Nghiên cứu sử dụng phụ gia thủy hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng portland pozzoland...

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA THỦY HOẠT TÍNH

vectorstock.com/17840226

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

Nghiên cứu sử dụng phụ gia thủy hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng portland pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn ở đồng bằng sông cửu long WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA PHOØNG ÑAØO TAÏO SÑH

COÄNG HOAØ XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM ÑOÄC LAÄP – TÖÏ DO – HAÏNH PHUÙC

TP.HCM, ngaøy 31 thaùng 10 naêm 2004

NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Hoï teân hoïc vieân: ÑAËNG THANH KIM MAI Phaùi: Nöõ Ngaøy, thaùng, naêm sinh: 18 – 11 - 1976 Nôi sinh: TP.HCM Chuyeân ngaønh: VAÄT LIEÄU VAØ CAÁU KIEÄN XAÂY DÖÏNG MSHV: VLXD13.003 I- TEÂN ÑEÀ TAØI: Nghieân cöùu söû duïng phuï gia thuyû hoaït tính tro traáu cheá taïo ximaêng Portland pozzoland duøng cho coâng trình xaây döïng nhieãm pheøn maën ôû Ñoàng Baèng soâng Cöûu Long.

II- NHIEÄM VUÏ VAØ NOÄI DUNG: - Toång quan taøi lieäu.

- Xaùc ñònh caùc ñaëc tính cuûa tro traáu.

- Xaùc dònh tyû leä phoái troän hôïp lyù giöõa ximaêng portland coù pha tro traáu.

- Khaûo saùt caùc ñaëc tính cô lyù cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu.

- Phaân tích caáu truùc cuûa ñaù ximaêng portland coù pha tro traáu.

- Khaûo saùt ñoä beàn cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu trong moâi tröôøng nhieãm pheøn vaø nhieãm maën ôû Ñoàng Baèng soâng Cöûu Long.

III- NGAØY GIAO NHIEÄM VUÏ (Ngaøy baét ñaàu thöïc hieän luaän vaên ghi trong Quyeát ñònh giao ñeà taøi): 09 - 02 – 2004 IV- NGAØY HOAØN THAØNH NHIEÄM VUÏ: 31 – 10 – 2004 V- CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN: (Ghi roõ hoïc haøm, hoïc vò, hoï, teân) 1. GS. TSKH. Voõ Ñình Löông 2. TS. Nguyeãn Vaên Chaùnh CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN 1

CHUÛ NHIEÄM NGAØNH

CN BOÄ MOÂN QL CHUYEÂN NGAØNH

GS. TSKH. Voõ Ñình Löông CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN 2

PGS.TS. Phan Xuaân Hoaøng

TS. Nguyeãn Vaên Chaùnh

TS. Nguyeãn Vaên Chaùnh Noäi dung vaø ñeà cöông luaän vaên thaïc só ñaõ ñöôïc Hoäi ñoàng chuyeân ngaønh thoâng qua.

TRÖÔÛNG PHOØNG ÑT-SÑH

Ngaøy thaùng naêm 200 TRÖÔÛNG KHOA QL NGAØNH

LÔØI CAÛM ÔN Trong thôøi gian gaàn moät naêm thí nghieäm vaø toång hôïp caùc keát quaû nghieân cöùu ñeå hoaøn thieän ñeà taøi: “Nghieân cöùu söû duïng phuï gia thuyû hoaït tính tro traáu cheá taïo ximaêng Portland pozzoland duøng cho coâng trình xaây döïng nhieãm pheøn maën ôû Ñoàng Baèng soâng Cöûu Long“ toâi ñöôïc söï quan taâm giuùp ñôõ cuûa thaày coâ Boä moân Vaät Lieäu Xaây Döïng, caùc phoøng thí nghieäm vaø caùc baïn hoïc vieân K13 chuyeân ngaønh Vaät Lieäu Xaây Döïng.

Keát hôïp vôùi söï noå löïc cuûa baûn thaân vaø söï ñoäng vieân cuûa gia ñình, nay ñeà taøi ñaõ ñöôïc hoaøn thaønh.

Toâi xin baøy toû loøng bieát ôn chaân thaønh nhaát tôùi Thaày höôùng daãn GS.TSKH. Voõ Ñình Löông vaø Thaày TS. Nguyeãn Vaên Chaùnh ñaõ taän tình höôùng daãn trong suoát quaù trình thöïc hieän ñeà taøi.

Xin chaân thaønh caûm ôn caùc caùn boä thuoäc: Phoøng thí nghieäm nhieät vi sai – Phaân vieän moû vaø luyeän kim; Phoøng Thaïch hoïc – Vieän daàu khí Vieät Nam Lieân Xoâ; Phoøng thí nghieäm hoùa – Coâng ty ximaêng Holcim; Phoøng thí nghieäm Moâi Tröôøng – Khoa Kyõ Thuaät Moâi Tröôøng –Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa Tp.HCM; Phoøng Beâ toâng – Vieän Khoa hoïc coâng ngheä xaây döïng ñaõ taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho toâi trong suoát quaù trình thöïc hieän luaän vaên naøy.

TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN Treân cô sôû phaân tích quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng pozzoland vaø nguoàn pozzoland saún coù ôû Vieät Nam, ñeà taøi: “Nghieân cöùu söû duïng phuï gia thuyû hoaït tính tro traáu cheá taïo ximaêng Portland pozzoland duøng cho coâng trình xaây döïng nhieãm pheøn maën ôû Ñoàng Baèng soâng Cöûu Long” ñöôïc thöïc hieän döïa treân nguoàn phuï gia thuûy hoaït tính laø tro traáu thoâ vôùi neàn ximaêng portland PC40 Chinfon-Haûi Phoøng.

Töø nhieàu phöông phaùp nghieân cöùu khaùc nhau, ñeà taøi ñaõ khaûo saùt caùc vaán ñeà bao goàm: -

Ñoä hoaït tính cuûa phuï gia tro traáu,

-

AÛnh höôûng cuûa loaïi phuï gia naøy ñeán quaù trình hydrat hoùa vaø ñoùng raén cuûa ximaêng portland,

-

Ñoä beàn cuûa ñaù ximaêng portland coù phuï gia tro traáu trong caùc moâi tröôøng nhieãm pheøn vaø nhieãm maën.

Keát quaû nghieân cöùu ñaõ khaúng ñònh ximaêng portland PC40 Chinfon coù pha moät löôïng thích hôïp phuï gia thuûy hoaït tính tro traáu seõ laøm giaûm ñi ñaùng keå löôïng Ca(OH)2 so vôùi ximaêng portland khoâng coù phuï gia.

MUÏC LUÏC Phaàn môû ñaàu ……………………………………………….......................... 1 Bieän luaän ñeà taøi …………………………………………………………….. 6 PHAÀN TOÅNG QUAN Chöông 1.

Tình hình nghieân cöùu söû duïng tro traáu cho ximaêng vaø beâ toâng trong vaø ngoaøi nöôùc

1.1.

Caùc nghieân cöùu ôû nöôùc ngoaøi …………………………………. 8

1.2.

Caùc nghieân cöùu trong nöôùc ………………………..………….. 11

1.3.

Giôùi haïn phaïm vi nghieân cöùu ………………………………….12

1.4.

Muïc tieâu vaø nhieäm vuï nghieân cöùu……………………………..13

Chöông 2.

2.1.

Cô sôû khoa hoïc Toång quan veà pozzoland 2.1.1. Ñoä hoaït tính cuûa pozzoland ..…………………………. 15 2.1.2. Phaân loaïi pozzoland ..…………………………………. 16 2.1.2.1. Nhoùm pozzoland töï nhieân ………………......... 16 2.1.2.2. Nhoùm pozzoland nhaân taïo ...…………………. 20

2.2.

Ximaêng portland pozzoland 2.2.1. Quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland pozzoland …...………………………. 29 2.2.2. Aûnh höôûng cuûa pozzoland ñeán quaù trình hydrat hoùa ximaêng portland ….…………….. 32 2.2.3. Saûn phaåm hydrat hoùa cuûa ximaêng portland pozzolana ..…………………………. 35 2.2.4. Aûnh höôûng cuûa pozzoland ñeán ñoä beàn cuûa ximaêng portland ..………………………… 40

Chöông 3.

Phöông phaùp nghieân cöùu

3.1.

Phöông phaùp cô lyù ………………………………………… 43

3.2.

Phöông phaùp hoùa hoïc …….………………………………... 44

3.3.

Phaân tích nhieät vi sai …….………………………………… 46

3.4.

Phaân tích Rônghen ………………………………………… 49

3.5.

Phöông phaùp kính hieån vi ñieän töû queùt …………………… 53

PHAÀN THÖÏC NGHIEÄM Chöông 4.

Trình töï nghieân cöùu vaø keát quaû kieåm tra tính chaát vaät lieäu

4.1.

Trình töï nghieân cöùu ……………………………………….. 55

4.2.

Keát quaû kieåm tra tính chaát vaät lieäu nghieân cöùu ……………………………… 59

Chöông 5.

Nghieân cöùu tính chaát kyõ thuaät - quaù trình hydrat hoùa vaø ñoä beàn cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu

5.1.

Xaùc ñònh tyû leä phoái troän hôïp lyù giöõa tro traáu vaø ximaêng portland ……………………………….. 65

5.2.

Nghieân cöùu tính chaát kyõ thuaät vaø quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu öùng vôùi caáp phoái toái öu ………………………………......... 69

5.3.

Ñoä beàn cuûa ximaêng coù tro traáu trong moâi tröôøng xaâm thöïc ………………………………… 81

PHAÀN KEÁT LUAÄN Keát luaän …………………………………………………………………... 96

PHAÀN PHUÏ LUÏC

DANH MUÏC BAÛNG BIEÅU STT

SOÁ BAÛNG

TEÂN BAÛNG BIEÅU

Trang

Baûng cöôøng ñoä chòu neùn cuûa ximaêng portland vaø tro traáu Baûng phaân loaïi phuï gia hoaït tính

10

24

60

1

Baûng 1.1

2

Baûng 2.1

3

Baûng 2.2

4

Baûng 2.3

5

Baûng 2.4

6

Baûng 2.5

7

Baûng 4.1

8

Baûng 4.2

Baûng thaønh phaàn hoùa ñieån hình cuûa tro traáu vaø moät soá loaïi pozzoland Baûng haøm löôïng SiO2 hoaït tính cuûa tro öùng vôùi thôøi gian vaø nhieät ñoä ñoát khaùc nhau Soá lieäu tham khaûo veà tyû troïng vaø tyû dieän tích cuûa ximaêng vaø tro traáu Baûng saûn löôïng lua cuûa Vieät Nam naêm 1999 vaø 2001 Baûng thoáng keâ toång hôïp caùc loaïi maãu söû duïng ñeå thí nghieäm Moät soá ñaëc tính cô lyù cuûa ximaêng Chinfon PC40

9

Baûng 4.3

Thaønh phaàn khoaùng cuûa ximaêng Chinfon PC40

60

10

Baûng 4.4

Thaønh phaàn hoùa cuûa ximaêng Chinfon PC40

60

11

Baûng 4.5

Caùc ñaëc tính cô lyù cuûa tro traáu thí nghieäm

61

12

Baûng 4.6

Thaønh phaàn hoùa cuûa tro traáu

61

13

Baûng 4.7a

63

14

Baûng 4.7b

15

Baûng 5.1

16

Baûng 5.2

Baûng xaùc ñònh ñoä haáp thuï voäi cuûa tro traáu (theo phöông phaùp nhanh) Baûng xaùc ñònh ñoä haáp thuï voäi cuûa tro traáu (theo phöông phaùp chaäm) Baûng giaù trò cöôøng ñoä cuûa caùc caáp phoái ximaêng thöû nghieäm Moät soá ñaëc tính cô lyù cuûa caáp phoái OPC vaø RHA2

70

17

Baûng 5.3

Baûng caùc giaù trò pH theo thôøi gian

71

18

Baûng 5.4

72

19

Baûng 5.5

20

Baûng 5.6

21

Baûng 5.7

22

Baûng 5.8

23

Baûng 5.9

Baûng giaù trò nhieät hydrat hoùa cuûa maãu ximaêng OPC vaø RHA Baûng thoáng keâ haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu ñaù ximaêng OPC vaø RHA2 theo thôøi gian döôõng hoä Baûng keát quaû phaân tích maãu nöôùc Bình Chaùnh vaø Caàn Giôø Cöôøng ñoä cuûa ximaêng OPC trong caùc moâi tröôøng theo thôøi gian döôõng hoä Cöôøng ñoä cuûa ximaêng RHA2 trong caùc moâi tröôøng döôõng hoä Haøm löôïng Ca(OH)2 trong OPC vaø RHA2 theo thôøi gian

16

26 28 28 57

64 66

76 83 84 85 86

DANH MUÏC ÑOÀ THÒ VAØ HÌNH AÛNH STT

SOÁ HÌNH

1

Hình 1.1

2

Sô ñoà 2.1

3

Hình 2.1

4

Hình 2.2

5

TEÂN ÑOÀ THÒ VAØ HÌNH AÛNH Ñoà thò bieåu dieãn söï phaùt trieån cöôøng ñoä cuûa voâi-tro traáu vaø ximaêng Sô ñoà phaân loaïi pozzoland

Trang 9 17

Hình 2.3

Ñaù bazan Ñöùc Linh – Bình Thuaän döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt Diatomite Tuy An – Phuù Yeân döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt Tro bay döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt

18

22

6

Hình 2.4

Silicafume döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt

23

7

Hình 2.5

Caáu truùc cuûa tro traáu döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt

25

8

Hình 2.6

26

9

Hình 2.7

Phaïm vi nung tro traáu toái öu theo nhieät ñoä vaø thôøi gian nung Khoaùng Ettringite döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt

10

Hình 2.8

37

11

Hình 2.9

12

Hình 3.1

Khoaùng Ettringite ôû daïng buùi hoaëc thaûm sôïi xeáp song song Hình daïng 1 soá khoaùng ñieån hình trong ximaêng portland pozzolana hydrat Ñöôøng cong phaân tích nhieät vi sai ñieån hình

48

13

Hình 3.2

Sô ñoà oáng phaùt tia Ximaêng portland pozzolana

51

14

Hình 3.3

Sô ñoà nguyeân lyù cuûa kính hieån vi ñieän töû queùt

54

15

Hình 4.1a

Hình daïng maãu ximaêng (1:0) kích thöôùc 1x1x6(cm)

56

16 17

Hình 4.1b Hình 5.1

Hình daïng maãu ximaêng (1:3) kích thöôùc 4x4x16(cm) Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä neùn theo thôøi gian

56 67

18

Hình 5.2

Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä uoán theo thôøi gian

67

19

Hình 5.3

68

20

Hình 5.4

21

Hình 5.5

Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä uoán theo haøm löôïng tro traáu ñöa vaøo ximaêng Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä neùn theo haøm löôïng tro traáu ñöa vaøo ximaêng Ñoà thò bieåu dieãn ñoä pH theo thôøi gian

22

Hình 5.6

Ñoà thò bieåu dieãn nhieät hydrat hoùa theo thôøi gian

73

23

Hình 5.7

75

24

Hình 5.8

Bieåu ñoà DTA vaø TG cuûa ximaêng OPC ôû 28, 90, 180 ngaøy Bieåu ñoà DTA vaø TG cuûa ximaêng RHA2 ôû 28, 90, 180 ngaøy

19

36

39

68 72

75

25

Hình 5.9

78

Hình 5.13a

Giaûn ñoà Rônghen cuûa maãu ñaù ximaêng OPC ôû 28, 90 vaø 180 ngaøy Giaûn ñoà Rônghen cuûa maãu ñaù ximaêng RHA2 ôû 28, 90, 180 ngaøy Beà maët cuûa ñaù ximaêng OPC

26

Hình 5.10

27 28

Hình 5.13b

Beà maët cuûa ñaù ximaêng RHA2

80

29

Hình 5.14

81

30

Hình 5.15

31

Hình 5.16

32

Hình 5. 17

33

Hình 5.18a

Loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng OPC ôû 180 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 300 vaø 1000 laàn Loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng RHA2 ôû 180 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 300 vaø 1000 laàn Ñoà thò cöôøng ñoä neùn cuûa ximaêng OPC trong caùc moâi tröôøng döôõng hoä Ñoà thò cöôøng ñoä neùn cuûa ximaêng RHA2 trong caùc moâi tröôøng döôõng hoä DTA vaø TG cuûa maãu OPC

34

Hình 5.18b

DTA vaø TG cuûa maãu RHA2

87

35

Hình 5.19

89

36

Hình 5.20

37

Hình 5.21

38

Hình 5.22

Bieåu ñoà phaân tích rônghen cuûa ximaêng OPC sau 28 (A), 90 (B) vaø 240 ngaøy (C) trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O Bieåu ñoà phaân tích rônghen cuûa ximaêng RHA2 sau 28 (A), 90 (B) vaø 240 ngaøy (C) trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O Loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng OPC ôû 240 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 1000 vaø 1200 laàn Loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng RHA ôû 240 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 250 vaø 1000 laàn

39

Hình 5.23

40

Hình 5.24a

41

Hình 5.24b

Loå roãng mao quaûn khaùc cuûa ñaù ximaêng RHA ôû 240 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 300 vaø 1000 laàn Maãu vöõa ximaêng RHA ôû 240 ngaøy trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O Maãu vöõa ximaêng OPC ôû 240 ngaøy trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O

79 80

81 84 85 87

89

90 90

91 93 93

PHAÀN MÔÛ ÑAÀU Ngaønh coâng nghieäp ximaêng Vieät Nam coù lòch söû treân 100 naêm nhöng vieäc nghieân cöùu söû duïng phuï gia khoaùng cho ximaêng môùi chæ thöïc söï baét ñaàu töø nhöõng naêm 1960, khi moû pozzoland Sôn Taây ñöôïc phaùt hieän bôûi ñoaøn ñòa chaát 23 thuoäc Boä Coâng Nghieäp Naëng. Tieáp theo naêm 1971, ñaù silic Phaùp Coå ñöôïc nghieân cöùu ñöa vaøo söû duïng taïi nhaø maùy ximaêng Haûi Phoøng. Ñeán naêm 1977 ñaù bazan nuùi Mu Ruøa tænh Baø Ròa-Vuõng Taøu cuõng ñöôïc nghieân cöùu söû duïng laøm phuï gia hoaït tính cho nhaø maùy ximaêng Haø Tieân. Naêm 1991 nhaø maùy ximaêng Haø Tieân laïi nghieân cöùu ñöa vaøo söû duïng bazan Beán Thaém thuoäc huyeän Vónh An tænh Ñoàng Nai. ÔÛ giai ñoaïn naøy, vieäc nghieân cöùu vaø öùng duïng phuï gia khoaùng taïi caùc nhaø maùy ximaêng ñaõ raát phoå bieán.

Do ñoù, treân tinh thaàn söû duïng nguoàn phuï gia saün coù vôùi ích lôïi veà maët kinh teá nhöng vaãn ñaûm baûo caùc chæ tieâu cô lyù cuûa ximaêng, naêm 1992 döïa treân tieâu chuaån cuûa Lieân Xoâ cuõ, Vieät Nam ñaõ ban haønh tieâu chuaån ximaêng portland TCVN 2682:1992. Tieâu chuaån cho pheùp ximaêng portland ñöôïc pha tôùi 15% phuï gia trong ñoù phuï gia ñaày khoâng quaù 10%. Ximaêng portland naøy coù 1 loaïi maùc laø PC30. Tuy nhieân, qua thôøi gian aùp duïng TCVN 2682 :1992 ñaõ naûy sinh moät soá vaán ñeà baát caëp nhö sau: -

Clinker saûn xuaát taïi caùc nhaø maùy coù maùc cao neân khi pha tôùi 15% phuï gia

vaãn dö maùc. Phaàn lôùn caùc loâ ximaêng PC30 xuaát xöôûng ôû caùc coâng ty ñeàu ñaït maùc PC40, hieäu quaû kinh teá bò haïn cheá nhöng neáu taêng tyû leä pha phuï gia laïi vi phaïm tieâu chuaån.

-

ÔÛ moät soá coâng ty khi söû duïng phuï gia khoâng hoaït tính nhö ñaù xanh khai

thaùc taïi choå vôùi tyû leä 10% ñeå taêng hieäu quaû kinh teá thì haøm löôïng maát khi nung laïi vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp.

-

Theo ñònh nghóa vaø thoâng leä quoác teá thì thöïc chaát ximaêng PC30 cuûa Vieät

Nam saûn xuaát theo TCVN 2682 :1992 thuoäc chuûng loaïi ximaêng portland hoãn hôïp.

-

Veà phöông phaùp thöû cöôøng ñoä ximaêng ôû caùc coâng ty ximaêng cuõng chöa

ñoàng nhaát vôùi TCVN. Coâng ty ximaêng maêng Haø Tieân 1, Haø Tieân 2, Hoaøng Thaïch phaûi söû duïng heä soá chuyeån ñoåi ñeå qui veà phöông phaùp chuaån.

Ñeå khaéc phuïc nhöõng vaán ñeà neâu treân, ñoàng thôøi ñeå hoøa ñoàng vôùi quoác teá vaø khu vöïc veà chuûng loaïi ximaêng vaø phöông phaùp thöû ñoù laø saûn xuaát clinker maùc cao, sau ñoù pha caùc loaïi phuï gia khoaùng ñeå saûn xuaát caùc loaïi ximaêng khaùc nhau nhaèm ñaùp öùng töøng ñoái töôïng vaø muïc ñích söû duïng, caùc chuûng loaïi ximaêng ñöôïc tieâu chuaån hoùa thaønh 2 nhoùm chính: -

Ximaêng portland: laø loaïi ximaêng khoâng phuï gia, ñöôïc saûn xuaát töø clinker ximaêng portland vaø sulfat canxi.

-

Ximaêng hoãn hôïp: laø loaïi ximaêng chöùa phuï gia khoaùng, ñöôïc saûn xuaát töø clinker ximaêng portland, sulfat canxi vaø phuï gia khoaùng.

Töø hai nhoùm ximaêng treân, tieáp tuïc phaân ra caùc loaïi ximaêng khaùc nhau theo

tính chaát vaø muïc ñích söû duïng nhö ximaêng thoâng duïng, ximaêng ñoùng raén nhanh, ximaêng beàn sulfat, ximaêng ít toûa nhieät, …

Vì vaäy, naêm 1997 Vieät Nam ñaõ ban haønh tieâu chuaån môùi, ñoù laø tieâu chuaån ximaêng portland hoãn hôïp TCVN 6260 :1997 (phuï luïc 1). Ñaây laø loaïi ximaêng coù pha phuï gia vôùi haøm löôïng toái ña ñeán 40% trong ñoù phuï gia ñaày khoâng quaù 20%, söû duïng vôùi muïc ñích thoâng duïng. Ximaêng portland hoãn hôïp thoâng duïng goàm coù hai loaïi maùc laø PCB30 vaø PCB40.

Tieâu chuaån ximaêng portland hoãn hôïp thoâng duïng TCVN 6260:1997 coù moät soá öu ñieåm so vôùi ximaêng ximaêng portland theo TCVN 2682:1992 nhö sau:

- Khoâng qui ñònh cuï theå chuûng loaïi phuï gia söû duïng. Noù taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho caùc nhaø saûn xuaát coù theå linh hoaït trong vieäc söû duïng caùc nguoàn pozzoland coù saün mieãn sao thoûa maõn ñöôïc caùc chæ tieâu cô lyù cuûa ximaêng.

- Chæ tieâu veà cöôøng ñoä laø khaéc khe hôn. Bôûi vì trong phöông phaùp thöû cöôøng ñoä theo tieâu chuaån môùi (TCVN 6016:1995) vöõa ximaêng - caùt coù tyû leä nöôùc/ximaêng coá ñònh laø 0,5 trong khi tieâu chuaån cuõ tyû leä nöôùc/ximaêng qui ñònh laø thaáp hôn, töø 0,40 – 0,42 ñeå ñaït ñoä chaûy sau khi daèn 106 – 112mm. Nhö vaäy, khi chuùng coù cuøng giaù trò thöû thì ximaêng portland hoãn hôïp bao giôø cuõng cao hôn ximaêng portland theo TCVN 2682:1992.

Cuõng trong naêm 1997, Toång cuïc tieâu chuaån – Ño löôøng chaát löôïng ñaõ ñöa vaøo keá hoaïch soaùt xeùt laïi tieâu chuaån ximaêng portland TCVN 2682:1992. Ñeán naêm 1999, Vieät Nam ñaõ ban haønh tieâu chuaån môùi thay theá TCVN 2682:1992, ñoù laø tieâu chuaån ximaêng portland TCVN 2682:1999 (phuï luïc 2). Ñaây laø loaïi ximaêng khoâng coù pha phuï gia ngoaïi tröø thaïch cao vaø phuï gia coâng ngheä. Loaïi ximaêng portland naøy goàm coù 3 loaïi maùc laø PC30, PC40 vaø PC450.

Hieän taïi, treân thò tröôøng ximaêng Vieät Nam, chuûng loaïi ximaêng thoâng duïng chæ coù 2 loaïi, ñoù laø ximaêng portland vaø ximaêng portland hoãn hôïp. Tuy nhieân hieän nay, thò phaàn cuûa ximaêng portland hoãn hôïp PCB30, PCB40 haàu nhö chieám öu theá hoaøn toaøn treân thò tröôøng so vôùi ximaêng portland (OPC).

Theo hieäp hoäi ximaêng Vieät Nam (VNCC) [1] thì löôïng ximaêng tieâu thuï trong naêm 2003 laø 20,02 trieäu taán, taêng gaáp ñoâi so vôùi giai ñoaïn töø naêm 1998 ñeán naêm 2002. Hieän taïi, möùc tieâu thuï theo ñaàu ngöôøi laø 251kg vaãn coøn thaáp so vôùi caùc nöôùc phaùt trieån trong khu vöïc vaø treân theá giôùi. Döï baùo nhu caàu veà ximaêng seõ taêng leân 32 trieäu taán vaøo naêm 2006 vaø töø 40 – 45 trieäu taán vaøo naêm 2010, khi ñoù Vieät Nam seõ vöôït qua Thaùi Lan trôû thaønh nöôùc saûn xuaát ximaêng ñöùng thöù hai ASEAN sau Indonesia.

Ñeå ñaùp öùng nhu caàu tieâu thuï ximaêng ñang gia taêng, nhieàu nhaø maùy ximaêng vaø caùc traïm nghieàn ñaõ ñöôïc ñaàu tö môû roäng hoaëc xaây döïng môùi nhaèm taêng naêng suaát saûn xuaát cuûa nhaø maùy cuõng nhö taêng cöôøng saûn löôïng ximaêng saûn xuaát trong naêm (baûng1).

Baûng 1: Baûng thoáng keâ caùc nhaø maùy ximaêng vaø traïm nghieàn ñang xaây döïng [1] STT 1

Teân nhaø maùy ximaêng Haûi Phoøng

Ñòa ñieåm xaây döïng Haûi Phoøng

2

Tam Ñieäp

3

Thò Vaûi

Naêm hoaøn thaønh Cuoái 2004 ñaàu 2005

Naêng suaát (trieäu taán) 1,4

Ghi chuù Môû roäng

Ninh Bình

Cuoái 2004 ñaàu 2005

1,4

Xaây döïng môùi

Vuõng Taøu

2004

1,3

Xaây döïng môùi

2007

3,6

Xaây döïng môùi

4

Soâng Gianh

Quaõng Bình

2005

1,4

Xaây döïng môùi

5

Hoaøng Thaïch

Hoaøng Thaïch

2005

1,2

Môû roäng

6

Phuùc Sôn

Haûi Döông

2005

1,8

Môû roäng

7

Sôn La

Sôn La

2005

1,0

Môû roäng

8

ChinFon

Haûi Phoøng

2006

1,4

Môû roäng

9

Taân Hoa

Taây Ninh

2006

1,5

Xaây döïng môùi

10

Bình Thuaän

Bình Thuaän

-

1,0

Xaây döïng môùi

Töø haøng loaït caùc döï aùn môùi saép ñöôïc hoaøn thaønh töø naêm 2004 – 2007 döï baùo moät khoái löôïng lôùn ximaêng portland hoãn hôïp seõ ñöôïc tung ra thò tröôøng vaøo nhöõng naêm tôùi. Ñieàu naøy cho thaáy nhu caàu veà phuï gia khoaùng saép tôùi cuõng seõ taêng voït.

Maët khaùc, vieäc taêng phuï gia trong saûn xuaát ximaêng PCB ñaõ mang laïi hieäu quaû kinh teá ñaùng keå. Theo Phoøng kyõ thuaät Toång coâng ty ximaêng Vieät Nam [2], cöù taêng 1% phuï gia thì giaù thaønh ximaêng seõ giaûm ñöôïc 2700 ñoàng/taán. Laáy möùc pha phuï gia trung bình tröôùc ñaây laø 12% thì neáu saûn xuaát ximaêng PCB30 vôùi möùc 22% phuï gia thì giaù thaønh saûn phaåm seõ giaûm ñöôïc 27000 ñoàng/taán.

Do ñoù, vieäc tieáp tuïc tìm kieám vaø nghieân cöùu ñeå ñöa vaøo söû duïng caùc nguoàn phuï gia coù saün trong nöôùc ñeå phuïc vuï cheá taïo ximaêng portland hoãn hôïp laø moät vieäc laøm thieát thöïc, coù yù nghóa lôùn veà kinh teá vaø kiõ thuaät.

BIEÄN LUAÄN ÑEÀ TAØI Söï phaùt trieån nhanh choùng caùc traïm nghieàn vaø caùc nhaø maùy saûn xuaát ximaêng vaøo nhöõng naêm tôùi ñaõ ñaåy maïnh nhu caàu tieâu thuï nguyeân lieäu ñaàu vaøo noùi chung vaø nguoàn phuï gia khoaùng cho ximaêng noùi rieâng. Neáu döïa theo döï ñoaùn cuûa hieäp hoäi ximaêng Vieät Nam veà nhu caàu tieâu thuï ximaêng cuûa caû nöôùc vaøo naêm 2010 khoaûng 40 – 45 trieäu taán [1] thì löôïng phuï gia khoaùng toái ña coù theå söû duïng vaøo khoaûng 11,4 – 12,8 trieäu taán.

Tuy nhieân hieän taïi, haàu heát caùc nhaø maùy ximaêng treân khaép caû nöôùc chæ taäp trung nghieân cöùu khai thaùc vaø söû duïng caùc moû phuï gia khoaùng coù saün trong töï nhieân nhö ñaù bazan vaø tuff bazan (nguoàn goùc nuùi löûa) ñöôïc söû duïng roäng raõi ñoái vôùi caùc nhaø maùy töø Thanh Hoùa trôû vaøo mieàn Nam. Ñaù silic vaø ñaù voâi ñen (nguoàn goùc traàm tích) ñöôïc söû duïng ñoái vôùi caùc nhaø maùy ximaêng ôû phía Baéc nhö Haûi Phoøng, Hoaøng Thaïch, Chinfon,… maø chöa quan taâm ñeán vieäc nghieân cöùu söû duïng caùc loaïi phuï gia khoaùng coù nguoàn goác nhaân taïo.

Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, ôû nhieàu nöôùc treân theá giôùi ñaõ vaø ñang nghieân cöùu tro traáu (moät pheá phaåm noâng nghieäp) nhö laø moät loaïi phuï gia hoaït tính cao duøng trong ximaêng. Tro traáu coù nhieàu öu ñieåm noåi baät nhö haøm löôïng oxit silic hoaït tính raát cao, nguoàn nguyeân lieäu taïi choã.

Trong khi ñoù ôû nöôùc ta, ñaëc bieät laø ñoàng baèng soâng Cöûu Long coù saün moät nguoàn traáu raát lôùn töø vieäc saûn xuaát luùa gaïo. Nguoàn traáu naøy laø tieàm naêng ñeå saûn xuaát tro traáu laøm phuï gia hoaït tính cho ximaêng. Ñoàng thôøi trong quaù trình saûn xuaát tro traáu coøn coù theå taïo ra moät nhieät löôïng khaù lôùn phuïc vuï caùc muïc ñích khaùc nhö saûn xuaát caùc loaïi vaät lieäu nung, saáy noâng saûn, chaïy maùy phaùt ñieän,…

Maët khaùc, moãi loaïi phuï gia, moãi nguoàn phuï gia rieâng bieät coù aûnh höôûng khaùc nhau ñeán tính chaát cuûa ximaêng vaø beâ toâng. Ñoàng thôøi tieâu chuaån ximaêng portland hoãn hôïp 6260 – 1997 cuõng qui ñònh: “Taát caû caùc nguoàn phuï gia khoaùng tröôùc khi ñöa vaøo söû duïng phaûi qua caùc böôùc nghieân cöùu xaùc ñònh baûn chaát, caáu

truùc, thaønh phaàn hoùa, thaønh phaàn khoaùng, haøm löôïng caùc taïp chaát coù haïi ñoái vôùi ximaêng vaø beâ toâng, ñoä hoaït tính cuûa phuï gia, aûnh höôûng cuûa chuùng ñeán tính chaát cuûa ximaêng vaø beâ toâng.”

Vì vaäy vieäc nghieân cöùu öùng duïng tro traáu nhö laø moät phuï gia khoaùng hoaït tính nhaèm boå sung theâm vaøo nguoàn phuï gia khoaùng hieän ñang söû duïng ñeå phuïc vuï cho vieäc saûn xuaát ximaêng portland pozzoland laø vaán ñeà caàn thieát, vöøa mang laïi hieäu quaû kinh teá vöøa giuùp xöû lyù pheá thaûi noâng nghieäp, baûo veä moâi tröôøng. Ñaëc bieät laø ñoái vôùi nöôùc xuaát khaåu gaïo ñöùng thöù hai theá giôùi nhö Vieät Nam.

CHÖÔNG 1 TÌNH HÌNH NGHIEÂN CÖÙU SÖÛ DUÏNG TRO TRAÁU CHEÁ TAÏO CHAÁT KEÁT DÍNH VAØ BEÂ TOÂNG TRONG VAØ NGOAØI NÖÔÙC 1.1. Caùc nghieân cöùu ôû nöôùc ngoaøi Treân theá giôùi, tro traáu ñaàu tieân ñöôïc nghieân cöùu öùng duïng treân cô sôû chaát keát dính voâi-tro traáu. Naêm 1976, Paul [2] ñaõ troän tro traáu vôùi voâi ñeå saûn xuaát gaïch bloác duøng cho xaây döïng. Tyû leä toái öu giöõa voâi vaø tro traáu laø 1:2 theo khoái löôïng.

Ñeán naêm 1988, Yuan Cheng Ping [3] ñaõ nghieân cöùu phaùt trieån chaát keát dính voâi tro traáu, caáp phoái toái öu giöõa voâi vaø tro traáu maø oâng ñöa ra cuõng laø 1:2 nhöng coù pha theâm 2,5% thaïch cao. ÖÙùng vôùi caáp phoái naøy, khi so saùnh söï phaùt trieån cöôøng ñoä cuûa chaát keát dính voâi-tro traáu vôùi cöôøng ñoä ximaêng portland oâng keát luaän, maëc duø cöôøng ñoä cuûa chaát keát dính voâi-tro traáu thaáp hôn nhieàu so vôùi cöôøng ñoä cuûa ximaêng portland taïi cuøng thôøi ñieåm. Tuy nhieân, toác ñoä phaùt trieån cöôøng ñoä cuûa 2 loaïi chaát keát dính naøy laø nhö nhau ñeán 28 ngaøy tuoåi, nhöng sau 28 ngaøy, cöôøng ñoä cuûa chaát keát dính voâi-tro traáu coù khuynh höôùng khoâng phaùt trieån nöõa trong khi cöôøng ñoä cuûa ximaêng portland thì vaãn phaùt trieån maïnh (hình 1.1).

Sau ñoù, raát nhieàu nghieân cöùu veà cheá ñoä nung, nghieàn tro traáu ñeå naâng cao hoaït tính cuûa tro traáu duøng cheá taïo phuï gia cho beâ toâng. Keát quaû nghieân cöùu ñöôïc toùm taét döïa treân moät soá nghieân cöùu ñieån hình nhö sau:

Hình 1.1. Ñoà thò bieåu dieãn söï phaùt trieån Rn cuûa voâi-tro traáu vaø ximaêng portland

Cook vaø coäng söï cuûa oâng [4] ñaõ nghieân cöùu söû duïng tro traáu laøm phuï gia hoaït tính cho beâ toâng ñeå nghieân cöùu söï töø bieán vaø söï co ngoùt cuûa beâ toâng. Tro duøng nghieân cöùu ñöôïc nung ôû 4500C trong 4 giôø, thaønh phaàn tro goàm 93% SiO2, 2,3%K2O vaø 3% löôïng maát khi nung. Ñoä mòn cuûa tro laø 32% löôïng coøn soùt treân saøng 75µm. Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy vôùi 30% tro traáu thay theá cho ximaêng so vôùi maãu ñoái chöùng thì khoâng coù söï khaùc bieät. Theå tích maãu beâ toâng thay ñoåi tuøy thuoäc vaøo tyû soá Nöôùc/XM. Chopra [5] ñaõ söû duïng tro traáu khi nung trong 2 giôø ôû nhieät ñoä 6000C ñeå nghieân cöùu cöôøng ñoä cuûa ximaêng tro traáu khi thay ñoåi tyû dieän tích beà maët vaø tyû leä N/CKD (baûng 1.1), haøm löôïng tro trong ximaêng laø 20%. Keát quaû cho thaáy toác ñoä phaùt trieån cöôøng ñoä taêng khi ñoä mòn taêng. Cöôøng ñoä cuûa ximaêng tro traáu vôùi ñoä mòn tro 7000 cm2/g cao hôn so vôùi cöôøng ñoä ximaêng khoâng coù tro traáu chæ sau 3 ngaøy. Tyû dieän dieän tích beà maët tro taêng laøm taêng tyû leä N/CKD do söï caàn nöôùc cuûa tro taêng.

Baûng 1.1. Cöôøng ñoä chòu neùn cuûa ximaêng portland vaø ximaêng tro traáu % tro trong ximaêng

Tyû dieän beà maët (cm2/g)

N/CKD

0

3780

20

Cöôøng ñoä chòu neùn (kgf/cm2)

0,42

3 ngaøy 252

7 ngaøy 313

28 ngaøy 480

5500

0,43

182

272

435

20

7000

0,45

260

387

528

20

8500

0,47

280

491

608

Baûng 1.1 coøn cho thaáy, ximaêng-tro traáu coù cöôøng ñoä chòu neùn thaáp hôn moät ít so vôùi beâtoâng ximaêng Portland trong thôøi gian töø 3 – 7 ngaøy ñaàu nhöng caøng veà sau (sau 28 ngaøy) cöôøng ñoä beâtoâng ximaêng-tro traáu taêng töông ñöông vôùi cöôøng ñoä ximaêng Portland.

Yousif [6] sau khi nghieân cöùu söï aûnh höôûng tro traáu ñeán caùc tính chaát cô lyù cuûa beâ toâng ximaêng tro traáu taùc giaû ñaõ keát luaän raèng, cöôøng ñoä cuûa maãu beâ toâng ximaêng tro traáu vôùi 30% tro traáu töông töï nhö maãu beâ toâng ximaêng portland thoâng thöôøng ôû 60 ngaøy maëc duø löôïng nöôùc nhaøo troän cuûa tro traáu nhieàu hôn 25%. Ñaëc ñieåm khaùc laø beâtoâng ximaêng-tro traáu cuõng coù cöôøng ñoä chòu uoán thaáp hôn moät ít so vôùi beâtoâng söû duïng ximaêng Portland, tuy nhieân ñoä voõng cuûa daàm beâtoâng coát theùp söû duïng ximaêng-tro traáu cao hôn moät ít so vôùi daàm beâtoâng coát theùp söû duïng ximaêng Portland taïi taát caû caùc caáp taûi troïng.

Ngoaøi ra, caùc nghieân cöùu cuõng cho thaáy beâtoâng ximaêng- tro traáu coù ñoä beàn va ñaäp cao hôn vaø nhieät thuûy hoaù thaáp hôn so vôùi so vôùi beâtoâng söû duïng ximaêng Portland [7]. Vôùi öu ñieåm naøy, beâtoâng ximaêng-tro traáu ñöôïc nghieân cöùu öùng duïng trong xaây döïng maët ñöôøng giao thoâng, saân bay, baõi ñaäu xe vaø trong xaây döïng caùc keát caáu khoái lôùn nhö xaây döïng ñaäp thuûy ñieän, …

Toùm laïi, tro traáu neáu ñöôïc nung ôû moät ñieàu kieän nhieät ñoä, thôøi gian vaø moâi tröôøng thích hôïp seõ laø loaïi phuï gia coù hoaït tính cao, chaát löôïng oån ñònh. Hoaøn toaøn coù theå saûn xuaát tro traáu vôùi chaát löôïng cao, ñaùp öùng toát caùc yeâu caàu kinh teá vaø kyõ thuaät nhaèm phuïc vuï caûi thieän, naâng cao chaát löôïng beâ toâng ximaêng.

1.2. Caùc nghieân cöùu trong nöôùc ÔÛ Vieät Nam tröôùc ñaây tro traáu ñaõ ñöôïc söû duïng nhö moät vaät lieäu phuï trong quaù trình saûn xuaát vaät lieäu xaây döïng chaúng haïn nhö troän vôùi ñaát seùt nung gaïch hoaëc troän vôùi voâi vaø ximaêng laøm chaát keát dính,…tuy nhieân hieäu quaû ñaït ñöôïc laø khoâng cao. Trong khoaûng 10 naêm gaàn ñaây, vieäc nghieân cöùu cheá taïo tro traáu ñeå öùng duïng chuùng laøm phuï gia cho ximaêng vaø beâtoâng nhaèm ñaït hieäu quaû cao hôn ñang laø vaán ñeà raát ñöôïc quan taâm. Haàu heát caùc tröôøng, vieän chuyeân ngaønh trong caû nöôùc ñeàu tham gia nghieân cöùu. Chaúng haïn nhö Tröôøng Ñaïi hoïc Xaây Döïng Haø Noäi ñaõ nghieân cöùu cheá taïo beâ toâng cöôøng ñoä cao mac 600 söû duïng tro traáu thay silica fum vaø ñaõ keát luaän raèng, maëc duø ôû tuoåi sôùm ngaøy cöôøng ñoä vöõa vaø beâ toâng tro traáu ñaït ñöôïc khoâng cao, hoaøn toaøn phuï thuoäc vaøo tyû leä N/CKD, tuy nhieân ôû tuoåi 28 ngaøy cöôøng ñoä neùn ñaït ñöôïc lôùn hôn 70 Mpa. Cöôøng ñoä beâ toâng tro traáu ñaït hieäu quaû toái öu phuï thuoäc vaøo tyû leä N/CKD vaø löôïng tro traáu thay theá cho ximaêng[8].

Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa TpHCM cuõng ñaõ nghieân cöùu öùng duïng tro traáu ñeå cheá taïo chaát keát dính ximaêng tro traáu vaø khaûo saùt caùc tính naêng cô lyù cuûa beâ toâng ximaêng tro traáu [9]. Keát quaû khaûo saùt cho cuõng cho raèng beâ toâng tro traáu coù cöôøng ñoä phaùt trieån chaäm trong thôøi gian 3 – 7 ngaøy ñaàu so vôùi beâ toâng ximaêng nhöng cöôøng ñoä cuûa noù vaãn phaùt trieån töông ñöông sau thôøi gian 28 ngaøy khi döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc. Tính deõo cuûa hoãn hôïp beâ toâng ximaêng tro traáu giaûm ñi raát nhanh töø 55 – 77,27% trong thôøi gian 1 giôø. Tính chaát naøy seõ aûnh höôûng lôùn ñeán cöôøng ñoä beâtoâng vaø coâng taùc thi coâng, bieän phaùp khaéc phuïc nhöôïc ñieåm naøy cuûa beâtoâng RHA laø söû duïng phuï gia sieâu deûo giaûm nöôùc vôùi haøm löôïng töø 0,2 – 0,25%.

Vieän KHCN Xaây Döïng ñaõ tham gia giaûi quyeát vaán ñeà coâng ngheä cheá taïo tro traáu trong coâng nghieäp thoâng qua ñeà taøi nghieân cöùu saûn xuaát microsilica töø tro traáu ñeå cheá taïo beâ toâng vaø vöõa cöôøng ñoä cao. Keát quaû nghieân cöùu cuûa hoï laø cho ra ñôøi saûn phaåm coù teân laø “Micros – T” cuøng vôùi thieát keá chi tieát moät thuøng ñoát

traáu coâng suaát 1000kg/ngaøy ñeâm. Theo Vieän KHCN Xaây Döïng, saûn phaåm naøy laø phuï gia beâ toâng theá heä môùi daïng boät coù thaønh phaàn chuû yeáu laø silíc oxit sieâu mòn, duøng ñeå saûn xuaát ximaêng chaát löôïng ñaëc bieät. Beâ toâng coù söû duïng Micros – T seõ taêng cöôøng ñoä, taêng khaû naêng choáng thaám vaø caûi thieän tính coâng taùc.

Toùm laïi, tro traáu cuõng laø moät phuï gia khoaùng coù chaát löôïng cao, coù theå söû duïng laøm phuï gia cho ximaêng hoaëc khi ñöôïc nung vaø nghieàn ôû moät cheá ñoä thích hôïp, tro traáu coøn coù theå söû duïng nhö moät phuï gia vôùi tính naêng cao töông töï nhö silicafume. Khi ñoù, caùc tính chaát cô lyù cuõng nhö ñoä sít ñaëc cuûa ximaêng vaø beâ toâng cuõng ñöôïc caûi thieän ñaùng keå.

1.3. Giôùi haïn phaïm vi nghieân cöùu Töø caùc nghieân cöùu veà tro traáu ôû trong nöôùc vaø nöôùc ngoaøi ta thaáy, vaán ñeà nghieân cöùu öùng duïng tro traáu laøm phuï gia cho ximaêng nhaèm boå sung vaøo nguoàn pozzoland coù nguoàn goác töï nhieân saün coù hieän nay ñeå phuïc vuï nhu caàu saép tôùi veà pozzoland cuûa ngaønh coâng nghieäp ximaêng Vieät Nam trong saûn xuaát ximaêng portland pozzoland laø vaán ñeà thieát thöïc caàn phaûi ñöôïc quan taâm.

Treân cô sôû ñoù, muïc tieâu nghieân cöùu cuûa luaâïn vaên ñöôïc löïa choïn laø öùng duïng tro traáu cheá taïo ximaêng portland pozzoland. Ñeà taøi taäp trung nghieân cöùu quaù trình hydrat hoùa vaø caáu truùc vi moâ cuûa ximaêng portland tro traáu, ñoàng thôøi taäp trung khaûo saùt ñoä beàn cuûa noù trong ñieàu kieän söû duïng ôû Vieät Nam. Do tro traáu thuoäc loaïi pozzoland nhaân taïo coù hoaït tính cao so vôùi caùc loaïi pozzoland thieân nhieân neân höùa heïn seõ caûi thieän chaát löôïng ximaêng portland pozzoland. Ñaëc bieät vôùi tröõ löôïng khoâng haïn cheá nhaát laø ñoái vôùi ñaát nöôùc coù neàn noâng nghieäp phaùt trieån nhö Vieät Nam. Vieäc nghieân cöùu söû duïng tro traáu laøm phuï gia cho ximaêng khoâng nhöõng giuùp mang laïi hieäu quaû kinh teá, kyõ thuaät maø coøn goùp phaàn baûo veä moâi tröôøng chaúng haïn nhö vöøa coù theå taän duïng ñöôïc nguoàn nhieät naêng cuûa traáu thoâng qua caùc loø saáy luùa, saáy noâng saûn hoaëc caùc loø saûn xuaát vaät lieäu nung,…. vöøa xöû lyù ñöôïc nguoàn tro pheá thaûi naøy.

1.4. Muïc tieâu vaø nhieäm vuï nghieân cöùu ¾

Muïc tieâu nghieân cöùu: Nghieân cöùu öùng duïng phuï gia thuûy hoaït tính tro traáu cheá taïo ximaêng

portland pozzoland.

¾

Nhieäm vuï nghieân cöùu: -

Xaùc ñònh ñoä hoaït tính cuûa tro traáu.

-

Xaùc ñònh tyû leä phoái troän hôïp lyù giöõa ximaêng portland vaø tro traáu.

-

Khaûo saùt ñoä beàn, khaû naêng choáng aên moøn vaø caùc tính chaát cô lyù khaùc cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu.

-

Nhöõng nghieân cöùu khaûo saùt treân, ñöôïc moâ taû treân caùc ñoà thò bieåu dieãn tính töông quan giöõa lieàu löôïng söû duïng tro ñeán caùc tính chaát cô lyù cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu. Ñoàng thôøi giaûi thích caùc aûnh höôûng cuûa tro traáu trong caáu truùc ximaêng portland thoâng qua caùc hình aûnh chuïp caáu truùc cuûa tro, ximaêng portland vaø ximaêng portland coù pha tro traáu.

CHÖÔNG 2 CÔ SÔÛ KHOA HOÏC 2.1.

TOÅNG QUAN VEÀ POZZOLAND Pozzoland (coøn goïi laø phuï gia thuûy hoaït tính) laø vaät lieäu voâ cô hoaït tính

giaøu oxit silic (SiO2*) vaø oxit nhoâm (Al2O3*) ôû daïng voâ ñònh hình. Khi ñöôïc nghieàn mòn coù khaû naêng huùt voâi maïnh trong dung dòch nöôùc voâi, ñoàng thôøi khi pha vaøo voâi vôùi tyû leä phuø hôïp taïo neân vöõa voâi beàn nöôùc hoaëc khi nghieàn troän chung vôùi clinker vaø thaïch cao thì taïo thaønh ximaêng portland pozzoland cuõng coù tính beàn nöôùc toát hôn ximaêng portland. Do ñoù, phuï gia khoaùng coøn ñöôïc goïi laø phuï gia thuûy hoaït tính.

2.1.1. Ñoä hoaït tính cuûa pozzoland Khaû naêng phaûn öùng vôùi voâi cuûa pozzoland, laø chæ tieâu ñaëc tröng cho ñoä hoaït tính cuûa chuùng. Phaûn öùng naøy chuû yeáu laø quaù trình keát hôïp caùc thaønh phaàn hoaït tính (SiO2* vaø Al2O3*) vôùi canxi hydroxit Ca(OH)2. Ñoä hoaït tính cuûa töøng loaïi pozzoland ñöôïc ñaùnh giaù theo hai thoâng soá, moät laø löôïng voâi cöïc ñaïi maø noù coù theå keát hôïp, hai laø tyû leä phaàn traêm maø chuùng keát hôïp vôùi nhau.

Löôïng voâi keát hôïp cöïc ñaïi coøn goïi laø ñoä huùt voâi cuûa pozzoland. Ñoä huùt voâi laø löôïng mg CaO bò haáp phuï bôûi 1g pozzoland sau 30 ngaøy ñeâm vôùi 15 laàn chuaån baèng dung dòch HCl 0,1N. Pozzoland coù ñoä huùt voâi caøng maïnh thì ñoä hoaït tính caøng cao vaø ngöôïc laïi. Theo 14TCN74-88 phaân loaïi pozzoland theo ñoä hoaït tính nhö sau: Baûng 2.1. Baûng phaân loaïi phuï gia hoaït tính Phaân caáp hoaït tính

Ñoä huùt voâi (mgCaO/1g phuï gia)

Loaïi raát maïnh

> 150

Loaïi maïnh

100 – 150

Loaïi trung bình maïnh

70 – 100

Loaïi trung bình

50 – 70

Loaïi yeáu

30 –50

Tyû leä phaàn traêm cuûa söï keát hôïp giöõa voâi vaø pozzoland coøn goïi laø chæ soá hoaït tính. Theo TCVN 6016:1995 thì chæ soá hoaït tính cuûa ximaêng laø tyû leä phaàn traêm giöõa giôùi haïn beàn neùn cuûa maãu chöùa pozzoland vaø giôùi haïn beàn neùn cuûa maãu chuaån khoâng chöùa pozzoland öùng vôùi 28 ngaøy tuoåi.

Coâng thöùc xaùc ñònh: I=

R 100(%) R0

Ro (daN/cm2): giôùi haïn beàn neùn cuûa maãu chuaån, R (daN/cm2): giôùi haïn beàn neùn cuûa maãu chöùa pozzoland thöû nghieäm, I (%):chæ soá hoaït tính cuûa ximaêng.

2.1.2. Phaân loaïi pozzoland Hoäi nghò quoác teá laàn thöù 6 veà hoùa hoïc ximaêng toå chöùc taïi Moscow naêm 1974 ñaõ thoáng nhaát vaø phaân loaïi pozzoland goàm 2 nhoùm chính ñoù laø nhoùm phuï gia hoaït tính töï nhieân vaø nhoùm phuï gia hoaït tính nhaân taïo (sô ñoà 2.1).

2.1.2.1. Nhoùm pozzoland töï nhieân Laø loaïi phuï gia khoaùng coù theå cho hoaït tính sau khi ñöôïc nghieàn mòn maø khoâng caàn phaûi qua quaù trình gia coâng nhieät.

Ngoaïi tröø Diatomite coù nguoàn goác töø xöông cuûa caùc loaïi taûo, taát caû caùc loaïi pozzoland töï nhieân khaùc ñöôïc tìm thaáy töø ñaù vaø khoaùng nuùi löûa.

Pozzoland töï nhieân Ñaù bazan, Tuff nuùi löûa, Trass

Diatomite

Thuûy tinh nuùi löûa

Diatomite laãn seùt

Tro bay (Fly ash)

Tro traáu (Rice Husk Ash)

Silicafume

Caùc vaät lieâu hoaït tính nhieät

Ñaù phieán seùt nung

Ñaát seùt nung

Pozzoland nhaân taïo

Sô ñoà 2.1. Phaân loaïi pozzoland ¾

Caùc phuï gia coù nguoàn goác töø nuùi löûa ñöôïc hình thaønh töø nham thaïch trong

quaù trình phun traøo khi nuùi löûa hoaït ñoäng. Trong ñieàu kieän nhieät ñoä vaø aùp suaát thaáp, nham thaïch nuùi löûa nhanh choùng nguoäi laïnh vaø raén chaéc laïi khoâng kòp keát tinh. Caùc khoaùng naøy toàn taïi chuû yeáu ôû daïng pha thuyû tinh hoaëc gaàn gioáng nhö thuyû tinh vaø haàu heát ôû daïng voâ ñònh hình. Maët khaùc, trong quaù trình phun traøo nham thaïch coù söï quyeän laãn khoâng khí nhöng khi raén chaéc caùc chaát khí vaø hôi nöôùc khoâng kòp thoùat ra ñeå laïi nhieàu loå roãng trong caáu truùc cuûa ñaù. Caùc loaïi ñaù naøy vöøa coù caáu taïo ôû daïng roãng xoáp vôùi tyû dieän tích beà maët cao, vöøa coù caáu truùc loän xoän, khoâng toàn taïi ôû traïng thaùi caân baèng cho neân chuùng deã daøng xaûy ra phaûn öùng khi tieáp xuùc vôùi dung dòch voâi. Ñaây laø nguyeân nhaân cô baûn daãn ñeán khaû naêng hoaït tính cuûa caùc loaïi puzzolan töï nhieân coù nguoàn goác töø ñaù vaø khoaùng nuùi löûa nhö ñaù bazan xoáp, thuyû tinh nuùi löûa, tuff nuùi löûa...khi nghieàn mòn.

Hình 2.1. Ñaù bazan Ñöùc Linh – Bình Thuaän (nguoàn: TLTK 10) Hình 2.1 laø hình daïng roãng xoáp cuûa moät loaïi ñaù bazan ôû Ñöùc Linh – Bình Thuaän chuïp döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt vôùi ñoä phoùng ñaïi 500 laàn.

ÔÛ Vieät Nam, pozzoland töï nhieân coù nguoàn goác töø ñaù vaø khoaùng nuùi löûa ñöôïc tìm thaáy chuû yeáu laø loaïi ñaù bazan. Nhieàu moû ñaù nhö ñaù bazan Mu Ruøa, bazan Soùc Lu vaø bazan Long Phöôùc ôû Baø Ròa-Vuõng Taøu, bazan Beán Thaém ôû Vónh An – Ñoàng nai, bazan Haø Döông Haø Trung – Thanh Hoùa, bazan Phuû Quì-Ngheä An, bazan Hoøa Thaïch – Haø Taây, bazan Quyønh Thaéng – Ngheä An, … ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø ñöa vaøo söû duïng. ¾

Diatomite laø loaïi ñaù traàm tích coù nguoàn goùc sinh vaät. Khi cheát phaàn voû cuûa

taûo diatome laéng xuoáng vaø daàn daàn tích tuï ôû caùc toác ñoä khaùc nhau trong hoà hoaëc bieån taïo thaønh ñaù Diatomite. Voû cuûa caùc loaïi taûo naøy coù thaønh phaàn chuû yeáu laø silic chieám 70 – 80 % khoái löôïng toaøn boä cuûa ñaù. Daïng caáu truùc ñieån hình cuûa chuùng laø voâ ñònh hình, aån tinh vaø vi tinh (hình 2.2).

Hình 2.2. Diatomite Tuy An – Phuù Yeân döôùi kính hieån vi ñieän töû Thaønh phaàn khoaùng chuû yeáu cuûa Diatomite khoaùng vaät nhoùm silic nhö opan, chanxedon, thaïch anh,... ngoaøi ra coøn coù seùt glauconit. Caáu taïo cuûa ñaù traàm tích Diatomite thöôøng gaëp laø phaân lôùp vaø vi phaân lôùp cuûa caùc oxit SiO2 ôû daïng khung. ÔÛ nöôùc ta nguoàn Diatomite ñöôïc tìm thaáy taäp trung ôû Laâm Ñoàng, Phuù Yeân, An Giang nhöng chöa ñöôïc söû duïng laøm phuï gia cho ximaêng.

2.1.2.2. Nhoùm pozzoland nhaân taïo Laø loaïi phuï gia khoaùng chæ cho hoaït tính sau quaù trình gia nhieät. Phuï gia khoaùng nhaân taïo goàm caùc daïng, daïng pozzoland hoï khoaùng seùt vaø daïng

pozzoland coù nguoàn goác töø saûn phaåm phuï cuûa caùc ngaønh coâng nghieäp vaø noâng nghieäp nhö tro bay, xæ loø cao, silicafume vaø tro traáu.

a) Pozzoland hoï khoaùng seùt Pozzoland hoï khoaùng seùt nhö ñaát seùt vaø ñaù phieán seùt nung, khaùc vôùi trass vaø tuff nuùi löûa (baûn thaân chuùng sau khi nghieàn mòn laø coù theå coù hoaït tính vôùi voâi), ñaát seùt vaø ñaù phieán seùt chæ coù khaû naêng taïo ra hoaït tính vôùi voâi khi caáu truùc tinh theå cuûa chuùng bò phaù huyû thoâng qua quaù trình xöû lyù nhieät.

Nhieät ñoä nung cuûa quaù trình xöû lyù töø 600-8000C. Khi phaân tích quaù trình nung ñaát seùt vaø caolanh cho thaáy, ôû 600-8000C môùi chæ laø giai ñoaïn maát nöôùc hoaù hoïc, laøm tôi xoáp maïng löôùi caáu truùc cuûa khoaùng caolinit chöù chöa theå phaù vôõ heát caáu truùc ñeå taùch ra SiO2 vaø Al2O3.

Do ñoù, ôû giôùi haïn nhieät ñoä naøy, trong caáu truùc cuûa ñaát seùt haàu heát chöùa khoaùng meâtacaolinit, chæ coù moät löôïng raát nhoû caùc oxit SiO2 vaø Al2O3 toàn taïi ñoäc laäp ôû daïng voâ ñònh hình. Nhö vaäy, hoaït tính pozzoland cuûa caùc khoaùng seùt hoaït hoùa khoâng phaûi do SiO2 vaø Al2O3 voâ ñònh hình quyeát ñònh maø chuû yeáu laø do khoaùng meâtacaolinit coù hoaït tính maïnh vôùi voâi. Ñaát seùt caùc loaïi neáu coù haøm löôïng Al2O3 > 15% ñeàu coù theå hoaït hoùa vaø cho ra loaïi phuï gia hoaït tính töø trung bình maïnh ñeán raát maïnh.

ÔÛ nöôùc ta nguoàn ñaát seùt naøy raát doài daøo vaø phaân boá treân khaép caû nöôùc nhö Quaûng Bình, Thanh Hoùa, Vónh Phuù, Haûi Höng, Quaõng Ninh,...

Nguoàn pozzoland naøy chuû yeáu ñöôïc nghieân cöùu cheá taïo vaø öùng duïng laøm phuï gia cho ximaêng taïi caùc nhaø maùy ximaêng phía Baéc nhö nhaø maùy ximaêng Bæm Sôn, Tam Ñieäp, … Bôûi vì, nguoàn pozzoland töï nhieân nôi ñaây raát hieám.

b) Phuï gia hoaït tính coù nguoàn goác töø saûn phaåm phuï caùc ngaønh coâng nghieäp vaø noâng nghieäp

Haàu heát caùc nöôùc coù ngaønh coâng nghieäp phaùt trieån nhö Myõ, Nga, Nhaät,…laø nhöõng nöôùc taäp trung nguoàn tro bay, silica fume vaø xæ loø cao. Ngöôïc laïi, nhöõng nöôùc coù ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát luùa gaïo chieám öu theá nhö Thaùi Lan, Aán Ñoä, Vieät Nam,… laø nhöõng nöôùc coù tieàm naêng lôùn veà tro traáu.

¾

Tro bay (Fly ash) thu ñöôïc töø quaù trình ñoát than khoâ daïng boät hoaëc töø

quaù trình ñieàu cheá ra saûn phaåm phuï cuûa bitum. Khi than vöôït qua vuøng nhieäât ñoä cao trong loø, caùc chaát deã bay hôi vaø cacbon ñöôïc ñoát chaùy, trong khi haàu heát caùc phaàn khoaùng khaùc trong than nhö ñaát seùt, quartz, fenspat noùng chaûy. Hoãn hôïp noùng chaûy naøy nhanh choùng dòch chuyeån tôùi vuøng nhieät ñoä thaáp hôn, khi ñoù chuùng bò raén laïi ñoät ngoät thaønh nhöõng haït coù daïng hình caàu. Moät löôïng nhoû tích tuï laïi thaønh tro naèm döôùi ñaùy, nhöng phaàn lôùn ñeàu theo doøng khí thoaùt ra ngoaøi theo oáng thoaùt hôi sau ñoù ñöôïc taäp hôïp laïi thoâng qua thieát bò loïc buïi tónh ñieän. Buïi tro thu ñöôïc taïi loïc buïi tónh ñieän goïi laø tro bay.

Tro bay coù hai loaïi laø loaïi C vaø F (theo phaân loaïi cuûa ASTM). Tro bay loaïi C thöôøng laø saûn phaåm chaùy cuûa loaïi than ñaù sub-bituminous hay lignite, coøn tro bay loaïi F thöôøng laø saûn phaåm chaùy cuûa loaïi than ñaù anthracite.

Hình 2.3. Tro bay döôùi kính hieån vi ñieän töû queùtvôùi ñoä phoùng ñaïi 1000 laàn

Haït tro bay coù daïng hình caàu (hình 2.3). Kích thöôùc haït caàu naøy thay ñoåi töø 1 -100 µm nhöng phaàn lôùn caùc haït coù kích thöôùc nhoû hôn 20µm.

¾ Xæ loø cao laø saûn phaåm phuï thu ñöôïc töø ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát gang trong loø cao. Chuùng ñöôïc söû duïng nhieàu trong saûn xuaát ximaêng portland xæ.

Thaønh phaàn khoaùng vaø caáu truùc xæ chòu aûnh höôûng lôùn bôûi phöông phaùp laøm laïnh. Neáu xæ ñöôïc laøm laïnh chaäm thì caáu truùc cuûa chuùng thöôøng toàn taïi ôû daïng keát tinh, khi ñoù thaønh phaàn khoaùng cuûa chuùng laø daõy dung dòch raén, khoâng phaûn öùng vôùi nöôùc ôû nhieät ñoä thöôøng. Vaät lieäu naøy seõ coù hoaït tính raát thaáp neáu nghieàn tôùi moät ñoä mòn phuø hôïp.

Tröôøng hôïp xæ ñöôïc laøm nguoäi ñoät ngoät töø nhieät ñoä cao baèng nöôùc hoaëc khoâng khí thì haàu heát caùc oxit trong xæ ñeàu bò giöõ laïi ôû traïng thaùi khoâng keát tinh hoaëc traïng thaùi thuyû tinh. Saûn phaåm naøy seõ cho hoaït tính toát khi ñöôïc nghieàn ñeán ñoä mòn thích hôïp.

¾

Silica fume ñöôïc taïo ra trong loø ñieän hoà quang chìm, laø saûn phaåm phuï

cuûa quaù trình saûn xuaát silic kim loaïi hoaëc silic hôïp kim. Trong quaù trình bieán ñoåi töø quartz thaønh silic ôû nhieät ñoä treân 20000C, khí SiO ñöôïc sinh ra vaø dòch chuyeån tôùi vuøng nhieät ñoä thaáp hôn, noù bò oxi hoùa do tieáp xuùc vôùi khoâng khí vaø ngöng tuï laïi thaønh caùc haït SiO2 voâ ñònh hình vôùi dieän tích beà maët raát cao töø 20 – 23 m2/g.

Hình 2.4. Silica fume döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt.

Silica fume cuõng coù daïng hình caàu nhö tro bay (hình 2.4) nhöng kích thöôùc nhoû hôn khoaûng 100 laàn, ñöôøng kính haït trung bình khoaûng 0,05- 0,1µm.

Tro traáu (Rice Husk Ash - RHA) thu ñöôïc töø quaù trình ñoát traáu. Traáu ban

¾

ñaàu laø thaûi phaåm cuûa coâng ngheä xay xaùt luùa. Löôïng traáu thaûi ra chieám khoaûng 20% khoái löôïng thoùc vaø haøm löôïng tro bieán thieân trong khoaûng 13,2 - 29% giaù trò naøy tuøy thuoäc vaøo caùc loaïi traáu khaùc nhau, tuy nhieân giaù trò thoâng thöôøng ñaït ñöôïc laø 20% [7].

Maët duø chaát löôïng traáu thay ñoåi khaùc nhau tuøy theo töøng loaïi luùa nhöng thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa caùc loaïi tro traáu khaùc nhau cuõng töông töï nhö nhau.

Thaønh phaàn naøy bao goàm silic dioxit (SiO2) > 80% chieám haøm löôïng cao nhaát vaø sau ñoù laø oxit kieàm, ngoaøi ra coøn coù haøm löôïng nhoû caùc oxit nhö oxit kim loaïi kieàm, oxit saét, oxit manheâ,…(baûng 2.2).

Baûng 2.2. Thaønh phaàn hoaù ñieån hình cuûa tro traáu vaø moät soá loaïi pozzoland [2;11] Pozzoland

Thaønh phaàn hoùa (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3

CaO

MgO

Na2O

K 2O

P2O5

MKN

Tro traáu

93,0

0,02

0,07

0,25

0,05

0,7

0,15

-

3,8

Tro rôm

82,0

0,3

0,3

1,5

1,8

5,3

4,9

0,8

-

Tro baõ mía

75,0

6,7

6,3

2,8

3,2

1,1

2,4

4,0

0,9

Fly ash

66,8

7,2

5,1

2,7

2,7

0,9

4,5

-

9,8

Silca fume

93,7

0,58

0,28

0,27

0,02

0,49

0,25

-

3,8

Khaùc vôùi silica fume, tro traáu coù caáu truùc daïng khung xöông xoáp (hình 2.5).

Nhôø vaøo caáu truùc xoáp naøy maø tro traáu coù dieän tích beà maët rieâng lôùn khoaûng 50 – 60 m2/g, coù khi ñaït ñeán 152 m2/g tuøy thuoäc vaøo ñieàu kieän nung.

Ñeå tro traáu ñaït ñöôïc ñoä hoaït tính cao, khoaùng SiO2 phaûi ôû daïng voâ ñònh hình vaø coù caáu truùc xoáp vôùi maät ñoä loå roãng vi moâ lôùn. Möùc ñoä keát tinh cuûa SiO2 trong tro chòu aûnh höôûng lôùn bôûi nhieät ñoä, thôøi gian vaø moâi tröôøng nung.

Hình 2.5. Caáu truùc cuûa tro traáu döôùi kính hieån vi ñieän töû queùt vôùi ñoä phoùng ñaïi 1500 vaø 3000 laàn Trong quaù trình xöû lyù nhieät, ñaàu tieân ôû khoaûng nhieät ñoä 100 – 2000C xaûy ra hieän töôïng maát nöôùc töï do vaø nöôùc haáp phuï. Tieáp tuïc taêng nhieät ñoä ñeán 3500C traáu baét ñaàu chaùy, khi taêng nhieät ñoä ñeán khoaûng 400 – 5000C thì cacbon trong traáu baét ñaàu bò oxi hoaù, phaàn lôùn söï toån thaát khoái löôïng chuû yeáu xaûy ra ôû giai ñoaïn naøy vaø oxit Silic (SiO2) ôû trong tro toàn taïi ôû daïng voâ ñònh hình. Tieáp tuïc taêng nhieät ñoä seõ xaûy ra quaù trình keát tinh SiO2 döôùi daïng quartz sau ñoù chuyeån thaønh caùc daïng Cristobalit vaø Tridimit. Khi gia nhieät keùo daøi ôû nhieät ñoä > 8000C quaù trình keát tinh xaûy ra raát maïnh.

Möùc ñoä keát tinh vaø ñoä roãng xoáp cuûa tro traáu khoâng chæ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä nung maø coøn phuï thuoäc vaøo thôøi gian nung. Thôøi gian nung daøi, ngaén khaùc nhau öùng vôùi caùc nhieät ñoä nung khaùc nhau. Neáu thôøi gian nung hôïp lyù so vôùi nhieät ñoä nung (toác ñoä taêng nhieät thích hôïp) thì seõ khöû ñöôïc löôïng carbon cuõng nhö taïo thaønh SiO2 ôû daïng voâ ñònh hình vaø tro coù caáu truùc roãng xoáp cao. Ngöôïc laïi, thôøi gian nung daøi hôn vaø nhieät ñoä nung cao hôn thì SiO2 seõ hình thaønh ôû daïng tinh theå, ñoàng thôøi maät ñoä loå roãng vi moâ trong caáu truùc giaûm ñi ñaùng keå do caáu

truùc roãng taïo ra ban ñaàu bò phaù huûy vaø caùc haït rôøi lieân keát laïi vôùi nhau laøm cho dieän tích beà maët rieâng cuûa tro traáu giaûm ñi. Ñieàu naøy laø nguyeân nhaân chính aûnh höôûng xaáu ñeán ñoä hoaït tính cuûa tro traáu.

Baûng 2.3. Haøm löôïng SiO2 hoaït tính cuûa tro öùng vôùi thôøi gian vaø nhieät ñoä ñoát khaùc nhau (%) [11] Nhieät ñoä ñoát (0C)

Thôøi gian ñoát (phuùt)

300

400

500

600

700

800

900

1000

5

52

49

45

54

54

45

44

36

30

-

49

64

66

66

56

31

18

60

-

57

74

65

63

68

29

17

Baûng 2.3 coøn cho thaáy, vôùi thôøi gian ñoát döôùi 1 giôø ôû nhieät ñoä 9000C thì SiO2 ôû daïng voâ ñònh hình vaãn coøn toàn taïi, nhöng ôû nhieät ñoä 10000C, neáu giöõ maãu chæ treân 5 phuùt thì cuõng ñuû thôøi gian ñeå phaàn lôùn SiO2 chuyeån thaønh daïng tinh theå. t(oC)

Thôøi gian nung (h)

Hình 2.6. Phaïm vi nung tro traáu toái öu theo nhieät ñoä vaø thôøi gian nung[9] ÔÛ hình 2.6 ta thaáy, tro coù theå ñaït ñöôïc caáu truùc xoáp vaø SiO2 ôû daïng voâ ñònh hình theo caùch duy trì nhieät ñoä ñoát baèng hoaëc döôùi 5000C trong moâi tröôøng oxi

hoùa vôùi thôøi gian ñoát keùo daøi hoaëc theo caùch naâng nhieät ñoä ñeán treân 7000C tuy nhieân thôøi gian löu maãu phaûi nhoû hôn 1 giôø.

Nhö vaäy, khi nhieät ñoä nung taêng thì thôøi gian nung phaûi ngaén ñi vaø ngöôïc laïi.

Hoaït tính cuûa tro traáu noùi chung giaûm khi nhieät ñoä ñoát vaø thôøi gian ñoát taêng. Do vaäy, tro traáu söû duïng laøm phuï gia cho ximaêng vaø beâtoâng caàn thieát phaûi ñöôïc khoáng cheá quaù trình ñoát vaø thôøi gian ñoát.

Ngoaøi vieäc phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän nung thoâng qua möùc ñoä voâ ñònh hình cuûa silic dioxit vaø caáu truùc roãng xoáp, ñoä hoaït tính cuûa tro traáu coøn phuï thuoäc vaøo löôïng chöùa carbon vaø ñoä mòn.

Carbon toàn taïi trong thaønh phaàn cuûa tro nhö moät chaát trô, khoâng coù ích ñoái vôùi tro. Löôïng carbon caøng cao thì ñoä hoaït tính cuûa tro caøng giaûm vaø ngöôïc laïi.

Hình 2.6 cho thaáy, ôû nhieät ñoä nung thaáp töø 400 – 500oC vôùi thôøi gian nung ngaén < 2h thì tro naøy coù maøu ñen do löôïng cacbon trong thaønh phaàn tro raát nhieàu. Khi nhieät ñoä ñoát taêng leân, tro seõ traéng daàn nhöng tro thu ñöôïc seõ coù chaát löôïng haïn cheá do haøm löôïng SiO2 voâ ñònh hình giaûm ñi. Nhö vaäy tro chöùa haøm löôïng SiO2 voâ ñònh hình thöôøng coù cacbon khoâng oxi hoùa do ñoát chöa heát. Löôïng cacbon naøy bieán ñoåi töø 5-15% tuøy thuoäc vaøo ñieàu kieän ñoát chaùy. Neáu C > 15% thì ñoä hoaït tính cuûa tro seõ giaûm do ñoù haøm löôïng C naøy yeâu caàu phaûi ñöôïc khoáng cheá. Ñoä mòn cuûa tro traáu cuõng laø moät yeáu toá quan troïng, noù aûnh höôûng ñeán ñoä hoaït tính cuûa tro. Ñoä mòn caøng cao, beà maët rieâng caøng lôùn vaø khaû naêng hoaït tính caøng maïnh. Ñoä mòn cuûa phuï thuoäc vaøo thôøi gian vaø thieát bò nghieàn. Keát quaû khaûo saùt ôû baûng 2.4 [11] cho thaáy, tro ñöôïc nghieàn baèng maùy nghieàn bi trong voøng 12 giôø coù theå ñaït ñöôïc ñoä mòn cao hôn so vôùi ñoä mòn cuûa ximaêng, tuy nhieân, neáu quaù trình nghieàn coù keát hôïp maùy nghieàn bi laéc hoaëc maùy nghieàn bi rung trong thôøi gian 1 phuùt thì ñoä mòn cuûa tro taêng leân raát ñaùng keå.

Baûng 2.4. Baûng soá lieäu tham khaûo veà tyû troïng vaø tyû dieän tích cuûa ximaêng vaø tro traáu [11] Loaïi maãu Tyû troïng Tyû dieän tích Ghi chuù 3 2 (g/cm ) (cm /g) XM Buùt Sôn 3,07 3278 Tro traáu – M1

2,15

4685

Nghieàn bi 12 giôø

Tro traáu – M2 Tro traáu – M3

2,17 2,17

7960 8606

Tro ñöôïc nghieàn laïi baèng maùy nghieàn bi laéc 1 phuùt.

Theo Vieän KHCNXD [11], tro traáu coù kích thöôùc haït loït qua saøng N0008 laø phuï gia khoaùng hoaït tính raát maïnh. ÔÛ Vieät Nam, theo Toång Coâng Ty Löông Thöïc, saûn löôïng luùa treân caû nöôùc haøng naêm ñaït ñöôïc khoaûng 30 trieäu taán (baûng 2.5).

Baûng 2.5. Saûn löôïng luùa cuûa Vieät Nam naêm 1999 vaø 2001 Nôi saûn xuaát

Saûn löôïng theo naêm (ngaøn taán) 1999

2001

Ñoàng baèng soâng Hoàng

6383,4

6419,4

Ñoàng baèng soâng Cöûu Long

16294,7

15997,5

Ñoâng Baéc

1911,3

2249,9

Taây Baéc

372,2

440,7

Baéc Trung Boä

2634,6

2966,9

Duyeân haûi Nam Trung Boä

1703,7

1707,1

Taây Nguyeân

512,4

646,2

Ñoâng Nam Boä

1581,5

1680,7

Toång coäng

31393.8

30427,7

Neáu caên cöù vaøo caùc nghieân cöùu thöïc nghieäm, löôïng traáu thaûi ra chieám khoaûng 20% so vôùi löôïng thoùc vaø löôïng tro laïi chieám 20% giaù trò naøy, thì naêm 2001 löôïng tro thu ñöôïc trong caû nöôùc vaøo khoaûng 1.217 trieäu taán.

Maëc duø, vieäc thu hoài toaøn boä löôïng traáu naøy laø ñieàu khoâng theå thöïc hieän ñöôïc, tuy nhieân, ôû 2 vuøng ñoàng baèng Baéc Boä vaø ñoàng baèng Nam Boä laø 2 vuøng taäp

trung löôïng luùa lôùn nhaát nöôùc, do ñoù hoaøn toaøn coù theå thu hoài ñöôïc moät soá löôïng traáu ñaùng keå coù theå cung caáp moät löôïng phuï gia khoaùng cho moät soá nhaø maùy saûn xuaát ximaêng trong 2 vuøng naøy.

2.2.

XIMAÊNG PORTLAND POZZOLAND Ximaêng portland pozzolanad laø loaïi ximaêng chöùa phuï gia thuûy hoaït tính,

ñöôïc saûn xuaát töø clinker ximaêng portland vôùi thaïch cao vaø phuï gia thuûy hoaït tính.

Löôïng phuï gia pozzoland ñöa vaøo ximaêng khoâng haïn cheá mieãn sao saûn phaåm ximaêng portland pozzoland saûn xuaát ñaït ñöôïc maùc yeâu caàu.

Haøm löôïng pozzoland pha vaøo ximaêng phuï thuoäc vaøo haøm löôïng C3S vaø ñoä hoaït tính cuûa phuï gia. Neáu löôïng C3S trong clinker taêng cao maø ñoä hoaït tính cuûa phuï gia chæ ñaït töø loaïi yeáu ñeán trung bình thì cho pheùp pha nhieàu phuï gia hoaït tính. Pozzoland coù nguoàn goác traàm tích (diatomite, trepen) ñöôïc duøng vôùi haøm löôïng 20 – 30%, coù nguoàn goác nuùi löûa (ñaù boït, tuff) thì duøng vôùi haøm löôïng 25 – 40%, phuï gia hoaït tính töø ñaát seùt nung non löûa thuoäc hoï seùt hoaït hoùa cuõng duøng vôùi haøm löôïng 25 – 40%.

2.2.1. Quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland pozzoland Khi nhaøo troän ximaêng portland pozzoland vôùi nöôùc seõ xaûy ra caùc quaù trình phaûn öùng khaùc nhau bao goàm quaù trình hydrat hoùa caùc thaønh phaàn hôïp chaát trong clinker ximaêng portland vaø söï keát hôïp cuûa caùc oxit hoaït tính trong pozzoland vôùi voâi töï do vaø canxihydroxit taïo ra trong quaù trình hydrat hoùa caùc khoaùng silicatcanxi trong ximaêng. Caùc phaûn öùng naøy coù theå xaûy ra moät caùnh ñoàng thôøi hoaëc lieân tieáp nhau vôùi caùc toác ñoä khaùc nhau vaø aûnh höôûng laãn nhau.

Quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland bao goàm moät chuoåi caùc phaûn öùng giöõa caùc khoaùng cuûa clinker ximaêng, thaïch cao (CaSO4.2H2O) vaø nöôùc. Quaù trình ñöôïc toùm taét nhö sau: Söï khueách taùn caùc khoaùng cuûa clinker ximaêng vaøo nöôùc

2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 Awillite 2(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 2CaO.SiO2.2H2O (khoaùng coù theå taïo thaønh) 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O 4CaO.Al2O3. Fe2O3 + pH2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O CaO.Fe2O3.nH2O + 2Ca(OH)2 → 3CaO.Fe2O3.6H2O + pH2O 3CaO.Al2O3.6H2O + Ca(OH)2 + 6H2O → 4CaO.Al2O3.13H2O Keát quaû phaûn öùng laø caùc gel hydrosilicate (C-S-H), hydroxit canxi (Ca(OH)2), hydroaluminate canxi vaø hydroferite canxi (C3AH6, C3AH6) ñöôïc hình thaønh. ¾

Phaûn öùng cuûa thaïch cao trong ximaêng Vôùi vai troø laø chaát hoaït ñoäng hoaù hoïc cuûa ximaêng, thaïch cao

(CaSO4.2H2O) taùc duïng vôùi caùc hydroaluminat canxit ñeå taïo thaønh Hydromonosunphoaluminat Canxi hoaëc taïo thaønh Hydrotrisunphoaluminat Canxit (khoaùng Etringit): C3AH6 + CaSO4.2H2O + 4H2O → 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O Daïng monosulfat C3AH6 +3CaSO4.2H2O + 20H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O Daïng trisulfat Caùc thaønh phaàn naøy hình thaønh ôû daïng keo phaân taùn mòn bao boïc xung quanh beà maët haït ximaêng coù taùc duïng kieàm haõm phaûn öùng hydrat hoùa cuûa caùc khoaùng trong clinker ximaêng laøm chaäm laïi söï thuûy hoùa vaø keùo daøi thôøi gian ninh keát cuûa ximaêng.

Ngoaøi ra trong ximaêng coøn coù moät löôïng CaOtöï do, MgOtöï do. Chuùng khoâng bò thuûy hoùa ngay maø bò thuûy hoùa ôû thôøi gian laâu daøi sau khi troän nöôùc vaøo ximaêng.

CaOtöï do + H2O → Ca(OH)2 Portlandite MgOtöï do + H2O → Mg(OH)2 Brucite Do ñoù, khoaùng Portlandite vaø Brucite chæ hình thaønh vaø phaùt trieån chaäm sau khi caùc saûn phaåm hydrat hoùa khaùc ñaõ phaùt trieån oån ñònh.

Phaûn öùng cuûa pozzoland khi coù maët trong ximaêng portland

¾

Khi theâm chaát phuï gia hoaït tính vaøo ximaêng portland vôùi haøm löôïng thích hôïp thì thaønh phaàn hoaït tính (SiO2*, Al2O3*) trong phuï gia taùc duïng vôùi caùc hôïp chaát hydroxit, CaOtöï do vaø MgOtöï do ñeå taïo thaønh caùc gel C-S-H hoaëc caùc pha chöùa alumin. nSiO2 + mCa(OH)2 + (p-m)H2O → mCaO. nSiO2.pH2O yAl2O3 + xCa(OH)2 + (z-x)H2O → xCaO.yAl2O3.zH2O

Keát quaû cuûa caùc quaù trình phaûn öùng naøy laø löôïng khoaùng portlandite cuoái cuøng sinh ra luoân luoân thaáp hôn so vôùi löôïng khoaùng portlandite trong ximaêng portland. Ñoàng thôøi ñoä pH cuûa moâi tröôøng ximaêng portland pozzoland hydrat cuõng giaûm ñi.

2.2.2. AÛnh höôûng cuûa pozzoland ñeán quaù trình hyrdrat hoùa ximaêng portland Pozzoland taùc ñoäng ñeán quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland (clinker + thaïch cao) ngay töø luùc ban ñaàu. Söï taùc ñoäng naøy theå hieän thoâng qua söï thay ñoåi cuûa nhieàu hieän töôïng khaùc nhau, tuy nhieân caùc thay ñoåi roû nhaát coù theå phaùt hieän ñöôïc laø nhieät hydrat hoùa, haøm löôïng khoaùng portlandite, löôïng nöôùc lieân keát, möùc ñoä hydrat cuûa khoaùng alit, möùc ñoä phaûn öùng cuûa pozzoland.

2.2.2.1. Nhieät hydrat hoùa Nhieät hydrat hoùa ñöôïc theå hieän baèng toác ñoä toûa nhieät vaø toång löôïng nhieät cuûa quaù trình hydrat hoùa toûa ra bôûi hoãn hôïp. Nhieät hydrat hoùa ôû thôøi gian ñaàu (3 - 7 ngaøy) ñaëc tröng cho taát caû söï thay ñoåi lieân quan ñeán moïi phaûn öùng xaûy ra trong quaù trình hydrat hoùa ximaêng portland pozzoland.

Nhieät tích luõy cuûa quaù trình hydrat hoùa chính laø toång nhieät löôïng cuûa taát caû caùc phaûn öùng xaûy ra trong quaù trình hydrat hoùa ban ñaàu cuûa ximaêng. Neáu nhieät hydrat hoùa caøng lôùn thì möùc ñoä phaûn öùng cuûa quaù trình hydrat xaûy ra caøng nhanh. Ñoái vôùi ximaêng portland pozzoland, toång löôïng nhieät toûa ra cuûa quaù trình hydrat hoùa ban ñaàu phuï thuoäc vaøo löôïng pozzoland vaø tyû leä nöôùc/ximaêng. Löôïng pozzoland trong ximaêng taêng thì nhieät hydrat hoùa giaûm vaø ngöôïc laïi.

2.2.2.2.

Haøm löôïng portlandite

Söï phaùt trieån cuûa quaù trình hydrat hoùa ximaêng portland thöôøng ñöôïc quan saùt baèng caùch ño söï taêng leân theo thôøi gian cuûa haøm löôïng khoaùng portlandite. Khoaùng portlandite gia taêng nhanh trong khoaûng thôøi gian töø 28 – 91 ngaøy ñaàu cuûa quaù trình hydrat hoùa ximaêng portland. Tuy nhieân, söï coù maët cuûa pozzoland ñaõ kieàm haõm toác ñoä phaùt trieån naøy thoâng qua phaûn öùng giöõa pozzoland vôùi Ca(OH)2 vaø CaO töï do. Nhö vaäy, haøm löôïng khoaùng portlandite khoâng nhöõng chæ phuï thuoäc vaøo möùc ñoä hydrat cuûa clinker maø coøn phuï thuoäc vaøo söï coù maët cuûa pozzoland trong ximaêng. Haøm löôïng khoaùng portlandite trong ximaêng portland pozzoland giaûm thaáp so vôùi trong ximaêng portland.

2.2.2.3.

Löôïng nöôùc lieân keát

Möùc ñoä hydrat hoùa cuûa ximaêng portland thöôøng ñöôïc öôùc löôïng baèng caùch xaùc ñònh haøm löôïng nöôùc khoâng theå boác hôi trong hoà ximaêng. Löôïng nöôùc

khoâng boác hôi bao goàm nöôùc lieân keát trong caùc saûn phaåm hydrat hoùa vaø cuûa Ca(OH)2. Töø haøm löôïng nöôùc khoâng bay hôi tröø löôïng nöôùc lieân keát trong Ca(OH)2 seõ coù ñöôïc haøm löôïng nöôùc lieân keát hoùa hoïc trong caùc silicat vaø aluminat hydrat. Do söï thay ñoåi khaùc nhau cuûa caùc pozzoland trong haøm löôïng cuûa caùc hydrat, cuõng nhö trong thaønh phaàn hoùa cuûa chuùng neân vieäc xaùc ñònh löôïng nöôùc khoâng bay hôi thì khoâng theå duøng ñeå xaùc ñònh möùc ñoä hydrat hoùa cuûa ximaêng hoån hôïp. Maët khaùc söï thay ñoåi thaønh phaàn caùc pha hydrat cuõng khoâng cho pheùp öôùc löôïng möùc ñoä hydrat hoùa ñaït ñöôïc. Tuy nhieân coù theå tìm ra söï khaùc nhau trong quaù trình hydrat hoùa cuûa 2 loaïi ximaêng naøy baèng caùch so saùnh caùc keát quaû thí nghieäm ñöôïc.

Haøm löôïng nöôùc khoâng bay hôi (nöôùc lieân keát) trong ximaêng coù tro bay cao hôn trong ximaêng portland thoâng thöôøng. Nhieàu nghieân cöùu [8] cho thaáy löôïng nöôùc khoâng bay hôi trong ximaêng hoån hôïp cao hôn trong ximaêng portland thoâng thöôøng sau 3 ngaøy nhöng söï khaùc nhau coù theå ñöôïc ghi nhaän ngay caû sau 1 ngaøy. ÔÛ giai ñoaïn ñaàu söï khaùc nhau naøy coù theå ñöôïc giaûi thích nhö laø söï taêng toác cuûa quaù trình hydrat hoùa cuûa phaàn ximaêng portland, ôû giai ñoaïn sau ñöôïc giaûi thích nhö laø heä quaû cuûa vieäc phaùt trieån caùc phaûn öùng pozzoland ñaõ laøm taêng haøm löôïng C-S-H. Söï taêng leân cuûa haøm löôïng nöôùc khoâng bay hôi laø do söï taêng leân cuûa löôïng nöôùc lieân keát hoùa hoïc trong C-S-H. Haøm löôïng nöôùc cuûa caùc hydrat trong ximaêng hoån hôïp cuõng cao hôn so vôùi löôïng nöôùc coù trong ximaêng portland thoâng thöôøng.

2.2.2.4.

Möùc ñoä hydrat cuûa alite vaø caùc hôïp chaát clinker khaùc

Möùc ñoä hydrat hoùa cuûa alite thay ñoåi khi trong ximaêng coù chöùa pozzoland. Haøm löôïng pozzoland trong ximaêng taêng ñaõ laøm taêng toác ñoä hydrat hoùa cuûa alite. Theo [8] khi khaûo saùt 4 loaïi ximaêng coù pha 25% tro bay sau 28 ngaøy hydrat, keát quaû cho thaáy löôïng alite phaûn öùng laø hôn 3–9% so vôùi löôïng alite phaûn öùng trong ximaêng khoâng pha. Söï thay ñoåi möùc ñoä hydrat hoùa cuûa alite

coù theå ñöôïc ghi nhaän trong 1 ngaøy nhöng thoâng thöôøng chæ bieát chaéc chaén sau nhieàu ngaøy hydrat.

Söï aûnh höôûng cuûa pozzoland ñeán möùc ñoä hydrat hoùa cuûa khoaùng C3A laø khoâng ñaùng keå vì löôïng C3A trong ximaêng portland thaáp. Möùc ñoä hydrat hoùa cuûa C3A coù theå taêng nheï töông töï möùc ñoä phaûn öùng cuûa noù khi coù maët thaïch cao.

Möùc ñoä hydrat hoùa cuûa khoaùng belite cuõng bò aûnh höôûng bôûi pozzoland.

Pozzoland coù maët trong ximaêng ñaõ laøm taêng khaû naêng hydrat hoùa cuûa belite, tuy nhieân söï taùc ñoäng naøy khoâng thay ñoåi cho ñeán khoaûng thôøi gian töø 14-28 ngaøy, nhöng sau ñoù thì khaû naêng hydrat hoùa cuûa belite giaûm ñi moät caùch roû reät.

2.2.2.5.

Möùc ñoä phaûn öùng cuûa pozzoland

Löôïng SiO2 vaø Al2O3 hoaït tính ñaëc tröng cho möùc ñoä phaûn öùng cuûa pozzoland. Pozzoland coù löôïng SiO2 vaø Al2O3 hoaït tính caøng cao thì khaû naêng phaûn öùng caøng maïnh. Möùc ñoä phaûn öùng cuûa pozzoland ñöôïc xaùc ñònh thoâng qua haøm löôïng pozzoland dö khoâng hoøa tan tröôùc vaø sau moät khoaûng thôøi gian hydrat hoùa. Haøm löôïng khoâng phaûn öùng cuûa pozzoland coù theå ñònh löôïng trong heä ximaêng baèng phöông phaùp hoøa tan coù choïn loïc nhö laø axit salicylic – methanol; kali hydroxit – ñöôøng – dung dòch nöôùc ñöôøng hoaëc axit picric – methanol – dung dòch nöôùc ñöôøng [12].

Möùc ñoä hoøa tan cuûa pozzoland cuõng phuï thuoäc vaøo haøm löôïng Ca(OH)2 trong hoà ximaêng. Haøm löôïng Ca(OH)2 taêng thì löôïng SiO2 vaø Al2O3 hoøa tan taêng.

Do phaûn öùng pozzoland xaûy ra theo cô cheá hoøa tan phaàn thuûy tinh trong pozzoland vaøo dung dòch kieàm chöùa trong caùc loå roãng mao quaûn trong caáu truùc ximaêng. Cho neân phaûn öùng pozzoland seõ khoâng baét ñaàu cho ñeán khi ñoä pH khoâng ñaït ñeán moät giaù trò xaùc ñònh naøo ñoù. Vì vaäy, thöôøng caùc phaûn öùng pozzoland chæ trôû neân roû raøng hôn töø 3 – 14 ngaøy sau khi nhaøo troän vôùi nöôùc, trong khi 70 – 80% Alit chöùa trong ximaêng portland ñaõ phaûn öùng töùc thì ngay sau ñoù.

2.2.3. Saûn phaåm hydrat hoùa cuûa ximaêng portland pozzoland

Caùc saûn phaåm phaûn öùng coù töø quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland pozzoland cuõng gioáng vôùi caùc saûn phaåm hydrat hoùa cuûa ximaêng portland, söï khaùc nhau chæ laø haøm löôïng cuûa caùc hôïp chaát vaø hình thaùi hoïc cuûa chuùng. Caùc saûn phaåm hydrat hoùa chính tìm thaáy trong ñaù ximaêng portland pozzoland ñieån hình goàm Ettringite, khoaùng monosulfat, khoaùng portlandite, khoaùng hydrosilicat canxi, khoaùng hydroglenite vaø hydrogranate. Chuùng hình thaønh vaø phaùt trieån trong caùc loå troáng mao quaûn hoaëc caùc vuøng coù ñoä xoáp cao trong caáu truùc hoà ximaêng hydrat. Caùc hôïp chaát naøy coù theå phaùt hieän ra baèng phöông phaùp phaân tích nhieät vi sai (DTA), phaân tích Rônghen (X-Ray), phöông phaùp kính hieån vi ñieän töû queùt (SEM) , …

2.2.3.1.

Khoaùng Ettringite

Ettringite coù daïng hình kim keát tinh xung quanh thaønh caùc loå mao quaûn (hình 2.7), theo kieåu phaân boá quaàn theå chuùng lôùn daàn vaø laép ñaày caùc khoaûng troáng cuûa loå ôû daïng buùi hoaëc thaûm sôïi xeáp song song nhau,…(hình 2.8). Khoaùng ettringite sau khi keát tinh coù theå tích taêng 2,86 laàn vaø coù cöôøng ñoä phaùt trieån theo thôøi gian.

Hình 2.7. Khoaùng Ettringite ôû ñoä phoùng ñaïi 10000 laàn

Hình 2.8. Khoaùng Ettringite ôû daïng buùi hoaëc thaûm sôïi xeáp song song Ettringite ñöôïc hình thaønh ôû 2 giai ñoaïn trong quaù trình hydrat hoùa ximaêng.

- Giai ñoaïn 1 goïi laø quaù trình phaûn öùng taïo khoaùng ettringite, quaù trình naøy xaûy ra ngay khi nhaøo troän ximaêng vôùi nöôùc.

3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4 .32H2O

Theo [17], giai ñoaïn naøy ñaït giaù trò cöïc ñaïi töø 1 – 24 giôø vaø giaûm daàn ñeán 28 ngaøy. Söï hình thaønh khoaùng ettringite ôû giai ñoaïn naøy coù taùc duïng laép ñaày caùc loå roãng mao quaûn laøm taêng ñoä ñaëc chaéc vaø cöôøng ñoä cho ñaù ximaêng.

- Giai ñoaïn 2 goïi laø giai ñoaïn taùi keát tinh khoaùng ettringite. Quaù trình taùi keát tinh trong dung dòch quaù baûo hoøa xaûy ra sau khi ximaêng ñaõ hydrat hoùa, khi ñoù coù maët khoaùng trung gian C3AH6: 3CaO.Al2O3.6H2O + 3CaSO4.2H2O + 20H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4 .32H2O

Khoaùng ettringite taïo thaønh ôû giai ñoaïn naøy tieáp tuïc xaâm chieám caùc khoaûng troáng beân trong caáu truùc ñaù ximaêng, theo thôøi gian, söï taêng theå tích cuûa caùc khoaùng ettringite taùi keát tinh gaây öùng suaát noäi, laøm xuaát hieän caùc veát nöùt vaø gaây phaù vôõ caáu truùc ñaù ximaêng.

2.2.3.2.

Khoaùng monosulfat

Khoaùng monosulfat coù daïng luïc giaùc deït. Khoaùng monosulfat ñöôïc hình thaønh ôû ñieàu kieän thieáu noàng ñoä SO42- trong dung dòch. Nghóa laø, neáu noàng ñoä muoái canxisulfat ñuû lôùn seõ khoâng taïo neân ñöôïc khoaùng monosulfat.

C3AH6 + CaSO4.2H2O + 4H2O → 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O Khoaùng monosulfat

2.2.3.3.

Khoaùng hydrosilicat canxi

Khoaùng hydrosilicat canxi xCaO.ySiO2.zH2O (C-S-H) coù 2 loaïi hình daïng, C-S-H loaïi I ñöôïc nhaän ra bôûi daïng hình kim ngaén phaân boá theo kieåu caùc boù nhoû. C-S-H loaïi II coù daïng baûn moûng deït nhö chieác laù (hình 2.9). C-S-H coù theå hình thaønh sau 24 giôø vaø phaùt trieån daàn theo thôøi gian, goùp phaàn taïo neân cöôøng ñoä cho ximaêng hydrat.

Söï coù maët cuûa pozzoland trong ximaêng goùp phaàn taêng cöôøng haøm löôïng CS-H sinh ra. Bôûi vì khi ñoù quaù trình hydrat hoùa cuûa alite ñöôïc taêng toác ñoàng thôøi coù söï xuaát hieän cuûa phaûn öùng pozzoland vaø Ca(OH)2.

2.2.3.4.

Khoaùng portlandite (Ca(OH)2

Laø saûn phaåm cuûa phaûn öùng thuûy hoùa cuûa canxi silicat vôùi nöôùc. Hai daïng hình thaùi thoâng thöôøng cuûa khoaùng portlandite laø tinh theå thon daøi vaø hình khoái lôùn. Caùc tinh theå daïng daøi coù maët caét ngang hình luïc giaùc lôùn (hình 2.9).

Söï phaân boá kích thöôùc, soá löôïng cuûa Ca(OH)2 tuøy thuoäc vaøo thaønh phaàn cuûa chaát keát dính vaø khaû naêng hoaït tính cuûa pozzoland. Tuy nhieân löôïng Ca(OH)2 sinh ra trong quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland pozzoland giaûm daàn theo thôøi gian. Löôïng kieàm coù theå giaûm trong dung dòch phuï thuoäc phaàn traêm löôïng voâi ñöôïc pozzoland keát hôïp.

Nhieät ñoä vaø ñoä mòn trong quaù trình nghieàn pozzoland coù aûnh höôûng nhieàu ñeán toác ñoä giaûm kieàm vaø ngoaøi ra coøn phuï thuoäc nhieàu vaøo ñoä phaân taùn caùc haït raén trong dung dòch.

Hình 2.9. Hình daïng 1 soá khoaùng ñieån hình trong ximaêng portland pozzolana hydrat h Theo [17], taïi nhieät ñoä 200C, trong dung dòch huyeàn phuø vôùi tæ leä khoái löôïng voâi oxit/pozzoland laø 0.5, thì sau 90 ngaøy löôïng kieàm giaûi phoùng ra khoaûng 20%, vôùi tæ leä 0.2 thì coù 18% löôïng kieàm giaûi phoùng ra cuøng khoaûng thôøi gian. Giaù trò töông öùng taïi nhieät ñoä 400C laø 75% vaø 25%. Vieäc gia taêng nhieät ñoä coù theå laø nguyeân nhaân gaây ra phaûn öùng ñaùng keå cuûa caùc khoùang vaät tinh theå vaø vì vaäy seõ goùp phaàn laøm giaûm löôïng kieàm.

2.2.3.5.

Khoaùng hydroglenite vaø hydrogranate

Trong ximaêng chöùa pozzoland, ngoaøi khoaùng C-S-H hydroglenite

3CaO.Al2O3.SiO2.8H2O

vaø

hydrogranate

thì khoaùng 3CaO.(Al2O3,

Fe2O3).xSiO2.(6-2x)H2O cuõng ñöôïc hình thaønh do caùc thaønh phaàn hoaït tính trong pozzoland (coøn laïi sau khi phaûn öùng vôùi Ca(OH)2) taùc duïng vôùi caùc khoaùng aluminate taïo thaønh. Khoaùng naøy coù taùc duïng laøm taêng tính beàn nöôùc vaø beàn muoái khoaùng cho ximaêng portland pozzoland. ÔÛ moät soá tröôøng hôïp, neáu thaïch cao ñöôïc theâm vaøo ximaêng thì khoaùng CA2SH8 giaûm ñi hoaëc coù theå bieán maát sau 60 ngaøy.

2.2.4. Aûnh höôûng cuûa pozzoland ñeán ñoä beàn cuûa ximaêng portland Khi ximaêng portland hydrat hoùa, caùc thaønh phaàn khoaùng trong ximaêng nhö C2S (3CaO.SiO2), C3S (2CaO.SiO2) seõ thuûy phaân taïo ra nhieàu hydroxit canxi (Ca(OH)2) ñaây laø saûn phaåm deã bò hoøa tan vaø röûa troâi nhaát laø trong moâi tröôøng nöôùc nhö nöôùc ngoït, nöôùc coù ñoä cöùng taïm thôøi nhoû vaø nöôùc coù aùp suaát. Neáu theâm chaát phuï gia hoaït tính vaøo ximaêng portland vôùi haøm löôïng thích hôïp thì thaønh phaàn SiO2 hoaït tính trong phuï gia taùc duïng vôùi hydroxit canxi taïo ra loaïi khoaùng môùi xCaO.ySiO2.zH2O vôùi x/y = 0,8 – 1,33 raát beàn trong moâi tröôøng nöôùc. Khi ñoù, haøm löôïng hydroxit canxi Ca(OH)2 trong ximaêng hydrat ñöôïc giaûm ñi ñaùng keå.

Caùc gel C-S-H naøy coù ñoä hoøa tan nhoû, khoâng bò taùch chieác ra moâi tröôøng nöôùc laøm giaûm ñaùng keå söï röûa troâi Ca(OH)2 giuùp cho hoà ximaêng sao khi raén chaéc ñaëc vaø cöùng hôn, taêng cöôøng khaû naêng choáng aên moøn cho ñaù ximaêng do bò hoøa tan vaø röûa troâi.

Trong tröôøng hôïp, noàng ñoä Ca(OH)2 trong quaù trình hydrat hoùa ximaêng portland sinh ra khoâng ñaùng keå (ñoái vôùi loaïi ximaêng coù haøm löôïng C3S vaø C3A thaáp), chính nhôø vaøo khaû naêng giaûm kieàm do phaûn öùng giöõa canxi hyñroxit vaø caùc thaønh phaàn hoaït tính trong pozzoland coù theå laøm cho phaûn öùng giöõa ion sulfat vaø aluminat khoâng xaûy ra hoaëc chæ xaûy ra qua dung dòch neân khoâng gaây öùng suaát phaù

hoaïi trong caáu truùc ñaù ximaêng. Khi ñoù, ximaêng portland puzzoland beàn vôùi moâi tröôøng sulfat hôn ximaêng portland thoâng thöôøng.

Phuï gia thuûy hoaït tính coù chöùa haøm löôïng oxit Al2O3 voâ ñònh hình caøng thaáp thì caøng toát. Neáu phuï gia coù chöùa haøm löôïng oxit Al2O3 voâ ñònh hình thaáp thì seõ giaûm ñöôïc löôïng hydroaluminate canxi, töùc laø giaûm khaû naêng taïo thaønh khoaùng ettringite taùi keát tinh. Neáu phuï gia giaøu oxit Al2O3 voâ ñònh thì oxit naøy seõ phaûn öùng vôùi Ca(OH)2 taïo thaønh khoaùng hydroaluminate canxi: mCa(OH)2 + nAl2O3 + (p-m)H2O

mCaO.nAl2O3.pH2O

vaø: mCaO.nAl2O3.pH2O + (3-m)Ca(OH)2

3CaO.Al2O3.6H2O + qH2O

khoaùng 3CaO.Al2O3.6H2O (C3AH6) laø khoaùng laøm cho ñaù ximaêng keùm beàn trong moâi tröôøng sulfat.

Maët khaùc, caùc oxit kim loaïi kieàm trong ximaêng portland cuõng laø thaønh phaàn coù haïi. Bôûi vì khi hydrat hoùa, kieàm trong ximaêng tan vaøo dung dòch, gaëp coát lieäu coù chöùa SiO2 hoaït tính seõ taïo thaønh treân beà maët coát lieäu moät lôùp silicat kieàm (Na2SiO3, K2SiO3). Lôùp silicat kieàm naøy huùt nöôùc vaø tröông nôû theå tích laøm nöùt neû caáu truùc beâ toâng vaø vöõa. Phuï gia thuûy hoaït tính nghieàn mòn khi pha vaøo ximaêng portland seõ taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho SiO2 hoaït tính coù saün trong phuï gia phaûn öùng nhanh vôùi kieàm tröôùc khi beâ toâng ñoâng cöùng, haïn cheá ñöôïc phaûn öùng kieàm coát lieäu, giaûm bôùt hoaëc khöû boû taùc haïi gaây nôû theå tích cuûa kieàm.

Dioxit silic hoaït tính coøn taùc duïng vôùi caùc thaønh phaàn khoaùng hoaëc caùc saûn phaåm hydrat hoùa khaùc cuûa ximaêng ñeå taïo thaønh khoaùng hydroglenite 2CaO.Al2O3.SiO2.8H2O vaø khoaùng hydrogranate 3CaO.(Al2O3, Fe2O3).ySiO2.(62y)H2O laø caùc khoaùng beàn trong moâi tröôøng aên moøn sulfat.

Ngoaøi ra, phuï gia thuûy hoaït tính coøn coù taùc duïng nhö moät phuï gia ñaày, chuùng laép ñaày caùc loå roãng trong caáu truùc ñaù ximaêng, laøm cho caáu truùc ñaù ximaêng ñaëc chaéc hôn, haïn cheá ñaùng keå söï xaâm nhaäp cuûa caùc ion gaây aên moøn nhö SO42-,

Cl-, Mg2+,… vaøo trong caáu truùc ñaù ximaêng. Ñieàu naøy cuõng goùp phaàn giuùp duy trì cöôøng ñoä cuûa ñaù ximaêng trong moâi tröôøng xaâm thöïc.

Maët khaùc, ñeå traùnh cho coát theùp khoâng bò gæ, ñoä pH cuûa moâi tröôøng ñoùng raén trong quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland phaûi thích hôïp ñeå treân beà maët coát theùp xaûy ra traïng thaùi caân baèng oån ñònh, taïo maøng baûo veä töï nhieân FeO vaø Fe(OH)2 lyù töôûng. Maøng baûo veä naøy toàn taïi oån ñònh khi ñoä pH = 11,5 – 13,8. Tuy nhieân, khi trong ximaêng coù maët phuï gia thuûy hoaït tính, SiO2 voâ ñònh hình seõ taùc duïng vôùi Ca(OH)2 laøm noàng ñoä OH- giaûm. Neáu ximaêng coù chöùa nhieàu phuï gia thuûy thì noàng ñoä OH- coù theå giaûm döôùi möùc 11,5 ñieàu naøy seõ laøm coát theùp bò gæ.

Caùc gæ naøy seõ tröông nôû vaø laøm phaù vôõ caáu truùc beâ toâng. Do ñoù, caàn thieát phaûi xaùc ñònh haøm löôïng phuï gia hoaït tính cho thích hôïp sau cho moâi tröôøng beâ toâng luoân coù ñoä pH = 11,5 – 13,8.

CHÖÔNG 3 PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU Quaù trình nghieân cöùu söï aûnh höôûng cuûa phuï gia hoaït tính tro traáu tôùi caùc tính chaát cöôøng ñoä vaø ñoä beàn cuûa ximaêng coù pha phuï gia ñöôïc tieán haønh theo caùc phöông phaùp sau:

3.1. Phöông phaùp cô lyù Phöông phaùp cô lyù ñöôïc söû duïng trong vieäc kieåm tra caùc chæ tieâu kyõ thuaät cuûa phuï gia, ximaêng vaø hoãn hôïp ximaêng coù pha phuï gia. Cuï theå goàm coù caùc phöông phaùp sau: -

Khoái löôïng rieâng. Phöông phaùp thöû: TCVN 4030:1985-phuï luïc 2.

-

Ñoä mòn. Xaùc ñònh baèng phöông phaùp raây saøng: TCVN 4030:1985.

-

Tyû dieän tích. Phöông phaùp thöû: TCVN 4030:985-phuï luïc1 (phöông phaùp Blaine).

-

Löôïng nöôùc tieâu chuaån cuûa ximaêng. Phöông phaùp thöû: TCVN 4031:1985.

-

Thôøi gian ninh keát cuûa hoà ximaêng. Phöông phaùp thöû: TCVN 6017:1995.

-

Chæ soá hoaït tính cuûa tro traáu. Phöông phaùp thöû: TCVN 6016:1995.

-

Nhieät hydrat hoùa cuûa ximaêng. Phöông phaùp thöû: ASTM C186:1998.

-

Cöôøng ñoä neùn vaø uoán cuûa maãu vöõa ximaêng kích thöôùc 4x4x16cm. Phöông phaùp thöû: TCVN 6016:1995.

3.2. Phöông phaùp hoùa hoïc Ñöôïc söû duïng trong vieäc xaùc ñònh ñoä hoaït tính cuûa phuï gia baèng ñoä huùt voâi. Ñoä huùt voâi cuûa phuï gia tro traáu ñöôïc xaùc ñònh theo phöông phaùp chaäm 30 ngaøy ñeâm vôùi 15 laàn chuaån (TCVN 3735:1982) vaø phöông phaùp huùt voâi nhanh. a)

Phöông phaùp chaäm Chuaån bò maãu thöû Laáy 100-150g maãu saáy ôû nhieät ñoä 100 – 1050C trong 1 giôø roài ñem nghieàn

nhoû. Sau ñoù caân 10g nghieàn mòn qua saøng N0008, roài saáy tieáp ñeán khoái löôïng khoâng ñoåi ôû nhieät ñoä treân, cho vaøo loï kín duøng laøm maãu thí nghieäm.

Caân 5kg voâi soáng ñem toâi töø 5 – 7 ngaøy, khuaáy ñeàu haøng ngaøy ñeå voâi toâi heát vaø ñaït ñeán traïng thaùi baûo hoøa. Sau ñoù loïc laáy nöôùc voâi trong cho vaøo bình chöùa kín. Xaùc ñònh noàng ñoä CaO hoøa tan trong dung dòch vôùi axit HCl 0.1N. Tieán haønh thí nghieäm Caân 2g phuï gia thuûy ñaõ nghieàn mòn cho vaøo bình xaùc ñònh ñoä hoaït tính dung tích 100ml (coù chia vaïch) sau khi ñaõ röûa saïch vaø saáy khoâ.

Duøng pipet huùt 100ml nöôùc voâi baûo hoøa ñaõ chuaån bò ôû treân cho vaøo bình phuï gia thuûy, ñaäy kín, laéc ñeàu. Ñeå traùnh khoâng khí loït vaøo, xung quanh nuùt boâi moät lôùp vadôlin. Cöù moãi ngaøy laáy ra laéc ñeàu trong 10 phuùt.

Sau hai ngaøy duøng pipet huùt 50ml dung dòch trong bình naøy ra cho vaøo bình tam giaùc ñaõ ñöôïc röûa saïch, saáy khoâ. Nhoû vaøo bình tam giaùc vaøi gioït phenoltaline vaø chuaån baèng axit HCl 0,1N. ghi laïi löôïng axit tieâu toán vöøa chuaån. Ñoàng thôøi boå sung 50ml dung dòch nöôùc voâi vaøo bình ban ñaàu.

Cöù tieáp tuïc qui trình treân theo chu kyø 2 ngaøy 1 laàn, chuaån ñoä trong voøng 30 ngaøy. b)

Phöông phaùp nhanh

Maãu duøng thí nghieäm cuõng ñöôïc chuaån bò töông töï nhö phaàn treân.

Caân 2g phuï gia thuûy ñaõ nghieàn mòn cho vaøo bình xaùc ñònh ñoä hoaït tính dung tích 100ml (coù chia vaïch) sau khi ñaõ röûa saïch vaø saáy khoâ.

Duøng pipet huùt 100ml nöôùc voâi ñaõ baûo hoøa cho vaøo bình phuï gia thuûy, ñaäy kín, laéc ñeàu trong thôøi gian 15 phuùt. Cho bình vaøo tuû saáy ôû 950C vaø löu trong ñoù 15 phuùt. Sau ñoù laáy bình ra laéc lieân tuïc trong 1 phuùt, laïi cho bình vaøo tuû saáy löu 15 phuùt ôû 950C. Laáy bình ra thaät caån thaän traùnh bò vaãn ñuïc, duøng pipet huùt 51ml dung dòch trong bình naøy ra cho vaøo bình tam giaùc ñaõ ñöôïc röûa saïch, saáy khoâ. Nhoû vaøo bình tam giaùc vaøi gioït phenolphtaline vaø chuaån baèng axit HCl 0,1N. ghi laïi löôïng axit tieâu toán vöøa chuaån ñeå tính keát quaû.

Cho theâm 50ml nöôùc voâi baûo hoøa vaøo bình phuï gia vaø laéc ñeàu 1 phuùt, sau ñoù ñaët bình naøy vaøo tuû saáy tieáp tuïc löu 15 phuùt ôû 950C. Sau ñoù laïi laáy bình ra laéc 1 phuùt roài laïi boû vaøo tuû saáy löu 15 phuùt ôû 950C. Laàn naøy cuõng laáy bình ra, duøng pipet huùt 51ml dung dòch trong bình vaø chuaån nhö laàn tröôùc.

Quaù trình thí nghieäm nhö treân ñöôïc laäp laïi 15 laàn.

Xaùc ñònh ñoä huùt voâi cuûa phuï gia thuûy hoaït tính theo phöông phaùp chaäm 30 ngaøy ñeâm vôùi 15 laàn chuaån cho keát quaû chính xaùc nhaát. Keát quaû xaùc ñònh ñoä huùt voâi theo phöông phaùp nhanh chæ coù tính chaát tham khaûo.

3.3. Phöông phaùp phaân tích nhieät vi sai Söû duïng phöông phaùp naøy ñeå khaûo saùt söï hieän dieän cuûa Hydroxit Canxi Ca(OH)2, khoaùng monosulfat hoaëc trisulfat trong thaønh phaàn cuûa maãu ñaù ximaêng coù vaø khoâng coù phuï gia.

Nguyeân lyù Phöông phaùp phaân tích nhieät ñöôïc söû duïng chuû yeáu ñeå phaân tích ñònh tính vaø baùn ñònh löôïng thaønh phaàn khoaùng vaät cuûa maãu vaät chaát coù hoaït tính nhieät döôùi taùc duïng cuûa nhieät ñoä.

Phöông phaùp phaân tích nhieät döïa treân caùc hieäu öùng cuûa quaù trình bieán ñoåi hoùa lyù cuûa maãu. Thoâng qua caùc daïng haøm traïng thaùi cuûa caùc hieäu öùng ñoù ngöôøi ta xaùc ñònh ñöôïc caùc tính chaát cuûa maãu.

Quaù trình bieán ñoåi hoùa lyù cuûa maãu xaûy ra do taùc duïng cuûa nhieät ñoä ñoái vôùi maãu ño. Quaù trình bieán ñoåi naøy theå hieän döôùi daïng hieäu öùng phaùt nhieät vaø hieäu öùng thu nhieät.

Hieäu öùng thu nhieät coù theå laø quaù trình ñeà hydrat hoùa (quaù trình maát nöôùc) cuûa khoaùng vaät, quaù trình phaân ly, noùng chaûy, thaêng hoa… Hieäu öùng phaùt nhieät coù theå laø phaûn öùng oxi hoùa-khöû, quaù trình hình thaønh caùc khoaùng môùi hoaëc quaù trình keát tinh…

Caùc quaù trình bieán ñoåi hoùa lyù ñaëc tröng cho töøng chaát rieâng bieät xaûy ra khi nung noùng caùc chaát coù hoaït tính nhieät ñöôïc ghi laïi thaønh ñöôøng cong nhieät. Neáu trong cuøng khoaûng nhieät ñoä maø xaûy ra ñoàng thôøi nhöõng quaù trình bieán ñoåi cuûa nhieàu chaát khaùc nhau thì ñöôøng cong nhieät cuûa chuùng seõ ñöôïc ghi choàng leân nhau.

Töø ñöôøng cong nhieät thu ñöôïc cho pheùp xaùc ñònh caùc pha, haøm löôïng pha töông ñoái, nhieät ñoä chuyeån pha cuûa khoaùng vaät, ñieåm noùng chaûy, ñieåm keát tinh, ñieåm soâi… Ñöôøng maát troïng löôïng (TG) cuõng ñöôïc theå hieän keøm theo söï bieán ñoåi nhieät cuûa khoaùng vaät. Ñöôøng maát troïng löôïng coù chieàu höôùng giaûm daàn theo thôøi gian nung maãu,

ñieàu naøy cho thaáy khoái löôïng maãu sau khi gia nhieät bò giaûm so vôùi khoái maãu ban ñaàu.

Quaù trình naøy cho pheùp phaùt hieän ra söï taïo thaønh hôïp chaát môùi vôùi ñoä chính xaùc cao.

Caáu taïo thieát bò Thieát bò phaân tích nhieät coù caáu taïo như sau: Caëp pin nhieät ñieän ñieàu khieån kieåm tra nhieät ñoä cuûa loø nung döïa vaøo chöông trình nhieät. Chöông trình ñöôïc laäp ra ñeå taïo thuaän lôïi cho yeâu caàu cuûa quaù trình nghieân cöùu nhö taêng, giaûm nhieät ñoä, toác ñoä taêng nhieät, thôøi gian ño,…

Loø nung ñöôïc ñieàu khieån nhieät ñoä baèng chöông trình nhieät, ngoaøi ra noù coøn coù theå ñöôïc ñaëc trong moâi tröôøng coù aùp suaát theo yeâu caàu nghieân cöùu.

Maãu chuaån vaø maãu ño ñöôïc ñaët ñoái xöùng beân trong loø nung ñeå chuùng coù cuøng thoâng löôïng nhieät vaø nhieät ñoä nung.

Söï khaùc nhau veà nhieät ñoä giöõa maãu chuaån vaø maãu ño ñöôïc khuyeách ñaïi tröôùc khi ñöa sang thieát bò ghi. Thieùt bò ghi coù theå ghi caû ∆t, nhieät ñoä vaø giaûn ñoà thôøi gian… nhö laø haøm cuûa thôøi gian hay haøm cuûa nhieät ñoä ôû daïng soá hoaëc töông töï. Soá lieäu naøy ñöôïc chuyeån qua maùy tính ñeå löu vaø xöû lyù.

-

Phaân tích ñònh tính ñöôøng cong DTA (Differential Thermal Analysis) Baûn chaát cuûa pheùp ño DTA chính laø ño cheânh leäch nhieät ñoä maãu chuaån vaø maãu

nghieân cöùu baèng caëp pin nhieät ñieän. Thoâng thöôøng ngöôøi ta söû duïng maãu chuaån laø nhöõng chaát hoaøn toaøn khoâng coù bieán ñoåi hoaëc gaây hieäu öùng nhieät naøo trong khoaûng nhieät ñoä nghieân cöùu, ñoàng thôøi coù nhieät dung gaàn vôùi nhieät dung cuûa maãu ño. Söï sai khaùc nhieät ñoä ∆t giöõa maãu chuaån vaø maãu ño ñöôïc khueách ñaïi, sau ñoù chuyeån sang maùy tính ñeå ghi laïi vaø xöû lyù. Ñöôøng cong nhieät thu ñöôïc cuûa maãu sau khi phaân tích goàm nhöõng muõi höôùng leân hoaëc xuoáng tuøy thuoäc quaù trình thu nhieät hay toûa nhieät (hình 3.1)

Hình 3.1. Ñöôøng cong phaân tích nhieät vi sai ñieån hình [13] -

Ñoaïn AB vaø DE khoâng coù hieäu öùng nhieät.

-

Ñoaïn BCD moâ taû hieäu öùng thu nhieät.

-

Ñieåm G laø giao ñieåm giöõa tieáp tuyeán phaàn xaûy ra hieäu öùng vaø phaàn khoâng coù hieäu öùng. Ñieåm naøy töông öùng vôùi nhieät ñoä baét ñaàu hieäu öùng.

-

Ñieåm C töông öùng vôùi nhieät ñoä xaûy ra hieäu öùng maïnh nhaát.

-

Ñoaïn FC laø chieàu cao hieäu öùng nhieät.

-

Mieàn BCDB laø dieän tích cuûa hieäu öùng.

Chaát löôïng ñöôøng cong thu ñöôïc phuï thuoäc moät soá yeáu toá nhö thieát bò laép ñaët maãu, chaát löôïng cheùn nung vaø löôïng maãu, ñoä chính xaùc cuûa caëp pin nhieät ñieän, khaû naêng tieáp xuùc maãu (maãu daïng boät hay daïng khoái),…Toác ñoä nung nhanh seõ laøm dòch chuyeån ñieåm C theo höôùng taêng cuûa nhieät ñoä.

-

Phaân tích ñöôøng cong TG (Thermal Gravit) Ñöôøng cong TG laø ñöôøng toån thaát khoái löôïng do nhieät cuûa maãu nghieân cöùu trong

suoát quaù trình phaân tích. Ñöôøng cong TG treân thöïc teá cuõng chính laø ñöôøng phaân tích troïng löôïng vi sai (DTG). Veà nguyeân lyù, pheùp phaân tích naøy töông töï nhö DTA, thay vì ghi nhaän nhieät ñoä, ñöôøng cong TG ghi nhaän söï bieán ñoåi troïng löôïng f(T)=d(∆m)/dt.

Theo phöông phaùp naøy, coù theå theo doõi söï bieán ñoåi khoái löôïng cuûa maãu nhö moät haøm cuûa nhieät ñoä hoaëc moät haøm cuûa thôøi gian.

Keát quaû thöïc nghieäm veà phaân tích DTA trong luaän vaên naøy söû duïng maùy phaân tích nhieät DT-40 cuûa haõng Shimazu (Nhaät) taïi phoøng thí nghieäm Phaân Tích Vi Löôïng

cuûa Phaân Vieän Moû Luyeän Kim TpHCM. Caùc maãu ño ôû thang nhieät töø 250C ñeán 10000C, toác ñoä taêng nhieät 150C/ phuùt , khoái löôïng maãu thöû laø 50mg.

3.4. Phaân tích Rônghen (X-Ray) Phöông phaùp Rônghen laø phöông phaùp duy nhaát tieän lôïi, coù ñoä tin caäy cao trong vieäc xaùc ñònh caáu truùc maïng cuûa pha. Phöông phaùp naøy thöôøng söû duïng keát hôïp vôùi phöông phaùp phaân tích nhieät taïo cô sôû khaúng ñònh hôn trong vieäc xaùc ñònh caùc khoaùng coù trong maãu nghieân cöùu.

Muïc ñích Söû duïng phöông phaùp naøy ñeå khaûo saùt söï hieän dieän cuûa caùc khoaùng Portlandit [Ca(OH)2], Ettringit, … hình thaønh trong thaønh phaàn cuûa maãu ñaù ximaêng coù vaø khoâng coù phuï gia ôû caùc thôøi ñieåm khaùc nhau cuûa quaù trình hydrat hoùa.

Nguyeân lyù Phöông phaùp phaân tích naøy döïa treân nguyeân lyù nhieãu xaï cuûa soùng ñieän töø khi phaûn xaï töø caùc tinh theå. Giaû thieát caùc phaàn töû caáu taïo neân tinh theå laø nhöõng chaát ñieåm. Khi chuøm tia Rônghen chieáu qua tinh theå, phaàn tia khoâng gaëp haït seõ xuyeân qua, phaàn tia gaëp haït seõ bò phaûn xaï.

Aûnh nhieãu xaï cuûa caùc pha trong maãu ñöôïc ghi laïi moät caùch lieân tuïc taïo thaønh sô ñoà nhieãu xaï cuûa toaøn boä maãu nghieân cöùu. Sô ñoà nhieãu xaï thu ñöôïc goàm caùc pick thaúng ñöùng, vò trí caùc peak naøy töông öùng vôùi vò trí cuûa caùc ñöôøng nhieãu xaï, chieàu cao cuûa pick tyû leä vôùi cöôøng ñoä cuûa chuùng.

Caáu taïo thieát bò Caùc boä phaän chính cuûa thieát bò phaân tích caáu truùc baèng tia Rônghen goàm caùc phaàn chính sau ñaây: a/ Boä nguoàn: taïo cao aùp moät chieàu ñeå nung noùng catoát vaø taïo theá gia toác cho ñieän töû. b/ OÁng phaùt tia X: taïo chuøm tia X theo nguyeân lyù böùc xaï haõm ñeå chieáu leân maãu. c/ Giaù ñaëc maãu: ñaûm baûo söï chuyeån ñoäng caàn thieát cho maãu. d/ Boä phaän ghi vaø nhaän aûnh nhieãu xaï.

Nguoàn cao aùp moät chieàu ñeå taïo theá gia toác cho caùc ñieän töû ñaäp leân maët anoát, taïo thaønh böùc xaï haõm ñeå phaùt tia X, ñieän theá thöôøng duøng ñeå taïo tia X khoaûng öø 30-60kV ñeå nhaän ñöôïc böùc xaï ñaëc tröng.

OÁng phaùt tia X (hình 3.2) laø oáng thuyû tinh thaïch anh chaân khoâng, beân trong coù hai cöïc anoát vaø catoát baèng ñoàng ñöôïc laøm maùt baèng nöôùc tuaàn hoaøn. Tuyø theo nhu caàu nghieân cöùu maø ngöôøi ta phuû leân maët anoát caùc nguyeân toá khaùc nhau khi coù böùc xaï haõm.

Khi chuøm ñieän töû do catoát bò ñoát noùng sinh ra ñöôïc gia toác baèng ñieän theá moät chieàu cao giöõa A vaø C seõ chuyeãn ñoäng nhanh veà phía anoát, khi ñaäp vaøo anoát noù seõ bò haõm ñoät ngoät vaø phaùt ra böùc xaï tia X ñaëc tröng cuûa nguyeân toá phuû treân beà maët anoát.

Anot

Cöûa thoaùt tia X Daây toùc OÁng thuûy tinh chaân khoâng

Nöôùc Ñieàu kieän phoùng electron: 1. Hieäu ñieän theá cao giöõa anoât vaø daây toùc.

2. Daây toùc noùng cao theá.

maùt

Doøng electron Tia X

Hình 3.2. Sô ñoà oáng phaùt tia X [14]

Böùc xaï ñaëc tröng cuûa moät nguyeân toá laø quang phoå vaïch cuûa nguyeân toá ñoù, noù coù daûi öø K, L, M … Trong phaân tích, chuùng ta chæ söû duïng ôû möùc K goàm Kα1; Kα2; Kβ.

Thoâng thöôøng ñeå traùnh quaù nhieàu ñænh treân giaûn ñoà, ngöôøi ta chæ duøng böùc xaï Kα, coøn loïc ñi Kβ, ñoâi khi coù duøng caû Kβ ñeå xaùc ñònh phuï. Khi caàn ñoä chính xaùc cao, ngöôøi ta coù theå duøng tinh theå ñôn saéc ñeå taùch loäc Kα2, chæ duøng Kα1.

Maãu ñöôïc ñaëc leân giaù maãu coù theå quay ñöôïc khi nhaän chuøm tia chieáu.

Khoái ghi nhaän tia X coù theå duøng ñeå phaûn aûnh hay duøng caùc loaïi oáng ñeám tyû leä, oáng ñeám geigemuller, oáng ñeám nhaáp nhaùy….Keát quaû ghi nhaän seõ ñöôïc xöû lyù ñeå nhaän ñöôc soá lieäu caàn thieát veà maãu.

Maãu coù theå laø maãu khoái, maãu boät, thaäm chí maãu loûng khi nghieân cöùu quaù trình noùng chaûy cuûa maãu hay nghieân cöùu tinh theå loûng.

a.

Phaân tích caáu truùc ñôn tinh theå

Phöông trình cô baûn trong phaân tích caáu truùc baèng tia X laø phöông trình BraggVulf: 2dsinθ = nλ Trong ñoù:

d:

khoaûng caùch giöõa hai maët maïng (A0)

θ:

Goùc nhieãu xaï (ñoä)

n:

Baäc nhieãu xaï

λ:

Böôùc soùng tia X söû duïng

Moãi ñôn tinh theå töông öùng vôùi moät taäp hôïp xaùc ñònh caùc gia trò d, do ñoù nhaän ñöôïc aûnh nhieãu xaï roõ raøng thì phaûi queùt toaøn boä goùc θ töø 0 ñeán 3600 hay quay ñôn tinh theå lieân tuïc.

Buoàng chuïp Debye ñaùp öùng ñöôïc caùc yeâu caàu treân khi phaân tích baèng phöông phaùp chuïp aûnh treân phim aûnh. Khi duøng nhieãu xaï keá thì giaùc keá seõ quay töø 0 ñeán 1800. maãu coù theå quay hay khoâng quay. Sau ñoù keát quaû ghi ñöôïc xöû lyù.

Neáu duøng phöông phaùp Laue ñeâû nghieân cöùu ñôn tinh theå thì ta coù theå chuïp treân phim phaúng theo phöông phaùp phaûn xaï hay truyeàn qua caùc veát nhieãu xaï ghi ñöôïc ñeå laøm baèng chöùng tính toaùn caáu truùc cuûa ñôn tinh theå (haèng soá maïng, nhoùm caáu truùc). b.

Phaân tích caáu truùc ña tinh theå

Ña soá caùc vaät lieäu chung quanh ta coù caáu truùc ña tinh theå, töùc laø noù bao goàm caùc tinh theå coøn lieân keát laïi vôùi nhau khoâng theo höôùng cuûa tinh theå hoaøn chænh.

Vieäc phaân tích caáu truùc ña tinh theå laø phaân tích pha cuûa moät chaát. Trong töï nhieân cuõng nhö trong nhaân taïo, moät chaát coù theå laø ñôn hoaëêc ña pha vaø haøm löôïng caùc pha cuõng khaùc nhau. Nghieân cöùu xaùc ñònh caáu truùc pha cuûa vaät lieäu laø baøi toaùn khoù, caàn phaûi phoái hôïp nhieàu phöông phaùp vaø toán thôøi gian ñeå giaûi quyeát.

Trong kyõ thuaät phaân tích pha ñònh tính thoâng thöôøng, ngöôøi ta ghi giaûn ñoà pha cuûa moät chaát vaø sau ñoù, so saùnh vôùi caùc giaûn ñoà chuaån nhö ASTM ñeå xaùc ñònh caùc pha coù chöùa trong maãu ño chuaån.

Trong kyõ thuaät phaân tích pha ñònh löôïng, ngöôøi ta phaûi tính cöôøng ñoä cuûa caùc ñænh nhieãu xaï töông öùng ñeå tính toaùn haøm löôïng caùc pha trong maãu.

3.5. Phöông phaùp kính hieån vi ñieän töû queùt Muïc ñích Phöông phaùp kính hieån vi ñieän töû queùt (SEM) duøng ñeå khaûo saùt caáu truùc vi moâ cuûa vaät lieäu. Hình aûnh thu ñöôïc coù theå bieát ñöôïc kích thöôùc thöïc, hình daïng, möùc ñoä loài loõm cuûa caùc khoaùng vaät vaø caùc veát nöùt vi moâ trong caáu truùc vaät lieäu.

Nguyeân lyù Duøng chuøm ñieän töû queùt leân beà maët maãu. Boä nhaän tín hieäu nhaän chuøm ñieän töû phaûn xaï phaùt ra töø beà maët maãu. Qua boä vi xöû lyù nhaän ñöôïc hình aûnh ba chieàu cuûa maãu treân maøn hình.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Nguoàn electron Tuï ñieän Thaáu kín Heä thoáng queùt vôùi ñoä phoùng ñaïi khaùc nhau Maãu Boä taùch soùng (detector) thöù caáp Boä taùch soùng chieáu qua Boä phaùt heä thoáng queùt Phoùng ñaïi tính hieäu töø detector Aûnh thu ñöôïc

Hình 3.3. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa kính hieån vi ñieän töû queùt [13] Ñeå thaáy ñöôïc hình aûnh caàn quan saùt trong kính hieån vi ñieän töû, ngöôøi ta queùt moät chuøm tia ñieän töû qua maãu thöû, khi ñi tôùi maãu thöû, doøng ñieän töû naøy bò phaân taùn xaï. Treân maøn aûnh seõ nhaän ñöôïc caùc hình aûnh vôùi ñoä saùng toái khaùc nhau, ñaëc tröng cho kích thöôùc, hình daïng vaø thaønh phaàn töông ñoái cuûa caùc pha. Hình aûnh cuûa maãu ñöôïc phoùng to nhôø vaøo heä thoáng caùc thaáu kính ñieän töû. ÔÛ phöông phaùp phaân tích naøy yeâu caàu beà maët maãu phaûi coù ñoä boùng laùng cao, khi ñoù keát quaû phaân tích thu ñöôïc seõ chính xaùc hôn. Ngöôïc laïi, maãu coù beà maët xuø xì thì chaát

löôïng hình aûnh thu ñöôïc seõ giaûm ñi, khi ñoù caùc ñaëc tröng cuûa maãu seõ khoâng ñöôïc theå hieän ñaày ñuû.

CHÖÔNG 4 TRÌNH TÖÏ NGHIEÂN CÖÙU VAØ KEÁT QUAÛ KIEÅM TRA TÍNH CHAÁT VAÄT LIEÄU 4.1. Trình töï nghieân cöùu Quaù trình nghieân cöùu cheá taïo ximang portland pozzoland treân cô sôû phuï gia hoaït tính tro traáu vaø ximaêng portland ñöôïc tieán haønh theo trình töï nhö sau: 4.1.1. Kieåm tra tính chaát vaät lieäu thí nghieäm Vaät lieäu thí nghieäm goàm phuï gia hoaït tính tro traáu vaø ximaêng portland PC40 ChinFon. Caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñöôïc kieåm tra bao goàm: -

Khoái löôïng rieâng, khoái löôïng theå tích cuûa ximaêng vaø tro traáu,

-

Ñoä mòn vaø tyû dieän tích cuûa ximaêng vaø tro traáu,

-

Thaønh phaàn khoaùng vaø thaønh phaàn hoùa cuûa ximaêng,

-

Löôïng nöôùc tieâu chuaån cuûa ximaêng,

-

Thôøi gian ninh keát cuûa vöõa ximaêng,

-

Thaønh phaàn hoùa cuûa tro traáu,

-

Ñoä huùt voâi cuûa tro traáu.

4.1.2. Chuaån bò maãu thöû Maãu thöû nghieäm goàm maãu vöõa ximaêng vôùi tyû leä chaát keát dính:caùt (CKD:C) laø 1:0 vaø maãu vöõa ximaêng vôùi tyû leä CKD:C = 1:3.

-

Maãu vöõa ximaêng (1:0) kích thöôùc 1x1x6(cm) duøng ñeå khaûo saùt caáu truùc vaø ñoä pH cuûa ñaù ximaêng. Maãu vöõa ximaêng ñöôïc cheá taïo töø hoãn hôïp chaát keát dính vaø löôïng nöôùc tieâu chuaån töông öùng cuûa caùc caáp phoái (baûng 4.1).

Hình 4.1a. Hình daïng maãu ximaêng (1:0) kích thöôùc 1x1x6(cm) -

Hình 4.1b. Hình daïng maãu ximaêng (1:3) kích thöôùc 4x4x16(cm)

Maãu vöõa ximaêng (1:3) kích thöôùc 4x4x16cm duøng ñeå xaùc ñònh cöôøng ñoä neùn vaø uoán cuûa maãu thöû. Maãu vöõa ñöôïc cheá taïo theo tieâu chuaån TCVN 4032:1985 vôùi tyû leä N/CKD = 0,5 vaø CKD/C = 1/3 (baûng 4.1).

4.1.3. Tieán haønh thöû nghieäm Quaù trình nghieân cöùu ñöôïc tieán haønh theo caùc böôùc nhö sau: Böôùc 1: Xaùc ñònh tyû leä phoái troän hôïp lyù giöõa tro traáu vaø ximaêng portland.

Haøm löôïng tro traáu ñöôïc löïa choïn ñeå khaûo saùt laø 10%, 20%, 30%, 40% so vôùi khoái löôïng ximaêng (baûng 4.1). Caáp phoái hôïp lyù ñöôïc choïn treân cô sôû theo doõi söï phaùt trieån cöôøng ñoä cuûa caùc maãu öùng vôùi caùc caáp phoái ôû treân theo thôøi gian 14, 28, 60, 90, 180 ngaøy, döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc sinh hoaït.

Baûng 4.1. Baûng thoáng keâ toång hôïp caùc loaïi maãu söû duïng ñeå thí nghieäm Maãu vöõa ximaêng (1:0) (kích thöôùc 1x1x6 cm) Kyù hieäu Chaát keát dính Löôïng maãu nöôùc tieâu chuaån (%) OPC 100% PC40 29

Maãu vöõa ximaêng (1:3) (kích thöôùc 4x4x16 cm) Chaát keát dính Tyû leä Tyû leä N/CKD CKD:C 100% PC40

0,5

1: 3

RHA1

90% PC40 + 10% tro traáu

0,5

1: 3

90% PC40 + 10% tro traáu

31

RHA2

80% PC40 + 20% tro traáu 70% PC40 + 30% tro traáu 60% PC40 + 40% tro traáu

RHA3 RHA4

33,5 36,5 39,5

80% PC40 + 20% tro traáu 70% PC40 + 30% tro traáu 60% PC40 + 40% tro traáu

0,5

1: 3

0,5

1: 3

0,5

1: 3

Böôùc 2: Nghieân cöùu caùc tính chaát ñaëc tröng cuûa ximaêng portland coù tro traáu vaø quaù trình hydrat hoaù. ÖÙng vôùi caáp phoái ñaõ xaùc ñònh ôû treân, tieán haønh nghieân cöùu caùc tính chaát ñaëc tröng cuûa maãu ximaêng portland coù tro traáu vaø quaù trình hydrat hoaù khi döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc sinh hoaït, bao goàm: -

Xaùc ñònh khoái löôïng rieâng, khoái löôïng theå tích, ñoä mòn, löôïng nöôùc tieâu chaån, thôøi gian baét ñaàu ninh keát vaø keát thuùc ninh keát.

-

Söï thay ñoåi cöôøng ñoä neùn vaø uoán cuûa maãu vöõa kích thöôùc 4x4x16cm ñònh kyø 14, 28, 90 vaø 180 ngaøy.

-

Söï thay ñoåi ñoä pH theo thôøi gian 14, 28, 90 vaø 180 ngaøy.

-

Khaûo saùt nhieät hydrat hoùa ñònh kyø 3, 7, 28 ngaøy ñoái vôùi ximaêng coù vaø khoâng coù tro traáu.

-

Theo doõi söï hình thaønh caùc khoaùng trong quaù trình hydrat hoaù vaø khaûo saùt söï thay ñoåi caáu truùc ñaù ximaêng treân caùc maãu vöõa ximaêng kích thöôùc 1x1x6(cm) baèng caùc phöông phaùp phaân tích nhieät vi sai, nhieãu xaï Rônghen vaø phöông phaùp kính hieån vi ñieän töû queùt, ñònh kyø sau 28, 90 vaø 180 ngaøy.

-

So saùnh vôùi maãu ñoái chöùng vaø nhaän xeùt keát quaû ñaït ñöôïc.

Böôùc 3: Khaûo saùt ñoä beàn cuûa maãu ximaêng tro traáu öùng vôùi caáp phoái hôïp lyù. ÖÙng vôùi caáp phoái hôïp lyù ñaõ xaùc ñònh ôû treân, tieán haønh nghieân cöùu ñoä beàn cuûa maãu ximaêng portland coù tro traáu trong caùc moâi tröôøng nöôùc coù chöùa muoái khoaùng. Caùc maãu nöôùc söû duïng thí nghieäm bao goàm nöôùc nhieãm pheøn ôû Bình Chaùnh, nöôùc nhieãm maën ôû Caàn Giôø. Ngoaøi ra, 2 moâi tröôøng nöôùc coù toác ñoä aên

moøn maïnh laø nöôùc coù noàng ñoä Na2SO4.10H2O 10% vaø nöôùc coù noàng ñoä MgSO4 0,64% cuõng ñöôïc öùng duïng trong vieäc khaûo saùt naøy. Maãu ñoái chöùng (maãu ximaêng OPC) cuõng ñöôïc ngaâm trong cuøng moâi tröôøng vôùi caùc maãu ximaêng coù pha haøm löôïng tro hôïp lyù. ÔÛ phaàn naøy tieán haønh thí nghieäm xaùc ñònh: -

Söï thay ñoåi cöôøng ñoä maãu vöõa kích thöôùc 4x4x16cm ngaâm trong caùc moâi tröôøng xaâm thöïc ôû treân, ñònh kyø 14, 28, 60, 90, 180, 240 ngaøy.

-

Quan saùt vaø ghi nhaän daáu hieäu hö hoûng treân beà maët maãu trong quaù trình thí nghieäm.

-

Khaûo saùt caáu truùc cuûa maãu ñaù ximaêng ngaâm trong baèng caùc phöông phaùp phaân tích nhieät vi sai, nhieãu xaï Rônghen vaø phöông phaùp kính hieån vi ñieän töû queùt, ñònh kyø sau 28, 90 vaø 180 ngaøy. Tuy nhieân, chæ öu tieân khaûo saùt caáu truùc ñoái vôùi caùc maãu (coù vaø khoâng coù phuï gia tro traáu) chòu xaâm thöïc keùm nhaát (cöôøng ñoä thaáp nhaát).

Dung dòch Na2SO4.10H2O 10% ñöôïc thay môùi 2 tuaàn 1 laàn trong voøng 2 thaùng ñaàu, sau ñoù 1 thaùng thay nöôùc 1 laàn. Ñoái vôùi nöôùc nhieãm pheøn Bình Chaùnh, nhieãm maën Caàn Giôø vaø dung dòch MgSO4 0,64%, thay môùi 1 laàn 1 tuaàn trong thaùng ñaàu sau ñoù ñònh kyø 1 thaùng 1 laàn.

Maãu 1x1x6cm ngaâm trong beå döôõng hoä vôùi tyû leä 1 maãu treân 100ml nöôùc. Caùc maãu ñöôïc ñaët caùch nhau, caùch ñaùy beå, thaønh beå vaø caùch lôùp nöôùc treân cuøng toái thieåu 1cm.

4.1.4. Ñaùnh giaù vaø nhaän xeùt keát quaû thöïc nghieäm Döïa vaøo caùc keát quaû thu ñöôïc töø caùc thí nghieäm ôû treân, tieán haønh thaûo luaän, bieän luaän vaø ñöa ra nhaän xeùt cuoái cuøng.

4.2. Keát quaû kieåm tra tính chaát vaät lieäu thí nghieäm

Quaù trình nghieân cöùu cheá taïo ximaêng portland pozzoland trong ñeà taøi naøy ñi töø ximaêng neàn laø loaïi ximaêng portland maùc cao vaø phuï gia thuûy hoaït tính ñöôïc söû duïng ñeå ñöa vaøo ximaêng laø tro traáu nghieàn mòn.

4.2.1. Tính chaát ximaêng portland Ximaêng portland duøng cho nghieân cöùu ñöôïc saûn xuaát taïi nhaø maùy ximaêng Chinfon – Haûi Phoøng, kyù hieäu: PC40, vôùi caùc keát quaû kieåm tra caùc tính chaát cô lyù, thaønh phaàn khoaùng vaø hoùa ôû baûng 4.2, 4.3, 4.4.

Baûng 4.2. Moät soá ñaëc tính cô lyù cuûa ximaêng Chinfon PC40 Chæ tieâu kyõ thuaät

Ñôn vò

Keát quaû

Khoái löôïng rieâng ( γ a )

g/cm3

3,10

Khoái löôïng theå tích ( γ 0 )

g/cm3

1,15

Tyû dieän tích

cm2/g

3240

Löôïng nöôùc tieâu chuaån

%

Thôøi gian ninh keát:

* Baét ñaàu: * Keát thuùc:

29

Giôø - phuùt

Cöôøng ñoä neùn 28 ngaøy

kG/cm2

1 – 35 2 – 48 440,5

Cöôøng ñoä uoán 28 ngaøy

kG/cm2

90,3

Baûng 4.3. Thaønh phaàn khoaùng cuûa ximaêng Chinfon PC40 Thaønh phaàn khoaùng

C 3S

C2S

C3A

C4AF

Haøm löôïng (%)

56,8

21,6

8,3

12,8

Baûng 4.4. Thaønh phaàn hoùa cuûa ximaêng Chinfon PC40 Thaønh phaàn hoùa Haøm löôïng (%)

SiO2 21,58

CaO

Na2O

K2O SO3-

MKN

64,12

0,19

1,09

0,68

Al2O3 Fe2O3 MgO 5,32

3,49

0,06

4.2.2. Tính chaát phuï gia thuûy hoaït tính

1,95

Höôùng tôùi vieäc söû duïng phuï gia thuûy hoaït tính tro traáu thu ñöôïc töø vieäc taän duïng naêng löôïng nhieät qua vieäc ñoát traáu phuïc vuï cho caùc ngaønh coâng nghieäp saáy noâng saûn, saûn xuaát caùc loaïi vaät lieäu nung,… ñeå cheá taïo ximaêng portland hoãn hôïp. Ñeà taøi naøy ñaõ choïn nguoàn tro traáu pheá thaûi töø caùc cô sôû saûn xuaát gaïch ñaát seùt nung ôû Ñoàng Thaùp ñeå phuïc vuï cho vieäc nghieân cöùu khaûo saùt.

4.2.2.1. Ñaëc tính cô lyù Tro traáu sau khi ñöôïc nghieàn trong maùy nghieàn thí nghieäm ñöôïc kieåm tra caùc tính chaát cô lyù nhö sau: Baûng 4.5. Caùc ñaëc tính cô lyù cuûa tro traáu thí nghieäm Chæ tieâu kyõ thuaät

Ñôn vò

Keát quaû

Khoái löôïng rieâng ( γ a )

g/cm3

2,27

Khoái löôïng theå tích ( γ 0 )

g/cm3

0,94

Tyû dieän tích

cm2/g

6480

Ñoä mòn (soùt saøng N0 0,08)

%

1,4

4.2.2.2. Thaønh phaàn hoùa Thaønh phaàn hoùa cuûa tro traáu ñöôïc phaân tích taïi nhaø maùy ximaêng Holcim ôû Hoøn Choâng - Kieân Giang baèng maùy phaân tích X-Ray. Keát quaû phaân tích ñöôïc trình baøy ôû baûng 4.6.

Baûng 4.6. Thaønh phaàn hoùa cuûa tro traáu Teân oxit

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O TiO2

Thaønh phaàn hoùa (%)

94,4

0,0

0,0

1,48

0,5

1,22 2,93

0,07

0,15

MKN (ôû 7500C) 4,01

Töø baûng 4.6 ta thaáy, tro traáu duøng thöû nghieäm coù thaønh phaàn hoùa chuû yeáu laø oxit silic, chieám haøm löôïng ñeán 94,4%, caùc oxit coøn laïi chieám haøm löôïng khoâng ñaùng keå. Ñaëc bieät, trong thaønh phaàn tro naøy khoâng toàn taïi oxit Al2O3. Ñieàu

naøy raát coù ích ñoái vôùi ñaù ximaêng khi laøm vieäc trong moâi tröôøng xaâm thöïc. Bôûi vì, oxit Al2O3 seõ phaûn öùng vôùi Ca(OH)2 taïo thaønh khoaùng hydroaluminate (3CaO.Al2O3.6H2O), laø thaønh phaàn keùm beàn trong ñaù ximaêng.

4.2.2.3. Hoaït tính cuûa tro traáu Ñoä hoaït tính cuûa tro traáu ñöôïc kieåm tra taïi phoøng Thí nghieäm Vaät Lieäu Xaây Döïng tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa TpHCM theo 2 phöông phaùp: -

Phöông phaùp nhanh, baûng 4.7.a.

-

Phöông phaùp chaäm theo TCVN 3735-1982, baûng 4.7.b.

Keát quaû xaùc ñònh ñoä hoaït tính cho thaáy, tro traáu thuoäc loaïi phuï gia thuûy coù ñoä hoaït tính raát maïnh. Ñoä hoaït tính naøy cuûa tro traáu thöû nghieäm ñaõ vöôït troäi so vôùi ñoä hoaït tính cuûa ñaù Mu Ruøa (thuoäc loaïi phuï gia thuûy coù ñoä hoaït tính trung bình) ñang ñöôïc söû duïng taïi haàu heát caùc nhaø maùy ximaêng ôû mieàn Nam.

Toùm laïi, töø caùc chæ tieâu cô lyù, hoùa vaø ñoä hoaït tính cuûa tro traáu ñaõ kieåm tra laø hoaøn toaøn coù theå söû duïng laøm phuï gia thuûy hoaït tính phuïc vuï cho vieäc nghieân cöùu cheá taïo ximaêng portland pozzoland.

CHÖÔNG 5 NGHIEÂN CÖÙU TÍNH CHAÁT KYÕ THUAÄT QUAÙ TRÌNH HYDRAT HOÙA VAØ ÑOÄ BEÀN CUÛA XIMAÊNG PORTLAND COÙ TRO TRAÁU 5.1. Xaùc ñònh tyû leä phoái troän toái öu giöõa tro traáu vaø ximaêng portland Tyû leä thay theá ximaêng portland cuûa tro traáu ñöôïc khaûo saùt laø: 10%, 20%, 30%, 40%. Caùc caáp phoái naøy ñöôïc kyù hieäu: RHA1, RHA2, RHA3, RHA4.

Giaù trò cöôøng ñoä uoán vaø neùn cuûa maãu thöû nghieäm coù kích thöôùc 4x4x16cm ôû caùc giai ñoaïn döôõng hoä 14, 28, 60, 90 vaø 180 ngaøy ñöôïc toùm taét ôû baûng 5.1

Baûng 5.1. Baûng giaù trò cöôøng ñoä cuûa caùc caáp phoái ximaêng thöû nghieäm Kyù hieäu maãu

OPC

Tro traáu (%)

0

10

20

30

40

100

90

80

70

60

14 ngaøy

329,8

314,3

290,5

260,1

190,7

Cöôøng ñoä neùn

28 ngaøy

440,5

421,2

401,6

353.7

290.4

(KG/cm2)

60 ngaøy

479,8

463,7

448,2

410,3

333,7

90 ngaøy

516,2

503,8

497,5

470,1

379,3

180 ngaøy

569,7

556,6

560,3

540,8

480,1

14 ngaøy

82,1

79,4

75,3

71,5

69,5

28 ngaøy

93,6

89,7

85,7

82,5

77,1

60 ngaøy

97,9

93,9

91,7

87,2

80,9

90 ngaøy

101,7

98,1

97,3

93,2

84,1

180 ngaøy

108,6

105,5

103,7

98,3

88,4

Ximaêng portland (%)

Cöôøng ñoä uoán (KG/cm2)

RHA1

RHA2

RHA3

RHA4

Hình 5.1 vaø 5.2 cho thaáy, cöôøng ñoä chòu neùn vaø uoán cuûa caùc caáp phoái phaùt trieån lieân tuïc theo thôøi gian. Toác ñoä phaùt trieån cöôøng ñoä cuûa caùc maãu RHA1, RHA2, RHA3, RHA4 ôû thôøi gian töø 14 ñeán 28 ngaøy ñaàu döôõng hoä phaùt trieån chaäm so vôùi maãu OPC.

Maëc duø giaù trò cöôøng ñoä vaãn thaáp hôn so vôùi maãu OPC nhöng keå töø thôøi ñieåm 60 ngaøy, toác ñoä phaùt trieån cöôøng ñoä cuûa caùc maãu RHA1, RHA2, RHA3, RHA4 baét ñaàu taêng nhanh. Taïi thôøi ñieåm 180 ngaøy, cöôøng ñoä neùn cuûa maãu RHA1, RHA2 ñaït xaáp xæ cöôøng ñoä cuûa ximaêng OPC.

Cöôøn g ñoä neùn (kG/cm2)

650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100

OPC RHA10 RHA20 RHA30 RHA40

0

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200

T h ôø i gian (n gaø y )

Hình 5.1. Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä neùn theo thôøi gian

115

Cöôøn g ñoä uoán (KG/cm2)

110 105 OPC

100 95

RHA10

90

RHA20

85

RHA30

80

RHA40

75 70 0

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200

Thôøi gian (ngaøy)

Hình 5.2. Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä uoán theo thôøi gian

Cöôøn g ñoä uoán (kG/cm2)

115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60

14 ngaøy 28 ngaøy 60 ngaøy 90 ngaøy 180 ngaøy

0

10

20

30

40

Haøm löôïng tro traáu (%)

Cöôøn g ñoä neùn (kG/cm2)

Hình 5.3. Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä uoán theo haøm löôïng tro traáu ñöa vaøo ximaêng

600 550 500 450 400 350 300 250 200 150

14 ngaøy 28 ngaøy 60 ngaøy 90 ngaøy 180 ngaøy

0

10

20

30

40

Haøm löôïng tro traáu (%) Hình 5.4. Ñoà thò bieåu dieãn cöôøng ñoä neùn theo haøm löôïng tro traáu ñöa vaøo ximaêng Hình 5.3 vaø 5.4 cho thaáy, haøm löôïng tro thay theá trong ximaêng portland caøng taêng thì cöôøng ñoä maãu caøng giaûm öùng vôùi caùc thôøi ñieåm töø 14 ñeán 180 ngaøy.

Tuy nhieân, taïi 28 ngaøy, haàu heát caùc maãu coù haøm löôïng tro töø 10% ñeán 30% ñeàu

ñaït cöôøng ñoä treân 350kG/cm2. Rieâng cöôøng ñoä cuûa maãu chöùa 40% tro traáu laø thaáp nhaát, ôû 28 ngaøy chæ ñaït 290 kG/cm2. Ñoà thò coøn cho thaáy, maëc duø cöôøng ñoä caùc maãu ximaêng coù tro traáu ñeàu thaáp hôn so vôùi cöôøng ñoä cuûa maãu ximaêng goác nhöng caáp phoái chöùa 20% tro coù khuynh höôùng phaùt trieån vöôït troäi so vôùi caùc caáp phoái khaùc ôû thôøi ñieåm sau 60 ngaøy.

Nhö vaäy, vôùi haøm löôïng tro traáu töø (10 – 30)% so vôùi haøm löôïng ximaêng thì thích hôïp ñeå ñöa vaøo ximaêng maø khoâng laøm thay ñoåi ñaùng keå cöôøng ñoä neùn vaø uoán cuûa ximaêng tro traáu so vôùi ximaêng goác. Trong ñoù, caáp phoái chöùa 20% tro traáu laø caáp phoái toái öu nhaát.

Do ñoù, tyû leä tro traáu ñöôïc choïn khi pha troän vôùi ximaêng PC40 Chin Fon laø 20% ñeå tieáp tuïc nghieân cöùu caùc tính chaát cô lyù, ñoä pH theo thôøi gian, nhieät hydrat hoùa, caáu truùc ñaù ximaêng cuûa quaù trình hydrat hoùa trong moâi tröôøng nöôùc sinh hoaït vaø khaûo saùt ñoä beàn cuaû chuùng trong moâi tröôøng nhieãm pheøn, nhieãm maën.

5.2. Nghieân cöùu caùc tính chaát kyõ thuaät vaø quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu öùng vôùi caáp phoái toái öu Ñeå ñaùnh giaù caùc tính chaát kyõ thuaät vaø quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu öùng vôùi caáp phoái toái öu, chuùng toâi tieáp tuïc khaûo saùt caùc tính chaát cô lyù, ñoä pH, nhieät hydrat hoùa vaø caáu truùc ñaù ximaêng theo thôøi gian cuûa caáp phoái RHA2. Maãu thöû nghieäm ñöôïc döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc sinh hoaït.

Tro traáu sau khi qua kieåm tra ñaït yeâu caàu kyõ thuaät ñöôïc caân theo tyû leä giöõa tro vaø ximaêng PC40 Chinfon laø 20% khoái löôïng. Duøng maùy troän thí nghieäm troän ñeàu hoãn hôïp.

Keát quaû thöû nghieäm treân ximaêng RHA2 vaø OPC nhö sau:

5.2.1.

Tính chaát cô lyù

Baûng 5.2. Moät soá ñaëc tính cô lyù cuûa caáp phoái OPC vaø RHA2 Chæ tieâu kyõ thuaät

Ñôn vò

OPC

RHA2

Khoái löôïng rieâng ( γ a )

g/cm3

3,10

2,99

Khoái löôïng theå tích ( γ 0 )

g/cm3

1,15

1,1

Tyû dieän tích

cm2/g

3240

4260

Löôïng nöôùc tieâu chuaån

%

29

34 2 – 15 3 – 20 401,6 85,7

Thôøi gian ninh keát: * Baét ñaàu: * Keát thuùc: Cöôøng ñoä neùn 28 ngaøy

kG/cm2

1 – 35 2 – 48 440,5

Cöôøng ñoä uoán 28 ngaøy

kG/cm2

93,6

Giôø - phuùt

Baûng 5.2 cho thaáy, so vôùi maãu ximaêng OPC maãu ximaêng RHA2 coù: -

Tyû dieän tích lôùn hôn nghóa laø ximaêng portland hoãn hôïp naøy seõ mòn

hôn.

-

Thôøi gian baét ñaàu ninh keát cuõng nhö keát thuùc ninh keát daøi hôn.

-

Löôïng nöôùc tieâu chuaån cuõng cao hôn ñeán 5%.

-

Cöôøng ñoä neùn vaø cöôøng ñoä uoán ôû 28 ngaøy tuoåi thaáp hôn khoaûng 8 –

9(%).

Maëc duø vaäy, caáp phoái RHA2 vaãn thoûa maõn caùc yeâu caàu cuûa tieâu chuaån Vieät Nam veà ximaêng portland pozzoland.

5.2.2.

Ñoä pH

Ñoä pH cuûa maãu ñaù ximaêng OPC vaø maãu ñaù ximaêng RHA2 ñöôïc khaûo saùt taïi caùc thôøi ñieåm 28, 90 vaø 180 ngaøy trong moâi tröôøng nöôùc sinh hoaït.

Vieäc xaùc ñònh ñoä pH naøy ñöôïc thöïc hieän treân maùy Cyberscam 2000 vaø maùy khuaáy töø HI 290N cuûa Singapore taïi phoøng Beâ toâng -Vieän Thuûy Lôïi Mieàn Nam. Keát quaû ño ñoä pH cuûa caùc maãu OPC vaø RHA2 ñöôïc theå hieän ôû baûng 5.3 Baûng 5.3. Baûng caùc giaù trò pH theo thôøi gian

Ñoä pH Kyù hieäu maãu OPC RHA2

14 ngaøy

28 ngaøy

90 ngaøy

180 ngaøy

12,7

12,8

12,6

12,4

12,6

12,5

12,4

12,1

ÔÛ hình 5.5, ñoä pH coù xu höôùng giaûm daàn theo thôøi gian treân caû 2 maãu OPC vaø RHA2. Tuy nhieân ñoä pH cuûa ñaù ximaêng RHA2 coù giaù trò thaáp hôn so vôùi maãu ximaêng OPC. Toác ñoä giaûm ñoä pH cuûa maãu ximaêng OPC chaäm hôn so vôùi maãu RHA2, bôûi vì ñoái vôùi maãu ximaêng RHA2, ñoä pH giaûm ñi chuû yeáu do söï keát hôïp cuûa Ca(OH)2 vôùi thaønh phaàn hoaït tính coù trong tro traáu vaø moät phaàn Ca(OH)2 bò hoøa tan vaøo moâi tröôøng nöôùc döôõng hoä. Tuy nhieân ñoái vôùi ximaêng OPC, ñoä pH giaûm chæ do thaønh phaàn Ca(OH)2 bò hoøa tan.

13.1 12.9

Ñoä pH

12.7 12.5

OPC

12.3

RHA2

12.1 11.9 11.7

Hình 5. Ñoà thò bieåu dieãn ñoä pH theo thôøi gian

11.5 0

20

40

60

80 100 120 Thôøi gian (ngaøy)

140

160

180

200

Hình 5.5. Ñoà thò bieåu dieãn ñoä pH theo thôøi gian 5.2.3.

Nhieät hydrat hoùa

Nhieät hydrat hoùa cuûa maãu ximaêng OPC vaø RHA2 ñöôïc thöû nghieäm taïi Trung Taâm Ño Löôøng Chaát Löôïng 3 öùng vôùi caùc thôøi ñieåm 3, 7 vaø 28 ngaøy (soá lieäu cuï theå ñính keøm ôû phuï luïc), keát quaû thí nghieäm thu ñöôïc nhö sau: Baûng 5.4. Baûng giaù trò nhieät hydrat hoùa cuûa maãu ximaêng OPC vaø RHA

Kyù hieäu maãu

Nhieät hydrat hoùa (cal/g)

Thôøi gian

OPC

RHA2

3 ngaøy

85,4

63,0

7 ngaøy

86,4

81,3

28 ngaøy

95,7

90.1

Ghi chuù

ÔÛ hình 5.6, trong suoát thôøi gian khaûo saùt (3-28 ngaøy), nhieät hydrat hoùa cuûa ximaêng OPC luoân luoân cao hôn so vôùi ximaêng RHA2. Ñoái vôùi ximaêng OPC, toác ñoä hydrat hoùa phaùt trieån chaäm töø 3 ñeán 7 ngaøy ñaàu nhöng keå töø sau 7 ngaøy thì toác ñoä naøy taêng daàn.

Nhieät thuûy hoùa (cal/g)

100 95 90 85 80 75

OPC

70 65

RHA2

60 0

5

10

15

20

25

30

Thôøi gian (ngaøy)

Hình 5.6. Ñoà thò bieåu dieãn nhieät hydrat hoùa theo thôøi gian Ñoái vôùi maãu ximaêng RHA2, taïi thôøi ñieåm 3 ngaøy, coù nhieät hydrat hoùa raát thaáp (63,0 cal/g) so vôùi maãu ximaêng OPC (85,4cal/g). Ñieàu naøy cho thaáy quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng portland coù pha 20% tro traáu phaùt trieån raát chaäm trong voøng 3 ngaøy ñaàu.

Tuy nhieân, nhieät hydrat hoùa laïi taêng raát nhanh ñeán thôøi ñieåm 7 ngaøy vaø sau ñoù thì nhieät hydrat vaãn taêng nhöng toác ñoä chaäm haún, töông ñöông vôùi toác ñoä phaùt trieån nhieät cuûa ximaêng khoâng pha phuï gia. Nhö vaäy, quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng coù pha phuï gia tro traáu xaûy ra chaäm trong khoaûng 3 ngaøy ñaàu.

5.2.4. Phaân tích nhieät vi sai Keát quaû phaân tích DTA vaø TG cuûa caùc maãu OPC vaø RHA2 öùng vôùi caùc thôøi gian döôõng hoä 28, 90 vaø 180 ngaøy ñöôïc thöïc hieän treân maùy DT40 (do haõng Shimadzu – Nhaät saûn xuaát) taïi Phaân vieän Moû vaø Luyeän Kim. Toác ñoä naâng nhieät 200C/phuùt, töø nhieät ñoä phoøng ñeán 1000oC. Moâi tröôøng phaân tích maãu laø moâi tröôøng khoâng khí phoøng thí nghieäm.

Nhieät ñoä phaân huûy cuûa caùc khoaùng trong ximaêng hydrat nhö sau: -

Khoaùng monosulfat (3CaO.Al2O3. CaSO4.12H2O): töø 700C – 1300C

-

Khoaùng Ettringite (3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O): khoaûng 1400C

-

Tinh theå Ca(OH)2: töø 4500C – 5500C

Töø caùc bieåu ñoà phaân tích nhieät cuûa maãu ximaêng OPC vaø maãu ximaêng RHA2 (hình 5.7, 5.8) ta thaáy coù 3 hieäu öùng thu nhieät chính coù theå ñoù laø: -

Hieän töôïng maát nöôùc vaät lyù: taïi caùc pick coù nhieät ñoä 1150C, 950C, 1170C (hình 5.7) vaø 1050C, 1000C, 1150C (hình 5.8) öùng vôùi caùc bieåu ñoà DTA 28, 90 vaø 180 ngaøy.

-

Söï phaân huûy khoaùng Ca(OH)2: taïi caùc pick 4950C, 4900C, 4950C (hình 5.7) vaø 4950C, 4950C, 4900C (hình 5.8) öùng vôùi caùc bieåu ñoà DTA 28, 90 vaø 180 ngaøy.

Treân bieåu ñoà DTA sau 28 ngaøy ñoùng raén ôû hình 5.7 vaø 5.8 cho thaáy, hieäu öùng thu nhieät do söï phaân huûy Ca(OH)2 ñeàu coù xu höôùng giaûm daàn theo thôøi gian.

Töø baûng 5.4, sau 28, 90 vaø 180 ngaøy ñoùng raén haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu ñaù ximaêng OPC giaûm ñi töø 13,2%; 12,4 ñeán 11,2%. Töông töï, haøm löôïng Ca(OH)2

trong maãu ñaù ximaêng RHA2 ôû 28 ngaøy laø 4,8%; ôû 90 ngaøy laø 4,4% vaø chæ coøn 4,0% ôû 180 ngaøy.

28 ngaøy

28 ngaøy 90 ngaøy

90 ngaøy 180 ngaøy

180 ngaøy

Hình 5.7. Bieåu ñoà DTA vaø TG cuûa ximaêng Hình 5.8. Bieåu ñoà DTA vaø TG cuûa ximaêng OPC ôû 28, 90, 180 ngaøy RHA2 ôû 28, 90, 180 ngaøy

Ñieàu ñaùng löu yù laø vôùi cuøng thôøi ñieåm döôõng hoä töông öùng, haøm löôïng Ca(OH)2 toàn taïi trong maãu RHA2 nhoû hôn nhieàu so vôùi haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu OPC. Cuõng ôû baûng 5.5, taïi 28 ngaøy döôõng hoä, haøm löôïng Ca(OH)2 töø 13,2% treân maãu ximaêng OPC ñaõ giaûm ñi coøn 4,8% treân maãu ximaêng RHA2. Taïi 90 vaø 180 ngaøy thì haøm löôïng Ca(OH)2 cuûa ximaêng OPC laø 12,4% vaø 11,2% trong khi haøm löôïng Ca(OH)2 cuûa ximaêng RHA2 chæ laø 4,4% vaø 4,0%.

Baûng 5.5. Baûng thoáng keâ haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu ñaù ximaêng OPC vaø RHA2 theo thôøi gian döôõng hoä.

Haøm löôïng Ca(OH)2 (%) Kyù hieäu

28 ngaøy

90 ngaøy

180 ngaøy

OPC

13,2

12,4

11,2

RHA2

4,8

4,4

4,0

Nhìn chung, haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu ximaêng RHA2 thaáp hôn raát nhieàu so vôùi maãu ñaù ximaêng OPC. Keát quaû naøy phuø hôïp vôùi keát quaû khaûo saùt ñoä pH ôû treân.

5.2.5. Keát quaû phaân tích Rônghen Keát quaû phaân tích X-Ray cuûa caùc maãu OPC vaø RHA2 ñöôïc thöïc hieän treân maùy D5000 (do haõng SIEMENS – ÑÖÙC saûn xuaát) taïi Vieän Daàu Khí Vieät Nam. OÁng phaùt tia Cu coù böôùc soùng 1,0456A0, goùc queùt 20 ñöôïc choïn töø 150 – 500.

Giaûn ñoà nhieãu xaï Rônghen cuûa caùc maãu OPC vaø RHA2 öùng vôùi caùc thôøi gian döôõng hoä 28, 90 vaø 180 ngaøy ñöôïc theå hieän ôû hình 5.9 vaø 5.10.

Caùc pick ñaëc tröng cho tinh theå portlandite (P) ôû maãu ñaù ximaêng OPC (hình 5.9) vaø RHA2 (hình 5.10) coù cöôøng ñoä maïnh nhaát ôû 28 ngaøy vaø coù xu höôùng giaûm ñi ôû 180 ngaøy. Tuy nhieân caùc pick ñaëc tröng cho tinh theå portlandite (P) ôû maãu ñaù ximaêng RHA2 coù cöôøng ñoä thaáp hôn haún so vôùi maãu RHA2 ôû cuøng ngaøy tuoåi.

Treân hình 5.10, caùc pick ñaëc tröng cho khoaùng Ettringite (E) treân maãu ñaù ximaêng OPC vaø RHA2 töø 90 ñeán 180 ngaøy cho thaáy, cöôøng ñoä vaø soá löôïng caùc

pick ñaëc tröng cho khoaùng Ettringite treân maãu ximaêng RHA2 cao hôn vaø nhieàu hôn so vôùi maãu ximaêng OPC.

Hieän töôïng löôïng Ca(OH)2 , sinh ra trong quaù trình thuûy hoùa, toàn taïi trong maãu ñaù ximaêng OPC giaûm daàn theo thôøi gian chuû yeáu laø do bò taùch chieác ra moâi tröôøng döôõng hoä. Trong khi ñoù, löôïng Ca(OH)2 trong maãu ñaù ximaêng RHA2 chuû yeáu laø do söï phaûn öùng cuûa Ca(OH)2 vôùi oxit SiO2 voâ ñònh hình coù trong thaønh phaàn cuûa tro.

Maët khaùc, taïi cuøng thôøi ñieåm döôõng hoä haøm löôïng Ca(OH)2 trong ñaù ximaêng OPC luoân lôùn hôn so vôùi haøm löôïng Ca(OH)2 trong ñaù ximaêng RHA2. Ñieàu naøy cho thaáy löôïng Ca(OH)2 giaûm ñi do bò taùch chieác ra moâi tröôøng laø raát nhoû so vôùi löôïng Ca(OH)2 giaûm ñi do phaûn öùng vôùi oxit SiO2 voâ ñònh hình.

Nhö vaäy, caùc keát quaû phaân tích Rônghen treân caùc maãu ñaù ximaêng OPC vaø RHA2 cuõng thu ñöôïc caùc keát luaän töôïng töï ñoái vôùi caùc keát quaû phaân tích DTA ôû 28, 90 vaø 180 ngaøy ñoùng raén, ñoù laø haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu ximaêng RHA2 thaáp hôn raát nhieàu so vôùi maãu ñaù ximaêng OPC.

P OPC - 28 ngaøy

P

E

P E

P

P

OPC - 90 ngaøy

E P E

E

E

P

P

OPC - 180 ngaøy

E E

E

P E

Kyù hieäu: P – Portlandite, E – Ettringite

Hình 5.9. Giaûn ñoà Rônghen cuûa maãu ñaù ximaêng OPC ôû 28, 90 vaø 180 ngaøy

RHA2 - 28 ngaøy

P

P

E

P

E

RHA2 - 90 ngaøy

E

E

P

E

P

E

E

P

RHA2 - 180 ngaøy

E E

P

E

P E

P

Kyù hieäu: P – Portlandite, E – Ettringite

Hình 5.10. Giaûn ñoà Rônghen cuûa maãu ñaù ximaêng RHA2 ôû 28, 90, 180 ngaøy 5.2.6. Khaûo saùt caáu truùc baèng kính hieån vi ñieän töû

Caùc maãu ñaù ximaêng OPC vaø RHA ôû 180 ngaøy tuoåi ñöôïc chuïp treân kính hieån vi ñieän töû queùt taïi phoøng Beâ toâng - Vieän Khoa Hoïc Coâng Ngheä Xaây Döïng-

Haø Noäi ñeå khaûo saùt söï hình thaønh, phaùt trieån vaø ñònh xöù khoaùng portlandite vaø khoaùng ettringite trong caáu truùc ñaù ximaêng.

Hình 5.13a. Beà maët cuûa ñaù ximaêng OPC

Hình 5.13b. Beà maët cuûa ñaù ximaêng RHA2

Vôùi ñoä phoùng ñaïi 100 vaø 120 laàn, aûnh chuïp kính hieån vi ñieän töû queùt cuûa maãu OPC vaø RHA2 (hình 4.13a, 4.13b), cho thaáy loå roãng mao quaûn trong caáu truùc ñaù ximaêng coù daïng hình troøn. ÔÛ hình 5.14, 5.15 ta thaáy, beân trong loå mao quaûn cuûa maãu ñaù ximaêng OPC coù caùc tinh theå portlandite hình troøn deït vaø caùc tinh theå ettringite hình kim moïc kín, chuùng laáp ñaày dieän tích cuûa loå roãng. Tuy nhieân, khi quan saùt beân trong loå mao quaûn cuûa maãu ñaù ximaêng RHA2 thì tinh theå portlandite khoâng coøn thaáy xuaát hieän maø chæ coù moät soá tinh theå ettringite daïng hình kim moïc thaønh töøng buùi beân trong thaønh loå vôùi maät ñoä thöa hôn.

Nhö vaäy, keát quaû khaûo saùt caáu truùc baèng kính hieån vi ñieän töû queùt ñaõ khaúng ñònh theâm söï hôïp lyù cuûa caùc keát quaû thu ñöôïc töø phöông phaùp phaân tích nhieät vi sai vaø phaân tích rônghen. Nghóa laø so vôùi ñaù ximaêng OPC, trong ñaù ximaêng RHA2 thaønh phaàn Ca(OH)2 sinh ra trong quaù trình hydrat cuûa khoaùng C2S vaø C3S ñaõ bò giaûm ñi ñaùng keå do noù phaûn öùng vôùi thaønh phaàn SiO2 hoaït tính coù trong tro traáu laøm giaûm thieåu söï taïo thaønh khoaùng portlandite vaø khoaùng ettringite. Do vaäy maø ñoä pH vaø nhieät hydrat hoùa trong ximaêng RHA2 cuõng giaûm ñi.

Hình 5.14. Loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng OPC ôû 180 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 300 vaø 1000 laàn

Hình 5.15. Loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng RHA2 ôû 180 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 300 vaø 1000 laàn

5.3. Ñoä beàn cuûa ximaêng RHA2 trong moâi tröôøng xaâm thöïc Thaønh phoá Hoà Chí Minh (TpHCM) noùi rieâng vaø khu vöïc ñoàng baèng soâng Cöûu Long (ÑBSCL) noùi chung naèm ôû vò trí chuyeån tieáp giöõa mieàn Nam Trung Boä laø moät mieàn naâng vaø caáu truùc mieàn Taây Nam Boä laø moät mieàn suït. Do ñòa hình nghieân, thaáp daàn töø Ñoâng Baéc xuoáng Taây Nam ñaõ hình thaønh nhieàu vuøng truõng, ñoä cao trung bình treân döôùi 1m (cao nhaát 1,5 – 2m vaø thaáp nhaát töø 0,5 – 0,6m) phaân boá haàu khaép khu vöïc Nam Boä. Ngoaøi ra khu vöïc Nam Boä coøn chòu aûnh höôûng cuûa gioù muøa caän xích ñaïo vôùi 2 muøa roõ reät, muøa möa vaø muøa naéng vôùi khí haäu noùng aåm. Ñaây laø nguyeân nhaân laøm cho caùc vuøng truõng thöôøng bò ngaäp

uùng vaøo muøa möa vaø caùc khu vöïc ñaát ven bieån thì laïi bò hieän töôïng xaâm nhieãm maën vaø tích tuï muoái vaøo muøa naéng.

Do aûnh höôûng cuûa ñieàu kieän ñòa hình vaø ñaëc tröng khí haäu, söï hình thaønh ñaát ôû khu vöïc böng truõng ôû phía nam, Taây nam vaø Ñoâng nam thaønh phoá vaø caû ÑBSCL chòu söï chi phoái cuûa quaù trình pheøn hoaù vaø quaù trình maën hoaù. Ñeå coù keát quaû toång quaùt veà taát caû caùc tính naêng cuûa ximaêng RHA2 nhaèm taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho nhaø saûn xuaát, ngöôøi söû duïng hoaëc caùc nghieân cöùu tieáp veà sau, ñeà taøi tieáp tuïc nghieân cöùu ñoä beàn cuûa ximaêng RHA2 trong caùc moâi tröôøng nöôùc ñaëc tröng nhaát ÑBSCL vaø haàu heát caùc huyeän ngoaïi thaønh TpHCM, ñoù laø moâi tröôøng nöôùc nhieãm pheøn vaø nhieãm maën.

Maãu nöôùc xaâm thöïc söû duïng ñeå khaûo saùt söï oån ñònh cöôøng ñoä vaø caáu truùc cuûa ñaù ximaêng RHA2 laø nöôùc nhieãm pheøn ôû xaõ Phaïm Vaên Hai huyeän Bình Chaùnh vaø nöôùc nhieãm maën ôû huyeän Caàn Giôø. Ngoaøi ra, 2 moâi tröôøng nöôùc coù toác ñoä aên moøn maïnh laø nöôùc coù noàng ñoä Na2SO4.10H2O 10% vaø nöôùc coù noàng ñoä MgSO4 0,64% cuõng ñöôïc öùng duïng trong vieäc khaûo saùt naøy.

Keát quaû phaân tích caùc maãu nöôùc thöïc hieän taïi phoøng thí nghieäm phaân tích cuûa khoa Moâi Tröôøng – ÑH Baùch Khoa TpHCM nhö sau: Baûng 5.6. Baûng keát quaû phaân tích maãu nöôùc Bình Chaùnh vaø Caàn Giôø Ñòa ñieåm

pH

N-NH4+

SO42-

Cl-

mg/l

mg/l

mg/l

Maøu

Bình Chaùnh

3,48

1,47

240

220

Vaøng nhaït

Caàn Giôø

7,45

-

3842

29246

Traéng ñuïc

Keát quaû phaân tích cho thaáy, nöôùc nhieãm pheøn ôû xaõ Phaïm Vaên Hai huyeän Bình Chaùnh coù ñoä pH thaáp so vôùi tieâu chuaån chaát löôïng nöôùc maët (phuï luïc). Vaø nöôùc nhieãm maën ôû huyeän Caàn Giôø coù haøm löôïng Cl- vaø haøm löôïng muoái sulfat raát lôùn so vôùi tieâu chuaån chaát löôïng nöôùc bieån ven bôø (phuï luïc). Caû hai loaïi nöôùc naøy

ñeàu vöôït quaù so vôùi tieâu chuaån chaát löôïng nöôùc sinh hoaït (khoâng quaù 250mg/l ñoái vôùi muoái sulfat, 300 mg/l ñoái vôùi Cl- vaø pH =7). Ñeå ñaùnh giaù ñoä beàn cuûa ximaêng RHA2, tieáp tuïc khaûo saùt cöôøng ñoä vaø caáu truùc cuûa ñaù ximaêng RHA2 theo thôøi gian. Maãu thöû nghieäm ñöôïc döôõng hoä trong caùc moâi tröôøng nöôùc ñaõ neâu ôû treân.

5.3.1. Cöôøng ñoä Söï phaùt trieån cöôøng ñoä cuûa ñaù ximaêng OPC vaø RHA2 trong caùc moâi tröôøng aên moøn söû duïng trong nghieân cöùu naøy ñöôïc theå hieän ôû baûng 5.7 vaø 5.8. Cöôøng ñoä neùn ñöôïc xaùc ñònh treân maãu vöõa kích thöôùc 4x4x16(cm). Ñoái vôùi ximaêng OPC (hình 5.16), cöôøng ñoä neùn phaùt trieån lieân tuïc theo thôøi gian trong taát caû caùc moâi tröôøng ôû 180 ngaøy ñaàu tieân. Trong ñoù, maãu döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc nhieãm pheøn ôû Bình Chaùnh phaùt trieån cöôøng ñoä gaàn töông ñöông vôùi maãu ñoái chöùng döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc sinh hoaït. Cöôøng ñoä caùc maãu döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O laø thaáp nhaát so vôùi caùc moâi tröôøng xaâm thöïc khaùc, keá ñeán laø cöôøng ñoä caùc maãu döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 0,64% MgSO4 vaø moâi tröôøng nöôùc nhieãm maën.

Baûng 5.7. Cöôøng ñoä cuûa ximaêng OPC trong caùc moâi tröôøng theo thôøi gian döôõng hoä Thôøi gian döôõng hoä (ngaøy) 14

NSH (ñoái chöùng) 392,8

Moâi tröôøng döôõng hoä PHEØN MAËN Na2SO4.10H2O (10%) 391,5 371,3 367,6

MgSO4 (0,64%) 372,2

Cöôøng

28

440,5

442,1

415,4

385,8

409,5

ñoä neùn

60

479,8

468,3

428,5

396,4

425,5

(kG/cm2)

90

516,2

495,7

464,2

432,5

457,9

180

569,7

557,6

513,0

448,1

505,2

240

608,2

598,9

534,0

439,1

525,3

Cöôøn g ñoä neùn (kG/cm2)

650 600 550

Nöôù c sinh hoaï t

500

Nöôù c nhieã m pheø n

450 400

Nöôù c nhieã m m aë n

350

Na2SO4.10H2O (10% ) (0,64%)) MgSO4 (0,66%

300 250 200 0

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220 240 260

T h ôøi gian (n gaøy )

Hình 5.16. Ñoà thò cöôøng ñoä neùn cuûa ximaêng OPC trong caùc moâi tröôøng döôõng hoä ÔÛ 240 ngaøy, cöôøng ñoä caùc maãu trong moâi tröôøng nöôùc nhieãm maën Caàn Giô,ø nöôùc nhieãm pheøn Bình Chaùnh vaø nöôùc chöùa 0,64% MgSO4 coù xu höôùng phaùt trieån chaäm laïi. Rieâng cöôøng ñoä cuûa maãu döôõng hoä trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O ñaõ baét ñaàu giaûm.

Baûng 5.8. Cöôøng ñoä cuûa ximaêng RHA2 trong caùc moâi tröôøng döôõng hoä

Thôøi gian döôõng hoä (ngaøy) 14

NSH (ñoái chöùng) 290,5

Moâi tröôøng döôõng hoä PHEØN MAËN Na2SO4.10H2O (10%) 287,5 280,3 277,6

MgSO4 (0,64%) 282,3

Cöôøng

28

401,6

392,1

380,4

365,8

379,7

ñoä neùn

60

448,2

433,1

418,5

375,6

418,6

(kG/cm2)

90

497,5

457,8

434,2

402,5

429,9

180

560,3

535,4

481,0

440,7

465,2

240

598.5

584.3

537.1

468,5

530.4

650

Cöôøn g ñoä neùn (kG /cm2)

600 550 Nöôùc sinh hoaït

500 450

Nöôùc nhieãm pheøn

400

Nöôùc nhieãm maën

350

Na2SO4.10H2O (10%) (0,64%) MgSO4 (0,66%)

300 250 200 0

20

40

60

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Thôøi gian (ngaøy)

Hình 5. 17. Ñoà thò cöôøng ñoä neùn cuûa ximaêng RHA2 trong caùc moâi tröôøng döôõng hoä Ñoái vôùi ximaêng RHA2, ñeán 240 ngaøy cöôøng ñoä neùn vaãn phaùt trieån lieân tuïc theo thôøi gian trong taát caû caùc moâi tröôøng xaâm thöïc (hình 5.17). Ñeå coù theå giaûi thích hieän töôïng giaûm cöôøng ñoä cuûa maãu ximaêng OPC trong moâi tröôøng Na2SO4.10H2O 10%, tieán haønh khaûo saùt thaønh phaàn khoaùng vaø caáu truùc cuûa maãu ximaêng OPC vaø RHA2 kích thöôùc 1x1x6(cm) döïa vaøo phöông phaùp phaân tích nhieät, phöông phaùp rônghen vaø phöông phaùp chuïp kính hieån vi ñieän töû queùt.

5.3.2. Phaân tích nhieät vi sai treân maãu ximaêng OPC vaø RAH2 trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O Treân hình 5.20a, caùc pick thu nhieät taïi 4900C, 4800C, 4800C (ôû 28, 90, 240 ngaøy). Töông töï treân hình 5.20b cuõng coù caùc pick thu nhieät taïi 4950C, 4950C, 4800C (ôû 28, 90, 240 ngaøy). Caùc pick naøy xuaát hieän coù theå do söï phaân huûy cuûa khoaùng Ca(OH)2 trong maãu OPC vaø RHA2. Haøm löôïng voâi trong caùc maãu ñöôïc thoáng keâ ôû baûng 5.9.

Baûng 5.9. Haøm löôïng Ca(OH)2 trong OPC vaø RHA2 theo thôøi gian Kyù hieäu maãu Thôøi gian

OPC Vò trí pick

RHA2

% Ca(OH)2

Vò trí pick

% Ca(OH)2

28 ngaøy

4900C

9,6

4950C

5,2

90 ngaøy

4800C

9,0

4950C

4,8

240 ngaøy

4800C

7,0

4800C

3,5

Baûng 5.9 cho thaáy, haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu ximaêng giaûm daàn theo thôøi gian döôõng hoä (töø 28 ñeán 240 ngaøy). Ñoái vôùi maãu ximaêng OPC haøm löôïng Ca(OH)2 sinh ra trong maãu ôû 240 ngaøy giaûm coøn 7% trong khi ôû 28 ngaøy laø 9,6%. Löôïng Ca(OH)2 giaûm do noù phaûn öùng vôùi muoái sulfat coù trong dung dòch döôõng hoä vaø moät phaàn bò hoøa tan vaøo trong dung dòch naøy. Ñoái vôùi maãu ximaêng RHA2 haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu cuõng giaûm töø 5,2% ôû 28 ngaøy xuoáng coøn 3,5% ôû 240 ngaøy. Ñaëc bieät, haøm löôïng Ca(OH)2 trong maãu naøy thaáp hôn so vôùi maãu ximaêng OPC. Löôïng Ca(OH)2 giaûm ñi ôû ñaây khoâng nhöõng do bò hoøa tan vaø do phaûn öùng vôùi caùc muoái clo vaø sulfat trong moâi tröôøng maø tröôùc tieân noù phaûn öùng vôùi thaønh phaàn SiO2 voâ ñònh hình coù trong tro traáu.

RHA2-28 ngaøy

OPC-28 ngaøy

RHA2-90 ngaøy

OPC-90 ngaøy

OPC-180 ngaøy

Hình 5.20a. DTA vaø TG cuûa maãu OPC

RHA2-180 ngaøy

Hình 5.20b. DTA vaø TG cuûa maãu RHA2

5.4. Phaân tích Rônghen treân maãu ximaêng OPC vaø RAH2 trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O Hình 5.21, vôùi goùc queùt 2 θ töø 5 – 50, caùc pick ñaëc tröng cho khoaùng Ca(OH)2 treân maãu ximaêng OPC taïi caùc böôùc soùng 4,889A0; 2,621A0; 1,923A0 coù cöôøng ñoä maïnh hôn so vôùi caùc pick ñaëc tröng cho khoaùng Ca(OH)2 treân maãu ximaêng RHA2 (hình 5.22) taïi caùc böôùc soùng 4,725A0; 2,595A0; 1,907A0.

Töông töï, cöôøng ñoä caùc pick ñaëc tröng cho khoaùng ettringite treân maãu ximaêng OPC taïi caùc böôùc soùng 5,567 A0; 2,737 A0; 2,181 A0 cuõng coù cöôøng ñoä maïnh hôn so vôùi caùc pick ñaëc tröng cho khoaùng ettringite treân maãu ximaêng RHA2 taïi caùc böôùc soùng 5,541 A0; 2,763 A0; 2,189 A0

Töø keát quaû phaân tích Rônghen cho thaáy, haøm löôïng khoaùng Ca(OH)2 vaø khoaùng ettringite trong maãu RHA2 thaáp hôn so vôùi löôïng khoaùng Ca(OH)2 vaø khoaùng ettringite trong maãu ximaêng OPC. Keát quaû naøy cuõng phuø hôïp vôùi keát quaû phaân tích nhieät vi sai ôû treân.

P

P

E E

E

A

P

B C

Hình 5.21. Bieåu ñoà phaân tích rônghen cuûa ximaêng OPC sau 28 (A), 90 (B) vaø 240 ngaøy (C) trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O

E A

P

E P

E

P

B C

Hình 5.22. Bieåu ñoà phaân tích rônghen cuûa ximaêng RHA2 sau 28 (A), 90 (B) vaø 240 ngaøy (C) trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O 5.5. Keát quaû chuïp kính hieån vi ñieän töû queùt maãu ñaù ximaêng OPC vaø RAH2 trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O

Hình 5.23. Loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng OPC ôû 240 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 1000 vaø 1200 laàn Caùc loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng OPC ôû 240 ngaøy (hình 5.23) trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O coù söï xuaát hieän nhieàu tinh theå portlandite hình troøn deït laáp ñaày kín dieän tích loå roãng, caùc tinh theå ettringite hình kim daøi moïc kín xung quanh thaønh loå.

Hình 5.24. Loå roãng mao quaûn ñaù ximaêng RHA ôû 240 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 250 vaø 1000 laàn Ñoái vôùi caùc loå mao quaûn cuûa maãu ñaù ximaêng RHA2 (hình 5.24, 5.25) thì khoâng coøn thaáy söï xuaát hieän cuûa tinh theå portlandite vaø ettringite nhieàu nhö ñoái vôùi maãu ximaêng OPC. Chæ coù raát ít tinh theå ettringite hình thaønh beân trong loå roãng mao quaûn.

Hình 5.25. Loå roãng mao quaûn khaùc cuûa ñaù ximaêng RHA ôû 240 ngaøy vôùi ñoä phoùng ñaïi 300 vaø 1000 laàn.

Töø keát quaû phaân tích nhieät vi sai, phaân tích Rônghen vaø khaûo saùt caáu truùc baèng kính hieån vi ñieän töû queùt cho thaáy söï coù maët cuûa khoaùng portlandite vaø ettringite trong caáu truùc ñaù ximaêng OPC lôùn hôn so vôùi ximaêng RHA2. Nguyeân nhaân laø do trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O, Ca(OH)2 vaø 3CaO.Al2O3.6H2O sinh ra trong quaù trình hydrat hoùa ximaêng ñaõ phaûn öùng vôùi muoái Na2SO4 theo phaûn öùng: Ca(OH)2 + Na2SO4 + 2H2O = CaSO4.2H2O + 2NaOH 3CaO.Al2O3.6H2O+3Na2SO4+3H2O = 3[CaSO4.2H2O] + 6NaOH + Al2(OH)3 Trong caùc saûn phaåm ñöôïc taïo thaønh thì NaOH laø chaát coù ñoä hoøa tan lôùn, deã daøng theo nöôùc thoaùt khoûi ñaù ximaêng vaø Al2(OH)3 thì coù keát tuûa daïng rôøi raïc, khoâng coù cöôøng ñoä, caùc thaønh phaàn naøy bò röûa troâi laøm cho caáu truùc ñaù ximaêng roãng daàn. Do vaäy cöôøng ñoä cuûa ñaù ximaêng OPC cuõng giaûm ñi. Ñoàng thôøi, thaïch cao CaSO4.2H2O sau khi ñöôïc taïo thaønh tieáp tuïc taùc duïng vôùi thaønh phaàn 3CaO.Al2O3.6H2O cuûa ñaù ximaêng taïo thaønh khoaùng ettringite theo phaûn öùng: 3CaO.Al2O3.6H2O + 3CaSO4.2H2O + 19H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4 .32H2O Ñaây coù theå laø nguyeân nhaân laøm cho haøm löôïng khoaùng ettringite taùi keát tinh xuaát hieän nhieàu trong caáu truùc ñaù ximaêng OPC.

Coøn ñoái vôùi ximaêng RHA2 haøm löôïng khoaùng ettringite vaø khoaùng portlandite trong caáu truùc ñaù ximaêng ñaõ giaûm ñi ñaùng keå do söï coù maët cuûa tro traáu trong ximaêng. Thaønh phaàn SiO2 hoaït tính trong tro traáu ñaõ laøm trieät tieâu ñaùng keå haøm löôïng Ca(OH)2 sinh ra trong quaù trình hydrat hoùa ximaêng theo phaûn öùng: nSiO2 + mCa(OH)2 + (p-m)H2O → mCaO. nSiO2.pH2O

Haøm löôïng khoaùng Ca(OH)2 giaûm ñi laø nguyeân nhaân chính laøm haïn cheá söï giaûm cöôøng ñoä cuûa ñaù ximaêng RHA2 do hieän töôïng röûa troâi thaønh phaàn NaOH vaø Al2(OH)3 nhö ñoái vôùi ñaù ximaêng OPC. Ñoàng thôøi cuõng haïn cheá ñöôïc haøm löôïng thaïch cao taïo thaønh vaø vì theá haøm löôïng khoaùng ettringite taùi keát tinh trong ximaêng RHA2 cuõng ít ñi so vôùi ximaêng OPC.

Khi quan saùt maãu vöõa RHA2 (1:3) döôõng hoä 240 ngaøy trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O thì treân beà maët maãu naøy vaãn hoaøn toaøn nguyeân veïn, chöa thaáy xuaát hieän veát nöùt (hình 5.18b).

Tuy nhieân, khi quan saùt taát caû caùc maãu vöõa OPC (1:3) cuõng döôõng hoä ôû 240 ngaøy trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O nhö treân ta thaáy, maãu naøy coù xuaát hieän nhieàu veát nöùt treân beà maët maãu vaø theå tích caùc maãu naøy coù khuynh höôùng nôû ra (hình 5.18a).

Hình 5.18b. Maãu vöõa ximaêng RHA2 ôû 240 ngaøy trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O

Hình 5.18a. Maãu vöõa ximaêng OPC ôû 240 ngaøy trong moâi tröôøng nöôùc chöùa 10% Na2SO4.10H2O Nhö ñaõ giaûi thích ôû treân, maãu vöõa ximaêng OPC (1:3) khi ñoùng raén trong moâi tröôøng aên moøn sulfat, thaønh phaàn sulfat trong moâi tröôøng ñaõ xaâm nhaäp vaøo caáu truùc ñaù ximaêng ñeå phaûn öùng vôùi Ca(OH)2 sinh ra trong quaù trình hydrat hoùa ximaêng taïo thaønh thaïch cao CaSO4.2H2O vaø thaïch cao taïo thaønh tieáp tuïc taùc duïng vôùi thaønh phaàn 3CaO.Al2O3.6H2O cuûa ñaù ximaêng taïo thaønh khoaùng ettringite.

Khoaùng ettringite taùi keát tinh coù theå theå tích taêng gaáp 2,86 laàn so vôùi theå tích cuûa khoaùng ban ñaàu. Ñoàng thôøi, do maãu OPC (1:3) naøy coù ñoä sít ñaëc khoâng cao neân möùc ñoä xaâm thöïc cuûa moâi tröôøng raát lôùn, khoaùng ettringite keát tinh ngaøy caøng nhieàu gaây hieän töôïng phaùt sinh öùng suaát noäi laøm nöùt neû caáu truùc ñaù ximaêng.

Ñoái vôùi maãu vöõa RHA2 (1:3) vaãn chöa thaáy xuaát hieän veát nöùt bôûi vì trong caáu truùc cuûa chuùng khoaùng portlandite vaø khoaùng ettringite hình thaønh ít hôn so vôùi maãu ximaêng OPC neân ñaõ haïn cheá hieän töôïng phaùt sinh öùng suaát laøm phaù hoaïi trong caáu truùc ñaù ximaêng. Maët khaùc, maãu naøy coù ñoä sít ñaëc cao hôn so vôùi maãu vöõa ximaêng OPC (1:3) do moät phaàn tro traáu khoâng tham gia phaûn öùng ñoùng vai troø nhö moät phuï gia ñaày, chuùng laép ñaày caùc loå roãng trong caáu truùc ñaù ximaêng, laøm cho caáu truùc ñaù ximaêng ñaëc chaéc hôn, haïn cheá ñaùng keå söï xaâm nhaäp cuûa ion gaây aên moøn SO42- vaøo trong caáu truùc ñaù ximaêng. Ñieàu naøy cuõng goùp phaàn giuùp duy trì cöôøng ñoä cuûa ñaù ximaêng trong moâi tröôøng xaâm thöïc. Do vaäy, taïi thôøi ñieåm 240

ngaøy trong moâi tröôøng xaâm thöïc 10% Na2SO4.10H2O maãu vaãn chöa coù daáu hieäu bò phaù hoaïi.

Toùm laïi, söï giaûm thieåu haøm löôïng khoaùng portlandite vaø khoaùng ettringite trong caáu truùc cuûa chuùng höùa heïn khaû naêng taêng ñoä beàn cuûa ñaù ximaêng trong moâi tröôøng xaâm thöïc.

KEÁT LUAÄN Döïa vaøo xu höôùng phaùt trieån saûn löôïng ximaêng vaøo nhöõng naêm tôùi cuûa ngaønh coâng nghieäp ximaêng Vieät Nam vaø tröõ löôïng tro traáu pheá thaûi haøng naêm ôû nöôùc ta. Ñoàng thôøi vôùi cô sôû lyù thuyeát veà ximaêng portland puzzoland vaø tình hình nghieân cöùu öùng duïng tro traáu trong nöôùc, ñeà taøi: ‘’Nghieân cöùu öùng duïng tro traáu cheá taïo ximaêng portland puzzoland” ñaõ ñöôïc thöïc hieän. Qua quaù trình nghieân cöùu taùc giaû ñaõ thu ñöôïc caùc keát luaän chính ñoàng thôøi cuõng coù moät soá kieán nghò nhö sau:

1. Caùc keát luaän chính Treân neàn cuûa ximaêng portland PC40 Chin Fon, vôùi nguoàn phuï gia tro traáu coù ñoä hoaït tính töø maïnh ñeán raát maïnh, haøm löôïng tro traáu thích hôïp ñeå ñöa vaøo ximaêng cho pheùp töø (10 – 30)% so vôùi haøm löôïng ximaêng.

Ximaêng tro traáu öùng vôùi haøm löôïng 20% tro coù caùc ñaëc tính bao goàm: 1. Ñaëc ñieåm kyõ thuaät: -

Khoái löôïng rieâng:

2,99 g/cm3

-

Khoái löôïng theå tích:

1,1g/cm3

-

Tyû dieän beà maët:

4260 cm2/g

-

Löôïng nöôùc tieâu chuaån:

34%

-

Thôøi gian baét ñaàu ninh keát:

2h15’

-

Thôøi gian keát thuùc ninh keát:

3h20’

2. Maëc duø toác ñoä phaùt trieån cöôøng ñoä cuûa ximaêng tro traáu döôõng hoä ôû thôøi gian ñaàu chaäm, nhöng taïi 28 ngaøy haàu heát caùc maãu coù haøm löôïng tro töø 10% ñeán 30% ñeàu ñaït cöôøng ñoä neùn treân 350 kG/cm2, vaø cöôøng ñoä uoán treân 82,5 kG/cm2.

3. Ñoä pH cuûa ximaêng tro traáu (12,1) coù giaù trò thaáp hôn so vôùi maãu ximaêng khoâng coù tro (12,4) ôû 180 ngaøy.

4. Nhieät hydrat hoùa cuûa ximaêng RHA2 luoân luoân thaáp hôn so vôùi ximaêng OPC. Quaù trình hydrat hoùa cuûa ximaêng coù pha phuï gia tro traáu xaûy ra chaäm trong khoaûng 3 ngaøy ñaàu.

5. Keát quaû khaûo saùt caáu truùc baèng kính hieån vi ñieän töû queùt keát hôïp vôùi caùc keát quaû thu ñöôïc töø phöông phaùp phaân tích nhieät vi sai vaø phaân tích rônghen cho thaáy thaønh khoaùng portlandite trong ñaù ximaêng RHA2 giaûm ñi ñaùng keå so vôùi maãu ximaêng portland khoâng pha phuï gia.

6. Trong moâi tröôøng nhieãm pheøn vaø nhieãm maën ôû 240 ngaøy, ximaêng RHA2 khi hydrat hoùa khoâng taïo thaønh caùc khoaùng môùi nhö thaïch cao hoaëc ettringite taùi keát tinh gaây baát lôïi trong caáu truùc ñaù ximaêng. Bôûi vì trong ñaù ximaêng RHA2 thaønh phaàn Ca(OH)2 sinh ra trong quaù trình hydrat cuûa khoaùng C2S vaø C3S ñaõ bò giaûm ñi ñaùng keå do noù phaûn öùng vôùi thaønh phaàn SiO2 hoaït tính coù trong tro traáu.

Nhö vaäy, vôùi ñoä hoaït tính cao cuûa tro traáu, ximaêng portland tro traáu höùa heïn seõ caûi thieän chaát löôïng so vôùi caùc loaïi ximaêng portland puzzoland hieän taïi.

Ngoaøi ra, vieäc nghieân cöùu söû duïng tro traáu laøm phuï gia cho ximaêng coøn goùp phaàn xöû lyù ñöôïc nguoàn tro pheá thaûi vaø caûi thieän moâi tröôøng.

2. Kieán nghò Do haïn cheá veà thôøi gian neân caùc keát quaû nghieân cöùu ôû treân chæ khaûo saùt ñeán 240 ngaøy , thôøi gian khaûo saùt naøy töông ñoái ngaén nhaát laø ñoái vôùi vieäc khaûo saùt ñoä beàn cuûa ximaêng portland coù pha tro traáu trong moâi tröôøng xaâm thöïc. Do ñoù,

caùc keát quaû thöïc nghieäm thu ñöôïc naøy phaàn naøo coøn haïn cheá. Ñeå coù theå ñaït hieäu quaû söû duïng cao caàn thieát phaûi ñaàu tö thôøi gian khaûo saùt laâu hôn.

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO STT 1

KYÙ HIEÄU [1]

2

[2]

Paul B. K.. M.Eng. A study of lime-rice husk ash mixture for use of building material. Thesis Asian Istitute of Technology-Bangkok.

Thailand. 1976.

3

[3]

Yuan Cheng Ping. Development of a cementitios material based on calcareous and siliceous materals. Thesis Asian Institute of Technology. Thailand. 1980.

4

[4]

Cook D. J.. Rice Husk Ash. Cement Replacement Material. Vol. 3.

Surrrey University Press. 1986.

5

[5]

Chopra S.K.. Utilization of Rice Husk for Making Cement and Cement like binder. UNIDO/ESCAP/RCTT Workshop on Rice Husk Ash Cement. Peshawar. Pakistan. 1979.

6

[6]

Al-Khalaf M. N. and Yousif H. A.. Use of Rice Husk Ash in Concrete. Cement Composite. Vol 6. 1984.

7

[7]

V. Columna. The effective of Rice Husk Ash in cement and concrete mixes. Asian Institute of Tichnology. Bangkok. Thailand.

1982.

8

[8]

KS. Nguyeãn Tieán Bình. Nghieân cöùu cheá taïo beâ toâng cöôøng ñoä cao M600 söû duïng tro traáu thay silicafume. Luaän vaên cao hoïc. Haø Noäi.

2001.

9

[9]

Nguyeãn Vaên Chaùnh. Nghieân cöùu cheá taïo vaø öùng duïng tro traáu ñeå caûi thieän caùc tính chaát cuûa ximaêng vaø beâ toâng. Luaän vaên cao hoïc.

TpHCM, 1997.

10

[10]

11

[11]

Nguyeãn Maïnh Huøng. Nghieân cöùu taêng cöôøng khaû naêng beàn nöôùc bieån cuûa ximaêng ñöôïc cheá taïo treân cô sôû clinker ximaêng portland vôùi phuï gia thuûy hoaït tính. Luaän vaên Thaïc Só. TpHCM, 1997.

Vieän Khoa Hoïc Coâng Ngheä Xaây Döïng. Baùo caùo toång keát ñeà taøi: “Nghieân cöùu saûn xuaát Microsilica töø tro traáu ñeå cheá taïo beâ toâng vaø vöõa cöôøng ñoä cao”. Haø Noäi. 2003.

12

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO International Cement Review. September 2003.

TS. Leâ Quang Huøng. ThS. Ñoã Thò Lan Hoa. KS. Ñaëng Anh Duõng.

Nghieân cöùu naâng cao ñoä beàn cuûa beâ toâng bieån baèng vieäc söû duïng phuï gia khoaùng hoaït tính. Ñaëc san coâng ngheä beâ toâng Vieät Nam Soá 2. Naêm 2003.

13

Tuyeån taäp tieâu chuaån Vieät Nam. taäp 8. Nhaø xuaát baûn xaây döïng. Haø Noäi.

Phoøng kyõ thuaät Toång coâng ty ximaêng Vieät Nam. Baùo caùo tình hình thöïc hieän chöông trình aùp duïng tieâu chuaån môùi saûn xuaát ximaêng portland hoãn hôïp theo TCVN 6260 :1997. Naêm 2000.

14

15

[12]

TS.Nguyeãn Vaên Chaùnh. KS. Nguyeãn Thò Hoaøng Yeán. Ximaêng portland pozzoland. Hoäi thaûo coâng ngheä saûn xuaát ximaêng. Holcim.

Naêm 2003.

16

Leâ Huy Baù. Nhöõng vaán ñeà veà ñaát pheøn Nam Boä. Nhaø xuaát baûn Tp Hoà Chí Minh.

17

Peter C. Hewlett. Anorld. Lea’s Chemistry of Cement and Concrete.

PGS. TS. Buøi Vaên Cheùn. Kyõ thuaät saûn xuaát ximaêng portland vaø caùc chaát keát dính. Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa Haø Noäi. 1992.

GS. TSKH. Voõ Ñình Löông. Giaùo trình chaát keát dính.

18 19 20

[13]

Boä moân silicat. Höôùng daãn thí nghieäm chuyeân ngaønh vaät lieäu silicat. Nhaø xuaát baûn ñaïi hoïc quoác gia Tp.HCM. Naêm 2003.

21

[14]

Ron Hardy and Maurice Tucker. X-ray powder diffraction of sediments.

PHUÏ LUÏC 1

PHUÏ LUÏC 2

PHUÏ LUÏC 3

PHUÏ LUÏC 4

PHUÏ LUÏC 5 Keát quaû thöû nghieäm nhieät hydrat hoùa maãu ximaêng OPC ôû 3, 7 vaø 28 ngaøy

Keát quaû thöû nghieäm nhieät hydrat hoùa maãu ximaêng RHA2 ôû 3, 7 vaø 28 ngaøy

LYÙ LÒCH TRÍCH NGANG Hoï vaø teân: Ñaëng Thanh Kim Mai. Ngaøy, thaùng, naêm sinh: 18 – 11 – 1976 Nôi sinh: TP. Hoà Chí Minh

1. Quaù trình ñaøo taïo Naêm 2001: Toát nghieäp Ñaïi hoïc Baùch Khoa TPHCM, chuyeân ngaønh Vaät Lieäu vaø Caáu Kieän Xaây Döïng, Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng, Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa TPHCM.

Naêm 2002-2004: hoïc cao hoïc Vaät Lieäu vaø Caáu Kieän Xaây Döïng Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa TPHCM.

2. Quaù trình coâng taùc Thaùng 4 naêm 2001 ñeán nay: Giaûng vieân Boä moân Vaät Lieäu Xaây Döïng, Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng, Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa TPHCM.