71
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- PHẠM THỊ CHỌN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA HỖN HỢP TRO BAY - CMC ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014

Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

Embed Size (px)

DESCRIPTION

LINK MEDIAFIRE:https://www.mediafire.com/?6fi0izvlcaxgucbLINK BOX:https://app.box.com/s/xb82l9r14jkmnju020zs8zs1nm3trz2f

Citation preview

Page 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

---------------------

PHẠM THỊ CHỌN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG

CỦA PHỤ GIA HỖN HỢP TRO BAY - CMC

ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014

Page 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

---------------------

PHẠM THỊ CHỌN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG

CỦA PHỤ GIA HỖN HỢP TRO BAY – CMC

ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG

Chuyên ngành : Hóa học vô cơ

Mã số : 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NGHIÊM XUÂN THUNG

Hà Nội - 2014

Page 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

i

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nghiêm

Xuân Thung đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em hoàn thành bản luận văn

này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Vô Cơ

- khoa Hóa Học - Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà

Nội cùng toàn thể các anh chị, các bạn trong phòng Vật liệu vô cơ đã động viên,

khích lệ và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản luận văn này. Em xin chân

thành cảm ơn!

Page 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... i

MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii

MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1

Chương 1 : TỔNG QUAN .......................................................................................... 2

1.1. Giới thiệu chung về xi măng pooclăng ............................................................ 2

1.1.1.Khái niệm về xi măng pooclăng ..................................................................... 2

1.1.2.Thành phần của clinker pooclăng ................................................................... 2

1.1.2.1. Khái niệm về clinker xi măng ) ................................................................... 2

1.1.2.2.Thành phần hóa học ....................................................................................... 2

1.2.3.Thành phần pha. .................................................................................................. 2

1.2. Phản ứng thủy hóa của xi măng) ........................................................................ 3

1.2.1. Sự hydrat hóa của C3S (alit) ............................................................................ 3

1.2.2. Sự hydrat hóa của C2S (Belit) ......................................................................... 4

1.2.3. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat). ..................................................... 4

1.2.4. Sự hydrat hóa của C4AF ................................................................................... 4

1.3. Quá trình hình thành và tính chất cơ lý của đá xi măng ......................................... 4

1.3.1. Định nghĩa ......................................................................................................... 4

1.3.2. Các tính chất cơ lý của xi măng ..................................................................... 6

1.3.2.1. Độ mịn của xi măng ...................................................................................... 6

1.3.2.2.Lượng nước tiêu chuẩn .................................................................................. 6

1.3.2.3. Thời gian ninh kết của xi măng ................................................................... 6

1.3.2.4. Độ ổn định thể tích của đá xi măng ............................................................ 7

1.3.2.5. Cường độ của xi măng (hay mác xi măng) ............................................... 7

1.3.2.6. Độ rỗng đá xi măng ....................................................................................... 9

1.4. Vai trò của phụ gia xi măng ............................................................................. 10

1.4.1. Định nghĩa về phụ gia xi măng ................................................................... 10

Page 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

iii

1.4.2. Tính chất của phụ gia xi măng ..................................................................... 10

1.4.3. Một số loại phụ thường được sử dụng ........................................................ 11

1.4.3.1. Phụ gia hoạt tính puzơlan ........................................................................... 11

1.4.3.2. Phụ gia siêu mịn ........................................................................................... 12

1.4.3.3. Phụ gia hóa dẻo ............................................................................................ 13

1.4.3.4. Phụ gia đóng rắn nhanh............................................................................... 13

1.4.3.5. Phụ gia chống ăn mòn cốt thép trong bêtông .......................................... 14

1.4.3.6. Phụ gia tro bay .............................................................................................. 14

1.4.3.7. Phụ gia CMC ................................................................................................ 15

Chương 2 : THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 17

2.1. Hóa chất và dụng cụ ........................................................................................... 17

2.1.1. Hóa chất ............................................................................................................ 17

2.1.2. Dụng cụ ............................................................................................................. 17

2.2. Xác định thành phần hoá học và độ hoạt tính của tro bay .......................... 17

2.2.1. Xác định thành phần pha của tro bay ......................................................... 17

2.2.2. Xác định hoạt tính của phụ gia tro bay ....................................................... 17

2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của vữa xi măng Hoàng

Thạch. ........................................................................................................................... 17

2.3.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu .............................................................................. 17

2.3.2. Xác định độ dẻo của hồ xi măng .................................................................. 18

2.3.2.1. Nguyên tắc ..................................................................................................... 18

2.3.2.2. Phương pháp tiến hành ................................................................................ 18

2.3.3. Xác định lượng nước tiêu chuẩn ................................................................... 19

2.3.4. Xác định thời gian đông kết .......................................................................... 20

2.3.4.1. Nguyên tắc ..................................................................................................... 20

2.3.4.2. Tiến hành thí nghiệm ................................................................................... 20

2.3.5. Xác định cường độ kháng nén ...................................................................... 21

Page 6: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

iv

2.3.5.1. Quá trình tạo mẫu ......................................................................................... 21

2.3.5.2. Tiến hành thí nghiệm ................................................................................... 22

2.3.6. Xác định độ hút nước bão hòa ...................................................................... 24

2.3.6.1. Chuẩn bị mẫu ................................................................................................ 24

2.3.6.2. Tiến hành thí nghiệm ................................................................................... 24

2.3.7. Phương pháp XRD .......................................................................................... 25

2.3.8. Phương pháp kính hiện vi điện tử quét (SEM) .......................................... 27

Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 29

3.1. Xác định thành phần hoá học của tro bay ...................................................... 29

3.2. Độ hoạt tính của tro bay ................................................................................... 29

3.3. Kết quả thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn ................................... 30

3.4. Kết quả xác định thời gian đông kết ................................................................ 34

3.5. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ kháng nén ....................................... 35

3.6. Xác định độ hút nước bão hòa .......................................................................... 39

3.7. Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp XRD .......................................... 43

3.8. Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét

(SEM) ........................................................................................................................... 45

KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 48

PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 50

Page 7: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clinker: ............................................................ 2

Bảng 2.1: Phân loại hoạt tính của phụ gia theo độ hút vôi ................................. 16

Bảng 2.2: Mẫu thí nghiệm ........................................................................................ 17

Bảng 2.3: Mẫu xác định cường độ kháng nén ....................................................... 22

Bảng 3.1: Thành phần hoá học của tro bay: .......................................................... 29

Bảng 3.2: Độ hút vôi của phụ gia tro bay .............................................................. 29

Bảng 3.3: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay ..................... 30

Bảng 3.5: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu phụ gia hỗn hợp ............................. 32

Bảng 3.4: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia CMC ........................ 31

Bảng 3.6: Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết ................................................ 34

Bảng 3.7: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia tro bay ......................... 36

Bảng 3.8: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia CMC ............................ 36

Bảng 3.9: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay +CMC

........................................................................................................................................ 37

Bảng 3.10: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia tro bay ...................................... 39

Bảng 3.11: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia CMC ......................................... 41

Bảng 3.12: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay + CMC. .... 42

Bảng 3.13: Kết quả phân tích XRD của mẫu nghiên cứu ................................... 43

Page 8: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

vi

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay. .................. 31

Đồ thị 3.2: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu phụ gia CMC................................ 32

Đồ thị 3.3 : Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp. ............... 33

Đồ thị 3.4: Cường độ kháng nén của mẫu phụ gia chứa tro bay. ...................... 36

Đồ thị 3.5: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia CMC. ......................... 37

Đồ thị 3.6: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay + CMC. . 38

Đồ thị 3.7: Độ hút nước bão hòa của mẫu phụ gia chứa tro bay. ...................... 40

Đồ thị 3.8: độ hút nước bão hòa của mẫu chứa phụ gia CMC. .......................... 41

Đồ thị 3.9: Độ hút nước bão hòa của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay +CMC. ......... 42

Page 9: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3.1: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt đá xi măng của mẫu M-0 ở 28 ngày. ....... 45

Hình 3.2: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt mẫu được phóng to của mẫu ............... 45

M-0 ở 28 ngày. ............................................................................................................ 45

Hình 3.3: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt đá xi măng của mẫu M- 9 ở 28 ngày. 46

Hình 3.4: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt mẫu được phóng to của mẫu ............. 46

M-9 ở 28 ngày. ............................................................................................................ 46

Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu M0 – 7 ngày. ........................................................... 50

Hình 3.6: Giản đồ XRD mẫu M0 – 56 ngày. ......................................................... 51

Hình 3.7: Giản đồ XRD mẫu M1 – 7 ngày. ........................................................... 52

Hình 3.8: Giản đồ XRD mẫu M1 – 28 ngày. ......................................................... 53

Hình 3.9: Giản đồ XRD mẫu M1 – 56 ngày. ......................................................... 54

Hình 3.10: Giản đồ XRD mẫu M5 – 7 ngày. ......................................................... 55

Hình 3.11: Giản đồ XRD mẫu M5 – 28 ngày. ...................................................... 56

Hình 3.12: Giản đồ XRD mẫu M5 – 56 ngày. ...................................................... 57

Hình 3.13: Giản đồ XRD mẫu M9 – 7 ngày. ......................................................... 58

Hình 3.14: Giản đồ XRD mẫu M9 – 28 ngày. ...................................................... 59

Hình 3.15: Giản đồ XRD mẫu M9 – 56 ngày. ...................................................... 60

Page 10: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

1

MỞ ĐẦU

Khi đất nước ta đang trên đà hội nhập, xây dựng là một ngành đang được

quan tâm và phát triển mạnh mẽ. Bên cạnh đó, vật liệu xây dựng cũng đang được

dần nâng cao và phát triển. Trong đó, xi măng là vật liệu cơ bản và quan trọng

nhất. Cùng với việc phát triển nghành công nghiệp xi măng, vấn đề nâng cao

chất lượng bê tông và giảm giá thành sản phẩm cũng đang được chú trọng.

Để nâng cao chất lượng của xi măng và bê tông đã có rất nhiều công trình

nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước tìm ra các

giải pháp kỹ thuật, cũng như tìm ra các loại phụ gia để nâng cao chất lượng cho

các công trình xây dựng. Một trong những giải pháp thành công nhất là sử dụng

tổ hợp hai phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia siêu dẻo. Loại phụ gia tổ hợp này

có khả năng kéo dài thời gian ninh kết, chống độ sụt lún cho bê tông .v.v. Ngoài

ra, phụ gia này có sẵn trong tự nhiên nên nó góp phần làm giảm giá thành của

sản phẩm.

Mặt khác, hiện nay các nhà máy, nhiệt điện đốt than ở nước ta thải ra môi

trường một lượng lớn tro bay và xỉ lẫn nhiều tạp chất, điều này gây ảnh hưởng

tới môi trường.

Với những ưu việt trên em chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia

hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng.

Page 11: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

2

Chương 1 : TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung về xi măng pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13, 14, 15)

1.1.1.Khái niệm về xi măng pooclăng (6, 8, 14, 15)

Xi măng pooclăng là một nhóm kết dính thuỷ lực có khả năng đóng rắn và

ngưng kết khi phản ứng với nước. Đó là sản phẩm nhân tạo được nghiền mịn từ

clinker xi măng pooclăng, thạch cao, phụ gia.

1.1.2.Thành phần của clinker pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13)

1.1.2.1. Khái niệm về clinker xi măng (6, 7, 8, 10)

Clinker xi măng pooclăng là sản phẩm ban đầu trong quá trình sản xuất xi

măng pooclăng. Clinker thường ở dạng hạt có đường kính 10-40mm, cấu trúc

phức tạp (có nhiều khoáng ở dạng tinh thể và một số khoáng ở dạng vô định

hình). Chất lượng của Clinker phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và

công nghệ sản xuất. Tính chất của xi măng do chất lượng của Clinker quyết định.

1.1.2.2.Thành phần hóa học (6, 7, 8, 10, 12, 13)

Clinker pooclăng là sản phẩm ban đầu trong quá trình sản xuất xi măng

pooclăng. Thành phần hóa học của clinker được trình bày ở bảng dưới đây:

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clinker:

Thành phần hóa học CaO Al2O3 SiO2 Fe2O3

Tỷ lệ % khối lượng 63- 67 4- 8 21- 22 2- 4

Ngoài ra còn có những tạp chất không mong muốn như MgO khoảng 1-

4%, oxit kiềm 0.5- 3%...

1.2.3.Thành phần pha(6, 8, 10, 12).

Thành phần pha của clinker được trình bày ở bảng sau:

Bảng 1.2: Thành phần pha của clinker

Thành phần pha

C3S (3CaO.SiO2)

C2S (2CaO.SiO2)

C3A (3CaO.Al2O3)

C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3)

Tỷ lệ % 37- 68 10- 37 5- 15 10 – 18

Page 12: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

3

Đặc tính của từng pha:

*Alit (C3S): bao gồm 3CaO.SiO2 chiếm từ 45-60% trong clinker. Khoáng

này phản ứng nhanh với nước, tỏa nhiều nhiệt, cho sản phẩm đông rắn cao nhất

sau 28 ngày. Đây là một pha quan trọng nhất của clinker.

*Belit( C2S): bao gồm 2CaO.SiO2 chiếm 20-30% trong clinker. Khoáng

này phản ứng với nước tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm có độ đông rắn chậm nhưng

28 ngày cũng đạt được yêu cầu bằng alit.

*Celit (C4AF): là khoáng chiếm 5-15% trong clinker, là khoáng cho phản

ứng tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm ứng với độ đông rắn thấp.

*Canxi aluminat (C3A): bao gồm 3CaO.Al2O3 chiếm 4-13%. Khoáng này

phản ứng nhanh với nước tỏa nhiều nhiệt. Cho sản phẩm phản ứng ban đầu đông

rắn nhanh nhưng sau đó lại chậm và kém alit.

1.2. Phản ứng thủy hóa của xi măng (4, 5, 6, 7, 8, 9, 17)

Khi trộn xi măng với nước các pha C3S, C2S, C3A, C4AF thực hiện phản

ứng thủy hóa. Tuỳ thuộc vào loại khoáng, hàm lượng khoáng, hàm lượng pha

thủy tinh mà khả năng tương tác của xi măng với nước là khác nhau tạo nên pha

kết dính CxSyHz và CxAyHz, Ca(OH)2 và Al(OH)3.

Quá trình hiđrat hoá tạo pha Pooclandit Ca(OH)2 và Al(OH)3 là những

hiđrôxit dễ tan trong nước và chúng để lại những lỗ trống mao quản đồng thời

quá trình bay hơi của nước dư trong thời kỳ hiđrat hoá tạo nên độ xốp, rỗng trong

vữa xi măng và bê tông.

1.2.1. Sự hydrat hóa của C3S (alit)

Thời kì ban đầu ngay khi đổ nước vào để trộn vữa bề mặt của hạt C3S tan

dần ra để cung cấp các ion Ca2+, OH-, H2SiO42- vào dung dịch. Dần dần dung

dịch trở nên quá bão hòa Ca(OH)2 và pha rắn này bắt đầu kết tủa gọi là pha

pooclandit. Lúc này có sự cạnh tranh nảy sinh các tinh thể Ca(OH)2 và CSH. Ở

điều kiện thường, phản ứng thủy hóa chỉ hoàn toàn kết thúc sau thời gian 1 đến

1.5 năm và có thể viết như sau:

Page 13: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

4

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2

Phản ứng hydrat hóa của C3S tách ra Ca(OH)2. Hàm lượng C3S trong xi

măng chiếm tỷ lệ lớn nên lượng Ca(OH)2 tách ra khá lớn.

1.2.2. Sự hydrat hóa của C2S (Belit)

Phản ứng hydrat hóa của C2S tạo thành hydro silicat và một số lượng

Ca(OH)2,nhưng lượng Ca(OH)2 tách ra ở phản ứng này ít hơn ở phản ứng thủy

hóa của C3S.

2(2CaO.SiO2 )+ 4H2O → 3CaO.SiO2.3H2O + Ca(OH)2

1.2.3. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat).

Sự tác dụng tương hỗ giữa C3A và H2O sẽ sinh ra phản ứng và phát ra một

lượng nhiệt khá lớn theo phương trình sau:

3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO. Al2O3.6H2O

Phản ứng phụ: khi trong xi măng Pooclăng có mặt của thạch cao sống thì

sẽ tác dụng với thành phần C3A và hình thành một khoáng vật mới gây trương nở

thể tích theo phản ứng sau:

3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O+ 26 H2O→ 3CaO. Al2O3. 3CaSO4.28H2O

1.2.4. Sự hydrat hóa của C4AF

Khi cho C4AF tác dụng với H2O trong điều kiện xi măng thủy hóa hoàn

toàn và hình thành một lượng vôi bão hòa thì phản ứng sẽ xảy ra trong điều kiện

nhiệt độ của môi trường theo phương trình phản ứng sau:

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 12H2O →3CaO. Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.6H2O

1.3. Quá trình hình thành và tính chất cơ lý của đá xi măng (5, 7, 10, 11)

1.3.1. Định nghĩa ( 5, 7, 10)

Hỗn hợp bao gồm xi măng, cát và nước gọi là vữa xi măng, sau một thời

gian hydrat hóa tạo thành một khối rắn chắc gọi là đá xi măng.

Quá trình hình thành đá xi măng (Cơ chế đông rắn của vữa):

Page 14: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

5

Bắt đầu từ khi trộn nước và hỗn hợp phối liệu (thường là 1 xi măng 3 cát)

độ dẻo của vữa tăng dần. Phản ứng của C3A bắt đầu, những tinh thể ettringit bắt

đầu xuất hiện. Khoảng cách giữa các hạt xi măng chứa dung dịch bão hòa SO42-

và Ca2+ . Ngay tức khắc monosunfat được tạo thành, sản phẩm này ngăn chặn sự

tấn công ồ ạt của nước, quá trình hydrat hóa chậm lại. Sau đó phản ứng kết tinh

của silicat, aluminat phía trong màng, màng bị phá vỡ và sự hydrat hóa xảy ra

tiếp tục. Quá trình trên lặp lại nhiều lần, hydrosilicat canxi, hydroaluminat canxi

dạng sợi, dạng hình kim … được tạo thành. Khi nồng độ cao SO42- và Ca2+

không còn đủ lớn tạo thành ettringit, sự tạo thành gel C-S-H xảy ra liên tục.

Chính nhờ cơ chế này mà tạo nên cường độ của xi măng.

Người ta chia quá trình đóng rắn của đá xi măng thành các giai đoạn:

*Giai đoạn 1: Xảy ra sự khuếch tán các hạt xi măng vào trong nước, các

phân tử nước tấn công ồ ạt lên bề mặt các hạt xi măng. Bắt đầu hình thành

Ca(OH)2 và monosufat C3A.CaSO4.H2O (ettringit) trên bề mặt các hạt khoáng.

Giai đoạn kéo dài khoảng 10 phút và không tạo thành cấu trúc.

*Giai đoạn 2: Tốc độ phản ứng hydrat hóa chậm lại do keo monosunfat

hình thành bao bọc lấy các hạt xi măng, độ dẻo của vữa trong giai đoạn này là ổn

định, sau đó xuất hiện sự kết tinh của các tinh thể silicat, aluminat phía trong phá

hủy màng. Quá trình thủy hóa trên được lặp đi lặp lại đến khi nồng độ SO42-

không còn đủ để tạo thành ettringit, giai đoạn này kéo dài khoảng 2 giờ và các

gel C-S-H bắt đầu xuất hiện.

*Giai đoạn 3: Do nồng độ SO42- quá nhỏ, khả năng tạo lớp keo giả bền và

ettringit không còn nữa, tốc độ phản ứng tăng vọt, sự hình thành gel C-S-H lấp

đầy vào khoảng trống giữa các hạt xi măng rất nhanh chóng. Cứ thế đá xi măng

được tạo thành và cường độ của đá (tính theo cường độ kháng nén) bắt đầu phát

triển mạnh. Giai đoạn này kéo dài 24 giờ và phần nhiều khoáng xi măng đã tham

gia quá trình hydrat hóa.

Page 15: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

6

*Giai đoạn 4: Sau 24 giờ tốc độ thủy hóa của các khoáng bắt đầu giảm

dần, cấu trúc bắt đầu ổn định và phản ứng thủy hóa vẫn tiếp tục với phần khoáng

còn lại.

1.3.2. Các tính chất cơ lý của xi măng (5, 10, 11)

1.3.2.1. Độ mịn của xi măng

Là đại lượng biểu thị cho kích thước của các hạt xi măng được thể hiện

bằng phần trăm còn lại trên sàng hay dưới sàng có kích thước lỗ nhất định. Có độ

mịn cao thì kích thước hạt xi măng nhỏ diện tích tiếp xúc của các hạt xi măng

với nước làm tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của xi măng làm cho xi măng dễ tác

dụng với nước, rắn chắc nhanh.

Độ mịn được xác định bằng hai cách :

+ Sàng bằng Rây N0088 (4900 lỗ/cm).

+ Đo độ mịn theo phương pháp Blaine.

1.3.2.2.Lượng nước tiêu chuẩn

Là tỷ lệ nước và xi măng cần thiết đề thực hiện quá trình ban đầu của sự

đóng rắn tạo nên vữa xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn.

Khi nước dư nhiều ảnh hưởng nhiều đến tốc độ phát triển cường độ, cho

cường độ thấp vì tạo độ xốp trong đá xi măng.

Xi măng pooclăng thường có lượng nước tiêu chuẩn từ 24-30%.

1.3.2.3. Thời gian ninh kết của xi măng

Khi trộn xi măng với nước sẽ xảy ra phản ứng thủy hóa của các khoáng

trong xi măng, vữa tạo thành theo thời gian mất dần tính dẻo, sau đó trở nên

cứng và có thể chịu lực. Có 2 loại thời gian ninh kết:

+Thời gian bắt đầu ninh kết: Là thời gian từ khi bắt đầu trộn nước đến

trước khi vữa mất tính dẻo.

+Thời gian kết thúc ninh kết: Là thời gian từ khi trộn nước đến khi vữa

cứng lại và có thể chịu lực.

Page 16: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

7

Thời gian ninh kết của đá xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng

clinker, lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn của xi măng, nhiệt độ môi trường, lượng

và loại phụ gia pha.

1.3.2.4. Độ ổn định thể tích của đá xi măng

Trong suốt quá trình đóng rắn, thể tích của đá xi măng luôn thay đổi. Nếu

sự thay đổi này quá lớn hoặc quá nhanh sẽ gây ra rạn nứt công trình. Sự không

ổn định thể tích của xi măng là do oxit CaO và oxit MgO gây nên.

*MgO tự do: không tham gia vào quá trình tạo clinker mà sau khi xi măng

đóng rắn nó mới bị thủy hóa tạo Mg(OH)2 có thể tăng thể tích lên làm đá xi

măng bị nứt vỡ. Có trường hợp sau hai năm MgO mới bị thủy hóa, do đó cần hạn

chế lượng MgO < 5%.

*CaO tự do: không tham gia vào phản ứng tạo clinker mà nằm ở dạng oxit

canxi bị các chất nóng chảy bao bọc xung quanh nên bị thủy hóa chậm gây nở

thể tích làm rạn nứt đá xi măng.

Cũng có thể do cấp hạt xi măng quá lớn, làm tốc độ thủy hóa xảy ra chậm,

các sản phẩm gel C-S-H, aluminat, hình thành khi công trình ổn định cũng gây ra

sự mất ổn định thể tích.

Do vậy bất kì loại xi măng thành phẩm nào trên thị trường cũng phải có

cấp hạt và hàm lượng các chất nằm trong giới hạn cho phép.

1.3.2.5. Cường độ của xi măng (hay mác xi măng)

Cường độ xi măng là giá trị lực biểu thị giới hạn bền cơ học của đá xi

măng trên một đơn vị diện tích. Là chỉ tiêu quan trọng nhất của đá xi măng, bao

gồm độ bền uốn và độ bền nén của đá xi măng. Thông thường người ta đo độ bền

uốn và độ bền nén của đá xi măng được đúc theo tỷ lệ xi măng/cát là 1/3 ở tuổi

28 ngày làm chỉ tiêu xác định mác xi măng.

Khi nghiên cứu về cường độ người ta thường quan tâm đến cường độ

kháng nén (Rn), cường độ khoáng uốn (Ru), cường độ kháng kéo (Rk) của các

Page 17: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

8

mẫu thí nghiệm. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ mẫu của mác xi măng, tỷ lệ

các khoáng trong xi măng, lượng nước sử dụng, công nghệ chế tạo và chất lượng

thi công bêtông.

Muốn sản xuất bêtông có cường độ kháng cao thì phải dùng lượng nước ít

nhất để trộn vữa . Theo tác giả R.Feret thì công thức tính Rn để biễu diễn như sau:

Rn =K (X/N +N +A )2

Trong đó:

K: Hệ số tỷ lệ

N,X: Thể tích nước và thể tích xi măng

A:thể tích không khí

Dựa vào công thức trên thì giảm tỷ lệ N /X sẽ tăng độ bền uốn và độ bền

nén cho bêtông.

Một yếu tố quan trọng khác là tỷ lệ N/X đã thực hiện trong quá trình trộn

vữa, bởi chính yếu tố này tác động mạnh đến tỷ lệ lộ rỗng có trong xi măng và

cường độ của mẫu. Mặt khác nó cũng ảnh hưởng đến độ dẻo của vữa xi măng và

quả trình đầm vữa bọt khí thoát ra hay không phụ thuộc vào độ dẻo của vữa. Do

vậy tỷ lệ N/X càng cao thì cường độ của bêtông càng giảm.

Cường độ của xi măng phát triển không đều: trong 3 ngày đầu có thể đạt

được 40-50% mác xi măng, 7 ngày đầu đạt đến 60-70 % . Trong những ngày sau

tốc độ tăng cường độ còn chậm hơn nữa, đến 28 ngày đạt được mác. Tuy nhiên

trong những điều kiện thụân lợi thì sự rắn chắc của nó có thể kéo dài hàng tháng

và thậm chí hàng năm, vượt gấp 2-3 lần cường độ 28 ngày. Có thể xem tốc độ

phát triển cường độ trung bình của xi măng tuân theo quy luật Logarit được cho

bởi công thức:

R28 =Rn (lg28 /lgn)

R28 và Rn là cường độ của đá xi măng ở tuổi 28 ngày và n ngày (n>3

ngày).

Page 18: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

9

1.3.2.6. Độ rỗng đá xi măng

Trong đá xi măng luôn có các lỗ rỗng (chiếm từ 2 – 30% tùy thuộc vào

chất lượng vữa xi măng). Kích thước các lỗ rỗng tùy thuộc vào tỷ lệ nước/xi

măng, phương pháp thi công, sử dụng phụ gia, chất lượng xi măng.

*Có thể phân chia lỗ rỗng theo kích thước của đá xi măng như sau:

+ Lỗ rỗng lớn: có kích thước lớn hơn 100µm.

+ Lỗ rỗng vừa: có kích thước từ 1.6 – 100µm.

+ Lỗ rỗng nhỏ: có kích thước từ 0.6 – 106 µm.

+ Lỗ rỗng siêu nhỏ: có kích thước nhỏ hơn 0.6µm.

*Lỗ rỗng có ảnh hưởng của chúng tới tính chất của đá xi măng.

+Lỗ rỗng có đường kính ≈ 2µm liên quan đến sự khuếch tán, xâm thực của

các ion như Cl-, SO42- … làm ảnh hưởng đến độ bền vững của công trình.

+Lỗ rỗng từ vài chục đến vài trăm µm liên quan đến sự thấm nước và

thấm khí của công trình.

Có hai loại lỗ rỗng đá xi măng: lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở, lỗ rỗng kín

không nối với mao quản chỉ ảnh hưởng đến cường độ của đá mà không ảnh

hưởng tới tính chống thấm của đá xi măng.

1.3.2.7.Độ thấm của đá xi măng

Đá xi măng cũng như bê tông là hệ nhiều pha gồm: cốt liệu, pha kết dính

C-S-H, clinker khan chưa hydrat hóa, Ca(OH)2, các hydrat của silicat, aluminat

và hệ thống các lỗ trống, mao quản có kích thước khác nhau. Tính thấm của đá xi

Page 19: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

10

măng phụ thuộc vào sự có mặt của các pha đó và tương tác của các pha với môi

trường. Trong đó quan tâm nhất chính là tính thấm bao gồm thấm khí, thấm nước

và thấm muối tan. Tính thấm có liên quan rất mạnh đến độ bền của công trình,

tính thấm càng mạnh thì công trình càng kém bền.

Để giảm bớt tính thấm của công trình cần phải có kĩ thuật tốt cũng như

phải sử dụng một số loại phụ gia đặc biệt để giảm tỷ lệ nước/xi măng, giảm tỷ lệ

lỗ trống, mao quản trong đá xi măng.

1.4. Vai trò của phụ gia xi măng (1, 2, 3, 13, 16, 18)

1.4.1. Định nghĩa về phụ gia xi măng (2, 3, 12, 13)

Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Phụ gia của xi măng là các hợp chất hóa học

được thêm vào xi măng để cải thiện tính năng của bê tông.

Theo tiêu chuẩn Mỹ: Phụ gia xi măng là một vật liệu được sử dụng như

một nguyên liệu của bê tông mà ngoài xi măng, nước, cốt liệu ra còn được cho

vào mẻ trộn hỗn hợp bê tông ngay trước khi trộn và trong quá trình trộn.

1.4.2. Tính chất của phụ gia xi măng (2, 3, 12, 16)

*Cải thiện tính năng dễ dàng thi công của hỗn hợp bê tông và vữa:

+ Tăng độ linh động, độ sụt, kéo dài thời gian duy trì độ sụt mà không cần

làm tăng hay giảm lượng nước trộn.

+Làm chậm lại hoặc tăng nhanh quá trình liên kết ban đầu.

+Tạo khả năng chuyên chở bê tông tươi từ các trạm trộn ở xa đến vị trí

công trình.

+Tạo khả năng bơm bê tông lên cao để thi công nhà cao tầng, bơm đi xa

để thi công cầu, hầm hoặc công trình thủy lợi.

*Cải thiện tính chất của bê tông sau khi hóa cứng:

+Tăng cường độ sớm trong thời gian ban đầu để sớm tháo ván, khuôn,

sớm tạo ra ứng lực nhằm tăng nhanh tiến độ thi công.

+Tăng cường độ chịu nén, uốn, kéo.

Page 20: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

11

+Tăng độ chống thấm.

+Làm chậm quá trình tỏa nhiệt hoặc giảm nhiệt lượng tỏa ra khi bê tông

đang hoá rắn để tránh các vết nứt do co ngót nhiệt đặc biệt là đối với các công

trình khối lớn như: thủy điện, đập nước...

+ Hạn chế sự nở thể tích do các phản ứng của các chất kiềm với các thành

phần của khoáng cốt liệu.

+Tạo sự bám dính chặt giữa các phần bê tông cũ và mới.

+Tạo màu sắc cho bê tông theo dự kiến.

Tuy nhiên với mỗi trường hợp sử dụng phụ gia nhất định cần phải xem xét

kỹ lưỡng và tính toán, thí nghiệm chu đáo để đảm bảo hiệu quả cao.

1.4.3. Một số loại phụ thường được sử dụng (1, 3, 13, 16, 18)

1.4.3.1. Phụ gia hoạt tính puzơlan

Phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan là phụ gia có nguồn gốc thiên nhiên hay

nhân tạo ở dạng nghiền mịn khi khuấy trộn tự nó không đóng rắn, nhưng có khả

năng phản ứng với vôi ở nhiệt độ thường tạo thành các sản phẩm có hoạt tính kết

dính. Khả năng liên kết vôi của phụ gia ở nhiệt độ thường khi có mặt nước gọi là

hoạt tính puzơlan. Độ hoạt tính của phụ gia phụ thuộc vào thành phần hóa học và

thành phần khoáng, tỉ lệ pha tinh thể và pha thủy tinh, độ nghiền mịn của phụ

gia. Số lượng và vôi thêm vào có ảnh hưởng đến nhiệt động học ninh kết và rắn

chắc của hệ cũng như lượng nước tham gia hình thành pha hydrat. Hiện nay độ

hoạt tính của phụ gia khoáng được đánh giá thông qua chỉ số hoạt tính (với xi

măng pooclăng và vôi) và độ hút vôi, trong đó chỉ số hoạt tính với xi măng là

quan trọng nhất.

Căn cứ vào nguồn gốc tạo thành, Phụ gia hoạt tính puzơlan được chia

thành hai loại phụ gia nguồn gốc thiên nhiên và phụ gia nguồn gốc nhân tạo.

Puzơlan thiên nhiên bao gồm: đất điatomit, đá phiến sét, tuyp và tro núi

lửa, đá bọt, đá bazan…

Page 21: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

12

Pulơzan nhân tạo như: tro bay, tro trấu, xỉ lò cao, silicafum, sisex, meta

caolanh…

Phụ gia hoạt tính puzơlan chứa nhiều oxit silic, oxit nhôm ở dạng vô định

hình có hoạt tính. Do đó mà puzơlan có những đặc tính tốt như sau:

+ Hạ thấp lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình hydrat hóa và giảm co ngót do nhiệt.

+ Giảm phản ứng hóa học của cốt liệu kiềm.

+ Tăng độ đặc chắn, tính chống thấm, tính bền của bê tông ở trong

nước và trong đất có tính chất ăn mòn.

+ Trước khi sử dụng thì puzơlan cần phải được gia nhiệt và nghiền mịn để

tăng hoạt tính. Tuy nhiên puzơlan có thể kéo dài thời gian đông kết, làm chậm sự

phát triển cường độ bêtông ở tuổi ban đầu 3-7 ngày, nhưng cuờng độ bêtông ở

tuổi 28 ngày vẫn đạt và thậm chí còn vượt bêtông không chứa puzơlan.

+ Giảm nhiệt thủy hóa nên thích hợp với bêtông khối lớn.

+ Giảm lượng nước trộn hoặc tăng tính dễ đổ

Phụ gia trộn hỗn hợp hay có thể được nghiền riêng thành bột mịn để pha

vào bêtông và vữa trước khi trộn. Xỉ hạt lò cao thường được nghiền mịn hơn xi

măng, tỷ diện của nó lớn hơn 3500cm2/g, có khi tới 5000cm2/g, xỉ càng mịn hoạt

tính càng tăng.

1.4.3.2. Phụ gia siêu mịn

Phụ gia siêu mịn là loại phụ gia có kích thước cấp hạt bé hơn rất nhiều so

với cấp hạt của xi măng. Nó có tác dụng lấp đầy các hốc trống trong bêtông, làm

tăng chất lượng bê tông.

Phụ gia siêu mịn có hai loại: siêu mịn trơ và siêu mịn hoạt tính.

*Phụ gia siêu mịn trơ: chỉ có tác dụng bịt kín, lấp đầy các lỗ trống, mao

quản, làm tăng độ chắc đặc và giảm độ thấm của bê tông. Một số phụ gia siêu

mịn trơ thường dùng là CaCO3 siêu mịn, silic tinh thể.

*Phụ gia siêu mịn hoạt tính: là loại phụ gia vừa có cấp hạt bé hơn nhiều

Page 22: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

13

cấp hạt ximăng, vừa có tác dụng như phụ gia siêu mịn trơ, vừa có chức năng

phản ứng với CaO, Ca(OH)2 trong bê tông để tạo thành các sản phẩm có tính kết

dính, trong đó chủ yếu có oxit silic ( SiO2) và oxit nhôm (Al2O3) hoạt tính.

Ví dụ: oxit silic hoạt tính có thể xảy ra phản ứng sau:

2SiO2 + 3Ca(OH)2 = 3CaO.2SiO2.3H2O

3CaO.2SiO2.3H2O là pha C-S-H đóng vai trò là chất kết dính trong vật liệu.

Do đó phụ gia siêu mịn hoạt tính làm tăng chất lượng bê tông đáng kể. Các

loại phụ gia siêu mịn hoạt tính hay dùng là tro trấu, tro bay, muội silic

(silicafume), xỉ lò cao, metacaolanh dạng hạt nghiền siêu mịn.

1.4.3.3. Phụ gia hóa dẻo

Chiếm vị trí chủ đạo trong số phụ gia hóa học, được sử dụng trong công

nghệ bêtông. Tác dụng của phụ gia dẻo, siêu dẻo được giải thích như sau: bề mặt

các hạt xi măng còn dư điện tích chưa bão hòa, do đó các hạt xi măng có xu

hướng dính kết lại với nhau khi tiếp xúc với chất lỏng phân cực như nước làm

giảm tính lưu biến của vữa. Muốn hạn chế sự kết dính các hạt xi măng lại với

nhau người ta sử dụng các loại polime tan. Polyme bị hấp thụ lên bề mặt hạt xi

măng làm cho nó bị phân tán dễ dàng trong môi trường nước và không bị kết

dính lại với nhau. Do đó mặc dầu dùng ít nước nhưng vữa vẫn có độ lưu biến

cao. Các hạt xi măng trượt dễ dàng trong vữa trong quá trình hydrat hóa và sắp

xếp đặc xít với nhau khi có lực nén. Polyme nằm giữa các hạt xi măng sẽ sát

nhập với sản phẩm hydrat hóa tạo thành khối bêtông chắc đặc.

1.4.3.4. Phụ gia đóng rắn nhanh

Hỗn hợp nitrit, canxi clorua (CaCl2), natri clorua((NaCl), các muối này khi

tan phân li ra các cation và anion thúc đẩy đóng rắn của xi măng và khả năng ức

chế ăn mòn của canxi nitrit nên làm giảm một phần ăn mòn trong cốt thép.

Canxi clorua (CaCl2) là phụ gia có tác dụng mạnh nhất trong các loại phụ

gia đông rắn nhanh. Loại này có chứa clo (Cl-) ăn mòn cốt thép. Vì vậy liều

Page 23: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

14

lượng sử dụng phụ gia này trong bê tông cốt thép không quá 2%, không được sử

dụng chúng trong các kết cấu thành mỏng, dự ứng lực, làm việc ở điều kiện

không thuận lợi.

1.4.3.5. Phụ gia chống ăn mòn cốt thép trong bêtông

Để bảo vệ cốt thép chống lại các tác nhân ăn mòn người ta sử dụng nhiều

phương pháp khác nhau như phủ cốt thép, tăng khả năng chống thấm cho bê

tông, tăng chiều dày lớp bêtông, dùng dòng điện ngoài… Một biện pháp thông

dụng nữa là sử dụng các phụ gia ức chế quá trình ăn mòn như canxi nitrit.

1.4.3.6. Phụ gia tro bay

Tro bay là một puzơlan nhân tạo lấy từ chất lắng đọng trong quá trình cháy

của than chưa hết. Nó được thu lượm bằng máy tách cơ khí hay máy tách tĩnh

điện từ ống khói nhà máy nhiệt điện mà sử dụng than nghiền làm nhiên liệu. Là

một vật liệu rất mịn chủ yếu là các hạt thủy tinh nhỏ hình cầu. Loại vật liệu này

một thời đã được coi là rác thải khó xử lí và khó phân hủy, nhưng hiện nay nó

được coi là vật liệu có giá trị cao khi sử dụng kết hợp như là một phụ gia.

Tro bay thu được từ nhà máy tách khí xoáy có kích thước hạt tương đối

lớn, trong khi đó tro bay thu được từ tấm hút tĩnh điện thì khá mịn và có tỉ diện

bề mặt tương đối lớn 3000-5000 cm2/g.

Vì vậy tro bay có cỡ hạt mịn hơn xi măng, thành phần chính là: SiO2,

Al2O3, CaO, MgO, SO3 …. Các đặc trưng quan trọng nhất trong việc sử dụng

phụ gia là hàm lượng cacbon phải thấp và SiO2 phải ở dạng bột mịn và rời rạc.

*Ưu điểm của việc sử dụng tro bay:

+ Do kĩ thuật nghiền siêu mịn, mà lấp đầy các lỗ trống mao quản làm tăng

độ chắc đặc cho đá xi măng.

+ Khả năng hoạt tính của phụ gia đã làm giảm lượng Ca(OH)2 dễ hòa tan

trong xi măng và tạo thành gel C-S-H có khả năng rắn chắc:

2SiO2 + 3Ca(OH)2 = 3CaO.2SiO2.3H2O

Page 24: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

15

+ Khắc phục đáng kể hiện tượng xâm thực của môi trường nước biển chứa

Cl- ăn mòn mạnh cốt thép và gây phá hủy công trình.

* Với những ưu điểm khi sử dụng phụ gia tro bay được nêu trên vì vậy

hiện nay nhiều nước trên thế giới đã sử dụng tro bay của các nhà máy nhiệt điện

để làm phụ gia cho xi măng để sản xuất xi măng hỗn hợp PCB được đưa ra ở

bảng sau:

Các nước Tỉ lệ % tro bay trong hỗn hợp xi măng

Malaisia 6 – 50

Philipphin < 40

Trung Quốc 15 –50

Hàn Quốc 5 – 30

Nhật Bản 5 – 30

Châu Âu < 55

Việt Nam 10 – 40

1.4.3.7. Phụ gia CMC

CMC (carboxymethyl cellulose, một dẫn xuất của cellulose với acid

chloroacetic) là một polymer, là dẫn xuất cellulose với các nhóm carboxymethyl

(-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các glucopyranose

monomer tạo nên khung sườn cellulose, nó thường được sử dụng dưới dạng

muối natri carboxymethyl cellulose.

Dạng natri carboxymethyl cellulose có công thức phân tử là:

[C6H7O2(OH)x(OCH2COONa)y]n

Trong đó:n là mức độ trùng hợp. y là mức độ thay thế.

x = 1.50-2.80. y = 0.20-1.50. x + y = 3.0

Đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 0.20 là 178.14 đvC.

Đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 1.50 là 282.18 đvC.

Page 25: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

16

Phân tử kích thước lớn khoảng 17.000 đvC (n khoảng 100).

*Tính chất: Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không mùi

hạt hút ẩm. CMC tạo dung dịch dạng keo với nước, không hòa tan trong ethanol.

Phân tử ngắn hơn so với cenllulose. Dễ tan trong nước và rượu. Ở pH < 3 CMC

bị kết tủa. Độ nhớt CMC giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại. CMC tan hầu hết

trong nước lạnh và được sử dụng chủ yếu để kiểm soát độ nhớt mà không tạo gel

(ngay cả khi có mặt ion Ca2+). Khi tan trong nước tạo ra những nhóm có cực -

COO- ,OH-. Các gốc có cực này phản ứng với pha C3A tạo hợp chất phức :

2-COOH +C3A 2(-COO-)Al-OH

*Lợi ích khi sử dụng phụ gia CMC:

+Tăng cường độ nhớt cho xi măng.

+Khống chế độ sụt áp hỗn hợp bê tông.

Page 26: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

17

Chương 2 : THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Hóa chất và dụng cụ

2.1.1. Hóa chất

+ Xi măng Hoàng Thạch.

+ Phụ gia tro bay Phả Lại do công ty cổ phần Sông Đà Cao Cường cung cấp.

+ Phụ gia carboxyl methyl cellulose (CMC) dạng công nghiệp.

+ Axeton.

2.1.2. Dụng cụ

+ Rây.

+ Cối thủy tinh.

+ Lò sấy.

+ Chảo.

+ Bay.

+ Kim vica.

+ Ép khuôn.

+Khuôn tạo mẫu 5cmx5cmx5cm.

+ Máy đo cường độ kháng nén.

+ Máy phân tích nhiễu xạ tia X.

2.2. Xác định thành phần hoá học và độ hoạt tính của tro bay

2.2.1. Xác định thành phần pha của tro bay

Chuẩn bị mẫu tro bay đã được nghiền mịn.

2.2.2. Xác định hoạt tính của phụ gia tro bay

Mẫu tro bay được xác định bằng phương pháp độ hút vôi theo phương

pháp nhanh.

Phương pháp xác định độ hút vôi là phương pháp hóa học để xác định hoạt

tính của phụ gia khoáng hoạt tính. Cơ sở của phương pháp là phản ứng của SiO2

hoạt tính với Ca(OH)2. Độ hút vôi được tính bằng số mgCaO hấp thụ trên 1 gam

phụ gia hoạt tính. Có hai phương pháp xác định độ hút vôi là phương pháp nhanh

và phương pháp chậm.

Page 27: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

16

Phương pháp nhanh:

Cân chính xác 1 gam mẫu đã sấy khô ở 1000C cho vào bình nón có nút

nhám sau đó cho vào bình 100ml dung dịch nước vôi bão hòa, lắc đều trong 1

phút, đặt vào tủ sấy giữ ở nhiệt độ 100- 1100 C. Sau 15 phút lắc một lần và 30

phút sau dùng pipet hút ra 50 ml dung dịch, tránh làm vẩn đục dung dịch còn lại.

Chuẩn độ dung dịch đó bằng HCl 0,1N dùng chỉ thị methyl da cam. Tiếp tục bổ

sung 50ml nước vôi bão hòa vào bình chứa mẫu lắc đều trong một phút, đặt vào

tủ sấy. Cứ như thế chuẩn độ khi nào đủ 15 lần thì thôi, cộng 15 lần này lại sẽ thu

được độ hút vôi của phụ gia và đưa ra phân loại hoạt tính của phụ gia đó.

Số mg CaO do 1 gam phụ gia hút sau lần chuẩn thứ nhất là :

G1=V.ao –V.b1

Gn =(Van-1 + Vbn-1 )/2-Vbn

an là số ml HCl 0.1N dùng để chuẩn độ 50ml nước vôi trong

bn là số ml HCl 0.1N dùng để chuẩn độ 50ml dung dịch cho từng lần chuẩn.

Phương pháp chậm:

Dùng 1g mẫu đã sấy khô ở 1000C cho vào bình định mức có cổ nhám sau

đó định mức đến 100ml bằng nước vôi bão hòa, lắc đều và để yên dung dịch

trong vòng 24 giờ, đem ra lắc đều dung dịch. Sau 48 giờ dùng pipet hút ra 50 ml

dung dịch và chuẩn độ bằng HCl 0.1N dùng chỉ thị methyl da cam. Tiếp tục bổ

sung 50 ml nước vôi bão hòa vào bình chứa mẫu lắc đều và để yên sau 24 giờ

sau đó mang ra lắc lại. Tiến hành chuẩn độ cho đến khi chuẩn đủ 15 lần. Cộng tất

cả 15 lần chuẩn ta thu được độ hút vôi của phụ gia và kết luận phân loại phụ gia.

Bảng 2.1: Phân loại hoạt tính của phụ gia theo độ hút vôi

Phân loại Đánh giá

Độ hoạt tính yếu Từ 30-50 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ

Độ hoạt tính trung bình yếu Từ 50-70 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ

Độ hoạt tính trung bình Từ 70-100 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ

Độ hoạt tính mạnh Từ 100-150 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ

Độ hoạt tính rất mạnh Từ >150 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ

Page 28: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

17

2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của vữa xi măng

Hoàng Thạch.

+ Xác định độ dẻo của vữa xi măng.

+ Xác định thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết.

+Xác định cường độ kháng nén.

+Xác định độ hút nước bão hòa.

+Xác định cấu trúc của vật liệu bằng phương pháp SEM, XRD.

2.3.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu

Mẫu được chuẩn bị với tỷ lệ phụ gia như bảng sau:

Bảng 2.2: Mẫu thí nghiệm

Mẫu

Thành phần Phụ gia

Tro bay

(%)

Thành phần phụ gia

CMC

(%)

Thành phần hỗn hợp

phụ gia

(tro bay +CMC)

(%)

M-0

M-1 2

M-2 4

M-3 6

M-4 8

M-5 0.2

M-6 0.4

M-7 0.6

M-8 0.8

M-9 2+0.2

M-10 4+0.4

M-11 6+0.6

M-12 8+0.8

Page 29: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

18

2.3.2. Xác định độ dẻo của hồ xi măng

2.3.2.1. Nguyên tắc

Hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn là khi nó đạt khả năng cần thiết cản lại

sự lún của một kim chuẩn. Mỗi một xi măng có một độ dẻo tiêu chuẩn nhất định

tùy thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn, hàm lượng phụ gia trộn, xi măng

để lâu bị vón cục thì độ dẻo tiêu chuẩn cũng sẽ thay đổi.

2.3.2.2. Phương pháp tiến hành

Dùng dụng cụ vika để xác định.

Dụng cụ vika gồm: giá đứng, thanh chạy hình trụ làm bằng thép kim loại

di chuyển tự do qua lỗ trượt. Muốn giữ thanh chạy ở độ cao cần thiết thì vặn vít.

Trên thanh chạy có gắn kim để đo sự chuyển động của thanh chạy nhờ thước

chia độ được gắn chặt vào giá. Mỗi vạch của thước dài 1mm.

*Cách tiến hành:

Gắn kim to vào dụng cụ Vika. Hạ kim to cho chạm tấm đế và chỉnh kim

chỉ về số ″

không″

trên thang chia vạch. Nhấc kim to lên vị trí chuẩn bị vận hành.

Cân 500g xi măng, chính xác đến 1g. Cân lượng nước là 125 rồi đổ vào

trong cối trộn hoặc dùng ống đong có vạch chia để đo lượng nước đổ vào chảo

đã được lau khô.

Page 30: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

19

Đổ nước vào xi măng một cách cẩn thận để tránh thoát nước hoặc xi

măng. Thời gian đổ không ít hơn 5 giây và không nhiều hơn 10 giây. Lấy thời

điểm kết thúc đổ hồ xi măng là thời điểm ″

không″

, từ đó tính thời gian làm tiếp

theo. Đổ nước xong dùng bay vun xi măng vào, trong 30 giây khi nước thấm hết

vào xi măng dùng bay để trộn. Đầu tiên trộn nhẹ sau sát mạnh theo chiều chéo

góc. Thời gian trộn và sát là 5 phút kể từ lúc đổ nước vào xi măng. Ngay sau khi

trộn hồ xi măng xong dùng bay xúc một lượng xi măng đổ đầy vào khâu vika,

lắc vành khăn và đập nhẹ tầm kim loại xuống mặt bàn từ 3-6 lần. Dùng dao đã

lau sạch bằng vải ấm gạt miệng khâu và đặt ngay khâu vào dụng cụ vika tại vị trí

đúng tâm dưới kim to.

Hạ kim to từ từ cho đến khi nó tiếp xúc với mặt hồ. Giữ ở vị trí này từ 1

đến 2 giây. Thả nhanh bộ phận chuyển động để kim to lún thẳng đứng vào trung

tâm hồ. Đọc số trên thang vạch khi kim to ngừng lún.

Ghi lại số đọc, trị số đó biểu thị khoảng cách giữa đầu kim to với tấm đế.

Ghi lại lượng nước của hồ tính theo phần trăm khối lượng xi măng.

Lau sạch kim to ngay sau mỗi lần thử lún.

Khi hồ xi măng đạt được khoảng cách giữa kim to với tấm đế là 6mm ±

1mm thì đó là lượng nước cho độ dẻo chuẩn, lấy chính xác đến 0,5%.

Nếu chưa đạt thì phải lặp lại phép thử với hồ có khối lượng nước khác

nhau cho tới khi hồ xi măng đạt được một khoảng cách giữa kim to với tấm đế là

6mm ± 1mm.

2.3.3. Xác định lượng nước tiêu chuẩn

Cân 400g ximăng đã sàng qua sàng 0,63mm.

Đong lượng nước bằng 27% hoặc 29% so với lượng ximăng.

Cho lượng ximăng này vào chảo trộn đã lau ẩm, dùng bay moi thành hốc ở

giữa, đổ lượng nước vào, sau 30 giây bắt đầu trộn theo kiểu dằn mạnh và giật lùi,

thời gian trộn khoảng 5 phút.

Page 31: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

20

Trộn xong, dùng bay cho hồ ximăng vào khâu hình côn và cho một lần,

ép sát vành khâu xuống mặt tấm kính rồi dập kính lên mặt bàn 5 – 6 cái. Dùng

bay đã lau ẩm gạt cho ximăng bằng miệng khâu.

Đặt khâu vào dụng cụ Vica. Hạ đầu kim Vica gát trên miệng vành khâu,

điều chỉnh kim về chỉ số 40 hoặc 10, khoá chặt rồi di chuyển vành khâu sao cho

kim ở ngay giữa vành khâu. Mở vít cho kim tự do cắm vào hồ ximăng.

Sau 30 giây cố định kim và đọc giá trị. Nếu kim cắm cách đáy 5 – 7

mm thì đạt. Nếu không đạt thì phải trộn mẻ khác với lượng nước nhiều hơn

hoặc ít đi 0,5%.

2.3.4. Xác định thời gian đông kết

2.3.4.1. Nguyên tắc

Thời gian đông kết được xác định bằng cách quan sát độ lún sâu của một kim

vào hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn cho đến khi nó đạt được giá trị quy định.

2.3.4.2. Tiến hành thí nghiệm

Dùng dụng cụ vika nhưng thay kim nhỏ để xác định thời gian bắt đầu đông

kết. Kim này làm bằng thép và có hình trụ thẳng với chiều dài hữu ích 50mm ±

1mm và đường kính 1,13mm ± 0,05mm. Tổng khối lượng của bộ phận chuyển

động là 300g ± 1g.

*Tiến hành thử thời gian bắt đầu đông kết theo trình tự sau:

+ Hiệu chỉnh dụng cụ Vika đã được gắn kim nhỏ bằng cách hạ thấp kim

nhỏ cho đến tấm đế và chỉnh về số ″

không″

trên thang vạch. Nâng kim lên tới vị

trí sẵn sàng vận hành.

+ Đổ hồ có độ dẻo tiêu chuẩn vào đầy khâu Vika và gạt bằng mặt khâu.

Đặt khâu đã có hồ và tấm đế vào phòng dưỡng hộ ẩm. Sau thời gian thích hợp

chuyển khâu sang dụng cụ vika và đặt khâu ở vị trí dưới kim.

+ Hạ kim từ từ cho tới khi chạm vào hồ. Giữ nguyên vị trí này trong vòng

1 giây đến 2 giây để tránh vận tốc ban đầu hoặc gia tốc cưỡng bức của bộ phận

Page 32: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

21

chuyển động. Thả nhanh bộ phận chuyển động và để nó lún sâu vào trong hồ.

Đọc thang số khi kim không còn xuyên nữa.

+ Ghi lại các trị số trên thang số, trị số này biểu thị khoảng cách giữa đầu

kim và tấm đế. Đồng thời ghi lại thời gian từ điểm ″

không″

.

+ Lặp lại phép thử trên cùng một mẫu tại những vị trí cách nhau thích hợp,

nghĩa là không nhỏ hơn 10mm kể từ rìa khâu hoặc từ lần trước đến lần sau.

Lưu ý:

+Thí nghiệm được lặp lại sau những khoảng thời gian thích hợp, cách

nhau 10 phút.

+ Giữa các lần thả kim giữ mẫu trong phòng ẩm.

+ Lau sạch kim Vika ngay sau mỗi lần thả kim.

+ Ghi lại thời gian đo từ điểm ″không ″ khi khoảng cách giữa kim và đế đạt

4mm ± 1mm và lấy đó làm thời gian bắt đầu đông kết, lấy chính xác đến 5 phút.

*Tiến hành thử thời gian kết thúc đông kết theo trình tự sau:

+ Lật úp khâu đã sử dụng ở phần xác định thời gian bắt đầu đông kết lên

trên tấm đế của nó sao cho việc thử kết thúc đông kết được tiến hành ngay trên

mặt của mẫu mà lúc đầu đã tiếp xúc tấm đế.

+ Lắp kim có gắn sẵn vòng nhỏ để dễ quan sát độ sâu nhỏ khi kim cắm

xuống.

+ Cách đo tương tự như phần xác định thời gian bắt đầu đông kết. Khoảng

thời gian giữa các lần thả kim cách nhau là 30 phút.

+ Ghi lại thời gian đo, chính xác đến 15 phút, từ điểm ″

không″

vào lúc kim

chỉ lún 0,5mm vào mẫu và coi đó là thời gian kết thúc đông kết của xi măng

2.3.5. Xác định cường độ kháng nén

2.3.5.1. Quá trình tạo mẫu

Mẫu nghiên cứu được chuẩn bị với tỷ lệ phụ gia và tỷ lệ trộn phối liệu như

trong bảng sau.

Page 33: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

22

Bảng 2.3: Mẫu xác định cường độ kháng nén

Mẫu

Xi măng

Hoàng Thạch

Phụ gia

Tro bay

Phụ gia

CMC

Phụ gia (tro

bay+CMC) Cát vàng

Khối lượng

(g)

Thành

phần %

Thành

phần % Thành phần %

Khối

lượng (g)

M-0 200 600

M-1 200 2 600

M-2 200 4 600

M-3 200 6 600

M-4 200 8 600

M-5 200 0.2 600

M-6 200 0.4 600

M-7 200 0.6 600

M-8 200 0.8 600

M-9 200 2 +0.2 600

M-10 200 4 +0.4 600

M-11 200 6+0.6 600

M-12 200 8+0.8 600

2.3.5.2. Tiến hành thí nghiệm

*Chế tạo vữa:

+ Thành phần của vữa: Tỷ lệ khối lượng bao gồm một phần xi măng, ba

phần cát tiêu chuẩn và một nửa phần là nước (tỷ lệ nước/xi măng =0.5). Mỗi mẻ

cho ba mẫu thử sẽ gồm: 450g±2g xi măng, 1350g±5g cát và 225g±1g nước.

+ Định lượng mẻ trộn: Xi măng, cát, nước và thiết bị có cùng nhiệt độ

phòng thí nghiệm . Xi măng và cát được cân bằng cân có độ chính xác đến ±1g.

Khi thêm nước, dùng ống đong tự động 225ml, có độ chính xác đến ±1ml.

Page 34: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

23

+ Trộn vữa: Đổ nước vào chảo, dùng bay trộn đều hỗn hợp.

*Chế tạo mẫu thử :

+ Hình dáng và kích thước: Mẫu thử hình lập phương có kích thước 5cm x

5cm x 5cm.

+ Đúc mẫu: Tiến hành đúc mẫu ngay sau khi chuẩn bị xong vữa. Kẹp chặt

khuôn và phễu vào bàn dằn. Dùng một xẻng nhỏ thích hợp, xúc một hoặc hai lần

để rải lớp vữa đầu tiên cho mỗi ngăn khuôn sao cho mỗi ngăn trải thành hai lớp

thì đầy (mỗi lần xúc khoảng 300g) và lấy trực tiếp từ máy trộn, dằn 60 cái rồi đổ

thêm lớp vữa thứ hai. Dùng bay nhỏ dàn đều mặt vữa. Lèn chặt lớp vữa này bằng

cách dằn thêm 60 cái. Nhấc khuôn khỏi bàn dằn. Tháo phễu ra. Gạt bỏ vữa thừa

bằng thanh gạt kim loại. Gạt bỏ vữa thừa trên rìa khuôn. Đặt một tấm kính kích

thước 210mm x185mm và dày 60mm lên khuôn. Cũng có thể dùng một tấm thép

hoặc vật liệu không thấm khác có cùng kích thước. Ghi nhãn hoặc đánh dấu các

khuôn để nhận biết mẫu.

*Bảo dưỡng mẫu thử: Đặt ngay các khuôn đã được đánh dấu lên giá nằm

ngang trong phòng không khí ẩm hoặc trong tủ. Hơi ẩm phải tiếp xúc được với

các mặt bên của khuôn. Khuôn không được chồng chất lên nhau.

*Tháo dỡ ván khuôn: Đối với các phép thử 24 giờ, việc tháo dỡ khuôn

mẫu không được quá 20 phút trước khi mẫu được thử. Đối với các phép thử có

tuổi mẫu thời gian lớn hơn 24 giờ, việc tháo dỡ khuôn tiến hành từ 20 giờ đến 24

giờ sau khi đổ khuôn. Việc tháo dỡ ván khuôn phải hết sức thận trọng.

Chú thích: Việc tháo dỡ khuôn cũng có thể chậm lại 24 giờ nếu như vữa

chưa có đủ cường độ yêu cầu để tránh hư hỏng mẫu. Cần ghi lại việc tháo khuôn

muộn trong báo cáo thí nghiệm.

Mẫu đã tháo khỏi khuôn và được chọn để thử 24 giờ ( hoặc vào 48 giờ nếu

dỡ khuôn muộn), được phủ bằng khăn ẩm cho tới lúc thử. Đánh dấu các mẫu đã

chọn để ngâm trong nước và tiện phân biệt mẫu sau này, đánh dấu bằng mực

chịu nước hoặc bằng bút chì.

Page 35: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

24

*Bảo dưỡng trong nước: Các mẫu đã đánh dấu được nhận chìm ngay

trong nước (để nằm ngang hoặc thẳng đứng, tuỳ theo cách nào thuận tiện) ở

nhiệt độ 27± 2o

C trong các bể chứa thích hợp. Nếu ngâm mẫu nằm ngang thì để

các mặt thẳng đứng theo đúng hướng thẳng đứng và mặt gạt vữa lên trên. Đặt

mẫu lên lưới không bị ăn mòn và cách xa nhau sao cho nước có thể vào được cả

6 mặt mẫu. Trong suốt thời gian ngâm mẫu, không lúc nào khoảng cách giữa

các mẫu hay độ sâu của nước trên bề mặt mẫu lại nhỏ hơn 5mm. Ở mỗi bề mặt

chứa, chỉ ngâm những mẫu xi măng cùng thành phần hoá học. Dùng nước máy

để đổ đầy bể lần đầu và thỉnh thoảng thêm nước để giữ cho mực nước không

thay đổi. Trong thời gian ngâm mẫu không cho phép thay hết nước. Lấy mẫu

cần thử ở bất kì tuổi nào (ngoài 24 giờ hoặc 48 giờ khi tháo khuôn muộn) ra

khỏi nước không được quá 15 phút trước khi tiến hành thử. Dùng vải ẩm phủ

lên mẫu cho tới khi thử.

2.3.6. Xác định độ hút nước bão hòa

2.3.6.1. Chuẩn bị mẫu

Chuẩn bị mẫu vữa xi măng theo tỷ lệ phần trăm trọng lượng như sau:

Xi / Cát =1 / 3

Nước / xi = 0.5

Mẫu được tạo theo khuôn tạo mẫu 5cmx5cmx5cm.

Tỷ lệ phụ gia được trộn theo tỷ lệ như trong bảng 3 ở trên.

2.3.6.2. Tiến hành thí nghiệm

Vữa xi măng được đóng khuôn với tiêu chuẩn quy định, mẫu được đúc

xong đem bảo dưỡng trong nước cất chờ đủ ngày tuổi: 7 ngày, 28 ngày, 56 ngày,

90 ngày, mẫu được làm khô, sấy đem đi xác định độ hút nước bằng cách ngâm

mẫu vào trong nước ở điều kiện thường. Tính thời gian từ khi bắt đầu ngâm mẫu

vào trong nước đến khi mẫu vữa ngấm no nước (thời gian bão hòa nước).

Page 36: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

25

Độ hút nước theo khối lượng M (%) được xác định thông qua khối lượng

của mẫu ướt m1 (sau khi hút) và mẫu khô m2: M = 2

21

m

mm x 100%

2.3.7. Phương pháp XRD

Phương pháp nhiễu xạ tia X là một trong những phương pháp vật lý quan

trọng và hiệu quả để nghiên cứu thành phần pha, cấu tạo, cấu trúc tinh thể. Qua

phương pháp nhiễu xạ tia X xác định thành phần định tính (thành phần pha),

hàm lượng các pha, cấu trúc hình học, các thông số mạng tinh thể, kích thước hạt

trung bình và cả sự phân bố, vị trí các nguyên tử trong tinh thể.

Khi chiếu tia X vào hỗn hợp mỗi pha trong hỗn hợp cho một vạch tương ứng

nên trên giản đồ nhiễu xạ tia X tương ứng thu được một hệ vạch độc lập với nhau.

Đem phân tích các vạch nhiễu xạ sẽ xác định được các pha có mặt trong mẫu.

Cấu trúc hình học và thông số mạng tinh thể được xác định dựa vào vị trí

góc của peak nhiễu xạ.

Xét một chùm tia X có bước sóng chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới

góc tới . Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những

khoảng đều đặn , đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện

tượng nhiễu xạ của các tia X.

Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần

hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ.

Page 37: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

26

Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới) thì

hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:

Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:

Trong đó, d là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử phản xạ, θ là góc phản

xạ, λ là bước sóng tia X và n là số bậc phản xạ. Tập hợp các cực đại nhiễu xạ

Bragg dưới các góc 2θ khác nhau có thể ghi nhận bằng phim hay detector. Trên

cơ sở đó phân tích các đặc trưng về cấu trúc tinh thể, độ đơn pha và nhiều thông

số liên quan khác.

Tia X được sinh ra khi chùm e- có vận tốc cao va chạm đột ngột với một

tấm kim loại Cu. Ống phát tia X gồm 3 bộ phận chính: Nguồn cung cấp e, bộ

phận phát cao áp để tăng tốc độ e, anot bằng kim loại.

Hiệu điện thế giữa catot và anot: 3-5 kV. Tia X có bước sóng: λ= 10-100

nm. Nguồn phát tia X là một ống hình trụ, bên trong làm bằng gốm chịu nhiệt,

thường bằng Cu, Ni, Cr, Fe.

Chỉ có 5% tia đập vào bề mặt phát ra tia X, phần còn lại chuyển thành

nhiệt năng. Vì vậy để đảm bảo cho máy hoạt động lâu bền phải có hệ thống làm

mát bằng nước. Nguồn tia X mang năng lượng lớn, nên dễ làm già hóa detector.

Cần phải che bớt bằng các khe thu tín hiệu nhỏ hơn, phù hợp với từng loại mẫu:

Page 38: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

27

+ Mẫu kết tinh tốt: Đưa khe bình thường.

+ Mẫu kết tinh kém: Đưa khe rộng.

Trong bản luận văn này, em sử dụng mẫu đã xác định độ dẻo của hồ xi

măng cho vào túi nilong đựng mẫu để trong 7 ngày, 28 ngày, 56 ngày. Tất cả

mẫu được để trong bình hút ẩm. Đến ngày tuổi trên mẫu được xử lý sao cho

ngừng quá trình hydrat hóa bằng cách nghiền mịn, đem ngâm vào axeton, sau đó

làm khô dưới máy áp suất thấp rồi mang đi chụp XRD trên máy D8 – Advance –

Brucker – Đức (anot Cu, λ=1.504 A˚) tại khoa Hóa, trường Đại học KHTN – Đại

học Quốc Gia Hà Nội.

2.3.8. Phương pháp kính hiện vi điện tử quét (SEM)

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM là một phương pháp nghiên

cứu đặc điểm hình dáng bề mặt vật liệu, hình thái cấu trúc (cung cấp thông tin về

sự kết tinh, kích thước hạt, cho phép quan sát vi cấu trúc), thành phần cấu tạo.

Ngoài ra ảnh SEM còn cung cấp thông tin về thành phần pha, sự tương tác và

phân bố giữa các pha.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscope) là một

kỹ thuật phân tích cho phép sự tạo ảnh bề mặt mẫu với độ phân giải cao. Ở đây,

một chum điện tử hẹp được quét đi quét lại bề mặt mẫu, bức xạ phát ra sau khi

tương tác với mẫu sẽ được thu lại và phân tích, từ đó tạo ảnh biểu trưng hình thái

cấu trúc của vật liệu. Kỹ thuật này được phát minh từ những năm 1940 của thế

kỷ trước, thiết bị SEM thương mại đầu tiên được sản xuất tại Cambridge (Anh)

năm 1965. Sau đó chúng được thay đổi cải tiến nhiều và trở thành một thiết bị

thông dụng để nghiên cứu vật liệu.

Việc phát điện tử trong thiết bị SEM sử dụng sung phóng điện tử phát xạ

nhiệt hoặc phát xạ trường, sau đó tăng tốc cho chum điện tử. Thế tăng tốc của

SEM thường đạt từ 10kV đến 50kV. Điện tử sau khi được tăng tốc sẽ hội tụ

thành một chum hẹp (cỡ vài trăm A0 đến vài nm) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau

Page 39: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

28

đó quét trên bề mặt mẫu nhờ lực quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác

định từ kích thước chùm điện tử hội tụ.

Khi tương tác với bề mặt mẫu chất rắn sẽ sinh ra một đám mây điện tử bật

ngược trở lại, các tín hiệu này cho phép tạo ảnh bề mặt mẫu và thực hiện một số

các phép phân tích như EDS, WDS, phổ Auger, phổ huỳnh quang catot.

Những hình ảnh SEM trong bản luận văn này được chụp tại phòng

Bêtông, Viện khoa học công nghệ Xây dựng.

*Ưu điểm của SEM:

+ Các thiết bị của SEM cho phép phóng đại > 100 000 lần.

+ Phân tích không cần phá hủy mẫu và làm việc ở mức độ chân không

bình thường.

+ Chuẩn bị mẫu và điều khiển thiết bị đơn giản .

+ Giá thành thiết bị rẻ.

Page 40: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

29

Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Xác định thành phần hoá học của tro bay

Tro bay được lấy từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại có thành phần hoá học

như bảng 3.1:

Bảng 3.1: Thành phần hoá học của tro bay:

Thành phần MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O TiO2 SO3

Tỉ lệ % m 9.52 56.25 20.04 6.60 1.90 1.30 2.49 0.40 0.58

Ta thấy tro bay chứa hai thành phần pha SiO2(56.25%), Al2O3(20.04%)

là chủ yếu và một số khoáng cặn khác.

3.2. Độ hoạt tính của tro bay

Tiến hành xác định độ hút vôi kết quả thu được như bảng 3.2:

Bảng 3.2: Độ hút vôi của phụ gia tro bay

STT V(ml) V, (ml)

1 14.0 19.8

2 15.0 19.8

3 15.0 19.8

4 15.5 19.8

5 13.2 19.8

6 13.5 19.8

7 13.0 19.8

8 13.3 19.8

9 13.2 19.8

10 14.1 19.8

11 13.0 19.8

12 13.6 19.8

13 14.7 19.8

14 14.2 19.8

15 13.1 19.8

Page 41: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

30

V- là thể tích HCl 0.5N dùng để chuẩn độ nước vôi trong bình nón

V’- là thể tích HCl 0.5 dùng để chuẩn độ nước vôi trong

Tổng số mg CaO/1g phụ gia: 208,4 mg. Từ kết quả cho thấy tro bay có độ

hoạt tính rất mạnh.

3.3. Kết quả thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn

Bảng 3.3: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay

Ký hiệu mẫu Lượng nước

tiêu chuẩn

M-0 29,0%

M-1 30,0%

M-2 31,5%

M-3 33,5%

M-4 35,0%

Page 42: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

31

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

30.00%

35.00%

40.00%

M-0 M-1 M-2 M-3 M-4

Đồ thị 3.1: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay.

Bảng 3.4: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia CMC

Ký hiệu mẫu Lượng nước tiêu chuẩn

M-0 29,00%

M-5 28,75%

M-6 28,50%

M-7 28,25%

M-8 28,00%

Page 43: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

32

Đồ thị 3.2: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu phụ gia CMC.

Bảng 3.5: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu phụ gia hỗn hợp

Ký hiệu mẫu

Lượng nước tiêu chuẩn

M-0 29,0%

M-9 29,5%

M-10 31,0%

M-11 33,0%

M-12 34,5%

Page 44: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

33

26.00%

27.00%

28.00%

29.00%

30.00%

31.00%

32.00%

33.00%

34.00%

35.00%

M-0 M-9 M-10 M-11 M-12

Đồ thị 3.3 : Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp.

Nhận xét: Từ bảng kết quả trên ta thấy

Khi sử dụng phụ gia tro bay thì tỷ lệ nước/xi tăng lên theo tỷ lệ phụ gia.

Còn khi sử dụng phụ gia CMC thì tỷ lệ nước/xi giảm theo tỷ lệ phụ gia.

Khi sử dụng hỗn hợp hai phụ gia trên thì tỷ lệ nước/xi cũng tăng lên nhưng tỷ

lệ tăng đó giảm so với việc sử dụng phụ gia tro bay một mình, và tăng lên

so với việc sử dụng một mình phụ gia CMC.

Nguyên nhân là do:

Khi sử dụng phụ gia tro bay thì nó là các hạt mịn, thành phần là SiO2 ht,

Al2O3 ht và còn có CaO, MgO... Vì vậy có thể xảy ra phản ứng với nước như

trong phần tổng quan đã giải thích:

Al2O3 ht + Ca(OH)2 +(n-1) H2O = Al2O3.CaO.nH2O

SiO2 ht + Ca(OH)2 + (n-1) H2O = SiO2.CaO.nH2O

Lượng nước bị tiêu tốn thêm với các chất trong tro bay. Vì vậy hàm lượng

tro bay tăng, đồng thời lượng nước tiêu thụ trong quá trình phản ứng thủy hóa sẽ

tăng lên.

Page 45: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

34

Đối với phụ gia CMC nó bị hấp phụ lên bề mặt xi măng làm phân tán đều

trong môi trường nước, tạo tính trơn trượt giữa các hạt xi măng do đó làm giảm

khả năng hút nước.

Khi kết hợp hai loại phụ gia này thì nó mang theo những ưu điểm và loại bỏ

những nhược điểm của từng phụ gia. Do vậy khi sử dụng kết hợp hai loại phụ gia

lượng nước tiêu chuẩn không ảnh hưởng nhiều đến tính chất thủy hóa của xi măng.

3.4. Kết quả xác định thời gian đông kết

Kết quả thí nghiệm thu được trình bày ở bảng sau:

Bảng 3.6: Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết

Mẫu Thời gian bắt đầu đông kết

(phút)

Thời gian kết thúc đông kết

(phút)

M-0 131 212

M-1 181 365

M-2 228 409

M-3 233 422

M-4 237 431

M-5 222 372

M-6 229 415

M-7 236 432

M-8 247 452

M-9 206 370

M-10 219 412

M-11 234 435

M-12 245 486

Page 46: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

35

Nhận xét:

Đối với phụ gia tro bay thì thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết

tăng theo tỷ lệ phụ gia.

Phụ gia CMC thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết tăng theo tỷ

lệ phụ gia.

Khi kết hợp hai loại phụ gia này thì tương tự như việc sử dụng từng loại

phụ gia riêng lẻ, thời gian bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết tăng theo tỷ lệ

phụ gia.

Tuy vậy, đối với việc sử dụng phụ gia CMC thời gian bắt đầu đông kết và

kết thúc đông kết hoàn toàn dài hơn so với việc sử dụng phụ gia tro bay.

Nguyên nhân:

Do khi sử dụng phụ gia CMC, tỷ lệ nước/xi thấp nhưng nó có tác dụng bao

bọc xung quang các hạt clinker, không cho chúng kết bông lại với nhau làm tăng

tính lưu biến của vữa, làm kéo dài thời gian đông kết. Như giải thích ở phần tổng

quan, do đó các hạt xi măng phân tán một cách dễ dàng trong nước, vừa tạo điều

kiện cho quá trình hyđrat hoá, vừa giảm được lỗ rỗng trong vữa.

Ta thấy được hiệu quả của sự ảnh hưởng của phụ gia tro bay, phụ gia

CMC và hỗn hợp hai phụ gia này đã cải thiện được tính chất, thời gian bắt đầu

đông kết và kết thúc đông kết, và làm giảm tỷ lệ nước/xi. Trên cơ sở đó, chúng ta

có thể sử dụng trong quá trình tạo vữa hay bê tông phục vụ cho quá trình thi

công tuỳ theo thời gian thi công.

3.5. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ kháng nén

Kết quả xác định cường độ kháng nén của các mẫu thí nghiệm được trình

bày trong bảng sau:

Page 47: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

36

Bảng 3.7: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia tro bay

Mẫu

Độ bền nén (N/mm2) 7 ngày 28 ngày 56 ngày

M-0 27.1 35.4 42.9 M-1 26.8 39.8 47.3 M-2 24.3 35.2 45.6 M-3 21.4 36.1 42.3 M-4 23.9 35.7 44.2

Đồ thị 3.4: Cường độ kháng nén của mẫu phụ gia chứa tro bay.

Bảng 3.8: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia CMC

Mẫu Độ bền nén (N/mm2)

7 ngày 28 ngày 56 ngày

M-0 27.1 35.4 42.9

M-5 26.9 44.5 68.6

M-6 25.5 43.3 62.7

M-7 24.1 43.7 56.9

M-8 22.3 42.1 60.4

Page 48: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

37

Đồ thị 3.5: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia CMC.

Bảng 3.9: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay

+CMC

Mẫu Độ bền nén (N/mm2)

7 ngày 28 ngày 56 ngày

M-0 27.1 35.4 42.9

M-9 30.6 57.9 79.7

M-10 29.2 55.4 74.6

M-11 28.5 56.7 77.0

M-12 28.9 53.9 72.3

Page 49: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

38

Đồ thị 3.6: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay + CMC.

Nhận xét: Từ kết quả ta thấy:

Ở 7 ngày tuổi cường độ kháng nén của mẫu phát triển chưa cao so với

mẫu đối chứng do phụ gia chỉ ở dạng tự do nên không làm tăng được cường độ

kháng nén.

Đến 28 ngày tuổi thì cường độ kháng nén bắt đầu phát triển cao.

Đến 56 ngày tuổi thì cường độ kháng nén tiếp tục phát triển thêm.

Đối với mẫu sử dụng phụ gia tro bay cường độ kháng nén cao hơn so với

mẫu ko có phụ gia. Ở đây vai trò của phụ gia như đã giải thích ở phần tổng quan,

nó có tác dụng làm giảm pha pooclandit và tăng pha kết dính CSH, CAH. Tuy

nhiên, tro bay có cấu trúc hình cầu do vậy nó có khả năng chèn và lấp đầy các lỗ

trống mao quản trong đá xi măng làm cường độ của đá xi măng tăng lên. Với tỷ

lệ 2% thì cho cường độ kháng nén cao nhất do có tác dụng vừa đủ để tạo nên

pha kết dính làm tăng cường độ kháng nén Rn.

Page 50: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

39

Đối với mẫu sử dụng phụ gia CMC có cường độ kháng nén tương đối cao,

cao hơn so với sử dụng phụ gia tro bay. Với tỷ lệ phụ gia 0.2% thì cho cường độ

kháng nén cao nhất. Như ở phần tổng quan cho thấy cường độ kháng nén Rn tỷ

lệ nghịch với tỷ lệ nước/xi, nước giảm thì Rn tăng. Tuy nhiên, khi dùng CMC

làm giảm được lượng nước nên tỷ lệ nước/xi giảm. Nếu dùng dư CMC thì sinh ra

nhiều bọt khí tạo nên độ rỗng làm giảm cường độ kháng nén Rn.

Đối với mẫu sử dụng hỗn hợp hai loại phụ gia đã thể hiện tính ưu việt. Các

mẫu có cường độ kháng nén cao hơn so với các mẫu chứa từng phụ gia. Sử dụng

với tỷ lệ 2% tro bay+0.2% CMC thì cho cường độ kháng nén tốt hơn cả.

3.6. Xác định độ hút nước bão hòa

Trong quá trình thi công lượng nước luôn được cho dư rất nhiều so với tỷ

lệ trong các phản ứng thủy hóa của các pha xi măng nên sau khi thi công lượng

nước dư sẽ thoát ra ngoài gây hiện tượng rỗ công trình dễ bị môi trường xâm

thực. Đồng thời trong nước có khí CO2 sẽ phản ứng với Ca(OH)2 tạo thành

CaCO3 làm giảm tính kết dính của xi măng và làm tăng thể tích dẫn đến vữa xi

măng hay bê tông bị trương nở gây ra sự rạn nứt cho bê tông, ảnh hưởng xấu đến

chất lượng sản phẩm.

Kết quả xác định độ hút nước bão hòa của các mẫu thí nghiệm được trình

bày trên bảng dưới đây:

Bảng 3.10: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia tro bay

Tên mẫu

Độ hút nước bão hòa (%)

7 ngày 28 ngày 56 ngày 90 ngày

M-0 11.23 8.74 5.14 4.21

M-1 18.92 9.31 5.22 4.27

M-2 23.56 11.55 6.23 4.43

M-3 27.89 12.67 5.79 5.15

M-4 35.67 12.93 5.31 4.98

Page 51: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

40

Đồ thị 3.7: Độ hút nước bão hòa của mẫu phụ gia chứa tro bay.

Nhận xét: Độ hút nước tăng theo tỷ lệ phụ gia tro bay trong cả 7 ngày, 28

ngày, 56 ngày và 90 ngày. Tuy vậy độ hút nước giảm dần theo ngày tuổi. Ở 7

ngày thì độ hút nước tương đối cao đến 35.67%.

Điều này được giải thích như sau: Trong thời gian đầu nước đầy chui vào

lỗ trống hở của xi măng do bọt khí, nước bay hơi đi nhiều. Tuy nhiên khi thời

gian thủy phân càng dài thì sự tạo nên pha kết dính tăng. Các pha kết dính phát

triển lớn dần lên đan xen vào nhau va các hạt mịn tro bay dạng hình cầu chiếm

vào lỗ trống nên làm giảm lỗ trống xốp làm tăng cường độ kháng nén xi măng

lên cao. Khi ngày tuổi càng nhiều phản ứng thủy hóa xảy ra gần 100%, đồng thời

phụ gia:

2SiO2 + 3CaO + 3H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O. Do vậy tạo ra pha kết

dính sinh ra đan xen, lớn lên chiếm dần các lỗ trống.

Page 52: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

41

Bảng 3.11: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia CMC

Mẫu Độ hút nước bão hòa (%)

7 ngày 28 ngày 56 ngày 90 ngày

M-0 11.23 8.74 5.23 4.11

M-5 17.21 9.58 5.15 4.89

M-6 16.39 8.67 6.07 4.23

M-7 16.15 8.22 4.67 4.98

M-8 15.97 7.73 4.68 3.84

Đồ thị 3.8: độ hút nước bão hòa của mẫu chứa phụ gia CMC.

Nhận xét: Như đối với phụ gia tro bay, phụ gia CMC có khả năng hút

nước cao ở độ tuổi 7 ngày. Khả năng hút nước giảm theo tỷ lệ phụ gia. Sau đó độ

hút nước cũng bắt đầu giảm dần theo ngày tuổi. Độ hút nước bão hòa ở các

ngày tuổi của phụ gia CMC nhỏ hơn so với phụ gia tro bay do giảm được tỷ lệ

nước/xi nên lượng nước dư không nhiều nên khi thủy phân và kết tinh không để

lại lỗ trống, lỗ trống giảm, cường độ kháng nén tăng. Như vậy xi măng sử dụng

phụ gia CMC có độ chống thấm tốt hơn dùng phụ gia tro bay.

Page 53: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

42

Bảng 3.12: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay + CMC.

Tên mẫu Độ hút nước bão hòa (%)

7 ngày 28 ngày 56 ngày 90 ngày

M-0 11.09 8.56 5.12 4.15

M-9 17.36 8.73 6.12 4.16

M-10 21.19 11.07 5.25 4.34

M-11 26.94 11.92 5.87 4.39

M-12 34.38 12.54 5.96 4.67

Đồ thị 3.9: Độ hút nước bão hòa của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay +CMC.

Nhận xét:

Đối với phụ gia hỗn hợp thì độ hút nước bão hòa cũng không có gì khác

nhiều so với hai loại phụ gia kia. Độ hút nước bão hòa cao ở độ tuối 7 ngày, sau

đó giảm dần ở các ngày tuổi tiếp theo. Đến 56 ngày, 90 ngày thì không có sự

thay đổi nhiều giữa các mẫu.

Giải thích:

Page 54: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

43

Đối với các mẫu từ M-0 đến M-13 thì ở 7 ngày khả năng hút nước mạnh

vì ở độ tuổi 7 ngày các mẫu mới tham gia quá trình thuỷ hoá, phản ứng hiđrat

hoá xảy ra chậm lại nên khả năng hút nước của xi măng, cát, phụ gia trong mẫu

là lớn. Đặc biệt là đối với phụ gia tro bay là một phụ gia hoạt tính nên có khả

năng hút nước tương đối cao. Sau đó đến 28 ngày, 56 ngày, 90 ngày độ hút nước

gần như bão hòa. Do thủy phân và hidrat hóa xảy ra theo thời gian càng lâu thì

càng triệt để, để lại lỗ trống ít, cường độ kháng nén tăng.

3.7. Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp XRD

Kết quả thí nghiệm khi phân tích bằng phương XRD trình bày trên bảng sau:

Bảng 3.13: Kết quả phân tích XRD của mẫu nghiên cứu

Mẫu

Các peak đặc trưng của Ca(OH)2

7 ngày 28 ngày 56 ngày

2.θ (0) d I 2.θ (0) D I 2.θ (0) D I

M-0 28.8 3.109 25 28.8 3.112 24

34.1 2.267 60 34.1 2.626 125

M-1 28.8 3.114 35 28.8 3.115 25.5 28.8 3.101 15

34.1 3.628 200 34.1 2.631 134 34.1 2.624 50

M-5 28.8 3.112 36 28.8 3.112 20 28.8 3.111 20

34.1 2.630 190 34.1 2.023 90 34.1 2.629 85

M-9 28.8 3.112 55 28.8 3.105 25 28.8 3.110 22

34.1 2.629 170 34.1 2.624 110 34.1 2.629 20

Nhận xét:

Khi so sánh giữa các phụ gia tro bay, CMC, CMC + tro bay ta thấy các

peak của các pha Ca(OH)2 đều có cường độ I nhỏ hơn so với mẫu M0 không có

phụ gia. Chứng tỏ rằng vai trò phụ gia làm giảm được pha Ca(OH)2 là pha tan

trong nước để lại lỗ trống làm giảm cường độ của sản phẩm thủy hóa xi măng.

Page 55: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

44

Trong thời gian thủy hóa khi sinh ra pha Ca(OH)2 chúng phản ứng với SiO2 ht,

Al2O3 ht tạo nên pha CSH, CAH làm tăng cường độ kháng nén cũng như giảm độ

hút nước của phản ứng thủy hóa.

Ở 7 ngày, thủy hoá có tốc độ khác nhau vì hàm lượng Ca(OH)2 sinh ra

khác nhau, khác về cường độ I. Mẫu chứa phụ gia ban đầu đã thúc đẩy sự thủy

phân các pha khoáng sinh ra Ca(OH)2. Khi dùng hỗn hợp phụ gia tro bay + CMC

là lớn hơn cả.

Đến 28 ngày, cường độ I của peak Ca(OH)2 có thay đổi rất ít, giai đoạn

này có khả năng các phụ gia tro bay đã có phản ứng với pha pooclandit Ca(OH)2

tạo pha kết dính theo phản ứng: 2SiO2 + 3CaO + 3H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O.

Vì vậy làm giảm pha Ca(OH)2.

Đến 56 ngày tiếp tục phản ứng giữa pha pooclandit với phụ gia vẫn xảy ra

tuy nhiên tốc độ giảm dần. Vì vậy pha Ca(OH)2 có giảm tuy nhiên không nhiều

(cường độ I giảm).

Đối với mẫu M-0 ta thấy cường độ phát triển của peak tăng lên theo ngày

tuổi. Vì mẫu xi măng không có phụ gia nên khả năng hydrat hóa Ca(OH)2lâu.

Đối với mẫu M-1, các peak ở 7 ngày thì tương đối cao nhưng sau 28 ngày,

56 ngày thì nó lại giảm. Do khi sử dụng phụ gia tro bay SiO2 có trong thành phần

tro bay phản ứng với Ca(OH)2 :

2SiO2 + 3CaO(OH)2 = 3CaO.2SiO2.3H2O

Chứng tỏ ban đầu cường độ thủy hóa chậm, sau khi có phụ gia SiO2 vào

khả năng thủy hóa nhanh dần, giảm cường độ của peak Ca(OH)2.

Đối với mẫu M-5 khi sử dụng phụ gia siêu CMC thì cường độ peak ở 28

ngày, 56 ngày cũng giảm dần, do đó phụ gia CMC cũng có tác dụng làm giảm

cường độ của peak Ca(OH)2.

Đối với mẫu M-9 thì cường độ Peak phát triển mạnh ở độ tuổi 28 ngày,

sau đó cũng có xu hướng giảm dần. Chứng tỏ khi sử dụng hỗn hợp hai phụ gia

Page 56: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

45

khả năng hydrat hóa kéo dài hơn.

3.8. Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử

quét (SEM)

Kết quả thí nghiệm:

Hình ảnh SEM của mẫu M-0 và mẫu M-9 ở 28 ngày được trình bày ở các

hình dưới đây:

Hình 3.1: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt đá xi măng của mẫu M-0 ở 28 ngày.

Hình 3.2: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt mẫu được phóng to của mẫu

M-0 ở 28 ngày.

Page 57: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

46

Hình 3.3: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt đá xi măng của mẫu M- 9 ở 28 ngày.

Hình 3.4: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt mẫu được phóng to của mẫu

M-9 ở 28 ngày.

Nhận xét: Từ ảnh SEM cho ta thấy rằng ở độ tuổi 28 ngày, tất cả các

mẫu đều xuất hiện những tinh thể kết tinh dạng hình kim xen kẽ vào giữa các

hạt gel và chúng phát triển lớn lên đan xen nhau lấp hết các khoảng lỗ trống

của đá xi măng.

Page 58: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

47

KẾT LUẬN CHUNG

Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp, em đã tiến hành nghiên cứu thu

được các kết quả sau:

* Sử dụng phụ gia tro bay với tỷ lệ 2% so với khối lượng xi măng làm

giảm đáng kể lượng vôi tự do trong xi măng, đồng thời tăng pha kết dính CSH,

đem lại hiệu quả tốt về cường độ kháng nén(42 N/mm2), độ hút nước bào hòa

nhỏ, do vậy độ chắc đặc cao.

* Sử dụng phụ gia CMC giảm được tỷ lệ N/X, kéo dài thời gian đông kết

của xi măng, cho cường độ kháng nén cao(68 N/mm2), độ hút nước bão hòa nhỏ

nhất ở tỷ lệ 4%. Với tỷ lệ 0.2% thì cho hiệu quả tốt nhất.

* Sử dụng hỗn hợp hai phụ gia với tỷ lệ 2% phụ gia tro bay kết hợp với

0.2% phụ gia CMC thì cho cường độ kháng nén cao(72 N/mm2), độ hút nước bão

hòa giảm (hay độ chắc đặc cao) hơn khi sử dụng riêng biệt phụ gia tro bay hay

phụ gia CMC.

Như vậy, dùng phụ gia hỗn hợp tro bay và CMC để tạo bê tông có độ chắc

đặc, chống thấm tốt, bảo vệ sự xâm thực của nước và các khí, nâng cao chất

lượng và tuổi thọ cho bê tong, đồng thời kéo dài thời gian đóng rắn thuận lợi cho

chế tạo bê tông tươi phục vụ cho việc thi công các công trình điểm xa.

Page 59: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

48

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

1. Bộ Xây dựng (1997), Tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng xi măng Việt Nam,

NXB Xây dựng, Hà Nội.

2. Bùi Văn Chén (1998), Kĩ thuật sản xuất chất kết dính, NXB Khoa học và

Kĩ thuật, Hà Nội.

3. Nguyễn Thành Chung (1988), Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia siêu

dẻo-silic hoạt tính lên tính chất của vữa xi măng, NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà

Nội.

4. Lê Đỗ Chương (1980), Giáo trình vật liệu xây dựng, Trường Đại học

Thuỷ lợi, Hà Nội.

5. Phạm Duy Hữu, Ngô Xuân Quảng (2000), Giáo trình vật liệu xây dựng,

NXB Giao Thông Vận Tải, Hà Nội.

6. Phùng Văn Lự (2002), Giáo trình vật liệu xây dựng, NXB Xây dựng, Hà

Nội.

7. Ngô Sĩ Lương (2012), Bài giảng vật liệu vô cơ đề cao, Trường Đại học

Khoa Học Tự Nhiên, Hà Nội.

8. Hoàng Văn Phong (2006), Chủng loại xi măng và công nghệ sản xuất,

NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội.

9. Nghiêm Xuân Thung (2008), Hóa học silicat - Bài giảng chuyên đề cao

học, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Hà Nội.

10. Phan Văn Tường (2001), Giáo trình vật liệu vô cơ, Trường Đại học Khoa

Học Tự Nhiên, Hà Nội.

Tài liệu tiếng Anh

11. E. Sakai, M. Daimon (3/1988), Limestone powder applicationm,

wokshop on cement and concrete technology research and application, Ha Noi.

Page 60: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

49

12. M. R. Rixon and NP.Mailvaganam (1986), Chemical Admixtures for

concrecte, Primed in Great Bristan at the University Press, Cambrige.

13. N. V. Hue, P. V. Tường (1998), Corrosion of reinforcing stell - A

discussion on evaluation methods, Corrosion research center, Institiute of

Materials Science, National center for Natural Science and Technology of Viet

Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam.

14. James A. Jacobs, Thomas F. Kilduff (2000), Engineering Materials

Technology, Structures, processing, properties and section, Prentice Hall.

15. O. Bisi, S. Osicini and L. Pavesi, Porous (2000), A quantum sponge

structure for silicon based optoelectronics, Elsevier.

Tài liệu internet

16.http://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1c_b%C3%AA_t%C3%B4ng

17. http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/be-tong-xi-mang-chuong-3.731046.html

18. huse.edu.vn/elearningbook/PDF/.../Chuong%201.pdf

Page 61: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

50

PHỤ LỤC

Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu M0 – 7 ngày.

Page 62: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

51

Hình 3.6: Giản đồ XRD mẫu M0 – 56 ngày.

Page 63: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

52

Hình 3.7: Giản đồ XRD mẫu M1 – 7 ngày.

Page 64: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

53

Hình 3.8: Giản đồ XRD mẫu M1 – 28 ngày.

Page 65: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

54

Hình 3.9: Giản đồ XRD mẫu M1 – 56 ngày.

Page 66: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

55

Hình 3.10: Giản đồ XRD mẫu M5 – 7 ngày.

Page 67: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

56

Hình 3.11: Giản đồ XRD mẫu M5 – 28 ngày.

Page 68: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

57

Hình 3.12: Giản đồ XRD mẫu M5 – 56 ngày.

Page 69: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

58

Hình 3.13: Giản đồ XRD mẫu M9 – 7 ngày.

Page 70: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

59

Hình 3.14: Giản đồ XRD mẫu M9 – 28 ngày.

Page 71: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng

60

Hình 3.15: Giản đồ XRD mẫu M9 – 56 ngày.