L ỜI CÁM ƠN
4. Đối tượng nghiê nc u: 12 ứ
1.3.2 các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hydrat hóa, đóng rắn và phát triển
cường độ của xi măng pooclăng[9]:
1.3.2.1 Tác động của thành phần khoáng có trong xi măng:
Thành ph n khoáng cầ ủa xi măng và tỷ ệ ủ l c a chúng là những yế ốu t chính nh ả hưởng đến đông kết và đóng rắn xi măng. Như đã đề ậ ở c p trên, các thành ph n ầ
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng khoáng khác nhau s cho thẽ ấy các đặc tính khác nhau khi ph n ng v i ả ứ ớ nước. Ví d , ụ s ự hàm lượng C3A tăng có thể tăng tốc độ đông kết và tốc độ đóng rắn của xi măng và nhi t th y hóa cao cùng m t lúc. ệ ủ ộ
Nói chung, n u trế ộn thêm các phụ gia khoáng vào clinker xi măng, việc chống ăn mòn sẽ tăng lên và nhiệt thủy hóa và cường độ ớ s m sẽ ả gi m.
1.3.2.2 T l th ch cao cho vào: ỷ ệ ạ
Thạch cao được gọi là chất làm chậm của xi măng mà chủ ếu dùng để điề y u chỉnh thời gian đông kết xi măng và là thành phần không th thi u. N u không có ể ế ế thạch cao, clinker xi măng có thể ngưng tụngay lậ ứp t c khi tr n vộ ới nước và gi i ả phóng nhi t. Lý do chính là Cệ 3A trong clinker có th ể hòa tan trong nước một cách nhanh chóng để ạ t o ra m t lo i canxi aluminate hydrate, m t chộ ạ ộ ất đông cứng, d n ẫ đến không s dử ụng xi măng một cách bình thường. Cơ chế làm ch m th ch cao là: ậ ạ khi xi măng hydrat hóa, thạch cao ph n ng v i Cả ứ ớ 3A nhanh chóng t o ra canxi ạ sulfoaluminate hydrate, t o thành l p bạ ớ ảo vệtrên các hạt xi măng để ả c n tr s ở ự hydrat hóa của C3A và làm chậm thời gian đông kết xi măng.
Nếu hàm lượng thạch cao quá ít, ảnh hưởng ch m phát tri n s không rõ ràng. Quá ậ ể ẽ nhi u thề ạch cao sẽ đẩy nhanh quá trình đông kết xi măng vì thạch cao có thểlàm đông cứng (đông kết nhanh, đông kết giả). Lượng th ch cao thích h p ph thu c ạ ợ ụ ộ vào hàm lượng C3A trong xi măng và hàm lượng SO3 trong thạch cao, và nó cũng liên quan đến độ ị m n của xi măng và hàm lượng SO3trong clinker. Lượng th ch ạ cao cần chi m t 3% -5% khế ừ ối lượng xi-măng. Nếu hàm lượng c a thạch cao vượt ủ quá gi i h n, nó s làm giớ ạ ẽ ảm cường độ của xi măng và nó thậm chí có th dể ẫn đến s không ự ổn định th tích, s ể ẽ gây ra tăng sự phá hủy đá xi măng. Như vậy tiêu chu n quẩ ốc gia yêu cầu hàm lượng SO3 không được lớn hơn 3,5%.
1.3.2.3 Tác động của độ ịn xi măng m :
Kích thước của các hạt xi măng ảnh hưởng tr c tiự ếp đến quá trình th y hoá, ủ đông kết và đóng rắn, cường độ và nhi t th y hóa. ệ ủ
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng hóa, đông kết và đóng rắn xi măng poóc lăng bị ạ h n ch b i Cế ở 3S, C3A. Và t t c ấ ảcác chất ph gia có ụ ảnh hưởng đến s hydrat hóa cự ủa C3S, C3A có th ể làm thay đổi bản chất (tính năng) của vi c hydrat hóa, việ ệc đông kết và đóng rắn xi măng poóc lăng. Ví dụ, các tác nhân tăng tốc (như CaCl2, Na2SO4) có th ể tăng tốc độ hydrat hóa và đóng rắn xi măng và tăng cường độ ủa nó. Ngượ ạ c c l i, ch t làm chấ ậm (như canxi lignosulphonat) có th làm chể ậm sự hydrat hóa và đóng rắn xi măng và ảnh hưởng đến s phát triự ển cường độ ban đầu.
1.3.2.4 Tác động c a tu i bủ ổ ảo dưỡng:
Việc hydrat hóa và đóng rắn xi măng là một quá trình liên tục trong một thời gian dài. V i sớ ự gia tăng mức độ dưỡng m củẩ a các khoáng clinker khác nhau trong các hạt xi măng, gel sẽ phát triển và độ ố x pmao m ch sạ ẽ ảm, cho phép cường độ gi
tăng lên cùng vớ ự tăng đội s tuổi. Đã được ch ng minh rứ ằng xi măng phát ểtri n cường độ nhanh trong vòng 28 ngày và ch m sau 28 ngày. ậ
hydrat hóa s nhanh chóng, vi
Do đó, sự ẽ ệc đông kết và đóng rắn sẽ được đẩy nhanh tương ứng và cường độ ban đầu s ẽcao.
Tuy nhiên, nếu các hạt xi măng quá nhỏ ấ ễ, r t d ph n ng vả ứ ới nước và canxi dioxit trong không khí để làm h ng vi c b o quỏ ệ ả ản xi măng. Nếu xi măng quá mịn, độ co ngót c a nó r t lủ ấ ớn trong quá trình đóng rắn. Vì vậy, xi măng nghiền mịn hơn, s tiêu tẽ ốn nhiều năng lượng và chi phí s ẽ cao hơn. Thông thường, kích thước hạt của các hạt xi măng là trong 7-200 µm (0.007-0.2 mm).
1.3.2.5 Tác động củ ỷ ệa t l N/X ( t l ỷ ệ nước trên xi măng):
Nếu lượng xi măng không đổi, s ự gia tăng lượng nước trộn s ẽ làm tăng lượng l x p, làm giỗ ố ảm cường độ của hồ xi măng và kéo dài thời gian đông kết. Do đó, trong thực tế, lượng nước và xi măng sẽ được thay đổi mà không làm thay đổ ỷ ệi t l nước/xi măng (lượng xi măng tối thiểu được điều chỉnh để đả m bảo độ ề b n c a bê ủ tông) khi điều ch nh tính công tác cỉ ủa bê tông xi măng.
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng 1.3.2.6 Tác động của ph gia hóa h c: ụ ọ
Hydrat hóa, đông kết và đóng rắn xi măng poóc lăng bị ạ h n ch b i Cế ở 3S, C3A. Và t t c ấ ảcác chất ph gia có ụ ảnh hưởng đến s hydrat hóa cự ủa C3S, C3A có th ể làm thay đổ ải b n chất (tính năng) của việc hydrat hóa, việc đông kết và đóng rắn xi măng poóc lăng. Ví dụ, các tác nhân tăng tốc (như CaCl2, Na2SO4) có th ể tăng tốc độ hydrat hóa và đóng rắn xi măng và tăng cường độ ủa nó. Ngượ c c lại, ch t ấ làm chậm (như canxi lignosulphonat) có thể làm chậm sự hydrat hóa và đóng rắn xi măng và ảnh hưởng đến s phát triự ển cường độ ban đầu.
1.3.2.7 Tác động của điều kiện bảo qu n: ả
Kho ch a không phù hứ ợp sẽ làm xi măng bị ẩ m. Các b mề ặt hạt xi măng kết h p vợ ới hơi ẩm gây vón c c vì hydrat hóa, làm giụ ảm cường độnghiêm trọng. Việc hydrat hoá và cacbonat hóa chậm sẽ ả x y ra do ảnh hưởng của nước và CO2 trong không khí, mặc dù lưu kho tốt.
Cường độ ả gi m t 10% -20% sau 3 tháng, t 15% -30% sau 6 tháng, giừ ừ ảm 25% -40% sau 1 năm, vì vậy thời gian b o qu n hi u qu cả ả ệ ả ủa xi măng là 3 tháng và không nên để xi măng trong một kho ng th i gian dài.ả ờ
1.3.2.8 Tác động của điều kiện bảo dưỡng:
Môi trường bảo dưỡng có đủ nhiệt độ và độ ẩm có lợi cho s hydrat hóa và ự đông kết và đóng rắn quá trình xi măng và lợi ích cho s phát tri n c a cưự ể ủ ờng độ ban đầu. Nếu độ ẩ m của môi trường rất khô, nước trong xi măng sẽ bay hơi, dẫn đến việc không đủ độ ẩ m và ngừng quá trình đóng rắn. Đôi khi các vế ứt n t nghiêm tr ng s xọ ẽ ảy ra.
Thông thường, nhiệt độ tăng lên vào thời gian b o qu n và vi c hydrat hóa xi ả ả ệ măng và sự phát triển cường độ ớ s m tr nên nhanh. Nở ếu quá trình đóng rắn x y ra ả ở nhiệt độ ấp, cường độ th cuối cùng s không b ẽ ị ảnh hưởng mặc dù s phát tri n ự ể cường độ chậm. Nhưng nếu nhiệt độ dưới 0oC, việc hydrat hóa xi măng sẽ ừ d ng l i ạ và cường độ ẽ s không chỉ ừ d ng phát tri n mà còn phá hu cể ỷ ấu trúc xi măng do sự ngưng tụ ủa nước (đóng băng và tan băng). c
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng Ngoài ra trong môi trường bảo dưỡng thì áp su t cấ ủa môi trường cũng ảnh hưởng đến quá trình hydrat hóa xi măng. Với áp su t th p thì ấ ấ ảnh hưởng không đáng kể. Còn khi dưới tác d ng c a áp suụ ủ ất cao thì quá trình hydrat hóa đóng rắn của xi măng sẽ ảy ra rấ x t nhanh.
Trong thực tế, quá trình đông kết và đóng rắn các sản phẩm xi măng được đẩy nhanh bằng phương pháp bảo dưỡng bằng hơi nước nóng và chưng áp.
=> Các yếu tố đầu không đổi với mỗi loại xi măng cụ ể th duy chỉ có tác động của điều ki n bệ ảo dưỡng là ảnh hưởng đế ấ ản t t c các loại xi măng khác nhau bởi vì: + Nhiệt độ môi trường trong công tác thi công xây d ng là luôn khác nhau. ự
S + ự hydrat hóa và phát triển cường độ ở các nhiệt độ khác nhau là khác nhau, đặc bi t tu i s m ệ ở ổ ớ
Cần nghiên cứ ảnh hưởng của nhiệt độ ảo dưỡng, thời điểm bảo dưỡng và u b thời gian bảo dưỡng tới quá trình hidrat hóa và phát triển cường độ ủa xi c măng
1.3.3 Các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng tới sự phát triển cường độ của xi măng:
1.3.3.1 Các công trình nghiên c u trên th gi i: ứ ế ớ
Vấn đề nghiên cứ ảnh hưởng của nhiệt độ ảo dưỡng đến sựu b hydrat hóa và
phát triển cường độ ủa xi măng đã có nhiề c u công trình nghiên c u cứ ủa các nhà khoa h c trên thọ ế gi i từ ớ các bài báo, t p chí khoa hạ ọ . các công trình này thườc ng nghiên c u chuyên sâu vào m t khía c nh cứ ộ ạ ủa vấn đề và được tổng hợp như sau: `1) Theo[10]
+ Trong thực tế người ta phân chia ra 2 giải nhiệt độ dưới 100 độ C ởáp suất khí quyển và trên 100 độ C v i áp suớ ất hơi nước bão hòa tương ứng .
a ) Verbeck ch ra rỉ ằng[11]
+ nhiở ệt độ < 4°C thì quá trình hydrat hóa hay phát triển cường độ ủ c a xi
măng xảy ra r t ch m hấ ậ ầu như không xảy ra và có th làm giể ảm cường độ ủ c a xi
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
+ nhiệt độ môi trường bảo dưỡng từ 35°C tr ở lên sẽ làm giảm cường độ ủ c a
tuổi muộn.
b ) Idorn[12] Làm thí nghiệm với xi măng có thành phần: C3S-57%, C2S-17%, C3A-
7%, C4AF-8%, thạch cao-4%, Na2O-0.4%, K2O-0.4%, w / c = 0.4. và ởcác nhiệ ột đ
10, 20 và 40 ° C có k t luế ậ ởn. nhiệt độ cao hơn tốc độ hydrat xảy ra sớm hơn với
tốc độ nhanh hơn so với nhiệt độthấp hơn. Được mô tả như đồ ị th sau.
Hình 1. 9. thì bi u di n tĐồ ể ễ ốc độ n tiế hóa nhiệt hay là tốc độ hydrat hóa v i th i ớ ờ gian tr n vộ ới nước ở các nhiệt độ khác nhau.
c ) các tác giả Odler và Skalny[13] tìm thấy mức độ hydrat của C3S sau 6 gi ờ ở
nhiệt độ 50, 75 và 100 ° C tương ứng là 23, 36 và 48%. Ở 100 ° C, sự hydrat hóa của C3S đã hoàn thành sau 3 ngày.
2) theo các tác gi ảKarim Ezziane, El-Hadj Kadri, Abdelkader Bougara, and Rachid
Bennacer[14]
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng Với mức thay thếkhác nhau v khề ối lượng xi măng ằb ng : 30 và 50% xỉ; 10, 20, 30 và 40% cho puzolan t nhiênự ; và 5, 15, và 25% đối v i bớ ột đá vôi. Các mẫu được b o qu n trong phòng ả ả ẩm ướt dưới nhiệt độ khác nhau, c là (20, 40, và 60 ° C) ụthể
t lu
có các kế ận như sau:
- đối với xi măng OPC quá trình hydrat hóa và phát triển cường độ là một đường tuy n tính. ế
- s hydrat hóa chự ậm hơn của xi măng với tăng SCM.
- cường độlâu dài ph thuụ ộc vào nhiệt độ ảo dưỡng đượ b c th hiể ện bằng một biểu thức parabol trái với phương pháp cổ điển dạng tuyến tính trong trường hợp xi măng Portland thông thường (OPC). Điều này bi u hi n mể ệ ới chính xác hơn trong việc dự đoán ảnh hưởng của nhiệt độ ảo dưỡ b ng tới quá trình phát triển cường độ với một ph n cầ ủa xi măng thay thế ằ b ng SCM
-S hiự ện diện của các vật liệu này trong thành phần của xi măng làm thay đổi đáng kể độ ng h c hydrat hóọ a và cho xi măng hỗn h p hoợ ạt động tốt hơn trong môi trường nóng
3) Pratik Deogekar, Ashwini Jain, Sudhanshu Mishra, Prakash Nanthagopalan. (Khoa K thu t Xây d ng, Vi n Công ngh ỹ ậ ự ệ ệ Ấn Độ Bombay, Mumbai, Ấn Độ)[15] Ti n hành làm thí nghiế ệm như sau:
- Đã khảo sát ở các nhiệt độ 50°C, 60°C, 70°C với các thời gian sau khi đúc
mẫu là 2h và 4h. Với thời gian bảo dưỡng nhiở ệt độ cao là 6h, 8h và xác định cường độ 1d, 7d, 28d
Cho các kết luận sau:
+ Tất cả các mẫu bê tông được xử lý bằng hơi nước tạo ra độ nén cao hơn so v i ớ m u bê tông ẫ được xử lý bằng nước ở ổ tu i 0.5 ngày
+ Xem xét cường độ nén ban đầu và cuối cùng đã được quan sát th y nhi t ấ ệ độ ối ưu t là 60oC
+ Thời gian trễ ủ c a chu trình bảo dưỡng hơi nước có ảnh hưởng đáng kể đế n cường độ nén ban đầ ởu nhiệt độ ấp hơn th
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng +người ta thấy rằng ảnh hưởng của nhiệt độ là quan trọng hơn so với thời gian bảo dưỡng và th i gian ờ điểm bảo dưỡng.
1.3.3.2 Các công trình nghiên cứu trong nước:
1 ) Các tác giả : Vũ Mạnh Huy n ( Vi t Nam curi Tec), Nguyề ệ ễn Văn Khương (Tập đoàn ầd u khí qu c gia Vi t Nam), Triố ệ ệu Hùng Trường (Trường ĐH mỏ - ch t)[16] ấ
Các tác giả nghiên c u ảnh hưởứ ng c a nhiủ ệt độ và áp suất đến quá trình hy- drat hóa của xi măng từ giai đoạn ngưng kết đến giai đoạn ổn định bằng mô hình bán th c nghi m cho k t qu ự ệ ế ả như đồ sau. thị
Hình 1. 10.Bi u di n mể ễ ức độ hydrat hóa của xi măng và nhiệt độ.
T th ừ đồ ị ta thấy khi nhiệt độ càng tăng thì mức độ hydrat hóa của xi măng càng cao.
ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ đế n quá trình hydrat là lớn hơn rất nhi u so v i áp ề ớ su t. ấ
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
Hình 1. 11. th biĐồ ị ểu diễ ảnh hưởn ng c a nhiủ ệt độ và áp su t lên ái l c hóa hấ ự ọc theo thời gian.
2 ) theo[17] ta nh n thậ ấy :
Nhiệt độcó ảnh hưởng rõ rệt đến s phát triự ển cường độ ủa xi măng và bê tông . c nếu mẫu bê tông bảo dưỡng nhiở ệt độ 150C (độ ẩm 95÷100℅), sau 28 ngày đạt cường độ thi t k thì các nhiệt độ cao hơn ế ế ở , thời gian này được rút ngắn đáng k .(b ng sau) ể ả
Loại xi măng Thời gian đạt cường độ thiết kế (ngày đêm ) ở các nhiệt độ khác nhau
dùng làm bê tông 15°C 20°C 25°C 30°C 35°C
Xi măng PC 300 28 22 16 14 12
Xi măng PC 400 28 20 14 12 10
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG TH C NGHI M Ự Ệ
2.1 Quy trình tiến hành nghiên cứu thực nghiệm: 2.1.1 Sơ đồ thực nghiệm.
Hình 2. 1.Sơ đồ ự th c nghi m ệ
2.1.2 Quá trình thí nghiệm. 2.1.2.1 Cách tiến hành.
Xi măng được trộn đều với nước và cát sau đó được đúc mẫu bằng khuôn có kích thước 40x40x160mm. Sau khi đúc mẫu xong 2 gi ờ thì đem mẫu đi bảo dưỡng ở các nhiệt độ cao là 500C , 700C , 900C và có thời gian lưu mẫ ởu nhiệt độ cao là 4 gi ờ , 8 giờ và 12 giờ. Sau đó lấy mẫu ra bảo dưỡng nhiở ệt độ 270C đến các tu i 1 ổ ngày , 2 ngày, 3 ngày , 7 ngày và 28 ngày thì đem nén mẫu xác định cường độ.
CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng Quá trình lưu mẫ ởu nhiệt độ cao. Mẫu được đ trong khuôn sau đó bọể c một