2.3.5.1. Quá trình tạo mẫu
Mẫu nghiên cứu được chuẩn bị với tỷ lệ phụ gia và tỷ lệ trộn phối liệu như trong bảng sau.
22 Bảng 2.3: Mẫu xác định cường độ kháng nén Mẫu Xi măng Hoàng Thạch Phụ gia Tro bay Phụ gia CMC Phụ gia (tro bay+CMC) Cát vàng Khối lượng (g) Thành phần % Thành phần % Thành phần % Khối lượng (g) M-0 200 600 M-1 200 2 600 M-2 200 4 600 M-3 200 6 600 M-4 200 8 600 M-5 200 0.2 600 M-6 200 0.4 600 M-7 200 0.6 600 M-8 200 0.8 600 M-9 200 2 +0.2 600 M-10 200 4 +0.4 600 M-11 200 6+0.6 600 M-12 200 8+0.8 600 2.3.5.2. Tiến hành thí nghiệm *Chế tạo vữa:
+ Thành phần của vữa: Tỷ lệ khối lượng bao gồm một phần xi măng, ba phần cát tiêu chuẩn và một nửa phần là nước (tỷ lệ nước/xi măng =0.5). Mỗi mẻ cho ba mẫu thử sẽ gồm: 450g±2g xi măng, 1350g±5g cát và 225g±1g nước.
+ Định lượng mẻ trộn: Xi măng, cát, nước và thiết bị có cùng nhiệt độ phòng thí nghiệm . Xi măng và cát được cân bằng cân có độ chính xác đến ±1g. Khi thêm nước, dùng ống đong tự động 225ml, có độ chính xác đến ±1ml.
23
+ Trộn vữa: Đổ nước vào chảo, dùng bay trộn đều hỗn hợp. *Chế tạo mẫu thử :
+ Hình dáng và kích thước: Mẫu thử hình lập phương có kích thước 5cm x 5cm x 5cm.
+ Đúc mẫu: Tiến hành đúc mẫu ngay sau khi chuẩn bị xong vữa. Kẹp chặt khuôn và phễu vào bàn dằn. Dùng một xẻng nhỏ thích hợp, xúc một hoặc hai lần để rải lớp vữa đầu tiên cho mỗi ngăn khuôn sao cho mỗi ngăn trải thành hai lớp thì đầy (mỗi lần xúc khoảng 300g) và lấy trực tiếp từ máy trộn, dằn 60 cái rồi đổ thêm lớp vữa thứ hai. Dùng bay nhỏ dàn đều mặt vữa. Lèn chặt lớp vữa này bằng cách dằn thêm 60 cái. Nhấc khuôn khỏi bàn dằn. Tháo phễu ra. Gạt bỏ vữa thừa bằng thanh gạt kim loại. Gạt bỏ vữa thừa trên rìa khuôn. Đặt một tấm kính kích thước 210mm x185mm và dày 60mm lên khuôn. Cũng có thể dùng một tấm thép hoặc vật liệu không thấm khác có cùng kích thước. Ghi nhãn hoặc đánh dấu các khuôn để nhận biết mẫu.
*Bảo dưỡng mẫu thử: Đặt ngay các khuôn đã được đánh dấu lên giá nằm ngang trong phòng không khí ẩm hoặc trong tủ. Hơi ẩm phải tiếp xúc được với các mặt bên của khuôn. Khuôn không được chồng chất lên nhau.
*Tháo dỡ ván khuôn: Đối với các phép thử 24 giờ, việc tháo dỡ khuôn mẫu không được quá 20 phút trước khi mẫu được thử. Đối với các phép thử có tuổi mẫu thời gian lớn hơn 24 giờ, việc tháo dỡ khuôn tiến hành từ 20 giờ đến 24 giờ sau khi đổ khuôn. Việc tháo dỡ ván khuôn phải hết sức thận trọng.
Chú thích: Việc tháo dỡ khuôn cũng có thể chậm lại 24 giờ nếu như vữa chưa có đủ cường độ yêu cầu để tránh hư hỏng mẫu. Cần ghi lại việc tháo khuôn muộn trong báo cáo thí nghiệm.
Mẫu đã tháo khỏi khuôn và được chọn để thử 24 giờ ( hoặc vào 48 giờ nếu dỡ khuôn muộn), được phủ bằng khăn ẩm cho tới lúc thử. Đánh dấu các mẫu đã chọn để ngâm trong nước và tiện phân biệt mẫu sau này, đánh dấu bằng mực chịu nước hoặc bằng bút chì.
24
*Bảo dưỡng trong nước: Các mẫu đã đánh dấu được nhận chìm ngay trong nước (để nằm ngang hoặc thẳng đứng, tuỳ theo cách nào thuận tiện) ở
nhiệt độ 27± 2oC trong các bể chứa thích hợp. Nếu ngâm mẫu nằm ngang thì để
các mặt thẳng đứng theo đúng hướng thẳng đứng và mặt gạt vữa lên trên. Đặt mẫu lên lưới không bị ăn mòn và cách xa nhau sao cho nước có thể vào được cả 6 mặt mẫu. Trong suốt thời gian ngâm mẫu, không lúc nào khoảng cách giữa các mẫu hay độ sâu của nước trên bề mặt mẫu lại nhỏ hơn 5mm. Ở mỗi bề mặt chứa, chỉ ngâm những mẫu xi măng cùng thành phần hoá học. Dùng nước máy để đổ đầy bể lần đầu và thỉnh thoảng thêm nước để giữ cho mực nước không thay đổi. Trong thời gian ngâm mẫu không cho phép thay hết nước. Lấy mẫu cần thử ở bất kì tuổi nào (ngoài 24 giờ hoặc 48 giờ khi tháo khuôn muộn) ra khỏi nước không được quá 15 phút trước khi tiến hành thử. Dùng vải ẩm phủ lên mẫu cho tới khi thử.
2.3.6. Xác định độ hút nước bão hòa 2.3.6.1. Chuẩn bị mẫu 2.3.6.1. Chuẩn bị mẫu 2.3.6.1. Chuẩn bị mẫu
Chuẩn bị mẫu vữa xi măng theo tỷ lệ phần trăm trọng lượng như sau: Xi / Cát =1 / 3
Nước / xi = 0.5
Mẫu được tạo theo khuôn tạo mẫu 5cmx5cmx5cm.
Tỷ lệ phụ gia được trộn theo tỷ lệ như trong bảng 3 ở trên.
2.3.6.2. Tiến hành thí nghiệm
Vữa xi măng được đóng khuôn với tiêu chuẩn quy định, mẫu được đúc xong đem bảo dưỡng trong nước cất chờ đủ ngày tuổi: 7 ngày, 28 ngày, 56 ngày, 90 ngày, mẫu được làm khô, sấy đem đi xác định độ hút nước bằng cách ngâm mẫu vào trong nước ở điều kiện thường. Tính thời gian từ khi bắt đầu ngâm mẫu vào trong nước đến khi mẫu vữa ngấm no nước (thời gian bão hòa nước).
25
Độ hút nước theo khối lượng M (%) được xác định thông qua khối lượng của mẫu ướt m1 (sau khi hút) và mẫu khô m2: M =
2 2 1 m m m x 100% 2.3.7. Phương pháp XRD
Phương pháp nhiễu xạ tia X là một trong những phương pháp vật lý quan trọng và hiệu quả để nghiên cứu thành phần pha, cấu tạo, cấu trúc tinh thể. Qua phương pháp nhiễu xạ tia X xác định thành phần định tính (thành phần pha), hàm lượng các pha, cấu trúc hình học, các thông số mạng tinh thể, kích thước hạt trung bình và cả sự phân bố, vị trí các nguyên tử trong tinh thể.
Khi chiếu tia X vào hỗn hợp mỗi pha trong hỗn hợp cho một vạch tương ứng nên trên giản đồ nhiễu xạ tia X tương ứng thu được một hệ vạch độc lập với nhau. Đem phân tích các vạch nhiễu xạ sẽ xác định được các pha có mặt trong mẫu.
Cấu trúc hình học và thông số mạng tinh thể được xác định dựa vào vị trí góc của peak nhiễu xạ.
Xét một chùm tia X có bước sóng chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc tới . Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều đặn , đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của các tia X.
Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ.
26
Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:
Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:
Trong đó, d là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử phản xạ, θ là góc phản xạ, λ là bước sóng tia X và n là số bậc phản xạ. Tập hợp các cực đại nhiễu xạ Bragg dưới các góc 2θ khác nhau có thể ghi nhận bằng phim hay detector. Trên cơ sở đó phân tích các đặc trưng về cấu trúc tinh thể, độ đơn pha và nhiều thông số liên quan khác.
Tia X được sinh ra khi chùm e- có vận tốc cao va chạm đột ngột với một
tấm kim loại Cu. Ống phát tia X gồm 3 bộ phận chính: Nguồn cung cấp e, bộ phận phát cao áp để tăng tốc độ e, anot bằng kim loại.
Hiệu điện thế giữa catot và anot: 3-5 kV. Tia X có bước sóng: λ= 10-100 nm. Nguồn phát tia X là một ống hình trụ, bên trong làm bằng gốm chịu nhiệt, thường bằng Cu, Ni, Cr, Fe.
Chỉ có 5% tia đập vào bề mặt phát ra tia X, phần còn lại chuyển thành nhiệt năng. Vì vậy để đảm bảo cho máy hoạt động lâu bền phải có hệ thống làm mát bằng nước. Nguồn tia X mang năng lượng lớn, nên dễ làm già hóa detector. Cần phải che bớt bằng các khe thu tín hiệu nhỏ hơn, phù hợp với từng loại mẫu:
27
+ Mẫu kết tinh tốt: Đưa khe bình thường. + Mẫu kết tinh kém: Đưa khe rộng.
Trong bản luận văn này, em sử dụng mẫu đã xác định độ dẻo của hồ xi măng cho vào túi nilong đựng mẫu để trong 7 ngày, 28 ngày, 56 ngày. Tất cả mẫu được để trong bình hút ẩm. Đến ngày tuổi trên mẫu được xử lý sao cho ngừng quá trình hydrat hóa bằng cách nghiền mịn, đem ngâm vào axeton, sau đó làm khô dưới máy áp suất thấp rồi mang đi chụp XRD trên máy D8 – Advance – Brucker – Đức (anot Cu, λ=1.504 A˚) tại khoa Hóa, trường Đại học KHTN – Đại học Quốc Gia Hà Nội.
2.3.8. Phương pháp kính hiện vi điện tử quét (SEM)
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM là một phương pháp nghiên cứu đặc điểm hình dáng bề mặt vật liệu, hình thái cấu trúc (cung cấp thông tin về sự kết tinh, kích thước hạt, cho phép quan sát vi cấu trúc), thành phần cấu tạo. Ngoài ra ảnh SEM còn cung cấp thông tin về thành phần pha, sự tương tác và phân bố giữa các pha.
Kính hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscope) là một kỹ thuật phân tích cho phép sự tạo ảnh bề mặt mẫu với độ phân giải cao. Ở đây, một chum điện tử hẹp được quét đi quét lại bề mặt mẫu, bức xạ phát ra sau khi tương tác với mẫu sẽ được thu lại và phân tích, từ đó tạo ảnh biểu trưng hình thái cấu trúc của vật liệu. Kỹ thuật này được phát minh từ những năm 1940 của thế kỷ trước, thiết bị SEM thương mại đầu tiên được sản xuất tại Cambridge (Anh) năm 1965. Sau đó chúng được thay đổi cải tiến nhiều và trở thành một thiết bị thông dụng để nghiên cứu vật liệu.
Việc phát điện tử trong thiết bị SEM sử dụng sung phóng điện tử phát xạ nhiệt hoặc phát xạ trường, sau đó tăng tốc cho chum điện tử. Thế tăng tốc của SEM thường đạt từ 10kV đến 50kV. Điện tử sau khi được tăng tốc sẽ hội tụ
28
đó quét trên bề mặt mẫu nhờ lực quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ.
Khi tương tác với bề mặt mẫu chất rắn sẽ sinh ra một đám mây điện tử bật ngược trở lại, các tín hiệu này cho phép tạo ảnh bề mặt mẫu và thực hiện một số các phép phân tích như EDS, WDS, phổ Auger, phổ huỳnh quang catot.
Những hình ảnh SEM trong bản luận văn này được chụp tại phòng Bêtông, Viện khoa học công nghệ Xây dựng.
*Ưu điểm của SEM:
+ Các thiết bị của SEM cho phép phóng đại > 100 000 lần.
+ Phân tích không cần phá hủy mẫu và làm việc ở mức độ chân không bình thường.
+ Chuẩn bị mẫu và điều khiển thiết bị đơn giản . + Giá thành thiết bị rẻ.
29
Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định thành phần hoá học của tro bay
Tro bay được lấy từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại có thành phần hoá học như bảng 3.1:
Bảng 3.1: Thành phần hoá học của tro bay:
Thành phần MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O TiO2 SO3
Tỉ lệ % m 9.52 56.25 20.04 6.60 1.90 1.30 2.49 0.40 0.58
Ta thấy tro bay chứa hai thành phần pha SiO2(56.25%), Al2O3(20.04%)
là chủ yếu và một số khoáng cặn khác. 3.2. Độ hoạt tính của tro bay
Tiến hành xác định độ hút vôi kết quả thu được như bảng 3.2: Bảng 3.2: Độ hút vôi của phụ gia tro bay
STT V(ml) V, (ml) 1 14.0 19.8 2 15.0 19.8 3 15.0 19.8 4 15.5 19.8 5 13.2 19.8 6 13.5 19.8 7 13.0 19.8 8 13.3 19.8 9 13.2 19.8 10 14.1 19.8 11 13.0 19.8 12 13.6 19.8 13 14.7 19.8 14 14.2 19.8 15 13.1 19.8
30
V- là thể tích HCl 0.5N dùng để chuẩn độ nước vôi trong bình nón
V’- là thể tích HCl 0.5 dùng để chuẩn độ nước vôi trong
Tổng số mg CaO/1g phụ gia: 208,4 mg. Từ kết quả cho thấy tro bay có độ hoạt tính rất mạnh.
3.3. Kết quả thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn Bảng 3.3: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay Bảng 3.3: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay
Ký hiệu mẫu Lượng nước
tiêu chuẩn M-0 29,0% M-1 30,0% M-2 31,5% M-3 33,5% M-4 35,0%
31 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% M-0 M-1 M-2 M-3 M-4
Đồ thị 3.1: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay.
Bảng 3.4: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia CMC
Ký hiệu mẫu Lượng nước tiêu chuẩn
M-0 29,00%
M-5 28,75%
M-6 28,50%
M-7 28,25%
32
Đồ thị 3.2: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu phụ gia CMC.
Bảng 3.5: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu phụ gia hỗn hợp
Ký hiệu mẫu Lượng nước tiêu chuẩn
M-0 29,0%
M-9 29,5%
M-10 31,0%
M-11 33,0%
33 26.00% 27.00% 28.00% 29.00% 30.00% 31.00% 32.00% 33.00% 34.00% 35.00% M-0 M-9 M-10 M-11 M-12
Đồ thị 3.3 : Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp.
Nhận xét: Từ bảng kết quả trên ta thấy
Khi sử dụng phụ gia tro bay thì tỷ lệ nước/xi tăng lên theo tỷ lệ phụ gia. Còn khi sử dụng phụ gia CMC thì tỷ lệ nước/xi giảm theo tỷ lệ phụ gia.
Khi sử dụng hỗn hợp hai phụ gia trên thì tỷ lệ nước/xi cũng tăng lên nhưng tỷ lệ tăng đó giảm so với việc sử dụng phụ gia tro bay một mình, và tăng lên so với việc sử dụng một mình phụ gia CMC.
Nguyên nhân là do:
Khi sử dụng phụ gia tro bay thì nó là các hạt mịn, thành phần là SiO2 ht,
Al2O3 ht và còn có CaO, MgO... Vì vậy có thể xảy ra phản ứng với nước như
trong phần tổng quan đã giải thích:
Al2O3 ht + Ca(OH)2 +(n-1) H2O = Al2O3.CaO.nH2O SiO2 ht + Ca(OH)2 + (n-1) H2O = SiO2.CaO.nH2O
Lượng nước bị tiêu tốn thêm với các chất trong tro bay. Vì vậy hàm lượng tro bay tăng, đồng thời lượng nước tiêu thụ trong quá trình phản ứng thủy hóa sẽ tăng lên.
34
Đối với phụ gia CMC nó bị hấp phụ lên bề mặt xi măng làm phân tán đều trong môi trường nước, tạo tính trơn trượt giữa các hạt xi măng do đó làm giảm khả năng hút nước.
Khi kết hợp hai loại phụ gia này thì nó mang theo những ưu điểm và loại bỏ những nhược điểm của từng phụ gia. Do vậy khi sử dụng kết hợp hai loại phụ gia lượng nước tiêu chuẩn không ảnh hưởng nhiều đến tính chất thủy hóa của xi măng.
3.4. Kết quả xác định thời gian đông kết
Kết quả thí nghiệm thu được trình bày ở bảng sau:
Bảng 3.6: Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết
Mẫu Thời gian bắt đầu đông kết
(phút)
Thời gian kết thúc đông kết (phút) M-0 131 212 M-1 181 365 M-2 228 409 M-3 233 422 M-4 237 431 M-5 222 372 M-6 229 415 M-7 236 432 M-8 247 452 M-9 206 370 M-10 219 412 M-11 234 435 M-12 245 486
35
Nhận xét:
Đối với phụ gia tro bay thì thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết tăng theo tỷ lệ phụ gia.
Phụ gia CMC thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết tăng theo tỷ lệ phụ gia.
Khi kết hợp hai loại phụ gia này thì tương tự như việc sử dụng từng loại phụ gia riêng lẻ, thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết tăng theo tỷ lệ phụ gia.
Tuy vậy, đối với việc sử dụng phụ gia CMC thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết hoàn toàn dài hơn so với việc sử dụng phụ gia tro bay.
Nguyên nhân:
Do khi sử dụng phụ gia CMC, tỷ lệ nước/xi thấp nhưng nó có tác dụng bao bọc xung quang các hạt clinker, không cho chúng kết bông lại với nhau làm tăng tính lưu biến của vữa, làm kéo dài thời gian đông kết. Như giải thích ở phần tổng