Nghiên cứu tổ hợp phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước của bê tông đầm lăn sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam

BỘ XÂY DỰNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG
----------------

NGUYỄN QUANG BÌNH

NGHIÊN CỨU TỔ HỢP PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG
CHỐNG THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SỬ DỤNG
CHO ĐẬP TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2015


BỘ XÂY DỰNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG
----------------

NGUYỄN QUANG BÌNH

NGHIÊN CỨU TỔ HỢP PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG
CHỐNG THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SỬ DỤNG
CHO ĐẬP TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VẬT LIỆU
MÃ SỐ: 62.52.03.09

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. PHẠM VĂN KHOAN
2. PGS.TS. HỒNG PHĨ UN

Hà Nội - Năm 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu trích
dẫn, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa từng được cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2015
Tác giả của luận án

Nguyễn Quang Bình

i


LỜI CẢM ƠN
Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật vật liệu với đề tài “Nghiên cứu
tổ hợp phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước của bê tông đầm lăn
sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam’’ được hoàn thành tại Viện chuyên
nghành Bê tông - Viện Khoa học công nghệ Xây dựng.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành Viện chuyên ngành Bê tông, Viện
Thông tin, đào tạo và tiêu chuẩn hóa - Viện Cơng nghệ Xây dựng, Viện Thủy
Cơng, Ban Quản lý Đầu tư & Xây dựng thủy lợi 6 - Bộ NN&PTNT, Công ty cổ
phần Xây dựng 47, cùng toàn thể các nhà khoa học các đồng nghiệp trong và
ngoài ngành đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi hồn thành luận án này.
Tác giả xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo hướng dẫn là TS.Phạm Văn
Khoan - Viện Khoa học công nghệ Xây dựng và PGS.TS.Hồng Phó Un Viện Thủy Cơng đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện hoàn thành luận án.
Tác giả cũng bày tỏ sự biết ơn đối với sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của cơ
quan, gia đình và các đồng nghiệp, đó là nguồn động lực mạnh mẽ trong quá
trình thực hiện luận án.
Với khả năng có hạn, luận án khó tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong
nhận được những chỉ bảo và góp ý chân tình của các nhà khoa học, chuyên gia,
trong và ngoài ngành cùng các đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2015
Tác giả của luận án

Nguyễn Quang Bình

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 1
4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ 2
6. Những điểm mới ................................................................................................ 3
7. Các tài liệu đã công bố ....................................................................................... 3

8. Kết cấu của luận án ............................................................................................ 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG CHO XÂY
DỰNG ĐẬP TRỌNG LỰC ................................................................................. 5
1.1. Khái niệm BTĐL ............................................................................................. 5
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTĐL cho xây dựng đập trọng lực ........... 6
1.2.1.Trên thế giới .............................................................................................. 6
1.2.2.Tại Việt Nam ............................................................................................. 9
1.3. Vấn đề thấm đập BTĐL ở Việt Nam ............................................................. 11
1.3.1. Hiện tượng thấm nước tại các đập BTĐL ............................................... 12
1.3.2. Nguyên nhân thấm nước tại các đập BTĐL ............................................ 16
1.3.3. Biện pháp đảm bảo khả năng chống thấm cho đập BTĐL ...................... 17
1.4. Vấn đề nhiệt trong BTĐL khối lớn ................................................................ 18

iii


1.5. Cơ sở khoa học của việc sử dụng tổ hợp phụ gia để cải thiện một số tính
chất của BTĐL dùng cho đập trọng lực trong điều kiện Việt Nam ....................... 20
1.5.1. Phân tích một số đặc điểm của BTĐL..................................................... 20
1.5.2. Vai trị của phụ gia hóa học trong BTĐL ................................................ 24
1.5.3. Vai trị của phụ gia khống hoạt tính trong BTĐL .................................. 28
1.5.4. Vai trị của phụ gia Polyme trong BTĐL ................................................ 32
1.6. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận án ............................................... 39
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 40
2.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu ................................................................. 40
2.1.1. Xi măng .................................................................................................. 40
2.1.2. Tro bay ................................................................................................... 41
2.1.3. Cốt liệu lớn ............................................................................................. 41
2.1.4. Cốt liệu nhỏ ............................................................................................ 42
2.1.5. Phụ gia hóa học ...................................................................................... 44

2.1.6. Phụ gia Polyme....................................................................................... 45
2.2. Các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu .................................................. 45
2.2.1. Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu .......................................................... 45
2.2.2. Các tiêu chuẩn thí nghiệm BTĐL ........................................................... 47
2.2.3. Một số phương pháp thí nghiệm BTĐL cơ bản....................................... 47
2.2.4. Các phương pháp thí nghiệm cấu trúc vữa BTĐL ................................... 54
2.2.5. Một số phương pháp nghiên cứu lý thuyết .............................................. 57

iv


CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỔ HỢP PHỤ GIA ĐẾN
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG ĐẦM LĂN ....................................... 58
3.1. Khoảng biến thiên các biến trong nghiên cứu ................................................ 58
3.2. Kết quả nghiên cứu thành phần cấp phối và các tính chất BTĐL ................... 62
3.3. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cường độ nén BTĐL................... 66
3.3.1. Ảnh hưởng của phụ gia S đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia
T và P) ................................................................................................................. 66
3.3.2. Ảnh hưởng của phụ gia T đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia
S và P) ................................................................................................................. 68
3.3.3. Ảnh hưởng của phụ gia P đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia
S và T) ................................................................................................................. 69
3.4. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến khả năng chống thấm của BTĐL 73
3.4.1. Ảnh hưởng của phụ gia S đến khả năng chống thấm BTĐL (khi cố định
phụ gia T và P) ..................................................................................................... 73
3.4.2. Ảnh hưởng của phụ gia T đến khả năng chống thấm BTĐL (khi giữ cố
định phụ gia S và P) ............................................................................................. 75
3.4.3.Ảnh hưởng của biến phụ gia P đến khả năng chống thấm BTĐL (khi cố
định phụ gia S và T) ............................................................................................. 76
3.4.4. Ảnh hưởng đồng thời của phụ gia S, T và P đến khả năng chống thấm

BTĐL ................................................................................................................. 77
3.5. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cấu trúc và tính đồng nhất của
BTĐL ................................................................................................................. 82
3.6. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến nhiệt độ đoạn nhiệt của BTĐL.... 83
Kết luận chương 3 ................................................................................................ 86
v


CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SỬ
DỤNG TỔ HỢP PHỤ GIA S+T+P TẠI HIỆN TRƯỜNG .............................. 88
4.1. Giới thiệu cơng trình hồ chứa nước Nước Trong ........................................... 88
4.1.1. Vài nét về cơng trình .............................................................................. 88
4.1.2. Vật liệu và cấp phối BTĐL thi cơng cơng trình Nước Trong .................. 91
4.2. Kết quả ứng dụng tổ hợp phụ gia cho BTĐL tại hiện trường ......................... 95
4.2.1. Thiết kế thành phần cấp phối BTĐL ứng dụng ....................................... 95
4.2.2. Kết quả thi cơng hiện trường .................................................................. 97
4.3. Tính tốn nhiệt BTĐL ................................................................................ 100
4.3.1. Tính nhiệt dung riêng của BTĐL .......................................................... 100
4.3.2. Tính nhiệt độ tối đa do xi măng thủy hóa của BTĐL ............................ 100
4.4. Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật ............................................................ 101
4.4.1. Chi phí cho 01 m3 BTĐL ứng dụng ...................................................... 101
4.4.2. Chi phí cho 01 m3 BTĐL đập Nước Trong ........................................... 103
Kết luận chương 4 .............................................................................................. 105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 107
KẾT LUẬN........................................................................................................ 107
KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 109
I. TIẾNG VIỆT .................................................................................................. 109
II. TIẾNG ANH ................................................................................................. 112

vi


PHỤ LỤC 1. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG DÙNG PHỤ GIA
S ĐẾN LƯỢNG DÙNG NƯỚC BTĐL ........................................................... 116
PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CẤU TRÚC BTĐL ........................ 118
PHỤ LỤC 3. CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ THI CÔNG HIỆN TRƯỜNG..... 123

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các nước có đập BTĐL cao hơn 60 m nhiều nhất .............................. 9
Bảng 1.2. Một số cơng trình đập BTĐL của Việt Nam ..................................... 10
Bảng 1.3. Một số thông số BTĐL các đập khảo sát ......................................... 12
Bảng 1.4. Chênh lệch nhiệt độ cho phép của móng đập BTĐL......................... 19
Bảng 1.5. Một số thơng số các cấp phối BTĐL cho đập ở Việt Nam ............... 21
Bảng 1.6. Một số thông số các cấp phối BTĐL cho đập ở Trung Quốc ........... 21
Bảng 1.7. Phân loại phụ gia dẻo hố xi măng ................................................... 26
Bảng 2.1. Tính chất kỹ thuật của xi măng PC40 Bút Sơn ................................. 40
Bảng 2.2. Tính chất của tro tuyển Phả Lại ........................................................ 41
Bảng 2.3. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đối với đá dăm ....................... 42
Bảng 2.4. Bảng thành phần hạt đá dăm............................................................. 42
Bảng 2.5. Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của cát nghiền ............................ 43
Bảng 2.6. Bảng thành phần hạt cát nghiền ........................................................ 43
Bảng 2.7. Một số tính chất của phụ gia S ......................................................... 44
Bảng 2.8. Tính chất của phụ gia P .................................................................... 45
Bảng 2.9. Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu.................................................... 45
Bảng 2.10. Các tiêu chuẩn thí nghiệm BTĐL ................................................... 47
Bảng 2.11. Các thơng số máy VeBe cải tiến ..................................................... 48

Bảng 3.1. Vùng biến đổi của các biến .............................................................. 60
Bảng 3.2. Kế hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc hai ba biến .............................. 61

viii


Bảng 3.3. Thành phần cấp phối các điểm trong quy hoạch thực nghiệm tính cho
1 m3 BTĐL ....................................................................................................... 62
Bảng 3.4. Tính chất cơ lý BTĐL tại các điểm trong quy hoạch ........................ 64
Bảng 3.5. Kết quả đo đặc trưng cấu trúc xốp và tỷ trọng vữa BTĐL ................ 82
Bảng 3.6. Nhiệt độ tối đa của BTĐL do xi măng thủy hóa .............................. 84
Bảng 4.1. Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của xi măng PC40 Kim Đỉnh ................. 91
Bảng 4.2. Các tính chất cơ lý của cát ................................................................ 92
Bảng 4.3. Thành phần hạt của cát ..................................................................... 92
Bảng 4.4. Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 5-20 mm ............................. 93
Bảng 4.5. Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 20-40 mm ........................... 93
Bảng 4.6. Thành phần hạt đá dăm 5-20mm, 20-40mm ..................................... 93
Bảng 4.7.Tính chất của tro bay Phả Lại ............................................................ 94
Bảng 4.8. Thành phần cấp phối BTĐL cơng trình Nước Trong ........................ 95
Bảng 4.9. Thành phần cấp phối BTĐL M20W8 ứng dụng ............................... 96
Bảng 4.10. Tính chất của hỗn hợp BTĐL và BTĐL M20W8 ứng dụng ........... 96
Bảng 4.11. Kết quả thi công BTĐL M20W8 ứng dụng tại hiện trường ............ 98
Bảng 4.12. Tổng hợp và so sánh kết quả BTĐL M20W8 và M20W6 .............. 99
Bảng 4.13. Chi phí cho 01 m3 BTĐL ứng dụng M20W8 ................................ 101
Bảng 4.14. Chi phí cho 01 m3 BTĐL đập Nước Trong M20W6 ..................... 103
Bảng PL1. Tính cơng tác và thời gian đông kết của các cấp phối khảo sát ..... 116

ix

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Tổng thể đập Pleikrong ..................................................................... 13
Hình 1.2. Thấm hạ lưu đập Pleikrong ............................................................... 13
Hình 1.3. Thấm hành lang thu nước đập Pleikrong........................................... 13
Hình 1.4. Thấm mạnh tại hạ lưu đập Bản Vẽ .................................................... 14
Hình 1.5. Thấm tiết vơi tại hành lang kỹ thuật đập Bản Vẽ .............................. 14
Hình 1.6. Thấm tiết vơi tại hành lang kỹ thuật đập Sê San 4............................. 15
Hình 1.7. Thấm thành dòng tại hành lang kỹ thuật đập Sê San 4 ...................... 15
Hình 1.8. Thấm thành dịng tại đập Bản Chát ................................................... 15
Hình 1.9. Thấm tiết vơi tại đập Bản Chát ......................................................... 15
Hình 1.10. Thấm tiết vơi hạ lưu đập Sơng Tranh 2 ........................................... 16
Hình 1.11. Thấm mạnh qua khe nhiệt đập Sơng Tranh 2 .................................. 16
Hình 1.12. Mối quan hệ giữa hệ số thấm và tỉ lệ N/X ....................................... 25
Hình 1.13. Hiệu ứng tĩnh điện (A) và hiệu ứng khơng gian (B) ........................ 26
Hình 1.14. Cơng thức cấu tạo của phân tử thành phần chính của ...................... 27
một số loại phụ gia ........................................................................................... 27
Hình 1.15. Biểu đồ quan hệ lượng nhiệt thủy hóa của các loại hỗn hợp CKD .. 30
Hình 1.16. Các dạng Polyme dùng để biến tính vật liệu gốc xi măng ............... 32
Hình 1.17. Mơ hình sự tạo thành pha nền hỗn hợp xi măng – Polyme ............. 34
Hình 1.18. Mơ hình mơ tả q trình hình thành màng Polyme ......................... 35
Hình 1.19. Sơ đồ minh họa quá trình tạo liên kết giữa Polyme với nhóm
cacboxylat, xi măng poóc- lăng và cốt liệu ...................................................... 36

x


Hình 2.1. Cốt liệu được tập kết tại phịng thí nghiệm ....................................... 44
Hình 2.2. Máy trộn cưỡng bức dung tích 150 lít ............................................... 48
Hình 2.3. Sơ đồ máy rung Vebe cải tiến ........................................................... 50
Hình 2.4. Thử tính cơng tác của hỗn hợp BTĐL............................................... 50

Hình 2.5. Mẫu đúc BTĐL ................................................................................ 51
Hình 2.6. Đúc mẫu xác định hệ số thấm ........................................................... 51
Hình 2.7. Thí nghiệm hệ số thấm ..................................................................... 53
Hình 2.8. Mẫu bê tơng bị thấm nước ................................................................ 53
Hình 2.9. Nén mẫu BTĐL ................................................................................ 53
Hình 2.10. Thiết bị Auto Pore (Mỹ). ................................................................ 54
Hình 2.11. Thiết bị đo khối lượng riêng (Accupyc) .......................................... 56
Hình 3.1. Sơ đồ kế hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc hai ba biến ..................... 59
Hình 3.2. Sự ảnh hưởng của biến X1 đến R90 .................................................... 67
Hình 3.3. Sự ảnh hưởng của biến X2 đến R90 .................................................... 68
Hình 3.4. Sự ảnh hưởng của biến X3 đến R90 .................................................... 69
Hình 3.5. Sự ảnh hưởng của biến X1, X2 đến R90 .............................................. 71
Hình 3.6. Sự ảnh hưởng của biến X1, X3 đến R90 .............................................. 72
Hình 3.7. Sự ảnh hưởng của biến X2, X3 đến R90 .............................................. 72
Hình 3.8. Sự ảnh hưởng của biến X1 đến Kth .................................................... 74
Hình 3.9. Sự ảnh hưởng của biến X2 đến Kth .................................................... 75
Hình 3.10. Sự ảnh hưởng của biến X3 đến Kth .................................................. 76
Hình 3.11. Sự ảnh hưởng của biến X1, X2 đến Kth ............................................ 77
xi


Hình 3.12. Sự ảnh hưởng của biến X1, X3 đến Kth ............................................ 78
Hình 3.13. Sự ảnh hưởng của biến X2, X3 đến Kth ............................................ 79
Hình 3.14. Ảnh cấu trúc BTĐL sử dụng phụ gia S+T....................................... 83
Hình 3.15. Ảnh cấu trúc BTĐL sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P ....................... 83
Hình 4.1. Bãi tập kết vật liệu ............................................................................ 89
Hình 4.2. Trạm trộn BTĐL............................................................................... 90
Hình 4.3. Vận chuyển và đổ hỗn hợp BTĐL .................................................... 90
Hình 4.4. San BTĐL ........................................................................................ 90
Hình 4.5. Đầm BTĐL ....................................................................................... 90

Hình 4.6. Bảo dưỡng BTĐL sau khi thi cơng ................................................... 90
Hình 4.7. Kiểm tra KLTT của BTĐL bằng máy phóng xạ................................ 91
Hình 4.8. Khoan mẫu BTĐL ............................................................................ 91
Hình PL1. Mối liên hệ lượng dùng nước và S trong 1m3 BTĐL ..................... 117

xii


DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
BTĐL : Bê tông đầm lăn
C

: Cát

C/CL

: Cát / cốt liệu

CĐK

: Chậm đông kết

CKD

: Chất kết dính

Đ

: Đá dăm

Kth

: Hệ số thấm tuổi 90 ngày

KHT

: Khống hoạt tính

KLTT : Khối lượng thể tích
N

: Nước

N/CKD : Nước / chất kết dính
N/X

: Nước / xi măng

P

: Polyme

P/X

: Polyme / xi măng

PGK

: Phụ gia khoáng

R28

: Cường độ nén BTĐL tuổi 28 ngày

R90

: Cường độ nén BTĐL tuổi 90 ngày

S

: Siêu dẻo chậm đông kết thế hệ mới (giảm nước cao+chậm đông kết)

S+T+P : Tổ hợp phụ gia siêu dẻo chậm đông kết thế hệ mới+Tro bay+Polyme
T

: Tro bay

TĐ

: Thủy điện

TL

: Thủy lợi

Tmax

: Nhiệt độ đoạn nhiệt của BTĐL

Tbđđk

:Thời gian bắt đầu đông kết

Tktđk

:Thời gian kết thúc đông kết

Vh

: Thể tích hồ trong một m3 BTĐL
xiii


Vv

: Thể vữa trong một m3 BTĐL

W

: Cấp chống thấm nước, atm (tiêu chuẩnViệt Nam)

X

: Xi măng

∆t

: Nhiệt độ tối đa của BTĐL do CKD thủy hóa sinh ra

∆T

: Chênh lệch nhiệt độ giữa tâm và mặt ngoài khối bê tơng

THUẬT NGỮ
Tmax: Nhiệt độ đoạn nhiệt BTĐL chính là nhiệt độ tối đa của BTĐL trong điều
kiện cách nhiệt hoàn tồn, khơng truyền nhiệt ra bên ngồi (đoạn nhiệt). Nhiệt
độ đoạn nhiệt bao gồm nhiệt độ của hỗn hợp BTĐL cộng với nhiệt độ tối đa của
BTĐL do CKD thủy hóa sinh ra.

xiv


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trên thế giới, bê tông đầm lăn (BTĐL) được nghiên cứu và ứng dụng từ những
năm 1960 [32]. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu BTĐL được bắt đầu vào những
năm 1990 [13]. Đến nay công nghệ BTĐL đã được áp dụng thi công hàng chục
đập BTĐL tại Việt Nam. Kết quả đã khẳng định ưu điểm vượt trội so với các
công nghệ thi công khác là tốc độ thi cơng nhanh, tiêu tốn ít xi măng, khả năng
áp dụng cơ giới hóa cao, giá thành giảm so với dùng bê tông thường.
Mặc dù các thành tựu về đập BTĐL ở Việt Nam là không thể phủ nhận, tuy
nhiên trong quá trình sử dụng đập BTĐL vẫn đang tồn tại một số vấn đề lớn về
thấm nước qua thân đập và nứt do nhiệt cần thiết phải nghiên cứu giải quyết.
Theo các tài liệu [9, 10, 39, 42, 43, 45, 52, 53, 66, 67], có nhiều biện pháp để cải
thiện khả năng chống thấm và giảm nhiệt độ đoạn nhiệt trong BTĐL, trong đó
việc nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia cho BTĐL là một trong những biện
pháp đơn giản, hiệu quả và khả thi trong điều kiệnViệt Nam.
Xuất phát từ đó, luận án đã tiến hành “Nghiên cứu tổ hợp phụ gia để nâng cao
khả năng chống thấm nước của bê tông đầm lăn sử dụng cho đập trong điều
kiện Việt Nam’’.

2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận án là nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P để cải thiện
một số tính chất của BTĐL (khả năng chống thấm, cường độ nén, nhiệt độ đoạn
nhiệt) dùng cho xây dựng đập trong điều kiện Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là BTĐL dùng cho xây dựng đập trong điều
kiện Việt Nam.
1


Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm:
- Nghiên cứu trong điều kiện phịng thí nghiệm:
+ Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cường độ nén.
+ Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến khả năng chống thấm.
+ Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến nhiệt độ đoạn nhiệt.
+ Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cấu trúc và tính đồng nhất
của BTĐL.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu tổ hợp phụ gia S+T+P cho cơng trình thực tế.
- Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, các đề xuất và kiến nghị.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu trong phịng thí nghiệm với ứng dụng thử nghiệm tại cơng
trình.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Đã chứng tỏ rằng việc sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P có tác dụng nâng cao
khả năng chống thấm, tăng cường độ và giảm nhiệt độ đoạn nhiệt của BTĐL
dùng cho xây dựng đập trong điều kiện Việt Nam.
- Việc ứng dụng kết quả nghiên cứu tổ hợp phụ gia S+T+P vào cơng trình xây
dựng đập thủy lợi Nước Trong, bước đầu đã khẳng định được rằng hiệu quả
nâng cao khả năng chống thấm của BTĐL lên 1 cấp (2 atm) và giảm nhiệt độ
đoạn nhiệt của BTĐL (trên 8 oC) so với BTĐL sử dụng cho xây dựng đập Nước

Trong (R90 tương đương nhau).

2


6. Những điểm mới
- Đã chứng minh rằng phụ gia P trong tổ hợp phụ gia S+T+P có hiệu quả nâng
cao được khả năng chống thấm của BTĐL (có tỉ lệ N/CKD ≤ 0,44 và cường độ
nén từ 30 MPa trở lên), nhưng ít hiệu quả với BTĐL có cường độ dưới 30 MPa
hoặc N/CKD > 0,44.
- Đã chứng tỏ rằng BTĐL sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P có khả năng cải thiện
cấu trúc rỗng xốp và độ đồng nhất về khả năng chống thấm so với BTĐL sử
dụng phụ gia S+T (không sử dụng phụ gia P).
7. Các tài liệu đã cơng bố
1. Lê Minh, Nguyễn Quang Bình, Giải pháp vật liệu nâng cao chống thấm cho
bê tông đầm lăn cơng trình thủy lợi, thủy điện 50 năm, Tuyển tập khoa học công
nghệ - xây dựng và phát triển 1959 - 2009, tập II – Nhà xuất bản Nơng Nghiệp,
2009.
2. Hồng Phó Un, Nguyễn Quang Bình, Phương thức kiểm tra, đánh giá chất
lượng bê tông đầm lăn trong các cơng trình thủy lợi, thủy điện 50 năm, Tuyển
tập khoa học công nghệ - xây dựng và phát triển 1959 - 2009, tập II - Nhà xuất
bản Nông Nghiệp, 2009.
3. Nguyễn Quang Bình, (2014), Vấn đề thấm đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam Nguyên nhân và giải pháp khắc phục, Tạp chí xây dựng - Nhà xuất bản xây
dựng, 2014.
4. Nguyễn Quang Bình, (2014), Nghiên cứu tổ hợp phụ gia siêu dẻo đa tính
năng - khống hoạt tính - Polymer để nâng cao chống thấm cho bê tơng đầm
lăn,Tạp chí xây dựng - Nhà xuất bản xây dựng, 2014.

3

8. Kết cấu của luận án
Luận án gồm các nội dung chính sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về bê tơng đầm lăn dùng cho xây dựng đập trọng lực
Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia đến một số tính chất của
bê tơng đầm lăn
Chương 4: Ứng dụng thử nghiệm bê tông đầm lăn sử dụng tổ hợp phụ gia
S+T+P tại hiện trường
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Trong đó có 39 bảng, 55 hình vẽ và đồ thị với 68 tài liệu tham khảo được trình
bày trên 124 trang giấy khổ A4.
Luận án “Nghiên cứu tổ hợp phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước
của bê tông đầm lăn sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam’’ được thực hiện
tại Viện Chuyên ngành Bê tông – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG CHO XÂY
DỰNG ĐẬP TRỌNG LỰC
1.1. Khái niệm BTĐL
Theo định nghĩa của ACI 116R-00 [31], BTĐL là bê tông được đầm bởi máy
đầm lăn, tức loại bê tông mà ở trạng thái chưa đóng rắn sẽ chịu lực từ con lăn
trong q trình đầm.
BTĐL là loại bê tơng sử dụng các vật liệu thành phần như bê tông thường. Công
nghệ BTĐL thích hợp cho các cơng trình khối lớn, có diện thi cơng rộng và hình

dáng khơng phức tạp như đập, mặt đường, sân bãi. Việc đầm nén bê tông bằng
lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô và dùng ít chất kết dính hơn so
với bê tơng thường. Nhờ vậy, đối với đập trọng lực thi công bằng công nghệ này
sẽ nhanh hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ bê tông thường.
Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng
lực. Khối lượng bê tông được thi công càng lớn, thì hiệu quả áp dụng cơng nghệ
BTĐL càng cao. Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ BTĐL
thường đem lại hiệu quả kinh tế lớn hơn so với đập bê tông thường và đập đất đá
bởi các lý do sau [54]:
Thi công nhanh: So với đập bê tông thường, đập BTĐL được thi công với tốc độ
cao hơn, do có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt,
máy lu rung đề đầm nén và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt. So với đập đất đắp có
cùng chiều cao, khối lượng của đập BTĐL nhỏ hơn, nên thi cơng nhanh hơn.
Cơng trình đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL càng lớn so với đập
đất đá.
Hạ giá thành: Theo các tính tốn tổng kết từ các cơng trình đã xây dựng, giá
thành đập BTĐL rẻ hơn so với bê tông truyền thống từ 25% đến 40%. Sự chênh
lệch giá này phụ thuộc vào giá thành cốt liệu, chất kết dính, tính phức tạp của
5


cơng tác đổ bê tơng và khối lượng của tồn bộ cơng trình. Việc hạ giá thành đạt
được cịn do giảm được chi phí cốp pha đổ bê tơng, giảm chi phí cho cơng tác
vận chuyển, đổ và đầm bê tơng.
Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ: So với đập đất đá, chi phí làm cửa tràn
của đập BTĐL rẻ hơn (tương tự như đập bê tông thường). Đối với đập thuỷ điện
được thiết kế có nhiều cửa nhận nước ở nhiều cao trình khác nhau, thì phương
án đập BTĐL càng rẻ hơn so với phương án đập đất đá. Hơn nữa khi làm đập
BTĐL, chiều dài của kênh xả nước ngắn hơn so với kênh xả nước của đập đất đá
và vì vậy giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lý nền [8, 32].

Giảm chi phí cho biện pháp thi cơng: Việc thi cơng đập bằng BTĐL có thể giảm
chi phí dẫn dịng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các rủi ro khi
nước lũ tràn qua đê quai. Đối với đập BTĐL, đường ống dẫn dòng ngắn hơn ống
dẫn dòng của đập đắp. Hơn nữa thời gian thi công đập BTĐL ngắn, nên các ống
dẫn dòng cho đập BTĐL chỉ cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn nhất
theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối với đập bê tông thường
và đập đất đá. Vì vậy, đường kính ống dẫn dịng của đập BTĐL nhỏ hơn và
chiều cao đê quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông
thường và đập đất đá.
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTĐL cho xây dựng đập trọng lực
1.2.1.Trên thế giới
Từ năm 1960, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu loại bê tơng ít xi măng có
thể coi là tiền đề của BTĐL [17]. Năm 1961 hỗn hợp bê tông không độ sụt được
rải bằng xe ủi đã áp dụng cho đập Alpe Gera tại Italia và đập Manicongan ở
Canada. Hỗn hợp bê tông được đầm chặt bằng các loại đầm dùi gắn sau máy ủi
hoặc đầm chặt bằng máy ủi [32].

6


Năm 1961, hỗn hợp cát đá trộn với xi măng được rải và đầm bằng các thiết bị thi
công đập đất để xây dựng tường quây của đập Thanh Môn, Đài Loan [4].
Trong những năm 1970, một số cơng trình ở Mỹ đã đưa vào nghiên cứu BTĐL
trong phòng và nghiên cứu thiết kế thử nghiệm trên hiện trường. Năm 1980, lần
đầu tiên Mỹ sử dụng BTĐL để xây dựng đập Willow Creek, bang Oregon. Đập
cao 52 m, dài 543 m, khối lượng BTĐL 331.000 m3. Đến 1999, Mỹ có hàng
chục cơng trình đập BTĐL. Ý tưởng về sử dụng BTĐL có hàm lượng lớn tro
bay sau này được Cục khai hoang Mỹ (USBR) sử dụng làm cơ sở cho việc thiết
kế đập Upper Stillwater cao 90 m, dài 815 m, khối lượng BTĐL 1.125.000 m3.
Từ 1972 đến 1974, Cannon R.W [37] đã có những đóng góp đáng kể về nghiên

cứu BTĐL. Tác giả đưa ra kết quả thí nghiệm bê tông nghèo xi măng, vận
chuyển bằng ô tô, san gạt bằng xe ủi và đầm bằng lu rung.
Từ năm 1970, Dunstan [32] bắt đầu nghiên cứu trong phịng thí nghiệm về
BTĐL. Tiếp đó, Hiệp hội nghiên cứu và thơng tin công nghiệp xây dựng
(CIRIA) của Anh đã tiến hành dự án nghiên cứu rộng về BTĐL có sử dụng tro
bay với hàm lượng lớn. Các kết quả nghiên cứu được đưa ra thử nghiệm ở trạm
xử lý nước Tamara - Coruwall (1976) và thử nghiệm tại cơng trình đập
Wimbledall (1979).
Năm 1974, các kỹ sư Nhật Bản [17] bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTĐL với mục
đích rút ngắn thời gian thi cơng và hạ giá thành cơng trình đập bê tơng.
Cơng trình đập BTĐL đầu tiên của Nhật là Shimajigawa, cao 89 m, dài 240 m,
khối lượng BTĐL 165.000 m3 trong tổng số 317.000 m3 của bê tông đập. Đến
cuối 1992 đã có 30 đập BTĐL được thi cơng ở Nhật.
Đến nay, Nhật Bản đã hình thành trường phái đập BTĐL gọi là RCD (RollerCompacted Dams) gồm thiết kế mặt cắt đập, tính tốn thành phần bê tơng, cơng
nghệ thi công và khống chế nhiệt độ đập. Đặc điểm của phương pháp RCD là sử
7


dụng kết cấu “vàng bọc bạc”, tức là lõi đập bằng BTĐL có cường độ và độ
chống thấm thấp được bao bọc bởi bê tơng thường phía ngồi có cường độ, độ
chống thấm cao. Ưu điểm của loại kết cấu đập này là đảm bảo khả năng chống
thấm cho đập, nhờ lớp tường bê tơng thường cốt thép có khả năng chống thấm
cao phía thượng lưu. Đồng thời nó có nhược điểm là q trình thi cơng phức tạp
do phương thức thi công hai loại bê tông khác nhau nên không thi công đồng
thời dẫn đến kéo dài thời gian thi công và liên kết giữa hai loại bê tông không
cao.
Năm 1980, Trung Quốc [7] bắt đầu nghiên cứu áp dụng công nghệ BTĐL. Mặc
dù áp dụng công nghệ BTĐL tương đối muộn nhưng Trung Quốc là nước có tốc
độ phát triển công nghệ này rất nhanh. Sau khi xây dựng xong đập BTĐL đầu
tiên năm 1986 (đập Khanh Khẩu), Trung Quốc bước vào cao trào xây dựng đập

BTĐL. Hiện nay đập BTĐL của Trung Quốc nói chung về các mặt số lượng,
chất lượng, chiều cao, kỹ thuật đều chiếm vị trí hàng đầu thế giới. Các chuyên
gia Trung Quốc đã xây dựng tương đối hồn chỉnh trường phái cơng nghệ
BTĐL của mình, với tên gọi RCCD (Roller Compacted Concrete Dams).
Phương pháp này gồm thiết kế mặt cắt đập, quy trình thiết kế, chọn vật liệu và
thi cơng, quy trình thử nghiệm kiểm tra BTĐL tại hiện trường.
Xu hướng mới của Trung Quốc là dùng kết cấu hoàn toàn BTĐL, trong đó
BTĐL ở phía thượng lưu đập phải đảm bảo chống thấm cao như bê tơng thường,
có bề dày nhỏ nhất bằng 1/20 ÷ 1/12 cột nước mặt đập nhưng phải đảm bảo yêu
cầu thi công [4]. Ưu điểm của công nghệ này là vừa đảm bảo yêu cầu chống
thấm cho đập, thi công đồng thời nên tăng tiến độ thi cơng và tính đồng nhất
tồn mặt cắt đập.
Tỷ lệ đập BTĐL so với tổng số đập bê tông cao trên 60 m đã và đang thi công
nêu trong bảng 1.1 [14].

8


Bảng 1.1. Các nước có đập BTĐL cao hơn 60 m nhiều nhất [14]
TT

Tên nước

Tổng số đập

Trong đó BTĐL

1

Trung Quốc

95

25

2

Việt Nam

17

9

3

Nhật

40

5

4

Iran

48

3

5

Thổ Nhĩ Kỳ

51

2

6

Tây Ban Nha

10

2

7

Ấn độ

10

1

Như vậy, Việt Nam là một trong những nước trên thế giới có nhiều đập BTĐL
cao trên 60 m.
Đến nay trên thế giới có hai loại kết cấu đập BTĐL là kết cấu “vàng bọc bạc” và
kết cấu BTĐL tồn mặt cắt, trong đó kết cấu BTĐL toàn mặt cắt là xu thế chung
hiện nay. Đặc biệt theo trường phái của Trung Quốc thì kết cấu BTĐL tồn mặt
cắt có phần thượng lưu nằng BTĐL chống thấm cao là giải pháp hữu hiệu.
1.2.2.Tại Việt Nam

Việt Nam bắt đầu nghiên cứu ứng dụng BTĐL từ những năm 1990. Viện khoa
học Thủy lợi nghiên cứu phụ gia khống cho BTĐL [13]. Cơng trình BTĐL xây
dựng đầu tiên của Việt Nam là đập thủy điện Pleikrong, khởi công xây dựng
năm 2003. Tiếp đó hàng loạt cơng trình đập thủy điện được thi công và chuẩn bị
xây dựng bằng BTĐL (bảng 1.2) [14]. Các đập của hồ chứa nước cơng trình
thủy lợi cũng được thiết kế và xây dựng theo cơng nghệ này (Định Bình, Nước
Trong, Tân Mỹ, v.v...).
Năm 2004, trong cơng trình “Nghiên cứu chế tạo bê tơng đầm lăn cho đập và
mặt đường trong điều kiện Việt Nam” [17] đã nhận định: Tiềm năng nguyên liệu

9