Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương III: Nguồn gốc của xi măng

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương III: Nguồn gốc của xi măng

1. Nguồn gốc của xi măng
2. 1. Lịch sử hình thành + Từ xa xưa, con người đã biết dùng những vật liệu đơn sơ như đất sét, đất bùn nhào rác, dăm gỗ, cỏ khô băm để làm gạch, đắp tường, dựng vách cho chỗ trú ngụ của mình. Có thể tóm lược các bước hình thành xi măng như sau: - Người Ai Cập đã dùng vôi tôi làm vật liệu chính. - Người Hy Lạp trộn thêm vào vôi đất núi lửa ở đảo Santorin, hỗn hợp này đã được các nhà xây dựng thời đó ưu ái nhiều năm.
3. 1. Lịch sử hình thành - Người La Mã thêm vào loại tro – đất núi lửa Vésuve miền Puzzolles. Về sau này, phún – xuất – thạch núi lửa được dùng làm một loại phụ gia hoạt tính chịu cách nhiệt và cách âm, và trở thành danh từ chung “Pozzolana” (Anh), “Pouzzolane” (Pháp) - Vào năm 1750, kỹ sư Smeaton người Anh, nhận nhiệm vụ xây dựng ngọn hải đăng Eddystone vùng Cornuailles. Ông đã thử nghiệm dùng lần lượt các loại vật liệu như thạch cao, đá vôi, đá phún xuất Và ông khám phá ra rằng loại tốt nhất đó là hỗn hợp nung giữa đá vôi và đất sét. - Hơn 60 năm sau, 1812, một người Pháp tên Louis Vicat hoàn chỉnh điều khám phá của Smeaton, bằng cách xác định vai trò và tỷ lệ đất sét trong hỗn hợp vôi nung nói trên. Và thành quả của ông là bước quyết định ra công thức chế tạo xi măng sau này. - Ít năm sau, 1824, một người Anh tên Joseph Aspdin lấy bằng sáng chế xi măng (bởi từ latinh Caementum : chất kết dính), trên cơ sở nung một hỗn hợp 3 phần đá vôi + 1 đất sét.
4. 1. Lịch sử hình thành - Chưa hết, 20 năm sau, Isaac Charles Johnson đẩy thêm một bước nữa bằng cách nâng cao nhiệt độ nung tới mức làm nóng chảy một phần nguyên liệu trước khi kết khối thành “clinker”. - Vào năm 1967 Mông đuyê, một người làm vườn ở Pháp đã lấy dây thép nhỏ quấn quanh chậu hoa cho khỏi vỡ. Sau đó một thời gian ông này lại lấy dây thép kết thành hình chậu hoa và đổ xi măng vào, kết quả tuyệt vời hơn. Từ đó ông giành được quyền sáng chế. Đây chính là cội nguồn của các loại bê tông tấm, xà, ống trong xây dựng và gọi là bê tông ống thép. Từ đây, như chúng ta biết, đã bùng nổ hằng loạt các nhà máy lớn nhỏ với nhiều kiểu lò nung tính năng khác nhau: xi măng đã làm một cuộc cách mạng trong lĩnh vực xây dựng.
5. 2. Phát hiện lí thú • Trước công nguyên thì người Ai cập cổ dùng mật mía hay nước mía đặc trộn với 1 số chất phụ gia chống lại sự thèm muốn của các loài côn trùng để xây nhà và các kim tự tháp. • Người Trung Hoa thì dùng mạch nha với thành phần chủ yếu là tinh bột nóng để xây. Một đều thú vị là tuổi thọ của chúng cao hơn ximăng hiện nay rất nhiều.
6. 3. Bí mật về cột trụ xi măng thời tiền sử • Ở nơi cách Tân Calêdonia 40 hải lý về phía Nam có một đảo nhỏ gọi là Baien, từ xưa đến nay chưa từng có ai cư ngụ ở đó. Nhưng trên hoang đảo nhỏ này lại có khoảng 400 gò đất kỳ quái. Chúng được xây nên từ cát và đá cao khoảng 2,5-3m, mặt nghiêng khoảng 90m. Trên gò đất không có bất kỳ một loại thực vật nào sinh trưởng, cảnh vật vô cùng hoang vắng. Những người đã từng đến đây cho rằng, đó là các di chỉ từ thời cổ đại. Năm 1960, nhà khảo cổ học Cheliwa đến hòn đảo nhỏ này tiến hành khai quật các di chỉ. Ông đã khám phá một điều ngoài sức tưởng tượng, đó là trên 3 di chỉ cổ ở giữa đều có 1 cột trụ xi măng nằm song song với nhau. Những cột trụ này cao từ 1m đến 2,5m, trong xi măng của cột trụ còn lẫn vỏ ốc, vỏ sò vỡ. Cheliwa vô cùng kinh ngạc bởi ông biết xi măng mới được phát minh từ thế kỷ XIX cho dù là hỗn hợp đất đá xám tương tự như xi măng cũng chỉ được người La Mã cổ đại tìm ra trong khoảng năm 500 đến 600 trước Công nguyên. Ông đã mời những nhà nghiên cứu khoa học đến để dùng phóng xạ kiểm tra các cột trụ này. Trắc nghiệm đã cho thấy, niên đại của những cột trụ xi măng này vào khoảng năm 10950 – 5120 trước Công nguyên. Cũng có thể nói, những cột trụ xi măng của đảo Baien được xuất hiện từ thời kỳ đồ đá, sớm hơn rất nhiều so với thời đại La Mã cổ.
7. 3. Bí mật về cột trụ xi măng thời tiền sử • Đảo Tân Calêdonia - Nouvelle Calédonie ở phần Tây Nam Thái Bình Dương là một trong những đảo lớn nhất của Nam Thái Bình Dương. Theo ghi chép, năm 1768 người Pháp đã từng đặt chân đến đây, năm 1774 con tàu mẫu hạm của nhà hàng hải nổi tiếng người Anh, James Cook (1729- 1779) đã từng diễu qua hòn đảo nhỏ này. Ông thấy rừng rậm nơi đây Đảo Nouvelle Calédonie dày đặc, cây xanh sinh trưởng khắp nơi, khí hậu trong lành.
8. 3. Bí mật về cột trụ xi măng thời tiền sử • Cook cảm thấy cảnh tượng nơi đây vô cùng giống với quê hương mình bèn lấy tên cổ của Scotland là Calédonie thêm chữ Tân (Nouvelle) ở trước để đặt cho hòn đảo này. Bởi vậy, đảo ấy có tên là Tân Calêdonia. • Cũng có thể nói trước thời gian đó, đảo Tân Calêdonia không có người cư trú, đây là một vùng hoang vắng nguyên sơ không hề có ánh lửa của con người, ngay cả bây giờ cũng không có ai sống trên hoang đảo Baien này. Cho đến năm 1792, người Pháp mới tiến hành khám phá đảo lần đầu tiên, sau này họ biến nơi đây thành nơi lưu đày tội phạm. Sau 100 năm, đảo Baien mới được chính thức coi là lãnh địa vĩnh viễn của Pháp. Vậy, ai là người vận dụng kỹ thuật phức tạp làm ra xi măng 5000 trước Công nguyên. Chẳng lẽ không có ai trên đảo này làm nên những cột trụ xi măng ư?Theo phán đoán, phương pháp chế tác đương thời là đắp các gò đất, sau đó rót xi măng vào làm cho đông cứng lại. Nhưng xung quanh những cột xi măng này lại không hề có bất cứ dấu tích nào về hoạt động của con người. Bởi vậy, người ta vẫn không có phương pháp nào biết được ai là người chế tạo nên các cột trụ xi măng. Có thể nói, những cột trụ xi măng này có tác dụng gì vẫn là một trong những điều khó giải thích trong kho tàng bí mật của nhân loại.
9. 4. Ở Việt Nam • Ngành sản xuất xi măng ở nước ta đã được hình thành từ rất sớm. Bắt đầu là việc khởi công xây dựng nhà máy xi măng Hải Phòng vào ngày 25/12/1889 • Một thế kỷ trước đây xi măng Việt Nam mới chỉ có một thương hiệu con Rồng nhưng đã nổi tiếng ở trong nước và một số vùng Viễn Đông, Vlađivostoc (LB Nga), JAWA (Inđônêxia), Xingapo, Hoa Nam (Trung Quốc) Sau ngày giải phóng miền Nam, năm 1975 lại có thêm thương hiệu xi măng Hà Tiên, đến nay ngành xi măng nước ta đã có thêm hàng loạt những thương hiệu nổi tiếng như: Xi măng Bỉm Sơn nhãn hiệu Con Voi, xi măng Hoàng Thạch nhãn hiệu con Sư Tử, xi măng Hà Tiên I,II, Bút Sơn, Hoàng Mai, Tam Điệp, Nghi Sơn, Chinfon
10. Chương III. Xi măng Cấu tạo, công thức hóa học của XM Portland + Xi măng Portland là một hỗn hợp nghiền mịn của clinker, thạch cao: CaO = 60-67 %; SiO2 = 21-24 %; Fe2O3 = 2-5 %; Al2O3= 4-7 %; SO3 < 3 %; MgO < 4,5% + 4 khoáng vật chính trong clinker: - Tricanxi-silicat (3CaO.SiO2): C3S = 37-60% - Bicanxi-silicat (2CaO.SiO2): C2S = 15-37% - Tricanxi-aluminat (3CaO.Al2O3): C3A = 7-15% - Tetracanxi-Alumino-Ferit (4CaO.Al2O3.Fe2O3): C4AF = 10-18%
11. Nguyên liệu sản xuất xi măng - Đá vôi: yêu cầu thành phần CaCO3 phải chiếm tỷ lệ 75% trở lên. Chỉ dùng loại đá vôi manhêzit thấp, không dùng đá vôi manhêzit và đôlômit vì hai loại này chứa nhiều MgCO3 có hại cho xi măng. Theo kinh nghiệm, muốn sản xuất 1 tấn clanhke phải dùng 1,3 tấn đá vôi. - Đất sét: yêu cầu có độ dẻo cao, nghĩa là cấu trúc hạt phải đều và mịn lẫn ít tạp chất, cát sạn ; phải có hàm lượng SiO2 trong khoảng 50  58%. - Quặng sắt: yêu cầu tỷ lệ Fe2O3 trên 40%. - Thạch cao: yêu cầu hàm lượng CaSO4.2H2O phải trên 80%. - Than đá: Nhiên liệu dùng để nung xi măng phần lớn là than đá. Yêu cầu nhiệt lượng của than đá khoảng 5000Kcal/kg than, hàm lượng chất bốc nhỏ hơn 35%, khi đốt không có khói, cho ngọn lửa xanh, lượng tro còn lại phải dưới 10  15%. Nên dùng loại than có màu đen ánh, cứng và mật độ lớn.
12. Công đoạn sản xuất xi măng Qui trình sản xuất gồm ba giai đoạn chính: • Chuẩn bị nguyên liệu và phối liệu Nghiền nhỏ các nguyên liệu và trộn với nhau rất kĩ bằng phương pháp khô hay phương pháp ướt. • Nung phế liệu thành clinke : Nung hỗn hợp đó trong các lò ngang hoặc lò đứng. Lò nung được đốt nóng bằng dầu mazut hoặc bột than phun vào lò.Sản phẩm thu được ở lò quay là những hạt màu xám gọi là clinke • Nghiền clinke thành xi măng: Để nguội clinke rồi nghiền thì được xi măng. Muốn cho xi măng không đông cứng quá nhanh để đủ thời gian thao tác như xây, trát, đổ khuôn, người ta thêm vào khoảng 2-5 % thạch cao.
13. Hình ảnh nổ mìn phá đá
14. Hình ảnh khai thác quặng
15. Quy trình sản xuất xi măng
16. SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG Các công đoạn chính trong sản xuất xi măng
17. SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG
18. HÌNH ẢNH LÒ NUNG (4)Lớp trộn (5)Nghiền thô (6)Túi lọc bụi (7)Gia nhiệt (8)Lò nung (9)Máy làm lạnh  = 3-5 m (5-7 m) L = 50-100 m (>200m) = 3-4O  = 1-2 v/ph
19. Nghiền xi măng Làm nguội ckinker Hệ thống đóng gói bao xi măng
20. Hình ảnh nhà máy xi măng Chinfon - Hải Phòng Công suất 4.000 tấn Clinker/ngày Nhà máy xi măng Hải Phòng / Chifon Haiphong Cement Plant. Tại thôn Tràng Kênh, thị trấn Minh Đức, huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phòng
21. Hình ảnh nhà máy xi măng Chinfon - Hải Phòng Phòng phân tích hóa / Phòng phân tích cơ lý / The Chemical Room. The Mechanical Physical Room Phòng điều khiển trung tâm / Central Control Room
22. Những tính chất chủ yếu đối với các thành phần khoáng vật - Khoáng vật C3S: tốc độ thủy hóa tương đối nhanh, nhiệt thủy hóa tương đối lớn, ít co thể tích và khả năng phát triển cường độ lớn nhất so với các thành phần khác. Vì vậy C3S là thành phần khoáng vật quan trọng nhất, chiếm tỷ lệ cao nhất trong xi măng. - Khoáng vật C2S: tốc độ thủy hóa chậm, nhiệt thủy hóa thấp, ít có thể tích; khả năng phát triển cường độ ở thời gian đầu chậm, về sau nhanh. - Khoáng vật C3A: tốc độ thủy hóa rất nhanh, nhiệt thủy hóa rất lớn, có thể tích nhiều, ngưng kết rất nhanh, nhưng khả năng phát triển cường độ lại kém nhất trong 4 thành phần khoáng vật. - Khoáng vật C4AF: tốc độ thủy hóa tương đối nhanh, nhiệt thủy hóa trung bình, thể tích co tương đối nhiều, khả năng phát triển cường độ trung bình, nhưng tăng rõ rệt ở thời gian về sau.
23. Các hệ số chất lượng của xi măng 1. Hệ số silic (n = 1,7 – 3,5): SiO % n = 2 (Al2 O 3+ Fe 2 O 3 )% 2. Hệ số nhôm (p = 1-3): Al O % p = 23 Fe23 O % 3. Hệ số bão hòa vôI (KH = 0,82-0,95): CaO% − (1,65Al2 O 3 % + 0,35Fe 2 O 3 % + 0,7SO 3 %) KH = 2,8SiO2 %
24. Ngưng kết và rắn chắc của xi măng pooclăng 1. Thời kỳ hòa tan Khi trộn xi măng với nước, trên bề mặt các hạt xi măng, các thành phần khoáng vật chủ yếu C3S, C2S, C3A, C4AF của xi măng sẽ tác dụng với nước theo các phản ứng thủy phân và thủy hóa sau đây: 3CaO.SiO2 + (m +1)H2O → Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2.mH2O 2CaO.SiO2 + mH2O →2CaO.SiO2.mH2O 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + nH2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.mH2O Trong các hợp chất mới tạo thành, có Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O là dễ hòa tan nhất, nên tan ngay vào nước, làm xuất hiện lớp xi măng mới tiếp tục tác dụng với nước rồi tiếp tục hòa tan. Lượng nước trong vữa xi măng có hạn, nên dung dịch nhanh chóng đạt tới trạng thái bão hòa.
25. Ngưng kết và rắn chắc của xi măng pooclăng 2. Thời kỳ hóa keo Trong dung dịch đã bão hòa, các thành phần Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O tiếp tục sinh ra, nhưng không hòa tan được nữa cùng với các thành phần khác như 2CaO.SiO2.mH2O vốn ít hòa tan đều tồn tại dưới dạng các hạt nhỏ phân tán trong dung dịch tạo thành thể keo phân tán bao quanh các hạt xi măng. Phần xi măng bên trong các hạt tiếp tục thủy phân và thủy hóa, nên chất keo sinh ra ngày càng nhiều. Đồng thời với hiện tượng bay hơi nước tự do trong vữa xi măng làm cho các hạt keo phân tán ở trên ngưng tụ lại thành những hạt lớn hơn và tạo thành thể keo ngưng. Thể keo ngưng không ngừng tăng, vữa xi măng mất dần tính dẻo và dần dần trở nên đông đặc, tuy nhiên lúc này vẫn chưa có cường độ.
26. Ngưng kết và rắn chắc của xi măng pooclăng 3. Thời kỳ kết tinh Trong thể keo ngưng xuất hiện các mầm kết tinh từ Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O. Các mầm kết tinh phát triển dần lên thành các tinh thể cắm vào thể keo ngưng, đan chéo và gắn kết với nhau tạo thành bộ xương cứng làm cho vữa xi măng bắt đầu có cường độ. Nước tự do bay hơi nên ngày càng ít đi. Số lượng tinh thể ngày càng nhiều lên, do đó cường độ xi măng dần tăng lên rõ rệt. Thành phần 2CaO.SiO2.mH2O tồn tại ở thể keo khá lâu, dần chuyển sang kết tinh, làm cho cường độ xi măng tăng lên ở thời gian về sau. Các hiện tượng hòa tan, hóa keo và kết tinh của vữa xi măng xảy ra xen kẽ, nối tiếp lẫn nhau, trong khi có một số đã kết tinh thì vẫn có một số đang ở thể keo, một số mới bắt đầu tác dụng với nước. Cứ thế nối tiếp, diễn ra cho đến khi toàn bộ các hạt xi măng thủy phân và thủy hóa hết. Thực nghiệm chứng tỏ rằng hàng chục năm vẫn còn những hạt xi măng đang tiếp tục thủy phân và thủy hóa. Ngoài các quá trình trên, quá trình cacbônat hóa của thành phần Ca(OH)2 cũng góp phần tăng thêm sự rắn chắc của vữa xi măng.
27. Chất lượng của xi măng pooc lăng đối với từng mác được quy định theo bảng sau: Mức Tên chỉ tiêu PC30 PC40 PC50 1. Giíi h¹n bÒn nÐn, N/mm2, kh«ng nhá h¬n: - sau 3 ngµy 16 21 31 - sau 28 ngµy 30 40 50 2. §é nghiÒn mÞn: - phÇn cßn l¹i trªn sµng 0.08mm, %, kh«ng lín h¬n 15 15 12 - bÒ mÆt riªng x¸c ®Þnh theo ph¬ng phaps Blaine cm2/g, 2500 2500 2800 kh«ng nhá h¬n 3. Thêi gian ®«ng kÕt, - B¾t ®Çu, phót, kh«ng sím h¬n: 45 - KÕt thóc, giê, kh«ng muén h¬n: 10 4. §é æn ®Þnh thÓ tÝch x¸c ®Þnh theo ph¬ng ph¸p Lơ 10 Satolie, mm, kh«ng lín h¬n 5. Hµm lîng anhydric sunfuric (SO3), %, kh«ng lín 3,0 h¬n 6. Hµm lîng mÊt khi nung (MKN), %, kh«ng lín h¬n 5,0
28. Xi măng pooclăng - phõn loại + Xi măng đ−ợc phân loại theo các đặc tính sau: (TCVN 5439-1991) - Loại XM clanhke và thành phần của XM. - Độ bền (mỏc). - Tốc độ đúng rắn. - Thời gian đụng kết. - Cỏc tớnh chất đặc biệt.
29. Xi măng đ−ợc phân loại theo các đặc tính sau: (TCVN 5439-1991) • Theo loại clanhke và thành phần được phân ra: - Xi măng trên cơ sở clanhke xi măng poóclăng + Xi măng poóclăng (không có phụ gia khoáng) + Xi măng poóclăng có phụ gia (với tỉ lệ phụ gia khoáng hoạt tính không lớn hơn 20%) + Xi măng poóclăng xỉ (với tỉ lệ phụ gia xỉ hạt lớn hơn 20%) + Xi măng poóclăng pudôlan (với tỉ lệ phụ gia pudôlan lớn hơn 20%) - Xi măng trên cơ sở clanhke xi măng alumin + Xi măng alumin có hàm lượng Al2O3 lớn hơn 30% và nhỏ hơn 60% + Xi măng giàu alumin có hàm lượng Al2O3 từ 60% trở lên.
30. Xi măng đ−ợc phân loại theo các đặc tính sau: (TCVN 5439-1991) • Theo độ bền (mác) xi măng: Nhãm theo ®é Yªu cÇu vÒ ®é bÒn tiªu chuÈn khi nÐn (MPa) bÒn (m¸c) khi thö cã sö dông C¸t nhiÒu cì h¹t C¸t mét cì h¹t M¸c cao Tõ 45 trë lªn Tõ 50 trë lªn M¸c thêng Tõ 25 ®Õn nhá h¬n 45 Tõ 30 ®Õn nhá h¬n 50 M¸c thÊp Nhá h¬n 25 Nhá h¬n 30
31. Xi măng đ−ợc phân loại theo các đặc tính sau: (TCVN 5439-1991) - Theo tốc độ đóng rắn xi măng trên cơ sở clanhke xi măng poóclăng được phân ra + Loại đóng rắn bình thường và chậm: khi độ bền chuẩn đạt được sau 28 ngày đêm. + Loại đóng rắn nhanh: khi độ bền sau 3 ngày đêm đạt được không dưới 55% của độ bền tiêu chuẩn sau 28 ngày đêm; - Theo thời gian đông kết xi măng được phân ra + Đông kết chậm: khi thời gian bắt đầu đông kết quy định trên 2 giờ. + Đông kết bình thường: khi thời gian bắt đầu đông kết quy định từ 45 phút đến 2 giờ. + Đông kết nhanh: khi thời gian bắt đầu đông kết quy định dưới 45 phút.
32. Xi măng đ−ợc phân loại theo các đặc tính sau: (TCVN 5439-1991) Tuỳ thuộc vào các tính chất đặc biệt, xi măng được phân theo + Độ bền sunfat (sử dụng clanhke có thành phần định mức) + Biến dạng thể tính khi đóng rắn (với độ nở và co ngót chuẩn của xi măng). + Độ toả nhiệt (với độ toả nhiệt chuẩn của xi măng) + Tính chất trang trí (với độ trắng hoặc màu theo mẫu chuẩn). + Tính chất phun, trám (theo nhưng chỉ tiêu chất lượng, chỉ tiêu này xác định sự thích hợp của xi măng trong việc phun, trám các giếng dầu khí và các giếng khác).
33. Xi măng pooclăng - phõn loại Theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM C150 - 94, Xi măng poóclăng được phân thành 8 loại như sau: • Loại I: Xi măng thường khi không có yêu cầu đặc biệt. • Loại IA: Như loại I, nhưng có khả năng cuốn khí. • Loại II: Xi măng dùng trong trường hợp chung, nhưng có khả năng bền sunfat vừa và nhiệt thủy hoá vừa. • Loại IIA: Như loại II, nhưng có thêm yêu cầu cuốn khí. • Loại III: Dùng trong trường hợp yêu cầu cường độ ban đầu cao. • Loại IIIA: Như loại III, nhưng có thêm yêu cầu cuốn khí. • Loại IV: Dùng trong trường hợp yêu cầu nhiệt thủy hoá thấp. • Loại V: Dùng trong trường hợp yêu cầu độ bền sunfat cao.
34. Xi măng pooclăng - phõn loại Ngoài ra Mỹ cũng có những loại xi măng đặc biệt khác (theo ASTM C595 - 92a): - Xi măng Pooclăng trắng - Xi măng Pooclăng - Xỉ - Xi măng Pooclăng - Puzơlan - Xi măng xõy trỏt - Xi măng Pooclăng đặc biệt: Xi măng giếng dầu là xi măng được dựng để hàn kớn cỏc giếng dầu. Xi măng này thường đụng kết chậm và chịu được ỏp suất và nhiệt độ cao. Xi măng chống thấm nước
35. 20 chủng loại xi măng và công nghệ sản xuất Tác giả: PGS.TS. Hoàng Văn Phong. Nhà xuất bản: Khoa học và kỹ thuật. Năm 2006. Số trang: 171 • 1. Xi măng Portland thông dung PC. 2. Xi măng Portland hỗn hợp PCB. 3. Xi măng Portland - puzolan PCpu 4. Xi măng Portland - xỉ lò cao. 5. Xi măng Portland bền sunphat. 6. Xi măng Portland toả nhiệt ít PCLH 7. Xi măng Portland mác cao. 8. Xi măng Portland đóng rắn nhanh. 9. Xi măng Portland giãn nở. 10. Xi măng trắng và xi măng màu. 11. Xi măng Portland dàmh cho xeo tấm lợp uốn sóng amiăng - xi măng. 12. Xi măng Portland cho bê tông mặt đường bộ và sân bay. 13. Xi măng alumin CA. 14. Xi măng chống phóng xạ. 15. Xi măng giếng khoan dầu khí. 16. Xi măng sunphua belit nhôm. 17. Xi măng chịu axit. 18. Xi măng manhê và xi măng dolomi. 19. Xi măng Romans. 20. Xi măng chịu lửa siêu cao.
36. Ảnh hưởng của xi măng đến các tính chất của bê tông • Sự nứt nẻ do nhiệt • Tính dễ đổ • Cường độ • Ổn định thể tích • Tính thấm nước • Chống xâm thực hóa học • Phản ứng Xi măng - Cốt liệu
37. Sự nứt nẻ do nhiệt • Nhiệt thủy hoá, cal/g (KJ/kg); C3S: 120 (502); C2S: 62 (259); C3A: 207 (865); C4AF: 100 (418); CaO (vôi tự do): 279 (1166) • Đối với các công trình bê tông khối lớn, nên dùng loại xi măng có nhiệt thủy hoá thấp (nhiệt thủy hoá sau 7 ngày 60 Cal/g), nếu không có thể dùng xi măng có nhiệt thủy hoá vừa (nhiệt thủy hoá sau 7 ngày 70 Cal/g), hoặc nếu không có phải pha thêm phụ gia khoáng vào trong xi măng poóclăng để hạ thấp nhiệt thủy hoá.
38. Tính dễ đổ • Xi măng là thành phần nhỏ nhất trong bê tông, nên lượng xi măng trong hỗn hợp bê tông có tác dụng lớn đối với độ dẻo và tính dễ đổ của hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông ít xi măng (bê tông gầy) kém dẻo, khó đổ và khó hoàn thiện. Hỗn hợp bê tông nhiều xi măng (bê tông béo) sẽ có tính dính, dẻo và dễ đổ hơn. Tuy nhiên hỗn hợp bê tông quá béo sẽ dính nhiều, lại khó thi công. • Độ mịn của xi măng cũng ảnh hưởng đến tính dễ đổ của bê tông, nhưng ít hơn ảnh hưởng của hàm lượng xi măng. Hàm lượng xi măng ít cũng làm cho tính dính kết kém, tiết nước nhiều và phân tầng. Độ mịn của xi măng tăng lên, làm cho hỗn hợp dính kết tốt hơn, giảm lượng nước yêu cầu để đạt được độ sụt đã cho, dẫn đến giảm phân tầng và tiết nước.
39. Cường độ • Thành phần khoáng của xi măng có ảnh hưởng đến cường độ xi măng và bê tông. Thành phần C3S tăng cường độ sau 10 đến 20 giờ đến 28 ngày. Thành phần C2S có ảnh hưởng nhiều đối với cường độ về sau trong môi trường có độ ẩm thích hợp. Thành phần C3A đóng góp chủ yếu vào việc tăng cường độ trong 24 giờ và sớm hơn, vì bản thân C3A thủy hoá nhanh. Thành phần C4AF ít ảnh hưởng đến cường độ hơn. • Độ mịn cao làm tăng cường độ xi măng ở tuổi ban đầu đến khoảng 28 ngày, mạnh nhất trong 10 đến 20 giờ đầu, về sau tăng ít đi. ở tuổi 2 đến 3 tháng trong điều kiện ẩm ướt, độ mịn cao cũng cho cường độ gần như cường độ của xi măng có độ mịn thông thường (độ mịn Blaine khoảng 3500 cm2/g). • Thông thường cường độ xi măng poóclăng cao hơn cường độ của xi măng hỗn hợp ở tuổi 7 ngày hoặc sớm hơn và ngang bằng hoặc hơi thấp hơn ở tuổi về sau khi có cùng tỷ lệ N/X và độ mịn.
40. Ổn định thể tích • Bê tông mới trộn thay đổi thể tích do tiết nước, do nhiệt độ biến đổi, do các phản ứng thủy hoá của xi măng và do khô đi. Độ tiết nước giảm đi khi xi măng có độ mịn, có nhiều hạt cỡ nhỏ nhất, hàm lượng kiềm tăng và hàm lượng C3A tăng. Xi măng có hàm lượng CaO tự do hoặc MgO quá mức bình thường có khả năng trương nở sau, gây bất lợi khi các thành phần này thuỷ hoá. Xi măng bị nở nhiều như vậy là xi măng không đạt yêu cầu. Sự bốc hơi nước từ mặt bê tông trong hoặc sau quá trình hoàn thiện, nhưng trước khi kết thúc đông kết là nguyên nhân quan trọng của sự nứt nẻ do co mềm. Tốc độ co khô của bê tông trong quá trình khô đi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có thành phần xi măng. Xi măng có ảnh hưởng nhiều đối với độ co khô ; tác dụng này nhỏ nhất, khi trong xi măng có hàm lượng S03 tối ưu.
41. Tính thấm nước • Xi măng hạt thô tạo ra độ rỗng cao hơn xi măng hạt mịn. Độ thấm nước của bê tông phụ thuộc vào độ thấm của thành phần đá xi măng và cốt liệu, cũng như tỷ lệ của chúng trong bê tông. Có hai loại lỗ rỗng trong đá xi măng: Lỗ rỗng gen nằm giữa các phần tử gen, rất nhỏ, đường kính khoảng 0,5 đến 3,0 m; lỗ rỗng mao quản lớn hơn và được phân bố không đều khắp trong đá xi măng, đó là các dấu tích còn lại của các khoảng trống chứa đầy nước đã bay hơi. Độ rỗng mao quản tùy thuộc vào tỉ lệ N/X lúc đầu và mức độ thủy hoá xi măng. Khi mức độ thủy hoá tăng lên, độ rỗng nhỏ đi và độ thấm cũng giảm.
42. Chống xâm thực hóa học • Yêu cầu đầu tiên đối với bê tông bền xâm thực hoá học là dùng xi măng thích hợp, xi măng pha puzơlan, xi măng pha xỉ, xi măng pha muội silic Xi măng poóclăng với hàm lượng C3A cao dễ bị ăn mòn sunfat có trong đất, nước biển, nước ngầm. Vì vậy thường yêu cầu dùng xi măng có hàm lượng C3A thấp hơn ( 10%) cho bê tông trong môi trường sunfat, hoặc dùng xi măng đặc biệt chống sunfat.
43. Phản ứng Xi măng - Cốt liệu + Phản ứng Kiềm - Silíc: • Khi trong xi măng có hàm lượng kiềm nhiều quá mức qui định và trong cốt liệu có hàm lượng SiO2 vô định hình sẽ sinh ra phản ứng kiềm - silic. Sản phẩm của phản ứng kiềm - silic có thể là gen canxi - kiềm - silic trương nở đến một mức độ giới hạn hoặc gen kiềm - silic ngậm nước có thể hút nước và nở nhiều hơn, có thể gây nứt nẻ bê tông. Nếu trong cốt liệu có silic vô định hình, phải thí nghiệm kiểm tra khả năng sử dụng và nên ưu tiên dùng các biện pháp sau đây để phòng ngừa tác hại của phản ứng kiềm - silic: - Dùng xi măng có tổng hàm lượng kiềm được biểu thị bằng % (Na20 + 0,658K20) không vượt quá 0,6%; - Nếu xi măng có tổng hàm lượng kiềm cao hơn 0,6% thì pha thêm puzơlan với số lượng đủ để ngăn ngừa sự nở quá nhiều của bê tông.
44. Phản ứng Xi măng - Cốt liệu + Phản ứng kiềm - đá cacbonat • Phản ứng kiềm - đá cacbonat cũng gây nở thể tích và nứt nẻ, đôi khi dẫn tới phá hoại bê tông được chế tạo bằng dăm đá cacbonat, không phải là canxi cacbonat tinh khiết hoặc dolomit tinh khiết. Các đá này bao gồm các tinh thể khoáng đụlụmớt trong thành phần mịn của đất sét và canxít. Chúng có thể phản ứng bằng cách phân huỷ đụlụmớt để tạo thành manhê hydroxit hoặc bởi các phản ứng gây sự nở phồng của thành phần đất sét. Để tránh hiện tượng này, nên dùng xi măng có hàm lượng kiềm thấp (có thể nhỏ hơn hoặc bằng 0,4%).
45. XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XM POOC LĂNG 1. Xác định khối lượng thể tích của bột xi măng (TCVN 4030-1985): Phễu tiêu chuẩn 1.Miệng phễu; 2. Nắp đóng mở; 3.Giá đỡ ; 4.Ống đong; 5.Bệ đỡ.
46. XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XM POOC LĂNG 2. Xác định độ mịn của bột xi măng (TCVN 4030:1985): • Độ mịn của xi măng tính bằng phần trăm (%) theo tỷ số giữa khối lượng phần còn lại trên sàng và khối lượng mẫu ban đầu, với độ chính xác tới 0,1%. • Sàng có kích thước lỗ 0,08mm. • Độ mịn ảnh hưởng đến nhiều tính chất của xi măng. Xi măng càng mịn thì tốc độ thủy hóa với nước càng nhanh, thời gian đông kết càng ngắn, tốc độ rắn chắc cũng tăng lên, tính giữ nước tốt và cường độ chịu lực càng cao. Độ mịn là một chỉ tiêu đánh giá chất lượng của xi măng và chỉ tiêu này cũng thay đổi theo thời gian lưu giữ trong kho.
47. XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XM POOC LĂNG 3. Xác định lượng nước tiêu chuẩn của hồ xi măng hay độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết của hồ xi măng (TCVN 6017- 1995) Dụng cụ Vika để xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết của ximăng a) Xác định độ dẻo tiêu chuẩn (lượng nước tiêu chuẩn) b) Xác định thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết TN (b): Chiều dài hữu ích 50mm ± 1mm và đường kính 1,13mm ± 0,05mm.
48. Xác định lượng nước tiêu chuẩn của hồ xi măng hay độ dẻo tiêu chuẩn (TCVN 6017-1995) • Lượng nước tiêu chuẩn là lượng nước tính bằng phần trăm khối lượng xi măng, để đảm bảo hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn. • Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng càng lớn thì lượng nước nhào trộn trong bê tông và vữa càng nhiều. • Mỗi loại xi măng có lượng nước tiêu chuẩn nhất định tùy thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn, hàm lượng phụ gia, thời gian đã lưu kho và điều kiện bảo quản xi măng. Xi măng để lâu bị vón cục thì lượng nước tiêu chuẩn sẽ giảm. • Độ dẻo tiêu chuẩn cũng là một chỉ tiêu cần thiết để xác định thời gian đông kết của xi măng.
49. Xác định lượng nước tiêu chuẩn của hồ xi măng hay độ dẻo tiêu chuẩn (TCVN 6017-1995) • Dụng cụ và thiết bị thử: - Dụng cụ Vika - Cân kỹ thuật - Ống đong có chia vạch (ml) - Đồng hồ bấm giây hoặc đồng hồ cát.
50. • Tiến hành thử: -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 125g rồi đổ vào trong cối trộn hoặc dùng ống đong có vạch chia để đo lượng nước đổ vào cối trộn. -Đổ xi măng vào nước 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. -Khởi động ngay máy trộn và cho chạy với tốc độ thấp trong 90 giây. -Sau 90 giây dừng máy trộn khoảng 15 giây để vét gọn hồ ở xung quanh cối vào vùng trộn của máy bằng một dụng cụ vét thích hợp. - Khởi động lại máy và cho chạy với tốc độ thấp trong thời gian 90 giây nữa. Tổng thời gian chạy máy trộn là 3 phút. -Bôi một lớp dầu vào khâu -Đặt khâu lên tấm đế phẳng bằng thuỷ tinh. -Đổ ngay hồ vào khâu. -Dùng dụng cụ có cạnh thẳng gạt hồ thừa theo kiểu chuyển động cưa nhẹ nhàng, sao cho hồ đầy ngang khâu và bề mặt phải phẳng trơn.
51. -Chuyển ngay khâu và dụng cụ tấm đế sang 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 vi trí này từ 1 đến 2 giây. -Thả nhanh bộ phận chuyển động để kim to lún thẳng đứng vào trung tâm hồ. Thời điểm thả kim to tính từ thời điểm số ″không″ là 4 phút. -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. • Đánh giá kết quả: Khi hồ xi măng đạt được một 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.
52. Xác định thời gian đông kết của hồ xi măng (TCVN 6017-1995) • Ý nghĩa của thời gian đông kết của hồ xi măng: • Sau khi trộn xi măng với nước, hồ xi măng có tính dẻo cao nhưng sau đó tính dẻo mất dần. Thời gian tính từ lúc trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất dẻo và bắt đầu có khả năng chịu lực gọi là thời gian đông kết. • Thời gian đông kết của hồ xi măng bao gồm 2 giai đoạn là thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết. • Khi thi công bê tông và vữa cần phải biết thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết của hồ xi măng để định ra kế hoạch thi công hợp lý vì vậy cần phải xác định chỉ tiêu này.
53. Xác định thời gian đông kết của hồ xi măng (TCVN 6017-1995) • Dụng cụ và thiết bị thử: - Phòng hoặc một buồng đủ kích thước và giữ ở nhiệt độ 27 ± 1oC và độ ẩm tương đối không nhỏ hơn 90%. - Dụng cụ Vika • Tiến hành thử: -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 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.
54. - Sau thời gian thích hợp chuyển khâu sang dụng cụ Vika - 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 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.
55. XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XM POOC LĂNG 4. Xác định tính ổn định thể tích của đá xi măng (TCVN 6017-1995): - Xi măng cần phải ổn định thể tích, để không bị biến dạng và nứt nẻ. Muốn xác định tính ổn định thể tích của xi măng, phải làm cho CaO tự do, MgO tự do Vành khâu Lơsatơliê và sunfoaluminat thủy hóa trệt 1. Vành khâu; 2. Tấm kính; 3.Càng khuôn. để, rồi mới xem mẫu xi măng có bị biến dạng, nứt nẻ không. - Dùng Vành khâu Lơsatơliê để xác định.
56. XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XM POOC LĂNG 5. Xác định cường độ chịu uốn và nén của đá xi măng (TCVN 6016-1995): *Xác định độ bền uốn *Xác định độ bền nén Sơ đồ đặt mẫu xi măng khi uốn KT mẫu: 40x40x160mm Sơ đồ đặt mẫu xi măng khi nén
57. Xâm thực xi măng pooclăng 1. Nguyên nhân của hiện tượng xâm thực xi măng - Trong đá xi măng có một số thành phần hòa tan mà chủ yếu là Ca(OH)2 bị tan vào nước làm cho kết cấu bê tông bị rỗng, do đó cường độ giảm thấp. - Có một số thành phần trong đá xi măng tác dụng hóa học với một số hóa chất trong nước sinh ra các hợp chất hòa tan hoặc nở thể tích làm cho bê tông bị rạn nứt.
58. Xâm thực xi măng pooclăng 2. Các dạng xâm thực xi măng a/ Xâm thực hòa tan: Thành phần Ca(OH)2 do C3S của xi măng thủy phân sẽ hòa tan trong môi trường nước (với nồng độ bão hòa là 1,3 g CaO trong 1 lít nước ở nhiệt độ15C). b/ Xâm thực của nước có CO2: - Với nồng độ CO2 thấp thì rất có lợi, vì CO2 sẽ tác dụng với Ca(OH)2 trong đỏ xi măng tạo thành CaCO3 phủ lên bề mặt công trình theo phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 + H2O → CaCO3 + 2H2O - Nhưng khi nồng độ CO2 tăng lên quá 15  20mg/lít, thì chính bản thân CO2 lại hòa tan CaCO3 theo phản ứng: CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2
59. Xâm thực xi măng pooclăng c/ Xâm thực của nước có muối sunfat: Trong nước biển, nước ngầm, nước ao hồ v.v thường chứa một số muối sunfat như CaSO4, Na2SO4, MgSO4 v.v Các muối này phân ly trong nước sinh ra ion và các ion kim loại, khi gặp môi trường có Ca(OH)2 thì sẽ tạo thành sunfat canxi theo phản ứng: −+22 SO44+→ Ca CaSO CaSO4 hút nước tạo thành thạch cao CaSO4.2H2O và thể tích nở ra làm nứt nẻ công trình, người ta thường gọi là xâm thực thạch cao. Mặt khác CaSO4 tác dụng với C3A.6H2O trong đó xi măng tạo thành 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O nở thể tích 2,5 lần rất nguy hiểm. d/ Xâm thực của nước có axit: Các loại nước ao hồ, nước cống rãnh, nhất là nước thải công nghiệp thường chứa một số axit như HCl, H2SO4, v.v khi gặp Ca(OH)2 trong đá xi măng sẽ xảy ra phản ứng trung hòa: 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2H2O Trong các sản phẩm tạo thành thì CaCl2 có độ hòa tan rất lớn, còn CaSO4 có thể hút nước sinh ra thạch cao hoặc tác dụng với C3A.6H2O tạo thành 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O, tác hại như trường hợp xâm thực của muối sunfat.
60. Xâm thực xi măng pooclăng e/ Xâm thực của nước có muối manhê Ngoài NaCl, CaSO4 thì trong nước biển còn chứa một hàm lượng khá lớn MgSO4 và MgCl2, khi gặp môi trường có Ca(OH)2 sẽ xảy ra các phản ứng sau đây: MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O → CaSO4.2H2O + Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 → CaCl2 + Mg(OH)2. MgSO4 còn tác dụng với C3A.6H2O trong đá xi măng: 3MgSO4 + 3CaO. Al2O3.6H2O → 3CaSO4 + 2Al(OH)3.3Mg(OH)2 Các sản phẩm tạo thành có CaCl2 hòa tan mạnh: CaSO4.2H2O nở thể tích gây nứt nẻ: Al(OH)3 và Mg(OH)2 là những chất ở dạng vô định hình, không có cường độ và không có khả năng dính kết.
61. Xâm thực xi măng pooclăng 3. Biện pháp ngăn ngừa xâm thực xi măng pooclăng a/ Chọn loại xi măng thích hợp b/ Các biện pháp trong khi tiến hành xây dựng công trình. + Tăng độ đặc của bê tông + Pha phụ gia khoáng vật hoạt tính như bột puzơlan, bột xỉ lò cao dạng hạt vào xi măng trước khi sử dụng + Gia cố mặt ngoài công trình + Xử lý môi trường nước
62. Phụ gia khoáng vật 1. Xỉ lò cao dạng hạt xi măng pooclăng-xỉ quặng (30-60% xỉ quặng) - Thành phần của xỉ lò cao: CaO, MgO, Al2O3, SiO2, FeO và CaS, MnS, FeS 2. Puzơlan xi măng pooclăng-puzơlan (20-40% puzơlan) Thành phần và phân loại: - Loại thiên nhiên: + Loại có nguồn gốc từ đá trầm tích phong hóa như đất, đá điatômit, trêpen, apôka Thành phần chủ yếu là SiO2 và SiO2.nH2O vô định hình. + Loại có nguồn gốc từ sản phẩm núi lửa, như tro núi lửa, túp núi lửa, trat núi lửa v.v Thành phần chủ yếu là SiO2 vô định hình. Ngoài ra còn có một lượng nhất định Al2O3. - Loại nhân tạo: gồm có đất sét nung non, bã than, tro lò v.v Thành phần gồm có SiO2 vô định hình và Al2O3.
63. Xi măng pooclăng đặc biệt • Xi măng pooclăng rắn nhanh • Xi măng pooclăng chống sunfat • Xi măng pooclăng ít tỏa nhiệt, PCLH • Xi măng pooclăng kỵ nước và xi măng pooclăng dẻo • Xi măng aluminat
64. Hướng dẫn sử dụng phụ gia trong xây dựng thủy lợi 1. Tác dụng của phụ gia trong thi công bê tông và vữa a) Đối với hỗn hợp bê tông - Tăng tính dễ đổ (độ sụt) mà không cần tăng lượng nuớc trộn; hoặc giảm lượng nước trộn mà vẫn giữ được tính dễ đổ của hỗn hợp bê tông và vữa; - Làm chậm hoặc tăng nhanh thời gian đông kết, đóng rắn của xi măng và bê tông; - Làm bê tông không bị co ngót hoặc hơi nở thể tích; - Giảm tiết nước, phân tầng của hỗn hợp bê tông và vữa; - Cải thiện khả năng bơm; - Làm chậm sự mất độ sụt theo thời gian (hay duy trì độ sụt của bê tông theo thời gian).
65. Hướng dẫn sử dụng phụ gia trong xây dựng thủy lợi 1. Tác dụng của phụ gia trong thi công bê tông và vữa b) Đối với bê tông đã cứng rắn - Làm chậm hoặc giảm sự phát nhiệt trong thời gian cứng hoá ban đầu; - Tăng nhanh tốc độ phát triển cường độ, hoặc tăng cường độ ban đầu và về sau; - Tăng độ bền; - Tăng khả năng chống thấm nước (giảm tính thấm); - Khống chế độ nở do phản ứng kiềm của cốt liệu chứa silic vô định hình; - Tăng độ dính kết của bê tông với cốt thép; - Tăng độ dính kết giữa bê tông cũ và mới; - Ức chế ăn mòn cốt thép.
66. Hướng dẫn sử dụng phụ gia trong xây dựng thủy lợi 2. Công dụng và các tính chất kỹ thuật của một số loại phụ gia • Phụ gia điều chỉnh sự đóng rắn của bê tông và vữa • Phụ gia giảm nước thường • Phụ gia giảm nước bậc cao (siêu dẻo) • Phụ gia cuốn khí (air entraining admixtures) • Phụ gia hoạt tính Puzơlan • Phụ gia xỉ lò cao • Tro bay • Muội silic (Silica fume, SF) • Phụ gia tro trấu • Phụ gia nở • Phụ gia chống thấm nước • Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép
67. Hướng dẫn sử dụng phụ gia trong xây dựng thủy lợi • Lựa chọn và sử dụng phụ gia • Những điều cần lưu ý khi sử dụng phụ gia
68. Phụ gia khoáng trong công nghiệp sản xuất xi măng • Phụ gia đầy: gồm các vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, thực tế không tham gia vào quá trình hydrat hoá xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc của đá xi măng. Phụ gia đầy sử dụng trong công nghiệp xi măng gồm: đá vôi, đá vôi silic có mầu đen, đá sét đen, các loại bụi thu hồi ở lọc bụi điện trong dây chuyền sản xuất xi măng cũng được sử dụng như một loại phụ gia đầy nhân tạo.
69. Phụ gia khoáng trong công nghiệp sản xuất xi măng • Phụ gia hoạt tính: là các loại vật liệu vô cơ thiên nhiên hoặc nhân tạo, có chứa các thành phần hoạt tính (SiO2ht , Al2O3ht) có khả năng kết hợp với Ca(OH)2 (thải ra trong quá trình hydrat hoá các khoáng clinker xi măng pooclăng) hoặc qua quá trình hoạt hoá tạo thành các cấu tử bền vững - hydrosilicat, hydroaluminat, hydroferoaluminat, hydrogranat ). Bởi vậy, ở dạng nghiền mịn, chúng có tính chất puzolan hoặc tính chất thuỷ lực, nghĩa là hỗn hợp của chúng với vôi hoặc các chất hoạt hoá tự cứng được trong môi trường nước ở nhiệt độ bình thường. Phụ gia hoạt tính sử dụng trong công nghệ xi măng là các loại puzolan ( thiên nhiên hoặc nhân tạo ) và các loại xỷ luyện kim (xỷ lò cao, xỷ thép ). Các loại puzolan thiên nhiên gồm có puzolan nguồn gốc núi lửa (tro núi lửa, đá bọt, tuff, tras ) và puzolan gốc trầm tích (diatomit). Puzolan nhân tạo bao gồm tro bay, các loại sét nung. Trong các loại xỷ luyện kim thì xỷ lò cao hoạt hoá dưới dạng hạt được dùng nhiều nhất, chúng là sản phẩm thu được khi làm nguội xỷ lỏng ra khỏi lò bằng vòi nước phun mạnh. Bản chất hoạt tính của phụ gia có thể phân biệt như sau:
70. Phụ gia khoáng trong công nghiệp sản xuất xi măng • Hoạt tính puzolan: biểu hiện ở sự kém bền về phương diện nhiệt động học của hệ puzolan - vôi - nước. Quan điểm này mang tính chất tổng quát và đã được thống nhất từ hội nghị hoá xi măng thế giơí lần thứ 6 tại Moskva năm 1974. Các pha kém bền trong puzolan là pha thuỷ tinh (chứa SiO2 và Al2O3) trong các sản phẩm núi lửa hoặc SiO2 vô định hình dưới dạng keo silic hay khoáng Opal trong các puzolan silic trầm tích. Ngoài ra, các sản phẩm kết tinh như zeolit, metacaolinit cũng là những sản phẩm kém bền trong hệ puzolan - vôi - nước. Xu thế của chúng là chuyển về hệ bền vững hơn là các hydrosilicat C - S - H kiềm thấp hoặc hydroluminat và quá trình phản ứng hydrat hoá xẩy ra song song với quá trình đóng rắn của sản phẩm. Cơ chế phản ứng đóng rắn và quá trình hydrat hoá hệ puzolan - vôi là một quá trình phức tạp và ngày càng được các công trình nghiên cứu làm sáng tỏ.
71. Phụ gia khoáng trong công nghiệp sản xuất xi măng • Hoạt tính thuỷ lực của xỷ lò cao: xỷ luyện kim nói chung và xỷ lò cao nói riêng được coi là một loại chất kết dính " ẩn". Lý do là ở nhiệt độ thường cho dù dưới dạng bột nghiền mịn, chúng phản ứng rất chậm với nước, nhưng khi có mặt chất hoạt hoá (vôi, xi măng pooclăng, sulphát, kiềm) tốc độ phản ứng tăng lên rõ rệt và hỗn hợp có tính chất kết dính. • Về bản chất, khi tiếp xúc với nước, trên bề mặt hạt xỷ hình thành màng keo Al(OH)3 và Si(OH)4 bao quanh hạt. Màng keo này ngăn cản sự xâm nhập tiếp tục của các phân tử nước vào bên trong, dẫn tới đình chỉ sự hydrat hoá của xỷ. Thực tế, với nước sạch, xỷ lò cao không biểu hiện tính chất kết dính. Khi có mặt các chất hoạt hoá, tức là có mặt các ion Ca+ +, SO4 , Na+, K+ xẩy ra quá trình kết tinh hoá màng keo (tạo thành các sản phẩm hydrosilicat kiềm thấp, hydroluminat hoặc hydrosulfualuminat cũng như hydrosilicat natri - canxi), màng keo trở thành màng xốp chứa hệ thống các mao quản tạo điều kiện cho các phân tử nước tiếp tục xâm nhập vào trong và quá trình hydrat hoá hạt xỷ xẩy ra chừng nào trong dung dịch vẫn còn các ion chất hoạt hoá. Ngoài ra, quá trình hoà tan các pha thuỷ tinh và kết tinh các sản phẩm từ dung dịch giữ vai trò quan trọng. Do thiết lập được sự tiếp xúc liên tục của nước với pha thuỷ tinh chưa bị hydrat hoá, quá trình trao đổi cation giữa các ion của pha thuỷ tinh (Ca++, Mg+ + ) và H+ xẩy ra liên tục, tịnh tiến dần vào trong làm hoà tan tiếp lớp thuỷ tinh tiếp theo. Sự kết tinh từ dung dịch bão hoà tạo thành các sản phẩm hydrat hoá nằm giữa khoảng không của các hạt làm cho sản phẩm trở nên xít chặt