Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của bêtông đặc biệt dùng thi công trực tiếp trong môi trường nước

-1-

MỞ ĐẦU
Khi mới xuất hiện bêtông cốt thép được xem là vật liệu bền vững theo
thời gian. Qua nhiều thập niên sử dụng bêtông cho các công trình xây dựng,
người ta mới nhận ra rằng bêtông là vật liệu không đặc chắc hoàn toàn trong cấu
trúc. Sự tác động qua lại giữa bê tông và bêtông cốt thép với môi trường là phức
tạp và chúng không đủ độ ổn định dẫn đến kết cấu bị ăn mòn và phá vỡ.
Hỗn hợp bê tông là sự phối hợp giữa các thành phần vật liệu khác nhau
như ximăng, cát, đá, nước, có hoặc không phụ gia…được phối hợp theo một tỷ lệ
hợp lý, nhào trộn đồng đều qua thời gian đông kết và rắn chắc tạo thành bê
tông.Việc xác định tỷ lệ cấp phối và yêu cầu chất lượng của hỗn hợp bê tông
không những đảm bảo được các tính năng kỹ thuật của bê tông ở những tuổi
nhất định mà còn thoả mãn các yêu cầu của công nghệ sản xuất, liên quan đến
việc lựa chọn thiết bị tạo hình, cách đổ, đầm chặt và các chế độ công tác khác…
Vật liệu bê tông thường giòn, nặng, cường độ chịu kéo và uốn kém.Trong
quá trình rắn chắc, chúng bị co ngót, tỏa nhiệt, mất nước để lại nhiều lỗ rỗng.
Việc đổ bê tông trong môi trường nước và ninh kết, đóng rắn của bê tông rất khó
khăn. Lượng ximăng mất đi do rửa trôi khoảng 20%, các phản ứng thủy hóa của
ximăng không hoàn toàn (chậm, không đủ cường độ yêu cầu…), tốc độ đông
cứng của bêtông trong nước kéo dài gấp đôi so với khi sử dụng trong không khí .
Do đó, khi thiết kế cho các công trình dưới nước thường cường độ bê tông chỉ đạt
50 – 55% so với cường độ thiết kế .Việc thi công ho bê tông khó khăn nhưng vẫn
không đảm bảo cường độ và độ đặc chắc yêu cầu.
Chính vì vậy “Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của bê tông đặc
biệt dùng thi công trực tiếp trong môi trường nước” bằng việc sử dụng phụ
gia poly mer vào bê tông là một phương pháp chống chảy rửa cho bê tông dưới
nước được xem như một giải pháp tối ưu.


-2-

CHƯƠNG 1
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHỐNG CHẢY RỬA KHI THI
CÔNG DƯỚI NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
1.1. THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP KHI THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH
DƯỚI NƯỚC
Công trình bê tông dưới nước (BTDN) chịu nhiều mối nguy hại đặc biệt
về cấu trúc. Vấn đề khi thi công BTDN là sự rửa trôi thành phần chất kết dính.
Sự rửa trôi làm giảm tính đặc chắc về cấu trúc và ảnh hưởng đến độ bền lâu dài.
Một giải pháp đối với vấn đề này là thi công hệ kết cấu để ngăn nước và thi
công bê tông . Cách tiến hành trên mất nhiều thời gian và chi phí. Phương pháp
thi công thay thế là phương pháp bơm bê tông bằng ống tremie cung cấp cho các
kỹ sư phương pháp thi công tại chỗ. Tuy nhiên, việc thiết kế hỗn hợp bê tông
phải được thực hiện bằng những thí nghiệm ở trong phòng và tại công trường
sau đó thi công bê tông . Để điều chỉnh sự rửa trôi chất kết dính, chúng ta phải
thiết kế hỗn hợp bê tông với thành phần có lượng dùng hợp lý phụ gia chống
chảy rửa (PGCCR).Việc thi công BTDN được dùng cho những công trình trên
diện tích rộng như dưới biển ….
Đối với việc thi công bê tông dưới nước, phương pháp thi công hợp lý rất
quan trọng, vì chất lượng của bê tông phụ thuộc vào phương pháp thi công.
Sự phát triển của công nghệ trong vấn đề thi công BTDN đạt được bằng
các thiết bị và sử dụng những phụ gia hóa học đặc biệt để hạn chế sự phân tầng
và rửa trôi chất kết dính khi tiếp xúc với nước
Các công trình biển như: Bến tàu, cảng… , việc thi công bê tông dưới nước
sử dụng phương pháp bơm trực tiếp bằng đường ống. Với phương pháp này, mục


-3-

tiêu là hạn chế sự tiếp xúc giữa nước và chất kết dính để ngăn ngừa bê tông

khỏi bị phân tầng.
Nguyên tắc thiết kế và thi công xây dựng các công trình ngập nước, là
thiết kế loại bê tông sử dụng trong môi trường nước để chống lại các tác động
lý-hoá do môi trường nước gây ra.
Trong thời gian gần đây, những cấu kiện bê tông ở cảng, cầu và công
trình biển có phạm vi sử dụng lớn hơn, việc sử dụng BTCCR để đảm bảo tốt cho
việc thi công dưới nước đã trở nên gia tăng. Những yêu cầu chính cho BTCCR
là chống chảy rửa hay chống lại sự phân tầng, khả năng tự chảy, tự san bằng và
điều chỉnh độ tách nước. Việc nâng cao tính bền, tính thấm nhỏ nhất, hỗn hợp
đồng nhất cao, chống các tác nhân xâm thực từ môi trường cho bê tông và bê
tông cốt thép. Một loại bê tông mới dựa trên nền khoa học nhằm cải tiến cường
độ (nén, kéo, uốn) và độ đặc chắc của bê tông thông thường, đó là BTCCR trong
môi trường nước.
Tuy nhiên, BTCCR lại khác với quan niệm từ các phương pháp thi công
trên là cải thiện tính chất của hỗn hợp bê tông tươi. Được thể hiện bằng độ nhớt
và sự chống phân tầng dưới sự chảy rửa của nước bằng cách sử dụng PGCCR.
Hiệu quả của việc sử dụng phụ gia không những tăng cường sự vững chắc cho bê
tông thi công dưới nước, mà còn góp phần bảo vệ môi trường trong khu vực xây
dựng công trình.
Những tính chất này sẽ làm cho việc thi công được thuận lợi hơn so với sử
dụng bê tông thông thường; nhất là đối với những công trình đòi hỏi sự vững
chắc cao, công trình dưới dòng nước chảy và công trình kéo dài trên một phạm
vi rộng và đòi hỏi khả năng tự san bằng. Hơn nữa, việc thi công các công trình
này sẽ khó khăn khi sử dụng bê tông thông thường. Để chế tạo được bê tông có
chất lượng và kết cấu làm việc đạt yêu cầu, việc xem xét thành phần hỗn hợp ,


-4-

trộn, vận chuyển và thi công bê tông là cần thiết khi sử dụng BTCCR . Đặc biệt,

khi chế tạo bê tông , thời gian sẽ dài và máy trộn cũng lớn hơn để phân tán đều
PGCCR. việc thi công bê tông bằng phương pháp bơm, cần xem xét thiết kế
phương án thi công như: thiết bị, khoảng cách …. vì sự cản trở bơm sẽ tăng khi độ
nhớt của hỗn hợp bê tông cao hơn.
BTCCR được sử dụng trong nhiều phạm vi khác nhau của công trình dưới
nước (cả nước ngọt và nước biển), nơi mà những đặc tính của nó (chống rửa trôi,
khả năng tự điền đầy và khả năng tự san bằng) là những thuận lợi lớn.
Tuy nhiên, đối với những kết cấu sau không được sử dụng loại bê tông
này:
- Kết cấu nằm bên trên mặt nước.
- Kết cấu có thể tiếp xúc với không khí.
- Bê tông ứng lực trước.
- Tường chắn.
Điều kiện thi công đối với loại BTCCR là nước có dòng chảy vận tốc
dưới 5 cm/s, chiều cao rơi thấp hơn 50 cm và khoảng cách chảy không quá 5m.
PGCCR là phụ gia hóa học mà liên kết nước tự do trong hỗn hợp bê tông
và làm giảm sự mất mát vật liệu mịn bị rửa trôi vào nước trong suốt quá trình thi
công bê tông. PGCCR polymer-cement (P-X) có tỷ lệ từ 0.2-2.0% đối với bê
tông xi măng thông thường.
Sự phát triển của những phụ gia này được tập trung trước đây ở Bắc Âu,
nhưng gần đây phát triển ở Nhật Bản và Mỹ. Phụ gia chứa một phần hoặc tất cả
thành phần sau: các polymer trọng lượng cao phân tử, phụ gia giảm nước phạm
vi rộng, những dẫn xuất của cellulose và keo nhựa thông.
Lượng dùng lớn của PGCCR cung cấp bê tông có độ dính kết thích hợp
ngăn ngừa rửa trôi và phân tầng trong suốt quá trình thi công. Số lượng lớn của


-5-

PGCCR làm tăng giá thành của bê tông. Hỗn hợp bê tông đủ dính kết để duy trì

độ đồng nhất khi rơi tự do trong nước và đủ khả năng chảy để tự san bằng. Bê
tông sử dụng PGCCR thường dính (quánh), nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ của
lượng nước, phụ gia khác nào đó và thường hay bị dính, khó tháo ra khỏi thiết bị.
PGCCR kết hợp với phụ gia giảm nước và phụ gia cuốn khí nên được
kiểm tra về khả năng tương thích.
1.2.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN BTCCR KHI THI CÔNG
DƯỚI NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC [12]
1.2.1. PGCCR RHEOMAC UW 450 [20]
Phụ gia sử dụng chống chảy rửa cho bê tông RHEOMAC UW 450 dựa
trên nền chất lỏng cellulose. Bê tông có chứa phụ gia Rheomac UW450 chống
chảy rửa chất kết dính (CKD) và cốt liệu nhỏ tốt hơn, cản trở việc rò rỉ vật liệu
mịn đối với hỗn hợp bê tông.
Đặc điểm của phụ gia Rheomac UW 450:
- Giảm chảy rửa CKD và cốt liệu nhỏ.
- Giảm sự phân tầng, độ lưu động cao, tỷ lệ nước đối với CKD cao.
- Tính lưu biến làm cứng bê tông sau khi thi công.
Chảy rửa được xác định bởi tiêu chuẩn Army Corps of Engineers CRDC61, “Test Method for Determining the Resistance of Freshly Mixed Concrete to
Washing out in Water”. Kết quả thí nghiệm cho thấy việc thêm vào PGCCR cho
bê tông Rheomac UW 450 làm giảm đáng kể việc chống chảy rửa cho xi măng
và cốt liệu nhỏ, so với bê tông mà không dùng nó.


-6-

Hình 1.1: nh hưởng của phụ gia UW 450 đến sự chảy rửa của BTDN
12
10
% sự mất khối
lượng

8
6
4
2
0

Mẫu đối
chứng

850ml/100kg 975ml/100kg1200ml/100kg

% hàm lượng phụ gia(ml/100kg)

- Xi măng: 386 kg/m3
- W/C = 0.49
- Độ sụt: 100 ± 10 mm.
Độ sụt:
Bê tông thi công dưới nước có độ sụt từ 20-25 cm, khi phụ gia Rheomac
UW450 được thêm vào, việc giảm độ sụt được lưu ý. Việc thêm phụ gia siêu hóa
dẻo có thể để đạt độ sụt theo yêu cầu của thi công. Đánh giá về độ sụt khoảng
60 phút cho thấy, Rheomac UW450 không ảnh hưởng ngược lại về việc duy trì
độ sụt.
Hàm lượng khí:
Hàm lượng phụ gia cuốn khí cao hơn để đạt được hàm lượng khí mong
muốn khi sử dụng phụ gia Rheomac UW450.
Thời gian đông kết:
Phụ gia Rheomac UW450 không ảnh hưởng đến thời gian đông kết của bê
tông khi dùng từ 260-780 ml/100 kg. Thời gian đông kết có thể kéo dài khi hàm
lượng dùng vượt quá 780 ml/100 kg.

-7-

Cường độ chịu nén :
Sử dụng phụ gia Rheomac UW450 Bê tông đđạt cường đđộ cao vì sự
chảy rửa giảm. Hầu hết hỗn hợp bê tông dưới nước tương ứng với tiêu chuẩn
ACI 304R, “Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete”.
Khi cần thiết, tỷ lệ nước đvới chất kết dính có thể thấp hơn để đạt đđược kết quả
mong muốn.
1.2.2. SỰ KHÔNG PHÂN TÁN CỦA BÊTÔNG DƯỚI NƯỚC SỬ DỤNG
PHỤ GIA POLYMER [18]
Các công trình bê tông ở biển, thi công BTDN được bơm bằng ống tremie.
với phương pháp thi công trên cho thấy xu hướng bị phân tầng dưới tác động của
dòng chảy, những kỹ thuật thi công được cải tiến trở nên cần thiết. Mặt khác,
những đặc tính của BTDN không bị phân tán có tính nhớt cao được phát triển
trong phạm vi lớn. Quan trọng hơn, bê tông không bị phân tán dưới nước được
cho phép rơi tự do trong nước nhờ trọng lượng bản thân mà không bị phân tầng
hoặc chảy rửa xi măng khi dùng phụ gia polymer thích hợp.
Trong điều kiện này, nhiều tác giả cũng đã phát triển loại BTDN gọi là
JOILUC (Jointless underwater concrete). Ngoài những đặc tính trên, JOILUC
không cần thi công mối nối liên kết đối với những công trình có thời gian thi
công dài, có tính lưu động cao nhờ sử dụng PGSD thích hợp và ứng dụng cho cấu
kiện bê tông cốt thép mà không cần gia công chấn động.
Đặc tính không bị phân tán của bê tông nhờ polymer tan được trong nước
sử dụng như tác nhân làm tăng tính nhớt và khả năng chảy cao dưới tác dụng của
chất siêu dẻo dạng polymer.
Việc làm tăng tính nhớt của nước trộn khi thêm vào polymer tan được
trong nước tăng cường sự chống phân tầng của bê tông đối với nước. Những thí

-8-

nghiệm sử dụng vữa với tỷ lệ N/X = 0.50 và 1 đến 2 để xem xét sự làm việc của
những polymer tan được trong nước là tác nhân làm tăng độ nhớt.
Một thí nghiệm để xác định sự chống phân tầng của bê tông đã được thực
hiện tiếp theo bằng cách sử dụng hroxy propyl metyl cellulose (HPMC),
hroxyl ethyl cellulose (HEC) và polyethylene oxidic (PEO). Thành phần hỗn
hợp và những kết quả của cuộc thí nghiệm đã được cho ở bảng 1.1 và bảng 1.2.
Bảng 1.1 : Thành phần cấp phối của BT sử dụng PGCCR
Tỷ lệ N/X (%)

Phần trăm cát C/(C+Đ)

55

48

Nước

Xi măng

Cốt liệu nhỏ

(lít)

(kg)

(kg)

220

400

769

Cốt liệu
lớn
(kg)
855

Bảng 1.2 : Kết quả của thí nghiệm sự chống phân tầng
STT thành phần hỗn hợp

1

Polymer tan trong nước
Hàm lượng
(Khối lượng%/XM)
(Khối lượng%/nước)
Độ nhớt của nước trộn(N.s/m2)
Độ sụt (cm)
Hàm lượng khí (%)
Tỷ lệ cường độ chịu nén
Độ chống phân tầng
O:Tốt ∆: Yếu

2

3

4

HPMC

5

6

HEC

7

PEO

HPMC HEC

0.6
1.09
1.2
19.8
5.0
0.61

0.75
1.36
2.90
20.2
5.2
0.75

1.2
2.18
16.0
20.5
4.8
0.90

0.35
0.64
0.80
20.2
4.8
0.52

0.55
1.00
2.67
21.4
4.7
0.78

0.5
0.91
0.77
19.5
5.3
0.45

1.0
1.82

7.80
21.0
4.5
0.76

Χ

∆

Ο

Χ

∆

Χ

∆

Χ : Bất thường

8

0.6
0.5
1.09
0.91
34.0
20.0
4.6

0.90
O

-Độ nhớt của dung dịch polymer 1% HPMC, HEC và PEO lần lượt là 0.72, 2.67
và 1.26 N.s/m2
-Thành phần hỗn hợp là số 3. hàm lượng tính theo chất rắn


-9-

Bảng 1.3: Kết quả của thí nghiệm tính chất BTCCR sử dụng PGSD
Phụ gia siêu dẻo
Hàm lượng(Khối lượng%/XM)
Độ sụt (cm)
Độ bẹt (cm)
Hàm lượng khí (%)
Tỷ lệ cường độ chịu nén

MS
0.4
0.8 1.6
2.4
23.0 24.5 25.5 26.5
41.0 47.0 54.0 59.8
4.6
4.7 5.2
5.5
0.90 0.93 0.90 0.95

NS

0.4 0.8 1.6
22.6 23.8 23.2
40.0 42.5 41.5
4.8 5.8 7.0
0.89 0.90 0.90

2.4
22.0
37.5
7.8
0.88

MS: Melaminesulfunic acid formaldehyde high condensate
NS: Naphthalene sulfonic acid formaldehyde high condensate
Bảng 1.4:Phụ gia, AKLITH 12
Thành Phần chính

-Tác nhân tăng tính nhớt - HPMC
- Phụ gia siêu dẻo – MS
- Chất làm chậm đông kết – LG
Bột màu vàng

Bề ngoài
Trọng lượng riêng
0.41
Biểu kiến
1.45
Thực
0
PH (20 C, 5h)

8.0
0
Ig.loss (105 C, 5h)
4.5%
2.8% phần cặn
Độ mịn
(Tiêu chuẩn JIS Z8801 cỡ sàng 0.3mm)
LG: Lignosulfonate
Ở đây, tác nhân làm giảm khí được thêm vào để điều chỉnh hàm lượng khí
trong phạm vi từ 4-6%. Tính nhớt của nước trộn, đó là 1 dung dịch nước của
polymer đã được đo bằng máy đo nhớt kế dạng có cánh khuấy. Những mẫu thử ở
trên không khí đã được đúc theo tiêu chuẩn JIS A 1132 và những mẫu thử dưới
nước đã được đúc với việc thi công tự do trong nước với khoảng cách 30 cm.
Hình 1.2: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa độ nhớt của nước trộn và tỷ lệ
cường độ chịu nén của mẫu thử dưới nước so với trên không khí. Ta có thể thấy
rõ ràng phạm vi độ nhớt của nước trộn vượt quá xấp xỉ 5 N.s/m2, tỷ lệ cường độ
sẽ vượt hơn 0.80, mà điều này chỉ rõ việc tăng cường trong việc chống lại sự


- 10 -

phân tầng bất kể loại polymer nào được sử dụng. Như đã được chú ý ở trên, 3
loại polymer này đã chứng minh được sự hiệu quả nhất. Theo đó, HPMC đã
được sử dụng thử để làm tác nhân tăng tính nhớt.
Hình 1.3 : Đồ thị thể hiện độ nhớt của hỗn hợp nước trộn không sử dụng
PGSD khi hàm lượng HPMC tăng. Độ nhớt của hỗn hợp nước trộn chứa HPMC
và MS được so sánh với hỗn hợp nước trộn chỉ có HPMC có khuynh hướng giảm
. Nói khác đi độ nhớt của hỗn hợp nước trộn có chứa HPMC và NS gia tăng
nhanh và lớn khi tỷ lệ giữa HPMC/N hơn 0.3%. sự gia tăng này do sản phẩm gel
của quá trình phản ứng giữa HPMC và NS. Sự kết hợp giữa HPMC và NS là

không bình thường do sản phẫm gel làm hỏng tính dễ chảy của hỗn hợp và đó là
nguyên nhân làm cho không có tác dụng.
Từ những thí nghiệm trên sự kết hợp giữa HPMC và MS là thành phần cơ
bản của phụ gia sử dụng cho BTCCR.

Tỷ lệ cường độ chịu nén

Hình 1.2 : Sự thay đổi tỷ lệ

Rdn
đối với độ nhớt của nước trộn
Rkk

HPMC
HEC
PEO

Độ nhớt của nước trộn (N.s/m2)


- 11 -

Hình 1.3 : Sự thay đổi độ nhớt của nước trộn đối với PGSD

Độ nhớt (N.S/m2)

Không sử dụng PGSD

Hàm Lượng

NS

MS

0.5%
1.0%
2.0%
3.0%

Hàm lượng của HPMC (%)

Quan hệ giữa cường độ chịu nén của mẫu thử được đúc ở trong không khí và của
mẫu thử được đúc ở trong nước được thể hiện ở Hình 1.4. Mẫu thử trong không
khí đã được đúc mẫu theo JIS A 1132 và mẫu thử trong nước được thi công
khuôn với chiều cao rơi 30 cm. Những kết quả cho thấy khả năng chống phân
tầng tốt trong suốt quá trình thi công dưới nước. Tỷ lệ cường độ chịu nén giữa
mẫu thử trong không khí và dưới nước là từ 0.85-1.0 bất kể loại xi măng hoặc
thành phần hỗn hợp bê tông nào được sử duïng.


- 12 -

Hình 1.4 : Sự thay đổi về Rdn và Rkk đối với loại XM dùng cho BTCCR

Cường độ chịu nén của mẫu dưới nước
b (MN/m2 )

60

XM Pooclăng thông thường

XM xỉ lò cao, loại B
XM tro bay, loại B

50

40

lúc 7 ngày đến 91 ngày

30

a
b/

20

=

b /a

1

=

5
0.8

10

0

20

10

30

40

Cường độ chịu nén của mẫu trên cạn
a(MN/m2)

50

60

Hình 1.5 cho thấy quan hệ giữa hàm lượng phụ gia được gọi là AKLITH
12 dùng cho BTDN và tỷ lệ cường độ chịu nén của mẫu thử dưới nước so với
trong không khí theo chiều cao rơi xuống nước.

Tỷ lệ cường độ chịu nén của mẫu dưới nước
và trên cạn

Hình 1.5 : Sự thay đổi của Rdn/Rkk vào hàm lượng phụ gia

1.0
0.8

chiều cao đổ bê
tông dưới nước

0.6

0.3 m
0.5 m
1.0 m

0.4
0.2
0

0

1

2

3

4

5

6

7

Hàm Lượng Phụ Gia (kg/m3)

8

- 13 -

Ta thấy rõ ràng khi sử dụng càng nhiều lượng phụ gia thì tỷ lệ càng lớn.
Nếu bê tông sử dụng hơn 7kg/m3 phụ gia, tỷ lệ thậm chí lớn hơn 0.9 khi rơi ở
chiều cao 1m. Vấn đề chính đối với bê tông này là việc thi công nên được thực
hiện thông qua ống tremie để ngăn ngừa sự rơi tự do của bê tông trong nước, để
làm giảm sự phân tầng xuống mức thấp nhất có thể.
Thí nghiệm ở phạm vi lớn hơn
Những kết quả ở phòng thí nghiệm đã khẳng định rằng BTDN đảm bảo chất
lượng như đối với bê tông thông thường ở trong không khí .
Vài thí nghiệm ở phạm vi rộng hơn được tiến hành, sử dụng những ván
khuôn lớn để đánh giá độ lưu động và chất lượng của bê tông này khi nó được
ứng dụng vào cấu kiện thực tế.
Những yêu cầu chính đối với bê tông khi thử nghiệm ở phạm vi lớn
(1) Cường độ bê tông f c' phải lớn hơn 23.5 MN/m2 ở tuổi 28 ngày.
(2) Những vết nứt do nhiệt không được phép đối với bê tông khối lớn
(3) Bê tông phải chảy được qua những thanh thép dày đặc mà không có
bất kỳ lỗ trống nào khi ứng dụng cho bê tông cốt thép.
(4) Khoảng cách lớn nhất cho phép giữa những ống tremie phải được xác
định để đảm bảo chất lượng bê tông.
Khi xem xét những yêu cầu này, Xi măng Portland xỉ lò cao, loại B đã
được sử dụng bởi vì sự chống ăn mòn sulfate và nhiệt thủy hóa thích hợp.


- 14 -

Bảng 1.5 Thành Phần hỗn hợp BTCCR dùng XM xỉ lò cao loại B
Xi măng

MS dạng thô (mm)
Độ bẹt (cm)
Hàm lượng khí (%)
N/X (%)
% cát/đá (%)
Khối lượng đơn vị (kg/m3)
Nước
Xi măng
Cát
Đá
Phụ gia
PGSD MS
Hàm lượng MS ở dạng rắn
BSC: XMP xỉ lò cao, loại B

BSC
20
50-60
3±1
48
42
206
430
669
947
7
3.10

Kết quả của cuộc thí nghiệm với bê tông trộn sẵn sau khi cho phụ gia siêu
dẻo . Những kết quả đã đạt được với sự thay đổinhỏ. Đường dốc bề mặt của bê

tông đã được thể hiện khi 10 lần thi công ở Hình 1.6 . Phụ thuộc vào độ dốc khi
v=0.4 m/h thì lớn hơn khi v=0.1m/h. Bởi vì tốc độ chảy không tỷ lệ với áp suất
cột nước nhờ vào độ nhớt cao của bê tông. Về sau, độ dốc đã giảm khi chiều cao
bê tông tăng. Mỗi độ dốc cuối thể hiện trong vòng 1/500, điều đó thể hiện đặc
tính san bằng của bê tông dưới nước.


- 15 -

Hình 1.6 : Sự thay đổi độ dốc của bề mặt bê tông khi thi công BTDN
ống tremie
khi đông cứng
1.5

1/517

10

1/245

9

1/117

chiều cao (m)

8
1/102

7

1.0

1/66

6
1/50

5
4

1/42
1/40

3

0.5

2

1/29
1/26

1

0

(v= 0.1m/h)

0

2

4

6

8

10

12

Khoảng cách từ ống Tremie (m)

ống tremie

chiều cao (m)

khi đông cứng

Khoảng cách từ ống Tremie (m)

(v= 0.4 m/h)

14


- 16 -

Hình 1.7 : Sự thay đổi của Rn và khoảng cách bơm khi thi công BTDN

cường độ chịu nén (MN/m2)

ống tremie

Khoảng cách từ ống tremie (m)

Tỷ trọng (t/m3)

ống tremie

Khoảng cách từ ống tremie (m)

Hình 1.8 : Sự thay đổi của tỷ trọng và khoảng cách bơm khi thi coâng BTDN


- 17 -

Hình 1.7 và 1.8 thể hiện mối quan hệ giữa Khỏang cách của ống Tremie
và cường độ chịu nén, Tỷ trọng . Lõi trong ống tremie được rút ra khi bê tông
đông cứng mỗi lần một mét. Hình 1.7 thể hiện về sự thay đổi đáng kể của
cường độ chịu nén tại v=0.1m/h và tại V=0.4m/h cường độ giảm khi khoảng cách
ống tremie tăng, tuy nhiên việc giảm cường độ đối với khoảng cách trong
khoảng 10m thì không đáng kể.
Hình 1.8 thể hiện việc giảm tỷ trọng xuất hiện khi khoảng cách vượt quá
10m
Thông qua những thử nghiệm và phân tích về những polymer tan được
trong nước và phụ gia siêu dẻo đối với bê tông không phân tán dưới nước, có 3
kết luận chính :

- Những polymer tan trong nước như HPMC, HEC và PEO có hiệu quả
trong việc tăng cường tính nhớt của nước trộn.
- Sự chống phân tầng của bê tông trong nước được tăng cường khi độ nhớt
của nước trộn lớn hơn 5 N.s/m2.
- Sự cô đặc Melamine sulfonic acid formaldehyde (MS) là phụ gia hợp lý
nhất đối với bê tông sử dụng HPMC.
Những thí nghiệm đã làm rõ đặc tính cơ bản của bê tông dưới nước.
Cường độ của những mẫu thử được thi công khuôn khi rơi tự do trong nước nhờ
vào trọng lượng bản thân gần bằng 90% của bê tông được đúc trong không khí .
Những thí nghiệm ở phạm vi lớn đã thực hiện để kiểm tra chất lượng của
bê tông không bị phân tán dưới nước, độ bẹt của nó từ 50-60 cm, thể hiện được
đặc tính tự san bằng và tự lèn, không xảy ra phân tầng hay mất cường độ với
khoảng cách chảy trong khoảng 10m .
Từ những kết luận trên, tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng đối với JOILUC
đã được thiết lập.


- 18 -

1.2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY RỬA
BTDN [10]
Để so sánh sự làm việc mà đặc biệt là sự lặp lại và độ nhạy của việc
đánh giá về khả năng CCR của BTDN bằng cách sử dụng 2 phương pháp thí
nghiệm dựa trên những nhiệm vụ khác nhau.
Phương pháp đầu tiên là thí nghiệm “Plunge test” vào trong nước (CRD
C61) được sử dụng ở Bắc Mỹ, và phương pháp thứ hai là “new spray test” (MC1) đã được phát triển tại Đại học Paisley. Độ nhạy của kết quả thí nghiệm với sự
thay đổi hàm lượng PGCCR và PGSD được xem xét.
Tính công tác xem xét theo độ sụt và độ bẹt và sự CCR được đo bởi 2 phương
pháp trên, đặc biệt nhạy cảm với sự thay đổi của PGCCR và PGSD. Việc đánh
giásự lặp lại CCR đã được chỉ rõ rằng sự thay đổi của việc mất khối lượng sau 3

lần thả dưới nước theo thí nghiệm “plunge test” thấp hơn thí nghiệm “spray
test”. Khả năng làm việc và đo sự chảy rửa bằng 2 phương pháp trên thì nhạy
cảm với sự thay đổi của tỉ lệ hàm lượng PGCCR và hàm lượng PGSD. Thông
thường, phương pháp “ spray test” khắt khe hơn và thể hiện kết quả chảy rửa
cao hơn thí nghiệm “plunge test”.
Mối quan hệ giữa việc mất khối lượng do chảy rửa có được bằng thí
nghiệm CRD C61 và MC-1 đã được thiết lập. Những thông số được điều tra
được tập trung chủ yếu là AWA và lượng dùng PGSD và tỷ lệ N/X.
1.2.3.1.THÍ NGHIỆM “STREAM TEST”
Là một thí nghiệm đơn giản phát triển tại Bỉ, cho phép đánh giá trực quan
về mức độ CCR, được sử dụng ở phòng thí nghiệm và tại công trường.
Tiến hành thí nghiệm bằng cách sử dụng ống dẫn nước đường kính 100150 mm, dài 2m và nghiêng một góc 15-20o so với phương ngang.


- 19 -

Hình 1.9: Mô tả Thí nghiệm stream test

Một mẫu thử được đổ tại vị trí 300 mm tính từ cuối kênh dẫn. Sau đó,
nước được đổ vào ống và chảy qua mẫu thử. Lượng mất do chảy rửa được xác
định một cách trực quan. Mặc dù thí nghiệm có ích nhưng rất nhạy cảm đối với
người thí nghiệm khi những mẫu bê tông khác nhau được so sánh. phụ thuộc vào
tốc độ chảy của nước được đổ qua mẫu thí nghiệm. Dòng chảy của nước càng
nhanh thì sự chảy rửa càng cao hơn. Vì thế, người thí nghiệm phải có nhiều kinh
nghiệm để có thể giải thích chính xác những kết quả của thí nghiệm này. Việc
sử dụng cùng thể tích nước để đổ vào kênh dẫn tại cùng một vị trí đối với mỗi thí
nghiệm là rất quan trọng.
1.2.3.2.THÍ NGHIỆM “PLUNGE TEST”
Phương pháp thí nghiệm này bắt nguồn từ nước Bỉ, tại trường Đại học
Ghent. Thí nghiệm ban đầu sử dụng một rổ nhỏ với những lỗ tròn có đường kính

3mm, đổ bê tông đầy vào rổ sau đó nhúng vào nước 3 lần. Thí nghiệm “Plunge
test” chỉ là 1 trong 3 thí nghiệm trực tiếp và cung cấp giá trị cụ thể . Thí nghiệm
đã được chấp nhận bởi “the US Corps of Engineers” và trở thành tiêu chuẩn
CRD C61 .
Những thử nghiệm đã được thực hiện ở Fosroc Technology và Đại học
Paisley chỉ rõ rằng có thể đạt được độ CCR tốt nhờ thành phần hỗn hợp cản trở
việc chảy rửa qua các lỗ của rổ. Thí nghiệm được điều chỉnh bằng cách sử dụng


- 20 -

rổ có kích thước lớn hơn với đường kính lỗ lớn hơn (20mm). Số lần nhúng dưới
nước được tăng lên từ 3-5. Tuy nhiên, vấn đề khác đã xảy ra khi sử dụng bê tông
có độ chảy cao giống như hỗn hợp được sử dụng cho việc thi công dưới nước tại
công trường. Hỗn hợp bê tông có độ lưu động cao đã chảy ra khỏi lỗ của rỗ trước
khi nhúng vào nước.
Hình 1.10: Mô tả Thí nghiệm plunge test

1.2.3.3. THÍ NGHIỆM ĐỘ SỤT VÀ ĐỘ BẸT
Khả năng của bê tông được đánh giá bằng việc thí nghiệm độ sụt và độ
bẹt. Tính nhớt của bê tông có sử dụng PGCCR, việc đánh giá về độ sụt và độ
bẹt đã được thực hiện sau khi không có dịch chuyển đáng kể của bê tông.
1.2.3.4.HIỆU QUẢ CỦA PGCCR AWA VÀO TÍNH CÔNG TÁC VÀ ĐỘ
CHẢY RỬA[10]:


- 21 -

Ảnh hưởng của hàm lượng AWA đến độ bẹt và độ chảy rửa của hỗn hợp
bê tông với cùng hàm lượng xi măng (450kg/m3) và tỷ lệ N/X = 0.43, cố định

hàm lượng SP (1.17 lít), thay đổi hàm lượng AWA từ 0-0.6% bảng :
Hỗn
Hợp
Đối
chứng
15
18
19
20
6
22
16
17
4
21

9
12

Độ
sụt(mm)

N/X

AWA(%)

SP*

0,5

0,0

1,0

0,5*

0,5

0,47

0,5

0,43
0,43

0,3
0,00

0,43

0,5

1,17
1,17
1,40
1,62
1,17
1,17
1,67
2,49

1,21
1,30

0,43

0,50

160
230
240
255
265
195
225
245
255
215
220
215

0,43

0,55
0,60

1,17
1,17

180
160

Độ
bẹt
(mm)
265
380
435
490
540
320
380
425
445
335
335
5,2(2)
10,9(3)
295
275

WSH
CRD(%)

WSH
MC-1(%)

16,3
7,5
6,2
10,2

11,6
7,1
35,7
10,0
11,0
3,3
5,5

52,2
46,6
37,4
51,5
73,2
40
56,2
44,3
56,5
15,1
36,4

3,0
2,3

11,9
12,6

Bảng 1.6. Kết quả ảnh hưởng của AWA đến tính chất của HHBTCCR
*: 390kg/m3xi măng ,(1): l/100kg xi măng,(2):Sự chảy rửa CRD C61 rổ và ống
lớn
(3): sự chảy rửa dùng rổ lớn và ống lớn

Khi tăng lượng AWA sẽ làm giảm độ sụt và độ bẹt. Tuy nhiên, khi tăng
AWA từ 0.3-0.5% đã làm tăng không đáng kể về tính công tác, bởi vì lượng phụ
gia siêu dẻo tăng 0.045 lít.


- 22 -

Độ sụ t, Độ bẹ t (mm)

450

SP = 1.21l

350

Độ sụt
Độ bẹt

250

150
0,0

0.3

0.5

0.55

0.60

AWA (%)

Hình 1.11. Kết quả ảnh hưởng của AWA đến tính công tác
BTCCR(N/X=0.43, SP= 1,17l)
Phụ gia AWA với hàm lượng đã cho của SP đã làm nâng cao độ chống
chảy rửa. Tương tự, khi tăng AWA đã làm giảm sự mất khối lượng do chảy rửa.
Chẳng hạn, khi thêm 0.3% AWA đã làm giảm sự mất khối lượng xuống còn 80%
và 30% tương ứng với phương pháp CRD C61 và MC-1. Khi hàm lượng AWA
tăng từ 0.3-0.5%, sự mất khối lượng theo CRD C61 và MC-1 giảm lần lượt là 50
và 65%.
60,0
Độ chảy rử a (%)

50,0

Độ sụt
40,0 =160mm

Độ sụt
=195mm
Độ sụt
=215mm
SP =1.21L

30,0
20,0

Plunge tes(%)

Độ sụt =
180mm

Độ sụt
=160mm

0.55

0.60

MC-1 at 4min

10,0
0,0
0,0

0.3

0.5
AWA (%)

Hình 1.12.Kết quả ảnh hưởng của AWA đến độ chảy rửa
(N/X=0.43, SP= 1,17l)


- 23 -

1.2.3.5.KẾT LUẬN:
Dựa vào nghiên cứu so sánh giữa độ chảy rửa của bê tông dưới nước được
đo theo thí nghiệm tiêu chuẩn CRD C61 và MC-1, tác giả kết luận :

- Hệ số thay đổi từ những thí nghiệm lặp lại về tính công tác của bê tông
dưới nước đã được xác định theo độ sụt và độ bẹt là nhỏ (1.9% và 2.4%).
- Hệ số thay đổi về độ chảy rửa theo MC-1 thì lớn hơn CRD C61 (12.7% so
với 5%), nhưng sự thay đổi về kết quả của MC-1 có thể chấp nhận được.
- Tính công tác và độ chảy rửa khi sử dụng CRD C61 và MC-1 thì nhạy cảm
với sự thay đổi hàm lượng AWA và SP.
- Độ chảy rửa và tính công tác bị ảnh hưởng bởi sự tập trung của AWA và
hàm lượng SP.
1.3. NHỮNG PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG BÊ TÔNG DƯỚI NƯỚC [10]
1.3.1 .PHƯƠNG PHÁP BƠM TRỰC TIẾP BẰNG ỐNG TREMIE:
Ống Tremie thường sử dụng để thi công bê tông dưới nước. Đường kính
trong của ống bằng 8 lần kích thước lớn nhất của cốt liệu lớn, thường từ 20-30
cm. Theo những số liệu trước đây đường kính trong của ống tremie được thể hiện
ở bảng sau.
Bảng 1.7 : Đường kính của « ống bơm tremie » thi côngBTDN
Độ sâu của mực nước Đường kính trong của «ống bơm tremie »
Ít hơn 3m

25 cm

3-5 m

30 cm

Lớn hơn 5m

30-50 cm

Diện tích được bao phủ bằng ‘ống tremie’không lớn.Diện tích phủ
bởi ống thông thường khoảng 30 m2, vì chất lượng của bê tông giảm dobê tông

- 24 -

chảy ra với lượng thấp hơn ở cuối ống khi chảy trong nước với khoảng cách dài.
Đáy của ‘ống tremie’ sẽ luôn luôn đầy bê tông tươi trong quá trình thi công.
“ Ống tremie” phải được di chuyển theo phương ngang trong quá trình thi công.
Trong quá trình thi công bê tông, nếu “ống tremie” được di chuyển lên xuống
và giữ mức độ để vị trí cuối của ống thấp hơn bề mặt bê tông được thi công lần
nữa từ 30-40 cm, bê tông chảy xuống dễ dàng và kết quả thi công thuận lợi.
Thậm chí khi việc cung cấp bê tông bị gián đoạn trong thời điểm ngắn, “ống
tremie” được đổ đầy bởi bê tông nên nước không thể xâm nhập vào “ống
tremie”.Khi “ống tremie” đặc biệt được sử dụng, sự tương thích của nó với cách
thức thi công sẽ được xem xét. Bê tông được thi công liên tục để ngăn cản sự
giảm chất lượng bê tông. Khi bố trí ống tremie, phải xem xét đến những điều
kiện làm việc khác nhau và đặc tính của bê tông.
Bơm bê tông sẽ được lựa chọn thông qua các yếu tố : Chất lượng , điều kiện
đường ống (chiều dài, đường kính, chiều cao), vị trí , thể tích hỗn hợp bê tông và
tốc độ thi công… Đây là phương pháp thi công được sử dụng thường xuyên đối
với bê tông dưới nước. BTCCR có tính nhớt cao, vì vậy lực cản là rất lớn trong
quá trình thi công. Do đó, bơm có công suất cao được sử dụng. Lực cản từ 2-3
lần và tốc độ thi công khoảng 1/2 - 1/3 (10-50 m3/h) so với bê tông thường. Bê
tông được thi công với khoảng cách dài thì đường kính ống phải lớn, hạn chế sử
dụng ống cao su, uốn cong và phải sử dụng bơm để chuyển tiếp. Khi lựa chọn
bơm nên chọn công suất thích hợp với độ bẹt và khoảng cách chảy theo phương
ngang.


- 25 -

Bảng 1.8 : Khoảng cách chảy theo phương ngang và Độ bẹt khi thi công bơm
Đường kính bơm 5cm
Độ bẹt (cm) Khoảng cách chảy theo phương ngang (m)
35-40

30

40-45

40

45-50

50

50-55

100

55-60

200

Bơm được sử dụng để ngăn ngừa sự giảm chất lượng của bê tông trong
quá trình thi công dưới nước. Theo những số liệu trước đây, đường kính trong của
đường ống là 10-15 cm (3-4 lần kích thước lớn nhất của cốt liệu lớn) và diện tích
được bao bọc bởi ống sẽ không lớn hơn 5 m2. Trong quá trình thi công bê tông,
cao độ cuối của ống được giữ thấp hơn bề mặt bê tông được thi công từ 30-40
cm.
1.3.2. PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG BÊ TÔNG BẰNG CÁCH RƠI TỰ DO

Việc thi công hỗn hợp bê tông bằng cách cho phép rơi xuống nước mà
không có sự bao bọc là ống tremie hay đường ống bơm. Mặc dù nhiều bê tông
đã được thi công bằng cách rơi tự do, với sự phát triển của PGCCR. Người ta đề
nghị rằng bê tông được cho phép rơi tự do trong nước nên sử dụng PGCCR.
Nếu hỗn hợp bê tông không có tỷ lệ N/X và lượng PGCCR hợp lý thì sự
chảy rửa và phân tầng đáng kể xảy ra trong quá trình thi công. Nếu sự rơi tự do
được giới hạn xấp xỉ 0.3m thì khả năng ứng dụng sẽ tốt hơn.
Ứng dụng Phương pháp dỡ tải tự do được sử dụng cho việc thi công bê
tông có PGCCR dưới nước trong công trình mới hoặc để sửa chữa những cấu
kiện bê tông cho công trình cũ.