Bê tông chịu nhiệt

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI t?

KS VO MINH DUC

BE TONG CHIU NHIET

DUNG XI MANG POOCLANG

Chuyén nganh : VAT LIEU CHI TIET VA SAN PHẨM XÂY DỰNG

Mã số : 2 15 05

LUẬN ẤN PHÓ TIẾN SÝ KHOA HỌC KÝ THUẬT ˆ om ny VE IFN

Uru ne Bar heh 3 209 Ae `.ây ĐỤNG ⁄

ene me 2

Người hướng dẫn :

1 NGUYÊN TẤN QUÝ PGS.PTS.KHKT 2 BÙI VĂN BỘI PGS.PTS.KHKT

Trang 2

Chân thành cắm ơn tập thể hướng dẫn khoa học PGS.PTS.KHKT Nguyễn Tấn Quy

PGS.PTS.KHKT Bùi Văn Bội

và tập thể Bộ môn Công nghệ vật liệu xây dựng Trường

Đạt học Xây dựng Hà Nội, Phòng nghiên cứu Vật liệu xây

dựng Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Khoa Đào tạo

sau Đạt học Trường Đại học Xây dựng Hà Nội PGS.PTS

YUƯ.G.Barabanstkov - Bộ môn Kết cấu và Vật liệu xây

Trang 3

Trang

Lơi nói đầu ""— cece eee eee eee eeaee 1

CHUONG I

PHAN MO DAU

L1 - Mỏ đầu và nhiệm vụ nghiên ctu ec cece eee teens 2 L2 - Cơ sö khoa học nghiên cứu chất kết dính và bê tơng chịu nhiệt

dùng xì măng DOOC lăng eee eee ete HH HQ nu ke 2 [L3 - Nội dung nghiên cứu bê tông chịu nhiệt dùng xi măng pooc lăng 3

CHUONG II `

TONG QUAN VE CAC KET QUẢ NGHIÊN CUU VA UNG DUNG BE TONG CHIU NHIET 6 TRONG VÀ NGỒI NUOC

L Tình hình nghiên cứu và sử dụng BTCN ở trong và ngoài nước

_ L1 Tình hình nghiên cứu về bê tông chịu nhiệt 5

[.2 Hình hình sử dụng bê tơng chịu nhiệt 10 II Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến thành phan

và cấu trúc đá xi măng 15

CHUONG III

CO SO LY THUYET - THUC NGHIEM NGHIEN CUU CHAT KET DiNH VA BE TONG CHJU NHIET PHUONG PHAP NGHIEN CUU

I Nghiên cứu vai trị của phụ gia khống nghiền mịñ

trong đá xi măng và BTCN

[.1 Cơ sö khoa học việc sử dụng phụ gia khoáng nghiền mịn

Trang 4

I2 Yêu cầu đối vói phụ gia khống nghiền mịn

I3 Ảnh hưỏng của phụ gia khoáng nghiền mịn 3.1 Sự liên kết của Ơxyt canxi vói phụ gia 3.2 Ảnh hưởng của phụ gia nghiền mịn

đến tính chất của chất kết dính . Cee ececceees II Nghiên cứu vai trò của cốt liệu trong bê tông chịu nhiệt

Thành phân bê tông chịu nhiệt

I1 Cốt liệu sử dụng cho bê tông chịu nhiệt II.2 Các nguyên tắc lựa chọn cấp phối hat

cốt liệu cho bê tông chịu nhiỆt

11.3 Thiết kế thành phần bê tông chịu nhiệt cence eee n ence eens

III Phuong phap nghién cuu |

[II.1 Xác định các tính chất nguyên vật liệu sử dụng

IH.2 Nghiên cứu tính chất của chất kết dính,

bê tơng chịu nhiệt, thành phần hạt cốt liệu LH.3 Bài toán quy hoạch thực nghiệm

CHƯNG IV

CÁC KẾT QUÁ NGHIÊN CỨU

[ Nguyên liệu sử dụng cho bê tông chịu nhiệt

I.1 Chất kết dính - Xi măng pooc lãng [.2 Các phụ gia sử dụng cho chất kết dính và bê tơng chịu nhiệt và

chỉ tiêu tính chất của phụ gia HQ ko

[.3 Cốt liệu sử dụng cho bê tông chịu nhiệt

II Nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt

JI.1 Sự liên kết của CaO và các thành phần khoáng thủy hóa

Trang 5

chất kết dính chịu nhiệt - 79

II3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nưóc/chất kết dính 84

II.4 Xác định thành phần tối ưu của chất kết đính chịu nhiệt 87

4.1 Quy hoạch thực nghiệm cấp phối CKDCN dùng phụ gia S , 90

4.2 Quy hoạch thục nghiệm cấp phối CKDCN dùng phụ gia X 91

4.3 Quy hoạch thực nghiệm cấp phối CKDCN dùng phụ gia ŠZ 93

II.5 Độ chịu lửa và nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của đá CKDCN 5.1 Độ chịu lửa của đá CKDCN cQ QQQQS 96 5.2 Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của đá CKDCN 98

IH Cốt liệu sử dụng cho bê tông chịu nhiệt Lựa chọn cấp phối hạt cốt liệu tối ưu cho BTCN 98

IV Nghiên cứu bê tông chịu nhiệt và các tính chất của nó Q trình cơng nghệ và yếu tố ảnh hưởng IV.1 Sự ảnh hưởng của lượng dùng nguyên vật liệu và yếu tố công nghệ đến tính chất của hỗn hợp bê tông va của bê tông chịu nhiệt 102

1.1 Sự ảnh hưởng của lượng dùng nguyên liệu đến tính chất của hỗn hợp bê tông và BTCN 103

1.2 Ảnh hưởng của các nhân tố cơng nghệ đến tính chất của hỗn hợp bê tơng và BTCN .Ặ 108

IV.2 Tính cấp phối tối uu BTCN ở 800°C và 1100°C 2.1 Tính tốn quy hoạch thực nghiệm cấp phối BTCN dùng các phụ gia Ó 800°9C Q0 113 2.2 Tính tốn quy hoạch thực nghiệm cấp phối BTCN

Trang 6

CHƯNG V

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT DÙNG XMPL - CÁC TÍNH CHẤT CỦA BTCN - HIỆU QUẢ KINH TẾ

V,1 Công nghệ chế tạo BTCN dùng XMPL

V.1.1 Chuẩn bị và định lượng nguyên vật liệu 117

1.2 Chuẩn bị hỗn hợp bê tông chịu nhiệt 119

1.3 Đổ khuôn và đầm chặt hỗn họp bê tông chịu nhiệt 119

1.4 Dưõng hộ bê tông chịu nhiệt ccV 120

V.2 Quy trình đốt nóng mẫu và các q trình hóa lý xảy ra khi đốt nóng bê tơng chịu nhiệt

V.2.1 Quy trình đốt nóng mẫu .ằ co 121

V.22 Các q trình hóa lí xảy ra khi đốt nóng BTCN 121 V.3 Các tính chất cơ lý - nhiệt của BTCN dùng XMPL

3.1 CưÖng độ nén - c Q cee eee eee reece ene enees 124

3.2 D6 bén nhiét ¬ eee eee e tenet eee tenet eee es 128

3.3 ĐỘ chịu lỦa QQ HQ HH go ng Ho non non HH HH Hy ko Kon ko kh nh ng 130

3.4 Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng

(Cưởng độ xây dụng Ỏ nhiệt độ cao) 131 3.5 Độ co ngót va din nd nhiét " e ences 133

3.6 Khối lượng riêng, khối lượng thể tích,

độ rỗng, độ hút nưóc của BTCN 135

V.4 Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế sử dụng BTCN_ 136

Phần kết luận c co 140

Phân phụ lục

Trang 7

Một trong những nhiệm vụ chủ yếu đối vói ngành cơng nghiệp vật liệu xây dựng là : cần tập trung vật liệu địa phương, nghiên cứu các loại vật liệu thay thế nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chỉ phí nguyên nhiên liệu, năng lượng, sức lao động và vốn đầu tư trong công nghiệp Một trong những loại vật liệu được nghiên cứu và sử dụng theo hướng đó là bê tơng chịu nhiệt (BTCN)

Trong thực tế làm việc của các kết cấu cơng trình, kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thường dưới tác dụng của nhiệt độ cao kéo dài và thay đổi, chúng thưởng bị phá hoại Thực nghiệm đã chứng minh rằng khi đốt nóng bê tông thường đến 200C, lâu dài thì cường độ nén giảm 10 + 15%, mô đuyn đàn hồi giảm 25% Dét nóng đến 500°C cường độ nén giảm 60 + 70% và mô đuyn dan

hồi giảm 90% Để tránh và giảm bót những ảnh hưởng đó, tăng tuổi thọ cho các cơng trình làm việc ỏ nhiệt độ cao, cần thiết phải nghiên cứu chế tạo và sử dụng

bê tông chịu nhiệt |

Bê tông chịu nhiệt là loại vật liệu đá nhân tao khong nung, được hình thành do qúa trình rắn chắc hỗn hợp chất kết dính chịu nhiệt vói cốt liệu chịu lửa và

nước theo một tỷ lệ nhất định Bản thân nó vừa mang tính chất của vật liệu bê

tông, vừa mang tính chất của vật liệu chịu lửa

Việc sử dụng BTCN và các cấu kiện từ chúng cho phép sử dụng nguyên liệu

địa phương, có thể chế tạo các kết cấu vói hình dạng bất kỳ mà vật liệu chịu lửa

đơn chiếc khó thực hiện, tiết kiệm sử dụng kim loại, giảm giá thành xây dựng

Bê tông chịu nhiệt có thể đưa vào sử dụng trong công nghiệp luyện kim, chế biến dầu mỏ, máy xây dung, năng lượng, sản xuất vật liệu xây dựng ., trong các lĩnh vực khác của nền kinh tế quốc dân Việc xây dựng các xí nghiệp cơng nghiệp

khác nhau ngày càng tăng, nên nhu cầu chế tạo và sử dụng BTCN càng lón : Vì vậy việc nghiên cứu thành phần BECN với các nguyên vật liệu trong

nước, các tính chất và yếu tố ảnh hưởng đến chúng, các đặc điểm công nghệ sản

Trang 8

Chuong I PHAN MO DAU L1 - MO DAU VA NHIEM VỤ NGHIÊN CỨU

Trong thực tế sử dụng, nhiều cơng trình xây dựng phải làm việc lau dai 6

nhiệt độ cao và thay đổi Trong điều kiện làm việc này, bê tông thường bị biến

đổi các tính chất cơ lý và có thể bị phá hoại hoàn toàn

Nguyên nhân của sự phá hoại này là sự phân hủy thành phần đá xi măng trong bê tông và cốt liệu thường dùng cho bê tông nặng cũng bị hủy hoại Ở nhiệt

độ cao

| Sự phân hủy đá xi măng xảy ra do mất nước liên kết hóa học của các sản

phẩm thủy hóa trong đó thành phần Ca(OH32 mất nước tạo nên CaO, saư đó CaO lại hấp thụ hơi nước trong mơi trường khơng khí, tiến hành thủy hóa lần hai

Để khắc phục sự phá hoại này, nâng cao tính chịu nhiệt của xi măng pooc lãng (XMPL), một biện pháp có hiệu qủa là sử dụng các loại phụ gia khoáng nghiền

mịn để cải thiện tính chịu nhiệt của xi măng pooc lăng (XMPL)

Dựa trên các luận cú đã nêu trên, trong khuôn khổ của một luận án PTS KHKT, nhiệm vụ nghiên cứu là : "Bê tông chịu nhiệt dùng xI măng pooc lăng”

I2 - CO SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CÚU CHẤT KẾT DÍNH VÀ BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT DÙNG XI MĂNG POOC LẮNG

Cơ sỏ khoa học của việc sử dụng của phụ gia khoáng nghiên mịn này là lý

thuyết phản ứng vật chất ở trạng thái rắn Dưới tác dung của nhiệt độ cao xảy ra

phan ung pha rắn giữa các phụ gia khống nghiền mịm vói các sản phẩm thủy hóa của XMPL và CaO tự do, để tạo nên các họp chất mói, tăng tính chất chịu nhiệt của XMPL và bê tông Cần phải xác lập lượng dùng phụ gia khoáng nghiền mịn

Trang 9

Để nâng cao các tinh năng cơ lý nhiệt của bê tơng, ngồi việc nâng cao tinh

chịu nhiệt của chất kết dính cịn cần phải lựa chọn loại cốt liệu có khả năng chịu

nhiệt, cần có thành phần hạt cốt liệu tốt nhất (về cõ hạt, hàm lượng của chúng) và lượng dùng vật liệu tối ưu trong hỗn hợp bê tơng Điều đó cho phép cấu trúc của bê tơng có sự sắp xếp chặt chẽ, giảm được độ rỗng xốp, giảm sự chênh lệch

biến dạng nhiệt giữa đá chất kết dính và cốt liệu, làm tăng tính chịu nhiệt của bê tông lên nhiều mà vẫn đảm bảo đạt được cường độ cao, nâng cao chất lượng và kéo dài thỏi gian làm việc của vật liệu

Để chế tạo các cấu kiện bê tông chịu nhiệt (BTCN) cần xác định các qúa trình cơng nghệ, các thông số công nghệ trong quá trình sản xuất Trên cơ sỏ lý thuyết công nghệ bê tông nghiên cứu xác định các quá trình cơng nghệ, các thơng

số kỹ thuật của quá trình sản xuất : gia công vật liệu, trộn, tạo hình v.v ảnh

hưởng đến tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông chịu nhiệt (BTCN)

Do đặc điểm của vật liệu sử dụng, cũng như tính chất khác biệt của loại vật liệu này, bằng thực nghiệm cần thiết xác lập chế độ sử dụng ban đầu, để đảm bảo

chất lượng và nâng cao tuổi thọ của cấu kiện và cơng trình

I3 - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT DÙNG XI

MANG POOC LANG

Từ luận cứ khoa học đã nêu trên, để thục hiện mục tiêu của luận án là

nghiên cứu chế tạo BTCN từ nguồn nguyên vật liệu sẵn có ỏ Việt nam, đáp ứng

nhu cầu sử dụng ngày càng lón loại BTCN này, luận án có nhiệm vụ giải quyết

các nội dung khoa học sau :

1) Nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt (CKDCN) dùng XMPL : Lựa chọn loại và lượng dùng phụ gia (PG) trong thành phần chất kết dính chịu nhiệt Ở các nhiệt độ (ti lệ XMPL/PG, t¡ lệ Nước (N)/CKDCN); q trình hóa lý xảy ra khi đốt nóng và sự biến đổi các tính chất của chất kết dính chịu nhiệt

2) Lựa chọn loại cốt liệu và thành phần cố hạt cốt liệu dùng cho BTCN 3) Xác định cấp phối BTCN ỏ các nhiệt độ làm việc

Trang 10

- 4-

5) Nghiên cứu q trình cơng nghệ và các thông số công nghệ sản xuất BTCN trong điều kiện Việt Nam Chế độ sử dụng BTCN trong các cơng trình

làm việc 6 các cấp nhiệt độ khác nhau

Bê tông chịu nhiệt đã được thực nghiệm sản xuất tại một số cơ sỏ sản xuất 6

Trang 11

TONG QUAN VE CAC KET QUA NGHIEN CUU VA UNG DUNG BE TONG CHIU NHIET

Ĩ TRONG VÀ NGỒI NƯĨC

I- TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SU DUNG BE TONG CHIU NHIET Ỏ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

L1- TÌNH HÌNH NGHIEN CUU VE BE TONG CHIU NHIET

Hiện nay vói sự phát triển mạnh mếề của các ngành cơng nghiệp : hóa chất,

hóa dầu, luyện kim v.v bê tông nặng được sử dụng ngày càng nhiều trong các kết cấu xây dựng chịu tác động lâu dài của nhiệt độ cao và biến động Do bị đốt

nóng, bê tơng thường bị giảm khả năng chịu lực, tăng độ võng của các kết cấu và

cơng trình, trong một số trưởng hợp còn xẩy ra sự phá hủy hoàn toàn

Mặc dù đá có nhiều nghiên cứu về bê tông nặng chịu tác động của nhiệt độ,

nhưng còn chưa xét đầy đủ ảnh hưởng của sự đốt nóng kéo dài và lặp lại đến các tính chất cơ lý của bê tông

Trên thé gidi đã có nhiều nghiên cứu về BTCN để đáp ứng chọ nhu cầu xây

dựng của các ngành công nghiệp Ở Liên xô việc nghiên cứu bê tông và bê tông cốt thép chịu nhiệt bắt đầu từ năm 1942 ỏ trung tâm nghiên cúu khoa học các trưởng Đại học, Viện nghiên cứu các cơng trình cơng nghiệp và ỏ Viện nghiên cứu khoa học bê tông và bê tông cốt thép Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm đã

tiến hành khảo sát các loại BTCN khác nhau với nhiệt độ làm việc tù 200°C đến

1800°C (29,33, 49, 52, 50, 58, 59, 60, 64, 75, 79, 80, 81 )

Bê tông chịu nhiệt là loại vật liệu đá nhân tạo khơng nung, có các tính chất

cơ lý chủ yếu được bảo toàn dưới tác dụng lâu dài ỏ nhiệt độ từ 250°C trỏ lên

Bản thân nó vừa mang tính chất của bê tông vừa mang tính chất của vật liệu chịu lửa Cốt liệu lón và nhỏ được chế tạo từ các khống đá khó chảy và chịu lửa, các

Trang 12

-6-

Có nhiều cách phân loại bê tông chịu nhiệt :

- Theo mức độ chịu lửa người ta phân BCN ra các loại : bê tông chịu lửa

cao vói nhiệt độ sử dụng đến 1770°C (73),bê tông chịu nhiệt vói nhiệt độ sử dụng

đến 1200°C (58), bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt và bê tông kết cấu nhẹ, vói nhiệt độ sử dụng 1100°C - 1200°C (48) (Theo GOST 4385 - 48 của Liên Xô cũ)

- Theo loại chất kết dính sử dụng, BTCN chia ra các loại sau : BTCN dùng xi măng alumin và cao alumin; BTCN dùng xi măng Pooclăng hay xi măng pooclăng xỉ; BTCN dùng thủy tỉnh lỏng; BTCN dùng chất kết dính xỉ; BTCN dùng xI măng DerIclaz

- Theo điều kiện sử dụng người ta phân ra : BITCN dùng trong điều kiện

nhiệt độ cao tải trọng lón (trong các lị luyện kim, lị khí hóa .) BTCN đồng thời

chịu tác động của các môi trường ăn mòn xâm thực chịu tác động của hơi và khí,

tác động của ẩm và chất hóa học

Ngồi ra cịn có các cấu kiện bê tông nhẹ, bê tơng khí chịu nhiệt, chúng có

đặc điểm cách nhiệt và chịu nhiệt

Năm 1952 - 1954 V.V.Contunôp (38) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối vói các khoáng riêng biệt của clanhke xi măng pooclăng khi rắn chắc, ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thủy hóa của khoáng CaS, CS, CA và

CaAF Cùng với V.V.Contunôv cịn có nhiều nhà nghiên cứu khác cũng tiến hành

nghiên cứu tác động của nhiệt độ đến các tính chất của đá xi măng như : S A.Myronov, L.Amalynhina (53), N.A.Mosanski (54), G.D.Salmanov (71),

V.A.Kynd va S D.Ocorokov (35), A.E.Xeikin (83) Qua nghién cuu anh huong

của nhiệt độ cao đến tính chất của clanhke XMPL vói các thành phần khoáng

khác nhau, C.D.Nhecrasov và V.V.Contunov cho thấy rằng (59) : Dưới tác dụng

của nhiệt độ cao, độ bền của đá xi măng sau khi đốt nóng, phụ thuộc vào thành phần khống của nó

Sự giảm cưỡng độ và phá hoại BTCN khi tăng nhiệt độ do mất nưóc liên kết, phá hoại cấu trúc của bê tông, đồng thời do sự thủy hóa lần hai của CaO (khi

mất nước liên kết) bằng hơi nưóc của khơng khí Nghiên cứu q trình thủy hóa

lần hai của CaO trong XMPL sau khi đốt nóng, G.M.Ruxuc (70) đã kiến nghị

Trang 13

C.D.Nhecrasov đã nghiên cứu tăng tính chất chịu nhiệt của XMPL cũng bằng

cách sử dụng các phụ gia khoáng nghiền mịn (Š9)

Tùy thuộc vào loại phụ gia, có thể nhận được chất kết dính chịu nhiệt vói

các tính chất khác nhau

YU.M.But đã nghiên cứu sử dụng cát quắc và điatômit nghiền mịn để liên kết ôxyt can xi thủy hóa của đá xi măng khi giữ mẫu trong điều kiện tiêu chuẩn và

sau khi chưng áp Trong quá trình chưng áp, cát quắc và điatơ mít nghiền mịn

lên kết với hydroxyt canxi tu do (22, 69, 68) Theo Y.E.Gurvytr và

M.C.Agaphonop (30) phản ứng giữa ôxyt silic vô dinh hinh va éxyt canx 6 trang

thai ran xay ra manh 6 500°C + 600°C, cịn đối vói quắc tinh thể nó chỉ bắt đầu ở

600°C Theo P.P.Budnhicôp, V.Ph.Zuravlev thì phản ứng pha rắn giữa ơxyt silíc và Ơxyt canxi (khi tỉ lệ 1: 1) xảy ra qua hợp chất trung gian không bền 2CaO.SiO2

và 3CaO.2S¡iO; đến hợp chất cuối cùng là CaO.S¡iO2 (32, 21), tuy nhiên khi đốt nóng SiO; có sự biến đổi thù hình khơng ổn định thể tích, nên khơng sử dụng nó

vói tính chất phụ gia cho XMPL có tính chất chịu nhiệt

V.V.Contunov và Z.M.Larionov nghiên cứu tác động của các khoáng xi măng chủ yếu vói phụ gia sa mốt mịn, hàm lượng 150 và 300% khối lượng xi mang pooc lang (59) cho thấy : Lượng phụ gia đưa vào càng lón thì khả năng liên

kết vói CaO tự do xảy ra càng hồn tồn dẫn tói tăng độ bền của đá xi măng sau khi đốt nóng 6 1200°C Điều đó nói lên rằng khơng cịn CaO trong đá xi măng

sinh ra khi đốt nóng đá xi măng, chúng được liên kết hồn tồn vói SIO2 và Al2O2 của sa mốt mịn, hình thành dạng khống mới là silicat và aluminát khan Tuy

nhiên khi tăng lượng phụ gia sẽ ảnh hưởng đến các tính chất khác của đá xi măng (cũng như của BTCN dùng XMPL) như tỉ lệ nưóc (N) - hỗn hợp CKDCN, cưng

độ v.v Tuy vậy tỉ lệ xi măng - phụ gia còn chưa được nghiên cứu cụ thể |

Khi sử dụng xỉ lò cao lam phu gia trong bé tong ngudi ta thay rang : khi 6 nhiệt độ cao tit 750°C + 800°C kha nang lién két vdi CaO Jdn han 6 600°C va su liên kết của xỉ nhỏ hơn của sa mốt

Để tăng các tính chất chịu lửa của XMPL, G.D.Salmanov (73, 72) đã sử

dụng phụ gia mịn crơmmit, phụ gia min crơmmít đưa vào sẽ liên kết ôxyt canxi tự

Trang 14

trọng 2 KG/cm” của đá xỉ măng

Khi chế tạo BTCN cần thiết phải chú ý đến tính chất của cốt liệu Theo

V.A.Kynd và S.D.Ocorocov B.G.Scramtaev cho thấy : bê tơng thưởng, khơng có

tính bền nhiệt (74, 36), vì cốt liệu không bền khi đốt nóng ở nhiệt độ cao dẫn đến

phá hủy cấu trúc của bê tông Năm 1942 - 1943, V.Y.Muraxev và C.D.Nhecrasov

đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến độ bền bê tông dùng XMPL, với cát quắc và sỏi vói kích thước hạt lón nhất đến 25 mm, cho thấy rằng khi đốt nóng gián đoạn bê tông đến nhiệt độ trên 300°C dẫn đến giảm cường độ (57, 61, 62, 41) Trên bề mặt bê tông dưới tác động nhiệt độ từ 400°C + 500°C xuất hiện vết nút, sau đó bê tơng hồn tồn bị phá hủy Khi chịu tác động của nhiệt độ cao, xảy ra sự phá hủy cốt liệu có chứa quắc dạng tự do vì có sự biến đổi thù hình của quac Cac vật liệu chứa quắc tự do, không sử dụng làm cốt liệu cho BTCN

C.D.Nhecrasov, V.V.Coltunov, Y.A.Corostuxevski (57, 56, 61, 62, 41) da

cho thấy rằng bê tơng nặng vói cốt liệu đá vơi chỉ có thể sử dụng ở nhiệt độ dưới 250°C, khi đốt nóng ở nhiệt độ cao hơn cường độ bị giảm Dé làm cốt liệu cho

BTCN, phải sử dụng các loại vật liệu bền vói điều kiện tác động của nhiệt độ cao, như các khoáng tự nhiên : điabaz, bazan, andezit, diorit, gabrô, quặng crômmit,

túp, núi lửa Các loại vật liệu nung như : samôt, phế phẩm hay mảnh võ của gạch đất sét, keramzit, peclit và vermiculit, phế thải cơng nghiệp : xi lị cao, xi nhiên

liệu (49)

Ngoài bê tơng nặng cịn có loại bê tông nhẹ chịu nhiệt Theo B.G.Skramtaep, cốt liệu tốt nhất sử dụng cho bê tông nhẹ chịu nhiệt là vật liệu

xốp : xỉ, peclit, xỉ bọt, túp, keramzit, vermiculit; C.D.Nhecrasôv, S C.Lisiencô,

M.YA.Criviski (60) đã nghiên cứu loại bê tơng khí chịu nhiệt bằng XMPL vói các

phụ gia mịn khác nhau : samôt, xi lò cao, tro xi, keramzit, trên cơ sỏ dùng phụ gia

mịn để liên kết vói ơxyt canxi tự đo

Năm 1966 - 1968 Trung tâm nghiên cứu khoa học xây dụng Liên Xô cũ (VNYYS) đã tiến hành nghiên cứu bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng XMPL vói phụ gia samôt nghiền mịn và cốt liệu là sỏi agloporit, keramzit Đặc biệt trong những

năm gần đây đã có những cơng trình nghiên cứu về cốt liệu xốp nhân tạo là

Trang 15

18) Tùy thuộc vào tính chất và nguyên liệu ban đầu mà bê tơng agloporit có các tính chất cơ nhiệt khác nhau khi đốt nóng ỏ các nhiệt độ xác định : khối lượng thể tích của bê tông 6 trang thái khô là 1760 kg/m”, cudng d6 nén sau khi say : 406 KG/cm”, sau khi đốt nóng ở 800°C con 134 KG/cm’, độ bên nhiệt là 15 lần, nhiệt

độ biến dạng dưới tải trọng 2 KG/cm” : ở 4% là 1000°C, ö 40% là 1060°C Hiện nay Trung tâm nghiên cứu bê tông và bê tông cốt thép ỏ Liên Xô cũ (NYYZB) đã và đang tiến hành nghiên cứu BTCN từ chất kết dính phốt phát vói

các cốt liệu alumơsilicat khác nhau : Mảnh võ gạch sa mốt, sa mốt và sa mốt cao

lanh (59) Thành phần hỗn họp khô của bê tông này gồm sa mốt nghiền mịn, cốt liệu lón và nhỏ sa mốt theo tỉ lệ 30 : 35 : 35 (theo % khối lượng) Hỗn hợp bê

tông khô được nhào trộn với axit phốt phoric nồng độ 70% Sự liên kết trong bê

tông được tiến hành do phản ứng giữa thành phần alumôsilicat của sa mốt và axit phốt phoric khi đốt nóng Loại bê tơng này có độ bền cao sau khi gia công nhiệt đến 1300°C, độ co lửa không đáng kể, độ bền nhiệt trung bình 14 lần, nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng 2 KG/cm” : khi bắt đầu mềm - BÐ là 1360°C, còn bị phá hay - PH : 6 1500°C

Ngoài ra ỏ Trung tâm này còn nghiên cứu bê tông chịu lửa cao từ chất kết

dính alumơ phơtphát và cốt liệu Crôm-alumin, loại bê tơng này có nhiệt độ rắn

chắc thấp hơn và tính chất tốt hơn loại bê tông chịu lửa cao từ chất kết dính alumơ phốtphát vói cốt liệu corun Để nhận được chất kết dính này người ta sử dụng crôm-alumin và axit phốt phoric Cường độ của bê tông này ở 1300°C, khi tỉ

lệ axit trong bê tông là 30; ó0, 70% tương ứng là 230, 500, 590 KG/cm?: con nhiét

d6 bién dang dudi tai trong BD 1a 1600°C; 4% - 1700°C; 40% - 1720°C

Bê tông chịu lửa cao từ chất kết dính phốt phát-ziếc côn (trên cơ sở axit phốt pho ric và ziêc côn) và cốt liệu ziếc côn, sau khi đốt nóng ở 400°C có độ bền

nén là 335 KG/cm”, nhiệt độ bắt đầu mềm đưới tải trọng 2 KG/cm? BD la

1560°C, phá hủy 4% ở 1585°C, độ bền nhiệt là 30 lần Loại bê tơng này có thể sử dụng làm lóp lót lị điện luyện thép, cho phép tăng thời hạn phục vụ từ 2 đến 3 lần so với lóp 16t bang manhézi

Ngoài các loại chất kết dính trên, người ta cịn nghiên cứu loại chất kết dính

Trang 16

- 10 -

manhêz!, vật liệu chịu lửa cao nhơm

Đối vói một số thiết bị nhiệt, các lóp lót của chúng bị phá hoại cần phải sửa chữa khi mơi trưởng nhiệt cịn lón Do đó trong thực tế đã xuất hiện loại hỗn hợp bê tông phun chịu nhiệt Năm 1967 phòng thí nghiệm kết cấu bloc chịu nhiệt (VNYPY) đã tiến hành nghiên cứu vữa phun chịu nhiệt, từ cốt liệu samôt, chất

kết dính là thủy tỉnh lỏng vói mơ đun 2,8 và mật độ 1,37; phụ gia rắn chắc là Na2SiFs (>93%) có nhiệt độ sử dụng đến 1200°C (59)

Ở một số nước khác : Mỹ, Anh, Tây Đức, Pháp đều sử dụng xi măng cao

alumin vói hàm lượng AlzO3 lón để xây dựng các cơng trình chịu tác động của

nhiệt độ cao Ở Trung Quốc (1) BTCN cũng được chế tạo từ xi măng alumin, cao alumin và các loại cốt liệu là vật liệu địa phương (70)

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu BTCN mói chỉ là bước đầu, tiến hành ỏ một

vài nơi Năm 1977 bộ môn công nghệ Vật liệu - Trường Đại học Xây dựng Hà nội và Viện Kĩ thuật xây dựng Hà nội đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm BTCN

dùng XMPL vói phụ gia nghiền mịn sa mốt đạt được mác 150 - 200 KG/em? VỚÓI

nhiệt độ làm việc : 7000°C + 1000°C (9, 4, 5)

Tóm lại để tăng tính chịu nhiệt cho bê tơng, ngồi việc sử dụng các cốt liệu

có tính chịu nhiệt cao, còn sử dụng các loại CKDCN, các loại chất kết dính chịu

nhiệt này phần lón đều sử dụng phụ gia nghiền mịn Đối vói XMPL, các phụ gia nghiên mịn khi ỏ nhiệt độ cao chúng sẽ tác dụng vói thành phần khống thủy hóa

của XMPL tạo nên những họp chất mói nâng cao tính chịu nhiệt

Tuy nhiên tỉ lệ phụ gia và XMPL, sự hình thành các khống mdi, su anh hưởng của hạt cốt liệu, (cõ hạt, cấp phối hạt), cấp phối BTCN, đặc điểm công nghệ chế tạo và sử dụng chúng cần được nghiên cứu đầy đủ

I2 - TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT

Các cơng trình BTCN có thể đổ toàn khối hay lắp phép được sử dụng rộng

Trang 17

A - Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp luyện kim đen

a) Lam tháp đốt nóng khơng khí

Năm 1958 lần đầu tiên ở Liên Xô cũ và thế giói, khu liên hợp luyện kim

Kuznhexc đã xây dựng cơng trình tháp đốt nóng khơng khí của lò cao từ các bloc

cõ lón bằng BTCN (59) Tháp đốt nóng khơng khí dùng BTCN vói bề mặt đốt

nóng 6110 m., tháp cao 40,8 m, đường kính ngồi 7,8 m; chiều cao lóp BTCN là

32,8 m Cac bléc xây dựng tháp đốt nóng khơng khí có kích thưóc 460 x 535 x

1249 (mm), thể tích 0,31 m” và nặng 600 kg từ XMPL vói phụ gia sa mốt và cốt

liệu sa mốt Nhiệt độ sử dụng lón nhất là 1200°C Tháp đốt nóng khơng khí từ

các bloc BTCN cũng đã được xây dựng ỏ Nhà máy luyện kim Caragandinski và Nôvôlipexki (Liên Xô cũ)

Trong những năm gần đây ỏ Tiệp Khắc đã tiến hành nghiên cứu và sử dụng

BTCN tróng xây dựng các thiết bị nhiệt (59) Cac blốc BTCN kích thước 12,5 x 25

x 70 (cm) sử dụng trong buồng phát nhiệt lò mác tanh, nhiệt độ làm việc 600°C

Các panen; tấm che bằng bê tông cốt thép cũng được sử dụng trong lò này vói

nhiệt độ làm việc 650°C + 850C, thời gian sử dụng dài gấp 6 lần so với gạch sa

mốt Các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép chịu nhiệt sử dụng làm tấm che, của chắn, kênh dẫn, ống khói, đáy lò được dùng rộng rãi ỏ khu liên hợp luyện kim Vostotrno - Slovaxki ỏ thành phố Cøxure (Tiệp Khắc)

b) Làm nên móng lị cao, ống khói và kênh dẫn :

Việc nghiên cứu các kết cấu của móng lị cao dùng BTCN được bắt đầu từ

năm 1949 ỏ Liên Xô cũ (59) đến năm 1951 đã đưa vào sử dụng và đã chúng minh

sự bên vững và ổn định của nó trong q trình làm việc Cuối năm 1965 ỏ Tiệp khác BTCN cũng đã được sử dụng để xây lị buồng vói đáy di động Các lò này dùng để gia công các tấm thép đúc kích thước lón và nặng, lóp BTCN day 125 mm dùng XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt

Bê tông chịu nhiệt còn được sử dụng rộng rãi làm ống khói và kênh dẫn Việc

xây dựng các ống khói rất nặng nhọc nên việc cơ khí hóa có ý nghĩa quan trọng

Năm 1966 ỏ Nhà máy luyện kim Caragandinski (Liên xô cũ) đã thiết kế và xây

Trang 18

- 12-

Ở nhà máy thủy tinh "Ainkhait" thành phố Vaisvase nước Đúc đã tiến hành thử nghiệm chế tạo các kênh dẫn khói từ BTCN dùng XMPL vói phụ gia và cốt

liệu sa mốt có nhiệt độ sử dụng đến 900°C, kết quả cho thấy độ bền vững, tuổi thọ, hiệu quả sử dụng hơn hẳn gạch sa mốt

Ở Ba Lan, Tiệp Khắc BTCN cũng sử dụng tốt trong các kênh dẫn khí nóng, khí thải và ống khói vói nhiệt độ làm việc là 900°C thời gian sử dụng từ 8 đến 10

năm

B - Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp luyện nhôm

Nhà máy luyện nhôm Cadalacski (Liên xô cũ) đã tiến hành thực nghiệm thay thế các vòng kim loại của lò điện phân bằng BTCN lắp ghép từ xi măng pooc lăng vói cốt liệu sa mốt, cho khả năng giảm chỉ phí thép, giảm giá thành do

tăng mức độ lắp ghép cực ca tốt của lò điện phân (59) Ngoài ra 6 Nha may luyện nhôm Vonøagrad đã tiến hành nghiên cứu sử dụng BTCN làm đáy lị điện phân luyện nhơm

C - Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ (59) 4) Thiết bị đốt nóng Ong:

Lò buồng dùng để đốt nóng ống, chế biến nguyên liệu dầu mỏ Lò được xây dựng thí điểm làm đầu tiên bằng BTCN ỏ nhà máy chế biến dầu mỏ Angarsc (Liên xơ cũ) Kích thước của thiết bị đốt nóng ống : dài 11.810 mm, rộng 9454 mm, cao 5000 mm, nhiệt độ làm việc là 760°C Các kênh dẫn, tường, vòm và nền

lò đều được làm từ bê tơng dùng XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt

b) Lò cháy búc xạ nhiệt - Bê tông chịu nhiệt dùng XMPL vói sa mốt mm và

cốt liệu sa mốt đã và đang sử dụng để xây các lị bức xạ nhiệt, đóng vai trị lóp lót

và chịu lực Các lò búc xạ nhiệt được sử dụng Ỏ các nhà máy dùng nhiên liệu khí,

dầu, xăng xây dựng ỏ Nôvôquybusev, Grozenski, Vongagrad và các nhà máy chế biến dầu khác ỏ Liên Xô cũ

Trang 19

D- Bê tông chịu nhiệt sử dụng trong chế tạo máy

Năm 1959, phân xưởng rèn nhà máy Kipovski - Lénigrad da xay dựng lị gia cơng nhiệt các chỉ tiết từ các bloc BTCN bằng XMPL với phụ gia và cốt liệu sa

mốt, vói nhiệt độ làm việc đến 1200°C (59) Việc sử dụng các bloc BTCN này cho

lị có chế độ làm việc gián đoạn là rat hop lý, chúng làm việc không kém gi so voi

lò làm từ vật liệu chịu lửa đơn chiếc |

Ở Tiệp Khác BTCN còn được sử dụng để chế tạo các khuôn đúc gang, nhiệt độ là 1230°C thời gian đúc 1 phút, sử dụng được 10 chu kỳ

Ek- Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp nắng lượng

Năm 1958 ư Cộng Hịa dân chủ Đức đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTCN

vào trong thiết bị nồi hơi của trạm phát điện (59) Trạm phát điện lón ở Trattendorph, ba nồi hơi được lót bằng các tấm BTCN chế tạo từ XMPL với cốt liệu sa mốt chịu được nhiệt độ từ 800°C đến 1000°C

Nam 1959 6 tram phat dién Biolen (Duc) cing da sti dung cac bloc BTCN

lót lóp bề mặt đốt nóng nồi hơi số 6, dùng XMPL vói cốt liệu sa mốt 6 nhiệt độ

làm việc 600”C, sau 17 tháng sử dụng vẫn khơng có vết nút Việc sử dụng các bloc

BTCN này rút ngắn được 25% thời gian xây dựng

G - Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp vật liệu xây dựng

a) Lam lo tunen nung gach - Nam 1959 Nha may gach Novo-Mantiski, nha may Usti-Kamenogorski, nha may thực nghiệm Glebutrevski (Lién x6 cai) da xay dụng lò tuy nen nung gạch từ các cấu kiện bê tông cốt thép chịu nhiệt lắp ghép,

nhiét d6 nung 1a 970°C (51, 52, 63) Các panen và bloc làm tường, vòm, nền dùng

BTCN từ XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt (59) Ngoài ra BTCN cũng được

sử dụng làm lóp lót cho tồn bộ các vagơng của các lị trên

Ỏ Cộng hòa dân chủ Đức vào năm 1958 - 1959, BTCN đã được sử dụng làm

va gong lò tuy nen ỏ nhà máy gốm "Ventren", nhà máy gạch "Ritren', "Gorrenberg" từ xi măng pooc lăng xỉ, nhiệt độ làm việc từ 1050°C đến 1100°C (59)

b) Làm lò vòng nung gạch :

Trang 20

- 14 -

tu XMPL voi phu gia tro thải, cốt liệu sa mốt làm 18 buồng của lò vòng nung gạch đất sét, nhiệt độ nung gạch từ 850°C dén 970°C (59) Cường độ nén của bê

tông là 125 KG/cm” Nhiệt độ bắt đầu biến dạng 1160°C, nhiệt độ phá hủy là 1220°C

6 Tiép Khdc, Ba Lan BTCN tit XMPL vdi c6t liệu sa mốt có nhiệt độ làm việc từ 900°C đến 1000°C cũng được sử dụng để xây lò vòng nung gạch

Thực tế BTCN có thể thay thế 60 + 70 % toàn bộ vật liệu chịu lửa sử dụng

c) Làm lò dúng nung vôi - Năm 1961 khu liên họp luyện kim Cuznheski

(Liên xô cũ) đã sử dụng BTCN xây lò đứng nung vôi Các bloc BTCN với kích thudc 1760 x 1300 x 650 (mm); 1300 x 1070 x 650 (mm) va 1300 x 650 x 650

(mm), được chế tao tu xi mang pooc lăng xi va cốt liệu sa mốt Cudng d6 nén 6 S00°C là (66 + 92) KG/cm”, ö 1100°C là 150 KG/cm”, độ bền nhiệt 4 lần, độ chịu lửa 1350

Ngoài ra BTCN còn được sử dụng trong cơng nghiệp hóa chất, khu liên hợp hóa chất - luyện kim Magnhitogorski (Liên xô cũ) đã dùng BTCN từ thủy tinh

lỏng với chất ổn định (NazSIF s) và cốt liệu crômmit trong các tháp sản xuất axit

HaSOa

Bê tông chịu nhiệt cịn có thể dùng trong thân lò phản ứng nhà máy nhiệt điện nguyên tử, chịu tác dụng đốt nóng lâu dài và các tia phóng xạ Bê tơng chịu nhiệt này có mác 400 và cao hơn, chất kết dính là xi măng pooc lăng, xi măng

pooc lang xi, xt mang alumin; phụ gia và cốt liệu là samốt, crômmit (37)

Ở Việt Nam việc sử dụng BTCN hãy cịn hạn chế, bỏi vì việc nghiên cứu còn chưa được đầy đủ và toàn diện Ở một số nơi đã sử dụng BTCN như nhà máy điện

Phả lại sử dụng BTCN dùng xi măng alumin, nhà máy xi măng Hoàng Thạch sử

dụng xi măng alumin vói cốt liệu sa mốt Nhà máy Kính Đáp cầu sử dụng BTCN từ XMPL vói phụ gia xỉ lò cao và cốt liệu sa mốt Bộ môn công nghệ vật liệu -

Truong Đại học Xây dựng và Viện ký thuật xây dựng Hà nội đã nghiên cứu

BTCN từ XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt xây kênh khí nóng lị tuy nen nhà

máy gạch Phúc Thịnh Hà nội (9) Bộ môn công nghệ vật liệu - Trường Đại học

Xây dựng và Nhà máy sành sứ Thanh Trì Hà nội chế tạo BTCN làm lóp lát gong

Trang 21

chế tạo bê tông cốt thép chịu nhiệt làm tấm kê nung sứ từ XMPL vói phụ gia sa mốt, xỉ, samôt xỉ, và cốt liệu sa mốt Bộ môn công nghệ Vật liệu - Trường Đại học

Xây dựng và Nhà máy xi măng Hệ Dưỡng - Ninh bình đã chế tạo và đang sử dụng

bê tông cốt thép chịu nhiệt dùng XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt làm làm chóp lị đứng nung clanhke xi măng làm việc ở nhiệt độ 1000°C đến 1100°C.(4,5) Nhìn chung các vấn đề nghiên cứu và sử dụng BTCN là một việc mói mẻ

đối vói nước ta Do đó việc nghiên cứu chế tạo BTCN từ các nguyên liệu trong

nước, vói các đặc điểm cơng nghệ sản xuất trong điều kiện của nước ta có ý nghĩa

to lón và cần thiết

H - NGHIÊN CỨU ẨNH HƯỎNG CỦA NHIỆT ĐỘ CAO ĐẾN THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC ĐÁ XI MĂNG

Đá xi măng pooc lăng vói cấu trúc không đồng nhất và thành phần khống

hóa phức tạp, nên khi bị tác dụng lầu dài và sự thay đổi liên tục của nhiệt độ cao

sé xảy ra những q trình hóa lý phức tạp, làm cho các thành phần hình thành các hợp chất có điểm otecti thấp và không bền Mặt khác cấu trúc đặc chắc của

đá xi măng cũng bị thay đổi cùng vói sự tăng nhiệt độ, làm cường độ đá xi măng

sẽ bị giảm dẫn tói mất hoàn toàn và cuối cùng đá xi măng bị phá hủy Để nghiên

cứu quá trình hóa lý xảy ra trong đá XMPL khi bị đốt nóng ỏ các nhiệt độ cao

V.V.Coltunov đã tiến hành nghiên cứu đối vói từng thành phần khoáng chủ yếu trong xi măng và cấu trúc đá xi măng (38, 23, 22, 2, 28, 88)

1) Khoáng alit - CS

Khoáng alit đã thủy hóa khi đốt nóng đến 1200°C sé xuất hiện 3 hiệu ứng

nhiệt :

- Hiệu ứng thứ nhất ỏ khoảng nhiệt độ : 490”C + 540°C lién quan tdi qua

trình tách nước ra khỏi Ca(OH)a¿ Hiệu úng thứ hai ở khoảng nhiệt độ : 770°C +

810°C Hiệu ứng thứ ba ỏ khoảng nhiét d6 855°C + 950°C lién quan tdi su phan

hay CaCO3 (CaCQ3 hinh thanh do su cac bon nat héa Ca(OH), trong quá trình

ran chac cua C3S trong không khí bởi CO2 của khơng khí)

Ảnh hưỏng của nhiệt độ cao khác nhau gây nên sự thay đổi cường độ và cấu trúc của CaS đã thủy hóa Khi nung đến 200°C cường độ nén của nó tăng lên do

Trang 22

- 16 -

thêm với sự lèn chặt cấu tric do C2SH2 mat nudc Khi nung dén nhiét độ cao hon

300°C + 400°C cac hat chua thay hóa nỏ ra, còn các gel CaSH; tiếp tục mất nước và cỏ thể tích gây nên nội ứng suất, làm giảm cường độ của đá CạS từ 20 + 50% và xẩy ra mạnh ở nhiệt độ 550°C Ở nhiệt độ 540°C + 580”C sự phân hủy Ca(OH)¿ xảy ra mạnh nhất, gây phá hủy cấu trúc làm cường độ giảm mạnh Nếu

sau đó làm nguội nó trong khơng khí thì mẫu sẽ càng bị phá hủy do q trình

thủy hóa lần thứ hai của CaO được tách ra khi Ca(OH)¿ bị mất nước Còn nếu tiếp tục tăng nhiệt độ lên cao hơn 600°C + 1200°C mẫu sẽ bị phá hủy hoàn toàn Như vậy sự giảm đáng kể cường độ và sự phá hủy hoàn toàn của CaS đã

thủy hóa trong q trình làm nguội và giữ nó trong khơng khí là do sự có mặt của CaO tự do (hình thành khi Ca(OH)2 bị mất nưóc), CaO sẽ tham gia phản ứng tôi vôi bằng hơi ẩm của không khí làm tăng đáng kể thể tích (khoảng 2,5 lần) gây

nên phá hủy cấu trúc đá xi măng

2) Khoáng bélit.- C2S

Khi đốt nóng khống C¿S đã thủy hóa đến nhiệt độ 900”C trên biểu đồ

nhiệt của nó khơng có một hiệu ứng nhiệt nào xảy ra Chứng tỏ trong mẫu không chứa CaO tự do và nước của gel hydrosilicat can xi được tách ra trong khoảng

nhiệt độ tương đối rộng không làm thay đổi cấu trúc của đá C2S O nhiệt độ

100°C + 300°C, theo C.A.Mironov, L.A.Malinhina cường độ của mẫu C2S tăng

trên 100% so với ban đầu Sự tách nưóc của C2SH2 é những nhiệt độ này kéo theo sự lèn chặt và kết tinh của các gel, do đó cường độ của mẫu tăng lên (53)

Theo A.E.Nheikin (88) độ co ngót của các gel xảy ra khi mất nước tương ứng vói sự làm chặt cấu trúc và sự phát triển cường độ theo thời gian G.D.Salmanov (71)

cho thấy trong khoảng nhiệt độ 200°C + 400°C cường độ mẫu tăng lên đạt 280%

6 400°C + 600°C độ bền hầu như không thay đổi, từ 600°C ~ 1000°C cường độ có giảm đi nhưng sau đó lại tăng hơn cường độ của mẫu C2S không đốt nóng

Theo V.V.Contunov (38, 23) sự giảm cường độ ỏ nhiệt độ cao là do sự biến dạng nhiệt không đều giữa các gel C2SH?2 va cac tinh thé C2S chưa kịp thủy hóa, cường

Trang 23

Sự biến dạng do nhiệt độ của đá CạS khi đốt nóng đến 240°C sẽ nỏ ra, sau đó đến nhiệt độ lón hơn 240°C do có sự tách nước mạnh mẽ của C¿SH2 mẫu sẽ bị co lại nhất là từ 330°C + 900°C chiếm 0,68% so với kích thước ban đầu Tuy nhiên sự co ngót chỉ xảy ra khi đốt nóng lần thứ nhất còn sau khi nung lần thú hai

đá C2S sẽ nở ra

3) Khống Aluminattricanxi - C3Ấ

Theo V.A.Kind va S D.Okorokov (25) phân tích biểu đồ nhiệt khi đốt

nóng mẫu đá CA, có 3 hiệu ứng nhiệt : hiệu ứng thứ nhất 6 260°C + 340°C tương ứng vói q trình tách nước hydro aluminat canxi, hiệu ứng thứ hai ở 550°C

+ 590°C có sự phân hủy của aluminat chứa nước, vói sự tách ra CaO tự do, hiệu

ứng thú ba ỏ 838°C - 945°C cũng như khống CS là q trình phân hủy CaCO2a (hình thành do cácbonát hóa CaO bằng CƠ; của không khi)

Khi đốt nóng mẫu CA đã thủy hóa đến 230°C dưới tác dụng của nhiệt độ và hơi nước thoát ra sẽ thúc đẩy quá trình thủy hóa tiếp tục của C3A, cùng vói sự lèn chặt cấu trúc do một số các gel CAH bắt đầu mất nước làm cho cưởng độ của

mẫu tăng lên Nếu tiếp tục nâng nhiệt độ lên cao hơn thì ngược lại sẽ gây ra sự giảm đáng kể cường độ (tù 330°C) Ö nhiệt độ này khi bị khử nudc hydro aluminat ba can xi sẽ dể đàng phân ly thành CaO và CsAa, điều đó gây ra sự giảm

cường độ mẫu Đốt nóng tiếp tục mẫu đến 590°C nó phân hủy mạnh khi tách ra CaO tự do Qúa trình này phá hủy mạng lưới tỉnh thể CA, cấu trúc của đá bị tơi

ra và cưng độ giảm đột ngội ⁄

Khi đốt nóng đá CA đến 190°C, nó nở ra sau đó chúng bắt đầu co ngót

dần và nhất là ỏ khoảng 280°C + 350°C, tương ứng vói biến đổi cưỡng độ và biến

mem eee

dạng dài của mẫu „ (Muy ENS //§vU pac

\ 9U 7C Dir vroul

4) Khoang C4AF - alumoferit tetra canxi : a XÂY DỰNG ⁄

en me re

Theo V.A.Kind va V.V.Coltunov (38, 36) va cac tac gia khác, biểu đồ phân tích nhiệt khi đốt nóng C4AF đã thủy hóa có 2 hiệu ứng nhiệt : sự tách nước của hydro aluminat canxi 6 khoang 265°C + 350°C và sự phân hủy hydrô aluminat ba

canxi thanh CaO va CsA3 6 545°C + 590°C Nhu vay sự thay đổi của khoáng

Trang 24

- 18-

so vói mẫu không bị nung Như ta biết rằng khi CaAF thủy hóa sẽ tạo thành hydro aluminat ba canxi (C3AH) và hydroferit canxi Khoáng C3AH sé bị giảm cường độ khi nung ỏ nhiệt độ cao, nhưng khống CFH khi đốt nóng sẽ có tác dụng ngăn cản sự giảm độ bền của C+AH ỏ khoảng 300°C

Nghiên cứu CaAF sau khi đốt nóng đến 550°C, thấy một lượng ôxyt Fe2Oa tan trong CsA4 Chính q trình hịa tan là nguyên nhân làm phá hủy cấu trúc và

giảm cường độ của mẫu

Biến dạng dài của đá C4AF khi đốt nóng đến 80°C, sau đó sự dãn nỏ dài sẽ

giảm dần và đến 150°C ~ 300”C mẫu đã bắt đầu có hiện tượng co và cuối cùng sự co ngót xảy ra mạnh trong khoảng 300°C - 450°C

Tù các kết quả nghiên cứu ỏ trên về ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến thành phần pha và cấu trúc của đá xi măng pooc lăng, ta thấy rằng :

Khi đốt nóng từ 100°C đến 200°C mẫu đá XMPL (không sấy trước) sẽ làm

tăng cưởng độ do sự "tự chúng hấp" của các khoáng xi măng pooc lăng

Khi đốt nóng trên 200°C thì cường độ bắt đầu giảm do su mat nudc ly hoc, (nếu lượng C3A Idn thì sự giảm sẽ lón hơn do phân hủy thành phần

hydrosunphua aluminatcanxI)

Khi tiếp tục tăng nhiệt độ tù 400°C đến 500°C, xảy ra sự tách nước của

hydroxyt- canxi tạo ra CaO gây phá võ cấu trúc và làm giảm cưởng độ

Đá xi măng pooc lăng đốt nóng đến nhiệt d6 600°C + 900°C thi bi pha hay hoàn toàn sau khi giữ chúng trong khơng khí, do sự thủy hóa Jan hai cua CaO Khi đốt nóng ỏ nhiệt độ cao hơn mấu bị phá hủy hoàn toàn

Trang 25

Chuong III

CO SO LY THUYET - THUC NGHIEM NGHIEN CUU CHẤT KẾT DÍNH VÀ BE TONG CHIU NHIET

PHUONG PHAP NGHIEN CUU

I - NGHIEN CUU VAI TRO CUA PHU GIA KHOANG NGHIEN MIN TRONG DA XI MANG VA BE TONG CHIU NHIET

11 - CO SO KHOA HOC VIEC SU DUNG PHU GIA KHOANG NGHIEN MIN TRONG XI MANG VA BE TONG CHIU NHIET

- Như trên đã phân tích về sự phá hủy cấu trúc của đá XMPL dưới tác dụng của nhiệt độ cao, xảy ra quá trinh tách nước của hydroxit canxi tao ra CaO tự do

va quá trình thủy hóa lần 2 của CaO tự do trong đá XMPL Để làm giảm quá trình này cần sử dụng các loại phụ gia làm giảm sự co ngót của đá xi măng khi đốt nóng, liên kết vói các thành phần khống thủy hóa của xi măng, liên kết vói CaO tự do hình thành các hợp chất khó chảy có điểm ơtecti nóng chảy cao Qúa trình này được thực hiện trên cơ sở lý thuyết phản ứng vật chất ỏ trạng thái rắn Lý thuyết này đã được các nhà bác học nghiên cứu từ cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX (12, 45, 11, 35, 6, 19, 76, 86, 44, 42, 22, 20)

Phan ting vat chat 6 trạng thái rắn khác vói các phản ứng 6 trong pha lỏng

và khí, cùng vói các q trình hóa học trong hệ còn xảy ra quá trình vật lý và hóa lý Phản ung pha rắn chỉ xảy ra ỏ nhiệt độ cao Khi đạt được nhiệt độ nào đó các nguyên tử trong mạng lưới tinh thể của các chất phản ứng dao động xung quanh điểm nút, có thể dịch chuyển bên trong mạng lưới hay là vượt ra khỏi mạng lưới

tinh thể Trong q trình đốt nóng : mạng lưới tinh thể trỏ nên lỏng lẻo hơn, số khuyết tật trong mạng lưới tăng lên và quá trình khuyếch tán tăng lên đảm bảo tác dụng tương hồ trong các pha rắn

Quá trình khuếch tán khi phản ứng ỏ trạng thái ran là quá trình tự địch

Trang 26

- 20 -

nhiệt Tốc độ của quá trình khuyếch tán qua lóp phẳng có thể đo được bằng hệ

số khuyếch tán D theo định luật Fyk (44, 45, 19):

2

dC dˆC d dC

= Uae DP: H11

dt dx2 dx [D dx ] (11.1)

Trong đó : C - Nồng độ của cấu tử khuyếch tán

t - Thỏi gian khuyếch tán

| os dC

x - hudng doc theo gradien nong d6 =

Ầ'

D - Hé số khuyếch tán D = ey

2 - Hệ số dịch chuyển chất re

C’ - Dung tích của vật thé

vy, - Mat dé cha hé thong vat thé

Quá trình khuyếch tán xảy ra trong vật rắn khác nhau rất nhiều, người ta phân ra : tự khuyếch tán và dị khuyếch tán Phụ thuộc vào hướng chuyển dịch của các phân tố chia ra : khuyếch tán thể tích (Ỏ sâu trong mạng lưới), khuyéch tan theo giói hạn hay là khuyết tật của các tinh thể (bên trong bê mặt của vật thể) và khuyến tán bề mặt (bên ngoài bề mặt của vật thể)

Trên cơ sở các nghiên cứu của YA.Y.Frenkel, YA.E.Geguzyn và một số người khác đã trình bày các cơ chế dịch chuyển các nguyên tử trong mạng lưới tinh thé (45, 44)

a) Co ché thay đổi đơn giản - Thay đổi trực tiếp vị trí của hai nguyên tử-1, hay là cơ chế vòng tròn khi đồng thời dịch chuyển một số nguyên tử phân bố ở

đạng vòng trịn kín-2 (hình III-1)

b) Cơ chế lố trống - dịch chuyển các nguyên tử từ các nút của mạng lưới vào

vị trí lỗ trống-3

c) Cơ chế dịch chuyển vào khe của mạng lưới - dịch chuyển các nguyên tử

vào khe của mạng lưới-4, như thế hình thành các khuyết tật dạng Frenkel, các

nguyên tử dé dang dich chuyén trong tinh thể từ một khe khác Một trong những

phương án của cơ chế này gọi là cơ chế dịch chuyển từ khe mạng lưới hay 1a co

chế tiếp nối-5

Trang 27

O_O

“c“sỹC- O_O

â Oâ O,đ,â âO_O-O-âO"O O *_O C^*O O @z@_â

O O_O

O-O *Ơ.0_0_0 @

SL" COC BeOS

©O O O @ O O

C°6°cccco°o

Hình TII.1 - Các khả năng của có chế khuyếch tán trong dung dich

rắn bằng sự thay đổi chỗ

1 Thay đổi đón giản; 2 Thay đổi chu kỳ hay vòng tròn

3 Thay thế chỗ trống; 4 Thay thế giữa các nút đón giản

Hình TITITI 2 - Só đồ sự kết khối theo co ché bay hoi

Hinh III.3 - So dd su két khối theo có chế khuyếch tán

a) VỊ trí ban đầu

b) Quá trinh kết khối tưởng ứng vói

hướng của ứng suất nén và kéo

Trang 28

-22-

trong trưởng hợp chung là n+1 nguyên tử-ó

Các tương tác hóa học trong hỗn hợp các vật thể rắn có đặc điểm : chúng

xẩy ra trên bề mặt phân chia pha, không phải lúc nào các tương tác cũng xảy ra, chỉ khi nào các chất điểm có năng lượng đủ lón, các ion thẳng được các lực liên kết xung quanh Qúa trình khuyếch tán xảy ra trong mạng lưới và còn sang cả

mạng lưới tiếp xúc vói nó, lúc đó phản ứng hóa học xảy ra Theo G.F.Khiuttyg (45, 44) quá trình tương tác hóa học chia ra sáu giai đoạn chủ yếu :

1) Thời kỳ bao phủ - các hạt tiếp xúc nhau, khi nhiệt độ tăng mức độ phân tán lón, chất điểm hoạt động hơn sẽ bao phủ chất điểm ít hoạt động

2) Giai đoạn hoạt hóa thứ nhất - Khi nhiệt độ tăng tính linh động của các

ion chất phản ứng khuyếch tán dịch chuyển tăng và sản phẩm phản ứng có thể hình thành Sản phẩm này có nhiều khuyết tật, trong giai đoạn này chất điểm có

hoạt tính lón

3) Giai đoạn mất hoạt hóa thứ nhất - do hiện tượng hình thành sản phẩm

trên bề mặt các chất nên khả năng khuyếch tán chất này đến chất kia giảm làm

khả năng hoạt tính giảm

4) Giai đoạn hoạt hóa thứ hai - Nhiệt độ lón hơn thời kỳ 1, chất tham gia

phản ứng có năng lượng lón, các ion có khả năng dịch chuyển lón, chất phản ứng

này dịch chuyển và khuyếch tán sâu vào nội bộ chất kia Sản phẩm phản ứng tiếp

tục hình thành

5) Giai đoạn mất hoạt hóa lần 2 - phản ứng xảy ra trong nội bộ vật chất, các mầm tỉnh thể dần lón lên, mạng lưới tinh thể còn nhiều khuyết tật, giai đoạn này hoạt tính giảm dần

6) Giai đoạn hoàn chỉnh mạng - các mầm tỉnh thể đã lón hẳn, các khuyết

tật của mạng được khắc phục, quá trình phản ứng kết thúc

Nghiên cứu cơ chế phản ứng trạng thái rắn có nhiều trường pi{hái (44, 45, 19, 42)

Theo G.Tamman và Dz.A.Khedval : trong quá trình phản ứng vật chất 6

Trang 29

phản ánh đúng thực tế các phản ứng tạo thành chất rắn

Theo B.Yander phản ứng vật chất ở trạng thái rắn là do sự khuyếch tán của các ion chất phản ứng qua lóp sản phẩm trên bề mặt hạt

Theo P.P.Budnhikov và A.M.Gynstlyng (44, 45, 19) đối với chất rắn tham gia phản úng với nhau, cịn có vai trị của pha lỏng và khí, nó quyết định tốc độ phản ứng giữa các chất rắn

Cơ chế phản ứng chia ra 4 nhóm :

a) Qua trình tương tác trục tiếp giữa các hạt rắn

b) Các quá trình xảy ra khi có sự tham gia của các pha khí c) Các quá trình xảy ra khi có sự tham gia của các pha lỏng

d) Cac qua trình phản ứng đồng thời có sự tham gia của cả pha lỏng và khí

Co ché phan ứng trạng thái rắn có mặt của pha lỏng hay khí là phản ánh đúng đắn nhất bản chất của quá trình phản ứng Theo Gystlyng dưới tác dụng

của nhiệt độ cao, pha lỏng xuất hiện, mặt khác vật chất bao giò cũng lẫn tạp, có nhiều cấu tử nên nhiệt độ ơtecti của hệ thực tế nhỏ hơn hệ hai chất rắn tinh khiết (44, 45, 19) Qúa trình của phản ứng giữa các vật chất rắn thường chia ra làm hai

quá trình : Kết khối và tái kết tinh Sự kết khối trong pha rắn

Khi kết khối xảy ra hai quá trình : hình thành, phát triển sự tiếp xúc giữa các cấu tử và sự biến đổi hình dạng kích thước các mao quản nhỏ Sự dịch chuyển vật chất trong q trình kết khối có thể thực hiện theo các cơ chế khác nhau : khuyếch tán (thể tích và bề mặt), hóa dẻo và chảy nhót, bay hơi và ngưng tụ Hầu hết sự kết khối trong pha rắn thực hiện theo cơ chế khuyếch tán hoặc bay hơi -

ngưng tụ (44, 45, 19)

Sự kết khối do bay hơi - ngưng tụ : Chỉ xảy ra Ó các hệ, trong đó sự dịch

chuyển vật chất cần có áp suất đàn hồi của khí lón hơn 105 + 106 MPa Mơ hình

của sự kết khối theo cơ chế bay hơi - ngưng tụ thể hiện ở hình III.2 Khi đốt nóng

đến nhiệt độ xác định hai hạt gần nhau bắt đầu có sự bay hơi vật chất do tăng sự

Trang 30

- 24 -

độ dịch chuyển vật chất giảm và quá trình dần dần ngừng lại Theo cơ chế này sé

xảy ra sự gắn chặt các hạt cạnh nhau Đặc trưng đặc biệt sự kết khối theo cơ chế

bay hơi - ngưng tụ là khơng có sự co ngót, tâm của các hạt tương tác không địch

chuyển do hình thành các màng chắn thay đổi hình dạng các lố trống

Sự kết khối nhờ khuyếch tán

- Nếu như độ đàn hồi của hơi nhỏ thì sự kết khối thực hiện chủ yếu là do sự

khuyếch tán thể tích và một phần khuyếch tán bề mặt của các tỉnh thể (45, 42, 11,

44, 76) Mơ hình cơ chế kết khối khuyếch tán ở hình III.3 a, b Ở giai đoạn đầu sự kết khối khi bán kính của lố rất nhỏ thì sự khuyếch tán bề mặt có ý nghĩa chủ yếu (hình a), Ó giai đoạn sau, khi tăng nhiệt độ sự khuyếch tán thể tích đóng vai tro quyết định (hình b) Trong quá trình kết khối khuyếch tán các hạt gắn liền lại vói nhau, các lỗ rỗng được lấp đầy, số lượng và kích thưóc lỗ rỗng giảm, hệ bị co ngót Theo B.YA.Pynhes , tốc độ giảm bán kính lỗ rỗng trong quá trình kết khối có thể xác định theo phương trình (45, 44, 42)

3

a = = = D) (111.2)

Trong đó: r - bán kính các lố rỗng, t - thời gian

Z- hệ số sức căng bề mặt

- hằng số mạng lưới tính thể của các tỉnh thể hạt K - hằng số Bolzman

T - nhiệt độ tuyệt đối

D' - Hệ số tự khuyếch tán

Khi gộp các lỗ rỗng thì chuẩn số bán kính r theo Geguzin thể hiện bằng

phương trinh : * Vo C = 2ơ % III.3 Trong đó : A - Chênh lệch mật độ các 16 Vụ - thể tích các phân tố lỗ rỗng; C - Mật độ của các lỗ rỗng; — z Z OR 2 Z z * _~ ` ⁄ x of ? ⁄ ⁄

Trang 31

kính r < r” giảm

Tù lý thuyết khuyếch tán, sự phụ thuộc của tốc độ làm gần tâm các hạt, từ bán kính hạt r, được mô tả bằng phương trình (42)

All, =(K/)'” 3 ; (14)

Trong đó : Al/1, - Sự thay đổi khoảng cách giữa tâm của các hạt; ly - Khoảng cách ban đầu giữa tâm của các hạt;

K” - hằng số; t - thỏi gian

Tù các phương trình trên (IIL2 + HL.4) thấy rằng tốc độ kết khối khuyếch

tán tỉ lệ thuận vói hệ số khuyếch tán và tỉ lệ nghịch vói bán kính hạt Bán kính của

các hạt kết khối càng nhỏ thì sự kết khối xảy ra càng nhanh Hệ số khuyếch tán

không chỉ phụ thuộc vào bản chất vật liệu, nhiệt độ mà còn vào khuyết tật của

mang ludi tinh thể

Bột phân tán thô thường kết khối chậm hon, so vdi bét da phân tán vì

khoảng cách giữa tâm các hạt lón hơn và bề mặt tiếp xúc tương tác của các hạt

bé Kích thước hạt có ảnh hưỏng lón đến tốc độ kết khối : Khi giảm kích thước từ

10 đến 1 ¿c tốc độ kết khối sẽ tăng lên 10 lần

Cơ chế ảnh hưởng của pha khí đến q trình kết khối có thể khác nhau, nhưng chủ yếu là tác động đến thành phần và tính chất lóp bê mặt của hạt cũng như điều kiện khuyếch tán, bỏi vì khi thay đổi thành phần pha khí có thể thay đổi số đầu mối (nút mạng) trong mạng lưới của vật thể đốt nóng

Su kết khốt khi có mặt pha lỏng

Sự kết khối khi có mặt pha lỏng, vật thể rắn được thấm uót, là trưởng họp

phổ biến nhất của sự kết khối trong công nghệ silicat (11, 22, 44,42, 34,76,87)

Sự kết khối không thấy rõ sự tương tác giữa pha rắn và lỏng thường có ỏ một số vật liệu chịu lửa, kèm theo sự nhét đầy lỗ rỗng giữa các hạt bằng pha lỏng Nếu như lượng pha lỏng đầy đủ, thì tất cả các lỗ rỗng sẽ được làm đầy, các hạt được sắp xếp lại

và vật liệu bị co ngót Lực dịch chuyển của loại kết khối này là sức căng bề mặt của

chất nóng chảy, nó xác định sự xuất hiện trong lỗ rỗng tròn kín một áp lực, áp lực này dẫn tói việc kéo xích gần các hạt lại và đẩy các lỗ rỗng ra xa

Trang 32

- 26 - khi có mặt pha lỏng 2 3 t Theo Frenkel : — T =—— 2 = 7 (L5) AV 9 t

Theo Kynger - Berg : Vv 7 ¬ (H.6)

Theo Makkenzy - Xyttlevors :

3 v2Z 1

2 2 (1-2)(1 In ); (IL7)

dt 2 1 3 l-p

Theo Skorokhod : eo Skorokho — = ——A dt 1T mm (HS) IH8

Trong đó : x - Bán kính màng chắn giữa hai hạt;

ơ - Hệ số súc căng bề mặt; ; - Hệ số độ nhot V - Thể tích; t - Thời gian; p - Mật độ;

r - Bán kính hạt; Z - Ứng suất của quá trình;

P - Độ rỗng ; A - xác định từ phương trình

2

P.(3-P).(1-P

A= G01) (HI.9)

1-2P

Tu cdc phuong trinh trén (III.5 + HI.8) thay rang téc độ sự kết khối tỉ lệ thuận vói sức căng bề mặt của pha lỏng và tỉ lệ nghịch vói bán kính hạt (hay là lỗ

rỗng kín) và hệ số độ nhót của pha lỏng

Khi kết khối xảy ra tác động tương hố của pha lỏng và rắn, sự kết khối tiến

hành theo ba giai đoạn (45, 31, 44, 76, 42, 48)

Giai đoạn đầu sau khi xuất hiện pha lỏng xảy ra sự kéo xích lại gần và sắp xếp lại các hạt (hình HH.4) Giữa hai hạt gần nhau xuất hiện lóp chất lỏng thấm ưót trung gian của vật chất kết khối, có hình dạng thấu kính vói mặt cong lõm Ỏ phan gidi han voi mơi trường khí Sức căng bê mặt gây ra áp lực du, hudng theo phía tâm mặt cong Ấp lực này chuyển chất lỏng ỏ vùng tiếp xúc, tiếp theo xảy ra

su kéo xich lai gan nhau các hạt rắn đến trị số AL, kèm theo làm tăng mật độ của

khối hạt lón hơn và chất nóng chảy nhét đầy các lố rỗng

Giai đoạn hai tiến hành quá trình hòa tan pha rắn trong pha lỏng và theo

mức độ bão hịa của nó - hình thành tính thể từ pha lỏng Các tinh thể nhỏ có thể

bị hịa tan hoàn toàn, tuy nhiên các tinh thể lón hơn thì phát triển - diễn ra sự kết

Trang 33

Giai đoạn ba Kết thúc sự kết tỉnh lại và ngừng sự làm chặt, hình thành bộ

khung cúng của vật thể

Sự kết khối rắn lỏng của bê tông dùng XMPL

Trong các vật liệu silicat bao gồm xi măng pooc lăng khi nung ở nhiệt độ

cao thường hình thành những pha tinh thể mdi, qua trình kết khối rất phức tạp Trong trường hop này quá trình kết khối thường dế xảy ra từ hai nhóm phản ứng, thường tác động tương hồ vói nhau, đó là : phản ứng trong pha rắn và phản ứng vói sự tham gia của chất nóng chảy G.V.Cucolev gọi sự kết khối như vậy là sự kết khối hỗn hợp rắn lỏng (45, 42, 44) Cơ chế quá trình kết khối vật liéu silicat 1a co chế kết khối hỗn họp rắn lỏng Khi đốt nóng bê tơng dùng XMPL ỏ nhiệt độ cao cũng diễn ra sự kết khối rắn lỏng này

Tốc độ phản ứng pha rắn giai đoạn đầu khơng lón, khi nhiệt độ tăng xuất hiện pha lỏng, tốc độ phản ứng tăng đáng kể Tốc độ kết khối tăng khi tăng phần

nóng chảy ơtecti, trong chất nóng chảy xảy ra sự hòa tan một phần hay hoàn toàn

phối liệu của các cấu tử và từ chất nóng chảy hình thành pha tỉnh thể mói, nhất là khi giảm kích thước hạt cấu tử ban đầu (nghiền mịn) và khi tăng nhiệt độ

Như trên đã phân tích, dưới tác dụng của nhiệt độ cao, xảy ra sự phá hủy

cấu trúc đá xi măng và bêtông, tạo ra CaO Khi có mặt phụ gia diễn ra phản ứng pha ran vói CaO, sẽ có một số chất nóng chảy hình thành pha lỏng, xảy ra sự kết khối rắn lỏng trong hệ thống (31, 43)

O thoi ky đầu đốt nóng, khi chất nóng chảy cịn ít bề mặt của các phần rắn khá lón, lúc đó pha lỏng hình thành chỉ là màng mỏng hấp phụ Trong trường hợp này khả năng liên kết của các chất nóng chảy rất bé Khi tăng nhiệt độ, số lượng chất nóng chảy tiếp tục tăng, chiều dày của lóp hấp phụ sẽ tăng, khi lóp hấp phụ vượt quá 1000 lóp phân tử, giữa các phần của pha rắn hình thành mặt cong dạng vịng nodoit hình IIL5 Liên kết các hạt rắn lấp đầy lỗ rồng làm cho vật liệu bị co ngót Khi số lượng chất nóng chảy tiếp tục tăng, mặt cong pha lỏng sát

dần vào nhau, lực mao quản giảm rất nhanh theo mức độ tăng của pha lỏng Khi

bề mặt giói hạn của chất lỏng nóng chảy sát vào nhau góc 6 giảm và góc ø tăng,

lực mao dẫn mất hoàn toàn Giai đoạn này đặc trung bằng các chất nóng chảy

Trang 34

-28-

khe hỏ giữa các hạt cốt liệu, các hạt cốt liệu ỏ trạng thái tự do không liên kết làm

cho bê tông bị phá hoại, ø > 0 và ø > 909, Trên hình ILŠ cho thấy sơ đồ tiếp xúc của phần cầu với pha lỏng Sự có mặt của phần cong pha lỏng trung gian là nguyên nhân phát sinh lực nén mao dẫn kéo các phần rắn lại gần nhau (31) Lực kéo là :

F_ = xzRSinz[ RSine(1/r-l/T;)+2Sin(+9)] ; (HI.10)

Trong đó : o Stic cang bé mat 6 gidi han pha lỏng - khí

R - Ban kinh phan cau

y - Géc phụ thuộc vào số lượng của pha lỏng r¡, r; - là bán kính bê mặt cong của pha lỏng 9 - Góc thấm ưúót vùng biên

Tù cơng thức này, có thể thấy rằng lực kéo.đạt ỏ giá trị lón nhất khi lượng pha lỏng này thấm ưót hoàn toàn Khi ¿ + 0 <90° gây ra lực nén, kéo hai phần rắn lại gần nhau, khi giá trị tổng 2 góc này lón hơn 909 các phần này đẩy nhau Cơng thức có ý nghĩa quan trọng để giải thích các trị số và đặc tính độ co lửa và

sau đó là độ đặc của vật liệu nhận được

Tuy nhiên các thí nghiệm chỉ ra răng quá trình xích gần của tâm các phần

không kết thúc khi các phần đạt được sự tiếp xúc trực tiếp Do ỏ trên bề mặt ranh

giói tiếp xúc xảy ra sự hòa tan của các pha rắn và chuyển nó vào trong phần nóng

chảy

Như vậy nhiệt độ làm mềm vật liệu đá xi măng và bê tông phụ thuộc vào tỉ

lệ số lượng giữa pha rắn và pha lỏng Số lượng pha lỏng hình thành trong bê tông

dùng XMPL ỏ nhiệt độ xác định có thể điều chỉnh bằng cách đưa vào trong x1 măng các phụ gia nghiền mịn khác nhau với số lượng khác nhau (16, 19, 20)

Bằng kết quả thực nghiệm G.M.Ruxuk đã xác định được nhiệt tỏa ra của XMPL tinh khiết và hỗn họp XMPL vói các phụ gia nghiền mịn khác (xỉ, đất sét, trepen .) dưới tác dụng của nhiệt độ cao (59) Ruxuk đã cho thấy q trình thủy hóa lần 2 của oxyt canxi trong XMPL tỉnh khiết và hỗn họp xi măng - phụ gia

nghiền mịn xảy ra khác nhau : trong XMPL tỉnh khiết, nhiệt tỏa ra tăng theo mức

Trang 35

Hình II] 4 - Hình III 5-

Sơ đồ kết khối có mặt-pha lỏng So đồ tiếp xúc của hat ran hinh cau voi pha lỏng trung gian

lón nhất thấy được khi đốt nóng đến 300%C + 400°C, sau đó giảm dần, đặc biệt

sự tỏa nhiệt giảm thấp rõ rệt 6 800°C + 900Đ°C Đối vói một số xi măng vói phụ

gia nghiền mịn khác, không thấy đặc trưng tỏa nhiệt trong khoảng 500°C + 600°C, điều đó chứng tỏ hàm lượng của ơxyt canxi thủy hóa thấp G.M.Ruxuk chỉ

ra rang : Ca(OH), tách ra khi xi măng thủy hóa có thể được liên kết trong quá

trình đốt nóng vói các phụ gia nghiền mịn khác nhau (58) B.M.Moskvyn va B.B.Kuraev đã nhận thấy rằng, để tăng tính chịu nhiệt của XMPL và bê tơng có thể sử dụng một số loại phụ gia khác nhau

Đưa phụ gia nghiền mịn vào trong XMPL (hay bê tông dùng xi măng pooc lãng) dẫn tói giảm lượng chất nóng chảy trong một đơn vị thể tích (nó khơng cần q lón để gây biến dạng của vật liệu và không quá nhỏ để làm chậm phản ứng pha rắn và sự kết khối)

Ngồi ra cịn tăng lực ma sát bên trong giữa các phần của vật liệu do độ

nhót của các chất kết dính tăng lên, tăng nhiệt độ mềm dudi tải trọng cũng như

độ chịu lửa của chất kết dính

L2 - YÊU CẦU ĐỐI VĨI PHỤ GIA KHỐNG NGHIỀN MỊN

Phụ gia khoáng nghiền mịn đưa vào xi măng pooc lăng để làm giảm tương đối khối lưng pha lỏng và tăng độ chịu lửa, tăng nhiệt độ biến dạng dưới tải

trọng của bê tông Do vậy chúng phải thỏa mãn các yêu cầu :

Trang 36

- 30 -

và liên kết vói Ơơxyt canxi tự đo ỏ nhiệt độ cao tạo thành các họp chất mói có độ chịu lửa cao

- Hòa tan không đáng kể ỏ pha lỏng và không tạo thành những họp chất có điểm otecti thấp khi tương tác với các khoáng của XMPL

- Bền vững dưới tác dụng của nhiệt độ cao

- Làm giảm co ngót của đá XMPL trong quá trình đốt nóng

- Khơng làm giảm hoạt tính của XMPL

Phụ gia đưa vào trong bê tông thép một tỉ lệ nhất định so với xi măng, khi

đó hỗn họp XMPL và phụ gia được gọi là chất kết dính chịu nhiệt (CKDCN) và

bê tông gọi là bê tông chịu nhiệt (BTCN) Tính chất của BTCN phụ thuộc vào

chất kết dính chịu nhiệt Khi nghiên cứu BTCN cần phải biết sự thay đổi cưởng

độ và các tính chất khác của CKDCN khi đốt nóng, các tính chất của nguyên vật liệu sử dụng Cường độ đá CKDCN trong quá trình đốt nóng thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố : loại phụ gia nghiền mịn, lượng dùng phụ gia, độ nghiền mịn của

phụ gia, tỉ lệ nước và chất kết dính

1.3 - ANH HUONG CUA PHU GIA KHOANG NGHIEN MIN

1.3.1 - Sự liên kết của ôxyt canxi với phụ gia

Như đã phân tích 6 phan trên, các sản phẩm thủy hóa của các khoáng xi măng khi bị đốt nóng sẽ tạo ra các sản phẩm :

- Khoáng alit: CS + HO > CSH + Ca(OH); > C5 + CaO

hay tạo thành + C,S, + Ca(OH), + C,S, + CaO

- Khodng belit : C,S + H,O + C,SH + C,S

- Khoang aluminat canxi: C,A + H,O + 3C,AH, + CsA, + 4CaO

- Khoang alumoferit canxi: CsAF + H,O + C,AH, + CFH + C5;A,+CaO va Fe,O; + CaO > Fe,O, tan trong CsA;

Khi đưa phụ gia sa mốt và xỉ nhiên liệu vào trong hén hdp vói xi mang pooc lang 6 1000 - 1200°C diễn ra các phản tng tao ra san phẩm mói bền không phân

hủy, chịu nhiệt, khơng nóng chảy ỏ nhiệt độ thấp (30, 27, 28) Sau khi hình thành

Trang 37

hốn hợp chứa ôxyt canxi ôxyt silic : CaO + SiO¿, sản phẩm cuối cùng là mêta

silicat canxi CaO.SiO›; trong quá trình phan úng hình thành các sản phẩm trung

gian 3CaO.SiO,, 2CaO.SiO,, CaO.2S8i0,, 3CaO.28iO, (44, 45, 42) Các sản

phẩm trung gian hình thành không phụ thuộc vào tỉ lệ các thành phần trong hốn

hợp ban đầu Tỉ lệ số lượng giữa các họp chất trung gian có mặt trong hỗn họp

thay đổi Trong suốt thỏi gian phản úng, khi kết thúc quá trình, hợp chất trung gian mất đi Trong thành phần của phụ gia bao gồm các cấu tử SiO›, Al,O,,

Fe,O,, nên cơ chế tương tác trong hệ thống nhiều cấu tử phúc tạp hơn, ở nhiệt độ 1100°C + 1200°C xay ra tương tác của ơxyt canxi vói Ơxyt silic và ơxyt nhơm

hình thành sản phẩm annortit (CaO.Al›O-.2S¡O, )

2CaO + SiO, ~ 2CaO.SiO,

_2CaO.SiO, + Al,O; ~ CaO.SiO, + CaO.Al,O, 3CaO.2SiO, + Al,O, > 2CaO.SiO, + CaO.Al,O, CaO + ALO; > CaO.ALO,

5CaO.3A1L,0, + SiO, + 2CaO.SiO, + 3(CaO.AI,O3) Tiép theo dién ra qua trinh hinh thanh gelenit :

CaO.SiO, + CaO.Al,O, > 2CaO.Al,03.SiO,

va sau d6 hinh thanh annortit :

2CaO.Al,03.SiO, + 2SiO, + CaO.Al,0,.2SiO, + CaO.SiO,

Nghiên cứu sự biến đổi lý hóa xảy ra trong đá CKDCN (275, 59, 41, 49) B.B.Coltunov cho thấy khi đốt nóng giữa các thành phần khoáng riêng rẽ của XMPL vói các thành phần khoáng của sa mốt nghiền mịn sẽ có tác dụng vói

nhau Bảng H1

- Đối với khoáng CS trên biểu đồ phân tích nhiệt cho thấy 4 hiệu ứng nhiệt : hiệu ứng 1, 2 xảy ra giống khoáng alit nguyên chất 6 490°C + 540°C va 6 739°C + 824°C do quá trình tách nước của Ca(OH)› Hiệu ứng thứ 3 ö 890°C + 930°C ung vói quá trình phân li cacbonat canxi (tạo thành khi CaO hấp thụ CO; của môi trường khơng khí) Hiệu ứng thứ 4 thấy được do phản ứng tỏa nhiệt giữa

Si0,, Al,O, của sa mốt vói ơxyt canxi tự do hoặc silicat hai canxi (C25) để tạo