TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG POÓC-LĂNG
1.1.1 Khái niệm về xi măng poóc-lăng
Theo định nghĩa của Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 2682:2009 Xi măng poóc- lăng - yêu cầu kỹ thuật thì xi măng poóc-lăng là chất kết dính thủy, được chế tạo bằng cách nghiền mịn clinker xi măng poóc-lăng với một lượng thạch cao cần thiết. Trong quá trình nghiền có thể sử dụng phụ gia công nghệ nhưng không quá 1% so với khối lượng clinker.
Phụ gia công nghệ (trợ nghiền, kỵ ẩm,…) gồm các chất cải thiện quá trình nghiền, vận chuyển, đóng bao và/hoặc bảo quản xi măng nhưng không làm ảnh hưởng xấu tới tính chất của xi măng, vữa và bêtông.
Clinker xi măng poóc-lăng là sản phẩm chứa các pha (khoáng) có tính chất kết dính thủy lực, nhận được bằng cách nung đến kết khối hay nóng chảy hỗn hợp các nguyên liệu xác định (phối liệu), chứa các khoáng canxi silicát, canxi aluminat và canxi fero aluminat với tỷ lệ xác định, được định nghĩa bởi Tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN 5438:2004 Xi măng - thuật ngữ và định nghĩa; quy định chất lượng tại Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7024:2013 Clanhke xi măng poóc-lăng.
Thạch cao là vật liệu đá thiên nhiên hoặc nhân tạo có chứa khoáng CaSO4.2H2O, được sử dụng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng. Thạch cao để sản xuất xi măng poóc-lăng có chất lượng theo quy định hiện hành TCVN 9807-2013 Thạch cao dùng để sản xuất xi măng.
1.1.2 Khái niệm về xi măng poóc-lăng hỗn hợp
Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260:2009, xi măng poóc-lăng hỗn hợp là loại chất kết dính thủy lực, được chế tạo bằng cách nghiền mịn hỗn hợp clinker xi măng poóc-lăng với một lượng thạch cao cần thiết và các phụ gia khoáng hoặc bằng cách trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng poóc-lăng không chứa phụ gia khoáng.
Clinker xi măng poóc-lăng dùng để sản xuất xi măng poóc-lăng hỗn hợp có hàm lượng magie ôxit (MgO) không lớn hơn 5%.
Phụ gia khoáng để sản xuất xi măng poóc-lăng hỗn hợp phải thỏa mãn các yêu cầu của TCVN 6882:2001 và quy chuẩn sử dụng phụ gia trong sản xuất xi măng.
Phụ gia công nghệ gồm các chất cải thiện quá trình nghiền, vận chuyển, đóng bao và/hoặc bảo quản của xi măng nhưng không làm ảnh hưởng xấu tới tính chất của xi măng, vữa và bê tông; hàm lượng phụ gia công nghệ trong xi măng không lớn hơn 1%.
Tổng lượng các phụ gia khoáng (không kể thạch cao) trong xi măng poóc- lăng hỗn hợp, tính theo khối lượng xi măng, không lớn hơn 40% trong đó phụ gia đầy không lớn hơn 20%.
Xi măng poóc-lăng hỗn hợp gồm ba mác PCB30, PCB40 và PCB50, trong đó:
PCB là quy ước cho xi măng poóc-lăng hỗn hợp;
Các trị số 30, 40 , 50 là cường độ nén tối thiểu mẫu vữa chuẩn ở tuổi 28 ngày đóng rắn, tính bằng MPa, xác định theo TCVN 6016:1995 (ISO 679:1989).
1.1.3 Thành phần của clinker xi măng poóc-lăng
Clinker xi măng là sản phẩm chứa các pha (khoáng) có tính chất kết dính thủy lực, nhận được bằng cách nung đến kết khối hay nóng chảy hỗn hợp các nguyên liệu xác định (phối liệu).
Clinker xi măng poóc-lăng là clinker xi măng chứa các khoáng canxi silicat, canxi aluminat và canxi fero aluminat với tỷ lệ xác định.
Clinker xi măng poóc-lăng là nguyên liệu đầu vào của quá trình sản xuất xi măng poóc-lăng Clinker xi măng poóc-lăng thường ở dạng hạt có đường kính 10 ÷ 40mm, có cấu trúc phức tạp (có nhiều khoáng ở dạng tinh thể và một số khoáng ở dạng vô định hình).
Clinker xi măng poóc-lăng được tạo thành do quá trình nung luyện phối liệu trong lò nung, nhiệt độ nung luyện khoảng 1.450 o C Chất lượng của clinker phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và công nghệ sản xuất.
Thành phần hóa học của clinker bao gồm các oxit chính là CaO, Al 2 O 3 , SiO 2 , Fe 2 O 3 và các oxit tạp chất như MgO, K 2 O, Na 2 O… Giới hạn về tỷ lệ của các oxit này trong clinke được trình bày như trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clinker
Thành phần hóa học CaO Al2O3 SiO2 Fe2O3 MgO K2O+Na2O
Thành phần 4 khoáng chính của clinker được trình bày như trong Bảng 1.2. Ngoài ra là pha thủy tinh.
Bảng 1.2: Thành phần 4 khoáng chính của clinker
Thành phần C3S C2S C3A C4AF khoáng (3CaO.SiO2) (2CaO.SiO2) (3CaO.Al2O3) (4CaO.Al2O3.Fe2O3)
Tỷ lệ % 45÷65 10÷37 5÷15 10÷18 Đặc tính đặc trưng của từng khoáng:
Alit (C 3 S): thành phần chính là 3CaO.SiO2, chiếm từ 45÷65% trong clinker Khoáng này phản ứng nhanh với nước, tỏa nhiều nhiệt khi thủy hóa, cho sản phẩm đông rắn cao nhất sau 28 ngày Đây là một trong số các pha quan trọng nhất của clinker.
Belit (C 2 S): thành phần chính là 2CaO.SiO2, chiếm 10÷37% trong clinker Khoáng này phản ứng với nước tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm có độ đông rắn chậm nhưng sau 28 ngày cũng đạt được yêu cầu tương đương Alit.
Celit (C 4 AF): thành phần chính là 4CaO.Al2O3.Fe2O3, chiếm10÷18% trong clinker, là khoáng cho phản ứng tỏa ít nhiệt và cho sản phẩm phản ứng với độ đông rắn thấp.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Mẫu nghiên cứu là hỗn hợp của các nguyên liệu đã được nghiền mịn, phối trộn theo tỷ lệ đề ra Mẫu này đòi hỏi phải có độ đồng nhất về độ mịn, thành phần cỡ hạt Tuy nhiên, đặc tính nghiền của từng nguyên liệu lại khác nhau Do đó đề tài lựa chọn gia công chế tạo mẫu theo phương pháp nghiền riêng từng cấu tử Mỗi nguyờn liệu sau khi nghiền phải đạt độ mịn 45mm < 5mm Chỉ số hoạt tính cường độ (%) Độ hút vôi (mgCaO/g)
Bazan Mỏm Chanh có màu xanh xám, khi nghiền mịn có giống màu xi măng nhưng đậm hơn, không lẫn sét và tạp chất hữu cơ, đồng đều về chất lượng trên toàn bộ mỏ Về độ hoạt tính, nếu tính theo độ hút vôi là 91mg CaO/g - thuộc loại trung bình theo phân loại của TCVN 3735-1982; nếu tính theo chỉ số hoạt tính cường độ
(mức độ suy giảm cường độ khi pha 20% phụ gia so với xi măng không phụ gia) ở
28 ngày là 82%, đạt yêu cầu Tiêu chuẩn ASTM C311-90 và Tiêu chuẩn Việt Nam có quy định tương tự là TCVN 208:1998.
Kiểm tra thành phần khoáng của bazan Mỏm Chanh theo phương pháp XRD trên máy SIEMENS D500, điện áp 45kV, cường độ 40mA, bức xạ CuK α , dùng tấm lọc Ni, dải góc quét 2θ đến 50 o , thu được giản đồ nhiễu xạ thể hiện như Hình 3.2.
Hình 3.3: Giản đồ XRD của đá bazan Mỏm Chanh
Kết quả cho thấy bazan Mỏm Chanh có thành phần khoáng chính sau đây:
Plagioclaz, là dung dịch rắn giữa anortit CaO.Al 2 O 3 6SiO 2 và albit peak 3,181Å; 4,009Å ; 3,128Å ; 6,338Å ; 5,873Å ; 3,761Å ; 3,854Å ; 3,653Å và các peak khác có cường độ thấp hơn;
Riebeckit Na 2 Fe 3+ Fe 2+ [Si 8 O 22 ][OH] 2 với các peak đặc trưng là 8,387Å; 2,597Å; 2,707Å; 2,536Å; 2,164Å; 2,807Å và các peak khác có cường độ thấp hơn;
Ogit: (pyroxen xiên) (Ca, Mg, Fe)SiO3: 2,981Å; 2,517Å;
Căn cứ vào các peak xuất hiện trên giản đồ và cường độ đặc trưng của chúng, có thể thành phần khoáng vật chủ yếu trong bazan Mỏm Chanh là Plagioclaz và Riebeckit Các khoáng vật còn lại tồn tại với tỷ lệ thấp Hàm lượng các khoáng vật không kết tinh (pha thủy tinh) khá lớn Sự có mặt của chúng làm cho các peak phản xạ của các khoáng kết tinh có cường độ thấp đến rất thấp Đây chính là thành phần hoạt tính của bazan Mỏm Chanh.
Kiểm tra thành phần cấu trúc của bazan Mỏm Chanh theo phương pháp SEM (kính hiển vi phân cực OLIMPUS với ánh sáng truyền qua dưới Z Nicon với độ phóng đại 70 lần) thu được hình ảnh thể hiện như Hình 3.4.
Hình 3.4: Vi ảnh cấu trúc puzoland Hà Nam sáng chiếm đa số Xem giữa chúng là các tinh thể dị hình Riebeckit và Ogit Phần tối choán lấp các khoảng trống của các tinh thể là pha thủy tinh.
ẢNH HƯỞNG CỦA HỖN HỢP ĐÁ VÔI XANH HỒNG SƠN, BAZAN MỎM CHANH ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG
3.2.1 Ảnh hưởng của thành phần phụ gia đến độ mịn
Bảng 3.4: Độ mịn của các mẫu pha phụ gia
Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ độ mịn và thành phần phụ gia
Theo kế hoạch nghiên cứu, các nguyên liệu sẽ được nghiền riêng, chỉ khi đạt độ mịn R 45