Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland)

(NB) Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) với các nội dung thành phần khoáng và hóa của clinker xi măng poóc lăng; đặc trưng các thành phần clinker xi măng poóc lăng; tính toán phối liệu sản xuất clinker xi măng poóc lăng; công nghệ sản xuất xi măng poóc lăng; quá trình rắn chắc của xi măng pooc lăng; cấu trúc, tính chất của hồ và đá xi măng; tính chất cơ lý của xi măng.

Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng pc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Khái niệm xi măng poóc lăng: Xi măng pc lăng chất kết dính có khả đơng kết, rắn phát triển cường độ môi trường khơng khí mơi trường nước, thường gọi chất kết dính rắn mơi trường nước hay chất kết dính thủy lực 1.2 Lịch sử phát triển xi măng: Từ xa xưa, người biết dùng vật liệu đơn sơ đất sét, đất bùn nhào rác, dăm gỗ, cỏ khô băm …để làm gạch, đắp tường, dựng vách cho chỗ trú ngụ Có thể tóm lược thời kỳ phát triển xi măng sau: Người Ai Cập dùng vôi làm vật liệu * Người Hy Lạp trơn thêm vào vôi đất núi lửa đảo Santorin, hỗn hợp nhà xây dựng thời ưu nhiều năm * Người La Mã thêm vào loại tro – đất núi lửa Vésuve miền Puzzolles Về sau này, phún – xuất – thạch núi lửa dùng làm loại phụ gia hoạt tính chịu cách nhiệt cách âm, trở thành danh từ chung “Pozzolana” (Anh), “Pouzzolane” (Pháp) * Vào năm 1750, kỹ sư Smeaton người Anh, nhận nhiệm vụ xây dựng hải đăng Eddystone vùng Cornuailles Ông thử nghiệm dùng loại vật liệu thạch cao, đá vôi, đá phún xuất… Và ông khám phá loại tốt hỗn hợp nung đá vơi đất sét * Hơn 60 năm sau, 1812, người Pháp tên Louis Vicat hoàn chỉnh điều khám phá Smeaton, cách xác định vai trò tỷ lệ đất sét hỗn hợp vơi nung nói Và thành ông bước định công thức chế tạo xi măng sau * Xi măng poóc lăng người thợ nề Joseph Aspdin phát minh ngày 21 tháng 10 năm 1824 nước anh mang số hiệu 5022 có tên gọi :”Hồn thiện việc sản xuất đá nhân tạo” công bố tiếng sử dụng để xây dựng cơng trình đảo Portland Cho tới năm 1843 trai Joseph Aspdin William Aspdin sản xuất “Xi măng pc lăng hiệu” thỏa mãn khái niệm ngày Hình 1.1 Các hình ảnh tượng trung cho thời kỳ phát tirển xi măng poóc lăng 1.3 Dự báo nhu cầu sử dụng ximăng thị trường Việt Nam: Bảng 1.1 Dự báo nhu cầu sử dụng xi măng Đvt: triệu Năm Mức dao động Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương Mức trung bình Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội 2005 27,5-32,5 29 2010 42,2-52,4 46,8 2015 59,5-65,6 62,5 2020 68-70 69 CHƯƠNG THÀNH PHẦN KHỐNG VÀ HĨA CỦA CLINKER XI MĂNG PC LĂNG 2.1 Khái niệm clinker xi măng poóc lăng Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Clinker xi măng poóc lăng bán thành phẩm công nghệ sản xuất xi măng, tạo thành từ q trình nung đá giàu khống cacbonat, đất sét số nguyên liệu điều chỉnh khác Phụ thuộc vào dạng lị nung mà hạt clinker có kích thước từ 10 – 40mm, hỗn hợp nhiều hạt nhỏ pha tinh thể pha thủy tinh 2.2 Thành phần khống clinker xi măng pc lăng Cliker xi măng pc lăng bao gồm chủ yếu khống canxi silicát (Alit, Belít) chiếm khoảng (70 - 80%), aluminat canxi, ferit aluminat canxi, khoáng phụ CaO tự do, SO hợp chất trung gian Khống Alít (silicát tricanxít): 3CaO.SiO2 (C3S) khống quan trọng clinker xi măng poóc lăng C3S tạo xi măng có cường độ cao, rắn nhanh ảnh hưởng nhiều đến tính chất khác xi măng Trong cliker xi măng pc lăng, khống C 3S nằm khoảng từ 45 – 60% Khoáng alit dung dịch rắn C 3S lượng nhỏ oxít khác (2 – 4%) MgO, P2O5, Cr2O3… Khống Belít (silicát dicanxít): 2CaO.SiO (C2S) Trong cliker xi măng pc lăng, khoáng C2S nằm khoảng từ 20 – 30% Khoáng C 2S rắn chậm cường độ cuối tương đối cao Belít dung dịch rắn C2S lượng nhỏ (1 – 3%) oxít khác Al2O3, Fe2O3, Cr2O3… Trong cliker xi măng poóc lăng khống C 2S tồn nhiều dạng thù hình, thù hình mong muốn β-C2S Aluminat canxi dung dịch rắn tồn dạng 5CaO.3Al 2O3 (C5A3) 3CaO.Al2O3 (C3A) Trong cliker xi măng poóc lăng, lượng CaO cao nên thường tồn chủ yếu C 3A Đặc điểm khoáng rắn nhanh dễ tạo nên ứng suất gây nứt sản phẩm mơi trường xâm thực sunphát Ferit aluminat canxi (celít) clinker xi măng poóc lăng thường tồn dạng sau: 6CaO.Al2O3.Fe2O3 (C6AF), 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF), 6CaO.Al2O3.2Fe2O3 (C6AF2), 2CaO.Fe2O3 (C2F) Trong clinker chủ yếu khoáng C 4AF Đặc điểm khoáng tăng độ bền sunphát Pha thủy tinh chiếm khoảng – 15%, bao gồm oxít: MgO, CaO, Al 2O3, Fe2O3, K2O, Na2O Hàm lượng phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp nguyên liệu ban đầu điều kiện làm lạnh clinker Ngoài clinker xi măng pc lăng cịn tồn oxít tự MgO, CaO, hàm lượng < 1,5% Các oxít thường dạng già lửa, chúng thủy hóa chậm Khi xi măng trạng thái rắn chắc, oxít thủy hóa gây nên ứng suất nội phá hủy cấu trúc sản phẩm 2.3 Thành phần hóa clinker xi măng poóc lăng Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Cliker xi măng poóc lăng bao gồm oxít CaO, SiO 2, Al2O3, Fe2O3 với tổng hàm lượng khoảng 95 – 97% Ngồi cịn có oxít khác với hàm lượng nhỏ MgO, TiO2, K2O, Na2O, P2O5, SO3 CaO 63 – 66% SO3 0,3 – 1% SiO2 21 – 24% P2O5 0,1 – 0,3% Al2O3 – 9% K2O + Na2O 0,4 – 1% Fe2O3 – 4% TiO2 + Cr2O3 0,2 – 0,5% MgO 0,5 – 5% Hàm lượng oxít clinker xi măng poóc lăng có mức độ ảnh hưởng khác đến tính chất xi măng pc lăng Canxi oxít (CaO) chủ yếu có mặt đá giàu khống cacbonat Trong q trình nung luyện tạo thành clinker, CaO liên kết với oxít khác để tạo thành hợp chất hóa học, định tốc độ rắn cường độ xi măng Khi hàm lượng CaO lớn, khả tạo thành hợp chất dạng khoáng canxi silicat lớn, xi măng rắn nhanh, cường độ cao bên môi trường xâm thực sunphát Hàm lượng CaO cao, yêu cầu nhiệt độ nung phải lớn, khó nung tồn hàm lượng CaO tự có hại nhiều Do clinker xi măng người ta khống chế hàm lượng CaO hợp lý nằm khoảng 63 – 66% Silíc oxít (SiO2) chủ yếu có ngun liệu đất sét Trong trình nung luyện clinker, SiO2 tác dụng với CaO tạo thành hợp chất khống canxi silicat Nhơm oxít (Al2O3) trng clinker xi măng tham gia vào q trình tạo nên khống nóng chảy Aluminat canxi Khi hàm lượng Al 2O3 nhiều, hàm lượng khoáng C3A tạo thành lớn, khả xuất pha lỏng clinker sớm nhiều, xi măng rắn nhanh cường độ thấp bền môi trường xâm thực sunphát Sắt oxít (Fe2O3) clinker xi măng có tác dụng làm giảm nhiệt độ kết khối trình nung tham gia tạo thành khống frít aluminat canxi (C 4AF) Hàm lượng oxít clinker xi măng lớn nhiệt độ nung thấp, khống C 4AF tạo thành nhiều, xi măng có độ bền cao môi trường sun phát cường độ xi măng không cao Nếu hàm lượng Fe2O3 nhiều pha lỏng xuất nhiều, gây nên tượng dính bám lị Magiê oxít (MgO) thành phần có hại xi măng, gây nên khơng ổn định thể tích xi măng rắn Titan oxít (TiO2) có ảnh hưởng tốt cho q trình kết tinh khống clinker, TiO thay phần SiO2 có tác dụng tăng cường độ xi măng Mangan oxít (Mn2O3) khơng ảnh hưởng đến tính chất lý xi măng Crơm oxít (Cr2O3) phốt oxít (P2O5) có tác dụng thúc đẩy q trình rắn xi măng thời kỳ đầu tăng cường độ cho xi măng Nhưng với hàm lượng lớn oxít có tác dụng ngược lại làm chậm thời gian rắn làm giảm cường độ xi măng Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Các oxít kiềm Natri Kali (Na2O + K2O) gây nên tượng ổn định thể tích xi măng đóng rắn, đặc biệt gây nên biến dạng nứt nẻ bê tông CHƯƠNG ĐẶC TRƯNG CÁC THÀNH PHẦN CLINKER XI MĂNG PC LĂNG Chất lượng clinker xi măng pc lăng đánh giá thơng qua thành phần hóa học thành phần khống Trong q trình nung luyện, oxít clinker xi măng tương tác với theo mối liên hệ xác định, biểu diễn hệ số Vì vậy, clinker xi măng Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội pc lăng đặc trưng bỡi thơng số thành phần hóa học, thành phần khống hệ số hay modul 3.1 Hê số silicát (ký hiệu n) Hệ số silicat hợp lý nằm khoảng 2,2 – 2,6 Khi n tăng, xi măng rắn chậm cường độ cuối cao Khi n giảm, hàm lượng khống nóng chảy tăng, nhiệt độ nung clinker xi măng thấp dễ nung luyện 3.2 Hệ số alumin (ký hiệu P) Hệ số alumin thường nằm khoảng – 2,5 Khi hệ số P nhỏ, xi măng có độ ổn định thể tích cao mơi trường xâm thực sun phát Khi hệ số P lớn xi măng đông kết rắn nhanh cường độ cuối thấp 3.3 Hệ số bảo hịa vơi (KH) Hệ số bảo hịa vơi nằm khoảng từ 0,85 – 0,95 Khi hệ số bảo hịa vơi lớn, xi măng rắn nhanh, cường độ cao bền mối trường nước mi khống, khó nung kết khối Khi hệ số bão hòa thấp, xi măng rắn chậm, cường độ khơng cao CHƯƠNG TÍNH TỐN PHỐI LIỆU SẢN XUẤT CLINKER XI MĂNG POÓC LĂNG Trong q trình sản xuất clinker xi măng pc lăng, tính toán phối hợp loại nguyên liệu để đưa tốn phối liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng clinker xi măng pc lăng Tính tốn thành phần hỗn hợp phối liệu xác định tỷ lệ hàm lượng loại nguyên liệu sử dụng phù hợp với công nghệ nung luyện sản xuất clinker xi măng poóc lăng có thành phần hóa học thành phần khống u cầu Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng pc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Để tính tốn phối liệu sản xuất clinker xi măng poóc lăng thường sử dụng 02 tốn bản: Bài tốn khơng lẫn tro nhiên liệu tốn có lẫn tro nhiên liệu 4.1 Bài tốn khơng lẫn tro nhiên liệu Nếu sử dụng nhiên liệu khí lỏng cho lị nung clinker xi măng pc lăng sử dụng tốn khơng lẫn tro nhên liệu 4.2 Các bước tiến hành tính tốn phối liệu 4.2.1 Các số liệu ban đầu sử dụng để tính tốn phối liệu * Là thành phần hóa học ngun liệu đá vơi, đất sét, nguyên liệu điều chỉnh * Tổng hàm lượng oxít cấu tử phải 100% Nếu tổng hàm lượng oxít khơng 100% chuyển 100% theo công thức sau: Nhân thành phần hóa học cấu tử i với Ri 4.2.2 Chuyển thành phần hóa học nguyên liệu chưa nung nguyên liệu nung Bằng cách nhân oxít cấu tử i với hệ số Ki nó: Lập bảng thành phần nguyên liệu nung 4.2.3 Chọn hàm lượng khống tính hệ số 4.2.4 Tính tốn phối liệu 4.2.5 Lập bảng thành phần hóa học clinker phối liệu 4.2.6 Tính hệ số Kh, n p Tính thành phần khoáng clinker, hàm lượng pha lỏng 4.2.7 Kiểm tra hệ số 4.2.7 Nhận xét toán phối liệu 4.3 Tính tốn phối liệu sản xuất clinker xi măng (bài tốn khơng lẫn tro) theo hệ số Bài tốn phối liệu khơng lẫn tro, ta sử dụng bảng thành phần hóa nguyên liệu chưa nung chuyển 100% Bài tốn tính phối liệu sản xuất clinker xi măng poóc lăng từ cấu tử trở lên Để tiện cho q trình tính tốn, ta ký hiệu oxít cấu tử theo bảng 4.1 Bảng 4.1.Ký hiệu oxít cấu tử phối liệu sản xuất clinker xi măng poóc lăng Thành phần hóa Clinker Phối liệu Cấu tử Cấu tử Cấu tử Cấu tử CaO C C0 C1 C2 C3 C4 SiO2 S S0 S1 S2 S3 S4 Al2O3 A A0 A1 A2 A3 A4 Giảng viên: Nguyễn Hòa Dương Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Fe2O3 F F0 F1 F2 F3 F4 MgO M M0 M1 M2 M3 M4 SO3 SO3 SO30 SO31 SO32 SO33 SO34 Chất khác CK CK0 CK1 CK2 CK3 CK4 Mất nung MKN MKN0 MKN1 MKN2 MKN3 MKN4 4.3.1 Bài toán hệ cấu tử không lẫn tro Hệ cấu tử không lẫn tro bao gồm đá vôi (cấu tử 1) đất sét (cấu tử 2) Gọi x phần khối lượng cấu tử 1, kết hợp với đơn vị khối lượng cấu tử phối liệu Như hàm lượng oxít phối liệu tính tốn theo cơng thức sau: 4.3.2 Bài tốn hệ cấu tử không lẫn tro Hệ 3cấu tử không lẫn tro bao gồm đá vôi (cấu tử 1), đất sét (cấu tử 2) phụ gia điều chỉnh (cấu tử 3) Gọi x phần khối lượng cấu tử 1, y phần khối lượng cấu tử 2, kết hợp với đơn vị khối lượng cấu tử phối liệu Như hàm lượng oxít phối liệu tính tốn theo cơng thức sau: 4.3.3 Bài tốn hệ cấu tử khơng lẫn tro Hệ cấu tử không lẫn tro bao gồm đá vôi (cấu tử 1), đất sét (cấu tử 2), phụ gia điều chỉnh (cấu tử 3) phụ gia điều chỉnh (cấu tử 4) Gọi x phần khối lượng cấu tử 1, y phần khối lượng cấu tử 2, z phần khối lượng cấu tử 3, kết hợp với đơn vị khối lượng cấu tử phối liệu Như hàm lượng oxít phối liệu tính tốn theo cơng thức sau: 4.3.4 Bài tốn cụ thể u cầu: Tính phối liệu theo tốn hệ không lẫn tro nhiên liệu để sản xuất clinker xi măng pc lăng có hàm lượng khống clinker sau: C 3S = 55%; C2S = 20%; C3A = 8%; C4AF = 14% 4.4 Tính tốn phối liệu sản xuất clinker xi măng (bài toán lẫn tro) theo hệ số Bài toán phối liệu lẫn tro, ta sử dụng bảng thành phần hóa nguyên liệu nung (thành phần hóa clinker) Bài tốn tính phối liệu sản xuất clinker xi măng poóc lăng từ cất tử trở lên Để tiện cho q trình tính tốn, ta ký hiệu oxít cấu tử theo bảng 4.2 Bảng 4.2 Ký hiệu oxít cấu tử phối liệu sản xuất clinker xi măng poóc lăng Thành Clinker Phối liệu Cấu tử Cấu tử Giảng viên: Nguyễn Hòa Dương Cấu tử Cấu tử Tro Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội phần hóa than CaO C C0 C1 C2 C3 C4 Cq SiO2 S S0 S1 S2 S3 S4 Sq Al2O3 A A0 A1 A2 A3 A4 Aq Fe2O3 F F0 F1 F2 F3 F4 Fq MgO M M0 M1 M2 M3 M4 Mq SO3 SO3 SO30 SO31 SO32 SO33 SO34 SO3q Chất khác CK CK0 CK1 CK2 CK3 CK4 CKq Mất nung MKN MKN0 MKN1 MKN2 MKN3 MKN4 MKNq Tính hàm lượng tro lẫn vào clinker theo cơng thức: Trong đó: q: hàm lượng tro lẫn vào clinker (%) A: hàm lượng tro than (%) B: lượng tro lẫn vào clinker so với tổng hàm lượng tro phụ thuộc vào phương pháp cơng nghệ: với lị đứng B = 100%, với lò quay phương pháp ướt B = (70 – 100%), với lò quay phương pháp khô B = (30 – 70%) P: lượng than tiêu tốn cho 1kg clinker (%) xác định theo công thức Trong đó: QH: nhiệt trị than (kcal/kg) Q’: lượng nhiệt tiêu tốn để điều chế 1kg clinker phụ thuộc vào phương pháp sản xuất: - Đối với lò quay phương pháp ướt Q’ = 1.400 – 1.700 kcal/kg clinker - Đối với lị quay phương pháp khơ Q’ = 750 – 1.200 kcal/kg clinker - Đối với lò đứng giới hóa Q’ = 1.000 – 1.200 kcal/kg clinker - Đối với lị đứng thủ cơng Q’ = 1.300 – 1.800 kcal/kg clinker 4.4.1 Bài toán cụ thể: tốn hệ cấu tử có lẫn tro u cầu: Tính tốn phối liệu để đạt hệ số Kh = 0,9 n = 2,5 Thành phần hóa nguyên liệu theo bảng sau: Bảng 4.2.Ký hiệu oxít cấu tử phối liệu sản xuất clinker xi măng poóc lăng Thành phần hóa Cấu tử Cấu tử Cấu tử CaO 51,91 2,78 1,12 Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội SiO2 0,86 24,61 83,93 Al2O3 0,18 7,89 7,32 Fe2O3 0,18 2,78 2,85 MgO 1,45 1,5 0,95 SO3 0,37 0,61 0,16 Chất khác - 0,66 0,33 Mất nung 45,05 7,6 3,34 Hàm lượng tro lẫn vào clinker 2,44%, thành phần hóa tro sau: Bảng 4.3 Thành phần hóa tro than SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Chất khác 42,9 27,74 18,97 5,04 1,41 2,01 1,93 CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG PC LĂNG Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 10 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng pc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội K2O Na2O chủ yếu nằm aluminát, alumơferít canxi pha thuỷ tinh, tác dụng với nước tạo thành KOH NaOH Khi có mặt CaSO 4, chúng tác dụng với KOH NaOH (hay K2SO4) Ca(OH)2 làm ảnh hưởng thành phần hyđrôsilicát canxi giảm cường độ vữa bê tơng 6.2 Tốc độ hydrát hóa xi măng pc lăng Xi măng pc lăng gồm khống chính, tốc độ hyđrát hố xi măng định tốc độ hyđrát hoá khoáng Ngồi tốc đọ hyđrát hố xi măng pc lăng cịn phụ thuộc vào điều kện mơi trường rắn chắc, độ nghiền mịn xi măng Khi tác dụng với nước nhiệt độ điều kiện nhiệt độ thường, khống xi măng có tốc độ hyđrát hố theo thứ tự: C3A > C4AF > C3S > C2S Mức độ hyđrát hoá C3S 250C sau ngày đạt 2535%, sau 10 ngày đạt 5565%, sau 28 ngày đạt 7880% Khoáng C 2S hyđrát hoá chậm nhất, sau ngày đạt 510%, 10 ngày đạt 1020%, 28 ngày đạt 3050% 56 năm hyđrát hoá hồn tồn C3A có tốc độ hyđrát hố nhanh, sau ngày mưcs độ hyđrát hố đạt 7080%, cịn C4AF sau ngày có mức độ hyđrát hố đạt 5070% Vì giai đoạn đầu, tốc độ rắn xi măng poóc lăng định tốc độ hyđrát hoá khoáng theo thứ tự: C3A > C4AF > C3S > C2S xi măng có pha thạch cao mức độ hyđrtá hố khoáng theo thứ tự C 3S > C3A > C4AF > C2S thạch cao làm chậm hyđrát hố C3A Vì thơng thường giai đoạn sau q trình rắn thường có tác động lẫn phức tập khoáng xi măng Do tuỳ thuộc vào hàm lượng khoáng xi măng, hàm lượng sunphát canxi mà tốc độ hyđrát hoá xi măng khác Tốc độ hyđrát hố xi măng cịn phụ thuộc vào độ mịn xi măng Khi độ mịn xi măng lớn tốc độ hyđrát hoá khoáng nhanh, xi măng hyđrát hố nhanh Bảng 6.1 dẫn đặc trưng xi măng alít rắn nhiệt độ thường có cường độ xác định mẫu 3,16 x 3,16 x 3,16 cm chuẩn bị từ hồ có lệ nước/xi măng = 0,25 Khi mức độ hyđrát hoá xi măng tăng lên, mức độ lấp đầy thể tích tự xi măng rắn chất tạo thành tăng lên Ảnh hưởng độ mịn xi măng đến tốc độ hyđrát hoá cường độ xi măng rõ rệt Khi độ mịn lớn, cường độ chịu nén xi măng giảm Theo thời gian rắn chắc, xi măng có lượng nước nhào trộn cao cường độ phát triển nhanh hyđrát hoá xi măng tăng lên Khi pha vào xi măng loại phụ gia khác nhau, hyđrát hoá xi măng khác Bảng 6.1.Các đặc trưng xi măng alít rắn nhiệt độ thường với N/X=0,25 Chỉ tiêu Mức độ hyđrát hoá,% Thời gian xác định ( ngày ) 28 90 180 20 31 35 43 51 60 Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 65 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Cường độ nén kG/cm 172 284 457 702 867 924 Bề mặt riêng xi măng rắn chắc,g/cm2 80 97 111 130 - 152 Bề mặt riêng chất tạo thành, m2/g 318 275 257 248 - 235 Nồng độ thể tích 0,33 0,44 0,5 0,58 0,64 0,7 CHƯƠNG CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA HỒ VÀ ĐÁ XI MĂNG Khi nhào trộn xi măng với nước, hồ xi măng tạo thành có lượng nước chiếm từ 25,4% Khi tăng khối lượng nước hồ xi măng tính linh hoạt hhồ tăng lên Tuỳ theo trạng thái hệ mà đặc trưng tính chất khác 7.1 Độ nhớt cấu trúc độ dẻo hồ xi măng Hồ xi măng xác định hai đại lượng độ nhớt tiêu chuẩn (độ nhớt Niu tơn) độ nhớt cấu trúc hệ biểu diễn theo cơng thức: µ = n + c Trong đó: n c – độ nhớt Niu tơn - độ nhớt cấu trúc hệ Hệ gọi hệ nhớt dẻo Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 66 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Độ nhớt hệ lực Vanđécvan liên kết phần tử phân tán mịn huyền phù Khi giảm áp suất, độ nhớt tiêu chuẩn giảm độ nhớt cấu trúc phải tác động lực(trộn, chấn động …) tương ứng với ứng suất trượt tới hạn gây nên chuyển hệ từ trạng thái đàn hồi dẻo sang trạng thái chảy cục Khi cấu trúc hệ bị phá huỷ, độ nhớt cấu trúc giảm, hệ huyền phù có tính chảy Khi ngừng tác động học mối liên kết cấu trúc hệ lại khôi phục, độ nhớt hệ tăng lên, trạng thái chảy biến Hệ gọi hệ sol-gel thuận nghịch Độ nhớt dẻo cấu trúc hồ xi măng phụ thuộc vào tính chất xi măng, nồng độ huyền phù, nhiệt độ thời gian tồn huyền phù, lượng loại phụ gia huyền phù Khi đưa vào hồ xi măng phụ gia tăng dẻo gốc xà phòng với hàm lượng 0,005 - 0,1% trọng lượng xi măng có khả làm giảm đáng kể độ nhớt hệ, tính cơng tác hồ tăng lên Các phụ gia điatơmít, trepen… đưa vào xi măng làm tăng độ nhớt cấu trúc hệ Khi đưa vào xi măng 30% trepen nhào trộn xi măng với nước theo tỷ lệ X/N = 0,5 độ nhớt cấu trúc tăng lên 10 lần Trong hỗn hợp xi măng nhào trộn với nước xảy trình phức tạp đa dạng, chuyển dần hỗn hợp dẻo thành hỗn hợp cứng Khi độ nhớt cấu trúc hệ tăng lên nhanh, vữa xi măng có cường độ, đơng thời q trình đơng kết hệ bắt đầu xảy Đặc trưng hệ bắt đầu đơng kết có cương độ 1,5 kG/cm 2, kết thúc đông kết đạt cường độ kG/cm2 gọi chung cường độ dẻo hồ xi măng vữa xi măng Để xác định độ nhớt cấu trúc hồ vữa xi măng người ta sử dụng nhớt kế rung Độ nhớt hồ xi măng xác định tốc độ bi có đường kính 20,1 mm trọng lượng 2,82 gam ống rung với tần số biên độ cho 7.2 Hiện tượng trầm lắng hồ xi măng Hệ hồ vữa xi măng linh động dễ bị phân tầng tác dụng lực trọng trường Các hạt lớn nặng từ lớp chuyển xuống phía bên trở nên đặc Hiện tượng gọi trầm lắng hệ Khi hệ bị trầm lắng, độ đặc hệ không đều, cấu trúc phía hệ tơi xốp, phía đặc có cường độ cao, ảnh hưởng xấu đến cường độ hệ Hiện tượng trầm lắng cịn gây ảnh hưởng xấu đến tính chất khác hồ xi măng Khi hệ bị trầm lắng dẫn đến tách nước, tạo nên không đồng sản phẩm đặc biệt đổ khuôn thành nhiều lớp Do tách nước nên phía hạt cốt liệu lớn cốt thép tạo thành màng nước làm giảm liên kết xi măng cốt thép, xi măng cốt liệu, làm giảm cường độ khả chịu lực sản phẩm, tăng tính thấm nước… Vì căng vào điều kiện sử dụng hỗn hợp vữa bê tông mà cần phải điều chỉnh khả giữ nước hỗn hợp Khi độ linh hoạt hỗn hợp nhỏ, độ nhớt khả giữ nước lớn tính trầm lắng tách nước nhỏ Đưa vào hỗn hợp vữa bê tông lượng phụ gia vữa vôi, đất sét, chất phụ gia hoạt tính bề mặt… có khả làm tăng tính nước Tuy nhiên, đưa vào hỗn hợp vữa hay bê tông chất điện giải Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 67 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội CaCl2, NaCl, Na2SO4… càn phải xác định nồng độ hàm lượng chúng thực nghiệm chúng có tác dụng lựa chọn đến tính giữ nước 7.3 Sự tỏa nhiệt Khi nhào trộn xi măng với nước, hỗn hợp xảy phản ứng thuỷ hoá khoáng xi măng phản ứng toả nhiệt, nhiệt độ hỗn hợp tăng lên Sự toả nhiệt xi măng poóc lăng ohụ thuộc vàothành phần khoáng độ mịn xi măng Trong xi măng có khống C3S, C2S, C3A, C4AF, tác dụng với nước chúng toả nhiệt khác nhau, đồng thời tác dụng toả nhiệt khác (bảng 7.1) Bảng 7.1 Nhiệt độ hoá khoáng clinker xi măng (Calo/gam) Khống Thời kỳ đóng rắn (ngày) Hyđtrát hố hồn tồn 28 90 180 OKôrokov Bogue C3S 97 110 116 124 135 160 120 C2S 15 25 40 47 55 85 62 C3A 141 158 209 222 245 254 207 C4AF 41 60 90 99 - 136 100 Hàm lượng C3A, C3S pha thuỷ tinh xi măng lớn, nhiệt thuỷ hoa toả thời kỳ đầu sau nhào trộn xi măng với nước lớn Xi măng có C 2S C4AF nhiều, lượng nhiệt toả thuỷ hố Ảnh hưởng hàm lượng C 3S C3A đến nhiệt hyđrát hoá xi măng pốc lăng đưa hình 6.2 6.3 Theo thực nghiệm, nhiệt hyđrát hố xi măng tính tốn theo cơng thức: Qh = a(C3S) + b(C2S) + c(C3A) + d(C4AF) Trong đó: a, b, c, d – nhiệt hyđrát hoá khoáng riêng biệt tương ứng; (C3S), (C2S), (C3A), (C4AF) - hàm lượng khoáng xi măng Độ mịn xi măng lớn, khả phản ứng khoáng với nước xảy mạnh, lượng nhiệt toả lớn thời kỳ đầu Để giảm lượng nhiệt toả xi măng thuỷ hố đưa vào xi măng phụ gia làm chậm tốc độ đông kết giảm hàm lượng khoáng toả nhiệt mạnh xi măng Trong xi măng tồn khoáng với hàm lượng khác nhau, lượng nhiệt toả dao động bảng 7.2 Bảng 7.2 Lượng nhiệt toả xi măng theo thời gian thuỷ hoá Thời gian đóng rắn (ngày) Lượng nhiệt toả (calo/g) 2790 31114 28 42132 Giảng viên: Nguyễn Hòa Dương 68 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng pc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội 90 46136 Sự toả nhiệt xi măng rắn có y nghĩa thực tế lớn Khi thi công cấu kiện nhỏ điều kiện nhiệt độ thấp toả nhiệt có lợi, thi cơng cấu kiện lớn nhiệt độ cao lại có hại chúng gây nên ứng suất nhiệt Do xi măng dùng cho cơng trình khối lớn u cầu lượng nhiệt toả sau ngày 4045 calo/gam; sau ngày 5055 calo/gam xi măng Quá trình toả nhiệt giai đoạn đầu đoán rắn xi măng chia làm giai đoạn: Giai đoạn: Sau 30 đến 40 phút kể từ nhào trộn xi măng với nước, lượng nhiệt toả nhanh, đặc biệt từ đến phút Giai đoạn 2: Toả nhiệt gọi giai đoạn cảm ứng, thường xảy sau đến kể từ nhào trộn xi măng với nước phụ thuộc tính chất xi măng, hàm lượng thạch cao Nguyên nhân giai đoạn cảm ứng hình thành màng gel hợp chất hyddrát bề mmặt hạt clanhke, làm giảm xâm nhập nước vào bên hạt, làm giảm tương tác hạt với nước nên làm giảm lượng nhiệt toả Do khuyết tán hợp chất màng gel dẫn đến làm tăng áp suất thẩm thấu đến giá trị định làm phá vỡ màng gel, q trình phản ứng khống với nước lại xảy Đó thời điểm cuối thời kỳ cảm ứng bắt đầu thời kỳ toả nhiệt Giai đoạn 3: Sau đến kể từ nhào trộn xi măng với nước, đặc trưng tăng dần lương nhiệt toả (hỗn hợp bắt đầu đông kết) đạt cực đại sau đến 10 (hỗn hợp kết thức đông kết) Giai đoạn 4: Sau lượng nhiệt đạt cức đại nhiệt toả bắt đầu giảm dần Trong giai đoạn tốc độ phát triển cường độ hệ phát triển mạnh, lượng nhiệt toả giảm dần sau ngày đạt 2030% tổng lượng nhiệt toả Sự toả nhiệt xi măng có ảnh hưởng lớn đến tính chất sản phẩm rắn Khi xi măng toả nhiệt lớn, nhiệt độ hỗn hợp cao, trình hyđrát hố khống xi măng xảy nhanh hơn, trình ninh kết rắn hệ tăng lên nhanh Tuy nhiên nhiệt toả lớn, ứng suất hiệu hệ lớn, điều có ảnh hưởng xấu đến cấu trúc hệ Vì sử dụng xi măng cấn ý đến khả hyđrát hoá hay khả toả nhiệt để sử dụng hợp lý cơng trình xây dựng 7.4 Sự trương nở hồ xi măng Trong thời gian rắn chắc, thể tích hồ xi măng bị thay đổi Khi nhào trộn xi măng với nước, rắn thể tích hồ xi măng bị giảm bay hới nước tượng trầm lắng hồ Cuối thời kỳ cảm ứng, thể tích hồ bắt đầu tăng lên, sau ngày đạt 0,11% thể tích ban đầu trương nở hệ đước giải thích phần giản nỡ nhiệt, phần dịch chuyển hạt xi măng ảnh hưởng áp suất lỗ gel Khi hồ linh động, trương nở thể tích hồ ảnh hưởng khơng đáng kể đến cường độ dẻo, hệ có cường độ định, đặc biệt hệ Giảng viên: Nguyễn Hòa Dương 69 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng pc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội kết thúc đơng kết trương nở hệ gây nứt làm giản cường độ độ bền sản phẩm Vì hỗn hợp sử dụng xi măng cần có chế độ rắn thích hợp 7.5 Sự thay đổi hàm lượng pha rắn hồ đá xi măng rắn Trong qúa trình rắn hỗn hợp xi măng nước, lượng nước hệ liên tục bị giảm hàm lượng pha rắn tạo thành ngày tăng lên Khi pha rắn tạo thành hyđrôsilicát canxi, hyđrôaluminát canxi, hyđrơferít canxi chất khác chủ yếu dạng gel Như hồ xi măng, thể tích hệ sau phản ứng nhỏ thể tích hệ trước phản ứng, thể tích pha rắn sau phản ứng lớn thể tích pha rắn trước phản ứng Trong trình rắn xi măng, sản phẩm hyđrát đước tạo thành lhi hyđrát hố khống clanhkecó co ngót thể tích theo thời gian rắn chuyển hố hyđrơsilicát canxi hiđrơaluminát canxi có hàm lượng nước lớn thành sản phẩm có hàm lượng nước nhỏ Các khống aluminát canxi alumơferit canxi tích tuyệt đối lớn khống silicát canxi Khi xi măng nghiền mịn co ngót thể tích lớn Đối với xi măng pc lăng thường, gía trị co ngót đạt tới 58cm3/1.000gam, trung bình 67cm3/1.000gam xi măng Xi măng có hàm lượng aluminát canxi alumơferít canxi lớn co ngót hệ tác dụng với nước lớn Tăng tỷ lệ nước/xi măng, co ngót thể tích tăng lên Thực tế xi măng rắn chắc, có co ngót thể tích thành phần hyđrát hố co ngót xảy hệ rắn nên thể tích hệ khơng bị giảm mà làm tăng độ rỗng đá xi măng Vì sau 28 ngày rắn chắc, độ rỗng đá xi măng đạt 47% thể tích Độ rỗng đá xi măng phụ thuộc vào tính chất xi măng tỷ lệ nước nhào trộn Khi tăng lương nước nhào trộn, độ rỗng đá xi măng tăng lên Do tạo thành lỗ rỗng co ngót hệ làm xuất chân khơng, phụ thuộc vào điều kiện rắn mà lỗ rỗng đước chứa đầy nước hay khí Sự co ngót thể tích sản phẩm rắn gây nên ứng suất biến dạng sản phẩm Vì sử dụng xi măng làm sản phẩm phải có ché độ gia cơng thích hợp để hạn chế ảnh hưởng co ngót 7.6 Cấu trúc hồ đá xi măng Khi nhào trộn xi măng với nước, hồ xi măng tạo thành hỗn hợp dẻo hạt clanhke xi măng, nước lượng khí lẫn vào nhào trộn Trong trình rắn chắc, hồ xi măng chuyển dần thành đá xi măng bền vững hệ gồm ba pha rắn, lỏng khí có cấu trúc rỗng phức tạp Xi măng pc lăng hyđrát hố hồn tồn nhiệt độ thường liên kết hố học với khoảng 25 - 27 nước theo khối lượng Thông thường đóng rắn lâu hàng chục năm, mức độ hyđrát xi măng thường không vượt 80 - 90% Vì lượng nước đưa vào hồ xi Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 70 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội măng từ 30 - 50% có phần tác dụng hoá học với xi măng tham gia vào thành phần pha rắn Khối lượng nước liên kết tách không sấy 105 0C sau tháng rắn xi măng điều kiện 15 - 20 0C đạt 10 - 18% khối lượng xi măng Vì tỷ lệ N/X lớn, độ mịn xi măng cao lượng nước liên kết lớn Độ co ngót đá xi măng phụ thuộc tỷ lệ thuận với lượng nước liên kết không bay sấy 105 0C Độ rỗng loại đá xi măng poóc lăng khác dao động giới hạn 0,2 - 0,3 cm3/gam nước liên kết, đá xi măng póoc lăng xĩ độ rỗng co ngót đạt đến 0,4 - 0,5 cm3/gam Khối lượng chủ yếu chất tạo thành xi măng tác dụng với nước hyđrôsiloicát canxi dạng gel Ngòai hỗn hợp hạt chưa phản ứng, tinh thể lớn Ca(OH)2 chất khác Khi hyđrát hố hồn tồn C3S, sản phẩm tạo thành 60% hyđrơsilicát canxi dạng CSH(B) 40% Ca(OH) 2, hyđrát hố hồn tồn C2S tạo thành 82% CSH(B) 18% Ca(OH)2 Về mặt cấu trúc, đá xi măng bao gồm hạt clanhke chưa phản ứng, thành phần dạng gel, tinh thể, lỗ rỗng mao quản lỗ rỗng lớn Các hạt chưa phản ứng giảm dần theo thời gian phụ thuộc vào loại clanhke xi măng, độ nghiền mịn thời gian rắn Các gel gồm chất tạo thành có kích thước 50Ao lỗ gel đường kính từ 101Ao Ngồi xi măng cịn có chất tạo thành có kích thước lớn khơng có tính chất keo Hàm lượng thành phần dạng gel tinh thể phụ thuộc vào loại clanhke xi măng, điều kiện rắn Lỗ rỗng mao quản đá xi măng có kích thước từ 0,110m, cịn lỗ rỗng khí có kích thước từ 50m đến mm Lỗ rỗng chứa khí thường chiếm từ 25% thể tích đá xi măng Khi nhào trộn xi măng với nước để chế tạo sản phẩm vữa bê tông, lượng nước nhào trộn thường lớn nhiều so với lượng nước cần thiết để hyđrát hố hồn tồn khống xi măng, đá xi măng lượng nước dư phân bố lỗ rỗng gel hay nằm hạt chưa phản ứng tạo thành lỗ rỗng mao quản Khi tăng thời gian rắn sản phẩm, độ rỗng mao quản giảm chúng lấp đầy sản phẩm hyđrát Tuỳ thuộc vào lượng nước nhào trộn mà độ rỗng mao quản thay đổi khoảng rộng đạt tới 40% Khi giảm lượng nước nhào trộn, độ rỗng sản phẩm giảm, tính chấm thấm tăng lên Thực tế cho thấy tỷ lệ N/X 0,4 - 0,45 tính chống thấm đá xi măng tương đương với đá tự nhiên có đọ rỗng 23%, tỷ lệ N/X = 0,6 tính chấm thấm giảm mạnh Khi đưa vào hỗn hợp xi măng nước chất phụ gia CaCl, NaCl, FeCl3 với hàm luọng từ 25% làm giảmdáng kể thể tích vàkích thước lỗ rỗng Trong hỗn hợp xi măng nhào trộn với nước tạo thành lỗ rỗng hình cầu hay lỗ rỗng thơng chứa khí, chúng có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc tính chất đá xi măng 7.7 Các dạng lien kết nước hồ đá xi măng Trong hỗn hợp xi măng nước xảy trình phản ứng phức tạp làm thay đổi hàm lượng pha hệ dẫn đến phân bố xuất liên kết phức tạp nước Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 71 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội hệ Trong đá xi măng, nước tồn dạng liên kết hoá học, liên kết hấp thụ, liên kết lực mao dẫn nằm trạng thái tự Nước liên kết hoá học nước tham gia vào cấu trúc mạng lưới tinh thể chất tạo thành liên kết hoá trị bị tách nhiệt độ cao Trong đá xi măng, nước liên kết hoá học tham gia vào thành phần sản phẩm tạo thành hyđrát hố khống xi măng Ví dụ: Ca(OH)2; Mg(OH)2 có nước liên kết lực ion bị tách 300 5000C, riêng nước CaSO4.2H2O trạng thái liên kết hoá học lại bị tách 1000C Nước hấp thụ nước giữ lại phân bố bề mặt hạt pha rắn lực Vanđécvan nguyên tử hay ion khơng bão hồ Nước liên kết hấp phụ bền liên kết hoá học thường bị tách sấy 105 - 110 0C.Tính chất lớp nước hấp phụ bề mặt hạt pha rắn bi thay đổi, chúng tạo thành lớp mỏng từ 23 phân tử có tính chất “giả rắn” Nước mao quản nước giữ lại mao quản đá xi măng có kích thước d = 2040m lực mao quản Đường kính mao quản nhỏ lực mao quản lớn Khả giữ nước mao quản phụ thuộc vào đường kính Các mao quản thơng có đường kính 0,2m chứa đầy nước hút ngưng tụ nước với chiều dày màng nước mao quản 0,1m Nước mao quản đá xi măng bị tách sấy 1001050C Khả tách nước mao quản phụ thuộc vào nhiệt độ mà phụ thuộc vào đường kính mao quản độ ẩm mơi trường Các mao quản có d = 100m bốc nước độ ẩm tương đối mơi trường 99%, cịn mao quản có d = 10m bốc ẩm 89,9% mao quản có d = 1m bơcs ẩm 34,8% Nếu độ ẩm tương đối môi trường lớn độ ẩm tới hạn xảy trường hợp ngược lại ngưng tụ nước mao quản Vì đá xi măng bê tơng có độ ẩm thay đổi thay đổi độ ẩm tương đối nhiệt độ môi trường Nước tự chứa đầy lỗ rỗng lớn đá xi măng, chúng giữ lại vài lớp phân tủ phân bố bề mặt pha rắn liên kết hấp phụ Nước tách cách sấy li tâm Khi thay đổi nhiệt độ, nước chứa lỗ rỗng lớn khác có thay đổi trạng thái khác Khi làm lạnh sản phẩm đến nhiệt độ t0 0C nước lỗ rỗng mao quản lớn bị đông lại, mao quản nhỏ nước bị đơng đặc nhiệt độ thấp Đường kính mao quản nhỏ nhiệt độ đơng đặc nước thấp, có tới – 250C 7.8 Tính kiềm pha lỏng hồ đá xi măng Pha lỏng hồ đá xi măng nước chứa chất hoà tan Ca(OH) 2, NaOH, KOH… Sự tồn hợp chất hoà tan nước tạo nên tính kiềm cao pha lỏng hồ đá xi măng Giảng viên: Nguyễn Hòa Dương 72 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng pc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Tính kiềm pha lỏng hồ đá xi măng đặc trưng độ pH thông thường 12 - 13 Độ pH pha lỏng có ảnh hưởng đến tính ăn mịn cốt thép đá xi măng Khi độ pH = - 10 cốt thếp bị ăn mịn mạnh, pH = 10 tính ăn mịn giảm đi, đặc biệt pH =14 ăn mịn cốt thép ngừng lại Nhân tượng ăn mòn cốt thép giảm độ pH tăng lên môi trường kiềm bề mặt cốt thép tạo thành màng bảo vệ hợp chất khó tan Fe(OH) 3, ngăn cảng ăn mịn cốt thep Khi độ pH cao khả hồ tan Fe(OH) cang giảm khả bảo cệ cốt thép cao Giới hạn việc bảo vệ cốt thép độ pH môi trường phải lớn 12 Trong thời gian bảo quản dụng bê tông cốt thép, độ pH pha lỏng bị giảm cácbonát hoá Ca(OH)2 đá xi măng tác dụng CO2 khơng khí Khi độ pH pha lỏng bị giảm xuống 12 ăn mịn cốt thép xảy Vì vậy, để bảo vệ cốt thép người ta thường tạo lớp bề mặt sản phẩm đăc dày 1,52 cm ngăn cảng xâm nhập CO2 từ mơi trường bên ngồi vào sản phẩm Khi bê tơng cốt thép làm việc mơi trường khơng khí độ ẩm tương đối nhỏ 60% ăn mịn cốt thép khơng xảy Tốc độ ăn mịn cốt thép phụ thuộc vào độ pH mơi trường mà cịn phụ thuộc vào có mặt chất đá xi măng Khi đa xi măng có ion SO 42-, Cl-… ăn mịn cốt thép tăng lên, có chất nitrát, crơmát natri… tốc độ ăn mịn giản Bê tông cốt thép sử dụng loại xi măng khác gây nên ăn mòn cốt thép đá xi măng khác Ví du: pha lỏng đá xi măng poóc lăng xỉ xi măng poóc lăng Puzơlan có tính kiềm nhỏ xi măng pc lăng thường nên tính ăn mịn cốt thép lớn Khi muốn bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn người ta phải dùng biện pháp khác dùng sơn phủ cốt thép, tăng độ đặc chắt bê tơng CHƯƠNG TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA XI MĂNG Xi măng pc lăng chất kết dính sử dụng rộng rãi thực tế xây dựng Trong trình sử dụng, người ta khơng quan tam đến tính chất lý học học xi măng mà cịn ý đến tính chất xi măng sau rắn Một số tính chất lý học học chủ yếu xi măng poóc lăng đưa 8.1 Khối lượng riêng khối lượng thể tích Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 73 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Khối lượng riêng a xi măng phụ thuộc vào thành phần khống clanhke xi măng pc lăng dạng phụ gia vào Trong clanhke xi măng poóc lăng, hàm lượng khống C 3A C4AF có khối lượng riêng lớn, hàm lượng chúng lớn a xi măng cao Khi pha vào xi măng loại phụ gia khác hàm lượng khác nhau, khối lượng riếng a xi măng khác Xi măng pc lăng thơng thường có khối lượng riêng a = 3,03,2 gam/cm3, xi măng poóc lăng xỉ xi măng poóc lăng Puzơlan thường có a = 2,72,9 gam/cm3 Khối lượng thể tích đổ đống o xi măng phụ thuộc vào loại xi măng, độ nghiền mịn độ rèn chặt cuae xi măng Xi măng có hàm lượng khống C 3A, C4AF lớn, a lớn, đồng thời độ rèn chặt xi măng lớn o cao Khi độ mịn cao, khối lượng thể tích xi măng nhỏ Để đặc trưng cho khối lượng thể tích xi măng pc lăng thường xử dụng hai dạng: Khối lượng thể tích dạng tơi: o = 9001100 kg/m3 Khối lượng thể tích dạng chặt: o = 14001700 kg/m3 Khối lượng thể tích xi măng thường dùng để tính tốn xylơ, bunke chưa bảo quản xi măng Thơng thường tính tốn, khối lượng thể ticchs đổ đống o lấy trung bình 1200 kg/m3 8.2 Lượng nước tiêu chuẩn độ dẻo tiêu chuẩn Lượng nước yêu cầu xi măng hay lượng nước tiêu chuẩn lượng nước cần thiết để hyđrát hoá khoáng clanhke xi măng đảm bảo độ linh động cần thiết hỗn hợp thi công Lượng nước yêu cầu lượng nước cần thiết để điều chế hồ có độ dẻo tiêu chuẩn Xi măng pc lăng chất kết dính có lượng nước tiêuu chuẩn thấp phụ thuộc vào thành phần clanhke xi măng, độ mịn xi măng, lượng loại phụ gia pha vào Khi xi măng có hàm lượng khoáng C 3A, C3S cao, lượng nước yêu cầu lớn Độ mịn cưa xi măng cao, lượng nước yêu cầu cao Pha vào xi măng loại phụ gia khác dẫn đến lượng nước yêu cầu khác Xi măng pha phụ gia khống hoạt tính nguồn gốc kết tủa điatơmít, trepan có lượng nước yêu cầu lớn xi măng pha xỉ lò cao phụ gia nguồn gốc núi lửa túp, đá bọt… Thông thường lượng nước yêu cầu xi măng poóc lăng từ 24 - 28% xi măng pc lăng puzơlan từ 35 - 40% khối lượng xi măng Khi nhào trộn hỗn hợp bê tông với lượng nước lớn làm tăng độ rỗng sản phẩm, làm giảm tính chống thấm, tính chịu lạnh cường độ bê tông Để giảm lượng nước yêu cầu xi măng, nhào trộn cớ thể đưa vào loại phụ gia hoạt tính bề mặt với hàm lượng từ 0,1 - 0,3% khối lượng xi măng làm tăng cường độ tính chấm thấm bê tông 8.3 Sự đông kết xi măng pc lăng Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 74 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng pc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Qúa trình hỗn hợp xi măng nước tương đối linh động đặc lại có cường độ ban đầu gọi q trình đơng kết Khi tác động học lại hỗn hợp gặp khó khăn khơng thể ảnh hưởng đến hình thành cấu trúc cường độ sản phẩm sau Vì chất kết dính cần phải có thời kỳ đơng kết hợp lý, cho phép chuẩn bị hỗn hợp bê tông sử dụng chúng thời gian thi công Khi nhào trộn xi măng với nước, xảy q trình đơng kết hỗn hợp, sau q trình rắn phát triển cường độ Tốc độ đông kết xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng clanhke xi măng, độ nghiền mịn, loại phụ gia lượng phụ gia đưa vào, điều kiện môi trường, lượng nước nhào trrộn Khi clanhke xi măng poóc lăng có hàm lượng khống C3A, C3S lớn đơng kết xảy nhanh Tăng tốc độ nghiền mịn xi măng, giảm lượng nước nhào trộn làm tăng đông kết hỗn hợp xi măng Pha vào xi măng loại phụ gia khác nhau, tốc độ đông kết xi măng khác Xi măng khơng pha phụ gia thạch cao có tốc độ đơng kết nhanh tạo sản phẩm có cường độ thấp Thạch cao pha vào nghiền mịn xi măng nhằm điều chỉnh tốc độ đông kết xi măng Hàn lượng thạch cao pha vào chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng C 3A clanhke xi măng Với xi măng poóc lăng, hàm lượng thạch cao thường dao động từ 36%, ngồi giới hạn có tác dụng xấu cho q trình đơng kết Loại thạch cao pha vào có ảnh hưởng đến tốc độ đông kết xi măng Nếu sử dụng thạch cao dạng CaSO 4.0,5H2O pha vào xi măng, thừa thạch cao làm tăng nhanh q trình đơng kết xi măng Vì hàm lượng thạch cao pha vào xi măng phụ thuộc không vào đơng kết mà cịn phụ thuộc vào tính chất khác cường độ, tốc độ đóng rắn, tính chịu lạnh… Ảnh hưởng thạch cao đến tốc độ đơng kết xi măng pc lăng giải thích tác dụng cử noa với C3A để tạo thành dạng ettringit 3CaO.Al 2O3.3CaSO4.31H2O bao bọc xung quanh khoáng aluminát, ngăn cản xâm nhập nước tới khoáng làm chậm tốc độ phản ứng thuỷ hố Để điều chỉnh đơng kết xi măng, ngồi thạch cao cịn sử dụng phụ gia khác Sự có mặt thuỷ tinh lỏng, xơđa, CaCl 2, nitrát… xi măng làm tăng đông kết, chất đường, borát lại làm giảm đông kết Có số chất phụ gia, ví dụ FeCl3, tuỳ thuộc vào hàm lượng pha mà có khả làm tăng hay làm giảm đông kết Với 2% FeCl pha trộn vào xi măng làm chậm đơng kết, > 2% lại làm tăng nhanh đông kết Tốc độ đông kết xi măng bị ảnh hưởng nhiều tỷ lệ N/X nhiệt độ môi trường Khi tăng tỷ lệ N/X, giảm nhiệt độ mơi trường đóng rắn, đơng kết xi măng bị giảm ngược lại Trong mơi trường khơng khí khơ,CO2 khơng ảnh hưởng đến tốc độ đơng kết, mơi trường khơng khí ẩm có mặt khí CO2 làm tăng đông kết xi măng Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682-1999 yêu cầu thời gian đông kết xi măng poóc lăng sau:  Thời gian bắt đầu đông kết không lớn 45 phút;  Thời gian kết thúc đông kết không chậm 375 phút; 8.4 Tính ổn định thể tích Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 75 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Các chất kết dính nói chung xi măng nói riêng cần phải ổn định thể tích q trình rắn Xi măng thay đổi thể tích q trình rắn dẫn đến làm suy giảm cường độ, có dẫn tới phá huỷ sản phẩm Sự thay thay đổi thể tích q trình rắn hay tính khơng ổn định thể tích loại xi măng xảy xi măng cí chứa hàm lượng CaO tự MgO tự lớn Do CaO tự MgO tự bj hyđrát hoá chậm tác dụng với nước kèm theo thay đổi thể tích sản phẩm có xi măng rắn chắc, làm xuất ứng suất phá hoại cản phẩm Đối với xi măng, yêu cầu hàm lượng CaO tự phụ thuộc vào công nghệ sản xuất, hàm lượng MgO xi măng không lớn 5% Sự thay đổi thể tích đá xi măng cịn xảy sử dụng sản phẩm vữa hay bê tông mơi trường có hợp chất sunphát Khi xảy phản ứng khống hyđrơ aluminát canxi đá xi măng hợp chất sunphát môi trường tạo thành ettrigit làm thay đổi thể tích sản phẩm, xuất ứng suất giảm cường độ sản phẩm Theo tiêu chẩn Việt Nam 2682: 1999, độ ổn định thể tích xi măng xác định theo phương pháp Lơ Chatelier không lớn 10 mm 8.5 Cường độ xi măng Một tính chất quan trọng xi măng khả rắn tác dụng với nước chuyển hỗn hợp dẻo thành trạng thái dạng đá, tạo cho sản phẩm có cường độ Cường độ học đá xi măng cao, tốc độ pháy triển cường độ lớn chất lợn xi măng hay chất kết dính cao Để đánh giá xi măng vào cường độ cuối đạt rắn tốc độ rắn chắc- đặc trưng tốc độ phát triển cường độ xi măng rắn theo thời gian Cường độ học xi măng đánh giá phương pháp khác theo cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn… Cường độ xi măng xác định theo TCVN 6016: 1995 Mác xi măng đặc trưng cho khả chịu nén mẫu xi măng chế tạo xác định theo tiêu chuẩn Theo TCVN 2682:1992, xi măng poóc lăng có mác PC30, PC40,PC50 giới hạn bền nén sau 28 ngày tính N/mm2 đưa bảng 8.1 Xi măng pc lăng chất kết dính có cường độ cao trước hết phụ thuộc vào thành phần khoáng cấu trúc clanhke xi măng, tỷ lệ nước nhào trộn, phụ gia pha vào xi măng điều kiện rắn Chỉ tiêu cường độ xi măng khác (theo tiêu chuẩn Liên xô cũ) đưa bảng 8.2 Bảng 8.1 Chỉ tiêu cường độ xi măng poóc lăng theo TCVN 2682: 1992 Tiêu chuẩn xi măng Mác xi măng Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 76 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội PC30 PC40 PC50 Sau ngày 16 21 31 Sau 28 ngày 30 40 50 Giới hạn bền nén Bảng 8.2 Chỉ tiêu cường độ loại xi măng khác Cường độ sau 28 ngày (kg/cm2) không nhỏ Xi măng Khi uốn với mác Khi nén với mác 300 400 500 600 300 400 500 600 Poóc lăng 45 55 60 65 300 400 500 600 Poóc lăng dẻo 45 55 60 - 300 400 500 600 Poóc lăng kỵ nước 45 55 - - 300 400 - - - 55 - - 400 - - Poóc lăng bền sunphát Cường độ xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng, chủ yếu khống C 3S, C2S, C3A, C4AF Trong khống clanhke xi măng pc lăng, C 3S khống có hàm lượng lớn nhất, tốc độ phát triển cường độ nhanh, cịn C 2S khống có tốc độ phát triển cường độ tương đối chậm thời kỳ đầu, sau tốc độ phát triển cường đơn tăng dần Các khống nóng chảy C3A hyđrát hố nhanh cường độ phát triển thấp, cịn C4AF có cường độ tương đối cao thấp so với C 2S Vì xi măng có hàm lượng C3S, C2S nhiều cường độ cuối sản phẩm cao xi măng có C 3A nhiều cường độ thấp Trong clanhke xi măng, khống có hàm lượng khác hàm lượng chủ yếu C3S, khống ảnh hưởng định tới cường độ tốc độ rắn xi măng Sau ngày rắn C 3S đạt gần 70% cường độ cuối cùng, C2S rắn chậm hơn, sau 12 tháng đạt cường độ đủ cao Khi C 3A rắn trạng thái đơn khống cường độ thấp, clanhke với khống khác vai trị C3A tăng lên đáng kể Khi hàm lượng khoáng C 3A xi măng khơng lớn (5-12%), khống có khả làm tăng tốc độ phát triển cường độ chất kết dính vào thời kỳ đầu rắn Ảnh hưởng hàm lượng khoáng khác đến cường độ xi măng poóc lăng thể qua bảng 8.3 Bảng 8.3 Sự phụ thuộc cường độ tốc độ phát triển vào hàm lượng khoáng xi măng pc lăng (theo C.Đ.Ơkơrơkốp) Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 77 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Cường độ nén (kG/cm2) Sau ngày Thành phần khoáng (%) Tốc độ phát triển cường độ % (so với 28 ngày) C3S C2S C3A C4AF 28 180 28 180 70 12,5 12,5 138 238 346 398 40 69 100 115 55 20 12,5 12,5 126 197 369 375 38 60 100 102 40 35 12,5 12,5 63 116 264 293 31 57 100 113 25 50 12,5 12,5 33 88 203 269 16 43 100 133 Cường độ xi măng phụ thuộc vào cấu trúc clnhke xi măng pooca lăng Nếu clanhke có thành phần hố học loại clanhke có hàm lượng pha thuyr tinh lớn, kích thước tinh thể C 3S, C2S nhỏ cường độ xi măng cao Độ mịn xi măng thành phần hạt ảnh hưởng đến cường độ tính chất khác xi măng Khi độ mịn cao, thành phần hạt xi măng hợp lý cường độ xi măng cao phát triển nhanh giai đoạn đầu rắn Trong trình bảo quản xi măng, thời gian bảo quản có ảnh hưởng lớn đến cường độ Khi xi măng bảo quản lâu, mơi trường có đọ ẩm lớn giảm cường độ xi măng lớn Xi măng có độ mịn lớn, thời gian bảo quản dài giảm cường độ nhanh Sau tháng bảo quản, cường độ xi măng giảm từ 15 - 20%, sau tháng cường độ giảm 20 - 30% so với xi măng nghiền Xi măng có pha loại phụ gia khống hoạt tính trepan, điatơmít… gây nên giảm cường độ nhanh thời gian bảo quản Các cấu kiện bê tông bê tông cốt thép sử dụng chịu tác động lực khác gây nên lực kéo uốn Cường độ chịu nén xi măng cao, độ chịu uốn xi măng cao Ví dụ xi măng Liên xơ mác 300 có số chịu uốn khoảng 300/50 = 6, mác 500 tỷ số 500/7 = 7,1 Lượng nước nhào trộn có ảnh hưởng lớn đến cường độ xi măng Khi hàm nước nhào trộn lớn, độ đặc sản phẩm giảm cường độ giảm Sự phụ thuộc cường độ đá xi măng vào lượng nước nhào trộn biểu diễn theo phương trình: II = K() Trong đó: K - số; C, a, e - thể tích tuyệt đối xi măng, khơngkhí nước hỗn hợp Theo phương trình này, cường độ xi măng tỷ lệ với bình phương nồng độ xi măng đơn vị thể tích Khi tỷ lệ nước xi măng từ 0,40,8, cường độ bê tơng biểu diễn theo phương trình: Rb = ARX(X/N – B); Trong đó: A, B số Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương 78 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Vì lượng nước nhào trộn nhỏ, cường độ bê tông cao Cường độ xi măng bê tơng cịn phụ thuộc vào có mặc phụ gia pha vào hỗn hợp nhào trộn Việc đưa vào hỗn hợp phụ gia rắn nhanh CaCl 2, Na2CO3, NH4OH… làm giảm rắn chắc, cường độ sau ngày lớn gấp 1,52 lần hỗn hợp phụ gia Hàm lượng phụ gia pha vào thường 1,5% Điều kiện mơi trường rắn có ảnh hưởng lớn đến cường độ xi măng Khi xi măng rắn mơi trường có độ ẩm cao, mơi trường nước hay nước cường độ phát triển nhanh Trong mơi trường khơng khí có độ ẩm tương đối = 60 - 80%, phát triển cường độ chậm lại có độ ẩm tương đối nhỏ (40 - 50%) đóng rắn bị ngừng lại Gia cơng nhiệt ẩm làm tăng nhanh q trình rắn xi măng Sau 810 gia công nhiệt ẩm 70 - 80%, cường độ mẫu đạt 60 - 70% cường độ mẫu sau 28 ngày rắn điều kiện thường Khi nhiệt độ gia công nhiệt ẩm cao, phát triển cường độ nhanh Tuy nhiên gia công nhiệt ẩm nhiệt độ áp suất cao, thời gian lâu làm giảm cường độ cuối sản phẩm so với dưỡng hộ tự nhiên, làm giảm tính chấm thấm sản phẩm Nhiệt độ mơi trường rắn có ảnh hưởng đến phát triển cường độ xi măng Ở nhiệt độ từ - 80C, xi măng rắn chậm 23 lần rắn nhiệt độ từ 18 - 20 0C Khi nhiệt độ < 00C, rắn bi ngừng lại Nhiệt độ thấp,độ hoạt tính xi măng nhỏ, tỷ lệ nước nhào trộn lớn cường độ xi măng tăng cang chậm Do bê tơng hay xi măng rắn nhiệt độ âm -10 0C thường phải sử dụng hỗn hợp phụ gia CaCl2, NaCl với tỷ lệ 3/7, nhiệt độ thấp (từ -15 0C đến -200C) cần sử dụng hỗn hợp phụ gia NaNO2 K2CO3 Giảng viên: Nguyễn Hòa Dương 79 ... CLINKER XI MĂNG PC LĂNG 2.1 Khái niệm clinker xi măng pc lăng Giảng viên: Nguyễn Hịa Dương Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Clinker xi măng poóc lăng. .. SẢN XUẤT XI MĂN POOC LĂNG 5.2.1 Nguyên liệu sản xuất xi măng pooc lăng Giảng viên: Nguyễn Hòa Dương 12 Giáo trình Kỹ thuật sản xuất xi măng poóc lăng (Cement Portland) – Lưu hành nội Để sản xuất. .. pc lăng Q trình sản xuất xi măng poóc lăng gồm gồm hai giai đoạn sản xuất clinke xi măng pc lăng nghiền clinker xi măng poóc lăng với đá thạch cao với phụ gia khác Sản xuất clinker xi măng pc lăng