- Clinke được làm lạnh nhanh, bổ sung thêm thạch cao (35%), sau đó được nghiền vụn.
b. Thủy hóa các thành phần còn lạ
– MgO: được thủy hóa đến khi tạo thành Mg(OH)2.
– Sunfat kiềm sẽnhanh chóng tan vào hỗn hợp khi trộn ximăng với nước lã.
6-38
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết
V. LÝ THUYẾT VỀSỰRẮN CHẮC CỦA XIMĂNG
5.2. Giải thích quá trình rắn chắc của ximăng
Chất lượng công tác bơm trám ximăng được đánh giá bởi sựtạo thành đá ximăng và các tính chất của nó. Quá trình chuyển tiếp từvữa ximăng thành
đá ximăng xảy ra rất phức tạp và nó phụthuộc trực tiếp vào ximăng, các thành phần có trong vữa và điều kiện đông cứng của vữa.
Quá trình nói trên xảy ra từtừqua các giai đoạn: thủy hóa, ngưng kết và
đông cứng tạo độbền.
Quá trình đông cứng của vữa ximăng thường xảy ra rất phức tạp và đã được nghiên cứu từ lâu nhưng chưa có sựgiải thích thống nhất.
6-39
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết
V. LÝ THUYẾT VỀSỰRẮN CHẮC CỦA XIMĂNG
Hiện nay, các cách giải thích cơ chếcủa quá trình đông cứng đều dựa theo 2 thuyết cổđiển:
– Giảthuyết kết tinh Lechatelier (1882) – Thuyết hóa keo Mikhaelix (1893)
Theo Lechatelier,các khoáng vật của clinke có độhòa tan lớn hơn nhiều so với các liên kết của chúng với nước. Do đó khi hợp nước, các khoáng vật này nhanh chóng hòa tan, xảy ra quá trình thủy hóa và trong vữa tạo thành các liên kết silicat, aluminat, ferit… tan chậm trong nước.
6-40
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết
V. LÝ THUYẾT VỀSỰRẮN CHẮC CỦA XIMĂNG
Vữa ximăng từtừbão hòa các sản phẩm của quá trình thủy hóa, chúng sẽ
lắng xuống ởdạng tinh thểnhỏhoặc sợi dài. Các tinh thểnày sẽđan lại với nhau tạo mạng tinh thểkhông gian.
Khoảng trống giữa các tinh thểđược lấp đầy bởi nước đã hòa tan các sản phẩm thủy hóa, không khí, các sản phẩm chưa thủy hóa. Khối mạng tinh thể
tạo thành như vậy chính là đá ximăng.
11
6-41
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết
V. LÝ THUYẾT VỀSỰRẮN CHẮC CỦA XIMĂNG
Theo Mikhaelix, các khoáng vật của clinke bịthủy hóa ởtrạng thái cứng (không qua trạng thái hòa tan) bằng cách liên kết với nước theo bềmặt các hạt. Các hạt ximăng được bao phủbằng một lớp màng làm thểtích của chúng tăng dần. Các hạt ximăng sau thủy hóa kết hợp với nhau, xen ghép lẫn nhau, làm chặt dần khối vữa và tạo thành đá ximăng.
Độbền của đá ximăng do lực hút phân tử(yếu hơn lực liên kết ion). Tuy nhiên, đá ximăng có độbền cao là do bềmặt đơn vịcủa các hạt gel và bề
mặt tiếp xúc giữa chúng rất lớn, quá trình đông cứng là quá trình làm chặt dần của gel.
Ngoài cách giải thích trên, còn nhiều cách giải thích khác vềquá trình đông cứng của vữa và độbền của đá ximăng.
6-42
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết
V. LÝ THUYẾT VỀSỰRẮN CHẮC CỦA XIMĂNG
5.3. Đặc điểm quá trình thủy hóa và đông cứng ximăng
Vềchi tiết, quá trình thủy hóa của C3S được chia thành 5 giai đoạn:
– Tiền cảm ứng(preinduction):vài phút, tỏa nhiều nhiệt, thủy hóa sơ bộ
– Cảm ứng(induction):vài giờ, tỏa nhiệt rất ít, tạo vỏbảo vệ
– Tăng tốc phản ứng(acceleration) vàgiảm tốc phản ứng(deceleration): vài
ngày, thủy hóa mạnh, mạng tinh thểhình thành và hệthống bắt đầu phát triển
độbền. Khi độrỗng giảm, thủy hóa sẽchậm lại. Giai đoạn này còn gọi là giai
đoạn đông cứng.
– Khuếch tán(diffusion): giai đoạn sau cùng, thủy hóa chậm dần, mạng tinh thể
chặt sít, độbền tăng.
Mặc dù thủy hóa của C3S thường được dùng đểmô phỏng quá trình thủy hóa ximăng Portland, cần lưu ý là còn nhiều thông sốkhác có liên quan.
6-43
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết
V. LÝ THUYẾT VỀSỰRẮN CHẮC CỦA XIMĂNG
Quá trình thủy hóa ximăng là một chuỗi các phản ứng hòa tan và tạo kết tủa giữa các khoáng vật của clinke và nước, làm cho vữa ximăng đặc và từtừ
cứng lại. Các phản ứng này diễn ra đồng thời với tốc độkhác nhau. Hòa tan và hình thành gel C-S-H Giai đoạn cảm ứng Hình thành nhanh C-S-H và CH Đông cứng ban đầu Đông cứng sau cùng Hình thành monosulphat Các phản ứng khuếch tán phút giờ ngày Nh i ệ t l ượ ng t ỏ a r a
Hình 6.6. Ví dụquá trình thủy hóa ximăng Portland
6-44
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết
V. LÝ THUYẾT VỀSỰRẮN CHẮC CỦA XIMĂNG
C-S-H, calcium silicat hydrate (xCaO.SiO2.yH2O), là sản phẩm sau thủy hóa của C3S và C2S. Giá trịx và y thay đổi phụthuộc thành phần tỉlệcác chất tham gia phản ứng thủy hóa, nhiệt độ, các chất phụgia.
Ởđiều kiện bình thường, C-S-H chiếm khoảng 70% lượng ximăng Portland bịthủy hóa, và là thành phần chính của đá ximăng.
Thành phần Ca(OH)2chiếm khoảng 15 – 20% trong đá ximăng, tồn tại dưới dạng tinh thểdẹt 6 cạnh.
12
6-45
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết
V. LÝ THUYẾT VỀSỰRẮN CHẮC CỦA XIMĂNG