Nghiên cứu ảnh hưởng của bột đá vôi và phụ gia siêu dẻo đến đặc tính cường độ của chất kết dính thạch cao xây dựng

g là loại chất kết dính rắn chắc và phát triển cường độ trong môi trường không khí. Cường độ của chất kết dính thạch cao xây dựng thường không cao. Tuy nhiên có rất nhiều trường hợp đòi hỏi chất kết dính thạch cao xây dựng cấn đạt cương độ nhất định. Chính vì vậy em đã nghiên cứu đề tài:” Nghiên cứu ảnh hưởng của bột đá vôi và phụ gia siêu dẻo đến đặc tính cường độ của chất kết dính thạch cao xây dựng” Do khả năng còn có hạn, nên cuốn đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong sự góp ý của các thầy cô và các bạn. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong bộ môn cũng như các thầy cô trong nhà trường đã giúp đỡ, tạo điều kiện về mọi mặt cho em hoàn thành bản đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GV.TS Vũ Đình Đấu đã hướng dẫnvà giúp đỡ tận tình cho em trong quá trình thực tập và làm đề tài. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa vật liệu xây dựng và các thầy cô ở phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án này. Phần I: tổng quan Về CHấT KếT DíNH THạCH CAO I. Giới thiệu về thạch cao I.1. Thạch cao thiên nhiên. Thạch cao thiên nhiên là loại vật liệu khoáng dạng đá có thành phần khoáng chủ yếu là: CaSO4.2H2O ngoài ra còn có các khoáng khác với hàm lượng nhỏ. Thạch cao thiên nhiên được sử dụng làm nguyên liệu trong nhiều lĩnh vực: Hoá học, vật liệu xây dựng, thực phẩm, y tế, nông nghiệp ..v v. Thạch cao thiên nhiên còn được sủ dụng để sản xuất sản phẩm có tính chất mỹ thuật tạo hình, làm mô hình. Hiện nay Thạch cao thiên nhiên thường được sử dụng để sản xuất chất kết dính trong xây dựng cơ bản và pha vào khi nghiền xi măng poóc lăng để cải thiện một số tính chất của xi măng. I.1.1 Sử dụng thạch cao thiên nhiên sản xuất chất kết dính thạch cao. Chất kết dính thạch cao là sản phẩm thạch cao có dạng CaSO4.0,5H2O hay anhyđric CaSO4 được sản xuất bằng phương pháp nung nguyên liệu đá thạch cao CaSO4.2H2O và nghiền mịn. Trong sản xuất thạch cao, tuỳ thuộc vào nhiệt độ nung và điều kiện gia công nhiệt mà ta nhận được sản phẩm thạch cao ở các dạng khác nhau. + Khi nung ở nhiệt độ từ 1000C – 1600C trong điều kiện môi trường lưu thông áp xuất, sản phẩm chất kết dính thạch cao được tạo thành chủ yếu dạng CaSO4.0,5H2O đông kết rắn chắc nhanh gọi là thạch cao xây dựng. + Khi gia công nhiệttrong thiết bị kín bão hoà hơi nước có nhiệt độ áp xuất cao hay trong dung dịch nước của một số muối hoà tan ở nhiệt độ 970C-1000C ta nhận được sản phẩm thạch cao ở dạng CaSO4.0,5H2O gọi là thạch cao kỹ thuật đông kết rắn chắc chậm hơn thạch cao xây dựng nhưng có cường độ cao hơn. + Khi nung ở nhiệt độ từ 6000C- 9000C sản phẩm tạo thành chủ yếu dạng CaSO4 đông kết rắn chắc chậm gọi là chất kết dính thạch cao nung ở nhiệt độ cao. Thạch cao xây dựng ( dạng CaSO4.0,5H2O ) và thạch cao kỹ thuật ( dạng CaSO4.0,5H2O ) có cùng mạng lưới cấu trúc tinh thể nhưng mức độ phân tán và kích thước tinh thể khác nhau dẫn đến sự khác nhau về tốc độ hyđrát hoá, lượng nước yêu cầu và lượng nhiệt hoà tan. Dạng CaSO4.0,5H2O có kích thước tinh thể lớn nên tốc độ hyđrat hoá và đông kết rắn chắc chậm lượng nước yêu cầu thấp nhưng cường độ cao. I.1.2. Sử dụng thạch cao thiên nhiên làm phụ gia cho xi măng. Ngoài việc sử dụng làm chất kết dính, Thạch cao thiên nhiên còn được sử dụng làm phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết rắn chắc cho xi măng poóc lăng có tác dụng cải thiện một số tính chất của xi măng. Hàm lượng thạch cao pha vào chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng khoáng C3A trong clanke ximăng, thường thì từ 3%.Ngoài giới hạn đó sự có mặt của thạch cao có thể có tác dụng không lợi đến quá trình đông kết rắn chắc của ximăng. Khi xi măng nhào trộn với nước, sự đóng rắn xảy ra chủ yếu do sự hình thành của hyđrô silicat canxi dạng CSH và bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của thạch cao trong hỗn hợp. Theo kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy rằng SO42- tạo thành do sự hoà tan của thạch cao có thể tham gia vao cấu trúc của CSH trong ximăng đóng rắn. Tuy nhiên khi tăng hàm lượng thạch cao tăng sẽ làm tăng số lượng các gel CSH hình thành nhưng lại làm giảm cường độ của các gel CSH. I.2. Thạch cao phế thải. Thạch cao phế thải được tạo thành từ quá trình chế biến các hợp chất chứa canxi ở dạng cácbonát, hyđrôxýt, phốtphát,...với axit sunphuaric. Thạch cao dạng phế thải được đặc trưng bởi thành phần chính là sunphát canxi, ngoài ra còn lẫn các thành phần khác. Hiện nay có một số loại thạch cao phế thải chính như thạch cao phốtpho, thạch cao bor, thạch cao flo, thạch cao titan...và các thải phẩm của công nghệ sản xuất gốm sứ Thạch cao phốtpho là phế thải của công nghệp sản xuất axit phốtphoric, tuỳ thuộc vào thành phần pha và thành phần hoá học mà chia thành thạch cao phốtpho apatit và thạch cao phốtpho phốtphoric. Thạch cao bor là thải phẩm chủ yếu của công nghiệp sản xuất axit sunfuric bằng axit boric. Loại thạch cao phế thải này gồm thạch cao boric và thạch cao bỏ đôlômít. Thạch cao clor là thạch cao có chứa hàm lượng ion clo thường từ 2% Trong xây dựng, thạch cao phốtpho cũng đã được nghiên cứu sử dụng làm chất kết dính, vữa trát tường, khuôn...Các sản phẩm không đòi hỏi chất lượng cao như tấm lát đường ở nông thôn, lát cho đê, kè... Tuỳ theo phương pháp sản xuất axit phôtphoric mà sẽ tạo ra bã thải thạch cao có thành phần khác nhau và tính chất khác nhau. Các phương pháp sản xuất axit phôtphoric gồm: +Phương pháp Dihyđrat. +Phương pháp Semihđrat. +Phương pháp Semihyđrat thạch cao. +Phương pháp thạch cao/Semihđrat. +Phương pháp có sử dụng axit Nitric. Về nguyên tắc các phương pháp này đều dựa trên phản ứng giữa apatit với H2SO4, sự kết tinh tthạch cao phốtpho xảy ra trong dung dịch chứa hàm lượng P2O5 cao tại nhiệt độ >250C. Quá trình phản ứng của apatit với H2SO4 xảy ra như sau: 3Ca(PO4).CaF + 5H2SO4 + 10H2O = 5(CaSO4.2H2O) + 3H3PO4 + HF. Nếu trong thành phần khoáng của nguyên liệu ban đầu có lẫn SiO2 thì có thể xảy ra phản ứng sau: 6HF + SiO2 = H2SiF6 + 2H2O. Trong thạch cao phốtpho còn chứa đến 0.3% các hợp chất hữu cơ. Phụ thuộc vào chế độ phân huỷ như nhiệt độ và nồng độ của các cấu tử mà người ta nhận được ba dạng sản phẩm là CaSO4.2H2O, CaSO4.0,5H2O, và CaSO4. Hàm lượng CaSO4.2H2O trong thạch cao phốtpho có thể đạt từ 77.4% phụ thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng và phương pháp điều chế. Thạch cao phốtpho apatit có bề mặt riêng tương đối nhỏ và khối lượng riêng dao động từ 2.323). I.2.1. Sử dụng thạch cao phôtpho để sản xuất chất kết dính. Thạch cao phốtpho có thể sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất chất kết dính thạch cao. Khi sản xuất chất kết dính thạch cao phải nung thạch cao phốtpho ở nhiệt độ từ 1300C1700C. Khi nung ở nhiệt độ 1360C hàm lượng nước hyđrát trong thạch cao phốtpho là 7.8%, khi nung ở nhiệt độ > 1600C thì hàm lượng nước hyđrát còn lại là 3.4%3.6% và ở 2000C thì lượng nước hyđrát chỉ còn < 2%. Lượng nước hyđrát hợp lý trong chất kết dính thạch cao là 6%. Tính chất của chất kết dính thạch cao phụ thuộc vào thời gian nung và nhiệt độ nung. Khi nhiệt độ nung từ 1500C1600C thì cường độ của chất kết dính thạch cao là lớn nhất. Khi tăng thời gian nung thì lượng nước tiêu chuẩn và cường độ của chất kết dính thạch cao giảm, thời gian nung tốt nhất là khoảng 60-100(phút). Tuy nhiên thời gian nung còn phụ thuộc vào kích thước tinh thể thạch cao sử dụng, khi tinh thể thạch cao cang nhỏ thì thời gian nung càng ngắn. Sản xuất chất kết dính thạch cao từ thạch cao phế thải của công nghiệp gốm sứ phải gia công nhiệt ở nhiệt độ 1600C, thời gian gia công là 120 phút và thời gian ủ là 30 phút. I.2.2. Sử dụng thạch cao phôtpho làm phụ gia cho ximăng. Thông thường để điều chỉnh thời gian ninh kết và các tính chất khác của ximăng người ta sử dụng thạch cao thiên nhiên CaSO4.2H2O. Thạch cao phôtpho cũng đã được nghiên cứu sử dụng làm phụ gia trong xi măng poóc lăng và kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng axit phôtphoric trong thạch cao phôtpho làm tăng thời gian đông kết và giảm cường độ ban đầu của đá xi măng. Kết quả nghiên cứu cũng cho ta biết P2O5 có ảnh hưởng khác nhau đến độ hoạt tính của các khoáng, phụ thuộc vào hàm lượng của nó. Khi hàm lượng P2O5 khoảng 0.25% làm tăng tính hyđrat của C3S, nhưng khi hàm lượng tăng đến 0.5% thì lại làm giảm sự hyđrat hoá của C3S. Nếu hàm lượng P2O5 đến 1% thì cường độ nén ban đầu của C3S bị giảm đi nhưng khi tăng đến 2% P2O5 thì cường độ mẫu lại tăng lên, khi hàm lượng P2O5 đạt đến 4% thì cường độ lại giảm đi. Đối với pha alumôferit canxi thì sự hyđrat hoá tăng khi hàm lượng P2O5từ 0.5%. Khi hàm lượng P2O5 trong xi măng càng lớn, sự phá huỷ lớp bao bọc chậm do đó làm giảm cường độ của hỗn hợp vữa xi măng. Để xi măng có hoạt tính hyđrat hoá cao, hàm lượng P2O5 không vượt quá 0.5%, hàm lượng tối ưu là từ 0.15%. Khi pha thạch cao phôtpho vào xi măng, lượng nước tiêu chuẩn của xi măng giảm đi không đáng kể, tuy nhiên hàm lượng pha trộn từ 0.5%thì lượng nước giảm lớn hơn. I.3. Cơ sở khoa học của việc pha trộn phụ gia thạch cao vào xi măng và bê tông. Khi nhào trộn xi măng với nước, đầu tiền xảy ra quá trình đông kết hỗn hợp sau đó là quá trình đóng rắn và phát triển cường độ. Tốc độ đông kết của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanhke xi măng, độ nghiền mịn, loại phụ gia, lượng phụ gia đưa vào, điều kiện môi trường, lượng nước nhào trộn. Pha vào xi măng các loại phụ gia và hàm lượng phụ gia khác nhau thì tốc độ đông kết của xi măng cũng khác nhau. Khi nhào trộn phụ gia thạch cao với xi măng poóc lăng, phụ gia thạch cao có thể là thạch cao thiên nhiên hay thạch cao phế thải, trong thành phần của chúng có chứa CaSO4.2H2O có khả năng tác dụng với các khoáng C3A và C3S khi có mặt nước tạo thành ettringite bao bọc xung quanh các khoáng làm chậm tốc độ phản ứng thuỷ hoá. Khi không pha phụ gia thạch cao vào xi măng thì xi măng đông kết nhanh và tạo ra sản phẩm có cường độ thấp. Vì vậy thạch cao pha vào khi nghiền mịn xi măng là rất quan trọng. Hàm lượng thạch cao pha vào phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng khoáng C3A trong clanhke xi măng, thường từ 3-6%, ngoài giới hạn đó đều có tác dụng xấu cho quá trình đông kết. Khi sử dụng thạch cao dạng CaSO4.0,5H2O thì khi thừa ít thạch cao cũng làm tăng nhanh quá trình đông kết của xi măng. Vì vậy hàm lượng thạch cao pha vào xi măng không chỉ phụ thuộc vào sự đông kết mà còn phụ thuộc vào các tính chất khác như cường độ, tốc độ đóng rắn, biến dạng co gót, tính chịu lạnh... Sự có mặt của thạch cao trong xi măng còn có ảnh hưởng tói quá trình thuỷ hoá của các khoáng khác nhau trong xi măng poóc lăng vì vậy nó ảnh hưởng tới quá trình đông kết và rắn chắc của xi măng. I.3.1. ảnh hưởng của phụ gia thạch cao tới tốc độ hyđrat hoá của xi măng poóc lăng. Xi măng poóc lăng là một hệ gồm 4 khoáng chính vì vậy tốc độ hyđrat hoá của xi măng được quyết định bởi tốc độ hyđrat hoá của các khoáng. Khi tác dụng với nước ở điều kiện nhiệt độ thường các khoáng của xi măng có tốc độ hyđrat hoá theo thứ tự: C3A>C4AF>C3S>C2S. Mức độ hyđrat hoá của C3S ở 250C sau 1 ngày đạt được 25% - 35%, sau 28 ngày đạt được 78%-80%. Khoáng C2S hyđrat hoá chậm nhất, sau 1 ngày chỉ đạt 5%-10%, sau 28 ngày đạt 30%-50%. Khoáng C3A có tốc độ hyđrat hoá rất nhanh, sau 1 ngày đã đạt được 70%-80% còn khoáng C4AF sau 3 ngày cũng có mức độ hyđrat hoá đạt 50%-70%. Khi xi măng không có phụ gia thạch cao thì tốc độ hyđrat hoá của xi măng diễn ra theo thứ tự C3A>C4AF>C3S>C2S. Nếu xi măng có pha phụ gia thạch cao thì mức độ hyđrat hoá lại diễn ra theo thứ tự C3S>C3A>C4AF >C2S vì thạch cao sẽ làm chạm sự hyđrat hoá của C3A. Do đó tuỳ thuộc vào hàm lượng các khoáng trong xi măng, hàm lượng Sunfát can xi mà tốc độ hyđrat hoá của xi măng sẽ khác nhau. + Quá trình thuỷ hoá khoáng C3A. Sunphát canxi đóng vai trò là chất hoạt động hoá học của xi măng, trong môi trường nước có chứa muối sunfát canxi ở nhiệt độ thường C3A bị hyđrát hoá và tạo thành hợp chất phức gọi là hyđrô sunphua aluminát canxi. Trong dung dịch bão hoà Ca(OH)2 và sunphat canxi thì sẽ tạo thành với C3A hợp chất ettringite theo phản ứng. 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O + 25H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O. Khi nồng độ Ca(OH)2 và sunphát canxi trong dung dịch nhỏ thì tạo thành dạng mônô sunphua aluminat canxi. 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O + 6H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.12H2O. Trong dung dịch có nồng độ Ca(OH)2 0.027g/l ở nhiệt độ bằng 700C1000C ettringite bị mất dàn nước đến khi còn 810 phân tử, sau đó phân huỷ thành dạng thấp sunphat và thạch cao. Vì vậy trong dung dịch bão hoà Ca(OH)2 ngay từ đầu ettringite sẽ tách ra ở dạng keo phân tán mịn đọng lại trên bề mặt3Cao.Al2O3 làm chậm sự thuỷ hoá của nó và kéo dài thời gian ninh kết của xi măng. + Quá trình thuỷ hoá khoáng C4AF. Pha alumôferit canxi trong xi măng poóc lăng ở dạng C4AF, khi tác dụng với nước xảy ra theo phản ứng. 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 7H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.H2O Hyđrô aluminát canxi Hyđrô ferit canxi Hyđrô ferit canxi sẽ nằm lại trong thành phần của gen xi măng, còn hyđrô aluminát canxi sẽ lại tác dụng với thạch cao như phản ứng trên. Các hợp chất hyđrô ferit canxi cũng tạo thành các hợp chất phức với CaSO4.2H2O tương tự như hyđrô aluminát canxi. I.3.2. Anh hưởng của phụ gia thạch cao đến quá trình đông kết rắn chắc của xi măng. Khi nhào trộn phụ gia thạch cao với xi măng poóc lăng, phụ gia thạch cao có thể là thạch cao thiên nhiên hay thạch cao phế thải, trong thành phần của chúng có chứa CaSO4.2H2O có khả năng tác dụng với các khoáng C3A khi có mặt nước tạo thành ettringite tạo nên lớp màng bao bọc trên bề mặt của C3A, do đó sẽ làm hạn chế quá trình phản ứng tiếp theo của C3A với nước do đó sẽ hạn chế tốc độ đông kết của xi măng poóc lăng. 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O + 25H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O. (Ettringite ) Khi hàm lượng của thạch cao ngoài khoảng 3%-5% đều có ảnh hưởng không tốt tới quá trình đông kết rắn chắc của xi măng. II. Tình hình sản xuất và nghiên cứu sử dụng thạch cao trên thế giới. Thạch cao là một loại vật liệu có nhiều trong tự nhiên ở Liên Xô (cũ), Mỹ, Canađa, Anh, Pháp, Ba lan,... và cũng được khai thác và sử dụng từ những năm 30 của thế kỷ XX trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt được sử dụng với số lượng lớn trong ngành xây dựng để chế các chất kết dính, làm vữa xây dựng, các sản phẩm, chi tiết trong kết cấu xây dựng.... Trong công nghiệp xi măng, thạch cao làm phụ gia cho clanhke để làm chậm thời gian đông kết của xi măng hoặc làm phụ gia cho xi măng xỉ để nâng cao độ bền của nó. Trong nông nghiệp, thạch cao để bón ruộng ở dạng sản phẩm tự nhiên đã nghiền nhỏ và anhydrite. Trong công nghiệp hoá chất, thạch cao được sử dụng để để sản xuất lưu huỳnh S, sunfat amôni (NH4)2SO4... Ngoài nguồn thạch cao tự nhiên, còn có nguồn thạch cao phế thải của sản xuất axit phôtphoric, DAP,... trong ngành hoá chất. Mỗi nước tuỳ theo tình hình tài nguyên thạch cao của mình, có những hướng nghiên cứu, ứng dụng và phát triển riêng để sản xuất các sản phẩm từ thạch cao. Nhưng nhìn chung chất kết dính được dùng đặc biệt rộng rãi trong ngành xây dựng do những tính chất tốt của chúng và chủ yếu cũng là do hiệu quả kinh tế của chúng mang lại. Các sản phẩm và kết cấu xây dựng được chế tạo trên cơ sở các chất kết dính thạch cao có nhiều tính chất có giá trị như là tính dẫn nhiệt thấp, tính chất âm học tốt, chịu lửa, không bị mục nát, đóng đinh được. Ngoài ra, chúng ổn định hơn đối với tác động của một số axit và kiềm. Công nghệ chế tạo hiện đại các chất kết dính và sản phẩm thạch cao là một trong những công nghệ có năng suất cao nhất trong ngành xây dựng, nó khác thường ở chỗ cực kỳ đơn giản và về bản chất nó được quy định về việc tạo hình các sản phẩm bằng khuôn dễ tháo, trong nhiều trường hợp không cần xử lý nhiệt. Việc sử dụng các chất kết dính thạch cao trong xây dựng tiết kiệm được rất nhiều kim loại, xi măng và gỗ mà không làm giảm tuổi thọ của nhà. Khối lượng của tường làm bằng bê tông thạch cao giảm 3 lần so với tường gạch, điều đó không chỉ làm giảm giá thành của tường mà của móng nữa. Do khối lượng của các sản phẩm bê tông thạch cao nhỏ, nên đã giảm được chi phí vận chuyển. Tuy vậy, bên cạnh những đặc tính tốt, các sản phẩm từ thạch cao còn có những nhược điểm như độ chịu nước kém dẫn đến giảm đáng kể độ bền (đến 34 – 45 % độ bền ở trạng thái khô), độ lão hoá cao và kém chịu nước biển. Do đó, trong giai đoạn đầu nghiên cứu, chế tạo những sản phẩm đi từ thạch cao (trước những năm 50), các chất kết dính thạch cao chỉ được dùng chủ yếu để tạo các sản phẩm dùng làm kết cấu bên trong nhà với độ ẩm tương đối của không khí cao hơn 60%, rất hiếm khi dùng trong các kết cấu lộ thiên và không được dùng trong các kết cấu chịu lực. Trong những năm 50, lần đầu tiên trong thực tế, thế giới đã có chất kết dính thạch cao chịu nước (xi măng thạch cao puzơlan), nó cho phép mở rộng đáng kể lĩnh vực ứng dụng các sản phẩm từ chất kết dính thạch cao để làm các kết cấu bên trong nhà có độ ẩm tương đối của không khí cao hơn 60%, cũng như trong các kết cấu lộ thiên, trong số đó, có cả chất kết cấu chịu lực. Đến nay, vấn đề chịu nước, chịu lực...Tuy đã có nhiều công trình cho kết quả tốt, nhưng vẫn còn rất nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển. Cũng đã có những nghiên cứu dùng các phụ gia hoá học khác nhau (Chất hoạt tính bề mặt nhất là phụ gia siêu dẻo, chất hoá rắn, chất tẩm, ...) để điều chỉnh tính chất của các vật liệu đi từ thạch cao. Việc sử dụng các chất kết dính thạch cao trong xây dựng ngày càng rộng rãi đã tạo điều kiện và vạch ra những xu hướng chế tạo chúng không chỉ từ nguyên liệu thiên nhiên mà còn từ phế liệu của các ngành công nghiệp khác như công nghiệp sản xuất gôm sứ, công nghiệp hoá chất... Các chất kết dính thạch cao này không chỉ được sử dụng để chế tạo các sản phẩm thạch cao dùng trong xây dựng mà còn sử dụng chúng như một loại phụ gia để điều chỉnh tính chất của xi măng. Trên thế giới, bã thải thạch cao phôtpho trong sản xuất axit phôtphoric, phân DAP... ngày một tăng gây ô nhiễm môi trường lớn. Do vậy việc xử lý thạch cao phôtpho là rất cần thiết đối với những nước có ngành công nghiệp sản xuất axit phôtphoric có quy mô lớn như Liên Xô(cũ), Mỹ... Liên Xô đã có nhiều công trình nghiên cứu khả năng sử dụng thạch cao phôtpho để làm chất khoáng hoá trong quá trình nung clanhke, thu hồi SO2 để sản xuất axit sunfuric, sản xuất sunfat amôn...Đặc biệt là các công trình nghiên cứu sử dụng thạch cao phôtpho làm chất kết dính trong xây dựng từ những năm 60. Năm 1980, Ахмедов М.А., Атакузиев Т.А. đã công bố công trình nghiên cứu và ứng dụng thạch cao phôtpho trong sản xuất vật liệu xây dựng. Иваницкий В.В. và cộng sự đã gnhiên cứu thành công chế tạo đá nhân tạo từ thạch cao phôtpho. Các công trình nghiên cứu đã được ứng dụng như: +Chất kết dính chịu nước được sản xuất thử ở nhà máy ХОРОШЕВ ЖБИ. +Viện ВНИИСТРОМ và ИОНХ đã đưa ra công nghệ và dây chuyền sản xuất chất kết dính độ bền cao có công suất 360.000 T/năm tại nhà máy hoá chất УВАРОВ. +Viện nghiên cứu Florida đã nghiên cứu sử dụng thạch cao phôtpho để: Sản xuất nhựa rải đường asphal chứa 20% thạch cao phôtpho, là vật liệu làm đường xa lộ, dùng làm phụ gia sản xuất kính, men cho đồ gốm sứ. III. Chất kết dính thạch cao xây dựng III.1. Nguyên vật liệu sản xuất Chất kết dính thạch cao được sản suất chủ yếu từ loại đá thạch cao thiên nhiên dạng CaSO4.2H2O và CaSO4 , thạch cao sét và thải phẩm công nghiệp như thạch cao phốt phát hay thạch cao boric. III.1.1 Đá thạch cao thiên nhiên Thạch cao thiên nhiên dạng CaSO4.2H2O, là loại đá trầm tích ở dạng kết tinh, tinh thể dạng bản hay dạng sợi màu trắng có chỉ số khúc xạ ánh sáng NG=1,5305, Np=1,5207. Đá thạch cao có lẫn tạp chất thường có màu xám, màu đỏ hay nâu. Tuỳ thuộc vào hàm lượng tạp chất mà người ta phân nguyên liệu thạch cao làm hai loại. Thạch cao loại tốt khi hàm lượng tạp chất từ 2-5%, và loại thường với lượng tạp chất từ 10-15%. Đá thạch cao thiên nhiên có khối lượng thể tích bằng (1200-1400)kg/m3. Khối lượng riêng bằng (2,2-2,4)g/cm3. Độ cứng bằng 1,5-2 (theo thang Morh). Độ ẩm bằng 3-5%. Thành phần hoá học của thạch cao : CaO=32,56%, SO3=46,51%, H2O=20,93%. Nhiệt dung ở 22oC=0,245(Kcal/kg.độ). Độ hoà tan của CaSO4.2H2O trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường nước. Tại nhiệt độ 0oC, độ hoà tan của CaSO4.2H2O trong nước là 0,17%, ở nhiệt độ 18oC là 0,2%, ở nhiệt độ 40oC là 0,21%, ở nhiệt độ 100oC là 0,17% ( tính theo CaSO4 ) Mạng lưới cấu trúc tinh thể của thạch cao bao gồm 4 hay 8 phân tử CaSO4.2H2O. Các nguyên tử canxi và nhóm SO42- được sắp xếp thành từng lớp, các lớp được phân chia là do cá phân tử nước chiếm vị trí xác định trong mạng lưới tinh thể của thạch cao. Do vậy khi bị mất nước, mạng lưới tinh thể thạch cao vẫn không bị phá hoại. Mặt khác do sự phân bố các phân tử nước giữa các lớp Ca2+ và SO42- nên nước dễ bị tách ra khỏi mạng lưới tinh thể thạch cao. Theo hàm lượng CaSO4.2H2O trong đá thạch cao người ta chia nguyên liệu đá thạch cao ra lam các loại sau: Loại 1: khi hàm lượng CaSO4.2H2O >90% Loại 1: khi hàm lượng CaSO4.2H2O >75% Loại 1: khi hàm lượng CaSO4.2H2O >65% III.1.2 Đá anhyđríc thiên nhiên Đá anhyđríc thiên nhiên (CaSO4) là loại đá trầm tích thường ở bên dưới các lớp thạch cao thiên nhiên. Do tác dụng thẩm thấu của nước, anhyđríc bị hydrát hóa chậm, lâu ngày tạo nên đá thạch cao. Tại các mỏ thạch cao khi khai thác thường gặp hỗn hợp nguyên liệu gồm (5-10)% anhyđríc và (90-95)% là đá thạch cao. Đá anhyđríc thường cứng hơn đá thạch cao. Khối lượng riêng của đá anhyđríc bằng (2,9-3,1)g/cm3, màu trắng, khi có lẫn tạp chất tạo thành các màu khác nhau. Thành phần hoá học của anhyđríc là: CaO=41,18%, SO3=58,82%. III.1.3 Thạch cao sét Thạch cao sét là loại đá thạch cao có chứa các hỗn hợp sét pha cát hay sét lẫn vôi. Thành phần hoá của loại nguyên liệu này không đồng nhất phụ thuộc vào từng mỏ và tùng vùng trong mỏ khai thác. Thông thường hàm lượng CaSO4.2H2O trong thạch cao sét khoảng (30-60)%. III.1.4 Thải phẩm công nhiệp Thải phẩm trong công nhiệp sản suất axít phốtphoríc hay superphốtphát là loại thạch cao phốtpho. Trong công nhiệp sản xuất axít boríc ta có loại thạch cao boríc. Các loại thải phẩm này chứa nhiều tạp chất vì vậy cần sử dụng các biện pháp để loại bỏ tạp chất. III.2. Phương pháp sản xuất Công nghệ sản xuất CKD thạch cao bao gồm 3 công đoạn chính là: nung, đập và nghiền mịn hiện nay người ta thường sử dụng 3 phương pháp công nghệ để sản xuất thạch cao xây dựng là: + Sấy sơ bộ và nghiền nguyên liệu thạch cao thành bột mịn sau đó thực hiện quá trình đề hyđrat hoá thạch cao. Phương pháp này tiêu hao nhiên liệu khoảng (40-45) kg than và điện năng (25-30) Kwh để chế tạo 1 tấn sản phẩm thạch cao. + Sử dụng thiết bị sấy nghiền nung đồng thời. Phương pháp này tiêu hao nhiên liệu khoảng (40-50) kg than và điện năng (30-35) Kwh để chế tạo 1 tấn sản phẩm thạch cao. + Nung nguyên liệu đá thạch cao ở dạng cục sau đó nghiền mịn. Phương pháp này tiêu hao nhiên liệu khoảng (40-45) kg than và điện năng (20-25) Kwh để chế tạo 1 tấn sản phẩm thạch cao. Dây chuyền công nghệ sản xuất thạch cao xây dựng theo phương pháp này dễ dàng tự động hoá được toàn bộ quá trình sản xuất. III.3.Đặc tính kỹ thuật III.3.1.Khối lượng riêng và khối lượng thể tích Khối lượng riêng và khối lượng thể tích của chất kết dính thạch cao phụ thuộc vao nguyên liệu, điều kiện sản xuất và vào dạng chất kết dính. Khối lượng riêng của chất kết dính thạch cao dao động trong khoảng 2,6-2,75(g/cm3), khối lượng thể tích dạng tơi xốp là 800-1100)kg/m3). III.3.2.Lượng nước yêu cầu Lượng nước yêu cầu để hỗn hợp thạch cao đạt được độ deo tiêu chuẩn với thạch cao xây dựng là 50-70%, với thạch cao kỹ thuật là 30-40% tính theo khối lượng. Lượng nước yêu cầu của chất kết dính thạch cao tăng lên sẽ làm giảm cường độ của sản phẩm do có lượng nước thừa nhiều sẽ để lại nhiều lỗ rỗngtrong sản phẩm. Để giảm lượng nước yêu cầu và tăng cường độ cho sản phẩm người ta sủ dụng các loại phụ gia tăng dẻo khi nhào trộn thạch cao với nước. Khi hàm lượng phụ gia tăng dẻo từ 0,1-0,3% sẽ giảm lượng nước được 10-15% lượng nước yêu cầu và tăng cường độ sản phẩm. III.3.3.Thời gian đông kết Thạch cao xây dựng và thạch cao kỹ thuật thuộc loại chất kết dính đông kết rắn chắc nhanh. Thời gian đông kết của chất kết dinh thạch cao phụ thuộc vào nguyên liệu, điều kiện công nghệ sản xuất, thời gian bảo quản chất kết dính, vào lượng nước nhào trộn, vào nhiệt độ môi trường, điều kiện nhào trộn và hàm lượng các chất phụ gia. Nâng cao nhiệt độ thuỷ hoá của vữa thạch cao đến 40oC-450C sẽ làm tăng nhanh thời gian đông kết và làm tăng cường độ, ở nhiệt độ cao hơn thời gian đông kết và cường độ sẽ giảm vì khi nhiệt độ môi trường cao , đỗ hoà tan của thach cao 2 phân tử nước sẽ lớn hơn độ hoà tan của thạch cao 0,5 phân tử nước nên quá trình thuỷ hoá của thạch cao 0,5 phân tử nước ko thực hiên được, vữa thạch cao không có quá trình đông kết đóng rắn.Thời gian đông kết của vữa thạch cao giảm nếu đưa vào các cốt liệu như cát, xỉ, mùn cưa....Để điều chỉnh thời gian đông kết của chất kết dính thạch cao ngưòi ta thường sử dụng phụ gia như phụ gia điện phân mạnh, phu gia hoạt tính bề mặt,phu gia hôn hợp. III.3.4.Cường độ. Các chất kết dính thạch cao có cường độ cơ học khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Thời gian bảo quản anh hưởng đến cường độ thạch cao, cường độ tăng trong thời gian từ 2 đến 4 tuần đâu vì thời gian này thạch cao hút ẩm trong không khí và thuỷ hoá trên bề mặt tạo màng mỏng CaSO4.2H2O bao bọc quanh hạt thạch cao nên lượng nước yêu cầu thấp, thời gian đông kết đóng rắn chậm.Tuy nhiên nếu kéo dài thời gian bảo quản lượng thạch cao bị thuỷ hoá nhiều , màng thạch cao 2 phân tủ nước quá dày nên cần nhiều nước, thời gian đông kết rắn rất chậm vào kém dẻo do đó cường độ thạch cao giảm đáng kể, hiện tượng này gọi là hiên tuợng bão hoà của thạch cao. Cường độ của chất kết dính thạch cao còn phụ thuộc vào lượng nước nhào trộn.Lượng nước nhào trộn tăng thì cường độ sẽ giảm,khi lượng nước nhào trộn giảm từ 70% xuống còn 40% thì cường độ của mẫu thạch cao sẽ tăng lên từ 2,5-3 lần . Tăng độ nèn chặt khi tao hình cung có tác dụng tăng cường độ sản phẩm đặc biệt cường độ cường độ của sản phẩm thạch cao đã rắn chắc phụ thuộc nhiều vào độ ẩm, trong môi trường không khí sản phẩm thạch cao hút ẩm làm suy giảm cường độ.Trong không khí có độ ẩm 60% đến 100% thạch cao hút ẩm làm cường độ suy giảm còn 60%-70% cường độ sản phẩm ở trạng thái khô. Sản phẩm thạch cao có tỉ lệ nước nhào chộn càng ít thì sự suy giảm cường độ cho độ ẩm càng nhỏ. Khả năng chịu nước của sản phẩm thạch cao được đánh giá qua hệ số mềm là tỉ lệ cường độ của mẫu bão hoà nước trên cường độ của mẫu khô ở trạng thái sấy đến khối lượng không đổi .Hệ số mềm của thạch cao nằm trong khoảngt từ 0,3 đến 0,45 phụ thuộc vào tính chất của thạch cao và độ đặc chắc của sản phẩm. Với phương thức tạo hình cứng lượng nước nhào chộn ít thì hệ số mềm của thạch cao có thể đạt tới 0,4 -0,5. Cường độ của thạch cao cũng bị giảm khi nhào trộn với cốt liệu. Với cốt liệu hữu cơ cường độ giảm nhiều hơn cốt liệu vô cơ. III.3.5.Tính biến dạng Trong quá trình đông kết rắn chắc thạch cao nở thể tích khoảng 0,5% đến 1%. Khi sản xuất thạch cao theo phương pháp đúc rót sự nở thể tích có tác dụng lấp đầy khuôn mẫu , đảm bảo độ chính sác và hình dáng cho sản phẩm. Độ nở của thạch cao xây dựng phụ thuộc vào hàm lượng anhyđríc hoà tan có lẫn trong sản phẩm thạch cao vì khi đông kết rắn chắc anhyđríc hoà tan nở thể tích 0,7% - 0,8% trong khi đó của CaSO4.0,5H2O là 0,15%-0,5%. Thạch cao kĩ thuật có độ nở thể tích là 0,2% .Để giảm độ nở thể tích thì khi nghiền thạch cao người ta cho 1% CaCO3 vào, đông thời khi giảm lượng nước nhào trộn và sử dụng phụ gia làm chậm thời gian đông kết thì độ nở của thạch cao cung giảm. Thạch cao sau khi rắn chắc sẽ co thể tích gây nên các ứng suất làm nứt nẻ sản phẩm. Để giảm độ co của thạch cao người ta thưòng trộn thạch cao với các sợi khoáng, sợi thuỷ tinh,....Sản phẩm thạch cao đã đóng rắn có khả năng xuất hiện biến dạng dẻo dưới tải trọng, biến dạng dẻo mất dần theo thời gian. III.3.6.Độ bền của CKD thạch cao. Chất kết dính thạch cao bền trong môi trường không khí. Khi chịu tác dụng của môi trường nước đặc biệt ở nhiệt độ thấp hoặc hơi nước bão hoà thì cường độ của chúng bị giảm nhanh và bị phá hoại.Tính bền của thạch cao tăng khi tăng độ đặc chắc và sử dụng các loại phụ gia tổng hợp kị nước,Sản phẩm thạch cao có khả năng chịu được nhiệt độ cao trong khoảng thời gian từ 6-8 giờ. Ngoài việc sử dụng thạch cao thiên nhiên để sản xuất chất kết dính ta còn sự dụng thạch cao phốtpho làm nguyên liệu để sản xuất chất kết dính thạch cao.Khi sản xuất chất kết dính thạch cao phải nung thạch cao phốt pho ở nhiệt độ từ 1300C-1700C.Khi nung ở nhiệt độ 1360C hàm lượng nước hydrát trong thạch cao phốtpho là 7,8%-8,4% , khi nung ở nhiệt độ > 1360C thì hàm lượng nước hydrát còn lại là 3,4%-3,6% và ở 2000C thì lượng nước hydrát chỉ còn <2%.Lượng nước hydrát hợp lí trong chất kết dính thạch cao là 6%. Tính chất của chất kết dính thạch cao phụ thuộc vào thời gian nung và nhiệt độ nung. Khi nung ở nhiệt độ 150oC-160oC thì cường độ của chất kết dính thạch cao là lớn nhất. Khi tăng thời gian nung thì cường độ của chất kết dính giảm. Thời gian nung hợp lý từ 100-120 phút. Tuy nhiên thời gian nung còn ohụ thuộc vào kích thước của tinh thể thạch cao sử dụng. Khi tinh thể thạch cao càng nhỏ thì thời gian nung càn giảm. IV.Phương pháp nghiên cứu. Trong nghiên cứu này, các phương pháp tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn đã được sử dụng để xác định các tính chất của nguyên liệu, ảnh hưởng của các phụ gia đến các tính chất cơ lý của thạch cao. IV.I. Phương pháp tiêu chuẩn. Dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn của nước ngoài để xác định một số tính chất của thạch cao xây dụng. IV.I.1.Xác định khối lượng riêng của CKD thạch cao. Tiêu chuẩn đánh giá: TCVN4030 – 1985. a. Khái niệm : Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái đặc hoàn toàn. Khối lượng riêng được xác định bằng cân. Thể tích đặc được xác định bằng phương pháp chất long rời._.