Ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn trong thi công đập xà lan di động cho các công trình thủy lợi vùng triều

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu sử dụng công nghệ bê tông tự lèn để thi công đập xà lan di động trong các dự án ngăn mặn giữ ngọt của Viện Thủy công tại vùng triều thuộc đồng bằng sông Cửu Long

Đặt vấn đề

Hiện nay, một số tỉnh vùng Đồng bằng sông Cửu long do yêu cầu chuyển dịch cơ cấu sản xuất, nên hàng trăm ngàn ha đất trồng lúa kém hiệu quả đã chuyển sang nuôi trồng thủy sản đạt kết quả cao. Vùng chuyển đổi này càng ngày càng lớn, lấn sâu vào khu vực trồng lúa ổn định làm nảy sinh mâu thuẫn về tranh chấp nguồn nước giữa hai vùng sính thái Mặn để điều tiết nuôi trồng thủy sản và Ngọt để trồng lúa. Do đó, việc phân ranh hai vùng sinh thái “Mặn - Ngọt” đòi hỏi phải có giải pháp công trình điều tiết nguồn nước theo yêu cầu sản xuất đặc thù này. Mặc dù vậy, công trình lại cần có kết cấu đơn giản, giữ được ngọt, ngăn được mặn, tiêu thoát lũ tốt, không phải giải tỏa đền bù, thi công lắp đặt dễ dàng, đáp ứng yêu cầu giao thông thủy bộ và đặc biệt là có thể di chuyển đến vị trí khác khi có nhu cầu thay đổi vị trí nhưng bản thân kết cấu phải bền vững và có độ tin cậy cao. Xuất phát từ đòi hỏi khắt khe như vậy, các cán bộ khoa học của Viện Thủy công sau quá trình nghiên cứu đã đưa ra kết luận: “chỉ có cống ngăn mặn giữ ngọt kiểu đập xà lan di động là đáp ứng được các yêu cầu bức bách về kinh tế kỹ thuật và xã hội vùng tôm – lúa [1].

Đập xà lan di động chế tạo từ bê tông cốt thép là loại đập đang được Trung tâm Công trình đồng bằng ven biển và Phòng nghiên cứu Vật liệu thuộc Viện Thủy công kết hợp chế tạo hàng loạt và đưa vào sử dụng tại các tỉnh Cà Mau, Sóc Trăng, Cần Thơ. Đập Xà lan di động được tính toán thiết kế với kết cấu nhẹ, thích hợp với nền đất yếu và sự chênh lệch cột nước thấp. Bề dày của kết cấu đập Xà lan tại các vách ngăn chỉ từ 12 đến 18cm có đường kính cốt thép từ 12 đến 18mm. Như vậy, muốn thi công đập Xà lan một cách dễ dàng phải cần có loại bê tông chất lượng cao, độ linh động đặc biệt để tự điền đầy vào thành vách của kết cấu đập và đặc biệt là đạt cường độ nén thiết kế và độ chống thấm, chống ăn mòn cao. Với yêu cầu như vậy, phòng Nghiên cứu Vật liệu đã nghiên cứu và khẳng định: Việc sử dụng bê tông tự lèn trong xây dựng các công trình có hình dáng kết cấu phức tạp, cốt thép dầy đặc, yêu cầu chất lượng cao là một bước tiến quan trọng trong công nghệ thi công bê tông cốt thép [ 2 ]. Chỉ có bê tông tự lèn mới có thể áp dụng thi công đập Xà lan di động một cách tốt nhất.

1. Khái niệm về bê tông tự lèn

Bê tông tự lèn (BTTL) là một loại bê tông mà hỗn hợp mới trộn xong của nó có khả năng tự điền đầy các khuôn đổ, kể cả những kết cấu dầy đặc cốt thép, bằng chính trọng lượng bản thân, không cần bất kỳ một tác động cơ học nào từ bên ngoài. Nói cách khác bê tông tự lèn là bê tông, mà hỗn hợp của nó khi đổ không cần đầm nhưng sau khi đông cứng, kết cấu bê tông vẫn đảm bảo độ đồng nhất, độ đặc chắc và các tính chất cơ lý như bê tông thông thường cùng mác [2].

2. Đặc điểm của BTTL và vật liệu chế tạo BTTL

Bê tông tự lèn có thể chia ra làm 03 loại:

- BTTL dựa trên hiệu ứng của bột mịn, trong đó độ linh động và tính năng không phân tầng của hỗn hợp bê tông đạt được bằng cách điều chỉnh phù hợp tỷ lệ N/B [nước/bột ( xi măng và phụ gia khoáng mịn )];

-  BTTL sử dụng phụ gia để điều chỉnh độ linh động, đó là loại bê tông sử dụng phụ gia VMA (Viscosity Modifying Admixture) để cho hỗn hợp bê tông có độ linh động tốt nhưng không bị phân tầng tách nước;

- BTTL sử dụng kết hợp cả hai hiệu ứng là bột mịn và phụ gia điều chỉnh độ linh động.

Bê tông tự lèn cũng được cấu thành từ các vật liệu cơ bản (chất kết dính, cốt liệu, nước, phụ gia) như bê tông truyền thống nhưng để đảm bảo thi công không cần đến việc đầm nén, do vậy nó cần có những tính năng riêng. Tính năng quan trọng nhất là khả năng ổn định độ đồng đều của hỗn hợp bê tông tươi trong quá trình tự chảy mà không gây ra hiện tượng phân tầng, tách nước. Mặt khác, mật độ cốt liệu lớn phải được phân bố đều khắp trong khối đổ.

Để có được khả năng này cần phải có được sự phối hợp sử dụng các vật liệu một cách tối ưu trong khi thiết kế thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông tự lèn. Các tỷ lệ thành phần vật liệu trong hỗn hợp BTTL có ảnh hưởng và quyết định đến tính tự lèn của hỗn hợp bê tông cụ thể như sau:

- Lượng nước trộn trong BTTL (N/CKD) chỉ nằm trong khoảng từ 0,3÷ 0,4 tùy theo mác BTTL do yêu cầu của thiết kế;

- Phụ gia hóa học cho BTTL phải đảm bảo có đồng thời hai tính chất, đó là giảm lượng nước trộn xuống tới mức tối thiểu giữ cho hỗn hợp BTTL có độ linh động cao (đường kính chẩy xòe của hỗn hợp bê tông từ 68 ÷ 70 cm) nhưng không được gây ra sự phân tầng tách nước [3]. Các phụ gia giảm nước cho BTTL thường được sản xuất từ một trong các gốc: Napthalene sulfonat, Melamin sulfonat, polycarboxylate và Amino sulfonat… [4];

- Bột khoáng mịn, gồm loại hoạt tính và trơ, có nguồn gốc nhân tạo (tro bay) hoặc  thiên nhiên (puzơlan), dễ phân tán, bao bọc các hạt cốt liệu và làm giảm tương tác giữa các hạt, góp phần làm tăng độ linh động của hỗn hợp BTTL [5];

- Cốt liệu lớn trong BTTL thường ít hơn so với bê tông truyền thống. Nếu lượng cốt liệu lớn cao thì ảnh hưởng đến khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông tươi và có hiện tượng kết khối cốt liệu.

3. Ứng dụng công nghệ BTTL vào việc thi công đập xà lan di động

Sau khi nghiên cứu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và thực tế thử trên cửa van công trình Cống Ngọc Hùng - Nghĩa Hưng - Nam Định, Phòng Nghiên cứu Vật liệu và Trung tâm Công trình Đồng bằng ven biển - Viện Thủy công đã quyết định sử dụng bê tông tự lèn để sản xuất đập Xà lan di động phục vụ công tác ngăn mặn giữ ngọt vùng ven biển tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long như cống Minh Hà, Rạch Lùm - Cà Mau, cống Sáu Hỷ - Bạc Liêu. Khẩu độ của các cống này B ≥ 10m và sử dụng xấp xỉ 100 m3 bê tông tự lèn.

Đập Xà lan di động được chế tạo trên bờ sau khi đạt cường độ quy định của bê tông sẽ tiến hành hạ thủy cho nổi trên sông và lai dắt đến hố móng và đánh chìm.

Bê tông tự lèn có các tính chất cơ lý hoàn toàn giống như bê tông truyền thống có cùng mác và có thể áp dụng cho các kết cấu bê tông , bê tông cốt thép đặc biệt phù hợp cho các kết cấu mỏng, dầy cốt thép như đập xà lan di động [ 2 ].

- Thành phần cấp phối BTTL dùng để chế tạo đập xà lan:

Với mác BTTL yêu cầu là M35;

Độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông là D = 70 ± 2 cm;

Mác chống thấm sau 28 ngày của mẫu là W = 12 atm;

   Phòng NC Vật liệu đã thiết kế thành phần cấp phối BTTL như trong bảng 1.

Bảng 1. Lượng vật liệu cho 1m3 bê tông tự lèn dùng để chế tạo đập xà lan

- Các loại phụ gia có đặc tính phù hợp tiêu chuẩn ASTM C494 loại G và ASTM C 1017. Bột đá và tro bay có thể thay thế bằng puzôlan thiên nhiên nghiền mịn.

Hình 1. Thí nghiệm kiểm tra độ linh động của hỗn hợp BTTL	Hình 2. Đo đường kính chảy xòe của hỗn hợp BTTL sau khi rút côn
Hình 3. Thi công đập xà lan di động bằng bê tông tự lèn tại bãi đúc	Hình 4. Bơm bê tông tự lèn vào bản đáy của đập xà lan

- Trong quá trình thi công các cống theo kiểu đập Xà lan, độ linh động của hỗn hợp BTTL luôn được khống chế từ 65 đến 70 cm nên rất dễ thi công, sản phẩm cống có bề mặt nhẵn đẹp các mẫu đúc kiểm tra đều đạt và vượt mác thiết kế yêu cầu ở tuổi 28 ngày.

- Công tác kiểm tra chất lượng BTTL khi thi công đập xà lan di động phải phù hợp tiêu chuẩn TCVN 3118:  1993.

Đập Xà lan là dạng kết cấu mỏng, cốt thép dầy khi dùng BTTL phải có ván khuôn kín khít thì mới đảm bảo bề mặt bê tông nhẵn đặc và chống thấm tốt. Công tác thi công BTTL cho đập Xà lan phải tuân theo quy trình riêng của Trung tâmC ông trình Đồng bằng ven biển đã thiết kế trong tài liệu [1].

4. Kết luận:

- Bê tông tự lèn đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu để chế tạo đập Xà lan di động phục vụ công tác ngăn sông vùng ven biển. Kết quả nghiên cứu này đã áp dụng thi công các công trình ngăn mặn giữ ngọt tại tỉnh Cà Mau (Cống Minh Hà- huyện Trần Văn Thời ) và nhiều các cống khác tại vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long;

- Khi thi công bê tông tự lèn cần chú ý tuân thủ nghiêm ngặt các quy định và yêu cầu quản lý chất lượng trong quy trình kỹ thuật thi thi công của từng công trình đập Xà lan di động.

Tài liệu tham khảo

[1]. Trương Đình Dụ , Trần Đình Hòa, Trần Văn Thái. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật dự án sản xuất thử nghiệm: Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo và vận hành đập xà lan di động áp dụng cho vùng triều phục vụ các công trình ngăn sông vùng ven biển. 2007.

[2]. Hoàng Phó Uyên, Nguyễn Quang Bình. Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào công trình Thủy lợi. 2007.

[3]. M. collepardi. Self-Compacting Concrete: What is new? Seventh CANMET/ACI International Conference on Superplasticizers and other Chemical Admixture in Concrete. ISBN 0 – 87031 – 127 – 1.

[4]. T.Sugamata, M. Hibino, M. Ouchi. A study of Particle Dispersion Effect of polycarboxylate Based Superplasticizers.

[5]. Trần Thị Hồng Thúy. Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn sử dụng vật liệu sẵn có tại Việt Nam. 2004.

Tác giả: PGS.TS. Hoàng Phó Uyên
Viện Thủy Công

Tạp chí KH&CN Thủy lợi