Chương 3 : CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ
3.3. CHẤT KẾT DÍNH RẮN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
3.3.4. Các loại ximăng pooclăng đặc biệt
3.3.4.1. Ximăng pooclăng đặc biệt dùng phụ gia vơ cơ hoạt tính và các u cầu kỹ thuật a. Khái niệm
Gồm 2 loại xi măng pooclăng xỉ lò cao và xi măng pooclăng puzolan.
Xi măng pooclăng xỉ lò cao được chế tạo bằng cách nghiền mịn hỗn hợp clanke xi
măng pooclăng với xỉ hạt lò cao và một lượng thạch cao cần thiết, hoặc bằng cách trộn thật đều xỉ hạt lò cao đã nghiền mịn với xi măng pooc lăng. Trong xi măng có khoảng 40-70% xỉ lò cao.
Xi măng pooclăng puzolan được chế tạo bằng cách nghiền mịn hỗn hợp clanke xi
măng pooclăng với puzolan và một lượng thạch cao cần thiết, hoặc bằng cách trộn thật đều puzolan đã nghiền mịn với xi măng pooclăng.
Tuỳ theo loại phụ gia hoạt tính puzolan mà tỉ lệ pha vào clanke ximăng hoặc xi măng pooclăng từ 1540%, tính theo khối lượng xi măng pooclăng puzolan.
b. Phụ gia vơ cơ hoạt tính
Phụ gia vơ cơ hoạt tính là phụ gia khống vật, thành phần chủ yếu là SiO2 vơ định hình
và Al2O3 hoạt tính. Bản thân phụ gia khơng có khả năng rắn chắc trong nước nhưng trong mơi trường có nồng độ vơi nhất định thì sẽ tương tác với vơi tạo thành những hợp chất mới có khả năng rắn chắc được trong nước.
Phụ gia vơ cơ hoạt tính hay dùng là puzolan và xỉ lị cao.
Phụ gia puzolan có hai loại là puzolan thiên nhiên và puzolan nhân tạo. Phụ gia puzolan thiên nhiên có thành phần chủ yếu là SiO2 vơ định hình. Chúng được lấy từ sản phẩm của núi lửa, tuf núi lửa như tro núi lửa, tuf núi lửa, sỏi đá bọt hoặc lấy từ đá trầm tích biến chất như điatomit, trêpen. Phụ gia puzolan nhân tạo có thành phần chủ yếu là SiO2 vơ định hình, được sản xuất từ đất sét nung non, các thành phần phế thải công nghiệp như xi quặng, tro nhiệt điện...
Thành phần khống: C3S, C2S, C3A, C4AF, SiO2(VĐH).
c.Q trình rắn chắc
68
Thời kì đầu: các khống C3S, C2S, C3A, C4AF rắn chắc như xi măng pooclăng thường
nhưng tốc độ chậm hơn, cũng trải qua 3 giai đoạn: hồ tan, hố keo và kết tinh.
Thời kì sau: SiO2(VĐH) phản ứng silicat hoá.
SiO2(VĐH) + Ca(OH)2 xCaO.ySiO2.zH2O (3.60) Al2O3 + Ca(OH)2 CaO.Al2O3.nH2O (3.61) Ngoài ra, khi C3A thuỷ hoá tạo ra C3AH6 tác dụng với SiO2(VĐH):
C3AH6+ SiO2 (VĐH) 3CaO Al2O3. SiO2nH2O (3.62) Các khống mới tham gia q trình ninh kết theo ba giai đoạn: hồ tan, hố keo và kết tinh. Tốc độ rắn chắc: RX28 < RXthường28
RX90 > RXthường90 (điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cho phép).
d.Các tính chất kỹ thuật
* Khối lượng riêng, khối lượng thể tích:
v =1.1-1.2g/cm3.
=2.8-2.9g/cm3 (xi măng pooclăng puzolan).
=2.9-3.0g/cm3 (xi măng pooclăng xỉ lò cao).
*Độ mịn
Nếu cùng một mức độ nghiền mịn thì xi măng pooclăng puzolan và xi măng pooclăng xỉ lò cao sẽ mịn hơn xi măng pooclăng.
Tỉ diện tích (độ mịn) S = 2500-3000cm2/g.
Yêu cầu về độ mịn giống như xi măng pooclăng nghĩa là 100% lọt sàng 0.2mm và lớn hơn 85% lọt qua sàng 0.09mm
*Thời gian ninh kết:
Thời gian ninh kết và rắn chắc thường kéo dài hơn. Khi dưỡng hộ trong điều kiện bình thường, thời gian đầu xi măng pooclăng puzolan và xi măng pooclăng xỉ lò cao chậm hơn so với xi măng pooclăng, nhưng thời gian sau tốc độ ninh kết rắn chắc càng nhanh và có thể đuổi kịp sau 28 ngày. Khi dưỡng hộ ở điều kiện nhiệt ẩm, xi măng pooclăng puzolan ninh kết rắn chắc nhanh hơn ximăng pooclăng.
Thời gian ninh kết xong > 24h, thời gian đạt cường độ lớn nhất (max) > 90 ngày.
* Lượng nước tiêu chuẩn: lớn hơn so với xi măng pooclăng thường, Ntc=(30-40)%XM
* Lượng nhiệt thuỷ hố: ít hơn xi măng pooclăng (C3A ít hơn). * Tính ổn định thể tích:
Xi măng pooclăng bị mất ổn định thể tích là do tồn tại CaO tự do dạng hạt già lửa. Đối với xi măng pooclăng puzolan, các hạt CaO tự do này sẽ tác dụng với SiO2 vơ định hình tạo thành CaO.SiO2.nH2O có tính ổn định thể tích.
CaO + SiO2(VĐH)+ nH2O (0.8-1.5)CaO.SiO2.nH2O (3.63)
* Tính co nở thể tích:
Xi măng pooclăng puzolan mịn hơn, xốp hơn, cần nhiều nước hơn xi măng pooclăng làm lượng nước nhào trộn lớn và co ngót lớn hơn.
Cường độ: nếu dưỡng hộ ở điều kiện bình thường thì trong thời gian đầu, cường độ của
xi măng pooclăng puzolan thấp hơn cường độ của xi măng pooclăng, nhưng càng về sau thì cường độ phát triển càng nhanh có thể đuổi kịp hoặc lớn hơn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của xi măng pooclăng puzolan là bản chất xi măng (thành phần khoáng, độ mịn,...) và độ hoạt tính của phụ gia puzolan. Nếu phụ gia puzolan càng tinh khiết thì lượng dùng sẽ ít đi và cường độ đá xi măng sẽ cao, nếu phụ gia puzolan kém tinh khiết (hàm lượng SiO2 vơ định hình thấp) thì lượng dùng phải nhiều dẫn đến cường độ đá xi măng sẽ giảm xuống.
+ Xi măng poóc lăng xỉ lò cao, theo hàm lượng xỉ, được chia thành 2 loại: - Loại I: chứa từ trên 40 60 % xỉ - ký hiệu là PCBBFS I;
69
- Loại II: chứa từ trên 60 70 % xỉ - ký hiệu là PCBBFS II.
Xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao (TCVN 4316: 2007) đảm bảo quy định trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Yêu cầu kỹ thuật của xi măng pooc lăng xi lò cao
Tên chỉ tiêu Mức Loại I Loại II PCBBFS 30 PCBBFS 40 PCBBFS 50 PCBBFS 30 PCBBFS 40 PCBBFS 50 1. Cường độ nén, MPa, không nhỏ hơn
- 3 ngày - 28 ngày 14 30 18 40 22 50 12 30 16 40 20 50 2. Độ mịn, xác định theo phương pháp
bề mặt riêng, cm2/g, không nhỏ hơn 3 300
3. Thời gian đông kết,
- Bắt đầu, phút, không sớm hơn - Kết thúc, giờ, không muộn hơn
45 10 4. Độ ổn định thể tích, xác định theo
phương pháp Le Chatelier, mm, không lớn hơn
10,0 5. Hàm lượng magiê ôxit (MgO), %,
không lớn hơn 6,0
6. Hàm lượng sulfua triôxit (SO3), %,
không lớn hơn 3,5
7. Hàm lượng mất khi nung (MKN), %,
không lớn hơn 3,0
- Xi măng pooclăng puzơlan có các mac PCpuz20: PCpuz30: PCpuz40 trong đó: PCpuz là kí hiệu cho xi măng pooc lăng puzôlan.
Các trị số 20; 30; 40 là cường độ kháng nén của mẫu chuẩn sau 28 ngày đêm dưỡng hộ và được tính bằng N/mm2, xác định theo TCVN 6016-2011.
Xi măng pooclăng puzolan phải đảm bảo các yêu cầu ghi trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Yêu cầu kỹ thuật của xi măng pooc lăng puzolan
Tên chỉ tiêu (TCVN 4033 -1995) Mac xi măng
PCpuz20 PCpuz30 PCpuz40 Giới hạn bền nén, N/mm2, không nhỏ hơn:
- Sau 7 ngày đêm - Sau 28 ngày đêm
13 20 18 30 25 40 Độ nghiền mịn:
- Phần cịn lại trên sàng có kích thước lỗ 0,08 mm, %, khơng lớn hơn
- Bề mặt riêng xác định theo phương pháp Blaine, cm2/g, không nhỏ hơn
15 2600 Thời gian đông kết:
- Bắt đầu, phút, không sớm hơn - Kết thúc, giờ, không muộn hơn
45 10 Độ ổn định thể tích: xác định theo phương pháp
70
Hàm lượng anhydric sunfuric (SO3), %, không lớn hơn 3
Hàm lượng mất khi nung (MKN), %, không lớn hơn 7
* Khả năng chống ăn mòn
Xi măng pooclăng bị ăn mòn do các thành phần Ca(OH)2 và C3AH6. Trong xi măng pooclăng puzolan, các thành phần này đều tác dụng với SiO vơ định hình.
Ca(OH)2 + SiO2(VĐH) (0.8-1.5)CaO SiO2nH2O (3.64) C3AH6+ SiO2(VĐH) (0.8-1.5)CaO SiO2nH2O (3.65)
Các chất này đều không tan nên xi măng pooclăng puzolan có khả năng chống ăn mịn tốt hơn xi măng pooclăng.
e. Sử dụng
Dùng để làm giảm giá thành sản xuất.
Thường được sử dụng tốt cho các cơng trình thủy cơng ở dưới nước, các cơng trình có nước ngầm ăn mịn, dùng cho các cơng trình thường xun tiếp xúc với nước mặn và nước ngọt như hải cảng, âu thuyền, kênh mương, đập nước; dùng cho các cơng trình dưới đất; trong nước ngầm ăn mòn và ở nơi ẩm ướt; dùng cho các kết cấu đổ bê tơng khối lớn vì ít bị ứng suất nhiệt hơn xi măng pooclăng.
Không sử dụng cho cơng trình có u cầu đạt cường độ cao nhanh, hoặc chịu sự tác động khô ẩm liên tiếp, mực nước thay đổi liên tục.
3.3.4.2.Nhóm xi măng pooclăng đặc biệt do thay đổi thành phần phối liệu và các yêu cầu kỹ thuật
a. Xi măng pooclăng đóng rắn nhanh
Sản xuất bằng cách nghiền đồng thời clinke xi măng pooclăng và thạch cao. Khi nghiền cho phép đưa vào 10% phụ gia khống hoạt tính nguồn gốc kết tủa và 15% phụ gia xỉ tạo
hạt.
Yêu cầu:
Tổng C3A + C3S = 60-67%, CaO tự do 0.5%, C3S =50-55%, C3A =8 -10%. Tỷ diện tích S =3100 - 4990cm2/g.
Hàm lượng thạch cao pha vào tuỳ thuộc vào hàm lượng khoáng C3A. Khi hàm lượng C3A <5%, hàm lượng thạch cao pha vào 2%, nếu C3A = 5-9% là 2-3% và C3A >9% là 3-5%. Khi sử dụng thạch cao pha vào ở dạng CaSO4.1/2H2O thì hiệu quả đóng rắn nhanh tăng lên.
Xi măng có nhược điểm là toả nhiều nhiệt, kém ổn định thể tích, kém bền trong mơi trường xâm thực, cường độ bị giảm nhanh theo thời gian bảo quản.
Tốc độ ninh kết rắn chắc nhanh, RX24h =70-80%Rmax28ngày.
Theo TCVN 9488:2012, xi măng đóng rắn nhanh được phân loại dựa vào cường độ ở tuổi sớm, gồm 4 loại sau:
- Xi măng đóng rắn cực nhanh, URH (Ultra Rapid Hardening). - Xi măng đóng rắn rất nhanh, VRH (Very Rapid Hardening).
- Xi măng đóng rắn nhanh trung bình, MRH (Medium Rapid Hardening). - Xi măng đóng rắn nhanh thường, GRH (General Rapid Hardening).
Bảng 3.7. Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng pooc lăng đóng rắn nhanh
Tên chỉ tiêu theo TCVN 9488:2012
Mức Loại URH Loại VRH Loại MRH Loại GRH 1. Cường độ nén ở các tuổi, MPa, không nhỏ hơn
- 1 h 30 min - 3 h 26 35 15 19 - 12 - 9
71 - 6 h - 1 ngày - 7 ngày - 28 ngày - 42 45 60 - 29 31 40 18 21 31 35 13 17 26 30 2. Độ co khô, %, không lớn hơn
-7 ngày -28 ngày 0,06 0,07 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,12 3. Thời gian kết thúc đơng kết, min, khơng ít hơn(1) 10 10 10 10
4. Độ nở Autoclave, %, không lớn hơn 0,8 0,8 0,8 0,8
5. Độ nở sun phát(2), %, không lớn hơn -6 tháng -1 năm 0,05 0,10 0,05 0,10 0,05 0,10 0,05 0,10 6. Độ nở kiềm - silíc(3), %, không lớn hơn
-14 ngày 56 ngày 0,020 0,060 0,020 0,060 0,020 0,060 0,020 0,060 7. Nhiệt thủy hóa, kJ/kg, khơng lớn hơn
-7 ngày -28 ngày 250 290 250 290 250 290 250 290 8. Độ nở trong nước 14 ngày, %, không lớn hơn 0,10 0,10 0,10 0,10 CHÚ THÍCH: (1) Thời gian bắt đầu đơng kết của xi măng đóng rắn nhanh thường nằm trong khoảng 10 min đến 45 min, tùy theo loại và thành phần của xi măng.
(2) Nếu độ nở sun phát 6 tháng đạt u cầu thì khơng cần xác định độ nở sun phát 1 năm.
Nếu độ nở sun phát 6 tháng không đạt yêu cầu, mẫu vẫn đạt yêu cầu độ nở sun phát khi độ nở 1 năm đạt yêu cầu.
(3) Quy định đối với xi măng đóng rắn nhanh khi sử dụng với cốt liệu có khả năng xảy ra phản ứng kiềm - cốt liệu. Xi măng pooclăng đóng rắn nhanh có cấu trúc kém hồn thiện, được ứng dụng cho các cơng trình sửa chữa và cơng trình có u cầu cường độ cao nhanh (cơng trình mang ý nghĩa chính trị). Khơng được sử dụng xi măng pooclăng đóng rắn nhanh trong bê tơng khối lớn và trong mơi trường xâm thực.
Xi măng pooclăng đóng rắn nhanh được bảo quản nơi khô ráo, nên sử dụng ngay sau khi nghiền và không để lâu.
b. Xi măng pooclăng bền sunphat
Xi măng pooclăng bền sunphat là sản phẩm được nghiền mịn từ clanke măng pooclăng
bền sunphat với thạch cao.
Yêu cầu:
+ Hàm lượng khoáng C3A<5% và C3S <50%. Tổng C3A + C4AF<22%. + Toả ít nhiệt, ninh kết rắn chắc chậm
+ Ổn định thể tích, bền trong mơi trường sunfat và xâm thực.
Xi măng pooclăng bền sunphat có các mác sau: PCSR30; PCSR40; PCSR50
trong đó: PCSR là kí hiệu xi măng pc lăng bền sunphat;
Các trị số 30, 40 là cường độ kháng nén của mẫu chuẩn sau 28 ngày dưỡng hộ, tính bằng N/mm2 và xác định theo TCVN 6016-2011.
Bảng 3.8. Tính chất cơ lý của ximăng pooclăng bền sunphat
T T Các chỉ tiêu theo TCVN 6067-2004 Mức PCSR30 PCSR4 0 PCSR50
1 Cường độ nén, N/mm2(MPa), không nhỏ hơn - 3 ngày 45 phút - 28 ngày 8 giờ 12 30 16 40 20 50
72 2
Độ nghiền mịn, xác định theo:
- Phần còn lại trên sàng 0.09mm, % không lớn hơn
- Bề mặt riêng, phương pháp Blaine, cm2/g, không nhỏ hơn
12 2800 10 3000 8 3200 3
Thời gian ninh kết, phút
- Bắt đầu, không nhỏ hơn (phút) - Kết thúc, không lớn hơn (phút)
45 375 4 Độ ổn định thể tích (theo phương pháp Le Chetelier), mm,
không lớn hơn
10 5 Hàm lượng anhyđrit sunfuric (SO3), %, không lớn hơn 2.5
6 Hàm lượng mất khi nung (MKN), %, không lớn hơn 3
7 Hàm lượng magie oxyt (MgO), %, không lớn hơn 5
8 Hàm lượng tricanxi aluminat (C3A), %, không lớn hơn 3.5 “1” 9 Tổng hàm lượng tetra canxi fero aluminat và hai lần canxi
aluminat (C4AF +2C3A), %, không lớn hơn
25 “1”
1 0
Hàm lượng kiềm quy đổi ‘1’ (Na2Oqđ) ‘2’, không lớn hơn 0.6“2”
1 1
Lượng cặn không tan (CKT), %, không lớn hơn 1
1 2
Hàm lượng bari oxit (BaO), % 1,5+2,5“3”
1 3
Độ nở sun phat ở tuổi 14 ngày, %, không lớn hơn 0.04“4”
CHÚ THÍCH: ‘1’-Thành phần khống được tính theo cơng thức: C4AF=3,043 x%Fe2O3 C3A = 2,65 x%Al2O3-1,692 x%Fe2O3
Khi C3A và C4AF+2C3A đạt yêu cầu theo chỉ tiêu 8,9 thì khơng cần thử độ nở sunfat.
‘2’ – Hàm lượng kiềm quy đổi tính theo cơng thức: %Na2Oqđ= %Na2O+0,658% K2O
‘3’ - Chỉ áp dụng đối với xi măng pooc lăng bền sunfat chứa bari.
‘4’ - Khi độ nở sunfat đạt yêu cầu theo chỉ tiêu 13 thì khơng cần thử C3A và C4AF+2C3A.
Ứng dụng: sử dụng cho cơng trình có khối lượng bê tơng lớn, cơng trình chịu tác dụng
của môi trường xâm thực.
c. Xi măng pooclăng màu
Xi măng pooclăng trắng: là chất kết dính thuỷ tính màu trắng, được chế tạo bằng cách
nghiền mịn hỗn hợp clanhke xi măng trắng với một lượng thạch cao cần thiết, có pha hoặc khơng pha các phụ gia trắng.
Theo cường độ kháng nén, ximăng pooclăng trắng được phân làm ba loại sau: PCW30; PCW40 và PCW50.
Theo độ trắng, xi măng poóc lăng trắng được chia thành ba mac (bảng 3.9).
Bảng 3.9. Phân loại xi măng pooc lăng trắng theo độ trắng
Độ trắng % so với BaSO4 không nhỏ hơn Loại
80 75 68 ĐB (Đặc biệt) I II
+ Khi sản xuất ximăng trắng phải hạn chế hàm lượng Fe2O3 do tạo khống C4AF có màu xám, Fe2O3 0.5% .
+ Hàm lượng magiê oxit (MgO) 5%.
+ Thạch cao dùng để sản xuất xi măng pooclăng trắng có độ trắng 70%.
+ Tuỳ theo chất lượng clanke có thể sử dụng phụ gia khống hoạt tính và khơng hoạt tính để sản xuất xi măng pooclăng trắng. Độ trắng của phụ gia không nhỏ hơn 80%, tổng lượng
73
pha vào xi măng khơng q 15%, trong đó phụ gia khơng hoạt tính khơng q 10%, phụ gia trợ nghiền khơng q 1% .
Thành phần hố học: SiO2 = 23-25%, Al2O3 = 5.5-7,3%, C2S+C3S = 75-80%.
Bảng 3.10. Chất lượng của xi măng pooc lăng trắng
T T Các chỉ tiêu theo TCVN 5691-2000 Mức PCW3 0 PCW40 PCW50
1 Cường độ nén, N/mm2(MPa), không nhỏ hơn - 3 ngày 45 phút - 28 ngày 8 giờ 16 30 21 40 31 50 2 Độ nghiền mịn, xác định theo:
- Phần cịn lại trên sàng 0.09mm, % , khơng lớn hơn - Bề mặt riêng, phương pháp Blaine, cm2/g, không nhỏ hơn
12 2800 3
Thời gian ninh kết, phút
- Bắt đầu, không nhỏ hơn (phút) - Kết thúc, không lớn hơn (phút)
45 375
4 Độ ổn định thể tích, mm, không lớn hơn 10
5 Hàm lượng anhyđrit sunfuric (SO3), %, không lớn hơn 3.5 6
Độ trắng tuyệt đối %, không nhỏ hơn Loại ĐB Loại I Loại II 80 70 60
Xi măng pooclăng màu: nghiền clanke xi măng trắng với chất tạo màu vô cơ (đỏ, vàng
nâu trộn thêm ôxit sắt, đen trộn thêm oxit mangan, xanh lá cây trộn thêm oxit crôm, xanh da trời trộn thêm chất coban....).