4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.4.1. Phụ gia Fe(OH)3 vô định hình
Kết quả thí nghiệm của cường độ nén, uốn ở 75oC được thể hiện dưới đây: Bảng 9. Cường độ nén và uốn của xi măng sử dụng phụ gia Fe(OH)3 vô định hình ở 75oC
Mẫu Cường độ nén, N/mm2
, ngày tuổi Cường độ uốn, MPa, ngày tuổi 1 ngày 7 ngày 30 ngày 1 ngày 7 ngày 30 ngày
G 30.2 40.2 42.0 251.7 263.3 270.0 A2 30.9 42.5 43.9 275.0 275.0 291.7 A4 27.5 38.1 38.0 247.5 243.3 245.0 A6 28.7 34.1 34.0 211.7 236.7 236.7 A8 27.1 33.3 33.4 250.0 233.3 236.7 A10 24.1 30.3 29.9 213.3 221.7 238.3 Sự thay đổi cường độ nén và uốn theo thời gian vào hàm lượng phụ gia Fe(OH)3 được thể hiện dưới đây:
47
Hình 10. Sự phát triển cường độ của mẫu xi măng A
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5 10 15 20 25 30 C ư ờ ng độ né n, N /m m 2
Tuổi mẫu, ngày
G A2 A4 A6 A8 A10 0 50 100 150 200 250 300 350 0 5 10 15 20 25 30 C ư ờ n g đ ộ u ố n , M p a
Tuổi mẫu, ngày
G A2 A4 A6 A8 A10
48
Bảng 10. Tỷ lệ thay đổi cường độ của xi măng A so với mẫu gốc
Mẫu
Tỷ lệ thay đổi cường độ nén so với mẫu gốc, %
Tỷ lệ thay đổi cường độ uốn so với mẫu gốc, %
1 ngày 7 ngày 30 ngày 1 ngày 7 ngày 30 ngày
G 0 0 0 0 0 0 A2 2.3 5.7 4.5 9.3 4.4 8.0 A4 -8.9 -5.2 -9.5 -1.7 -7.6 -9.3 A6 -5.0 -15.2 -19.0 -15.9 -10.1 -12.3 A8 -10.3 -17.2 -20.5 -0.7 -11.4 -12.3 A10 -20.2 -24.6 -28.8 -15.3 -15.8 -11.7
Nhìn vào kết quả cường độ nén và uốn của các mẫu xi măng A khi so sánh với xi măng gốc G ta có một vài nhận xét như sau:
Với hàm lượng phụ gia cho vào 2% thì cường độ ở tuổi sớm và muộn đều tăng lên so với mẫu gốc. Đối với cường độ nén, ở tuổi sớm thì tăng nhẹ (2,3% đối với 1 ngày), ở tuổi muộn hơn thì tăng nhiều hơn (5,7% ở tuổi 7 ngày và 4,5% ở tuổi 30 ngày). Cường độ uốn thì tăng mạnh, nhất là ở cường độ sớm (9,3% ở tuổi 1 ngày). Qua đó cho thấy rằng việc pha thêm phụ gia Fe(OH)3 vô định hình vào xi măng ở tỷ lệ 2% có tác dụng làm tăng cường độ ở cả tuổi sớm và muộn, trong đó cường độ uốn tăng rất mạnh.
Khi hàm lượng phụ gia tăng lên (trên 2%) thì cường độ hầu hết đều giảm mạnh so với mẫu xi măng gốc ở các độ tuổi nghiên cứu, mức độ suy giảm càng lớn khi lượng phụ gia tăng, ở tuổi càng muộn thì việc suy giảm cường độ càng thể hiện rõ. Giảm mạnh nhất là từ mẫu A6 đến mẫu A10, có thể thấy cường độ ở tuổi 30 ngày ở mẫu A8 giảm 20,5%, mẫu A10 giảm 28,8% so với mẫu gốc. Với dải hàm lượng trên 2% đã bắt đầu bộc lộ những hạn chế và ảnh hưởng không tốt đến cường độ đá xi măng.
49
Như ta đã biết, cường độ của xi măng phụ thuộc vào: mức độ hydrat hóa xia măng, lượng và bản chất tinh thể hydrat hóa được tạo ra cũng như cấu trúc khung đá xi măng được hình thành.
Khi có mặt phụ gia, đồng nghĩa với việc giảm tương đối lượng xi măng nền, giảm lượng sản phẩm kết dính trong quá trình hydrat hóa, như vậy theo lý thuyết thì cường độ đá xi măng sẽ giảm. Tuy nhiên với 2% hàm lượng Fe(OH)3 vô định hình siêu mịn lại có tác dụng tích cực, làm tăng cường độ ở cả độ tuổi sớm và muộn. Điều này là do một số lý do sau:
Với kích thước rất nhỏ, tích số tan rất nhỏ ( 10-37 ở nhiệt độ nghiên cứu) nên phụ gia có tác dụng như một vi cốt liệu, mầm kết tinh, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành và phát triển của các tinh thể hydrat. Hơn nữa, với số lượng các hạt mịn thích hợp khi bổ sung thêm phụ gia, đã góp phần cải thiện thành phần hạt, cấu trúc đá xi măng được sắp xếp một cách chặt chẽ hơn sau thủy hóa.
Fe(OH)3 một phần có thể kết hợp với Ca(OH)2 tạo thành các khoáng C3FH6 và C2FH8 cũng có tính chất kết dính tương tự như C3AH6 và C2AH8. Việc này làm giảm bớt lượng Ca(OH)2 trong đá xi măng, giảm đáng kể hiện tượng trương nở thể tích về sau làm giảm cường độ đá xi măng ở tuổi muộn. Hơn nữa việc lấy đi một lượng Ca(OH)2 trong quá trình hydrat cũng làm t ạo điều kiện thuận lợi cho các khoáng C3S, C2S tạo ra các hydro silicat canxi có độ ba giơ nhỏ, cường độ tốt là CSH(B).
3 CaO. SiO2 + xH2O → 3CaO. SiO2.x H2O 3 CaO. SiO2.x H2O → C2SH2 + Ca(OH)2 C2SH2 + H2O → CSH(B) + Ca(OH)2
Như đã nói ở trên, khi đưa phụ gia sắt hydroxít vào đá xi măng, trong quá trình hydrat, môi trường mang tính ba giơ, Fe(OH)3 dưới tác dụng của nhiệt độ cao, tham gia phản ứng với các sản phẩm thủy hóa của xi măng tạo thành các khoáng dạng ettringite có sự thay thế của sắt và có tính chất kết dính, kích thước nhỏ nên tăng độ bền của đá xi măng, nhất là cường độ nén:
50
Fe(OH)3 + CaSO4.2H2O Ca6Fe2(SO4)3(OH)2.nH2O
Khoáng này có cấu trúc giống hệt Ettringit, chỉ có khác nhau là vị trí của Al3+ được thay thế bởi Fe3+
(bán kính ion của Al3+ và Fe3+ lần lượt là 0,053nm và 0,069nm), do đó khi phân tích X-ray trực tiếp trên đá xi măng r ất dễ bị nhầm lẫn, khó phân biệt được giữa dạng Ettringit của đá xi măng (có công thức C3A.3CaSO4.32 H2O) và Ettringit (có công thức Ca6Fe2(SO4)3(OH)2.nH2O hoặc 3CaO.Fe2O3.3CaSO4.nH2O) có sự thay thế của sắt.
Do đó, nhằm tránh sự ảnh hưởng của khoáng Ettringit trong đá xi măng, đề tài chứng minh sự tạo thành và tồn tại của khoáng này bằng cách trộn lẫn hỗn hợp bột đá vôi, bột Fe(OH)3 và thạch cao theo tỉ lệ 2CaO: 1(3Fe(OH)3/2CaSO4) rồi cho thủy hóa. Sau thời gian dưỡng hộ 90 ngày đưa đi phân tích XRD cho thấy có sự có mặt của khoáng ettringit dạng sắt thay thế Ca6Fe2(SO4)3(OH)2.nH2O (hình 12). Như vậy khả năng hoạt tính của Fe(OH)3 như đã nhận định ban đầu là hoàn toàn đúng.
Khi hàm lượng phụ gia tăng lên trên 2% thì bắt đầu xuất hiện sự suy giảm cường độ ở mọi độ tuổi nghiên cứu. Điều này là do khi bổ sung quá nhiều phụ gia siêu mịn, cấp phối cỡ hạt lúc này không còn hợp lý, mức độ sắp xếp chặt chẽ của cấu trúc đá xi măng bị giảm đi. Hơn nữa khi thiếu hụt một lượng xi măng đáng kể (nhất là ở hàm lượng phụ gia thay thế trên 6%) đã dẫn tới việc thiếu các tinh thể tạo cường độ chính, làm cho khung cấu trúc xi măng bị suy yếu mà các ưu việt của phụ gia không thể bù đắp nổi.