Nghiên cứu chế tạo xi măng poóc lăng hỗn hợp bền sun phát trên cơ sở clanker xi măng fico và xỉ lò cao

..

NGUYỄN THỊ KÝ

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

KỸ THUẬT HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SILICAT

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XI MĂNG POÓC LĂNG HỖN HỢP BỀN
SUN PHÁT TRÊN CƠ SỞ CLANKER XI MĂNG FICO VÀ XỈ LÒ
CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật Hóa học - Cơng nghệ Vật liệu Silicat

FICO 2015B

Hà Nội - Năm 2017


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

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

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XI MĂNG POÓC LĂNG HỖN HỢP BỀN SUN

PHÁT TRÊN CƠ SỞ CLANKER XI MĂNG FICO VÀ XỈ LỊ CAO

Chun ngành: Kỹ thuật Hóa học - Công nghệ Vật liệu Silicat

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS TẠ NGỌC DŨNG

Hà Nội - Năm 2017


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Nguyễn Thị Ký hiện đang thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu
chế tạo Xi măng poóc lăng hỗn hợp bền sun phát trên cơ sở Clanhke xi măng FICO
và xỉ lị cao” có các số liệu do tôi thực hiện và các tài liệu sử dụng trong tài liệu
trích dẫn từ các nguồn chính thức.
Tơi xin cam đoan các tính chính xác các tài liệu của nguồn trích dẫn và các số
liệu thực hiện do tơi cung cấp!

HV: Nguyễn Thị Ký

1


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng
LỜI CẢM ƠN

Tơi xin cảm ơn Q Thầy Cơ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình
truyền dạy các kiến thức bổ ích cho tơi trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, tôi xin
cảm ơn Thầy PGS. Tạ Ngọc Dũng đã tận tình chỉ dẫn nghiên cứu cũng như cảm
ơn Các thầy cơ phản biện đã giúp em hồn thiện thêm phần kiến thức cũng như các
phần nghiên cứu của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Cơng ty Cổ Phần Xi Măng FICO
Tây Ninh đã tạo điều kiện cho tơi được tham dự khóa học Thạc sĩ Kỹ thuật và cũng
như tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian cũng như các trang thiết bị trong suốt
q trình nghiên cứu. Đồng thời, tơi cũng xin cảm ơn các anh chị em đồng nghiệp
đã giúp đỡ, hỗ trợ tơi trong suốt q trình nghiên cứu.
Một lần nữa tôi xin cảm ơn Các thầy cô Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
cùng PGS. Tạ Ngọc Dũng, Ban lãnh đạo của Công ty Cổ Phần Xi măng FICO Tây
Ninh, các anh chị em đồng nghiệp,…. Xin Kính chúc Các thầy cơ cùng thầy Tạ
Ngọc Dũng, Tồn thể Ban Lãnh Đạo Công ty Cổ Phần Xi măng FICO, các anh chị
em đồng nghiệp luôn thành công và hạnh phúc!
Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù tơi đã nỗ lực hết mình nhưng
khơng thể tránh khỏi những thiếu sót do sự hạn chế về kiến thức. Vì vậy, tơi rất
mong được sự đóng góp ý kiến của Các thầy cô, cũng như của các bạn để luận văn
của tôi có thể hồn thiện hơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2017
Sinh viên

NGUYỄN THỊ KÝ

HV: Nguyễn Thị Ký

2


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... 6
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. 7
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... 8
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 9
1. Lý do chọn đề tài: ................................................................................................... 9
2. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................. 9
3. Ý nghĩa thực tế của đề tài ....................................................................................... 9
4. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................. 9
5. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 10
6. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................... 12
1.1. Khái niệm về xi măng, xỉ lò cao: ...................................................................... 12
1.1.1 Khái niệm về Xi măng: ................................................................................... 12
1.1.2 Xỉ lị cao .......................................................................................................... 15
1.2. Q trình đóng rắn xi măng, ăn mịn bê tơng xi măng và biện pháp chống ăn
mịn bê tơng .............................................................................................................. 18
1.2.1 Lý thuyết q trình đóng rắn ........................................................................... 18
1.2.2 Q trình đóng rắn xi măng ............................................................................ 19
1.2.3. Cơ chế ăn mòn đá xi măng ............................................................................. 21
1.2.3.1. Ăn mòn dạng hòa tan .................................................................................. 22

1.2.3.2 Ăn mịn axít: ................................................................................................. 22
1.2.3.3. Ăn mịn muối khống hàm lượng sun phát cao: ......................................... 23
1.3. Các biện pháp nâng cao khả năng chống ăn mòn sun phát cho bê tơng xi
măng pc lăng: ....................................................................................................... 23

HV: Nguyễn Thị Ký

3


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

1.3.1. Các giải pháp công nghệ nâng cao độ bền sun phát cho xi măng poóc lăng: 23
1.3.2. Các biện pháp chống ăn mịn sun phát cho bê tơng ....................................... 24
1.4. Xi măng poóc lăng hỗn hợp, xi măng bền sun phát, xi măng hỗn hợp poóc
lăng bền sun phát:..................................................................................................... 25
1.4.1. Xi măng poóc lăng hỗn hợp, xi măng bền sun phát , xi măng poóc lăng
hỗn hợp bền sun phát ............................................................................................... 25
1.4.2. Các chỉ tiêu quan trọng đối với xi măng poóc lăng hỗn hợp bền sun phát ... 26
1.5. Các cơng trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngồi nước về xi măng
sử dụng xỉ lị cao: ..................................................................................................... 27
1.5.1. Nghiên cứu trong nước: ................................................................................. 27
1.5.2. Những kết quả nghiên cứu liên quan đến đề tài đã thực hiện trên thế giới: .. 28
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 29
2.1 Nguyên vật liệu: ............................................................................................... 29
2.1.1 Clanhke xi măng FICO: .................................................................................. 29
2.1.2. Thạch cao Thái Lan:....................................................................................... 31
2.1.3. Xỉ Nhật Bản.................................................................................................... 31

2.2. Cơ sở lựa chọn phương pháp và nội dung nghiên cứu: .................................... 32
2.2.1. Các phương pháp nghiên cứu:........................................................................ 32
2.2.2. Các phương pháp phân tích áp dụng: ............................................................. 33
2.2.2.1. Xác định thành phần khoáng:...................................................................... 33
2.2.2.2. Xác định các tính chất cơ lý: ....................................................................... 34
2.3. Nội dung nghiên cứu: ........................................................................................ 38
2.3.1. Q trình nghiên cứu tại Cơng ty Cổ phần Xi măng FiCO Tây Ninh ........... 38
2.3.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu: ................................................................................. 38
2.3.1.2. Sơ đồ khối thử nghiệm ................................................................................ 39

HV: Nguyễn Thị Ký

4


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................ 42
3.1. Ảnh hưởng của độ mịn và hàm lượng xỉ ( khi thay thế dần clanhke) tới độ
mịn xi măng, nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết của xi măng: ......................... 42
3.2. Ảnh hưởng của độ mịn và hàm lượng xỉ (thay thế dần clanhke) tới cường độ
nén: ........................................................................................................................... 44
3.3. Ảnh hưởng của độ mịn và hàm lượng xỉ (thay thế dần clanhke) tới độ bền
sun phát: ................................................................................................................... 46
3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ (khi thay thế dần OPC) tới cường độ xi măng:. 48
3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ (khi thay thế dần OPC) tới độ bền sun phát
của xi măng poóc lăng hỗn hợp bền sun phát .......................................................... 49
3.5. Nhận xét chung: ................................................................................................ 51

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 53

HV: Nguyễn Thị Ký

5


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Nước tiêu chuẩn ............................................................................................ NTC
Thời gian bắt đầu đông kết ................................................................. TGBĐĐK
Thời gian kết thúc đông kết ................................................................. TGKTĐK
Thời gian đơng kết ..................................................................................... TGĐK
Xi măng pc lăng ........................................................................................XMP
Clanhke ......................................................................................................... CLK
Xỉ Nhật Bản, Xỉ thí nghiệm ………...…………………………………….. ….X

HV: Nguyễn Thị Ký

6


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Qui định QCVN16 -1:2011/BXD .......................................................26
Bảng 2. 1: Màu sắc, thành phần hạt .....................................................................29
Bảng 2. 2: Thành phần hóa học của Clanhke Tây Ninh ......................................29
Bảng 2. 3: Các thành phần khoáng và các hệ số của mẫu clanhke Tây Ninh ......29
Bảng 2. 4: Các tính chất cơ lý của mẫu OPC .......................................................30
Bảng 2. 5: Thành phần hóa của mẫu Thạch cao Thái lan ...................................31
Bảng 2. 6: Màu sắc, thành phần hạt .....................................................................32
Bảng 2. 7: Thành phần hóa học (%) của xỉ Nhật Bản.........................................32
Bảng 2. 8: Các tính chất cơ lý của xỉ Nhật Bản ..................................................32
Bảng 3. 1: Kết quả ảnh hưởng của độ mịn và hàm lượng xỉ tới độ mịn, nước tiêu
chuẩn và thời gian đông kết của xi măng .............................................................42
Bảng 3. 2: Các tính chất cơ lý của xỉ Nhật Bản kết quả ảnh hưởng của độ mịn và
hàm lượng xỉ (thay thế dần clanhke) đến cường độ nén ......................................44
Bảng 3. 3: Kết quả ảnh hưởng của độ mịn xỉ và hàm lượng xỉ (thay thế dần
clanhke) đến độ bền sun phát: ..............................................................................46
Bảng 3. 4: Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia xỉ lò cao đến cường độ ..48
Bảng 3. 5: Kết quả mẫu A ....................................................................................49

HV: Nguyễn Thị Ký

7


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1: Hình chụp XRD xỉ Nhật Bản ..............................................................31

Hình 2. 2: Hình chụp SEM xỉ sau khi nghiền mịn bằng máy nghiền bi ..............31
Hình 2. 3: Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử qt (SEM)[15] .........34
Hình 2. 4: Thiết bị thử nghiệm bền sun phát 600C ..............................................35
Hình 2. 5: : Thứ tự 4 vịng đầm vữa trong một ngăn của khn..........................36
Hình 2. 6: Sơ đồ nghiên cứu nghiền riêng từng cấu tử (xỉ thay thế dần clanhke)
..............................................................................................................................39
Hình 2. 7: Sơ đồ nghiên cứu nghiền mẫu OPC và riêng xỉ (xỉ thay thế dần OPC)
..............................................................................................................................40
Hình 2. 8: Hình ảnh một số thử nghiệm trong quá trình nghiên cứu ...................41
Hình 3. 1: Kết quả ảnh hưởng của độ mịn và hàm lượng xỉ đến lượng nước tiêu
chuẩn: (a) Nước tiêu chuẩn,%; (b) Thời gian bắt đầu đông kết, (phút); (c) Thời
gian kết thúc đơng kết, (phút). .............................................................................43
Hình 3. 2: Kết quả ảnh hưởng của độ mịn và hàm lượng xỉ đến cường độ nén ..45
Hình 3. 3: Kết quả ảnh hưởng của độ mịn và hàm lượng xỉ (thay thế dần
clanhke) đến độ bền sun phát ...............................................................................47
Hình 3. 4: Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng xỉ lò cao đến cường độ xi măng A
..............................................................................................................................48
Hình 3. 5: Kết quả độ bền sun phát 6 tháng của mẫu A.......................................49
Hình 3. 6: Chụp SEM Mẫu A0, A1, A4, A7 ở tuổi 6 tháng 27oC (Độ phóng đại
8.000 lần)..............................................................................................................50

HV: Nguyễn Thị Ký

8


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng
PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài:
Việt Nam có chiều dài đường biển 3.260 km khơng kể các đảo. Cùng q
trình hiện đại hóa đất nước, các cơng trình xây dựng mọc lên ngày càng nhiều thì
vấn đề quá trình xâm nhập mặn gây rút ngắn tuổi thọ ở các công trình xây dựng là
mối nguy rất lớn. Vì vậy, nhu cầu xây dựng các cơng trình bền chắc cần sử dụng
loại chất kết dính chuyên dụng như xi măng bền sun phát, xi măng poóc lăng hỗn
hợp bền sun phát,… là rất bức thiết.
Loại xi măng có đặc tính cải thiện được độ bền của bê tông những nơi bị
xâm thực sun phát như có sự xâm nhập mặn, ở khu vực bờ biển của xi măng Poóc
lăng hỗn hợp bền sun phát là nguyên nhân tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo xi
măng Poóc lăng hỗn hợp bền sun phát trên cơ sở Clanhke FiCO và xỉ lò cao”.
2. Mục đích nghiên cứu
Trên cơ sở Clanhke Xi măng FiCO, thạch cao tự nhiên và phụ gia xỉ lò cao
Nhật Bản chế tạo Xi măng poóc lăng hỗn hợp bền Sun phát.
3. Ý nghĩa thực tế của đề tài
Kết quả của đề tài sẽ có ý nghĩa lớn đối với Công ty CP Xi măng FiCO Tây
Ninh trong việc có thể sản xuất Xi măng poóc lăng Hỗn hợp bền Sun phát từ nguồn
clanhke sẵn có tại Cơng ty, góp phần đa dạng hóa sản phẩm cũng như đưa ra thị
trường chủng loại Xi măng Poóc lăng Hỗn hợp bền sun phát giúp người tiêu dùng
có thêm nhiều lựa chọn theo nhu cầu ngày càng cao.
4. Đối tượng nghiên cứu
Định hướng nghiên cứu đề tài dựa trên cơ sở sản xuất Clanhke xi măng
FiCO, thạch cao tự nhiên Thái Lan và chọn Xỉ lò cao Nhật Bản để nghiên cứu chế
tạo xi măng Poóc lăng hỗn hợp bền sun phát. Đối tượng nghiên cứu cụ thể bao gồm:
- Ảnh hưởng của độ mịn của xỉ lò cao đến cường độ xi măng Poóc lăng hỗn
hợp bền sun phát
HV: Nguyễn Thị Ký

9

Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

- Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ lò cao đến cường độ xi măng Poóc lăng hỗn
hợp bền sun phát
- Ảnh hưởng của độ mịn, hàm lượng xỉ lò cao đến độ bền sun phát của xi
măng PCB
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.
- Lựa chọn nguyên liệu và thiết lập bài phối liệu nghiền xi măng.
- Tìm hiểu thành phần, đặc điểm, tính chất của xỉ để lựa chọn làm đối tượng
nghiên cứu.
- Nghiền các mẫu thí nghiệm với các cách thức nghiền khác nhau.
- Phân tích tác động của đến các tính chất cơ lý của xi măng trên cơ sở của lựa
chọn các nguồn nguyên liệu đã chọn.
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.
Tiến hành các nghiên cứu cụ thể như:
- Xác định thành phần khoáng: phương pháp nhiễu xạ tia X
- Nghiên cứu vi cấu trúc của hồ: phương pháp kính hiển vi điện tử SEM
- Xác định các chỉ tiêu cơ lý của mẫu xi măng theo xác định theo các bộ tiêu
chuẩn hiện hành hay thử nghiệm thực nghiệm như sau :
+ Xác định độ mịn theo Tiêu chuẩn Việt nam TCVN4030:2003.

+ Thử độ bền nén theo Tiêu chuẩn TCVN 6016:2011.
+ Lượng nước tiêu chuẩn, thời gian ninh kết theo TCVN 6017:2015.
+ Độ nở autoclave thử theo tiêu chuẩn TCVN 8877:2011.
+ Độ nở sun phát trong nước ở tuổi 14 ngày theo TCVN 6068:2004.
+ Cường độ và độ nở thanh vữa trong dung dịch sun phát ở tuổi 6 tháng thử
HV: Nguyễn Thị Ký

10


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

theo TCVN 7713:2007.
- Phương pháp phi tiêu chuẩn: Độ nở thanh vữa trong dung dịch sun phát 6
tháng tuổi ở 600C:
Bằng phương pháp so sánh các giá trị đạt được giữa mẫu thử nghiệm so với
các yêu cầu của tiêu chuẩn qui định về Xi măng Poóc lăng Hỗn hợp bền sun phát để
đánh giá và lựa chọn các yếu tố phù hợp nhất.

HV: Nguyễn Thị Ký

11


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm về xi măng, xỉ lò cao:
1.1.1 Khái niệm về Xi măng:
Chất kết dính thủy ở dạng bột mịn, khi trộn với nước thành dạng hồ dẻo, có
khả năng đóng rắn trong khơng khí và trong nước nhờ phản ứng hóa lý, thành vật
liệu dạng đá [1].
Xi măng là một loại chất kết dính thủy lực, khi trộn nó với nước sẽ tạo hồ dẻo
có tính kết dính và đóng rắn trong mơi trường nước, mơi trường khơng khí. Hồ dẻo
trong q trình đóng rắn sẽ phát triển cường độ.
Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clanhke, thạch cao và phụ gia.
- Thành phần khoáng trong clanhke xi măng poóc lăng:
Clanhke xi măng poóc lăng có nhiều khống khác nhau trong đó có bốn
khống chính, các khống này quyết định đến tính chất của xi măng. Các thành
phần khống, phạm vi giới hạn, hình dạng và đặc điểm như sau:
+ Alite [2] là khoáng silicat quan trọng của clanhke xi măng pc lăng.
Khống Alite là hỗn hợp nhiều khoáng, mà khoáng chủ yếu là 3CaO.SiO2 (C3S gọi
là Silicat tricanxi), ngồi ra trong Alite cịn chứa khoảng 4% 3CaO. Al2O3 (C3A) và
một lượng nhỏ MgO; chúng tạo thành dung dịch rắn. Alite là khoáng quan trọng
nhất trong clanhke xi măng poóc lăng, thường chiếm từ 45 ÷ 60%. Cấu trúc mạng
lưới tinh thể của Alite có thể thay đổi khi Al2O3 được thay thế bằng Fe2O3 và MgO
bằng FeO. Alit có cấu trúc dạng tấm hình lục giác (hình 1.1), màu trắng, có khối
lượng riêng 3,15 ÷ 3,25 g/cm3, có kích thước 10 ÷ 250 µm. Xi măng Poóc lăng
chứa hàm lượng Alite cao, nên rắn nhanh và cho cường độ cao, ít co thể tích. Đồng
thời lượng Ca(OH)2 thoát ra khá nhiều nên kém bền trong môi trường nước và nước
chứa ion sun phát.

HV: Nguyễn Thị Ký

12

Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

Hình 1. 1: Hình chụp khống Alite [3]
(Khống Alite C3S có dạng tinh thể hình lục giác [3])
+ Belite [2]: Là khống chính thứ hai trong clanhke xi

măng

pc

lăng.

Thành phần khống chủ yếu là silicat dicanxi: 2CaO.SiO2 (C2S). Hàm lượng belit
trong clanhke xi măng Pc lăng 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 clanhke xi măng poóc lăng. Belit chủ yếu là β – C2S là khống 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 tròn và cấu trúc dung dịch rắn của belite
được thể hiện ở hình 1.2.

Hình 1. 2: Khống Belite [3]
+ Celite: 2CaO.pAl2O3.(1-p)Fe2O3 gọi là khoáng alumo-ferit- canxi [2]: là
dung dịch rắn gồm C8A3F, C6A2F, C4AF, chứa một phần C3A và những thành phần

HV: Nguyễn Thị Ký

13


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

khoáng khác như C2F, MgO. Và trong clanhke xi măng poóc lăng xem celite tồn tại
dưới dạng C4AF và chiếm từ 10 ÷ 18%. Celite là khống đóng rắn tương đối chậm,
cho cường độ khơng cao lắm nhưng sản phẩm đóng rắn trong mơi trường nước và
mơi trường ăn mịn sun phát. Celite là khoáng nặng nhất γ = 3,77 g/cm3.
+ Khoáng aluminat - tricanxi 3CaO.Al2O3 (C3A) [2]: thường tồn tại chủ yếu
dưới dạng C3A, ngoài ra dưới những điều kiện nhất định (nghèo CaO) nó cũng có
thể dưới dạng C12A7 (12CaO.7Al2O3). Ngồi ra, trong dung dịch rắn của C3A cũng
có thể chứa 2,5%MgO. Trong clanhke xi măng poóc lăng, Aluminat - tricanxi
chiếm 5 - 15%, là khống có tính chất kết dính, có hình dạng tinh thể lập phương,
đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt và là khống khơng bền trong mơi trường nước và
nước khống (biển).
Để đảm bảo tính chất ổn định của xi măng trong khi sử dụng, có một số thành phần
nguyên tố khác cần hạn chế với tỷ lệ nhất định:
- MgOtự do < 5 %;
- CaOtự do < 1%;
- SO3 < 3,5%...
Pha thủy tinh trong clanhke là pha lỏng rất cần thiết trong quá trình nung
luyện clanhke (làm cho khống có sự kết khối tốt hơn, nhất là thúc đẩy sự hình
thành C3S, khống quan trọng trong xi măng), khi được làm nguội nhanh, pha lỏng
sẽ chuyển thành pha thủy tinh trong clanhke. Nhờ có pha thủy tinh clanhke sẽ dễ
nghiền hơn, hoạt tính pha thủy tinh rất cao dễ hydrat hóa.
- Thành phần hóa trong clanhke xi măng pc lăng bao gồm các cấu tử chính:

- CaO: 62 – 69%,
- SiO2: 20 – 24%,
- Al2O3: 4 – 7%,
- Fe2O3: 2 – 5%.

HV: Nguyễn Thị Ký

14


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

Do nguyên liệu dùng trong cơng nghệ xi măng pc lăng là những nguyên liệu
tự nhiên, nên trong thành phần clanhke luôn có những tạp chất. Để đảm bảo tính
chất cần thiết của xi măng, các ơxít tạp chất phải nằm trong giới hạn cho phép:
- MgO ≤ 5% ,
- TiO2 ≤ 0,3 %,
- Mn2O3 ≤ 1,5 %,
- R2O ≤ 1,5 % (tính theo Na2O),
- SO3:0,1 – 1,5%,
- P2O5: 0 – 1,5%.
- 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,
dễ nghiền. Ở nhiệt độ từ 450C trở lên có phản ứng tách nước, lên tới 120 ÷ 1400C
thạch cao tách hoàn toàn nước để trở thành dạng khan theo phản ứng [4]:
140 C
CaSO4.2H2O 120

−
→ CaSO4 + 2H2O
0

Thạch cao chiếm khoảng (3÷5%) khối lượng xi măng Pc lăng, là phụ gia
làm giảm tốc độ đóng rắn khơng thể thiếu trong cơng nghệ sản xuất xi măng Pc
lăng. 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 pc lăng, 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.
1.1.2 Xỉ lò cao:[5]
Xỉ lò cao là phế liệu của ngành sản xuất gang. Vì trong quặng để sản xuất
gang có chứa nhiều tạp chất: cát, đất sét,…và người ta cho thêm đá vôi để các thành
phần này sẽ tác dụng với nhau tạo thành các hợp chất nóng chảy hồn tồn gồm
silicat canxi, silicat alumin và silicat aluminate canxi magie ở nhiệt độ 1300-

HV: Nguyễn Thị Ký

15


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

1500oC. Khối lượng riêng của các chất nóng chảy này nhỏ hơn so với gang nên nổi
lên trên và được tháo ra ngồi tạo thành xỉ.

.
Hình 1. 3: Xỉ
Xỉ được làm lạnh bằng hai cách, một là xỉ nấu chảy được đổ xuống bể có dịng
chảy nước liên tục sau đó đưa xỉ qua máy sấy để lượng nước trong xỉ <30%, hai là
tháo xỉ vào bể chứa rồi dùng bơm cao áp phun xỉ lên thành tia và bắn tia nước vào
xỉ. Ngồi ra, có cách xử lý khác gọi là quy trình đóng viên. Xỉ được làm lạnh từng
phần bằng nước sau đó chuyển đén thiết bị trống quay. Kết quả tạo ra các viên có
kích thước nhỏ hơn 15mm. thành phần pha thủy tinh giảm khi kích thước viên tăng.
Phương pháp tạo viên có nhiều thuận lợi cho nhà sản xuất thép, giảm phát thải khí
sulfua, tạo sản phẩm khơ hơn có thể làm cốt liệu cho sản xuất bê tông nhẹ, nhưng
hàm lượng pha thủy tinh giảm 50% khơng có lợi cho sản xuất cho xi măng hỗn hợp
Xỉ dùng trong xi măng được làm lạnh rất nhanh. Thành phần chủ yếu là pha
thủy tinh, có khả năng hoạt hóa cao, có khả năng hydrat hóa, đóng rắn và cho cường
độ nhưng khơng cao.
Thành phần hóa học của xỉ phụ thuộc vào thành phần của nguyên liệu sử
dụng. Thành phần khống của xỉ lị cao phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh của xỉ. Nếu
làm lạnh nhanh các khoáng trong xỉ sẽ kết tinh dạng tinh thể nhỏ, hàm lượng pha
thủy tinh chiếm khoảng 95% có hoạt tính cao và có tính kết dính lớn.

HV: Nguyễn Thị Ký

16


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

Nếu làm lạnh chậm sẽ có các khống aluminat canxi CA, C5A3; C2AS, CAS2,
C2MS2, α, β C2S, C3S2, CMS, MA, CM, M2S. Tuy nhiên các khoáng trên kết tinh

lớn chiếm hàm lượng 90% và pha thủy tinh chiếm 10%, ngoài ra chỉ có β C2S, các
khống aluminat canxi CA, C5A3 là có tính kết dính nên cường độ của xỉ khơng cao.
Trong xỉ có một số khống vật có khả năng rắn chắc như chất kết dính thủy
lực cùng một lượng SiO2 chưa kết tính và Al2O3 nhất định. Khi pha trộn với xi măng
phần SiO2chưa kết tinh và Al2O3 sẽ thực hiện phản ứng puzolanic để tạo sản phẩm
đóng rắn cùng với các thành phần đóng rắn khác từ các khống vật tạo thể rắn chắc
cho chất kết dính hỗn hợp của của xi măng poóc lăng và xỉ. Xỉ được dùng với hàm
lượng lớn hơn so với pu zơ lan để đạt được các đặc tính tương tự.[5],[6]
Vì vậy, bản thân xỉ lò cao đem nghiền mịn, trộn với nước sẽ có tính kết dính,
đóng rắn và phát triển cường độ theo phản ứng sau:
CyCSySAyAMyMSySFyF + nHH→nC-S-HCaSAbHx (gel C-S-H) + nHTM5AH13 +
nHGC6AFS2H8 + nARC6AS3H32 + nAHC4AH13 + nSTC2ASH8
Trong đó: y: số mol oxit có trong xỉ
n: số mol các chất tương ứng
a,b,x: các thông số thành phần trong sản phẩm hydrat hóaC-S-H
Sản phẩm phụ của q trình thủy hóa xi măng sẽ phản ứng với cấu tử của xỉ
tạo thành các sản phẩm có tính kết dính theo phản ứng:
3Ca(OH)2 + SiO2(vơ định hình) + H2O → 3CaO.SiO2.H2O
3Ca(OH)2 + Al2O3(vơ định hình) + 6H2O → 3CaO.SiO2.6H2O
3Ca(OH)2 + Fe2O3(vơ định hình) + 6H2O → 3CaO.SiO2.6H2O
Các sản phẩm thủy hóa tạo được theo các phương trình trên đã làm tăng tỷ lệ
rắn/lỏng trong hệ và tạo cho bê tơng có cường độ dài ngày cao hơn so với bê tơng
khơng có phụ gia.
Xỉ lò cao được phân thành 2 loại: xỉ kiềm và xỉ axit. Để đặc trưng cho tính
chất xỉ dùng modul thủy lực (Mo):
Mo=%(CaO+MgO)/%(SiO2+ Al2O3)
với: Mo>1: gọi là xỉ kiềm;
Mo<1: gọi là xỉ axit.
HV: Nguyễn Thị Ký

17


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

Ngoài ra cịn sử dụng modul hoạt tính Ma = % Al2O3 / % SiO2 và khi Ma tăng
thì độ hoạt tính của xỉ tăng và ngược lại.
1.2. Q trình đóng rắn xi măng, ăn mịn bê tơng xi măng và biện pháp chống
ăn mịn bê tơng
1.2.1 Lý thuyết q trình đóng rắn
Nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu quá trình ninh kết và đóng rắn
của của các loại chất kết dính cũng như của xi măng Pc lăng và đã nêu lên nhiều
lý thuyết khác nhau về quá trình đóng rắn:
- Thuyết cơ học tinh thể-Le Chatelier(1882)
- Thuyết keo tụ-Michaclis(1892)
- Thuyết gen tinh thể-Baicov(1923)
- Thuyết tạo thành cấu trúc-Pokak,Rebinder (1960)
- Thuyết nước rắn Keil, Power 1961 …
Càng về sau, các nhà khoa học sau này đã được chứng minh đầy đủ hơn, hồn
chỉnh hơn q trình đóng rắn của các chất kết dính nói chung và của xi măng poóc
lăng nói riêng.
- Thuyết biến đổi cấu trúc Taylor (1966):
Taylor đã nghiên cứu q trình đóng rắn của xi măng và của các loại chất kết
dính khác. Qua q trình nghiên cứu ơng đã chia q trình ninh kết và đóng rắn của
chất kết dính ra làm 4 giai đoạn:
• Giai đoạn khuếch tán: xảy ra khi bắt đầu nhào trộn xi măng với
nước.Trong giai đoạn này, vữa hoàn toàn linh động.
• Giai đoạn bắt đầu ninh kết: xảy ra vài phút sau khi xi măng được nhào

trộn với nước. Trong giai đoạn này, các khoáng bắt đầu phản ứng hydrat hóa tạo
thành các gen hydrat. Các sản phẩm hydrat này dần dần phát triển trên bề mặt các
hạt khoáng.

HV: Nguyễn Thị Ký

18


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

• Giai đoạn kết thúc ninh kết: xảy ra vài giờ sau khi trộn xi măng với nước.
Trong giai đoạn này, các gen hydrat tăng dần, chúng bắt đầu tiếp xúc với nhau và
liên kết lại.
• Giai đoạn tái kết tinh: xảy ra sau vài ngày. Lúc này, các gen hydrat ngày
càng dày đặc trên bề mặt các hạt khoáng, các hydrat bắt đầu tái kết tinh. Sau đó các
tinh thể này liên kết lại với nhau, tạo sản phẩm đóng rắn, phát triển cường độ. Tuy
nhiên, vẫn cịn những hạt khống chưa hydrat hết, còn lại nhân bên trong, tiếp tục
hydrat hóa và phát triển cường độ theo thời gian.
- Thuyết phát triển cấu trúc Locher, Richartz, Sprung:
Theo các tác giả trên, q trình đóng rắn của xi măng gồm 3 giai đoạn:
• Giai đoạn đầu, cấu trúc chưa ổn định: đầu tiên, các khoáng xi măng
khuếch tán vào nước, tiến hành phản ứng hydrat hóa tạo thành các gen hydrat. Các
gen hydrat này dần dần tách nước, đông tụ lại, vữa xi măng kết thúc ninh kết.
• Giai đoạn 2, tạo thành cấu trúc cơ bản:từ các gen hydrat,các khoáng bắt
đầu tái kết tinh thành tinh thể, tạo cường độ ban đầu cho sản phẩm đóng rắn.
•

Giai đoạn 3, cấu trúc ổn định: các pha hydrat tái kết tinh thành những tinh

thể hoàn chỉnh, cấu trúc đá xi măng phát triển liên tục theo thời gian.
1.2.2 Q trình đóng rắn xi măng:
[7] Xi măng khi được nhào trộn với nước đã trải qua 3 quá trình. Đầu tiên là
khoảng 1-3 giờ giờ đầu, sau khi nhào trộn, tạo thành hồ dẻo và dễ tạo hình, sau đó
bắt đầu ninh kết, hỗn hợp dần đặc sệt lại và giai đoạn này kết thúc trong 5-10 giờ
sau khi nhào trộn. Sau đó hỗn hợp chuyển từ trạng thái rắn chắc đến giai đoạn kết
thúc ninh kết và bắt đầu rắn chắc. Giai đoạn rắn chắc đặc trưng bằng sự tăng nhanh
cường độ. Các q trình phản ứng thủy hóa xảy ra:
Khi nhào trộn xi măng với nước, ở giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng
nhanh của alit với nước tạo ra hydrosilicat canxi và hydroxit canxi và và đạt độ bền
cực đại ngay trong giai đoạn đầu của quá trình hydrat hóa:
2(3CaO.2SiO2) + 3H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2

HV: Nguyễn Thị Ký

19


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

Vì đã có hydroxit canxi tách ra từ alit nên belit thủy hóa chậm hơn alit và tách
ra ít Ca(OH)2 hơn:
2(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
Hydrosilicat canxi hình thành khi thủy hóa hồn tồn đơn khống silicat
tricanxi ở trạng thái cân bằng với dung dịch bão hòa hydroxit canxi. Tỷ lệ CaO/SiO2
trong các hydro-silicat trong hồ xi măng có thể thay đổi phụ thuộc vào thành phần

vật liệu, điều kiện rắn chắc và các yếu tố khác.
Pha chứa alumo chủ yếu trong xi măng là aluminat tricanxi 3CaO.Al2O3, pha
hoạt động mạnh nhất. Ngay sau khi trộn với nước, trên bề mặt các hạt xi măng đã
có lớp sản phẩm xốp khơng bền, có tấm mỏng lục giác của 4CaO.Al2O3.9H2O và
2CaO.Al2O3.8H2O.
Cấu trúc dạng tơi xốp này làm giảm độ bền nước của xi măng. Dạng ổn định,
sản phẩm phản ứng nhanh với với nước của nó là hydroaluminate 6 nước có tinh thể
hình lập phương được tạo thành:
3CaO.Al2O3+6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O
Đây là q trình đóng rắn nhanh nên để q trình đóng rắn chậm lại, người ta
nghiền Clanhke cùng với khoảng 3-5% thạch cao so với khối lượng xi măng. Sun
phát canxi tác dụng với aluminnat tricanxi ngay từ đầu để trở thành sunphoaluminat-canxi ngậm nước gọi là khoáng entringit
3CaO.Al2O3+3(CaSO4.2H2O) + 26H2O→3CaO.Al2O3. 3CaSO4.32H2O
Trong dung dịch bão hịa Ca(OH)2, khống etringit sẽ tách ra ở dạng keo phân
tán mịn đọng lại trên bề mặt 3CaO.Al2O3 làm chậm q trình thủy hóa của nó và
kéo dài thời gian ninh kết của xi măng.
Sự kết tinh của Ca(OH)2 từ dung dịch quá bão hòa sẽ làm giảm nồng độ
hydroxit canxi trong dung dịch và ettringit chuyển sang tinh thể dạng sợi, tạo ra
cường độ ban đầu cho xi măng.
Etringit có thể tích lớn gấp 2 lần so với thể tích các chất tham gia phản ứng, có
tác dụng chèn lỗ rỗng của đá xi măng, làm cường độ và độ ổn định của đá xi măng

HV: Nguyễn Thị Ký

20


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

tăng lên. Cấu trúc của đá xi măng cũng sẽ tốt hơn do hạn chế được những chỗ yếu
của hydroaluminat canxi.
Sau đó, etringit còn tác dụng với 3CaO.Al2O3 còn lại sau khi tác dụng với
thạch cao để tạo ra như sau:
2(3CaO.Al2O3) + 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O + 22H2O → 3(CaSO4.2H2O) +
3(3CaO.Al2O3. CaSO4.18H2O)
Fero-aluminat tetra-canxi tác dụng với nước tạo ra hydro-aluminat và hydroferit-canxi: 4CaO.Al2O3.Fe2O3+ +mH2O →3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O

Hình 1. 4: Q trình hydrat hóa hạt xi măng[8]
1.2.3. Cơ chế ăn mòn đá xi măng: [7, 9]
Đá xi măng là một vi hệ đa dạng trong cấu trúc gồm có nhiều thành phần khác
nhau thể hiện cụ thể:
Thứ nhất là các sản phẩm thủy hóa xi măng bao gồm các dạng gen của
hydrosilicat và các dạng có tính chất keo khác; những tinh thể tương đối lớn của
Ca(OH)2, entringit.
Thứ hai là các hạt clanhke chưa thủy hóa.
Thứ ba là các lỗ rỗng gồm lỗ rỗng gen (< 1000A0), lỗ rỗng mao quản (từ
HV: Nguyễn Thị Ký

21


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

1000A0 đến 10µK) nằm giữa các bó gen, bột khí và lỗ rỗng (từ 50µK đến 2mm)
chứa khơng khí do thao tác trong q trình thi cơng bị cuốn vào.
Đá xi măng bị ăn mòn bao gồm 03 dạng: Một là dạng Ăn mịn nhả vơi hay ăn

mịn hịa tan; Hai là dạng Ăn mịn do q trình phản ứng với các acid và muối; Ba
là dạng các muối được tích lũy trong các vết rỗ của đá xi măng, sự kết tinh của các
muối này gây tăng thể tích pha rắn, cụ thể:
1.2.3.1. Ăn mòn dạng hòa tan:
Sau khi gặp nước, xi măng bị thuỷ hóa, thuỷ phân, sản phẩm chủ yếu tạo ra
các khống: Hydro silícát canxi (3CaO.2SiO+3H2O→3CaO.2SiO2.3H2O), Hydro
aluminat canxi (3CaO.Al2O3.6H2O), Hydro ferit canxi (3CaO.Fe2O3.6H2O),
Hydroxit canxi (Ca(OH)2).
Các sản phẩm thủy hóa của xi măng chỉ bền vững trong điều kiện lượng ngậm
chất vôi trong dung dịch vượt quá nồng độ vơi giới hạn nhất định, nếu khơng sẽ bị
hịa tan hoặc phân giải.
Xi măng bê tông làm việc trong môi trường nước và đất có chứa ion sun phát,
khống calcium aluminat tương tác với ion sun phát tạo thành ettringite có thể tích
lớn hơn so với khống được tạo thành ban đầu, do đó gây ra hiện tượng nở thể tích
xi măng bê tơng sẽ gây nứt vỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho các ion xâm thực khác
tương tác với khối bê tơng. Xi măng bê tơng cịn chịu tác nhân xâm thực của
cacbonat tạo thành dạng thaumasit.
Khi bê tông (BT) hoặc vữa ngâm trong nước, lúc đầu khống pc lăng hịa
tan trong nước và bị cuốn ra khỏi bê tông, làm cho nồng độ vôi trong lỗ hổng giảm
xuống. Để lấy lại nồng độ vôi đầu tiên, Ca(OH)2 lại tiếp tục hòa tan. Do bị hòa tan
liên tục, nên để lại ngày càng nhiều lỗ hổng trong bê tơng, các tác nhân xâm thực có
điều kiện xâm nhập sâu và ăn mòn cốt thép. Khi nồng độ vơi giảm dần, các sản
phẩm của q trình xi măng thủy hóa lần lượt bị phân rã.
1.2.3.2 Ăn mịn axít:
Vùng có mơi trường nước có độ pH thấp do chứa nhiều axít sunphuaric, các
sản phẩm thủy hóa của ximăng dễ bị phân hủy theo những phản ứng sau:
HV: Nguyễn Thị Ký

22

Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS Tạ Ngọc Dũng

Khống pc lăng tác dụng với axit trong môi trường là dạng ăn mịn do sản phẩm
Ca(OH)2 tác dụng với axit có gốc sun phát:
Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4.2H2O
nCaO.SiO2 + pH2SO 4 + nH2O→ nCaSO4 + mSi(OH)4 + nH2O
3CaO.2SiO2.3H2O + 3H2SO4 + 4H2O→ 3CaSO4.2H2O +2Si(OH)4
Các sản phẩm sau khi ăn mòn gồm như Al(OH)3, Fe(OH)3, Si(OH)4 là các
hydroxit kết tủa dạng vô định hình khơng có cường độ, cịn CaSO4.2H2O là muối
khó hòa tan, khi kết tinh lại liên kết với lượng nước lớn làm tăng thể tích phân tử
lên 2,24 lần so với thể tích chất ban đầu nên gây ra ứng suất nội, làm cho cấu trúc
bê tông bị phá hủy.
1.2.3.3. Ăn mịn muối khống hàm lượng sun phát cao:
Do mơi trường chứa các muối khống gốc sun phát cao, muối sun phát sẽ có
phản ứng với các sản phẩm xi măng thủy hóa. Ăn mịn muối sun phát:
Ca(OH)2 + MgSO4 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + Mg(OH)2
Ca(OH)2 + Na2SO4 + 2H2O→ CaSO4.2H2O + NaOH
3CaO.Al2O3 .6H2O + CaSO4.2H2O + 19H2O → 3CaO.Al2O3.3 CaSO4.31H2O
Nhiều nhân tố có thể tác động làm giảm chất lượng của xi măng bê tông và
bảo vệ bê tông khỏi tác nhân tấn công trong môi trường cần nhiều biện pháp xử lý .
1.3. Các biện pháp nâng cao khả năng chống ăn mịn sun phát cho bê tơng xi măng
pc lăng:
1.3.1. Các giải pháp cơng nghệ nâng cao độ bền sun phát cho xi măng poóc lăng:
Sử dụng phụ gia khống hoạt tính (các loại phụ gia khống hoạt tính có thể sử
dụng với hàm lượng đến 20% ÷ đến 60% xỉ lị cao hạt hóa). Biện pháp này có tác
dụng nhằm pha lỗng giảm hàm lượng C3S và C3A trong xi măng; tăng độ đặc chắc
của bê tơng, giảm độ thấm nước; giảm lượng Ca(OH)2 hình thành trong đá xi

măng[10].

HV: Nguyễn Thị Ký

23