Bảng 3.6: Độ ổn định thể tích của các mẫu pha phụ gia
Mẫu Độ ổn định thể tích, mm V35P0 1,0 V30P5 1,0 V25P10 1,0 V20P15 1,0 V15P20 1,0 V10P25 1,0 V5P30 1,0 V0P35 1,0 Nhận xét:
Độ ổn định thể tích của các mẫu pha phụ gia có giá trị từ 0,75÷1,0mm,
hoàn toàn bình thường, không có giá trị bất thường, không có dấu hiệu phụ thuộc vào thành phần phụ gia của từng mẫu.
Như vậy, tỷ lệ đá vôi và puzoland trong phụ gia không ảnh hưởng đến độ ổn định thể tích của mẫu xi măng.
3.2.5. Ảnh hưởng c a thành ph n ph ủ ầ ụ gia đến cường độ
Bảng 3.7: Cường độ của các mẫu pha phụ gia
Mẫu Cường độ chịu nén, Mpa
R1 R3 R7 R28 ĐC 16,22 23,3 32,24 52.43 V35P0 10,3 14,5 20,6 32,2 V30P5 10,42 15,52 22,32 34,12 V25P10 11,02 16,32 23,42 35,82 V20P15 11,68 15,88 23,08 36,18 V15P20 12,34 16,34 25,64 42,54
Luận văn Thạc sĩ CBHD: Ts. Nguyễn Thành Đông
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 50
V10P25 12,75 16,85 23,65 38,85
V5P30 13,4 17,00 24,2 39,20
V0P35 13,32 17,12 24,12 38,22
Cường độ là chỉ tiêu Cơ lý có nhiều biến động nhất giữa các mẫu nghiên cứu. Những phân tích dưới đây tập trung làm rõ sự thay đổi cường độ của các mẫu theo thời gian (tuổi mẫu) và tỷ lệ các cấu tử trong phụ gia.
Theo các cấp phối nghiên cứu, có thể tạm chia 8 mẫu chứa phụ gia thành 2 nhóm với tên gọi tắt như sau:
o Nhóm “đá vôi”: là các mẫu mà trong thành phần phụ gia có tỷ lệ đá vôi lớn hơn tỷ lệ puzoland. Đó là các mẫu: V35P0, V30P5, V25P10, V20P15;
o Nhóm “puzoland”: là các mẫu mà trong thành phần phụ gia có tỷ lệ puzoland lớn hơn tỷ lệ đá vôi. Đó là các mẫu: V15P20; V10P25; V5P30;
V0P35.
Hình 3.8 S: o sánh mức độ gia tăng cường độ ở độ tuổi R1 và R3của các
mẫu 40.78 48.94 48.09 35.96 32.41 32.16 26.87 28.53 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 V35P0 V30P5 V25P10 V20P15 V15P20 V10P25 V5P30 V0P35 C ườ ng đ ộ, M P a
So sánh mức độ gia tăng cường độ từ R1-R3 giữa các mẫu
% tăng cường độ
R1 R3 %
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 51 Nhận xét:
Theo dõi, so sánh tốc độ tăng cường độ tuổi sớm của mẫu (R1 và R3)
nhận thấy:
Nhóm mẫu “đá vôi” có tỷ lệ (%) tăng R3 (so với R1) mạnh hơn nhóm mẫu
“puzoland”. 04 mẫu có tốc độ tăng R3 cao nhất đều là các mẫu thuộc nhóm “đá vôi”. Điều này phù hợp với các nghiên cứu đã dẫn ở phần trước của Đề tài khi khẳng định rằng, đá vôi góp phần làm tăng độ tuổi sớm của mẫu;
Trong số 4 mẫu “đá vôi” thì mẫu không chứa puzoland (V35P0) và mẫu chứa nhiều puzoland nhất (V20P15) có tốc độ tăng R3 thấp hơn 2 mẫu còn lại (V30P5, V25P10). Điều này cho thấy tác động làm tăng cường độ
tuổi sớm của đá vôi sẽ mạnh hơn nếu có mặt đồng thời cả puzoland,
nhưng tỷ lệ puzoland phải ở mức nhỏ hơn đáng kể so với đá vôi, tức là đá vôi vẫn phải là thành phần chính. Nếu chênh lệch không nhiều, thì tác động này lại không còn mạnh nữa.
Vậy, nếu sử dụng hỗn hợp đá vôi + puzoland làm phụ gia xi măng với tỷ lệ 35%, và mong muốn đạt được tốc độ tăng cường độ từ 1 ngày tuổi lên 3 ngày tuổi (R1 lên R3) cao nhất, thì nên sử dụng thành phần cấp phối phụ
gia là: đá vôi + puzoland = 30+5 hoặc 25+10. Tính theo % puzoland
trong phụ gia, thì nên sử dụng cấp phối chứa từ 15÷30% puzoland cùng
Luận văn Thạc sĩ CBHD: Ts. Nguyễn Thành Đông
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 52
Hình 3.9: Biểu đồ so sánh mức độ gia tăng cường độ ở độ tuổi R3 và R7
của các mẫu nghiên cứu
Theo dõi thay đổi cường độ từ tuổi mẫu 3 ngày lên 7 ngày đã có sự thay
đổi. Nhóm mẫu “đá vôi” vẫn có tốc độ tăng cường độ (R3-R7) cao hơn nhóm mẫu “puzoland” nhưng sự chênh lệch đã giảm đi so với tốc độ tăng R1-R3. Như vậy, khả năng làm tăng cường độ ở 7 ngày tuổi của nhóm “đá vôi” đã chậm lại, của nhóm “puzoland” đã tăng lên, dù vẫn thấp hơn nhóm “đá vôi” nhưng không quá nhiều.
Đặc biệt, mẫu V15P20 có tốc độ tăng từ R3 lên R7 cao nhất, và cao hơn hẳn tất cả các mẫu còn lại khoảng 10%. Điều này cho thấy ở tỷ lệ cấp phối này, mẫu có tốc độ tăng cường độ (R3-R7) cao nhất, tức là ảnh hưởng của tương quan tỷ lệ đá vôi – puzoland đến cường độ tuổi sớm của mẫu đạt cực đại.
42.07 43.81 43.50 45.34 56.92 40.36 42.35 40.89 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0 5 10 15 20 25 30 V35P0 V30P5 V25P10 V20P15 V15P20 V10P25 V5P30 V0P35 C ườ ng đ ộ, M P a % tăng cường độ
So sánh mức độ gia tăng cường độ từ R3đến R7giữa các mẫu
R3 R7
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 53
Hình 3.10: Biểu đồ so sánh mức độ gia tăng cường độ ở độ tuổi R7 và R28
của các mẫu nghiên cứu
Ở độ tuổi muộn (R28), tác động đến cường độ của đá vôi và puzoland đã có sự đảo chiều. Nhóm mẫu “đá vôi” có tốc độ tăng cường độ (R7-R28) thấp hơn nhóm mẫu “puzoland” khoảng 10%. Diễn biến này cũng phù hợp với các nghiên cứu đã
dẫn rằng, puzoland trong phụ gia có tác động làm tăng cường độ tuổi muộn của mẫu, chứ không phải là đá vôi.
Mẫu V15P20 vẫn có tốc độ tăng từ R7 lên R28 cao nhất. Như vậy có thể kết luận rằng, khi dùng 15% đá vôi + 20% puzoland sẽ cho tốc độ phát triển cường độ nhanh nhất ở cả tuổi mẫu sớm và tuổi mẫu muộn. Về giá trị cường độ, mẫu này cũng có R3, R7 và R28 cao nhất, còn R1 chỉ xếp thứ 4 trong tổng số 8 mẫu pha phụ
gia.
Ngoài ra, trong nhóm mẫu “puzoland”, mẫu V0P35 có tốc độ tăng cường độ thấp nhất. Như vậy là, ở cường độ tuổi sớm, đá vôi có tác động mạnh hơn nếu có
thêm puzoland, thì ở cường độ tuổi muộn, puzoland có tác động mạnh hơn khi có
56.31 52.87 52.95 56.76 65.91 64.27 61.98 58.46 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 V35P0 V30P5 V25P10 V20P15 V15P20 V10P25 V5P30 V0P35 C ườ ng đ ộ, M P a
So sánh mức độ gia tăng cường độ từ R7đến R28giữa các mẫu
% tăng cường độ
R7 R28 %
Luận văn Thạc sĩ CBHD: Ts. Nguyễn Thành Đông
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 54
mặt đá vôi. Cụ thể, nên sử dụng từ 30÷45% đá vôi cùng với 55÷70% puzoland sẽ cho cường độ tuổi muộn cao, trong đó tỷ lệ cấp phối tối ưu nhất là 43% đá vôi xanh Hồng Sơn + 57% bazan Mỏm Chanh sẽ cho R28cao nhất.
3.2.6. Khảo sát cấu trúc xi măng bằng XRD và SEM
Từ những số liệu, phân tích, nhận xét đã nêu, có thể thấy rằng giữa đá vôi
và puzoland có mối tương hỗ lẫn nhau trong quá trình ảnh hưởng đến cường độ của mẫu ở các độ tuổi. Xu hướng tác động của cấu tử này sẽ mạnh hơn nếu có thêm sự có mặt của cấu tử kia, với một tỷ lệ thiểu số.
Để tìm hiểu cơ chế của tác động tương hỗ này, Đề tài đã tiến hành chụp
SEM một số mẫu. Kết quả cho thấy:
Hình ảnh chụp SEM của mẫu V20P15 ở độ tuổi 3 ngày cho thấy cấu trúc của mẫu này khá xốp, với nhiều lỗ rỗng. Các tinh thể ettringite dạng hình que xuất hiện nhưng với mật độ thưa thớt, phân bố rải rác trong cấu trúc.
Hình 3.11: Ảnh SEM của mẫu V20P15 ở độ tuổi 3 ngày
Trong khi đó, mẫu V15P20 (3 ngày) có cấu trúc sít đặc hơn hẳn, các tinh thể ettringite phát triển mạnh, phân bố dày đặc và có kích thước lớn hơn. Nhờ vậy, mẫu này cho R3 cao hơn.
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 55
Hình 3.12: Ảnh SEM mẫu V15P20 ở độ tuổi 3 ngày
Gel Canxi Silicat Hydrat (CSH) được hình thành từ phản ứng thủy hóa của
Alit trong clinker và phản ứng pozzolanic của pozzolans (nhóm các vật liệu silic hoặc silic và alum i):
2Ca3SiO5 + 7H2O → 3CaO·SiO2·4H2O + 3Ca(OH)2 Ca(OH)2 + H4SiO4 → CaH2SiO4·2H2O (CSH)
Ở đây, pozzolans chính là puzoland trong phụ gia. Sự có mặt của cấu tử này đã thúc đẩy phản ứng hình thành CSH theo phản ứng trên, làm bộ khung cho cấu
trúc của mẫu, tạo cường độ. Tác động này mạnh, yếu khác nhau ở các mẫu tùy thuộc vào tương quan tỷ lệ clinker đá vôi –- puzoland. Và như đã phân tích ở trên, ở độ tuổi 3 ngày thì mẫu V15P20 là tối ưu nhất. Ở thành phần này của phụ gia (15%
puzoland + 20% đá vôi), tương hỗ giữa puzoland với đá vôi là có lợi nhất cho cường độ mẫu.
Để đánh giá quá trình phát triển cường độ, Đề tài đã chụp SEM mẫu V15P20 ở các độ tuổi: 1 – – – 3 7 28 ngày.
Luận văn Thạc sĩ CBHD: Ts. Nguyễn Thành Đông
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 56
Hình 3.13: Cấu trúc mẫu V15P20 ở tuổi mẫu 1 ngày
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 57
Hình 3.15: Cấu trúc mẫu V15P20 ở tuổi mẫu 7 ngày
Luận văn Thạc sĩ CBHD: Ts. Nguyễn Thành Đông
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 58
Từ hình ảnh SEM của mẫu ở 4 độ tuổi khác nhau nêu trên, có thể thấy diễn biến phát triển cường độ phụ thuộc nhiều vào cấu trúc và thành phần khoáng của mẫu. Cụ thể là:
R1: Tinh thể ettringite hình que xuất hiện nhưng với mật độ thưa thớt, phân bố rải rác trong cấu trúc. Còn chứa nhiều lỗ xốp.
R3: Cấu trúc sít đặc hơn tuy vẫn còn lỗ rỗng nhưng đã giảm đi. Tinh thể ettringite dày đặc, đan xen nhau thành các khung. Các tinh thể dạng tấm xuất hiện, chồng lấn nhau thành từng lớp. Bắt đầu xuất hiện tinh thể hình cầu.
R7: Tinh thể ettringite đã hoàn toàn nằm trong cấu trúc nên không
còn quan sát thấy nữa, chứng tỏ cấu trúc đã phát triển đầy đủ và đang trong quá trình hoàn thiện. Tinh thể hình tấm là chủ đạo, tạo lên cấu trúc khá sít đặc cho mẫu. Lỗ xốp vẫn còn nhưng đã giảm mạnh so với các độ tuổi trước.
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 59
Chương 4: KẾT LU N Ậ
Từ các kết quả nghiên cứu, có thể đi đến những kết luận sau đây:
Đá vôi và puzoland tự nhiên có thể sử dụng làm phụ gia cho xi măng
poóc-lăng hỗn hợp;
Khi sử dụng đồng thời, hỗn hợp đá vôi – puzoland tự nhiên không có tác động đến thời gian ninh kết, nước tiêu chuẩn, độ ổn định thể tích của xi măng.
Hỗn hợp đá vôi – puzoland tự nhiên ó ảnh hưởng làm tăng tốc độ phát c
triển cường độ tuổi sớm và tuổi muộn của xi măng.
Ở độ tuổi sớm: sử dụng cấp phối chứa từ 15÷30% puzoland cùng với 70÷85% đá vôi sẽ cho tốc độ phát triển cường độ sớm cao.
Ở độ tuổi muộn: sử dụng từ 30÷45% đá vôi cùng với 55÷70% puzoland sẽ cho tốc độ phát triển cường độ tuổi muộn cao.
Cấp phối tối ưu nhất là 43% đá vôi xanh Hồng Sơn + 57% bazan Mỏm
Chanh. Cấp phối này cho tốc độ tăng cường độ ở tất cả các tuổi mẫu nghiên cứu (R1-R3-R7-R28) cao, giá trị cường độ kháng nén ở các độ tuổi cũng cao, trong đó R7 và R28 là cao nhất so với các mẫu khác.
Luận văn Thạc sĩ CBHD: Ts. Nguyễn Thành Đông
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Influence of various amounts of limestone powder on performance of Portland limestone cemrnt concretes, Ali A.Ramezanianpoura, E.Ghiasvandb, I. Nicksereshtb, M. Mahdikhanib, F. Moodib; aHead of Concrete Technology and Durability Research Center, Amirkabir University of Technology,
Tehran, Iran; bDepartment of Civil Engineering, Amirkabir University of
Technology, Tehran, Iran;
2. Limestone filler cement in low w/c concrete: A rational use of energy, V.
Bonavetti, H. Donza, G. Menéndez, O. Cabrera, EF Irassar - Departamento de
Ingenierıa Civil, Facultad de Ingenierıa, Universidad Nacional del Centro de
la Provincia de Buenos Aires, Argentina
3. Limestone-filled pozzolanic cement M. Heikal ; a, *, H. El-Didamony b , M.S. Morsy c; a Institute of Efficient Productivity, Zagazig University, Zagazig,
Egypt; b Faculty of Science, Zagazig University, Zagazig, Egypt c Building ;
Research Center, PO Box, 1770, Cairo, Egypt;
4. Mechanical properties and durability of mortar and concretecontaining natural pozzolana and limestone blended cements M. Ghrici; a, S. Kenaib,* , M. Said-Mansourc; aCivil Engineering Department, University of Chlef, Algeria; bGeomaterials Laboratory, Civil Engineering Department,
University of Blida, P.O. Box 270, Blida, Algeria; cCivil Engineering Department, University of Tiaret, Algeria;
5. Portland-limestone cements. Their properties andhydration compared to those of other composite cements N. Voglis; a, G. Kakalia, E. Chaniotakis b, S. Tsivilisa; a Labs of Inorganic and Analytical Chemistry, Department of Chemical Engineering, National Technical University of Athens,9 Heroon Polytechniou St., Athens 15773, Greece; b Research and Quality Department, Kamari Plant, Titan Cement Company S.A., P.O. Box 18, 19200 Elefsina, Attica, Greece;
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng 61
6. Influence of volcanic originated natural materials as additives onthe setting
time and some mechanical properties of concrete A.C. Aydin * , R. Gu¨l; ; Atatu¨rk University, Engineering Faculty, Department of Civil Engineering, 25240 Erzurum, Turkey;
7. Pozzolanic Cements* Franco Massazza Italcementi, Via G. Camozzi 124, ; ,
24100 Bergamo, Italy;
8. Kỹ thuật sản xuất xi măng Pooclăng và các chất kết dính ; PGS. Bùi Văn Chén, Bộ môn CNVL Silicat, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội;
9. Nghiền xi măng – Năng suất, Chất lượng (Volume 1) Bộ môn CNVL Silicat,; Trường đại học Bách Khoa Hà Nội;- 2013;
10. Trần Nghi (Tác giả) 2003. Thạch học đá trầm tích. Nhà xuất bản Đại học
Quốc gia Hà Nội;
11. Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng đá bazan Mỏm Chanh (Hà Nam) làm phụ gia xi măng” Công ty Khoáng chất công nghiệp và Cơ khí (Tổn- g Công ty Khoáng