Tiến Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý theo thời gian của bê tông đầm lăn đến tiến độ thi cô

iii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU . xiv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvii
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ NHỮNG VẤN
ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU ĐẶT RA VỚI LUẬN ÁN . 5
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của BTĐL trên thế giới 5
1.1.1. Lịch sử hình thành BTĐL 5
1.1.2. Tình hình ứng dụng BTĐL trên thế giới . 6
1.2. Tình hình xây dựng đập BTĐL ở Việt Nam 7
1.3. Tổng quan các kết quả nghiên cứu ở trong nước và trên thế giới về BTĐL 8
1.3.1. Về thiết kế kết cấu mặt cắt đập BTĐL 8
1.3.2. Kết quả nghiên cứu về BTĐL trên thế giới . 11
1.3.2.1. Kết quả nghiên cứu về BTĐL tại Pháp 11
1.3.2.2. Kết quả nghiên cứu về BTĐL tại Mỹ . 11
1.3.2.3. Kết quả nghiên cứu về BTĐL tại Nhật Bản . 15
1.3.2.4. Kết quả nghiên cứu về BTĐL tại Trung Quốc . 16
1.3.2.5. Nhận xét các phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL 18
1.3.3. Những nghiên cứu về BTĐL tại Việt Nam . 19
1.3.3.1. Về thiết kế cấp phối BTĐL 19
1.3.3.2. Các kết quả nghiên cứu về phụ gia khoáng 20
1.3.3.3. Nghiên cứu về vật liệu chống thấm cho BTĐL 21
1.3.3.4. Những nghiên cứu về nhiệt trong BTĐL . 22
1.3.3.5. Những nghiên cứu về công nghệ thi công BTĐL 22
1.4. Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu về BTĐL, vấn đề nghiên cứu đặt ra đối
với luận án . 23
1.4.1. Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu về BTĐL 23
1.4.1.1. Về chất lượng kết hợp mặt tầng của BTĐL . 23
1.4.1.2. Về nâng cao khả năng chống thấm của BTĐL . 23iv
1.4.1.3. Về tiến độ thi công đập BTĐL . 24
1.5. Kết luận Chương 1 . 25
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ
NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH CẤP PHỐI VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BÊ
TÔNG ĐẦM LĂN 27
2.1. Những nhân tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL . 27
2.2. Lựa chọn vật liệu sử dụng trong nghiên cứu chế tạo cấp phối BTĐL . 29
2.2.1. Vật liệu sử dụng cho cấp phối BTĐL-P (BTĐL sử dụng phụ gia puzơlan)29
2.2.1.1. Xi măng 29
2.2.1.2. Phụ gia khoáng . 30
2.2.1.3. Nước . 30
2.2.1.4. Cốt liệu nhỏ 31
2.2.1.5. Cốt liệu lớn . 31
2.2.1.6. Phụ gia hóa dẻo đông kết chậm 33
2.2.2. Vật liệu sử dụng cho cấp phối BTĐL-T (BTĐL sử dụng phụ gia tro bay) . 33
2.2.2.1. Xi măng 33
2.2.2.2. Phụ gia khoáng . 33
2.2.2.3. Nước . 34
2.2.2.4. Cốt liệu nhỏ 34
2.2.2.5. Cốt liệu lớn . 35
2.2.2.6. Phụ gia mịn . 36
2.2.2.7. Phụ gia hóa dẻo đông kết chậm 36
2.3. Phương pháp xác định cấp phối BTĐL tối ưu 36
2.3.1. Phương pháp xác định cấp phối BTĐL . 36
2.3.2. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm trong thiết kế cấp phối BTĐL tối ưu 37
2.4. Các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL 41
2.4.1. Thí nghiệm xác định cường độ nén của BTĐL [36] . 42
2.4.1.1. Tiêu chuẩn thí nghiệm 42
2.4.1.2. Mẫu thí nghiệm . 42
2.3.1.3. Thiết bị thí nghiệm . 42
2.4.1.4. Công thức xác định . 43v
2.4.2. Thí nghiệm xác định cường độ kéo của BTĐL[36] 43
2.4.2.1. Tiêu chuẩn thí nghiệm 43
2.4.2.2. Mẫu thí nghiệm . 43
2.4.2.3. Thiết bị thí nghiệm . 44
2.4.2.4. Công thức xác định . 44
2.4.3. Thí nghiệm xác định biến dạng co ngót của BTĐL [36] 44
2.4.3.1. Tiêu chuẩn thí nghiệm 44
2.4.3.2. Mẫu thí nghiệm . 44
2.4.3.3. Thiết bị thí nghiệm . 45
2.4.3.4. Công thức xác định . 45
2.4.4. Thí nghiệm xác định modul đàn hồi của BTĐL [36] 45
2.4.4.1. Tiêu chuẩn thí nghiệm 45
2.4.4.2. Mẫu thí nghiệm . 46
2.4.4.3. Thiết bị thí nghiệm 46
2.4.4.4. Công thức xác định . 47
2.4.5. Thí nghiệm xác định tính chất nhiệt của BTĐL [36] 47
2.4.5.1. Tiêu chuẩn thí nghiệm 47
2.4.5.2. Mẫu thí nghiệm . 48
2.4.5.3. Thiết bị thí nghiệm . 48
2.4.5.4. Công thức xác định . 48
2.4.6. Thí nghiệm xác định nhiệt trong BTĐL [36] 48
2.4.6.1. Phạm vi và tiêu chuẩn áp dụng . 48
2.4.6.2. Mục đích sử dụng . 49
2.4.6.3. Mẫu thí nghiệm . 49
2.4.6.4. Thiết bị thí nghiệm . 49
2.4.6.5. Trình tự thí nghiệm . 49
2.5. Xác định cấp phối BTĐL . 50
2.5.1. Xác định cấp phối BTĐL-P tối ưu 50
2.5.2. Xác định cấp phối BTĐL -T tối ưu . 55
2.6. Kết luận Chương 2 . 59vi
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA
BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 60
3.1. Nghiên cứu diễn biến một số chỉ tiêu cơ lý của BTĐL 60
3.1.1. Nghiên cứu quá trình phát triển cường độ nén (R n ) của BTĐL 60
3.1.1.1. Cường độ nén của BTĐL cấp phối BTĐL-P 60
3.1.1.2. Cường độ nén của BTĐL cấp phối BTĐL-T . 61
3.1.1.3. Nhận xét về quá trình phát triển cường độ nén của BTĐL 61
3.1.2. Nghiên cứu quá trình phát triển cường độ kéo (R k ) của BTĐL 62
3.1.2.1. Cường độ kéo của cấp phối BTĐL-P . 62
3.1.2.2. Cường độ kéo của cấp phối BTĐL-T . 63
3.1.2.3. Diễn biến quá trình phát triển cường độ kéo của BTĐL 63
3.1.2.4. Tốc độ tăng trưởng cường độ nén, kéo của BTĐL 64
3.1.3. Nghiên cứu biến dạng co ngót của BTĐL . 65
3.1.3.1. Nghiên cứu biến dạng co ngót do nhiệt của BTĐL 65
3.1.3.2. Nghiên cứu hệ số biến dạng nhiệt của BTĐL 66
3.1.3.3. Nghiên cứu biến dạng co ngót do mất nước (co khô)của BTĐL . 67
3.1.4. Nghiên cứu hệ số truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt . 69
3.1.4.1. Hệ số truyền nhiệt . 69
3.1.4.2. Hệ số dẫn nhiệt . 69
3.1.5. Nghiên cứu modul đàn hồi của BTĐL 70
3.1.5.1. Modul đàn hồi chống nén tĩnh của BTĐL 70
3.1.5.2. Modul đàn hồi chống kéo của BTĐL . 72
3.1.6. Nghiên cứu sự tăng nhiệt tối đa của BTĐL . 74
3.2. Công nghệ thi công và diễn biến nhiệt, nứt do ứng suất nhiệt trong BTĐL 78
3.2.1. Về công nghệ thi công đập BTĐL . 78
3.2.1.1. Trộn bê tông đầm lăn [5] 78
3.2.1.2. Vận chuyển bê tông đầm lăn [5] 78
3.2.1.3. Công tác thi công mặt đập[5] . 79
3.2.2. Về diễn biến nhiệt và nứt do nhiệt trong quá trình thi công đập BTĐL . 80
3.2.2.1. Diễn biến nhiệt trong thi công đập BTĐL 80
3.2.2.2. Nứt do ứng suất nhiệt trong BTĐL 81vii
3.3. Kết luận Chương 3 . 83
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN
CỨU DIỄN BIẾN CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTĐL ĐỂ KIỂM ĐỊNH TIẾN
ĐỘ THI CÔNG ĐẬP ĐỒNG NAI 4 85
4.1. Phần mềm ANSYS và khả năng tính toán phân tích nhiệt, ứng suất nhiệt 85
4.1.1. Khả năng tính toán nhiệt, ứng suất nhiệt của phần mềm ANSYS [46] 85
4.1.2. Những hạn chế khi tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt đập BTĐL bằng phần
mềm ANSYS . 86
4.1.3. Những nội dung bổ sung trong phần mềm ANSYS để tính toán nhiệt và
ứng suất nhiệt đập BTĐL 86
4.2. Xây dựng bài toán phân tích nhiệt đập BTĐL trong phần mềm ANSYS 87
4.2.1. Cơ sở phân tích nhiệt bằng phần mềm ANSYS [46] 87
4.2.1.1. Lý thuyết kinh điển truyền nhiệt học 87
4.2.1.2. Phân tích nhiệt bằng phần mềm ANSYS . 87
4.2.2. Xây dựng bài toán . 92
4.2.2.1. Mô hình tính toán . 92
4.2.2.2. Tham số đầu vào của mô hình 93
4.2.2.3. Phân tích mô phỏng thi công BTĐL bằng phần mềm ANSYS 93
4.3. Giới thiệu công trình thủy điện Đồng Nai 4, một số chỉ tiêu thiết kế BTĐL . 94
4.3.1. Giới thiệu công trình . 94
4.3.2. Đặc trưng về nhiệt của BTĐL và đá nền . 95
4.3.3. Diễn biến các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL-P theo thời gian 96
4.4. Sử dụng phần mềm ANSYS tính toán diễn biến nhiệt, ứng suất nhiệt và xác
định tốc độ thi công hợp lý kiểm định đập BTĐL Đồng Nai 4 (cấp phối BTĐL-P) 97
4.4.1. Các kịch bản trong thi công . 97
4.4.1.1. Cơ sở xây dựng các kịch bản thi công BTĐL 97
4.4.1.2. Các kịch bản thi công BTĐL kiểm định cho đập Đồng Nai 4 . 98
4.4.2. Diễn biến nhiệt, ứng suất nhiệt ứng với từng kịch bản thi công BTĐL 99
4.4.2.1. Kịch bản 1 . 99
4.4.2.2. Kịch bản 2 . 104
4.4.2.3. Kịch bản 3 . 107
4.4.2.4. Kịch bản 4 . 111viii
4.4.2.5. Kịch bản 5 . 114
4.4.2.6. Kịch bản 6 . 118
4.4.2.7. Nhận xét và lựa chọn kịch bản . 122
4.5. Tính toán nhiệt và ứng suất nhiệt kiểm định đập BTĐL Đồng Nai 4 theo cấp
phối BTĐL-T . 125
4.5.1. Các kịch bản tính toán . 126
4.5.2. Kết quả tính toán . 126
4.5.2.1. Kịch bản 1 . 126
4.5.2.2. Kịch bản 2 . 131
4.5.2.3. Kịch bản 3 . 134
4.5.3. Phân tích kết quả tính toán 139
4.6. Kết luận Chương 4 . 140
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 145
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 146ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Tỷ lệ sử dụng BTĐL theo các hướng khác nhau (12/2006) . 6
Hình 1. 2. Phân bố các đập BTĐL đã và đang XD (Hội Đập lớn và PTNN 12/2005) . 7
Hình 1. 3. Các kết cấu chống thấm mặt thượng lưu đập BTĐL của Mỹ 9
Hình 1. 4. Mô phỏng mặt cắt đập BTĐL Nhật Bản 9
Hình 1. 5. Mô phỏng mặt cắt đập BTĐL của Trung Quốc 10
Hình 1. 6. Một số mặt cắt đập BTĐL của Việt Nam . 10
Hình 1. 7. Sơ đồ mô phỏng quy trình nghiên cứu về tiến độ thi công BTĐL 25

Hình 2. 1. Sơ đồ mô tả đối tượng công nghệ . 37
Hình 2. 2. Sơ đồ hộp đen . 38
Hình 2. 3. Sơ đồ mô phỏng quy trình thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL
. 42
Hình 2. 4. Máy đầm rung bề mặt cải tiến kiểu ZW-5 43
Hình 2. 5. Thiết bị đo modul đàn hồi 46
Hình 2. 6. Giao diện chính của phần mềm Design-Expert® 7.1 . 52
Hình 2. 7. Nội dung kế hoạch bậc 2 tâm xoay 52
Hình 2. 8. Điền thông tin hàm mục tiêu 52
Hình 2. 9. Điền giá trị hàm mục tiêu . 53
Hình 2. 10. Phương trình hồi quy 53
Hình 2. 11. Kiểm tra tính tương hợp của mô hình 53
Hình 2. 12. Đồ thị tương quan tỷ lệ PGK/CKD và tỷ lệ N/CKD với R n365 BTĐL -P . 54
Hình 2. 13. Các đường đồng mức tương quan giữa tỷ lệ PGK/CKD và tỷ lệ N/CKD
với R n365 BTĐL -P 54
Hình 2. 14. Phương trình hồi quy cường độ BTĐL -T tuổi 90 ngày . 56
Hình 2. 15. Kiểm tra tính tương hợp của mô hình 57
Hình 2. 16. Đồ thị tương quan giữa tỷ lệ PGK/CKD và N/CKD với R n90 của BTĐL - T
. 57
Hình 2. 17. Các đường đồng mức biểu diễn tương quan giữa tỷ lệ PGK/CKD và
N/CKD với R n90 của BTĐL - T . 58x

Hình 3. 1. Biểu đồ tương quan R n ở các tuổi khác nhau của cấp phối BTĐL-P . 60
Hình 3. 2. Biểu đồ quan hệ cường độ nén ~ thời gian cấp phối BTĐL-T 61
Hình 3. 3. Biểu đồ quan hệ cường độ nén ~ thời gian 2 cấp phối BTĐL-P&BTĐL-T . 62
Hình 3. 4. Biểu đồ tương quan R k theo ngày tuổi của cấp phối BTĐL-P . 63
Hình 3. 5. Biểu đồ tương quan R k theo ngày tuổi của cấp phối BTĐL-T . 63
Hình 3. 6. Biểu đồ tương quan R k theo ngày tuổi của BTĐL-P&BTĐL-T 64
Hình 3. 7. Diễn biến nhiệt độ tại các điểm khác nhau trong khối bê tông 66
Hình 3. 8. Biểu đồ quan hệ BDCN ~ thời gian BTĐL-P . 67
Hình 3. 9. Biểu đồ quan hệ BDCN ~ thời gian cấp phối BTĐL-T . 68
Hình 3. 10. Biểu đồ quan hệ BDCN ~ thời gian 2 cấp phối BTĐL-P & BTĐL-T . 68
Hình 3. 11. Diễn biến phát triển modul đàn hồi của cấp phối BTĐL -P . 71
Hình 3. 12. Diễn biến phát triển modul đàn hồi của cấp phối BTĐL -T 71
Hình 3. 13. Diễn biến phát triển modul đàn hồi của BTĐL-P&BTĐL-T . 72
Hình 3. 14. Mô phỏng diễn biến nhiệt của BTĐL theo thời gian 75
Hình 3. 15. Sơ đồ mô phỏng quy trình thi công BTĐL 78
Hình 3. 16. Quá trình thay đổi nhiệt độ của khối bê tông . 81

Hình 4. 1. Phân vùng vật liệu trong thân đập 92
Hình 4. 2. Toàn cảnh thi công đập BTĐL Đồng Nai 4 . 95
Hình 4. 3. Khai báo các thông số nhiệt độ 99
Hình 4. 4. Bảng khai báo thông số tốc độ thi công đập . 99
Hình 4. 5. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày TC tại CT 396.0, TH1 . 100
Hình 4. 6. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập TH1 100
Hình 4. 7. Bảng khai báo thông số tốc độ thi công đập . 100
Hình 4. 8. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày, cao trình 380.0 (TH2) 101
Hình 4. 9. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 200 ngày, cao trình 396.0 (TH2) 101
Hình 4. 10. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập . 101
Hình 4. 11. Phổ ứng suất kéo S 1 khi đập TC đến cao trình 406.0m 102
Hình 4. 12. Phổ ứng suất nhiệt theo phương ngang đến cao trình 406.00 102xi
Hình 4. 13. Biểu đồ ứng suất suất nhiệt theo phương ngang tại các cao trình khi thi
công đập đến cao trình 406.0m 102
Hình 4.14. Trường nhiệt độ thân đập sau 120 ngày TC đến cao trình 396.0 (TH1) . 104
Hình 4.15. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập (TH1) . 104
Hình 4.16. Trường nhiệt độ trong đập sau 120 ngày tại cao trình 380.0 (TH2) . 105
Hình 4.17. Trường nhiệt độ trong đập sau 200 ngày, tại cao trình 396.0 (TH2) 105
Hình 4. 18. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh 105
Hình 4. 19. Phổ ứng suất kéo S 1 khi đập TC đập đến cao trình 406.0m . 106
Hình 4. 20. Phổ ứng suất nhiệt theo phương X (phương ngang) CT 406.0m . 106
Hình 4. 21. Biểu đồ ứng suất suất nhiệt theo phương X (phương ngang) tại các cao
trình khi thi công đập đến cao trình 406.0m 106
Hình 4. 22. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày tại cao trình 396.0 (TH1) 108
Hình 4. 23. Trường nhiệt độ trong thân đập tại cao trình đỉnh đập (TH1) 108
Hình 4. 24. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày tại cao trình 380.0,(TH2) 109
Hình 4. 25. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 200 ngày, tại cao trình 396.0 (TH2)109
Hình 4. 26. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh 109
Hình 4. 27. Phổ ứng suất kéo S 1 khi đập TC đập đến cao trình 406.0m . 110
Hình 4. 28. Phổ ứng suất nhiệt theo phương ngang tại cao trình 406.0m . 110
Hình 4. 29. Biểu đồ ứng suất suất nhiệt theo phương X tại các cao trình khi thi công
đập đến cao trình 406.0m 110
Hình 4. 30. Trường nhiệt độ trong đập sau 120 ngày, cách đáy đập 24m . 112
Hình 4. 31. Trường nhiệt độ trong đập sau 200 ngày, cách đáy đập 40m . 112
Hình 4. 32. Trường nhiệt độ trong đập sau 625 ngày, đến cao trình đỉnh . 112
Hình 4. 33. Phổ ứng suất kéo S 1 khi thi công đập đến cao trình 386.0m 113
Hình 4. 34. Phổ ứng suất phương X thi công cao trình 386.0m . 113
Hình 4. 35. Biểu đồ ứng suất suất theo phương ngang tại các cao trình khi thi công đập
đến cao trình 386.0m . 113
Hình 4. 36. Trường nhiệt độ trong đập sau 120 ngày, cách đáy đập 30m . 115
Hình 4. 37. Trường nhiệt độ trong đập sau 200 ngày, cách đáy đập 50m . 115
Hình 4. 38. Trường nhiệt độ trong đập sau 504 ngày, đến cao trình đỉnh . 115xii
Hình 4. 39. Phổ ứng suất kéo S 1 khi thi công đập đến cao trình 386.0m 116
Hình 4. 40. Phổ ứng suất phương ngang thi công cao trình 386.0m . 116
Hình 4. 41. Biểu đồ ứng suất suất theo phương X (phương ngang) tại các cao trình khi
thi công đập đến cao trình 386.0m 117
Hình 4. 42. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày TC tại CT 404.0, TH1 . 118
Hình 4. 43. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 312 ngày TC đến CT đỉnh, TH1 . 118
Hình 4. 44. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày TC tại CT 384.8, TH2 . 119
Hình 4. 45. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 200 ngày TC tại CT 404.0, TH2 . 119
Hình 4. 46. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 520 ngày TC đến CT đỉnh, TH2 . 119
Hình 4. 47. Phổ ứng suất kéo S 1 khi đập TC đến cao trình 426.0m 120
Hình 4. 48. Phổ ứng suất theo phương ngang đến cao trình 426.0m 120
Hình 4. 49. Biểu đồ ứng suất suất theo phương X (phương ngang) tại các cao trình khi
thi công đập đến cao trình 426.0m 121
Hình 4. 50. Tiến độ thi công đập Đồng Nai 4 theo phương án chọn 124
Hình 4. 51. Biểu đồ nhiệt theo thời gian tại cao trình 370.59m ( 0 C-Ngày) (Cách mép
hạ lưu 30 m) . 125
Hình 4. 52. Biểu đồ nhiệt độ theo thời gian theo số đo thực tế tại công trình đập Đồng
Nai 4 cao trình 370,59m 125
Hình 4. 53. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày TC tại CT 396.0, TH1 . 127
Hình 4. 54. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập TH1 127
Hình 4. 55. Trường nhiệt độ trong thân đập tại thời điểm sau 120 ngày TC đến CT
380.0 (TH2) . 127
Hình 4. 56. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 200 ngày, cao trình 396.0 (TH2) 128
Hình 4. 57. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập . 128
Hình 4. 58. Phổ ứng suất kéo S 1 khi đập thi công đến cao trình 406.0m 128
Hình 4. 59. Phổ ứng suất theo phương X (phương ngang) khi thi công đập đến cao
trình 406.0m . 129
Hình 4. 60. Biểu đồ ứng suất suất theo phương X (phương ngang) tại các cao trình khi
thi công đập đến cao trình 406.0m 129
Hình 4. 61. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày TC tại CT 396.0, TH1 . 131xiii
Hình 4. 62. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập TH1 131
Hình 4. 63. Trường nhiệt độ trong thân đập tại thời điểm sau 120 ngày thi công đến
cao trình 380.0 (TH2) 131
Hình 4. 64. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 200 ngày, cao trình 396.0 (TH2) 132
Hình 4. 65. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập . 132
Hình 4. 66. Phổ ứng suất kéo lớn nhất S 1 khi đập TC đến cao trình 406.0m 132
Hình 4. 67. Phổ ứng suất theo phương X (phương ngang) khi thi công đập đến cao
trình 406.0m . 133
Hình 4. 68. Biểu đồ ứng suất theo phương X (phương ngang) tại các cao trình khi thi
công đập đến cao trình 396.0m 133
Hình 4. 69. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 120 ngày TC tại CT 396.0, TH1 . 135
Hình 4. 70. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập TH1 135
Hình 4. 71. Trường nhiệt độ trong thân đập tại thời điểm sau 120 ngày thi công đến
cao trình 380.0 (TH2) 135
Hình 4. 72. Trường nhiệt độ trong thân đập sau 200 ngày, cao trình 396.0 (TH2) 136
Hình 4. 73. Trường nhiệt độ trong thân đập khi TC đến cao trình đỉnh đập . 136
Hình 4. 74. Phổ ứng suất kéo S 1 khi đập TC đến cao trình 406.0m 136
Hình 4. 75. Phổ ứng suất khi thi công đập đến cao trình 406.0m . 137
Hình 4. 76. Biểu đồ ứng suất theo phương X (phương ngang) tại các cao trình khi thi
công đập đến cao trình 406.0m 137






xiv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Hệ số phương trình hồi quy tham khảo 17
Bảng 1. 2. Lượng dùng nước theo cốt liệu (l/m 3 bê tông) 17
Bảng 1. 3. Mức ngậm cát tham khảo . 18
Bảng 1. 4. Thành phần cấp phối BTĐL đập thủy điện Sơn La . 20

Bảng 2. 1. Các tính chất cơ lí của xi măng PCB40 Fico . 29
Bảng 2. 2. Các tính chất cơ lý của phụ gia khoáng puzơlan mỏ 4A . 30
Bảng 2. 3. Thành phần hạt của cát sử dụng cho cấp phối BTĐL-P 31
Bảng 2. 4. Các tính chất cơ lý của cốt liệu nhỏ sử dụng cho cấp phối BTĐL-P . 31
Bảng 2. 5. Các tính chất cơ lý của đá sử dụng cho cấp phối BTĐL-P 32
Bảng 2. 6. Thành phần hạt của đá sử dụng cho cấp phối BTĐL-P . 32
Bảng 2. 7. Các tính chất cơ lý của xi măng PC 40 Hà Tiên 1 . 33
Bảng 2. 8. Các tính chất cơ lý của tro bay Formosa 34
Bảng 2. 9. Thành phần hạt của cát sử dụng cho cấp phối BTĐL-T 35
Bảng 2. 10. Các tính chất cơ lý của cát sử dụng cho cấp phối BTĐL-T . 35
Bảng 2. 11. Các tính chất cơ lý của đá dùng cho cấp phối BTĐL -T . 35
Bảng 2. 12. Bảng thành phần hạt của đá sử dụng cho cấp phối BTĐL - T . 36
Bảng 2. 13. Giá trị tay đòn α của điểm quy hoạch 41
Bảng 2. 14. Bảng mã hóa hệ số thực nghiệm 50
Bảng 2. 15. Thành phần các cấp phối BTĐL - P thực nghiệm . 51
Bảng 2. 16. Kết quả cường độ nén BTĐL - P . 51
Bảng 2. 17. Thành phần cấp phối BTĐL - P đạt cường độ cao nhất 54
Bảng 2. 18. Lượng dùng vật liệu cấp phối BTĐL- P tối ưu 55
Bảng 2. 19. Thành phần cấp phối thực nghiệm sử dụng điều chỉnh . 55
Bảng 2. 20. Mã hóa các hệ số thực nghiệm . 55
Bảng 2. 21. Thành phần các cấp phối BTĐL - T thực nghiệm . 56
Bảng 2. 22. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối BTĐL - T . 56
Bảng 2. 23. Thành phần cấp phối BTĐL - T có cường độ cao nhất . 58
Bảng 2. 24. Lượng dùng vật liệu của cấp phối BTĐL-T có cường độ cao nhất . 58
Bảng 2. 25. Thành phần cấp phối BTĐL-T thực nghiệm điều chỉnh 58xv

Bảng 3. 1. Tổng hợp kết quả cường độ nén mẫu BTĐL -P . 60
Bảng 3. 2. Cường độ nén mẫu cấp phối BTĐL-T . 61
Bảng 3. 3. Cường độ nén cấp phối BTĐL-P theo tính toán 61
Bảng 3. 4. Cường độ nén cấp phối BTĐL-T theo tính toán 61
Bảng 3. 5. Tổng hợp kết quả cường độ kéo (R k ) mẫu cấp phối BTĐL-P . 62
Bảng 3. 6. Cường độ kéo (R k ) mẫu cấp phối BTĐL-T . 63
Bảng 3. 7. Cường độ kéo của 2 CP BTĐL-P&BTĐL-T tính theo tương quan hồi qui 64
Bảng 3. 8. So sánh tốc độ tăng trưởng cường độ kéo, nén của BTĐL 64
Bảng 3. 9. Diễn biến nhiệt độ tại các điểm khác nhau trong khối bê tông 65
Bảng 3. 10. Hệ số biến dạng nhiệt của đá [37] 66
Bảng 3. 11. Ảnh hưởng của hàm lượng CL đến hệ số biến dạng nhiệt của vữa cát . 66
Bảng 3. 12. Một số hệ số biến dạng nhiệt của BTĐL . 67
Bảng 3. 13. Biến dạng co ngót thể tích của BTĐL . 67
Bảng 3. 14. Kết quả nghiên cứu về các hệ số nhiệt vật lý của BTĐL . 70
Bảng 3. 15. Kết quả thí nghiệm modul đàn hồi của BTĐL . 71
Bảng 3. 16. Nhiệt thủy hóa chất kết dính khi sử dụng lượng phụ gia khoáng 76
Bảng 3. 17. Thời gian đạt nhiệt độ lớn nhất theo lượng phụ gia khoáng 76

Bảng 4. 1. Ký hiệu và đơn vị sử dụng trong phân tích nhiệt . 88
Bảng 4. 2. Phần tử dùng trong phân tích nhiệt 89
Bảng 4. 3. Các chỉ tiêu về nhiệt của BTĐL đập Đồng Nai 4 95
Bảng 4. 4. Các chỉ tiêu về cơ lý của đá nền . 96
Bảng 4. 5. Hệ số truyền nhiệt đối lưu 96
Bảng 4. 6. Nhiệt độ không khí trung bình /tháng tại khu vực thi công công trình 96
Bảng 4. 7. Các kịch bản thi công BTĐL kiểm định đập Đồng Nai 4 98
Bảng 4. 8. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 1 . 103
Bảng 4. 9. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 2 . 107
Bảng 4. 10. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 3 . 111
Bảng 4. 11. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 4 . 114
Bảng 4. 12. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 5 . 117xvi
Bảng 4. 13. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 6 . 122
Bảng 4. 14. Bảng so sánh kết quả tính toán nhiệt độ theo các kịch bản ( 0 C) 122
Bảng 4. 15. Chênh lệch nhiệt cho phép theo chiều cao đập và chiều dài khối đổ 123
Bảng 4. 16. Bảng so sánh kết quả tính toán ứng suất nhiệt theo các kịch bản 123
Bảng 4. 17. Các kịch bản thi công cấp phối BTĐL-T kiểm định đập Đồng Nai 4 . 126
Bảng 4. 18. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 1 . 130
Bảng 4. 19. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 2 . 134
Bảng 4. 20. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt trong đập kịch bản 3 . 138
Bảng 4. 21. Tổng hợp kết quả tính toán nhiệt cấp phối BTĐL-T . 138
Bảng 4. 22. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất nhiệt BTĐL-T . 139
Bảng 4. 23. Tổng hợp kết quả tính nhiệt và ứng suất nhiệt đập ĐN 4 với 2 cấp phối 139xvii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BDCN : Biến dạng co ngót.
BDKGCH : Biến dạng kéo giãn cực hạn.
BT : Bê tông.
BTĐL : Bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete).
BTKL : Bê tông khối lớn.
C : Cát.
CKD : Chất kết dính.
CL : Cốt liệu.
CP : Cấp phối.
CVC : Bê tông thường (Conventional Vibrated Concrete).
Đ, ĐD : Đá, đá dăm.
GEVR : BTĐL làm giàu vữa (gọi tắt là bê tông làm giàu).
HSDN : Hệ số dẫn nhiệt.
HSTN : Hệ số truyền nhiệt.
KB : Kịch bản.
KLTT : Khối lượng thể tích (Ký hiệu γ tấn/m 3 .).
MDĐH : Modul đàn hồi.
MMTB : Máy móc thiết bị.
N : Nước.
NL : Nhiệt lượng.
N/CKD : Tỷ lệ Nước/Chất kết dính.
P : Puzơlan.
PG : Phụ gia.
PGK, PGKHT: Phụ gia khoáng, phụ gia khoáng hoạt tính.
PGK/CKD : Tỷ lệ phụ gia khoáng/chất kết dính.
PGM : Phụ gia mịn. xviii
PP : Phương pháp.
PVC : Polyvinyl clorua - nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ phản ứng trùng
hợp vinylclorua.
QCVN : Quy chuẩn Việt Nam.
S 1 : Ứng suất chính.
t : Thời gian.
T : Tro bay.
T 0 : Nhiệt độ.
TC : Thi công.
TCN : Tiêu chuẩn ngành.
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam.
TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.
TH : Trường hợp.
TK : Thiết kế.
TN : Thí nghiệm.
ƯS : Ứng suất.
V c : Độ cứng Vebe, độ công tác.
VL : Vật liệu.
X : Xi măng.
X/CKD : Tỷ lệ Xi măng/Chất kết dính.
YCKT : Yêu cầu kỹ thuật. 1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
1.1. Tính cấp thiết của đề tài trong thực tiễn
Công nghệ BTĐL có ưu điểm nổi bật là tốc độ thi công nhanh và giá thành hạ, rất phù
hợp với các công trình có khối tích lớn như các đập thủy lợi và thủy điện.
Công nghệ BTĐL hiện đã khá phổ biến ở Việt Nam, những công trình thủy điện, thủy
lợi trọng điểm của nước ta như: Plêikrông, Định Bình, Sơn La, Lai Châu và các đập
Đồng Nai 3 và 4 đã và đang được ứng dụng công nghệ này.
Hầu hết các cơ sở tính toán trong thiết kế và thi công đập BTĐL hiện nay đều kế thừa
các cơ sở tính toán của bê tông thường hoặc theo tài liệu của nước ngoài như Trung
Quốc, Mỹ .
Trong thời gian vừa qua đã xuất hiện một vài sự cố như nứt, thấm tại đập chính một số
công trình đập BTĐL nhưng chưa có những đánh giá và tổng kết chuyên sâu nhằm
đánh giá độ an toàn của đập, đề xuất những biện pháp phòng tránh sự cố, tăng cường
khả năng làm việc và tuổi thọ của công trình trong thời gian vận hành.
1.2. Tính cấp thiết về lý luận
Những luận cứ khoa học và lý thuyết tính toán trong ứng dụng công nghệ BTĐL tuy
đã và đang được áp dụng tại Việt Nam nhưng chưa có những nghiên cứu chuyên sâu
nhằm đánh giá và khẳng định mức độ phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Tiến độ thi công các đập bê tông trọng lực đầm lăn cần được nghiên cứu để khẳng
định mức độ hợp lý trên cơ sở vừa đảm bảo các tiêu chuẩn thiết kế, phòng tránh sự cố,
tận dụng nguồn lực về vật liệu chế tạo BTĐL và thiết bị, nhân lực của các đơn vị thi
công công trình nhằm nâng cao hiệu quả của dự án.
2
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu diễn biến và lượng hóa một số chỉ tiêu cơ lý theo thời gian của BTĐL, làm
cơ sở để tính toán diễn biến nhiệt, ứng suất nhiệt, từ đó xác định tốc độ thi công hợp lý
khi xây dựng đập BTĐL.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Các đập bê tông đầm lăn đã và đang thi công ở Việt Nam.
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý theo thời gian của BTĐL đến tiến độ
thi công đập bê tông trọng lực đầm lăn ở Việt Nam.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Lựa chọn vật liệu và phương pháp xác định cấp phối BTĐL tối ưu để tiến hành thực
nghiệm nghiên cứu quy luật diễn biến của các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL, lượng hóa
bằng các hàm quan hệ phi tuyến theo thời gian để tính toán xác định tốc độ thi công
đập BTĐL.
Thiết kế bổ sung, hoàn thiện phần mềm tính nhiệt và ứng suất nhiệt dạng mở ANSYS
phù hợp với thực tế thi công BTĐL tại Việt Nam.
Sử dụng phần mềm ANSYS (đã thiết kế bổ sung, hoàn thiện) làm công cụ để tính toán
nhiệt và ứng suất nhiệt từ đó xác định tiến độ hợp lý trong thi công đập BTĐL.
5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu theo các tiêu chuẩn hiện hành như:
- Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa những kết quả nghiên cứu đã có.
- Phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp lý thuyết.
- Mô hình toán và một số phương pháp khác.
3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
6.1. Ý nghĩa khoa học
Làm rõ diễn biến và lượng hóa một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của BTĐL theo thời gian
từ khi bắt đầu đông kết đến khi BTĐL đạt được các chỉ tiêu theo thiết kế.
Xác định ảnh hưởng của các chỉ tiêu cơ lý của BTĐL đến nhiệt, ứng suất nhiệt và tiến
độ thi công đập bê tông trọng lực ở Việt Nam.
Đề xuất phương pháp xác định tiến độ thi công hợp lý trong điều kiện Việt Nam khi
xây dựng đập BTĐL.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Công nghệ BTĐL đã và đang được áp dụng trên 20 đập bê tông trọng lực ở Việt Nam,
điển hình như các đập: Plêikrông, Định Bình, Sơn La, Lai Châu, Đồng Nai 3, Đồng
Nai 4 Tuy nhiên việc nghiên cứu, đánh giá chất lượng các công trình nói trên chưa
được xem xét đúng mức và có hệ thống. Những sự cố đã xuất hiện trên một số những
công trình đã được xây dựng bằng công nghệ BTĐL như: nứt, thấm . nhưng chưa
được đánh giá, xác định nguyên nhân một cách thấu đáo.
Kết quả nghiên cứu nhằm xác định phương pháp, cung cấp công cụ tính toán tin cậy
giúp cho công tác thiết kế, thi công BTĐL và kiến nghị một số giải pháp theo dõi, khắc
phục, đảm bảo độ an toàn cho công trình đã và đang xây dựng.
7. Cấu trúc của luận án
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về bê tông đầm lăn và những vấn đề cần nghiên cứu đặt ra với
luận án
Chương 2: Cơ sở khoa học và các phương pháp thí nghiệm để xác định cấp phối và
các chỉ tiêu cơ lý của bê tông đầm lăn
Chương 3: Nghiên cứu diễn biến một số chỉ tiêu cơ lý của bê tông đầm lăn Chương 4: Ứng dụng phần mềm ANSYS và kết quả nghiên cứu diễn biến các chỉ tiêu
cơ lý của BTĐL để kiểm định tiến độ thi công đập Đồng Nai 4
Danh mục các công trình đã công bố
Tài liệu tham khảo
Phụ lục