Nghiên ứu ảnh hưởng của phụ gia puzzlan krông nô đắc nông đến tính chất của xi măng fico

Tu thu c vào loủ ỳ ộ ại khoáng, hàm lượng khoáng, hàm lượng pha th y ủtinh mà khả năng tương tác của xi măng với nước là khác nhau tạo nên pha ế k t dính CxSyHz và CxAyHz, CaOH2 và AlOH3

Quá trình hydrat hóa và đóng rắ n c ủa xi măng Pooclăng

1.1 Xi măng Pooc lăng và xi măng Pooc lăng hỗn hợp

1.1.1 Xi măng Pooc lăng. a.Khái ni mệ

Xi măng Pooc lăng (XMP) là bột vô cơ không dính, được sản xuất từ quá trình nghiền mịn hỗn hợp clinker XMP và thạch cao Sản phẩm này được tạo ra từ clinker xi măng Pooc lăng, thạch cao và các phụ gia Trong quá trình nghiền, có thể sử dụng phụ gia công nghệ nhưng không vượt quá 1% so với khối lượng clinker.

Clinker xi măng poóc lăng được định nghĩa theo TCVN 5438 : 2004

Thạch cao để ản xuất xi măng poóc lăng có chất lượng theo quy định hiện s hành (TCXD 168 : 89)

Phụ gia công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong quá trình nghiền, vận chuyển, đóng bao và bảo quản xi măng mà không làm ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của xi măng, vữa và bê tông Theo TCVN 2682:1999, các chỉ tiêu chất lượng của xi măng phụ thuộc vào sự kiểm soát và sử dụng phụ gia hợp lý.

Xi măng Pooc lăng được s n xu t theo yêu c u cả ấ ầ ủa TCVN 2682:2009 như b ng 1.1 ả

B ng 1 1.Yêu cả ầu kỹ thu t c a XMP theo TCVN 2682:1999 ậ ủ

Cường độ ch u nén, N/mm ị 2 (MPa) không nh ỏ hơn

50 Thời gian đông kết (phút)

B ắt đầ u, không nh ỏ hơn

375 Độ nghi n mịn, xác định theo: ề

Phầ n còn l i trên sàng 0,08mm, % không l ạ ớn hơn

B m ề ặt riêng (phương pháp Blaine) cm 3 /g, không nh ỏ hơn

2800 Độ ổn đị nh th hi ể ện, xác định theo phương pháp Le

Chatelier, mm, không l ớn hơn

Hàm lượng SO 3 % không lớn hơn 3,5

Hàm lượ ng Magie Oxit MgO % không l ớn hơn 5,0

Hàm lượ ng m t khi nung (MKN) % không l ấ ớn hơn 5,0

Hàm lượ ng c n không tan (CKT) % không l ặ ớn hơ n 1,5

1.1.2 Xi măng Pooc lăng hỗn hợp. a.Khái ni m ệ

XMP là loại xi măng kết dính thủy lực, được chế tạo bằng cách nghiền mịn clinker XMP kết hợp với các phụ gia khoáng và một lượng thạch cao cần thiết Quá trình này bao gồm việc trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với XMP mà không chứa phụ gia khoáng.

Clinker xi măng poóc lăng dùng để ả s n xuất xi măng poóc lăng hỗn h p có ợ hàm lượng magie ôxit (MgO) không lớn hơn 5%.

Phụ gia khoáng để ả s n xuất xi măng poóc lăng hỗn h p ph i th a mãn các ợ ả ỏ yêu cầu c a TCVN 6882 : 2001 và quy chu n s d ng ph gia trong s n xu t xi ủ ẩ ử ụ ụ ả ấ măng

Thạch cao để sản xuất xi măng poóc lăng hỗn hợp có chất lượng theo TCXD

Phụ gia khoáng bao g m phụồ gia khoáng ho t tính và ph ạ ụ gia đầy.[5]

Phụ gia khoáng ho t tính g m các loạ ậạ ồ i v t li u thiên nhiên ho c nhân t o, ệ ặ ạ ở d ng nghiạ ền mịn, có tính ch t puzolan và tính ch t thấ ấ ủy lực.

Phụ gia đầy là các loại vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, không tham gia vào quá trình hydrat hóa xi măng Chúng chủ yếu đóng vai trò cố định vật liệu mịn, làm tăng thành phần hóa học và cấu trúc của đá xi măng.

Phụ gia công ngh g m các loạệ ồ i ph gia có tác d ng c i thi n tính ch t c a ụ ụ ả ệ ấ ủ

XM nhằm đáp ứng yêu cầu sử ụng hoặ d c đ tăng cường qúa trình nghiền, vận ể chuyển, đóng bao và bảo qu n cả ủa XM.

Tùy thuộc vào chất lượng clinker XMP và các phụ gia, tổng lượng phụ gia khoáng trong XMP hỗn hợp (không tính phụ gia cao) không vượt quá 40% khối lượng XM, trong đó phụ gia đầy không quá 20% và phụ gia công nghệ không quá 1% Các chỉ tiêu chất lượng của XMP hỗn hợp được quy định theo TCVN 6260:1997.

Xi măng Pooc lăng hỗn hợp được s n xuả ất theo TCVN 6260:1997 như bảng 1.2

B ng 1 2.Yêu cả ầu kỹ thu t c a XMP hậ ủ ỗn hợp theo TCVN 6260:1997

Cường độ 2 không nh ỏ hơn

B ắt đầ u, phút, không nh ỏ hơn

K t thúc, gi , không l ế ờ ớn hơn

Phầ n còn l i trên sàng 0,08mm % không l ạ ớn hơn

B m ề ặt riêng, xác đị nh theo tiêu chu ẩn Blaine cm 2 /g không nh ỏ hơn

2700 Độ ổn đị nh th tích, xác đ ể ịnh theo phương pháp Le

Chatelier, mm, không l ớn hơn

Hàm lượng anhydric sunfuric (SO 3 ) không l ớn hơn 3,5

1.2 Quá trình hydrat hóa và đóng rắn của xi măng Pooc lăng.

1.2.1 Các phản ứng hydrat hóa của các khoáng a.S hydrat hóa cự ủa C 3 S (alit)

Trong giai đoạn đầu khi nước được thêm vào, bề mặt của hạt C3S bắt đầu tan ra, giải phóng các ion Ca2+, OH-, và H2SiO4 2- vào dung dịch Dung dịch trở nên bão hòa với Ca(OH)2, dẫn đến sự hình thành pha pooclandit Tại thời điểm này, có sự cạnh tranh giữa việc hình thành các tinh thể Ca(OH)2 và CSH Quá trình thủy hóa hoàn toàn chỉ kết thúc sau khoảng 1 đến 1.5 năm.

2(3CaO.SiO 2 ) + 6H O = 3CaO.SiO 3H O + 3Ca(OH) 2 2 2 2

Quá trình hydrat hóa của C3S dẫn đến sự tách ra của Ca(OH)2, với hàm lượng C2S trong xi măng chiếm tỷ lệ lớn, do đó lượng Ca(OH)2 tách ra cũng khá cao Điều này liên quan đến sự hydrat hóa của C2S (belit).

Phản ứng hydrat hóa của Củ 2 S tạo ra hydro silicat và một lượng nhỏ Ca(OH)2 Tuy nhiên, lượng Ca(OH)2 sinh ra trong phản ứng này thấp hơn so với phản ứng thủy hóa của C3 S.

2(2CaO.SiO 2 )+ 4H 2 O → 3CaO.SiO 2 3H O + Ca(OH) 2 2 c.S hydrat hóa cự ủa C 3 A (canxi aluminat)

S ự tác dụng tương hỗ ữa C gi 3 A và H 2 O sẽ sinh ra phả ứng và phát ra một n lượng nhi t khá lệ ớn theo phương trình sau.[3, 16]

Phản ứng ngậm nước trong xi măng Pooclăng xảy ra khi có mặt của thạch cao, dẫn đến sự tác dụng với thành phần C3A và hình thành một khoáng vật mới Quá trình này gây ra sự trương nở, làm thay đổi thể tích của xi măng.

3CaO.Al 2 O 3 + 3CaSO 2H O+ 26 H O→ 3CaO Al O 3CaSO 28H O 4 2 2 2 3 4 2 d.S hydrat hóa cự ủa C 4 AF.

Khi cho C4AF tác dụng với H2O trong điều kiện xi măng thủy hóa hoàn toàn và hình thành một lượng vôi bão hòa, phản ứng sẽ xảy ra theo nhiệt độ môi trường.

4CaO.Al 2 3 O Fe O 2 3 + 12H O →3CaO Al O 6H O + CaO.Fe O 6H O 2 2 3 2 2 3 2

1.2.2 Diễn biến quá trình theo thời gian.

Khi xi măng được trộn với nước, các pha C3S, C2S, C3A và C4AF sẽ thực hiện phản ứng thủy hóa Khả năng tương tác của xi măng với nước phụ thuộc vào loại xi măng, hàm lượng khoáng và hàm lượng pha thủy tinh, từ đó tạo ra các sản phẩm như CxSyHz, CxAyHz, Ca(OH)2 và Al(OH)3.

Quá trình hydrat hóa tạo ra các pha Pooclandit Ca(OH)2 và Al(OH)3, là những hydroxit dễ tan trong nước Chúng ảnh hưởng đến tính chất của vữa xi măng và bê tông, đặc biệt là trong việc điều chỉnh độ ẩm và ngăn chặn sự bay hơi của nước dư trong quá trình hydrat hóa, từ đó tạo ra độ đặc và giảm thiểu tình trạng rỗng trong vật liệu.

Quá trình đóng rắn của xi măng Pooc lăng bắt đầu khi các khoáng silicat canxi (C3S, C2S), aluminat canxi (C3A) và alumoferrit canxi (C4AF) tương tác với nước, dẫn đến quá trình thủy hóa và thủy phân Kết quả của quá trình này là sự hình thành các gel hydrosilicat canxi, hydroaluminat canxi và hydroferit canxi.

Các gel này từ từ keo tụ và bao bọc xung quanh hạt xi măng, giúp kìm hãm tốc độ hydrat hóa của hạt xi măng Qua thời gian, các gel này dần dần tái kết tinh, tạo thành cấu trúc vững chắc cho sản phẩm bê tông có cường độ cao.

Thành phần khoáng của xi măng ảnh hưởng đáng kể đến mức độ hydrat hóa và tốc độ phát triển cường độ của xi măng Pooc lăng (XMP) Xi măng chứa nhiều kháng aluminatcalci và alumoferitcalci có mức độ hydrat hóa nhanh, nhưng cường độ sản phẩm không cao Ngược lại, xi măng chứa nhiều khoáng C4AF có mức độ hydrat hóa và tốc độ phát triển cường độ nhanh, đồng thời mang lại cường độ khá cao Trong khi đó, xi măng chứa nhiều khoáng belit có mức độ hydrat hóa và tốc độ phát triển cường độ chậm hơn Hình 1.1 mô phỏng quá trình hydrat hóa của hạt clinker, trong khi hình 1.2 mô tả sự phát triển cường độ của các khoáng clinker XMP theo thời gian.

Hình 1 1.Hình nh mô ph ng quá trình hydrat hóa cả ỏ ủa các hạt Clinker

B ng 1 3.Mả ức độ hydrat hóa c a các khoáng XMP theo th i gian(%) ủ ờ

Thành ph n khoáng ầ 3d 7d 28d 90d 180d Hydrat hoàn toàn

Hình 1 2 S phát triự ển cường độ ủ c a các khoáng clinker XMP theo th i ờ gian

1.2.3 Quá trình hình thành và tính chất cơ lý của đá xi măng a.Định nghĩa

Vai trò c ủa phụ gia xi măng

Ph ụ gia xi măng

Theo tiêu chuẩn TCVN 6882:2001, phụ gia khoáng cẩ ụa xi măng là các vật liệu vô cơ tự nhiên hoặc nhân tạo, được sử dụng trong xi măng poóc lăng hỗn hợp mà không gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng, bê tông và bê tông cốt thép Phụ gia khoáng được phân thành hai loại: phụ gia hoạt tính và phụ gia đầy.

Theo tiêu chuẩn ASTM C688 của Mỹ, phụ gia xi măng là vật liệu được sử dụng để cải thiện các tính chất của xi măng, mang lại lợi ích khi kết hợp trong quá trình sản xuất xi măng.

2.2 Phụ gia hoạt tính và ảnh hưởng của nó tới tính chất xi măng.

2.2.1 Khái niệm về phụ gia hoạt tính.

Phụ gia khoáng hoạt tính, trước đây chỉ được biết đến với tên gọi ph gia puzzolanic, xuất phát từ thuật ngữ puzzolan, dùng để chỉ các vật liệu tự nhiên như tuff núi lửa, đất nung nghiền mịn và đá bọt Hiện nay, thuật ngữ này đã mở rộng để bao gồm tất cả các vật liệu chứa SiO2 hoạt tính.

Al 2 O 3 ho t ạ tính Những vật liệu này phả ứng được với vôi ở điều kiện thường khi n có m t cặ ủ nướa c Ph gia này ngoài chụ ức năng bịt kín các lỗ ỗ r ng còn có khả năng ph n ả ứng vớ pha pooclandit Ca(OH)i 2 trong bê tông t o ra pha k t dính chạ ế ủ ự l c là C-S-H

2.2.2 Phân loại phụ gia hoạt tính.

Phân lo i theo ngu n g c hình thành g m có : ạ ồ ố ồ

Phụ gia tự nhiên như đá Bazan, tuff núi lửa, trass, diatomit và muối silic chứa thành phần chính là SiO₂, cùng với Al₂O₃ và Fe₂O₃ Độ hoạt tính của các loại phụ gia này phụ thuộc vào nguồn gốc và thành phần của chúng Mặc dù có độ hoạt tính thấp, nhưng nhờ giá thành rẻ, chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất xi măng và bê tông Nhiều quốc gia đã áp dụng việc sử dụng Trass và đá pom để thay thế đến 20% trọng lượng xi măng trong vữa và bê tông.

Phụ gia khoáng nhân tạo như xỉ lò cao, tro bay và đất sét nung là những phế thải công nghiệp được sử dụng phổ biến trong xây dựng Chúng không chỉ có giá thành thấp mà còn góp phần bảo vệ môi trường Sự khác biệt về nguồn gốc và điều kiện hình thành của các phụ gia này dẫn đến sự khác nhau về hoạt tính puzzolanic, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả của chúng trong xi măng và bê tông.

Phụ gia xây dựng được phân loại theo tính chất gồm: phụ gia có tính chất kết dính, phụ gia có tính chất puzzolan, và phụ gia có cả hai tính chất kết dính và puzzolan Ngoài ra, còn có các loại phụ gia với những tính chất khác.

2.2.3 Ảnh hưởng của phụ gia hoạt tính đến quá trình hydrat hóa và đóng rắn của xi măng a Phả ứng puzzolan trong xi măng có chứn a ph gia khoáng ho t tính ụ ạ

Các loại phụ gia khoáng hoạt tính, dù có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo, đều có phản ứng puzzolan giống như đất puzzolan (tro núi lửa) Phát hiện đầu tiên tại Italia trên bờ biển Neapolitan, chúng được gọi là phụ gia puzzolanic Phụ gia này phản ứng với các thành phần SiO2 hoạt tính và vôi Khi trộn puzzolan vào xi măng, tạo ra xi măng puzzolan, sẽ xảy ra quá trình hydrat hóa các thành phần khoáng của clinker và sự tương tác hóa học giữa các sản phẩm hydrat hóa với puzzolan Trong giai đoạn đầu, quá trình này dẫn đến sự phân hủy các hợp chất clinker, tạo ra các sản phẩm như canxi hydrosilicat, canxi hydro aluminat và canxi hydro ferit, nhờ vào sự phân hủy 3CaO.SiO2 và 2CaO.SiO2, dẫn đến việc tách ra Ca(OH)2.

Sự có mặt của puzzolan không làm thay đổi các tính chất của các tương tác giữa khoáng clinker với nước, mà chỉ làm tăng tốc độ ủ và thủy hóa Điều này xảy ra do lượng nước cần thiết cho một đơn vị khối lượng clinker lớn hơn trong hồ xi măng có pha puzzolan, tạo điều kiện cho phản ứng thủy hóa diễn ra nhanh hơn Puzzolan cũng kết hợp với Ca(OH)2 để tạo thành hợp chất không tan, từ đó giảm nồng độ Ca(OH)2 trong dung dịch nước của xi măng cứng hóa và tăng cường sự thủy phân canxi silicat trong clinker Phản ứng giữa các sản phẩm của clinker và các thành phần hoạt tính của puzzolan được gọi là quá trình thứ hai, trong đó Ca(OH)2 tương tác với SiO2 hoạt tính của puzzolan để tạo thành canxi hydroxit silicat (C-S-H).

Phả ứn ng th y hóa củ ủa xi măng

Xi măng + nước C–S–H(canxi silicat) + CH(canxi hydoxit) + pha khác Phả ứn ng puzzolan

Puzzolan +CH(t ừ pư thủy hóa xi măng) C–S–H(canxi silicat) + pha khác Ca(OH) 2 + nSiO 2 ht mCaO.SiO 2 pH 2 O

Trong h n hỗ ợ ởp nhiệt độ thường, tùy thu c vàoộ nồng độ canxi oxit trong môi trường nước hình thành ra các hợp chất với m = 0.8 1.5 ; p = 2 Có nghĩa là –

(0.8–1.5)CaO.SiO2.2H2O.Cũng có thể hình thành hydrogenlenit 2CaO.SiO2.Al2O3.8H2O, vì trong puzzolan thường có thành ph n khoáng Alầ 2O3 nhất định

Thành phần cuối cùng của sản phẩm từ việc pha trộn xi măng với puzzolan phụ thuộc nhiều vào loại và thành phần của puzzolan, hàm lượng puzzolan trong xi măng hỗn hợp, cùng với điều kiện đóng rắn của xi măng.

Trong xi măng puzzolan, sự hiện diện của đá thạch cao dẫn đến sự hình thành phaetringit Chất này được hình thành trong giai đoạn đầu khi các hạt clinker tương tác với nước, gây ra quá trình đông kết chậm cho xi măng Về sau, sản phẩm này có khả năng phân giải từ dạng trisulfat sang dạng monosulfat (3CaO.Al2O3.3CaSO4.12H2O) và giải phóng CaSO4.2H2O.

Vậy có thể nói rằng Cấu tử chính trong puzzolan là SiO2 hoạt tính siêu mịn và nó th hi n hai tác dể ệ ụng đó là :

Phản ứng pozzolanic giữa pha pozzolan và xi măng tạo ra sản phẩm có tính kết dính (C-S-H), giúp tăng cường độ cho bê tông Hiệu ứng pozzolanic không chỉ làm tăng độ đặc chắc của bê tông mà còn nâng cao độ bền của đá xi măng trong môi trường xâm thực.

Oxit silíc siêu mịn không chỉ tăng cường độ đặc chắc của bê tông mà còn giảm nhiệt thủy hóa của xi măng Trong quá trình thủy hóa, Ca(OH)2 sinh ra có xu hướng khuếch tán ra bề mặt, tạo ra vùng chuyển tiếp giữa hồ xi măng và các hạt cốt liệu với nồng độ Ca(OH)2 cao Điều này làm yếu lực bám dính giữa xi măng và cốt liệu Khi nhiệt thủy hóa giảm, quá trình khuếch tán Ca(OH)2 cũng giảm, từ đó cường độ của bê tông được nâng cao.

Hạt SiO2 siêu mịn có khả năng bịt kín các lỗ ỗng trong bê tông, giúp tăng cường độ đặc chắc của vật liệu này Sự thay đổi thể tích trong quá trình hydrat hóa của xi măng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất của bê tông.

Phả ứn ng th y hóa củ ủa xi măng

Xi măng + nước  C–S–H(canxi silicat) + CH(canxi hydoxit) + pha khác

Puzzolan pư th+ CH(t ừ ủy hóa xi măng)  C– (ca– nxi silicat) + pha khác S H

Ca(OH) 2 + nSiO 2ht  mCaO.SiO pH O 2 2

M c tiêu 32 ụ 2 N i dung 32ộ 3 Phương pháp nghiên cứ u

Xác định lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết theo TCVN 6017:2015

Cân 500±1g xi măng dùng cân 2 số ẻ.Cân 1 lượng nướ l c thích h p khoợ ảng

24 -32% khối lượng xi măng theo ước đoán Đổ nước vào cối trộn, rồi đổ xi măng vào nước

Để tránh thất thoát nước và xi măng, cần lưu ý thời gian đổ không dưới 5 giây và không quá 10 giây, lấy thời điểm kết thúc đổ xi măng làm điểm 0 Khởi động máy trộn với tốc độ trộn trong 90 giây đầu tiên, sau đó dừng máy trộn trong 15 giây để vệ sinh hồ xung quanh và khu vực cố định của máy bằng tấm nhựa.

Tr n ti p v i tộ ế ớ ốc độ ấ th p trong 90s Đổ ngay h ồ vào khuôn Vicat đã được đ t trên t m kính th y tinh có bôi l p ặ ấ ủ ớ d u, không nén hay rung quá m nh ầ ạ

Sử dụng thước thẳng để điều chỉnh hồ theo kiểu chuyển động nhẹ nhàng, đảm bảo hồ đầy ngang thau và bề mặt trơn phẳng Chuyển khâu và tấm đế sang dụng cụ Vicat, đặt đúng tâm dưới kim Hạ kim từ từ cho đế tiếp xúc với bề mặt hồ, giữ vị trí này trong 1-2 giây.

Th ả nhanh bộ phận chuyển động để kim to lún thẳng đứng vào trung tâm h ồ

Thời điểm kim giờ chỉ 4 phút sau điểm 0 Đọc chỉ số trên thang và ghi lại khi kim giờ ngừng lại hoặc di chuyển tại thời điểm 30 giây sau khi kim giờ bắt đầu, tùy thuộc vào sự kiện nào xảy ra trước.

Lặp lại phép thử ới lượng nước khác nhau cho đến khi đạt được khoả v ng cách giữa kim to với đế là 5 – 7mm

Ghi lại lượng nước của hồ này, lấy chính xác đến 0.5% và coi đó là lượng nước cho độ ẻ d o tiêu chu n ẩ

Lượng nước tiêu chu n cẩ ủa xi măng được th c hi n t i phòng thí nghi m cơ ự ệ ạ ệ lý nhà máy xi măng Tây Ninh.

Thời gian ninh ết của xi măng đượ k c xác đ nh theo TCVN 6017:2015 được ị th c hi n t i phòng thí nghi m ự ệ ạ ệ cơ lý nhà máy xi măng Tây Ninh.

Xác định độ ổn đị nh th ể tích theo TCVN 6016:2011

Lấy hồ xi măng đã được xác định độ ẻ d o tiêu chu n ẩ

Bôi mộ ớt l p dầu m ng lên khuôn LeChỏ atelier và tấm đ thủế y tinh Đổ đầ y h vào khuôn LeChatelier mà không l c rung ồ ắ

Sử dụng tay và thước G để phỏng mẫu h Tránh làm hỏng khuôn b Đậy khuôn lại bằng tấm thủy tinh đã quét dầu, sau đó đặt thêm một quả cân nặng 75g lên tấm thủy tinh, và cuối cùng đưa vào tủ dưỡng mẫu.

Vào cuối thời gian 24 giờ ± 30 phút, lấy khuôn ra khỏi khối ủ và đo khoảng cách A giữa hai đầu chóp của hai càng khuôn, chính xác đến 0.5mm Sau đó, đưa khuôn vào thùng luộc mũ, đảm bảo khuôn ngập hoàn toàn trong nước Đun nước dần dần đến sôi trong khoảng 30 phút ± 4 phút.

Ti p tế ục đun sôi thêm 3h ± 5phút Để khuôn nguội đến 27 ± 2 o C, sau đó đo khoảng cách B giữa hai đầu chóp phía trong càng khuôn, lấy chính xác đến 0.5mm

Tính toán độ ổn định thể tích của xi măng là một yếu tố quan trọng trong xây dựng, được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6016:2011 Độ ổn định thể tích B–A được đo chính xác đến 0.5mm, đảm bảo chất lượng sản phẩm Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của nhà máy xi măng Tây Ninh.

3.2.3 Xác định độ bền nén theo TCVN 6016:2011 Đặc tính quan tr ng nh t cọ ấ ủa xi măng Portland là đặc tính cường độ Đặc tính này ph thu c vào m t s yụ ộ ộ ố ếu tố bao g m t l tr n, nhiồ ỷ ệ ộ ệt độ, độ ẩ m, kích c và ỡ hình d ng cạ ủa mẫu kiểm tra

Cường độ nén của mủ ẫu xi măng được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6016:2011 Các thiết bị sử dụng trong quá trình xác định cường độ được minh họa trong các hình 2.1, 2.2 và 2.3 dưới đây.

Hình 2 2: Máy tr n Hình 2 3.Khuôn và bàn Hình 2 4.Máy nén m u ộ ẫ vữa dằn mẫu

Cường độ nén của xi măng được xác đ nh theo TCVN 6016:2011đư c th c ị ợ ự hi n t i phòng thí nghiệ ạ ệm cơ lý nhà máy xi măng Tây Ninh.

3.2.4 Xác định độ lưu động của vữa.

Để xác định độ lưu động của vữa tươi, phương pháp bàn dằn TCVN 3121-ủ 3:2003 được áp dụng Nguyên tắc của phương pháp này là đo đường kính của mẫu vữa sau khi được dằn trên bàn dằn theo các quy định đã đặt ra.

M u vẫ ữa được chuẩn b theo t l ị ỷ ệ XM/cát =1/3 và nước/XM=0.5

Sau khi trộn vữa theo tỷ lệ quy định, tiến hành thử nghiệm độ lưu động của vữa theo TCVN 3121 3:2003 Thiết bị sử dụng để xác định độ lưu động được minh họa trong hình 2.5.

Trước khi lau sạch mặt kính, cần chuẩn bị khâu hình i m côn và đặt lên bàn dữ ằn Đổ 1 lít mẫu vữa tươi (TCVN 3121-2:2003) vào khâu thành 2 lớp, mỗi lớp đầm khoảng 10 cái để vữa kín và đồng đều Khi đầm, giữ chặt khâu trên mặt bàn dằn và dùng dao gạt phẳng vữa thừa Lau sạch nước và vữa xung quanh khâu, sau đó từ từ nhấc khâu lên theo phương thẳng đứng và cho máy dằn 15 cái trong 15 giây Cuối cùng, dùng thước kẹp đo đường kính đáy của khâu theo 2 chiều vuông góc, chính xác đến 1mm, và kết quả là trung bình cộng của 2 mẫu đo.

Hình 2 5 nh bàn dẢ ằn thử độ chảy vữa

3.2.5 Phân tích thành phần hoáng bằng XRD.

Phương pháp XRD (X-ray Diffraction) là một kỹ thuật quan trọng trong nghiên cứu vật liệu, cho phép đánh giá định tính và định lượng sự có mặt của các khoáng chất trong mẫu Đây là phương pháp vật lý được sử dụng để phân tích cấu trúc và thành phần của vật liệu Bằng cách xác định khoảng cách giữa các mặt mạng tinh thể, XRD giúp xác định cấu trúc tinh thể và sự hiện diện của các chất trong mẫu nghiên cứu.

Cơ sở ủa phương pháp: c

Khi chiếu chùm tia X vào nguyên tử, hiện tượng tán xạ xảy ra, và khi chiếu vào mạng tinh thể, hiện tượng nhiễu xạ cũng xuất hiện Mỗi electron của nguyên tử sẽ dao động dưới tác động của tia X, phát ra tia X theo mọi hướng và các sóng này giao thoa với nhau Nếu chùm tia X chiếu vào mặt phẳng tinh thể với một góc θ, các tia sẽ phản xạ theo một hướng giao thoa, với hiệu số đường đi của chúng bằng số nguyên lần bước sóng.

Hình 2 6.Sơ đồ nhiễu xạ 2 mặt ph ng liên ti p ẳ ế

Hình 2 7 Sơ đồ nhiễu xạ tia X b i tinh th ở ể Phương trình Bragg

2dsin θ = mλ Trong đó: d là khoảng cách gi a các m t mạng ữ ặ m là số nguyên 1, 2, 3, 4… θ là góc tia phản x có cưạ ờng độ ực đạ c i

Máy phân tích Rơnghen ghi lại độ dày và cường độ phóng xạ của tia Rơnghen Bằng cách so sánh các giá trị này với dữ liệu lý thuyết trong bảng Atlat, chúng ta có thể xác định sự hiện diện của các chất trong mẫu xi măng được nghiên cứu.

S dử ụng phần mềm Match của CrystalImpact để phân tích định lượng và định tính của mỗi khoáng có trong m u ẫ

Mẫu sau khi nung được bảo quản cẩn thận trong bình hút ẩm và túi nilon có hàn miệng, sau đó tiến hành phân tích XRD Mẫu được đập vỡ và nghiền mịn trong cối mã não, sau đó sấy khô tuyệt đối để đảm bảo độ chính xác trong phân tích.

Sau khi mẫu được làm nguội trong bình hút ẩm, chúng được đóng gói cẩn thận trong túi nilon có hàn miệng và đưa đi phân tích X-ray Kết quả phân tích được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng thiết bị D8 Advanced của hãng Bruker Máy được điều chỉnh với góc quét 2θ từ 10 - 65 độ, bước nhảy 0.02 độ và thời gian lưu 3 giây.

3.2.6 Phân tích cấu trúc bằng kính hiển vi điên tử quét.

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM là một kỹ thuật nghiên cứu đặc biệt để hình dung cấu trúc bề mặt vật liệu, cung cấp thông tin về hình thái, kích thước hạt và vi cấu trúc Ảnh SEM không chỉ cho phép quan sát chi tiết mà còn cung cấp thông tin về thành phần cấu tạo, sự tương tác và phân bố giữa các pha trong vật liệu.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một kỹ thuật phân tích cho phép chụp ảnh bề mặt mẫu với độ phân giải cao Kỹ thuật này sử dụng chùm điện tử quét qua bề mặt mẫu, tạo ra bức xạ phát ra sau khi tương tác, từ đó thu thập và phân tích hình thái cấu trúc của vật liệu SEM được phát minh vào những năm 1940 và thiết bị thương mại đầu tiên được sản xuất tại Cambridge, Anh vào năm 1965 Kể từ đó, SEM đã được cải tiến và trở thành một thiết bị phổ biến trong nghiên cứu vật liệu.

Xác định độ lưu động của vữa

Phương pháp bàn dằn TCVN 3121-ủ 3:2003 được sử dụng để xác định độ lưu động của vữa tươi Nguyên tắc chính của phương pháp này là đo đường kính mẫu vữa sau khi được dằn trên bàn dằn theo các quy định đã được thiết lập.

M u vẫ ữa được chuẩn b theo t l ị ỷ ệ XM/cát =1/3 và nước/XM=0.5

Sau khi trộn vữa theo tỷ lệ quy định, cần tiến hành thử độ lưu động của vữa theo tiêu chuẩn TCVN 3121 3:2003 Thiết bị sử dụng để xác định độ lưu động được minh họa trong hình 2.5.

Trước khi lau sạch mặt kính, cần đặt khâu hình chữ I vào bàn dữ ằn Sau đó, cho 1 lít mẫu vữa tươi vào khâu thành 2 lớp, mỗi lớp đầm khoảng 10 cái để đảm bảo vữa kín và đồng nhất Khi đầm, giữ chặt khâu trên mặt bàn và dùng dao gạt phẳng vữa thừa Lau sạch nước và vữa xung quanh khâu, sau đó từ từ nhấc khâu lên theo phương thẳng đứng và cho máy dằn 15 cái trong vòng 15 giây Cuối cùng, dùng thước kẹp đo đường kính đáy của khâu theo 2 chiều vuông góc, chính xác đến 1mm, và kết quả là trung bình cộng của 2 mẫu đo.

Hình 2 5 nh bàn dẢ ằn thử độ chảy vữa

3.2.5 Phân tích thành phần hoáng bằng XRD.

Phương pháp XRD (X-ray Diffraction) là một kỹ thuật phổ biến để nghiên cứu vật liệu, cho phép đánh giá định tính và định lượng các khoáng chất trong mẫu Đây là một phương pháp vật lý được sử dụng để phân tích cấu trúc và thành phần của vật liệu Thông qua XRD, người ta có thể xác định khoảng cách giữa các mặt mạng tinh thể, từ đó xác định được cấu trúc tinh thể và sự hiện diện của các chất trong mẫu nghiên cứu.

Cơ sở ủa phương pháp: c

Khi chiếu chùm tia X vào nguyên tử, hiện tượng tán xạ xảy ra, và khi chiếu vào mạng tinh thể, hiện tượng nhiễu xạ xuất hiện Mỗi electron của nguyên tử dưới tác dụng của tia X sẽ dao động và phát ra tia X theo mọi hướng, tạo ra sự giao thoa giữa các sóng Nếu chùm tia X tới mặt phẳng tinh thể với một góc θ, các tia sẽ phản xạ theo hướng giao thoa, với hiệu số đường đi của chúng bằng số nguyên lần bước sóng.

Hình 2 6.Sơ đồ nhiễu xạ 2 mặt ph ng liên ti p ẳ ế

Hình 2 7 Sơ đồ nhiễu xạ tia X b i tinh th ở ể Phương trình Bragg

2dsin θ = mλ Trong đó: d là khoảng cách gi a các m t mạng ữ ặ m là số nguyên 1, 2, 3, 4… θ là góc tia phản x có cưạ ờng độ ực đạ c i

Máy phân tích Rơnghen cho phép ghi lại các giá trị d và I, tương ứng với độ dày và cường độ phóng xạ của tia Rơnghen Bằng cách so sánh các giá trị này với d và I lý thuyết trong bảng Atlat của tia Rơnghen, chúng ta có thể xác định sự hiện diện của các chất trong mẫu xi măng được nghiên cứu.

S dử ụng phần mềm Match của CrystalImpact để phân tích định lượng và định tính của mỗi khoáng có trong m u ẫ

Mẫu sau khi nung được bảo quản cẩn thận trong bình hút ẩm và túi nilon hàn miệng trước khi phân tích XRD Để chuẩn bị mẫu, chúng được đập vỡ và nghiền mịn trong cối mã não, sau đó sấy khô hoàn toàn cho đến khi đạt độ ẩm tuyệt đối.

Mẫu sau khi đã được làm nguội trong bình hút ẩm sẽ được bảo quản cẩn thận bằng túi nilon có hàn miệng, sau đó tiến hành phân tích X-ray Kết quả phân tích được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng thiết bị D8 Advanced của hãng Bruker Máy được điều chỉnh với góc quét 2θ từ 10 - 65 độ, bước nhảy 2 bằng ả Ө 0.02 độ, thời gian lưu là 3 giây.

3.2.6 Phân tích cấu trúc bằng kính hiển vi điên tử quét.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một kỹ thuật phân tích cho phép chụp ảnh bề mặt mẫu với độ phân giải cao Qua việc quét chùm điện tử trên bề mặt mẫu, bức xạ phát ra sẽ được thu thập và phân tích, từ đó tạo ra hình ảnh thể hiện cấu trúc của vật liệu Kỹ thuật này được phát minh vào những năm 1940, và thiết bị SEM thương mại đầu tiên được sản xuất tại Cambridge, Anh vào năm 1965 Kể từ đó, SEM đã được cải tiến nhiều và trở thành một thiết bị phổ biến trong nghiên cứu vật liệu.

Việc phát điện tử trong thiết bị SEM sử dụng sóng phóng điện tử để phát xạ nhiệt hoặc phát xạ trường, sau đó tăng tốc cho chùm điện tử với thế tăng tốc từ 10kV đến 50kV Điện tử sau khi được tăng tốc sẽ hình thành một chùm điện tử nhỏ (kích thước từ vài trăm A đến vài nm) nhờ vào ống thấu kính từ, rồi quét trên bề mặt mẫu bằng lực quét tĩnh điện Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử.

Khi tương tác với bề mặt mẫu, sẽ sinh ra một đám mây điện tử phản xạ, cho phép thu thập tín hiệu để tạo ảnh bề mặt mẫu Những tín hiệu này cũng hỗ trợ thực hiện các phép phân tích như EDS, WDS, phổ Auger và phân huỳnh quang catot.

Hình ảnh SEM trong luận văn này được ghi lại tại phòng thí nghiệm silicat thuộc khoa công nghệ vật liệu, trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh.

+ Các thiết bị ủa SEM cho phép phóng đạ c i > 100 000 l n ầ

+ Phân tích không c n phá hầ ủy mẫu và làm việc ở ức độ m chân không bình thường

+ Chu n b mẩ ị ẫu và điều khi n thi t b ể ế ị đơn giản

3.2.7 Xác định độ hoạt tính theo TCVN 6882:2001.

Chỉ số hoỉ ố ạt tính cường độ của xi măng Portland sau 28 ngày (I v R) được xác định bằng tỷ lệ giữa độ bền nén của mẫu xi măng Portland pha 20% phụ gia khoáng sau 28 ngày (R B) và độ bền nén của mẫu xi măng Portland nền (không pha phụ gia, thỏa mãn yêu cầu theo TCVN 2682:1999) sau 28 ngày (R A), tính bằng phần trăm theo công thức.

Ch s ho t tính theo TCVN 6882:2001 28 ngày nh nh t là 80% ỉ ố ạ ở ỏ ấ

3.2.8 Xác định độ hút vôi theo TCVN 3735:82.

Sử dụng 1g mẫu đã sấy khô ở 100°C cho vào bình định mức có cổ nhám, sau đó định mức đến 100ml bằng dung dịch nước vôi bão hòa Lắc đều dung dịch và để yên trong 24 giờ Sau 48 giờ, dùng pipet hút ra 50ml dung dịch và chuẩn độ bằng HCl 0.1N với chỉ thị methyl da cam Tiếp tục bổ sung 50ml nước vôi bão hòa vào bình chứa mẫu, lắc đều và để yên trong 24 giờ trước khi lắc lại Tiến hành chuẩn độ cho đến khi đạt đủ 15 lần Sau 15 lần chuẩn độ, thu được độ hút vôi của phụ gia và kết luận phân loại phụ gia Phân loại độ hòa tan tính chất của phụ gia khoáng theo bảng 2.2.

B ng 2 2.Phân loả ại độ ho t tính c a ph ạ ủ ụ gia theo độ hút vôi

3.2.9 Xác định độ hút nước theo TCVN 3121-18:2003 Mẫu vữa đóng rắn đã được bảo dưỡng trong điều kiện quy định không dưới

28 ngày Lấy các miếng v a có th tích tữ ể ừ 50cm 3 – 500cm 3 , sấy khô mẫ ởu nhiệt độ

Xác định độ hút vôi theo TCVN 3735:82

Sử dụng 1g mẫu đã sấy khô ở 100°C cho vào bình định mức có cổ nhám, sau đó định mức 100ml bằng dung dịch nước vôi bão hòa Lắc đều dung dịch và để yên trong 24 giờ Sau 48 giờ, dùng pipet hút ra 50ml dung dịch và chuẩn độ bằng HCl 0.1N với chỉ thị methyl da cam Tiếp tục bổ sung 50ml nước vôi bão hòa vào bình chứa mẫu, lắc đều và để yên sau 24 giờ Tiến hành chuẩn độ cho đến khi đạt đủ 15 lần Sau 15 lần chuẩn độ, thu được độ hút vôi của phụ gia và kết luận phân loại phụ gia Phân loại độ hòa tan của phụ gia khoáng theo bảng 2.2.

B ng 2 2.Phân loả ại độ ho t tính c a ph ạ ủ ụ gia theo độ hút vôi.

Xác định độ hút nướ c theo TCVN 3121-18:2003

28 ngày Lấy các miếng v a có th tích tữ ể ừ 50cm 3 – 500cm 3 , sấy khô mẫ ởu nhiệt độ

Để xác định độ hút nước (H) của mẫu, trước tiên, mẫu được sấy khô ở nhiệt độ 70°C ± 5°C cho đến khi khối lượng không đổi, với chênh lệch khối lượng giữa hai lần cân không vượt quá 0,2% khối lượng mẫu khô Sau đó, mẫu được làm nguội đến nhiệt độ phòng thí nghiệm và cân, ghi nhận khối lượng m1 Tiếp theo, mẫu được ngâm trong nước sinh hoạt ở nhiệt độ thường trong khoảng 24 ± 2 giờ Sau khi vớt mẫu ra, dùng vải ẩm lau sạch nước đọng trên bề mặt mẫu, sau đó cân lại và ghi nhận khối lượng m2 Độ hút nước (H) được tính bằng công thức theo phần trăm.

Trong đó: m1 là khối lượng mẫu khô, tính b ng gam; ằ m 2 là khối lượng mẫu bão hoà nước, tính bằng gam.

Kết quả độ hút nước là giá trị trung bình cộng của 3 mẫu thử, tính chính xác tới 0,01%

PHẦN 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ.

Xi măng FiCO

Xi măng FiCO sử ụ d ng cho nghiên c u là lo i OPC t TCCS-TAFICO-05 ứ ạ đạ có thành ph n hóa trung ầ bình như bảng 3.1

B ng 3 1.Thành ph n hóa trung bình cả ầ ủa xi măng OPC

Tên mẫu CKT MKN SO 3 SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O Na 2 O OPC 0.46 1.34 2.13 17.18 5.15 3 48 57.71 2.89 0.38 0.07

Các tính chất cơ lý của xi măng OPC cho trong bảng 3.2

B ng 3 2.Các tính chả ất cơ lý của xi măng OPC

Cỡ hạt Cường độ nén (MPa) Lượng nước

KẾT(phút) Độ ổn định

V(mm) Blaine R0.09 R0.045 1 ngày 3 ngày 7 ngày 28 ngày Bắt đầu Kết thúc mm mm

Puzzolan Krong No Daknong

Tr ữ lượ ng và thành ph n hóa 42 ầ 2.2 K t qu kh o sát tính ch t puzzolan Krong No Daknong 43ếảảấ 2.3 Độ ho t tính c a Puzzolan Krong No Daknong 44ạủ 3 Kh ảo sát ảnh hưởng của puzzolan Krong No Daknong đến tính chất của xi măng FiCO

Hình 3 1.Phụ gia puzzolan Krong No Daknong

Theo k t qu phân tích m u t i Qu ng Phú ế ả ẫ ạ ả

Trữ lượng tài nguyên dược báo tại 04 khu vực như sau: Ở Buôn Choah, diện tích khoảng 15 km² với trữ lượng khoảng 36 triệu tấn Tại Quảng Phú 1, diện tích khoảng 1,5 km² và trữ lượng khoảng 23 triệu tấn Khu vực Quảng Phú 2 có diện tích khoảng 0,5 km² và trữ lượng khoảng 1,6 triệu tấn Cuối cùng, Đèo 52 có diện tích khoảng 1 km² với trữ lượng khoảng 22 triệu tấn.

Trạm nghiền puzzolan tại Đắc Nông của Đức hoạt động ở quy mô nhỏ với công suất 150.000 tấn/năm, phục vụ cho các dự án bê tông đầm lăn và thủy điện Hiện tại, trạm nghiền này chỉ đạt sản lượng 30.000 tấn, tương đương 20% công suất thiết kế, do tiến độ chậm của các dự án thủy điện.

Việc vận chuyển Puzolan từ Đắc Nông đến các trạm nghiền xi măng khác sẽ làm tăng giá thành, khiến sản phẩm không thể cạnh tranh với những mỏ Puzolan có đường thủy thuận lợi, như ở Bà Rịa - Vũng Tàu Đây là nguồn cung cấp quan trọng mà Công ty Fico sử dụng cho sản xuất xi măng, đảm bảo chất lượng về độ hoạt tính và màu sắc, đồng thời tạo thuận lợi cho việc vận chuyển.

Trong Puzzolan Krong No Daknong có các khoáng chủ yếu là augite, forsterite, anorthite, sodian là nhóm khoáng v t silicat ậ như hình XRD 3.1 Đá có

2.2 Kết quảkhảo sát tính ch t puzzolan Krong No Daknong.ấ màu xám nâu và xám đen; kích thước từ 10- 15 cm; tỷ ệ độ ỗ l r ng 30 50%, chi- ều dày phân b t 5- 20 cm ố ừ như hình SEM 3.2

Hình 3 2 Hình soi khoáng XRD m u Puzzolan Krong No Daknong ẫ

Hình 3 3 nh SEM m u Puzzolan Krong No Daknong Ả ẫ

Hoạt tính puzolan của puzolan Krong No Daknong được đánh giá thông qua việc khảo sát cường độ hoạt tính với xi măng và khả năng hút vôi Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.3 và bảng 3.4.

2.3 Độhoạt tính của Puzzolan Krong No Daknong.

B ng 3 3ả Chỉ ố s hoạt tính cường độ ới xi măng củ v a puzzolan Krong No

Trong đó: Mẫu n n g m 96% OPC + 4% th ch cao ề ồ ạ

M u th gẫ ử ồm 80% OPC + 20% Puzolan đã nghiền mịn

B ng 3 4ả Độ hút vôi của puzzolan Krong No Daknong.

V1 là thể tích HCl 0.1N dùng để chuẩn độ nước vôi trong bình nón(ml)

V là thể tích HCl 0.1N dùng để chuẩn độ nước vôi trong(ml)

T Độ chuẩn (tít) của dung dịch HCl 0.1N theo mg CaO

G Lượng CaO do 1 g puzzolan hấp thụ sau 2 ngày đêm(mg)

Dựa trên lý thuyết 3.2.8 về phân loại hoạt tính theo độ hút vôi, puzzolan Krong No Daknong thuộc nhóm hoạt tính trung bình Kết quả hoạt tính cường độ mủ puzzolan sau 28 ngày đạt 82.1% (>75%), đáp ứng yêu cầu của TCVN 6882:2001.

3 Khảo sát ảnh hưởng của puzzolan Krong No Daknong đến tính chất của xi măng FiCO

Kết quả lượng nước tiêu chuẩn của các mẫu cấp phối thể ện qua bảng 3 hi 5 và hình v 3.4 ẽ

B ng 3 5ả Kết qu ả đo lượng nước tiêu chu n cẩ ủa các cấp ph i ố

Hình 3 4.Đồ th khị ảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Puzzolan đến lượng nước tiêu chu n ẩ

Ảnh hưở ng c ủa hàm lượng Pu đến lượng nướ c tiêu chu n 46 ẩ

Nếu lượng nước trộn quá lớn, pH không ngừng giảm, dẫn đến việc khi bay hơi sẽ tạo ra nhiều lỗ rỗng, làm giảm độ bền cơ của đá xi măng Ngược lại, nếu lượng nước quá ít, vữa sẽ không đủ độ linh động để thi công, đồng thời cường độ của xi măng cũng sẽ giảm Xi măng chứa nhiều khoáng C3A và C3S yêu cầu lượng nước tiêu chuẩn cao hơn so với xi măng chứa nhiều khoáng C2S và C4AF Độ mịn cao của xi măng cũng làm tăng lượng nước tiêu chuẩn cần thiết.

Khi hàm lượng Pu thay đổi theo các tỷ lệ khác nhau, lượng nước tiêu chuẩn dao động từ 26,6 đến 27,6, với lượng nước tiêu chuẩn của mẫu có Pu luôn cao hơn so với mẫu 0% Pu Tất cả các mẫu đều đạt tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 và TCCS – TAFICO – 05.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng Pu tăng từ 5% đến 30%, lượng nước tiêu thụ cũng tăng, tuy nhiên mức tăng này không đáng kể so với hàm lượng Pu được thêm vào.

Kết quả ời gian đông kết của cấp phối mẫu xi măng thể ện qua bảng 3 th hi 7 và hình v ẽ 3.5 dưới đây.

B ng 3 6ả Kết qu ả đo thời gian đông kết của các cấp ph i ố

Thời gian đông kết Bắt đầu (phút)

Ảnh hưở ng c ủa hàm lượng Pu đế n th ời gian đông kế t

Hình 3 5.Đồ ị th khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Puzzolan đến thời gian bắt đầu đông kết và th i gian kờ ết thúc đông kết

Thời gian ninh kết là khoảng thời gian mà hồ mất dần tính linh động, chuyển từ trạng thái bán lỏng sang trạng thái đông đặc Việc xác định thời gian ninh kết rất quan trọng cho người sử dụng, vì nó giúp ấn định khối lượng trộn vữa và bê tông phù hợp với thời gian thi công.

Thời gian bắ đầu ninh kết không sớm hơn 45 phút, thời gian kết thúc ninh t k t không chế ậm hơn 420 phút.

Khi tăng hàm lượng Puzzolan trong các mẫu thí nghiệm, thời gian bắt đầu đông kết tăng từ 100 đến 160 phút và thời gian kết thúc đông kết tăng từ 140 đến 200 phút Tất cả các giá trị này đều đạt tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 và TCCS – TAFICO – 05.

Khi tăng hàm lượng Puzzolan từ 5-30%, thời gian kết thúc đông kết sẽ tăng, cho thấy rằng việc sử dụng hàm lượng Puzzolan tự nhiên cao làm giảm tốc độ hydrat hóa và nhiệt độ hydrat hóa Điều này có hiệu quả trong việc chống lún sụt, phù hợp với lý thuyết 1.6 và nghiên cứu của ông Yetgin và Cavdar.

Khi tăng hàm lượng đá puzzơlân, thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của xi măng cũng tăng lên Điều này có thể giải thích bởi việc tăng hàm lượng đá puzzơlân làm giảm tỷ lệ clinker trong ximăng pooclăng, dẫn đến giảm dung dịch đóng rắn Tuy nhiên, SiO2 hoạt tính sẽ tham gia vào quá trình tương tác với vôi để tạo ra các hydro-silicat-canxi, từ đó cường độ của xi măng tăng lên Ngoài ra, khoáng C3A trong clinker có tốc độ đông kết nhanh, nhưng khi tăng hàm lượng puzzơlân, hàm lượng clinker giảm, dẫn đến giảm hàm lượng khoáng này.

C3A và thạch cao không thay đổi làm chậm quá trình đóng rắn của xi măng Để tăng tốc độ ninh kết, cần thêm thạch cao vào clinker CaSO4.2H2O đóng vai trò là chất hoạt động hóa học, tương tác với aluminat tricanxi để tạo thành sunphoaluminat canxi ngậm nước (khoáng entrigit).

3CaO + 3(CaSO 4 2H 2 O) + 26 H 2 O = 3CaO.Al 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O

Trong quá trình sản xuất xi măng, Ca(OH)2 sẽ tách ra từ đầu, tạo thành các hạt keo phân tán mịn trên bề mặt 3CaO Sự hiện diện của Al2O3 giúp làm chậm quá trình thủy hóa của Ca(OH)2, từ đó kéo dài thời gian ninh kết của ximăng.

Kết quả độ ổn định thể tích của cấp phối mẫu xi măng thể ện qua bảng 3 hi 7 và hình v ẽ 3.6 dưới đây.

B ng 3 7ả Kết qu ả đo độ ổn định th tích cể ủa các cấp ph i ố

Tên mẫu Độ ổn định tích(mm) thể

Ảnh hưở ng c ủa hàm lượng Pu đến độ ổn định thể tích

Hình 3 6.Đồ ị khả th o sát ảnh hưởng hàm lượng Puzzolan đến độ ổn định th tích ể

Độ ổn định thể tích là một trong những tính chất cơ lý quan trọng của xi măng Sau khi đóng rắn, xi măng cần duy trì sự biến đổi thể tích một cách đồng đều hoặc không thay đổi Nếu xi măng có sự biến đổi thể tích không đồng đều hoặc quá lớn, điều này sẽ ảnh hưởng đến cường độ của nó Sự biến đổi thể tích lớn hơn 0.2% có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng Nguyên nhân của sự biến đổi thể tích này có thể do cấu trúc gel của đá xi măng, quá trình kết tinh các khoáng trong đá, hoặc các phản ứng hóa học xảy ra sau khi xi măng đóng rắn, dẫn đến việc tạo ra sản phẩm có thể tích riêng lớn hơn so với các chất ban đầu, gây ra hiện tượng giãn nở thể tích.

Qua nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy rằng việc điều chỉnh hàm lượng Puzzolan trong các công thức phối trộn không làm thay đổi độ ổn định của các mẫu thử nghiệm ở kích thước 0.5mm Điều này cho thấy rằng các mẫ ổn định vẫn giữ được tính chất cốt lõi của chúng khi hàm lượng Puzzolan được thay đổi.

Kết quả độ chảy xòe được thử nghiệm trên các ấp phối mẫu xi măng c 0,10,20,30% được th hi n qua b ng 3.8 và hình v ể ệ ả ẽ 3.7 dưới đây.

B ng 3 8ả Kết qu ả đo độ chảy của mẫu v a 0,10,20,30% ữ m Tên ẫu Độ chảy xòe (mm)

Ảnh hưở ng c ủa hàm lượng Puzzolan đến độ lưu độ ng c ủa vữa

Hình 3 7 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng c a hàm lượng Puzzolan 0,10,20,30% ủ đế độ lưu độn ng c a v a ủ ữ

Kết quả từ bảng 3.8 cho thấy độ chảy của vữa chứa 10%, 20% và 30% Puzzolan cao hơn vữa không có Puzzolan 0% Việc thay thế hàm lượng Puzzolan vào trong công thức vữa đã làm tăng độ chảy, giúp vữa dễ đổ rót hơn và thuận lợi hơn cho quá trình thi công.

Cường độ của xi măng là khả năng chịu nén của vật liệu này, ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ nén của bê tông Cường độ nén của xi măng càng cao thì bê tông cũng sẽ có cường độ nén cao hơn Giá trị cường độ nén của xi măng được sử dụng làm cơ sở để xác định mác xi măng, từ đó phục vụ cho việc tính toán và thiết kế bê tông phù hợp với yêu cầu Cường độ của xi măng là tiêu chí quan trọng mà người sản xuất cần biết khi sản xuất ra các loại xi măng khác nhau để cung cấp cho thị trường.

K t qu ế ả cường độ nén của các cấp phối mẫu xi măng th h n qua b ng 3.9 và ể ệ ả hình v 3.8.ẽ

Ảnh hưở ng c ủa hàm lượng Puzzolan đến cường độ nén

B ng 3 9ả Kết qu ả cường độ nén của các cấp phối

PU05 16,0 32,1 43,7 53,8 PU10 14,4 29,0 37,5 50,8 PU15 12,9 25,8 34,3 46,1 PU20 11,9 24,7 32,2 44,2 PU25 10,8 22,1 29,1 41,2

Hình 3 8.Đồ ị th khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Puzzolan đến cường độ nén 1,3,7,28 ngày

Dựa vào các số liệu thí nghiệm trong bảng 3, nghiên cứu đã phân tích ảnh hưởng của hàm lượng Puzzolan đến cường độ nén Để làm rõ hơn, tỷ lệ chênh lệch cường độ theo phần trăm vào các ngày tuổi của các mẫu sử dụng hàm lượng Puzzolan khác nhau đã được tính toán và tổng hợp trong bảng 3.11 và hình 3.9.

Bảng 3 10 Phần trăm sự tăng giảm cường độ của mẫu thí nghiệm so với mẫu đối ch ng PC50 ứ

Sự tăng giảm cường độ nén với mẫu PC50(%)

PU05 -1,9 -3,1 -3,2 -6,5 PU10 -10,5 -10,1 -15,3 -5,7 PU15 -11,0 -11,7 -8,9 -9,7 PU20 -8,1 -4,4 -6,3 -4,2 PU25 -9,7 -11,1 -10,1 -7,0 PU30 -13,9 -14,0 -12,0 -9,4

Hình 3 9.Đồ ị khả th o sát s chênh lự ệch cường độ theo % của các cấp phối

Pozzolan phản ứng với Ca(OH)2, một sản phẩm ẩm hydrat hóa trong clinker xi măng Khi xi măng được trộn với nước, lượng Ca(OH)2 sẽ tăng dần theo thời gian Lúc này, pozzolan phát huy tác dụng của mình bằng cách phản ứng với Ca(OH)2, tạo ra các gel C-S-H giúp lấp đầy các lỗ trống giữa các hạt xi măng.

Dựa vào hình vẽ 3.8, các mẫu cấp phối với hàm lượng puzzolan từ 0-30% có cường độ thấp hơn so với mẫu PC50 Tuy nhiên, hình 3.9 cho thấy sự chênh lệch về cường độ 28 ngày bắt đầu giảm, điều này có thể giải thích là do phản ứng puzzolanic trong xi măng bắt đầu tác dụng, lấp đầy các lỗ trống trong cấu trúc đá xi măng, khiến cường độ mẫu PC bắt đầu tăng lên, giảm bớt sự chênh lệch với mẫu PC50 Để kiểm chứng quan điểm này, đề tài đã tiến hành so sánh hình ảnh SEM của các mẫu với hàm lượng puzzolan 0, 10, 20, 30% như hình 3.10 và 3.11 để phản ánh rõ hơn về kết quả đạt được.

Hình 3 10 nh ch p SEM m u 0,10,20,30% tu i 3 ngày Ả ụ ẫ ở ổ

Hình 3 11 nh ch p SEM m u 0,10,20,30% tu i 28 ngày Ả ụ ẫ ở ổ

Từ hình ảnh SEM, có thể nhận thấy rằng ở tuổi 28 ngày, tất cả các mẫu đều xuất hiện các tinh thể dạng hình kim xen kẽ giữa các hạt gel, và chúng phát triển lớn lên, đan xen nhau, lấp đầy các khoảng trống trong cấu trúc của đá xi măng.

Qua quan sát bề ặ m t các mẫu SEM 3 ngày và 28 ngày có thể nh n thấy hàm ậ lượng l x p tr ng thái phát tri n tinh th c a các m u có s khác bi t khá rõ r t ỗ ố ạ ể ể ủ ẫ ự ệ ệ

M u ẫ Pu0 có độ ố x p nh khi so sánh vỏ ới mẫu Pu10,Pu20,Pu30

So sánh cấu trúc giữa các mẫu Pu10, Pu20, Pu30 và Pu0 cho thấy mẫu Pu0, với cường độ cơ học cao hơn, có cấu trúc sít đặc hơn so với các mẫu còn lại.

Kết quả ử th nghiệm đ hút nước được thực hiện trên trên mẫu 0,5,15,20,30% ộ ở 28 ngày tu i ổ

3.6 Kết quả thử nghiệm độ hút nước.

B ng 3 11 K t qu ả ế ả độ hút nước các mẫ 28 ngày tuổu i

Tên mẫu Độ hút nước(%)

Hình 3 12.Đồ ị th khảo sát độ hút nước của mẫu

Kết quả từ hình vẽ 3.13 cho thấy rằng khi hàm lượng Pu th tăng cao, độ hút nước của cấp phối cũng tăng theo Điều này có thể giải thích dựa trên bảng kết quả ở hình 3.11, cho thấy khi thay thế hàm lượng PU bằng hàm lượng clinker, cường độ của mẫu giảm Khi cường độ giảm, cấu trúc mẫu sẽ chứa nhiều lỗ xốp hơn, dẫn đến khả năng hút nước cao hơn.

Kết quả phân tích XRD cho thấy các pha tinh thể trong xi măng đóng rắn và tỷ lệ giữa chúng Để đánh giá vai trò của Puzzolan Krong No Đaknong như một phụ gia hoạt tính trong hệ xi măng Portland, cần so sánh lượng khoáng Portlandite Ca(OH)₂ hình thành trong các mẫu xi măng có và không có Puzzolan Bảng 3.12 trình bày kết quả phân tích XRD của các mẫu nghiên cứu.

3.7 Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp XRD

B ng 3 12.K t qu phân tích XRD cả ế ả ủa mẫu nghiên c u ứ

Các peak đặc trưng của Ca(OH)2

Khi so sánh các mẫu Pu0, Pu5, Pu10, Pu20 và Pu30, các đỉnh pha Ca(OH)2 ở 28 ngày cho thấy cường độ thấp hơn so với mẫu Pu0 (không có phụ gia puzzolan) Việc sử dụng phụ gia puzzolan giúp giảm lượng Ca(OH)2, một pha tan trong nước, từ đó làm giảm cường độ của sản phẩm trong quá trình thủy hóa xi măng Trong quá trình này, Ca(OH)2 phản ứng với SiO2 và Al2O3 để tạo ra các pha CSH và CAH, tăng cường độ kháng nén và giảm độ hút nước của sản phẩm Ở 3 ngày, tốc độ phản ứng của portlandite khác nhau do hàm lượng Ca(OH)2 sinh ra khác nhau, dẫn đến cường độ không đồng nhất Đến 28 ngày, cường độ của peak Ca(OH)2 có sự thay đổi, cho thấy các phụ gia puzzolan đã phản ứng với portlandite, tạo ra pha kết dính Mẫu Pu0 cho thấy cường độ phát triển tăng theo thời gian, trong khi các mẫu Pu5, Pu10, Pu20 và Pu30 có cường độ cao ở 3 ngày nhưng lại giảm sau 28 ngày do sự tương tác giữa SiO2 trong phụ gia puzzolan và Ca(OH)2.

2SiO2 + 3CaO(OH)2 = 3CaO.2SiO2.3H2O

Việc thêm phụ gia SiO2 vào hỗn hợp đã chứng minh rằng cường độ pH phản ứng po ban đầu chậm, nhưng sau khi bổ sung, khả năng phản ứng của portlandite tăng nhanh chóng, dẫn đến sự giảm cường độ của peak Ca(OH)2.

Hình 3 13.Giãn đồ XRD mẫu Pu0- 3 ngày, 28 ngày

Hình 3 14.Giãn đồ XRD mẫu Pu5- 3 ngày, 28 ngày.

Hình 3 15.Giãn đồ XRD mẫu Pu10- 3 ngày, 28 ngày

Hình 3 16.Giãn đồ XRD mẫ Pu20u - 3 ngày, 28 ngày

Hình 3 17.Giãn đồ XRD mẫu Pu30- 3 ngày, 28 ngày

Qua quá trình khảo sát các tính chất của puzzolan Krong No Daknong và ảnh hưởng của nó đến các tính chất cơ lý của xi măng FiCO, có thể rút ra một số kết luận quan trọng.

1 Puzzolan Krong No Daknong đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của xi măng Portland h n hỗ ợ và đạp t yêu cầu sử ụ d ng làm ph gia khoáng hoụ ạt tính cho xi măng theo TCVN 6882 : 2001

2 Lượng nước tiêu chuẩn tăng từ 26.6% m u n n lên 27.7% m u 30% Pu ẫ ề ẫ và kéo dài thời gian đông kết Không ảnh hưởng tới độ ổn định thể tích Độ hút nước tăng mạnh khi tăng tỷ ệ l phối Puzzolan trong xi măng.

3 Có thể ử ụ s d ng Puzzolan Krong No Daknong ới hàm lượng lên đế v n 25% để thay th cho clinker trong c p ph i s n xuế ấ ố ả ất xi măng PCB40 ho c 10ặ % để thay th cho ế clinker trong cấp phối sản xuất xi măng PCB5 FiCO mà vẫn đảm bảo các 0 yêu cầu chất lượng của xi măng.

4 Puzzolan Krong No Daknong không có tác dụng trong việc phát ển tri cường độ tu i s m cổ ớ ủa đá xi măng, nhưng cường độ mu n (28 ngày) c i thi n rõ ộ ả ệ r t ệ Khi sử ụ d ng Puzzolan Krong No Daknong cho phép tiết giảm được clinker trong s n xuả ất xi măng PCB40, PCB50 mà vẫn đảm bảo được mác cho xi măng và các tính chất cơ lý khác.

5 Thông qua kh o sát c u trúc bả ấ ằng phương pháp XRD, SEM có thể kh ng ẳ định rằng Puzolan Krông nô Đắc nông phát huy vai trò PGHT và tham gia vào ph n ả ứng Puzolanic.