Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp phụ gia đá vôi tro bay đến tính chất cơ lý của xi măng poóc lăng hỗn hợp

LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  TỐNG VIỆT QUANG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỖN HỢP PHỤ GIA ĐÁ VÔI – TRO BAY ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG POÓC LĂNG HỖN HỢP Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN THÀNH ĐÔNG HÀ NỘI - 2019 LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn TS Nguyễn Thành Đông Các số liệu kết trình bày luận văn trung thực xác, số kết trích dẫn từ báo, sách công bố Các kết chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận TỐNG VIỆT QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thành Đông tận tình hướng dẫn tơi thực luận văn Tơi xin chân thành cám ơn sở đào tạo, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tạo điều kiện thuận lợi thời gian sở vật chất giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin cám ơn Lãnh đạo Viện Kỹ thuật Hóa học, quý thầy Viện Kỹ thuật Hóa học mơn Hóa Silicat giúp đỡ động viên tơi trình thực đề tài luận văn Cuối xin chân thành cám ơn Công ty Cổ phần xi măng Vicem Bút Sơn nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập nghiên cứu LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG PHẦN MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Đối tượng nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XI MĂNG POÓC LĂNG 1.1 Giới thiệu chung xi măng poóc lăng .9 1.1.1 Khái niệm xi măng poóc lăng 1.1.2 Khái niệm xi măng poóc lăng hỗn hợp 1.1.3 Thành phần clinker xi măng poóc lăng 1.2 Phản ứng thủy hóa xi măng 11 1.2.1 Sự hiđrat hóa C3S (Alit) 12 1.2.2 Sự hiđrat hóa C2S (Belit) 14 1.2.3 Sự hiđrat hóa C3A (Canxi aluminat) 15 1.2.4 Sự hiđrat hóa C4AF 15 1.2.5 Sự hydrat hố pha cịn lại clinker 16 1.3 Quá trình hình thành đá xi măng 17 1.4 Các tính chất lý xi măng .20 1.5 Vai trò phụ gia xi măng 23 1.5.1 Khái niệm phụ gia xi măng 23 1.5.2 Một số loại phụ thường sử dụng .24 1.6 Giới thiệu chung đá vôi tro bay 26 1.6.1 Tro bay …………………………………………………………………………26 1.6.2 Đá vôi………………………………………………………………………… 32 1.6.3 Một số nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia đá vôi – tro bay 35 Kết luận 36 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG 2.1 Quy trình nghiên cứu 38 2.2 Phương pháp nghiên cứu 38 2.3 Dụng cụ, thiết bị thử nghiệm 39 2.3.1 Thiết bị đo tỷ diện Blaine 2.3.2 Máy trộn 39 2.3.3 Máy rằn 40 2.3.4 Máy ép mẫu 41 40 2.4 Phương pháp xác định cấu trúc đá xi măng chụp ảnh SEM 42 2.5 Phương pháp phân tích Rơnghen ( nhiễu xạ tia X ) 42 2.6 Nguyên liệu thử nghiệm 43 2.6.1 Nguyên liệu 43 2.6.2 Chuẩn bị mẫu 44 2.6.3 Cấp phối thực nghiệm 45 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 47 3.1 Kết khảo sát tro bay 47 3.1.1 Hình dạng cấu trúc hạt tro bay 47 3.1.2 Thành phần cỡ hạt tro bay 48 3.1.3 Thành phần khống, hóa tro bay 49 3.1.4 Chỉ số hoạt tính cường độ tro bay 50 3.2 Kết khảo sát đá vôi 51 3.1.1 Thành phần cỡ hạt đá vôi 51 3.2.2 Thành phần hoạt tính đá vôi 52 3.3 Ảnh hưởng hỗn hợp đá vôi-tro bay đến tính chất lý xi măng 52 3.3.1Ảnh hưởng đến lượng nước tiêu chuẩn 52 3.3.2Ảnh hưởng đến thời gian đông kết 54 3.3.3Ảnh hưởng đến độ ổn định thể tích 55 3.3.4Ảnh hưởng đến cường độ nén 57 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng tương hỗ đá vôi- tro bay với tỷ lệ LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG 5% xi măng poóc lăng hỗn hợp: 63 Kết luận 67 Kiến nghị 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học clinker 10 Bảng 1.2: Thành phần pha clinker 10 Bảng 2.1.Phân loại tro bay theo ASTM C618 28 Bảng 2.2 Phân loại tro bay theo TCVN 10302-2014 28 Bảng 2.4 Thành phần hóa học clinker Bút Sơn (dây chuyền 1): 44 Bảng 2.5 Thành phần khoáng clinker Bút Sơn (dây chuyền 1) 44 Bảng 2.6 Thành phần thạch cao: 44 Bảng 2.7 Độ mịn mẫu nghiền: 44 Bảng 2.8 Độ mịn đá vôi: 45 Bảng 2.9 Cấp phối hỗn hợp phụ gia đá vôi – tro bay 30%: 45 Bảng 2.10 Cấp phối hỗn hợp phụ gia đá vôi – tro bay 5%: 46 Bảng 3.3 Phân bố cỡ hạt tro bay: 48 Bảng 3.4 Thành phần hóa tro bay: 49 Bảng 3.6 Thành phần khoáng tro bay: 50 Bảng 3.7 Chỉ số hoạt tính cường độ tro bay: 50 Bảng 3.9 Phân bố dải cỡ hạt: 51 Bảng 3.10 Thành phần đá vôi: 52 Bảng 3.12 Độ dẻo cấp phối xi măng: 52 Bảng 3.14 Thời gian đông kết cấp phối xi măng: 54 Bảng 3.16 Độ ổn định thể tích: 55 Bảng 3.18 Cường độ nén: 57 Bảng 3.25 Cường độ cấp phối: 63 LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.3 : Sự thay đổi tốc độ mức độ hydrat hoá đơn tinh thể C3S nghiền mịn (3  m ) 13 Hình 1.4: Các tinh thể hydro canxi silicat tạo thành bề mặt hạt C 3S 14 Hình 1.5: Vi cấu trúc hạt xi măng q trình hidrat hóa 17 Hình 1.6: Sự thay đổi thành phần ion nước lỗ rỗng hồ XM đóng rắn (theo số liệu Ph.Lokher V.Rikharts) 18 Hình 1.7: Tốc độ toả nhiệt XM hydrat hoá phụ thuộc vào hàm lượng CaSO4 .19 Hình 1.8: Mơ tả độ rỗng đá xi măng 23 Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý máy phân tích nhiễu xạ tia X 42 Hình 3.1 Ảnh chụp SEM tro bay 47 Hình 3.2 Phân bố dải hạt tro bay 48 Hình 3.5 Các peak khống chất tro bay 49 Hình 3.13 Diễn biến lượng nước tiêu chuẩn cấp phối xi măng .53 Hình 3.15 Diễn biến thời gian đông kết cấp phối xi măng 55 Hình 3.19 Diễn biến cường độ nén R1 cấp phối xi măng .58 Để đánh giá kết trên, đề tài tiến hành chụp ảnh SEM cấp phối Đ30T0, Đ0T30 ngày tuổi, kết thể hình sau: 58 Hình 3.20 Ảnh chụp SEM-R1 cấp phối Đ30T0 59 Hình 3.21 Ảnh chụp SEM-R1 cấp phối Đ0T30 59 Hình 3.22 Diễn biến cường độ nén R3, R7 cấp phối xi măng .60 Hình 3.23 Diễn biến cường độ nén R28 cấp phối xi măng 61 Dưới ảnh chụp SEM cấp phối Đ30T0, Đ10T20 28 ngày tuổi: 61 Hình 3.24 Ảnh chụp SEM-R28 cấp phối Đ30T0 62 Hình 3.25 Ảnh chụp SEM-R28 cấp phối Đ10T20 62 Hình 3.27 Đồ thị diễn biến cường độ 64 Hình 3.28 Ảnh chụp SEM-R1 cấp phối Đ2,5T2,5 65 Hình 3.29 Ảnh chụp SEM-R28 cấp phối Đ2,5T2,5 66 LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT VLXD Vật liệu xây dựng XMP Xi măng Pclăng CLK Clanhke PGK Phụ gia khống FA Tro bay nhiệt điện TCVN Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam QCVN Quy chuẩn Quốc gia Việt Nam ASTM Tiêu chuẩn Mỹ EN Tiêu chuẩn Châu Âu SEM Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử XRAY Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X Rn Cường độ nén theo ngày tuổi đá xi măng CKT Cặn không tan MKN Mất nung Ctd Vôi tự LUẬN VĂN THẠC SĨ TỐNG VIỆT QUANG PHẦN MỞ ĐẦU Hiện chủng loại xi măng Portland hỗn hợp chiếm tỷ trọng lớn chủng loại xi măng sản xuất Để giảm chi phí sản xuất cải thiện số tính chất xi măng, Công ty đưa vào sử dụng loại phụ gia tự khai thác, sẵn có đá vôi, đá sét… loại phụ gia phế phẩm nhà máy khác xỷ lò cao, tro bay… Đối với đá vơi, trước coi phụ gia đầy, thêm vào xi măng để giảm chi phí sản xuất, nhiên gần số nghiên cứu cho thấy thêm phụ gia đá vôi vào phối liệu nghiền xi măng làm ảnh hưởng tới chất lượng, tính công tác xi măng Hầu hết nghiên cứu trước tập chung vào nghiên cứu ảnh hưởng độ mịn đá vơi đến q trình thủy hóa xi măng, chưa có nhiều nghiên cứu ảnh hưởng đá vơi có mặt loại phụ gia khác xi măng Đối với tro bay, có cơng trình nghiên cứu cho thấy tro bay có tác động tích cực đến tính chất lý xi măng, đặc biệt có khả tham gia tạo thành hợp chất CSH, CAH có lợi cho cấu trúc đá xi măng Tuy nhiên chưa có nghiên cứu tác động tro bay hỗn hợp tro bay- đá vơi đến tính chất xi măng Pc lăng sản xuất Bút Sơn Việc nghiên cứu có mặt đồng thời cấu tử đá vôi tro bay cấp phối xi măng cần thiết để mở rộng pham vi ứng dụng nguyên liệu sản xuất xi măng Công ty Cổ phần xi măng Vicem Bút Sơn đưa đá vôi tro bay vào sử dụng chủng loại xi măng Poóc lăng hỗn hợp nhiên tỷ lệ pha mức thấp Do việc nghiên cứu pha hỗn hợp đá vôi- tro bay vào xi măng với tỷ lệ cao giúp Công ty có nhiều lựa chọn sản xuất thực tế Vì vậy, lựa chọn đề tài