University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải VẬT LIỆU XÂY DỰNG University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải CHƯƠNG 3: CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ 3.1 Khái niệm chung Chất kết dính vơ chất vơ dạng bột mịn lỏng nhào trộn với nước tạo thành hồ dẻo Sau trình hóa lý hồ trở nên rắn chuyển thành đá  Chất kết dính vơ có khả kết dính loại vật liệu rời rạc (cát, đá, sỏi) thành khối đồng bê tông, gạch silicat, vữa xây dựng… University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Tùy theo thành phần, tính chất mơi trường rắn chất kết dính vơ chia làm loại: Chất kết dính rắn khơng khí, nước nước nhiệt  CKD vô rắn không khí: Có khả rắn phát triển cường độ mơi trường khơng khí Bao gồm: vơi rắn khơng khí(thành phần chủ yếu CaO); Chất kết dính manhê (thành phần chủ yếu MgO); Chất kết dính thạch cao( thành phần chủ yếu CaSO 4) thủy tinh lỏng ( Silicat Natri Kali: Na2.nSiO2 K2.mSiO2)  CKD rắn nước có khả rắn phát triển cường độ môi trường khơng khí nước Xi măng silicat với khống vật chủ yếu silicat canxi (đến 75%); loại xi măng pooc lăng; xi măng alumin: aluminat canxi khoáng chủ yếu  CKD rắn nước nhiệt gồm chất dính kết có khả rắn mơi trường nước bão hòa thành phần chủ yếu CaO-SiO2 Ở điêu kiện thường có CaO đóng vai trò kết dính, điều kiện autoclave khống có chất lượng cao hình thành Bao gồm: Chất kết dính vơi-silic, vơi-tro, vơi xỉ,… University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải 3.2 Xi măng Portland thông dụng  Mặc dù phát triển từ đầu kỷ XIX, ưu điểm bật (cường độ cao, rắn nhanh…) nên xi măng trở thành chất kết dính vơ quan trọng nhât xây dựng dân dụng, giao thơng vận tải cơng trình xây dựng khác Xi măng PC loại xi măng sản xuất cách nghiền mịn hỗn hợp gồm (95% ÷ 96%) clanhke pooclăng (4% ÷ 5%) thạch cao đến lượng sót lại sàng 0,09 mm 10%, hay bề mặt riêng đạt 2800 cm2/g University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải 3.2.1 Thành phần xi măng Portland Xi măng PC sản xuất cách nghiền mịn hỗn hợp gồm (95% ÷ 96%) clanhke pooclăng (4% ÷ 5%) thạch cao đến lượng sót lại sàng 0,09 mm 10%, hay bề mặt riêng đạt 2800 cm2/g Nhiệt độ đầu máy nghiền khơng q 80 °C ÷ 90 °C để xi măng không hấp nước không bị nước thạch cao + Clanhke pooclăng (Clinker portland) sản phẩm dạng hạt có đường kính khoảng 10 mm ÷ 40 mm Clanhke sản xuất cách nung đến nhiệt độ kết khối (1450 °C) hỗn hợp chứa khoảng 75% đá vôi, 25% đất sét nguyên liệu phụ nghiền nhỏ trộn với + Thạch cao có tác dụng điều chỉnh thời gian đơng kết (ninh kết) xi măng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải  Clinke có cấu trúc gồm nhiều khống dạng tinh thể số khống dạng vơ định hình Chất lượng Clinke phụ thuộc vào thành phần khống vật, hóa học cơng nghệ sản xuất Tính chất xi măng chất lượng clinke định 3.2.1.1 Thành phần hóa học clinke Thành phần hoá học clanhke biểu thị hàm lượng (%) oxit có clanhke - Các oxit chủ yếu clanhke chiếm khoảng 95%  97%, dao động giới hạn: (63%  66%) CaO; (21%  24%) SiO2; (4%  8%) Al2O3; (2%  4%) Fe2O3 - Các oxit khác (MgO; SO3; K2O; Na2O; P2O5 ) chiếm tỷ lệ khơng lớn có hại đến chất lượng xi măng bê tông Cần phải khống chế hàm lượng đảm bảo không gây hại cho cốt liệu bê tông University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải 3.2.1.2 Thành phần khoáng vật Clanhke pooclăng bao gồm khoáng vật chính: - Silicat tricanxit (alit) 3CaO.SiO2 (C3S) chiếm khoảng 45%  60% Đây khoáng vật quan trọng clanke, định cường độ,tốc độ rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt tính chất khác xi măng Xi măng nhiều C3S cường độ cao rắn nhanh dễ bị ăn mòn - Silicat dicanxit (bêlit) 2CaO.SiO2 (C2S) chiếm khoảng 15%  35%, khống quan trọng thứ hai, có dạng tinh thể Là khoáng silicat làm cho xi măng phát triển cường độ dài ngày, rắn chậm đạt cường độ cao tuổi muộn - Aluminat tricanxit 3CaO.Al2O3 (C3A) chiếm khoảng 4%  12%, khối lượng riêng 3,04g/cm3, thuỷ hoá rắn nhanh cường độ nhỏ khơng bền sunphat Đây khống vật hoạt động mạnh làm giảm độ bền nước xi măng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Fero aluminat tetracanxi 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF) chiếm khoảng 10%  12%, khối lượng riêng 3,77g/cm3 Tốc độ rắn toả nhiệt trung gian alit bêlit Khống vật khơng gây ảnh hưởng lớn đến tốc độ rắn toả nhiệt xi măng Ngồi ra, clanke số oxit MgO, Na2O, K2O, Al2O3, Fe2O3…có thể gây tình trạng nứt nẻ kết cấu, gây tính ổn định thể tích xi măng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải 3.2.1.3 Quá trình rắn xi măng a Phản ứng thủy hóa Khi xi măng tác dụng với nước xảy phản ứng thuỷ hoá khoáng vật chủ yếu xi măng với nước - Giai đoạn đầu xảy trình tác dụng nhanh C3S với nước tạo hydrosilicat canxi hydroxit canxi 2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 - Bêlit C2S phản ứng tạo sản phẩm tương tự chậm 2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.2H2O + Ca(OH)2 Khoáng Aluminat tricanxit khoáng hoạt động xi măng Ngay sau trộn với nước bề mặt hạt xi măng có lớp sản phẩm xốp, không bền 4CaO.Al2O3.9H2O 2CaO.Al2O3.8H2O Cấu trúc dạng tơi xốp làm giảm độ bền nước xi măng Cuối cùng, dạng ổn định, sản phẩm tạo hydro aluminat canxi có tinh thể lập phương 3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O Phản ứng xảy nhanh làm xi măng cứng sớm Do đó, để làm chậm trình rắn xi măng, nghiền clinke cần cho thêm lượng thạch cao đóng vai trò chất hoạt động hố học xi măng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thơng vận tải Khi có mặt thạch cao [CaSO4.2H2O], C3A có phản ứng tạo sunfua aluminat canxi ngậm nước (khống entrigit) chất tăng thể tích mạnh (khoảng lần) chèn chặt lỗ rỗng làm tăng cường độ độ ổn định Ban đầu sản phẩm dạng keo mịn bao bọc bề mặt C3A làm chậm thuỷ hố Sau entrigit phản ứng với C3A lại tạo muối kép sunphat Fero aluminat tetracanxit phản ứng tạo hydro aluminat canxi hydro ferit canxi University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Khi xi măng bắt đầu đơng kết tính dẻo, thời gian bắt đầu đông kết phải đủ để nhào trộn, vận chuyển, đổ khuôn, đầm chặt Yêu cầu thời gian khơng 45 phút Còn thời gian kết thúc đông kết xong lúc xi măng đạt cường độ định Thời gian phải đủ ngắn để thi cơng nhanh, u cầu khơng vượt 10  Thay đổi thời gian đông kết: - Những chất làm chậm đông kết: Photphat, nitrat canxi, natri nhôm, đường… - Những chất làm tăng nhanh đông kết: Các cacbonat clorua kim loại kiềm University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải 3.2.2.6 Tính ổn định thể tích Khi xi măng rắn thể tích bị thay đổi chủ yếu trao đổi nước hồ xi măng môi trường (nước tự nước gen) Thơng thường rắn khơng khí xi măng bị co, mơi trường nước khơng co nở chút Sự thay đổi thể tích gây nội ứng suất có hại làm nứt nẻ đá xi măng bê tông Mặt ngồi cơng trình co nhiều bên trong, xi măng mác cao co nhiều xi măng mác thấp Nguyên nhân tượng xi măng chứa tạp chất có hại, gây thay đổi thể tích lớn CaO, MgO University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải  Thí nghiệm xác định độ ổn định thể tích Độ ổn định thể tích, theo phương pháp Le Chatelier, xác định nở thể tích hồ xi măng có độ dẻo chuẩn, thơng qua dịch chuyển tương đối hai khuôn University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải - Chế tạo hồ xi măng có độ dẻo chuẩn Đặt khuôn Le Chatelier bôi lớp dầu mỏng lên đế quêt lớp dầu đổ đầy mà không lắc rung, dùng tay dụng cụ cạnh thẳng để gạt mặt vừa cần - Đậy khuôn lại đĩa quệt dầu, sau đặt tồn dụng cụ vào buồng ẩm Giữ 24 giờ± 0,5 nhiệt độ 27 0c ± 10C với độ ẩm tương đối không nhỏ 98% - Sau 24 giờ, đo khoảng cách A điểm chóp khn, xác đến 0,5mm Giữ khn ngập nước, đun nước đến sôi, suốt 30 phút ± phút trì bể nước nhiệt độ sôi ± phút - Vào thời điểm kết thúc việc đun sôi, đo khoảng cách B hai điểm chóp khn, xác đến 0,5mm Để khuôn nguội đến 270C ± 20C Đo khoảng cách C đầu chóp khn, xác đến 0,5mm mẫu, ghi lại giá trị đo A C tính tốn hiệu C - A Tính giá trị trung bình hai hiệu C - A, xác đến 0,5mm University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải 3.2.2.7 Lượng nhiệt tỏa rắn Lượng nhiệt tỏa rắn chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn xi măng hàm lượng thạch cao Tên thành phần khoáng vật 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3.Fe2O3 Lượng nhiệt phát (tính theo cal/gam) sau thời gian 28 ngày tháng tháng 97 15 141 22 110 25 158 60 116 40 209 90 124 44 222 99 135 55 244 - Lượng nhiệt phát có lợi cho việc thi cơng bê tơng trời lạnh, muốn bê tông rắn nhanh, cường độ cao kích thích q trình thuỷ hố xảy nhanh Tuy nhiên lại khơng có lợi thi cơng vào mùa nóng, thi cơng cơng trình khối lớn (nhiệt độ lòng khối bê tơng lớn tới 40°C) → biện pháp phân đoạn thi công toả nhiệt thường dùng, cần ý loại xi măng tỏa nhiệt, bố trí đường dẫn nước làm mát bê tơng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải 3.2.2.8 Cường độ mác xi măng Cường độ xi măng khả mẫu vữa xi măng đóng rắn chống lại tác dụng phá hoại ngoại lực Mác xi măng ký hiệu quy ước biểu thị cường độ chịu nén tối thiểu mẫu vữa xi măng chuẩn chế tạo, đóng rắn thử điều kiện, vào thời gian quy định tiêu chuẩn Mác xi măng tiêu quan trọng để xác định chất lượng xi măng cần thiết tính thành phần cấp phối bê tông vữa University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Yêu cầu kỹ thuật xi măng (TCVN 2682:2009) STT   Các tiêu Giới hạn bền - sau ngày nén, (N/mm2)   - sau 28 ngày Độ mịn: - lượng sót sàng 0,09 mm, (%), ≤ - bề mặt riêng xác định theo blaine, (cm2/g), ≥ Quy định xi măng PC30 16 PC40 21 PC50 25 30 40 50 10 10 10 2800 2800 2800     Thời gian bắt đầu đông kết không sớm (phút) 45 45 45   Thời gian kết thúc đông kết không chậm (phút) Độ ổn định thể tích (theo phương pháp Le Chatelier), (mm), ≤ 375 375 375 10 10 10 Hàm lượng anhydrit sunfuric (SO3), (%), ≤ 3,5 3,5 3,5 Hàm lượng oxyt magiê (MgO), (%), ≤ 5,0 5,0 5,0 Lượng nung, (%), ≤ 5,0 5,0 5,0 Hàm lượng cặn không tan, (%), ≤ 1,5 1,5 1,5 University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải  Phương pháp xác định cường độ nén uốn mẫu thử hình lăng trụ có kích thước 40 x 40 x 160mm  Các mẫu đúc từ mẻ vữa dẻo, chứa phần xi măng ba phần cát tiêu chuẩn theo khối lượng với tỷ lệ nước/ ximăng 0,5 Cát tiêu chuẩn phải phù hợp với ISO  Vữa trộn máy lèn chặt khuôn nhờ sử dụng máy dằn  Các mẫu khn bảo dưỡng nơi khơng khí ẩm 24 sau mẫu tháo khn ngâm ngập nước đem thử cường độ  Đến độ tuổi yêu cầu, mẫu vớt khỏi nơi bảo dưỡng sau thử uốn mẫu bị bẻ gẫy dùng để thử cường độ nén uốn University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Máy trộn vữa,Khuôn đúc mẫu Bàn dằn, Máy dằn University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Đúc mẫu thí nghiệm hình lăng trụ có kích thước 40 mm x 40 mm x 160 mm vữa xi măng cát tiêu chuẩn theo quy định sau: + Tỷ lệ khối lượng: xi măng + cát tiêu chuẩn + 0,5 nước Mỗi mẻ trộn cho ba mẫu thử gồm: (450  2) g xi măng, (1350  5) g cát (225  1) g nước Yêu cầu thành phần hạt cát tiêu chuẩn Kích thước lỗ vng 1,6 0,5 0,16 0,08 (mm) Phần lại sàng ± 33 ± 67 ± 87 ± 99 ± (%) Cát tiêu chuẩn ISO cát thiên nhiên giàu silic, tốt hạt tròn cạnh có hàm lượng SiO2 khơng nhỏ 96% University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thơng vận tải Sau q trình bảo dưỡng mẫu thử, đem mẫu tiến hành thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn - Đặt mẫu lăng trụ vào máy thử với mặt bên tựa lăn gối tựa trục dọc mẫu vuông góc với gối tựa Đặt tải trọng theo chiều thẳng đứng tăng tải trọng với tốc độ 50  10N/s mẫu gãy Thiết bị thử cường độ uốn University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Thử cường độ chịu nén nửa lăng trụ bề mặt bên tiếp xúc với thành khuôn - Đặt bên nửa lăng trụ vào ép với sai lệch không 0,5mm đặt nằm ngang cho mặt cuối lăng trụ nhô ép má ép khoảng 10mm - Tăng tải trọng từ từ với tốc độ 2400  20N/s suốt trình mẫu bị phá hoại Thiết bị thử cường độ nén University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải - Tính cường độ chịu uốn, Ru, N/mm2, theo công thức sau: 1,5 Pu l Ru  b3 Trong đó: Pu- Tải trọng đặt lên lăng trụ mẫu bị gẫy, N; l- Khoảng cách gối tựa, mm; b- Cạnh tiết diện vuông lăng trụ, mm - Tính cường độ chịu nén, Rn , N/mm2, theo công thức sau: Rn Pn  A University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thơng vận tải Kết thí nghiệm mẫu dầm chế tạo từ xi măng PC40 có kích thước 4x4x16 cm Hãy kiểm tra loại Mác xi măng theo TCVN 6016:2011? Phương pháp thí nghiệm Khi uốn Khi nén Giá trị tải trọng phá hoại, kN 1.41 1.38 1.4 59.5 57.9 60 University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải ... KẾT DÍNH VƠ CƠ 3.1 Khái niệm chung Chất kết dính vơ chất vô dạng bột mịn lỏng nhào trộn với nước tạo thành hồ dẻo Sau q trình hóa lý hồ trở nên rắn chuyển thành đá  Chất kết dính vơ có khả kết. .. vận tải Tùy theo thành phần, tính chất mơi trường rắn chất kết dính vơ chia làm loại: Chất kết dính rắn khơng khí, nước nước nhiệt  CKD vô rắn khơng khí: Có khả rắn phát triển cường độ mơi trường... dính kết có khả rắn mơi trường nước bão hòa thành phần chủ yếu CaO-SiO2 Ở điêu kiện thường có CaO đóng vai trò kết dính, điều kiện autoclave khống có chất lượng cao hình thành Bao gồm: Chất kết