Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tro bay CMC đến tính chất xi măng tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay cmc đến tính chất của xi măng, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện

• Tác giả: Phạm Thị Chọn
• Người hướng dẫn: PGS. Nghiêm Xuân Thung
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa học vô cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Phụ Gia Hỗn Hợp Tro Bay - CMC Đến Tính Chất Của Xi Măng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về xi măng pooclăng
• 1.2. Khái niệm về xi măng pooclăng
• 1.3. Thành phần của clinker pooclăng
• 1.3.1. Khái niệm về clinker xi măng
• 1.3.2. Thành phần hóa học
• 1.3.3. Thành phần pha
• 1.4. Phản ứng thủy hóa của xi măng
• 1.4.1. Sự hydrat hóa của C3S (alit)
• 1.4.2. Sự hydrat hóa của C2S (Belit)
• 1.4.3. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat)
• 1.4.4. Sự hydrat hóa của C4AF
• 1.5. Quá trình hình thành và tính chất cơ lý của đá xi măng
• 1.5.1. Định nghĩa
• 1.5.2. Quá trình hình thành đá xi măng (Cơ chế đông rắn của vữa)
• 1.6. Các tính chất cơ lý của xi măng
• 1.6.1. Độ mịn của xi măng
• 1.6.2. Lượng nước tiêu chuẩn
• 1.6.3. Thời gian ninh kết của xi măng
• 1.6.4. Độ ổn định thể tích của đá xi măng
• 1.6.5. Cường độ của xi măng (hay mác xi măng)
• 1.6.6. Độ rỗng đá xi măng
• 1.7. Vai trò của phụ gia xi măng
• 1.7.1. Định nghĩa về phụ gia xi măng
• 1.7.2. Tính chất của phụ gia xi măng
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và dụng cụ
• 2.2. Xác định thành phần hoá học và độ hoạt tính của tro bay
• 2.3. Xác định thành phần pha của tro bay
• 2.4. Xác định hoạt tính của phụ gia tro bay
• 2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của vữa xi măng Hoàng Thạch
• 2.5.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu
• 2.5.2. Xác định độ dẻo của hồ xi măng
• 2.5.3. Phương pháp tiến hành
• 2.5.4. Xác định lượng nước tiêu chuẩn
• 2.5.5. Xác định thời gian đông kết
• 2.5.6. Tiến hành thí nghiệm
• 2.5.7. Xác định cường độ kháng nén
• 2.6. Quá trình tạo mẫu
• 2.7. Tiến hành thí nghiệm
• 2.8. Chuẩn bị mẫu
• 2.9. Phương pháp XRD
• 2.10. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xác định thành phần hoá học của tro bay
• 3.2. Độ hoạt tính của tro bay
• 3.3. Kết quả thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn
• 3.4. Kết quả xác định thời gian đông kết
• 3.5. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ kháng nén
• 3.6. Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp XRD
• 3.7. Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ảnh hưởng của tro bay CMC đến tính chất xi măng

Tro bay CMC là một loại phụ gia khoáng hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay CMC đến tính chất của xi măng không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Tro bay CMC có khả năng cải thiện độ bền, độ dẻo và khả năng chống thấm của xi măng, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng trong các công trình xây dựng.

1.1. Khái niệm về tro bay CMC và xi măng

Tro bay CMC là sản phẩm phụ từ quá trình đốt than, chứa nhiều khoáng chất có lợi cho việc cải thiện tính chất của xi măng. Xi măng pooclăng là loại xi măng phổ biến nhất, được sản xuất từ clinker và thạch cao. Việc kết hợp tro bay CMC với xi măng pooclăng có thể tạo ra những sản phẩm bê tông có chất lượng cao hơn.

1.2. Tính chất cơ bản của xi măng pooclăng

Xi măng pooclăng có nhiều tính chất quan trọng như độ mịn, thời gian ninh kết, và cường độ kháng nén. Những tính chất này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thi công và độ bền của bê tông. Việc sử dụng tro bay CMC có thể làm thay đổi các tính chất này theo hướng tích cực.

II. Vấn đề và thách thức trong việc sử dụng tro bay CMC

Mặc dù tro bay CMC mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc sử dụng nó cũng gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự biến đổi tính chất của xi măng khi kết hợp với tro bay CMC. Điều này có thể dẫn đến sự không đồng nhất trong chất lượng bê tông. Ngoài ra, việc kiểm soát tỷ lệ pha trộn giữa tro bay và xi măng cũng là một thách thức lớn.

2.1. Những thách thức trong việc kiểm soát chất lượng

Việc kiểm soát chất lượng của tro bay CMC là rất quan trọng. Nếu không được kiểm soát chặt chẽ, tro bay có thể chứa tạp chất không mong muốn, ảnh hưởng đến tính chất của xi măng. Các nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ tro bay CMC trong xi măng cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả tốt nhất.

2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay CMC đến tính chất xi măng

Tỷ lệ tro bay CMC trong xi măng có thể ảnh hưởng đến độ bền, độ dẻo và khả năng chống thấm của bê tông. Nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ tối ưu thường nằm trong khoảng từ 10% đến 30%. Việc vượt quá tỷ lệ này có thể dẫn đến sự giảm sút về chất lượng.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay CMC

Để nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay CMC đến tính chất của xi măng, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định độ dẻo, thời gian ninh kết và cường độ kháng nén của mẫu xi măng có chứa tro bay CMC. Phương pháp XRD và SEM cũng được sử dụng để phân tích cấu trúc của mẫu.

3.1. Phương pháp thí nghiệm xác định tính chất xi măng

Các thí nghiệm xác định tính chất xi măng bao gồm việc đo độ dẻo, thời gian ninh kết và cường độ kháng nén. Những thông số này giúp đánh giá chính xác ảnh hưởng của tro bay CMC đến tính chất của xi măng.

3.2. Phân tích cấu trúc bằng phương pháp XRD và SEM

Phương pháp XRD và SEM được sử dụng để phân tích cấu trúc của mẫu xi măng có chứa tro bay CMC. Những phân tích này giúp hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa tro bay và các thành phần khác trong xi măng, từ đó đưa ra những kết luận chính xác về ảnh hưởng của tro bay CMC.

IV. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của tro bay CMC

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng tro bay CMC có thể cải thiện đáng kể tính chất của xi măng. Cường độ kháng nén của mẫu xi măng có chứa tro bay CMC cao hơn so với mẫu không có. Ngoài ra, thời gian ninh kết cũng được kéo dài, giúp cho quá trình thi công dễ dàng hơn.

4.1. Cường độ kháng nén của xi măng có chứa tro bay CMC

Các thí nghiệm cho thấy cường độ kháng nén của mẫu xi măng có chứa tro bay CMC cao hơn từ 10% đến 20% so với mẫu đối chứng. Điều này cho thấy tro bay CMC có khả năng cải thiện đáng kể độ bền của bê tông.

4.2. Thời gian ninh kết và độ dẻo của xi măng

Thời gian ninh kết của mẫu xi măng có chứa tro bay CMC được kéo dài, giúp cho quá trình thi công dễ dàng hơn. Độ dẻo của mẫu cũng được cải thiện, cho phép dễ dàng hơn trong việc trộn và đổ bê tông.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của tro bay CMC đến tính chất của xi măng đã chỉ ra rằng việc sử dụng loại phụ gia này mang lại nhiều lợi ích. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn và kiểm soát chất lượng tro bay. Triển vọng trong tương lai là phát triển các loại phụ gia mới từ tro bay để nâng cao chất lượng bê tông và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.1. Tương lai của nghiên cứu về tro bay CMC

Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các loại phụ gia mới từ tro bay, nhằm nâng cao chất lượng bê tông và giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc này không chỉ giúp cải thiện chất lượng công trình mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

5.2. Ứng dụng thực tiễn của tro bay CMC trong ngành xây dựng

Tro bay CMC có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong các công trình yêu cầu độ bền cao và khả năng chống thấm tốt. Việc sử dụng tro bay CMC không chỉ giúp cải thiện chất lượng bê tông mà còn giảm chi phí sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Xi măng pooclăng là vật liệu xây dựng cơ bản, đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp xây dựng. Theo báo cáo ngành, clinker xi măng pooclăng có thành phần chính gồm CaO (63-67%), SiO2 (21-22%), Al2O3 (4-8%) và Fe2O3 (2-4%). Quá trình thủy hóa các pha chính như C3S, C2S, C3A và C4AF tạo nên các sản phẩm kết dính, quyết định tính chất cơ lý của xi măng. Tuy nhiên, việc nâng cao chất lượng xi măng và bê tông đồng thời giảm giá thành vẫn là thách thức lớn trong bối cảnh phát triển xây dựng hiện nay.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay và carboxymethyl cellulose (CMC) đến tính chất của xi măng. Tro bay là phụ gia khoáng hoạt tính có nguồn gốc từ chất thải nhiệt điện, chứa chủ yếu SiO2 (56,04%) và có độ hoạt tính rất mạnh với lượng CaO hấp thụ lên đến 208,4 mg/g. CMC là polymer có khả năng tăng độ nhớt và kiểm soát độ sụt áp của hỗn hợp xi măng. Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của các phụ gia này đến lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết, cường độ kháng nén và độ hút nước của xi măng.

Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2014, sử dụng xi măng Hoàng Thạch và phụ gia tro bay Phả Lại. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng phụ gia khoáng và polymer nhằm nâng cao chất lượng xi măng, góp phần phát triển vật liệu xây dựng bền vững và thân thiện môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về thành phần và phản ứng thủy hóa của xi măng pooclăng, bao gồm:

• Thành phần pha clinker: C3S (37-68%), C2S (10-37%), C3A (5-15%), C4AF (10-18%) với đặc tính phản ứng thủy hóa khác nhau ảnh hưởng đến tốc độ đông kết và cường độ xi măng.
• Phản ứng thủy hóa: Quá trình hydrat hóa các pha khoáng tạo ra gel C-S-H và Ca(OH)2, quyết định tính chất cơ lý và độ bền của đá xi măng.
• Tính chất cơ lý xi măng: Độ mịn, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian ninh kết, độ ổn định thể tích, cường độ kháng nén và độ rỗng là các chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng xi măng.
• Vai trò phụ gia: Tro bay là phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan, có khả năng phản ứng với Ca(OH)2 tạo gel C-S-H, tăng cường độ và giảm nhiệt thủy hóa. CMC là polymer tạo dung dịch keo, tăng độ nhớt, giảm tỷ lệ nước/xi măng và kéo dài thời gian đông kết.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Xi măng Hoàng Thạch, phụ gia tro bay Phả Lại và CMC dạng công nghiệp.
• Chuẩn bị mẫu: Mẫu vữa xi măng được trộn với tỷ lệ phụ gia khác nhau (tro bay 0-8%, CMC 0-0.8%, hỗn hợp tro bay + CMC) theo tỷ lệ xi măng/cát = 1/3, nước/xi măng = 0.5.
• Phương pháp phân tích:
  • Xác định lượng nước tiêu chuẩn bằng dụng cụ Vika.
  • Đo thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết theo tiêu chuẩn.
  • Thử cường độ kháng nén mẫu lập phương 5x5x5 cm ở các tuổi 7, 28, 56 ngày.
  • Xác định độ hút nước bão hòa qua cân mẫu khô và mẫu ngâm nước.
  • Phân tích thành phần pha bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).
  • Quan sát vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
• Cỡ mẫu: Mỗi tỷ lệ phụ gia được thử ít nhất 3 mẫu để đảm bảo độ tin cậy.
• Timeline nghiên cứu: Thí nghiệm kéo dài trong 3 tháng, theo dõi các chỉ tiêu ở các tuổi mẫu 7, 28, 56 ngày.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lượng nước tiêu chuẩn:

   • Mẫu không phụ gia có lượng nước tiêu chuẩn 29,0%.
   • Khi thêm tro bay, lượng nước tiêu chuẩn tăng từ 29,0% lên đến 35,0% với tỷ lệ phụ gia 8%.
   • Với CMC, lượng nước tiêu chuẩn giảm nhẹ từ 29,0% xuống 28,0% khi tăng tỷ lệ phụ gia lên 0,8%.
   • Hỗn hợp tro bay + CMC làm lượng nước tiêu chuẩn tăng nhưng mức tăng thấp hơn so với tro bay đơn lẻ, dao động từ 29,0% đến 34,5%.

2. Thời gian đông kết:

   • Thời gian bắt đầu đông kết mẫu không phụ gia là 131 phút, kết thúc đông kết 212 phút.
   • Tro bay làm kéo dài thời gian bắt đầu đông kết lên đến 237 phút và kết thúc đông kết lên 431 phút ở tỷ lệ 8%.
   • CMC kéo dài thời gian đông kết hơn tro bay, với thời gian bắt đầu đông kết lên đến 247 phút và kết thúc đông kết 452 phút ở tỷ lệ 0,8%.
   • Hỗn hợp hai phụ gia cũng kéo dài thời gian đông kết tương tự, với thời gian kết thúc đông kết lên đến 486 phút.

3. Cường độ kháng nén:

   • Ở 7 ngày, cường độ kháng nén mẫu không phụ gia là 27,4 N/mm², tăng lên 29,8 N/mm² với 2% tro bay và 30,5 N/mm² với 0,2% CMC.
   • Ở 28 ngày, cường độ tăng từ 35,0 N/mm² (mẫu không phụ gia) lên 39,5 N/mm² (2% tro bay) và 41,0 N/mm² (0,2% CMC).
   • Hỗn hợp tro bay 2% + CMC 0,2% cho cường độ cao nhất, đạt 42,5 N/mm² ở 28 ngày và tiếp tục tăng ở 56 ngày.
   • Cường độ tăng rõ rệt do tro bay lấp đầy lỗ rỗng mao quản và CMC giảm tỷ lệ nước/xi măng.

4. Độ hút nước bão hòa:

   • Mẫu không phụ gia có độ hút nước bão hòa 11,98% ở 7 ngày, giảm dần theo thời gian.
   • Mẫu có phụ gia tro bay và CMC có độ hút nước thấp hơn, chứng tỏ khả năng giảm độ thấm nước và tăng tính bền vững của đá xi măng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phụ gia tro bay và CMC đều có ảnh hưởng tích cực đến tính chất của xi măng. Tro bay với thành phần SiO2 và Al2O3 hoạt tính cao phản ứng với Ca(OH)2 tạo gel C-S-H, làm tăng cường độ và giảm lỗ rỗng. Tuy nhiên, tro bay làm tăng lượng nước tiêu chuẩn do phản ứng thủy hóa tiêu tốn nước. Ngược lại, CMC làm giảm lượng nước tiêu chuẩn nhờ khả năng phân tán hạt xi măng và tăng độ nhớt, kéo dài thời gian đông kết.

Sự kết hợp hai phụ gia tận dụng ưu điểm của từng loại, vừa tăng cường độ vừa kiểm soát lượng nước và thời gian đông kết phù hợp cho thi công. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng sử dụng phụ gia khoáng và polymer để nâng cao chất lượng xi măng và bê tông. Biểu đồ lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết và cường độ kháng nén theo tỷ lệ phụ gia minh họa rõ ràng xu hướng này.

Phân tích XRD và SEM cho thấy cấu trúc vi mô của mẫu có phụ gia chặt hơn, ít lỗ rỗng hơn, góp phần giải thích sự tăng cường độ và giảm độ hút nước. Điều này khẳng định hiệu quả của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC trong cải thiện tính chất vật liệu xây dựng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tỷ lệ phụ gia tối ưu: Khuyến nghị sử dụng 2% tro bay kết hợp 0,2% CMC để đạt cường độ kháng nén cao nhất và kiểm soát tốt lượng nước tiêu chuẩn, phù hợp cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp trong vòng 1 năm tới.

2. Tăng cường nghiên cứu ứng dụng thực tế: Thực hiện các thử nghiệm quy mô lớn tại công trường để đánh giá hiệu quả phụ gia trong điều kiện thi công thực tế, nhằm điều chỉnh tỷ lệ và quy trình trộn phù hợp.

3. Phát triển công nghệ nghiền mịn tro bay: Đầu tư công nghệ nghiền siêu mịn tro bay để nâng cao hoạt tính puzơlan, giảm lượng nước tiêu chuẩn và tăng cường độ bền cho xi măng.

4. Đào tạo và chuyển giao kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ sư, công nhân xây dựng về sử dụng phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC, đảm bảo áp dụng đúng kỹ thuật, nâng cao chất lượng công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu vật liệu xây dựng: Nghiên cứu sâu về ảnh hưởng của phụ gia khoáng và polymer đến tính chất xi măng, phát triển vật liệu mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất xi măng và bê tông: Áp dụng kết quả để cải tiến sản phẩm, giảm chi phí nguyên liệu và nâng cao chất lượng.

3. Kỹ sư và nhà thầu xây dựng: Lựa chọn phụ gia phù hợp để tối ưu hóa quy trình thi công, tăng độ bền và tuổi thọ công trình.

4. Cơ quan quản lý và chính sách: Xây dựng tiêu chuẩn, quy định về sử dụng phụ gia trong ngành xây dựng, thúc đẩy phát triển vật liệu thân thiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phụ gia tro bay có ảnh hưởng thế nào đến lượng nước tiêu chuẩn?
   Tro bay làm tăng lượng nước tiêu chuẩn do phản ứng thủy hóa tiêu tốn nước và đặc tính hạt mịn cần nhiều nước để đảm bảo độ dẻo.

2. Tại sao CMC lại làm giảm lượng nước tiêu chuẩn?
   CMC phân tán hạt xi măng hiệu quả, tạo độ nhớt cao, giảm ma sát giữa các hạt, từ đó giảm nhu cầu nước để đạt độ dẻo tiêu chuẩn.

3. Sự kết hợp tro bay và CMC có ưu điểm gì?
   Kết hợp tận dụng khả năng tăng cường độ của tro bay và giảm lượng nước, kéo dài thời gian đông kết của CMC, giúp cải thiện tổng thể tính chất xi măng.

4. Thời gian đông kết kéo dài có ảnh hưởng gì đến thi công?
   Thời gian đông kết kéo dài giúp tăng thời gian thi công, giảm nguy cơ nứt do đông kết nhanh, phù hợp với các công trình lớn hoặc thi công trong điều kiện thời tiết nóng.

5. Cường độ kháng nén của xi măng có thể tăng bao nhiêu khi sử dụng phụ gia?
   Cường độ kháng nén có thể tăng từ 10-20% so với mẫu không phụ gia, tùy thuộc tỷ lệ và loại phụ gia sử dụng.

Kết luận

• Phụ gia tro bay có độ hoạt tính rất mạnh, làm tăng lượng nước tiêu chuẩn và kéo dài thời gian đông kết xi măng.
• CMC giúp giảm lượng nước tiêu chuẩn, tăng độ nhớt và kéo dài thời gian đông kết hiệu quả hơn tro bay.
• Sự kết hợp tro bay 2% và CMC 0,2% cho cường độ kháng nén cao nhất, cải thiện đáng kể tính chất cơ lý của xi măng.
• Kết quả nghiên cứu phù hợp với các lý thuyết về phản ứng thủy hóa và vai trò của phụ gia trong xi măng.
• Đề xuất áp dụng phụ gia hỗn hợp trong sản xuất và thi công xi măng để nâng cao chất lượng và giảm chi phí, đồng thời khuyến khích nghiên cứu ứng dụng thực tế trong thời gian tới.

Hãy bắt đầu áp dụng phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC để nâng cao hiệu quả vật liệu xây dựng và phát triển bền vững ngành công nghiệp xi măng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 : TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về xi măng pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13, 14, 15) 1.Khái niệm về xi măng pooclăng (6, 8, 14, 15) Xi măng pooclăng là một nhóm kết dính thuỷ lực có khả năng đóng rắn và ngưng kết khi phản ứng với nước. Đó là sản phẩm nhân tạo được nghiền mịn từ clinker xi măng pooclăng, thạch cao, phụ gia.Thành phần của clinker pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13) 1. Khái niệm về clinker xi măng (6, 7, 8, 10) Clinker xi măng pooclăng là sản phẩm ban đầu trong quá trình sản xuất xi măng pooclăng.

Clinker thường ở dạng hạt có đường kính 10-40mm, cấu trúc phức tạp (có nhiều khoáng ở dạng tinh thể và một số khoáng ở dạng vô định hình). Chất lượng của Clinker phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và công nghệ sản xuất. Tính chất của xi măng do chất lượng của Clinker quyết định.Thành phần hóa học (6, 7, 8, 10, 12, 13) Clinker pooclăng là sản phẩm ban đầu trong quá trình sản xuất xi măng pooclăng. Thành phần hóa học của clinker được trình bày ở bảng dưới đây: Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clinker: Thành phần hóa học CaO Al2O3 SiO2 Fe2O3 Tỷ lệ % khối lượng 63- 67 4- 8 21- 22 2- 4 Ngoài ra còn có những tạp chất không mong muốn như MgO khoảng 1- 4%, oxit kiềm 0.Thành phần pha(6, 8, 10, 12).

Thành phần pha của clinker được trình bày ở bảng sau: Bảng 1.2: Thành phần pha của clinker Thành C3S C2S C3A C4AF phần pha (3CaO.Fe2O3) Tỷ lệ % 37- 68 10- 37 5- 15 10 – 18 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Đặc tính của từng pha: *Alit (C3S): bao gồm 3CaO.SiO2 chiếm từ 45-60% trong clinker. Khoáng này phản ứng nhanh với nước, tỏa nhiều nhiệt, cho sản phẩm đông rắn cao nhất sau 28 ngày. Đây là một pha quan trọng nhất của clinker. *Belit( C2S): bao gồm 2CaO.SiO2 chiếm 20-30% trong clinker.

Khoáng này phản ứng với nước tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm có độ đông rắn chậm nhưng 28 ngày cũng đạt được yêu cầu bằng alit. *Celit (C4AF): là khoáng chiếm 5-15% trong clinker, là khoáng cho phản ứng tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm ứng với độ đông rắn thấp. *Canxi aluminat (C3A): bao gồm 3CaO. Khoáng này phản ứng nhanh với nước tỏa nhiều nhiệt.

Cho sản phẩm phản ứng ban đầu đông rắn nhanh nhưng sau đó lại chậm và kém alit. Phản ứng thủy hóa của xi măng (4, 5, 6, 7, 8, 9, 17) Khi trộn xi măng với nước các pha C3S, C2S, C3A, C4AF thực hiện phản ứng thủy hóa. Tuỳ thuộc vào loại khoáng, hàm lượng khoáng, hàm lượng pha thủy tinh mà khả năng tương tác của xi măng với nước là khác nhau tạo nên pha kết dính CxSyHz và CxAyHz, Ca(OH)2 và Al(OH)3. Quá trình hiđrat hoá tạo pha Pooclandit Ca(OH)2 và Al(OH)3 là những hiđrôxit dễ tan trong nước và chúng để lại những lỗ trống mao quản đồng thời quá trình bay hơi của nước dư trong thời kỳ hiđrat hoá tạo nên độ xốp, rỗng trong vữa xi măng và bê tông.

Sự hydrat hóa của C3S (alit) Thời kì ban đầu ngay khi đổ nước vào để trộn vữa bề mặt của hạt C3S tan dần ra để cung cấp các ion Ca2+, OH-, H2SiO42- vào dung dịch. Dần dần dung dịch trở nên quá bão hòa Ca(OH)2 và pha rắn này bắt đầu kết tủa gọi là pha pooclandit. Lúc này có sự cạnh tranh nảy sinh các tinh thể Ca(OH)2 và CSH. Ở điều kiện thường, phản ứng thủy hóa chỉ hoàn toàn kết thúc sau thời gian 1 đến 1.5 năm và có thể viết như sau: 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Hàm lượng C3S trong xi măng chiếm tỷ lệ lớn nên lượng Ca(OH)2 tách ra khá lớn. Sự hydrat hóa của C2S (Belit) Phản ứng hydrat hóa của C2S tạo thành hydro silicat và một số lượng Ca(OH)2,nhưng lượng Ca(OH)2 tách ra ở phản ứng này ít hơn ở phản ứng thủy hóa của C3S. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat). Sự tác dụng tương hỗ giữa C3A và H2O sẽ sinh ra phản ứng và phát ra một lượng nhiệt khá lớn theo phương trình sau: 3CaO.6H2O Phản ứng phụ: khi trong xi măng Pooclăng có mặt của thạch cao sống thì sẽ tác dụng với thành phần C3A và hình thành một khoáng vật mới gây trương nở thể tích theo phản ứng sau: 3CaO.

Sự hydrat hóa của C4AF Khi cho C4AF tác dụng với H2O trong điều kiện xi măng thủy hóa hoàn toàn và hình thành một lượng vôi bão hòa thì phản ứng sẽ xảy ra trong điều kiện nhiệt độ của môi trường theo phương trình phản ứng sau: 4CaO. Quá trình hình thành và tính chất cơ lý của đá xi măng (5, 7, 10, 11) 1. Định nghĩa ( 5, 7, 10) Hỗn hợp bao gồm xi măng, cát và nước gọi là vữa xi măng, sau một thời gian hydrat hóa tạo thành một khối rắn chắc gọi là đá xi măng. Quá trình hình thành đá xi măng (Cơ chế đông rắn của vữa): 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Bắt đầu từ khi trộn nước và hỗn hợp phối liệu (thường là 1 xi măng 3 cát) độ dẻo của vữa tăng dần.

Phản ứng của C3A bắt đầu, những tinh thể ettringit bắt đầu xuất hiện. Khoảng cách giữa các hạt xi măng chứa dung dịch bão hòa SO42- và Ca2+. Ngay tức khắc monosunfat được tạo thành, sản phẩm này ngăn chặn sự tấn công ồ ạt của nước, quá trình hydrat hóa chậm lại. Sau đó phản ứng kết tinh của silicat, aluminat phía trong màng, màng bị phá vỡ và sự hydrat hóa xảy ra tiếp tục.

Quá trình trên lặp lại nhiều lần, hydrosilicat canxi, hydroaluminat canxi dạng sợi, dạng hình kim … được tạo thành. Khi nồng độ cao SO42- và Ca2+ không còn đủ lớn tạo thành ettringit, sự tạo thành gel C-S-H xảy ra liên tục. Chính nhờ cơ chế này mà tạo nên cường độ của xi măng. Người ta chia quá trình đóng rắn của đá xi măng thành các giai đoạn: *Giai đoạn 1: Xảy ra sự khuếch tán các hạt xi măng vào trong nước, các phân tử nước tấn công ồ ạt lên bề mặt các hạt xi măng.

Bắt đầu hình thành Ca(OH)2 và monosufat C3A.H2O (ettringit) trên bề mặt các hạt khoáng. Giai đoạn kéo dài khoảng 10 phút và không tạo thành cấu trúc. *Giai đoạn 2: Tốc độ phản ứng hydrat hóa chậm lại do keo monosunfat hình thành bao bọc lấy các hạt xi măng, độ dẻo của vữa trong giai đoạn này là ổn định, sau đó xuất hiện sự kết tinh của các tinh thể silicat, aluminat phía trong phá hủy màng. Quá trình thủy hóa trên được lặp đi lặp lại đến khi nồng độ SO42- không còn đủ để tạo thành ettringit, giai đoạn này kéo dài khoảng 2 giờ và các gel C-S-H bắt đầu xuất hiện.

*Giai đoạn 3: Do nồng độ SO42- quá nhỏ, khả năng tạo lớp keo giả bền và ettringit không còn nữa, tốc độ phản ứng tăng vọt, sự hình thành gel C-S-H lấp đầy vào khoảng trống giữa các hạt xi măng rất nhanh chóng. Cứ thế đá xi măng được tạo thành và cường độ của đá (tính theo cường độ kháng nén) bắt đầu phát triển mạnh. Giai đoạn này kéo dài 24 giờ và phần nhiều khoáng xi măng đã tham gia quá trình hydrat hóa. 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] *Giai đoạn 4: Sau 24 giờ tốc độ thủy hóa của các khoáng bắt đầu giảm dần, cấu trúc bắt đầu ổn định và phản ứng thủy hóa vẫn tiếp tục với phần khoáng còn lại.

Các tính chất cơ lý của xi măng (5, 10, 11) 1. Độ mịn của xi măng Là đại lượng biểu thị cho kích thước của các hạt xi măng được thể hiện bằng phần trăm còn lại trên sàng hay dưới sàng có kích thước lỗ nhất định. Có độ mịn cao thì kích thước hạt xi măng nhỏ diện tích tiếp xúc của các hạt xi măng với nước làm tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của xi măng làm cho xi măng dễ tác dụng với nước, rắn chắc nhanh. Độ mịn được xác định bằng hai cách : + Sàng bằng Rây N0088 (4900 lỗ/cm).

+ Đo độ mịn theo phương pháp Blaine.Lượng nước tiêu chuẩn Là tỷ lệ nước và xi măng cần thiết đề thực hiện quá trình ban đầu của sự đóng rắn tạo nên vữa xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn. Khi nước dư nhiều ảnh hưởng nhiều đến tốc độ phát triển cường độ, cho cường độ thấp vì tạo độ xốp trong đá xi măng. Xi măng pooclăng thường có lượng nước tiêu chuẩn từ 24-30%. Thời gian ninh kết của xi măng Khi trộn xi măng với nước sẽ xảy ra phản ứng thủy hóa của các khoáng trong xi măng, vữa tạo thành theo thời gian mất dần tính dẻo, sau đó trở nên cứng và có thể chịu lực.

Có 2 loại thời gian ninh kết: +Thời gian bắt đầu ninh kết: Là thời gian từ khi bắt đầu trộn nước đến trước khi vữa mất tính dẻo. +Thời gian kết thúc ninh kết: Là thời gian từ khi trộn nước đến khi vữa cứng lại và có thể chịu lực. 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thời gian ninh kết của đá xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng clinker, lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn của xi măng, nhiệt độ môi trường, lượng và loại phụ gia pha. Độ ổn định thể tích của đá xi măng Trong suốt quá trình đóng rắn, thể tích của đá xi măng luôn thay đổi.

Nếu sự thay đổi này quá lớn hoặc quá nhanh sẽ gây ra rạn nứt công trình. Sự không ổn định thể tích của xi măng là do oxit CaO và oxit MgO gây nên. *MgO tự do: không tham gia vào quá trình tạo clinker mà sau khi xi măng đóng rắn nó mới bị thủy hóa tạo Mg(OH)2 có thể tăng thể tích lên làm đá xi măng bị nứt vỡ. Có trường hợp sau hai năm MgO mới bị thủy hóa, do đó cần hạn chế lượng MgO < 5%.

*CaO tự do: không tham gia vào phản ứng tạo clinker mà nằm ở dạng oxit canxi bị các chất nóng chảy bao bọc xung quanh nên bị thủy hóa chậm gây nở thể tích làm rạn nứt đá xi măng. Cũng có thể do cấp hạt xi măng quá lớn, làm tốc độ thủy hóa xảy ra chậm, các sản phẩm gel C-S-H, aluminat, hình thành khi công trình ổn định cũng gây ra sự mất ổn định thể tích. Do vậy bất kì loại xi măng thành phẩm nào trên thị trường cũng phải có cấp hạt và hàm lượng các chất nằm trong giới hạn cho phép. Cường độ của xi măng (hay mác xi măng) Cường độ xi măng là giá trị lực biểu thị giới hạn bền cơ học của đá xi măng trên một đơn vị diện tích.

Là chỉ tiêu quan trọng nhất của đá xi măng, bao gồm độ bền uốn và độ bền nén của đá xi măng.