1.5.1.1. T ng quan v ph gia khoỏng
đi u ch nh m t cỏch tớch c c c u trỳc và thành ph n c a h n h p bờ tụng, thỡ ngoài vi c s d ng cỏc lo i ph gia húa h c (PGHH) ng i ta cũn s d ng ph gia khoỏng (PGK). Cỏc lo i ph gia khoỏng này d ng b t cú b n ch t khoỏng khỏc nhau, thu đ c chỳng t nguyờn li u thiờn nhiờn ho c ph th i (tro, x nghi n và đỏ nỳi, silicafum v.v…). Khi cựng phõn b v i xi m ng trong cỏc l r ng c a c t li u, chỳng lốn ch t c u trỳc c a bờ tụng, trong nhi u tr ng h p cho phộp gi m chi phớ xi m ng. N u đỏnh giỏ PGK theo nh h ng c a chỳng đ n c u trỳc và cỏc tớnh ch t c a xi m ng và bờ tụng thỡ ph thu c vào đ m n cú th phõn PGK ra thành: PGK – ch t pha xi m ng và PGK – ch t lốn ch t. PGK – ch t pha xi m ng (b m t riờng 0,2 - 0,5m2/g). PGK – lốn ch t (thớ d nh silicafum), cú cỏc h t nh h n h t xi m ng g n 100 l n (b m t riờng 20-30 m2/g) và là ph gia cú hi u qu h n, b i vỡ chỳng cú kh n ng l p đ y cỏc l r ng gi a cỏc h t xi m ng, và cú kh n ng t ng ph n ng.
Ph gia khoỏng ho t tớnh là cỏc ph gia cú ngu n g c thiờn nhiờn hay nhõn t o, mà b n thõn chỳng khụng cú ho c cú r t ớt ho t tớnh thu l c, nh ng khi đ c nghi n m n và trong mụi tr ng m thỡ chỳng cú kh n ng ph n ng hoỏ h c v i hyđrụxit canxi Ca(OH)2 và v i n c nhi t đ th ng, t o thành cỏc s n ph m cú tớnh ch t k t dớnh.
Ph gia khoỏng ho t tớnh cú kh n ng làm t ng c ng đ và đ b n trong mụi tr ng n c c a cỏc s n ph m ch t o nờn t xi m ng poúc l ng ch a ph gia khoỏng ho t tớnh.
Ph gia ho t tớnh g m cú hai lo i:
Lo i cú ngu n g c t nhiờn: trờpen, điatụmớt, tro nỳi l a, đ t sột nung t nhiờn, v.v.
Lo i cú ngu n g c nhõn t o: tro, x nhi t đi n, x lũ cao h t hoỏ, đ t sột nung non, silica fume, tro tr u, meta cao lanh v.v.
Ph gia khoỏng ho t tớnh (PGKHT) khi cú n c cú kh n ng tỏc d ng v i Ca(OH)2 nhi t đ th ng t o thành h p ch t cú tớnh k t dớnh. Khi đ a chỳng vào bờ tụng chỳng tỏc d ng v i Ca(OH)2 – là s n ph m đ c t o thành khi th y húa xi m ng poúc l ng. M t s PGKHT, thớ d x lũ cao nghi n m n, cú kh n ng đúng r n đ c l p, quỏ trỡnh này đ c ho t húa h n khi cho vụi vào thờm. Thành ph n h t c a PGKHT, chỳng đ c xỏc đnh b ng b m t riờng và t ng ng là kh n ng ph n ng ho c kh n ng lốn ch t c u trỳc c a bờ tụng, cú nh h ng đỏng k đ n cỏc tớnh ch t c a PGK.
Cỏc ph gia tr (PGT), thớ d nh cỏt th ch anh nghi n m n, khi nhi t đ th ng khụng tham gia ph n ng v i cỏc thành ph n c a xi m ng, tuy nhiờn khi đi u ki n nh t đnh cỏc ph gia này cú th xu t hi n kh n ng ph n ng (thớ d nh khi gia cụng nhi t avtoclav). trong đa s cỏc tr ng h p cỏc ph gia tr đ c s d ng đ đi u ch nh thành ph n h t và đ r ng c a pha r n c a bờ tụng: c t li u – xi m ng – ph gia khoỏng, v i m c đớch đi u ch nh cỏc tớnh ch t c a h n h p bờ tụng và bờ tụng.
Cỏc lo i ph gia khoỏng th ng đ c s n xu t t t nhiờn ho c nhõn t o: Cỏc ph gia khoỏng thiờn nhiờn ch t o b ng cỏch nghi n m n cỏc đỏ khỏc nhau (tup, đỏ trax , tro b i) ho c cú ngu n g c tr m tớch (điatomớt, trờpen, opoka). PGK cú ngu n g c phun trào ho c tr m tớch cú c u t o ch y u t SiO2 vụ đnh hỡnh và nhụm ụxýt (70-90%), chỳng quy t đ nh đ ho t tớnh c a PGK. Lo i ph gia này đ c s d ng r ng rói h n c trong s n xu t xi m ng. H n ch c a chỳng là l ng c n n c l n.
PGK t nguyờn li u ph th i: tro, x nghi n, silicafum và cỏc ch t khỏc cú thành ph n khoỏng và đ mn khỏc nhau, chỳng xỏc đnh hi u qu s d ng chỳng trong xi m ng và bờ tụng cao.
D a vào c ch liờn k t v i Ca(OH)2, cú th phõn cỏc ph gia khoỏng thành hai nhúm là ph gia puz lan và ph gia x .
Ph gia puz lan bao g m cỏc cỏc lo i ph gia khoỏng ngu n g c thiờn nhiờn hay nhõn t o, l i đ c chia thành 3 nhúm:
Nhúm 1: bao g m cỏc ph gia mà đ ho t tớnh đ c xỏc đnh b i s t n t i c a SiO2 vụ đnh hỡnh. Cỏc ph gia khoỏng thu c nhúm này bao g m điatụmớt, trờpen, silica fume, tro tr u. Do ph n ng hoỏ h c c a Ca(OH)2 và SiO2 t o thành s n ph m là cỏc hyđrụsilicỏt thu c nhúm CSH(B) cú kớch th c nh d ng gel:
SiO2 + Ca(OH)2 + H2O xCaO.ySiO2.zH2O
Nhúm 2: bao g m cỏc ph gia mà đ ho t tớnh đ c xỏc đnh b i s cú m t c a c SiO2, Al2O3 và meta cao lanh Al2O3.2SiO2. Cỏc thành ph n ho t tớnh c a ph gia khoỏng tham gia ph n ng v i Ca(OH)2 t o thành cỏc s n ph m d ng hyđrụsilicỏt canxi và hyđrụghelenhớt- 2CaO.Al2O3.SiO2.8H2O. Nhúm này bao g m cỏc ph gia khoỏng nh đ t sột nung, meta cao lanh, v.v.
Nhúm 3: bao g m cỏc ph gia ngu n g c nỳi l a nh tỳp, trass, đỏ b t… mà b n ch t ho t tớnh c a nú ph thu c vào d ng thu tinh hyđrỏt và thu tinh khụng hyđrỏt trong ph gia. Ph thu c vào n ng đ Ca(OH)2 cú trong h n h p v i ph gia mà s n ph m t o thành cú th là cỏc khoỏng hyđrụaluminỏt canxi hay hyđrụghelenhớt C4AHx, C2ASH8.
V i ph gia tro, x , ph thu c vào thành ph n hoỏ h c và hàm l ng pha thu tinh và pha tinh th mà nú cú đ ho t tớnh khỏc nhau. ho t tớnh c a tro, x càng cao khi hàm l ng pha thu tinh càng l n. Khi nghi n m n và nhào tr n v i n c, h u h t cỏc thành ph n c a x nghi n m n khụng b hyđrỏt hoỏ, tuy nhiờn khi cú m t Ca(OH)2 thỡ cỏc thành ph n khoỏng c a x l i cú kh n ng hyđrỏt hoỏ. Vỡ v y cú th coi Ca(OH)2 là ch t ho t hoỏ ki m c a x .
Tro, x nhiờn li u c a cỏc nhà mỏy nhi t đi n núi chung cú đ ho t tớnh nh h n x lũ cao h t hoỏ. C ng t ng t nh x lũ cao h t hoỏ, cỏc thành ph n ho t tớnh trong tro, x nhi t đi n s cú kh n ng hyđrỏt hoỏ khi cú m t hyđrụxit canxi.
Nh v y đ làm cho cỏc lo i ph gia khoỏng ho t tớnh k t h p đ c v i n c và r n ch c thỡ trong h n h p ph i cú m t hyđrụxit canxi. Khi tr n xi m ng poúc l ng cú ch a ph gia khoỏng ho t tớnh v i n c thỡ s xu t hi n Ca(OH)2 đ c sinh ra b i quỏ trỡnh thu hoỏ c a cỏc khoỏng silicỏt canxi trong clanhke.
Cỏc lo i ph gia khoỏng ho t tớnh cao
Kh n ng liờn k t v i Ca(OH)2 c a ph gia nhi t đ th ng khi cú n c đ c g i là ho t tớnh puz lanớc. ho t tớnh c a ph gia khoỏng ph thu c vào thành ph n hoỏ, thành ph n khoỏng, đ nghi n m n c a ph gia, và nhi t đ c a mụi tr ng.
ho t tớnh c a ph gia khoỏng th ng đ c đỏnh giỏ thụng qua đ hỳt vụi và ch s ho t tớnh v i xi m ng poúc l ng.
Tiờu chu n M ASTM C618 quy đnh cỏc yờu c u đ i v i tro bay và puz lan t nhiờn s d ng làm ph gia khoỏng cho bờ tụng nh sau (B ng 1.5)
B ng 1.5: Yờu c u k thu t đ i v i ph gia khoỏng cho bờ tụng
Lo i ph gia
N F C
T ng hàm l ng SiO2+Al2O3+Fe2O3, min, % 70 70 50
Hàm l ng SO3, max, % 4,0 5,0 5,0
m, max, % 3,0 3,0 3,0
M t khi nung, max, % 10,0 6,0 6,0
mn, l ng sút sàng 45àm, max, % 34 34 34 Ch s ho t tớnh v i xi m ng, tu i 7 ngày, min, % so v i m u đ i ch ng 75 75 75 Ch s ho t tớnh v i xi m ng, tu i 28 ngày, min, % so v i m u đ i ch ng 75 75 75 L ng n c yờu c u, max, % so v i m u đ i ch ng 115 105 105 Thay đ i th tớch trong avtoclav, max, % 0,8 0,8 0,8 Nhúm ph gia ho t tớnh cao bao g m silica fume, meta cao lanh, tro tr u, tro bay siờu mn, v.v. c tr ng c a nhúm ph gia này là chỳng ch a m t hàm l ng l n cỏc thành ph n cú kh n ng ph n ng m nh v i Ca(OH)2 nh pha thu tinh ho c cỏc ụxit silic, ụxit nhụm vụ đ nh hỡnh, cú kớch th c h t r t nh và t di n tớch b m t l n.
Ph gia khoỏng ho t tớnh cao cú ho t tớnh puz lanic cao h n so v i cỏc ph gia khoỏng nờu trong tiờu chu n ASTM C618. Vớ d đ hỳt vụi c a tro bay ch đ t kho ng 100-200 mgCaO/g ph gia, cũn c a silica fume t 500-600 mgCaO/g, c a meta cao lanh cú th đ t t i 1000 mg/g. Ph gia khoỏng ho t tớnh th p khi s d ng th ng làm gi m c ng đ c a bờ tụng tu i s m, cũn cỏc ph gia ho t tớnh cao khụng cú nh c đi m này. Tuy nhiờn, do cỏc ph gia khoỏng ho t tớnh cao cú t di n tớch b m t l n nờn làm t ng l ng n c yờu c u vỡ v y chỳng ch phỏt huy hi u qu t t khi s d ng k t h p v i ph gia siờu d o.
Silica fume, tro tr u và meta cao lanh là ba lo i ph gia khoỏng cú ho t tớnh cao r t đ c quan tõm. Silica fume là th i ph m c a cụng nghi p, m t s n ph m cú giỏ thành cao, tuy đ c qu ng cỏo r ng nh ng cỏc nhà cung c p (s n xu t chớnh) r t h n ch , ch t p trung cỏc qu c gia cú cụng nghi p luy n kim phỏt tri n. Trong khi đú, tro tr u là s n ph m t th i ph m nụng nghi p nờn vi c s d ng tro tr u cú th coi là s d ng m t s n ph m “xanh’’.
1.5.1.2 Vai trũ c a ph gia khoỏng ho t tớnh trong ch t o bờ tụng c ng đ cao.
Ph gia khoỏng ho t tớnh cao cú m t s tớnh ch t đ c tr ng nh c h t r t nh , c u trỳc vụ đ nh hỡnh, và hàm l ng SiO2 l n. PGK đ c s d ng ch y u đ ch t o bờ tụng khi ph i h p v i ph gia siờu d o. Do tỏc đ ng t ng h c a 2 ph gia này nờn l ng n c yờu c u c a h n h p bờ tụng đ c gi m đỏng k , vỡ v y cú th ch t o h n h p bờ tụng l u đ ng, v i t l N/CKD r t th p. Mà t l N/CKD th p, chớnh là chỡa khoỏ đ đ t c ng đ cao.
Cỏc cụng trỡnh nghiờn c u v PGK cho th y nh h ng cú l i c a PGK đ i v i cỏc tớnh ch t c a bờ tụng đ c t o nờn b i hai hi u ng hoỏ h c và v t lý.
Hi u ng húa h c:
Hi u ng hoỏ h c liờn quan đ n kh n ng ph n ng hoỏ h c c a PGK v i hyđrụxit canxi. Khi xi m ng poúc l ng thu hoỏ, trong s cỏc h p ch t hyđrỏt hỡnh thành cú hai thành ph n chi m th tớch l n trong đỏ xi m ng và nh h ng quy t đnh t i tớnh ch t c a nú là hyđrụxit silicat canxi (CSH) và hyđrụxit canxi (CH). S hỡnh thành c a cỏc h p ch t này cú th bi u di n b ng ph n ng thu hoỏ cỏc khoỏng silicat canxi sau:
Xi m ng + n c = CSH + Ca(OH)2
Hyđrụ silicat canxit (CSH) là ch t k t dớnh t o c ng đ cho bờ tụng. Hyđrụxit canxi (15 - 25 % kh i l ng s n ph m thu húa) là v t li u cú kh n ng hoà tan trong n c và cú c ng đ th p nờn khụng đúng vai trũ quan tr ng trong vi c t ng c ng đ và đ b n c a bờ tụng.
Khi PGK cú m t trong quỏ trỡnh thu hoỏ xi m ng poúc l ng thỡ SiO2 ho t tớnh c a PGK s ph n ng v i hyđrụxit canxi và n c t o thành hyđrụsilicat canxit.
SiO2 (trong PGKHT) + Ca(OH)2 + H2O = CSH (ph n ng puz lanic) Nh v y, nh ph n ng puz lanic này mà hàm l ng hyđrụxit canxi khụng cú tớnh k t dớnh gi m, trong khi đú hàm l ng CSH (s n ph m đem l i c ng đ và đ b n cho bờ tụng) l i t ng lờn. õy là m t trong cỏc hi u ng ch y u c a PGK
nh h ng t i c ng đ và đ b n c a bờ tụng. Hi u ng v t lý:
Hi u ng v t lớ g m 4 hi u ng sau: Hi u ng t ng ch n (Wall Effect), hi u ng bi (Ball Bearing Effect), hi u ng phõn tỏn (Dispersion Effect), hi u ng t ng đ đ c ch c vi c u trỳc (Increased Packing Density).
Trong bờ tụng ch t l ng cao s d ng h n h p ph gia khoỏng tro tr u và tro bay, do hàm l ng SiO2 trong tro bay th p h n nhi u so v i tro tr u nờn nh h ng c a tro bay đ n tớnh ch t c a bờ tụng ch t l ng cao ch y u là do cỏc hi u ng v t lý mang l i[11].
+ Hi u ng t ng ch n (Wall Effect):
Khi xi m ng th y húa, s n ph m th y húa là Ca(OH)2 s l ng đ ng trờn b m t h t c t li u làm cho vựng giao di n chuy n ti p gi a c t li u và đỏ xi m ng b r ng x p làm gi m s bỏm dớnh gi a chỳng. C ch này cú th gi i thớch nh sau: Trờn b m t h t xi m ng cú đ đ m đ c c a cỏc ion cao h n trờn b m t h t c t li u, cỏc ion s chuy n d ch t b m t xi m ng lờn b m t h t c t li u theo c ch khu ch tỏn b i gradien n ng đ . Vỡ v y, khi s d ng tro bay cú thành ph n SiO2 ho t tớnh chỳng s nhanh chúng tỏc d ng v i s n ph m th y húa cú trờn b m t h t c t li u t o ra cỏc s n ph m CSH làm t ng c ng đ , t ng đ đ c ch c vựng giao di n
chuy n ti p, làm t ng đ bỏm dớnh gi a đỏ xi m ng và c t li u. Chớnh vỡ v y, đ i v i bờ tụng ch s d ng xi m ng pooclang thỡ kh n ng ch ng th m c a bờ tụng th ng th p h n so v i bờ tụng cú s d ng PGK ho t tớnh. i u này cú th gi i thớch là do b m t ti p xỳc gi a đỏ xi m ng và c t li u là vựng ti p xỳc y u d b th m n c. Khi pha ph gia khoỏng ho t tớnh, thỡ s liờn k t c a l p ti p xỳc này t ng lờn, t ng đ đ c ch c gi a ph n đỏ xi m ng và c t li u d n đ n t ng tớnh ch ng th m cho bờ tụng. Ngoài vi c t ng c ng kh n ng ch ng th m, do vựng giao di n chuy n ti p đ c làm đ c ch c, c ng đ c a bờ tụng c ng đ c c i thi n rừ r t khi bờ tụng cú s d ng PGKHT. i u này th hi n rừ đ i v i c ng đ bờ tụng cỏc tu i dài lõu.
+ Hi u ng bi (Ball Bearing Effect):
Khi thay th xi m ng b ng tro bay, do cỏc h t tro bay cú d ng hỡnh c u nờn