Bài giảng Vật liệu xây dựng - Xi măng và phụ gia khoáng thay thế cho xi măng

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Xi măng và phụ gia khoáng thay thế cho xi măng

1. Xi-mng gia kho ng thay th cho xi-mng Vt Liu Xây Dng Xi -mng Portland , NH NG NH C L I (Construction Materials ) B môn V t li u Silicat Khoa Công Ngh Vt Li u i h c B ch Khoa Tp. H Minh -Xi -mng gia cho xi -mng 8-2 Ngu ồn : USGS Mineral Commodity summaries 2012 D n s n xu t v tiêu th XM Mtons of cement Ngu ồn: European Cement Research Academy (2006) -Xi-mng gia cho xi-mng 8-3 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-4 1
2. Ph i li u di chuy Qui tr nh công ngh n xu t y n theo nhi t n ung t ng d n Klg QUAY Sy Calciner Calciner n ng m ngu i VÔI Bi n i o k ng vôi a l T C TP KH Aluminat Pha l ng nguyên Gia công nghi n, ng Nung l quay o v Nghi n xi- Quartz li u nh t t nh ph n clinker t Th i gian nung trong l -Xi -mng gia cho xi -mng 8-5 Qu ng s t -Xi -mng gia cho xi -mng 8-6 SP Clinker xi-mng Portland Nghi n clinker + ch cao C3S, Alite C2S, Clinker PG th ch cao TP kh c Belite TP kh c c pha - gia công C3A, C4AF ngh , t r nghi n ph n pha l ng, - gia y,Ph y tinh gia kho ng l m khi nung nh ph n thay th y clinker XM -Xi-mng gia cho xi-mng 8-7 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-8 2
3. Ch t l ng xi-mng ch th c h t
   Ki m s t n nghiêm ng t % t ch l y
   Blaine, 3200-3700 cm2/g yu 10 -50 µµµm
   i k c 4000-5000 cm2/g Gi I H N S T S NG ho c 2000-3000 cm2/g 80mm, 15% theo TCVN 4030 -85 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-9 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-10 XRF nh ph n a t nh xi-mng y h a N c 59% Ca 3SiO 5 C3S a 13% Ca SiO C S 2 4 2 59% 40 -60% o tr n l N/X 9% Ca 3Al 2O6 C3A Thi công, nh công t c, TT v 9% Ca (Al,Fe) O C AF khuôn gia h a h c 13% 15 -35% 4 2 10 4 4% CaSO 4 C 9% 4-14% Y H A Y H A Y H A 9% 10 -18% Ma tr n sp CSH Bi n d ng, co C-S-H + CH n L rng t t do ng r C AH + C AH Nt, y 6 3 32 4 12 C ng Cn ko tan TT Ki m s t nh hi n t ng tr ơ ng n nh b n MgO 4%; do 1,5% -Xi-mng gia cho xi-mng 8-11 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-12 3
4. ng r n trong dung d ch Bi u hi n thông qua nhi t p n ng 2% 25% 50% n n ng r ng ng r ng ara theo ASTM186C ara theo ASTM186C t t t t t t Nhi Nhi a P.. P.. P.. c hm tgian tan y nhanh dn ti p t c ra r t o CH, o CH, CSH ch m CSH -Xi -mng gia cho xi -mng 8-13 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-14 a tan 3h ng r n 10h Cu t c sp t y h a L rng Ct li u C-S-H n i dung d ch C-S-H trên b mt t XM khan, ch a y h a c C -H 24hrs -Xi-mng gia cho xi-mng 8-15 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-16 4
5. C3A 2% 25% 50% 10ph n n 24 g i ng r ng ng r ng ara theo ASTM186C ara theo ASTM186C Ettringite t t t t t t Nhi Nhi tgian a tan, P.. x y ra r t P.. t o P.. t o hp t ch m ettringite Monosulfate mt ph n ettringite+C3A t o 2- SO 4 monosulfate 7 n y -Xi -mng gia cho xi -mng 8-17 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-18 Nhi t p.. c t nh ph n sp t y h a nh a ra h ng c a 48% nhi t 14% tgian C-S 11% C-S-H, T<90 0C O D NG 16% O D NG C-S-H, T<20 0C C-S-H c ng c ch c T cao, ng # 3 % k hông p 0 0 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-19 -Xi-mng 70 C gia<T<100 cho xi-mngC 8-20 5
6. PH GIA KHOÁNG H T TÍNH CHO XI M NG VÀ BÊ TÔNG Pozzolanlimestone t nhiên, vôi Blast cao Clinker + TroFly Ashbay ch cao -Xi -mng gia cho xi -mng 8-21 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-22 Tng quan Cơ ch t t nh  Ho t tính pozzolanic 1. Phân lo i ph gia cho xi mng và bê tông - Là khi nh ng vt li u ch a SiO vô nh hình ho c các Ph gia cho xi mng và bê tông c chia làm 3 nhóm chính: 2 alumosilicat có kích th c ht rt bé, khi có mt m thì - Ph gia khoáng ho t tính (PGKHT) xy ra ph n ng hóa hc vi Ca(OH) 2 (sn ph m ca quá - Ph gia hóa hc (Ph gia hóa do hay siêu do). trình hydrate hóa xi mng) to thành nh ng hp ch t có - Ph gia y tính ch t nh sp y h a ca xi mng. 2. Ph gia khoáng ho t tính : - Ph gia khoáng ho t tính khi s dng cho bê tông thông th ng có hàm lng không vt quá 60%. Là nh ng ph gia khi s dng vi xi mng portland làm tng mt s tính ch t ca quá trình óng rn xi mng (t nh th y l c)  Ph gia khoáng ho t tính có th có kh nng bi u hi n t nh ho c có ho t tính pozzolanic, ho c có c hai tính ch t trên. th y lc. nh th y lc ca ph gia càng cao khi hàm lng CaO trong ph gia càng cao. -Xi-mng gia cho xi-mng 8-23 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-24 6
7. nh ph n, ngu n g c THÀNH PH N HÓA PH GIA KHOÁNG  PGKHT có thành ph n ch yu SiO 2, Al 2O3 ho t tính ho c Al 2O3,2SiO 2 và Tro bay Tro bay á phi n Meta- CaO % klg X lò cao Silica fume lo i F lo i C nung kaolin  SiO 2, Al 2O3 ho t tính,Al 2O3. 2SiO 2 + H 2O, Ca(OH) 2 CSH, CAH bn vng SiO 52 35 35 90 50 53 và làm tng cng ca á xi mng. 2 Al O 23 18 12 0,4 20 43  Lp y các kho ng tr ng do các ht ct li u, các l tr ng do quá trình 2 3 mt nc ca gel li Fe 2O3 11 6 1 0,4 8 0,5 PGKHT v ngu n g c: CaO 5 21 40 1,6 8 0,1 - Tro bay lo i C (nhi t in) SO 3 0,8 4,1 9 0,4 0,4 0,1 - Meta-Kaolanh (kho ng kaolinite t nhiên) Na 2O 1,0 5,8 0,3 0,5 — 0,05 - Silica-Fume (kh i silic l in) K2O 2,0 0,7 0,4 2,2 — 0,4 - Tro bay lo i F (nhi t in) - X luy n t p) c 2,2 6,3 0,6 1,9 — 0,3 - á phi n nung ( vôi phi n t nhiên) -Xi -mng gia cho xi -mng 8-25 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-26 Mt s tiêu Tro bay X lò Silica á phi n Tro bay lo i F lo i C cao fume nung Meta-kaolin MKN, % 2,8 0,5 1,0 3,0 3,0 0,7 Blaine, 2000 -7000 2000 -7000 4000 200,000 7300 190,000 cm 2/g (4200 ) (4200 ) KL riêng 2,38 2,65 2,94 2,40 2,63 2,50  Hàm lng s dng ca mt s ph gia khoáng ho t tính Hàm lng s dng, % xi mng Tro bay lo i F Tro bay lo i C X lò cao Silica fume á phi n nung Meta-kaolin 15 - 20 15 - 40 30 - 45 5 - 10 15 - 35 7 - 10 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-27 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-28 7
8. s t t nh PGKHT
   Mc ho t tính ca ph gia khoáng ho t tính c ánh giá - hút vôi, theo TCVN 3735-1982 Th hi n ho t tính pozzolanic thang o Y U – NH – NH. - Ch s ho t tính cng IR, theo TCVN 6882-2001: R I B 100 Trong ó: R = × -RB: Cng 28 ngày ca hn hp R A gm 80% xim ng và 20% ph gia -RA: Cng ca xi mng a tr IR 55% I R > 75% -Xi -mng gia cho xi -mng 8-29 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-30 Thành ph n ca mt s ph gia pozzolan t nhiên m Pozzolan t nhiên t, % SiO 2, Al 2O3 Fe 2O3 CaO SO 3, Na 2O K2O MKN Meta- 53 43 0,5 0,1 0,1 0,05 0,4 0,7 caolanh Sét nung 58 29 4 1 0,5 0,2 2 1,5 á phi n 50 20 8 8 4 - - 3 nung Meta-Kaolin SEM ca Meta-Kaolin Mt s ch tiêu ph gia pozzolan t nhiên - t t nh ch yu pozzolanic, nh x nhi t hay Ch tiêu t sét nung á phi n nung Meta-kaolin nghi n nguyên li u aluminosilicat t nhiên. Hàm lng s dng, % 15 – 35 5-10 ≤10 - Sét diatomite nung, opal, á phi n nung, meta-kaolin, tro n i l a, pumit Di n tích b mt, cm 2/g 6500-13500 7300 190000 - 200000 - Không mang tính kt dính th y lc Kh i lng riêng 2,40 -2,61 2,63 2,50 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-31 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-32 8
9. m Pozzolan t nhiên m p gia x  nh hng ca nhóm puzzolan t nhiên . - Làm tng tính công tác ca hn hp bê tông -Tng kh nng bơm - Gi m nhi t th y hóa ca xi m ng SEM ca Slag - Có kh nng làm tng cng (c bi t là meta- kaolanh) - X là ph ph m to thành ca ngành công nghi p luy n kim - Thành ph n ch yu là SiO vô nh hình và các alumosilicat - Làm gi m ph n ng alkali silica v i c t li u 2 ca CaO nh C2S, C 4AF, CaO và MgO vô nh hình. - Kích th c ht ca x th ng < 45 µm. -Xỉ có th ể là ch ất kết dính ộc lập (sử dụng ến 75% vi x -XM) -Xi -mng gia cho xi -mng 8-33 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-34 PG x PG X  Phân lo i x: theo ASTM C989 -X mác 80: có ho t tính th p. -X mác 100: có ho t tính trung bình -X mác 120: có ho t tính cao. Oxit SiO 2 Al 2O3 Fe 2O3 CaO SO 3 Na 2O K2O  Mt s ch tiêu ca x %KL 34 -37 10 -13 ~ 1,0 38 - 44 8 - 11 0,3 –0,5 0,3- 0,5 Di n tích b mt Kh i lng riêng, Hàm lng s MKN, % riêng, cm 2/g g/ cm 3 dng <1,5 4000-6000 2,85-2,95 30 - 45% -Xi-mng gia cho xi-mng 8-35 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-36 9
10. PG X PG X  nh hng ca x n tính ch t ca va XM, bê tông - Gi m lng nc s dng - Tng th i gian bt u và kt thúc ông kt - Gi m lng nhi t ca quá trình hydrat hóa - Gi m ph n ng akali – ct li u, tng kh nng ch ng ph n ng hóa hc môi tr ng axit HCl Th i gian ông k t xi m ng x N c tiêu chu n xi m ng x 340 320 300 25 280 260 24.5 240 24 220 ng, % ng, 23.5 200 23 180 160 Bt 22.5 c/xi m c/xi u i gian, phút 140 22 120 Kt Th 100 n 21.5 thúc 80 l 21 60 T 20.5 40 20 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hàm l ng x , % -Xi -mng gia cho xi -mng Hàm l ng x , % 8-37 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-38 PG X PG Tro bay SEM ca tro bay Fly Ash - Là sn ph m ca quá trình cháy ca nhiên li u (than và các thành ph n khác) trong các nhà máy nhi t in. - Thành ph n ch yu là các SiO 2, Al 2O3 pha th y tinh và các t Fe 2O3, CaO. Trong tro bay hàm lng pha tinh th rt ít, có th có mulite . - Tro bay có c ht t 1-100 µm, cỡ hạt trung bình kho ảng 20 µm có dạng hình cầu ho ặc hình cầu rỗng Cu t c c ch c h ơn khi - Có th có tính th y lc (lo i C) -Xi-mng gia cho xi-mng 8-39 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-40 10
11. PG Tro bay PG Tro bay  Phân lo i  Mt s ch tiêu ca tro bay Theo ASTM C618, tro bay c phân lo i theo hàm lng CaO và C d Tính ch t MKN, % Di n tích b mt Kh i lng Hàm lng - Lo i F: hàm lng CaO 10% và C d 5% riêng, cm 2/g riêng, g/ cm 3 s dng - Lo i C: hàm lng CaO có th n 30% và C d 2% Lo i C 4000 2,68 15 – 40% ~2,38  Thành ph n hóa ca tro bay Lo i F 4000 15 - 20%  nh h ng PG tro bay n l ng n c s ng Oxit SiO 2 Al 2O3 Fe 2O3 CaO SO 3 Na 2O K2O %KL Lo i C 30- 38 15 - 20 5 - 8 20 - 28 3 - 5 4 - 7 < 1,3 Lo i tro Lng tro bay, %lng xi Lng nc s dng thay bay mng s dng i, % Lo i F 48 - 55 20 - 26 8 - 15 < 8 < 1,5 1 - 2 1 - 4 C 25 -5 F 25 -7 C 50 -10 F 50 -15 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-41 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-42 PG Tro bay PG Tro bay  nh hng ca tro bay m gi m kh nng tách nc phân tng ca hn hp bê tông  nh hng n tính ch t ca BT óng rn i tro bay % gi m tách nc - Làm gi m nhi t th y hóa ca xi m ng % ml/cm 2 - Làm gi m kh nng ph n ng ki m ASR - Lo i C 0,34 0,011 - kh nng ch ng n n do p.. hóa hc ca BT - Lo i F 1,31 0,044 Không gia 1,75 0,059  Tng th i gian óng rn ca hn hp BT Th i gian ông kt, gi :ph t Chênh lch th i gian, gi :ph t Lo i tro bay Bt u Kt thúc Bt u Kt thúc - i C 4:40 6:15 0:25 0:45 - i F 4:50 6:45 0:35 1:15 Không ph gia 4:15 5:30 — — -Xi-mng gia cho xi-mng 8-43 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-44 11
12. PG Tro bay PG Silica Fume  Tng quan v silica fume SEM ca Silica fume - Là sn ph m ca quá trình sn xu t st silic ho c hp kim fero silicon trong l in v m EAF nh hng n ARS ca Silica fume tro bay và x  Thành ph n hoá ca Silicafume Oxit SiO 2 Al 2O3 Fe 2O3 CaO SO 3 Na 2O K2O %KL > 85 < 1,5 < 1,0 1,5 – 2,5 < 1,5 < 1,0 < 4 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-45 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-46 PG Silica Fume PG Silica Fume Ch yu ch a các SiO2 ho t tính pha thu tinh và có c ht r t m n d ng hình c u, kích th c t 0,1 - 1µm, tc 1/100 t xi m ng. - t t nh pozzolanic r t cao - Không mang tính th y lc. - nng l p y l n v ch th c h t b , d phân t n  Mt s ch tiêu ca silica fume MKN, % Di n tích b mt Kh i lng riêng, Hàm lng s Các ht Silica fume ch a ph n ng riêng, cm 2/ g g/cm 3 dng trong ma tr n sp t y h a < 5 ~200,000 ~2,4 5-10% Ph XRD c a silica fume -Xi-mng gia cho xi-mng 8-47 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-48 12
13. nh h ng c a PGK n t/c h n h p bêtông PG Silica Fume  nh hng ca silicafume TRO Silica Pozzolan Tính ch t BAY fume T NHIÊN - Tng lng nc nhào tr n. Lượng nước nhào tr ộn Không xác - Gam kh nng tách nc, phân tng ca hn hp va và bt Gi m Gi m Tng nh - Tng cng ca va ho c bê tông rt mnh Tính công tác Tng Tng Gi m Tng - m p.. ASR và tng kh nng ch ng ph n ng hoá hc Kh ả năng tách nước, phân Không xác Không xác Gi m Gi m môi tr ng axit. tầng nh nh Lượng khí ch ứa Không xác Không xác Gi m Gi m nh nh Nhi ệt tỏa của Hydration Không xác Gi m Gi m Gi m nh Th ời gian đông kết Không xác Không xác Tng Tng nh nh Kh ả năng bơm Tng Tng Tng Tng -Xi -mng gia cho xi -mng 8-49 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-50 nh h ng c a PGK n t/c h n h p bêtông c tiêu chung g m s ng clinker Silica Pozzolan Tính ch t TRO BAY fume T NHIÊN Không xác Không xác Không xác ườ độ Tng C ng nh nh nh ố Không xác Không xác Không xác Không xác Ch ng mài mòn nh nh nh nh Không xác Không xác Không xác Không xác Độ co khô nh nh nh nh Phả n ứng alkali ASR Gi m Gi m Gi m Gi m Ch ống ph ản ứng hoá học Tng Tng Tng Tng Không xác Không xác Không xác Không xác Cacbonat hoá nh nh nh nh -Xi-mng gia cho xi-mng 8-51 -Xi-mng gia cho xi-mng 8-52 13
14. 1995-2009 Ngu n PG k ng thay th xi-mng Ngu ồn Holcim (2011) -Xi -mng gia cho xi -mng 8-53 -Xi -mng gia cho xi -mng 8-54 14