Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
157
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BÊ TÔNG TỰ LÈN CHO THẢM ĐỊA
BÊ TÔNG THI CÔNG GIA CỐ MÁI DỐC, MÁI KÊNH
Nguyễn Thị Huệ, Nguyễn Quang Phú, Nguyễn Trọng Tư
Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenthihue@tlu.edu.vn
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Sạt lở bờ kênh hay mái dốc là một vấn đề
nghiêm trọng không chỉ ở Việt Nam mà còn
trên toàn thế giới. Đây không chỉ là một vấn
đề về môi trường mà còn ảnh hưởng đến nền
kinh tế và đời sống của hàng triệu người dân.
Với sự tăng cường về biến đổi khí hậu và đô
thị hóa, nguy cơ sạt lở bờ kênh, các mái dốc
ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn, đòi hỏi
các biện pháp ngăn chặn và khắc phục phải
được thực hiện ngay lập tức. Hàng năm, để
đối phó với vấn đề sạt lở mái dốc, mái kênh,
Việt Nam đã phải chi hàng nghìn tỷ đồng để
xây dựng các công trình bảo vệ trên toàn
quốc. Tuy nhiên, các công nghệ được sử dụng
vẫn chủ yếu là các giải pháp truyền thống, tập
trung vào các loại cấu trúc vật liệu như trồng
cỏ, rọ đá, kè lát mái, kè mỏ hàn bằng đá hoặc
bê tông đơn giản. Mỗi công nghệ lại có những
ưu, nhược điểm và chưa có công nghệ có thể
áp dụng cho mọi loại công trình [1]. Các công
nghệ thô sơ có chi phí thấp nhưng hiệu quả
bảo vệ bờ còn hạn chế. Công nghệ kè lát mái
bằng khung bê tông, đá hộc, tấm bê tông đúc
sẵn có hiệu quả bảo vệ bờ tốt hơn nhưng chi
phí cao, dễ bị phá huỷ nếu không được cải tạo
thường xuyên. Vì vậy, việc tìm kiếm, nghiên
cứu các loại vật liệu mới, công nghệ mới
mang lại hiệu quả cao trong công tác bảo vệ,
chống sạt lở, tính ổn định, bền vững lâu dài,
thân thiện với môi trường và mang tính thẩm
mỹ cao là đề tài thu hút được sự chú ý của
nhiều nhà khoa học.
Thảm địa bê tông tên tiếng anh là Geo
Concrete Mattress, còn được gọi là tấm bê
tông bọc vải địa kỹ thuật, nệm bê tông địa kỹ
thuật hay thảm bê tông túi khuôn, thảm vữa xi
măng [2]. Thảm địa bê tông có cấu tạo gồm
lớp ngoài là vài địa kỹ thuật có cường độ chịu
kéo và lực xé rách cao, có khả năng chống lại
xói mòn của dòng nước, Polypropylen (PP)
hoặc polyester (PET). Bên trong lớp khuôn
vải sẽ được nhồi bê tông, với cường độ chịu
lực của bê tông tạo nên một kết cấu chắc chắn.
Phương pháp thi công này cho phép thi công
nhanh chóng, bao phủ được diện tích rộng
cùng lúc, thi công được ở những địa hình lồi
lõm, có khả năng thi công ngay cả công trình
dưới nước. Phương pháp này không yêu cầu
sử dụng cốt thép. Tuy nhiên, kỹ thuật và cấp
phối của vữa bê tông yêu cầu phải đảm bảo để
khi dùng bơm có áp đẩy vữa bê tông vào các
túi nhỏ trên thảm thì đảm bảo độ lấp của túi
khuôn với bê tông tạo nên khối liên kết chặt
chẽ, tạo nên tính đồng nhất của thảm địa, tăng
tính ổn định, khả năng chống thấm, chống xói
mòn và sạt trượt.
Hình 1. Thảm địa bê tông bảo vệ
bờ sông Belawan - Indonesia
Trong khi đó, Bê tông tự lèn (BTTL) là
loại bê tông khi chưa đông kết có khả năng tự
chảy dưới tác dụng của trọng lực bản thân và
có khả năng điền đầy vào mọi góc cạnh của
ván khuôn mà không cần tác động cơ học,
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
158
nhưng vẫn đảm bảo độ lèn chặt và đồng nhất
[3]. BTTL được ứng dụng trong nhiều công
trình trên thế giới, từ nhà cao tầng, cầu
đường, kênh mương và các công trình phức
tạp khác.
Từ những ưu điểm trên, việc sử dụng
BTTL cho thảm địa bê tông là một giải pháp
thi công tiên tiến, mang lại nhiều ưu điểm so
với bê tông thông thường. Do những ưu điểm
của công nghệ thảm địa bê tông và bê tông tự
lèn mà khi kết hợp sẽ làm tăng hiệu quả, độ
bền và tuổi thọ của kết cấu bảo vệ mái trong
khi sử dụng và dễ dàng đạt được chất lượng
mong muốn trong khi thi công. Vì vậy, nghiên
cứu thiết kế cấp phối bê tông tự lèn cho thảm
địa bê tông đáp ứng được yêu cầu của công
tác thi công là hết sức cần thiết cho việc đạt
chất lượng về mặt kỹ thuật.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Tiêu chuẩn thí nghiệm
Nghiên cứu sử dụng các tiêu chuẩn để thí
nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu và
tính chất kỹ thuật của bê tông như trong
bảng 1.
Bảng 1. Các tiêu chuẩn thí nghiệm
Chỉ tiêu thí nghiệm Tiêu chuẩn TN
Thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý
của cốt liệu TCVN 7572:2006
Thí nghiệm kiểm tra độ
chảy xòe TCVN 12209:2018
Thí nghiệm cường độ nén TCVN 3118:2020
2.2. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu
Thí nghiệm sử dụng xi măng PC40 Chinfon
Hải Phòng để thiết kế bê tông tự lèn; kết quả
thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý của xi măng
đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 2682:2009.
Phụ gia khoáng sử dụng là Silica fume của
hãng ELKEM thay thế một phần xi măng
trong thiết kế cấp phối bê tông tự lèn. Các
tính chất kỹ thuật của Silica fume như bảng
2. Silica fume đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo
ASTM C 1240-00.
Bảng 2. Tính chất kỹ thuật của Silica fume
TT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả
1 Khối lượng riêng g/cm3 2.36
2 Độ ẩm % 1.05
3 Hàm lượng mất khi
nung % 2.68
4 Hàm lượng SiO2 % 91.10
5 Hàm lượng SO3 % 0.07
6 Hàm lượng CaO % 0.58
7 Hàm lượng Cl % 0.01
Cốt liệu mịn cũng là một phần rất quan
trọng của hỗn hợp bê tông, nó ảnh hưởng đến
độ chảy xòe và khả năng điền đầy của hỗn hợp
BTTL trong quá trình thi công. Trong thí
nghiệm sử dụng là cát tự nhiên, cát lấy từ công
trình và đưa về phòng thí nghiệm. Kết quả thí
nghiệm cát sử dụng có thành phần hạt và các
chỉ tiêu cơ lý phù hợp TCVN 7570-2006.
Đá dăm cỡ hạt (5-10) mm có thành phần
hạt và tính chất cơ lý đạt tiêu chuẩn TCVN
7570-2006 được trình bày tại bảng 3.
Bảng 3. Tính chất cơ lý của đá dăm
TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả
1 Khối lượng riêng g/cm3 2.70
2 Khối lượng thể tích xốp g/cm3 1.69
3 Hàm lượng bụi, bùn, sét % 0.05
4 Hàm lượng thoi dẹt % 5.2
5 Độ hút nước % 0.58
6 Thành phần hạt - Đạt
Nước sử dụng để trộn và bảo dưỡng bê
tông là nước sinh hoạt phù hợp tiêu chuẩn
TCVN 4506: 2012.
Để hỗn hợp bê tông có tính công tác và
khả năng lèn chặt tốt thì hỗn hợp bê tông
thiết kế không được phép xảy ra hiện tượng
phân tầng và tách nước. Thông thường, khi
chế tạo BTTL phải sử dụng phụ gia tăng tính
lưu biến, tuy nhiên đề tài nghiên cứu đã sử
dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao gốc
Polycarboxylate (PC).
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
159
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu thiết kế thành phần vật liệu
cho 1m3 bê tông đối chứng mác M30 với cấp
phối có các thành phần vật liệu như sau: cấp
phối 1 (CP1): XM = 385kg; Cát = 795kg; Đá
= 956kg, Nước = 175 lít; phụ gia siêu dẻo =
4.8kg và cấp phối 2 (CP2): XM = 346.5kg;
SF = 38.5kg; Cát = 779kg; Đá = 950kg,
Nước = 175 lít; phụ gia siêu dẻo = 4.8kg
Tiến hành thí nghiệm kiểm tra độ chảy xòe
của các hỗn hợp bê tông, sau đó đúc mẫu
theo kích thước tiêu chuẩn, bảo dưỡng và thí
nghiệm kiểm tra cường độ nén của bê tông ở
7, 28 ngày tuổi. Kết quả một số tính chất kỹ
thuật của bê tông tự lèn thí nghiệm như trong
bảng 4.
Bảng 4. Kết quả thí nghiệm một số
tính chất kỹ thuật của BTTL
Cường độ nén, MPa
TT Cấp phối Độ chảy
xòe (cm) 7 ngày 28 ngày
1 CP1 88.0 29.6 36.5
2 CP2 82.0 27.2 38.8
4. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng: cường độ 7
ngày tuổi của bê tông mẫu đối chứng không
có PGK cao hơn, nhưng cường độ 28 ngày
tuổi thấp hơn cường độ bê tông có PGK siêu
mịn Silica fume. Nguyên nhân vì ở giai đoạn
đầu thủy hoá phản ứng puzơlan của Silica
fume chậm hơn phản ứng thủy hóa của xi
măng, nhưng về sau phản ứng puzơlan phát
triển mạnh, làm tăng cường độ của bê tông tự
lèn. Vì vậy với các công trình có yêu cầu kỹ
thuật cao, cần thiết phải pha PGK trong
BTTL để tăng cường độ và tăng tính công tác
của HHBT.
Trong nghiên cứu này, kết quả cường độ
chịu nén của hỗn hợp bê tông sau 28 ngày đã
đạt so với cường độ thiết kế ban đầu và cao
hơn so với cường độ của hỗn hợp bê tông C25
đang dùng hiện này cho thảm địa bê tông.
Hỗn hợp bê tông (HHBT) tự lèn không sử
dụng thay thế phụ gia khoáng (PGK) là Silica
fume (SF) và hỗn hợp bê tông (HHBT) có sử
dụng PGK là Silica fume, kết hợp phụ gia
siêu dẻo giảm nước hợp lý có độ chảy xòe
lần lượt là 88cm và 82cm, thỏa mãn yêu cầu
thiết kế (Dx = 65 ÷85 cm, theo TCVN
12209:2018). Bên cạnh đó, yêu cầu kỹ thuật
về độ sụt của HHBT phụ thuộc rất nhiều vào
loại thảm địa sử dụng và phương pháp thi
công. Trong nghiên cứu, SF đã được sử dụng
để tăng tính linh động của HHBT đáp ứng
được yêu cầu về độ linh động theo
TCVN12209:2018. Như vậy tính công tác
của HHBT phù hợp với phương pháp thi
công dùng bơm để lấp đầy thảm địa bê tông.
Cần phối hợp các loại PGK và phụ gia siêu
dẻo khác nhau để thiết kế thành phần BTTL
phù hợp với các mác bê tông và các yêu cầu
kỹ thuật của bê tông trong thi công thảm địa
kỹ thuật bằng BTTL, nhằm đạt được hiệu quả
và các yêu cầu kỹ thuật của công trình thiết kế.
Ngoài ra, bài toán kính tế cũng cần được
xem xét khi ứng dụng giải pháp cho thực
nghiệm để đạt được hiệu quả tối ưu nhất.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] N. H. H. T. Q. H. N. D. N. D. C. M. Trần
Văn Thái, "Giải pháp kè bảo vệ bờ sông,
kênh ứng dụng vào quy hoạch khu dân cư
làng chài ven biển," Tạp chí Khoa học và
Công nghệ Thủy lợi, vol. 66, 2021.
[2] L. Phu Thanh Phat Co., "vaidiakythuat.com,"
Phú Thành Phát, [Online]. Available:
https://vaidiakythuat.com/tham-dia-be-tong-
geo-concrete-mattress.html.
[3] N. Q. Phú, "Dự đoán mô đun đàn hồi của bê
tông tự lèn sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng
tro trấu và xỉ lò cao,"Tạp chí Khoa học Thủy
lợi và Môi trường, vol. 67, pp. 87-92, 2019.