ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM THEO THỜI GIAN.LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN VINH

ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG
LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM
THEO THỜI GIAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Đà Nẵng - Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN VINH

ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG
LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM
THEO THỜI GIAN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS. Mai Chánh Trung

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI CẢM ƠN
Với những kiến thức tích lũy được trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu
chương trình cao học tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, cùng với sự
quan tâm, giúp đỡ tận tình của Ban Giám Hiệu nhà trường, của Khoa Xây dựng Dân
dụng & Công nghiệp cùng quý thầy cô và với sự quyết tâm của bản thân, đến nay, tơi
đã hồn thành luận văn thạc sĩ của mình.
Với lịng biết ơn và trân trọng, tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà
trường, lãnh đạo Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình học tập cũng như nghiên cứu, thực hiện
hoàn thành luận văn này. Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS. MAI
Chánh Trung đã quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn, giúp cho tơi hồn thành tốt
luận văn thạc sĩ.
Do thời gian có hạn và điều kiện nghiên cứu cịn hạn chế, nên luận văn của tơi
khơng tránh khỏi những thiếu sót, kính mong q thầy cơ đóng góp ý kiến để luận văn
của tơi hồn chỉnh hơn và khả năng đưa vào sử dụng thực tế hiệu quả hơn.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và kính chúc q thầy cơ ln mạnh
khỏe, hạnh phúc. Kính chúc Nhà trường, Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp
đạt được nhiều thành công hơn nữa trong thời gian đến.
Đà Nẵng, ngày 14 tháng 02 năm 2019
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Vinh


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tơi.

Các số liệu, kết quả thí nghiệm, tính tốn nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Đà Nẵng, ngày 14 tháng 02 năm 2019
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Vinh


ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG
LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM THEO THỜI GIAN
Học viên: Nguyễn Văn Vinh
Mã số: 8580201

Khóa: 34

Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD & CN
Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm sẽ quyết định "khả
năng bơm" của một bê tông. M ột thiết bị đo ma sát chuyên dùng được sử dụng để đo
ma sát này. Luận văn trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma
sát giữa bê tông với thành ống bơm theo thời gian. Các phép đo cũng đã được thực
hiện để định lượng ảnh hưởng của yếu tố thời gian và tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sát
giữa bê tông với thành ống bơm và khả năng bơm. Các kết quả thu được trong nghiên
cứu này cũng phù hợp với các số liệu từ các nhóm nghiên cứu khác cùng lĩnh vực này .
Từ khóa – áp lực bơm; thiết bị đo ma sát; hằn g số nhớt; ngưỡng trượt; thời gian lưu
vữa

THE INFLUENCE OF WATER/CEMENT RATIO
TO FRICTION BETWEEN CONCRETE BULK AND PIPE WALL

BY THE TIME
Abstract – "Pumpability" of freshly-mixed concrete is mostly governed by friction at
the interface between concrete bulk and pipe wall. This friction can be measured by
motorized tribometers. This research thesis aims at studying of water/cement ratio to
friction between concrete bulk and pipe wall by the time. A series of frictional
measurements has been conducted to investigate the influence of time and
water/cement ratio to interface friction and pumpability. All obtained results in this
study are also matched with selected data from other researching groups in the world.
Key words – pumping pressure, tribometer, viscous constant, interface yield stress,
time.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................3
4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................3
5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................3
7. Cấu trúc luận văn ................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TƠNG ...........................5
1.1. Cơng nghệ bơm bê tơng và các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng bơm của bê tông ............5
1.1.1. Công nghệ bơm bê tông ................................................................................6
1.1.2. Ưu và nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông.............................................11
1.2. Các thơng số ảnh hưởng đến dịng chảy của bê tông trong ống bơm .....................13
1.2.1. Trạng thái lưu biến - phép đo thông số lưu biến của vữa bê tông ..............14
1.2.2. Thông số ma sát - phép đo thông số ma sát ................................................18
1.3. Phương pháp dự tính khả năng bơm .......................................................................23
1.4. Kết quả nghiên cứu gần đây - đặt vấn đề cần nghiên cứu - kết luận chương .........24

1.4.1. Kết quả nghiên cứu gần đây .......................................................................24
1.4.2. Đặt vấn đề nghiên cứu - Kết luận chương ..................................................25
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ & CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM ........27
2.1. Vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông .......................................................................27
2.1.1. Xi măng.......................................................................................................27
2.1.2. Cát ...............................................................................................................28
2.1.3. Đá................................................................................................................29
2.1.4. Nước............................................................................................................29
2.1.5. Phụ gia ........................................................................................................29
2.2. Thiết bị thí nghiệm .................................................................................................30
2.2.1. Thiết bị đo ma sát (tribomètre) ...................................................................30
2.2.2. Máy trộn bê tông .........................................................................................35
2.2.3. Phép đo độ sụt bằng côn Abrams ...............................................................36
2.2.4. Máy nén mẫu bê tơng .................................................................................37
2.3 Chương trình thí nghiệm .........................................................................................37
2.4. Kết luận chương 2 ..................................................................................................38
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ...........................................39


3.1. Kết quả của chương trình thí nghiệm .....................................................................39
3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/xi măng lên ma sát với thành ống bơm theo thời gian .........40
3.2.1. Tổng hợp kết quả nghiên cứu liên quan .....................................................40
3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sát với thành ống bơm theo thời
gian ................................................................................................................................41
3.3. Kết luận chương .....................................................................................................47
KẾT LUẬN ..................................................................................................................49
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................50
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

bảng

Trang

2.1.

Đặc trưng của xi măng pc lăng hỗn hợp PCB40

27

2.2.

Đặc trưng của cát thơ - phương pháp thử

28

2.3.

Đặc trưng của đá - phương pháp thử

29

2.4.
3.1.
3.2.

3.3.
3.4.

Cấp phối bê tông nghiên cứu theo thông số tỉ lệ nước/xi
măng
Ảnh hưởng của tỉ lệ Nước/Xi măng lên thông số ma sát theo
thời gian
Cường độ chịu nén R 28 của bê tông B2 theo thời gian lưu
vữa
Ảnh hưởng của tỉ lệ Nước/Xi măng lên thông số ma sát theo
Bảng so sánh kết quả cường độ chịu nén R 28 theo thời gian
lưu vữa mẫu B2-0.45 với kết quả của

38
39
40
40
46


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.

Mơ hình dịng chảy của bê tơng trong ống bơm.

1

2.

Cấu tạo thiết bị đo ma sát và quy trình vận hành:

2

1.1.

Một số cơng trình cao tầng ở các đơ thị lớn

5

1.2.

Cơng nghệ thi công bơm bê tông

6

1.3.

Công nghệ bơm bê tông dạng di động

7

1.4.

Công nghệ bơm bê tông dạng cố định

8

1.5.

Nguyên tắc hoạt động của một máy bơm với hai piston
(Putzmeister)

8

1.6.

Nguyên tắc hoạt động của một máy bơm kiểu rotor (Putzmeister)

9

1.7.

Kẹp nối

9

1.8.

Hộp số và khuỷu tay

10

1.9.

Vịi bơm bê tơng

10

1.10.

Trái: trạng thái bê tông khi bị nghẽn, phải: trạng thái khi bê
tông trượt trong ống bơm

12

1.11.

Bê tơng ít linh động (hình trái) và linh động (hình phải)

13

1.12.

Các trạng thái dịng chảy bê tơng trong ống bơm

14

1.13.

Đóng góp của từng pha vào ứng suất cắt của hỗn hợp vữa bê
tông

15

1.14.

Các trạng thái lưu biến của vữa bê tông tươi

16

1.15.

Một số thiết bị đo thông số lưu biến của vữa bê tông

18

Thiết bị đo ma sát của Kaplan: (a) Các bộ phận cấu thành; (b)
1.16.

tribomètre ở trạng thái rỗng; (c) tribomètre lấp đầy vữa bê

19

tông
1.17.

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị [CHAPDELAINE 2007]

20

1.18.

Hình tổng quan thiết bị đo trước và trong khi quay xy lanh

20


Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

trong bê tơng [CHAPDELAINE 2007]
1.19.

Thiết bị đo ma sát phát triển bởi [NGO 2009]

21

1.20.

Thiết bị đo áp lực bơm phát triển bởi [B EST et al. 1960]

22

1.21.

Thiết bị đo áp lực bơm phát triển bởi [MORINAGA 1973]

22

1.22.

Mơ hình dự tính áp lực bơm bởi [KAPLAN 2000]

23

2.1.

Thiết bị đo ma sát - Tribomètre

30

Cấu tạo thiết bị đo ma sát và quy trình vận hành: (a) cấu tạo
2.2.

thiết bị ; (b) bước đo thứ nhất; (c) bước đo thứ hai theo [NGO

31

et al. 2010]
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.

Biểu đồ mức vận tốc xoay xy lanh
Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh và số đo momen

xoắn theo thời gian
Hình ảnh thực tế thí nghiệm đo ma sát
Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh và số đo momen
xoắn theo thời gian
Khai thác kết quả từ phép đo ma sát: (a) kết quả đo; (b) kết
quả tính

31
32
33
33
34

2.8.

Máy trộn bê tơng tư do loại nghiên đổ 300 lít

35

2.9.

Phép đo độ sụt bằng cơn Abrams

36

2.10.

Thí nghiệm nén mẫu bê tơng

37

2.11.

Biện pháp che chắn hạn chế mất nước theo thời gian

38

Quan hệ giữa thông số ma sát và tỉ lệ Nước/Xi măng theo
3.1.

[HẢI 2016] a) Sự tiến triển của hằng số nhớt; (b) Sự tiến
triển của ngưỡng trượt

3.2.

Sự biến thiên của độ sụt vữa bê tông theo thời gian lưu vữa và
tỉ lệ nước/xi măng

41


Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

Quan hệ thơng số ma sát theo tỉ lệ Nước/Xi măng ở thời điểm

3.3.

t =0 phút (a) Sự tiến triển của ngưỡng trượt ; (b) Sự tiến triển

42

của hằng số nhớt
Quan hệ thông số ma sát theo thời gian lưu vữa và tỉ lệ
3.4.

Nước/Xi măng (a) Sự tiến triển của ngưỡng trượt ; (b) Sự tiến

44

triển của hằng số nhớt
3.5.
3.6.

Cường độ chịu nén R28 theo thời gian lưu vữa mẫu B2 -0.45
So sánh kết quả cường độ chịu nén R28 theo thời gian lưu vữa
mẫu B2 -0.45 với kết quả của [NHAT 2017]

46
47


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Công nghệ bơm bê tông hiện được sử dụng rộng rãi trong thi công xây dựng
cơng trình, kỹ thuật này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn so với các kiểu truyền thống,
nhất là khi quy mơ kích thước cơng trình càng lớn, thời gian thi cơng ngắn.
Bê tơng được xem là có khả năng bơm được địi h ỏi phải có độ linh động cần
thiết. Các thơng số chính ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tơng có thể được chia
thành:
 Thơng số liên quan điều kiện công trường (loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều
dài, vật liệu làm ống bơm, lưu lượng yêu cầu...).
 Và thông số liên quan đến kỹ thuật bơm (thành phần cấp phối, độ nhớt bê
tơng,…).
Nói chung, các thông số liên quan đến điều kiện công trường gần như đã đư ợc
xác định trước, vì vậy áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào các thông số liên quan đến
kỹ thuật bơm.

Hình 1. Mơ hình dịng chảy của bê tông trong ống bơm.
Các nghiên cứu trước đây đã ch ỉ rõ: sự chuyển động của dịng bê tơng trong ống
bơm là nhờ vào một lớp biên tạo ra ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm
như trong Hình 1. Các đ ặc tính lưu biến của lớp biên này còn đư ợc gọi là các thông số
ma sát - hay thông số bề mặt (gồm hằng số nhớt  và ngưỡng ứng suất cắt giao diện gọi tắt là ngưỡng trượt 0t), và khả năng bơm của một bê tơng phụ thuộc chính bởi các
thông số ma sát này.
Các thông số ma sát được đo bởi thiết bị đo ma sát như Hình 2. Ngư ỡng trượt 0t
đặc trưng cho tính ì c ủa dịng bê tơng trong ống bơm, ngưỡng trượt càng lớn nghĩa là
cần phải có một áp lực bơm ban đầu lớn để có thể khởi động dịng bê tơng dịch chuyển
trong ống bơm. Hằng số nhớt  đặc trưng cho tính ì c ủa bê tơng khi bê tơng đã dịch
chuyển trong ống, thơng số này càng nhỏ thì bê tơng càng dễ dịch chuyển trong ống
bơm hay nói cách khác là dễ bơm.


2

Máy khuấy
Lớp biên

Lớp biên
Xy lanh

Thùng chứa
Bê tơng

Bê tơng

(a)

(b)

(c)

Hình 2. Cấu tạo thiết bị đo ma sát và quy trình v ận hành:
(a) cấu tạo thiết bị ; (b) bước đo thứ nhất; (c) bước đo thứ hai
Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần của cấp phối vữa bê
tông lên ma sát ở giao diện tiếp xúc ngồi việc giúp dự tính khả năng bơm của một bê
tơng mà cịn cho phép xác định các xu hướng tiến triển của các thông số này khi thay
đổi thông số thành phần/cấp phối vữa bê tông.
Một số nghiên cứu trước đây đã đ ề cập đến ảnh hưởng của các thông số thành
phần cấp phối lên thông số ma sát, tuy nhiên chưa xem xét đến yếu tố thời gian, trong
khi đó thực tế cơng trường có những vấn đề kỹ thuật cần giải quyết nhiều khi là bất
khả kháng... dẫn đến thời gian chờ/ thời gian thi cơng bê tơng bị kéo dài. Vấn đề này,
ngồi việc phải đảm bảo tuân thủ thời gian thi công nhỏ hơn thời gian ninh kết của vữa
bê tông theo quy định, nó cịn ảnh hưởng đến độ linh động của vữa bê tơng (do mất
nước, do tính chất của vữa bê tơng thay đổi trong q trình ninh kết...) kéo theo việc

ảnh hưởng đến q trình thi cơng bơm bê tông.
Ở Việt Nam hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu về thuộc tính lưu biến của vữa bê tơng
nói chung và các thơng số ma sát của q trình bơm bê tơng chưa thực sự được chú
trọng đúng mức. Do đó, trong thực tế các phương pháp xử lý thuận tiện cho thi cơng
lại ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng bê tơng.
Đã có một nghiên cứu về “Ảnh hưởng của hồ xi măng lên ma sát với thành ống
bơm theo thời gian” của học viên cao học K32. Nhằm làm rõ thêm ảnh hưởng của các
thông số thành phần khác lên ma sát với thành ống bơm theo thời gian, tác giả đề xuất
đề tài nghiên cứu: “Ảnh hưởng của tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sát với thành ống
bơm theo thời gian”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thành phần: tỉ lệ nước/xi măng lên ma sát ở
bề mặt tiếp xúc của bê tông với thành ống bơm.
- Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, phân tích đưa ra những kết luận, kiến nghị


3

cần thiết.
3. Đối tượng nghiên cứu
Thông số ma sát: hằng số nhớt và ngưỡng trượt ở bề mặt tiếp xúc của bê tông với
thành ống bơm.
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thành phần: tỉ lệ nước/xi măng lên ma sát ở
bề mặt tiếp xúc của bê tông với thành ống bơm theo thời gian (dự kiến t0; t30; t60; t90).
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích lý thuyết
- Thí nghiệm đo ma sát
- Phân tích đánh giá kết quả.
6. Ý nghĩa khoa h ọc và thực tiễn của đề tài

- Nắm được bản chất của q trình bơm bê tơng.
- Xác định được ảnh hưởng của các thông số thành phần: tỉ lệ Nước/Xi măng lên
ma sát ở bề mặt tiếp xúc của bê tông với thành ống bơm theo thời gian.
- Xây dựng được 1 cơ sở dữ liệu giúp ích cho các nghiên cứu về lĩnh vực bơm bê
tông sau nầy.
7. Cấu trúc luận văn
Cấu trúc luận văn gồm:
MỞ ĐẦU:
1. Lý do chọn đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu
3. Đối tượng nghiên cứu
4. Phạm vi nghiên cứu
5. Phương pháp nghiên cứu
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ BƠM BÊ TƠNG
1.1. Cơng nghệ bơm bê tông và các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng bơm của bê
tông
1.2. Các thông số ảnh hưởng đến dịng chảy của bê tơng trong ống bơm
1.3. Phương pháp dự tính khả năng bơm
1.4. Kết luận chương
Chương 2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM - VẬT LIỆU SỬ DỤNG
2.1. Vật liệu sử dụng để chế tạo bê tơng
2.2. Thiết bị thí nghiệm
2.3. Chương trình thí nghiệm


4

2.4. Kết luận chương 2
Chương 3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

3.1. Kết quả của chương trình thí nghiệm
3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/xi măng lên ma sát với thành ống bơm theo thời
gian
3.3. Kết luận chương
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ BƠM BÊ TƠNG
1.1. Cơng nghệ bơm bê tông và các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng bơm của bê tông
Các đô thị trung tâm, nhất là ở các nước đã và đang phát triển, tập trung dân cư
đơng đúc, các cơng trình xây dựng không những ngày càng lớn về quy mô, số tầng...
mà còn sử dụng những dạng kết cấu, kỹ thuật hiện đại nhiều khi phức tạp địi hỏi cơng
nghệ thi cơng cũng phải có những phát triển tương ứng. Ví dụ như cơng trình tháp
Grande arche ở La Défense (Paris - Pháp) cao đến 244 mét như Hình 1.1 a), Trung
tâm hành chính Thành phố Đà Nẵng như Hình 1.1 b).

a) Tháp Grande arche ở La Défense,

b) Trung tâm hành chánh Thành phố Đà

Paris
Nẵng
Hình 1.1. Một số cơng trình cao tầng ở các đô thị lớn
Một trong những công nghệ thi công được áp dụng phổ biến cho các công trình
sử dụng kết cấu bê tơng cốt thép đổ tại chỗ là công nghệ bơm bê tông. Công nghệ này

đặt biệt hữu dụng với các cơng trình có khối lượng thi công bê tông lớn, quy mô, cao
tầng, thời gian thi công ngắn: với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thay vì trộn, vận
chuyển, tời... bê tơng theo kiểu thủ công truyền thống, hầu hết các công đoạn đã được


6

thay thế bằng máy.
Công nghệ bơm bê tông sử dụng bơm áp lực cao kết hợp với hệ thống các đường
ống dùng để vận đưa bê tông khối lượng lớn từ nơi tập kết bê tơng đến vị trí cần đổ bê
tơng của cơng trình xây dựng. Hình 1.2 có thể mô tả sơ bộ công nghệ bơm bê tông
trên các công trường xây dựng. Bê tông được vận chuyển trong đường ống nhờ vào áp
lực đẩy rất lớn của máy bơm do hệ thống động cơ và hệ thống thuỷ lực tạo ra. Bơm bê
tông được dùng cho hầu hết các cơng trình xây dựng có quy mơ lớn như cơng trình
dân dụng cao tầng, cầu, hầm, thuỷ điện, nền móng, cọc nhồi... Với đặc tính cơ giới hố
cho nên một bơm bê tơng có cơng suất trung bình với 1 người vận hành và 8 nhân
công thao tác đường ống làm việc một ngày thì có thể đạt công suất ngang bằng với 50
nhân công làm việc trong 4 ngày. Điều này cho thấy bơm bê tông giúp tiết kiệm sức
người, tiết kiệm thời gian cho tiến độ thi cơng và qua đó cũng sẽ đảm bảo chất lượng
của bê tông trong thi công xây dựng. Đặc biệt có những vị trí của cơng trình cần đổ bê
tơng rất khó hoặc rất nguy hiểm để con người làm được thì máy bơm bê tơng dễ dàng
thực hiện những cơng việc này.

Hình 1.2. Cơng nghệ thi cơng bơm bê tông
1.1.1. Công nghệ bơm bê tông
a. Hệ thống bơm
Máy bơm bê tông là một loại máy xây dựng chuyên dụng để vận chuyển hỗn hợp
vữa bê tông theo cả phương ngang lẫn phương đứng bằng phương pháp bơm đẩy.
Thông thường người ta chia máy bơm/hệ thống bơm bê tông thành: bơm tự hành và

7

bơm cố định.
Loại máy bơm tự hành/di động, loại này thường gắn trên xe ơ tơ tải, cũng có khi
gắn trên trụ tháp cần trục tháp. Nó gắn liền với một hệ cần gồm nhiều đoạn có thể gấp
lại, như một cánh tay robot có điều khiển từ xa (cịn gọi là cần bơm bê tơng), để có thể
vươn xa tới những vị trí đổ bê tơng với độ chính xác nhất định. Hình 1.3 có thể mơ tả
các nội dung của cơng nghệ bơm kiểu tự hành này.

Hình 1.3. Công nghệ bơm bê tông dạng di động
Loại bơm cố định, là loại máy chỉ gồm phần máy bơm chính không kèm theo hệ
đường ống bơm, mà sẽ được đấu vào đường ống bơm đặt sẵn tại cơng trình Hình 1.4.
Hệ thống đường ống bơm cố định thường làm bằng thép liên kết cố định tạm với phần
cơng trình đã thi công xong.
Thường máy bơm cố định không tự di chuyển được, mà phải gắn vào xe tải như
một rơ-moóc, để xe tải kéo đến công trường. Tuy máy bơm cố định khơng có hệ cần
để có thể vươn tới mọi vị trí đổ bê tơng trong tầm hoạt động của cần như bơm tự hành,
nhưng với nhà siêu cao tầng nó lại thường được dùng để bơm chuyền lên từng đợt độ
cao nhà theo từng đợt đường ống đứng. Trong trường hợp này, người ta thường kết
hợp nhiều máy bơm tĩnh để bơm vữa bê tông trung chuyển theo từng đợt chiều cao của
tòa nhà siêu cao tầng.


8

Hình 1.4. Cơng nghệ bơm bê tơng dạng cố định
b. Bơm
Hiện nay có hai hệ thống khác nhau được sử dụng để bơm: máy bơm bê tông
kiểu piston và máy bơm bê tơng kiểu rotor.

 Máy bơm kiểu piston (Hình 1.5)
Loại máy bơm này cấp/tốc độ bơm cao. Hầu hết c ác máy bơm bê tông hiện đại
đa phần là loại bơm piston. Bê tông được nạp vào phễu của máy bơm và sau đó thơng
qua một khe hở đặt ở dưới cùng của phễu, bê tông bị hút vào một xi lanh bằng trọng
lực và lực hút được tạo ra bởi các piston. Sau đó, một hệ thốn g van điều kiển kết nối
với ổ cắm của máy bơm và piston để đẩy bê tông. Máy bơm bê tông gồm hai piston
luân phiên hoạt động: một piston cung cấp bê tông trong ống bơm và một piston khác
đẩy bê tơng trong phễu.

Hình 1.5. Ngun tắc hoạt động của một máy bơm với hai piston (Putzmeister)
 Máy bơm rotor (Hình 1.6)
Đây là loại bơm phù hợp hơn để bơm các loại bê tông "nhạy cảm" đặc biệt như
bê tông nhẹ, bê tơng tự đầm,... Một vịi linh hoạt được đặt dưới chân khơng trong một
buồng hình trụ. Một cánh quạt với hai hoặc ba con lăn quay linh hoạt, qua đó đẩy bê
tơng vào ống.


9

Công suất của máy bơm rotor là thấp hơn so với máy bơm piston, nhưng dịng
chảy do nó thu được có lợi thế hơn. Khi dùng máy bơm này phải thay đổi đường ống
sau khoảng 100 giờ tuỳ theo tính chất của bê tông bơm.
Cơ chế di chuyển piston trong máy bơm piston có thể cơ khí hoặc thủy lực. Bơm
cơ khí được sử dụng chủ yếu ở các nước thuộc Liên Xô cũ. Các nước khác thường sử
dụng các máy bơm piston thủy lực hoặc máy bơm luân phiên. Piston bơm cơ khí có
một bất lợi lớn đối với các máy bơm thủy lực: trong thời gian xả, máy bơm cơ khí
truyền gia tốc lớn lên bê tơng trái ngược với bơm thủy lực (kìm nén bê tơng với một
tốc độ khơng đổi).

Hình 1.6. Ngun tắc hoạt động của một máy bơm kiểu rotor (Putzmeister)

 Chọn một máy bơm tốt
Sự lựa chọn giữa một máy bơm piston thủy lực và một máy bơm rotor thực sự là
chưa rõ ràng, nó thường phụ thuộc vào đặc tính của từng máy, điều kiện thi cơng cụ
thể trên cơng trường và tính chất của bê tông bơm. Để chọn loại máy bơm và cơng suất
phù hợp với nhu cầu thi cơng nó thường được dựa trên áp lực các loại máy bơm có thể
cung cấp, lưu lượng dịng chảy mong muốn, các đặc tính của vữa bê tơng tươi.
c. Ống bơm
Là một hệ thống đường ống kết hợp với một máy bơm, thường làm bằng thép
dùng để vận chuyển bê tông tươi đến vị trí của ván khn. Các đường ống thép sử
dụng cho bơm bê tơng thường có đường kính 65, 100, 125 và 150 mm. Các ống có
chiều dài 1, 2 hoặc 3 m được nối với nhau bằng kẹp nối. Những chiếc kẹp nối cho
phép kết nối/ tháo dỡ nhanh và đáng tin cậy ( Hình 1.7).

Hình 1.7. Kẹp nối


10

d. Hộp số và khuỷu tay
Hộp số của máy trộn được thiết kế theo cơ cấu truyền động bánh răng, có sức
chịu tải trọng lớn, cường độ làm việc liên tục, động cơ được lai từ dây cu loa ra puli
hộp số, đầu ra của hộp số máy trộn được gắn bởi hai bánh răng đầu trục, hai bánh răng
này lại được gắn vào hai bánh răng của máy trộn, bên trong máy là hai trục có hai đầu
gối đỡ và những cánh đảo, bàn tay đảo để khi máy chạy thì những bánh răng hộp số sẽ
truyền động làm cho những cánh đảo bên trong thùng trộn quay, và đảo bê tông làm
cho bê tông nhanh đều hơn chất lượng bê tơng tốt hơn ( Hình 1.8)
Khuỷu tay được sử dụng để thay đổi hướng của ống.

Hình 1.8. Hộp số và khuỷu tay
e. Vịi ống bơm

Bê tơng chạy từ ống bơm đến điểm đổ bê tông được thao tác bởi một vịi linh
hoạt (Hình 1.9). Qua ống này, bê tơng chảy liên tục vào vị trí cuối cùng của nó và vẫn
giữ được tính đồng nhất của bê tơng. Trường hợp đổ bê tơng sâu trong ván khn, vịi
su mềm giúp đưa bê tơng t ới vị trí thấp của ván khn, sau đó nó được nâng lên dần
dần lấp đầy cốp pha, cho phép để tránh sự phân tầng trong bê tơng.

Hình 1.9. Vịi bơm bê tơng


11

1.1.2. Ưu và nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tơng
a. Ưu điểm của kỹ thuật bơm bê tơng
• Tốc độ thi công nhanh (tùy thuộc vào công suất của máy bơm được sử dụng,
lắp đặt bơm và tính chất của bê tông) hơn hẳn các phương pháp đổ bê tơng truyền
thống.
• Đưa được vữa bê tơng vào những nơi khó tiếp cận, giúp cho bê tơng dễ có được
trạng thái đồng nhất hơn trong q trình thi cơng.
• Giảm thời gian vận chuyển và đổ bê tông tại công trường xây dựng, mang lại
hiệu quả kinh tế, giảm hao phí lao động và tạo điều kiện cơng việc nhẹ nhàng hơn.
• Cải thiện một loạt vấn đề về an tồn trên cơng trường xây dựng.
Tất cả những lý do trên giải thích việc sử dụng bơm bê tơng ngày càng được áp
dụng rộng rãi trên thế giới.
b. Nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông
Khi bê tông dừng bơm có thể hình thành nút nghẽn trong đường ống, dừng càng
lâu khả năng hình thành nút nghẽn càng c ao thậm chí có khả năng gây nổ/bể đường
ống khi tái khởi động bơm lại. Vì vậy cần thiết tháo rời các đường ống và thông các
tắc nghẽn này. Động tác này khá là tốn thời gian, ảnh hưởng kinh tế và ảnh hưởng đến
tiến độ. Sự xuất hiện các nút nghẽn trong các đường ống xuất phát từ nhiều nguyên
nhân khác nhau. Có hai loại nguyên nhân: thứ nhất liên quan đến lỗi của con người

(kết nối ống sai, sử dụng thiết bị điều khiển sai hoặc không phù hợp,...); thứ hai liên
quan trực tiếp đến các tính chất lưu biến của bê tơ ng.
Các hình thức nghẹt :
• Nghẹt khi khởi động (95%);
• Nghẹt khi bơm;
• Nghẹt khi tái khởi động;
• Nghẹt do giai đoạn vệ sinh đường ống không tốt;...
* Giai đoạn khởi động bơm
Trong công nghệ bơm bê tông, giai đoạn khởi động là rất quan trọng. Giai đoạn
này, trạng thái đường ống chuyển tiếp từ chân không sang lấp đầy bằng bê tông. Sự
xuất hiện nghẽn bê tông giai đoạn này là rất phổ biến nhất (95% tắc nghẽn tìm thấy
trên các cơng trường xây dựng xảy ra vào lúc bắt đầu).
Nói chung, để giảm thiểu nghẽn khi khởi động trước khi bắt đầu bơm thực tế,
một hỗn hợp vữa “bôi trơn” của xi măng và nước được tạo trước trong ống bơm ở bề
mặt tiếp xúc với thành ống bơm, với tỷ lệ Nước/Xi măng khoảng từ 0,5  0,8 theo nhu
cầu thực sự tại công trường và chuyên môn các kỹ th uật viên điều khiển máy bơm. Vai
trò của hỗn hợp này là như là để “bơm mồi” ban đầu để bôi trơn thành ống. Trong giai


12

đoạn đó, nó sẽ để lại một lớp biên - hay lớp ma sát ở mặt biên trên thành ống.
Hình 1.10 minh họa hai mẫu bê tông lấy trực tiếp từ các đường ống đầu ra, cắt
theo chiều dọc và ngang.

Hình 1.10. Trái: trạng thái bê tơng khi bị nghẽn,
phải: trạng thái khi bê tông trượt trong ống bơm
* Nghẹt trong q trình bơm bê tơng
Khi bê tơng vượt qua giai đoạn khởi động mà khơng bị nghẽn, dịng chảy bê tông
trong ống bơm đi vào giai đoạn thứ hai: trạng thái chảy ổn định. Số lượng tắt nghẽn

dòng chảy bê tông trong ống bơm gặp trong giai đoạn này thường là rất thấp. Với
những quan sát thực tế trên công trường xây dựng và trong thực nghiệm theo Kaplan,
chúng ta có thể xác định được nguyên nhân gây nghẹt bê tơng trong q trình bơm
[KAPLAN et al. 2005, KAPLAN 2000]:
- kích thước cốt liệu quá lớn (>1/4 đường kính ống bơm);
- gia tăng tốc độ bơm quá lớn và nhanh;
- sự phân tầng của bê tông ở phểu cung cấp vữa cho máy bơm, điều này có thể
làm thay đổi các thông số ma sát trong đường ống bơm;
- xuất hiện các yếu tố cá biệt khác trong bê tơng (đá lớn, mảnh dây,….).
* Nghẹt trong q trình tái khởi động bơm bê tơng
Trong q trình bơm, khơng thể tránh khỏi giai đoạn tạm dừng bơm phát sinh từ
nhiều nguyên nhân khác nhau: thay đổi vị trí, cao độ trong quá trình bơm, làm sạch
đường ống hoặc xe, hoặc do sự đáp ứng giữa quá trình bơm và năng suất của tổ đội thi
công bê tông…
Nếu dừng kéo dài lâu, bê tơng mất tính đồng nhất của nó do sự phân tầng bê t ông
dưới tác dụng của trọng lực. Do đó, ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành
ống trở nên lớn và bê tông bị lắng xuống đáy phần đường ống, lớp biên ma sát khơng
cịn tồn tại, từ đó gây ra nghẹt khi khởi động lại, áp suất bơm trong giai đoạn này là
không đủ để thắng lực ma sát với thành ống bơm, thậm chí cịn có thể gây vỡ đường
ống bơm...


13

* Nghẹt do giai đoạn vệ sinh đường ống không tốt
Làm sạch ống bơm là giai đoạn cuối cùng để thực hiện q trình bơm. Hiện tại có
hai kỹ thuật làm sạch sử dụng trên công trường xây dựng: làm sạch bằng khí nén và
làm sạch bằng nước.
- Làm sạch bằng khí nén: kỹ thuật này địi hỏi các vấn đề liên quan đến an tồn
trong thi cơng, nhưng hiếm khi gây ra sự tắt nghẽn.

- Làm sạch bằng nước: kỹ thuật này được khuyến cáo là nên sử dụng hơn so với
kỹ thuật làm sạch bằng khí nén, nhưng nó hay gây nên các nút nghẽn và các nút tắt
nghẽn này lại rất khó xử lý.
1.2. Các thơng số ảnh hưởng đến dịng chảy của bê tơng trong ống bơm
Bê tơng sau khi trộn xong phải đảm bảo có độ “linh động” cần thiết để có thể thi
cơng được: bơm/ đổ/ san gạt/ đầm... Để có thể hình dung sơ bộ về độ “linh động” của
vữa bê tông, chúng ta có thể xem hình ảnh về sự chảy/trượt của vữa bê tông trong
máng ứng với trường hợp vữa bê tơng có độ “linh động” nhiều hay ít như Hình 1.11.
Nói chung, bê tơng càng “linh động” càng dễ thi cơng, tuy nhiên điều đó khơng
phụ thuộc ý muốn chủ quan của người thi cơng mà hồn tồn là vấn đề về kỹ thuật mà
trong những điều kiện c ụ thể là rất khó xử lý, đơi khi nếu xử lý không đúng sẽ dẫn đến
những tác hại ảnh hưởng xấu tới chất lượng bê tơng và qua đó ảnh hưởng đến chất
lượng cơng trình.
Các thơng số ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tơng có thể được phân thành hai
loại. Loại thứ nhất liên quan đến các thông số cơ khí ở hiện trường thi cơng, có liên
quan đến các thiết bị sử dụng cho quá trình bơm và các đặc tính của hệ thống bơm. Đó
là vận tốc dòng chảy (hay lưu lượng bơm), các loại máy bơm, chiều dài tính theo
phương ngang - phương đứng của hệ thống bơm, đường kính của ống bơm, các dạng
vật liệu làm ống bơm (ống cứng, ống linh hoạt, độ nhám bên trong ống...) của chướng
ngại vật hình học trên hệ thống bơm (tiết giảm đường ống bơm, sự rẽ nhánh đường
ống,...), thời gian và tần số của điểm dừng/ngừng trong q trình bơm.

Hình 1.11. Bê tơng ít linh động (hình trái) và linh động (hình phải)


14

Loại thứ hai liên quan đến các thông số về đặc tính của vữa bê tơng tươi và do đó
liên quan với các thành phần cấp phối vữa bê tông. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra
rằng dòng chảy trong bơm ống bê tông được thực hiện thông qua một lớp ranh giới được

hình thành tại giao diện tiếp xúc giữa bê tơng và thành ống bơm, cịn được gọi là lớp ma
sát hay lớp biên [CHOI et al. 2014, LE et al. 2013, NGO 2009, KAPLAN 2000]
Hình 1.12 mơ tả trạng thái của dịng chảy bê tơng trong ống bơm, có hai khả
năng xảy ra:

Hình 1.12. Các trạng thái dịng chảy bê tơng trong ống bơm
 Một là, khi ứng suất của bê tông ở vùng tiếp xúc với thành ống bơm nhỏ hơn
ngưỡng ứng suất cắt (ngưỡng cắt) của bê tơng, lúc này dịng chảy của bê tông trong
ống bơm như là cái “nút” trượt trong ống bơm nhờ một lớp ma sát tạo ra ở bề mặt tiếp
xúc với thành ống bơm, trong bê tông không có hiện tượng cắt và biểu đồ vận tốc của
dịng chảy bê tơng trong ống bơm có dạng như biểu đồ (1) trong Hình 1.12. Ở trạng
thái này, dịng chảy của bê tơng trong ống bơm là dịng chảy trượt, và các thông số ma
sát của lớp biên quyết định khả năng bơm của bê tông.
 Hai là, khi ứng suất của bê tông ở gần thành ống bơm lớn hơn ngưỡng cắt của
bê tông, lúc này ở phần tiếp xúc với thành ống bơm xuất hiện một phần bê tơng bị cắt
và biểu đồ vận tốc của dịng bê tơng trong ống bơm có dạng như biểu đồ (2) trong
Hình 1.12. Dịng chảy của bê tơng trong ống bơm lúc này vừa phụ thuộc các thông số
ma sát của lớp biên vừa phụ thuộc các thông số lưu biến của bê tơng.
Như vậy tùy thuộc vào trạng thái dịng chảy mà ma sát g iữa bê tông và thành
ống bơm và thơng qua nó là áp lực bơm phụ thuộc vào thơng số ma sát (dịng chảy
trượt) hay cả hai (vừa thông số ma sát vừa thông số lưu biến của bê tông).
1.2.1. Trạng thái lưu biến - phép đo thông số lưu biến của vữa bê tông
a. Trạng thái lưu biến của vữa bê tông
Nhiều tác giả đã chỉ ra rằng trạng thái lưu biến của vữa bê tơng tươi có thể được