Chuong 4 - Chất kết dính vô cơ

Chia sẻ: I Miss U | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

983
lượt xem 103
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

I. Khái niệm Chất kết dính vô cơ là loại vật liệu (thường ở dạng bột) khi nhào trộn với nước thì tạo thành loại hồ dẻo, dưới tác dụng của các quá trình hoá lí tự nó có thể rắn chắc và chuyển sang trạng thái đá. Nhờ tính chất này người ta đã áp dụng để sản xuất vữa, bêtông vật liệu đá nhân tạo không nung (gạch silicát, ngói fibrô ximăng), bêtông atphan v.v…

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chuong 4 - Chất kết dính vô cơ

CHƯƠNG 4 CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ A. Khái Niệm Chung Và Phân Loại I. Khái niệm Chất kết dính vô cơ là loại vật liệu (thường ở d ạng bột) khi nhào tr ộn v ới n ước thì t ạo thành loại hồ dẻo, dưới tác dụng của các quá trình hoá lí tự nó có thể rắn chắc và chuyển sang trạng thái đá. Nhờ tính chất này người ta đã áp dụng để sản xuất vữa, bêtông vật li ệu đá nhân t ạo không nung (gạch silicát, ngói fibrô ximăng), bêtông atphan v.v… II. Phân loại Theo khả năng rắn chắc người ta chia 3 loại: CKD rắn trong không khí, nước và trong autoclav. 1. Chất kết dính rắn trong không khí CKD có khả năng rắn chắc và phát triển cường độ trong môi trường không khí a. Vôi rắn trong không khí (thành phần chủ yếu là CaO) b. Chất kết dính magiê (thành phần chủ yếu là MgO) c. Chất kết dính thạch cao ( thành phần chủ yếu là CaSO 4 ) d. Thuỷ tinh lỏng: Silicat natri (Na 2 O.nSiO 2 ), Silicat Kali (K 2 O.mSiO 2 ) ở dạng lỏng. 2. CKD rắn trong nước CKD có khả năng rắn chắc và phát triển cường độ trong cả môi trường không khí và môi trường nước. a. CKD hỗn hợp = Vôi canxi + PGHT nghiền mịn b. Vôi thuỷ = CaO + C 2 S . c. Ximăng La Mã: C 3 S + C 2 S + C 4 AF. d. Ximăng Pooclăng: C 3 S + C 2 S + C 4 AF +C 3 A. e. Ximăng Aluminat: CA + C 3 A + C 5 A 3 + C 2 A 3. CKD rắn trong autoclav CKD rắn trong môi trường hơi nước bão hoà, là môi trường có: t 0 = (175 ÷ 200) 0 C; P = (8 ÷ 12) atm có thành phần chủ yếu là CaO, SiO 2 , CKD vôi silic, vôi tro, vôi xỉ... B. Các Chất Kết Dính Rắn Trong Không Khí I. Vôi rắn trong không khí 1. Nguyên liệu - Sản xuất 1.1. Nguyên liệu Là các loại đá giàu khoáng canxi (CaCO 3 ): Đá phấn, đá vôi, đá vôi - đôlômit, đá đômit...> 92%CaCO 3 và hàm lượng sét < 6% 1.2. Sản xuất Trong lò nung gián đoạn và liên tục. - Đập đá thành những cục đá nhỏ có kích thước từ (15 ÷ 20)cm rồi nung ở t 0 = 900 ÷ 1200 0 C theo phản ứng: CaO + CO 2 ↑ - Q (Q = 42,5 kCal/mol) CaCO 3 - Nhận xét: + Phản ứng trên là phản ứng thu nhiệt. + Là phản ứng bề mặt. + Giải phóng 44% khối lượng vật chất. + Là phản ứng thuận nghịch. + Trong nguyên liệu có tạp chất sét. 31
- Biện pháp công nghệ đảm bảo chất lượng vôi Canxi. + Cấp đủ than khi nung. + Đập nhỏ nguyên liệu vừa phải. + Chọn t n hợp lý: t 0 = 900 ÷ 1000 0 C. 0 + Kéo dài thời gian nung hợp lý. + Thông gió cho lò để tạo điều kiện cho than cháy hết và CO 2 thoát ra. - Sản phẩm của quá trình nung vôi + Vôi non lửa (vôi sống) Nguyên nhân: Do hạt đá đem nung quá to, phía ngoài là CaO, phía trong là CaCO 3 . Khi tôi, chỉ tôi phía ngoài làm giảm sản lượng vôi nhuyễn. + Hạt già lửa: 0 Nguyên nhân: Do cục đá quá nhỏ hoặc t n quá cao thì CaO sau khi sinh ra sẽ kết hợp với tạp chất sét tạo thành màng keo Silicat Canxi và aluminat canxi cứng bao bọc lấy hạt vôi làm vôi khó thu ỷ hoá khi tôi, khi dùng trong kết cấu các hạt vôi sẽ hút ẩm làm tăng thể tích gấp 3 l ần, làm vữa trát bị bong ra, vữa xây thì đứt mạch vữa. CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 + Q 2. Các dạng sử dụng vôi trong xây dựng Vôi được sử dụng ở 2 dạng: vôi chín và vôi tôi sống 2.1. Vôi chín a/ Phản ứng vôi tôi Tôi vôi sống → vôi chín (nhuyễn, sữa) theo phản ứng: CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 + Q ( Q = 15,5KCal/mol) Tuỳ thuộc vào lượng H 2 O tác dụng với vôi sẽ có 3 dạng vôi chín: - Bột vôi chín: Khi lượng nước vừa đủ để phản ứng với vôi Lượng nước đó = 70% so với lượng vôi (P/ứ toả nhiệt) KLTT bột vôi = (400 ÷ 450) kg/m 3 . - Vôi nhuyễn: Khi lượng nước tác dụng nhiều hơn đến mức sinh ra 1 loại vữa sệt chứa khoảng 50% Ca(OH) 2 và 50% nước tự do. KLTT vôi nhuyễn = (1200 ÷ 1400) kg/m 3 - Vôi sữa: Khi lượng nước tác dụng nhiều hơn so với vôi nhuyễn, có khoảng ít hơn 50% Ca(OH) 2 và hơn 50% nước. b/ Ưu điểm của vôi chín - An toàn. - Bảo quản dễ. c/ Nhược điểm của vôi chín - Lâu (4 tuần trước khi sử dụng) - Phí mất nhiệt - Hiệu suất sử dụng kém - Cường độ thấp, Rmax = 4 daN/cm 2 = 0,4 MPa d/ Biện pháp để tăng sản lượng vôi chín - Chuẩn bị Vao tôi >3 lần lượng vôi sống - Cho vôi vào H 2 O từ từ, vôi tôi nhiều không được đảo, ít đảo - Nếu tôi nhanh thì làm chậm bằng cách cho: Axit loãng H 3 PO 4 hoặc muối ăn NaCl. e/ Công dụng - Dùng trong y học và trong nông nghiệp: Bột vôi chín - Dùng trong xây dựng: + Vôi nhuyễn: vữa + cát + nước → vữa tam hợp. 32
+ Vôi sữa: dùng để trang trí quét tường, trần. f/ Nhận xét quá trình tôi vôi - Là phản ứng toả nhiệt và là phản ứng bề mặt - Là phản ứng thuận nghịch, nở V = 1,5 ÷ 3,5 lần 2.2. Bột vôi sống a/ Khái niệm: Vôi sống nung song được nghiền thành bột với độ mịn > 90% hạt l ọt qua sàng 4900 lỗ/cm 2 , được đóng thành từng bao (dùng như ximăng) b/ Ưu điểm của bột vôi sống - Dùng nhanh. - Loại trừ các tác hại cuả hạt sượng - Nhiệt toả ra trong quá trình thuỷ hoá tạo p/ứ silicat - Cường độ vôi cao, Rmax = 20 daN/cm 2 = 2MPa c/ Nhược điểm của bột vôi sống - Ảnh hướng đến môi trường vệ sinh công nghiệp: bụi vôi - Sử dụng không an toàn - Bảo quản khó (vì có độ hút ẩm lớn) 3. Qúa trình rắn chắc của vôi nhuyễn Gồm 3 quá trình có mối quan hệ nhân quả: 3.1. Hoà tan: Xuất hiện keo Ca(OH) 2 CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 + 15,5 kCal/mol. (Keo) 3.2. Hoá keo Các phân tử keo liên kết → tinh thể Ca(OH) 2 → mạng tinh thể → Ngưng tụ keo (gel) Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O 3. Rắn chắc: Qúa trình rắn chắc tiến hành rất chậm vì phản ứng cacbonat hoá là phản ứng chỉ xảy ra ở bề mặt. Khi phản ứng thực hiện ở mặt ngoài sẽ hình thành 1 lớp CaCO 3 rắn chắc ngăn cho CO 2 thấm vào, do đó bên trong không thể cacbonat được triệt để, đồng thời nước ở bên trong khó bốc hơi ra bên ngoài. Sau khi rắn chắc thể tích vữa vôi co lại khi trộn vữa vôi phải trộn 1 tỉ lệ cát thích hợp Ca(OH) 2 + SiO 2 (VĐH) → nCaO.mSiO 2 .nH 2 O 4. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng vôi 1. Độ hoạt tính 2. Sản lượng vôi nhuyễn 3. Nhiệt độ tôi, tốc độ tôi 4. Hàm lượng hoạt tính 5. Công dụng và bảo quản vôi 5.1. Công dụng - Để sản xuất vữa xây, vữa trát - Để sản xuất gạch silicat - Dùng để quét trần, quét tường 5.2. Bảo quản Tuỳ từng hình thức sử dụng mà có cách bảo quản thích hợp - Vôi cục: Nên tôi ngay, không dự trữ lâu - Bột vôi sống: Để nơi khô ráo, tránh dự trữ lâu - Vôi nhuyễn: Cần ngâm H 2 O hoặc phủ 1 lớp cát ẩm (10 ÷ 20) cm để ngăn khí CO 2 33
II. Thạch cao xây dựng 1. Nguyên liệu Đá thạch cao, thạch cao cứng, thạch cao lấy từ phế liệu 1.1. Đá thạch cao: CaSO 4 .2H 2 O ; ρ = (2,2 ÷ 2,4) T/m 3 Thạch cao nguyên chất thì trong suốt, kết tinh theo dạng thớ. Nhưng thực tế thường có lẫn t ạp chất: cát, sét (yêu cầu tạp chất không lớn hơn 15% khối lượng) CaSO 4 .2H 2 O → CaSO 4 .0,5H 2 O + 1,5H 2 O Nung đến 200 0 C: biến thành thạch cao cứng CaSO 4 khi gặp nước cứng rắn rất nhanh. 1.2. Đá thạch cao cứng: Sẵn có trong tự nhiên CaSO 4 δ = (2,92 ÷ 3,1) T/m 3 , độ cứng 3 ÷ 4 Morh 1.3. Thạch cao từ phế liệu 2. Sản xuất thạch cao xây dựng Nung CaSO 4 .2H 2 O → CaSO 4 .0,5H 2 O + 1,5H 2 O có 3 phương pháp sản xuất: 1/ Đá thạch cao → nghiền nhỏ thành bột rồi đem nung (khó nghiền): Sản phẩm nung chín, chất lượng tốt. 2/ Đá thạch cao → Đập → Nung → Nghiền nhỏ: Sản phẩm có chất lượng không tốt vì nung khó đ ều nhưng dễ nghiền. 3/ Kết hợp cả nung và nghiền cùng 1lúc: Sản xuất nhanh, chất lượng tốt nhưng thiết bị phức t ạp và tốn kém. 3. Qúa trình rắn chắc của thạch cao xây dựng Gồm 3 thời kỳ: CaSO 4 .0,5H 2 O + 1,5H 2 O → CaSO 4 .2H 2 O 1.Thời kỳ hoà tan } } 2.Thời kỳ hoá keo Ninh kết Xảy ra đồng thời 3.Thời kỳ rắn chắc (kết tinh) 4. Các tính chất của thạch cao 4.1. Độ mịn - Thạch cao loại I : > 25% lượng sót trên sàng 918 lỗ/cm 2 . - Thạch cao loại II: > 35% lượng sót trên sàng 918 lỗ/cm 2 . 4.2. Khối lượng riêng và khối lượng thể tích ρ = 2400 ÷ 2700kg/m 3 ; ρ v = 800 ÷ 1000kg/m 3 . N ÷ 4.3. Lượng nước tiêu chuẩn: = 0,5 0,7 X 4.4. Thời gian đông kết - Bắt đầu: ≥ 6 phút - Kết thúc: ≤ 30 phút 4.5. Cường độ chịu lực - Khuôn: 7,07 x 7,07 x 7,07 cm hoặc 4 x 4 x 16 cm - Bảo dưỡng: 1,5 giờ - Thạch cao loại I: R n < 45 kG/cm 2 - Thạch cao loại II: R n < 35 kG/cm 2 5. Công dụng và bảo quản 34
5.1. Công dụng Chế tạo vữa trát ở nơi khô ráo, làm mô hình hay vữa trang trí. 5.2. Bảo quản Chứa bột thạch cao trong các bao kín có lớp cách nước và để trong kho nơi khô ráo. III. Thuỷ tinh lỏng 1. Thành phần hoá học: Na 2 O.nSiO 2 ; K 2 O.mSiO 2 Trong đó: n, m - Môđun Silicat; n = 2,5 ÷ 3; m = 3 ÷ 4 2. Tính chất: - Dạng keo, trong suốt không màu. - ρ = 1250 ÷ 1500kg/m 3 - Không cháy, không mục nát, bền với tác dụng của axit. - Phản ứng rắn chắc của thuỷ tinh lỏng: Na 2 O.nSiO 2 + CO 2 → Na2CO 3 + nSiO 2 -->Bảo quản thuỷ tinh lỏng trong thùng kín 3. Công dụng: - Dùng để sản xuất xi măng bền axit, vữa hay bêtông chịu axit, xây dựng các bộ phận của công trình trực tiếp tiếp xúc với axit. - Thúc đẩy quá trình rắn chắc của thuỷ tinh lỏng cho thêm Na 2 SiF 6 IV. Chất kết dính manhê 1. Thành phần hoá học Chủ yếu là MgO (chế tạo bằng cách nung MgCO 3 hoặc CaCO 3 .MgCO 3 ở nhiệt độ 750 ÷ 850 0 C). MgCO 3 = MgO + CO 2 ↑ 2. Tính chất - Khi sử dụng thường được nhào trộn với dd MgCl 2 hoặc các muối magiê khác → Rút ngắn quá trình rắn chắc và làm tăng đáng kể cường độ CKD. - Chất lượng của manhêzit kiềm cao hơn đôlômít kiềm. + Ở tuổi 28 ngày cường độ của manhêzit kiềm đạt 400 ÷ 600 kG/cm 2 . + Ở tuổi 28 ngày cường độ của đôlômit kiềm đạt 100 ÷ 130 kG/cm 2 . C. Các Chất Kết Dính Rắn Trong Nước I. Chất kết dính hỗn hợp 1. Thành phần - Vôi và PGVCHT (có thể nghiền chung vôi sống với PGHT hoặc trộn lẫn vôi nhuyễn với PG nghi ền mịn). - PGVCHT có 2 nhóm chính: + Loại thiên nhiên: điatômit, trepel, đá có nguồn gốc núi lửa. + Loại nhân tạo: mêtacaolanh, tro trấu, thải phẩm công nghiệp nhiệt điện và luyện kim (tro xỉ). 2. Tính chất Có cường độ cao nhờ tạo ra silicat canxi: Ca(OH) 2 + SiO 2 (vđh) + H 2 O → nCaO.mSiO 2 .pH 2 O (CSH) 3. Công dụng Dùng để chế tạo bê tông mác thấp, vữa xây dựng trong môi trường không khí và c ả môi tr ường ẩm ướt. 35
II. Vôi thủy và xi măng La Mã 1.Thành phần - Vôi thủy và xi măng La mã là CKD rắn trong nước được SX bằng cách nung đá mắcnơ (đá vôi l ẫn nhiều sét). - Vôi thủy (có hàm lượng sét từ 6 ÷ 20%), xi măng La mã (có hàm lượng sét trên 20%). 2.Tính chất - Vôi thủy có cường độ sau 28 ngày rắn chắc (7 ngày ở không khí và 21 ngày trong nước) từ 20 ÷ 70 kG/cm 2 . - Xi măng La mã có 3 mác là: 25, 50, 100. 3. Công dụng Dùng để chế tạo vữa và bê tông mác thấp. III. Ximăng Pooclăng (PC) 1. Khái niệm chung 1.1. Định nghĩa Ximăng poóclăng là CKD rắn trong nước, chứa khoảng (70 ÷ 80)% silicat canxi nên gọi là ximăng silicat. Nó là sản phẩm nghiền mịn của clanhke với phụ gia đá thạch cao với hàm lượng (3 ÷ 5)%. - Clanhke ở dạng hạt được SX bằng cách nung đến hết khối (ở 1450 0 C) hỗn hợp chứa cacbonat canxi (đá vôi) và alumiô silicat (đất sét, đá mắc nơ, xỉ lò cao...) - Khi nghiền mịn, để điều chỉnh tính chất và hạ giá thành người ta cho thêm khoảng 15% PGHT (puzơlan, tro, trepel…) và 10% phụ gia trơ (cát thạch anh, đá vôi...) 2.2. Clanhke - Ở dạng hạt có đường kính từ (10 ÷ 40) mm - Chất lượng clanhke phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hoá học và công nghệ sản xuất. - Tính chất của ximăng do clanhke quyết định. a/ Thành phần khoáng vật: 4 khoáng chính - Tên gọi và hàm lượng: + 3CaO.SiO2 (C 3 S) - TriCanxi Silicat (Alit): (45 ÷ 60)% trong Clanhke + 2CaO.SiO2 (C 2 S) - Đicanxi Silicat (Belit): (20 ÷ 30)% trong Clanhke - Tricanxi Alumilat: (4 ÷ 12)% trong Clanhke + 3CaO.Al 2 O3 (C 3 S) + 4CaO.Al 2 O 3 .Fe2O3 (C4AF) - Têtracanxi alumôferit: (10 ÷ 12)% trong Clanhke - Đặc điểm của các khoáng chính: Ngoài có các khoáng chính kể trên còn có khoáng thuỷ tinh clanhke bao gồm CaO; Al 2O3; Fe2O3; MgO; Na2O; K2O, chiếm khoảng 5 ÷ 15 % và có ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng làm cho xi măng kém bền nước. b/ Thành phần hoá học Tên khoáng C3S C2 S C3 A C 4 AF Đặc tính Tốc độ hyđrat chậm rất nhanh tương đối nhanh nhanh Quá trình tăng cường độ sớm muộn rất sớm sớm Sự xuất hiện R nhanh, đều, R chậm, rất nhanh, tương đối chậm, cao nhất nhanh,về sau không ổn định, sau nhanh dần, R R thấp R rất thấp khá cao Lượng nhiệt thủy hoá nhiều rất nhiều tương đối ít ít Khả năng gây ăn mòn rất mạnh có ít có Hàm lượng (% ) các oxit trong clanhke: CaO = (63 ÷ 66)%; Al2O3 = (4 ÷ 8)%; SiO2 = (21 ÷ 24)%; Fe2O3 = (2 ÷ 4)% Ngoài ra còn có các oxit khác như MgO; SO3; K2O; Na2O, TiO2; Cr2O3; P2O3 ... chiếm một tỷ lệ không lớn (MgO < 4,5%; muối kiềm < 3%; SO3 < 3,5% …) nhưng ít nhiều ảnh hưởng đến xi măng 36
2. Sơ lược quá trình sản xuất 2.1. Nguyên liệu và nhiên liệu - Đá vôi canxi - Đất sét - Quặng sắt Ngoài ra còn có một số nguyên liệu phụ khác: Trepel; tro xỉ... Nhiên liệu là khí thiên nhiên có nhiệt trị cao, dầu ma dút, than cám.... 2.2. Các giai đoạn của quá trình sản xuất Chuẩn bị phối liệu → Nung → Nghiền clanhke với phụ gia a/ Chuẩn bị phối liệu: Tuỳ theo tính chất của nguyên liệu (nhiều nước hay ít nước, thiết bị, lò nung) người ta chuẩn bị nguyên liệu theo 3 phương pháp: khô, ướt và hỗn hợp - Phương pháp khô: Đá vôi và đất sét được nghiền riêng rồi được trộn lại thành hỗn hợp phối liệu, đem sấy khô và cho vào lò nung, có thể nung trong lò đứng hay lò quay. + Ưu điểm: tốn ít nhiệt, mặt bằng sản xuất ngắn gọn + Nhược điểm: Khó trộn đồng đều - Phương pháp ướt: Đá vôi và đất sét được nghiền chung (đất sét đã được máy khuấy t ạo huyền phù sét), ph ối li ệu có dạng bùn lỏng cho vào nung trong lò quay + Ưu điểm: hỗn hợp dễ trộn đều, ximăng có chất lượng tốt, hạn chế tối đa bụi. + Nhược điểm: tốn nhiên liệu, mặt bằng sản xuất cồng kềnh - Phương pháp hỗn hợp: Giống phương pháp ướt nhưng bùn trước khi đưa vào lò nung đ ược khử nước trước bởi thiết bị riêng biệt. Phương pháp này cho phép giảm tiêu tốn điện năng 20 ÷ 30 % so với phương pháp ướt. Thường áp dụng cho lò đứng. b/ Nung clanhke: có 6 vùng - Vùng sấy (vùng bay hơi): t 0 = 70 ÷ 80 0 C - Vùng đót nóng: t 0 = 200 ÷ 700 0 C - Vùng cacbonat: t 0 = 700 ÷ 1100 0 C - Vùng toả nhiệt: t 0 = 1100 ÷ 1250 0 C - Vùng thiêu kết: t 0 = 1300 ÷ 1450 ÷ 1300 0 C - Vùng làm lạnh: t 0 = 1300 ÷ 1000 0 C * Nung trong lò quay c/ Nghiền Clanhke Sau khi nung, Clanhke được đưa vào kho ủ 1 ÷ 2 tuần. Sau đó, nghiền Clanhke + PG trong máy nghiền bi → để nguội → đóng bao (50kg) Yêu cầu: Độ mịn đạt tiêu chuẩn (trên 85% hạt lọt qua sàng N 0 008). 3. Lý thuyết về sự rắn chắc của ximăng 3.1. Phản ứng thuỷ hóa - Khi trộn ximăng với nước, Alit tác dụng với H 2 O 2(3CaO.SiO 2 ) + 6H 2 O = 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O + 3Ca(OH) 2 - Belit thuỷ hoá chậm hơn Alit và tách ít Ca(OH) 2 hơn 2(2CaO.SiO 2 ) + 4H 2 O = 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O + Ca(OH) 2 3CaO.Al2O3 + 6H 2 O = 3CaO.Al2O3.6H 2 O Để làm chậm quá trình đông kết, cho (3 ÷ 5)% thạch cao so với ximăng 3CaO.Al2O3 + 3(CaSO 4 .2H 2 O ) + 26H 2 O = 3CaO.Al 2 O 3 .3CaSO 4 .32H 2 O (Entringit) 37
3CaO.Al2O3.3CaSO 4 .32H 2 O + 2(3CaO.Al 2 O 3 )dư + 2H 2 O → 3(3CaO.Al 2 O 3 .CaSO 4 .18H 2 O) 4CaO.Al2O3.Fe 2 O 3 + mH 2 O = 3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O + 3CaO.Fe 2 O 3 .nH 2 O 3.2. Giải thích quá trình rắn chắc của ximăng Theo thuyết Baikov - Rebinter, quá trình rắn chắc của ximăng được chia làm 3 giai đoạn: a/ Giai đoạn hoà tan Khi nhào trộn ximăng với nước, các thành phần khoáng của clanhke sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt các hạt ximăng. Những sản phẩm sau thuỷ hoá tan ra nhưng độ tan không lớn và nhanh chóng trở nên quá bão hoà. b/ Giai đoạn hoá keo Trong dung dịch quá bão hoà, các sản phẩm mới tạo thành sẽ không tan nữa mà t ồn t ại ở tr ạng thái keo. Còn các sản phẩm Entrigit, CSH vốn không tan nên vẫn tồn tại ở keo phân tán, nước tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau tạo thành thể ngưng kết. c/ Giai đoạn kết tinh Nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới ngày càng nhi ều. Chúng k ết tinh l ại, dần rắn chắc và phát triển cường độ cường độ. 4. Các tính chất của ximăng pooclăng 4.1. Độ mịn Xác định bằng cách sàng trên sàng N 0 008 (4900 lỗ/cm 2 ) hoặc đo tỉ diện tích bề mặt của ximăng (cm /g). Yêu cầu lượng sót trên sàng < 15% tương ứng với tỉ diện bề mặt 2500 ÷ 3500 cm 2 /g. 2 Hình 4.1: Thiết bị Blend đo tỷ diện tích bề mặt (cm 2 /g) 4.2. Khối lượng riêng: ρ = 3,05 ÷ 3,15 g/cm 3 38
Hình 4.2: Thiết bị thử khối lượng riêng của xi măng 4.3. Khối lượng thể tích - ρ v = 1100kg/m 3 (ximăng xốp). - ρ v = 1600kg/m 3 (lèn chặt mạnh). - ρ v = 1300kg/m 3 (lèn chặt trung bình). 39
Hình 4.3: Thiết bị xác định khối lượng thể tích xốp 4.4. Lượng nước tiêu chuẩn - Là lượng nước tính bằng % so với khối lượng ximăng đảm bảo cho hồ ximăng đ ạt đ ộ d ẻo tiêu chuẩn. - Độ dẻo tiêu chuẩn được xác định bằng dụng cụ Vika (hình 4.4) - Hồ ximăng đảm bảo độ cắm sâu của Vika (đường kính kim 10 ± 0,05 mm) 33 ÷ 35 mm thì hồ đó có độ dẻo tiêu chuẩn và lượng nước lúc đó là nước tiêu chuẩn (N tc ) N ) = f (thành phần khoáng vật, độ mịn, phụ gia, thời gian đã lưu kho và đi ều ki ện b ảo qu ản - N tc ( X ximăng). N = 0,22 ÷ 0,28 + Đối với ximăng PC: X N = 0,32 ÷ 0,37. + Đối với ximăng PCB: X 40
Hình 4.5: Thiết bị kim Vika thử lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết 4.5. Thời gian đông kết của ximăng - Là thời gian tính từ lúc trộn ximăng với nước cho đến khi hồ ximăng mất dẻo và bắt đầu có khả năng chịu lực. - Thời gian bắt đầu đông kết: + Là thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn ximăng với nước cho đến khi hồ ximăng mất tính dẻo, ứng với lúc kim Vika nhỏ (đường kính 1 ± 0,05 mm) lần đầu tiên cách tấm kính (4 ± 1 mm) + Thời gian bắt đầu đông kết: > 45 phút: cần phải đ ủ thời gian đ ể thi công ( nhào tr ộn, v ận chuyển, đổ khuôn, đầm chặt). - Thời gian kết thúc đông kết: + Là thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn ximăng với nước cho đ ến khi trong h ồ ximăng hình thành các tinh thể, hồ cứng lại và bắt đầu có khả năng chịu lực, ứng với kim Vika (đường kính 1 ± 0,05mm) lần đầu tiên cắm sâu vào hồ 0,5 mm.  + Thời gian kết thúc đông kết:  < 375 phút (PC), < 10h (PCB)  Vì phải đáp ứng yêu cầu về thời gian thi công, nếu quá dài → ximăng cứng chậm → ảnh h ưởng đ ến tiến độ thi công → quay vòng khuôn - Thời gian đông kết = f (thành phần khoáng vật, độ mịn, phụ gia, thời gian đã l ưu kho và đi ều ki ện bảo quản). 4.6. Lượng nhiệt toả ra khi rắn chắc 41
Lượng nhiệt toả ra, Cal/g, sau thời gian Khoáng vật 3 ngày 7 ngày 28 ngày 90 ngày C3 S 97 110 116 124 C2 S 13 25 40 47 C3 A 141 158 209 221 C 4 AF 42 60 90 99 * Chú ý: - Lượng nhiệt toả ra có lợi vào mùa đông, không có lợi về mùa hè và thi công đổ khối lớn. - Để giảm bớt nhiệt có hại → Dùng XM tỏa ít nhiệt, thi công phân đoạn… 4.7. Tính ổn định thể tích - Ximăng rắn chắc trải qua 2 quá trình: co và nở V. - Có 2 lí do: + Nguyên nhân vật lý → co V + Nguyên nhân hóa học → nở V Ví dụ: Ca(OH) 2 + H 2 O → Co V C 3 AH 6 + Sunfat → Entringit → Nở V (xảy ra cục bộ) - Phương pháp xác định: + Theo phương pháp Lơsatơliê + Sử dụng mẫu “bánh đa” Hình 4.6: Thiết bị Lơsatơliê thử độ ổn định thể tích của xi măng 4.8. Cường độ và mác ximăng 42
- Mác ximăng: Là cường độ chịu uốn của 3 mẫu vữa ximăng kích thước: 4 x 4 x 16 cm, chế tạo từ hỗn hợp XM - C có tỉ lệ 1: 3 và tỉ lệ N/X = 0,5, dưỡng hộ trong 28 ngày ở điều kiện tiêu chuẩn (t 0 = 25 ± 2 C) và theo cường độ chịu nén của 6 nửa mẫu 0 - Theo cường độ chịu lực, XMPL gồm các mác: PC30, PC40, PC50 Trong đó: PC - Kí hiệu của XMPL 30, 40, 50 - Cường độ chịu nén của mẫu lập phương sau 28 ngày tính bằng N/mm 2 - Ngoài phương pháp dẻo trên, để xác định mác ximăng còn có thể dùng phương pháp khô (cứng) với mẫu lập phương cạnh 7,07 cm và phương pháp thử nhanh với mẫu 2 x 2 x 2cm. Những phương pháp này không phải là TCVN. - Cường độ của ximăng phát triển không đều. + 3 ngày: R 3 = (40 ÷ 50)% R 28 + 7 ngày: R 7 = (60 ÷ 70)% R 28 - Cường độ của đá ximăng phụ thuộc thành phần khoáng clanke, độ mịn của ximăng, t 0 , thời gian mtr bảo quản ximăng. Hình 4.7: Khuôn 4 x 4 x 16 cm để xác định mác xi măng 4.9. Độ ẩm và nhiệt độ môi trường Có ảnh hưởng đến quá trình rắn chắc của đá ximăng, vì giai đoạn đầu của quá trình rắn chắc là thuỷ hoá. 4.10. Sử dụng và bảo quản ximăng - Sử dụng rộng rãi cho hầu hết các công trình do: + Tốc độ rắn chắc nhanh + Cường độ chịu lực cao + Rắn chắc cả trên cạn và dưới nước + Có khả năng bám dính tốt với cốt thép và bảo vệ cốt thép không bị ăn mòn 43
- Nhược điểm: + Dễ bị ăn mòn do nước mặn, nước kiềm, nước thải. + Toả nhiều nhiệt. + Cường độ đá ximăng giảm đi theo thời gian để dự trữ ximăng - Bảo quản: + Vận chuyển ximăng rời phải dùng xe chuyên dụng + Kho chứa không dột, không bị hắt, xung quanh có rãnh thoát nước, sàn kho cách đ ất 0,5m, cách tường ít nhất 20cm. + Trong kho, các bao không xếp cao quá 10 bao + Khi chứa ximăng rời trong silô, phải chứa riêng từng loại ximăng 5. Hiện tượng ăn mòn xi măng và biện pháp đề phòng 5.1. Hiện tượng ăn mòn Trong quá trình sử dụng, bê tông và vữa xi măng thường tiếp xúc với các môi trường chất l ỏng, ch ất khí nên rất dễ bị ăn mòn làm cho bê tông bị rỗ, độ rỗng tăng d ần, cường đ ộ giảm, thậm chí k ết c ấu có thể bị phá hủy. a/ Nguyên nhân Trong thực tế có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng ăn mòn đá xi măng nhưng nguyên nhân chủ yếu là: - Trong xi măng có một số thành phần khoáng, nhất là Ca(OH)2 dễ bị hòa tan và rửa trôi làm cho kết cấu bê tông bị rỗng, do đó làm giảm cường độ. - Khi gặp một số hóa chất (axít, muối,…) một số thành phần trong đá xi măng tham gia phản ứng hóa học tạo ra những chất mới dễ tan trong nước hoặc gây nở thể tích, tạo ứng suất phá hoại bê tông. b/ Những dạng ăn mòn chủ yếu b.1. Ăn mòn nước ngọt - Nước ngọt làm hòa tan Ca(OH)2 rồi cuốn đi, hình thành các lỗ rỗng, khiến cường độ giảm xuống - Sự hòa tan Ca(OH)2 phụ thuộc vào tính chất nguồn nước và độ cứng của nước. Nếu độ cứng cao, sự hòa tan Ca(OH)2 giảm xuống do phản ứng: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O Mặt khác, khi hòa tan Ca(OH)2 và bị rửa trôi làm cho nồng độ CaO trong xi măng giảm, nên một số khoáng vật trong xi măng bị phân giải làm cho cường độ giảm. b.2. Ăn mòn trong nước chứa CO2 - Nước trong thiên nhiên thường có lẫn CO2 dưới dạng H2CO3. Nếu nồng độ CO2 trong nước ít thì có lợi vì nó sẽ thúc đẩy quá trình cacbonat hóa: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O - Nếu nồng độ trong nước cao quá 15 ÷ 20 mg/l sẽ sinh ra phản ứng có hại: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 → Ca(HCO3)2 có độ hòa tan rất lớn nên dễ phá hoại đá xi măng. b.3. Ăn mòn axít Trong nước bẩn và nước thải công nghiệp thường có chứa các loại axít: HCl, H2SO4, … Các axít này tác dụng với Ca(OH)2 theo phản ứng: 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4.2H2O → Những chất mới Những chất mới sinh ra hoặc dễ tan như CaCl 2, hoặc kết tinh và nở thể tích như CaSO4.2H2O làm phá hoại đá xi măng. b.4. Ăn mòn trong nước biển, nước ngầm và nước chứa muối khoáng khác 44
- Ăn mòn manhê Gây ra do các loại muối chứa manhê trong nước biển, nước ngầm, nước chứa muối khoáng tác d ụng với Ca(OH)2 tạo ra các sản phảm dễ tan (CaCl 2, CaSO4.2H2O) hoặc không có khả năng dính kết (Mg(OH)2): MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2 MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = CaSO4.2H2O + Mg(OH)2 - Ăn mòn phân khoáng do nitrat amôn 2NH4NO3 + Ca(OH)2 + 2H2O = Ca(NO3)2.4H2O + 2NH3 → Nitrat canxi tan rất tốt trong nước nên dễ bị rửa trôi. - Ăn mòn sun phát Xảy ra khi hàm lượng sun phát lớn hơn 250 mg/l (tính theo nồng độ ion SO42-) 3CaSO4 + C3AH6 + 25H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O (Etringit) → Sản phẩm Entringit ít tan, gây nở thể tích tạo ứng suất phá hoại kết cấu. - Ăn mòn do kiềm Bản thân clanke luôn chứa một lượng các chất kiềm. Ăn mòn do kiềm có thể xảy ra ngay trong đá xi măng giữa các cấu tử với nhau. 5.2. Biện pháp đề phòng ăn mòn xi măng Để bảo vệ xi măng có hiệu quả bởi các tác nhân ăn mòn phải tùy từng trường hợp cụ thể mà áp dụng các biện pháp thích hợp, thường sử dụng những biện pháp sau: - Giảm hoặc thay đổi thành phần khoáng gây ăn mòn (CaO tự do, C3S, C3A) - Giảm thành phần gây ăn mòn lớn nhất (Ca(OH) 2) bằng cách tiến hành cacbonat hóa hay silicat hóa Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O Ca(OH)2 + SiO2 + H2O → mCaO.nSiO2.pH2O (CSH) Sử dụng biện pháp cấu trúc để làm tăng độ đặc cho kết cấu, sử dụng những loại xi măng đ ặc - biệt có khả năng chống ăn mòn cao - Tạo lớp bảo vệ bề mặt ngăn cách bê tông với môi trường bằng cách phủ lên mặt ngoài một lớp vật liệu chống ăn mòn hay làm thay đổi môi trường ăn mòn. IV. Các loại ximăng đặc biệt Phương pháp chế tạo: 1. Điều chỉnh thành phần khoáng vật và cấu trúc clanke xi măng 2. Dùng các phụ gia vô cơ và hữu cơ để diều chỉnh tính chất và tăng hiệu quả kinh tế 3. Điều chỉnh độ mịn và thành phần hạt của xi măng 1. Ximăng pooclăng hỗn hợp (PCB) 1.1. Khái niệm - PCB là CKD thuỷ, được chế tạo bằng cách nghiền mịn hỗn hợp clanhke XMPL với PGK và 1 lượng thạch cao cần thiết hoặc trộn đều các PGK đã nghiền mịn với XMPL không chứa PG (PC). - PGK gồm PGKHT + PG đầy. Tổng hàm lượng các PGK (không kể thạch cao) > 40% tính theo khối lượng của ximăng. - Kí hiệu: PCB30, PCB40 Trong đó: + PCB - Kí hiệu cho XMPL hỗn hợp. + 30, 40 - Cường độ chịu nén của các mẫu vữa ximăng sau 28 ngày b ảo d ưỡng tiêu chu ẩn, tính bằng N/mm 2 45
1.2. Sử dụng và bảo quản - Sử dụng: Các công trình thoát lũ ra biển, các công trình ngăn mặn... được sử dụng để xây dựng các công trình bình thường. - Bảo quản: như XMPL 2. Các loại xi măng dặc biệt khác 2.1. Ximăng pooclăng puzơlan (PC puz ) a/ Khái niệm: Được sản xuất bằng cách nghiền clanke với puzolan và thạch cao Puzolan là PGK hoạt tính có nguồn gốc trầm tích (diatomit, trepen) được dùng với hàm lượng 20 ÷ 30% hay có nguồn gốc núi lửa (đá bọt, tup) được dùng với hàm lượng 35 ÷ 40% b/ Tính chất cơ bản: - PC puz 20, PC puz 30, PC puz 40 - XMPL puzơlan có tính bền nước, có nhiệt thuỷ hoá ít hơn so với XMPL thưòng và khả năng chống ăn mòn cũng tốt hơn. - Ở điều kiện thường rắn chắc chậm hơn XMPL, co ngót nhiều và cường độ giảm nhưng ở nhi ệt đ ộ cao lại rắn chắc nhanh hơn. c/ Sử dụng và bảo quản: - Sử dụng: kênh mương, đê đập, cầu cống, các công trình có kết cấu lớn. - Bảo quản: như XMPL thường, PCB. 2.2. Ximăng trắng và ximăng màu (PCW - PCC) a/ Khái niệm: - Nghiền mịn clanhke XMPL trắng (đá vôi, đất sét trắng) với lượng thạch cao cần thi ết dùng nguyên liệu sạch → Xi măng trắng. - Nghiền mịn clanhke XMPL trắng và các chất tạo màu vô cơ → Xi măng màu b/ Tính chất cơ bản: - PCW25, PCW30, PCW40 - Sử dụng trong vữa và bê tông trang trí - Các loại ximăng màu có tính chất giống xi măng trắng 2.3. Ximăng rắn nhanh (ximăng aluminat - PCA) a/ Khái niệm: Nghiền clanhke chứa aluminat canxi thấp kiềm (CaO.Al 2 O 3 ) đã nung ở nhiệt độ t 0 = 1200 ÷ 1350 0 C b/ Tính chất cơ bản: - Bền trong nhiều môi trường, trừ môi trường kiềm và axít - Toả nhiều nhiệt = 1,5 lần XMPL thường - Thời gian bắt đầu đông kết: < 30 phút Thời gian kết thúc đông kết: < 12 h - Rắn nhanh và cho cường độ cao (ở tuổi 3 ngày có thể đạt mác yêu cầu 400, 500, 600) c/ Sử dụng và bảo quản: - Sử dụng: Chế tạo vữa và bê tông rắn nhanh và chịu nhiệt, và chế tạo xi măng nở. + Các công trình sửa chữa cấp tốc vì nó rắn chắc nhanh + Dùng cho các công trình quân sự + Dùng trong những công trình trong nước ăn mòn vì nó có khả năng chống ăn mòn + Dùng thi công bê tông trong mùa đông do toả nhiệt nhiều. - Bảo quản: như với các ximăng khác. 2.4. Xi măng có phụ gia hoạt động bề mặt Phụ gia hoạt động bề mặt được sử dụng rộng rãi, có thể cho vào trong quá tringf s ản xu ất xi măng nhưng thường được sử dụng trực tiếp khi thi công vữa hay bê tông. */ Ưu điểm của phụ gia hoạt động bề mặt: - Có tác dụng làm tăng độ dẻo cho bê tông và vữa, hoặc giảm lượng nước nhào tr ộn và gi ảm l ượng dùng xi măng 10 ÷ 20%. 46
- Làm tăng độ đặc và tính chống thấm cho bê tông Ngoài những loại xi măng đặc biệt trên còn có một số loại xi măng khác như: - Xi măng bền sunfat - Xi măng pooclăng xỉ - Xi măng nở và xi măng không thấm nước v.v… 47