Ứng dụng chỉ thị phân tử ADN để xác định alen kháng mặn, hạn ở một số giống lúa địa phương việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHẠM THỊ CHỌN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA
HỖN HỢP TRO BAY - CMC ĐẾN TÍNH
CHẤT CỦA XI MĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

PHẠM THỊ CHỌN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA
HỖN HỢP TRO BAY – CMC ĐẾN TÍNH
CHẤT CỦA XI MĂNG
Chuyên ngành

: Hóa học vô cơ

Mã số

: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGHIÊM XUÂN THUNG

Hà Nội - 2014


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nghiêm Xuân
Thung đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em hoàn thành bản luận văn này. Em
cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Vô Cơ

- khoa Hóa Học - Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà
Nội cùng toàn thể các anh chị, các bạn trong phòng Vật liệu vô cơ đã động
viên, khích lệ và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản luận văn này. Em xin
chân thành cảm ơn!

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................... i
MỤC LỤC..................................................................................................................................... ii
MỞ ĐẦU........................................................................................................................................ 1
Chương 1 : TỔNG QUAN...................................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu chung về xi măng pooclăng...................................................................... 2
1.1.1.Khái niệm về xi măng pooclăng................................................................................ 2
1.1.2.Thành phần của clinker pooclăng.............................................................................. 2

1.1.2.1. Khái niệm về clinker xi măng )............................................................................. 2
1.1.2.2.Thành phần hóa học.................................................................................................... 2
1.2.3.Thành phần pha................................................................................................................ 2
1.2. Phản ứng thủy hóa của xi măng).................................................................................. 3
1.2.1. Sự hydrat hóa của C3S (alit)....................................................................................... 3
1.2.2. Sự hydrat hóa của C2S (Belit)................................................................................... 4
1.2.3. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat)............................................................... 4
1.2.4. Sự hydrat hóa của C4AF.............................................................................................. 4
1.3. Quá trình hình thành và tính chất cơ lý của đá xi măng...................................... 4
1.3.1. Định nghĩa......................................................................................................................... 4
1.3.2. Các tính chất cơ lý của xi măng................................................................................ 6
1.3.2.1. Độ mịn của xi măng................................................................................................... 6
1.3.2.2.Lượng nước tiêu chuẩn.............................................................................................. 6
1.3.2.3. Thời gian ninh kết của xi măng............................................................................. 6
1.3.2.4. Độ ổn định thể tích của đá xi măng..................................................................... 7
1.3.2.5. Cường độ của xi măng (hay mác xi măng)....................................................... 7
1.3.2.6. Độ rỗng đá xi măng................................................................................................... 9
1.4. Vai trò của phụ gia xi măng.......................................................................................... 10
1.4.1. Định nghĩa về phụ gia xi măng............................................................................... 10
ii


1.4.2. Tính chất của phụ gia xi măng................................................................................. 10
1.4.3. Một số loại phụ thường được sử dụng.................................................................. 11
1.4.3.1. Phụ gia hoạt tính puzơlan...................................................................................... 11
1.4.3.2. Phụ gia siêu mịn........................................................................................................ 12
1.4.3.3. Phụ gia hóa dẻo......................................................................................................... 13
1.4.3.4. Phụ gia đóng rắn nhanh.......................................................................................... 13
1.4.3.5. Phụ gia chống ăn mòn cốt thép trong bêtông................................................. 14
1.4.3.6. Phụ gia tro bay........................................................................................................... 14

1.4.3.7. Phụ gia CMC.............................................................................................................. 15
Chương 2 : THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......17
2.1. Hóa chất và dụng cụ........................................................................................................ 17
2.1.1. Hóa chất........................................................................................................................... 17
2.1.2. Dụng cụ............................................................................................................................ 17
2.2. Xác định thành phần hoá học và độ hoạt tính của tro bay................................ 17
2.2.1. Xác định thành phần pha của tro bay.................................................................... 17
2.2.2. Xác định hoạt tính của phụ gia tro bay................................................................. 17
2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của vữa xi măng Hoàng
Thạch............................................................................................................................................. 17
2.3.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu.......................................................................................... 17
2.3.2. Xác định độ dẻo của hồ xi măng............................................................................ 18
2.3.2.1. Nguyên tắc................................................................................................................... 18
2.3.2.2. Phương pháp tiến hành........................................................................................... 18
2.3.3. Xác định lượng nước tiêu chuẩn............................................................................. 19
2.3.4. Xác định thời gian đông kết..................................................................................... 20
2.3.4.1. Nguyên tắc................................................................................................................... 20
2.3.4.2. Tiến hành thí nghiệm............................................................................................... 20
2.3.5. Xác định cường độ kháng nén................................................................................. 21
iii


2.3.5.1. Quá trình tạo mẫu..................................................................................................... 21
2.3.5.2. Tiến hành thí nghiệm............................................................................................... 22
2.3.6. Xác định độ hút nước bão hòa................................................................................. 24
2.3.6.1. Chuẩn bị mẫu............................................................................................................. 24
2.3.6.2. Tiến hành thí nghiệm............................................................................................... 24
2.3.7. Phương pháp XRD....................................................................................................... 25
2.3.8. Phương pháp kính hiện vi điện tử quét (SEM).................................................. 27
Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................... 29

3.1. Xác định thành phần hoá học của tro bay............................................................... 29
3.2. Độ hoạt tính của tro bay................................................................................................. 29
3.3. Kết quả thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn.......................................... 30
3.4. Kết quả xác định thời gian đông kết......................................................................... 34
3.5. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ kháng nén.............................................. 35
3.6. Xác định độ hút nước bão hòa..................................................................................... 39
3.7. Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp XRD................................................. 43
3.8. Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét
(SEM)............................................................................................................................................ 45
KẾT LUẬN CHUNG.............................................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................... 48
PHỤ LỤC.................................................................................................................................... 50

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clinker:...................................................................... 2
Bảng 2.1: Phân loại hoạt tính của phụ gia theo độ hút vôi........................................ 16
Bảng 2.2: Mẫu thí nghiệm..................................................................................................... 17
Bảng 2.3: Mẫu xác định cường độ kháng nén................................................................ 22
Bảng 3.1: Thành phần hoá học của tro bay:.................................................................... 29
Bảng 3.2: Độ hút vôi của phụ gia tro bay........................................................................ 29
Bảng 3.3: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay.......................... 30
Bảng 3.5: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu phụ gia hỗn hợp................................... 32
Bảng 3.4: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia CMC............................. 31
Bảng 3.6: Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết........................................................ 34
Bảng 3.7: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia tro bay............................... 36
Bảng 3.8: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia CMC.................................. 36
Bảng 3.9: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay +CMC

37

Bảng 3.10: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia tro bay............................................. 39
Bảng 3.11: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia CMC................................................ 41
Bảng 3.12: Độ hút nước của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay + CMC...........42
Bảng 3.13: Kết quả phân tích XRD của mẫu nghiên cứu.......................................... 43

v


DANH MỤC ĐỒ THỊ
Đồ thị 3.1: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia tro bay........................ 31
Đồ thị 3.2: Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu phụ gia CMC...................................... 32
Đồ thị 3.3 : Lượng nước tiêu chuẩn của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp....................33
Đồ thị 3.4: Cường độ kháng nén của mẫu phụ gia chứa tro bay.............................36
Đồ thị 3.5: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia CMC............................... 37
Đồ thị 3.6: Cường độ kháng nén của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay + CMC. . 38

Đồ thị 3.7: Độ hút nước bão hòa của mẫu phụ gia chứa tro bay.............................40
Đồ thị 3.8: độ hút nước bão hòa của mẫu chứa phụ gia CMC................................ 41
Đồ thị 3.9: Độ hút nước bão hòa của mẫu chứa phụ gia hỗn hợp tro bay +CMC.. 42

vi


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 3.1: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt đá xi măng của mẫu M-0 ở 28 ngày.....45
Hình 3.2: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt mẫu được phóng to của mẫu...................45
M-0 ở 28 ngày............................................................................................................................ 45
Hình 3.3: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt đá xi măng của mẫu M- 9 ở 28 ngày. 46

Hình 3.4: Ảnh chụp vi cấu trúc bề mặt mẫu được phóng to của mẫu...................46
M-9 ở 28 ngày............................................................................................................................ 46
Hình 3.5: Giản đồ XRD mẫu M0 – 7 ngày..................................................................... 50
Hình 3.6: Giản đồ XRD mẫu M0 – 56 ngày................................................................... 51
Hình 3.7: Giản đồ XRD mẫu M1 – 7 ngày..................................................................... 52
Hình 3.8: Giản đồ XRD mẫu M1 – 28 ngày................................................................... 53
Hình 3.9: Giản đồ XRD mẫu M1 – 56 ngày................................................................... 54
Hình 3.10: Giản đồ XRD mẫu M5 – 7 ngày................................................................... 55
Hình 3.11: Giản đồ XRD mẫu M5 – 28 ngày................................................................. 56
Hình 3.12: Giản đồ XRD mẫu M5 – 56 ngày................................................................ 57
Hình 3.13: Giản đồ XRD mẫu M9 – 7 ngày................................................................... 58
Hình 3.14: Giản đồ XRD mẫu M9 – 28 ngày................................................................ 59
Hình 3.15: Giản đồ XRD mẫu M9 – 56 ngày................................................................ 60

vii


MỞ ĐẦU
Khi đất nước ta đang trên đà hội nhập, xây dựng là một ngành đang được
quan tâm và phát triển mạnh mẽ. Bên cạnh đó, vật liệu xây dựng cũng đang được
dần nâng cao và phát triển. Trong đó, xi măng là vật liệu cơ bản và quan trọng
nhất. Cùng với việc phát triển nghành công nghiệp xi măng, vấn đề nâng cao chất
lượng bê tông và giảm giá thành sản phẩm cũng đang được chú trọng.

Để nâng cao chất lượng của xi măng và bê tông đã có rất nhiều công
trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước tìm ra
các giải pháp kỹ thuật, cũng như tìm ra các loại phụ gia để nâng cao chất lượng
cho các công trình xây dựng. Một trong những giải pháp thành công nhất là sử
dụng tổ hợp hai phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia siêu dẻo. Loại phụ gia tổ
hợp này có khả năng kéo dài thời gian ninh kết, chống độ sụt lún cho bê tông

.v.v. Ngoài ra, phụ gia này có sẵn trong tự nhiên nên nó góp phần làm giảm giá
thành của sản phẩm.
Mặt khác, hiện nay các nhà máy, nhiệt điện đốt than ở nước ta thải ra
môi trường một lượng lớn tro bay và xỉ lẫn nhiều tạp chất, điều này gây ảnh
hưởng tới môi trường.
Với những ưu việt trên em chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ
gia hỗn hợp tro bay - CMC đến tính chất của xi măng.

1


Chương 1 : TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về xi măng pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13, 14, 15)
1.1.1.Khái niệm về xi măng pooclăng (6, 8, 14, 15)
Xi măng pooclăng là một nhóm kết dính thuỷ lực có khả năng đóng rắn
và ngưng kết khi phản ứng với nước. Đó là sản phẩm nhân tạo được nghiền
mịn từ clinker xi măng pooclăng, thạch cao, phụ gia.
1.1.2.Thành phần của clinker pooclăng (6, 7, 8, 10, 12, 13)
1.1.2.1. Khái niệm về clinker xi măng (6, 7, 8, 10)
Clinker xi măng pooclăng là sản phẩm ban đầu trong quá trình sản xuất xi
măng pooclăng. Clinker thường ở dạng hạt có đường kính 10-40mm, cấu trúc
phức tạp (có nhiều khoáng ở dạng tinh thể và một số khoáng ở dạng vô định hình).
Chất lượng của Clinker phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và công
nghệ sản xuất. Tính chất của xi măng do chất lượng của Clinker quyết định.

1.1.2.2.Thành phần hóa học (6, 7, 8, 10, 12, 13)
Clinker pooclăng là sản phẩm ban đầu trong quá trình sản xuất xi măng
pooclăng. Thành phần hóa học của clinker được trình bày ở bảng dưới đây:
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clinker:

Ngoài ra còn có những tạp chất không mong muốn như MgO khoảng 14%, oxit kiềm 0.5- 3%...
1.2.3.Thành phần pha(6, 8, 10, 12).
Thành phần pha của clinker được trình bày ở bảng sau:
Bảng 1.2: Thành phần pha của clinker
Thành
phần pha
Tỷ lệ %


Đặc tính của từng pha:
*Alit (C3S): bao gồm 3CaO.SiO2 chiếm từ 45-60% trong clinker.
Khoáng này phản ứng nhanh với nước, tỏa nhiều nhiệt, cho sản phẩm đông rắn
cao nhất sau 28 ngày. Đây là một pha quan trọng nhất của clinker.
*Belit( C2S): bao gồm 2CaO.SiO2 chiếm 20-30% trong clinker. Khoáng
này phản ứng với nước tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm có độ đông rắn chậm
nhưng 28 ngày cũng đạt được yêu cầu bằng alit.
*Celit (C4AF): là khoáng chiếm 5-15% trong clinker, là khoáng cho
phản ứng tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm ứng với độ đông rắn thấp.
*Canxi aluminat (C3A): bao gồm 3CaO.Al2O3 chiếm 4-13%. Khoáng
này phản ứng nhanh với nước tỏa nhiều nhiệt. Cho sản phẩm phản ứng ban đầu
đông rắn nhanh nhưng sau đó lại chậm và kém alit.
1.2. Phản ứng thủy hóa của xi măng (4, 5, 6, 7, 8, 9, 17)
Khi trộn xi măng với nước các pha C3S, C2S, C3A, C4AF thực hiện phản
ứng thủy hóa. Tuỳ thuộc vào loại khoáng, hàm lượng khoáng, hàm lượng pha
thủy tinh mà khả năng tương tác của xi măng với nước là khác nhau tạo nên
pha kết dính CxSyHz và CxAyHz, Ca(OH)2 và Al(OH)3.
Quá trình hiđrat hoá tạo pha Pooclandit Ca(OH) 2 và Al(OH)3 là những
hiđrôxit dễ tan trong nước và chúng để lại những lỗ trống mao quản đồng thời
quá trình bay hơi của nước dư trong thời kỳ hiđrat hoá tạo nên độ xốp, rỗng
trong vữa xi măng và bê tông.

1.2.1. Sự hydrat hóa của C3S (alit)
Thời kì ban đầu ngay khi đổ nước vào để trộn vữa bề mặt của hạt C 3S tan
dần ra để cung cấp các ion Ca 2+, OH-, H2SiO42- vào dung dịch. Dần dần dung dịch
trở nên quá bão hòa Ca(OH)2 và pha rắn này bắt đầu kết tủa gọi là pha pooclandit.
Lúc này có sự cạnh tranh nảy sinh các tinh thể Ca(OH) 2 và CSH. Ở điều kiện
thường, phản ứng thủy hóa chỉ hoàn toàn kết thúc sau thời gian 1 đến

1.5 năm và có thể viết như sau:
3


2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
Phản ứng hydrat hóa của C 3S tách ra Ca(OH)2. Hàm lượng C3S trong xi
măng chiếm tỷ lệ lớn nên lượng Ca(OH)2 tách ra khá lớn.
1.2.2. Sự hydrat hóa của C2S (Belit)
Phản ứng hydrat hóa của C 2S tạo thành hydro silicat và một số lượng
Ca(OH)2,nhưng lượng Ca(OH)2 tách ra ở phản ứng này ít hơn ở phản ứng thủy
hóa của C3S.
2(2CaO.SiO2 )+ 4H2O → 3CaO.SiO2.3H2O + Ca(OH)2
1.2.3. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat).
Sự tác dụng tương hỗ giữa C3A và H2O sẽ sinh ra phản ứng và phát ra
một lượng nhiệt khá lớn theo phương trình sau:
3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO. Al2O3.6H2O
Phản ứng phụ: khi trong xi măng Pooclăng có mặt của thạch cao sống
thì sẽ tác dụng với thành phần C 3A và hình thành một khoáng vật mới gây
trương nở thể tích theo phản ứng sau:
3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O+ 26 H2O→ 3CaO. Al2O3. 3CaSO4.28H2O
1.2.4. Sự hydrat hóa của C4AF
Khi cho C4AF tác dụng với H2O trong điều kiện xi măng thủy hóa hoàn
toàn và hình thành một lượng vôi bão hòa thì phản ứng sẽ xảy ra trong điều

kiện nhiệt độ của môi trường theo phương trình phản ứng sau:
4CaO.Al2O3.Fe2O3

+

12H2O

→3CaO.

Al2O3.6H2O

+

CaO.Fe2O3.6H2O 1.3. Quá trình hình thành và tính chất cơ lý của đá xi
măng (5, 7, 10, 11) 1.3.1. Định nghĩa ( 5, 7, 10)
Hỗn hợp bao gồm xi măng, cát và nước gọi là vữa xi măng, sau một thời
gian hydrat hóa tạo thành một khối rắn chắc gọi là đá xi măng.
Quá trình hình thành đá xi măng (Cơ chế đông rắn của vữa):

4


Bắt đầu từ khi trộn nước và hỗn hợp phối liệu (thường là 1 xi măng 3
cát) độ dẻo của vữa tăng dần. Phản ứng của C 3A bắt đầu, những tinh thể
ettringit bắt đầu xuất hiện. Khoảng cách giữa các hạt xi măng chứa dung dịch
bão hòa SO42-và Ca2+ . Ngay tức khắc monosunfat được tạo thành, sản phẩm
này ngăn chặn sự tấn công ồ ạt của nước, quá trình hydrat hóa chậm lại. Sau đó
phản ứng kết tinh của silicat, aluminat phía trong màng, màng bị phá vỡ và sự
hydrat hóa xảy ra tiếp tục. Quá trình trên lặp lại nhiều lần, hydrosilicat canxi,
hydroaluminat canxi dạng sợi, dạng hình kim … được tạo thành. Khi nồng độ

cao SO42- và Ca2+ không còn đủ lớn tạo thành ettringit, sự tạo thành gel C-S-H
xảy ra liên tục. Chính nhờ cơ chế này mà tạo nên cường độ của xi măng.
Người ta chia quá trình đóng rắn của đá xi măng thành các giai đoạn:
*Giai đoạn 1: Xảy ra sự khuếch tán các hạt xi măng vào trong nước, các
phân tử nước tấn công ồ ạt lên bề mặt các hạt xi măng. Bắt đầu hình thành
Ca(OH)2 và monosufat C3A.CaSO4.H2O (ettringit) trên bề mặt các hạt khoáng.
Giai đoạn kéo dài khoảng 10 phút và không tạo thành cấu trúc.
*Giai đoạn 2: Tốc độ phản ứng hydrat hóa chậm lại do keo monosunfat
hình thành bao bọc lấy các hạt xi măng, độ dẻo của vữa trong giai đoạn này là
ổn định, sau đó xuất hiện sự kết tinh của các tinh thể silicat, aluminat phía
trong phá hủy màng. Quá trình thủy hóa trên được lặp đi lặp lại đến khi nồng
độ SO42-không còn đủ để tạo thành ettringit, giai đoạn này kéo dài khoảng 2
giờ và các gel C-S-H bắt đầu xuất hiện.
*Giai đoạn 3: Do nồng độ SO42- quá nhỏ, khả năng tạo lớp keo giả bền
và ettringit không còn nữa, tốc độ phản ứng tăng vọt, sự hình thành gel C-S-H
lấp đầy vào khoảng trống giữa các hạt xi măng rất nhanh chóng. Cứ thế đá xi
măng được tạo thành và cường độ của đá (tính theo cường độ kháng nén) bắt
đầu phát triển mạnh. Giai đoạn này kéo dài 24 giờ và phần nhiều khoáng xi
măng đã tham gia quá trình hydrat hóa.
5


*Giai đoạn 4: Sau 24 giờ tốc độ thủy hóa của các khoáng bắt đầu giảm
dần, cấu trúc bắt đầu ổn định và phản ứng thủy hóa vẫn tiếp tục với phần
khoáng còn lại.
1.3.2. Các tính chất cơ lý của xi măng (5, 10, 11)
1.3.2.1. Độ mịn của xi măng
Là đại lượng biểu thị cho kích thước của các hạt xi măng được thể hiện
bằng phần trăm còn lại trên sàng hay dưới sàng có kích thước lỗ nhất định. Có
độ mịn cao thì kích thước hạt xi măng nhỏ diện tích tiếp xúc của các hạt xi

măng với nước làm tăng nhanh quá trình thuỷ hoá của xi măng làm cho xi
măng dễ tác dụng với nước, rắn chắc nhanh.
Độ mịn được xác định bằng hai cách :
+ Sàng bằng Rây N0088 (4900 lỗ/cm).
+ Đo độ mịn theo phương pháp Blaine.
1.3.2.2.Lượng nước tiêu chuẩn
Là tỷ lệ nước và xi măng cần thiết đề thực hiện quá trình ban đầu của sự
đóng rắn tạo nên vữa xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn.
Khi nước dư nhiều ảnh hưởng nhiều đến tốc độ phát triển cường độ, cho
cường độ thấp vì tạo độ xốp trong đá xi măng.
Xi măng pooclăng thường có lượng nước tiêu chuẩn từ 24-30%.
1.3.2.3. Thời gian ninh kết của xi măng
Khi trộn xi măng với nước sẽ xảy ra phản ứng thủy hóa của các khoáng
trong xi măng, vữa tạo thành theo thời gian mất dần tính dẻo, sau đó trở nên
cứng và có thể chịu lực. Có 2 loại thời gian ninh kết:
+Thời gian bắt đầu ninh kết: Là thời gian từ khi bắt đầu trộn nước đến
trước khi vữa mất tính dẻo.
+Thời gian kết thúc ninh kết: Là thời gian từ khi trộn nước đến khi vữa
cứng lại và có thể chịu lực.
6


Thời gian ninh kết của đá xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng
clinker, lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn của xi măng, nhiệt độ môi trường,
lượng và loại phụ gia pha.
1.3.2.4. Độ ổn định thể tích của đá xi măng
Trong suốt quá trình đóng rắn, thể tích của đá xi măng luôn thay đổi.
Nếu sự thay đổi này quá lớn hoặc quá nhanh sẽ gây ra rạn nứt công trình. Sự
không ổn định thể tích của xi măng là do oxit CaO và oxit MgO gây nên.
*MgO tự do: không tham gia vào quá trình tạo clinker mà sau khi xi

măng đóng rắn nó mới bị thủy hóa tạo Mg(OH) 2 có thể tăng thể tích lên làm đá
xi măng bị nứt vỡ. Có trường hợp sau hai năm MgO mới bị thủy hóa, do đó
cần hạn chế lượng MgO < 5%.
*CaO tự do: không tham gia vào phản ứng tạo clinker mà nằm ở dạng
oxit canxi bị các chất nóng chảy bao bọc xung quanh nên bị thủy hóa chậm
gây nở thể tích làm rạn nứt đá xi măng.
Cũng có thể do cấp hạt xi măng quá lớn, làm tốc độ thủy hóa xảy ra
chậm, các sản phẩm gel C-S-H, aluminat, hình thành khi công trình ổn định
cũng gây ra sự mất ổn định thể tích.
Do vậy bất kì loại xi măng thành phẩm nào trên thị trường cũng phải có
cấp hạt và hàm lượng các chất nằm trong giới hạn cho phép.
1.3.2.5. Cường độ của xi măng (hay mác xi măng)
Cường độ xi măng là giá trị lực biểu thị giới hạn bền cơ học của đá xi
măng trên một đơn vị diện tích. Là chỉ tiêu quan trọng nhất của đá xi măng,
bao gồm độ bền uốn và độ bền nén của đá xi măng. Thông thường người ta đo
độ bền uốn và độ bền nén của đá xi măng được đúc theo tỷ lệ xi măng/cát là
1/3 ở tuổi 28 ngày làm chỉ tiêu xác định mác xi măng.
Khi nghiên cứu về cường độ người ta thường quan tâm đến cường độ
kháng nén (Rn), cường độ khoáng uốn (Ru), cường độ kháng kéo (Rk) của các
7


mẫu thí nghiệm. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ mẫu của mác xi măng, tỷ
lệ các khoáng trong xi măng, lượng nước sử dụng, công nghệ chế tạo và chất
lượng thi công bêtông.
Muốn sản xuất bêtông có cường độ kháng cao thì phải dùng lượng nước ít
nhất để trộn vữa . Theo tác giả R.Feret thì công thức tính Rn để biễu diễn như sau:

Rn =K (X/N +N +A )2
Trong đó:

K: Hệ số tỷ lệ
N,X: Thể tích nước và thể tích xi măng
A:thể tích không khí
Dựa vào công thức trên thì giảm tỷ lệ N /X sẽ tăng độ bền uốn và độ bền
nén cho bêtông.
Một yếu tố quan trọng khác là tỷ lệ N/X đã thực hiện trong quá trình
trộn vữa, bởi chính yếu tố này tác động mạnh đến tỷ lệ lộ rỗng có trong xi
măng và cường độ của mẫu. Mặt khác nó cũng ảnh hưởng đến độ dẻo của vữa
xi măng và quả trình đầm vữa bọt khí thoát ra hay không phụ thuộc vào độ dẻo
của vữa. Do vậy tỷ lệ N/X càng cao thì cường độ của bêtông càng giảm.
Cường độ của xi măng phát triển không đều: trong 3 ngày đầu có thể đạt
được 40-50% mác xi măng, 7 ngày đầu đạt đến 60-70 % . Trong những ngày
sau tốc độ tăng cường độ còn chậm hơn nữa, đến 28 ngày đạt được mác. Tuy
nhiên trong những điều kiện thụân lợi thì sự rắn chắc của nó có thể kéo dài
hàng tháng và thậm chí hàng năm, vượt gấp 2-3 lần cường độ 28 ngày. Có thể
xem tốc độ phát triển cường độ trung bình của xi măng tuân theo quy luật
Logarit được cho bởi công thức:
R28 =Rn (lg28 /lgn)
R28 và Rn là cường độ của đá xi măng ở tuổi 28 ngày và n ngày (n>3
ngày).
8


1.3.2.6. Độ rỗng đá xi măng
Trong đá xi măng luôn có các lỗ rỗng (chiếm từ 2 – 30% tùy thuộc vào
chất lượng vữa xi măng). Kích thước các lỗ rỗng tùy thuộc vào tỷ lệ nước/xi
măng, phương pháp thi công, sử dụng phụ gia, chất lượng xi măng.
*Có thể phân chia lỗ rỗng theo kích thước của đá xi măng như sau:
+ Lỗ rỗng lớn: có kích thước lớn hơn 100µm.
+ Lỗ rỗng vừa: có kích thước từ 1.6 – 100µm.

+ Lỗ rỗng nhỏ: có kích thước từ 0.6 – 106 µm.
+ Lỗ rỗng siêu nhỏ: có kích thước nhỏ hơn 0.6µm.
*Lỗ rỗng có ảnh hưởng của chúng tới tính chất của đá xi măng.
+Lỗ rỗng có đường kính ≈ 2µm liên quan đến sự khuếch tán, xâm thực
của các ion như Cl-, SO42- … làm ảnh hưởng đến độ bền vững của công trình.
+Lỗ rỗng từ vài chục đến vài trăm µm liên quan đến sự thấm nước và
thấm khí của công trình.
Có hai loại lỗ rỗng đá xi măng: lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở, lỗ rỗng kín
không nối với mao quản chỉ ảnh hưởng đến cường độ của đá mà không ảnh
hưởng tới tính chống thấm của đá xi măng.

1.3.2.7.Độ thấm của đá xi măng
Đá xi măng cũng như bê tông là hệ nhiều pha gồm: cốt liệu, pha kết dính
C-S-H, clinker khan chưa hydrat hóa, Ca(OH) 2, các hydrat của silicat, aluminat và
hệ thống các lỗ trống, mao quản có kích thước khác nhau. Tính thấm của đá xi

9


măng phụ thuộc vào sự có mặt của các pha đó và tương tác của các pha với
môi trường. Trong đó quan tâm nhất chính là tính thấm bao gồm thấm khí,
thấm nước và thấm muối tan. Tính thấm có liên quan rất mạnh đến độ bền của
công trình, tính thấm càng mạnh thì công trình càng kém bền.
Để giảm bớt tính thấm của công trình cần phải có kĩ thuật tốt cũng như
phải sử dụng một số loại phụ gia đặc biệt để giảm tỷ lệ nước/xi măng, giảm tỷ
lệ lỗ trống, mao quản trong đá xi măng.
1.4. Vai trò của phụ gia xi măng (1, 2, 3, 13, 16, 18)
1.4.1. Định nghĩa về phụ gia xi măng (2, 3, 12, 13)
Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Phụ gia của xi măng là các hợp chất hóa học
được thêm vào xi măng để cải thiện tính năng của bê tông.

Theo tiêu chuẩn Mỹ: Phụ gia xi măng là một vật liệu được sử dụng như
một nguyên liệu của bê tông mà ngoài xi măng, nước, cốt liệu ra còn được cho
vào mẻ trộn hỗn hợp bê tông ngay trước khi trộn và trong quá trình trộn.
1.4.2. Tính chất của phụ gia xi măng (2, 3, 12, 16)
*Cải thiện tính năng dễ dàng thi công của hỗn hợp bê tông và vữa:
+

Tăng độ linh động, độ sụt, kéo dài thời gian duy trì độ sụt mà không

cần làm tăng hay giảm lượng nước trộn.
+Làm chậm lại hoặc tăng nhanh quá trình liên kết ban đầu.
+Tạo khả năng chuyên chở bê tông tươi từ các trạm trộn ở xa đến vị trí
công trình.
+Tạo khả năng bơm bê tông lên cao để thi công nhà cao tầng, bơm đi xa
để thi công cầu, hầm hoặc công trình thủy lợi.
*Cải thiện tính chất của bê tông sau khi hóa cứng:
+Tăng cường độ sớm trong thời gian ban đầu để sớm tháo ván, khuôn,
sớm tạo ra ứng lực nhằm tăng nhanh tiến độ thi công.
+Tăng cường độ chịu nén, uốn, kéo.
10


+Tăng độ chống thấm.
+Làm chậm quá trình tỏa nhiệt hoặc giảm nhiệt lượng tỏa ra khi bê tông
đang hoá rắn để tránh các vết nứt do co ngót nhiệt đặc biệt là đối với các công
trình khối lớn như: thủy điện, đập nước...
+

Hạn chế sự nở thể tích do các phản ứng của các chất kiềm với các

thành phần của khoáng cốt liệu.
+Tạo sự bám dính chặt giữa các phần bê tông cũ và mới.
+Tạo màu sắc cho bê tông theo dự kiến.
Tuy nhiên với mỗi trường hợp sử dụng phụ gia nhất định cần phải xem
xét kỹ lưỡng và tính toán, thí nghiệm chu đáo để đảm bảo hiệu quả cao.
1.4.3. Một số loại phụ thường được sử dụng (1, 3, 13, 16, 18)
1.4.3.1. Phụ gia hoạt tính puzơlan
Phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan là phụ gia có nguồn gốc thiên nhiên
hay nhân tạo ở dạng nghiền mịn khi khuấy trộn tự nó không đóng rắn, nhưng
có khả năng phản ứng với vôi ở nhiệt độ thường tạo thành các sản phẩm có
hoạt tính kết dính. Khả năng liên kết vôi của phụ gia ở nhiệt độ thường khi có
mặt nước gọi là hoạt tính puzơlan. Độ hoạt tính của phụ gia phụ thuộc vào
thành phần hóa học và thành phần khoáng, tỉ lệ pha tinh thể và pha thủy tinh,
độ nghiền mịn của phụ gia. Số lượng và vôi thêm vào có ảnh hưởng đến nhiệt
động học ninh kết và rắn chắc của hệ cũng như lượng nước tham gia hình
thành pha hydrat. Hiện nay độ hoạt tính của phụ gia khoáng được đánh giá
thông qua chỉ số hoạt tính (với xi măng pooclăng và vôi) và độ hút vôi, trong
đó chỉ số hoạt tính với xi măng là quan trọng nhất.
Căn cứ vào nguồn gốc tạo thành, Phụ gia hoạt tính puzơlan được chia
thành hai loại phụ gia nguồn gốc thiên nhiên và phụ gia nguồn gốc nhân tạo.
Puzơlan thiên nhiên bao gồm: đất điatomit, đá phiến sét, tuyp và tro núi
lửa, đá bọt, đá bazan…
11


Pulơzan nhân tạo như: tro bay, tro trấu, xỉ lò cao, silicafum, sisex, meta
caolanh…
Phụ gia hoạt tính puzơlan chứa nhiều oxit silic, oxit nhôm ở dạng vô
định hình có hoạt tính. Do đó mà puzơlan có những đặc tính tốt như sau:
+ Hạ thấp lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình hydrat hóa và giảm co ngót do

nhiệt.

+ Giảm phản ứng hóa học của cốt liệu kiềm.
+

Tăng độ đặc chắn, tính chống thấm, tính bền của bê tông ở trong

nước và trong đất có tính chất ăn mòn.
+

Trước khi sử dụng thì puzơlan cần phải được gia nhiệt và nghiền mịn để

tăng hoạt tính. Tuy nhiên puzơlan có thể kéo dài thời gian đông kết, làm chậm sự
phát triển cường độ bêtông ở tuổi ban đầu 3-7 ngày, nhưng cuờng độ bêtông ở tuổi
28 ngày vẫn đạt và thậm chí còn vượt bêtông không chứa puzơlan.

+ Giảm nhiệt thủy hóa nên thích hợp với bêtông khối lớn.
+ Giảm lượng nước trộn hoặc tăng tính dễ đổ
Phụ gia trộn hỗn hợp hay có thể được nghiền riêng thành bột mịn để pha
vào bêtông và vữa trước khi trộn. Xỉ hạt lò cao thường được nghiền mịn hơn xi
măng, tỷ diện của nó lớn hơn 3500cm2/g, có khi tới 5000cm2/g, xỉ càng mịn
hoạt tính càng tăng.
1.4.3.2. Phụ gia siêu mịn
Phụ gia siêu mịn là loại phụ gia có kích thước cấp hạt bé hơn rất nhiều
so với cấp hạt của xi măng. Nó có tác dụng lấp đầy các hốc trống trong bêtông,
làm tăng chất lượng bê tông.
Phụ gia siêu mịn có hai loại: siêu mịn trơ và siêu mịn hoạt tính.
*Phụ gia siêu mịn trơ: chỉ có tác dụng bịt kín, lấp đầy các lỗ trống, mao
quản, làm tăng độ chắc đặc và giảm độ thấm của bê tông. Một số phụ gia siêu
mịn trơ thường dùng là CaCO3 siêu mịn, silic tinh thể.

*Phụ gia siêu mịn hoạt tính: là loại phụ gia vừa có cấp hạt bé hơn nhiều
12


cấp hạt ximăng, vừa có tác dụng như phụ gia siêu mịn trơ, vừa có chức năng
phản ứng với CaO, Ca(OH)2 trong bê tông để tạo thành các sản phẩm có tính
kết dính, trong đó chủ yếu có oxit silic ( SiO2) và oxit nhôm (Al2O3) hoạt tính.
Ví dụ: oxit silic hoạt tính có thể xảy ra phản ứng sau:
2SiO2 + 3Ca(OH)2 = 3CaO.2SiO2.3H2O
3CaO.2SiO2.3H2O là pha C-S-H đóng vai trò là chất kết dính trong vật liệu.
Do đó phụ gia siêu mịn hoạt tính làm tăng chất lượng bê tông đáng kể. Các loại
phụ gia siêu mịn hoạt tính hay dùng là tro trấu, tro bay, muội silic
(silicafume), xỉ lò cao, metacaolanh dạng hạt nghiền siêu mịn.
1.4.3.3. Phụ gia hóa dẻo
Chiếm vị trí chủ đạo trong số phụ gia hóa học, được sử dụng trong công
nghệ bêtông. Tác dụng của phụ gia dẻo, siêu dẻo được giải thích như sau: bề
mặt các hạt xi măng còn dư điện tích chưa bão hòa, do đó các hạt xi măng có
xu hướng dính kết lại với nhau khi tiếp xúc với chất lỏng phân cực như nước
làm giảm tính lưu biến của vữa. Muốn hạn chế sự kết dính các hạt xi măng lại
với nhau người ta sử dụng các loại polime tan. Polyme bị hấp thụ lên bề mặt
hạt xi măng làm cho nó bị phân tán dễ dàng trong môi trường nước và không bị
kết dính lại với nhau. Do đó mặc dầu dùng ít nước nhưng vữa vẫn có độ lưu
biến cao. Các hạt xi măng trượt dễ dàng trong vữa trong quá trình hydrat hóa
và sắp xếp đặc xít với nhau khi có lực nén. Polyme nằm giữa các hạt xi măng
sẽ sát nhập với sản phẩm hydrat hóa tạo thành khối bêtông chắc đặc.
1.4.3.4. Phụ gia đóng rắn nhanh
Hỗn hợp nitrit, canxi clorua (CaCl 2), natri clorua((NaCl), các muối này khi
tan phân li ra các cation và anion thúc đẩy đóng rắn của xi măng và khả năng ức
chế ăn mòn của canxi nitrit nên làm giảm một phần ăn mòn trong cốt thép.
Canxi clorua (CaCl2) là phụ gia có tác dụng mạnh nhất trong các loại phụ

gia đông rắn nhanh. Loại này có chứa clo (Cl-) ăn mòn cốt thép. Vì vậy liều

13


lượng sử dụng phụ gia này trong bê tông cốt thép không quá 2%, không được
sử dụng chúng trong các kết cấu thành mỏng, dự ứng lực, làm việc ở điều kiện
không thuận lợi.
1.4.3.5. Phụ gia chống ăn mòn cốt thép trong bêtông
Để bảo vệ cốt thép chống lại các tác nhân ăn mòn người ta sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau như phủ cốt thép, tăng khả năng chống thấm cho bê tông,
tăng chiều dày lớp bêtông, dùng dòng điện ngoài… Một biện pháp thông dụng
nữa là sử dụng các phụ gia ức chế quá trình ăn mòn như canxi nitrit.

1.4.3.6. Phụ gia tro bay
Tro bay là một puzơlan nhân tạo lấy từ chất lắng đọng trong quá trình cháy
của than chưa hết. Nó được thu lượm bằng máy tách cơ khí hay máy tách tĩnh điện
từ ống khói nhà máy nhiệt điện mà sử dụng than nghiền làm nhiên liệu. Là một
vật liệu rất mịn chủ yếu là các hạt thủy tinh nhỏ hình cầu. Loại vật liệu này một
thời đã được coi là rác thải khó xử lí và khó phân hủy, nhưng hiện nay nó được coi
là vật liệu có giá trị cao khi sử dụng kết hợp như là một phụ gia.

Tro bay thu được từ nhà máy tách khí xoáy có kích thước hạt tương đối
lớn, trong khi đó tro bay thu được từ tấm hút tĩnh điện thì khá mịn và có tỉ diện
bề mặt tương đối lớn 3000-5000 cm2/g.
Vì vậy tro bay có cỡ hạt mịn hơn xi măng, thành phần chính là: SiO 2,
Al2O3, CaO, MgO, SO3 …. Các đặc trưng quan trọng nhất trong việc sử dụng
phụ gia là hàm lượng cacbon phải thấp và SiO2 phải ở dạng bột mịn và rời rạc.
*Ưu điểm của việc sử dụng tro bay:
+

Do kĩ thuật nghiền siêu mịn, mà lấp đầy các lỗ trống mao quản làm

tăng độ chắc đặc cho đá xi măng.
+

Khả năng hoạt tính của phụ gia đã làm giảm lượng Ca(OH)2 dễ hòa

tan trong xi măng và tạo thành gel C-S-H có khả năng rắn chắc:
2SiO2 + 3Ca(OH)2 = 3CaO.2SiO2.3H2O
14


+

Khắc phục đáng kể hiện tượng xâm thực của môi trường nước biển

chứa Cl- ăn mòn mạnh cốt thép và gây phá hủy công trình.
* Với những ưu điểm khi sử dụng phụ gia tro bay được nêu trên vì vậy
hiện nay nhiều nước trên thế giới đã sử dụng tro bay của các nhà máy nhiệt
điện để làm phụ gia cho xi măng để sản xuất xi măng hỗn hợp PCB được đưa
ra ở bảng sau:

Các n

Mala

Philip
Trung

Hàn Q
Nhật

Châu

Việt N
1.4.3.7. Phụ gia CMC
CMC (carboxymethyl cellulose, một dẫn xuất của cellulose với acid
chloroacetic) là một polymer, là dẫn xuất cellulose với các nhóm
carboxymethyl (-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các
glucopyranose monomer tạo nên khung sườn cellulose, nó thường được sử
dụng dưới dạng muối natri carboxymethyl cellulose.
Dạng natri carboxymethyl cellulose có công thức phân tử là:
[C6H7O2(OH)x(OCH2COONa)y]n
Trong đó:n là mức độ trùng hợp. y là mức độ thay thế.
x = 1.50-2.80. y = 0.20-1.50. x + y = 3.0 Đơn vị cấu trúc
với mức độ thay thế 0.20 là 178.14 đvC. Đơn vị cấu trúc
với mức độ thay thế 1.50 là 282.18 đvC.
15


Phân tử kích thước lớn khoảng 17.000 đvC (n khoảng 100).
*Tính chất: Là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu như không mùi
hạt hút ẩm. CMC tạo dung dịch dạng keo với nước, không hòa tan trong ethanol.
Phân tử ngắn hơn so với cenllulose. Dễ tan trong nước và rượu. Ở pH < 3 CMC bị
kết tủa. Độ nhớt CMC giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại. CMC tan hầu hết
trong nước lạnh và được sử dụng chủ yếu để kiểm soát độ nhớt mà không tạo gel
(ngay cả khi có mặt ion Ca 2+). Khi tan trong nước tạo ra những nhóm có cực COO- ,OH-. Các gốc có cực này phản ứng với pha C3A tạo hợp chất phức :

2-COOH +C3A

2(-COO-)Al-OH *Lợi

ích khi sử dụng phụ gia CMC:
+Tăng cường độ nhớt cho xi măng.
+Khống chế độ sụt áp hỗn hợp bê tông.

16