Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp thí nghiệm đến kết quả đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ đối với xi măng của phụ gia hoạt tính cao

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

----

BÙI QUANG VINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP

THÍ NGHIỆM ĐẾN KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CHỈ SỐ
HOẠT TÍNH CƯỜNG ĐỘ ĐỐI VỚI XI MĂNG
CỦA PHỤ GIA HOẠT TÍNH CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT HOÁ HỌC

HÀ NỘI - 2019


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

----

BÙI QUANG VINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP

THÍ NGHIỆM ĐẾN KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CHỈ SỐ
HOẠT TÍNH CƯỜNG ĐỘ ĐỐI VỚI XI MĂNG
CỦA PHỤ GIA HOẠT TÍNH CAO

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HOÁ HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN :
1. TS VĂN VIẾT THIÊN ÂN
2. TS VŨ HOÀNG TÙNG

HÀ NỘI - 2019


MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ ................................................................ 3
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. 4
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 6
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................... 7
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 8
1.Tính cấp thiết của đề tài. ......................................................................................8
2. Mục tiêu của đề tài ..............................................................................................9
3. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................10
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài ........................................................................10
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................10
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH CAO
TRONG BÊ TƠNG VÀ XI MĂNG ....................................................................... 11
1.1. Giới thiệu về phụ gia khống hoạt tính ..............................................................11
1.1.1. Phụ gia khống hoạt tính nguồn gốc tự nhiên ............................................11
1.1.2. Phụ gia khống hoạt tính nguồn gốc nhân tạo ............................................12

1.2.Bản chất hoạt tính của phụ gia khống ...............................................................14
1.3. Các loại phụ gia khống hoạt tính cao ...............................................................15
1.3.1. Silicafume (SF) ...........................................................................................16
1.3.2. Tro trấu (RHA) ...........................................................................................17
1.3.3. Meta Kaolin (MK) ......................................................................................19
1.4. Vai trò của phụ gia khống hoạt tính trong bê tơng và xi măng ........................21
1.5. Các phƣơng pháp đánh giá độ hoạt tính của phụ gia khoáng ............................24
1.5.1.Các phƣơng pháp đánh giá tiêu chuẩn. ........................................................24
1.5.2.Các phƣơng pháp đánh giá phi tiêu chuẩn ...................................................26
1.6. Kết luận và định hƣớng nghiên cứu ...................................................................26
CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 28
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................28
2.1.1. Các phƣơng pháp thí nghiệm tiêu chuẩn ....................................................28
2.1.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn ..............................................29
GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

1

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


2.1.3. Các phƣơng pháp thí nghiệm xác định độ hoạt của phụ gia khống hoạt
tính cao ..................................................................................................................30
2.2.Ngun vật liệu sử dụng .....................................................................................41
2.2.1. Xi măng.......................................................................................................41
2.2.2. Cát mịn ........................................................................................................42
2.2.3. Cát hạt thô ...................................................................................................43
2.2.4. Cát ISO .......................................................................................................44
2.2.5. Cát ASTM ...................................................................................................44

2.2.6. Phụ gia khoáng hoạt tính cao ......................................................................44
2.2.7.Nƣớc.............................................................................................................49
2.2.8. Phụ gia siêu dẻo ..........................................................................................49
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ................................. 51
3.1 Ảnh hƣởng của phƣơng pháp điều chỉnh tính cơng tác của vữa bằng nƣớc hoặc
phụ gia giảm nƣớc. ....................................................................................................52
3.2 Ảnh hƣởng của phƣơng pháp dƣỡng hộ mẫu ......................................................55
3.3 Ảnh hƣởng của ngày tuổi thí nghiệm ..................................................................58
3.4 Ảnh hƣởng của chế độ tạo hình, kích thƣớc mẫu thử, cát tiêu chuẩn. ................59
3.5.Đánh giá chỉ số hoạt tính cƣờng độ của các phụ gia khống bằng phƣơng pháp
thí nghiệm phi tiêu chuẩn đề xuất. ............................................................................63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 66
1. Kết luận .............................................................................................................66
2. Kiến nghị...........................................................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 68

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

2

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
HÌNH 1.1: XRD CỦA SILICA FUME VÀ TRO TRẤU ......................................... 16
HÌNH 1.2: HÌNH ẢNH SEM CỦA SILICA FUME (ELKEM MICROSILICA G983)
................................................................................................................................... 17
HÌNH 1.3: XRD CỦA TRO TRẤU .......................................................................... 19
HÌNH 1.4: CẤU TRÚC HẠT TRO TRẤU SAU KHI NGHIỀN MỊN .................... 19

HÌNH 1.5: SẢN PHẨM META KAOLIN NGHIỀN MỊN ...................................... 20
HÌNH 1.6: CẤU TRÚC HẠT META KAOLIN SAU KHI NGHIỀN MỊN ............ 20
HÌNH 2.1: DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ĐO ĐỘ CHẢY XỊE CỦA VỮA ............... 33
HÌNH 2.2: ĐỘ CHẢY XỊE CỦA VỮA XM .......................................................... 35
HÌNH 2.3: DỤNG CỤ ĐẦM MẪU THEO ASTM C1240-05 ................................. 39
HÌNH 2.4: THÀNH PHẦN HẠT CỦA XI MĂNG BÚT SƠN PC40..................... 42
HÌNH 2.5: LỊ ĐỐT VỎ TRẤU ............................................................................... 45
HÌNH 2.6: QUANG PHỔ XRD CỦA TRO TRẤU ................................................. 46
HÌNH 2.7: THÀNH PHẦN HẠT CỦA TRO TRẤU NGHIỀN MỊN ...................... 48
HÌNH 2.8: NƢỚC MÁY ........................................................................................... 49
HÌNH 2.9: PHỤ GIA SIÊU DẺO ............................................................................. 50
HÌNH 3.1: ẢNH HƢỞNG CỦA PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TÍNH CƠNG
TÁC CỦA HỖN HỢP VỮA ĐẾN ĐỘ HOẠT TÍNH CỦA PHỤ GIA KHỐNG . 54
HÌNH 3.4: ẢNH HƢỞNG CỦA NGÀY TUỔI THÍ NGHIỆM ĐẾN ĐỘ HOẠT
TÍNH CỦA PGK ....................................................................................................... 59
HÌNH 3.5: ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TẠO HÌNH, KÍCH THƢỚC MẪU
THỬ, CÁT TIÊU CHUẨN ĐẾN KẾT QUẢ ĐHT CỦA PGK ............................... 62

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

3

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


DANH MỤC BẢNG
BẢNG 1.1: THÀNH PHẦN HÓA TRO TRẤU CÁC VÙNG KHÁC NHAU ........ 18
BẢNG 1.2: TÍNH CHẤT HĨA LÝ CỦA META KAOLIN .................................... 21
BẢNG 1.3: SO SÁNH CÁC PHƢƠNG PHÁP TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHỈ

SỐ HOẠT TÍNH CƢỜNG ĐỘ CỦA PHỤ GIA KHOÁNG .................................... 25
BẢNG 2.1: CÁC YÊU CẦU VỀ HÓA LÝ CỦA SF VÀ RHA ............................... 30
BẢNG 2.2:CÁC YÊU CẦU VỀ CƠ LÝ CỦA SF VÀ RHA ................................... 31
BẢNG 2.3: THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐỂ XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HOẠT TÍNH
CƢỜNG ĐỘ THEO TCVN 8827-2011.................................................................... 32
BẢNG 2.4: THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐỂ XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HOẠT TÍNH
CƢỜNG ĐỘ THEO ASTM C1240-05 ..................................................................... 37
BẢNG 2.5: THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐỂ XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HOẠT TÍNH
CƢỜNG ĐỘ THEO PHƢƠNG PHÁP PHI TIÊU CHUẨN .................................... 40
BẢNG 2.6: TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA XI MĂNG PC40 BÚT SƠN............. 41
BẢNG 2.7: KẾT QUẢ THÀNH PHẦN HÓA CỦA XI MĂNG ............................. 42
BẢNG 2.8: TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA CÁT SƠNG HỒNG ......................... 43
BẢNG 2.9: TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA CÁT SƠNG HỒNG ......................... 43
BẢNG 2.10: CẤP PHỐI CÁT C778 ........................................................................ 44
BẢNG 2.11: TÍNH CHẤT VÀ THÀNH PHẦN HẠT CỦA SF ............................. 45
BẢNG 2.12: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH CHẤT HĨA LÝ CỦA
TRO TRẤU NGHIỀN MỊN ...................................................................................... 46
BẢNG 2.13: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA TRO
TRẤU NGHIỀN MỊN ............................................................................................... 47
BẢNG 2.14: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA META CAOLANH ................................ 49
BẢNG 3.1: TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐỀ TÀI ĐÃ NGHIÊN CỨU .......................... 51
BẢNG 3.2: LƢỢNG CẦN NƢỚC ẢNH HƢỞNG TỚI CHỈ SỐ HOẠT TÍNH
CƢỜNG ĐỘ CHO TỪNG LOẠI PGK HTC THEO TỪNG PHƢƠNG PHÁP THÍ
NGHIỆM. .................................................................................................................. 53
BẢNG 3.3: LƢỢNG CẦN NƢỚC CHO TỪNG LOẠI PGK HTC THEO TỪNG
PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM (TIẾP) .................................................................. 53

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

4

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


BẢNG 3.4: ẢNH HƢỞNG CỦA PHƢƠNG PHÁP DƢỠNG HỘ MẪU ĐẾN
CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA MẪU VỮA VÀ CHỈ SỐ HOẠT TÍNH CỦA PHỤ GIA
KHỐNG.................................................................................................................. 55
BẢNG 3.5: ẢNH HƢỞNG CỦA NGÀY TUỔI THÍ NGHIỆM ĐẾN ĐỘ HOẠT
TÍNH CỦA PHỤ GIA KHỐNG ............................................................................ 58
BẢNG 3.6: CÁC NHÂN TỐẢNH HƢỞNG CỦA ĐẾN ĐỘ HOẠT TÍNH CỦA
PHỤ GIA KHỐNG THEO TỪNG PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .................. 60
BẢNG 3.7: ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TẠO HÌNH, KÍCH THƢỚC MẪU
THỬ, CÁT TIÊU CHUẨN THEO CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐẾN
CHỈ SỐ HOẠT TÍNH CỦA PHỤ GIA KHỐNG HOẠT TÍNH ........................... 61
BẢNG 3.8: THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VÀ MỘT SỐ YÊU CẦU ĐỂ XÁC ĐỊNH
CHỈ SỐ HOẠT TÍNH CƢỜNG ĐỘ THEO PHƢƠNG PHÁP PHI TIÊU CHUẨN.63
BẢNG 3.9: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHỈ SỐ HOẠT TÍNH CƢỜNG ĐỘ THEO
PHƢƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT .................................................................................... 64
BẢNG 3.10 : HÀM LƢỢNG CA(OH)2 TRONG ĐÁ CHỨA 100% XI MĂNG VÀ
TRONG ĐÁ XI MĂNG CHỨA PHỤ GIA KHOÁNG Ở TUỔI 7 NGÀY.............. 64

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

5

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052

LỜI CẢM ƠN
Sau gần hai năm theo học tại Viện Kỹ Thuật Hóa Học – Đại Học Bách Khoa
Hà Nội. Đƣợc sự đồng ý của Viện Kỹ Thuật Hóa Học sau đại học và của thầy giáo
hƣớng dẫn TS Văn Viết Thiên Ân, TS Vũ Hồng Tùng; tơi đã thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hƣởng của các phƣơng pháp thí nghiệm đến kết quả đánh giá chỉ
số hoạt tính cƣờng độ đối với xi măng của phụ gia hoạt tính cao”.
Để hồn thành đƣợc đề tài này, tơi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo
trong bộ môn Silicat, các thầy cơ giáo Viện Kỹ thuật Hóa học đã tận tình hƣớng
dẫn giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở trƣờng Đại
học Bách Khoa Hà Nội.
Tôi xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện của lãnh đạo
Công ty cổ phần xi măng Vicem Hoàng Mai, cán bộ của Viện công nghệ xi măng,
Tổng công ty công nghiệp xi măng Vicem Việt Nam. Đặc biệt, tôi xin trân trọng
cảm ơn TS Văn Viết Thiên Ân, TS Vũ Hoàng Tùng đã hƣớng dẫn tận tình, chu đáo
giúp tơi thực hiện đề tài này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất,
song do có nhiều hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh nghiệm nên khơng thể
tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tơi rất mong nhận đƣợc sự góp ý của quý thầy
cô giáo, các bạn, anh chị đồng nghiệp để đề tài đƣợc hồn chỉnh hơn.
Tơi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

6

tháng

năm

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT

NỘI DUNG

N

Nƣớc

X

Xi măng

C

Cát

CĐ

Cát đen

CV

Cát vàng

SF

Silica fume

MK

Mêtacaolanh

RHA

Tro trấu nghiền mịn

CKD

Chất kết dính

ĐHT

Độ hoạt tính

HTC

Hoạt tính cao

PGK

Phụ gia khống

PGSD

Phụ gia siêu dẻo

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TN

Thí nghiệm

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

7

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


PHẦN MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài.
Puzolan là nguyên liệu cho quá trình sản xuất xi măng hoặc đƣợc sử dụng để
thay thế một phần xi măng trong vữa và bê tông, mang lại hiệu quả kinh tế, kĩ thuật
và lợi ích về sinh thái và mơi trƣờng. Một số sản phẩm phụ của ngành cơng nghiệp,
nơng nghiệp có hoạt tính puzolanic có thể sử dụng trong vữa và bê tông nhƣ tro bay,
tro trấu, silicafume, với ƣu điểm trữ lƣợng lớn, có sẵn, giá thành rẻ, chúng mang lại
tiềm năng sử dụng rất lớn cho ngành công nghiệp sản xuất xi măng và bê tông. Một
trong số chúng có hoạt tính puzolanic cao, tuy nhiên một số loại khơng đƣợc sử
dụng, có thể do sự hạn chế về việc lựa chọn và phân loại puzolan sử dụng trong xi
măng và bê tông theo các tiêu chuẩn khác nhau của Việt Nam nói riêng và trên thế
giới nói chung.

Dựa trên độ hoạt tính puzolanic, phụ gia khống đƣợc phân thành phụ gia
khống thơng thƣờng nhƣ tro bay, xỉ lị cao và phụ gia khống hoạt tính cao nhƣ
silica fume, tro trấu. Khả năng hoạt tính puzolanic của phụ gia khống có thể đƣợc
đánh giá thơng qua các phƣơng pháp khác nhau. Chỉ số hoạt tính cƣờng độ thƣờng
đƣợc sử dụng để đánh giá độ hoạt tính puzolanic của phụ gia khoáng. Tuy nhiên, sự
khác biệt về hàm lƣợng phụ gia khoáng thay thế, lƣợng dùng nƣớc, lƣợng và chủng
loại cát, cách điều chỉnh tính cơng tác của hỗn hợp vữa, chế độ dƣỡng hộ, tuổi thí
nghiệm sẽ dẫn đến kết quả chỉ số hoạt tính cƣờng độ của phụ gia khoáng đối với xi
măng sẽ khác nhau.
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8827:2011 “Phụ gia khống hoạt tính cao dùng
cho bê tông và vữa“ do Hội Công nghiệp Bê tông Việt Nam đƣợc biên soạn chuyển
đổi từ TCXDVN 311:2004. Tiêu chuẩn TCVN 8827:2011 đƣợc biên soạn chủ yếu
dựa trên cơ sở tham khảo tiêu chuẩn ASTM C311, TCVN 6016:2011, hệ thống tiêu
chuẩn Việt Nam và dựa trên tình hình thực tiễn về sản phẩm và thiết bị lúc đó. Tiêu
chuẩn TCVN 8827:2011 sử dụng cát thông thƣờng tuân thủ TCVN 7570:2006 với
GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

8

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


tỷ lệ Cát/CKD = 2,75, dùng nƣớc để điều chỉnh hỗn hợp vữa đạt độ bẹt 110±5%,
mẫu thí nghiệm đƣợc dƣỡng hộ ở điều kiện tiêu chuẩn và xác định cƣờng độ nén ở
tuổi 7 ngày. Yêu cầu chỉ số hoạt tính cƣờng độ đối với xi măng của phụ gia khống
hoạt tính cao silica fume và tro trấu khơng nhỏ hơn 85%. Trong khi đó, tiêu chuẩn
ASTM C1240-15 (Standard Specification for Silica Fume Used in Cementitious
Mixtures) sử dụng cho silica fume sử dụng cát tiêu chuẩn theo ASTM C778 với tỷ
lệ cát/CKD = 2,75, dùng phụ gia siêu dẻo để điều chỉnh tính cơng tác của hỗn hợp

vữa có tỷ lệ N/CKD = 0,484 đạt độ bẹt yêu cầu 100-115%, mẫu thí nghiệm đƣợc
dƣỡng hộ trong điều kiện 65°C trong 6 ngày đêm và xác định cƣờng độ nén ở tuổi 7
ngày. Yêu cầu chỉ số hoạt tính cƣờng độ đối với xi măng của phụ gia khống hoạt
tính cao silica fume không nhỏ hơn 105%. Sự khác biệt này giữa 2 tiêu chuẩn có thể
dẫn đến kết quả chỉ số hoạt tính cƣờng độ của phụ gia khống khác nhau khi áp
dụng các tiêu chuẩn khác nhau, thậm chí khi áp dụng cùng TCVN 8827:2011 nhƣng
sử dụng các loại cát thông thƣờng khác nhau tuân thủ TCVN 7570:2006 cũng sẽ
cho kết quả khác nhau. Mặt khác, thực tế nghiên cứu và ứng dụng hiện nay cho thấy
phụ gia khống Meta Kaolin nghiền mịn cũng có thể đƣợc xếp vào nhóm các phụ
gia khống hoạt tính cao, có tỷ diện tích bề mặt lớn nhƣ silica fume và tro trấu
nghiền mịn.
Trên cơ sở những phân tích trên cho thấy hƣớng đề tài:“Nghiên cứu ảnh
hưởng của các phương pháp thí nghiệm đến kết quả đánh giá chỉ số hoạt tính
cường độ đối với xi măng của phụ gia hoạt tính cao” sẽ góp phần thiết thực đối với
việc đánh giá tính chất của phụ gia hoạt tính cao.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ảnh hƣởng của các phƣơng pháp thí
nghiệm theo các tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn ASTM C1240-15 và phƣơng pháp
phi tiêu chuẩn đến chỉ số hoạt tính cƣờng độ của ba loại phụ gia hoạt tính: Silica
fume (SF), Tro trấu nghiền mịn (RHA), Meta Kaolin (MK).

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

9

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


3. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Sử dụng các phƣơng pháp tiêu chuẩn để xác định chỉ số hoạt tính của phụ gia
khống hoạt tính: TCVN 8827-2011, ASTM C1240-15
- Sử dụng các phƣơng pháp phi tiêu chuẩn để xác định chỉ số hoạt tính của phụ
gia khống hoạt tính dựa trên ASTM C1240-15 và các tiêu chuẩn hiện hành của
TCVN, đồng thời sử dụng phƣơng pháp DTA-TG để đánh giá khả năng phản ứng
puzolanic của các phụ gia khoáng ở các điều kiện dƣỡng hộ khác nhau.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
- Tổng quan về phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia khống hoạt tính cao sử
dụng trong xi măng và bê tông
- Tổng quan về các phƣơng pháp đánh giá độ hoạt tính của phụ gia khống
- Vật liệu sử dụng và phƣơng pháp nghiên cứu
- Ảnh hƣởng của hàm lƣợng thay thế phụ gia hoạt tính cho xi măng
- Ảnh hƣởng của phƣơng pháp điều chỉnh tính cơng tác của vữa bằng nƣớc
hoặc phụ gia giảm nƣớc.
- Ảnh hƣởng của phƣơng pháp dƣỡng hộ mẫu
- Ảnh hƣởng của ngày tuổi thí nghiệm
- Ảnh hƣởng của chế độ tạo hình, kích thƣớc mẫu thử, cát tiêu chuẩn.
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Sử dụng các phụ gia khống hoạt tính cao nhƣ silica fume, tro trấu, Meta
Kaolin và xi măng PC40 để đánh giá ảnh hƣởng của các yếu tố thí nghiệm đến
chỉ số hoạt tính cƣờng độ của các phụ gia khoáng này.

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

10

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA KHỐNG HOẠT TÍNH CAO
TRONG BÊ TÔNG VÀ XI MĂNG
1.1. Giới thiệu về phụ gia khống hoạt tính
Phụ gia khống hoạt tính là các phụ gia có nguồn gốc thiên nhiên hay nhân
tạo, mà bản thân chúng khơng có hoặc có rất ít hoạt tính thủy lực, nhƣng khi đƣợc
nghiền mịn và ở trong mơi trƣờng ẩm thì chúng có khả năng phản ứng hóa học với
hydroxyt canxi Ca(OH)2 và với nƣớc ở nhiệt độ thƣờng, tạo thành các sản phẩm có
tính chất kết dính [1, 2]
Phụ gia khống hoạt tính có khả năng làm tăng cƣờng độ và độ bền trong
môi trƣờng nƣớc của các sản phẩm chế tạo nên từ chất kết dính xi măng pooclăng
có chứa phụ gia khống hoạt tính.
Phụ gia khống hoạt tính gồm có hai loại [2, 3]:
- Loại có nguồn gốc tự nhiên: trepan, dolomit, tro núi lửa, đất sét nung tự nhiên,
.v.v.
- Loại có nguồn gốc nhân tạo: tro, xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao hạt hóa, đất sét nung non,
silicafume, tro trấu, Meta Kaolin .v.v
1.1.1. Phụ gia khống hoạt tính nguồn gốc tự nhiên
Phụ gia khống hoạt tính nguồn gốc tự nhiên bao gồm phụ gia nguồn gốc núi
lửa và phụ gia nguồn gốc trầm tích, đất sét nung tự nhiên
Phụ gia nguồn gốc núi lửa bao gồm tro núi lửa, túp, trass, đá bọt đƣợc tạo thành
do hoạt động của núi lửa. Tùy thuộc vào điều kiện tạo thành mà các loại phụ gia này
có đặc tính khác nhau. Tro núi lửa hình thành bởi sự lắng đọng của đám mây bụi tự
miệng núi lửa phun lên. Đây là một vật liệu xốp, chứa trên 60% các dạng hạt bụi, và
các hạt lớn hơn cỡ hạt cát và đá dăm.

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

11

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


Khi tro núi lửa bị lèn chặt trong một thời gian dải bởi các lớp đất đá phía trên sẽ
chuyển sang dạng đá xốp thì đƣợc gọi là túp núi lửa. Khi túp núi lửa bị lèn chặt và
biến chất tạo thành trass.
Đá bọt núi lửa hình thành khi các mảng mác ma bị bắn lên không trung và đƣợc
làm nguội nhanh trong khơng khí.
Thành phần khống chủ yếu của các phụ gia nguồn gốc núi lửa là pha thủy tinh
alumo silicat, trong đó hàm lƣợng SiO2= 45÷70%; Al2O3= 10÷20%; oxit kiềm thổ
từ 2÷6%; oxit kiềm từ 3÷8%.
Phụ gia nguồn gốc kết tủa bao gồm điatomit, trepan. Điatomit đƣợc hình thành
từ xác của một loại tảo chứa nhiều oxit silic. Điatomit là một loại vật liệu xốp, nhẹ
chứa chủ yếu là SiO2 (đến 94%) và một số hợp chất khác nhƣ cacbonat, khống sét.
Khi điatomit bị biến chất thì tạo thành trepan, oxit silic trong hai loại phụ gia này
đều ở dạng vơ định hình.
Đất sét nung tự nhiên là loại đất sét hình thành tại các mỏ than có xảy ra các
đám cháy ngầm. Loại đất sét này có chứa Meta Kaolin Al2O3.2SiO2 là thành phần
có khả năng kết hợp với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thƣờng.
1.1.2. Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc nhân tạo
Phụ gia khống hoạt tính nguồn gốc nhân tạo chủ yếu là các phế thải cơng
nghiệp. Trong số đó hai loại phụ gia đƣợc sử dụng rộng rãi nhất, với khối lƣợng lớn
là tro, xỉ nhà máy nhiệt điện và xỉ lị cao hạt hóa của các nhà máy gang thép.
Tro bay và xỉ của các nhà máy nhiệt điện hình thành khi đốt than bằng vòi đốt ở
buồng đốt nồi hơi. Tro bay là sản phẩm thu đƣợc tại các thiết bị lọc bụi sử dụng để
làm sạch khí thải thốt ra từ buồng đốt. Cịn xỉ là phần hạt tro than có kích thƣớc
lớn bị chảy lỏng và rơi xuống tại buồng đốt. Tro có kích thƣớc hạt rất nhỏ, với độ
mịn tƣơng tự nhƣ xi măng. Xỉ thƣờng có kích thƣớc hạt lớn hơn 0,3mm. Thành
phần khoáng chủ yếu của tro xỉ là pha thủy tinh, ngồi ra cịn chứa than chƣa cháy
và một lƣợng nhỏ pha tinh thể [16, 17].

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

12

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


Xỉ lị cao là thải phẩm của q trình luyện gang trong lò cao. Để luyện gang
ngƣời ta sử dụng các loại nguyên liệu là quặng sắt, than cốc và các chất trợ dung
nhƣ đá vơi, đá điatomít. Trong quặng sắt ngồi thành phần chính là các dạng oxit
sắt cịn có các hợp chất chứa các oxit khác nhƣ oxit silic và oxit nhôm. Khi đƣợc
nấu chảy ở nhiệt độ cao, oxit sắt đƣợc hoàn nguyên thành sắt kim loại chứa nhiều
cacbon, có tên gọi là gang. Phần chất lỏng nổi trên bề mặt gang đƣợc gọi là xỉ gang.
Trong quá trình luyện gang, xỉ đƣợc tháo dần liên tục ra khỏi lò cao và đƣợc làm
nguội. Nếu xỉ đƣợc làm nguội nhanh trong nƣớc, thì đƣợc gọi là xỉ lị cao hạt hóa.
Gọi nhƣ vậy là để phân biệt với xỉ đƣợc làm nguội từ từ trong khơng khí tạo thành
các tảng, có cấu trúc đặc chắc và khơng có hoạt tính. Thành phần khống chủ yến
của xỉ lị cao hạt hóa là pha thủy tinh (trên 95%) [6, 16, 17].
Một loại phu gia khống hoạt tính nhân tạo khác là đất sét đƣợc nung ở nhiệt
độ 600÷800°C. Loại phụ gia này khác với đất sét đƣợc nung tự nhiên ở chỗ có thể
lựa chọn loại đất sét nung và điều quan trọng hơn là có thể khống chế đƣợc nhiệt độ
nung. Vì vậy đất sét nung nhân tạo thƣờng có hoạt tính cao hơn đất sét nung tự
nhiên [17].
Ngồi ra cịn có một số loại phụ gia khống hoạt tính có nguồn gốc nhân tạo
khác nhƣ silica fume, tro trấu, Meta Kaolin. Silica fume là phế thải thu đƣợc trong
quá trình sản xuất silic hoặc hợp kim chứa silic. Tro trấu là sản phẩm tạo thành khi
đốt tro trấu. Hai loại phụ gia này đều chứa hàm lƣợng oxit silic ở dạng vơ định hình
rất lớn >85%. Meta Kaolin là phụ gia khoáng thu đƣợc khi nung cao lanh ở nhiệt độ
thích hợp. Thành phần chủ yếu của Meta Kaolin là Al2O3.2SiO2 [17].

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

13

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


1.2.Bản chất hoạt tính của phụ gia khống
Dựa vào cơ chế liên kết với Ca(OH)2, có thể phân các phụ gia khống hoạt
tính thành hai nhóm là phụ gia nhóm puzolan và phụ gia nhóm xỉ:
SiO2 + Ca(OH)2 + H2O = CSH
(Al2O3) hoặc SiO2.Al2O3 + Ca(OH)2 + H2O = CSH + CAH (CASH)
Phụ gia puzolan bao gồm các loại phụ gia khoáng nguồn gốc thiên nhiên hay
nhân tạo, lại đƣợc chia thành 3 nhóm:
- Nhóm 1: Bao gồm các phụ gia mà độ hoạt tính đƣợc xác định bởi sự tồn tại
của SiO2 vơ định hình. Các phụ gia khống thuộc nhóm này bao gồm điatơmít,
trêpen, silicafume, tro trấu… Do phản ứng hóa học của Ca(OH)2 và SiO2 hoạt tính
tạo thành sản phẩm là các hyđrơ silicat thuộc nhóm CSH (B) có kích thƣớc nhỏ
dạng gel:
SiO2 + Ca(OH)2 + H2O → xCaO.ySiO2.zH2O.
- Nhóm 2: Bao gồm các phụ gia mà độ hoạt tính đƣợc xác định bởi sự có mặt
của cả SiO2ht, Al2O3ht và mêta caolinhit Al2O3.2SiO2. Các thành phần hoạt tính của
phụ gia khống tham gia phản ứng với Ca(OH)2 tạo thành các sản phẩm dạng
hyđrôsilicat canxi và hyđrô ghelenhit 2CaO.Al2O3.SiO2.8H2O (C2ASH8). Nhóm này
bao gồm các phụ gia khống nhƣ đất sét nung, Meta Kaolin…
- Nhóm 3: Bao gồm các phụ gia có nguồn gốc núi lửa nhƣ túp, đá bọt… mà
bản chất hoạt tính của nó phụ thuộc vào dạng thủy tinh hyđrat và thủy tinh không
hyđrat trong phụ gia. Các nghiên cứu chỉ ra rằng độ hoạt tính của phụ gia liên quan

với lƣợng nƣớc liên kết của pha thủy tinh ở dạng nhóm OH -. Phụ thuộc vào nồng độ
Ca(OH)2 có trong hỗn hợp với phụ gia mà sản phẩm tạo thành có thể là khống
hyđrơaluminat canxi hay hyđrơ ghelenhit C4AHx, C2ASH8.
Q trình phản ứng puzơlanic có thể đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
Xi măng + nƣớc = CSH + Ca(OH)2
GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

14

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


Thành phần hoạt tính + Ca(OH)2 + H2O = CSH, C4AHx, C2ASH8.
Độ hoạy tính của phụ gia tro, xỉ, phụ thuộc vào thành phần hóa học và hàm
lƣợng pha thủy tinh và pha tinh thể. Độ hoạt tính của tro, xỉ càng cao khi hàm
lƣợng pha thủy tinh càng lớn. Khi nghiềm mịn và nhào trộn với nƣớc, hầu hết các
thành phần của xỉ nghiền mịn khơng bị hydrat hóa, tuy nhiên khi có mặt Ca(OH)2
thì các thành phần khống của xỉ lại có khả năng hydrat hóa. Vì vậy có thể coi
Ca(OH)2 là chất hoạt hóa kiềm của xỉ.
Tro, xỉ nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện nói chung có độ hoạt tính nhỏ hơn
xỉ lị cao hạt hóa. Cũng tƣơng tự nhƣ xỉ lị cao hạt hóa, các thành phần hoạt tính
trong tro, xỉ nhiệt điện sẽ có khả năng hydrat hóa khi có mặt hydro canxi.
Nhƣ vậy, để làm cho các loại phụ gia khống hoạt tính kết hợp đƣợc với
nƣớc và rắn chắc thì trong hỗn hợp phải có mặt hydroxit canxi. Khi trộn xi măng
pooclang có chứa phụ gia khống hoạt tính với nƣớc thì sẽ xuất hiện Ca(OH)2 đƣợc
sinh ra bởi quá trình thủy hóa của các khống silicat canxi trong clanhke.
1.3. Các loại phụ gia khống hoạt tính cao
Khả năng liên kết với Ca(OH)2 của phụ gia ở nhiệt độ thƣờng khi có nƣớc
đƣợc gọi là hoạt tính puzolanic. Độ hoạt tính của phụ gia khống phụ thuộc vào

thành phần hóa, thành phần khoáng, độ nghiền mịn của phụ gia, và nhiệt độ của mơi
trƣờng.
Độ hoạt tính của phụ gia khống thƣờng đƣợc đánh giá thông qua độ hút vôi
và chỉ số hoạt tính cƣờng độ đối với xi măng pooclăng.
Nhóm phụ gia hoạt tính cao bao gồm silicafume, Meta Kaolin, tro trấu, tro
bay siêu mịn .v.v. Đặc trƣng của nhóm phụ gia này là chúng chứa một hàm lƣợng
lớn các thành phần có khả năng phản ứng mạnh với Ca(OH)2 nhƣ pha thủy tinh
hoặc các oxit silic, oxit nhơm vơ định hình, có kích thƣớc hạt rất nhỏ và tỷ diện tích
bề mặt lớn.

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

15

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


1.3.1. Silicafume (SF)
Silica fume, còn đƣợc gọi là micro silica là phụ phẩm thu hồi đƣợc từ quá
trình sản xuất silicon và hợp kim ferrosilicon. SiO2 thoát ra dƣới dạng khí đƣợc làm
lạnh và kết tụ lại thành các hạt hình cầu siêu mịn. Hàm lƣợng SiO2 trong silica fume
chiếm trên 95%. SiO2 ở trạng thái vơ định hình (pha thủy tinh) kết hợp với kích
thƣớc hạt siêu mịn tạo cho silica fume có độ hoạt tính pozzolanic rất cao.

Hình 1.1: XRD của Silica fume và Tro trấu
Các hạt SF cú kớch thc ht t 0,03ữ0,3 àm, nh hn rt nhiều kích thƣớc
hạt xi măng, có thể chèn vào khoảng không gian giữa các hạt xi măng làm tăng độ
đặc chắc cho đá xi măng. Ngoài ra, vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu sẽ
đƣợc cải thiện rõ rệt do cả hiệu ứng pozzolanic và hiệu ứng điền đầy của silica

fume. Khả năng giảm độ tách nƣớc của silica fume cũng góp phần cải thiện cấu trúc
của vùng chuyển tiếp này, đặc biệt là vùng bề mặt phía dƣới của các hạt cốt liệu lớn
Khối lƣợng riêng của SF khoảng 2.2 g/cm3. Tỷ diện diện tích bề mặt của SF
(xác định bằng phƣơng pháp hập phụ khí nitrơ) khoảng 20.000 m2/kg, giá trị này
gấp từ 15÷20 lần tỷ diện tích của các phụ gia khống khác khi đo cùng phƣơng pháp
thí nghiệm. Sản phẩm silica fume có thể đƣợc cung cấp dƣới dạng hạt không kết
nén (undensified), dạng kết nén (densified) hoặc dạng hồ (slurry). Khối lƣợng thể
tích đổ đống của silica fume khơng kết nén (undensified) rất nhẹ, khoảng 200÷300
kg/m3. Vì vậy để thuận lợi trong việc lƣu trữ và vận chuyển, silica fume có thể đƣợc
GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

16

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


nén thành dạng viên (densified) hoặc cho vào nƣớc để tạo thành hồ (slurry) với
dung trọng hồ khoảng 1300÷1400 kg/m3.

Hình 1.2:Hình ảnh SEM của silica fume (Elkem microsilica G983)
1.3.2. Tro trấu (RHA)
Trấu là thải phẩm của quá trình xay xát gạo. Sản lƣợng trấu chiếm khoảng
20% khối lƣợng của hạt thóc. Trấu chứa khoảng 80% thành phần các hợp chất hữu
cơ và bị phân giải khi đốt cháy. Trong các thành phần vơ cơ thì SiO2 chiếm đến
90÷98%, bên cạnh còn một lƣợng nhỏ oxyt kiềm và kiềm thổ (Bảng 1.1) Ở chế độ
nung đốt hợp lý, oxit SiO2 trong trấu chủ yếu nằm ở dạng vơ định hình (Hình 1.3)
nên có khả năng hoạt tính pozzolanic.

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân

TS Vũ Hoàng Tùng

17

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


Trấu đƣợc cấu trúc từ bộ khung silica và đƣợc điền đầy bởi cellulose-lignin.
Khi đốt cháy, các hợp chất hữu cơ này bị phân huỷ để lại phần silica có cấu trúc
rỗng xốp. Hạt tro trấu sau khi nghiền mịn có hình dạng góc cạnh, bề mặt hạt vẫn tồn
tại nhiều lỗ rỗng hở có kích thƣớc lỗ rỗng từ nano trở lên (Hình 1.4). Vì vậy, tuy
kích thƣớc hạt tro trấu vẫn thơ nhƣng tỷ diện tích bề mặt của tro trấu lại rất lớn. Tỷ
diện tích bề mặt của tro trấu dao động rất lớn, từ hơn 10 đến 50m2/g, thậm chí đến
vài trăm m2/g phụ thuộc vào cấu trúc lỗ rỗng của hạt tro trấu. Cấu trúc lỗ rỗng cũng
nhƣ tỷ diện tích bề mặt của tro trấu phụ thuộc nhiều bởi chế độ xử lý mẫu và gia
cơng nhiệt [13, 14].
Bảng 1.1:Thành phần hóa của tro trấu tại các vùng khác nhau
Khối lƣợng (%)

Thành
phần hóa
Malaixia B ra xin

Việt Nam

Ấn Độ

I rắc

Mỹ

Canada

SiO2

93,10

92,90

86,90

90,70

86,80

94,50

87,20

Al2O3

0,21

0,10

0,84

0,40

0,40

-

0,15

Fe2O3

0,21

0,43

0,73

0,40

0,19

-

0,16

CaO

0,41

1,03

1,40

0,40

1,40

0,25

0,55

MgO

1,59

0,35

0,57

0,50

0,37

0,23

0,35

K2 O

2,31

0,72

2,46

2,20

3,84

1,10

3,68

Na2O

-

0,02

0,11

0,10

1,15

0,78

1,12

SO3

-

0,10

-

0,10

1,54

1,13

0,24

MKN

2,36

-

5,14

4,80

3,30

-

8,55

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

18

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


Hình 1.3: XRD của tro trấu

Hình 1.4: Cấu trúc hạt tro trấu sau khi nghiền mịn [13, 14]
1.3.3. Meta Kaolin (MK)
Meta Kaolin là phụ gia khống hoạt tính cao gốc aluminosilicat vơ định hình,
đƣợc tạo thành khi nung cao lanh lọc hoặc đất sét cao nhơm ở nhiệt độ thích hợp và
nghiền sản phẩm nung đến độ mịn cao. Thành phần chủ yếu của phụ gia này là
khoáng Meta Kaolin Al2O3.2SiO2. Mức độ tinh khiết của Meta Kaolin phụ thuộc
vào chất lƣợng của nguyên vật liệu đầu vào và quá trình nung. Thành phần hoạt tính
của Meta Kaolin chủ yếu từ Al2O3.2SiO2và SiO2 hoạt tính ở trạng thái vơ định hình
GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hồng Tùng

19

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


hoặc kém kết tinh. Trạng thái của các khoáng đất sét chuyển đổi ở nhiệt độ nung
phụ thuộc vào cấu trúc, kích thƣớc tinh thể và mức độ kết tinh. Khoáng caolinhite
bắt đầu mất nƣớc ở nhiệt độ trên 450°C. Ở nhiệt độ trên 900°C thì khống Meta
Kaolin chuyển sang các dạng kết tinh. Ở khoảng nhiệt độ thích hợp 650°C÷800°C,
khống chính của sản phẩm là Metakaolinite. Do có cấu trúc tấm lớp nên sản phẩm
Meta Kaolin có tỷ diện tích bề mặt xác định bẳng phƣơng pháp thấm khí nitơ rất
cao, tƣơng đƣơng với Silica fume và tro trấu [17].

Hình 1.5:Sản phẩm Meta Kaolin nghiền mịn

Hình 1.6: Cấu trúc hạt Meta Kaolin sau khi nghiền mịn

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

20

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


Bảng 1.2:Tính chất hóa lý của Meta Kaolin
Đặc tính

MK235

MK349

SiO2

51,5

52,5

Al2O3

44,7

44,5

TiO2

2,1

1,7

Fe2O3

0,4

0,9

<2,0 m

67

90

<1,0 m

41

83

<0,5 m

9

53

<0,2 m

4

4

Tỉ diện (m2/g)

11,1

25,4

(kg/m3)

288

139

Thành phần hóa (%)

Sót sàng (%)

Meta Kaolin có thể sử dụng làm phụ gia khống trong bê tơng chất lƣợng cao
cho các cơng trình cầu, cảng, các cơng trình chịu tác động của mơi trƣờng xâm thực,
bể chứa các chất thải độc hại. Do có màu trắng, Meta Kaolin còn đƣợc sử dụng
cùng với xi măng trắng để chế tạo bê tơng trang trí trong các cơng trình kiến trúc.
1.4. Vai trị của phụ gia khống hoạt tính trong bê tơng và xi măng
Khi sử dụng phụ gia khống hoạt tính trong hồ xi măng, nó có thể cải thiện

tính cơng tác của hỗn hợp hồ chất kết dính, đồng thời cải thiện độ đặc chắc, làm
tăng cƣờng độ của đá xi măng.
GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

21

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


Phụ gia khống hoạt tính cao có một số tính chất đặc trƣng nhƣ kích thƣớc
cỡ hạt nhỏ, hàm lƣợng SiO2 lớn và chủ yếu ở dạng vơ định hình. Phụ gia khoáng
đƣợc sử dụng chủ yếu để chế tạo hồ xi măng khi phối hợp với phụ gia siêu dẻo. Do
tác động tƣơng hỗ của 2 phụ gia này nên lƣợng nƣớc yêu cầu của hỗn hợp hồ xi
măng đƣợc giảm đáng kể, vì vậy có thể chế tạo hỗn hợp hồ xi măng có tính cơng tác
tốt, với tỷ lệ N/CKD thấp. Mà tỷ lệ N/CKD thấp chính là chìa khố để đá xi măng
đạt cƣờng độ và độ bền cao. Vì vậy trong sản xuất bê tơng chất lƣợng cao thì việc
sử dụng kết hợp cả phụ gia khống hoạt tính và phụ gia siêu dẻo là cần thiết.
Các cơng trình nghiên cứu về phụ gia khống cho thấy ảnh hƣởng có lợi của
phụ gia khống đối với các tính chất của hồ xi măng và bê tơng tạo nên bởi hai hiệu
ứng hố học và vật lý.
- Hiệu ứng hóa học:
Hiệu ứng hố học liên quan đến khả năng phản ứng hoá học của phụ gia
khoáng với hyđrơxit canxi. Khi xi măng pc lăng thuỷ hố, trong số các hợp chất
hyđrát hình thành có hai thành phần chiếm thể tích lớn trong đá xi măng và ảnh
hƣởng quyết định tới tính chất của nó là hyđrơisilicat canxi (CSH) và hyđrơxit canxi
(CH). Sự hình thành của các hợp chất này có thể biểu diễn bằng phản ứng thuỷ hoá
các khoáng silicat canxi sau:
Xi măng + nƣớc = CSH + Ca(OH)2
Hyđrơsilicat canxit (CSH) là chất kết dính tạo cƣờng độ cho hồ xi măng sau

khi rắn chắc. Hyđrôxit canxi (15 - 25% khối lƣợng sản phẩm thuỷ hóa) là vật liệu
có khả năng hồ tan trong nƣớc và có cƣờng độ thấp nên khơng đóng vai trị quan
trọng trong việc tăng cƣờng độ và độ bền của đá xi măng .
Nhƣ vậy nhờ phản ứng puzơlanic này mà hàm lƣợng hyđrơxit canxi khơng có
tính kết dính, có độ bền thấp giảm, trong khi đó hàm lƣợng CSH (sản phẩm đem lại
cƣờng độ và độ bền cho đá xi măng) lại tăng lên. Đây là một trong các hiệu ứng chủ

GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hoàng Tùng

22

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052


yếu của phụ gia khoáng ảnh hƣởng tới cƣờng độ và độ bền của hồ xi măng sau khi
rắn chắc.
- Hiệu ứng vật lý, gồm 4 hiệu ứng sau: Hiệu ứng tƣờng chắn (Wall Effect), hiệu ứng
ổ bi (Ball Bearing Effect), hiệu ứng phân tán (Dispersion Effect), hiệu ứng điền đầy
(Increased Packing Density).
+ Hiệu ứng tƣờng chắn (Wall Effect): Khi xi măng thủy hóa, sản phẩm thủy hóa là
Ca(OH)2 sẽ lắng đọng trên bề mặt hạt cốt liệu làm cho vùng giao diện chuyển tiếp
giữa cốt liệu và đá xi măng bị rỗng xốp làm giảm sự bám dính giữa chúng. Cơ chế
này có thể giải thích nhƣ sau: Trên bề mặt hạt xi măng có độ đậm đặc của các ion
cao hơn trên bề mặt hạt cốt liệu, các ion sẽ chuyển dịch từ bề mặt xi măng lên bề
mặt hạt cốt liệu theo cơ chế khuếch tán bởi gradien nồng độ. Vì vậy, khi sử dụng
phụ gia khống có thành phần SiO2 hoạt tính chúng sẽ nhanh chóng tác dụng với
sản phẩm thủy hóa CH có trên bề mặt hạt cốt liệu làm giảm hàm lƣợng CH, tạo ra
các sản phẩm CSH làm tăng cƣờng độ, tăng độ đặc chắc vùng giao diện chuyển
tiếp, làm tăng độ bám dính giữa đá xi măng và cốt liệu. Chính vì vậy, đối với bê

tông chỉ sử dụng xi măng pooclang thì khả năng chống thấm của bê tơng thƣờng
thấp hơn so với bê tơng có sử dụng phụ gia khống hoạt tính. Khi pha phụ gia
khống hoạt tính, thì sự liên kết của lớp tiếp xúc này tăng lên, tăng độ đặc chắc giữa
phần đá xi măng và cốt liệu dẫn đến tăng tính chống thấm cho bê tơng. Ngồi việc
tăng cƣờng khả năng chống thấm, do vùng giao diện chuyển tiếp đƣợc làm đặc
chắc, cƣờng độ của bê tông cũng đƣợc cải thiện rõ rệt khi bê tơng có sử dụng phụ
gia khống hoạt tính. Điều này thể hiện rõ đối với cƣờng độ bê tông ở các tuổi dài
ngày.
+ Hiệu ứng ổ bi (Ball Bearing Effect): Khi thay thế xi măng bằng các loại phụ gia
khống có hạt dạng hình cầu thì do các hạt có dạng hình cầu nên chúng có tác dụng
bơi trơn, làm tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông hay để đạt đƣợc cùng tính
cơng tác thì hỗn hợp bê tơng sử dụng phụ gia khoáng sẽ cần lƣợng nƣớc nhào trộn ít
hơn hỗn hợp bê tông không sử dụng phụ gia khống.
GVHD: TS Văn Viết Thiên Ân
TS Vũ Hồng Tùng

23

HVTH: Bùi Quang Vinh CB160052