những vấn đề cơ bản về xi măng

Chương 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ XI MĂNG POOCLANG 1.1 Các khái niệm cơ bản: 1.1.1 Định nghĩa: Từ xa xưa, con người đã biết dùng những vật liệu đơn sơ như đất sét, đất bùn nhào rác, dăm gỗ, cỏ khô băm …để làm gạch, đắp tường, dựng vách cho chỗ trú ngụ của mình. Có thể tóm lược các bước hình thành xi măng như sau: * Người Ai Cập đã dùng vôi tôi làm vật liệu chính. * Người Hy Lạp trôn thêm vào vôi đất núi lửa ở đảo Santorin, hỗn hợp này đã được các nhà xây dựng thời đó ưu ái nhiều năm. * Người La Mã thêm vào loại tro – đất núi lửa Vésuve miền Puzzolles. Về sau này, phún – xuất – thạch núi lửa được dùng làm một loại phụ gia hoạt tính chịu cách nhiệt và cách âm, và trở thành danh từ chung “Pozzolana” (Anh), “Pouzzolane” (Pháp) * Vào năm 1750, kỹ sư Smeaton người Anh, nhận nhiệm vụ xây dựng ngọn hải đăng Eddystone vùng Cornuailles. Ông đã thử nghiệm dùng lần lượt các loại vật liệu như thạch cao, đá vôi, đá phún xuất… Và ông khám phá ra rằng loại tốt nhất đó là hỗn hợp nung giữa đá vôi và đất sét. * Hơn 60 năm sau, 1812, một người Pháp tên Louis Vicat hoàn chỉnh điều khám phá của Smeaton, bằng cách xác định vai trò và tỷ lệ đất sét trong hỗn hợp vôi nung nói trên. Và thành quả của ông là bước quyết định ra công thức chế tạo xi măng sau này. * Ít năm sau, 1824, một người Anh tên Joseph Aspdin lấy bằng sáng chế xi măng (bởi từ latinh Caementum : chất kết dính), trên cơ sở nung một hỗn hợp 3 phần đá vôi + 1 đất sét * Chưa hết, 20 năm sau, Isaac Charles Johnson đẩy thêm một bước nữa bằng cách nâng cao nhiệt độ nung tới mức làm nóng chảy một phần nguyên liệu trước khi kết khối thành “clinker”. Từ đây, như chúng ta biết, đã bùng nổ hằng loạt các nhà máy lớn nhỏ với nhiều kiểu lò nung tính năng khác nhau: xi măng đã làm một cuộc cách mạng trong lĩnh vực xây dựng. - Xi măng theo tiếng La tinh là “Cement” có nghĩa là sự gắn kết, là chất kết dính. Đó là sản phẩm nhận tạo được nghiền mịn, khi trộn với nước tạo thành dạng vữa có độ dẻo nhất định, tự cứng được trong không khí và trong nước, kết dính được với nhau hoặc với cát, sỏi, đá dăm v.v… tạo thành khối rắn chắc. - Phối liệu là hỗn hợp các loại nguyên liệu được trộn với nhau theo một tỷ lệ nào đó là được tính toán trước. - Clanhke là sản phẩm nhận được sau khi nung đến kết khối hỗn hợp phối liệu có thành phần xác định, đảm bảo tạo ra các khoáng canxi silicát, aluminát và alumoferit với tỷ lệ yêu cầu. - Thạch cao là một loại đá thiên nhiên hoặc nhân tạo có chứa khoáng CaSO 4 .2H 2 O, được dùng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của hồ xi măng. - Phụ gia xi măng: Được chia làm 3 loại + Phụ gia công nghệ được pha vào trong quá trình sản xuất xi măng nhằm tăng năng suất máy nghiền, máy đóng bao hoặc cải thiện quá trình công nghệ nghiền, đóng bao, bảo quản xi măng. Phụ gia công nghệ thường được gọi theo công dụng của nó như phụ gia trợ nghiền, phụ gia kỵ ẩm.v.v…. + Phụ gia khoáng hoạt tính còn gọi là phụ gia thủy hoạt tính, là các chất có sẵn trong tự nhêin hoặc phế thải công nghiệp chứa các oxít SiO 2 , Al 2 O 3 hoạt tính có khả năng phản ứng với hydroxit can xi - Ca(OH) 2 tạo thành các khoáng bền vững với nước trong quá trình đóng rắn của xi măng. Phụ gia hoạt tính được đưa vào để cải thiện tính chất của xi măng, bê tông hoặc để chế tạo các loại xi măng đặc biệt. Các loại phụ gia hoạt tính thường dùng ở Việt Nam như puzơlan Sơn Tây, xỉ lò cao Thái Nguyên, tro xỉ nhiệt điện Phả Lại, đá bọt bazal Nghệ An, Thanh Hoá, Hà Tiên.v.v… + Phụ gia đầy được đưa vào xi măng chủ yếu để tăng sản lượng mà không làm giảm chất lượng của xi măng, trong một số trường hợp cũng có thể cải thiên một số tính chất của xi măng và bê tông. Các phụ gia trơ thường dùng ở Việt Nam như đá vôi, đá silic, cát, sỏi granit v.v… Các loại xi măng Xi măng có nhiều chủng loại. Tuỳ theo thành phần, tính chất và ứng dụng của xi măng, người ta chia xi măng thành các loại khác nhau như xi măng poóclăng, xi măng puzơlan, xi măng hỗn hợp, xi măng bền sun phát, xi măng giếng khoan v.v Xi măng poóc lăng Xi măng poóc lăng do Jojep Aspdin (người Anh) phát minh vào năm 18 12. Đây là chất kết dính thuỷ lực, được chế tạo bằng cách nghiền mịn clanhke xi măng poóc lăng với thạch cao. Khi nghiền có thể pha thêm một lượng nhỏ các 2 chất phụ gia công nghệ để tăng năng suất của máy nghiền hoặc cải thiện tính chất của xi măng. Theo tiêu chuẩn Việt Nam và đa số các nước, xi măng poóc lăng có ký hiệu quy ước là PC (viết tắt của chữ Portland Cement) hoặc OPC (Ordinary. Portland Cement). Xi măng poóc lăng là loại xi măng được sử dụng nhiều nhất trong xây dựng dân dụng và công nghiệp. Xi măng poóc lăng hỗn hợp Xi măng poóc lăng hỗn hợp cũng được chế tạo từ clanhke xi măng poóc lăng và thạch cao, nhưng khác xi măng poóc lăng ở tỷ lệ phụ gia pha vào khi nghiền xi măng. Theo tiêu chuẩn Việt nam, trong xi măng: hỗn hợp cho phép pha tối đa đến 40% phụ gia hoạt tính và phụ gia trơ, trong đó phụ gia trơ không được vượt quá 20% . Xi măng poóc lăng hỗn hợp có ký hiệu quy ước là PCB (viết tắt của chữ Blended Portland Cement). Xi măng poóc lăng hỗn hợp được sử dụng chủ yếu trong xây dựng thông thường . 1.1.2. Thành phần hóa học clanhke xi măng poóc lăng 1.1.2.1. Hàm lượng các ôxít Clanhke xi măng poóc lăng chứa 4 ôxít chính là CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 chiếm từ 94-96%. Ngoài ra, tuỳ theo nguồn nguyên liệu sử dụng để chế tạo phối liệu mà trong clanhke còn có thêm một số xít khác với hàm lượng nhỏ nh MgO, TiO 2 , SO 3 , MnO, Cr 3 O 3 , P 2 O 5 , BaO, K 2 O, Na 2 O. Thành phần hoá học là một trong những chỉ tiêu quan trọng để nhận biết và đánh giá chất lượng của clanhke và xi măng. Các xít này được đa vào phối liệu từ các nguyên liệu ban đầu và tro than. Chúng là các thành phần tham gia vào phản ứng tạo khoáng clanhke khi nung phối liệu ở nhiệt độ cao. Bằng các phương pháp phân tích hoá học có thể xác định hàm lượng các xít có trong clanhke, xi măng và các loại nguyên liệu; phụ gia. Hàm lượng của các xít chính cần được khống chế chặt chẽ trong quá trình sản xuất, vì tỷ lệ giữa chúng quyết định chất lượng của clanhke và xi măng. Đối với clanhke xi măng poóc lăng, hàm lượng % của các xít thường nằm trong giới hạn sau: CaO = 58 - 67 Fe 2 O 3 = 2,0 - 5,0 SO 3 = 0, 1 - 0,5 SiO 2 = 18 - 26 MgO = 0,5 - 5,0 K 2 O = 0,3 - 0,7 Al 2 O 3 = 4 - 8 TiO2 = 0, 1 - 0,3 NaO = 0, 1 - 0,3 3 Trong sản xuất, để giảm nhiệt độ nung clanhke người ta có thể sử dụng một số phụ gia khoáng hoá như crômit, apatit, barit, thạch cao, huỳnh thạch v.v Hàm lượng của các ôxít khoáng hoá (nếu có) thường nằm trong khoảng sau: MnO = 0, 1 - 0,3% ; Cr 3 O 3 = 0, 1 - 0,3% P 2 O 5 = 0, 1 - 0,25% ; BaO = 0,5 - 1,5% 1.4.1.2. Vai trò của các xít a) Ôxít Can xi (CaO): Tham gia vào phản ứng tạo thành các khoáng chính của clanhke. Nguồn cung cấp CaO chủ yếu là đá vôi (chứa CaCO 3 ). Hàm lượng CaO trong clanhke càng cao thì khi đóng rắn xi măng sẽ phát triển cường độ càng nhanh và có cường độ càng cao. Tuy nhiên, muốn xi măng có chất lượng cao, yêu cầu hầu hết lượng CaO có trong clanhke phải phản ứng hết với các ôxít khác để tạo thành các khoáng canxi silicat, canxi aluminat và canxi alumoferit. Nếu CaO nằm ở dạng tự do (CaO tự do > 2%) sẽ làm cho đá xi măng bị nở thể tích dẫn đến phá huỷ cấu trúc đã bền vững làm giảm cường độ của nó. Xi măng chứa nhiều CaO toả nhiều nhiệt khi đóng rắn (có thể gây nứt bê tông), kém bền trong các môi trường xâm thực và làm giảm độ bền nước của bê tông. b) Ôxít Silic (SiO 2 ): là thành phần rất quan trọng của clanhke và đứng thứ 2 về số lượng sau CaO. Nguồn cung cấp SiO 2 chủ yếu là đất sét, đất cao silic hoặc cát và tro than. Ôxít silíc phản ứng với ôxít can xi tạo thành các khoáng canxi silicát. Khi hàm lượng SiO 2 trong clanhke nhiều mà CaO vừa đủ thì xi măng sẽ đóng rắn chậm, cường độ ban đầu thấp. Tuy nhiên sau thời gian dài đóng rắn (khoảng sau 1 năm), đá xi măng sẽ có cường độ cao. Ngoài ra, xi măng còn có nhiều tính chất quý khác như ít toả nhiệt khi đóng rắn, bền trong các môi trường xâm thực, độ bền nước cao. c) Ôxít nhôm (Al 2 O 3 ): Phản ứng với ôxít canxi và ôxít sắt tạo thành các khoáng canxi aluminat và canxi alumoferit. Nguồn cung cấp Al 2 O 3 chủ yếu là đất sét và tro than. Clanhke chứa nhiều Al 2 O 3 sẽ cho X; măng có thời gian đông kết ngắn tốc độ phát triển cường độ nhanh, cường độ cao, nhưng toả nhiều nhiệt khi đóng rắn và kém bền trong các môi trường xâm thực. d) Ôxít sắt (Fe 2 O 3 ): là thành phần chính tạo ra chất nóng chảy khi nung phối liệu. Nhờ chất nóng chảy này mà các phản ứng tạo khoáng clanhke xảy ra dễ hơn và ở nhiệt độ thấp hơn. Fe 2 O 3 phản ứng với CaO và Al 3 O 3 tạo thành 4 khoáng canxi alumoferit nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Nguồn cung cấp Fe 2 O 3 chủ yếu là quặng sắt, xỉ pirit, quặng laterit và một phần ôxít sắt có sẵn trong đất sét, tro than. Clanhke chứa nhiều ôxít sắt sẽ cho xi măng có cường độ thấp và tốc độ đóng rắn chậm. Ngoài ra, nếu hàm lượng Fe 2 O 3 quá lớn sẽ tạo nhiều chất nóng chảy gây dính lò, khó nung; nếu hàm lượng Fe 2 O 3 quá ít sẽ không đủ chất nóng chảy, khó phản ứng tạo khoáng và clanhke khó kết khối. Vì vậy trong sản xuất cần khống chế chặt chẽ hàm lượng của ô xít sắt trong khoảng cho phép. e)Ôxít ma giê (MgO): là ôxít có hại. Nó có mặt trong clanhke do nguyên, nhiên liệu đưa vào. MgO thường lẫn trong đá vôi, đất sét và tro than. Với hàm lượng nhỏ (0,2: 0,5 %) nó tạo thành dung dịch rắn với khoáng C 3 S làm tăng hoạt tính của khoáng này. Nhưng nếu hàm lượng MgO quá lớn nó sẽ nằm ở dạng tự do, khi nung ở nhiệt độ cao bị hoá già thành khoáng penclaz, khoáng này phản ứng rất chậm với nước, gây ra nở thể tích và phá vỡ cấu trúc của đá xi măng. Vì vậy, hầu hết các nước đều quy định hàm lượng MgO trong clanhke xi măng không được vượt quá 5 - 6%. f) Ôxít titan (TiO 2 ): là tạp Chất thường có trong đất sét, hàm lượng TiO 2 trong clanhke rất nhỏ nhưng lại là tạp chất có lợi cho quá trình tạo khoáng. g)Ôxít mangan (MnO: thường có trong quặng sắt và đá vôi. MnO ở hàm lượng nhỏ có vai trò như Fe 2 O 3 và có tác dụng tốt đến quá trình tạo khoáng, nó có thể thay thế đồng hình cho Fe 2 O 3 trong các khoáng canxi alumoferit tạo thành dung dịch rắn. h)Ôxít kiềm (Na 2 O và K 2 O): Chủ yếu do đất sét đưa vào phối liệu, là các tạp chất có hại. Khi nung ở nhiệt độ cao, chúng tạo thành các hợp chất dễ thăng hoa bay theo khói và bụi làm ảnh hưởng đến hoạt động của lò nung. Phần kiềm còn lại trong clanhke làm giảm cường độ của xi măng. Nếu hàm lượng lớn hơn 1% sẽ rất nguy hiểm vì chúng tác dụng với SiO 2 hoạt tính của chất liệu, gây ra hiện tượng ăn mòn kiềm - silic dẫn đến phá huỷ bê tông, thậm chí sau 30 - 40 năm. Đối với xi măng dùng cho các công trình thuỷ công bê tông khối lớn, yêu cầu hàm lượng kiềm tính theo công thức Na 2 O + 0,658 K 2 O (Na 2 O eq ) phải nhỏ hơn 0,6%. i) Anhydric sunfuric (SO 3 ): Khi nung clanhke, lưu huỳnh có trong nhiên liệu (than, dầu) và trong nguyên liệu (đất sét, quặng sắt) bị đốt cháy thành SO 3 bay hơi ở vùng nung. Một phần SO 3 bay theo khói lò là chất có hại cho môi trường và sức khoẻ, một phần hoá hợp với kiềm và ôxi tạo thành K 2 SO 4 và Na 2 SO 4 làm 5 ảnh hưởng đến hoạt động của lò. Một phần SO 3 nằm lại trong clanhke ở dạng khoáng sufoaluminat, là khoáng có lợi cho cường độ của đá xi măng. k) Các ôxít Crôm (Cr 2 O 3 ), Phốt pho (P 2 O 5 ) bari (BaO)…: là các ôxít có lợi cho quá trình tạo khoáng clanhke. Với hàm lượng rất nhỏ, chúng có tác dụng giảm nhiệt độ nung và tạo thành dung dịch rắn làm tăng hoạt tính của các khoáng khi tác dụng với nước. Vì vậy chúng thường được gọi là các ôxít khoáng hoá. Nhưng với hàm lượng lớn, chúng lại làm giảm cường độ của xi măng do cản trở quá trình tạo thành khoáng C 3 S, là khoáng chủ yếu tạo ra cường độ của đá xi măng. 1.1.3. Thành phần khoáng Khi nung phối liệu ở nhiệt độ cao ( 1 100 - 1500 o C), ôxít bazơ CaO phản ứng với các ôxít axít SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 tạo thành 4 khoáng chính của clanhke là C 4 AF (tetracanxi alumoferit), C 3 A (tricanxi aluminat), C 2 S (dicanxi silicat), C 3 S (tricanx; Silicat). Phản ứng hoá học tạo thành các khoáng này có thể đơn giản hoá như sau: 4CaO + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 = CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 viết tắt là C 4 AF 3CaO + Al 2 O 3 = 3CaO.Al 2 O 3 viết tắt là C 3 A. 2CaO + SiO 2 = 2CaO.SiO 2 viết tắt là C 2 S CaO + 2CaO.SiO 2 = 3CaO.SiO 2 viết tắt là C 3 S Hàm lượng của các khoáng này trong clanke xi măng poóc lăng nằm trong giới hạn sau: C 3 S = 37: 60%, C 2 S = 15: 40%, C 3 A = 5: 15%, C 4 AF = 10: 18%. Tổng các khoáng chính chiếm 95: 97%; trong đó C 3 S + C 2 S = 75 - 80%, C 3 A + C 4 AF = 18 - 25 %. Trong thực tế sản xuất, do ảnh hưởng của nhiều yếu tố công nghệ khác nhau như thành phần phối liệu, nguồn nguyên liệu sử dụng, độ nghiền mịn, độ đồng nhất, chế độ nung, chế độ làm lạnh v.v nên các khoáng này thường không phải là dạng tinh khiết mà chỉ được tạo thành ở dạng dung dịch rắn với các ôxít tạp chất khác. Để xác định các khoáng clanhke, người ta sử dụng các phương pháp phân tích thạch học và phân tích hoá lý nh sử dụng kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử, chụp ảnh nhiễu xạ tia rơn ghen, quang phổ hồng ngoại v.v 1.1.3.1.Đặc trưng của các khoáng clanhke 6 a) Khoáng alít (54CaO. 16SiO 2 .Al 2 O 3 .MgO = C 54 Si 6 AM): là khoáng Chính của clanhke xi măng poóc lăng. Alít là dạng dung dịch rắn của khoáng C 3 S với ôxít Al 2 O 3 và MgO lẫn trong mạng lưới tinh thể thay thế vị trí của SiO 2. Khoáng C 3 S được tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 1250 o C do sự tác dụng của CaO với khoáng C 2 S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến 2065 o C. Alít có cấu trúc dạng tấm hình lục giác, màu trắng và có khối lượng riêng 3, 15 -3,25 g/cm 3 , có kích thước 10: 250 µm ( 1µm = 1 0 -6 m) Khi phản ứng với nước, khoáng alít hoà tan nhanh, toả nhiều nhiệt tạo thành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH (B) gọi là tobermorit) đan xen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao và phát triển cường độ nhanh. Đồng thời nó cũng thải ra lượng Ca(OH) 2 khá nhiều nên kém bền trong nước ngọt và nước chứa ion sun phát. b) Khoáng belít (βC 2 S): có cấu trúc dạng hạt tròn, nằm phân bổ xung quanh các hạt alít. Belít là một dạng thù hình của khoáng C 2 S, tồn tại trong clanhke khi làm nguội nhanh. Trong quá trình nung clanhke, do phản ứng của CaO với SiO 2 ở trạng thái rắn tạo thành khoáng C 2 S ở nhiệt độ 600- 1 100 o C. Khoáng C 2 S có 4 dạng khác nhau về hình dạng cấu trúc và các tính chất, gọi là 4 dạng thù hình, đó là: α-, α, β- và γ- C 2 S. Khi tăng nhiệt độ: g - C 2 S Khi làm lạnh: α C 2 S Khi làm lạnh clanhke, nếu tốc độ làm lạnh chậm sẽ xảy ra sự biến đổi thù hình từ dạng C 2 S thành dạng γ-C 2 S kèm theo hiện tượng clanhke bị tả thành bột vì có sự tăng thể tích. Nguyên nhân là dạng γ-C 2 S có khối lượng riêng là 2,97g/cm3, nhỏ hơn khối lượng riêng của dạng β-C 2 S là 3,28 g/cm3. Ngoài ra, γ- C 2 S không có tính kết dính nên xi măng có chứa γ-C 2 S sẽ có cường độ thấp. Vì vậy, để tránh hiện tượng tả clanhke do sự biến đổi thù hình từ β-C 2 S  γ-C 2 S, cần phải làm lạnh nhanh vượt qua nhiệt độ 575 o C. Khoáng β-C 2 S cũng có thể được ổn định bằng cách đa một số ion tạp chất như P 2 O 5 BaO, V 2 O 5 v.v. vào mạng lưới cấu trúc của nó tạo thành dung dịch rắn. Khi phản ứng với nước, khoáng be lít hoà tan chậm, toả nhiệt ít và cũng tạo thành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là tobermorit) đan xen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao. Tốc độ phát triển cường độ của khoáng be lít chậm hơn khoáng lít, phải sau 1 năm đóng rắn cường độ của bè lít mới bằng của lít. 7 Be lít thải ra lượng Ca(OH) 2 ít hơn lít nên nó tạo cho đá xi măng be lít có độ bền trong nước ngọt và nước chứa ion sunfat cao hơn đá xi măng lít. c) Khoáng canxi aluminat (C 3 A): là chất trung gian màu trắng nằm xen giữa các hạt alít và be lít cùng với alumoferit canxi (C 4 AF) . Trong thành phần của C 3 A cũng chứa một số tạp chất như SiO 2 , Fe 2 O 3 , MgO, K 2 O, NaO. Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với alít tạo ra cường độ ban đầu của đá xi măng. Xi măng chứa nhiều C 3 A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn. C 3 A có khối lượng riêng là 3,04 g/cm 3 , nó là khoáng rất hoạt tính với nước nên bị hydrat hoá rất nhanh, tạo ra cường độ cao cho đá xi măng nhưng kém bền trong nước và trong môi trường sun phát. d) Khoáng Canxi alumoferit (C 4 AF): cũng là chất trung gian, có khối lượng riêng 3,77g/cm 3 , màu đen, nằm xen giữa các hạt alít và belít cùng với khoáng C 3 A. Khi nung clanhke, do phản ứng của CaO với Fe 2 O 3 tạo thành các khoáng nóng chảy ở nhiệt độ thấp (600: 700 o C) như CaO.Fe 2 O 3 (CF), C 2 F. Sau đó các khoáng này tiếp tục phản ứng với Al 2 O 3 tạo thành các khoáng canxi alumoferit có thành phần thay đổi như C 2 F, C 6 A 2 F, C 4 AF, C 6 AF 2 các khoáng này bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250 o C và trở thành pha lỏng cùng với các khoáng canxi aluminat, tạo ra môi trường cho phản ứng tạo thành khoáng C 3 S, nên chúng thường được gọi là chất trung gian hoặc pha lỏng clanhke. Khi tác dụng với nước, canxi alomoferit bị thuỷ hoá chậm, ít toả nhiệt và cho cường độ thấp. e) Các khoáng khác Ngoài 4 khoáng chính ở trên, trong clanhke còn chứa pha thuỷ tinh là chất lỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh clanhke. Nếu quá trình làm lạnh nhanh thì ?các khoáng C 3 A, C 4 AF, MgO (periclaz), CaOtd v.v không kịp kết tinh để tách khỏi pha lỏng, khi đó pha thuỷ tinh sẽ nhiều. Ngược lại, nếu làm lạnh chậm thì pha thuỷ tinh sẽ ít. Khi làm lạnh nhanh, các khoáng sẽ nằm trong pha thuỷ tinh ở dạng hoà tan nên có năng lượng dự trữ lớn làm cho clanhke rất hoạt tính và sẽ tạo cho đá xi măng có cường độ ban đầu cao. Khi làm lạnh chậm, các khoáng sẽ kết tinh hoàn chỉnh, kích thước lớn nên độ hoạt tính với nước sẽ giảm, hơn nữa MgO và CaOtd sẽ tách ra thành các tinh thể độc lập, bị già hoá nên dễ gây ra sự phá huỷ cấu trúc của đá xi măng, bê tông về sau. 1.1.3.2. Tính hàm lượng khoáng chính của clanhke 8 Trong thực tế sản xuất, không phải lúc nào cũng có thiết bị phân tích hoá lý để xác định thành phần khoáng của clanhke. Vì vậy, người ta thường tính toán thành phần khoáng của clanhke và xi măng dựa vào thành phần hoá học của clanhke, xi măng theo các công thức tính được nhiều nước sử dụng và đã được tiêu chuẩn hoá là: Khoáng canxi silicat: C 3 S = 4,07.%CaO - 7,6.%SiO 2 - 6,72.%Al 2 O 3 - l,42.%Fe 2 O 3 - 2,85%SO 3 C 2 S = 2,87.%SiO 2 - 0,75.%CaO Tuỳ theo giá trị của mô đun aluminat (p) thì khoáng canxi aluminat và canxi alumoferit được tính như sau: Khi p > 0,64: C 3 A = 2,65.%Al 2 O 3 - l,692%Fe 2 O 3 Và C 4 AF = 3 , 043.% Fe 2 O 3 Khi p < 0,64: C 2 (A,F) = 1, 1%Al 2 O 3 + 0,7.%Fe 2 O 3 1.1.4. Các hệ số đặc trưng thành phần clanhke 9 1.2. Nguyên liệu và nhiên liệu để sản xuất xi măng pooclang 1.2.1 Nguyên liệu sản xuất xi măng Như trên đã nói, để sản xuất xi măng cần phải nung clanhke từ hỗn hợp nguyên liệu có thành phần yêu cầu, sau đó nghiền mịn nó cùng với thạch cao và một vài loại phụ gia khác nhau. Vì vậy, trong quá trình sản xuất cần phải lựa chọn nguồn nguyên, nhiên liệu sao cho có thể chế tạo được phối liệu có đủ 4 ôxít chính là CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 và hạn chế đến mức thấp nhất các tạp chất có hại như MgO, K 2 O, Na 2 O và lưu huỳnh. Hai nguyên liệu chính thường được sử dụng để sản xuất clanhke xi măng là đá vôi và đất sét đá vôi là nguồn cung cấp CaO, đất sét là nguồn cung cấp SiO 2 , Al 2 O 3 và Fe 2 O 3 . Tuy nhiên để đảm bảo đủ các ôxít theo tỷ lệ yêu cầu nhằm thoả mãn các hệ số chế tạo KH, n, p, thì khó tìm được một loại đá vôi và đất sét nào đó có đủ thành phần như ý muốn. Vì vậy trong sản xuất thường phải sử dụng thêm phụ gia có chứa nhiều ôxít sắt để bổ sung Fe 2 O 3 (Ví dụ như quặng sắt hoặc xỉ pyrit, quặng laterit) hoặc phụ gia có chứa nhiều ôxít silic để bổ sung SiO 2 ví dụ như đất cao silíc hoặc cát mịn). Nhiên liệu sử dụng trong công nghiệp xi măng chủ yếu là than antraxít và dầu, ở một số ít nhà máy có nguồn khí thiên nhiên thì nhiên liệu được thay bằng khí (GAS). Ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy đều sử dụng than cám của các mỏ than ở tỉnh Quảng Ninh, một vài nhà máy như xi măng Hoàng Thạch, Hải Phòng, Hà Tiên sử dụng than pha dầu, duy nhất xí nghiệp xi măng Thái Bình là sử dụng khí đốt của mỏ khí ở huyện Tiền Hải. Các loại nguyên liệu, phụ gia và nhiên liệu thường được sử dụng để sản xuất clanhke như sau: 1.2.1.1. Đá vôi: Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6072: 1996, đá vôi sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất xi măng poóc lăng phải thoả mãn yêu cầu về hàm lượng của các chất là: CaCO 3 - 85%; MgCO 3 - 5%; K 2 O + Na 2 O - l%. Thông thường, các nhà máy xi măng ở Việt Nam đều sử dụng đá vôi có hàm lượng CaCO 3 = 90: 98% (CaO = 50 - 55%), MgO < 3% và ôxít kiềm không đáng kể. Ngoài đá vôi ra, ở một số nơi hiếm đá vôi có thể sử dụng đá vôi san hô nhưng phải khai thác và để lâu ngày cho mưa rửa trôi hết muối NaCl. Đa phấn 10 [...]... đầu đông kết vữa xi măng vẫn tiếp tục được thi công thì sẽ phá vỡ sự liên kết cấu trúc của các khoáng xi măng thuỷ hoá, xi măng mất tính dẻo không bám dính và cường độ kém Thời gian đông kết của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanhke xi măng, độ mịn xi măng, lượng và loại phụ gia trong xi măng Thạch cao trong xi măng có tác dụng điều chỉnh thời gian đông kết của hồ xi măng Lượng thạch... lò cao hạt hoá trong xi măng lớn hơn 60%, xi măng được gọi là xi măng xỉ Xỉ lò cao hoạt hoá là phế thải của công nghiệp luyện kim, có nhiều ưu điểm và hoạt tính hơn puzơlan Vì vậy, ngoài phạm vi sử dụng như xi măng poóc lăng puzơlan, xi măng pha xỉ lò cao còn được dùng làm xi măng bền sun phát 5.3.2 Xi măng poóclăng puzơlan Xi măng poóc lăng puzơlan (Pz) cũng là một loại xi măng hỗn hợp, nhưng khác... nghệ sản xuất xi măng: 5.2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp ướt lò quay 5.2.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô lò quay 34 + Dây chuyền lò quay phương pháp khô: 5.3 Một số loại xi măng pooclang đặc biệt: 5.3.1 Xi măng poóc lăng xỉ lò cao Xi măng poóc lăng xỉ (Px) cũng là một loại xi măng hỗn hợp, nhưng khác ở chỗ là phụ gia pha vào khi nghiền xi măng chỉ gồm 15... trộn với xi măng để tạo ra hồ xi măng có độ dẻo chuẩn Lượng nước tiêu chuẩn được tính bằng phần trăm khối lượng so với xi măng Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanhke độ mịn của xi măng, hàn lượng và loại phụ gia có trong xi măng Trong các khoáng của xi măng poóc lăng thì khoáng C 3A và C3S yêu cầu lượng nước cao, khoáng C2S yêu cầu lượng nước ít nhất Xi măng có... của xi măng phụ thuộc chủ yếu vào clanhke và phụ gia khoáng trong xi măng Cùng một thời gian đóng rắn và cùng môi trường đóng rắn nhng cường độ 3 ngày của xi măng poóc lăng hỗn hợp không 31 thể bằng xi măng poóc lăng không pha phụ gia, cường độ xi măng bền sun phát, không thể bằng xi mãng poóc lăng v.v Tiêu chuẩn Việt Nam đang hiện hành quy định cường độ của một số loại xi măng như sau: + Xi măng. .. của xi măng do nguyên nhân MgO phải thực hiện trong autoclave 5.1.3 Độ mịn xi măng Độ mịn xi măng là đại lượng biểu thị cho kích thước của các hạt xi măng được thể hiện bằng phần trăm lượng còn lại trên sàng hay dưới sàng có kích thước lỗ nhất định hoặc tính bằng diện tích bề mặt riêng của các hạt xi măng trong một đơn vị khối lượng Ý nghĩa Khi độ mịn của xi măng cao thì kích thước các hạt xi măng. .. của xi măng sẽ gây khó khăn lớn cho việc giải phóng kho bãi, tháo dỡ cốp pha Thời gian đông kết của hồ xi măng được xác định bằng dụng cụ Vi ca Mỗi quốc gia và mỗi loại xi măng có mức quy định riêng về thời gian bắt đầu và 30 kết thúc đông kết của hồ xi măng nhng đều có điểm chung là để đáp ứng yêu cầu của xây dựng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682: 1999 Xi măng poóc lăng - yêu cầu kỹ thuật quy định xi măng. .. phẩm xi măng chỉ quy định đối với cường đó chịu nén Tuỳ thuộc yêu cầu sử dụng và đặc tính của xi măng có thể đánh giá cường độ ban đầu của xi măng ở các tuổi khác nhau Thường thì xi măng poóc lăng đóng rắn nhanh, chỉ cần xác định cường độ ở tuổi 1 ngày và 7 ngày Nhưng với xi măng phát triển cường độ chậm (xi măng poóc lăng puzơlan) thì quy định cường độ 7 ngày là hợp lý Tiêu chuẩn kỹ thuật xi măng. .. lượng riêng của xi măng poóc lăng chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng, nhiệt độ kết khối của clanhke xi măng Loại và hàm lượng phụ gia trong xi măng cũng sẽ làm cho khối lượng riêng của xi măng thay đổi Xi măng có hàm lượng khoáng C4AF cao thì khối lượng riêng cao, bởi bản thân khoáng C4AF đã có khối lượng riêng tới 3,77g/cm3 Xi măng poóc lăng trắng có khối lượng riêng thấp nhất bởi bản thân nó hầu... phương pháp trên đều là phương pháp vữa dẻo nhưng lượng nước trộn vữa khác nhau và cát sử dụng cũng khác nhau Phương pháp xác định cường độ của xi măng theo TCCVN 4032-85 được áp dụng để xác định cường độ của xi măng trắng, xi măng poóc lăng puzơlan, xi măng poóc lăng bền sun phát v.v là các loại xi măng có tiêu chuẩn chất lượng từ năm 1995 trở về trước Phương pháp xác định cường độ của xi măng theo TCVN . loại xi măng Xi măng có nhiều chủng loại. Tuỳ theo thành phần, tính chất và ứng dụng của xi măng, người ta chia xi măng thành các loại khác nhau như xi măng poóclăng, xi măng puzơlan, xi măng. Chương 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ XI MĂNG POOCLANG 1.1 Các khái niệm cơ bản: 1.1.1 Định nghĩa: Từ xa xưa, con người đã biết dùng những vật liệu đơn sơ như đất sét, đất. nghiệp. Xi măng poóc lăng hỗn hợp Xi măng poóc lăng hỗn hợp cũng được chế tạo từ clanhke xi măng poóc lăng và thạch cao, nhưng khác xi măng poóc lăng ở tỷ lệ phụ gia pha vào khi nghiền xi măng.