Bài giảng vật liệu xây dựng chương III TS nguyễn quang phú

Nguồn gốc xi măng Lịch sử hình thành + Từ xa xưa, người biết dùng vật liệu đơn sơ đất sét, đất bùn nhào rác, dăm gỗ, cỏ khô băm …để làm gạch, đắp tường, dựng vách cho chỗ trú ngụ Có thể tóm lược bước hình thành xi măng sau: - Người Ai Cập dùng vôi làm vật liệu - Người Hy Lạp trộn thêm vào vôi đất núi lửa đảo Santorin, hỗn hợp nhà xây dựng thời ưu nhiều năm Lịch sử hình thành - Người La Mã thêm vào loại tro – đất núi lửa Vésuve miền Puzzolles Về sau này, phún – xuất – thạch núi lửa dùng làm loại phụ gia hoạt tính chịu cách nhiệt cách âm, trở thành danh từ chung “Pozzolana” (Anh), “Pouzzolane” (Pháp) - Vào năm 1750, kỹ sư Smeaton người Anh, nhận nhiệm vụ xây dựng hải đăng Eddystone vùng Cornuailles Ông thử nghiệm dùng loại vật liệu thạch cao, đá vôi, đá phún xuất… Và ông khám phá loại tốt hỗn hợp nung đá vôi đất sét - Hơn 60 năm sau, 1812, người Pháp tên Louis Vicat hoàn chỉnh điều khám phá Smeaton, cách xác định vai trò tỷ lệ đất sét hỗn hợp vôi nung nói Và thành ông bước định công thức chế tạo xi măng sau - Ít năm sau, 1824, người Anh tên Joseph Aspdin lấy sáng chế xi măng (bởi từ latinh Caementum : chất kết dính), sở nung hỗn hợp phần đá vôi + đất sét Lịch sử hình thành - Chưa hết, 20 năm sau, Isaac Charles Johnson đẩy thêm bước cách nâng cao nhiệt độ nung tới mức làm nóng chảy phần nguyên liệu trước kết khối thành “clinker” - Vào năm 1967 Mông đuyê, người làm vườn Pháp lấy dây thép nhỏ quấn quanh chậu hoa cho khỏi vỡ Sau thời gian ông lại lấy dây thép kết thành hình chậu hoa đổ xi măng vào, kết tuyệt vời Từ ông giành quyền sáng chế Đây cội nguồn loại bê tông tấm, xà, ống xây dựng gọi bê tông ống thép Từ đây, biết, bùng nổ loạt nhà máy lớn nhỏ với nhiều kiểu lò nung tính khác nhau: xi măng làm cách mạng lĩnh vực xây dựng Phát lí thú • Trước công nguyên người Ai cập cổ dùng mật mía hay nước mía đặc trộn với số chất phụ gia chống lại thèm muốn loài côn trùng để xây nhà kim tự tháp • Người Trung Hoa dùng mạch nha với thành phần chủ yếu tinh bột nóng để xây Một thú vị tuổi thọ chúng cao ximăng nhiều Bí mật cột trụ xi măng thời tiền sử • Ở nơi cách Tân Calêdonia 40 hải lý phía Nam có đảo nhỏ gọi Baien, từ xưa đến chưa có cư ngụ Nhưng hoang đảo nhỏ lại có khoảng 400 gò đất kỳ quái Chúng xây nên từ cát đá cao khoảng 2,5-3m, mặt nghiêng khoảng 90m Trên gò đất loại thực vật sinh trưởng, cảnh vật vô hoang vắng Những người đến cho rằng, di từ thời cổ đại Năm 1960, nhà khảo cổ học Cheliwa đến đảo nhỏ tiến hành khai quật di Ông khám phá điều sức tưởng tượng, di cổ có cột trụ xi măng nằm song song với Những cột trụ cao từ 1m đến 2,5m, xi măng cột trụ lẫn vỏ ốc, vỏ sò vỡ Cheliwa vô kinh ngạc ông biết xi măng phát minh từ kỷ XIX cho dù hỗn hợp đất đá xám tương tự xi măng người La Mã cổ đại tìm khoảng năm 500 đến 600 trước Công nguyên Ông mời nhà nghiên cứu khoa học đến để dùng phóng xạ kiểm tra cột trụ Trắc nghiệm cho thấy, niên đại cột trụ xi măng vào khoảng năm 10950 – 5120 trước Công nguyên Cũng nói, cột trụ xi măng đảo Baien xuất từ thời kỳ đồ đá, sớm nhiều so với thời đại La Mã cổ Bí mật cột trụ xi măng thời tiền sử • Đảo Tân Calêdonia Nouvelle Calédonie phần Tây Nam Thái Bình Dương đảo lớn Nam Thái Bình Dương Theo ghi chép, năm 1768 người Pháp đặt chân đến đây, năm 1774 tàu mẫu hạm nhà hàng hải tiếng người Anh, James Cook (17291779) diễu qua đảo nhỏ Ông thấy rừng rậm nơi dày đặc, xanh sinh trưởng khắp nơi, khí hậu lành Đảo Nouvelle Calédonie Bí mật cột trụ xi măng thời tiền sử • Cook cảm thấy cảnh tượng nơi vô giống với quê hương lấy tên cổ Scotland Calédonie thêm chữ Tân (Nouvelle) trước để đặt cho đảo Bởi vậy, đảo có tên Tân Calêdonia • Cũng nói trước thời gian đó, đảo Tân Calêdonia người cư trú, vùng hoang vắng nguyên sơ ánh lửa người, sống hoang đảo Baien Cho đến năm 1792, người Pháp tiến hành khám phá đảo lần đầu tiên, sau họ biến nơi thành nơi lưu đày tội phạm Sau 100 năm, đảo Baien thức coi lãnh địa vĩnh viễn Pháp Vậy, người vận dụng kỹ thuật phức tạp làm xi măng 5000 trước Công nguyên Chẳng lẽ đảo làm nên cột trụ xi măng ư?Theo phán đoán, phương pháp chế tác đương thời đắp gò đất, sau rót xi măng vào làm cho đông cứng lại Nhưng xung quanh cột xi măng lại dấu tích hoạt động người Bởi vậy, người ta phương pháp biết người chế tạo nên cột trụ xi măng Có thể nói, cột trụ xi măng có tác dụng điều khó giải thích kho tàng bí mật nhân loại Ở Việt Nam • Ngành sản xuất xi măng nước ta hình thành từ sớm Bắt đầu việc khởi công xây dựng nhà máy xi măng Hải Phòng vào ngày 25/12/1889 • Một kỷ trước xi măng Việt Nam có thương hiệu Rồng tiếng nước số vùng Viễn Đông, Vlađivostoc (LB Nga), JAWA (Inđônêxia), Xingapo, Hoa Nam (Trung Quốc)… Sau ngày giải phóng miền Nam, năm 1975 lại có thêm thương hiệu xi măng Hà Tiên, đến ngành xi măng nước ta có thêm hàng loạt thương hiệu tiếng như: Xi măng Bỉm Sơn nhãn hiệu Con Voi, xi măng Hoàng Thạch nhãn hiệu Sư Tử, xi măng Hà Tiên I,II, Bút Sơn, Hoàng Mai, Tam Điệp, Nghi Sơn, Chinfon… Chương III Xi măng Cấu tạo, công thức hóa học XM Portland + Xi măng Portland hỗn hợp nghiền mịn clinker, thạch cao: CaO = 60-67 %; SiO2 = 21-24 %; Fe2O3 = 2-5 %; Al2O3= 4-7 %; SO3 < %; MgO < 4,5% + khoáng vật clinker: - Tricanxi-silicat (3CaO.SiO2): C3S = 37-60% - Bicanxi-silicat (2CaO.SiO2): C2S = 15-37% - Tricanxi-aluminat (3CaO.Al2O3): C3A = 7-15% - Tetracanxi-Alumino-Ferit (4CaO.Al2O3.Fe2O3): C4AF = 10-18% Xâm thực xi măng pooclăng Nguyên nhân tượng xâm thực xi măng - Trong đá xi măng có số thành phần hòa tan mà chủ yếu Ca(OH)2 bị tan vào nước làm cho kết cấu bê tông bị rỗng, cường độ giảm thấp - Có số thành phần đá xi măng tác dụng hóa học với số hóa chất nước sinh hợp chất hòa tan nở thể tích làm cho bê tông bị rạn nứt Xâm thực xi măng pooclăng Các dạng xâm thực xi măng a/ Xâm thực hòa tan: Thành phần Ca(OH)2 C3S xi măng thủy phân hòa tan môi trường nước (với nồng độ bão hòa 1,3 g CaO lít nước nhiệt độ15°C) b/ Xâm thực nước có CO2: - Với nồng độ CO2 thấp có lợi, CO2 tác dụng với Ca(OH)2 đỏ xi măng tạo thành CaCO3 phủ lên bề mặt công trình theo phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 + H2O → CaCO3 + 2H2O - Nhưng nồng độ CO2 tăng lên 15 ÷ 20mg/lít, thân CO2 lại hòa tan CaCO3 theo phản ứng: CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 Xâm thực xi măng pooclăng c/ Xâm thực nước có muối sunfat: Trong nước biển, nước ngầm, nước ao hồ v.v… thường chứa số muối sunfat CaSO4, Na2SO4, MgSO4 v.v… Các muối phân ly nước sinh ion ion kim loại, gặp môi trường có Ca(OH)2 tạo thành sunfat canxi theo phản ứng: SO −42 + Ca +2 → CaSO CaSO4 hút nước tạo thành thạch cao CaSO4.2H2O thể tích nở làm nứt nẻ công trình, người ta thường gọi xâm thực thạch cao Mặt khác CaSO4 tác dụng với C3A.6H2O xi măng tạo thành 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O nở thể tích 2,5 lần nguy hiểm d/ Xâm thực nước có axit: Các loại nước ao hồ, nước cống rãnh, nước thải công nghiệp thường chứa số axit HCl, H2SO4, v.v… gặp Ca(OH)2 đá xi măng xảy phản ứng trung hòa: 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2H2O Trong sản phẩm tạo thành CaCl2 có độ hòa tan lớn, CaSO4 hút nước sinh thạch cao tác dụng với C3A.6H2O tạo thành 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O, tác hại trường hợp xâm thực muối sunfat Xâm thực xi măng pooclăng e/ Xâm thực nước có muối manhê Ngoài NaCl, CaSO4 nước biển chứa hàm lượng lớn MgSO4 MgCl2, gặp môi trường có Ca(OH)2 xảy phản ứng sau đây: MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O → CaSO4.2H2O + Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 → CaCl2 + Mg(OH)2 MgSO4 tác dụng với C3A.6H2O đá xi măng: 3MgSO4 + 3CaO Al2O3.6H2O → 3CaSO4 + 2Al(OH)3.3Mg(OH)2 Các sản phẩm tạo thành có CaCl2 hòa tan mạnh: CaSO4.2H2O nở thể tích gây nứt nẻ: Al(OH)3 Mg(OH)2 chất dạng vô định hình, cường độ khả dính kết Xâm thực xi măng pooclăng Biện pháp ngăn ngừa xâm thực xi măng pooclăng a/ Chọn loại xi măng thích hợp b/ Các biện pháp tiến hành xây dựng công trình + Tăng độ đặc bê tông + Pha phụ gia khoáng vật hoạt tính bột puzơlan, bột xỉ lò cao dạng hạt vào xi măng trước sử dụng + Gia cố mặt công trình + Xử lý môi trường nước Phụ gia khoáng vật Xỉ lò cao dạng hạt ⇒ xi măng pooclăng-xỉ quặng (30-60% xỉ quặng) - Thành phần xỉ lò cao: CaO, MgO, Al2O3, SiO2, FeO… CaS, MnS, FeS… Puzơlan ⇒ xi măng pooclăng-puzơlan (20-40% puzơlan) Thành phần phân loại: - Loại thiên nhiên: + Loại có nguồn gốc từ đá trầm tích phong hóa đất, đá điatômit, trêpen, apôka…Thành phần chủ yếu SiO2 SiO2.nH2O vô định hình + Loại có nguồn gốc từ sản phẩm núi lửa, tro núi lửa, túp núi lửa, trat núi lửa v.v… Thành phần chủ yếu SiO2 vô định hình Ngoài có lượng định Al2O3 - Loại nhân tạo: gồm có đất sét nung non, bã than, tro lò v.v…Thành phần gồm có SiO2 vô định hình Al2O3 Xi măng pooclăng đặc biệt • Xi măng pooclăng rắn nhanh • Xi măng pooclăng chống sunfat • Xi măng pooclăng tỏa nhiệt, PCLH • Xi măng pooclăng kỵ nước xi măng pooclăng dẻo • Xi măng aluminat Hướng dẫn sử dụng phụ gia xây dựng thủy lợi Tác dụng phụ gia thi công bê tông vữa a) Đối với hỗn hợp bê tông - Tăng tính dễ đổ (độ sụt) mà không cần tăng lượng nuớc trộn; giảm lượng nước trộn mà giữ tính dễ đổ hỗn hợp bê tông vữa; - Làm chậm tăng nhanh thời gian đông kết, đóng rắn xi măng bê tông; - Làm bê tông không bị co ngót nở thể tích; - Giảm tiết nước, phân tầng hỗn hợp bê tông vữa; - Cải thiện khả bơm; - Làm chậm độ sụt theo thời gian (hay trì độ sụt bê tông theo thời gian) Hướng dẫn sử dụng phụ gia xây dựng thủy lợi Tác dụng phụ gia thi công bê tông vữa b) Đối với bê tông cứng rắn - Làm chậm giảm phát nhiệt thời gian cứng hoá ban đầu; - Tăng nhanh tốc độ phát triển cường độ, tăng cường độ ban đầu sau; - Tăng độ bền; - Tăng khả chống thấm nước (giảm tính thấm); - Khống chế độ nở phản ứng kiềm cốt liệu chứa silic vô định hình; - Tăng độ dính kết bê tông với cốt thép; - Tăng độ dính kết bê tông cũ mới; - Ức chế ăn mòn cốt thép Hướng dẫn sử dụng phụ gia xây dựng thủy lợi Công dụng tính chất kỹ thuật số loại phụ gia • Phụ gia điều chỉnh đóng rắn bê tông vữa • Phụ gia giảm nước thường • Phụ gia giảm nước bậc cao (siêu dẻo) • Phụ gia khí (air entraining admixtures) • Phụ gia hoạt tính Puzơlan • Phụ gia xỉ lò cao • Tro bay • Muội silic (Silica fume, SF) • Phụ gia tro trấu • Phụ gia nở • Phụ gia chống thấm nước • Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép Hướng dẫn sử dụng phụ gia xây dựng thủy lợi • Lựa chọn sử dụng phụ gia • Những điều cần lưu ý sử dụng phụ gia Phụ gia khoáng công nghiệp sản xuất xi măng • Phụ gia đầy: gồm vật liệu khoáng thiên nhiên nhân tạo, thực tế không tham gia vào trình hydrat hoá xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, làm tốt thành phần hạt cấu trúc đá xi măng Phụ gia đầy sử dụng công nghiệp xi măng gồm: đá vôi, đá vôi silic có mầu đen, đá sét đen, loại bụi thu hồi lọc bụi điện dây chuyền sản xuất xi măng sử dụng loại phụ gia đầy nhân tạo Phụ gia khoáng công nghiệp sản xuất xi măng • Phụ gia hoạt tính: loại vật liệu vô thiên nhiên nhân tạo, có chứa thành phần hoạt tính (SiO2ht , Al2O3ht) có khả kết hợp với Ca(OH)2 (thải trình hydrat hoá khoáng clinker xi măng pooclăng) qua trình hoạt hoá tạo thành cấu tử bền vững hydrosilicat, hydroaluminat, hydroferoaluminat, hydrogranat ) Bởi vậy, dạng nghiền mịn, chúng có tính chất puzolan tính chất thuỷ lực, nghĩa hỗn hợp chúng với vôi chất hoạt hoá tự cứng môi trường nước nhiệt độ bình thường Phụ gia hoạt tính sử dụng công nghệ xi măng loại puzolan ( thiên nhiên nhân tạo ) loại xỷ luyện kim (xỷ lò cao, xỷ thép ) Các loại puzolan thiên nhiên gồm có puzolan nguồn gốc núi lửa (tro núi lửa, đá bọt, tuff, tras ) puzolan gốc trầm tích (diatomit) Puzolan nhân tạo bao gồm tro bay, loại sét nung Trong loại xỷ luyện kim xỷ lò cao hoạt hoá dạng hạt dùng nhiều nhất, chúng sản phẩm thu làm nguội xỷ lỏng khỏi lò vòi nước phun mạnh Bản chất hoạt tính phụ gia phân biệt sau: Phụ gia khoáng công nghiệp sản xuất xi măng • Hoạt tính puzolan: biểu bền phương diện nhiệt động học hệ puzolan - vôi - nước Quan điểm mang tính chất tổng quát thống từ hội nghị hoá xi măng giơí lần thứ Moskva năm 1974 Các pha bền puzolan pha thuỷ tinh (chứa SiO2 Al2O3) sản phẩm núi lửa SiO2 vô định hình dạng keo silic hay khoáng Opal puzolan silic trầm tích Ngoài ra, sản phẩm kết tinh zeolit, metacaolinit sản phẩm bền hệ puzolan - vôi - nước Xu chúng chuyển hệ bền vững hydrosilicat C - S - H kiềm thấp hydroluminat trình phản ứng hydrat hoá xẩy song song với trình đóng rắn sản phẩm Cơ chế phản ứng đóng rắn trình hydrat hoá hệ puzolan - vôi trình phức tạp ngày công trình nghiên cứu làm sáng tỏ Phụ gia khoáng công nghiệp sản xuất xi măng • • Hoạt tính thuỷ lực xỷ lò cao: xỷ luyện kim nói chung xỷ lò cao nói riêng coi loại chất kết dính " ẩn" Lý nhiệt độ thường cho dù dạng bột nghiền mịn, chúng phản ứng chậm với nước, có mặt chất hoạt hoá (vôi, xi măng pooclăng, sulphát, kiềm) tốc độ phản ứng tăng lên rõ rệt hỗn hợp có tính chất kết dính Về chất, tiếp xúc với nước, bề mặt hạt xỷ hình thành màng keo Al(OH)3 Si(OH)4 bao quanh hạt Màng keo ngăn cản xâm nhập tiếp tục phân tử nước vào bên trong, dẫn tới đình hydrat hoá xỷ Thực tế, với nước sạch, xỷ lò cao không biểu tính chất kết dính Khi có mặt chất hoạt hoá, tức có mặt ion Ca+ +, SO4 , Na+, K+ xẩy trình kết tinh hoá màng keo (tạo thành sản phẩm hydrosilicat kiềm thấp, hydroluminat hydrosulfualuminat hydrosilicat natri - canxi), màng keo trở thành màng xốp chứa hệ thống mao quản tạo điều kiện cho phân tử nước tiếp tục xâm nhập vào trình hydrat hoá hạt xỷ xẩy chừng dung dịch ion chất hoạt hoá Ngoài ra, trình hoà tan pha thuỷ tinh kết tinh sản phẩm từ dung dịch giữ vai trò quan trọng Do thiết lập tiếp xúc liên tục nước với pha thuỷ tinh chưa bị hydrat hoá, trình trao đổi cation ion pha thuỷ tinh (Ca++, Mg+ + ) H+ xẩy liên tục, tịnh tiến dần vào làm hoà tan tiếp lớp thuỷ tinh Sự kết tinh từ dung dịch bão hoà tạo thành sản phẩm hydrat hoá nằm khoảng không hạt làm cho sản phẩm trở nên xít chặt [...]... bit Loi IA: Nh loi I, nhng cú kh nng cun khớ Loi II: Xi mng dựng trong trng hp chung, nhng cú kh nng bn sunfat va v nhit thy hoỏ va Loi IIA: Nh loi II, nhng cú thờm yờu cu cun khớ Loi III: Dựng trong trng hp yờu cu cng ban u cao Loi IIIA: Nh loi III, nhng cú thờm yờu cu cun khớ Loi IV: Dựng trong trng hp yờu cu nhit thy hoỏ thp Loi V: Dựng trong trng hp yờu cu bn sunfat cao Xi mng pooclng -... dựng loi ỏ vụi manhờzit thp, khụng dựng ỏ vụi manhờzit v ụlụmit vỡ hai loi ny cha nhiu MgCO3 cú hi cho xi mng Theo kinh nghim, mun sn xut 1 tn clanhke phi dựng 1,3 tn ỏ vụi - t sột: yờu cu cú do cao, ngha l cu trỳc ht phi u v mn ln ớt tp cht, cỏt sn ; phi cú hm lng SiO2 trong khong 50 ữ 58% - Qung st: yờu cu t l Fe2O3 trờn 40% - Thch cao: yờu cu hm lng CaSO4.2H2O phi trờn 80% - Than ỏ: Nhiờn liu dựng. .. hơn: - sau 3 ngày - sau 28 ngày 2 Độ nghiền mịn: - phần còn lại trên sàng 0.08mm, %, không lớn hơn - bề mặt riêng xác định theo phương phaps Blaine cm2/g, không nhỏ hơn 3 Thời gian đông kết, - Bắt đầu, phút, không sớm hơn: - Kết thúc, giờ, không muộn hơn: Mc PC30 PC40 PC50 16 30 21 40 31 50 15 2500 15 2500 12 2800 45 10 4 Độ ổn định thể tích xác định theo phương pháp L Satolie, mm, không lớn hơn 10 5... Than ỏ: Nhiờn liu dựng nung xi mng phn ln l than ỏ Yờu cu nhit lng ca than ỏ khong 5000Kcal/kg than, hm lng cht bc nh hn 35%, khi t khụng cú khúi, cho ngn la xanh, lng tro cũn li phi di 10 ữ 15% Nờn dựng loi than cú mu en ỏnh, cng v mt ln Cụng on sn xut xi mng Qui trỡnh sn xut gm ba giai on chớnh: Chun b nguyờn liu v phi liu Nghin nh cỏc nguyờn liu v trn vi nhau rt k bng phng phỏp khụ hay phng... mng xừy trt - Xi mng Pooclng c bit: Xi mng ging du l xi mng c dng hn kn cc ging du Xi mng ny thng ng kt chm v chu c p sut v nhit cao Xi mng chng thm nc 20 chng loi xi mng v cụng ngh sn xut Tỏc gi: PGS .TS Hong Vn Phong Nh xut bn: Khoa hc v k thut Nm 2006 S trang: 171 1 Xi mng Portland thụng dung PC 2 Xi mng Portland hn hp PCB 3 Xi mng Portland - puzolan PCpu 4 Xi mng Portland - x lũ cao 5 Xi mng Portland... nhanh 9 Xi mng Portland gión n 10 Xi mng trng v xi mng mu 11 Xi mng Portland dmh cho xeo tm lp un súng aming - xi mng 12 Xi mng Portland cho bờ tụng mt ng b v sõn bay 13 Xi mng alumin CA 14 Xi mng chng phúng x 15 Xi mng ging khoan du khớ 16 Xi mng sunphua belit nhụm 17 Xi mng chu axit 18 Xi mng manhờ v xi mng dolomi 19 Xi mng Romans 20 Xi mng chu la siờu cao nh hng ca xi mng n cỏc tớnh cht ca bờ tụng ... Xi mng dựng trng hp chung, nhng cú kh nng bn sunfat va v nhit thy hoỏ va Loi IIA: Nh loi II, nhng cú thờm yờu cu cun khớ Loi III: Dựng trng hp yờu cu cng ban u cao Loi IIIA: Nh loi III, nhng... chim t l 75% tr lờn Ch dựng loi ỏ vụi manhờzit thp, khụng dựng ỏ vụi manhờzit v ụlụmit vỡ hai loi ny cha nhiu MgCO3 cú hi cho xi mng Theo kinh nghim, mun sn xut tn clanhke phi dựng 1,3 tn ỏ vụi -... c ngi La Mó c i tỡm khong nm 500 n 600 trc Cụng nguyờn ễng ó mi nhng nh nghiờn cu khoa hc n dựng phúng x kim tra cỏc ct tr ny Trc nghim ó cho thy, niờn i ca nhng ct tr xi mng ny vo khong nm