Vì vậy, vớ ục đíchi m đa dạng hóa ngu n ph ồ ụgia puzzolan cho sản xuất xi măng đề tài đã lựa ch n diatomite Phú Yên làm đọ ối tượng nghiên cứu để ử ụ s d ng trong công nghiệp sản xuất x
Gi i thi ớ ệ u chung v ề xi măng poóc lăng
Khái ni ệm về xi măng poóc lăng
Xi măng poóc lăng là loại chất kết dính thủy, được chế tạo bằng cách nghiền mịn clinker xi măng poóc lăng kết hợp với một lượng thạch cao cần thiết Trong quá trình nghiền, có thể sử dụng phụ gia công nghệ, nhưng không vượt quá 1% so với khối lượng clinker.
Clinker xi măng poóc lăng được định nghĩa theo TCVN 5438 : 2004
Thạch cao để sản xuất xi măng poóc lăngcó chất lượng theo quy định hiện hành (TCXD 168: 89)
Phụ gia công nghiệp giúp cải thiện chất lượng trong quá trình nghiền, vận chuyển, đóng bao và bảo quản xi măng mà không làm ảnh hưởng đến tính chất của xi măng, vữa và bê tông.
Khái ni ệm về xi măng poóc lăng hỗn hợ p
Here is a rewritten paragraph that contains the meaning of the original text, complying with SEO rules:"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 các phụ gia khoáng và một tỷ lệ thích hợp Quá trình trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng poóc lăng không chứa phụ gia khoáng tạo ra sản phẩm có tính thi công cao và ổn định."
Clinker xi măng poóc lăng dùng để ả s n xuất xi măng poóc lăng hỗn hợp có hàm lượng magie ôxit (MgO) không lớn hơn 5%.
Phụ gia khoáng để ả s n xuất xi măng poóc lăng hỗn h p ph i th a mãn các ợ ả ỏ yêu cầu c a TCVN 6882: 2001 và quy chu n s d ng ph gia trong s n xu t xi ủ ẩ ử ụ ụ ả ấ măng.
Phụ gia công nghiệp là các chất được sử dụng trong quá trình nghiền, vận chuyển, đóng bao và bảo quản xi măng, giúp cải thiện chất lượng mà không làm ảnh hưởng đến tính chất của xi măng, vữa và bê tông Hàm lượng phụ gia công nghiệp trong xi măng cần được kiểm soát để đảm bảo hiệu quả sử dụng và chất lượng sản phẩm.
Nguyễn Hùng Trang 3 không lớn hơn 1%.
Tổng lượng phụ gia khoáng trong xi măng poóc lăng hỗn hợp, không bao gồm thạch cao, không vượt quá 40% khối lượng xi măng, trong đó phụ gia đầy không được lớn hơn 20%.
Thạch cao để sản xuất xi măng poóc lăng hỗn hợp có chất lượng theo TCXD 168: 89
Xi măng poóc lăng hỗn h p g m ba mác PCB30, PCB40 và PCB50, trong ợ ồ đó:
- PCBlà quy ước cho xi măng poóc lăng hỗn h p; ợ
- Các trị ố s 30, 40 , 50 là cường độnén tối thiểu mẫu vữa chuẩ ởn tuổi 28 ngày đóng rắn, tính bằng MPa, xác định theo TCVN 6016 : 1995 (ISO
Thành phần của clinker xi măng poóc lăng
1.1.3.1 Khái ni m v clinker ệ ề xi măng poóc lăng
Clinker xi măng là sản phẩm chứa các khoáng chất có tính chất kết dính thủy lực Nó được tạo ra bằng cách nung nóng đến kết khối hoặc nóng chảy hỗn hợp các nguyên liệu xác định.
Clinker xi măng poóc lăng là clinker xi măng chứa các khoáng canxi silicat, canxi aluminat và canxi fero aluminat với tỷ l ệ xác định
Clinker xi măng poóc lăng là nguyên liệu chính trong sản xuất xi măng poóc lăng, thường có kích thước từ 10 đến 40mm với cấu trúc phức tạp Clinker được hình thành qua quá trình nung luyện phối liệu ở nhiệt độ khoảng 1450°C Chất lượng của clinker phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và công nghệ sản xuất, và chính chất lượng của clinker quyết định tính chất của xi măng.
1.1.3.2 Thành ph n hóa hầ ọc của clinkerpoóc lăng[1]
Thành ph n hóa hầ ọc của clinker được trình bày bở ảng dưới đây:
B ng 1 1Thành ph n hóa hả ầ ọc của clinker
Thành ph n hóa h c ầ ọ CaO Al 2 O3 SiO2 Fe2O3
Ngoài ra còn có nh ng t p ch t không mong muữ ạ ấ ốn như MgO khoảng 1 ÷ 5%, ôxit ki m 0.5 ề ÷ 3%.
Bản chất hóa h c cọ ủa từng thành phần:
CaO là c u t chính k t h p v i các oxit Alấ ử ế ợ ớ 2 O3, SiO2, Fe2O3 trong quá trình nung luyện để ạ t o thành các khoáng chính của clinker xi măng Portland [4]
Hàm lượng CaO trong clinker xi măng Portland chứa nhiều khoáng silicat canxi, giúp cải thiện chất lượng xi măng và phát triển cường độ nhanh, đạt mác cao Tuy nhiên, xi măng này lại có độ bền kém trong môi trường xâm thực.
Oxit CaO có thể tồn tại ở dạng CaO tự do, và nếu hàm lượng CaO tự do quá cao, nó sẽ bắt đầu phản ứng với nước sau khi xi măng đã đóng rắn, tạo thành Ca(OH)2 Hiện tượng này gây ra sự trương nở thể tích, dẫn đến hiện tượng nứt gãy trong cấu trúc bê tông.
SiO2 trong quá trình nung luy n s ph n ệ ẽ ả ứng với CaO để ạ t o thành khoáng silicat canxi (C3S và C2S) [4]
Nếu hàm lượng SiO2 thấp, khoáng C2S sẽ tăng, dẫn đến xi măng đóng rắn chậm nhưng phát triển cường độ lâu dài và đảm bảo mác xi măng Đặc biệt, khi hàm lượng SiO2 tăng, xi măng sẽ có độ bền cao trong môi trường xâm thực.
Trong quá trình nung luyện, Al2O3 tương tác với CaO và Fe2O3 để tạo ra các khoáng aluminat canxi và alumopherit canxi Những khoáng chất này có tính nóng chảy và đóng vai trò quan trọng như pha lỏng trong quá trình kết khối.
Tăng hàm lượng Al2O3 trong clinker xi măng Portland sẽ thúc đẩy sự hình thành pha lỏng sớm, dẫn đến sản xuất xi măng có khả năng ninh kết và đóng rắn nhanh Điều này cũng tạo ra nhiều nhược điểm, đặc biệt là trong môi trường sunphat và nước biển.
Fe2O3 giúp giảm nhiệt độ hình thành pha lỏng trong quá trình nung, đồng thời tham gia vào phản ứng tạo ra khoáng alumopherit canxi (C4AF) Điều này làm cho xi măng có khả năng tỏa nhiệt ít hơn và bền vững hơn trong môi trường xâm thực của nước biển và sunphat.
Khi nồng độ Fe2O3 tăng, C4AF cũng tăng theo, dẫn đến độ nhớt của pha lỏng giảm Điều này làm gia tăng sự hình thành C3S, nhưng cũng gây ra hiện tượng tắc nghẽn hoặc hình thành vành "ano" trong lò quay do sự giảm độ nhớt của pha lỏng.
MgO, hay periclaz, có mặt trong clinker và phản ứng rất chậm với nước Khi hàm lượng MgO tăng, xi măng sẽ giãn nở, dẫn đến sự gia tăng thể tích lớn, dễ gây nứt vỡ cấu kiện bê tông.
Oxit kiềm (R2O) có khả năng thăng hoa ở nhiệt độ cao, tạo ra bụi mịn Chất này có thể hòa tan trong dung dịch nóng, hoặc tham gia vào các phản ứng hóa học với các khoáng chất chứa kiềm, đặc biệt là trong quá trình hình thành C3A.
C2S Nếu clinker nhi u Rề 2O s ẽ làm xi măng giảm cường độ, không ổn định th tích ể
Thành ph nvà t l ầ ỷ ệ% khoáng c clinker ủa được trình bày b ng 1.2 ở ả
B ng 1 2:Thành ph nvà t l % khoáng c a clinker ả ầ ỷ ệ ủ
Alite là hỗn hợp khoáng chất chủ yếu gồm 3CaO.SiO2 (C3S), chiếm khoảng 4% 3CaO.Al2O3 (C3A) và một lượng nhỏ MgO Cấu trúc mạng lưới tinh thể của Alite có thể thay đổi khi Al2O3 được thay thế bằng Fe2O3 và MgO được thay thế bằng FeO.
Alite là khoáng chất chính trong clinker xi măng Portland, chiếm từ 45% đến 60% Xi măng Portland với hàm lượng Alite cao giúp rắn nhanh, đạt cường độ cao và giảm thiểu hiện tượng co ngót khi đóng rắn.
Dưới kính hi n vi Cể 3S tinh khi t có d ng tinh th hình lế ạ ể ục giác đều (hình 1.1 A) và c u trúc dung d ch r n cấ ị ắ ủa Alite được th hi n hình 1A và 1B ể ệ ở
Thành phần khoáng chủ yếu trong clinker xi măng Portland là silicat dicanxit (2CaO.SiO2), với hàm lượng belit chiếm từ 20% đến 30% Belit tồn tại dưới nhiều dạng thù hình khác nhau, bao gồm α – C2S, α’ L – C2S, α’ H – C2S, β – C2S và γ – C2S Các dạng thù hình này có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau, dẫn đến sự khác biệt về tính chất Đặc biệt, β – C2S là dạng ổn định nhất trong clinker xi măng Portland.
Belit, hay còn gọi là β-C2S, là khoáng chất quan trọng thứ hai trong clinker xi măng Portland Mặc dù belit đóng rắn chậm và có cường độ ban đầu không cao, nhưng nó phát triển cường độ tốt theo thời gian Sản phẩm đóng rắn của β-C2S có độ bền cao trong môi trường nước và nước khoáng.
Khoáng Belite có hình dạng tròn và cấu trúc dung d ch rị ắn của belite được th hi n hình 1.2 ể ệ ở
* Celite: 2CaO.pAl2O3.(1-p)Fe2O3 (alumoferitcalci) [4]:
Ph ả n ứ ng th ủ y hóa c ủa xi măng
S ự hiđrat hóa của C 4 AF
s ẽtác dụng với thành phần C3A và hình thành m t khoáng vộ ật mới gây trương nở th tích theo ph n ể ả ứng sau:
3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O → 3CaO.Al 2 O3.3CaSO4.32H2O 1.2.4 S h rat hóa c ự iđ ủ a C 4 AF
Here is a rewritten paragraph that contains the important sentences and complies with SEO rules:Khi cho C4AF tác dụng với H2O trong điều kiện xi măng thủy hóa hoàn toàn, sẽ hình thành một lượng vôi bão hòa Theo đó, phản ứng sẽ xảy ra trong điều kiện nhiệt độ của môi trường theo phương trình phản ứng sau.
4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 12H2O → 3CaO.Al 2 O3.6H2O + CaO.Fe2O3.6H2O
Hình 1 5: Vi c u trúc hấ ạt xi măng trong quá trình hidrat hóa.[8]
Quá trình hình thành và tính ch ất cơ lý của đá xi măng
Định nghĩa
Đá xi măng là s n phả ẩm của quá trình thủy hóa xi măngsau một th i gianờ đã
Nguyễn Hùng Trang 13 đạ ớt t i một cường độ nhất định
Quá trình hình thành đá xi măng (Cơ chế đông rắn c a v a): ủ ữ
Khi bắt đầu trộn nước với hỗn hợp phối liệu (thường là 1 xi măng 3 cát), độ ẩm sẽ tăng dần Quá trình hydrat hóa của xi măng bắt đầu diễn ra, và tinh thể ettringit sẽ xuất hiện Khoảng cách giữa các hạt xi măng chứa dung dịch bão hòa SO4 2- ngày càng được xác định rõ ràng.
Ca 2+ kết hợp với monosunfat (3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O) tạo thành sản phẩm ngăn chặn sự xâm nhập ồ ạt của nước, làm chậm quá trình hydrat hóa Sau đó, phản ứng giữa các tinh thể silicat và aluminat bên trong màng diễn ra, giúp duy trì quá trình hydrat hóa Quá trình này lặp đi lặp lại nhiều lần, dẫn đến sự hình thành hydro silicat canxi và hydro aluminat canxi ở dạng hình kim Khi nồng độ SO4 2- và Ca 2+ giảm, không đủ để tạo thành ettringit, gel C-H-S liên tục hình thành Chính nhờ cơ chế này mà cường độ của xi măng được cải thiện.
Người ta chia quá trình đóng rắn của đá xi măng thành các giai đoạn:
Khi các hạt xi măng khuếch tán vào nước, các phân tử nước sẽ tấn công mạnh mẽ lên bề mặt hạt xi măng Quá trình này dẫn đến sự hình thành của Ca(OH)2 và monosufat.
C3A.3CaSO4.32H2O (ettringit) trên bề m t các hặ ạt khoáng Giai đoạn kéo dài kho ng 10 phút và không t o thành c u trúc ả ạ ấ
Tốc độ phản ứng hydrat hóa chậm lại do keo monosunfat bao bọc các hạt xi măng, khiến độ ẻ d o của vữa trong giai đoạn này ổn định Sau đó, sự kết tinh của các tinh thể silicat và aluminat xuất hiện, phá hủy màng Quá trình thủy hóa lặp lại cho đến khi nồng độ SO4 2- không đủ để tạo thành ettringit, giai đoạn này kéo dài khoảng 2 giờ và các gel C-H bắt đầu xuất hiện.
Do nồng độ SO4 2- quá nhỏ, khả năng tạo lớp keo giả và ettringit không còn nữa, dẫn đến phản ứng tăng vọt Gel C-H-S hình thành nhanh chóng, lấp đầy khoảng trống giữa các hạt xi măng Khi đá xi măng được hình thành, cường độ của đá (theo cường độ kháng nén) bắt đầu phát triển mạnh mẽ Giai đoạn này kéo dài 24 giờ và phụ thuộc vào lượng khoáng xi măng tham gia quá trình hydrat hóa.
Sau 24 giờ ố t c độ ủ th y hóa c a các khoáng bủ ắt đầu gi m d n, c u trúc bả ầ ấ ắt đầ ổn địu nh và ph n ng th y hóa v n ti p t c v i ph n khoáng còn l i ả ứ ủ ẫ ế ụ ớ ầ ạ
Các tính ch ất cơ lý của xi măng
Độ mịn của xi măng là chỉ số thể hiện kích thước của các hạt xi măng, được xác định thông qua phần trăm còn lại trên sàng hoặc dưới sàng với kích thước lỗ nhất định Độ mịn cao đồng nghĩa với kích thước hạt nhỏ, từ đó làm tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt xi măng và nước, thúc đẩy nhanh quá trình thủy hóa Điều này giúp xi măng dễ dàng phản ứng với nước và đạt được độ rắn chắc nhanh chóng Độ mịn có thể được xác định bằng hai phương pháp khác nhau.
+ Phương pháp sàng: bao gồm sàng có kích thướ ỗ 90μm và 45μm.c l
+ Đo độ ịn theo phương pháp Blaine m
Tỷ lệ nước và xi măng là yếu tố quan trọng trong quá trình tạo ra vữa xi măng đạt tiêu chuẩn Nước dư thừa có thể ảnh hưởng đến tốc độ phát triển cường độ, dẫn đến cường độ thấp do tạo ra độ rỗng trong đá xi măng Xi măng poóc lăng thường yêu cầu lượng nước tiêu chuẩn từ 24% đến 30%.
1.3.2.3 Th i gian ờ đông kế ủa xi măngt c
Here is a rewritten paragraph that contains the meaning of the original content, complying with SEO rules:Khi trộn xi măng với nước, các khoáng chất trong xi măng sẽ trải qua phản ứng thủy hóa, dần dần hình thành theo thời gian và đạt độ cứng nhất định Sau đó, xi măng sẽ trở nên cứng chắc và có thể chịu lực Quá trình đông kết của xi măng được chia thành hai loại thời gian:
+ Th i gian bờ ắt đầ đông kếu t: Là thời gian từ khi bắt đầu trộn nước đến trước khi v a m t tính d o ữ ấ ẻ
+ Th i gian k t thúc ờ ế đông kết: Là th i gian t khi trờ ừ ộn nước đến khi vữa c ng l i và có th ứ ạ ểchịu lực.
Thời gian đông kết của đá xi măng chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố, bao gồm thành phần khoáng của clinker, lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn của xi măng, nhiệt độ môi trường, cũng như loại và lượng phụ gia được pha vào.
1.3.2.4 Độ ổn định th tích cể ủa đá xi măng
Trong quá trình đóng rắn, thể tích của đá xi măng liên tục thay đổi Sự thay đổi này nếu quá lớn hoặc diễn ra quá nhanh có thể gây ra rạn nứt cho công trình Nguyên nhân chính dẫn đến sự không ổn định này là do ôxit CaO và ôxit MgO.
MgO không tham gia vào quá trình tự tạo clinker, nhưng sau khi xi măng đóng rắn, nó có thể bị thủy hóa thành Mg(OH)2, làm tăng thể tích và gây nứt vỡ đá xi măng Trong một số trường hợp, MgO có thể bị thủy hóa sau hai năm, vì vậy cần hạn chế lượng MgO trong xi măng xuống còn 5% hoặc ít hơn.
CaO không tham gia vào quá trình tạo clinkers mà chỉ tồn tại dưới dạng oxit canxi Khi bị các chất nóng chảy bao bọc, CaO sẽ bị thủy hóa chậm, dẫn đến sự nở thể tích và gây ra hiện tượng rạn nứt trong đá xi măng.
Cấp phát hoạt xi măng quá lớn có thể làm chậm quá trình ủ thủy hóa, ảnh hưởng đến sản phẩm gel C H và aluminat hình thành trong quá trình ổn định, dẫn đến sự mất ổn định thể tích Do đó, mọi loại xi măng thành phẩm trên thị trường cần phải đảm bảo cấp phát hoạt và hàm lượng các chất nặng trong giới hạn cho phép.
1.3.2.5 Cường độ ủa xi măng (hay mác xi măng) c
Cường độ xi măng là chỉ số quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của đá xi măng trên một đơn vị diện tích, bao gồm độ bền uốn và độ bền nén Độ bền này thường được đo ở tuổi 28 ngày với tỷ lệ xi măng/cát là 1/3 để xác định mác xi măng Khi nghiên cứu cường độ, các chỉ số như cường độ kháng nén (Rn), cường độ kháng uốn (Rố u), và cường độ kháng kéo (Rk) của mẫu thí nghiệm là rất quan trọng Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bao gồm tỷ lệ khoáng trong xi măng, lượng nước sử dụng, công nghệ chế tạo và chất lượng thi công bê tông Để sản xuất bê tông có cường độ kháng nén cao, cần sử dụng lượng nước tối thiểu trong quá trình trộn vữa.
Rn bi u diđể ễ ễn như sau[2]:
N, X: Th ể tích nước và th ể tích xi măng A: Th ểtích không khí
D a vào công th c trên thì giự ứ ảm tỷ ệ l N/X s ẽ tăng độ ề b n uốn và độ ề b n nén cho bê tông
Tỷ lệ N/X trong quá trình trộn vữa ảnh hưởng mạnh đến tỉ lệ nước và xi măng, cũng như cường độ của mẫu bê tông Tỷ lệ N/X cao sẽ làm giảm cường độ bê tông, trong khi độ đặc của vữa xi măng ảnh hưởng đến khả năng thoát khí trong quá trình đầm Cường độ của xi măng phát triển không đồng đều, đạt 40-50% trong 3 ngày đầu, 60-70% trong 7 ngày, và đến 28 ngày mới đạt được mác xi măng Tuy nhiên, trong điều kiện thuận lợi, sự rắn chắc của bê tông có thể kéo dài hàng tháng hoặc thậm chí hàng năm, vượt gấp 2-3 lần.
Nguyễn Hùng Trang 17 cường độ 28 ngày Có thể xem tốc độphát triển cường độ trung bình của xi măng tuân theo quy luật Logarit được cho b i công th ở ức:
R28 và Rnlà cường độ ủa đá xi măng ở ổ c tu i 28 ngày và n ngày (n> 3 ngày)
1.3.2.6 Độ ỗng đá xi măng r
Trong đá xi măng, lỗ rỗng chiếm từ 2% đến 30%, phụ thuộc vào chất lượng vữa xi măng Kích thước các lỗ rỗng thay đổi dựa trên tỷ lệ nước/xi măng, phương pháp thi công, việc sử dụng phụ gia và chất lượng của xi măng.
* Có th phân chia l rể ỗ ỗng theo kích thước của đá xi măng như sau:
+ Lỗ ỗ r ng lớn: cú kớch thước lớn hơn 100àm
+ Lỗ ỗ r ng vừa: cú kớch thước từ 1,6 – 100àm
+ Lỗ ỗ r ng nhỏ: cú kớch thước từ 0,6 – 106 àm
+ Lỗ ỗ r ng siờu nhỏ: cú kớch thước nh ỏ hơn 0,6àm
* L r ng có ỗ ỗ ảnh hưởng c a chúng t i tính ch t củ ớ ấ ủa đá xi măng.
+ Lỗ ỗng cú đường kớnh ≈ 2àm liờn quan đế r n s khu ch tỏn, xõm thự ế ực của các ion như Cl - , SO4 2- … làm ảnh hưởng đến độ ề b n v ng c a công trình ữ ủ
+ Lỗ ỗ r ng t vài chừ ục đến vài trăm àm liờn quan đến s thự ấm nước và th m ấ khí c a công trình ủ
Có hai loại lỗ rỗng trong đá xi măng: lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở Lỗ rỗng kín không nối với mao quản, chỉ ảnh hưởng đến cường độ của đá, trong khi lỗ rỗng hở không làm giảm tính chống thấm của đá xi măng.
Ph gia trong s ụ ả n xu ất xi măng
Đị nh nghĩa v ề phụ gia xi măng
Theo tiêu chuẩn TCVN 6882:2001, phụ gia khoáng của xi măng là các vật liệu vô cơ tự nhiên hoặc nhân tạo, được sử dụng trong xi măng poóc lăng hỗn hợp mà không ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng, bê tông và bê tông cốt thép Phụ gia khoáng được phân thành hai loại: phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia khoáng đầy.
Theo tiêu chuẩn ASTM C688, phụ gia xi măng là loại vật liệu có khả năng thay đổi các tính chất của xi măng khi được kết hợp trong quá trình sản xuất Việc sử dụng phụ gia này giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng của xi măng, từ đó nâng cao hiệu quả trong các ứng dụng xây dựng.
1.4.2 Tính ch ấ t c ủ a ph gia xi m ụ ăng
* C i thiả ện tính năng dễ dàng thi công của hỗn h p bê tông và v ợ ữa:
+ Tăng độ linh động, độ ụ s t, kéo dài thời gian duy trì độ ụ s t mà không cầnlàm tăng hay giảm lượng nước tr n ộ
+Làm chậm lại hoặc tăng nhanh quá trình liên kết ban đầu
+Tạo kh ả năng chuyên ch ở bê tông tươi từ các trạm trộ ở xa đến n v trícông ị trình
+Tạo kh ả năng bơm bê tông lên cao để thi công nhà cao tầng, bơm đi xađể thi công c u, hầ ầm hoặc công trình thủy lợi
*C i thi n tính chả ệ ất của bê tông sau khi hóa c ng: ứ
+Tăng cường độ ớ s m trong thời gian ban đầu để ớ s m tháo ván khuôn,s m ớ t o ra ng l c nhạ ứ ự ằm tăng nhanh tiến độ thi công
+Tăng cường độ ch u nén, u n, kéo ị ố
+Tăng độ ch ng th m ố ấ
Để giảm thiểu quá trình co ngót của bê tông khi đang hóa rắn, cần thực hiện các biện pháp làm chậm quá trình này nhằm đảm bảo chất lượng bê tông Điều này đặc biệt quan trọng đối với các công trình lớn như thủy điện và đập nước, nơi mà sự co ngót có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng.
+ Hạn ch s n th tích do các ph n ng cế ự ở ể ả ứ ủa các chất ki m về ới các thànhph n c a khoáng c t li u ầ ủ ố ệ
+Tạo s bám dính ch t giự ặ ữa các phần bê tông cũ và mới
+Tạo màu s c cho bê tông theo d ki n ắ ự ế
Tuy nhiên với mỗi trường h p sợ ử ụ d ng ph gia nhụ ất định c n ph i xem ầ ả
Nguyễn Hùng Trang 20 xétk ng và tính toán, thí nghiỹ lưỡ ệm chu đáo để đảm bảo hi u qu ệ ảcao.
1.4.3 M t s lo i ph ộ ố ạ ụ thường đượ c s ử ụ ng d
1.4.3.1 Ph gia khoáng ho t tính puzolan ụ ạ
Phụ gia khoáng hoạt tính puzolan là loại phụ gia có nguồn gốc từ gạch vụn tự nhiên hoặc nhân tạo, được nghiền mịn và không đóng rắn Nó có khả năng phản ứng với vôi ở nhiệt độ thường để tạo ra các sản phẩm có hoạt tính kết dính Khả năng liên kết vôi của phụ gia này khi có mặt nước được gọi là hoạt tính puzolanic Độ hoạt tính của phụ gia phụ thuộc vào thành phần hóa học, thành phần khoáng, tỷ lệ pha tinh thể và pha thủy tinh, cũng như độ nghiền mịn của phụ gia.
Số lượng và vôi bổ sung ảnh hưởng đến nhiệt động học của quá trình đông kết và độ rắn chắc của hệ thống, cũng như lượng nước tham gia vào việc hình thành pha hiđrat Hiện nay, độ hoạt tính của phụ gia khoáng được đánh giá qua chỉ số hoạt tính với ximăng poóc lăng và độ hút vôi, trong đó chỉ số hoạt tính với ximăng là yếu tố quan trọng nhất.
Cơ chế hoạt tính puzolan diễn ra khi xi măng thủy hóa, tạo ra pha portlandic, đặc biệt là C3S, dẫn đến sự hình thành 6 ÷ 9% Ca(OH)2 Phụ gia puzolan chủ yếu bao gồm SiO2 vô định hình và Al2O3 hoạt tính Các khoáng này phản ứng với Ca(OH)2 giải phóng từ quá trình thủy hóa xi măng, tạo thành các hợp chất C-S-H và C-A-H.
3Ca(OH)2 + 2SiO2(vô định hình) + 3H2O 3CaO.2SiO→ 2 3H2O
3Ca(OH) 2 + Al 2 O 3 + 3H 2 O 3CaO.Al→ 2 O 3 6H 2 O
Các sản phẩm tạo ra từ phụ gia hoạt tính puzolan có cấu trúc tương tự như cấu trúc C-S-H, giúp tăng cường độ đặc chắc của bê tông Kết quả là cường độ ủ của bê tông được gia tăng, đồng thời độ thẩm thấu cũng được cải thiện.
Hoạt tính puzolan thể hiện sự kém bền về mặt nhiệt động học trong hệ puzolan - vôi - nước Các pha kém bền trong puzolan chủ yếu là pha thuỷ tinh, đóng vai trò quan trọng trong quá trình phản ứng và hình thành cấu trúc của vật liệu.
SiO2 và Al2O3 là những thành phần quan trọng trong các sản phẩm núi lửa, cũng như SiO2 vô định hình dưới dạng keo silic hoặc khoáng Opal trong các puzolan silic Ngoài ra, các sản phẩm kết tinh như zeolit và metacaolinit cũng đóng vai trò quan trọng trong hỗn hợp puzolan - vôi - nước Xu hướng hiện nay là chuyển đổi chúng thành các hydrosilicat C-S để cải thiện tính năng và độ bền của vật liệu.
Hệ thống puzolan - vôi trải qua quá trình hydrat hoá và đóng rắn đồng thời, trong đó, kiềm thấp hoặc hydroluminat đóng vai trò quan trọng Cơ chế phản ứng này là một quá trình phức tạp, đang được nhiều nghiên cứu hiện nay làm sáng tỏ.
Căn cứ vào nguồn gốc, phụ gia pozzolan được chia thành hai loại: phụ gia pozzolan thiên nhiên và phụ gia pozzolan nhân tạo Phụ gia pozzolan thiên nhiên bao gồm các nguyên liệu như đất diatomit, đá phiến sét, tuyp, tro núi lửa, đá bọt và đá bazan Trong khi đó, phụ gia pozzolan nhân tạo bao gồm tro bay, tro trấu, silica fume, sisex và metakaolin.
Phụ gia ho t tính puzolan ch a nhi u ôxit silic, ôxit nhôm d ng vô ạ ứ ề ở ạ địnhhình có hoạt tính Do đó mà puzolan có những đặc tính tốt như sau:
+ Hạ ấp lượ th ng nhi t t a ra trong quá trình ệ ỏ hiđrat hóa và gi m co ngót do ả nhi t ệ
+ Giảm phả ứn ng hóa học của cố ệt li u ki m ề
+ Tăng độ đặ c ch n, tính ch ng th m, tính b n c a bê tông trong ắ ố ấ ề ủ ở nước và trong đất có tính chất ăn mòn.
Trước khi sử dụng, puzolan cần được gia nhiệt và nghiền mịn để tăng hoạt tính Mặc dù puzolan có thể kéo dài thời gian đông kết và làm chậm sự phát triển cường độ bê tông trong 3-7 ngày đầu, nhưng cường độ bê tông sau 28 ngày vẫn đạt được và thậm chí vượt trội hơn so với bê tông không chứa puzolan.
+ Gi m nhi t th y hóa nên thích h p v i bê tông kh i l n ả ệ ủ ợ ớ ố ớ
+ Giảm lượng nước tr n hoộ ặc tăng tính dễ đổ
Phụ gia tr n h n h p hay có thộ ỗ ợ ể được nghiền riêng thành bột mịn để pha
Nguyễn Hùng Trang 22 cho biết, xỉ ạt lò cao thường được nghiền mịn hơn xi măng, với tỷ diện lên tới hơn 3500 cm²/g, có thể đạt đến 5000 cm²/g Khi xỉ càng mịn, tính chất của nó càng được cải thiện.
Phụ gia đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất của vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo Chúng không tham gia vào quá trình hydrat hóa của xi măng, nhưng chủ yếu giúp tăng cường độ mịn, cải thiện thành phần hóa học và cấu trúc của đá xi măng.
Phụ gia trong công nghiệp xi măng bao gồm các loại nguyên liệu như đá vôi, đá vôi silic màu đen, đá sét đen và các loại phụ gia thu hồi từ bụi ở lò nung trong dây chuyền sản xuất xi măng Những phụ gia này không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất xi măng.
M t s lo i ph ộ ố ạ ụ thường được sử ụng d
1.4.3.1 Ph gia khoáng ho t tính puzolan ụ ạ
Phụ gia khoáng hoạt tính puzolan là loại phụ gia được tạo ra từ nguyên liệu gạch vụn thiên nhiên hoặc nhân tạo, được nghiền mịn Dù không có khả năng đóng rắn ngay lập tức, phụ gia này có khả năng phản ứng với vôi ở nhiệt độ thường để tạo ra các sản phẩm có hoạt tính kết dính Khả năng liên kết vôi của phụ gia ở nhiệt độ thường trong sự hiện diện của nước được gọi là hoạt tính puzolan Độ hoạt tính của phụ gia phụ thuộc vào thành phần hóa học, thành phần khoáng, tỷ lệ pha tinh thể và pha thủy tinh, cũng như độ nghiền mịn của nó.
Số lượng và loại vôi bổ sung ảnh hưởng đến nhiệt động học của quá trình đông kết và độ rắn chắc của hệ, cũng như lượng nước tham gia vào việc hình thành pha hiđrat Hiện nay, độ hoạt tính của phụ gia khoáng được đánh giá thông qua chỉ số hoạt tính với ximăng poóc lăng và độ hút vôi, trong đó chỉ số hoạt tính với ximăng là yếu tố quan trọng nhất.
Cơ chế hoạt tính của puzolan liên quan đến quá trình thủy hóa xi măng, trong đó pha portlandic, đặc biệt là C3S, tạo ra khoảng 6 ÷ 9% Ca(OH)2 Phụ gia puzolan chủ yếu chứa SiO2 vô định hình (SiO2 hoạt tính) và Al2O3 hoạt tính Các khoáng này phản ứng với Ca(OH)2 giải phóng từ quá trình thủy hóa xi măng, dẫn đến sự hình thành các hợp chất C-S-H và C-A-H.
3Ca(OH)2 + 2SiO2(vô định hình) + 3H2O 3CaO.2SiO→ 2 3H2O
3Ca(OH) 2 + Al 2 O 3 + 3H 2 O 3CaO.Al→ 2 O 3 6H 2 O
Sản phẩm tạo ra từ phụ gia hoạt tính puzolan có cấu trúc tương tự như cấu trúc C-S-H, giúp làm đặc chắc thêm cấu trúc của bê tông Kết quả là cường độ ủ của bê tông được gia tăng, đồng thời độ thấm giảm một cách hiệu quả.
Hoạt tính puzolan thể hiện sự kém bền về mặt nhiệt động học trong hệ puzolan - vôi - nước Các pha kém bền trong puzolan bao gồm pha thuỷ tinh, đóng vai trò quan trọng trong tính chất của vật liệu này.
SiO2 và Al2O3 là thành phần chính trong các sản phẩm núi lửa, cũng như SiO2 vô định hình tồn tại dưới dạng keo silic hoặc khoáng Opal trong các puzolan silic Ngoài ra, các sản phẩm kết tinh như zeolit và metacaolinit cũng được xem là những sản phẩm kém bền trong hệ puzolan - vôi - nước Xu hướng hiện tại cho thấy sự chuyển biến về khả năng bền vững của các hydrosilicat C-S trong các ứng dụng này.
H kiềm thấp hoặc hydroluminat và quá trình phản ứng hydrat hoá xảy ra đồng thời với quá trình đóng rắn của sản phẩm Cơ chế phản ứng đóng rắn và quá trình hydrat hoá của hệ puzolan - vôi là một quá trình phức tạp, ngày càng được các công trình nghiên cứu làm sáng tỏ.
Căn cứ vào nguồn gốc, phụ gia pozzolan được chia thành hai loại: phụ gia pozzolan thiên nhiên và phụ gia pozzolan nhân tạo Puzolan thiên nhiên bao gồm các vật liệu như đất diatomit, đá phiến sét, tuyp, tro núi lửa, đá bọt và đá bazan Trong khi đó, phụ gia pozzolan nhân tạo gồm tro bay, tro trấu, silica fume, sisex và metacaolanh.
Phụ gia ho t tính puzolan ch a nhi u ôxit silic, ôxit nhôm d ng vô ạ ứ ề ở ạ địnhhình có hoạt tính Do đó mà puzolan có những đặc tính tốt như sau:
+ Hạ ấp lượ th ng nhi t t a ra trong quá trình ệ ỏ hiđrat hóa và gi m co ngót do ả nhi t ệ
+ Giảm phả ứn ng hóa học của cố ệt li u ki m ề
+ Tăng độ đặ c ch n, tính ch ng th m, tính b n c a bê tông trong ắ ố ấ ề ủ ở nước và trong đất có tính chất ăn mòn.
Trước khi sử dụng, puzolan cần được gia nhiệt và nghiền mịn để tăng cường hoạt tính Mặc dù puzolan có thể kéo dài thời gian đông kết và làm chậm sự phát triển cường độ bê tông trong 3-7 ngày đầu, nhưng cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày vẫn đạt được và thậm chí vượt trội hơn so với bê tông không chứa puzolan.
+ Gi m nhi t th y hóa nên thích h p v i bê tông kh i l n ả ệ ủ ợ ớ ố ớ
+ Giảm lượng nước tr n hoộ ặc tăng tính dễ đổ
Phụ gia tr n h n h p hay có thộ ỗ ợ ể được nghiền riêng thành bột mịn để pha
Nguyễn Hùng Trang 22 cho biết, xỉ ạt lò cao thường được nghiền mịn hơn xi măng, với tỷ diện đạt hơn 3500 cm²/g, có thể lên tới 5000 cm²/g Khi xỉ được nghiền mịn, tính chất của nó sẽ được cải thiện đáng kể.
Phụ gia đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất của xi măng bằng cách sử dụng các vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo Chúng không tham gia vào quá trình hiđrat hóa của xi măng, mà chủ yếu tác động đến cấu trúc và độ mịn của thành phần hỗn hợp, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền của đá xi măng.
Phụ gia trong công nghiệp xi măng bao gồm các loại như đá vôi, đá vôi silic có màu đen, đá sét đen và các loại phụ gia thu hồi từ bụi bẩn trong dây chuyền sản xuất xi măng Những phụ gia này không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất xi măng hiệu quả và bền vững.
Phụ gia công nghệ là các chất được sử dụng trong quá trình nghiền, vận chuyển, đóng bao và bảo quản xi măng, với mục tiêu không làm ảnh hưởng đến chất lượng của xi măng, vữa và bê tông Hàm lượng phụ gia công nghệ trong xi măng không vượt quá 1% Trong số các loại phụ gia, phụ gia trợ nghiền đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ quá trình nghiền mịn xi măng.
Các loại phụ gia trợ nghiền xi măng phổ biến bao gồm xà phòng naphtalen, chất phụ gia từ dầu mỏ, các loại axit béo hưu cơ C7 - C9, cùng với một số muối điện ly và có gốc kiềm như AlCl3, NaCl, Na2CO3, CaCl2, MgCl2, Al2(SO4)3 và BaCl2 Ngoài ra, các chế phẩm từ chất thải công nghiệp như lignin, keo SSB (single strand break) và các rượu đa chức như polyglycol, TEA, cũng được sử dụng trong quá trình nghiền xi măng.
SSB) Hiệu quả nhất vẫn là các loại có khả năng hấp phụ ề ặ ớ b m t v i ho t tính cao ạ như TEA (Triethalolamin N(CH 2 CH2OH)3)
1.5 1 Gi ớ i thi ệ u chung v ề đá Diatomite
Ph ụ gia Diatomite
M t s ộ ố công trình nghiên c ứ u dùng diatomite làm ph ụ gia xi măng trong và ngoài nướ c
Trong nướ c
Nghiên cứu "Vai trò của Diatomite Phú Yên trong sản xuất xi măng Porland trên cơ sở clinker Long Th" được thực hiện bởi nhóm tác giả Phạm Cẩm Nam (Trường Đại học Bách khoa, Đà Nẵng), Trần Ngọc Tuyền và Trần Thanh Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của diatomite Phú Yên đối với chất lượng và hiệu suất của xi măng Porland, từ đó mở ra hướng đi mới trong ngành sản xuất xi măng tại Việt Nam.
Tu n (ấ Trường Đạ ọi h c Khoa h Hu ) th c hi n có k t luọc, ế ự ệ ế ận như sau:
Here is the rewritten paragraph:Clinker Long Thọ có thành phần khoáng chất chủ yếu là C3S, hàm lượng CaO trong clinker rất cao Việc sử dụng phụ gia hot tụ ấn định đối với xi măng PCB nhằm đảm bảo về chất lượng và đặc biệt là tính ổn định thi công của xi măng.
- Diatomite Phú Yên là loại phụgia có ho íđộ ạt t nh rất mạnh, phù hợp làm ph gia ho t tính cho xi m ng ụ ạ ă
Diatomite sau khi trải qua quá trình nung hoạt hóa ở các nhiệt độ khác nhau không cho thấy sự cải thiện rõ rệt về độ hoạt tính khi so sánh với diatomite nguyên khai.
Xi măng PCB40 Long Thọ có thể chứa đến 30% diatomite mà vẫn đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6260:1997 Ngoài ra, việc sử dụng 5% diatomite nguyên khai kết hợp với phụ gia đá Long Thọ cho phép tổng hàm lượng phụ gia lên đến 20% mà vẫn đảm bảo yêu cầu của TCVN 6260:1997, điều này có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất và kinh doanh.
* Nghiên cứu sử ụ d ng Diatomite Phú Yên làm phụgia sản xuất xi măng và bê tông nh [12] do tác gi Nguyẹ các ả ễn Xuân Hoàng; Nguy n B o Vân; Tr n Thanh ễ ả ầ
Tu n (ấ Trường Đạ ọc Bách Khoa Đà ẵi h N ng) đã cho thấy:
- Diatomite là loại phụ gia thủy hoạt tính mạnh, với độ hoạt tính xấp xỉ 192,3 mg CaO/1g phụ gia ở nhiệt độ 600°C với thời gian lưu 2h Diatomite hoàn
Nguyễn Hùng Trang 30 toàn có thể sử dụng làm phụ gia cho xi măng.
Lượng nước tiêu chuẩn trong quá trình sản xuất xi măng tăng lên khi hàm lượng diatomite pha vào clinker tăng Nguyên nhân là do diatomite có tính chất thủy hoạt tính, với thành phần chủ yếu là SiO2 hoạt tính, có khả năng hút nước mạnh mẽ Một phân tử SiO2 hoạt tính có thể hấp thụ hàng trăm đến hàng ngàn phân tử nước Do đó, khi tăng hàm lượng phụ gia thủy hoạt tính, lượng nước tiêu chuẩn sẽ tăng theo.
Phản ứng giữa puzzolana và Ca(OH)2 diễn ra chậm hơn so với quá trình hydrat hóa các khoáng trong clinker xi măng Portland, dẫn đến thời gian bắt đầu và kết thúc ninh kết tăng theo hàm lượng diatomite Do đó, xi măng chứa phụ gia thụ động thường ninh kết chậm hơn so với xi măng Portland thông thường, và khi tăng hàm lượng phụ gia này, thời gian ninh kết cũng sẽ tăng lên.
Nướ c ngoài
Nghiên cứu của các tác giả Bulent Yılmaz và Nezahat Ediz từ Đại học Dumlupınar, Khoa Kỹ thuật, Phòng Kỹ thuật Ceramic, Thổ Nhĩ Kỳ, đã chỉ ra rằng việc sử dụng diatomite nguyên khai và hoạt hóa có thể cải thiện hiệu suất trong sản xuất xi măng Họ kết luận rằng diatomite không chỉ tăng cường tính chất vật lý của xi măng mà còn giúp giảm tiêu thụ năng lượng trong quá trình sản xuất.
Khả năng nghiền của diatomit nguyên khai và diatomit hoạt hóa có sự khác biệt Dưới điều kiện bình thường, diatomit nguyên khai nghiền dễ hơn, nhưng khi nghiền cùng với clinker, diatomit hoạt hóa lại cho thấy khả năng nghiền hiệu quả hơn Thực tế này mang lại tiềm năng tiết kiệm năng lượng đáng kể trong quá trình sản xuất xi măng.
Hỗn hợp xi măng trộn với 10% diatomite cho thấy giá trị cường độ cao hơn, nhưng khi tỷ lệ diatomite vượt quá 10%, cường độ sẽ giảm do sự hấp thụ nước Cường độ sớm giảm ở hỗn hợp xi măng có 20% diatomite, mặc dù giá trị Blaine có tăng.
- Diatomit trong xi măng làm giả cường độm , tuy nhiên với bê tông thì độ ổn định th tích tể ốt hơn.
Thời gian ninh kết của vữa xi măng phụ thuộc vào độ ẩm của diatomite và sự khuếch tán của nước tiêu chuẩn Có thể điều chỉnh thời gian ninh kết bằng phương pháp phù hợp.
* Thay thế ộ m t phần xi măng trong ữa xi măng bằng đá diatomite ủ v c a tác gi : ả Nurhayat Degirmenci, Arin Yilmaz Đại học Balikesir, Khoa Kỹ thuật và
Ki n trúc, B Ki n trúc, Th ế ộ ế ổ Nhĩ Kỳ [14]cho th y: ấ
Việc sử dụng 5% diatomite thay thế đã làm tăng cường độ nén của vữa sau 25 chu kỳ băng giá Nghiên cứu cho thấy rằng khi tăng lượng diatomite từ 5% đến 10%, độ bền của vữa cũng cao hơn Điều này có thể được giải thích bởi hàm lượng diatomite bao quanh vữa, giúp giảm thiểu tác nhân gây hại cho môi trường.
- Kh ả năng hấp thụ nước của các hạt vữa giảm với sự gia tăng của diatomite Tính ch t x p c a diatomite là lý do chính tấ ố ủ ạo nên đặc tính này
- Tính kháng sulfate của vữa có chứa diatomite cao hơn so với vữa kiểm soát Vữa có chứa 10% đến 15% diatomite cho thấy đáp ứng b n sulfat t t nh t độ ề ố ấ
Các v a chữ ứa 10% và 15% hàm lượng diatomite cho th y sấ ự phát tri n c a ể ủ của tính kháng sulfat tuyệt vời sau 8 tuần tiếp xúc với môi trường sulfat 0,013% và 0,012%
Thông qua khảo sát về ản lượng và tính chất của diatomite trên thế giới và tại Việt Nam, đặc biệt là diatomite Phú Yên, bài viết phân tích mối liên hệ giữa diatomite và ngành xi măng Nghiên cứu chỉ ra rằng diatomite có thể được sử dụng như một phụ gia trong sản xuất xi măng và bê tông, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm.
Diatomite Phú Yên là nguyên liệu có độ hoạt tính cao, với cấu trúc xốp và dễ nghiền, rất lý tưởng để sử dụng làm phụ gia hoạt tính trong sản xuất xi măng.
Việc nung hoạt hóa Diatomite Phú Yên không cần thiết, vì dạng nguyên khai đã có độ hoạt tính mạnh Nghiên cứu cho thấy rằng việc nung sơ bộ để nâng cao độ hoạt tính không mang lại hiệu quả cao.
- Xi măng đi từcác loại clinke khác nhau sẽcó tính chất và thành phần khác
Nguyễn Hùng Trang 32 nhau, sự tác động của diatomite đến các h ệ xi măng khác nhau này cũng không gi ng nhau ố
Diatomite là một vật liệu có những đặc điểm và tính chất đặc biệt cần được nghiên cứu kỹ lưỡng Việc hiểu rõ những ảnh hưởng của diatomite khi sử dụng trong phối liệu xi măng là rất quan trọng để đánh giá hiệu quả và ứng dụng của nó trong ngành xây dựng.
Trước khi đề xuất sử dụng diatomite Phú Yên trong sản xuất xi măng từ clinke FiCO, cần tiến hành nghiên cứu kỹ lưỡng để đánh giá ảnh hưởng của nó đến các tính chất cơ lý của xi măng.
Chương 2 NGUYÊN LI U Ệ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên li u ệ và dụng cụthí nghiệm.
+ Clinker FICO: s n xuả ất tại Nhà máy xi măng Tây Ninh
+ Th ch cao Thái Lan ạ
+ Đá diatomite được l y t ngu n nguyên li u t i huyấ ừ ồ ệ ạ ện Tuy An t nh Phú ỉ Yên
+ Axeton: mua trên th ị trường
Clinker, đá diatomite và thạch cao được xử lý qua kẹp hàm và nghiền mịn bằng máy nghiền bi thí nghiệm cho đến khi đạt độ mịn yêu cầu Sau đó, các mẫu này được đóng bao bảo quản để sử dụng trong suốt quá trình nghiên cứu Mẫu diatomite được đặt mua từ Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên với số lượng 50 kg.
B ng 2 1Thành ph n hóa c a Clinker FiCO và th ch cao Thái Lan ả ầ ủ ạ
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO CKT MKN SO 3
Phòng thí nghiệm Nhà máy xi măng Tây Ninh được trang bị đầy đủ các dụng cụ thí nghiệm cần thiết để xác định tính chất cơ lý của clinker và xi măng Các thử nghiệm bao gồm cường độ nén, thời gian đông kết, và độ ổn định thể tích, tất cả đều tuân thủ theo các tiêu chuẩn TCVN.
2.2 Quy trình nghiên cứu thực nghiệm
2.2.1 Sơ đồ quy trình th ự c nghi ệ m
Quy trình th c nghiự ệm dược tiến hành như sơ đồmô tả trong hình 2.1
Hình 2 1Sơ đồ th c nghi m ự ệ
2.2.2 Chu ẩ n b ị các nguyên li ệ u m ẫ u nghiên c ứ u.
Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của đá diatomite Phú Yên đến tính chất cơ lý của xi măng Fico, hướng đến các bước chuẩn bị nguyên vật liệu để chế tạo mẫu xi măng.
Clinker qua s ng đập 5 à mm
Thạch cao qua sàng đập 5 mm
Gia công 15 phút Blain: 4850 cm 2 /g
Mẫu nghi n cứu (Tỉ ê l ệ% diatomite: 0, 5,7.5,10,12.5, 15%;
Diatomite Qua sàn đập 5 mm
Clinker FiCO: lấy mẫu clinker tại silo nhà máy xi măng Tây Ninh, khối lượng 40 kg, qua k p hàm giẹ ảm kích thước ≤ 2mm, bảo qu n trong bao nylon kín ả
Hình 2 2: Clinker đã qua kẹp hàm
Hình 2 3: Clinker s d ng thí nghiử ụ ệm(dưới sàng 5mm, trên sàng 1mm)
Thạch cao:Thạch cao sử ụ d ng cho thí nghiệm là thạch cao thiên nhiên dạng b t nh p t Thái Lan có thành phộ ậ ừ ần hóa như trong bảng 2.1.
Hình 2 4: Thạch cao lấy tại kho Nhà máy Xi măng Tây Ninh
Hình 2 5: Thạch cao s d ng thí nghi m ử ụ ệ Đá diatomite Phú Yên, khối lượng 10 kg, s y khô nhiấ ở ệt độ 105 0 C ± 5 0 C, b o qu n tránh ả ả ẩm môi trường
Thạch cao Thái Lan lấy tại kho, khối lượng 5 kg, kẹp hàm giảm kích thước
Clinker được sấy khô ở nhiệt độ 45°C ± 3°C và phải được bảo quản để tránh ẩm môi trường Sau đó, clinker được nghiền trong 30 phút để đạt độ mịn Blaine 3500 cm²/g, trong khi thạch cao cũng được nghiền riêng cho đến khi đạt cùng độ mịn Diatomite được nghiền trong 15 phút Việc định lượng nguyên vật liệu cần tuân theo cấp phối hợp lý, với mẫu thử có khối lượng 5 kg cho mỗi lần lấy mẫu.
B ng 2 2ả : Tỷ ệ ấ l c p phối mẫu nghiên c u: ứ
Kí hi u ệ Clinker (%) Diatomite (%) T/Cao (%)
2.3 Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
2.3.1 Xác đị nh thành ph ầ n hóa h c ọ
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U
Quy trình nghiên c ứ u th ự c nghi ệ m
2.2.1 Sơ đồ quy trình th ự c nghi ệ m
Quy trình th c nghiự ệm dược tiến hành như sơ đồmô tả trong hình 2.1
Hình 2 1Sơ đồ th c nghi m ự ệ
2.2.2 Chu ẩ n b ị các nguyên li ệ u m ẫ u nghiên c ứ u.
Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của đá diatomite Phú Yên đến tính chất cơ lý của xi măng Fico, bao gồm các bước chuẩn bị nguyên vật liệu để tạo mẫu xi măng.
Clinker qua s ng đập 5 à mm
Thạch cao qua sàng đập 5 mm
Gia công 15 phút Blain: 4850 cm 2 /g
Mẫu nghi n cứu (Tỉ ê l ệ% diatomite: 0, 5,7.5,10,12.5, 15%;
Diatomite Qua sàn đập 5 mm
Clinker FiCO: lấy mẫu clinker tại silo nhà máy xi măng Tây Ninh, khối lượng 40 kg, qua k p hàm giẹ ảm kích thước ≤ 2mm, bảo qu n trong bao nylon kín ả
Hình 2 2: Clinker đã qua kẹp hàm
Hình 2 3: Clinker s d ng thí nghiử ụ ệm(dưới sàng 5mm, trên sàng 1mm)
Thạch cao:Thạch cao sử ụ d ng cho thí nghiệm là thạch cao thiên nhiên dạng b t nh p t Thái Lan có thành phộ ậ ừ ần hóa như trong bảng 2.1.
Hình 2 4: Thạch cao lấy tại kho Nhà máy Xi măng Tây Ninh
Hình 2 5: Thạch cao s d ng thí nghi m ử ụ ệ Đá diatomite Phú Yên, khối lượng 10 kg, s y khô nhiấ ở ệt độ 105 0 C ± 5 0 C, b o qu n tránh ả ả ẩm môi trường
Thạch cao Thái Lan lấy tại kho, khối lượng 5 kg, kẹp hàm giảm kích thước
Nguyên liệu được sấy khô ở nhiệt độ 45°C ± 3°C để tránh ẩm môi trường Clinker được nghiền trong 30 phút để đạt độ mịn Blaine 3500 cm²/g, trong khi thạch cao cũng được nghiền riêng cho đến khi đạt cùng độ mịn Diatomite được nghiền trong 15 phút Định lượng nguyên vật liệu theo cấp phối, mỗi mẻ cần có khối lượng 5 kg cho lần trộn mẫu.
B ng 2 2ả : Tỷ ệ ấ l c p phối mẫu nghiên c u: ứ
Kí hi u ệ Clinker (%) Diatomite (%) T/Cao (%)
Các phương pháp nghiên cứ u th ự c nghi ệ m
2.3.1 Xác đị nh thành ph ầ n hóa h c ọ
Thành phần hóa học của các nguyên liệu như Clinke, Thạch cao và Diatomite được xác định qua quá trình sấy khô, nghiền mịn và bảo quản trong bình hút ẩm Phân tích thành phần hóa học được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 141:2008.
2.3.2 Xác đị nh thành ph ầ n khoáng
Thành phần khoáng của diatomite bằng phương pháp nhi u x ễ ạ Rơnghel (XRD)
Nguyên tắc: Theo lý thuyế ất c u t o tinh th , m ng tinh th ạ ể ạ ể được xây d ng ự
Nguyễn Hùng Trang 38 cho biết rằng các nguyên tử hoặc ion được phân bố đồng đều trong không gian theo một quy luật nhất định Khi chùm tia Röntgen chiếu vào tinh thể, mạng lưới tinh thể hoạt động như một cách thức để nhận diện Các nguyên tử và ion sẽ được kích thích bởi chùm tia X, dẫn đến việc hình thành các tâm phát ra tia phát xạ.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp nhiễm x tia X là dạ ựa vào phương trình Vulf-Bragg sau đây: n = 2dsin λ θ
Trong đó: n: b c nhi m x ậ ễ ạ(n là các số nguyên) λ: bước sóng c a tia X ủ d: kho ng cách gi a 2 m t tinh th ả ữ ặ ể θ: góc gi a tia t i và m t ph ng ph n x ữ ớ ặ ẳ ả ạ
Here is a rewritten paragraph that contains the important sentences and complies with SEO rules:"Đối với mỗi nguồn tia X có bước sóng λ xác định, góc tới θ thay đổi sẽ dẫn đến một bộ giá trị d đặc trưng cho mỗi vật liệu Bằng cách so sánh giá trị d với chuẩn xác định, chúng ta có thể xác định được cấu trúc tinh thể của chất nghiên cứu Thông qua phương pháp này, các nhà khoa học có thể nghiên cứu và phân tích cấu trúc vật liệu một cách chính xác và hiệu quả."
2.3.3 Xác đị nh đ ộ ho ạ t tính Độ ho t tính c adiatomite ạ ủ được xác định bằng phương pháp đođộ hút vôi
Nguyễn Hùng Trang 39 đã áp dụng phương pháp nhanh trong nghiên cứu, dựa trên phản ứng giữa SiO2 hoạt tính và Ca(OH)2 Độ hút vôi được xác định bằng số mg CaO hấp thụ trên 1 gam vật liệu hoạt tính Nội dung cụ thể như sau:
Cân chính xác 1 gam mẫu đã sấy khô ở 100°C cho vào bình nón có nút nhám, sau đó thêm 100ml dung dịch nước vôi bão hòa và lắc đều trong 1 phút Đặt bình vào tủ sấy ở nhiệt độ 100-110°C Sau 15 phút lắc, hút ra 50ml dung dịch bằng pipet, tránh làm đục dung dịch còn lại Chuẩn độ dung dịch đó bằng HCl 0,1N với chỉ thị methyl da cam Tiếp tục thêm 50ml nước vôi bão hòa vào bình, lắc đều trong 1 phút, rồi đặt vào tủ sấy Tiến hành chuẩn độ cho đến khi đủ 15 lần, cộng dồn số lần này để thu được độ hút vôi của phụ gia và phân loại hoạt tính của phụ gia đó.
S mg CaO do 1 gam m u hút ố ẫ được sau lần chuẩn th nh t là: ứ ấ
Gn = (Van-1 + Vbn-1) / 2 - Vbn, trong đó Van là số ml HCl 0.1N dùng để chuẩn độ 50ml nước vôi, và Vbn là số ml HCl 0.1N dùng để chuẩn độ 50ml dung dịch chuẩn.
B ng 2 3: Phân lo i ho t tính cả ạ ạ ủa phụ gia theo độ hút vôi
Đánh giá độ hoạt tính của các phụ gia được phân loại như sau: Độ hoạt tính yếu khi đạt từ 30-50 mg CaO/1g phụ gia; độ hoạt tính trung bình yếu từ 50-70 mg CaO/1g phụ gia; độ hoạt tính trung bình đạt từ 70-100 mg CaO/1g phụ gia; độ hoạt tính mạnh từ 100-150 mg CaO/1g phụ gia; và độ hoạt tính rất mạnh khi vượt quá 150 mg CaO/1g phụ gia.
2.3.4Xác đị nh các tính ch ất cơ lý
2.3.4.1 Xác đị nh cư ờng độ ch ị u nén Đặc tính quan tr ng nh t cọ ấ ủa xi măng Portland là đặc tính cường độ Đặc tính này ph thu c vào m t s y u t bao gụ ộ ộ ố ế ố ồm tỷ ệ ộ l tr n, nhiệt độ, độ ẩ m, kích c và ỡ hình d ng cạ ủa mẫu kiểm tra
Cường độ nén của mủ mẫu xi măng được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6016:2011 Mẫu xi măng được trộn đều ở độ ẩm nhất định và được đổ thành các mẫu thử hình lăng trụ với kích thước 40 mm x 40 mm và chiều dài 160 mm Sau khi tạo hình, mẫu sẽ được dưỡng ẩm để đảm bảo chất lượng.
Nhiệt độ 27 ± 2 °C được duy trì trong quá trình đo cường độ nén của mẫu theo tiêu chuẩn Các thiết bị sử dụng để xác định cường độ được trình bày trong các hình 2.2, 2.3 và 2.4 dưới đây.
Hình 2 7: Khuôn và bàn dằn mẫu Hình 2 8:Máy nén m u ẫ
Kết quả là giá trị trung bình của sáu lần xác định độ bền của ba mẫu thử Nếu một trong sáu giá trị đó sai số vượt quá ±10% so với giá trị trung bình, giá trị đó sẽ bị loại bỏ và chỉ tính giá trị trung bình của năm giá trị còn lại Nếu một trong năm giá trị còn lại cũng có sai số vượt quá ±10% so với giá trị trung bình, toàn bộ kết quả sẽ bị loại bỏ Các giá trị này được ghi nhận chính xác đến 0,1 N (có thể quy ra MPa) để tính độ bền nén bằng công thức phù hợp.
+ Rnlà độ ề b n nén, tính b ng N/mmằ 2 hoặc qui đổi ra MPa
+ F là tải tr ng tọ ối đa lúc mẫu b phá, tính b ng N ị ằ
+ A là di n tích t m ép ho c má ép, tính bệ ấ ặ ằng mm 2 (40mm x 40mm = 1600 mm 2 )
2.3.4.2X ác đị nh lư ng nư ợ ớ c tiêu chu ẩ n
Lượng nước tiêu chuẩn trong vữa xi măng là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền và tính linh hoạt của sản phẩm Nếu lượng nước trộn quá lớn, sẽ dẫn đến việc bay hơi không hoàn toàn, gây ra hiện tượng rỗng khí và làm giảm độ bền cơ học của đá xi măng Ngược lại, nếu lượng nước quá ít, vữa sẽ không đủ độ linh hoạt để thi công, đồng thời cường độ của xi măng cũng sẽ bị giảm Các loại xi măng chứa nhiều khoáng C3A và C3S yêu cầu lượng nước tiêu chuẩn cao hơn so với xi măng chứa nhiều khoáng C2S và C4AF Hơn nữa, độ mịn của xi măng cũng ảnh hưởng đến lượng nước tiêu chuẩn cần thiết.
Lượng nước tiêu chuẩn cần sử dụng cho mẫ u xi măng được xác định theo TCVN 6017:2015 Để xác định lượng nước này, thiết bị cần thiết là dụng cụ Vicat, được tính toán bằng công thức cụ thể.
Ntc: Là lượng nước tiêu chu n tính b ng ẩ ằ %
Mnướ c: Khối lượng nướ để ộc tr n với Xi măng được hồ xi măng có độ d o tiêu chu n tính b ng (gam) ẻ ẩ ằ
Mximăng: Khối lượng của xi măng đem thử: 500 (gam)
2.3.4.3X ác đị nh th ời gian đông kế t
Thời gian đông kết của hồ xi măng là khoảng thời gian mà hồ xi măng mất dần tính linh động và chuyển từ trạng thái bán lỏng sang trạng thái đông đặc Để xác định thời gian đông kết, người ta quan sát độ lún sâu của một kim thí nghiệm vào hồ xi măng có độ nhớt chuẩn cho đến khi đạt giá trị quy định.
Thời gian đông kết của hồ xi măng là yếu tố quan trọng trong xây dựng, ảnh hưởng đến quá trình hình thành cấu trúc Quá trình này bắt đầu khi các khoáng chất trong xi măng phản ứng với nước, tạo ra keo có khả năng kết dính Ban đầu, hồ xi măng vẫn còn linh động, nhưng sau đó, các khoáng xi măng tiếp tục quá trình hydrat hóa, dẫn đến sự gia tăng lượng chất mới tạo thành Kết quả là khung cấu trúc trở nên bền vững và hồ xi măng đông kết hoàn toàn.
Thời gian đông kết của mẫu xi măng được xác định theo TCVN
6017 :2015, bao gồm thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết, thực hi n trên d ng c ệ ụ ụ Vicat như trong hình 2.5