Tiểu luận môn vật liệu mới trong xây dựng bê tông đầm lăn

VIỆN KỸ THUẬT CÁC CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT
BỘ MÔN: CẦU ĐƯỜNG SÂN BAY

BÀI THU HOẠCH
MÔN: VẬT LIỆU MỚI TRONG XÂY DỰNG VÀ
SỬA CHỮA, BẢO DƯỠNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

CHUYÊN ĐỀ: BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

GVHD: PGS, TS NGÔ HÀ SƠN
HỌC VIÊN: NGUYỄN NGỌC DOANH
LỚP: XD ĐƯỜNG Ô TÔ K25A

HÀ NỘI: 2014


CHUYÊN ĐỀ: BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
I. Sự cần thiết.
Bê tông đầm lăn là loại bê tông không có độ sụt được tạo thành bởi hỗn hợp
bao gồm cốt liệu nhỏ (cát thiên nhiên hoặc cát nghiền), cốt liệu lớn (đá dăm), chất
kết dính (xi măng, phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn), nước, phụ gia đầy, phụ
gia hóa học. Sau khi trộn đều vận chuyển, san rải hỗn hợp được đầm chặt theo yêu
cầu của thiết kế bằng thiết bị đầm lăn.
Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương
tự như bê tông thường. Khác với bê tông thường được đầm chặt bằng thiết bị rung
đưa vào trong lòng khối đổ, BTĐL được làm chặt bằng thiết bị rung lèn từ mặt
ngoài (lu rung). Công nghệ này thích hợp cho các công trình bê tông khối tích lớn,
hình dáng không phức tạp như đập, mặt đường. Việc đầm lèn bê tông bằng lu rung
cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất kết dính hơn so với bê tông thường
nhờ vậy đối với một số đập và đường bê tông, thi công bằng công nghệ này nhanh
hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ đổ bê tông truyền thống. Công nghệ BTĐL

thường được áp dụng thích hợp cho thi công đập bê tông trọng lực và mặt đường,
sân bãi.
Bê tông đầm lăn ra đời mang tính bức thiết và tất yếu. Sự ra đời của Bê tông
đầm lăn là do nhu cầu phát triển xây dựng bê tông trọng lực khối lớn. Bê tông của
các đập này thường chia thành 2 phần: phần vỏ ngoài cần có cường độ cao, độ
chống thấm cao, chịu mài mòn và xâm thực tốt. Phần lõi đập yêu cầu cường độ và
độ chống thấm vừa phải nhưng phải có lượng to nhiệt càng thấp càng tốt để tránh
nứt do ứng suất nhiệt. Để thi công các đập bê tông khối lớn phải áp dụng nhiều
biện pháp khác nhau song các biện pháp này vẫn chưa đáp ứng được tiến độ và giá
thành thi công như mong muốn. Nhìn chung ứng suất nhiệt phát sinh trong bê tông
cao, xử lý phức tạp dẫn đến thời gian thi công kéo dài, ván khuôn sử dụng nhiều,
giá thành cao.
Để giải quyết các tồn tại trên, người ta tìm cách chế tạo loại bê tông nghèo xi
măng, sao cho có thể thi công và đầm chặt bằng các phưng tiện như thi công đập
đất đá. Và công nghệ bê tông đầm lăn ra đời từ đó, gặp nhiều khó khăn của bê tông
thông thường về ứng suất nhiệt, tốc độ thi công nhanh và mặc dù phải thi công
theo quy trình nghiêm ngặt nhưng vẫn có giá thành rẻ bê tông thường.
Công nghệ thi công bê tông có thể được coi ra đời sớm nhất vào năm 1960 ở Đài
Loan khi sử dụng xi măng trộn đất để đắp đê quai cho đập Thạch Môn. Sau đó từ
năm 1961 - 1964 đập Alpe Gera ở Italia được xây dựng bằng bê tông đầm lăn.
Năm 1971 - 1977 vương quốc Anh bắt đầu nghiên cứu BTĐL. Một cuộc thí
nghiệm quy mô được tiến hành tại đập Wimbleball vào năm 1979. Công việc này
không đưa đến sử dụng bê tông đầm lăn vào một đập lớn ở Anh, nhưng nó là cơ sở
cho thiết kế của Tổng cục khai hoang Mỹ (USRB) về đập Still water Thượng.
Tại Mỹ giáo sư Raphael có báo cáo chuyên đề “Đập bê tông trọng lực tối ưu” vào
2


năm 1970 tại hội nghị xây dựng nhanh các đập bê tông. Năm 1980 Mỹ xây dựng
đập RCC đầu tiên tại công trình Willow Creek cao 56 m, không khớp nối ngang

không khớp nối dọc, đây cũng là đập đầu tiên trên thế giới xây dựng hoàn toàn
bằng BTĐL.
Năm 1974 tại Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu bê tông đầm lăn và được sử
dụng nhằm rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành. Trong nhưng năm 1980
hàng loạt công trình đập bê tông được áp dụng với công nghệ đầm lăn như đập
SinNakano, đập Tamagawa, chiều cao cao nhất của đập loại này đạt 156 m.
Tại Liên Xô cũ, năm 1979 thí nghiệm hiện trường một số Block tại nhà máy
thuỷ điện Cưrpxai. Năm 1984 chính thức sử dụng vào công trình thuỷ điện
Tascumưrxki cao 75m. Tại Tây Ban Nha năm 1984 mới bắt đầu xây dựng đầu trái
đập Erizana và đập Castibolanco bằng BTĐL đầu tiên. Tại Trung Quốc đến năm
1980 mới bắt đầu nghiên cứu bê tông đầm lăn. Đập RCC đầu tiên được xây dựng
năm 1986 là đâp Khang Khẩu cao 56,8 m. Năm 1988 xây dựng tiếp đập cho thuỷ
điện Diệp Thám. Tại Austraylia, đập đầu tiên được xây dựng là đập Coppefield cao
40 m vào năm 1984 trong đó dùng BTĐL siêu dẻo hoá và việc kết hợp nhập CO
rắn để hạ thấp nhiệt độ của hỗn hợp bê tông, ci thiện cường độ…
Như vậy trong mọi điều kiện khí hậu, thời tiết khắc nghiệt, nhưng đập RCC
vẫn được xây dựng nhờ thành quy trình thi công tiên tiến, kĩ thuật hợp lý và phát
huy tối đa hiệu suất của máy móc thiết bị làm nhiều nước quan tâm. Hầu khắp các
châu lục, đập sử dụng công nghệ BTĐL và đang phát triển toàn diện.
II. Mục tiêu nghiên cứu.
Nghiên cứu việc sản xuất và công nghệ thi công bê tông đầm lăn, đánh giá
chất lượng và hiệu quả việc sử dụng bê tông đầm lăn…
III. Nội dung nghiên cứu.
Các nhà vật liệu xây dựng qua nghiên cứu nhận thấy rằng lượng nước (N)
yêu cầu để đảm bảo quá trình thuỷ hoá xi măng (X) trong khối bê tông là thấp hơn
nhiều so với lượng nước được trộn vào hỗn hợp bê tông truyền thống. Mặt khác
qua nghiên cứu lí luận về cường độ bê tông phát hiện ra rằng cường độ bê tông Rb
tỷ lệ thuận với tỷ lệ N/X (Rb=F(N/X)). Vậy nếu giảm lượng nước trộn thì có thể
giảm được lượng xi măng của hổn hợp mà cường độ bê tông vẫn không thay đổi.
Do giảm lượng nước trộn nên bê tông khô như đất, muốn đầm phải sử dụng máy

đầm rung thay vì đầm dùi như bê tông truyền thống.
1. Vật liệu chế tạo BTÐL
1.1. Xi măng
Ðối với BTÐL dùng cho đập khối lớn nên sử dụng xi măng có nhiệt thuỷ
hoá thấp hơn so với nhiệt thuỷ hoá của xi măng poc lăng thường (TCVN 2682
-1992) như các loại poóc lăng - pu giơ lan (TCVN 4033-95) và xi măng hỗn hợp xỉ
lò cao (TCVN 6260 -1999) hay xi măng ít toả nhiệt (TCVN 6069-95).
Ðối với BTÐL cho mặt đường có thể dùng các loại xi măng thông thường
như các dạng xi măng dùng cho kết cấu thông thường khác.
3


1.2. Cốt liệu
Ðối với BTÐL cho đập, có thể sử dụng cốt liệu có Dmax tới 75mm hoặc cao
hơn. Tuy nhiên việc lựa chọn Dmax cần cân nhắc kỹ về kinh tế và kỹ thuật. Việc
sử dụng cốt liệu có Dmax lớn 100mm- 150mm tuy có giảm giá thành vật liệu chế
tạo bê tông nhưng lại đẩy cao chi phí trộn và vận chuyển hỗn hợp bê tông.
Ðối với BTÐL cho mặt đường, chỉ nên sử dụng cốt liệu có Dmax 20mm.
1.3. Phụ gia khoáng
Phụ gia khoáng (PGK) pu-giơ-lan là vật liệu silicat hoặc alumo-silicat mà
bản thân nó có ít hoặc không có khả năng đóng rắn nhưng với sự có mặt của nước
hoặc độ ẩm nó có thể phản ứng với can-xi hy-dro-xit để có thể đóng rắn. Pu-giơlan cho BTÐL cần phù hợp tiêu chuẩn ASTM C618-97 hoặc 14 TCN 105-97,
TCVN 3735-82.
1.4. Phụ gia hoá học
Các công trình BTÐL thường sử dụng các loại phụ gia: Phụ gia dẻo hoágiảm nước, giảm nước và kéo dài thời gian đông kết và một số loại phụ gia cuốn
khí. Trên thực tế, việc sử dụng phụ gia dẻo hoá và dẻo hoá chậm đông kết làm tăng
tính dễ thi công lu lèn và kéo dài thời gian thi công làm cho khả năng bám dính và
độ chống thấm vùng tiếp giáp giữa các lớp bê tông được tăng cường.
Việc lựa chọn loại và tỷ lệ dùng phụ gia hoá học thường căn cứ vào kết quả
thí nghiệm với các vật liệu XM, PGK, cốt liệu cụ thể.

Tính chất vật liệu
- BT đầm lăn có độ sút nhỏ.
- Lượng ximăng ít hơn so với BT thường.
- Cường độ BT đầm lăn thường nhỏ hơn so với BT thường.
2. Hiệu quả áp dụng BTĐL làm đập và mặt đường ở Việt Nam
Về kinh tế, hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi công bê tông đầm lăn đem
lại là rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng, ngoài
ra đối với xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ điện, công nghệ này cho phép
giảm giá thành vật liệu đáng kể tức giảm tổng vốn đầu tư.
Về kỹ thuật, khi áp dụng công nghệ BTĐL cho xây dựng các công trình
khối lớn cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm được lượng dùng xi măng vì vậy
giảm được nguy cơ nứt khối do ứng suất nhiệt. Đối với xây dựng mặt đường, sân
bãi, việc sử dụng BTĐL có thể rút ngắn thời gian đưa công trình vào sử dụng
nhanh gấp hai lần so với bê tông thường.
3. Một số điểm cần lưu ý khi áp dụng công nghệ Bê tông đầm lăn cho
xây dựng đập
Mặc dù công nghệ BTĐL đã được khẳng định là công nghệ xây dựng tối ưu
áp dụng cho đập trọng lực nhưng việc xây dựng đập BTĐL chỉ thực sự phát huy
được tính ưu việt và tạo ra sản phẩm có chất lượng tương đương với đập bê tông
thường khi khắc phục được những điểm yếu của loại hình công nghệ này:
4


+ Về chất lượng bám dính giữa các lớp: Cường độ bám dính giữa các lớp
đối với đập BTĐL là điểm yếu nhất của BTĐL. Vì vậy cường độ kéo bê tông tại
vùng tiếp giáp giữa các lớp đổ là mối quan tâm lớn nhất khi thiết kế kết cấu đập
BTĐL [3]. Do vậy cần phải có những thử nghiệm kỹ càng trên mô hình với các
điều kiện về vật liệu, thiết bị và quy trình thi công thực tế để xác định các tính chất
của bê tông tại vùng tiếp giáp giữa các lớp thi công và đảm bảo rằng các giá trị của
các tính chất của bê tông không thấp hơn yêu cầu thiết kế.

+ Về vấn đề thấm: Do BTĐL được thi công thành những lớp nên các khe
tiếp giáp giữa các lớp có thể là đường chính để nước thấm qua thân đập [3]. Ngoài
ra do sử dụng ít chất kết dính hơn so với bê tông thường nên BTĐL có tính chống
thấm kém hơn so với bê tông thường cùng mác. Vì vậy cần nghiên cứu kỹ các giải
pháp cấu tạo chống thấm, thành phần vật liệu và quy trình thi công thích hợp để
đảm bảo khả năng chống thấm cho đập.
+ Về chất lượng thi công: Sự phân ly hỗn hợp bê tông là một trong những
vẫn đề bất lợi nhất có thể xảy ra trong quá trình sản xuất và đổ BTĐL. Do đặc thù
thi công trên diện rộng với khối lượng lớn nên việc kiểm soát sự đồng nhất về
thành phần và tính công tác của hỗn hợp BTĐL khó hơn so với bê tông thường.
Điều này sẽ dẫn đến chất lượng của BTĐL sẽ dao động lớn.
IV. Công nghệ thi công
Thiết bị thi công bê tông đầm lăn không phức tạp, các thiết bị chính để thi
công bê tông theo công nghệ này hiện đều có ở Việt Nam.
Thiết bị thi công BTÐL nói chung cũng giống nhau khi công BTĐL cho đập,
đường và các dạng công trình bê tông khối lơn không cốt thép khác. Tuy nhiên ở
mỗi loại hình công nghệ đó đòi hỏi them những thiết bị thi công đặc chủng riêng.
Các thiết bị cần thiết cho thi công đặp bằng công nghệ BTĐT gồm: Máy trộn
cưỡng bức có khả năng trộn hỗn hợp bê tông khô sử dụng cốt liệu có đường kính
lơn; băng tải hoặc các thiết bị tương đương để vận chuyển bê tông; xe tải tự đổ;
máy san ủi; máy lu rung; máy nhồi tấm tạo khe co. hệ thống phun nước cao áp lầm
sạch bề mặt bê tông mạch ngừng. Hê thống phun nước bảo dưỡng. Thiết bị cho thi
công đường, sân bãi: Máy trộn cưỡng bức; xe tự đổ; máy rải; xe lu rung; xe lu lốp;
máy cắt bê tông
Có thể thấy rằng các thiết bị chính cho thi công bê tông bằng công nghẹ
BTĐT đã có sẵn ở Việt Nam hoặc có thể chế tạo tại Việt Nam. Nếu phổ biến công
nghệ BTĐL ở Việt Nam thì cố thể tận dung được các thiết bị có sẵn ở trong nước,
không cần tốn them nhiều chi phí đầu tư mua thiết bị thi công mới.
V. Nhận xét đánh giá
1. Ưu điểm:

- Do kế thừa công nghệ thi công cơ giới của đập đất nên đập bê tông đầm lăn
có ưu điểm lớn là thi công nhanh, hiệu quả kinh tế cao so với thi công thủ công ở
đập bê tông truyền thống. Áp dụng công nghệ này sẽ đẩy nhanh được tiến độ thi
công, công trình sớm đưa vào khai thác vận hành, hiệu quả kinh tế sẽ lớn hơn
5


nhiều so với đập bê tông truyền thống. Những công trình có khối lượng bê tông lớn
là sở trường của công nghệ BTĐL.
- Do sử dụng ít nước trong hổn hợp bê tông nên lượng dùng xi măng trong
hổn hợp BTĐL nhỏ. Yếu tố này làm cho nhiệt lượng thuỷ hoá trong khối BTĐL
nhỏ hơn nhiều so với bê tông truyền thống. Theo đó vấn đề khống chế nhiệt độ
không phức tạp như đập bê tông truyền thống và càng phức tạp hơn đối với đập
cao, vì phải sử dụng hệ thống ống làm lạnh bên trong thân đập, ngoài các biện
pháp hạ nhiệt hổn hợp bê tông bên ngoài.
Công nghệ BTĐL áp dụng cho thi công đường giao thông so với công nghệ
thi công thông thường có các ưu điểm như: phương pháp thi công không phức tạp,
lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số sản phẩm phụ hoặc phế thải công
nghiệp giúp hạ giá thành vật liệu so với bê tông xi măng thông thường, tốc độ thi
công nhanh.
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 công
nghệ BTĐL càng cao. Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ
BTĐL thường đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đập bê tông thường và đập
đất đắp bởi các lí do sau:
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 để đầm lèn và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt. So với đập đất đắp có
cùng chiều cao, khối tích của đập BTĐL nhỏ hơn nên thi công nhanh hơn. Công
trình đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL càng lớn so với đập đất đắp.

Giá thành hạ: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng trên
Thế giới, giá thành đập BTĐL rẻ hơn so với đập bê tông thi công bằng công nghệ
truyền thống từ 25% đến 40%. Việc hạ giá thành đạt được là do giảm được chi phí
cốp pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông.
Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ: So với đập đắp, 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 đắp. Hơn nữa khi làm đập BTĐL,
chiều dài của kênh xả nước ngắn hơn so với kênh xả nước của đập đắp và vì vậy
giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lí nền đập.
Giảm chi phí cho biện pháp thi công:
Việc thi công đập bằng BTĐL có thể giảm chi phí dẫn dòng 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 và đập đắp. Vì vậy đường kính cống dẫn dòng của
6


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 đắp.
- Ưu điểm nổi bật là giảm được đáng kể số lượng xi măng trong 1 m3 bê
tông, do vậy giảm được nhiệt phát sinh trong khối bê tông là nguyên nhân chính
gây nứt nẻ bê tông.
- Thi công nhanh, giảm được thời gian xây dựng so với bê tông thường (so
sánh trong cùng điều kiện công trình xây dựng và hoàn tất công tác chuẩn bị) .
- Có thể thi công liên tục nếu thiết kế khoảnh đổ và tổ chức thi công hợp lý
- Sử dụng ván khuôn ít hơn so với bê tông thường
- Giảm giá thành công trình so với bê tông thường, có thể từ 15%-20%

2. Nhược điểm
- Do bê tông khô, it xi măng, dễ bị phân ly vật liệu vữa BTĐL khi vận
chuyển, đổ, san, ủi, đầm nén, dẫn đến làm chất lượng bê tông không đều, thậm chí
suy giảm không đạt cường độ thiết kế.
- Phụ thuộc nhiều vào thời tiết, nền nhiệt độ nơi đổ bê tông.
- Thời gian ninh kết đạt cường độ thiết kế khá lâu thông thường từ 90-120
ngày thậm chí 180 ngày sau đổ bê tông.
- Phụ thuộc vào trạm trộn và nguồn cung cấp phụ gia tro bay.
3. Khả năng sử dụng
Công nghệ BTĐL đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng hiệu quả cho
các công trình đường bê tông và đập bê tông trọng lực. BTĐL có triển vọng lớn áp
dụng cho các công trình tương tự ở Việt Nam. Để đảm bảo xây dựng đập BTĐL có
chất lượng tương đương với đập bê tông thường cần chú ý những điểm yếu của
loại hình công nghệ này. Trước khi áp dụng công nghệ BTĐL phải nghiên cứu vật
liệu, thử nghiệm công nghệ và xây dựng qui trình thi công, kiểm tra nghiệm thu
BTĐL gắn với đặc điểm của từng công trình cụ thể.

7


Tài liệu tham khảo:
- TCVN-RCC-2013: Tiêu chuẩn Quốc gia “Công trình Thủy lợi – Yêu cầu
kỹ thuật thi công và nghiệm thu bê tông đầm lăn”;
- Bê tông đầm lăn - công nghệ vượt trội trong xây dựng;
- Bê tông đầm lăn và bản lĩnh người thợ Sông Đà;

8