2.3 Q trình hóa lý khi đóng rắn xi măng
2.3.3.1 Thành phần khoáng
Thành phần khoáng của xi măng ảnh hƣởng cơ bản đến mức độ hydrat hóa và tốc độ phát triển cƣờng độ của xi măng. Xi măng chứa nhiều khoáng aluminatcalci (C3A, C12A7) và alumoferitcalci (C4AF) mức độ hydrat hóa và tốc độ phát triển cƣờng độ nhanh, nhƣng cƣờng độ sản phẩm đóng rắn khơng cao. Xi măng chứa nhiều khoáng C3S mức độ hydrat hóa và tốc độ phát triển cƣờng độ nhanh, đồng thời sản phẩm đóng rắn cho cƣờng độ khá cao. Ngƣợc lại xi măng chứa nhiều khoáng belit, mức độ hydrat hóa và tốc độ phát triển cƣờng độ chậm.
Bảng 2.5 Mức độ hydrat hóa của các khoáng của xi măng Portland theo thời gian (%)
Thành phần
khoáng 3 ngày 7 ngày 28 ngày 90 ngày 180 ngày
Hydrat hoàn toàn C3S 36 46 69 93 94 100 β – C2S 7 11 12 29 30 100 C3A 83 82 84 91 93 100 C4AF 70 71 74 89 91 100
Mặt khác, chiều sâu hydrat hóa cịn tùy thuộc vào từng loại khống clinker xi măng Portland. Ngay từ thời gian đầu, chiều sâu hydrat hóa của các khống aluminatcalci và alumoferitcalci lớn nhất. Bên cạnh đó, chiều sâu hydrat hóa của khoáng β – C2S là nhỏ nhất.
Bảng 2.6 Chiều sâu hydrat hóa của các khống clinker xi măng Portland
Khống Chiều sâu hydrat – hóa (μm)
3 ngày 7 ngày 28 ngày 90 ngày 180 ngày
C3S 3,5 4,7 7,9 14,5 15
β – C2S 0,6 0,9 1,0 2,6 2,7
C3A 10,4 10,7 11,2 13,5 14,5
C4AF 7,7 8,0 8,4 12,2 13,2
2.3.3.2 Kích thước hạt xi măng
Kích thƣớc hạt cũng ảnh hƣởng cơ bản đến tốc độ phát triển của cƣờng độ xi măng Portland. Nói chung, clinker xi măng Portland đƣợc nghiền càng mịn, nghĩa là kích thƣớc hạt xi măng càng nhỏ, sản phẩm đóng rắn của xi măng phát triển cƣờng độ càng cao. Tuy nhiên, độ mịn của xi măng chỉ có thể tăng đến một giới hạn xác định, vì nó cịn phụ thuộc tiêu tốn năng lƣợng trong quá trình đập, nghiền. Mặt
Chương 2: Tổng quan về xi măng Portland
khác, tăng độ mịn quá cao thƣờng chỉ có tác dụng nâng cao cƣờng độ ban đầu của sản phẩm đóng rắn.
Các hạt xi măng thơ (kích cỡ từ 50 – 80μm) hydrat hóa rất chậm và chỉ tác động đến độ cứng sau này. Mặt khác, các hạt siêu mịn (cỡ hạt nhỏ hơn 3μm) lại có thể hydrat hóa trƣớc khi bê tơng đƣợc đúc, do đó cũng ảnh hƣởng nhất định đến sự hình thành độ cứng của xi măng. Chính vì vậy, việc điều chỉnh sản xuất để có phần lớn các hạt xi măng có kích cỡ từ 3 – 50μm rất quan trọng đến việc đảm bảo sự ổn định và chất lƣợng xi măng.
Thực nghiệm cho chúng ta thấy:
+ Độ lớn của hạt xi măng 0,005mm hydrat hóa hồn tồn sau 2 – 3 tuần.
+ Độ lớn của hạt xi măng 0,005 – 0,02mm hydrat hóa hồn tồn sau 1 – 2
tháng.
+ Độ lớn của hạt xi măng 0,04 – 0,06 mm hydrat hóa bên ngồi. + Độ lớn của hạt xi măng 0,06 – 1mm bị trơ không hydrat.
2.3.3.3 Nhiệt độ của mơi trường đóng rắn
Trong mơi trƣờng nhiệt độ thấp, tốc độ đóng rắn của xi măng bị kiềm hãm. Ngƣợc lại nếu nâng cao nhiệt độ của môi trƣờng, tốc độ phát triển cƣờng độ của xi măng tăng lên. Nhƣng nếu nhiệt độ mơi trƣờng khơng khí khô > 100o
C sẽ ảnh hƣởng xấu đến cƣờng độ sản phẩm đóng rắn. Đối với xi măng khi đƣợc bảo dƣỡng ở trạng thái thủy nhiệt, lại tăng nhanh tốc độ phát triển cƣờng độ của sản phẩm đóng rắn.
2.3.3.4 Tỷ lệ nước/xi măng khi hydrat hóa
Lƣợng nƣớc hydrat yêu cầu đối với mỗi loại khoáng của clinker xi măng Portland khác nhau, theo thứ tự tăng dần từ trái sang phải:
C2S < C3S < C4AF < C3A
Xi măng có độ mịn cao thì nhu cầu nƣớc trộn vữa cũng tăng, do bề mặt phản ứng lớn. Nếu tỷ lệ nƣớc/xi măng lớn hơn so với yêu cầu cần thiết, sẽ làm giảm rõ rệt cƣờng độ của sản phẩm đóng rắn.
2.3.3.5 Phụ gia điều chỉnh
Clinker xi măng Portland nghiền mịn có tốc độ ninh kết rất nhanh, không đảm bảo thời gian tối thiểu để thi công sản phẩm. Phụ gia thạch cao hay một số phụ gia khác có tác dụng kìm hãm tốc độ ninh kết của clinker xi măng Portland. Khi pha
Chương 2: Tổng quan về xi măng Portland
vào clinker với hàm lƣợng thạch cao thích hợp (< 3,5% SO3) có tác dụng kìm hãm tốc độ ninh kết của xi măng Portland, nhƣng nếu thêm hàm lƣợng lớn thạch cao sẽ gây nên sự dãn nở.
2.4 Các đặc trƣng tính chất quan trọng của xi măng Portland 2.4.1 Khối lƣợng riêng 2.4.1 Khối lƣợng riêng
Khối lƣợng riêng của các khoáng clinker xi măng Portland nằm trong khoảng 2,7 – 3,77 g/cm3. Đối với xi măng Portland thƣờng, khơng pha phụ gia thủy thì có khối lƣợng riêng là 3,05 – 3,2 g/cm3, cịn xi măng có pha phụ gia thủy thì nằm trong khoảng 2,7 – 2,9 g/cm3.
2.4.2 Khối lƣợng thể tích (γo)
Khối lƣợng thể tích của xi măng: Dạng tơi γo = 1000 – 1300g/l. Dạng chặt γo = 1600 – 2000g/l.
Khối lƣợng thể tích của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ nghiền mịn.
2.4.3 Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn
Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn là lƣợng nƣớc thêm vào xi măng để các khoáng xi măng thực hiện q trình hydrat hóa, mặt khác tạo cho vữa xi măng có độ linh động tốt dễ đổ khn, xây trát. Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn của xi măng Portland chiếm 25 – 30% so với khối lƣợng xi măng và đƣợc xác định bằng dụng cụ Vica.
2.4.4 Tốc độ ninh kết
Tốc độ ninh kết (thời gian đông đặc) là thời gian hồ xi măng mất dần tính linh động, chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái đông đặc. Tốc độ ninh kết đƣợc đặc trƣng bởi thời gian bắt đầu ninh kết và thời gian kết thúc ninh kết. Thời gian bắt đầu ninh kết không sớm hơn 45 phút và thời gian kết thúc không chậm hơn 375 phút. Tốc độ ninh kết đƣợc xác định bằng dụng cụ Vica.
2.4.5 Biến đổi thể tích
Xi măng sau khi đóng rắn yêu cầu biến đổi thể tích một cách đều đặn hoặc khơng biến đổi thể tích. Nếu xi măng biến đổi thể tích một cách khơng đều đặn hoặc biến đổi thể tích lớn sẽ ảnh hƣởng đến cƣờng độ xi măng và chất lƣợng cơng trình đơi khi làm nứt nẻ hoặc phá hỏng cả cơng trình, gây thiệt hại về kinh tế. Tính ổn định thể tích của xi măng Portland đƣợc xác định bằng dụng cụ Le Chatelier. Theo
Chương 2: Tổng quan về xi măng Portland
TCVN 2682 – 1999, độ ổn định thể tích theo phƣơng pháp Le Chatelier không lớn hơn 10mm.
2.4.6 Cƣờng độ xi măng
Cƣờng độ của xi măng Portland đƣợc đặc trƣng bằng khả năng chịu nén, chịu kéo, chịu uốn của mẫu thử xi măng với cát tiêu chuẩn theo quy định (mẫu 4x4x16 cm, tỷ lệ xi măng: nƣớc = 1:2, xi măng: cát = 1: 3); đóng rắn sau 3, 7, 28 ngày.
2.4.7 Độ mịn của xi măng
Độ mịn của xi măng ảnh hƣởng đến tốc độ đóng rắn và sự phát triển cƣờng độ của xi măng. Độ mịn của xi măng càng cao, xi măng đóng rắn càng nhanh, cƣờng độ càng tăng. Tuy nhiên độ mịn của xi măng càng cao, năng suất máy nghiền giảm, sản phẩm thu đƣợc khi đóng rắn tỏa nhiều nhiệt, dễ biến dạng co phồng.
Đơn xin đề tài
Chƣơng 3
PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Phƣơng tiện nghiên cứu [1] 3.1.1 Dụng cụ nghiên cứu 3.1.1 Dụng cụ nghiên cứu
3.1.1.1 Máy nghiền
a) Máy nghiền bi
Cấu tạo máy nghiền: máy nghiền bi dạng trục, bằng thép, chạy bằng động cơ điện, vận tốc 50 vòng/phút. Máy nghiền đƣợc dùng để nghiền phụ gia, clinker.. để tạo mẫu gộp.
Cấu tạo bi nghiền: máy sử dụng 6 loại kích thƣớc bi nghiền khác nhau, bi làm bằng thép khơng gỉ, hình trịn.
Bảng 3.1 Kích thƣớc và khối lƣợng của bi nghiền
Kích thƣớc (mm) Khối lƣợng (kg) Ø 80 1,15 Ø 40 0,5 Ø 30 0,3 Ø 10 0,2 Ø 5 0,15
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu
b) Máy nghiền đĩa rung
Máy nghiền đĩa gồm cối nghiền, chân đở bộ phận truyền động, nhờ vào lực chà xát giữa các đĩa mà nghiền mịn phối liệu. Máy nghiền đĩa chỉ nghiền với một lƣợng nhỏ phối liệu dùng cho phân tích hóa.
Hình 3.2 Máy nghiền đĩa rung
3.1.1.2 Máy đập
Máy đập là một búa đập có bộ phận truyền động, hoạt động nhờ động cơ điện. Máy đƣợc dùng để đập nhỏ các phối liệu nhƣ clinker, puzzolan, đá vôi trƣớc khi đƣa vào máy nghiền Labor.
Hình 3.3 Máy đập
3.1.1.3 Máy đầm vữa
Máy đầm vữa dùng để dần cho vữa xi măng lèn chặt trong khuôn.
Máy gồm chủ yếu một bàn hình chữ nhật đƣợc nối với hai thanh ngang đến một trục quay nằm ngang, cách tâm bàn ít nhất là 80 cm. Khi chƣa khởi động máy, bàn ở vị trí nằm ngang, ở tâm bàn có lắp một chi tiết bằng thép có mặt dƣới trịn nằm trên một đe nhỏ có bề mặt thật phẳng và nằm ngang. Máy hoạt động nhờ một động cơ điện có cơng suất khoảng 0,25 kW, qua bộ giảm tốc, kéo bánh cam chuyển động ở vận tốc 1 vòng/giây và tự động dừng sau khi đầm 60 cái. Khối lƣợng chuyển động toàn bộ gồm bàn, các thanh ngang, khuôn, nắp khuôn và kẹp khuôn phải tƣơng đƣơng với một lực thẳng đứng tác dụng vào tâm bàn là 20 ± 1kg.
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu
3.1.1.4 Máy trộn vữa
Hình 3.5 Máy trộn vữa
Máy trộn vữa dùng để trộn đều phối liệu (xi măng, cát) với nƣớc, tạo thành hỗn hợp để đổ khuôn kiểm tra cƣờng độ, xác định lƣợng nƣớc tiêu chuẩn và thời gian ninh kết.
Máy trộn vữa gồm bộ phận điều khiển, nồi trộn và cành khuấy. Nồi trộn làm bằng thép khơng gỉ, có dung tích 5 lít, đƣợc gắn vào vị trí thích hợp của khung máy khi tiến hành trộn. Cánh khuấy đƣợc làm bằng thép không gỉ, chuyển động nhờ một động cơ điện có 2 vận tốc quay: một chuyển động tròn của bản thân cánh khuấy kèm theo một chuyển động kiểu hành tinh chung quanh trục của động cơ, hai chuyển động này ngƣợc chiều nhau và tỷ số giữa hai tầng số quay phải là một số nguyên. Tốc độ xoay tròn của cánh trộn:
- Tốc độ chậm khoảng 140 ± 5 vòng/ phút. - Tốc độ nhanh khoảng 285 ± 10 vòng/ phút.
Tốc độ xoay tròn kiểu hành tinh lần lƣợt tƣơng ứng với hai tốc độ trên là: 62 ± 5 vòng/ phút và 125 ± 10 vòng/ phút.
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu
3.1.1.5 Máy thử độ bền nén
Hình 3.6 Máy thử độ bền nén
Máy thử nén dùng để xác định cƣờng độ chịu nén của mẫu thử. Máy gồm có bộ phận tạo áp suất nén, bảng điều khiển , đồng hồ hiển thị và bộ chỉ kế. Máy nén chịu đƣợc tải trong 500 kN, chính xác 1% tải trọng và đảm bảo đƣợc tốc độ tăng tải là 2400 N/s.
3.1.1.6 Hệ thống đo độ sót sàng
Hệ thống đƣợc dùng để kiểm tra độ mịn của xi măng, clinker, vữa tô xây bằng phƣơng pháp sàng. Hệ thống bao gồm bộ phận hút chân không, sàng và bộ phận điều khiển.
3.1.1.7 Thiết bị đo tỷ diện blaine
Dụng cụ này để xác định tỷ diện xi măng bằng phƣơng pháp thơng khí. Dụng cụ đo độ thơng khí blaine gồm:
- Áp kế hơi hình chữ U bằng thủy tinh. - Ống đo dạng côn làm bằng thép không gỉ.
- Đĩa đục lỗ làm bằng thép khơng gỉ có khoảng 30 – 40 lỗ/mm. - Giấy lọc.
- Chất lỏng không bay hơi, khơng hút ẩm và có tỷ trọng thấp nhƣ dầu hỏa. - Bơm cao su để tạo chân không cho áp kế.
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu
Hình 3.7 Cân và thiết bị đo tỷ diện Blaine
3.1.1.8 Thùng luộc mẫu
Thùng luộc mẫu đƣợc làm bằng thép mạ kẽm, đáy có gắn điện trở có khả năng nâng nhiệt độ của nƣớc chứa trong thùng lên đến 100oC trong khoảng 30 phút, bên trong thùng có đặt một tấm lƣới chắn để đặt các mẫu cần đo giãn nóng.
Hình 3.8 Thùng luộc mẫu
3.1.1.9 Khn Le Chatelier
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu
Khuôn Le Chatelier dùng để thử độ nở của xi măng, đƣợc làm bằng đồng thau. Khi đo, khoảng cách giữa hai càng khn chính xác đến 0,5 mm. Hiệu số khoảng cách giữa hai lần đo trƣớc và sau khi luộc mẫu chính là độ dãn nở nóng của xi măng.
3.1.1.10 Thiết bị đo thời gian ninh kết và lượng nước tiêu chuẩn (Vica)
a. Kim lớn b. Kim nhỏ c. Kim Vica thực tế
Hình 3.12 Kim Vica
Kim Vica đƣợc dùng để đo lƣợng nƣớc tiêu chuẩn, xác định thời bắt đầu và kết thúc ninh kết.
Thiết bị gồm một thanh chạy hình trụ bằng kim loại di chuyển tự do qua lỗ trƣợt, vít để giữ cố định thanh chạy, kim vica (lớn hoặc nhỏ) đƣợc gắn trên thanh chạy, thƣớc chia vạch để đo sự chuyển động của thanh chạy, giá. Khi xác dịnh lƣợng nƣớc tiêu chuẩn dung kim vica lớn (Ø10 ± 0,1 mm), xác định thời gian ninh kết dùng kim nhỏ (Ø1,1 ± 0,04 mm). Đầu kim to phải làm bằng thép không gỉ mài nhẵn mặt ngoài, kim nhỏ phải làm bằng thép cứng, không gỉ, không bị cong, mài
Hinh 3.10 Vica thử độ dẻo tiêu chuẩn
Hình 3.11 Vica thử thời gian ninh kết
d1 l1 l d d1 l1 l d
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu
Bảng 3.2 Kích thƣớc kim vica
Tên chi tiết Ðƣờng kính (mm) Ðộ dài (mm)
D d1 l l1 Kim lớn Kim nhỏ Bộ phận gắn đầu kim 10 0,02 1,1 0,04 - - - 5 50 50 - - - 14 3.1.1.11 Dụng cụ tạo mẫu
a) Khuôn tạo mẫu
Khuôn dùng để tạo mẫu nén đƣợc làm bằng thép không gỉ, mỗi khn gồm có ba ngăn nằm ngang sao cho ba mẫu hình lăng trụ có tiết diện 40 x 40 x 160 có thể đƣợc chế tạo cùng lúc. Khuôn dễ tháo lắp và kín. Thành khn và bề dày ít nhất là 10mm. Trƣớc khi làm mẫu thử phải lau mặt trong của thành và đáy khuôn bằng dầu nhờn và bôi dầu máy đặc ở các cạnh mép khuôn.
Hình 3.13 Khn tạo mẫu b) Cây gạt: dùng để cân bằng vữa ở độ cao thích hợp trong mỗi ngăn của khuôn, cây gạt đƣợc làm bằng thép không gỉ.
c) Vành khâu
a) Thông số kỹ thuật b) Vành khâu thực tế
Hình 3.14 Vành khâu Vành khâu đƣợc làm bằng cao su rắn
3.1.1.12 Lò nung
Cấu tạo: gồm thân lò, vĩ, điện trở. Vận hành: luôn đƣợc giữ ở 950- 1000oC
755
405 655
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu
Chức năng: nung mẫu clinker để kiểm tra mất khi nung.
3.1.1.13 Tủ sấy
Cấu tạo: gồm thân, vĩ, điện trở. Vận hành: không quá 200oC
Chức năng: sấy mẫu clinker để kiểm tra độ ẩm, sấy đá vôi và phụ gia trƣớc khi thí nghiệm.
3.1.1.14 Hệ thống thiết bị dưỡng mẫu
- Điều hòa nhiệt độ: đƣợc cho hoạt động liên tục để giữ nhiệt độ của phòng dƣỡng
mẫu ổn định theo yêu cầu.
- Bể nước dưỡng ẩm: là một bể hình chữ nhật đƣợc chia làm nhiều ngăn, mỗi ngăn
có một ống chảy tràn và luôn đƣợc giữ mực nƣớc sao cho mẫu khơng tiếp xúc với khơng khí.
- Máy đo độ ẩm và nhiệt độ: để theo dõi nhiệt độ và độ ẩm của phòng dƣỡng mẫu.
- Tủ dưỡng ẩm: bên trong có các vĩ để đặt mẫu và thiết bị phun sƣơng để giữ ẩm cho mẫu.
3.1.2 Nguyên liệu sử dụng
3.1.2.1 Clinker
Clinker sử dụng lấy từ nguồn clinker Bình Phƣớc, clinker đƣợc nhập vào kho của trạm nghiền Thủ Đức vào ngày 23/12/2010 và ngày 06/02/2011.
Bảng 3.3 Kết quả kiểm tra thành phần hóa của clinker Bình Phƣớc ngày 23/12/2010 và ngày 06/02/2011
Thơng
số SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 CaOtd Kiềm
Độ ẩm MKN CKT K ết qu ả đo (%) Ngày 22/12/10 22,01 65,03 5,18 3,74 2,47 0,59 1,31 0,44 0,44 0,89 0,18 Ngày 06/02/11 21,06 62,77 4,99 3,43 2,76 0,36 0,94 0,37 0,40 0,40 0,13
Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu