Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 4 Các chất kết dính vô cơ, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các chất kết dính vô cơ rắn trong không khí; các chất kết dính vô cơ rắn trong môi trường nước. Mời các bạn cùng tham khảo!
CHƯƠNG IV CÁC CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ Khái niệm chung Những vật liệu gọi chất kết dính vơ (CKD VC) thường dạng bột nhỏ, sau đem nhào trộn với nước, sinh nhiều phản ứng lý hóa phức tạp: Lúc đầu biến thành loại vữa dẻo dính Về sau đặc dần lại cứng đá (trừ CKD Manhê phải đem nhào trộn với MgCl2 xi măng chống axit phải đem nhào trộn với thuỷ tinh lỏng) GV VŨ QUỐC HOÀNG Khái niệm chung Dựa vào môi trường rắn mà người ta chia CKD VC làm nhóm: Nhóm CKDVC rắn khơng khí Nhóm CKDVC rắn nước GV VŨ QUỐC HỒNG Khái niệm chung Nhóm CKDVC rắn khơng khí Bao gồm vơi khơng khí CaO; thạch cao xây dựng CaSO4.0,5 H2O; CKD Manhê MgO; xi măng anhydric CaSO4; thuỷ tinh lỏng R2O.nSiO2 Trong (R = Na với n = 2,53; R = K với n = 34) Nhóm có đặc điểm sau đem nhào trộn với nước dung mơi rắn tăng cường độ mơi trường khơng khí mà thơi GV VŨ QUỐC HỒNG Khái niệm chung Nhóm CKDVC rắn nước Vôi thủy: 2CaO.SiO2 (C2S); CaO.Al2O3 (CA), 2CaO.Fe2O3 (C2F) CKD hỗn hợp: CaO + phụ gia vơ hoạt tính Xi măng la mã Xi măng Portland C3S, C2S, C3A, C4AF Các loại xi măng khác Nhóm có đặc điểm sau đem nhào trộn với nước khơng rắn tăng cường độ mơi trường nước, mà cịn rắn tăng cường độ môi trường khơng khí GV VŨ QUỐC HỒNG Khái niệm chung So sánh hai nhóm CKD nhóm CKDVC rắn nước có phạm vi rộng rãi hơn, có cường độ cao so với nhóm rắn khơng khí Nhưng khơng mà người ta khơng nghiên cứu phát triển nhóm CKDVC rắn khơng khí GV VŨ QUỐC HOÀNG PHẦN CÁC CKDVC RẮN TRONG KHƠNG KHÍ GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.1 Nguyên liệu chế tạo Nguyên liệu chủ yếu để chế tạo vơi khơng khí đá vơi canxit CaCO3, mà hàm lượng tạp chất sét không lớn 6% Theo lý thuyết Trong thực tế: GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.1 Ngun liệu chế tạo Nhiệt độ nung phụ thuộc: + Độ đặc đá vôi + Loại lị nung + Lượng nhiệt thất Phản ứng thuận nghịch: CaO + CO2 CaCO3 Cho nên, để giải vấn đề này, người ta phải giải phóng tốt CO2 lị nung cung cấp lượng nhiệt cần thiết GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.1 Ngun liệu chế tạo Trong q trình nung xảy hai trường hợp: + Nếu nung non lửa sản lượng vơi thấp, vơi dẻo CaO + Nếu nung lửa sản lượng vơi thấp, vơi dẻo, vơi khó CaCO3 CaO Màng keo cứng (do SiO2, Al2O3 chảy ra) GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.2 Bột vôi sống Ưu: + Không tốn nhiều thời gian để tôi, tận dụng lượng nhiệt CaO; nhờ lượng nhiệt độ chế tạo thành sản phẩm silicat theo phương trình CaO + H2O + SiO2 = CaO.SiO2.H2O Ca(OH)2 silicat + Cường độ vữa sử dụng bột vôi sống lớn cường độ bột vôi nhuyễn (Rbvs>20 Kgf/cm2 ; Rvn = 4-8 Kgf/cm2 ) + Tận dụng hạn sượng (nung non lửa nung lửa) GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.2 Bột vơi sống Nhược: + Phải đầu tư trang thiết bị + Dễ sinh bệnh nghề nghiệp cần thiết kế hệ thống thơng gió, bảo hộ lao động trang bị đầy đủ, chế độ sách GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.3 Tơi vơi Nếu lượng nước 32.13 %/CaO Ca(OH)2 vơi tả Trong thực tế gấp 2-3 lần phụ thuộc vào độ hoạt tính vơi, phụ thuộc vào phương pháp tơi, lượng nhiệt ngồi GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.3 Tơi vơi Nếu sử dụng lượng nước nhiều Ca(OH)2 vơi nhuyễn (chứa 50% Ca(OH)2 50% H2O tự do) Trong thực tế phải thí nghiệm vôi phương pháp chùy OK (cắm sâu chùy G=300 gam vào chậu vữa nhuyễn) OK = 13 cm Khi lượng nước nhiều vơi nhuyễn tạo thành vơi sữa, có khoảng 50% H2O GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.3 Tơi vơi GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.3 Tơi vơi GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.4 Các tiêu để đánh giá chất lượng vôi a) Nhiệt độ tốc độ tôi: *Nhiệt độ tôi: Dựa vào nhiệt độ mà người ta chia vôi làm hai loại: + + GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.4 Các tiêu để đánh giá chất lượng vôi *Tốc độ tôi: + + + GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.4 Các tiêu để đánh giá chất lượng vơi b) Xác định lượng vơi nhuyễn (lít) 1kg vôi sống sinh Dùng 200gr vôi sống cục, có kích thước từ - 10mm, cho vào dụng cụ có dung tích xác định (2 lít) đổ nước ngập l 2cm Để tăng tốc độ tơi đun bếp đèn cồn Theo dõi thấy có vết nứt bề mặt, vơi sơi lên, nước bị hút cạn, tiếp tục cho nước thêm đến vơi tơi xong mặt có váng nước mỏng Loại vơi nhuyễn thường chứa 50% nước tự 50% Ca(OH)2, có độ cắm sâu chùy 13cm (chùy OK thử độ dẻo vữa) Dùng ống đong đổ nước vào đầy ca, tìm dược thể tích vơi nhuyễn 1kg vơi cục sinh GV VŨ QUỐC HỒNG 1.1 Vơi khơng khí 1.1.4 Các tiêu để đánh giá chất lượng vôi c) Xác định hàm lượng hạt sượng (%) vôi cục sinh Lấy hết vơi nhuyễn thí nghiệm trên, cho nước vào đánh thành vôi sữa Lọc qua sàng No 063 (d = 0,63mm) nước lọc qua sàng Sấy khô hạt sượng, để nguội bình hút ẩm, cân tính tỉ lệ hạt sượng từ 200gr vôi sống cục Dùng HCl 1% nhỏ vào hạt sượng để phân loại: Nếu hạt sượng sủi bọt: hạt sượng non lửa Nếu hạt sượng không sủi bọt: hạt sượng già lửa hạt cát, hạt đá khác lẫn vào GV VŨ QUỐC HỒNG 10 2.2 Ximăng Portland 2.2.5 Quy trình cơng nghệ chế tạo Xi măng Portland Nếu tăng 1000 cm2/g xi măng độ hoạt tính xi măng tăng 20-25% Ví dụ: xi măng PC40 đem nghiền mịn PC50 Ở cơng trường lớn, nhà máy thủy điện, cơng trình thuỷ lợi sử dụng phương pháp nghiền ướt: Clinker (không cần bảo quản) + nghiền bi + H2O hồ xi măng + cốt liệu bê tông GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.5 Quy trình cơng nghệ chế tạo Xi măng Portland Ưu: Không tốn nhiên liệu sấy clinker, thạch cao, phụ gia Không cần kho để bảo quản xi măng Độ mịn cao hoạt tính cao Nhược: Chú ý tiến hành phương pháp nghiền ướt phải làm nguội hệ thống máy nghiền, quấn hệ thống tuần hoàn làm lạnh bọc máy nghiền làm nguội, nhiệt độ khơng lớn 35-40oC GV VŨ QUỐC HỒNG 37 2.2 Ximăng Portland 2.2.6 Quá trình rắn (thủy hóa) Xi Măng Portland GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.6 Q trình rắn (thủy hóa) Xi Măng Portland Khi cho Xi Măng Portland tác dụng với nước sinh phản ứng thủy hóa thủy phân theo phương trình sau đây: Đối với C3S: Đối với C2S: GV VŨ QUỐC HOÀNG 38 2.2 Ximăng Portland 2.2.6 Quá trình rắn (thủy hóa) Xi Măng Portland Đối với C3A: Phản ứng phụ: GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.6 Q trình rắn (thủy hóa) Xi Măng Portland Đối với C4AF: GV VŨ QUỐC HOÀNG 39 2.2 Ximăng Portland 2.2.6 Quá trình rắn (thủy hóa) Xi Măng Portland Nhiệt thủy hóa (cal/gam) Trong q trình phản ứng thủy hóa để hình thành khống vật khoáng vật phát lượng nhiệt theo thời gian sau: Bảng IV-2 Tên khoáng vật C3S C2S C3A C4AF Lượng nhiệt (cal/g) ngày đêm Toàn phần 97 160 15 84 141 260 42 136 GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.6 Q trình rắn (thủy hóa) Xi Măng Portland Lượng nhiệt phát có lợi: + Những vùng khí hậu lạnh + Có tác dụng thúc đẩy q trình rắn sản phẩm Bất lợi: + Những vùng khí hậu nhiệt đới + Khi thi cơng cơng trình có khối tích bê tơng lớn GV VŨ QUỐC HỒNG 40 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland a) ax , ox : * ax : thông thường Xi Măng Portland, a nằm khoáng 3,05-3,15 g/cm3 ax phụ thuộc: + nhiệt độ nung ( ax ) + thành phần khoáng vật xi măng (C4AF ax ) Tác dụng: ax : + chống tia Rơnghen + chống tia phóng xạ, xạ GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland a) ax , ox : Biện pháp nâng ax : + thay hệ nguyên liệu CaO = BaO ax = 5,4 g/cm3 + đưa hàm lượng nhỏ BaSO4 trộn vào Xi Măng Portland: ax Nếu ax sử dụng xi măng trực tiếp mơi trường nước biển GV VŨ QUỐC HỒNG 41 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland * ox : Phụ thuộc: + độ mịn xi măng ox + độ tơi xốp ox Xác định ox : lấy oTB lơ tính tốn GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland b- Độ mịn (độ nhỏ) xi măng: Phương pháp xác định: + Phương pháp phân tích sàng N083 (4900lỗ/cm2): yêu cầu >85% lọt qua sàng + Phương pháp tính tỉ diện tích (cm2/g): nhà máy chế tạo xi măng porland yêu cầu F = 2500-3000 (cm2/g) Tăng 3000-4000 (cm2/g) độ hoạt tính tăng 2025% GV VŨ QUỐC HỒNG 42 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland c- Nước tiêu chuẩn (Ntc) Ntc lượng nước ứng với độ cắm sâu Vicat d=10 0,02 mm cắm sâu cách đáy 5-7 mm Để so sánh tính chất xi măng với người ta thường sử dụng lượng nước tiêu chuẩn.Đối với xi măng Porland: PC: Ntc = 24-30%/X, PCB Ntc = 26-32%/X d- Thời gian ninh kết: Thời gian bắt đầu ninh kết Xi Măng Portland: không nhỏ 45 phút Thời gian ninh kết xong không 10h (hiện nay: GV VŨ QUỐC HOÀNG 5h30-6h) 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland e- Tính ổn định thể tích xi măng: Những loại xi măng có biểu hiện: Nghiền xong đưa sử dụng Những loại xi măng hạt thô (chưa mịn) Những loại xi măng có chứa CaO + MgO tự nhiều Hàm lượng SO3 mức quy định: không ổn định thể tích GV VŨ QUỐC HỒNG 43 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland g- Cường độ xi măng - Mác xi măng: Cường độ xi măng: phụ thuộc: + + + + + GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland g- Cường độ xi măng - Mác xi măng: Mác xi măng: phương pháp xác định mác xi măng: + dẻo: sử dụng mẫu: 16 cm (chủ yếu) + cứng (khô): mẫu lập phương cạnh 7,07 cm (xác định Rn), mẫu hình số (xác định Rk) ứng dụng tính tốn nhào trộn xi măng GV VŨ QUỐC HOÀNG 44 2.2 Ximăng Portland 2.2.7 Các tính chất chủ yếu xi măng Portland 8- Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu: Các nguyên nhân gây ăn mòn: Do vậy, làm cho kết cấu bê tơng bị rỗng cơng trình có sụp đổ GV VŨ QUỐC HOÀNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu GV VŨ QUỐC HOÀNG 45 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu a) Các dạng ăn mòn chủ yếu: + Ăn mòn môi trường nước ngọt: Trong môi trường nước ngọt, độ hịa tan thành phần Ca(OH)2 khơng lớn ( 1,3 g/l t = 15C) cơng trình làm việc lâu năm, lâu ngày mơi trường nước độ hịa tan tăng dần lên làm cho kết cấu bê tơng cơng trình bị rỗng khả chịu lực giảm có cơng trình bị sụp đổ, đặc biệt mơi trường nước có áp lực (tường chắn nước ngọt) GV VŨ QUỐC HOÀNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu Các dạng ăn mòn chủ yếu: + Ăn mòn môi trường nước ngọt: Trong môi trường nước ngọt, chịu tác dụng độ cứng nước Nếu độ cứng nước giảm độ hịa tan Ca(OH)2 tăng Khi độ cứng nước đạt đến giá trị thích hợp có lợi theo phương trình phản ứng: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3 + 2H2O CaCO3 bao phủ bề mặt kết cấu tạo thành vỏ cứng Ca(OH)2 khơng bảo vệ khối bêton GV VŨ QUỐC HOÀNG 46 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu Các dạng ăn mịn chủ yếu: + Ăn mịn mơi trường nước có chứa CO2 Trong nước thường chứa lượng CO2 nhiều Nếu hàm lượng CO2 phản ứng có lợi: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O Nếu hàm lượng CO2 nhiều (>15-20 mg/l nước) gây phản ứng bất lợi: CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 Bicarbonat axit canxi Ca(HCO3)2 làm độ hòa tan tăng gấp 100 lần so với độ hòa tan CaCO3 GV VŨ QUỐC HOÀNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu Các dạng ăn mòn chủ yếu: + Ăn mòn mơi trường nước biển, nước ngầm nước có chứa muối khoáng: Trong loại nước thường chứa hàm lượng muối MgCl2, MgSO4, CaCO3, NaCl… Khi sử dụng Xi Măng Portland mơi trường sinh phản ứng: Vd: MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 (*)+ Mg(OH)2 (**) MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = CaSO4.2H2O (***)+ Mg(OH)2 GV VŨ QUỐC HOÀNG CaSO4+ C3A + nH2O = muối candiot 47 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu Các dạng ăn mòn chủ yếu: + Ăn mịn mơi trường nước có chứa axit: Trong nước thải công nghiệp thường chứa hàm lượng axit: HCl, H2SO4 Khi sử dụng Xi Măng Portland cơng trình chịu tác dụng loại axit thường gây phản ứng tạo thành chất theo phương trình sau đây: 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 = Ca SO4.2H2O + nH2O muối candiot CaSO4.2H2O + CGV 3A VŨ QUỐC HOÀNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu c) Các biện pháp đề phòng ăn mịn chủ yếu: Trong Xi Măng Portland, ngồi thành phần CaO tự do, Ca(OH)2 C3S sinh ra, cịn có C3A Do vậy, người ta phải sử dụng biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu sau: Tính tốn để giảm C3S, C3A (khi cần thiết), GV VŨ QUỐC HOÀNG 48 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu c) Các biện pháp đề phòng ăn mịn chủ yếu: Biện pháp silicát hóa: GV VŨ QUỐC HOÀNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu c) Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu: Biện pháp carbonát hóa: Sử dụng loại xi măng đặc biệt môi trường cụ thể: GV VŨ QUỐC HOÀNG 49 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu c) Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu: Biện pháp tăng độ đặc cho bê tơng: GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.8 Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu c) Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu: Biện pháp tổng hợp: GV VŨ QUỐC HỒNG 50 2.2 Ximăng Portland 2.2.9 Cơng dụng bảo quản a) Công dụng: Sử dụng rộng rãi cho hầu hết cơng trình có tốc độ cứng rắn nhanh, cường độ chịu lực cao, đóng rắn khơ nước, có khả bám dính tốt với cốt thép, bảo vệ cho cốt thép khơng bị ăn mịn Bên cạnh ưu điểm xi măng pooclăng có số nhược điểm: Dễ bị ăn mòn đo nước mặn, nước thải công nghiệp Tỏa nhiều nhiệt Cường độ giảm thời gian để dự trữ xi măng kéo đài Do đó, loại cơng trình đặc biệt cần phải sử dụng loại xi măng đặc GV biệt VŨ QUỐC HOÀNG 2.2 Ximăng Portland 2.2.9 Công dụng bảo quản b) Bảo quản Khi vận chuyển xi măng rời phải dùng xe chuyên dụng Kho chứa xi măng phải đảm bảo khơng dột, khơng hắt, xung quanh có rãnh nước Trong kho bao xi măng không xếp cao 10 bao riêng theo lô Khi chứa xi măng rời xi lô phải đảm bảo chứa riêng loại xi măng GV VŨ QUỐC HOÀNG 51 ... nguyên liệu GV VŨ QUỐC HOÀNG 24 2.2 Ximăng Portland 2.2.3 Thành phần hóa học tác dụng thành phần hóa học nguyên liệu GV VŨ QUỐC HỒNG 2.2 Ximăng Portland 2.2 .4 Các thành phần khống vật. .. khống vật chủ yếu GV VŨ QUỐC HOÀNG 2.2 Ximăng Portland 2.2 .4 Các thành phần khoáng vật chủ yếu Clinker xi măng portland: Tác dụng thành phần khoáng vật: C3S: C2S: GV VŨ QUỐC HOÀNG 26... 2.2.2 Nguyên liệu chế tạo Nguyên liệu bao gồm: GV VŨ QUỐC HOÀNG 22 2.2 Ximăng Portland 2.2.2 Nguyên liệu chế tạo Đá vôi canxit: Đất sét mịn hạt: Đá thạch cao: GV VŨ QUỐC HOÀNG 2.2