Chuyên đề bê tông chịu nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

I.1. Tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài.
Trong thực tế, những công trình, kết cấu chịu nhiệt, các thiết bị nhiệt, các kết cấu bảo ôn cho
các thiết bị nhiệt … được chế tạo từ bê tông chịu nhiệt làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao lâu
dài, nhiệt độ thay đổi, với mức độ chênh lệch nhiệt độ cao… bị phá hoại, hư hỏng nhanh, tuổi
thọ thấp là thực tế làm giảm chất lượng công trình, giảm hiệu quả kinh tế của công trình, nên
việc nâng cao tuổi thọ, độ bền lâu công trình, kết cấu và thiét bị nhiệt có ý nghĩa to lớn, mang ý
nghĩa về kinh tế kỹ thuật sâu sắc.
Việc sử dụng các loại bê tông thông thường, sử dụng các loại chất kết dính như xi măng
póoc lăng hay xi măng póoc lăng hỗn hợp thông thường không đạt được hiệu quả cao, do trong
quá trình làm việc ở nhiệt độ cao, chúng bị biến đổi các tính chất cơ lý và bị phá huỷ hoàn toàn.
Nguyên nhân là do sự mất nước liên kết hóa học của các sản phẩm thủy hóa, trong đó có thành
phần Ca(OH)2 mất nước tạo nên CaO, Sau đó CaO lại hấp thụ hơi nước trong môi trường
không khí, tiến hành thủy hóa lần hai, gây trương nở thể tích, tạo ứng suất phá hoại cấu trúc của
vật liệu, làm giảm độ bền, khả năng làm việc, giảm tuổi thọ của vật liệu, vì thế: việc tìm ra các
loại vật liệu có chất lượng cao hơn, có độ bền cao hơn, tuổi thọ cao hơn cho công trình, kết cấu
và thiết bị nhiệt làm việc trong các điều kiện nhiệt độ khắc nhiệt là hết sức cần thiết.
Để khắc phục sự phá hoại do tác động của nhiệt độ đối với các công trình, kết cấu và thiết bị
sản xuất từ bê tông chịu nhiệt, ta cần nâng cao khả năng làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao
của các thành phần cấu tạo nên bê tông, bao gồm cả cốt liệu và chất kết dính, nhưng trong thực
tế: các loại cốt liệu được sử dụng là các mảnh vỡ sành sứ, bản thân chúng đã được nung đến độ
kết khối, khả năng chịu đựng của chúng ở nhiệt độ cao là rất tốt, nên mục đích của việc nâng
cao khả năng chịu nhiệt của bê tông chịu nhiệt là: nâng cao khả năng chịu nhiệt của đá chất kết
dính hay của chất kết dính sử dụng chế tạo bê tông chịu nhiệt. Để thực hiện mục tiêu này, chúng
ta có thể sử dụng các loại chất kết dính chịu nhiệt, được tạo thành từ phụ gia khoáng nghiền mịn
và xi măng póoc lăng. Việc nghiên cứu chế tạo chất kết dính chịu nhiệt có khả năng chịu nhiệt
cao, làm việc trong điều kiện nhiệt độ khắc nhiệt từ các loại xi măng póoc lăng địa phương càng

có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật cao và thiết thực.
- Về mặt khoa học kỹ thuật: đây là hướng nhiên cứu và phát triển mới trong khoa học kỹ
thuật về vật liệu chịu nhiêt-cách nhiệt dần dần thay thế các vật liệu cách nhiệt truyền thống như
vermiculit, péclit, điatômít… Bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt có công nghệ sản xuất đơn giản
hơn các vật liệu cách nhiệt khác, không phải trải qua giai đoạn sấy nung phức tạp, có thể chế

Page 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

tạo với bloock lớn hình dạng bất kỳ giúp cho quá trình thi công các công trình nhanh chóng và
đạt hiệu quả cao.
- Về mặt kinh tế: Vì nguyên liệu sử dụng là nguyên liệu địa phương: xi măng, các phụ gia và
không phải trải qua giai đoạn sấy nung nên đã giảm chi phí cho quá trình sản xuất tiết kiệm
năng lượng, tiết kiệm vật liệu quý hiếm, tận dụng được nguồn nguyên liệu địa phương, giảm giá
thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Về mặt môi trường và xã hội: Việc nghiên cứu và đưa bê tông chịu nhiệt- cách. nhiệt vào
thực tiễn sản xuất đã tận dụng được nguồn nguyên liệu địa phương, giải quyết vấn đề môi
trường, tạo công ăn việc làm cho người lao động giúp xoá đói giảm nghèo, ngăn chặn các tệ nạn
xã hội.
I.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu.
Mục tiêu: Thực hiện nghiên cứu nâng cao khả năng chịu nhiệt của chất kết dính chịu nhiệt
được tạo thành từ việc phối hợp xi măng póoc lăng PC40 Bút Sơn và PCB40 Phúc Sơn với các
loại phụ gia là: Samôt và gạch đỏ.
Với các nhiệm vụ sau:
- Khảo sát tính chất của các nguyên liệu thành phần chế tạo chất kết dính chịu nhiệt: xi măng
póoc lăng PC40 Bút Sơn, xi măng poóc lăng hỗn hợp PCB40 Phúc Sơn, phụ gia samốt, và phụ

gia gạch đỏ.
- Khảo sát, nghiên cứu tính chất của chất kết dính chịu nhiệt dùng xi măng poóc lăng PC40
Bút Sơn và các phụ gia ở các tỷ lệ pha trộn khác nhau ở các cấp nhiệt độ khác nhau.
- Khảo sát, nghiên cứu tính chất của chất kết dính chịu nhiệt dùng xi măng poóc lăng hỗn
hợp PCB40 Phúc Sơn và các phụ gia ở các tỷ lệ pha trộn khác nhau ở các cấp nhiệt độ khác
nhau.
- Thực hiện: Quy hoạch thực nghiệm tối ưu để tìm ra cấp phối bê tông tối ưu ở 800oC và
1000oC.
- Nghiên cứu và thiết lập sơ đồ công nghệ chế tạo bê tông chịu nhiệt-cách nhiệt dùng chất
kết dính chịu nhiệt từ xi măng PC40 Bút Sơn, PCB40 Phúc Sơn và các phụ gia.

Page 2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
II.1 Tình hình nghiên cứu bê tông chịu nhiệt nặng, nhẹ.
Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp: năng lượng, luyện kim, hóa
dầu, hóa chất.., bê tông được sử dụng ngày càng nhiều trong các kết cấu xây dựng chịu tác động
lâu dài của nhiệt độ cao và biến động, làm giảm khả năng chịu lực của bê tông, tăng độ võng
của các kết cấu và công trình, có thể phá hủy hoàn toàn vật liệu và cấu kiện.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về bê tông chịu nhiệt (BTCN) các loại để đáp ứng cho
nhu cầu xây dựng của các ngành công nghiệp. Ở Nga (Liên Xô cũ) việc nghiên cứu bê tông và
bê tông cốt thép chịu nhiệt bắt đầu từ năm 1942, tại Trung tâm nghiên cứu khoa học các trường
đại học, Viện nghiên cứu các công trình công nghiệp và ở 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 từ 200oC đến 1800oC.

BTCN là loại đá nhân tạo không nung, có các tính chất cơ lý chủ yếu được bảo toàn dưới tác
dụng lâu dài ở nhiệt độ 250oC trở lên. Bản thân nó vừa mang tính chất của bê tông vừa mang
tính chất của vật liệu chịu lửa, và là sự kết hợp của bê tông và vật liệu chịu lửa. Đó là khả năng
dễ chế tạo, có thể thi công toàn khối hoặc lắp ghép, đẩy nhanh tốc độ thi công xây dựng, tăng
khả năng làm việc của công trình, có khả năng chịu mhiệt cao (có thể tới 1800 oC) lâu dài và
thay đổi, sử dụng nguyên vật liệu địa phương và không phải qua khâu nung. Do khi chế tạo và ở
nhiệt độ thấp nó là vật liệu bê tông, nhưng khi làm việc ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra các phản ứng
pha rắn, tạo ra các khoáng mới, các khoáng này có độ bền nhiệt cao.
Bê tông chịu nhiệt có thể sử dụng nhiều loại chất kết dính khác nhau, tùy thuộc vào yêu
cầu mức độ chịu nhiệt. Khi sử dụng xi măng poóc lăng làm chất kết dính thì ở nhiệt độ cao, bê
tông sẽ bị phá hủy do các khoáng thủy hóa của xi măng không bền nhiệt. Năm 1952-1954
V.V.Contunov đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với các khoáng riêng
biệt của clanhke xi măng poóc lăng khi rắn chắc, ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phá hủy của
C3S, C2S, C4AF, C3A. cùng với V.V.Contunov còn có các nhà nghiên cứu khác tiến hành nghiên
cứu tác động của nhiệt độ đến các tinh chất của đá xi măng như: S A.Myronov, L.A.Malynhina,
N.A.Mosanski, G.D.Salmanov, V.A.Kynd và S D.OCorokov, A.E.Xeikin… Qua nghiên cứu
ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến các tính chất của clanhke xi măng poóc lăng với các thành phần
khoáng hóa khác nhau, C.D.Nhecrasov, V V Contunov và các tác giả khác cho thấy: Dưới tác
dụng của nhiệt độ cao độ bền của đá xi măng sau khi đốt nóng, phụ thuộc vào thành phần
khoáng của nó và bê tông không nên sử dụng lâu dài ở nhiệt độ lớn hơn 250oC.

Page 3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

Sự giảm cường độ và phá hoại bê tông khi tăng nhiệt độ dò mất nước liên kết, phá hoại cấu
trúc của bê tông, đồng thời do sự thủy hóa lần 2 của CaO ( do phản ứng phân hủy Ca(OH) 2 tạo

ra cao tự do) bằng hơi nước trong không khí. Nghiên cứu quá trình thủy hóa lần hai của Cao
trong đá xi măng poóc lăng sau khi đốt nóng, G.M.Ruxue đã kiến nghị đưa vào trong xi măng
poóc lăng các phụ gia khoáng khác nhau.V.M.Moskvin, V.V.Contunov năm 1957 cũng đã
nghiên cứu tăng tính chất chịu nhiệt của xi măng poóc lăng bằng cách sử dụng các loại phụ gia
khoáng khác nhau. Khi đưa phụ gia khoáng nghiền mịn vào xi măng poóc lăng, người ta có hỗn
hợp chất kết dính chịu .nhiệt (CKDCN). Tùy thuộc vào phụ gia, có thể nhận được CKDCN với
các tính chất chịu nhiệt khác nhau.
Y.U.Bút đã nghiên cứu sử dụng cát quắc và điatômít nghiền mịn để liên kết CaO thủy hóa
của đá xi măng khi giữ mẫu trong điều kiện tiêu chuẩn và sau khi chúng áp. Trong quá trình
chưng áp, cát quắc và điatomít nghiền mịn sẽ liên kết với CaO tự do. Theo Y.E.Gurvytr và
M.C.Agaphônôp phản ứng giữa ôxyt Silic vô định hình và CaO tự do ở trạng rắn xảy ra mạnh ở
nhiệt độ 500oC-600oC; còn đối với quắc tinh thể, nó chỉ bắt đầu ở 600 oC. Theo P.P.Budnhicop,
V.Pa.Zuravlev phản ửng pha rắn giữa ôxyt Silic và ôxyt Can xi (khi tỷ lệ 1 : 1 ) xảy ra qua hợp
chất trung gian không bền 2CaO.SiO2 và 3CaO.SiO2 đến hợp chất cuối cùng là CaO.SiO2, tuy
nhiên khi đốt nóng SiO2 có sự biến đổi thù hình không ổn định thể tích, nên không sử dụng nó
với tính chất phụ gia cho XMPL với tinh chất chịu nhiệt.
V. V. Contunov và Z.M.Larionov nghiên cứu tác động của các khoáng xi măng chủ yếu với
các phụ gia sa mốt mịn, cho thấy: lượng phụ gia đưa vào càng lớn thì khả năng liên kết với CaO
tự do xảy ra hoàn toàn dẫn tới tăng độ bền của đá xi măng sau khi đốt nóng ở 1200 oC. Điều đó
nói lên rằng không còn CaO tự do trong đá xi măng sinh ra khi đốt nóng đá xi măng, chúng
được liên kết hoàn toàn với SiO 2 và Al2O3 của sa mốt mịn, hình thành dạng khoáng mới là
silicat và aluminat khan. Tuy nhiên khi tăng lượng phụ gia sẽ ảnh hưởng đến các tính chất khác
của đá xi măng như tỷ lệ nước/hỗn hợp chất kết dính chịu nhiệt, cường độ nén… Tuy nhiên tỷ
lệ xi măng với phụ gia còn chưa được nghiên cứu cụ thể. Khi sử dụng xỉ lò cao làm phụ gia
trong xi măng poóc lăng, người ta thấy rằng: khi ở nhiệt độ cao từ 750 : 800 oC, khả năng liên
kết với CaO lớn hơn ở 600oC và sự liên kết của xỉ nhỏ hơn của sa mốt.
Để tăng các tính chất chịu lửa của xi măng poóc lăng, G.D.Salmanov đã sử dụng phụ gia
nghiền mịn crômmit, phụ gia này khi đưa vào sẽ liên kết tự do với ôxyt can xi tự do của đá
XMPL, tăng độ chịu lửa và nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng 2kG/cm2 của đá xi măng.
Ngoài bê tông nặng còn có bê tông 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, vemiculit. Các
Page 4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

tác giả C.D.Nhecrasov, S.C.Lisenco nghiên cứu bê tông khí chịu nhiệt (bê tông chịu nhiệt-cách
nhiệt) dùng XMPL với các phụ gia mịn khác nhau là: sa mốt, xỉ lò cao, tro xỉ, keramzit, trên cơ
sở dùng phụ gia mịn đề liên kết với ôxyt can xi tự do. Năm 1966- 1968 Trung tâm nghiên cứu
khoa học xây dựng (của CHLB Nga-VNYYS) đã tiến hành nghiên cứu bê tông nhẹ chịu nhiệt
dùng XMPL với phụ gia samốt nghiền mịn và cốt liệu là sỏi keramzit, dầm aglôporit. Đặc biệt
trong các năm gần đây đã có các công trình nghiên cứu về bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng cốt liệu
xốp nhân tạo và các loại phụ gia khác nhau.
Hiện nay Trung tâm nghiên cứu bê tông và bê tông cốt thép (của CHLB Nga -NYYZB) đã
và đang nghiên cứu BTCN dùng chất kết dính phối phát với các cốt liệu alumôsilicat khác nhau:
mảnh vụn sa mốt, sa mốt và sa mốt cao lanh.
Ngoài các loại chất kết dính trên, người ta còn nghiên cửu các loại chất kết dính từ thủy tinh
lỏng và phụ gia có chứa silicat một can xi để chế tạo B'TCN. Để nâng cao tính chịu lửa của chất
kết dính người ta sử dụng một số loại các phụ gia mịn: sa mốt, manhezi, vật liệu chịu lửa cao
nhôm.
Ở một số nước khác: Trung Quốc, Anh, CHLB Đức đều sử dụng xi măng alumin ,caoalumin
với lượng Al2O3 lớn để Xây dựng các công trình chịu tác động của nhiệt độ
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu BTCN cũng đã bắt đầu được tiến hành: Năm 1977, Bộ môn
Công nghệ vật liệu xây dựng-trường Đại học Xây dựng và Viện kỹ thuật xây dựng Hà Nội đã
tiến hành nghiên cứu thử nghiệm BTCN dùng XMPL với phụ gia nghiền mịn samốt. Năm
1988- 1991 , Bộ môn Công nghệ vật liệu đã tiến hành, nghiên cứu chế tạo BTCN sử dụng phụ
gia xỉ nhiệt điện và hỗn hợp phụ gia samốt-xỉ nhiệt điện để chế tạo chất kết dính chịu nhiệt; đã
tiến hành nghiên cứu tính toán thành phần hạt cốt liệu dùng cho bê tông chịu nhiệt. Năm 1993,

Bộ môn Công nghệ vật liệu đã tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông khí chịu nhiệt (loại bê tông
chịu nhiệt-cách nhiệt) dùng xi măng poóc lăng với các phụ hia samốt, xỉ nhiệt điện. Năm 19961998, Bộ môn công nghệ vật liệu đã tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng
XMPL với phụ gia keramzit, gạch vỡ và cốt liệu rỗng keramzit. Năm 2005-2006, Bộ môn Công
nghệ vật liệu đã tiến hành nghiên cứu chế tạo vữa (bê tông hạt nhỏ) chịu nhiệt, chống cháy sử
dụng cốt liệu sa mốt, gạch vỡ với chất kết dính xi măng poóc lăng hỗn hợp và đã thu được các
kết quả khá khả quan.
II.2. Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt nặng, nhẹ.
Bê tông chịu nhiệt được sử dụng ngày càng rộng rãi để xây dựng các công trình chịu tác
động của nhiệt độ cao. Việc sử đụng bê tông để thay thế các vật liệu chịu lửa có nhiều ưu điểm,
mang lại hiệu quả kinh tế cao, đó là: cho phép xây dựng công trình theo hướng công nghiệp hóa
Page 5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

đổ toàn khối hoặc lắp ghép từ các cấu kiện kích thước lớn chế tạo sẵn ở các nhà máy bê tông,
tăng khả năng làm việc của các công trình nhờ giảm số mạch xây, không phải qua khâu gia
công nhiệt, . . .
Các công trình BTCN có thể đổ toàn khối hay lắp ghép được sử dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp khác nhau: Luyện kim đen, màu; công nghiệp hóa chất; công nghiệp vật liệu
xây dựng, công nghiệp năng lượng, chế biến dầu mỏ, . . .
II.2.1. Tinh hình sử dụng bê tông chịu nhiệt trên thế giới.
1 Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp luyện kim đen.
a. Làm tháp đốt nóng không khí.
Năm 1958 lần đầu tiên trên thế giới và ở Nga, khu liên hiệp luyện kim Kuznhexe đã xây
dựng công trình tháp đốt nóng không khí cửa lò cao từ các mốc cỡ lớn bằng BTCN và BTCNCN với lợp trong cùng là BTCN, lớp tiếp theo bên ngoài là BTCN-CN. Các block xây dựng
tháp đốt nóng không khí sử dụng xi măng poóc lăng với phụ gia sa mốt và cốt liệu sa mốt.
Nhiệt độ sử dụng lớn nhất là 1200 oC. Ngoài ra người ta còn sử dụng BTCN dạng kết cấu đơn

tấm, dùng XMPL với phụ gia sa mốt làm vòm che cửa lò đốt nóng, có nhiệt độ sử dụng 650850oC. Kết cấu vòm lò này làm việc được 1 8 tháng, trong khi nếu làm từ gạch sa mốt thời gian
sứ dụng.chỉ được có 3 tháng.
Ở Tiệp Khắc, năm 1965 đã tiến hành nghiên cứu và sử dụng BTCN. (nặng và nhẹ) trong xây
dựng các thiết bị nhiệt. BTCN được sử dụng xây dựng các lò buồng đốt có đáy lò di động, được
sử dụng làm tấm che, cửa chắn, ống khói, kênh dẫn. Nhiệt độ lớn nhất đặc biệt của lò là 1050oC.
Bê tông chịu nhiệt sử dụng xi măng poóc lăng với phụ gia và cốt liệu sa mốt, bê tông nhẹ chịu
nhiệt sử dụng cốt liệu peclit phồng trương, BTCN-CN sử dụng xi măng poóc lăng với phụ gia
xỉ lò cao.
b. Làm nền móng lò cao,ống khói và kênh dẫn.
Việc nghiên cứu các kết cấu của móng lò cao dùng BTCN được bắt đầu từ năm 1949 ở Nga,
đến năm 1951 đã đưa vào sử dụng và đã chứng minh được sự bền vững và ổn định của nó trong
quá trình làm việc.
Bê tông chịu nhiệt được sử dụng rỗng rãi làm ống khói và kênh dẫn. Việc xây dựng các ống
khói rất nặng nhọc nên việc cơ giới hóa có một ý nghĩa quan trọng. Năm 1966 , ở nhà máy
luyện kim Caragandiski (Nga) đã thiết kế và xây dựng ống khói bằng BTCN với chất kết dính
là xi măng poóc lăng với phụ gia, cốt liệu keramzit. Nhiệt độ sử dụng nhất là 700 oC. BTCN còn
được sử dụng làm kênh dẫn khí nóng, bao gồm các block cao 2,5m, rộng 1,5 - l,8m. Ở Tiệp

Page 6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

Khắc, các kênh dẫn khí thải của lò được làm từ BTCN có nhiệt độ sử dụng là 620 oC, sau 15
tháng vẫn hoạt động tốt.
Phân xưởng cán thép của khu liên hợp luyện kim Magnhitogoski, tường của kênh dẫn khí
nóng được làm từ các block chịu nhiệt, với chất kết dính là XMPL, phụ gia ,cốt liệu crommit,
focsterit. Qua 2,5 tháng, hao mòn của block là 10mm, còn khi dùng gạch thuật là 1,5-2 tháng.

Ở CHLB Đức, nhà máy thủy tinh Ainkhait-thành phố Vaisvase đã tiến hành thử nghiệm chế
tạo các kênh dẫn khói từ BTCN dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu samốt có nhiệt độ sử dụng
đền 900oC kết quả cho thấy độ bền vững, tuổi thọ, hiệu quả sử dụng hơn hẳn gạch samốt.
Ở Ba lan, BTCN cũng được sử dụng tốt trong trong các kênh dẫn khí nóng, khí thải và ống
khói với nhiệt độ làm việc là 900oC, thời gian sử dụng từ 8 đến 10 năm.
c. Buồng lắng xỉ và buông tích nhiệt của lò Mác tanh.
Người ta sử dụng BTCN-CN đóng vai trò vật liệu cách nhiệt trong buồng lắng xỉ và buồng
tích nhiệt của lò Mác tanh. Điều này cho phép chế tạo các cấu kiện cách nhiệt bằng phương
pháp công nghiệp, tăng tuổi thọ của công trình cũng như đạt được hiệu quả kinh tế cao so với
việc sử dụng vật liệu đơn chiếc là điatômit.
2.Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp luyện nhôm.
Nhà máy luyện nhôm Cadalacski (Nga) đã tiến hành thực nghiệm thay thế các vòng kim loại
của lò điện phân bằng BTCN lắp ghép từ XMPL với phu gia, cốt liệu samốt, cho phép giảm chi
phí thép, giảm giá thành do tăng mức độ lắp ghép cực canh của lò điện phân. Ngoài ra ở nhà
máy luyện nhôm Vongagrad đã tiến hành nghiên cứu sử dụng BTCN làm đáy lò điện phân
luyện nhôm.
3.Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ.
a. Thiết bị đốt nóng ông.
Lò buồng dùng để đốt nóng ống ,chế biến nguyên liệu dầu mỏ. Lần đầu tiên lò dược xây
dựng bằng BTCN ở các nhà máy chế biến dầu mỏ Angarse (CHLB Nga) với nhiệt độ làm việc
là 760oC. Các kênh dẫn, tường, vòm, nền lò đều được làm từ BTCN dùng XMPL với phụ gia và
cốt liệu là sa mốt, dùng xi măng alumin với cốt liệu sa mốt và dùng chút kết dính silicat với cốt
liệu sa mốt.
b. Lo cháy bức xạ nhiệt. "

Page 7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

BTCN dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu sa mốt đã và đang được sử dụng để xây các lò
bức xạ nhiệt, đóng vai.trò lớp lót và lớp chịu lực ở Nôvôquybưsav, Grozenski, Vongagrad và
các nhà máy chế biến dầu khác ở Nga.
Ngoài ra còn có một số nhà máy chế biến dầu mỏ đã được sử dụng các loại BTCN khác nhau
để xây dựng lò ống chịu áp lực với nhiệt độ sử dụng từ 600- 1200 oC. Ở phần trên của lò có
nhiệt độ từ 600-1200oC, được xây bằng BTCN dùng XMPL với cốt liệu agloporit và BTCN
dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu sa mốt, phần dưới lò có nhiệt độ 1000 oC được xây bằng
BTCN dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu sa mốt.
4. Sử dụng trong chế tạo máy.
Năm 1959, phân xưởng rèn nhà máy Kirovski ở Xanh Peterbua (CHLB Nga) đã xây dựng lò
gia công nhiệt các chi tiết. Lò được xây dựng từ các block BTCN sản xuất từ XMPL với phụ
gia và cốt liệu samốt, có nhiệt độ làm việc đến 1200 oC. Việc sử BTCN cho các lò có chế độ làm
việc gián đoạn là rất hợp lý vì chúng làm việc không kém gì so với làm từ vật liệu chịu lửa đơn
chiếc.
Ớ Tiệp Khắc, BTCN còn được sử dụng làm các khuôn đúc gang với nhiệt độ làm việc là
1230oC trong thời gian 1 phút, sử dụng được 10 chu kỳ.
5. Dùng trong công nghiệp năng lượng.
Năm 1958, ở Đức đã bắt đầu nghiên cửu và sử dụng BTCN trong các thiết bị nồi hơi của
trạm lớn ở Trattendorph. Ba nồi hơi được lót bằng các tấm BTCN chế tạo từ XMPL với cốt liệu
samốt, chịu được nhiệt độ từ 800- 1000oC .
Năm 1959, trạm phát điện Biolen (Đức) cũng đã sử dụng các block BTCN lót lớp bề mặt đốt
nóng nồi hơi số 6. Các block BTCN dùng XMPL với cốt liệu sa mốt ở nhiệt độ làm việc 600 oC,
thời gian sử dụng sau 17 tháng vẫn không có vết nứt. Việc sử dụng các block BTCN này rút
ngắn được 25% thời gian xây dựng.
6.Trong công nghệ vật liệu xây dựng.
a. Làm lò tuynen nung gạch: Năm 1959 nhà máy gạch Novô-mantiski, nhà máy Ustikamenogorski, nhà máy thực nghiệm Glebưtrevski(nga) đã xây dựng lò tuynen nung gạch từ
các cấu kiện bê tông cốt thép chịu nhiệt lắp ghép, nhiệt độ nung là 970 oC. Các panen, các block
làm tường, vòm, nền dùng BTCN từ XMPL với phụ gia và cốt liệu sa mốt. Ngoài ra BTCN còn

được sử dụng làm lớp lót cho toàn bộ va gông của các lò trên.

Page 8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

b. Làm lò nung gạch: Nhà máy gạch Novô-mantiski, Ziminski (Nga) đã sử dụng BTCN từ
XMPL với phụ gia tro thải, cốt liệu samổt làm 18 buồng của lò vòng nung gạch đất sét, nhiệt độ
từ 850-970oC.
Ở Tiệp Khắc, Ba lan BTCN dùng XMPL với cốt liệu sa mốt có nhiệt độ làm việc từ 9001000oC cũng được sử dụng để xây lò vòng nung gạch.
II.2. Tình hình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt nặng, nhẹ Ở Việt Nam.
Ở Việt Nam việc sử dụng BTCN hãy còn những hạn chế, bởi vì việc nghiên cứu còn chưa
được đầy đủ và toàn diện. Ở một số nơi đã sử dụng BTCN như : nhà máy nhiệt điện Phả Lại đã
dùng xi măng alumin với cốt liệu sa mốt. Nhà máy kính Đáp Cầu sử dụng BTCN từ XMPL với
phụ gia xi lò cao và cốt liệu sa mốt. Bộ môn Công nghệ vật liệu xây dựng-trường ĐHXD và
Viện kỹ thuật xây dựng Hà Nội đã nghiên cứu BTCN dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu
samốt, xây kênh khí nóng lò tuy nen nhà máy gạch Phúc Thịnh Hà Nội. Bộ môn Công nghệ vật
liệu xây dựng - trường ĐHXD và nhà máy sứ Thanh Trì Hà Nội đã nghiên cứu chế tạo BTCN
làm lớp lát va gông nung sứ dùng XMPL với phụ gia samốt, xỉ và hỗn hợp samốt-xỉ, cốt liệu sa
mốt. Bộ môn Công nghệ vật liệu xây dựng - trường ĐHXD và nhà máy xi măng Hệ Dưỡng
-Ninh Bình đã nghiên cứu chế tạo và sử dụng bê tông cốt thép chịu nhiệt dùng XMPL với phụ
gia và cốt liệu sa mốt làm chóp lò đứng nung clanhke xi măng làm việc ở 1000 oC. Bộ môn
Công nghệ Vlxd-trường ĐHXD và Công ty sản xuất kinh doanh vật liệu xây dựng thành phố
Thái Bình đã nghiên cứu chế tạo BTCN dùng XMPL xây các bộ phận của lò tuy nen nung gạch:
kênh dẫn khí nóng, ống rót nhiên liệu, lớp lót va gông nung.
Nhìn chung các vấn đề nghiên cứu và sử dụng BTCN từ các nguyên liệu trong nước, tới các
đặc điểm công nghệ sản xuất trong điều kiện của nước ta có ý nghĩa to lớn và cấp thiết.

Page 9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

CHƯƠNG 3: CƠ SƠ LÝ LUẬN KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT - CÁCH NHIỆT
Bê tông chịu nhiệt- cách nhiệt hiện nay được tạo lên bởi các nguyên vật liệu chủ yếu sau:
- Chất kết dính chịu nhiệt: Để làm chất kết dính chịu nhiệt có thể sử dụng nhiều loại như xi
măng ngóc lăng, xi măng ngóc lăng hỗn hợp với các phụ gia chịu nhiệt, thuỷ tinh lỏng, các loại
xi măng đặc biệt có khả năng chịu nhiệt như xi măng alumin, xi măng periclazo. . .
- Chất tạo rỗng: Tuỳ theo phương pháp công nghệ, chất tạo rỗng trong bê tông chịu nhiệtcách nhiệt có thể là chất tạo khí hoặc chất tạo bọt.
Chất tạo khí có thể dùng là H2O2; bột nhôm(Al), và hiện nay thường dùng nhất là bột nhôm.
Các loại chất tạo bọt có thể dùng là xà phòng- keo nhựa thông, huyết thuỷ phân và các chất
tạo bọt tổng hợp khác.
- Nước và các phụ gia khác: Nước để sản xuất bê tông chịu nhiệt-cách nhiệt cũng giống như
đối với bê tông thường tức là cũng phải đảm bảo các yêu cầu về độ pH, hàm lượng muối sun
phát, ngoài ra khi chế tạo có thể sử dụng phụ gia như phụ gia rắn nhanh. . .yêu cầu với các loại
phụ gia là không tạo ra hợp chất kém bền dưới tác dụng của nhiệt độ cao và kéo dài.
Như vậy, nguyên vật liệu sử dụng cho bê tông chịu nhiệt cách nhiệt rất đa dạng tuỳ thuộc
theo điều kiện cụ thể và các yêu cầu thực tế mà lựa chọn nguyên vật liệu cho phù hợp, nhằm
mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao nhất.
III.1 Chất kết dính chịu nhiệt sử dụng cho bê tông chịu nhiệt-cách nhiệt.
Để làm chất kết dính chịu nhiệt chúng ta có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau phối
hợp lại mà thành, và phổ biến nhất hiện nay là sử dụng xi măng poóc lăng, bởi xi măng poóc
lăng là chất kết dính hidrat có khả năng đông kết rắn chắc, phát triển cường độ trong môi trường
nước và không khí.

Thành phần hóa của xi măng chủ yếu gồm 4 ôxyt chính là CaO, SiO 2, Al2O3 , Fe2O3 , các
ôxyt này có hàm lượng: 95 - 98% trong klanke xi măng, ngoài ra còn các ôxyt khác như: Na 2O,
K2O, TiO2... với hàm lượng nhỏ và hầu hết có ảnh hưởng tôi đến các tính chất của xi măng,
nhưng nếu hàm lượng chúng quá lớn sẽ làm giảm cường độ của đá xi măng
Thành phần khoáng của xi măng chủ yếu gồm các khoáng : Siiicat can xi (hàm lượng 70-80
%), các khoáng Aluminat Canxi, Alumo ferit can xi.
- Khoáng Alít ( 3CaO.SiO2 - kí hiệu C3S ): chiếm 45-60%. Đây là khoáng quan trọng nhất
của xi măng, tạo cho xi măng có cường độ cao, đông kết rắn chắn nhanh và có ảnh hưởng nhiều
đến tính chất của xi măng.
Page 10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

- Khoáng Bêlít (2CaO.SiO2 - kí hiệu C2S ): chiếm khoảng. 20-30% khối lượng clanke. Đây là
thành phần khoáng quan trọng, có đặc tính đông kết chậm nhưng cường độ cuối cùng tương đối
cao, là dung dịch rắn của 2CaO.SiO2 với một lượng nhỏ (l-3%) các ôxít khác như Al2O 3; Fe2O3;
Cr2O3… nó tồn tại trong clanke xi măng poóc lăng ở 4 dạng thù hình α-C 2S; β-C2S; γ-C2S; δC2S nhưng chủ yếu ở dạng α-C2S.
Ngoài ra, trong xi măng poóc lăng còn có các pha khác như: pha canxialumôferit, can xi
aluminat, pha thủy tinh và một lượng CaO và MgO tự do.
Khi bị đốt nóng ở nhiệt độ cao, thành phần pha và cấu trúc của đá xi măng pooclăng bị biến
đổi:
- Khi đốt nóng từ: 100 - 200 oC mẫu đá xi măng poóc lăng: tăng cường độ do sự "tự chung
hấp của các khoáng xi măng poóc lăng.
- Khi đốt nóng trên: 200 oC thì cường độ bắt đầu giảm do sự mất nước lý học, khi tiếp tục
tăng nhiệt độ từ 400 : 500 oC, xảy ra sự tự tách nước của hydroxyt can xi tạo ra CaO gây ra phá
vỡ cấu trúc và giảm cường độ.
- Khi đốt nóng từ: 600 - 900oC: thì đá xi măng bị phá hủy hoàn toàn sau khi giữ chúng trong

không khí, do sự thủy hóa lần hai của CaO.
- Khi đốt nóng ở nhiệt độ cao hơn mẫu bị phá hủy hoàn toàn.
Trong quá trình đốt nóng đá xi măng poóc lăng xảy ra hiện tượng co ngót, phụ thuộc vào
thành phần khoáng mà độ co đạt đến 1% và cao hơn.
III.2. Cơ sở lý thuyết - thực nghiệm nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt:
Như trên đã phân tích về sự phá hủy cấu trúc của đá xi măng poóc lăng dưới tác dụng của
nhiệt độ cao, xảy ra quá trình tách nước của hydroxit can xi tạo ra CaO tự do và quá trình thủy
hóa lần hai của CaO tự do trong đá xi măng poóc lăng. Mục đích sử dụng phụ gia khoáng
nghiền mịn để chế tạo chất kết dính chịu nhiệt là: làm giảm sự co ngót của đá xi măng khi đốt
nóng, liên kết với thành phần khoáng thủy hóa của xi măng, liên kết với CaO tự do hình thành
các hợp chất có khả năng chịu nhiệt cao hơn.
Bằng kết quả thực nghiệm G.M.Ruxuk đã xác định được nhiệt tỏa ra của xi măng poóc lăng
tinh khiết và hỗn hợp xi măng poóc lăng với các phụ gia nghiền mịn khác (xỉ đất sét, trepel. . .)
dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Ruxuk cho thấy quá trình thủy hóa lần hai của CaO trong
XMPL tinh khiết và hỗn hợp xi măng poóc lăng với các phụ gia nghiền mịn khác xảy ra khác
nhau:
-

Trong xi măng poóc lăng tinh khiết, nhiệt tỏa ra tăng theo mức độ tăng nhiệt độ đốt
nóng,

Page 11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
-

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

Trong hỗn hợp xi măng poóc lăng - phụ gia nghiền mịn, nhiệt tỏa ra lớn nhất cho thấy

được khi đốt nóng đến 300 - 400oC, sau đó giảm dần, đặc biệt sự tỏa nhiệt độ thấp nhất
rõ rệt ở 800 - 900oC .

-

Đối với một số xi măng với phụ gia nghiền mịn khác, không thấy đặc trưng tỏa nhiệt
trong khoảng 500 - 600oC, điều đó chứng tỏ hàm lượng của CaO thủy hóa thấp.

G.M.Ruxuk chỉ ra rằng Ca(OH)2 tách ta khi xi măng thủy hóa có thể được liên kết trong quá
trình đốt nóng với các phụ gia nghiền mịn khác nhau. B.M.Moskvyn và B.B.Kuraev đã nhận
thấy rằng, đế tăng tính chịu nhiệt của xi măng poóc lăng và bê tông có thể sử dụng một sổ loại
phụ gia khác nhau.
Đưa phụ gia nghiền mịn vào trong xi măng poóc lăng dẫn tới giảm lượng chất nóng chảy
trong một đơn vị thể tích (nó không cần quá lớn để gây biến dạng của vật liệu và không quá nhỏ
để làm chậm phản ứng của pha rắn và sự kết khối). Ngoài ra còn tăng lực ma sát bên trong giữa
các phần của vật liệu do độ nhớt của các chất kết dính tăng lên, tăng nhiệt độ mềm dưới tải
trọng cũng như độ chịu lửa chất kết dính.
Phụ gia khoáng nghiền mịn đưa vào trong xi măng poóc lăng để làm giảm tương đối khối
lượng pha lỏng và tăng độ chịu lửa, tăng nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của bê tông Do vậy
chúng phải thỏa mãn các yêu cầu:
- Tương tác với các thành phần khoáng thủy hóa của đá XMPL và liên kết với oxit can xi tự
do ở nhiệt độ cao tạo thành các hợp chất mới có độ chịu lửa cao.
- Hòa tan không đáng kể ở pha lỏng và không tạo thành những hợp chất có điểm ơtecti thấp
khi tương tác với các khoáng của xi măng poóc lăng.
- Không làm tăng co ngót của đá xi măng poóc lăng trong quá trình đốt nóng.
- Không làm giảm hoạt tính của xi măng poóc lăng.
Phụ gia đưa vào trong bê tông theo một tỷ lệ nhất định so với xi măng, khi đó hỗn hợp xi
măng poóc lăng và phụ gia được gọi là chất kết dính chịu nhiệt (CKDCN) và bê tông được gọi
là bê tông chịu nhiệt. Tính chất của BTCN phụ thuộc vào CKDCN. Khi nghiên cứu BTCN cần
phải biết sự thay đổi cường độ và các tính chất khác của CKDCN khi đốt nóng, các tính chất

của nguyên liệu sử dụng. Cường độ của đá CKDCN trong quá trình đốt nóng thay đổi phụ thuộc
vào các yếu tố: loại phụ gia nghiền mịn, lượng dùng phụ gia, độ nghiền mịn của phụ gia, tỷ lệ
nước và chất kết dính . . .
III.3 Phương pháp tạo rỗng cho bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt:
Đối với các vật liệu chịu nhiệt – cách nhiệt cấu trúc rỗng ở rạng lỗ rỗng kín, có đường kính
nhỏ, thể tích lỗ rỗng lớn, các lỗ rỗng phân bố đều trong vật liệu, nhưng vẫn đảm bảo những đặc
tính kỹ thuật của vật liệu: độ bền…
Page 12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

Cấu trúc rỗng tổ ong của vật liệu cách nhiệt bao gồm các lỗ rỗng tổ ong (lỗ rỗng lớn) và các
lỗ rỗng trong các vách ngăn giữa các lỗ rỗng lớn (lỗ rỗng bé). Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu
cách nhiệt có lượng lỗ rỗng lớn, mà vẫn đảm bảo các tính năng của vật liệu cũng như các chỉ
tiêu về kinh tế kỹ thuật của vật liệu là hết sức cần thiết.
Theo kết quả thực nghiệm, các nhà khoa học thấy cấu trúc rỗng lý tưởng của vật liệu cách
nhiệt – chịu nhiệt được xác định theo công thức sau:
Rto = 0.812*(d/D+δ)3*100 (%)
Với:

Rto

: Độ rỗng của vật liệu

D

: Đường kính trung bình của lỗ rỗng

δ

: Chiều dày trung bình vách ngăn lỗ rỗng.

Ngoài lõ rỗng tổ ong trong vật liệu chịu nhiệt cách nhiệt còn có ,ột lượng lỗ rỗng mao quản
và lõ rỗng gel, và các lỗ rỗng trên tính toán được theo công thức:
Lỗ rỗng mao quản:
Rmq = 0.001*(N-Wi*a*X) (%)
Với:

N

: Lượng dùng nước trong 1m3 vật liệu

X

: Lượng dùng xi măng trong 1m3 vật liệu

Wi

: Lượng nước liên kết hoá học, vật lý của các gel

a

: Mức độ thuỷ hoá.

Lỗ rỗng gel:
Rgel = 0.01*j*a*X (%)
Với:

j

: Thể tích nước liên kết gel hấp phụ.

Theo kết quả nghiên cứu các nhà khoa học thấy rằng: trong bê tông tổ ong cách nhiệt thể tích
lỗ rỗng mao quản chiểm khoảng: 5 – 12% thể tích lỗ rỗng vật liệu và thể tích lỗ rỗng gel chiếm
khoảng 1.5 – 2.5% thể tích lỗ rỗng vật liệu. Khi mật độ trung bình của bê tông càng cao hay
chiều dầy vách ngăn giữa các lỗ rỗng lớn các lớn và lượng dùng nước trong một mét khối vật
liệu càng tăng thì lỗ rỗng mao quản và lỗ rỗng gel càng tăng tuy nhiên khi đó lỗ rỗng tổ ong của
vật liệu lại giảm và giảm rất lớn. Đồng thời cấu trúc rỗng của vật liệu được thể hiện qua các đặc
trưng:
Page 13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH ĐỨC

-

Sự phân bố của các lỗ rỗng trong vật liệu: đồng đều hay không đồng đều

-

Chiều dầy các vách ngăn giữa các lỗ rỗng

-

Mật độ vách ngăn giữa các lỗ rỗng

-

Hình dạng lỗ rỗng

-

Đặc điểm bề mặt bên trong của lỗ rỗng

-

Sự đóng kín của cấu trúc tổ ong.

Khi chế tạo cấu trúc rỗng cho vật liệu chịu nhiệt – cách nhiệt cần có biện pháp đảm bảo các
đặc trưng này.
Phương pháp tạo rỗng cho vật liệu chịu nhiệt – cách nhiệt được lựa chọn tuỳ theo phương
pháp công nghệ, chất tạo rỗng trong bê tông chịu nhiệt-cách nhiệt có thể là chất tạo khí hoặc
chất tạo bọt. Chất tạo khí có thể dùng là H 2O2 hay bột kim loại nhôm (Al), nhưng hiện nay
thường dùng nhất là bột nhôm kim loại.
Để tạo ra bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt sử dụng chất tạo khí thì quá trình tách khí tạo rỗng
trong bê tông có thể sảy ra do các nguyên nhân sau:
- Tác dụng lẫn nhau giữa các chất tạo khí (ví dụ: bột nhôm) với các sản phẩm thuỷ hoá của
chất kết dính giải phóng hyđrô:
2Al + 3Ca(OH)2 +6H2O -> 3CaO.Al2O3.6H2O + 3H2
- Phản ứng tạo khí của các chất không ổn định.
Trong công nghệ chế tạo bê tông.khí, chất tạo khí sử dụng phổ biến nhất là bột nhôm.
Bột nhôm sử dụng có độ mịn rất lớn 4000 - 6000 cm 2/g. Độ mịn càng lớn, bột nhôm càng
phân bố đều trong hỗn hợp, tăng hiệu quả tạo khí, do đó giảm được lượng dùng bột nhôm, đồng
thời tạo ra lỗ rỗng bé phân bồ đồng đều hơn làm tăng cường độ.
Hiện nay để sản xuất bê tông khí thường sử dụng bột nhôm do Liên Xô cũ sản xuất. Có 4

mác khác nhau từ: nAK1 đến nAK4. Trong sản xuất bê tông khí sử dụng hợp lý nhất là loại:
nAK2 và nAK3 .
Khi sản xuất bột nhôm được bao bọc bởi một màng parafin mỏng để tránh sự ôxy hoá. Trước
khi sử dụng, bột nhôm cần được gia công sơ bộ để tách màng bọc parafin.

Page 14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

CHƯƠNG 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
IV.1. Các phương pháp nghiên cứu các tính chất của chất kết dính chịu nhiệt.
-

Các chỉ tiêu như khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ mịn, lượng nước tiêu chuẩn,
thời gian ninh kết, tính ổn định thể tích được xác định theo TCVN 2682-1992.

-

Xác định độ co thể tích của đá chất kết dính chịu nhiệt: TCVN 201 - 1986.

-

Độ chịu lửa của CKDCN được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 1 79- 1 996.

- Phân tích nhiệt DTA – DTG
- Phương pháp phân tích nhiễu xạ Rơ nghen nghiên cứu sự hình thành các hợp chất mới, là

các khoáng mới tạo thành nhờ phản ứng vật chất ở trạng thái rắn trong quá trình đốt nóng.
Đồng thời giải thích sự hình thành của các khoáng mới bền nhiệt, nâng cao tính chịu nhiệt cho
vật liệu.
- Phân tích thạch học bằng phương pháp chụp vi điện tử, phân tích cấu trúc trên cơ sở sự
hình thành cấu trúc của các mẫu ở các cấp nhiệt độ khác nhau và cấu trúc của các khoáng bền
nhiệt mới được tạo ra, từ đó giải thích bản chất các tính chất cơ lý và tính chất chịu nhiệt của
nguyên vật liệu nghiên cứu.
IV.2. Phương pháp nghiên cứu hỗn hợp bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt:
IV.2.1 Tính toán cấp phối bê tông chị nhiệt – cách nhiệt:
Tính: Lượng dùng xi măng:
Pxm =

γ 0 BT xV
(kg)
K cx (1 + C )

Trong đó:
Pxm:

lượng dùng xi măng, kg

γ0bt:

KLTT bê tông ở trạng thái khô, g/cm3

V:

Thể tích 1m3 mẻ trộn

Kcx:

Hệ số tăng khối lượng vật chất khô do lượng nước liên kết trong
quá trình rắn chắc của bê tông (Kcx = 1,1)

C:

Tỷ lệ lượng phụ gia pha trộn với XMPL, tỷ lệ này phụ thuộc
vào loại PG và nhiệt độ sử dụng

Tính: Lượng dùng nước:
Pn = (Pxm + PPG ).

N
, kg
R

Trong đó:
PPG:

Lượng dùng phụ gia khoáng nghiền mịn, kg

Page 15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

N

:
R

Tỷ lệ lượng dùng nước với khối lượng chất rắn

Tính: Độ rỗng: r
r=1Với:

ω:

γ0
N
(ω + )
Kc
R

Khối lượng riêng tuyệt đối của thể tích hỗn hợp khô, (l/kg)
ω=

γa =

1

γ ahh

γ axm xγ aPG
A·XMγ aPG + APG γ axm

Trong đó:
γaxm:

Khối lượng riêng của xi măng, g/cm3.

Axm:

Hàm lượng xi măng trong hỗn hợp CKD

γaPG:

Khối lượng riêng của phụ gia, g/cm3.

APG:

Hàm lượng của phụ gia trong hỗn hợp CKD

Tính: Lượng dùng chất tạo khí
Pk = r.

V
(kg)
α .k

Trong đó:
α:

Hệ số sử dụng chất tạo khí (α = 0.75 – 0.8)

K:

Sản lượng tạo khí của một đơn vị chất tạo khí,

theo lý thuyết k = 1390l/kg, thực tế: k = 1350l/kg.

IV.2.2. Các phương pháp xác định tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông chịu
nhiệt – cách nhiêt:
•

Độ chảy của vữa bê tông khí được xác định như sau:

Dụng cụ sử dụng gồm một hình trụ bằng đồng hoặc đồng thau đường kính trong 5cm, chiều
cao 10 cm và tấm thuỷ tinh có kích thước mỗi cạnh là 40cm. Trên tấm thuỷ tinh qua mỗi
0,5cm vạch một đường tròn xung quanh tâm với đường kính lớn nhất là 40cm.
Quy trình thử nghiệm: đặt tấm thuỷ tinh nằm ngang, còn hình trụ ở tâm các vòng tròn đồng
tâm. Đổ vữa đã trộn trước với bột nhôm vào hình trụ, sau đó nhấc hình trụ lên theo phương
thẳng đứng. Vữa sẽ được chảy loang trên tấm thuỷ tinh do tác dụng của trọng lượng bản thân.
•

Xác định độ co thể tích và khối lượng thể tích.

Page 16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

Để xác định các chỉ tiêu này, trước và sau khi nung mẫu cần tiến hành đo kích thước và cân
khối lượng mẫu. Từ đó tính được các giá trị như sau:
+ Độ co thể tích : ΔV = (V1- V2)*100/V1, %.
+ Khối lượng thể tích: γ = m/V2, g/cm3.

Trong đó:
V1: Thể tích mẫu trước khi nung, cm3.
V2: Thể tích mẫu sau khi nung, cm3.
m: Khối lượng mẫu sau khi nung, g.
•

Xác định cường độ nén.

Để xác định cường độ nén, tiến hành đúc mẫu lập phương kích thước 10x10x10cm. Sau đó
dưỡng hộ trong điêu kiện tự nhiên với thời gian 7 ngày. Sau đó mẫu được đem đi nén, xác
định cường độ ở 25oC.
Khi xác định cường độ nén sau sấy, mẫu được gia công và sấy ở 100 oC đến khối lượng
không đổi, sau đó đước đem đi xác định cường độ.
Khi xác định cường độ nén của vật liệu ở các cấp nhiệt độ khác nhau, mẫu sau khi được gia
công, sấy ở 100oC, sau đó được đem nung ở nhiệt độ cần xác định cường độ, và được hằng
nhiệt ở nhiệt độ đó trong khoảng 2h, sau đó mẫu được làm nguội đến nhiệt độ thường và xác
định cường độ nén – Rtn.
•

Xác định độ bền nhiệt

Chế tạo mẫu, bảo dưỡng theo quy định. Sau đó đốt nóng mẫu đến 800 oC, sau đó lấy mẫu ra
làm nguội trong không khí bằng cách thổi khí lạnh. Sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng,
đem mẫu vào cân và kiểm tra sự hình thành các vết nứt, sau đó lại đưa mẫu vào đốt nóng. Mỗi
lần đốt nóng và làm nguội như vậy là một lần trao đổi nhiệt. Kết quả thí nghiệm là số lần trao
đồi nhiệt đến khi mất 20% khối lượng ban đầu hoặc sẽ xuất hiện vết nứt, khi đó: độ bền nhiệt
của vật liệu là số chu kỳ vật liệu thực hiện trao đổi nhiệt mà không xuất hiện vết nứt hoặc
chưa mất 20% khối lượng.

Page 17

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.
V.1. Các kết quả nghiên cứu về chất kết dính chịu nhiệt.
V.1.1. Kết quả khảo sát nguyên vật liệu:
Trong đề tài này chúng tôi sử dụng chất kết dính là xi măng pooclăng PC40-Bút Sơn và
PCB40-Phúc Sơn, kí hiệu lần lượt là: PC40BS và PCB40PS.
Bảng 1: Thành phần hoá của xi măng PCB40 - Bút Sơn và PCB40 – Phúc Sơn.

[[

STT

Thành phần hóa oxit

Loại oxit
PC40BS (%)

PCB40PS(%)

1

CaO

62,84

63÷65,2

2

SiO2

20,65

22,2÷24,6

3

Al2O3

5,42

5,2÷6,2

4

Fe2O3

8,43

2,2÷3,1

5

MgO

2,01

2,2÷2,5

6

SO3

0,47

1,2÷1,8

7

K2O

0,74

0,3÷0,6

8

Na2O

0,16

0,18÷0,21

9

MKN

1,14

1,12÷1,2

Bảng 2: Thành phần khoáng của xi măng PCB40 - Bút Sơn và PCB40 – Phúc Sơn.

STT

Thành phần khoáng

Loại oxit
PC40BS

PCB40PS

1

C3S

45,26÷47,5

46 ÷ 49

2

C2S

24,41÷26,3

17,0 ÷ 21

3

C3A

6,36÷7,5

6÷9

4

C4AF

10,34÷11,8

12 ÷ 14

Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2682-92, kết quả thu
được phù hợp với quy phạm.

Page 18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

Bảng 3: Các tính chất cơ lý của xi măng PCB40 - Bút Sơn và PCB40 – Phúc Sơn.
Chỉ tiêu

Đơn vị tính

PC40BS

PCB40PS

Nước tiêu chuẩn

%

29.00

28.50

Lượng sót sàng N008

%

2.50

2.80

Độ ổn định V

mm

1.50

1.80

Thời gian đông kết

Phút

Bắt đầu

Phút

90.00

105.00

Kết thúc

Phút

150.00

172.00

Khối lượng riêng (γa)

g/cm3

3.16

3.07

Khối lượng thể tích (γo)

g/cm3

1.09

1.08

Cường độ nén ở 28 ngày

kG/cm2

381.50

480.25

Phụ gia khoáng sử dụng cho chất kết dính chịu nhiệt là samốt (S) và gạch đỏ (G). Dưới đây
là thành phần hóa và các tính chất cơ lý của phụ gia S và G:
Bảng 4: Thành phần hóa của phụ gia S và G
Thành phần hóa

PG Sa mốt

PG gạch vỡ

SiO2

57.80

67.82

Al2O3

38.57

17.53

Fe2O3

5.00

9.82

CaO

1.20

1.18

MgO

1.08

1.84

SO3

-

-

R 2O

1.56

1.05

MKN

-

-

Bảng 5: Các tính chất của phụ gia S và G
Chỉ tiêu
Khối lượng riêng
Khối lượng thể tích

Đơn vị

Sa mốt

g/cm3

2.65÷2.89

2.6÷2.7

3

1130÷1260

850÷1100

g/cm

Gạch vỡ

Độ hút nước

%

5÷8

12÷15.2

Độ chịu lửa

oC

1650÷1750

1150÷1180

Độ mịn (Sót sàng N008)

%

30.00

30.00

Chất hoạt hoá: Có thành phần là các chất kiềm.
Page 19


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

Phụ gia tạo rỗng: Dùng bột nhôm có kích thước 20-50µm, tương đương độ mịn: 4000 –
6000cm2/g, được bọc parafin để chống ôxi hoá.
V.1.2. Kết quả nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt:
Bảng 6: Lượng nước tiêu chuẩn của hỗn hợp chất kết dính
Tỷ lệ

STT

Nước tiêu chuẩn, (%)
PC40BS
PCB40PS
Phụ gia S
Phụ gia G
Phụ gia S
Phụ gia G
29
29

28.5
28.5
29.25
29.5
28.75
29
29.5
29.75
29
29.25
29.75
30
29.25
29.5
30
30.5
29.5
30
30.25
30.75
29.75
30.25
30.75
31.5
30.22
30.75
31.5
31.75
30.5
31.5

32
32
31
32

X:PG
1
2
3
4
5
6
7
8
9

100:0
90:10
80:20
75:25
70:30
65:35
60:40
55:45
50:50

Bảng 7: Thời gian đông kết của hỗn hợp chất kết dính
TT

Tỷ lệ

X:PG

Thời gian đông kết, phút/giờ
PC40BS

PCB40PS

PG S
PG G
PG S
PG G
PG S
PG G
PG S
PG G
Bắt đầu Kết thúc Bắt đầu Kết thúc Bắt đầu Kết thúc Bắt đầu Kết thúc
1

90

150

90

150

1h45

2h55

1h45

2h55

2

100:0
90:10

1h50

2h45

1h45

2h40

2h00

3h05

1h55

3h02

3

80:20

2h05

2h58

2h00

2h52

2h12

3h15

2h08

3h12

4

75:25

2h15

3h15

2h10

3h15

2h20

3h24

2h08

3h48

5

70:30

2h28

3h30

2h25

3h22

2h33

3h42

2h20

3h28

6

65:35

2h42

3h42

2h35

3h35

2h48

3h47

2h45

3h42

7

60:40

2h55

3h52

2h47

3h46

2h58

3h58

2h55

3h55

8

55:45

3h08

4h07

2h58

3h58

3h12

4h10

3h05

4h07

9

50:50

3h12

4h15

3h05

4h07

3h20

4h20

3h12

4h15

Page 20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

Nhận xét:
- Ta thấy khi tăng hàm lượng phụ gia sa mốt hay phụ gia gạch đỏ thì lượng nước tiêu chuẩn
tăng dần (đồng thời lớn hơn lượng nước tiêu chuẩn của xi măng). Nguyên nhân của hiện
tượng này là do phụ gia nằm ở dạng bột mịn phân bố đều trong hỗn hợp chất kết dính, các phụ
gia này hút nước vào trong bản thân chúng, do vậy làm lượng nước tiêu chuẩn của hỗn hợp
chất kết dính tăng lên.
- So sánh hai loại phụ gia sa mốt và gạch đỏ thì thấy lượng nước tiêu chuẩn khi dùng phụ

gia S với cùng tỷ lệ và loại xi măng thì cao hơn khi dùng phụ gia G, vì S có độ hút nước cao
hơn G.
Ảnh hưởng của loại và lượng dùng phụ gia đến cường độ nén của đá CKD CN.
Với PC40 Bút Sơn:
Loại
CKD

PC40
BS

Tỷ lệ
X : PG

100 : 0

90 : 10

80 : 20

75 : 25

70 : 30
CKD sử
dụng
PG : S

65 : 35

60 : 40

Rn của CKDNC ở các cấp to ; kG/cm2 / %
R25

R100

R200

R400

R600

R800

R1000

481.50

708.25

835.75

734.75

470.00

242.00

95.75

67.98

100.00

118.00

103.74

66.36

50.26

19.89

472.00

667.00

809.50

765.75

528.25

347.00

153.25

70.70

100.00

121.36

114.81

79.20

52.02

22.98

444.00

627.50

790.75

734.50

562.00

423.25

165.75

70.76

100.00

126.02

117.05

89.56

67.45

26.41

403.50

603.00

762.75

714.00

537.50

438.00

184.50

66.89

100.00

126.49

118.41

89.14

72.64

30.60

369.00

575.25

737.75

692.75

490.75

453.30

209.50

64.15

100.00

128.25

120.43

85.31

78.80

36.42

324.00

542.75

700.00

675.25

492.50

425.00

234.50

59.75

100.00

128.97

124.41

90.74

78.30

43.21

306.50

515.75

687.75

653.73

482.50

425.00

235.50

59.43

100.00

133.35

126.75

93.55

82.40

45.66

290.75

494.00

662.50

628.75

465.00

390.75

272.00

Page 21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

50 : 50

90 : 10
CKD sử
dụng
PG: G

80 : 20

70 : 30

65 : 35

60 : 40

55 : 45

50 : 50

58.86

100.00

134.11

127.28

94.13

79.10

55.06

276.40

485.60

640.80

598.50

450.80

368.80

261.50

56.92

100.00

131.96

123.25

92.83

75.95

53.85

453.25

650.25

805.00

754.50

530.75

334.50

148.25

69.70

100.00

123.80

116.03

81.62

51.44

22.80

432.50

623.75

753.75

714.00

490.75

414.50

179.50

69.34

100.00

120.84

114.47

78.68

66.45

28.78

350.75

570.75

720.25

700.25

513.25

424.50

182.75

61.45

100.00

126.19

122.69

89.93

74.38

32.02

334.50

550.25

714.50

666.25

530.00

422.00

203.50

60.79

100.00

129.85

121.08

96.32

76.69

36.98

312.00

517.00

667.00

640.75

500.75

422.00

208.00

60.35

100.00

129.01

123.94

96.86

81.62

40.23

287.75

503.00

660.75

623.75

519.00

456.50

224.80

37.80

100.00

131.36

124.01

103.18

90.76

44.69

268.25

472.00

628.25

597.00

492.50

392.00

225.00

56.83

100.00

133.10

126.48

104.34

83.05

47.67

255.80

450.00

622.25

596.75

460.20

360.00

232.50

54.17

100.00

138.28

132.61

102.27

80.00

51.67

*Chú thích: Tử số ghi giá trị cường độ nén; Mẫu số là % cường độ còn lại so với cường độ
nén ở 100oC
Từ số liệu của bảng kết quả thí nghiệm trên ta có ca biểu đồ sau:

Page 22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

Biểu đồ 1: Cường độ nén của mẫu với hàm lượng phụ thay đổi ở 100oC; 400oC; 1000oC.
Nhận xét:
-

Đối với cả hai loại phụ gia: sự biến đổi cường độ nén của chất kết dính đều diễn ra theo quy
luật: ở 200oC: có sự tăng đột biến. Sau đó cường độ nén suy giảm từ 400 ÷ 1000 oC (Đối với cả
hai loại phụ gia).

-

Đối với xi măng không có phụ gia 400 ÷ 1000 oC : cường độ nén suy giảm nhanh, hầu như
không có cường độ, và khi đưa ra ngoài không khí, thì bị mủn ra. Tùy theo độ phụ gia mà sự
suy giảm cường độ nén là nhanh hay chậm.

-

Với CKD sử dụng phụ gia S: cùng tỷ lệ phụ gia, cùng nhiệt độ đốt nóng, thì CKD sử dụng phụ
gia S có cường độ nén cao hơn so với phụ gia G.

-

Với chất kết dính có sử dụng phụ gia, ở nhiệt độ cao, mức độ suy giảm cường độ là thấp hơn so
với xi măng không dùng phụ gia.

-

Nhiệt độ từ 400 - 600oC: Cường độ nén của đá CKD đa số là giảm, tuy nhiên có một số cấp
phối gần như không giảm mà có xu hướng tăng.

-

Khi đốt nóng đến 800 - 1000 oC thì cường độ tiếp tục giảm và đạt mức ở 1000 oC, cường độ nén
sau đốt nóng phụ thuộc vào:

-



Loại xi măng.



Lượng phụ gia.



Loại phụ gia.

Vì thế để lựa chọn lượng sử dụng tối ưu phụ gia cho CKD cũng như cho BTCN, cần xác định
mô hình hóa để xác định giá trị tối ưu.

Page 23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

Hàm hồi quy của cường độ nén theo tỷ lệ dùng phụ gia ở các nhiệt độ 800oC và 1000oC:
Ở 800oC:
∧

Y

Rn-S

= 452.85 – 16.0 X2

Rn-G

= 454.77 – 25.04 X2

Rn-S

= 272.16 – 2.56 X2

Rn-G

= 230.95 – 4.26 X2

∧

Y
Ở 1000oC:
∧

Y
∧

Y

Page 24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

GVHD: PGS. TS. VŨ MINH
ĐỨC

Với PCB40 Phúc Sơn:
Loại

Tỷ lệ

CKD

X:PG

Rn25

Rn100

Rn200

Rn400

Rn600

Rn800

Rn1000

100 : 0

408.25
65.30
460.50
66.67
432.25

64.78
420.00
64.07
405.00
62.13
386.50
61.01
368.75
59.74
350.00
58.87
334.25
58.38
458.50
64.58
432.75
62.40
417.50
62.06
401.25
61.87
382.00
60.63
365.50
60.07
348.50
59.70
330.25
58.63

735.5
100.00
690.75
100.00
675.00
100.00
655.50
100.00
652.25
100.00
633.50
100.00
617.25
100.00
594.50
100.00
572.50
100.00
710.00
100.00
693.50
100.00
672.75
100.00
648.50
100.00
630.00
100.00
608.50
100.00

583.75
100.00
563.25
100.00

792.50
107.75
750.25
108.61
725.50
107.48
710.25
108.35
695.75
106.67
675.00
106.55
640.75
103.81
622.50
104.71
604.05
105.51
770.00
108.45
745.25
107.46
726.50
107.99
700.25

107.98
680.25
107.98
659.50
108.38
638.50
109.38
622.25
110.47

777.75
105.74
745.50
107.93
717.25
106.26
690.75
105.38
668.50
102.49
652.75
103.04
631.50
102.31
597.50
100.50
580.75
101.44
750.00
105.63

733.25
105.73
709.50
105.46
683.75
105.44
660.00
104.76
631.25
103.74
620.00
106.21
599.20
106.38

512.50
69.68
540.50
78.25
598.75
88.70
575.00
87.72
550.25
84.36
527.50
83.27
505.25
81.86
490.00

82.42
475.00
82.97
663.25
93.42
680.00
98.05
640.25
95.17
625.50
96.45
610.75
96.94
597.25
98.15
580.40
99.43
550.75
97.78

240.75
32.73
298.50
43.21
346.50
51.33
430.00
65.60
388.00
59.49

415.00
65.51
367.50
59.54
367.50
61.82
322.50
56.33
280.50
39.51
363.25
52.38
435.25
64.70
473.75
73.05
453.40
71.97
451.50
74.20
420.50
72.03
398.50
70.75

80.00
10.88
108.50
15.71
122.50

18.15
144.25
22.01
164.50
25.22
132.50
20.92
152.50
24.71
183.50
30.87
174.00
30.39
105.25
14.82
124.75
17.99
138.75
20.62
105.50
16.27
167.00
26.51
178.75
29.38
200.25
34.30
232.75
41.32

CKD
sử

90 : 10

dụng
PG : S

80 : 20
75 : 25
70 : 30
65 :
35
60 : 40
55 : 45
50 : 50

CKD

90 : 10

sử
80 : 20
75 : 25
70 : 30
65 : 35
60 : 40
55 : 45
50 : 50

Cường độ nén của CKD ở các cấp nhiệt độ ; Rn - kG/cm2 / %

Nhận xét:

Page 25