CHƯƠNG 4 CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ
A. Khái Niệm Chung Và Phân Loại
I. Khái niệm
Chất kết dính vô cơ là loại vật liệu (thường ở dạng bột) khi nhào trộn với nước thì tạo thành
loại hồ dẻo, dưới tác dụng của các quá trình hoá lí tự nó có thể rắn chắc và chuyển sang trạng thái
đá.
Nhờ tính chất này người ta đã áp dụng để sản xuất vữa, bêtông vật liệu đá nhân tạo không nung
(gạch silicát, ngói fibrô ximăng), bêtông atphan v.v…
II. Phân loại
Theo khả năng rắn chắc người ta chia 3 loại: CKD rắn trong không khí, nước và trong autoclav.
1. Chất kết dính rắn trong không khí
CKD có khả năng rắn chắc và phát triển cường độ trong môi trường không khí
a. Vôi rắn trong không khí (thành phần chủ yếu là CaO)
b. Chất kết dính magiê (thành phần chủ yếu là MgO)
c. Chất kết dính thạch cao ( thành phần chủ yếu là CaSO
4
)
d. Thuỷ tinh lỏng: Silicat natri (Na
2
O.nSiO
2
), Silicat Kali (K
2
O.mSiO
2
) ở dạng lỏng.
2. CKD rắn trong nước
CKD có khả năng rắn chắc và phát triển cường độ trong cả môi trường không khí và
môi trường nước.
a. CKD hỗn hợp = Vôi canxi + PGHT nghiền mịn
b. Vôi thuỷ = CaO + C

0
= (175
÷
200)
0
C; P = (8
÷
12) atm
có thành phần chủ yếu là CaO, SiO
2
, CKD vôi silic, vôi tro, vôi xỉ
B. Các Chất Kết Dính Rắn Trong Không Khí
I. Vôi rắn trong không khí
1. Nguyên liệu - Sản xuất
1.1. Nguyên liệu
Là các loại đá giàu khoáng canxi (CaCO
3
): Đá phấn, đá vôi, đá vôi - đôlômit, đá đômit > 92%CaCO
3
và hàm lượng sét < 6%
1.2. Sản xuất
Trong lò nung gián đoạn và liên tục.
- Đập đá thành những cục đá nhỏ có kích thước từ (15
÷
20)cm rồi nung ở t
0
= 900
÷
1200
0

2
thoát ra.
- Sản phẩm của quá trình nung vôi
+ Vôi non lửa (vôi sống)
Nguyên nhân: Do hạt đá đem nung quá to, phía ngoài là CaO, phía trong là CaCO
3
. Khi tôi, chỉ tôi
phía ngoài làm giảm sản lượng vôi nhuyễn.
+ Hạt già lửa:
Nguyên nhân: Do cục đá quá nhỏ hoặc t
0
n
quá cao thì CaO sau khi sinh ra sẽ kết hợp với tạp chất sét
tạo thành màng keo Silicat Canxi và aluminat canxi cứng bao bọc lấy hạt vôi làm vôi khó thuỷ hoá khi
tôi, khi dùng trong kết cấu các hạt vôi sẽ hút ẩm làm tăng thể tích gấp 3 lần, làm vữa trát bị bong ra,
vữa xây thì đứt mạch vữa.
CaO + H
2
O
→
Ca(OH)
2
+ Q
2. Các dạng sử dụng vôi trong xây dựng
Vôi được sử dụng ở 2 dạng: vôi chín và vôi tôi sống
2.1. Vôi chín
a/ Phản ứng vôi tôi
Tôi vôi sống
→
vôi chín (nhuyễn, sữa) theo phản ứng:

- An toàn.
- Bảo quản dễ.
c/ Nhược điểm của vôi chín
- Lâu (4 tuần trước khi sử dụng)
- Phí mất nhiệt
- Hiệu suất sử dụng kém
- Cường độ thấp, Rmax = 4 daN/cm
2
= 0,4 MPa
d/ Biện pháp để tăng sản lượng vôi chín
- Chuẩn bị Vao tôi >3 lần lượng vôi sống
- Cho vôi vào H
2
O từ từ, vôi tôi nhiều không được đảo, ít đảo
- Nếu tôi nhanh thì làm chậm bằng cách cho: Axit loãng H
3
PO
4
hoặc muối ăn NaCl.
e/ Công dụng
- Dùng trong y học và trong nông nghiệp: Bột vôi chín
- Dùng trong xây dựng:
32
+ Vôi nhuyễn: vữa + cát + nước → vữa tam hợp.
+ Vôi sữa: dùng để trang trí quét tường, trần.
f/ Nhận xét quá trình tôi vôi
- Là phản ứng toả nhiệt và là phản ứng bề mặt
- Là phản ứng thuận nghịch, nở V = 1,5
÷
3,5 lần

Các phân tử keo liên kết → tinh thể Ca(OH)
2
→ mạng tinh thể → Ngưng tụ keo (gel)
3. Rắn chắc: Ca(OH)
2
+ CO
2
→
CaCO
3
+ H
2
O
Qúa trình rắn chắc tiến hành rất chậm vì phản ứng cacbonat hoá là phản ứng chỉ xảy ra ở bề mặt. Khi
phản ứng thực hiện ở mặt ngoài sẽ hình thành 1 lớp CaCO
3
rắn chắc ngăn cho CO
2
thấm vào, do
đó bên trong không thể cacbonat được triệt để, đồng thời nước ở bên trong khó bốc hơi ra bên ngoài.
Sau khi rắn chắc thể tích vữa vôi co lại khi trộn vữa vôi phải trộn 1 tỉ lệ cát thích hợp
Ca(OH)
2
+ SiO
2
(VĐH)
→
nCaO.mSiO
2
.nH

2
O ;
ρ
= (2,2
÷
2,4) T/m
3
Thạch cao nguyên chất thì trong suốt, kết tinh theo dạng thớ. Nhưng thực tế thường có lẫn tạp chất:
cát, sét (yêu cầu tạp chất không lớn hơn 15% khối lượng)
CaSO
4
.2H
2
O
→
CaSO
4
.0,5H
2
O + 1,5H
2
O
Nung đến 200
0
C: biến thành thạch cao cứng CaSO
4
khi gặp nước cứng rắn rất nhanh.
1.2. Đá thạch cao cứng: Sẵn có trong tự nhiên CaSO
4


.0,5H
2
O + 1,5H
2
O
→
CaSO
4
.2H
2
O
1.Thời kỳ hoà tan
2.Thời kỳ hoá keo
}
Ninh kết
}
Xảy ra đồng thời
3.Thời kỳ rắn chắc (kết tinh)
4. Các tính chất của thạch cao
4.1. Độ mịn
- Thạch cao loại I : > 25% lượng sót trên sàng 918 lỗ/cm
2
.
- Thạch cao loại II: > 35% lượng sót trên sàng 918 lỗ/cm
2
.
4.2. Khối lượng riêng và khối lượng thể tích

ρ
= 2400

2

- Thạch cao loại II: R
n
< 35 kG/cm
2

5. Công dụng và bảo quản
5.1. Công dụng
34
Chế tạo vữa trát ở nơi khô ráo, làm mô hình hay vữa trang trí.
5.2. Bảo quản
Chứa bột thạch cao trong các bao kín có lớp cách nước và để trong kho nơi khô ráo.
III. Thuỷ tinh lỏng
1. Thành phần hoá học: Na
2
O.nSiO
2
; K
2
O.mSiO
2
Trong đó: n, m - Môđun Silicat; n = 2,5
÷
3; m = 3
÷
4
2. Tính chất:
- Dạng keo, trong suốt không màu.
-

1. Thành phần hoá học
Chủ yếu là MgO (chế tạo bằng cách nung MgCO
3
hoặc CaCO
3
.MgCO
3
ở nhiệt độ 750
÷
850
0
C).
MgCO
3
= MgO + CO
2
↑
2. Tính chất
- Khi sử dụng thường được nhào trộn với dd MgCl
2
hoặc các muối magiê khác
→
Rút ngắn quá
trình rắn chắc và làm tăng đáng kể cường độ CKD.
- Chất lượng của manhêzit kiềm cao hơn đôlômít kiềm.
+ Ở tuổi 28 ngày cường độ của manhêzit kiềm đạt 400 ÷ 600 kG/cm
2
.
+ Ở tuổi 28 ngày cường độ của đôlômit kiềm đạt 100 ÷ 130 kG/cm
2

- Vôi thủy và xi măng La mã là CKD rắn trong nước được SX bằng cách nung đá mắcnơ (đá vôi lẫn
nhiều sét).
- Vôi thủy (có hàm lượng sét từ 6 ÷ 20%), xi măng La mã (có hàm lượng sét trên 20%).
2.Tính chất
- Vôi thủy có cường độ sau 28 ngày rắn chắc (7 ngày ở không khí và 21 ngày trong nước) từ 20 ÷
70 kG/cm
2
.
- Xi măng La mã có 3 mác là: 25, 50, 100.
3. Công dụng
Dùng để chế tạo vữa và bê tông mác thấp.
III. Ximăng Pooclăng (PC)
1. Khái niệm chung
1.1. Định nghĩa
Ximăng poóclăng là CKD rắn trong nước, chứa khoảng (70
÷
80)% silicat canxi nên gọi là ximăng
silicat. Nó là sản phẩm nghiền mịn của clanhke với phụ gia đá thạch cao với hàm lượng (3
÷
5)%.
- Clanhke ở dạng hạt được SX bằng cách nung đến hết khối (ở 1450
0
C) hỗn hợp chứa cacbonat
canxi (đá vôi) và alumiô silicat (đất sét, đá mắc nơ, xỉ lò cao )
- Khi nghiền mịn, để điều chỉnh tính chất và hạ giá thành người ta cho thêm khoảng 15% PGHT
(puzơlan, tro, trepel…) và 10% phụ gia trơ (cát thạch anh, đá vôi )
2.2. Clanhke
- Ở dạng hạt có đường kính từ (10
÷
40) mm

3
.Fe
2
O
3
(C
4
AF) - Têtracanxi alumôferit: (10
÷
12)% trong Clanhke
- Đặc điểm của các khoáng chính:
Tên khoáng
Đặc tính
C
3
S C
2
S C
3
A C
4
AF
Tốc độ hyđrat nhanh chậm rất nhanh tương đối nhanh
Quá trình tăng cường độ sớm muộn rất sớm sớm
Sự xuất hiện R nhanh, đều, R
cao nhất
chậm,
nhanh,về sau
R thấp
rất nhanh,

O
3
= (4
÷
8)%; SiO
2
= (21
÷
24)%; Fe
2
O
3
= (2
÷
4)%
Ngoài ra còn có các oxit khác như MgO; SO
3
; K
2
O; Na
2
O, TiO
2
; Cr
2
O
3;
P
2
O

với phương pháp ướt. Thường áp dụng cho lò đứng.
b/ Nung clanhke: có 6 vùng
- Vùng sấy (vùng bay hơi): t
0
= 70
÷
80
0
C
- Vùng đót nóng: t
0
= 200
÷
700
0
C
- Vùng cacbonat: t
0
= 700
÷
1100
0
C
- Vùng toả nhiệt: t
0
= 1100
÷
1250
0
C

2(3CaO.SiO
2
) + 6H
2
O = 3CaO.2SiO
2
.3H
2
O + 3Ca(OH)
2
- Belit thuỷ hoá chậm hơn Alit và tách ít Ca(OH)
2
hơn
2(2CaO.SiO
2
) + 4H
2
O = 3CaO.2SiO
2
.3H
2
O + Ca(OH)
2
3CaO.Al
2
O
3
+ 6H
2
O = 3CaO.Al

2
O
3
.3CaSO
4
.32H
2
O + 2(3CaO.Al
2
O
3
)dư + 2H
2
O
→
3(3CaO.Al
2
O
3
.CaSO
4
.18H
2
O)
37
4CaO.Al
2
O
3
.Fe

Nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới ngày càng nhiều. Chúng kết tinh lại,
dần rắn chắc và phát triển cường độ cường độ.
4. Các tính chất của ximăng pooclăng
4.1. Độ mịn
Xác định bằng cách sàng trên sàng N
0
008 (4900 lỗ/cm
2
) hoặc đo tỉ diện tích bề mặt của ximăng (cm
2
/g). Yêu cầu lượng sót trên sàng < 15% tương ứng với tỉ diện bề mặt 2500
÷
3500 cm
2
/g.
Hình 4.1: Thiết bị Blend đo tỷ diện tích bề mặt (cm
2
/g)
4.2. Khối lượng riêng:
ρ
= 3,05
÷
3,15 g/cm
3
38
Hình 4.2: Thiết bị thử khối lượng riêng của xi măng
4.3. Khối lượng thể tích
-
v
ρ

X
N
) = f (thành phần khoáng vật, độ mịn, phụ gia, thời gian đã lưu kho và điều kiện bảo quản
ximăng).
+ Đối với ximăng PC:
X
N
= 0,22
÷
0,28
+ Đối với ximăng PCB:
X
N
= 0,32
÷
0,37.
40
Hình 4.5: Thiết bị kim Vika thử lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết
4.5. Thời gian đông kết của ximăng
- Là thời gian tính từ lúc trộn ximăng với nước cho đến khi hồ ximăng mất dẻo và bắt đầu có khả
năng chịu lực.
- Thời gian bắt đầu đông kết:
+ Là thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn ximăng với nước cho đến khi hồ ximăng mất tính dẻo,
ứng với lúc kim Vika nhỏ (đường kính 1
±
0,05 mm) lần đầu tiên cách tấm kính
(4
±
1 mm)
+ Thời gian bắt đầu đông kết: > 45 phút: cần phải đủ thời gian để thi công ( nhào trộn, vận

4
AF 42 60 90 99
* Chú ý: - Lượng nhiệt toả ra có lợi vào mùa đông, không có lợi về mùa hè và thi công đổ khối lớn.
- Để giảm bớt nhiệt có hại
→
Dùng XM tỏa ít nhiệt, thi công phân đoạn…
4.7. Tính ổn định thể tích
- Ximăng rắn chắc trải qua 2 quá trình: co và nở V.
- Có 2 lí do: + Nguyên nhân vật lý → co V
+ Nguyên nhân hóa học → nở V
Ví dụ: Ca(OH)
2
+ H
2
O
→
Co V
C
3
AH
6
+ Sunfat
→
Entringit
→
Nở V (xảy ra cục bộ)
- Phương pháp xác định:
+ Theo phương pháp Lơsatơliê
+ Sử dụng mẫu “bánh đa”
Hình 4.6: Thiết bị Lơsatơliê thử độ ổn định thể tích của xi măng

- Cường độ của đá ximăng phụ thuộc thành phần khoáng clanke, độ mịn của ximăng, t
0
mtr
, thời gian
bảo quản ximăng.
Hình 4.7: Khuôn 4 x 4 x 16 cm để xác định mác xi măng
4.9. Độ ẩm và nhiệt độ môi trường
Có ảnh hưởng đến quá trình rắn chắc của đá ximăng, vì giai đoạn đầu của quá trình rắn chắc là thuỷ
hoá.
4.10. Sử dụng và bảo quản ximăng
- Sử dụng rộng rãi cho hầu hết các công trình do:
+ Tốc độ rắn chắc nhanh
+ Cường độ chịu lực cao
+ Rắn chắc cả trên cạn và dưới nước
+ Có khả năng bám dính tốt với cốt thép và bảo vệ cốt thép không bị ăn mòn
- Nhược điểm:
+ Dễ bị ăn mòn do nước mặn, nước kiềm, nước thải.
+ Toả nhiều nhiệt.
+ Cường độ đá ximăng giảm đi theo thời gian để dự trữ ximăng
- Bảo quản:
43
+ Vận chuyển ximăng rời phải dùng xe chuyên dụng
+ Kho chứa không dột, không bị hắt, xung quanh có rãnh thoát nước, sàn kho cách đất 0,5m, cách
tường ít nhất 20cm.
+ Trong kho, các bao không xếp cao quá 10 bao
+ Khi chứa ximăng rời trong silô, phải chứa riêng từng loại ximăng
5. Hiện tượng ăn mòn xi măng và biện pháp đề phòng
5.1. Hiện tượng ăn mòn
Trong quá trình sử dụng, bê tông và vữa xi măng thường tiếp xúc với các môi trường chất lỏng, chất
khí nên rất dễ bị ăn mòn làm cho bê tông bị rỗ, độ rỗng tăng dần, cường độ giảm, thậm chí kết cấu

2
dưới dạng H
2
CO
3
. Nếu nồng độ CO
2
trong nước ít thì có
lợi vì nó sẽ thúc đẩy quá trình cacbonat hóa:
Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
↓ + H
2
O
- Nếu nồng độ trong nước cao quá 15 ÷ 20 mg/l sẽ sinh ra phản ứng có hại:
Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
↓ + H
2
O
CaCO
3

2
SO
4
+ Ca(OH)
2
= CaSO
4
.2H
2
O
→ Những chất mới Những chất mới sinh ra hoặc dễ tan như CaCl
2
, hoặc kết tinh và nở thể tích như
CaSO
4
.2H
2
O làm phá hoại đá xi măng.
b.4. Ăn mòn trong nước biển, nước ngầm và nước chứa muối khoáng khác
- Ăn mòn manhê
Gây ra do các loại muối chứa manhê trong nước biển, nước ngầm, nước chứa muối khoáng tác dụng
với Ca(OH)
2
tạo ra các sản phảm dễ tan (CaCl
2
, CaSO
4
.2H
2
O) hoặc không có khả năng dính kết

2
+ 2H
2
O = Ca(NO
3
)
2
.4H
2
O + 2NH
3
→ Nitrat canxi tan rất tốt trong nước nên dễ bị rửa trôi.
- Ăn mòn sun phát
Xảy ra khi hàm lượng sun phát lớn hơn 250 mg/l (tính theo nồng độ ion SO
4
2-
)
3CaSO
4
+ C
3
AH
6
+ 25H
2
O = 3CaO.Al
2
O
3
.3CaSO

2
+ SiO
2
+ H
2
O → mCaO.nSiO
2
.pH
2
O (CSH)
- Sử dụng biện pháp cấu trúc để làm tăng độ đặc cho kết cấu, sử dụng những loại xi măng đặc
biệt có khả năng chống ăn mòn cao
- Tạo lớp bảo vệ bề mặt ngăn cách bê tông với môi trường bằng cách phủ lên mặt ngoài một
lớp vật liệu chống ăn mòn hay làm thay đổi môi trường ăn mòn.
IV. Các loại ximăng đặc biệt
Phương pháp chế tạo:
1. Điều chỉnh thành phần khoáng vật và cấu trúc clanke xi măng
2. Dùng các phụ gia vô cơ và hữu cơ để diều chỉnh tính chất và tăng hiệu quả kinh tế
3. Điều chỉnh độ mịn và thành phần hạt của xi măng
1. Ximăng pooclăng hỗn hợp (PCB)
1.1. Khái niệm
- PCB là CKD thuỷ, được chế tạo bằng cách nghiền mịn hỗn hợp clanhke XMPL với PGK và 1 lượng
thạch cao cần thiết hoặc trộn đều các PGK đã nghiền mịn với XMPL không chứa PG (PC).
- PGK gồm PGKHT + PG đầy.
Tổng hàm lượng các PGK (không kể thạch cao) > 40% tính theo khối lượng của ximăng.
- Kí hiệu: PCB30, PCB40
Trong đó:
+ PCB - Kí hiệu cho XMPL hỗn hợp.
+ 30, 40 - Cường độ chịu nén của các mẫu vữa ximăng sau 28 ngày bảo dưỡng tiêu chuẩn, tính
bằng N/mm

- Nghiền mịn clanhke XMPL trắng (đá vôi, đất sét trắng) với lượng thạch cao cần thiết dùng nguyên
liệu sạch → Xi măng trắng.
- Nghiền mịn clanhke XMPL trắng và các chất tạo màu vô cơ → Xi măng màu
b/ Tính chất cơ bản:
- PCW25, PCW30, PCW40
- Sử dụng trong vữa và bê tông trang trí
- Các loại ximăng màu có tính chất giống xi măng trắng
2.3. Ximăng rắn nhanh (ximăng aluminat - PCA)
a/ Khái niệm: Nghiền clanhke chứa aluminat canxi thấp kiềm (CaO.Al
2
O
3
) đã nung ở nhiệt độ t
0
=
1200
÷
1350
0
C
b/ Tính chất cơ bản:
- Bền trong nhiều môi trường, trừ môi trường kiềm và axít
- Toả nhiều nhiệt = 1,5 lần XMPL thường
- Thời gian bắt đầu đông kết: < 30 phút
Thời gian kết thúc đông kết: < 12 h
- Rắn nhanh và cho cường độ cao (ở tuổi 3 ngày có thể đạt mác yêu cầu 400, 500, 600)
c/ Sử dụng và bảo quản:
- Sử dụng: Chế tạo vữa và bê tông rắn nhanh và chịu nhiệt, và chế tạo xi măng nở.
+ Các công trình sửa chữa cấp tốc vì nó rắn chắc nhanh
+ Dùng cho các công trình quân sự