bài báo cáo tìm hiểu về đề tài bê tông phun

VẬT LIỆU XÂY DỰNG NHÓM 14

Bê tông phun

1 | P a g e

BÊ TÔNG PHUN

Shotcrete

MỤC LỤC

1. LỊCH SỬ: .............................................................................................................. 3

2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG: .......................................................................................... 5

3. CÁC VẬT LIỆU: ................................................................................................. 8

3.1. Ximăng : ....................................................................................................... 10

3.2. Cốt liệu: ......................................................................................................... 11

3.3. Nước: ............................................................................................................ 11

3.4. Phụ gia tăng đông cứng: .............................................................................. 12

3.4.1. Phụ gia dẻo hóa: ..................................................................................... 12

3.4.2. Phụ gia đông kết nhanh dùng cho bê tông phun ( Accelerator – viết tắt là ACC): ...................................................................................................... 12

3.4.2.1. Về ACC truyền thống (Traditional ACC): ................................... 12

3.4.2.2. ACC gốc alkaline-aluminate - và sự tham gia vào quá trình thủy hóa của xi măng: ........................................................................................... 13

3.4.2.3. ACC gốc sodium silicate cải tiến hay thủy tinh lỏng (modified sodium silicate): ............................................................................................ 16

3.4.2.4. ACC gốc akali-free: ......................................................................... 17

3.5. Sợi thép (Steel Fibers) : ............................................................................... 21

3.6. Hơi/bọt Silica (Silica Fume) : ...................................................................... 23

3.7. Lưới thép (Wire Mesh) : ............................................................................. 24


Bê tông phun

2 | P a g e

3.8. Các phụ gia khác : ....................................................................................... 25

4. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀ CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ XÂY DỰNG: ...... 26

4.1. Ứng dụng: ..................................................................................................... 26

4.2. Các công trình đã xây dựng: ....................................................................... 28

5. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM: ................................................. 35

5.1. Vật liệu sử dụng: .......................................................................................... 35

5.2. Cấp phối bê tông chất lượng cao: ............................................................... 37

5.3. Xác định các tính chất của bê tông chất lượng cao hạt mịn: ................... 38

5.4. Công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao:................................. 41

5.5. Kết luận: ....................................................................................................... 42

6. BIỆN PHÁP THI CÔNG: ................................................................................. 44

6.1. Biện pháp trộn phối liệu: ............................................................................ 44

6.1.1. Quá trình trộn ướt: ................................................................................ 46

6.1.2. Quá trình trộn khô: ............................................................................... 46

6.2. Chuẩn bị bề mặt cần phun: ......................................................................... 47

6.3. Chuẩn bị cốt liệu trộn:................................................................................. 49

6.4. Trộn cốt liệu: ................................................................................................ 49

6.5. Phun bê tông: ............................................................................................... 51

6.5.1. Vòi phun hỗn hợp ( Súng phun ): ......................................................... 51

6.5.2. Vòi phun điều khiển từ xa ( Robot arm): ............................................ 53

6.5.3. Vị trí/tư thế Vòi phun: ........................................................................... 54

6.6. Các loại máy phun bê tông: ........................................................................ 55

6.7. Các yếu tố khác: ........................................................................................... 57

6.8. Bảo dưỡng bê tông: ...................................................................................... 58

8. TÀI LIỆU THAM KHẢO: ................................................................................ 59


Bê tông phun

3 | P a g e

1. LỊCH SỬ:

Các nguyên tắc về súng phun ximăng (vòi xịt bêtông phun) đã được phát triển

năm 1907 bởi Carl E. Akeley, nhà tự nhiên học, nhà thám hiểm, và nhà điêu khắc,

để thực hiện tốt hơn các tác phẩm bệ đỡ chiến tích. Nó được phát triển hơn nữa và

đăng ký sáng chế năm 1910 bởi Công ty Cement Gun tại Allentown,Pennsylvania,

công ty này cũng đặt ra một từ mới gunite cho loại vật liệu mà ngày nay được gọi

chính thức là bêtông phun cốt liệu nhỏ.

Việc đưa vữa phun hay bêtông phun vào xây dựng ngầm có lẽ bắt đầu ở Mỏ

Thực nghiệm Brucetown của Cục Mỏ Pittsburgh vào năm 1914. Tuy nhiên, nó

chưa thể phát triển thành một loại vật liệu chống đỡ chấp nhận được do có xu

hướng bong ra khi mới xuất hiện áp lực đá nhỏ, do đòi hỏi phải phun thành các lớp

mỏng vì có độ dính bám kém, và do co ngót quá nhiều gây bởi lượng dùng ximăng

cao. Đã có một vài ứng dụng thành công được ghi nhận, như việc dùng nó kết hợp

với neo bulông tại một hầm ở Mỹ năm 1952, và tại một hầm thứ hai do Keifer báo

cáo năm 1966.

Sự phát triển ở châu Âu phần lớn giống như tại lục địa Mỹ này, mặc dù các tài

liệu của châu Âu đề nghị chế độ kiểm soát chất lượng gắt gao hơn. Sau Thế chiến

II, người ta tập trung vào phát triển hệ thống ngầm như là một sự cần thiết kinh tế

tại một loạt các dự án thủy điện và kỹ thuật khác có liên quan ở các quốc gia thuộc

dãy Anpơ (Áo, Thụy Sĩ, và Bắc Italia) và Thụy Điển. Năm 1952, vữa phun được

sử dụng thành công như một hệ chống và vỏ hầm duy nhất cho các hầm áp lực và

hầm không áp khi xây dựng hệ thống thủy điện Maggia của Thụy Sĩ.

Một vài năm sau người ta chứng kiến sự phát triển của bêtông phun, hay

"shotcrete". Các thiết bị có khả năng phun cốt liệu 25mm được chế tạo, giúp cho

có thể trộn ximăng với cốt liệu mà không cần xử lý trước, và khiến cho có thể kiểm

soát được khối lượng ximăng cần dùng. Loại phụ gia cải thiện đông cứng và thúc

đẩy ninh kết cũng ra đời, cho phép phun bêtông thành từng lớp dày, trên những bề

mặt ướt, và khống chế dòng nước thấm khá lớn.


Bê tông phun

4 | P a g e

Ở Áo, các máy phun bêtông cốt liệu lớn được chế tạo, và chức năng của bêtông

phun trong việc hạn chế sự rão rời của đá không ổn định về hóa học cũng như về

cấu trúc đã được chứng minh tại dự án Prutz-Imst (1953-54) và tại Schwarzach

(Los Birql, 1955-58) (Rotter, 1960). Tính hiệu quả của nó được thể hiện hơn nữa

trong địa chất trượt không đồng nhất không cố kết và trong đất ướt, mềm tại Serra

Ripoli và Monastero (Italy) (Zanon, 1962). Trong những năm 1960-62, bêtông

phun của một trong hai hầm ôtô song song ở Planicia, Venezuela, đã chặn đứng

hay chống lại sự rão rời đất và giữ cho hố đào ổn định trong 12 tháng, trong khi đó

tuyến hầm đôi khác được chống theo cách truyền thống đã gặp phải phá hoại cục

bộ do tải trọng tăng dần (Rabcewicz, 1964). Tại dự án kho trữ đã tháo nước

Kaunertal (Áo) năm 1962-63, hiệu quả của bêtông phun kết hợp với neo bulông

trong lỗ vữa đã được chứng minh trong địa tầng rất nặng, đá schist sericite (mica

trắng chứa kali) đã mylonit hóa dẻo mềm, nơi mà hệ vì chống thép thông thường

kết hợp với hệ thanh gia cố vượt trước (forepoling) bằng thép đã thất bại

(Rabcewicz, 1964).

Năm 1967, một đoạn hầm được đào qua sỏi chưa cố kết cho xe điện ngầm

Milano (Italy), gây lún bề mặt ít hơn so với đã xảy ra đối với một hầm bên cạnh

theo phương pháp khiên đào.

Trong khi đó, sự phát triển song hành của kỹ thuật bêtông phun cũng diễn ra trên

bán đảo Scandinavia. Những dự án lớn đầu tiên ở Thụy Điển là tại các nhà máy

thủy điện Holjes (1958- 60) và Lossens (1959-69), và ở Na Uy, tại nhà máy thủy

điện Tokke (1963) (Karlsson and Fryk, 1963). Xu hướng ở Thụy Điển là dùng

bêtông phun không có cốt thép, không có lưới thép, hay các bộ phận chống đỡ h

ầm truyền thống khác. Khoảng năm 1965-66, Nhật Bản có vẻ cũng đã gia nhập

trào lưu, mặc dù có ít các báo cáo bằng tiếng Anh về các kinh nghiệm đầu tiên của

họ.

Bắc Mỹ tụt lại phía sau, có lẽ do họ có một nguồn cung cấp khổng lồ về các vật

liệu chống đỡ thay thế có tính kinh tế. Kinh nghiệm đầu tiên về công trình ngầm có


Bê tông phun

5 | P a g e

sử dụng bêtông phun cũng đã để lại mối nghi ngờ chung trong giới kỹ sư và các

nhà thầu về tính hoàn hảo của phương pháp, và đến nay sự nghi ngờ vẫn tồn tại.

Các ứng dụng sớm của bêtông phun tại Bắc Mỹ gồm có Hầm Đường sắt Quốc gia

Canada (Mason, 1968), Hầm No.1 Tehachapi (Cecil, 1970), Hầm Balboa (Blanck,

1969), và Hầm Lucky Friday (Miner và Hendricks, 1969).

Tóm lại, hiệu quả của bêtông phun chống lại sự phá hoại của đất đá đã được

chứng minh trong rất nhiều điều kiện địa chất.

Các dự án dùng bêtông phun đầu tiên đã sử dụng quá trình trộn khô. Việc dùng

bêtông phun trộn ướt bắt đầu giữa những năm 1960. Nghiên cứu sử dụng sợi thép

trong bêtông phun bắt đầu cuối những năm 1970. Việc sử dụng đại trà bắt đầu vào

đầu những năm 1980 và gia tăng chậm vì có nhiều vấn đề phải vượt qua và rồi sự

chấp nhận tăng lên. Động lực cho sự phát triển này có từ phía các nhà thầu và do

có những vấn đề về lắp đặt các lưới thép hàn. Sự phát hiện ra lợi ích của việc cho

thêm bọt Silic đioxit (silica fume) vào hỗn hợp bêtông phun là vào năm 1983.

Trong vòng ba năm, sử dụng đại trà bắt đầu và tăng triển vững chắc.

2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG:

Bêtông phun không đơn thuần chỉ là loại "bêtông tạo nhờ khí nén". Mặc dù các

vật liệu cơ bản (ximăng, đá, cát, nước) là tương tự và tuân theo cùng những tiêu

chuẩn ASTM, nhưng các chất thêm vào (ví dụ phụ gia tăng tốc độ đông cứng,

microsilica, và sợi thép) làm thay đổi tính chất của nó và khiến cho bêtông phun

trở nên độc nhất và hữu dụng theo một cách thức khác xa so với bêtông thường.

Bê tông phun là một loại vật liệu có những đặc thù riêng, tạo điều kiện thi công

thuận tiện, hình thành từng lớp mỏng có lực dính cao nhờ áp suất phun, được sử

dụng để sửa chửa và gia cường kết cấu bê tông, BTCT, kết cấu gạch đá,…


Bê tông phun

6 | P a g e

Với sự phát triển của khoa học bê tông, khả năng chống thấm và cường độ được

nâng cao nhờ có sự tham gia của polimer và vật liệu composite

Phun bê tông là một loại kỹ thuật đã có từ lâu. Song, với sự kết hợp với vật liệu

mới và kỹ thuật sử dụng ứng lực trước đặt ngoài tiết diện đã tạo thành công nghệ

khôi phục và nâng cấp chịu lực của các công trình BTCT.

Bêtông phun thảo luận ở đây tập trung vào loại sử dụng trong kỹ thuật xây dựng

ngầm. Thời gian bắt đầu ninh kết nhanh (1 - 6 phút hay ít hơn), thời gian kết thúc

đông kết nhanh (điển hình khoảng 12 phút, tối đa 20 phút), tính dính bám tốt vào

bề mặt đất đá, liên kết tốt giữa các lớp phun liên tiếp, phát triển cường độ cao sớm

(ví dụ 700 psi ≈ 50 kg/cm2 trong 8 giờ), có tính mềm dẻo và ứng suất dư/còn lại

lớn, độ thấm giảm, và có thể mỏng hơn về kích thước có thể so với bêtông đổ tại

chỗ, tất cả những cái đó là ưu điểm tất yếu của bêtông phun. Tuy vậy, đối với một

dự án có thể không cần đòi hỏi phải có mọi tính chất ưu việt đó. Bêtông phun cốt

liệu lớn là dạng chuẩn dùng cho hầm và hang lớn; việc dùng bêtông phun cốt liệu

nhỏ chỉ giới hạn trong việc làm nhẵn bề mặt và các ứng dụng thứ cấp khác.

Để đáp ứng được chiến lược phát triển đó, đáp ứng được nhu cầu sử dụng than

của nền kinh tế quốc dân, hàng năm Tập đoàn Than khoáng sản phải đào hàng trăm

nghìn mét lò các loại, thi công nhiều công trình ngầm với công năng và nhiệm vụ

khác nhau. Mặt khác từ các kết quả khảo sát địa chất và thực tế khai thác cho thấy,

càng xuống sâu thì điều kiện địa chất càng phức tạp, tính chất cơ lý của đất đá càng

biến đổi khó lường trước, gây khó khăn cho công tác đào chống lò.

Cụ thể, nhiều đoạn lò đào qua đất đá mềm yếu, phay phá làm cho công tác chống

giữ rất khó khăn, các giải pháp, vật liệu chống giữ đã và đang áp dụng bộc lộ nhiều

hạn chế.


Bê tông phun

7 | P a g e

Ngoài ra các yếu tố khác như: Nâng cao tốc độ đào chống lò, hạ giá thành đào

chống, ổn định đường lò, tận dụng nguồn vật liệu hiện có để chế tạo kết cấu chống

lò là những yếu tố hết sức quan trọng trong công tác đào chống lò.

Để giải quyết các vấn đề trên, nhiều thành tựu khoa học công nghệ hiện đại đã

được ứng dụng. Một trong số đó là công nghệ bê tông phun đã được ứng dụng để

thi công các đường hầm trong công trình ngầm và mỏ của nước ta. Bê tông phun

chống giữ các công trình ngầm và các đường lò trong khai thác mỏ là một công

nghệ được các nước công nghiệp phát triển ứng dụng rộng rãi trong mấy thập niên

gần đây. Ở Việt Nam, bê tông phun đã được sử dụng để chống giữ các đường hầm

của nhiều ngầm trên cả nước như: Thủy điện Hòa Bình, Thủy điện Yali; hầm

đường bộ qua đèo Hải Vân, hầm đường bộ Kim Liên, gần đây bê tông phun còn

được ứng dụng trong hầm đường bộ qua Đèo Cả và nhiều ứng dụng khác của loại

vật liệu này. Trong công nghiệp mỏ, mặc dù bê tông phun được sử dụng từ rất sớm

để chống giữ các đường lò ở Công ty than Mạo Khê, ở Mông Dương, Khe Chàm…

nhưng đến nay mức độ triển khai và sử dụng bê tông phun còn nhiều hạn chế. Để

ứng dụng rộng rãi loại vật liệu này trong công tác chống giữ và gia cố các đường lò

của ngành than cũng như các công trình ngầm dân dụng cần phải quan tâm đến các

yếu tố như: Thiết bị thi công, công nghệ, phụ gia, cấp phối vật liệu và các yêu cầu

kỹ thuật khác.


Bê tông phun

8 | P a g e

Thi công hầm Hải Vân bằng phương pháp phun bê tông

3. CÁC VẬT LIỆU:

Một số tiêu chuẩn ASTM, khi được trích dẫn, sẽ góp phần đáng kể vào việc đảm bảo chất lượng vật liệu, cung cấp các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn hóa, và quyết định các đặc tính độ bền của thành phẩm. Chúng được liệt kê dưới đây để tiện cho việc tham chiếu có viết tắt sau này và sẽ được thảo luận khi nào thích hợp. Một vài tài liệu của Viện Bê tông Mỹ (ACI) cũng có ích và cũng được liệt kê.

Các Tiêu chuẩn của Hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ (ASTM)

+ Các tiêu chuẩn sau đây giúp đảm bảo chất lượng của nguyên liệu (sáu tiêu chuẩn nổi tiếng cho bêtông và thép không nêu ở đây):

- A820 Sợi thép cho Bêtông Cốt Sợi thép

- C311 Lấy mẫu và Thử nghiệm Bụi Tro hoặc Pozzolan Tự nhiên dùng như một Phụ gia Khoáng trong Bêtông Ximăng-Portland

- C1240 Hơi Silica (Silic Oxyt) sử dụng trong Vữa và Bêtông Ximăng


Bê tông phun

9 | P a g e

+ Các tiêu chuẩn thử sau đây giúp đảm bảo chất lượng của bêtông phun (ba tiêu chuẩn nổi tiếng được bỏ qua):

- C78 Cường độ Uốn của Bêtông phun

- C642 Trọng lượng Riêng, Tính hút thu, và Lỗ rỗng trong Bêtông đã Đông cứng

- C1018 Độ bền dai chống Uốn và Cường độ của Bêtông Cốt Sợi thép có Vết nứt-Đầu tiên (Dùng Dầm với Ba Điểm Chất tải)

- C1102 Thời gian Ninh kết của Hồ Ximăng Portland Chứa Phụ gia Tăng Đông cứng cho Bêtông phun

- C1116 Tiêu chuẩn kỹ thuật về Bêtông Cốt Sợi thép và Bêtông phun

- C1117 Thời gian Ninh kết của Hỗn hợp Bêtông phun thử bằng Độ kháng Xuyên

- C1140 Chuẩn bị và Thử các Mẫu lấy từ Tấm Mẫu thử Bêtông phun

Các Ấn phẩm của Viện Bêtông Mỹ (ACI)

- 506R-90 Chỉ dẫn về Bêtông Phun

- 506.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật về Vật liệu, Cấp phối, và Phun Bêtông phun

- 506.1R Báo cáo hiện trạng về Bêtông phun Cốt Sợi thép

- 506.3R Hướng dẫn về Chứng chỉ cấp cho Công nhân phun Bêtông

- 544.2R Đo lường các Tính chất của Bêtông Cốt Sợi thép

Ba loại vật liệu sau đây chủ yếu giống như cho bêtông thường; ba loại vật liệu

tiếp theo sẽ tạo cho bêtông phun các tính chất đặc biệt cần thiết của nó.


Bê tông phun

10 | P a g e

3.1. Ximăng :

Portland cement loại I, loại II loại V theo tiêu chuẩn ASTM 150C

- Loại 1, 2, hay 5. Khối lượng thông thường là 8.5 đến 10.5 bao (43 kg một bao)

cho một mét khối.

- Chỉ dùng một loại ximăng cho một dự án để tránh sự lẫn lộn do vận chuyển.

Các cỡ hạt nghiền mịn hơn của Loại 1 được ưa dùng

- Loại 2 bình thường thì không cần thiết cho bêtông phun khi nhiệt thủy hóa thấp

nhưng có thể dùng nếu cần có tính kháng sunfat vừa phải.

- Loại 3 (để có cứng độ cao sớm) nói chung không được khuyến cáo. Sự bắt đầu

và kết thúc ninh kết được thúc đẩy thường đòi hỏi tại những vùng ẩm ướt và ở

phía trên đầu hơn khả năng của bản thân Loại 3. Nhiều loại phụ gia thúc đẩy

đông cứng không tương hợp với Loại 3.

- Loại 4, sản xuất nhằm sinh ít nhiệt thủy hóa trong bêtông khối lớn (nhờ ninh

kết từ từ), không phù hợp với bêtông phun.

- Loại 5 chấp nhận được khi cần có tính chống sunfat cao.


Bê tông phun

11 | P a g e

3.2. Cốt liệu:

- Các cốt liệu phải có cấp phối đều và có độ bền. Cấp phối ACI 506-2 No.2 là

thông dụng nhất trong ứng dụng công trình ngầm bình thường. Cấp phối No.1 là

chấp nhận được đối với lớp phun làm nhẵn; Cấp phối No.3 cũng có thể chấp nhận,

đặc biệt khi cần có các lớp dày hơn, hoặc khi nó được dùng giống như bêtông

thường.

Cốt liệu theo tiêu chuẩn ASTM C30

- Một loại vật liệu minh họa đơn giản cho cốt liệu nhỏ là "cát bêtông" với cấp

phối đã điều chỉnh. Chú ý rằng 70 đến 85% của tổng lượng cốt liệu thông thường

đều là cốt liệu nhỏ. Một cốt liệu thô sắc thì được ưa chuộng hơn, song cốt liệu tròn

cũng chấp nhận được. Cốt liệu có tính chất phản ứng không được phép sử dụng.

3.3. Nước:

- "Sạch và uống được; không có các chất có hại" thường được yêu cầu trong

mọi tiêu chuẩn kỹ thuật. Các hỗn hợp với tỷ lệ nước/ximăng (N/X) bằng 0.35 hoặc

bé hơn, cũng như 0.5 hoặc lớn hơn sẽ không tạo được bêtông phun như mong

muốn. Một cách tiêu biểu, tỷ lệ N/X trong khoảng 0.4 và 0.45 là tốt nhất.


Bê tông phun

12 | P a g e

3.4. Phụ gia tăng đông cứng:

- Sự phun bêtông bằng khí nén và nhu cầu phải đạt được sự dính bám vào bề

mặt ướt và sau đó ổn định tại chỗ trên các bề mặt đứng và đỉnh trần đòi hỏi cần

phải có phụ gia thúc đẩy ninh kết để tránh tạo vũng nhão và chùng võng. Lớp

bêtông càng dày, thời gian ninh kết càng phải ngắn.

3.4.1. Phụ gia dẻo hóa:

- Được sử dụng để điều chỉnh và cải thiện tính chất của bê tông phun ở trạng

thái dẻo và trạng thái rắn (đá bê tông): tính công tác, tỷ lệ Nước/xi măng, khả năng

bơm, khả năng phun, sự phát triển cường độ ...

- Trước đây, phụ gia siêu dẻo thế hệ hai được sử dụng nhiều nhưng gần đây có

xu hưởng sử dụng các phụ gia siêu dẻo thế hệ 3 cho bê tông phun nhờ ưu điểm hơn

(duy trì tính công tác tốt hơn, mức độ giảm nước lớn hơn, cải thiện khả năng bơm

..), bên cạnh đó còn có thêm sự góp mặt của các loại phụ gia khác như phụ gia kéo

dài đông kết nhằm điều chỉnh tính công tác của bê tông, phụ gia trợ bơm vv...

3.4.2. Phụ gia đông kết nhanh dùng cho bê tông phun ( Accelerator

– viết tắt là ACC):

3.4.2.1. Về ACC truyền thống (Traditional ACC):

- Như chúng ta nghiên cứu, công nghệ bê tông phun (sau đây gọi tắt là BTP)

ướt (wet mix) yêu cầu việc thêm vào phụ gia đông kết nhanh tại đầu vòi phun

nhằm thúc đẩy sự đông kết của bê tông. Mục đích cơ bản của việc sử dụng ACC là

nhằm làm giảm độ sụt của bê tông (hay độ dẻo) tại thời điểm phun, giúp bê tông

chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái sệt ngay trong khi còn lơ lửng trong không

khí giữa khoảng cách từ đầu vòi phun đến bề mặt phun, và do vậy bê tông có khả

năng bám dính lên bề mặt phun và tạo thành lớp (có chiều dày tăng dần theo quá

trình phun). Với tác dụng của ACC, việc phun bê tông lên các bề mặt thẳng đứng

và bề mặt vòm (overhead) mới có thể thực hiện được. Tác dụng đông kết nhanh

của bê tông phun khi sử dụng ACC cho phép ứng dụng bê tông phun cho công tác


Bê tông phun

13 | P a g e

gia cố ban đầu, một trong những chức năng quan trọng của NATM (New Austrian

Tunneling Method “Phương pháp làm hầm mới của nước Áo” )

- Thông thường, ACC có dạng lỏng và được thêm vào đầu vòi phun bằng thiết

bị định lượng đặc biệt (bơm piston hoặc bơm ruột gà) nhưng cũng có rất nhiều sản

phẩm ACC dạng bột dùng cho phun khô, Nhật Bản ưa chuộng dùng ACC dạng

bột. Liều lượng sử dụng ACC phụ thuộc vào kỹ năng vận hành của người thi công,

tỷ lệ N/X của cấp phối bê tông cơ sở (base concrete) , điều kiện bề mặt phun ...

- ACC truyền thống được sử dụng phổ biến cho đến đầu thập kỷ 90 của thế kỷ

trước và cho đến ngày nay và có hai loại phổ biến, đó là ACC gốc alkaline-

aluminate và ACC gốc sodium silicate cải tiến (hoặc sau đây gọi tắt là sodium

silicate hoặc thủy tinh lỏng). Điểm khác biệt cơ bản giữa ACC gốc aluminate và

ACC gốc sodium silicate là ACC aluminate có tham gia vào quá trình thủy hóa của

xi măng và làm tăng cường độ ban đầu trong khoảng thời gian ban đầu (0.5-2 giờ,

1-2MPa).

- ACC truyền thống có tác dụng phụ và cần phải lưu ý khi sử dụng, tác dụng

phụ tai hại của ACC truyền thống là làm giảm cường độ cuối cùng của bê tông khi

so sánh với bê tông không sử dụng ACC. Do vậy, lượng dùng của ACC phải được

giữ ở mức tối thiểu để tránh tác hại này.

3.4.2.2. ACC gốc alkaline-aluminate - và sự tham gia vào

quá trình thủy hóa của xi măng:

- Về xi măng(sau đây gọi là XM): thành phần chủ yếu của XM là clinker -

sản phẩm nung luyện ở nhiệt độ khoảng 14500C từ các loại nguyên liệu chính là đá

vôi, đất sét, quặng và các nguyên liệu khác.

- Bột clinker nghiền mịn về bản chất có phản ứng rất tự nhiên với nước tạo

thành đá XM rắn chắc chỉ sau vài phút, do đó chỉ được sử dụng trong một số

trường hợp đặc biệt như làm chất kết dính cho bê tông. Để kiểm soát phản ứng

nhanh nhạy này, người ta thêm vào thành phần của XM 2÷5% thạch cao (Calcium


Bê tông phun

14 | P a g e

sulphate) nhằm điều chỉnh thời gian đông kết của XM và tạo ra tính công tác cho

bê tông. (Ngoài ra trong XM còn có chất phụ gia khác). Trong quá trình thủy hóa,

thạch cao tác dụng với khoáng C3A (là 1 trong 4 khoáng chính trong thành phần

clinker) tạo thành lớp màng bao bọc quanh hạt XM (gọi là ettringite) làm cản trở -

nhưng không hoàn toàn chặn đứng - sự xâm nhập của nước vào bề mặt hạt XM.

Nhờ có sự trì hoãn này, bê tông giữ được tính công tác của nó trong một thời gian

nhất định. Khi toàn bộ các thành phần “sulphate” phản ứng và liên kết với lớp

màng kể trên, thành phần “aluminate” trong XM phản ứng với lớp màng và giải

phóng ra thành phần “sulphate” đồng thời tạo ra “monosulphate”, các

“monosulphate này có tính thấm nước cao hơn giúp nước tiếp tục xâm nhập vào

bên trong hạt XM và do vậy cho phép phản ứng thủy hóa của XM diễn ra nhiều

hơn và với tốc độ cao hơn.

- Bằng việc sử dụng ACC gốc aluminate (tức là tống thêm “aluminate” vào),

hàm lượng “aluminate” cho phản ứng tạo ra “monosulphate” sẽ tăng nhanh đột

ngột, điều này cho phép thúc đẩy quá trình thủy hóa của XM diễn ra nhanh hơn và

tạo ra cường độ sớm hơn.

- Thông thường, ACC có thời gian đông kết đầu < 60 giây và thời gian đông

kết cuối < 3.5 phút. (Kiểm tra bằng kim Vicat thanh kim trượt nhỏ).

- ACC gốc aluminate được sử dụng nhiều khi thi công trong vùng đá mềm,

biến dạng lớn và khi cần cường độ sớm cũng như chiều dày lớp bê tông phun lớn

(>15cm) ngay sau khi khoan nổ.

- ACC gốc aluminate bắt đầu phát triển cường độ sau 5-10 phút và sau khoảng

20-30 phút thì cường độ phát triển đủ lớn để lớp BTP có khả năng chịu được trọng

lượng bản thân (>0.4MPa), do vậy, có thể thi công lớp bê tông phun dày hơn so

với khi sử dụng ACC gốc thủy tinh lỏng.

- Với loại ACC này, chiều dày lớp BTP có thể đạt đến 20-50cm trên vòm. Qui

trình thông thường là phun lớp BTP thứ nhất dày khoảng 6-10cm trên toàn bộ bề

mặt phun. Sau khi lớp BTP thứ nhất đã đạt đủ cường độ yêu cầu, phun tiếp lớp thứ


Bê tông phun

15 | P a g e

hai dày khoảng 10cm, sau đó lại phun tiếp các lớp cho đến khi được chiều dày BTP

yêu cầu.

- ACC gốc alminate cũng có thể thích hợp khi gặp các vấn đề về nước rò rỉ.

Qui trình thông thường khi đó là phun lớp BTP mỏng với hàm lượng ACC quá liều

(overdose, khoảng 8-10% theo trọng lượng XM) và chờ khoảng 30 phút để lớp

BTP này có khả năng chịu được áp lực nước. Sau đó tiếp tục phun như thông

thường cho đến khi đạt được chiều dày lớp BTP cần thiết.

Nhược điểm của ACC gốc aluminate:

• Làm giảm cường độ cuối cùng nhiều hơn.

• Rất nhạy với xi măng: ACC gốc aluminate có thể không tác dụng với

một số loại xi măng, do vậy cần phải kiểm tra khả năng tác dụng với xi

măng trước khi tiến hành công tác phun bê tông.

• Có độ pH cao (>13) nên có hại cho da và mắt. Việc sử dụng sản phẩm

này phải được kiểm soát nghiêm ngặt, người sử dụng phải được yêu cầu

mang găng tay, mặt nạ, kính bảo hộ và tránh tiếp xúc trực tiếp với da.

Lượng dùng thông thường của ACC gốc aluminate: 4-8% theo trọng lượng

xi măng.

- Phân loại ACC gốc aluminate: có hai loại

• Sodium aluminate (chứa Na2O)

• Potassium aluminate (chứa K2O)

- ACC gốc potassium aluminate có khả năng tác dụng với nhiều loại xi măng hơn

và cũng có thời gian đông kết ngắn hơn, cho cường độ sớm cao hơn ACC gốc

sodium aluminate.

- Yêu cầu về thời gian đông kết của ACC gốc aluminate:

Bắt đầu:

<30 giây: đánh giá - tốt.

<60 giây: đánh giá - đạt yêu cầu.

>60 giây: đánh giá - không đạt yêu cầu.


Bê tông phun

16 | P a g e

Kết thúc:

<3 phút: đánh giá - tốt.

<4 phút: đánh giá - đạt yêu cầu.

>4 phút: đánh giá - không đạt yêu cầu.

- Yêu cầu của xi măng khi sử dụng ACC gốc aluminate:

Hàm lượng C3A: 5-10 %, tốt nhất là 7-9%

Blaine >3500, tốt nhất là >4000

- Ngoài ra cần lưu ý đến hàm lượng tro bay, xỉ và thạch cao trong xi măng.

3.4.2.3. ACC gốc sodium silicate cải tiến hay thủy tinh

lỏng (modified sodium silicate):

- Khác với ACC gốc aluminate, ACC gốc sodium silicate chỉ cho tác dụng kết

dính tức thời (trong vòng khoảng 10 giây) mà không tham gia vào quá trình thủy

hóa của xi măng (nếu lượng dùng không vượt quá 20% theo trọng lượng).

- Cơ chế tác dụng của ACC loại này rất đơn giản: sodium silicate làm khô

(đặc) lượng nước có trong bê tông làm giảm độ sụt của bê tông rất nhanh và tạo

nên sự bám dính của bê tông lên bề mặt phun. Lượng dùng của ACC gốc thủy tinh

lỏng do vậy tỷ lệ thuận với tỷ lệ N/X trong cấp phối bê tông cơ sở. ACC gốc

sodium silicate không cho cường độ cao trong 2-4 giờ đầu, thời gian đông kết cuối

thông thường lớn hơn 30 phút và phụ thuộc vào loại xi măng và nhiệt độ môi

trường.

Ưu điểm của ACC gốc thủy tinh lỏng là có thể tác dụng với hầu hết các loại

xi măng, ít làm giảm cường độ cuối cùng của bê tông hơn ACC gốc aluminate, tác

dụng kết dính rất cao và thân thiện hơn với môi trường (không làm hại da, pH

<11.5 - nhưng tốt nhất vẫn nên tránh tiếp xúc trực tiếp với da), hàm lượng kiềm

trong ACC loại này ít hơn so với gốc aluminate (<8.5% Na2O)

Nhược điểm: tính năng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường (không dùng

được ở nhiệt độ<5OC) và chiều dày lớp phun hạn chế (8-15cm).


Bê tông phun

17 | P a g e

• Ứng dụng của ACC gốc thủy tinh lỏng:

• Trong gia cố vĩnh viễn.

• Trong gia cố tạm thời cho khu vực không yêu cầu cường độ sớm (như

cho khu vực đá cứng).

• Trong công tác sửa chữa.

• Cho khu vực hạn chế chiều dày lớp BTP trên vòm đến 10-15cm.

- Lượng dùng thông thường của ACC gốc thủy tinh lỏng: 3-6% theo khối

lượng xi măng.

- ACC gốc thủy tinh lỏng thông thường không được sử dụng bởi với lượng

dùng cao cần thiết (>10-12%, thực tế là 20%) sẽ làm giảm cường độ cuối cùng và

cho chất lượng bê tông kém. Tiêu chuẩn châu Âu về BTP (EFNARC) chỉ cho phép

lượng dùng ACC gốc thủy tinh lỏng tối đa là 8% theo trọng lượng xi măng.

- Các nghiên cứu còn chỉ ra rằng tác dụng làm giảm cường độ cuối cùng của

ACC gốc thủy tinh lỏng phụ thuộc vào điều kiện bảo dưỡng, ví dụ với lượng dùng

15% ACC, cường độ có thể giảm đến 50% nhưng nếu bảo dưỡng mẫu trong nước,

cường độ chỉ giảm 30%.

3.4.2.4. ACC gốc akali-free:

- Cho đến thời gian gần đây, các yêu cầu về an toàn và môi trường sinh thái

ngày càng có ảnh hưởng chi phối đến việc sử dụng ACC trong bê tông phun. Ở

một số nước như Pháp, Thụy Sỹ, Anh, Hồng Kông, Singapore, Áo .. và một số

nước khác, việc sử dụng ACC gốc alkaline-aluminate bị cấm do ảnh hưởng đến

sức khỏe con người. Thêm vào đó, yêu cầu về chất lượng và độ bền của bê tông

cũng ngày càng cao hơn.

- Việc cường độ bê tông bị tổn thất hoặc hiện tượng thôi rửa của “alkaline” có

trong ACC ra môi trường làm ảnh hưởng đến sinh thái là động lực thúc đẩy việc

phải tạo ra các sản phẩm có đặc tính cao hơn và thân thiện với môi trường. Theo

thông tin từ báo cáo của Hội nghị về BTP do ITA tổ chức năm 1996 tại


Bê tông phun

18 | P a g e

Washington, việc sử dụng BTP theo phương pháp ướt ở Brazil càng phổ biến hơn

do sức khỏe công nhân bị ảnh hưởng bởi bụi khi thi công BTP theo phương pháp

khô.

- Thông thường, người thi công BTP thường gặp phải các vấn đề về ô nhiễm

bụi và ảnh hưởng sức khỏe khác như “cháy” da, cay mắt hạn chế tầm nhìn và thậm

chí các rủi ro do đá rơi trong hầm. Xu hướng chung trên toàn thế giới là cần phải

thay đổi và hạn chế điều kiện làm việc nguy hiểm kể trên và do đó, trong khoảng

thập kỷ 90 của thế kỷ trước, nền công nghiệp xây dựng đã đặt ra đòi hỏi việc phải

tìm ra các sản phẩm ACC có chất lượng cao hơn và không ảnh hưởng đến môi

trường cũng như sức khỏe con người. Và thế là, ACC gốc alkali-free dạng lỏng

không gây hại đến sức khỏe (non-caustic) đã xuất hiện, mang đến một thế hệ BTP

an toàn, chất lượng cao và hiệu quả về mặt kinh tế, và việc sử dụng các phụ gia

ACC gây hại gốc aluminate hoặc thủy tinh lỏng không còn được chấp nhận nữa.

Trách nhiệm cải tiến việc thi công BTP cho an toàn với môi trường và con người

đặt lên vai các chủ công trình, nhà thiết kế và nhà thi công.

- Về cơ chế tác dụng, ACC gốc alkali-free cũng hành xử tương tự như ACC

gốc aluminate (do cũng có thành phần cơ bản là aluminum sulphate )

- Do có thành phần hóa học phức tạp hơn, ACC gốc alkali-free có giá thành

đắt hơn ACC truyền thống. Tuy nhiên, khi đánh giá một cách tổng thể hơn, chi phí

cho ACC gốc alkali-free ảnh hưởng không nhiều đến tổng giá thành của 1m3 BTP

nếu xét đến những hiệu quả mà nó mang lại như tiết kiệm thời gian thi công, giảm

lượng rơi vãi (rebound), tăng cường chất lượng bê tông và một lợi ích không kém

phần quan trọng đó là ảnh hưởng môi trường.

- Trong các tài liệu về ACC dùng cho BTP, cụm từ “không gây hại -

noncaustic” và “alkali-free” đi dung dăng dung dẻ với nhau rất nhiều lần. Tại sao

vậy, trước tiên phải xét đến nghĩa kép của cụm từ “alkaline” trong tiếng Anh:


Bê tông phun

19 | P a g e

• Là một dung dịch có tính kiềm (pH 7-14), ví dụ dung dịch

Calcium Hydroxide có pH =13 là một dung dịch có tính kiềm mạnh

(=alkaline) nhưng không chứa cation kim loại kiềm.

• Là một dung dịch có chứa các cation kim loại kiềm như Na+,

K+, Li+ .. ví dụ như dung dịch muối ăn (NaCl). Dung dịch này chứa

cation kim loại kiềm, nhưng lại không có tính kiềm (độ pH tương đương

7 - trung tính).

- Vậy đó, thuật ngữ “có tính kiềm” (alkalinity) và “có chứa kiềm” là hai tính

chất hoàn toàn khác biệt. Trong ACC cho BTP, thuật ngữ “alkali-free” chỉ có một

nghĩa, đó là ACC không có chứa kim loại kiềm (hoặc hàm lượng kiềm <1%).

- Một trong những lý do cho việc xuất hiện ACC gốc alkali-free là sản phẩm

này giúp giảm các rủi ro do phản ứng giữa các cation kim loại kiềm với các thành

phần khoáng hoạt tính có trong cốt liệu như silica (SiO2) (phản ứng kiềm-cốt liệu).

Nếu phản ứng này xảy ra, các hạt cốt liệu sẽ bị nứt vỡ do dãn nở và làm ảnh hưởng

đến cấu trúc của khối BTP.

Ưu điểm của ACC gốc alkali-free dạng lỏng: Nhu cầu sử dụng ACC gốc

alkali-free cho BTP ngày càng tăng do một trong các lợi ích sau:

• Giảm rủi ro do phản ứng kiềm-cốt liệu, do giảm được hàm

lượng cation kim loại kiềm như khi sử dụng ACC gốc alkaline-

aluminate.

• Cải thiện điều kiện làm việc do giảm tính gây hại của ACC đối

với mắt, da, cơ quan hô hấp và ảnh hưởng tầm nhìn.

• Bảo vệ môi trường do giảm được hàm lượng các chất gây hại

phát tán ra nguồn nước từ BTP hoặc do lượng BTP rơi vãi.

• Giảm tổn thất cường độ cuối cùng (thông thường là 15-50% khi

sử dụng ACC truyền thống)

* Tuy nhiên tùy theo khu vực và yêu cầu thi công mà các lợi ích trên được nhìn

nhận và phát huy khác nhau. Ví dụ như khi BTP được dùng chủ yếu cho gia cố tạm


Bê tông phun

20 | P a g e

thời thì điểm 2 và 3 quan trọng nhất nhưng khi BTP được dùng để gia cố vĩnh viễn

thì điểm 1 và 4 lại quan trọng hơn.

Nhược điểm:

• Cũng giống như ACC gốc aluminate, ACC gốc alkali-free cũng

nhạy với xi măng nên việc kiểm tra tác dụng với xi măng trước khi phun

bê tông là việc làm vô cùng cần thiết (Nhiều khi bận quá bỏ qua đến lúc

phun hông thấy dính mới ngớ người ra thì chết).

• Làm giảm cường độ cuối cùng của bê tông, tuy mức độ ảnh

hưởng không kinh khủng như ACC gốc aluminate nhưng cũng kha khá

(bạn chắc quanglan rành sáu câu).

• Ngoài ra, có một số sản phẩm do độ pH khá thấp (theo bác

raklei cung cấp là 2-3) nên ăn mòn máy móc thiết bị (các bác có để ý

bọn này toàn được chứa trong phuy nhựa không, dùng ống tuýp sắt

ngoáy mấy bữa bị mòn ngó thấy).

- Lượng dùng thông thường của ACC gốc alkali-free: 3-10% theo trọng lượng.

- Yêu cầu về thời gian đông kết của ACC gốc alkali-free (Kiểm tra bằng kim

Vicat)

- Bắt đầu:




- Kết thúc:





Bê tông phun

21 | P a g e

Đạt được một cường độ lớn nhanh chóng trong vòng ít nhất 12 giờ

thường có tầm quan trọng rất lớn trong việc ổn định hóa khối đất một cách

thỏa mãn. Sự tăng cường độ chậm hay xảy ra, so với các hỗn hợp không

được thúc đẩy ninh kết, sau khoảng 8 giờ và cho tới thậm chí sau 28 ngày

quả là không mong muốn, nhưng có thể chấp nhận được nếu không có sẵn

một loại phụ gia tăng đông cứng nào ưu việt hơn. Căn cứ vào một cường độ

tại chỗ 28-ngày cao hơn quy định, thì một lượng mất mát cường độ rất bé

trong tương lai xa là có thể cho phép, miễn là đừng xảy ra sự mất mát tương

lai làm cường độ xuống dưới giá trị quy định.

3.5. Sợi thép (Steel Fibers) :

- Cốt thép gia cường dạng thanh thông thường không được dùng cho bêtông

phun ngoại trừ khi điều kiện địa chất đòi hỏi phải đặt thêm các dầm (giàn) mắt cáo.

Thay vào đó, yêu cầu về tính mềm dẻo, độ bền dai, và cường độ dư thường được

đáp ứng nhờ đưa các mẩu ngắn, mỏng của dây thép hoặc thép lá vào hỗn hợp. Khi

yêu cầu chủ yếu là giảm tính thấm bằng cách hạn chế số lượng và chiều rộng khe

nứt co ngót, thì có thể dùng sợi polypropylene, khi có thể để đáp ứng các yêu cầu

về độ bền và ứng suất dư.

- Có bốn loại sợi thép: dây thép kéo nguội, thép tấm cắt rời, thép tách nhờ nấu

chảy, và các loại khác (ASTM-C820). Chỉ có hai loại đầu được xem là thích hợp

cho bêtông phun làm công trình ngầm.

- Ban đầu, có hai nhân tố làm chậm sự ứng dụng thành công của sợi thép. "Sự

làm tổ chim" hoặc "sự vón thành cục tròn" của các sợi thép rất hay xảy ra, và sợi

thép có xu hướng bị lôi ra khỏi bêtông mà không đạt được hiệu quả mong muốn

khi xảy ra nứt. Trục trặc thứ nhất được giải quyết bằng cách giữ cho tỷ số hình

dạng (chiều dài chia cho đường kính hiệu dụng danh nghĩa) trong phạm vi rạch ròi

từ 40 đến 80; gần đây, các sợi có độ dài từ 20 đến 40mm. Sức kháng tốt chống lại

sự tuột sợi thép nhận được bằng cách tạo gờ cho nó, có thể bằng sự chồn hay uốn

các đầu sợi thép, hay bằng cách gấp nếp hoặc tạo các sọc dọc theo chiều dài sợi.


Bê tông phun

22 | P a g e

- Sự quy định sợi thép bằng số kilôgam trên mét khối là không hợp lý do có

những khác nhau lớn về các tính chất kỹ thuật của các loại sợi. Tiêu chuẩn kỹ thuật

về tính năng - quy định độ mềm dẻo (độ bền dai) và các yêu cầu về ứng suất dư -

sẽ phải được áp dụng.

Sợi thép và sự bố trí sợi thép trong khối bê tông


Bê tông phun

23 | P a g e

3.6. Hơi/bọt Silica (Silica Fume) :

Silica fume theo tiêu chuẩn ASTM C1240

- Cũng được gọi là microsilica, vật liệu này thay thế cho một lượng phần trăm

nhỏ ximăng, cũng không hẳn vì thuộc tính người ta thường nghĩ là cải thiện cường

độ bêtông của nó, mà là vì hiệu ứng phụ có lợi của nó làm tăng tính dính bám, tăng

độ chống thấm, giảm lượng phụ gia, và, đối với bêtông phun khô, giảm đáng kể

lượng bụi và bật nảy rơi vãi khi phun. Hai tác dụng sau phần lớn là do lượng vật

liệu lọt qua sàng số No. 200. Phần trăm thay thế phải giữ trong phạm vi 8 đến 13%,

và tốt nhất nên trong vòng 9 đến 11%. Cần có sự thận trọng đặc biệt khi dùng đến

giới hạn biên trên do silica có xu hướng tăng co ngót và, do đó, tăng khả năng nứt.

Các yêu cầu chính đối với microsilica là (ASTM C1240):


Bê tông phun

24 | P a g e

1. Lượng SiO2, nhỏ nhất là 80% (chứ không phải 85% như trong các quy trình

hiện tại)

2. Lượng sót trên sàng No. 325, nhỏ nhất là 10%

3. Mất mát do đốt cháy lớn nhất 2%

4. Độ ẩm lớn nhất 3%

5. Kiểm soát nhỏ nhất 85%, chỉ số hoạt tính pozzolan tăng ninh kết với ximăng

Portland tại 7 ngày

6. Độ hấp thụ đun sôi lớn nhất 6% trên mẫu bêtông phun

- Bụi tro được dùng thay cho ximăng trong bêtông có tác dụng tốt. Nó cũng có

thể dùng trong bêtông phun cho công trình trên mặt đất khi không đòi hỏi phải

ninh kết nhanh. Tuy nhiên, đối với ngầm dưới đất, tính hay thay đổi và tác động

xấu có thể của nó đối với sự đông cứng khiến người ta không muốn khuyến cáo sử

dụng nó. "Tính dính" của bêtông phun có được nhờ microsilica có một giá trị đặc

biệt đối với tất cả các lớp trên trần và ít nhất là đối với lớp đầu tiên trên tường khi

đá gốc có tính ẩm ướt cố hữu bởi các dòng nước cục bộ.

3.7. Lưới thép (Wire Mesh) :

- Lưới thép hàn (WWF) được đề cập ở đây do sự sử dụng nó thường xuyên

trước đây. Nó được đưa vào bêtông phun để tạo độ bền; tuy vậy, hiện nay sợi thép

cho ta tính chất này hiệu quả hơn. Lý do không còn khuyến khích sử dụng lưới

thép nữa không phải chỉ mang tính lý thuyết; nó có tính thực hành cao. Thậm chí

lưới có khoảng cách thích hợp (10cm x 10cm hay 15cm x 15cm) cũng rất cứng,

khiến việc lắp đặt tốn thời gian khó khăn, và do đó chi phí cao. Khi dùng trong các

hầm khoan-và-nổ mìn, có thể cần lượng dư bêtông phun đáng kể để lấp đầy chiều

dày đào quá thiết kế mà lưới thép không thể lắp đặt vào đó một cách thích đáng.

Hơn nữa, khi để lưới thép cách bề mặt phun quá xa, theo yêu cầu để có hiệu quả


Bê tông phun

25 | P a g e

lớn nhất, thì chất lượng bêtông có thể giảm đi do hiệu ứng màn chắn gây bởi cả

lưới thép cứng và bởi sự rung động của lưới nằm dưới luồng phun.

Lưới thép

- Lưới thép đan (“liên kết móc xích”) thường được phối hợp với neo đá cho an

toàn khi đá được gia cường. Mục đích của nó là tóm bắt lại chỗ lở và các mảnh rơi

nhỏ của đất đá. Tuy nhiên, bê tông phun có hiệu quả hơn, miễn là nó được phun

sớm, bởi vì nó chống lại sự bong lở đất ngay khi nó ninh kết và chống lại sự rơi

từng khối khi nó đã hình thành cường độ nhờ tạo thành một vòm kích thước nhất

định để làm việc chặt chẽ cùng với đá. Khoảng hở (bước cốt thép) càng bé và kích

thước lưới thép càng rộng thì càng làm tăng cường hiệu ứng màn chắn có hại. Do

thế, lưới thép cũng không thích hợp với bê tông phun trong hầm.

3.8. Các phụ gia khác :

- Khi dự đoán có xảy ra chu trình đóng băng - tan băng, cần có thêm lượng

cuốn khí vào hỗn hợp ướt; nó không có hiệu quả đối với hỗn hợp khô. Một phần

lớn khí bị mất mát khi phun bêtông; 10 tới 12% tại bơm có thể là cần thiết để tạo ra

4 đến 6% "trên tường". Chất giảm nước và phụ gia siêu dẻo cần có trong hỗn hợp


Bê tông phun

26 | P a g e

ướt. Khi có những hạn chế gắt gao về môi trường thi công (bụi), cần cho thêm các

phụ gia ngăn cản bụi đặc biệt vào hỗn hợp khô, đặc biệt là nếu không dùng

microsilica; tuy nhiên, cần có đủ các ống xả bụi đặc biệt tại khu vực phun bêtông.

Những năm trước đây, bêtông phun trộn khô sinh ra nhiều bật nảy rơi vãi và mức

độ bụi cao nhìn thấy được. Nhưng, điều này là do một số nhân tố nằm ngoài quá

trình trộn. Khi đó vẫn chưa có các vòi phun điều khiển từ xa, và kết quả vị trí của

vòi phun không thích hợp làm tăng rất lớn bụi và bật rơi.

4. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀ CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ XÂY DỰNG:

4.1. Ứng dụng:

Sử dụng bê tông phun với vật liệu là bê tông hạt mịn chất lượng cao được được

ứng dụng như sau:

- Kết hợp cùng với cốt sợi phân tán (sợi thép, sợi các bon) chế tạo lớp bê tông

phun có chiều dày 2 ÷ 5cm hoặc lớn hơn, cường độ kháng nén cao, lực dính với

lớp đất đá tốt, cho phép thi công hầm ngầm với kích thước lớn.


Bê tông phun

27 | P a g e

- Dùng làm lớp bê tông phun phủ nhẵn, làm phẳng bề mặt của kết cấu.

- Được ứng dụng làm lớp lót cho các công trình ngầm trong hầm.

- Được dùng chế tạo neo bê tông cốt thép hoặc làm hỗn hợp vữa bơm xi măng

mác cao.


Bê tông phun

28 | P a g e

- Được dùng trong sửa chữa kết cấu, hưng hỏng các công trình.

4.2. Các công trình đã xây dựng:

Hầm Vancouver. Hầm Đường sắt Quốc gia Canada đường ray đơn nằm dưới

một khu dân cư và công nghiệp của Vancouver, bang British Columbia. Xây dựng

năm 1967-68, nó là hầm lớn đầu tiên ở Bắc Mỹ có dùng bêtông phun cốt liệu lớn

để làm vì chống ban đầu và vỏ hầm hoàn thiện. "Mặt cắt ngang kiểu-Boston"

(móng ngựa chân nghiêng) cao 8.8m rộng 6m. Tổng chiều dài là 3.3km, trong đó

2.8km nằm trong đá. Đá là cuội kết conglomerat (cuội lớn tới 10cm trong cát và

sét), cát kết (hạt mịn hoặc thô, thường mềm và bão hoà), và hai loại đá phiến sét

(một loại khối lớn, giòn, và hạn nhỏ, loại kia hạt thô và phân lớp). Công việc được

làm theo ba ca một ngày, năm ngày một tuần, nhưng không cho phép nổ mìn giữa

nửa đêm và 7 giờ sáng.


Bê tông phun

29 | P a g e

Gương lò trong đá bắt đầu với bộ vì chống thép (loại 8WF28) trong đá phiến

sét phong hóa mềm hướng dốc nhẹ vào gương đào, ngoài ra có một vỉa than dày

30cm nằm phủ lên một vỉa 46cm và nằm dưới một dải phiến sét dẻo, phong hóa

dày 90cm. Thanh thép gia cố trước (forepoling) đã phải đặt rất sớm. Hang rỗng

phía trên dãy cọc chống đất tụt được phun bêtông; gương đào cũng được phun

bêtông. Các lò xuyên vỉa qua địa tầng dạng tường ngắn được đào và phun bêtông;

một vòng cắt hình vòm được đào và phun bêtông; và sau đó dựng vòm chống

thép. Cuối cùng, khối đào lớn được hoàn thành và phun bêtông. Khi vào sâu dần,

nhu cầu đào phân mảnh giảm đi, và vòm chống thép được bỏ đi khi đạt 8m.

Sau đó có một đoạn đào thử dài 60m. Một dòng nước xuất hiện trong khối cuội

kết làm trôi ra một loạt sỏi cuội và theo sau là sự chảy nhỏ giọt nước đứt quãng.

Sau khi phun 30 phút, bêtông bắt đầu dính bám vào đất. Theo sau đoạn đào thử

nghiệm, công việc đi vào quỹ đạo, với việc khoan các chu kỳ có 110 lỗ mìn, chiều


Bê tông phun

30 | P a g e

dài 3m; nổ mìn; phun một lớp bêtông dày 5cm lên vòm sau khi nổ mìn 45 phút và

phun từ một sàn di dộng vươn qua đống đá thải, tiếp tục phun lớp bêtông đó cho

tới đủ chiều dày 15cm trong chu kỳ xúc dọn đá thải; sau đó phun bêtông cho tường

hầm tới chiều dày 10cm trong chu kỳ khoan tiếp theo.

Hang Nhà máy điện Drakensberg. Dự án Trữ nước bơm Drakensberg, nằm

trên vách đứng núi Drakensberg về phía đông bắc Lesotho, Nam Phi, bao gồm một

nhà máy điện ngầm đào trong đất tương đối xấu (Sharp và Lawrence, 1982). Hang

hầm chính, dùng làm Gian Máy, có nhịp hơn 17m, chiều cao 30.5m (chưa kể các

hố trũng), và chiều dài 198m. Gian Biến áp và Buồng Van phân phối cũng có kích

thước tương tự. Điều kiện địa chất không phù hợp lắm với các hang đào lớn như

vậy. Tuy thế, các hang được gia cố bằng các neo bulông ứng suất trước và vỏ hầm

được lát vĩnh cửu bằng bêtông phun có chiều dày tối thiểu 10cm. Việc phun bêtông

vỏ hầm hoàn tất năm 1979 (trước khi xuất hiện loại bêtông phun tốt có sợi thép gia

cường).


Bê tông phun

31 | P a g e

Địa chất bao gồm các lớp xen kẽ của bùn kết, sét kết, và cát kết với thể tường

đolerit và vỉa mạch xâm nhập và thỉnh thoảng có các lớp than cacbonat mỏng. Ba

tập hợp khe nứt gần như thẳng đứng cũng hiện diện. Đặc điểm nổi trội là có các

mặt phẳng phân lớp chủ yếu nằm ngang, nói chung cách nhau 0.5cm tới 50cm.

Cũng có mặt các khu vực địa chất chịu nén có mặt trượt nhẵn, hướng dốc 400 tới

600 trong các đá chứa nhiều sét hơn, cũng như thấy sự suy thoái của đá xảy ra

trong các đá mịn hơn do sự phá vỡ khối kết tập khi khô đi. Các đo đạc về ứng suất

tại chỗ trước xây dựng đã chỉ ra ứng suất thẳng đứng gần giá trị lớp đất phủ lý

thuyết và ứng suất ngang vuông góc với các tường đứng và cao, gấp 2.5 lần ứng

suất đứng tại độ sâu 152m. Địa chất như vậy khiến cho phải áp dụng các mái hầm

phẳng có hoặc không có các sườn vòm nghiêng và phun bêtông sớm để tránh sự

yếu đi của đá. Phải công nhận rằng các lớp sét mỏng, bùn, và mica có thể gây ra sự

dính bám tồi của bêtông, và rằng ứng suất ngang lớn có thể sinh ra các vụ trượt

mặt phẳng xếp lớp, đặc biệt là tại hoặc gần cao độ vòm mái và vòm đáy.

Việc đào buồng ngầm bắt đầu từ gương lò đỉnh trung tâm có nhịp mái phẳng

8m. Theo sau là các vết cắt rạch bên cho và dưới các sườn vòm 450 tại các Gian

Biến thế và Gian Máy. Phần còn lại của Gian Máy được đào theo một loạt chín bậc

thềm có bề dày lớn nhất 3.6m. Các gian hầm khác cần đào số bậc thang ít hơn. Các

thanh thép ∅25mm được dùng để gia cố đá; các bulông neo đầu tiên dài 6m, sau đó

là 3m. Sơ đồ neo trên mái nói chung là 1.2m x 1.2m áp dụng cho cả hai loại neo.

Sơ đồ neo trên tường chủ yếu là 1.5m x 1.5m, cũng với hai loại chiều dài neo và

các thanh neo được đặt xiên góc lên hay xuống (khoảng 300) theo các hàng so le

nhau theo chiều đứng.

Thường thì lắp đặt neo tiến hành trước phun bêtông. Tuy nhiên, lớp bêtông đầu

tiên đã phải duy trì trong vòng 7.6m kể từ gương đào và phải phun trong vòng 48

giờ sau khi đào. Lớp bêtông ban đầu mỏng 5cm sẽ tăng tới 9cm. Nó được gia

cường và chứa 2.75% chất tăng đông cứng (theo khối lượng ximăng). Lớp ấy có

thể không dính bám nếu lượng phụ gia ít hơn, và bất kỳ lượng lớn hơn đáng kể nào


Bê tông phun

32 | P a g e

cũng có thể gây suy giảm cường độ tới hạn. Cường độ quy định tại 28 ngày tuổi là

300 kg/cm2.

Bản mặt của neo có một "con nhện" đặc biệt cấu tạo từ 4 thanh thép mềm (thép

cácbon thấp) No.3 dài 1.2m liên kết hàn. Các chân chìa được để hướng xuống dưới

nhằm tránh hiệu ứng màn chắn khi phun lớp bêtông đầu tiên. Lưới thép hàn hở

(20x20cm @ 3.0 kg/m2) được đặt giữa các lớp bêtông ban đầu và cuối cùng, và các

chân nhện được uốn cong để đi song song theo các lớp phun.

Lớp hoàn thiện (nhỏ nhất 5cm) có nhiều vấn đề hơn so với lớp ban đầu vì ở lớp

này không cho phép dùng phụ gia thúc đẩy ninh kết. Kết quả là các lớp dưới phải

giới hạn chiều dày ở 2.5cm trên phần đỉnh vì nếu lớp ban đầu dày hơn có thể

không kịp đông cứng để dính bám. Đôi khi, có thể cần tới 4 lớp, tất cả đều được

thực hiện trong một thao tác toàn bộ như nhau.

Chuyển vị lệch đáng kể theo phương ngang có thể xảy ra giữa các tường và

đỉnh vòm, ước tính từ 10 đến 20 cm. Nó có thể xảy ra ngay phía dưới mặt dưới của

vòm phẳng theo mặt phẳng tựa yếu nhất. Việc phun bêtông ban đầu được tiếp tục,

vượt qua chỗ nối đỉnh vòm - cánh vòm. Việc tập trung ứng suất trong lớp ban đầu

của đỉnh vòm đủ để phá hỏng cục bộ bêtông phun tại sườn vòm. Các vùng bị phá

hoại được bỏ đi và thay thế nếu cần thiết trước khi phun lớp bêtông hoàn thiện.

Việc làm vỏ hầm hoàn thiện cho mái vòm được lui lại cho tới khi đào xong 6 trong

số 9 bậc thềm nhằm cho phép hầu hết chuyển vị chênh lệch kết thúc. Một đường

xoi liên tục được để lại trong lớp này, kéo dài 30 cm về mỗi phía của mối nối. Việc

trát kẽ hở chỉ được thực hiện khi vỏ tường hầm đã xong và mọi chuyển vị đã kết

thúc.

Hầm Đường bộ Du Toitskloof. Các đặc điểm đáng giá của hầm này là việc

dùng phương pháp đóng băng để ổn định hóa ban đầu cho một phần chiều dài của

nó, và việc phun bêtông lên tường đất đã đóng băng để làm vỏ hầm vĩnh cửu. Hầm

dài 4km và nằm cách khoảng 64km về phía đông Capetown, Nam Phi.


Bê tông phun

33 | P a g e

Gần như 150m phía tây của đường hầm là đào qua đá cứng mà không có biến

cố gì xảy ra, toàn bộ hầu như là đá granit; chiều dày lớp đất phủ lớn nhất là 730m

phía trên nóc hầm sau khi đào có nhịp là 12.8m. Phần hầm phía tây đang xét đến ở

đây có mặt gương là đá granit bão hòa, hoàn toàn phá hoại dài hơn 120m, phần còn

lại là các mặt gương xen kẽ giữa granit phân hủy, phong hóa và nguyên trạng. Lớp

phủ dày 7.6m tại cổng hầm, tăng lên tương đối đều đặn tới hơn 49m ở cuối đoạn

hầm địa chất yếu. Mực nước ngầm tự nhiên tăng từ cao độ nóc hang khoảng 12.2m

tại cổng hầm tới khoảng 45.7m tại cuối đoạn hầm (Lawrence, 1982).

Một hầm thăm dò 10m2 được đào toàn chiều dài khoảng 36.6m cách tim hầm

tương lai năm 1979 để xác định chi tiết các điều kiện địa chất. Có rất nhiều vấn đề

khi đào qua đá granit phân hủy nằm dưới mực nước ngầm tại khu vực cổng hầm,

bao gồm các chỗ đất sụt và không thể chống giữ đất bằng vòm thép và ván chắn.

Đã phải dùng phương pháp đóng băng đất cục bộ để ổn định hóa đường hầm nhỏ

bé này.

Một việc làm thử mang tính lý thuyết được tiến hành trong giai đoạn đấu thầu

bởi nhà thắng thầu đã chỉ ra rằng một lớp bêtông phun dày 5cm phun ở nhiệt độ

1000F (37.80C) lên một bề m ặt bảo dưỡng ở -40F (-200C) có thể có nhiệt độ


Bê tông phun

34 | P a g e

320F (00C) trong vòng 5 giờ. Tương tự, một lớp 10cm có thể mất 10 giờ, và lớp

20cm mất 40 giờ. Một thử nghiệm hiện trường với một mô hình đoạn hầm ngắn có

kích thước thật, đắp đằng sau là đá granit rã rời xáo trộn, duy trì tại -200C có khí

nitơ dạng khí trong các ống lồng làm lạnh, cũng chứng tỏ một kết quả làm nản

lòng, bởi vì tiêu chuẩn cường độ nén 280 kg/cm2 không thể đạt được, cho dù sử

dụng hỗn hợp trộn khô hay ướt và đã đáp ứng đúng tiêu chuẩn.

May thay, nhiệt độ dự kiến và các vấn đề về cường độ đã không thành hiện

thực khi thi công thực tế, và cường độ bêtông yêu cầu luôn luôn đạt được. Có một

số lý do giải thích cho điều này. Lớp granit xáo trộn phía sau hiển nhiên là chứa

nhiều nước hơn vật liệu thật tại chỗ, gây ra độ lạnh tổng thể nhiều hơn; nước biển

chứ không phải nitơ được dùng như là tác nhân làm lạnh trong hầm thực, và tỷ số

giữa năng lực làm lạnh và năng lực sinh nhiệt của bêtông phun là hoàn toàn khác

nhau đối với hai loại tác nhân. Một lượng ximăng cao hơn 10% (450 kg/m3) được

dùng trong hầm thực so với đoạn hầm thử nghiệm, và bề mặt đào bắt đầu ấm lên

ngay sau khi đào xong. Cuối cùng, giá trị cách nhiệt của bêtông phun là khá cao do

đó lớp đầu tiên hy sinh 5cm đã cho phép các lớp còn lại được bảo dưỡng ở nhiệt độ

gần với nhiệt độ trong hầm.

Những phần mở rộng cho các hốc khoan dài 7.6m được đặt cách nhau 30m.

Tại đó vòng đóng băng có bề rộng tối thiểu 2m. Chiều dày vỏ hầm yêu cầu là 66cm

trong khoảng dài 7.6m gần cổng hầm, và dày 46cm tại các chỗ khác. Đoạn cổng

hầm có các vì chống thép chữ H 75x75 mm cách nhau 1m; đoạn điển hình có các

vòm chống kiểu Anpơ nhỏ h ơn (mặt cắt hình chuông) đặt cách quãng tương tự.

Bêtông của đoạn điển hình được phun làm 4 lớp, lớp đầu tiên 5cm chứa một lưới

thép nhẹ (lưới thép hàn), một lớp 10cm có lưới nặng uốn cong trước, lớp 20cm có

vòm thép kiểu Anpơ, và lớp cuối cùng 10cm lại có lưới thép nặng uốn cong

trước.Việc buộc các lưới thép khá là khó khăn.


Bê tông phun

35 | P a g e

5. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM:

5.1. Vật liệu sử dụng:

Vật liệu đã sử dụng là các nguyên vật liệu có sẵn ở trong nước, bao gồm:

- Chất kết dính là xi măng Pooclang PC 40 Bút Sơn, có khối lượng riêng là

3,10 g/cm3.

- Cốt liệu là Cát vàng sông Lô, có khối lượng riêng là 2,65g/cm3, khối lượng

thể tích xốp là 1445 kg/m3, mô đun độ lớn là 3,0.

- Phụ gia siêu dẻo thế hệ mới Glenium Ace 388 của BASF, có Tỷ trọng :

1,1g/cm3, độ pH: 6,0 ÷ 7,5.

- Phụ gia khoáng mịn bao gồm Silicaufume của Elkem có khối lượng riêng

là 2,2 g/cm3 và Tro bay nhiệt điện Phả Lại, có khối lượng riêng là 2,45g/cm3.


Bê tông phun

36 | P a g e


Bê tông phun

37 | P a g e

5.2. Cấp phối bê tông chất lượng cao:

- Theo phương pháp thể tích tuyệt đối, thể tích 1m3 bê tông đã lèn chặt coi như là

tổng thể tích của nước, xi măng, phụ gia khoáng, cốt liệu, phụ gia siêu dẻo và thể

tích không khí cuốn vào trong quá trình nhào trộn.

- Do đó:

Trong đó:

N, X, TB, SF, C, PG: là khối lượng nước, xi măng, tro bay, silicafume, cát,

phụ gia siêu dẻo, đơn vị là kg.

𝛾N , 𝛾 X , 𝛾TB , 𝛾 SF , 𝛾 C , 𝛾 PG : là khối lượng riêng của nước, xi măng, tro

bay, silicafume, cát, phụ gia siêu dẻo, đơn vị là kg/lít.

A: là thể tích rỗng do không khí cuốn vào trong hỗn hợp bê tông, đơn vị là

%.

Trên cơ sở kết quả thu được gốc các hệ số tỷ lệ vật liệu đã được chọn như sau:


Bê tông phun

38 | P a g e

Trong đó:

Chất kết dính (CKD) = Xi măng (XM) + Silicafume(SF) + Tro bay(TB).

Tính toán dựa trên các giá trị tỷ lệ vật liệu, tính toán cấp phối trên thực nghiệm ta

thu được cấp phối hợp lý của hỗn hợp bê tông hạt mịn có thành phần như sau:

5.3. Xác định các tính chất của bê tông chất lượng cao hạt mịn:

Kế hoạch thí nghiệm tính chất gồm các hỗn hợp bê tông như sau:

- Hỗn hợp bê tông hạt mịn có cấp vừa được xác định, các vật liệu khô, chưa

tính đến lượng nước thấm ướt bề mặt cốt liệu và sử dụng 1,25kg sợi Polypropylen

cho 1m3 bê tông, ký hiệu CP1. Mục đích của thí nghiệm này là xác định ảnh

hưởng của cốt sợi phân tán đến cường độ kháng kéo của bê tông.

- Hỗn hợp bê tông hạt mịn có cấp phối vừa xác định, vật liệu khô, chưa tính

đến lượng nước thấm ướt bề mặt cốt liệu, không sử dụng sợi phân tán, ký hiệu là

CP2.


Bê tông phun

39 | P a g e

- Hỗn hợp bê tông hạt mịn không sử dụng phụ gia siêu mịn Silicafume;

lượng bột mịn được sử dụng bao gồm: 40% tro bay nhiệu điện Phả Lại và 30% bột

cát quắc nghiền mịn, không dùng cốt sợi phân tán, ký hiệu CP3.


Bê tông phun

40 | P a g e

Biểu đồ sự phát triển cường độ nén của bê tông theo thời gian

Từ kết quả thu được ta thấy, vai trò của phụ gia siêu dẻo Silicafume là rất quan

trọng, cấp phối bê tông không dùng Silicafume có cường độ kháng nén thập hơn

khoảng 60% cấp phối bê tông có Silicafume.


Bê tông phun

41 | P a g e

5.4. Công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao:

Từ quá trình nghiên cứu các tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao, với

mục đích để hạt silicafume và cốt sợi phân tán được phân bố đồng đều vào trong

cấu trúc bê tông. Tác giả đề xuất sơ bộ dây chuyền công nghệ sản xuất hỗn hợp bê

tông phun như sau.

Theo sơ đồ dây chuyền công nghệ đã nêu trên: Hỗn hợp vật liệu gồm cát vàng,

tro bay, xi măng, silicafume và cốt sợi phân tán được định lượng theo tỷ lệ cấp

phối đã thiết kế rồi trộn đồng đều khô trong thùng trộn của máy phun bê tông. Quá

trình này nhằm mục đích tạo điều kiện tốt nhất để các loại phụ gia khoáng mịn (tro

bay), phụ gia khoáng siêu mịn (silicafume) và cốt sợi phân tán được đánh tan và

phân tán đồng đều vào trong cấu trúc của hỗn hợp bê tông, tạo ra được các tính

chất mong muốn của bê tông sau khi cứng rắn. Một điểm cần chú ý của công nghệ

Định lượng Định lượng Định lượng Định lượng Định lượng Định lượng

Định lượng 70% nước trộn

Định lượng 30% nước còn lại

Định lượng


Bê tông phun

42 | P a g e

này đó là nước và phụ gia siêu dẻo được định lượng bằng thể tích hoặc khối lượng,

nước được cho vào máy trộn làm hai lần: lần thứ nhất đưa vào máy trộn khoảng

70% lượng nước nhào trộn để làm ẩm bề mặt các vật liệu thành phần của hỗn hợp

bê tông nhằm tăng hiệu quả thấm ướt của phụ gia siêu dẻo sau này. Tiếp theo cho

toàn bộ phụ gia siêu dẻo vào 30% lượng nước còn lại khuấy đều, mục đích của quá

trình này là tạo điều kiện để lượng phụ gia phân bố đồng đều và phát huy tác dụng

tăng dẻo, giảm nước cho hỗn hợp bê tông. Sau khi hỗn hợp bê tông đã được trộn

ẩm trong máy phun, bê tông được vận chuyển bằng áp lực P1 đến thiết bị bơm.

Đồng thời với quá trình đó là quá trình bơm hỗn hợp nước và phụ gia đến thiết bị

bơm với áp lực P2. Tại thiết bị bơm hỗn hợp bê tông ẩm và hỗn hợp phụ gia được

nhào trộn đồng đều dưới áp lực của khí nén trước khi được phun vào bề mặt lớp

đất đá.

5.5. Kết luận:

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao, cho

phép rút ra những kết luận sau:

- Từ những loại vật liệu thông thường sẵn có ở trong nước, có thể chế tạo được

bê tông hạt mịn chất lượng cao: Có độ chảy loang trong côn vữa của hỗn hợp bê

tông D = 25cm÷28cm, độ chảy loang của côn Abraham D = 65cm ÷ 68cm, cường

độ kháng nén ở tuổi 28 ngày trong khoảng 50MPa ÷ 80MPa.

- Với cùng một cấp phối thí nghiệm, bê tông sử dụng cốt sợi polypropylene có

cường độ kéo khi uốn cao hơn 70% so với bê tông không sử dụng cốt sợi.

- Trong quá trình nghiên cứu thí nghiệm, mẫu đối chứng không có cốt sợi phá

hủy rất nhanh sau khi tải trọng đạt đến giá trị giới hạn. Bên cạnh đó, ở mẫu bê tông

có cốt sợi thì vết nứt hình thành chậm, vết nứt mở rộng từ từ và mẫu thử sau khi

phá hủy không bị gãy rời. Điều đó chứng tỏ cốt sợi đã phát huy tốt khả năng làm

việc của chúng.


Bê tông phun

43 | P a g e

- Tốc độ phát triển cường độ của bê tông hạt mịn tương đối nhanh, cường độ

kháng nén 1 ngày có thể đạt từ 15MPa ÷ 30MPa. Qua quá trình nghiên cứu, xin

đưa ra một số kiến nghị như sau:

- Tiến hành nghiên cứu bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng phụ gia khoáng

mịn là tro bay nhiệt điện, xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao để thay thế thành phần Silicafume

trong bê tông.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại cốt sợi gián đoạn khác nhau (sợi các bon,

sợi thép, sợi tổng hợp…) đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn

chất lượng cao. - Nghiên cứu thêm quá trình phun, công nghệ phun và quỹ đạo của

vòi phun khi sử dụng hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao.


Bê tông phun

44 | P a g e

Một số hình ảnh chế tạo và thí nghiệm mẫu bê tông nghiên cứu

6. BIỆN PHÁP THI CÔNG:

6.1. Biện pháp trộn phối liệu:

Từ giai đoạn sớm ban đầu, tất cả bêtông phun đều là trộn khô. Vòi phun đã

không đủ khả năng trộn kỹ nước và các chất rắn, và vẫn chưa có kỹ thuật điều

khiển từ xa. Kết quả là, cả độ bật nảy rơi vãi và gây bụi không khí đều quá mức.

Cải tiến mặc dù chậm nhưng hiện nay đã có hiệu quả. Tuy thế, vẫn có một số chỉ

trích không có lý do xác đáng đối với phương pháp trộn khô. Tương tự như vậy,

thiết bị trộn ướt đầu những năm 1970 chưa thể tạo được bêtông phun thoả mãn cho

sử dụng ngầm, cơ bản là do thiếu sự cân đong chính xác. Tuy nhiên, trong nhiều

năm trở lại đây bêtông phun chất lượng tốt đã có được nhờ bởi mỗi phương pháp.


Bê tông phun

45 | P a g e

Sự ưa dùng hỗn hợp ướt hay khô vẫn có thể có những tranh cãi sôi nổi - và đôi khi

sinh ra những quyết định độc đoán thiếu đúng đắn. Trung tâm của những bàn luận

ấy là sinh bụi ô nhiễm không khí, bật rơi vãi, và tốc độ sản xuất (năng suất).

Khi sự ứng dụng toàn thế giới được xem xét, thì một cái nhìn khái quát trên bề

mặt tạo ra một cảm tưởng về sự thiên vị bởi một số quốc gia hay khu vực. Khảo sát

kỹ hơn cho thấy sự ưa thích hơn như vậy thực tế là dựa trên - một cách rất đúng

đắn - điều kiện địa chất. Tại hội nghị năm 1991 của ủy ban bêtông phun của Hiệp

hội Xây dựng Hầm Quốc tế (ITA), các văn kiện và thảo luận cho thấy rằng, Na Uy

khi đó hầu như chỉ sử dụng hỗn hợp ướt mà thôi và Thụy Điển sử dụng hỗn hợp

ướt nhiều gấp ba lần hỗn hợp khô. Cả hai quốc gia chủ yếu dùng chiều dày tổng

cộng từ 10 tới 20cm. Mặt khác, Đức lại hầu như chỉ sử dụng hỗn hợp trộn khô, và

Áo định hướng mạnh mẽ tới sử dụng bêtông trộn khô. Hai nước này cũng sử dụng

chiều dày vỏ hầm từ 20 đến 40 cm, về cơ bản có các kích thước giống như vỏ hầm

bêtông thường.

Na Uy và Thụy Điển được chú ý vì ưu thế của họ về địa chất đá tốt. Bởi thế vỏ

hầm mỏng và các chất tăng đông cứng số lượng không đổi là một hệ quả tự nhiên,

đặc biệt là vì kết cấu chống đỡ nhanh và nặng nề không phải là một vấn đề lớn.

Nước Đức đã sử dụng bêtông phun phần lớn trong các loại đá mềm hơn và đất yếu.

Nước Áo, với nhiều hầm qua dãy Anpơ của mình, đã phải chiến đấu với cả dãy núi

đá và các điều kiện đất yếu. Trong địa chất khó khăn, đào hầm theo lối từng phần

gương đào thường thích hợp và dẫn đến khối lượng bêtông phun nhỏ và ứng dụng

thường xuyên hơn. Các bậc thềm ngắn điển hình cho NATM đòi hỏi bêtông tạm

thời khá lớn cũng như việc phá bỏ nó. Khoảng thời gian càng ngắn, bêtông phun

càng đạt cường độ thấp và việc phá vỡ và dời chuyển nó càng dễ.

Có những khác nhau và những ưu điểm nhất định của bêtông trộn ướt và trộn

khô, ngay cả khi sản phẩm cuối cùng có thể gần giống nhau. Kết luận chung không

thể chối cãi là cả hai quá trình trộn đều có vị trí thích đáng của nó trong xây dựng


Bê tông phun

46 | P a g e

ngầm. Loại này hay loại kia, do đó, không thể bị loại trừ một cách tùy tiện khỏi các

tài liệu hợp đồng.

6.1.1. Quá trình trộn ướt:

Quá trình trộn ướt bao gồm việc hòa trộn những khối lượng đã được cân đong

của cốt liệu, ximăng, và nước, rồi đưa hỗn hợp nhận được vào một bình chứa để

bơm đi bằng khí nén hay cơ khí qua một ống dẫn tới đích cần phun nhờ một vòi

phun. Nó có ưu điểm là kiểm soát chặt chẽ được tỷ lệ nước/ximăng (N/X) của sản

phẩm. Các thiết bị hiện nay có thể phun được cỡ cốt liệu lớn nhất là 20mm. Hơn

nữa, những phương pháp thành công đã được phát minh để đưa các phụ gia tác

dụng- nhanh tới ống dẫn. Việc bơm bêtông có độ sụt bé thường là một vấn đề, và

do vậy một lượng nước nhiều hơn yêu cầu một chút được sử dụng. Nhờ dùng phụ

gia tăng ninh kết, bêtông như vậy có thể được tạo ra để dính bám vào mặt trần,

nhưng thường thì cường độ cao nhất có thể chịu thiệt. Tuy nhiên, phương pháp này

cho thấy rằng khá thuận tiện khi sử dụng với những công nhân kém lành nghề, đặc

biệt là trong những công trình có không gian hạn chế trong các hầm mỏ, mà đa số

trong chúng nói chung là khô.

6.1.2. Quá trình trộn khô:

Bêtông phun trộn khô bao gồm một hỗn hợp của cốt liệu ẩm và ximăng nạp

vào một máy phun, đưa vào một luồng khí với tốc độ đồng đều để đi qua một ống

dẫn tới vòi phun. Nước thủy hóa được cho vào tại vòi phun trước khi phụt vào mặt

đất. Nước được kiểm soát bằng tay, cho phép điều chỉnh để thay đổi độ ướt của bề

mặt cần phun. Thêm phụ gia dạng bột vào hỗn hợp khô trong khi nó được nạp vào

máy phun. Nếu là dạng lỏng, phụ gia được trộn với nước trước khi nước bơm tới

vòi phun.

SO SÁNH 2 QUÁ TRÌNH TRỘN ƯỚT VÀ TRỘ KHÔ:

Quá trình trộn Ướt Quá trình trộn Khô

1. Nước trộn được kiểm soát tại thiết 1. Kiểm soát tức thời lượng nước và


Bê tông phun

47 | P a g e

bị vận chuyển và có thể đo lường

chính xác.

2. Đảm bảo tốt hơn rằng nước được

trộn kỹ với các thành phần khác.

3. Có thể sử dụng hỗn hợp trộn sẵn

khối lượng lớn.

4. Cân đong chính xác hơn.

5. Thường có độ bật rơi thấp hơn do

đó lãng phí vật liệu ít hơn.

6. Gây ít bụi hơn và mất mát ximăng

đi liền với thao tác phun.

7. Có thể cho phép cuốn khí.

8. Có thể có năng suất lớn hơn.

độ linh động của hỗn hợp tại đầu vòi

phun để đáp ứng các điều kiện hiện

trường khác nhau.

2. Phù hợp tốt hơn khi phun hỗn hợp

chứa cốt liệu nhẹ, các vật liệu chịu

nhiệt và bêtông phun đòi hỏi cường

độ sớm.

3. Đầu tư thiết bị ít hơn.

4. Vận tốc va chạm lớn hơn; dính bám

tốt hơn.

5. Các đặc điểm phun lúc bắt đầu và

kết thúc sẽ tốt hơn với hao phí tối

thiểu và độ cơ động khi phun cao hơn.

6. Có khả năng truyền đi khoảng cách

xa hơn.

7. Dễ phun mặt trần hơn.

8. Có thể đạt cường độ cao hơn.

6.2. Chuẩn bị bề mặt cần phun:

Sự dính bám tốt vào đất bằng lớp phun ban đầu và tính liên kết tốt giữa các lớp

kế tiếp sau là những điều kiện tiên quyết của thứ bêtông phun có chất lượng. Bề

mặt được phun cần phải sạch và ẩm, nhưng không được ướt, ngay trước lúc phun.

Điều này đạt được tốt nhất bằng một máy xịt khí- nước kết hợp áp lực cao, sử dụng

với một vòi phun dài dạng ống xịt được giữ tương đối sát bề mặt. Chỉ rửa bề mặt

với nước phun qua vòi phun bêtông là chưa đủ và không chấp nhận được.


Bê tông phun

48 | P a g e

Việc làm sạch tương tự là cần thiết khi một khoảng thời gian đáng kể (24 giờ)

đã trôi qua giữa các đợt phun, hay khi công việc tại gương đào đã làm sinh ra các

kết bám (gồm cả bụi) lên bề mặt bêtông. Đối với những thời đoạn ngắn hơn, một

bề

mặt hoàn toàn sạch, và không có các hốc nhỏ bề mặt của vật liệu kém (giống

như sữa ximăng), một thiết bị làm ẩm/rửa bằng nước áp lực-thấp có thể được dùng

với mục đích tiết kiệm thời gian.

Một ngoại lệ với mô tả trên đây đôi khi xảy ra trong một môi trường làm hầm

có đất sét. Trong trường hợp này, một họng phun chỉ dùng khí có thể là cần thiết

nhằm tránh để lại một màng mỏng của vật liệu ngăn cản-dính bám. Các họng phun


Bê tông phun

49 | P a g e

chỉ dùng khí cũng thích hợp nếu vật liệu của bề mặt phun xuống cấp nhanh chóng

khi có nước xâm nhập.

6.3. Chuẩn bị cốt liệu trộn:

Khi dự trữ cốt liệu trộn khô tại hiện trường, cần phải bảo vệ nó khỏi các yếu tố

như mưa, tuyết, băng... Việc dự trữ theo nhóm kích cỡ hạt cần phải tránh sự chia

tách theo kích thước dưới tiêu chuẩn. Tốt nhất, phải duy trì độ ẩm cho cốt liệu từ 3

đến 6% (cơ bản là bão hòa). Độ ẩm bé hơn sẽ hấp thụ quá nhiều nước hoà trộn; nếu

lớn hơn sẽ tạo ra tỷ lệ N/X quá cao. Khi sử dụng các bao vật liệu khô tiêu chuẩn

đóng gói sẵn, cần phải đưa vật liệu qua một thiết bị gây ẩm trước ngay trước khi

đưa vào "thùng" để có được điều kiện ẩm 3 - 6%.

6.4. Trộn cốt liệu:

Ở đây giả thiết rằng cả cường độ sớm cho ổn định hóa ban đầu và tính chống

thấm lâu dài lớn nhất đều được yêu cầu và rằng sợi thép và microsilica là cần thiết.

Các thành phần của hỗn hợp đã được thảo luận trên đây, trong phần "3. CÁC VẬT

LIỆU".

Chỉ dẫn tốt nhất cho sự cân đong ban đầu là kinh nghiệm tại từng địa phương;

sau đó được bổ sung bằng quy trình kỹ thuật thông thường cần thiết và thí nghiệm

đặc biệt. Khi chưa có sẵn kinh nghiệm như vậy, hỗn hợp khô trộn thử ban đầu có

thể lấy xấp xỉ như sau:

Ximăng 397 kg/cm3

Bọt Silica 53 kg/cm3

Cốt liệu Nhỏ 1156 kg/cm3

Nước 160 kg/cm3

Nước trộn-khô bao gồm cả độ ẩm cốt liệu và nước hoà trộn. Việc cân đong

trộn-ướt cần cho thêm ximăng, ít microsilica hơn, ít cốt liệu nhỏ hơn, và nhiều


Bê tông phun

50 | P a g e

nước hơn, với mọi lượng thay đổi ban đầu khoảng 5 hay 10%. Ngoài ra, chất giảm

nước, phụ gia siêu dẻo, hay phụ gia cuốn khí cần phải thêm vào khi thích hợp.

Cân đong sản phẩm có thể trên cơ sở khối lượng hay thể tích. Nếu dùng đong

đếm thể tích, cần phải có sự kiểm tra so sánh khối lượng hàng ngày hoặc dựa trên

một phân tích khối lượng tích lũy như đã quy định.

Sự cho thêm vào cốt sợi thép sẽ ít đòi hỏi hoặc không đòi hỏi có sự thay đổi

đối với hỗn hợp bêtông phun thông thường. Hiệu quả chính sẽ là một hỗn hợp đôi

chút khô hơn với độ sụt bé hơn. Tuy vậy, sự có mặt của microsilica sẽ làm tăng

tính công tác.

Nói chung, thiết kế hỗn hợp phải giữ tỷ lệ N/X và hệ số ximăng càng thấp càng

tốt và tỷ lệ cốt liệu thô càng lớn càng hay. Luôn luôn có sự cám dỗ cho thêm

ximăng để có tính công tác lớn hơn và giảm cỡ cốt liệu lớn nhất, nhưng điều này

lại phản tác dụng đối với yêu cầu co ngót nhỏ nhất.


Bê tông phun

51 | P a g e

6.5. Phun bê tông:

6.5.1. Vòi phun hỗn hợp ( Súng phun ):

Vòi phun bê tông

Vòi phun cho bêtông phun trộn khô gây sự quan ngại bởi vì nước được cho vào

tại đây, và có cực kỳ ít thời gian cho sự tương tác. Một vòi phun tiêu chuẩn có một

vòng gom nước đơn đặt phía sau đầu phun. Thời kỳ đầu có rắc rối trong việc tạo ra

sự thủy hóa hoàn toàn, nó gây rất nhiều bụi và rơi vãi. Một số thợ phun bêtông giải

quyết điều này bằng cách nối thêm một đoạn ngắn (khoảng 0.6m) ống dẫn vào đầu

phun, do đó khống chế dòng vật liệu để chúng được trộn lâu hơn trong ống. Ngày

nay, vành gom nước được gắn lùi xa hơn, phần phía trong buồng trộn được cải tiến

để hoà trộn tốt hơn, v.v... Một số vòi phun có hai vành gom nước riêng biệt.


Bê tông phun

52 | P a g e

Các chi tiết của vòi phun bê tông


Bê tông phun

53 | P a g e

6.5.2. Vòi phun điều khiển từ xa ( Robot arm):

Các yêu cầu đối với điều khiển từ xa là: phải lắp vòi phun tại đầu của một tay

với dài đằng trước một xe nặng, có khả năng di chuyển đầu tay với theo ba chiều

và quay vòi phun theo góc cầu, cũng như có một bộ điều khiển để kiểm soát một


Bê tông phun

54 | P a g e

cách êm thuận sự chuyển động của vòi phun. Ngoài việc có thể giữ vòi phun ở tư

thế đúng nhằm có được bêtông độ chặt lớn nhất tại mọi thời điểm, còn có thể phun

bêtông vượt qua đống đá vừa nổ mìn, do đó làm ổn định hóa hầm nhanh hơn.

Trong thực tế, thiết bị này rất đa dạng, từ một máy phun đơn giản chế tạo theo

đặc thù công việc đến các nhà máy bêtông phun hoàn chỉnh phức tạp đặt trên bánh

xe.

6.5.3. Vị trí/tư thế Vòi phun:

Bêtông phun tốt nhất "trên tường" nhận được khi vòi phun được giữ cách bề

mặt được phun trong vòng 1m đến 1.7m và vuông góc với bề mặt ấy hay trong

phạm vi 150. Sai khác với điều kiện này sẽ sinh ra độ đầm chặt kém (mật độ

bêtông) và rơi vãi nhiều hơn (tốn tiền). Xét rằng các hạt trong dòng bêtông được

bắn với vận tốc 75 đến 150 m/s (270 đến 540 km/h), dễ hiểu rằng tại sao công nhân

cầm vòi phun, ngay cả khi mặc quần áo và dụng cụ bảo hộ, rất hiếm khi có thể

dùng tay để giữ vòi phun đúng tư thế. Ưu điểm của các "robot" (đúng hơn là loại

vòi phun điều khiển từ xa) là hiển nhiên, và do đó các quy trình luôn yêu cầu sử

dụng chúng khi có thể.


Bê tông phun

55 | P a g e

6.6. Các loại máy phun bê tông:


Bê tông phun

56 | P a g e


Bê tông phun

57 | P a g e

6.7. Các yếu tố khác:

Chiếu sáng tốt trong khi phun bêtông là rất quan trọng bởi vì diện mạo bề

ngoài cho biết khá nhiều về chất lượng của sản phẩm tại chỗ. Ngoài việc phát hiện

sớm sự tróc mảng và sụt mới chớm, thì lượng hợp lý của nước trong hỗn hợp, sự

bắt đầu mạnh mẽ của quá trình ninh kết, tính đồng nhất của cấu trúc bề mặt, v.v...


Bê tông phun

58 | P a g e

có thể được quyết định tốt hơn. Do đó, cần thiết phải chiếu sáng bằng đèn pha có

thể di chuyển được dễ dàng.

Phụ thuộc vào mức độ khó khăn và hạn chế của môi trường làm việc, có thể

phải lắp thêm các ống thông gió phụ từ ống thông gió chính.

Vật liệu rơi vãi do bật nảy cần phải được thu dọn và thải đi. Điều này là đặc

biệt quan trọng khi bêtông tường đang được phun xuống cao độ vòm ngửa. Khối

lượng bật nảy của hỗn hợp trộn khô lớn hơn trộn ướt, rất có thể là gấp đôi so với

giá trị nhỏ nhất 5 đến 15% của loại trộn ướt.

Việc bảo dưỡng thiết bị phun bêtông thường xuyên là bắt buộc nếu muốn tránh

thời gian chết gây lãng phí của máy trong khi làm việc. Máy phun (từ buồng phun

tới vòi), đặc biệt là "bộ ruột" (những bộ phận bên trong), phải được rửa sạch kỹ

càng sau mỗi phiên làm việc để tránh sự bít nút kín, v.v... Cũng cần đều đặn thay

thế các bộ phận chịu mài mòn lớn. Thời gian chết dùng cho sửa máy sẽ làm chậm

tiến độ và tăng tổng giá thành, không chỉ đối với bộ phận làm công tác bêtông. Cần

tiến hành bảo dưỡng trong những thời kỳ không phải là nguy cấp trong khi mà

công việc bình thường đang tiến triển.

6.8. Bảo dưỡng bê tông:

Trong hầm nơi mà độ ẩm tương đối trong vùng mới phun bêtông thấp hơn

khoảng 85% (độ ẩm cao hơn có tính điển hình hơn), bề mặt bêtông phải được giữ

ẩm bằng cách phun nước cho tới 7 ngày. Điều này rất khó thực hiện trong nhiều

hầm do giới hạn về không gian. Thời gian thực tế yêu cầu sẽ thay đổi và phụ thuộc

vào mức độ nhanh đến đâu bêtông đạt được đủ cường độ để thực hiện chức năng

theo thiết kế.


Bê tông phun

59 | P a g e

8. TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] Bộ Xây Dựng: Giáo trình vật liệu xây dựng. NXB xây dựng

[2]. Phùng Mạnh Đắc: Bê tông phun trong xây dựng mỏ với quá trình tăng trưởng

của ngành than. Hội thảo: Công nghệ bê tông phun trong xây dựng Mỏ và công

trình Ngầm, Hà Nội năm 2002.

[3]. Nguyễn Quang Phích: Khả năng sử dụng bê tông phun trong xây dựng công

trình ngầm và mỏ. Hội thảo: Công nghệ bê tông phun trong xây dựng Mỏ và công

trình Ngầm, Hà Nội năm 2002.

[4]. Tăng Văn Lâm: Nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng cho

mặt đường sân bay – Luận văn Thạc sỹ - Trường Đại học Xây dựng năm 2010

[5] Nguyễn Đức Toàn: Bê tông phun (Shortcrete). Tạp chí cầu đường Việt Nam

năm 2002.

[6] ThS. Tăng Văn Lâm: nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng

làm bê tông phun trong các công trình ngầm và mỏ

[7] GS Nguyễn Văn Đạt : Khoa học bê tông ngày nay NXB khoa học kỹ thuật năm

1992

bài báo cáo tìm hiểu về đề tài bê tông phun

Documents