Urea, một hợp chất hữu cơ đa năng với công thức hóa học CO(NH₂)₂, đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý và ứng dụng công nghiệp. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của nó là trong sản xuất phân bón nitơ, nơi nó phục vụ như một nguồn nitơ đáng kể. Tuy nhiên, việc khám phá các ứng dụng mới đã dẫn đến việc sử dụng sáng tạo urea, đặc biệt là trong ngành xây dựng. Một trong những điều tra như vậy liên quan đến lợi ích tiềm năng của việc tích hợp urea vào hỗn hợp bê tông.
Giả thuyết
Giả thuyết chính của nghiên cứu này là việc trộn urea với bê tông có thể có tác động đáng kể đến nhiệt độ và hành vi vi cấu trúc của xi măng trong quá trình đông cứng. Cụ thể, người ta cho rằng urea tương tác với nước và sản phẩm hydrat hóa xi măng, có thể dẫn đến sự giảm cả nhiệt độ và sự giãn nở được quan sát trong vi cấu trúc của xi măng.
Vật liệu và Phương pháp
Vật liệu
- Urea: Hạng phân tích, được sử dụng như một phụ gia thí nghiệm.
- Xi măng: Xi măng Portland thông thường phù hợp với tiêu chuẩn công nghiệp.
- Nước: Nước cất được sử dụng để trộn xi măng và urea.
Thiết lập thí nghiệm
- Nhóm đối chứng: Xi măng được trộn với nước theo tỷ lệ tiêu chuẩn.
- Nhóm thử nghiệm: Xi măng được trộn với nước và urea ở các tỷ lệ khác nhau để quan sát ảnh hưởng ở các nồng độ khác nhau.
Thủ tục
- Trộn: Đối với mỗi mẻ, urea được trộn với nước trước khi thêm xi măng để đảm bảo sự kết hợp kỹ lưỡng.
- Đông cứng: Các mẫu được đông cứng dưới điều kiện môi trường kiểm soát để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ và sự phát triển cấu trúc theo thời gian.
- Giám sát Nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ được lắp đặt để ghi lại sự thay đổi trong quá trình đông cứng.
- Phân tích vi cấu trúc: Các kỹ thuật như khuếch tán tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để đánh giá sự thay đổi trong vi cấu trúc của xi măng.
Kết quả
Phân tích Nhiệt độ
Kết quả thực nghiệm cho thấy sự giảm nhiệt độ đỉnh rõ rệt trong quá trình đông cứng ở các mẫu chứa urea. Điều này cho thấy urea có thể ảnh hưởng đến các phản ứng tỏa nhiệt thường thấy trong quá trình hydrat hóa xi măng.
Phân tích Vi cấu trúc
Hình ảnh SEM cho thấy cấu trúc vi mô tinh tế hơn trong xi măng trộn urea so với các mẫu đối chứng. Các mô hình XRD cho thấy sự thay đổi trong các sản phẩm hydrat hóa, hỗ trợ giả thuyết rằng urea tương tác với quá trình hydrat hóa.
Thảo luận
Việc kết hợp urea dường như đã sửa đổi động học hydrat hóa của xi măng. Sự giảm nhiệt độ có thể có lợi trong các ứng dụng bê tông khối lớn nơi nứt nhiệt do nhiệt độ cao trong quá trình đông cứng là một mối quan ngại. Hơn nữa, sự thay đổi trong cấu trúc vi mô có thể ngụ ý cải thiện hoặc thay đổi các tính chất cơ học, điều này đòi hỏi phải được điều tra thêm.
Kết luận
Nghiên cứu hỗ trợ giả thuyết rằng urea có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ và sự giãn nở vi cấu trúc của bê tông. Những phát hiện này mở ra những khả năng mới cho việc sử dụng urea trong các ứng dụng bê tông, đặc biệt trong các tình huống mà kiểm soát các đặc tính nhiệt và giãn nở là rất quan trọng. Cần có thêm các nghiên cứu để hiểu đầy đủ hơn về hậu quả của việc sử dụng urea trong bê tông trên quy mô lớn hơn và trong các điều kiện môi trường khác nhau.
Công việc Tương lai
Các nghiên cứu tương lai nên tập trung vào độ bền lâu dài của bê tông được cải thiện bằng urea và hành vi của nó dưới các áp lực môi trường khác nhau. Ngoài ra, các nghiên cứu chi tiết hơn về các tính chất cơ học của bê tông đã sửa đổi là cần thiết để xác định tính phù hợp của nó cho các ứng dụng kết cấu.