Thông tin chuyên ngành Xi măng Việt Nam

>> Ảnh hưởng của kiềm hòa tan đến khả năng tương thích xi măng – phụ gia siêu dẻo (P1)
>> Ảnh hưởng của kiềm hòa tan đến khả năng tương thích xi măng – phụ gia siêu dẻo (P2)

3.3. Ảnh hưởng của bổ sung kiềm sulfat

Phân tích hoá học của xi măng cũng cho thấy rằng các hàm lượng kiềm của xi măng C1, C5, và C6 (không tương thích) thấp hơn nhiều so với các loại xi măng C2, C3 và C4 (tương thích). Do đó, hàm lượng kiềm của xi măng có thể là một tham số quan trọng ảnh hưởng đến sự tương thích của xi măng với một phụ gia siêu dẻo nhất định.

Tùy thuộc vào hàm lượng SO₃ trong clanhke, kiềm trong xi măng có thể có mặt ở dạng kiềm sulfat (Na₂SO₄ hoặc K₂SO₄), và/hoặc dạng sulfat kép, hoặc bị giữ lại trong khoáng C₃A và C₂S. Tỷ lệ của lưu huỳnh trên tổng lượng kiềm xác định hàm lượng kiềm sulfat trong clanhke. Khi clanhke chứa lượng SO₃ tương đối lớn, một phần đáng kể chất kiềm đi vào dung dịch trong vòng một vài phút. Trong clanhke có hàm lượng thấp SO₃, Na₂O và K₂O được ưu tiên kết hợp vào pha C₃A, nhưng cũng vào pha C₂S của clanhke xi măng poóc lăng. Vì thế, mặc dù các loại xi măng có hàm lượng SO₃ và tổng kiềm tương tự nhau, nhưng lượng kiềm có thể hòa tan dễ dàng đó có thể rất khác nhau.

Hàm lượng kiềm hòa tan của các xi măng sử dụng trong thí nghiệm đều được xác định bằng cách sử dụng phương pháp cặp plasma cảm ứng. Các phép đo đã được thực hiện trên các dung dịch lọc (pore solution) của hồ xi măng (w/c = 0,35) không có phụ gia siêu dẻo ở thời điểm 2, 5, 15 và 30 phút sau khi trộn. Các dung dịch lọc được chiết xuất bằng thiết bị lọc áp lực qua một màng lọc 0,45 µm với áp suất nitơ khoảng 60 psi (0,4 MPa). Dung dịch lọc được ngay lập tức bị axit hóa và pha loãng đến 1: 150 với 5% HCl. Các kết quả được trình bày trong Bảng 3 minh họa tốc độ hòa tan nhanh chóng của các chất kiềm trong các loại xi măng, bởi vì hầu như nồng độ kiềm tối đa đã thu được chỉ 2 phút sau khi trộn. Các kết quả cũng cho thấy các loại xi măng tương thích (C2, C3 và C4) chứa hàm lượng các chất kiềm hòa tan cao hơn nhiều so với những loại không tương thích (C1, C5, và C6). Tất nhiên, lượng chất kiềm có thể dễ dàng hòa tan trong vài phút đầu tiên không thể xác định được từ tổng hàm lượng kiềm khi phân tích các thành phần xi măng. Hình 4 cho thấy rõ ràng rằng không có mối tương quan có thể được rút ra giữa các hàm lượng kiềm hòa tan trong vài phút đầu tiên của quá trình hydrat hóa và tổng hàm lượng kiềm được đưa ra bởi phân tích hóa học của xi măng.

Để xác định vai trò của chất kiềm hòa tan trong việc kiểm soát tổn thất độ chảy, natri sulfat thuộc cấp độ phân tích đã được thêm vào nước trộn để có thể thu được những hàm lượng kiềm hòa tan khác nhau.

 

Hình 5 trình bày kết quả độ sụt rút gọn theo thời gian hydrat hóa trong hồ được chế tạo bằng xi măng thấp kiềm (tương ứng C1, C5 và C6), trong đó số lượng natri sulfat khác nhau đã được bổ sung vào. Kết quả chỉ ra rằng tổn thất độ sụt tại các lần khác nhau liên tục giảm khi lượng Na₂SO₄ bổ sung tăng lên. Khi lượng Na₂SO₄ bổ sung được tăng lên 0,48% cho xi măng C1 và 0,80% dùng cho xi măng C5 và C6, độ chảy tỏa trong độ sụt rút gọn vẫn là 200 cm² đối với thời điểm hơn 60 phút, vì vậy tổn thất độ sụt bị ức chế hoàn toàn. Với xi măng cao kiềm (C2,C3 và C4), việc bổ sung Na₂SO₄ làm giảm độ chảy ban đầu và gia tăng tổn thất độ sụt, như thể hiện trong Hình 6. Hiệu ứng ngược này đặc biệt đáng chú ý khi bổ sung Na₂SO₄ ở mức 1,0% cho C2 và 0,4% cho C3 và C4.
 

Ngay cả trong xi măng thấp kiềm (C1, C5, và C6), bổ sung Na₂SO₄ quá mức làm tăng tổn thất độ sụt tại thời điểm 60 phút, như thể hiện trong Hình 7. Do đó, các đường cong trong Hình 7 cho thấy có một lượng kiềm sulfat hòa tan tối ưu đối với độ chảy ban đầu và tổn thất độ chảy.
 

Để xác định các hàm lượng kiềm tối ưu, chất kiềm hòa tan có trong clanhke và kiềm hòa tan được thêm vào trong hỗn hợp xi măng phải được tính đến. Các giá trị độ sụt rút gọn ở thời điểm 60 phút được thể hiện mối tương quan so với tổng hàm lượng kiềm hòa tan tính quy đổi thành Na₂O_tđ hòa tan. Hình 8 bên trái biểu thị các kết quả của hồ xi măng C1 và C6 có chứa 1,0% phụ gia siêu dẻo. Hình 8 bên phải trình bày kết quả của hồ xi măng C2 đến C5 chứa 0,6% phụ gia siêu dẻo. Từ các đường cong trong Hình 8, có thể kết rút ra được luận sau đây: 

- Có một hàm lượng kiềm hòa tan tối ưu đối với độ chảy và tổn thất độ chảy, đã được xác định là 0,4 - 0,5% Na₂O_tđ hòa tan. Tại hàm lượng kiềm hòa tan tối ưu này, độ chảy ban đầu là tối đa và tổn thất độ chảy là tối thiểu.

- Thêm Na₂SO₄ cải thiện đáng kể độ chảy trong xi măng so với hàm lượng kiềm hòa tan ít hơn lượng tối ưu, trong khi giảm nhẹ độ chảy đối với xi măng có kiềm hòa tan cao hơn hàm lượng tối ưu. Do đó, có tồn tại kiềm hòa tan thích hợp trong dung dịch theo thời gian. Trong vài phút đầu tiên sau khi trộn là quan trọng nhất đối với đảm bảo khả năng tương thích xi măng/phụ gia siêu dẻo. Nói cách khác, kiềm hòa tan ở mức trung bình trong dung dịch trong vài phút đầu tiên của hydrat hóa có nhiều khả năng để sự kết hợp xi măng/phụ gia siêu dẻo không tương thích hơn kiềm hòa tan quá mức.

- Hàm lượng kiềm tối ưu này không phụ thuộc vào liều lượng phụ gia siêu dẻo và loại xi măng đối với các xi măng và phụ gia siêu dẻo sử dụng trong thí nghiệm.

- Các hàm lượng kiềm hòa tan là một trong những thông số chính kiểm soát độ chảy và tổn thất độ chảy trong hồ xi măng có chứa phụ gia siêu dẻo. Trong xi măng có hàm lượng kiềm hòa tan tối ưu, hàm lượng C₃A trên thực tế không ảnh hưởng đến tổn thất độ chảy.

3.4. Xác nhận trên bê tông

Để xác nhận việc bổ sung kiềm sulfat vào xi măng thấp kiềm có thể giảm đáng kể tổn thất độ sụt của bê tông tính năng cao, các thí nghiệm đã được tiến hành trên bê tông sử dụng xi măng C1 và C2. Các hỗn hợp này có tỷ lệ w/c là 0,30 và bao gồm 470 kg/m³ xi măng, 810 kg/m³ cát và 1050 kg/m³ cốt liệu thô. Các liều lượng phụ gia siêu dẻo đã được điều chỉnh để đạt được độ sụt không đổi là 220 ± 20 mm sau khi trộn. Đối với xi măng C1 thì 1,0% phụ gia siêu dẻo được thêm vào nước trộn, trong khi xi măng C2 chỉ cần 0,8% phụ gia siêu dẻo. 

Tổn thất độ sụt được so sánh trong Hình 9A, trong đó cho thấy xi măng C1 bị mất độ sụt nhanh ở 30 phút, trong khi xi măng C2 thực tế không mất độ sụt sau hơn 90 phút. Bổ sung 0,2% Na₂SO₄ vào xi măng C1 làm giảm đáng kể tổn thất độ sụt sau thời gian 90 phút, như thể hiện trong Hình 9B. Hơn nữa, việc bổ sung Na₂SO₄ vào hỗn hợp thậm chí còn ảnh hưởng tích cực đến cường độ nén của bê tông, như trình bày trong Bảng 4.
 

4. Kết luận

Tầm quan trọng của kiềm hòa tan để đảm bảo khả năng tương thích xi măng với phụ gia siêu dẻo PNS đã được thiết lập. Hàm lượng kiềm hòa tan được xác định trong vài phút đầu tiên của hydrat hóa trong dung dịch chiết xuất từ hồ xi măng với tỷ lệ w/c= 0,35. Tồn tại một hàm lượng kiềm hòa tan tối ưu đối với độ chảy và tổn thất độ chảy, đã được xác định Na₂O_tđ là 0,4 - 0,5%. Với hàm lượng kiềm tối ưu này, các độ chảy ban đầu là tối đa và tổn thất độ chảy là tối thiểu. Hàm lượng kiềm hòa tan tối ưu này không phụ thuộc vào liều lượng phụ gia siêu dẻo và thành phần xi măng. Xi măng với hàm lượng kiềm hòa tan ít hơn lượng tối ưu cho thấy sự gia tăng đáng kể độ chảy khi Na₂SO₄ được thêm vào. Xi măng với hàm lượng kiềm hòa tan cao hơn lượng tối ưu cho thấy giảm nhẹ độ chảy khi bổ sung Na₂SO₄. Vì vậy, đủ hàm lượng kiềm hòa tan trong dung dịch trong vài phút đầu tiên sau khi trộn là điều quan trọng hàng đầu để đảm bảo tương thích xi măng/phụ gia siêu dẻo. Nói cách khác, nếu không có nguồn cung cấp đầy đủ kiềm hoà tan trong dung dịch, sự kết hợp xi măng/ phụ gia siêu dẻo có thể không tương thích về tính lưu biến.

Hàm lượng kiềm hòa tan là một trong những thông số chính để kiểm soát độ chảy và tổn thất độ chảy của hồ xi măng có chứa phụ gia siêu dẻo. Trong xi măng với một lượng kiềm hòa tan tối ưu, hàm lượng khoáng C₃A thực tế không có ảnh hưởng đến tổn thất độ chảy.

Bổ sung Na₂SO₄ để tối ưu hóa hàm lượng kiềm hòa tan trong một cặp xi măng/phụ gia siêu dẻo không tương thích là đơn giản và hiệu quả trong việc kiểm soát tổn thất độ sụt của bê tông sử dụng phụ gia siêu dẻo mà không ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ nén ban đầu và cuối cùng.

Cơ chế tác động của chất kiềm hòa tan đến độ chảy ban đầu và tổn thất độ chảy của hồ xi măng hoặc bê tông dẻo hóa đang được nghiên cứu và kết quả sớm sẽ được công bố.