C3A > C6A2F > C4AF > C6AF2 > C2F
Theo mức độ tăng hàm lượng alumoferit canxi do sự giảm hàm lượng C3A ở hàm lượng C3S và C2S không đổi, độ bền sun phát của xi măng tăng lên đáng kể. Tiêu chuẩn về xi măng bền sun phát thường yêu cầu như sau:
C3A ≤ 5%, C3A + C4AF ≤ 22%, C3S ≤ 50%
Nhưng trong hàng loạt các trường hợp đã quan sát thấy sự sai lệch đối với qui tắc chung này. Xi măng chứa C3A < 5% và C3S < 50% chỉ ra sự bền sun phát nhỏ hơn. Nguyên nhân của hiện tượng này có thể do độ chặt của đá xi măng, sự có mặt của các ion Cl- trong nước chứa sun phát, nồng độ của các ion SO42- trong môi trường xâm thực.
Ví dụ như trong nước biển, sự có mặt của ion Cl- sẽ làm chậm hoặc dừng sự phá huỷ bê tông dưới tác dụng của dung dịch sun phát. Điều này liên quan tới sự tăng độ hoà tan của thạch cao và hydrosunfoaluminat canxi trong dung dịch clorit.
Tốc độ tác dụng của các dung dịch sun phát lên đá xi măng phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch, vì vậy, khi biên soạn xây dựng tiêu chuẩn CH 11-28-73 "bảo vệ cấu trúc khỏi sự ăn mòn" mà theo đó phụ thuộc vào nồng độ SO42- trong nước, môi trường xâm thực có thể chia thành xâm thực mạnh, xâm thực trung bình và xâm thực yếu.
Chú ý tới các số liệu này đối với sự xâm thực trung bình và yếu, người ta sử dụng xi măng portland bền sun phát thấp aluminat, trong đó hàm lượng C3S cho phép tới 60% và C3A đến 8% ở hàm lượng cần thiết phải có trong xi măng tới 10% phụ gia khoáng hoạt tính.
Tốc độ tác dụng của dung dịch sun phát phụ thuộc vào dạng cation trong dung dịch. Ví dụ: trong dung dịch 0,5% MgSO4, đá xi măng bị phá huỷ nhanh hơn trong dung dịch 1% Na2SO4. Sự khác nhau ở tác dụng của MgSO4 và Na2SO4 cũng còn phụ thuộc vào thành phần của xi măng. Sun phát magiê gây ra tác dụng lên xi măng thấp aluminat mạnh hơn, còn sun phát natri thì tác dụng lên xi măng cao aluminat mạnh hơn. Điều này được giải thích bởi cơ chế hoá học khác nhau của chúng. C3S bị phá huỷ trong dung dịch MgSO4 nhanh hơn trong dung dịch Na2SO4, C2S bị phá huỷ dưới tác dụng của MgSO4 còn trong các dung dịch sun phát khác thì lại bền, C3A và C4AF không bền trong môi trường sun phát, nhưng C4AF phản ứng với chúng rất chậm.
Nghiên cứu độ bền sun phát của hỗn hợp các khoáng clinker tổng hợp (bảng 1) cho phép đưa ra lời khuyên có cơ sở về thành phần khoáng của clinker xi măng portland bền sun phát.
Các số liệu này xác nhận rằng khi C3A ≥ 5% sự phá huỷ của đá xi măng xảy ra nhanh. Xi măng có thành phần tương ứng với tiêu chuẩn về xi măng bền sun phát (C3S ≤ 50%, C3A ≤ 5%) và được đưa ra trong dòng đầu tiên của bảng 2 bền hơn so với xi măng cao alit có hàm lượng C3A như nhau, nhưng kém bền hơn so với xi măng cao alit chứa ≤ 4% C3A. Trong trường hợp này sự thay đổi 10% alit ảnh hưởng lên độ bền sun phát nhỏ hơn sự thay đổi hàm lượng C3A bằng 1%.
Yêu cầu đặt ra đối với tiêu chuẩn về giới hạn tổng C3A + C4AF trong các xi măng bền sun phát là do, mặc dù các hydrat của C4AF chống lại sự xâm thực sun phát tốt hơn đáng kể so với sản phẩm hydrat hoá C3A, ở số lượng lớn của C4AF độ bền sun phát của xi măng vẫn bị giảm (hình 1).
Bởi vì, những điều đã đề cập ở trên về sự sai lệch của hàm lượng C3A và C4AF thực tế so với hàm lượng tính toán được từ sự không cân bằng của quá trình kết tinh clinker, rõ ràng là các nguyên liệu riêng biệt, điều kiện nung và làm lạnh clinker có ý nghĩa quan trọng đối với chất lượng của xi măng portland bền sun phát.
Thạch cao pha vào xi măng khi nghiền và cũng có thể thâm nhập vào đá xi măng từ môi trường xung quanh ở dạng dung dịch nước hoặc được tạo thành trong các lỗ xốp do phản ứng trao đổi giữa Na2SO4, MgSO4 từ bên ngoài dung dịch và Ca(OH)2 luôn có sẵn trong các lỗ xốp của đá xi măng đã đóng rắn ở dạng dung dịch bão hoà trong nước.
Số lượng C3A liên kết với thạch cao thành thạch hydrosunfoaluminat canxi ở thời kỳ đầu đóng rắn càng càng bền đối với sự xâm thực sun phát trong quá trình sử dụng, vì cường độ phá huỷ của nó sẽ chỉ được xác định bằng số lượng C3A còn lại chưa liên kết thành hydrosunfo aluminat canxi.
Sestoperov đề nghị giám định độ bền sun phát của xi măng thông qua hệ số bền sun phát (KC) được tính theo công thức do Moscvin đề xuất có thay đổi một ít.
KC = (C3A - C3Alk) / (C3S + C2S + C4AF)
Ở đây : tử số là hàm lượng C3A còn lại chưa bị liên kết đến thời điểm bắt đầu sự tác dụng của nước sun phát.
Các công trình của Sestoperov, Ivanov và nhiều người khác đã chỉ ra rằng không thể nói về vai trò của C3A trong sự đóng rắn và độ bền của xi măng nếu không kể đến số lượng thạch cao đưa vào xi măng. Đã xác định rằng số lượng hợp lý của thạch cao trong xi măng, mà gây ra ảnh hưởng có lợi lên cường độ của nó, là số lượng đủ để liên kết với C3A trong thời kỳ đóng rắn ban đầu (18 giờ đối với các xi măng cao aluminat và 24 giờ đối với xi măng thấp aluminat).
Hàm lượng tối đa của thạch cao trong xi măng mà khi đó số liệu cường độ nhận được thấp hơn ở hàm lượng hàm lượng C3A và C4AF thực tế so với hàm lượng hợp lý nhưng vẫn đảm bảo sự phát triển bình thường của cường độ theo thời gian là số lượng sẽ liên kết hết trong thời gian 28 ngày đầu đóng rắn của xi măng.
P.P.Budnhicov và O.I.Chacheva đã nghiên cứu ảnh hưởng của các dạng thù hình khác nhau của thạch cao lên cường độ và độ bền sun phát của xi măng portland có hàm lượng C3A khác nhau và sự phụ thuộc của các số liệu này vào động học liên kết thạch cao với C3A đã đưa ra một số kết luận:
* Mức độ liên kết của thạch cao bởi xi măng phụ thuộc vào hàm lượng C3A trong xi măng.
* Khi pha vào clinker số lượng thạch cao mà bị liên kết hoàn toàn trong thời gian 24 giờ kể từ thời điểm trộn nước (trong trường hợp clinker cao aluminat - C3A = 11%) và trong thời gian 3 ngày (trong trường hợp clinker thấp aluminat - C3A = 5%) sự tăng lên của cường độ xi măng diễn ra từ từ và liên tục.
Khi pha vào xi măng số lượng thạch cao nhiều hơn (10%), sự tăng lên của cường độ diễn ra chậm hơn đến 28 ngày đóng rắn, có nghĩa là đến thời điểm liên kết hoàn toàn của thạch cao với xi măng, sau đó mức độ phát triển cường độ tăng lên rõ rệt, khi đó cường độ của xi măng trên cơ sở clinker cao aluminat đến 4 tháng đóng rắn hầu như tương ứng với cường độ của xi măng có 3 và 5% thạch cao.
Cường độ của xi măng có 10% thạch cao trên cơ sở clinker thấp aluminat gần với cường độ của xi măng có 3 và 5% thạch cao nhưng đến 4 tháng đóng rắn còn chưa đạt đến nó.
* Trong điều kiện xâm thực sun phát các xi măng cao aluminat chỉ ra độ bền nhỏ hơn so với xi măng thấp aluminat.
* Độ bền sun phát của các xi măng cao aluminat phụ thuộc ở mức độ đáng kể vào số lượng thạch cao đưa vào xi măng. Khi hàm lượng C3A trong clinker là 11%, xi măng có 10% thạch cao chỉ ra độ bền sun phát lớn nhất, còn 3% thạch cao là nhỏ nhất.
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng số 1 năm 2015)