Bài viết của ThS. Nguyễn Như .Oanh

Tóm tắt : Cho đến nay vẫn chưa có quy định thống nhất đối với các phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL. Hiện nay đã có mấy phương pháp tính toán cấp phối BTĐL và mỗi phương pháp có sự khác nhau đôi chút, vì mỗi phương pháp có cách thành lập khác nhau. Nhưng hầu hết các phương pháp đều phải dùng một số giả định và kinh nghiệm, mỗi phương pháp đã phân tích được lý luận để thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn, hiện nay đang từng bước nghiên cứu, và đã đạt được nhiều kết quả tốt. Dưới đây giới thiệu sơ lược các bước thiết kế cấp phối BTĐL, sau đó đối với một số phương pháp thiết kế cấp phối cho mỗi công trình có tính đại biểu sẽ giới thiệu thêm.

Abstract: Up to now, It have not consensus regulation on design and propertioning of Roller compacted concrete (RCC) mix methods. Now a day, there are several calculate methods that each have some diffrents, because of different foundation methods. But almost methods have to base on some assumptions and experiences, each method have given argument anlysis for design and proportioning roller compacted conceret mix, Now, it have been reaseaching and obtained very much results. This peper preliminary introduce step by step for design and proportioning roller compacted concrete mix. It have introduced more datail for each example works.


I. Các bước thông thường thiết kế cấp phối BTĐL :
1. Thu thập tài liệu cần thiết để thiết kế cấp phối:

Trước khi tiến hành thiết kế cấp phối BTĐL phải thu thập các tài liệu kỹ thuật, toàn bộ vấn đề có liên quan đến thiết kế cấp phối; bao gồm:

(1) Vị trí bộ phận công trình sử dụng bê tông đầm lăn; (2) Yêu cầu kỹ thuật được đưa ra của bê tông đối với thiết kế công trình như cường độ, biến hình, tính chống thấm, tính bền, nhiệt thuỷ hoá, thời gian ngưng kết của hỗn hợp bê tông, độ CV, dung trọng bê tông, vv.. (3) Trình độ kỹ thuật thi công. (4) Phẩm chất, đơn giá của nguyên vật liệu sử dụng cho công trình.v.v..

2. Thiết kế cấp phối sơ bộ.

a) Xác định sơ lược các tham số cấp phối yêu cầu:

Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu thô và tỷ lệ của các cấp hạt trong cốt liệu thô, đối với bê tông dùng xây dựng công trình thuỷ công thường là bê tông khối lớn, đường kính lớn nhất của cốt liệu lớn thường chọn là 80mm. Tỷ lệ mỗi cấp cỡ hạt là bao nhiêu, có thể dựa vào trạng thái của cốt liệu thô hoặc dung trọng tự nhiên, khi dung trọng càng lớn (độ rỗng càng nhỏ), sự phân tăng của cốt liệu thô càng giảm, nguyên tắc xác định là phải thông qua thí nghiệm. ở Trung Quốc có nhiều tham số cho bê tông đầm lăn cần phải xác định. Tỷ lệ 3 cấp cỡ hạt của cốt liệu thô thường chọn là 4:3:3 hoặc là 3:4:3. Tuỳ theo công trình vào loại lớn, trung bình hay nhỏ. Sau khi xác định DMax của cốt liệu thô và các cấp cỡ hạt thì có thể xác định được các tham số cấp phối. Trong BTĐL có xi măng, vật liệu hỗn hợp hoạt tính (Gồm tro bay hoặc Puzơlan), nước, cát, đá được ký hiệu lần lượt là: C, F , W , S , G để biểu thị thông thường mối quan hệ giữa Nước và lượng Vật liệu kết dính biểu thị là tỷ lệ: W/(C+F).

Quan hệ giữa Vật liệu hỗn hợp hoạt tính ( Tro bay hoặc puzơlan) và lượng Vật liệu kết dính dùng tỷ lệ: F/(C+F) hoặc F/C để biểu thị.

Quan hệ giữa Cát và lượng Cát và Đá ( gọi là mức ngậm cát) dùng tỷ lệ: S/(S+G).

Quan hệ giữa lượng vữa và cát và lượng dùng cát được biểu thị bởi: (C+F+W)/S

(cũng có thể dùng hệ số dư lượng vữa a để biểu thị lượng vữa đủ để lấp đầy lỗ rỗng các hạt cát). Đó là 4 tham số cấp phối của bê tông đầm lăn, việc lựa chọn các tham số cấp phối cần phải thông qua các phương pháp dưới đây để tiến hành:

1. Phương pháp lựa chọn phân tích thí nghiệm đơn nhân tố.

Do mỗi tham số cấp phối bê tông đầm lăn có ảnh hưởng đến các tính năng của BTĐL ở mức độ khác nhau, do đó có thể chọn tính năng nào có ảnh hưởng rõ rệt nhất, thì tiến hành thí nghiệm đơn nhân tố để xác định, tham số cần xác định là tỷ lệ W/(C+F) lượng vật liệu hỗn hợp hoạt tính thường thông qua nghiên cứu xem xét sự ảnh hưởng của nó đến cường độ nén và tính bền của bê tông để quyết định lựa chọn.

Tỷ lệ vữa cát phải thông qua thí nghiệm xem sự ảnh hưởng của nó đến dung trọng vữa cát để xác định và hàm lượng cát phải dựa vào thí nghiệm dung trọng bê tông để xác định giá trị tốt nhất đồng thời có xem xét tới tình trạng phân tầng của cốt liệu thô của hỗn hợp bê tông.

2. Phương pháp lựa chọn thiết kế thí nghiệm trực giao.

Có thể xem 4 tham số tỷ lệ phối hợp là những nhân tố thiết kế thí nghiệm trực giao, mỗi nhân tố lấy 3 đến 4 mức độ khác nhau, lựa chọn trình tự thí nghiệm trực giao thích đáng. Dùng phương pháp phân tích trực quan hoặc phương pháp phân tích phương sai của mỗi nhân tố và mối quan hệ giữa chúng với các tính năng của bê tông, từ đó lựa chọn ra các tham số cấp phối.. Phải thấy rằng Phương pháp lựa chọn thiết kế thí nghiệm trực giao đối với thí nghiệm vật liệu ở trong phòng trong tình trạng chủ động là rất phù hợp, nhưng trước khi chính thức thi công, cần phải thông qua thí nghiệm hiện trường để kiểm nghiệm độ chính xác của các tham số đã lựa chọn.

3. Phương pháp lựa chọn so sánh loại công trình.

Đối với các công trình vừa và nhỏ thường không có khả năng thông qua thí nghiệm để xác định các tham số cấp phối bê tông, phải tham khảo các công trình tương tự để sơ bộ chọn các tham số cấp phối, sau đó tiến hành thiết kế sơ bộ cấp phối.

2. Tính toán lượng dùng vật liệu trong 1m3 bê tông đầm lăn:

Để tính toán cấp phối BTĐL cũng cần phải dựa vào môt số giả thiết :

1. Giả thiết thể tích tuyệt đối:

Phương pháp này giả sử rằng thể tích của hỗn hợp bê tông đầm lăn bằng tổng thể tích tuyệt đối của các loại vật liệu tạo thành bê tông cộng với hàm lượng không khí trộn vào bê tông, ta có công thức:

C/ + F/ + W/ + S/ + C/ +10a = 1000 (2- 1)

Trong đó C, F, W, S, G là lượng dùng xi măng, vật liệu hỗn hợp hoạt tính, nước, cát và đá trong 1m3 bê tông đầm lăn (kg)

, , – Khối lượng riêng của xi măng vật liệu hỗn hợp và nước (kg/dm3)

, – Dung trọng xốp của cát và sỏi (kg/dm3)

a: Hệ số biểu thị hàm lượng khí trong hỗn hợp BTĐL, nếu không trộn phụ gia dẫn khí – Thường lấy a = 1 � 3.

2 Giả thiết về dung trọng bê tông:

Giả định dung trọng của hồn hợp BTĐL sau khi trộn là một số xác định được; do vậy ta có thể viết được công thức:

C + F + S + W + G = gcon (2 – 2)

Trong đó: các ký hiệu có ý nghĩa giống như trên.

3. Giả thiết về lấp đầy và bao bọc:

Giả thiết này là: (1) vữa vật liệu kết dính bao bọc các hạt cát và lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cát tạo thành vữa cát,

(2) Vữa cát bao bọc cát hạt cốt liệu thô và lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu thô, hình thành lên bê tông đồng nhất. Lấy a và b làm chỉ tiêu để so sánh.

Với : hệ số a biểu thị tỷ số giữa thể tích vữa vật liệu kết và thể tích lỗ rỗng của cát.

Hệ số b biểu thị tỷ số giữa thể tích vữa cát so với thể tích lõ rỗng giữa các hạt cốt liệu thô. Do cần có thêm 1 lượng vữa dư nhất định, nên a, b đều phải lớn hơn 1; Trong thực tế giá trị a của BTĐL thông thường lấy từ 1,1 đến 1,3; và hệ số b thường từ 1,2 đến 1,5

Từ đó ta có hệ phương trình sau:

(2.3)

(2.4)

Từ đó tính được: (2.5)

và (2.6)

Nếu gọi các tham số cấp phối bê tông là:

W/(C+F) = K1 và F/(C+F)=K2

Thì : (2.7)

Và (2.8)

W = K1(C + F) (2.9)

Trong các công thức trên: PS và PG là độ rỗng của cát và đá ở trạng thái đầm chặt

Va: Hệ số biểu thị thể tích lỗ rỗng của bê tông.

g’S g’G : Dung trọng xốp ở trạng thái đầm chặt của cát và đá.

Các ký hiệu khác vẫn có ý nghĩa như trên. Dựa vào tham số cấp phối bê tông và các công thức trên có thể tính toán ra được lượng dùng mỗi loại vật liệu cho mỗi 1 m3 bê tông đầm lăn.

3- Trộn thử – Điều chỉnh.

Để tính toán ra lượng dùng mỗi loại vật liệu kể trên là phải dựa vào một số giả thiết và công thức kinh nghiệm, hệ số kinh nghiệm, hoặc là lợi dụng những tài liệu kinh nghiệm đã có. Các thông số của nó là phải thông qua thí nghiệm trong phòng để xác định, do điều kiện thí nghiệm và tình hình thực tế có sự khác nhau, cũng có thể không phù hợp hoàn toàn với thực tế nên bắt buộc phải thông qua các mẫu trộn thử để điều chỉnh độ công tác của hỗn hợp bê tông và dung trọng thực tế của hỗn hợp bê tông.

Dùng cấp phối đã xác định sơ bộ được để tiến hành trộn thử bê tông , xác định giá trị Vc của hỗn hợp bê tông, nếu như độ Vc lớn hơn yêu cần thiết kế, thì phải giữ nguyên lượng cát và tăng thêm cốt liệu thô và điều chỉnh lượng nước sao cho tỷ lệ W/(C+F+S) không thay đổi, Ngược lại thì giảm lượng cát dùng và lượng nước tương ứng.

4. Xác định cấp phối trong phòng.

Khi tỷ lệ W/(C+F) của bê tông không thoả mãn yêu cầu đối với các chỉ tiêu yêu cầu của BTĐL, như các chỉ tiêu cường độ và tính bền của bê tông – thông thường có thể sử dụng 3 cấp phối khác nhau, mỗi một cấp phối qua trộn thử, điều chỉnh để đạt được cấp phối mới, thường tỷ lệ W/(C+F) trong hai loại cấp phối phải điều chỉnh tăng hoặc giảm 5% lượng XM để trộn thử. Lượng dùng nước của 3 loại cấp phối không giống nhau, lượng cát có thể dựa vào độ Vc để thay đổi, điều chỉnh tăng thêm cho thoả đáng. Mỗi một cấp phối phải căn cứ vào cường độ và tính bền của các mẫu thí nghiệm, bảo dưỡng cho đến khi tuổi bê tông theo quy định và tiến hành thí nghiệm. Sau đó dựa vào kết quả thí nghiệm để xác định được cấp phối trong phòng.

Để xác định dung trọng thực tế của hỗn hợp bê tông phải tính toán được lượng vật liệu dùng thực tế của cấp phối bê tông đã điều chỉnh được ở trong phòng .

(qua trộn thử, điều chỉnh để đưa ra được cấp phối ở trong phòng..)

5. Tính toán lại cấp phối hiện trường thi công.

Sau khi thí nghiệm trong phòng đưa ra được cấp phối bê tông trong phòng, thông thường coi vật liệu cát, đá có trạng thái bề mặt khô bão hoà, Nhưng ttại hiện trường thường hàm lượng nước thực tế trong cát, đá so với thí nghiệm trong phòng là khác nhau, vì vậy mà lượng vật liệu thực tế ở hiện trường phải căn cứ vào tình hình nước có trong cát, đá để tiến hành điều chỉnh.

Giả sử tỷ lệ lượng nước có trong cát ở hiện trường thi công là a%, của đá là b%. Thì cấp phối trong phòng sẽ được tính đổi thành cấp phối hiện trường là :

C’ = C; F’ = F ; S’ = S (1+ a%)

G’ = G (1 +b%); W’ = W – S x a% – G x b%

Trong công thức trên: C, F, W, S, G là lượng vật liệu của cấp phối tính được trong phòng.

C’, F, W’, S’, G’: lượng dùng mỗi loại vật liệu ở hiện trường thi công thực tế. Khi hàm lượng hạt quá kém của cát đá ở công trình vượt quá phạm vi quy phạm quy định, cũng phải tiến hành tính đổi cấp phối bê tông trong phòng.

6. Thí nghiệm đầm nén hiện trường và điều chỉnh cấp phối.

Khi một công trình đang thi công BTĐL đều bắt buộc phải tiến hành thí nghiệm đầm lèn hiện trường, ngoài việc để xác định các tham số thi công, kiểm nghiệm hệ thống vận hành sản xuất, thi công và tình trạng máy móc đồng bộ, các biện pháp quản lý thi công, ngoài ra còn thông qua thí nghiệm đầm lèn hiện trường để có thể kiểm nghiệm lại cấp phối của bê tông đã thiết kế ra xem có thích ứng với thiết bị thi công không (Bao gồm cả tính đầm lèn, tính dễ đầm chặt v.v.) và tính năng chống phân tầng của hỗn hợp bê tông. Khi cần thiết có thể phải dựa vào tình hình đầm lên thực tế để điều chỉnh lại cấp phối bê tông cho hợp lý.

: Dung trọng xốp ở trạng thái đầm chặt của cát và đá.

Kết luận :

Bê tông đầm lăn (BTĐL) là một loại bê tông có công nghệ sản xuất và thi công mới và tiến bộ, hiện đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. Ngay nước láng giềng của Việt nam là Trung Quốc có điều kiện khí hậu gần tương tự Việt nam cũng đã ứng dụng BTĐL vào việc xây dựng các công trình, đặc biệt là ứng dụng vào việc xây dựng các đập Thuỷ công từ nhiều năm nay.

Hiện nay BTĐL đang có xu hưóng được nghiên cứu và ứng dụng ở nước ta, đặc biệt là trong công tác xây dựng đập bê tông trọng lực khối lớn. Vì vậy BTĐL cần được nghiên cứu đầy đủ từ vật liệu chế tạo, công nghệ thiết kế và thi công, trong đó có khâu thiết kế cấp phối BTĐL sao cho đạt được yêu cầu đặt ra với công trình, vừa đảm bảo kỹ thuật và kinh tế trong đIều kiện thời tiết , khí hậu và tình hình vật liệu của Việt nam là vấn đề rất cần thiết và cấp bách được đặt ra cho các nhà khoa học, kỹ thuật nước ta để nhanh chóng làm chủ công nghệ thiết kế và thi công BTĐL ở Việt Nam.