Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm đến chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng

Luận án tiến sĩ phân tích ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm đến đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng với phụ gia hoạt tính cao.

• Tác giả: Bùi Quang Vinh
• Người hướng dẫn: TS. Văn Viết Thiên Ân
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Phương Pháp Thí Nghiệm Đến Chỉ Số Hoạt Tính Cường Độ Của Xi Măng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH CAO TRONG BÊ TÔNG VÀ XI MĂNG
• 1.1. Giới thiệu về phụ gia khoáng hoạt tính
• 1.2. Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc tự nhiên
• 1.3. Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc nhân tạo
• 1.4. Bản chất hoạt tính của phụ gia khoáng
• 1.5. Các loại phụ gia khoáng hoạt tính cao
• 1.6. Vai trò của phụ gia khoáng hoạt tính trong bê tông và xi măng
• 1.7. Các phương pháp đánh giá độ hoạt tính của phụ gia khoáng
• 1.8. Các phương pháp đánh giá tiêu chuẩn
• 1.9. Các phương pháp đánh giá phi tiêu chuẩn
• 1.10. Kết luận và định hướng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn
• 2.3. Các phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn
• 2.4. Các phương pháp thí nghiệm xác định độ hoạt của phụ gia khoáng hoạt tính cao
• 2.5. Nguyên vật liệu sử dụng
• 2.6. Phụ gia khoáng hoạt tính cao
• 2.7. Phụ gia siêu dẻo
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ
• 3.1. Ảnh hưởng của phương pháp điều chỉnh tính công tác của vữa bằng nước hoặc phụ gia giảm nước
• 3.2. Ảnh hưởng của phương pháp dưỡng hộ mẫu
• 3.3. Ảnh hưởng của ngày tuổi thí nghiệm
• 3.4. Ảnh hưởng của chế độ tạo hình, kích thước mẫu thử, cát tiêu chuẩn
• 3.5. Đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của các phụ gia khoáng bằng phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn đề xuất
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm

Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm đến chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng là một lĩnh vực quan trọng trong ngành xây dựng. Việc hiểu rõ các phương pháp thí nghiệm giúp đánh giá chính xác hơn về độ hoạt tính của các phụ gia khoáng hoạt tính cao. Các tiêu chuẩn hiện hành như TCVN 8827:2011 và ASTM C1240-15 cung cấp cơ sở cho việc thực hiện các thí nghiệm này. Sự khác biệt trong các phương pháp thí nghiệm có thể dẫn đến những kết quả khác nhau, ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả của sản phẩm xi măng.

1.1. Tầm quan trọng của chỉ số hoạt tính cường độ

Chỉ số hoạt tính cường độ là một yếu tố quyết định trong việc đánh giá khả năng của xi măng và phụ gia khoáng. Nó phản ánh khả năng kết dính và độ bền của vật liệu trong môi trường ẩm. Việc xác định chính xác chỉ số này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và ứng dụng trong thực tế.

1.2. Các tiêu chuẩn thí nghiệm hiện hành

Tiêu chuẩn TCVN 8827:2011 và ASTM C1240-15 là hai tiêu chuẩn chính được áp dụng trong nghiên cứu. Chúng quy định các phương pháp thí nghiệm cụ thể để đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng. Sự tuân thủ các tiêu chuẩn này là cần thiết để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả thí nghiệm.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu chỉ số hoạt tính cường độ

Mặc dù có nhiều phương pháp thí nghiệm, nhưng việc đạt được kết quả chính xác vẫn gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như hàm lượng phụ gia khoáng, loại cát sử dụng, và điều kiện dưỡng hộ mẫu đều có thể ảnh hưởng đến chỉ số hoạt tính cường độ. Việc lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp là rất quan trọng để giảm thiểu sai số.

2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia khoáng

Hàm lượng phụ gia khoáng thay thế trong xi măng có thể làm thay đổi đáng kể chỉ số hoạt tính cường độ. Việc xác định tỷ lệ tối ưu giữa xi măng và phụ gia là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng thực tế.

2.2. Tác động của điều kiện dưỡng hộ mẫu

Điều kiện dương hộ mẫu như nhiệt độ và độ ẩm có thể ảnh hưởng đến quá trình hydrat hóa của xi măng. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo kết quả thí nghiệm chính xác và đáng tin cậy.

III. Phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn

Có hai loại phương pháp thí nghiệm chính được sử dụng để đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng: phương pháp tiêu chuẩn và phương pháp phi tiêu chuẩn. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu.

3.1. Phương pháp tiêu chuẩn TCVN 8827 2011

Phương pháp này quy định các bước cụ thể để xác định chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng. Nó bao gồm việc sử dụng cát tiêu chuẩn và điều kiện dương hộ mẫu cụ thể để đảm bảo tính chính xác của kết quả.

3.2. Phương pháp phi tiêu chuẩn

Phương pháp phi tiêu chuẩn thường được áp dụng trong các nghiên cứu thử nghiệm mới. Mặc dù không tuân thủ hoàn toàn các quy định của tiêu chuẩn, nhưng nó có thể cung cấp những thông tin bổ ích về khả năng hoạt tính của các phụ gia khoáng mới.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm đến chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng có thể được ứng dụng trong thực tiễn sản xuất. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng đúng phương pháp thí nghiệm có thể cải thiện đáng kể độ bền và khả năng kết dính của xi măng.

4.1. Kết quả từ các thí nghiệm tiêu chuẩn

Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 8827:2011 đã cho thấy chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng có phụ gia khoáng cao hơn so với xi măng thông thường. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng phụ gia khoáng là một giải pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất thực tế

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong sản xuất xi măng và bê tông. Việc tối ưu hóa tỷ lệ phụ gia khoáng và điều kiện thí nghiệm sẽ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

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

Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm đến chỉ số hoạt tính cường độ của xi măng là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp thí nghiệm mới sẽ giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và độ tin cậy của các kết quả đánh giá.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp thí nghiệm mới và cải tiến các phương pháp hiện có. Điều này sẽ giúp nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của các kết quả đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ.

5.2. Hướng đi mới trong nghiên cứu xi măng

Hướng nghiên cứu mới có thể bao gồm việc áp dụng công nghệ mới trong sản xuất xi măng và bê tông. Việc kết hợp giữa công nghệ và nghiên cứu sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Phụ gia khoáng hoạt tính cao (HTC) như silica fume, tro trấu nghiền mịn và Meta Kaolin đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp xi măng và bê tông, góp phần nâng cao cường độ và độ bền của sản phẩm. Theo báo cáo ngành, sản lượng tro trấu chiếm khoảng 20% khối lượng hạt thóc, với hàm lượng SiO₂ vô định hình trên 85%, tạo tiềm năng lớn cho ứng dụng làm phụ gia khoáng hoạt tính. Tuy nhiên, việc đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của các phụ gia này còn gặp nhiều khó khăn do sự khác biệt trong các phương pháp thí nghiệm, tiêu chuẩn áp dụng và điều kiện thí nghiệm như loại cát, tỷ lệ nước, chế độ dưỡng hộ và tuổi thí nghiệm.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm phân tích ảnh hưởng của các phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8827:2011, tiêu chuẩn ASTM C1240-15 và phương pháp phi tiêu chuẩn đến kết quả đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của ba loại phụ gia khoáng hoạt tính cao: silica fume, tro trấu nghiền mịn và Meta Kaolin. Nghiên cứu được thực hiện tại Việt Nam trong giai đoạn 2018-2019, tập trung vào các điều kiện thí nghiệm phổ biến trong nước và quốc tế.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc chuẩn hóa phương pháp đánh giá hoạt tính puzolan, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả sử dụng phụ gia khoáng trong sản xuất xi măng và bê tông chất lượng cao, đồng thời hỗ trợ phát triển bền vững ngành vật liệu xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết phản ứng puzolan: Phụ gia khoáng hoạt tính phản ứng với Ca(OH)₂ trong môi trường ẩm tạo thành các sản phẩm hydrat silicat canxi (CSH) và hydrat aluminat canxi (CAH), góp phần tăng cường độ và độ bền của đá xi măng. Phản ứng chính được biểu diễn như sau:

$$ \text{SiO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CSH} $$

• Mô hình hiệu ứng vật lý của phụ gia khoáng: Bao gồm hiệu ứng tường chắn, hiệu ứng ổ bi, hiệu ứng phân tán và hiệu ứng điền đầy, giúp cải thiện tính công tác, giảm lượng nước trộn và tăng độ đặc chắc của hỗn hợp xi măng.

• Khái niệm chỉ số hoạt tính cường độ: Là tỷ lệ phần trăm giữa cường độ nén của mẫu vữa có chứa phụ gia khoáng so với mẫu đối chứng không chứa phụ gia, được xác định ở các tuổi thí nghiệm khác nhau (7 và 28 ngày).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng nguyên vật liệu gồm xi măng PC40 Bút Sơn, silica fume nhập khẩu từ Trung Quốc, tro trấu nghiền mịn thu được từ lò đốt kiểu giỏ lưới thép, Meta Kaolin nung từ cao lanh Yên Bái, cùng các loại cát tiêu chuẩn (cát mịn sông Hồng, cát ISO, cát ASTM C778) và phụ gia siêu dẻo Glenium® ACE 388 SureTec.

• Phương pháp phân tích: Thực hiện thí nghiệm đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ theo ba phương pháp: tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8827:2011, tiêu chuẩn ASTM C1240-15 và phương pháp phi tiêu chuẩn đề xuất kết hợp các tiêu chuẩn hiện hành. Các chỉ tiêu cơ lý của nguyên liệu được xác định theo TCVN 6017-2015, TCVN 4030-2003, TCVN 6016-2011. Phân tích hàm lượng Ca(OH)₂ trong đá xi măng bằng kỹ thuật phân tích nhiệt DTA-TG để đánh giá khả năng phản ứng puzolan.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình thí nghiệm kéo dài khoảng 12 tháng, bao gồm giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, tiến hành thí nghiệm, phân tích dữ liệu và tổng hợp kết quả.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi loại phụ gia khoáng được thử nghiệm với ít nhất 3 mẫu đơn, lấy mẫu theo quy trình chuẩn để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của phương pháp điều chỉnh tính công tác: Việc sử dụng nước hoặc phụ gia siêu dẻo để điều chỉnh độ chảy xòe của hỗn hợp vữa ảnh hưởng rõ rệt đến chỉ số hoạt tính cường độ. Ví dụ, khi dùng phụ gia siêu dẻo để đạt độ chảy xòe 110 ± 5%, chỉ số hoạt tính cường độ của silica fume đạt trên 105% theo ASTM C1240-15, cao hơn khoảng 20% so với phương pháp dùng nước theo TCVN 8827:2011.

2. Ảnh hưởng của chế độ dưỡng hộ mẫu: Dưỡng hộ ở nhiệt độ 65°C trong 6 ngày theo ASTM C1240-15 cho kết quả chỉ số hoạt tính cường độ cao hơn khoảng 15-18% so với dưỡng hộ ở điều kiện tiêu chuẩn 27°C trong 7 ngày theo TCVN 8827:2011, đặc biệt với tro trấu và Meta Kaolin.

3. Ảnh hưởng của tuổi thí nghiệm: Chỉ số hoạt tính cường độ tăng dần theo tuổi thí nghiệm, từ 7 ngày lên 28 ngày, với mức tăng trung bình khoảng 10-12% cho cả ba loại phụ gia khoáng. Điều này phản ánh quá trình phản ứng puzolan tiếp tục diễn ra và cải thiện tính chất cơ lý của đá xi măng theo thời gian.

4. Ảnh hưởng của kích thước mẫu và loại cát sử dụng: Sử dụng cát ISO với tỷ lệ Cát/CKD = 3,0 trong phương pháp phi tiêu chuẩn cho kết quả chỉ số hoạt tính cường độ ổn định và cao hơn khoảng 8-10% so với cát thông thường theo TCVN 7570:2006. Kích thước mẫu nhỏ (40x40x160 mm) theo TCVN cho kết quả thấp hơn so với mẫu lập phương 50x50x50 mm theo ASTM.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt về chỉ số hoạt tính cường độ giữa các phương pháp thí nghiệm chủ yếu do các yếu tố như loại cát, tỷ lệ nước, phụ gia siêu dẻo, chế độ dưỡng hộ và kích thước mẫu ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa và phản ứng puzolan. Ví dụ, phụ gia siêu dẻo giúp giảm lượng nước cần thiết, tăng tính công tác và thúc đẩy phản ứng puzolan, từ đó nâng cao chỉ số hoạt tính cường độ.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng sử dụng dưỡng hộ nhiệt độ cao để rút ngắn thời gian thí nghiệm và tăng độ nhạy của phương pháp đánh giá. Việc sử dụng cát tiêu chuẩn ISO và kích thước mẫu lớn hơn cũng giúp giảm sai số và tăng tính lặp lại của kết quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chỉ số hoạt tính cường độ theo từng phương pháp thí nghiệm và loại phụ gia, cũng như bảng tổng hợp ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến kết quả. Điều này giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt và hỗ trợ đề xuất phương pháp thí nghiệm phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp thí nghiệm kết hợp tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn: Sử dụng phương pháp phi tiêu chuẩn đề xuất với cát ISO, tỷ lệ Cát/CKD = 3,0, tỷ lệ N/CKD = 0,5 và điều chỉnh tính công tác bằng phụ gia siêu dẻo để đạt độ chảy xòe 110 ± 5%. Giải pháp này giúp nâng cao độ chính xác và tính thực tiễn trong điều kiện Việt Nam, thực hiện trong vòng 6 tháng bởi các phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng.

2. Chuẩn hóa chế độ dưỡng hộ mẫu: Khuyến nghị dưỡng hộ mẫu ở nhiệt độ 65°C trong 6 ngày để rút ngắn thời gian thí nghiệm và tăng độ nhạy đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và nhà máy sản xuất xi măng trong vòng 3 tháng.

3. Sử dụng kích thước mẫu phù hợp: Ưu tiên sử dụng mẫu lập phương kích thước 50x50x50 mm theo tiêu chuẩn ASTM để giảm sai số và tăng tính lặp lại. Thời gian áp dụng trong các phòng thí nghiệm từ 1-2 tháng.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ thí nghiệm: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật lấy mẫu, chuẩn bị mẫu và vận hành thiết bị thí nghiệm theo tiêu chuẩn mới nhằm đảm bảo chất lượng kết quả. Thời gian đào tạo dự kiến 3 tháng, do các viện đào tạo chuyên ngành và các tổ chức chuyên môn thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và giảng viên ngành kỹ thuật hóa học và vật liệu xây dựng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm để phát triển các phương pháp đánh giá phụ gia khoáng hoạt tính, phục vụ giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu.

2. Các doanh nghiệp sản xuất xi măng và bê tông: Hỗ trợ lựa chọn và kiểm soát chất lượng phụ gia khoáng hoạt tính, tối ưu hóa công nghệ sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Cơ quan quản lý và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật: Cung cấp thông tin khoa học để hoàn thiện và cập nhật các tiêu chuẩn đánh giá phụ gia khoáng hoạt tính phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam.

4. Các phòng thí nghiệm kiểm định vật liệu xây dựng: Áp dụng phương pháp thí nghiệm chuẩn hóa, nâng cao độ chính xác và tin cậy trong đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của phụ gia khoáng hoạt tính cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Chỉ số hoạt tính cường độ là gì và tại sao quan trọng?
   Chỉ số hoạt tính cường độ là tỷ lệ phần trăm giữa cường độ nén của mẫu vữa có phụ gia khoáng so với mẫu đối chứng không có phụ gia, phản ánh khả năng phản ứng puzolan và ảnh hưởng đến độ bền của xi măng. Ví dụ, silica fume có chỉ số hoạt tính trên 105% theo ASTM C1240-15, cho thấy hiệu quả cao trong cải thiện cường độ.

2. Tại sao các phương pháp thí nghiệm lại cho kết quả khác nhau?
   Sự khác biệt do các yếu tố như loại cát, tỷ lệ nước, phụ gia siêu dẻo, chế độ dưỡng hộ và kích thước mẫu ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa và phản ứng puzolan, dẫn đến kết quả chỉ số hoạt tính cường độ khác nhau. Ví dụ, dưỡng hộ ở 65°C cho kết quả cao hơn dưỡng hộ ở 27°C khoảng 15%.

3. Phương pháp phi tiêu chuẩn có ưu điểm gì?
   Phương pháp phi tiêu chuẩn kết hợp các tiêu chuẩn hiện hành, sử dụng cát ISO và phụ gia siêu dẻo giúp điều chỉnh tính công tác chính xác, nâng cao độ tin cậy và phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam, đồng thời rút ngắn thời gian thí nghiệm.

4. Meta Kaolin có thể thay thế silica fume không?
   Meta Kaolin có tỷ diện tích bề mặt và hoạt tính puzolan tương đương silica fume, phù hợp cho bê tông chất lượng cao, đặc biệt trong các công trình chịu môi trường xâm thực. Tuy nhiên, hiệu quả cụ thể còn phụ thuộc vào điều kiện phối trộn và thí nghiệm.

5. Làm thế nào để đảm bảo tính chính xác khi đánh giá chỉ số hoạt tính?
   Cần chuẩn hóa quy trình lấy mẫu, chuẩn bị mẫu, sử dụng cát tiêu chuẩn, điều chỉnh tính công tác bằng phụ gia siêu dẻo, dưỡng hộ mẫu đúng điều kiện và sử dụng kích thước mẫu phù hợp. Đào tạo kỹ thuật viên cũng là yếu tố quan trọng để giảm sai số.

Kết luận

• Phương pháp thí nghiệm và điều kiện thí nghiệm ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của phụ gia khoáng hoạt tính cao.
• Sử dụng phụ gia siêu dẻo để điều chỉnh tính công tác và dưỡng hộ ở nhiệt độ cao giúp nâng cao độ chính xác và rút ngắn thời gian thí nghiệm.
• Phương pháp phi tiêu chuẩn đề xuất với cát ISO và tỷ lệ phối trộn hợp lý phù hợp với điều kiện Việt Nam, cho kết quả ổn định và tin cậy.
• Kết quả nghiên cứu hỗ trợ hoàn thiện tiêu chuẩn đánh giá phụ gia khoáng hoạt tính, góp phần nâng cao chất lượng xi măng và bê tông.
• Đề xuất triển khai đào tạo kỹ thuật và áp dụng phương pháp chuẩn hóa trong các phòng thí nghiệm và doanh nghiệp sản xuất.

Next steps: Triển khai áp dụng phương pháp phi tiêu chuẩn trong các phòng thí nghiệm, tổ chức đào tạo kỹ thuật viên và cập nhật tiêu chuẩn quốc gia.

Call-to-action: Các đơn vị nghiên cứu, sản xuất và kiểm định vật liệu xây dựng nên phối hợp để áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và phát triển bền vững ngành xi măng và bê tông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài. Puzolan là nguyên liệu cho quá trình sản xuất xi măng hoặc đƣợc sử dụng để thay thế một phần xi măng trong vữa và bê tông, mang lại hiệu quả kinh tế, kĩ thuật và lợi ích về sinh thái và môi trƣờng. Một số sản phẩm phụ của ngành công nghiệp, nông nghiệp có hoạt tính puzolanic có thể sử dụng trong vữa và bê tông nhƣ tro bay, tro trấu, silicafume, với ƣu điểm trữ lƣợng lớn, có sẵn, giá thành rẻ, chúng mang lại tiềm năng sử dụng rất lớn cho ngành công nghiệp sản xuất xi măng và bê tông. Một trong số chúng có hoạt tính puzolanic cao, tuy nhiên một số loại không đƣợc sử dụng, có thể do sự hạn chế về việc lựa chọn và phân loại puzolan sử dụng trong xi măng và bê tông theo các tiêu chuẩn khác nhau của Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung.

Dựa trên độ hoạt tính puzolanic, phụ gia khoáng đƣợc phân thành phụ gia khoáng thông thƣờng nhƣ tro bay, xỉ lò cao và phụ gia khoáng hoạt tính cao nhƣ silica fume, tro trấu. Khả năng hoạt tính puzolanic của phụ gia khoáng có thể đƣợc đánh giá thông qua các phƣơng pháp khác nhau. Chỉ số hoạt tính cƣờng độ thƣờng đƣợc sử dụng để đánh giá độ hoạt tính puzolanic của phụ gia khoáng. Tuy nhiên, sự khác biệt về hàm lƣợng phụ gia khoáng thay thế, lƣợng dùng nƣớc, lƣợng và chủng loại cát, cách điều chỉnh tính công tác của hỗn hợp vữa, chế độ dƣỡng hộ, tuổi thí nghiệm sẽ dẫn đến kết quả chỉ số hoạt tính cƣờng độ của phụ gia khoáng đối với xi măng sẽ khác nhau.

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8827:2011 “Phụ gia khoáng hoạt tính cao dùng cho bê tông và vữa“ do Hội Công nghiệp Bê tông Việt Nam đƣợc biên soạn chuyển đổi từ TCXDVN 311:2004. Tiêu chuẩn TCVN 8827:2011 đƣợc biên soạn chủ yếu dựa trên cơ sở tham khảo tiêu chuẩn ASTM C311, TCVN 6016:2011, hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và dựa trên tình hình thực tiễn về sản phẩm và thiết bị lúc đó. Tiêu chuẩn TCVN 8827:2011 sử dụng cát thông thƣờng tuân thủ TCVN 7570:2006 với GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân 8 HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052 TS Vũ Hoàng Tùng tỷ lệ Cát/CKD = 2,75, dùng nƣớc để điều chỉnh hỗn hợp vữa đạt độ bẹt 110 ±5%, mẫu thí nghiệm đƣợc dƣỡng hộ ở điều kiện tiêu chuẩn và xác định cƣờng độ nén ở tuổi 7 ngày. Yêu cầu chỉ số hoạt tính cƣờng độ đối với xi măng của phụ gia khoáng hoạt tính cao silica fume và tro trấu không nhỏ hơn 85%.

Trong khi đó, tiêu chuẩn ASTM C1240-15 (Standard Specification for Silica Fume Used in Cementitious Mixtures) sử dụng cho silica fume sử dụng cát tiêu chuẩn theo ASTM C778 với tỷ lệ cát/CKD = 2,75, dùng phụ gia siêu dẻo để điều chỉnh tính công tác của hỗn hợp vữa có tỷ lệ N/CKD = 0,484 đạt độ bẹt yêu cầu 100-115%, mẫu thí nghiệm đƣợc dƣỡng hộ trong điều kiện 65°C trong 6 ngày đêm và xác định cƣờng độ nén ở tuổi 7 ngày. Yêu cầu chỉ số hoạt tính cƣờng độ đối với xi măng của phụ gia khoáng hoạt tính cao silica fume không nhỏ hơn 105%. Sự khác biệt này giữa 2 tiêu chuẩn có thể dẫn đến kết quả chỉ số hoạt tính cƣờng độ của phụ gia khoáng khác nhau khi áp dụng các tiêu chuẩn khác nhau, thậm chí khi áp dụng cùng TCVN 8827:2011 nhƣng sử dụng các loại cát thông thƣờng khác nhau tuân thủ TCVN 7570:2006 cũng sẽ cho kết quả khác nhau. Mặt khác, thực tế nghiên cứu và ứng dụng hiện nay cho thấy phụ gia khoáng Meta Kaolin nghiền mịn cũng có thể đƣợc xếp vào nhóm các phụ gia khoáng hoạt tính cao, có tỷ diện tích bề mặt lớn nhƣ silica fume và tro trấu nghiền mịn.

Trên cơ sở những phân tích trên cho thấy hƣớng đề tài:“Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp thí nghiệm đến kết quả đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ đối với xi măng của phụ gia hoạt tính cao” sẽ góp phần thiết thực đối với việc đánh giá tính chất của phụ gia hoạt tính cao. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ảnh hƣởng của các phƣơng pháp thí nghiệm theo các tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn ASTM C1240-15 và phƣơng pháp phi tiêu chuẩn đến chỉ số hoạt tính cƣờng độ của ba loại phụ gia hoạt tính: Silica fume (SF), Tro trấu nghiền mịn (RHA), Meta Kaolin (MK). GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân 9 HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052 TS Vũ Hoàng Tùng 3. Phƣơng pháp nghiên cứu - Sử dụng các phƣơng pháp tiêu chuẩn để xác định chỉ số hoạt tính của phụ gia khoáng hoạt tính: TCVN 8827-2011, ASTM C1240-15 - Sử dụng các phƣơng pháp phi tiêu chuẩn để xác định chỉ số hoạt tính của phụ gia khoáng hoạt tính dựa trên ASTM C1240-15 và các tiêu chuẩn hiện hành của TCVN, đồng thời sử dụng phƣơng pháp DTA-TG để đánh giá khả năng phản ứng puzolanic của các phụ gia khoáng ở các điều kiện dƣỡng hộ khác nhau.

Nội dung nghiên cứu của đề tài - Tổng quan về phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia khoáng hoạt tính cao sử dụng trong xi măng và bê tông - Tổng quan về các phƣơng pháp đánh giá độ hoạt tính của phụ gia khoáng - Vật liệu sử dụng và phƣơng pháp nghiên cứu - Ảnh hƣởng của hàm lƣợng thay thế phụ gia hoạt tính cho xi măng - Ảnh hƣởng của phƣơng pháp điều chỉnh tính công tác của vữa bằng nƣớc hoặc phụ gia giảm nƣớc. - Ảnh hƣởng của phƣơng pháp dƣỡng hộ mẫu - Ảnh hƣởng của ngày tuổi thí nghiệm - Ảnh hƣởng của chế độ tạo hình, kích thƣớc mẫu thử, cát tiêu chuẩn. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Sử dụng các phụ gia khoáng hoạt tính cao nhƣ silica fume, tro trấu, Meta Kaolin và xi măng PC40 để đánh giá ảnh hƣởng của các yếu tố thí nghiệm đến chỉ số hoạt tính cƣờng độ của các phụ gia khoáng này. GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân 10 HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052 TS Vũ Hoàng Tùng CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH CAO TRONG BÊ TÔNG VÀ XI MĂNG 1.

Giới thiệu về phụ gia khoáng hoạt tính Phụ gia khoáng hoạt tính là các phụ gia có nguồn gốc thiên nhiên hay nhân tạo, mà bản thân chúng không có hoặc có rất ít hoạt tính thủy lực, nhƣng khi đƣợc nghiền mịn và ở trong môi trƣờng ẩm thì chúng có khả năng phản ứng hóa học với hydroxyt canxi Ca(OH)2 và với nƣớc ở nhiệt độ thƣờng, tạo thành các sản phẩm có tính chất kết dính [1, 2] Phụ gia khoáng hoạt tính có khả năng làm tăng cƣờng độ và độ bền trong môi trƣờng nƣớc của các sản phẩm chế tạo nên từ chất kết dính xi măng pooclăng có chứa phụ gia khoáng hoạt tính. Phụ gia khoáng hoạt tính gồm có hai loại [2, 3]: - Loại có nguồn gốc tự nhiên: trepan, dolomit, tro núi lửa, đất sét nung tự nhiên,. - Loại có nguồn gốc nhân tạo: tro, xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao hạt hóa, đất sét nung non, silicafume, tro trấu, Meta Kaolin. Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc tự nhiên Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc tự nhiên bao gồm phụ gia nguồn gốc núi lửa và phụ gia nguồn gốc trầm tích, đất sét nung tự nhiên Phụ gia nguồn gốc núi lửa bao gồm tro núi lửa, túp, trass, đá bọt đƣợc tạo thành do hoạt động của núi lửa.

Tùy thuộc vào điều kiện tạo thành mà các loại phụ gia này có đặc tính khác nhau. Tro núi lửa hình thành bởi sự lắng đọng của đám mây bụi tự miệng núi lửa phun lên. Đây là một vật liệu xốp, chứa trên 60% các dạng hạt bụi, và các hạt lớn hơn cỡ hạt cát và đá dăm. GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân 11 HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052 TS Vũ Hoàng Tùng Khi tro núi lửa bị lèn chặt trong một thời gian dải bởi các lớp đất đá phía trên sẽ chuyển sang dạng đá xốp thì đƣợc gọi là túp núi lửa.

Khi túp núi lửa bị lèn chặt và biến chất tạo thành trass. Đá bọt núi lửa hình thành khi các mảng mác ma bị bắn lên không trung và đƣợc làm nguội nhanh trong không khí. Thành phần khoáng chủ yếu của các phụ gia nguồn gốc núi lửa là pha thủy tinh alumo silicat, trong đó hàm lƣợng SiO2= 45÷70%; Al2O3= 10÷20%; oxit kiềm thổ từ 2÷6%; oxit kiềm từ 3÷8%. Phụ gia nguồn gốc kết tủa bao gồm điatomit, trepan.

Điatomit đƣợc hình thành từ xác của một loại tảo chứa nhiều oxit silic. Điatomit là một loại vật liệu xốp, nhẹ chứa chủ yếu là SiO2 (đến 94%) và một số hợp chất khác nhƣ cacbonat, khoáng sét. Khi điatomit bị biến chất thì tạo thành trepan, oxit silic trong hai loại phụ gia này đều ở dạng vô định hình. Đất sét nung tự nhiên là loại đất sét hình thành tại các mỏ than có xảy ra các đám cháy ngầm.

Loại đất sét này có chứa Meta Kaolin Al2O3.2SiO2 là thành phần có khả năng kết hợp với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thƣờng. Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc nhân tạo Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc nhân tạo chủ yếu là các phế thải công nghiệp. Trong số đó hai loại phụ gia đƣợc sử dụng rộng rãi nhất, với khối lƣợng lớn là tro, xỉ nhà máy nhiệt điện và xỉ lò cao hạt hóa của các nhà máy gang thép. Tro bay và xỉ của các nhà máy nhiệt điện hình thành khi đốt than bằng vòi đốt ở buồng đốt nồi hơi.

Tro bay là sản phẩm thu đƣợc tại các thiết bị lọc bụi sử dụng để làm sạch khí thải thoát ra từ buồng đốt. Còn xỉ là phần hạt tro than có kích thƣớc lớn bị chảy lỏng và rơi xuống tại buồng đốt. Tro có kích thƣớc hạt rất nhỏ, với độ mịn tƣơng tự nhƣ xi măng. Xỉ thƣờng có kích thƣớc hạt lớn hơn 0,3mm.

Thành phần khoáng chủ yếu của tro xỉ là pha thủy tinh, ngoài ra còn chứa than chƣa cháy và một lƣợng nhỏ pha tinh thể [16, 17]. GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân 12 HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052 TS Vũ Hoàng Tùng Xỉ lò cao là thải phẩm của quá trình luyện gang trong lò cao. Để luyện gang ngƣời ta sử dụng các loại nguyên liệu là quặng sắt, than cốc và các chất trợ dung nhƣ đá vôi, đá điatomít. Trong quặng sắt ngoài thành phần chính là các dạng oxit sắt còn có các hợp chất chứa các oxit khác nhƣ oxit silic và oxit nhôm.

Khi đƣợc nấu chảy ở nhiệt độ cao, oxit sắt đƣợc hoàn nguyên thành sắt kim loại chứa nhiều cacbon, có tên gọi là gang. Phần chất lỏng nổi trên bề mặt gang đƣợc gọi là xỉ gang.