CHƯƠNG 4. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ ppsx

TP.HCM, Tháng 01 Năm 2010
GVHD: NGUYỄN DUY HƯNG
Môn học: Vật liệu xây dựng
Môn học: Vật liệu xây dựng
CHƯƠNG 4.
CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ
PHẦN 1. KHÁI NIỆM CHUNG
2
1. KHÁI NIỆM CHUNG

Chất kết dính vô cơ (CKDVC) là loại vật liệu thường ở dạng bột mịn, khi nhào trộn với nước hoặc dung
môi khác (dung dịch MgCl
2
, thuỷ tinh lỏng,…) sẽ tạo thành hồ dẻo, qua quá trình biến đổi hoá lý sẽ rắn
chắc như đá.

CKDVC thường được sử dụng để liên kết các hạt rời rạc như cát, đá dăm, sỏi để tạo thành một khối đồng
nhất, vững chắc.

Ứng dụng:

Bê tông,

Vữa xây dựng,

Gạch silicate,

Gạch đá nhân tạo không nung,…
3
1. KHÁI NIỆM CHUNG


Phân loại:

CKDVC rắn trong không khí: sau khi trộn với nước
có thể rắn chắc và phát triển cường độ trong không
khí. VD: CaO, CaSO
4
.0,5H
2
O, MgO, [Na
2
O.nSiO
2
,
K
2
O.mSiO
2
với m, n = 2 – 3,5],…

CKDVC rắn trong nước: có khả năng rắn chắc và
phát triển cường độ cả trong môi trường không khí và
nước. VD: CKD hỗn hợp, vôi thuỷ, xi măng Portland,
…

CKDVC rắn trong thiết bị chưng áp: rắn chắc trong
môi trường hơi nước bão hoà (với nhiệt độ và áp suất
phù hợp) để tạo thành các sản phẩm có cường độ. VD:
chất kết dính vôi-silic, vôi-tro,
4
PHẦN 2. CÁC CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ RẮN TRONG KHÔNG KHÍ

5
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.1 Phương pháp chế tạo

3 phương pháp:

Đá thạch cao → nung → nghiền mịn → thạch cao XD

Đá thạch cao → nghiền mịn → nung → thạch cao XD

Đá thạch cao → (nghiền + nung) → thạch cao XD
CaSO
4
.2H
2
O
→
CaSO
4
.0,5H
2
O + 1,5H
2
O

Trước khi chế tạo, đá thạch cao được đập nhỏ:

100 – 200mm đối với sản xuất thạch cao khan trong lò
tunnel;


10 – 20mm khi sx bằng lò quay

< 2mm khi chế biến trong “nồi nấu”.
6
150 -170
o
C
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.2 Phân loại

Theo công thức hoá học:

Thạch cao xây dựng: CaSO
4
.0,5H
2
O, cường độ thấp

Thạch cao xây trát

Thạch cao đúc tượng

Thạch cao khan nước: CaSO
4

Thạch cao nung nhiệt độ cao (thạch cao estrich)

Thạch cao cường độ cao (thạch cao Mamov, cẩm
thạch)
7

2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.2 Phân loại
A. Phân loại theo công dụng
1. Thạch cao xây trát (CaSO
4
.0,5H
2
O):

Được chế tạo bằng cách nung đá thạch cao thành thạch cao.

Sử dụng để làm vữa xây trát, làm khuôn trong công nghiệp gốm sứ,
2. Thạch cao đúc tượng (CaSO
4
.0,5H
2
O):

Được chế tạo từ đá thạch cao tinh khiết
8
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.2 Phân loại
A. Phân loại theo công dụng
3. Thạch cao estrich (CaSO
4
và CaO tự do):

Đá thạch cao nung ở nhiệt độ cao (khoảng 1200oC) đến khi tách nước hoàn toàn.

Cường độ cao hơn CaSO

4
.0,5H
2
O.

Ứng dụng: lăn nền, xây trát ở những vị trí đặc biệt.
4. Thạch cao cẩm thạch:

Nung đá TC
→
CaSO
4
.0,5H
2
O
→
ngâm trong dung dịch phèn
→
nung trở lại cho đến khi tách nước
hoàn toàn.

Ứng dụng: miết mạch các tấm tường, tô trát những nơi cần độ cứng cao.
9
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.2 Phân loại
B. Phân loại theo dạng thù hình
1. Thạch cao CaSO
4
.0,5H
2

O

Dạng
α
-CaSO
4
.0,5H
2
O:

Nung thạch cao trong không khí bão hoà hơi nước (0,2
– 0,3MPa) từ 160 – 180
o
C,

Tinh thể lớn, lượng nước tiêu chuẩn thấp (40 – 45%),
cường độ cao sau 7 ngày (15 – 40MPa).

Dạng
β
-CaSO
4
.0,5H
2
O:

Nung thạch cao trong không khí khô,

Tinh thể hạt mịn, lượng nước tiêu chuẩn cao (60 –
65%), độ rỗng sản phẩm đóng rắn 40%, cường độ thấp.

10
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.2 Phân loại
B. Phân loại theo dạng thù hình
2. Thạch cao khan CaSO
4

Anhydrite III:

Nung đá thạch cao ở nhiệt độ 180 - 240
o
C,

Trong không khí ẩm dễ chuyển về CaSO
4
.0,5H
2
O.

Anhydrite II:

Nung đá thạch cao hoặc CaSO
4
.0,5H
2
O hay anhydrite
III ở 320 – 480
o
C.


Anhydrite I:

Chỉ ổn định ở nhiệt độ > 1180
o
C.
11
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.3 Quá trình rắn chắc

Ban đầu, khi nhào trộn với nước, CaSO
4
.0,5H
2
O trở thành một loại vữa dẻo có tính linh động cao
(tính dẻo)

Quá trình ninh kết: các biến đổi hoá lý phức tạp làm hỗn hợp mất dần tính dẻo

Quá trình rắn chắc: hỗn hợp dần dần đặc lại, kết tinh, rắn chắc, cường độ phát triển dần

Phản ứng thuỷ hoá của thạch cao:
CaSO
4
.0,5H
2
O + 1,5H
2
O
→
CaSO

4
.2H
2
O
12
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.3 Quá trình rắn chắc
Gồm 3 thời kỳ:

Thời kỳ hoà tan: tạo dung dịch bão hoà, phản ứng thuỷ hoá:
CaSO
4
.0,5H
2
O + 1,5H
2
O
→
CaSO
4
.2H
2
O

Thời kỳ ninh kết (hoá keo):

CaSO
4
.2H
2

O mới sinh không thể tan thêm mà tồn tại ở thể
keo hạt rất nhỏ, ngưng lắng dần

Vữa thạch cao mất tính dẻo nhưng chưa có cường độ.

Thời kỳ rắn chắc:

Tinh thể xuất hiện, phát triển dần lên, liên kết chặt chẽ với
nhau làm cho cường độ phát triển.

Quá trình rắn chắc, thạch cao nở 1% thể tích.
13
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.4 Tính chất của thạch cao xây dựng
1. Thời gian ninh kết

Được xác định bằng thiết bị Vicat.

Thời gian bắt đầu ninh kết: ≥ 6 phút

Thời gian ninh kết xong ≤ 30 phút

Có thể sử dụng phụ gia để điều chỉnh thời gian ninh kết:

Làm giảm thời gian ninh kết: Na
2
SO
4
, NaCl,…


Làm tăng thời gian ninh kết: vôi
14
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.4 Tính chất của thạch cao xây dựng
2. Cường độ

Xác định bằng thí nghiệm ép mẫu 7,07x7,07x7,07 cm hay 4x4x16 cm.

Cường độ được xác định sau 1 giờ 30 phút trộn thạch cao với nước.

Tác nhân tạo cường độ cho thạch cao:

Sự kết tinh của thạch cao 2 phân tử nước

Sự bay hơi nước tự do làm các tinh thể CaSO
4
.2H
2
O gắn
kết với nhau chắc hơn.
15
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.4 Tính chất của thạch cao xây dựng
2. Cường độ
Yêu cầu:

Trong điều kiện ẩm ướt bình thường:

Thạch cao loại 1: R > 4,5 Mpa


Thạch cao loại 2: R > 3,5 Mpa

Trong điều kiện đã được sấy khô:

Thạch cao loại 1: R > 10 Mpa

Thạch cao loại 2: R > 7,5 Mpa
16
2.1 THẠCH CAO XÂY DỰNG
2.1.4 Tính chất của thạch cao xây dựng
3. Độ mịn và lượng nước nhào trộn

Độ mịn càng cao thì cường độ càng cao

Lượng nước nhào trộn lớn, cường độ giảm

Ở môi trường nhiệt độ và độ ẩm lớn, cường độ không phát triển.

Môi trường ngập nước, thạch cao bị phá hoại.
4. Khối lượng riêng:
γ
a
= 2,6 – 2,7 g/cm
3
5. Khối lượng thể tích:
γ
0
= 0,8 – 1,0 g/cm
3
17

2.2 VÔI KHÔNG KHÍ VÀ VÔI TÔI
2.2.1 Nguyên liệu và chế tạo

Nguyên liệu:

Đá vôi calcite (khoáng chủ yếu là CaCO
3
)

Đá phấn, đá vôi vỏ sò với yêu cầu hàm lượng tạp chất sét
(Al
2
O
3
, SiO
2
, Fe
2
O
3
, ) nhỏ hơn 6%.

Phương pháp chủ yếu chế tạo vôi là nung đá vôi.
CaCO
3

↔
CaO + CO
2
↑

– Q (Q = 42,5 kcal/phân tử gam)

Phản ứng có tính thuận nghịch

Chiều phản ứng phụ thuộc vào áp lực phân giải khí CO
2

trong môi trường xung quanh

Tăng chiều thuận: cần thông gió tốt
18
900 – 1100
o
C
2.2 VÔI KHÔNG KHÍ VÀ VÔI TÔI
2.2.1 Nguyên liệu và chế tạo

Quá trình nung có thể xảy ra các trường hợp sau:

Nung non lửa:

Lớp bên ngoài của viên đá đã “chín” thành vôi trong
khi lõi bên trong còn sống.

Loại vôi này hàm lượng CaO thấp, khi đem tôi bị
sượng, kém dẻo, chất lượng kém.

Nung già lửa:

Nhiệt độ nung quá cao, các tạp chất sét nóng chảy

bọc quanh hạt vôi thành một màng keo cứng bên
ngoài

Vôi sẽ khó tôi, nhiều hạt sượng, kém dẻo, dễ gây nứt.
19
2.2 VÔI KHÔNG KHÍ VÀ VÔI TÔI
2.2.1 Nguyên liệu và chế tạo

Nhiệt độ nung tùy thuộc vào:

Thành phần đá vôi

Hàm lượng tạp chất

Loại lò nung

Tốc độ nung đá vôi tùy thuộc vào:

Kích thước cục đá vôi

Nhiệt độ nung

Thời gian nung

Vôi không khí có thể được sử dụng theo 2 cách:

Nghiền mịn thành dạng bột, sử dụng như xi măng

Tôi thành vôi tôi, sử dụng rộng rãi trong xây dựng.
20

2.2 VÔI KHÔNG KHÍ VÀ VÔI TÔI
2.2.2 Quá trình tôi vôi

Cho CaO tác dụng với nước, xảy ra phản ứng toả nhiệt:
CaO + H
2
O
↔
Ca(OH)
2

+ 15,5 kCal/phân tử gam (65,5 kJ)

≈
+277 kCal/kg CaO (1160 kJ/kg CaO)

Tôi vôi toả nhiệt mạnh, t0C đến 400oC
→
để thúc đẩy phản ứng theo chiều thuận cần giảm nhiệt độ của
vôi.

Sau khi tôi, thể tích tăng 1,5 – 3,5 lần so với thể tích vôi ban đầu.
21
2.2 VÔI KHÔNG KHÍ VÀ VÔI TÔI
2.2.2 Quá trình tôi vôi

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tôi vôi:

Kích thước cục vôi


Nhiệt độ môi trường xung quanh

Thành phần hoá học của vôi

Nhiệt độ nung vôi
22
2.2 VÔI KHÔNG KHÍ VÀ VÔI TÔI
2.2.2 Quá trình tôi vôi
Các sản phẩm thu được của quá trình tôi vôi: 3 loại

Vôi bột: Ca(OH)
2


Lý thuyết: H
2
O = 32,14% CaO

Thực tế H
2
O = 70%CaO.

Vôi bột cũng có thể được tạo thành do vôi sống tự hút
ẩm trong không khí và tả ra.

Sử dụng nhiều trong y học và nông nghiệp.

Khối lượng riêng γ
a
= 2,1 g/cm

3
,

Khối lượng thể tích: γ
0
= 0,4 – 0,5 g/cm
3
23
2.2 VÔI KHÔNG KHÍ VÀ VÔI TÔI
2.2.2 Quá trình tôi vôi
Các sản phẩm thu được của quá trình tôi vôi: 3 loại

Vôi nhuyễn:

Hỗn hợp gồm 50% Ca(OH)
2
và 50% H
2
O, dạng bột dẻo.

Sử dụng trong xây dựng dưới dạng vữa xây hay vữa trát.

Khối lượng thể tích: γ
0
= 1,2 – 1,4 g/cm
3

Vôi sữa:

Lượng nước lớn hơn vôi sữa nữa, ở dạng dung dịch.


Sử dụng chủ yếu để quét tường.

Nếu vôi có độ hoạt tính cao thì trung bình 1 kg CaO sẽ
được 5 lit vôi sữa.
24
2.2 VÔI KHÔNG KHÍ VÀ VÔI TÔI
2.2.2 Quá trình tôi vôi
Lưu ý:

Nếu vôi có độ hoạt tính cao thì khi tôi phải cho đủ nước vào cùng một lúc để tránh hiện tượng sinh phản
ứng nghịch:
Ca(OH)
2
+ CO
2 (không khí)

→
CaCO
3
+ H
2
O

Nếu vôi có độ hoạt tính thấp, cho nước vào từ từ để tránh hiện tượng “lạnh đột ngột” làm “sượng” sản
phẩm.
25