công nghệ sản xuất xi măng chương 2 những thông số kỹ thuật quan trọng nhất của xi măng poocăng

Tiêu chuẩn là quy định về đặc tính kỹ thuật và yêu cầu quản lý dùng làm chuẩn để phân loại, đánh giá sản phẩm, hàng hoá, dịch vụ, quá trình, môi trường và các đối tượng khác trong hoạt

CHƯƠNG 2:

NHỮNG THÔNG SỐ KỸ

THUẬT QUAN TRỌNG NHẤT

CỦA XI MĂNG POOC LĂNG

“THÔNG SỐ KỸ THUẬT”

 Bột XMP có thể nói là một hỗn hợp rất phức tạp về thành phần khoáng, hóa, đá

XM hoàn toàn không đồng nhất cấu trúc

những thông số kỹ thuật Đó là những thông số gắn liền với những điều kiện và phương pháp thử nghiệm

2

NHỮNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT QUAN TRỌNG NHẤT CỦA XMP

1. Khả năng đóng rắn

2. Mác xi măng

3. Khối lượng thể tích

4. Khối lượng riêng

5. Độ mịn bột xi măng

6. Lượng chất mất khi

nung (MKN)

7. Độ ổn định thể tích

8. Lượng nước tiêu chuẩn

9. Lượng vôi (CaO) tự do

và MgO tự do

10. Nhiệt tỏa ra khi đóng

rắn

11. Độ bền hóa

12. Thời gian bảo quản, sử

dụng

“Tiêu chuẩn” và “Quy chuẩn kỹ thuật”

 1 Tiêu chuẩn là quy định về đặc tính kỹ thuật và yêu cầu quản

lý dùng làm chuẩn để phân loại, đánh giá sản phẩm, hàng hoá, dịch

vụ, quá trình, môi trường và các đối tượng khác trong hoạt động kinh tế - xã hội nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các đối tượng này.

Tiêu chuẩn do một tổ chức công bố dưới dạng văn bản để tự nguyện

áp dụng

 2 Quy chuẩn kỹ thuật là quy định về mức giới hạn của đặc tính

kỹ thuật và yêu cầu quản lý mà sản phẩm, hàng hoá, dịch vụ, quá trình, môi trường và các đối tượng khác trong hoạt động kinh tế -

xã hội phải tuân thủ để bảo đảm an toàn, vệ sinh, sức khoẻ con người; bảo vệ động vật, thực vật, môi trường; bảo vệ lợi ích và an ninh quốc gia, quyền lợi của người tiêu dùng và các yêu cầu thiết yếu khác

Quy chuẩn kỹ thuật do cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản để bắt buộc áp dụng

Căn cứ xây dựng tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn được xây dựng dựa trên một hoặc những căn cứ sau đây:

1 Tiêu chuẩn quốc tế, tiêu chuẩn khu vực, tiêu

chuẩn nước ngoài;

2 Kết quả nghiên cứu khoa học và công nghệ, tiến

bộ kỹ thuật;

3 Kinh nghiệm thực tiễn;

4 Kết quả đánh giá, khảo nghiệm, thử nghiệm, kiểm tra, giám định

trọng nhất của CKD đối với quá trình thi

công

 Khi trộn với nước vữa XM có thể biến thành vật thể rắn chắc dạng đá (đá XM) Quá trình bột XMP từ dạng hồ vữa dẻo tạo thành khối đá rắn chắc còn gọi là quá trình đóng rắn hoặc quá trình tạo cường độ của XMP.

 Xét về mặt thời gian, quá trình tạo cường độ rất lâu dài, không chỉ một vài giờ, một vài ngày mà hàng năm, thậm chí hàng chục năm

 Quá trình đóng rắn XMP có thể chia thành hai giai đoạn: giai doạn ninh kết và giai đoạn đóng rắn tiếp tục.

a) Giai đoạn ninh kết :

 Khi trộn bột XM với nước, hỗn hợp vữa XM chuyển dần từ trạng thái lỏng sang trạng thái dẻo quánh, trong giai đoạn này có thể gia công tạo hình như đổ khuôn (đổ bê tông), hoặc tô, trát Sau đó, cường độ vữa tăng dần, vữa chuyển sang trạng thái rắn chắc, cho tới khi vữa không biến đổi hình dạng được nữa

 Thời gian bắt đầu ninh kết cần không sớm hơn 45 phút,

 Thời gian kết thúc ninh kết không muộn hơn 375 phút kể từ lúc bắt đầu trộn nước

 Đây là khoảng thời gian gia công khối vữa XM với hầu hết các XM thông dụng trên thị trường, việc dùng các phụ gia nói chung, không nên làm ảnh hưởng tới thời gian này (trừ trường hợp phụ gia làm biến đổi tốc độ ninh kết)

Setting

Time

Setting

Time

ASTM C 266

(AASHTO M 154) Gillmore needle

b) Đóng rắn:

 Sau khi ninh kết, khối XM tiếp tục phát triển cường độ thành khối đá vững chắc, có thể dùng trong các kết cấu xây dựng

 Trong giai đoạn này, không thể gia công tạo hình bằng phương pháp đúc khuôn được

 Thời gian đóng rắn thực sự của đá XM rất lâu

2 – Mác XM:

 Đây là thông số kỹ thuật quan trọng nhất để đánh giá chất lượng sử dụng của XMP.

 Mác của XM là cường độ chịu nén của mẫu chuẩn làm từ

XM , tạo hình theo tỷ lệ khối lượng XM : cát tiêu chuẩn = 1:3 và lượng nước là 0,5; tạo hình và bảo quản trong điều kiện chuẩn (25 0 C, độ ẩm không nhỏ hơn 90%) sau 28 ngày đêm (sau một ngày bảo dưỡng ẩm, 27 ngày ngâm nước)

 Mẫu chuẩn có kích thước:

 4x4x16 (cm) (có thể thử bền nén và bền uốn).

 7,07x7,07x7,07 (cm) , 10x10x10 (cm) để thử độ bền nén

The mold for test of strength

Thường ký hiệu mác XM như sau:

 PC30, PC40, PC 50, PC 60: mẫu chuẩn XMP ở

điều kiện chuẩn có cường độ nén không dưới 30,

40, 50 và 60 MPa, tương đương 300, 400, 500 và

600 kG/cm2

 PCB30, PCB40, PCB 50: là XMP trộn (Blended cement) với phụ gia khoáng hoạt tính với mác 30,40 và 50 MPa

 Độ bền uốn của những XM loại này tương ứng phải lớn hơn 4,5 ; 5,5; 6 và 6,5 MPa

Compresive strength of cement

Compresive strength of cement

3 – Khối lượng thể tích:

 Là khối lượng của một đơn vị thể tích XMP đã nghiền thành bột

 Đây là thông số kỹ thuật xác định rất đơn giản nhưng mang tính ứng dụng cao, cho phép đánh giá nhanh chất lượng của XMP

 Khối lượng thể tích phụ thuộc thành phần khoáng, độ mịn và độ ẩm của XMP

Dụng cụ xác định khối lượng thể tích xi măng

Khối lượng thể tích thông

4 – Khối lượng riêng:

 Một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng kết khối của clinker XMP Khối lượng riêng càng lớn thì mức kết khối của clinker càng cao và độ bền cơ của XM cũng tăng

 Tuy vậy, cần chú ý rằng khối lượng riêng phụ thuộc thành phần khoáng của clinker XMP, mà trong các khoáng thì C4AF (cho cường độ nhỏ) có khối lượng riêng khoảng 3,7g/cm3 so với khối lượng riêng của clinker XMP thông thường là 3,05 – 3,2 g/cm3

Dụng cụ xác định khối lượng riêng xi măng

khối lượng riêng của clinker XMP

thông thường là 3,05 – 3,2 g/cm 3

5 – Độ mịn bột XM:

 XM phải có độ mịn (hoặc diện tích bề mặt riêng) đủ lớn để có tốc độ phản ứng hydrát hóa cần thiết tạo những khoáng cho XM cường độ

 Yêu cầu về độ mịn với những chủng loại XM có khác nhau, tùy thuộc tính chất và yêu cầu cụ thể

 Ví dụ: với XM trộn (PCB) cần lượng sót sàng

N0008 (5470 lỗ/cm2) không quá 12%

 Nếu xác định theo phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (phương pháp Blaine) cần đạt

2800 cm2/g (TCVN 6260, 1997)

 XMP nghiền càng mịn cường độ ban đầu càng tăng, tuy nhiên cũng chỉ tới giới hạn xác định Khi cần tăng mác XMP mà không làm ảnh hưởng nhiều tới công nghệ chung, một trong những biện pháp kỹ thuật ưa dùng là tăng độ mịn của bột XM

 Khi nghiền quá mịn?

 năng suất máy nghiền và năng suất chung

của nhà máy sẽ giảm

 lượng nước tạo hình tăng dễ gây biến dạng và tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn

 Độ mịn tối ưu với XMP thường trong khoảng 30 -

60 m

5 – Độ mịn bột XM:

Scanning-Electron Micrograph

of Powdered Cement

Dụng cụ xác định bề mặt riêng xi măng

Fineness of Cement

ASTM C 204

ASTM C 115

Fineness of Cement

ASTM C 204

Particle Size

Distribution

7 –Độ ổn định thể tích:

 Xi măng sau khi đóng rắn cần có độ ổn định thể tích , tức là không bị

co dãn trong suốt quá trình sử dụng Sự biến đổi thể tích quá lớn (>0,2% kích thước dài) hoặc không đều dẫn tới nứt vỡ cấu kiện

 Sự biến đổi thể tích do:

 cấu trúc gel của đá XM,

 quá trình kết tinh các khoáng trong đá XM,

 những phản ứng hóa học xảy ra sau khi XM đóng rắn tỏa nhiệt và tạo sản phẩm có thể tích riêng lớn hơn những chất ban đầu.

 Chú ý hai phản ứng:

 CaOtự do + H2O = Ca(OH)2 tỏa nhiều nhiệt, dãn nở thể tích

 MgOtự do + H2O = Mg(OH)2 dãn nở thể tích mạnh

 Độ ổn định thể tích là yêu cầu chất lượng không thể thiếu với các công trình xây dựng lớn như nhà cao tầng, nền móng công trình, đập thủy điện

Dụng cụ xác định độ ổn định thể tích của xi

măng (dụng cụ Le Chatelier)

volume stability of the cement

paste

Soundness Test ASTM C 151 (AASHTO T 107)

8 – Lượng nước tiêu chuẩn:

 Là lượng nước cần để XM tạo thành vữa có độ dẻo tiêu chuẩn (độ dẻo tiêu chuẩn là thông số kỹ thuật được xác định bằng phương pháp kim Vica) Đây là lượng nước cần cho quá trình hydrát hóa các khoáng XMP và tạo độ dẻo cần thiết cho quá trình thi công tạo hình.

 Thông thường, tỷ lệ nước/XM = 24 – 30% pkl:

 Cần cho quá trình hydrát hóa khoảng 1/4 - 1/3;

 làm dẻo vữa 2/3 – 3/4 lượng nước tiêu chuẩn,

 Lượng nước tiêu chuẩn: phụ thuộc thành phần khoáng, độ mịn, lượng và loại phụ gia sử dụng của XM.

 XM có nhiều khoáng C3A, C3S có lượng nước tiêu chuẩn nhiều hơn XM có nhiều khoáng C2S và C4AF XM có độ mịn cao làm tăng lượng nước tiêu chuẩn.

Dụng cụ xác định lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông đặc của xi măng (dụng cụ

Vica)

9– Lượng vôi (CaOtd) và lượng MgO tự do:

 Là lượng CaO, MgO còn dư, không tham gia các phản ứng trong quá trình nung luyện clinker XMP

 Đây là chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng clinker XMP, thể hiện mức hoàn thiện phản ứng nung luyện clinker

Lượng vôi tự do trong XMP càng ít càng tốt,

thường khống chế còn 1 – 2 %.

 Do đã nung luyện ở nhiệt độ cao, ở dạng khoáng bền hoặc bị bao bọc bởi lớp thủy tinh trong clinker, lượng vôi tự do trong clinker XMP phản ứng rất chậm với nước:

 CaOtd + H2O = Ca(OH)2

 Phản ứng tỏa nhiều nhiệt, dãn nở thể tích xảy ra khi XM đã đóng rắn dễ gây nứt vỡ kết cấu xây dựng, hơn nữa sp phản ứng dễ tan, làm khối đá

XM dễ bị ăn mòn

Khả năng

 LSF (hệ số bão hòa vôi)

lớn

 Clinker chưa kết khối

 Kích thước đá vôi lớn

 Đồng nhất kém

 Phân hủy C3S

Cách khắc phục

 Kiểm tra thành phần hóa

 Nung kỹ hơn

thấp nhất (<4-6%).

ứng thủy hóa MgOtd (dạng periclaz) chậm hơn thủy hóa CaOtd rất nhiều:

 MgOtd + H2O = Mg(OH)2

 thể tích riêng Mg(OH)2 lớn hơn thể tích riêng MgO nhiều nên dãn nở thể tích trong khối XM rất mạnh Các quá trình xảy ra khi khối đá XM đã rắn chắc, làm cấu kiện xây dựng dễ nứt vỡ

 Có thể nói, đây là chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng với tính chất ổn định thể tích của XMP.

10–Nhiệt tỏa ra khi đóng rắn:

  Phản ứng hydrát hóa của XM là phản ứng tỏa nhiệt

 Quan tâm: Lượng nhiệt và tốc độ tỏa nhiệt

 Nhiệt lượng tỏa ra:

 ảnh hưởng tới sản phẩm thủy hóa các khoáng XMP,

 gây ứng suất nhiệt làm nứt vỡ, giảm chất lượng công trình

 Nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ mịn, chủng loại và hàm lượng phụ gia của XM

43

Heat of Hydration at 7 Days

ASTM C 186 Heat of Hydration for Selected Portland Cements from the 1990s, kJ/kg

Type I ceme nt

Type

II ceme nt

Type II Moderate heat

cement

Type III

ceme nt

Type

IV ceme nt

Type

V ceme nt

% of

Type I 100 99 75 106 67 89

Heat Evolution

HEAT OF HYDRARION

11– Độ bền hóa:

 là khả năng chống lại tác nhân ăn mòn của đá

XM trong quá trình sử dụng

 Độ bền hóa phụ thuộc:

thành phần khoáng,

thành phần hóa,

mật độ khối đá, chủng loại

hàm lượng phụ gia của XM

môi trường ăn mòn

 Nói chung, XMP không bền trong môi trường kiềm, môi trường sunfát Trong điều kiện có dòng chảy, quá trình ăn mòn mạnh hơn rất nhiều

12– Thời gian bảo quản, sử dụng:

 Sau khi sản xuất, XMP dạng bột hoạt tính cao, dễ phản ứng với hơi nước, khí CO2 trong không khí

 Khi xếp chồng cao, sẽ nén ép lẫn nhau làm tăng khối lượng thể tích, giảm hoạt tính bề mặt Phản ứng tạo lớp sản phẩm đóng rắn mỏng trên bề mặt hạt, cộng với sự nén ép dẫn tới giảm hoạt tính và cường độ khi sử dụng

 Vì vậy, cần bảo quản tốt và sử dụng XMP càng nhanh càng tốt Trong điều kiện thông thường, thời hạn bảo quản XMP tối đa không nên quá sáu tháng

Hydration types

in technological process

Differential Scanning Calorimetry Thermogram of a Cement Paste after (a)

15 min and (b) 24 h of Hydration

C = calcium hydroxide;

E = ettringite;

G = gypsum;

and S = syngenite.

Các thông số kỹ thuật có sự liên quan

kiện sử dụng cụ thể, có yêu cầu được

quản XM, cần cố gắng bảo đảm chặt chẽ tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật đã được qui định