›
›

Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 4: Chất kết dính vô cơ - Nguyễn Duy Hưng

ppt 105 trang phuongnguyen 140
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 4: Chất kết dính vô cơ - Nguyễn Duy Hưng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_vat_lieu_xay_dung_chuong_4_chat_ket_dinh_vo_co_ngu.ppt

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 4: Chất kết dính vô cơ - Nguyễn Duy Hưng

  1. Môn học: Vật liệu xây dựng CHƯƠNG 4. CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ GVHD: NGUYỄN DUY HƯNG TP.HCM, Tháng 01 Năm 2010
  2. PHẦN 1. KHÁI NIỆM CHUNG 2
  3. 1. KHÁI NIỆM CHUNG ❖ Chất kết dính vơ cơ (CKDVC) là loại vật liệu thường ở dạng bột mịn, khi nhào trộn với nước hoặc dung mơi khác (dung dịch MgCl2, thuỷ tinh lỏng, ) sẽ tạo thành hồ dẻo, qua quá trình biến đổi hố lý sẽ rắn chắc như đá. ❖ CKDVC thường được sử dụng để liên kết các hạt rời rạc như cát, đá dăm, sỏi để tạo thành một khối đồng nhất, vững chắc. ❖ Ứng dụng: ➢ Bê tơng, ➢ Vữa xây dựng, ➢ Gạch silicate, ➢ Gạch đá nhân tạo khơng nung, 3
  4. 1. KHÁI NIỆM CHUNG ❖ Phân loại: ➢ CKDVC rắn trong khơng khí: sau khi trộn với nước cĩ thể rắn chắc và phát triển cường độ trong khơng khí. VD: CaO, CaSO4.0,5H2O, MgO, [Na2O.nSiO2, K2O.mSiO2 với m, n = 2 – 3,5], ➢ CKDVC rắn trong nước: cĩ khả năng rắn chắc và phát triển cường độ cả trong mơi trường khơng khí và nước. VD: CKD hỗn hợp, vơi thuỷ, xi măng Portland, ➢ CKDVC rắn trong thiết bị chưng áp: rắn chắc trong mơi trường hơi nước bão hồ (với nhiệt độ và áp suất phù hợp) để tạo thành các sản phẩm cĩ cường độ. VD: chất kết dính vơi-silic, vơi-tro, 4
  5. PHẦN 2. CÁC CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ RẮN TRONG KHƠNG KHÍ 5
  6. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.1 Phương pháp chế tạo ❖ 3 phương pháp: ➢ Đá thạch cao → nung → nghiền mịn → thạch cao XD ➢ Đá thạch cao → nghiền mịn → nung → thạch cao XD ➢ Đá thạch cao → (nghiền + nung) → thạch cao XD 150 -170oC CaSO4.2H2O → CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O ❖ Trước khi chế tạo, đá thạch cao được đập nhỏ: ➢ 100 – 200mm đối với sản xuất thạch cao khan trong lị tunnel; ➢ 10 – 20mm khi sx bằng lị quay ➢ < 2mm khi chế biến trong “nồi nấu”. 6
  7. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.2 Phân loại ❖ Theo cơng thức hố học: ➢ Thạch cao xây dựng: CaSO4.0,5H2O, cường độ thấp ✓ Thạch cao xây trát ✓ Thạch cao đúc tượng ➢ Thạch cao khan nước: CaSO4 ✓ Thạch cao nung nhiệt độ cao (thạch cao estrich) ✓ Thạch cao cường độ cao (thạch cao Mamov, cẩm thạch) 7
  8. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.2 Phân loại A. Phân loại theo cơng dụng 1. Thạch cao xây trát (CaSO4.0,5H2O): ❖ Được chế tạo bằng cách nung đá thạch cao thành thạch cao. ❖ Sử dụng để làm vữa xây trát, làm khuơn trong cơng nghiệp gốm sứ, 2. Thạch cao đúc tượng (CaSO4.0,5H2O): ❖ Được chế tạo từ đá thạch cao tinh khiết 8
  9. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.2 Phân loại A. Phân loại theo cơng dụng 3. Thạch cao estrich (CaSO4 và CaO tự do): ❖ Đá thạch cao nung ở nhiệt độ cao (khoảng 1200oC) đến khi tách nước hồn tồn. ❖ Cường độ cao hơn CaSO4.0,5H2O. ❖ Ứng dụng: lăn nền, xây trát ở những vị trí đặc biệt. 4. Thạch cao cẩm thạch: ❖ Nung đá TC → CaSO4.0,5H2O → ngâm trong dung dịch phèn → nung trở lại cho đến khi tách nước hồn tồn. ❖ Ứng dụng: miết mạch các tấm tường, tơ trát những nơi cần độ cứng cao. 9
  10. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.2 Phân loại B. Phân loại theo dạng thù hình 1. Thạch cao CaSO4.0,5H2O ❖ Dạng -CaSO4.0,5H2O: ➢ Nung thạch cao trong khơng khí bão hồ hơi nước (0,2 – 0,3MPa) từ 160 – 180oC, ➢ Tinh thể lớn, lượng nước tiêu chuẩn thấp (40 – 45%), cường độ cao sau 7 ngày (15 – 40MPa). ❖ Dạng -CaSO4.0,5H2O: ➢ Nung thạch cao trong khơng khí khơ, ➢ Tinh thể hạt mịn, lượng nước tiêu chuẩn cao (60 – 65%), độ rỗng sản phẩm đĩng rắn 40%, cường độ thấp. 10
  11. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.2 Phân loại B. Phân loại theo dạng thù hình 2. Thạch cao khan CaSO4 ❖ Anhydrite III: ➢ Nung đá thạch cao ở nhiệt độ 180 - 240oC, ➢ Trong khơng khí ẩm dễ chuyển về CaSO4.0,5H2O. ❖ Anhydrite II: ➢ Nung đá thạch cao hoặc CaSO4.0,5H2O hay anhydrite III ở 320 – 480oC. ❖ Anhydrite I: ➢ Chỉ ổn định ở nhiệt độ > 1180oC. 11
  12. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.3 Quá trình rắn chắc ❖ Ban đầu, khi nhào trộn với nước, CaSO4.0,5H2O trở thành một loại vữa dẻo cĩ tính linh động cao (tính dẻo) ❖ Quá trình ninh kết: các biến đổi hố lý phức tạp làm hỗn hợp mất dần tính dẻo ❖ Quá trình rắn chắc: hỗn hợp dần dần đặc lại, kết tinh, rắn chắc, cường độ phát triển dần ❖ Phản ứng thuỷ hố của thạch cao: CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O → CaSO4.2H2O 12
  13. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.3 Quá trình rắn chắc Gồm 3 thời kỳ: ❖ Thời kỳ hồ tan: tạo dung dịch bão hồ, phản ứng thuỷ hố: CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O → CaSO4.2H2O ❖ Thời kỳ ninh kết (hố keo): ➢ CaSO4.2H2O mới sinh khơng thể tan thêm mà tồn tại ở thể keo hạt rất nhỏ, ngưng lắng dần ➢ Vữa thạch cao mất tính dẻo nhưng chưa cĩ cường độ. ❖ Thời kỳ rắn chắc: ➢ Tinh thể xuất hiện, phát triển dần lên, liên kết chặt chẽ với nhau làm cho cường độ phát triển. ➢ Quá trình rắn chắc, thạch cao nở 1% thể tích. 13
  14. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.4 Tính chất của thạch cao xây dựng 1. Thời gian ninh kết ❖ Được xác định bằng thiết bị Vicat. ➢ Thời gian bắt đầu ninh kết: 6 phút ➢ Thời gian ninh kết xong 30 phút ❖ Cĩ thể sử dụng phụ gia để điều chỉnh thời gian ninh kết: ➢ Làm giảm thời gian ninh kết: Na2SO4, NaCl, ➢ Làm tăng thời gian ninh kết: vơi 14
  15. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.4 Tính chất của thạch cao xây dựng 2. Cường độ ❖ Xác định bằng thí nghiệm ép mẫu 7,07x7,07x7,07 cm hay 4x4x16 cm. ❖ Cường độ được xác định sau 1 giờ 30 phút trộn thạch cao với nước. ❖ Tác nhân tạo cường độ cho thạch cao: ➢ Sự kết tinh của thạch cao 2 phân tử nước ➢ Sự bay hơi nước tự do làm các tinh thể CaSO4.2H2O gắn kết với nhau chắc hơn. 15
  16. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.4 Tính chất của thạch cao xây dựng 2. Cường độ Yêu cầu: ❖ Trong điều kiện ẩm ướt bình thường: ➢ Thạch cao loại 1: R > 4,5 Mpa ➢ Thạch cao loại 2: R > 3,5 Mpa ❖ Trong điều kiện đã được sấy khơ: ➢ Thạch cao loại 1: R > 10 Mpa ➢ Thạch cao loại 2: R > 7,5 Mpa 16
  17. 2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG 2.1.4 Tính chất của thạch cao xây dựng 3. Độ mịn và lượng nước nhào trộn ❖ Độ mịn càng cao thì cường độ càng cao ❖ Lượng nước nhào trộn lớn, cường độ giảm ❖ Ở mơi trường nhiệt độ và độ ẩm lớn, cường độ khơng phát triển. ❖ Mơi trường ngập nước, thạch cao bị phá hoại. 4. Khối lượng riêng: 3 a = 2,6 – 2,7 g/cm 5. Khối lượng thể tích: 3 0 = 0,8 – 1,0 g/cm 17
  18. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.1 Nguyên liệu và chế tạo ❖ Nguyên liệu: ➢ Đá vơi calcite (khống chủ yếu là CaCO3) ➢ Đá phấn, đá vơi vỏ sị với yêu cầu hàm lượng tạp chất sét (Al2O3, SiO2, Fe2O3, ) nhỏ hơn 6%. ❖ Phương pháp chủ yếu chế tạo vơi là nung đá vơi. 900 – 1100oC CaCO3  CaO + CO2 – Q (Q = 42,5 kcal/phân tử gam) ❖ Phản ứng cĩ tính thuận nghịch ➢ Chiều phản ứng phụ thuộc vào áp lực phân giải khí CO2 trong mơi trường xung quanh ➢ Tăng chiều thuận: cần thơng giĩ tốt 18
  19. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.1 Nguyên liệu và chế tạo ❖ Quá trình nung cĩ thể xảy ra các trường hợp sau: ➢ Nung non lửa: ✓ Lớp bên ngồi của viên đá đã “chín” thành vơi trong khi lõi bên trong cịn sống. ✓ Loại vơi này hàm lượng CaO thấp, khi đem tơi bị sượng, kém dẻo, chất lượng kém. ➢ Nung già lửa: ✓ Nhiệt độ nung quá cao, các tạp chất sét nĩng chảy bọc quanh hạt vơi thành một màng keo cứng bên ngồi ✓ Vơi sẽ khĩ tơi, nhiều hạt sượng, kém dẻo, dễ gây nứt. 19
  20. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.1 Nguyên liệu và chế tạo ❖ Nhiệt độ nung tùy thuộc vào: ➢ Thành phần đá vơi ➢ Hàm lượng tạp chất ➢ Loại lị nung ❖ Tốc độ nung đá vơi tùy thuộc vào: ➢ Kích thước cục đá vơi ➢ Nhiệt độ nung ➢ Thời gian nung ❖ Vơi khơng khí cĩ thể được sử dụng theo 2 cách: ➢ Nghiền mịn thành dạng bột, sử dụng như xi măng ➢ Tơi thành vơi tơi, sử dụng rộng rãi trong xây dựng. 20
  21. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.2 Quá trình tơi vơi ❖ Cho CaO tác dụng với nước, xảy ra phản ứng toả nhiệt: CaO + H2O  Ca(OH)2 + 15,5 kCal/phân tử gam (65,5 kJ) +277 kCal/kg CaO (1160 kJ/kg CaO) ❖ Tơi vơi toả nhiệt mạnh, t0C đến 400oC → để thúc đẩy phản ứng theo chiều thuận cần giảm nhiệt độ của vơi. ❖ Sau khi tơi, thể tích tăng 1,5 – 3,5 lần so với thể tích vơi ban đầu. 21
  22. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.2 Quá trình tơi vơi ❖ Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tơi vơi: ➢ Kích thước cục vơi ➢ Nhiệt độ mơi trường xung quanh ➢ Thành phần hố học của vơi ➢ Nhiệt độ nung vơi 22
  23. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.2 Quá trình tơi vơi Các sản phẩm thu được của quá trình tơi vơi: 3 loại ❖ Vơi bột: Ca(OH)2 ➢ Lý thuyết: H2O = 32,14% CaO ➢ Thực tế H2O = 70%CaO. ➢ Vơi bột cũng cĩ thể được tạo thành do vơi sống tự hút ẩm trong khơng khí và tả ra. ➢ Sử dụng nhiều trong y học và nơng nghiệp. 3 ➢ Khối lượng riêng a = 2,1 g/cm , 3 ➢ Khối lượng thể tích: 0 = 0,4 – 0,5 g/cm 23
  24. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.2 Quá trình tơi vơi Các sản phẩm thu được của quá trình tơi vơi: 3 loại ❖ Vơi nhuyễn: ➢ Hỗn hợp gồm 50% Ca(OH)2 và 50% H2O, dạng bột dẻo. ➢ Sử dụng trong xây dựng dưới dạng vữa xây hay vữa trát. 3 ➢ Khối lượng thể tích: 0 = 1,2 – 1,4 g/cm ❖ Vơi sữa: ➢ Lượng nước lớn hơn vơi sữa nữa, ở dạng dung dịch. ➢ Sử dụng chủ yếu để quét tường. ➢ Nếu vơi cĩ độ hoạt tính cao thì trung bình 1 kg CaO sẽ được 5 lit vơi sữa. 24
  25. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.2 Quá trình tơi vơi Lưu ý: ❖ Nếu vơi cĩ độ hoạt tính cao thì khi tơi phải cho đủ nước vào cùng một lúc để tránh hiện tượng sinh phản ứng nghịch: Ca(OH)2 + CO2 (khơng khí) → CaCO3 + H2O ❖ Nếu vơi cĩ độ hoạt tính thấp, cho nước vào từ từ để tránh hiện tượng “lạnh đột ngột” làm “sượng” sản phẩm. 25
  26. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.3 So sánh hai dạng sử dụng vơi Bột vơi sống Vơi nhuyễn Ưu 1. Khơng tốn thời gian tơi 1. Chế tạo đơn giản điểm hơn 2. Tận dụng được lượng nhiệt thốt ra khi thủy hố, thực hiện được một 2. Dễ sử dụng phần phản ứng silicate giữa vơi và 3. An tồn cho cơng cát: nhân thi cơng CaO + SiO + H O → 2 2 4. Bảo quản khơng CaO.SiO .H O 2 2 quá phức tạp 3. Cường độ vữa dùng bột vơi sống 5. Khơng tiêu tốn thiết cao hơn dùng vơi nhuyễn, R 5 MPa bị nghiền 4. Tăng hiệu quả sử dụng nhờ quá trình nghiền giúp loại bỏ được các hạt sượng do non hay già lửa. 26
  27. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.3 So sánh hai dạng sử dụng vơi Bột vơi sống Vơi nhuyễn Nhược 1. Bảo quản khĩ khăn vì CaO dễ hấp 1. Thời gian tơi lâu (1 điểm thu CO2 trong khơng khí: tháng trong hố tơi, 3 – 7 ngày trong máy tơi CaO + CO → CaCO 2 3 vơi) 2. Tốn chi phí cho thiết bị nghiền 2. Khi chế tạo vữa vơi mịn, gây ơ nhiễm bụi khơng tạo được sản 3. Khơng an tồn cho người lao động phẩm cĩ độ bền cao là khi trực tiếp trộn vữa từ bột vơi sống silicate, cát chỉ đĩng vai trị là cốt liệu 3. Cường độ thấp, Rn = 0,4-1 MPa 27
  28. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của vơi 1. Nhiệt độ tơi và tốc độ tơi ❖ Nhiệt độ tơi: là to cao nhất khi cho 10g bột vơi sống đã nghiền nhỏ (lọt sàng No 014) tác dụng 20 ml nước ở 20oC. o o ➢ Loại phát nhiều nhiệt: t tơi > 70 C o o ➢ Loại phát ít nhiệt: t tơi 70 C ❖ Tốc độ tơi: thời gian (phút) từ khi bắt đầu đổ nước vào bình đến khi đạt được nhiệt độ tơi. ➢ Vơi cĩ tốc độ tơi nhanh: ttơi < 10 phút ➢ Vơi cĩ tốc độ tơi vừa: ttơi < 20 phút ➢ Vơi cĩ tốc độ tơi chậm: ttơi 20 phút 28
  29. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của vơi 2. Hàm lượng vơi nhuyễn do 1 kg vơi sống sinh ra ❖ 200g vơi sống cục (5 – 10mm) cho vào bình 2 lit, đổ nước ngập 1 – 2cm để tơi vơi (cĩ thể đun trên bếp hoặc đèn cồn). ❖ Khi vơi sơi lên, nước bị hút cạn thì cho tiếp nước vào đến khi vơi tơi xong (trên mặt cĩ váng mỏng). ❖ Tính thể tích vơi nhuyễn do 1 kg vơi cục sinh ra: Độ hoạt tính Lượng vơi nhuyễn (lit/kgCaO) Cao (loại I) > 2,4 Trung bình (loại II) (2,0; 2,4] Thấp (loại III) [1,6; 2,0] 29
  30. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của vơi 3. Hàm lượng hạt sượng do 1 kg vơi sống sinh ra ❖ Vơi nhuyễn + nước → vơi sữa, lọc qua sàng No 063 (d = 0,63mm, 124 lỗ/cm2) đến khi nước lọc qua sàng trong. ❖ Sấy khơ hạt sượng (trên sàng) → để nguội trong bình hút ẩm → cân tỷ lệ hạt sượng từ 200g vơi sống cục. Dùng HCl 1% nhỏ vào hạt sượng để phân loại: ➢ Hạt sượng sủi bọt: non lửa ➢ Hạt sượng khơng sủi bọt: già lửa hoặc cát, đá lẫn vào Độ hoạt tính Lượng hạt sượng (%) Cao (loại I) < 5 Trung bình (loại II) [5; 7) Thấp (loại III) [7; 10) 30
  31. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của vơi 4. Xác định độ hoạt tính của vơi ❖ Là tổng hàm lượng CaO + MgO cĩ trong vơi, tổng hàm lượng này càng cao, vơi cĩ hoạt tính càng lớn. ❖ Thí nghiệm: ➢ Cân 1g vơi sống cục cho vào dụng cụ thí nghiệm, đổ vào bình 150ml nước cất, đun nĩng khuấy đều cho tan hết. ➢ Nhỏ vào bình 2-3 giọt cồn phenol 1% khuấy đều, dung dịch cĩ màu hồng. ➢ Chuẩn độ bằng dung dịch HCl 1N cho đến khi dung dịch mất màu. ➢ Sau 5 phút để yên, nếu cĩ màu hồng xuất hiện, nhỏ tiếp HCl 1N cho đến khi hồn tồn mất màu. 31
  32. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của vơi 4. Xác định độ hoạt tính của vơi ❖ Độ hoạt tính được tính theo cơng thức: v.K.0,02804 %(CaO + Mg) = .100% g ❖ Trong đĩ: ➢ v: lượng dung dịch acide HCl 1N dùng chuẩn độ, ml ➢ g: khối lượng mẫu vơi thử, g ➢ K: hệ số điều chỉnh cho độ chuẩn của dung dịch acide HCl ➢ 0,02804: lượng CaO tương ứng với 1cm3 dung dịch HCl nhân với 100 32
  33. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của vơi 4. Xác định độ hoạt tính của vơi Độ hoạt tính % (CaO + MgO) Cao (loại I) > 88 Trung bình (loại II) (80; 88] Thấp (loại III) (70; 80] 5. Độ mịn yêu cầu của vơi bột và vơi sống ❖ Lượng sĩt trên sàng No 063 (124 lỗ/cm2) khơng lớn hơn 2% ❖ Lượng sĩt trên sàng No 008 (4900 lỗ/cm2) khơng lớn hơn 10% 33
  34. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.5 Quá trình rắn chắc của vơi và vơi sống 1. Quá trình rắn chắc của vơi (vữa vơi) ❖ Trong khơng khí vữa vơi rắn chắc do ảnh hưởng đồng thời của 2 quá trình: kết tinh và carbonate hĩa. ➢ Dạng kết tinh: ✓ Vữa vơi khi sử dụng sẽ bị mất một phần nước do bị nền xây hút và do quá trình bay hơi, ✓ Ca(OH)2 sẽ nhanh chĩng bị bão hịa, chuyển dần từ dạng keo sang dạng kết tinh, ✓ Các tinh thể xích lại gần nhau, liên kết với nhau và rắn chắc. 34
  35. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.5 Quá trình rắn chắc của vơi và vơi sống 1. Quá trình rắn chắc của vơi (vữa vơi) ❖ Trong khơng khí vữa vơi rắn chắc do ảnh hưởng đồng thời của 2 quá trình: kết tinh và carbonate hĩa. ➢ Dạng carbonate hĩa: khi tiếp xúc với khí trời, Ca(OH)2 phản ứng với CO2 tạo thành CaCO3: Ca(OH)2 + CO2 (khơng khí) → CaCO3 + H2O + 20 kCal Tinh thể CaCO3 hình thành xen kẽ với các tinh thể Ca(OH)2 làm cho vữa đặc chắc. Phản ứng sinh ra ít nhiệt và tạo thêm nước đồng thời tốc độ xảy ra rất chậm và hầu như khơng cảm thấy lượng nhiệt thốt ra. 35
  36. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.5 Quá trình rắn chắc của vơi và vơi sống 2. Quá trình rắn chắc của bột vơi sống ❖ Vữa bột vơi sống rắn chắc theo các giai đoạn: ➢ Hịa tan, ➢ Hĩa keo, ➢ Ngưng keo, ➢ Kết tinh, ➢ Rắn chắc. Các giai đoạn trên xảy ra xen kẽ nhau. 36
  37. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.6 Cơng dụng và bảo quản 1. Cơng dụng: ❖ Chế tạo vữa xây, vữa trát, vữa trang trí, lớp bề mặt bảo vệ cơng trình, ❖ Cơng nghiệp sản xuất CKD hỗn hợp, vật liệu silicate. 2. Bảo quản: ❖ Bột vơi sống bảo quản trong bao kín hoặc các dụng cụ đặc biệt, kín. ❖ Vơi tơi bảo quản trong các hố tơi vơi luơn ngập nước để tránh khả năng carbonate hĩa. 37
  38. 2.2 VƠI KHƠNG KHÍ VÀ VƠI TƠI 2.2.6 Cơng dụng và bảo quản 2. Bảo quản: ❖ Khơng dự trữ bột vơi sống quá 1 tháng do quá trình hút ẩm và carbonate hĩa liên tục xảy ra làm giảm chất lượng vơi: H O CO CaO 2 Ca(OH)2 2 CaCO3 ❖ Sử dụng vơi nhuyễn đã được tơi và bảo quản trong hố tơi vơi tối thiểu 1 tháng (càng lâu càng tốt để loại trừ ảnh hưởng của hạt sượng). ❖ Khơng vận chuyển vơi bột, vơi cục trong điều kiện mưa giĩ. ❖ Bảo quản trong kho khơ ráo, sàn cách mặt đất và tường > 20cm. 38
  39. PHẦN 3. CÁC CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ RẮN TRONG NƯỚC 39
  40. 3.1 VƠI THUỶ Là chất kết dính vơ cơ, cĩ khả năng rắn chắc cả trong khơng khí và trong nước. 3.1.1 Phương pháp chế tạo ❖ Nguyên liệu: ➢ Đá mác-nơ (đá vơi lẫn 8 – 20% sét) (toC = 900 – 12000C) ➢ Đá vơi trộn với đất sét ❖ Yêu cầu: ➢ Tạp chất sét phải phân bố đều trong đá vơi ➢ SiO2 nằm dưới dạng oxit silic của kaolinit mà khơng tồn tại dạng thạch anh. 40
  41. 3.1 VƠI THUỶ 3.1.2 Thành phần khống ❖ C2S, CA, C2F, CaO, MgO. ❖ Thành phần C2S, CA, C2F nhiều, khả năng rắn trong nước càng lớn ❖ Thành phần CaO, MgO nhiều thì vơi xấu nhưng dễ tơi. 3.1.3 Quá trình rắn chắc ❖ Hịa tan ❖ Hĩa keo ❖ Kết tinh. 41
  42. 3.1 VƠI THUỶ 3.1.4 Tính chất ❖ Khối lượng riêng: 2,2 – 3,0 g/cm3 ❖ Khối lượng thể tích: 500 – 800 kg/m3 ❖ Rn = 0,6 – 1,5 MPa ❖ Độ mịn: lượng sĩt trên sàng 4900 lỗ/cm2 < 15%. ❖ Module hoạt tính: %CaO M ht = %SiO2 + %Al2O3 + %Fe2O3 ➢ Mht = 1,7 – 4,5: vơi thủy cĩ hoạt tính mạnh ➢ Mht = 4,5 – 9: vơi thủy cĩ hoạt tính yếu ❖ Mẫu đúc được để rắn trong khơng khí từ 3-5 ngày (vơi mạnh) hoặc 1-2 tuần (vơi yếu) sau đĩ mới cho tiếp xúc với nước. 42
  43. 3.1 VƠI THUỶ 43
  44. 3.2 CHẤT KẾT DÍNH HỖN HỢP 3.2.1 Nguyên liệu ❖ Vơi rắn trong khơng khí + phụ gia thuỷ hoạt tính. Gồm: ➢ 3 – 15% khối lượng vơi ➢ 70 – 80% khối lượng phụ gia ➢ 5% khối lượng thạch cao Phụ gia thủy thiên nhiên Phụ gia thủy Nguồn gốc phún xuất Nguồn gốc trầm tích nhân tạo (núi lửa) (cấu tạo vỏ trái đất) Tro núi lửa, pouzolan Diatomite Đất sét nung non Tufs núi lửa Trepen Phế thải Silic hoạt Tras Opaka tính Đá bọt Khống sét Xỉ tro nhiên liệu Tro trấu 44
  45. 3.2 CHẤT KẾT DÍNH HỖN HỢP 3.2.2 Sự rắn chắc Phản ứng: * xCa(OH)2 + SiO2 + qH2O → xCaO.SiO2.qH2O 3.2.3 Tính chất ❖ Khối lượng riêng: 2,1 – 2,8 g/cm3 ❖ Khối lượng thể tích: 800 – 1100 kg/m3 ❖ Rn = 5 – 15 MPa ❖ Độ mịn: lượng sĩt trên sàng 4900 lỗ/cm2 khơng vượt quá 20% ❖ Thời gian bắt đầu ninh kết: 6 – 8 giờ 45
  46. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.1 Lịch sử phát triển ngành xi măng 3.3.2 Định nghĩa xi măng Portland ❖ Là CKD rắn trong nước và trong khơng khí được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp đã nghiền mịn của đá vơi (70 – 80%) và đất sét (20 – 25%) đến nhiệt độ kết khối thành clinker. Sau đĩ nghiền clinker với một số phụ gia khác như: ➢ Đá thạch cao (3 – 5%) để điều chỉnh thời gian ninh kết cho xi măng ➢ Phụ gia vơ cơ hoạt tính như đá pouzoland, diatomite, (<25%) để tăng tính bền nước cho xi măng. ➢ Phụ gia trơ như đá vơi, cát thạch anh (< 10%) để tăng sản lượng xi măng. 46
  47. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.3 Nguyên liệu chế tạo 1. Đá vơi: ❖ CaCO3 87 – 96% (CaO từ 49 – 54%). ❖ Để sản xuất 1 tấn clinker cần 1,3 tấn đá vơi 47
  48. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.3 Nguyên liệu chế tạo 2. Đất sét: ❖ SiO2; Al2O3; Fe2O3 (7 – 10%), SO3 (< 1%), R2O (< 1%) 48
  49. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.3 Nguyên liệu chế tạo 3. Xỉ quặng (quặng sắt): ❖ Chỉ cho vào khi đất sét thiếu %Fe2O3. ❖ Yêu cầu %Fe2O3 trong quặng sắt > 40%. 4. Đá thạch cao: ❖ Điều chỉnh thời gian ninh kết của xi măng. ❖ Hàm lượng CaSO4.2H2O trong đá thạch cao > 80%. 5. Phụ gia: ❖ Phụ gia hoạt tính (đá pouzoland, trépen, ) ❖ Phụ gia trơ (cát xay, bột đá, ) nhằm tăng sản lượng và cải thiện tính chất của xi măng. 49
  50. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.3 Nguyên liệu chế tạo 6. Nhiên liệu: rắn (than), lỏng (dầu), khí (metal, etal, ) 50
  51. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.4 Thành phần hĩa của xi măng CaO: 63 – 67% SiO2: 21 – 24% Al2O3: 4 – 7% Fe2O3: 2 – 4% R2O: < 1,5% MgO: < 4,5% Mn2O3: < 1,5% SO3: < 3% 3.3.5 Thành phần khống vật Ký Hàm lượng trong Tên khống vật Cơng thức hiệu clinker (%) Silicate tricalcite 3CaO.SiO2 C3S 45 – 60% Silicate bicalcite 2CaO.SiO2 C2S 15 – 30% Aluminate tricalcite 3CaO.Al2O3 C3A 7 – 15% Ferro Aluminate tetracalcite 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 10 – 18% 51
  52. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.5 Thành phần khống vật ❖ C3S: tốc độ hydrate hĩa lớn, nhiệt thủy hĩa lớn, ít co thể tích, cường độ lớn. ❖ C2S: nhiệt thủy hĩa thấp nhất. Giúp XMP ổn định trong MT nước. ❖ C3A: nhiệt thủy hĩa rất lớn, cường độ phát triển trung bình, dễ gây nứt nẻ cơng trình. ❖ C4AF: giúp tăng độ bền của XMP trong mơi trường muối khống. Là khống cĩ khối lượng riêng lớn nhất 3 (a = 3,77g/cm ) 52
  53. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.5 Thành phần khống vật ❖ Ngồi ra: ➢ CaOtựdo: làm xi măng khơng ổn định về thể tích, làm giảm chất lượng xi măng, dễ gây nứt nẻ cơng trình. ➢ MgOtựdo: hydrate hĩa rất chậm, tạo thành brucit, khơng cĩ cường độ. Đây là khống khơng cĩ lợi cho xi măng. MgOtựdo + H2O → Mg(OH)2 (brucit) ➢ SO3: làm xi măng khơng ổn định về thể tích. 53
  54. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.6 Các hệ số và module của xi măng 1. Module thủy lực: (%CaO − %CaO ) m = tudo (%SiO2 + %Al2O3 + %Fe2O3 ) ❖ Đối với clinker XMP: m = 1,7 – 2,4 ❖ Khi m tăng, tính bền nước của XMP giảm. 54
  55. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.6 Các hệ số và module của xi măng 2. Module silicate: (%SiO −%SiO ) Cáckhống silicate (C S+ C S) n = 2 2tudo = 3 2 (%Al 2O3 + %Fe2O3 ) Cáckhống nĩng chảy(C3A + C4AF) ❖ Đối với XMP: n = 1,7 – 3,5 ➢ Khi n tăng chất lượng XMP cao nhưng nung luyện gặp khĩ khăn, khĩ tạo pha lỏng, năng suất lị giảm. ➢ Khi n quá nhỏ, nung luyện dễ tạo pha lỏng, clinker kết tảng nhiều, xử lý lị khĩ khăn (tạo ano). 55
  56. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.6 Các hệ số và module của xi măng 3. Module aluminate %Al O %C A p = 2 3 = 3 %Fe2O3 %C4 AF ❖ Đối với XMP: p = 1,0 – 3,0 ➢ Nếu p tăng: nung luyện khĩ, XMP đĩng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền trong mơi trường khống. ➢ Nếu p giảm, pha lỏng nhiều, xi măng cĩ cường độ khơng cao nhưng bền trong mơi trường sulphate. 56
  57. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.6 Các hệ số và module của xi măng 4. Hệ số bão hịa vơi (%CaO − %CaOtudo)− (1,65%Al2O3 + 0,35%Fe2O3 + 0,7%SO3 ) Kbh = 2,8(%SiO2 − %SiO2tudo) ❖ Đối với XMP: Kbh = 0,85 – 0,95 < 1 ➢ Nếu Kbh lớn XMP cĩ cường độ cao, đĩng rắn nhanh nhưng khĩ nung luyện vì nhiệt độ kết khối cao. ➢ Nếu Kbh nhỏ, hàm lượng alit trong clinker thấp, chất lượng XMP thấp nhưng nhiệt độ kết khối thấp, clinker dễ nung luyện. ❖ Trong tính tốn cho phép dùng cơng thức: %CaO − (1,65%Al2O3 + 0,35%Fe2O3 ) Kbh = 2,8%SiO2  57
  58. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP ❖ Cĩ 2 phương pháp sản xuất cơ bản: ➢ Phương pháp ướt ➢ Phương pháp khơ ❖ Cĩ 3 giai đoạn trong quy trình sản xuất XMP (cả 2 phương pháp): ➢ Giai đoạn 1: Chuẩn bị hỗn hợp phối liệu ➢ Giai đoạn 2: Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker ➢ Giai đoạn 3: Nghiền clinker và phụ gia thành XMP 58
  59. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 59
  60. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 1. Chuẩn bị nguyên liệu A. Theo phương pháp khơ ❖ Trong lị quay: đá vơi + đất sét được sấy + nghiền (w = 1 – 2%) ❖ Trong lị đứng: hỗn hợp phối liệu được đĩng bánh hoặc vê viên B. Theo phương pháp ướt ❖ Hỗn hợp phối liệu được nghiền ướt trong máy nghiền bi → Bùn phối liệu (w = 36 – 42%) 60
  61. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 61
  62. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 62
  63. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 2. Nung phối liệu A. Theo phương pháp ướt 63
  64. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 2. Nung phối liệu A. Theo phương pháp ướt Các vùng lị: ❖ Vùng 1: vùng bay hơi, t0 = 70 – 2000C ❖ Vùng 2: vùng đốt nĩng (200 - 7000C) → cháy tạp chất hữu cơ. Vùng 1 và 2 chiếm 50-60% chiều dài lị. ❖ Vùng 3: vùng decarbonate hố → phân huỷ CaCO3 (700 – 11000C) ❖ Vùng 4: vùng phĩng nhiệt → tạo C2S, C3A, C4AF (1100 – 12500C) ❖ Vùng 5: vùng kết khối (1300 – 14500C), chiếm 10 – 15% chiều dài lị. Hình thành pha lỏng, tạo C3S. 0 ❖ Vùng 6: vùng làm lạnh (1300 – 1000 C) 64
  65. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 2. Nung phối liệu A. Theo phương pháp ướt 65
  66. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 2. Nung phối liệu A. Theo phương pháp ướt 66
  67. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 2. Nung phối liệu B. Phương pháp khơ ❖ Kích thước lị ngắn hơn, nguyên tắc tương tự lị ướt. Lị quay 67
  68. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 2. Nung phối liệu B. Phương pháp khơ Video 68
  69. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 3. Nghiền clinker ❖ Clinker ra lị được ủ 10 – 15 ngày trước khi nghiền. ❖ Khi nghiền cho thêm 3 – 5% đá thạch cao + phụ gia khống, phụ gia trơ ❖ Thiết bị nghiền: máy nghiền bi hoặc máy nghiền đứng →Xi măng ❖ Sau khi nghiền, xi măng được chuyển tới silo chứa trước khi xuất xưởng (đĩng bao hoặc xuất trực tiếp bằng xe chở xi măng chuyên dụng) 69
  70. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 3. Nghiền clinker 70
  71. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.7 Quy trình cơng nghệ sản xuất XMP 3. Nghiền clinker Đĩng bao 71
  72. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 1. Khối lượng riêng, khối lượng thể tích 3 A. Khối lượng riêng: a = 3,05 – 3,15 g/cm . ❖ Khối lượng riêng phụ thuộc: ➢ Nhiệt độ nung càng cao, a càng tăng ➢ Hàm lượng khống C4AF tăng, a tăng ➢ Phụ gia khống hoạt tính và phụ gia trơ nhiều, a giảm ❖ Để tăng a dùng biện pháp: 3 ➢ Thay CaO bằng BaO, a cĩ thể tăng đến 5,4 g/cm ➢ Trộn BaSO4 vào xi măng. 3 B. Khối lượng thể tích: 0 = 1,0 – 1,2 g/cm 72
  73. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 2. Độ mịn ❖ Thể hiện mức độ nghiền mịn hạt xi măng ❖ Xi măng càng mịn thì ➢ Quá trình ninh kết càng nhanh, ➢ Rắn chắc nhanh, ➢ Cường độ cao ➢ Lượng nước yêu cầu tăng. 73
  74. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 2. Độ mịn ❖ Cĩ 2 phương pháp phân tích độ mịn: ➢ Phương pháp phân tích sàng: ✓ Xi măng thường: qua sàng 4900 lỗ/cm2 85%. ✓ Xi măng rắn chắc nhanh: qua sàng 4900 lỗ/cm2 95%. ➢ Phương pháp tính tỷ diện tích bề mặt: tổng diện tích bề mặt của 1g xi măng (đơn vị: cm2/g xi măng). ✓ XMP thường 2500 – 3000 cm2/g. ✓ Xi măng rắn nhanh, cường độ cao 3500 - 4000cm2/g ❖ Theo TCVN 6260-1997, với PCB40 sĩt sàng 0,08mm khơng lớn hơn 12%. 74
  75. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 3. Lượng nước tiêu chuẩn ❖ Ntc là lượng nước đảm bảo hồ xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn, tính bằng % khối lượng xi măng; xác định bằng dụng cụ Vicat. ❖ Kim Vicat cĩ 2 đầu kim: ➢ Kim lớn: d = 10 0,02mm ➢ Kim nhỏ: d = 1,1 0,04mm ❖ Ntc kim cách đáy 5 – 7mm ❖ Đối với xi măng portland, Ntc = 24 – 30%, nếu xi măng cĩ nhiều phụ gia khống thì Ntc cĩ thể tăng đến 32 – 37%. 75
  76. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 3. Lượng nước tiêu chuẩn 76
  77. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 4. Thời gian ninh kết ❖ Xác định bằng dụng cụ Vicat với đầu kim nhỏ ❖ Thời gian bắt đầu ninh kết: ➢ Kim cách đáy vành khâu 1 – 2mm (TCVN 4031-1985) ➢ Hay 4 1mm (TCVN 6017-1995). ➢ Cần đủ dài để tiến hành vận chuyển, đổ khuơn và đầm chặt bê tơng. ❖ Thời gian kết thúc ninh kết: ➢ Kim cắm sâu khơng quá 1 – 2mm (TCVN 4031-1985) ➢ Hay 0,5mm (TCVN 6017-1995). ➢ Khơng nên quá dài, ảnh hưởng thi cơng 77
  78. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 4. Thời gian ninh kết ❖ Theo TCVN 6282-1999, đối với xi măng hỗn hợp PCB30, PCB40 ➢ Thời gian bắt đầu ninh kết: khơng sớm hơn 45’ ➢ Thời gian kết thúc ninh kết: khơng muộn hơn 375’ ❖ Những hợp chất làm tăng quá trình ninh kết: CaCl2, muối carbonate (Na2CO3) ❖ Những hợp chất làm chậm quá trình ninh kết: đá thạch cao, muối nitrat calci, đường, 78
  79. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 5. Tính ổn định thể tích của xi măng ❖ Quá trình rắn chắc của xi măng: ➢ Gây co trong khơng khí ➢ Gây nở hoặc khơng đổi thể tích trong nước ❖ Để đánh giá độ ổn định thể tích của xi măng, người ta dùng phương pháp: ➢ Tạo mẫu “bánh đa” → dưỡng hộ (ẩm) 1 ngày đêm → chưng hơi → quan sát, đánh giá. Nếu cong vênh, nhiều vết nứt, sứt mẻ, vụn nát → khơng đạt; nếu chỉ cĩ vết nứt ở giữa, hình dáng đều đặn → đạt. ➢ Xác định độ nở hồ xi măng bằng dụng cụ Le Chatelier 79
  80. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 6. Nhiệt lượng khi thủy hĩa Lượng nhiệt phát ra cal/g sau thời gian Khống vật 3 ngày 7 ngày 28 ngày 3 tháng 6 tháng 3CaO.SiO2 97 110 116 124 135 2CaO.SiO2 13 25 40 47 55 3CaO.Al2O3 141 158 209 221 244 5CaO.3Al2O3 56.8 - 171.4 214.5 - 4CaO.Al2O3.Fe2O3 42 60 90 99 - ❖ Thi cơng trong mùa đơng, lượng nhiệt tỏa ra cĩ lợi ❖ Thời tiết nĩng, khối xây lớn, nhiệt phát ra cĩ thể gây hại. 80
  81. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 7. Cường độ xi măng ❖ Cường độ nén và uốn của (đá) xi măng càng cao thì cường độ bê tơng hay vữa chế tạo từ loại xi măng đĩ càng lớn. ❖ Cường độ nén của xi măng phát triển liên tục theo thời gian, phát triển nhanh trong thời gian đầu và chậm dần về sau. ❖ Nếu lấy cường độ xi măng ở 28 ngày tuổi làm đơn vị thì tốc độ phát triển cường độ xi măng như sau: Thời gian 3 ngày 7 ngày 28 ngày Cường độ 0,4 – 0,5 0,6 – 0,7 1 81
  82. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 7. Cường độ xi măng ❖ Cường độ xi măng phụ thuộc vào: ➢ Thành phần khống, ➢ Độ mịn, ➢ Mơi trường dưỡng hộ, ➢ Thời gian rắn chắc, ❖ Mác xi măng: ➢ Mẫu 40x40x160mm, ➢ Chế tạo và dưỡng hộ trong điều kiện chuẩn: ✓ 1 ngày trong khuơn ở t0C = 27 10C, w > 90%, ✓ 27 ngày trong nước ở t0C = 27 10C 82
  83. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.8 Các tính chất của xi măng portland 7. Cường độ xi măng ❖ Ý nghĩa thơng số PCB30, PCB40 ➢ PCB = Portland Cement Blended. ➢ 30, 40 N/mm2 (MPa) - giới hạn bền nén ở 28 ngày tuổi ❖ Đúc mẫu kiểm tra mác xi măng portland (phương pháp dẻo): ➢ Trộn hỗn hợp (X:C = 1:3; N:X = 1:2) ➢ Đúc 3 mẫu kích thước 40x40x160mm ➢ Đầm chặt bằng bàn rung tiêu chuẩn ➢ Dưỡng hộ sau 28 ngày, thử nghiệm uốn nén. 83
  84. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.9 Quá trình rắn chắc của xi măng ❖ Xi măng portland nhào trộn với nước được một loại vữa dẻo, đơng đặc dần và rắn chắc thành đá xi măng. ❖ Ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, đá xi măng phát triển cường độ khơng ngừng, lúc đầu nhanh sau đĩ chậm dần, kéo dài hàng chục năm. ❖ Quá trình này diễn ra với nhiều phản ứng hĩa lý phức tạp, gồm 3 giai đoạn: ➢ Hịa tan, ➢ Hĩa keo, ➢ Kết tinh. 84
  85. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.9 Quá trình rắn chắc của xi măng 1. Giai đoạn hịa tan 2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 2(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O CaO.Fe2O3.nH2O + 2Ca(OH)2 → 3CaO.Fe2O3.6H2O + qH2O 85
  86. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.9 Quá trình rắn chắc của xi măng 1. Giai đoạn hịa tan ❖ Đá thạch cao khi nghiền chung với clinker sẽ xảy ra phản ứng phụ: 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O + 26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (ettringite) ❖ Ettringite khơng tan nhưng gây nở thể tích 2,86 lần. ❖ Các sản phẩm Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O dễ tan tạo điều kiện cho lớp xi măng mới tiếp tục tác dụng với nước. ❖ Vì lượng nước trong vữa xi măng cĩ hạn nên dung dịch chĩng bão hịa. 86
  87. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.9 Quá trình rắn chắc của xi măng 2. Giai đoạn hĩa keo ❖ Trong dung dịch đã bão hịa, Ca(OH)2 và C3AH6 tiếp tục sinh ra nhưng khơng tan → tồn tại ở trạng thái keo. ❖ Muối sulfoaluminat calci ngậm nước và sản phẩm C-S-H vốn khơng tan nên tồn tại ở thể keo phân tán, chất keo sinh ra càng lúc càng nhiều. ❖ Các hạt keo phân tán ngưng tụ lại thành những hạt lớn hơn → thể keo ngưng. ❖ Thể keo ngưng tiếp tục phát triển, vữa mất dần tính dẻo, dần dần đơng đặc tuy nhiên xi măng chưa cĩ cường độ. 87
  88. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.9 Quá trình rắn chắc của xi măng 3. Giai đoạn kết tinh ❖ Trong thể keo ngưng xuất hiện các mầm kết tinh từ Ca(OH)2 và C3AH6. ❖ Mầm kết tinh phát triển thành tinh thể nhỏ, đan chéo nhau, gắn kết với nhau thành bộ xương cứng làm cho xi măng phát triển cường độ. ❖ C-S-H vẫn tồn tại ở thể keo rất lâu sau đĩ mới chuyển sang tinh thể. ❖ Do lượng nước ngày càng mất đi, keo dần dần bị khơ lại, kết chặt lại và tồn bộ rắn chắc. 88
  89. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.9 Quá trình rắn chắc của xi măng 89
  90. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng ❖ Trong quá trình sử dụng, bê tơng và vữa thường bị xâm thực (ăn mịn) bởi các chất lỏng (nước, hĩa chất), chất khí, làm cho khả năng chịu lực giảm rất nhiều, cĩ thể bị phá hoại. 90
  91. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 1. Nguyên nhân gây ăn mịn ❖ Cĩ thể phân ra 3 dạng cơ bản: ➢ Dạng 1: sự hịa tan và rửa trơi Ca(OH)2 → gây rỗng cho bê tơng → cường độ giảm. ➢ Dạng 2: một số thành phần trong đá xi măng (kể cả Ca(OH)2) tác dụng với hĩa chất cĩ trong nước → chất mới cĩ độ hịa tan lớn hoặc kết tinh khơng cĩ cường độ. ➢ Dạng 3: một số thành phần trong đá xi măng tác dụng với các hĩa chất trong nước → chất mới cĩ tính trương nở thể tích → ứng suất → phá hoại kết cấu cơng trình. ❖ Khi nước cĩ áp lực mạnh và bê tơng kém đặc chắc do thi cơng thì 3 nguyên nhân trên càng phát huy tác dụng. 91
  92. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 2. Các dạng mơi trường ăn mịn A. Ăn mịn trong nước ngọt, nước mềm (nước chứa ít chất tan) như: nước mưa, nước sơng, nước đầm lầy ❖ Ca(OH)2 dễ bị hịa tan trong nước. ❖ Sau 3 tháng rắn chắc, hàm lượng Ca(OH)2 giảm khoảng 10 – 15% (tính theo CaO). ❖ Khi Ca(OH)2 bị giảm đi 15 – 30% so với tổng hàm lượng của nĩ cĩ trong đá xi măng thì cường độ của đá giảm 40 – 50%. 92
  93. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 2. Các dạng mơi trường ăn mịn A. Ăn mịn trong nước ngọt, nước mềm ❖ Khi nước đứng yên: sau một thời gian → bão hịa vơi → cơng trình chỉ bị ăn mịn phía ngồi, khơng nguy hiểm. ❖ Khi mơi trường là nước động: Ca(OH)2 hịa tan sẽ bị cuốn trơi → tiếp tục hịa tan → cường độ bê tơng giảm. - ❖ Khi nước cĩ độ cứng lớn, ([HCO3 ] cao): Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 + 2H2O ❖ CaCO3 cĩ độ hịa tan nhỏ hơn 100 lần so với CaO → ngăn khơng cho nước thấm sâu vào khối bê tơng. 93
  94. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 2. Các dạng mơi trường ăn mịn B. Ăn mịn trong nước cĩ chứa CO2 ❖ Khi [CO2] thấp → cĩ lợi vì tạo ra lớp đá CaCO3 trên bề mặt: CO2 + Ca(OH)2 + H2O → CaCO3 + 2H2O ❖ Khi nồng độ [CO2] tăng quá 15 – 20mg/lit → phá hủy lớp màng CaCO3 trên bề mặt bê tơng theo phản ứng: CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 ❖ Ca(HCO3)2 tan nhiều hơn so với Ca(OH)2 nên sự mất vơi xảy ra rất nhanh. 94
  95. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 2. Các dạng mơi trường ăn mịn C. Ăn mịn của nước ngầm, nước biển, nước cĩ chứa muối khống ❖ Xâm thực với muối sulphate: ➢ Xảy ra đối với những cơng trình ven biển, cơng trình tiếp xúc với nước thải cơng nghiệp và nước ngầm: Na2SO4 + Ca(OH)2 + 2H2O → CaSO4.2H2O + 2NaOH ➢ CaSO4.2H2O gây nở thể tích 2,21 lần làm nứt nẻ cơng trình ➢ Ngồi ra cịn cĩ phản ứng với C3AH6 tạo thành ettringite (nở thể tích 2,86 lần). 95
  96. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 2. Các dạng mơi trường ăn mịn C. Ăn mịn của nước ngầm, nước biển, nước cĩ chứa muối khống ❖ Xâm thực với muối manhe: MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O → CaSO4.2H2O + Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 → CaCl2 + Mg(OH)2 3MgSO4 + 3CaO.Al2O3.6H2O + 6H2O → 3CaSO4.2H2O + 2Al(OH)3 + 3Mg(OH)2 ❖ CaCl2 hồ tan mạnh, ❖ CaSO4.2H2O nở thể tích, ❖ Al(OH)3, Mg(OH)2 khơng cĩ cường độ, khơng dính kết. 96
  97. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 2. Các dạng mơi trường ăn mịn D. Ăn mịn trong nước cĩ acid ❖ Trong nước thải cơng nghiệp thường chứa một số acid như HCl, H2SO4, : 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + H2O H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2H2O ❖ CaCl2 hồ tan mạnh, ❖ CaSO4 cĩ thể hút nước tạo thạch cao hoặc tác dụng với C3AH6 tạo ettringite như muối sulphate. ❖ Ngồi ra, acid cịn phá huỷ các khống bền vững C-S-H của đá xi măng. 97
  98. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 2. Các dạng mơi trường ăn mịn E. Ăn mịn trong nước chứa kiềm ❖ Trong cố liệu bê tơng, đặc biệt trong xi măng và cát cĩ các hợp chất silic vơ định hình (tro núi lửa, opal), chúng tác dụng với kiềm ở nhiệt độ thường làm cho bề mặt hạt cốt liệu nở ra tạo vết nứt: * 2xKOH + ySiO2 + (z – x)H2O → yR2O.SiO2.zH2O (gây nở thể tích) 98
  99. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 3. Các biện pháp đề phịng ❖ 1. Thay đổi thành phần khống: ➢ Giảm C3S, C3A ➢ Thay tồn phần hoặc một phần CaO bằng BaO ❖ 2. Silicate hố: ➢ Phụ gia hoạt tính chứa nhiều SiO2 vơ định hình → silicate CaO.SiO2.nH2O ổn định hơn. ➢ Trong mơi trường ăn mịn nước, dùng xi măng portland puzzolan (PCpuz) 99
  100. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 3. Các biện pháp đề phịng ❖ 3. Dùng những loại xi măng đặc biệt trong mơi trường xâm thực cụ thể như: ➢ Xi măng bền sulphate (PCs, PCHS), ➢ Xi măng chống acid, ➢ Xi măng ít toả nhiệt (PCLH) ❖ 4. Carbonate hố: ➢ Thời gian 2 – 3 tuần ➢ Mục đích : tạo lớp carbonate hố CaCO3 từ Ca(OH)2 100
  101. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.10 Sự ăn mịn xi măng 3. Các biện pháp đề phịng ❖ 5. Sử dụng bê tơng cĩ độ đặc chắc cao: ➢ Giảm nước thừa trong bê tơng bằng cách sử dụng phụ gia tăng dẻo, hút chân khơng lượng nước thừa sau khi tạo hình, ➢ Đầm chặt hỗn hợp bê tơng bằng chấn động. ❖ 6. Quét lên mặt cơng trình 2-3 lớp chống thấm: nhũ tương bitume, thủy tinh lỏng ❖ Các biện pháp liên quan đến cơng nghệ thi cơng: thiết kế hệ thống thốt nước quanh cơng trình, gia cơng bề mặt vật liệu nhẵn bĩng, đặc sít, 101
  102. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.11 Cơng dụng và bảo quản xi măng 1. Cơng dụng ❖ Là CKD rắn chắc nhanh, cường độ cao, dùng được trong khơng khí, trong đất và dưới nước. ❖ Dùng sản xuất bê tơng, BTCT, vữa. ❖ Sử dụng phù hợp với những cơng trình yêu cầu chịu lực lớn, thời gian sử dụng lâu. 102
  103. 3.3 XI MĂNG PORTLAND 3.3.11 Cơng dụng và bảo quản xi măng 2. Bảo quản ❖ XMP dễ hút ẩm trong khơng khí gây vĩn cục từ đĩ làm thời gian ninh kết kéo dài, cường độ giảm, chất lượng kém. Do đĩ: ➢ Khơng vận chuyển lúc trời mưa, phương tiện vận chuyển phải được che kín, đặc biệt khi sử dụng đường thuỷ. ➢ Kho chứa khơng dột, cao ráo, kín giĩ. Sàn kho cách nền gạch 0,3m, nền đất 0,5m, cách tường 0,2m, xếp chống khơng quá 10 bao. ➢ XMP lưu kho 3 tháng chất lượng giảm 30%. Nếu để 6 tháng, khi sử dụng phải xác định lại mác xi măng. 103
  104. Tài liệu tham khảo [1] Th.S Huỳnh Thị Hạnh – Bài giảng Vật liệu Xây dựng đại cương – Bộ mơn VLXD - ĐH Bách Khoa 2006 [2] PGS.TS Phùng Văn Lự, PGS.TS Phạm Duy Hữu, TS. Phan Khắc Trí – Vật liệu xây dựng – NXB Giáo dục 2005 [3] Web (hãng Fldsmidth, PCA, ), tài liệu kỹ thuật Nhà máy xm Hà Tiên 2 104
  105. Kết thúc chương 4 Cảm ơn! 105