Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 4 - TS. Vũ Quốc Hoàng

Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 4 Các chất kết dính vô cơ, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các chất kết dính vô cơ rắn trong không khí; các chất kết dính vô cơ rắn trong môi trường nước. Mời các bạn cùng tham khảo!

Trang 1

CHƯƠNG IV CÁC CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ

 Những vật liệu được gọi là chất kết dính vô cơ

(CKD VC) thường ở dạng bột nhỏ, sau khi đem

nhào trộn với nước, sẽ sinh ra nhiều phản ứng lý

hóa phức tạp:

 Lúc đầu biến thành 1 loại vữa dẻo dính

 Về sau đặc dần lại cứng như đá (trừ CKD Manhê

thì phải đem nhào trộn với MgCl2 và xi măng

chống axit thì phải đem nhào trộn với thuỷ tinh

lỏng)

Khái niệm chung

Trang 2

 Bao gồm vôi không khí CaO; thạch cao xây dựng

CaSO4.0,5 H2O; CKD Manhê MgO; xi măng

anhydric CaSO4; thuỷ tinh lỏng R2O.nSiO2 Trong

đó (R = Na với n = 2,53; R = K với n = 34)

 Nhóm này có đặc điểm là sau khi đem nhào trộn

với nước hoặc dung môi thì nó chỉ có thể rắn chắc

và tăng cường độ trong môi trường không khí mà

thôi

1 Nhóm các CKDVC rắn trong không khí

Trang 3

 Nhóm này có đặc điểm là sau khi đem nhào trộn

với nước thì nó không những chỉ có thể rắn chắc và

tăng cường độ trong môi trường nước, mà còn có

thể rắn chắc và tăng cường độ trong môi trường

không khí nữa

2 Nhóm các CKDVC rắn trong nước

So sánh giữa hai nhóm CKD thì nhóm

CKDVC rắn trong nước có phạm vi rộng rãi

hơn, có cường độ cao hơn so với nhóm rắn

trong không khí

Nhưng không vì vậy mà người ta không

nghiên cứu và phát triển nhóm CKDVC

rắn trong không khí.

Trang 4

1.1.1 Nguyên liệu và chế tạo

 Nguyên liệu chủ yếu để chế tạo vôi không khí là đá vôi canxit

CaCO3, mà trong đó hàm lượng tạp chất sét không lớn hơn 6%.



 Theo lý thuyết

 Trong thực tế:

Trang 5

GV VŨ QUỐC HOÀNG

1.1 Vôi không khí

 Nhiệt độ nung phụ thuộc:

 Cho nên, để giải quyết vấn đề này, người ta phải giải

phóng tốt CO2trong lò nung và cung cấp lượng nhiệt

cần thiết

 Trong quá trình nung có

thể xảy ra hai trường hợp:

+ Nếu nung non lửa thì sản

lượng vôi thấp, vôi kém

dẻo

+ Nếu nung quá lửa thì sản

lượng vôi thấp, vôi kém

dẻo, vôi rất khó tôi

CaCO3

CaO

Màng keo cứng (do SiO2, Al2O3chảy ra)

Trang 6

+ Không tốn nhiều thời gian để tôi, tận dụng được lượng nhiệt

trong CaO; nhờ lượng nhiệt độ này có thể chế tạo thành các

sản phẩm silicat theo phương trình

CaO + H2O + SiO2 = CaO.SiO2.H2O

+ Phải đầu tư trang thiết bị

+ Dễ sinh ra bệnh nghề nghiệp  cần thiết kế hệ thống

thông gió, bảo hộ lao động trang bị đầy đủ, chế độ

chính sách

Trang 7

 Trong thực tế gấp 2-3 lần vì nó phụ thuộc vào độ

hoạt tính của vôi, phụ thuộc vào phương pháp tôi, và

lượng nhiệt thoát ra ngoài

1.1.3 Tôi vôi

 Nếu sử dụng lượng nước nhiều hơn nữa thì Ca(OH)2

là vôi nhuyễn (chứa 50% Ca(OH)2 và 50% H2O tự

do)

 Trong thực tế phải thí nghiệm vôi bằng phương pháp

chùy OK (cắm sâu chùy G=300  2 gam vào chậu

vữa nhuyễn)  OK = 13 cm

 Khi lượng nước nhiều hơn vôi nhuyễn thì tạo thành

vôi sữa, có khoảng <50% Ca(OH)2 và >50% H2O

Trang 9

1.1.4 Các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng vôi

a) Nhiệt độ tôi và tốc độ tôi:

Trang 10

b) Xác định lượng vôi nhuyễn (lít) do 1kg vôi sống sinh ra

 Dùng 200gr vôi sống cục, có kích thước từ 5 - 10mm, cho

vào dụng cụ có dung tích xác định (2 lít) đổ nước ngập l

-2cm Để tăng tốc độ tôi có thể đun trên bếp hoặc đèn cồn

Theo dõi nếu thấy có vết nứt bề mặt, vôi sôi lên, nước bị hút

cạn, tiếp tục cho nước thêm đến khi vôi tôi xong và trên mặt

có một váng nước mỏng thì được

 Loại vôi nhuyễn này thường chứa 50% nước tự do và 50%

Ca(OH)2, có độ cắm sâu của chùy 13cm (chùy OK thử độ

dẻo của vữa)

 Dùng ống đong đổ nước vào đầy ca, tìm dược thể tích vôi

nhuyễn do 1kg vôi cục sinh ra.

c) Xác định hàm lượng hạt sượng (%) do vôi cục sinh ra

 Lấy hết vôi nhuyễn của thí nghiệm trên, cho nước vào đánh

thành vôi sữa Lọc qua sàng No 063 (d = 0,63mm) cho đến

khi nước lọc qua sàng trong là được.

 Sấy khô hạt sượng, để nguội trong bình hút ẩm, cân tính tỉ lệ

hạt sượng từ 200gr vôi sống cục Dùng HCl 1% nhỏ vào hạt

sượng để phân loại:

 Nếu hạt sượng sủi bọt: hạt sượng non lửa.

 Nếu hạt sượng không sủi bọt: hạt sượng già lửa hoặc hạt

cát, hạt đá khác lẫn vào.

Trang 11

d) Xác định độ hoạt tính của vôi (CaO + MgO)%

+ Vôi cấp 1: vôi tôi nhanh, tốt nhất

+ Vôi cấp 2: vôi tôi trung bình

+ Vôi cấp 3: vôi tôi kém

Vữa vôi không được tính theo công thức, vữa vôi

lấy theo tỉ lệ (theo V)

+ Vôi cấp 1: V/C = 1/4

+ Vôi cấp 2: V/C = 1/3

+ Vôi cấp 3: V/C = 1/2

Trang 12

1.1.5 Quá trình rắn chắc của vữa vôi

a) Vữa dùng vôi nhuyễn: 2 dạng

Dạng 1: Dạng kết tinh

V+ C + N  vữa vôi (dẻo, dính, đặc dần lại  mất

nước  ngưng keo  kết tinh)

Dạng 2: Dạng cacbonat hóa:

Ca(OH)2+ CO2 + nH2O = CaCO3+ (n+1)H2O

a) Vữa dùng vôi nhuyễn:

Quá trình rắn chắc của vữa vôi tiến triển rất chậm, có khi kéo

dài hàng tuần, hàng tháng hoặc lâu hơn nữa Để tăng nhanh

quá trình rắn chắc thì người ta có thể sử dụng các biện pháp

sau đây:

+ Dưỡng hộ vữa vôi bằng khí CO2

+ Sử dụng phụ gia:

 Đưa vào 1 lượng nhỏ xi măng

 Đưa vào 1 lượng nhỏ thạch cao xây dựng

 Đưa vào 1 lượng nhỏ phụ gia vô cơ hoạt tính.

Trang 13

b) Vữa sử dụng bột vôi sống:

 Quá trình rắn chắc của vữa sử dụng bột vôi sống

gần giống như quá trình rắn chắc của bột vôi

nhuyễn nhưng nó có thêm thời kỳ đầu (thời kỳ hòa

tan, còn các thời kỳ tiếp theo như là hóa keo, kết

tinh giống như đối với vôi nhuyễn)

 Mặc dù được chia làm 3 thời kỳ nhưng các thời kỳ

này không phân chia riêng lẻ mà xen kẽ nhau Quá

trình rắn chắc này gần giống như quá trình rắn chắc

của xi măng và thạch cao xây dựng

1.1.6 Công dụng và bảo quản

a- Công dụng:

- Trong xây dựng vôi dùng để sản xuất vữa xây,

vữa trát cho các công trình trên khô, có yêu cầu

chịu lụcc không cao lắm

- Vôi còn được dùng để sản xuất gạch silicat hoặc

quét trần, quét tường, trang trí…

Trang 14

1.1.6 Công dụng và bảo quản

b- Bảo quản:

- Với vôi cục nên tôi ngay hoặc nghiền mịn đưa vào

bao, không nên dự trữ vôi cục lâu

- Vôi nhuyễn phải được ngâm trong hố có lớp cát

hoặt nước phủ bê trên dày 10-20 cm để ngăn sự tiếp

xúc với khí CO2trong không khí:

Ca(OH)2+ CO2 = CaCO3 + H2OVôi bị hóa đá, chất lượng vôi giảm, vôi ít dẻo, khả

Trang 15

1.2 Thạch cao xây dựng

 Người ta có 3 phương pháp chế tạo sau:

• Đập đá ra thành các cục nhỏ  nung  nghiền

ra dạng bột  xuất xưởng

• Nghiền đá thạch cao ra dạng bột  nung + khuấy

đảo  bột thạch cao xây dựng  đóng bao, xuất

xưởng

• Sử dụng thiết bị liên hợp (nung + nghiền) thạch

cao xây dựng  đóng bao, xuất xưởng

1.2.2 Các tính chất chủ yếu của thạch cao xây dựng

a) Khi cho bột thạch cao tác dụng với nước thì sẽ

sinh ra phản ứng theo phương trình sau đây:

CaSO4.0,5H2O + 1,5 H2O = CaSO4.2H2O

Semi-hydrate di-hydrate

Độ hoà tan của di-hydrate kém thua 5 lần so với độ

hòa tan của semi-hydrate

b) Thời gian ninh kết và rắn chắc của thạch cao

xây dựng tiến triển rất nhanh

+ Thời gian bắt đầu ninh kết: không sớm hơn 4 phút

+ Thời gian ninh kết xong: 6-30 phút

Trang 16

1.2.2 Các tính chất chủ yếu của thạch cao xây dựng

c) Độ mịn của bột thạch cao xây dựng được quy định

như sau:

+ Đối với thạch cao loại 1 thì lượng sót trên sàng d =

0,2 mm Không được lớn hơn 15%

+ Đối với thạch cao loại 2 thì > 30%

d) Cường độ chịu uốn Ru của những mẫu 4416 cm,

sau 1h30 (kể từ khi cho bột thạch cao nhào trộn với

nước cho đến lúc xác định Ru)

Thạch cao ở dạng bột mịn do đó nếu dự trữ lâu và bảo quản

không tốt thạch cao sẽ hút ẩm làm giảm cường độ chịu lực

Để chống ẩm cho thạch cao ta phải bảo quản bằng cách chứa

bột thạch cao trong các bao kín có lớp cách nước và để trong

kho nơi khô ráo.

Trang 17

Vôi thuỷ là loại CKD có thể rắn chắc trong

môi trường ẩm, môi trường không khí và

trong môi trường nước.

Trang 18

2.1 Vôi thủy

2.1.1 Nguyên liệu và chế tạo

 Nguyên liệu chủ yếu để chế tạo vôi thủy là đá vôi mà trong

đó có chứa từ 6-20% hàm lượng sét hoặc đá vôi sét.

 Để chế tạo, người ta đem nung đá vôi đến 1 nhiệt độ vừa

phải: 900-1100 o C Trong quá trình nung, sau khi CaCO3phân

giải thì một phần của CaO sẽ kết hợp một cách chặt chẽ với

oxit có trong sét mà tạo thành:

+ Các silicat canxi: C2S

+ Các aluminat canxi: C3A

+ Các Ferrit canxi: C2F

 Các khoáng này có tác dụng làm cho vôi thủy rắn chắc được

trong môi trường nước.

 Sau đó đem nghiền thành bột

2.1 Vôi thủy

2.1.2 Các tính chất chủ yếu của vôi thuỷ

a) Tính thủy lực (I)

 Công thức :

 Dựa vào I, chia làm 3 loại:

+ Vôi thủy yếu: I = 0,2-0,3

+ Vôi thủy trung bình : I = 0,3-0,4

+ Vôi thủy mạnh: I = 0,4-0,5

Trang 19

2.1 Vôi thủy

2.1.2 Các tính chất chủ yếu của vôi thuỷ

b) Khối lượng riêng:

d) Cường độ chịu nén của vữa dùng vôi thủy:

+ Sau 7 ngày rắn chắc: R7n  10 bars

+ Sau 28 ngày rắn chắc: R28n = 20-50 bars

2.1 Vôi thủy

2.1.3 Công cụ và bảo quản

 Sử dụng vôi thủy để chế tạo bê tông mác thấp, để

chế tạo vữa xây dựng Ngoài ra, người ta còn sử

dụng vôi thủy để làm lớp lót nền nhà

 Vôi thủy được sử dụng trong tất cả các công trình

không quan trọng lắm

 Chú ý: khi sử dụng vôi thủy để chế tạo các sản phẩm

dự định sử dụng trong môi trường nước thì sau khi

chế tạo xong, người ta phải dưỡng hộ trong môi

trường không khí một thời gian trước khi sử dụng

trong môi trường nước (Vì sau khi chế tạo sản phẩm

vôi thủy chứa 20% CaO tự do nếu + H2O 

Ca(OH)  sản phẩm bị rỗng)

Trang 20

2.1 Vôi thủy

2.1.3 Công cụ và bảo quản

 Vôi thủy được sử dụng để chế tạo bê tông hoặc vữa

thì độ dẻo của nó kém hơn so với vôi không khí

Nhưng quá trình rắn chắc nhanh hơn và có cường độ

cao hơn

 Vôi thủy ở dạng bột thường được bảo quản trong các

container kín; hoặc là người ta có thể bảo quản trong

các bao bằng giấy nhiều lớp

 Chỉ vận chuyển vôi thủy dạng bột thì thường dùng

các loại xe có mui kín để tránh mưa gió; và các kho

chứa phải đảm bảo khô ráo

2.2 Ximăng

 Khái niệm chung:

 Ngày nay, người ta có thể chế tạo trên vài chục loại

xi măng có các tính năng và công dụng khác nhau

Mặt khác, ngày nay, ngoài những mác xi măng thông

thường thì người ta có thể chế tạo những loại xi

măng mác cao 500-900#, điều này phụ thuộc vào

nhiều yếu tố: hệ nguyên liệu, công nghệ chế tạo

Trang 21

2.2 Ximăng Portland

2.2.1 Định nghĩa



 Với đặc tính trên nên người ta dùng CKD VC để nhào trộn

với vật liệu rời rạc khác như đá, cát, sỏi… liên kết lại thành

 Trên cơ sở clinker xi măng pooclăng, người ta có thể sản xuất

ra các loại xi măng sau:

 Xi măng poóclăng (không có phụ gia và có phụ gia khoáng

hoạt tính không lớn hơn 20% ).

 Xi măng poóclăng xỉ (với tỷ lệ phụ gia xỉ hạt từ 20-60%).

 Xi măng poóclăng puzzoland (với tỷ lệ phụ gia puzzoland

15-30%).

Trang 22

2.2.2 Nguyên liệu chế tạo

Nguyên liệu bao gồm:

Trang 24

+ Than cám  Q 5000 Kcal/kg than

+ Lượng tro sau khi cháy phải nhỏ hơn 10-15%

+ Thường sử dụng 0,207 tấn than/ 1 tấn clinker

Nhiên liệu lỏng:

+ Dầu FO  Q> 10 000 Kcal/Kg ở to=15oC

Nhiên liệu khí (gaz): chất lượng xi măng rất tốt

Trang 25

2.2.4 Các thành phần khoáng vật chủ yếu trong

Clinker xi măng portland:

 Bảng IV-1

Tên khoáng vật Công thức hóa

học

Viết tắt

Tỉ lệ % trong clinker xi măng Portland

Trang 26

 Ngoài ra, trong clinker xi măng portland còn chứa một hàm

lượng các khoáng vật khác nhau chứa một tỷ lệ không lớn

lắm như:

+ Aluninat canxi: 5CaO.Al2O3(C5A)

+ Alumo ferit canxi: 8CaO.3Al2O3.Fe2O3(C8A3F)

+ Ferit canxi: 2CaO Fe2O3(C2F)

 Trong quá trình nung thì các oxit trên không ở trạng thái tự

do mà kết hợp với nhau để tạo thành các khoáng vật chủ yếu

đó.



 Tác dụng của từng thành phần khoáng vật:

 C3S:

 C2S:

Trang 27

 Tác dụng của từng thành phần khoáng vật:

 C3A:

 C4AF:

Đồ thị biểu diễn sự tăng

cường độ của từng

thành phần khoáng vật

theo thời gian

Trang 28

Để đánh giá chất lượng xi măng, người ta hay sử dụng các

môđun sau đây:

+ Môđun Aluminate (p)

Nếu p tăng thì tính chất của xi măng ?

Trang 29

+ Hệ số bão hoà vôi (KBH)

Trang 30

2.2.5 Quy trình công nghệ chế tạo

Xi măng Portland

a) Chuẩn bị nguyên liệu:

 Dựa vào điều kiện trang thiết bị, dựa vào loại lò

nung, dựa vào điều kiện nung vật liệu, người ta có

2 phương pháp chuẩn bị nguyên liệu:

 Chuẩn bị nguyên liệu theo phương pháp khô

 Chuẩn bị nguyên liệu theo phương pháp ướt

Xi măng Portland

 Theo phương pháp khô: chỉ sử dụng khi mà trong

nguyên liệu (chủ yếu đá vôi, đất sét) có đầy đủ

thành phần hóa học mà không cần phối liệu Theo

phương pháp này, người ta có thể nung bằng lò

đứng hoặc lò quay

 Lò đứng: nghiền nguyên liệu ra dạng bột, sau đó

tạo ẩm cho nguyên liệu, đóng thành các bánh

quặng: 1lớp bánh quặng+ than (chiếm 5-7% so với

bánh quặng) Lò đứng thủ công thì thời gian nung

từ 45 phút đến 1 giờ

Trang 31

Xi măng Portland

 Theo phương pháp ướt: tính toán thành phần phối

liệu (các cấu tử) để có 1 loại xi măng theo yêu cầu,

đá vôi được đưa vào máy đập búa  d =1-2 cm

Đồng thời đất sét được cho vào bể trộn (nước) 

đánh tơi  sàng lọc các tạp chất  tạo ra bùn sét

 Đưa đá vôi + bùn sét vào máy nghiền bi nghiền mịn

(>91-93% lọt qua sàng 4900lỗ/cm2), nghiền thật

mịn để các phản ứng xảy ra nhanh hơn, nhiên liệu

tiêu tốn ít, SiO2sẽ tác dụng với CaO triệt để 

giảm CaO tự do

 Bơm bùn phối liệu này vô silô chứa (lấy mẫu để

phân tích thành phần hóa học và điều chỉnh nếu

cần)  bơm về bể tròn (khoấy đảo thường xuyên)

(bể dự trữ)  bơm về lò nung

Trang 32

Xi măng Portland

b) Nung tạo thành clinker:

 Lò quay dạng hình trụ, vỏ bằng thép bên trong có

lót gạch chịu lửa, đặt nghiêng góc  = 3-4o

Trang 33

Xi măng Portland

 Quá trình biến đổi lý hóa của bùn phối liệu khi gặp nhiệt độ

trong lò quay tăng dần:

 Ở vùng 1:

Xi măng Portland

 Quá trình biến đổi lý hóa của bùn phối liệu khi gặp nhiệt độ

trong lò quay tăng dần:

 Ở vùng 2:

 Ở vùng 3:

Định dạng
Số trang	51
Dung lượng	776,04 KB