III.1. Nguyên liệu dùng cho nghiên cứu.
Xi măng gốc là xi măng Poúclăng Hoàng Thạch, được chuẩn bị tại phòng KCS - Công ty xi măng Hoàng Thạch - theo qui trình như sau: Clanhke ( Lấy từ lò quay của dây chuyền Hoàng Thạch II ) và thạch cao Thái Lan được cân theo tỷ lệ khối lượng Clanhke:Thạch cao = 96:4; Sau đó nghiền trong máy nghiền bi ( Mỗi mẻ được 20 kg xi măng ) đến độ mịn đạt Blain khoảng 3200 [m2/kg]; Các mẻ được trộn chung trong thùng trộn sau đó được đóng gói trong cỏc tỳi nylon ( Để tránh tác động của môi trường làm giảm chất lượng của xi măng ) và chứa trong các bao xi măng. Thành phần hóa của xi măng xác định theo phương pháp hóa ướt - tại phòng KCS - Công ty xi măng Hoàng Thạch - như bảng 3.1.
Bảng 3.1: Thành phần hóa của xi măng Poúclăng Hoàng Thạch,[% khối lượng]
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO2 K2O Na2O CK MKN
21.96 5.13 3.40 65.41 0.75 0.64 Không phân
tích được 0.30 0.22
Theo [1], thành phần khoáng của clanke tính gần đúng như sau: %C3S = 4.07*C - 7.6*S - 6.72*A - 1.42*F. = 60.02%. %C2S = 8.6*S + 5.07*A + 1.07*F - 3.07*C. = 17.69%. %C3A = 2.65*(A - 0.64*F). = 7.83%. %C4AF = 3.04*F. = 10.34%.
Đá vôi dùng nghiên cứu là đá vôi Quảng Bình. Đá vôi được nghiền mịn trong máy nghiền bi - ở phòng thí nghiệm của Trung tâm bê tông và xi măng thuộc Viện vật liệu xây dựng - đến độ mịn sót sàng 4900 [lỗ/cm2] 5,7% theo phương pháp sàng ướt. Thành phần hóa học như bảng 3.2.
Bảng 3.2: Thành phần hóa của đá vôi Quảng Bình, [% khối lượng]
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO2 K2O Na2O CK MKN
0.62 0.014 0.123 54.89 0.168 0.009 0.011 0.009 0 43.40
Giả thiết rằng chỉ có CaO và MgO tồn tại ở dạng cacbonat trong đá vôi Quảng Bình.
Hàm lượng cacbonat = 1.786*C + 2.1*M. = 98.37%.
Trong đó hàm lượng CaCO3 chiếm 98.02%.
Đá vôi pha vào xi măng gốc theo dải các hàm lượng với tỷ lệ tương ứng của đỏ vụi/xi măng đá vôi là: 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%.Mỗi hàm lượng đá vôi được cân theo đúng tỷ lệ tương ứng và trộn trong máy nghiền bi - 45 phỳt/mẻ trộn. Mẫu xi măng đá vôi chứa trong cỏc tỳi nylon, kí hiệu tương ứng với hàm lượng của đá vôi và được bảo quả ở nơi khô ráo.
Mẫu xi măng kí hiệu như bảng 3.3.
Bảng 3.3: Kí hiệu mẫu xi măng đá vôi.
Hàm lượng đá vôi, [% khối lượng].
0 5 10 15 20 25 30 35
Kí hiệu H0 H5 H10 H15 H20 H25 H30 H35
III.2. Phương pháp thực nghiệm. III.2.1. Xác định độ mịn của xi măng.
Độ mịn là một trong các yếu tố quyết định tính chất của xi măng nhu: Luợng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết, tỷ trọng, tốc độ hydrat hoá.
Độ mịn đuợc xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4031 - 1985. Cân một lượng xi măng đem sấy đến khối lượng không đổi, sau đó sàng trên sàng tiêu chuẩn ( 4900 lỗ/cm2 hay kích thước lỗ 0.008 mm ), sàng cho đến khi lượng sót sàng giữa hai lần liên tiếp không quá 0.05g. Độ mịn là tỷ lệ lượng sót sàng và lượng cân ban đầu, tính ra %.
III.2.2. Xác định lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết.
Theo tiêu chuẩn TCVN 4030 - 1985, lượng nước tiêu chuẩn là lượng nước cần thiết để tạo ra hồ tiêu chuẩn - hồ tiêu chuẩn là hồ xi măng khi kim to ngập vào hồ cách đế 5ữ7 mm. Thời gian bắt đầu đông kết đuợc tính từ lúc bắt đầu đổ nước vào xi măng đến khi kim nhỏ ngập vào hồ tiêu chuẩn cách đế 1ữ2 mm. Thời gian kết thúc đông kết đuợc tính từ lúc bắt đầu đổ nước vào xi măng đến khi kim nhỏ ngập vào hồ tiêu chuẩn cách mặt 1ữ2 mm.
Cơ sở của phép thử này dựa vào hiện tượng độ nhớt của hồ tăng lên liên tục theo thời gian thủy hoá - do quá trình hydrat hoá hình thành nờn cỏc lớp gel làm cho số điểm tiếp xúc giữa các hạt xi măng tăng lên.
Lượng nước tiêu chuẩn ảnh hưởng đến độ ổn định thể tích của đá xi măng, sự phát triển cường độ của đá xi măng. Thời gian đông kết đặc trưng cho tính thi công của hồ xi măng.
III.2.3. Xác định độ bền nén của đá xi măng. 1. Theo phương pháp tiêu chuẩn.
Độ bền nộn đỏ xi măng xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4032-1985. Quá trình hydrat hoá và đóng rắn xi măng làm hoàn thiện dần cấu trúc của đá xi măng. Các sản phẩm hydrat hoá sắp xếp ổn định dần, các lỗ xốp được bít kín bởi các vi tinh thể, cấu trúc dần trở lên đặc chắc và tương ứng
với sự phát triển cường độ của đá xi măng. Sự phát triển cường độ đá xi măng đuợc đánh giá thông qua cường độ nén sau các ngày tuổi khác nhau.
Ngoài ra, sự phát triển cường độ đá xi măng phụ thuộc tỷ lệ N/XM, độ bền của chất độn, tỷ lệ giữa các sản phẩm hydrat hoá. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thao tác tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả theo tiêu chuẩn TCVN 4032-1985,[5].
2. Theo phương pháp phi tiêu chuẩn.
Khi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đá vôi đến cường độ nén đá xi măng để loại trừ ảnh hưởng của cát và kiểm nghiêm lại các kết quả của phương pháp xác định cường độ nén theo tiêu chuẩn, đề tài đã sử dụng phương pháp phi tiêu chuẩn. Nội dung của phương pháp đó như sau.
a. Chế tạo mẫu.
Sau khi xác định được lượng nước tiêu chuẩn của các mẫu xi măng - theo tiêu chuẩn TCVN 4030 - 1985, dùng tỷ lệ N/XM đó để tạo “vữa” đóng mẫu. Vữa được chuẩn bị như hồ để xác định thời gian đông kết.
Mẫu đóng trong khuôn 2x2x2cm. Vữa được cho vào khuôn bằng dao. Sau đó dùng thanh thép ф4mm lốn 20 lần để vữa dàn đều trong khuôn. Tiếp đó dằn khuôn 10 cái trên bàn dằn. Dùng dao gạt bỏ lớp vữa thừa và làm phẳng mặt mẫu.
Kí hiệu mẫu trước khi cho vào thùng dưỡng mẫu trong môi trường bóo hoà ẩm.
Các loại mẫu được đóng trong cùng một ngày để tránh tác động của môi trường và có mẫu đối chứng.
b. Bảo dưỡng mẫu.
Sau 24 giờ, tiến hành tháo mẫu và bảo dưỡng trong thùng dưỡng mẫu(như bảo dưỡng mẫu có cát).
Đến tuổi, mẫu được vớt giữ trong vải ẩm và tiến hành xác định cường độ nén. Máy đo cường độ nén là loại máy --- ở phòng thí nghiệm của Trung tõm Xi măng & Bê tông - Viện vật liệu xõy dựng - Bộ Xõy Dựng.
Cường độ nén được xác định theo công thức sau:
III.2.4.Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen.
Khi chiếu một chùm tia điện tử có công suất lớn ( Tia X – có bước sóng cỡ vài Ao ) vào tinh thể thì phần lớn các điện tử đi qua và một số ớt cỏc điện tử bị phản xạ trở lại môi trường do gặp phải các phần tử nút mạng của tinh thể. Các tia phản xạ lại giao thoa với nhau tạo thành cỏc võn giao thoa. Tại các vị trí giao thoa đạt cực đại, theo phương trình Wulf-Bragg
2dsinθ = nλ Trong đó:
d: khoảng cách giữa 2 mặt cơ sở, Ao. θ: góc tới của chùm tia X, độ.
λ: bước sóng của chùm tia X, Ao. n: bậc phản xạ(Số nguyên).
Khi quay tinh thể quanh 1 trục cố định(Để thay đổi góc tới của chùm tia X chiếu lên bề mặt của tinh thể) sẽ thu đuợc các cực đại giao thoa tương ứng với khoảng cách d giữa cỏc nỳt mạng tại góc tới nào đó. Các cực đại giao thoa này có cường độ khác nhau đuợc ghi nhận bởi một ống đếm hoạt động dựa trên tác động ion hoá chất khí tia X. Kết quả thu đuợc là các xung điện đuợc máy tính ghi nhận và vẽ thành đuờng đặc tuyến cường độ nhiễu xạ - góc tới.
Với mỗi loại tinh thể cú cỏc thông số mạng cụ thể sẽ cho ảnh nhiễu xạ, với số lượng, vị trí và cường độ nhiễu xạ tương ứng với kiểu mạng và vị trí của nguyên tử hợp chất đó.
Với mẫu chứa nhiều pha tinh thể thì ảnh nhiễu xạ chung sẽ là tập hợp các ảnh nhiễu xạ riêng rẽ, với cường độ các vạch nhiễu xạ tỷ lệ thuận với lượng pha có trong mẫu.
III.3. Kết quả và thảo luận.
III.3.1. Một số tính chất của xi măng có pha đá vôi. 1. Độ mịn.
Kết quả xác định độ mịn của xi măng khi pha đá vôi theo bảng 3.4.
Bảng 3.4: Độ mịn của các mẫu xi măng.
Hàm lượng đá vôi, [%]
0 5 10 15 20 25 30 35
Sót sàng,[%] 0.2 1 2 3 3.6 8 8.4 9
Hình 3.1: Ảnh hưởng hàm lượng đá vôi đến độ mịn mẫu xi măng. Độ mịn của các mẫu xi măng đá vôi giảm dần khi tăng lượng đá vôi pha vào. Do phương pháp chuẩn bị mẫu, bột đá vôi có độ mịn thấp hơn xi măng gốc nên khi pha vào lượng sót sàng của xi măng đá vôi bằng lượng sót sàng của xi măng gốc cộng với lượng sót sàng của bột đá vôi.
Độ mịn của xi măng đá vôi không giảm tuyến tớnh khi tăng lượng đá vôi pha vào. Vì khi sàng bột đá vôi rất dễ dính bết lỗ sàng và co cụm với
nhau tạo thành hạt đá vôi có kích thước to hơn vì vậy làm sai lệch kết quả đo. Với lượng đá vôi pha vào thấp (<20%) thì xác suất các hạt đá vôi gặp nhau thấp và gần như không gây ra hiện tượng dính bết, ngược lại khi lượng đá vôi đủ lớn các hạt đá vôi dễ dàng gặp nhau và gây ra hiện tượng dính bết. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.Độ dẻo chuẩn và thời gian đông kết.
Kết quả xác định lượng nước tiêu chuẩn cho hồ xi măng khi pha đá vôi theo bảng 3.5.
Bảng 3.5: Lượng nước tiêu chuẩn của các mẫu xi măng. Hàm lượng đá vôi, [%]
0 5 10 15 20 25 30 35
N/XM,[%] 27.5 26.5 25.75 25.75 25 24.5 24 23.75
Lượng nước tiêu chuẩn tính theo tỷ lệ N/XM giảm khi tăng lượng đá vôi pha vào. Do các nguyên nhõn sau:
+Khi pha thêm đá vôi làm giảm lượng khoáng trong xi măng. Mà lượng nước tiêu chuẩn gồm có 2 phần: Một phần phản ứng với cỏc khoỏng - đóng vai trò làm nước liên kết, thường chiếm 1/4ữ1/3 lượng nước tiêu chuẩn; Phần còn lại tạo độ linh động cho hồ xi măng. Do đó, lượng nước tiêu chuẩn giảm vì lượng nước cần cho phản ứng với cỏc khoỏng giảm.
+Đá vôi thô hơn xi măng, do đó lượng nước cần để thấm ướt bề mặt của nó cần ít hơn xi măng. Vì vậy lượng nước cần để thấm ướt cho lượng xi măng giảm khi tăng lượng đá vôi pha vào.
+Bột đá vôi có tác dụng làm tăng độ linh động của hồ theo cơ chế “hiệu ứng vòng bi”, do đó để đạt độ linh động như nhau thì lượng nước của hồ xi măng có đá vôi cần lượng nước ít hơn xi măng gốc.
Kết quả xác định thời gian đông kết cho hồ xi măng khi pha đá vôi theo bảng 3.6.
Bảng 3.6: Thời gian đông kết của hồ xi măng.
Hàm lượng đá vôi, [%]
Thời gian 0 5 10 15 20 25 30 35
đông kết, B-đầu 139 100 70 70 65 62 45 45
Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng đá vôi đến thời gian đông kết của hồ xi măng.
Hồ tiêu chuẩn của các mẫu xi măng có xu hướng rút ngắn thời gian đông kết khi tăng hàm lượng đá vôi. Vì:
+Theo [13], bất kỳ chất nào làm chậm quá trình tạo mầm và phát triển mầm CH đều có thể coi là chất làm chậm quá trình hydrat hoá. Mà quá trình hydrat hoá ảnh hưởng đến thời gian đông kết; quá trình hydrat hóa xảy ra càng nhanh, sản phẩm hydrat hình thành càng nhiều thì thời gian đông kết càng rút ngắn.
+Đá vôi là bề mặt thuận lợi cho quá trình kết tinh CH, do đó làm tăng tốc độ tạo mầm và phát triển mầm của CH.
+Hơn nữa đá vôi phản ứng với CH tạo thành CaCO3.nCa(OH)2.xH2O- ở giai đầu của quá trình thuỷ hoá, bao phủ bề mặt hạt đá vôi- và có thể chớnh lớp sản phẩm này liên kết các hạt đá vôi thành các “tấm” nhanh chóng làm hồ xi măng mất tớnh linh động.
+Mặt khác, khi tăng hàm lượng đá vôi tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phát triển mầm của CH đồng thời làm tăng tốc độ phản ứng tạo ra hydrocacbon hydroxitcanxi, do đó làm giảm thời gian đông kết khi tăng hàm lượng đá vôi.
Thời gian đông kết của các mẫu xi măng phù hợp với tiêu chuẩn - [5], vì vậy khi pha đá vôi vào với hàm lượng ≤ 35% thì vẫn đảm bảo thời gian thi công.
III.3.2. Độ bền nộn đỏ xi măng.
Kết quả xác định lượng nước chuẩn cho vữa xi măng khi pha đá vôi theo bảng 3.7.
Bảng 3.7: Lượng nước chuẩn cho vữa xi măng.
Hàm lượng đá vôi, [%]
0 5 10 15 20 25 30 35
N/XM,[%] 41 39 39 39 39 38 38 37
Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng đá vôi đến lượng nước chuẩn cho vữa xi măng.
Lượng nước chuẩn cho vữa giảm dần khi hàm lượng đá vôi tăng dần. Kết quả này phù hợp với kết quả xác định lượng nước tiêu chuẩn của các mẫu.
1.Độ bền nén của đá xi măng có cát. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả xác định cường độ nộn đỏ xi măng khi pha đá vôi theo bảng 3.8. Bảng 3.8: Cường độ nộn đỏ xi măng - Có cát, [N/mm2]. Mẫu xi măng H0 H5 H10 H15 H20 H25 H30 H35 Tuổi mẫu, [Ngày] 1 4.37 7.76 9.7 4.47 5.92 6.41 5.04 4.27 3 17.94 19.88 19.3 16.78 16.88 15.13 13.19 12.61 7 18.73 25.69 24.72 24.83 23.87 24.43 23.66 21.91 14 27.73 29.88 29.86 26.47 22.59 24.33 21.71 22.2 28 27.75 31.83 30.47 30.37 27.17 28.82 26.49 26.2 60 35.71 38.04 38.91 36.77 32.7 34.74 36.29 32.8
Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng đá vôi đến cường độ nén của đá xi măng - Có cát.
Khi đưa đá vôi với hàm lượng từ 5→35% thấy cường độ nén của các mẫu xi măng tương ứng thay đổi so với xi măng gốc ở các loạt mẫu. Mức độ thay đổi theo bảng 3.8.
Bảng 3.9: Mức độ thay đổi cường độ nén so với xi măng gốc, [%] Mẫu xi măng H0 H5 H10 H15 H20 H25 H30 H35 Tuổi mẫu, [ngày] 1 0.00 77.57 121.97 2.29 35.47 46.68 15.33 -2.29 3 0.00 10.81 7.58 -6.47 -5.91 -15.66 -26.48 -29.71 7 0.00 37.16 31.98 32.57 27.44 30.43 26.32 16.98 14 0.00 7.75 7.68 -4.54 -18.54 -12.26 -21.71 -19.94 28 0.00 14.70 9.80 9.44 -2.09 3.86 -4.54 -5.59 60 0.00 6.52 8.96 2.97 -8.43 -2.72 1.62 -8.15 ∑ 0.00 154.53 187.97 36.26 27.95 50.33 -9.45 -48.70
Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng đá vôi đến mức độ thay đổi cường độ nén. (1). Với hàm lượng đá vôi khoảng 5ữ10%, thấy:
+Làm tăng cường độ nén ở tất cả các ngày tuổi. Có thể đõy là hàm lượng tối ưu trong dải hàm lượng đã khảo sát.
+Mức độ tăng độ bền nén giảm dần theo thời gian. Ở ngày tuổi sớm do:
(+)Đá vôi phản ứng tạo thành các hợp chất cho cường độ sớm như: Monocacbonat, hemi-cacbonat và tricacbonat.
(+)Đá vôi là hợp chất có cường độ, đóng vai trò tại bộ khung cấu trúc ban đầu cho đá xi măng.
+Cường độ nén có xu hướng tiến đến cường độ nén xi măng gốc theo thời gian. Vì:
(+)Khi pha đá vôi vào xi măng làm giảm lượng khoáng, đã biết các sản phẩm hydrat của các khoáng cho cường độ đá xi măng ở ngày tuổi muộn.
(+)Đóng góp cho cường độ xi măng về lõu dài thì các sản phẩm hydrat như: Monocacbonat, hemi-cacbonat và tricacbonat hay bột đá vôi không bằng CSH(B).
(2). Với hàm lượng đá vôi từ 10ữ35%, thấy:
+Ảnh hưởng ít đến cường độ nén đá xi măng so với hàm lượng 5ữ10%. Vì:
(+)Khi tăng lượng đá vôi pha vào tương ứng với lượng khoáng giảm.