Chƣơng 1 : TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về phụ gia hóa học cho bê tông
1.2.5. Cơ chế tƣơng tác giữa xi măng, nƣớc
Xi măng – nƣớc là hệ phân tán đặc biệt vì trong quá trình hydrát hóa xi măng póoclăng làm cho thành phần, cấu trúc và trạng thái của hệ luôn biến đổi theo thời gian.
19
Hydrát hóa xảy ra ngay khi xi măng tiếp xúc với nƣớc và quá trình này kéo dài nhiều năm. Có thể chia quá trình hydrát hóa xi măng póoclăng thành 4 giai đoạn (hình 1.1) [21][23]: + Giai đoạn I (giai đoạn khởi đầu): Ngay sau khi xi măng tiếp xúc với nƣớc xảy ra quá trình thấm ƣớt, quá trình hòa tan kiềm và phản ứng hydrát hóa nhanh trên bề mặt các hạt xi măng. Các sản phẩm hydrát hóa tạo thành nhanh chóng bao bọc các hạt xi măng, cản trở sự xâm nhập của nƣớc để tiếp tục hydrát hóa sâu. Vì thế, tốc độ hydrát hóa chậm lại. Giai đoạn này, kéo dài khoảng 15-20 phút.
+ Giai đoạn II (giai đoạn cảm ứng): Trong giai đoạn này tốc độ hydrát hóa rất chậm. Lúc này cơ chế phản ứng bị biến đổi. Phản ứng chớp nhoáng trên bề mặt ở giai đoạn trƣớc bây giờ đƣợc thay thế bởi quá trình khuyếch tán dị thể qua lớp màng bọc trên bề mặt các hạt xi măng. Lớp màng bọc trên hạt xi măng dày lên. Hồ xi măng ở trạng thái dẻo. Giai đoạn này kéo dài khoảng 3-5 giờ.
Hình 1.1 Tốc độ tỏa nhiệt và quá trình hydrat hóa xi măng [21]
+ Giai đoạn III (giai đoạn tăng tốc): Cuối giai đoạn II, lớp màng bọc trên các hạt xi măng bị phá hủy do sự kết tinh của etringít và Ca(OH)2 trong đó etringít đóng vai trò quan trọng. Khi màng bong, nƣớc lại xâm nhập nhanh và phản ứng hydrát hóa lại nhanh lên. Thời điểm này tƣơng ứng với thời gian bắt đầu đông kết xi măng. Hồ xi măng mất dần tính dẻo. Tốc độ hydrát hóa đạt đến cực đại ở giai đoạn này. Kết thúc đông kết xảy ra ở khoảng cuối của giai đoạn III.
20
+ Giai đoạn IV (giai đoạn chậm dần): Lớp màng bọc các hạt xi măng lại đƣợc phục hồi. Vì thế quá trình hydrát hóa lại bị chậm lại. Tốc độ hydrát hóa trong giai đoạn này bị khống chế bởi quá trình khuyếch tán. Quá trình hình thành etringít kết thúc sau khoảng 1 ngày. Các hydrosilicat cũng thay đổi dần độ bazơ theo chiều hƣớng tăng dần.
Nghiên cứu hydrát hóa xi măng póoclăng bằng phân tích nhiệt (DTA) cũng cho thấy sự xuất hiện của etringít ngay những phút đầu hydrát hóa (pik ở nhiệt độ 135- 1400C), trong khi đó gel C-S-H và Ca(OH)2 không rõ nét trong vòng 1 giờ đầu. Từ 3 giờ trở đi xuất hiện rõ thêm gel C-S-H (115-125 oC) và Ca(OH)2 (480-550 oC) [5].
Cùng với sự biến đổi pha rắn thì thành phần pha lỏng cũng luôn thay đổi. Ngay khi xi măng tiếp xúc với nƣớc đã xảy ra quá trình hòa tan kiềm, thạch cao và hydrát hóa các khoáng xi măng làm xuất hiện các ion Na+
, K+, Ca2+, OH– và SO42-. Trong pha lỏng còn xuất hiện các hàm lƣợng rất nhỏ các ion Al3+, Fe3+ và SiO44- [5]. Nồng độ các Na+, K+ và OH– có xu hƣớng tăng dần theo thời gian. Nồng độ SO42- nhanh chóng đạt tới cực đại rồi giảm dần do tham gia vào phản ứng tạo thành etringít. Nồng độ ion Ca2+ cũng đạt dần đến cực đại trong vòng từ ít phút đến khoảng 2-3 giờ (tùy thuộc thành phần khoáng hóa xi măng cũng nhƣ điều kiện hydrát hóa), sau đó giảm dần.