Bê tông chịu nhiệt

4

+

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

t?

KS. VO MINH DUC

BE TONG CHIU NHIET
DUNG XI MANG POOCLANG
Chuyén nganh : VAT LIEU CHI TIET VA SAN PHẨM XÂY DỰNG
Mã số

: 2. 15. 05

LUẬN ẤN PHÓ TIẾN SÝ KHOA HỌC KÝ THUẬTˆ
omny VEIFN

Uru ne Bar heh 3 209

Người hướng dẫn :

`.ây

ĐỤNG
ene
me

⁄

2

1. NGUYÊN TẤN QUÝ PGS.PTS.KHKT
2. BÙI VĂN BỘI PGS.PTS.KHKT

HÀ NỘI - 1992

Ae


Chân thành cắm ơn tập thể hướng dẫn khoa học
PGS.PTS.KHKT Nguyễn Tấn Quy
PGS.PTS.KHKT Bùi Văn Bội
và tập thể Bộ môn Công nghệ vật liệu xây dựng Trường
Đạt học Xây dựng Hà Nội, Phòng nghiên cứu Vật liệu xây

dựng Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Khoa Đào tạo

sau Đạt học Trường Đại học Xây dựng Hà Nội PGS.PTS.
YUƯ.G.Barabanstkov

- Bộ môn

Kết cấu

và Vật liệu xây

dựng Trường Đại học Bách khoa Leningrad, cùng toàn

thể bè bạn, người thân đã giúp đỡ, động viên tơi hồn
thành luận án này.


MỤC

LỤC
Trang

Lơi nói đầu

........................... ""—
CHUONG

cece eee eee eee eeaee 1

I

PHAN MO DAU
L1 - Mỏ đầu và nhiệm vụ nghiên ctu ... ec
cece eee teens 2
L2 - Cơ sö khoa học nghiên cứu chất kết dính và bê tơng chịu nhiệt
dùng xì măng DOOC lăng.......................
eee eee ete
HH HQ nu ke 2
[L3 - Nội dung nghiên cứu bê tông chịu nhiệt dùng xi măng pooc lăng....... 3
CHUONG

II

`

TONG QUAN VE CAC KET QUẢ NGHIÊN CUU VA UNG DUNG
BE TONG CHIU NHIET 6 TRONG VÀ NGỒI NUOC
L. Tình hình nghiên cứu và sử dụng BTCN ở trong và ngồi nước

_ L1. Tình hình nghiên cứu về bê tơng chịu nhiệt .......................... 5
[.2. Hình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt................................ 10
II. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến thành phan
và cấu trúc đá xi măng

15

CHUONG III
CO SO LY THUYET - THUC NGHIEM NGHIEN CUU CHAT KET DiNH
VA BE TONG CHJU NHIET. PHUONG PHAP NGHIEN CUU
I. Nghiên cứu vai trị của phụ gia khống nghiền mịđ
trong đá xi măng và BTCN.

[.1. Cơ sư khoa học việc sử dụng phụ gia khoáng nghiền mịn
trong xI măng và bê tông chịu nhiỆt............................----- 19


I2. u cầu đối vói phụ gia khống nghiền mịn..........................

I3. Ảnh hưỏng của phụ gia khoáng nghiền mịn

..........................

3.1. Sự liên kết của Ơxyt canxi vói phụ gia..............................

3.2. Ảnh hưởng của phụ gia nghiền mịn
đến tính chất của chất kết dính.......................-- Cee ececceees
II. Nghiên cứu vai trò của cốt liệu trong bê tông chịu nhiệt.

Thành phân bê tông chịu nhiệt
I1. Cốt liệu sử dụng cho bê tông chịu nhiệt.............................
II.2. Các nguyên tắc lựa chọn cấp phối hat
cốt liệu cho bê tông chịu nhiỆt.......................................

11.3. Thiết kế thành phần bê tông chịu nhiệt ......... cence
eee n ence eens
III. Phuong phap nghién cuu

|

[II.1. Xác định các tính chất nguyên vật liệu sử dụng

.....................

IH.2. Nghiên cứu tính chất của chất kết dính,
bê tơng chịu nhiệt, thành phần hạt cốt liệu .........................
LH.3. Bài toán quy hoạch thực nghiệm

..................................

CHƯNG

IV

CÁC KẾT QUÁ NGHIÊN CỨU

[. Nguyên liệu sử dụng cho bê tơng chịu nhiệt

I.1. Chất kết dính - Xi măng pooc lãng.................................
[.2. Các phụ gia sử dụng cho chất kết dính và bê tơng chịu nhiệt và
chỉ tiêu tính chất của phụ gia.....................
HQ
ko
[.3. Cốt liệu sử dụng cho bê tơng chịu nhiệt..............................
II. Nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt
JI.1. Sự liên kết của CaO và các thành phần khoáng thủy hóa
của xI măng pooc lăng với phụ gBla.........................
Q eens


11.2. Anh hudng cua loai, lượng dùng phụ gia đến cường độ nén đá
chất kết dính chịu nhiệt..........................................- 79

II3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nưóc/chất kết dính ............................. 84

II.4. Xác định thành phần tối ưu của chất kết đính chịu nhiệt .............. 87
4.1. Quy hoạch thực nghiệm cấp phối CKDCN dùng phụ gia S ........., 90
4.2. Quy hoạch thục nghiệm cấp phối CKDCN dùng phụ gia X.......... 91
4.3. Quy hoạch thực nghiệm cấp phối CKDCN dùng phụ gia ŠZ.......... 93
II.5. Độ chịu lửa và nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của đá CKDCN
5.1. Độ chịu lửa của đá CKDCN..........................
cQ QQQQS.

96

5.2. Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của đá CKDCN.................. 98

IH. Cốt liệu sử dụng cho bê tông chịu nhiệt.

Lựa chọn cấp phối hạt cốt liệu tối ưu cho BTCN ...................... 98
IV. Nghiên cứu bê tông chịu nhiệt và các tính chất của nó. Q trình cơng

nghệ và yếu tố ảnh hưởng
IV.1. Sự ảnh hưởng của lượng dùng nguyên vật liệu và yếu tố cơng nghệ

đến tính chất của hỗn hợp bê tông va của bê tông chịu nhiệt .......... 102
1.1. Sự ảnh hưởng của lượng dùng nguyên liệu đến tính chất
của hỗn hợp bê tơng và BTCN

................................... 103

1.2. Ảnh hưởng của các nhân tố cơng nghệ đến tính chất của
hỗn hợp bê tơng và BTCN...............................Ặ..

108

IV.2. Tính cấp phối tối uu BTCN ở 800°C và 1100°C
2.1. Tính tốn quy hoạch thực nghiệm cấp phối BTCN
dùng các phụ gia Ó 800°9C..............................
Q0... 113
2.2. Tính tốn quy .hoạch thực nghiệm cấp phối BTCN
dùng các phụ gia ở 1100Đ%C._............................
eee
nes 115


CHƯNG

V

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT DÙNG XMPL - CÁC

TÍNH CHẤT CỦA BTCN - HIỆU QUẢ KINH TẾ

V,1. Công nghệ chế tạo BTCN dùng XMPL
V.1.1. Chuẩn bị và định lượng nguyên vật liệu

........................... 117

1.2. Chuẩn bị hỗn hợp bê tông chịu nhiệt............................. 119

1.3. Đổ khuôn và đầm chặt hỗn họp bê tông chịu nhiệt

................ 119

1.4. Dưõng hộ bê tơng chịu nhiệt..............................ccV

120

V.2. Quy trình đốt nóng mẫu và các q trình hóa lý xảy ra
khi đốt nóng bê tơng chịu nhiệt.
V.2.1. Quy trình đốt nóng mẫu

...................................ằ
co. 121

V.22. Các q trình hóa lí xảy ra khi đốt nóng BTCN..................... 121

V.3. Các tính chất cơ lý - nhiệt của BTCN dùng XMPL
3.1. CưÖng độ nén.....................
- c Q cee eee eee reece ene enees 124

3.2. D6 bén nhiét ..... ¬

eee eee

e tenet eee tenet eee es 128

3.3. ĐỘ chịu lỦa...............
. . . QQ HQ HH go ng Ho non non HH HH Hy ko Kon ko kh nh ng 130
3.4. Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng
(Cưởng độ xây dụng Ỏ nhiệt độ cao)............................. 131
3.5. Độ co ngót va din nd nhiét ................. "

e ences 133

3.6. Khối lượng riêng, khối lượng thể tích,
độ rỗng, độ hút nưóc của BTCN

................................... 135

V.4. Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế sử dụng BTCN_..................... 136
Phần kết luận ....................................c co

Phân phụ lục.
Tài liệu tham khảo

140

# ịi nói đầu
Một trong những nhiệm vụ chủ yếu đối vói ngành cơng nghiệp vật liệu xây
dựng là : cần tập trung vật liệu địa phương, nghiên cứu các loại vật liệu thay thế
nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chỉ phí nguyên nhiên liệu, năng lượng,
sức lao động và vốn đầu tư trong công nghiệp. Một trong những loại vật liệu được
nghiên cứu và sử dụng theo hướng đó là bê tơng chịu nhiệt (BTCN).

Trong thực tế làm việc của các kết cấu cơng trình, kết cấu bê tông và bê
tông cốt thép thường dưới tác dụng của nhiệt độ cao kéo dài và thay đổi, chúng
thưởng bị phá hoại. Thực nghiệm đã chứng minh rằng khi đốt nóng bê tơng

thường đến 200C, lâu dài thì cường độ nén giảm 10 + 15%, mô đuyn đàn hồi
giảm 25%. Dét nóng đến 500°C cường độ nén giảm 60 + 70% và mô đuyn dan
hồi giảm 90%. Để tránh và giảm bót những ảnh hưởng đó, tăng tuổi thọ cho các
cơng trình làm việc ỏ nhiệt độ cao, cần thiết phải nghiên cứu chế tạo và sử dụng
bê tông chịu nhiệt .

|

Bê tông chịu nhiệt là loại vật liệu đá nhân tao khong nung, được hình thành
do qúa trình rắn chắc hỗn hợp chất kết dính chịu nhiệt vói cốt liệu chịu lửa và
nước theo một tỷ lệ nhất định. Bản thân nó vừa mang tính chất của vật liệu bê

tơng, vừa mang tính chất của vật liệu chịu lửa.

Việc sử dụng BTCN và các cấu kiện từ chúng cho phép sử dụng nguyên liệu
địa phương, có thể chế tạo các kết cấu vói hình dạng bất kỳ mà vật liệu chịu lửa

đơn chiếc khó thực hiện, tiết kiệm sử dụng kim loại, giảm giá thành xây dựng..

Bê tông chịu nhiệt có thể đưa vào sử dụng trong cơng nghiệp luyện kim, chế
biến dầu mỏ, máy xây dung, năng lượng, sản xuất vật liệu xây dựng ..., trong các
lĩnh vực khác của nền kinh tế quốc dân. Việc xây dựng các xí nghiệp cơng nghiệp
khác nhau ngày càng tăng, nên nhu cầu chế tạo và sử dụng BTCN càng lón:
Vì vậy việc nghiên cứu thành phần BECN

với các ngun vật liệu trong

nước, các tính chất và yếu tố ảnh hưởng đến chúng, các đặc điểm công nghệ sản
xuất trong điều kiện thực tế ở Việt nam có ý nghĩa thực tế to lón và cấp thiết.


Chuong I
PHAN MO DAU
L1. - MO DAU VA NHIEM VỤ NGHIÊN CỨU
Trong thực tế sử dụng, nhiều cơng trình xây dựng phải làm việc lau dai 6
nhiệt độ cao và thay đổi. Trong điều kiện làm việc này, bê tông thường bị biến

đổi các tính chất cơ lý và có thể bị phá hoại hoàn toàn.
Nguyên nhân của sự phá hoại này là sự phân hủy thành phần đá xi măng
trong bê tông và cốt liệu thường dùng cho bê tông nặng cũng bị hủy hoại Ở nhiệt
độ cao.

|

Sự phân hủy đá xi măng xảy ra do mất nước liên kết hóa học của các sản

phẩm thủy hóa trong đó thành phần Ca(OH32 mất nước tạo nên CaO, saư đó

CaO lại hấp thụ hơi nước trong mơi trường khơng

khí, tiến hành thủy hóa lần hai.

Để khắc phục sự phá hoại này, nâng cao tính chịu nhiệt của xi măng pooc lãng
(XMPL),

một biện pháp có hiệu qủa là sử dụng các loại phụ gia khống nghiền

mịn để cải thiện tính chịu nhiệt của xi măng pooc lăng (XMPL)
Dựa trên các luận cú đã nêu trên, trong khuôn khổ của một luận án PTS
.KHKT, nhiệm vụ nghiên cứu là : "Bê tông chịu nhiệt dùng xI măng pooc lăng”.

I2 - CO SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CÚU CHẤT KẾT DÍNH VÀ BÊ
TƠNG CHỊU NHIỆT DÙNG XI MĂNG POOC LẮNG
Cơ sỏ khoa học của việc sử dụng của phụ gia khoáng nghiên mịn này là lý

thuyết phản ứng vật chất ở trạng thái rắn. Dưới tác dung của nhiệt độ cao xảy ra
phan ung pha rắn giữa các phụ gia khống nghiền mịm vói các sản phẩm thủy hóa
của XMPL và CaO tự do, để tạo nên các họp chất mói, tăng tính chất chịu nhiệt
của XMPL và bê tông. Cần phải xác lập lượng dùng phụ gia khống nghiền mịn

thích hợp đối vói từng loại phụ gia ỏ các cấp nhiệt độ.


-3-

Để nâng cao các tinh năng cơ lý nhiệt của bê tơng, ngồi việc nâng cao tinh
chịu nhiệt của chất kết dính cịn cần phải lựa chọn loại cốt liệu có khả năng chịu

nhiệt, cần có thành phần hạt cốt liệu tốt nhất (về cõ hạt, hàm lượng của chúng)
và lượng dùng vật liệu tối ưu trong hỗn hợp bê tơng. Điều đó cho phép cấu trúc
của bê tơng có sự sắp xếp chặt chẽ, giảm được độ rỗng xốp, giảm sự chênh lệch
biến dạng nhiệt giữa đá chất kết dính và cốt liệu, làm tăng tính chịu nhiệt của bê
tông lên nhiều mà vẫn đảm bảo đạt được cường độ cao, nâng cao chất lượng và
kéo dài thỏi gian làm việc của vật liệu.
Để chế tạo các cấu kiện bê tơng chịu nhiệt (BTCN) cần xác định các qúa
trình cơng nghệ, các thơng số cơng nghệ trong q trình sản xuất. Trên cơ sỏ lý
thuyết công nghệ bê tông nghiên cứu xác định các q trình cơng nghệ, các thơng
số kỹ thuật của q trình sản xuất : gia cơng vật liệu, trộn, tạo hình v.v... ảnh

hưởng đến tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông chịu nhiệt (BTCN)
Do đặc điểm của vật liệu sử dụng, cũng như tính chất khác biệt của loại vật
liệu này, bằng thực nghiệm cần thiết xác lập chế độ sử dụng ban đầu, để đảm bảo

chất lượng và nâng cao tuổi thọ của cấu kiện và cơng trình.
I3 - NỘI DUNG

NGHIÊN

CỨU

BÊ TÔNG

CHỊU

NHIỆT

DÙNG

XI

MANG POOC LANG
Từ luận cứ khoa học đã nêu trên, để thục hiện mục tiêu của luận án là

nghiên cứu chế tạo BTCN từ nguồn nguyên vật liệu sẵn có ỏ Việt nam, đáp ứng

nhu cầu sử dụng ngày càng lón loại BTCN này, luận án có nhiệm vụ giải quyết
các nội dung khoa học sau :

1) Nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt (CKDCN) dùng XMPL : Lựa chọn
loại và lượng dùng phụ gia (PG) trong thành phần chất kết dính chịu nhiệt Ở các
nhiệt độ (ti lệ XMPL/PG, t¡ lệ Nước (N)/CKDCN); q trình hóa lý xảy ra khi
đốt nóng và sự biến đổi các tính chất của chất kết dính chịu nhiệt.

2) Lựa chọn loại cốt liệu và thành phần cố hạt cốt liệu dùng cho BTCN.
3) Xác định cấp phối BTCN ỏ các nhiệt độ làm việc.
4) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất hỗn hợp bêtơng và
BTCN. Qúa trình hóa lý diễn ra khi đốt nóng BTCN.


- 45) Nghiên cứu q trình cơng nghệ và các thông số công nghệ sản xuất
BTCN trong điều kiện Việt Nam. Chế độ sử dụng BTCN trong các cơng trình

làm việc 6 các cấp nhiệt độ khác nhau.
Bê tông chịu nhiệt đã được thực nghiệm sản xuất tại một số cơ sỏ sản xuất 6

Việt nam, đã thu được kết quả khả quan. Tuy nhiên việc nghiên cứu và sử dụng
cịn ít và chưa có hệ thống. Để đáp ứng sự phát triển mạnh của các ngành công
nghiệp (vật liệu xây dụng, luyện kim,hóa dầu, cơ khí. ..) và dân dụng, việc nghiên

cứu và áp dụng BTCN ỏ nước ta là một đòi hỏi cần thiết và cấp bách cần được
tiến hành đầy đủ và đồng bộ.


Chuong II

TONG QUAN VE CAC KET QUA NGHIEN CUU VA
UNG DUNG BE TONG CHIU NHIET

Ĩ TRONG VÀ NGỒI NƯĨC
I- TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SU DUNG BE TONG CHIU NHIET
Ỏ TRONG VÀ NGỒI NƯỚC

L1- TÌNH HÌNH NGHIEN CUU VE BE TONG CHIU NHIET
Hiện nay vói sự phát triển mạnh mếề của các ngành cơng nghiệp : hóa chất,

hóa dầu, luyện kim v.v... bê tông nặng được sử dụng ngày càng nhiều trong các
kết cấu xây dựng chịu tác động lâu dài của nhiệt độ cao và biến động. Do bị đốt
nóng, bê tơng thường bị giảm khả năng chịu lực, tăng độ võng của các kết cấu và

cơng trình, trong một số trưởng hợp còn xẩy ra sự phá hủy hồn tồn.
Mặc dù đá có nhiều nghiên cứu về bê tơng nặng chịu tác động của nhiệt độ,

nhưng cịn chưa xét đầy đủ ảnh hưởng của sự đốt nóng kéo dài và lặp lại đến các
tính chất cơ lý của bê tơng.
Trên thé gidi đã có nhiều nghiên cứu về BTCN để đáp ứng chọ nhu cầu xây
dựng của các ngành công nghiệp. Ở Liên xô việc nghiên cứu bê tông và bê tông
cốt thép chịu nhiệt bắt đầu từ năm 1942 ỏ trung tâm nghiên cúu khoa học các
trưởng Đại học, Viện nghiên cứu các cơng trình cơng nghiệp và ỏ Viện nghiên
cứu khoa học bê tông và bê tông cốt thép. Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm đã

tiến hành khảo sát các loại BTCN khác nhau với nhiệt độ làm việc tù 200°C đến

1800°C (29,33, 49, 52, 50, 58, 59, 60, 64, 75, 79, 80, 81...)
Bê tông chịu nhiệt là loại vật liệu đá nhân tạo không nung, có các tính chất

cơ lý chủ yếu được bảo toàn dưới tác dụng lâu dài ỏ nhiệt độ từ 250°C trỏ lên.
Bản thân nó vừa mang tính chất của bê tơng vừa mang tính chất của vật liệu chịu
lửa. Cốt liệu lón và nhỏ được chế tạo từ các khống đá khó chảy và chịu lửa, các

mảnh võ của sản phẩm nung và một số vật liệu khác.


-6Có nhiều cách phân loại bê tơng chịu nhiệt :
- Theo mức độ chịu lửa người ta phân BCN

ra các loại : bê tơng chịu lửa

cao vói nhiệt độ sử dụng đến 1770°C (73),bê tơng chịu nhiệt vói nhiệt độ sử dụng

đến 1200°C (58), bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt và bê tơng kết cấu nhẹ, vói nhiệt

độ sử dụng 1100°C - 1200°C (48). (Theo GOST 4385 - 48 của Liên Xơ cũ).
- Theo loại chất kết dính sử dụng, BTCN chia ra các loại sau : BTCN dùng
xi măng

alumin và cao alumin; BTCN

pooclăng xỉ; BTCN

dùng xi măng

dùng thủy tỉnh lỏng; BTCN

Pooclăng hay xi măng

dùng chất kết dính xỉ; BTCN

dùng xI măng DerIclaz.

- Theo điều kiện sử dụng người ta phân ra : BITCN dùng trong điều kiện
nhiệt độ cao tải trọng lón (trong các lị luyện kim, lị khí hóa ...) BTCN đồng thời
chịu tác động của các mơi trường ăn mịn xâm thực chịu tác động của hơi và khí,

tác động của ẩm và chất hóa học.
Ngồi ra cịn có các cấu kiện bê tơng nhẹ, bê tơng khí chịu nhiệt, chúng có

đặc điểm cách nhiệt và chịu nhiệt.

Năm 1952 - 1954 V.V.Contunôp (38) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng
của nhiệt độ cao đối vói các khoáng riêng biệt của clanhke xi măng pooclăng khi.
rắn chắc, ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thủy hóa của khống CaS, CS, CA và
CaAF. Cùng với V.V.Contunơv cịn có nhiều nhà nghiên cứu khác cũng tiến hành

nghiên cứu tác động của nhiệt độ đến các tính chất của đá xi măng như : S
.A.Myronov,

L.Amalynhina

(53),

N.A.Mosanski

(54),

G.D.Salmanov

(71),

V.A.Kynd va S .D.Ocorokov (35), A.E.Xeikin (83) .... Qua nghién cuu anh huong
của nhiệt độ cao đến tính chất của clanhke XMPL

vói các thành phần khống

khác nhau, C.D.Nhecrasov và V.V.Contunov cho thấy rằng (59) : Dưới tác dụng
của nhiệt độ cao, độ bền của đá xi măng sau khi đốt nóng, phụ thuộc vào thành
phần khống của nó.

Sự giảm cưỡng độ và phá hoại BTCN khi tăng nhiệt độ do mất nưóc liên
kết, phá hoại cấu trúc của bê tơng, đồng thời do sự thủy hóa lần hai của CaO (khi
mất nước liên kết) bằng hơi nưóc của khơng khí. Nghiên cứu q trình thủy hóa

lần hai của CaO trong XMPL sau khi đốt nóng, G.M.Ruxuc (70) đã kiến nghị
đưa

vào

trong

XMPL

các

phụ

gia

khác.

V.M.Moskvin

và

V.V.Contunoy,


-7-

C.D.Nhecrasov đã nghiên cứu tăng tính chất chịu nhiệt của XMPL cũng bằng
cách sử dụng các phụ gia khoáng nghiền mịn (Š9).
Tùy thuộc vào loại phụ gia, có thể nhận được chất kết dính chịu nhiệt vói

các tính chất khác nhau.
YU.M.But đã nghiên cứu sử dụng cát quắc và điatômit nghiền mịn để liên
kết ơxyt can xi thủy hóa của đá xi măng khi giữ mẫu trong điều kiện tiêu chuẩn và
sau khi chưng áp. Trong quá trình chưng áp, cát quắc và điatơ mít nghiền mịn

lên

kết

với

hydroxyt

canxi

tu

do

(22,

69,

68).

Theo

Y.E.Gurvytr

và

M.C.Agaphonop (30) phản ứng giữa ôxyt silic vô dinh hinh va éxyt canx 6 trang

thai ran xay ra manh 6 500°C + 600°C, còn đối vói quắc tinh thể nó chỉ bắt đầu ở
600°C. Theo P.P.Budnhicơp, V.Ph.Zuravlev thì phản ứng pha rắn giữa ơxyt silíc
và Ơxyt canxi (khi tỉ lệ 1: 1) xảy ra qua hợp chất trung gian không bền 2CaO.SiO2

và 3CaO.2S¡iO; đến hợp chất cuối cùng là CaO.S¡iO2 (32, 21), tuy nhiên khi đốt
nóng SiO; có sự biến đổi thù hình khơng ổn định thể tích, nên khơng sử dụng nó

vói tính chất phụ gia cho XMPL có tính chất chịu nhiệt.
V.V.Contunov và Z.M.Larionov nghiên cứu tác động của các khoáng xi
măng chủ yếu vói phụ gia sa mốt mịn, hàm lượng 150 và 300% khối lượng xi
mang pooc lang (59) cho thấy : Lượng phụ gia đưa vào càng lón thì khả năng liên

kết vói CaO tự do xảy ra càng hồn tồn dẫn tói tăng độ bền của đá xi măng sau

khi đốt nóng 6 1200°C. Điều đó nói lên rằng khơng cịn CaO trong đá xi măng
sinh ra khi đốt nóng đá xi măng, chúng được liên kết hồn tồn vói SIO2 và Al2O2
của sa mốt mịn, hình thành dạng khoáng mới là silicat và aluminát khan. Tuy

nhiên khi tăng lượng phụ gia sẽ ảnh hưởng đến các tính chất khác của đá xi măng
(cũng như của BTCN dùng XMPL) như tỉ lệ nưóc (N) - hỗn hợp CKDCN, cưng
độ v.v... Tuy vậy tỉ lệ xi măng - phụ gia còn chưa được nghiên cứu cụ thể.

|

Khi sử dụng xỉ lò cao lam phu gia trong bé tong ngudi ta thay rang : khi 6

nhiệt độ cao tit 750°C + 800°C kha nang lién két vdi CaO Jdn han 6 600°C va su
liên kết của xỉ nhỏ hơn của sa mốt.
Để tăng các tính chất chịu lửa của XMPL,

G.D.Salmanov (73, 72) đã sử

dụng phụ gia mịn crômmit, phụ gia min crơmmít đưa vào sẽ liên kết ơxyt canxi tự

do của đá xi măng pooc lăng, tăng độ chịu lủa và nhiệt độ biến dạng dưới tải

trọng 2 KG/cm” của đá xỉ măng.

Khi chế tạo BTCN cần thiết phải chú ý đến tính chất của cốt liệu. Theo
V.A.Kynd và S.D.Ocorocov B.G.Scramtaev cho thấy : bê tông thưởng, khơng có

tính bền nhiệt (74, 36), vì cốt liệu khơng bền khi đốt nóng ở nhiệt độ cao dẫn đến
phá hủy cấu trúc của bê tông. Năm 1942 - 1943, V.Y.Muraxev và C.D.Nhecrasov

đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến độ bền bê tông dùng
XMPL, với cát quắc và sỏi vói kích thước hạt lón nhất đến 25 mm, cho thấy rằng
khi đốt nóng gián đoạn bê tông đến nhiệt độ trên 300°C dẫn đến giảm cường độ

(57, 61, 62, 41). Trên bề mặt bê tông dưới tác động nhiệt độ từ 400°C + 500°C
xuất hiện vết nút, sau đó bê tơng hồn tồn bị phá hủy. Khi chịu tác động của
nhiệt độ cao, xảy ra sự phá hủy cốt liệu có chứa quắc dạng tự do vì có sự biến đổi
thù hình của quac. Cac vật liệu chứa quắc tự do, không sử dụng làm cốt liệu cho
BTCN.
C.D.Nhecrasov,

V.V.Coltunov,

Y.A.Corostuxevski

(57, 56, 61, 62, 41) da

cho thấy rằng bê tơng nặng vói cốt liệu đá vơi chỉ có thể sử dụng ở nhiệt độ dưới
250°C, khi đốt nóng ở nhiệt độ cao hơn cường độ bị giảm. Dé làm cốt liệu cho
BTCN, phải sử dụng các loại vật liệu bền vói điều kiện tác động của nhiệt độ cao,
như các khoáng tự nhiên : điabaz, bazan, andezit, diorit, gabrô, quặng crômmit,

túp, núi lửa. Các loại vật liệu nung như : samôt, phế phẩm hay mảnh võ của gạch
đất sét, keramzit, peclit và vermiculit, phế thải công nghiệp : xi lị cao, xi nhiên
liệu (49).
Ngồi

bê

tơng

nặng

cịn

có

loại

bê

tơng

nhẹ

chịu

nhiệt.

Theo

B.G.Skramtaep, cốt liệu tốt nhất sử dụng cho bê tông nhẹ chịu nhiệt là vật liệu

xốp : xỉ, peclit, xỉ bọt, túp, keramzit, vermiculit; C.D.Nhecrasơv,

S .C.Lisiencơ,

M.YA.Criviski (60) đã nghiên cứu loại bê tơng khí chịu nhiệt bằng XMPL vói các
phụ gia mịn khác nhau : samơt, xi lị cao, tro xi, keramzit, trên cơ sỏ dùng phụ gia

mịn để liên kết vói ơxyt canxi tự đo.
Năm

1966 - 1968 Trung tâm nghiên cứu khoa học xây dụng Liên Xô cũ

(VNYYS) đã tiến hành nghiên cứu bê tơng nhẹ chịu nhiệt dùng XMPL vói phụ
gia samơt nghiền mịn và cốt liệu là sỏi agloporit, keramzit. Đặc biệt trong những

năm gần đây đã có những cơng trình nghiên cứu về cốt liệu xốp nhân tạo là
agloporit trong bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng với các phụ gia khác nhau (24, 46,


-918). Tùy thuộc vào tính chất và nguyên liệu ban đầu mà bê tơng agloporit có các
tính chất cơ nhiệt khác nhau khi đốt nóng ỏ các nhiệt độ xác định : khối lượng thể
tích của bê tơng 6 trang thái khô là 1760 kg/m”, cudng d6 nén sau khi say : 406
KG/cm”,

sau khi đốt nóng ở 800°C con 134 KG/cm’,

độ bên nhiệt là 15 lần, nhiệt

độ biến dạng dưới tải trọng 2 KG/cm” : ở 4% là 1000°C, ö 40% là 1060°C.

Hiện nay Trung tâm nghiên cứu bê tông và bê tông cốt thép ỏ Liên Xô cũ
(NYYZB) đã và đang tiến hành nghiên cứu BTCN từ chất kết dính phốt phát vói
các cốt liệu alumơsilicat khác nhau : Mảnh võ gạch sa mốt, sa mốt và sa mốt cao

lanh (59). Thành phần hỗn họp khô của bê tông này gồm sa mốt nghiền mịn, cốt
liệu lón và nhỏ sa mốt theo tỉ lệ 30 : 35 : 35

(theo % khối lượng). Hỗn hợp bê

tông khô được nhào trộn với axit phốt phoric nồng độ 70%. Sự liên kết trong bê

tông được tiến hành do phản ứng giữa thành phần alumôsilicat của sa mốt và axit
phốt phoric khi đốt nóng. Loại bê tơng này có độ bền cao sau khi gia công nhiệt

đến 1300°C, độ co lửa không đáng kể, độ bền nhiệt trung bình 14 lần, nhiệt độ

biến dạng dưói tải trọng 2 KG/cm” : khi bắt đầu mềm - BÐ là 1360°C, còn bị phá
hay - PH : 6 1500°C.

Ngồi ra ỏ Trung tâm này cịn nghiên cứu bê tơng chịu lửa cao từ chất kết
dính alumơ phơtphát và cốt liệu Crơm-alumin, loại bê tơng này có nhiệt độ rắn

chắc thấp hơn và tính chất tốt hơn loại bê tơng chịu lửa cao từ chất kết dính
alumơ phốtphát vói cốt liệu corun. Để nhận được chất kết dính này người ta sử
dụng crơm-alumin và axit phốt phoric. Cường độ của bê tông này ở 1300°C, khi tỉ
lệ axit trong bê tơng là 30; ó0, 70% tương ứng là 230, 500, 590 KG/cm?:

con nhiét

d6 bién dang dudi tai trong. BD 1a 1600°C; 4% - 1700°C; 40% - 1720°C.

Bê tơng chịu lửa cao từ chất kết dính phốt phát-ziếc côn (trên cơ sở axit
phốt pho ric và ziêc côn) và cốt liệu ziếc cơn, sau khi đốt nóng ở 400°C có độ bền
nén

là 335

KG/cm”,

nhiệt độ bắt đầu

mềm

đưới

tải trọng 2 KG/cm?

BD

la

1560°C, phá hủy 4% ở 1585°C, độ bền nhiệt là 30 lần. Loại bê tơng này có thể sử
dụng làm lóp lót lị điện luyện thép, cho phép tăng thời hạn phục vụ từ 2 đến 3
lần so với lóp 16t bang manhézi.
Ngồi các loại chất kết dính trên, người ta cịn nghiên cứu loại chất kết dính

từ thủy tỉnh lỏng và phụ gia có chứa silicat một can xi để chế tạo BTCN. Để nâng
cao tính chịu lửa của chất kết dính người ta sử dụng một số phụ gia mịn : sa mốt,


- 10manhêz!, vật liệu chịu lửa cao nhơm.

Đối vói một số thiết bị nhiệt, các lóp lót của chúng bị phá hoại cần phải sửa
chữa khi mơi trưởng nhiệt cịn lón. Do đó trong thực tế đã xuất hiện loại hỗn hợp
bê tơng phun chịu nhiệt. Năm 1967 phịng thí nghiệm kết cấu bloc chịu nhiệt
(VNYPY) đã tiến hành nghiên cứu vữa phun chịu nhiệt, từ cốt liệu samôt, chất
kết dính là thủy tỉnh lỏng vói mơ đun 2,8 và mật độ 1,37; phụ gia rắn chắc là
Na2SiFs (>93%) có nhiệt độ sử dụng đến 1200°C (59)

Ở một số nước khác : Mỹ, Anh, Tây Đức, Pháp đều sử dụng xi măng cao
alumin vói hàm lượng AlzO3 lón để xây dựng các cơng trình chịu tác động của

nhiệt độ cao. Ở Trung Quốc (1) BTCN cũng được chế tạo từ xi măng alumin, cao
alumin và các loại cốt liệu là vật liệu địa phương (70)
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu BTCN mói chỉ là bước đầu, tiến hành ỏ một
vài nơi. Năm 1977. bộ môn công nghệ Vật liệu - Trường Đại học Xây dựng Hà nội
và Viện Kĩ thuật xây dựng Hà nội đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm BTCN
dùng XMPL vói phụ gia nghiền mịn sa mốt đạt được mác 150 - 200 KG/em? VỚÓI

nhiệt độ làm việc: 7000°C + 1000°C (9, 4, 5).
Tóm lại để tăng tính chịu nhiệt cho bê tơng, ngồi việc sử dụng các cốt liệu
có tính chịu nhiệt cao, cịn sử dụng các loại CKDCN,

các loại chất kết dính chịu

nhiệt này phần lón đều sử dụng phụ gia nghiền mịn. Đối vói XMPL, các phụ gia
nghiên mịn khi ỏ nhiệt độ cao chúng sẽ tác dụng vói thành phần khống thủy hóa
của XMPL tạo nên những họp chất mói nâng cao tính chịu nhiệt.
Tuy nhiên tỉ lệ phụ gia và XMPL, sự hình thành các khống mdi, su anh
hưởng của hạt cốt liệu, (cõ hạt, cấp phối hạt), cấp phối BTCN, đặc điểm công
nghệ chế tạo và sử dụng chúng cần được nghiên cứu đầy đủ.

I2 - TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÊ TƠNG CHỊU NHIỆT
Các cơng trình BTCN có thể đổ tồn khối hay lắp phép được sử dụng rộng
rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau : Luyện kim đen và màu, trong cơng
nghiệp hóa học, trong chế biến dầu mỏ, trong công nghiệp vật liệu xây dựng,
trong công nghiệp năng lượng v.v...


- 11A - Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp luyện kim đen

a) Lam tháp đốt nóng khơng khí
Năm 1958 lần đầu tiên ở Liên Xô cũ và thế giói, khu liên hợp luyện kim
Kuznhexc đã xây dựng cơng trình tháp đốt nóng khơng khí của lị cao từ các bloc

cõ lón bằng BTCN (59). Tháp đốt nóng khơng khí dùng BTCN vói bề mặt đốt
nóng 6110 m., tháp cao 40,8 m, đường kính ngồi 7,8 m; chiều cao lóp BTCN là

32,8 m. Cac bléc xây dựng tháp đốt nóng khơng khí có kích thưóc 460 x 535 x
1249 (mm), thể tích 0,31 m” và nặng 600 kg từ XMPL vói phụ gia sa mốt và cốt

liệu sa mốt. Nhiệt độ sử dụng lón nhất là 1200°C. Tháp đốt nóng khơng khí từ
các bloc BTCN cũng đã được xây dựng ỏ Nhà máy luyện kim Caragandinski và
Nôvôlipexki (Liên Xô cũ).
Trong những năm gần đây ỏ Tiệp Khắc đã tiến hành nghiên cứu và sử dụng

BTCN tróng xây dựng các thiết bị nhiệt (59). Cac blốc BTCN kích thước 12,5 x 25
x 70 (cm) sử dụng trong buồng phát nhiệt lò mác tanh, nhiệt độ làm việc 600°C.

Các panen; tấm che bằng bê tông cốt thép cũng được sử dụng trong lị này vói
nhiệt độ làm việc 650°C + 850C, thời gian sử dụng dài gấp 6 lần so với gạch sa

mốt. Các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép chịu nhiệt sử dụng làm tấm che, của
chắn, kênh dẫn, ống khói, đáy lị được dùng rộng rãi ỏ khu liên hợp luyện kim.
Vostotrno - Slovaxki ỏ thành phố Cøxure (Tiệp Khắc).

b) Làm nên móng lị cao, ống khói và kênh dẫn :
Việc nghiên cứu các kết cấu của móng lị cao dùng BTCN được bắt đầu từ
năm 1949 ỏ Liên Xô cũ (59) đến năm 1951 đã đưa vào sử dụng và đã chúng minh

sự bên vững và ổn định của nó trong q trình làm việc. Cuối năm 1965 ỏ Tiệp
khác BTCN cũng đã được sử dụng để xây lị buồng vói đáy di động. Các lị này
dùng để gia cơng các tấm thép đúc kích thước lón và nặng, lóp BTCN day 125
mm dùng XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt.
Bê tơng chịu nhiệt cịn được sử dụng rộng rãi làm ống khói và kênh dẫn. Việc

xây dựng các ống khói rất nặng nhọc nên việc cơ khí hóa có ý nghĩa quan trọng.
Năm

1966 ỏ Nhà máy luyện kim Caragandinski (Liên xô cũ) đã thiết kế và xây

dựng ống khói cao 60 m từ các bléc vịng trịn bằng BTCN. Ngồi ra BTCN cịn
được sử dụng làm kênh dẫn khí nóng, bao gồm các biốc cao 2,5 m, rộng 1,5 - 1,8 m.


- 12-

Ở nhà máy thủy tinh "Ainkhait" thành phố Vaisvase nước Đúc đã tiến hành
thử nghiệm chế tạo các kênh dẫn khói từ BTCN dùng XMPL vói phụ gia và cốt
liệu sa mốt có nhiệt độ sử dụng đến 900°C, kết quả cho thấy độ bền vững, tuổi
thọ, hiệu quả sử dụng hơn hẳn gạch sa mốt.

Ở Ba Lan, Tiệp Khắc BTCN cũng sử dụng tốt trong các kênh dẫn khí nóng,

khí thải và ống khói vói nhiệt độ làm việc là 900°C thời gian sử dụng từ 8 đến 10
năm.
B - Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp luyện nhôm

Nhà máy luyện nhôm Cadalacski (Liên xô cũ) đã tiến hành thực nghiệm
thay thế các vòng kim loại của lò điện phân bằng BTCN lắp ghép từ xi măng
pooc lăng vói cốt liệu sa mốt, cho khả năng giảm chỉ phí thép, giảm giá thành do
tăng mức độ lắp ghép cực ca tốt của lị điện phân (59). Ngồi ra 6 Nha may luyện
nhôm Vonøagrad đã tiến hành nghiên cứu sử dụng BTCN làm đáy lị điện phân
luyện nhơm.

C - Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ (59)

4) Thiết bị đốt nóng Ong:
Lị buồng dùng để đốt nóng ống, chế biến nguyên liệu dầu mỏ. Lị được xây
dựng thí điểm làm đầu tiên bằng BTCN ỏ nhà máy chế biến dầu mỏ Angarsc
(Liên xô cũ). Kích thước của thiết bị đốt nóng ống : dài 11.810 mm, rộng 9454
mm, cao 5000 mm, nhiệt độ làm việc là 760°C. Các kênh dẫn, tường, vòm và nền
lị đều được làm từ bê tơng dùng XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt.
b) Lò cháy búc xạ nhiệt - Bê tơng chịu nhiệt dùng XMPL vói sa mốt mm và

cốt liệu sa mốt đã và đang sử dụng để xây các lị bức xạ nhiệt, đóng vai trị lóp lót
và chịu lực. Các lị búc xạ nhiệt được sử dụng Ỏ các nhà máy dùng nhiên liệu khí,

dầu, xăng xây dựng ỏ Nơvơquybusev, Grozenski, Vongagrad và các nhà máy chế
biến dầu khác ỏ Liên Xơ cũ.
Ngồi ra ỏ một số nhà máy chế biến dầu mỏ đã sử dụng các loại BTCN

khác nhau để xây dựng lị ống chịu áp lực (AT-6) vói nhiệt độ sử dụng từ 600°C
đến 1200°C. Bê tông chịu nhiệt dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu sa mốt sử

dụng ở vùng 1000°C làm nền lò (59).


- 13D- Bê tông chịu nhiệt sử dụng trong chế tạo máy

Năm 1959, phân xưởng rèn nhà máy Kipovski - Lénigrad da xay dựng lị gia
cơng nhiệt các chỉ tiết từ các bloc BTCN bằng XMPL với phụ gia và cốt liệu sa
mốt, vói nhiệt độ làm việc đến 1200°C (59). Việc sử dụng các bloc BTCN này cho

lị có chế độ làm việc gián đoạn là rat hop lý, chúng làm việc khơng kém gi so voi

lị làm từ vật liệu chịu lửa đơn chiếc.

|

Ở Tiệp Khác BTCN còn được sử dụng để chế tạo các khuôn đúc gang, nhiệt
độ là 1230°C thời gian đúc 1 phút, sử dụng được 10 chu kỳ.
Ek- Bê tông chịu nhiệt dùng trong cơng nghiệp nắng lượng
Năm 1958 ư Cộng Hịa dân chủ Đức đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng BTCN

vào trong thiết bị nồi hơi của trạm phát điện (59). Trạm phát điện lón ở
Trattendorph, ba nồi hơi được lót bằng các tấm BTCN chế tạo từ XMPL với cốt

liệu sa mốt chịu được nhiệt độ từ 800°C đến 1000°C.
Nam 1959 6 tram phat dién Biolen (Duc) cing da sti dung cac bloc BTCN
lót lóp bề mặt đốt nóng nồi hơi số 6, dùng XMPL vói cốt liệu sa mốt 6 nhiệt độ

làm việc 600”C, sau 17 tháng sử dụng vẫn khơng có vết nút. Việc sử dụng các bloc
BTCN này rút ngắn được 25% thời gian xây dựng.
G - Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp vật liệu xây dựng

a) Lam lo tunen nung gach - Nam 1959 Nha may gach Novo-Mantiski, nha
may Usti-Kamenogorski, nha may thực nghiệm Glebutrevski (Lién x6 cai) da xay
dụng lò tuy nen nung gạch từ các cấu kiện bê tông cốt thép chịu nhiệt lắp ghép,
nhiét d6 nung 1a 970°C (51, 52, 63). Các panen và bloc làm tường, vòm, nền dùng

BTCN từ XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt (59). Ngồi ra BTCN cũng được
sử dụng làm lóp lót cho tồn bộ các vagơng của các lị trên.
Ỏ Cộng hịa dân chủ Đức vào năm 1958 - 1959, BTCN đã được sử dụng làm

va

gong

lò tuy

nen

ỏ nhà

máy

gốm

"Ventren",

nhà

máy

gạch

"Ritren',

"Gorrenberg" từ xi măng pooc lăng xỉ, nhiệt độ làm việc từ 1050°C đến 1100°C
(59).
b) Làm lò vòng nung gạch :
Ở Nhà máy gạch Novo-Leninski, Ziminski (Liên Xô cũ) da su dung BTCN


- 14tu XMPL voi phu gia tro thải, cốt liệu sa mốt làm 18 buồng của lò vòng nung
gạch đất sét, nhiệt độ nung gạch từ 850°C dén 970°C (59). Cường độ nén của bê

tông là 125 KG/cm”. Nhiệt độ bắt đầu biến dạng 1160°C, nhiệt độ phá hủy là
1220°C.

6 Tiép Khdc, Ba Lan BTCN tit XMPL vdi c6t liệu sa mốt có nhiệt độ làm
việc từ 900°C đến 1000°C cũng được sử dụng để xây lò vòng nung gạch.
Thực tế BTCN có thể thay thế 60 + 70 % tồn bộ vật liệu chịu lửa sử dụng.

c) Làm lị dúng nung vôi - Năm 1961 khu liên họp luyện kim Cuznheski
(Liên xơ cũ) đã sử dụng BTCN xây lị đứng nung vơi. Các bloc BTCN với kích
thudc 1760 x 1300 x 650 (mm);

1300 x 1070 x 650 (mm) va 1300 x 650 x 650

(mm), được chế tao tu xi mang pooc lăng xi va cốt liệu sa mốt. Cudng d6 nén 6

S00°C là (66 + 92) KG/cm”, ö 1100°C là 150 KG/cm”, độ bền nhiệt 4 lần, độ chịu

lửa 1350.

Ngồi ra BTCN cịn được sử dụng trong cơng nghiệp hóa chất, khu liên hợp
hóa chất - luyện kim Magnhitogorski (Liên xô cũ) đã dùng BTCN từ thủy tinh

lỏng với chất ổn định (NazSIF s) và cốt liệu crômmit trong các tháp sản xuất axit
HaSOa.
Bê tơng chịu nhiệt cịn có thể dùng trong thân lò phản ứng nhà máy nhiệt
điện nguyên tử, chịu tác dụng đốt nóng lâu dài và các tia phóng xạ. Bê tơng chịu
nhiệt này có mác 400 và cao hơn, chất kết dính là xi măng pooc lăng, xi măng

pooc lang xi, xt mang alumin; phụ gia và cốt liệu là samốt, crômmit (37).
Ở Việt Nam việc sử dụng BTCN hãy cịn hạn chế, bỏi vì việc nghiên cứu cịn
chưa được đầy đủ và tồn diện. Ở một số nơi đã sử dụng BTCN như nhà máy điện

Phả lại sử dụng BTCN dùng xi măng alumin, nhà máy xi măng Hoàng Thạch sử

dụng xi măng alumin vói cốt liệu sa mốt. Nhà máy Kính Đáp cầu sử dụng BTCN
từ XMPL vói phụ gia xỉ lị cao và cốt liệu sa mốt. Bộ môn công nghệ vật liệu Truong Đại học Xây dựng và Viện ký thuật xây dựng Hà nội đã nghiên cứu

BTCN từ XMPL vói phụ gia và cốt liệu sa mốt xây kênh khí nóng lị tuy nen nhà
máy gạch Phúc Thịnh Hà nội (9). Bộ môn công nghệ vật liệu - Trường Đại học

Xây dựng và Nhà máy sành sứ Thanh Trì Hà nội chế tạo BTCN làm lóp lát gong
nung sứ dùng XMPL vói phụ gia sa mốt, xỉ và hỗn hợp sa mốt xỉ, cốt liệu sa mốt;