Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Tính bền môi trường

Tính bền môi trường

Tải bản đầy đủ - 0trang

so với xi-măng xỉ lò cao về các tính chất đã được khảo sát. Khi phản ứng với nước,

xỉ cần mơi trường kiềm cao để thủy hóa, clinker xi-măng Portland được dùng để

cung cấp dung dịch kiềm này. Trong môi trường kiềm, sự khuếch tán của các ion

diễn ra và cấu trúc silicate aluminate bắt đầu đứt gãy liên kết, hòa tan. Cường độ

ban đầu của xi-măng siêu sunphat là do sự hình thành của khống ettringite

(3CaO.A12O3.3CaSO4.32H2O), quan trọng ở cường độ về sau là do sự hình thành

các hydrate silicate canxi (C-S-H). Nghiên cứu này tác giả sử dụng xỉ nguồn gốc Hà

Lan, thạch cao nhân tạo từ các ngành cơng nghiệp hóa chất (sản xuất HF và H3PO4),

clinker đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn Hà Lan NEN 3550. Các thành phần này

được nghiền mịn với các tỷ lệ khác nhau.

Theo National Slag Association [6], xi-măng siêu sunphat có thể được khuyến

cáo sử dụng ở nhiều mơi trường có tính ăn mòn như: mơi trường nước biển, mơi

trường sunphat, môi trường axit yếu, axit béo, môi trường Cl -.… Và các ứng dụng

thực tế xây dựng các công trình cầu cảng biển, hệ thống cống thốt nước thải, bể

ngầm chứa hóa chất, cừ bờ kè.

2.2 Phản ứng carbonate hóa

2.2.1 Nguồn gốc của thành phần HCO3-, CO32- trong mơi trường ẩm

Trong nước tự nhiên ln có H2CO3 với hàm lượng lớn hay nhỏ, khi pH > 8,5

thì hàm lượng H2CO3 mới không đáng kể. Sự xuất hiện H2CO3 trong nước thiên

nhiên là cơ sở của những q trình hóa sinh xảy ra trong nước cũng như trong đất

tiếp xúc với nước.

Trong khí quyển có 0,04% CO2, trong nước khơng chứa muối ở 15oC hòa tan

0,59mg H2CO3/lít là cho nước có tính axit yếu (pH = 5,7). Đa số trường hợp hàm

lượng CO2 trong nước thiên nhiên không đáng kể. Vì vậy q trình hấp thụ nó từ

khơng khí thường khơng đóng vai trò đáng kể. Chỉ ở lớp bề mặt những hồ lớn như ở

mặt biển, trong những ngày nắng nóng thì lượng CO2 mới nhỏ hơn, lúc đó sự hấp

thụ từ khơng khí mới có ý nghĩa thực tế.

H2CO3 có 2 mức độ phân ly:

H2CO3 ↔ H+ + HCO3HCO3- ↔ H+ + CO32-



H2CO3 ↔ 2H+ + CO32Sự tăng H+ phá vỡ cân bằng trên và HCO3- chuyển thành H2CO3, còn CO32chuyển thành HCO3-.

Giảm H+ thì tạo HCO3- và CO32-.

Hằng số phân ly:

K



1



K2



HHCO3

H2CO3



HCO 2

HCO3



3



3, 04.10 7



4, 01.10 11



Rõ rằng tỷ số này phụ thuộc nồng độ [H+]. Ở những dạng pH khác nhau hàm

lượng môi dạng hợp chất khác nhau.

Trong nước bao giờ cũng có một lượng CO 2 cân bằng vì vậy nếu có lý do nào

đó mà lượng CO2 trong dung dịch tăng lên thì sẽ có một lượng carbonate chuyển

vào dung dịch. Ngược lại, nếu CO2 giảm thì sẽ có một lượng carbonate kết tủa.

Nước trong đó có H2CO3, H+, CO32-, HCO3-, ở trạng thái cân bằng khơng thực

hiện hòa tan khơng thuận nghịch màng carbonate của bê-tơng, và do đó khơng xâm

thực đối với bê-tơng. Khi tăng lượng CO 2 vượt quá CO2 cân bằng, tức tạo điều kiện

hoàn tan màng carbonate, và nước lúc đó mang tính xâm thực. Cho nên lượng CO 2

thừa so với lượng CO2 cân bằng gọi là H2CO3 xâm thực. [7]

2.2.2 Q trình carbonate hóa đối với xi-măng đóng rắn

Trong khoảng thời gian xác định, sau khi cho vữa xi-măng tiếp xúc với môi

trường xâm thực cho đến lúc cân bằng carbonate được xác lập. Điều này xảy ra sau

khi một phần CO32- xâm thực đã liên kết thành bicarbonate, phần còn lại ở dạng

CO32- cân bằng. Độ xâm thực của môi trường trên được thể hiện qua khả năng hòa

tan một lượng xác định carbonate rắn, mặt khác qua tốc độ hòa tan sau khi đạt cân

bằng trong hệ.

Sự có mặt của những ion khơng trực tiếp tham gia phản ứng, làm tăng lực ion

của cân bằng trong hệ và hòa tan một lượng lớn carbonate rắn.



Lớp carbonate hóa trên bề mặt vữa thường có chiều dày khơng lớn và bị phá

hủy dần dưới tác dụng của môi trường xâm thực. Trong lớp này có chứa các vết rơ

và các ống mao quản dẫn đầy nước. Dó đó sự khuếch tán Ca(OH)2 từ trong ra bề

mặt vào môi trường xung quanh.

Sự xuất hiện OH- trong dung dịch thay đổi cân bằng đã được xác định.

Phản ứng giữa CO32- và CaCO3 diễn ra nhanh còn sự khuếch tán của Ca(OH) 2

thì chậm. Vì vậy lớp carbonate tạo thành dần dần bị phá hủy. Sự phá hủy này xảy ra

cho đến khi hoặc là vận tốc khuếch tán bằng vận tốc ăn mòn lớp carbonate, hoặc là

những thành phần thủy hóa của xi-măng bắt đầu bị phá hủy trực tiếp.

Trường hợp thừa OH- trên bề mặt vữa lớp carbonate được hình thành, sau đó

chuyển vào dung dịch dạng bicarbonate.

Trong giai đoạn đầu nhân tố hạn chế sự phá hủy bê-tông là tốc độ carbonate

hóa, tốc độ này phụ thuộc nồng độ và dung dịch phản ứng của môi trường xâm

thực. Giai đoạn tiếp theo, khi tốc độ xâm nhập của CO2 xâm thực khơng còn là nhân

tố hạn chế tốc độ ăn mòn, thì diện tích bề mặt phản ứng của đá xi-măng và việc

giảm sự khuếch tán nhờ sản phẩm ăn mòn là nhân tố xác định tốc độ phá hủy bê

tông.

Những số liệu thực tế cho thấy, diện tích bề mặt phản ứng có ảnh hưởng đáng

kể đến nồng độ bicarbonate cực đại và thời hạn đạt cực đại đó. [7]

2.2.3 Ảnh hưởng của q trình carbonate hóa

Kết quả carbonate bình thường làm giảm độ xốp, làm cho bột carbon đậm

hơn. Vì vậy carbonate là một lợi thế trong bê-tơng khơng cốt thép. Tuy nhiên, nó là

một bất lợi trong bê-tông cốt thép, như pH của carbonate bê-tông giảm xuống

khoảng 7; một giá trị dưới ngưỡng thụ động của thép.

Như đã nói, trong mơi trường kiềm, cốt thép hồn tồn được bảo vệ khỏi các

tác nhân ăn mòn nhờ vào lớp màng mỏng trên bề mặt (dày từ 2-20 nanomét). Tuy

nhiên, q trình carbonate hố với sự hiện diện của CO 2, nước và Ca(OH)2 tạo nên

canxi carbonate và trung hồ mơi trường kiềm trong bê-tơng theo phản ứng dưới

đây:



CO2 + H2O + Ca(OH)2  CaCO3 (calcium carbonate) + 2H2O



Hình 2.3 Ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép do phản ứng carbonate [10]

Sau q trình trung hồ, khi độ pH trong bê-tông giảm xuống dưới mức 9, cơ

chế "tự bảo vệ thụ động" của bê-tơng khơng còn tồn tại và cốt thép bắt đầu bị ăn

mòn.



Hình 2.4 Quá trình cốt thép bị ăn mòn, bong tróc khỏi khối bê tơng [10]

Q trình ăn mòn bắt đầu khi gỉ thép xuất hiện và phát triển trên bề mặt cốt

thép và gây nứt tại những vị trí tiếp giáp với bê-tông. Sự phát triển của vết nứt phát

triển dần dưới sự tấn cơng của các tác nhân ăn mòn cho đến khi phá vỡ hồn tồn sự

kết dính giữa bê-tơng và cốt thép như hình minh hoạ trên.

2.2.4 Phương pháp thí nghiệm, phân tích đánh giá q trình carbonate hóa

Carbonate hóa có thể được cơng nhận trong lĩnh vực này bởi sự có mặt của

một vùng bị đổi màu trong bề mặt của bê-tơng. Màu sắc có thể thay đổi từ ánh sáng

màu xám và khó nhận ra màu ố cam mạnh mẽ và dễ nhận ra bằng mắt thường.

Carbonate hóa có thể được hình dung bằng cách sử dụng bình xịt chứa dung dịch

chất chỉ thị màu phenolphthalein lên vùng vật liệu xi-măng. Theo đó màu của

phenophthalein sẽ nhạt dần nếu pH < 8 và còn đậm nếu pH > 9,5. Bằng cách này

nếu tiến hành thí nghiệm ở vị trí mặt gãy của mẫu bê-tơng xi-măng có thể đánh giá

bề dày lớp vữa đã



bị carbonate hóa theo thời gian. Kết quả được biểu diễn bằng bề dày lớp bị

carbonate hóa theo thời gian. Thí nghiệm này được mơ tả trong tiêu chuẩn UNE

112-011-94. Đồng thời đối với thí nghiệm liên quan đến q trình carbonate hóa

thường diễn ra rất chậm nên thường được thí nghiệm trong thiết bị buồng carbonate

hóa cưỡng bước (accelerated carbonation chamber). Theo đó mơi trường đặc biệt

giàu CO2 được tạo ra trong buồng để bảo dưỡng, theo dõi mẫu bê-tơng xi-măng.



Hình 2.5 Buồng thí nghiệm carbonate hóa cưỡng bức



CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

3.1 Sơ đồ thực nghiệm và phối trộn ngun liệu

3.1.1 Sơ đồ thực nghiệm

Xỉ lò cao



Thạch cao



Clinker



Vơi



Nung 5000C



Xi măng siêu sunphat



Đúc mẫu hồ

Dưỡng mẫu



Buồng CO2

Phân tích XRD



Đúc mẫu vữa



Đúc mẫu vữa cốt thép



Mẫu bột



Dưỡng mẫu



Dưỡng mẫu



Buồng

CO2



Buồng CO2



Buồng CO2



Đo cường độ



Quan sát ăn mòn



Phenolphtalein

Đánh giá Carbonate hóa



Đánh giá, kết luận

Hình 3.1 Sơ đồ quá trình nghiên cứu thực nghiệm

3.1.2 Ngun liệu

Xỉ lò cao



Đo

MKN



Trong nghiên cứu này chúng tơi sử dụng xỉ lò cao được cung cấp bởi cơng ty

xi-măng Sài Gòn SDC, địa chỉ: Long Sơn, Long Bình, Quận 9, TP Hồ Chí Minh,

Việt Nam.

Đây là phế phẩm nhập JFE từ Nhật Bản và hiện đang được nhà máy sử dụng

nghiền chế tạo xi-măng Portland hôn hợp bền sunphat.

Bảng 3.1 Kết quả phân tích thành phần hóa xỉ lò cao

Oxit

Thành phần



SiO2

33,65



CaO

42,14



Fe2O3

0,84



Al2O3

15,60



MgO P2O5

6,40 0,07



TiO2

0,10



SO3

0,16



CKT MKN

0,49 0,56



Tỉ lệ về khối lượng của (CaO + MgO)/SiO2 =1.44 của xỉ lò cao thỏa tiêu chuẩn

EN 15743:2010.



Hình 3.2 Phổ kết quả phân tích thành phần khoáng xỉ lò cao, CuK

Từ phổ XRD ta thấy xỉ lò cao sử dụng có thành phần chủ yếu là pha thủy tinh

(do nền vơ định hình lớn), kết hợp với hàm lượng Al 2O3 >13%, nên xỉ sử dụng phù

hợp để làm thành phần kết dính chính cho xi măng SSC.

Từ kết quả phân tích thành phần hạt hình 3.3, hạt xỉ nghiền mịn có đến >90%

hạt có kích thước nhỏ hơn 60m. Kích thước hạt này khá tương đồng với xi-măng



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tính bền môi trường

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×