Nhiệt tỏa ra khi đóng rắn của xi măng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (397.14 KB, 23 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN VẬT LIỆU SILICAT
------------------------
BÁO CÁO MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG POÓC – LĂNG
NHIỆT TOẢ RA KHI ĐÓNG RẮN
GVHD: ThS. Huỳnh Ngọc Minh
Nhóm SV thực hiện: Nhóm 11
Tp.HCM, 11/2017
MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................i
DANH MỤC BẢNG.......................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH.........................................................................................iv
DANH MỤC VIẾT TẮT..................................................................................v
Chương 1 TỔNG QUAN..................................................................................1
1.1 Khái niệm, định nghĩa của thông số........................................................1
1.1.1 Nhiệt tỏa ra khi đóng rắn..................................................................1
1.1.2 Quá trình đóng rắn XMP..................................................................1
1.2 Vai trò của thông số.................................................................................2
Chương 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG.........................................................4
2.1 Thành phần khoáng.................................................................................4
2.2 Độ mịn....................................................................................................5
2.3 Chủng loại và hàm lượng phụ gia sử dụng trong xi măng.......................5
2.4 Nhiệt độ môi trường................................................................................5
2.5 Tra cứu các số hiệu và tên các TCVN mới nhất để xác định thông số.....6
Chương 3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH..........................................................7
3.1 Theo TCVN 6070-2005:.........................................................................7
3.1.1 Nguyên lý đo....................................................................................7
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ...........................................................................7
3.1.3. Thiết bị, dụng cụ.............................................................................8
3.1.4. Hóa chất và vật liệu.........................................................................9
3.1.5. Chuẩn bị thử....................................................................................9
3.1.6. Tiến hành thử................................................................................10
1
3.1.7 Tính kết quả...................................................................................12
3.1.8. Nhận xét........................................................................................14
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................17
2
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các khoáng chính của XMP và lượng nhiệt phát sinh của chúng
trong quá trình thuỷ hoá............................................................................................4
Bảng 2.2 Nhiệt thủy hóa của các đơn khoáng trong xi măng............................4
3
DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1 Mô tả thiết bị đo nhiệt lượng.............................................................7
Hình 3.2 Thiết bị đo nhiệt thủy hóa xi măng...................................................16
4
DANH MỤC VIẾT TẮT
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
XM: Xi măng
XMP: Xi măng Poóc- lăng
C3S: khoáng Alít 3CaO. SiO2
C2S: khoáng Belit 2CaO.SiO2
C4AF: khoáng Tri- canxi aluminat 4CaO.Al2O3.Fe2O3
C3A: khoáng Alumo- ferit canxi 3CaO.Al2O3
H: H2O – nước
CH: Ca(OH)2
5
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Khái niệm, định nghĩa của thông số
1.1.1 Nhiệt tỏa ra khi đóng rắn
Nhiệt tỏa ra khi đóng rắn (nhiệt thủy hóa của XM) là lượng nhiệt tỏa ra trong
quá trình XM đóng rắn, cụ thể là do lượng nhiệt phát sinh trong các phản ứng của
các khoáng trong XM với nước (phản ứng hydrat hóa của XM).
Lượng nhiệt và tốc độ tỏa nhiệt phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ mịn,
chủng loại và hàm lượng phụ gia của XM, nhiệt độ môi trường.
1.1.2 Quá trình đóng rắn XMP
Khi trộn XM với nước, một loạt các quá trình hóa lý phức tạp xảy ra, nhờ vậy
bột XM tạo thành khối đá rắn chắc, gọi là đá XM. Ta gọi đó là quá trình đóng rắn.
Quá trình đóng rắn được phân tích về mặt hóa học và vật lý như sau:
- Về mặt lý học, cấu trúc tinh thể các khoáng biến đổi trong một loạt quá trình
hòa tan – kết tinh, tái kết tinh tạo cấu trúc keo, gel… khối bột XM chuyển từ dạng
hồ vữa dẻo có thể tạo hình, cường độ tăng dần thành khối đá XM bền vững.
- Về mặt hóa học, các khoáng của XMP phản ứng với nước tạo các hydrosilicát canxi (CSH) hoặc các hydro-aluminát canxi (CAH), đây là những khoáng
cho vữa và đá XMP cường độ. Có thể phân phản ứng khoáng XM với nước (quá
trình hydrat của XMP) thành hai loại:
+ Thủy hóa là phản ứng với nước không dẫn tới sự phân rã chất ban đầu.
+ Thủy phân là quá trình phản ứng với nước dẫn tới sự phân hủy chất ban
đầu.
Quá trình hydrat hóa của các khoáng chính trong XMP:
a) Quá trình thủy phân khoáng C3S và C2S
Sản phẩm thủy hóa của khoáng C3S và C2S đều là CSH và Ca(OH)2 nhưng
khoáng C2S tạo ít Ca(OH)2 hơn.
Tốc độ thủy hóa của C2S chậm hơn C3S rất nhiều.
Tùy điều kiện phản ứng, mà các sản phẩm hydrat hóa rất khác nhau.
Đối với C3S sơ đồ phản ứng thủy phân, trong điều kiện nhiều nước
C3S +mH=CxSHn + (3-x)CH
Đối với C2S : C2S + mH = C2SHm.
Trang 1
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
b) Quá trình thủy hóa khoáng C3A
Sản phẩm thủy hóa khoáng C3A là các hydro- aluminát canxi (CAH) với các
thành phần khác nhau, tùy theo điều kiện phản ứng.
Phương trình chung có thể viết là: C3A + nH= C3AHn.
Khoáng C3A là khoáng làm cho XM đóng rắn nhanh và thời gian ninh kết
ngắn (chỉ vài phút). Vì vậy phải dùng thạch cao CaSO 4.2H2O làm chậm quá trình
hóa tan C3A. Thạch cao tác dụng với C3A tạo khoáng ettringhit (dạng kim hoặc thoi)
bao quanh bề mặt làm C3A khó hòa tan hơn.
c) Quá trình thủy phân khoáng C4AF
Khoáng C4AF thủy phân theo phương trình C4AF + mH = C3AH6 +CFHn
Trong XM, còn có thạch cao nên sẽ tiếp tục xảy ra các phản ứng và tùy điệu
kiện các sản phẩm cũng rất khác nhau.
1.2 Vai trò của thông số
Nhiệt tỏa ra khi đóng rắn cũng là một thông số quan trọng để đánh giá chất
lượng XM. Nhiệt lượng tỏa ra gây ứng suất nhiệt có thể ảnh hưởng tới sản phẩm
thủy hóa các khoáng XM, gây nứt vỡ, giảm chất lượng bê tông, nhất là bê tông khối
lớn.
Bê tông khối lớn: theo TCXDVN 305:2004 kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt
thép được coi là khối lớn khi có kích thước đủ để gây ứng suất kéo, phát sinh do
hiệu ứng nhiệt thủy hóa của XM, vượt quá giới hạn kéo của bê tông làm nứt bê tông
và do đó cần phải có biện pháp để phòng ngừa vết nứt. Trong điều kiện nóng ẩm
Việt Nam, kết cấu có cạnh nhỏ nhất (a) và chiều cao (h) lớn hơn 2 m có thể được
xem là khối lớn.
Nhiệt độ của bê tông: Nhiệt độ của bê tông trong kết cấu công trình trong quá
trình xây dựng được quyết định bởi nhiệt thủy hóa của XM, nên cũng phát triển
theo thời gian và phụ thuộc vào loại XM. Hầu hết nhiệt tỏa ra trong 6-7 ngày đầu
sau khi đổ bê tông. Sự tăng nhiệt hầu như xảy ra ở 2 ngày đầu, tính từ khi cho nước
vào mẻ trộn. Trong quá trình tăng nhiệt nếu nhiệt độ cao, thì tốc độ tăng nhiệt
nhanh; ở nhiệt độ thấp, thì tốc độ tăng nhiệt chậm.
Thông thường, nhiệt độ của bê tông khối lớn được giới hạn để tránh hiện
tượng nứt và đảm bảo sự bền vững cho bê tông. Nhiệt độ cao nhất trong bê tông
khối lớn được giới hạn không được vượt quá 57°C và chênh lệch nhiệt độ giữa tâm
Trang 2
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
của khối bê tông và bề mặt cũng không được vượt quá 20°C. Độ bền vững lâu dài
của bê tông có thể bị ảnh hưởng nếu nhiệt độ sau khi đổ bê tông vượt quá phạm vi
68°C ÷ 74°C. Cơ chế phá hủy là do việc trì hoãn sự hình thành ettringnite, sẽ gây ra
trương nở trong cấu trúc bê tông và kết quả bê tông sẽ bị nứt. Điều này không xảy
ra tức thì mà phải sau nhiều năm.
Trong bê tông khối lớn, độ chênh lệch nhiệt độ là độ chênh lệch nhiệt độ giữa
phần nóng nhất của bê tông và bề mặt. Nứt do nhiệt sẽ xảy ra do lớp trong giữ được
nhiệt độ cao cản trở sự co lại cản trở sự co lại của những lớp bê tông bên ngoài đã
nguội đi, gây ứng suất nén ở lớp trong và ứng suất kéo ở lớp ngoài dẫn đến biến
dạng và khi biến dạng này vượt quá sức chịu kéo của bê tông sẽ xuất hiện vết nứt.
Trong xây dựng, để hạn chế đến mức thấp nhất khả năng nứt do nhiệt của bê
tông khối lớn, người ta sẽ sử dụng XM ít tỏa nhiệt cho bê tông, hạ nhiệt độ cốt liệu
(che chắn kho chứa cốt liệu, làm lạnh nước trộn).
Trang 3
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
Chương 2
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
2.1 Thành phần khoáng
Các thành phần khoáng của xi măng khi thủy hóa với nước sẽ tỏa nhiệt.
Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình thủy hóa xi măng là nguyên nhân làm tăng
nhiệt độ khối bê tông trong khoảng thời gian 72 giờ đầu. Khi thành phần khoáng
của XM thay đổi thì nhiệt lượng thủy hóa cũng thay đổi. Nhiệt thủy hóa XM sẽ làm
tăng nhiệt độ không đồng đều trong khối bê tông tạo nên gradient nhiệt độ và sự dãn
nở nhiệt thể tích là một trong những nguyên nhân có thể gây ra nứt cấu kiện bê tông
khối lớn.
Các thành phần khoáng chính của XMP và lượng nhiệt phát sinh của chúng
trong quá trình thuỷ hoá trong bảng 2.1
Bảng 2.1 Các khoáng chính của XMP và lượng nhiệt phát sinh của chúng trong quá
trình thuỷ hoá
Thành phần khoáng
C3S
C2S
C3A
C4AF
Tỉ lệ trong hỗn hợp Nhiệt lượng riêng
XM (%)
55
15
10
8
(cal/g)
120
62
207
100
Nhiệt lượng đóng
góp (cal/g)
66.0
9.3
20.7
8.0
Bảng 2.2 Nhiệt thủy hóa của các đơn khoáng trong xi măng
Tên Khoáng
C3S
C2S
C3A
C4AF
CaO
Nhiệt thủy hóa tại 21℃ (kJ/kg)
3 ngày
28 ngày
6 năm 6 tháng
245
380
490
50
105
225
890
1380
1380
290
495
495
1166
-
Trong các khoáng của XMP, phản ứng hydrat hóa khoáng C 3A tỏa nhiệt nhiều
nhất,tiếp theo đó là khoáng C3S là khoáng giúp XM phát triển cường độ sớm ngày,
nhưng khối XM đã rắn chắc thì ta cần quan tâm đến phản ứng hydrat hóa của CaO
td
.
CaOtd +H2O=Ca(OH)2
Trang 4
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
Phản ứng tỏa nhiều nhiệt ở mức 28 ngày, đồng thời phản ứng làm dãn nở thể
tích khi xi măng đã đóng rắn, dễ gây nứt vỡ cấu kiện xây dựng (phản ứng CaO với
nước làm thể tích riêng tăng khoảng 96%). Hơn nữa, sản phẩm phản ứng dễ tan,
làm khối đá xi măng dễ bị ăn mòn. Lượng vôi tự do trong XMP thường khống chế
từ 1÷2%.
2.2 Độ mịn
Thông thường, xi măng càng mịn, tốc độ phản ứng hydrat và cường độ ban
đầu càng cao, vì thế lượng nhiệt tỏa ra cũng rất lớn, lượng nước để đổ vào XM cũng
cần nhiều hơn
Ở nhiệt độ của môi trường nhất định XMP hỗn hợp thường phát triển cường
độ chậm hơn XMP có cùng độ mịn trong thời gian đầu, do đó đòi hỏi bảo dưỡng lâu
hơn.
2.3 Chủng loại và hàm lượng phụ gia sử dụng trong xi măng
Để hạn chế khả năng phá hủy kết cấu bê tông khối lớn do hiện tượng phát sinh
nhiệt từ nhiệt thủy hóa của XM có thể sử dụng một hàm lượng nhất định phụ gia
khoáng hoạt tính nhằm giảm nhiệt thủy hóa của XM: sử dụng một hàm lượng phụ
gia khoáng hoạt tính puzơlan hoặc tro xỉ nhất định vào XM để được xi măng hỗn
hợp.
Ví dụ: sử dụng phụ gia puzoland cho XM thì nhiệt độ đóng rắn giảm nhưng
thời gian phát triển cường độ chậm hơn.
Đối với bê tông khối lớn để giảm thiểu khả năng nứt do hiện tượng phát sinh
nhiệt từ nhiệt thủy hóa, người ta khuyên dùng sử dụng các loại XM: XMP thông
thường (có lượng nhiệt thủy hóa sau 7 ngày không quá 70cal/g), XM ít tỏa nhiệt, có
lượng nhiệt thủy hóa sau 7 ngày không quá 60 Cal/g, XM ít tỏa nhiệt thường phải
dùng cho các công trình có yêu cầu đặc biệt về an toàn và chống thấm, XMP puzzơlan (có hàm lượng puzzơlan từ 15% đến 40% khối lượng), hoặc XMP- xỉ (có
hàm lượng xỉ lò cao 20% ¸ 70% khối lượng)
2.4 Nhiệt độ môi trường
Tốc độ thủy hoá biến đổi theo nhiệt độ của môi trường, tăng lên theo nhiệt độ
và khi nhiệt độ dưới 4 0C thì tiến triển rất chậm; Nhiệt độ môi trường khi đổ bê tông
Trang 5
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
trên 35°C có thể gây bất lợi cho sự thuỷ hoá, ở nhiệt độ thấp cường độ ban đầu phát
triển chậm.
Trong khoảng 25÷100°C, nhiệt độ tăng sẽ làm tăng tốc độ thủy hóa và tăng tốc
độ đóng rắn XM. Khi nhiệt độ tăng, quá trình tái kết tinh tăng, kích thước tinh thể
biến đổi rất mạnh, ảnh hưởng đến cường độ của đá XM.
2.5 Tra cứu các số hiệu và tên các TCVN mới nhất để xác định thông số
TCVN 6070 :2005 - Xi măng Poóc Lăng – Phương pháp xác định nhiệt thủy
hóa (Portland cement - Test method for heat of hydration)
Nguồn: />
Trang 6
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
Chương 3
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
3.1 Theo TCVN 6070-2005:
3.1.1 Nguyên lý đo
Nhiệt thủy hóa của xi măng được xác định bằng cách đo nhiệt hòa tan của xi
măng khô (Q0) và của xi măng thủy hóa sau n ngày (Qn) (thường đo sau 7, 28 ngày).
Hiệu số (Q0 – Qn) là nhiệt thủy hóa của xi măng sau thời gian thủy hóa n ngày.
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ
3.1.2.1 Nhiệt lượng kế
(1) là một bình téc mốt, đường kính từ 75 mm đến 85 mm, dung tích từ 550 ml
đến 600 ml, có nắp đậy bằng vật liệu xốp (2) được đặt trong một hộp cách nhiệt còn
gọi là hộp téc mốt (3)
Hình 3.1 Mô tả thiết bị đo nhiệt lượng
Trang 7
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
Thành trong của bình téc mốt phải được tráng một lớp vật liệu bền axit
flohydric (HF) (thường sử dụng parafin hoặc nhựa phenolic đóng rắn). Lớp tráng
phải được kiểm tra trước khi thử mẫu, nếu có vết xước phải tráng lại.
3.1.2.2. Hộp téc mốt
Hộp téc mốt (3) bằng gỗ để giữ bình téc mốt. Giữ bình và hộp có lớp lót cách
nhiệt bằng bông hoặc vật liệu cách nhiệt khác dày ít nhất 25 mm (4). Hộp téc mốt
được đặt trong hộp máy bằng gỗ (5) kích thước 25 cm x 25 cm x 25 cm để tăng
thêm khả năng cách nhiệt cho bình téc mốt.
3.1.2.3. Nhiệt kế Bécman
Nhiệt lượng kế Bécman (6) với độ chia nhỏ nhất 0,01 C, phạm vi đo từ 0 C
đến 5 C hoặc 6 C, gắn kèm kính phóng đại 10 lần (7) được giữ bằng giá đỡ (8).
Phần bầu thủy ngân của nhiệt kế (9) phải tráng vật liệu bền axit flohydric (HF).
3.1.2.4. Phễu
Phễu (10) làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo. Cuống phễu dài ít nhất 6 cm,
đường kính trong của cuống phễu ít nhất 5 mm.
3.1.2.5. Động cơ máy khuấy
Động cơ máy khuấy (11) có thể điều chỉnh ở tốc độ từ 300 đến 400 vòng/phút.
Cần khuấy (12) có đường kính 6 mm. Cần khuấy và cánh khuấy (13) làm bằng thủy
tinh hoặc chất dẻo được tráng parafin.
3.1.3. Thiết bị, dụng cụ
- Thùng cách ẩm;
- Thùng dưỡng hộ mẫu theo TCVN 6017 : 1995;
- Tủ sấy, có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ 100 C ± 5 C;
- Lò nung 1000 C;
- Cân kỹ thuật có độ chính xác tới 0,1 g;
- Cân phân tích có độ chính xác tới 0,001 g;
- Sàng có kích thước lỗ 0,2 mm và 0,85 mm;
- Chén sấy, chén nung dung tích 30 ml;
- Bình hút ẩm;
- Bình thủy tinh 10 lít;
- Bình định mức 1 000 ml;
Trang 8
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
- Ống đong 10 ml và 500 ml;
- Pipét 50 ml;
- Đũa thủy tinh;
- Lọ thủy tinh dung tích 10 ml;
- Đồng hồ bấm giây;
- Cối, chày, bằng sứ hoặc bằng đồng;
- Bát sứ và thìa sứ;
- Túi PE hai lớp, dung tích từ 15 ml đến 20 ml;
- Chổi lông nhỏ;
- Thìa nhỏ bằng thép không gỉ.
3.1.4. Hóa chất và vật liệu
- Kẽm oxit (ZnO), tinh khiết phân tích (TKPT);
- Axit nitric (HNO3), dung dịch nồng độ 2N ( = 1,42 kg/l);
- Axit flohydric (HF), dung dịch 38 % - 40 %;
- Vật liệu bền axit flohydric, thường dùng parafin;
- Axêtôn;
- Nước phân tích theo TCVN 4851 : 1989, hoặc nước có độ tinh khiết tương
đương.
3.1.5. Chuẩn bị thử
3.1.5.1 Xử lý kẽm oxit (ZnO) để xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế (hằng
số máy)
Cân 30 g kẽm oxit, nung 1 giờ ở nhiệt độ từ 900 C đến 950 C, để nguội
trong bình hút ẩm và nghiền nhỏ qua sàng 0,2 mm. Sau đó cân khoảng 6 g, nung lại
ở nhiệt độ từ 900 C đến 950 C trong khoảng 5 phút, để nguội trong bình hút ẩm
không ít hơn 2,5 giờ và không nhiều hơn 5 giờ, sau đó dùng cân phân tích cân chính
xác 5,000 g để xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế.
3.1.5.2. Chuẩn bị dung dịch axit nitric (HNO3 – 2N)
Pha loãng 140 ml axit nitric với 860 ml nước cất để được 1000 ml dung dịch
axit nitric. Mỗi lần chuẩn bị từ 8 lít đến 10 lít.
Trang 9
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
3.1.5.3. Chuẩn bị mẫu xi măng khô và chế tạo xi măng thủy hóa n ngày
Để xác định nhiệt thủy hóa cần khoảng 500 g xi măng đã được chuẩn bị theo
TCVN 4787 : 2001. Mẫu xi măng được gói riêng theo đúng qui cách và được bảo
quản trong thùng cách ẩm.
Dùng cân kỹ thuật khoảng 100 g, chính xác đến 0,1 g mẫu xi măng, cho vào
bát sứ đã được lau sạch bằng vải ẩm. Dùng bay làm thành hộc ở giữa, đổ 40 ml
nước cất vào, trộn đều hỗn hợp xi măng và nước trong 4 phút. Dùng thìa xúc hồ xi
măng vào hai túi PE, mỗi túi hai lớp, sao cho khi buộc túi khoảng trống còn lại
trong túi không quá 2 ml. Sau đó đặt mẫu vào thùng dưỡng hộ và bảo quản ở nhiệt
độ 27 C ± 2 C đến các tuổi cần thử.
3.1.5.4. Kiểm tra khả năng cách nhiệt của bình téc mốt
a) Bình téc mốt được coi là có độ cách nhiệt đạt yêu cầu nếu mức giảm nhiệt
độ sau 30 phút không lớn hơn 0,001 C/phút.
b) Xác định khả năng cách nhiệt bình téc mốt: Đổ 400 ml nước nóng có nhiệt
độ từ 45 C đến 50 C vào bình. Đậy nắp bình. Ghi nhiệt độ trên nhiệt kế Bécman
ngay sau khi đổ nước vào bình téc mốt (T1) và nhiệt độ sau 30 phút (T30).
c) Mức giảm nhiệt độ của bình (fT) được tính bằng phút -1, theo công thức:
(1)
trong đó:
T1 là nhiệt độ ban đầu của nước trong bình téc mốt, tính bằng C;
T30 là nhiệt độ của nước trong bình téc mốt sau 30 phút, tính bằng C;
TPTN là nhiệt độ phòng thí nghiệm, tính bằng C;
30 là thời gian thí nghiệm, tính bằng phút.
3.1.6. Tiến hành thử
3.1.6.1 Xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế
a) Trước khi thử nghiệm một giờ, dụng cụ thí nghiệm và các bình hóa chất
được đặt tại bàn thí nghiệm để nhiệt độ của chúng bằng nhiệt độ trong phòng thí
nghiệm (27 C ± 2 C).
Đổ 390 ml ± 1 ml axit nitric vào bình téc mốt, thêm 10 ml ± 0,1 ml axit
flohydric vào bình (dùng ống đong bằng plastic) đã chỉnh vạch múc 10 ml. Khuấy
sơ bộ hỗn hợp axit bằng đũa thủy tinh (đã tráng parafin). Kiểm tra không để cánh
Trang 10
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
khuấy chạm vào bầu thủy ngân của nhiệt kế, cuống phễu, thành hoặc đáy bình. Bắt
đầu cho máy khuấy hoạt động.
b) Đọc nhiệt độ trên nhiệt kế Bécman qua kính phóng đại. chính xác đến
0,001 C tại thời điểm khi bắt đầu khuấy (T0) và sau 5 phút khuấy (T5).
Ngay sau khi ghi T5, đổ 5 g mẫu kẽm oxit (ZnO) (đã chuẩn bị theo 31.5.1) qua
phễu trong 30 giây. Dùng chổi lông gạt hết các hạt bám quanh thành, cuống phễu
xuống bình téc mốt. Ghi nhiệt độ sau 25 phút khuấy (T25) và 30 phút khuấy (T30).
CHÚ THÍCH: Nhiệt dung của nhiệt lượng kế cần xác định lại khi có một
trong các thay đổi sau:
- Thay mới nhiệt kế, cánh khuấy hoặc bình téc mốt;
- Thay mới lớp vật liệu cách nhiệt của hộp téc mốt;
- Tráng lớp bảo vệ mới cho nhiệt kế, cánh khuấy hoặc bình téc mốt;
- Khi sử dụng lô axit mới.
3.1.6.2 Xác định nhiệt hòa tan của xi măng
a) Xác định nhiệt hòa tan của xi măng khô
- Dùng cân phân tích cân 2,000 g xi măng, đặt trong bình hút ẩm tại bàn thí
nghiệm để nhiệt độ của mẫu ngang bằng nhiệt độ phòng thí nghiệm.
- Tiến hành thử mẫu theo trình tự 3.1.6.1. Trong đó thay kẽm oxit bằng xi
măng khô.
- Xác định hàm lượng mất khi nung của xi măng khô (MKN0), hàm lượng
anhydric sulfuric (SO3) trước nung (Strn) và sau nung (Ssn) theo TCVN 141 : 1998.
b) Xác định nhiệt hòa tan của xi măng đã thủy hóa
- Mỗi tuổi thử lấy một mẫu xi măng thủy hóa ở trong thùng bảo quản mẫu
(chuẩn bị theo 3.1.5.3), bỏ vỏ bọc, đập nghiền bằng cối đồng cho mẫu thử lọt hoàn
toàn qua sàng 0,85 mm. Tiến hành nghiền, sàng nhanh để tránh hiện tượng cacbonat
hóa và bay hơi. Dùng cân phân tích cân 2,800 g mẫu đã nghiền và đựng trong bình
hút ẩm có nắp kín đặt tại bàn thí nghiệm để nhiệt độ của mẫu ngang bằng nhiệt độ
phòng thí nghiệm.
- Tiến hành thử mẫu theo trình tự 3.1.6.1. Trong đó thay kẽm oxit bằng xi
măng đã thủy hóa.
Trang 11
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
- Xác định hàm lượng mất khi nung của xi măng thủy hóa n ngày (MKNn),
hàm lượng anhydric sulfuric (SO3) trước nung (Strn) và sau nung (Ssn) theo TCVN
141 : 1998.
CHÚ THÍCH:
1) Nếu khi xác định nhiệt hòa tan của mẫu xi măng thủy hóa 28 ngày gặp sự
cố và phải thử lại trên mẫu lưu vào những ngày sau. Nhiệt hòa tan Q28 được cộng
thêm 20 kJ/kg cho mỗi ngày nếu thử lại mẫu sau ngày thủy hóa thử 28, nhưng
không được chậm quá 4 ngày so với thời hạn này.
Nếu khi xác định nhiệt hòa tan của mẫu xi măng thủy hóa 7 ngày gặp sự cố và
phải làm lại mẫu thử, tức là chế tạo lại mẫu xi măng thủy hóa theo 3.1.5.3.
2) Để xác định chính xác hàm lượng anhydric sulfuric (SO3) ở các tuổi khác
nhau, các mẫu xi măng sau khi sàng và nghiền nhỏ (chuẩn bị như 3.1.5.3) được cho
vào lọ thủy tinh dung tích 10 ml và đổ axêtôn vào để đình chỉ thủy hóa mẫu ở các
tuổi cần thử.
3.1.7 Tính kết quả
3.1.7.1. Nhiệt dung của nhiệt lượng kế (Ck), tính bằng kJ/C, theo công thức:
(2)
trong đó:
m là khối lượng mẫu thử ZnO, tính bằng kg;
1072 là hệ số nhiệt hòa tan của ZnO ở 30 C, tính bằng kJ/kg;
0,4(30 – T) là giá trị điều chỉnh nhiệt hòa tan của ZnO theo nhiệt độ, trong đó:
T được tính bằng tổng của nhiệt độ dung môi trước khi hòa tan (Tdm) và mức tăng
nhiệt độ của giai đoạn hòa tan (Tdc). Khi nhiệt độ của dung môi bằng nhiệt độ
phòng thí nghiệm (TPTN) thì
T = TPTN + Tdc
Tdc được tính theo công thức:
Tdc = (T25 – T5) + 4(T25 – T30)
(3)
trong đó:
T25 là nhiệt độ tại thời điểm cuối của giai đoạn hòa tan sau 25 phút khuấy, tính
bằng C;
T5 là nhiệt độ của dung môi hòa tan sau 5 phút khuấy, tính bằng C;
Trang 12
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
T30 là nhiệt độ tại thời điểm cuối của giai đoạn hòa tan sau 30 phút khuấy, tính
bằng C.
Nhiệt dung của nhiệt lượng kế (Ck) là trung bình cộng của hai kết quả xác định
song song không lệch nhau quá 5 %, lấy chính xác tới 0,1 kJ/C.
3.1.7.2 Nhiệt hòa tan của xi măng khô (Q0), tính bằng kJ/kg, theo công thức:
(4)
trong đó:
Ck, Tdc là các giá trị được tính theo công thức (2) và (3);
0,8 là nhiệt dung riêng của xi măng khô, tính bằng kJ/kg.C;
M0 là khối lượng mẫu xi măng sau nung, tính bằng kg, theo công thức sau:
(5)
trong đó:
m0 là khối lượng mẫu xi măng khô, tính bằng kg;
MKN0 là hàm lượng mất khi nung của mẫu xi măng khô, tính bằng %, xác
định theo TCVN 141:1998;
G0 Phần khối lượng tăng thêm do ôxi hóa SO2 thành SO3 trong quá trình xác
định hàm lượng mất khi nung, được xác định như sau:
G0 = 0,8(SSn – STrn)
(6)
trong đó:
SSn là hàm lượng SO3 của mẫu xi măng sau khi nung, tính bằng %, xác định
theo TCVN 141:1988;
STrn là hàm lượng SO3 của mẫu xi măng trước khi nung, tính bằng %, xác định
theo TCVN 141:1988;
0,8 là hệ số tính chuyển từ SO2 thành SO3.
Nhiệt hòa tan của xi măng khô (Q0) là trung bình cộng của hai kết quả xác
định song song không lệch nhau quá 20kJ/kg, lấy chính xác tới 0,1 kJ/kg.
3.1.7.3. Nhiệt hòa tan của xi măng thủy hóa n ngày (Qn), tính bằng kJ/kg, theo
công thức:
Trang 13
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
(7)
trong đó:
Ck, Tdc là giá trị được tính theo công thức (2) và (3);
1,7 là nhiệt dung riêng của xi măng thủy hóa n ngày, tính bằng kJ/kg.C;
Mn là khối lượng mẫu xi măng đã thủy hóa sau nung, tính bằng kg, theo công
thức sau:
(8)
trong đó:
mn là khối lượng mẫu xi măng thủy hóa n ngày, tính bằng kg;
MKNn là hàm lượng mất khi nung của xi măng thủy hóa n ngày, tính bằng %,
xác định theo TCVN 141:1998;
Gn là giá trị được xác định theo công thức (6), đối với xi măng thủy hóa n
ngày.
Nhiệt hòa tan của xi măng thủy hóa n ngày (Qn) là trung bình cộng của hai kết
quả xác định song song, không lệch nhau quá 20 kJ/kg, lấy chính xác tới 0,1 kJ/kg.
3.1.7.4. Nhiệt thủy hóa của xi măng (Hn) tính bằng kJ/kg, theo công thức:
Hn = Q0 – Qn
(9)
trong đó:
Q0 là nhiệt hòa tan của xi măng khô, tính bằng kJ/kg;
Qn là nhiệt hòa tan của xi măng thủy hóa n ngày, tính bằng kJ/kg.
Kết quả nhiệt thủy hóa (Hn) của xi măng được lấy chính xác tới 0,1 kJ/kg.
3.1.8. Nhận xét
Ưu điểm
Mẫu xi măng thí nghiệm tương đối nhỏ, dễ thực hiện.
Thiết bị đơn giản hơn các phương pháp khác.
Nhược điểm
Kết quả của phương pháp này sẽ kém chính xác nếu một số thành phần của xi
măng không hòa tan trong axit nitric/axit flohydric.
Đây là phương pháp đo gián tiếp dựa trên sự chênh lệch giữa nhiệt hòa tan
giữa xi măng khô và xi măng thủy hóa sau 28 ngày.
Mẫu có thể bị cacbornat hóa, bay hơi trong quá trình nghiền và sàng ảnh
hưởng tới độ chính xác của phép đo.
Trang 14
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
Hình ảnh minh họa thiết bị thực tế
Hình 3.2 Thiết bị đo nhiệt thủy hóa xi măng
Trang 15
Công nghệ sản xuất xi măng Poóc – lăng
Nhiệt toả ra khi đóng rắn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] D. C. Killoh, A comparison of conduction calorimeter and heat of solution
methods for measurement of the heat of hydration of cement. 2016.
[2] Ban kỹ thuật TCVN/TC74 Xi măng - Vôi, TCVN 6070 : 2005. Hà Nội,
2005.
[3] Qualitest, Solution Calorimeter EN 196-8, ASTM C 186, BS 4550.
[4] Bùi Đức Vinh, Nguyễn Văn Chánh, and Chu Quốc Thắng, “Phân tích phân
bố nhiệt hydrat và ứng suất trong cấu trúc bê tông để kiểm soát sự gây nứt của công
trình bê tông cốt thép.”
[5] Hồ Bá Nguyên, “Một vài kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của phụ gia
puzolan đến cường độ và nhiệt trong kết cấu bê tông đầm lăn ở công trình thủy điện
Đakmi 4.”
[6] Nguyễn Thanh Dũng and Nguyễn Văn Chánh, “Sử dụng xi măng ít tỏa
nhiệt cho bê tông khối lớn tại Việt Nam.”
[7] TS Trần Văn Miền and ThS Nguyễn Lê Thi, “Nghiên cứu đặc trưng nhiệt
của bê tông sử dụng hàm lượng tro bay lớn.”
[8] Đỗ Quang Minh and Trần Bá Việt, Công nghệ sản xuất xi măng Poóc lăng
và các chất kết dính vô cơ. NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2015.
Trang 16
