Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này trình bày một số kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp phụ gia gồm muội cacbon, triisopropanol amin và đá vôi siêu mịn đến cường độ sớm của xi măng pooclăng. Các hỗn hợp phụ gia sử dụng với hàm lượng nhỏ (dưới 5% khối lượng so với xi măng), có thể tăng cường độ sớm của đá xi măng lên từ 10 - 30%.
KHOA HC & CôNG NGHê nh hng ca mui cacbon, Triisopropanol amin đá vôi siêu mịn đến cường độ sớm xi măng Pooclăng Effects of carbon black, Triisopropanolamine and ultrafine limestone powder on early strength of Portland cement Tạ Ngọc Dũng, Phạm Thanh Mai Tóm tắt Bài viết trình bày số kết nghiên cứu ảnh hưởng hỗn hợp phụ gia gồm muội cacbon, triisopropanol amin đá vôi siêu mịn đến cường độ sớm xi măng pooclăng Các hỗn hợp phụ gia sử dụng với hàm lượng nhỏ (dưới 5% khối lượng so với xi măng), tăng cường độ sớm đá xi măng lên từ 10 - 30% Từ khóa: xi măng, muội cacbon, đá vôi siêu mịn, triisopropanol amin, cường độ sớm Abstract This paper presents some results about the effect of carbon black, triisopropanolamine, and ultrafine limestone powder on the development of early strength of Portland cement With a small amount of additives (under 5% by mass of cement), early strength of Portland cement can be increased about 10 - 30% Keywords: cement, carbon black, triisopropanolamine, ultrafine limestone powder, early strength PGS.TS Tạ Ngọc Dũng Viện Kỹ thuật hóa học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Email: dung.tangoc@hust.edu.vn ThS Phạm Thanh Mai Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội Email: phamthanhmai489@gmail.com Đặt vấn đề Vấn đề nghiên cứu nâng cao cường độ xi măng pooclăng, đặc biệt cường độ tuổi sớm, không thu hút quan tâm nhà khoa học, nhà sản xuất Trong đó, tác động cách sử dụng phụ gia giải pháp mang lại hiệu cao, áp dụng rộng rãi nhà máy, đồng thời không gian kiến thức rộng để nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu Trong nghiên cứu trước, nhóm nghiên cứu chứng tỏ khả tăng cường độ sớm đá xi măng sử dụng phụ gia, cụ thể sau: + Phụ gia muội cacbon (C) với kích thước nano dải tỷ lệ - 0,010% khối lượng so với xi măng, kết thu cho thấy cường độ sớm đá xi măng tăng ngày tuổi 1, 3, ngày, mức tăng cao đạt mẫu sử dụng 0,002% muội cacbon (1) + Phụ gia TIPA cho kết tăng cường độ đá xi măng đạt ngày tuổi, cường độ cao đạt sử dụng 0,02% TIPA; nhiên, ngày tuổi, tác động TIPA thể chưa rõ (2) Bên cạnh đó, phụ gia khoáng cho xi măng nghiên cứu sử dụng từ lâu dùng phổ biến nhà máy đá vôi Hơn nữa, nghiền đá vơi đến kích thước mịn siêu mịn dùng làm phụ gia cho xi măng cho hiệu tốt Các kết nghiên cứu trước chứng tỏ việc sử dụng đá vơi với kích thước mịn siêu mịn làm phụ gia nghiền clanhke tỷ lệ - 3% [3]; trộn trực tiếp với xi măng PC tỷ lệ - 20% [4]; trộn trực tiếp với xi măng PCB tỷ lệ - 15% [5] có tác động làm tăng cường độ đá xi măng Kết hợp với kết nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu rút số nhận xét đưa nội dung nghiên cứu sau: + Kết hợp loại phụ gia TIPA muội cacbon để kiểm tra tác động hỗn hợp phụ gia đến cường độ sớm xi măng pooclăng + Nhận thấy, điều kiện thường muội cacbon kích thước nano dễ bị vón lại, dẫn đến việc phân tán muội cacbon (C) hay hỗn hợp TIPA – C xi măng khó, nhóm nghiên cứu nghĩ đến việc dùng phụ gia khác đưa vào hỗn hợp TIPA – C để phân tán tốt HHPG xi măng, không ảnh hưởng xấu đến cường độ xi măng, để đạt mục tiêu nâng cao cường độ sớm đá xi măng Do đó, nhóm nghiên cứu sử dụng thêm đá vôi siêu mịn nghiền hỗn hợp TIPA – C để phân tán tốt hỗn hợp xi măng Đồng thời khảo sát ảnh hưởng hỗn hợp phụ gia đá vôi siêu mịn – TIPA – C đến cường độ sớm xi măng pooclăng tìm hàm lượng HHPG cho kết tốt dải hàm lượng nghiên cứu Vì vậy, viết trình bày số kết nghiên cứu ảnh hưởng hỗn hợp phụ gia muội cacbon – TIPA hỗn hợp phụ gia muội cacbon – TIPA – đá vôi siêu mịn đến cường độ sớm xi măng pooclăng Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu thí nghiệm 2.1.1 Xi măng Pooclăng Nghiên cứu sử dụng xi măng pooclăng có cách nghiền clanhke xi măng Bút Sơn với thạch cao Lào máy nghiền bi phòng thí nghiệm (1) Triisopropanol amin (2) Hỗn hợp phụ gia T„P CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG Hỡnh Thành phần hạt đá vôi siêu mịn Bảng 1: Thành phần hóa clanhke xi măng Thành phần, % khối lượng CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O+Na2O SO3 MKN 64,61 21,15 5,25 3,18 2,25 0,94 0,29 0,33 Bảng 2: Thành phần khoáng clanhke xi măng Thành phần, % khối lượng Bảng 7: Hàm lượng hỗn hợp phụ gia sử dụng Ký hiệu mẫu Tỷ lệ HHPG, % C 3S C 2S C 3A C4AF M0a 62,42 13,94 8,53 9,68 HH1 T:C = 10:1 0,022 HH2 T:C = 10:2 0,024 HH3 T:C = 10:3 0,026 HH4 T:C = 10:4 0,028 Bảng 3: Đặc tính muội cacbon Màu sắc Đen Công thức phân tử C Phân tử lượng 12 (giống Cacbon) Tỷ trọng (20 0C) 1,7 – 1,9 g/cm3 Khả hòa tan Khơng tan nước Giá trị pH > [50g/l nước; 68 0F (20 0C)] Kích thước hạt 28 – 36 nm M0b M1 M2 D:T:C = 988:10:2 M3 Thành phần khống, thành phần hóa clanhke xi măng Bút Sơn (Bảng 1, 2) Bảng 4: Thành phần hóa muội cacbon Thành phần, % khối lượng 2.1.2 Muội cacbon (C) C N H S 97,22 2,06 0,62 0,42 Bảng 5: Đặc tính TIPA Sử dụng muội cacbon Trung Quốc với đặc tính bảng 3, 2.1.3 Triisopropanol amin (TIPA) TIPA dạng chất lỏng không màu, hỗn hợp 85% TIPA với 15% nước cất Công thức phân tử [CH3CH(OH)CH2]3N Phân tử lượng 191,27 Các đặc tính TIPA bảng Tỷ trọng 1,027 g/cm3 2.1.4 Đá vôi siêu mịn Đá vôi siêu mịn có thành phần hạt bảng Điểm sơi 104 C Điểm đông 0C 2.2 Phương pháp nghiên cứu Độ nhớt 250C 240 cps Dạng tồn Lỏng Hỗn hợp phụ gia muội cacbon (C) TIPA (T) trộn phân tán nước máy khuấy từ trước sử dụng để đảm bảo độ phân tán tốt đưa vào trộn trực tiếp với xi măng Bảng 6: Phân bố cỡ hạt đá vôi siêu mịn Cỡ hạt, μm Hàm lượng, % 10 0,164 41,822 43,802 14,214 Phụ gia đá vôi siêu mịn (D), muội cacbon TIPA nghiền siêu mịn máy nghiền hành tinh đưa vào trộn với xi măng S¬ 27 - 2017 KHOA HC & CôNG NGHê Bng 8: Cường độ mẫu xi măng sử dụng HHPG biến đổi cường độ so với mẫu kiểm chứng (Δ) Mẫu M0a HHPG, % Kết cường độ nén mẫu Bảng 9: Cường độ mẫu xi măng sử dụng HHPG biến đổi cường độ so với mẫu kiểm chứng (Δ) MPa Δ, % MPa Δ, % MPa Δ, % Cường độ, MPa, tuổi Ký HHPG, hiệu R1 R3 R7 % mẫu MPa Δ, % MPa Δ, % MPa Δ, % 49,38 100 69,08 100 74,67 100 R1 R3 R7 M0b 51,60 100,00 60,19 100,00 75,20 100,00 HH1 0,022 57,58 116,62 69,50 100,60 87,25 116,85 M1 59,60 115,50 67,00 111,32 75,85 100,86 HH2 0,024 58,83 119,16 79,25 114,72 94,38 126,40 M2 62,38 120,88 74,83 124,33 81,90 108,91 HH3 0,026 57,08 115,61 72,88 105,49 85,33 114,29 M3 58,70 113,76 65,26 108,43 79,86 106,20 HH4 0,028 54,83 106,15 66,68 104,08 84,17 107,99 Mức tăng tối đa, % Mức tăng tối đa, % ~ 20% ~ 15% ~ 30% Khảo sát ảnh hưởng hỗn hợp phụ gia với hàm lượng khác đến cường độ sớm đá xi măng để tìm hàm lượng hỗn hợp phụ gia có ảnh hưởng tốt Hàm lượng hỗn hợp phụ gia sử dụng Kết thảo luận 3.1 Ảnh hưởng hỗn hợp phụ gia TIPA – muội cacbon đến cường độ sớm xi măng Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng hỗn hợp phụ gia muội cacbon TIPA đến cường độ sớm đá xi măng thể bảng 8: Kết cho thấy cường độ nén mẫu tuổi 1, 3, ngày tăng so với mẫu kiểm chứng (mẫu M0a), mức tăng mạnh đạt mẫu sử dụng 0,024% hỗn hợp phụ gia thành phần (mẫu HH2) 3.2 Ảnh hưởng hỗn hợp phụ gia đá vôi siêu mịn – TIPA – muội cacbon đến cường độ sớm xi măng Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng hỗn hợp phụ gia đá vôi siêu mịn, muội cacbon TIPA đến cường độ sớm đá xi măng thể bảng Kết cho thấy cường độ nén mẫu có hỗn hợp phụ gia tuổi 1, 3, ngày tăng so với mẫu kiểm chứng (mẫu M0b); tỷ lệ HHPG khác (từ - 3%), cường độ mẫu tăng tăng mạnh mẫu sử dụng 2% hỗn hợp phụ gia thành phần (mẫu M2) Qua thấy rõ hiệu tăng cường độ đá xi măng sử dụng kết hợp phụ gia đá vôi siêu mịn, TIPA muội cacbon có kích thước nano Như vậy, đá vơi siêu mịn thể tốt vai trò phân tán hỗn hợp TIPA – C; đồng thời thể tác dụng vi cốt liệu với muội cacbon tạo tâm kết tinh cho sản phẩm hydrat hóa, tạo điều Pham Thanh Mai, Ta Ngoc Dung (2014) The effects of triisopropanolamine (TIPA) on the development of early strength of Portland cement Hanoi: Journal of Science & Technology Technical Universities Võ Nguyên Hùng (2013) Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hạt phụ gia khống đến số tính chất xi măng pooclăng Hà Nội: Luận văn thạc sỹ Đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Trần Sơn, Trần Duy Quý (2009) Nghiên cứu ảnh hưởng ~ 25% ~ 10% kiện thuận lợi cho hình thành phát triển tinh thể hydrat, lấp đầy lỗ rỗng hạt xi măng chưa thủy hóa hết, tạo cấu trúc đặc cho đá xi măng Mặt khác, hạt đá vôi siêu mịn phản ứng với Ca(OH)2 tạo q trình thủy hóa xi măng, làm dịch chuyển cân phản ứng nên lớp vỏ mỏng bao phủ bề mặt hạt C3S giúp khuếch tán ion qua lớp vỏ mỏng xảy dễ dàng, thúc đẩy tốc độ hydrat hóa khống; đồng thời hạt đá vơi siêu mịn phản ứng với Ca(OH)2 tạo thành hydro cacbohydroxit canxi CaCO3.nCa(OH)2.mH2O [6] đóng vai trò mầm kết tinh dị thể, giúp xi măng đóng rắn nhanh tăng cường độ sớm đá xi măng Đồng thời, TIPA có khả phản ứng với sắt từ khoáng C4AF tạo phức Fe(III)TIPA, giúp phá vỡ lớp bảo vệ giàu Fe(III) chuyển dịch Fe3+, tạo điều kiện để khống khác clanhke thủy hóa sớm hơn, giúp tăng cường độ xi măng [2,7] Kết luận Hỗn hợp phụ gia muội cacbon, TIPA giúp tăng cường độ sớm đá xi măng, hiệu tăng cường độ cao đạt sử dụng 0,024% hỗn hợp phụ gia thành phần (mẫu HH2) với mức tăng cường độ 19,16% ngày tuổi, 14,72% ngày tuổi 26,40% ngày tuổi so sánh với mẫu kiểm chứng (mẫu Moa) Hỗn hợp phụ gia muội cacbon, TIPA đá vôi siêu mịn giúp tăng cường độ sớm đá xi măng, hiệu tăng cường độ rõ rệt sử dụng 2% hỗn hợp phụ gia thành phần (mẫu M2) với mức tăng cường độ 20,88% ngày tuổi, 24,33% ngày tuổi 8,91% ngày tuổi so sánh với mẫu kiểm chứng (mẫu Mob) Các kết nghiên cứu cho thấy hiệu rõ rệt sử dụng hỗn hợp phụ gia tìm tỷ lệ hiệu hỗn hợp phụ gia nghiên cứu này./ Tài liệu tham khảo Tạ Ngọc Dũng, Nguyễn Văn Hoàn, Trần Tử Hùng, Nguyễn Thị Hoàn (2013) Phụ gia siêu mịn cải thiện cường độ sớm đá xi măng Hà Nội: Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Viện KHCN Xây dựng ~ 25% phụ gia đá vôi mịn siêu mịn đến số tính chất xi măng Hà Nội: Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Mạnh Tường (2005) Nghiên cứu khả sử dụng bột đá vơi siêu mịn làm phụ gia khống hoạt tính cho xi măng pooclăng hỗn hợp Hà Nội: Luận văn thạc sỹ Đại học Bách khoa Hà Nội Soroka, N Stern (1975) Calcareous fillers and the compressive strength of Portland cement Cement and concrete research Vo1.6, pp 367-376, 1976 Pergamon Press, Inc Printed in the United States Phạm Thanh Mai (2014) Khảo sát khả nâng cao cường độ sớm xi măng pooclăng Hà Nội: Luận văn thạc sỹ khoa học Đại học Bách khoa Hà Nội T„P CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG ... Ảnh hưởng hỗn hợp phụ gia đá vôi siêu mịn – TIPA – muội cacbon đến cường độ sớm xi măng Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng hỗn hợp phụ gia đá vôi siêu mịn, muội cacbon TIPA đến cường độ sớm đá. .. phụ gia TIPA – muội cacbon đến cường độ sớm xi măng Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng hỗn hợp phụ gia muội cacbon TIPA đến cường độ sớm đá xi măng thể bảng 8: Kết cho thấy cường độ nén mẫu tuổi... (2013) Phụ gia siêu mịn cải thiện cường độ sớm đá xi măng Hà Nội: Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Viện KHCN Xây dựng ~ 25% phụ gia đá vôi mịn siêu mịn đến số tính chất xi măng Hà Nội: