ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM THỊ CHỌN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA HỖN HỢP TRO BAY - CMC ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM THỊ CHỌN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA HỖN HỢP TRO BAY – CMC ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG Chuyên ngành : Hóa học vô Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGHIÊM XUÂN THUNG Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nghiêm Xuân Thung giao đề tài tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Hóa Vô Cơ - khoa Hóa Học - Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội toàn thể anh chị, bạn phòng Vật liệu vô động viên, khích lệ tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i i MỞ ĐẦU Chương : TỔNG QUAN .2 1.1 Giới thiệu chung xi măng pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13, 14, 15) 1.1.1.Khái niệm xi măng pooclăng (6, 8, 14, 15) .2 1.1.2.Thành phần clinker pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13) 1.1.2.1 Khái niệm clinker xi măng (6, 7, 8, 10) 1.1.2.2.Thành phần hóa học (6, 7, 8, 10, 12, 13) 1.2 Phản ứng thủy hóa xi măng (4, 5, 6, 7, 8, 9, 17) .3 1.2.1 Sự hydrat hóa C3S (alit) 1.2.2 Sự hydrat hóa C2S (Belit) 1.2.3 Sự hydrat hóa C3A (canxi aluminat) .4 Sự tác dụng tương hỗ C3A H2O sinh phản ứng phát lượng nhiệt lớn theo phương trình sau: 1.2.4 Sự hydrat hóa C4AF 1.3 Quá trình hình thành tính chất lý đá xi măng (5, 7, 10, 11) .5 1.3.1 Định nghĩa ( 5, 7, 10) 1.3.2 Các tính chất lý xi măng (5, 10, 11) 1.3.2.1 Độ mịn xi măng 1.3.2.2.Lượng nước tiêu chuẩn 1.3.2.3 Thời gian ninh kết xi măng 1.3.2.4 Độ ổn định thể tích đá xi măng 1.3.2.5 Cường độ xi măng (hay mác xi măng) .8 1.3.2.6 Độ rỗng đá xi măng 1.4 Vai trò phụ gia xi măng (1, 2, 3, 13, 16, 18) 10 1.4.1 Định nghĩa phụ gia xi măng (2, 3, 12, 13) .10 1.4.2 Tính chất phụ gia xi măng (2, 3, 12, 16) 10 1.4.3 Một số loại phụ thường sử dụng (1, 3, 13, 16, 18) 11 1.4.3.1 Phụ gia hoạt tính puzơlan 11 1.4.3.2 Phụ gia siêu mịn .13 1.4.3.3 Phụ gia hóa dẻo .13 ii 1.4.3.4 Phụ gia đóng rắn nhanh 14 1.4.3.5 Phụ gia chống ăn mòn cốt thép bêtông 14 1.4.3.6 Phụ gia tro bay 14 1.4.3.7 Phụ gia CMC 16 Chương : THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Hóa chất dụng cụ 18 2.1.1 Hóa chất 18 2.1.2 Dụng cụ 18 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia đến tính chất vữa xi măng Hoàng Thạch 17 2.3.1 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 17 2.3.2 Xác định độ dẻo hồ xi măng .18 2.3.2.1 Nguyên tắc 18 2.3.2.2 Phương pháp tiến hành 18 2.3.3 Xác định lượng nước tiêu chuẩn .19 2.3.4 Xác định thời gian đông kết 20 2.3.4.1 Nguyên tắc 20 2.3.4.2 Tiến hành thí nghiệm .20 2.3.5 Xác định cường độ kháng nén 22 2.3.5.1 Quá trình tạo mẫu 22 2.3.5.2 Tiến hành thí nghiệm .22 2.3.6.2 Tiến hành thí nghiệm .25 2.3.7 Phương pháp XRD .25 2.3.8 Phương pháp kính vi điện tử quét (SEM) 27 Chương : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.3 Kết thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn 31 3.4 Kết xác định thời gian đông kết 35 3.5 Kết thí nghiệm xác định cường độ kháng nén .36 3.6 Xác định độ hút nước bão hòa .40 KẾT LUẬN CHUNG .48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 iii iv MỞ ĐẦU Khi đất nước ta đà hội nhập, xây dựng ngành quan tâm phát triển mạnh mẽ Bên cạnh đó, vật liệu xây dựng dần nâng cao phát triển Trong đó, xi măng vật liệu quan trọng Cùng với việc phát triển nghành công nghiệp xi măng, vấn đề nâng cao chất lượng bê tông giảm giá thành sản phẩm trọng Để nâng cao chất lượng xi măng bê tông có nhiều công trình nghiên cứu nhà khoa học giới nước tìm giải pháp kỹ thuật, tìm loại phụ gia để nâng cao chất lượng cho công trình xây dựng Một giải pháp thành công sử dụng tổ hợp hai phụ gia khoáng hoạt tính phụ gia siêu dẻo Loại phụ gia tổ hợp có khả kéo dài thời gian ninh kết, chống độ sụt lún cho bê tông v.v Ngoài ra, phụ gia có sẵn tự nhiên nên góp phần làm giảm giá thành sản phẩm Mặt khác, nhà máy, nhiệt điện đốt than nước ta thải môi trường lượng lớn tro bay xỉ lẫn nhiều tạp chất, điều gây ảnh hưởng tới môi trường Với ưu việt em chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất xi măng Chương : TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung xi măng pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13, 14, 15) 1.1.1.Khái niệm xi măng pooclăng (6, 8, 14, 15) Xi măng pooclăng nhóm kết dính thuỷ lực có khả đóng rắn ngưng kết phản ứng với nước Đó sản phẩm nhân tạo nghiền mịn từ clinker xi măng pooclăng, thạch cao, phụ gia 1.1.2.Thành phần clinker pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13) 1.1.2.1 Khái niệm clinker xi măng (6, 7, 8, 10) Clinker xi măng pooclăng sản phẩm ban đầu trình sản xuất xi măng pooclăng Clinker thường dạng hạt có đường kính 10-40mm, cấu trúc phức tạp (có nhiều khoáng dạng tinh thể số khoáng dạng vô định hình) Chất lượng Clinker phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học công nghệ sản xuất Tính chất xi măng chất lượng Clinker định 1.1.2.2.Thành phần hóa học (6, 7, 8, 10, 12, 13) Clinker pooclăng sản phẩm ban đầu trình sản xuất xi măng pooclăng Thành phần hóa học clinker trình bày bảng đây: Bảng 1.1: Thành phần hóa học clinker: Thành phần hóa học CaO Al2O3 SiO2 Fe2O3 Tỷ lệ % khối lượng 63- 67 4- 21- 22 2- Ngoài có tạp chất không mong muốn MgO khoảng 14%, oxit kiềm 0.5- 3% 1.2.3.Thành phần pha(6, 8, 10, 12) Thành phần pha clinker trình bày bảng sau: Bảng 1.2: Thành phần pha clinker Thành C3S C2S C3A C4AF phần pha (3CaO.SiO2) (2CaO.SiO2) (3CaO.Al2O3) (4CaO.Al2O3.Fe2O3) Tỷ lệ % 37- 68 10- 37 5- 15 10 – 18 Đặc tính pha: *Alit (C3S): bao gồm 3CaO.SiO2 chiếm từ 45-60% clinker Khoáng phản ứng nhanh với nước, tỏa nhiều nhiệt, cho sản phẩm đông rắn cao sau 28 ngày Đây pha quan trọng clinker *Belit( C2S): bao gồm 2CaO.SiO2 chiếm 20-30% clinker Khoáng phản ứng với nước tỏa nhiệt cho sản phẩm có độ đông rắn chậm 28 ngày đạt yêu cầu alit *Celit (C4AF): khoáng chiếm 5-15% clinker, khoáng cho phản ứng tỏa nhiệt cho sản phẩm ứng với độ đông rắn thấp *Canxi aluminat (C3A): bao gồm 3CaO.Al2O3 chiếm 4-13% Khoáng phản ứng nhanh với nước tỏa nhiều nhiệt Cho sản phẩm phản ứng ban đầu đông rắn nhanh sau lại chậm alit 1.2 Phản ứng thủy hóa xi măng (4, 5, 6, 7, 8, 9, 17) Khi trộn xi măng với nước pha C3S, C2S, C3A, C4AF thực phản ứng thủy hóa Tuỳ thuộc vào loại khoáng, hàm lượng khoáng, hàm lượng pha thủy tinh mà khả tương tác xi măng với nước khác tạo nên pha kết dính CxSyHz CxAyHz, Ca(OH)2 Al(OH)3 Quá trình hiđrat hoá tạo pha Pooclandit Ca(OH)2 Al(OH)3 hiđrôxit dễ tan nước chúng để lại lỗ trống mao quản đồng thời trình bay nước dư thời kỳ hiđrat hoá tạo nên độ xốp, rỗng vữa xi măng bê tông 1.2.1 Sự hydrat hóa C3S (alit) Thời kì ban đầu đổ nước vào để trộn vữa bề mặt hạt C 3S tan dần để cung cấp ion Ca 2+, OH-, H2SiO42- vào dung dịch Dần dần dung dịch trở nên bão hòa Ca(OH) pha rắn bắt đầu kết tủa gọi pha pooclandit Lúc có cạnh tranh nảy sinh tinh thể Ca(OH) CSH Ở điều kiện thường, phản ứng thủy hóa hoàn toàn kết thúc sau thời gian đến 1.5 năm viết sau: 2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 Phản ứng hydrat hóa C3S tách Ca(OH)2 Hàm lượng C3S xi măng chiếm tỷ lệ lớn nên lượng Ca(OH)2 tách lớn 1.2.2 Sự hydrat hóa C2S (Belit) Phản ứng hydrat hóa C2S tạo thành hydro silicat số lượng Ca(OH)2,nhưng lượng Ca(OH)2 tách phản ứng phản ứng thủy hóa C3S 2(2CaO.SiO2 )+ 4H2O → 3CaO.SiO2.3H2O + Ca(OH)2 1.2.3 Sự hydrat hóa C3A (canxi aluminat) Sự tác dụng tương hỗ C3A H2O sinh phản ứng phát lượng nhiệt lớn theo phương trình sau: 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO Al2O3.6H2O Phản ứng phụ: xi măng Pooclăng có mặt thạch cao sống tác dụng với thành phần C3A hình thành khoáng vật gây trương nở thể tích theo phản ứng sau: 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O+ 26 H2O→ 3CaO Al2O3 3CaSO4.28H2O 1.2.4 Sự hydrat hóa C4AF Khi cho C4AF tác dụng với H2O điều kiện xi măng thủy hóa hoàn toàn hình thành lượng vôi bão hòa phản ứng xảy điều kiện nhiệt độ môi trường theo phương trình phản ứng sau: 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 12H2O →3CaO Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.6H2O M-0 28 ngày Hình 3.3: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt đá xi măng mẫu M- 28 ngày Hình 3.4: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt mẫu phóng to mẫu M-9 28 ngày Nhận xét: Từ ảnh SEM cho ta thấy độ tuổi 28 ngày, tất mẫu xuất tinh thể kết tinh dạng hình kim xen kẽ vào 47 hạt gel chúng phát triển lớn lên đan xen lấp hết khoảng lỗ trống đá xi măng KẾT LUẬN CHUNG Trong trình làm luận văn tốt nghiệp, em tiến hành nghiên cứu thu kết sau: * Sử dụng phụ gia tro bay với tỷ lệ 2% so với khối lượng xi măng làm giảm đáng kể lượng vôi tự xi măng, đồng thời tăng pha kết dính CSH, đem lại hiệu tốt cường độ kháng nén(42 N/mm 2), độ hút nước bào hòa nhỏ, độ đặc cao * Sử dụng phụ gia CMC giảm tỷ lệ N/X, kéo dài thời gian đông kết xi măng, cho cường độ kháng nén cao(68 N/mm 2), độ hút nước bão hòa nhỏ tỷ lệ 4% Với tỷ lệ 0.2% cho hiệu tốt * Sử dụng hỗn hợp hai phụ gia với tỷ lệ 2% phụ gia tro bay kết hợp với 0.2% phụ gia CMC cho cường độ kháng nén cao(72 N/mm 2), độ hút nước bão hòa giảm (hay độ đặc cao) sử dụng riêng biệt phụ gia tro bay hay phụ gia CMC Như vậy, dùng phụ gia hỗn hợp tro bay CMC để tạo bê tông có độ đặc, chống thấm tốt, bảo vệ xâm thực nước khí, nâng cao chất lượng tuổi thọ cho bê tong, đồng thời kéo dài thời gian đóng rắn thuận lợi cho chế tạo bê tông tươi phục vụ cho việc thi công công trình điểm xa 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Bộ Xây dựng (1997), Tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng xi măng Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội Bùi Văn Chén (1998), Kĩ thuật sản xuất chất kết dính, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội Nguyễn Thành Chung (1988), Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo-silic hoạt tính lên tính chất vữa xi măng, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội Lê Đỗ Chương (1980), Giáo trình vật liệu xây dựng, Trường Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội Phạm Duy Hữu, Ngô Xuân Quảng (2000), Giáo trình vật liệu xây dựng, NXB Giao Thông Vận Tải, Hà Nội Phùng Văn Lự (2002), Giáo trình vật liệu xây dựng, NXB Xây dựng, Hà Nội Ngô Sĩ Lương (2012), Bài giảng vật liệu vô đề cao, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Hà Nội Hoàng Văn Phong (2006), Chủng loại xi măng công nghệ sản xuất, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội Nghiêm Xuân Thung (2008), Hóa học silicat - Bài giảng chuyên đề cao học, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Hà Nội 10 Phan Văn Tường (2001), Giáo trình vật liệu vô cơ, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Hà Nội Tài liệu tiếng Anh 11 E Sakai, M Daimon (3/1988), Limestone powder applicationm, wokshop on cement and concrete technology research and application, Ha Noi 12 M R Rixon and NP.Mailvaganam (1986), Chemical Admixtures for concrecte, Primed in Great Bristan at the University Press, Cambrige 49 13 N V Hue, P V Tường (1998), Corrosion of reinforcing stell - A discussion on evaluation methods, Corrosion research center, Institiute of Materials Science, National center for Natural Science and Technology of Viet Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam 14 James A Jacobs, Thomas F Kilduff (2000), Engineering Materials Technology, Structures, processing, properties and section, Prentice Hall 15 O Bisi, S Osicini and L Pavesi, Porous (2000), A quantum sponge structure for silicon based optoelectronics, Elsevier Tài liệu internet 16.http://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1c_b%C3%AA_t%C3%B4ng 17 http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/be-tong-xi-mang-chuong-3.731046.html 18 huse.edu.vn/elearningbook/PDF/ /Chuong%201.pdf PHỤ LỤC 50 Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu M0 – ngày 51 Hình 3.6: Giản đồ XRD mẫu M0 – 56 ngày 52 Hình 3.7: Giản đồ XRD mẫu M1 – ngày 53 Hình 3.8: Giản đồ XRD mẫu M1 – 28 ngày 54 Hình 3.9: Giản đồ XRD mẫu M1 – 56 ngày 55 Hình 3.10: Giản đồ XRD mẫu M5 – ngày 56 Hình 3.11: Giản đồ XRD mẫu M5 – 28 ngày 57 Hình 3.12: Giản đồ XRD mẫu M5 – 56 ngày 58 Hình 3.13: Giản đồ XRD mẫu M9 – ngày 59 Hình 3.14: Giản đồ XRD mẫu M9 – 28 ngày 60 Hình 3.15: Giản đồ XRD mẫu M9 – 56 ngày 61 [...]... phụ gia xi măng (2, 3, 12, 13) Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Phụ gia của xi măng là các hợp chất hóa học được thêm vào xi măng để cải thiện tính năng của bê tông Theo tiêu chuẩn Mỹ: Phụ gia xi măng là một vật liệu được sử dụng như một nguyên liệu của bê tông mà ngoài xi măng, nước, cốt liệu ra còn được cho vào mẻ trộn hỗn hợp bê tông ngay trước khi trộn và trong quá trình trộn 1.4.2 Tính chất của phụ gia. .. hoạt tính của phụ gia theo độ hút vôi Phân loại Độ hoạt tính yếu Độ hoạt tính trung bình yếu Độ hoạt tính trung bình Đánh giá Từ 30-50 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ Từ 50-70 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ Từ 70-100 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ 16 Độ hoạt tính mạnh Từ 100-150 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ Độ hoạt tính rất mạnh Từ >150 mg CaO /1g phụ gia hấp thụ 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của. .. hình thành và tính chất cơ lý của đá xi măng (5, 7, 10, 11) 1.3.1 Định nghĩa ( 5, 7, 10) Hỗn hợp bao gồm xi măng, cát và nước gọi là vữa xi măng, sau một thời gian hydrat hóa tạo thành một khối rắn chắc gọi là đá xi măng Quá trình hình thành đá xi măng (Cơ chế đông rắn của vữa): Bắt đầu từ khi trộn nước và hỗn hợp phối liệu (thường là 1 xi măng 3 cát) độ dẻo của vữa tăng dần Phản ứng của C 3A bắt đầu,... nước trên thế giới đã sử dụng tro bay của các nhà máy nhiệt điện để làm phụ gia cho xi măng để sản xuất xi măng hỗn hợp PCB được đưa ra ở bảng sau: Các nước Tỉ lệ % tro bay trong hỗn hợp xi măng Malaisia Philipphin 6 – 50 < 40 15 Trung Quốc Hàn Quốc Nhật Bản Châu Âu Việt Nam 15 –50 5 – 30 5 – 30 < 55 10 – 40 1.4.3.7 Phụ gia CMC CMC (carboxymethyl cellulose, một dẫn xuất của cellulose với acid chloroacetic)... và xi măng cần thiết đề thực hiện quá trình ban đầu của sự đóng rắn tạo nên vữa xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn Khi nước dư nhiều ảnh hưởng nhiều đến tốc độ phát triển cường độ, cho cường độ thấp vì tạo độ xốp trong đá xi măng Xi măng pooclăng thường có lượng nước tiêu chuẩn từ 24-30% 6 1.3.2.3 Thời gian ninh kết của xi măng Khi trộn xi măng với nước sẽ xảy ra phản ứng thủy hóa của các khoáng trong xi măng, ... tới tính chất của đá xi măng +Lỗ rỗng có đường kính ≈ 2µm liên quan đến sự khuếch tán, xâm thực của các ion như Cl-, SO42- … làm ảnh hưởng đến độ bền vững của công trình +Lỗ rỗng từ vài chục đến vài trăm µm liên quan đến sự thấm nước và thấm khí của công trình Có hai loại lỗ rỗng đá xi măng: lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở, lỗ rỗng kín không nối với mao quản chỉ ảnh hưởng đến cường độ của đá mà không ảnh hưởng. .. độ nghiền mịn của phụ gia Số lượng và vôi thêm vào có ảnh hưởng đến nhiệt động học ninh kết và rắn chắc của hệ cũng như lượng nước tham gia hình thành pha hydrat Hiện nay độ hoạt tính của phụ gia khoáng được đánh giá thông qua chỉ số hoạt tính (với xi măng pooclăng và vôi) và độ hút vôi, trong đó chỉ số hoạt tính với xi măng là quan trọng nhất Căn cứ vào nguồn gốc tạo thành, Phụ gia hoạt tính puzơlan... bền nén của đá xi măng được đúc theo tỷ lệ xi măng/ cát là 1/3 ở tuổi 28 ngày làm chỉ tiêu xác định mác xi măng Khi nghiên cứu về cường độ người ta thường quan tâm đến cường độ kháng nén (Rn), cường độ khoáng uốn (Ru), cường độ kháng kéo (Rk) của các mẫu thí nghiệm Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ mẫu của mác xi măng, tỷ lệ các khoáng trong xi măng, lượng nước sử dụng, công nghệ chế tạo và chất lượng... ion Ca2+) Khi tan trong nước tạo ra những nhóm có cực -COO- ,OH- Các gốc có cực này phản ứng với pha C3A tạo hợp chất phức : 2-COOH +C3A 2(-COO-)Al-OH *Lợi ích khi sử dụng phụ gia CMC: 16 +Tăng cường độ nhớt cho xi măng +Khống chế độ sụt áp hỗn hợp bê tông 17 Chương 2 : THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất và dụng cụ 2.1.1 Hóa chất + Xi măng Hoàng Thạch + Phụ gia tro bay Phả Lại do công... thể tích Do vậy bất kì loại xi măng thành phẩm nào trên thị trường cũng phải có cấp hạt và hàm lượng các chất nằm trong giới hạn cho phép 7 1.3.2.5 Cường độ của xi măng (hay mác xi măng) Cường độ xi măng là giá trị lực biểu thị giới hạn bền cơ học của đá xi măng trên một đơn vị diện tích Là chỉ tiêu quan trọng nhất của đá xi măng, bao gồm độ bền uốn và độ bền nén của đá xi măng Thông thường người ta