Những yếu tố ảnh hưởng đến đông kết và đóng rắn của xi măng portland

Tác động của thành phần xi măng

Thành phần khoáng của xi măng và tỷ lệ của chúng là những yếu tố chính ảnh hưởng đến đông kết và đóng rắn xi măng. Như đã đề cập ở trên, các thành phần khoáng khác nhau sẽ cho thấy các đặc tính khác nhau khi phản ứng với nước. Ví dụ, sự hàm lượng C₃A tăng có thể tăng tốc độ đông kết và tốc độ đóng rắn của xi măng và nhiệt thủy hóa cao cùng một lúc.

Nói chung, nếu trộn thêm các phụ gia khoáng vào clinker, xi măng, việc chống ăn mòn sẽ tăng lên và nhiệt thủy hóa và cường độ sớm sẽ giảm.

Số lượng thạch cao trộn

Thạch cao được gọi là chất làm chậm của xi măng mà chủ yếu dùng để điều chỉnh thời gian đông kết xi măng và là thành phần không thể thiếu. Nếu không có thạch cao, clinker, xi măng có thể ngưng tụ ngay lập tức khi trộn với nước và giải phóng nhiệt. Lý do chính là C₃A trong clinker có thể hòa tan trong nước một cách nhanh chóng để tạo ra một loại canxi aluminate hydrate, một chất đông cứng, không sử dụng xi măng một cách bình thường. Cơ chế làm chậm thạch cao là: khi xi măng hydrat hóa, thạch cao phản ứng với C₃A nhanh chóng tạo ra canxi sulfoaluminate hydrate, tạo thành lớp bảo vệ trên các hạt xi măng để cản trở sự hydrat hóa của C₃A và làm chậm thời gian đông kết xi măng.

Nếu hàm lượng thạch cao quá ít, ảnh hưởng chậm phát triển sẽ không rõ ràng. Quá nhiều thạch cao sẽ đẩy nhanh quá trình đông kết xi măng vì thạch cao có thể làm đông cứng (đông kết nhanh, đông kết giả). Lượng thạch cao thích hợp phụ thuộc vào hàm lượng C₃A trong xi măng và hàm lượng SO₃ trong thạch cao, và nó cũng liên quan đến độ mịn của xi măng và hàm lượng SO₃ trong clinker. Lượng thạch cao cần chiếm từ 3 – 5% khối lượng xi măng. Nếu hàm lượng của thạch cao vượt quá giới hạn, nó sẽ làm giảm cường độ của xi măng và nó thậm chí có thể dẫn đến sự không ổn định thể tích, sẽ gây ra tăng sự phá hủy đá xi măng. Như vậy tiêu chuẩn quốc gia yêu cầu hàm lượng SO₃ không được lớn hơn 3,5%.

Tác động độ mịn của xi măng

Kích thước của các hạt xi măng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy hoá, đông kết và đóng rắn, cường độ và nhiệt thủy hóa.
Các hạt xi măng mịn hơn, diện tích bề mặt càng lớn và diện tích tiếp xúc với nước càng lớn. Do đó, sự hydrat hóa sẽ nhanh chóng, việc đông kết và đóng rắn sẽ được đẩy nhanh tương ứng và cường độ ban đầu sẽ cao.

Tuy nhiên, nếu các hạt xi măng quá nhỏ, rất dễ phản ứng với nước và canxi dioxit trong không khí để làm hỏng việc bảo quản xi măng. Nếu xi măng quá mịn, độ co ngót của nó rất lớn trong quá trình đóng rắn. Vì vậy, xi măng nghiền mịn hơn, sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng và chi phí sẽ cao hơn. Thông thường, kích thước hạt của các hạt xi măng là trong 7 – 200 µm (0.007 – 0.2 mm).

Tác động của các điều kiện bảo dưỡng

Môi trường bảo dưỡng có đủ nhiệt độ và độ ẩm có lợi cho sự hydrat hóa và đông kết và đóng rắn quá trình xi măng và lợi ích cho sự phát triển của cường độ ban đầu. Nếu độ ẩm của môi trường rất khô, nước trong xi măng sẽ bay hơi, dẫn đến việc không đủ độ ẩm và ngừng quá trình đóng rắn. Đôi khi các vết nứt nghiêm trọng sẽ xảy ra.

Thông thường, nhiệt độ tăng lên vào thời gian bảo quản và việc hydrat hóa xi măng và sự phát triển cường độ sớm trở nên nhanh. Nếu quá trình đóng rắn xảy ra ở nhiệt độ thấp, cường độ cuối cùng sẽ không bị ảnh hưởng mặc dù sự phát triển cường độ chậm. Nhưng nếu nhiệt độ dưới 0^oC, việc hydrat hóa xi măng sẽ dừng lại và cường độ sẽ không chỉ dừng phát triển mà còn phá huỷ cấu trúc xi măng do sự ngưng tụ của nước (đóng băng và tan băng).

Trong thực tế, quá trình đông kết và đóng rắn các sản phẩm xi măng được đẩy nhanh bằng phương pháp bảo dưỡng bằng hơi nước nóng và chưng áp.

Tác động của tuổi bảo dưỡng

Việc hydrat hóa và đóng rắn xi măng là một quá trình liên tục trong một thời gian dài. Với sự gia tăng mức độ dưỡng ẩm của các khoáng clinker khác nhau trong các hạt xi măng, gel sẽ phát triển và độ xốp mao mạch sẽ giảm, cho phép cường độ tăng lên cùng với sự tăng độ tuổi. Đã được chứng minh rằng xi măng phát triển cường độ nhanh trong vòng 28 ngày và chậm sau 28 ngày.

Tác động của hàm lượng nước trộn

Nếu lượng xi măng không đổi, sự gia tăng lượng nước trộn sẽ làm tăng lượng lỗ xốp, làm giảm cường độ của hồ xi măng và kéo dài thời gian đông kết. Do đó, trong thực tế, lượng nước và xi măng sẽ được thay đổi mà không làm thay đổi tỷ lệ nước/ xi măng (lượng xi măng tối thiểu được điều chỉnh để đảm bảo độ bền của bê tông) khi điều chỉnh tính công tác của bê tông xi măng.

Tác động của phụ gia hóa học

Hydrat hóa, đông kết và đóng rắn xi măng poóc lăng bị hạn chế bởi C₃S, C₃A. Và tất cả các chất phụ gia có ảnh hưởng đến sự hydrat hóa của C₃S, C₃A có thể làm thay đổi bản chất (tính năng) của việc hydrat hóa, việc đông kết và đóng rắn xi măng poóc lăng. Ví dụ, các tác nhân tăng tốc (như CaCl₂, Na₂SO₄) có thể tăng tốc độ hydrat hóa và đóng rắn xi măng và tăng cường độ của nó. Ngược lại, chất làm chậm (như canxi lignosulphonat) có thể làm chậm sự hydrat hóa và đóng rắn xi măng và ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ ban đầu.

Tác động của điều kiện bảo quản

Kho chứa không phù hợp sẽ làm xi măng bị ẩm. Các bề mặt hạt xi măng kết hợp với hơi ẩm gây vón cục vì hydrat hóa, làm giảm cường độ nghiêm trọng. Việc hydrat hoá và cacbonat hóa chậm sẽ xảy ra do ảnh hưởng của nước và CO₂ trong không khí, mặc dù lưu kho tốt.

Cường độ giảm từ 10 – 20% sau 3 tháng, từ 15 – 30% sau 6 tháng, giảm 25 – 40% sau 1 năm, vì vậy thời gian bảo quản hiệu quả của xi măng là 3 tháng và không nên để xi măng trong một khoảng thời gian dài.