Luận văn tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng

6,260
696
76
chúng được sn xut bng cách nghin chung vôi sng vi ph gia hot tính
hoc trn ln vôi nhuyn vi ph gia nghin mn.
Ph gia vô cơ hot tính có hai nhóm chính.
Ph gia vô cơ hot tính thiên nhiên: điatômit, Trepen, túp núi la, tro núi
la.
Ph gia hot tính nhân to: Tro x trong công nghip nhit đin hoc luyn
kim.
Nói chung ph gia vô cơ hot tính là nhng loi vt liu cha nhiu SiO
2
định hình. Độ hot tính ca chúng được đánh giá thông qua độ hút vôi.
T l phi hp ca cht kết dính hn hp là vôi sng 15 - 30 %,
ph gia vô cơ hot tính 70 - 80% (có th thêm c thch cao).
Tính cht
Cht kết dính hn hp có cường độ tương đối cao nh có phn ng to ra
silicat canxi ngm nước ngay nhit độ thường
Ca(OH)
2
+ SiO
2
+ H
2
O nCaO.mSiO
2
.pH
2
O
Khoáng nCaO.mSiO
2
.pH
2
O (viết tt CSH) là khoáng bn nước hơn các sn
phm to thành khi vôi rn chc trong không khí.
Công dng
Cht kết dính hn hp có kh năng bn nước tt hơn vôi không khí, do đó
phm vi s dng ca nó rng rãi hơn. Có th dùng chúng để chế to bê tông mác
thp, va xây dng trong môi trường không khí và c môi trường m ướt.
4.5. Vôi thy
4.5.1. Khái nim
Vôi thy là cht kết dính vô cơ không nhng có kh năng rn chc trong
không khí mà còn có kh năng rn chc trong nước, nhưng mc độ rn chc
trong nước yếu hơn nhiu so vi xi măng pooc lăng.
Vôi thy được sn xut bng cách nung đá mácnơ (cha nhiu sét 6-20%)
nhit độ 900 - 1100
0
C.
nhit độ 900
0
C đầu tiên đá vôi b phân hy to ra CaO, sau đó CaO tác
dng vi SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
có trong sét để to ra khoáng mi theo phn ng :
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 ln tp cht MgCO
3
thì trong thành phn ca vôi thy
còn có MgO.
Như vy sau khi nung trong thành phn ca vôi thy gm 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
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
Nh có khoáng C
2
S, C
2
F, CA và CF mà vôi thy rn chc được trong môi
trường m ướt và trong nước.
Thành phn CaO và MgO không rn chc đưc trong môi trường nước
nhưng nó làm cho vôi thy d tôi hơn.
4.5.2. Tính cht
Khi lượng riêng , khi lượng th tích
Khi lượng riêng : ρ
= 2200 - 3000 kg/m
3
.
Khi lượng th tích : ρ
v
= 500 - 800 kg/m
3
.
Độ mn
Khi độ mn càng cao thì quá trình cng rn xy ra càng nhanh, trit để,
cường độ chu lc tt. Do đó độ mn ca vôi thy phi đảm bo ch tiêu lượng
lt qua sàng 4900 l /cm
2
85% (tương đương như xi măng pooc lăng). Bt vôi
thy có màu hng nht.
Kh năng rn chc trong nước
Kh năng rn chc trong nước ca vôi thy yếu hơn xi măng và ph thuc
vào hàm lượng các khoáng C
2
S; C
2
F ; CA ; CF, các khoáng này càng nhiu thì
kh năng rn chc trong nước càng mnh.
Cường độ chu lc
Kh năng chu lc ca vôi thy cao hơn vôi không khí nhưng thp hơn xi
măng pooc lăng và được đánh giá thông qua cường độ chu nén.
Cường độ chu nén ca vôi thy thường t 20 - 50 kG/cm
2
.
Gii hn cường độ nén ca vôi thy là cường độ nén trung bình ca các
mu thí nghim hình lp phương có cnh 7,07 cm được chế to bng va vôi
thy: cát, t l 1:3 (theo khi lượng) tui 28 ngày.
Cách xác định cường độ nén ca vôi thy như sau:
Trn 900g bt vôi thy vi 2700g cát thông thường và 360 g nước. Cho
hn hp va vào 3 khuôn mu hình lp phương cnh 7,07cm thành 2 lp, đầm
cht, gt bng và miết phng b mt các mu. Để các khuôn mu trong thùng
dưỡng h m 24 ± 2 gi, sau đó tháo khuôn và dưỡng h m 6 ngày, ngâm tiếp
trong nước thêm 21 ngày na.
Sau 28 ngày k t ngày đúc mu được vt lên lau khô bng vi ri đem thí
nghim xác định cường độ chu nén.
4.5.3. Công dng và bo qun
Công dng
Vôi thy được dùng để sn xut va xây, va trát, sn xut bê tông mác
thp.
Trước khi cho va vôi thy tiếp xúc vi môi trường nước phi để trong môi
trường không khí 2- 5 ngày (nếu là vôi thy mnh), 2 - 3 tun (nếu là vôi thy
yếu) sau đó mi cho tiếp xúc vi nước để thành phn CaO rn chc theo cách
cacbonat hóa.
57
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
Bo qun
Do có độ mn cao nên nếu bo qun không tt vôi thy s hút m đóng cc,
gim cường độ chu lc. Để bo qun vôi thy phi được đóng thành bao kín, để
nơi khô ráo, không d tr lâu phương pháp bo qun ging như xi măng.
4.6. Xi măng pooc lăng
4.6.1. Khái nim
Xi măng pooc lăng là cht kết dính rn trong nước, cha khong 70 - 80%
silicat canxi nên còn có tên gi là xi măng silicat. Nó là sn phm nghin mn
ca clinke vi ph gia đá thch cao (3 - 5%).
Đá thch cao có tác dng điu chnh tc độ đông kết ca xi măng để phù
hp vi thi gian thi công.
Clinke
Clinke thường dng ht có đường kính 10 - 40 mm được sn xut bng
cách nung hn hp đá vôi, đất sét và qung st đã nghin mn đến nhit độ kết
khi (khong 1450
o
C).
Cht lượng clinke ph thuc vào thành phn khoáng vt, hóa hc và công
ngh sn xut. Tính cht ca xi măng do cht lượng clinke quyết định.
Thành phn hóa hc
Thành phn hóa hc ca clinke biu th bng hàm lượng (%) các oxyt có
trong clinke, giao động trong gii hn sau:
CaO: 63 - 66%; Al
2
O
3
: 4 - 8%; SiO
2
: 21 - 24%; Fe
2
O
3
: 2 - 4%.
Ngoài ra còn có mt s oxyt khác như MgO; SO
3
; K
2
O; Na
2
O; TiO
2
;
Cr
2
O
3
; P
2
O
5
,... Chúng chiếm mt t l không ln nhưng ít nhiu đều có hi cho
xi măng.
Thành phn hóa hc ca clinke thay đổi thì tính cht ca xi măng cũng thay
đổi. Ví d: Tăng CaO thì xi măng thường rn nhanh nhưng kém bn nước, tăng
SiO
2
thì ngược li.
Thành phn khoáng vt
Trong quá trình nung đến nhit độ kết khi các oxyt ch yếu kết hp li to
thành các khoáng vt silicat canxi, aluminat canxi, alumôferit canxi dng cu
trúc tinh th hoc vô định hình.
Clinke có 4 khoáng vt chính như sau :
Alit : silicat canxi : 3CaO.SiO
2
( viết tt là C
3
S).
Chiếm hàm lượng 45 - 60% trong clinke.
Alit là khoáng quan trng nht ca clinke, nó quyết định cường độ và các
tính cht khác ca xi măng.
Đặc đim: Tc độ rn chc nhanh, cường độ cao, ta nhiu nhit, d b ăn
mòn.
Bêlit : silicat canxi 2CaO.SiO
2
(viết tt là C
2
S).
Chiếm hàm lượng 20 - 30% trong clinke.
Bêlit là khoáng quan trng th hai ca clinke.
Đặc đim: Rn chc chm nhưng đạt cường độ cao tui mun, ta nhit
ít, ít b ăn mòn.
58
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 tt là C
3
A ).
Chiếm hàm lượng 4 - 12 % trong clinke.
Đặc đim: Rn chc rt nhanh nhưng cường độ rt thp, ta nhit rt nhiu
và rt d b ăn mòn.
Feroaluminat canxi : 4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
( viết tt là C
4
AF ).
Chiếm hàm lượng 10 - 12% trong clinke.
Đặc đim: Tc độ rn chc, cường độ chu lc, nhit lượng ta ra và kh
năng chng ăn mòn đều trung bình.
Ngoài các khoáng vt chính trên trong clinke còn có mt s thành phn
khác như CaO; Al
2
O
3
; Fe
2
O
3
; MgO; K
2
O và Na
2
O, tng hàm lượng các thành
phn này khong 5-15% và có nh hưởng xu đến tính cht ca xi măng làm cho
xi măng kém bn nước.
Khi hàm lượng các khoáng thay đổi thì tính cht ca xi măng cũng thay đổi
theo.
Ví d: Khi hàm lượng C
3
S nhiu lên thì xi măng rn càng nhanh, cường độ
càng cao. Nhưng nếu hàm lượng C
3
A tăng thì xi măng rn rt nhanh và d gây
nt cho công trình.
4.6.2. Sơ lược quá trình sn xut
Nguyên liu sn xut
Nguyên liu sn xut clinke là đá vôi có hàm lượng canxi ln như đá vôi
đặc, đá phn, đá macnơđất sét. Trung bình để sn xut 1 tn xi măng cn
khong 1,5 tn nguyên liu. T l gia thành phn đá vôi và đất sét vào khong
3 : 1 .
Ngoài hai thành phn chính là đá vôi và đất sét người ta có th cho thêm
vào thành phn phi liu các nguyên liu ph để điu chnh thành phn hóa hc,
nhit độ kết khi và kết tinh ca các khoáng.
Ví d: Cho trepen để tăng hàm lượng SiO
2
, cho qung st để tăng Fe
2
O
3
,...
Nhiên liu ch yếu và hiu qu nht trong sn xut xi măng nhiu nước là
khí thiên nhiên có nhit tr cao. nước ta nhiên liu được dùng ph biến nht là
than và du.
Các giai đon ca quá trình sn xut
Quá trình sn xut xi măng gm các công đon chun b phi liu, nung và
nghin. Sơ d công ngh sn xut xi măng pooc lăng được tóm tt trên hình 4-2
Chun b phi liu
Gm có khâu nghin mn, nhào trn hn hp vi t l yêu cu để đảm bo
cho các phn ng hóa hc được xy ra và clinke có cht lượng đồng nht.
Thông thường có hai phương pháp chun b phi liu: Khô và ướt.
Phương pháp khô: Khâu nghin và trn đều thc hin trng thái khô hoc
đã sy trước. Đá vôi và đất sét được nghin và sy đồng thi cho đến độ m 1-
2% trong máy nghin bi. Sau khi nghin, bt phi liu được đưa vào xi lô để
kim tra hiu chnh li thành phn và để d tr đảm bo cho lò nung làm vic
liên tc.
59
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 chun b phi liu bng phương pháp khô thì quá trình nung tn ít
nhit, mt bng sn xut gn nhưng thành phn hn hp khó đồng đều nh
hưởng ti cht lượng xi măng. Phương pháp này thích hp khi đá vôi và đất sét
độ m thp (10 - 15%).
Phương pháp ướt: Đất sét được máy khuy to huyn phù sét, đá vôi được
đập nh ri cho vào nghin chung vi đất sét trng thái lng (lượng nước
chiếm 35-45%) trong máy nghin bi cho đến khi độ mn đạt yêu cu. T máy
nghin hn hp được bơm vào b bùn để kim tra và điu chnh thành phn
trước khi cho vào lò nung.
Hình 4-2: Sơ đồ sn xut ximăng pooclăngt bng phương pháp ướt
1. Đất sét, đá vôi t m v; 2. Chun b phi liu; 3. Định lượng; 4. Lò quay;
5. Truyn nhiên liu; 6. Chuyn Clinke; 7. Kho Clinke;
Khi chun b phi liu bng phương pháp ướt thì thành phn ca hn hp
đồng đều, cht lượng xi măng tt nhưng quá trình nung tn nhiu nhit. Phương
pháp này thích hp khi đá vôi và đất sét có độ m ln.
Nung
Quá trình nung phi liu được thc hin ch yếu trong lò quay. Nếu nguyên
liu chun b theo phương pháp khô có th nung trong lò đứng. Lò quay là ng
tr bng thép đặt nghiêng 3-4
o
, trong lót bng vt liu chu la (hình 4 - 3).
Chiu dài lò 95-185m, đường kính 5-7m.
Lò quay làm vic theo nguyên tc ngược chiu. Hn hp nguyên liu được
đưa vào đầu cao, khí nóng được phun lên t đầu thp.
Khi lò quay, phi liu được chuyn dn xung và tiếp xúc vi các vùng có
nhit độ khác nhau, to ra nhng quá trình hóa lý phù hp để cui cùng hình
thành clinke. Tc độ quay ca lò 1 - 2 vòng/phút.
60
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 khi lò dng màu sm hoc vàng xám được làm
ngui t 1000
0
C xung đến 100 - 200
0
C trong các thiết b làm ngui bng
không khí ri gi trong kho 1- 2 tun.
Nghin
Hình 4 - 3 : Sơ đồ lò quay sn xut xi măng theo phương pháp ướt
1 -Hn hp phi liu; 2 - Khí nóng; 3- Lò quay; 4-Xích treo;5 - Truyn động;
6-Nước làm ngui vùng kết khi ca lò ; 7-Ngn l ; 8 - Truyn nhiên liu ;
9 – Clinke; 10 - Làm ngui; 11- Gi đỡ .
Vic nghin clinke thành bt mn được thc hin trong máy nghin bi làm
vic theo chu trình h hoc chu trình kín. Máy nghin bi là ng hình tr bng
thép bên trong có nhng vách ngăn thép để chia máy ra nhiu bung. Máy
nghin loi ln có kích thước 3,95 x 11 m (năng sut 100T/gi) và 4,6 x 16,4 m
(năng sut 135t/gi).
Sơ đồ nghin clinke được th hin trên hình 4-4.
Clinke được nghin dưới tác dng ca bi thép hình cu (nghin thô) và bi
thép hình tr (nghin mn). Khi máy quay bi thép được nâng lên đến mt độ cao
nht định ri rơi xung va đập và trà sát làm vn ht vt liu (clinke, thch cao
và ph gia).
Hình 4-4: Sơ đò nghin clinke theo chu trình kín
a) Vi hai máy nghin: 1. Máy nghin thô; 2. Gu nâng;
3. Thiết b phân loi li tâm; 4. Máy nghin mn;
b) Vi mt máy nghin: 1. Gu nâng; 2. Thiết b phân loi;
3. Máy nghin; 4. Ht thô; 5. Ximăng
Xi măng sau khi nghin có nhit độ 80 - 120
0
C được h thng vn chuyn
bng khí nén đưa lên xilô. Xilô là b cha bng bê tông ct thép đường kính 8 -
15 m, cao 25 - 30m, nhng xi lô ln có th cha được 4000 - 10000 tn xi măng.
61
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 v s rn chc ca xi măng.
Phn ng thu hoá
Khi nhào trn xi măng vi nước, giai đon đầu xy ra quá trình tác dng
nhanh ca khoáng alit vi nước to ra hyđrosilicat canxi và hyđroxit canxi.
2(3CaO.SiO
2
) + 6H
2
O = 3CaO.2SiO
2
.3H
2
O + 3Ca(OH)
2
.
đã có hyđroxit canxi tách ra t khoáng alit nên khoáng belit thu hoá
chm 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 thu hoá hoàn toàn đơn khoáng silicat
tricanxi trng thái cân bng vi dung dch bão hoà hyđroxit canxi. T l
CaO/SiO
2
trong các hyđrosilicat trong h xi măng có th thay đổi ph thuc vào
thành phn vt liu, điu kin rn chc và các yếu t khác. Pha cha alumô ch
yếu trong xi măng là aluminat tricanxi 3CaO.Al
2
O
3
, đây là pha hot động nht.
Ngay sau khi trn vi nước, trên b mt các ht xi măng đã có lp sn phm
xp, không bn có tinh th dng tm mng lc giác ca 4CaO.Al
2
O
3
.9H
2
O và
2.CaO.Al
2
O
3
.8H
2
O. Cu trúc dng tơi xp này làm gim độ bn nước ca xi
măng. Dng n định ca nó là hyđroaluminat 6 nước có tinh th hình lp
phương được to thành t phn ng:
3CaO.Al
2
O
3
+ 6H
2
O = 3CaO.Al
2
O
3
.6H
2
O
Để làm chm quá trình đông kết khi nghin clinke cn cho thêm mt lượng
đá thch cao (3% ÷ 5% so vi khi lượng xi măng). Sunfat canxi s đóng vai trò
là cht hot động hoá hc ca xi măng, tác dng vi aluminat tricanxi ngay t
đầu để to thành sunfoaluminat canxi ngm 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 dch bão hoà Ca(OH)
2
, ngay t đầu etringit s tách ra dng
keo phân tán mn đọng li trên b mt 3CaO.Al
2
O
3
làm chm s thu hoá ca nó
và kéo dài thi gian đông kết ca xi măng. S kết tinh ca Ca(OH)
2
t dung dch
quá bão hoà s làm gim nng độ hyđroxit canxi trong dung dch và etringit
chuyn sang tinh th dng si, to ra cường độ ban đầu cho xi măng. Etringit có
th tích ln gp 2 ln so vi th tích các cht tham gia phn ng, có tác dng
chèn lp l rng ca đá xi măng, làm cường độđộ n định ca đá xi măng
tăng lên. Cu trúc ca đá xi măng cũng s tt hơn do hn chế được nhng ch
yếu ca hyđroaluminat canxi. Sau đó etringit còn tác dng vi 3CaO.Al
2
O
3
còn
li sau khi đã tác dng vi đá thch cao để to ra mui kép ca 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 dng vi nước to 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 s nm li trong thành phn ca gen xi măng, còn hyđro-
aluminat s tác dng vi đá thch cao như phn ng trên.
Tính cht và s hình thành cu trúc ca h xi măng
H xi măng to thành sau khi nhào trn xi măng vi nước là loi huyn phù
đặc ca nước. Trước khi to hình hn hp bê tông và bt đầu đông kết, h xi
62
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 cu trúc ngưng t. Trong đó nhng ht rn hút nhau bng lc
Vanđecvan và liên kết vi nhau bng lp v hyđrat. Cu trúc này s b phá hu
khi có lc cơ hc tác dng (nhào, trn, rung…) nó tr thành cht lng nht, d
to hình. Vic chuyn h sang trng thái chy mang đặc trưng xúc biến, có nghĩa
là khi loi b tác dng ca lc cơ hc thì liên kết cu trúc trong h li được phc
hi.
Tính cht cơ hc - cu trúc ca h xi măng tăng theo mc độ thu hoá xi
măng. Thí d ng sut trượt ca h đo được sau khi nhào trn là 0,1kG/cm
2
, khi
bt đầu đông kết tăng lên 15 ln (1,5 kG/cm
2
), còn khi kết thúc đông kết lên 50
ln (5kG/cm
2
). Như vy, h xi măng có kh năng thay đổi nhanh tính lưu biến
trong khong 1 ÷ 2 gi.
S hình thành cu trúc ca h xi măng và cường độ ca nó xy ra như sau :
Nhng phân t cu trúc đầu tiên được hình thành sau khi nhào trn xi măng vi
nước là etringit, hyđroxit canxi và các si gen CSH. Etringit dng lăng tr lc
giác được to thành sau 2 phút, còn mm tinh th Ca(OH)
2
xut hin sau vài
gi. Phn gen ca hyđrosilicat canxi đầu tiên dng ‘bó”. Nhng lp gen mng
to thành xen gia các tinh th Ca(OH)
2
làn đặc chc thêm h xi măng.
Đến cui giai đon đông kết cu trúc cơ bn ca h xi măng được hình
thành làm cho nó biến đổi thành đá xi măng.
Gii thích quá trình rn chc ca xi măng
Khi xi măng rn chc, các quá trình vt lý và hoá lý phc tp đi kèm theo
các phn ng hoá hc có mt ý nghĩa rt ln và to ra s biến đổi tng hp,
khiến cho xi măng khi nhào trn vi nước, lúc đầu ch là h do và sau biến
thành đá cng có cường độ. Tt c các quá trình tác dng tương h ca tng
khoáng vi nước để to ra nhng sn phm mi xy ra đồng thi, xen knh
hưởng ln nhau. Các sn phm mi cũng có th tác dng tương h vi nhau và
vi các khoáng khác ca clinke để hình thành nhng liên kết mi. Do đó h xi
măng là mt h rt phc tp c v cu trúc thành phn cũng như s biến đổi. Để
gii thích quá trình rn chc người ta thường dùng thuyết ca Baikov –
Rebinder. Theo thuyết này, quá trình rn chc ca xi măng được chia làm 3 giai
đon:
Giai đon hoà tan : Khi nhào trn xi măng vi nước các thành phn
khoáng ca clinke s tác dng vi nước ngay trên b mt ht xi măng. Nhng
sn phm mi tan được [Ca(OH)
2
; 3CaO.Al
2
O
3
.6H
2
O] s tan ra. Nhưng vì độ
tan ca nó không ln và lượng nước có hn nên dung dch nhanh chóng tr nên
quá bão hoà.
Giai đon hoá keo : Trong dung dch quá bão hoà, các sn phm
Ca(OH)
2
; 3CaO.Al
2
O
3
.6H
2
O mi to thành s không tan na mà tn ti trng
thái keo. Còn các sn phm etringit, CSH vn không tan nên vn tn ti th
keo phân tán. Nước vn tiếp tc mt đi (bay hơi, phn ng vi xi măng), các sn
phm mi tiếp tc to thành, t l rn/lng ngày mt tăng, hn hp mt dn tính
do, các sn phm th keo liên kết vi nhau thành th ngưng keo.
63
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 đon kết tinh : Nước th ngưng keo vn tiếp tc mt đi , các sn
phm mi ngày càng nhiu. Chúng kết tinh li thành tinh th ri chuyn sang th
liên tinh làm cho c h thng hoá cng và cường độ tăng.
4.6.4. Tính cht ca xi măng pooc lăng
Khi lượng riêng khi lượng th tích
Khi lượng riêng ca xi măng pooc lăng (không có ph gia khoáng) ρ
a
=
3,05- 3.15 g/cm
3
.
Khi lượng th tích có giá tr dao động khá ln tùy thuc vào độ lèn cht,
đối vi bt xi măng trng thái xp t nhiên ρ
v
= 1100kg/m
3
, lèn cht trung
bình ρ
v
= 1300 kg/m
3
, lèn cht mnh ρ
v
= 1600kg/m
3
.
Độ mn
Xi măng có độ mn cao s d tác dng vi nước, các phn ng thy hóa s
xy ra trit để, tc độ rn chc nhanh, cường độ chu lc cao. Như vy độ mn là
mt ch tiêu đánh giá phm cht ca xi măng.
Độ mn có th xác định bng cách sàng trên sàng 4900 l/cm
2
đo t din
b mt ca xi măng.
Theo TCVN 2682 - 1999, khi sàng bng sàng 4900 l/cm
2
thì độ mn ca xi
măng thông thường PC30 và PC40 phi đạt ch tiêu lượng lt qua sàng ln hơn
hoc bng 85% (lượng sót trên sàng 15%).
T din b mt ca xi măng là tng din tích ca các ht trong 1g xi măng.
Xi măng càng mn t din càng ln do đó người ta dùng t din để biu th độ
mn ca xi măng.
Cũng theo TCVN 2682-1999 t din b mt ca xi măng PC30 và PC40
phi đạt 2700cm
2
/g
Hình 4-5: Dng c Vika để xác định độ do tiêu chun
và thi gian đông kết ca ximăng
a) Xác định độ do tiêu chun và thi gian bt đầu đông kết.
b) Xác định thi gian kết thúc đông kết.
Lượng nước tiêu chun
Lượng nước tiêu chun
ca xi măng là lượng nước tính
bng % so vi khi lượng xi
măng đảm bo cho h xi măng
đạt độ do tiêu chun.
Độ do tiêu chun được
xác định bng dng c vi ka
(hình 4 - 5), phương pháp xác
định theo TCVN 6017:1995
H xi măng đảm bo độ
cm sâu ca kim vi ka (đường
kính kim 10 ± 0,05 mm) t 33-
35mm trong khuôn có đường
kính trên 70 ± 5mm, đường
kính dưới 80 ± 5mm và chiu
cao 40 ± 0,2mm thì h đó có độ
do tiêu chun và lượng đã
64
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 trn là lượng nước tiêu chun.
Lượng nước tiêu chun ca xi măng càng ln thì lượng nước nhào trn
trong bê tông và va càng nhiu.
Mi loi xi măng có lượng nước tiêu chun nht định tùy thuc vào thành
phn khoáng vt, độ mn, hàm lượng ph gia, thi gian đã lưu kho và điu kin
bo qun xi măng.
Xi măng để lâu b vón cc thì lượng nước tiêu chun s gim.
Lượng nước tiêu chun ca xi măng biu th bng t l:
0,320.22
X
N
÷=
.
Cách thc hin:
Trn 500g xi măng vi mt lượng nước đã ước tính sơ b (trong khong
0,320,22
N
X
÷=
). Thi gian trn kéo dài 5 phút k t lúc đổ nước vào xi măng.
Ngay sau khi trn xong đặt khuôn lên tm kính, dùng bay xúc h xi măng
đổ đầy khuôn mt ln ri đập tm kính lên mt bàn 5 - 6 cái, dùng dao đã lau m
gt cho h bng ming khuôn.
Đặt khuôn vào dng c vika, h đầu kim (có đường kính 10 ± 0,05 mm và
dài 50 ± 1 mm) xung sát mt h xi măng và vn vít để gi kim, sau đó m vít
cho kim t do cm vào h xi măng. Qua 30 giây vn cht vít và đọc tr s kim
ch trên thước chia độ để biết độ cm sâu ca kim trong h xi măng.
Nếu kim cm cách tm đế 6±1mm thì h xi măng đạt độ do tiêu chun.
Nếu kim căm nông hoc sâu hơn thì phi trn m khác vi lượng nước nhiu
hơn hoc ít hơn. C thí nghim nhiu ln như vy cho đến khi tìm được lượng
nước ng vi độ do tiêu chun ca h xi măng.
Thi gian đông kết ca xi măng
Sau khi trn xi măng vi nước, h xi măng có tính do cao nhưng sau đó
tính do mt dn. Thi gian tính t lúc trn xi măng vi nước cho đến khi h xi
măng mt do và bt đầu có kh năng chu lc gi là thi gian đông kết.
Thi gian đông kết ca xi măng bao gm 2 giai đon là thi gian bt đầu
đông kết và thi gian kết thúc đông kết.
Thi gian bt đầu đông kết: Là khong thi gian tính t lúc bt đầu trn xi
măng vi nước cho đến khi h xi măng mt tính do, ng vi lúc kim vika nh
đường kính 1,13 ± 0,05 mm ln đầu tiên cm cách tm kính 4 ± 1 mm.
Thi gian kết thúc đông kết: Là khong thi gian tính t lúc bt đầu trn xi
măng vi nước cho đến khi trong h xi măng hình thành các tinh th, h cng
li và bt đầu có kh năng chu lc, ng vi lúc kim vika có đường kính 1,13 ±
0,05 mm ln đầu tiên cm sâu vào h 0,5 mm.
Thi gian đông kết ca xi măng ph thuc vào thành phn khoáng, độ mn,
hàm lượng ph gia, thi gian lưu gi trong kho và điu kin bo qun xi măng.
Các loi xi măng có thi gian đông kết khác nhau. Khi thi công bê tông và
va cn phi biết thi gian bt đầu đông kết và thi gian kết thúc đông kết ca xi
măng để định ra kế hoch thi công hp lý.
65
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