1.Đặt vấn đề
Trong thời gian gần đây, việc nghiên cứu bê tông màu trang trí cường độ cao giả đá tự nhiên sử dụng làm các lớp bề mặt cấu kiện sẵn, phù điêu, bề mặt trang trí... đã được một số các nhà nghiên cưu trong nước quan tâm. Việc sử dụng Metakaolin màu trắng dùng làm phụ gia khoáng hoạt tính cho bê tông cường độ caothay cho Silicafume màu đen kết hợp phụ gia siêu dẻo thế hệ mới và các loại vật liệu khác đã tạo ra các loại bê tông màu cường độ cao, hỗn hợp bê tông có độ linh động cao.
Cụ thể, như việc nghiên cứu đường giao thông trong khu vực Lăng Thiên Thọ Lăng Gia Long, thuộc quần thể Di tích Cố đô Huế - tỉnh Thừa Thiên - Huế có chiều dài khoảng 1,6 km, rộng 4m với yêu cầu mặt đường có màu vàng hoàng thổ, bề mặt có khảm cuội sỏi chịu được tải trọng xe 5 tấn, chịu được khí hâuk khắc nghiệt nóng ẩm, chống nứt tốt, chịu mài mòn, chịu ngập nước và giá thành hợp lý. Từ các kết quả nghiên cứu đã đạt được, đặt ra vấn đề nghiên cứu bê tông màu cốt sợi thép dùng làm lớp mặt đường này.
2. Nghiên cứu chế tạo bê tông màu cốt sợi thép làm lớp mặt đường giao thông
• Cơ sở lựa chọn phương án thi công lớp mặt đường
Trên cơ sở các yêu cầu đặt ra của đường giao thông trong khu vực Lăng Thiên Thọ, theo tính toán chiều dày tổng cộng của đường là 20 cm, được thi công làm 2 lớp bê tông: lớp thứ nhất dày 10 cm bằng bê tông mác 200 và lớp thứ hai bằng bê tông màu trang trí cốt sợi thép có màu vàng hoàng thổ, khảm cuội và đá tạo hoa văn có chiều dày 10 cm là lớp mặt vừa chịu lực vừa trang trí. Với phương án này lớp mặt có màu sắc và trạng thái đáp ứng yêu cầu thiết kế kiến trúc. Giá thành rẻ hơn lớp mặt lát đá xẻ màu hoàng thổ dày 8 cm và lớp vữa mác 100 dày 2 cm.
• Yêu cầu đối với bê tông màu cốt sợi thép dùng làm lớp mặt đường
Đường được thi công làm 2 lớp, lớp thứ nhất dày 10 cm bằng bê tông mác 200, thi công xong lớp thứ nhất tiến hành thi công phủ mặt lớp thứ 2 bằng bê tông màu cốt sợi thép khảm đá cuội dày 10cm. Công tác thi công lớp phủ mặt được đổ tại chỗ, với máy trộn bê tông rơi tự do, hỗn hợp bê tông màu cốt sợi thép sau khi trộn xong được rải trực tiếp lên bề mặt lớp thứ nhất, công tác khảm đá và công tác đầm, tạo hình bề mặt tiến hành bằng thủ công.
Các yêu cầu cần đáp ứng là:
- Hỗn hợp bê tông màu cốt sợi thép có độ sụt 16 - 18 cm.
- Cường độ chịu nén của bê tông màu cốt sợi thép phân tán > 200 daN/cm2 ở độ tuổi 3 ngày và đạt > 450 daN/cm2 ở độ tuổi 28 ngày.
- Cường độ chịu uốn ở tuổi 28 ngày đạt > 90 daN/cm2.
- Màu sắc vàng đậm.
- Trạng thái bề mặt: khảm đá cuội màu vàng.
• Lựa chọn nguyên liệu và thiết kế thành phần cấp phối
Nguyên liệu chế tạo bê tông màu cốt sợi thép phân tán gồm có:
- Xi măng: PCB 40 Nghi Sơn thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của TCVN 6260: 1997; xi măng trắng PC 30 Ngựa trắng liên doanh Việt - Thái thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của TCVN 6260: 1997 và TCVN 5691: 2000.
- Phụ gia khoáng hoạt tính màu trắng: Metakaolin đáp ứng TCXDVN 311: 2004.
- Cát: cát thạch anh cát quatz trắng Quảng Bình, không nhiễm mặn, hàm lượng SiO2 > 90%.
- Chất độn mịn tạo màu: Xỉ hoạt hoá màu trắng vàng.
- Cốt liệu lớn: Sỏi sàng, dmax = 20 mm.
- Phụ gia siêu dẻo: phụ gia siêu dẻo Glenium SP 51 của hãng MBT - Degussa.
- Bột màu: Bột màu vàng hoàng thổ.
- Nước: Đạt yêu cầu kỹ thuật TCXDVN 302: 2004.
- Sợi thép: sợi Dramix tròn 2 đầu neo SF-35 / 0,7 mm, đáp ứng yêu cầu ASTM A 820-01 6. Với các thông số kỹ thuật như sau:
+ Chiều dài sợi 35 mm; đường kính sợi 0,7mm; Tỷ lệ hướng sợi 50.
+ Cường độ chịu kéo: > 10.000 daN/cm2 .
- Đá khảm xếp sau: Đá cuội màu vàng với các cỡ hạt tạo hoa văn.
Thành phần cấp phối bê tông màu không sợi và bê tông màu cốt sợi thép phân tán dùng làm lớp mặt đường, với hàm lượng thép sợi sử dụng 50 kg /m3, độ sụt của hỗn hợp bê tông 16 - 18 cm.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.5120.833' /> |
| |
• Một số chỉ tiêu cơ lý của bê tông màu cốt sợi thép phân tán làm mặt đường
Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu cơ lý của bê tông màu cốt sợi phân tán và bê tông màu không sợi đối chứng cho trong bảng 2.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.5120.834' /> |
| |
Từ bảng 2 và hình 1 có một số nhận xét sau:
- Cường độ chịu nén của bê tông màu cốt sợi thép phân tán và bê tông màu không sợi đối chứng đạt mác đề ra.
- Cường độ chịu uốn của bê tông màu cốt sợi thép phân tán ở tuổi 28 ngày đạt 113 daN/cm2 đáp ứng yêu cầu đề ra đối với cường độ chịu uốn của bê tông lớp mặt.
- Sợi thép đã làm tăng đáng kể tỷ số R uốn 28 / R nén 28 của bê tông cốt sợi thép so với bê tông không sợi, điều này cho phép làm tăng độ dẻo của bê tông khi chịu mỏi và các tính chất khác, làm tăng độ bền của lớp mặt đường, kéo dài khoảng cách khe co giãn.
3. Quy trình thi công và kiểm tra chất lượng lớp mặt đường bằng tông màu cốt sợi thép
• Quy trình thi công lớp mặt đường bằng bê tông màu cốt sợi thép
Các bước thi công lớp mặt bê tông màu cốt sợi thép phân tán như sau:
Bước 1: Chuẩn bị bề mặt thi công lớp mặt
- Bề mặt bê tông nền được làm sạch và tạo ẩm;
- Ghép ván khuôn thành để thi công bê tông lớp mặt;
- Tạo khe co dãn nhiệt ẩm.
Bước 2: Trộn bê tông màu cốt sợi thép phân tán
- Định lượng cân nguyên vật liệu theo mẻ trộn bê tông căn cứ theo thành phần cấp phối.
- Cát trắng + sợi thép + 20% nước trộn bê tông được trộn đều trong vòng khoảng 1 phút;
- Xi măng PCB 40 Nghi Sơn và xi măng trắng PC 30 Ngựa trắng, Metakaolin, xỉ hoạt hoá được định lượng đưa vào nồi trộn, trộn trong khoảng 1 phút tiếp theo;
- Đưa 40 - 50% nước trộn bê tông vào hỗn hợp vữa sợi thép trộn tiếp khoảng 1 phút;
- Đưa tiếp 30 - 40% lượng nước trộn còn lại + phụ gia siêu dẻo trộn trong khoảng 1 - 2 phút;
- Đưa cốt liệu lớn sỏi đã được định lượng đưa vào hỗn hợp hồ vữa xi măng sợi thép vào trộn tiếp trong vòng 3 - 4 phút;
- Kết thúc quá trình trộn, kiểm tra độ sụt của hỗn hợp bê tông màu cốt sợi thép;
Bước 3: Thi công lớp mặt đường bằng bê tông màu cốt sợi thép khảm đá cuội.
- Rải hỗn hợp bê tông màu cốt sợi thép lên bề mặt bê tông lót, gạt phẳng & xoa phẳng bề mặt;
- Rải đá, sỏi lên bề mặt bê tông tạo hoạ tiết, rắc thêm các hạt cát vàng có kích thước từ 2,5 – 5 mm.
- Dùng bàn xoa vỗ nhẹ bề mặt cho các hạt sỏi và cát sau khi khảm chìm vào trong bê tông màu. Xoa nhẹ đều bề mặt để chất kết dính lấp đầy lỗ trống giữa các hạt trên mặt.
- Dùng nilon phủ kín lớp mặt ngay nhằm bảo dưỡng bê tông.
Bước 4: Hoàn thiện bề mặt và bảo dưỡng bê tông màu lớp mặt đường.
- Khoảng 3 - 4 giờ, sau khi thi công lớp mặt, dùng chổi đót quét giữa các kẽ đá làm lộ mặt đá, dùng giẻ ẩm lau sạch các lớp hồ xi măng bám trên mặt các viên sỏi;
- Phủ kín lại toàn bộ bề mặt bê tông bằng nilon;
- Sau 12 giờ dùng bao tải rải lên mặt lớp bê tông và tưới nước bảo dưỡng ẩm đến 24 giờ;
- Sau 24 giờ, dùng nước rửa, giẻ lau sạch bề mặt sỏi khảm đến khi không còn vết xi măng;
- Sau đó phủ bao tải ẩm và bảo dưỡng ẩm liên tục trong 2 ngày tiếp theo;
- Sau 3 ngày kể từ khi thi công xong bê tông màu cốt sợi thép lớp mặt dừng bảo dưỡng, để bê tông chịu tác động trực tiếp của điều kiện khí hậu.
- Khe co dãn nhiệt ẩm được xảm bằng keo Polyurethane PU màu vàng cùng màu với bê tông.
• Kiểm tra chất lượng bê tông lớp mặt đường
- Kiểm tra độ sụt của hỗn hợp bê tông màu cốt sợi thép sau khi trộn;
- Kiểm tra cường độ bê tông màu cốt sợi thép ở tuổi 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày bằng khoan ống lấy mẫu. Khoan chiều dài 1000 m khoan tối thiểu 3 mẫu.
4. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật
Sử dụng bê tông màu cốt sợi thép phân tán thay cho lát đá xẻ làm lớp mặt đường đã khắc phục được một số hạn chế của lớp mặt lát đá xẻ tự nhiên, tăng cao cường độ chịu kéo của lớp mặt, tăng độ dẻo dai, tăng khả năng kháng nứt dưới tác động của tải trọng và điều kiện khí hậu. Điều này chính là ưu thế vượt trội của bê tông cốt sợi thép khi sử dụng làm lớp mặt đường. Ngoài ra còn đưa lại hiệu quả kinh tế cho công trình.
5. Kết luận
Có thể chế tạo bê tông màu cốt sợi thép khảm đá từ các nguyên vật liệu trong nước và nguyên liệu nhập ngoại có tại thị trường trong nước.
Bê tông màu cốt sợi thép phân tán đáp ứng điều kiện thiết kế kiến trúc và khả năng chịu lực cũng như yêu cầu thi công.
Việc sử dụng sợi thép trong bê tông màu trang trí đã làm tăng cao cường độ chịu uốn của bê tông cốt sợi thép so với bê tông không sợi.
Đã lập được quy trình công nghệ thi công và kiểm tra chất lượng bê tông màu cốt sợi thép với công nghệ, thiết bị có sẵn phù hợp điều kiện công nghệ và thiết bị của Việt Nam.
Bê tông màu cốt sợi thép khảm đá cuội đáp ứng yêu cầu về mặt thẩm mỹ và đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao khi sử dụng làm lớp mặt đường trang trí kiến trúc thay thế cho đá xẻ lát mặt.
Việc sử dụng bê tông màu cốt sợi thép phân tán cường độ cao, với mác từ 500 trở lên, mở ra nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực dùng làm lớp mặt công trình cần trang trí kiến trúc và mỹ thuật, đem lại hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật.
Nguyễn Thanh Bình, TS. Trần Bá Việt
Nguồn tin: T/C Người Xây dựng, số 7/2006