lệ N/CKD. Phụ gia cuốn khí SIKA AER không tạo ra hiệu quả này
 - Hiệu quả tăng chống thấm của phụ gia hóa học thay đổi tùy theo thành phần vật liệu của bê tông, nhất là phụ gia khoáng,  nên phải thí nghiệm cho từng trường hợp cụ thể trước khi đưa ra thi công

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 1- Hội thảo ứng dụng  công nghệ bê tông đầm lăn ở Việt Nam- Tập đoàn điện lực Việt Nam EVN, 2006

 2- Nguyên tắc thiết kế đập bê tông đầm lăn và tông quan thi công đập bê tông đầm lăn. Tài liệu dịch từ tiếng Trung, Bộ NN&PTNT, 2006

 3-  Báo cáo chuyên đề của đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu biện pháp nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn công trình thủy lợi”. Viện KHTL, 2006, 2007

 Nguồn: Đặc san KHCN Thủy lợi

Số người đang online:
8
Số lượt truy cập:
3,046,728
© Bản quyền nội dung thuộc về Viện Thủy Công
Địa chỉ: Số 3 Ngõ 95, phố Chùa Bộc, Quận Đống Đa, TP Hà nội.
Điện thoại: 04.35632821 Fax: +(84)4.35637750

Mọi thông tin sao chép từ website này đều phải ghi rõ nguồn www.thuycong.ac.vn

Thiết kế bởi Trung tâm Công nghệ phần mềm Thủy Lợi