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

Chia sẻ: Minh Văn Thuận | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

99
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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 mẫu nghiên cứu, ngoài tạo thành C-A -F- H còn xuất hiện các tinh thể Iron oxit Fe12.34O32, Calcium Aluminum Oxit Ca3Al 2O6, Hemantite Fe2O3 (hình 2). d=1,38629 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014 35 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG 4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến liên kết trong cấu trúc đá xi măng trắng có MK bằng phân tích phổ hồng ngoại IR Hình 3. Phổ chồng IR của các mẫu Bảng 4. Phân tích thành phần quang phổ hồng ngoại IR ứng với các pick có bước sóng khác nhau Độ truyền qua (T%) 56 58 47 32,5 40 30 44 30 41 42,5 81 78 82 78 83 80 86 80 85 86 92 88 Pick ứng với bước sóng -1 (cm ) 3642,9 3619,8 3628,1 3621,0 3445,2 3431,2 3445,2 3447,1 3456,4 3417,1 2984,0 2984,4 2985,8 2986,6 2874,9 2874 2875,1 2872,2 2516,5 2514,9 2514,5 2516,8 1 0 9 8 7 Độ truyền qua (T%) 72 76 88 75 54 69 53 80 76 48 50 61 43 40 44 62 42 68 70 82 72 Pick ứng với bước sóng -1 (cm ) 1798,6 1798,1 1798,4 1798,3 1638,5 1640,1 1638,8 1639,3 1636,3 970,8 968,4 969,1 968,9 874,4 874,3 874,9 875,0 712,3 712,4 712,3 712,3 ST T Mẫu vật liệu S T T Mẫu vật liệu PCW PCW + 5% Fe2O3 1 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK MK PCW PCW + 5% Fe2O3 2 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK MK Fe2O 3 PCW 3 PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK PCW 4 PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK PCW 5 PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK 6 PCW PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK PCW PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK MK Fe2O 3 PCW PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK PCW PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK PCW PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK 36 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG Bảng 5. Phân tích thành phần quang phổ hồng ngoại IR ứng với các pick có bước sóng gần nhau STT 1 2 3 4 5 6 Mẫu vật liệu PCW PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK MK Fe2O3 92; 94; 56 88; 76; 61; 68 66; 68; 72; 75 62; 68 46; 43; 93; 3; 28; 52; 53; 15; 11; 28 97; 97; 90; 78; 70; 2; 3 Độ truyền qua (T-%) Các pick ứng với bước sóng -1 (cm ) 2360,4 ; 2341,2 ; 454,7 2925,7; 1114,7; 541,1; 420,0 1031,2; 539,9; 470,7; 425,0 538,2; 425,1 3697,5; 3654,3; 2362,6; 1034,6; 912,5; 796,2; 694,1; 358,7; 469,4; 431,1 2363,4; 2075,3; 1384,1; 1117,0; 895,9; 550,5; 475,8 100 90 0%MK 180 ngay 100 2360.4 2341.2 0%MK + 5%Fe2O3_180ng 90 80 70 %Transmittance 1798.6 712.3 2984.4 2925.7 2874.0 2514.9 2984.0 2874.9 80 70 %Transmittance 2516.5 1798.1 712.4 541.1 968.4 874.3 60 3642.9 60 50 40 1114.7 454.7 50 40 970.8 3445.2 874.4 20 1425.0 10 10 4000 3500 3000 2500 2000 1500 Wavenumbers (cm-1) 1000 500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1421.6 20 3431.2 30 30 1638.5 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Number of sample scans: 32 Number of background scans: 32 Resolution: 4.000 Sample gain: 4.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00 Number of sample scans: 32 Number of background scans: 32 Resolution: 4.000 Sample gain: 8.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 69.00 Hình 4. Phổ IR của đá PCW Hình 5. Phổ IR của đá PCW + 5% sắt 15%MK + 5%Fe2O3_180 ngay 100 90 15%MK 180 ngay 236 1.7 100 790.4 2872 .2 2875.1 1798.4 80 70 % Transmittan ce 298 6.6 2516 .8 6 70.6 2514.5 90 %Transmittance 17 98.3 712 .3 2985.8 80 712.3 53 8.2 469.1 4 25.1 1640.1 9 68.9 8 75.0 50 30 3447 .1 3619.8 40 362 8.1 1 638 .8 20 10 1 423.8 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1424.9 40 3445.2 1000 874.9 50 60 1031.2 969.1 500 Wavenumbers (cm-1) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Number of sample scans: 32 Number of background scans: 32 Resolution: 4.000 Sample gain: 4.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00 Number of sample scans: 32 Number of background scans: 32 Resolution: 4.000 Sample gain: 8.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 69.00 Hình 6. IR của đá PCW + 15% MK Do 2363.4 2075.3 Hình 7. Phổ IR của PCW + 5% sắt + 15% MK 100 90 Vang 2362.6 100 90 80 70 %Transmittance 1384.1 80 1117.0 1636.3 70 895.9 60 50 3417.1 % ra T nsm ittan ce 60 796.2 694.1 50 3456.4 40 3697.5 40 30 20 10 30 20 10 0 3621.0 1639.3 912.5 539.9 470.7 60 70 425.0 538.7 455.7 469.4 431.1 3654.3 550.5 475.8 0 -10 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1) -10 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 1034.6 500 500 Wav enumbers (cm-1) Number of sample scans: 32 Number of background scans: 32 Resolution: 4.000 Sample gain: 4.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00 Number of sample scans: 32 Number of background scans: 32 Resolution: 4.000 S ample gain: 4.0 Mirror velocity: 0.6329 A perture: 100.00 Hình 8. Phổ IR của sắt Hình 9. Phổ IR của MK 420.0 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014 37 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG Nhận xét: - Trong thành phần quang phổ hồng ngoại IR ứng với các pick có bước sóng khác nhau (bảng 4) ta thấy tồn tại các liên kết là Si-O, Si-O-Al, Fe-O, trong đó ion Fe được thay thế bằng ion Al [4]; - Trong cùng dải sóng, mẫu đá xi măng trắng có 5%Fe2O3 với 15%MK cho cường độ (độ truyền qua – T (%)) cao nhất như 58, 44, 82, 86, 92, 88, 69, 61, 62 và 82 tương ứng với các pick có đỉnh sóng 3619,8; 3445,2; 2985,8; 2875,1; 2514,5; 1798,4; 1640,1; 969,1; 874,9 và 712,3 cm-1. Điều này chứng tỏ trong môi trường kiềm của xi măng thì oxyt Fe2O3 và MK có phản ứng tạo ra các liên kết khá bền vững (bảng 5 và hình 3); - Tương ứng với các pcik có đỉnh sóng 3619,8; 3445,2; 2985,8; 2875,1; 2514,5; 1798,4; 1640,1; -1 969,1; 874,9 và 712,3 cm thì các liên kết tạo ra H – O – H, Si –O – Si, Al – O – Al, Al – O – Fe, Fe – O – Fe, Si – O – Al, Si – O – Fe, Si – O, Al – O và Ca – O. Trong đó các ion Fe3+ được thay thế bằng Al3+ (bảng 5) [4]; - Các mẫu có số đỉnh sóng ít là mẫu sắt – 9 đỉnh (hình 8) và mẫu MK – 13 đỉnh (hình 9). Đây là các mẫu không có nước. Khi các mẫu đã trộn thêm nước thì số đỉnh sóng được thể hiện rõ nét hơn như mẫu PCW – 13 đỉnh (hình 4), mẫu PCW + 5% Fe2O3 – 14 đỉnh (hình 5), mẫu PCW + 15%MK – 15 đỉnh (hình 6) và mẫu PCW + 15%MK + 5% Fe 2O3 – 15 đỉnh (hình 7). 4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của ôxyt Fe2O3 đến liên kết trong cấu trúc đá xi măng trắng có MK bằng phân tích phổ Raman Hình 10. Phổ chồng Raman của các mẫu Bảng 6. Phân tích thành phần phổ Raman S T T Số hạt 2900 5200 8000 4000 7000 4200 7800 9800 5900 7200 Pick ứng với bước sóng -1 (cm ) 226,00 225,84 226,07 225,74 224,50 293,20 293,31 293,03 293,27 292,49 S T T Số hạt 2400 4600 5000 3800 3800 3800 3800 4000 3200 3000 Pick ứng với bước sóng -1 (cm ) 413,03 413,93 411,86 412,69 409,54 613,17 611,89 612,26 612,21 610,58 Mẫu vật liệu PCW PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK Fe2O3 PCW PCW + 5% Fe2O3 PCW + 5% Fe2O3+15%MK PCW +15%MK Fe2O3 Mẫu vật liệu PCW PCW + 5% Fe2O 3 PCW + 5% Fe2O 3+15%MK PCW +15%MK Fe2O3 PCW PCW + 5% Fe2O 3 PCW + 5% Fe2O 3+15%MK PCW +15%MK Fe2O3 1 3 2 4 38 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2014