Nhan đề : Nghiên cứu ảnh hưởng của cacbon black (nano cacbon) đến tính chất của xi măng PCB40 Tác giả : Phạm Đăng Hùng Người hướng dẫn: Tạ Ngọc Dũng Từ khoá : Xi măng poóc lăng; Cacbon black; Xi măng PCB40; Nano cacbon Năm xuất bản : 2019 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan cacbon black (CB), xi măng pooclang, quá trình hydrat và đóng rắn của xi măng pooclang khi có phụ gia CB nano; phương pháp nghiên cứu; kết quả và thảo luận.
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu ảnh hưởng Cacbon Black (nano cacbon) đến tính chất xi măng PCB40 PHẠM ĐĂNG HÙNG phamdanghung@xmhp.com.vn Ngành Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Viện: PGS TS Tạ Ngọc Dũng CNVL Silicat Kỹ thuật hóa học Chữ ký GVHD HÀ NỘI - 2019 GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tên là: Phạm Đăng Hùng Sinh ngày: 08/06/1978 Mã số học viên: CB160020 Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng cacbon black (nano cacbon) đến tính chất xi măng PCB40 Tơi xin cam đoan q trình thực đề tài thực đầy đủ theo đề cương nghiên cứu khoa học phê duyệt Các kết nghiên cứu báo cáo đề tài phản ánh trung thực kết thực nghiệm thực tế Báo cáo đề tài thể tìm hiểu, nghiên cứu thân lĩnh vực nghiên cứu đề tài hướng dẫn giáo viên hướng dẫn GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan Cacbon Black (CB): 1.1.1 Tính chất muội cacbon: 1.1.2 Ứng dụng CB 1.2 Tổng quan xi măng pooclang 10 1.2.1 Các khái niệm 10 1.2.2 Thành phần hóa học thành phần khống xi măng pooclang11 1.2.3 Q trình hydrat hóa đóng rắn XMP 17 1.3 Q trình hydrat đóng rắn xi măng Póoclăng có mặt phụ gia CB nano 24 1.4 Các nghiên cứu liên quan đến muội cacbon 24 1.5 Kết luận tổng quan 26 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Nguyên liệu sử dụng để nghiên cứu 28 2.1.1 Xi măng PCB40: 28 2.1.2 Phụ gia cacbon black 29 2.2 Phương án thí nghiệm 30 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 30 2.3.1 Xác định khối lượng riêng xi măng 30 2.3.2 Đo tỷ diện blaine 30 2.3.3 Xác định lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết 31 2.3.4 Xác định cường độ nén hồ xi măng 31 2.3.5 Theo dõi biến thiên nhiệt độ (T/t) hồ xi măng hydrat hóa 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Tỷ diện blaine mẫu xi măng 33 3.2 Lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết 34 3.3 Cường độ nén mẫu hồ 35 3.4 Đường cong thủy hóa calorimet 40 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU Xi măng nói riêng chất kết dính nói chung loại vật liệu vô quan trọng với phát triển loài người Trong năm gần ngành công nghiệp xi măng gần đạt tối ưu công nghệ sản xuất Tuy nhiên, yêu cầu ngày cao thị trường chủng loại xi măng có tính chất ưu việt xi măng truyền thống Trong ngành cơng nghệ nghiên cứu vật liệu có kích thước nano hình thành phát triển đặc biệt bon có kích thước nano với ưu điểm vượt trội ứng dụng nhiều lĩnh vực Sự kết hợp xi măng truyền thống vật liệu nano bon mở hướng kết hợp ưu hai loại vật liệu mang đến tính chất khác biệt cho xi măng Với mục tiêu cải thiện chất lượng xi măng PCB40 vượt trội đáp ứng cơng trình có u cầu cao chất lượng, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia CB đến tính chất xi măng PCB40” Phạm vi nghiên cứu xi măng PCB40 – Vicem Hải Phịng phịng Thí nghiệm Công ty sử dụng CB giới hạn hàm lượng – phần vạn Tác giả luận văn Phạm Đăng Hùng GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các cấu trúc thứ cấp sơ cấp CB Hình 1-2: Ảnh chụp SEM CB (Nguồn: NCS Nguyễn Văn Hoàn) Hình 1-3: Khống Belit (C2S) 14 Hình 1-4: Khống C3A C4AF 15 Hình 1-5: Sự phát triển cường độ khoáng xi măng 19 Hình 2-1: Sơ đồ thực nghiệm 28 Hình 3-1: Mơ hình phân tán CB mẫu xi măng 32 Hình 3-2: Mơ hình giả thuyết q trình hydrat hóa theo thời gian 33 Hình 3-3: Đồ thị thời gian đông kết mẫu xi măng nghiên cứu 34 Hình 3-4: Đồ thị cường độ nén mẫu hồ xi măng ngày tuổi 36 Hình 3-5: Đồ thị cường độ nén mẫu hồ xi măng ngày tuổi 38 Hình 3-6: Đường cong calorimet mẫu xi măng 40 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Giới hạn hàm lượng thành phần hóa học có clinker 11 Bảng 1-2: Các khống có clinker xi măng pooclang 13 Bảng 2-1: Thành phần hóa loại phụ gia xi măng 29 Bảng 2-2: Bảng thành phần hóa xi măng 29 Bảng 2-3: Một số thông số kỹ thuật phụ gia Cacbon Black 29 Bảng 2-4: Khối lượng xi măng hỗn hợp muội 1% 30 Bảng 2-5: Ký hiệu mẫu sử dụng 30 Bảng 3-1: Tỷ diện mẫu xi măng nghiên cứu 33 Bảng 3-2: Lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết mẫu nghiên cứu 34 Bảng 3-3: Cường độ nén mẫu vữa nghiên cứu 35 Bảng 3-4: Thành phần mẫu thí nghiệm 37 Bảng 3-5: Cường độ nén mẫu đá XM Hải Phòng (N/mm2) 37 GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan Cacbon Black (CB): Những năm gần đây, nhà khoa học dành quan tâm đặc biệt cho nghiên cứu nguyên tố cacbon(C) kích thước nano Việc ứng dụng nguyên tố vào thành phần vữa bê tông dựa nguyên lý: độ đặc sít cấu trúc bê tơng tăng lên đáng kể, tới phần nghìn micron; nhờ cường độ tính bền vững tồn kết cấu tăng cao Bên cạnh đó, nguyên tố cacbon kích thước nano trung tâm kết tinh sẵn có Từ đây, đặc tính bê tơng hình thành, đồng thời tuổi thọ bê tông nâng cao Theo số liệu Viện hóa silicat PAN (Nga), phụ gia biến tính nano cacbon thành phần thúc đẩy nhanh trình thủy phân xi măng pooc lăng, cải thiện cường độ đá xi măng số đặc tính khác Các phân tử kích thước nano phụ gia biến tính triển vọng cấu trúc đá xi măng bê tơng, trung tâm kết tinh pha mới, thể hoạt tính hóa học cao qua nâng cao cường độ tuổi thọ cho vật liệu CB hay gọi muội than bao gồm hạt cacbon mịn (cacbon chiếm 90-99%), kết q trình cháy khơng hoàn toàn sản phẩm dầu mỏ nhựa trình FCC (cracking xúc tác chất lỏng), nhựa than đá, nhựa cracking êtilen, lượng nhỏ từ dầu thực vật Muội than dạng cacbon vô định hình có tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích lớn (mặc dù tỷ lệ thấp so với than hoạttính) 1.1.1 Tính chất muội cacbon: CB thương phẩm ngồi ngun tố cacbon cịn có oxi, hydro, lưu huỳnh; 1% hợp chất hữu Các hóa chất hữu hấp phụ lên bề mặt hạt CB hydrocarbon đa vòng thơm (PAHs), dẫn xuất nitro PAHs PAHs có chứa lưu huỳnh CB cấp độ nhỏ nhất, bao gồm hạt sơ cấp hình cầu, nhanh chóng tạo thành tập hợp Các hạt CB nhanh chóng tích tụ lại Sự tích tụ bao gồm số lượng nhỏ hàng trăm hạt hình cầu theo phương pháp sử dụng Muội than nhiệt tập hợp gồm hình cầu đơn chuỗi Những chuỗi GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật giống cấu trúc sử dụng để hút chất lỏng gia cố vật liệu Các tập hợp định vị với thơng qua lực vanderWaals để tạo thành khối kết tụ yếu ớt Hình 1-1: Các cấu trúc thứ cấp sơ cấp CB Ở kích thước nano, muội cacbon (CB) với cacbon nanotube (CNTs) gần ứng dụng nhiều ngành cơng nghiệp, có bê tơng - xi măng Với kích thước nano, chúng có nhiều tính chất đặc biệt mà loại vật liệu với kích thước lớn khơng có Tuy nhiên, có kích thước nhỏ nên gây khó khăn việc tiếp cận nghiên cứu ảnh hưởng, chế tác động chúng Hình 1-2: Ảnh chụp SEM CB (Nguồn: NCS Nguyễn Văn Hoàn) Trên ảnh SEM thấy kích thước hạt đơn CB khoảng 30nm Hạt có dạng trịn, liên kết với thành cụm có kích thướclớn Quan sát hạt cacbon kính hiển vi điện tử cho thấy chúng có cấu trúc phức tạp, với số hạt hình cầu hợp với GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Cỡ hạt: Đường kính hạt hình cầu chuỗi định nghĩa "Kích thước hạt" Nó biểu thị "Độ dày" chuỗi tỷ lệ nghịch với diện tích bề mặt Nó ảnh hưởng mạnh đến độ đen khả phân tán CB nhựa môi trường khác Cấu trúc bao gồm chuỗi dài hạt hình trụ hình cầu sơ cấp CB có cấu trúc lớn tính dẫn điện cao Một đặc tính quan trọng khác CB, khơng liên quan đến kích thước, “Hóa học bề mặt”, giải thích số lượng thành phần nhóm chức bề mặt CB Tất thuộc tính có ảnh hưởng lớn đến ứng dụng thực tế CB 1.1.2 Ứng dụng CB Muội Carbon chất phụ gia quan trọng, rẻ tiền công nghiệp cao su tác nhân gia cố Ngành công nghiệp cao su sử dụng CB không để giá cố cao su, mà để tăng sức bền cao su chống mài mòn, độ bền mỏi độ uốn Tương tự vậy, CB phát triển độ bền kéo nhiều chất đàn hồi Sử dụng CB chủ yếu ngành cao su, chiếm 89- 91% tổng lượng sử dụng Ngành tiêu thụ lớn CB sau ngành công nghiệp cao su ngành công nghiệp mực in, tiêu thụ lượng lớn CB có hàm lượng CB từ 5‐22% Các loại CB khác sử dụng ngành in với cấp độ khác nồng độ khác để đạt sản phẩm với loại chất lượng khác theo yêu cầu màu sắc, độ bóng tơng màu CB nano chất bột màu chất làm tăng độ bền lốp xe, chất gia cường sản phẩm cao su, góp phần làm tăng tuổi thọ lốp xe Các mẫu hạt CB nano sử dụng vật liệu hấp thu radar mực cho máy in laze máy photocopy CB thêm vào cao su tự nhiên vật liệu khác để giảm điện trở chúng Màu đen CB có đặc tính mạnh, bền nhiệt thích hợp cho nhựa phim màu CB có khả hấp thụ ánh sáng Thêm CB vào vật liệu khác ngăn ngừa suy giảm tia cực tím Nó ứng dụng nhựa để phòng chống nứt GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 1.2 Tổng quan xi măng pooclang 1.2.1 Các khái niệm Xi măng Pooclang, gọi Xi măng pooclang thường (OPC), chất kết dính thủy lực, chế tạo cách nghiền mịn clinker xi măng pooclang với lượng thạch cao cần thiết loại vật liệu sử dụng phổ biến toàn giới, thành phần bê tông, vữa, hồ Thành phần chủ yếu clinker pooclang chiếm tỉ lệ 95 - 96% thạch cao chiếm tỉ lệ 4-5% Xi măng pooclang hỗn hợp (PCB) sản phẩm hỗn hợp nghiền mịn gồm clinker xi măng pooclang với 3-5% thạch cao phụ gia hỗn hợp 7 [50g/l nước; 680F (200C)] Kích thước hạt (nm) 28 – 36 Khả chịu kéo (MPa) 22,4 GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 29 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 2.2 Phương án thí nghiệm Cân xác 495g xi măng mẫu trắng XM1 5g muội cacbon Cho hỗn hợp vào khay trộn phương pháp trộn theo góc phần tư, ta hỗn hợp muội 1% Cân xác a gam xi măng b gam hỗn hợp muội 1%, cho hỗn hợp vào khay trộn phương pháp trộn theo góc phần tư để thu hỗn hợp xi măng có lượng muội theo yêu cầu Giá trị a b lấy theo bảng sau loại mẫu Bảng 2-4: Khối lượng xi măng hỗn hợp muội 1% Khối lượng 1/vạn 8/10 vạn 6/10 vạn 4/10 vạn 2/10 vạn a (gam) 4950 4960 4970 4980 4990 5000 b (gam) 50 40 30 20 10 Bảng 2-5: Ký hiệu mẫu sử dụng Kí hiệu mẫu Lượng muội mẫu, pp trộn H0 Mẫu xi măng PCB40 H2 Tỷ lệ muội = 2/10vạn, trộn khô H4 Tỷ lệ muội = 4/10vạn, trộn khô H6 Tỷ lệ muội = 6/10vạn, trộn khô H8 Tỷ lệ muội = 8/10vạn, trộn khô H10 Tỷ lệ muội = 1/vạn, trộn khô 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Xác định khối lượng riêng xi măng Khối lượng riêng mẫu xi măng xác định theo TCVN 4030 :2003 2.3.2 Đo tỷ diện blaine Xác định độ mịn mẫu xi măng theo TCVN 4030 : 2003 Độ mịn xi măng tính theo bề mặt riêng cách xác định thời gian cần thiết để lượng không khí định thấm qua mẫu xi măng lèn, có kích thước GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 30 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật độ xốp (e = 0.5) định Kết giá trị trung bình cộng lần đo 2.3.3 Xác định lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết Lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết xác định theo TCVN 6017:1995 ISO 9597:1989 phịng Thí nghiệm cơng ty xi măng Vicem Hải Phịng 2.3.4 Xác định cường độ nén hồ xi măng Cường độ uốn nén mẫu đá xi măng trình khảo sát xác định theo TCVN 6016:1995 ISO 679:1989 phịng thí nghiệmXi măng Hải phịng 2.3.5 Theo dõi biến thiên nhiệt độ (T/t) hồ xi măng hydrat hóa Q trình hydrat hóa xi măng tỏa lượng nhiệt định, thơng qua q trình tỏa nhiệt đánh giá gián tiếp tốc độ q trình hydrat hóa xi măng giai đoạn đầu phản ứng Mẫu hồ xi măng chế tạo với tỷ lệ N/XM=0,25 thời gian phút Sau định lượng vào chén sứ, đặt vào bên hộp cách nhiệt, cắm nhiệt kế có kết nối với thiết bị ghi nhiệt độ vào chén đựng hồ xi măng Do tỏa nhiệt xi măng hydrat hóa làm tăng nhiệt độ chén đựng hồ xi măng Sự tăng nhiệt độ nhiệt kế ghi lại phút/ lần suốt trình đo GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 31 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Giả thuyết đặt là: “Tùy theo phương thức đưa phụ gia CB vào xi măng mà tâm kết tinh (hạt CB) không nằm bề mặt hạt xi măng hình (a) hay nằm bề mặt hạt xi măng hình (b) (điều ảnh hưởng đến thời gian bắt đầu xảy tượng thụ động hóa) a, b, Hình 3-1: Mơ hình phân tán CB mẫu xi măng Chú thích: Hạt xi măng Hạt muội CB Khi xi măng hợp nước, lớp bề mặt hạt xi măng bị tan nhanh vào nước, sản phẩm trình hydrat hóa hình thành nhanh lớp vỏ nước bao quanh hạt xi măng sản phẩm bám vào bề mặt hạt xi măng, bao phủ hạt xi măng gây tượng thụ động hạt xi măng Khi có mặt CB, CB mặt hấp phụ lên bề mặt hạt xi măng, kìm hãm q trình hydrat hóa tiếp tục, mặt khác chúng trung tâm kết tinh sản phẩm hydrathóa, làm chậm q trình bao phủ bề mặt hạt xi măng sản phẩm hydrat hóa, cải thiện q trình hydrat hóa Hai q trình tác động trái chiều Tùy thuộc vào trình chiếm ưu mà cường độ mẫu tăng cường bị suy giảm GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 32 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3-2: Mơ hình giả thuyết q trình hydrat hóa theo thời gian Chú thích: Hạt xi măng Hạt CB Sản phẩm hydrat hóa 3.1 Tỷ diện blaine mẫu xi măng Bảng 3-1: Tỷ diện mẫu xi măng nghiên cứu Kí hiệu Tỷ diện (cm2/g) H0 4130 H2 H4 4190 4220 H6 H8 H10 4155 4130 4150 Nhận xét: Tỷ diện mẫu xi măng khoảng 4200±100cm2/g Về hạt CB bám xung quanh hạt xi măng, hình dung hạt CB lớp sơn mỏng bám bề mặt hạt xi măng làm cho kích GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 33 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật thước hạt xi măng tăng không đáng kể làm cho tỷ diện hạt xi măng không biến đổi nhiều lượng phụ gia CB đưa vào 3.2 Lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết Kết xác định LNTC TGĐK mẫu xi măng có mặt phụ gia CB nano: Bảng 3-2: Lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết mẫu nghiên cứu Lượng nước tiêu chuẩn thời gian đông kết Mẫu Lượng nước tiêu chuẩn (%) Thời gian bắt đầu Thời gian kết thúc đông kết (ph) đông kết (ph) H0 29.0 140 195 H2 29.2 145 200 H4 29.3 145 200 H6 29.3 140 195 H8 29.4 145 200 H10 29.1 145 200 220 195 Thời gian (phút) 200 200 200 195 200 200 180 H0 H2 160 140 140 145 145 140 H4 145 145 H6 H8 120 100 H10 Bắt đầu Thời gian đông kết Kết thúc Hình 3-3: Đồ thị thời gian đơng kết mẫu xi măng nghiên cứu Nhận xét: - Từ kết LNTC đo ta thấy LNTC đo nằm giới hạn GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 34 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật cho phép LNTC mẫu xi măng, muội cacbon thêm vào không làm ảnh hưởng đến LNTC mẫu hồ - TGĐK xi măng nằm khoảng cho phép TGBĐ từ 140 phút đến 145 phút TGKKT từ 195 phút đến 200 phút Từ đồ thị cho thấy TGBĐĐK TGKTĐK không chịu ảnh hưởng hàm lượng muội cacbon cho vào - Lượng nước tiêu chuẩn mẫu XM có phụ gia khơng biến đổi so với mẫu xi măng gốc 3.3 Cường độ nén mẫu hồ Bảng 3-3: Cường độ nén mẫu vữa nghiên cứu Mẫu Cường độ nén (MPa) ngày 28 ngày H0 14.10 30.28 39.22 49.80 H2 14.22 30.60 39.65 50.5 H4 14.52 31.13 39.90 50.40 H6 13.42 31.25 40.20 50.20 H8 13.95 30.75 40.02 50.10 H10 13.80 30.45 38.50 49.80 GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 35 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội 55 50 49.8 50.5 50.4 50.2 50.1 39.22 39.65 39.9 40.2 40.02 30.28 30.6 31.13 31.25 30.75 Cường độ nén (N/mm2) 45 40 35 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 49.8 38.5 30.45 30 ngày 25 28 ngày 20 15 10 14.1 14.22 14.52 13.42 13.95 13.8 10 Hàm lượng phụ gia (phần 10 vạn) Hình 3-4: Đồ thị cường độ nén mẫu hồ xi măng ngày tuổi Nhận xét: - Cường độ mẫu hồ hàm lượng phụ gia CB từ đến phần mười vạn có xu hướng tăng so với mẫu xi măng gốc cường độ ngày, ngày - Khi hàm lượng phụ gia CB lớn phần mười vạn đến phần vạn cường độ nén mẫu hồ có xu hướng giảm so với xi măng gốc - Cường độ nén mẫu hồ xi măng mẫu khảo sát thời điểm muộn ngày, 28 ngày gần không thay đổi so với xi măng gốc Giải thích: - Phụ gia CB lúc đóng vai trị vi cốt liệu, lấp đầy lỗ khí làm cho cấu trúc đá xi măng đặc khít hơn, góp phần cải thiện cường độ Khi hàm lượng tăng lên xi măng, xi măng không đủ keo – gel để gắn kết hạt này, chúng lại làm giảm cường độ đá XM - Tuy nhiên mức độ tăng cường độ nén độ tuổi sớm (1,3 ngày) không nhiều lý cách trộn CB có nhược điểm độ phân tán hạt CB lên hạt xi măng không đồng Bước ta thay đổi cách trộn CB với xi măng PCB40 theo cách sau: GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 36 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Xi măng PCB40 CB định lượng theo mẻ 5kg có thành phần bảng cho vào hộp 10kg viên bi sứ viên bị sắt có đường kính khoảng 7mm, đậy nắp cẩn thận Sau đó, cho hộp vào máy trộn ly tâm trộn 60 phút để thu hỗn hợp xi măng có tỉ lệ muội mong muốn Bảng 3-4: Thành phần mẫu thí nghiệm Mẫu XM (g) CB (g) % CB H0 5000 0 H2 4999,90 0,10 0,002 H4 4999,80 0,20 0,004 H6 4999,70 0,30 0,006 Ta chọn mẫu H0, H2, H4, H6 tương ứng với hàm lượng CB 0, 2, 4, phần mười vạn theo thí nghiệm phần từ mẫu H6 (CB phần mười vạn) cường độ nén mẫu đá Xi măng có xu hướng giảm Bảng 3-5: Cường độ nén mẫu đá XM Hải Phòng (N/mm2) Tên ngày 28 ngày mẫu CĐ δ CĐ δ CĐ δ CĐ δ H0 14.04 0.16 25.65 0.36 36.23 0.97 48.75 0.43 H2 14.90 0.45 30.80 0.98 40.05 0.60 46.80 0.25 H4 17.33 0.25 33.10 0.41 40.18 0.38 51.86 0.40 H6 13.10 0.17 22.38 0.23 34.73 0.86 44.80 0.52 (*δ độ lệch phép đo, N/mm2) GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 37 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Cường độ nén mẫu đá XM Hải Phòng 55 50 51.86 48.75 46.8 44.8 Cường độ N/mm2 45 40.18 40.05 40 ngày 36.23 34.73 33.1 35 ngày 30.8 ngày 30 25.65 25 22.38 20 15 28 ngày 17.33 14.04 14.9 13.1 10 Hàm lượng phụ gia (phần 10 vạn) Hình 3-5: Đồ thị cường độ nén mẫu hồ xi măng ngày tuổi Thay đổi cường độ mẫu đá XM theo mẫu xi măng gốc H0 là: Bảng 3-6 Chênh lệch cường độ nén mẫu đá xi măng (%) Tên mẫu H0 H2 H4 H6 Chênh lệch cường độ với mẫu XM gốc (%) ngày 6.13 23.40 -6.70 ngày 20.08 29.04 -12.74 ngày 28 ngày 0.11 0.11 -0.04 -0.04 0.06 -0.08 Tốc độ tăng cường độ ∆(1-3) ∆(3-7) ∆(7-28) 5.81 2.64 0.60 7.95 2.31 0.32 7.89 1.77 0.56 4.64 3.09 0.48 (* ∆ tốc độ tăng cường độ nén theo ngày N/mm2.ngày-1) GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 38 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật CHÊNH LỆCH CƯỜNG ĐỘ NÉN SO VỚI MẪU XI MĂNG GỐC H2 H4 H6 NGÀY NGÀY -0.08 0.06 28 NGÀY -12.74 -6.7 NGÀY -0.04 -0.04 0.11 0.11 0 6.13 (%) 23.4 23.4 29.04 H0 Hình 3-6 Biểu đồ chênh lệch cường độ nén mẫu XM (%) Nhận xét: - Ở cường độ tuổi sớm (1,3 ngày tuổi) cường độ mẫu H2, H4 tăng mạnh so với mẫu xi măng gốc H0 Ở cường độ tuổi muộn (7, 28 ngày tuổi) cường độ mẫu thay đổi khơng rõ rệt chênh lệch so với mẫu gốc - Chênh lệch cường độ ngày tuổi (∆) mẫu có CB lớn mẫu XM gốc H0 giai đoạn 1-3 ngày, thấp giai đoạn 3-7 ngày Điều cho thấy tốc độ hydrat hóa CB thúc đẩy ngày đầu, tốc độ giảm mức độ 28 ngày - Các mẫu H4 (0,004%) cho hiệu cường độ tốt nhất: Cường độ đá XM ngày tăng 23,4% ngày tăng 29,04% Riêng mẫu H6 ln có cường độ ngày tuổi thấp mẫu xi măng gốc H0 GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 39 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 3.4 Đường cong thủy hóa calorimet 53 49 Nhiệt độ (oC) 45 41 H0 H2 H4 37 33 29 25 201 401 601 801 1001 1201 1401 Thời gian (phút) Hình 3-7: Đường cong calorimet mẫu xi măng Quá trình hydrat hóa trải qua giai đoạn: I Quá trình phản ứng nhanh ban đầu: giải thể ion hydrat hóa ban đầu II Thời gian nghỉ: hình thành ettrigite III Thời gian phát triển nhanh: bắt đầu hydrat hóa silicat IV Thời gian chậm phát triển: giảm nồng độ sulphat V Phản ứng dài hạn Dựa vào đồ thị khảo sát biến thiên nhiệt độ thủy hóa mẫu hồ xi măng ta thấy biên độ giao động nhiệt lớn (lớn lên tới 51,3°C) Các mẫu có chứa CB có biên độ dao động nhiệt cao mẫu gốc H0 Điều chứng tỏ khả thúc đẩy q trình hydrat hóa CB Mẫu H4 có biên độ nhiệt dao động lớn nhất, điều phù hợp với kết đo cường độ đá xi măng ngày tuổi CB làm gia tăng q trình hydrat hóa nhanh dẫn đến tỏa nhiều nhiệt lí giải cho việc peak tỏa nhiệt mẫu hồ có chứa phụ gia CB cao mẫu xi măng gốc dẫn đến cường độ đá xi măng phát triển nhanh 1, ngày tuổi GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 40 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Như có mặt CB, chúng làm chậm trình bao phủ bề mặt hạt xi măng sản phẩm hydrat hóa, cải thiện q trình hydrat hóa làm tăng cường độ sớm xi măng GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 41 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu tổng hợp kết thực nghiệm sở xi măng PCB40 Hải Phòng phụ gia CB đưa số kết luận sau: - Phụ gia CB nano với hàm lượng khảo sát không ảnh hưởng đến LNTC thời gian bắt đầu đông kết thời gian kết thúc đông kết mẫu đá XM - Phụ gia CB với hàm lượng từ đến phần mười vạn làm tăng cường độ sớm xi măng PCB40 xi măng Hải Phòng Tỷ lệ phụ gia CB phần mười vạn làm tăng cường độ tuổi sớm xi măng PCB40 nhất, R1 tăng tối đa 23.4%, R3 tăng 29,04% so với xi măng gốc Phụ gia CB hàm lượng lớn phần mười vạn không ảnh hưởng đến cường độ xi măng chí có xu hướng giảm hàm lượng CB lớn phần mười vạn - Phụ gia CB không ảnh hưởng đến cường độ muộn xi măng KIẾN NGHỊ Để có đánh giá khách quan phụ gia CB nano sử dụng đề tài, cần làm rõ vấn đề sau: - Áp dụng loại phụ gia CB nano nhiều loại xi măng khác để có nhìn tổng quan ảnh hưởng đến tính chất lý XMP - Nghiên cứu ảnh hưởng CB nano nhiều cỡ hạt khác - Tìm phương pháp quan sát trực tiếp trình hydrat hóa đóng rắn mẫu XM giai đoạn đầu q trình hydrat hóa đóng rắn đá XM - Cần làm thêm nghiên cứu để giải thích xác kết phân tích DTA, chụp SEM, TEM, … GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 42 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO TCVN 5438:2007, Xi măng - Thuật ngữ định nghĩa Kỹ thuật công nghệ sản xuất xi măng Phần + Phần s.l : Viện Vật liệu xây dựng Bộ xây dựng Nguyễn Thị Hoàn Khảo sát vai trò hạt nano Cacbon tới số tính chất xi măng Pooclang, Đồ án tốt nghiệp sinh viên, Đại học Bách Khoa Hà Nội 2013 Giuseppe Ferro, Jean-Marc Tulliani, Simone Musso.Carbon nanotubes cement composites Ōsawa, Masaki Ozawa and Eiji."Carbon Blacks as the Source Materials for Carbon Nanotechnology”, ‘Carbon Nanotechnology’, Dai, L (Ed.), Chapt 6, p 127-151, Elsevier: Dordrecht, 2006 Bentur, A Goldman and A “The influence of microlellers on enhancement of concrete strength, CEMENT and CONCRETE RESEARCH” Vol 23, pp 962072, 1993 Printed in the USA Muhammad Atif DISAT, Politecnico di Torino, Italy Supervisor: Prof Roberta Bongiovanni “Surface modification and characterization of Carbon Black; UV- cured colored Epoxy Composites A dissertation for the degree of Doctorate in Material Sciences” “Carbon Blacks as the Source Materials for Carbon Nanotechnology” Carbon Nanotechnology’, Dai, L (Ed.) Chapt 6, p 127-151, Elsevier:Dordrecht, 2006 A.Goldman and A.Bentur “The infuence of microfillers on enhancement of concrete strength” National Building Research Institute, Faculty of Civil Engineering, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa 32000, Israel, (Communicated by J.P Skalny), (Received Aug 25, 1992) GVHD: PGS TS Tạ Ngọc Dũng HVTH: Phạm Đăng Hùng 43 ... văn: Nghiên cứu ảnh hưởng cacbon black (nano cacbon) đến tính chất xi măng PCB40 Tơi xin cam đoan trình thực đề tài thực đầy đủ theo đề cương nghiên cứu khoa học phê duyệt Các kết nghiên cứu báo... Qua nghiên cứu phần tổng quan ta thấy, tác động muội cacbon phát huy bắt đầu hình thành cường độ xi măng Do vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia CB đến tính chất xi măng PCB40 Công ty xi măng. .. trội đáp ứng cơng trình có u cầu cao chất lượng, lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia CB đến tính chất xi măng PCB40? ?? Phạm vi nghiên cứu xi măng PCB40 – Vicem Hải Phòng phịng Thí nghiệm