Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng đến một số tính chất cơ lý của xi măng fico

CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

NGUYỄN ĐÌNH ĐỨC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN ĐÌNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ BẢO DƯỠNG ĐẾN
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG FICO

KỸ THUẬT HÓA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC

2015B
Hà Nội – Năm 2018

SVTH: Nguyễn Đình Đức

1


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN ĐÌNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ BẢO DƯỠNG TỚI MỘT SỐ
TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG FICO

Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Silicat

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. PGS.TS Tạ Ngọc Dũng

Hà Nội – Năm 2018

SVTH: Nguyễn Đình Đức

2


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Tạ Ngọc Dũng. Các số liệu và kết quả được trình bày trong luận văn này là
trung thực và chính xác, một số kết quả được trích dẫn từ các bài báo, sách đã được
cơng bố. Các kết quả này chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Đình Đức

SVTH: Nguyễn Đình Đức

3


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
LỜI CÁM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cám ơn PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trợ để em hoàn thành bản luận văn tốt
nghiệp này.
Em xin cảm ơn Ban lãnh đạo Tổng công ty Ta FiCo, Ban lãnh đạo nhà máy
Xi măng Fico Tây Ninh và ban Quan đốc phân xưởng Clinker cùng với anh em
đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để em được học tập và nghiên cứu.
Em cũng xin cảm ơn các anh chị em đồng nghiệp thuộc phân xưởng sản xuất
Clinker và phòng Quản lý Chất lượng – Nhà máy Xi măng Tây Ninh đã nhiệt tình
giúp đỡ em trong thời gian nghiên cứu và làm đề tài.
Mặc dù bản thân đã nỗ lực hết mình nhưng đồ án của em khơng thể tránh
khỏi những thiếu sót do sự hạn chế về thời gian và kinh nghiệm. Bởi vậy em rất
mong được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô để luận văn tốt nghiệp của em có
thể hồn thiện hơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm…
Sinh viên

Nguyễn Đình Đức

SVTH: Nguyễn Đình Đức

4

CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................3
LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................4
MỤC LỤC ..................................................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................8
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................10
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................11
1 Lý do chọn đề tài: ...............................................................................................11
2. Mục đích nghiên cứu: ........................................................................................11
3. Ý nghĩa thực tế của đề tài: .................................................................................12
4. Đối tượng nghiên cứu: .......................................................................................12
5. Phạm vi nghiên cứu: ..........................................................................................12
6. Phương pháp nghiên cứu: ..................................................................................12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................14
1.1 Tổng quan về xi măng Portland: ......................................................................14
1.1.1 Xi măng Portland: .....................................................................................14
1.1.2 Xi măng Portland hỗn hợp: .......................................................................14
1.2 Nguyên liệu chủ yếu dùng sản xuất xi măng Portland: ...................................15
1.2.1 Clinker xi măng Portland: .........................................................................15
1.2.2 Thạch cao: .................................................................................................19
1.2.3 Puzolan: .....................................................................................................20
1.2.4 Đá vơi: .......................................................................................................20
1.3 Q trình hidrat hóa và đóng rắn của xi măng pooclăng: ................................21
1.3.1 Những phản ứng hóa học khi trộn xi măng với nước: .............................. 21
1.3.2 các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hydrat hóa, đóng rắn và phát triển
cường độ của xi măng pooclăng[9]: ...................................................................25
1.3.2.1 Tác động của thành phần khống có trong xi măng: ............................. 25
1.3.2.2 Tỷ lệ thạch cao cho vào: ........................................................................ 26
1.3.2.3 Tác động của độ mịn xi măng: ............................................................... 26

SVTH: Nguyễn Đình Đức

5


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
1.3.2.4 Tác động của tuổi bảo dưỡng: ................................................................ 27
1.3.2.5 Tác động của tỷ lệ N/X ( tỷ lệ nước trên xi măng): ............................... 27
1.3.2.6 Tác động của phụ gia hóa học:............................................................... 28
1.3.2.7 Tác động của điều kiện bảo quản: .......................................................... 28
1.3.2.8 Tác động của điều kiện bảo dưỡng: ....................................................... 28
1.3.3 Các cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng tới sự phát
triển cường độ của xi măng: ...............................................................................29
1.3.3.1 Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới: ................................................ 29
1.3.3.2 Các cơng trình nghiên cứu trong nước: .................................................. 32
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC NGHIỆM ........................................................34
2.1 Quy trình tiến hành nghiên cứu thực nghiệm: .................................................34
2.2 Nguyên vật liệu sử dụng trong nghiên cứu:.....................................................35
2.2.1 Sử dụng xi măng PCB50 của nhà máy xi măng Tây Ninh. ......................35
2.2.3 Nước sinh hoạt: .........................................................................................36
2.3 Các mức nhiệt độ nghiên cứu: .........................................................................36
2.4 Các phương pháp nghiên cứu: .........................................................................37
2.4.1 Phương pháp xác định cường độ (độ bền): ...............................................37
2.4.2 Phương pháp chụp ảnh vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử (SEM): ......38
2.4.3 Phương pháp phân tích XRD để xác định thành phần khoáng: ................39
2.4.4 Phương pháp đo độ rỗng xốp: ...................................................................39
2.4.5 Phương pháp phân tích nhiệt TG ( phân tích nhiệt trọng ): ......................40
2.4.6 Phương pháp phân tích nhiệt DSC: ...........................................................42
DSC là một kỹ thuật có thể lặp lại dùng để phát hiện và định lượng sự thay đổi

năng lượng khi mẫu được gia nhiệt hoặc làm lạnh. Về nguyên lý DSC được
chia thành loại dòng nhiệt và loại bù năng lượng. .............................................42
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ..............................44
3.1 Ảnh hưởng của các thời gian bảo dưỡng 4h, 8h, 12h tại các nhiệt độ khác
nhau. Tại cùng thời điểm sau khi đúc mẫu xong 2h: .............................................44
3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian bảo dưỡng tới cường độ xi măng: .44

SVTH: Nguyễn Đình Đức

6


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian bảo dưỡng tới độ hút nước của đá xi
măng: ..................................................................................................................49
3.3 Một số kết quả phân tích nhiệt (TG/DSC) và chụp ảnh hiển vi điện tử quét
(SEM): ...................................................................................................................54
3.3.1 Khảo sát đá xi măng bằng phương pháp phân tích nhiệt vi sai
(TG/DTG/DSC): .................................................................................................54
3.3.2 Khảo sát mẫu đá xi măng bằng phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét
(SEM): ................................................................................................................59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................62
1. Kết luận: .............................................................................................................62
2. Kiến nghị: ..........................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................63

SVTH: Nguyễn Đình Đức

7

CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1.Khống Alite [5] .......................................................................................16
Hình 1. 2: Khống Belite [5] .....................................................................................17
Hình 1. 3: Khống C3A và C4AF [6].........................................................................18
Hình 1. 4.Sự phân bố các hạt và pha trong vữa xi măng. .........................................21
Hình 1. 5: Sơ đồ q trình đóng rắn của xi măng pooc lăng.....................................22
Hình 1. 6: Hydrosilicat canxi ....................................................................................23
Hình 1. 7: các hạt xi măng hồn tồn ngậm nước. ....................................................24
Hình 1. 8.khống etringit ..........................................................................................24
Hình 1. 9.Đồ thì biểu diễn tốc độ tiến hóa nhiệt hay là tốc độ hydrat hóa với thời
gian trộn với nước ở các nhiệt độ khác nhau. ...........................................................30
Hình 1. 10.Biểu diễn mức độ hydrat hóa của xi măng và nhiệt độ. ..........................32
Hình 1. 11.Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên ái lực hóa học
theo thời gian. ............................................................................................................33
Hình 2. 1.Sơ đồ thực nghiệm ....................................................................................34
Hình 2. 2.các thiết bị dùng cho quá trình xác định cường độ ...................................37
Hình 2. 3: Thiết bị chụp SEM ...................................................................................39
Hình 2. 4 Ngun lý của phân tích nhiệt trọng vi sai theo phương ngang ...............41
Hình 2. 5 Sơ đồ ngun lý phân tích nhiệt DSC .......................................................42
Hình 3. 8 Ảnh hưởng của thời gian bảo dưỡng ở nhiệt độ cao tới mức độ hydrat hóa
của đá xi măng (thơng qua chênh lệch độ hút nước). ...............................................53

SVTH: Nguyễn Đình Đức

8


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

Hình 3. 9 Biểu đồ TG của các mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (a) và 28 ngày tuổi (b).
...................................................................................................................................55
Hình 3. 10 Biểu đồ DSC của các mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (a) và 28 ngày tuổi (b)
...................................................................................................................................57
Hình 3. 11 Biểu đồ DSC của các mẫu đá xi măng 1 và 28 ngày tuổi, bảo dưỡng ở
270C (a) và 700C (b). .................................................................................................58
Hình 3. 12 Ảnh SEM của mẫu đá xi măng bảo dưỡng ở 270C, 1 ngày tuổi (a1) và 28
ngày tuổi (a2). Bảo dưỡng ở 700C trong 4h, 1 ngày tuổi (b1) và 28 ngày tuổi (b2).
Bảo dưỡng ở 700C trong 8h, 1 ngày tuổi (c1) và 28 ngày tuổi (c2). Bảo dưỡng ở
700C trong 12h, 1 ngày tuổi (d1) và 28 ngày tuổi (d2). ............................................60

SVTH: Nguyễn Đình Đức

9


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 2: Các thành phần khống chính của clinker xi măng Portland ..................15
Bảng 2. 1. Thành phần hóa học của xi măng PCB50 nghiên cứu .............................35
Bảng 2. 2.Các tính chất cơ lý của xi măng PCB50 nghiên cứu. ...............................36
Bảng 3. 1.Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng ở 50°C ở các thời điểm bảo dưỡng từ
0h đến 24h và thời gian bảo dưỡng là 3 ngày. ..........................................................44
Bảng 3. 2.Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng ở 70°C ở các thời điểm bảo dưỡng từ
0h đến 24h và thời gian bảo dưỡng là 3 ngày. ..........................................................45
Bảng 3. 3Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng ở 90°C ở các thời điểm bảo dưỡng từ
0h đến 24h và thời gian bảo dưỡng là 3 ngày. ..........................................................50

SVTH: Nguyễn Đình Đức

10


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
PHẦN MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài:
Khi đất nước ta đang trên đà hội nhập và trong q trình cơng nghiệp hóa
hiện đại hóa đất nước thì 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 xi măng ,bê tông và
rút ngắn thời gian thi công bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn cũng rất quan trọng.
Ngoài ra ở các nhiệt độ bảo dưỡng khác nhau thì sự hidrat hóa và phát triển cường
độ của xi măng cũng khác nhau.
Để rút ngắn thời gian thi công các cơng trình xây dựng đã có rất nhiều
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 rút ngắn thời gian thi cơng
cho các cơng trình xây dựng. Một trong những giải pháp thành công nhất là sử dụng

các cấu kiện bê tông đúc sẵn. Mặt khác để giảm diện tích bãi chữa và tăng năng suất
sản xuất các cấu kiện bê tơng đúc sẵn thì địi hỏi các cấu kiện bê tông phải được
tháo khuôn nhanh và đạt mác nhanh đáp ứng được u cầu của cơng trình. Để giải
quyết vấn đề này người ta thường dùng biện pháp dưỡng hộ ở nhiệt độ cao.
Với những ưu việt trên em chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt
độ bảo dưỡng tới một số tính chất cơ lý của xi măng FiCO”. Là một đề tài nghiên
cứu mang tính ứng dụng có ý nghĩa thiết thực đối với nhà máy để từ đó có thể đưa
ra các khuyễn cáo hay tư vấn cho khách hàng sử dụng xi măng FiCo. Với thời
lượng và điều kiện phịng thí nghiệm có hạn, đề tài đã lựa chọn các mức nhiệt độ để
nghiên cứu là 50°C, 70°C và 90°C.
2. Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng , thời điểm bảo dưỡng và thời
gian bảo dưỡng đến sự phát triển cường độ của xi măng để từ đó tìm ra được
khoảng nhiệt độ và thời gian bảo dưỡng thích hợp cho cường độ tốt nhất theo yêu
cầu thực tiễn.

SVTH: Nguyễn Đình Đức

11


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
3. Ý nghĩa thực tế của đề tài:
Kết quả của đề tài sẽ có ý nghĩa lớn đối với Nhà máy xi măng Tây Ninh để
từ đó có thể đưa ra các khuyễn cáo hay tư vấn cho khách hàng khi sử dụng xi măng
FiCo Tây Ninh làm các cấu kiện bê tông đúc sẵn.
4. Đối tượng nghiên cứu:
Đề tài định hướng nghiên cứu trên cơ sở xi măng PCB50 của nhà máy xi
măng Tây Ninh và mẫu đối chứng được bảo dưỡng ở nhiệt độ 27°C theo tiêu chuẩn
Việt Nam TCVN 6016-2011.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng, thời điểm bảo dưỡng và
thời gian bảo dưỡng tới sự phát triển cường độ của xi măng FICO ở nhiệt độ 50°C.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng, thời điểm bảo dưỡng và
thời gian bảo dưỡng tới sự phát triển cường độ của xi măng FICO ở nhiệt độ 70°C.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo dưỡng, thời điểm bảo dưỡng và
thời gian bảo dưỡng tới sự phát triển cường độ của xi măng FICO ở nhiệt độ 90°C.
5. Phạm vi nghiên cứu:
Để đạt được mục tiêu mà đề tài đã đặt ra, nội dung nghiên cứu cần triển khai
theo những bước sau:
+ Tập hợp các tài liệu có liên quan đến đề tài, nghiên cứu tài liệu để định
hướng thực nghiệm và vận dụng vào giải thích các kết quả đạt được.

+ Khảo sát trong khoảng nhiệt độ 27°C -90°C
+ Thời gian bảo dưỡng 0 – 3 ngày
+ Thời điểm bảo dưỡng 0 giờ – 24 giờ
6. Phương pháp nghiên cứu:
Các nguyên liệu nghiên cứu, quy trình và thiết bị thử nghiệm là ổn định và
thống nhất trong suốt quá trình thực hiện nhằm hạn chế tối đa các sai số.
+ Xác định cường độ theo TCVN 6016:2011
+ Chụp ảnh SEM để xác định cấu trúc
+ phân tích nhiệt TG/ DSC…
+ Kiểm tra độ hút nước để xác định độ rỗng , xốp.
SVTH: Nguyễn Đình Đức

12


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
Bằng phương pháp so sánh các giá trị đạt được giữa mẫu bảo dưỡng ở các
nhiệt độ khác nhau, thời điểm khác nhau và thời gian khác nhau với mẫu đối chứng
sẽ chọn ra được khoảng nhiệt độ bảo dưỡng thời điểm bảo dưỡng và thời gian bảo
dưỡng để đạt được cường độ của xi măng theo yêu cầu của thực tiễn.

SVTH: Nguyễn Đình Đức

13


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về xi măng Portland:
1.1.1 Xi măng Portland:

Xi măng Portland là chất kết dính thủy, được chế tạo bằng cách nghiền mịn
clinker xi măng Portland với một lượng thạch cao cần thiết. Trong q trình nghiền
có thể sử dụng phụ gia công nghệ nhưng không quá 1% so với khối lượng clinker
[1, 2]
Thạch cao là vật liệu đá thiên nhiên hoặc nhân tạo có chứa khống
CaSO4.2H2O, được sử dụng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của xi
măng[1]
Phụ gia cơng nghệ gồm các chất cải thiện q trình nghiền, vận chuyển, đóng
bao và / hoặc bảo quản xi măng nhưng khơng làm ảnh hưởng xấu tới tính chất của
xi măng, vữa và bê tông[1] .
Xi măng Portland gồm các mác PC30, PC40, PC50, trong đó PC là ký hiệu
quy ước cho xi măng Portland, còn các trị số 30, 40, 50 là cường độ nén tối thiểu
của mẫu vữa chuẩn sau 28 ngày đóng rắn, tính bằng MPa[1]
1.1.2 Xi măng Portland hỗn hợp:
Xi măng Portland hỗn hợp thông dụng là chất kết dính thủy, được chế tạo
bằng cách nghiền mịn clinker xi măng Portland với một lượng thạch cao cần thiết
và các phụ gia khống, có thể sử dụng phụ gia cơng nghệ (nếu cần) trong q trình
nghiền hoặc bằng cách trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng
Portland [3].
Clinker xi măng Portland dùng để sản xuất xi măng Portland hỗn hợp có hàm
lượng magie oxit (MgO) khơng lớn hơn 5%.
Phụ gia khống để sản xuất xi măng Portland hỗn hợp phải thỏa mãn các yêu
cầu của TCVN 6882:2001 và quy chuẩn sử dụng phụ gia trong sản xuất xi măng.
Phụ gia công nghệ gồm các chất cải thiện quá trình nghiền, vận chuyển, đóng
bao và / hoặc bảo quản xi măng nhưng khơng làm ảnh hưởng xấu tới tính chất của

SVTH: Nguyễn Đình Đức

14

CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
xi măng, vữa và bê tông, hàm lượng phụ gia công nghệ trong xi măng khơng lớn
hơn 1%.
Tổng lượng phụ gia khống (khơng kể thạch cao) trong xi măng Portland
hỗn hợp, tính theo khối lượng xi măng, khơng lớn hơn 40%, trong đó phụ gia đầy
không quá 20%.
Xi măng Portland hỗn hợp bao gồm ba loại cơ bản là PCB30, PCB40,
PCB50, trong đó PCB là ký hiệu quy ước cho xi măng Portland hỗn hợp, các trị số
30, 40, 50 là cường độ nén tối thiểu của mẫu vữa chuẩn sau 28 ngày đóng rắn, tính
bằng MPa.
1.2 Nguyên liệu chủ yếu dùng sản xuất xi măng Portland:
1.2.1 Clinker xi măng Portland:
Clinker xi măng Portland không phải là sản phẩm đồng nhất, mà là tập hợp
của nhiều khống khác nhau, bao gồm các khống chính sau: Alite, Belite, Celite,
Aluminat, hợp chất trung gian, ngồi ra cịn một hàm lượng nhỏ các khoáng khác
Bảng 1. 1: Các thành phần khống chính của clinker xi măng Portland
Tên khống tinh khiết

Cơng thức phân tử

Viết tắt

Tên khống
trong clinker

Tricalcium silicat

3CaO.SiO2

C3S

Alite

Dicalcium silicat

2CaO.SiO2

C2S

Belite

Tricalcium aluminat

3CaO.Al2O3

C3A

Aluminat

Alumoferitcalci

3CaO.pAl2O3(1-p)Fe2O3

C4AF

Alumoferit

* Alite [4]:
Alite là hỗn hợp nhiều khoáng, mà khoáng chủ yếu là 3CaO.SiO2 (C3S),

ngồi ra trong Alite cịn chứa khoảng 4% 3CaO. Al2O3 (C3A) và một lượng nhỏ
MgO; chúng tạo thành dung dịch rắn. Cấu trúc mạng lưới tinh thể của Alite có thể
thay đổi khi Al2O3 được thay thế bằng Fe2O3 và MgO bằng FeO.

SVTH: Nguyễn Đình Đức

15


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
Alite là khoáng quan trọng nhất trong clinker xi măng Portland, thường
chiếm từ 45 ÷ 60%. Xi măng Portland chứa hàm lượng Alite cao, nên rắn nhanh và
cho cường độ cao, đồng thời khi đóng rắn tỏa nhiệt lớn và ít co thể tích.
Dưới kính hiển vi C3S tinh khiết có dạng tinh thể hình lục giác đều (hình 1.1
A) và cấu trúc dung dịch rắn của Alite được thể hiện ở hình1.1B.

Hình 1. 1.Khống Alite [5]
* Belite [4]:
Thành phần khoáng chủ yếu là silicat dicanxit: 2CaO.SiO2 (C2S). Hàm lượng
belit trong clinker xi măng Portland chiềm từ 20÷30%. Belit tồn tại dưới 5 dạng thù
hình: α – C2S, α’L – C2S, α ‘H – C2S, β – C2S, γ – C2S. Các dạng thù hình khác nhau
ở cấu trúc mạng tinh thể do đó khác nhau về tính chất. Trong đó β – C2S là dạng giả
ổn định trong clinker xi măng Portland.
Belit chủ yếu là β – C2S là khoáng quan trọng thứ hai trong clinker xi măng
Portland. Belit đóng rắn tương đối chậm, cho cường độ ban đầu không cao nhưng
về sau phát triển cường độ tốt. Sản phẩm đóng rắn của β – C2S bền vững trong mơi
trường nước và nước khống.
Khống Belite có hình dạng trịn và cấu trúc dung dịch rắn của belite được
thể hiện ở hình 1.2.

SVTH: Nguyễn Đình Đức

16


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

Hình 1. 2: Khống Belite [5]
* Celite: 2CaO.pAl2O3.(1-p)Fe2O3 (alumoferitcalci) [4]:
Theo nghiên cứu của Browmillerit, celit có thành phần gần giống C4AF
(4CaO.Al2O3.Fe2O3). Thực tế nó là dung dịch rắn của hỗn hơp tinh thể của các
khoáng alumoferitcalci C6A2F–C4AF–C6AF2 và có dạng cơng thực chung C2AxF1-x
(trong đó x < 0,7). Ngoài ra trong dung dịch rắn của nó cịn chứa một phần C3A và
những thành phần khống khác như C2F, MgO.
Trong clinker xi măng Portland xem celite tồn tại dưới dạng C4AF và chiếm
từ 10 ÷ 18%. Celite là khống đóng rắn cho cường độ tương đối thấp, nhưng sản
phẩm đóng rắn trong mơi trường nước và mơi trường ăn mịn sulfat. Celite là
khống nặng nhất γ = 3,77 g/cm3.
* Khoáng aluminat - tricalci 3CaO.Al2O3 (C3A) [4]:
Trong clinker xi măng Portland aluminat - tricalci tồn tại chủ yếu dưới dạng
C3A (3CaO. Al2O3), ngoài ra dưới những điều kiện nhất định (nghèo CaO) nó cũng
có thể dưới dạng C12A7 (12CaO.7Al2O3). Trong dung dịch rắn của C3A cũng có thể
chứa 2,5%MgO.
Aluminat - tricalci chiếm 7 – 15% trong clinker xi măng Portland, là khống
có tính chất kết dính, dạng tinh thể lập phương, đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt và
là khống khơng bền trong mơi trường nước khống (biển).

SVTH: Nguyễn Đình Đức

17

CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

Hình 1. 3 Khống C3A và C4AF [6]
Hình 1.3 mơ tả mẫu clinker được mài nhẵn và chụp bằng kính hiển vi quan
sát thấy được các pha xen kẽ, tỷ lệ cao nhôm sẽ sản xuất ra khống C3A (được đánh
bóng sang màu xám) nhiều hơn C4AF, khống C4AF phản quang tốt hơn nên nhìn
thấy màu trắng.
* Chất trung gian (chất đệm) [4]:
Chất trung gian nằm xen kẽ giữa các tinh thể Alite và Belite, thành phần chủ
yếu là các khoáng aluminatcalci, alumoferitcalci và pha thủy tinh. Các khoáng này
khi nung ở nhiệt độ cao tạo thành pha lỏng của clinker. Pha lỏng chiếm 15 ÷ 25%,
thành phần pha lỏng phụ thuộc tốc độ làm lạnh, độ nhớt pha lỏng và tỷ lệ các cấu
tử. Trong pha lỏng có sự hịa tan kiềm, Al2O3, Fe2O3 và MgO.
* Các khoáng chứa kiềm [4]:
Trong clinker xi măng Portland các khoáng chứa kiềm tồn tại dưới dạng
KC23S12 (K2O.23CaO.12SiO2) và NaC8A3 (Na2O.8CaO.3Al2O3). Khống KC23S12
chính là sản phẩm thay thế của C2S; trong đó cứ 12 phân tử C2S thì 1 phân tử CaO
thay thế bằng 1 phân tử K2O. Cịn khống NaC8A3, trong đó cứ 3 phân tử C3A, thì 1
phân tử CaO thay thế bằng 1 phân tử Na2O.

SVTH: Nguyễn Đình Đức

18


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
Trong clinker xi măng Portland các khoáng chứa kiềm chứa một hàm lượng
rất nhỏ, tuy nhiên là những khống khơng có lợi vì làm cho q trình đóng rắn cùa

xi măng Portland khơng ổn định, có thể gây nên trương nở thể tích của sản phẩm.
* Các oxit tự do (CaOtự do, MgOtự do):
CaOtự do trong clinker xi măng Portland thường tồn tại một lượng nhỏ hơn
1%. CaOtự do được tạo thành hoặc là do trong q trình nung nó khơng liên kết hồn
tồn với các oxit khác, hoặc là do trong quá trình làm lạnh có sự phân hủy một phần
của khống Alite hoặc khoỏng C3A (kớch thc tinh th l 1ữ5 àm). Nu hàm lượng
CaOtự do cao, trong q trình đóng rắn do khả năng hydrat hóa chậm (khi hydrat hóa
tạo thành Ca(OH)2 – tăng thể tích lớn) khơng đồng thời với các khống khác, gây
giản nở thể tích, dẫn đến phá hủy cấu trúc đá xi măng Portland [4].
MgOtự do luôn tồn tại dạng Periklaz, ngồi ra MgOtự do cịn nằm trong dung
dịch rắn với các khoáng clinker hoặc tồn tại trong pha thủy tinh. MgO ở dạng periklaz tồn tại trong clinker xi măng Portland với hàm lượng lớn (>3%) hydrat hóa rất
chậm (chậm hơn cả CaOtự do); trong q trình đóng rắn của xi măng Portland sẽ gây
giãn nở thể tích lớn dẫn đến phá hủy cấu trúc đá xi măng Portland. Tuy nhiên, nếu
ổn định được MgO trong clinker xi măng Portland có thể nâng hàm lượng MgO >
20%. Loại xi măng này gọi là xi măng giàu MgO. Trong clinker xi măng Portland
giàu MgO có thể tạo thành periklaz ở dạng tinh thể. Tốc độ làm lạnh của clinker có
ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo thành vào kích thước của tinh thể periklaz [4]
* Các pha khác [4]:
Nếu như trong hỗn hợp phối liệu đất sét có chứa các muối sunfat hay sunfit,
hoặc trong nhiên liệu có các hợp chất chứa lưu huỳnh S, trong quá trình nung luyện
clinker sẽ có sự tạo thành SO2, SO2 sẽ phản ứng với kiềm Alkali và O2 của khí lị
tạo thành K2SO4 trong clinker xi măng Portland
1.2.2 Thạch cao:
Thạch cao có cơng thức hóa CaSO4.2H2O dạng tự nhiên có màu trắng, khi
lẫn tạp chất có màu xám hơi đen, khối lượng thể tích 2.3 tấn/m3. Đá thạch cao mềm,

SVTH: Nguyễn Đình Đức

19

CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
dễ nghiền. Ở nhiệt độ từ 450C trở lên có phản ứng tách nước, lên tới 120 ÷ 1400C
thạch cao tách hồn tồn nước để trở thành dạng khan theo phản ứng [7]:
CaSO4.2H2O

140 C
120
−
→ CaSO4
0

+ 2H2O

Thạch cao chiếm khoảng (3÷5%) khối lượng xi măng Portland, là phụ gia
làm giảm tốc độ đóng rắn khơng thể thiếu trong công nghệ sản xuất xi măng
Portland. Thạch cao hòa tan trong nước, kết hợp với các aluminat trong dung dịch
từ khống C3A tạo hợp chất hydro–sunfo–aluminat 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O
khó hịa tan làm chậm q trình đóng rắn của xi măng Portland, nên lượng thạch
cao dùng làm phụ gia (3÷5%) chủ yếu phụ thuộc hàm lượng khống C3A. Ngồi ra,
etringhit kết tinh dạng sợi, có thể tích lớn chèn lắp lỗ trống của đá xi măng nên
thạch cao cịn có tác dụng tăng độ bền cơ, chống thấm và dãn nở cho xi măng.
1.2.3 Puzolan:
Thường xuất hiện trong các tầng trầm tích dưới dạng đá bọt, sét, đá phiến sét,
tro, túp núi lửa. Puzolan được xem là một loại vật liệu có chứa SiO2 khơng kết tinh
hoặc hỗn hợp SiO2 và Al2O3. Puzolan hầu như khơng có khả năng tự rắn chắc,
nhưng trong điều kiện ẩm với sự có mặt của Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường thì Puzolan
có khả năng phản ứng để tạo hợp chất mới [7].
Khi pha Puzolan vào xi măng Portland, thành phần Ca(OH)2 giải phóng từ
q trình thủy hóa xi măng sẽ phản ứng với phần hoạt tính trong Puzolan góp phần

nâng cao cường độ bê tơng.
Các Puzolan tự nhiên thường phải được nghiền mịn trước khi sử dụng, một
số loại phải được kích hoạt trước khi sử dụng để tạo thành trạng thái không kết tinh
bằng cách nung ở nhiệt độ 6500C – 9800C [8]
1.2.4 Đá vơi:
Đá vơi có cơng thức hóa học là CaCO3. Ba dạng thù hình chính của đá vơi là
canxit, aragonhit và vaterit. Các dạng thù hình này có độ cứng khác nhau, trong đó
aragonhit là dạng cứng nhất. Đá vơi ngun chất có màu trắng (đá phấn), khi lẫn tạp
chất thì nó bị biến màu. Tạp chất gây màu chủ yếu là oxit sắt, làm đá có màu xám,
hồng [7].

SVTH: Nguyễn Đình Đức

20


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
Một thời gian dài phụ gia đá vôi mịn chỉ được xem như là một loại phụ gia
đầy. Tuy nhiên với những nghiên cứu gần đây đã cho thấy rằng canxit cũng có phản
ứng với các cấu tử của xi măng và đóng vai trị của một phụ gia hoạt tính [8].
1.3 Q trình hidrat hóa và đóng rắn của xi măng pooclăng:
1.3.1 Những phản ứng hóa học khi trộn xi măng với nước:
- Quá trình đóng rắn là q trình phản ứng xảy ra trên các bề mặt phân pha
R – L – R cụ thể là trên bề mặt hạt xi măng và pha lỏng.

Hình 1. 4.Sự phân bố các hạt và pha trong vữa xi măng.
- Q trình đóng rắn của xi măng pooc lăng chia làm 3 giai đoạn.( hình 2)

SVTH: Nguyễn Đình Đức

21


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

Hình 1. 5 Sơ đồ q trình đóng rắn của xi măng pooc lăng
 Giai đoạn hòa tan.
Khi nhào trộn xi măng với nước, xảy ra phản ứng thủy hóa của C3S, C2S với
nước tạo ra các sản phẩm hydrosilicat canxi và hydroxit canxi.
 2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
 2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

SVTH: Nguyễn Đình Đức

22


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

Hình 1. 6 Hydrosilicat canxi
• Pha chứa alumo chủ yếu trong xi măng là aluminat tricanxi 3CaO.Al2O3 (đây
là pha hoạt động nhất ). Ngay sau khi trộn với nước, trên bề mặt các hạt xi
măng đã có lớp sản phẩm xốp, khơng bền có tinh thể dạng tấm mỏng lục giác
của 4CaO.Al2O3.9H2O và 2CaO.Al2O3.8H2O. Cấu trúc dạng tơi xốp này làm
độ bền nước của xi măng.
• Dạng ổn định của nó là hydroaluminat 6 nước có tinh thể hình lập phương
được tạo thành từ phản ứng:
 3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O
• Những sản phẩm Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sẽ tan ra nhưng độ tan của nó
khơng lớn và lượng nước có hạn nên dung dịch quá bão hịa

SVTH: Nguyễn Đình Đức

23


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

Hình 1. 7 các hạt xi măng hồn tồn ngậm nước.
 giai đoạn hóa keo

Hình 1. 8 Khống etringit

SVTH: Nguyễn Đình Đức

24


CBHD: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
• Trong dung dịch quá bão hịa , các sản phẩm Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sẽ
khơng tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo còn các sản phẩm etringit , C-S-H
vốn không tan nên tồn tại ở thể keo phân tán.
• Sunfat canxi sẽ đóng vai trị là chất hoạt động hóa học của xi măng, tác dung
với aluminat tricanxi ngay từ đầu để tạo thành Sunfoaluminat canxi ngậm
nước ( khoáng etringit )
 3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
 Giai đoạn kết tinh.
• Đến giai đoạn kết tinh, nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi các sản
phẩm mới ngày càng nhiều. Tỷ lệ rắn/ lỏng ngày một tăng , hỗn hợp mất dần
tính dẻo , các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo,

chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho cả hệ
thống hóa cứng và cường độ tăng.
• Etringit tác dụng với lượng 3CaO.Al2O3 để tạo ra muối kép sunfat:
 2(3CaO.Al2O3) + 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O + 22 H2O =
3(3CaO.Al2O3.3CaSO4.18H2O )
• Feroaluminat tetracanxi tác dụng với nước tạo thành hydrooaluminat và
hydrofetit canxi.
 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O
• Hydroferit nằm lại trong thành phần của gel xi măng, còn hydroaluminat sẽ
tác dụng với đá thạch cao.
 Như vậy q trình đóng rắn của xi măng pooc lăng thực chất là quá trình
phản ứng hydrat hóa của các khống silicat canxi. Trong phản ứng có sự
tham gia của H2O.
1.3.2 các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hydrat hóa, đóng rắn và phát triển
cường độ của xi măng pooclăng[9]:
1.3.2.1 Tác động của thành phần khống có trong xi măng:
Thành phần khống của xi măng và tỷ lệ của chúng là những yếu tố chính ảnh
hưởng đến đơng kết và đóng rắn xi măng. Như đã đề cập ở trên, các thành phần
SVTH: Nguyễn Đình Đức

25