“Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê tông đến tính chống thấm các công trình thủy lợi”

i

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................iii
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. iv
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. ............................................................................... 1
II. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................. 2
2.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................. 2
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 2
III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................ 2
3.1. Cách tiếp cận. ............................................................................................................ 2
3.2. Phương pháp nghiên cứu. .......................................................................................... 3
IV. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC ........................................................................... 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CHỐNG THẤM CÁC LOẠI BÊ
TÔNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÀ GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH BẢN
MÒNG .............................................................................................................................. 4
1.1. KHÁI NIỆM VỀ CƯỜNG ĐỘ VÀ TÍNH THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG ........... 4
1.1.1. Khái niệm chung .................................................................................................... 4
1.1.2. Khái niệm về cường độ ( R) của bê tông ................................................................ 5
1.1.3. Khái niệm về hệ số thấm ( Kt) của bê tông ............................................................ 6
1.1.4. Khái niệm về mác chống thấm (B) của bê tông ..................................................... 6
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NÂNG CAO KHẢ NĂNG
CHỐNG THẤM CHO BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRÊN THẾ GIỚI ........ 7
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NÂNG CAO KHẢ NĂNG
CHỐNG THẤM CHO BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Ở VIỆT NAM. ........... 10
1.4. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH BẢN MÒNG ................................... 18
1.4.1. Giới thiệu chung về dự án .................................................................................... 18
1.4.2. Đặc điểm về công trình Bản Mòng....................................................................... 20
1.4.3. Tình hình vật liệu địa phương .............................................................................. 24
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 30

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................... 30
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu các tính chất của nguyên vật liệu sử dụng ................... 30
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông .................... 31


ii

2.1.3. Phương pháp thiết kế thành phần bê tông ............................................................ 32
2.1.4. Phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm. ......................................................... 32
2.2. TÍNH CHẤT NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG.................................................... 36
2.2.1. Chất kết dính - Xi măng ....................................................................................... 36
2.2.2. Cốt liệu lớn ........................................................................................................... 37
2.2.3. Cốt liệu nhỏ - Cát nghiền...................................................................................... 45
2.2.4. Tro bay ................................................................................................................. 48
2.2.5. Phụ gia hóa sử dụng cho bê tông .......................................................................... 51
2.2.6. Nước.... ................................................................................................................. 53
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CÁT NGHIỀN 54
3.1. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG CÁT NGHIỀN ...................... 54
3.1.1. Phương pháp lựa chọn sơ bộ thành phần cấp phối BTCN ................................... 54
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ, MÁC
CHỐNG THẤM VÀ HỆ SỐ THẤM CỦA BÊ TÔNG ................................................. 85
4.1. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ BTCN ......................................................... 85
4.2. KẾT QUẢ QUAN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ VÀ MÁC CHỐNG THẤM B, HỆ SỐ
THẤM Kth CỦA BÊ TÔNG . ....................................................................................... 87
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 93
TIẾNG VIỆT .................................................................................................................. 93
TIẾNG ANH .................................................................................................................. 93
PHỤ LỤC 1: NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH BẬC 1 HAI MỨC TỐI
ƯU VÀ BẬC 2 TÂM XOAY ......................................................................................... 95

iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BTCN

Bê tông cát nghiền

BTĐL

Bê tông đầm lăn

HHBT

Hỗn hợp bê tông

BT

Bê tông

N/X

Tỷ lệ nước và xi măng

C/(C+Đ)

Tỷ lệ cát trên cốt liệu - Mức ngậm cát

R7, 28, 90 (MPa)

Cường độ nén các tuổi 7, 28, 90 ngày

Kth 28, 90 (cm/s)

Hệ số thấm các tuổi 28, 90 ngày

X

Xi măng

TB

Tro bay

CN

Cát nghiền

Đ

Đá dăm

N

Nước

CL

Cốt liệu

CKD

Chất kết dính


iv

DANH MỤC CÁC BẢNG
B
0

Tên bảng biểu
Bảng 1.1: Hệ số quy đổi đối với từng mẫu

Trang
6

Bảng 1.2: Chiều dày lớp chống thấm BTĐL cấp phối 2 ở một số đập
của Trung Quốc

8

Bảng 1.3: Kết quả đánh giá BTĐL và bê tông thường để làm đường

9

Bảng 1.4: Sử dụng phụ gia trong một số cấp phối BTĐL chống thấm

12

Bảng 1.5: Thành phần cấp phối BTĐL Định Bình

14

Bảng 1.6: Thành phần cấp phối vữa liên kết công trình Định Bình
Bảng 1.7: Cấp phối BTĐL mác 200B6 và 200B8 công trình Nước
Trong

15

Bảng 1.8: Kết quả thí nghiệm đầm nén hiện trường Nước Trong

18

Bảng 1.9: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD ở mỏ
VLĐ1
Bảng 1.10: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD ở
mỏ VLĐ2

17

25
27

Bảng 1.11: Bảng tính toán trữ lượng VLXD đá mỏ VLĐ1 và VLĐ2

29

Bảng 2.1 Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất

vật liệu

31

Bảng 2.2 Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn nghiên cứu tính chất của hỗn
hợp bê tông và bê tông

32

Bảng 2.3:: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB40 Mai Sơn

37

Bảng 2.4: Các tính chất cơ lý của đá dăm

39

Bảng 2.5: Thành phần hạt của đá dăm 5-20

40

Bảng 2.6: Thành phần hạt của đá dăm 20-40

40

Bảng 2.7: Thành phần hạt của đá dăm 40-60

41

Bảng 2.8: Thành phần hạt của đá dăm 60-80

41

Bảng 2.9: Sự phụ thuộc độ xốp vào kiểu sắp xếp của hạt:

43


v

Bảng 2.10 : Sự phụ thuộc của độ rỗng vào sự phối hợp các cấp hạt

44

Bảng 2.11: Kết quả lựa chọn tỷ lệ phối hợp

46

Bảng 2.12: Yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền

47

Bảng 2.13: Các tính chất cơ lý của cát Bản Mạt

48

Bảng 2.14: Thành phần hạt của cát Bản Mạt
Bảng 2.15: Thành phần hạt của tro bay nhiệt điện

48

Bảng 2.16: Thành phần hóa học của tro bay (%)

51

Bảng 2.17: Kết quả thí nghiệm phụ gia hóa học

54

Bảng 3.1: Một số loại mác bê tông cần sử dụng cho Bản Mòng

55

Bảng 3.2: Cấp phối BTCN M25R60B6 cơ bản sử dụng
xi măng PCB30 Mai Sơn, Phụ gia SSA

51

56

Bảng 3.3: Cấp phối 3 thành phần định hướng của BTCN
sử dụng xi măng PCB30 Mai Sơn, phụ gia SSA

57

Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm cường độ nén các cấp phối BTCN
M250R60B6
sử dụng xi măng PCB30 Mai Sơn

57

Bảng 3.5: Cấp phối BTCN M25R60B6 cơ bản sử dụng xi măng PCB40
Mai Sơn, Phụ gia SSA

58

Bảng 3.6: Cấp phối 3 thành phần định hướng của BTCN sử dụng xi
măng PCB40 Mai Sơn, phụ gia SSA

58

Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm cường độ nén cấp phối BTCN
M250R60B6
định hướng sử dụng xi măng PCB40 Mai Sơn

59

Bảng 3.8: Bảng cấp phối 3 thành phần định hướng các mác bê tông sử
dụng xi măng PCB30 Mai Sơn, phụ gia Silkroad

60

Bảng 3.9: Bảng cấp phối 3 thành phần định hướng các mác bê tông sử
dụng xi măng PCB40 Mai Sơn, phụ gia Silkroad

61

Bảng 3.10: Cấp phối các mác bê tông chọn

62

Bảng 3.11: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các cấp phối sử dụng xi
măng PCB 30 Mai Sơn

63

B
1


vi

Bảng 3.12: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các cấp phối sử dụng xi
măng PCB40 Mai Sơn

64

Bảng 3.13 : Thành phần cấp phối sử dụng cho công trình Bản Mòng

65

Bảng 3.14: Thành phần cấp phối quy hoạch bê tông cát nghiền

67

Bảng 3.15: Cường độ nén tuổi 7,28,90 ngày và mác thấm tuổi 28,90
ngày trong quy hoạch của bê tông cát nghiền

68

Bảng 4.1: Thành phần cấp phối tối ưu về cường độ tuổi 90 ngày

87

Bảng 4.2: Thành phần cấp phối tối ưu về hệ số thấm tuổi 90 ngày

87

Bảng 4.3: Kết quả nghiên cứu cấp phối tối ưu

87

Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm mác chống thấm B và hệ số thấm Kt của
BTCN M20 ở các tuổi 28, 90 ngày

88

Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm mác chống thấm B và hệ số thấm Kt của
BTCN M20 ở các tuổi 28, 90 ngày

89

Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm mác chống thấm B và hệ số thấm Kth của
BTCN M20 ở các tuổi 28, 90 ngày

90

Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm cường độ, mác chống thấm B và hệ số
thấm Kth của bê tông công trình thủy lợi ở các tuổi 28, 90 ngày

91


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Tên hình và đồ thị
Hình: 1.1: Mẫu khoan nõn RCC tại đập Định Bình – Kiểm tra cường
độ nén và mác thấm
Hình 1.2: Xử lý chống thấm cho thân đập - Đập Định Bình
Hình 1.3: Mẫu khoan xác định mác thấm bê tông tại HCN Nước
Trong
Hình 1.4: Thí nghiệm nâng cao khả năng chống thấm cho bê tông
RCC tại Nước Trong dùng hỗn hợp chống thấm XYPEC

Trang
12
12
14

14

Hình 1.5: Một số công trình thủy lợi đang bị phá hủy do thấm nước

17

Hình 1.6: Cắt ngang đập tràn

22

Hình 1.7: Cắt ngang đập không tràn

23

Hình 2.1: Quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp leo dốc

33

Hình 2.2: Bãi chữa đá dăm công trình Bản Mòng – Sơn La

38

Hình 2.3: Các loại cốt liệu dùng dùng nghiên cứu

39

Hình 2.4: Các kiểu sắp xếp của hạt cốt liệu

42

Hình 2.5: Tro bay loại F

48

Hình 2.6: Cấu trúc hạt tro bay

48

Hình 3.1: Biểu đồ quan hệ cường độ nén bê tông và lượng dùng xi măng

56

Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ cường độ nén bê tông và lượng dùng xi măng

58

Hình 3.3: Giao diện chính của phần mềm Design-Expert® 7.1

68

Hình 3.4: Nội dung kế hoạch bậc 2 tâm xoay

68

Hình 3.5: Điền thông tin hàm mục tiêu

68

Hình 3.6: Điền giá trị hàm mục tiêu

69

Hình 3.7: Phương trình hồi quy

69

Hình 3.8: Kiểm tra tính tương hợp của mô hình

70

viii

Hình 3.9: Mặt biểu diễn quan hệ R7 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ)
Hình 3.10: Các đường đồng mức biểu diễn quan hệ R7 và các tỷ lệ
N/CKD, C/(C+Đ)

70
71

Hình 3.11: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến cường độ R7 khi N/CKD = 0.7

71

Hình 3.12: Ảnh hưởng của N/CKD đến cường độ R7 khi C/(C+Đ) = 0.4

72

Hình 3.13: Phương trình hồi quy

72

Hình 3.14: Kiểm tra tính tương hợp của mô hình

73

Hình 3.15: Mặt biểu diễn quan hệ R28 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ)

73

Hình 3.16: Các đường đồng mức biểu diễn quan hệ R28 và các tỷ lệ
N/CKD, C/(C+Đ)
Hình 3.17: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến cường độ R28 khi N/CKD =
0.7
Hình 3.18: Ảnh hưởng của N/CKD đến cường độ R28 khi C/(C+Đ) =
0.4

74

74

75

Hình 3.19: Phương trình hồi quy

75

Hình 3.20: Kiểm tra tính tương hợp của mô hình

76

Hình 3.21: Mặt biểu diễn quan hệ R90 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ)

76

Hình 3.22: Các đường đồng mức biểu diễn quan hệ R90 và các tỷ lệ
N/CKD, C/(C+Đ)
Hình 3.23: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến cường độ R90 khi N/CKD =
0.7
Hình 3.24: Ảnh hưởng của N/CKD đến cường độ R90 khi C/(C+Đ) =

0.4

77

77

78

Hình 3.25: Phương trình hồi quy

78

Hình 3.26: Kiểm tra tính tương hợp của mô hình

79

Hình 3.27: Mặt biểu diễn quan hệ Kth28 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ)

79

Hình 3.28: Các đường đồng mức biểu diễn quan hệ Kth28 và các tỷ lệ

80


ix

N/CKD, C/(C+Đ)
Hình 3.29: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến Kth28 khi N/CKD = 0.7

80

Hình 3.30: Ảnh hưởng của N/CKD đến Kth28 khi C/(C+Đ) = 0.4

81

Hình 3.31: Phương trình hồi quy

81

Hình 3.32: Kiểm tra tính tương hợp của mô hình

82

Hình 3.33: Mặt biểu diễn quan hệ Kth90 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ)

82

Hình 3.34: Các đường đồng mức biểu diễn quan hệ Kth90 và các tỷ lệ
N/CKD, C/(C+Đ)

83

Hình 3.35: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến Kth90 khi N/CKD = 0.7

83

Hình 3.36: Ảnh hưởng của N/CKD đến Kth90 khi C/(C+Đ) = 0.4

84

Hình 4.1: Xác định độ sụt của BTCN

86

Hình 4.2: Độ sụt BTCN đạt 9 – 11cm

86

Hình 4.3: Đúc mẫu xác định cường độ

86

Hình 4.4: Nén mẫu BTCN

86

Hình 4.5: Thí nghiệm xác định hệ số thấm

87


1

PHẦN MỞ ĐẦU
I.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.
Bê tông, bê tông cốt thép là loại vật liệu sử dụng rất phổ biến trong công trình

xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng bởi vì bê tông nó có nhiều
ưu điểm nổi bật khả năng chịu lực, tuổi thọ cao và có thể tận dụng vật liệu địa
phương nơi có công trình xây dựng. Các công trình thủy lợi, thủy điện có yêu
cầu về tuổi thọ cao, sự hư hỏng của công trình có ảnh hướng rất lớn đến kinh tế
xã hội. Một trong những nguyên nhân gây hư hỏng đó là sự thấm nước qua bê
tông. Đặc biệt công trình thủy lợi, thủy điện chủ yếu tiếp xúc với môi trưởng
nước, trong môi trường nước có chứa các tác nhân ăn mòn như Cl-, Na+, CO2,
NH3,…Nếu bê tông có chất lượng tốt, đặc chắc ít lỗ rỗng tính chống thấm nước
cao thì sẽ ngăn được hiện tượng thấm nước vào bê tông thì không gây ra hiện
tượng ăn mòn thép dẫn tới phá hủy kết cấu bê tông. Ngược lại bê tông kém chất
lượng thì nước dễ thấm vào kết cấu bê tông gây ra ăn mòn cốt thép gây ra hiện
tượng nở cốt thép và phá hủy kết cấu bê tông làm giảm tuổi thọ của công trình.
Vì vậy trong công trình thủy lợi, thủy điện khả năng chống thấm trong bê
tông là hết sức quan trọng. Ở nước ta hiện nay khi thiết kế bê tông cho công trình
thủy lợi cũng đã chú trọng đến việc nâng cao khả năng chống thấm cho bê tông.
Hiện nay, phần lớn các công trình xây dựng thủy lợi do Việt Nam thiết kế và
thi công vẫn sử dụng mác chống thấm làm cơ sở để đánh giá khả năng chống
thấm nước của bê tông nhưng công trình xây dựng thủy điện do tập đoàn điện
lực EVN làm chủ đầu tư lại dung hệ số thấm Kt để đánh giá. Chính vì vậy việc
xác định sự ảnh hưởng giữa cường độ và tính chống thấm của bê tông là hết sức
cần thiết.


2

II.

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu nghiên cứu

-

Nghiên cứu sự phát triển cường độ và khả năng chống thấm của bê tông sử
dụng cát nghiền dùng cho công trình hồ chứa nước Bản Mòng - Sơn La.

-

Đưa ra mối quan hệ của cường độ nén và mác chống thấm của bê tông ở
các tuổi 7, 28, 90 ngày.

-

Nghiên cứu phương pháp đánh giá mối quan hệ của cường độ bê tông đến
tính chống thấm của hệ thống các công trình thủy lợi.

2.2. Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện mục tiêu: “Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê tông đến tính
chống thấm các công trình thủy lợi”, đề tài có trách nhiệm giải quyết các nội
dung khoa học sau:
-

Nghiên cứu tổng quan về nâng cao khả năng chống thấm các loại bê tông
trong công trình thủy lợi ở việt nam và trên thế giới.

-

Nghiên cứu và lựa chọn nguyện vật liệu sử dụng

-

Nghiên cứu thiết kế thành phân bê tông sử dụng cát nghiền

-

Nghiên cứu các tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cát nghiền và đưa ra
mối tương quan giữa cường độ nén và khả năng chống thấm của bê tông

III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1.
-

Cách tiếp cận.

Nghiên cứu tài liệu trong và ngoài nước liên quan để đưa ra cơ sở khoa
học của việc nghiên cứu.

-

Bằng phương pháp thực nghiệm nghiên cứu các tính chất của các loại bê
tông, từ đó đưa ra mối tương quan giữa cường độ nén và mác chống thấm.


3

3.2.
-

Phương pháp nghiên cứu.

Sử dụng các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn (TCVN, TCXDVN,

TCN, ASTM...) và không tiêu chuẩn (phương pháp quy hoạch thực
nghiệm, các phương pháp thí nghiệm đề xuất...).

-

Sử dụng các phương tiện nghiên cứu hiện đại để nghiên cứu các tính chất
của vật liệu và các sản phẩm nghiên cứu.

IV. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
- Xây dựng được mối quan hệ gữa cường độ bê tông và mác chống thấm, hệ số
thấm.
- Đánh giá sử dụng kết quả đạt được để lựa chọn áp dụng khi sử dụng và thi
công công trình thủy lợi.
- Kiến nghị để thiết kế cường độ và độ chống thấm cho các công trình thủy lợi.


4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CHỐNG THẤM CÁC
LOẠI BÊ TÔNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÀ GIỚI THIỆU
CÔNG TRÌNH BẢN MÒNG
1.1.

KHÁI NIỆM VỀ CƯỜNG ĐỘ VÀ TÍNH THẤM NƯỚC CỦA BÊ
TÔNG

1.1.1. Khái niệm chung
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bằng cách đổ khuôn và làm
rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay
đá dăm) và phụ gia. Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một

thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ
chống thấm v.v... Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông
hay bê tông tươi. Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá
được gọi là bê tông Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ
chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời
lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, hồ chất
kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi
là bê tông.
Ưu điểm lớn nhất của bê tông chính là cường độ chịu nén cao. Tuy nhiên
một trong những nhược điểm của bê tông là tính thấm (bê tông bị nước thấm
qua). Điều này gây ăn mòn cốt thép trong bê tông và phá hoại kết cấu bê tông,
giảm tuổi thọ công trình.
Cường độ nén và tính thấm của bê tông có mối tương quan nhất định,
thông thường khi cường độ bê tông cao, bê tông có tính đặc chắc, hàm lượng lỗ
rỗng mao quan nhỏ, khí đó khả năng chống thấm của bê tông tốt hơn. Ngược lại,
cường độ nén của bê tông thấp, chứng tỏ kết cấu bê tông kém đặc chắc, sự hình
thành lỗ rỗng lớn và mao quản là cao hơn (chưa xét đến biện pháp thi công và
phương pháp đầm chặt hỗn hợp bê tông), khi đó nước rất dễ thấm qua bê tông
hay khả năng chống thấm của bê tông kém.
Các công trình thủy lợi sử dụng chủ yếu là bê tông khối lớn (BTĐL và bê
tông cát nghiền...), một trong những yêu cầu của bê tông khối lớn là hạn chế


5

nhiệt thủy hóa trong bê tông tránh gây nứt kết cấu và phá hoại công trình, dó đó
bê tông sử dụng chủ yếu là bê tông mác thấp tuổi dài ngày, và sử dụng các loại
xi măng có nhiệt thủy hóa thấp. Lượng dùng xi măng trong HHBT cũng giảm so
với thông thường. Mác bê tông thấp đồng nghĩa với mác thấm của bê tông giảm.
Vì vậy, cần nghiên cứu và đưa ra những đánh giá về sự tương quan giữa

cường độ nén và khả năng chống thấm của bê tông ứng dụng nâng cao khả năng
chống thấm cho các công trình thủy lợi.
1.1.2. Khái niệm về cường độ ( R) của bê tông
Khả năng chịu lực của bê tông được xác định thông qua cường độ chịu
nén của mẫu. Mẫu nén có thể là mẫu lập phương hoặc mẫu trụ. Xác định cường
độ chịu nén theo TCVN 3118:1993
Cường độ nén từng viên mẫu bê tông (R) được tính bằng
daN/cm2(Kg/cm2) được tính theo công thức sau:

R =α

P
F

Trong đó :
- P là tải trọng phá hoại, tính bằng daN;
- F diện tích chịu lực của viên mẫu, tính bằng cm2;
- a Hệ số tính đổi kết quả thử nén viên mẫu bê tông kích thước viên
chuẩn về cường độ của viên mẫu chuẩn kích thước 150x150x150mm
Giá trị a lấy theo bảng 1.1
Bảng 1.1 Hệ số quy đổi đối với từng mẫu
Hình dáng và kích thước của mẫu(mm)
Hệ số tính đổi
-

Mẫu lập phương

100x100x100

0.91

150x150x150

1.00

200x200x200

1.05

300x300x300

1.10


6

Hình dáng và kích thước của mẫu(mm)
-

Hệ số tính đổi

Mẫu trụ

71,4X143 và 100x200

1.16

150x300

1.20

200x400

1.24

1.1.3. Khái niệm về hệ số thấm ( Kt) của bê tông
Theo tài liệu “ ACI 116R-90 Cement and Concrete Terminology”, hệ số thấm
được định nghĩa là tốc độ nước chẩy ra thành dòng qua một đơn vị diện tích của
vật liệu xốp (ở đây bê tông cũng được coi là vật liệu xốp) dưới một đơn vị
građien thủy lực ở nhiệt độ tiêu chuẩn (Điều kiện Việt Nam là 27oC ± 2oC). Kt
được tính theo công thức Darcy có dạng như sau:
Kt =

Vn a
, m/giờ;
S(P1 − P2 ).t

Trong đó: Vn – Thể tích nước thấm qua khối bê tông, m3;
a- Chiều dầy khối bê tông, m;
S – Diện tích tiết diện của khối bê tông mà nước thấm qua,
m2;
P1, P2 – Áp suất thủy tĩnh ở hai mặt khối bê tông, mét cột nước;
t- Thời gian nước thấm qua mẫu bê tông, giờ;
1.1.4. Khái niệm về mác chống thấm (B) của bê tông
Mác chống thấm là khả năng của bê tông không cho nước thấm qua dưới áp
lực thủy tĩnh. Khi thí nghiệm xác định độ chống thấm của tổ mẫu (6 viên hình
trụ, kích thước 150 x 150 mm ) là cấp áp lực lớn nhất mà ở trong đó 4 trong 6
viên mẫu chưa bị nước thấm qua. Từ áp lực nước mà ở đó 4 trong 6 viên đã bị
thấm nước (áp lực mà tại đó dừng việc thử) trừ đi 2 sẽ cho mác chống thấm của
bê tông B.

7

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NÂNG CAO KHẢ
NĂNG CHỐNG THẤM CHO BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
TRÊN THẾ GIỚI
Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bước phát triển đột phá trong công nghệ đập
bê tông khối lớn. Ưu điểm nổi bật của BTĐL là sử dụng ít xi măng, chỉ bằng
khoảng 25-30% so với bê tông thường, tốc độ thi công nhanh, nên giảm giá
thành, đạt hiệu quả kinh tế cao.

Nhược điểm của BTĐL là chống thấm kém.

Vì vậy, các đập bê tông đầm lăn kiểu cũ chỉ sử dụng BTĐL làm lõi đập, bao bọc
xung quanh là lớp vỏ bê tông thường chống thấm dày 2 - 3 m. Kết cấu đập kiểu
này thường gọi là “vàng bọc bạc”. Nó được sử dụng phổ biến ở hầu hết các nước
cho đến cuối thế kỷ XX.
Xu thế sử dụng bê tông đầm lăn chống thấm thay cho bê tông thường
được hình thành và phát triển mạnh ở Trung Quốc từ những năm 90 của thế kỷ
XX. Năm 1989, Trung Quốc là nước đầu tiên trên thế giới xây dựng thành công
đập trọng lực Thiên Sinh Kiều, cao 61 m, hoàn toàn bằng bê tông đầm lăn. Tính
đến 2004, Trung Quốc có hơn 10 đập bê tông mới kiểu này. Việc sử dụng BTĐL
chống thấm thay cho bê tông thường đem lại hiệu quả kinh tế cao nhờ đơn giản
hoá quá trình thi công.
Việt Nam bắt đầu nghiên cứu BTĐL từ những năm 90 của thế kỷ XX.
Năm 2003, Việt Nam khởi công xây dựng đập bê tông đầm/;;’’; lăn đầu tiên, đập
thủy điện Pleikrong, cao 71m, kết cấu “vàng bọc bạc”. Vài năm gần đây, Việt
Nam bắt đầu nghiên cứu áp dụng BTĐL chống thấm cao thay cho bê tông
thường để xây dựng đập bê tông trọng lực. Ví dụ: BTĐL công trình thủy lợi

Nước Trong ( đang xây dựng) dùng mác R90150B2 và R90200B6. Nhiều công
trình thủy điện dùng BTĐL chống thấm cao như thủy điện Sơn La ( mác R 365
200 CT10) , đang thiết kế thi công thủy điện Bản Vẽ, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4
và A Vương hoàn toàn BTĐL có độ chống thấm B6 đến B8.
Trung Quốc đã xây dựng thành công hàng chục công trình đập BTĐL cao từ 57
đến 132 m, sử dụng BTĐL chống thấm cấp phối 2 thay bê tông thường, cường
độ phổ biến 20 MPa, chống thấm đến B12 (bảng 1.2).


8

Bảng 1.2 Chiều dày lớp chống thấm BTĐL cấp phối 2 ở một số đập của Trung Quốc

TT

Tên công
trình

Loại đập

Chiều
cao đập
( m)

Mác bê tông
và mác
chống thấm

Chiểu dày
lớp chống

thấm lớn
nhất (m)

Tỷ lệ
với cột
nước

Trọng lực

131

R90 20B12

8

1/15

1

Giang Á

2

Miên Hoa
Than

nt

113

R90 20B8

7

1/15

3

Đại Triều Sơn

nt

111

R90 20B8

7

1/15

4

Bách Sắc

nt

130

R90 20B8

8

1/20

5

Hồ chứa số 2
sông Phân Hà

nt

88

R90 20B8

4

1/20

6

Thông Kê

nt

86,5

R90 20B6

5

1/15

7

Sơn Tử

nt

64,6

R90 10B6

4

1/15

8

Song Kê

nt

60

R180 20B6

3

1/15

9

Cao Châu

nt

57

R90 20B6

4

1/12

10

Vinh Địa

nt

57

R90 10B6

4

1/12

11

Phổ Đinh

vòm kép

75

R90 20B6

6,5

1/10,6

12

Sa Bài

vòm đơn

132

R90 20B8

11

1/10,5

13

Long Thư

vòm kép

80

R90 20B8

6,5

1/12

14

Lậm Hà Khẩu

vòm kép

100

R90 20B8

6

1/15

Kết quả thí nghiệm trong phòng của Công ty kiểm định vật liệu thuộc
Hiệp hội xi măng Canada tổng hợp ở bảng 2 cho thấy có thể chế tạo BTĐL chất
lượng cao (high performance roller compacted concrete) để làm đường, cường
độ trên 40MPa, hệ số thấm rất nhỏ, khoảng 10-13 m/s.

9

Bảng 1.3. Kết quả đánh giá BTĐL và bê tông thường để làm đường
Chỉ tiêu

Đơn vị

BTĐL

BT thường

kg/m3

300

360

104

155

1. Thành phần cấp phối
- xi măng
- Nước

3

l/m

3

- Cát

kg/m

849

815

- Đá 5-14mm

kg/m3

1222

1010

- Phụ gia giảm nước CATEXOL1000N

l/m3

0,6

-

- Phụ gia cuốn khí DAREX-EH

l/m3

-

0,047

- Phụ gia giảm nước BRDA-20

l/m3

-

0,576

3

l/m

-

0,418

- Chỉ số Vebe sau 10 phút

sec

60

-

- Chỉ số Vebe sau 30 phút

sec

90

-

- Phụ gia siêu dẻo ADVA 140
2. Tính chất hỗn hợp bê tông

3

- Dung trọng

kg/m

2476

2327

- Hàm lượng khí

%

-

7,0

- Độ sụt

mm

-

20

- Cường độ nén 3 ngày

MPa

44,9

30,4

- Cường độ nén 7 ngày

MPa

57,0

34,9

- Cường độ nén 28 ngày

MPa

66

44,8

- Cường độ uốn 3 ngày

MPa

5,6

5,0

- Cường độ uốn 7 ngày

MPa

7

4,9

- Cường độ uốn 28 ngày

MPa

8,3

5,5

- Độ hút nước

%

2,4

5,1

- Độ rỗng

%

6,0

11,2

- Hệ số thấm

m/s

5,0 x10-13

0,1 x 10-13

3. Tính chất bê tông đóng rắn

đến 14,0 đến 9,0 x
x 10-13

10-13


10

1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NÂNG CAO KHẢ
NĂNG CHỐNG THẤM CHO BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Ở
VIỆT NAM.

Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu trong phạm vi
phòng thí nghiệm một số biện pháp vật liệu nhằm nâng cao chống thấm cho
BTĐL nhằm đạt mác 200B6 như: sử dụng phụ gia hóa học (phụ gia hoá dẻo
Plastiment 96, phụ gia siêu dẻo Viscocrete 3000, phụ gia cuốn khí Sika Aer, phụ
gia kéo dài đông kết TM 30); sử dụng phụ gia khoáng (Tro bay Phả lại đã sử lý
có lượng mất khi nung dưới 6%; Puzơlan Gia Quy - Vũng Tàu; sử dụng hóa
chất kết tinh ( Indoseal) để quét bề mặt ; trộn mạt đá để tối ưu hóa thành phần
hạt cốt liệu nhỏ. Đã rút ra một số kết quả đáng chú ý sau đây:
Với lượng dùng xi măng tương đương thì cấp phối thì BTĐL dùng tro bay
có độ chống thấm cao hơn so với dùng pudolan 1-2atm. Đó là vì tro bay có cấu
tạo hạt hình cầu, bề mặt nhẵn, có lợi cho tính lưu động của BTĐL., trong khi các
hạt pudolan có bề mặt xù xì thô ráp, đòi hỏi tăng lượng nước trộn.
Việc sử dụng phụ gia hoá dẻo, siêu dẻo và chậm đông kết kết làm giảm rõ
rệt N/CKD, từ 0,58 xuống 0,53 và 0,48 dẫn đến nâng cao rõ rệt độ chống thấm
của BTĐL. Nếu dùng phụ gia siêu dẻo thế hệ 3 thì cường độ có thể tăng hơn 1,5
lần so với đối chứng
Các mẫu BTĐL được quét phụ gia kết tinh có thể tăng độ chống thấm lên
1 cấp (2atm) so với mẫu đối chứng. Các phụ gia kết tinh tương tự như Indoseal
thẩm thấu vào bê tông và phản ứng với Ca(OH)2 có trong bê tông, làm tăng độ
cứng bề mặt và tăng chống thấm.
Khi sử dụng cát sông tự nhiên làm cốt liệu nhỏ cho BTĐL, cần bổ sung
hạt mịn dưới sàng 0,14mmm. Bằng cách phối hợp cát tự nhiên sông Lô với mạt
đá Hòa Thạch, đã đưa cấp phối hạt của cát hỗn hợp về sát vùng tối ưu khuyến
cáo theo EM 1110-2-2006, giảm độ rỗng của cát, dẫn đến giảm lượng dùng xi
măng so với đối chứng.


11

Sử dụng đồng thời các phụ gia khoáng, phụ gia hóa và tối ưu hóa thành

phần cốt liệu nhỏ có thể tạo ra một số cấp phối BTĐL mác 200 B6 ( xem bảng
1.4). Cấp phối 5 và 6 được coi là kinh tế kỹ thuật tốt nhất, có lượng xi măng
thấp tương đương mẫu cấp phối 2 của mác R90200B6 tại công trình Phổ Định,
Trung Quốc (1993) .
Bảng 1.4- Sử dụng phụ gia trong một số cấp phối BTĐL chống thấm

Mẫu

XM,
kg/m3

Tro
bay,
kg/m3

Puzơlan
kg/m3

PG

PG

Hóa

Mạt

hóa

siêu

chất kết

đá,

dẻo

dẻo

tinh

kg/m3

kg/m kg/m

kg/

3

3

m3

R90,
daN/
cm2

CT,
atm

1

85

147

-

-

-

2,32

-

396

8

2

90

-

156

-

-

2.32

-

273

6

3

85

147

-

-

1,4

-

0,2

317

6

4

90

-

156

-

1,4

-

0,2

234

6

5

85

125

-

35

1,4

-

-

238

6

6

95

-

130

40

1,5

-

-

238

6

 Một số biện pháp vật liệu áp dụng tại công trình thực tế

a). Công trình Định Bình
Công trình Định Bình (Bình Định) là công trình thủy lợi đầu tiện ở Việt
Nam được thi công theo công nghệ bê tông đầm lăn, khởi công năm 2006, hoàn
thành năm 2008. Đập được thiết kế theo phương án tường bê tông cốt thép
chống thấm M250 B8 ở phía thượng lưu, tiếp theo là lớp BTĐL chống thấm
M200B4 và cuối cùng là BTĐL trọng lực M150B2.
Viện Khoa học thủy lợi đã tiến hành lựa chọn vật liệu và thiết kế cấp phối
BTĐL mác 150B2 và 200 B4 của công trình Định Bình.


12

Hình: 1.1: Mẫu khoan nõn RCC tại đập Định Bình – Kiểm tra cường độ
nén và mác thấm

Hình 1.2: Xử lý chống thấm cho thân đập - Đập Định Bình
Vật liệu được chọn sử dụng gồm: Xi măng PCB 40 Nghi Sơn, PCB 40
Bỉm Sơn, cát vàng sông Côn có mô đun độ lớn 2,8-3,1; đá dăm gốc granit. Phụ


13

gia hóa dẻo

Plastiment 96 và phụ gia chậm đông kết TM 20 của hãng SIKA

Việt Nam..
Các biện pháp vật liệu được áp dụng bao gồm: sử dụng phụ gia hóa dẻo
để giảm nước trộn, giảm lượng dùng xi măng. Phụ gia chậm đông kết có tác
dụng kéo dài thời gian bắt đầu đông kết của BTĐL trên 12 giờ, nhằm tăng

cường liên kết giữa các lớp trong quá trình thi công. Sau thời gian nghỉ giãn
cách, trước khi đổ chồng lên khối BTĐL đóng rắn, dùng vữa liên kết rải lên bề
mặt BTĐL cũ đã được làm sạch. Mác vữa liên kết cao hơn mác bê tông nền 50
Tro bay được dùng với tỷ lệ cao so với xi măng, xấp xỉ 1:1, nhằm

daN/cm2.

bổ sung nguồn hạt mịn thiếu hụt trong cát tự nhiên và tăng thể tích hồ xi măng
để tăng độ chống thấm. Biện pháp dùng tro bay bù vào lượng hạt mịn còn thiếu
trong cát tự nhiên, tuy không tối ưu, nhưng hợp lý vì phù hợp khả năng chuẩn bị
vật liệu và trình độ thi công công trình lúc đó. Pudolan được dùng như biện
pháp dự phòng, thay thế tro bay khi cần thiết.
Cấp phối BTĐL và vữa liên kết của công trình Định Bình nêu ở bảng 1.5 và 1.6
Bảng 1.5- Thành phần cấp phối BTĐL Định Bình
Mác

XM,

BT

kg

Tro
bay,
kg

Nước, Cát,
lit

kg

Đá 5-

Đá 20-

Đá 40-

20mm, 40mm, 60mm,
kg

kg

Kg

Phụ

Phụ

gia

gia P-

TM20,

96,

lit

lít

150B2

105

140

122

772

526

215

600

2,1

0

150B2

70

175

110

772

531

219

605

1,47

0,42

200B4

126

141

132

746

852

468

0

2,25

0

14

Bảng 1.6: Thành phần cấp phối vữa liên kết công trình Định Bình

Mác

XM,

vữa

kg

Tro
bay,
kg

Độ

Khối

Nước,

Cát,

lưu

lượng thể

lit

kg

động,

tích

cm

kg/m3

Cường độ
nén 7 ngày,
daN/cm2

Cường
độ nén
28 ngày,
daN/cm2

25

580

200

370

978

22

215

235

310

20

512

170

360

1092

21

2134

200

248

Trong quá trình thi công, các cấp phối trên đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra,
đảm bảo tính công tác VC, cường độ, độ chống thấm thiết kế.
b). Công trình Nước Trong
Đập đầu mối Nước Trong (Quảng Ngãi) là công trình thủy lợi đầu tiên

thiết kế hoàn toàn bằng BTĐL, không có tường chống thấm bằng bê tông thường
ở thượng lưu. Đập cao 69m, kết cấu chống thấm gồm tường BTĐL biến thái phía
thượng lưu dày khoảng 1m , tiếp đến là BTĐL mác 200B6, cuối cùng là BTĐL
mác 150 B2..

Hình 1.3: Mẫu khoan xác định mác

Hình 1.4: Thí nghiệm nâng cao khả năng

thấm bê tông tại HCN Nước Trong

chống thấm cho bê tông RCC tại Nước
Trong dùng hỗn hợp chống thấm XYPEC


15

Cũng tại công trình nước Trong, Bộ Nông nghiệp và PTNT cho phép thử
nghiệm mác BTĐL 200B8 tại một số khoảnh đổ tại đập . Việc thử nghiệm này
nhằm rút kinh nghiệm cho các công trình có yêu cầu chống thấm cao trong tương
lai. Đồng thời góp phần hoàn thiện cấp phối mác 200B6 của công trình.
Các giải pháp vật liệu áp dụng cho công trình Nước Trong gồm: sử dụng
phụ gia hóa dẻo giảm nước thế hệ mới 2000 AT để giảm lượng xi măng; kéo dài
thời gian bắt đầu đông kết của bê tông ít nhất 12 giờ bằng phụ gia chậm đông kết
TM 25 để tránh sinh khe lạnh trong thi công; sử dụng bột đá dolomit Phủ Lý
thay cho một phần tro bay để tăng độ chống thấm; sử dụng phụ gia khoáng tro
bay Phả Lại với lượng thích hợp để đảm bảo đủ lượng hồ xi măng trong bê tông;
dùng vữa liên kết có mác cao hơn BTĐL một cấp ( 5 Mpa) để xử lý bề mặt tiếp
giáp giữa các khối đổ; quét phủ bề mặt thượng lưu khi hoàn thiện bằng hóa chất
kết tinh XYPEC để tăng chống thấm .

Dưới đây là một số kết quả cụ thể lựa chọn vật liệu và tối ưu hóa thành
phần cấp phối BTĐL chống thấm
 Thiết kế cấp phối BTĐL 200B8 thử nghiệm
Vật liệu sử dụng cho BTĐL thử nghiệm 200B8 được lấy từ công trình
Nước Trong, gồm: Xi măng Kim Đỉnh PC 40; Cát vàng sông Nước Trong, có
lượng sót sàng 0,14mm dưới 1%; Đá dăm gốc gnai-granit, khai thác tại mỏ Sơn
Trung 2, phân cỡ 5-20mm và 20-40mm; Phụ gia khoáng hoạt tính dùng tro bay
Phả Lại chất lượng tốt, có lượng mất khi nung dưới 6%, chỉ số hoạt tính 28 ngày
đạt trên 78%; Phụ gia hóa học dùng loại hóa dẻo chậm đông kết và siêu dẻo
chậm đông kết có bán sẵn ở Việt Nam.
Trong thiết kế ban đầu mác BTĐL mác 200B6 ( năm 2008), Viện Khoa
học thủy lợi dùng tro bay và pudolan để bổ sung hạt mịn cho cát tự nhiên, giống
như thiết kế BTĐL Định Bình. Điều này thuận tiện cho thi công nhưng chưa tối
ưu về mặt sử dụng vật liệu, vì tro bay và pudolan có độ mịn cao, dẫn đến tăng
lượng nước trộn yêu cầu. Vì vậy, khi thiết kế mác BTĐL 200B8, chúng tôi sử


16

dụng sử dụng bột đá dolomit Phủ Lý thay cho một phần tro bay, nhằm bổ sung
hạt mịn cho cát tự nhiên. Thành phần hạt của bột đá đựơc chọn thông qua thực
nghiệm, sao cho phù hợp với cát cụ thể. Đối với cát sông Nước Trong, bột đá
cần có lượng sót sàng 0,14mm không quá 5% . Độ lưu động của BTĐL chọn cao
hơn so với Định Bình một chút ( VC không quá 9-10 sec)
Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc dùng bột đá làm chất độn thay một
phần tro bay có thể nâng cao chống thấm cho BTĐL. Với lượng dùng xi măng
115 kg/m3 có thể đạt mác 200B8, tương đương mẫu BTĐL một số công trình đã
xây dựng của trung Quốc.
 Hiệu chỉnh cấp phối 200B6
Lượng dùng xi măng ban đầu của cấp phối mác 200B6 là 125 kg/m3. Năm

2009 Phòng nghiên cứu vật liệu (Viện Thủy công- Viện Khoa học thủy lợi Việt
Nam) bổ sung thành phần bột đá, hiệu chỉnh các cấp phối BTĐL mác 200B6.
Kết quả là giảm lượng dùng xi măng 20 kg/m3 so với cấp phối ban đầu (bảng
1.7).
Việc thiết kế và sử dụng vữa liên kết mác M25 tiến hành tương tự như đối
với công trình Định Bình.
Bảng 1.7: Cấp phối BTĐL mác 200B6 và 200B8 công trình Nước Trong
Mác

XM,

BT

kg

Tro

Bột

bay,

đá,

kg

kg

Cát,
kg

Đá 5-

Đá 20-

20mm, 40mm,
Kg

kg

Nước,
lít

PGchậm
đông
kết, lít

PG
giảm
nước,
lít

200B6

125

218

0

713

672

668

115

0,5

0,8

200B6*

105

135

142

661

751

620

113

1,0

0,6

200B8

115

127

143

653

754

616

115

0,8

1,38

Kết quả thi công thí nghiệm đầm nén hiện trường tại công trình Nước
Trong chứng minh các cấp phối 200B6 hiệu chỉnh và 200B8 đạt yêu cầu thiết kế
và đảm bảo thi công thuận lợi (bảng 1.8) Từ kết quả này, Viện KHTL Việt Nam