>> Những nghiên cứu mới nhất về phát triển cường độ sớm và cường độ muộn trong bê tông (P2)

>> Những nghiên cứu mới nhất về phát triển cường độ sớm và cường độ muộn trong bê tông (P1)

2. Phát triền cường độ muộn

Như trên đã nói nhu cầu nước của xi măng trong phát triển cường độ bê tông là rất quan trọng đề đạt được tính công tác mong muốn. Việc bổ sung thêm quá nhiều nước sẽ làm giảm cường độ bê tông ở tất cả các độ tuổi. Tuy nhiên, hầu hết các nhà máy xi măng đều sản xuất xi măng portland với nhu cầu nước cần thiết ổn định, vì thành phần hóa học được kiểm soát để đảm bảo rằng tính chất này có thể tin cậy được. Phát triển cường độ muộn trong bê tông liên quan tới một số đặc tính cơ bản, như lượng C₃S tồn tại và cũng liên quan tới cả một số đặc tính tinh vi hơn như quy trình nhiệt và thành phần khoáng của clinker và xi măng. Như thường thấy trong quá trình sản xuất xi măng, nơi tốt nhất để xem xét, đánh giá bất kỳ sự sai lệch nào so với ý tưởng trong sản xuất chính là ở các mỏ đá hoặc các nguồn nguyên liệu và nhiên liệu khác và sau đó là các đặc tính của liệu cấp lò.
Một khó khăn liên quan tới các đặc tính cụ thể của liệu cấp lò với thành phần khoáng clinker và sau đó với chất lượng cuối cùng của xi măng trong bê tông là tính phù hợp của các đặc tính liệu cấp, clinker, xi măng khi được nghiền, xi măng khi được xuất đi, xi măng khi được sử dụng và kết quả cuối cùng trong thực tế ở hiện trường.

Cách đây vài năm, điều này đã được một nhà máy xi măng, nơi tiến hành thử nghiệm toàn diện trong một thời gian dài, cố gắng khắc phục. Dữ liệu chi tiết nhất của thử nghiệm đã được nhà máy thu thập trong giai đoạn hơn 6 tháng và các dữ liệu tổng quát hơn được thu thập trong nhiều năm, vì vậy một số xu hướng chung trong giai đoạn đã được chỉ ra rõ ràng. Hiệu quả trong bê tông đo được trên các mẫu được phối trộn trong phòng thí nghiệm so với ở hiện trường, kết hợp so sánh với kinh nghiệm thực tế đã cho thấy mối tương quan tốt.

Nhà máy đã sử dụng tổng cộng 7 loại nguyên liệu và cấp liệu lò đã đạt mức độ ổn định hóa học tốt. Tuy nhiên, độ ổn định đạt được là nhờ điều chỉnh đều các tỷ lệ của các nguyên liệu cấp khác nhau mà bản thân chúng đã có sẵn một loạt các đặc tính về phân bố kích thước và hàm lượng các thành phần thứ yếu như kiềm và sulphate.

Các mối quan hệ chung
 
Trước hết, Hình 1-2 cho thấy mối quan hệ trong 18 tháng giữa hàm lượng C₃S của clinker, được tính toán bằng phép tính Bogue, và cường độ 28 ngày tuổi trong bê tông được phối trộn với BS4550 và sau đó được điều chỉnh độ sụt như đã đo được trên mỗi mẫu bê tông.

Mối quan hệ đã thấy trong các dữ liệu này, cho thấy các mức trung bình chạy trong 4 tháng cho một giai đoạn gần hai năm, là hoàn toàn có tính thuyết phục với C₃S tăng lên tạo ra cường độ tốt hơn.

Khi dữ liệu sử dụng để lập ra Hình 1-2 đã được điều chỉnh đều, thì các tỷ lệ thực tế của C₃S lại thay đổi trong khoảng từ 48 - 58%. Sự thay đổi tính toán này đối với các loại clinker đã cao lên đáng kể khi xem xét tính ổn định của các thành phần hóa học trong liệu cấp. Rõ ràng là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi hàm lượng C₃S không phải là do thành phần hóa học trong liệu cấp không ổn định mà là do thay đổi về hàm lượng vôi tự do. Độ ổn định của thành phần hóa học trong liệu cấp đã đạt được nhờ phối trộn cẩn thận các nguyên liệu khác nhau (mà cũng đã thay đổi) với nhau. Thành phần đá vôi có chứa những lượng silicat khác nhau, vì vậy, khi hàm lượng silicat trong đá vôi thấp thì sẽ được điều chỉnh bằng cách bổ sung thêm cát vào. Cát đã được nghiền trong một máy nghiền bi nhỏ và có thể không đạt được độ mịn tương đương với độ mịn của silicat có trong đá vôi.

Khi tiến hành kiểm tra tính hiệu quả của việc nghiền. cát và ảnh hưởng có hại tiềm ân của các thay đổi, liệu cấp đã được phân tích đều đặn và ghi báo cáo hàng ngàyvề lượng liệu có chứa axit không hòa tan và lượng sót sàng 45um.
Hình 2-2 so sánh phần liệu chứa axit không hòa tan sót sàng 45µm trong giai đoạn 4 tháng. Trong hầu hết giai đoạn này, phần sót sàng chứa axit không hòa tan trong liệu cấp đã giảm xuống. Sự giảm xuống này là phù hợp do giảm lượng vôi tự do và do đó, việc tăng hàm lượng C₃S mà trùng với việc tăng cường độ bê tông 28 ngày tuổi đã được chỉ ra ở Hình 1-2.

Do vậy, nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi hàm lượng vôi tự do đã được cho là do các nguồn silicat khác nhau từ các nguyên liệu khác nhau. Các hạt silicat thô được biết đến là sẽ gây khó khăn cho sự phát triển của các tinh thể belite trong clinker. Vôi được canxi hóa phản ứng với silicat tại phần bao quanh hạt silicat để tạo thành độ nóng chảy cùng tinh. Vôi và silicat nóng chảy được rút ra nhờ tác dụng mao dẫn đưa vào trong vôi xốp mịn đã giải phóng hết khí CO₂ và phản ứng với vôi để tạo thành một lớp vỏ belite bao quanh lỗ rỗng ở tâm. Belite hình thành từ quá trình này phát triển khi phản ứng xảy ra liên tục. Lý tưởng thì belite được chuyển hóa sang alite nhờ đưa thêm vôi hòa tan vào trong pha lỏng nhưng vì không có pha C₃A và C₄AF lỏng tham gia, việc sử dụng thêm vôi đề tạo ra C₃S khi clinker ở trong zôn nung là rất khó khăn.

Ảnh hưởng của quá trình này, trước hết, đó là các tinh thể belite trong trường silicat thô phát triển tới kích thước lớn hơn đáng kể so với hầu hết các tinh thể belite trong clinker. Thứ hai là nếu clinker được nung đủ thời gian ở nhiệt độ đủ để phản ứng với cáctinh thể belite từ ngoài vào trong, các tinh thể alite cũng có kích thước của cáctinh thể C₃S mà chúng thế chỗ và tăng kích thước trung bình của C₃S lên. Do vậy, hàm lượng vôi tự do đôi khi có thể bị giảm đi cho dù có sự hiện diện của silicat thô. Tuy nhiên, sẽ là tốn kém khi tạo ra các tinh thể alite thô hơn, bị nung quá, mà thường được cho là do độ hoạt tính bị suy giảm và gây ảnh hưởng tới cường độ. Để chứng minh cho điều này, một loạt các nghiên cứu clinker dưới kính hiên vi thực hiện gần đây nhất đã được đánh giá lại và các kích thước tương đối của các tinh thể alite thu được đã được đem so sánh với các dữ liệu thử nghiệm bê tông sử dụng xi măng được sản xuất trong ngày lấy mẫu xi măng để soi kính hiển vi. Hình 3-2 đã thể hiện rõ các kết quả của đánh giá này. Các kích thước alite thu được có kích thước trung bình và cũng là kích thước lớn nhất quan sát thấy trên mặt cắt được nghiên cứu.

Như vậy là các tinh thể thô hơn dẫn đến cường độ bê tông thấp hơn và kích thước trung bình cũng bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của một loạt các tinh thể thô hơn.
(Còn nữa)