Các chất kết dính vô cơ

Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 1 Chương 4: CÁC CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ Khái niệm chung: những vật liệu được gọi là chất kết dính vô cơ (CKD VC) thường ở dạng bột mịn, sau khi đem nhào trộn với nước, sẽ sinh ra nhiều phản ứng lý hóa phức tạp: - Lúc đầu biến thành một loại vữa dẻo dính - Về sau đặc dần lại cứng như đá (trừ CKD Mangésium thì phải đem nhào trộn với MgCl2 và xi măng bền acid thì phải đem nhào trộn với thuỷ tinh lỏng). Dựa vào môi trường rắn chắc mà người ta chia CKD VC ra làm 2 nhóm: + Nhóm các CKDVC rắn trong không khí: bao gồm vôi không khí CaO; thạch cao xây dựng CaSO4.0,5 H2O; CKD Manhê MgO; xi măng anhydric CaSO4; thuỷ tinh lỏng R2O.nSiO2. Trong đó (R = Na với n = 2,5÷3; R = K với n = 3÷4) Nhóm này có đặc điểm là sau khi đem nhào trộn với nước hoặc dung môi thì nó chỉ có thể rắn chắc và tăng cường độ trong môi trường không khí mà thôi. + Nhóm các CKDVC rắn trong nước: bao gồm - Vôi thủy: 2CaO.SiO2 (C2S); CaO.Al2O3 (CA), 2CaO.Fe2O3 (C2F) - CKD hỗn hợp: CaO + phụ gia vô cơ hoạt tính - Xi măng la mã - Xi măng Portland ⇒ C3S, C2S, C3A, C4AF - Các loại xi măng khác Nhóm này có đặc điểm là sau khi đem nhào trộn với nước thì nó không những chỉ có thể rắn chắc và tăng cường độ trong môi trường nước, mà còn có thể rắn chắc và tăng cường độ trong môi trường không khí nữa. So sánh giữa hai nhóm CKD thì nhóm CKDVC rắn trong nước có phạm vi rộng rãi hơn, có cường độ cao hơn so với nhóm rắn trong không khí. Nhưng không vì vậy mà người ta không nghiên cứu và phát triển nhóm CKDVC rắn trong không khí. A- CÁC CKDVC RẮN TRONG KHÔNG KHÍ: I.Vôi không khí: 1- Nguyên liệu và chế tạo: Nguyên liệu chủ yếu để chế tạo vôi không khí là đá vôi canxit CaCO3, mà trong đó hàm lượng tạp chất sét không lớn hơn 6%. Để chế tạo, người ta nung đá vôi đến một nhiệt độ thích hợp nhằm phân giải CaCO3 gọi là các phương trình phản ứng cấp nhiệt. Theo lý thuyết CaCO3+ 42,52 Kcal → CaO + CO2 ↑ CaCO3  → C o900 CaO + CO2 ↑ Trong thực tế: CaCO3  → ÷ C o12001000 CaO + CO2 ↑ Nhiệt độ nung phụ thuộc: Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 2 + Mật độ của đá vôi xếp trong lò + Loại lò nung + Lượng nhiệt thất thoát Phản ứng thuận nghịch: CaCO3 ⇌ CaO + CO2↑ Cho nên, để giải quyết vấn đề này, người ta phải giải phóng tốt CO2 trong lò nung và cung cấp lượng nhiệt cần thiết. Trong quá trình nung có thể xảy ra hai trường hợp: + Nếu nung non lửa thì sản lượng vôi thấp, vôi kém dẻo. + Nếu nung quá lửa thì sản lượng vôi thấp, vôi kém dẻo, vôi rất khó tôi. Trong quá trình nung, sau khi CaCO3 phân giải thì sản lượng có được thường giảm đi vào khoảng 44% so với CaCO3 ban đầu. Trong khi đó, thể tích V chỉ giảm vào khoảng 10%. Từ CaO để sử dụng trong thực tế thì người ta phải tạo ra những sản phNm khác nhau. 2/ Bột vôi sống: Nghiền vôi cục (vôi sống) ra dạng bột (độ mịn > 75% lọt qua qua sàng 4900 lỗ/cm2, No083) → đóng bao → xuất xưởng • Ưu: + Không tốn nhiều thời gian để tôi, tận dụng được lượng nhiệt trong CaO; nhờ lượng nhiệt độ này có thể chế tạo thành các sản phNm silicat theo phương trình CaO + H2O + SiO2 → CaO.SiO2.H2O Ca(OH)2 silicat + Cường độ của vữa sử dụng bột vôi sống lớn hơn cường độ của bột vôi nhuyễn (Rbvs>20 Kgf/cm2 ; Rvn = 4-8 Kgf/cm2 ) CaCO3 CaO CaO Màng keo cứng (do SiO2, Al2O3 chảy ra) Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 3 + Tận dụng được hạn sượng (nung non lửa và nung quá lửa) • Nhược: + Phải đầu tư trang thiết bị + Dễ sinh ra bệnh nghề nghiệp ⇒ cần thiết kế hệ thống thông gió, bảo hộ lao động trang bị đầy đủ, chế độ chính sách. 3/ Tôi vôi: Người ta cho nước tác dụng với vôi cục thì sẽ phát ra lượng nhiệt (quá trình phản ứng phát nhiệt) theo phương trình sau: CaO + H2O → Ca(OH)2 + 65,5 KJ có thể là vôi tả (vôi bột) hay vôi nhuyễn • Nếu lượng nước bằng 32.13 % / CaO thì ⇒ Ca(OH)2 vôi tả - Trong thực tế gấp 2-3 lần vì nó phụ thuộc vào độ hoạt tính của vôi, phụ thuộc vào phương pháp tôi, và lượng nhiệt thoát ra ngoài. • Nếu sử dụng lượng nước nhiều hơn nữa thì Ca(OH)2 là vôi nhuyễn (chứa 50% Ca(OH)2 và 50% H2O tự do) - Trong thực tế phải thí nghiệm vôi bằng phương pháp chùy OK (cắm sâu chùy G=300 ± 2 gam vào chậu vữa nhuyễn) ⇒ OK = 13 cm. • Khi lượng nước nhiều hơn vôi nhuyễn thì tạo thành vôi sữa, có khoảng <50% Ca(OH)2 và >50% H2O. CaCO3 CaO + CO2 ↑ Hình IV.1: Dụng cụ OK Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 4 Vôi cục-CaO (vôi sống) Bột vôi sống (CaO) Tôi vôi (CaO+H2O ) - Nghiền mịn - Đóng bao - Xuất xưởng - Vôi tả (vôi bột) - Vôi nhuyễn Ca(OH)2 - Vôi sữa - Nước = 32,13% CaO - 50% Ca(OH)2 + 50% H2O - Ca(OH)2 <50% - γa = 2,2 g/cm3 - OK = 13cm - H2O > 50% - γa = 1.2-1.4 g/cm3 4/ Các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng vôi: a) Nhiệt độ tôi và tốc độ tôi: *Nhiệt độ tôi: là nhiệt độ cao nhất đạt được khi đem tôi 10g bột vôi sống với 20g nước trong một dụng cụ thí nghiệm chuyên dùng (bình 2 vỏ) Dựa vào nhiệt độ tôi mà người ta chia vôi làm hai loại: + Loại vôi phát nhiều nhiệt, to ≥ 70oC + Loại vôi phát ít nhiệt, to < 70oC *Tốc độ tôi: là thời gian kể từ khi cho vôi tôi với nước cho đến lúc đạt nhiệt độ cao nhất. Dựa vào tốc độ tôi (v) mà người ta chia vôi làm 3 loại: + Vôi có tốc độ tôi nhanh: v < 5 phút + Vôi có tốc độ tôi vừa : v = 5-20 phút + Vôi có tốc độ tôi chậm v > 20phút b) Xác định lượng vôi nhuyễn (lít) do 1kg vôi sống sinh ra. Dùng 200g vôi sống cục, có kích thước từ 5 - 10mm, cho vào dụng cụ có dung tích xác định (2 lít) đổ nước ngập l - 2cm. Để tăng tốc độ tôi có thể đun trên bếp hoặc đèn Không khí Nắp đậy Bột vôi sống tomax Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 5 cồn. Theo dõi nếu thấy có vết nứt bề mặt, vôi sôi lên, nước bị hút cạn, tiếp tục cho nước thêm đến khi vôi tôi xong và trên mặt có một váng nước mỏng thì được. Loại vôi nhuyễn này thường chứa 50% nước tự do và 50% Ca(OH)2, có độ cắm sâu của chùy 13cm (chùy OK thử độ dẻo của vữa) Dùng ống đong đổ nước vào đầy ca, tìm dược thể tích vôi nhuyễn do 1kg vôi cục sinh ra. c) Xác định hàm lượng hạt sượng (%) do vôi cục sinh ra. Lấy hết vôi nhuyễn của thí nghiệm trên, cho nước vào đánh thành vôi sữa. Lọc qua sàng No 063 (d = 0,63mm) cho đến khi nước lọc qua sàng trong là được. Sấy khô hạt sượng, để nguội trong bình hút Nm, cân tính tỉ lệ hạt sượng từ 200g vôi sống cục. Dùng HCl 1% nhỏ vào hạt sượng để phân loại: - Nếu hạt sượng sủi bọt: hạt sượng non lửa. - Nếu hạt sượng không sủi bọt: hạt sượng già lửa hoặc hạt cát, hạt đá khác lẫn vào. d) Xác định độ hoạt tính của vôi (CaO + MgO)% + Dùng chất chỉ thị màu phénolphtaléin [2÷5]% + Dùng HCl 10% Kết luận: dựa vào 4 chỉ tiêu để phân cấp vôi. Hiện nay chi làm 3 cấp vôi: + Vôi cấp 1: vôi tôi nhanh, tốt nhất + Vôi cấp 2: vôi tôi trung bình + Vôi cấp 3: vôi tôi kém Vữa vôi không được tính theo công thức, vữa vôi lấy theo tỉ lệ (theo V) + Vôi cấp 1: V/C = 1/4 + Vôi cấp 2: V/C = 1/3 + Vôi cấp 3: V/C = 1/2 5/ Quá trình rắn chắc của vữa vôi: a) Vữa dùng vôi nhuyễn: 2 giai đoạn - Giai đoạn 1: hòa tan và hóa keo V+ C + N ⇒ vữa vôi (dẻo, dính, đặc dần lại → mất nước → ngưng keo) - Giai đoạn kết tinh ( carbonat hóa): Ca(OH)2 + CO2 + nH2O → CaCO3 + (n+1)H2O Quá trình rắn chắc của vữa vôi tiến triển rất chậm, có khi kéo dài hàng tuần, hàng tháng hoặc lâu hơn nữa. Để tăng nhanh quá trình rắn chắc thì người ta có thể sử dụng các biện pháp sau đây: + Dưỡng hộ vữa vôi bằng khí CO2 + Sử dụng phụ gia: o đưa vào 1 lượng nhỏ xi măng o đưa vào 1 lượng nhỏ thạch cao xây dựng o đưa vào 1 lượng nhỏ phụ gia vô cơ hoạt tính. b) Vữa sử dụng bột vôi sống: Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 6 Quá trình rắn chắc của vữa sử dụng bột vôi sống gần giống như quá trình rắn chắc của bột vôi nhuyễn nhưng nó có thêm thời kỳ đầu (thời kỳ hòa tan, còn các thời kỳ tiếp theo như là hóa keo, kết tinh giống như đối với vôi nhuyễn). Mặc dù được chia làm 3 thời kỳ nhưng các thời kỳ này không phân chia riêng lẻ mà xen kẽ nhau. Quá trình rắn chắc này gần giống như quá trình rắn chắc của xi măng và thạch cao xây dựng. 6/ Công dụng và bảo quản a- Công dụng: - Trong xây dựng vôi dùng để sản xuất vữa xây, vữa trát cho các công trình trên khô, có yêu cầu chịu lụcc không cao lắm. - Vôi còn được dùng để sản xuất gạch silicat hoặc quét trần, quét tường, trang trí… b- Bảo quản: - Với vôi cục nên tôi ngay hoặc nghiền mịn đưa vào bao, không nên dự trữ vôi cục lâu. - Vôi nhuyễn phải được ngâm trong hố có lớp cát hoặt nước phủ bê trên dày 10-20 cm để ngăn sự tiếp xúc với khí CO2 trong không khí: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Vôi bị hóa đá, chất lượng vôi giảm, vôi ít dẻo, khả năng liên kết kém. II. Thạch cao xây dựng: 1/ Nguyên liệu và chế tạo: - Nguyên liệu chủ yếu để chế tạo thạch cao xây dựng là đá thạch cao thiên nhiên (CaSO4.2H2O ) - Để chế tạo, người ta đem nung đá thạch cao ở nhiệt độ từ 150-160oC, sau đó người ta đem nghiền ra dạng bột → đóng bao → xuất xưởng CaSO4.2H2O  → ÷ C o160150 CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O dạng cục - Người ta có 3 phương pháp chế tạo sau: • Đập đá ra thành các cục nhỏ → nung → nghiền ra dạng bột → xuất xưởng. • Nghiền đá thạch cao ra dạng bột → nung + khuấy đảo → bột thạch cao xây dựng → đóng bao, xuất xưởng. • Sử dụng thiết bị liên hợp (nung + nghiền) thạch cao xây dựng → đóng bao, xuất xưởng. 2/ Các tính chất chủ yếu của thạch cao xây dựng: a) Khi cho bột thạch cao tác dụng với nước thì sẽ sinh ra phản ứng theo phương trình sau đây: CaSO4.0,5H2O + 1,5 H2O → CaSO4.2H2O Semi-hydrate di-hydrate Độ hoà tan của di-hydrate kém thua 5 lần so với độ hòa tan của semi-hydrate b) Thời gian ninh kết và rắn chắc của thạch cao xây dựng tiến triển rất nhanh Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 7 + Thời gian bắt đầu ninh kết: không sớm hơn 4 phút + Thời gian ninh kết xong: 6-30 phút c) Độ mịn của bột thạch cao xây dựng được quy định như sau: + Đối với thạch cao loại 1 thì lượng sót trên sàng d = 0,2 mm không được lớn hơn 10% + Đối với thạch cao loại 2 thì lượng sót trên sàng d = 0,2 mm không được lớn hơn 20% + Đối với thạch cao loại 3 thì lượng sót trên sàng d = 0,2 mm không được lớn hơn 30% d) Cường độ chịu uốn Ru của những mẫu 4×4×16 cm, sau 1h30 (kể từ khi cho bột thạch cao nhào trộn với nước cho đến lúc xác định Ru) ⇒ Ru = 17-27 bars (1 bars ≈ 1Kgf/cm2) Rn = 35-55 bars 3/ Công dụng và bảo quản a- Công dụng: - Trang trí - Y tế (bó bột) - Dùng làm mô hình trong xây dựng, khuôn mẫu. b- Bảo quản: Thạch cao ở dạng bột mịn do đó nếu dự trữ lâu và bảo quản không tốt thạch cao sẽ hút Nm làm giảm cường độ chịu lực. Để chống Nm cho thạch cao ta phải bảo quản bằng cách chứa bột thạch cao trong các bao kín có lớp cách nước và để trong kho nơi khô ráo. B- CÁC CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ RẮN TRONG NƯỚC: I/ Vôi thủy: Vôi thuỷ là loại CKD có thể rắn chắc trong môi trường Nm, môi trường không khí và trong môi trường nước. 1/ Nguyên liệu và chế tạo: Nguyên liệu chủ yếu để chế tạo vôi thủy là đá vôi mà trong đó có chứa từ 6-20% hàm lượng sét hoặc đá vôi sét. Để chế tạo, người ta đem nung đá vôi đến 1 nhiệt độ vừa phải: 900-1100oC. Trong quá trình nung, sau khi CaCO3 phân giải thì một phần của CaO sẽ kết hợp một cách chặt chẽ với oxit có trong sét mà tạo thành: + Các silicat calci: C2S + Các aluminat calci: C3A + Các Ferrit calci: C2F Các khoáng này có tác dụng làm cho vôi thủy rắn chắc được trong môi trường nước. Sau đó đem nghiền thành bột. Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 8 2/ Các tính chất chủ yếu của vôi thuỷ: a) Tính thủy lực (I) Công thức : )( )( 32322 MgOCaoKhoiluong OFeOAlSiOkhoiluongI + ++ = Dựa vào I, chia làm 3 loại: + Vôi thủy yếu: I = 0,2-0,3 + Vôi thủy trung bình : I = 0,3-0,4 + Vôi thủy mạnh: I = 0,4-0,5 b) Khối lượng riêng: γa = 2,7-2,8 g/cm3 γo = 0,8 Kg/dm3 c) Độ mịn: Yêu cầu phải trên 85% lọt qua sàng 4900 lỗ/cm2 (N083) d) Cường độ chịu nén của vữa dùng vôi thủy: + Sau 7 ngày rắn chắc: R7n ≅ 10 bars + Sau 28 ngày rắn chắc: R28n = 20-50 bars 3/ Công dụng và bảo quản: - Sử dụng vôi thủy để chế tạo bê tông mác thấp, để chế tạo vữa xây dựng. Ngoài ra, người ta còn sử dụng vôi thủy để làm lớp lót nền nhà. - Vôi thủy được sử dụng trong tất cả các công trình không quan trọng lắm. - Chú ý: khi sử dụng vôi thủy để chế tạo các sản phNm dự định sử dụng trong môi trường nước thì sau khi chế tạo xong, người ta phải dưỡng hộ trong môi trường không khí một thời gian trước khi sử dụng trong môi trường nước. (Vì sau khi chế tạo sản phNm vôi thủy chứa 20% CaO tự do nếu + H2O → Ca(OH)2 ⇒ sản phNm bị rỗng). - Vôi thủy được sử dụng để chế tạo bê tông hoặc vữa thì độ dẻo của nó kém hơn so với vôi không khí. Nhưng quá trình rắn chắc nhanh hơn và có cường độ cao hơn. - Vôi thủy ở dạng bột thường được bảo quản trong các container kín; hoặc là người ta có thể bảo quản trong các bao bằng giấy nhiều lớp. - Chỉ vận chuyển vôi thủy dạng bột thì thường dùng các loại xe có mui kín để tránh mưa gió; và các kho chứa phải đảm bảo khô ráo. Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 9 II/ Xi măng: Khái niệm chung: xi măng là tên gọi tổng hợp cho nhóm CKD vô cơ rắn trong nước. Trong đó có chứa các silicat canxi, các aluminat canxi và các alumino-ferit- calcii. Ngày nay, người ta có thể chế tạo trên vài chục loại xi măng có các tính năng và công dụng khác nhau. Mặt khác, ngày nay, ngoài những mác xi măng thông thường thì người ta có thể chế tạo những loại xi măng mác cao 500-900#, điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hệ nguyên liệu, công nghệ chế tạo. XI MĂNG PORTLAND Khái niệm chung: xi măng là tên gọi tổng hợp cho nhóm CKD vô cơ rắn trong nước.Trong đó có chứa các silicat canxi, các aluminat canxi và các alumino-ferit-calci. Ngày nay, người ta có thể chế tạo trên vài chục loại xi măng có các tính năng và công dụng khác nhau. Mặt khác, ngày nay, ngoài những mác xi măng thông thường thì người ta có thể chế tạo những loại xi măng mác cao 500-900#, điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hệ nguyên liệu, công nghệ chế tạo. 1/ Định nghĩa: Xi măng Portland là loại CKD vô cơ ở dạng bột mịn, khi nhào trộn với nước thì xảy ra quá trình lý hoá phức tạp, từ trạng thái dẻo chuyển dần đến trạng thái rắn chắc và sau đó phát triển cường độ theo thời gian. Với đặc tính trên nên người ta dùng CKD VC để nhào trộn với vật liệu rời rạc khác như đá, cát, sỏi… liên kết lại thành một khối vững chắc. XM portland là loại CKD VC rắn trong nước và trong không khí, nó được cấu tạo bằng cách người ta đem nung đá vôi, và đất sét đến nhiệt độ thiêu kết thành clinker. Sau đó, người ta đem nghiền clinker và cho vào từ 3-5% thạch cao sống tạo thành xi măng Portland. (Thạch cao có tác dụng điều chỉnh tốc độ đông kết của xi măng) Trong quá trình chế tạo, người ta có thể đưa vào xi măng Portland hàm lượng phụ gia: phụ gia vô cơ hoạt tính (<15% so với clinker), hoặc là phụ gia trơ (<10% so với clinker). Trên cơ sở clinker xi măng portland, người ta có thể sản xuất ra các loại xi măng sau: - Xi măng portland (không có phụ gia và có phụ gia khoáng hoạt tính không lớn hơn 20% ). - Xi măng portland xỉ (với tỷ lệ phụ gia xỉ hạt từ 20-60%). - Xi măng portland puzzolan (với tỷ lệ phụ gia puzzolan 15-30%). Ưu điểm: - Có cường độ chịu nén khá cao - Có khả năng rắn trong nước nhanh - Có khả năng chịu lửa khá tốt - Sử dụng chủ yếu là nguyên liệu địa phương Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 10 - Giá thành rẻ. 2/ Nguyên liệu để chế tạo: - Đá vôi calcite - Đất sét mịn hạt - Đá thạch cao - Quặng sắt Fe2O3 - Nhiên liệu a) Đá vôi calcite: đá CaCO3 , yêu cầu lượng CaCO3 ≥75%. Thường sử dụng 1,3 tấn CaCO3 để sản xuất 1 tấn clinker. b) Đất sét mịn hạt: dẻo và khô lẫn các tạp chất, yêu cầu hàm lượng SiO2 = 50-80%. Và hệ số Aluminat: 42 % % 32 32 ÷== OFe OAlP c) Đá thạch cao: - Yêu cầu CaSO4.2H2O ≥ 80% (sạch) - Thường sử dụng 2-5% so với clinker ⇒ để điều chỉnh thời gian ninh kết xi măng. d) Quặng sắt Fe2O3 : (chỉ đưa vào khi trong đất sét thiếu Fe2O3) Yêu cầu: lượng Fe2O3 không nhỏ hơn 40%. e) Nhiên liệu: - Yêu cầu: - có nhiệt năng cao - hàm lượng chất bốc thích hợp - hàm lượng tro thấp - hiệu quả kinh tế cao - Dùng nhiên liệu rắn: + than cám yêu cầu có nhiệt trị Q≥ 5000 Kcal/kg than + Lượng tro sau khi cháy phải nhỏ hơn 10-15% + Thường sử dụng 0,207 tấn than/ 1 tấn clinker - Nhiên liệu lỏng: + Dầu FO yêu cầu có nhiệt trị Q> 10 000 Kcal/Kg ở to=15oC - Nhiên liệu khí (gaz): chất lượng xi măng rất tốt 3/ Thành phần hóa học và tác dụng của từng thành phần hóa học của nguyên liệu: - CaO (62-68%), nếu CaO tăng (khi điều kiện kết hợp cần thiết) thì làm cho xi măng rắn chắc nhanh, cường độ cao, nhưng độ bền nước giảm. Yêu cầu CaO phải kết hợp hoàn toàn với các oxid: SiO2, Al2O3, Fe2O3, không được ở trạng thái tự do. - SiO2 (21-24%); oxid này làm cho xi măng rắn chắc chậm trong thời gian đầu, nhưng cường độ tiếp tục tăng về sau. Nếu hàm lượng SiO2 này tăng thì nó sẽ làm cho xi măng ổn định trong môi trường nước. - Al2O3 (4-8%), oxid này làm cho xi măng rắn chắc nhanh, nếu hàm lượng Al2O3 tăng lên thì sẽ làm cho xi măng không ổn định trong môi trường nước và nước xâm thực sulfat. Mặt khác, nó sẽ phát ra một lượng nhiệt độ khá lớn, làm cho bê tông trong công trình bị nứt nẻ. Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 11 - Fe2O3 (2-5%) làm giảm nhiệt độ nung của của phối liệu tạo thành clinker, mặt khác làm cho xi măng ổn định trong môi trường nước xâm thực sulfat. Ngoài ra, trong nguyên liệu còn chứa các oxid khác như: MgO tự do, K2O, Na2O chiếm từ 1,5-3%. Để chế tạo xi măng Portland thì 2 nguyên liệu chủ yếu: + Đá vôi: 75-78% + Đất sét: 22-25% 4/ Các thành phần khoáng vật chủ yếu trong Clinker xi măng portland: Bảng IV-1 Tên khoáng vật Công thức hóa học Viết tắt Tỉ lệ % trong clinker xi măng Portland Silicat tricalcite Silicat bicalcite Aluninat tricalcite Ferro-Aluminat tétracalcite 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3 Fe2O3 C3S C2S C3A C4AF 45-60 15-30 7-15 10-18 Ngoài ra, trong clinker xi măng portland còn chứa một hàm lượng các khoáng vật khác nhau chứa một tỷ lệ không lớn lắm như: + Aluninat calci: 5CaO.Al2O3 (C5A) + Alumo ferit calci: 8CaO.3Al2O3.Fe2O3 (C8A3F) + Ferit calci: 2CaO. Fe2O3 (C2F) Trong quá trình nung thì các oxid trên không ở trạng thái tự do mà kết hợp với nhau để tạo thành các khoáng vật chủ yếu đó. Thông thường, trong xi măng Portland hai khoáng vật chủ yếu là C3S + C2S = 70-80% là đạt yêu cầu. Tác dụng của từng thành phần khoáng vật: - C3S: là thành phần chủ yếu nhất, quan trọng nhất, có tác dụng làm cho xi măng rắn chắc nhanh, cường độ cao và toả nhiều nhiệt. Nếu làm lượng C3S tăng thì chất lượng xi măng càng cao. - C2S: làm cho xi măng rắn chắc chậm trong thời gian đầu nhưng cường độ tiếp tục tăng về sau. Thành phần này trong quá trình thủy hóa sẽ phát ra một lượng nhiệt ít nhất. Nếu hàm lượng C2S tăng lên sẽ làm cho xi măng ổn định trong môi trường nước. - C3A: khoáng vật này làm cho xi măng rắn chắc rất nhanh, tỏa rất nhiều nhiệt nhưng cường độ thấp nhất. Nếu hàm lượng C3A tăng lên sẽ làm cho xi măng không ổn định trong môi trường nước và nước xâm thực sulfat. Do vậy, khi hàm lượng C3A tăng lên thì sẽ gây hiện tượng nứt nẻ của bê tông trong các công trình khối lớn. - C4AF: làm cho xi măng rắn chắc tương đối nhanh, có cường độ trung bình và lượng nhiệt phát ra vừa phải (=1/2 lượng nhiệt của C3A khi phát ra toàn bộ). Nếu Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 12 thành phần C4AF tăng lên thì nó cũng có tác dụng làm cho xi măng ổn định trong môi trường nước xâm thực sulfat. a) Đồ thị biểu diễn sự tăng cường độ của từng thành phần khoáng vật theo thời gian: Cư ờn g độ n én gi ới hạ n , K G /c m 2 Thời gian, ngày Hình V.2: sự tăng cường độ của các khoáng của clinker 1. C3S; 2. C4AF; 3. C2S; 4. C3A Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 13 b) Để đánh giá chất lượng xi măng, người ta hay sử dụng các module sau đây: + Module thủy lực (M) 4,29,1)%()%( )%( 323222 ÷= ++− − = OFeOAlSiOSiO CaOCaOM td td Nếu M tăng thì tính chất của xi măng ? + Module silicat (n) 5,37,1)%( )%( 3232 22 ÷= + − = OFeOAl SiOSiO n td Nếu n tăng thì tính chất của xi măng ? + Module Aluminate (p) 31 % % 32 32 ÷== OFe OAlp Nếu p tăng thì tính chất của xi măng ? + Hệ số bão hoà vôi (KBH) 98,085,0)(8,2 )7,035,065,1()%( 22 33232 ÷= − ++−− = td td BH SiOSiO SOOFeOAlCaOCaOK Nếu không kể đến hàm lượng CaOtd và SiO2td thì KBH chính là tỷ số của lượng CaO còn lại sau khi đã bão hoà hoàn toàn với Al2O3,Fe2O3,SO3 so với lượng vôi cần thiết để tác dụng với SiO2 mà tạo thành C3S. Trong trường hợp nếu KBH tăng thì rất khó nung và khó nghiền (do tạo mỏng Clinker mặc dù lượng xi măng có tăng lên chút ít). 5/ Quy trình công nghệ chế tạo Xi măng Portland: Gồm 3 giai đoạn: - Khai thác nguyên liệu - ChuNn bị phối liệu - Nung phối liệu để tạo thành clinker xi măng Portland - Nghiền clinker để tạo thành xi măng Portland a) ChuNn bị nguyên liệu: Dựa vào điều kiện trang thiết bị, dựa vào loại lò nung, dựa vào điều kiện nung vật liệu, người ta có 2 phương pháp chuNn bị nguyên liệu: chuNn bị nguyên liệu theo phương pháp khô và phương pháp ướt. • Theo phương pháp khô: đá vôi, đất sét được nghiền mịn thành bột có thành phần hóa học đạt yêu cầu, sau đó nhào trộn đồng nhất tạo thành bột phối liêu. Theo phương pháp này, người ta có thể nung bằng lò đứng hoặc lò quay. - Lò đứng: nghiền nguyên liệu ra dạng bột, sau đó tạo Nm cho nguyên liệu, đóng thành các bánh quặng: 1lớp bánh quặng+ than (chiếm 5-7% so với bánh quặng). Lò đứng thủ công thì thời gian nung từ 45 phút đến 1 giờ. Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 14 • Theo phương pháp ướt: tính toán thành phần phối liệu (các cấu tử) để có 1 loại xi măng theo yêu cầu, đá vôi được đưa vào máy đập búa → d =1-2 cm. Đồng thời đất sét được cho vào bể trộn (nước) → đánh tơi → sàng lọc các tạp chất → tạo ra bùn sét. Đưa đá vôi + bùn sét vào máy nghiền bi nghiền mịn (>91-93% lọt qua sàng 4900lỗ/cm2), nghiền thật mịn để các phản ứng xảy ra nhanh hơn, nhiên liệu tiêu tốn ít, SiO2 sẽ tác dụng với CaO triệt để → giảm CaO tự do. Sau khi nghiền xong, ta có bùn phối liệu có chứa 35-40% nước. Bơm bùn phối liệu này vào silô chứa (lấy mẫu để phân tích thành phần hóa học và điều chỉnh nếu cần) → bơm về bể tròn (khoấy đảo thường xuyên) (bể dự trữ) → bơm về lò nung. b) Nung phối liệu tạo thành clinker: Lò quay dạng hình trụ, vỏ bằng thép bên trong có lót gạch chịu lửa, đặt nghiêng góc α = 3-4o. Lò quay nhà máy xi măng Hà Tiên có L = 100m; D = 3,3 m (2,9m/3,5m) (hình) • Quá trình biến đổi lý hóa của phối liệu khi gặp nhiệt độ trong lò quay tăng dần: - Ở vùng 1: khi gặp nhiệt độ khoảng 100oC thì nước tự do trong phối liệu bắt đầu bốc hơi, mới có sự biến đổi về mặt vật lý mà chưa có sự biến đổi hóa học. Khi nhiệt độ tăng tới 200 oC thì giai đoạn nước bốc hơi kết thúc, phối liệu vón thành cục nhỏ và di chuyển xuống vùng nhiệt độ tăng dần. - Ở vùng 2: 500-800 oC thì nước hóa học bắt đầu bốc hơi, các tạp chất hữu cơ cháy khi nhiệt độ tăng khoảng 750 oC thì đất sét hoàn toàn mất tính dẻo và tách ra thành các oxid tự do ở nhiệt độ này thì bốc hơi nước hóa hợp kết thúc. Khi nhiệt độ = 800 oC thì một phần nhỏ của CaCO3 bắt đầu phân giải, khi đó, phản ứng pha rắn xuất hiện nhưng rất yếu ớt. - Ở vùng 3, nhiệt độ bằng 900-1100 oC thì thành phần CaCO3 phân giải mạnh và phản ứng pha rắn mạnh mẽ hơn tạo thành một phần C2S và CaO.Al2O3 - Ở vùng 4, nhiệt độ trên 900 oC, thành phần CaO.Al2O3 → 5CaO.3Al2O3 → 3CaO.Al2O3 và hình thành đầy đủ C2S. Đồng thời CaO tác dụng với một số oxit khác tạo thành 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF). Các phản ứng vừa xảy ra để hình thành Hình V.3: sơ đồ lò quay 1. Hỗn hợp phối liệu; 2. Khí nóng; 3. lò quay; 4. Xích treo; 5. Hệ truyền động; 6. Nước làm nguội vùng kết khối của lò; 7. Lửa lò; 8. Truyền nhiên liệu; 9. Clinker; 10. làm nguội; 11. Gối đỡ Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 15 các khoáng C3S, C2S, C4AF đều phát ra một lượng nhiệt khá lớn, cho nên tại vùng này người ta gọi là vùng phóng nhiệt. Và nguyên liệu tiếp tục di chuyển xuống vùng nhiệt độ cao hơn. - Ở vùng 5: khi nhiệt độ bắt đầu từ 1300 oC thì phản ứng pha lỏng xuất hiện. 2CaO.SiO2 + CaO = 3CaO.SiO2 Để có đầy đủ hàm lượng C3S thì nhiệt độ vùng nung phải từ 1420 đến 1500 oC và vùng 5 gọi làvùng dung kết, và nguyên liệu tiếp tục di chuyển xuống bên dưới và hình thành các hạt clinker từ 4-30 mm. Và di chuyển xuống vùng làm nguội. - Vùng 6: nhiệt độ ≈150 oC và clinker được ra lò và chuyển về kho chứa bằng băng tái xích. Sau khi nung xong thì ta nhận được các thành phần khoáng vật chủ yếu như là C3S, C2S, C3A, C4AF. Ngoài ra, trong C Xi Măng Portland còn chứa 1 hàm lượng nhỏ như là 5CaO.Al2O3, 8CaO.3Al2O3.Fe2O3, 2CaO.Fe2O3 và một hàm lượng các oxit tự do CaOtd, MgOtd. c) Nghiền: Clinker thường chứa trong kho, xilô trong vài tuần lễ → tiếp tục carbonat hóa → dễ nghiền mịn. Thiết bị: dùng máy nghiền bi: L=13m, vỏ gang, chia 3 ngàn có tấm sắt đục lỗ để xi măng có thể chui từ bên này sang bên kia: + nghiêng: α = 2-3o + Quay 28 vòng/phút + Dạng hình trụ Máy có hoạt năng lớn nhất khi đường kính bi phù hợp với vận tốc quay của máy nghiền - Hình IV. : máy nghiền bi Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 16 - D bi lớn - D bi nhỏ D bi kô phù hợp v máy - V nhỏ - v lớn → trượt bi → li tâm Trong quá trình nghiền, có thể đưa vào nghiền chung với clinker 1 hàm lượng 2-5% thạch cao sống để điều chỉnh thời gian ninh kết xi măng. Trong quá trình nghiền có thể thêm: 20-30% phụ gia vô cơ hoạt tính nguồn gốc trầm tích hoặc 25-40% phụ gia vô cơ hoạt tính nguồn gốc núi lửa → Xi măng portland Pozzolan → Xi măng → silô chứa → Tiếp tục carbonat hóa → 1 vài tuần sau → cân tự động: 50 kg/bao → xuất xưởng (chất lượng xi măng tốt) → nghiền mịn đạt ∑F (cm2) = 2500-3000 cm2/g. Khi ∑F = 3500÷4000 cm2/g: xi măng rắn nhanh → Phân tích sàng: yêu cầu > 85% lọt qua sàng 4900 lỗ/cm2 Nếu cứ tăng mỗi 1000 cm2/g xi măng → độ hoạt tính của xi măng có thể tăng 20-25% Ví dụ: xi măng PC40 đem nghiền mịn → PC50 - Ở những công trường lớn, nhà máy thủy điện, công trình thuỷ lợi có thể sử dụng phương pháp nghiền ướt: Clinker (không cần bảo quản) + nghiền bi + H2O → hồ xi măng + cốt liệu → bê tông • Ưu: - Không tốn nhiên liệu sấy clinker, thạch cao, phụ gia - Không cần kho để bảo quản xi măng - Độ mịn cao hơn → hoạt tính cao hơn • Nhược: - Chú ý khi tiến hành phương pháp nghiền ướt phải làm nguội hệ thống máy nghiền, quấn hệ thống tuần hoàn làm lạnh bọc máy nghiền → làm nguội, nhiệt độ không lớn hơn 35-40oC 6/ Quá trình rắn chắc (hydrat hóa) của Xi Măng Portland: Là quá trình từ hồ xi măng thành đá xi măng, là quá trình biến đổi lý hóa rất phức tạp, quá trình này được chia ra làm 3 thời kỳ: + Thời kỳ hòa tan + Thời kỳ ninh kết + Thời kỳ rắn chắc Theo lý luận của nhiều nhà khoa học thì quá trình rắn chắc của Xi Măng Portland là quá trình hydrat hóa của các thành phần khoáng vật và độ dày hydrat hóa của các khoáng vật đó. Khi cho Xi Măng Portland tác dụng với nước sẽ sinh ra các phản ứng thủy hóa và thủy phân theo các phương trình sau đây: Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 17 - Đối với C3S: tác dụng với H2O trong điều kiện nhiệt độ của môi trường sẽ sinh ra phản ứng thủy hóa và thủy phân theo phương trình sau đây: 2(3CaO.SiO2)+ 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3 Ca(OH)2 - Đối với C2S: khi cho C2S tác dụng với H2O trong điều kiện tương tự như C3S thì sẽ sinh ra phản ứng và hình thành một lượng vôi ít hơn theo phương trình sau: 2(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 - Đối với C3A: sự tác dụng tương hỗ giữa C3A và H2O trong điều kiện nhiệt độ của nước nhào trộn là 21oC thì 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 Portland 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. 3CaSO4.32H2O (muối candlot = ettringite) → gây trương nở thể tích từ 2-2,5 lần. - Đối với 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 + 2Ca(OH)2 + 10H2O → 3CaO. Al2O3.6H2O+ 3CaO.Fe2O3.6H2O Sau quá trình phản ứng hydrat hóa thì sẽ hình thành các cặp khoáng vật mới như sau: + 3CaO.2SiO2.3H2O + 3CaO.Al2O3.6H2O + Ca(OH)2 + 3CaO.Fe2O3.6H2O Nhiệt hydrat hóa (cal/gam) Trong quá trình phản ứng thủy hóa để hình thành các khoáng vật mới thì từng khoáng vật sẽ phát ra một lượng nhiệt theo thời gian như sau: Bảng IV-2 Tên khoáng vật Lượng nhiệt (cal/g) 3 ngày đêm Toàn phần C3S C2S C3A C4AF 97 15 141 42 160 84 260 136 - Lượng nhiệt phát ra có lợi: + Những vùng khí hậu lạnh + Có tác dụng thúc đNy quá trình rắn chắc của sản phNm - Bất lợi: + Những vùng khí hậu nhiệt đới + Khi thi công những công trình có khối tích bê tông lớn 7- Các tính chất chủ yếu của xi măng Portland: Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 18 a) γax , γox : * γax : thông thường đối với Xi Măng Portland, γa nằm trong khoáng 2,97-3,15 g/cm3 - γax : phụ thuộc: + nhiệt độ nung (↑ → γax ↑) + thành phần khoáng vật trong xi măng (C4AF ↑ → γax ↑) - Tác dụng: nếu γax ↑: + chống tia Rơnghen + chống tia phóng xạ, bức xạ. - Biện pháp nâng γax : + thay thế hệ nguyên liệu CaO = BaO thì γax = 5,4 g/cm3 + đưa hàm lượng nhỏ BaSO4 trộn vào Xi Măng Portland: γax ↑ Nếu γax ↑ có thể sử dụng xi măng trực tiếp trong môi trường nước biển * γox : - phụ thuộc: + độ mịn của xi măng ↑ → γox ↓ + độ tơi xốp ↑ → γox ↓ - Xác định γox : lấy γoTB của từng lô → tính toán b- Độ mịn (độ nhỏ) của xi măng: - Là một chỉ tiêu rất quan trọng vì nếu xi măng càng mịn phản ứng hydrat hóa xảy ra càng nhanh → quá trình rắn chắc càng nhanh - Càng mịn → lượng nước yêu cầu càng tăng - Phương pháp xác định: + Phương pháp phân tích sàng N083 (4900lỗ/cm2): yêu cầu >88% lọt qua sàng + Phương pháp tính tỉ diện tích (cm2/g): trong các nhà máy chế tạo xi măng porland yêu cầu ∑F = 2800-3300 (cm2/g). Tăng 3800-4000 (cm2/g) độ hoạt tính tăng 20-25% c- Nước tiêu chu$n (Ntc) Ntc là lượng nước ứng với độ cắm sâu của Vicat d=10 ± 0,02 mm cắm sâu cách đáy ≥ 5-7 mm Để so sánh các tính chất của xi măng với nhau thì người ta thường sử dụng lượng nước tiêu chuNn.Đối với xi măng Porland: PC: Ntc = 24-30%/X, còn PCB Ntc = 26- 32%/X d- Thời gian ninh kết: - Thời gian bắt đầu ninh kết đối với Xi Măng Portland: không nhỏ hơn 45 phút - Thời gian ninh kết xong không quá 10h (hiện nay: 5h30-6h) e- Tính ổn định thể tích của xi măng: Những loại xi măng có những biểu hiện: Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 19 - Nghiền xong đưa ra sử dụng ngay - Những loại xi măng hạt thô (chưa mịn) - Những loại xi măng có chứa CaO + MgO tự do nhiều - Hàm lượng SO3 quá mức quy định: ⇒ không ổn định thể tích. g- Cường độ xi măng - Mác xi măng: - Cường độ xi măng: phụ thuộc: + thành phần khoáng vật trong xi măng + độ mịn + môi trường dưỡng hộ + thời gian dưỡng hộ (lâu → Rx ↑) + hình dạng và kích thước của mẫu thí nghiệm - Mác xi măng: là cường độ chịu nén giới hạn của những mẫu vữa xi măng được chế tạo từ một hỗn hợp gồm xi măng + cát tiêu chuNn = 1:3 (theo khối lượng) và được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuNn to= 27 ± 2°C, độ Nm ω ≥ 95%, được nén sau 28 ngày rắn chắc. - 2 phương pháp xác định mác xi măng: + dẻo: sử dụng mẫu: 4 × 4 × 16 cm (chủ yếu) + cứng (khô): mẫu lập phương cạnh 7,07 cm (xác định Rn), mẫu hình số 8 (xác định Rk) → được ứng dụng trong tính toán và nhào trộn xi măng. 8- Các hiện tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu: a) Các nguyên nhân gây ăn mòn: • Do sự hòa tan của thành phần Ca(OH)2 từ: - CaO tự do - C3S , C2S hydrat hóa Do vậy, nó làm cho kết cấu bê tông bị rỗng → công trình có khi sụp đổ • Do trong Xi Măng Portland có một số thành phần khoáng vật khi chịu tác dụng trong môi trường nước có chứa các muối, axit thì sẽ sinh ra phản ứng và tạo thành các chất mới: Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 20 - Dễ hoà tan - Gây trương nở thể tích b) Các dạng ăn mòn chủ yếu: + An mòn trong môi trường nước ngọt: - Trong môi trường nước ngọt, độ hòa tan của thành phần Ca(OH)2 không lớn lắm (≈ 1,3 g/l ở t° = 15°C) nhưng do công trình làm việc lâu năm, lâu ngày trong môi trường nước thì độ hòa tan tăng dần lên và làm cho kết cấu bê tông trong công trình bị rỗng → khả năng chịu lực giảm → có khi công trình bị sụp đổ, đặc biệt là trong môi trường nước có áp lực (tường chắn nước ngọt). - Trong môi trường nước ngọt, chịu tác dụng của độ cứng của nước. Nếu độ cứng của nước càng giảm thì độ hòa tan của Ca(OH)2 càng tăng. Khi độ cứng của nước đạt đến một giá trị thích hợp thì nó có lợi theo phương trình phản ứng: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 + 2H2O → CaCO3 bao phủ trên bề mặt kết cấu → tạo thành vỏ cứng → Ca(OH)2 không thoát ra → bảo vệ khối bêton. + An mòn trong môi trường nước có chứa ↑CO2 - Trong nước thường chứa một lượng ↑CO2 hoặc ít (<15mg/lit nước) hoặc nhiều - Nếu hàm lượng ↑CO2 ít → phản ứng có lợi: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O - Nếu hàm lượng ↑CO2 nhiều (>15-20 mg/l nước) → gây ra phản ứng bất lợi: CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 Bicarbonat calci Ca(HCO3)2 → làm độ hòa tan tăng gấp 100 lần so với độ hòa tan CaCO3 + Ăn mòn trong môi trường nước biển, nước ngầm và nước có chứa các muối khoáng: - Trong các loại nước trên thường chứa một hàm lượng các muối MgCl2, MgSO4, CaCO3, NaCl… - Khi sử dụng Xi Măng Portland trong các môi trường trên thì sẽ sinh phản ứng: Vd: MgCl2 + Ca(OH)2 → CaCl2 (*)+ Mg(OH)2 (**) MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O → CaSO4.2H2O (***)+ Mg(OH)2 CaSO4+ C3A + nH2O → ettringite Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 21 (*) CaCl2 : rất dễ hòa tan (**) Mg(OH)2 : không có tính dính, không cường độ, vô định hình (***) CaSO4.2H2O + C3A + nH2O → ettringite gây trương nở thể tích + Ăn mòn trong môi trường nước có chứa acid: - Trong nước thải công nghiệp thường chứa một hàm lượng các acid: HCl, H2SO4. - Khi sử dụng Xi Măng Portland trong các công trình chịu tác dụng các loại acid trên thì thường gây phản ứng và tạo thành các chất mới theo phương trình sau đây: 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 → Ca SO4.2H2O CaSO4.2H2O + C3A + nH2O → muối candiot c) Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu: - Trong Xi Măng Portland, ngoài thành phần CaO tự do, Ca(OH)2 do C3S sinh ra, còn có C3A. Do vậy, người ta phải sử dụng các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu sau: Tính toán để giảm C3S, C3A (khi cần thiết). Mặt khác, người ta có thể thay thế hệ nguyên liệu CaO = BaO → γax = 5,4 g/cm3 → có thể sử dụng trực tiếp trong môi trường nước biển (không cần phụ gia). Đưa vào Xi Măng Portland một hàm lượng BaSO4 (bằng cách nghiền trộn) γax ↑ (không bằng BaO) Biện pháp silicat hóa: - Đưa vào Xi Măng Portland một hàm lượng phụ gia vô cơ hoạt tính chứa chủ yếu là SiO2 vô định hình tạo thành khoáng → Xi Măng Portland ổn định trong môi trường nước theo phương trình: xCa(OH)2 + y SiO2 + (z-x)H2O → xCaO.ySiO2.zH2O Silicat calci ngậm nước (C-S-H) Biện pháp carbonat hóa: Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 22 - Theo biện pháp này, những sản phNm được chế tạo từ Xi Măng Portland thì sau khi chế tạo xong, người ta dưỡng hộ trong môi trường không khí một thời gian để cacbonát hóa bề mặt sản phNm trước khi đưa ra trong môi trường nước Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Sử dụng những loại xi măng đặc biệt trong từng môi trường cụ thể: - Trong môi trường có nước xâm thực sulfate, người ta sử dụng loại xi măng bền sulfate - Trong môi trường có nước xâm thực là axit, sử dụng loại xi măng chống axit. Biện pháp tăng độ đặc cho bê tông: - Tính toán thành phần bê tông thật hợp lý (sử dụng các thông số kỹ thuật hợp lý) - Sử dụng biện pháp thi công cơ giới: sử dụng máy trộn, máy đầm → làm tăng độ đặc của bê tông. - Sử dụng phụ gia tăng dẻo: nhằm mục đích: dể thi công, tăng độ bền và cường độ của bê tông Biện pháp tổng hợp: - Quét, phủ lên bề mặt kết cấu bê tông sử dụng xi măng portland vài lớp nhủ tương pha xăng. - Thiết kế hệ thống thoát nước đối với những công trình bê tông nằm trên mực nước ngầm. - (hình) - Trong trường hợp đối với công trình nằm dưới mực nước ngầm → lèn xung quanh một lớp đất sét béo (nếu môi trường là nước muối thì đất sét béo không còn tác dụng) 9- Công dụng và bảo quản: a- Công dụng: Sử dụng rộng rãi cho hầu hết các công trình vì có tốc độ cứng rắn nhanh, cường độ chịu lực cao, đóng rắn được cả trên khô và trong nước, có khả năng bám dính tốt với cốt thép, bảo vệ cho cốt thép không bị ăn mòn... Bên cạnh những ưu điểm trên xi măng pooclăng có một số nhược điểm: - Dễ bị ăn mòn đo nước mặn, nước thải công nghiệp. - Tỏa nhiều nhiệt. - Cường độ giảm đi khi thời gian để dự trữ xi măng kéo đài. Do đó, đối với những loại công trình đặc biệt cần phải sử dụng những loại xi măng đặc biệt. Bài giảng VLXD-Chương 4 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu 23 b- Bảo quản - Khi vận chuyển xi măng rời phải dùng xe chuyên dụng. - Kho chứa xi măng phải đảm bảo không dột, không hắt, xung quanh có rãnh thoát nước. - Trong kho các bao xi măng không được xếp cao quá 10 bao và riêng theo từng lô. Khi chứa xi măng rời bằng xi lô phải đảm bảo chứa riêng từng loại xi măng.