Ngày 06 tháng 01 năm 2010

BÊ TÔNG TỰ ĐẦM LÈN

Để đáp ứng được yêu cầu xây dựng hiện đại với những công trình bê tông cốt thép quy mô ngày càng lớn, các nhà khoa học vật liệu xây dựng không ngừng nghiên cứu nâng cao chất lượng bê tông, đặc biệt cường độ của vật liệu. Ban đầu, người ta đã chế tạo được những loại bê tông có cường độ lớn, tuy nhiên lại khó thi công – đặc biệt ởnhững công trình lớn có cốt thép dày đặc – do bê tông không đảm bảo độ lỏng cầnthiết. Trong bối cảnh ấy, rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm dung hòa haichỉ tiêu trái ngược này và kết quả, vào cuối những năm 80 của thế kỷ trước, các nhà khoa học vật liệu xây dựng Nhật Bản đã phát minh ra loại bê tông có cường độ cao đồng thời có độ lỏng rất lớn, có khả năng tự chảy dưới tác dụng duy nhất của trọng lượng bản thân mà không cần bất cứ tác động cơ học nào – đó là bê tông tự đầm lèn (self – compacting concrete). Tuy nhiên, tại thời điểm đó, các chất phụ gia sử dụng trong bê tông tự đầm lèn còn chưa đạt được hiệu quả như mong muốn và có giá thành cao nên bê tông tự đầm lèn vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng. Phải đến một thập kỷ sau, với sự ra đời của những chất phụ gia thế hệ mới, bê tông tự đầm lèn thể hiện được nhiều ưu điểm nổi trội so với bê tông thường và từ đó được ứng dụng ngày càng phổ biến trong ngành xây dựng, đặc biệt ở các nước Nhật Bản, châu Âu, Mỹ, Canada… Hiện nay, quá trình nghiên cứu về bê tông tự đầm lèn vẫn đang được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới nhằm cải thiện, nâng cao hơn nữa chất lượng của vật liệu này. Ở nước ta, số lượng những nghiên cứu về bê tông tự đầm lèn – đặc biệt khi bê tông ở trạng thái lỏng – còn rất ít. Bài nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào những tính chất ở trạng thái lỏng, hay nói cách khác ứng xử lưu biến (rheological behavior) của bê tông tự đầm lèn.
Về mặt thành phần cấu tạo, bê tông tự đầm lèn cũng bao gồm các thành phần vật liệu chính giống như bê tông thường, chỉ khác nhau ở hàm lượng các thành phần vật liệu và ở việc sử dụng một số chất phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất lưu biến của bê tông.
Về mặt lưu biến học, bê tông tự đầm lèn chỉ khác với bê tông thường ở chỗ chúng có độ lỏng rất lớn, nhờ đó mà chúng có thể tự chảy và lấp đầy ván khuôn chỉ dưới tác dụng duy nhất của trọng lượng bản thân mà không cần bất cứ tác động cơ học nào. Để đánh giá độ lỏng của bê tông tự đầm lèn, người ta thường dùng nón cụt Abrams để xác định đường kính chảy xòe của vật liệu. Đường kính chảy xòe có liên hệ chặt chẽ với các tính chất lưu biến vật lý của bê tông. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tìm mối quan hệ này, tuy nhiên, cho đến hiện nay, những mối quan hệ đã tìm được chỉ nghiệm đúng một cách tương đối với những bê tông có thành phần cấu tạo dao động trong phạm vi hẹp mà tác giả nghiên cứu.

Bê tông tự đầm lèn là loại bê tông rất lỏng, đồng nhất và ổn định (không phân tách), thi công không cần bất cứ tác động cơ học nào (sự đầm lèn và lấp đầy ván khuôn của bê tông được thực hiện dưới tác dụng duy nhất của trọng lực) và có chất lượng tối thiểu tương đương với chất lượng của bê tông thường được đầm lèn bởi tác động cơ học. Bê tông tự đầm lèn được phát minh bởi các nhà khoa học vật liệu xây dựng Nhật Bản vào cuối những năm 80 của thế kỷ trước nhằm đáp ứng yêu cầu về chất lượng bê tông sử dụng trong những công trình quy mô lớn với cốt thép dày đặc. Nhờ những ưu điểm nổi bật của chúng so với bê tông thường, bê tông tự đầm lèn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, không chỉ ở Nhật Bản mà còn ở các nước châu Âu, Mỹ, Canada… đặc biệt từ những năm cuối thế kỷ trước đầu thế kỷ này. Dưới đây chúng tôi xin đưa ra một vài ví dụ những công trình xây dựng sử dụng bê tông tự đầm lèn.
Công trình cầu treo Akashi – Kaikyo tại Nhật Bản có nhịp dài nhất thế giới (1991 m) được thi công từ năm 1998. Cầu có hai trụ tháp cao 298m được xây dựng bằng bê tông tự đầm lèn, nhờ đó mà thời gian thi công hai trụ tháp này đã được rút ngắn lại 20%, từ 2.5 năm xuống còn 2 năm. Công trình hầm Sodra Lanken lớn nhất Thụy Điển có chiều dài 16.6 km, thi công trong khoảng thời gian 1998 – 2004 với tổng số vốn đầu tư 800 triệu USD. Công trình này sử dụng 15000 m³ bê tông tự đầm lèn để thi công những vị trí chật hẹp và những nơi có cốt thép bố trí dày đặc mà thiết bị đầm lèn không thể hoạt động được.