THÀNH PHẦN KHOÁNG VÀ TÍNH CHẤT XI MĂNG PORTLAND

THAØNH PHAÀN KHOAÙNG
VAØ TÍNH CHAÁT XMP

1


1 – CAÙC KHOAÙNG CHÍNH
TRONG XMP:

2


CAÙC KHOAÙNG CHÍNH TRONG XMP

Phases

Formula

Symbol Min. (%) Avg. (%) Max. (%)

Alite

3 CaO•SiO2

C3S

45

63

80

Belite

2CaO•SiO2

C2S

0

16

32

Aluminate 3CaO•Al2O3

C3A

7

11

15

Ferrite

2CaO• (Al2O3,Fe2O3)

C2(A,F)

4

8

14

Free CaO

CaO

0.1

1

3

Free MgO MgO

0.5

1.5

4.5

3


CÁC KHOÁNG CHÍNH TRONG XMP
 1 –Alít là khoáng C3S trong XMP. Đây là loại

khoáng chính, quyết đònh cường độ XMP.

 C3S có sáu dạng thù hình, nhưng trong clinker
thường chỉ tồn tại hai dạng bền ở nhiệt độ cao
do sự tạo dung dòch rắn của C3S với các ôxít
luôn lẫn trong thành phần như MgO, Al 2O3,
Fe2O3, các ôxít kim loại kiềm R2O...
 2 –Bêlít chủ yếu là β-C2S và một lượng nhỏ các
dạng thù hình khác của C2S, các ôxít MgO,
Al2O3, Fe2O3, R2O...và một số hợp chất khác, có
tác dụng làm bền β-C2S.
4


CÁC KHOÁNG CHÍNH TRONG XMP
 3 –C4AF (tetra canxi fero aluminát): rất dễ tham gia phản

ứng với nước, nhưng không có tính thủy lực rõ ràng. Bền
trong môi trường sunphát.

4 –C3A (tri canxi aluminát) được coi là chất trung gian
của alit và belit. Có tính thủy lực rõ, đóng rắn nhanh, tỏa
nhiệt mạnh.
Trong các chất trung gian dạng khoáng (CA, C3A và
C4AF) còn một lượng CaO và MgO không kết tinh nằm
trong pha thủy tinh.
5


Influences of Major and Minor Phases
on Cement Properties
 Major Phases



C3S

- Early strengths, setting



C2 S

- late stage strengths, durability



C3A

- Initial set, early heat evolution



C4AF

- Color

 Minor Phases




October 14, 2016

CaOfree (free lime)
Alkali / sulfates
MgO

- Setting time, early strengths
- Early strengths
- Expansion

6


Anh vi caỏu truực SEM cuỷa
C3S, phoựng ủaùi 3000X

7


Mặt cắt mài bóng mẫu clinker
• Magnification: 1000x
• Etching: Nital (HNO3) on KOH
• Alite: blue-grey
• Belite: brown-tan, nested
• Liquid phase: Aluminate and
Ferrite (interstitial melt)

October 14, 2016

8

Thành phần bột xi măng
nh SEM/X-ray
 . Đỏ- C3S
 Da trời- C2S
 Xanh lá cây- C3A
 Vàng- C4AF
 Xanh lá nhạt- thạch cao
 trắng- CaO tự do
 Xanh dương đậm- K2SO4
 Tía- periclase (magnesium

containing phase).
Image is 256 µm x 200

µm.

9


C3S (brown), C2S (blue), C3A (gray), C4AF (white)


NIST SRM 2688, SEM
backscattered electron image

11


Contribution of clinker phases on strength

development

October 14, 2016

12


XÉT SỰ TẠO CÁC
KHOÁNG CHÍNH THEO
BIỂU ĐỒ PHA
15


Hình Bieåu ñoà pha heä CaO – SiO2 – Al2O3
16


1 – Xét sự tạo khoáng theo biểu đồ pha
hệ ba cấu tử CaO - SiO2 - Al2O3

 Trên biểu đồ pha hệ CaO - SiO2 - Al2O3, thành phần hóa

của clinker XMP thường nằm trong vùng tam giác thành
phần C3S - C2S - C3A, tương ứng với điểm eutécti 14550C.
 Dựa vào thành phần hóa của phối liệu, có thể ước lượng sơ
bộ thành phần khoáng của clinker XMP như sau: trước
hết, xác đònh điểm biểu diễn thành phần hệ M trên biểu
đồ. Từ M kẻ những đoạn thẳng song song với các cạnh tam
giác thành phần C3S – C2S – C3A. Những đoạn thẳng này
chia cạnh đối diện, (trường hợp trên hình vẽ là cạnh C 3S –

C2S bò chia làm ba đoạn bởi điểm 1 và 2), thành ba đoạn
thẳng với độ dài đại số tỷ lệ với thành phần khoáng lớn
nhất có thể có của hệ với thành phần hóa biểu diễn tại M.
17


1

1− 2
%C3A =
C3 S − C 2 S

C2S

C3 S

C3S

Nghóa là: % khoáng C3A
bằng độ dài đại số đoạn thẳng 1-2
chia cho độ dài đại số đoạn thẳng
C3S – C2S.

C2 S

2

M

C3A

Tương tự, ta có:
%C 3 S =
%C 2 S =

1 − C2 S
C3 S − C 2 S
2 − C3 S
C3 S − C 2 S

CaO

C3A

C5A3

Góc biểu đồ pha hệ CaO - SiO2 - Al2O3
và cách xác đònh sơ bộ thành phần khoáng
theo thành phần hóa điểm hệ M

18


2 – Sự tạo khoáng theo biểu đồ hệ bốn
cấu tử CaO - Fe2O3 - Al2O3 – SiO2

 Thành phần khoáng của clinker XMP có thể xét một cách

nhanh chóng trên biểu đồ pha hệ ba cấu tử CaO - Al2O3 SiO2 như trên thực chất chỉ đúng với XMP trắng, nghóa là
XM không chứa Fe2O3.

 Với XMP thông thường (còn gọi là XM đen hoặc XM
xám), Fe2O3 là thành phần không thể thiếu trong clinker
XMP. Vì vậy, dùng biểu đồ pha hệ CaO - Fe2O3 - Al2O3 SiO2 xét thành phần khoáng của clinker XMP phù hợp
hơn, mặc dù phức tạp hơn rất nhiều.
 Hệ có một điểm eutécti bốn ứng với nhiệt độ 13380C. Như
vậy, điểm xuất hiện pha lỏng đầu tiên khi nung hỗn hợp
phối liệu clinker XMP trong hệ CaO - Fe2O3 - Al2O3 - SiO2
là 13380C (trong hệ ba cấu tử là 14550C).
19


20


 XMP là loại CKD thủy lực.

Quá trình đóng rắn của nó chỉ xảy ra khi tác
dụng với nước, sản phẩm đóng rắn không
những bền trong môi trường không khí, môi
trường ẩm mà còn trong môi trường nước.
Nước đóng vai trò quan trọng trong quá
trình đóng rắn và phát triển cường độ.
Nghiên cứu quá trình đóng rắn CKD nói
chung và XMP nói riêng rất phức tạp.
21


23

QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN XMP theo quan
điểm lý học
 cấu trúc tinh thể của các khoáng biến đổi trong

một loạt quá trình hòa tan – kết tinh, cấu trúc
keo, gel tạo liên kết bền vững cho khối đá XM.

24


Mô hình đơn giản:

Khi cho nước vào xi măng:
1. Các hạt xi măng hoà tan
2. Nồng độ các ion trong nước (dd) tăng dần
Các hợp chất tạo thành trong dung dòch
3. Khi dd quá bão hòa, các hợp chất kết tinh lại (các
sản phẩm hydrat)
4. Ở những giai đoạn sau, các sp tạo thành trên hoặc
rất gần với bề mặt các hạt xi măng (đã rất nhỏ).
25


Theo A.A.Bai cốp: Quá trình chia thành ba
giai đoạn:
 1-Các khoáng XM tác dụng với nước giai đoạn đầu: hình thành một

lớp sản phẩm ngay trên bề mặt hạt, chủ yếu là các hydro silicát
canxi CSH. Các sản phẩm mới hình thành tan vào nước một phần
tạo dung dòch quá bão hòa (nếu lượng nước ít). Một phần không tan

vẫn nằm trên bề mặt hạt khoáng XM tạo cấu trúc gel làm tốc độ
nước thâm nhập chậm lại. Thời gian tác dụng khoảng 1h.
 2-Trong dung dòch quá bão hòa, các sản phẩm ở dạng keo. Các
hydro silicát canxi CSH kết tinh dạng sợi, gel cho đá XM cường độ.
Thời gian ninh kết của XM ứng với giai đoạn tác dụng này.
 3-Do nước bay hơi, các keo hydro silicát canxi CSH trong dung dòch
kết tinh dần cho tới hết, tạo cấu trúc gel với nhiều lỗ xốp nhỏ. Các
lớp gel trên bề mặt hạt XM có khả năng giữ nước, lượng nước tiếp
tục thấm sâu vào trong lớp hạt khoáng XM và quá trình lặp lại
tương tự. Cường độ đá XM, vì vậy, tăng dần theo thời gian.

26


27


28