BỘ XÂY DỰNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

NGUYỄN QUANG BÌNH
NGHIÊN CỨU TỔ HỢP PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG
CHỐNG THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN SỬ DỤNG
CHO ĐẬP TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - Năm 2015 BỘ XÂY DỰNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG
Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Tác giả của luận án

Nguyễn Quang Bình ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật vật liệu với đề tài “Nghiên cứu
tổ hợp phụ gia để nâng cao khả năng chống thấm nước của bê tông đầm lăn
sử dụng cho đập trong điều kiện Việt Nam’’ được hoàn thành tại Viện chuyên
nghành Bê tông - Viện Khoa học công nghệ Xây dựng.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành Viện chuyên ngành Bê tông, Viện
Thông tin, đào tạo và tiêu chuẩn hóa - Viện Công nghệ Xây dựng, Viện Thủy
Công, Ban Quản lý Đầu tư & Xây dựng thủy lợi 6 - Bộ NN&PTNT, Công ty cổ
phần Xây dựng 47, cùng toàn thể các nhà khoa học các đồng nghiệp trong và
ngoài ngành đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi hoàn thành luận án này.
Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo hướng dẫn là TS.Phạm Văn
Khoan - Viện Khoa học công nghệ Xây dựng và PGS.TS.Hoàng Phó Uyên -
Viện Thủy Công đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện hoàn thành luận án.
Tác giả cũng bày tỏ sự biết ơn đối với sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của cơ
quan, gia đình và các đồng nghiệp, đó là nguồn động lực mạnh mẽ trong quá
trình thực hiện luận án.
Với khả năng có hạn, luận án khó tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong
nhận được những chỉ bảo và góp ý chân tình của các nhà khoa học, chuyên gia,
trong và ngoài ngành cùng các đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn!


1.1. Khái niệm BTĐL 5

1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTĐL cho xây dựng đập trọng lực 6

1.2.1.Trên thế giới 6

1.2.2.Tại Việt Nam 9

1.3. Vấn đề thấm đập BTĐL ở Việt Nam 11

1.3.1. Hiện tượng thấm nước tại các đập BTĐL 12

1.3.2. Nguyên nhân thấm nước tại các đập BTĐL 16

1.3.3. Biện pháp đảm bảo khả năng chống thấm cho đập BTĐL 17

1.4. Vấn đề nhiệt trong BTĐL khối lớn 18iv
1.5. Cơ sở khoa học của việc sử dụng tổ hợp phụ gia để cải thiện một số tính
chất của BTĐL dùng cho đập trọng lực trong điều kiện Việt Nam 20

1.5.1. Phân tích một số đặc điểm của BTĐL 20

1.5.2. Vai trò của phụ gia hóa học trong BTĐL 24

1.5.3. Vai trò của phụ gia khoáng hoạt tính trong BTĐL 28

1.5.4. Vai trò của phụ gia Polyme trong BTĐL 32


v
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỔ HỢP PHỤ GIA ĐẾN
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 58

3.1. Khoảng biến thiên các biến trong nghiên cứu 58

3.2. Kết quả nghiên cứu thành phần cấp phối và các tính chất BTĐL 62

3.3. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến cường độ nén BTĐL 66

3.3.1. Ảnh hưởng của phụ gia S đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia
T và P) 66

3.3.2. Ảnh hưởng của phụ gia T đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia
S và P) 68

3.3.3. Ảnh hưởng của phụ gia P đến cường độ nén BTĐL (khi cố định phụ gia
S và T) 69

3.4. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia S+T+P đến khả năng chống thấm của BTĐL 73
3.4.1. Ảnh hưởng của phụ gia S đến khả năng chống thấm BTĐL (khi cố định
phụ gia T và P) 73

3.4.2. Ảnh hưởng của phụ gia T đến khả năng chống thấm BTĐL (khi giữ cố
định phụ gia S và P) 75

3.4.3.Ảnh hưởng của biến phụ gia P đến khả năng chống thấm BTĐL (khi cố
định phụ gia S và T) 76



4.3.2. Tính nhiệt độ tối đa do xi măng thủy hóa của BTĐL 100

4.4. Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật 101

4.4.1. Chi phí cho 01 m
3
BTĐL ứng dụng 101

4.4.2. Chi phí cho 01 m
3
BTĐL đập Nước Trong 103

Kết luận chương 4 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107

KẾT LUẬN 107

KIẾN NGHỊ 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

I. TIẾNG VIỆT 109

II. TIẾNG ANH 112vii
PHỤ LỤC 1. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG DÙNG PHỤ GIA


ý đối với đá dăm 42

Bảng 2.4. Bảng thành phần hạt đá dăm 42

Bảng 2.5. Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của cát nghiền 43

Bảng 2.6. Bảng thành phần hạt cát nghiền 43

Bảng 2.7. Một số tính chất của phụ gia S 44

Bảng 2.8. Tính chất của phụ gia P 45

Bảng 2.9. Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu 45

Bảng 2.10. Các tiêu chuẩn thí nghiệm BTĐL 47

Bảng 2.11. Các thông số máy VeBe cải tiến 48

Bảng 3.1. Vùng biến đổi của các biến 60

Bảng 3.2. Kế hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc hai ba biến 61ix
Bảng 3.3. Thành phần cấp phối các điểm trong quy hoạch thực nghiệm tính cho
1 m
3
BTĐL 62


Bảng 4.13. Chi phí cho 01 m
3
BTĐL ứng dụng M20W8 101

Bảng 4.14. Chi phí cho 01 m
3
BTĐL đập Nước Trong M20W6 103

Bảng PL1. Tính công tác và thời gian đông kết của các cấp phối khảo sát 116x
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Tổng thể đập Pleikrong 13

Hình 1.2. Thấm hạ lưu đập Pleikrong 13

Hình 1.3. Thấm hành lang thu nước đập Pleikrong 13

Hình 1.4. Thấm mạnh tại hạ lưu đập Bản Vẽ 14

Hình 1.5. Thấm tiết vôi tại hành lang kỹ thuật đập Bản Vẽ 14

Hình 1.6. Thấm tiết vôi tại hành lang kỹ thuật đập Sê San 4 15

Hình 1.7. Thấm thành dòng tại hành lang kỹ thuật đập Sê San 4 15

Hình 1.8. Thấm thành dòng tại đập Bản Chát 15

Hình 1.9. Thấm tiết vôi tại đập Bản Chát 15

Hình 2.3. Sơ đồ máy rung Vebe cải tiến 50

Hình 2.4. Thử tính công tác của hỗn hợp BTĐL 50

Hình 2.5. Mẫu đúc BTĐL 51

Hình 2.6. Đúc mẫu xác định hệ số thấm 51

Hình 2.7. Thí nghiệm hệ số thấm 53

Hình 2.8. Mẫu bê tông bị thấm nước 53

Hình 2.9. Nén mẫu BTĐL 53

Hình 2.10. Thiết bị Auto Pore (Mỹ). 54

Hình 2.11. Thiết bị đo khối lượng riêng (Accupyc) 56

Hình 3.1. Sơ đồ kế hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc hai ba biến 59

Hình 3.2. Sự ảnh hưởng của biến X
1
đến R
90
67

Hình 3.3. Sự ảnh hưởng của biến X
2
đến R
90

72

Hình 3.8. Sự ảnh hưởng của biến X
1
đến K
th
74

Hình 3.9. Sự ảnh hưởng của biến X
2
đến K
th
75

Hình 3.10. Sự ảnh hưởng của biến X
3
đến K
th
76

Hình 3.11. Sự ảnh hưởng của biến X
1
, X
2
đến K
th
77xii

Hình 4.6. Bảo dưỡng BTĐL sau khi thi công 90

Hình 4.7. Kiểm tra KLTT của BTĐL bằng máy phóng xạ 91

Hình 4.8. Khoan mẫu BTĐL 91

Hình PL1. Mối liên hệ lượng dùng nước và S trong 1m
3
BTĐL 117

xiii
DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
BTĐL : Bê tông đầm lăn
C : Cát
C/CL : Cát / cốt liệu
CĐK : Chậm đông kết
CKD : Chất kết dính
Đ : Đá dăm
K
th
: Hệ số thấm tuổi 90 ngày
KHT : Khoáng hoạt tính
KLTT : Khối lượng thể tích
N : Nước
N/CKD : Nước / chất kết dính
N/X : Nước / xi măng
P : Polyme

v
: Thể vữa trong một m
3
BTĐL
W : Cấp chống thấm nước, atm (tiêu chuẩnViệt Nam)
X : Xi măng
∆
t
: Nhiệt độ tối đa của BTĐL do CKD thủy hóa sinh ra
∆T

: Chênh lệch nhiệt độ giữa tâm và mặt ngoài khối bê tông
THUẬT NGỮ
T
max
: Nhiệt độ đoạn nhiệt BTĐL chính là nhiệt độ tối đa của BTĐL trong điều
kiện cách nhiệt hoàn toàn, không truyền nhiệt ra bên ngoài (đoạn nhiệt). Nhiệt
độ đoạn nhiệt bao gồm nhiệt độ của hỗn hợp BTĐL cộng với nhiệt độ tối đa của
BTĐL do CKD thủy hóa sinh ra.

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trên thế giới, bê tông đầm lăn (BTĐL) được nghiên cứu và ứng dụng từ những
năm 1960 [32]. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu BTĐL được bắt đầu vào những
năm 1990 [13]. Đến nay công nghệ BTĐL đã được áp dụng thi công hàng chục
đập BTĐL tại Việt Nam. Kết quả đã khẳng định ưu điểm vượt trội so với các

4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với ứng dụng thử nghiệm tại công
trình.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Đã chứng tỏ rằng việc sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P có tác dụng nâng cao
khả năng chống thấm, tăng cường độ và giảm nhiệt độ đoạn nhiệt của BTĐL
dùng cho xây dựng đập trong điều kiện Việt Nam.
- Việc ứng dụng kết quả nghiên cứu tổ hợp phụ gia S+T+P vào công trình xây
dựng đập thủy lợi Nước Trong, bước đầu đã khẳng định được rằng hiệu quả
nâng cao khả năng chống thấm của BTĐL lên 1 cấp (2 atm) và giảm nhiệt độ
đoạn nhiệt của BTĐL (trên 8
o
C) so với BTĐL sử dụng cho xây dựng đập Nước
Trong (R
90
tương đương nhau).

3
6. Những điểm mới
- Đã chứng minh rằng phụ gia P trong tổ hợp phụ gia S+T+P có hiệu quả nâng
cao được khả năng chống thấm của BTĐL (có tỉ lệ N/CKD ≤ 0,44 và cường độ
nén từ 30 MPa trở lên), nhưng ít hiệu quả với BTĐL có cường độ dưới 30 MPa
hoặc N/CKD > 0,44.
- Đã chứng tỏ rằng BTĐL sử dụng tổ hợp phụ gia S+T+P có khả năng cải thiện
cấu trúc rỗng xốp và độ đồng nhất về khả năng chống thấm so với BTĐL sử
dụng phụ gia S+T (không sử dụng phụ gia P).
7. Các tài liệu đã công bố
1. Lê Minh, Nguyễn Quang Bình, Giải pháp vật liệu nâng cao chống thấm cho
bê tông đầm lăn công trình thủy lợi, thủy điện 50 năm, Tuyển tập khoa học công
nghệ - xây dựng và phát triển 1959 - 2009, tập II – Nhà xuất bản Nông Nghiệp,

5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG CHO XÂY
DỰNG ĐẬP TRỌNG LỰC
1.1. Khái niệm BTĐL
Theo định nghĩa của ACI 116R-00 [31], BTĐL là bê tông được đầm bởi máy
đầm lăn, tức loại bê tông mà ở trạng thái chưa đóng rắn sẽ chịu lực từ con lăn
trong quá trình đầm.
BTĐL là loại bê tông sử dụng các vật liệu thành phần như bê tông thường. Công
nghệ BTĐL thích hợp cho các công trình khối lớn, có diện thi công rộng và hình
dáng không phức tạp như đập, mặt đường, sân bãi. Việc đầm nén bê tông bằng
lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô và dùng ít chất kết dính hơn so
với bê tông thường. Nhờ vậy, đối với đập trọng lực thi công bằng công nghệ này
sẽ nhanh hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ bê tông thường.
Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng
lực. Khối lượng bê tông được thi công càng lớn, thì hiệu quả áp dụng công nghệ
BTĐL càng cao. Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ BTĐL
thường đem lại hiệu quả kinh tế lớn hơn so với đập bê tông thường và đập đất đá
bởi các lý do sau [54]:
Thi công nhanh: So với đập bê tông thường, đập BTĐL được thi công với tốc độ
cao hơn, do có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt,
máy lu rung đề đầm nén và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt. So với đập đất đắp có
cùng chiều cao, khối lượng của đập BTĐL nhỏ hơn, nên thi công nhanh hơn.
Công trình đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL càng lớn so với đập
đất đá.
Hạ giá thành: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng, giá
thành đập BTĐL rẻ hơn so với bê tông truyền thống từ 25% đến 40%. Sự chênh
lệch giá này phụ thuộc vào giá thành cốt liệu, chất kết dính, tính phức tạp của

công đập đất để xây dựng tường quây của đập Thanh Môn, Đài Loan [4].
Trong những năm 1970, một số công trình ở Mỹ đã đưa vào nghiên cứu BTĐL
trong phòng và nghiên cứu thiết kế thử nghiệm trên hiện trường. Năm 1980, lần
đầu tiên Mỹ sử dụng BTĐL để xây dựng đập Willow Creek, bang Oregon. Đập
cao 52 m, dài 543 m, khối lượng BTĐL 331.000 m
3
. Đến 1999, Mỹ có hàng
chục công trình đập BTĐL. Ý tưởng về sử dụng BTĐL có hàm lượng lớn tro
bay sau này được Cục khai hoang Mỹ (USBR) sử dụng làm cơ sở cho việc thiết
kế đập Upper Stillwater cao 90 m, dài 815 m, khối lượng BTĐL 1.125.000 m
3
.
Từ 1972 đến 1974, Cannon R.W [37] đã có những đóng góp đáng kể về nghiên
cứu BTĐL. Tác giả đưa ra kết quả thí nghiệm bê tông nghèo xi măng, vận
chuyển bằng ô tô, san gạt bằng xe ủi và đầm bằng lu rung.
Từ năm 1970, Dunstan [32] bắt đầu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về
BTĐL. Tiếp đó, Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng
(CIRIA) của Anh đã tiến hành dự án nghiên cứu rộng về BTĐL có sử dụng tro
bay với hàm lượng lớn. Các kết quả nghiên cứu được đưa ra thử nghiệm ở trạm
xử lý nước Tamara - Coruwall (1976) và thử nghiệm tại công trình đập
Wimbledall (1979).
Năm 1974, các kỹ sư Nhật Bản [17] bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTĐL với mục
đích rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành công trình đập bê tông.
Công trình đập BTĐL đầu tiên của Nhật là Shimajigawa, cao 89 m, dài 240 m,
khối lượng BTĐL 165.000 m
3
trong tổng số 317.000 m
3
của bê tông đập. Đến
cuối 1992 đã có 30 đập BTĐL được thi công ở Nhật.

nêu trong bảng 1.1 [14].

9
Bảng 1.1. Các nước có đập BTĐL cao hơn 60 m nhiều nhất [14]

TT Tên nước Tổng số đập Trong đó BTĐL
1 Trung Quốc 95 25
2 Việt Nam 17 9
3 Nhật 40 5
4 Iran 48 3
5 Thổ Nhĩ Kỳ 51 2
6 Tây Ban Nha 10 2
7 Ấn độ 10 1
Như vậy, Việt Nam là một trong những nước trên thế giới có nhiều đập BTĐL
cao trên 60 m.
Đến nay trên thế giới có hai loại kết cấu đập BTĐL là kết cấu “vàng bọc bạc” và
kết cấu BTĐL toàn mặt cắt, trong đó kết cấu BTĐL toàn mặt cắt là xu thế chung
hiện nay. Đặc biệt theo trường phái của Trung Quốc thì kết cấu BTĐL toàn mặt
cắt có phần thượng lưu nằng BTĐL chống thấm cao là giải pháp hữu hiệu.
1.2.2.Tại Việt Nam
Việt Nam bắt đầu nghiên cứu ứng dụng BTĐL từ những năm 1990. Viện khoa
học Thủy lợi nghiên cứu phụ gia khoáng cho BTĐL [13]. Công trình BTĐL xây
dựng đầu tiên của Việt Nam là đập thủy điện Pleikrong, khởi công xây dựng
năm 2003. Tiếp đó hàng loạt công trình đập thủy điện được thi công và chuẩn bị
xây dựng bằng BTĐL (bảng 1.2) [14]. Các đập của hồ chứa nước công trình
thủy lợi cũng được thiết kế và xây dựng theo công nghệ này (Định Bình, Nước
Trong, Tân Mỹ, v.v ).
Năm 2004, trong công trình “Nghiên cứu chế tạo bê tông đầm lăn cho đập và
mặt đường trong điều kiện Việt Nam” [17] đã nhận định: Tiềm năng nguyên liệu