Nghiên cứu sử dụng phụ gia hỗn hợp có tro trấu để nâng cao tính bơm của bê tông siêu nặng y=2.800 3000 kg

1
mở đầu
Bê tông là một trong những vật liệu xây dựng nhân tạo đợc dùng thờng xuyên
và sản xuất rộng rãi nhất trên thế giới. Công nghệ bê tông gắn liền với nền văn
minh nhân loại và sẽ luôn luôn đóng vai trò quan trọng cho sự phát triển kinh tế của
mỗi nớc trên thế giới trong thế kỷ XX và cả trong thế kỷ XXI. Trên thế giới hiện
nay mỗi năm có trên 2 tỷ m
3
sản phẩm bê tông các loại đợc sử dụng trong các
ngành công nghiệp v xây dựng dân dụng. Lĩnh vực xây dựng hiện nay đang sử
dụng trên 1.000 loại bê tông khác nhau trong khi nghiên cứu bê tông cho tơng lai
vẫn tiếp tục triển khai mạnh mẽ [1].
Các nghiên cứu phát minh phụ gia cho bê tông và công nghệ tiên tiến đã tạo nên
các đột phá trong sản xuất bê tông chất lợng cao, bê tông công nghệ cao và các loại
bê tông đặc biệt. Các loại bê tông đặc biệt nh bê tông chịu lửa, bê tông dẫn điện, bê
tông cách ly sóng vô tuyến cao tần, bê tông thuỷ hoá, bê tông chống phóng xạ, và
bê tông đặc biệt nặng đang đợc nghiên cứu phát triển rất mạnh mẽ.
Tạo ra một loại vật liệu mới với tính năng kỹ thuật tốt phải đồng thời đảm bảo
các tính năng ứng dụng là nhiệm vụ của ngành công nghiệp vật liệu xây dựng. Do
vậy nghiên cứu bê tông ngoài vấn đề tận dụng vật liệu địa phơng, nghiên cứu vật
liệu thay thế nâng cao chất lợng sản phẩm thì khả năng ứng dụng trong xây dựng
34=
09phải phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế. Một trong các loại bê tông mà đề
tài nghiên cứu theo hớng đó là bê tông đặc biệt nặng và đảm bảo yêu cầu thi công
theo phơng pháp bơm. Xác định mục tiêu đó là nội dung của học viên trong luận
văn với tên đề tài
!

"#$%&&
ữ
'$&&&()

'
.
Bê tông siêu nặng hay bê tông đặc biệt nặng là bê tông phân loại theo khối lợng
thể tích > 2.500 kg/m
3
. Bê tông đặc biệt nặng có những đặc tính tơng tự nh bê
tông nặng nhng có khối lợng thể tích lớn nên có những u điểm và tính chất ứng
dụng đặc biệt khác so với bê tông nặng khác. Sản phẩm bê tông mà đề tài nghiên
cứu ứng dụng có khối lợng thể tích = 2.800 ữ 3.000 kg/m
3
, cờng độ nén R
n
=
2
40N/mm
2
và thành phần bê tông sử dụng hỗn hợp phụ gia nghiên cứu để đạt yêu
cầu hỗn hợp bê tông bơm.
Đề tài nghiên cứu hỗn hợp phụ gia trên cơ sở từ phụ gia khoáng hoạt tính tro
trấu, phụ gia dẻo hóa C-3 và phụ gia trơ là bột đá nghiền mịn. Mục tiêu hỗn hợp
phụ gia nghiên cứu sử dụng cho bê tông để nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông
đặc biệt nặng và nâng cao tính chất tốt hơn cho bê tông.
Sự phát triển phụ gia bê tông làm cho sản phẩm bê tông ngày càng đợc ứng
dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tại các nớc phát
triển hơn 80% tổng sản lợng bê tông có sử dụng phụ gia.Việc sử dụng các loại phụ
gia đã thực sự trở thành một cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất cho bê tông,
đáp ứng phù hợp cho các loại hình thi công và đặc điểm các sản phẩm bê tông.
Trong lĩnh vực xây dựng công việc bơm hỗn hợp bê tông đợc sử dụng trong
nhiều trờng hợp thi công khác nhau, trong đề tài này ta đánh giá tính bơm bê tông
lên các tầng cao trong thi công nhà dân dụng và công nghiệp. Để chế tạo hỗn hợp

bê tông bơm thì thực tế ta phải dùng phụ gia trợ bơm. Phụ gia trợ bơm sẽ tăng tính
năng làm hỗn hợp bê tông dẻo hơn, dễ dàng vận chuyển đợc cho cự ly xa và cao
hơn mà vẫn đảm bảo các tính chất của hỗn hợp bê tông ban đầu. Tác dụng của loại
phụ gia này làm cho hồ xi măng dẻo hơn, dễ chui vào các khe hở của cốt liệu và
làm cho bê tông dễ di chuyển hơn trong đờng ống bơm. Nghiên cứu hỗn hợp phụ
gia đề tài không chỉ nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông mà còn nâng cao tính
chất cho bê tông đặc biệt nặng nh có cờng độ cao và phẩm chất tốt hơn.
Việt nam là một trong các nớc sản xuất lúa gạo lớn trên thế giới, mỗi năm các
cơ sở xay xát gạo thải ra tới 7,5 ữ 8 triệu tấn vỏ trấu. Lợng trấu có thể thu gom đợc
vào khoảng 4,5 triệu tấn đã đợc sử dụng vào các mục đích đun nấu, củi ép, ván ép,
lợng d còn lại thừa thải ra kênh, rạch làm ảnh hởng tới môi trờng [3]. Việc nghiên
cứu đánh giá sử dụng tro trấu dùng làm phụ gia trong nghiên cứu là hớng giải quyết
giảm thiểu gây ô nhiễm môi trờng và mang lại nhiều lợi ích thiết thực về kinh tế và
môi trờng.
Từ thực tế đã phân tích ở trên, đề tài
!

"#$%&&
ữ
'$&&&()
'
mà
học viên nghiên cứu thực sự có ý nghĩa thiết thực.
3
1. Tính cấp thiết của đề tài.
- Để tăng năng suất trong thi công thì cần sử dụng hỗn hợp bê tông bơm đợc. Bê
tông đặc biệt nặng sử dụng trong lĩnh vực xây dựng các công trình đặc biệt rất rộng
nên để đáp ứng trong thi công và tăng chất lợng bê tông đặc biệt nặng thì việc
nghiên cứu phụ gia hỗn hợp cho bê tông là thiết thực và cần thiết.
- Nghiên cứu chế tạo bê tông đặc biệt nặng từ phụ gia ở điều kiện trong nớc sẽ

tạo điều kiện phát triển bê tông đặc biệt nặng bền vững ở nớc ta. Sử dụng loại bê
tông này để đáp ứng nh cầu trong xây dựng nhà máy điện nguyên tử trong tơng lai
tại Việt nam cũng nh các công trình đặc biệt khác ở nớc ta.
Với các yếu tố phù hợp trên, nội dung đề tài nghiên cứu là thiết thực và góp
phần để sản phẩm bê tông đặc biệt nặng ứng dụng rộng rãi trong tơng lai.
2. Đối tợng và phạm vi đề tài.
Xuất phát từ tính thực tiễn mà nghiên cứu của đề tài là sử dụng phụ gia hỗn hợp
cho bê tông đặc biệt nặng để nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng.
Thành phần bê tông nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia, xi măng Pooc lăng PC và
cốt liệu từ quặng Barit Tuyên Quang. Trong thời gian cho phép, đối tợng và phạm
vi nghiên cứu đề tài nh sau:
- Tìm hiểu tổng quan nguồn nguyên vật liệu trong nớc, đánh giá tính chất quặng
Barit Tuyên Quang chế tạo cốt liệu cho bê tông đặc biệt nặng.
- Tìm hiểu phụ gia tro trấu và các phụ gia khác dùng để nâng cao tính chất và
tính bơm cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng.
- Chế tạo bê tông đặc biệt nặng đạt khối lợng thể tích = 2.800 ữ 3.000 kg/m
3
,
cờng độ nén R
n
= 40 N/mm
2
sử dụng hỗn hợp phụ gia nghiên cứu.
3. Phơng pháp nghiên cứu.
Trong đề tài học viên sử dụng các phơng pháp nghiên cứu sau:
- Phơng pháp tổng hợp phân tích tài liệu, kết hợp và kế thừa kết quả đã nghiên
cứu trớc đây ở trong và ngoài nớc.
4
- Sử dụng các phơng pháp thí nghiệm tiêu chuẩn và các phơng pháp thí nghiệm
không theo tiêu chuẩn để đánh giá nghiên cứu. Dùng phơng pháp nghiên cứu phân

tích Rơnghen, phân tích vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử.
- Dùng phơng pháp nghiên cứu tính toán kết hợp thực nghiệm, phơng pháp tính
toán thành phần hạt cốt liệu cho đặc biệt nặng .
4. Mục tiêu nghiên cứu.
- Nghiên cứu phụ gia hỗn hợp cho bê tông đặc biệt nặng gồm có tro trấu và các
phụ gia khác dùng chế tạo bê tông đặc biệt nặng để nâng cao tính bơm cho hỗn hợp
bê tông, cụ thể đạt các yêu cầu sau:
+ Tính công tác, đạt độ sụt SN 13 cm [19],[21].
+ Hỗn hợp bê tông đạt yêu cầu về giới hạn độ tách nớc, tách vữa và phân tầng.
+ Hỗn hợp bê tông duy trì tính công tác SN 13 cm trong thời gian 2 giờ.
- Chế tạo bê tông đặc biệt nặng có khối lợng thể tích = 2.800 ữ 3.000 kg/m
3
,
cờng độ nén R
n
= 40 N/mm
2
sử dụng hỗn hợp phụ gia nghiên cứu.
5. Nội dung nghiên cứu.
- Nghiên cứu sử dụng phụ gia hỗn hợp gồm phụ gia khoáng hoạt tính tro trấu,
phụ gia dẻo hóa C-3 và bột đá nghiền mịn để nâng cao tính công tác, độ đồng nhất
cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng.
- Nghiên cứu lý luận và lựa chọn vật liệu sử dụng chế tạo bê tông đặc biệt nặng
thi công theo phơng pháp bơm, đạt yêu cầu đặt ra cho sản phẩm:
+ Hỗn hợp bê tông đạt độ sụt SN = 20 ữ 22 cm và tổn thất độ sụt sau 120 phút
còn SN = 13ữ 14 cm.
+ Hỗn hợp bê tông đạt yêu cầu về giới hạn độ tách nớc, tách vữa và phân tầng.
+ Khối lợng thể tích bê tông = 2.800 ữ 3.000 kg/m
3
,cờng độ nén 40 N/mm

2
.
5
6. Cơ sở khoa học.
- *: là phụ gia đợc phối hợp từ các phụ gia khác nhau và có khả
năng điều chỉnh một số tính chất của hỗn hợp bê tông. Để bơm đợc hỗn hợp bê
tông đặc biệt nặng cần phải dùng phụ gia trợ bơm, đó là phụ gia tăng tính năng làm
hỗn hợp bê tông dễ dàng di chuyển trong đờng ống bơm mà vẫn đảm bảo duy trì
các tính chất của hỗn hợp bê tông. Đề tài nghiên cứu hỗn hợp phụ gia tăng tính
bơm cho hỗn hợp bê tông có tác dụng tơng tự phụ gia trợ bơm, làm cho hỗn hợp bê
tông đạt độ lu động và duy trì độ tính công tác trong thời gian cho phép, không tách
nớc, độ đồng nhất tăng và nâng cao tính chất tốt hơn cho bê tông.
- + : là hỗn hợp bê tông vận chuyển trong đờng ống bằng tác
động của máy bơm bê tông. Có rất nhiều quan điểm về vấn đề bơm hỗn hợp bê
tông song có sự nhất trí cao về vấn đề này cho rằng cần nghiên cứu thiết kế cấp
phối hỗn hợp bê tông bơm đạt các yêu cầu sau:
+ Hàm lợng hồ xi măng, vữa trong hỗn hợp bê tông không những cần cho sự lấp
đầy các lỗ rỗng trong cốt liệu và bao bọc một lớp bên ngoài các hạt cốt liệu mà còn
d để tạo nên một hệ số d vữa nhất định phủ bôi trơn thành trong ống bơm.
+ Đảm bảo độ lu động độ sụt nón cho hỗn hợp bê tông SN 13 cm [19], [21].
+ Hỗn hợp bê tông đạt yêu cầu về giới hạn độ tách nớc, tách vữa, phân tầng.
- , !: là bê tông đặc biệt nặng hay bê tông rất nặng có khối lợng thể
tích trên 2.500 kg/m
3
. Trong thành phần bê tông thì cốt liệu chiếm tỷ lệ tới 80% về
thể tích nên để đạt khối lợng thể tích bê tông phải lựa chọn cốt liệu và thiết kế
thành phần bê tông để đảm bảo yêu cầu đặt ra cho sản phẩm:
+ Khối lợng thể tích = 2.800 ữ 3.000 kg/m
3
.

+ Cờng độ bê tông đạt R
n
= 40 N/mm
2
.
7. ý nghĩa đề tài.
-ý.(/0
+ Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia dùng cho chế tạo bê tông đặc biệt nặng.
Hỗn hợp phụ gia không những tăng tính bơm cho hỗn hợp bê tông mà còn nâng cao
phẩm chất tốt hơn cho bê tông đặc biệt nặng.
6
+ Nghiên cứu chế tạo đợc cấp phối bê tông đặc biệt nặng từ cốt liệu quặng Barit
Tuyên Quang, hỗn hợp phụ gia đáp ứng các yêu cho sản phẩm nghiên cứu.
-ý.120
+ Nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng và đáp ứng yêu cầu thi
công bằng phơng pháp bơm mang lại hiệu quả kinh tế do tăng năng suất thi công.
+ Chế tạo bê tông đặc biệt nặng từ phụ gia hỗn hợp có sử dụng tro trấu nên giải
quyết đợc vấn đề môi trờng mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cho sản phẩm.
+ Chế tạo đợc bê tông đặc biệt nặng có thể sử dụng để đáp ứng nh cầu trong xây
dựng nhà máy điện nguyên tử trong tơng lai gần ở Việt nam cũng nh các công trình
đặc biệt chống phóng xạ khác ở nớc ta.
+ Việc nghiên cứu nguồn nguyên vật liệu trong nớc phù hợp công nghệ sản xuất
bê tông ở các nhà máy bê tông hiện nay của Việt Nam sẽ rất thuận lợi cho phát
triển sản xuất bê tông đặc biệt nặng ở nớc ta.
Tóm lại, để thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp vật liệu xây
dựng, nghiên cứu phát triển bê tông đặc biệt nặng ở nớc ta là một đòi hỏi cần thiết;
Đề tài
!

"#$%&&

ữ
'$&&&()
'
đáp ứng yêu cầu trong thi công cơ giới
hóa cho các công trình xây dựng có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật nhất định.
7
Chơng 1
Bê tông siêu nặng
1.1 Tổng quan về lĩnh vực sử dụng bê tông siêu nặng.
Lịch sử nguồn gốc bê tông nặng nghiên cứu cho thấy nó đã đợc ứng dụng và sử
dụng trong xây dựng từ các thời kỳ cổ xa ở các nền văn minh cổ đại khác nhau.
Một phân tích của kim tự tháp cổ Ai Cập đã chỉ ra rằng bê tông đợc sử dụng trong
xây dựng các công trình này. Cùng thời gian đó phụ gia bê tông cũng đợc sử dụng
kể từ thời La Mã và Ai Cập, nó đợc phát hiện ngẫu nhiên việc thêm tro núi lửa để
trộn cho phép bê tông đông kết dới nớc.Tơng tự ngời La Mã biết thêm tóc ngựa làm
giảm đi sự rạn nứt khi bê tông đông cứng, và thêm máu động vật để làm cho bê
tông có thêm sức chống băng giá [18].
Nhìn chung ở các thời kỳ này về trớc công tác xây dựng cha phát triển, tốc độ
xây dựng chậm vì cha có biện pháp xây dựng tiên tiến, chủ yếu thi công vận
chuyển bằng tay và thủ công, mức độ cơ giới không có và quan trọng là công
nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng cha phát triển đồng bộ hiện đại nh ngày nay.
Sự ra đời xi măng Portland và lần đầu tiên sử dụng trong bê tông đầu thập niên
1840 tới nay tạo ra một chuyển biến cơ bản, cách mạng trong xây dựng. Tiếp đó
năm 70 - 80 của thế kỷ XX bê tông cốt thép đợc nghiên cứu sử dụng vào các công
trình xây dựng đã tạo điều kiện phát triển toàn diện vật liệu bê tông cốt thép.
Đồng hành với việc ra đời và sử dụng bê tông cho xây dựng thì việc nghiên cứu
đa vào các phụ gia cho bê tông cũng có những bớc tiến và thay đổi ngày càng phát
triển trong thế kỷ XXI hiện nay.
Trong sự phát triển mạnh mẽ các chủng loại bê tông hiện nay, chủng loại bê
tông đặc biệt nặng cũng đợc nghiên cứu và phát triển rất mạnh mẽ. Việc đa vào sử

dụng bê tông đặc biệt nặng không chỉ phạm vi yêu cầu các kết cấu có khối lợng lớn
với thể tích nhỏ gọn, mà với u điểm đặc biệt nổi bật là thực hiện vai trò chống tia
phóng xạ. Chỉ có bê tông đặc biệt nặng mới cho ứng dụng với khả năng cản phóng
xạ hiệu quả trong xây dựng các nhà máy điện hạt nhân. Năng lợng hạt nhân thì
ngày càng phát triển, nhất ở trong thế kỷ XXI hiện nay nên sự phát triển toàn diện
sản phẩm bê tông đặc biệt nặng là rất lớn.
8
1.1.1 Tình hình nghiên cứu về bê tông siêu nặng trên thế giới.
3456 !78[20].
Trên thế giới ở các nớc có nền công nghiệp phát triển, bê tông đặc biệt nặng đã
đợc nghiên cứu rất rộng rãi.Việc nghiên cứu theo hớng đạt đợc khối lợng thể tích
lớn trên cơ sở nghiên cứu trên các nguồn cốt liệu quặng trong tự nhiên.
Việc nghiên cứu bê tông đặc biệt nặng trên cơ sở sử dụng các nguồn cốt liệu
khác nhau sẽ đạt đợc cho bê tông có khối lợng thể tích rất khác nhau. Trên cơ sở
các yêu cầu đặt ra cho mục tiêu nghiên cứu ta lựa chọn các nguồn cốt liệu hợp lý để
đạt đợc khối lợng thể tích bê tông theo yêu cầu. (,9:$:;.
,9:$:0ả<=>?8(=>
TT
Các vật liệu ban đầu Khối lợng thể tích
bê tông - (kg/m
3
)
Chất kết dính Cốt liệu
:
Xi măng Poóclăng
(Poóclăng xỉ)
Granit, đôlômít, đá vôi, xienhít,
Andezít, bazan, điabaz, diorit.
2.300
#

Xi măng Poóclăng
(Poóclăng xỉ)
Xỉ lò cao
2.400
'
Xi măng alumin Cromit
2.800
@
Xi măng cao
alumin
Cromit
3.050
A
Xi măng Poóclăng
(Poóclăng xỉ)
Barit 4.200
B
Xi măng Poóclăng
(Poóclăng xỉ)
Magnhetit
4.650 ữ 4.800
C
Xi măng Poóclăng
(Poóclăng xỉ)
Gematit
4.900 ữ 5.100
Hiện nay trên thế giới, theo các tài liệu đã nghiên cứu và công bố, bê tông đặc
biệt nặng thờng đợc chế tạo từ các cốt liệu nặng nguồn gốc nh magnhetit, hecmatit,
barit, vụn kim loại. Cụ thể các kết quả nghiên cứu trên thế giới đạt đợc theo hớng
sử dụng các nguồn gốc cốt liệu cụ thể nh sau:

- Bê tông đặc biệt nặng nghiên cứu sử dụng cốt liệu quặng magnhetit. Quặng
magnhetit đợc cấu thành chủ yếu từ khoáng nhóm oxyt magnhetit (Fe
3
O
4
) với các
tạp chất MgO, Cr
2
O
3
, Al
2
O
3
, Quặng magnhetit có độ cứng 5 ữ6 trong thang độ
9
cứng của Mohr. Thành phần cấp phối sơ bộ của một nghiên cứu về bê tông
magnhetit cho ta gồm (kg/m
3
bê tông): xi măng pooclăng 300 ữ 400, cát magnhetit
600 ữ 1.300, sạn magnhetit 1.500 ữ 2.800, nớc 150 ữ 300; Kết quả sản phẩm cho
bê tông magnhetit có khối lợng thể tích đạt 2.800 ữ 4.000 kg/m
3
, cờng độ nén 20 ữ
45 N/mm
2
, cờng độ uốn 4 ữ 8 N/mm
2
, môđun đàn hồi 40.000 ữ 60.000 N/mm
2

.
- Bê tông đặc biệt nặng nghiên cứu sử dụng cốt liệu quặng gecmatit. Quặng
gecmatit đợc cấu thành chủ yếu từ khoáng nhóm oxyt gecmatit (Fe
2
O
3
) và chứa các
tạp chất MgO, Al
2
O
3
, SiO
2
, quặng có độ cứng 5 ữ 6. Thành phần cấp phối sơ bộ
của một nghiên cứu về bê tông bê tông gecmatit cho ta gồm (kg/m
3
bê tông): xi
măng pooclăng 300 ữ 500, cát gecmatit 900 ữ 1.100, đá dăm gecmatit 2.100 ữ
2.300, nớc 190 ữ 220; Kết quả nghiên cứu cho ta sản phẩm khối lợng thể tích của
bê tông gecmatit đạt 3.300 ữ 3.900 kg/m
3
, cờng độ nén 14 ữ 16 N/mm
2
[20].
Những loại bê tông sử dụng cốt liệu chế tạo từ nguồn gốc quặng magnhetit,
gecmatit và ilmanhit còn đợc gọi chung là bê tông quặng sắt vì những loại quặng
này đều có thành phần chủ yếu là oxyt sắt. Để gia công thành phần cấp khối hạt cốt
liệu thì thờng qua các giai đoạn đập, nghiền và sàng phân loại quặng ta thu đợc đá
và cát dùng cho thiết kế cấp phối bê tông.
- Bê tông đặc biệt nặng trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng cốt liệu từ gang, sắt,

thép. Thông dụng có hai loại cốt liệu từ gang, sắt và bi thép do các nhà máy chế
tạo, hoặc phế liệu là các công cụ trong công nghiệp chế tạo máy. Để gia công thành
cốt liệu sử dụng thì các phế liệu công cụ khác nhau từ gang, sắt và thép đợc gia
công và nghiền đến kích thớc yêu cầu. Thành phần cấp phối sơ bộ của một nghiên
cứu về bê tông dùng bi thép cho ta gồm (kg/m
3
bê tông): bi sắt 2.640, mẩu sắt
2.640, xi măng 400, nớc 160; Kết quả nghiên cứu cho ta sản phẩm bê tông sử dụng
bi thép có thể đạt khối lợng thể tích lên đến 6.200 kg/m
3
[20].
34 D56 !78$
Trên thế giới việc nghiên cứu sử dụng bê tông đặc biệt nặng đã trải qua một
quãng đờng với những thành tựu theo từng mốc lịch sử. Đặc biệt khi nghiên cứu
10
ứng dụng các phụ gia điều chỉnh để khống chế tỷ lệ N/CKD thấp đảm bảo khối l-
ợng thể tích bê tông tăng và chất lợng bê tông đặc biệt nặng càng đợc cải thiện cao
hơn. Qua kết quả nghiên cứu đến áp dụng thực tế cho thấy rằng việc ứng dụng bê
tông đặc biệt nặng cho các ứng dụng hiện nay là rất cần thiết. Bê tông đặc biệt nặng
đã đợc ứng dụng và thi công chế tạo rộng rãi các cấu kiện riêng biệt, cấu kiện đối
trọng đặc biệt nặng; các hạng mục công trình trên sông, biển; các trụ hố móng cầu;
các tờng, thành đập hồ chứa nớc, Đặc biệt bê tông đặc biệt nặng đóng góp thiết
thực cho vai trò ngăn cản đợc tia phóng xạ và tia X trong xây dựng các công trình
có phóng xạ.
Bê tông nặng sử dụng cho các kết cấu bảo vệ phóng xạ vì nó làm yếu đi sự
truyền các tia X và tia . Bê tông nặng đợc nghiên cứu sử dụng chế tạo bảo vệ các
công trình chống sự rò rỉ chất phóng xạ và đợc phân biệt là bê tông dùng bảo vệ
chống phóng xạ. Chúng đợc đánh giá theo giá trị về khối lợng thể tích với đặc điểm
khối lợng thể tích trên 2.500 kg/m
3

. Bê tông có với cấu trúc đặc chắc và khối lợng
thể tích càng lớn thì tính chất bảo vệ chống phóng xạ càng tốt [2].
Trên cơ sở nghiên cứu kinh nghiệm sử dụng các loại vật liệu xây dựng đáp ứng
cho nhu cầu xây dựng các công trình bảo vệ phóng xạ, các nhà máy điện hạt nhân,
các công trình sản xuất các chất đồng vị phóng xạ ở một số nớc nh Liên Bang Nga,
Anh, Pháp, Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc, ấn Độ khẳng định đ ợc loại bê tông
nặng có hiệu quả sử dụng bảo vệ phóng xạ, tùy theo yêu cầu tính chất bảo vệ của
kết cấu mà chọn loại bê tông phù hợp. Với tính chất u thế nh vậy bê tông đặc biệt
nặng trên thế giới theo thời gian đang trên đà đợc nghiên cứu và phát triển rất mạnh
mẽ trong thế kỷ XXI này.
Các nớc đi đầu trong nghiên cứu và ứng dụng bêtông đặc biệt nặng cho các kết
cấu bảo vệ chống phóng xạ, các công trình bảo vệ chống phóng xạ, hạt nhân, và
đặc biệt là các nhà máy điện hạt nhân kể đến là Liên Xô cũ ( Liên bang Nga), Mỹ,
Trung Quốc, Pháp, Anh Cụ thể bê tông đặc biệt nặng đã đ ợc sử dụng ở các công
trình nhà máy điện nguyên tử ở các nớc trên thế giới, đặc biệt là ở những nớc có
nền công nghiệp vật liệu xây dựng phát triển. Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên xuất
hiện vào năm 1954 và hiện nay đã có hơn 400 lò phản ứng lựa chọn kết cấu cản
phóng xạ là bê tông đặc biệt nặng đang hoạt động trên toàn thế giới. Để xây dựng
11
các màn bảo vệ chống phóng xạ hiệu quả và kinh tế nhất thờng sử dụng phơng án
sử dụng bê tông đặc biệt nặng. Các màn bảo vệ chống phóng xạ có thể có nhiều ph-
ơng án kết cấu khi thi công sử dụng bêtông đặc biệt nặng nh: đổ liền khối, lắp ghép
và đổ liền khối, lắp ghép - đổ đầy và lắp ghép tháo rời. Việc lựa chọn phơng án cho
kết cấu màn bảo vệ chống phóng xạ dựa trên kết quả về tính kinh tế kĩ thuật áp
dụng và phơng pháp thi công cho từng điều kiện cụ thể [8].
1.1.2 Các nghiên cứu về bê tông siêu nặng ở Việt Nam.
3456 !<E?$
ở Việt Nam nớc ta hiện nay việc sử dụng bê tông đặc biệt nặng còn có những
hạn chế và mới chỉ bắt đầu. Cốt liệu (cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ) cho bê tông này
là các sản phẩm đợc chế biến từ quặng Barit, magnhetit, cromit và các khoáng

khác. Các nghiên cứu đa vào sử dụng còn cha đợc đầy đủ và toàn diện về mọi mặt.
Hiện nay các tiêu chuẩn cho nguồn nguyên liệu, tiêu chuẩn yêu cầu cho bê tông
đặc biệt nặng trong thi công nghiệm thu, các yêu cầu tính chất, tính năng sử dụng
bê tông đặc biệt nặng dùng cho kết cấu cản xạ trong các công trình cha đợc nghiên
cứu và ban hành đầy đủ. Trong những năm gần đây, bớc đầu bê tông đặc biệt nặng
đã đợc nghiên cứu ở một số viện nghiên cứu và các trờng đại học và đã ứng dụng
vào những công trình mà bê tông thông thờng không thể đáp ứng đợc, tuy nhiên
những kết quả nghiên cứu cha đi vào đồng bộ và đầy đủ [2].
Việc nghiên cứu và chế tạo bê tông đặc biệt nặng cản xạ ở Việt Nam còn ở giai
đoạn đầu và cha đợc ứng dụng nhiều. Các nhà nghiên cứu khoa học ở các Viện, các
trờng đại học đã đặt những nền móng cho nghiên cứu loại bê tông đặc biệt này. Các
đề tài nghiên cứu về bê tông nặng cản phóng xạ đã đợc thực hiện bởi Bộ xây dựng,
Bộ môn Công nghệ Vật liệu xây dựng - Trờng Đại Học Xây Dựng, Viện Khoa kỹ
thuật hạt nhân, và một số đề tài do các học viên cao học và sinh viên khoa Vật liệu
xây dựng - trờng Đại học Xây dựng thực hiện. Các đề tài nghiên cứu sử dụng
nguyên liệu có sẵn ở nớc ta, từ các nguồn quặng trong nớc nh quặng barit ở Tuyên
Quang, quặng barit ở Nghệ An, quặng Imenhit Hà Tĩnh, quặng crômit Thanh Hóa.
Các nguồn quặng này là cơ sở chế tạo cốt liệu để đa vào ứng dụng và nghiên cứu
hiện nay. Qua đánh giá nguồn nguyên liệu này cho thấy các nguồn quặng thỏa mãn
12
yêu cầu làm cốt liệu chế tạo đặc biệt nặng. Việc nghiên cứu chế tạo bê tông đặc
biệt nặng cho ứng dụng cản phóng xạ từ nguồn vật liệu trong điều kiện thực tế nớc
ta sẽ mang lại hiệu quả lớn về kinh tế và kĩ thuật.
Tại trờng Đại học Xây dựng, các công trình nghiên cứu của các thầy giáo trong
khoa Vật liệu xây dựng đã đạt đợc những kết quả rất khả quan và đang đợc triển
khai ứng dụng thành công. Cốt liệu trong các đề tài bê tông đặc biệt nặng đợc
nghiên cứu lấy từ các loại quặng có khối lợng thể tích cao và tính chất ổn định nh
quặng sắt Hà Tĩnh, quặng Barit Nghệ An, Barit Tuyên Quang với cấp phối
hạt thiết kế nhiều cấp hạt khác nhau từ 0 ữ 70 mm. Một số đề tài đã đợc nghiên cứu
từ các nguồn cốt liệu trên nh:

- Bê tông siêu nặng dùng quặng Barit Lạng Sơn [4].
- Bê tông siêu nặng dùng quặng sắt imenhit Hà Tĩnh [9].
- Bê tông siêu nặng dùng quặng sắt Barit Tuyên Quang [8].
- ảnh hởng của phụ gia siêu dẻo đến cờng độ và cấu trúc bê tông cản xạ [14].
- Nghiên cứu bê tông siêu nặng sử dụng trong khai thác dầu khí [17].
Cụ thể nh đề tài 7F !9GF
GH1I4H?F<E? thực hiện năm 2004 [8], đề tài
7F !J=>?KFL thực hiện năm
2009 [4] do PGS.TSKH Bạch Đình Thiên hớng dẫn thực hiện; Đề tài
7F 9GFJ=>?,M>MNOG"C&
PQ-@% [9 ] do TS. Trần Ngọc Tính hớng dẫn thực hiện; và các
đề tài nghiên cứu khác.
34 D56 !<E?$
ở nớc ta trong những năm gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông đặc biệt
nặng đang đợc quan tâm một cách thích đáng nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao
của ngành xây dựng Việt nam. Tuy nhiên về số lợng còn ít và vẫn cha giải quyết
một cách đầy đủ các tính chất u việt cơ bản của loại bê tông này. Việc ứng dụng
triển khai các kết quả nghiên cứu còn hạn chế do công nghệ thực tế thi công tại
công trình cha đáp ứng đủ yêu cầu. Tuy vậy trong thời gian qua bê tông đặc biệt
nặng đã đợc từng bớc nghiên cứu đa vào sử dụng hiệu quả trong công trình.
13
- Hiện nay ở Việt Nam bê tông đặc biệt nặng với chức năng cản phóng xạ đã đ-
ợc ứng dụng vào các công trình làm rào cản phóng xạ trong xây dựng các phòng
chiếu xạ tia X ở các phòng khám và bệnh viện trong cả nớc.
- Một số cấu kiện riêng lẻ chế tạo từ bê tông đặc biệt nặng nh cấu kiện đối trọng
dùng cho nén tải tĩnh, đối trọng cho cẩu trục và cần trục tháp, Một ứng dụng
thêm là sử dụng bê tông đặc biệt nặng dùng bọc bảo vệ đờng ống dẫn dầu và tăng
tính năng ổn định cho kết cấu này. Nhìn chung khối lợng sử dụng bê tông đặc biệt
nặng hiện nay ở nớc ta đã mang lại hiệu quả thiết thực, khẳng định hớng đi đúng
trong nghiên cứu và đạt đợc các hiệu quả kinh tế xã hội nhất định.

Tại nớc ta, kết quả nghiên cứu nguồn nguyên liệu ở địa phơng nh Tuyên Quang,
Thái Nguyên, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh cho thấy các mỏ quặng barit,
quặng sắt, crômit, Imenhit chất lợng cao và có thể khai thác sử dụng lâu dài cho
nhu cầu các công trình xây dựng đặc biệt. Nhất là đáp ứng khả năng cho xây dựng
nhà máy điện hạt nhân tại Việt nam trong tơng lai. Do đó vấn đề phát triển bê tông
đặc biệt nặng là một hớng đi thiết thực và mở ra trong tơng lai nghiên cứu chế tạo
vữa và bê tông cản phóng xạ. Việc làm chủ nguồn nguyên vật liệu địa phơng để sản
xuất là một u thế phát triển lâu dài sản phẩm bê tông đặc biệt nặng trong tơng lai ở
nớc ta.
Với nhiều u điểm của loại bê tông đặc biệt nặng thì nhu cầu thị trờng để nghiên
cứu và ứng dụng là rất lớn nhất là khi các luận điểm nghiên cứu trên cơ sở có hệ
thống và các kiến thức thực nghiệm ngày càng hoàn thiện trong tơng lai.
1.2 Phụ gia dùng cho bê tông siêu nặng.
1.2.1 Tổng quan nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho bê tông ở Việt nam [2].
Trên thế giới việc nghiên cứu và phát triển công nghệ cho ứng dụng phụ gia sử
dụng cho bê tông phát triển rất mạnh mẽ. Nớc ta do nhiều điều kiện bất cập trong
việc tiếp xúc công nghệ và sự phát triển ngành xây dựng Việt nam còn cha đồng bộ
nên còn chậm chạp trong lĩnh vực này.
ở nớc ta việc nghiên cứu và sử dụng các loại phụ gia cho cho bê tông xây dựng
mới đợc thực hiện từ những năm 60 của thế kỷ này, đánh dấu bằng việc nghiên cứu
14
sử dụng phụ gia phụ gia hóa học CCB cho công trình thủy điện Thác Bà với sự giúp
đỡ của Liên Xô cũ.
Năm 1971, tại hội nghị bê tông toàn miền Bắc đã manh nha có báo cáo kết quả
nghiên cứu sản xuất phụ gia hóa học cho bê tông từ nguyên liệu trong nớc, tiếp đó
nhiều cơ quan khoa học đã tiến hành nghiên cứu xong kết quả dừng lại trong phạm
vi các phòng thí nghiệm mà cha đợc ứng dụng thực tế.
Năm 1977 Viện khoa học kỹ thuật Xây dựng nghiên cứu chế tạo phụ gia hóa
dẻo từ dịch kiềm đen của nhà máy giấy, sản phẩm ở dạng bột, dẻo, lỏng với tên th-
ơng phẩm là LHD. Tiếp đó nghiên cứu phụ gia hóa dẻo LK-1 trên cơ sở biến tính

dịch kiềm đen và phụ gia siêu dẻo COSU nhằm nâng cao cờng độ và khả năng
chống thấm của bê tông. Các loại phụ gia trên đã đợc sử dụng rộng rãi vào các
công trình xây dựng trong nớc.
Từ đó tới nay nhiều đơn vị thuộc nhiều ngành khác nhau trong nớc đã tiến hành
nghiên cứu và cho ra đời nhiều sản phẩm phụ gia sử dụng rộng rãi cho các công
trình xây dựng, cụ thể tiêu biểu nh:
- Sản phẩm phụ gia lignhin kiềm PBG-K01 và lignhin nitro hóa PBG-K02, phụ
gia BENIT trên cơ sở bentonit của Viện khoa học thủy lợi có tác dụng giảm nớc
nâng cao mác bê tông và chống thấm.
- Sản phẩm phụ gia Zecagi của Viện KHKT Giao thông có tác dụng dẻo hóa
cao, đông cứng nhanh chống thấm và chống ăn mòn cốt thép.
- Sản phẩm hóa dẻo PA và phụ gia Puzzolith từ Puzzolan và rỉ mật cuả Công ty
thí nghiệm Vật liệu giao thông I.
- Sản phẩm KĐT-2 của Viện Vật liệu xây dựng nghiên cứu chuyển giao cho nhà
máy giấy Hòa Bình năm 1984, xây dựng dây chuyền sản xuất với quy mô
300tấn/năm góp phần phục vụ hơn 1 triệu m
3
ứng dụng trong xây dựng công trình
thủy điện Hòa Bình. Từ phụ gia KĐT-2 Viện còn tiếp tục nghiên cứu biến tính chế
tạo phụ gia đa chức năng (chống thấm và phát triển cờng độ nhanh), cũng nh cho ra
đời sản phẩm phụ gia siêu dẻo SD-83 bằng cách sunfonat hóa naphthalen, sau đó
thực hiện phản ứng đa ngng tụ với foocmalin. Sản phẩm này phụ gia cho bê tông có
độ sụt cao OK đạt 20cm, sử dụng cho các cấu kiện bê tông có mật độ cốt thép dầy
đặc, thi công bơm phun áp lực cao và giảm tổn thất độ sụt của bê tông tơi.
15
Nhiều cơ sở trong nớc đã mạnh dạn đầu t nghiên cứu và đa ra thị trờng nhiều
sản phẩm phụ gia bê tông khác nhau nh: PLACC- 02A, Selfill (liên hiệp quang hoá
điện tử) ; BENIT- 1, BENIT- 2, BENIT- 3 (Viện khoa học kỹ thuật thuỷ lợi) từ
khoáng sét tự nhiên; PUZÔLIT, PA (CIENCO 1); LK1, ICT Super (viện Khoa học
công nghệ xây dựng) từ dịch kiềm đen v.v

Bên cạnh đó các đơn vị chuyên ngành Vật liệu xây dựng có các nghiên cứu đa
vào ứng dụng các phụ gia khoáng hoạt tính mở ra một hớng đi rất u thế cho nguồn
phụ gia trong nớc ta. Phụ gia khoáng hoạt tính đợc đánh giá nghiên cứu có nguồn
gốc thiên nhiên nh trêpen, điatômít, đất sét nung tự nhiên, hay nhân tạo nh tro, xỉ
nhiệt điện, xỉ lò cao hạt hoá, đất sét nung non, silica fume, tro trấu, meta cao lanh.
Các sản phẩm này đã góp phần làm phong phú thị trờng phụ gia bê tông, giải quyết
vấn đề ô nhiễn môi trờng, đồng thời khẳng định khả năng nghiên cứu sản xuất và
đáp ứng thị trờng về nguồn phụ gia đáp ứng của các cơ sở ứng dụng và lĩnh vực xây
dựng trong nớc.
Tóm lại, có thể nhận thấy ở Việt Nam lĩnh vực phụ gia bê tông mới đợc nghiên
cứu từ những năm 1965 - 1967 nhng đã có hớng phát triển với đủ chủng loại tơng
tự nh những nớc khác trong khu vực. Các chủng loại phụ gia ở Việt Nam chủ yếu
là: Phụ gia tăng dẻo, siêu dẻo giảm nớc, phụ gia chống thấm, phụ gia nở và không
co, phụ gia khoáng, phụ gia sửa chữa kết cấu. Nói chung các sản phẩm phụ gia ở
Việt Nam đã bớc đầu đợc chế tạo ở quy mô công nghiệp và có chất lợng tốt phù
hợp theo tiêu chuẩn cơ sở, ngành và tiêu chuẩn quốc tế.
1.2.2 Đánh giá phụ gia sử dụng để nâng cao tính bơm cho bê tông siêu nặng.
Để bơm đợc hỗn hợp bê tông ngoài yêu cầu về tính năng công tác thiết bị máy
thì cần yêu cầu các tính chất hỗn hợp bê tông bơm. Hỗn hợp bê tông bơm là hỗn
hợp bê tông vận chuyển đợc trong đờng ống dẫn hớng bằng máy bơm bê tông. Tính
bơm của hỗn hợp bê tông là tính chất của hỗn hợp bê tông dễ vận chuyển đi trong
đờng ống tới vị trí tạo hình mà vẫn đảm bảo các tính chất của hỗn hợp bê tông
không bị suy giảm. Nh vậy bê tông tơi đợc vận chuyển tới vị trí tạo hình tới vị trí
thi công bằng các thiết bị chuyên dụng theo cơ chế bơm đẩy dẫn bê tông đi trong
các đờng ống. Với yêu cầu đặc biệt đó cần dùng tới loại phụ gia đặc chủng dùng
cho hỗn hợp bê tông đợc thiết kế riêng cho hỗn hợp bê tông bơm. Để chế tạo hỗn
16
hợp bê tông bơm hiện nay trên thị trờng sử dụng phụ gia trợ bơm để nâng cao tính
bơm cho hỗn hợp bê tông. Tác dụng của phụ gia sẽ làm tăng tính dẻo và tăng độ
đồng nhất cho hỗn hợp bê tông, để nó dễ dàng đợc đẩy đi khi chịu áp lực nén với

trở lực nhỏ nhất. Tác dụng đó cũng đồng nghĩa với việc đảm bảo tăng tính năng của
hồ xi măng, làm cho hồ xi măng trở nên dẻo hơn, liên kết tốt với cốt liệu và tăng c-
ờng tính đồng nhất thành phần trong hỗn hợp bê tông.
Trên cơ sở phân tích đó đề tài tìm hiểu và đánh giá phụ gia sử dụng để đạt hiệu
quả tăng tính bơm cho hỗn hợp bê tông nghiên cứu. Nghiên cứu nâng cao tính bơm
đợc cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng là yếu tố khó cần đánh giá nghiên cứu cụ
thể. Bởi so sánh với bê tông có khối lợng thể tích dới 2.500 kg/m
3
và dùng cốt liệu
thờng thì bê tông đặc biệt nặng có khối lợng thể tích trên ngỡng 2.500 kg/m
3
và
dùng cốt liệu nặng nên yếu tố phân tầng tách lớp là rất cao.
Với mỗi loại phụ gia sẽ có tác dụng ảnh hởng khác nhau tới chất kết dính và
hỗn hợp bê tông nên việc định hớng lựa chọn nghiên cứu ứng dụng phụ gia cho sản
phẩm nghiên cứu là rất cần thiết để nâng cao các tính chất cho sản phẩm và đảm
bảo các tính năng yêu cầu ứng dụng.
Mục tiêu học viên với mong muốn đánh giá các u thế các loại phụ gia và nghiên
cứu chế tạo phụ gia hỗn hợp trên cơ sở các u thế đó. Để đảm bảo các yếu tố kỹ
thuật trên cho hỗn hợp bê tông thì nghiên cứu thành phần hỗn hợp phụ gia với tỷ lệ
sử dụng hợp lý là rất quan trọng. Để đạt đợc yêu cầu đó việc đánh giá các loại phụ
gia và khả năng đáp ứng các tính năng của chúng là cần nghiên cứu chính xác.
Đánh giá lựa chọn tổng hợp các tính năng các loại phụ gia để đạt hiệu quả cao nhất.
Phụ gia cho bê tông hiện nay gồm hai nhóm là phụ gia khoáng và phụ gia hóa học.
Phụ gia khoáng dùng cho bê tông phân loại gồm phụ gia lấp đầy (phụ gia trơ) và
phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan (phụ gia khoáng hoạt tính); Nhóm phụ gia hóa
học chia ra các nhóm loại là phụ gia cuốn khí, phụ gia giảm nớc và phụ gia điều
chỉnh đông kết [13]. Với đặc tính tác dụng tối u cho mỗi loại phụ gia ta nghiên cứu
lựa chọn trên cơ sở các loại phụ gia đó.
Hớng nghiên cứu sẽ sử dụng phụ gia hóa học nhóm giảm nớc để giảm lợng

dùng nớc, nâng cao tính đặc chắc cho cấu trúc bê tông. Dùng phụ gia lấp đầy là bột
đá nghiền mịn để tăng độ đặc vi cấu trúc, góp phần tăng khối lợng thể tích bê tông,
17
chống phân tầng tách lớp trong hỗn hợp bê tông. Dùng phụ gia khoáng hoạt tính tro
trấu với mục đích tăng tính công tác, tăng độ đặc vi cấu trúc đá bê tông. Với định
hớng nghiên cứu sử dụng tổng hợp các loại phụ gia nh trên, việc đánh giá tỷ lệ phối
trộn hợp lý là rất cần thiết để đạt hiệu quả tối u nhất cho phụ gia.
1.3 Đặc điểm hỗn hợp bê tông siêu nặng thi công theo phơng pháp bơm.
1.3.1 Vận chuyển hỗn hợp bê tông.
Việc vận chuyển hỗn hợp bê tông từ vị trí trộn tới vị trí tạo hình cấu kiện cần
đảm bảo yếu tố không gian và thời gian thấp nhất có thể. Việc luân chuyển đó đảm
bảo hạn chế số lần luân chuyển tối thiểu. Để tránh sự bắt đầu ninh kết và đóng rắn
của hỗn hợp bê tông thì thời gian vận nhỏ nhất di chuyển từ hai vị trí trên. Do vậy
việc phân tích đánh giá tính chất hỗn hợp bê tông và chọn lựa phơng pháp vận
chuyển cần tính đến nhiều yếu tố đi kèm nh: cự ly vận chuyển, tốc độ di chuyển, độ
lu động hỗn hợp bê tông và chiều cao đổ hỗn hợp bê tông cũng nh tính kinh tế của
phơng pháp di chuyển. Hỗn hợp bê tông có thể vận chuyển tới vị trí tạo hình trong
thi công bằng nhiều phơng pháp nh:
- Trong sản xuất các cấu kiện cố định có thể trộn hỗn hợp bê tông và chuyển
qua bun ke của máy rải bê tông và di chuyển trên một cao độ nên đảm bảo độ đồng
nhất và tính lu động của hỗn hợp bê tông.
- Với hỗn hợp bê tông ít dẻo và bê tông cứng có thể vận chuyển bằng băng tải
với vị trí đổ tạo hình. Để tránh hiện tợng phân tầng khi băng tải nâng hớng lên thì
góc nâng băng tải chỉ từ 10 ữ 15
o
với tốc độ hạn chế 1 ữ 2 m/s, nếu độ sụt SN 4
cm thì góc nâng có thể tăng lên 16 ữ 20
o
. Băng tải đợc thiết kế lắp đặt từ vị trí
trung chuyển từ máy trộn xuống và tới vị trí tạo hình nên tính cơ động phơng pháp

này là rất kém và hiệu quả tính kinh tế không cao vì luôn có các hệ thông làm sạch
băng tải và các bộ phận băng tải kịp thời tránh đông cứng [15].
- Với khoảng cách tạo hình xa vị trí trộn hỗn hợp bê tông và vị trí tạo hình khó
khăn thì các phơng pháp trên là rất bất cập. Hiện nay phổ biến và thông dụng hơn
cả là phơng pháp cấp hỗn hợp bê tông bằng các đờng ống nhờ thiết bị khí nén tạo
áp lực bơm đẩy. Các ống dẫn nhỏ gọn có thể luồn vào các vị trí thi công tạo hình
khó, vị trí chật hẹp. Ngoài ra việc vận chuyển bằng xe bê tông đến cấp cho các thiết
18
bị này cũng nâng cao u thế linh hoạt trong các vị trí thi công cách xa vị trí trạm
trộn bê tông tơi.
Khoa học máy thiết bị xây dựng ngày càng phát triển và u thế sử dụng phơng
pháp vận chuyển bằng bơm bê tông càng mang lại nhiều u thế và hiệu quả kinh tế
cao. Những loại bơm hiện nay với nhiều chủng loại phù hợp với mọi phơng án thi
công, một số loại điển hình chính mà thế giới đang sử dụng gồm có nh xe bơm bê
tông, máy bơm bê tông cố định, xe bơm tự hành và các loại bơm chuyên dùng công
suất lớn lắp đặt thiết kế tại công trình.
Việc bơm bê tông với một máy bơm có thể đạt công suất đẩy cao và đẩy xa hỗn
hợp bê tông rất tốt với độ cao đạt tới 130m. Khi bơm lên cao có 2 yếu tố cần quan
tâm là thiết bị bơm và chất lợng hỗn hợp bê tông (độ sụt tốt nhất cho hỗn hợp bê
tông bơm thờng là SN 13 cm và duy trì độ sụt trong thời gian vận chuyển, hỗn
hợp bê tông không bị phân tầng tách lớp). Với đặc tính hỗn hợp bê tông bơm đợc,
thiết bị với áp suất bơm cũng nh công nghệ bơm phù hợp thì đạt hiệu quả bơm đợc
cho hỗn hợp bê tông là tối u nhất. Ví nh máy bơm bê tông HBT90CH của SANY đã
đa hỗn hợp bê tông lên chiều cao 492 m khi xây dựng trung tâm thơng mại Thợng
Hải (SWFC) [16]. Một hỗn hợp bê tông (bê tông mác 300) để đạt độ cao 130 m cần
dùng bơm công suất đạt 90m
3
/h nhng công suất thực tế khi bơm độ cao đó chỉ đạt
là 60m
3

/h do có tổn thất và trở lực bơm.
Trong đề tài này học viên không đánh giá về yếu tố thiết bị cho bơm hỗn hợp
bê tông nhng hớng đi nghiên cứu hỗn hợp bê tông bơm đảm bảo các tính năng yêu
cầu cho sử dụng đợc máy bơm bê tông theo điều kiện nhà cung cấp.
1.3.2 Đặc trng tính chất của hỗn hợp bê tông bơm.
Ta đã biết rằng trong lĩnh vực xây dựng công việc bơm hỗn hợp bê tông đợc sử
dụng trong nhiều trờng hợp khác nhau nh: bơm bê tông dới nớc theo phơng pháp
vữa dâng, bơm bê tông vào các khuôn casset, bơm bê tông lên các tầng cao trong
thi công nhà công nghiệp và dân dụng.
Để giải quyết đợc vấn đề bơm hỗn hợp bê tông cần làm rõ bản chất lý thuyết
chuyển động của hỗn hợp bê tông cũng nh phơng pháp thiết kế thành phần cấp phối
cho bê tông. Có rất nhiều quan điểm về vấn đề bơm hỗn hợp bê tông song có sự
nhất trí cao về vấn đề này cho rằng trong chuyển động của vữa và hỗn hợp bê tông
19
trong đờng ống ở gần thành ống chúng hình thành nên vùng chuyển tiếp ranh giới
của hồ xi măng từ môi trờng phân tán, theo đó có sự phân bố lớp hồ xi măng cận
thành với các hạt cốt liệu nhỏ là cát. Bề dày của lớp hồ xi măng cận thành này nằm
trong khoảng 1,5 ữ 8mm, phần còn lại của tiết diện đờng ống thì hỗn hợp bê tông
không có sự thay đổi tính chất đáng kể ta coi đó là lõi không biến dạng. Do vậy để
đảm bảo quy luật đã nêu cần nghiên cứu thiết kế cấp phối hỗn hợp bê tông bơm.
Trong trờng hợp không dùng phụ gia các yêu cầu đối với hỗn hợp bê tông bơm là
[21]:
- Hàm lợng hồ xi măng trong hỗn hợp bê tông cần đủ để không những cần cho
sự lấp đầy các lỗ rỗng trong cốt liệu và bao bọc một lớp bên ngoài các hạt của
chúng mà còn d để tạo nên một hệ số d vữa nhất định.
- Tỷ lệ N/X cần nằm trong khoảng N/X = 0,55 ữ 0,65 để đảm bảo độ lu động độ
sụt nón cho hỗn hợp bê tông dao động trong khoảng từ SN = 5 ữ 8 cm, trong nhiều
trờng hợp cho phép dao động từ SN = 3 ữ12 cm.
- Hàm lợng cát trong hỗn hợp cốt liệu lớn là sỏi cần từ 32 ữ 45 % theo khối l-
ợng tổng cốt liệu, trong hỗn hợp cốt liệu là đá dăm thì hàm lợng cát là từ 32 ữ 45 %

theo khối lợng tổng cốt liệu.
- Cốt liệu cần đặc chắc, dạng cốt liệu sỏi tốt hơn cốt liệu đá dăm do nhu cầu l-
ợng hồ xi măng thấp hơn và trở lực khi bơm cũng thấp hơn.
- Chi phí xi măng không dới hàm lợng 250 Kg/m
3
cho 1m
3
hỗn hợp bê tông.
Những yêu cầu trên rõ ràng không phản ánh đầy đủ các đặc trng của nguyên
liệu sử dụng để chế tạo hỗn hợp bê tông bơm. Khi nghiên cứu khả năng vận chuyển
hỗn hợp bê tông trong đờng ống đã đa ra phơng pháp đánh giá tính bơm của hỗn
hợp bê tông theo các đặc tính của hỗn hợp bê tông nh độ dẻo hồ xi măng, độ sụt
hình nón SN và các hệ số d hồ xi măng và hệ số d vữa .
Bê tông đặc biệt nặng cũng có thành phần cấp phối chế tạo giống nh bê tông
thông thờng nh chất kết dính là xi măng, cốt liệu, phụ gia và nớc nhào trộn. Sự khác
nhau cơ bản ảnh hởng tới trong công nghệ thi công bơm là đặc điểm bê tông đặc
biệt nặng có khối lợng thể tích lớn hơn so bê tông thông thờng. Điều khác biệt đó
20
tạo nên các yêu cầu riêng cho hỗn hợp bê tông tránh không bị phân tầng tách lớp
trong quá trình vận chuyển trên đờng bơm dẫn.
Một điểm nữa trong việc nghiên cứu bê tông đặc biệt nặng là cốt liệu sử dụng là
cát nghiền và đá dăm nên có nhiều góc cạnh làm cho tính bơm kém hơn. Nội ma
sát giữa các thành phần trong hỗn hợp bê tông cũng lớn hơn nên tính bơm cũng bị
hạn chế và làm mòn thành ống bơm cao hơn. Tính tách nớc và tách vữa của bê tông
sẽ làm khó bơm do hình thành các khối bê tông nghèo vữa gây tắc ống bơm. Hình
dáng, thành phần cỡ hạt của cốt liệu mịn sẽ ảnh hởng lớn hơn so với cốt liệu lớn về
tăng tính dễ bơm cho bê tông [10].
Đạt đợc các tính chất, các yêu cho hỗn hợp bê tông bơm với bê tông đặc biệt
nặng cần đánh giá các vấn đề khi thiết kế cấp phối cho hỗn hợp bê tông nh sau:
- Sử dụng hỗn hợp phụ gia để đạt tính công tác của hỗn hợp bê tông, tăng độ

linh động của vữa hồ xi măng, duy trì độ sụt của hỗn hợp bê tông.
- Sử dụng cốt liệu phù hợp, ngoài yêu cầu đạt khối lợng thể tích bê tông cần
quan tâm hàm lợng sử dụng hợp lý để tăng tính đồng nhất trong hỗn hợp.
Ngoài việc đảm bảo các đặc tính cơ bản nói trên thì bê tông đặc biệt nặng trong
chế tạo và thi công thực tế cần đánh giá và nghiên cứu cụ thể về các điểm sau:
- Các vấn đề khi phối trộn các nguyên vật liệu và thời gian trộn.
- Trở lực bơm bê tông đặc biệt nặng lớn hơn so với bê tông thờng.
- Do cốt liệu đặc nặng nên việc rung động lèn chặt hỗn hợp bê tông yêu cầu
quan tâm đến thời gian duy trì rung động vì dễ gây phân tầng tách lớp.
21
Chơng 2
Cơ sở lý luận nghiên cứu bê tông siêu nặng
2.1. Cơ sở lý luận cho chế tạo bê tông siêu nặng.
Để định hớng nghiên cứu lựa chọn thành phần chế tạo bê tông đặc biệt nặng ta
cần tìm hiểu đánh giá mối quan hệ thành phần vật chất, tính chất yêu cầu với mối
quan hệ hình thành cấu trúc sản phẩm. Mối quan hệ đó là lôgic quan trọng trong
nghiên cứu khoa học vật liệu. Ta rất khó để thiết lập chính xác mô hình lựa chọn
thành phần vật chất để từ đó có thể dự tính một cách tin tởng về tính chất của nó.
Nghiên cứu cấu trúc, tính chất bê tông và mối quan hệ của chúng với nhau cho ta
thực tế định hớng lựa chọn nguồn vật liệu chế tạo [1].
2.1.1. Lý luận nghiên cứu cấu trúc bê tông.
Cấu trúc của bê tông hình thành do kết quả đông kết của hỗn hợp bê tông và
đóng rắn thành đá bê tông. Cấu trúc bê tông rất phức tạp đợc tạo thành từ các thành
phần cốt liệu, đá xi măng và hệ thống mao quản lớn bé, các lỗ rỗng trong đó chứa
không khí, hơn nớc hoặc nớc. Các thành phần kích thớc lớn vi mô có thể dễ dàng
quan sát bằng mắt thờng, các thành phần kích thớc kích thớc nhỏ vi mô chỉ quan
sát đợc nhờ hỗ trợ của dụng cụ kính hiển vi điện tử.
Xem xét tiết diện của bê tông có thể thấy cấu tạo toàn khối liên tục, trong đó
các hạt cốt liệu với các kích thớc và hình dạng khác nhau liên kết trung gian với đá
xi măng nh +D#$:[11].

+#$:0R7?!S $
22
ở mức độ vi mô cấu trúc bê tông thể hiện sự phức tạp hơn và thấy là thành phần
bê tông không đồng nhất về cấu tạo và chứa nhiều lỗ rỗng nh +D#$#$
+D#$#0T6>(7U4GV5I=>?
WXY"3=>?Z3+"R3W[+;
#
ZT\]57;
Phân tích cho thấy cấu trúc đá xi măng ở vùng xung quanh các hạt cốt liệu lớn
thờng rất khác với cấu trúc của bản thân đá xi măng trong hệ. Những tính chất cơ lý
và những tính năng kỹ thuật của bê tông đợc quyết định bởi tính chất của các thành
phần cấu tạo và tính chất của bề mặt tiếp xúc giữa hạt cốt liệu và đá xi măng. Do
vậy định hớng nghiên cứu cấu trúc bê tông theo các vấn đề sau [11]:
+ R, ngoài thành phần cốt liệu và đá xi măng thì một thành phần nữa là
miền liên kết, vùng tiếp xúc giữa các hạt của cốt liệu lớn và đá xi măng. Miền này
nh một dạng vỏ mỏng có độ dày khoảng 10-50àm bọc xung quanh cốt liệu lớn.
Miền liên kết này yếu hơn rất nhiều so với 2 thành phần cốt liệu và đá xi măng.
+ R, bản thân mỗi thành phần cấu tạo trên là đa pha. Chẳng hạn, mỗi hạt
cốt liệu có thể chứa một vài khoáng, vi vết nứt và các lỗ rỗng. Tơng tự, cả đá xi
măng và miền liên kết thờng không đồng nhất với nhau và bao gồm sự phân bố các
pha đặc, rỗng, vết nứt vi mô.
+ R, không giống các vật liệu xây dựng khác, cấu trúc của bê tông không
ổn định. Điều này là do hai thành phần của cấu trúc là đá xi măng và miền liên kết
có sự thay đổi theo thời gian do môi trờng bên ngoài tác động.
RI^=>?: Cốt liệu phần lớn ảnh hởng đến khối lợng thể tích bê tông,
môđun đàn hồi, sự ổn định kích thớc của bê tông. Các tính chất này phụ thuộc vào
khối lợng thể tích và cờng độ của cốt liệu. Chúng thờng đợc xác định bằng vật lý
hơn là bằng hoá học. Nói cách khác, thành phần khoáng hoặc hoá học của cốt liệu
23
thờng ít quan trọng hơn các đặc tính vật lý nh là khối lợng thể tích, hình dạng và bề

mặt của cốt liệu. Ví dụ nh nếu kích thớc cốt liệu lớn hơn và hàm lợng hạt thoi dẹt
lớn hơn trong bê tông thì xu hớng các màng nớc cũng sẽ tích luỹ lớn hơn gần bề
mặt của cốt liệuW+D#$';. Hiện tợng này sẽ gây ra sự tách nớc bên trong và cũng
làm yếu đi cho miền liên kết [11].
W;R>\HI8I6!=>?$ W;,6!=>?( _
+D#$'L148J6!F=>?$
RI^4GV0 Đá xi măng là cấu trúc tạo thành gồm 3 thành phần
chủ yếu là các sản phẩm hydrat tạo thành dạng gen và tinh thể, vi cốt liệu, hệ thống
lỗ rỗng vi mô và mao quản. Cấu trúc của đá xi măng phát triển là kết quả của phản
ứng hoá học giữa các khoáng xi măng với nớc. Thành phần hoá học của các khoáng
clanhke chủ yếu tơng ứng là C
3
S, C
2
S, C
3
A và C
4
AF. Khi xi măng pooclăng phân
tán vào trong nớc pha lỏng nhanh chóng bão hoà với các loại ion khác nhau. Sự kết
hợp giữa canxit, sunphát, nhôm và ion hydroxyl trong vài phút thuỷ hoá đầu tiên
tạo nên các tinh thể hình kim của Canxi Sunphô Alumin Hydrat đợc gọi là
ettringite (+D#$@). Vài giờ sau đó, các tinh thể hình lăng trụ lớn của Ca(OH)
2
và
rất nhiều tinh thể dạng sợi rất nhỏ của C-S-H bắt đầu điền vào các khoảng trống mà
nớc chiếm giữ và hoà tan các hạt xi măng [11].
24
+D#$@0`4a(51F(4bN$
Vài ngày sau đó, phụ thuộc vào tỷ lệ Alumin/ Sunphát của xi măng, ettringite

có thể bị mất ổn định và phân ly tạo thành mono sunphát hydrát, có hình dạng
phiến sáu cạnh. Hình dạng này cũng là đặc điểm của các canxi aluminat hydrát, mà
đợc tạo ra trong đá xi măng. Các ảnh hiển vi điện tử quét minh hoạ các hình thái
học điển hình của các thành phần này, một mô hình của vi cấu trúc đá xi măng thấy
ở +D#$A$ Mô hình cấu trúc đá xi măng ở +D#$A thấy rằng sự phân bố không
đồng nhất về kích thớc và hình thái học các thành phần.
W;EcGV
W;34VH
+D#$A03c4GV$
Trong cấu trúc đá xi măng còn tồn tại các thành phần sau:
+ Pha khí trong đá xi măng: Bên cạnh các pha rắn miêu tả phần trên, đá xi
măng chứa nhiều loại lỗ rỗng vi mô. Các loại lỗ rỗng có tầm quan trọng và kích th-
ớc của chúng đợc nghiên cứu đánh giá xem xét nh +D#$B[11].
25
+D#$B0Q8D4dGV$
Ví dụ nh khoảng trống giữa các lớp trong C-S-H là 18A
o
và chiếm khoảng 28%
rỗng trong C-S-H đặc. Kích thớc rỗng này quá nhỏ không gây hại đến cờng độ và
tính thấm của đá xi măng. Tuy nhiên, nớc trong các lỗ rỗng nhỏ này có thể tạo ra
các liên kết hydro, và sự chuyển dịch của nó dới các điều kiện cụ thể sẽ gây lên co
và từ biến. Các lỗ rỗng mao quản là các khoảng rỗng không đợc điền đầy bởi các
pha đặc của đá xi măng.
+ Nớc trong đá xi măng: Bằng sự quan sát dới kính hiển vi điện tử cho thấy các
lỗ rỗng trong đá xi măng thờng là trống. Thực tế, phụ thuộc vào độ ẩm môi trờng
và độ rỗng trong đá xi măng, thì đá xi măng có khả năng giữ một lợng nớc lớn. Nớc
tồn tại trong đá xi măng ở nhiều dạng khác nhau. Sự phân loại này dựa trên khả
năng của nó tách khỏi đá xi măng. Khi có sự mất nớc liên tục từ đá xi măng bão
hoà do độ ẩm tơng đối giảm thì ranh giới phân chia các loại nớc này là rất khó.
Mặc dù vậy, vẫn cần thiết có sự phân loại để hiểu biết về tính chất của đá xi măng.

Nớc tồn tại trong đá xi măng ở các dạng sau:
Nớc mao quản có thể phân loại thành hai loại: nớc trong các lỗ rỗng lớn hơn
50nm, có thể coi là nớc tự do bởi vì sự chuyển dịch của nó không gây ra bất kỳ sự
thay đổi về thể tích. Loại nớc trong các lỗ rỗng mao quản nhỏ từ 5-50nm, sự dịch
chuyển của nó gây ra co hệ thống.
Nớc hấp phụ, đó là loại nớc gần với bề mặt rắn. Ngời ta cho rằng có tới 6 lớp
phân tử nớc (15A
o
) bị ảnh hởng bởi lực liên kết hydro. Sự mất nớc hấp phụ chủ yếu
gây ra sự co của bê tông trong quá trình làm khô.
Nớc liên kết với cấu trúc C-S-H. Ngời ta cho rằng lớp nớc phân tử giữa các lớp
C-S-H bị ảnh hởng bởi mối liên kết hydro. Nớc giữa các lớp chỉ bị mất đi khi quá