nghiên cứu đánh giá hiệu quả sử dụng tro trấu từ lò hơi tự động – ghi xích đối với bê tông

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG
TRO TRẤU TỪ LÒ HƠI TỰ ĐỘNG – GHI XÍCH
ĐỐI VỚI BÊ TƠNG

Mã số:………………………………………..………………………………………..

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kết cấu

<Thành phố Hồ Chí minh>, 3/2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG
TRO TRẤU TỪ LÒ HƠI TỰ ĐỘNG – GHI XÍCH
ĐỐI VỚI BÊ TƠNG
Mã số:………………………………………..………………………………………..

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kết cấu

Nhóm trưởng
Dân tộc

Lớp, khoa
Khoa
Năm thứ
Ngành học
Người hướng dẫn

:
:
:
:
:
:
:

VÕ HOÀNG TUẤN
Nam, Nữ: Nam
Kinh
XD10A1
Xây Dựng & Điện
4 /Số năm đào tạo: 4.5
Xây Dựng
Thạc sĩ TRẦN TRUNG DŨNG

<Thành phố Hồ Chí Minh>, 3/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá hiệu quả sử dụng tro trấu từ lò hơi tự động –
ghi xích đối với bê tơng
- Sinh viên thực hiện: VÕ HOÀNG TUẤN
- Lớp: XD10A1 Khoa:Xây dựng & Điện Năm thứ: 4
- Người hướng dẫn: Th.s Trần Trung Dũng
2. Mục tiêu đề tài:

Số năm đào tạo:4,5

- Đánh giá hiệu quả khi sử dụng tro trấu từ lò hơi tự động – ghi xích đối với bê
tơng.
- Các tính chất của bê tông được nghiên cứu gồm : độ sụt, cường độ và hiệu quả
kinh tế.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Tận dụng phế phẩm trong xây dựng để làm phụ gia khống trong bê tơng.
- Giúp q trình thi cơng được nhanh hơn so với bê tông thông thường
4. Kết quả nghiên cứu:
Mẫu tro trấu được thí nghiệm tốt với bê tơng, kết quả thí nghiệm có cường độ nén
mẫu tro trấu cao hơn so với mẫu đối chứng và hiệu quả về kinh tế trong xây dựng
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng
và khả năng áp dụng của đề tài:
Nếu kết quả nghiên cứu khả quan, hoàn toàn có thể đưa vào ứng dụng thực tế tại
các trạm trộn và nhà máy sản xuất bê tông tươi hoặc cấu kiện bê tông đúc sẵn 
hiệu quả kinh tế hơn khi tiết kiệm được chi phí cho 1m3 bê tông đồng thời giải
quyết được vấn đề môi trường đối với loại nguyên liệu này.
6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài
Ngày
tháng
năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)


Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên
thực hiện đề tài:
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......
………………………………………………………………………………………………......

Xác nhận của đơn vị
(ký tên và đóng dấu)

Ngày
tháng
Người hướng dẫn
(ký, họ và tên)

năm


MVCLVC
CHUONG MO DAU····································································································· 1
1.1 TONG QUAN. ···································································································· 1
1.2 TiNH HINH NGHIEN CUU TRO TRA.U......................................................2
1.3 TiNH CAP THIET CUA DE TAI ....................................................................5
CHUONG 2 ca
KHOA HQC LIEN QUAN DEN DE TAI NGHIEN CUU .... 6
2.1. cAu Tr.\O vA cAu TRUCBE TONG............................................................ 6
. 2.2. THUYET HOA LY VE QUA TRINH DONG RAN CUA DA XI MANG ... 7
2.3. LY THUYET DONG RAN CUA BE TONG TRONG DIEU KI$N KHi
H4U NONG AM ....................................................................................................... 8
2.3.1. Giai do�n hoa tan xi mang..........................................................................9
2.3.2. Giai do�n hinh thanh cfiu true dong tl}. ....................................................9
2.3.3. Giai do�n hinh thanh cfiu true ban d§u ..................................................10
2.3.4 Giai do�n hinh thanh cfiu true dong riin.................................................11
2.3.5 Giai do�n phat tri@n cu-img dl)..................................................................12
2.4. QUA TRiNH DONG RAN cuA cAcLOr.\I XI MANG ............................12
2.4.1. Qua trinh dong riin ctia xi mang portland ..............................................12
2.4.2. Qua trinh dong riin ctia xi mang portland puzolan ...............................16
2.5. su HiNH THANH cAu TRuc cuA XI MANG HYDRAT vA cAu
TRUC DA XI MANG.............................................................. ; .............................. ;17
2.5.1. S1}· hinh thanh cfiu true ctia h6 xi mang .................................................. 17

-2�5.2. Cfiu true da xi mang .................................................................................. 20
2.6. TiNH CHAT KY THU4T CUA BE TONG ................................ :................ ;21
2.6.1. Ml)t s6 quan ni�m moi v� be tong ............................................................ 21
2.1. cAc PHUONG PHAP THIET KE cAP PHOI BE TONG ........................24
2.7.1. Cac phu-o·ng phap thi�t k� cfip ph6i be tong ........................................... 24
2.1.2; Cac quy lu�t tinh toan thanh ph§n be tong ............................................ 25
2.8. GIOl THI$U LO HOI TV DQNG - GHI xicH DOT TRAu ....................31
2.8.1. Nguyen tiic ho�t dl)ng................................................................................ 31
2.8.2. Thong s6 ky thu�t................................ :.....................................................33
f
CHUONG 3 NGHIEN CUU THT C NGHI$M THANH PHAN NGUYEN V4T
LIEU ............................................................................................................................. 34
3.1. YEU cAu KY THUAT CUA NGUYEN VAT LIEU NGHIEN cuu ........34
3.1.1 Xi mang .......................................................................................................34
3.1.2 C6t li�u ..............•.........................................................................................34
3.1.3. Nu-o·c ............................................................................................................ 34
3.1.4. Phu gia vo co· hoat tinh ............................................................................. 34
3.2. THUC NGHIEM TiNH CHAT CUA NGUYEN VAT LIEU ......................35
3.2.1. Thi nghi�m cac tinh chfit co- ly ctia xi mang ...........................................35
3.2.2. Thi nghi�m cac tinh chfit co- ly ctia tro trfiu ............................................ 36
3.2.2. Thi nghi�m cac tinh chfit cO' ly ctia da .....................................................37
3.2.3. Thi nghi�m cac tinh chfit co- Iy cua cat .............. : .....................................37
3.3. CAP PHOI HON HQ-P BE TONG ................................................................. 38
CHUONG
4 NGHIEN CUU THUC NGHIEM TINH CHAT CUA HON HOP BE
"
TONG ........................................................................................................................... 39
4.1. cAc THi ·NGHitM................................................. , .......................................39
4.2. A.NH HU'ONG TRO TRA.U DEN CUONG DQ NEN ..................................45

sa

.

.

0

.

.

.

.

.

.

.

.


. CHuONGSKET LU�NVAKIENNGHJ ............................................................. 48
KIENNGHJ ................................................................................................................. 49
TAI LIJ;,U THAMKHA0........................................................................................... 51
T�

K

-

"

K


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu khoa học nhóm chúng em
gặp khơng ít khó khăn, thắc mắc, nhưng được sự giúp đỡ của thầy
hướng dẫn cùng rất nhiều các thầy cô khác và bạn bè giúp nhóm hồn
thành nhiệm vụ. Nhân đây em xin chân thành cảm ơn:
Em xin bày tỏ tấm lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô
trường Đại học Mở TPHCM nơi em đã được học tập và trưởng thành.
Em xin chân thành cảm ơn tất các thầy cô bộ môn thuộc Khoa
Xây Dựng & Điện trường Đại học Mở TP.Phố Hồ Chí Minh đã
tận tình giúp đỡ nhóm chúng em về các buổi chuyên đề và báo
cáo.
Đặc biệt, em vô cùng biết ơn Thầy Th.S Trần Trung Dũng và Thầy
Phạm Hữu Phước đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên, quan
tâm nhắc nhở chỉ bảo em trong suốt thời gian hồn thành nghiên
cứu.
Em vơ cùng biết ơn cha mẹ, anh chị và bạn bè của em đã tạo điều
kiện thuận lợi cho em học tập và hoàn thành tốt nghiên cứu khoa
học này.
Cuối cùng em xin kính chúc tất cả các thầy cô, cha mẹ, bạn bè những
người thân thương luôn dồi dào sức khỏe và hạnh phúc.

THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Ảnh 4x6

Họ và tên: VÕ HOÀNG TUẤN
Sinh ngày: 12 tháng 09 năm1991
Nơi sinh: P.Vĩnh Hịa, TP Nha Trang, Tỉnh Khánh Hịa
Lớp: XD10A1
Khóa:2010
Khoa: Xây Dựng & Điện
Địa chỉ liên hệ: 295 Ung Văn Khiêm, P22, Quận Bình Thạnh,TPHCM
Điện thoại: 01645270227
Email:
II. Q TRÌNH HỌC TẬP

* Năm thứ 1:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: Khá
Sơ lược thành thích:
* Năm thứ 2:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: Khá
Sơ lược thành thích:
* Năm thứ 3:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: Khá
Sơ lược thành thích:

Xác nhận của đơn vị
(ký tên và đóng dấu)

Khoa Xây dựng và Điện

Khoa Xây dựng và Điện

Khoa Xây dựng và Điện

Ngày
tháng
năm
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)


THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Ảnh 4x6

Họ và tên: NGUYỄN VĂN LUÔN
Sinh ngày: 03 tháng 07 năm 1991
Nơi sinh: Xã Đơng Thái, Huyện An Biên, Tỉnh Kiên Giang
Lớp: XD10A3
Khóa:2010
Khoa: Xây Dựng & Điện

Địa chỉ liên hệ: Số nhà 15/9_KP.Thắng Lợi 2_Dĩ An_Bình Dương
Điện thoại: 01653311746
Email:
II. Q TRÌNH HỌC TẬP

* Năm thứ 1:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: TB - Khá
Sơ lược thành thích:
* Năm thứ 2:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: TB - Khá
Sơ lược thành thích:
* Năm thứ 3:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: TB - Khá
Sơ lược thành thích:

Xác nhận của đơn vị
(ký tên và đóng dấu)

Khoa Xây dựng và Điện

Khoa Xây dựng và Điện

Khoa Xây dựng và Điện

Ngày
tháng
năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Ảnh 4x6

Họ và tên: DƯƠNG THÀNH SỨ
Sinh ngày: 07 tháng 04 năm 1992
Nơi sinh: Mỹ Phong , Phù Mỹ, Bình Định
Lớp: XD10A1
Khóa:2010
Khoa: Xây Dựng & Điện
Địa chỉ liên hệ: 345/39 Âu Cơ ,P. Phú Trung , Q. Tân Phú , TP HCM
Điện thoại: 0973 030 740
Email:
II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP

* Năm thứ 1:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: TB - Khá
Sơ lược thành thích:
* Năm thứ 2:

Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: TB - Khá
Sơ lược thành thích:
* Năm thứ 3:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: TB - Khá
Sơ lược thành thích:

Xác nhận của đơn vị
(ký tên và đóng dấu)

Khoa Xây dựng và Điện

Khoa Xây dựng và Điện

Khoa Xây dựng và Điện

Ngày
tháng
năm
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Ảnh 4x6

Họ và tên: NGUYỄN THU TRÂM
Sinh ngày: 16 tháng 08 năm 1992
Nơi sinh: TP Quy Nhơn, Tỉnh Bình Định
Lớp: XD10A7
Khóa:2010
Khoa: Xây Dựng & Điện
Địa chỉ liên hệ: 75/9 Đường số 5,P Bình Hưng Hịa,Quận Bình Tân,TPHCM
Điện thoại: 0975787908
Email:
II. Q TRÌNH HỌC TẬP

* Năm thứ 1:
Ngành học: Xây dựng
Khoa : Xây dựng và Điện
Kết quả xếp loại học tập: Trung bình
Sơ lược thành tích:
* Năm thứ 2:
Nghành học: Xây dựng
Kết quả xếp loại học tập: Trung bình
Sơ lược thành tích:

Khoa :Xây dựng và Điện

* Năm thứ 3:
Ngành học: Xây dựng
Khoa: Xây dựng và Điện

Kết quả xếp loại học tập: Trung bình
Sơ lược thành tích:

Xác nhận của đơn vị
(ký tên và đóng dấu)

Ngày
tháng
năm
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)


PHẦN GIỚI THIỆU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Hiện nay, cứ mỗi tấn lúa tạo ra khoảng 200 kg vỏ trấu và lượng vỏ trấu này sau khi
đốt tạo ra khoảng 40 kg tro. Hiện tại, vỏ trấu được sử dụng hiệu quả trong các nhà máy
gạch, nhà máy tạo củi từ vỏ trấu hay các nhà máy chế biến thức ăn…có trữ lượng khá
lớn. Tuy nhiên, việc tận dụng hay xử lý lượng tro được đốt ra từ vỏ trấu này một cách
hiệu quả vẫn đang là vấn đề đối với các nhà máy trên và hầu hết lượng tro trấu bị vứt bỏ
như là một dạng chất thải nông nghiệp
Nhằm mục đích tìm một giải pháp xử lý hiệu quả và kinh tế đối với tro trấu, chúng tôi
tiến hành nghiên cứu đề tài “Đánh giá hiệu quả tro trấu từ lị hơi tự động – ghi xích đối
với bê tơng” , qua đó chúng tơi hy vọng rằng loại tro trấu này có thể thay thế một phần
lượng xi măng mà khơng làm thay đổi nhiều tính chất của bê tông.
2. MỤC TIÊU ĐỀTÀI:
-

Đánh giá hiệu quả khi sử dụng tro trấu từ lò hơi tự động – ghi xích đối với bê tơng.

- Các tính chất của bê tông được nghiên cứu gồm : độ sụt, cường độ và hiệu quả
kinh tế.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Từ mẫu đối chứng không tro trấu, tiến hành thay thế một phần xi măng bằng tro trấu
theo tỉ lệ 3%, 5%, 7%  so sánh khảo sát sự thay đổi các tính chất của bê tơng như độ
sụt, độ hút nước, cường độ và đánh giá hiệu quả kinh tế.Phạm vi nghiên cứu : bê tông
nặng thông thường (B15, B20)
4. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Phịng thí nghiệm vật liệu Xây dựng – Khoa Xây Dựng & Điện – Đại học Mở
TPHCM
Thời gian nghiên cứu: Bắt đầu từ Từ tháng 10 năm 2013 đến tháng 03 năm 2014
5. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu là sản phẩm tro trấu của lò hơi tự động – ghi xích, nghiên cứu
phân tích đánh giá hiệu quả của tro trấu đối với bê tông và khảo sát những tính chất của
nó. Qua đó khiến cáo và đóng góp cho các đề tài tiếp theo
Phạm vi nghiên cứu : Thực nghiệm ảnh hưởng của tro trấu với cường độ bê tông
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
-Tận dụng được phế phẩm tro trấu từ lị hơi tự động - ghi xích trong bê tơng.
- Bài tốn mở cho nghiên cứu tiếp theo “Trong bê tông nếu thêm vỏ trấu sẽ cứng
chắc hơn và có khả năng chống xâm thực cao hơn.”
- Nếu kết quả nghiên cứu khả quan, hồn tồn có thể đưa vào ứng dụng thực tế tại các
trạm trộn và nhà máy sản xuất bê tông tươi hoặc cấu kiện bê tông đúc sẵn  hiệu quả
kinh tế hơn khi tiết kiệm được chi phí cho 1m3 bê tơng đồng thời giải quyết được vấn đề
môi trường đối với loại nguyên liệu này.

Chương 2: Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
2.1 CẤU TẠO VÀ CẤU TRÚC BÊ TƠNG [1]
Bê tơng là vật liệu đá có cấu trúc phức tạp, được tạo nên từ ba thành phần sau:
-

Cốt liệu với hình dạng, kích thước, cỡ hạt, độ đặc chắc, cường độ….khác nhau

-

Chất kết dính

-

Hệ thống mao quản lớn và bé, các lỗ rỗng trong đó chứa khơng khí hơi nước
hoặc nước.
Những tính chất cơ lý và những tính năng kỹ thuật của bê tơng được quyết định

bởi tính chất của các thành phần cấu tạo trên và ở mức độ đáng kể phụ thuộc vào cấu
trúc của bê tơng mà quan trọng nhất là tính chất của bề mặt tiếp xúc giữa chúng.
Với bê tơng cơng trình có cấu tạo tồn khối liên tục, trong đó hạt cốt liệu lớn, bé và
chất kết dính ( đá xi măng) được phân bố tương đối đồng đều, ngồi ra cịn chứa một
lượng lớn khơng khí. Để hạ thấp khối lượng thể tích và cải thiện tính cách nhiệt có thể
làm rỗng nhân tạo bê tông này bằng cách sử dụng đồng thời cốt liệu đặc và nặng với
cốt liệu rỗng và nhẹ hoặc bằng cách đưa một lượng khơng khí vào hồ xi măng, vữa xi
măng cát hoặc hỗn hợp bê tông.

Bê tông nhẹ cấu tạo tổ ong , trong thành phần khơng có cốt liệu lớn và thường
khơng có cả cốt liệu bé , có đặc tính là chứa một số lượng lớn các lỗ rổng bé , kín tạo
nên do khơng khí lẫn và hỗn hợp khi nhào trộn hoặc bằng cách tạo khí nhân tạo
Bê tơng có cấu tạo rỗng lớn , chứa một thể tích rỗng lớn do loại bỏ một phần
hoặc hoàn toàn cát trong hỗn hợp cốt liệu nên các phần rỗng của cốt liệu khơng được
lấp kín.
Một đặc điểm của bê tơng là sự không đồng nhất về mặt kết cấu tạo và tính chất
, cơ lý đàn hồi của các thành phần tạo nên nó. Đó là nguyên nhân xuất hiện nội ứng
suất dẫn đến sự hình thành các vết nứt khi bê tơng bị co ngót, nở và biến dạng vì nhiệt
độ , ảnh hưởng bất lợi đến các tính chất kỹ thuật của bê tông.
Đăc trưng quan trọng của kết cấu bê tông là độ đặc và độ rỗng của bê tơng. Đặc
trưng này quyết định hầu hết tính chất kỹ thuật của bê tơng như cường độ, tính bền
vững, khả năng chống xâm thực hóa học, tính thấm nước, thấm hơi, tính truyền nhiệt,
truyền âm cũng như khối lượng thể tích… do đó nâng cao độ đặc chắc của bê tông là
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang: 13


Chương 2: Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu
một biện pháp quan trọng hàng đầu để nâng cao phẩm chất sử dụng của bê tông. Độ
đặc chắc của bê tơng thường là 0,85

0,90 và có thể nâng lên đến 0,93 0,95 nhưng

khó có thể nâng cao độ đặc chắc của bê tơng hơn nữa vì khơng thể tránh được sự xuất
hiện những mao quản trong đá xi măng và sự xâm nhập của một thể tích khơng khí
nhất định khi nhào trộn, đổ khn đầm chặt hỗn hợp bê tơng. Thể tích khí xâm nhập
phụ thuộc vào tính chất của các thành phần vật liệu và hỗn hợp bê tơng. Khi cỡ hạt
trung bình của cốt liệu giảm, nhất là khi hàm lượng hạt mịn của cát tang và độ cứng

hỗn hợp bê tơng lớn thì độ rỗng tang.
Khi đầm chặt mạnh mẽ hỗn hợp bê tơng trong q trình hình thành sản phẩm
một phần lượng khí này có thể thốt ra nhưng khơng hồn tồn, thể tích khí cịn lại
chiếm từ 2 3% thể tích chung của bê tơng. Lượng khí này tuy khơng nhiều nhưng
thường phân bố thành lớp mỏng trên bề mặt phân chia pha làm giảm đáng kể cường độ
nén và đặc biệt cường độ kéo.
2.2. THUYẾT HỐ LÝ VỀ Q TRÌNH ĐĨNG RẮN CỦA ĐÁ XI MĂNG
[3][4]
Q trình đóng rắn của xi măng portland xảy ra khi tác dụng với nước. Sản phẩm
đóng rắn bền vững trong khơng khí và nước. Nước đóng vai trị quan trọng trong q
trình đóng rắn và quyết định cường độ trong toàn bộ cấu trúc đá xi măng. Hố lý q
trình đóng rắn của xi măng xảy ra khá phức tạp. Có nhiều giả thuyết về q trình đóng
rắn của xi măng Portland như:
+ Thuyết cơ học tinh thể LECHATELIER(1882)
+ Thuyết keo tụ MICHAELIS (1892)
+ Gel tinh thể BAIKOV (1923)
+ Tạo thành cấu trúc REBINDER-POLAK (1960)
+ Nước rắn KEIL- POWERS (1960)
+ Biến đổi cấu trúc TayLor (1966)
Hiện nay có 4 lý thuyết thường được sử dụng để giải thích cho q trình đóng
rắn của xi măng Portland
Thuyết cơ học tinh thể LECHATELIER(1882) : chất kết dính và xi măng
portland tác dụng với nước sẽ tiến hành phản ứng thủy hoá, thủy phân tạo thành các
hydrate rồi hoà tan vào dung dịch đến khi đạt trạng thái q bảo hồ thì kết tinh thành

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang: 14

Chương 2: Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu
tinh thể dạng hình kim ( trạng thái lộn xộn) và kết hợp lại tạo thành cấu trúc đá xi
măng có cường độ.
Thuyết keo tụ MICHAELIS (1892): chất kết dính và xi măng portland (nói
riêng) khi tác dụng với nước sẽ tiến hành các phản ứng thủy hoá, phản ứng thủy phân
tạo thành khối keo hydrate rồi tách nước. Trong q trình tách nước làm co thể tích.
Chính vì thế mà tạo sự liên kết bám chặt cho cường độ.
Thuyết Gel tinh thể BAIKOV (1923) : theo thuyết này q trình đóng rắn
chia làm 3 giai đoạn
+ Giai đoạn 1: gọi là giai đoạn chuẩn bị.
+ Giai đoạn 2: là keo hố hay cịn gọi là chu kỳ ninh kết.
+ Giai đoạn 3: kết tinh vật chất còn gọi là chu kỳ đóng rắn.
Thuyết biến đổi cấu trúc TayLor (1966): theo Taylor q trình đóng rắn của
chất kết dính nói chung và xi măng portland nói riêng chia làm 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: khi xi măng + nước sẽ làm các khoáng khuyếch tán vào trong nước
Giai đoạn 2: sau vài phút trên bề mặt các khoáng bắt đầu xuất hiện gel hydrate
khi ấy vữa vẫn còn linh động
Giai đoạn 3: sau vài giờ, các gel hydrate xuất hiện dày đặc trên các bề mặt hạt
khoáng và bắt đầu liên kết lại với nhau. Tính linh động vữa mất đi cho nên tương ứng
với thời gian kết thúc ninh kết.
Giai đoạn 4: sau vài ngày các hydrate ngày càng nhiều và phát triển dày đặc và
liên kết dày đặc, quan trọng các gel hydrate này kết tinh thành tinh thể. Và các tinh thể
liên kết tạo sản phẩm đóng rắn có cường độ. Nhưng các hạt khống vẫn chưa hydrate
hết và tiếp tục hydrate hàng tháng hàng năm sau trong cấu trúc của xi măng. Thuyết
này diễn giải một cách tương đối cụ thể về mặt lý học và về cấu trúc (các hydrate kết
tinh thành tinh thể sản phẩm đóng rắn cho cường độ).
2.3. Q TRÌNH ĐĨNG RẮN CỦA CÁC LOẠI XI MĂNG
2.3.1. Q trình đóng rắn của xi măng portland
2.3.1.1. Q trình đóng rắn của xi măng portland
Những q trình phản ứng hố học của bột xi măng pooclăng khi tác dụng với

nước xảy ra phức tạp. Do trong clinker ximăng bao gồm nhiều khoáng, nhiều thành
phần tạo nên, khi nghiền ximăng lại thêm nhiều phụ gia khác như: thạch cao, phụ gia
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang: 15


Chương 2: Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu
puzolan hoạt tính, v.v… Chúng sẽ đồng thời xảy ra các phản ứng khi ximăng trộn với
nước.
Theo Jun, q trình hố học xảy ra 2 giai đoạn:
Giai đoạn đầu: gọi là phản ứng sơ cấp, chủ yếu các khoáng ximăng phản ứng
thủy phân hay thủy hoá với nước.
Giai đoạn thứ hai: gọi là phản ứng sơ cấp của các sản phẩm thủy phân, thủy hoá
của khoáng ximăng tác dụng tương hổ với nhau hay chúng tác dụng với phụ gia hoạt
tính trong ximăng…
Giai đoạn đầu chủ yếu khi đóng rắn ximăng porltand và các loại ximăng khác.
Giai đoạn hai là đóng rắn ximăng portland cịn q trình phản ứng những sản
phẩm phụ gia nghiền trong ximăng với các sản phẩm hydrat khoáng ximăng chỉ xảy ra
trong ximăng porland puzơland, porland xỉ…
Theo Jun khi phân tích q trình hydrat hố khống ximăng tóm tắt cho từng loại
khống như sau:Khảo sát q trình đóng rắn của xi măng portland là q trình hydrate
hố của xi măng portland xảy ra 2 phản ứng là phản ứng thủy hoá và thủy phân. Sự
hydrate của các khoáng, ta chỉ nghiên cứu sự hydrate hố của khống alít, belít dưới
dạng đơn giản 3CaO.SiO2 (C3S), 2CaO.SiO2 (C2S). Khoáng 3CaO.SiO2 khi tác dụng
với nước xảy ra phản ứng thủy hoá và thủy phân rất mạnh với điều kiện thuộc tính chất
nước.
Đối với khống alít 3CaO.SiO2 (C3S )
Nước rịng : nước có hợp chất hố học thì C3S thủy phân rất mạnh và thủy phân hoàn
toàn

3CaO.SiO2 +5H2O  Si(OH)4 + 3Ca(OH)2
Nước có nồng độ vơi
+ 0.05gCaO/lít
3CaO.SiO2 + nH2O  CaO.SiO2.(n-2) H2O + 2Ca(OH)2
+ 0.8gCaO/lít
3CaO.SiO2 + nH2O  3CaO.2SiO2 .(n-3)H2O +3Ca(OH)2
Thành phần cơ bản trong cấu trúc đá xi măng 3CaO.2SiO2 .3H2O : afwillit
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang: 16


Chương 2: Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu
+ =1.19gCaO/lít
3CaO.SiO2 + nH2O  2CaO.SiO2.(n-1) H2O +Ca(OH)2
Thành phần 2CaO.SiO2.2H2O : hillebrandit
Đối với khống belít 2CaO.SiO2 (C2S )
Nước rịng : nước có hợp chất hố học thì C2S thủy phân rất mạnh và thủy phân hoàn
toàn
2CaO.SiO2 +4H2O  Si(OH)4 + 2Ca(OH)2
Nước có nồng độ vơi
+ 0.05gCaO/lít
2CaO.SiO2 + nH2O  CaO.SiO2.(n-1) H2O + Ca(OH)2
+ 0.8gCaO/lít
2(2CaO.SiO2 ) + nH2O  3CaO.2SiO2 .(n-1)H2O +Ca(OH)2
+ =1.19gCaO/lít
2CaO.SiO2 + nH2O  2CaO.SiO2.n H2O
Đối với khống 3CaO.Al2O3 (C3A )
Nước rịng : nước có hợp chất hố học thì C3A thủy phân rất mạnh và thủy phân
hồn tồn

3CaO.Al2O3 +6H2O  2Al(OH)3 + 3Ca(OH)2
Nước có nồng độ vơi nhỏ:
3CaO.Al2O3 +6H2O  3CaO.Al2O3.6H2O
Nước có nồng độ vơi lớn:
3CaO.Al2O3.6H2O + Ca(OH)2 +6H2O  4CaO.Al2O3.13H2Ị
Đối với khống 4CaO.Al2O3.Fe2O3(C4AF ):khống Alumoferit calci.
Q trình hydrat hố phụ thuộc vào mơi trường nước và nhiệt độ môi trường
Nước lớn + t0 thấp 0200:

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang: 17


Chương 2: Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu
4CaO.Al2O3.Fe2O3 +(n+3)H2O  4CaO.Al2O3.nH2O + 2Fe(OH)3
Nước lớn + t0 thấp 20250:
4CaO.Al2O3.nH2O  4CaO.Al2O3.(n-1)H2O + Ca(OH)2
{hợp chất không bền}
Nước bão hồ vơi 0200:
4CaO.Al2O3.Fe2O3 +nH2O  4CaO.(Al2O3.Fe2O3).nH2O
Những phản ứng hydrat hố của xi măng portland thơng thường diễn tả q trình
hydrate hố các khống chính trong xi măng portland. Đối với khoáng Calcium
Silicates sản phẩm hydrate là những gel calcium cilicates hydrate CSH và calcium
hydroxite Ca(OH)2. Những phản ứng giữa các khoáng trên với nước cho sản phẩm
giống nhau nhưng khác ở chỗ là lượng Ca(OH)2 nhiều hay ít. Ca(OH)2 nhiều được
tạo ra từ phản ứng giữa khoáng 3CaO.SiO2 và nước. Ngược lại là khoáng 2CaO.SiO2.
Đối với sản phẩm calcium silicates hydrate CSH thì chủ yếu ớ dạng gel C3 S2 H3. Sản
phẩm này được tạo ra do phản ứng của khoáng 2CaO.SiO2 và khoáng 3CaO.SiO2 đều
như nhau. Trong điều kiện đóng rắn của xi măng khi hydrate hố xi măng ngồi

Ca(OH)2, cịn có mặt của hydro aluminate canxi 3CaO.Al2O3.6H2O và phụ gia thạch
cao CaSO4.2H2O (đây là phụ gia có nhiệm vụ kéo dài thời gian ninh kết của xi măng).
Vì trong các sản phẩm tạo ra, thì sản phẩm của C3A quyết định q trình đơng kết. Khi
C3A tác dụng với nước, bề mặt của C3A ban đầu xuất hiện các ion Al3+ tồn tại dưới
dạng Al(OH)3, Al2O3.3H2O (bemit). Dạng Al(OH)3có khả năng keo tụ lớn, sinh màng
nhày bao phủ các hạt ximăng lại, nói khác nó tạo ra một khối ximăng nhanh đông cứng
lại. Để khắc phục điều này tức là kéo dài thời gian đông kết, người ta cho thạch cao
vào làm nhiệm vụ điều chỉnh thời gian đông kết.
Khi C3A và thạch cao tác dụng với nhau trong nước xảy ra quá trinh hoà tan.
Xung quanh C3A xuất hiện nhiều ion aluminat còn xung quanh hạt thạch cao xuất hiện
nhiều ion sunfat đó là điều kiện phản ứng bề mặt C3A tạo thành khống
3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O, cịn trên bề mặt hạt thạch cao nồng độ sunfat cao sẽ tạo
thành 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O. Do đó trên bề mặt của C3A tạo nên màng chắc xít
đặc của 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O ngăn khơng cho ion aluminat thốt ra ngồi mơi
trường làm giảm nồng độ ion aluminat ở xung quanh. Ngược lại xung quanh hạt thạch
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang: 18


Chương 2: Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu
cao

tạo

nên

màng

xốp

có

cấu

trúc

hình

kim

của

các

tinh

thể

3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O làm cho xung quanh hạt thạch cao vẫn đảm bảo ion
sunfat thoát ra màng xốp, tạo cho dung dịch ở vị trí xung quanh hạt thạch cao vẫn bão
hồ sulfat. Đó chính là điều kiện cơ bản làm cho màng axit đặc của
3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O thành trạng thái bền 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O có cấu
trúc xốp bao lấy C3A lúc này tạo điều kiện cho ion aluminat đi qua màng xốp ra mơi
trường xung quanh gặp ion sulfat tạo nên màng xít đặc 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O bao
bên ngồi C3A. Gọi đó là chu kỳ cảm ứng làm giảm tốc độ ninh kết khi đóng rắn
ximăng, chính là điều kiện tổng hợp hydrosulful aluminate canxi.
Quá trình diễn biến xuất hiện 2 hydrosulfulaluminate canxi C3A.CaSO4.12H2O
và hydrotrisulful aluminate canxi C3A.3CaSO4.32H2O (ettrigite).
C3A + 3 CaSO4.2H2O + 26H2O  C3A.3CaSO4.32H2O

Ettrigite làm việc ổn định nếu hàm lượng sulfat nhiều. Khi sulfat bị tác dụng hết
trước khi phản ứng hydrat hố khống C3A chưa hồn thành thì C3A sẽ biến đổi sản
phẩm ettrigite mới tạo thành để cho ra một sản phẩm mới hydrosulfulaluminate canxi
C3A.CaSO4.12H2O (sản phẩm này tồn tại trong mơi trường khơng có sulfat)
2 C3A + C3A.3CaSO4.32H2O + 4H2O  3C3A.CaSO4.12H2O
Khi mơi trường có gốc ion sulfat thì 3C3A.CaSO4.12H2O lại tiếp tục phản ứng để
tạo ra ettrigite.
3C3A.CaSO4.12H2O + 2CaSO4.2H2O+16H2O  C3A.3CaSO4.32H2O
Phản ứng này làm thay đổi ettrigite là nguyên nhân làm giảm, hư hại phá vở liên
kết của khống kết tinh trong xi măng portland khi nó tiếp xúc với mơi trường có ion
sulfate.
Nếu khơng có CaSO4.2H2O thì ta biết C3A phản ứng trơ với nước tạo ra sản
phẩm
C3A + 21H  C4AH13 + C2AH8
Phản ứng này xảy ra rất nhanh và sản phẩm sẽ toả nhiệt ra rất lớn. Phản ứng này
là nguyên nhân gây ra khô cứng xi măng đột ngột và xảy ra rất nhanh và sớm đây là
hiện tượng đông kết tức thời. CaSO4.2H2O cho thêm vào để tránh hiện tượng đó.
2.3.1.2. Lượng nhiệt toả ra trong q trình thủy hố
Sự rắn chắc của xi măng portland, một chất kết dính đa khống là một q trình
hố lý phức tạp kèm theo sự biến đổi liên tục và sự hình thành cấu trúc đá xi măng.
Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang: 19


Chương 2: Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu
Q trình hố lý đó xảy ra qua 3 giai đoạn hồ tan, hố keo, và kết tinh. Mỗi giai đoạn
trên khi các khoáng tác dụng với nước là thực hiện phản ứng thủy hoá và thủy phân.
Khi các phản ứng xảy ra đồng thời cũng kèm theo sự toả nhiệt mạnh mẽ. Và sự toả
nhiệt đó xảy ra mạnh nhất vào thời kì cuối là thời kỳ ninh kết. Lượng nhiệt toả ra phụ

thuộc vào hàm lượng các khống có trong xi măng. Theo Kind, lượng nhiệt toả ra khi
thủy hoá các khoáng xi măng thay đổi theo thời gian được đánh giá qua bảng 2.1
Bảng 2.1. Lượng nhiệt khi thủy hoá theo thời gian
Tên các

Lượng toả nhiệt khi thủy hoá theo thời gian (cal/g)

khoáng chủ
yếu

3 ngày

7 ngày

28 ngày

3 tháng

C3S

96.6

100.6

116.2

124.3

C2S

15.1

24.8

39.6

43.9

C3A

141.0

157.6

208.6

221.7

C4AF

42.3

59.6

90.3

99.4

Qua bảng kết quả trên cho ta thấy
Lượng nhiệt toả ra trong q trình hydrat hố tăng rất nhanh sau thời gian ninh

kết. Đặt biệt vào khoảng sau 3 ngày và lượng nhiệt toả ra đó cũng tiếp tục tăng nhưng
với tốc độ chậm theo thời gian.
Qua bảng kết quả trên ta nhận thấy lượng toả nhiệt của các khoáng giảm dần theo
thứ tự sau C3A >C3S> C4AF> C2S. Lượng toả nhiệt của khoáng C3S gần bằng 2/3 của
khoáng C3A. Ta đã biết trong thành phần khoáng của xi măng C3S lại chiếm thành
phần lớn nhất trong xi măng. Vì thế khi sử dụng để chế tạo bêtơng khối lớn không nên
dùng loại xi măng portland.
Qua bảng kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên cho ta cái nhìn bao quát về vấn đề
khi sử dụng loại xi măng này cho bê tơng khối lớn là khơng thích hợp, sẽ gây ứng suất
nhiệt và vết nứt do nhiệt sẽ xuất hiện. Điều đó làm cho cơng trình khơng có tính bền
vững và ổn định lâu dài rất nguy hiểm khi đưa vào sử dụng.

Báo cáo nghiên cứu khoa học

Trang: 20