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 cơ

Mã số

: 60440113

1.1.2.2.Thành phần hóa học (6, 7, 8, 10, 12, 13)..............................................................2
1.2. Phản ứng thủy hóa của xi măng (4, 5, 6, 7, 8, 9, 17).................................................3
1.2.1. Sự hydrat hóa của C3S (alit)..................................................................................3
1.2.2. Sự hydrat hóa của C2S (Belit)................................................................................4
1.2.3. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat)...............................................................4
Sự tác dụng tương hỗ giữa C3A và H2O sẽ sinh ra phản ứng và phát ra một lượng nhiệt
khá lớn theo phương trình sau:......................................................................................4
1.2.4. Sự hydrat hóa của C4AF........................................................................................4
1.3. Quá trình hình thành và tính chất cơ lý của đá xi măng (5, 7, 10, 11).......................5
1.3.1. Định nghĩa ( 5, 7, 10).............................................................................................5
1.3.2. Các tính chất cơ lý của xi măng (5, 10, 11)............................................................6
1.3.2.1. Độ mịn của xi măng...........................................................................................6
1.3.2.2.Lượng nước tiêu chuẩn......................................................................................6
1.3.2.3. Thời gian ninh kết của xi măng..........................................................................7
1.3.2.4. Độ ổn định thể tích của đá xi măng....................................................................7
1.3.2.5. Cường độ của xi măng (hay mác xi măng).........................................................8
1.3.2.6. Độ rỗng đá xi măng...........................................................................................9
1.4. Vai trò của phụ gia xi măng (1, 2, 3, 13, 16, 18)......................................................10
1.4.1. Định nghĩa về phụ gia xi măng (2, 3, 12, 13).......................................................10
1.4.2. Tính chất của phụ gia xi măng (2, 3, 12, 16)........................................................10
1.4.3. Một số loại phụ thường được 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 trong bêtông...................................................14



iv


MỞ ĐẦU
Khi đất nước ta đang trên đà hội nhập, xây dựng là một ngành đang
được quan tâm và phát triển mạnh mẽ. Bên cạnh đó, vật liệu xây dựng cũng
đang được dần nâng cao và phát triển. Trong đó, xi măng là vật liệu cơ bản và
quan trọng nhất. Cùng với việc phát triển nghành công nghiệp xi măng, vấn
đề nâng cao chất lượng bê tông và giảm giá thành sản phẩm cũng đang được
chú trọng.
Để nâng cao chất lượng của xi măng và bê tông đã có rất nhiều công
trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước tìm ra các
giải pháp kỹ thuật, cũng như tìm ra các loại phụ gia để nâng cao chất lượng

cho các công trình xây dựng. Một trong những giải pháp thành công nhất là
sử dụng tổ hợp hai phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia siêu dẻo. Loại phụ gia
tổ hợp này có khả năng kéo dài thời gian ninh kết, chống độ sụt lún cho bê
tông .v.v. Ngoài ra, phụ gia này có sẵn trong tự nhiên nên nó góp phần làm
giảm giá thành của sản phẩm.
Mặt khác, hiện nay các nhà máy, nhiệt điện đốt than ở nước ta thải ra
môi trường một lượng lớn tro bay và xỉ lẫn nhiều tạp chất, điều này gây ảnh
hưởng tới môi trường.
Với những ưu việt trên em chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ
gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng.

1



63- 67

4- 8

21- 22

2- 4

Ngoài ra còn có những tạp chất không mong muốn như MgO khoảng 14%, oxit kiềm 0.5- 3%...
1.2.3.Thành phần pha(6, 8, 10, 12).
Thành phần pha của clinker được trình bày ở bảng sau:
Bảng 1.2: Thành phần pha của clinker

2


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 của từng pha:
*Alit (C3S): bao gồm 3CaO.SiO2 chiếm từ 45-60% trong clinker.
Khoáng này phản ứng nhanh với nước, tỏa nhiều nhiệt, cho sản phẩm đông

măng chiếm tỷ lệ lớn nên lượng Ca(OH)2 tách ra khá lớn.
1.2.2. Sự hydrat hóa của C2S (Belit)
Phản ứng hydrat hóa của C2S tạo thành hydro silicat và một số lượng
Ca(OH)2,nhưng lượng Ca(OH)2 tách ra ở phản ứng này ít hơn ở phản ứng
thủy hóa của C3S.
2(2CaO.SiO2 )+ 4H2O →

3CaO.SiO2.3H2O + Ca(OH)2

1.2.3. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat).
Sự tác dụng tương hỗ giữa C3A và H2O 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 Pooclăng 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. 3CaSO4.28H2O
1.2.4. Sự hydrat hóa của 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 + 12H2O →3CaO. Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.6H2O

4


1.3. Quá trình 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.

đầu phát triển mạnh. Giai đoạn này kéo dài 24 giờ và phần nhiều khoáng xi
măng đã tham gia quá trình hydrat hóa.
*Giai đoạn 4: Sau 24 giờ tốc độ thủy hóa của các khoáng bắt đầu giảm
dần, cấu trúc bắt đầu ổn định và phản ứng thủy hóa vẫn tiếp tục với phần
khoáng còn lại.
1.3.2. Các tính chất cơ lý của xi măng (5, 10, 11)
1.3.2.1. Độ mịn của xi măng
Là đại lượng biểu thị cho kích thước của các hạt xi măng được thể hiện
bằng phần trăm còn lại trên sàng hay dưới sàng có kích thước lỗ nhất định. Có
độ mịn cao thì kích thước hạt xi măng nhỏ diện tích tiếp xúc của các hạt xi
măng với nước làm tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của xi măng làm cho xi
măng dễ tác dụng với nước, rắn chắc nhanh.
Độ mịn được xác định bằng hai cách :
+ Sàng bằng Rây N0088 (4900 lỗ/cm).
+ Đo độ mịn theo phương pháp Blaine.
1.3.2.2.Lượng nước tiêu chuẩn
Là tỷ lệ nước 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, vữa tạo thành theo thời gian mất dần tính dẻo, sau đó trở nên
cứng và có thể chịu lực. Có 2 loại thời gian ninh kết:
+Thời gian bắt đầu ninh kết: Là thời gian từ khi bắt đầu trộn nước đến

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 thi công bêtông.
Muốn sản xuất bêtông có cường độ kháng cao thì phải dùng lượng nước ít
nhất để trộn vữa . Theo tác giả R.Feret thì công thức tính R n để biễu diễn như
sau:
Rn =K (X/N +N +A )2
Trong đó:
K: Hệ số tỷ lệ
N,X: Thể tích nước và thể tích xi măng
A:thể tích không khí
Dựa vào công thức trên thì giảm tỷ lệ N /X sẽ tăng độ bền uốn và độ
bền nén cho bêtông.
Một yếu tố quan trọng khác là tỷ lệ N/X đã thực hiện trong quá trình
trộn vữa, bởi chính yếu tố này tác động mạnh đến tỷ lệ lộ rỗng có trong xi
măng và cường độ của mẫu. Mặt khác nó cũng ảnh hưởng đến độ dẻo của vữa
xi măng và quả trình đầm vữa bọt khí thoát ra hay không phụ thuộc vào độ
dẻo của vữa. Do vậy tỷ lệ N/X càng cao thì cường độ của bêtông càng giảm.

8


Cường độ của xi măng phát triển không đều: trong 3 ngày đầu có thể
đạt được 40-50% mác xi măng, 7 ngày đầu đạt đến 60-70 % . Trong những
ngày sau tốc độ tăng cường độ còn chậm hơn nữa, đến 28 ngày đạt được mác.
Tuy nhiên trong những điều kiện thụân lợi thì sự rắn chắc của nó có thể kéo
dài hàng tháng và thậm chí hàng năm, vượt gấp 2-3 lần cường độ 28 ngày. Có

các pha với môi trường. Trong đó quan tâm nhất chính là tính thấm bao gồm
thấm khí, thấm nước và thấm muối tan. Tính thấm có liên quan rất mạnh đến
độ bền của công trình, tính thấm càng mạnh thì công trình càng kém bền.
Để giảm bớt tính thấm của công trình cần phải có kĩ thuật tốt cũng như
phải sử dụng một số loại phụ gia đặc biệt để giảm tỷ lệ nước/xi măng, giảm tỷ
lệ lỗ trống, mao quản trong đá xi măng.
1.4. Vai trò của phụ gia xi măng (1, 2, 3, 13, 16, 18)
1.4.1. Định nghĩa về 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 xi măng (2, 3, 12, 16)
*Cải thiện tính năng dễ dàng thi công của hỗn hợp bê tông và vữa:

10


+ Tăng độ linh động, độ sụt, kéo dài thời gian duy trì độ sụt mà không
cần làm tăng hay giảm lượng nước trộn.
+Làm chậm lại hoặc tăng nhanh quá trình liên kết ban đầu.
+Tạo khả năng chuyên chở bê tông tươi từ các trạm trộn ở xa đến vị trí
công trình.
+Tạo khả năng bơm bê tông lên cao để thi công nhà cao tầng, bơm đi
xa để thi công cầu, hầm hoặc công trình thủy lợi.
*Cải thiện tính chất của bê tông sau khi hóa cứng:
+Tăng cường độ sớm trong thời gian ban đầu để sớm tháo ván, khuôn,
sớm tạo ra ứng lực nhằm tăng nhanh tiến độ thi công.
+Tăng cường độ chịu nén, uốn, kéo.

Pulơzan nhân tạo như: tro bay, tro trấu, xỉ lò cao, silicafum, sisex, meta
caolanh…
Phụ gia hoạt tính puzơlan chứa nhiều oxit silic, oxit nhôm ở dạng vô
định hình có hoạt tính. Do đó mà puzơlan có những đặc tính tốt như sau:
+ Hạ thấp lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình hydrat hóa và giảm co ngót do
nhiệt.
+ Giảm phản ứng hóa học của cốt liệu kiềm.
+ Tăng độ đặc chắn, tính chống thấm, tính bền của bê tông ở trong
nước và trong đất có tính chất ăn mòn.
+ Trước khi sử dụng thì puzơlan cần phải được gia nhiệt và nghiền mịn
để tăng hoạt tính. Tuy nhiên puzơlan có thể kéo dài thời gian đông kết, làm
chậm sự phát triển cường độ bêtông ở tuổi ban đầu 3-7 ngày, nhưng cuờng độ
bêtông ở tuổi 28 ngày vẫn đạt và thậm chí còn vượt bêtông không chứa
puzơlan.
+ Giảm nhiệt thủy hóa nên thích hợp với bêtông khối lớn.
+ Giảm lượng nước trộn hoặc tăng tính dễ đổ
12


Phụ gia trộn hỗn hợp hay có thể được nghiền riêng thành bột mịn để
pha vào bêtông và vữa trước khi trộn. Xỉ hạt lò cao thường được nghiền mịn
hơn xi măng, tỷ diện của nó lớn hơn 3500cm2/g, có khi tới 5000cm2/g, xỉ càng
mịn hoạt tính càng tăng.
1.4.3.2. Phụ gia siêu mịn
Phụ gia siêu mịn là loại phụ gia có kích thước cấp hạt bé hơn rất nhiều
so với cấp hạt của xi măng. Nó có tác dụng lấp đầy các hốc trống trong
bêtông, làm tăng chất lượng bê tông.
Phụ gia siêu mịn có hai loại: siêu mịn trơ và siêu mịn hoạt tính.
*Phụ gia siêu mịn trơ: chỉ có tác dụng bịt kín, lấp đầy các lỗ trống, mao
quản, làm tăng độ chắc đặc và giảm độ thấm của bê tông. Một số phụ gia siêu

năng ức chế ăn mòn của canxi nitrit nên làm giảm một phần ăn mòn trong cốt
thép.
Canxi clorua (CaCl2) là phụ gia có tác dụng mạnh nhất trong các loại
phụ gia đông rắn nhanh. Loại này có chứa clo (Cl -) ăn mòn cốt thép. Vì vậy
liều lượng sử dụng phụ gia này trong bê tông cốt thép không quá 2%, không
được sử dụng chúng trong các kết cấu thành mỏng, dự ứng lực, làm việc ở
điều kiện không thuận lợi.
1.4.3.5. Phụ gia chống ăn mòn cốt thép trong bêtông
Để bảo vệ cốt thép chống lại các tác nhân ăn mòn người ta sử dụng
nhiều phương pháp khác nhau như phủ cốt thép, tăng khả năng chống thấm
cho bê tông, tăng chiều dày lớp bêtông, dùng dòng điện ngoài… Một biện
pháp thông dụng nữa là sử dụng các phụ gia ức chế quá trình ăn mòn như
canxi nitrit.
1.4.3.6. Phụ gia tro bay
Tro bay là một puzơlan nhân tạo lấy từ chất lắng đọng trong quá trình
cháy của than chưa hết. Nó được thu lượm bằng máy tách cơ khí hay máy
14


tách tĩnh điện từ ống khói nhà máy nhiệt điện mà sử dụng than nghiền làm
nhiên liệu. Là một vật liệu rất mịn chủ yếu là các hạt thủy tinh nhỏ hình cầu.
Loại vật liệu này một thời đã được coi là rác thải khó xử lí và khó phân hủy,
nhưng hiện nay nó được coi là vật liệu có giá trị cao khi sử dụng kết hợp như
là một phụ gia.
Tro bay thu được từ nhà máy tách khí xoáy có kích thước hạt tương đối
lớn, trong khi đó tro bay thu được từ tấm hút tĩnh điện thì khá mịn và có tỉ
diện bề mặt tương đối lớn 3000-5000 cm2/g.
Vì vậy tro bay có cỡ hạt mịn hơn xi măng, thành phần chính là: SiO 2,
Al2O3, CaO, MgO, SO3 …. Các đặc trưng quan trọng nhất trong việc sử dụng
phụ gia là hàm lượng cacbon phải thấp và SiO 2 phải ở dạng bột mịn và rời


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) là một polymer, là dẫn xuất cellulose với các nhóm
carboxymethyl

(-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các

glucopyranose monomer tạo nên khung sườn cellulose, nó thường được sử
dụng dưới dạng muối natri carboxymethyl cellulose.
Dạng natri carboxymethyl cellulose có công thức phân tử là:
[C6H7O2(OH)x(OCH2COONa)y]n
Trong đó:n là mức độ trùng hợp. y là mức độ thay thế.
x = 1.50-2.80.

y = 0.20-1.50.

x + y = 3.0

Đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 0.20 là 178.14 đvC.
Đơn vị cấu trúc với mức độ thay thế 1.50 là 282.18 đvC.
Phân tử kích thước lớn khoảng 17.000 đvC (n khoảng 100).
*Tính chất: Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không
mùi hạt hút ẩm. CMC tạo dung dịch dạng keo với nước, không hòa tan trong

+ Rây.
+ Cối thủy tinh.
+ Lò sấy.
+ Chảo.
+ Bay.
+ Kim vica.
+ Ép khuôn.
+Khuôn tạo mẫu 5cmx5cmx5cm.
+ Máy đo cường độ kháng nén.
+ Máy phân tích nhiễu xạ tia X.
2.2. Xác định thành phần hoá học và độ hoạt tính của tro bay
2.2.1. Xác định thành phần pha của tro bay
Chuẩn bị mẫu tro bay đã được nghiền mịn.
2.2.2. Xác định hoạt tính của phụ gia tro bay
Mẫu tro bay được xác định bằng phương pháp độ hút vôi theo phương
pháp nhanh.
Phương pháp xác định độ hút vôi là phương pháp hóa học để xác định
hoạt tính của phụ gia khoáng hoạt tính. Cơ sở của phương pháp là phản ứng
của SiO2 hoạt tính với Ca(OH)2. Độ hút vôi được tính bằng số mgCaO hấp thụ
trên 1 gam phụ gia hoạt tính. Có hai phương pháp xác định độ hút vôi là
18


phương pháp nhanh và phương pháp chậm.

19