Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng vữa hồ xi măng và tỉ lệ nước xi măng lên ma sát với thành ống bơm

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

BÙI NGỌC HẢI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA KHỐI LƢỢNG
VỮA HỒ XI MĂNG VÀ TỈ LỆ NƢỚC/XI MĂNG
LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM

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

Đà Nẵng - Năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

BÙI NGỌC HẢI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA KHỐI LƢỢNG
VỮA HỒ XI MĂNG VÀ TỈ LỆ NƢỚC/XI MĂNG
LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM

Chuyên ngành

: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp

Mã số

: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. MAI CHÁNH TRUNG

Đà Nẵng - Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tác giả.
Các số liệu và kết quả tính tốn đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Bùi Ngọc Hải


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 2
3. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................................. 2
4. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................... 2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................. 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..................................................................... 3
7. Bố cục luận văn ........................................................................................................... 3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC BƠM BÊ TÔNG ................................ 4
1.1. CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG LÊN KHẢ
NĂNG BƠM BÊ TƠNG ................................................................................................. 4
1.1.1.Cơng nghệ bơm bê tơng ................................................................................. 6
a) Máy Bơm ........................................................................................................... 6
b) Hệ thống bơm ..................................................................................................... 7
c) Ống bơm ............................................................................................................. 9
d) Hộp số và khuỷu tay ........................................................................................... 9
e) Vòi ống bơm ..................................................................................................... 10
1.1.2 Ƣu và nhƣợc điểm của kỹ thuật bơm bê tông............................................ 11
a) Ƣu điểm của kỹ thuật bơm bê tông .................................................................. 11
b) Nhƣợc điểm của kỹ thuật bơm bê tơng ............................................................ 11
1.2. CÁC THƠNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN DỊNG CHẢY CỦA BÊ TƠNG TRONG
ỐNG BƠM .................................................................................................................... 13
1.2.1. Ma sát ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm ............................................. 15
1.2.2. Lƣu biến của bê tông .................................................................................. 15


1.2.3. Các thiết bị đo ma sát ................................................................................ 16
1.3. PHƢƠNG PHÁP DỰ TÍNH KHẢ NĂNG BƠM ................................................. 21
1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ....................................................................................... 25
CHƢƠNG 2 VẬT LIỆU, THIẾT BỊ & CHƢƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM ........26
2.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG ................................................ 26
2.1.1. Xi măng ...................................................................................................... 26

2.1.2. Cát ............................................................................................................... 26
2.1.3. Sỏi ............................................................................................................... 27
2.1.4. Nƣớc ........................................................................................................... 27
2.2. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ....................................................................................... 28
2.2.1. Mơ tả thiết bị đo ma sát (tribometre) .......................................................... 28
2.2.2. Phƣơng pháp sử dụng thiết bị đo ma sát..................................................... 29
2.2.3. Khai thác kết quả đo ................................................................................... 31
2.2.4. Máy trộn bê tông......................................................................................... 32
2.2.5. Phép đo độ sụt bằng cơn Abrams ............................................................... 33
2.3. CHƢƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM ......................................................................... 35
2.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ....................................................................................... 37
CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ..........................................38
3.1. ẢNH HƢỞNG CỦA KHỐI LƢỢNG HỒ XI MĂNG .......................................... 38
3.2. ẢNH HƢỞNG CỦA TỈ LỆ NƢỚC/XI MĂNG (N/X) .......................................... 40
3.3. MỘT VÍ DỤ ÁP DỤNG......................................................................................... 44
3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ....................................................................................... 47
KẾT LUẬN ..................................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 50
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU


Ứng suất trƣợt bề mặt tiếp xúc (Pa)



Ngƣỡng trƣợt ở mặt tiếp xúc (Pa)





Hằng số nhớt (Pa.s/m)



Vận tốc trƣợt tƣơng đối giữa bê tông và thành ống bơm (m/s)

µ

Độ nhớt (Pa.s)

P

Áp lực bơm (Pa)

L

Chiều dài ống bơm (m)

R

Đƣờng kính ống bơm (m)

Q

Lƣu lƣợng bê tơng bơm (m3)

T

Momen xoắn áp đặt vào xy lanh quay (N.m)

T0

Momen xoắn ban đầu (N.m)

K

Hệ số (N.m/s)

V

Tốc độ quay xy lanh (Vòng/s)

Emax

Khoảng cách tối đa các hạt cốt liệu thô (mm)

elbien

Bề dày lớp biên (mm)

D

Đƣờng kính lớn nhất của cốt liệu sỏi đá (mm)

g

Tỷ lệ thể tích

g*

Độ chặt tối đa của hỗn hợp cốt liệu thô


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

bảng

Trang

2.1

Đặc trƣng của xi măng Calcia - CEM I 52.5N CE CP2 NF

26

2.2

Đặc trƣng của cát 0/4

27

2.3

Đặc trƣng của sỏi 10/20

27

2.4

Phân loại bê tông theo độ sụt

35

2.5

Cấp phối bê tông nghiên cứu theo thông số khối lƣợng hồ xi măng

35

2.6

Cấp phối bê tông nghiên cứu theo thông số tỉ lệ Nƣớc/Xi măng

36

3.1

Ảnh hƣởng của khối lƣợng hồ xi măng lên thông số ma sát

38

3.2

Ảnh hƣởng của tỉ lệ N/X lên thơng số ma sát

41

3.3

Ví dụ dự tính áp lực bơm

45


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

1.1.

Xe trộn và máy bơm bê tơng

4

1.2.

Cơng trình thi cơng có hệ kết cấu sử dụng bê tông

6

1.3.

(a) Bơm tự hành; (b) bơm cố định

7

1.4.

Máy bơm với hai piston [Putzmeister].

8

1.5.

Nguyên tắc hoạt động của một máy bơm kiểu rotor [Putzmeister]

8

1.6.

Kẹp nối

9

1.7.

Hộp số và khuỷu tay

10

1.8.

Vịi bơm bê tơng

10

1.9.

Trạng thái bê tơng khi bị nghẽn, trạng thái khi bê tông trƣợt trong ống
bơm

12

1.10.

Các trạng thái dịng chảy bê tơng trong ống bơm

14

1.11.

Thiết bị đo ma sát của Kaplan

17

1.12.

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị [CHAPDELAINE 2007]

18

1.13.

Hình tổng quan thiết bị đo trƣớc và trong khi quay xy lanh
trong bê tông [CHAPDELAINE 2007]

18

1.14.

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

19

1.15.

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

20

1.16.

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

21

1.17.

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

23

2.1.

Thiết bị đo ma sát – Tribometre

28

2.2.

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

29

2.3.

Biểu đồ mức vận tốc xoay xy lanh

30

2.4.

Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh và số đo momen xoắn theo

30

thời gian

2.5.

Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh và số đo momen xoắn theo
thời gian bằng phần mềm

31


Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

2.6.

Khai thác kết quả từ phép đo ma sát

31

2.7.

Máy trộn bê tông Lapa N100

40

2.8.

Phép đo độ sụt bằng côn Abrams

34

3.1.

Quan hệ momen xoắn - vận tốc quay xy lanh theo khối lƣợng hồ xi

39

măng

3.2.

Quan hệ thông số ma sát - khối lƣợng hồ xi măng

40

3.3.

Quan hệ momen xoắn - vận tốc quay xy lanh theo tỉ lệ N/X

41

3.4.

Quan hệ thông số ma sát - tỉ lệ N/X

42

3.5.

So sánh ảnh hƣởng thông số thành phần lên thông số ma sát theo độ sụt

43

3.6.

Một mặt bằng công trƣờng ví dụ

44

3.7.

Hình ảnh một hiện trƣờng trạm cung ứng bê tông thƣơng phẩm

46


NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA KHỐI LƢỢNG VỮA HỒ XI MĂNG
VÀ TỈ LỆ NƢỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM
Học viên : BÙI NGỌC HẢI
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 60.58.02.08. Khóa : K31. Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thay vì trộn và bơm bê tông theo
kiểu thủ công truyền thống tất cả đa phần đã đƣợc thay thế bằng máy, công nghệ bơm bê tông
này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn so với kiểu truyền thống nhất là khi quy mơ kích thƣớc

cơng trình càng lớn, thời gian thi cơng càng ngắn….Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, lĩnh vực
nghiên cứu về bơm bê tơng và thuộc tính lƣu biến của vữa bê tơng với các thơng số ma sát
của q trình bơm bê tông chƣa thực sự đƣợc chú trọng . Nghiên cứu này góp phần mở ra một
hƣớng nghiên cứu mới trong lĩnh vực bơm bê tông . Luận văn này khái quát về công nghệ
bơm bê tông và nghiên cứu sâu hơn về sự ảnh hƣởng của các thông số thành phần lên ma sát
với thành ống bơm cụ thể là khối lƣợng vữa hồ xi măng và tỉ lệ nƣớc/xi măng. Từ các thông
số thành phần cấp phối bê tông phổ biến tác giả chỉ thay đổi một thơng số ảnh hƣởng cần
nghiên cứu , cịn các thơng số thành phần khác đƣợc giữ cố định. Loạt thí nghiệm cần nghiên
cứu đối với mỗi thông số cũng đƣợc thực hiện từ bê tơng ở trạng thái “khó” bơm (bê tơng có
độ linh động hay độ sụt thấp) cho đến khi bê tơng bị phân tầng, mất tính đồng nhất và khơng
thể bơm đƣợc.Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt đƣợc và đƣa ra các hƣớng phát triển tiếp
theo.
Từ khóa – áp lực bơm; thiết bị đo ma sát; hằng số nhớt; ngƣỡng ứng suất cắt giao diện; thành
phần bê tông


RESEARCH ON THE IMPACT OF MASS SLURY AND WATER /
CEMENT TO FRICTION ON WATER PUMP
Abstract - Today with the advancement of science and technology instead of mixing and
pumping concrete in a traditional manual manner all most have been replaced by machines,
this concrete pumping technology offers many advantages over conventional Compared with
the traditional style, especially when the size of the work size is larger, the shorter the
execution time ... However, in Vietnam today, the field of research on concrete pumping and
rheological properties of calves The friction parameters of the concrete pumping process are
not really focused. This research contributes to a new direction in the field of concrete
pumping. This thesis gives an overview of concrete pumping technology and further studies
on the influence of component parameters on the friction with the pump wall such as cement
mortar mass and water / cement ratio. From the common concrete mixer parameters, the
author changes only one influencing parameter to be studied, while the other component
parameters are fixed. The series of tests required for each parameter is also made of concrete

in the "hard" state of the pump (concrete with flexibility or slump) until the concrete is
stratified, losing uniformity. And can not be pumped. The author has summarized the results
have been achieved and set out the direction of the next development
Keyword - pressure pumping; Friction measuring device; Viscosity constant; Stress threshold
cut interface; Concrete component.


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Để đáp ứng đƣợc u cầu xây dựng hiện đại với những cơng trình bê tông cốt
thép quy mô ngày càng lớn, các nhà khoa học kỹ thuật xây dựng không ngừng nghiên
cứu nâng cao chất lƣợng bê tơng. Bên cạnh đó để chất lƣợng bê tơng đƣợc đảm bảo
đến cơng trình thì cơng nghệ thi cơng bê tơng đóng một vai trị vơ cùng quan trọng.
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thay vì trộn và bơm bê tơng theo kiểu
thủ công truyền thống tất cả đa phần đã đƣợc thay thế bằng máy, công nghệ bơm bê
tông này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn so với kiểu truyền thống nhất là khi quy mơ
kích thƣớc cơng trình càng lớn, thời gian thi công càng ngắn…
Bê tông đƣợc xem là có khả năng bơm đƣợc địi hỏi phải có độ linh động cần
thiết. Các thơng số chính ảnh hƣởng đến khả năng bơm bê tơng có thể đƣợc chia
thành: thông số liên quan điều kiện công trƣờng (loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều dài,
vật liệu làm ống bơm, lƣu lƣợng yêu cầu...) và thông số liên quan đến kỹ thuật bơm
(thành phần, độ nhớt bê tơng…). Nói chung, các thông số liên quan đến điều kiện công
trƣờng gần nhƣ đã đƣợc xác định trƣớc, vì vậy áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào các
thông số liên quan đến kỹ thuật bơm.

Mơ hình dịng chảy của bê tông trong ống bơm.
Các nghiên cứu trƣớc đây đã chỉ 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

nhƣ trong hình. Các đặc tính lƣu biến của lớp biên này cịn đƣợc gọi là các thơng số
ma sát bề mặt (gồm hằng số nhớt  và ngƣỡng ứng suất cắt giao diện - gọi tắt là
ngƣỡng trƣợt 0t), và khả năng bơm của bê tơng phụ thuộc chính bởi các thông số ma


2
sát này. Ngƣỡng trƣợt 0t đặc trƣng cho tính ì của dịng bê tơng trong ống bơm,
ngƣỡng trƣợt càng lớn nghĩa là cần phải có một áp lực bơm ban đầu lớn để có thể đẩy
bê tơng dịch chuyển trong ống bơm. Hằng số nhớt  đặc trƣng cho tính ì của bê tông
khi bê tông đã dịch chuyển trong ống, thơng số này càng nhỏ thì bê tơng càng dễ dịch
chuyển hay nói cách khác là dễ bơm.
Nghiên cứu xác định ảnh hƣởng 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 hƣớng tiến triển của các thông số này khi thay
đổi thông số thành phần/cấp phối vữa bê tông.
Ở Việt Nam hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu về thuộc tính lƣu biến của vữa bê tơng
nói chung và các thơng số ma sát của q trình bơm bê tơng chƣa thực sự đƣợc chú
trọng đúng mức. Do đó, trong thực tế các phƣơng pháp xử lý thuận tiện cho thi cơng
lại ít nhiều ảnh hƣởng đến chất lƣợng bê tơng.
Chính vì thế, việc đƣa ra đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của khối lƣợng vữa hồ
xi măng & tỉ lệ nƣớc/xi măng lên ma sát với thành ống bơm” là cần thiết để làm rõ
vấn đề này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số thành phần/ cấp phối vữa bê tông lên
ma sát bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm.
- Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm phân tích đƣa ra những kết luận, kiến nghị
cần thiết.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hƣởng của khối lƣợng vữa hồ xi măng và tỉ lệ Nƣớc/Xi Măng
lên ma sát với thành ống bơm.

4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số thành phần Vpaste , N/X lên ma sát với
thành ống bơm.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phân tích lý thuyết


3
- Thí nghiệm đo ma sát
- Phân tích đánh giá kết quả.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nắm đƣợc bản chất của quá trình bơm bê tông.
- Xác định đƣợc ảnh hƣởng của các thông số thành phần/ cấp phối cụ thể:
Vpaste, N/X lên thông số ma sát bề mặt về mức độ cũng nhƣ xu hƣớng.
- Xây dựng đƣợc 1 cơ sở dữ liệu giúp ích cho các nghiên cứu về lĩnh vực bơm bê
tơng sau này.
7. Bố cục luận văn
Ngồi chƣơng mở đầu giới thiệu về tính cấp thiết, các mục tiêu nghiên cứu, kết
luận và kiến nghị, luận văn có 3 chƣơng theo bố cục sau:
Mở đầu
Chƣơng 1. Tổng quan về lĩnh vực bơm bê tông
Chƣơng 2. Vật liệu, thiết bị và chƣơng trình thí nghiệm
Chƣơng 3. Phân tích kết quả thí nghiệm
Kết luận và kiến nghị


4

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC BƠM BÊ TÔNG
1.1. CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG
LÊN KHẢ NĂNG BƠM BÊ TƠNG
Bơm bê tơng loại cố định là loại thiết bị dùng bơm bê tông khối lƣợng lớn từ nơi
tập kết bê tơng đến vị trí cần đổ bê tơng của cơng trình xây dựng. Bê tơng đƣợc vận
chuyển trong đƣờng ống nhờ vào áp lực đẩy rất lớn của máy do hệ thống động cơ và
hệ thống thuỷ lực tạo ra. Bơm bê tông đƣợc dùng cho hầu hết các cơng trình xây dựng
có quy mơ lớn nhƣ 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 ngƣời vận hành và 8 nhân cơng thao tác đƣờng ống làm việc một ngày thì sẽ 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 ngƣời, tiết kiệm thời gian cho tiến độ thi công và đảm bảo
chất lƣợng của bê tông trong q trình liên kết. Đặc biệt có những vị trí của cơng trình
cần đổ bê tơng rất khó hoặc rất nguy hiểm để con ngƣời làm đƣợc thì máy bơm bê
tơng dễ dàng thực hiện những cơng việc này.

Hình 1.1. Xe trộn và máy bơm bê tông


5
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận đƣợc bằng cách đổ khuôn và làm rắn
chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nƣớc, 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 đƣợc những tính chất cho trƣớc nhƣ cƣờng độ, độ chống thấm v.v...
Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông.
Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá gọi là bê tông.
Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trị 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 tƣơng đối đồng nhất và đƣợc gọi là bê tơng. Bê tơng có cốt thép gọi là

bê tơng cốt thép.
Bê tơng là loại vật liệu giịn, cƣờng độ chịu nén lớn, cƣờng độ chịu kéo thấp
thƣờng đặt cốt thép vào để tăng cƣờng khả năng chịu kéo của bê tông trong các kết cấu
chịu uốn, chịu kéo. Loại bê tông này gọi là bê tông cốt thép. Vì giữa bê tơng và cốt
thép có lực bám dính tốt, có hệ số dãn nở nhiệt xấp xỉ nhau, nên chúng có thể làm việc
đồng thời. Nếu cốt thép đƣợc bảo vệ chống gỉ tốt thì sẽ cùng với bê tơng tạo nên loại
vật liệu có tuổi thọ cao. Cốt thép đặt trong bê tơng có thể ở trạng thái thƣờng, hoặc ở
trạng thái có ứng suất (dự ứng lực).
Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vơi và cũng có thể là chất kết
dính hữu cơ (polime).
Trong bê tông xi măng cốt liệu thƣờng chiếm 80 - 85%, còn xi măng chiếm 10 20% khối lƣợng.
Bê tông và bê tông cốt thép đƣợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có
những ƣu điểm sau: cƣờng độ chịu lực cao, có thể chế tạo đƣợc những loại bê tơng có
cƣờng độ, hình dạng và tính chất khác nhau; giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối
với mƣa nắng, nhiệt độ, độ ẩm.
Tuy vậy chúng còn tồn tại những nhƣợc điểm: nặng (ρv = 2200  2400kg/m3),
cách âm, cách nhiệt kém (λ = 1,05  1,5 kCal/m.0C.h), khả năng chống ăn mòn kém.


6

Hình 1.2. Cơng trình thi cơng có hệ kết cấu sử dụng bê tông
1.1.1. Công nghệ bơm bê tông
a) Máy Bơm
Máy bơm bê tông là một loại máy xây dựng chuyên dụng để vận chuyển hỗn hợp
vữa bê tông theo cả phƣơng ngang lẫn phƣơng đứng bằng phƣơng pháp bơm đẩy.
Thông thƣờng ngƣời ta chia máy/hệ thống bơm bê tông thành: bơm tự hành và bơm cố
định.
Loại bơm cố định, là loại máy chỉ gồm phần máy bơm chính khơng kèm theo hệ
đƣờng ống bơm, mà sẽ đƣợc đấu vào đƣờng ống bơm đặt sẵn tại cơng trình. Thƣờng

máy bơm cố định không tự di chuyển đƣợc, mà phải gắn vào xe tải nhƣ một rơ-moóc,
để xe tải kéo đến công trƣờng. Loại máy bơm di động, loại này thƣờng 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, nhƣ một cánh tay robot có điều khiển từ xa (cịn gọi là cần bơm bê
tơng), để có thể vƣơn xa tới những vị trí đổ bê tơng với độ chính xác nhất định. Tuy
máy bơm cố định khơng có hệ cần để có thể vƣơn tới mọi vị trí đổ bê tông trong tầm
hoạt động của cần nhƣ bơm tự hành, nhƣng với nhà siêu cao tầng nó lại thƣờng đƣợc
dùng để bơm chuyền lên từng đợt độ cao nhà theo từng đợt đƣờng ống đứng. Trong
trƣờng hợp này, ngƣời ta thƣờng kết hợp nhiều máy bơm tĩnh để bơm vữa bê tơng
trung chuyển theo từng đợt chiều cao của tịa nhà siêu cao tầng.


7
Ơ tơ chở bê tơng đóng vai trị là máy vận chuyển bê tơng trong các cơng trình
xây dựng với cự li từ vài km đến vài chục km, bắt đầu từ trạm trộn bê tông thƣơng
phẩm đến nơi tiêu thụ. Khi vận chuyển bê tông trong cự li ngắn ngƣời ta đổ bê tông đã
trộn vào thùng (chỉ chiếm từ 75 – 80% dung tích thùng ) và cho quay chậm với vận tốc
3 – 4 vòng/ phút. Điều này sẽ đảm bảo bê tông khi vận chuyển không bị phân tầng và
đông kết. Trong trƣờng hợp này, ô tơ chỉ làm nhiệm vụ vận chuyển. Cịn đối với
khoảng cách dài ngƣời ta đổ cốt liệu chƣa trộn vào thùng (chiếm từ 60 – 70% dung
tích thùng ), trong quá trình vận chuyển, máy trộn trên xe sẽ trộn đều cốt liệu với nƣớc
thành bê tông đồng nhất (vận tốc từ 10 – 12 vòng/phút). Khi đến địa điểm thi công, bê
tông đƣợc đổ ra và dùng ngay. Lúc này ôtô chở vừa làm nhiệm vụ trộn vừa làm nhiệm
vụ vận chuyển.
Dung tích thùng của các ơtơ chở bê tông hiện nay thƣờng là: 2, 6; 3, 2; 4, 0; 7, 0
và 8 m3.

(a )

(b)

Hình 1.3. (a) Bơm tự hành; (b) bơm cố định
b) Hệ thống bơm
Hiện nay có hai hệ thống khác nhau đƣợc sử dụng để bơm: máy bơm bêtông kiểu
piston và máy bơm bêtông kiểu rotor.
Máy bơm kiểu piston:
Loại máy bơm này cấp/tốc độ bơm cao. Hầu hết các máy bơm bê tông hiện đại
đa phần là loại bơm piston. Bê tông đƣợc gửi vào phễu của máy bơm và sau đó thơng
qua một khe hở đặt ở dƣới cùng của phễu, bê tông bị hút vào một xi lanh bằng trọng


8
lực và lực hút đƣợc tạo ra bởi các piston. Sau đó, một hệ thống van điều kiển kết nối
với ổ cắm của máy bơm và piston 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 1.4.Máy bơm với hai piston [Putzmeister].
Máy bơm rotor:
Đây là loại bơm phù hợp hơn để bơm các loại bê tông "nhạy cảm" đặc biệt nhƣ
bê tơng nhẹ, bê tơng tự đầm,... Một vịi linh hoạt đƣợc đặt dƣới 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.
Cơng suất của máy bơm rotor là thấp hơn so với máy bơm piston, nhƣng dịng
chảy do nó thu đƣợc có lợi thế hơn. Khi dùng máy bơm này phải thay đổi đƣờng ống
sau khoảng 100 giờ tuỳ theo tính chất của bê tơng bơm.

Hình 1.5. Ngun tắc hoạt động của một máy bơm kiểu rotor [Putzmeister]

9
Cơ chế di chuyển piston trong máy bơm piston có thể cơ khí hoặc thủy lực. Bơm
cơ khí đƣợc sử dụng chủ yếu ở các nƣớc thuộc Liên Xô cũ. Các nƣớc khác thƣờng 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 tông trái ngƣợc với bơm thủy lực (kìm nén bê tơng với một
tốc độ khơng đổi).
* Chọn một máy bơm tốt
Sự lựa chọn giữa một máy bơm piston thủy lực và một máy bơm rotor thực sự là
chƣa rõ ràng, nó thƣờng phụ thuộc vào đặc tính của từng máy, điều kiện thi cơng cụ
thể trên công trƣờng và bản chất của bê tông bơm. Để chọn loại máy bơm và công suất
phù hợp với nhu cầu thi cơng nó thƣờng đƣợc dựa trên áp lực các loại máy bơm có thể
cung cấp, lƣu lƣợng dịng chảy mong muốn, các đặc tính của bê tơng tƣơi.
c) Ống bơm
Là một hệ thống đƣờng ống, thƣờng làm bằng thép dùng để vận chuyển bê tông
tƣơi kết hợp với một máy bơm đến vị trí của ván khn. Các đƣờng ống thép sử dụng
cho bơm bê tơng thƣờng có đƣờng kính 65, 100, 125 và 150 mm. Các ống có chiều dài
1, 2 hoặc 3 m đƣợc nối với nhau qua kẹp nối. Những chiếc kẹp nối cho phép kết nối
nhanh và đáng tin cậy.

Hình 1.6. Kẹp nối
d) Hộp số và khuỷu tay
Hộp số của máy trộn đƣợc thiết kế theo cơ cấu truyền động bánh răng, có sức
chịu tải trọng lớn, cƣờng độ làm việc liên tục, động cơ đƣợc lai từ dây cu loa ra puli
hộp số, đầu ra của hộp số máy trộn đƣợc gắn bởi hai bánh răng đầu trục, hai bánh răng
này lại đƣợc gắn vào hai bánh răng của máy trộn, bên trong máy là hai trục có hai đầu


10
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 lƣợng bê tông tốt hơn.
Khuỷu tay đƣợc sử dụng để thay đổi hƣớng của ống.

Hình 1.7. Hộp số và khuỷu tay
e) Vịi ống bơm
Bê tơng chạy từ ống bơm đến điểm đổ bê tông đƣợc thao tác bởi một vịi linh
hoạt. Qua ống này, bê tơng chảy liên tục vào vị trí cuối cùng của nó và vẫn giữ đƣợc
tính đồng nhất của bê tơng. Trƣờng hợp đổ bê tơng sâu trong ván khn, vịi su mềm
giúp đƣa bê tơng tới vị trí thấp của ván khn, sau đó nó đƣợc nâng lên dần dần lấp
đầy cốp pha, cho phép để tránh sự phân tầng trong bê tơng.

Hình 1.8. Vịi bơm bê tơng


11

1.1.2. Ƣu và nhƣợc 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 đƣợc sử dụng,
lắp đặt bơm và tính chất của bê tơng).
• Đƣa đƣợc vữa bê tơng vào những nơi khó tiếp cận, giúp cho bê tơng dễ có đƣợc
trạng thái đồng nhất hơn trong q trình thi cơng.
• Giảm thời gian vận chuyển và đổ bê tông tại công trƣờng xây dựng, mang lại
hiệu quả kinh tế, giảm hao phí lao động và tạo điều kiện cơng việc nhẹ nhàng hơn.
• Cải thiện vấn đề an tồn trên công trƣờng xây dựng.
Tất cả những lý do trên giải thích việc sử dụng bơm bê tơng ngày càng đƣợc áp
dụng rộng rãi trên thế giới.
b) Nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tơng
Khi bê tơng dừng bơm có thể hình thành nút nghẽn trong đƣờng ống. Vì vậy cần

thiết tháo rời các đƣờng ống và thông các tắc nghẽn này. Động tác này khá là tốn thời
gian, ảnh hƣởng kinh tế và ảnh hƣởng đến tiến độ. Sự xuất hiện các nút nghẽn trong
các đƣờng ống xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Có hai loại nguyên nhân:
thứ nhất liên quan đến lỗi của con ngƣời (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 lƣu biến của
bê tơng.
Các hình thức nghẹt :
• Nghẹt khi khởi đơng (95%);
• Nghẹt khi bơm;
• Nghẹt khi tái khởi động;
• Nghẹt do giai đoạn vệ sinh đƣờng ống không tốt...;
* Giai đoạn khởi động bơm:


12
Trong công nghệ bơm bê tông, giai đoạn khởi động là rất quan trọng. Giai đoạn
này, trạng thái đƣờng 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 trƣờng xây dựng xảy ra vào lúc bắt đầu).
Nói chung, để giảm thiểu nghẽn khi khởi động trƣớc khi bắt đầu bơm thực tế,
một hỗn hợp “bôi trơn” của xi măng và nƣớc đƣợc tạo trƣớc trong ống bơm ở bề mặt
tiếp xúc với thành ống bơm, với tỷ lệ Nƣớc/Xi măng khoảng từ 0,5  0,8 theo nhu cầu
thực sự tại công trƣờng và chuyên môn các kỹ thuật viên điều khiển máy bơm. Vai trò
của hỗn hợp này là bằng cách nào đó bơi trơn các thành ống. Trong giai đoạn đó, nó sẽ
để lại một lớp biên - hay lớp ma sát ở mặt biên trên thành ống.
Hình sau minh họa hai mẫu bê tơng lấy trực tiếp từ các đƣờng ống đầu ra, cắt
theo chiều dọc và ngang.

Hình 1.9. Bên trái: trạng thái bê tơng khi bị nghẽn, bên phải: trạng thái khi bê tông
trượt trong ống bơm

* Nghẹt trong q trình bơm bê tơng :
Khi bê tông vƣợt qua giai đoạn khởi động mà khơng bị nghẽn, dịng chảy bê tơng
trong ống bơm đi vào giai đoạn thứ hai: trạng thái chảy ổn định. Số lƣợng tắt nghẽn
dịng chảy bê tơng trong ống bơm gặp trong giai đoạn này thƣờng là rất thấp. Với
những quan sát thực tế trên công trƣờng xây dựng và trong thực nghiệm theo Kaplan,
chúng ta có thể xác định đƣợc ngun nhân gây nghẹt bê tơng trong q trình bơm
[KAPLAN 2000], [KAPLAN et al. 2005]:
Kích thƣớc cốt liệu quá lớn (>1/4 đƣờng kính ống bơm)
Gia tăng tốc độ bơm quá lớn và nhanh


13
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 đƣờng ống bơm
Xuất hiện các yếu tố cá biệt khác trong bê tông (đá lớn, mảnh dây,….).
* Nghẹt trong quá 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
đƣờng 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 tơng
dƣới 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 đƣờng 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 đƣờng
ống bơm...
* Nghẹt do giai đoạn vệ sinh đƣờng ống không tốt:
Làm sạch ống bơm là giai đoạn cuối cùng để thực hiện quá trình bơm. Hiện tại có
hai kỹ thuật làm sạch sử dụng trên cơng trƣờng xây dựng: làm sạch bằng khí nén và
làm sạch bằng nƣớc.

Làm sạch bằng khí nén: kỹ thuật này đòi hỏi các vấn đề liên quan đến an tồn
trong thi cơng, nhƣng hiếm khi gây ra sự tắt nghẽn.
Làm sạch bằng nƣớc: kỹ thuật này đƣợc khuyến cáo là nên sử dụng hơn so với kỹ
thuật làm sạch bằng khí nén, nhƣng nó hay gây nên các nút nghẽn và các nút tắt nghẽn
này lại rất khó xử lý.

1.2. CÁC THƠNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN DỊNG CHẢY CỦA BÊ
TƠNG TRONG ỐNG BƠM
Các thơng số ảnh hƣởng đến khả năng bơm bê tơng có thể đƣợc phân thành hai
loại. Loại thứ nhất liên quan đến các thông số cơ khí ở hiện trƣờng 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 lƣu lƣợng bơm), các loại máy bơm, chiều dài tính theo


14
phƣơng ngang - phƣơng đứng của hệ thống bơm, đƣờng kính của ống bơm, các dạng
vật liệu làm ống bơm (ống cứng, ống linh hoạt, độ nhám bên trong ống...) của chƣớng
ngại vật hình học trên hệ thống bơm (tiết giảm đƣờng ống bơm, sự rẽ nhánh đƣờng
ống,...), thời gian và tần số của điểm dừng/ngừng trong quá trình bơm.
Loại thứ hai liên quan đến các thông số về đặc tính của vữa bê tơng tƣơi và do đó
liên quan với các thành phần cấp phối vữa bê tông. Các nghiên cứu trƣớc đây đã chỉ ra
rằng dòng chảy trong bơm ống bê tông đƣợc thực hiện thông qua một lớp ranh giới
đƣợc hình thành tại giao diện tiếp xúc giữa bê tơng và thành ống bơm, cịn đƣợc gọi là
lớp ma sát hay lớp biên [KAPLAN 2000], [NGO 2009], [FEYS et al. 2009], [CHOI
et al. 2014]. Hình 1.10 mơ tả trạng thái của dịng chảy bê tơng tong ống bơm, có hai
khả năng xảy ra:

Hình 1.10. 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
ngƣỡng ứng suất cắt (ngƣỡng cắt) của bê tơng, lúc này dịng chảy của bê tơng trong

ống bơm nhƣ là cái “nút” trƣợt trong ống bơm nhờ một lớp ma sát tạo ra ở bề mặt tiếp
xúc với thành ống bơm, trong bê tơng khơng có hiện tƣợng cắt và biểu đồ vận tốc của
dòng chảy bê tơng trong ống bơm có dạng nhƣ biểu đồ (1) trong Hình 1.10. Ở trạng
thái này, dịng chảy của bê tơng trong ống bơm là dịng chảy trƣợt, 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 ngƣỡng cắt của bê
tông, lúc này ở phần tiếp xúc với thành ống bơm xuất hiện một phần bê tông bị cắt và
biểu đồ vận tốc của dịng bê tơng trong ống bơm có dạng nhƣ phần (2) trong Hình
1.10.
Dịng chảy của bê tông trong ống bơm lúc này vừa phụ thuộc các thông số ma sát
của lớp biên vừa phụ thuộc các thông số lƣu biến của bê tông.