ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHẠM THỊ CHỌN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG
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
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHẠM THỊ CHỌN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG
CỦA PHỤ GIA HỖN HỢP TRO BAY – CMC
ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG
Chuyên ngành

: Hóa học vô cơ

Mã số

: 60440113

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.

16


Chƣơng 1 : TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về xi măng pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13, 14, 15)
1.1.1.Khái niệm về xi măng pooclăng (6, 8, 14, 15)
Xi măng pooclăng là một nhóm kết dính thuỷ lực có khả năng đóng rắn và
ngưng kết khi phản ứng với nước. Đó là sản phẩm nhân tạo được nghiền mịn từ
clinker xi măng pooclăng, thạch cao, phụ gia.
1.1.2.Thành phần của clinker pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13)
1.1.2.1. Khái niệm về clinker xi măng (6, 7, 8, 10)
Clinker xi măng pooclăng là sản phẩm ban đầu trong quá trình sản xuất xi
măng pooclăng. Clinker thường ở dạng hạt có đường kính 10-40mm, cấu trúc
phức tạp (có nhiều khoáng ở dạng tinh thể và một số khoáng ở dạng vô định
hình). Chất lượng của Clinker phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và
công nghệ sản xuất. Tính chất của xi măng do chất lượng của Clinker quyết định.
1.1.2.2.Thành phần hóa học (6, 7, 8, 10, 12, 13)
Clinker pooclăng là sản phẩm ban đầu trong quá trình sản xuất xi măng
pooclăng. Thành phần hóa học của clinker được trình bày ở bảng dưới đây:

C2S
C3A
C4AF
(3CaO.SiO2) (2CaO.SiO2) (3CaO.Al2O3) (4CaO.Al2O3.Fe2O3)
37- 68
10- 37
5- 15
10 – 18
17


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 rắn cao nhất
sau 28 ngày. Đây là một pha quan trọng nhất của clinker.
*Belit( C2S): bao gồm 2CaO.SiO2 chiếm 20-30% trong clinker. Khoáng
này phản ứng với nước tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm có độ đông rắn chậm nhưng
28 ngày cũng đạt được yêu cầu bằng alit.
*Celit (C4AF): là khoáng chiếm 5-15% trong clinker, là khoáng cho phản
ứng tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm ứng với độ đông rắn thấp.
*Canxi aluminat (C3A): bao gồm 3CaO.Al2O3 chiếm 4-13%. Khoáng này
phản ứng nhanh với nước tỏa nhiều nhiệt. Cho sản phẩm phản ứng ban đầu đông
rắn nhanh nhưng sau đó lại chậm và kém alit.
1.2. Phản ứng thủy hóa của xi măng (4, 5, 6, 7, 8, 9, 17)
Khi trộn xi măng với nước các pha C3S, C2S, C3A, C4AF thực hiện phản
ứng thủy hóa. Tuỳ thuộc vào loại khoáng, hàm lượng khoáng, hàm lượng pha
thủy tinh mà khả năng tương tác của xi măng với nước là khác nhau tạo nên pha
kết dính CxSyHz và CxAyHz, Ca(OH)2 và Al(OH)3.
Quá trình hiđrat hoá tạo pha Pooclandit Ca(OH)2 và Al(OH)3 là những
hiđrôxit dễ tan trong nước và chúng để lại những lỗ trống mao quản đồng thời

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
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.
Quá trình hình thành đá xi măng (Cơ chế đông rắn của vữa):

19


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 C3A bắt đầu, những tinh thể ettringit bắt
đầu xuất hiện. Khoảng cách giữa các hạt xi măng chứa dung dịch bão hòa SO42và Ca2+ . Ngay tức khắc monosunfat được tạo thành, sản phẩm này ngăn chặn sự
tấn công ồ ạt của nước, quá trình hydrat hóa chậm lại. Sau đó phản ứng kết tinh
của silicat, aluminat phía trong màng, màng bị phá vỡ và sự hydrat hóa xảy ra
tiếp tục. Quá trình trên lặp lại nhiều lần, hydrosilicat canxi, hydroaluminat canxi
dạng sợi, dạng hình kim … được tạo thành. Khi nồng độ cao SO 42- và Ca2+
không còn đủ lớn tạo thành ettringit, sự tạo thành gel C-S-H xảy ra liên tục.
Chính nhờ cơ chế này mà tạo nên cường độ của xi măng.
Người ta chia quá trình đóng rắn của đá xi măng thành các giai đoạn:
*Giai đoạn 1: Xảy ra sự khuếch tán các hạt xi măng vào trong nước, các
phân tử nước tấn công ồ ạt lên bề mặt các hạt xi măng. Bắt đầu hình thành
Ca(OH)2 và monosufat C3A.CaSO4.H2O (ettringit) trên bề mặt các hạt khoáng.
Giai đoạn kéo dài khoảng 10 phút và không tạo thành cấu trúc.
*Giai đoạn 2: Tốc độ phản ứng hydrat hóa chậm lại do keo monosunfat
hình thành bao bọc lấy các hạt xi măng, độ dẻo của vữa trong giai đoạn này là ổn
định, sau đó xuất hiện sự kết tinh của các tinh thể silicat, aluminat phía trong phá
hủy màng. Quá trình thủy hóa trên được lặp đi lặp lại đến khi nồng độ SO42không còn đủ để tạo thành ettringit, giai đoạn này kéo dài khoảng 2 giờ và các

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
trước khi vữa mất tính dẻo.
+Thời gian kết thúc ninh kết: Là thời gian từ khi trộn nước đến khi vữa
cứng lại và có thể chịu lực.

21


Thời gian ninh kết của đá xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng
clinker, lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn của xi măng, nhiệt độ môi trường, lượng
và loại phụ gia pha.
1.3.2.4. Độ ổn định thể tích của đá xi măng
Trong suốt quá trình đóng rắn, thể tích của đá xi măng luôn thay đổi. Nếu
sự thay đổi này quá lớn hoặc quá nhanh sẽ gây ra rạn nứt công trình. Sự không
ổn định thể tích của xi măng là do oxit CaO và oxit MgO gây nên.
*MgO tự do: không tham gia vào quá trình tạo clinker mà sau khi xi măng
đóng rắn nó mới bị thủy hóa tạo Mg(OH)2 có thể tăng thể tích lên làm đá xi
măng bị nứt vỡ. Có trường hợp sau hai năm MgO mới bị thủy hóa, do đó cần hạn
chế lượng MgO < 5%.
*CaO tự do: không tham gia vào phản ứng tạo clinker mà nằm ở dạng oxit
canxi bị các chất nóng chảy bao bọc xung quanh nên bị thủy hóa chậm gây nở
thể tích làm rạn nứt đá xi măng.
Cũng có thể do cấp hạt xi măng quá lớn, làm tốc độ thủy hóa xảy ra chậm,
các sản phẩm gel C-S-H, aluminat, hình thành khi công trình ổn định cũng gây ra
sự mất ổn định thể tích.
Do vậy bất kì loại xi măng thành phẩm nào trên thị trường cũng phải có

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 thể xem tốc độ
phát triển cường độ trung bình của xi măng tuân theo quy luật Logarit được cho
bởi công thức:
R28 =Rn (lg28 /lgn)
R28 và Rn là cường độ của đá xi măng ở tuổi 28 ngày và n ngày (n>3
ngày).

23


1.3.2.6. Độ rỗng đá xi măng
Trong đá xi măng luôn có các lỗ rỗng (chiếm từ 2 – 30% tùy thuộc vào
chất lượng vữa xi măng). Kích thước các lỗ rỗng tùy thuộc vào tỷ lệ nước/xi
măng, phương pháp thi công, sử dụng phụ gia, chất lượng xi măng.
*Có thể phân chia lỗ rỗng theo kích thước của đá xi măng như sau:
+ Lỗ rỗng lớn: có kích thước lớn hơn 100µm.
+ Lỗ rỗng vừa: có kích thước từ 1.6 – 100µm.
+ Lỗ rỗng nhỏ: có kích thước từ 0.6 – 106 µm.
+ Lỗ rỗng siêu nhỏ: có kích thước nhỏ hơn 0.6µm.
*Lỗ rỗng có ảnh hưởng của chúng 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 tới tính chống thấm của đá xi măng.

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.

25


+Tăng độ chống thấm.
+Làm chậm quá trình tỏa nhiệt hoặc giảm nhiệt lượng tỏa ra khi bê tông
đang hoá rắn để tránh các vết nứt do co ngót nhiệt đặc biệt là đối với các công
trình khối lớn như: thủy điện, đập nước...
+ Hạn chế sự nở thể tích do các phản ứng của các chất kiềm với các thành
phần của khoáng cốt liệu.
+Tạo sự bám dính chặt giữa các phần bê tông cũ và mới.
+Tạo màu sắc cho bê tông theo dự kiến.
Tuy nhiên với mỗi trường hợp sử dụng phụ gia nhất định cần phải xem xét
kỹ lưỡng và tính toán, thí nghiệm chu đáo để đảm bảo hiệu quả cao.

26


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Bộ Xây dựng (1997), Tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng xi măng Việt Nam,

NXB Xây dựng, Hà Nội.
2. Bùi Văn Chén (1998), Kĩ thuật sản xuất chất kết dính, NXB Khoa học và



27


12. M. R. Rixon and NP.Mailvaganam (1986), Chemical Admixtures for

concrecte, Primed in Great Bristan at the University Press, Cambrige.
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. />17. />18.

huse.edu.vn/elearningbook/PDF/.../Chuong%201.pdf

28