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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com *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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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.