Báo cáo khoa học: "ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI CHẾ TẠO KẾT CẤU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

186
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Bê tông chất lượng cao thông thường được nghiên cứu, chế tạo bằng phương pháp sử dụng các chất phụ gia siêu dẻo và các chất khoáng hoạt tính siêu mịn (d = 0.1 - 10 μm) có phản ứng puzơlan hóa với hydroxit canxi trong hồ xi măng. Nội dung chủ yếu của bài báo này đặt vấn đề theo hướng khác: giới thiệu và xem xét hiệu quả của các công nghệ hiện đại trong việc nâng cao chất lượng bê tông về cường độ nén, độ chống thấm......

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI CHẾ TẠO KẾT CẤU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO"

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI CHẾ TẠO KẾT CẤU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO ThS. ĐINH CÔNG TÂM Trường Cao đẳng Giao thông Vận tải III Tóm tắt: Bê tông chất lượng cao thông thường được nghiên cứu, chế tạo bằng phương pháp sử dụng các chất phụ gia siêu dẻo và các chất khoáng hoạt tính siêu mịn (d = 0.1 - 10 μm) có phản ứng puzơlan hóa với hydroxit canxi trong hồ xi măng. Nội dung chủ yếu của bài báo này đặt vấn đề theo hướng khác: giới thiệu và xem xét hiệu quả của các công nghệ hiện đại trong việc nâng cao chất lượng bê tông về cường độ nén, độ chống thấm... từ đó rút ra những kết luận, kiến nghị sử dụng. Summary: High performance concrete is normally researched and manufactured by using the super flexible admixture and super active silky mineral substance (d = 0.1 - 10 µm) which has the puzzolanative reaction with hydroxide calcium in the environment of cement mortar. The main content of this report is an expression in another way: Introducing and studying the effect of the modern technology in the improvement of concrete quality, such as strength, absorption…, from which the conclusion and request for utilization are drawn. Bê tông đã có cách đây khoảng hơn 100 năm. Đến nay, nó đã là một vật liệu xây dựng phổ biến đối với ngành xây dựng nói chung và xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông vận tải nói riêng. Cùng với sự tiến bộ, phát triển của khoa học, kỹ thuật, các công trình xây dựng trong điều kiện CT 1 đặc biệt cần phải có chất lượng cao hơn. Điều này đòi hỏi phải nghiên cứu bê tông thế hệ mới có nhiều tính năng, phẩm chất ưu việt hơn đáp ứng yêu cầu xây dựng các công trình ngoài biển, nhà cao tầng, các cầu lớn... Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông chất lượng cao trên thế giới đã có những bước phát triển đáng kể. Bê tông chất lượng cao được chế tạo với thành phần vật liệu có chất lượng cao, cấp phối hợp lý kết hợp với các loại phụ gia và các chất bổ trợ phù hợp, đồng thời được cân đong, trộn, đúc, đầm, bảo dưỡng theo những quy trình đặc biệt. Bê tông chất lượng cao có các tính năng cao theo yêu cầu sử dụng như: cường độ cao, độ chống thấm cao, sức chịu mài mòn tốt, mô đun đàn hồi cao, độ bền chống ăn mòn hóa học cao v.v... Trước đây bê tông là hỗn hợp của cốt liệu, xi măng và nước. Trong đó, nước đóng hai vai trò: thủy hóa xi măng và tạo tính công tác cho bê tông tươi bằng cách tạo cho bê tông một tính lưu biến hợp lý. Ngày nay bê tông bao gồm cốt liệu, xi măng, nước và phụ gia. Để có được bê tông chất lượng cao, người ta sử dụng các chất siêu dẻo giảm nước cao để chống vón cục các hạt xi măng như: foocmandehyt dạng lỏng, melamin sunfonat, foocmadehyt lỏng, naptalen sunfonat và policácboncylat. Bằng cách này có thể giảm mạnh lượng nước cần dùng vì phần lớn nước trong bê tông truyền thống nằm giữa các hốc xi măng và do vậy ít tạo ra tính công tác. Tỷ lệ N/X là 0.3 - 0.2, với bê tông truyền thống thì tỷ lệ này từ 0.4 - 0.6. Theo con đường này có thể đạt cường độ bê tông tối đa đến 70 MPa mà không cần sử dụng các chất khoáng siêu mịn. Một hướng khác là tăng dải hạt của hỗn hợp bằng cách sử dụng các chất hoạt tính siêu mịn (silicafume, tro nhẹ, metacaolanh, tro trấu...) nhằm lấp đầy lỗ rỗng vi mô giữa các cụm hạt, đồng thời cải thiện độ chặt của hỗn hợp, tất cả đều làm tăng tính lưu biến của bê tông tươi.
Như vậy, lượng nước cần thiết để thi công bê tông có thể giảm đi. Mặt khác các khoáng hoạt tính siêu mịn (d = 0.1 - 10 μm) có phản ứng puzơlan hóa với hydroxit canxi trong hồ xi măng. Phản ứng này làm thay đổi chất lượng của sản phẩm thủy hóa, làm tăng độ bền của bê tông trong môi trường nước và nước biển. Hiện nay, nhiều công nghệ hiện đại để chế tạo bê tông ra đời. Người ta có thể nhận được một hỗn hợp bê tông có độ chặt rất cao bằng công nghệ rung ép với áp lực cao. Kết quả có thể tạo ra bê tông có chất lượng cao hơn hẳn về mặt cường độ, chống thấm... Như vậy, có hai con đường, với bản chất hóa lý tự nhiên khác nhau để đạt được chất lượng bê tông cao. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại này giúp không tăng giá bê tông lên quá cao mà vẫn nhận được các loại bê tông chất lượng cao. Trong nghiên cứu này chọn đối tượng là ống cống tròn bê tông cốt thép sử dụng bê tông cấp B30. Mục tiêu nghiên cứu: xem xét hiệu quả của các công nghệ hiện đại trong việc nâng cao chất lượng bê tông về cường độ nén, độ chống thấm... từ đó rút ra những kết luận, kiến nghị sử dụng. 1. Giới thiệu một số công nghệ hiện đại chế tạo ống cống thoát nước bê tông cốt thép Trước đây, công nghệ quay ly tâm được sử dụng phổ biến để chế tạo các loại ống tròn thoát nước chất lượng cao. Ngày nay, trên thế giới đều sử dụng chủ yếu 03 loại công nghệ hiện đại có nguyên lý hoạt động: rung ép, rung lõi và rung bàn. Tại Việt Nam cả ba công nghệ này đều đã được sử dụng tại Nhà máy bê tông đúc sẵn Hùng Vương, TP Hồ Chí Minh và một số đơn vị khác với tên thương mại và nguồn gốc xuất xứ khác nhau. Dưới đây là tóm tắt những nét chính về một vài dây chuyền sản xuất ống cống bê tông cốt thép hiện đại sử dụng các các công nghệ nói trên. 1.1. Công nghệ Rung ép TCT1 Dây chuyền tự động sản xuất cống BTCT bằng công nghệ rung ép có tên thương mại là BIDI, do Hoa Kỳ sản xuất (hoặc dây chuyền Souverean của CHLB Đức có tính năng tương đương). Dây chuyền có thể sản xuất được cống tròn BTCT có đường kính từ 200 ÷ 1500 mm, công suất 350 ống/ngày đêm. Sản phẩm được sản xuất và kiểm soát tự động hoàn toàn từ khâu nạp liệu đến khi ra thành phẩm. Hệ thống hoạt động gồm các phần chính sau: Bàn tạo đầu loe (Bell packer): dùng để tạo đầu loe. Bàn có một hệ thống rung nén, tùy theo mỗi loại cống mà có một thời gian rung và quay khác nhau. Cần cài đặt các thông số thời gian cho từng loại cống. Trục quay (Packer shaft) và đầu quay (Rollerhead-longbottom): trục quay là cần nối giữa con trượt (crosshead) với đầu quay trên (rollerhead) và đầu quay dưới (longbottom), trục được bảo vệ bởi một ống sắt. Con trượt được điều khiển bởi motor thủy lực dẫn động lên xuống. Tuỳ theo loại cống mà có thời gian nâng khác nhau. Đây là điều rất quan trọng khi làm cống, thông số thời gian lên xuống phải được thiết lập trước khi làm một loại cống có đường kính khác nhau, cống càng nhỏ thì thời gian lên xuống càng giảm. Song song với con trượt, trục quay nối với đầu quay được điều khiển bằng thủy lực, tốc độ quay (vòng/phút) của trục quay là một yếu tố quan trọng quyết định khi làm cống, cống càng nhỏ thì tốc độ quay càng cao. Bàn dẫn bê tông và tạo đầu dương của cống: có tay gạt bê tông thừa vào khuôn cống, bộ phận dao động miết đầu cống tự động khi hoàn thành một chu trình. Băng tải vận chuyển bê tông được điều khiển bằng thủy lực, tại vị trí bàn điều khiển có một van thủy lực cho phép điều chỉnh tốc độ của băng tải, tốc độ càng lớn thì bê tông cấp càng nhiều dùng cho cống lớn và ngược lại.
Theo công nghệ này, khuôn tạo hình được đặt thẳng đứng và đồng trục với trục dẫn động. Hỗn hợp bê tông trong khuôn được ép theo hướng đường kính của ống bằng các con lăn ép. Nguyên lý làm việc của thiết bị như sau: bình thường đầu ép nằm ở vị trí dưới cùng. Hỗn hợp bê tông được máy nạp rót vào khuôn. Khuôn được đặt thẳng đứng trên bàn rung. Đầu tiên cho bàn rung hoạt động để làm chặt hỗn hợp tại phần loe của đầu ống. Khi phần loe của đầu ống đã được làm chặt, bàn rung được dừng hoạt động và đầu ép được đẩy lên phía trên để thực hiện việc ép hướng theo chiều đường kính. Cụm đầu ép được gắn với trục và gồm có nón phân phối, cánh gạt, con lăn ép và ống là nhẵn. Đầu ép vừa tịnh tiến, vừa quay tròn. Do chuyển động quay tròn của đầu ép nên hỗn hợp bê tông vừa bị ép do lực quán tính ly tâm của cánh gạt, vừa bị ép do con lăn. Ưu điểm của công nghệ rung ép: độ nén chặt của bê tông rất cao, không tạo ra ứng suất xoắn trong cống; chịu mài mòn tốt, khả năng chịu áp lực và tính đồng nhất của bê tông cao; vị trí lồng thép, khoảng cách cốt thép luôn chính xác; kích thước hình học cống chính xác, bề mặt nhẵn; lắp đặt joint kín khít, không dò rỉ nước trên thành cống và tại vị trí mối nối. CT 1 Hình 1. Dây chuyền sản xuất 1.2. Công nghệ Rung lõi cống BIDI của Hoa Kỳ Dây chuyền tự động sản xuất cống BTCT bằng công nghệ rung lõi có tên thương mại là JUMBO, do CHLB Đức sản xuất. Dây chuyền có thể sản xuất được cống tròn BTCT có đường kính từ 1500 ÷ 3600 mm, cống hộp có kích thước (1.000 x 1.000 mm) đến (3.000 x 3.000 mm), hố ga có kích thước tùy chọn. Sản phẩm được sản xuất và kiểm soát tự động hoàn toàn từ khâu nạp liệu đến khi ra thành phẩm. Hệ thống hoạt động gồm các phần chính sau: Cột rung trung tâm được thiết kế nhiều tầng đảm bảo lực rung phân bố đồng đều trên toàn thân cống và lực rung mỗi tầng theo phương ngang vừa nén bê tông xuống lại vừa nén bê tông vào thành khuôn. Hệ thống kiểm soát việc tiếp liệu bằng tia laser điều khiển quá trình cung cấp bê tông cực kỳ chính xác cả về khối lượng và độ cao lớp bê tông ở từng vị trí. Bộ phận dưỡng đầu (spigot) hoạt động nhờ hệ thống pit tông thủy lực nén, xoay đồng thời tạo đầu cống cực kỳ chính xác và có chất lượng cao. Nguyên lý làm việc của thiết bị như sau: khuôn tạo hình được đặt thẳng đứng và đồng trục với cột rung trung tâm. Hỗn hợp bê tông được máy nạp rót vào khuôn liên tục dưới sự kiểm soát của hệ thống tia laser. Các máy rung từng tầng lần lượt hoạt động tự động theo chương trình điều khiển đã được lập trình sẵn. Đầu cống được tạo hình và lèn chặt nhờ bộ phận dưỡng đầu (spigot). Ưu điểm của công nghệ rung lõi: ngoài những ưu điểm giống như dây chuyền BIDI và Souverean, dây chuyền sản xuất cống JUMBO có thể sản xuất được 02 sản phẩm cùng một lúc,
tốc độ cấp liệu được kiểm soát bằng tia laser, độ nén chặt của bê tông rất cao nhờ hệ thống rung trung tâm. Hình 2. Hệ thống tiếp liệu kiểm soát bằng tia Laser Hình 3. Cột rung trung tâm 1.3. Công nghệ Rung bàn Dây chuyền tự động sản xuất cống BTCT bằng công nghệ rung bàn có tên thương mại là VIHY Multicast XL BC 360, do Đan Mạch sản xuất. Dây chuyền có thể sản xuất được cống tròn BTCT từ 600 mm ÷ 4000 mm, cống hộp có kích thước đến (3600 x 3600 mm). Sản phẩm TCT1 được sản xuất và kiểm soát tự động hoàn toàn từ khâu nạp liệu đến khi ra thành phẩm. Hệ thống hoạt động gồm các phần chính sau: Thiết bị rung thủy lực được thiết kế với tải trọng tối đa lên đến 60 tấn, tần số rung linh hoạt có thể điều chỉnh chính xác để phù hợp với các yêu cầu rung trong quá trình sản xuất. Thiết bị điều khiển Fancon được liên kết trực tiếp với máy và cung cấp các chương trình điều khiển tiên tiến giúp cho quá trình sản xuất hiệu quả và tiết kiệm nhất. Một màn hình cao cấp hiển thị các dữ liệu hướng dẫn người vận hành nhanh chóng phát hiện nguyên nhân của bất cứ lỗi vận hành nào. Nếu có một vấn đề phát sinh, một chương trình dịch vụ chuyên gia trực tuyến điều tra và thực Hình 4. Dây chuyền sản xuất cống bằng công nghệ rung bàn VIHY hiện bất cứ các chẩn đoán Multicast XL BC 360 cần thiết thông qua hệ
thống điều khiển. Nguyên lý làm việc của thiết bị cũng tương tự như công nghệ rung lõi. Ưu điểm của công nghệ rung bàn: độ nén chặt của bê tông rất cao nhờ hệ thống rung thủy lực; đặc biệt phù hợp với các loại cống hộp, hố ga và những kết cấu có tiết diện không đối xứng. Hình 5. Thiết bị rung thủy lực VIHY 2. Thí nghiệm xác định cường độ, độ chống thấm của bê tông ống cống được chế tạo bằng các công nghệ hiện đại khác nhau 2.1. Cấu tạo cống Cống thoát nước bê tông cốt thép phải chịu các tải trọng khi vận chuyển, thi công và tĩnh, hoạt tải trong quá trình khai thác. Ngoài ra, vì được sử dụng trong môi trường nước thải rất khắc nghiệt nên bê tông phải có tính chống thấm cũng như chống xâm thực cao. Trong nghiên cứu này lựa chọn các tham số của ống cống thí nghiệm như sau: D8 D6 1 3 D8 1 D8 D6 D6 24 D6 3 2 4 5 D8 2 24 D6 4 D6 a600 5 CT 1 Hình 6. Cấu tạo cống ∅1500 - Cống tiết diện hình tròn, có đường kính trong ∅1500, dầy 120 mm, dài 3000 mm. Cốt thép cường độ cao Ra = 3800 kg/cm2. - Sử dụng bê tông thông thường, có cường độ = 30 MPa. 2.2. Cấp phối bê tông Bảng 1. Cấp phối bê tông (30 MPa) Xi măng (kg) Đá 0.5x1 (kg) Cát (kg) Nước (l) 390 1237 730 160 2.3. Vật liệu - Xi măng: sử dụng loại xi măng hỗn hợp HOLCIM ESTRA DURABLE PCB40 do nhà máy xi măng HOLCIM sản xuất. - Cốt liệu nhỏ - cát: sử dụng cát vàng sông Đồng Nai có: mầu vàng, ít tạp chất, mô đun cỡ hạt lớn từ 2.83. - Cốt liệu lớn: đá dăm (0.5x1) lấy từ mỏ Hóa An, Đồng Nai, được rửa sạch. Chất lượng đá Hóa An, Đồng Nai rất tốt, hiện nay là nguồn cung cấp chính cho các công trình khu vực Nam bộ.
2.4. Kết quả thử nghiệm Bảng 2. Sự phát triển cường độ bê tông Cường độ nén (MPa) Độ Công nghệ chống R3 R7 R28 thấm Mẫu trụ 19.3 25 35.6 B8 (150x300) 54% 70% 100% Rung - ép 30.3 34.5 41.6 B10 73% 83% 100% Rung lõi 31.6 36.5 44.8 B10 71% 81% 100% Rung bàn 35.1 42.5 49.9 B10 Hình 7. So sánh sự phát triển cường độ bê tông 70% 85% 100% Trên cơ sở kết quả thí nghiệm thu được, ta có thể đưa ra một số nhận xét, đánh giá như sau: 1. Các công nghệ sản xuất kết cấu bê tông hiện đại đã làm tăng đáng kể cường độ của bê tông. Cụ thể trong thí nghiệm này, kết quả so sánh cường độ bê tông sau 28 ngày như sau: R rungep = 1.17 R mau ; R rungloi = 1.26R mau ; R rungban = 1.4R mau 28 28 28 28 28 28 2. Sự phát triển cường độ bê tông giai đoạn trước 3 ngày rất nhanh so với bê tông đối chứng. Kết quả này có được là do sử dụng hỗn hợp vữa bê tông khô có độ sụt gần bằng không kết hợp với hiệu quả tác động của các công nghệ rung tạo chấn động cao. Điều này có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế vì có thể tăng thời gian luân chuyển khuôn, không cần dùng đến biện pháp gia nhiệt bằng hơi nước nóng vẫn thường được sử dụng trong công nghệ quay ly tâm. 3. Độ chống thấm của bê tông sản xuất bằng các công nghệ hiện đại tăng lên đáng kể do độ TCT1 chặt của bê tông được cải thiện. Tuổi thọ của bê tông làm việc trong môi trường khắc nghiệt liên quan nhiều đến độ chống xâm thực của lớp bê tông phủ bảo vệ. Khi độ chống thấm tăng thì độ chống xâm thực của bê tông cũng được cải thiện theo. Trong khu vực Nam Bộ, các hạng mục công trình tiếp xúc trực tiếp với nước mặn, nước thải có nồng độ axit cao... rất phổ biến: cọc ống bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi, ống cống cấp, thoát nước... Thông thường, các hạng mục này sử dụng bê tông cường độ dưới 50 MPa và chiếm tỷ trọng khá lớn trong các công trình giao thông. Việc sử dụng các công nghệ hiện đại làm tăng khả năng chống thấm cho các loại bê tông này mang ý nghĩa kinh tế và thực tiễn cao. Như vậy, ngoài việc bê tông được chế tạo với thành phần vật liệu chọn lọc kỹ (xi măng có phụ gia khoáng cường độ cao và cốt liệu chất lượng đặc biệt, phụ gia polyme...), công nghệ chế tạo hiện đại có thể cải thiện khá lớn chất lượng bê tông về mặt cường độ, chống thấm... Nếu kết hợp các phương pháp này cùng với phương pháp thiết kế mới sẽ tạo ra những loại bê tông chất lượng cao có giá thành không tăng cao lắm, mở ra một vùng ứng dụng mới của bê tông chất lượng cao. Khi giá thành rẻ, chất lượng cao, vật liệu này sẽ cạnh tranh được với các vật liệu khác quý hơn. Tài liệu tham khảo [1]. Tiêu chuẩn xây dựng Việt nam: TCXDVN 372: 2006 “Ống bê tông cốt thép thoát nước". 2006 [2]. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05. 2005 [ 3 ] . Phạm Duy Hữu, Nguyễn Viết Trung. Bê tông chất lượng cao. Tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo. 2000♦