CÔNG NGHỆ xây DỰNG CÔNG TRÌNH bê TÔNG NÂNG CAO

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.67 MB, 190 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
Khoa: Công Trình
Bộ môn: Công nghệ và QLXD

BÀI GIẢNG
CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG CÔNG
TRÌNH BÊ TÔNG NÂNG CAO

Biên soạn:

GS.TS Vũ Thanh Te
TS. Dương Đức Tiến

Năm 2013

1

Mục lục
Phần thứ 1: CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ............................................ 6
Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG
ĐẦM LĂN ................................................................................................................................ 6
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI
6
1.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬP RCC TẠI VIỆT NAM
9
Chương 2: VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI .. 14
2.1. VẬT LIỆU TẠO THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
14
2.2. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
27

Chương 3: TRỘN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ............................................................................. 43
3.1. MÁY TRỘN RƠI TỰ DO VÀ CƯỠNG BỨC
43
3.2. MÁY TRỘN LIÊN TỤC VÀ MÁY TRỘN GÁO
45
Chương 4: VẬN CHUYỂN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN .............................................................. 45
4.1. XE BEN TỰ ĐỔ
45
4.2. BĂNG CHUYỀN
47
4.3. ỐNG CHẢY CHÂN KHÔNG NGHIÊNG
48
Chương 5: CÔNG TÁC MẶT ĐẬP ...................................................................................... 54
5.1. SAN BÊ TÔNG
54
5.2. ĐẦM LĂN
55
5.3. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG HIỆU QUẢ ĐẦM RUNG
57
5.4. PHƯƠNG THỨC LÊN CAO THÂN ĐẬP
61
5.5. XÁC ĐỊNH NĂNG LỰC ĐỔ BÊ TÔNG TỐI ƯU
64
5.6. XỬ LÝ MẶT TẦNG
64
5.7. TẠO KHE CO GIÃN NGANG
72
5.8. CHÔN THIẾT BỊ QUAN TRẮC
73
5.9. THI CÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU ĐẶC BIỆT

76
Chương 6: VÁN KHUÔN ...................................................................................................... 80
6.1. CÁC LOẠI VÁN KHUÔN
80
6.2. ÁP LỰC NGANG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TÁC DỤNG LÊN VÁN KHUÔN
84
6.3. CƯỜNG ĐỘ NEO GIỮ CỦA THÉP NEO
86
Chương 7: THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ............. 87
7.1. CÁC LOẠI KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
87
7.2. THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG THẤM ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
88
Chương 8: QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐẬP BÊ
TÔNG ĐẦM LĂN .................................................................................................................. 94
8.1. KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG NGUYÊN VẬT LIỆU
94
8.2. KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BÊ TÔNG
95
8.3. KHỐNG CHẾ CHẤT LƯỢNG MẶT KHOẢNH ĐỔ
97
8.4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ NGHIỆM THU
108
Chương 9: DÙNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐỂ SỬA CHỮA ĐẬP....................................... 110
9.1. GIA CỐ ĐẬP ĐẤT ĐÁ
110
9.2. CẢI THIỆN ĐIỀU KIỆN THUỶ LỰC ĐẬP ĐẤT ĐÁ
111
9.3. THAY THẾ ĐẬP CŨ
114

9.4. GIA CỐ ĐẬP BÊ TÔNG VÀ ĐẬP ĐÁ
115
9.5. ĐẶC ĐIỂM DÙNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐỂ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH
117
Phần thứ 2: THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ VÀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG .............. 118
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ VÀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ
TÔNG ................................................................................................................................... 118

2

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ CÁC HÌNH THỨC MẶT CẮT NGANG CƠ BẢN CỦA
ĐẬP ĐÁ ĐỔ
118
1.2 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI NỀN ĐẬP ĐÁ ĐỔ
119
1.3 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP ĐÁ ĐỔ
119
1.4 ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG
120
1.5 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG
124
1.5.1
Công tác xử lý nền đập
124
1.5.2
Công nghệ thi công bê tông bản chân đập
125
1.5.3
Công nghệ thi công đắp đập

126
1.5.4
Công nghệ thi công bản mặt bê tông
130
1.6 CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN ĐÁ LÊN BỀ MẶT ĐẬP
134
1.7 CÔNG TÁC RẢI SAN ĐẦM
134
1.7.1
Trường hợp đá đầm nén
134
1.7.2
Trường hợp đá đổ không dùng đầm
134
1.8 CƯỜNG ĐỘ THI CÔNG VÀ TRÌNH TỰ ĐẮP ĐẬP
135
1.8.1
Cường độ thi công
135
1.8.2
Trình tự đắp đập
135
1.9 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CÁC KHỐI ĐẮP VÀ LỚP LỌC NGƯỢC
135
Chương 2: VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP ĐÁ ĐỔ VÀ ĐẬP ĐÁ ĐỔ BẢN MẶT BÊ TÔNG............. 136
1.1 CẤU TẠO MẶT CẮT VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI VẬT LIỆU ĐẮP CFRD 136
1.1.1
Vật liệu đắp vùng đệm IIA
137
1.1.2

Vật liệu đắp vùng đệm đặc biệt IIB
138
1.1.3
Vật liệu đắp vùng chuyển tiếp IIIA
138
1.1.4
Vật liệu đắp vùng đá chính IIIB
139
1.1.5
Vật liệu đắp vùng đá hạ lưu IIIC.
140
1.1.6
Vật liệu đắp vùng IA, IB, IIID, IIIE, IIIF và các vùng khác của đập Cửa Đạt
141
1.2 TRỮ LƯỢNG MỎ ĐÁ
143
1.2.1
Thể tích đá tơi sau nổ mìn
143
1.2.2
Tổn thất đá từ mỏ lên đập
143
1.2.3
Cách tính đổi thể tích đá nguyên khai ra thể tích đá đắp đập
143
PHẦN THỨ 3: NỔ MÌN TRONG XÂY DỰNG ................................................................. 146
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ LÝ THUYẾT NỔ ............................................... 146
1. SÓNG NỔ
146
2. SÓNG NỔ XUNG KÍCH THEO QUAN ĐIỂM THỦY KHÍ ĐỘNG HỌC

146
3. 1.3. SỰ HÌNH THÀNH SÓNG NỔ ĐỊA CHẤN THEO QUAN ĐIỂM CỦA LÝ
THUYẾT ĐÀN HỒI
148
4. PHÂN LOẠI SÓNG
149
4.1. Sóng ngang:
149
4.2. Sóng dọc:
149
4.3. Sóng mặt rơle:
149
5. VẬN TỐC LAN TRUYỀN SÓNG
150
6. CHU KỲ VÀ TẦN SỐ
150
6.1. Vùng gần tâm nổ
151
6.2. Vùng trung gian
152
6.3. Vùng xa tâm nổ
152
6.4. Vùng tĩnh
152
7. ÁP LỰC SÓNG XUNG KÍCH TẠI MỘT ĐIỂM TRONG KHÔNG GIAN
153
7.1. Nổ trên không
153

3

7.2. Nổ trên mặt đất:
155
8. ÁP LỰC VÀ VẬN TỐC HẠT MÔI TRƯỜNG KHI NỔ TRONG ĐẤT ĐÁ
155
8.1. Vùng gần tâm nổ
156
8.2. Vùng trung gian:
156
8.3. Vùng xa tâm nổ
158
9. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG NỔ KHI NỔ MÌN DƯỚI NƯỚC
158
9.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình đập vỡ đất đá dưới nước
158
9.1.1. ảnh hưởng của môi trường nước
158
9.1.2. ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh.
158
9.2. Ảnh hưởng của sóng nổ đến môi trường khi nổ mìn dưới nước
159
9.2.1. Sóng đập thủy lực
159
9.2.2. Sóng chấn động
159
9.3. Trường hợp áp lực khi nổ dưới nước trong môi trường vô hạn
160
CHƯƠNG 2: TÁC DỤNG CỦA MẶT THOÁNG ĐỐI VỚI HIỆU QUẢ NỔ MÌN ............... 162
1. NGUYÊN LÝ VỀ TÁC DỤNG CỦA MẶT THOÁNG ĐỐI VỚI NỔ PHÁ

162
2. TÁC ĐỘNG CỦA MẶT THOÁNG VỚI CƠ CẤU PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN 163
2.1. Tác dụng của mặt thoáng tới cơ cấu phá dỡ đất đá đồng chất bằng nổ mìn
163
2.1.1. Giai đoạn 1
164
2.1.2. Giai đoạn 2
165
2.1.3. Giai đoạn 3
165
2.1.4. Giai đoạn 4
166
2.2. Tác động của mặt thoáng tới cơ cấu phá vỡ đất đá nứt nẻ bằng nổ mìn
168
CHƯƠNG 3: CÁC BIỆN PHÁP NGĂN NGỪA ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG NỔ ................ 171
1. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG NỔ
171
1.1. Đặc điểm của phương pháp
171
1.2. Các sơ đồ nổ vi sai
173
1.2.1. Nổ vi sai trong một hàng mìn
173
1.2.2. Nổ vi sai nhiều hàng mìn
174
1.3. Ưu điểm của phương pháp nổ mìn vi sai:
175
2. PHƯƠNG PHÁP TẠO MÀNG NGĂN SÓNG ĐỊA CHẤN
175
2.1. Phương pháp dùng hào để làm giảm địa chấn

176
2.2. Phương pháp dùng lớp đá nát vụn để làm giảm địa chấn
177
2.3. Phương pháp tạo ra khe nứt hoàn chỉnh để màng ngăn địa chấn (Phương pháp nổ mìn
tạo viền)
181
CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ KHOAN NỔ TẠO VIỀN .......................................................... 182
1. GIỚI THIỆU CHUNG
182
2. PHƯƠNG PHÁP NỔ MÌN VIỀN
182
2.1. Đặc điểm chung:
182
2.2. Phân loại các phương pháp nổ mìn viền:
183
3. NỔ MÌN VIENF VỚI PHƯƠNG ÁN TẠO HÀO TRƯỚC
183
3.1. Nguyên lý chung của phương án
183
3.2. Yêu cầu của phương án:
183
3.3. Khống chế độ rộng của hào ngăn sóng địa chấn:
185
3.4. Các thông số cơ bản của nổ mìn tạo viền:
186
3.4.1. Mật độ nạp thuốc
186
3.4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế:
187
3.4.3. Một vài kết quả kiểm nghiệm:

188

4

3.5. Kết luận
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO

188
189

5

Phần thứ 1: CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG
ĐẦM LĂN
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRÊN THẾ GIỚI
Bê tông đầm lăn (RCC - Roller - compacted concrete) có thể được xem là sự phát triển
quan trọng nhất trong công nghệ bê tông trong một phần tư thế kỷ qua. Sự ra đời của nó đã làm
cho một số dự án đập trở lên khả thi hơn bởi hạ được giá thành từ việc cơ giới hóa công tác thi
công, tốc độ thi công nhanh, sớm đưa công trình vào sử dụng, giảm thiểu lao động thủ công
cũng như chi phí cho các công trình phụ trợ và chi phí cho biện pháp thi công. Bên cạnh đó
RCC cũng là một giải pháp thích hợp cả về kinh tế và kỹ thuật khi sửa chữa nâng cấp những đập
có vấn đề về ổn định. Tính kinh tế và việc thi công thành công RCC đã nhanh chóng được công
nhận trên toàn thế giới. Từ năm 1960 thí nghiệm đầu tiên ứng dụng loại bê tông dầm lăn được
thử nghiệm vào đắp đê quai khi xây dựng đập Thạch Môn ở Đài Loan, Trung Quốc. Sau đó, từ
năm 1961- 1964 RCC đã được dùng để thi công đập Aipe Gera ở Italia. Cũng trong thời gian
này, ở Canada đã sử dụng một khối lượng bê tông nghèo xi măng, san bằng ủi, đầm bằng đầm
lăn rung để thi công Blốc trong khoảng giữa 2 tường cánh của công trình Manicogan I. Đến năm

1968, RCC được dùng để làm lớp lót của bê tông thường cho đáy kênh xả và móng cống lấy
nước của đập Cochiti ở New Mêxico.
Một phương pháp khả thi để thi công đập kinh tế hơn đã được kiến nghị áp dụng năm
1965, sử dụng thiết bị đắp đất bao gồm máy đầm lăn cỡ lớn cho công tác đầm để thi công nhanh
đập bê tông trọng lực. Tuy nhiên, phương án này không nhận được sự chú ý lắm cho đến khi
Raphanel giới thiệu về “đập trọng lực tối ưu” vào năm 1970. Trong những năm 1970, một số
các công trình đã đưa vào thí nghiệm hiện trường. Những lỗ lực trên tạo nền tảng cho việc xây
dựng những đập RCC đầu tiên trong những năm 1980.
Năm 1972 Cannin đã đưa ra bài luận văn “Dùng đầm lăn rung nén chặt bê tông khối lớn”
và công bố kết quả thí nghiệm dùng xe ô tô tự đổ, máy gạt san, dùng đầm lăn rung đầm nén bê
tông, hình thành khái niệm sơ bộ của bê tông đầm lăn. Hiệp hội các kỹ sư Quân đội Hoa Kỳ đã
tiến hành nghiên cứu công tác thi công RCC tại Cơ quan chuyên ngành đường thủy vào năm
1973 và ở hiện trường đập Lót Creek năm 1974. Trong thời kỳ đó, họ cũng đã thiết kế thi công
“một đập trọng lực tối ưu” cho đập Zintel Canyin theo công nghệ RCC nhưng không được ủng
hộ, tuy vậy từ những kết quả ban đầu này đã trở thành kinh nghiệm cho đập Willow Creek và
đập này trở thành đập RCC đầu tiên tại Hoa Kỳ.
Trên thế giới công trình đầu tiên sử dụng lượng lớn bê tông đầm lăn là công trình sửa
chữa tuy nen tháo lũ của đập Tarbela ở Pakistan do binh đoàn Lục quân Mỹ nhận thầu năm
1975. Công trình này sử dụng đá cuội, cát thêm vào ít xi măng trộn thành bê tông, dùng đầm lăn
rung đầm nén sửa chữa các phần bị xói trôi. Trong 42 ngày đổ lượng bê tông là 351.680m3,
cường độ bình quân mỗi ngày đổ 8.371m3, cường độ ngày đổ nhiều nhất là 13.438m3, thể hiện
ưu việt về tốc độ thi công của bê tông đầm lăn.

6

Dunstan đã thực hiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm tại hiện trường
trong những năm 1970 bằng RCC có cường độ cao ở Anh. Nghiên cứu tiếp theo được thực hiện
tại Anh Quốc dưới sự tài trợ của Hiệp hội Nguyên cứu và Thông tin Công Nghệ Xây Dựng
(CIRIA - Construction Industry Research and Information Association).

Nhật Bản là nước có tốc độ phát triển RCC sớm. nhanh trên thế giới. Tính đến nay, Nhật
Bản đã thi công trên 40 đập RCC, trong đó đập cao nhất là 156m. Nhật Bản đã xây dựng hoàn
chỉnh về thiết kế mặt cắt đập, tỷ lệ phối hợp nguyên vật liệu, công nghệ thi công và khống chế
nhiệt độ… gọi là phương pháp RCD (Roller Compacted Dam).
Đập Willow Creek ở Mỹ và đập Shimajigawa ở Nhật Bản là những kết cấu cơ bản đã mở
đầu cho sự nhanh chóng ghi nhận đập RCC trên thế giới.
Trong những năm 1980 đã thành công với tốc độ thi công RCC cao, gần 1,1 triệu m3
RCC được đổ trên đập Upper Stillwater trong vòng 11 tháng. Đập Stagecoach cao 46m được
xây dựng chỉ trong 37 ngày đổ liên tiếp, với tốc độ trung bình đạt được về chiều cao là
1,2m/ngày. Tại đập Elk Creek, tốc độ đổ RCC vượt quá 9200m3/ngày.
RCC đã nhanh chóng xuất hiện ở các nước đang phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu điện
và nước ngày càng tăng. Những đập RCC vòm trọng lực đầu tiên được xây dựng tại Nam Phi do
Bộ Thủy Lợi và Lâm Nghiệp thực hiện cho các đập Knekkport và Wolwedans.

Đập Willow Creek

Đập Upper Stillwater

Đập Shimajigawa

Đập Wolwedans

Từ năm 1980, Trung Quốc đã bắt đầu nghiên cứu bê tông đầm lăn trên các mặt thiết kế,
thi công và lựa chọn sử dụng các loại nguyên vật liệu. Năm 1986, Trung Quốc đã xây dựng đập
RCC đầu tiên là đập Khanh Khẩu, cao 56m tại tỉnh Phúc Kiến để phát điện. Đến năm 1988 thi
công RCC công trình thủy điện Diệp Thán. Tuy nghiên cứu sau, nhưng Trung Quốc đã nhanh

7

chóng phát triển công nghệ RCC so với các nước trên thế giới. Đến nay, Trung Quốc đã xây
dựng gần 60 đập bằng RCC và đang thiết kế nhiều đập bằng RCC khác. Trung Quốc hiện là
nước đứng đầu trên thế giới về loại đập này. Nhiều đập lớn đã được xây dựng bằng công nghệ
RCC như đập trọng lực Long Than trên sông Hồng Thủy (1998) đợt đầu đập cao 190m, đợt 2
đập cao 216,5m; Đập vòm Cổ Định tại ngã ba Điểu Giang cao 75m. Trong những năm tới,
Trung Quốc sẽ xây dựng đập vòm Cao Đường cao 110m và rất nhiều đập khác bằng RCC.
Ở Tây Ban Nha cũng đã xây dựng được trên 20 đập RCC, chiều cao đập lớn nhất là 99m,
đang xây dựng tiếp 8 đập. Công nghệ RCC ở Tây Ba Nha đã được khởi xướng tại Hội nghị lần
thứ XI của hội đập lớn thế giới tại Mandrit (1973). Việc áp dụng RCC lần đầu tiên vào năm
1984 khi đập Erizana được thi công và đập RCC Castibolanco de los Anoyos được hoàn thành
năm 1985.
Ở Angiêri, nơi có nhiệt độ cao lên tới 43oC cũng đã xây dựng đập RCC cao 121m, khối
lượng 1.690.000m3. Ở Chi Lê, nơi có mưa nhiều tới 4.430mm/năm cũng đã xây dựng đập RCC
cao 113m, khối lượng đến 660.000m3.
Một số nước khác như Anh, Nga… cũng đã có một số nghiên cứu về RCC và áp dụng
công nghệ RCC vào thi công đập trọng lực.
Đến nay, việc xây dựng các công trình bê tông bằng công nghệ RCC ở các nước trên thế
giới đang phát triển với tốc độ rất nhanh, diễn ra ở hầu khắp các vùng châu lục và các vùng khí
hậu. RCC có những ưu điểm chính: có thể giảm đáng kể lượng xi măng trong bê tông, làm giảm
được ứng suất nhiệt trong khối bê tông và có tốc độ thi công nhanh. Số đập BTĐL trên thế giới
đến 2005 như bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thống kê số lượng đập BTĐL đã xây dựng ở các nước
TT

Tên nước

Số đập đã xây
dựng

TT

Tên nước

Số đập đã
xây dựng

1

Trung Quốc

57

17

Pháp

6

2

Nhật Bản

43

18

Hy Lạp

3

3

Tazikistan

1

19

Italia

1

4

Thái Lan

3

20

Rumani

2

5

Inđônêxia

1

21

Nga

1

105

22

Tây Ba Nha

22

Cộng Châu Âu

35

Cộng Châu Á
6

Canada

2

7

Mỹ

39

41

23

Algieri

1

8

Cộng Bắc Mỹ
Achentia

1

24

Angola

1

9

Braizil

36

25

Ertroria

1

10

Chile

2

26

Maroc

11

11

Colombia

2

27

Nam Phi

14

8

TT

Tên nước

Số đập đã xây
dựng

12

CH Đôminica

1

13

Guyana

1

14

Onđurat

2

15

Mêhico

6

16

Vênzuyala
Cộng Nam và Trung
Mỹ

1

TT

Tên nước

Số đập đã
xây dựng

Cộng Châu Phi

28

28

Australia

9

29

Nơi khác
Cộng Châu Úc

và nơi khác

15
24

52

1.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬP RCC TẠI VIỆT NAM
Công nghệ RCC được nghiên cứu ứng dụng vào Việt Nam khá muộn so với các nước
trên thế giới. Tuy vậy, với những tính năng ưu việt so với bê tông truyền thống đồng thời với sự
phát triển nhanh chóng của RCC tại Trung Quốc, một đất nước liền kề có nhiều đặc điểm gần
giống với Việt Nam nên trong những năm gần đây công nghệ RCC đã được các Bộ ngành chỉ
đạo để thiết kế thi công với nhiều dự án thủy lợi thủy điện lớn ở Việt Nam. Mới trong vòng sau
hơn 3 năm kể từ năm 2004, một loạt các công trình lớn đã được xây dựng và đang chuẩn bị
được xây dựng trên khắp đất nước, đưa Việt Nam trở thành nước thứ 7 trên thế giới về tốc độ
phát triển đập RCC.
Bảng 1.2: Danh sách các đập RCC ở Việt Nam đến năm 2013
STT

Tên công trình

1
2
3
4
5
6
7
8
9

10

PlêiKrông
Định Bình
A Vương
Sê San 4
Bắc Hà
Bình Điền
Cổ Bi
Đồng Nai 3
Đồng Nai 4
Đakring

11

Thượng Kontum

12
13
14
15
16
17

Nước trong
Sơn La
Bản Chát
Bản Vẽ
Hủa Na
Sông Bung 2

Chiều
cao
(m)
71
54
70
80
100
75
70
110
129
100
70
138
70
138
95

Địa điểm XD

Năm dự kiến
hoàn thành

Ghi chú

Kontum
Bình Định
Quảng Nam

Gia Lai
Lào Cai
Thừa Thiên Huế
Thừa Thiên Huế
ĐắcNông
ĐắcNông
Quảng Ngãi

2007
2007
2008
2008
2008
2008
2008
2008
2008
2008

Đã xây dựng
Đang XD
Đang XD
Đang XD

Kontum

2009

Chuẩn bị

Quảng Ngãi
Sơn La
Lai Châu
Nghệ An
Nghệ An
Quảng Nam

2010
2010
2010
2010
2010
2010

Chuẩn bị
Đang XD
Đang XD
Đang XD
Chuẩn bị
Chuẩn bị

Đang XD
Đang XD
Đang XD

9

STT

Tên công trình

18
19
20
21
22
23
24

Sông Tranh 2
Sông Côn 2
Bản Uôn
Huội Quảng
Lai Châu
Nậm Chiến
Tào Pao

Chiều
cao
(m)
100
50
85

130

Địa điểm XD

Năm dự kiến

hoàn thành

Quảng Nam
Quảng Nam
Thanh Hóa
Sơn La
Lai Châu
Sơn La
Bình Thuận

2010
2010
2011
2012
2012
2013

Ghi chú
Đang XD
Chuẩn bị
Chuẩn bị
Chuẩn bị
Chuẩn bị
Chuẩn bị
Chuẩn bị

1.2.1. Tính ưu việt của bê tông đầm lăn
Đập bê tông đầm lăn tổng hợp được đặc tính vận hành an toàn của đập bê tông thường và
đặc tính thi công nhanh của đập đất đá, quy tụ cả hai tính ưu việt là thi công nhanh và kinh tế.
1. Tốc độ thi công nhanh:

Kích thước mặt cắt của bê tông đầm lăn cũng tương tự của bê tông thường, nhưng lượng
xi măng ít hơn, thân đập có kết cấu đơn giản, không có khe dọc, không tạo khe ngang bằng ván
khuôn, sử dụng các thiết bị thi công đập đất đá; vì vậy tốc độ xây dựng nhanh hơn nhiều so với
bê tông thường. Ở đập Ngọc Xuyên của Nhật Bản đã dùng xe ben chuyển bê tông tới đập để đổ
vào khoảng đổ theo máng dốc. Qua 21 tháng thi công đổ được 1.000.000m3 bê tông, đã rút ngắn
được thời gian thi công 5~7 tháng so với dùng cẩu đổ vào khoảng. Ở đập này không thi công
vào 5 tháng của mùa đông (do băng giá), như vậy rút ngắn thời gian thực tế là khoảng 1 năm. Đê
Galesville của Mĩ cao 51m chỉ mất 2 tháng thi công xong. Đập Elk Creek của Mĩ có ngày đổ bê
tông cao nhất đạt 9.474m3. Ở Trung Quốc, đập chính trạm thuỷ điện Nham Than ngày 10-111980 đã lập kỷ lục đổ bê tông cao nhất là 1.068m3/ngày.
So với đập đất đá thì mặt cắt của đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn, khối lượng công trình ít
hơn, nếu lại áp dụng thi công cơ giới như ở đập đất đá thì sẽ rút ngắn thời gian thi công. Với đập
Monksville của Mĩ đã thiết kế so sánh 4 loại đập và kết luận dùng đập kiểu bê tông đầm lăn, thời
gian thi công chỉ bằng nửa của đập đất đá. Đập Olivettes của Pháp toàn bộ công trình thi công
chỉ cần 18 tháng, giảm 10 tháng so với phương án đập đá hộc. Cường độ và thời gian thi công
của một số công trình xây dựng được ghi trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Tốc độ thi công đập bê tông đầm lăn của một số công trình xây dựng

Tên đập

Liễu kê
Middle Fozk
Galessville

Lượng bê tông
(1000 m 3 )

Thời gian thi công

Khối lượng đổ lớn nhất
trong ngày ( m 3 )

3.320

< 5 tháng

4460

421

45 ngày

1530

1.600

70 ngày

5700

10

Lượng bê tông
(1000 m 3 )

Thời gian thi công

Khối lượng đổ lớn nhất
trong ngày ( m 3 )

Monksville

2.210

< 5 tháng

9760

Copper field

1.400

< 4 tháng

2600

Tên đập

2. Kinh tế:
So với bê tông thường thì đập bê tông đầm lăn đã tiết kiệm được khối lượng ván khuôn;
căn cứ vào tính toán của đập Ngọc Xuyên đã tiết kiệm được 30% chi phí ván khuôn; đồng thời
còn tiết kiệm được cả chi phí làm lạnh vữa bê tông. Bê tông đầm lăn dùng ít xi măng: Đập Ngọc
Khê đã tiết kiệm được 11% chi phí xi măng, đơn giá bê tông giảm 10%. Đập Kháng Khẩu dùng
bê tông đầm lăn có đơn giá bằng 88% của đập bê tông thông thường. Đập Thiên Sinh Kiều cấp
phối 2, đơn giá bê tông đầm lăn bằng 77% đơn giá bê tông thường.
Mặt cắt đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn nhiều so với đập đất, đá nên giảm được vật liệu
xây dựng. Chiều rộng móng đập nhỏ hơn cũng giảm bớt công việc đào và xử lý móng. Thi công
chiều dài kênh dẫn và xả lũ cũng giảm do có thể bố trí công trình xả lũ ngay tại lòng sông,
không như đập đất đá (đường xả lũ bố trí ngoài lòng sông). Đập bê tông đầm lăn loại vừa và nhỏ
chỉ cần vài tháng là xây dựng xong, cho phép giảm nhiều kinh phí dẫn dòng thi công. Đập bê

tông RCC cho phép nước tràn qua. Vì vậy, tần suất thiết kế dẫn dòng được chọn lớn dẫn đến lưu
lượng thiết kế dẫn dòng nhỏ, quy mô công trình dẫn dòng nhỏ hơn và ít phức tạp hơn nhiều so
với đập đất, đá. Chiều cao của đập bê tông đầm lăn chỉ cần đạt đến mực nước lũ kiểm tra là
được, dùng tường chắn sóng để chắn sóng, còn với đập đất, đá thì cần phải xét tới vượt cao và
nước lũ không được tràn qua nên chiều cao đập phải cao hơn đập bê tông. Tóm lại, từ các đặc
điểm kể trên có thể kết luận đập bê tông đầm lăn kinh tế hơn nhiều so với đập đất, đá. Bảng 1.4
so sánh kinh tế của các công trình khác nhau.
Bảng 1.4: So sánh tính kinh tế của các loại đập (1.000.000 USD)

Đập bê tông
thường

Đập đá
đổ

Giá quyết toán
của đập
bê tông
đầm lăn

39.1

25.1

14.1

Giá dự toán

Tên đập
Đập bê tông

đầm lăn

Đập đất
đá

Liễu kê

17.3

Galesville

14.7

15.3

17.3

Monksville

18.1

20.5

33.6

Upperstillwater

75.9

12.7

25.6

17

82

60.6

1.2.2. Những vấn đề tồn tại hiện nay của đập bê tông đầm lăn
Đập bê tông đầm lăn phát triển rất nhanh, số lượng đập đã xây ngày càng lớn. Loại kiểu

11

đập RCC đã phát triển theo hướng đập trọng lực vòm và đập vòm. Hiện nay đang còn không ít
tồn tại về mặt kỹ thuật cần phải nghiên cứu, vấn đề tồn tại chủ yếu gồm 5 điểm sau:
1. Vấn đề chất lượng kết hợp mặt tầng của bê tông:
Sau khi xây xong đập Liễu Kê vào mùa xuân năm 1983, hồ lần đầu tiên trữ nước có độ
cao đến 15,2m, ở hành lang và ở mặt đập hạ lưu xuất hiện thấm nước lớn, tổng lượng nước thấm
lên đến 170l/s. Theo phân tích thì nước thấm chủ yếu đến từ mặt tầng đầm. Qua thí nghiệm
chống cắt đứt tại hiện trường của một số công trình chứng minh rằng lực cắt trong tầng bê tông
đầm lăn là 1,6Mpa, còn lực cắt của mặt tầng không xử lý gì cả chỉ có 0,8Mpa, nghĩa là bằng
50% nội tầng. Lực cắt mặt tầng rải vữa xi măng cát là 1,25Mpa bằng 78% nội tầng. Điều này
chứng tỏ mặt tầng thi công đầm lăn là một khâu rất yếu. Khi đập cao với chỉ tiêu chống cắt mặt
tầng tăng, làm thế nào để nâng cao chất lượng kết hợp mặt tầng để thỏa mãn chiều cao đập đang
còn là vấn đề cần giải quyết.
2.Kết cấu chống thấm của bê tông đầm lăn:
Như đã nói, chất lượng kết hợp mặt tầng đầm không tốt là nguyên nhân thấm nước. Với
nhiều đập bê tông đầm lăn thường dùng bê tông thường ở mặt thượng lưu của đập làm lớp
chống thấm. Có một số đập áp dụng lớp chống thấm thượng lưu bằng chất dẻo tổng hợp, một số

đập lấy ngay bê tông đầm lăn để chống thấm: ví dụ đập Định Bình, plêikrông v.v... đã dùng bê
tông thường ở thượng lưu để chống thấm; các đập Nước Trong, Sơn La v.v... dùng ngay bê tông
đầm lăn chống thấm. Hiện tại ưu tiên chọn kiểu cấu tạo chống thấm lấy ngay bản thân bê tông
đầm lăn, còn các kiểu cấu tạo khác vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu . Tuy vậy, tuỳ tình hình cụ
thể mà lựa chọn kết cấu chống thấm.
3.Khống chế nhiệt độ và đặt khe ngang:
Để tăng tấc độ thi công, thường có xu hướng bỏ khe co giãn ngang, cố gắng thi công ở
mùa có nhiệt độ thấp. Nhưng do khối lượng đập lớn, việc thi công đập bê tông đầm lăn vào mùa
hè cũng là điều không tránh khỏi cho nên vấn đề khống chế nhiệt độ là vô cùng quan trọng. Việc
khống chế nhiệt độ đảm bảo cho bê tông không bị nứt có liên quan mật thiết đến việc bố trí khe
co giãn ngang. Vì vậy các vấn đề: khống chế nhiệt – khoảng cách các khe co giãn ngang – tấc
độ thi công cần được tiếp tục nghiên cứu.
Vấn đề khe ngang của đập vòm bê tông đầm lăn càng trở lên quan trọng. Với tình hình
nào thì phải tạo khe ngang? Kết cấu khe ngang ra sao? Sau khi đã tạo khe ngang thì làm thế nào
để hồi phục lại tính nguyên vẹn của đập vòm? Tất cả các vấn đề này từ lý luận đến công nghệ
đều còn phải nghiên cứu tiếp.
4.Thi công nhanh:
Quy mô đập ngày càng lớn, yêu cầu cường độ thi công cao, việc ứng dụng cơ giới trong
các khâu thi công cần được tiếp tục nghiên cứu để đảm bảo tính kinh tế và chất lượng xây dựng
đập.
5.Tính bền vững và tuổi thọ của đập bê tông đầm lăn:
Lượng xi măng ít, trộn nhiều tro bay đã làm cường độ thời kỳ đầu của bê tông giảm sút,

12

nhưng niên hạn càng tăng thì cường độ càng phát triển, cho tới thời kỳ sau (như là 180ngày,
365ngày) thì cường độ sẽ cao hơn cường độ bê tông thường. Tuy thế, tính bền vững (ví dụ
50năm, 100năm) của loại bê tông này như thế nào còn chưa rõ, bởi vì công trình đập bê tông
đầm lăn “già” nhất cũng chỉ mới hơn 20 năm. Việc triển khai nghiên cứu tính bền vững và tuổi

thọ của bê tông đầm lăn là một vấn đề khó, nhưng vô cùng bức thiết.

13

Chương 2: VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI
Sử dụng nguyên vật liệu có chất lượng thì có thể tạo ra được bê tông đầm lăn tốt. Tuy
nhiên lựa chọn vật liệu cho bê tông đầm lăn vừa thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật vừa kinh tế không
nhất thiết chỉ dùng nguyên vật liệu tốt là được, mà còn phải xác định được cấp phối của hỗn hợp
bê tông hợp lý.
Trong chương này chủ yếu nói về các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu dùng cho bê tông đầm
lăn, nguyên lý và các phương pháp để thiết kế cấp phối.
2.1. VẬT LIỆU TẠO THÀNH BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
Bê tông đầm lăn là hỗn hợp tạo thành bởi 6 loại vật liệu: xi măng, chất độn (phụ gia
khoáng hoặt tính), nước, cát, đá và chất phụ gia. Xi măng và chất độn gọi chung là vật liệu kết
dính. Hỗn hợp của nước với vật liệu kết dính tạo thành vữa kết dính, chúng bao bọc bên ngoài
cát và lấp vào các khe hở của cát, cùng với cát tạo thành vữa cát. Vữa cát bao bọc bên ngoài đá
và lấp vào các khe đá. Trong hỗn hợp bê tông đầm lăn, vữa kết dính có tác dụng “bôi trơn” giữa
các hạt cát, đá để hỗn hợp đạt đến độ công tác yêu cầu của thi công. Vữa kết dính sau khi đông
cứng đã kết dính các cốt liệu lại với nhau thành một khối chắc chắn. Trong hỗn hợp bê tông đầm
lăn, cốt liệu (thường không xét đến phản ứng hóa học với vữa kết dính) tạo thành “khung
xương” của bê tông, có tác dụng nhất định nâng cao một số tính năng của bê tông (ví dụ biến
dạng thể tích nhỏ, giảm bớt độ tăng nhiệt của bê tông). Trong bê tông đầm lăn, chất phụ gia có
tác dụng làm chậm đông kết, giảm lượng nước và dẫn khí v.v...
Muốn cho bê tông đạt tính năng kỹ thuật tốt mà lại làm giảm được giá thành công trình,
cần phải chọn hợp lý các vật liệu tạo thành bê tông đầm lăn.
2.1.1. Xi măng
Xi măng dùng trong bê tông đầm lăn có chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu là phải phù hợp các tiêu
chuẩn nhà nước hiện hành. Trên nguyên tắc thì xi măng dùng làm bê tông thủy công thường có
thể dùng để pha trộn bê tông đầm lăn. Mác và chủng loại bê tông phải chọn theo hai phương

diện: một là cường độ thiết kế bê tông đầm lăn theo thời gian; hai là các yêu cầu đặc biệt về điều
kiện vận hành của bộ phận bê tông đầm lăn trong công trình (ví dụ chống mòn, va đập, chống
thấm) hoặc làm chậm các phản ứng có hại (như phản ứng hoạt tính kiềm của cốt liệu, sự xâm
thực của các chất độc hại). Bê tông đầm lăn bên trong các công trình quan trọng thể tích lớn thì
phải dùng xi măng porland mác không dưới 40MPa tỏa nhiệt thấp (hoặc vừa). Bê tông đầm lăn
bên trong các công trình tạm thời hoặc nhỏ có yêu cầu thiết kế cường độ tương đối thấp thì có
thể dùng xi măng mác 30MPa hoặc 40MPa trộn với vật liệu hỗn hợp. Nhưng khi trộn chất độn
tại công trường thì phải xét đến việc trong xi măng đã có một lượng vật liệu hỗn hợp trộn sẵn.
2.1.2. Cốt liệu
Cốt liệu dùng trong bê tông đầm lăn bao gồm cốt liệu mịn (cát) và cốt liệu thô (đá). Cốt
liệu có thể lấy từ thiên nhiên (cát sông, đá cuội), cũng có thể lấy do nghiền từ đá mỏ (cát nhân
tạo, đá dăm). Tỷ lệ cốt liệu của bê tông đầm lăn chiếm 85%  90% trọng lượng bê tông.
Hình dạng và tích chất cốt liệu ảnh hưởng rất lớn đến tính năng của bê tông đã đông kết

14

hoặc mới trộn. Chất lượng và số lượng của cốt liệu quyết định tính kinh tế và việc thi công
thuận lợi của công trình. Vì thế mà phải tiến hành điều tra khảo sát kỹ lưỡng, thí nghiệm tính
năng vật lý, lực học và so sánh kinh tế, lựa chọn chính xác vùng nguyên liệu. Tốc độ thi công
nhanh, khối lượng sử dụng nhiều và tập trung, nếu việc chọn cốt liệu không thỏa đáng hoặc điều
tra nghiên cứu chưa đủ sẽ dẫn tới tình trạng bị động trong thi công công trình. Chính vì vậy mà
cần phải chú ý đặc biệt, không được để xảy ra sơ suất trong việc lựa chọn cốt liệu.
1. Cốt liệu thô:
Yêu cầu phải sạch, chắc, có hình dạng hạt hợp lý và tỷ lệ thành phần hạt phải nằm trong
giới hạn đường bao thành phần hạt tiêu chuẩn, không chứa quá nhiều các chất độc hại.
Bê tông đầm lăn là một loại bê tông siêu khô cứng, phần lớn là dùng xe ben tự đổ để vận
chuyển vào khoảng đổ. Tùy theo tình hình công trình và điều kiện thi công để chọn đường kính
cốt liệu lớn nhất sao cho phù hợp, giảm thiểu phân ly cốt liệu trong quá trình thi công. Cũng như
bê tông thường, tăng đường kính của cốt liệu lớn nhất thì có thể giảm tỷ lệ khe hở của cốt liệu

thô giảm bớt lượng chất kết dính và vữa cát. Nhưng đường kính càng lớn thì sự phân ly của hỗn
hợp bê tông càng nghiêm trọng. Thí nghiệm hiện trường và kết quả thi công đã chứng minh: Khi
đường kính cốt liệu lớn nhất vượt quá 80mm thì trong quá trình thi công sự phân ly của cốt liệu
sẽ nghiêm trọng nhất. Sử dụng cốt liệu to nhất có đường kính 40mm hoặc bé hơn thì hiện tượng
phân ly giảm rõ rệt; nhưng phải tăng lượng vữa cát và keo dính như vậy sẽ gây khó cho việc
khống chế nhiệt độ. Ở một số công trình của Mỹ sử dụng cốt liệu không quá 38mm, mặc dù
lượng keo dính có tăng. Ví dụ đập Upperstill Water dùng keo dính tới 254kg/m3. Nhật Bản đã
từng sử dụng các biện pháp thi công nghiêm ngặt nhưng vẫn không đạt hiệu quả giải quyết việc
phân cỡ của cốt liệu thô. Cho nên ở các nước trên phần lớn công trình hiện đều sử dụng cốt liệu
lớn nhất có đường kính nhỏ hơn 80mm.
Dùng đá cuội có thể làm giảm tỷ lệ độ rỗng, với cùng một lượng vữa cát như nhau có thể
được hỗn hợp có độ công tác nhỏ. Nhưng thực tế thi công đã chứng minh bê tông đầm lăn dùng
đá dăm thì khi đổ ra khỏi máy trộn mức độ phân cỡ ít hơn so với đá cuội. Trong cốt liệu thô có
quá nhiều cục có dạng dẹt nhọn thì không những tỷ lệ độ rỗng lớn, mà còn khi đầm rung rất dễ
làm vỡ các cục này, rất khó cho vữa cát bao bọc, cho nên phải hạn chế cục dẹt, nhọn. Tỷ lệ cấp
phối tốt sẽ có lợi cho việc giảm lượng keo dính của bê tông đầm lăn và nâng cao tính năng của
bê tông. Các công trình bê tông đầm lăn trong và ngoài nước đều sử dụng cốt liệu thô cấp phối
liên tục, vì nếu cấp phối gián đoạn thì khả năng chống phân ly của bê tông sẽ kém. Tỷ lệ và cấp
hạt cốt liệu thô được chọn theo kết quả thí nghiệm dung trọng đầm chặt cốt liệu khô và khả
năng chống phân cỡ. Trong tình trạng thông thường khi cốt liệu thô có đường kính lớn nhất là
80mm, muốn được dung trọng đầm chặt lớn nhất (tức là tỷ lệ độ rỗng nhỏ nhất), thì tỷ lệ cốt
liệu to:vừa:nhỏ là 4:3:3. Khi tỷ lệ này là 3:4:3 thì dung trọng đầm chặt cốt liệu hơi nhỏ, nhưng
khả năng chống phân cỡ của hỗn hợp lại tốt. Do đó rất nhiều công trình đã xây dựng ở Trung
Quốc đều chọn tỷ lệ đá to:đá vừa:đá nhỏ = 3:4:3. Sự lựa chọn cấp phối cốt liệu còn phải xuất
phát từ thực tế, phải xét tới tinh hình cấp phối tự nhiên của bãi nguyên liệu, mục đích là cân
bằng giữa sử dụng và sản xuất để đạt hiệu quả kinh tế.

15

Hàm lượng các chất độc hại trong cốt liệu thô phải nằm trong phạm vi quy định hiện hành.
2. Cốt liệu mịn:
Yêu cầu chất lượng cốt liệu mịn của bê tông đầm lăn cũng cơ bản giống vật liệu mịn dùng
cho bê tông thường. Cốt liệu mịn phải sạch, không chứa quá nhiều chất độc hại và tạp chất hữu
cơ. Môdun độ mịn từ 2,20 đến 3,00 là vừa phải. Độ hạt và hình dáng của cốt liệu mịn có ảnh
hưởng rất lớn đến tính năng bê tông đầm lăn. Cát có góc cạnh, nhất là cát dẹt nhiều hoặc cát cấp
phối không tốt thì có tỷ lệ rỗng lớn. Khe rỗng của cát trong bê tông thường là 40%45%. Cát
cấp phối tốt thì độ rỗng giảm xuống dưới 40%. Dùng cát có tỷ lệ rỗng lớn để trộn bê tông cần
tốn nhiều nguyên vật liệu kết dính. Lượng hạt nhỏ trong cát (Trung Quốc quyết định hạt nhỏ
trong cát là hạt có đường kính nhỏ hơn 0,16mm, Mỹ quy định nhỏ hơn 0,075mm), có ảnh hưởng
rất lớn đến tính năng bê tông. Bột mịn co ngót ít hoặc không co ngót dùng để trộn bê tông đầm
lăn đều có hiệu quả tốt. Trong “Chỉ đạo và thiết kế thi công đập bê tông đầm lăn” của Mỹ có
nêu: Chỉ số co ngót của bột mịn là 4 dùng được trong bê tông đầm lăn. Bột mịn có chỉ số co
ngót 57, chỉ sau khi qua thực nghiệm rộng rãi chứng minh là không vón thành cục hoặc làm
giảm tính công tác của hỗn hợp mới được dùng. Bột mịn có chỉ số lớn hơn 9 không thích hợp
dùng làm bê tông đầm lăn. Theo kinh nghiệm của Trung Quốc, trong cốt liệu mịn có một lượng
nhất định bột mịn không co ngót đến co ngót ít đều có tác dụng nhất định đến tính năng của bê
tông đầm lăn. Ví dụ như cải thiện tính công tác của hỗn hợp, tăng độ nén chặt của bê tông,
chống thấm tăng, cường độ của bê tông tăng, tính liên kết mặt tầng thi công tốt hơn, giảm lượng
chất keo dính v.v… Trong cốt liệu mịn, hàm lượng bột mịn cho phép tùy thuộc tính chất của bột
mịn mà có sự chênh lệch lớn. Nghiền nham thạch để làm cát nhân tạo dùng làm cốt liệu mịn thì
hàm lượng bột mịn trong cát nhân tạo (độ hạt dưới 0,075mm) là không quá 15%. Trung Quốc
trong “Quy phạm thi công bê tông đầm lăn thủy công” tiêu chuẩn ngành thủy lợi, thủy điện quy
định hàm lượng bột mịn không quá 17%. Thí nghiệm trong nhà chứng minh, bột mịn trong cát
nhân tạo chiếm hơn 20% cũng không ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của bê tông. Cần lưu
ý rằng, bột mịn trong cát trong quá trình trộn bê tông phải phân tán và không được làm tăng
thêm lượng nước cần của hỗn hợp. Vì trong quá trình trộn bột mịn vón cục sẽ bị xi măng bao
bọc tạo thành những cục không kết dính trong bê tông, dẫn tới việc làm giảm cường độ bê tông,
tăng độ se khô của bê tông và làm giảm độ bền lâu của bê tông. Độ công tác của bê tông đầm
lăn đặc biệt nhạy cảm với sự biến đổi của nước sử dụng, cho nên phải coi trọng công tác kiểm

tra và khống chế hàm lượng nước của cát (nhất là khi hàm lượng bột mịn trong cát cao).
2.1.3. Chất độn
1. Tác dụng của chất độn:
Đặc điểm nổi bật của bê tông đầm lăn là tấc độ thi công nhanh. Nhưng chính tấc độ thi
công nhanh lại dẫn tới sự tăng cao nhiệt độ do phản ứng thủy hoá của xi măng trong đập sinh ra.
Sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa tâm khối đổ và nhiệt độ môi trường xung quanh dẫn đến
nứt bê tông giảm khả năng chịu lực và khả năng chống thấm của đập. Do vậy để giảm nhiệt độ
trong bê tông thì lượng xi măng trong bê tông cũng phải giảm thấp, nhưng muốn thỏa mãn độ
công tác của hỗn hợp đáp ứng điều kiện thi công và yêu cầu tính năng kỹ thuật đề ra thì lượng xi

16

măng của bê tông đầm lăn lại không được ít quá; như vậy có sự mâu thuẫn. Phương pháp có
hiệu quả giải quyết mâu thuẫn này là trộn chất độn vào trong bê tông thay thế phần xi măng.
Thông thường chất độn trong bê tông đầm lăn phải có hoạt tính, nó có thể là tro bay, xỉ
quặng lò cao đã nghiền, cũng có thể là tro núi lửa hoặc các nguyên liệu khác của núi lửa. Các
chất độn này được tập trung hoặc gia công cho kích thước hạt cùng cấp với độ hạt của xi măng
để trộn vào bê tông, có tác dụng nâng cao tính công tác của hỗn hợp. Ngoài ra, các chất độn tiềm
ẩn hoạt tính, có thể phản ứng thủy hóa lần thứ hai với xi măng tạo ra sản phẩm thủy hóa là
hydioxyt canxi, chất thủy hóa này có tính kết dính ổn định, có tác dụng quan trọng nâng cao tính
năng kỹ thuật của bê tông. Bê tông đầm lăn trộn chất độn sẽ có tỷ lệ tăng cường độ thời kỳ đầu
thấp nhưng cường độ dài hạn tăng, tính chống thấm và tính biến dạng của bê tông thấp. Vì
lượng nhiệt thủy hóa của chất độn thấp hơn nhiều so với xi măng, cho nên trộn chất độn vào bê
tông đầm lăn để giảm bớt chi phí khống chế nhiệt trong bê tông.
2. Đặc tính của chất độn:
Như trên đề cập, chất độn của bê tông đầm lăn có thể là tro bay, xỉ quặng lò cao đã nghiền,
cũng có thể là tro núi lửa hoặc các nguyên liệu khác của núi lửa. Trong bê tông đầm lăn thường
dùng chất độn là tro bay cũng có khi là tro núi lửa hoặc tro nham kết.
a. Thành phần hóa học chủ yếu của chất độn:

Các tạp chất đã có trong bã quặng luyện thép là SiO2, Al2O3S v.v… dưới tác dụng của
nhiệt độ cao cùng với đá vôi nung chảy, thành phần hóa học chủ yếu là CaO, SiO2, Al2O3, chiếm
tỷ lệ 90% trở lên trong quặng. Xỉ quặng nóng chảy được làm lạnh đột ngột (nước, khí nén hoặc
hơi nước) hình thành kết cấu dạng thủy tinh thể gọi là “xỉ quặng lò cao hoạt hóa” có tính hoạt
hóa cao.
Nếu hàm lượng CaO trong xỉ quặng lớn thì hoạt tính cao, nhưng nếu cao quá 51% thì độ
kết dính của xỉ quặng nóng chảy sẽ kém đi, thành phần tinh thể của xỉ quặng giảm đi, hoạt tính
giảm. Hàm lượng Al2O3 lớn thì hoạt tính cũng lớn. Sự tồn tại SiO2 có tác dụng nhất định đến sự
hình thành tinh thể, nhưng nếu hàm lượng SiO2 quá cao, do kết hợp với CaO, MgO không tốt
nên hoạt tính của xỉ quặng kém. Do đó nếu hàm lượng CaO và Al2O3 trong xỉ quặng cao, còn
hàm lượng SiO2 thấp thì có hoạt tính tốt nhất.
Tro bay trong bê tông đầm lăn là bụi tro bay do ống khói lò cao đốt than tỏa ra. Thành
phần hóa học của nó thay đổi tương đối nhiều tùy thuộc điều kiện nung đốt của lò. Nguyên nhân
thay đổi thành phần hóa học của tro bay là sự biến động của hàm lượng và các tạp chất không
cháy trong than đốt. Thông thường thì thành phần hóa học chủ yếu của tro bay là SiO2, Al2O3 ,
Fe2O3 và CaO, trong đó SiO2, Al2O3 có hàm lượng lớn nhất, tổng hàm lượng của chúng 60% trở
lên. Hàm lượng Al2O3, hoạt tính và SiO2 hoạt tính quyết định hoạt tính của tro bay. CaO cực kỳ
có lợi cho hoạt tính của tro bay, có một số tro bay có hàm lượng CaO cao, sau khi trộn nước
thậm chí có thể tự đông cứng. Fe2O3 trong tro bay có tác dụng là chất dung môi, có thể thúc tiến
sự hình thành tinh thể, tăng hoạt tính tro bay. Than chưa cháy trong tro bay là thành phần phi
hoạt tính. Than có độ hạt lớn thô, nhiều lỗ. Đem tro bay có lượng lớn than trộn với xi măng thì
tốn nhiều nước hơn để được độ chặt tiêu chuẩn. Ngoài ra, than sau khi gặp nước trên bề mặt tạo

17

thành một lớp màng kỵ nước làm cản trở việc nước thẩm thấu vào nội bộ hạt bụi tro bay, làm
ảnh hưởng tới phản ứng oxi hóa hoạt tính của Ca(OH)2 trong tro bay vì vậy mà làm giảm hoạt
tính của nó. Than là thành phần có hại trong tro bay.
Chất độn trong bê tông đầm lăn có thể dùng các nguyên liệu khác của núi lửa như tro và

nham núi lửa, chúng là những sản phẩm mà núi lửa phun lên rồi bị lạnh đột ngột ở các mức độ
khác nhau mà tạo thành tro và nham thạch. Trong đó tro núi lửa là các chất trầm tích trong lục
địa hoặc trong nước có độ hạt cực nhỏ phun lẫn các tạp chất xỉ, cuội sau khi phun ra lại hóa
thạch. Thành phần hóa học của các chất độn này ngoài hợp chất silic oxy hóa ra còn có một hàm
lượng oxyt nhôm, và một ít chất oxyt hóa kiềm tính (Na2O + K2O). Hoạt tính của chúng tùy
thuộc thành phần hóa học và tốc độ làm lạnh sau khi núi lửa phun ra và còn có liên quan tới hàm
lượng tinh thể nữa.
Thành phần hóa học và hoạt tính của tro, nham thạch khác nhau và tuỳ thuộc vào xuất xứ
của tro núi lửa. Nham thạch và tro núi lửa đem trộn vào bê tông đầm lăn thì phải nghiền nhỏ gần
được như xi măng và phải kiểm định xem có phù hợp mới được dùng.
b. Đặc tính cơ bản của tro bay:
 Đặc tính vật lý của tro bay: Tro bay được tạo thành bởi các hạt có kích thước rất khác
nhau. Dùng kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử có thể rõ ràng quan sát các hạt tro
bay và diện mạo của nó, trên diện mạo có thể chia thành ba loại theo độ hạt thô hay mịn: Hạt
tròn, hạt nhiều lỗ và hạt bất quy tắc.
Tro bay có dạng hình cầu, bề mặt tương đối trơn nhẵn, chúng là các hạt tro bay nằm ở
vùng nhiệt độ cao của lò đốt. Với trạng thái nhiệt độ cao than biến thành thể nóng chảy: các hạt
lỏng này trong quá trình lạnh đột ngột, dưới tác dụng của sức căng bề mặt mà hình thành hạt
hình cầu. Tuỳ theo trạng thái mật độ trong hạt và mật độ bề ngoài lớn, nhỏ mà phân chia thành
hạt cầu nổi, hạt cầu chìm rỗng ruột và hạt cầu chắc, hạt cầu phức hợp. Hạt cầu nổi là hạt thủy
tinh nhỏ vách mỏng rỗng, có khi trên vách lại xuất hiện các lỗ rỗng. Đường kính hạt cầu nổi là
30100m chiếm tỷ lệ lớn, có thể nổi trên mặt nước. Thành phần hóa học là SiO2 chiếm
55%61%. Mật độ biểu quan là 0,40,8. Hạt cầu nổi chiếm chỉ là 0,5%1,5% trong tro bay của
các nhà máy điện thông thường. Hạt cầu rỗng có đường kính 0,5200m, có vách chắc không
lỗ, chiều dày bằng 30% đường kính, mật độ biểu quan xấp xỉ 2, không nổi được. Ngoài ra cũng
có một số hạt tròn dính liền các hạt nhỏ thành “chuỗi hạt” cũng thuộc loại này. Trong tro bay
của nhiều nhà máy điện chủ yếu là hạt cầu nhỏ đặc ruột, đa số có tỷ trọng vào khoảng 2,8. Hạt
có màu nhạt phần lớn là hạt canxi còn gọi là hạt thủy tinh giàu canxi, đường kính phần lớn là
dưới 45m đa phần là 130m. Trong hạt cầu đặc có một số chứa Fe203 cao (đạt 50%), mật độ
3,4 trỏ lên còn gọi là hạt thủy tinh giắc sắt.

Hạt nhiều lỗ là do quá trình ngưng kết, các không khí bên trong thoát ra bề mặt làm cho
hạt lỗ chỗ như tổ ong, cũng có một số khí bên trong không thoát ra được vì vậy loại hạt này có
lỗ hổng và lỗ kín. Các loại hạt này ở bề mặt thường dính theo nhiều hạt cầu li ti trong đó có các
hạt quặng tinh thể. Nói chung hạt nhiều lỗ là một dạng bất qui tắc. Hạt bụi than trong tro bay
thường là dạng nhiều lỗ bất quy tắc. Nhưng trong tro bay của một số nhà máy điện còn có bụi

18

than chưa cháy có dạng gần hình cầu, bên trong có nhiều lỗ, kết cấu tơi xốp, lỗ có tính hút nước
mạnh, hạt thô. Đa số hạt có đường kính trên 45m.
Hạt bất quy tắc trong tro bay có các hàm lượng hạt khác nhau. Hạt chắc nhiều thì dung
trọng lớn; hạt nhiều lỗ rỗng ruột thì dung trọng bé. Tỷ trọng của canxi tro bay thấp khoảng
1,82,6 phần lớn là 22,3. Tỷ trọng của tro bay canxi cao tương đối lớn, lớn nhất đạt 2,52,8.
Một số nước có quy định trị số dung trọng: ví dụ Anh quốc ABC 81/841 quy định nhỏ hơn
200kg/m3. Chỉ tiêu dung trọng có ý nghĩa đối với việc đánh giá chất lượng, nếu tỷ trọng thay đổi
chứng tỏ chất lượng tro bay cũng có thể thay đổi. Tiêu chuẩn ASTMC 618 của Mĩ quy định
phạm vi thay đổi tỷ trọng của tro bay: kết quả của 10 mẫu thử không được vượt quá 5% trị số
trung bình, nếu không sẽ coi tính đồng đều của tro đó là không đạt. Tỷ trọng của tro bay là tham
số kỹ thuật không thể thiếu đối với việc thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn. Dung trọng của tro
bay vào khoảng 550800kg/m3.
Độ mịn của tro bay cũng là một chỉ tiêu quan trọng. Hạt tro bay càng mịn, số hạt trên 1g
càng nhiều, diện tích bề mặt càng lớn. Hạt tro bay càng mịn, hạt tròn chiếm tỷ lệ càng lớn thì hạt
nhiều lỗ càng ít, sở dĩ như vậy là vì các hạt nhiều lỗ đa phần tồn tại trong các hạt thô. Phần lớn
thí nghiệm của các nước đã chứng minh, số lượng hạt lớn hơn 45m nhiều hay ít có quan hệ mật
thiết đến nhu cầu lượng nước dùng, do đó nhiều quốc gia lấy tỉ lệ phần trăm của hạt qua sàng
45m làm chỉ tiêu độ mịn. Độ mịn của tro bay cũng có thể dựa vào tỉ lệ diện tích bề mặt to, nhỏ
để đánh giá. Tỷ lệ diện tích bề mặt có thể dùng phương pháp thấu khí để xác định, nguyên lý là
dưới tác dụng chênh áp nhất định khi định lượng thổi qua mẫu thử chịu trở lực lớn hay bé để
phản ánh tốc độ khí thổi qua mẫu thử mà xác định tỷ lệ diện tích bề mặt. Tỷ lệ diện tích bề mặt

tro bay vào khoảng 16003500cm2/g. Một số tro bay có nhiều hạt thô, nhiều lỗ và các hạt dính
tụ lại, nhất là khi tro bay có chứa nhiều than, không tránh khỏi việc tính cả bề mặt trong của
nhiều bộ phận. Vì vậy phải kết hợp cả tỉ lệ diện tích bề mặt với diện mạo tương ứng để xét thì
mới phản ánh chính xác độ mịn. Cần lưu ý, khi dùng phương pháp khác nhau để đo tỉ lệ diện
tích bề mặt thì kết quả chênh lệch nhiều, ví dụ dùng phương pháp thấu khí và phương pháp hấp
thụ để xác định cho kết quả khác biệt nhiều. Vì vậy khi dùng tỉ lệ diện tích bề mặt để biểu thị độ
mịn thì phải chú thích rõ về phương pháp thử.
Cấp phối hạt phản ánh tình hình phối hợp của các hạt tro bay thô, mịn. Dùng sàng nhiều
cấp hoặc phương pháp lắng chìm để phân loại đường kính hạt của tro bay. Sàng nhiều cấp có
900, 4000, 15600 lỗ trên 1cm2 để phân loại. Phương pháp lắng chìm dựa trên nguyên lý các hạt
có đường kính khác nhau, mật độ khác nhau thì tốc độ lắng chìm khác nhau trong mỗi chất nhất
định, qua việc dùng cân thăng bằng để xác định trọng lượng các hạt rơi vào cân trong một thời
gian nhất định để được sự phân bổ đường kính hạt.
Lượng nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của tro bay là lượng nước dùng để trộn vữa cho
đến khi đạt tiêu chuẩn mật độ. Có thể dùng cách xác định nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của xi
măng để xác định. Lượng nước cần cho mật độ tiêu chuẩn của tro bay nguyên dạng dao động
trong phạm vi 0,250,7. Nó bị ảnh hưởng của độ mịn bụi tro bay, hình dạng, hàm lượng than
v.v… Thông thường thì hạt càng mịn, nhiều hạt tròn, hàm lượng than ít thì tro bay cần càng ít

19

nước, ngược lại thì cần nhiều nước. Một chỉ tiêu khác để đánh giá lượng nước cần của tro bay là
tỉ lệ nước. Nó được biểu thị bằng cách so sánh tỉ lệ nước cần để pha xi măng tro bay vữa cát và
xi măng vữa cát có cùng một độ công tác khi rung. Tiêu chuẩn GB1596 của Trung Quốc qui
định tro bay cấp I, II, III tỉ lệ nước không được lớn hơn 95%, 105%, 115% tỷ lệ nước cần cho xi
măng vữa cát.
Khi lượng nước cần cho tro bay lớn, để có bê tông đạt độ công tác như nhau thì lượng
nước cần để trộn phải tăng thêm, như vậy cũng có nghĩa là tăng lượng chất keo dính trong bê
tông, nếu không thì cường độ bê tông kém, các tính năng khác cũng xấu đi.

Tỷ lệ cường độ là một chỉ tiêu phản ánh mức kết dính nhiều hay ít của tro bay. Trị số
cường độ là giá trị sau lần phản ứng thứ hai giữa tro bay với sản phẩm thủy hóa xi măng
Ca(OH)2.
Thông thường bản thân tro bay không có tính kết dính, nhưng ở nhiệt độ thường khi có
nước thì tro bay phản ứng hóa học với vôi để tạo thành chất thủy hóa có tính kết dính (chủ yếu
là keo dính silicat canxi thủy hóa). Tro bay có tỷ lệ cường độ cao đã thể hiện tro bay có chất
lượng tốt. Trong quy phạm Trung Quốc GB1596-79 đối với tro bay dùng làm nguyên liệu hỗn
hợp xi măng, có quy định tỉ lệ cường độ chống nén thời hạn 3 tháng của tro bay xi măng vữa cát
không được thấp hơn 115%. Đối với tro bay dùng làm chất độn bê tông, ảnh hưởng của tro bay
đối với cường độ bê tông phải được phản ánh qua thí nghiệm cường độ bê tông.
Lượng đốt cháy (lượng mất khi nung) cũng là một chỉ tiêu quan trọng về phẩm chất tro
bay, chủ yếu là phản ánh lượng than chưa cháy hết trong tro bay. Tiêu chuẩn Trung Quốc
GB1596-91 qui định tro bay cấp I, II, III có lượng đốt cháy không được lớn hơn 5%, 8% và
15%. Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 105-1999 (Việt Nam) quy định lượng đốt cháy chiếm không
quá 6%. Khi lượng đốt cháy  3% gọi là tro bay đã được đốt tốt.
 Đặc tính cấu tạo của tro bay: Nguồn hoạt tính của tro bay chủ yếu từ tinh thể có trong
tro bay, nó quyết định tính năng thủy hóa ninh kết. Đặc tính cấu tạo tro bay tinh thể có thể mượn
đặc tính kết cấu thủy tinh thể để miêu tả.

20

Ion Si 2

Ion O2 cÇu

Ion Ca, Mg

Ion O2 phi cÇu

Hình 2-1: Kết cấu oxyt silicat thể thuỷ tinh
Theo lý thuyết mạng bất quy tắc, trạng thái cấu tạo của tinh thể có thể dùng mạng không
gian 3 chiều để giải thích: trong mạng, 1 ion oxy chỉ có thể liên kết nhiều nhất với 2 ion dương
(như ion silic) tạo thành mạng. Số vị trí phối hợp của ion dương là 34. Ion dương nằm ở giữa
khối oxy đa diện (khối 3 mặt hoặc khối 4 mặt). Những khối đa diện này thông qua oxy bắc cầu
phối hợp thành mạng liên tục bất quy tắc phát triển theo không gian 3 chiều như hình 2-1.
Từ phạm vi rộng xem mạng này là vô quy tắc, từ phạm vi hẹp xem là sắp xếp có quy tắc,
như vậy gọi là kết cấu xa không trật tự, kết cấu gần có trật tự. Trong tro bay còn có một lượng
các ion nhôm có thể thay thế silic để thành khối tứ diện oxyt nhôm. Bởi vì, liên kết của ion này
yếu hơn liên kết của oxi không bắc cầu của khối tứ diện SiO2, cho nên gốc axit nhôm có nhiều
hoạt tính. Trong kết cấu tinh thể tro bay, SiO2, và Al2O3 là chất tạo thành mạng, là đơn nguyên
cấu tạo cơ bản tạo thành mạng; còn các hợp chất oxy như Na2O, K2O, Cao, Mgo v.v… bản thân
chúng không thể tạo thành kết cấu mạng mà chỉ có thể dùng làm vật liệu điều chỉnh, tham dự
vào cấu tạo mạng của tro bay, tinh thể tro bay chủ yếu là các cấu tạo tứ diện Si-O và Al-O.
Tại giai đoạn nung chảy của tro bay, do nhiệt độ cao, sinh ra các vận động nhiệt mãnh liệt,
làm cho khối tứ diện Si-O và Al-O không thể kết hợp thành tay liên kết dài khung xương không
gian hoàn chỉnh mà chỉ có thể hình thành tay liên kết ngắn. Các tay liên kết này có rất nhiều
điểm đứt, tương đương với việc hình thành tứ diện có đỉnh tự do. Bất kể là khối tứ diện Si-O
hay khối tứ diện Al-O đều có đỉnh tự do tồn tại. Khối tứ diện đỉnh tự do này rất không ổn định,
và có hoạt tính tiềm ẩn cao. Khung xương Si-O và Al-O trong tro bay phát triển với lượng lớn sẽ
làm giảm hoạt tính. Quá trình làm lạnh tro bay, do gió xoáy hút bụi, tĩnh điện hút bụi v.v... tạo
nên các tinh thể tro bay.

21

 Hiệu ứng của tro bay: Tro bay sau khi trộn nước hình thành thể vữa. Thông thường ở
nhiệt độ và áp lực bình thường, tro bay trộn nước xong không thể thủy hóa, ninh kết, không có
cường độ. Nhưng qua nhiều nghiên cứu chứng minh, tro bay có hoạt tính tiềm ẩn, với một số
điều kiện nhất định thì hoạt tính tiềm ẩn này của tro bay sẽ phát huy tác dụng. Khi tro bay trộn

vào bê tông đã phát huy hiệu quả không chỉ có hoạt tính tiềm ẩn mà là tổng hợp nhiều mặt: bao
gồm tác dụng giảm nước, tác dụng làm đặc và tác dụng dàn đều; thành phần hoạt tính của tro
bay sinh ra các hiệu ứng hóa học cũng như tác dụng lý hóa của vật liệu hạt nhỏ, phân tán trong
vữa xi măng. Tất cả các hiệu quả trên gọi là hiệu ứng tro bay. Hiệu ứng tro bay bao gồm: hiệu
ứng hình thái, hiệu ứng hoạt tính và hiệu ứng lấp đầy.
Hiệu ứng hình thái của tro bay là bột tro bay trộn trong bê tông do đặc điểm có sẵn về hình
thái hạt cấp phối làm cho tính năng và kết cấu ban đầu của hỗn hợp bê tông được cải thiện. Hiệu
ứng hình thái của tro bay vừa trực tiếp ảnh hưởng đến tính lưu biến của bê tông mới trộn, vừa
trực tiếp ảnh hưởng đến kết cấu ban đầu của bê tông trong quá trình đông cứng. Vì thế mà nó có
ý nghĩa quan trọng đối với việc xác định lập tính năng và kết cấu của bê tông. Nếu trong tro bay,
hàm lượng dạng tròn hạt chắc mà nhiều, tỷ lệ phối hợp hạt thô và mịn tốt thì hỗn hợp bê tông có
tính lưu biến tốt và kết cấu trong khi đông cứng sẽ được cải thiện, tức là hiệu ứng hình thái phát
huy đầy đủ; ngược lại thì hiệu ứng phát huy kém. Trộn tro bay vào làm hạt xi măng trong khối
vữa phân tán đều tăng không gian thuỷ hoá xi măng, do đó mà thúc tiến phản ứng thuỷ hoá của
xi măng thời kỳ đầu. Tác dụng này và hiệu ứng vật lý của các hạt tro phân bố trong vữa làm cho
kết cấu ban đầu của quá trình đông cứng được cải thiện. Hiệu ứng này của tro bay thường được
coi là hiệu ứng cơ bản thứ nhất của tro bay trong bê tông.
Hiệu ứng hoạt tính của tro bay là hiệu ứng hoá học của thành phần hoạt tính của tro bay
trộn vào bê tông. Trong đó các hợp chất oxy (SiO2 hoạt tính và Al2O3 hoạt tính) trong tro bay
phản ứng với chất thuỷ hoá xi măng Ca(OH)2 và một phần CaSO4 tạo thành các chất kết dính.
Hiệu ứng hoạt tính tro bay nhiều canxi còn bao gồm phản ứng thuỷ hoá của một số chất kết tinh
nữa. Phản ứng tro núi lửa chỉ thể hiện rõ nét sau khi đông cứng bê tông.
Hiệu ứng lấp đầy của tro bay là tác dung hoá lý của các hạt bụi tro bay trong vữa xi măng,
có tác dụng cải thiện tính đồng đều của bê tông mới trộn, cũng có lợi cho việc mịn hoá và lấp
đầy các lỗ hổng và khe mao dẫn trong bê tông. Hội nghị quốc tế về hoá học của xi măng tro bay
cho thấy, qua kính điện tử quan sát hạt thuỷ tinh tro bay thời hạn hai năm, chiều dầy tầng phản
ứng chỉ khoảng 1m, với mẫu thử thời hạn 10 năm cũng chỉ dày 1m. Chỉ những hạt cực nhỏ
mới phản ứng xâm nhập tới trung tâm. Tuy vậy tầng phản ứng này có tăng trưởng chiều dày rất
chậm, nhưng mạng của chất thuỷ hoá trong tầng phản ứng ngày càng chặt chẽ. Hiện tượng này
chứng tỏ đặc trưng tập trung của tro bay rõ rệt hơn hạt xi măng chưa thuỷ hóa, duy trì thời gian

tập hợp kéo dài. Tác dụng lấp đầy có tính lấp lỗ hổng của tro bay đã làm giảm lượng khí trong
vữa bê tông lại có thể làm giảm tính tách nước của bê tông, làm giảm khe hở nên càng làm cho
vữa bê tông thêm chặt.
Ba vấn đề nêu trên là hiệu ứng cơ bản của tro bay. Hiệu ứng tro bay là tổng hợp tác dụng
của ba hiệu ứng dưới một điều kiện nhất định. Nói một cách khái quát, hiệu ứng tro bay tại kỳ

22

đầu và kỳ sớm ninh kết của hỗn hợp bê tông, đã phát huy tác dụng chủ yếu là cải thiện cấp phối
của hạt vữa, tăng thể tích vữa, giảm bớt khe rỗng và lượng nước cần, làm nhỏ các khe hở v.v…
đó là kết quả cùng tác dụng của hiệu ứng hình thái và hiệu ứng lấp đầy của tro bay. Gần cuối
thời kỳ đông cứng của bê tông, do thuỷ tinh thể thuỷ hoá tạo ra các sản phẩm thuỷ hoá lấp vào
các khoảng không giữa các hạt tro bay và các hạt xi măng, từ đó mà nâng cao cường độ kết cấu,
đây là hiệu quả của tác dụng hoá học, là kết quả cùng tác dụng của hiệu ứng hoạt tính và hiệu
ứng lấp đầy.
 Đánh giá các hiệu ứng của tro bay: Có rất nhiều cách đánh giá hiệu ứng của tro bay,
mỗi loại đều có ưu và khuyết điểm, các phương pháp hiện dùng: tỷ số lượng nước cần, tỷ số
cường độ, phương pháp vôi hấp thụ và phương pháp độ tan rã v.v… Dưới đây giới thiệu phương
pháp tỷ số lượng nước cần và phương pháp tỷ số cường độ.
 Phương pháp tỷ số lượng nước cần: Là phương pháp so sánh lượng nước cần dùng để
trộn xi măng tro bay vữa cát và xi măng vữa cát có cùng một độ công tác khi rung. Kết quả thí
nghiệm của phương pháp này phản ánh tác dụng bôi trơn trong hỗn hợp của tro bay. Về một
khía cạnh khác nó phản ánh hiệu ứng hình thái của tro bay. Tỷ số lượng nước cần của tro bay
càng nhỏ, ở mức độ nhất định phản ánh chất lượng càng tốt.
 Phương pháp tỷ số cường độ: Là phương pháp đánh giá hiệu ứng tro bay bằng cách so
sánh cường độ của xi măng tro bay vữa cát với cường độ của xi măng bột thạch anh vữa cát.
Phương pháp này trực quan, phản ánh hoạt tính của tro bay. Phương pháp này được các nước
phổ biến coi trọng. Nhưng cần hiểu rằng cường độ là thuộc tính của kết cấu, nó phản ánh tính
năng và cường độ của vữa chất kết dính đông cứng, và không thể phản ánh một cách toàn diện

tính năng và cường độ của nguyên liệu (tro bay). Do đó nói một cách đúng mức dùng tỷ số
cường độ để phản ánh hoạt tính của tro bay là chưa chính xác, nhưng dùng để đánh giá sự khác
nhau về mặt hoạt tính của tro bay là thoả đáng.
c. Đánh giá phẩm chất tro núi lửa và tro nham kết (Puzơlan):
Tro núi lửa và tro nham đều là chất độn tro núi lửa. Đánh giá phẩm chất của chúng có thể
qua thí nghiệm hoạt tính tro núi lửa và thí nghiệm tỷ số cường độ chống nén và thí nghiệm
lượng nước cần.
 Thí nghiệm hoạt tính tro núi lửa: Theo GB2847-81 Trung Quốc, để dung dịch xi măng
trộn 30% nguyên liệu chất tro núi lửa trong tủ nhiệt độ không đổi 400C, sau 7 ngày thì đo trị suất
oxit canxi và độ kiềm (OH-). Xem hình 2-2 để phán đoán hoạt tính tro núi lửa của chất trộn.
Điểm thí nghiệm nằm phía dưới đường cong là đạt.

23

oxyt silicat (mg ph©n tö CaO/L)

18

40 50 60

70

80

90 100 110 120 130

16
14
12

10
8
6
4
2
0

10

20

30 40 50 60 70 80 90
Tæng ®é kiÒm (mg ph©n tö 0H - /L)

Hình 2-2: Hoạt tính tro núi lửa
 Thí nghiệm so sánh cường độ chống nén của hỗn hợp xi măng Portland: Theo quy định
của GB2847-81, so sánh cường độ chống nén 28 ngày của xi măng Portland vữa cát trộn 30%
tro núi lửa và xi măng Portland vữa cát. Tỷ lệ cường độ này lớn hơn 62% là đạt.
 Thí nghiệm tỷ số lượng nước cần: So sánh lượng nước cần để trộn 30% tro núi lửa vào
xi măng vữa cát có độ lưu động là 130  5mm, với lượng nước cần để trộn xi măng vữa cát chưa
trộn tro núi lửa ở cùng một điều kiện như nhau, cùng có độ lưu động như nhau. Nó phản ánh
lượng nước cần thiết nhiều hay ít để hỗn hợp vữa đạt đến cùng một độ lưu động.
Khi sử dụng tro núi lửa và tro nham kết để trộn bê tông đầm lăn, ngoài việc tiến hành các
thí nghiệm phẩm chất như trên ra còn phải tiến hành thí nghiệm tính năng bê tông đầm lăn trộn
với tro núi lửa, tro nham kết; để nắm vững toàn diện tính năng của bê tông này. Nói chung, trộn
tro núi lửa vào thì lượng nước cần sẽ tăng lên, co ngót của bê tông sẽ tăng. Theo thực tiễn công
trình đã thi công, thời gian ninh kết ban đầu của hỗn hợp bê tông trộn với tro núi lửa, tro nham
kết ngắn hơn thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông không trộn tro núi lửa.
d. Đánh giá phẩm chất xỉ quặng:
Sở dĩ xỉ quặng có hoạt tính là do quặng xỉ nóng chảy qua lạnh đột ngột tạo nên các kết cấu

thuỷ tinh thể là chủ yếu. Vì thế hoạt tính của xỉ quặng không những chỉ có liên quan tới thành
phần hoá học, mà còn được quyết định bởi các nguyên nhân như điều kiện tạo thành hạt và kết
cấu của xỉ quặng. Sau đây sẽ giới thiệu hai phương pháp thường dùng để đánh giá hoạt tính của
xỉ quặng.

24

 Phương pháp hoá phân tích: Thành phần hoá học là một phương diện để đánh giá hoạt
tính của xỉ quặng. Chất lượng xỉ quặng có thể dùng hệ số chất lượng K để đánh giá.
K

CaO  MgO  Al2O3
SiO2  NaO  TiO2

Hệ số chất lượng càng lớn thì hoạt tính của xỉ quặng càng cao. Hệ số chất lượng của xỉ lò
cao thường không bé hơn 1,2. Tuy vậy nếu chỉ dựa vào thành phần hoá học để phán đoán hoạt
tính của xỉ quặng là chưa toàn diện. Bởi vì hoạt tính của xỉ quặng còn đề cập đến trạng thái kết
cấu nội bộ của nó. Thành phần hoá học chỉ có thể phản ánh mức độ nhất định bản chất của xỉ
quặng cho nên phương pháp này cũng chỉ là một trong các phương pháp chủ yếu để đánh giá
chất lượng xỉ quặng.
 Phương pháp thí nghiệm cường độ: Đem trộn đều hỗn hợp xỉ, xi măng Portland và
thạch cao để được xi măng xỉ quặng, và giữ cho lượng trộn và độ mịn không thay đổi. Với
phương pháp thử tiêu chuẩn lần lượt thí nghiệm cường độ xi măng xỉ quặng và xi măng theo 7
ngày và 28 ngày. Theo công thức sau để tính cường độ:
Cường độ xi măng xỉ quặng
Cường độ xi măng
Khi tỷ lệ cường độ là 1 chứng tỏ xỉ quặng không có hoạt tính. Tỷ lệ cường độ càng lớn thì
hoạt tính xỉ quặng càng cao.
Rtỷ lệ =

Ở những nơi có tài nguyên xỉ quặng phong phú thì mới sử dụng xỉ quặng lò cao nghiền
mịn làm nguyên liệu trộn bê tông đầm lăn. Lúc ấy ngoài việc tiến hành thí nghiệm phẩm chất
nêu trên ra, còn phải tiến hành thí nghiệm tính năng bê tông đầm lăn trộn xỉ quặng để nắm toàn
diện các tính năng của bê tông đầm lăn này.
Bảng 2.1: Giới thiệu một số mỏ Puzơlan ở Viêt Nam

TT

Tên mỏ

Đánh giá theo ASTM
C618-92A

Địa điểm
(tỉnh)

Trữ
lượng
(triệu
tấn)

Phiến hình

Vĩnh Phúc

0,67

Đ