Nghiên ứu chế tạo chất kết dính có nước tiêu chuẩn thấp trên cơ sở clinker xi măng fico tây ninh

Sự có mặt của tác nhân hoá học trong quá trình hoạt hoá cơ hoá có những tác động tích cực tới quá trình nghiền tỷ lệ diện tích bề mặt của chất kết dính được nâng cao giúp gia tăng quá tr

-

NGUY ỄN VĂN NGỌ C

NGHIÊN C U CH T O CH T K Ứ Ế Ạ Ấ ẾT DÍNH CÓ NƯỚ C TIÊU CHU N TH Ẩ ẤP TRÊN CƠ SỞ CLINKER

XI MĂNG FiCO TÂY NINH

-

NGUY ỄN VĂN NGỌ C

NGHIÊN C U CH T O CH T K Ứ Ế Ạ Ấ ẾT DÍNH CÓ NƯỚ C TIÊU CHU N TH Ẩ ẤP TRÊN CƠ SỞ CLINKER

XI MĂNG FiCO TÂY NINH

Chuyên ngành: K THU T HÓA H C Ỹ Ậ Ọ

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập c a riêng tôi, ủcác số ệ li u s d ng phân tích trong luử ụ ận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các k t qu nghiên c u trong luế ả ứ ận văn do tôi tự tìm hi u, phân tích ể

một cách trung thực, khách uan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết q

qu ả này chưa từng được công b trong b t kì nghiên c u nào khác ố ấ ứ

H c viên thọ ực hiện

Nguyễn văn Ngọc

i

L ỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cám ơn PGS TS Nguyễn Duy Hiếu đã tận tình chỉ ả b o, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt thới gian thực hiện đềtài

Tôi cảm ơn chân thành đến Lãnh đạo Công ty Cổ Phần Xi măng FICO đã tạo điều kiện và động viên cho tôi được tham gia chương trình đào tạo Thạc sĩ SILICAT

Tôi cũng xin cảm ơn Phòng Quản lý Chất lượng Nhà máy Xi măng Tây Ninh

đã tạo điều ki n h tr tôi hoàn ệ ỗ ợ thành đề tài luận văn này

Đề tài tuy đã hoàn thành nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót trong quá trình thực

hi n, mong nhệ ận được sự thông c m quý Thả ầy cô và đồng nghi p ệ

Xin chân thành cám ơn!

Tây Ninh, ngày tháng năm 2017 Người thực hiện

Nguyễn Văn Ngọc

ii

M ỤC LỤ C

M C L C iỤ Ụ

DANH M C B NG viỤ Ả

DANH M C HÌNH viiiỤ

QUY ƯỚC VI T T T TRONG LUẾ Ắ ẬN VĂN vi

M Ở ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài: 1

2 Mục đích nghiên cứu: 2

3 Ý nghĩa thực tế ủa đề c tài 2

4 Đối tượng nghiên c u 2 ứ 5 Phạm vi nghiên c u 2 ứ 6 Phương pháp nghiên cứu 3

Chương 1 Ổ T NG QUAN 4

1.1 T ng quan v ổ ề xi măng pooc lăng: 4

1.1.1 Khái niệm về xi măng pooc lăng: 4

1.1.2 Clinker xi măng - Thành ph n hóa h c và khoáng c a clinầ ọ ủ ker poóc lăng 6 1.1.3 Quá trình hydrat hóa xi măng: 7

1.1.4 Quá trình hydrat hoá các khoáng xi măng khi m t có ặ các thành ph n c a ầ ủ ph gia khoáng ho t tính 7 ụ ạ 1.2.T ng quan v ổ ề xi măng có nước tiêu chu n th p: 9 ẩ ấ 1.2.1 Cơ sở khoa học và ứng dụng của xi măng nước tiêu chuẩn thấp 9

1.2.2 Nghiên c u s d ng ph gia siêu d o gứ ử ụ ụ ẻ ốc napthalen trong chế ạo xi t măng bê tông 10

1.2.3 Tính chất bê tông xi măng khi tỷ ệ nước/ xi măng thấ l p 12

1.3.Phụ gia hóa học cho xi măng, bê tông: 14

1.3.1 Khái ni ệm về ph gia hóa h c cho bê tông: 14 ụ ọ 1.3.2 Phụ gia g c Poly Naphthalene sulphonate (NFS) 14 ố 1.3.3 Cơ chế tác d ng c a ph gia siêu d o g c napthalen (NFS) 15 ụ ủ ụ ẻ ố 1.3.4 Tính tương thích của ph gia siêu d o vụ ẻ ới xi măng: 17

1.4.Ph gia khoáng tro bay trong công ngh s n xuụ ệ ả ất xi măng: 19

1.4.1 Ưu điểm c a ph gia khoáng tro bay trong công nghi p s n xuủ ụ ệ ả ất xi măng 19

1.4.2 Tro bay nhiệt điện Duyên H i: 19 ả 1.4.3 Ảnh hưởng c a tro bay nhiủ ệt điện Duyên Hải trong xi măng FICO: 23

iii

1.5.T ng quan v ổ ề bê tông cường độ cao dùng xi măng nước tiêu chu n th p: 26 ẩ ấ

1.5.1 Khái niệm cơ bản về bê tông cường độ cao: 26

1.5.2 Các hướng ch tế ạo bê tông cường độcao: 26

1.5.3 Các yế ố ảnh hưởu t ng đ n cế ường độ bê tông 27

Chương 2. V T LIẬ ỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1.Nguyên v t li u s d ng trong nghiên c u: 28 ậ ệ ử ụ ứ 2.1.1 Clinker: 28

2.1.2 Thạch cao: 29

2.1.3 Phụ gia tăng dẻo BC Grade 100: 29

2.1.4 Tro bay nhiệt đ ệi n Duyên H i: 30 ả 2.1.5 Nguyên li u dùng cho thí nghi m bê tông: 32 ệ ệ 2.2 Phương pháp nghiên cứu 32

2.2.1 Phương pháp xác định cường độ nén (độ ề b n): 32

2.2.2 Phương pháp xác định lượng nước tiêu chuẩn theo TCVN 6017:2015: 36 2.2.3 Phương pháp xác định thời gian đông kết : 37

2.2.4 Phương pháp xác định độ ị m n Blaine: 38

2.2.5 Phương pháp xác định khối lượng riêng của xi măng: 39

2.2.6 Phương pháp xác định độ ụ s t bê tông: 39

2.2.7 Phương pháp xác định cường độ nén bê tông: 41

2.3 Qui trình th c nghiự ệm: 41

2.3.1 Khảo sát sơ bộ lượng phụ gia siêu d o Grade BC 100 n tính ch t cẻ đế ấ ủa h ệ xi măng gồm: clinker, th ch cao và Grade BC 100: 41 ạ 2.3.2 Kh o sát tính chả ất xi măng khi sử ụng phụ d gia siêu d o và tro bay: 42 ẻ 2.3.3 Thiết kế ấp phố c i và kh o sát tính ch t cả ấ ủa bê tông cường độ cao: 43

Chương 3 Ế K T QU THÍ NGHI M VÀ TH O LU N 44 Ả Ệ Ả Ậ 3.1 Khảo sát sơ bộ ảnh hưởng c a PGSD Grade BC 100 trong PCB50 44 ủ 3.2 Kh o sát ả ảnh hưởng PGSD và tro bay đố ới lượng nướ i v c tiêu chu n cẩ ủa hệ inker và th 45

xi măng (cl ạch cao) 3.3 Khảo sát tính chất xi măng khi sử ụng phụ d gia siêu d o và tro bay 48 ẻ 3.3.1 Ảnh hưởng c a tro bay – ủ hàm lượng ph gia siêu dụ ẻo đến lượng nước tiêu chuẩn xi măng 48 3.3.2 Kh o sát ả ảnh hưởng khả năng phát triển cường độ ủa hệ xi măng có c tro bay, clinker và th ch cao, và ph gia siêu d o 50 ạ ụ ẻ 3.4 Xác định các thành ph n và tính ch t cầ ấ ủa xi măng nước tiêu chu n th p 51 ẩ ấ

iv

3.5 Ảnh hưởng th i gian nghiờ ền đến tính chất xi măng nước tiêu chu n th p 53 ẩ ấ3.5.1 Kh o sát trên h ả ệ xi măng nghiền mịn, tro bay được cho vào sau cùng 53 3.5.2 Kh o sát trên h ả ệ xi măng, tro bay được nghiền chung 53 3.6 Kh o sát tính ch t cả ấ ủa bê tông cường độ cao dùng xi măng nước tiêu chu n ẩ

th p 57 ấ3.7.Khảo sát độ hút m cẩ ủa xi măng khi hàm lượng tro bay và ph ụ gia tăng d n ầ 57

Chương 4.KẾT LU N VÀ KI N NGH 59 Ậ Ế Ị

TÀI LI U THAM KH O 60Ệ Ả

v

QUY Ư ỚC VIẾ T T T TRONG LU Ắ Ậ N VĂN

ASTM : American Society for Testing and Materials, Hi p h i v t li u và th ệ ộ ậ ệ ửnghiệm Hoa Kỳ

CFB : Công ngh t than t ng sôi ệ đố ầ

N/X : Nước/xi măng

NFS : Poly Naphthalene sulphonate

NTC : Nước tiêu chu n ẩ

M : M u nghiên c u cẫ ứ ủa đề tài

OPC : Xi măng pooc lăng

PC : Công ngh t than phun ệ đố

PGSD : Ph gia siêu d o ụ ẻ

PTN : Phòng thí nghi m ệ

TCVN : Tiêu chu n Viẩ ệt Nam, các TCVN do Vi n Tiêu chu n Chệ ẩ ất lượng

Vi t Nam (thuệ ộc Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng) và các bộ, ngành t ổchức xây dựng, B Khoa h c và Công ngh công b ộ ọ ệ ố

T bđ : Th i gian bờ ắt đầu ninh k t ế

T kt : Th i gian k t thúc ninh k t ờ ế ế

T nghi n ề : Th i gian nghi n ờ ề

vi

DANH M C BỤ ẢNG

B ng 1 - Thành ph n pha cả ầ ủa clinker 6

B ng 2 – ả Các mẫu xi măng được thiết kế trong nghiên c u 11ứ

B ng 3 – ả K t qu ế ả phân tích thành p ần nguyên ố ủa phụh t c gia siêu d o.ẻ 14

B ng 4 - ả Lượng nước tiêu chu n cẩ ủa các mẫu thử dùng tro bay thay th clinker 23ế

Bảng 5 - Kết quả thí nghiệm cường độ kháng nén khi tăng hàm lượng tro bay thay

th cho clinker 24ế

B ng 6– Thành ph n hóa h c và thành ph n khoáng cả ầ ọ ầ ủa clinker Fico 28

B ng 7 – ả Cường độ nén và h s nghi n c a clinker Fico 28ệ ố ề ủ

B ng 8 – Thành ph n hóa hả ầ ọc của thạch cao 29

B ng 9 –Thành ph n hóa hả ầ ọc của tro bay nhiệt điện Duyên H i 30ả

Bảng 10 – Thành phần vữa xi măng cho phương pháp xác định cường độ theo ASTM C109-15 33

Bảng 11 Quy trình trộn vữa xi măng cho phương pháp xác định cường độ theo – ASTM C109-15 33

B ng 12- ả Sai lệch cho phép trong phép th ASTM C109-15 36ử

Bảng 13 Thành phần hồ xi măng cho phương pháp xác định nước tiêu chuẩn [11]- 37

B ng 14- ả Sai lệch cho phép v th i gian khi th ề ờ ử cường độ nén đá bê tông 41

Bảng 15 - Kết quả thí nghiệm bổ sung phụ gia BC Grade 100 vào xi măng PCB50 44

B ng 16 – Kh o sát h ả ả ệ xi măng – tro bay – ph gia BC Grade 100 46ụ

Bảng 17 – Tổng hợp kết quả các mẫu nghiên cứu hệ xi măng OPC – tro bay – Grade BC 100 47

Bảng 18 Thành phần và tính chất các mẫu xi măng nước tiêu chuẩn thấp đạt theo TCVN 6260:2009 52

-B ng 19 – -B ng ả ả thông số nghi n riêng, nghi n chung cề ề ủa các mẫu M 11 54

B ng 20 – Các tính chả ất cơ lý xi măng M11 khi ở các chế độ nghi n riêng và nghiề ền chung 54

B ng 21 – B ng c p ph i và thiả ả ấ ố ết kế bê tông mác 60, độ ụ s t 12-14 cm 57

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 – M i quan h ố ệ cường độ xi măng ỷ ệ- t l N/X của các mẫu nghiên c u [4] 12ứ

Hình 2 – S co hóa hự ọc của xi măng P30K với N/X = 0,3; 0,35; 040; 045; 0,50 13

Hình 3– S co hóa hự ọc của xi măng HS65 với N/X = 0,3; 0,35; 040; 045; 0,50 13

Hình 4 – Công thức hóa học của ph gia g c poly napthalen sulphonate 15ụ ố Hình 5 - Mô hình hấp ph c a ph gia hóa d o (NFSụ ủ ụ ẻ ) 16

Hình 6 - nh SEM h t tro bay công ngh t than phun 20Ả ạ ệ đố Hình 7 – Cường độ ệ xi măng tro bay h 25

Hình 8 – Thời gian đông kế ủa hệ xi măng tro bayt c 25

Hình 9– Thạch cao thiên nhiên 29

Hình 10- Phụ gia Grade BC 100 được đóng gói 30

Hình 11- Thành ph n c h t c a tro bay Formosa trong nghiên c u 31ầ ỡ ạ ủ ứ Hình 12 - Ảnh SEM tro bay góc phóng đại 1,00 um, và 10,0 um 31

Hình 13 – Máy tr n vộ ữa Hình 14– Máy nén m u 32ẫ Hình 15- Thứ ự đầm khi đổ ẫ t m u 35

Hình 16 -Kim vicat 37

Hình 17-D ng c ụ ụ xác định Blaine 39

Hình 18 – D ng c ụ ụ xác định khối lượng riêng 39

Hình 19 – D ng c th nghiụ ụ ử ệm độ s t 40ụ Hình 20 – Sơ đồ thực nghiệm khảo sát sơ bộ lượng phụ gia siêu ẻ d o Grade BC 100 đến tính chất của hệ xi măng gồm: clinker, thạch cao và Grade BC 100 42 Hình 21 – Sơ đồ thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng t l tro bay đến tính chất ỷ ệ của hệ xi măng gồm: cl ker, thin ạch cao, tro bay, phụ gia tăng dẻ Grade o BC100 43

Hình 22 – Nước tiêu chu n cẩ ủa hệ xi măng PCB50 - ph gia BC Grade 100 45ụ Hình 23 - Thời gian đông kế ủa hệ xi măng PCB50 t c - ph gia BC Grade 100 45ụ Hình 24– Lượng nước tiêu chuẩn – t l ph ỷ ệ ụgia Grade BC 100 của các mẫu nghiên c u 48ứ Hình 25 – Quan h % tro bay % ph gia BC Grade 100 ệ - ụ - % nước tiêu chu n hẩ ệ xi măng 49

Hình 26 Quan h– ệ tương quan cường độ ệ xi măng h - tro bay Grade BC 100 v- ới hàm lượng Grade BC 100 50

Hình 27 – Các mẫu xi măng nước tiêu chuẩn thấp trong nghiên c u 51ứ Hình 28 Quan h– ệ tương quan giữa % nước tiêu chu n và th i gian nghi n tr n tro ẩ ờ ề ộ bay 53

viii

Hình 29 – Nước tiêu chu n và thẩ ời gian đông kế ủa mẫt c u M11 hai chở ế độ nghi nề 56 Hình 30 – Cường độ ủa mẫ c u M11 hai ch nghi n 56ở ế độ ềHình 31 – Độ hút ẩm của xi măng khi hàm lượng ph ụ gia và tro bay tăng dần 58

ix

kết dính truyền thống sử ụng thiết kế bê tông Bê tông mác cao, thì phải sử ụ d d ng

xi măng mác cao Bê tông cho môi trường bi n thì ph i s dể ả ử ụng xi măng bền sulphat S dử ụng xây đập, công trình thủy lợi thì phải dùng xi măng ít tỏa nhi t,…ệ Để thiết kế bê tông có tính năng đặc biệt, phải kể đế vai trò của ụ n ph gia khoáng và ph gia hụ óa học cho bê tông

Ngày nay, ph ụ gia hóa h c dùng trong bê tông rọ ất đa dạng phong phú, có nhiều đặc tính ưu việt, và được dùng phổ ến tại các Trạm trộn bê tông, giúp cả bi i thiện, và đáp ứng được đầy đ các yêu củ ầu đặc bi t v công ngh thi công hay v ệ ề ệ ềchất lượng bê tông Do có những c đặ tính ưu việt, nên ph gia hoá h c ngày càng ụ ọđượ ử ục s d ng r ng rãi trong công ngh xây d ng ộ ệ ự

Tuy nhiên, xét về mặt tiêu cực, khi ph gia hóa h c có quá nhi u ch ng ụ ọ ề ủ

loại, và được nhà sản xuất thổi phồng công dụng, mỗi trạm t ộn bê tông dùng phụrgia hóa h c khác nhau, thọ ậm chí nhi u ph ề ụ gia mà chưa qua thử nghi m nghiên ệ

cứu sâu bản chất của phụ gia hóa học đ i với tính chất bê tông Trong nhiều ốtrường h p th c t , s n ph m bê tông b l i nguyên nhân là do s d ng ph gia ợ ự ế ả ẩ ị ỗ ử ụ ụhóa học không đúng liều lượng, không đúng cách

Với ý nghĩa trên, đề tài “Nghiên cứ chế ạ chất kết dính có nước tiêu u t o chuẩn thấp trên cơ sở clinker xi măng FiCO Tây Ninh” là nghiên c u chứ ế ạ t o sản

phẩm xi măng mới, dùng cho thiết kế bê tông mác cao, có sử ụ g ụ d n ph gia hóa

học gốc napthalen dạng bộ khi thi công không cần pha thêm phụ gia, mà vẫt, n

đảm bảo độ ụ s t, d , d v n chuy n ễ đổ ễ ậ ể bê tông tươi

1

2 Mụ c đích nghiên c ứu:

tNghiên cứu chế ạo một loại xi măng có lượng nước tiêu chuẩn thấp, thấp hơn 25%

Ứng dụ măng có lượng nước tiêu chuẩn thấ ết kế bê tông cường độcao t 60 ừ MPa

3. Ý nghĩa thực tế ủa đề c tài

Tạo ra giá trị ớn về ặt kinh tế, vì đây là sản phẩm mới trên thị trườ , khả l m ngthi cao v m t ng dung th c ti n ề ặ ứ ự ễ

S dử ụng loại phụ gia dạng bột, gốc napthalen, tên thương mại là BC Grade

100 v i t l ớ ỷ ệ khác nhau trong nghiên c u ứ

2

S dử ụng tro bay Formosa có hàm lượng mất khi nung 8% với tỷ ệ khác nhau l trong nghiên c u ứ

Phân tích tác động c a tro bay và ph gia hóa h c BC Grade 100 n ủ ụ ọ đế các tính chất cơ lý của xi măng trên cơ sở ủa xi măng c FICO Tây Ninh

6. Phương pháp nghiên cứu Các nguyên liệu nghiên cứu, quy trình và thi t bế ị th nghi m là ổử ệ n định và

th ng nh t trong su t quá trình th c hi n nhố ấ ố ự ệ ằm hạn ch tế ối đa các sai số

Ch ỉ tiêu cơ lý của mẫu được xác đ nh theo các bộ tiêu chuẩn hiện hành, cụị

th ể như sau:

+ Xác định cường độ xi măng theo ASTM C109:2015

+ Xác định lượng nước tiêu chu n theo TCVN 6017:2015 ẩ

+ Xác định th i gian bờ ắt đầ đông kếu t, k t thúc ế đông kết theo TCVN 6017:2015

n m+ Xác đị h độ ịn (tỷ diện Blaine, sót sàng 0 09mm) theo TCVN ,4030:2003

+ Xác định cường độ bê tông theo 2012 Bê tông nặ Phương pháp xác định cường độ nén

s+ Xác định độ ụt của bê tông theo TCVN 3106:1993 Hỗn hợp bê tông năng – Phương pháp thử độ ụ s t

+ TCVN 8826:2011 “Phụ gia hóa h c cho bê tông” ọ

3

Chương 1. T NG QUAN Ổ

1.1 Tổng quan về xi măng pooc lăng:

1.1.1 Khái ni m v ệ ề xi măng pooc lăng:

Xi măng là chất kết dính thủy lực ở dạng bột mịn, khi trộn với nước thành

dạng hồ ẻo, có khả năng đóng rắn trong không khí và trong nước nhờ d ph n ng ả ứhóa lý, thành v t liậ ệu dạng đá [1] Thành phần xi măng bao gồm: Clinker xi măngpoóc lăng chiếm hơn 60%, phụ a khoáng như đá vôi, xỉ lò cao, xỉ gi nhiệt điện, tro

trấu, silicafum, meta caolanh,…, và đến nay có thêm phụ gia đặc biệt như ph gia ụdãn n , ph gia siêu d o,…và ph gia công ngh ở ụ ẻ ụ ệ

B ng ằ cách pha thêm các lo i ph ạ ụ gia khác nhau vào clinker xi măng poóc lăng ta có th ể thu được các loại xi măng có các tính năng nhất định theo mong mu n ố

c a ủ người sử ụng Ví ụ để ả độ co d d , gi m ngót c a h xi mủ ồ ăng người ta đã sử ụ d ng

ph ụ gia dãn nở thương phẩm như AC 89, để tăng khả năng chống thấm hay giả- m tác hại của phả ứng kiềm ÷ silic người ta đã sử ụng phụ gia puzolan như meta n dcaolanh, tro tr u,… ấ

Tu ỳ theo đặc tính và ứng dụng, xi măng được phân lo i thành nhi u lo i ạ ề ạkhác nhau trong đó xi măng pooc lăng (PC) và các loại xi măng trên cơ sở clinker xi măng pooc lăng (clinker) được sử ụ d ng ph bi n nh t trong xây d ng do các ổ ế ấ ựnguyên liệu dùng để ả s n xu t chúng khá ph ấ ổ biến trên v ỏ trái đất

Theo TCVN 5438:2004, quy định các thuật ngữ và định nghĩa liên quan đến

lo i, thành ph n và tính ch t k thu t cạ ầ ấ ỹ ậ ủa xi măng như sau:

• Xi măng alumin (aluminate cement) Xi măng được nghiền từ : clinker xi măng alumin (Clinker có ch a ch yứ ủ ếu các khoáng canxi aluminat độ bazơ

th p.) ấ

• Xi măng đá vôi (lime stone cement) : Xi măng poóc lăng hỗn hợp ch có ph ỉ ụgia đá vôi

4

• Xi măng giếng khoan d u khí ầ (oil well cement) Xi măng poóc lăng đặc :

biệt để bơm trám các giếng khoan d u khí ầ

• Xi măng ít kiềm (low alkali cement) Xi măng chứ: a hàm lư ng ki m quy ợ ềđổi ra Na2O (Na2Oqđ = %Na2O + 0,658% K2O), không lớn hơn 0,6%

• Xi măng kỵ ẩ m (hydrophobic cement) Xi măng chậ: m hút m do có ch a ẩ ứ

• Xi măng poóc lăng đóng rắn nhanh (rapid hardenning cement): Xi măng

poóc lăng phát triển cường độ cao tu i s m ở ổ ớ

• Xi măng poóc lăng hỗn h p (blendợ ed portland cement) Xi măng poóc lăng :

có ph gia khoáng Loụ ại và lượng phụ gia pha vào theo quy định c a tiêu ủchu n riêng ẩ

• Xi măng poóc lăng ít tỏa nhi t ệ (low heat portland cement) Xi măng poóc : lăng có lượng nhi t tệ ỏa ra trong quá trình đóng rắn, ít hơn xi măng poóc lăng thông dụng và được quy định theo tiêu chu n riêng ẩ

• Xi măng poóc lăng puzolan (puzzolan portland cement): Xi măng poóc lăng

có phụ gia puzolan Lượng phụ gia pha vào theo quy định c a tiêu chuủ ẩn riêng

• Xi măng poóc lăng trắng (white portland cement) Xi măng được nghiền từ: clinker xi măng poóc lăng trắng v i thớ ạch cao, có thể có ph gia tr ng ụ ắ

5

• Xi măng xây trát (masonry cement):Chất kết dính thủy dạng bột mịn, thành

phần gồm clinker xi măng poóc lăng và phụ gia khoáng, có thể có phụ gia

h u ữ cơ Khi nhào trộn với cát và nước thu được vữa tươi có tính công tác phù

hợp để xây và hoàn thi n ệ

• Xi măng poóc lăng xỉ lò cao (blast furnace portland cement) Xi măng poóc : lăng có ụph gia x hỉ ạt lò cao Lượng ph ụ gia pha vào theo quy định c a tiêu ủchu n ẩ

1.1.2 Clinker xi măng - Thành ph n hóa h c ầ ọ và khoáng ủ c a clinker poóc lăng

Thành ph n hóa hầ ọc: Các oxit chính trong clinker bao g m oxit canxi (CaO) ồchiếm khoảng 62-68%, oxit silic (SiO2) chi m kho ng 21 - 24 %, oxit nhôm (Alế ả 2O3) chiếm khoảng 4 8%, oxit sắt (F- e2O3) chi m kho ng 2 5%, oxit magiê (MgO) ế ả - chiếm khoảng 3 5%, oxit kiềm như oxit natri (Na- 2O) và oxit kali (K2O) chiếm kho ng 0,1-ả 0,5%, và còn mộ ốt s oxit khác chiếm khối lượng không đáng kể.[2]

Thành ph n khoáng trong ầ clinker chủ ế y u là khoáng alit (công th c hoá hứ ọc

là 3CaO.SiO2 hay thường được vi t t t là Cế ắ 3S), belit (công th c là 2CaO.SiOứ 2, trong clinker xi măng chủ ếu dạng thù hình βC y 2S), Canxi aluminat có công thức là3CaO.Al2O3 hay thường được viết tắt là C3A), celit (C4AF) có công thức là 4CaO.Al2O3.Fe2O3 hay thường được vi t t t là Cế ắ 4AF) Thành phần khoáng của clinker được trình bày b ng sau: ở ả

Bảng 1 - Thành phần pha của clinkerThành

ph n khoáng ầ

C3S (3CaO.SiO2)

C2S (2CaO.SiO2)

C3A (3CaO.Al2O3)

C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3)

T l % ỷ ệ 45 ÷ 65 10 ÷ 37 5 ÷ 15 10 ÷ 18

Đặc tính c a t ng khoáng: ủ ừ

6

* Alit (C3S): bao gồm 3CaO.SiO2 chiếm từ 45 ÷ 65% trong clinker Khoáng này phả ứn ng nhanh với nước, t a nhi u nhi t khi th y hóa, cho s n phỏ ề ệ ủ ả ẩm đông rắn cao nhất sau 28 ngày Đây là một pha quan tr ng nh t cọ ấ ủa clinker

* Belit (C2S): bao g m 2CaO.SiOồ 2 chiếm 17 ÷ 37% trong clinker Khoáng này phả ứn ng với nước tỏa ít nhi t và cho sệ ản phẩm có độ đông rắn chậm nhưng 28

ngày cũng đạt được yêu cầu b ng alit ằ

* Celit (C4AF): là khoáng chi m 10 ÷ 18% trong ế clinker, là khoáng cho

ph n ng t a ít nhi t và cho s n phả ứ ỏ ệ ả ẩm phả ứn ng với độ đông rắn th p ấ

* Canxi aluminat (C3A): bao g m 3CaO.Alồ 2O3 chiếm 5 ÷ 15%, khoáng này

ph n ả ứng nhanh với nước tỏa nhiều nhiệt Cho sản phẩm phả ứng ban đầu đông n

rắn nhanh nhưng sau đó lại chậm và kém hơn alit

1.1.3 Quá trình hydrat hóa xi măng:

Khi trộn xi măng với nước các pha C3S, C2S, C3A, C4AF th c hi n phự ệ ản

ứng th y hóa Tùy thu c vào lo i khoáng, hàm lưủ ộ ạ ợng khoáng, hàm lượng pha th y ủtinh mà khả năng tương tác của xi măng với nước là khác nhau t o nên pha k t dính ạ ế

CxSyHz và CxAyHz, Ca(OH)2 và Al(OH)3

Quá trình hydrat hoá tạo pha Pooclandit Ca(OH)2 và Al(OH)3 là những hiđrôxit dễ tan trong nước và chúng để ạ l i nh ng l tr ng mao qu n đ ng th i quá ữ ỗ ố ả ồ ờtrình bay hơi của nước dư trong thờ ỳi k hydrat hoá tạo nên độ ố x p, r ng trong v a ỗ ữ

xi măng và bê tông [2]

1.1.4 Quá trình hydrat hoá các khoáng xi măng khi m t các thành có ặ phần c a ủ

ph gia khoáng ho t tính ụ ạ

Phụ gia khoáng ho t tính puzolan là ph gia có ngu n g c thiên nhiên hay ạ ụ ồ ốnhân tạ ở ạo d ng nghiền mịn khi khuấy trộn tự nó không đóng rắn (như tro bay), nhưng có khả năng phả ứn ng v i vôi nhiớ ở ệt độ thường t o thành các s n ph m có ạ ả ẩ

hoạt tính kết dính Khả năng liên kết vôi của phụ gia nhiở ệt độ thường khi có mặt nước g i là hoọ ạt tính puzolan Độ ho t tính c a ph gia ph thu c vào thành ph n ạ ủ ụ ụ ộ ầhóa h c và thành ph n khoáng, tọ ầ ỉ ệ pha tinh th và pha thể ủy tinh, độ nghi n mịn ề

7

của phụ gia Số lượng và vôi thêm vào có ảnh hưởng đến nhiệt động học đông kết

và r n chắ ắc của hệ cũng như lượng nước tham gia hình thành pha hydrat Hi n nay ệ

độ ho t tính c a ph ạ ủ ụ gia khoáng được đánh giá thông qua c ỉ ốh s ho t tính (v i ạ ớximăng poóc lăng và vôi) và độ hút vôi, trong đó chỉ ố s ho t tính vạ ới xi măng là quan trọng nhất

Cơ chế hoạt tính puzolan: khi xi măng thủy hóa sinh ra pha portlandic, đặc biệt là C3S khi th y hóa sinh ra kho ng 6 9% Ca(OH)ủ ả - 2 Trong khi đó thành ầph n chủ ế y u của ph gia ho t tính puzolan là SiOụ ạ 2 vô định hình hay còn gọi là SiO2 hoạt tính và Al2O3 hoạt tính Các khoáng hoạt tính này sẽ phả ứng với Ca(OH)n 2 gi i ảphóng t quá trình thừ ủy hóa xi măng tạo thành các hợp chất C-S-H, C-A-H theo phương trình sau:

3Ca(OH)2 + SiO2(vô định hình) + H2O →3CaO.SiO2.H2O 3Ca(OH)2 + Al2O3 + 6H2O →3CaO.Al2O3.6H2O Các sản ph m tạẩ o ra t ph n ng ho t tính puzolan có c u trúc gi ng c u ừ ả ứ ạ ấ ố ấtrúc C-S-H làm đặc chắc thêm c u trúc c a bê tông, k t quấ ủ ế ả là cư ng đ c a bê tông ờ ộ ủđược gia tăng, độ ấ th m gi m ả

Căn cứ vào ngu n g c t o thành, ph gia hoồ ố ạ ụ ạt tính puzolan được chia thành hai lo i ph gia ngu n g c thiên nhiên và ph gia ngu n g c nhân tạ ụ ồ ố ụ ồ ố ạo Puzolan thiên nhiên bao gồm: đất điatomit, đá phiến sét, tro núi lửa, đá ọt, đá bazan… b

Pulơzan nhân tạo như: tro bay, tro trấu, silicafum, sisex, metacaolanh… Phụ gia ho t tính puzolan ch a nhi u oxit silic, oxit nhôm dạ ứ ề ở ạng vô định hình có hoạt tính Do đó mà puzolan có những đặc tính tốt như sau:

+ Hạ ấp lượ th ng nhi t tỏ a trong quá trình hydrat hóa và gi m co ngót do ệ a r ảnhi t ệ

+ Giảm phả ứn ng hóa học của cố ệt li u ki m ề

+ Tăng độ đặ c ch n, tính ch ng th m, tính b n c a bê tông trong nư c và ắ ố ấ ề ủ ở ớtrong đất có tính chất ăn mòn

+ Trước khi s d ng thì ph gia ho t tính puzolan c n phử ụ ụ ạ ầ ải được gia nhi t ệ

và nghiền mịn để tăng hoạt tính Tuy nhiên ph ụgia ho t tính puzolan có th kéo dài ạ ể

8

thời gian đông kết, làm chậm sự phát triển cường độ bê tông ở tuổi ban đầu 3-7 ngày, nhưng cuờng độ bê tông tu i 28 ngày vở ổ ẫn đạt và thậm chí còn vượt bê tông không ch a puzolan ứ

+ Gi m nhi t th y hóa nên thích h p v i bêtông kh i l n ả ệ ủ ợ ớ ố ớ

+ Giảm lượng nước tr n hoộ ặc tăng tính dễ đổ

Phụ gia tr n h n h p hay có th ộ ỗ ợ ể được nghi n riêng thành b t mề ộ ịn để pha vào bê tông và vữa trước khi tr n Xộ ỉ ạt lò cao thườ g đượ h n c nghiền mịn hơn xi măng, tỷ di n c a nó lệ ủ ớn hơn 3500cm2/g, có khi t i 5000cmớ 2/g, x càng m n hoỉ ị ạt tính càng tăng

1.2 Tổng quan về xi măng có nước tiêu chuẩn thấp:

1.2.1. Cơ sở khoa học và ứng dụng của xi măng nước tiêu chuẩn thấp

Các nghiên cứu cho thấy, khi tăng tỷ lệ diện tích bề mặt của xi măng từ

3000 đến 4000-4500cm2/g, cường độ của đá xi măng tăng 15 20% trong điều kiện cùng tỷ lệ N/X và mức độ thuỷ hoá Tuy nhiên, khi tỷ lệ diện tích bề mặt tăng thì lượng nước cần thiết để hồ xi măng và hỗn hợp bê tông đạt được cùng độ linh động tăng theo Điều này làm giảm cường độ của đá xi măng và bê tông Mặt khác, tăng

-tỷ lệ diện tích của xi măng khiến chi phí nghiền gia tăng, làm giảm ảnh hưởng đáng

kể đến giá thành sản phẩm

Để giải quyết vấn đề trên, từ những năm 80 của thế kỷ XX, các nhà khoa học trên thế giới đã đề xuất biện pháp hoạt hoá cơ hoá hệ xi măng Sự có mặt của tác nhân hoá học trong quá trình hoạt hoá cơ hoá có những tác động tích cực tới quá trình nghiền tỷ lệ diện tích bề mặt của chất kết dính được nâng cao giúp gia tăng quá trình thủy hoá và hiệu quả sử dụng clinker Mặt khác, các phụ gia có mặt trong chất kết dính không những có tác dụng giảm lượng nước trộn cần thiết để đạt được cùng tính công tác mà còn ảnh hưởng tích cực tới quá trình thủy hoá của các khoáng, quá trình hình thành cấu trúc tinh thể và phát triển cường độ của chất kết dính thu được

9

Bằng phương pháp này, trên cơ sở clinker thông thường, đã thu được chất kết dính có cường độ đạt tới 100-150 MPa Đặc điểm chung của các loại chất kết dính trên là chúng có lượng nước tiêu chuẩn thấp hơn so với xi măng thường và nằm trong khoảng 16 22% Do đó chúng được gọi là chất kết dính có lượng dùng -nước thấp

Chất kết dính có lượng dùng nước thấp được dùng để chế tạo các sản phẩm, cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép trong nhiều lĩnh vực có cấp cường độ chịu nén B30-B80 cường độ chịu nén 40 100 MPa và cao hơn nữa Bê tông trên cơ sở chất -kết dính có lượng dùng nước thấp có nhiều đặc tính vượt trội so với bê tông trên cơ

sở xi măng truyền thống, chủ yếu là tính công tác cao, ít tách nước, tách vữa, cấu trúc đặc chắc và cường độ cao

Các phương án chế tạo và sử dụng chất kết dính có lượng dùng nước thấp rất đa dạng với khả năng sử dụng các loại chất độn khoáng tự nhiên hoặc phế thải công nghiệp với tỷ lệ lên tới 70% và hơn nữa Do đó, bên cạnh việc nâng cao được tính năng kỹ thuật và tính kinh tế của sản phẩm, sử dụng chất kết dính có lượng dùng nước thấp còn góp phần giải quyết các vấn đề môi trường [3]

1.2.2 Nghiên cứu sử ụ d ng ph gia siêu d o gụ ẻ ốc napthalen trong ch tế ạo xi măng

bê tông

Ngoài phương pháp nâng cao cường độ xi măng bằng độ mịn, thì phương pháp h n chạ ế nước tiêu chu n c n thiẩ ầ ết để hydrat hóa xi măng cũng là phương pháp nâng cao cường độ xi măng Tác gi [4], trong nghiên c u cả ứ ủa mình, đã có

kết luận rằng, loại xi măng có nước tiêu chuẩn thấp thì cường độ xi măng cao, và đượ dùng đểc thi t k ch tế ế ế ạo bê tông có cường cao Trong nghiên c u, tác gi độ ứ ảdùng hai loại xi măng nền là loại xi măng pooclang hỗn hợp và xi măng pooclangthường, pha thêm các lo i ph gia vạ ụ ới hàm lượng khác nhau (ph ụ gia Zewa SL-sodium lignine sulphonate, ph gia siêu dụ ẻo FM62 – Na napthalen sulphonate và

Na2CO3) nhằm chế ạ t o lo i ạ xi măng có nước tiêu chuẩn từ 0,19 – 0,50 chi tiết thiết

k ế như bảng 2

10

Bảng 2 – Các mẫu xi măng được thiế ế trong nghiên cứt k u

nh ỏ hơn 0,25 thì cường độ nén xi măng tăng rõ rệt nhấ Như vật y, cường độ xi măng tăng khá rõ rệt khi lượng nước tiêu chu n gi m [4]ẩ ả , và cũng phụ thu c khá ộnhiều vào loại phụ gia, gốc phụ gia sử ụ d ng Mẫu PCP và mẫu PCS là mẫu sử

dụng cùng loại xi măng 42,2R và 0,4% phụ gia FM62, là phụ gia gốc napthalen; riêng mẫu PCS có thêm 1 ph gia là SF nh m đi u ch nh thụ ằ ề ỉ ời gian đông kết

Cường độ nén c a m u PCS và PCP là cao nh t trong các c p ph i nghiên ủ ẫ ấ ấ ố

c uứ , có thể đạt cường độ trên 80MPa ứng N/X là 0,3, khi N/X thấp hơn thì cường

độ còn cao hơn nhiề ầu l n Các m u BSS, BC, PC, s d ng các lo i ph gia khác ẫ ử ụ ạ ụ

có cường độ không cao như hai mẫu PCS, PCP có s d ng ph gia g c napthalen ử ụ ụ ố

N u xét t N/X lế ừ ớn hơn 0,3 đế n 0,5, thì mẫu PCP có cường độ cao hơn mẫu PCS Nghĩa là hệ có thêm phụ gia đông kết thì cường độ không cao bằng hệ chỉ ử s

d ng 1 lo i ph gia napthalen ụ ạ ụ

Như vậy, ph ụgia napthalen rất kh thi ch tả để ế ạo xi măng nước tiêu chu n ẩ

th p ấ

11

Hình 1 – M i ố quan hệ cư ờng độ xi măng ỷ ệ- t l N/X c a các mủ ẫu nghiên c u ứ [4]

1.2.3 Tính ch t bê tông ấ xi măng khi t l ỷ ệ nước/ xi măng ấ th p

Vấn đề ần quan tâm khi thiết kế c mẫu bê tông, xi măng có tỷ ệ nướ l c/xi măng thấp là hiện tượng n t b m t mứ ề ặ ẫu trong quá trình đóng rắn, giai đoạn tu i ổ

sớm, khoảng 48 giờ Tỷ ệ nước/xi măng càng thấp, thì chỉ trong 12 giờ, là thấy l

hiện tượng rạn nứt bề mặt mẫu Giải thích hiện tượng trên bằng cơ chế đóng rắn

của xi măng Năm 1996, Ông Justnes nghiên cứu [5] v ề ứng xử co hóa học của bê tông, xi măng đối với trường h p t l ợ ỷ ệ nước/xi măng thấp Hiện tượng co là do

tổng khối lượng của sản phẩm sinh ra (như là ettringit và CH) nhỏ hơn tổng khối lượng c a các ch t ph n ủ ấ ả ứng (như là alite và nước) Tác gi ả đã nghiên ứ c u trên hai mẫu xi măng đại diện cho xi măng pooclang thông thường (P30K), và xi măng cường độ cao (HS65) Thí nghi m đ ng th i hai lo i mệ ồ ờ ạ ẫu xi măng trên, từ th i ờđiểm b t đắ ầu cho nước vào các hỗn hợp xi măng Nghiên cứu, đo đạc trong th i ờgian 0 48 gi Tác gi- ờ ả đưa ra kết lu n r ng, t ng s co hóa h c phậ ằ ổ ự ọ ụ thu c lớộ n vào

t l ỷ ệ nước/xi măng (trong nghiên cứu phạm vi nước/xi măng từ 0,3 – 0,5) Và đối

v i lo i ớ ạ xi măng khác nhau, thì sự co hóa học là khác nhau, và theo số ệu thực linghiệm, thì đối với xi măng cường độ cao, s co hóa h c lự ọ ớn hơn nhiều so v i xi ớmăng cường độ ấ th p

12

Hình 2 – S co hóa hự ọc của xi măng P30K với N/X = 0,3; 0,35; 040; 045; 0,50

Hình 3– S co hóa hự ọc của xi măng HS65 với N/X = 0,3; 0,35; 040; 045; 0,50

Hình 2 và hình 3 lần lượt là đồ th th hi n sự ị ể ệ co hóa học của xi măng PC30K và xi măng HS65 trong thời gian thí nghi m t ệ ừ 0 đến 50 gi , ng v i ờ ứ ớlượng nước/xi măng là 0,3; 0,35; 040; 045; 0,50 Ta th y r ng, vấ ằ ới xi măng khác nhau, thì s co hóa h c là khác nhau ự ọ Xi măng nền có cường độ càng cao thì sự co hóa h c càng nhiọ ều Và hệ có N/X càng th p, thì sấ ẽ ặ g p hiện tượng co hóa học càng tăng

13

1.3 Phụ gia hóa học cho xi măng, bê tông:

1.3.1 Khái ni m v ph gia hóa h c cho bê tông: ệ ề ụ ọ

Phụ gia hoá dẻo (p ụ gia giảm nư c) à phụ gia làm tăng độ ụt của hỗn hợp ớ

bê tông khi giữ nguyên t l ỉ ệ N/X, ho c làmặ giảm lượng nước trộn mà ẫ v n giữ nguyên s t cđộ ụ ủa hỗn h p bê tông, bê tông có cợ ường độ cơ học cao hơn

Phụ gia siêu d o là lo i ph gia gi m nư c đ c bi t, lẻ ạ ụ ả ớ ặ ệ àm tăng độ lưu động và

độ ch y c a h n hả ủ ỗ ợp bê tông, tăng đáng kể các tính ch t công ngh c a bê tông, có ấ ệ ủ

th tiể ết kiệm lượng lớn xi măng Đa số các loại đó là các ch t polime tổng hợấ p, được cho vào h n h p bê tông vỗ ợ ới lượng dùng t 0,1-1,2% so vừ ới lượng dùng xi măng Các loại ph gia ph bi n hi n nay là polynaphtalene sulfonate, ụ ổ ế ệpolymeamine sulfonate và polyacrylate ester, có thành ph n hóa hầ ọc như bảng 3

Bảng 3 – K t qu ế ả phân tích thành p ần nguyên ố ủh t c a ph gia siêu d o ụ ẻ

C % H % O % N % S % Na %Polynaphtalene sulfonate (PNS) 48,3 2,6 22,6 0 13,8 12,7 Polymeamine sulfonate (PMS) 22 3,5 26,7 25,5 12,4 9,3 Polyacrylateester(PAE) 47,8 8 37,8 0 0,9 4,3

1.3.2 Ph gia g c Poly Naphthalene sulphonate (NFS)ụ ố

Đây là sản ph m c a các ch t nẩ ủ ấ gưng tụ g c sulfonated naphthalene ốformaldehyde và các ph gia t ng hụ ổ ợp Đây là loại phụ gia th h ế ệ 2, thu được khi chưng cất than đá, thuộc dòng napthalene sulphonate thường dùng v i li u ớ ề lượng 0,7-1,2%, nó có thể làm gi m ả lượng nước tr n t ộ ừ 15 giảm nư c ới 25% (Phụớ t gia

gi m ả nước m c trung ứ bình) Loại phụ gia này cải thiện được tính linh động của bê tông nhưng giảm cường độ ban đầu

Công th c phân t : Giá tr ứ ử ị n thường từ 5-10, trọng lượng phân t t i 2000, ví ử ớ

d ụ như sikament 163EX, sikament NN.[6]

14

Hình 4 – Công th c hóa hứ ọc của phụ gia g c poly napthalen sulphonate ố

1.3.3. Cơ chế tác d ng c a ph gia siêu dụ ủ ụ ẻo gốc napthalen (NFS)

Khi cho ph gia vàoụ hỗn h p bêợ tông hoặc vữa, xảy ra các tương tác giữa

gốc phụ gia v i thành ph n khoáng hóa trong xi ớ ầ măng Người ta đã chứng minh r ng tác dằ ụng giảm nước gắn li n v i sề ớ ự ấ h p ph và phân tán x y ra trong hụ ả ệ

xi măng nướ- c Ph gia không tham gia ph n ng hoá h c vụ ả ứ ọ ới xi măng Bằng ch ng ứ

là khi phân tích nhiễu xạ rơnghen mẫu của xi măng có ph gia, không phát hi n ra ụ ệkhoáng mới so với mẫu đối ch ng ứ

Phụ gia NFS h p ph lên b m t ấ ụ ề ặ các hạt xi măng dưới d ng chu i hình ạ ỗque theo nhi u l p Cácề ớ hạt xi măng bị phân tán nh lờ ực đ y giữa cácẩ ion âm của nhóm sunphuric gây ra (SO -) Cường độ ự đẩy có thể được đánh giá ằng cách l c b

đo thế zeta c a b m t các hủ ề ặ ạt xi măng Tính phân tán và khả năng giảm nư c có ớ

th ể được đánh giá gián tiếp b ng nhiằ ều phương pháp khác nhau

Cơ ch tác d ng c a ph gia NFS cũng như ph ế ụ ủ ụ ụ gia hóa dẻo nói chung đối v i h xi măng – ớ ệ nước trong bê tông đã được nhi u công trình nghiên ề

c u ứ Tuy chưa có cách gi i ả thích thống nhất, nhưng có thể ập hợp lại thành ba cơ tchế chính, đó là: làm giảm sức căng bề m t c a dung d ch trên b m t phân chia ặ ủ ị ề ặpha; tăng lượng cu n khí và ch ng keo t [7] ố ố ụ

1.3.3.1 Cơ chế hoá d o do làm giẻ ảm sứ căng bề ặc m t

Cơ ch hoá d o h n h p bê tông c a ế ẻ ỗ ợ ủ các phụ gia hoá d o đư c giải ẻ ợthích như sau: Khi cho phụ gia vào hỗn hợp bê tông các phân tử phụ gia tan vào

15

dung d ch, h p phị ấ ụ lên b m t các ề ặ pha r n (hắ ạt xi măng, cát, đá và các sản phẩm thu hoá cỷ ủa xi măng) và làm giảm sức căng bề mặt phân chia giữa pha rắn và

lỏng, làm chiều dày màng nước bao quanh pha rắn giảm đi Hay nói cách khác, cácpha rắn trượt lên nhau dễ dàng như cũ với màng nước phân cách có chi u dày ề nhỏhơn Tức là đối v i h n h p bê tông, khi dùng ph gia ớ ỗ ợ ụ để có độ linh động không

đổi thì s c n mẽ ầ ột lượng nước trộn ít hơn Nếu gi nguyên ữ lượng nước tr n thì ộlượng nước dôi ra do dùng ph gia làm h n h p bê tông có ụ ổ ợ độ linh động cao hơn.1.3.3.2 Cơ chế hoá d o do ẻ cuốn khí

Khi làm gi m sả ức căng b mề ặt của nước, phụ gia siêu dẻo thường làm tăng mức cuốn khí vào hỗn hợp bê tông trong quá trình trộn Lượng khí cuốn vào trong

hỗn hợp bê tông cũng có tác dụng làm tăng độ ụt Bọ s t khí cuốn vào h n h p bê ỗ ợtông thường được phân b ố đều, có kích thước nhỏ và có tác ụng như các đệm dtrên đó các pha rắn trượt trên nhau dễ dàng hơn Thông thường cứ tăng 1% lượng khí cu n vào có thố ể ảm tương ứng 1% lượ gi ng nước trộn Theo Batracov lượng khí

tối đa trong bê tông không nên ượv t quá 7%

1.3.3.3 Hoá d o do ẻ chống keo tụ

Trong hệ xi măng nướ- c c hcá ạt xi măng thư ng keo t , dính b t ờ ụ ế vào nhau

tạo thành các ụm lớn và do vậy làm cho tính linh động của hệ c giảm đi đáng kể

Với sự có mặ ủt c a ph ụgia siêu dẻo các c m này d dàng b ụ ễ ị đánh tan ra lúc trộn và khi đã rời nhau chúng hình thành các h t keo tícạ h điện đẩy nhau nên khó b keo t , ị ụ

nh v y làm tờ ậ ăng tính linh động ủa hệ c

Hình 5 - Mô hình hấp ph c a ph gia hóa d o (NFS ) ụ ủ ụ ẻ

16

1.3.4. Tính tương thích của phụ gia siêu d o vẻ ới xi măng:

Tính tương thích của ph gia siêu d o vụ ẻ ới xi măng có ý nghĩa quan trọng hơn khả năng ẻ d o hóa c a ph gia Tính ủ ụ tương thích ph thuụ ộc vào thành phần hoá, khoáng, độ m n, ị lượng nước tiêu chuẩn

Với mỗi loại xi măng có các thành phần khoáng khác nhau thì sẽ có nh ảhưởng đến tác động ph gia là khác nhau Ph n ng v i Cụ ả ứ ớ 3A là nguyên nhân chính, còn s phát tri n ự ể cường độ thì tu thu c vào canxi silicat Cỳ ộ 3S và C2S Trong suốt quá trình hyđrat hoá thì toàn b canxi silicat ộ đượ hyđratc hoá Tuy nhiên các thành phần hoá học không là nhân tố duy nhất quyết định cho tốc độ phán ứng của xi măng Một số ếu tố khác cũng ảnh hưởng tới tính chất bê tông ynhư lượng nước tr n (t l N/X) và nhiộ ỉ ệ ệt độ khi tr n ộ

Quá trình th y hóa các khoáng có thủ ể ảnh hưởng r t l n tấ ớ ới mức đ ộ tương tác của phụ gia lên ệ bê tông h -xi măng làm thay đổi thời gian đông kết, cường độ

và lượng nước nhào tr n ộ ban đầu

T l Cỷ ệ 3A/C4AF, C3S/C2S càng cao thì kh ả năng ấ h p ph c a ph gia lên ụ ủ ụ

b m t hề ặ ạt xi măng càng lớn, kh ả năng hấp ph c a ph gia lên Cụ ủ ụ 3A là t t nh t ố ấ

Phụ gia siêu d o g c ẻ ố NFS làmchậm quá trình th y hóa củ ủa C3A, C3S 1.3.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng ki m trong xi ề măng

M i quan h gi a hàm ố ệ ữ lượng ki m trong xi ề măng và kh ả năng tương thích giữa phụ gia siêu ẻo với xi măng khá phức tạp, vì bản thân chất kiềm, có dảnh hưởng đáng kể đến độ lưu biến c a h xi măng-ủ ệ nước

1.3.4.2 Trong trường h p không có ch t ph ợ ấ ụ gia siêu ẻd o:

Các chất ki m trong xi ề măng (ch y u là ủ ế muối sunphat c a Kali, Natri, ủ

ví d ụ như K2SO4, Na2SO4, hoặc hỗn hợp muối tan CaSO4) đóng vai trò khác nhau, c th là: ụ ể

17

- Trong quá trình s n xu t clanhke, c thành ph n này tác ả ấ ác ầ động đến

C3A làm thay đổi cấu trúc bình t ườh ng của C3A thành m t d ng mộ ạ ới có

T t c nh ng hi n ấ ả ữ ệ tượng trên nh ả hưởng n đế độ lưu bi n c a h xi ế ủ ồ măng

Xi măng có hàm ượng ềm cao hơn thường có độ lưul ki biến kém ( ần nước cao chơn)

1.3.4.3 Trong trường hợp có phụ gia siêu d o: ẻ

Khi có m t ph gia siêuặ ụ dẻo tỷ ệ l C3A/SO4 thay đổi, nồng độ sunphat hòa tan cao hơn gây nh hư ng ả ở tương tác gi a Cữ 3A/CaSO4/ph gia siêu d o, do ụ ẻ đó

ảnh hưởng n kh đế ả năng tương thích ủ c a ph ụ gia siêu dẻo đến xi măng Người ta chỉ ra rằng xi măng có hàm lượng ki m thấp ít tương thích vớề i ph gia siêu d o ụ ẻ

gốc PNS hơn xi măng có hàm lượng kiềm cao hơn

1.3.4.4 Nh ng y u t khác: ữ ế ố

Nh ng ữ ảnh hưởng của lượng nước tiêu chuẩn và độ mịn xi măng chưa được nghiên c u nhi u, tuy nhiên thông qua ph n cơ chếứ ề ầ tác động c a ph gia ủ ụsiêu d o trong quá trình thẻ ủy hóa xi măng, chúng ta có thể nh n xét: Khi tăng ậlượng nước tiêu chu n và m n cẩ độ ị ủa xi măng ố, t c đ th y hóa xi ộ ủ măng tăng, mối quan hệ tương quan bởi các chất phân t ử siêu d o nhìn chung theo chẻ iều hướng tăng lên

18

1.4 Ph gia khoáng tro bay trong công ngh sụ ệ ản xuất xi măng:

1.4.1. Ưu điểm c a ph gia khoáng tro bay trong công nghiủ ụ ệp sản xuất xi măng

- Th nhứ ất, kích thước hạt tro bay siêu mịn, nên lấp đầy các lỗ ống mao tr

quản làm tăng độ chắc đặc cho đá xi măng

- Th ứ hai, k ả năng hoạt tính ạh m nh của tro bay đã làm giả m lượng Ca(OH)2 d ễ hòa tan trong xi măng và tạo thành gel C-S-H có khả năng

r n chắ ắc:

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

- Th ứ ba, k ắc phục đáng kểh hiện tượng xâm thực của môi trường nước

bi n ch a Cl- ể ứ ăn mòn mạnh c t thép và gây phá h y công trình ố ủ

Với những ưu điểm khi sử ụng phụ gia tro bay được nêu trên vì vậy hiện dnay nhiều nước trên thế giới như Trung Quốc, Hàn Quốc, Nh t Bậ ản, Malaysia, Philipphin, Việt Nam, Châu Âu đã sử ụ d ng tro bay c a các nhà máy nhiủ ệt điện để làm phụ gia cho xi măng để ả s n xuất xi măng hỗn h p PCB vợ ới hàm lượng t ừ 6 đến 50%

1.4.2 Tro bay nhiệt điện Duyên H i: ả

Theo công nghệ đốt than của nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam, tro, xỉ nhi t ệđiện được phân làm 2 lo i: tro, x nhiạ ỉ ệt điện theo công nghệ đốt than phun PC và tro, xỉ nhiệt điện theo công nghệ đốt than t ng sôi CFB ầ Trong đó chủ ế y u là các nhà máy nhiệt điện sử ụ d ng công nghệ PC Tro bay Formosa được thu t công nghừ ệ đốt than phun PC

1.4.2.1 C u t o tro bay s d ng công ngh t PC: ấ ạ ử ụ ệ đố

n Tro bay được hình thành do các quá trình đốt than đã được nghiền mị ởnhiệt độ cao 1400-1600oC, do vậy tro bay thu được gồm hỗn hợp các hạt bị nóng chảy và các hạt than chưa cháy hết Phần v t li u b nóng chậ ệ ị ảy khi được làm lạnh nhanh tạo thành chủ yếu pha thủy tinh và các hạt hình cầu, ngoài ra còn một lượng nhỏ pha tinh thể Các hạt tro bay hình cầu có thể là h t c u r ng (ch a nhi u h t c u ạ ầ ỗ ứ ề ạ ầ

19

con trong nó) hoặc là các hạ ầu đặc Pha thủt c y tinh chi m kho ng (60 90)% khế ả - ối lượng tro bay Pha th y tinh và pha tinh th không hoàủ ể n toàn độ ậc l p v i nhau mà ớthường pha tr n lộ ẫn, thông thường pha tinh th n m trong c u trúc pha th y tinh ể ằ ấ ủ

hoặc gắn liền với bề ặt các hình cầu của pha thủy tinh Do vậy, cấu trúc tổng thể m

c a tro bay là phủ ức tạp và pha tr n ộ

Hình 6 - Ảnh SEM hạt tro bay công ngh ệ đốt than phun1.4.2.2 Thành ph n hoá cầ ủa tro:

Trong thành phần hoá của tro bay chứa tới hàng chục nguyên tố hoá học (hơn 30 nguyên tố) khác nhau, t n t i ch y u các d ng oxit SiOồ ạ ủ ế ở ạ 2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3 , FeO, TiO2, Cr2O3, V2O5, MnO, SO3, Na2O, K2O, B2O3, … trong các oxit trên thì SiO2, Al2O3, CaO, MgO được coi là ch yủ ếu vì chúng có hàm lượng l n ớ

và quyế ịnh đết đ n các tính chất cơ bản c a tro bay Ngu n gủ ồ ốc của các loại ôxit này

ph thuụ ộc chủ ếu vào nguồn gốc và loại nhiên liệu, các oxit FeO, TiO y 2, Cr2O3,

V2O5, MnO, B2O3 thường có hàm lượng r t th p Các oxit CaO t do, MgO t do, ấ ấ ự ự

Na2O, K2O, SO3và thành phần than chưa cháy của tro bay được coi là có h i cạ ần

phải lưu ý khi sử ụng vì chúng làm thay đổi thể tích sản phẩm d thu ỷ hoá chất kết dính trong quá trình r n ch c hoắ ắ ặc là gây ăn mòn cốt thép trong kết cấu bê tông

20

1.4.2.3 Thành ph n pha c a tro, x : ầ ủ ỉ

Cấu trúc tro gồm 2 nhóm vật chất (hay 2 pha) gồm: pha vô định hình (pha thu ỷ tinh), pha tinh thể (pha kết tinh) Thông thườ g pha vô định hình của tro, xỉnchiếm từ 50 % đến 90% , phụ thuộc vào thành phần của than đốt, tốc đ làm lạộ nh tro Ngoài ra trong tro, xỉ còn chứa một lượng than chưa cháy ở ạ d ng cacbon

Trong pha vô định hình của tro được chia thành 4 nhóm sau:

+ Nhóm 1: Là các chất sét vô định hình và đề hyđrat hoá không hoàn toàn, chất này còn ch a mạng lướứ i tinh th ể đã bị ế bi n d ng và có kh ạ ả năng hyđrat hoá trở

lại Đối với các loại sét caolinhit, pha này mang tên là mêtacaolinhit với hình dạng các hạt không xác nh, góc cđị ạnh, đồng thời có độ ỗ r ng cao v i nh ng l r ng thông ớ ữ ỗ ỗnhau, vì v y có kh ậ ả năng hút nước lớn

+ Nhóm 2: Là các chất vô định hình được thiêu k t y u v i các b m t r t ế ế ớ ề ặ ấphát tri n và là hể ỗn hợp cơ học r t m n cấ ị ủa ôxit silic và ôxit nhôm vô định hình Hình d ng hạ ạt, độ ỗ r ng và khả năng hút nước của nhóm này thực tế không khác các

hạt mêtacaolinhit và các sản phẩm vô đ nh hình không hoàn toàn của nhómị 1

+ Nhóm 3: Là các chất thiêu k t và đư c thu tinh hoá một phần (từ bề mặt các ế ợ ỷ

tổ hợp h t) có t ng diạ ổ ện tích bề mặt tương đ i nh và ch a nhi u các l r ng kín Khi ố ỏ ứ ề ỗ ỗmàng thuỷ tinh có các khuyết tật thì các lỗ ỗ r ng thông nhau phía trong dễ dàng đư c ợ

nư c làm đớ ầy

+ Nhóm 4: Là các pha thuỷ tinh c a thành ph n alumôsilicat có d ng hình ủ ầ ạ

cầu hoặc gần đạt đến dạng hình cầu, đôi khi ở bên trong chứa các tạp chấ ở ạt d ng tinh th ể và các lỗ ỗng khí r

PPha tinh thể: ha tinh thể trong tro gồm các loại tinh thể chính như Magnetit

Fe3O4 , Hematite a- Fe2O3 , Quartz SiO2 , Mullite 3Al2O32SiO2 , CaOtd

Ngoài ra tro còn chứa các khoáng khác như: Wuslit, goethit, pyrit, calcite, anhydrite, periclase,

21

1.4.2.4 Ho t tính c a tro bay ạ ủ

Hoạt tính của tro là có khả năng tác dụng với sản phẩm thuỷ hoá xi măng ởđiều kiện thường (có ho c không có ch t ho t tính hoá), ho c ặ ấ ạ ặ ở điều ki n nhi t ệ ệ độcao (gia công nhiệ ẩt m 100 oC, gia công nhi t trong autoclav) Tro nói chung chệ ỉ ể

hiện hoạt tính puzơlanic, được đánh giá bằng độ hút vôi của 1 gam tro, xỉ nghiền

mịn Độ hút vôi (còn gọi là mức độ ngậm canxi) tính bằng mg/g của tro phụ thuộc vào độ m n và b n ch t v t liị ả ấ ậ ệu cũng như vào nhiệt độ và th i gian ph n ng Tro ờ ả ứ

có hàm lượng (CaO + MgO) càng cao thì độ hút vôi càng gi m, đ ng thả ồ ời có độ ị m n càng lớn, nhiệt độ càng cao và thời gian càng kéo dài thì độ hút vôi càng cao

Các lo i tro nhiạ ệt điện đố ừt t các loại than antraxit và than đá thường có tổng hàm lượng (CaO + MgO) 10 15%, ch- ỉ ố ề s ki m Mk<0,1; ch s ho t tính Ma = 0,2 ỉ ố ạ

- 0,8 Vì vậy có thể ếp chúng vào loại axit hoặc siêu axit không có hoạt tính thuỷ x

lực tức là không tự thuỷ hoá, rắn c ắc ở điều kiện thường Chúng có hoạt tính hpuzơlanic mạnh th hi n bể ệ ằng độ hút vôi l n ớ

yTro nhiệt điện thường thuộc loại ít kiềm, chủ ếu ch a các khoáng thu c ứ ộnhóm 2 và 3 trong thành ph n khoáng, các khoáng này ph n l n n m trong pha thuầ ầ ớ ằ ỷ tinh vì vậy chúng có hoạt tính puzơlanic cao Hàm lượng pha thu tinh trong tro ỷ thường thấp hơn so với trong x , thành phỉ ần than chưa cháy cao nên hoạt tính c a ủtro bay thường kém hơn so vớ ỉi x

Hoạt tính của tro bay còn phụ thuộc vào độ ịn và nhiệt độ, … vì vậy các so msánh nói trên được đưa ra ở điều kiện cùng độ ị m n và nhiệt độ Đồng th i c n ph i ờ ầ ảlưu ý rằng ho t tính c a tro bay là khác nhau khi chúng có ngu n g c t nh ng ạ ủ ồ ố ừ ữnhiên li u r n khác nhau, ngay c khi chúng có cùng ngu n gệ ắ ả ồ ốc và từ cùng m t ộnguồn nhiên liệ cũng đã có sự khác biệt nhau rất rõ nét Có sự khác biệt nhau như u

vậy là do có sự dao động của rất nhiều các thông số ề tính chất nhiên liệu (độ ị v m n, thành phần khoáng ban đầu, …), ch cháy và th i tro ế độ ả

22

1.4.3. Ảnh hưởng c a tro bay nhiủ ệt điện Duyên Hải trong xi măng FICO:

Tác giả Tr n ầ Thanh Tùng, 2016, đã có nghiên cứu sử ụ d ng tro bay trong xi măng FICO [8] Các k t qu chi tiế ả ết như bảng 4,5 Tro bay Duyên H i trong nghiên ả

cứu có hảm lư ng mất khi nung là 6%, có độợ hoạt tính rất cao, đạt 93,2% khi xác định độ ho t tính sau 28 ngày theo TCVN 6882:2001 ạ

1.4.3.1 Lượng nước tiêu chu n trong h ẩ ệ xi măng tro bay:–

B ng 4 - ả Lượng nước tiêu chu n cẩ ủa các mẫu thử dùng tro bay thay th clinker ế

Mẫu tiêu chuẩn (%) Lượng nước tro bay (%) Hàm lượng Hàm lượng clinker (%)

Khi tăng hàm lượng tro bay, trong h xệ i măng-tro bay, t ừ 7,5 đến 1 ,5% thì 3lượng nước tiêu chuẩn tăng lên từ 27,3% đến cao nh t là ấ 28,4% Đến khi ti p t c ế ụtăng hàm lượng tro bay t ừ 13,5% lên đến 17,5% thì hàm lượng nước tiêu chu n ẩtrong hệ ả gi m nhẹ ừ t 28,4% xuống còn 28,1% Điều này được gi thích: do h t tro ải ạbay tròn, nhẵn, kích thước nh nên d len lõi vào các v trí tr ng giỏ ễ ị ố ữa các hạt làm cho các hạt trong h vệ ữa xi măng trơn trượt tăng tính lưu biến c a hệủ Tuy nhiên h t ạtro bay có c u trúc xấ ốp rỗng nên một lượng nước nhất định s b gi a l i bên trong ẽ ị ữ ạ

vì vậy mà khả năng làm giảm lượng nước tiêu chu n cẩ ủa xi măng không nhiều

23

Mặc khác, mẫu thử nghiệm đư c nghiền chung bằng máy nghiền bi do vậy ợtrong quá trình nghiền một ph n h t tro bay tròn nh n bầ ạ ẵ ị ỡ v , nứt dưới tác động của

lực đập làm tăng lượng nước bị ấp thụ, thu giữ ởi tro bay Các mẫu thử ừ h b t TBT04 – TBT08 bị ảnh hưởng bởi hai hiệ ứng ngược nhau và khó xác định xu thế ủa u c

hi u ng chính vì vệ ứ ậy chưa thể xác định quy lu t cậ ủa lượng nước tiêu chu n.ẩ

1.4.3.2 Cường độ nén trong h ệ xi măng –tro ba y:

Trong thử nghiệm, tác giả đã chọn hàm lượng tro bay từ 7,5% đến 17,5% thay thế ần hàm lượ d ng clinker t ừ 68% xu ng còn 58% trong hố ệ xi măng tro bay,

kết quả như bảng 5, cường độ ệ xi măng tro bay giả ở ấ ả h m t t c các tu i, tuy nhiên, ổ

có xu hướng phát tri n cưể ờng độ ủ c a h ệ xi măng tro bay sau 28 ngày, trong tấ ảt c các cấp ph i th nghi m ố ử ệ

Bảng 5 - Kết quả thí nghiệ m cư ng đ kháng nén khi tăng hàm lượ ờ ộ ng tro bay

thay th ế cho clinker

Mẫu thử Cường độ nén (MPa)

1ngày 3 ngày 7 ngày 28 ngày TBT03 14.0 28.5 34.8 46.6