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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUY ỄNTH ANHT ÙNG Nguyễn Thanh Tùng KỸTH UẬTH ÓAHỌ C NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỖN HỢP PHỤ 2016B GIA ĐÁ VƠI – PUZOLAND ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG POÓC-LĂNG HỖN HỢP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thanh Tùng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỖN HỢP PHỤ GIA ĐÁ VÔI – PUZOLAND ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG PC-LĂNG HỖN HỢP Chun ngành: Kỹ thuật Hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Nguyễn Thành Đông Hà Nội – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn Tiến sĩ 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 cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Tùng LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đặc biệt sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Thành Đông tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận văn Tôi 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, q thầy Viện Kỹ thuật Hóa học mơn Hóa Silicat giúp đỡ động viên tơi q trình thực đề tài luận văn Cuối xin chân thành cám ơn lãnh đạo Tổng Công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam, Công ty Tư vấn Đầu tư Phát triển Xi măng, Công ty Cổ phần Xi măng Vicem Bút Sơn, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập nghiên cứu MỤC LỤC MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Đối tượng nghiên cứu Chương TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG POÓC-LĂNG .4 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 1.1.4 Phản ứng thủy hóa xi măng 1.1.5 Q trình hình thành tính chất lý đá xi măng 1.1.6 Các tính chất lý xi măng 10 1.2 PHỤ GIA XI MĂNG 14 1.2.1 Khái niệm phụ gia xi măng 14 1.2.2 Tính chất phụ gia xi măng 14 1.2.3 Một số loại phụ thường sử dụng 15 1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHỤ GIA ĐÁ VÔI 18 1.3.1 Khái niệm phân loại đá vôi 18 1.3.2 Các đặc trưng đá vơi 20 1.3.3 Đặc tính đá vơi việc sử dụng đá vôi sản xuất xi măng 21 1.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PUZOLAND TỰ NHIÊN 23 1.4.1 Khái niệm phân loại puzoland 23 1.4.2 Các đặc trưng puzoland tự nhiên 1.4.3 Đặc tính puzoland tự nhiên dùng xi măng 24 24 1.5 MỘT SỐ CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU DÙNG ĐÁ VÔI, PUZOLAND LÀM PHỤ GIA XI MĂNG 27 1.5.1 Nghiên cứu phụ gia đá vôi 27 1.5.2 Nghiên cứu phụ gia puzoland 28 1.5.3 Nghiên cứu hỗn hợp phụ gia đá vôi - puzoland 29 KẾT LUẬN CHUNG 29 Chương THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 NGUYÊN LIỆU VÀ DỤNG CỤ, THIẾT BỊ SỬ DỤNG 30 2.1.1 Nguyên liệu 30 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 30 2.2 SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 31 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 31 2.4 CHUẨN BỊ CÁC CẤP PHỐI NGHIÊN CỨU 32 2.4.1 Mẫu đối chứng (ĐC) 32 2.4.2 Mẫu pha phụ gia 32 2.4.3 Tỷ lệ thạch cao 32 2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 33 2.5.1 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 34 2.5.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 36 Chương KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO 38 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA HỖN HỢP ĐÁ VÔI XANH HỒNG SƠN, BAZAN MỎM CHANH ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG 44 3.2.1 Ảnh hưởng thành phần phụ gia đến độ mịn 44 3.2.2 Ảnh hưởng thành phần phụ gia đến lượng nước tiêu chuẩn 46 3.2.3 Ảnh hưởng thành phần phụ gia đến thời gian ninh kết 47 3.2.4 Ảnh hưởng thành phần phụ gia đến độ ổn định thể tích 49 3.2.5 Ảnh hưởng thành phần phụ gia đến cường độ 3.2.6 Khảo sát cấu trúc xi măng XRD SEM 49 54 Chương 4: KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học clinker Bảng 1.2: Thành phần khống clinker Bảng 1.3: Phân loại đá vôi nguyên liệu làm vật liệu xây dựng 21 Bảng 1.4: Thành phần hóa học số loại puzoland tự nhiên 24 Bảng 2.1: Thành phần hóa clinker Vicem Bút Sơn……………………………30 Bảng 2.2: Thành phần khống clinker 30 Bảng 2.3: Thành phần cấp phối mẫu (% khô tuyệt đối) 33 Bảng 2.4: Các phương pháp phân tích mẫu nghiên cứu 33 Bảng 3.1: Thành phần hóa đá vơi xanh Hồng Sơn, (% khối lượng)……………….39 Bảng 3.2: Thành phần hóa độ hoạt tính bazan Mỏm Chanh .41 Bảng 3.3: Kích thước độ hoạt tính bazan Mỏm Chanh 41 Bảng 3.4: Nước tiêu chuẩn mẫu pha phụ gia 46 Bảng 3.5: Thời gian ninh kết mẫu pha phụ gia 47 Bảng 3.6: Độ ổn định thể tích mẫu pha phụ gia 49 Bảng 3.7: Cường độ mẫu pha phụ gia…………………………………… 49 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Vi cấu trúc hạt xi măng q trình hidrat hóa Hình 1.2: Mơ tả độ rỗng đá xi măng 13 Hình 1.3: Vi ảnh cấu trúc đá vôi canxit (trái) cận cảnh tinh thể canxit (trái) 21 Hình 1.4: Vi ảnh cấu trúc puzoland tự nhiên 24 Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm………………………………………….31 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý phương pháp XRD (trái) máy XRD (phải) .35 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động (trái) máy SEM điển hình (phải) 36 Hình 3.1: Đá vơi xanh Hồng Sơn làm phụ gia xi măng……………………………38 Hình 3.2: Khai thác đá bazan Mỏm Chanh mỏ 40 Hình 3.3: Giản đồ XRD đá bazan Mỏm Chanh 42 Hình 3.4: Vi ảnh cấu trúc puzoland Hà Nam 43 Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ độ mịn thành phần phụ gia 45 Hình 3.6: Biểu đồ quan hệ nước tiêu chuẩn thành phần phụ gia .46 Hình 3.7: Biểu đồ quan hệ thời gian ninh kết thành phần phụ gia 48 Hình 3.8: So sánh mức độ gia tăng cường độ độ tuổi R1 R3 mẫu 50 Hình 3.9: Biểu đồ so sánh mức độ gia tăng cường độ độ tuổi R3 R7 mẫu nghiên cứu 52 Hình 3.10: Biểu đồ so sánh mức độ gia tăng cường độ độ tuổi R7 R28 mẫu nghiên cứu 53 Hình 3.11: Ảnh SEM mẫu V20P15 độ tuổi ngày 54 Hình 3.12: Ảnh SEM mẫu V15P20 độ tuổi ngày 55 Hình 3.13: Cấu trúc mẫu V15P20 tuổi mẫu ngày .56 Hình 3.14: Cấu trúc mẫu V15P20 tuổi mẫu ngày .56 Hình 3.15: Cấu trúc mẫu V15P20 tuổi mẫu ngày .57 Hình 3.16: Cấu trúc mẫu V15P20 tuổi mẫu 28 ngày 57 Luận văn Thạc sĩ CBHD: Ts Nguyễn Thành Đông MỞ ĐẦU Xi măng ngành cơng nghiệp hình thành sớm nước ta Ngày 25/12/1889, nhà máy xi măng bán đảo Đông Dương người Pháp khởi cơng xây dựng Hải Phịng Trải qua 130 năm hình thành phát triển, đến nước có khoảng 90 cơng ty, đơn vị trực tiếp sản xuất phục vụ sản xuất xi măng, cung cấp thị trường hàng hàng chục triệu xi măng loại, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa mà xuất nhiều quốc gia khác giới Công nghiệp xi măng đóng góp phần khơng nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam, thuộc lĩnh vực xác định chủ lực chiến lược phát triển kinh tế xã hội đất nước Trong công nghệ sản xuất xi măng, nguyên liệu sử dụng nhiều đá vôi, hai công đoạn chế tạo bột phối liệu phụ gia nghiền Do đặc điểm địa chất, Việt Nam nước có nguồn đá vôi dồi trữ lượng Theo Báo cáo “Quy hoạch thăm dò, khai thác, chế biến sử dụng khoáng sản làm vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020” (phần khoáng sản xi măng Thủ tướng phê duyệt Quyết định số 105/2008/QĐ-TTg ngày 28/7/2008 Quyết định số 1065/QĐ-TTg ngày 9/7/2010 phê duyệt điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch thăm dò, khai thác sử dụng khoáng sản làm xi măng Việt Nam đến năm 2020) thì: Tổng tài ngun đá vơi làm nguyên liệu cho sản xuất xi măng Việt Nam lớn, trữ lượng khả dụng khoảng 44,739 tỷ Cùng với đá vơi, loại đá bazan phong hóa, puzoland tự nhiên nguyên liệu thiếu việc sản xuất xi măng Khác với đá vôi, puzoland thường sử dụng làm phụ gia nghiền, tỷ lệ sử dụng thấp nhiều so với đá vơi Tuy nhiên, puzoland lại có có vai trị quan trọng, khơng làm giảm lượng clinker tiêu thụ mà cịn góp phần nâng cao chất lượng xi măng, HVTH: Nguyễn Thanh Tùng Luận văn Thạc sĩ CBHD: Ts Nguyễn Thành Đông đạt trì tiêu chất lượng cho xi măng thành phẩm mà có ngun liệu khác làm Về mặt kinh tế, việc sử dụng puzoland làm phụ gia nghiền mang lại hiệu kinh tế cao cho đơn vị sản xuất Do có mặt cấp phối nghiền, puzoland thay phần clinker nên điều góp phần bảo vệ mơi trường, biết rằng, bình qn, việc nung luyện clinker xi măng phát thải mơi trường khoảng 1,3÷1,5 CO2 Nghiên cứu tìm giải pháp để đưa đồng thời đá vơi puzoland vào xi măng với vai trò phụ gia cơng đoạn nghiền vừa cải thiện số tính chất xi măng, vừa giảm tỉ lệ sử dụng clinker cấp phối, nhằm ổn định, nâng cao chất lượng giảm giá thành xi măng Ngồi ra, dùng puzoland làm phụ gia cịn góp phần bảo vệ môi trường gián tiếp giảm lượng đá vôi, than đá sử dụng để nung luyện clinker, hạn chế khai thác tài nguyên thiên nhiên Vì vậy, lựa chọn đề tài“Nghiên cứu ảnh hưởng hỗn hợp phụ gia đá vơi – puzoland đến tính chất lý xi măng poóc-lăng hỗn hợp” mang tính khoa học, lại vừa mang tính ứng dụng cao cho công ty sản xuất xi măng Mục tiêu luận văn  Đánh giá ảnh hưởng đá vôi puzoland đến tính chất lý xi măng poóc-lăng hỗn hợp, bao gồm: Thời gian ninh kết; Độ dẻo; Độ ổn định thể tích;   Cường độ kháng nén; Xác định tỷ lệ đá vôi/puzoland tối ưu cấp phối phụ gia; Nghiên cứu tương hỗ đá vơi với puzoland (nếu có) đến chất lượng xi măng có mặt cấu tử cịn lại Đối tượng nghiên cứu Để thực mục tiêu trên, luận văn triển khai nội dung nghiên cứu chủ yếu sau: HVTH: Nguyễn Thanh Tùng