Một số vấn đề trong thi công và nghiệm thu kết cấu bê tông và bê tông cốt thép công trình thủy lợi sử dụng bê tông tự lèn

Bài viết này phân tích một số vấn đề quan trọng trong công tác thi công và nghiệm thu, các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép công trình thủy lợi sử dụng bê tông tự lèn

I. ĐẶT VẤN ĐỀ.

Bê tông tự lèn (BTTL) là loại bê tông mà hỗn hợp của nó có khả năng điền đầy những kết cấu dày đặc cốt thép mà không cần bất kỳ tác động cơ học nào từ bên ngoài. Tuy nhiên, giá thành của BTTL cao hơn, gấp 1,5 đến 1,7 lần giá thành bê tông truyền thống. Chính vì vậy, ở nước ta khi sử dụng bê tông tự lèn trong công trình thủy lợi người ta thường chỉ sử dụng vào những kết cấu mỏng, mật độ cốt thép cao và có hình dạng phức tạp như mũi tràn kiểu piano, kết cấu đập xà lan di động v.v.. Do những đặc tính khác biệt so với bê tông truyền thống (độ linh động rất cao, thành phần hạt mịn nhiều…) nên trong quy trình thi công và nghiệm thu các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép sử dụng bê tông tự lèn cần có những quan tâm đặc biệt hơn.

1.      Những vấn đề cần lưu ý trong thi công

1.1. Công tác ván khuôn

Bê tông tự lèn so với bê tông truyền thống có sự khác biệt lớn nhất là độ chảy lớn, lượng hạt mịn cao nên công tác ván khuôn ngoài việc tuân thủ theo TCVN 4453: 1995 “Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối. Quy phạm thi công và nghiệm thu.” thì còn phải đảm bảo kín khít tuyệt đối không cho nước xi măng có cơ hội thoát ra ngoài. Đối với bê tông truyền thống, khi nước xi măng rò rỉ sẽ dẫn đến rỗng xốp bê tông cục bộ. Nhưng đối với bê tông tự lèn, nếu nước xi măng đã chẩy ra được tức là toàn bộ hạt mịn cũng chảy ra theo làm cho thất thoát cả khối lượng của hỗn hợp bê tông trong khối đổ.

1.2. Vật liệu để sản xuất bê tông tự lèn

+ Xi măng: Khi sản xuất bê tông tự lèn nếu có điều kiện dùng xi măng pooc lăng (PC ) là tốt nhất, nếu không  có thể dùng xi măng pooc lăng hỗn hợp  (PCB ) nhưng cần biết được tỷ lệ và loại phụ gia khoáng đã trộn trong quá trình sản xuất xi măng đó. Đặc biệt việc kiểm tra cường độ của xi măng trước khi chế tạo bê tông tự lèn là điều bắt buộc để bảo đảm chất lượng của sản phẩm bê tông tự lèn đông cứng sau này.

+ Cát: Cát để chế tạo bê tông tự lèn là cát sạch, độ bẩn (hàm lượng  sét bùn bụi ≤ 1,5% và  mô đun độ lớn Mn phải từ 2,5 trở lên). Tuy nhiên thành phần hạt mịn dưới sàng 0,14 có thể đến 18%. Qua kinh nghiệm thực tế chế tạo thử trong phòng thí nghiệm và thi công tại hiện trường cho thấy chất lượng và thành phần hạt của cát ảnh hưởng rất nhiều đến tính công tác hay độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông tự lèn [1].

Hình 1. Thí nghiệm độ chảy xòe của BTTL

Hình 2. Đo đường kính độ chảy xòe của hỗn hợp BTTL

+ Đá dăm: Các loại sỏi dăm dùng để chế tạo bê tông tự lèn có cỡ hạt 5 ÷ 20mm. Các hạt cốt liệu có đường kính lớn hơn không phù hợp cho hỗn hợp BTTL bởi vì sẽ làm giảm khả năng chui qua các khe kẽ của cốt thép, ảnh hưởng tới tính chất tự điền đầy khuôn của hỗn hợp bê tông tự lèn [2].

+ Phụ gia: Phụ gia là một trong những thành phần quan trọng trong cấp phối bê tông tự lèn. Khi chế tạo hỗn hợp BTTL cần phải sử dụng hai loại phụ gia: Phụ gia khoáng và phụ gia hóa học. Phụ gia khoáng cho BTTL gồm phụ gia khoáng hoạt tính (tro bay nhiệt điện, silicafume, puzôlan thiên nhiên nghiền mịn) và phụ gia trơ lấp đầy (bột đá vôi nghiền mịn). Phụ gia hóa học dùng cho BTTL chủ yếu là phụ gia siêu dẻo giảm nước cao có gốc poly-cac-bua-xi-lat và phụ gia kéo dài thời gian ninh kết và chống phân tầng tách nước.  Hàm lượng phụ gia trộn vào bê tông phải căn cứ vào tính chất, thành phần xi măng, yêu cầu của hỗn hợp bê tông và được xác định thông qua thử nghiệm.

1.3 Thiết kế thành phần cấp phối bê tông

Thiết kế thành phần cấp phối của hỗn hợp BTTL là bước quan trọng nhất đảm bảo cho sản phẩm cuối cùng đạt yêu cầu thiết kế.

Quy trình thiết kế thành phần cấp phối BTTL được tiến hành theo 3 giai đoạn:

- Xác định yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật mà BTTL ở dạng hỗn hợp và đóng rắn cần đạt được;

- Thiết kế cấp phối BTTL trong phòng thí nghiệm để đạt được các yêu cầu kỹ thuật đề ra;

- Thí nghiệm điều chỉnh cấp phối BTTL thực tế tại hiện trường. Hỗn hợp bê tông tự lèn rất nhậy cảm đối với sự thay đổi về vật liệu và các điều kiện thời tiết. Do vậy nhất thiết phải thí nghiệm tại công trường (vật liệu và thiết bị trộn) hiệu chỉnh lại cấp phối để đảm bảo đạt được các yêu cầu đặt ra, cần đặc biệt chú ý chỉ tiêu độ linh động và thời gian duy trì độ linh động phù hợp khả năng thi công thực tế.

1.3.1 Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông tự lèn.

Việc lựa chọn thành phần cấp phối bê tông tự lèn cũng như các loại bê tông khác là của các kỹ sư vật liệu xây dựng căn cứ yêu cầu của thiết kế và yêu cầu của thực tế thi công tại công trình. Thông thường các nhà thiết kế công trình đã đặt ra các chỉ tiêu cơ lý của sản phẩm bê tông đông cứng cuối cùng. Dựa vào đó các kỹ sư vật liệu sẽ lựa chọn cấp phối  theo các chỉ tiêu như sau:

a. Yêu cầu về các tính năng đối với hỗn hợp bê tông tự lèn:

-  Độ linh động (còn gọi là độ chảy xòe) của hỗn hợp bê tông tự lèn thể hiện thông qua đường kính chẩy của hỗn hợp (trong phép thử rút côn)  thông thường giá trị này phải đạt từ  65 đến 75 cm, không phân tầng, tách nước;

-  Khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông khi chẩy qua khe thanh cốt thép trong phép thử bằng hộp L, coi là  đạt yêu cầu khi chiều cao của hỗn hợp bê tông H2/H1 lớn hơn hoặc bằng 80% (đo trong khuôn sau khi chảy từ 3 đến 6 giây, chiều cao ở đầu khuôn là H1 và cuối khuôn là H2)

-  Đảm bảo duy trì độ linh động theo thời gian đủ để thi công (vận chuyển, bơm hỗn hợp vào khối đổ…).

b)   Yêu cầu về các tính năng của bê tông :

-  Mác bê tông ở tuổi thiết kế (theo cường độ nén);

-  Mác chống thấm;

-  Mô đun đàn hồi v.v..

1.3.2 Thiết kế cấp phối

Giống như đối với các loại bê tông khác, việc thiết kế thành phần bê tông tự lèn là xác định tỷ lệ giữa các vật liệu cấu thành từ đó thành lập một cấp phối hợp lý, mà theo đó khi thi công đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp bê tông và bê tông, đồng thời đảm bảo tính kinh tế của kết cấu bê tông sau này.

Phương pháp thiết kế thành phần cấp phối BTTL có thể cơ bản dựa trên nguyên lý thiết kế thành phần của bê tông truyền thống hoặc theo phương pháp của hiệp hội bê tông Nhật Bản (JSCE). Dưới đây trình bày phương pháp của  Nhật Bản, được thiết lập năm 1998 và EFNARC (Anh) năm 2002 dựa trên thực tế nghiên cứu tại Nhật Bản và Anh. Trình tự thiết kế như sau:

Bước 1: Chọn xi măng phù hợp;

Bước 2: Chọn cốt liệu:

-  Cát sạch có Mđl ≥  2,5;

-  Đá dăm sạch có Dmax  ≤ 20 mm (tốt nhất là đá dăm nghiền từ đá vôi hoặc đá ba zan có các loại hạt 5, 10, 20 mm);

-  Lượng bột mịn cho 1m3 hỗn hợp bê tông cần đạt từ 600 – 700kg (hạt mịn bao gồm xi măng, phụ gia khoáng, hạt cát < 0,3mm);

Bước 3: Chọn phụ gia siêu dẻo và phụ gia điều chỉnh độ linh động

Bước 4: Thiết kế cấp phối sơ bộ theo Hiệp hội bê tông Nhật bản (JSCE)

Quy trình thiết BTTL của (JSCE) và EFNARC

Khi thiết kế thành phần BTTL theo quy trình này, khối lượng vật liệu thành phần thay đổi đảm bảo các yêu cầu:

+ Hàm lượng CLL được lựa chọn đáp ứng yêu cầu khả năng tự lèn khi duy trì chất lượng bê tông đã đóng rắn trong phạm vi yêu cầu.

+ Tỉ lệ N/XM xác định từ yêu cầu tính năng của bê tông đã đóng rắn như bê tông thường.

+ Hàm lượng phụ gia siêu dẻo được xác định để đáp ứng khả năng chống phan tầng, tạo độ chảy và khả năng tự lèn và các tính năng khác.

Trên cơ sở cấp phối cơ bản của BTTL (tính theo các bước trên), [ 3 ]

lập thêm 2 cấp phối với lượng chất kết dính tăng 10% và giảm 10so với cấp phối cơ bản.

Bước 5:  Đúc mẫu cả 3 cấp phối để kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông và bê tông tự lèn vẽ đường quan hệ và xác định được cấp phối hợp lý.

Bước 6: Điều chỉnh thành phần cấp phối bê tông tự lèn tại hiện trường.

Căn cứ vào thành phần cấp phối đã xác định trong phòng thí nghiệm, điều chỉnh thành phần cấp phối bê tông tại hiện trường theo độ ẩm thực tế của cốt liệu và tiến hành các bước như đối với bê tông truyền thống.

1.4 Trộn hỗn hợp BTTL

Có thể trộn hỗn hợp bê tông tự lèn bằng bất kỳ loại máy trộn nào, tuy nhiên theo kinh nghiệm từ thực tế ở Việt Nam nên trộn hỗn hợp BTTL bằng máy trộn cưỡng bức sẽ đều hơn và hiệu quả của phụ gia xảy ra nhanh hơn. Thời gian trộn của một mẻ BTTL thường dài hơn so với bê tông thường bởi vì trong bê tông thường có SilicaFume và phải theo quy trình trộn bê tông có chứa SilicaFume. Tại phòng thí nghiệm của Phòng Nghiên cứu Vật liệu – Viện Thủy công thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt nam chúng tôi đã trộn theo quy trình và thời gian trộn như sau :

1.    Xi măng + Cát + Phụ gia khoáng trộn đều trong vòng 2 phút ;

2.    Cho 80% lượng nước đã tính toán vào máy trộn và trộn 1,5 phút ;

3.    Cho đá dăm vào máy trộn, trộn tiếp 1,5 phút ;

4.    Cho nốt 20% lượng nước còn lại vào máy trộn

5.    Cho phụ gia hóa học vào trộn với khoảng thời gian 1 phút ;

6.    Dừng lại 1 phút để xem xét chất lượng hỗn hợp BTTL ;

7.    Trộn lại trong khoảng từ 1 đến 1,5 phút sau đó thử độ linh động của hỗn hợp bê tông. Nếu đạt yêu cầu thì vận chuyển đến khối đổ nếu không đạt phải điều chỉnh lại thành phần cấp phối.

1.5. Vận chuyển hỗn hợp BTTL

Việc vận chuyển hỗn hợp BTTL từ trạm trộn đến công trường phải dùng xe chuyên dụng, tuyệt đối không được dùng băng truyền do hỗn hợp có độ chảy rất cao.

1.6. Đổ bê tông tự lèn

Khi thi công BTTL có thể dùng bơm hoặc cẩu. Nếu dùng bơm, hỗn hợp BTTL được bơm đẩy từ dưới lên trên còn khi dùng cẩu cho qua phễu tới tận đáy ván khuôn. Hỗn hợp BTTL được đẩy ngược trở lên, gần giống như thi công cọc nhồi (xem hình 1).

A - Thi công bê tông tự lèn bằng cẩu qua ống vòi voi; B- Thi công bê tông tự lèn bằng bơm (chiều từ dưới lên)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].   Hoàng Phó Uyên, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào công trình thủy lợi, Báo cáo tổng kết đề tài, năm 2007;

[2].   Trương Đình Dụ, Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo, thi công và quản lý vận hành đập xà lan di động áp dụng cho vùng triều, phục vụ các công trình ngăn sông vùng ven biển, Báo cáo tổng kết, năm 2007;

[3].    Nhà xuất bản xây dựng, Hướng dẫn lựa chọn thành phần bê tông các loại, Hà Nội – 2000;

[4].    TCVN 4453: 1995” Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối. Quy phạm thi công và nghiệm thu.”

Tác giả: PGS.TS. Hoàng Phó Uyên
Viện Thủy công-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Tạp chí KH&CN Thủy lợi