Chuyên đề phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng portland

• Trong công nghệ sản xuất xi măng, việc sử dụng nguyên liệu hay hoá chất để pha vào phối liệu hay cho vào nghiền chung với clinker là rất cần thiết, nhằm mục đích cải thiện công nhgệ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA KỸ THUẬT NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

SILICAT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA KỸ THUẬT NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

L I M ỜI MỞ ĐẦU Ở ĐẦU ĐẦU U

• Cùng với sự phát triển không ngừng của đất nước, nền công

nghiệp nước ta đang ngày càng lớn mạnh, đặc biệt là từ sau khi nước ta gia nhập tổ chức Thương Mại Thế Giới WTO Các công trình xây dựng công nghiệp, dân dụng, công trình công cộng, ngày càng nhiều Kéo theo đó là nhu cầu vật liệu xây dựng nói chung và xi măng nói riêng ngày càng cao cả về số lượng lẫn chất lượng Nhà nước đã có chính sách ưu tiênphát triển nghành

xi măng bằng nguồn vốn trong nước kết hợp liên doanh nước ngoài, tiếp thu công nghệ tiến thế giới.

• Trong công nghệ sản xuất xi măng, việc sử dụng nguyên liệu hay

hoá chất để pha vào phối liệu hay cho vào nghiền chung với

clinker là rất cần thiết, nhằm mục đích cải thiện công nhgệ

nghiền, nung hay tính chất của sản phẩm Ngoải ra còn góp phần

hạ giá thành sản phẩmvà tăng sản lượng

Nắm bắt được sự cần thiết, quan trọng của viêc sử dụng phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng portland từ đó giúp chúng ta khái quát được các loại phụ gia, lựa chọn một cách phù hợp loại phụ gia ứng với việc sản xuất mỗi loại xi măng đáp ứng nhu cầu xây dựng trong nuớc và nước ngoài.

Chuyên đề nay giúp ta nắm vững hơn những kiến thức đã học và ứng dụng vào thực tế một cách có hiêu quỉa hơn.

NỘI DUNG

• phần 1 : Khái niệm và phân loại phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng portland.

• Phần 2 : Nguyên liệu chính trong phụ gia.

• Phần 3 : Các phương pháp đánh giá chất lượng phụ gia thuỷ hoạt tính.

phần 1: Khái niệm và phân loại phụ gia

trong công nghệ sản xuất xi măng

portland

Ch ương 1 ng 1 : T ng Quan V S D ng Ph ổng Quan Về Sử Dụng Phụ ề Sử Dụng Phụ ử Dụng Phụ ụ gia trong công nghệ sản xuất xi ụ gia trong công nghệ sản xuất xi Gia Vi t Nam ở Việt Nam ệ sản xuất xi

1.1 Nhu cầu về sử dụng phụ gia.

•Ngày nay trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nhu cầu về chỉnh trang xây dựng cơ sỏ hạ tầng tạo ra một diên mạo mới cho đất nước, thu hút vốn đầu tư nước ngoài dang diễn ra mạnh mẽ các khu công nghiêp, khu vui chơi giải trí, trung tâm thương mại, các cao ốc…đang được xây dưng khắp nơi Trước tình hình này thì nhu cầu về vật liệu xây dựng cũng tăng theo trong đó

xi măng là không thể thiếu Xi măng sản xuất ra phải đảm bảo được sản lượng cũng như chất lượng và giá thành sản phẩm,do đó việc

sử dụng phụ gia là quan trong và cần thiết

1.2.Lịch sử dùng phụ gia

• Trước đây chúng ta đã biết sử dụng vữa vôi Ngày xưa người ta đã sử

dụng một số chất cho thêm vào vôi cho vữa dẻo hơn như: nhớt dâm bụt…

là chất dẻo hóa Cho thêm vào vữa vôi cho đóng rắn nhanh hơn: mật rỉ đường Cho thêm vào vũa vôi cho bền hơn, bền nước biển hơn: tro trấu Cho thêm vào vữa vôi cho không bị nứt, rạn: giấy bản như là sợi

celluloze’

• Ở Việt Nam người ta đã sử dụng xi măng pooclăng từ những năm đầu thế

kỷ XX trong các công trình như: Cầu Long Biên (1909) Cung An Định (Huế): (1919).

• Những năm 60 của thế kỷ XX: dùng SSB (Liên Xô - USSR) cho thủy

điện Thác Bà.

• Những năm 70: Dùng phụ gia nước thải của nhà máy giấy (theo công

nghệ kiềm): phụ gia dẻo hóa, giảm nước ~ 10%: thủy điện Hòa Bình.

• Những năm 80: Dùng phụ gia Lignhin kiềm: giảm nước 15% Phụ gia

khoáng sét bentonite: tăng khả năng chống thấm.

• Những năm 2000: Phụ gia siêu dẻo thế hệ mới: Polycacboxylat Natri,

giảm nước 25 - 35% Phụ gia khoáng hoạt tính mạnh như SF, RHA, MK.

1.3 Hệ thống pháp lý ở Việt Nam cho việc quản

lý và sử dụng phụ gia.

• Hệ thống tiêu chuẩn

• TCVN:

• - Phụ gia khoáng cho xi măng : TCVN 6882: 2001

• - Phụ gia hoạt tính Puzolan : TCVN 3736 - 1982.

Chương 2: Khái Niệm Và Phân Loại

Phụ Gia Trong Công Nghệ Sản Xuất

Xi Măng Portland.

• 2.1 Khái niệm và phân loại phụ gia.

• 2.1.1 Khái niệm

• Hoá ch t hay nguyên li u dùng đ pha vào ph i li u hay cho vào ất hay nguyên liệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ể pha vào phối liệu hay cho vào ối liệu hay cho vào ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào

nghi n chung v i clinker xi măng nh m m c đích c i thi n công ngh ền chung với clinker xi măng nhằm mục đích cải thiện công nghệ ới clinker xi măng nhằm mục đích cải thiện công nghệ ằm mục đích cải thiện công nghệ ục đích cải thiện công nghệ ải thiện công nghệ ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào nghi n, nung hay tính ch t c a s n ph m đ c g i chung là ph gia ền chung với clinker xi măng nhằm mục đích cải thiện công nghệ ất hay nguyên liệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ủa sản phẩm được gọi chung là phụ gia ải thiện công nghệ ẩm được gọi chung là phụ gia ược gọi chung là phụ gia ọi chung là phụ gia ục đích cải thiện công nghệ Ngoài ra còn góp ph n h giá thành s n ph m ần hạ giá thành sản phẩm ạ giá thành sản phẩm ải thiện công nghệ ẩm được gọi chung là phụ gia và tăng sản lượng.

• 2.1.2 Phân lo i ph gia ại phụ gia ụ gia trong công nghệ sản xuất xi .

• Ph gia trong công nhg s n xu t xi măng có th chia làm hai lo i: ục đích cải thiện công nghệ ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ải thiện công nghệ ất hay nguyên liệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ể pha vào phối liệu hay cho vào ạ giá thành sản phẩm

Ph gia c i thi n công ngh gia công và chu n b ph i li u hay nung ục đích cải thiện công nghệ ải thiện công nghệ ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ẩm được gọi chung là phụ gia ị phối liệu hay nung ối liệu hay cho vào ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào luy n, ph gia c i thi n tính ch t c a xi măng ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ục đích cải thiện công nghệ ải thiện công nghệ ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ất hay nguyên liệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ủa sản phẩm được gọi chung là phụ gia

• 2.1.2.1 Phụ gia cải thiện công nghệ

2.1.2.1.1 Phụ gia trợ nghiền

• Đó là hoá chất hay nguyên liệu cho vào thiết bị nghiền và nghiền

chung với hỗn hợp nguyên liệu ( nghiền phối liệu ) hay clinhker nhằm mục đích tăng năng suất máy nghiền và giảm tiêu hao năng lượng

điện

• Từ tháng 3 năm 2008 đến nay, Công ty cổ phần xi măng Bắc Giang

đã thử nghiệm sử dụng phụ gia trợ nghiền BiFi trong công đoạn

nghiền xi măng và cho thấy những kết quả tốt như: Năng suất nghiền (tấn/h) tăng khoảng 10%, nhờ đó tăng đáng kể sản lượng xi măng mà vẫn đảm bảo đạt tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm; trong khi đó, điện năng sử dụng giảm trên 11% và tiết kiệm chi phí sản xuất khoảng

12.000 đồng/tấn sản phẩm

• Ngoài ra, sử dụng phụ gia trợ nghiền BiFi còn làm tăng độ linh động của xi măng, dễ dàng hơn trong đóng bao gói sản phẩm và làm tăng thời gian bảo quản, sử dụng xi măng

• 2.1.2.1.2 Phụ gia khoáng hoá

Đó là hoá chất hay nguyên liệu cho vào thiết bị nghiền và nghiền

chung với hỗn hợp nguyên liệu Do sự có mặt của nó nên khi nung phối liệu sẽ giảm được nhiệt độ nung, tăng tốc các phản ứng hoá học trong quá trình tạo khoáng.Ngoài ra nó còn có tác dụng giảm độ nhớt, tăng tính linh động pha lỏng Do vậy tăng khả năng thấm ướt của pha lỏng cao ( do ở nhiệt độ cao chất khoáng hoá phá vỡ hay làm yếu cầu nối cấu trúc pha lỏng) Từ đó pha lỏng tăng tính hoà tan và C2S và

2.1.2.1.3 Phụ gia giảm ẩm

• Phối liệu (bùn) trong sản xuất xi măng theo phương pháp ướt thường

có độ ẩm cao (W>32%) Do đó khi nung luyện tốn nhiều nhiệt cho quá trình bốc hơi làm giảm năng suất lò Biện pháp để làm giảm độ

ẩm nhưng vẫn bảo đảm độ nhớt của bùn thường sử dụng cá loại phụ gia sau:

• + (0.2 – 0.5)% SSB độ ẩm cuả bùn giảm (2 – 4)% tương đương giảm lượng nước trong bùn 7%

• + Hỗn hợp (SSB và Na2CO3) hàm lượng từ (0.2 – 0.5)% sẽ giảm nước trong bùn 8%

• + Hỗn hợp thuỷ tinh lỏng và NaOH hoặc sođa bùn giảm (3 – 6)%

• 2.1.2.2 Ph gia c i thi n tính ch t c a xi ụ gia trong công nghệ sản xuất xi ản xuất xi ệ sản xuất xi ất xi ủa xi

măng.

• 2.1.2.2.1 Phụ gia thủy hoạt tính(khoáng hoạt tính).

• a Khái ni m ệ sản xuất xi

Phụ gia thuỷ là một chất khi nghiền mịn trộn với vôi cho ta

một chất có khả năng đóng rắn dưới nước, khi trộn với ximăng

portland nó sẽ kết hợp với vôi tự do và vôi thoát ra của các

phản ứng hoá học khi đóng rắn ximăng, do đó làm tăng được

độ bền nước của ximăng portland, đồng thời còn có tác dụng

làm tăng sản lượng, hạ giá thành sản phẩm

• Bản thân phụ gia thuỷ khi nghiền mịn trộn với nước, không có tính chất kết dính, đó là đặc điểm cơ bản khác với xỉ lò cao

• Thành phần hoá học chủ yếu của phụ gia thuỷ là SiO2 hoạt tính và một lượng nước liên kết nhất định, ngoài ra còn có Al2O3ht, Al2O3.2SiO2ht, oxit sắt Hàm lượng oxit silic hoạt tính càng cao thì độ hoạt tính của phụ gia thuỷ càng lớn

• Phụ gia thủy hút nước mạnh do một phân tử có thể hút từ vài 100 ÷ 1000 phân tử nước Vì vậy cần bảo quản trong kho có bao che Khi phụ gia thủy ẩm sẽ khó đưa lên silô, gây hyđrat hóa xi măng và giảm độ hoạt

tính

b Phân loại phụ gia thủy:

Phụ gia thuỷ được phân loại như sau:

Phụ gia thuỷ thiên nhiên

Phụ gia thuỷ nhân tạo

Nguồn gốc từ núi lửa (loại phún suất)

Nguồn gốc trầm tích (cấu tạo từ vỏ trái đất)

+ Tro núi lửa+ Puzơlan+ Tup+ Traxơ+ Đá bọt

+ Điatômit+ Trêpen+ Opaka+ Khoáng sét

+ Đất sét nung non lửa

+ Silic hoạt tính phế liệu

+ Tro, xỉ nhiên liệu

a Phụ gia thuỷ thiên nhiên

• Phụ gia thuỷ loại phún suất: Là loại đá thiên nhiên do núi lửa tạo thành, thành phần hoá học gồm ôxít Silíc, ôxít Alumin, tạp chất đất sét và một lượng nước hoá học Độ hoạt tính của nó phụ thuôc chủ yếu vào hàm lượng ôxít Silíc và nước hoá học, ngoài ra còn phụ thuộc vào quá trình làm lạnh khi tạo thành nó.

• Phụ gia thủy hoạt tính: Do cấu tạo vỏ trái đất là những khoáng nhẹ, dễ

nghiền, xốp, khô, dễ hút ẩm, thành phần hoá học chủ yếu là ôxít Silíc vô định hình Trọng lượng riêng của loại phụ gia thủy này rất nhỏ Trọng

lượng riêng càng nhỏ độ xốp càng lớn, độ hoạt tính càng cao.

• Điatômít 0,75 g/cm 3

• Trêpen 0,85 g/cm 3

• Opaka 0,14 g/cm 3

b Phụ gia thủy nhân tạo

• Silíc hoạt tính phế liệu: là phế liệu của ngành sản xuất phèn nhôm từ đất sét, có hoạt tính cao, sử dụng làm phụ gia thủy rất tốt.

Phụ gia thủy đất sét

• Đất sét nung có thể sử dụng làm phụ gia thủy được, nhưng cần chọn loại đất sét có chứa nhiều khoáng Al2O3.2SiO2.2H2O được gia công nhiệt ở 600 - 8000C Độ hoạt tính của phụ gia thủy loại đất sét phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nung và loại đất sét sử dụng làm phụ gia

thủy Độ hoạt tính của đất sét nung do khoáng Caolinit ở nhiệt độ 600

- 800 0C chuyển thành mêtacaolinhit và các ôxít riêng biệt dễ dàng tác dụng với vôi nên sử dụng làm phụ gia thủy rất tốt

• tro, xỉ nhiên liệu rắn: tro xỉ nhiên liệu rắn có thể sử dụng làm phụ gia thủy được vì thành phần hoá học của nó gần giống như thành phần hoá học của đất sét nung Muốn sử dụng làm phụ gia thủy thì nhiên liệu phải đốt ở nhiệt độ thấp, nếu đốt ở nhiệt độ cao thì độ hoạt tính của nó giảm

Ngoài sự phân loại trên người ta còn phân loại phụ gia thủy dựa vào thành phần hoá học

• Phụ gia thủy giàu Silíc ngậm nước: Điatômít, Opaka, Silíc hoạt tính

• Phụ gia nhiều Alumosilicát như: Tup, traxơ, đá bọt

• Phụ gia thủy chứa nhiều sét nung: Tro, xỉ nhiên liệu

2.1.2.2.2.Phụ gia trong công nghệ sản xuất xi gia điề Sử Dụng Phụ u chỉnh

Để điều chỉnh tốc độ đóng rắn của ximăng người ta thường dùng thạch cao 2 nước (CaSO 4 .2H 2 O) hoặc một số muối như: CaCl 2 ; NaCl; sử dụng phụ gia điều chỉnh pha vào ximăng là cần thiết vì bản thân Clinker khi nghiền mịn đóng rắn rất nhanh khi tác dụng với nước, không kịp xây trát và thi công Các loại phụ gia điều chỉnh trên pha vào ximăng với một tỷ lệ thích

hợp sẽ có tác dụng kéo dài thời gian đóng rắn của ximăng đảm bảo yêu cầu thực tế trong xây dựng

Còn gọi là phụ gia đầy, có thể sử dụng như các

loại đá vôi nghiền mìn,cát, v.v mục đích pha vào

ximăng làm tăng sản lượng, hạ giá thành sản phẩm, khi pha các loại phụ gia lười vào ximăng cần chú ý tỷ lệ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.1.2.2.4 Phụ gia bảo

quản

Ximăng khi bảo quản trong kho thường bị giảm chất

lượng vì các hạt ximăng dễ hút ẩm và khí CO 2 trong

không khí, do đó các hạt ximăng bị Hyđrat hoá và cacbonat hoá trước khi sử dụng Để khắc phục hiện tượng trên khi nghiền clinker người ta còn pha vào các loại phụ gia bảo quản như: Dầu lạc, dầu lạp, v.v các phụ gia này tạo một màng mỏng ngoài hạt ximăng, làm cho ximăng có khả năng chống ẩm tốt

Phụ gia đầy: gồm câc vật liệu khoâng thiín nhiín hoặc nhđn tạo,

thực tế không tham gia văo quâ trình hydrat hoâ xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, lăm tốt thănh phần hạt vă cấu trúc của

đâ xi măng Phụ gia đầy sử dụng trong công nghiệp xi măng gồm: đâ vôi, đâ vôi silic có mầu đen, đâ sĩt đen, câc loại bụi thu hồi ở lọc bụi điện trong dđy chuyền sản xuất xi măng cũng được sử dụng như một loại phụ gia đầy nhđn tạo.

Chương3: Cơ chế phản ứng của phụ gia

với các thành phần xi măng 3.1 Phản ứng thuỷ hoá của phụ gia thuỷ hoạt tính với xi măng

Theo J.un quá trình hoá học xảy ra hai giai đoạn :

• Giai đoạn đầu: Gọi là phản ứng sơ cấp Chủ yếu các khoáng ximăng phản ứng thuỷ phân hay thuỷ hoá với nước

• Giai đoạn thứ hai: Gọi là phản ứng thứ cấp Các sản phẩm thuỷ phân, thuỷ hoá của ximăng tác dụng tương hỗ với nhau hay tác dụng với các phụ gia hoạt tính trong ximăng

J.un đã phân tích và tóm tắt quá trình hyđrat hoá các khoáng ximăng như sau:

Khoáng 3CaO.SiO 2 (C 3 S)

C3S ph n ng thu phân v i n c t o thành hydrosilicatcanxi ải thiện công nghệ ứng thuỷ phân với nước tạo thành hydrosilicatcanxi ỷ phân với nước tạo thành hydrosilicatcanxi ới clinker xi măng nhằm mục đích cải thiện công nghệ ưới clinker xi măng nhằm mục đích cải thiện công nghệ ạ giá thành sản phẩm

có t l phân t CaO/SiOỉ lệ phân tử CaO/SiO ệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào ử CaO/SiO 2 < 3

3CaO.SiO2 + nH2O = x Ca(OH)2 + y CaO.SiO2.mH2O

Trong đó: x +y = 3

m = n - 2.x

Đa số tài liệu cho rằng sản phẩm hyđrosilicatcanxi do C 3 S

thuỷ phân là 2CaO.SiO 2 mH 2 O Trị số m thực tế rất dao

động TheoTôrôpôp và Bêlakin, m có thể từ 1÷ 4 mol H 2 O

cho 1 mol 2CaO.SiO 2

Một số tài liệu nghiên cứu sự thuỷ phân C3S thành

hyđrosilicatcanxi có tỉ lệ CaO/SiO2 = 3/2

2[3CaO.SiO2] + nH2O 3CaO.2SiO2.2H2O + 3Ca(OH)2

3CaO.2SiO2.2H2O viết tắt là C3S2H2 gọi là aprinit

Vấn đề đặt ra là hyđrosilicatcanxi tạo thành ở trạng thái keo hay trạng thái tinh thể Có nhiều ý kiến khác nhau

nhưng tạm chấp nhận hyđrosilicatcanxi tách ra ở dạng keo hay các hạt phân tán mịn có kích thước vô cùng nhỏ thuộc trạng thái keo Theo Vet, tuỳ điều kiện môi trường khi hydrat, điều kiện đóng rắn

và nồng độ vôi trong pha lỏng mà các khoáng C 3 S, C 2 S thực hiện phản ứng thuỷ phân hay thuỷ hoá.

Khoáng C3S và C2S thuỷ phân toàn phần khi có dư nước.

3CaO.SiO2 + nH2O 3Ca(OH)2 + SiO2.(n - 3)H2O

2CaO.SiO2 + nH2O 2Ca(OH)2 + SiO2.(n - 2)H2O

Trong thực tế 2 phản ứng trên không xảy ra đến cùng vì pha lỏng dần dần bảo hoà làm cho phản ứng ngừng hay chậm lại Do đó tuỳ theo nồng độ vôi trong pha lỏng mà C3S xảy ra các phản ứng khác nhau

• Tạo thành CaO.SiO2.H2O (CSH) là khoáng bền có tính kết dính

Khi tỉ lệ CaO/SiO2 = 0,8 ÷ 1,5 ứng với nồng độ vôi trong pha lỏng

CaO = 0,08 ÷ 1,1 g/l Khi nồng độ vôi là 1,1 g/l tính theo CaO thì hydrosilicat có công

thức là: 2CaO.SiO2.2H2O (C2SH2)

Tổng hợp quá trình như sau:

Nồng độ CaO < 0.08 g/l phản ứng thủy phân là chính:

Nồng độ CaO =1,1 g/l tạo trạng thái giả bền

2CaO.SiO2 + nH2O 2Ca(OH)2 + SiO2.(n - 2)H2O

Thông thường, với nồng độ CaO nhất định trong dung dịch theo

Khoáng aluminat canxi (C3A).

Theo J.un, kết quả hyđrat C3A tạo nên hyđroaluminatcanxi khác hẳn hydrosilicatcanxi ở chỗ hydroaluminatcanxi rất nhạy cảm dẫn đến kết tinh tạo tinh thể mới Cấu trúc tinh thể của chúng có 2 nhóm:

nhóm tấm hecxa và nhóm tấm giả hecxa Vì vậy, tuỳ điều kiện có thể

có hydroaluminatcanxi như sau:

4CaO.Al2O3.nH2O Trong đó n = 12 ÷ 143CaO.Al2O3.nH2O Trong đó n = 6 ÷ 122CaO.Al2O3.nH2O Trong đó n = 5 ÷ 9

Khi nghiên cứu cấu trúc bằng Rơnghen, nhiều tác giả phát hiện

thấy hydroaluminatcanxi chỉ có 2 loại cấu trúc tấm gồm có 2 lớp

hecxa của Ca(OH)2 và Al(OH)3:

2Ca(OH)2 2Al(OH)3.3H2O

4Ca(OH)2 2Al(OH)3.6H2O

Ngoài 2 cấu trúc Hecxa nói trên còn có cấu trúc khối lập phương

3CaO.Al2O3.6H2O

Khi nghiên cứu hệ CaO.SiO2.H2O, người ta thấy rằng ở nhiệt độ

210C ÷ 900C, pha bền vững chủ yếu là Gipxit (Al2O3.3H2O), khi nồng

độ CaO là 0,33 g/l Nếu nồng độ CaO lớn hơn 0,33 g/l thì có dạng 3CaO.Al2O3.6H2O kết tinh dạng tinh thể khối lập phương tách ra ở pha rắn

Ở nhiệt độ thường: C3A + nH2O C3AH(10÷12)

Khi nồng độ vôi CaO > 1.08gCaO/lít thì

C3AH(10÷12) C4AH13 (kèm theo hiện tượng co sản

phẩm, là dạng hecxa giả bền sẽ mau chóng chuyển sang dạng

C5A3 + 42H2O = 5C3AH6 + 8Al(OH)3

Trong quá trình xảy ra đóng rắn bột ximăng, Al(OH)3 có thể phản ứng với Ca(OH)2 do quá trình hyđrat hoá khoáng silicat tạo ra để tổng hợp thành hydroaluminat 2 canxi hay 4 canxi:

2Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 + 3H2O 2Ca(OH)2.2Al(OH)3.3H2O

4Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 + 6H2O 4Ca(OH)2.2Al(OH)3.6H2O

Hyđroaluminat 2 canxi hay 4 canxi là hợp chất không bền Vì

vậy thành phần hydroaluminat canxi phụ thuộc vào nhiều yếu tố

như: Tỉ lệ pha rắn C3A và pha lỏng là nước, nồng độ CaO trong

dung dịch rắn, nhiệt độ thực hiện quá trình.v.v

Trong clinker ngoài C4AF có thể có C2F Các khoáng này vừa tham gia phản ứng thuỷ phân vừa tham gia phản ứng thuỷ hoá để tạo thành

hydroaluminatcanxi và hydropheritcanxi

• C4AF + nH2O C3AH6 + CaO.Fe2O3.H2O

• CaO.Fe2O3.H2O + 2Ca(OH)2 + xH2O 3CaO.Fe2O3.6H2O

• 2CaO.Fe2O3 + 2H2O 2CaO.Fe2O3.nH2O

• 2CaO.Fe2O3.nH2O + Ca(OH)2 + xH2O 3CaO.Fe2O3.6H2O

C3FH6: là khoáng bền nước và bền sulfat

Tóm tắt giai đoạn 1

Phản ứng thủy hóa giữa các khoáng có trong xi măng với nước tạo ra các sản phẩm thủy hóa:

• Hyđro silicat canxi: CSH

• Hyđro aluminat canxi: C3AH6

• Hyđro ferit canxi: C3FH6

• Hyđroxit canxi: Ca(OH)2

• Hyđroxit manhê: Mg(OH)2

Giai đoạn 2: Các sản phẩm thủy hóa tác dụng với phụ gia

• Sản phẩm thủy hóa tác dụng với thạch cao thiên nhiên: có tác

dụng điều chỉnh thời gian đông kết

• Khi hyđrat hóa xi măng, trong sản phẩm hyđrat hóa sẽ có mặt đồng thời Ca(OH)2 và CaSO4.2H2O Đây là điều kiện tổng hợp nên cácsulfo hyđro aluminat canxi: (1)

CaSO4.2H2O + C3AH6 + nH2O (2)

(1): C3A.CaSO4.(10÷12)H2O: mono sulfo hyđro aluminat canxi

(2): C3A.3CaSO4.(30÷32)H2O: tri sulfo hyđro aluminat canxi (ettringit)

Như vậy để kéo dài thời gian ninh kết của xi măng bằng cách giảm

tốc độ ion aluminat thoát ra môi trường và ngược lại làm tăng

nhanh tốc độ ninh kết Khi trong xi măng hàm lượng C3A nhiều thì

pha nhiều thạch cao Ngoài ra khi xi măng nghiền càng mịn thì khả

năng ninh kết càng nhanh nên phải đưa thạch cao vào nhiều để kéo

dài thời gian ninh kết

Sản phẩm thủy hóa tác dụng với phụ gia thủy hoạt tính:

Ca(OH)2 + SiO2ht + nH2O xCaO.ySiO2.nH2O

(khoáng bền không tan, có cường độ)

C3AH6 + SiO2ht + nH2O C3A.CaSiO3.(10÷12)H2O

C3A.3CaSiO3.(30÷33)H2O

C2SH2 + SiO2 + nH2O CSH(B)Ca(OH)2 + Al2O3 + nH2O xCaO.yAl

Ca(OH) + Al O 2SiO ht + nH O

Thời gian đầu: [Ca2+] nhỏ do CaOtd từ các khoáng trong xi

măng thôi ra ít

[SO42-] nhỏ

tohồ ≈ tomôi trường thì xảy ra phản ứng (1) có đặc điểm giả bền sít đặc tạo màng keo bao bọc hạt C3A không cho ion aluminat thôi ra môi trường, cũng không cho nước xâm nhập vào bên trong Vì vậy không xảy ra phản ứng

hyđrat hóa

Theo thời gian: [Ca2+] tăng lên đạt bảo hòa

[SO42-] tiếp tục tăng và đạt bảo hòa

to hồ tăng lên

Phản ứng (1) chuyển sang phản ứng (2) có cấu trúc xốp, có tính

trương nở thể tích lớn gây ứng suất làm nứt vỡ tạo điều kiện cho nước xâm nhập vào.Ở lớp kế tiếp lúc này nồng độ [Ca2+] và [SO42-] giảm nên tạo phản ứng (1) Khi nồng độ [Ca2+] và [SO42-] tăng đạt bảo hòa thì phản ứng (1) chuyển sang phản ứng (2), quá trình này lặp đi lặp lại nhiều lần chính là thời gian điều chỉnh đông kết

C3S2.nH2O: khoáng apvinit có tính kết dính.

C2AS.n’H2O: hyđroghelenhit trơ không kết dính

3.2 Phản ứng tạo khoáng của phụ gia khoáng hoá với xi măng portland

Khi chuẩn bị phối liệu cho lò nung ta cho vào máy nghiền phối liệu một lượng < 1%: CaF2 hay Na2SiF6 và cơ chế:

CaF2 + H2Ohtphối liệu Ca(OH)2 + 2HF

HF + SiO2tinh thể SiO2hoạt tính + H2O + SiF4

H2O + SiF4 SiO2hoạt tính+ HF