Báo cáo Vật liệu xây dựng - Môi trường: Nghiên cứu ảnh hưởng của ÔXYT sắt Fe2O3 đến sự hình thành khoáng trong đá xi măng trắng có Metakaolin

Trong Báo cáo Vật liệu xây dựng - Môi trường: "Nghiên cứu ảnh hưởng của ÔXYT sắt Fe2O3 đến sự hình thành khoáng trong đá xi măng trắng có Metakaolin" tác giả đã chỉ ra khi có mặt ôxyt Fe2O3 trong hồ xi măng trắng có metakaolin 3+ 3+ (MK) phát hiện thấy sự thay thế Fe bằng Al trong các khoáng hydro aluminat canxi. Điều này được thể hiện qua việc nghiên cứu cấu trúc bằng các phương pháp phân tích hóa lý.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo Vật liệu xây dựng - Môi trường: Nghiên cứu ảnh hưởng của ÔXYT sắt Fe2O3 đến sự hình thành khoáng trong đá xi măng trắng có Metakaolin VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÔXYT SẮT Fe2O3 ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH KHOÁNG TRONG ĐÁ XI MĂNG TRẮNG CÓ METAKAOLIN ThS. NGUYỄN GIA NGỌC Trường Cao đẳng xây dựng số 1 TS. TRẦN BÁ VIỆT Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Trong bài báo tác giả đã chỉ ra khi có mặt ôxyt Fe2O3 trong hồ xi măng trắng có metakaolin 3+ 3+ (MK) phát hiện thấy sự thay thế Fe bằng Al trong các khoáng hydro aluminat canxi. Điều này được thể hiện qua việc nghiên cứu cấu trúc bằng các phương pháp phân tích hóa lý như: Xray (XRD) , SEM/EDX, phổ hồng ngoại IR và phổ Raman. Từ khóa: Metakaolin, Fe2O3, XRD, SEM/EDX, IR, Raman 1. Đặt vấn đề Pha thủy tinh trong clinker xi măng có phản ứng thủy hóa rất mạnh. Do có hoạt tính cao, pha thủy tinh dễ hòa tan, sau đó kết tinh. Sản phẩm hydrat hóa chính của pha này là các sản phẩm của các hydro alumo ferit canxi 3CaO. Al 2O3. Fe2O3.6H2O (C-A -FH) và hydro granat 3CaO.(Al Fe)2O3.xSiO2.(2-6)H2O (C-A-F-Si-H) [1],[5]. Đây là các sản phẩm làm cho đá xi măng có cường độ cao. Đã có rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu đến vấn đề sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính để cải thiện cường độ của đá xi măng. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam vẫn chưa có một nghiên cứu nào sử dụng kết hợp thêm với bột màu vô cơ. Do đó, đề tài nghiên cứu ở đây đã sử dụng ôxyt Fe2O3 thêm vào trong hỗn hợp hồ xi măng trắng có MK. Kết quả cho thấy cho Fe2O3 vào thì cường độ của đá xi măng tăng lên do hình thành thêm khoáng hydro dạng dung dịch rắn có chứa sắt ở khoảng nhiệt độ thường. Trong đó các ion 3+ 3+ Fe thay thế bằng ion Al trong cấu trúc và các tinh thể này có dạng tấm lớp. 2. Vật liệu nghiên cứu 2.1. Xi măng trắng Xi măng được dùng trong nghiên cứu là xi măng trắng Thái Bình PCw40 đáp ứng yêu cầu của TCVN 5691: 2000 (xem các bảng 1, 2 và 3). Bảng 1. Thành phần khoáng, hóa của xi măng trắng Thái Bình Thành phần hóa,% SiO 2 20,7 Fe2O3 1,04 Al2O3 6,42 CaO 64,14 MgO 1,31 K2O 2,5 Na2O 1,76 MKN 1,26 Thành phần khoáng tính toán C3S 55 C2S 25 C3A 12 C 4AF 1 2.2. Phụ gia khoáng hoạt tính là MK Lâm Đồng có I >1 Bảng 2. Thành phần hóa của MK Lâm Đồng (%) SiO2 55,10 Fe2O3 1,09 Al2O3 40,46 CaO 0,53 MgO 0,56 SO3 0,00 K 2O 0,54 Na2O 0,10 TiO 2 0,13 MKN 0,82 2.3. Bột màu đỏ sắt Bảng 3. Thành phần hóa của đỏ sắt (%) SiO2 0,1 Fe2O3 99,81 Al2O3 0,16 CaO 0 MgO 0 SO3 0 K 2O 0 Na2O 0 TiO 2 0 MKN 2,44 3. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp xác định cường độ nén của hồ vữa theo TCVN 6016:1995; - Phân tích nhiễu xạ tia X; - Phân tích cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét SEM/EDX; - Phân tích phổ hồng ngoại IR và phổ Raman. 4. Kết quả nghiên cứu Trước hết, nghiên cứu ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến cường độ nén của đá xi măng trắng có MK. Kết quả cho trên hình 1. 34 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG 4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến cường độ nén của đá xi măng trắng có MK Hình 1. Ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến cường độ của đá xi măng trắng có MK d=3,03606 H U S T - P C M - B ru k e r D 8 A d va n c e - # 0 1 -2 0 1 4 - M a u 1 5 % M K + 5 % F e 2 O 11 0 10 0 90 80 70 Lin (Counts) 60 50 d=2,28341 d=2,09286 d=2,49432 d=3,85221 d=2,94870 d=2,88786 d=2,70760 d=1,90985 40 d=1,87287 d=2,20907 d=1,6 2174 d=1,51393 30 d=1,83976 d=1,60191 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 2 -T h e t a - S c a le H U S T - P C M - B ru k er D 8 A d va n c e - # 0 1 -2 0 1 4 - M a u 1 5 % M K + 5 % Fe 2 O - F ile : 1 5 % M K + 5 % Fe 2 O 3 .ra w - T y p e : 2 T h /T h l oc k ed - S ta rt: 1 0 .0 0 0 ° - E n d : 7 0 . 0 00 ° - S t e p : 0 .0 5 0 ° - S te p tim e : 0 .5 s - T e m p .: 2 5 °C (Ro o m ) - Tim e O p e ra t ion s: S m o o th 0 .1 5 0 | S m o o th 0 .1 5 0 | Im p o rt 8 0 -2 1 8 6 (C) - I ron O xid e - F e 2 1 . 3 4 O 3 2 - Y : 1 7 . 3 2 % - d x b y: 1 . - W L : 1 . 5 4 0 6 - T e tra g o n a l - a 8 .3 4 7 4 0 - b 8 .3 4 7 4 0 - c 2 5 . 0 4 2 2 0 - al p h a 9 0 .0 0 0 - b et a 9 0 . 00 0 - g am m a 9 0 . 0 0 0 - P rim it ive - P 4 1 2 1 2 (9 2 ) - 3 - 1 7 4 4 . 9 2 - I/ Ic P D 3 2 -0 1 4 9 (D) - C a lc iu m A lu m in u m O xi d e - Ca 3 A l2 O 6 - Y : 1 7 . 9 5 % - d x b y : 1 . - W L : 1 .5 4 0 6 - Cu b ic - a 1 5 .2 6 8 7 0 - b 1 5 .2 6 8 7 0 - c 1 5 .2 6 8 7 0 - a lp h a 9 0 .0 0 0 - b e ta 9 0 .0 0 0 - g a m m a 9 0 . 0 0 0 - P ri m it ive - P a 3 (2 0 5 ) - 3 5 5 9 .6 4 2 4 -0 0 7 2 (D) - H e m at ite - F e 2 O 3 - Y : 1 4 .5 4 % - d x b y: 1 . - W L : 1 .5 4 0 6 - H ex a g o n a l (R h ) - a 5 .0 3 8 0 0 - b 5 .0 3 8 0 0 - c 1 3 . 7 7 2 0 0 - a lp h a 9 0 . 0 0 0 - b e t a 9 0 . 0 00 - g a m m a 1 2 0 . 0 0 0 - P rim iti ve - R -3 (1 4 8 ) - 6 - 3 0 2 . 7 2 2 0 5 -0 5 8 6 (*) - C a lc ite , sy n - C a CO 3 - Y : 1 0 6 .0 7 % - d x b y : 1 . - W L : 1 .5 4 0 6 - He x ag on a l (R h ) - a 4 . 9 8 9 0 0 - b 4 . 9 8 9 0 0 - c 1 7 .0 6 2 0 0 - a lp h a 9 0 . 0 0 0 - b e ta 9 0. 0 0 0 - g a m m a 1 2 0 .0 0 0 - P rim itiv e - R-3 c (1 6 7 ) - 6 - 3 6 7 .7 8 0 - I/Ic P Hình 2. Biểu đồ chụp Xray của mẫu có chứa 15%MK + 5% Fe2O3 Nhận xét: - Với hàm lượng 0%,1%, 5%, 10% Fe2O3 trong hồ xi măng có 15%MK, cường độ nén tuân theo quy luật logarit thập phân (hình 1). - Khi cho Fe2O3 vào trong hồ xi măng trắng – MK, cường độ đá xi măng tăng lên (hình 1). Nguyên nhân là do Fe2O3 có tính lưỡng tính vừa có tính kiềm, vừa có tính axít. Trong môi trường kiềm mạnh như môi trường thủy hóa xi măng (pH =12), nó sẽ phản ứng với Ca(OH)2. Mặt khác, trong môi trường có sẵn các 3 2 3 ion Al , Ca , Fe và trong dung dịch nước, Fe2O3 sẽ phản ứng để tạo ra 3CaO.(Al,Fe)2O3.6H2O (hydro alumo ferit canxi) ở điều kiện thường và khi kết tinh cho cường độ theo phương trình: Fe2O3 + 3Ca(OH)2 bão hòa + Al2O3 + 3H2O = 3CaO.(Al,Fe)2O3 .6H2O - Qua hình 1 ta thấy với hàm lượng 5% Fe2O3 và 15% MK cho cường độ cao nhất. Nguyên nhân là trong ...