Giải pháp vật liệu nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn công trình thủy lợi

1- Vì sao cần nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn? Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bước phát triển đột phá trong công nghệ đập bê tông khối lớn. Ưu điểm nổi bật của BTĐL là sử dụng ít xi măng, chỉ bằng khoảng 25-30% so với bê tông thường, tốc độ thi công nhanh, nên giảm giá thành, đạt hiệu quả kinh tế cao. Nhược điểm của BTĐL là chống thấm kém. Vì vậy, các đập bê tông đầm lăn kiểu cũ chỉ sử dụng BTĐL làm lõi đập, bao bọc xung quanh là lớp vỏ bê tông thường chống thấm dày 2 - 3 m. 

Kết cấu đập kiểu này thường gọi là “vàng bọc bạc”. Nó được sử dụng phổ biến ở hầu hết các nước cho đến cuối thế kỷ XX. Xu thế sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm thay cho bê tông thường được hình thành và phát triển mạnh ở Trung Quốc từ những năm 90 của thế kỷ XX. Năm 1989, Trung Quốc là nước đầu tiên trên thế giới xây dựng thành công đập trọng lực Thiên Sinh Kiều, cao 61 m, hoàn toàn bằng bê tông đầm lăn. Tính đến 2004, Trung Quốc có hơn 10 đập bê tông mới kiểu này. Việc sử dụng BTĐL chống thấm thay cho bê tông thường đem lại hiệu quả kinh tế cao nhờ đơn giản hoá quá trình thi công. Việt Nam bắt đầu nghiên cứu BTĐL từ những năm 90 của thế kỷ XX. Năm 2003, Việt Nam khởi công xây dựng đập bê tông đầm lăn đầu tiên, đập thủy điện Pleikrong, cao 71m, kết cấu “vàng bọc bạc”. Vài năm gần đây, Việt Nam bắt đầu nghiên cứu áp dụng BTĐL chống thấm cao thay cho bê tông thường để xây dựng đập bê tông trọng lực. Ví dụ: BTĐL công trình thủy lợi Nước Trong ( đang xây dựng) dùng mác R90150B2 và R90200B6. Nhiều công trình thủy điện dùng BTĐL chống thấm cao như thủy điện Sơn La ( mác R 365 200 CT10) , đang thiết kế thi công thủy điện Bản Vẽ, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4 và A Vương hoàn toàn BTĐL có độ chống thấm B6 đến B8... Đến thời điểm 2006 chưa có tài liệu chính thức công bố kết quả nghiên cứu của Việt Nam về nâng cao tính chống thấm cho BTĐL. Vì vậy, nghiên cứu biện pháp nâng cao tính chống thấm của BTĐL trong điều kiện Việt Nam vừa có ý nghĩa khoa học vừa có giá trị thực tiễn cao. Theo kinh nghiệm của nước ngoài [1], để đảm bảo tính chống thấm cho đập bê tông đầm lăn cần áp dụng đồng bộ các biện pháp từ thiết kế đến thi công, trong đó các giải pháp về vật liệu đóng vai trò quan trọng hàng đầu . Dưới đây giới thiệu một số kết quả nghiên cứu và áp dụng BTĐL chống thấm trong xây dựng công trình thủy lợi thời gian gần đây 

2- Cơ sở khoa học và thực tiễn nâng cao tính chống thấm của BTĐL 

2.1- Cơ sở khoa học: Do BTĐL và bê tông thường có những điểm giống và khác nhau nên biện pháp tăng đặc chắc cho BTĐL và tăng chống thấm có những điểm giống và khác nhau Giống nhau: 

- BTĐL và BT thường giống nhau về bản chất vật liệu và một số quy luật cơ bản. Cả hai loại bê tông đều dùng xi măng, cát , đá, phụ gia khoáng, phụ gia hóa - Quy luật công thức cường độ của BTĐL tương tự BT thường 

- Quy luật cường độ bê tông phụ thuộc tỉ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) và mức độ đầm chặt của BTĐL tương tự của BT thường (hình 1) Hình 1- Mối quan hệ cường độ, N/CKD và mức độ đầm chặt của BTĐL Khác nhau: - BTĐL khác BT thường về phương pháp thi công, rải trên diện rộng, thành từng lớp 30 đến 60cm và đầm chặt bằng phương pháp lu rung, chịu ảnh hưởng của sự phân lớp, dễ bị thấm qua khe tiếp giáp các lớp đổ . Suy ra , sự giống nhau giữa 2 loại BT này cho phép áp dụng các nguyên tắc nâng cao chống thấm cho BT thường vào BTĐL. Sự khác nhau về phương pháp thi công đòi hỏi có những biện pháp khác biệt so với bê tông thường để đảm bảo liên kết tốt giữa các lớp đổ, nâng cao độ đồng nhất và chống thấm cho BTĐL 2.2- Cơ sở thực tiễn : các tài liệu của nước ngoài về BTĐL khẳng định những điểm chung sau đây[ 1 ]: - Đập BTĐL thường bị dò rỉ nước qua khe nối, qua khe lạnh thi công, qua bản thân BTĐL, trong đó 2 yếu tố đầu chiếm ưu thế. Để chống thấm cho đập BTĐL cần áp dụng hàng loạt biện pháp đồng bộ từ thiết kế đến thi công - Thiết kế cấp phối BTĐL hoàn hảo: sử dụng cốt liệu tốt, đủ tỷ lệ hạt mịn, N/X nhỏ hơn 0,65, đủ hồ xi măng và vữa, chỉ số Vc phù hợp năng lực đầm, tuổi bê tông ít nhất 90 ngày. - Sử dụng các kết cấu chống thấm đặc biệt phía thượng lưu: ốp tấm bê tông đúc sẵn; vật chắn nước khe nối thượng lưu; tường BT chống thấm (vàng bọc bạc); BTĐL cấp phối 2 chống thấm; BT biến thái; lớp chống thấm phụ trợ cho đập cao ( hóa chất kết tinh, vữa polime). - Thi công tốt: đầm chặt; bảo dưỡng ẩm 28 ngày bề mặt lộ thiên vĩnh cửu; tự động hóa kiểm tra quá trình thi công và đưa ra biện pháp xử lý kịp thời ; khoan phụt xử lý khe lạnh thi công. - Tăng cường liên kết bề mặt các lớp đổ bằng vữa lót hoặc phụ gia kéo dài ninh kết; làm sạch bề mặt lớp đổ. Từ tổng kết trên ta thấy các biện pháp vật liệu đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo và nâng cao chống thấm cho BTĐL 2.3- Kiểm chứng một số giải pháp vật liệu Viện Khoa học thủy lợi đã tiến hành nghiên cứu trong phạm vi phòng thí nghiệm một số biện pháp vật liệu nhằm nâng cao chống thấm cho BTĐL nhằm đạt mác 200B6 như: sử dụng phụ gia hóa học (phụ gia hoá dẻo Plastiment 96, phụ gia siêu dẻo Viscocrete 3000, phụ gia cuốn khí Sika Aer, phụ gia kéo dài đông kết TM 30); sử dụng phụ gia khoáng (Tro bay Phả lại đã sử lý có lượng mất khi nung dưới 6%; Pudơlan Gia Quy - Vũng Tàu; sử dụng hóa chất kết tinh ( Indoseal) để quét bề mặt ; trộn mạt đá để tối ưu hóa thành phần hạt cốt liệu nhỏ. Đã rút ra một số kết quả đáng chú ý sau đây [ 1 ]: - Với lượng dùng xi măng tương đương thì cấp phối thì BTĐL dùng tro bay có độ chống thấm cao hơn so với dùng pudolan 1-2atm. Đó là vì tro bay có cấu tạo hạt hình cầu, bề mặt nhẵn, có lợi cho tính lưu động của BTĐL., trong khi các hạt pudolan có bề mặt xù xì thô ráp, đòi hỏi tăng lượng nước trộn. - Việc sử dụng phụ gia hoá dẻo, siêu dẻo và chậm đông kết kết làm giảm rõ rệt N/CKD, từ 0,58 xuống 0,53 và 0,48 dẫn đến nâng cao rõ rệt độ chống thấm của BTĐL. Nếu dùng phụ gia siêu dẻo thế hệ 3 thì cường độ có thể tăng hơn 1,5 lần so với đối chứng - Các mẫu BTĐL được quét phụ gia kết tinh có thể tăng độ chống thấm lên 1 cấp (2atm) so với mẫu đối chứng. Các phụ gia kết tinh tương tự như Indoseal thẩm thấu vào bê tông và phản ứng với Ca(OH)2 có trong bê tông, làm tăng độ cứng bề mặt và tăng chống thấm. - Khi sử dụng cát sông tự nhiên làm cốt liệu nhỏ cho BTĐL, cần bổ sung hạt mịn dưới sàng 0,14mmm. Bằng cách phối hợp cát tự nhiên sông Lô với mạt đá Hòa Thạch, đã đưa cấp phối hạt của cát hỗn hợp về sát vùng tối ưu khuyến cáo theo EM 1110-2-2006, giảm độ rỗng của cát, dẫn đến giảm lượng dùng xi măng so với đối chứng. - Sử dụng đồng thời các phụ gia khoáng, phụ gia hóa và tối ưu hóa thành phần cốt liệu nhỏ có thể tạo ra một số cấp phối BTĐL mác 200 B6 ( xem bảng 1). Cấp phối 5 và 6 được coi là kinh tế kỹ thuật tốt nhất, có lượng xi măng thấp tương đương mẫu cấp phối 2 của mác R90200W6 tại công trình Phổ Định, Trung Quốc (1993) . Bảng 1- Sử dụng phụ gia trong một số cấp phối BTĐL chống thấm Mẫu XM, kg/m3 Tro bay, kg/m3 Pudolan kg/m3 Mạt đá, kg/m3 PG hóa dẻo kg/m3 PG siêu dẻo kg/m3 Hóa chất kết tinh kg/ m3 N CKD R90, daN/ cm2 CT, atm 1 85 147 - - - 2,32 - 0,46 396 8 2 90 - 156 - - 2.32 - 0,45 273 6 3 85 147 - - 1,4 - 0,2 0,53 317 6 4 90 - 156 - 1,4 - 0,2 0,53 234 6 5 85 125 - 35 1,4 - - 0,54 238 6 6 95 - 130 40 1,5 - - 0,54 238 6 3- Một số biện pháp vật liệu áp dụng tại công trình thực tế 3.1- Công trình Định Bình Công trình Định Bình (Bình Định) là công trình thủy lợi đầu tiện ở Việt Nam được thi công theo công nghệ bê tông đầm lăn, khởi công năm 2006, hoàn thành năm 2008. Đập được thiết kế theo phương án tường bê tông cốt thép chống thấm M250 B8 ở phía thượng lưu, tiếp theo là lớp BTĐL chống thấm M200B4 và cuối cùng là BTĐL trọng lực M150B2. Viện Khoa học thủy lợi đã tiến hành lựa chọn vật liệu và thiết kế cấp phối BTĐL mác 150B2 và 200 B4 của công trình Định Bình. Vật liệu được chọn sử dụng gồm: Xi măng PCB 40 Nghi Sơn, PCB 40 Bỉm Sơn, cát vàng sông Côn có mô đun độ lớn 2,8-3,1; đá dăm gốc granit. Phụ gia hóa dẻo Plastiment 96 và phụ gia chậm đông kết TM 20 của hãng SIKA Việt Nam.. Các biện pháp vật liệu được áp dụng bao gồm: sử dụng phụ gia hóa dẻo để giảm nước trộn, giảm lượng dùng xi măng. Phụ gia chậm đông kết có tác dụng kéo dài thời gian bắt đầu đông kết của BTĐL trên 12 giờ, nhằm tăng cường liên kết giữa các lớp trong quá trình thi công. Sau thoiừ gian nghỉ giãn cách, trước khi đổ chồng lên khối BTĐL đóng rắn, dùng vữa liên kết rải lên bề mặt BTĐL cũ đã được làm sạch. Mác vữa liên kết cao hơn mác bê tông nền 50 daN/cm2. Tro bay được dùng với tỷ lệ cao so với xi măng, xấp xỉ 1:1, nhằm bổ sung nguồn hạt mịn thiếu hụt trong cát tự nhiên và tăng thể tích hồ xi măng để tăng độ chống thấm. Biện pháp dùng tro bay bù vào lượng hạt mịn còn thiếu trong cát tự nhiên, tuy không tối ưu, nhưng hợp lý vì phù hợp khả năng chuẩn bị vật liệu và trình độ thi công công trình lúc đó. Pudolan được dùng như biện pháp dự phòng, thay thế tro bay khi cần thiết. Cấp phối BTĐL và vữa liên kết của công trình Định Bình nêu ở bảng 2 và 3 Bảng 2- Thành phần cấp phối BTĐL Định Bình Mác BT XM, kg Tro bay, kg Nước, lit Cát, kg Đá 5-20mm, kg Đá 20-40mm, kg Đá 40-60mm, Kg Phụ gia TM20, lit Phụ gia P-96, lít 150B2 105 140 122 772 526 215 600 2,1 0 150B2 70 175 110 772 531 219 605 1,47 0,42 200B4 126 141 132 746 852 468 0 2,25 0 Bảng 3- Thành phần cấp phối vữa liên kết công trình Định Bình Mác vữa XM, kg Tro bay, kg Nước, lit Cát, kg Độ lưu động, cm Khối lượng thể tích/ kg/m3 Cường độ nén 7 ngày, daN/cm2 Cường độ nén 28 ngày, daN/cm2 25 580 200 370 978 22 215 235 310 20 512 170 360 1092 21 2134 200 248 Trong quá trình thi công, các cấp phối trên đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra, đảm bảo tính công tác VC, cường độ, độ chống thấm thiết kế. 

3.2- Công trình Nước Trong Đập đầu mối Nước Trong (Quảng Ngãi) là công trình thủy lợi đầu tiên thiết kế hoàn toàn bằng BTĐL, không có tường chống thấm bằng bê tông thường ở thượng lưu. Đập cao 69m, kết cấu chống thấm gồm tường BTĐL biến thái phía thượng lưu dày khoảng 1m , tiếp đến là BTĐL mác 200B6, cuối cùng là BTĐL mác 150 B2.. Cũng tại công trình nước Trong, Bộ Nông nghiệp và PTNT cho phép thử nghiệm mác BTĐL 200B8 tại một số khoảnh đổ tại đập . Việc thử nghiệm này nhằm rút kinh nghiệm cho các công trình có yêu cầu chống thấm cao trong tương lai. Đồng thời góp phần hoàn thiện cấp phối mác 200B6 của công trình. Các giải pháp vật liệu áp dụng cho công trình Nước Trong gồm: sử dụng phụ gia hóa dẻo giảm nước thế hệ mới 2000 AT để giảm lượng xi măng; kéo dài thời gian bắt đầu đông kết của bê tông ít nhất 12 giờ bằng phụ gia chậm đông kết TM 25 để tránh sinh khe lạnh trong thi công; sử dụng bột đá dolomit Phủ Lý thay cho một phần tro bay để tăng độ chống thấm; sử dụng phụ gia khoáng tro bay Phả Lại với lượng thích hợp để đảm bảo đủ lượng hồ xi măng trong bê tông; dùng vữa liên kết có mác cao hơn BTĐL một cấp ( 5 Mpa) để xử lý bề mặt tiếp giáp giữa các khối đổ; quét phủ bề mặt thượng lưu khi hoàn thiện bằng hóa chất kết tinh XYPEC để tăng chống thấm . Dưới đây là một số kết quả cụ thể lựa chọn vật liệu và tối ưu hóa thành phần cấp phối BTĐL chống thấm 3.2.1- Thiết kế cấp phối BTĐL 200B8 thử nghiệm Vật liệu sử dụng cho BTĐL thử nghiệm 200B8 được lấy từ công trình Nước Trong, gồm: Xi măng Kim Đỉnh PC 40; Cát vàng sông Nước Trong, có lượng sót sàng 0,14mm dưới 1%; Đá dăm gốc gnai-granit, khai thác tại mỏ Sơn Trung 2, phân cỡ 5-20mm và 20-40mm; Phụ gia khoáng hoạt tính dùng tro bay Phả Lại chất lượng tốt, có lượng mất khi nung dưới 6%, chỉ số hoạt tính 28 ngày đạt trên 78%; Phụ gia hóa học dùng loại hóa dẻo chậm đông kết và siêu dẻo chậm đông kết có bán sẵn ở Việt Nam. Trong thiết kế ban đầu mác BTĐL mác 200B6 ( năm 2008), Viện Khoa học thủy lợi dùng tro bay và pudolan để bổ sung hạt mịn cho cát tự nhiên, giống như thiết kế BTĐL Định Bình. Điều này thuận tiện cho thi công nhưng chưa tối ưu về mặt sử dụng vật liệu, vì tro bay và pudolan có độ mịn cao, dẫn đến tăng lượng nước trộn yêu cầu. Vì vậy, khi thiết kế mác BTĐL 200B8, chúng tôi sử dụng sử dụng bột đá dolomit Phủ Lý thay cho một phần tro bay, nhằm bổ sung hạt mịn cho cát tự nhiên. Thành phần hạt của bột đá đựơc chọn thông qua thực nghiệm, sao cho phù hợp với cát cụ thể. Đối với cát sông Nước Trong, bột đá cần có lượng sót sàng 0,14mm không quá 5% . Độ lưu động của BTĐL chọn cao hơn so với Định Bình một chút ( VC không quá 9-10 sec) Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc dùng bột đá làm chất độn thay một phần tro bay có thể nâng cao chống thấm cho BTĐL. Với lượng dùng xi măng 115 kg/m3 có thể đạt mác 200B8, tương đương mẫu BTĐL một số công trình đã xây dựng của trung Quốc. 3.1.2. Hiệu chỉnh cấp phối 200B6 Lựong dùng xi măng ban đầu của cấp phối mác 200B6 là 125 kg/m3. Năm 2009 Phòng nghiên cứu vật liệu (Viện Thủy công- Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam) bổ sung thành phần bột đá, hiệu chỉnh các cấp phối BTĐL mác 200B6. Kết quả là giảm lượng dùng xi măng 20 kg/m3 so với cấp phối ban đầu (bảng 4). Việc thiết kế và sử dụng vữa liên kết mác M25 tiến hành tương tự như đối với công trình Định Bình. Bảng 4- Cấp phối BTĐL mác 200B6 và 200B8 công trình Nước Trong [2] Mác BT XM, kg Tro bay, kg Bột đá, kg Cát, kg Đá 5-20mm, Kg Đá 20-40mm, kg Nước, lít PGchậm đông kết, lít PG giảm nước, lít 200B6 125 218 0 713 672 668 115 0,5 0,8 200B6* 105 135 142 661 751 620 113 1,0 0,6 200B8 115 127 143 653 754 616 115 0,8 1,38 Kết quả thi công thí nghiệm đầm nén hiện trường tại công trình Nước Trong chứng minh các cấp phối 200B6 hiệu chỉnh và 200B8 đạt yêu cầu thiết kế và đảm bảo thi công thuận lợi (bảng 5) Từ kết quả này, Viện KHTL Việt Nam kiến nghị đưa cấp phối ở bảng 4 vào thi công thử nghiệm mác 200B8 và thi công đại trà mác 200B6. Để chủ động cho thi công đại trà, phòng Vật liệu đang phối hợp với Chủ đầu tư công trình Nước Trong nghiên cứu chế tạo bột đá tại mỏ đá dăm Sơn Trung 2 dùng cho BTĐL mác 200B6. Bảng 4-Kết quả thí nghiệm đầm nén hiện trường Nước Trong [3] TT Mác bê tông Loại cấp phối VC Bắt đầu đông kết Kết thúc đông kết Dung trọng bê tông nõn khoan Cường độ nén nõn khoan, R90 Độ CT nõn khoan, 90 ngày Sec H h T/m3 daN/cm2 Atm 1 200B6 Cấp phối 1 bảng 3 7-10 ≥11 18h20’ 2,37 232 ≥6 2 200B6 Cấp phối 2 bảng 3 6-9 ≥17 29h15’ 2,38 229 ≥6 

4- Kết luận:
- Để nâng cao chống thấm cho BTĐL cần áp dụng đồng bộ các biện pháp từ thiết kế đến thi công, trong đó các giải pháp vật liệu đóng vai trò rất quan trọng - đối với BTĐL chống thấm cao, khuyến cáo sử dụng phụ gia khoáng tro bay, phụ gia giảm nước, phụ gia chậm đông kết , phụ gia kết tinh 
- sử dụng bột đá có thành phần hạt thích hợp để tăng lượng hạt mịn trong cát tự nhiên có thể tăng chống thấm, giảm lượng dùng xi măng trong BTĐL. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

- Lê Minh, Hoàng Phó Uyên và CTV- Nghiên cứu biện pháp nâng cao chống thấm cho bê tông đầm lăn- Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ; Viện Khoa học thủy lợi, 2008 

2- Phòng nghiên cứu vật liệu (Viện Khoa học thủy lợi)- Nghiên cứu các cấp phối bê tông đầm lăn, bê tông biến thái và vữa liên kết của công trình Nước Trong , 2008 3- Phòng nghiên cứu vật liệu (Viện Thủy công)- Kết quả xác định cường độ và độ chống thấm mẫu nõn khoan tại bãi thí nghiệm đầm nén công trình Nước Trong, 2009 MATERIAL MEASURES FOR INCREASING IMPERMEABILITY OF ROLLER COMPACTED CONCRETE IN HYDRAULIC CONSTRUCTIONS Summary The article presents studies on increasing impermeability of RCC for Dinh Binh and Nuoc Trong dams. RCC of grade 200W8 can be obtain by using suitable chemical, mineral admixtures, stone powder, optimal RCC proportions

Số người đang online:
23
Số lượt truy cập:
3,046,778
© 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