Khảo sát ảnh hưởng của thạch cao anhydryte đến tính chất của xi măng portland

38
Soá 10, thaùng 9/2013 38
Khoa hoïc Coâng ngheä
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA THẠCH CAO ANHYDRYTE 
ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND
Huỳnh Thị Hồng Hoa *
Huỳnh Ngọc Minh **
Tóm tắt
Thí nghiệm được tiến hành nhằm khảo sát ảnh hưởng của Thạch cao anhydryte đến tính chất của 
xi-măng Portland. Kết quả khảo sát cho thấy Thạch cao anhydryte có khả năng bít kín lỗ xốp trong đá 
xi-măng, tăng khả năng chống thấm đồng thời cũng làm ảnh hưởng đến những tính chất khác. 
Từ khóa: thạch cao anhydryte, xi măng Portland, đóng rắn, khả năng chống thấm.
Abstract
The experiment was carried out to examine the influence of anhydryte gypsum to the characterization 
of the Portland cement. Results from the survey for anhydryte gypsum capable of sealing the pores in the 
cement stone, waterproof increase and also affects other properties.
Key words: anhydryte gypsum, Portland cement, curing, waterproof.
* Khoa Hóa học Ứng dụng - Trường Đại học Trà Vinh
** Khoa Công nghệ Vật liệu – Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
1. Đặt vấn đề
Trong điều kiện khí hậu Việt Nam nóng ẩm, 
mưa nhiều thì vấn đề chống thấm được đặt ra hàng 
đầu, nhất là các công trình thường xuyên tiếp xúc 
với nước, môi trường ẩm ướt. Thông thường mọi 
vật liệu xây dựng đều có các mao quản với đường 
kính từ 20-40 μm và nước sẽ thẩm thấu qua các mao 
quản này. Để lấp kín mạng mao quản trong các khối 
xây bằng gạch người ta thường sử dụng vữa chống 
thấm. Xi-măng là chất kết dính không thể thiếu 
trong ngành xây dựng. Vấn đề đáng quan tâm hiện 
nay là việc cải thiện các tính chất của xi-măng, phục 
vụ cho từng mục đích cụ thể.
Thạch cao anhydryte có tính chất đóng rắn rất 
chậm, đóng rắn sau khi xi-măng đã đóng rắn, có 
khả năng bít kín lỗ xốp trong đá xi-măng, tăng khả 
năng chống thấm. Vì vậy đề tài này nhằm mục đích 
nghiên cứu ảnh hưởng của Thạch cao anhydryte 
đến các tính chất của xi-măng Portland, nhất là tính 
chống thấm.
1.1. Phương tiện và phương pháp
Địa điểm: Quá trình nghiên cứu được thực 
hiện tại Phòng Quản lý Chất lượng Nhà máy Xi-
măng Cotec và Phòng Thí nghiệm Silicate, Bộ môn 
Silicate - Khoa Công nghệ Vật liệu - Đại học Bách 
Khoa Thành phố Hồ Chí Minh.
1.2. Phương pháp thực hiện
- Tạo Thạch cao anhydryte II có tính chất 
đóng rắn chậm từ đá Thạch cao (phân tích DTA 
mẫu nguyên liệu đá Thạch cao để tìm nhiệt độ 
nung thích hợp tạo anhydryte II, phân tích nhiễu 
xạ tia X mẫu Thạch cao nung để tìm các khoáng).
- Xác định một số tính chất của anhydryte 
(thời gian đông kết, lượng nước tiêu chuẩn).
- Tạo và đúc mẫu xi-măng – anhydryte với 
nhiều cấp phối khác nhau từ 0; 1; 2; 4; 6; 8; 10% 
anhydryte.
- Xác định các tính chất cơ lý của mẫu thử:
• Lượng nước chuẩn – theo TCVN 6017:1995.
• Thời gian đông kết theo TCVN 6017:1995.
• Độ ổn định thể tích, phương pháp Le Chat-
elier - theo TCVN 6017:1995.
• Bề mặt riêng, phương pháp Blaine - TCVN 
4030:2000.
• Hàm lượng SO3 – TCVN 141 : 1998.
• Cường độ nén mẫu vữa xi-măng - anhydryte 
sau 3; 7; 28 ngày so với mẫu OPC (mẫu gồm 
96% clinker xi-măng Portland + 4% Thạch cao).
• Khả năng chống thấm bằng dụng cụ tự tạo 
theo tiêu chuẩn DIN 1048.
39
Soá 10, thaùng 9/2013 39
Khoa hoïc Coâng ngheä
- Nghiên cứu vi cấu trúc vật liệu bằng phương 
pháp nhiễu xạ tia X (dòng máy D8 Advance Beuker 
Axs, Đức), ảnh hiển vi điện tử quét (SEM – dòng 
máy Jeol-JSM 5500, Nhật Bản) mẫu thử 28 ngày.
1.3. Tóm tắt thí nghiệm
Đá Thạch cao (dạng cục) được đập nhỏ tới kích 
thước 1cm, đem nung ở 800oC được anhydryte II. 
Anhydryte II tạo thành đem nghiền mịn bằng máy 
nghiền bi, sàng tới khi 100% lọt sàng 0.08 mm. Tiến 
hành đúc mẫu đá xi-măng – anhydryte II với nhiều 
cấp phối khác nhau bằng cách trộn xi-măng OPC 
với cát tiêu chuẩn, nước và 0; 1; 2; 4; 6; 8; 10% an-
hydryte. Mẫu đá xi-măng – anhydryte II sau khi tạo 
thành đem ngâm trong nước để dưỡng ẩm và sau đó 
xác định các tính chất cơ lý của mẫu thử.
2. Kết quả và thảo luận
2.1. Tạo anhydryte II
Tại khoảng nhiệt độ 707,4oC – 799,7oC có hiệu 
ứng thu nhiệt tương ứng khoảng nhiệt độ tạo anhy-
dryte II, nhiệt độ hiệu ứng mạnh nhất ở 771,5oC. Từ 
kết quả phân tích DTA trên ta rút ra nhiệt độ nung 
thạch cao CaSO4.2H2O thích hợp để tạo anhydryte 
II là 800oC.
Hình 1. Kết quả phân tích DTA mẫu Thạch cao (chưa nung)
 Hình 2. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X - mẫu 
anhydryte II
Khi phân tích nhiễu xạ tia X, mẫu Thạch 
cao nung ta nhận biết được thành phần khoáng 
chính là CaSO4 (cường độ tia mạnh nhất) và 
một số tia khác có cường độ rất thấp mà không 
phân biệt được CaSO4 tạo thành ở dạng II hoặc 
III. Qua kết quả phân tích độ tan của Thạch cao 
nung (độ tan 11.4%), ta có thể nói ngoài CaSO4 
II còn có một lượng nhỏ CaSO4 III (CaSO4 III 
có tính chất tan được trong nước, rất dễ hút ẩm 
tạo dạng hemihydrat) và các tạp chất khác (cặn 
không tan,). 
Bảng 1: Một số tính chất đặc trưng Anhydryte II
CÁC TÍNH CHẤT CỦA ANHYDRYTE
Hàm lượng CaSO4 (% ) 82,5
Lượng nước tiêu chuẩn (%) 38
Thời gian bắt đầu ninh kết (giờ) 2,5
Thời gian kết thúc ninh kết (giờ) 8
Độ tan trong nước (%) 11,4
Cặn không tan (%) 2,5
Khối lượng riêng (g/cm3) 2,85
Độ mịn 100% lọt 
sàng 0,08 
mm
40
Soá 10, thaùng 9/2013 40
Khoa hoïc Coâng ngheä
3.2. Khảo sát các tính chất của xi-măng chứa anhydryte II
Bảng 2: Các tính chất của xi-măng – anhydryte
TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
Mẫu 
Độ mịn 
Blaine 
(cm2/g) 
Lượng 
nước 
chuẩn 
(%) 
Thời gian 
ninh kết Độ ổn 
định 
thể tích 
(%) 
SO3 
(%) 
Cường độ nén 
(Mpa) 
Độ chống thấm 
TG 
bđ 
(ph) 
TG kt 
(ph) 3 ngày 7 ngày 
28 
ngày 
M0 (OPC) 3475 24,6 85 205 0,5 1,9 24,6 36,1 46,6 
M1 3583 24,6 85 210 0,5 2,28 23,0 32,5 44,9 
M2 3644 24,8 90 200 0,6 2,66 21,5 32,1 45,8 
M4 3512 25,2 100 205 0,5 3,43 20,1 30,3 44,0 Tốt nhất 
M6 3538 25,6 90 215 0,6 4,19 14,7 23,6 43,7 
M8 3611 26,0 95 220 0,7 4,96 15,2 20,2 41,3 
M10 3693 26,2 85 215 1,2 5,72 14,7 17,3 27,0 
Chú thích: M0 (OPC) = 96% clinker xi-măng + 
4% CaSO4.2H2O.
 M1 = OPC + 1% anhydryte.
 M2 = OPC + 2% anhydryte.
 M4 = OPC + 4% anhydryte.
 M6 = OPC + 6% anhydryte.
 M8 = OPC + 8% anhydryte.
 M10 = OPC + 10% anhydryte.
- Độ mịn Blaine: kết quả cho thấy xi-măng có 
chứa 10% anhydryte có độ mịn cao nhất do độ mịn 
anhydryte cao, khi trộn các hạt nhỏ chèn vào chỗ 
trống các hạt làm không khí khó lọt qua hơn.
- Lượng nước chuẩn: lượng nước chuẩn có hai 
vai trò chính là tham gia quá trình hydrat hóa và tạo 
dẻo cho vữa, ta thấy tác động của anhydryte đến sự 
thay đổi lượng nước chuẩn tuân theo quy luật: khi 
tăng tỉ lệ anhydryte thì lượng nước chuẩn tăng theo 
là do anhydryte đóng rắn chậm ban đầu chưa tham 
gia thủy hóa, đồng thời lại có cỡ hạt mịn, bề mặt 
riêng lớn cần lượng nước bao quanh nhiều hơn. 
Do đó khi có mặt anhydryte cần gia tăng lượng 
nước chuẩn để duy trì độ dẻo tiêu chuẩn cho hồ 
xi-măng và cung cấp đủ lượng nước cho quá 
trình hydrat hóa.
- Thời gian đông kết: dù lượng nước chuẩn 
tăng nhưng thời gian đông kết không bị ảnh 
hưởng nhiều có thể do trong anhydryte vẫn còn 
tồn tại rất ít CaSO4. 0,5H2O gây hiện tượng 
đông kết giả làm xi-măng đông cứng nhanh giai 
đoạn đầu quá trình đóng rắn (bù trừ việc tăng 
lượng nước chuẩn làm tăng thời gian đông kết).
- Độ ổn định thể tích: nhìn chung không có sự 
chênh lệch quá lớn giữa các mẫu và đều phù hợp 
TCVN 6260:1997.
- Hàm lượng SO3 cao sẽ gây ăn mòn cốt 
thép, các mẫu M6, M8, M10 cao >3.5% vượt 
tiêu chuẩn cho phép.
- Cường độ nén :
Độ giảm cường độ so với mẫu M0 (%)
Mẫu M1 M2 M4 M6 M80 M10
3 ngày tuổi 6,50 12,60 18,29 40,24 38,21 40,24
7 ngày tuổi 9,97 11,08 16,07 34,63 44,04 52,08
28 ngày tuổi 3,65 1,72 5,58 6,22 11,37 42,06
Bảng 3: So sánh độ giảm cường độ mẫu theo thời gian
41
Soá 10, thaùng 9/2013 41
Khoa hoïc Coâng ngheä
Ở 3 - 7 ngày tuổi: mẫu M1, M2, M4 cường độ 
nén giảm không đáng kể so với mẫu OPC; mẫu M6, 
M8, M10 thì giảm nhiều là do ở giai đoạn đầu chỉ 
có các khoáng xi-măng tham gia thủy hóa, còn an-
hydryte chủ yếu tham gia vào vi cấu trúc đá xi-măng 
với vai trò cốt liệu mịn, lượng C-S-H bị thiếu hụt do 
một phần xi-măng bị thay thế bởi anhydryte, đồng 
thời lượng nước chuẩn cao, lượng nước dư bốc hơi 
để lại lỗ xốp làm giảm cường độ đá xi-măng.
Ở 28 ngày tuổi: cường độ các mẫu không lệch 
nhiều so với mẫu OPC (trừ mẫu M10) là do lúc 
này anhydryte đã đóng rắn có tác dụng điền đầy 
lỗ xốp đá xi-măng làm mức độ giảm cường độ đá 
xi-măng ít hơn.
- Độ chống thấm
Qua biểu đồ ta nhận thấy xi-măng khi có sử dụng 
anhydryte khả năng chống thấm tốt hơn so với mẫu 
OPC. Nguyên nhân là do anhydryte có kích thước 
hạt mịn thích hợp khi đóng rắn lại có vai trò làm 
chất lắp đầy các lỗ rỗng trong đá xi-măng, làm giảm 
kích thước lỗ xốp đá xi-măng. Thực nghiệm cho 
thấy mẫu M4 là có khả năng chống thấm cao nhất.
Để kiểm tra thêm về khả năng chống thấm 
ta tiến hành phân tích cấu trúc vữa 28 ngày tuổi 
bằng SEM: mục đích là quan sát khả năng liên 
kết giữa cốt liệu và đá xi-măng, phân tích vi cấu 
trúc tinh thể, xem sự phát triển và kết tinh của 
các khoáng trong không gian lỗ xốp đá xi-măng. 
Bảng 4: Chiều cao cột nước thấm qua mẫu
Hình 3. Biểu đồ phân bố lượng nước thấm qua mẫu
42
Soá 10, thaùng 9/2013 42
Khoa hoïc Coâng ngheä
Hình 4. Ảnh SEM mẫu M0 bên trong không gian lỗ xốp
Hình 5. Ảnh SEM mẫu M4 bên trong không gian lỗ xốp
Khi quan sát sự kết tinh trong không gian lỗ 
xốp của mẫu vữa M0 và M4 ở 28 ngày tuổi (độ 
phóng đại 1000 lần) ta nhận thấy, với mẫu M4 
sự kết tinh trong không gian lỗ xốp tương đối 
đều, lỗ xốp có thêm các phần tử phân tán, phần 
thể tích lỗ xốp lớn ít đi, phần thể tích lỗ xốp mịn 
tăng lên, nhờ đó cấu trúc vữa đặc chắc hơn, điều 
này giải thích tính chống thấm của xi-măng khi 
có mặt của anhydryte II.
3. Kết luận
Tùy mục đích sử dụng, ta phải chọn cấp phối 
nào phù hợp, vừa đạt cường độ mong muốn vừa 
có khả năng chống thấm, đáp ứng những yêu 
cầu kỹ thuật khác nhau (lượng nước chuẩn, độ 
ổn định thể tích,) và phải kinh tế (tiết kiệm 
nguyên liệu clinker, chi phí sản xuất,). Nếu 
sử dụng xi-măng anhydryte làm vữa tô bề mặt 
tường ngoài, không tiếp xúc trực tiếp cốt thép 
thì có thể sử dụng các cấp phối M1,M2, M4, M6, 
M8 đều được. Nếu sử dụng xi-măng anhydryte 
trong bê tông cốt thép thì không nên sử dụng cấp 
phối M6, M8 vì hàm lượng SO3 cao sẽ gây ăn 
mòn cốt thép.
Tuy nhiên để làm rõ hơn vai trò của anhy-
dryte đến các quá trình hydrat hóa và tính chất 
của xi-măng Portland (nhất là tính chống thấm) 
thì cần thực hiện thêm các nghiên cứu đánh giá: 
Khảo sát nhiệt độ nung đá Thạch cao, thời gian 
lưu nhiệt tối ưu để tạo anhydryte II, khảo sát ảnh 
hưởng độ mịn của Thạch cao anhydryte; sự kết 
tinh các khoáng, cơ chế đóng rắn của anhydryte 
trong không gian lỗ xốp đá xi-măng.
Tài liệu tham khảo
Bộ môn Silicate. 2003. Hướng dẫn thí nghiệm chuyên ngành vật liệu Silicate. NXB Đại học Quốc 
gia TP. Hồ Chí Minh.
Đỗ Quang Minh. 2007. Công nghệ sản xuất xi măng Pooc lăng và một số chất kết dính. NXB Đại 
học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
Trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3. 2007. Thử nghiệm bê tông xi măng. 201 trang.