Nghiên cứu sử dụng phụ gia thủy hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng portland pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn ở đồng bằng sông cửu long

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC TP.HCM, ngày 31 tháng 10 năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên học viên: ĐẶNG THANH KIM MAI Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 18 – 11 - 1976 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: VẬT LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY DỰNG MSHV: VLXD13.003 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sử dụng phụ gia thuỷ hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng Portland pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn Đồng Bằng sông Cửu Long II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan tài liệu - Xác định đặc tính tro trấu - Xác dịnh tỷ lệ phối trộn hợp lý ximăng portland có pha tro trấu - Khảo sát đặc tính lý ximăng portland có pha tro trấu - Phân tích cấu trúc đá ximăng portland có pha tro trấu - Khảo sát độ bền ximăng portland có pha tro trấu môi trường nhiễm phèn nhiễm mặn Đồng Bằng sông Cửu Long III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực luận văn ghi Quyết định giao đề tài): 09 - 02 – 2004 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31 – 10 – 2004 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên) GS TSKH Võ Đình Lương TS Nguyễn Văn Chánh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH GS TSKH Võ Đình Lương CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS Phan Xuân Hoàng TS Nguyễn Văn Chánh TS Nguyễn Văn Chánh Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH Ngày tháng năm 200 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trong thời gian gần năm thí nghiệm tổng hợp kết nghiên cứu để hoàn thiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng phụ gia thuỷ hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng Portland pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn Đồng Bằng sông Cửu Long“ quan tâm giúp đỡ thầy cô Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng, phòng thí nghiệm bạn học viên K13 chuyên ngành Vật Liệu Xây Dựng Kết hợp với nổ lực thân động viên gia đình, đề tài hoàn thành Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Thầy hướng dẫn GS.TSKH Võ Đình Lương Thầy TS Nguyễn Văn Chánh tận tình hướng dẫn suốt trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn cán thuộc: Phòng thí nghiệm nhiệt vi sai – Phân viện mỏ luyện kim; Phòng Thạch học – Viện dầu khí Việt Nam Liên Xô; Phòng thí nghiệm hóa – Công ty ximăng Holcim; Phòng thí nghiệm Môi Trường – Khoa Kỹ Thuật Môi Trường –Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM; Phòng Bê tông – Viện Khoa học công nghệ xây dựng tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Trên sở phân tích trình hydrat hóa ximăng pozzoland nguồn pozzoland sẳn có Việt Nam, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng phụ gia thuỷ hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng Portland pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn Đồng Bằng sông Cửu Long” thực dựa nguồn phụ gia thủy hoạt tính tro trấu thô với ximăng portland PC40 Chinfon-Hải Phòng Từ nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, đề tài khảo sát vấn đề bao gồm: - Độ hoạt tính phụ gia tro trấu, - Ảnh hưởng loại phụ gia đến trình hydrat hóa đóng rắn ximăng portland, - Độ bền đá ximăng portland có phụ gia tro trấu môi trường nhiễm phèn nhiễm mặn Kết nghiên cứu khẳng định ximăng portland PC40 Chinfon có pha lượng thích hợp phụ gia thủy hoạt tính tro trấu làm giảm đáng kể lượng Ca(OH)2 so với ximăng portland phụ gia MỤC LỤC Phần mở đầu ……………………………………………… Biện luận đề tài …………………………………………………………… PHẦN TỔNG QUAN Chương Tình hình nghiên cứu sử dụng tro trấu cho ximăng bê tông nước 1.1 Các nghiên cứu nước ………………………………… 1.2 Các nghiên cứu nước ……………………… ………… 11 1.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu ………………………………….12 1.4 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu…………………………… 13 Chương 2.1 Cơ sở khoa học Tổng quan pozzoland 2.1.1 Độ hoạt tính pozzoland ………………………… 15 2.1.2 Phân loại pozzoland ………………………………… 16 2.1.2.1 Nhóm pozzoland tự nhiên ……………… 16 2.1.2.2 Nhóm pozzoland nhân tạo ………………… 20 2.2 Ximăng portland pozzoland 2.2.1 Quá trình hydrat hóa ximăng portland pozzoland … ……………………… 29 2.2.2 nh hưởng pozzoland đến trình hydrat hóa ximăng portland ….…………… 32 2.2.3 Sản phẩm hydrat hóa ximăng portland pozzolana ………………………… 35 2.2.4 nh hưởng pozzoland đến độ bền ximăng portland ………………………… 40 Chương Phương pháp nghiên cứu 3.1 Phương pháp lý ………………………………………… 43 3.2 Phương pháp hóa học …….……………………………… 44 3.3 Phân tích nhiệt vi sai …….………………………………… 46 3.4 Phân tích Rơnghen ………………………………………… 49 3.5 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét …………………… 53 PHẦN THỰC NGHIỆM Chương Trình tự nghiên cứu kết kiểm tra tính chất vật liệu 4.1 Trình tự nghiên cứu ……………………………………… 55 4.2 Kết kiểm tra tính chất vật liệu nghiên cứu ……………………………… 59 Chương Nghiên cứu tính chất kỹ thuật - trình hydrat hóa độ bền ximăng portland có pha tro trấu 5.1 Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý tro trấu ximăng portland ……………………………… 65 5.2 Nghiên cứu tính chất kỹ thuật trình hydrat hóa ximăng portland có pha tro trấu ứng với cấp phối tối ưu ……………………………… 69 5.3 Độ bền ximăng có tro trấu môi trường xâm thực ………………………………… 81 PHẦN KẾT LUẬN Kết luận ………………………………………………………………… 96 PHẦN PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU STT SỐ BẢNG TÊN BẢNG BIỂU Trang Bảng cường độ chịu nén ximăng portland tro trấu Bảng phân loại phụ gia hoạt tính 10 24 60 Bảng 1.1 Baûng 2.1 Baûng 2.2 Baûng 2.3 Baûng 2.4 Baûng 2.5 Baûng 4.1 Bảng 4.2 Bảng thành phần hóa điển hình tro trấu số loại pozzoland Bảng hàm lượng SiO2 hoạt tính tro ứng với thời gian nhiệt độ đốt khác Số liệu tham khảo tỷ trọng tỷ diện tích ximăng tro trấu Bảng sản lượng lua Việt Nam năm 1999 2001 Bảng thống kê tổng hợp loại mẫu sử dụng để thí nghiệm Một số đặc tính lý ximăng Chinfon PC40 Bảng 4.3 Thành phần khoáng ximăng Chinfon PC40 60 10 Bảng 4.4 Thành phần hóa ximăng Chinfon PC40 60 11 Bảng 4.5 Các đặc tính lý tro trấu thí nghiệm 61 12 Bảng 4.6 Thành phần hóa tro trấu 61 13 Baûng 4.7a 63 14 Baûng 4.7b 15 Baûng 5.1 16 Bảng 5.2 Bảng xác định độ hấp thụ vội tro trấu (theo phương pháp nhanh) Bảng xác định độ hấp thụ vội tro trấu (theo phương pháp chậm) Bảng giá trị cường độ cấp phối ximăng thử nghiệm Một số đặc tính lý cấp phối OPC RHA2 70 17 Bảng 5.3 Bảng giá trị pH theo thời gian 71 18 Bảng 5.4 72 19 Baûng 5.5 20 Baûng 5.6 21 Baûng 5.7 22 Bảng 5.8 23 Bảng 5.9 Bảng giá trị nhiệt hydrat hóa mẫu ximăng OPC RHA Bảng thống kê hàm lượng Ca(OH)2 mẫu đá ximăng OPC RHA2 theo thời gian dưỡng hộ Bảng kết phân tích mẫu nước Bình Chánh Cần Giờ Cường độ ximăng OPC môi trường theo thời gian dưỡng hộ Cường độ ximăng RHA2 môi trường dưỡng hộ Hàm lượng Ca(OH)2 OPC RHA2 theo thời gian 16 26 28 28 57 64 66 76 83 84 85 86 DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH STT SỐ HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ 2.1 Hình 2.1 Hình 2.2 TÊN ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH Đồ thị biểu diễn phát triển cường độ vôi-tro trấu ximăng Sơ đồ phân loại pozzoland Trang 17 Hình 2.3 Đá bazan Đức Linh – Bình Thuận kính hiển vi điện tử quét Diatomite Tuy An – Phú Yên kính hiển vi điện tử quét Tro bay kính hiển vi điện tử quét 18 22 Hình 2.4 Silicafume kính hiển vi điện tử quét 23 Hình 2.5 Cấu trúc tro trấu kính hiển vi điện tử quét 25 Hình 2.6 26 Hình 2.7 Phạm vi nung tro trấu tối ưu theo nhiệt độ thời gian nung Khoáng Ettringite kính hiển vi điện tử quét 10 Hình 2.8 37 11 Hình 2.9 12 Hình 3.1 Khoáng Ettringite dạng búi thảm sợi xếp song song Hình dạng số khoáng điển hình ximăng portland pozzolana hydrat Đường cong phân tích nhiệt vi sai điển hình 48 13 Hình 3.2 Sơ đồ ống phát tia Ximăng portland pozzolana 51 14 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét 54 15 Hình 4.1a Hình dạng mẫu ximăng (1:0) kích thước 1x1x6(cm) 56 16 17 Hình 4.1b Hình 5.1 Hình dạng mẫu ximăng (1:3) kích thước 4x4x16(cm) Đồ thị biểu diễn cường độ nén theo thời gian 56 67 18 Hình 5.2 Đồ thị biểu diễn cường độ uốn theo thời gian 67 19 Hình 5.3 68 20 Hình 5.4 21 Hình 5.5 Đồ thị biểu diễn cường độ uốn theo hàm lượng tro trấu đưa vào ximăng Đồ thị biểu diễn cường độ nén theo hàm lượng tro trấu đưa vào ximăng Đồ thị biểu diễn độ pH theo thời gian 22 Hình 5.6 Đồ thị biểu diễn nhiệt hydrat hóa theo thời gian 73 23 Hình 5.7 75 24 Hình 5.8 Biểu đồ DTA TG ximăng OPC 28, 90, 180 ngày Biểu đồ DTA TG ximăng RHA2 28, 90, 180 ngaøy 19 36 39 68 72 75 25 Hình 5.9 78 Hình 5.13a Giản đồ Rơnghen mẫu đá ximăng OPC 28, 90 180 ngày Giản đồ Rơnghen mẫu đá ximăng RHA2 28, 90, 180 ngày Bề mặt đá ximăng OPC 26 Hình 5.10 27 28 Hình 5.13b Bề mặt đá ximăng RHA2 80 29 Hình 5.14 81 30 Hình 5.15 31 Hình 5.16 32 Hình 17 33 Hình 5.18a Lổ rỗng mao quản đá ximăng OPC 180 ngày với độ phóng đại 300 1000 lần Lổ rỗng mao quản đá ximăng RHA2 180 ngày với độ phóng đại 300 1000 lần Đồ thị cường độ nén ximăng OPC môi trường dưỡng hộ Đồ thị cường độ nén ximăng RHA2 môi trường dưỡng hộ DTA TG mẫu OPC 34 Hình 5.18b DTA TG mẫu RHA2 87 35 Hình 5.19 89 36 Hình 5.20 37 Hình 5.21 38 Hình 5.22 Biểu đồ phân tích rơnghen ximăng OPC sau 28 (A), 90 (B) vaø 240 ngaøy (C) môi trường nước chứa 10% Na2SO4.10H2O Biểu đồ phân tích rơnghen ximăng RHA2 sau 28 (A), 90 (B) 240 ngày (C) môi trường nước chứa 10% Na2SO4.10H2O Lổ rỗng mao quản đá ximăng OPC 240 ngày với độ phóng đại 1000 1200 lần Lổ rỗng mao quản đá ximăng RHA 240 ngày với độ phóng đại 250 1000 lần 39 Hình 5.23 40 Hình 5.24a 41 Hình 5.24b Lổ rỗng mao quản khác đá ximăng RHA 240 ngày với độ phóng đại 300 1000 lần Mẫu vữa ximăng RHA 240 ngày môi trường nước chứa 10% Na2SO4.10H2O Mẫu vữa ximăng OPC 240 ngày môi trường nước chứa 10% Na2SO4.10H2O 79 80 81 84 85 87 89 90 90 91 93 93 PHẦN MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp ximăng Việt Nam có lịch sử 100 năm việc nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng cho ximăng thực năm 1960, mỏ pozzoland Sơn Tây phát đoàn địa chất 23 thuộc Bộ Công Nghiệp Nặng Tiếp theo năm 1971, đá silic Pháp Cổ nghiên cứu đưa vào sử dụng nhà máy ximăng Hải Phòng Đến năm 1977 đá bazan núi Mu Rùa tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu nghiên cứu sử dụng làm phụ gia hoạt tính cho nhà máy ximăng Hà Tiên Năm 1991 nhà máy ximăng Hà Tiên lại nghiên cứu đưa vào sử dụng bazan Bến Thắm thuộc huyện Vónh An tỉnh Đồng Nai Ở giai đoạn này, việc nghiên cứu ứng dụng phụ gia khoáng nhà máy ximăng phổ biến Do đó, tinh thần sử dụng nguồn phụ gia sẵn có với ích lợi mặt kinh tế đảm bảo tiêu lý ximăng, năm 1992 dựa tiêu chuẩn Liên Xô cũ, Việt Nam ban hành tiêu chuẩn ximăng portland TCVN 2682:1992 Tiêu chuẩn cho phép ximăng portland pha tới 15% phụ gia phụ gia đầy không 10% Ximăng portland có loại mác PC30 Tuy nhiên, qua thời gian áp dụng TCVN 2682 :1992 nảy sinh số vấn đề bất cặp sau: - Clinker sản xuất nhà máy có mác cao nên pha tới 15% phụ gia dư mác Phần lớn lô ximăng PC30 xuất xưởng công ty đạt mác PC40, hiệu kinh tế bị hạn chế tăng tỷ lệ pha phụ gia lại vi phạm tiêu chuẩn - Ở số công ty sử dụng phụ gia không hoạt tính đá xanh khai thác chổ với tỷ lệ 10% để tăng hiệu kinh tế hàm lượng nung lại vượt giới hạn cho phép - Theo định nghóa thông lệ quốc tế thực chất ximăng PC30 Việt Nam sản xuất theo TCVN 2682 :1992 thuộc chủng loại ximăng portland hỗn hợp - Về phương pháp thử cường độ ximăng công ty ximăng chưa đồng với TCVN Công ty ximăng măng Hà Tiên 1, Hà Tiên 2, Hoàng Thạch phải sử dụng hệ số chuyển đổi để qui phương pháp chuẩn Để khắc phục vấn đề nêu trên, đồng thời để hòa đồng với quốc tế khu vực chủng loại ximăng phương pháp thử sản xuất clinker mác cao, sau pha loại phụ gia khoáng để sản xuất loại ximăng khác nhằm đáp ứng đối tượng mục đích sử dụng, chủng loại ximăng tiêu chuẩn hóa thành nhóm chính: - Ximăng portland: loại ximăng không phụ gia, sản xuất từ clinker ximăng portland sulfat canxi - Ximăng hỗn hợp: loại ximăng chứa phụ gia khoáng, sản xuất từ clinker ximăng portland, sulfat canxi phụ gia khoáng Từ hai nhóm ximăng trên, tiếp tục phân loại ximăng khác theo tính chất mục đích sử dụng ximăng thông dụng, ximăng đóng rắn nhanh, ximăng bền sulfat, ximăng tỏa nhiệt, … Vì vậy, năm 1997 Việt Nam ban hành tiêu chuẩn mới, tiêu chuẩn ximăng portland hỗn hợp TCVN 6260 :1997 (phụ lục 1) Đây loại ximăng có pha phụ gia với hàm lượng tối đa đến 40% phụ gia đầy không 20%, sử dụng với mục đích thông dụng Ximăng portland hỗn hợp thông dụng gồm có hai loại mác PCB30 PCB40 Tiêu chuẩn ximăng portland hỗn hợp thông dụng TCVN 6260:1997 có số ưu điểm so với ximăng ximăng portland theo TCVN 2682:1992 sau: PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC Kết thử nghiệm nhiệt hydrat hóa mẫu ximăng OPC 3, 28 ngày Kết thử nghiệm nhiệt hydrat hóa mẫu ximăng RHA2 3, 28 ngày LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Đặng Thanh Kim Mai Ngày, tháng, năm sinh: 18 – 11 – 1976 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Quá trình đào tạo Năm 2001: Tốt nghiệp Đại học Bách Khoa TPHCM, chuyên ngành Vật Liệu Cấu Kiện Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Năm 2002-2004: học cao học Vật Liệu Cấu Kiện Xây Dựng Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Quá trình công tác Tháng năm 2001 đến nay: Giảng viên Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM ... tro trấu chế tạo ximăng Portland pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn Đồng Bằng sông Cửu Long? ?? thực dựa nguồn phụ gia thủy hoạt tính tro trấu thô với ximăng portland PC40 Chinfon-Hải... ƠN Trong thời gian gần năm thí nghiệm tổng hợp kết nghiên cứu để hoàn thiện đề tài: ? ?Nghiên cứu sử dụng phụ gia thuỷ hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng Portland pozzoland dùng cho công trình xây. .. ứng dụng phụ gia thủy hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng portland pozzoland ¾ Nhiệm vụ nghiên cứu: - Xác định độ hoạt tính tro trấu - Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý ximăng portland tro trấu - Khảo