Luận văn tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng
6,296
696
76
chúng được sản xuất bằng cách nghiền chung vôi sống với phụ gia hoạt tính
hoặc trộn lẫn vôi nhuyễn với phụ gia nghiền mịn.
Phụ gia vô cơ hoạt tính có hai nhóm chính.
Phụ gia vô cơ hoạt tính thiên nhiên: điatômit, Trepen, túp núi lửa, tro núi
lửa.
Phụ gia hoạt tính nhân tạo: Tro xỉ trong công nghiệp nhiệt điện hoặc luyện
kim.
Nói chung phụ gia vô cơ hoạt tính là những loại vật liệu chứa nhiều SiO
2
vô
định hình. Độ hoạt tính của chúng được đánh giá thông qua độ hút vôi.
Tỷ lệ phối hợp của chất kết dính hỗn hợp là vôi sống 15 - 30 %,
phụ gia vô cơ hoạt tính 70 - 80% (có thể thêm cả thạch cao).
Tính chất
Chất kết dính hỗn hợp có cường độ tương đối cao nhờ có phản ứng tạo ra
silicat canxi ngậm nước ở ngay nhiệt độ thường
Ca(OH)
2
+ SiO
2
+ H
2
O → nCaO.mSiO
2
.pH
2
O
Khoáng nCaO.mSiO
2
.pH
2
O (viết tắt CSH) là khoáng bền nước hơn các sản
phẩm tạo thành khi vôi rắn chắc trong không khí.
Công dụng
Chất kết dính hỗn hợp có khả năng bền nước tốt hơn vôi không khí, do đó
phạm vi sử dụng của nó rộng rãi hơn. Có thể dùng chúng để chế tạo bê tông mác
thấp, vữa xây dựng trong môi trường không khí và cả môi trường ẩm ướt.
4.5. Vôi thủy
4.5.1. Khái niệm
Vôi thủy là chất kết dính vô cơ không những có khả năng rắn chắc trong
không khí mà còn có khả năng rắn chắc trong nước, nhưng mức độ rắn chắc
trong nước yếu hơn nhiều so với xi măng pooc lăng.
Vôi thủy được sản xuất bằng cách nung đá mácnơ (chứa nhiều sét 6-20%) ở
nhiệt độ 900 - 1100
0
C.
Ở nhiệt độ 900
0
C đầu tiên đá vôi bị phân hủy tạo ra CaO, sau đó CaO tác
dụng với SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
có trong sét để tạo ra khoáng mới theo phản ứng :
2CaO + SiO
2
= 2CaO.SiO
2
.
2CaO + Fe
2
O
3
= 2CaO.Fe
2
O
3
.
CaO + Al
2
O
3
= CaO. Al
2
O
3
.
CaO + Fe
2
O
3
= CaO. Fe
2
O
3
.
Nếu trong đá vôi có lẫn tạp chất MgCO
3
thì trong thành phần của vôi thủy
còn có MgO.
Như vậy sau khi nung trong thành phần của vôi thủy gồm có:
- 2CaO.SiO
2
(C
2
S);
- 2CaO. Fe
2
O
3
(C
2
F);
- CaO.Al
2
O
3
(CA);
- CaO.Fe
2
O
3
(CF);
- CaO và MgO .
56
Nhờ có khoáng C
2
S, C
2
F, CA và CF mà vôi thủy rắn chắc được trong môi
trường ẩm ướt và trong nước.
Thành phần CaO và MgO không rắn chắc được trong môi trường nước
nhưng nó làm cho vôi thủy dễ tôi hơn.
4.5.2. Tính chất
Khối lượng riêng , khối lượng thể tích
Khối lượng riêng : ρ
= 2200 - 3000 kg/m
3
.
Khối lượng thể tích : ρ
v
= 500 - 800 kg/m
3
.
Độ mịn
Khi độ mịn càng cao thì quá trình cứng rắn xảy ra càng nhanh, triệt để,
cường độ chịu lực tốt. Do đó độ mịn của vôi thủy phải đảm bảo chỉ tiêu lượng
lọt qua sàng 4900 lỗ /cm
2
≥ 85% (tương đương như xi măng pooc lăng). Bột vôi
thủy có màu hồng nhạt.
Khả năng rắn chắc trong nước
Khả năng rắn chắc trong nước của vôi thủy yếu hơn xi măng và phụ thuộc
vào hàm lượng các khoáng C
2
S; C
2
F ; CA ; CF, các khoáng này càng nhiều thì
khả năng rắn chắc trong nước càng mạnh.
Cường độ chịu lực
Khả năng chịu lực của vôi thủy cao hơn vôi không khí nhưng thấp hơn xi
măng pooc lăng và được đánh giá thông qua cường độ chịu nén.
Cường độ chịu nén của vôi thủy thường từ 20 - 50 kG/cm
2
.
Giới hạn cường độ nén của vôi thủy là cường độ nén trung bình của các
mẫu thí nghiệm hình lập phương có cạnh 7,07 cm được chế tạo bằng vữa vôi
thủy: cát, tỷ lệ 1:3 (theo khối lượng) ở tuổi 28 ngày.
Cách xác định cường độ nén của vôi thủy như sau:
Trộn 900g bột vôi thủy với 2700g cát thông thường và 360 g nước. Cho
hỗn hợp vữa vào 3 khuôn mẫu hình lập phương cạnh 7,07cm thành 2 lớp, đầm
chặt, gạt bằng và miết phẳng bề mặt các mẫu. Để các khuôn mẫu trong thùng
dưỡng hộ ẩm 24 ± 2 giờ, sau đó tháo khuôn và dưỡng hộ ẩm 6 ngày, ngâm tiếp
trong nước thêm 21 ngày nữa.
Sau 28 ngày kể từ ngày đúc mẫu được vớt lên lau khô bằng vải rồi đem thí
nghiệm xác định cường độ chịu nén.
4.5.3. Công dụng và bảo quản
Công dụng
Vôi thủy được dùng để sản xuất vữa xây, vữa trát, sản xuất bê tông mác
thấp.
Trước khi cho vữa vôi thủy tiếp xúc với môi trường nước phải để trong môi
trường không khí 2- 5 ngày (nếu là vôi thủy mạnh), 2 - 3 tuần (nếu là vôi thủy
yếu) sau đó mới cho tiếp xúc với nước để thành phần CaO rắn chắc theo cách
cacbonat hóa.
57
Bảo quản
Do có độ mịn cao nên nếu bảo quản không tốt vôi thủy sẽ hút ẩm đóng cục,
giảm cường độ chịu lực. Để bảo quản vôi thủy phải được đóng thành bao kín, để
nơi khô ráo, không dự trữ lâu phương pháp bảo quản giống như xi măng.
4.6. Xi măng pooc lăng
4.6.1. Khái niệm
Xi măng pooc lăng là chất kết dính rắn trong nước, chứa khoảng 70 - 80%
silicat canxi nên còn có tên gọi là xi măng silicat. Nó là sản phẩm nghiền mịn
của clinke với phụ gia đá thạch cao (3 - 5%).
Đá thạch cao có tác dụng điều chỉnh tốc độ đông kết của xi măng để phù
hợp với thời gian thi công.
Clinke
Clinke thường ở dạng hạt có đường kính 10 - 40 mm được sản xuất bằng
cách nung hỗn hợp đá vôi, đất sét và quặng sắt đã nghiền mịn đến nhiệt độ kết
khối (khoảng 1450
o
C).
Chất lượng clinke phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và công
nghệ sản xuất. Tính chất của xi măng do chất lượng clinke quyết định.
Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của clinke biểu thị bằng hàm lượng (%) các oxyt có
trong clinke, giao động trong giới hạn sau:
CaO: 63 - 66%; Al
2
O
3
: 4 - 8%; SiO
2
: 21 - 24%; Fe
2
O
3
: 2 - 4%.
Ngoài ra còn có một số oxyt khác như MgO; SO
3
; K
2
O; Na
2
O; TiO
2
;
Cr
2
O
3
; P
2
O
5
,... Chúng chiếm một tỷ lệ không lớn nhưng ít nhiều đều có hại cho
xi măng.
Thành phần hóa học của clinke thay đổi thì tính chất của xi măng cũng thay
đổi. Ví dụ: Tăng CaO thì xi măng thường rắn nhanh nhưng kém bền nước, tăng
SiO
2
thì ngược lại.
Thành phần khoáng vật
Trong quá trình nung đến nhiệt độ kết khối các oxyt chủ yếu kết hợp lại tạo
thành các khoáng vật silicat canxi, aluminat canxi, alumôferit canxi ở dạng cấu
trúc tinh thể hoặc vô định hình.
Clinke có 4 khoáng vật chính như sau :
Alit : silicat canxi : 3CaO.SiO
2
( viết tắt là C
3
S).
Chiếm hàm lượng 45 - 60% trong clinke.
Alit là khoáng quan trọng nhất của clinke, nó quyết định cường độ và các
tính chất khác của xi măng.
Đặc điểm: Tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ cao, tỏa nhiều nhiệt, dễ bị ăn
mòn.
Bêlit : silicat canxi 2CaO.SiO
2
(viết tắt là C
2
S).
Chiếm hàm lượng 20 - 30% trong clinke.
Bêlit là khoáng quan trọng thứ hai của clinke.
Đặc điểm: Rắn chắc chậm nhưng đạt cường độ cao ở tuổi muộn, tỏa nhiệt
ít, ít bị ăn mòn.
58
Aluminat canxi : 3CaO.Al
2
O
3
(viết tắt là C
3
A ).
Chiếm hàm lượng 4 - 12 % trong clinke.
Đặc điểm: Rắn chắc rất nhanh nhưng cường độ rất thấp, tỏa nhiệt rất nhiều
và rất dễ bị ăn mòn.
Feroaluminat canxi : 4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
( viết tắt là C
4
AF ).
Chiếm hàm lượng 10 - 12% trong clinke.
Đặc điểm: Tốc độ rắn chắc, cường độ chịu lực, nhiệt lượng tỏa ra và khả
năng chống ăn mòn đều trung bình.
Ngoài các khoáng vật chính trên trong clinke còn có một số thành phần
khác như CaO; Al
2
O
3
; Fe
2
O
3
; MgO; K
2
O và Na
2
O, tổng hàm lượng các thành
phần này khoảng 5-15% và có ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng làm cho
xi măng kém bền nước.
Khi hàm lượng các khoáng thay đổi thì tính chất của xi măng cũng thay đổi
theo.
Ví dụ: Khi hàm lượng C
3
S nhiều lên thì xi măng rắn càng nhanh, cường độ
càng cao. Nhưng nếu hàm lượng C
3
A tăng thì xi măng rắn rất nhanh và dễ gây
nứt cho công trình.
4.6.2. Sơ lược quá trình sản xuất
Nguyên liệu sản xuất
Nguyên liệu sản xuất clinke là đá vôi có hàm lượng canxi lớn như đá vôi
đặc, đá phấn, đá macnơ và đất sét. Trung bình để sản xuất 1 tấn xi măng cần
khoảng 1,5 tấn nguyên liệu. Tỷ lệ giữa thành phần đá vôi và đất sét vào khoảng
3 : 1 .
Ngoài hai thành phần chính là đá vôi và đất sét người ta có thể cho thêm
vào thành phần phối liệu các nguyên liệu phụ để điều chỉnh thành phần hóa học,
nhiệt độ kết khối và kết tinh của các khoáng.
Ví dụ: Cho trepen để tăng hàm lượng SiO
2
, cho quặng sắt để tăng Fe
2
O
3
,...
Nhiên liệu chủ yếu và hiệu quả nhất trong sản xuất xi măng ở nhiều nước là
khí thiên nhiên có nhiệt trị cao. Ở nước ta nhiên liệu được dùng phổ biến nhất
là
than và dầu.
Các giai đoạn của quá trình sản xuất
Quá trình sản xuất xi măng gồm các công đoạn chuẩn bị phối liệu, nung và
nghiền. Sơ dồ công nghệ sản xuất xi măng pooc lăng được tóm tắt trên hình 4-2
Chuẩn bị phối liệu
Gồm có khâu nghiền mịn, nhào trộn hỗn hợp với tỷ lệ yêu cầu để đảm bảo
cho các phản ứng hóa học được xảy ra và clinke có chất lượng đồng nhất.
Thông thường có hai phương pháp chuẩn bị phối liệu: Khô và ướt.
Phương pháp khô: Khâu nghiền và trộn đều thực hiện ở trạng thái khô hoặc
đã sấy trước. Đá vôi và đất sét được nghiền và sấy đồng thời cho đến độ ẩm 1-
2% trong máy nghiền bi. Sau khi nghiền, bột phối liệu được đưa vào xi lô để
kiểm tra hiệu chỉnh lại thành phần và để dự trữ đảm bảo cho lò nung làm việc
liên tục.
59
Khi chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp khô thì quá trình nung tốn ít
nhiệt, mặt bằng sản xuất gọn nhưng thành phần hỗn hợp khó đồng đều ảnh
hưởng tới chất lượng xi măng. Phương pháp này thích hợp khi đá vôi và đất sét
có độ ẩm thấp (10 - 15%).
Phương pháp ướt: Đất sét được máy khuấy tạo huyền phù sét, đá vôi được
đập nhỏ rồi cho vào nghiền chung với đất sét ở trạng thái lỏng (lượng nước
chiếm 35-45%) trong máy nghiền bi cho đến khi độ mịn đạt yêu cầu. Từ máy
nghiền hỗn hợp được bơm vào bể bùn để kiểm tra và điều chỉnh thành phần
trước khi cho vào lò nung.
Hình 4-2: Sơ đồ sản xuất ximăng pooclăngt bằng phương pháp ướt
1. Đất sét, đá vôi từ mỏ về; 2. Chuẩn bị phối liệu; 3. Định lượng; 4. Lò quay;
5. Truyền nhiên liệu; 6. Chuyển Clinke; 7. Kho Clinke;
ề
Khi chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp ướt thì thành phần của hỗn hợp
đồng đều, chất lượng xi măng tốt nhưng quá trình nung tốn nhiều nhiệt. Phương
pháp này thích hợp khi đá vôi và đất sét có độ ẩm lớn.
Nung
Quá trình nung phối liệu được thực hiện chủ yếu trong lò quay. Nếu nguyên
liệu chuẩn bị theo phương pháp khô có thể nung trong lò đứng. Lò quay là ống
trụ bằng thép đặt nghiêng 3-4
o
, trong lót bằng vật liệu chịu lửa (hình 4 - 3).
Chiều dài lò 95-185m, đường kính 5-7m.
Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều. Hỗn hợp nguyên liệu được
đưa vào đầu cao, khí nóng được phun lên từ đầu thấp.
Khi lò quay, phối liệu được chuyển dần xuống và tiếp xúc với các vùng có
nhiệt độ khác nhau, tạo ra những quá trình hóa lý phù hợp để cuối cùng hình
thành clinke. Tốc độ quay của lò 1 - 2 vòng/phút.
60
Clinke khi ra khỏi lò ở dạng màu sẫm hoặc vàng xám được làm
nguội từ 1000
0
C xuống đến 100 - 200
0
C trong các thiết bị làm nguội bằng
không khí rồi giữ trong kho 1- 2 tuần.
Nghiền
Hình 4 - 3 : Sơ đồ lò quay sản xuất xi măng theo phương pháp ướt
1 -Hỗn hợp phối liệu; 2 - Khí nóng; 3- Lò quay; 4-Xích treo;5 - Truyền động;
6-Nước làm nguội vùng kết khối của lò ; 7-Ngọn lử ; 8 - Truyền nhiên liệu ;
9 – Clinke; 10 - Làm nguội; 11- Gối đỡ .
Việc nghiền clinke thành bột mịn được thực hiện trong máy nghiền bi làm
việc theo chu trình hở hoặc chu trình kín. Máy nghiền bi là ống hình trụ bằng
thép bên trong có những vách ngăn thép để chia máy ra nhiều buồng. Máy
nghiền loại lớn có kích thước 3,95 x 11 m (năng suất 100T/giờ) và 4,6 x 16,4 m
(năng suất 135t/giờ).
Sơ đồ nghiền clinke được thể hiện trên hình 4-4.
Clinke được nghiền dưới tác dụng của bi thép hình cầu (nghiền thô) và bi
thép hình trụ (nghiền mịn). Khi máy quay bi thép được nâng lên đến một độ cao
nhất định rồi rơi xuống va đập và trà sát làm vụn hạt vật liệu (clinke, thạch
cao
và phụ gia).
Hình 4-4: Sơ đò nghiền clinke theo chu trình kín
a) Với hai máy nghiền: 1. Máy nghiền thô; 2. Gầu nâng;
3. Thiết bị phân loại li tâm; 4. Máy nghiền mịn;
b) Với một máy nghiền: 1. Gầu nâng; 2. Thiết bị phân loại;
3. Máy nghiền; 4. Hạt thô; 5. Ximăng
Xi măng sau khi nghiền có nhiệt độ 80 - 120
0
C được hệ thống vận chuyển
bằng khí nén đưa lên xilô. Xilô là bể chứa bằng bê tông cốt thép đường kính 8 -
15 m, cao 25 - 30m, những xi lô lớn có thể chứa được 4000 - 10000 tấn xi măng.
61
4.6.3. Lý thuyết về sự rắn chắc của xi măng.
Phản ứng thuỷ hoá
Khi nhào trộn xi măng với nước, ở giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng
nhanh của khoáng alit với nước tạo ra hyđrosilicat canxi và hyđroxit canxi.
2(3CaO.SiO
2
) + 6H
2
O = 3CaO.2SiO
2
.3H
2
O + 3Ca(OH)
2
.
Vì đã có hyđroxit canxi tách ra từ khoáng alit nên khoáng belit thuỷ hoá
chậm hơn alit và tách ra ít Ca(OH)
2
hơn. :
2(2CaO.SiO
2
) + 4H
2
O = 3CaO.2SiO
2
.3H
2
O + Ca(OH)
2
.
Hyđrosilicat canxi hình thành khi thuỷ hoá hoàn toàn đơn khoáng silicat
tricanxi ở trạng thái cân bằng với dung dịch bão hoà hyđroxit canxi. Tỷ lệ
CaO/SiO
2
trong các hyđrosilicat 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 alumô chủ
yếu trong xi măng là aluminat tricanxi 3CaO.Al
2
O
3
, 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, không bền có tinh thể dạng tấm mỏng lục giác của 4CaO.Al
2
O
3
.9H
2
O và
2.CaO.Al
2
O
3
.8H
2
O. Cấu trúc dạng tơi xốp này làm giảm độ bền nước của xi
măng. Dạng ổn định của nó là hyđroaluminat 6 nước có tinh thể hình lập
phương được tạo thành từ phản ứng:
3CaO.Al
2
O
3
+ 6H
2
O = 3CaO.Al
2
O
3
.6H
2
O
Để làm chậm quá trình đông kết khi nghiền clinke cần cho thêm một lượng
đá thạch cao (3% ÷ 5% so với khối lượng xi măng). Sunfat canxi sẽ đóng vai trò
là chất hoạt động hoá học của xi măng, tác dụng với aluminat tricanxi ngay từ
đầu để tạo thành sunfoaluminat canxi ngậm nước (khoáng etringit) :
3CaO.Al
2
O
3
+ 3 (CaSO
4
.2H
2
O) + 26H
2
O = 3CaO.Al
2
O
3
.3CaSO
4
.32H
2
O
Trong dung dịch bão hoà Ca(OH)
2
, ngay từ đầu etringit sẽ tách ra ở dạng
keo phân tán mịn đọng lại trên bề mặt 3CaO.Al
2
O
3
làm chậm sự thuỷ hoá của nó
và kéo dài thời gian đông kết của xi măng. Sự kết tinh của Ca(OH)
2
từ dung dịch
quá bão hoà sẽ làm giảm nồng độ hyđroxit canxi trong dung dịch và etringit
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 lấp lỗ rỗng của đá xi măng, làm cường độ và độ ổn định của đá xi măng
tăng lên. Cấu trúc của đá xi măng cũng sẽ tốt hơn do hạn chế được những chỗ
yếu của hyđroaluminat canxi. Sau đó etringit còn tác dụng với 3CaO.Al
2
O
3
còn
lại sau khi đã tác dụng với đá thạch cao để tạo ra muối kép của sunfat :
2(3CaO.Al
2
O
3
)+3CaO.Al
2
O
3
.3Ca.SO
4
.32H
2
O+22H
2
O = (3CaO.Al
2
O
3
.CaSO
4
.18H
2
O).
Feroaluminat tetracanxi tác dụng với nước tạo ra hyđroaluminat và
hyđroferit canxi :
4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
+ mH
2
O = 3CaO.Al
2
O
3
.6H
2
O + CaO.Fe
2
O
3
.nH
2
O.
Hyđroferit sẽ nằm lại trong thành phần của gen xi măng, còn hyđro-
aluminat sẽ tác dụng với đá thạch cao như phản ứng trên.
Tính chất và sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng
Hồ xi măng tạo thành sau khi nhào trộn xi măng với nước là loại huyền phù
đặc của nước. Trước khi tạo hình hỗn hợp bê tông và bắt đầu đông kết, hồ xi
62
măng có cấu trúc ngưng tụ. Trong đó những hạt rắn hút nhau bằng lực
Vanđecvan và liên kết với nhau bằng lớp vỏ hyđrat. Cấu trúc này sẽ bị phá huỷ
khi có lực cơ học tác dụng (nhào, trộn, rung…) nó trở thành chất lỏng nhớt, dễ
tạo hình. Việc chuyển hồ sang trạng thái chảy mang đặc trưng xúc biến, có nghĩa
là khi loại bỏ tác dụng của lực cơ học thì liên kết cấu trúc trong hệ lại được
phục
hồi.
Tính chất cơ học - cấu trúc của hồ xi măng tăng theo mức độ thuỷ hoá xi
măng. Thí dụ ứng suất trượt của hồ đo được sau khi nhào trộn là 0,1kG/cm
2
, khi
bắt đầu đông kết tăng lên 15 lần (1,5 kG/cm
2
), còn khi kết thúc đông kết lên 50
lần (5kG/cm
2
). Như vậy, hồ xi măng có khả năng thay đổi nhanh tính lưu biến
trong khoảng 1 ÷ 2 giờ.
Sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng và cường độ của nó xảy ra như sau :
Những phân tố cấu trúc đầu tiên được hình thành sau khi nhào trộn xi măng với
nước là etringit, hyđroxit canxi và các sợi gen CSH. Etringit dạng lăng trụ lục
giác được tạo thành sau 2 phút, còn mầm tinh thể Ca(OH)
2
xuất hiện sau vài
giờ. Phần gen của hyđrosilicat canxi đầu tiên ở dạng ‘bó”. Những lớp gen mỏng
tạo thành xen giữa các tinh thể Ca(OH)
2
làn đặc chắc thêm hồ xi măng.
Đến cuối giai đoạn đông kết cấu trúc cơ bản của hồ xi măng được hình
thành làm cho nó biến đổi thành đá xi măng.
Giải thích quá trình rắn chắc của xi măng
Khi xi măng rắn chắc, các quá trình vật lý và hoá lý phức tạp đi kèm theo
các phản ứng hoá học có một ý nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến đổi tổng hợp,
khiến cho xi măng khi nhào trộn với nước, lúc đầu chỉ là hồ dẻo và sau biến
thành đá cứng có cường độ. Tất cả các quá trình tác dụng tương hỗ của từng
khoáng với nước để tạo ra những sản phẩm mới xảy ra đồng thời, xen kẽ và ảnh
hưởng lẫn nhau. Các sản phẩm mới cũng có thể tác dụng tương hỗ với nhau và
với các khoáng khác của clinke để hình thành những liên kết mới. Do đó hồ xi
măng là một hệ rất phức tạp cả về cấu trúc thành phần cũng như sự biến đổi. Để
giải thích quá trình rắn chắc người ta thường dùng thuyết của Baikov –
Rebinder. Theo thuyết này, quá trình rắn chắc của xi măng được chia làm 3 giai
đoạn:
Giai đoạn hoà tan : Khi nhào trộn xi măng với nước các thành phần
khoáng của clinke sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt hạt xi măng. Những
sản phẩm mới tan được [Ca(OH)
2
; 3CaO.Al
2
O
3
.6H
2
O] sẽ tan ra. Nhưng vì độ
tan của nó không lớn và lượng nước có hạn nên dung dịch nhanh chóng trở nên
quá bão hoà.
Giai đoạn hoá keo : Trong dung dịch quá bão hoà, các sản phẩm
Ca(OH)
2
; 3CaO.Al
2
O
3
.6H
2
O mới tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng
thái keo. Còn các sản phẩm etringit, CSH vốn không tan nên vẫn tồn tại ở thể
keo phân tán. Nước vẫn tiếp tục mất đi (bay hơi, phản ứng với xi măng), các sản
phẩm mới tiếp tục tạo thành, 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.
63
Giai đoạn kết tinh : Nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi , các sản
phẩm mới ngày càng nhiều. Chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể
liên tinh làm cho cả hệ thống hoá cứng và cường độ tăng.
4.6.4. Tính chất của xi măng pooc lăng
Khối lượng riêng khối lượng thể tích
Khối lượng riêng của xi măng pooc lăng (không có phụ gia khoáng) ρ
a
=
3,05- 3.15 g/cm
3
.
Khối lượng thể tích có giá trị dao động khá lớn tùy thuộc vào độ lèn chặt,
đối với bột xi măng ở trạng thái xốp tự nhiên ρ
v
= 1100kg/m
3
, lèn chặt trung
bình ρ
v
= 1300 kg/m
3
, lèn chặt mạnh ρ
v
= 1600kg/m
3
.
Độ mịn
Xi măng có độ mịn cao sẽ dễ tác dụng với nước, các phản ứng thủy hóa sẽ
xảy ra triệt để, tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ chịu lực cao. Như vậy độ mịn là
một chỉ tiêu đánh giá phẩm chất của xi măng.
Độ mịn có thể xác định bằng cách sàng trên sàng 4900 lỗ/cm
2
và đo tỷ diện
bề mặt của xi măng.
Theo TCVN 2682 - 1999, khi sàng bằng sàng 4900 lỗ/cm
2
thì độ mịn của xi
măng thông thường PC30 và PC40 phải đạt chỉ tiêu lượng lọt qua sàng lớn hơn
hoặc bằng 85% (lượng sót trên sàng ≤ 15%).
Tỷ diện bề mặt của xi măng là tổng diện tích của các hạt trong 1g xi măng.
Xi măng càng mịn tỷ diện càng lớn do đó người ta dùng tỷ diện để biểu thị độ
mịn của xi măng.
Cũng theo TCVN 2682-1999 tỷ diện bề mặt của xi măng PC30 và PC40
phải đạt ≥ 2700cm
2
/g
Hình 4-5: Dụng cụ Vika để xác định độ dẻo tiêu chuẩn
và thời gian đông kết của ximăng
a) Xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian bắt đầu đông kết.
b) Xác định thời gian kết thúc đông kết.
Lượng nước tiêu chuẩn
Lượng nước tiêu chuẩn
của xi măng là lượng nước tính
bằng % so với khối lượng xi
măng đảm bảo cho hồ xi măng
đạt độ dẻo tiêu chuẩn.
Độ dẻo tiêu chuẩn được
xác định bằng dụng cụ vi ka
(hình 4 - 5), phương pháp xác
định theo TCVN 6017:1995
Hồ xi măng đảm bảo độ
cắm sâu của kim vi ka (đường
kính kim 10 ± 0,05 mm) từ 33-
35mm trong khuôn có đường
kính trên 70 ± 5mm, đường
kính dưới 80 ± 5mm và chiều
cao 40 ± 0,2mm thì hồ đó có độ
dẻo tiêu chuẩn và lượng đã
64
nhào trộn là lượng nước tiêu chuẩn.
Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng càng lớn thì lượng nước nhào trộn
trong bê tông và vữa càng nhiều.
Mỗi loại xi măng có lượng nước tiêu chuẩn nhất định tùy thuộc vào thành
phần khoáng vật, độ mịn, hàm lượng phụ gia, thời gian đã lưu kho và điều kiện
bảo quản xi măng.
Xi măng để lâu bị vón cục thì lượng nước tiêu chuẩn sẽ giảm.
Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng biểu thị bằng tỷ lệ:
0,320.22
X
N
÷=
.
Cách thực hiện:
Trộn 500g xi măng với một lượng nước đã ước tính sơ bộ (trong khoảng
0,320,22
N
X
÷=
). Thời gian trộn kéo dài 5 phút kể từ lúc đổ nước vào xi măng.
Ngay sau khi trộn xong đặt khuôn lên tấm kính, dùng bay xúc hồ xi măng
đổ đầy khuôn một lần rồi đập tấm kính lên mặt bàn 5 - 6 cái, dùng dao đã lau ẩm
gạt cho hồ bằng miệng khuôn.
Đặt khuôn vào dụng cụ vika, hạ đầu kim (có đường kính 10 ± 0,05 mm và
dài 50 ± 1 mm) xuống sát mặt hồ xi măng và vặn vít để giữ kim, sau đó mở vít
cho kim tự do cắm vào hồ xi măng. Qua 30 giây vặn chặt vít và đọc trị số kim
chỉ trên thước chia độ để biết độ cắm sâu của kim trong hồ xi măng.
Nếu kim cắm cách tấm đế 6±1mm thì hồ xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn.
Nếu kim căm nông hoặc sâu hơn thì phải trộn mẻ khác với lượng nước nhiều
hơn hoặc ít hơn. Cứ thí nghiệm nhiều lần như vậy cho đến khi tìm được lượng
nước ứng với độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng.
Thời gian đông kết của xi măng
Sau khi trộn xi măng với nước, hồ xi măng có tính dẻo cao nhưng sau đó
tính dẻo mất dần. Thời gian tính từ lúc trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi
măng mất dẻo và bắt đầu có khả năng chịu lực gọi là thời gian đông kết.
Thời gian đông kết của xi măng bao gồm 2 giai đoạn là thời gian bắt đầu
đông kết và thời gian kết thúc đông kết.
Thời gian bắt đầu đông kết: Là khoảng thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn xi
măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất tính dẻo, ứng với lúc kim vika nhỏ
có đường kính 1,13 ± 0,05 mm lần đầu tiên cắm cách tấm kính 4 ± 1 mm.
Thời gian kết thúc đông kết: Là khoảng thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn xi
măng với nước cho đến khi trong hồ xi măng hình thành các tinh thể, hồ cứng
lại và bắt đầu có khả năng chịu lực, ứng với lúc kim vika có đường kính 1,13 ±
0,05 mm lần đầu tiên cắm sâu vào hồ 0,5 mm.
Thời gian đông kết của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ mịn,
hàm lượng phụ gia, thời gian lưu giữ trong kho và điều kiện bảo quản xi măng.
Các loại xi măng có thời gian đông kết khác nhau. Khi thi công bê tông và
vữa cần phải biết thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết của
xi
măng để định ra kế hoạch thi công hợp lý.
65