tiểu luận hóa học trong đời sống đề tài cement

Nguồn thu này đóng góp không nhỏ vào các lĩnhvực quan trọng như giáo dục, y tế, kinh tế.Chính vì thế xi măng hay nền công nghiệp sản xuất xi măng đóng vai trò vôcùng quan trọng trong việ

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG



TIỂU LUẬN

NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐỀ TÀI: CEMENT

Họ và tên: Phạm Minh Tiến

Mã sinh viên: 62300162

Nhóm: 20

Mã môn: 602023

Giangr viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Quang Khuyến

MỤC LỤC

A.LỜI MỞ ĐẦU 2

1.Lý do chọn đề tài 2

2.Lời cảm ơn 2

B.NỘI DUNG 3

I.Lịch sử hình thành và phát triển của xi măng 3

1.Nền móng đầu tiên cho sự ra đời của xi măng 3

2.Cải tiến thế kỷ 3

II.Diện mạo xi măng ngày nay 4

1.Phát minh thế kỷ 4

2.Phân loại xi măng 4

3.Sản xuất xi măng Portland 5

4.Thiết lập của xi măng 6

III.Nền công nghiệp sản xuất xi măng và các vấn đề môi trường 8

1.Nền công nghệp sản xuất xi măng có ảnh hưởng như thế nào đối với môi trường 8

2.Xi măng xanh, niềm hy vọng mới cho tương lai 9

C.DANH MỤC TÀI LIỆU ĐƯỢC THAM KHẢO 10

A.LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Từ xa xưa, ông bà ta có câu “an cư lạc nghiệp”, điều này là hoàn toàn đúng đắn bởi vì phải có chốn ăn ở thuận lợi thì mới có thể xây dựng và phát triển

sự nghiệp Cement hay còn gọi là xi măng, đối với nước ta, ngành công nghiệp sản xuất xi măng là một trong những ngành then chốt, đóng vai trò vô cùng quan trọng Bởi vì xi măng là thành phần chính trong vấn đề xây dựng

cơ sở hạ tầng như cầu, đường xá, nhà ở, cảng và các công trình khác Ngành công nghiệp sản xuất xi măng còn tạo ra cơ hội việc làm cho người lao động, từ việc sản xuất xi măng cung cấp cho các dự án xây dựng công trình đến việc phân phối xi măng để sản xuất bê tông, xuất khẩu xi măng cũng là nguồn lợi vô cùng quý giá Nguồn thu này đóng góp không nhỏ vào các lĩnh vực quan trọng như giáo dục, y tế, kinh tế

Chính vì thế xi măng hay nền công nghiệp sản xuất xi măng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng chính là cầu nối để phát triển trong công cuộc Công Nghiệp hóa và Hiện Đại hóa đất nước

2 Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, em xin trân trọng cảm ơn giảng viên Nguyễn Quang Khuyến - người đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong quá trình hoàn thành bài tiểu luận này.

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô giáo trường Đại học Tôn Đức Thắng, đặc biệt là các thầy, cô khoa Khoa Học Ứng Dụng - những người đã truyền tải kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học vừa qua.

Mặc dù đã có những đầu tư nhất định trong quá trình làm bài song cũng khó có thể tránh khỏi những sai sót, em kính mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô để bài tiểu luận được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

B.NỘI DUNG

I.Lịch sử hình thành và phát triển của xi măng.

1.Nền móng đầu tiên cho sự ra đời của xi măng.

Lịch sử của xi măng bắt đầu từ thời kỳ sơ khai khi người Assyria và Babylon

sử dụng đất sét có tính kết dính, họ áp dụng tính kết dính này lên những viên

đá với nhau tạo để thành những bức tường vững chắc Người Ai Cập cổ đã sử dụng hỗn hợp vôi cùng với thạch cao làm chất kết dính để xây dựng các công trình, một số vẫn còn tiếp tục tồn tại cho đến ngày nay như Kim tự tháp còn người La Mã đã hoàn thiện loại vữa và bê tông này để sử dụng trong các công trình xây dựng Họ trộn vôi đã được xử lý với tro núi lửa đến từ Núi Vesuvius

để có thể tạo ra loại xi măng có khả năng cứng khi trộn với nước Người Mông Cổ và người Aztec cũng đã sử dụng và phát triển vật liệu tương tự Tuy nhiên, từ “xi măng” được bắt nguồn từ từ La Mã “caemenium,” có nghĩa là đá xây dựng

2.Cải tiến thế kỷ

Công thức này đã bị thất truyền trong thời Trung Cổ và không được khám phá lại Cho đến năm 1757, John Smeaton áp dụng phương pháp khoa học khi ông xây dựng ngọn hải đăng Eddystone trên bờ biển phía tây nam nước Anh Ông phát hiện một loại xi măng thủy lực tốt được hình thành khi đá vôi sử dụng có lẫn tạp chất sét Ngày nay chúng ta biết rằng, sét aluminosilicate, khi được nung với vôi, tạo ra loại xi măng mong muốn Từ năm 1757 đến 1830, vai trò thiết yếu của vôi và silica đã được Vicat và Lisage ở Pháp, cũng như Parker

và Frost ở Anh xác nhận

Vào năm 1824, Joseph Aspdin, một người làm gạch và xây dựng từ Leeds, nhận được bằng sáng chế cho một loại xi măng thủy lực có tính năng ưu việt

mà ông gọi là xi măng Portland Quy trình của ông yêu cầu trộn và nghiền lượng cụ thể của đá vôi và sét sau đó đốt chúng ở nhiệt độ thích hợp để tạo ra clinker Thật không may, tất cả chi tiết đều không còn, bao gồm cả lò nung

mà Aspdin đã sử dụng Hai cải tiến quan trọng đã được giới thiệu vào khoảng năm 1890 việc thêm gypsum (CaSO42H2O) vào bước nghiền clinker để hoạt động như chất làm chậm quá trình đông kết và nhiệt độ đốt cao hơn để cho phép hàm lượng vôi và silicat cao hơn, điều này dẫn đến việc phát triển sức mạnh của bê tông nhanh hơn

II.Diện mạo xi măng ngày nay

1.Phát minh thế kỷ

Xi măng và ứng dụng của nó như bê tông (một hợp chất của xi măng và cốt liệu) được thế giới biết đến rộng rãi Nhất là loại xi măng Portland, được đặt theo tên của nó và một loại đá xám ở Portland, Anh Sản lượng xi măng Portland trên thế giới đã tang từ 133 triệu tấn vào năm 1950 lên 1.000 triệu tấn vào năm 1985 và hơn gấp 10 lần vào năm 1950 so với năm 1950 vào

1995 Xi măng Portland chiếm hơn 60% tổng số xi măng sản xuất, nó là sự kết hợp có tính toán của các oxit canxi, silica, nhôm và sắt Lượng năng lượng tiêu thụ trong giai đoạn này được thể hiện rõ trong bảng sau:

SẢN LƯỢNG XI MĂNG PORTLAND CỦA THẾ GIỚI VÀ MỸ ĐƠN VỊ: TRIỆU TẤN

Theo: US geological survey 2010

2.Phân loại xi măng

Các hóa chất được sử dụng trong xi măng được sử dụng các ký hiệu đặc biệt

để chỉ các thành phần trong xi măng Chúng được liệt kê trong bảng sau, được thể hiện bằng nồng độ gần đúng Ví dụ như tricalsium cilicate được biểu diễn

là C3S(3CaOSIO2) Các khoáng chất như C3S, 42-60%, C2S, 15-35%, C3A,

5-14% được hình thành trong lò nung đốt, vôi và đất sét silicat Chúng thường

có sẵn và rẻ tiền

CÁC THÀNH PHẦN VÀ DANH PHÁP CỦA XI MĂNG PORTLAND

3.Sản xuất xi măng Portland

Xi măng Portland được làm từ nguyên liệu thô có sẵn và rẻ như cát, sét và vôi Chúng có sẵn và rẻ Các thành phần được trộn lẫn với nhau thành hỗn hợp lỏng với tỷ lệ phù hợp được tính toán trước đó Đầu tiên đưa hỗn hợp vào đầu trên của lò quay (có lót gạch chịu lửa) với nhiệt độ 500°C, dài khoảng 150m nghiêng 15 độ so với phương ngang Sau đó sẽ xảy ra những phản ứng sau khi lò nhiệt độ tăng:

1 Nước nốc hơi tự do

2 Nước kết hợp từ đất sét được giải phóng

3 Magie cacbonat bị phân hủy và CO2 được giải phóng

4.Vôi bị phân hủy để tạo ra vôi và CO2

5.Vôi và Magie kết hợp với đất sét và silicat tạo thành “clinker”

6.Clinker sau khi nguội sẽ được nghiền nhỏ, sau đó khoảng 20% thạch cao được them vào để ngăn xi măng đông cứng quá nhanh

Một chất xúc tác thông dụng giúp tăng tốc quá trình hydrat hóa là CaCl2, nhưng do tính chất ăn mòn của nó khiến nó không được sử dụng trong bê tông cốt thép

Hiện nay, một quy trình thay thế đang ngày càng phổ biến là giới thiệu các thành phần vào lò trong trạng thái khô để giảm năng lượng cần thiết để bay hơi nước có trong quy trình bùn lỏng

Năng lượng tương đối tiêu thụ trong sản xuất các vật liệu khác nhau được ghi trong bảng sau:

MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC NĂNG LƯỢNG KHÁC NHAU TRONG VẬT

LIỆU

4.Thiết lập của xi măng

Qúa trình đông cứng của xi măng bao gồm quá trình hydrat hóa của các hạt silicat và aluminat cũng giống với hợp chất 3CaO·Al2O ·3CaSO ·32H O.3 4 2

Những cố gắng can thiệp vào thời gian đông cứng nhằm làm giảm thời gian đông cứng bao gồm việc sởi ấm bằng điện trở hoạc song vi ba cũng như sử dụng những phụ gia

Nhờ công cụ khoa học hiện đại đã có những bằng chứng về sự hình thành gel với sợ phát triển dạng sợi cũng đã dược ghi nhận

Xi măng đã đông cứng là một dạng chất rắn xốp với mật độ khoảng 2.5 g/mL

và diện tích bề mặt từ 100–300 m /g Bề mặt nhám, những lỗ rổ này có thể sử2 dụng cách ngâm tẩm polymer để niêm phong hoàn toàn, có nhiều ứng dụng khác nhau

Sức chịu nén của xi măng tăng từ 102 N/m khi mới đông cứng lên đến 1072 N/m2 sau vài ngày, giá trị cường độ cuối cùng (108 N/m ) sau 28 ngày là đạt2 70% Hơn thế nữa, sự tăng cường độ nhỏ vẫn được quan sát thấy ngay cả sau 1–2 năm Giới hạn khoảng 10 MPa dưới áp lực bình thường, với biên độ an

toàn và phù hợp Sức căng kéo,e của một chất rắn (được đo bằng cách uốn) có thể được xác định qua mối quan hệ Griffith được thể hiện qua công thức sau

Ở đây E là môđun đàn hồi của Young, R là năng lượng gãy ở bề mặt và c là chiều dài vết nứt Việc giảm kích thước hạt của xi măng và loại bỏ tất cả các bọt khí tạo ra xi măng không có khuyết tật vi mô tiếng Anh là micro-efect-free (MDF) dẫn đến độ bền của xi măng lên đến 150 MPa, một giá trị có thể

so sánh với nhôm và hợp kim của nó Độ bền cao khi thiết lập của xi măng được minh họa bởi lò xo xi măng cuộn trong hình sau

Lò xo xi măng micro không khuyết tật (MDF) có độ bền cao trong các vị trí thả lỏng và căng ra.

Đá vôi được nghiền nát, trộn với đất sét ướt, sử dụng máy xay và xay nhuyễn thành hỗn hợp sệt Nguyên liệu thô này được lưu trữ và điều chỉnh thành phần bằng cách pha trộn trước khi được nung trong lò quay (nơi diễn ra quá trình bay hơi nước, mất nước khoáng, phân ly đá vôi, và phản ứng hóa học) Sản

e = (ER/πc)1/2

phẩm cuối cùng của quá trình này là clinker ở 1,450°C và được làm nguội và xay nhuyễn với phụ gia trước khi bảo quản Đây là sơ đồ quy trình sản xuất xi măng Portland theo phương pháp ướt

III.Nền công nghiệp sản xuất xi măng và các vấn đề môi trường.

1.Nền công nghệp sản xuất xi măng có ảnh hưởng như thế nào đối với môi trường.

Qúa trình sản xuất xi măng liên quan mật thiết đến khí thải Cacbon đioxit (CO2) Trong quá trình nung nóng để sản xuất clinker, một trong những thành phần chính của xi măng, CO được phát sinh từ quá trình Canxi carbonrat2 (CaCO3) chuyển thành Canxi oxide (CaO) Điều này góp phần không nhỏ gây

ra hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng tiêu cực không nhỏ đến mái nhà xanh của chúng ta

“Trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất xi măng là một trong những ngành có nguy cơ gây ô nhiễm cao nhất, trong đó nguồn gây ô nhiễm chủ yếu là bụi phát sinh từ quá trình nung, nghiền xi măng “Theo ước tính, riêng nước ta có trên 10 cơ sở sản xuất xi măng lớn lượng phát sinh khí thải

khoảng 10,8 triệu m³/giờ Theo quy định của Chính phủ, các cơ sở sản xuất clinker thuộc danh mục các loại hình sản xuất công nghiệp có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, cần các biện pháp kiểm soát, giám sát đặc biệt.”

Theo Báo điện tử SAIGON GIAIPHONG ONLINE

Đối với việc vận chuyển, sử dụng nguyên vật liệu xây dựng, nhất là xi măng hay clinker

có thể dẫn đến việc rơi rải và phát tán bụi tro vào không khí Gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến không chỉ sức khỏe của con người mà còn ảnh hưởng đến đất đai và hệ sinh thái trong khu vực

2.Xi măng xanh, niềm hy vọng mới cho tương lai.

Xi măng địa polime được TS Erez Allouche và nhóm nghiên cứu của ông phát triển tại Trung tâm Công nghệ Trenchless của trường đại học Công nghệ Louisiana (TTC), Mỹ Hứa hẹn sẽ là vật liệu xanh thay thế cho xi măng Portland, thúc đẩy các công nghệ “xanh sạch” đang là mối lo của các quốc gia trên thế giới

Ông cho biết, xi măng polime cải tiến vượt trội hơn so với các loại xi măng truyền thống như xi măng Portland Xi măng địa polime có những đặc tính hơn hẳn như độ chống ma sát cao hơn, chịu lửa tốt hơn (lên tới 2400oF), có sức căng và biến dạng cao, độ co ngót thấp…Tro bay được xử dụng trong mẫu vật trưng bày tại Trung tâm Khoa học Detroit thu được từ một nhà máy điện đốt than gần Louisiana

Có thể thấy, xi măng chính là một phần quan trọng cũng như tất yếu trong cuộc sống và sự phát triển bền vững của con người trong tương lai Xi măng một thành tựu khoa học đáng ghi nhận trong lịch sử loài người Từ một ứng dụng đơn giản hàng ngàn năm trước đến sự đi đôi của phát triển xã hội loài người Tuy nhiên chúng ta cần ý thức được sự ảnh hưởng tiêu cực của xi măng hay nền công nghiệp sản xuất xi măng gây ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường như thế nào Không chỉ riêng gì Việt Nam, mà trên phạm vi toàn thế giới, bởi là một vấn đề cấp thiết, đề cao sự cố gắng nỗ lực trong cuộc cuộc gầy dựng Trái Đất Xanh trên toàn cầu

C.DANH MỤC TÀI LIỆU ĐƯỢC THAM KHẢO.

Applied Chemistry, A text book for Engineers and Technologists O.V Roussak and H.D Gesser

US geological survey 2010

Báo điện tử SAIGON GIAIPHONG ONLINE

Chương trình quốc gia về sử dụng năng lượng và tiết kiệm hiệu quả

-HẾT