Nghiên cứu ảnh hưởng của đá vôi và thạch cao đến các tính chất của xi măng

Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo, TS.Tạ Ngọc
Dũng và ThS.Lê Văn Quang, cùng các thầy cô trong bộ môn CNVL Silicat đã góp ý,
tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

1


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Hợp chất, thuật ngữ

Viết tắt, ký hiệu

CaO

C

SiO2

S

Al2O3

A

Fe2O3

F

Clanke

CLK

Xi măng pooc lăng

XMP

Thời gian bắt đầu đông kết

Tbddk

Thời gian kết thúc đông kết

Tktdk

Nước tiêu chuẩn

NTC

Hiển vi điện tử

HVĐT

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCVN

Thạch cao

TC

Thạch cao hợp lý

TCHL

Đá vôi

ĐV

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

2


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

MỞ ĐẦU

Trước đây các phụ gia được coi là khoáng hoạt tính nếu chúng có khả năng
phản ứng với vôi tạo nên chất kết dính. Khi nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
hình thành tinh thể hydrat và vi cấu trúc đá xi măng, người ta nhận thấy yếu tố độ mịn
và thành phần hạt phụ gia cũng rất quan trong. Ngoài ra phụ gia còn có khả năng phản
ứng với các hợp chất khác trong đá xi măng, hình thành các hợp chất có tính kết dính.
Từ lâu, đá vôi làm phụ gia cho xi măng đã phổ biến ở một số nước phát triển
như Châu Âu, Mỹ, Canada…, một số tiêu chuẩn của ủy ban Châu Âu EVN 197-1
( CEN, 1992 ) có quy định về chất lượng và hàm lượng bột đá vôi sử dụng trong xi
măng. Hàm lượng đá vôi sử dụng thường giới hạn từ 1 – 5 % và chỉ được xem là phụ
gia đầy. Các nghiên cứu hiện nay cho thấy đá vôi không chỉ đóng vai trò là phụ gia
đầy mà còn ảnh hưởng đến quá trình hydrat của xi măng Poóclăng, việc có mặt bột đá
vôi có độ mịn lớn, lên đến 10% làm thay đổi các tính chất của xi măng như : tăng tốc
độ đông kết, tăng hoạt tính cường độ ở giai đoạn đầu đóng rắn… Vậy vai trò của đá
vôi khi là một phụ gia khoáng hoạt tính như thế nào, đặc biệt là tác động của CaCO 3
đến quá trình hydrat hóa của hệ xi măng khi có mặt cả CaSO4 và CaCO3.
Xuất phát từ vấn đề đặt ra ở trên, được sự hướng dẫn của TS.Tạ Ngọc Dũng và
ThS.Lê Văn Quang em đã nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng
của đá vôi và thạch cao đến các tính chất của xi măng ”.

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

3


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

CHƯƠNG I : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
I.1. Quá trình hydrat hóa và đóng rắn xi măng Poóclăng

I.1.1. Quá trình hydrat hóa các khoáng Clinker xi măng Poóclăng [1]
Clanke xi măng PCB có cấu trúc phức tạp, có các khoáng ở dạng tinh thể và các
hợp chất trung gian ở dạng dung dịch rắn và các pha vô định hình. Chất lượng clanke
phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học, thành phần khoáng và công nghệ sản
xuất. Tính chất của xi măng được quyết định chủ yếu bởi chất lượng của clanke.
Thành phần hoá học của clanhke, biểu thị bằng hàm lượng % các oxit có trong
clanhke, thường dao động trong giới hạn sau :
CaO = 63 – 67%

Fe2O3 = 2,5 – 4%

P2O5 tùy nguyên liệu có thể có

SiO2 = 21 – 24%

MgO < 5%

R2O < 1,5 %

Al2O3 = 4- 7%

TiO2 < 0,3%

- Khoáng alit ( Tricanxi silicat, C3S): chiếm 45 – 75%.
Alít có cấu trúc dạng tấm hình lục giác. Thực chất nó là dung dịch rắn của tri
canxi silicat và một lượng không lớn (2 – 4%) các oxit MgO, Al 2O3,… và các tạp chất
khác.
Khi tiếp xúc với nước, các hạt C 3S ngay lập tức tham gia vào sự tương tác với
nước và phản ứng rất mạnh.Thành phần cuối cùng của các sản phẩm phản ứng theo số
liệu của các nhà nghiên cứu khác nhau như sau:

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3 CaO.2 SiO2.3 H2O + 3Ca(OH)2 + ∆H
3 CaO. SiO2 + 3H2O = 2 CaO. SiO2.2 H2O + Ca(OH)2 + ∆H
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

4


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Sản phẩm ban đầu của quá trình hydrat hóa C 3S là pha hydro silicat canxi có
dạng C3SHx. Sau khoảng 2 – 6 h thì C 3SHx chuyển thành hydro silicat canxi thứ sinh
có độ bazơ nhỏ, hình thể sợi dài, mảnh C 2SH2. Sau đó nếu nồng độ vôi giảm thì các
hydro silicat canxi thứ sinh lại tiếp tục phân hủy thành hydro silicat canxi có độ bazơ
nhỏ hơn là CSH(B):
3 CaO. SiO2 + xH2O → 3CaO. SiO2.x H2O
3 CaO. SiO2.x H2O

→ C2SH2 + Ca(OH)2

C2SH2 + H2O

→ CSH(B) + Ca(OH)2

Thông thường, các hydro silicat canxi ổn định tạo thành có tỷ lệ C/S = 1.5–3.0.
Tính chất của alit trong xi măng:
- Làm cho xi măng có cường độ cao nhất sau 28 ngày
- Thời gian đông kết nhanh, đóng rắn nhanh (sau C3A)
- Tỏa nhiệt nhiều khi đóng rắn

- Không bền trong môi trường sunfat.

- Khoáng belit ( Dicanxi silicat, C2S): chiếm 15 – 30%
Bêlit (2CaO.SiO2) viết tắt là C2S có cấu trúc dạng hình tròn, nằm phân bố xung
quanh các hạt Alit. Trong clanhke, bêlit thường tồn tại ở dạng dung dịch rắn của β C 2S
và một lượng nhỏ các oxit Al2O3, Fe2O3, MgO…
Khoáng này tồn tại ở 4 dạng thù hình: α, α’, β và γ. Trong đó dạng thù hình
γC2S trơ về mặt hóa học, dạng α’ cho cường độ rất kém, dạng α không thủy hóa. Vì
vậy, trong clanhker dạng βC2S là dạng mong muốn.
Phản ứng hydrat hóa C2S và các dung dịch rắn của nó tạo thành các hydro
silicat canxi thành phần khác nhau và số lượng Ca(OH)2 nào đó :
2 CaO. SiO2 + 3 H2O = CaO. SiO2. H2O + Ca(OH)2 + ∆H
Thành phần hóa học của các hydro silicat canxi được tạo thành khi hydrat hóa
C2S thay đổi theo thời gian hydrat hóa. Khi dư nước hydro silicat canxi ban đầu có
thành phần gần với CaO. SiO2. H2O. Theo mức độ tăng hydrat hóa C 2S từ 0 – 25%
thành phần của hydro canxi thay đổi từ CSH đến C 1.65SHx có nghĩa là độ bazơ của nó
tăng lên. Tốc độ hydrat hóa của C 2S chậm hơn so với C3S và cũng là nhỏ nhất so với
các khoáng chính có trong clanhke. Thông thường có sơ đồ sau:
C2S → C2SH2→ CSH (B)
Tính chất của belit trong xi măng:
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

5


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

- Làm cho xi măng có cường độ phát triển chậm nhưng trong 28 ngày thì gần

bằng C3S.
- Thời gian đông kết chậm
- Tỏa nhiệt nhỏ khi đóng rắn
- Bền trong môi trường sunfat
- Khoáng tricanxi aluminat (C3A): chiếm 5 – 15%
Là dung dịch rắn của C3A có tan lẫn 1-2% CaO… tùy theo lượng CaO, nhiệt
độ và chế độ làm lạnh clinke mà caxi aluminat có thể ở dạng C 3A, C5A3. Trong clinke
xi măng chủ yếu là C3A.
Ở nhiệt độ thường, khi tiếp xúc với nước, ngay lập tức bề mặt các hạt C 3A mịn
sẽ xuất hiện các khoáng như C4AH19 và C2AH8 (hoặc hỗn hợp của các C2.4AH10.2). Sau
đó các tinh thể này sẽ chuyển dần thành C3AH6 kết tinh dạng tấm 6 cạnh. Phản ứng
của C3A với nước xảy ra rất nhanh, có thể mô tả như sau:
2 C3A + 27H → C2AH8 + C4AH19
Thành phần các sản phẩm hydrat hóa của C3A rất nhạy cảm với điều kiện môi
trường như nhiệt độ, tỷ lệ nước/chất rắn…Vì vậy còn có phản ứng sau:
4 C3A + 60H → C4AH19 + AH3
AH3 tách ra ở dạng vi tinh sau cùng kết tinh thành các tinh thể dạng tấm.
Tính chất của canxi aluminat:
- Làm cho xi măng có cường độ phát triển nhanh nhưng sau đó bị chậm lại và
không bằng C2S.
- Thời gian đông kết nhanh nhất
- Tỏa nhiệt nhiều khi đóng rắn
- Không bền trong môi trường sunfat
- Khoáng ferit canxi ( C4AF ): Chiếm 10 – 15%
Là dung dịch rắn của C4AF có các thành phần khác nhau phụ thuộc vào phối
liệu và điều kiện nung luyện: C8A3F, C4AF, C2F ở đây chủ yếu là C4AF.
Khi thuỷ phân, thuỷ hoá nó tạo ra hydro aluminat canxi, hydro ferrite canxi:
C4AF + nH2O

C3AH6 + CaO.Fe2O3.H2O.

CaO.Fe2O3.H2O + 2Ca(OH)2 + xH2O
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

C3FH6.
6


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tính chất của C4AF:
- Làm cho xi măng có cường độ thấp nhất
- Thời gian đông kết chậm
- Tỏa nhiệt khi đóng rắn thấp nhất
- Bền trong môi trường sunfat hơn C3A
- Sự hydrat hóa các pha còn lại của clinker
Ngoài ra, còn có pha thủy tinh và các khoáng chứa kiềm khác với hàm lượng
nhỏ.Thuỷ tinh clinker khi hydrate tạo nên hợp chất có thành phần phức tạp kiểu
granat: nCaO.m(Al2O3,Fe2O3,Mn2O3).pSiO2.xH2O.
CaO, MgO tự do chuyển thành Ca(OH)2 và Mg(OH)2. Sự tương tác của chúng
với nước xảy ra chậm kèm theo sự tăng thể tích có thể là nguyên nhân không ổn định
thể tích của đá xi măng trong thời gian đóng rắn về sau (khoảng 10 năm sau).
Khoáng chứa kiềm: KC32S12 và NC8A3 khi hydrat trước hết kiềm tan ra dung
dịch, sau đó quá trình hydrate hoá xảy ra tương tự như khoáng C2S hay C3A.

I.1.2.Quá trình hydrat hóa và đóng rắn đá xi măng
I.1.2.1.Quá trình hóa học khi hydrat hóa xi măng Pooclăng.
Do trong xi măng có chứa hàng loạt các hợp chất phức tạp nên quá trình hydrat

hóa các khoáng trong xi măng Pooclăng nhìn chung là khác so với quá trình hydrat
hóa của các đơn khoáng [1].
- Giai đoạn đầu: Khi các hạt xi măng tiếp xúc với nước, trên bề mặt tiếp xúc
ngay lập tức xảy ra phản ứng hòa tan các tinh thể khoáng khan nước và kết quả làm
nước trở nên bão hòa bởi các ion Ca 2+, SO42-, OH-, K+… Khi đó lại xảy ra quá trình kết
tinh Ettringit, Ca(OH)2 làm cho hàm lượng các ion này trong dung dịch nước giảm đi
và các khoáng xi măng lại tiếp tục hòa tan ra.
- Giai đoạn hai: Ở giai đoạn này quá trình tách các tinh thể số lượng lớn hơn,
đây chính là giai đoạn kìm hãm quá trình hydrat hóa, sau đó 1 – 3h thậm chí còn lâu
hơn thì các tinh thể Ettringit, Ca(OH)2 lớn lên làm phá hủy lớp vỏ hydrat hóa, do đó
quá trình hydrat hóa lại tăng nhanh. Tùy theo mức độ tích lũy sản phẩm mới mà lớp vỏ
liên tục được hàn rồi lại phá vỡ, quá trình hydrat hóa liên tục bị kìm hãm rồi lại tăng
tốc. Nếu sau đó đã hết SO42- mà vẫn còn dư C3AHx tự do thì trong các không gian hẹp
có thể xảy ra phản ứng tương tác của Ettringit với hydro canxi aluminat tạo thành
hydro canxisunfo aluminat dạng monosunfo. Do đó hàm lượng Ettringit giảm xuống,
hàm lượng dung dịch rắn C4(A,F)H13 tăng lên.
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

7


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

- Giai đoạn cuối cùng: Đây là giai đoạn kết thúc đóng rắn, ở giai đoạn này tốc
độ hydrat hóa xi măng phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của các phân tử nước qua lớp
vỏ dày đặc đến các hạt xi măng chưa hydrat hóa, giai đoạn này kéo dài thậm chí đến
10 năm.
I.1.2.2.Quá trình đóng rắn của xi măng Pooclăng.

Theo thuyết của Baicop [1], là thuyết hiện nay vẫn được sử dụng cho mọi chất
kết dính, thì quá trình đóng rắn của XM được chia ra làm 3 giai đoạn :
Giai đoạn 1 - gọi là chu kỳ chuẩn bị.
Giai đoạn 2 - là keo hoá hay còn gọi là chu kỳ ninh kết.
Giai đoạn 3 - kết tinh vật chất còn gọi là chu kỳ đóng rắn.
Giai đoạn 1: Nước tiếp xúc với các hạt XM, chất kết dính ngay lập tức tham gia
phản ứng hoá học với vật chất trên lớp bề mặt của hạt. Những sản phẩm hoà tan của
phản ứng ngay tức khắc truyền vào dung dịch và lại để lộ ra lớp tiếp theo của bề mặt
hạt XM, lớp mới này lại tiếp tục phản ứng với nước. phản ứng xảy ra liên tục cho tới
khi pha lỏng trở nên bão hoà bởi sản phẩm phản ứng - tiến tới trạng thái pha lỏng bão
hoà sản phẩm phản ứng.
Giai đoạn 2: Là giai đoạn trực tiếp tạo thành sản phẩm phản ứng ở trạng thái
rắn không thông qua sự hoà tan trung gian của vật chất kết dính ban đầu. Sản phẩm
của phản ứng nằm ở trạng thái không thể bị hoà tan ( không thể tan được ) trong pha
lỏng đã bão hoà vì vậy “chúng trực tiếp tách ra thành sản phẩm dạng chất rắn có kích
thước hạt vô cùng nhỏ - trạng thái phân tán mịn tạo nên hệ keo dưới dạng các gel”.
Trong suốt quá trình thứ hai hồ nhão, chất kết dính bản tính chảy và tính linh động dần
dần bị ninh kết nhưng chưa tạo cho hồ XM hay chất kết dính có cường độ.
Giai đoạn 3: Những hạt keo dạng gel dần dần bị mất nước, xít chặt lại tạo nên
vữa bắt đầu phát triển cường độ nhưng còn yếu, từ gel mất nước trở thành tâm của
những mầm tinh thể vật chất mới bị kết tinh và phát triển kích thước lúc đó tạo cho vật
liệu XM có cường độ phát triển theo thời gian và sự kết tinh toàn khối vật liệu. Khi vật
liệu kết tinh hết – kết thúc quá trình đóng rắn làm cho chất kết dính, xi măng hóa đá có
tính bền vững.

I.2.Quá trình hydrat hóa xi măng Poóclăng khi có mặt ion SO42¯
Khi hàm lượng khoáng C3S và độ mịn xi măng tăng thì tốc độ thủy hóa tăng.
Canxi suphat ( dạng thạch cao CaSO4.2H2O ) đưa vào có tác dụng điều chỉnh tốc độ
đông kết, được sử dụng phổ biến trên khắp thế giới do giá rẻ, dễ kiếm và không làm
giảm cường độ dài ngày.

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

8


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

I.2.1.Quá trình hydrat hóa của C3A và C4AF khi có mặt SO42¯
Khi thêm suphat vào làm quá trình hydrat hóa trở nên phức tạp hơn, đặc biệt
sunphat tham gia phản ứng trong giai đoạn đầu hydrat hóa với các khoáng C 3A và
C4AF tạo thành 2 pha AFt ( dạng cao sunphat ) và AFm ( dạng thấp sunphat ).
Khi trong hỗn hợp nhào trộn có chứa các ion SO 42- thì sản phẩm sẽ theo phản
ứng sau:
C3A + 3CaSO4 + 32H2O → C3A.3CaSO4.32 H2O (Ettringit)
Nếu không đủ SO42- để tạo Ettringit thì các tinh thể Ettingit và hydro aluminat
canxi tác dụng ngược với nhau tạo thành hydro canxi monosunfo aluminat theo phản
ứng sau:
3C3A.3CaSO4.32 H2O + 2 C3AH6 → 3(C3A.CaSO4.12 H2O) + 8 H2O
Quá trình hydrat hóa của C 4AF giống với quá trình hydrat hóa của C 3A nhưng
mức độ chậm hơn, pha AFt ở đây coi như thế 3 lần aluminat-ferrite.
Theo Vét [1], khi tác dụng C 3A và CaSO4.2H2O với nước xảy ra quá trình hòa
tan và xung quanh hạt C3A và thạch cao tạo nên gradian nồng độ. Khi đó :
-

Xung quanh C3A xuất hiện nhiều ion Al3+.

-

Xung quanh thạch cao xuất hiện nhiều ion SO42-.

Đó là điều kiện phản ứng tạo thành khoáng C 3A.CaSO4.12H2O là các tinh thể
dạng tấm, nằm xung quanh và kết tinh ngay trên bề mặt C 3A, tạo nên màng xít đặc
ngăn cản không cho ion Al3+ thoát ra khỏi môi trường làm giảm nồng độ ion SO 42- ở
xung quanh. Còn nằm xung quanh hạt thạch cao tạo nên màng xốp do các tinh thể
C3A.3CaSO4.31H2O dạng lăng trụ ( do bé gọi là hình kim ) kết tinh ngay trên bề mặt,
vẫn đảm bảo ion SO42- thoát ra khỏi màng xốp tạo cho dung dịch ở vị trí xung quanh
hạt thạch cao luôn luôn bão hòa ion SO 42-. Đó chính là điều kiện cơ bản làm cho màng
xít chặt của C3A.CaSO4.12H2O bao xung quanh hạt C3A nhanh chóng bão hòa sunfat
để biến từ trạng thái giả bền
C 3A.CaSO4.12H2O thành trạng thái bền
C3A.3CaSO4.31H2O cấu trúc xốp bao lấy C3A và lúc này tạo điều kiện cho ion Al 3+ đi
qua màng xốp ra môi trường xung quanh gặp ion SO 42- lại tạo nên màng xít chặt
C3A.CaSO4.12H2O bao bên ngoài. Đó gọi là chu kỳ cảm ứng làm giảm tốc độ ninh kết
khi đóng rắn xi măng.
Theo I.un ion Al3+ có đặc tính keo tụ mạnh nên ta ngăn cản làm giảm tốc độ ion
Al3+ thoát ra môi trường, bằng cách tổng hợp hydrosufo aluminat caxi thu hút ion Al 3+
làm cho ion đó không kịp keo tụ và không kịp tác động kích thích các pha phân tán
keo của hydro silicat caxi keo tụ làm kéo dài thời gian ninh kết và ngược lại.
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

9


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Khi có mặt CaSO4.2H2O [2] làm giảm tốc độ hydrat hóa của C 3A nhưng với sự

tạo thành tinh thể ettringite hình kim hoặc hình lăng trụ làm thể tích tăng khoảng 2,5
lần so với thể tích ban đầu, nó xuất hiện ở gần bề mặt của hạt C 3A cũng như ở khoảng
trống giữa các hạt, điền đầy các chỗ trống vì thế chúng có tác dụng tăng cường độ
sớm. Khi SO42- hết, ettringite chuyển hóa sang dạng monosunpho aluminat theo phản
ứng:
C3A.3CaSO4.32H2O → C3A.CaSO4.12H2O + 2CaSO4.2 H2O + 15 H2O
Số lượng nước liên kết hóa học giảm từ 45,2 đến 24,2%, độ xốp tăng đến
54,5% với sự tăng tổng thể tích riêng của hệ lên 17% so với theo tích riêng ban đầu
của ettringite. Pha lỏng tách ra và sự chuyển pha này tham gia vào sự tương tác với các
thành phần khoáng chưa hydrat hóa tạo thành các hợp chất hydrat mới, do đó cấu trúc
được làm chặt, cường độ muộn tăng, điều đó quan sát thấy trong quá trình đóng rắn
tiếp theo.
Trong xi măng Poóclăng, sunphat được phân bố rộng rãi giữa các pha AFm,
AFt và C-S-H, các pha cùng tồn tại như thế nào. Sự phân bố sunphat trong vữa xi
măng giúp hiểu rõ hơn mối liên hệ giữa lượng sunphat với các pha cùng tồn tại AFt,
AFm và C-S-H.

I.2.2.Sự phân bố sunphat trong vữa xi măng Poóclăng [5]
Pha AFt : ettringite và thaumasite
Ettringit là một tinh thể được hình thành sớm trong quá trình hydrat hóa xi
măng Poóclăng và được nhận ra dễ dàng bằng phân tích XRD hoặc bằng kính hiển vi,
thông thường ettringite phát triển vào không gian được điền đầy bởi nước có dạng hình
kim 6 cạnh hoặc hình lục giác. Sự tồn tại cacbonat ettringite C 3A.3CaCO3.32 H2O đã
được chứng minh, nhưng điều kiện để cacbonat thể hiện hoạt tính ở 25 oC chưa đủ để
thay thế 6 % sunphat trong ettringite. Vì vậy thành phần ettringite có trong xi măng
thương mại, cả khi trộn cùng với canxit đều xuất hiện khoáng C3A.3CaSO4.32H2O.
Ettingite có hàm lượng nước cao và khối lượng riêng thấp d = 1,77 g/cm 3. Hiện
nay, có rất nhiều các quan điểm khác nhau về đường giới hạn ổn định nhiệt trên của
ettringite. Trong dung dịch bão hòa, ettringite ổn định ở 114 oC. Tuy nhiên trong nước
hoặc với độ ẩm nhỏ hơn 100% hoặc nồng độ kiềm tăng, nhiệt độ bền vững của

ettingite giảm nhanh. Thành phần phức tạp của xi măng khi hydrat hóa và khả năng
sunphat tạo thành các pha khác nhau, ví dụ: khi nhiệt độ dưới 100 oC, xảy ra quá trình
chuyển pha AFt sang pha AFm, ettingite biến mất. Khi nhiệt độ tăng độ hòa tan
etttingite tăng, sự hình thành ettringite trong qúa trình thủy hóa bị chậm trễ và khi
nhiệt độ giảm thì quá trình tái kết tinh ettingite xảy ra rất chậm trong khi xi măng đã
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

10


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

phát triển cường độ, quá trình hòa tan-kết tinh thuận nghịch ở trạng thái cân bằng. Sự
giãn nở bên trong do quá trình hình thành ettiringite muộn gây nứt trong vữa, bê tông.
Nhiệt độ cao có thể tỏa ra từ quá trình thủy hóa hoặc quá trình bảo dưỡng đặc biệt
(nhiệt độ trên 65 oC, bảo dưỡng bằng hơi nước…).
Thaumasit, Ca3(SO4)(CO3)[Si(OH)6].12H2O, có cấu trúc tương tự ettringit: silic
thay thế cho nhôm. Ettringit và thaumasit chỉ chia sẻ cấu trúc chung giới hạn trong
cùng dung dịch rắn. Do đó thaumasit phải được xử lý nhiệt động học như một pha
riêng lẻ. Chú ý đặc trưng thaumasit là pha ở “nhiệt độ thấp”, chỉ bền ở dưới 30°C.
Các nghiên cứu trước đây cho rằng: độ họat động thấp của silic và lượng nhỏ
cacbonat ngăn cản sự hình thành thaumasit là không phù hợp. Thaumasit hình thành
trong các điều kiện có sẵn sunphat, cacbonat và nước, CaCO 3 cung cấp cacbonat
thường đưa vào ở dạng như chất độn hoặc là cốt liệu cho đá xi măng và bê tông.
Thaumasit trương nở và tác động đến cả hồ xi măng và cốt liệu, tuy nhiên công trình
phá hủy bởi quá trình này rất ít gặp trong thực tế.
Pha AFm
Có nhiều quan điểm khác nhau về số lượng và đặc tính của pha AFm trong

XMP thường. Tất cả các pha AFm thường có 11-13 phân tử H 2O và có dạng tấm chứa
một lớp sơ cấp, ví dụ Ca2[Al(OH)6]+. Lớp này có điện tích dương và để đạt cân bằng
thì phải đưa các anion vào. Các anion thay thế bao gồm cả ion hóa trị I và II, thường là
các hydroxit, sunphat và cacbonat. Sự khác biệt về điện tích, kích thước và độ phân
cực giữa các pha AFm khác nhau và kết quả xi măng thương mại có thể chứa nhiều
pha AFm ví dụ cùng tồn tại đồng thời cả 3 pha AFm (mặc dù điều này khó xảy ra).
Hình 2 đưa ra phạm vi của dung dịch rắn giữa OH ¯ và SO4¯, dưới điều kiện bão hòa
portlandite (pH ~ 12.5), khoảng trên 50% mol của OH¯ có thể thay thế SO4¯.

Lượng
chất
rắn
mmol

Tỷ lệ SO4/(SO4+2OH)

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

11


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hình2 : Tính toán mối liên hệ pha giữa hydroxit –AFm và monosulfoaluminate ở
25°C
Sự ổn định của pha AFm cũng ảnh hưởng tới tính chất hóa học của xi măng.
Hydroxy AFm là dạng ổn định ở tất cả nhiệt độ với hỗn hợp của hydrogarnet (3CaO.
(Al,Fe)2O3.xSiO2.(6-2x)H2O) và portlandite; hydroxy AFm được hình thành trong quá

trình hydrat hóa ban đầu có mật độ thấp, chuyển đổi để hình thành sản phẩm có mật độ
cao. Pha sunphat AFm rất ổn định ở nhiệt độ dưới 50°C. Nhưng các tính toán lại cho
thấy sunphat AFm ổn định ở 25°C (và có thể thấp hơn) và sự thay thế ngẫu nhiên các
vị trí anion giữa OH¯ và SO4¯ không tuân theo một quy tắc nào sẽ giải phóng/hấp thụ
năng lượng khi hệ chuyển trạng thái, kết quả sự đóng góp năng lượng nhiệt động học
entropy làm ổn định dung dịch rắn AFm, chống lại sự phân hủy. Mặt khác, khi thay
thế anion cacbonat đạt tối ưu thì pha AFm hình thành cũng rất ổn định trong xi măng
Poóclăng thông thường, với sự hình thành một trong hai pha hoặc cả hai pha:
hemicarboaluminate ( chứa OH¯ và CO32¯) và monocarboaluminate.
Sunphat trong C-S-H
Trong các thập kỷ gần đây, các nghiên cứu thực nghiệm đã chứng tỏ C-S-H là
gốc để suphat ký sinh và phát triển. Ví dụ: tổng hợp nhân tạo C-S-H, đo nồng độ
sunphat từ dung dịch đã thấm hút lên trên C-S-H. Thí nghiệm sử dụng nồng độ natri
sunphat lớn (lên tới 300-600 mmol): xi măng được lưu ở 25°C, hàm lượng sunphat
trong vữa xi măng có thể cao trong 1 hay 2 ngày đầu tiên nhưng sau đó, trong suốt giai
đoạn khi hình thành hết C-S-H, nồng độ sunphat thường từ 2-20 mmol SO 4¯/ lít. Trong
ví dụ tiếp theo ở hình 3, đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa độ thấm hút sunphat trên bề
mặt của C-S-H đo được từ 0-18 mmol SO4¯/ lít với nồng độ dung dịch canxi sunphat
ban đầu khác nhau, độ thấm hút sunphat đo tại cân bằng C-S-H với dung dịch sunphat.
Với xi măng thương mại, nồng độ sunphat thấp, các thí nghiệm ví dụ ở trên là không
phù hợp.

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

12


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hình 3: Độ thấm hút sunphat của C-S-H
Khả năng liên kết của C-S-H với sunphat nói chung là thấp ( ≤ 0.15 mmol SO 42/ gam C-S-H khô). Độ thấm hút sunphat phụ thuộc vào cả tỷ lệ Ca/Si của C-S-H và
nhiệt độ. Khi tỷ lệ Ca/Si tăng khả năng thấm hút SO 42- cũng tăng lên. Do đó trong xi
măng bão hòa portlandite (Ca/Si của C-S-H ~ 1,7) độ thấm hút sunphat sẽ cao hơn so
với xi măng xỷ không có portlandite và tỷ lệ Ca/Si của C-S-H nhỏ hơn 1,7. Khi nhiệt
độ chỉ cần tăng nhẹ và sự có mặt Al 3+ trong C-S-H, sunphat dễ dàng thấm hút lên trên
C-S-H.
Qua nghiên cứu kết luận: C-S-H trong XMP có khả năng thấm hút sunphat kém
giúp hình thành pha AFt bền, tuy nhiên nếu có thể tăng khả năng thấm hút sunphat thì
pha AFt lại trở nên kém bền. Tuy nhiên các nghiên cứu này chưa hoàn chỉnh và cần có
các nghiên cứu tiếp theo.

I.3.Quá trình hydrat hóa và đóng rắn xi măng Poóclăng khi có
phụ gia đá vôi
I.3.1.Quá trình hydrat hóa xi măng Poóclăng khi có mặt ion CO32- [3]
Cacbonat chỉ trơ đối với khoáng silicat nhưng có khả năng phản ứng với
khoáng C3A và C4AF để tạo nên hợp chất mới mà nhân là cacbonat: hydro
cacboaluminat, có thể là tricacbonat C 3A.3CaCO3.32H2O dạng hình kim và
monocacbonat C3A.CaCO3.12 H2O dạng hình tấm 6 cạnh.
Ngoài ra hydro cacbo aluminat cũng tạo thành khi sản phẩm hydrat hóa của
C3A tác dụng với ion CO32-. Sản phẩm hydrat của C3A tùy theo điều kiện phản ứng mà
sản phẩm có thể là Ca(OH)2, Al(OH)3, C2AH8, CAH10, C4AH13÷19 và C3AH6. Trong đó
C4AH13÷19 tác dụng với ion CO32- tạo thành hydro cacboaluminat có hàm lượng CaCO 3
từ ¼ ÷3, hợp chất có dạng C3A.( ¼ ÷3) CaCO3.xH2O. Khi hàm lượng cacbonat nhỏ,
tinh thể có dạng tấm lục giác, ở dạng tricacbonat (C 3A.3CaCO3.31H2O) tinh thể dạng
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

13

Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

hình kim. Mặt khác cacbonat tương tác với Ca(OH) 2 tạo thành hydro cacbohydroxit
canxi (CaCO3.n Ca(OH)2.xH2O) tạo cho xi măng có tách dụng đóng rắn nhanh và phát
triển cường độ cao.
Tác động của đá vôi đến quá trình hydrat hóa xi măng còn được thể hiện ở sự
thúc đẩy quá trình hydrat hóa khoáng C 3S. Thứ nhất do các hạt đá vôi phân cách các
hạt xi măng trong hệ xi măng –nước, làm giảm độ nhớt của hồ xi măng, tăng không
gian cho sự kết tinh các CSH (B). Thứ hai Ca(OH) 2 ưu tiên kết tinh trên bề mặt hạt đá
vôi, làm dịch chuyển cân bằng hóa học của phản ứng C 3S với nước. Nhưng trước hết
đá vôi vẫn có vai trò là tác nhân pha loãng.

SO

2¯
4

I.3.2.Quá trình hydrat hóa xi măng Poóclăng khi có mặt đồng thời ion
và ion CO32¯

Theo Ramachandran phản ứng giữa C 3A và thạch cao tạo ra ettringit được thúc
đẩy bởi sự có mặt của phụ gia canxi cacbonat, và sự chuyển đổi ettringit sang dạng
monosunpho aluminat cũng được thúc đẩy bởi canxi cacbonat, điều này có thể cho
thấy rằng ettringit, monosunpho aluminat và monocacbo aluminat cùng tồn tại. Theo
E.Sakai và M.Daimon, tác động cụ thể của bột đá vôi đến quá trình hydrat hóa của hệ
C3A - CaSO4.2 H2O - CaCO3, xác định bằng phương pháp Rơnghen định lượng đã chỉ
ra sản phẩm thủy hóa chủ yếu hệ trên là pha gel chứa SO 42- và CO32- hợp chất dạng

(C3A.x CaSO4.y CaCO3.Hn), gồm ettringit, monosunpho, monocacbo và hemicacbo.
Thành phần của pha gel này C3A.x CaSO4.y CaCO3.Hn thay đổi theo thời gian.
Khi thạch cao phản ứng hết, tốc độ phản ứng của bột đá vôi tăng lên đột ngột,
vì ban đầu sự hydrat của C 3A bị khống chế bởi CaSO4 do sự tạo thành các gel chứa
SO42-, khi có mặt đá vôi, sẽ hình thành nên gel chứa SO 42- và CO32- trên bề mặt hạt C3A
giải phóng SO42-, đồng thời đá vôi trong giai đoạn này đóng vai trò là mầm kết tinh cho
monocacbonat.
Cơ chế phản ứng của hệ C3A-CaSO4.2 H2O-CaCO3 được khái quát như sau [3]
1.

Đầu tiên C3A phản ứng với SO42- tạo thành gel chứa SO42- và CO32- và

monosunphat.
2. Tiếp đó, CaCO3 phản ứng với gel chứa SO42- - và CO32- hình thành
monosunphat, monocacbonat hoặc hemicacbonat. Khi đó SO 42- được giải phóng từ gel
chứa SO42- và monosuphat.
3. Trong giai đoạn kết thúc, ion SO 42- phản ứng với gel chứa SO 42- còn dư
lại và monosunphat tạo thành ettringit thứ sinh.
Tuy nhiên hiện tượng hình thành ettringit thứ sinh không xảy ra khi sử dụng
phụ gia đá vôi siêu mịn.
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

14


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

I.3.3.Sự hình thành cấu trúc đá xi măng khi có mặt Cacbonat [3]

Vai trò hoạt tính tạo cấu trúc của các hạt cacbonat mịn trong đá xi măng trước
tiên được xác định bởi liên kết hóa học cacbonat canxi và magie với các sản phẩm
thủy hóa các pha chứa alumin trong clanhke, tương tác hóa học này xảy ra thuận lợi
(xét từ khía cạnh tính chất cơ lý và tính chất xi măng) cùng với sự thay đổi bề mặt và
tính ổn định của các tinh thể hydrat hình thành.
Trên biểu đồ Rơnghen của các mẫu thủy hóa từ C 3A và C4AF, cũng như từ các
hỗn hợp của chúng với canxi và magie cacbonat cho thấy tại các peak của C 3AH6 có
các peak của C4AHx và tổ hợp liên kết 3CaO.Al 2O3.CaCO3.11H2O. Hydro
monocacboaluminat kết tinh ở dạng tấm tinh thể hecxagonal, các tinh thể này tăng
nhanh về kich thước và chuyển hóa thành các tổ hợp liên tinh liên kết chặt chẽ với
nhau. Phần lớn các tinh thể này hình thành tập hợp dạng sợi dày đặc và tập trung thành
vùng rõ trên bề mặt của các hạt cacbonat, do vậy bảo đảm sự tăng cường độ liên kết
các thành phần của đá xi măng. Hydro monocacboaluminat và hecxagonal hydro
aluminat canxi được quan sát thấy trong đá xi măng và bê tông đóng rắn lâu trong điều
kiện bình thường. Khi chưng hấp có thể xảy ra sự phân hủy hydro monocacboaluminat
canxi thành C3AH6 và CaCO3.
Khi nghiên cứu sự kết tinh của các hydrat mới hình thành của đá xi măng trên
nền cacbonat (vùng tiếp xúc) người ta đã sử dụng các dung dịch bão hòa tobermorit,
CSH(B), C2SH2 và C3AH6, ettringite, Ca(OH)2 và CaSO4.2H2O với nền là các tấm mài
cắt từ các tinh thể canxit có các mặt phẳng tách song song để phát triển tinh thể của
các pha thủy hóa. Trên các bức ảnh HVĐT SEM quan sát thấy sự phân bố không đồng
đều của các hạt trên bề mặt nền. Trên tất cả các nền có một phần các chất mới hình
thành có dạng hạt cầu bản chất vô định hình. Rất rõ thấy tập hợp kết tụ của chúng
thành các tổ hợp liên tinh.
Các nghiên cứu HVĐT bề mặt phụ gia nằm trong hồ C 3S và xi măng đóng rắn
cho thấy canxit kết tinh tốt với các mặt thoi – sản phẩm cacbonat hóa của hydroxyt
canxi, tách ra khi thủy hóa. Hình góc cạnh rõ của các tinh thể canxit và sự phân bố đều
của chúng trên bề mặt phụ gia cho thấy sự kết tinh của chúng xảy ra ở trạng thái bão
hòa thấp. Các lớp canxit có định hướng trên bề mặt phụ gia làm đặc chắc vùng tiếp
xúc của chất kết dính vì thế ảnh hưởng tốt đến cường độ nén.

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

15


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

CHƯƠNG II : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
II.1.Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu
II.1.1.Clanhke xi măng Poóclăng
Xi măng thí nghiệm chế tạo bằng cách đập clanhke xi măng Porland ( Clanhke
xi măng X77 ) trong máy đập búa hoặc nếu dùng máy đập hàm thì phải sàng lại qua
sàng 5mm, clanhke sau khi đập được đồng nhất lại trước khi cho vào nghiền trong
máy nghiền bi. Mỗi mẻ 15 kg được nghiền trong 75 phút. Độ mịn xác định theo
phương pháp sàng thì lượng sót sàng 008 là 9,14 %.
Bảng 2.1 : Thành phần hóa của clanhke X77
SiO2

CaO

MgO

Fe2O3

Al2O3

Na2O

K2 O

SO3

CaOtd

MKN

21,38

63,78

2,04

4,10

5,67

0,22

0,6

0,4

0,76

0,10

Thành phần khoáng được tính từ thành phần hóa theo công thức sau:

%C3S = 4,07C – 7,6S – 6,72A – 1,42F- 2.85 S
%C2S = 8,6S + 5,07A + 1,07F – 3,07C
%C3A = 2,65(A – 0,64F)
%C4AF = 3,04F
Bảng 2.2: Thành phần khoáng của clanhke X77
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

16


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

C3S

C2S

C3A

C4AF

52,03

21,20

8,07

12,46

Bảng 2.3:Các hệ số chế tạo clanhke 77
KH

n

p

L

0,87

2,19

1,38

26,86

Các hệ số được tính như sau:
KH =

(C − Ctd ) − 1,65. A − 0,35.F − 0,7.S
2,8.( S − Std )
n=

S
A+ F

p=

A

F

Hàm lượng pha lỏng L ( tính theo thành phần khoáng ):
L = 1.12C3A+1.35C4AF

Hình 2.1: Phân bố thành phần hạt của clanke

II.1.2.Thạch cao
Thạch cao có nguồn gốc từ Lào được đập trong máy đập hàm hoặc máy đập búa
tương tự như clanke, sau đó được nghiền mịn trong máy nghiền bi.
Các chỉ tiêu:
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

17


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

- Hàm lượng SO3 trong thạch cao là 41,41 %.
- Độ ẩm 2,5 %.
- Cặn không tan 3,5 %

II.1.3.Đá vôi
Đá vôi siêu mịn của công ty cổ phần xi măng và khoáng sản Yến Bái. Hàm
lượng CaCO3 trong đá vôi chiếm 96,77 %.
Bảng 2.4.Thành phần hóa của đá vôi:
SiO2

CaO

MgO

Fe2O3

Al2O3

MKN

0.44

54,19

0

0,14

0,17

42,88

Hình 2.2: Phân bố thành phần hạt của đá vôi

II.1.4.Cát vàng
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1770 : 1986 quy định cát dùng trong bê tông
phải đạt yêu cầu về cấp phối cỡ hạt nằm trong miền giới hạn của đa giác cấp phối hạt
ứng với nhóm cát to, phải đạt các tiêu chuẩn sau:
Bảng 2.5. Các yêu cầu kỹ thuật của cát
Tên chỉ tiêu

Modul độ lớn
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

Nhóm cát to
2,5 ÷ 3,3
18


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Khối lượng thể tích xốp, kg/m3, không nhỏ hơn.

1400

Lượng hạt nhỏ hơn 0,14mm, tính bằng % khối lượng
10
cát, không lớn hơn.
Đề tài đã phối trộn và sử dụng loại cát có modul = 2,53, thuộc nhóm cát to, rất
phù hợp với TCVN 1770 : 1986. Thành phần hạt và môdun được xác định theo TCVN
342 : 1986 và chỉ tiêu khối lượng thể tích xốp được thí nghiệm theo TCVN 340 : 1986.
Kết quả được trình bày trong các bảng sau:

Bảng 2.6.Cấp phối cỡ hạt và biểu đồ thành phần hạt của cát được sử dụng
Loại sàng (mm)

5

2.5

1.25

0.63

0.315

0.140

<0.14

Lượng sót tích lũy (%)

0

12.9

24.3

39.2

84.4

90.5

100

Hình 2.3: Biểu đồ thành phần hạt của cát.
Bảng 2.7. Các chỉ số kỹ thuật của cát được sử dụng
Tên chỉ tiêu

Yêu cầu

Kết quả thí
nghiệm

Modul độ lớn

2,5 ÷ 3,3

2,513

Khối lượng thể tích xốp, kg/m3, không nhỏ hơn.

1400

1940

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

19


Đồ án tốt nghiệp

Lượng hạt nhỏ hơn 0,14mm, tính bằng % khối
10
lượng cát, không lớn hơn.

Đại học Bách Khoa Hà Nội

9,5

II.2. Phương pháp nghiên cứu
II.2.1. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp xác định độ mịn của xi măng Pooclăng, thạch cao, xỷ lò cao, đá
vôi mịn theo TCVN 4030:1985
- Phương pháp xác định lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết: TCVN
4031:1985.
- Phương pháp xác định độ bền nén của đá xi măng: TCVN 4032:1985
- Phương pháp xác định độ ổn định thể tích theo TCVN 6017 : 1995
- Phương pháp xác định thành phần hạt:
Thiết bị phân tích thành phần hạt sự dụng nguồn lazer có bước sóng 750nm để
xác định các cỡ hạt có kích thước 0,4 – 2000µm bằng nguyên lý tán xạ ánh sáng.
Các nguồn lazer đi qua kính lọc không gian và thấu kính, sau đó đi qua khoang
chứa mẫu. Ở khoang này các hạt được phân tán lơ lửng trong chất mang. Ánh sáng tới
bị tán xạ bởi các hạt, độ tán xạ phụ thuộc vào kích thước các hạt. Hạt có kích thước
lớn thì góc tán xạ tù hơn. Detector thu nhận góc tán xạ và chuyển thành tín hiệu điện
sau đó được phần mềm tính toán ghi lại và chuyển sang kích thước hạt tương ứng.
Thành phần hạt được xác định tại trung tâm Phân tích Kiểm định – Viện vật
liệu xây dựng.

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

20


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

II.2.2.Sơ đồ nghiên cứu
Chuẩn bị nguyên liệu: Clanke X77, thạch cao, đá vôi và cát.
Phân tích cỡ hạt và thành phần hóa.

Thạch cao

Trộn theo tỷ lệ
seri 1: CLK+
0-3,5%SO3

Clanke

Đá vôi

Trộn theo tỷ lệ
seri 2: CLK+
0-5% đá vôi

Trộn theo tỷ lệ seri 3:
CLK+ đá vôi thay dần
3 % thạch cao

Xác định các tính chất cơ lý:
- Nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết.
- Cường độ nén 1, 3, 7, 28 ngày.
.

Thảo luận và giải thích kết quả
Kết luận và kiến nghị

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

21


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

II.3.Kết quả nghiên cứu
II.3.1.Ảnh hưởng của thạch cao đến tính chất cơ lý của xi măng
II.3.1.1.Nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết
Nhìn chung, đối với xi măng ta mong muốn lượng nước tiêu chuẩn nhỏ nhưng
vẫn đảm bảo độ dẻo thì càng tốt. Đối với xi măng có phụ gia, lượng nước phụ thuộc
nhiều vào khă năng giữ nước, khả năng hút nước và hình dạng các hạt phụ gia.
Theo quan điểm hóa lý thì quá trình đông kết của xi măng là quá trình chuẩn bị
tạo khung cấu trúc trong hỗn hợp huyền phù của xi măng – nước. Ban đầu khoáng xi
măng phản ứng với nước tạo cấu trúc keo tụ, có sự tiếp xúc giữa các hạt keo và các hạt
xi măng và phụ gia chưa thủy hóa. Cấu trúc này sẽ được hình thành nhưng cũng dễ
dàng bị phá vỡ. Thời gian bắt đầu thủy hóa là dấu hiệu nhận biết thời điểm vữa xi
măng bắt đầu mất tính dẻo và khung cấu trúc đã đuợc hình thành, kết thúc đông kết là
thời điểm mà vữa xi măng đã mất hoàn toàn tính dẻo và định hình được khung cấu trúc
ổn định, bền vững.
Với các loại xi măng sử dụng trong xây dựng, ta đều mong muốn có thời gian bắt
đầu đông kết không quá ngắn và thời gian kết thúc đông kết không quá dài để tiện cho
quá trình thi công. Trong các tiêu chuẩn đều quy định thời gian bắt đầu đông kết
không nhỏ hơn 45 phút và thời gian kết thúc đông kết không muộn hơn 10h.
Bảng 2.8 Nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết của seri 1: CLK + 0-3,5 % SO3
Tỷ lệ mẫu

%CLK

% SO3

% ĐV

100

0

0

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

Nước tiêu
chuẩn%
24

Thời gian đông kết ( phút )
Bắt đầu

Kết thúc

70

140
22


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

99,5

0.5

0

24

85

145

99

1.0

0

24

90

150

98,5

1.5

0

24

100

155

98

2.0

0

24

105

160

97,5

2.5

0

24

90

130

97

3.0

0

24

80

140

96,5

3.5

0

24

80

130

Hình 2.4.Thời gian đông kết của seri 1: CLK + 0-3,5 % SO3
Từ kết quả thí nghiệm của seri 1: CLK +0-3,5 % SO3 ta nhận thấy:
- Lượng nước tiêu chuẩn không thay đổi so với nền CLK.

- Khi lượng SO3 tăng từ 0-3,5 %, thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết tăng ở
tỷ lệ 0- 2 % SO3 sau đó giảm xuống, nhưng nhìn chung khi có mặt thạch cao, thời gian
bắt đầu và kết thúc đông kết đều tăng so với nền CLK. Với CLK + 2 % SO 3 so với nền
CLK, thời gian bắt đầu tăng từ 70 -105 phút, thời gian kết thúc tăng từ 140 – 160 phút.
Kết quả trên do: thạch cao có tác dụng giảm tốc độ đông kết của C 3A do khống
chế tốc độ tạo ra Al(OH)3 và tạo ra sản phẩm hydrat hóa không keo tụ. Nhưng nếu quá
nhiều thạch cao làm cho xung quanh hạt C 3A đồng thời có cả C3A.CaSO4.12H2O và
C3A.3CaSO4.31H2O, tinh thể ettringite hình kim hình thành nhiều hơn, Al 3+ dễ dàng
thoát ra môi trường. Nếu quá ít thạch cao làm cho xung quanh hạt C 3A chủ yếu nhiều
C3A.CaSO4.12H2O, quá trình hydrat hóa C3A chậm, nhưng theo thời gian nó chuyển
thành C3A.3CaSO4.31H2O khi đó hết ion SO42- trong môi trường, làm cho ion Al 3+ tiếp
Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

23


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

tục thoát ra môi trường. Vì vậy quá ít hay quá nhiều thạch cao đều làm giảm khả năng
điều chỉnh tốc độ đông kết C3A.

II.3.1.2.Cường độ nén

Hình 2.5.Cường độ nén của seri 1: CLK + 0-3,5 % SO3
Bảng 2.9. Cường độ nén và tỷ lệ thay đổi cường độ so với mẫu gốc
Tỷ lệ mẫu
%CLK %SO3 %ĐV

Cường độ nén ( N/mm2 )

Tỷ lệ thay đổi cường độ so với
mẫu gốc %

R1

R3

R7

R28

R1

R3

R7

R28

100

100

100

100

100

0

0

8.1

12.3

18.5

34.7

99,5

0,5

0

10.1

18.5

29.2

45.3 124,69 150,41 157,84 130,55

99

1

0

14.7

21.7

32.0

48.8 181,48 176,42 172,97 140,63

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

24


Đồ án tốt nghiệp

Đại học Bách Khoa Hà Nội

98,5

1,5

0

14.7

23.1

32.1

44.7 181,48 187,80 173,51 128,82

98

2

0

16.1

30.3

40.1

48.5 198,77 246,34 216,76 139,77

97,5

2,5

0

16.1

28.3

38.4

47.6 198,77 230,08 207,57 137,18

97

3

0

13.9

22.3

34.9

47.6 171,60 184,30 188,65 137,18

96,5

3,5

0

12.9

19.1

31.2

45.5 159,26 155,28 168,65 131,12

Qua bảng 2.9. Khi lượng SO3 tăng từ 0-3,5 %, cường độ nén ở các ngày tuổi
thường tăng dần đến 2 % SO3 sau đó giảm xuống. Nhưng nói chung cường độ 1, 3, 7,
28 ngày đều tăng , đặc biệt ở cường độ đóng rắn ban đầu 1, 3 ngày. Với mẫu 2 % SO 3
cường độ 1, 3, 7, 28 ngày tăng lần lượt là: 98,77 %, 146,34%, 116,76% và 39,77% so
với mẫu nền CLK.
- Cường độ đóng rắn ban đầu 1, 3 ngày tăng mạnh. Mặc dù thạch cao làm giảm
tốc độ hydrat hóa của C3A nhưng với sự tạo thành tinh thể ettringite hình kim hoặc
hình lăng trụ làm thể tích tăng khoảng 2,5 lần so với thể tích ban đầu, nó xuất hiện ở
gần bề mặt của hạt C3A cũng như ở khoảng trống giữa các hạt, điền đầy các chỗ trống
vì thế chúng có tác dụng tăng cường độ sớm.
- Cường độ đóng rắn muộn tăng do sự chuyển pha của ettringite thành
hydromonosunfoaluminat canxi chứa lượng nước liên kết hóa học nhỏ hơn có khối
lượng riêng lớn hơn so với khối lượng các hydrat ban đầu.
C3A.3CaSO4.32H2O → C3A.CaSO4.12H2O + 2CaSO4.2 H2O + 15 H2O
3C3A.3CaSO4.32 H2O + 2 C3AH6 → 3(C3A.CaSO4.12 H2O) + 8 H2O
Đây là nguyên nhân làm tăng lượng lỗ xốp trong cấu trúc, nhưng các lỗ xốp
được lấp đầy bởi pha lỏng tách ra từ sự chuyển hóa, tương tác với các phần khoáng
chưa hydrat hóa tạo thành các hợp chất mới, do đó cấu trúc lại được làm chặt trong
quá trình đóng rắn tiếp theo. Cường độ ở tuổi muộn vẫn tiếp tục tăng so với nền CLK.
Từ kết quả thời gian đông kết và cường độ nén có thể xác định hàm lượng thạch
cao hợp lý có hiệu quả nhất trong việc điều chỉnh tốc độ ninh kết và đạt cường độ cao.
Hàm lượng thạch cao hợp lý xác định trong nghiên cứu từ 1 – 2 % SO 3, hay từ 2,15 –
4,3 % thạch cao.

Khổng Thị Giang – CNVL Silicat_K50

25