VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÔXYT SẮT Fe2O3 ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH
KHOÁNG TRONG ĐÁ XI MĂNG TRẮNG CÓ METAKAOLIN
ThS. NGUYỄN GIA NGỌC
Trường Cao đẳng xây dựng số 1
TS. TRẦN BÁ VIỆT
Viện KHCN Xây dựng
Tóm tắt: Trong bài báo tác giả đã chỉ ra khi có mặt
ôxyt Fe2O3 trong hồ xi măng trắng có metakaolin
3+
3+
(MK) phát hiện thấy sự thay thế Fe bằng Al trong
các khoáng hydro aluminat canxi. Điều này được thể
hiện qua việc nghiên cứu cấu trúc bằng các phương
pháp phân tích hóa lý như: Xray (XRD) , SEM/EDX,
phổ hồng ngoại IR và phổ Raman.

Đã có rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu
đến vấn đề sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính để cải
thiện cường độ của đá xi măng. Tuy nhiên, hiện nay ở
Việt Nam vẫn chưa có một nghiên cứu nào sử dụng
kết hợp thêm với bột màu vô cơ. Do đó, đề tài nghiên
cứu ở đây đã sử dụng ôxyt Fe2O3 thêm vào trong hỗn
hợp hồ xi măng trắng có MK. Kết quả cho thấy cho
Fe2O3 vào thì cường độ của đá xi măng tăng lên do

Từ khóa: Metakaolin, Fe2O3, XRD, SEM/EDX, IR,
Raman

hình thành thêm khoáng hydro dạng dung dịch rắn có

6,42

CaO
64,14

Thành phần khoáng tính toán

MgO
1,31

K2O
2,5

Na2O
1,76

MKN
1,26

C3S
55

C2S
25

C3A
12

C 4AF
1


0,56

0,00

0,54

0,10

0,13

0,82

2.3. Bột màu đỏ sắt
Bảng 3. Thành phần hóa của đỏ sắt (%)
SiO2

Fe2O3

Al2O3

CaO

MgO

SO3

K 2O

Na2O

SEM/EDX;

34

- Phân tích phổ hồng ngoại IR và phổ Raman.
4. Kết quả nghiên cứu
Trước hết, nghiên cứu ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3
đến cường độ nén của đá xi măng trắng có MK. Kết
quả cho trên hình 1.

Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014


VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG
4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến cường độ nén của đá xi măng trắng có MK

Hình 1. Ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến cường độ của đá xi măng trắng có MK
d=3,03606

H U S T - P C M - B ru k e r D 8 A d va n c e - # 0 1 -2 0 1 4 - M a u 1 5 % M K + 5 % F e 2 O
11 0

10 0

90

80

d=1,38629


d=2,09286

60

d=2,49432

Lin (Counts)

70

10

0
10

20

30

40

50

60

70

2 -T h e t a - S c a le
H U S T - P C M - B ru k er D 8 A d va n c e - # 0 1 -2 0 1 4 - M a u 1 5 % M K + 5 % Fe 2 O - F ile : 1 5 % M K + 5 % Fe 2 O 3 .ra w - T y p e : 2 T h /T h l oc k ed - S ta rt: 1 0 .0 0 0 ° - E n d : 7 0 . 0 00 ° - S t e p : 0 .0 5 0 ° - S te p tim e : 0 .5 s - T e m p .: 2 5 °C (Ro o m ) - Tim e
O p e ra t ion s: S m o o th 0 .1 5 0 | S m o o th 0 .1 5 0 | Im p o rt

xuất hiện các tinh thể Iron oxit Fe12.34O32, Calcium
Aluminum Oxit Ca3Al 2O6, Hemantite Fe2O3 (hình 2).

35


VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG
4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến liên kết trong cấu trúc đá xi măng trắng có MK bằng
phân tích phổ hồng ngoại IR

Hình 3. Phổ chồng IR của các mẫu
Bảng 4. Phân tích thành phần quang phổ hồng ngoại IR ứng với các pick có bước sóng khác nhau
Độ
truyền
qua (T%)

Pick ứng
với bước
sóng
-1
(cm )

PCW
PCW + 5% Fe2O3

56
-

3642,9
-


Pick ứng
với bước
sóng
-1
(cm )

PCW
PCW + 5% Fe2O3

72
76

1798,6
1798,1

6

PCW + 5% Fe2O3+15%MK

88

1798,4

PCW +15%MK

75

1798,3


3447,1

PCW + 5% Fe2O3+15%MK
PCW +15%MK

69
53

1640,1
1638,8

PCW + 5% Fe2O3+15%MK
PCW +15%MK
MK

3

Độ
truyền
qua (T%)

S
T
T

7

41

3456,4


PCW + 5% Fe2O3

78

2984,4

PCW + 5% Fe2O3

50

968,4

PCW + 5% Fe2O3+15%MK

82

2985,8

PCW + 5% Fe2O3+15%MK

61

969,1

PCW +15%MK
PCW

78
83


PCW + 5% Fe2O3+15%MK

62

874,9

PCW +15%MK

80

2872,2

PCW +15%MK

42

875,0

PCW

85

2516,5

PCW

68

712,3


8

9

1
0

Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014


VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG
Bảng 5. Phân tích thành phần quang phổ hồng ngoại IR ứng với các pick có bước sóng gần nhau
Độ truyền qua
(T-%)

Mẫu vật liệu

STT

Các pick ứng với bước sóng
-1
(cm )

1

PCW

92; 94; 56


550,5; 475,8

0%MK 180 ngay

100

970.8
1425.0

3500

3000

2500

2000

10

1500

712.4

1421.6

20

4000

420.0

968.4

1798.6

70

455.7

80

60
50

0%MK + 5%Fe2O3_180ng

90

1798.1

2984.0

70
%Transmittance

2874.9

80

2516.5


3

1000

4000

500

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

Wavenumbers (cm-1)

Wavenumbers (cm-1)

Number of sample scans: 32
Number of background scans: 32
Resolution: 4.000
Sample gain: 8.0


1424.9

40

10

1798.4

2514.5
3445.2

50

1 423.8

20

3619.8

60

3447 .1

30

2985.8

%Transmittance



70

90

17 98.3

298 6.6

80

2872 .2

90

790.4

100

15%MK 180 ngay
236 1.7

100

3500

3000

2500


796.2

50
40
30
20

-10
4000

3500

3000

2500

2000

1500

Wavenumbers (cm-1)

Number of sample scans: 32
Number of background scans: 32
Resolution: 4.000
Sample gain: 4.0
Mirror velocity: 0.6329
Aperture: 100.00

Hình 8. Phổ IR của sắt


3697.5

50
40

1639.3

70
%Transmittance

1117.0

1636.3

60

3417.1

%Transmittance

80

895.9

80
70

Vang


2000

1500

1000

469.4

2000

Wavenumbers (cm-1)

694.1

2500

912.5

3000

3456.4

3500

3621.0

4000

500


hình 3);

- Tương ứng với các pcik có đỉnh sóng 3619,8;
3445,2; 2985,8; 2875,1; 2514,5; 1798,4; 1640,1;
-1
969,1; 874,9 và 712,3 cm thì các liên kết tạo ra H –
O – H, Si –O – Si, Al – O – Al, Al – O – Fe, Fe – O –
Fe, Si – O – Al, Si – O – Fe, Si – O, Al – O và Ca – O.
Trong đó các ion Fe3+ được thay thế bằng Al3+ (bảng
5) [4];
- Các mẫu có số đỉnh sóng ít là mẫu sắt – 9 đỉnh
(hình 8) và mẫu MK – 13 đỉnh (hình 9). Đây là các
mẫu không có nước. Khi các mẫu đã trộn thêm
nước thì số đỉnh sóng được thể hiện rõ nét hơn
như mẫu PCW – 13 đỉnh (hình 4), mẫu PCW + 5%
Fe2O3 – 14 đỉnh (hình 5), mẫu PCW + 15%MK – 15
đỉnh (hình 6) và mẫu PCW + 15%MK + 5% Fe 2O3 –
15 đỉnh (hình 7).

4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến liên kết trong cấu trúc đá xi măng trắng có MK bằng
phân tích phổ Raman

Hình 10. Phổ chồng Raman của các mẫu
Bảng 6. Phân tích thành phần phổ Raman
S
T
T

1


với bước
sóng
-1
(cm )
226,00
225,84
226,07
225,74
224,50
293,20
293,31
293,03
293,27
292,49

S
T
T

3

4

Mẫu vật liệu
PCW
PCW + 5% Fe2O 3
PCW + 5% Fe2O 3+15%MK
PCW +15%MK
Fe2O3
PCW

612,26
612,21
610,58

Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014


VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG

Hình 11. Phổ Raman của đá PCW

Hình 12. Phổ Raman của đá PCW + 5% sắt

Hình 13. Phổ Raman của đá PCW + 15% MK

Hình 14. Phổ Raman của đá PCW + 15% MK +5% sắt

Hình 15. Phổ Raman của sắt

Nhận xét:
- Trong cùng dải sóng, mẫu đá xi măng trắng có
5%Fe2O3 cho cường độ (số hạt) cao nhất như 8000,
9800, 5000, 4000 tương ứng với các pick có bước
-1
sóng 226,07; 293,03; 411,86; 612,26 cm . Điều này

Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014

Hình 16. Phổ Raman của MK



4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng ôxyt Fe2O3 đến thành phần và cấu trúc đá xi măng trắng có MK

40

PCW + 15%MK +0% Fe2 O3

PCW + 15%MK +5% Fe2 O3

Hình 17. Các điểm tụ tiêu 1, 2, 3, 4

Hình 22. Các điểm tụ tiêu 5, 6, 7,8

Hình 18. Điểm tụ tiêu 1

Hình 23. Điểm tụ tiêu 5

Hình 19. Điểm tụ tiêu 2

Hình 24. Điểm tụ tiêu 6

Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014


VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG

Hình 20. Điểm tụ tiêu 3

Hình 25. Điểm tụ tiêu 7


Học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh, trang 238 và 242.
NXB. Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2009.

51 %. Điều này chứng tỏ khoáng tồn tại khoáng C-AF-H và C-A-F-Si -H trong các mẫu có bột ôxyt sắt;

2

Raman spectroscopy structural study of fired concrete,
šárka pešková, vladimír machovič, petr procházka,

- Trong hình 18 có điểm tụ tiêu 7 không có mặt Fe

Czech Technical University in Prague, Faculty of Civil

trong thành phần có thể là do quá trình trộn sắt không

Engineering, Thákurova 7, 166 29 Prague, Czech
Republic

đều.
3

5. Kết luận
- Bằng sự kết hợp các phương pháp phân tích
hóa lí như XRD, phổ hồng ngoại IR, phổ Raman và
SEM/EDX đã khẳng định oxyt sắt khi cho vào trong xi
măng trắng có MK tạo ra khoáng kết tinh hydro alumo
ferit canxi 3CaO. Al2O3. Fe2O3.6H2O (C-A -F- H) và
hydro granat 3CaO.(Al Fe) 2O3.xSiO2.(2-6)H2O (C-AF-Si-H) làm tăng cường độ của đá xi măng trắng;


Ramandran

and

Janes

J.Beaudoin.
5

Metoдbi

физиko-xмичеckoго

аhaлиза

bяжущих

βеществ, 166.
Ngày nhận bài:21/4/2014.

41