Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 8 - ĐH Bách khoa TP.HCM

Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 8: Xi-măng và phụ gia khoáng thay thế cho xi-măng trình bày các nội dung: Vai trò, ý nghĩa; một số loại phụ gia khoáng thay thế xi-măng; tính chất, ảnh hưởng. Mời các bạn cùng tham khảo.

Trang 1

Vật Liệu Xây Dựng

( Construction Materials )

Bộ môn Vật liệu Silicat

Khoa Công Nghệ Vật Liệu

Đạ i học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

VLXD-Xi-măng và phụ gia cho xi-măng 8-2

Xi-măng và phụ gia khoáng thay thế cho xi-măng

Xi-măng Portland, NHỮNG NHẮC LẠI

Mtons of cement

Nguồn : USGS Mineral Commodity summaries 2012

Dự đoán sản xuất và tiêu thụ XM

Nguồn: European Cement Research Academy (2006)

Trang 2

Qui trình công nghệ sản xuất

Mỏ nguyên

liệu Gia công nghiền, đồng nhất thành phần Nung lò quay

Tạo và ủ clinker Nghiền xi- măng

Đá vôi

Quartz Sét Quặng sắt

Klg

Thời gian nung trong lò

Aluminat Pha lỏng

LÒ QUAY

Phối liệu di chuyển theo nhiệt độ nung tăng dần

Sấy Calciner

Biến đổi hóa lý

Phản ứng tạo khoáng

Làm nguội

SP Clinker xi-măng Portland

C3S, Alite C2S, Belite Các pha C3A, C4AF

và phần pha lỏng, thủy tinh khi nung chảy

Nghiền clinker + thạch cao

Clinker PG thạch cao

TP khác

- Phụ gia công nghệ, trợ nghiền

- Phụ gia đầy,Phụ gia khoáng làm thành phần thay thế clinker XM

Trang 3

Kiểm soát độ mịn nghiêm ngặt

Blaine, 3200-3700 cm2/g

Loại khác

4000-5000 cm2/g

hoặc 2000-3000 cm2/g

Chất lượng xi-măng

% tích lũy

Chủ yếu 10-50µm

GiỚI HẠN SÓT SÀNG

TCVN 4030-85

tự do

Cặn ko tan

59%

13%

9%

Kiểm soát để tránh hiện tượng trương nở

40-60%

15-35%

4-14%

10-18%

MgO 4%; CaO tự do 1,5%

XRF

THỦY HÓA

59% Ca3SiO5 C3S 13% Ca2SiO4 C2S 9% Ca3Al2O6 C3A 9% Ca 4 (Al,Fe) 2 O 10 C 4 AF

C-S-H + CH

C 6Ŝ3 AH 32 + C 4ŜAH 12

Nước

Nhào trộn Thi công,

đổ khuôn

Ma trận sp CSH

Lỗ rỗng

Tỉ lệ N/X Tính công tác, phụ gia hóa học

THỦY HÓA

Biến dạng, co ngót

Nứt, gãy Cường độ

Tính bền

Trang 4

Biểu hiện thông qua nhiệt phản ứng

Hòa tan P.ứ xảy

ra rất chậm

P.ứ

nhanh tạo CH, CSH

P.ứ chậm dần tiếp tục tạo CH, CSH

tgian

24hrs

Cấu trúc sp thủy hóa

Lỗ rỗng

Cốt liệu

C-S-H ngoài dung dịch C-S-H trên bề mặt

Hạt XM khan, chưa thủy hóa Các C-H

Trang 5

C3A

r ắ n

Hòa tan,

hấp thụ

một phần

SO 4

-P.ứ xảy ra rất

chậm

P.ứ tạo ettringite

tgian P.ứ tạo ettringite+C3A tạo monosulfate

Ettringite

Monosulfate

7 ngày

24 giờ 10ph

48%

14%

11%

16%

# 3% không pứ

hưởng của nhiệt độ

tgian

Nhiệt p.ứ

tỏa ra

C-S-H, T<20 0 C C-S-H, T<90 0 C C-S

C-S-H càng đặc chắc ở T cao, khoảng

70 0 C <T<100 0 C

BẢO DƯỠNG

Trang 6

PHỤ GIA KHOÁNG HỌẠT TÍNH

CHO XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG

Blast

Xỉ lò cao

Clinker

+

Thạch cao

limestone

Pozzolan tự nhiên, đá vôi

Fly Ash

Tro bay

Tổng quan

1 Phân loại phụ gia cho xi măng và bê tông

Phụ gia cho xi măng và bê tông được chia làm 3 nhóm chính:

- Phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT)

- Phụ gia hóa học (Phụ gia hóa dẻo hay siêu dẻo).

- Phụ gia đầy

Là những phụ gia khi sử dụng với xi măng portland làm tăng

một số tính chất của quá trình đóng rắn xi măng (tính thủy lực)

hoặc có hoạt tính pozzolanic, hoặc có cả hai tính chất trên.

Cơ chế hoạt tính

alumosilicat ở có kích thước hạt rất bé, khi có mặt ẩm thì

trình hydrate hóa xi măng) tạo thành những hợp chất có tính chất như sp thủy hóa của xi măng.

- Phụ gia khoáng hoạt tính khi sử dụng cho bê tông thông thường có hàm lượng không vượt quá 60%.

thủy lực Tính thủy lực của phụ gia càng cao khi hàm

lượng CaO trong phụ gia càng cao.

Trang 7

Thành phần, nguồn gốc

PGKHT có thành phần chủ yếu SiO2, Al2O3 hoạt tính hoặc Al2O3,2SiO2 và

CaO

SiO2, Al2O3 hoạt tính,Al2O3 2SiO2 + H2O, Ca(OH)2→CSH, CAH bền vững

và làm tăng cường độ của đá xi măng

Lấp đầy các khoảng trống do các hạt cốt liệu, các lỗ trống do quá trình

mất nước của gel để lại

PGKHT và nguồn gốc:

- Tro bay loại C (nhiệt điện)

- Meta-Kaolanh (khoáng kaolinite tự nhiên)

- Silica-Fume (khói silic lò điện)

- Tro bay loại F (nhiệt điện)

- Xỉ (luyện thép)

- Đá phiến nung (đá vôi phiến tự nhiên)

THÀNH PHẦN HÓA PHỤ GIA KHOÁNG

0,3

— 1,9

0,6 6,3

2,2 Khác

0,4

— 2,2

0,4 0,7

2,0

K 2 O

0,05

— 0,5

0,3 5,8

1,0

Na 2 O

0,1 0,4

0,4 9

4,1 0,8

SO 3

0,1 8

1,6 40

21 5

CaO

0,5 8

0,4 1

6 11

Fe 2 O 3

43 20

0,4 12

18 23

Al 2 O 3

53 50

90 35

35 52

SiO 2

Meta-kaolin

Đá phiến nung Silica fume

Xỉ lò cao Tro bay

loại C

Tro bay loại F

% klg

VLXD-Xi-măng và phụ gia cho xi-măng 8-27 VLXD-Xi-măng và phụ gia cho xi-măng 8-28

Một số chỉ tiêu

2,50 2,63

2,40 2,94 2,65

2,38

KL riêng

190,000 7300

200,000 4000

2000 -7000

(4200)

2000 -7000 (4200)

Blaine,

cm2/g

0,7 3,0

3,0 1,0 0,5

2,8 MKN, %

Meta-kaolin

Đá phiến nung

Silica fume

Xỉ lò cao

Tro bay loại C Tro bay loại F

7 - 10

15 - 35

5 - 10

30 - 45

15 - 40

15 - 20

Meta-kaolin

Đá phiến nung Silica fume

Xỉ lò cao Tro bay loại C

Tro bay loại F

Hàm lượng sử dụng, % xi măng

Trang 8

Chỉ số hoạt tính PGKHT

Mức độ hoạt tính của phụ gia khoáng hoạt tính được đánh giá

- Độ hút vôi, theo TCVN 3735-1982→ Thể hiện hoạt tính

pozzolanic thang đo YẾU – TRUNG BÌNH – MẠNH.

- Chỉ số hoạt tính cường độ IR,theo TCVN 6882-2001:

100

×

=

A

B

R

I Trong đó: - R B : Cường độ 28 ngày của hỗn hợp

gồm 80% ximăng và 20% phụ gia

- R A : Cường độ của xi măng

Gía trị I R < 75%, phụ gia không có hoạt tính

Hoặc trường hợp PGK hoạt tính cao TCVN 4315 – 2007, thay

thế 50%, yêu cầu gía trị I7ng

R> 55% và I28ng

R> 75%

Nhóm Pozzolan tự nhiên

- Hoạt tính chủ yếu pozzolanic, nhờ quá trình xử lý nhiệt hay

nghiền nguyên liệu aluminosilicat tư nhiên.

- Sét diatomite nung, opal, đá phiến nung, meta-kaolin, tro núi lửa,

đá pumit

- Không mang tính kết dính thủy lực

Meta-Kaolin SEM của Meta-Kaolin

3

-4 8 8 20 50

Đá phiến nung

1,5 2

0,2 0,5 1

4 29 58 Sét nung

0,7 0,4 0,05 0,1

0,1 0,5 43 53 Meta-caolanh

MKN

K2O

Na2O

SO3, CaO

Fe2O3

Al2O3 SiO2,

Oxít, %

Thành phần của một số phụ gia pozzolan tự nhiên

2,50 2,63

2,40 -2,61 Khối lượng riêng

190000 - 200000 7300

6500-13500 Diện tích bề mặt, cm2/g

≤10 5-10

15 – 35 Hàm lượng sử dụng, %

Meta-kaolin

Đá phiến nung

Đất sét nung Chỉ tiêu

Một số chỉ tiêu phụ gia pozzolan tự nhiên

Trang 9

Nhóm Pozzolan tự nhiên

- Làm tăng tính công tác của hỗn hợp bê tông

- Tăng khả năng bơm

- Giảm nhiệt thủy hóa của xi măng

- Có khả năng làm tăng cường độ (đặc biệt là

meta-kaolanh)

- Làm giảm phản ứng alkali silica với cốt liệu

Nhóm phụ gia xỉ

Slag

SEM của xỉ

- Kích thước hạt của xỉ thường < 45µm.

- Xỉ có thể là chất kết dính độc lập (sử dụng đến 75% với xỉ-XM)

PG xỉ

0,3- 0,5 0,3 –0,5

8 - 11

38 - 44

~ 1,0

10 -13

34 -37

%KL

K2O

Na2O

SO3 CaO

Fe2O3

Al2O3 SiO2

Oxit

PG Xỉ

Phân loại xỉ: theo ASTM C989

- Xỉ mác 80: có hoạt tính thấp.

- Xỉ mác 100: có hoạt tính trung bình

- Xỉ mác 120: có hoạt tính cao.

30 - 45%

2,85-2,95 4000-6000

<1,5

Hàm lượng sử dụng

Khối lượng riêng, g/ cm3

Diện tích bề mặt riêng, cm2/g MKN, %

Một số chỉ tiêu của xỉ

Trang 10

PG Xỉ

- Giảm lượng nước sử dụng

- Tăng thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết

- Giảm lượng nhiệt của quá trình hydrat hóa

- Giảm phản ứng akali – cốt liệu, tăng khả năng chống phản ứng

hóa học môi trường axit HCl

Nước tiêu chuẩn xi măng xỉ

20

20.5

21

21.5

22

22.5

23

23.524

24.5

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Hàm lượng xỉ, %

Thời gian đông kết xi măng xỉ

0 20 60 100 140 180 220 260 300 340

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Hàm lượng xỉ, %

Bắt đầu Kết thúc

PG Xỉ

C ấ u t rú c đ ặ c ch ắ c hơn khi có xỉ

PG Tro bay

SEM của tro bay

Fly Ash

- Là sản phẩm của quá trình cháy của nhiên liệu (than và các thành phần khác) trong các nhà máy nhiệt điện

- Thành phần chủ yếu là các SiO2, Al2O3pha thủy tinh và các oxít Fe2O3, CaO Trong tro bay hàm lượng pha tinh thể rất ít, có thể có mulite…

- Tro bay có cỡ hạt từ 1-100µm, cỡ hạt trung bình khoảng 20µm có dạng hình cầu hoặc hình cầu rỗng

- Có thể có tính thủy lực (loại C)

Trang 11

PG Tro bay

Loại F

Loại C 30- 38 15 - 20 5 - 8 20 - 28 3 - 5 4 - 7 < 1,3

1 - 4

1 - 2

< 1,5

< 8

8 - 15

20 - 26

48 - 55

%KL

K2O

Na2O

SO3 CaO

Fe2O3

Al2O3 SiO2

Oxit

Thành phần hóa của tro bay

Phân loại

Theo ASTM C618, tro bay được phân loại theo hàm lượng CaO và C dư

- Loại F: hàm lượng CaO ≤ 10% và C dư ≤ 5%

- Loại C: hàm lượng CaO có thể đến 30% và C dư ≤ 2%

PG Tro bay

15 – 40%

2,68

>4000

< 0,7 Loại C

Loại F

Tính chất

15 - 20%

~2,38

>4000

<3,5

Hàm lượng

sử dụng

Khối lượng riêng, g/ cm 3

Diện tích bề mặt riêng, cm 2 /g MKN, %

Một số chỉ tiêu của tro bay

-15 50

F

-10 50

C

-7 25

F

-5 25

C

Loại tro bay

Lượng nước sử dụng thay

đổi, %

Lượng tro bay, %lượng xi măng sử dụng

Ảnh hưởng PG tro bay đến lượng nước sử dụng

PG Tro bay

hỗn hợp bê tông

0,059 1,75

Không phụ gia

0,044 1,31

0,011 0,34

- Loại C

- Loại F

ml/cm 2

%

% độ giảm tách nước

Loại tro bay

- Loại F

- Loại C

—

— 5:30

4:15 Không phụ gia

1:15 0:35

6:45 4:50

0:45 0:25

6:15 4:40

Kết thúc Bắt đầu

Chênh lệch thời gian, giờ:phút Thời gian đông kết, giờ:phút

Loại tro bay

PG Tro bay

- Làm giảm nhiệt thủy hóa của xi măng

- Làm giảm khả năng phản ứng kiềm ASR

- Tăng khả năng chống ăn mòn do p.ứ hóa học của BT

Trang 12

PG Tro bay

tro bay và xỉ

PG Silica Fume

Tổng quan về silica fume

Silica fume

SEM của Silica fume

< 4

< 1,0

< 1,5 1,5 – 2,5

< 1,0

< 1,5

> 85

%KL

K2O

Na2O

SO3 CaO

Fe2O3

Al2O3

SiO 2

Oxit

Thành phần hoá của Silicafume

- Là sản phẩm của quá trình sản xuất sắt silic hoặc hợp kim fero silicon trong lò điện vòm EAF

PG Silica Fume

Phổ XRD của silica fume

Các hạt Silica fume chưa phản ứng trong ma trận sp thủy hóa

Chủ yếu chứa các SiO2 hoạt tính ở pha thuỷ

tinh và có cở hạt rất mịn dạng hình cầu, kích

thước từ 0,1 - 1µm, tức 1/100 hạt xi măng

PG Silica Fume

- Hoạt tính pozzolanic rất cao

- Không mang tính thủy lực.

- Khả năng lấp đầy lớn vì kích thước hạt bé, dễ phân tán

5-10%

~2,4

~200,000

< 5

Hàm lượng sử dụng

Khối lượng riêng, g/cm3

Diện tích bề mặt riêng, cm2/ g MKN, %

Trang 13

PG Silica Fume

- Tăng lượng nước nhào trộn.

- Gỉam khả năng tách nước, phân tầng của hỗn hợp vữa và bt

- Giảm p.ư ASR và tăng khả năng chống phản ứng hoá học

môi trường axit.

Ả nh hưởng của PGK đến t/c hỗn hợp bêtông

Tính chất

Tăng Tăng

Khả năng bơm

Không xác định

Không xác định Tăng

Tăng

Thời gian đông kết

Giảm Không xác

định Giảm

Giảm

Nhiệt tỏa của Hydration

Không xác định Giảm

Lượng khí chứa

Không xác định Giảm

Khả năng tách nước, phân tầng

Tăng Giảm

Tăng Tăng

Tính công tác

Giảm Giảm

Lượng nước nhào trộn

Pozzolan

TỰ NHIÊN

Silica fume

XỈ

TRO BAY

Tính chất

Không xác định

Cacbonat hoá

Tăng Tăng

Chống phản ứng hoá học

Giảm Giảm

Phản ứng alkali ASR

Không xác định

Độ co khô

Không xác định

Chống mài mòn

Không xác định

Cường độ

Pozzolan

TỰ NHIÊN

Silica fume

XỈ

TRO BAY

Ả nh hưởng của PGK đến t/c hỗn hợp bêtông

Trang 14

1995-2009

Nguồn Holcim (2011)

Nguồn PG khoáng thay thế xi-măng

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	891,38 KB