Đồ án tốt nghiệp khảo sát ảnh hưởng của tea tới cường độ đá xi măng

Pha clanhke: Các hợp phần tạo thành clanhke ở dạng dung dịch rắn trên cơ sở các khoáng clanhke, pha thủy tinh và các oxit riêng biệt [1].Ngày nay, có rất nhiều loại phụ gia được sử dụng

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TEA TỚI CƯỜNG ĐỘ ĐÁ XI MĂNG

TRƯƠNG NGUYỆT HẢO

hao.tn180710@sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật Hóa họcChuyên ngành Công nghệ Vật liệu Silicat

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Tạ Ngọc Dũng

HÀ NỘI, 8/2023

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TEA

TỚI CƯỜNG ĐỘ ĐÁ XI MĂNG

TRƯƠNG NGUYỆT HẢO

hao.tn180710@sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật Hóa họcChuyên ngành Công nghệ Vật liệu Silicat

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Tạ Ngọc Dũng

Chữ ký của GVHD

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Trương Nguyệt Hảo MSSV: 20180710

Ngành: Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Silicat Tên đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của TEA tới cường độ đá xi măng”

1 Các số liệu ban đầu:

Clanhke xi măng Pooc lăng từ Nhà máy xi măng Bỉm Sơn

Thạch cao tự nhiên từ Nhà máy xi măng Long Sơn Phụ

gia TEA phòng thí nghiệm

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Tổng quan về xi măng và phụ gia.

Phương pháp nghiên cứu

Kết quả và thảo luận Kết

luận và kiến nghị

3 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ loại và kích thước bản vẽ):

Một (01) bài báo cáo trên Microsoft Word theo mẫu của

Trường Một (01) báo cáo trên Microsoft Powerpoint

4 Họ và tên cán bộ hướng dẫn: PGS TS Tạ Ngọc Dũng

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

6 Ngày hoàn thành đồ án: 8/2023

Ngày … tháng năm 2023

(Trường hợp có 2 giáo viên hướng dẫn thì sẽ cùng ký tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày 19 tháng 8 năm 2023

Uỷ viên phản biện

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Trương Nguyệt Hảo MSSV: 20180710

Ngành: Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Silicat Tên đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của TEA tới cường độ đá xi măng”

(Trường hợp có 2 giáo viên hướng dẫn thì sẽ cùng ký tên)

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA UỶ VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: Trương Nguyệt Hảo MSSV: 20180710

Ngành: Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Silicat Tên đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của TEA tới cường độ đá xi măng”

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của TEA tới cường độ đá xi măng”

Hàm lượng phụ gia khảo sát là: 0; 2; 3; 4; 5 phần vạn Xi măng đượcnghiền không dùng phụ gia, khống chế tỷ diện Blaine ở khoảng giá trị 3200 -

3500 ± 50 cm2/g Ảnh hưởng của phụ gia TEA tới cường độ đá xi măng đượcđánh giá khi được trộn trong quá trình tạo hồ xi măng Kết quả nghiên cứu chothấy, TEA có tác động tới cường độ đá xi măng do sự tác động trực tiếp của TEAtới quá trình hydrat hóa xi măng, cụ thể là hàm lượng TEA là 3 phần vạn (so vớikhối lượng xi măng) cải thiện cường độ tuổi 1 ngày của đá xi măng

Hà Nội, ngày 17 tháng 8 năm 2023

Sinh viên

Trương Nguyệt Hảo

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Đặt vấn đề 1

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

Mục tiêu của đề tài 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2

1.1 Tổng quan về xi măng 2

1.1.1 Khái niệm 2

1.1.2 Phân loại xi măng 3

1.1.3 Thành phần khoáng của clanhke xi măng Pooclăng 4

1.1.4 Quá trình thủy hóa của xi măng Pooc lăng: 10

1.2 Tổng quan về phụ gia gốc alkanolamine 13

1.2.1 Khái niệm về phụ gia trợ nghiền 13

1.2.2 Phân loại 13

1.2.3 Ảnh hưởng của các chất trợ nghiền gốc tới tính chất cơ lý của sản phẩm xi măng 16

1.3 Phụ gia TEA 26

1.3.1 Giới thiệu về TEA 26

1.3.2 Ảnh hưởng của TEA đến cường độ xi măng 27

1.4 Kết luận tổng quan 30

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 33

2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 33

2.1.1 Nguyên liệu 33

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 34

2.1.3 Sơ đồ nghiên cứu 35

2.2 Các phương pháp nghiên cứu 36

2.2.1 Quá trình gia công, tạo mẫu: 36

2.2.2 Xác định cường độ nén (Phương pháp phi tiêu chuẩn) 39

2.2.3 Xác định khối lượng mất sau nung 39

2.2.4 Xác định đường cong thay đổi nhiệt độ của hồ xi măng 40

2.2.5 Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 41

2.3 Kết quả và thảo luận: 41

2.3.1 Cường độ nén của các mẫu đá xi măng: 41

2.3.2 Khối lượng mất khi sấy, nung: 48

2.3.3 Đường cong thay đổi nhiệt độ của hồ xi măng 54

2.3.4 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 55

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

3.1 Kết luận 56

3.2 Kiến nghị 56

CHƯƠNG 4 PHỤ LỤC 57

4.1 Cường độ nén của các mẫu đá xi măng: 57

4.1.1 Giai đoạn 1 57

4.1.2 Giai đoạn 2 58

4.2 Khối lượng mất khi sấy/nung 59

CHƯƠNG 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Đường cong sinh nhiệt [6] 10

Hình 1.2: Sự thay đổi cường độ nén là một hàm của liều lượng chất trợ nghiền [17] 17

Hình 1.3: Độ bền uốn thay đổi theo liều lượng của chất trợ nghiền khác nhau [17] .17

Hình 1.4: Ảnh SEM của vữa xi măng sau 28 ngày 17

Hình 1.5 Cường độ nén theo các chất trợ nghiền khác nhau [25] 19

Hình 1.6: So sánh cường độ nén (MPa) khi thêm các chất trợ nghiền khác nhau và sự kết hợp của chúng [26] 19

Hình 1.7: Cường độ nén của hồ xi măng sau 3 ngày và 28 ngày khi không sử và sử dụng chất trợ nghiền [27] 20

Hình 1.8: Ảnh SEM sản phẩm thủy hóa của hồ xi măng sau 3 ngày ở mẫu trắng (a) và mẫu sử dụng chất trợ nghiền (b) [25] 21

Hình 1.9: Ảnh SEM sản phẩm thủy hóa của hồ xi măng sau 28 ngày ở mẫu trắng (a) và mẫu sử dụng chất trợ nghiền (b) [25] 21

Hình 1.10: Cấu trúc phân tử của triethanolamine [34] 26

Hình 1.11: Cường độ nén của vữa xi măng với trợ nghiền TEA và GLY 29

Hình 1.12: Cường độ nén của vữa xi măng với trợ nghiền TEA và GLY và phụ gia siêu dẻo 29

Hình 1.13 : Cường độ nén của LC3-50 kết hợp 200ppm của TEA và DEIPA 30

Hình 2.1: Sơ đồ thực nghiệm nghiên cứu 35

Hình 2.2 Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (độ mịn 3400 ± 50 cm2/g).41 Hình 2.3 Cường độ nén mẫu đá xi măng 7 ngày tuổi (độ mịn 3400 ± 50 cm2/g).42 Hình 2.4: Cường độ nén của các mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (độ mịn 3500 ± 50 cm2/g) 43

Hình 2.5: Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (R1) 45

Hình 2.6 Cường độ nén mẫu đá xi măng 3 ngày tuổi (R3) 46

Hình 2.7: Cường độ nén mẫu đá xi măng 7 ngày tuổi (R7) 47

Hình 2.8: Phần trăm khối lượng mẫu còn lại khi sấy và nung tương ứng của mẫu hồ xi măng thủy hóa 1 ngày tuổi (%) 50

Hình 2.9: Phần trăm khối lượng mẫu còn lại khi sấy và nung tương ứng của mẫu hồ xi măng thủy hóa 7 ngày tuổi (%) 52

Hình 2.10: Đường cong thay đổi nhiệt độ hồ xi măng trong 24h 54

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clanhke xi măng Pooc lăng 4

Bảng 1.2: Chất trợ nghiền hữu cơ sử dụng phổ biến [13] 14

Bảng 1.3: Chất trợ nghiền vô cơ sử dụng phổ biến [13] 15

Bảng 1.4: Tính chất cơ lý của xi măng không có và có 0.015% alkanolamine khác nhau được nghiền trong 25 phút [24] 18

Bảng 1.5: Thành phần hóa học của xi măng Pooc lăng [29] 22

Bảng 1.6: Thành phần pha và tỷ diện Blaine của xi măng Pooc lăng [29] 22

Bảng 1.7: Độ tinh khiết của các alkanolamine tổng hợp được [29] 22

Bảng 1.8: Cường độ nén của các mẫu vữa xi măng [29] 23

Bảng 1.9: Tính chất cơ lý của xi măng với các loại và các liều lượng của các chất trợ nghiền khác nhau [34] 27

Bảng 1.10: Tính chất cơ lý của xi măng với loại và hàm lượng chất trợ nghiền khác nhau [20] 28

Bảng 2.1: Thành phần hóa của clanhke xi măng 33

Bảng 2.2: Thành phần khoáng của clanhke 33

Bảng 2.3: Lượng phụ gia 36

Bảng 2.4: Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (độ mịn 3400 ± 50 cm2/g) .40

Bảng 2.5 Cường độ nén mẫu đá xi măng 7 ngày tuổi (độ mịn 3400 ± 50 cm2/g) 42 Bảng 2.6: Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (độ mịn 3500 ± 50 cm2/g) .43

Bảng 2.7: Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (R1) 44

Bảng 2.8 Cường độ nén mẫu đá xi măng 3 ngày tuổi (R3) 46

Bảng 2.9 Cường độ nén mẫu đá xi măng 7 ngày tuổi (R7) 47

Bảng 2.10: Quá trình hóa lý xảy ra tại các khoảng nhiệt độ khi sấy/nung xi măng [30] 48

Bảng 2.11: Phần trăm khối lượng mẫu còn lại khi sấy và nung tương ứng của mẫu hồ xi măng thủy hóa 1 ngày tuổi (%) 49

Bảng 2.12: Độ lệch chuẩn phần trăm khối lượng mẫu MKN của mẫu hồ xi măng thủy hóa 1 ngày tuổi (%) 49

Bảng 2.13: Tốc độ MKN trong khoảng nhiệt độ của mẫu hồ xi măng thủy hóa 1 ngày tuổi [(%MKN/oC)*10-4] 50

Bảng 2.14: Phần trăm khối lượng mẫu còn lại khi sấy và nung tương ứng của mẫu hồ xi măng thủy hóa 7 ngày tuổi (%) 52

Bảng 2.15 Độ lệch chuẩn phần trăm khối lượng mẫu MKN của mẫu hồ xi măng thủy hóa 7 ngày tuổi (%) 52 Bảng 2.16: Tốc độ MKN trong khoảng nhiệt độ của mẫu hồ xi măng thủy hóa 7

Bảng 4.1: Giá trị cường độ nén mẫu 1 ngày tuổi (Độ mịn 3300± 50 cm2/g ) 57

Bảng 4.2: Giá trị cường độ nén mẫu 1 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g ) 57

Bảng 4.3: Giá trị cường độ nén mẫu 7 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g ) 57

Bảng 4.4: Giá trị cường độ nén mẫu 1 ngày tuổi (Độ mịn 3500± 50 cm2/g ) 58

Bảng 4.5: Giá trị cường độ nén mẫu 1 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g ) 58

Bảng 4.6: Giá trị cường độ nén mẫu 3 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g ) 58

Bảng 4.7: Giá trị cường độ nén mẫu 7 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g ) 59

Bảng 4.8: Bảng số liệu đo khối lượng MKN ở các nhiệt độ khảo sát của mẫu hồ xi măng thủy hóa 1 ngày với các hàm lượng TEA nghiên cứu 59

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

R1 Cường độ nén 1 ngày tuổi

R3 Cường độ nén 3 ngày tuổi

R7 Cường độ nén 7 ngày tuổi

SEM Hiển vi điện tử quét

DSC Nhiệt lượng quét vi sai

TG Phân tích nhiệt trọng lượng

TIPA Tri-isopropanolamine

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Cường độ là một trong những tính chất quan trọng của xi măng.Cường độ của đá xi măng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, tuynhiên lại phụ thuộc chính vào khả năng thủy hóa của bản thân xi măng đó

Để có thể cải thiện cường độ của đá xi măng, tác động vào khả năng thủyhóa của xi măng là yếu tố quan trọng Đã có nhiều loại phụ gia đượcnghiên cứu thêm vào xi măng trong đó phụ gia gốc alkanolamine được đềcập đến với khả năng cải thiện quá trình thủy hóa của xi măng

TEA là một phụ gia gốc alkanolamine được đưa vào nghiên cứu phổbiến, là một phụ gia có ảnh hưởng nhạy cảm về liều lượng Điều này cóthể do sự khác nhau về độ tinh khiết của phụ gia, loại xi măng, điều kiệnmôi trường, … Do đó, việc sử dụng TEA vẫn dựa trên kiến thức thựcnghiệm

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng của đề tài là sự ảnh hưởng của phụ gia TEA tới cường độcủa đá xi măng

Phạm vi nghiên cứu: So sánh cường độ của đá xi măng có TEA theohàm lượng (0, 1, 2, 3, 4, 5 phần vạn) và theo thời gian (1, 3, 7 ngày tuổi)

So sánh khối lượng mất khi sấy/nung của các mẫu đá xi măng

Mục tiêu của đề tài

Khảo sát sự ảnh hưởng của TEA tới cường độ của đá xi măng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về xi măng

1.1.1 Khái niệm

Xi măng: Là chất kết dính thủy ở dạng bột mịn, khi trộn với nước

thành dạng hồ dẻo có khả năng đóng rắn trong không khí và nước nhờphản ứng hóa lý, thành vật liệu dạng đá [1]

Clanhke xi măng pooc lăng: Là clanhke xi măng có chứa chủ yếu

các khoáng calci silicat, calci aluminat và calci fero aluminat với tỷ lệ xácđịnh [1]

Xi măng pooc lăng: Là xi măng được nghiền mịn từ clanhke xi

măng pooc lăng với lượng thạch cao cần thiết Có thể sử dụng phụ giacông nghệ nhưng không quá 1% so với khối lượng clanhke [1]

Thạch cao: Là vật liệu đá thiên nhiên hoặc nhân tạo có chứa khoáng

CaSO4.H2O được sử dụng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của

hồ xi măng cũng như làm tăng cường độ của đá xi măng Thạch cao nhântạo được sử dụng trong sản xuất xi măng là thạch cao PG (Phospho Gyps)thải từ quá trình sản xuất phân bón hóa chất và thạch cao FGD (Flue GasDesulfurization) thu hồi từ quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệtđiện Thạch cao dùng để sản xuất xi măng có chất lượng theo TCXD168:1989

Khoáng clanhke: Khoáng tổng hợp chiếm thành phần chính trong

clanhke, được hình thành trong quá tình nung clanhke [1]

Pha clanhke: Các hợp phần tạo thành clanhke ở dạng dung dịch rắn

trên cơ sở các khoáng clanhke, pha thủy tinh và các oxit riêng biệt [1].Ngày nay, có rất nhiều loại phụ gia được sử dụng trong công nghệsản xuất xi măng, nhưng chủ yếu là các nhóm phụ gia sau [2]:

Phụ gia công nghệ: Là phụ gia được đưa vào trong quá trình nghiền

xi măng để cải thiện quá trình công nghệ, tính chất của xi măng (chất trợ nghiền, kỵ ẩm, …)

Phụ gia kỹ ẩm: Là phụ gia công nghệ được đưa vào trong quá trình nghiền

xi măng tạo thành màng bao quanh hạt xi măng, làm giảm tính hút ẩm của

xi măng, nhờ đó kéo dài thời gian bảo quản xi măng

Phụ gia trợ nghiền: Là phụ gia công nghệ được đưa vào trong quá trình

nghiền nhằm cải thiện quá trình nghiền xi măng

Phụ gia khoáng hóa: Là hợp chất có trong tự nhiên hoặc nhân tạo

được đưa vào phối liệu để thúc đẩy sự hình thành các khoáng của clanhketrong quá trình nung luyện

Phụ gia khoáng: Là vật liệu vô cơ thiên nhiên hoặc nhân tạo pha

vào xi măng ở dạng nghiền mịn để đạt được chỉ tiêu chất lượng yêu cầu vàkhông gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng, bê tông và cốt thép.Phụ gia khoáng được chia làm 2 loại: phụ gia đầy và phụ gia khoáng hoạttính

Phụ gia đầy: Là phụ gia khoáng pha vào xi măng ở dạng nghiền mịn, chủ

yếu để cải thiện thành phần cỡ hạt và cấu trúc đá xi măng

Phụ gia khoáng hoạt tính: Là phụ gia khoáng được đưa vào xi măng ở

dạng nghiền mịn có tính chất thủy lực hoặc puzolan

Trên cơ sở clanhke XMP, người ta sản xuất ra xi măng pooclăng hỗnhợp (PCB) – là chất kết dính thủy, được sản xuất bằng cách nghiền mịnhỗn hợp clanhke xi măng Pooclăng với một lượng thạch cao cần thiết vàcác phụ gia khoáng, có thể sử dụng phụ gia công nghệ (nếu cần) trong quátrình nghiền Hàm lượng phụ gia công nghệ trong xi măng không lớn hơn1%; tổng lượng các phụ gia khoáng (không kể thạch cao) trong xi măngpooclăng hỗn hợp, tính theo khối lượng xi măng, không lớn hơn 40%,trong đó phụ gia đầy không quá 20% [2]

1.1.2 Phân loại xi măng

Xi măng có thể được phân loại theo các cách sau:

Theo cường độ nén: Xi măng mác cao: từ 50 Mpa trở lên, xi măng

mác trung bình: từ 30 đến 50 Mpa, xi măng mác thấp: nhỏ hơn 30 Mpa

Theo thành phần xi măng: Xi măng Pooc lăng (PC), xi măng Pooc

lăng hỗn hợp (PCB), xi măng Pooc lăng đá vôi (PCBLS): chỉ sử dụng phụ 3

gia khoáng là đá vôi, xi măng Pooc lăng puzolan (PCBPZ): chỉ sử dụng phụgia khoáng là phụ gia hoạt tính puzolan, xi măng Pooc lăng tro bay

(PCBFA): chỉ sử dụng phụ gia khoáng là tro bay, xi măng Pooc lăng xỉ lò

cao (PCBBFS): chỉ sử dụng phụ gia khoáng là xỉ lò cao, …

Theo tính chất đặc biệt: Xi măng bền sunfat, xi măng ít tỏa nhiệt,

xi măng đóng rắn nhanh, xi măng alumin, xi măng ít tỏa nhiệt, xi măng

xây trát, …

1.1.3 Thành phần khoáng của clanhke xi măng Pooclăng

Clanhke xi măng PC có cấu trúc phức tạp, có các khoáng ở dạng tinhthể và các hợp chất trung gian ở dạng dung dịch rắn và các pha vô định

hình Chất lượng clanhke phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học,

thành phần khoáng và công nghệ sản xuất

Thành phần hoá học của clanhke, biểu thị bằng hàm lượng % cácoxit có trong clanhke, thường dao động trong giới hạn sau:

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clanhke xi măng Pooc lăng

CaO = 63 – 67% Fe2O3 = 2,5 – 4% P2O5 tùy nguyên

liệu có thể có

Al2O3 = 4- 7% TiO2 < 0,3%

Clanhke xi măng Pooc lăng không phải là một sản phẩm đồng nhất

mà nó là tập hợp của nhiều khoáng khác nhau [3] Các oxit chính trong

clanhke trong quá trình nung đến khoảng nhiệt độ 1450oC sẽ phản ứng với

nhau tạo thành bốn khoáng chính ở dạng cấu trúc tinh thể dung dịch rắn

hoặc vô định hình là: C3S (Alit), C2S (Belit), C3A (aluminat) và C4AF

(ferit) Hàm lượng các khoáng trong clanhke xi măng Pooc lăng theo phần

trăm khối lượng thường nằm trong giới hạn sau:

C3S = 45 -70 %

C2S = 15 - 30%

C3A=5-10%

1.1.3.1 Quá trình thủy hóa Alit C 3 S (3CaO.SiO 2 ):

C3S là một khoáng chiếm hàm lượng cao nhất trong clanhke (45-70

% theo khối lượng), được tạo thành bởi phản ứng thiêu kết có mặt pha lỏng giữa khoáng C2S và CaO ở khoảng nhiệt độ 1250-1450oC:

C + C2S -> C3S

Khoáng C3S có nhiều dạng tồn tại khác nhau khi nhiệt độ thay đổi:

Là một khoáng khó nóng chảy, C3S tồn tại ở dạng cấu trúc tinh thể,chủ yếu là dạng đơn tà Tinh thể C3S có dạng hình lăng trụ tam giác (hoặcgiả lục giác) với kích thước 10 – 25 µm (có thể thô hơn, lên tới 50 – 60

µm tùy vào chế độ nung) C3S tinh khiết kém bền ở nhiệt độ thường, dễ bịphân hủy thành C2S và CaO tự do, vì vậy C3S trong clanhke tồn tại ở dạngdung dịch rắn Trong clanhke xi măng Pooc lăng công nghiệp, ngoài CaO

và SiO2, C3S còn chứa một lượng nhỏ (khoảng 3-4%) các nguyên tố ngoạilai (Al, Fe, Mg, Cr, Ti, S, P, Ba, Mn, Na, K có trong nguyên liệu) nằm xen

kẽ trong mạng lưới tinh thể Việc C3S tồn tại ở dạng dung dịch rắn sẽ giúpcho nó bền hơn C3S tinh khiết ở nhiệt độ thường, và nó được gọi làkhoáng alit

Tính chất của C 3 S trong xi măng:

Đóng rắn nhanh (nhưng chậm hơn C3S)

Tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn

Không bền trong môi trường sunfat

Tạo cường độ tuổi sớm và cường độ tuổi muộn cho xi măng

Thủy hóa [4]:

Khi tiếp xúc với nước, các hạt C3S ngay lập tức tham gia vào sựtương tác với nước và phản ứng rất mạnh Thành phần cuối cùng của cácsản phẩm phản ứng theo số liệu của các nhà nghiên cứu khác nhau nhưsau:

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3 CaO.2 SiO2.3 H2O + 3Ca(OH)2 + ∆H

3 CaO SiO2 + 3H2O = 2 CaO SiO2.2 H2O + Ca(OH)2 + ∆HSản phẩm ban đầu của quá trình hydrat hóa C3S là pha hydro silicatcanxi có dạng C3SHx Sau khoảng 2 – 6 h thì C3SHx chuyển thành hydrosilicat canxi thứ sinh có độ bazơ nhỏ, hình thể sợi dài, mảnh C2SH2 Sau

đó nếu nồng độ vôi giảm thì các hydro silicat canxi thứ sinh lại tiếp tụcphân hủy thành hydro silicat canxi có độ bazơ nhỏ hơn là CSH(B):

3 CaO SiO2 + xH2O → 3CaO SiO2.x H2O

3 CaO SiO2.x H2O → C2SH2 + Ca(OH)2

C2SH2 + H2O → CSH(B) + Ca(OH)2

Thông thường, các hydro silicat canxi ổn định tạo thành có tỷ lệ molC/S = 1.5–3.0

1.1.3.2 Quá trình thủy hóa Belit C 2 S (2CaO.SiO 2 ):

C2S là một khoáng chiếm xấp xỉ 15-30 % khối lượng clanhke, đượctạo thành bởi phản ứng pha rắn ở khoảng nhiệt độ 850-900oC như sau:

Tính chất của C 2 S trong xi măng:

Tạo cường độ tuổi muộn

Tỏa ít nhiệt khi đóng rắn

Bền trong môi trường sunfat

có trong clanhke Quá trình hydrat hóa của C2S thông thường theo sơ đồsau:

C2S → C2SH2→ CSH (B)

1.1.3.3 Quá trình thủy hóa Canxi Aluminat C 3 A (3CaO.Al 2 SO 3 ):

Là một khoáng chiếm xấp xỉ 5-10 % khối lượng clanhke Khoáng

C3A trong clanhke công nghiệp là hỗn hợp dung dịch rắn của khoáng C-Avới tỷ lệ C/A khác nhau: C3A, C5A3, C12A7, CA2, CA6, … trong đó C3A giữvai trò chủ đạo

C3A là khoáng có màu trắng xám, dễ nóng chảy với nhiệt độ nóngchảy xấp xỉ 1280oC Đặc điểm dễ nóng chảy của C3A hỗ trợ rất tốt choquá trình nung (vì tạo ra pha lỏng nóng chảy sớm, tăng diện tích tiếp xúcgiữa các pha rắn khiến quá trình chuyển khối, thiêu kết diễn ra thuận lợi).Việc giúp quá trình nung thuận lợi giúp cho việc tạo khoáng C3S dễ dànghơn, giảm nhiệt độ nung cần đạt tới cũng như thời gian nung

Tính chất của C 3 A trong xi măng:

Đóng rắn nhanh.

Tạo cường độ tuổi sớm cho xi măng

Có hoạt tính cao nhất trong 4 khoáng

Không bền trong môi trường sunfat

Tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn

Thủy hóa [4]:

Phản ứng hydrat của C3A diễn ra rất nhanh và sau 1 ngày đã đạt đến70÷80%, kết quả là tách ra các hydroaluminat canxi khác nhau và tạo ramột lượng nhiệt lớn

Sự thủy hóa của C 3 A khi không có mặt thạch cao (CaSO 4 ):

Khi C3A tiếp xúc với nước tạo thành các vỏ tơi xốp lớn từ các tinhthể hydro aluminat dạng tấm → không thể ngăn cản được sự thẩm thấucủa các phân tử nước vào hạt chưa hydrat

Ở nhiệt độ 25℃ có phản ứng sau:

3CaO.Al2O3 + H2O → 2CaO.Al2O3.8H2O (C2AH8) +

4CaO.Al2O3.xH2O (x=12÷19)Hoặc: 3CaO.Al2O3 + H2O →Al(OH)3 + C4AHx (x= 12÷19)

Thường khi độ ẩm môi trường cao thì giá trị của x nằm ở cận trên,còn khi độ ẩm môi trường dưỡng thấp thì giá trị x nằm ở cận dưới Nhưng

C2AH8 là một pha giả bền hình dạng như tiều cầu hình lục giác (tương tựC-H) Khi nhiệt độ >30℃ nó bị chuyển đổi thành hydragarnet khối lậpphương (C3AH6) và AH3

Sự thủy hóa của C 3 A khi có mặt thạch cao (CaSO 4 ):

Nếu trong nước có ion SO4 2- thì sản phẩm hydrat hóa C3A sẽ cóettringit là: 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O (Hydrocanxi trisunfo aluminat)hay 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O (Hydrocanxi monosunfo aluminat)

3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O Trongtrường hợp nếu các ion SO4 2-

trong dung dịch không đủ để liên kết với tất cảhydrocanxi aluminat thành ettrigit thì các tinh thể ettrigit và hydrocanxialuminat tương tác với nhau tạo thành hydrocanxi monosunfo aluminat:

2C3AH6 + 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O → 3(3CaO.Al2O3.CaSO4.32H2O) +

8H2OCác tinh thể ettringite hình kim hoặc hình lăng trụ tạo thành ở gần bề mặtcủa hạt C3A cũng như ở khoảng trống giữa các hạt Các tinh thể hydrocanximonosunfo aluminat có dạng tấm

Khi có mặt các ion SO4 2- tốc độ hydrat hóa của C3A bị chậm lại Vì vậy,việc điều chỉnh thời gian đông kết nhờ thạch cao chính là điều khiển tốc độhydrat hóa của C3A Các muối sunfat, clorit, nitrat… có thể định hướng làm thayđổi tốc độ hydrat hóa, hình thái và thành phần của các sản phầm hydrat hóa của

Khoáng C4AF có nhiệt độ nóng chảy xấp xỉ 1250oC, là khoáng dễnóng chảy nhất trong 4 khoáng chính của clanhke nên nó cũng có tác dụnggiống với C3A trong quá trình nung

Tính chất của C 4 AF trong xi măng:

Làm cho xi măng có cường độ thấp

Đóng rắn chậm

Tỏa ít nhiệt khi đóng rắn

Bền trong môi trường sunfat hơn C3A

Thủy hóa [4]:

Giống với C3A, tốc độ hydrat hóa bị chậm xuống khi có mặt C-H, mạnh hơn khi có thạch cao, ảnh hưởng lớn nhất khi có cả hai Sự hydrat

hóa chậm khi có mặt CaSO4 và Ca(OH)2 do sự hình thành một lớp AFt tại

bề mặt C4AF phản ứng được tăng tốc bằng cách nghiền mịn hơn và bằngcách nâng nhiệt độ của phản ứng [5]

Quá trình hydrat hóa C4AF:

C4AF + 13 H → C3AFH13

C4AF + 10H → C3AF(H)6 + C-H + FH3

Sản phẩm trung bình của quá trình hydrat hóa canxi alumoferrit códạng C2AF, dung dịch rắn cao sắt C4A1-xFxH19, gel Fe2O3 Tốc độ hydrathóa của C4AF ở giai đoạn đầu lớn, sau 3 ngày mức độ hydrat hóa củakhoáng đạt 50 - 70% Các hạt C4AF sau vài phút bị bao bọc bởi lớp vỏ từcác hydrat kết tinh nhỏ và gel hydroxit sắt Khi trộn C4AF với dung dịchnước chứa Ca(OH)2 và CaSO4 hòa tan ở giai đoạn đầu tạo thành cáchydrocanxisunfo aluminat trisunfo và dạng monosunfo chứa Fe2O3 ở dạngdung dịch rắn

a) Các pha còn lại của clanhke [4]:

Các pha còn lại của clanhke với hàm lượng nhỏ bao gồm:

Các oxit tự do: Các oxit tự do này gây mất ổn định thể tích (sau khoảng 10năm)

CaO + H2O  Ca(OH)2 + ΔV;V; MgO + H2O  Mg(OH)2 + ΔV;V.Pha thủy tinh: Bị hydrat hóa rất nhanh, tạo ra sản phẩm là C3AFH6 và họ hydro granat:

3CaO (Al, Fe)2O3.xSiO2.(6-2x)H2O

Oxit kiềm: Gây hiện tượng loang màu do oxit kiềm tác dụng với SiO2 tạo thành hợp chất tan, gây nứt vỡ, sùi cấu kiện

Khoáng chứa kiềm: KC23S12, NC8A3 là những khoáng hoạt tính, khi tan trong nước gây mất ổn định quá trình đóng rắn:

R2O + H2O  ROH; 2KOH + CaSO4  K2SO4 + Ca(OH)2

1.1.4 Quá trình thủy hóa của xi măng Pooc lăng:

Khi thêm nước vào, các phản ứng xảy ra chủ yếu là tỏa nhiệt, tức là các phản ứng tỏa nhiệt Chúng ta có thể nhận được dấu hiệu về tốc độ

phản ứng của các khoáng chất bằng cách theo dõi tốc độ sinh nhiệt bằngcách sử dụng một kỹ thuật gọi là phép đo nhiệt lượng dẫn truyền Một ví

dụ minh họa về đường cong phát triển nhiệt được tạo ra được biểu thị bêndưới [6]

Hình 1.1: Đường cong sinh nhiệt [6]

Quá trình hydrat hóa của hồ xi măng pooc lăng ở nhiều độ môitrường được mô tả theo các giai đoạn sau [5]:

Ngay sau khi trộn, C3A phản ứng với nước để tạo thành gel giàualuminat (giai đoạn I trong đường sinh nhiệt: “Giai đoạn phản ứng banđầu”) Gel phản ứng với sulfat trong dung dịch để tạo thành các tinh thểettringit nhỏ dạng que C3A phản ứng với nước tỏa nhiệt mạnh nhưngkhông kéo dài, thường chỉ vài phút và sau đó là khoảng thời gian vài giờtỏa nhiệt tương đối thấp (giai đoạn thứ II trong hình: “Giai đoạn thụđộng”) Phản ứng với khoáng ferit cũng bắt đầu nhanh chóng, nhưng sau

đó chậm lại, có thể là do một lớp gel hydroxit sắt hình thành, phủ lênkhoáng ferit và hoạt động như một rào cản, ngăn chặn phản ứng tiếp theo.Vào cuối giai đoạn II, khoáng alit và belit trong xi măng bắt đầutham gia phản ứng, với sự hình thành canxi silicat hydrat và canxihydroxit Điều này tương ứng với giai đoạn thủy hóa chính (giai đoạn III:

“Giai đoạn tăng tốc”), trong thời gian này, cường độ của hồ/vữa/bê tôngtăng lên Các hạt riêng lẻ phản ứng từ bề mặt vào trong và các hạt khan trở

nên nhỏ hơn Quá trình hydrat hóa C3A vẫn tiếp tục, vì các tinh thể mới được tiếp cận với nước.

Khoảng thời gian tăng nhiệt tối đa thường xảy ra trong khoảng từ 10– 20 giờ sau khi trộn và sau đó giảm dần (giai đoạn IV: “Giai đoạn giảmtốc”) Trong một hỗn hợp chỉ chứa xi măng pooc lăng và nước, hầu hết sựphát triển cường độ đã xảy ra trong vòng khoảng một tháng [6]

Cụ thể hơn, ta có thể lý giải quá trình thủy hóa xi măng như sau [7]:

1.1.4.1 Giai đoạn tiền cảm ứng

Khi đổ xi măng vào nước, nhanh chóng xảy ra sự hòa tan của các ion trongpha lỏng và tạo thành các pha hydrat hóa Kiềm sunphate tồn tại trong xi măng

sẽ hòa tan hoàn toàn trong vài giây, bao gồm các ion K+, Na+ và SO4 2- Calciumsunphat sẽ hòa tan cho đến khi đạt bão hòa, bao gồm ion Ca+ và các ion thêmvào SO4 2-

C3S hòa tan tương đối đồng đều và một lớp pha C-S-H kết tủa được hìnhthành trên bề mặt hạt xi măng Khi tỷ lệ CaO/SiO2 trong sản phẩm của quá trìnhhydrat hóa thấp hơn tỷ lệ CaO/SiO2 của C3S, sự hydrat hóa của pha này được kếthợp với việc tăng nồng độ Ca2+ và OH- trong pha lỏng Ở khoảng thời giantương tự, các ion silicat cũng được thêm vào trong pha lỏng, nồng độ luôn duytrì ở mức rất thấp Phần đã hydrat hóa của C3S ở giai đoạn tiền cảm ứng đượcduy trì thấp, hầu như khoảng 2÷10 giây

C3A hòa tan và phản ứng với các ion Ca2+ và SO4 2- có mặt trong pha lỏng,cho ta sản phẩm là ettringite (AFt) kết tủa trên bề mặt xi măng Lượng khoáng

C3A thủy hóa trong giai đoạn tiền cảm ứng thay đổi với các loại xi măng khácnhau khoảng từ 5÷25% Nồng độ của Al3+ được duy trì thấp nhất Pha ferritephản ứng tương tự C3A và tạo ra AFt AFt là pha góp phần lớn vào cường độnén tuổi sớm của xi măng

Chỉ một phần nhỏ của β-C2S phản ứng trong giai đoạn tiền cảm ứng, thuđược pha C-S-H và đóng góp vào nồng độ Ca2+ và OH- trong pha lỏng

Phản ứng hydrat hóa nhanh xuất hiện và giảm chậm dần dần do sự kết tủacủa các lớp sản phẩm hydrat hóa trên bề mặt hạt xi măng

1.1.4.2 Giai đoạn cảm ứng (1÷3 giờ)

sau giai đoạn tiền cảm ứng, tốc độ hydrat hóa của toàn bộ quá trình chậmxuống dáng kể với chu kì vài giờ, tất cả các khoáng clinker hydrat hóa rất chậm.Nguyên nhân là do lớp vỏ hydroxit không thấm nước Nồng độ Ca(OH)2 trongpha lỏng ở giai đoạn này đạt lớn nhất và bắt đầu giảm Nồng độ SO42- duy trìkhông đổi, khi một phần SO42- bị tiêu thụ để tạo thành pha AFt được thay thế bởi

sự tan của hàm lượng calcium sulphate thêm vào Điều này chỉ ra rằng kết thúcgiai đoạn cảm ứng và bắt đầu giai đoạn phản ứng chính do sự tạo mầm của phaC-S-H

1.1.4.3 Giai đoạn tăng tốc (sau khi trộn 3÷12 giờ):

Đây là giai đoạn quá trình hydrat hóa tăng trở lại và được kiểm soát bởiquá trình tạo mầm và phát triển các sản phầm hydrat hóa tổng hợp Tốc độhydrat hóa của C3S tăng và C-S-H(I) bắt đầu tạo thành Song song đó quá trìnhhydrat của khoáng C2S vẫn diễn ra Tinh thể Ca(OH)2 kết tủa từ pha lỏng cùngvới đó là nồng độ Ca2+ trong pha lỏng giảm Calcium sunphat khi nghiền cùngvới xi măng sẽ được hòa tan hoàn toàn với nồng độ SO42-trong pha lỏng bắt đầugiảm, do đó sự hình thành pha AFt cũng như sự hấp phụ SO42- được hình thànhtrên bề mặt pha C-S-H

1.1.4.4 Giai đoạn giảm tốc

Tốc độ hydrat hóa giảm xuống, phần vật liệu chưa phản ứng giảm vàtốc độ của quá trình hydrat hóa được kiểm soát bằng quá trình khuếch tán.Pha C-S-H tiếp tục được tạo thành do phản ứng hydrat hóa cả C3S và β-

C2S vẫn tiếp tục diễn ra Quá trình hydrat hóa β-C2S giảm theo thời gian

và kết quả là tốc độ tạo Ca(OH)2 giảm Sau khi các ion từ calcium sunphatkhông còn, nồng độ SO42- trong pha lỏng giảm sẽ thu được pha AFt tạothành ở giai đoạn tiền cảm ứng sẽ phản ứng với dung dịch có chứa C3A và

C2(A, F) tạo thành monosunphate Monosunphate hay AFm có độ xốp cao

sẽ làm giảm cường độ của xi măng

1.2 Tổng quan về phụ gia gốc alkanolamine

1.2.1 Khái niệm về phụ gia trợ nghiền

Phụ gia trợ nghiền (Grinding aids – GA) là một loại phụ gia côngnghệ có nguồn gốc từ các chất vô cơ hoặc hữu cơ [8], được đưa vào trong

quá trình nghiền xi măng nhằm cải thiện quá trình nghiền của xi măng [9]

và tính chất cơ lý của sản phẩm xi măng

Trong công nghiệp xi măng Pooc-lăng, các chức năng của chất trợnghiền là giảm năng lượng cần thiết để nghiền clanhke đến độ mịn nhấtđịnh và tăng năng suất của máy nghiền ở năng lượng không đổi [10].Những mục tiêu này thường có thể đạt được với lượng phụ gia hữu cơtương đối nhỏ, thường dưới 0,1% Tuy nhiên, ngay cả ở liều lượng thấpnhư vậy, chất trợ nghiền có thể có những ảnh hưởng quan trọng đến cáctính chất của xi măng được sản xuất: tính lưu động của bột; tính chất lưubiến của hồ xi măng tươi; và diễn biến của phản ứng thủy hóa xi măng[10]

Chất trợ nghiền tăng khả năng phân tán các hạt, làm tăng lượng hạtmịn, làm tăng diện tích bề mặt một cách hiệu quả, tăng hiệu quả nghiền.Mặt khác, chất trợ nghiền ảnh hưởng đáng kể đến quá trình thủy hóa của

xi măng Một số chất làm giảm nhu cầu nước, trong khi các phụ gia khác ngược lại; có thể làm chậm hoặc làm tốc quá trình thủy hóa xi măng [10]

sử dụng chất trợ nghiền lỏng, chẳng hạn như chi phí cao do phụ thuộc vàotriethanolamine, không thể vượt qua giới hạn trên của khả năng hỗ trợnghiền (thường chỉ cải thiện sản lượng của máy nghiền khoảng 10% -20%), vấn đề chọn lọc với hỗn hợp xi măng, vấn đề tương thích với phụgia bê tông, độ mặn lớn ảnh hưởng xấu đến độ bền của bê tông [11]

1.2.2.2 Chất trợ nghiền vô cơ và hữu cơ

Chất trợ nghiền có thể được chia thành nhóm các chất phụ gia vô

cơ hoặc hữu cơ Tuy nhiên, chúng chủ yếu được sử dụng như một hỗn hợpcác chất phụ gia khác nhau [12]

Các chất trợ nghiền hữu cơ được sử dụng phổ biến nhất trong côngnghiệp dựa trên triethanolanime (TEA), triisopropanolamine (TIPA), n–methyl-diisopropanolamine (MDIPA), glycerin, poly-cacboxylic ete(PCE), diethyl glycol (DEG) và propylen glycol [13]

Bảng 1.2: Chất trợ nghiền hữu cơ sử dụng phổ biến [13]

(TIPA)

(RDA)

Các chất trợ nghiền vô cơ cũng được sử dụng Nói chung các muối

vô cơ đa hóa trị được chứng minh làm tăng hiệu quả nghiền hơn các muốiđơn hóa trị Điều này được cho là do khả năng của các ion đa hóa trị đểtăng lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt và thúc đẩy quá trình khử kết tụ Cácchất trợ nghiền vô cơ như natri hydroxit, nước cũng được coi là chất tănghiệu quả nghiền tốt hơn nghiền khô [13]

15

Trong các thí nghiệm khác được báo cáo, việc sử dụng các chấtlỏng không phân cực như cacbon tetraclorua (CCl4) và metyl-xyclohexan(như một GA hữu cơ)

Bảng 1.3: Chất trợ nghiền vô cơ sử dụng phổ biến [13]

1.2.3 Ảnh hưởng của các chất trợ nghiền gốc tới tính chất cơ lý của sản

phẩm xi măng

Ảnh hưởng của liều lượng khác nhau của chất trợ nghiền sử dụng

Từ bảng 1.4 cho thấy diện tích bề mặt riêng tăng lên và kích thướcsót sàng 45 μm giảm xuống khi hàm lượng GA tăng lên (đối với liềum giảm xuống khi hàm lượng GA tăng lên (đối với liềulượng <0.03%) Ở liều lượng GA trên 0.03%, diện tích bề mặt riêng và sótsàng 45 μm giảm xuống khi hàm lượng GA tăng lên (đối với liềum chỉ thay đổi một chút Điều này chứng tỏ rằng, giá trị liềulượng GA = 0.03% là điểm của liều lượng bão hòa Ở liều lượng vượt quáliều lượng bão hòa, hiệu quả nghiền không còn được tăng cường [14]

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để xác định mối tương quan giữa sựphân bố kích thước hạt với tính chất của xi măng Báo cáo cho rằng cường độ bịảnh hưởng rất nhiều bởi kích thước hạt trong khoảng 3-30 μm giảm xuống khi hàm lượng GA tăng lên (đối với liềum, trong khi các hạtlớn hơn 60 μm giảm xuống khi hàm lượng GA tăng lên (đối với liềum chỉ có “hiệu ứng làm đầy” và thực tế không góp phần gì vào sựphát triển cường độ [15,16] Các nghiên cứu về xi măng Pooc lăng đã chỉ ra rằng,đối với diện tích về mặt riêng bằng nhau, xi măng có phân bố hạt hẹp có cường

độ tiêu chuẩn cao hơn rõ rệt so với xi măng có phân bố rộng và nghiên cứu chorằng khoảng 15-32 μm giảm xuống khi hàm lượng GA tăng lên (đối với liềum là khoảng kích thước hạt quyết định để phát triển cường

Hình 1.2: Độ bền uốn thay đổi theo Hình 1.3: Sự thay đổi cường độ nén liều lượng của chất trợ nghiền khác là một hàm của liều lượng chất trợ

Hình 1.15 và Hình 1.16 cho thấy rõ ràng cường độ uốn và cường

độ nén là tối ưu cho xi măng ở liều lượng 0.03% Ở liều lượng vượt quá

17

0.03%, cường độ uốn và cường độ nén bắt đầu giảm Điều này cho thấy,

sự phân bố cỡ hạt tối ưu góp phần rất lớn vào việc nâng cao cường độ chovữa xi măng [17]

Hình 1.4: Ảnh SEM của vữa xi măng sau 28 ngày

Hình 1.17 cho thấy hình thái của xi măng mẫu B có sự lỏng lẻo vànhiều lỗ hổng hơn, đồng thời có thể nhìn thấy các khối ettringite tròn nhỏhơn Trong cùng một thời gian hydrat hóa, hình thái của xi măng GA hoàntoàn khác: có thể nhìn thấy các khối hình kim lăng trụ và tròn nhỏ hơn.Hơn nữa, nhiều tinh thể giống như kim của ettringite có khả năng có kíchthước khác nhau có mặt ở khắp nơi Điều này có thể giải thích cho ximăng GA có cường độ cao hơn xi măng B như hình 1.15 và hình 1.16.Trong bài nghiên cứu của Weifeng Li và các cộng sự cho thấy độmịn của xi măng được biết đến là một thông số quan trọng đối với tínhchất của nó [18,19] Lượng nước cần thiết để có độ đặc bình thường, thờigian đông kết và độ đậm đặc được thể hiện trong bảng 7.2.1 Do việc bổsung các alkanolamine, lượng nước cần thiết sẽ tăng lên để có độ đặc bìnhthường So với xi măng trắng, thời gian đông kết ban đầu và cuối cùnggiảm nhẹ đối với xi măng có alkanolamine, đặc biệt là TEA và DEIPA.TEA đã được sử dụng như một thành phần của phụ gia cho xi măngPortland trong nhiều năm [20], thường được thêm vào với liều lượng thấpnhư một chất xúc tác do nó tăng tốc phản ứng C3A Do đó, DEIPA có thểthay thế TEA làm chất tăng tốc cho xi măng Portland Trong trường hợpcủa TIPA, nó đã được báo cáo là tăng khoảng 15% thời gian đông kết[20] Tuy nhiên, một lượng nhỏ TIPA làm giảm nhẹ thời gian đông kếttrong công việc này TEA ảnh hưởng đáng kể đến cường độ nén của hồ xi măng sau 3ngày, trong khi TIPA cải thiện đáng kể cường độ nén sau 28 ngày TIPA có thể tồn tạitrong dung dịch trong một khoảng thời gian đủ và xúc tác quá trình thủy hóa ferit đểtạo thành canxi sulfoaluminat hydrat sau khi tất cả thạch cao tự do đã được tiêu thụ[21,22] TEA chủ yếu được hấp phụ trên bề mặt portlandite trong những giờ đầu tiêncủa quá trình

thủy hóa và tăng tốc độ thủy hóa của C3A, nhưng TIPA không hấp phụ[21,23] Do đó, TEA đóng góp lớn hơn vào cường độ nén sớm, trong khiTIPA chủ yếu ảnh hưởng đến cường độ nén muộn Ngoài ra, như vớiTIPA, THEED thể hiện tác động đáng kể đến cường độ nén muộn Cácalkanolamine mới (DEIPA và EDIPA) khác với TEA, TIPA và THEED.Các alkanolamine mới không chỉ tăng cường độ nén tuổi sớm mà cảcường độ nén tuổi muộn [24]

Bảng 1.4: Tính chất cơ lý của xi măng không có và có 0.015% alkanolamine khác

nhau được nghiền trong 25 phút [24]

Lượng Thời gian Thời gian Cường độ Cường độ Các loại nước tiêu bắt đầu kết thúc nén ở 3 nén ở 28

Hình 1.5 Cường độ nén theo các chất trợ nghiền khác nhau [25]

Hình 1.6: So sánh cường độ nén (MPa) khi thêm các chất trợ nghiền

khác nhau và sự kết hợp của chúng [26]

Theo nghiên cứu của Jianyu Yang và các cộng sự [27] Hình 1.20: thểhiện ảnh hưởng của chất trợ nghiền đến cường độ nén của xi măng khi liềulượng chất trợ nghiền là 0,03% Với việc bổ sung GA1 và GA2, cường độnén của hồ xi măng tham chiếu được cải thiện đáng kể trong 3 ngày và 28ngày Do PC chậm đông nên cường độ xi măng giảm nhẹ sau 3 ngày Tuynhiên, cường độ nén sau 28 ngày vẫn tăng so với mẫu xi măng tham chiếu,việc bổ sung GA1 và GA2 dẫn đến tăng cường độ ban đầu của xi măng lầnlượt là 6,8 MPa và 6,1 MPa, và cường độ sau này của xi măng là 5,9 MPa và7,7 MPa Nói một cách dễ hiểu, GA1 và GA2, với tư cách là chất trợ nghiền,thuận lợi hơn cho sự phát triển cường độ xi măng

[27] Lượng hạt 3~32 µm tăng lên đáng kể là một trong những lý do chính giúp tăng cường độ bền [28,25].

Hình 1.7: Cường độ nén của hồ xi măng sau 3 ngày và 28 ngày

khi không sử và sử dụng chất trợ nghiền [27]

Ngoài ra chất trợ nghiền cũng ảnh hưởng rất nhiều đến khả năngthủy hóa của xi măng Ảnh SEM của sản phẩm thủy hóa hồ xi măng sau 3ngày và 28 ngày được thể hiện tương ứng trong hình 1.21 và hình 1.22

Có thể thấy từ hình 1.21 rằng cấu trúc sản phẩm thủy hóa của xi măngtrắng sau 3 ngày tương đối lỏng lẻo và có nhiều lỗ xốp hơn Gel C – S – H

vô định hình được phân bố không đều trong cấu trúc thủy hóa và mộtlượng nhỏ Ca(OH)2 phân lớp có thể nhìn thấy mờ Mặc dù cấu trúc sảnphẩm thủy hóa của xi măng với NaAlu/GMP ở 3 ngày cũng tương đốilỏng lẻo, nhưng cấu trúc của nó có nhiều sản phẩm thủy hóa hơn, và C – S– H và Ca(OH)2 trong cấu trúc thủy hóa chồng lên nhau để tạo thành một

vi cấu trúc ổn định hơn Có thể thấy từ hình 1.22 rằng các sản phẩm thủyhóa của xi măng trắng ở 28 ngày có một số lượng lớn gel C – S – H vôđịnh hình kết bông, không thể xác định được hình thái của chúng và cấutrúc tương đối đặc Quá trình thủy hóa xi măng với NaAlu/GMP triệt đểhơn và cấu trúc hồ được lấp đầy hoàn toàn bằng sản phẩm thủy hóa Đá ximăng, có rất ít lỗ rỗng, được hình thành liền khối, sau đó cấu trúc của sảnphẩm thủy hóa trở nên chắc chắn Tính đồng nhất và chặt chẽ của cấu trúc

là lý tưởng và hầu như không có liên kết yếu Điều này là do hợp chấtalumin không chỉ tăng cường hiệu quả nghiền mà còn thúc đẩy phản ứngthủy hóa của xi măng [25]

Hình 1.8: Ảnh SEM sản phẩm thủy hóa của hồ xi măng sau 3 ngày ở

mẫu trắng (a) và mẫu sử dụng chất trợ nghiền (b) [25]

Hình 1.9: Ảnh SEM sản phẩm thủy hóa của hồ xi măng sau 28 ngày ở

mẫu trắng (a) và mẫu sử dụng chất trợ nghiền (b) [25]

Trong nghiên cứu này, Zhiqiang Xu cùng các cộng sự đã nghiên cứu sự ảnhhưởng của sáu loại alkanolamine (TEA, TIPA, DEIPA, EDIPA, THEED vàTHPED) tới quá trình thủy hóa và đóng rắn của xi măng [29]

Ảnh 1: Công thức phân tử của các alkanolamine được tổng hợp [29]

Điều kiện thí nghiệm:

Clanhke xi măng (CEM I) được sản xuất bởi Wuxi Tianshan Cement Co,không có bất kỳ chất trợ nghiền hoặc phụ gia nào, sau đó được trộn với 5% thạchcao trong máy nghiền clanhke

Thành phần hóa học và bề mặt cụ thể của Blaine, được liệt kê trong bảng

Bảng 1.5: Thành phần hóa học của xi măng Pooc lăng [29]

354 m

Bảng 1.7: Độ tinh khiết của các alkanolamine tổng hợp được [29]