BÊ TÔNG KHỐI LỚN DÙNG
CHO ĐẬP TRỌNG LỰC
(BÀI GIẢNG CAO HỌC)
Mục lục
Mục lục II
BÊ TÔNG KHỐI LỚN DÙNG CHO ĐẬP TRỌNG LỰC 1
1. Định nghĩa 1
2. Đặc tính của bê tông khối lớn 1
3. Vật liệu dùng để chế tạo bê tông khối lớn 1
3.1. Xi măng 1
3.2. Cốt liệu 2
3.3. Nước trộn bê tông 2
3.4. Phụ gia (được trình bầy trong mục sau) 2
4. Những tính chất của bê tông khối lớn 2
4.1. Cường độ 3
4.2. Độ thấm nước 3
4.3. Độ bền 3
4.4. Tính biến dạng 3
4.5. Các tính chất nhiệt và ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn 4
II
BÊ TÔNG KHỐI LỚN DÙNG CHO ĐẬP TRỌNG LỰC
1. Định nghĩa
Theo tiêu chuẩn Mỹ (ACI 116R - 90), bê tông khối lớn được định nghĩa là một thể tích
bê tông có kích thước đủ lớn, yêu cầu phải có biện pháp để đối phó với sự phát nhiệt do xi
măng thuỷ hoá và theo đó là sự biến đổi thể tích gây ra nứt nẻ.
Khi xây dựng đập thường sử dụng 2 loại bê tông:
- Bê tông thông thường (Conventional Vibrated Concrete - CVC);
- Bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete - RCC).
CVC đã được ứng dụng nhiều ở Việt Nam từ trước đến nay để xây dựng các đập bê
tông như đập Thác Bà, Hòa Bình, Trị An, Thạch Nham, Hàm Thuận, Đa Mi, và mới đây là
đập Tân Giang, Lòng Sông . Gần đây RCC được sử dụng xây dựng hàng loạt đập bê tông

trọng lực.
2. Đặc tính của bê tông khối lớn
Đặc tính của bê tông khối lớn là tính chất nhiệt. Phản ứng của xi măng với nước là
phản ứng phát nhiệt. Trong bê tông khối lớn nhiệt không phân tán được nhanh, nên nhiệt độ
trong bê tông có thể tăng lên rất nhiều, từ đó có thể phát sinh ứng suất kéo lớn do sự biến
đổi thể tích kết hợp với sự tăng và giảm nhiệt độ trong khối bê tông. Cần phải có các biện
pháp giải quyết thích hợp để hạ thấp nhiệt độ trong bê tông khối lớn, giảm ứng suất nhiệt và
tránh nguy cơ nứt nẻ công trình.
Đối với công trình đập bê tông, để đồng thời đạt được chất lượng và giá thành thấp,
thường phân ra 2 phần: Phần bên ngoài của đập chịu tác dụng trực tiếp của môi trường nước
và phần bên trong của đập không tiếp xúc với môi trường. Đối với phần bên ngoài của đập,
yêu cầu chọn cốt liệu bê tông tốt, bê tông đặc chắc cường độ cao, chống thấm tốt để đảm
bảo độ bền. Còn bê tông bên trong không chịu tác động của môi trường, nên yêu cầu chính
đối với bê tông là phát nhiệt tối thiểu khi bê tông đông cứng, vì sự phân bố nhiệt không đều
trong khối bê tông gây ra nứt do nhiệt. Mác bê tông ở phần bên trong không yêu cầu cao,
thường là 10 hoặc 15 MPa và độ chống thấm thấp B 2 hoặc B 4.
3. Vật liệu dùng để chế tạo bê tông khối lớn
3.1. Xi măng
Trong bê tông đập trọng lực nên dùng xi măng ít toả nhiệt.
Để đảm bảo tính ổn định của bê tông khối lớn cần chú ý chọn dùng các vật liệu thích
hợp.
1
Xi măng ít toả nhiệt phải có lượng nhiệt phát ra khi xi măng thuỷ hoá (xác định theo
phương pháp termot) sau 3 ngày không lớn hơn 45-50cal/g, sau 7 ngày không lớn hơn 50-
60cal/g.
Ở nước ta đã ban hành tiêu chuẩn xi măng ít toả nhiệt qui định nhiệt thủy hoá sau 7
ngày không lớn hơn 60 cal/g, nhưng thực tế hầu như chưa sản xuất, nên trên thị trường xi
măng ở nước ta không có mặt xi măng ít tỏa nhiệt, mà chỉ có loại xi măng poóclăng hỗn hợp
(PCB) pha khoảng 15 – 20% phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia trơ.
Xi măng PCB tuy có nhiệt thủy hoá thấp hơn xi măng poóclăng, nhưng chưa đạt được

yêu cầu của xi măng ít tỏa nhiệt. Tuy nhiên nếu tăng hàm lượng phụ gia khoáng đến mức độ
yêu cầu, thì có thể đạt được mục đích đó.
Trong bê tông khối lớn nói chung và bê tông đập nói riêng có thể pha puzơlan, xỉ hạt
lò cao, tro bay , nhằm mục đích giảm thiểu lượng dùng xi măng, do đó giảm nhiệt thuỷ hoá
trong bê tông. Các phụ gia đó được đưa trước vào xi măng hoặc đưa vào bê tông khi trộn.
Trong bê tông khối lớn thường dùng phụ gia khoáng kèm thêm phụ gia hoá học như
phụ gia hoá dẻo kéo dài thời gian đông kết, nhằm tăng độ lưu động, giảm co và kéo dài thời
gian ninh kết khi vận chuyển bê tông đường dài hoặc khi trời nắng nóng về mùa hè và tăng
độ bền mong muốn của bê tông. Việc kéo dài thời gian ninh kết cũng làm chậm sự phát
nhiệt thủy hóa của xi măng.
3.2. Cốt liệu
Cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn dùng cho bê tông khối lớn cũng giống như cốt liệu dùng
cho bê tông nặng thông thường và được qui định trong các tiêu chuẩn nhà nước. Yêu cầu
đối với cốt liệu dùng cho bê tông khối lớn của Mỹ được qui định trong ACI 207.1R-87. Do
kích thước kết cấu lớn, nên có thể dùng kích thước danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu (D
max
)
tới 150 mm để giảm hàm lượng chất kết dính trong bê tông, từ đó giảm phát nhiệt.
3.3. Nước trộn bê tông
Nước trộn bê tông được qui định theo TCXDVN 302 : 2004.
3.4. Phụ gia (được trình bầy trong mục sau)
4. Những tính chất của bê tông khối lớn
Các tính chất cần được xem xét là: Cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn hồi, hệ số
Poisson, khả năng biến dạng kéo, từ biến, biến dạng khi khô, tăng nhiệt độ đoạn nhiệt, hệ số
nở nhiệt, sự dẫn nhiệt tản nhiệt, độ thấm nước, độ bền. Các tính chất này của bê tông khối
lớn cũng giống như bê tông thông thường.
2
4.1. Cường độ
Cường độ bê tông khối lớn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố chủ yếu, trong đó có
lượng và loại phụ gia khoáng hoạt tính (puzơlan). Cường độ bê tông pha puzơlan nói chung

phát triển chậm trong thời kỳ đầu, nhưng sau 28 ngày phát triển tốt hơn.
Bê tông khối lớn thường không yêu cầu cường độ cao và không yêu cầu chịu ứng suất
lớn ban đầu. Mác bê tông khối lớn thường được xác định ở tuổi dài ngày (90 ngày, 1 năm, 2
năm), tuỳ theo kết cấu và thời gian công trình được xây dựng.
4.2. Độ thấm nước
Độ thấm nước của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có thành phần puzơlan
trong bê tông. Puzơlan cũng có tác dụng giảm độ thấm nước. Hệ số thấm của bê tông khối
lớn K = (0,62 ÷ 11,9).10
-4
ft/s. (1 ft = 30,48cm)
4.3. Độ bền
Trong bê tông khối lớn phản ứng giữa các thành phần trong bê tông được xem là nhân
tố quan trọng đối với độ bền bê tông. Phản ứng hoá học giữa kiềm (Na
2
O và K
2
O) trong xi
măng và SiO
2
có tính phản ứng có trong cốt liệu tạo ra hợp chất mới, nở thể tích gây phản
ứng kiềm - silíc; do đó không nên dùng cốt liệu chứa SiO
2
có tính phản ứng. Khi phải dùng
một loại cốt liệu chứa các thành phần có tính phản ứng, thì phải dùng xi măng có hàm lượng
kiềm (Na
2
O và K
2
O) thấp. Puzơlan có thể có tác dụng hạn chế phản ứng kiềm silic, nhưng
tro bay được coi là kém hiệu quả hơn trong việc khống chế phản ứng này so với puzơlan

thiên nhiên.
Vôi sinh ra khi xi măng tác dụng với nước. Vôi sẽ hoà tan trong nước, nước mềm hay
nước axít nhẹ. Khi dùng puzơlan, thì puzơlan tác dụng với vôi, tạo ra hợp chất mới không
tan trong nước, tạo ra phản ứng puzơlan, do đó ngăn cản sự tiết vôi ra khỏi bê tông. Khi bê
tông đặc chắc chống thấm tốt, thì việc tiết vôi ra sẽ ít. Nếu tiết vôi nghiêm trọng, có thể ảnh
hưởng đến khả năng sử dụng và độ bền của kết cấu công trình.
4.4. Tính biến dạng
a) Độ co khô
Độ co khô nằm trong khoảng từ 0,02% của độ dài bê tông nghèo độ sụt thấp dùng cốt
liệu tốt, đến lớn hơn 0,10% đối với bê tông giàu xi măng hoặc bê tông dùng cốt liệu xấu và
N/X lớn. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ co khô là: hàm lượng xi măng, thành phần khoáng
của nó và hàm lượng cốt liệu. Việc pha phụ gia khoáng thường làm tăng độ co khô, ngoại
trừ trường hợp giảm yêu cầu nước.
b) Sự biến đổi thể tích tự thân là độ co do các phản ứng hoá học xảy ra trong hồ xi
măng trong bê tông không liên quan với lượng nước trong bê tông. Bê tông dùng puzơlan
3
đôi khi có độ co tự thân lớn hơn bê tông dùng xi măng pooclăng. Sự biến đổi thể tích tự
thân thuần tuý có thể nằm trong khoảng 0 - 150.10
-6
mm
3
/mm
3
.
c) Sự biến đổi thể tích do nhiệt thuỷ hoá:
Nhiệt độ bê tông tăng lên do nhiệt thuỷ hoá làm cho bê tông nở thể tích.
Ngoài các biến dạng nêu trên, còn có từ biến và biến đổi thể tích khi độ ẩm của bê tông
thay đổi.
4.5. Các tính chất nhiệt và ứng suất nhiệt trong bê tông khối lớn
a) Nhiệt thuỷ hoá của xi măng

Các thành phần khoáng trong xi măng khi thuỷ hoá sẽ phát nhiệt. Theo Solacolu và
Taylor, nhiệt thủy hóa của các đơn khoáng trong xi măng như trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 : Nhiệt thủy hóa của các đơn khoáng trong xi măng.
Tên đơn khoáng
Nhiệt thủy hóa trong thời gian, cal/g
3 ngày 7 ngày 28 ngày 3 tháng 6 tháng
3 CaO SiO
2
98 110 114 122 121
2 CaO SiO
2
19 18 44 55 53
3 CaO Al
2
O
3
1700 188 202 188 218
4 CaO Al
2
O
3
. Fe
2
O
3
29 43 48 57 73
Ghi chú : 1 cal = 4,1868 J
Ximăng mác càng cao, toả nhiệt càng nhiều như trong hình 1.1.
Hình 1. Toả nhiệt của ximăng theo thời gian
1 2 3 4 5 6

250
10
0
20
0
30
0
80
60
40
300
400
500
(KCal/kg
)
KJ/kg
Ngày
Nhiệt lượng
7
4
Các loại xi măng khác nhau cho nhiệt thuỷ hoá khác nhau như trong bảng 1.2.
Bảng 1.2 : Nhiệt thuỷ hoá của các loại xi măng theo thời gian.
Lượng phát nhiệt (cal/g)
3 ngày 7 ngày 28 ngày
Xi măng có cường độ sớm 102 108 114
Xi măng thường 79 86 91
Xi măng tỏa nhiệt trung bình 63 74 82
Xi măng toả nhiệt thấp 44 52 65
Nhiệt thuỷ hoá được xác định bằng phương pháp termot hoặc đối với xi măng
poóclăng thì có thể được tính theo công thức:

Q
t
= a
t
. C
3
S + b
t
. C
2
S + c
t
C
3
A + d
t
. C
4
AF ;
trong đó: a
t
, b
t
, c
t
, d
t
lần lượt là hệ số kinh nghiệm đặc trưng cho sự toả nhiệt của 1%
các khoáng C
3

S, C
2
S, C
3
A và C
4
AF và được cho trong bảng 1.3; C
3
S, C
2
S, C
3
A, C
4
AF là
hàm lượng các khoáng chính trong ximăng được tính bằng % khối lượng xi măng.
Bảng 1.3 : Hệ số của công thức tính nhiệt thuỷ hoá của ximăng pooclăng
Thời gian thuỷ hoá, ngày a
t
b
t
c
t
d
t
3 0,929 0,159 1,517 -0,119
7 1,093 0,231 2,069 -0,414
28 1,142 0,153 2,299 0,140
90 1,183 0,231 2,458 0,332
180 1,220 0,445 2,457 0,392

360 1,269 0,532 2,525 0,400
Có thể giảm tốc độ phát nhiệt bằng cách giảm thành phần C
3
S và C
3
A là các thành
phần phát nhiệt nhanh nhất và nhiều nhất. Tuy nhiên việc này có ảnh hưởng đến cường độ
và tốc độ cứng hoá ban đầu của xi măng, vì thành phần C
3
S có tác dụng chủ yếu đối với
cường độ 28 ngày của xi măng và C
3
A có ảnh hưởng nhiều đến ninh kết và cường độ ban
đầu (từ 1 đến 3 ngày) của xi măng.
Nhiệt lượng toả ra khi xi măng thuỷ hoá là kết quả tổng hợp của các quá trình tương
tác của xi măng với nước. Trong trường hợp chung, tổng hiệu ứng nhiệt bao gồm các thành
phần như sau:
Q = Q
hpx
+ Q
fư
+ Q
kt
+ Q
hps
+ Q
sol
+ Q
ht
;

trong đó : Q
hpx
- Nhiệt hấp phụ của nước lên các hạt xi măng lúc đầu;
Q
fư
- Nhiệt phản ứng hoá học;
5
Q
kt
- Nhit kt tinh ca sn phm mi;
Q
hps
- Nhit hp ph nc bi cỏc sn phm mi;
Q
sol
- Nhit solvat hoỏ;
Q
ht
- Nhit ho tan.
b) Nhit ca bờ tụng
Nhit ca bờ tụng c quyt nh bi nhit thy hoỏ ca xi mng, nờn cng phỏt
trin theo thi gian v ph thuc vo loi xi mng.
Hu ht nhit to ra t 6 - 7 ngy u sau khi bờtụng. S tng nhit hu nh xy ra
2 ngy u, tớnh t khi cho nc vo xi mng. Nu nhit cao thỡ tc tng nhit
nhanh v nu nhit thp thỡ tc tng nhit chm.
Din bin nhit chia lm 3 thi k: Tng nhit, gim nhit, n nh nhit (hỡnh
2). Nhit cao nht T
max
ca bờ tụng bng nhit trong bờ tụng khi T
p

cng vi nhit
phỏt nhit ln nht ca xi mng T
r
. T nhit T
p
n T
max
l thi k tng nhit. Sau khi
t n T
max
, thỡ nhit trong bờ tụng s gim dn ti (T
f
) ; giai on ny l thi k gim
nhit. Cui cựng nhit bờ tụng n nh.
ổ
n định nhiệt
Tăng nhiệt
T
Giảm nhiệt
t
( ngày )
1 2 3 4
5 6
7 8 9 100
20
40
60
20
( C
)

Tmax
T p
T r
Hỡnh 2. Quỏ trỡnh thay i nhit trong bờ tụng khi ln.
Nhit chờnh lờnh ln nht T l hiu s ca nhit cao nht T
max
v nhit n
nh T
f
:
T = T
max
- T
f
T = T
p
+ T
r
- T
f
Nhit bờ tụng khi T
p
v nhit ca bờ tụng sau khi trn T
b
cú quan h nh sau :
T
p
= T
b
+ t ;

6
trong đó : ∆t nhiệt độ thay đổi của bê tông từ lúc ra khỏi máy trộn đến lúc đổ (
0
C). Nếu
nhiệt độ bê tông lúc trộn gần như nhiệt độ không khí, thì lấy ∆t = 0. Khi nhiệt độ không khí
cao hơn nhiệt độ trộn, ∆t là dương và ngược lại ∆t là âm.
T
b
: Nhiệt độ hỗn hợp bê tông khi trộn (
0
C). Nhiệt độ này là tổng hợp nhiệt độ của các
vật liệu thành phần của bê tông và được tính theo công thức sau :
T
b
=
;
∑
∑
i
G
i
C
i
T
i
G
i
C
trong đó i biểu thị tên các loại vật liệu như nước, ximăng, cát, sỏi hoặc đá dăm;
C

i
: Tỉ nhiệt của loại vật liệu i khi trộn bê tông {KJ/(kg.
0
C)}. Tỉ nhiệt của nước và xi
măng có thể lấy bằng 4,2 và 0,8; của cốt liệu là 0,8 - 0,96 kJ/kg.
0
C hoặc qua thực nghiệm để
xác định;
G
i
: Khối lượng vật liệu i trong 1m
3
bê tông (kg/m
3
);
T
i
: Nhiệt độ của vật liệu i trước lúc trộn (
0
C).
Nhiệt độ của nước được lấy bằng nhiệt độ nước bình quân trong tháng ở vùng đó, nhiệt
độ xi măng thì tuỳ thuộc vào kho bảo quản và công cụ vận chuyển vào trạm trộn, nhiệt độ
cốt liệu thường gần với nhiệt độ không khí. Khi dùng cốt liệu bị phơi nắng một số tuần
trước đó, thì nhiệt độ cốt liệu cao hơn nhiệt độ bình quân trong tháng từ 3 - 5
0
C.
Theo một số tài liệu khác, nhiệt độ của bê tông (T
b
) có thể được tính toán theo công
thức sau đây:

T
b
0
C =
w
W)
c
W
a
(W0,22
w
W.
w
T)
c
W.
c
T
a
W.
a
0,22(T
++
++
;
trong đó:
T
a
, T
c

, T
w
là nhiệt độ của cốt liệu, ximăng và nước;
W
a
, W
c
, W
w
là khối lượng của cốt liệu, ximăng và nước trong một đơn vị thể tích bê
tông.
Trị số 0,22 là tỉ số gần đúng giữa tỉ nhiệt của phần vật liệu khô và tỉ nhiệt của nước
trong bê tông. Chú ý là vào ban đêm, về mùa hè nhiệt độ của cốt liệu và nước không nguội
nhanh bằng không khí, nên không thể coi nhiệt độ của chúng bằng nhiệt độ không khí.
Nhiệt độ thực tế của bê tông sẽ cao hơn trị số tính toán một chút do công cơ học sinh ra
trong khi trộn và sau đó tăng cũng do nhiệt sinh ra do xi măng thuỷ hoá. Theo công thức
trên, để nhiệt độ hỗn hợp bê tông (có tỉ lệ N/X = 0,5, tỉ lệ CL/X = 5,6) giảm 1
0
C, thì phải
giảm nhiệt độ của xi măng 9
0
C, hoặc giảm nhiệt độ của nước 3,6
0
C, hoặc giảm nhiệt độ của
cốt liệu 1,6
0
C.
7
Một số tài liệu khác nữa lại đưa ra công thức chi tiết hơn như sau:
wawca

waawwccaa
WWWW
WTWTWTWT
T
+++
+++
=
)(22.0
)(22,0
Các ký hiệu trong công thức giống như trong công thức ở trên, còn W
wa
là khối lượng
nước hấp phụ bởi cốt liệu.
Độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có thể tính bằng công thức sau đây:
T =
S
HC.
;
trong đó : T - Độ tăng nhiệt độ của bê tông,
0
F,
C - Hàm lượng ximăng, Lb;
H - Nhiệt thuỷ hoá của ximăng, Btu/Lb;
S - Tỉ nhiệt của bêtông; Btu/ Lb.
0
F.
Ghi chú: 1Btu = 1,055056 . 10
3
J; 1Lb = 0,4535924 kg;
0

F = 1,8.t
0
C + 32
Để xác định chính xác nhiệt độ của bê tông trong từng trường hợp cụ thể, có thể đo
trực tiếp nhiệt độ của hỗn hợp bê tông mới trộn bằng nhiệt kế theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C
1064 - 86 Standard test method for temperature of freshly mixed portland cement concrete.
c) Ứng suất nhiệt và nứt do nhiệt
Quá trình thuỷ hoá của xi măng sinh ra lượng nhiệt lớn, bê tông dẫn nhiệt kém gây
nên chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt với bên trong khối bê tông, giữa khối bê tông với nền
hoặc khối bê tông cũ. Nhiệt độ của bê tông hạ xuống bằng với môi trường xung quanh khi
bê tông đã cố kết gây nên ứng suất do hiện tượng co thể tích. Bê tông chịu hai loại kiềm chế
có thể sinh nứt nẻ sau:
1) Nứt nẻ bề mặt
Do chênh lệch nhiệt độ giữa lớp bê tông bề mặt với bên trong khối bê tông gây nên
ứng suất kéo ở ngoài và nén ở trong. Nếu ứng suất kéo vượt khả năng cho phép của bê
tông sẽ gây nứt bề mặt.
8
Nt b mt thng xut hin sau khi bờ tụng 1-2 tun.
ng sut nhit b mt khi bờ tụng bờ tụng xỏc nh nh sau:
T
E


=
à


1
trong ú:
- ng sut kộo ln nht (N/m

2
)
- h s gión n vỡ nhit ca bờ tụng, thng l(0,8ữ1)10
-5
(1/
0
C);
E- mụ un n hi ca bờ tụng, thng l (1,4ữ2,4)10
10
(N/m
2
);
à- h s poison, thng l 1/6;
T- chờnh lch gia nhit bỡnh quõn ca khi bờ tụng vi nhit bờn ngoi (
0
C).
2) Nt xuyờn
Khi bờ tụng mi gn kt vi nn hoc vi bờ tụng c, sau ú nhit trong bờ
tụng h xung, th tớch gim trong khi b mt tip xỳc b gi li gõy nờn ng sut kộo ln.
Nu ng sut vt kh nng cho phộp s gõy nt xuyờn.
H
L
B
1
2
Hình 3 Phân bố ung suất nhiệt của tuờng.
1- vùng chịu nén; 2- vùng chịu kéo
.
1
2

3
Hình 4 Phân bố ung suất nhiệt ở đáy khối bê tông.
1- vùng chịu nén; 2- vùng chịu kéo; 3- vùng
chịu cắt.
H
L
L
H
L
H
y=0,5L
(H/L)<<0,5
R=1,0
(H/L)<0,5
R<1,0
(H/L)

0,5
R=0,55
Hình 5 L- chiều rộng của khối bê tông; y- khoảng cách biến đổi
9
Nứt xuyên sinh ra ở thời kỳ công trình đang được vận hành, nên rất nguy hiểm. Nó làm
mất tính chỉnh thể của công trình. Nếu không phát hiện và xử lý kịp thời, thì công trình có
thể bị phá hoại.
Nứt xuyên nguy hiểm và khó phát hiện, nếu không phòng ngừa và phát hiện xử lý sớm
sẽ gây hư hỏng công trình. Ứng suất nhiệt gây nứt xuyên tính như sau:
T
EKR
∆
−

=
µ
α
σ
1
trong đó:
K- hệ số từ biến của bê tông K=0,5 ;
R- hệ số kiềm chế của nền đối với bê tông, phụ thuộc kích thước khối bê tông.
y/L 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
R 0,55 0,4 0,27 0,10 0,08 0
321
TTTT −+=∆
T
1
- nhiệt độ bê tông khi đổ (
0
C);
T
2
- nhiệt độ tăng lên trong bê tông do thuỷ hoá của xm (
0
C);
T
3
- nhiệt độ ổn định của khối bê tông (
0
C);
Nhiệt độ trong lòng bê tông khối lớn có thể khá lớn như trong bảng 1.4.
Bảng 1.4 : Gia tăng nhiệt độ trong lòng bê tông khối lớn
Tên công trình,

tên nước
Tỉ lệ xi măng trong
hỗn hợp bê tông
theo khối lượng
Nhiệt độ min,
0
C
Nhiệt độ max,
0
C
Đập Ariel, Mỹ 1 : 10 25 41
Đập Tonland, Scotlen 1 : 9 31 45
Đập Laggan, Scotlen 1 : 8 39 48
Tường chắn, Anh 1 : 4 40 57
Caisson, Mỹ 1 : 3,2 42 69
Biện pháp giảm ứng suất nhiệt trong bê tông:
1) Giảm lượng phát nhiệt của bê tông
a) Giảm lượng dùng xm:
− dùng chất pha trộn giảm một phần xm ví dụ như xỉ than lò cao;
− dùng bê tông khô;
− tăng đường kính cốt liệu;
− dùng phụ gia hoá dẻo hay tạo bọt;
10
− độn đá hộc;
− phân vùng ứng lực dùng mác bê tông khác nhau;
− dùng cấp phối hợp lý;
− dùng cường độ bê tông thời kỳ cuối để thiết kế;
b) Thi công đập bê tông bằng cách dùng khối bê tông đúc sẵn;
c) Dùng xm ít toả nhiệt.
2) Hạ thấp nhiệt độ đổ bê tông

Làm lạnh nước, cốt liệu khi trộn bê tông; Đổ bê tông khi nhiệt độ ngoài trời thấp.
3) Tăng tốc độ toả nhiệt của bê tông ngay sau khi đổ.
a) Giảm chiều cao khoảnh đổ; bố trí thứ tự khoảnh đổ sao cho các khoảnh đổ trước
đó có thời gian giãn cách lớn để toả nhiệt.
b) Tăng diện tích bề mặt toả nhiệt
c) Hạ thấp nhiệt độ bề mặt bằng cách tưới nước lạnh
d) Thoát nhiệt nhờ hệ thống ống dẫn nước lạnh, chừa lại giếng đứng trong khối bê
tông.
d) Sự truyền nhiệt trong bê tông.
Theo ACI 207. 1R - 87 Mass Concrete, tính chất liên quan với khả năng nhiệt truyền
qua bê tông là độ phân tán nhiệt của bê tông, được xác định bằng công thức sau đây:
h
2
=
ρ
.C
K
;
trong đó: h
2
- Độ phân tán nhiệt, m
2
/s;
K- Độ dẫn nhiệt, J/m.s.
0
K;
C - Tỉ nhiệt, J/kg,
0
K;


ρ
- Khối lượng thể tích của bê tông, kg/m
3
.
Độ phân tán nhiệt chịu ảnh hưởng nhiều bởi loại đá dùng trong bê tông như được trình
bầy trong bảng 1.5.
H×nh 6 S¬ ®å bè trÝ èng dÉn nuíc lµm l¹nh trong khèi bª t«ng
11
Độ phân tán nhiệt càng lớn, nhiệt càng dễ dàng truyền qua bê tông. Nếu không biết rõ
loại đá, có thể lấy giá trị trung bình của độ phân tán nhiệt bằng 0,093m
2
/ngày.
Bảng 1.5 : Độ phân tán nhiệt trong bê tông
Cốt liệu lớn Độ phân tán nhiệt trong bêtông, m
2
/ngày
Quắc zit 0,129
Đá vôi 0,113
Đolomit 0,111
Granit 0,096
Rhyolit 0,078
Bazan 0,072
4) Thiết kế thành phần bê tông khối lớn
Mục tiêu của việc thiết kế thành phần bê tông khối lớn là xác định được hỗn hợp bê
tông và bê tông đảm bảo được các tính chất yêu cầu như cường độ, độ bền, độ chống thấm
thích hợp, tính dễ đổ và độ tăng nhiệt độ thực tế ít nhất sau khi đổ bê tông, đồng thời đảm
bảo tính kinh tế, giảm lượng dùng xi măng (thành phần đắt nhất trong bê tông).
Theo 14 TCN 48 - 87 Quy trình thi công bê tông trong mùa nóng khô, lượng xi măng
trong 1m
3

bê tông được khống chế như sau:
+ Phần bên trong (lõi đập): 160 kg
+ Phần bên ngoài: 275 kg
Tỉ lệ N/X không được lớn hơn 0,6. Việc giảm lượng dùng xi măng trong bê tông có thể
thực hiện được bằng các biện pháp sau đây:
- Pha phụ gia khoáng hoạt tính (puzơlan);
- Pha phụ gia hoá học giảm nước (loại hoá dẻo thường hoặc siêu dẻo );
- Sử dụng mác bê tông ở tuổi dài ngày 45, 60, 90 ngày thay cho tuổi 28 ngày thường
dùng để có khả năng giảm hàm lượng xi măng trong bê tông;
- Độn đá hộc;
- Sử dụng cốt liệu có cấp phối liên tục và dùng D
max
lớn;
Độ sụt của hỗn hợp bê tông thường dùng nhỏ hơn 2÷ 3 cm đối với bê tông không cốt
thép và lớn hơn 4 ÷5 cm đối với bê tông có cốt thép. Bê tông cần có độ co ngót nhỏ, cường
độ chịu kéo cao, độ dãn dài và môđun đàn hồi thấp. Theo ACI 207. 1R – 87 Mass Concrete,
lượng dùng xi măng đối với đập bê tông (khối lớn) vào trước và đầu những năm 1930 quy
định không nhỏ hơn 223kg/m
3
. Nhưng để giảm nhiệt thuỷ hoá, các đập được xây dựng sau
này đã dùng bê tông với lượng xi măng ít hơn nhiều, thậm chí đến 126kg/m
3
cho khối lớn
bên trong thân đập. Tất nhiên ngoài xi măng còn có một lượng phụ gia khoáng (puzơlan) để
12
đảm bảo lượng hạt mịn vẫn đủ để lấp đầy những khe kẽ nhỏ trong bê tông. Cũng theo tài
liệu này trong nhiều trường hợp đối với đập bê tông, yêu cầu xác định thành phần của 2 loại
bê tông: Thành phần bê tông của khối bên trong và thành phần bê tông của khối bên ngoài
tiếp xúc với môi trường. Người thiết kế phải tính đến tác dụng của nhiệt độ đối với các tính
chất của bê tông.

Hiện tượng nứt do nhiệt của các kết cấu bê tông khối lớn như đập làm giảm tuổi thọ
của kết cấu. Việc lựa chọn thành phần bê tông hợp lý cũng là một biện pháp khống chế
nhiệt.
1. Phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn theo ACI 211.1.81
Theo ACI 211.1. Standard practice for selecting proportion for normal, heavyweight
and mass concrete, thủ tục thiết kế thành phần bê tông được sử dụng trước hết để khống chế
sự phát nhiệt và tăng nhiệt độ, đồng thời thoả mãn các yêu cầu về cường độ và độ bền.
Cường độ và tính bền trước hết được quyết định bởi tỉ lệ N/X. Tỉ lệ N/X được xác định theo
bảng biểu lập sẵn. Tuy nhiên tỉ lệ đó cũng được hiệu chỉnh thông qua trộn thử. Kết quả thử
thường chỉ ra rằng cường độ và độ bền của bê tông chi phối thành phần cấp phối hơn là
nhiệt độ phát sinh. Khi đổ, phải dùng các biện pháp cần thiết để khống chế nhiệt.
Việc thiết kế thành phần bê tông khối lớn gồm các bước sau đây:
Bước 1: Xác định trước các dữ kiện yêu cầu đối với bê tông khối lớn cần xác định
thành phần như sau :
- Đường kính danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn (D
max
) thích hợp với kết cấu công
trình;
- Độ sụt của hỗn hợp bê tông;
- Nhiệt độ tối đa khi đổ bê tông;
- Cường độ bê tông yêu cầu ở tuổi quy định;
- Yêu cầu chất lượng đối với cốt liệu;
- Loại xi măng và puzơlan.
Bước 2: Trên cơ sở các yêu cầu đó xác định các tính chất sau đây của vật liệu chế tạo
bê tông:
- Khối lượng riêng của cốt liệu nhỏ (cát) và cốt liệu lớn (đá);
- Độ hấp phụ nước của cốt liệu (cát, đá);
- Môđun độ lớn của cốt liệu nhỏ;
- Khối lượng riêng của ximăng pooclăng, puzơlan và hỗn hợp của chúng và nhiệt thuỷ
hoá ở tuổi 7 ngày của xi măng hỗn hợp.

Lượng pha trộn puzơlan trong chất kết dính theo thể tích tuyệt đối được xác định sơ bộ
như trong bảng 1.6.
13
Bảng 1.6 : Hàm lượng puzơlan trong chất kết dính
Loại puzơlan Bê tông ở khối bên
trong đập
Bê tông ở khối bên
ngoài đập
Tro bay loại F
Puzơlan thiên nhiên, ngoại trừ
diatomit không nung
Diatomit không nung
Xỉ
35
30
20
35
25
20
20
25
Bước 3: Xác định tỉ lệ
CKD
N
(N là lượng nước trộn và CKD là lượng chất kết dính
trong 1m
3
bê tông, trong đó bao gồm ximăng và puzơlan). Nếu tỉ lệ
CKD
N

không được quy
định trong bản quy định kỹ thuật của dự án, thì có thể được xác định theo vị trí của kết cấu
công trình, như trong bảng 1.7.
Bảng 1.7 : Tỉ lệ
CKD
N
đối với bê tông khối lớn
Điều kiện và vị trí của kết cấu N/CKD
Phần mớm nước trong công trình thuỷ lợi hoặc đường mép nước,
ở đó bêtông khi bão hoà nước khi khô
0,55
Phần bên trong của kết cấu bê tông khối lớn Không hạn chế
Phần kết cấu thường xuyên phô ra bên ngoài (tiếp xúc với môi
trường xung quanh)
0,55
Hoàn toàn ngập trong nước 0,58
Bê tông đổ trong nước 0,45
Tiếp xúc với nước ngầm chứa nhiều sunfat hoặc các dung dịch
ăn mòn khác, nước biển
0,45
Chịu tác dụng của dòng nước chảy mạnh (tốc độ tới 12m/s) 0,45
Ghi chú: CKD là chất dính kết, có thể chỉ là xi măng hoặc xi măng pha Puzơlan.
Tỉ lệ
CKD
N
cũng có quan hệ tới cường độ bê tông như trong bảng 1.8. Từ cường độ nén
yêu cầu tra được tỉ lệ
CKD
N
.

Bảng 1.8 : Quan hệ gần đúng giữa cường độ bê tông và tỉ lệ
CKD
N
Tỉ lệ N/CKD
Cường độ nén của mẫu bê tông hình trụ
(15 x 30 mm) ở tuổi 28 ngày, Mpa
14
Đá sỏi Đá dăm
0,48 30
0,58 23
0,68 19 22
0,78 15 17
0,88 11 13
So sánh 2 giá trị
CKD
N
tra được ở 2 bảng trên, chọn tỉ lệ
CKD
N
nhỏ. Tỉ lệ
CKD
N
có thể
giảm đi 0,02, để tỉ lệ
CKD
N
lớn nhất cho phép không bị vượt quá khi hiệu chỉnh ở hiện
trường. Khi không pha puzơlan, thì tỉ lệ
CKD
N

sẽ chuyển thành tỉ lệ
X
N
.
Bước 4: Xác định sơ bộ lượng nước trộn theo bảng 1.9, dựa vào đường kính danh
nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn và độ sụt yêu cầu của hỗn hợp bê tông.
Bảng 1.9 : Lượng nước trộn gần đúng cho 1m
3
hỗn hợp bê tông
Độ sụt (cm)
Đường kính danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn (mm)
9 12,5 19 25 37,5 50 75 100
1 – 2 208 199 187 178 163 154 131 112
3 – 4 228 217 202 193 178 169 145 125
6 – 7 243 228 214 202 187 178 160
Hàm lượng khí gần
đúng trong bê tông, %
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0,3 0,2
Ghi chú:
1) Đường kính danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn lấy theo mắt sàng Mỹ có kích
thước hơi khác các sàng mà chúng ta thường dùng theo TCVN 1771 - 1987. Có thể dùng giá
trị tương đương.
2) Lượng nước dùng cho bê tông có đường kính danh nghĩa lớn nhất lớn hơn 37 mm
được ghi trong bảng 1.9 ứng với độ sụt của hỗn hợp bê tông đã được sàng ướt để loại bỏ các
hạt lớn hơn 37,5 mm (có nghĩa là trong hỗn hợp bê tông không còn những hạt lớn hơn 37,5
mm).
3) Số liệu về lượng nước trộn ghi trong bảng 1.9 ứng với đá dăm cấp phối tốt, nếu là
đá sỏi, lượng nước trộn thường giảm đi 10 1ít.
15
4) Nhiệt độ đổ bê tông cũng ảnh hưởng đến lượng nước trộn yêu cầu, cần có sự điều

chỉnh lượng nước trộn.
5) Nếu dùng phụ gia giảm nước (hoá dẻo hay siêu dẻo), thì giảm lượng nước trộn theo
khả năng giảm nước của phụ gia. Lượng nước có sẵn trong phụ gia lỏng đưa vào bê tông
phải được coi là một phần của lượng nước trộn bê tông.
Bước 5: Xác định hàm lượng khí khi pha phụ gia cuốn khí - Chọn hàm lượng không
khí trong hỗn hợp bê tông có đường danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn khác nhau theo
bảng 1.10.
Bảng 1.10 : Hàm lượng vữa và hàm lượng khí gần đúng trong hỗn hợp bê tông
Loại cốt liệu lớn và D
max
Hàm lượng vữa
(m
3
/m
3
± 0,01)
Tổng hàm lượng khí,
%
Đá dăm 150 mm 0,39 3,0 - 4,0
Đá cuội 150 mm 0,37 3,0 - 4,0
Đá dăm 75 mm 0,44 3,5 - 4,5
Đá sỏi 75 mm 0,43 3,5 - 4,5
Giữa tổng hàm lượng khí (A) và hàm lượng khí của phần bê tông đã loại bỏ các hạt lớn
hơn 37,5 mm (a) có quan hệ sau đây:
A =







−+
100
11
a
r
a
;
trong đó: A: Tổng hàm lượng khí được biểu thị bằng %;
a : Hàm lượng khí của phần bê tông đã sàng bỏ các hạt lớn hơn 37,5mm, %;
r : Tỷ số giữa thể tích tuyệt đối của cốt liệu lớn hơn 37,5mm và thể tích tuyệt đối của
tất cả các vật liệu trong hỗn hợp trừ thể tích khí.
Nếu 100% hạt cốt liệu lọt qua sàng 37,5mm thì r = 0 và A = a.
Bước 6: Tính hàm lượng xi măng trong 1m
3
hỗn hợp bê tông theo tỉ lệ N/CKD và
lượng nước trộn được xác định được ở trên.
Bước 7: Xác định thể tích tuyệt đối của chất dính kết (xi măng + puzơlan) theo công
thức:
V
ckd
=
(1000)ρ
CKD
ckd
m
3
; trong đó: ρ
ckd
=

100
)100(. xx
Px
−+
ρρ
V
x
= V
ckd
(1 - F
p
) và V
p
= V
ckd
. F
p
;
trong đó:
- V
ckd
: Thể tích tuyệt đối của chất kết dính, m
3
;
- V
x
: Thể tích tuyệt đối của xi măng, m
3
;
16

- V
p
: Thể tích tuyệt đối của puzơlan, m
3
;
- CKD: Khối lượng của chất kết dính, kg;
- ρ
cdk
: Khối lượng riêng của chất kết dính, kg/dm
3
;
- ρ
x
: Khối lượng riêng của xi măng, kg/dm
3
;
- ρ
P
: Khối lượng riêng của puzơlan, kg/dm
3
;
- F
P
: Tỉ lệ puzơlan tính theo thể tích tuyệt đối của chất kết dính;
- x: Hàm lượng ximăng được tính bằng % khối lượng chất dính kết.
Bước 8: Xác định hàm lượng cốt liệu lớn theo bảng 1.11 dựa trên môđun độ lớn của
cát và đường kính danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn.
Bảng 1.11 : Hàm lượng cốt liệu lớn
(theo % thể tích tuyệt đối của tổng hàm lượng cốt liệu)
Loại cốt liệu lớn

và D
max
Mô đun độ lớn của cát
2,40 2,60 2,80 3,00
CTN CN CTN CN CTN CN CTN CN
Đá dăm 150 mm 80 78 79 77 78 76 77 75
Đá sỏi 150 mm 82 80 81 79 80 78 79 77
Đá dăm < 75 mm 75 73 74 72 73 71 72 70
Đá sỏi < 75 mm 77 75 76 74 75 73 74 70
Ghi chú: CTN là cát tự nhiên; CN là cát nghiền.
Bước 9: Xác định thể tích tuyệt đối của cát đá bằng cách lấy một đơn vị thể tích bê
tông trừ đi thể tích tuyệt đối của mỗi thành phần như đã được tính ở bước 4 và bước 7. Dựa
vào % lượng cốt liệu lớn đã được chọn ở bước 8, xác định thể tích tuyệt đối của cốt liệu lớn
và cốt liệu nhỏ trong hỗn hợp bê tông.
Bước 10: Lập tổ hợp các cỡ hạt riêng biệt của cốt liệu lớn, rồi phối hợp lại để được
thành phần như trong bảng 1.12.
Bảng 1.12 : Cấp phối cốt liệu lớn có D
max
bằng 150mm và 75mm.
Kích thước
sàng, mm
D
max
= 150mm D
max
= 75mm
% lọt sàng % lọt sàng
Đá dăm Đá sỏi Đá dăm Đá sỏi
150 100 100
125 85 89

100 70 78
75 54 64 100 100
17
50 38 49 69 75
37,5 28 39 52 61
25 19 28 34 44
19 13 21 25 33
15 5 9 9 14
Bước 11: Chuyển đổi tất cả thể tích tuyệt đối của các vật liệu thành phần trong hỗn hợp
bê tông sang khối lượng của chúng bằng cách nhân thể tích tuyệt đối với khối lượng riêng
của từng vật liệu.
Bước 12: Kiểm tra hàm lượng vữa.
Từ các thể tích tuyệt đối được tính ở trên, tính hàm lượng vữa rồi so sánh kết quả đó
với giá trị tra được ở bảng 1.10 và làm thí nghiệm trên bê tông để điều chỉnh thành phần bê
tông sao cho đạt được các yêu cầu đã đề ra.
So sánh hai phương pháp tính thành phần bê tông thông thường và bê tông khối lớn
của Mỹ ACI 211.1. Standard practice for selecting proportion for normal, heavyweight and
mass concrete, thấy rằng:
- Khi xác định tỉ lệ N/X hai phương pháp đó dùng hai bảng khác nhau:
Trong bảng quan hệ giữa N/X và R
b
đối với bê tông thường (bảng 5.3.4 (a)) chỉ đề cập
đến bê tông cuốn khí và không cuốn khí, còn đối với bê tông khối lớn (bảng A5.7) lại chỉ đề
cập đến loại cốt liệu (cốt liệu tự nhiên và cốt liệu nghiền).
Trong bảng quan hệ giữa N/X và loại kết cấu đối với bê tông thường (Bảng 5.3.4 (b))
phân biệt hai điều kiện: (1) kết cấu bị khô ẩm liên tiếp hoặc đóng băng và tan băng và (2)
kết cấu tiếp xúc với nước biển hoặc nước chứa sunfat; còn đối với bê tông khối lớn (bảng
A5.8) lại phân ra hai trường hợp: (1) khí hậu khắc nghiệt hoặc khắc nghiệt vừa và (2) khí
hậu ôn hòa, ít băng giá.
- Bảng tra hàm lượng nước sơ bộ cho hai loại bê tông đó là giống nhau. (Bảng A1.

5.3.3).
- Bảng tra hàm lượng cốt liệu lớn cho hai loại bê tông đó có khác nhau. Bảng tra đối
với bê tông thường (Bảng 5.3.6) cho thể tích của đá được đầm chọc trong 1 đơn vị thể tích
bê tông chỉ đề cập đến hai yếu tố ảnh hưởng là đường kính danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu
lớn (D
max
) và mô đun độ lớn của cát; bảng tra đối với bê tông khối lớn (Bảng A5.5) cho thể
tích tuyệt đối của đá là % của tổng thể tích tuyệt đối của cát + đá lại đề cập đến ba yếu tố
ảnh hưởng là đường kính danh nghĩa lớn nhất của cốt liệu lớn (D
max
), mô đun độ lớn của cát
và loại cốt liệu (cốt liệu tự nhiên và cốt liệu nghiền).
- Trong thiết kế thành phần bê tông khối lớn có bảng tra hàm lượng vữa và hàm lượng
khí gần đúng trong bê tông, mặc dù bảng tra hàm lượng nước (Bảng A1.5.3.3) đã có nêu
hàm lượng khí trong bê tông cuốn khí và không cuốn khí.
18
Ngoài ra còn mấy điểm đáng chú ý là :
- Hai phương pháp thiết kế thành phần bê tông thường và bê tông khối lớn nói trên đều
là các phương pháp của Mỹ. Theo tiêu chuẩn của Mỹ (ASTM C192 và AASHTO 126),
cường độ bê tông được xác định trên mẫu chuẩn hình trụ có kích thước như sau: đường kính
bằng 15cm và chiều cao bằng 30cm. Nếu chuyển sang cường độ mẫu lập phương 15 x 15 x
15cm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 3118: 1993), có thể nhân với hệ số trung bình
bằng1,2.
- Trong bảng quan hệ (
X
N
- R
b
) (Bảng A5.7) đối với bê tông khối lớn ở tiêu đề ghi rõ
là bê tông cuốn khí. Không có bảng ứng với bê tông không cuốn khí. Như vậy chứng tỏ

rằng trong bê tông khối lớn ở Mỹ đều có phụ gia cuốn khí nhằm mục đích chính là chống
băng giá. Phụ gia cuốn khí cũng có tác dụng tăng dẻo một phần (như vậy có thể giảm nước
trộn) và tăng tính chống thấm. Khi ta áp dụng bảng này, có nghĩa là có sự châm trước, vì ở
nước ta ít dùng phụ gia cuốn khí trong bê tông; nhưng điều đó cũng không đáng ngại, vì sau
khi tính toán thành phần, còn phải trộn thử và thí nghiệm để hiệu chỉnh thành phần tính
toán, cuối cùng vẫn được bê tông có các tính chất đạt yêu cầu đã đề ra.
2. Phương pháp thể tích tuyệt đối
Ở nước ta thường dùng phương pháp thể tích của Liên Xô để thiết kế thành phần bê
tông nặng nói chung. Như vậy có thể vận dụng phương pháp này để thiết kế thành phần bê
tông khối lớn cho đập bê tông trọng lực. Phương pháp này đã được đưa vào chỉ dẫn kỹ thuật
: Bộ xây dựng (1998) - Chỉ dẫn kỹ thuật - Chọn thành phần bê tông các loại và có một số cải
biến so với phương pháp của Nga hiện nay.
19