Nghiên ứu ảnh hưởng của phụ gia tro đáy của nhà máy nhiệt điện nhơn trạch đến các tính chất cơ lý của xi măng poóc lăng hỗn hợp fico

Trang 1 HOÀNG NHT NGUYÊNẬTRƯ NG ĐỜẠI H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ--- HOÀNG NH T NGUYÊNẬNGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG C A PH GIA TRO ĐÁYC A ỦỤỦNHÀ MÁY NHIỆT ĐI N NHƠN TR CH ĐỆẠẾN CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ C A

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞ NG C A PH GIA TRO ĐÁYC A Ủ Ụ Ủ NHÀ MÁY NHI Ệ T ĐI N NHƠN TR CH Đ Ệ Ạ Ế N CÁC TÍNH CH Ấ T

CƠ LÝ C A XI MĂNG POÓC LĂNG H Ủ Ỗ N HỢP FICO

LU ẬN VĂN THẠ C SĨ K Ỹ THU T Ậ

K Ỹ THUẬT HÓA HỌ C

Hà Nội – Năm 2017

B Ộ GIÁO DỤ C VÀ ĐÀO T Ạ O TRƯ NG Đ Ờ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

- HOÀNG NH T NGUYÊN Ậ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞ NG C A PH GIA TRO ĐÁYC A NHÀ Ủ Ụ Ủ MÁY NHI Ệ T ĐI N NHƠN TR CH Đ Ệ Ạ Ế N CÁC TÍNH CH ẤT CƠ LÝ

C Ủ A XI MĂNG POÓC LĂNG H Ỗ N HỢP FICO

Chuyên ngành: Hóa Silicat

LU ẬN VĂN THẠ C SĨ K Ỹ THU Ậ T

HÓA SILICAT

NGƯ I HƯ Ờ Ớ NG DẪN KHOA HỌC :

1.Tiến sĩ: Văn Viết Thiên Ân 2.Tiến sĩ: Vũ Hoàng Tùng

Hà Nội – Năm 2017

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn thạc s k thu t “Nghiên cứ ảỹ ỹ ậ u nh hư ng ở

c ủ a phụ gia tro đáy của nhà máy nhiệ ện Nhơn Trạch đế t đi n các tính chất cơ lý

c ủa xi măng poóc lăng hỗ n hợ p FICO” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sựhướng d n khoa h c c a 2 Th y là tiẫ ọ ủ ầ ến sĩ Văn Viết Thiên Ân và Tiến sĩ Vũ Hoàng Tùng

Các kết qu nghiên c u trong luả ứ ận văn hoàn toàn trung thực, đáng tin cậy, các

s liố ệu tính toán được là hoàn toàn chính xác và chưa được công bố trong công trình nghiên c u nào ứ

Tác gi luả ận án

Hoàng Nh t nguyên ậ

L Ờ I CẢM ƠN

Tôi xin t lòng kính tr ng và biỏ ọ ết ơn sâu sắc đến 2 Thầy là Tiến sĩ Văn Viết Thiên Ân và Tiến sĩ Vũ Hoàng Tùng đã trực tiế ận tình hướp t ng dẫn cũng như cung

c p tài li u thông tin khoa hấ ệ ọc cần thiết cho luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn Hóa Silicate, Vi n K thu t hóa h c, ệ ỹ ậ ọTrường Đạ ọi h c Bách Khoa Hà Nội, đã tạo điều ki n thu n l i v thệ ậ ợ ề ời gian, cơ sở

v t ch t và ti p c n tài li u giúp tôi hoàn ậ ấ ế ậ ệ thành được lu n án này ậ

Tôi xin cám ơn Lãnh đạo Vi n K thu t Hóa h c, quý th y cô trong Vi n K ệ ỹ ậ ọ ầ ệ ỹthuật Hóa học và trong bộ môn Hóa Silicat đã hướng dẫn, giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình th c hiự ện đề tài lu n án ậ

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Công ty CP Xi măng FICO Tây Ninh, các phòng thí nghiệm tại các Nhà máy đã tạo điều ki n cho tôi hoàn thành t t công việ ố ệc nghiên c u khoa hứ ọc của mình

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật đề tài “Nghiên cứ ả u nh hư ng c a ph gia tro ở ủ ụ đáy c ủ a nhà máy nhiệ t đi n Nhơn Tr ch đ ệ ạ ế n các tính chất cơ lý của xi măng poóc lăng hỗ n h p FICO”là kế ợ t qu c a quá trình c g ng không ng ng c a b n ả ủ ố ắ ừ ủ ảthân và được s ự giúp đỡ, động viên khích l c a các th y, bệ ủ ầ ạn bè đồng nghi p và ệngười thân Cu i cùng xin chân thành c m ơn đồố ả ng nghiệp, đơn vị công tác đã giúp

đỡ tôi trong quá trình h c t p và th c hi n Luọ ậ ự ệ ận văn

M Ụ C LỤ C

PH N M Ầ Ở ĐẦ U 1

M c tiêu luụ ận văn: 2

Đối tượng nghiên c u: 2 ứ Chương I: TỔ NG QUAN 4

I Gi i thi u chung v ớ ệ ề xi măng poóc lăng (portland cements) 4

1.1 Khái niệm về xi măng poóc lăng 4

1.2 Khái niệm xi măng poóc lăng hỗn hợp (portland blended cements) 4

II Gi i thi u chung v tro ớ ệ ề đáy nhiệt điện 22

1.1 Khái niệm và đặt tính của tro đáy 22

1.2 Đặc tính của Tro đáy: 25

1.3 Các nghiên c u tái s dứ ử ụng tro đáy 30

Chương 2: CƠ SỞ KHOA H C C Ọ ỦA ĐỀ TÀI 36

2.1 Cơ sở khoa học của việc sử ụ d ng Ph ụ gia khoáng trong xi măng 37

2.2 C s khoa hở ở ọc của việc sử ụng tro đáy sản xuất xi măng PCB d 43

Chương 3: NGUYÊN VẬ T LI U Ệ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U 47

3.1 Nguyên v t li u s dậ ệ ử ụng 47

3.2 Phương pháp nghiên cứu 53

Chương 4: KẾ T QU NGHIÊN C U 57 Ả Ứ 4.1 Ảnh hưởng hàm lượng tro đáy đến các tính chất cơ lý của xi măng poóc lăng h n h p 60 ỗ ợ 4.2 Ảnh hưởng h n h p bỗ ợ ột đá vôi và tro đáy đến các tính chất cơ lý của xi măng poóc lăng hỗn h p PCB 65 ợ 4.3 Ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ ủa đá xi măng m c 70

4.4 Ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ ủa đá xi măng khi có mặ m c t bột

đá vôi 73 4.5 Phân tích DTA-TG các mẫu xi măng poóc lăng và xi măng poóc lăng hỗn

h p 77 ợ

K t lu n ế ậ 83

Kiến nghị 83 Tài li ệ u tham khả 84 o

DANH MỤC HÌNH V Ẽ

Hình 1.1 Độ ỗ r ng của đá xi măng 20

Hình 1.2 Hình thành tro than tại nhà máy nhiệt điệ ử ụn s d ng nhiên li u than 23 ệ Hình 1.3 Tro đáy ( xỉ đáy lò) 24

Hình 1.4 C u trúc hiấ ển vi tro đáy 24

Hình 1.5 Hạt tro đáy bắt đầu ph n ng v i Ca(OH)ả ứ ớ 2 30

Hình 1.6 Sản lượng gạch được sử ụng tạ d i Việt Nam tính đến tháng 6 năm 2014 36

Hình 3.1 Phân tích thành ph n khoáng cầ ủa tro đáy Nhơn Trạch 50

Hình 3.2 Thành ph n h t cầ ạ ủa tro đáy có độ ị m n 3500 cm2/g 51

Hình 3.3 Thành ph n h t cầ ạ ủa tro đáy độ ị m n 4000 cm2/g 52

Hình 3.4 Thành ph n h t cầ ạ ủa tro đáy độ ị m n 4600 cm2/g 53

Hình 3.5 Thí nghi m phân tích DTA-TG 55 ệ Hình 4.1 S ự thay đổi hàm lượng MKN khi thay đổi loại và lượng ph gia khoáng 59 ụ Hình 4.2 S ự thay đổi hàm lượng CKT và SO3 khi thay đổi loại và lượng dùng ph ụ gia khoáng 59

Hình 4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng tro đáy đến nước tiêu chuẩn và độ ổn định th ể tích của hồ xi măng 61

Hình 4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng tro đáy đến thời gian đông kế ủt c a hồ xi măng 62

Hình 4.5 Ảnh hưởng của hàm lượng tro đáy đến cường độ ủa đá xi măng c 64

Hình 4.6 Mức độ thay đổi đường độ nén ph thuụ ộc hàm lượng tro đáy 64

Hình 4.7 Ảnh hưởng của hàm lượng bột đá vôi và tro đáy đến nước tiêu chu n và ẩ độ ổ đị n nh th tích c a h ể ủ ồ xi măng 66

Hình 4.8 Ảnh hưởng của Bột đá vôi và tro đáy đến thời gian đông kế ủt c a hồ xi

măng 66 Hình 4.9 Ảnh hưởng của hàm lượng bột đá vôi và tro đáy đến cường độ ủa đá xi c

măng 68 Hình 4.10 Mức độ ảnh hưởng của bột đá vôi & tro đáy đến cường độ đá xi măng 69 Hình 4.11 Ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ đá xi măng m 71 Hình 4.12 Mức độ ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ đá xi măng m 72 Hình 4.13 Ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ ủa đá xi măng khi có mặ m c t

bột đá vôi 74 Hình 4.14 Mức độ ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ đá xi măng khi có m

mặt bột đá vôi 76 Hình 4.15 M u TD1 – 3 ngày 78 ẫHình 4.16 M u TD1 – 7 ngày 79 ẫHình 4.17 M u TD1 – 28 ngày 79 ẫHình 4.18 M u TD4 – 3 ngày 80 ẫHình 4.19 M u TD4 – 7 ngày 80 ẫHình 4.20 M u TD4 – 28 ngày 81 ẫHình 4.21 M u TD7 – 3 ngày 81 ẫHình 4.22 M u TD7 – 7 ngày 82 ẫHình 4.23 M u TD7 – 28 ngày 82ẫ

DANH MỤC BẢNG BI U Ể

B ng 1.1 Thành ph n hóa hả ầ ọc của clinker xi măng poóc lăng 5

B ng 1.2 Thành ph n hóa hả ầ ọc của clinker xi măng poóc lăng 8

Bảng 1.3 Kích thước hạt tro đáy từ các nhà máy nhiệt điệ ở ỹn M [23] 25

B ng 1.4 M t s tính ch t v t lý cả ộ ố ấ ậ ủa tro đáy [7] 25

B ng 1.5 M t s tính ch t cả ộ ố ấ ủa tro đáy trong các nghiên cứu đã công bố 26

B ng 1.6 Các thành ph n hóa hả ầ ọc của tro đáy tiêu biểu [7] 26

B ng 1.7 Nả ồng độ ộ m t số nguyên tố vi lượng trong tro đáy (mg/kg) [11] 27

B ng 1.8 Khác biả ệt về thành ph n hóa hầ ọc của tro đáy sau khi đốt than [6] 28

B ng 1.9 T ng h p thành ph n hóa cả ổ ợ ầ ủa tro đáy dựa trên một số nghiên c u 28 ứ B ng 1.10 Kh ả ả năng xử lý ô nhiễm của tro đáy [12] 33

Bảng 1.11 Tro đáy từcác nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2020 [2] 34

B ng 3.1 Thành ph n hóa c a clinker FiCO Tây Ninh 47 ả ầ ủ B ng 3.2 Thành ph n khoáng chính c a clinker FiCO Tây Ninh 47 ả ầ ủ B ng 3.3 Hoả ạt tính cường độ ủ c a clinker FiCO Tây Ninh 47

B ng 3.4 Thành ph n hóa c a thả ầ ủ ạch cao 48

Bảng 3.5 Cường độ nén của mẫu xi măng PC 48

B ng 3.6 Thành ph n hóa cả ầ ủa đá vôi Tây Ninh 49

B ng 3.7 Thành ph n hóa cả ầ ủa tro đáy Nhơn Trạch 49

B ng 3.8 T ng hả ổ ợp mộ ố chỉt s tiêu th ử theo phương pháp tiêu chu n 54 ẩ B ng 4.1 T l ph i h p cả ỷ ệ ố ợ ủa các mẫu xi măng được sử ụ d ng trong nghiên c u 57 ứ B ng 4.2 M t s tính ch t cả ộ ố ấ ủa các hỗ ợp xi măngn h 58

B ng 4.3 ả Ảnh hưởng của hàm lượng tro đáy đến mộ ốt s tính chất của hồ xi măng 61

B ng 4.4 ả Ảnh hưởng của hàm lượng tro đáy đến cường độ nén của đá xi măng 63

B ng 4.5 Mả ức độsuy giảm cường độ đá xi măng theo hàm lượng tro đáy sử ụ d ng 64

B ng 4.6 ả Ảnh hưởng h n h p bỗ ợ ột đá vôi và tro đáy đến mộ ốt s tính ch t cấ ủa hồ xi măng 65

B ng 4.7 ả Ảnh hưởng của hỗ ợn h p ph ụ gia khoáng đến cường độ đá xi măng 67

B ng 4.8 Mả ức độ ảnh hưởng của bột đá vôi và tro đáy đến cường độ đá xi măng 68

B ng 4.9 ả Ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ đá xi măng m 71

B ng 4.10 Mả ức độ ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ đá xi măng (%) m 72

B ng 4.11 ả Ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ đá xi măng khi có mặ ộ m t b t

đá vôi 74

B ng 4.12 Mả ức độ ảnh hưởng của độ ịn tro đáy đến cường độ đá xi măng khi có m

mặt bột đá vôi (tỷ ệ %) l 75 Bảng 4.13 Hàm lượng Ca(OH)2 trong đá xi măng 77

PH N Ầ M Ở ĐẦ U

S ự phát triển mạnh mẽ ủa các ngành công nghiệ ở nước ta trong nhữ c p ng năm gần đây kéo theo sự gia tăng về ch t thấ ải, đặt bi t là các ngành công nghi p ệ ệnăng lượng Tại nước ta có r t nhi u Nhà máy nhiấ ề ệt điện (NMNĐ) sử ụ d ng nhiên

liệu là than và hàng năm lượng tro xỉ ế ải thải ra rất lớn, gây ảnh hưởng đến ph thmôi trường Theo k t qu ế ả điều tra đánh giá nguồn tro x và các gi i pháp s d ng ỉ ả ử ụ

của Trung tâm xi măng – Viện Vật liệu xây dựng, được xây dựng trên cơ sở ủa cQuy hoạch điện VII, khối lượng tro xỉ ả ự báo đế th i d n năm 2020 kho ng 25,4 tri u ả ệ

tấn, đến năm 2025 khoảng 2 ,4 triệu tấn và đến năm 2030 khoảng 38,3 triệu 9

t n.ấ Đây là lượng tro x r t l n c n có các giỉ ấ ớ ầ ải pháp để tiêu th ụ Điều đó đặt ra nh ng ữbài toán l n vớ ề vi c tìm các giải pháp đểệ tái s dử ụng để giải quyết các vấn đề môi trường, bãi th i, chi phí x lý cả ử ần đáp ứng Vi c tái ệ s dử ụng tro xỉ NMNĐ cho sản xuất các sản phẩm liên quan đến xi măng, bê tông, vữa xây dựng, gạch không nung

là một trong nh ng gi i pháp tiêu thữ ả ụtro xỉ ớ v i khối lượng lớn và đem lạ ệi hi u quảkinh t k thuế ỹ ật cao

Vì vậy, việc phát triển đổi mới và áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật để , tái sử dụng tro xỉ có ý nghĩa quan trọng, không những chỉ giảm thiểu khối lượng thải mà còn có thể thay th ế được các nguyên li u t nhiên khác ệ ự và giảm nguồn gây

ô nhiễm môi trường

Tro đáy (bottom ash BA): là những hạt thô và to hơn tro bay, sản phẩm sau - khi cháy được tập trung ở đáy lò ủ c a các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên li u thanệ , cỡ hạt dao động từ bằng hạt cát mịn đến hạt sỏi (0.125 mm đến 2 mm) Lo i ph th i ạ ế ảnày nếukhông được thu gom, t n d ng s không ch là m t s lãng phí l n mà còn ậ ụ ẽ ỉ ộ ự ớlàmột hiểm họ ốa đ i với môi trường Chính vì vậy, vi c nghiên c u, x lý, tệ ứ ử ậ ụnd ng tro bay trong các lĩnh vực kinh t , k thuế ỹ ật đã và đang được các nhàkhoa h c, công ọngh ệ trong và ngoài nước quan tâm đặc bi t ệ

Nghiên c u tìm giứ ải pháp để đưa tro đáy vào xi măng vừa có thể ải thiệ c n

một số tính chất của xi măng, vừa giả đượ ỉ ệ ủa các nguyên liệu truyền thống m c t l c

khác (clinker, pozzolan, đá vôi…)trong cấp phố ải s n xuất nh m giảằ m giá thành s n ả

phẩm cũng như góp ph n giầ ảm tác động môi trường c a lo i t th i này ủ ạ chấ ả

Ở nước ta có nhi u công trình nghiên c u s d ng ề ứ ử ụ tro đáy nhà máy nhiệt điện trong s n xuả ất xi măng với mục đích cải thiện mộ ố t s tính chất xi măng và giảm giá thành s n phả ẩm xi măng Tuy nhiên chưa có công trình nghiên cứu cụ ể th nào về

việc sử ụng tro đáy nhà máy nhiệt điệ Nhơn Trạch ằm cải thiện tính chất xi d n nhmăng poóc lăng hỗn h p PCBợ , cũng như khả năng thay th ngu n nguyên li u t ế ồ ệ ựnhiên truyền thố trong cấp phối xi măng Vì vậy, ự chọ ềng l a n đ tài nghiên cứ ửu s

d ng ụ tro đáy Nhiệt điện Nhơn Trạch làm luận văn Thạc sĩ kỹ thu t v a mang tính ậ ừkhoa h c, l i v a mang tính ng dọ ạ ừ ứ ụng đem lại hiệu qu kinh t cho Công ty ả ế

- Nghiên cứ ảnh hưởng của tro đáy Nhiệ điện Nhơn Trạch và bột đá vôi u t

đến m t s tính chộ ố ất cơ lý của xi măng poóc lăng hỗn h p FICO ợ

Đối tượ ng nghiên c u: ứ

th n m , lu

Để ực hiệ các ục tiêu trên ận văn xác định các đối tượng nghiên cứu như sau:

- Clinker xi măng poóc lăng của Công ty TAFICO

- Tro đáy Nhiệt điện Nhơn Trạch, bột đá vôi nghiền m nị

- Các tính ch t hóa hấ ọc, cơ lý của clinker, tro đáy, xi măng poóc lăng hỗn

• Nghiên cứ ảnh hưởu ng của hàm lượng và độ ị tro đáy đế m n n th i gian ninh ờ

• Nghiên cứ ảnh hưởu ng c a h n h p ph ủ ỗ ợ ụ gia kho ng bá ột đá vôi và tro đáy

đến m t s tính ch t ộ ố ấ cơ lý ủa xi măng c poóc lăng hỗn h p ợ

Chương 1 T Ổ NG QUAN

1.1 Gi i thi ớ ệ u chung về xi măng poóc lăng (Portland cement s)

1.1.1 Khái niệm về xi măng poóc lăng

Theo tiêu chu n Viẩ ệt nam TCVN 2682 : 2009, xi măng poóc lăng (PC) là loại chấ ết k t dính th y đư c chế ạ ằủ ợ t o b ng cách nghi n m n clinker ề ị xi măng poóc lăng

với một lượng thạch cao cần thiết trong quá trình nghiền có thể ử ụng phụ s d gia công nghệ nhưng không quá 1% so với lượng clinker[1] Khi ti p xúc vế ớ nưới c thì

tạo thành một dạng hồ ọi là ồ xi măng trong đó ảy ra các ản ứng thủy hóa g h x ph

Tiếp đó, do sự hình thành của các ản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắ ầs t đ u quá trình đông ế sau đó là k t quá trình đóng rắ đển cu i cùng nhố ận được m t d ng v t li u có ộ ạ ậ ệcường độ và độ ổn định nhất định

1.1.2 Khái niệm xi măng óc lăng hỗn hợpo p (Portland blended cements) Khi nghiền xi măng poóc lăng có cho thêm các phụ gia trơ hay phụ gia khoáng ho t tính, sạ ản phẩm lúc đó gọi là xi măng p óc lăng hỗo n h p (PCB) PCB ợ

có thể được chế ạ t o b ng cách nghiằ ền mị ỗ ợp clinker xi măng n h n h poóc lăng với các phụ gia khoáng và một lượng th ch cao c n thi t hoạ ầ ế ặc bằng cách trộn đều các

ph ụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng poóc lăng không chứa phụ giaTheo TCVN6260 : 2009 quy định tổng lượng phụ gia đưa vào tính với khối lượng clinker không được vượt quá 40% trong đó phụ gia đầy không được vượt quá 20%

Phụ gia khoáng để ả s n xuất xi măng poóc lăng hỗn h p ph i th a mãn các ợ ả ỏyêu cầ ủu c a tiêu chu n TCVN 6882:2001- Ph gia khoáng cho ẩ ụ xi măng

1.1.3 C linker xi măng poóc lăng

a Khái niệm về clinker xi măng poóc lăng

Clinker xi măng poóc lăng là nguyên liệu đầu vào c a quá trình s n xu t xi ủ ả ấmăng poóc lăng Clinker thường d ng hở ạ ạt có đường kính 10 ÷ 40mm, có c u trúc ấ

phức tạp gồm nhiều khoáng ở ạng tinh thể và một số d khoáng dở ạng vô địnhhình.Clinker được tạo thành do quá trình nung luyệ ỗn hợ phối liệ phân tán n h p u

m n ị trong lò nung, nhiệt độ nung luyện vào khoảng 1450OC Chất lượng của clinker

ph thuụ ộc vào thành phần khoáng vật, hóa học vàcông nghệ ản xuất Tính chất của s

xi măng do chất lượng c a clinker quyủ ết định.TCVN 7024:2013 qui định các yêu

c u k thuầ ỹ ật và phương pháp thử đối với clinker xi măng poóc lăng

b Thành ph n hóa hầ ọc của clinker xi măng poóc lăng

Clinker đượ ảc s n xu t b ng cách nung h n h p ph i li u phân tán đềấ ằ ỗ ợ ố ệ u nghi n ề

mịn của nguyên liệu đá vôi, đất sét, ặng sắ và một số ụ gia điều chỉqu t ph nh v i ớthành phần xác định Bốn ôxit chính trong clinker xi măng là: CaO, SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 Tổng hàm lượng c a chúng tủ ừ 95%÷97% Ngoài ra còn một số oxit khác có hàm lượng không lớn lắm: MgO, K2O, Na2O, TiO2, Mn2O3, SO3, P2O5, (Bảng 1.1)

B ng 1.1Thành ph n hóa h ả ầ ọ c củ clinker xi măng a poóc lăng

đặc làm cho s n phả ẩm xi măng kém ổn định v th tích vì quá trình hydrat CaO t ề ể ự

do kèm theo sự ỏ t a nhiệt và trương nở th tích ể Quá trình này có thể diễn ra trong thời gian dài Clinker chứa nhiều CaO nếu kết hợp tốt với SiO2 và các ôxít khác sẽ tạo cho hồ xi măng đóng rắn nhanh, cường độ cao, tỏa nhiều nhiệt nhưng xi măng kém bền trong môi trường nước và ăn mòn sunphat

• SiO2: Thành phần chính thứ hai Nó tương tác với CaO tạo ra các khoáng silicát (C3S,C2S) Nếu tăng hàm lượng SiO2 thì tổng khoáng silicát sẽ tăng (C2S tăng tương đối nhanh hơn C3S) Hàm lương C2S cao sẽ tạo sản phẩm xi măng đóng rắn

và phát triển cường độ trong những ngày đầu chậm (1,3,7 ngày đầu), tỏa nhiệt ít

• Al2O3 : Nó sẽ liên kết với CaO tạo ra các khoáng aluminat canxi C3A, C5A… và liên kết với Fe2O3 tạo khoáng alumoferit canxi Nếu tăng hàm lượng Al2O3 thì trong clinker ximăng sẽ chứa nhiều C3A Xi măng sẽ đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền trong môi trường nước, môi trường sulfat Đồng thời nó làm độ nhớt pha lỏng tăng gây cản trở quá trình tạo khoáng C3S khi nung Mặt khác khi làm lạnh các khoáng aluminat dễ bị phân hủy và tạo CaO tự do

• Fe2O3: Nó liên kết với CaO và Al2O3tạo ra ferit canxi, alumoferit canxi làm giảm nhiệt độ kết khối của clinker và độ nhớt pha lỏng Sản phẩm đóng rắn chậm, có độ bền trong môi trường nước Nếu tăng hàm lượng Fe2O3 thì dễ bị anô clinker trong lò quay,và dễ bị dính, gây sự cố treo lò trong lò đứng (khi Fe2O3>5%)

• MgO: Nó là thành phần có hại trong clinker xi măng giống như CaO tự do Khi ở nhiệt độ 1450˚C nếu MgO không liên kết sẽ bị già lửa tạo thành khoáng periclazơ

có kích thước lớn, trơ và không có tính kết dính Quá trình hyđrat có thể diễn ra vài năm, làm sản phẩm không ổn định thể tích Cần khống chế lượng MgO <5% trong quá trình nung clinker Thực tế MgO có trong clinker xi măng tồn tại ở 3 dạng: khoáng periclazơ, dung dịch rắn với các khoáng và nằm trong pha thủy tinh Khi MgO ở dạng periclaz với hàm lượng > 3%, kích thước tinh thể > 10 μm, tác dụng với nước chậm, khi đóng rắn xi măng không ổn định thể tích, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Còn khi MgO nằm trong dung dịch rắn hoặc pha thủy tinh clinker thì không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm

• TiO 2: Do đất sét mang vào, nó lẫn trong clinker một hàm lượng rất nhỏ 0.3%.Người ta nghiên cứu thấy rằng nếu thay SiO2 bằng TiO2 từ 4%÷5% không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm xi măng Còn nếu tăng hàm lượng >5% sẽ làm giảm cường độ cơ học của xi măng

• Mn 2O3: Nó có mặt trong clinker khoảng 1,5% làm xi măng có màu nâu hung nhưng không làm ảnh hưởng đến chất lượng clinker Có thể thay thế Fe2O3 bằng Mn2O3 đến 4%, khi nung luyện Mn2O3 sẽ kết hợp với các ôxit khác như: CaO,Al2O3

sẽ tạo ra các khoáng 4CaO.Al2O3.Mn2O3 có tính chất tương tự như C4AF

• P 2O5 : Trong inker cl nó chiếm một lượng không lớn lắm 1% 2% có tác dụng làm - chậm quá trình đóng rắn sản phẩm Hiện nay người ta có thể đưa P2O5 có hàm lượng < 1% vào phối liệu để làm phụ gia khoáng hóa

• K 2O+Na2O: Luôn luôn có trong clinker vì do đất sét mang vào Khi nung luyện ở nhiệt độ cao các ô xit kiềm dễ bị bay hơi, và một phần tan trong pha lỏng tạo thủy tinh hay tham gia phản ứng tạo khoáng chứa kiềm, nên trong clinker chỉ còn 0.5% - 1% Sự có mặt ôxit kiềm làm tốc độ đóng rắn kém ổn định, tạo ra các vết loang trên

bề mặt sản phẩm Hàm lượng kiềm cho phép trong clinker< 0.5% Cần nhớ rằng hàm lượng các ôxít kiềm lớn khi bay hơi sẽ gây sự cố ở tháp phân giải: đóng tảng trong các cyclon trao đổi nhiệt, các gazoxog làm trở lực của hệ tháp cyclon trao đổi nhiệt tăng lên sinh ra hiện tượng dội áp rất nguy hiểm Nhất là khi dùng các loại đất sét chứa nhiều kiềm và nhiên liệu chứa nhiều lưu huỳnh Điều này có thể giải thích như sau: R2O+H2SO3=R2SO3 +H2O

c Thành ph n khoáng ầ

Clinker xi măng póoc lăng có cấu trúc gồm hỗn hợp các hạt nhỏ của nhiều pha tinh thể và một lượng nhỏ pha thuỷ tinh Tổng hàm lượng pha tinh thể chiếm từ 95% đến 98% bao gồm chủ yếu là các khoáng canxium silicat (chiếm 70-80%): Khoáng Alít- 3CaO.SiO2 và khoáng Bêlít- 2CaO.SiO2, là các khoáng quyết định đến tính chất chủ yếu của xi măng; các khoáng tricanxium aluminat (3CaO.Al2O3)

-và Tetracanxium alumino ferit (4CaO.Al2O3.Fe2O3) và pha thuỷ tinh xen kẽ giữa các khoáng Alít và Bêlít được gọi là chất trung gian

B ng 1.2Thành ph n hóa h ả ầ ọ c củ clinker xi măng po c lăng a ó

Tên khoáng Công thức HH Kí hi u ệ Thành

Canxi 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 10 – 18

Canxi 4CaO.Al2O3.Mn2O3 0 – 3

Khoáng Alít (3CaO.SiO2 ký hiệu là

C3S) là khoáng quan trọng nhất của

clinker xi măng, tạo cho xi măng có

cường độ cao, tốc độ đông kết rắn chắc

nhanh và có ảnh hưởng nhiều đến các

tính chất của xi măng Trong clinker xi

măng, khoáng C3S chiếm từ (45 60)%

Alit là một dung dịch rắn của 3CaO.SiO2

và một lượng nhỏ các chất khác có hàm lượng nhỏ từ (2 4)% như MgO, P2O5,

Cr2O3, Các ôxít này nằm trong dung dịch rắn có ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của khoáng alít Khoáng C3S ở dạng tinh khiết bền vững trong khoảng nhiệt

độ (1200 1250)0C đến (1900 2070)0C Ở nhiệt độ lớn hơn 20700C thì C3S bị nóng chảy, nhỏ hơn 12000C thì bị phân huỷ thành C2S và CaO (C3S = C2S + CaO

tự do) Do khoáng C S nằm trong dung dịch rắn với các ôxít khác nên ở nhiệt độ

÷

÷

thường hay khi làm lạnh nhanh clinker thì khoáng C3S bị phân giải rất chậm Do vậy trong công nghệ sản xuất xi măng, sau khi clinker được tạo thành cần phải làm nguội nhanh để tránh sự phân giải của khoáng C3S trong clinker Hình dạng, kích thước, sự phân bố và mức độ kết tinh của C3S có ảnh hưởng đến các tính chất và cường độ của xi măng Khi C3S có kích thước từ 3 20 micromet, tinh thể lăng trụ, -cường độ xi măng có thể đạt 600-700 kg/cm2 Trong nguyên liệu có lẫn khoảng (0,1-0,5)% các tạp chất như CaF2, CaSO4, P2O4, TiO2 , khi nung có thể tạo dung dịch rắn với C3S, làm chậm quá trình tạo khoáng C3S nhưng làm cho cấu trúc và kích thước tinh thể của C3S tốt hơn.

Khoáng bêlít (2CaO.SiO2 ký hiệu

C2S) Trong clinker xi măng C2S chiếm

khoảng 20 30%, là thành phần quan trọng

của clinker, có đặc tính là đông kết rắn chắc

chậm nhưng cường độ cuối cùng tương đối

cao Bêlít là dung dịch rắn của 2CaO.SiO2

với một lượng nhỏ các oxít khác như Al2O3,

Fe2O3, Cr2O3 Trong clinker xi măng poóc lăng khoáng C2S chủ yếu tồn tại ở dạng ß-2CaO.SiO2 (ß-C2S)

Khoáng C2S được tạo thành trong clinker ở 4 dạng thù hình α-C2S, α-C2S, β-C2S,

γ-C2S

α-C2S : bền vững ở điều kiện nhiệt độ cao từ 1425 2130 0C, ở nhiệt độ lớn hơn

21300C, -Cα 2S bị chảy lỏng, ở nhiệt độ nhỏ hơn 14250C khoáng α-C2S chuyển sang dạng α’-C2S

α’-C2S bền vững ở nhiệt độ 830 14250C, khi nhiệt độ nhỏ hơn 8300C và làm lạnh nhanh thì α’-C2S chuyển sang dạng β-C2S, còn khi ở nhiệt độ ≤ 6700C và làm nguội chậm thì α’-C2S bị chuyển sang dạng γ-C2S

β-C2S không bền luôn có xu hướng chuyển sang dạng γ-C2S đặc biệt là ở nhiệt độ nhỏ hơn 5200C Khi β-C2S chuyển thành γ-C2S làm tăng thể tích khoảng

÷

÷

÷

10% và bị phân rã thành bột.

γ-C2S thì hầu như không tác dụng với nước và không có tính chất kết dính, chỉ trong điều kiện hơi nước bão hoà, khoảng nhiệt độ 150 2000C, -γ C2S mới có khả năng dính kết

Chất trung gian phân bố giữa khoáng Alít và Bêlít là các pha Aluminôferit, pha canxi Aluminat và pha thuỷ tinh

Pha canxi aluminat tồn tại trong clinker ở hai dạng C3A, C5A3 Do trong clinker lượng CaO dư nên pha canxi aluminat thường nằm chủ yếu ở dạng C3A Đặc điểm của C3A là đông kết rắn chắc nhanh, dễ tạo nên các ứng suất làm nứt, tách cấu trúc đá xi măng khi chúng làm việc trong môi trường xâm thực sunphát Trong một số loại xi măng chuyên dụng cần khống chế hàm lượng khoáng này (xi măng thuỷ công lượng C3A < 5%, xi măng bền sunphát lượng C3A < 8%)

Pha aluminôferit là dung dịch rắn của các khoáng canxi alumôferit

Khoáng canxi aluminôferit có thành phần khác nhau phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu ban đầu, điều kiện nung luyện Trong clinker xi măng poóc lăng chúng thường tồn tại dưới dạng : C6A2F, C4AF, C2F nhưng thành phần chính là C4AF và trong đó hoà tan khoảng 1% MgO và TiO2

Pha thuỷ tinh có trong clinker xi măng poóc lăng với hàm lượng từ 515% Hàm lượng của pha thuỷ tinh phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp nguyên liệu ban đầu và điều kiện làm lạnh clinker Thành phần của pha thuỷ tinh chủ yếu là các ôxít MgO, CaO, Al2O3, Fe2O3, Na2O, K2O, Sự có mặt của pha này trong clinker xi măng poóc lăng làm ảnh hưởng đến tính chất của các khoáng khác và đặc biệt là làm thay đổi nhiệt độ tạo khoáng chính

Các khoáng chứa kiềm:Công th c hóa: Kứ 2O.23CaO.12SiO2 (gốc C2S) và Na2O.8CaO.3Al2O3 (gốc C3A).S ự hình thành các khoáng chứa kiềm này không có

lợi vì làm tố ộc đ đóng rắn không ổn định, làm giảm hàm lượng silicat trong các khoáng Khi hàm lượng các pha thay đổi thì tính chất của xi măng cũng thay đổi theo

÷

÷

Ngoài ra trong clinker xi măng poóc lăng còn tồn tại một lượng CaO và MgO tự do, chúng thường là các hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm khi xi măng đã đông kết rắn chắc chúng mới thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúc của sản phẩm như bị nứt, rữa, Làm thay đổi thể tích của sản phẩm và làm giảm cường độ của đá xi măng [8]

1.1.4 Phản ứng thủy hóa của xi măng

Khi trộn xi măng với nước các thành phần trong xi măng sẽ ph n ả ứng với nước hình thành nên các h p ch t hydrát có kh ợ ấ ả năng làm đông kết và r n ch c h ắ ắ ồ

xi măng Sản ph m thu hoá có thành ph n khác nhau ph thu c vào thành ph n ẩ ỷ ầ ụ ộ ầhoá h c, thành ph n khoáng cọ ầ ủa xi măng và các nhân tố khác Các pha C3S, C2S, C3A, C4AF s xẽ ảy ra ả ứng thủy hóa Tuỳ ph n thuộc vào loại khoáng, hàm lượng khoáng, hàm lượng pha thu tinh mà kh ỷ ả năng phả ứn ng với nước của xi măng sẽthay đổi Ngoài ra, s có m t c a th ch cao và các ph gia khoáng hoá s nh ự ặ ủ ạ ụ ẽ ả hưởng

đến s n phả ẩm cũng như tốc độ ph n ng thu hoá cả ứ ỷ ủa xi măng

S hydrat hóa c ự ủ a C 3 S (alit)

Thời kì ban đầu ngay khi đổ nước vào để ộ tr n vữa, b mề ặt của hạt C3S tan

dần ra để cung cấp các ion Ca2+, OH-, H2SiO42-vào dung dịch Dần dần dung dịch

tr ởnên quá bão hòa Ca2+ và bắt đầu kết tinh tạo thành khoáng tinh thể Hydro silicat canxi (CSH) và portlandite (CH)

Thành ph n cầ ủa sản ph m thu hoá CSH phẩ ỷ ụ thu c chủ ếộ y u bởi nhiệt độ và

nồng độ Ca2+trong môi trường thu hoá nhiỷ Ở ệt độ thường, khi nồng độ Ca(OH)2 trong pha l ng tỏ ừ 0,05 đến 1,1 gam CaO/lít, C3S tác dụng với nước tạo thành hydrôsilicát canxi có mức độ kết tinh thấp và thành phần thay đổi (0,8÷1,5)CaO.SiO2.(1÷1,25)H2O [Bogue ký hi u là CSH(B) và Taylor ký hi u là ệ ệCSH(I)] Khi nồng độ Ca(OH)2 càng nhỏ, các hydrôsilicát canxi tạo thành có độbazơ càng thấp

Trong pha l ng bão hòa Ca(OH)ỏ 2, n u nhiế ệt độ môi trường th p thì Cấ 3S tác

dụng với nước tạo thành hydrôsilicát canxi có thành phầ ổn định là (1,5n 2)CaO.SiO2.nH2O được Bogue ký hi u là C2SH2 và Taylor ký hiệu là C2SH(II) Khi ệ

-nhiệt độ môi trường tăng lên đến 30÷50˚C, C3S tác dụng với nước tạo thành ch ủ

y u là Cế 3S2H3 thu c nhóm CSH(B) theo ph n ng: ộ ả ứ

2(3CaO.SiO2)+6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH) 2 + Q(320÷500)kJ/Kg Khi nhiệt độ môi trường tăng lên đến 50÷100˚C thì sản ph m t o thành ẩ ạ ở dạng CSH(B) và một phần là C2SH2 N u nhiế ệt độ môi trường tăng lên đến 120÷175˚C, C3S tác dụng với nước tạo thành C2SH(A) và Ca(OH)2, ở 175÷200˚C là C2SH2, C2SH(A) và C2SH(C), Ca(OH)2 Khi nhiệt độ môi trường lớn hơn 200˚C, C3S tác dụng với nước tạo thành C3SH2

Sự hydrat hóa c a C ủ 2 S (Belit)

Khoáng belit trong xi măng póoc lăng tồ ạ ở ạn t i d ng dung d ch r n c a βC2S ị ắ ủ

với một lượng nhỏ MgO, TiO2, Cr2O3… Khi tác ng vdụ ới nước, βC2S bị hydrát hóa tạo thành các hydrôsilicát canxi có thành phần khác nhau và Ca(OH)2 kèm theo tỏa nhiệt từ 250÷290 kJ/kg Ởđiều kiện nhiệt độ ừ 50÷100˚C, C t 2S sẽ tác d ng vụ ới nước tạo thành CSH(B); C2SH2 và Ca(OH)2 N u nhiế ệt độ pha l ng tỏ ừ 120÷180˚C thì C2SH2đượ ạc t o thành s chuy n thành C2ẽ ể SH(A), khi lưu thời gian lâu và tăng nhiệt

độ pha l ng thì s chuy n thành Cỏ ẽ ể 2SH(C) có công thức (1,5÷2,25)CaO.SiO2.(0,3÷0,4)H2O

S hydrat hóa c ự ủ a C 3 A (canxi aluminat)

Khoáng aluminat canxi trong xi măng póoc lăng ở ạ d ng C3A, khi hydrát hóa thường t o thành các s n ph m khác nhau ph thuạ ả ẩ ụ ộc vào điều kiện môi trường như nhiệt độ, loại muối, nồng độ ủa muối hòa tan trong nước… Hiện nay có nhiề c u quan niệm về ả s n ph m hydrát tẩ ạo thành đầu tiên khi C3A thu ỷ hoá Các sản phẩm hydrát cu i cùng cố ủa C3A có th là Cể 3AH6, C4AH13 hay C4AH19 ph thuụ ộc vào điều kiện môi trường Khi hydrát hoá C3A trong điều kiện thường thì t o thành C3AH10-ạ

12, n u nhiế ệt độ môi trường lớn hơn 25˚C thì từC3AH10-12s chuyẽ ển thành C3AH6

bền vững, khi nhiệt độ môi trường≥ 275˚C thì chúng bị ất nước tạo thành mC3AH1,5 Nế ồng độu n Ca(OH)2 trong pha lỏng <0,25÷0,35 g/lít thì ở nhiệt độ ầ g n 20˚C chúng bị phân h y thành Ca(OH)ủ và Al(OH)

Trong môi trường nước có ch a mu i sunphát canxi (th ch cao), nhiứ ố ạ ở ệt độthường C3A b hydrát hóa và t o thành h p ch t phị ạ ợ ấ ức gọi là hydrôsunphôaluminát canxi Trong dung d ch bão hòa Ca(OH)ị 2 và sunphát canxi thì sẽ ạo thành hợp chấ t t ettringit theo ph n ng: ả ứ

3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O + 25H2O = 3CaO.Al 2O3.3CaSO 4.32H2O (ettringit) Khi nồng độ Ca(OH)2 và sunphát canxi trong dung dịch nhỏ thì tạo thành dạng 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O (AFm) D ng hydro sunphôaluminát canxi này ạthường t o thành trong dung d ch r n v i C3AH13 ạ ị ắ ớ

S hydrat hóa c ự ủ a C 4 AF (canxi alumoferit)

Khoáng alumôferít (C4AF) tác d ng vụ ới nước theo ph n ng: ả ứ

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 7H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.H2O

Khi trong nước có hàm lượng Ca(OH)2 cao sẽ ả x y ra ph n ng: ả ứ

CaO.Fe2O3.6H2O + 3Ca(OH)2 + 10H2O = 4CaO.Fe2O3.13H2O

Các hydrôaluminat ba hay bốn canxi có thể ạ t o thành dung d ch rị ắn với công

th c chung: 3CaO.(Alứ 2O3.Fe2O3).6H2O và 4CaO.(Al2O3.Fe2O3).13H2O

Quá trình hình thành tính chất cơ lý của đá xi măng

Bắt đầu từ khi trộn nước, p ả ứng của C3A bắt đầu, nh ng tinh thh n ữ ể ettringit

bắt đầu xuất hiện Khoảng cách ở ữa các hạt xi măng chứa dung dịch bão hòa gi

SO42-và Ca2+ Ngay t c khứ ắc monosunfat được tạo thành, s n phả ẩm này ngăn chặn

s tự ấn công ồ ạt của nước, quá trình hydrat hóa chậm lại Sau đó phả ứng kết tinh n

của silicat, aluminat phía trong màng, màng bị phá vỡ và sự hydrat hóa xảy ra tiếp tục Quá trình trên lặp lại nhiều lần, hydrosilicat canxi, hydroaluminat canxi dạng

sợi, dạng hình kim … được tạo thành Khi nồng độ cao SO42- và Ca2+không còn đủ

lớn tạo thành ettringit, sự ạo thành gel C H xảy ra liên tục Chính nhờ cơ chế này t

-S-mà tạo nên cường độ ủa xi măng c

Người ta chia quá trình đóng rắn của đá xi măng thành các giai đoạn:

Giai đoạ n 1:

Xảy ra sự khuếch tán các hạt xi măng vào trong nước, các phân tử nước tấn công ồ ạt lên bề ặt các hạt xi măng Bắt đầu hình thành Ca(OH)2 và monosufat mC3A.CaSO4.H2O (ettringit) trên bề m t các hạt khoáng Giai đoạặ n kéo dài khoảng

10 phút và không t o thành c u trúc ạ ấ

Giai đoạ n 2:

Tốc độphả ứng hydrat hóa chậm lại do keo monosunfat hình thành bao bọc n

lấy các hạt xi măng, độ ẻo của vữa trong giai đoạn này là ổn định, sau đó xuất hiện d

s kự ết tinh của các tinh thể silicat, aluminat phía trong phá hủy màng Quá trình

thủy hóa trên được lặp đi lặp lạ ếi đ n khi nồng độ SO42- không còn đủ để ạ t o thành ettringit, giai đoạn này kéo dài kho ng 2 gi ả ờvà các gel C-S-H bắt đầu xu t hi n ấ ệ

Giai đoạ n 4:

Sau 24 gi tờ ốc độ ủ th y hóa c a các khoáng bủ ắt đầu gi m d n, c u trúc bả ầ ấ ắt đầu

ổn định và ph n ng th y hóa v n ti p t c v i ph n khoáng còn l i [8] ả ứ ủ ẫ ế ụ ớ ầ ạ

1.1.5 Các tính chất cơ lý của xi măng

TCVN 2682 – 2009 và TCVN 6260 – 2009 quy định các chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng poóc lăng và xi măng po c lăng hỗn hợpó

a Khối lượng riêng và khối lượng thể tích

Khối lượng riêng γa là tỷ số giữa khối lượng của xi măng với thể tích hoàn toàn đặc của xi măng Khối lượng riêng γa của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng inker cl xi măng và phụ thuộc vào thành phần phụ gia trong nó Xi măng poóc lăng thông thường có khối lượng riêng từ 3,0÷ 3,2 g/cm3 Khối lượng riêng của xi măng được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4030 -2003

Khối lượng thể tích đổ đống γđ là tỷ số giữa khối lượng của xi măng với thể tích đổ đống của nó Khối lượng thể tích đổ đống phụ thuộc vào thành phần khoáng,

độ mịn của xi măng và hàm lượng phụ gia trong xi măng, khả năng lèn chặt của xi măng Xi măng poóc lăng thường có khối lượng thể tích tơi 900÷ 1100 kg/m3, ở trạng thái lèn chặt 1400 ÷1700 kg/m3

b Độ nghiền mịn của xi măng

Hạt xi măng càng mịn tốc độ thuỷ hoá càng nhanh đạt đến triệt để, do đó cường độ xi măng sẽ phát triển nhanh Để đánh giá độ mịn của hạt xi măng có thể

sử dụng đại lượng tỷ diện tích hay lượng sót sàng N0009 Theo tiêu chuẩn hiện hành độ mịn xi măng được xác định bằng hai phương pháp: phương pháp độ mịn theo sàng 90µm và độ mịn theo bề mặt riêng (phương pháp Blaine)

c Lượng nước yêu cầu và độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng

Lượng nước yêu cầu (lượng nước tiêu chuẩn) là lượng nước cần thiết để hyđrat hoá các khoáng của clinker xi măng và đảm bảo cho hồ xi măng có độ lưu động cần thiết của hỗn hợp khi thi công Tương ứng với lượng nước tiêu chuẩn cho

ta hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn Lượng nước yêu cầu của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clinker, độ mịn của xi măng và loại phụ gia cho vào khi nghiền clinker xi măng Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng được xác định bằng dụng cụ kim Vica i măng P thường có lượng nước tiêu chuẩn từ 21 X C ÷ 29% và của xi măng PCB thường từ 24 ÷ 32%

d Thời gian đông kết của xi măng poóc lăng

Quá trình trộn một hỗn hợp xi măng với nước tương đối linh động dần dần đặc lại và có cường độ ban đầu nào đó thì được gọi là quá trình đông kết Thời gian đông kết phụ thuộc vào thành phần khoáng của clinker, độ nghiền mịn của xi măng, phụ gia trong xi măng, điều kiện môi trường và lượng nước tiêu chuẩn khi đưa vào nhào trộn Thời gian đông kết được xác định bằng dụng cụ Vica theo TCVN 6017 –

2015

e Cường độ của xi măng

Là độ bền của vữa xi măng khi chịu tác động của các lực cơ học mà không bị

phá hoại Đây là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xi măng và là chỉ tiêu để phân loại cho xi măng (mác xi măng) Do vậy người ta đã qui định mác của

xi măng là cường độ nén của những mẫu vữa thí nghiệm đã được dưỡng hộ 28 ngày trong môi trường có nhiệt độ thường 27 ± 10 C và độ ẩm 90 100% Cường độ của

xi măng được xác định theo TCVN 6016 – 2011

Mác xi măng đặc trưng cho khả năng chịu nén của mẫu xi măng được chế tạo và xác định theo tiêu chuẩn Theo TCVN 2682:2009, xi măng poóc lăng có các mác PC30, PC40, PC50 trong đó PC là kí hiệu quy ước cho xi măng poóc lăng và trị số 30, 40, 50 là giới hạn bền nén của mẫu vữa chuẩn sau 28 ngày, tính bằng Mpa, xác định theo TCVN 60 :2011 Theo TCVN 6260:2009, xi măng poóc lăng hỗn 16hợp có ba mác PCB30, PCB40, PCB50, trong đó PCB là kí hiệu của 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 6016:2011

Xi măng poóc lăng là chất kết dính có cường độ cao trước hết phụ thuộc vào thành phần khoáng và cấu trúc của clinker xi măng, tỉ lệ nước nhào trộn, phụ gia pha vào xi măng và điều kiện rắn chắc

Cường độ của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng, chủ yếu là các khoáng C3S, C2S, C3A và C4AF Trong các khoáng của clinker xi măng poóc lăng, C3S là khoáng có hàm lượng lớn nhất và có cường độ cao nhất, tốc độ phát triển cường độ nhanh, còn C2S là khoáng có tốc độ phát triền cường độ tương đối chậm ở thời kì đầu, sau đó tốc độ phát triển cường độ tăng dần Các khoáng nóng chảy C3A hyđrát hóa nhanh nhưng cường độ phát triển thấp, còn C4AF có cường độ tương đối cao nhưng vẫn thấp hơn C2S Vì vậy khi xi măng có hàm lượng C3S và C2S nhiều thì cường độ cuối cùng của sản phẩm cao và xi măng có nhiều C3A thì cường độ thấp

Cường độ của xi măng còn phụ thuộc vào cấu trúc của clinker xi măng poóc

÷

lăng Nếu các clinker có cùng thành phần hóa học thì loại clinker nào có hàm lượng pha thủy tinh lớn và kích thước các tinh thể C3S, C2S nhỏ thì cường độ xi măng cao

Độ mịn của xi măng và thành phần hạt của nó, quá trình bảo quản, thời gian bảo quản cũng ảnh hưởng đến cường độ và một số tính chất khác của xi măng

Thông thường người ta đo độ ề b n u n và độ ềố b n nén của đá xi măng được đúc theo tỷ ệ xi măng/cát là 1/3 ở ổ l tu i 28 ngày làm ch tiêu xác đỉ ịnh mác xi măng Khi nghiên cứ ề ờng độ người ta thường quan tâm đến cường độu v cư kháng nén (Rn), cường độ khoáng uốn (Ru), cường độ kháng kéo (Rk) c a các m u thí ủ ẫnghiệm Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ ẫu của mác xi măng, tỷ ệ các m l khoáng trong xi măng, lượng nước s d ng, công ngh ch t o và chử ụ ệ ế ạ ất lượng thi công bê tông Mu n s n xuố ả ất bê tông có cường độ kháng cao thì phải dùng lượng nước ít nhất để ộ tr n v a Theo tác gi R.Feret thì công thữ ả ức tính Rn để bi u di n ễ ễnhư sau:

Một yếu tố quan trọng khác là tỷ l ệ N/X đã thực hiện trong quá trình trộn

vữa, bởi chính yếu tố này tác động mạ h đến tỷ ệ ộ ỗng có trong xi măng và n l l rcường độ ủ c a mẫu Mặt khác nó cũng ảnh hưởng đến độ ẻ d o c a vữa xi măng và ủ

qu ả trình đầm vữa bọt khí thoát ra hay không ph thuụ ộc vào độ ẻ d o của vữa Do vậy

t l ỷ ệ N/X càng cao thì cường độ ủ c a bê tông càng giảm Cườ g độ ủa xi măng phát n ctriển không đều: Trong 3 ngày đầu có thể đạt được 40 50% mác xi măng, 7 ngày - đầu đạt đến 60 70 % Trong nh- ững ngày sau t c đ ố ộ tăng cường độ còn ch m hơn ậnữa, đến 28 ngày đạt được mác Tuy nhiên trong những điều ki n th ân l i thì s ệ ụ ợ ự

rắn chắc của nó có thể kéo dài hàng tháng và thậm chí hàng năm, vượt gấp 2 3 lầ- n cường độ 28 ngày Có th xem t c đ phát triể ố ộ ển cường độ trung bình của xi măng

tuân theo quy luật Logarit được cho b i công th ở ức:

sự thay đổi thể tích là do trong xi măng có chứa một lượng CaO và MgO tự do Các ôxít này ở dạng hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm, sau khi xi măng đã đông kết rắn chắc, chúng mới tham gia phản ứng thuỷ hoá làm tăng thể tích, phá hoại cấu trúc sản phẩm

* MgO t do: không tham gia vào quá trình tự ạo clinker mà sau khi xi măng đóng rắn nó m i bị ủớ th y hóa t o Mg(OH)2 ạ có thể tăng thể tích lên làm đá xi măng bịnứt vỡ Có trường hợp sau hai năm MgO mới bị ủy hóa, do đó cầ ạ th n h n ch ng ế lượMgO ≤ 5%

* CaO t do: không tham gia vào phự ả ứn ng t o clinker mà nạ ằm ở ạ d ng oxit canxi bị các chất nóng chảy bao bọc xung quanh nên bị ủ th y hóa chậm gây nở ể th tích làm rạn nứt đá xi măng

Cũng có thể do c p hấ ạt xi măng quá lớn, làm t c đ th y hóa x y ra chậm, ố ộ ủ ảcác sản ph m gel C H, aluminat, hình thành khi công trình ẩ -S- ổn định cũng gây ra sự

mất ổ ịn đnh thể tích Do vậy bất kì loại xi măng thành phẩm nào trên thị trường cũng phải có c p hấ ạt và hàm lượng các ch t n m trong gi i h n cho phép ấ ằ ớ ạ

Chỉ tiêu độ ổn định thể tích quy định đối với xi măng PC tại TCVN 2682

-2009 và PCB tại TCVN 6260 -2009 không lớn 10 mm khi thử theo phương pháp khuôn Le Chatelier

-g Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình thuỷ hoá

Nhiệt thuỷ hoá của xi măng là nhiệt lượng sinh ra của một đơn vị khối lượng

xi măng sinh ra khi thuỷ hoá Nhiệt thuỷ hoá xác định tại hai thời điểm nhất định đó

là 7 ngày và 28 ngày Nhiệt thuỷ hóa được xác định bằng nhiệt kế theo TCVN 6070

– 2009 Xi măng poóc lăng có lượng nhiệt thuỷ hoá sau 7 ngày là 80 ÷ 90 Cal/g và sau 28 ngày có thể lên đến 100 Cal/g

Lượng nhiệt sinh ra sẽ làm ảnh hưởng đến việc thi công bê tông, nó thúc đẩy nhanh quá trình đông kết rắn chắc của vữa xi măng Nếu khối bê tông có thể tích lớn thì tính chất này có thể gây ra nội ứng suất trong khối bê tông sinh ra nứt rạn và phá hủy kết cấu công trình

h Độ ỗng đá xi măng r

Trong đá xi măng luôn có các lỗ ỗ r ng (chi m t 2 – 30% tùy thu c vào ch t ế ừ ộ ấlượng vữa xi măng) Kích thước các l r ng tùy thu c vào t l ỗ ỗ ộ ỷ ệ nước/xi măng, phương pháp thi công, sử ụ d ng ph gia, chụ ất lượng xi măng

* Có th phân chia l rể ỗ ỗng theo kích thước của đá xi măng như sau:

+ Lỗ ỗ r ng lớn: có kích thước lớn hơn 100µm

+ Lỗ ỗ r ng vừa: có kích thước từ 1.6 – 100µm

+ Lỗ ỗ r ng nhỏ: có kích thước từ 0.6 – 106 µm

+ Lỗ ỗ r ng siêu nhỏ: có kích thước nh ỏ hơn 0.6µm

* 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 có đườ r ng kính ≈ 2µm liên quan đến s khu ch tán, xâm thự ế ực của các ion như Cl-, SO42- … làm ảnh hưởng đến độ ề b n v ng c a công trình ữ ủ

+ Lỗ ỗ r ng t ừ vài chục đến vài trăm µm liên quan đến sự ấ th m nư c và th m ớ ấkhí c a công trình ủ

Có hai loại lỗ ỗng đá xi măng: lỗ ỗ r r ng kín và lỗ ỗ r ng h , lở ỗ ỗ r ng kín không nối với mao quản ch ỉ ảnh hưởng đến cường độ ủa đá mà không ảnh hưở c ng t i tính ớchống th m cấ ủa đá xi măng

Hình 1.1 r Độ ỗ ng của đá xi măng

Đá xi măng cũng như bê tông là hệ nhi u pha g m: c t li u, pha k t dính ề ồ ố ệ ếC-S-H, clinker khan chưa hydrat hóa, Ca(OH)2, các hydrat c a silicat, ủaluminat và hệ th ng các lỗ ốố tr ng, mao quản có kích thước khác nhau Tính thấm

của đá xi măng phụ thuộc vào sự có ặt của các pha đó và tương tác của các pha mvới môi trường Trong đó quan tâm nhất chính là tính thấm bao gồm thấm khí, thấm nước và th m mu i tan Tính th m có liên quan r t mấ ố ấ ấ ạnh đến độ ề b n c a công trình, ủtính th m càng m nh thì công trình càng kém bấ ạ ề Để ản gi m bớt tính thấm của công trình c n phầ ải có kĩ thuậ ốt cũng như phả ử ụt t i s d ng m t sộ ố ạ lo i phụ gia đặc biệt để

giảm tỷ ệ nước/xi măng, giảm tỷ ệ ỗ ố l l l tr ng, mao quản trong đá xi măng

1.2 Vai trò c ủ a phụ gia khoáng trong xi măng và bê tông

1.2.1. Đị nh nghĩa v phụ ề gia khoáng cho xi măng

Theo tiêu chu TCVN 6882:2001ẩn : Phụ gia khoáng c a xi măng là các v t ủ ậ

liệu vô cơ thiên nhiên hoặc nhân tạo khi sử ụng trong xi măngpoóc lăng hỗn hợ d p không gây ảnh hưởng xấu đến tính chất xi măng, bê tông và bê tông cốt thép.Phụgia khoáng được chia làm hai lo i: ph gia ho t tính và ph ạ ụ ạ ụ gia đầy

1.2.2 Vai trò c a các lo i ph gia khoáng trong ủ ạ ụ xi măng và bê tông

Các công trình nghiên c u v PGK cho thứ ề ấy ảnh hưởng có l i cợ ủa PGK đối

với các tính chất của bê tông và vữ được tạo nên bởi hai hiệu ứng hoá học và vật a

lý

* Hi u ng hóa h ệ ứ ọc:

Hi u ệ ứng hoá học liên quan đến khả năng phả ứng hoá học của PGK ạt n hotính với hyđrôxit canxi Khi xi măng poóc lăng thuỷ hoá, trong số các hợp chất hyđrát hình thành có hai thành phần chi m th tích lế ể ớn trong đá xi măng và ảnh hưởng quyết định t i tính ch t cớ ấ ủa nó là hyđrôisilicat canxi (CSH) và hyđrôxit canxi (CH) S hình thành cự ủa các hợp ch t này có thấ ể ể bi u diễn bằng phả ứn ng thuỷ hoá các khoáng silicat canxi sau:

Xi măng + nước = CSH + Ca(OH)2 Hyđrôsilicat canxit (CSH) là ch t k t dính tấ ế ạo cường độ cho bê tông Hyđrôxit canxi (15 - 25 % khối lượng s n ph m thu hóa) là v t li u có kh ả ẩ ỷ ậ ệ ả năng hoà tan trong nước và có cường độ thấp nên không đóng vai trò quan trọng trong

việc tăng cường độ và độ ề b n c a bê tông ủ

Khi PGK hoạt tính có mặt trong quá trình thuỷ hoá xi măng poóc lăng thì SiO2, Al2O3, SiO2.Al2O3hoạt tính của PGK sẽ ả ứng với hyđrôxit canxi và nước ph n

t o thành các s n ph m CSH, CAH ho c CASH có tính k t dính ạ ả ẩ ặ ế

SiO2 (trong PGKHT) + Ca(OH)2 + H2O = CSH SiO2.Al2O3hoặc (Al2O3)+ Ca(OH)2 + H 2O = CSH + CAH (CASH)

Như vậy nh ờ các phả ứn ng này mà hàm lượng hyđrôxit canxi không có tính

kết dính giảm, trong khi đó hàm lượng CSH (sản phẩm đem lại cường độ và độ ền bcho bê tông) lại tăng lên Đây là một trong các hiệ ứu ng chủ ế y u c a PGK ủ ảnh hưởng tới cường độ và độ ề b n c a bê tông ủ

* Hi u ệ ứng vật lý, gồm 4 hiệ ứng sau: Hiệ ứng tường chắn (Wall Effect), u u

hi u ng ệ ứ ổbi (Ball Bearing Effect), hiệ ứng phân tán (Dispersion Effect), hiệu ứu ng tăng độ đặ c ch c vi c u trúc (Increased Packing Density) ắ ấ

Nh ờ các hiệ ứng này, khi sử ụng phụu d gia khoáng trong bê tông, nó có thể

cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông, làm tăng độ đặ chắc, cường độ ủa đá c c

xi măng, và cải thi n c u trúc vùng chuy n ti p giệ ấ ể ế ữa đá xi măng và cố ệt li u Vi c s ệ ử

dụng phụ gia khoáng hoạt tính cao không nhữ tăng sản lượng xi măng, giảm giá ng

thành xi măng, ả c i thi n tính ch t c a h n hệ ấ ủ ỗ ợp bê tông mà còn làm tăng đáng kểcường độ và độ ề b n lâu c a bê tông ủ

* C i thiả ện tính năng dễ dàng thi công của hỗ ợn h p bê tông và v ữa:

+ Tăng độ linh động, độ ụ s t, kéo dài thời gian duy trì độ ụ s t mà không c n ầlàm tăng hay ảm lượng nướgi c tr n ộ

+ Làm chậ ạm l i hoặc tăng nhanh quá trình liên kết ban đầu

+ Tạo kh ả năng chuyên chở bê tông tươi từcác trạm trộ ở xa đến n vị trí công trình

+ Tạo kh ả năng bơm bê tông lên cao để thi công nhà cao tầng, bơm đi xa đểthi công c u, h m ầ ầ hoặc công trình th y l i ủ ợ

* C i thi n tính ch t c a bê tông sau khi hóa c ng: ả ệ ấ ủ 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

+ Tạo màu s c cho bê tông theo d ki n ắ ự ế

Tuy nhiên với mỗi trường hợp sử ụ d ng ph gia nhụ ất định c n ph i xem xét k ầ ả ỹlưỡng và tính toán, thí nghiệm chu đáo để đả m b o hi u qu ả ệ ảcao 13] [

1.3 Tro đáy nhiệt điệ n

1.3.1 Khái ni mtro ệ đáy

Các sản ph m sinh ra t vi c đ t than ph thu c vào chủẩ ừ ệ ố ụ ộ ng lo i than và t l ạ ỷ ệthuận vớ lượng than tiêu thụ Khi than nghiền mịn bị đốt cháy thì các hạt than sẽ ịi b

đốt cháy và hoá l ng trỏ ở ạng thái lơ lửng Tro than bay theo dòng khí nóng sau khi

túi, s n ph m thu hả ẩ ồi từ các thiết bị này gọi là tro bay, thông thường chiếm 80-90%; Còn tro đáy được hình thành khi các h t tro hóa m m ho c ch y lạ ề ặ ả ỏng dưới tác d ng ụ

của nhiệ ột đ và bám chặt vào tường lò và ống nồi hơi Những hạt lớn hơn tích tụ và rơi xuống ph u n m ễ ằ ở đáylò, nơi chúng được thu thập và thường ch a ch y u các ứ ủ ế

hạt kích thước phân c p chiấ ếm 10 20% lượ- ng tro x thỉ ải ra[22]

Hình 1.2 Hình thành tro than t i nhà máy nhi ạ ệt điệ n s d ng nhiên li u than ử ụ ệ

Thành ph n hóa h c chính cầ ọ ủa tro đáy cũng tương tự tro bay là CaO, Fe2O3, MgO, MnO2, SiO2 và Al2O3 ,… ở các phức bền vững, trong đó thành phần chính là SiO2, Al2O3,CaO và Fe2O3 chiếm trên 80% trọng lượng của tro đáy Chất lượng của tro đáy phụ thu c vào chộ ất lượng than, phương pháp đốt và nhiệt độ lò [22]

Tro đáy chủ ph thu c vào s hi n di n c a đá t p ch t n m trong các v t n t ụ ộ ự ệ ệ ủ ạ ấ ằ ế ứ

của than Việc biến đổi trong nguồn gốc của lớp đá tạp chất cũng gây ra sự khác

bi t trong tính chệ ất của tro đáy Các yế ố ảnh hưởng đếu t n tính chất của tro đáy là:

• Mức độ nghi n m n c a than ề ị ủ

• Nhiệt độ lò đốt

• Loại lò đốt

Tro đáy có b m t góc cề ặ ạnh, không đều nhau, x p, và b m t thô Hố ề ặ ạt tro đáy

có kích thước thay đổ ừ tương ứi t ng t cát đ n sừ ế ỏi Tro đáy có hình dạng và phân b ốkích thước hạt tương tự như cát sông Tro đáy thường được đánh giá là vật li u t t ệ ố

mặc dù có thể có sự dao động về phân bố kích thước hạ ở ngay cùng một nhà máy t điện Tro đáy có đặc tính k t kh i, nh ế ố ẹ hơn và giòn hơn cát sông tự nhiên T tr ng ỷ ọcủa tro đáy thay đổ ừ 1,2 đếi t n 2,47 tùy thu c vào ngu n g c và loộ ồ ố ại than Tro đáy

với khối lượng riêng thấp, có ấu trúc xốp nên rất dễ ỡ ặ ậc v ho c đ p nhỏ Tro đáy có nguồn gốc từ than có lưu huỳnh cao và hoặc than kém chất lượng thì thường không xốp và khá đặc (www.caer.uky.edu) Các tài liệu đã xuấ ảt b n cho thấy sự khác biệt đáng kể ề v tính ch t v t lý cấ ậ ủa tro đáy

Hình 1.3 Tro đáy ( xỉ đáy lò)

Hình 1.4 C u trúc hi ấ ển vi tro đáy

1.3.2. Đặ tính của Tro đáyc

Các kết qu nghiên c u cho thả ứ ấy tro đáy có kích thước cát hạt không đồng

đều t ừ 0,1mm đến 50mm và k t c u b m t xế ấ ề ặ ốp Tro đáy có kích thướ ừ ạ ỏc t h t s i cho đến cát mịn Tro đáy có kích thước như hạt cát thường có t l l t sàng 45mm ỷ ệ ọ

là 50 90%, t- ỷ ệ ọ l l t sàng 0,42mm là 10 60%, l t sàng 0,075mm là 0 10% và kích - ọ thướ ớc l n nhất là hơn 19mm Kích thước hạt tro đáy từ các nhà máy nhiệt điệ ạn t i

-M ỹ được trình bày trong b ng 1.3: ả

B ng 1.3 ả Kích thướ c hạt tro đáy từ các nhà máy nhi ệt điệ ở ỹ n M [23]

Tro đáy có tỷ ọ tr ng thấp, dao động t 2,3-3 v i t tr ng thừ ớ ỷ ọ ấp tro đáy có kết

cấu dạng xốp, vì vậy mà có thể đễ dàng nghiền nhỏ Tỷ tr ọng của tro đáy phụ thuộc vào t ng lo i than, công nghừ ạ ệ đốt than của từng nhà máy nhiệt điện và các phương pháp xử lý và lưu trữ tro đáy Tính chất vật lý đặt trưng của tro đáy trình bày trong

ỷ ọ ố(g/cm3) Di n tích b m t

riêng (m2/g) 0,1-50 2,3-30 1,15-1,76 0,17-1

B ng 1.5 M t s tính ch t c ả ộ ố ấ ủa tro đáy trong các nghiên cứu đã công bố

Thành ph n hóc hầ ọc của tro đáy:

Thành ph n hóa h c chính cầ ọ ủa tro đáy bao gồm: SiO2, Al 2O3, Fe2O3 và một

s hố ợp chất khác Thành phần hóa học của tro đáy phụ thuộc vào chủng loại than đã

s dử ụng và công nghệ đốt than ở các nhà máy nhiệt điện Hiện tại các nhà máy nhiệt điện h u h t s d ng loầ ế ử ụ ại than đá hoặc than nâu

Các thành ph n hóa h c tiêu biầ ọ ểu trong tro đáy được trình bày t i b ng 1.6: ạ ả

B ng 1.6Các thành ph n hóa h ả ầ ọ c của tro đáy tiêu bi u[7] ể

B ng 1.7 N ả ồng độ ộ m t số nguyên t ố vi lượng trong tro đáy (mg/kg) [ ] 11

STT Thành ph n ầ Than bùn Than á Bitum Than bitum Than Antraxit

B ng 1.8 Khác bi t v thành ph n hóa h ả ệ ề ầ ọ c của tro đáy sau khi đố t than[6]

Thành ph n hóa h c ầ ọ Than đá Than nâu

Tổng hàm lượng (SiO2, Al2O3, Fe2O3), % 75 -78 5 – 60

Hàm lượng SO3, % 0,15 8 -10

B ng 1.9 T ng h p thành ph n hóa c ả ổ ợ ầ ủa tro đáy dự a trên m t s nghiên c u ộ ố ứ

Theo các báo cáo nghiên c u khoa h c, quá trình thu h i tro xứ ọ ồ ỉ không đơn giản bởi phần lớn các nhà máy nhiệt điện đang hoạt động tại Việt nam đều chưa có

h thệ ống thu hồi chất thải, hoặc có nhưng hiệu quả thấp và không đồng đều đối với các nhà máy như nhà máy nhiệt điện Ninh Bình, Ph L i I, Uông Bí s d ng công ả ạ ử ụngh t than PCC, ch t th i, khí SOx ph n lệ đố ấ ả ầ ớn thoát ra môi trường

Tro đáy được hình thành t ừ quá trình đốt than non ho c than n a bitum s ặ ử ẽchứa hàm lượng CaO cao Nh ng d ng tro than này có hoữ ạ ạt tính xi măng ngoài hoạt tính puzzolanic Than angtraxit hoặc than bitum khi đốt cháy s cho tro than hàm ẽ

lương canxi thấp liên quan đến ho t tính puzzolanic và mạ ột hàm lượng r t nh oxit ấ ỏCaO [11] Đặc thù than antraxit của Việt Nam được sử ụng tại các nhà máy nhiệt dđiện là có hàm lượng ch t b c th p, ch t 10-ấ ố ấ ỉ ừ 15% Trong khi đ , độó tro trong than

đầu vào, hi u su t cệ ấ ủa lò hơi đốt loại than này thường th p, tro x sau quá tấ ỉ rình đốt than antraxit còn t n t i khá lồ ạ ớn hàm lượng than chưa cháy hết có thể lên đến 30%

Việc áp dụng các biện pháp để tăng cường mứ ộc đ cháy kiệt có thể ẫn đến thông d

s ố hơi không cao hoặc phát th i khí NOx l n ả ớ

Ngoài ra, ngu n cung c p than nhiên li cho các nhà máy nhiồ ấ ệu ệt điện thường

s dử ụng là loại than chất lượng thấp, có độ tro lớn lớn hơn 32%, thậm chí đến 45% nên các nhà máy nhiệt điện th i ra mả ột lượng tro x khá l n, có th t 20-ỉ ớ ể ừ 30% lượng than s d ng ử ụ

Thành ph n khoáng cầ ủa tro đáy

Kết quả ân tích nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu tro đáy được thực hiện bở ph i Muhardi và c ng sộ ự năm 2010 cho thấy pha mullite (Al6Si2O13), oxit silic (SiO 2) và silic phosphate là các ch t d ng tinh thấ ạ ể chiếm ph n l n H quan sát thầ ớ ọ ấy silica (SiO2) có mặt một ph n tronầ g các dạng tinh thể thạch anh (SiO2) và m t ph n kộ ầ ết hợp với nhôm như mullite (Al6Si2O13) Sắt xuất hiện một phần trong magnetite oxide (Fe3O4) và hematite (Fe2O3) Thành ph n cầ ủa tro đáy phụ thuộc vào thành phần của than và của điều kiện đốt Alumino silicat như đất sét nóng chảy hoặc phân hủy tạo thành thủy tinh hoặc mullite (Al6Si2O13) Cacbonat bao gồm CaCO3 và dolomit (CaMg(CO3)2, ankerite [CaMgxFe(1 x) (CO- 3)2] và siderit (FeCO3) phân hủy, giải phóng CO2 và hình thành vôi (CaO), canxi ferrite (CaFe2O4) (Fe2O3), magnetite (Fe3O4) và periclase (MgO) Sulphides như pyrite (FeS2), SO2 và dạng sunfat (SO3) Các oxit sắt như hematit Fe2O3 và magnetite Fe3O4, clorua bay hơi như NaCl và KCI Thạch anh (SiO2) thường không b ị thay đổi [14], [20]

Đặc tính Pozzolanic của tro đáy

Các nghiên c u c a Cheryl et al (1999) cho thứ ủ ấy hoạt tính puzzolanic c a tro ủđáy bắt đầu sau 14 ngày H quan sát th y rằọ ấ ng sau 14 ngày, các hạt tro đáy bắt đầu

ph n ả ứng với canxi hydroxit và sau 90 ngày thủy hóa, hàm lượng canxi hydroxit giảm đi rất lớn Hình 1.5 cho thấy sản phẩm hydrate bao phủ các h t hình cầạ u và các hạ ẫt v n không b phân rã Các tác gi ị ả cũng lưu ý rằng ho t tính puzzolanic c a ạ ủtro đáy là đáng kể sau 90 ngày th y hóa K t qu ủ ế ả cũng cho thấ ằng tro đáy là mộy r t

vật liệu thích hợ ểp đ s dử ụng trong bê tông Chỉ ố ạt tính cường độ ủa tro đáy s ho c

với xi măng Poóclăng lần lượ ởt 14, 28 và 90 ngày thủy hóa lần lượt là 0,764, 0,88

và 0,97 Theo yêu cầu của Tiêu chu n Châu Âu EN 450, các Chẩ ỉ ố s hoạt tính cường

độ cao hơn 0,75 tại 28 ngày và 0,85 ở 90 ngày, điều này ch ng minh ho t tính ứ ạpuzzolanic của tro đáy [17]

Hình 1.1.5H ạt tro đáy bắt đầ u ph n ng Ca(OH) ả ứ v iớ 2

1.3.3 Các nghiên c u tái s dứ ử ụng tro đáy

Trên thế giới vi c nghiên cệ ứu s dử ụng tro xỉ nhiệt điện đốt than phun chưa

kh ử khí sulfua SO2 công nghệ tương tự như tại các Nhà máy nhiệt điện Phả ạ L i, Uông Bí đã tiến hành t lâu Theo tiêu chu n cừ ẩ ủa nước M (ASTM C618), tro x ỹ ỉđược phân lo i thành các loạ ại F và C, được s d ng làm ph gia ho c nguyên li u ử ụ ụ ặ ệcho s n xu t v t li u xây dả ấ ậ ệ ựng như xi măng, vữa, bê tông,…

Tuy nhiên v i công nghớ ệ đốt than t ng sôi tu n hoàn (Circulating Fluidizing ầ ầBoiler – CFB) có khử khí sulfua bằng cách dùng chất hấp thụ đá vôi tại Nhà máy nhiệt điện Mông Dương thì tro xỉ ạo thành có các tính năng và thành phầ t n khoáng