ThS. Đỗ Hồng Hải - Giám đốc Ban QLDATL 415
Sự phát triển của vật liệu xây dựng nước ta đặc biệt là công nghệ sản xuất xi măng đang phát triển mạnh, chất lượng tốt, giá thành ngày càng rẻ. Việc thay đổi kết cấu đập đất, đá hỗn hợp sang xây dựng các đập bê tông ở những nơi có điều kiện khí hậu khắc nghiệt và thời tiết bất thường, đặc biệt là đối với những đập lớn, để đảm bảo độ an toàn cao trong sử dụng đang là yêu cầu bức thiết, phù hợp với xu thế chung của thế giới và sự phát triển của công nghệ thi công, vật liệu xây dựng của nước ta hiện nay.
Vì vậy, nghiên cứu công nghệ thi công bê tông và sử dụng phụ gia để cải tạo tính chất của bê tông, đặc biệt là các biện pháp thi công để khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn, tăng độ bền vững, kéo dài tuổi thọ công trình, đảm bảo sự an toàn trong quản lý sử dụng đối với các đập lớn là vấn đề mang tính khoa học, kinh tế và thực tiễn to lớn.
1. Những biện pháp cơ bản khống chế nhiệt trong bê tông:
Có nhiều biện pháp để giảm ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn. Dùng xi măng ít tỏa nhiệt, giảm thiểu lượng dùng xi măng, tăng Dmác, độn đá hộc, làm lạnh nước cốt liệu, giảm chiều dày khối lượng khoảnh đổ, dùng ống tỏa nhiệt…Trong các biện pháp trên thì biện pháp sử dụng các loại phụ gia hoạt tính để thay thế một phần xi măng, giảm nhiệt thủy hóa là nguyên nhân tăng nhiệt độ trong bê tông tạo nên ứng suất gây nứt nẻ trong bê tông khối lớn là biện pháp khống chế nhiệt có hiệu quả.
2. Các loại phụ gia khoáng hoạt tính chọn sử dụng cho công trình bê tông khối lớn:
Có nhiều loại phụ gia khoáng hoạt tính có tính chất lý hóa có thể thay thế xi măng để giảm thiểu xi măng trong bê tông như Tro bay, Puzơlan, xỉ lò cao…
Các loại phụ gia trên phải đảm bảo yêu cầu chính :
Tổng lượng SiO2+ Al2O3 + FeO3% > 70%
Hàm lượng SO3 % < 4%
Độ ẩm % < 3%
Mất khi nung % < 10%
Chỉ số hoạt tính 28 ngày % > 75%
Độ mịn sót sàng 45 mm % < 34%
- Tro bay là chất thải dạng mịn là kết quả của việc đốt cháy than nghiền hoặc than bột chứa Antra xít hoặc than chứa Bi tan, chúng thỏa mãn các yêu cầu sử dụng, các loại tro bay này có tính chất như Puzơlan.
- Puzơlan là vật liệu Silic hoặc Silic và Alumin, có ít hoặc không có tính dính kết, nhưng ở dạng hạt mịn và mặt của nước, ẩm sẽ có tác dụng hóa học với Canxihiđroxít ở nhiệt độ thường để tạo thành hợp chất có tính chất dính kết. Puzơlan thiên nhiên nguyên khai hay qua nung phù hợp với các yêu cầu áp dụng như một vài loại đất Diatomit, đá mảnh opan và diệp thạch, tuyp và tro núi lửa hoặc đá bột, trong đó có loại qua nung và không qua nung, các loại vật liệu khác yêu cầu được nung để cho các tính chất thỏa mãn như một vài loại đất và diệp thạch.
Cường độ ban đầu của bê tông dùng xi măng Pooclăng và Puzơlan dự đoán là thấp hơn bê tông xi măng Pooclăng, nhưng càng về sau thì cường độ đạt thiết kế.
- Xỉ lò cao dạng hạt được nghiền mịn cũng có thể sử dụng như một thành phần riêng rẽ với xi măng Pooclăng như vật liệu dính kết trong bê tông. Các yêu cầu về xỉ nghiền mịn dùng trong bê tông được quy định trong ASTMC989.
3. Nguồn phụ gia và chọn phụ gia cho công trình
- Phụ gia Tro bay là sản phẩm của nhà máy nhiệt điện, là loại phụ gia có độ mịn và hoạt tính rất cao. Do hình dạng và cấu trúc hình cầu của nó nên yêu cầu dùng nước thường giảm đi.
Nguồn tro bay có nhiều ở úc, Trung Quốc… nơi có nhiều nhà máy nhiệt điện và núi lửa hoạt động. ở Việt Nam sản phẩm nhà máy nhiệt điện Phả Lại trong năm 1998 - 2000 đủ cung cấp cho công trình đập Bái Thượng và đập Tân Giang.
Đập Tân Giang là đập bê tông trọng lực có chiều cao gần 40m, khối lượng 130.000 m3 bê tông. Đập được xây dựng ở Ninh Thuận vùng có khí hậu nắng nóng khô hạn nhất nước, không thích hợp thi công bê tông.
Đập đã sử dụng phụ gia tro bay từ 63 - 73 kg tro bay cho 1m3 bê tông, sử dụng nguồn tro bay ở nhiệt điện Phả Lại. Quá trình thi công đã khống chế được nhiệt độ cho phép, không phát sinh nứt do ứng suất nhiệt trong bê tông. Kiểm tra cường độ, độ chống thấm… đạt yêu cầu của bê tông thủy công. Đập đã được Hội đồng nghiệm thu đánh giá cao về chất lượng kỹ, mỹ thuật và đã phát huy hiệu quả từ năm 2001.
- Phụ gia Puzơlan:
Phụ gia hoạt tính Puzơlan thiên nhiên theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3735-82 ở dạng nguyên khai hoặc đã gia nhiệt để tăng hoạt tính, nó được pha trộn vào xi măng để được xi măng Pooclăng Puzơlan theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4033-95. Puzơlan thiên nhiên bao gồm đất Diatonit, đá phún suất, tuyp và tro núi lửa, đá bột, đá bagian… Puzơlan chứa nhiều ôxít Silíc vô định hình có hoạt tính, tức là có tác dụng ở nhiệt độ thường với CaOH2 sinh ra khi xi măng thủy hóa để tạo thành CaO.SiO2.nH2O bền vững cả trong điều kiện ẩm ướt và trong nước.
Ở Việt Nam, phụ gia khoáng từ trước đến nay được nghiên cứu sử dụng chủ yếu cho sản xuất xi măng. Từ năm 1960, mỏ Puzơlan ở Sơn Tây, đây là loại phún suất sau khi nung trở thành Puzơlan có độ hoạt tính cao, nhưng nhược điểm là màu đỏ gạch. ở miền Trung và Miền Nam nước ta có sẵn đá bazan, nhiều mỏ đá được sử dụng như Nông Cống Thanh Hóa, Phủ Quỳ Nghệ An, Núi Voi Quảng Ngãi, Bến Tân Đồng Nai, Mui Rùa, Núi Đất Bà Rịa. Phụ gia được nghiền cùng với Cơlanhke xi măng tỷ lệ 10 – 15%.
Ở phía Nam nhiều nơi có Puzơlan, nhưng chưa được đánh giá và tổ chức khai thác có tính công nghiệp để sử dụng, duy chỉ có 2 nguồn cung cấp Puzơlan đang được khai thác để sử dụng cho sản xuất xi măng hỗn hợp PCB là : Puzơlan thiên nhiên lấy tại Núi Đất, Núi Thơm Bà Rịa.
Tính chất Puzơlan lấy tại Núi Đất đang được khai thác ổn định, nghiền tại nhà máy có thiết bị tự động, độ mịn tiêu chuẩn sử dụng để sản xuất xi măng Sao Mai PCB-30 tỷ lệ 18% có chất lượng rất tốt. Qua thí nghiệm kiểm chứng Puzơlan tại Viện Khoa học Công nghệ xây dựng và các kết quả thí nghiệm bê tông có sử dụng Puzơlan theo mác thiết kế ứng với các tỷ lệ ở Trường đại học xây dựng cho thấy Puzơlan tại Núi Đất - Long Đất đáp ứng được tiêu chuẩn phụ gia khoáng hoạt tính có tác dụng thay thế xi măng giảm nhiệt thủy hóa trong bê tông khối lớn.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.4016.558' /> |
| |
.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.4016.559' /> |
| |
4. Sử dụng phụ gia Puzơlan Núi Đất - Bà Rịa cho công trình Lòng Sông:
Đập Lòng Sông Bình Thuận là đập bê tông trọng lực có chiều dài 246m, chiều cao hơn 54m, là đập bê tông trọng lực cao và khối lượng lớn nhất ở Việt Nam hiện nay đang được xây dựng.
Vùng xây dựng đập khí hậu khô và nóng, nhiệt độ bình quân năm T = 27,10C, Tmác = 40,50C. Chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm cao, không thích hợp trong thi công đập bê tông, phải có biện pháp khống chế nhiệt trong bê tông để không sinh ứng suất nhiệt là nguyên nhân gây ra nứt nẻ trong bê tông.
Một trong những biện pháp để giảm nhiệt có hiệu quả là sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn cho bê tông, việc sử dụng phụ gia này sẽ giảm được lượng dùng xi măng nguyên nhân chính gây ra ứng suất nhiệt. Đập Tân Giang ở Ninh Thuận có khí hậu tương tự đã sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính tro bay có kết quả rất tốt. Tuy nhiên nguồn phụ gia tro bay ở phía Nam không có, chỉ mới sản xuất ở Phả Lại với trữ lượng thấp và nhập ở úc, Trung Quốc thì giá thành rất cao.
Qua khảo sát nghiên cứu cho thấy Puzơlan có đặc tính cơ, lý, hóa thỏa mãn yêu cầu dùng cho bê tông khối lớn và nguồn cung ứng lại dồi dào ở dạng tự nhiên có nhiều ở Bà Rịa - Vũng Tàu.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.4016.560' /> |
| |
Bê tông được thiết kế theo nguyên tắc tính toán kết hợp với thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường.
Tỷ lệ Puzơlan được trộn từ 35 - 40% đối với các loại bê tông để tìm cấp phối tốt nhất khi thay đổi các tỷ lệ cơ bản trên, mỗi tỷ lệ thay đổi 3 giá trị. Tiến hành từ nhiều tổ mẫu để loại trước ngay các tỷ lệ không thỏa mãn các thông số ban đầu và yêu cầu kỹ thuật. Cấp phối bê tông đảm bảo chọn ở tuổi 28 ngày là cao nhất, nhiệt độ trong bê tông là thấp nhất, cường độ, độ chống thấm, dung trọng… đảm bảo các yêu cầu về bê tông thủy công. Ngoài ra còn so sánh với bê tông thường để thấy được vai trò của phụ gia khoáng hoạt tính trong bê tông khối lớn.
Thiết kế thành phần phối hợp của bê tông Puzơlan và đã đúc 162 mẫu thí nghiệm để tìm ra cấp phối tối ưu về cường độ nén tuổi 28 ngày cho các mác bê tông, tiến hành thí nghiệm thấm và kiểm tra dung trọng. Cấp phối Puzơlan được lựa chọn đã đạt các yêu cầu : Cường độ, độ chống thấm, dung trọng và tính dễ đổ.
- Xi măng sử dụng là xi măng PCB 30 Sao Mai đã chứa 18% Puzơlan, số liệu trên là Puzơlan được thêm vào.
- Phụ gia hóa học sử dụng loại phụ gia R4 cho bê tông M250 và PC96 cho bê tông Mác 200 – 150.
Hiện nay đập Lòng Sông đang sử dụng loại xi măng Puzơlan được trộn sẵn qua các thiết bị tự động từ Nhà máy xi măng Sao Mai với tỷ lệ là 35% và thi công với cấp phối bê tông đã được đề nghị bảng 3. Kết hợp với các biện pháp làm mát vật liệu, nước, chọn thời gian đổ thích hợp vào ban đêm cùng với biện pháp bảo dưỡng nghiêm ngặt theo yêu cầu kỹ thuật.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.4016.561' /> |
| |
Công trình đã thực hiện trên 50 khoảnh đổ, khối lượng một khoảnh từ 115 m3 - 230 m3. Tiến hành đo nhiệt độ ban đầu, theo dõi nhiệt độ trong khối đổ ở các vị trí đối với Puzơlan nhiệt độ tăng nhanh trong 3 ngày đầu tiên đạt Tmác từ 50 - 510C sau đó giảm nhanh đạt nhiệt độ trung bình sau 7 - 8 ngày, với Tro bay nhiệt độ ban đầu tăng chậm đạt Tmác từ 49-500C sau đó giảm chậm dần từ 9-10 ngày hình a.
Thí nghiệm với tỷ lệ Puzơlan từ 36-39% nhiệt độ ban đầu và trong khối đổ giảm đi rõ rệt, tuy nhiên cường độ ban đầu và độ chống thấm cũng giảm. Có thể dùng cho bê tông Mác 150 và những vùng bê tông yêu cầu cường độ thấp kết hợp với chống thấm để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của bê tông thủy công.
Quá trình khảo sát phụ gia Puzơlan, nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và ứng dụng bước đầu cho thi công đập Lòng Sông có thể rút ra một số nhận xét:
- Việc sử dụng phụ gia hoạt tính Puzơlan thiên nhiên Núi Đất Bà Rịa để sản xuất bê tông cho công trình bê tông khối lớn nói chung và đập bê tông Lòng Sông đã đạt được các yêu cầu về cường độ, khối lượng thể tích, tính chống thấm và tính công tác theo yêu cầu các mác thiết kế.
- Tỷ lệ dùng Puzơlan hợp với tiêu chuẩn, quy phạm trong và ngoài nước: Tỷ lệ sử dụng <40%. Có thể dùng tỷ lệ 35 - 37% cho bê tông mác 200 - 250, tỷ lệ 37 - 39% cho bê tông mác 150. Riêng đối với bê tông mác 300 không đề nghị dùng Puzơlan.
- Để đảm bảo sự phân bổ đều Puzơlan trong hỗn hợp bê tông cần phải trộn riêng Puzơlan và Xi măng tại nhà máy với quy trình tự động theo tỷ lệ yêu cầu cho các mác và kết cấu trong công trình theo yêu cầu thiết kế.
- Bê tông sử dụng Puzơlan sự đông kết chậm hơn bê tông thường, nhiệt độ tăng nhanh ở thời kỳ đầu và giảm nhanh ở thời kỳ sau so với tro bay hình 1, cần có biện pháp xử lý nghiêm ngặt làm lạnh vật liệu, nước trong thời tiết nóng để hạ nhiệt độ ban đầu, việc giảm nhiệt nhanh so với tro bay và bê tông thường phải có biện pháp bảo dưỡng hợp lý, khắc phục được co ngót nhưng thuận lợi cho việc tăng nhanh tiến độ, giảm thời gian chờ đợi trong thi công.
Việc nghiên cứu sử dụng Puzơlan thiên nhiên ở Núi Đất, Núi Thơm Bà Rịa thay thế cho tro bay không có ở các tỉnh phía Nam bước đầu đã đạt được kết quả trong việc sản xuất bê tông khối lớn sử dụng cho đập bê tông trọng lực ở công trình Lòng Sông, đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật, chất lượng tốt, giá thành hạ, trữ lượng dồi dào. Trong tương lai có thể nghiên cứu sử dụng làm chất độn mịn cho bê tông đầm lăn. Bê tông đầm lăn là một công nghệ mới để thi công đập bê tông khối lớn đã được các nước tiên tiến trên thế giới áp dụng vì tốc độ thi công nhanh, giá thành hạ, khắc phục được những nhược điểm của bê tông khối lớn hiện nay.
Với trữ lượng dồi dào của Puzơlan tự nhiên ở Việt Nam và đã áp dụng kết quả ở một số công trình lớn. Hy vọng trong thời gian không xa các loại phụ gia khoáng hoạt tính có trữ lượng dồi dào, được sản xuất ở Việt Nam với chất lượng tốt, giá thành hạ sẽ thay thế phụ gia nhập ngoại để thi công bê tông khối lớn và bê tông đầm lăn không những đem lại hiệu quả kinh tế to lớn cho đất nước mà còn đưa khoa học và công nghệ xây dựng thủy lợi ngày càng phát triển theo tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa của đất nước.
Nguồn tin: www.agroviet.gov.vn