›
›

Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 4: Chất kết dính vô cơ - Cao Nguyên Thi

pptx 73 trang cucquyet12 6390
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 4: Chất kết dính vô cơ - Cao Nguyên Thi", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptxbai_giang_vat_lieu_xay_dung_chuong_4_chat_ket_dinh_vo_co_cao.pptx

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 4: Chất kết dính vô cơ - Cao Nguyên Thi

  1. Chƣơng 4 CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ GVTH: CAO NGUYÊN THI
  2. KHÁI NIỆM CHUNG Dạng bột mịn (Xi măng) Nhào trộn với nƣớc tạo thành vữa dẻo Qua quá trình biến đổi hóa lý sẽ rắn chắc nhƣ đá
  3. KHÁI NIỆM CHUNG Chất kết dính vô cơ Khối rắn chắc (bê tông, gạch silicate) Cốt liệu (đá, sỏi, cát)
  4. PHÂN LOẠI Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí • Sau khi nhào trộn với nƣớc hoặc dung môi tạo thành hỗn hợp chỉ có khả năng rắn chắc và phát triển cƣờng độ trong không khí • Thạch cao xây dựng & Vôi Chất kết dính vô cơ rắn trong nƣớc • Sau khi nhào trộn với nƣớc tạo thành hỗn hợp có khả năng rắn chắc và phát triển cƣờng độ trong không khí & trong nƣớc • Vôi thủy & Xi măng Portland
  5. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ RẮN TRONG KHÔNG KHÍ 1) Thạch cao xây dựng Quy trình chế tạo: Nung đá Thạch cao thạch cao Nghiền mịn xây dựng (150-170oC) to CaSO4.2H2O → CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O Trƣớc tiên cần loại bỏ tạp chất → đập nhỏ (tùy vào công nghệ sản xuất) → nung
  6. Thạch cao xây dựng CaSO4.0,5H2O Thạch cao xây trát Thạch cao đúc tƣợng Thạch cao khan nƣớc CaSO4 Thạch cao nung ở nhiệt độ cao (Thạch cao Estrich ) Thạch cao cƣờng độ cao (Cẩm thạch)
  7. Thạch cao xây trát a. Nung đá thạch cao thành thạch cao CaSO4.0,5H2O b. Dùng làm vữa xây trát, làm khuôn trong công nghiệp gốm sứ Thạch cao đúc tƣợng a. Nung đá thạch cao tinh khiết b. Dùng để đúc tƣợng thạch cao
  8. Thạch cao Estrich a. Nung đá thạch cao ở nhiệt độ cao (1200oC) đến khi tách nƣớc hoàn toàn b. Cho cƣờng độ cao hơn thạch cao CaSO4.0,5H2O c. Dùng lăn nền, xây trát
  9. Thạch cao cẩm thạch a. Nung đá thạch cao thành thạch cao CaSO4.0,5H2O → ngâm phèn → nung đến tách nƣớc hoàn toàn b. Miết mạch các tấm tƣờng, tô trát những nơi cần độ cứng cao
  10. Hai dạng thù hình của thạch cao: α-CaSO4.0,5H2O đƣợc tạo thành khi nung thạch cao trong không khí bão hòa hơi nƣớc. Tinh thể lớn, cƣờng độ sau 7 ngày (15-40MPa) β-CaSO4.0,5H2O đƣợc tạo thành khi nung thạch cao trong không khí khô. Tinh thể hạt mịn, cƣờng độ thấp
  11. Quá trình rắn chắc của thạch cao CaSO4.0,5H2O 1. Thời kỳ hòa tan Thạch cao hòa tan vào dung dịch và bắt đầu thủy hóa CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O → CaSO4.2H2O Dung dịch dần đạt trạng thái bão hòa 2. Thời kỳ ninh kết (hóa keo) CaSO4. 0,5H2O có độ hòa tan lớn hơn nhiều so với CaSO4.2H2O nên dung dịch đạt trạng thái quá bão hòa rất nhanh CaSO4.2H2O mới sinh ra tồn tại dạng những hạt keo nhỏ Dung dịch mất nƣớc dần, các hạt keo gần lại, hỗn hợp mất tính dẻo
  12. 3. Thời kỳ rắn chắc Trong thể keo dung dịch bắt đầu xuất hiện các tinh thể Các tinh thể xuất hiện ngày càng nhiều & liên kết chặt chẽ với nhau Hỗn hợp đặt dần lại, bắt đầu phát triển cƣờng độ Thạch cao khi rắn chắc nở 1% thể tích Cả 3 quá trình không riêng biệt mà xen kẻ nhau
  13. Các tính chất của thạch cao xây dựng a) Thời gian ninh kết Thời gian bắt đầu ninh kết không nhỏ hơn 6 phút Thời gian ninh kết xong không quá 30 phút Có thể dùng phụ gia để điều chỉnh thời gian ninh kết + Na2SO4, NaCl → giảm thời gian ninh kết + Vôi → tăng thời gian ninh kết
  14. b) Cƣờng độ Đƣợc xác định bằng thí nghiệm ép mẫu có kích thƣớc 7,07x7,07x7,07 (cm) hay 4x4x16 (cm) Cƣờng độ xác định sau 1g30p trộn thạch cao với nƣớc, yêu cầu nhƣ sau + Điều kiện bình thƣờng: Thạch cao loại 1: R>4,5 MPa Thạch cao loại 2: R>3,5 Mpa + Điều kiện đƣợc sấy khô: Thạch cao loại 1: R>10 MPa Thạch cao loại 2: R>7,5 Mpa
  15. c) Độ mịn và lƣợng nƣớc nhào trộn Độ mịn cao, cƣờng độ cao Lƣợng nƣớc nhào trộn lớn, cƣờng độ giảm d) Khối lƣợng riêng: 2,6 -2,7 g/cm3 e) Khối lƣợng thể tích 0,8 -1,0 g/cm3
  16. 2. Vôi không khí (CaO) Quy trình chế tạo: nung đá vôi đã đƣợc đập nhỏ với kích thƣớc 5-20 cm ở nhiệt độ 900- 1000oC CaCO3 to CaO + CO2 Chú ý: Trong quá trình nung có thể gặp những trƣờng hợp sau: + Nung non lửa: bề mặt ngoài đã chín nhƣng phần trong lõi còn sống. Loại vôi này hàm lƣợng CaO thấp, vôi đem tôi bị sƣợng, kém chất lƣợng. + Nung già lửa: do nhiệt độ nung quá cao, những tạp chất sét bên ngoài chảy ra bao bọc quanh hạt vôi tạo thành một màng keo cứng bên ngoài. Do đó vôi khó tôi, hạt sƣợng, kém dẻo.
  17. Nhiệt độ nung vôi phụ thuộc vào: Thành phần đá vôi Hàm lƣợng tạp chất Loại lò nung Tốc độ nung đá vôi phụ thuộc vào: Kích thƣớc cục đá vôi Nhiệt độ nung Thời gian nung
  18. Ứng dụng của vôi không khí • Nghiền mịn vôi sống cục Bột vôi thành dạng bột • Sử dụng trực tiếp nhƣ xi sống măng • Tôi vôi sống cục thành vôi tôi Vôi tôi • Sử dụng rộng rãi trong xây dựng
  19. Quá trình tôi vôi Phản ứng tỏa nhiệt mạnh làm nóng khối vữa đến 400oC CaO + H2O Ca(OH)2 Đây là phản ứng thuận nghịch → để duy trì phản ứng theo chiều thuận cần phải giảm nhiệt độ tôi vôi Sau khi tôi thể tích tăng 1,5 - 3,5 lần so với thể tích ban đầu
  20. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tôi vôi Kích thƣớc cục vôi Nhiệt độ môi trƣờng xung quanh Thành phần hóa học của vôi Nhiệt độ nung vôi
  21. Các sản phẩm của quá trình tôi vôi 1. Vôi bột: Lƣợng nƣớc vừa đủ (32,14% CaO) Sản phẩm thu đƣợc là 100% Ca(OH)2 dạng bột mịn Dùng nhiều trong y học và nông nghiệp Khối lƣợng riêng 2,1 g/cm3 Khối lƣợng thể tích 0,4 - 0,5 g/cm3
  22. 2. Vôi nhuyễn Dùng lƣợng nƣớc nhiều hơn Sản phẩm thu đƣợc 50% Ca(OH)2, 50%H2O, dạng bột dẻo Dùng nhiều ở dạng vữa xây, vữa trát 3. Vôi sữa Dùng lƣợng nƣớc nhiều hơn nữa, nếu vôi hoạt tính cao thì 1kg CaO đƣợc 5 lít vôi sữa
  23. A. Nếu vôi có độ hoạt tính cao (% CaO nhiều) → khi tôi phải cho đủ nƣớc vào cùng 1 lúc tránh xảy ra phản ứng: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 +H2O B. Nếu vôi có độ hoạt tính thấp, cho nƣớc vào từ từ tránh hiện tƣợng “lạnh đột ngột” làm “sƣợng” sản phẩm
  24. Bột vôi sống Thu đƣợc bằng cách nghiền mịn vôi sống cục (>90% qua sàng 4900 lỗ/cm2)
  25. Ƣu điểm Bột vôi sống Vôi nhuyễn • Không tốn thời gian • Chế tạo đơn giản tôi • Dễ sử dụng • Tận dụng nhiệt thủy • An toàn hóa cho phản ứng • Bảo quan không phức silicate giữa vôi và cát tạp • Cƣờng độ vữa cao • Không tiêu tốn năng hơn vôi nhuyễn lƣợng nghiền • Loại trừ đƣợc những hạt sƣợng do non lửa, già lửa
  26. Nhƣợc điểm Bột vôi sống Vôi nhuyễn • Bảo quản khó khăn, • Thời gian tôi lâu do hấp thu CO2 • Khi chế tạo vữa, trong không khí trở không có phản ứng thành CO3 silicate • Bảo quản không quá • Cƣờng độ vữa thấp 1 tháng trong kho • Tiêu tốn nhiều năng lƣợng nghiền • Không an toàn
  27. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng vôi 1) Nhiệt độ & tốc độ tôi Nhiệt độ tôi: nhiệt độ cao nhất đạt đƣợc khi cho 10g bột vôi sống đã nghiền mịn (lọt sàng 900 lỗ/cm2) tác dụng với 20 ml nƣớc ở 20oC
  28. Căn cứ vào nhiệt độ tôi phân làm 2 loại: + Loại phát nhiều nhiệt : to tôi > 70oC + Loại phát ít nhiệt : to tôi = 20 phút
  29. 2. Hàm lƣợng vôi nhuyễn do 1kg vôi sống sinh ra: Dùng 200g vôi sống cục (5-10mm) cho vào bình dung tích 2 lít đổ nƣớc ngập 1-2 cm để tôi vôi. Khi tôi, nƣớc cạn thì thêm nƣớc cho đến khi tôi xong Cuối cùng tính đƣợc thể tích vôi nhuyễn do 1kg vôi sống cục sinh ra + Vôi có độ hoạt tính cao: >2,4 (l/kgCaO) + Vôi có độ hoạt tính trung bình: >2,0 (l/kgCaO) + Vôi có độ hoạt tính thấp: >1,6 (l/kgCaO)
  30. 3. Độ hoạt tính của vôi Là tổng hàm lƣợng CaO+MgO có trong vôi; %(CaO+MgO) càng cao thì vôi có hoạt tính càng lớn Lấy vôi nhuyễn của thí nghiện trên, cho nƣớc vào đáng thành vôi sữa lọc qua sàng No63 Sấy khô hạt sƣợng Dùng dd HCL 1N để chuẩn độ
  31. %(CaO+MgO) đƣợc tính theo công thức: + ϑ : Lƣợng dd HCl 1N dùng chuẩn độ, ml + g : Khối lƣợng mẫu vôi thử, 1gram + K : Hệ số điều chỉnh cho độ chuẩn của dd HCl Vôi có độ hoạt tính cao: %(CaO+MgO) > 88 Vôi có độ hoạt tính tb: %(CaO+MgO) > 80 Vôi có độ hoạt tính thấp: %(CaO+MgO) > 70
  32. 4. Độ mịn của vôi bột và vôi sống Lƣợng sót sàng No063 (124 lỗ/cm2) <= 2% Lƣợng sót sàng No008 (4900 lỗ/cm2) <= 10%
  33. Quá trình rắn chắc của vữa vôi A. Vữa dùng vôi nhuyễn (2 giai đoạn) Giai đoạn 1: hòa tan & hóa keo V+C+N → vữa vôi Giai đoạn 2: kết tinh (carbonate hóa) Quá trình rắn chắc của vôi rất chậm (hàng tháng). Để tăng nhanh dùng các biện pháp: + Dƣỡng hộ bằng khí CO2 + Sử dụng phụ gia: xi măng, phụ gia vô cơ hoạt tính
  34. B. Vữa dùng bột vôi sống Giống nhƣ trên nhƣng có thêm thời kỳ đầu (thời kỳ hóa tan) 3 thời kỳ nay không riêng biệt mà xen kẽ nhau
  35. Công dụng & Bảo quản 1. Công dụng: Làm vữa xây, vữa trát Dùng quét tƣờng, trần Sản xuất gạch silicate 2. Bảo quản: Vôi cục nên tôi ngay hoặc nghiền mịn cho vào bao kín, không nên để lâu Vôi nhuyễn ngâm trong hố có lớp cát hoặc nƣớc phủ lên trên 10-20cm Không dự trữ bột vôi sống quá lâu
  36. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ RẮN TRONG NƢỚC Vôi thủy: Chất kết dính rắn trong nƣớc không cần phụ gia hoạt tính Nguyên liệu: Nung đá mac-nơ (đá vôi lẫn 8-20% sét) hoặc dùng đá vôi trộn đất sét Nhiệt độ nung: 900-1100oC Thành phần khoáng: C2S, CA, C2F, CaO, MgO Quá trình rắn chắc (3 giai đoạn): khó tôi hơn vôi không khí, tôi chậm, tỏa nhiệt ít hơn.
  37. Tính chất: Khối lƣợng riêng: 2,2 -3,0 g/cm3 Khối lƣợng thể tích: 500 - 800 kg/cm3 R = 0,6 - 1,5 Mpa Lƣợng sót trên sàng 4900 lỗ/cm2 Module hoạt tính Mht = 1,7 - 4,5 : hoạt tính mạnh Mht = 4,5 - 9 : hoạt tính yếu Dùng chế tạo vữa xây, trát hoặc bê tông mac thấp
  38. XI MĂNG PORTLAND Chất kết dính rắn trong nƣớc và trong không khí Đá vôi (75-80%) Nung Clinker Đất sét (20-25%) Đá thạch cao (3-5%) Xi măng Portland
  39. Nguyên liệu chế tạo 1. Đá vôi: 87-96% CaCO3 2. Đất sét: độ dẻo cao, ít tạp chất hữu cơ 3. Quặng sắt: chỉ cần khi thiếu Fe2O3 4. Thạch cao: CaSO4 > 80% 5. Phụ gia hoạt tính: pouzoland 6. Phụ gia trơ: cát, bột đá 7. Nhiên liệu: than, gas, dầu
  40. Thành phần hóa của xi măng Portland Các oxyt Hàm lượng CaO 63-67% SiO2 21-24% Al2O3 4-7% Fe2O3 2-4% MgO <4,5% SO3 <3% R2O <1,5% Mn2O3 <1,5%
  41. 1. CaO: chủ yếu Tăng cƣờng độ CaO quá nhiều → nung luyện khó, tốn nhiệt, giảm độ bền lò, CaOtd nhiều thì xi măng kém bền trong môi trƣờng xâm thực 2. SiO2: chủ yếu XM bền trong môi trƣờng xâm thực Quá nhiều → Clinker ra lò dễ tả thành bột, chất lƣợng giảm
  42. 3. Al2O3: Giúp thời gian ninh kết và rắn chắc của xi măng nhanh hơn Quá nhiều, xi măng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém ổn định trong môi trƣờng xâm thực 4. Fe2O3: Giảm nhiệt độ kết khố của clinker Tăng độ bền của xi măng trong môi trƣờng xâm thực 5. MgO & R2O: xi măng kém ổn định thể tích
  43. Thành phần khoáng Hàm lượng trong Tên khoáng vật Công thức Ký hiệu Clinker Silicate Tricalcite 3CaO.SiO2 C3S 45-60% Silicate Bicalcite 2CaO.SiO2 C2S 15-30% Aluminate Tricalcite 3CaO.Al2O3 C3A 7-15% Ferro Aluminate Tetracalcite 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 10-18%
  44. 1. C3S: Chủ yếu, quan trọng nhất Tốc độ hydrat hóa nhanh, tỏa nhiều nhiệt, ít co thể tích Cƣờng độ phát triển lớn nhất trong các khoáng 2. C2S: Thời gian đầu cƣờng độ phát triển chậm nhƣng về sau ổn định Nhiệt thủy hóa thấp nhất trong các khoáng
  45. 1. C3A: Thời gian đầu tốc độ hydrat hóa nhanh Nhiệt thủy hóa cao Cƣờng độ phát triển trung bình 2. C4AF: Tăng độ bền xi măng trong môi trƣờng xâm thực Khoáng có khối lƣợng riêng lớn nhất
  46. Các hệ số & module của xi măng 1) Module thủy lực: m = 1,7 -2,4 2) Module silicate: n = 1,7 - 3,5
  47. 3) Module aliminate: p = 1,0 -3,0 3) Hệ số bão hòa vôi: p = 0,85 -0,95 <1
  48. Quy trình sản xuất 1. Chuẩn bị nguyên vật liệu: Đá vôi và đất sét đƣợc sấy, nghiền đồng thời trong máy nghiền bi hoặc nghiền đứng (W=1-2%) Hỗn hợp phối liệu sau đó đƣa vào silo chứa để kiểm tra thành phần hóa và dự trữ
  49. 2. Nung: có 6 vùng nhiệt độ: a) Vùng bay hơi: (70-200oC) nƣớc tự do bay hơi b) Vùng đốt nóng: (200-700oC) tạp chất hữu cơ đƣợc đốt cháy hết, nƣớc hóa học trong đất sét bay hơi hết. Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O c) Vùng calci hóa: (700-1100oC) 20-23% chiều dài lò. Tạo C3A, CA, một phần C2S
  50. d) Vùng phóng nhiệt: (1100-1250oC) 5-7% chiều dài lò. Tạo ra C2S, C3A, C4AF . Các phản ứng đều phát ra nhiều nhiệt. Tại đây phản ứng pha rắn kết thúc. e) Vùng kết khối: (1250-1450oC) 10-15% chiều dài lò. C3A, C4AF & các tạp chất dễ chảy khác chảy ra. Tạo C3S f) Vùng làm lạnh: (1450 - 1300oC) 2-4% chiều dài lò
  51. 3. Nghiền Clinker: Clinker khi ra lò cần ủ trong kho 10-15 ngày để: CaOtd hút ẩm tả thành bột tạo thành Ca(OH)2, hoặc cacbonat hóa tạo CaCO3 Giúp clinker dễ nghiền, xi măng portland ổn định trong quá trình sử dụng Khi nghiền cần cho thêm: 3-5% đá thạch cao để kéo dài thời gian ninh kết của xi măng Portland <25% phụ gia vô cơ hoạt tính để cải thiện tính bền nƣớc cho xi măng Portland <10% phụ gia trơ nhằm tăng sản lƣợng
  52. Quá trình rắn chắc của xi măng Portland 1. Giai đoạn hòa tan: Trên bề mặt hạt xi măng, các khoáng chủ yếu C3S, C2S, C3A, C4AF sẽ tác dụng với nƣớc 2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 2(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O CaO.Fe2O3.nH2O + 2Ca(OH)2 → 3CaO.Fe2O3.6H2O + qH2O
  53. Do có mặt đá thạch cao: 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O + 26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (gây nở thể tích)
  54. 2. Giai đoạn hóa keo: Các muối sufoaluminat calci và sản phẩm C-S-H không tan, tồn tại ở dạng keo phân tán. Chất keo sinh ra càng lúc càng nhiều Nƣớc tự do bốc hơi, các hạt keo phân tán ngƣng tụ lại thành những hạt lớn hơn tạo thành thể ngƣng keo. Thể ngƣng keo phát triển tiếp, vữa mất tính dẻo, đông đặc dần Xi măng chƣa có cƣờng độ
  55. 3. Giai đoạn kết tinh: C-S-H ở thể keo, dần dần chuyển sang dạng tinh thể. Lƣợng nƣớc ngày càng mất đi, keo dần khô lại, toàn bộ hỗn hợp trở nên rắn chắc
  56. Các tính chất của xi măng Portland 1. Khối lƣợng riêng (2,97-3,15 g/cm3): Nhiệt độ nung cao, γa tăng Hàm lƣợng C4AF cao, γa tăng Có thêm phụ gia hoạt tính, phụ gia trơ, γa giảm γa tăng, chống tia bức xạ, phóng xạ Muốn tăng γa có thể thay CaO bằng BaO, (5,4 g/cm3), dùng xây công trình chống phóng xạ γa tăng, dùng đƣợc trong môi trƣờng xâm thực biển
  57. 2. Khối lƣợng thể tích (1,2 g/cm3) : Độ mịn tăng, γo tăng Độ tơi xốp tăng, γo giảm 3. Độ mịn (2800-3300 cm2/g): XM càng mịn, rắn chắc nhanh, cƣờng độ cao XM càng mịn, lƣợng nƣớc yêu cầu cao
  58. 4. Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn: Là lƣợng nƣớc (% so với khối lƣợng xi măng) đảm bảo hồ xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn Phụ thuộc thành phần khoáng, độ mịn 5. Thời gian ninh kết: Thời gian bắt đầu ninh kết: từ lúc trộn xi măng với nƣớc đến lúc mất tính dẻo. Thời gian kết thúc ninh kết: từ lúc trộn với nƣớc đến lúc có cƣờng độ nhất định
  59. 6. Tính ổn định thể tích: Nghiền xong sử dụng ngay Xi măng hạt thô CaO + MgO tự do quá nhiều Hàm lƣợng SO3 vƣợt quá quy định 7. Cƣờng độ xi măng phụ thuộc: Thành phần khoáng Độ mịn Môi trƣờng & thời gian dƣỡng hộ Hình dạng, kích thƣớc mẫu Tốc độ gia tải