Ảnh hưởng của thành phần hạt tới một vài tính chất của xi măng pooc lăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ MẠNH CƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN HẠT VỚI MỘT VÀI TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG POOC LĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SILICAT Hà Nội, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ MẠNH CƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN HẠT VỚI MỘT VÀI TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG POOC LĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SILICAT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS TẠ NGỌC DŨNG Hà Nội, 2010 MỤC LỤC MỤC LỤC MỘT SỐ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 10 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 10 1.1.1 khái niệm 10 1.1.2 Thành phần hóa học clinker XMP 10 1.1.3 Thành phần khoáng clinke XMP 12 1.1.3.1 Alit (C S) 13 1.1.3.2 Belit (C S) 13 1.1.3.3 Canxi aluminat (C A) 14 1.1.3.4 Celit (C AF) 15 1.1.3.5 Khoáng chứa kiềm 15 1.1.3.6 - Pha thủy tinh clinker 15 1.2 Q TRÌNH HYDRÁT HĨA TRONG XMP 16 1.2.1 Sự hydrát hóa Alít ( C S ) 16 1.2.2 Sự hydrat hoá Belit (C S) 17 1.2.3 Sự hydrat hoá khoáng canxi aluminat (C A) 18 1.2.4 Sự hydrat hoá canxi alumoferit (C AF) 18 1.2.5 Sự hydrát hố pha cịn lại clinker 19 1.2.6 Sự hydrát hố đóng rắn XMP 19 1.3 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MỊN VÀ THÀNH PHẦN HẠT TỚI TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PC LĂNG 25 1.3.1 Sơ lược số nghiên cứu nước 25 1.3.2 Một số nghiên cứu nước: 30 1.4 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 36 1.5 HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 36 CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1.PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ TIẾP CẬN 37 2.2 NGUYÊN LIỆU THÍ NGHIỆM 38 2.2.1 Clinker 38 2.2.2 Thạch cao 40 2.2.3 Cát vàng 40 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 2.3.1 Phương pháp xác định cường độ uốn, nén 42 2.32 Phương pháp xác định thời gian đông kết 42 2.3.3 Phương pháp xác định tỷ diện độ sót sàng xi măng 42 2.3.4 Phương pháp xác định độ ổn định thể tích 42 2.3.5 Phương pháp xác định sàng R0045 42 2.3.6 Phương pháp xác định thành phần hạt xi măng 42 2.3.7 Phương pháp xác định cấu trúc đá xi măng chụp SEM (HVĐT) 42 2.4 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 42 2.4.1 Trình tự 42 2.4.2 Sơ đồ nghiên cứu 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 kết mẫu nghiền theo thời gian 45 3.1.1 Ảnh hưởng độ mịn tới NTC, N/X độ ổn định thể tích 46 3.1.2 Ảnh hưởng độ mịn tới thời gian đông kết xi măng 47 3.1.3Ảnh hưởng độ mịn tới cường độ chịu nén xi măng 48 3.2 Ảnh hưởng dải cỡ hạt 57 3.2.1 Ảnh hưởng độ mịn tới NTC, N/X , thời gian đông kết độ ổn định thể tích 58 3.2.2 Ảnh hưởng dải hạt tới cường độ chịu nén xi măng 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 MỘT SỐ KÝ HIỆU Hợp chất, thuật ngữ Ký hiệu CaO C SiO S Al O A Fe O F Xi măng XM Clinker CLK Lị Hồng Thạch HT2 Tiêu chuẩn Mỹ ASTM Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXDVN Sàng 45µm R0045 Sàng 80µm R008 ngày R1 ngày R3 ngày R7 28 ngày R28 60 ngày R60 Nước tiêu chuẩn NTC Tỷ lệ nước xi N/X Bảng biểu DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ ĐỒ THỊ Tên Bảng 1.1 Thành phần khoáng clinker xi măng Bảng1.2 Độ sâu hydrat hoá khoáng clinker theo thời gian (µm ) Bảng 1.3 Ảnh hưởng thành phần hạt tỷ diện đến hoạt tính (cường độ XM) Bảng 1.4 Phân bố dải cỡ hạt xi măng với hàm lượng phụ gia khác cường độ nén đá XM XM Bảng 1.5 So sánh dải cỡ hạt XM sở số dải đặc trưng Bảng 1.6 Cường độ xi măng nghiền mịn Bảng 1.7 Cường độ mẫu Clinker X77 (N/mm2) Bảng 2.1 Thành phần hoá clinker HT2 Bảng 2.2 Thành phần khống clinke lị HT2 Bảng 2.3 Các hệ số chế tạo clinker Bảng 2.4 Các yêu cầu kỹ thuật cát Bảng 2.5 Cấp phối cỡ hạt biểu đồ thành phần hạt cát sử dụng Bảng 2.6 Các thông số kĩ thuật cát sử dụng Bảng 3.1 Kết độ ổn định thể tích, NTC, N/X, TG bắt đầu, kết thúc đông Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 kết xi măng nghiền Cường độ chịu nén mẫu xi măng nghiền Biểu thị tỷ lệ tăng cường độ xi măng nghiền theo tuổi Độ mịn cường độ mẫu xi măng trộn NTC, N/X , thời gian đông kết độ ổn định thể tích mẫu trộn Hình, đồ thị Tên Hình 1.1 Sự thay đổi thành phần ion nước lỗ rỗng hồ XM đóng rắn Hình 1.2 Tốc độ toả nhiệt XM hydrat hoá phụ thuộc vào hàm lượng CaSO 1,25% SO ; 2- 2,4% SO ; 3- 3% SO Đồ thị 2.1 Biểu đồ thành phần hạt cát Đồ thị 3.1 Đồ thị ảnh hưởng độ mịn tới NTC N/X Đồ thị 3.2 Đồ thị ảnh hưởng độ mịn tới thời gian đông kết Đồ thị 3.3 Đồ thị cường độ đá xi măng nghiền Đồ thị 3.4 Đồ thị ảnh hưởng độ mịn tới cường độ xi măng nghiền Đồ thị 3.5 Đồ thị ảnh hưởng độ mịn tới cường độ(sàng R008) Đồ thị 3.6 Đồ thị ảnh hưởng độ mịn tới cường độ(sàng R0045) Đồ thị 3.7 Ảnh hưởng dải hạt 80µm tới cường độ Đồ thị 3.8 Ảnh hưởng dải hạt 45µm tới cường độ MỞ ĐẦU Cùng với phát triển lớn mạnh kinh tế đất nước phát triển đầu tư hạ tầng sở, xây dựng nhà xưởng công nghiệp, nhà ở… giai đoạn cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước địi hỏi đáp ứng lớn số lượng chủng loại chất lượng vật liệu xây dựng Theo kết khảo sá gần việt nam trở thành nước có nghành cơng nghiệp xi măng lớn giới với sản lượng 60 triệu năm hang năm việt nam thừa hang triệu xi măng Chính tương lai việt nam phải xuất lượng lớn xi măng nước Việc nghiên cứu nâng cao chất lượng xi măng cho phép tiết kiệm tài nguyên giảm thời gian thi công hạ giá thành sản phẩm nhằm phục vụ nhu cầu nước tăng cường khả cạnh tranh xi măng việt nam trường quốc tế Xuất phát từ ý nghĩa mang nhu cầu em nghiên cứu hoàn thành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần cỡ hạt tới số tính chất xi măng pooc lăng” Nhiều mẫu xi măng sở sản xuất cho thấy : Tuy độ mịn xác định qua sàng 0,08 tương tự phù hợp với quy định TCVN ( ≤ 12%), tỷ diện chúng khác nhiều ( từ 2700 – 4200 cm2/g) hay tỷ diện cấp phối hạt hoàn toàn khác tính chất lý, đặc biệt thời gian đông kết cường độ xi măng khác đáng kể Chính việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng kích thước cấp phối hạt tới tính chất xi măng pooc lăng giúp xây dựng quy trình nghiền tính tốn cấp phối bi đạn hợp lý nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm giảm giá thành sản phẩm Em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn thầy cô Bộ mơn CNVLSilicat, Khoa Cơng nghệ hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, bạn bè tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em hoàn thành luận văn với quan điểm nhóm nhà nghiên cứu P.Ia.Cernex, L.N.Shorokh, A.B.Bugaitruc Họ cho dải cỡ hạt từ 0-20μm định đến hoạt tính ( Cường độ tuổi 28 ngày), dải cỡ hạt 0-5 μm có ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ tuổi ngày, dài cỡ hạt từ 5-10 μm ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ tuổi ngày, dải cỡ hạt 10-20 μm định cường độ tuổi tháng muộn Mẫu M4 chứa dải hạt 0-5µm nhiều chúng phát huy cường độ tuổi ngày cao hẳn mẫu lại Rõ ràng phương pháp phân tích thành phần hạt giúp cho nhìn nhận tổng quát nhiều tác động dải cỡ hạt tới cường độ mẫu xi măng so với phương pháp sử dụng sàng R0045 R008 Chính nhiều nơi hay sử dụng phương pháp lazer để đánh giá cấp phối hạt cho đá xi măng Để có đánh giá tổng quát tác động độ mịn ta cần xem xét tới hiệu nghiền mịn mẫu xi măng Từ bảng 3.2 cho ta thấy với mẫu nghiền 30, 60, 90 phút tương ứng với mẫu M0, M1, M2 có độ mịn blain 2525, 3615, 4883 (cm2/g) ta thấy nghiền tăng thêm 30 phút độ mịn balin tăng lên khoảng 1000 (cm2/g) tiếp tục tăng thời gian nghiền lên 120, 150 phút ta thu độ mịn blain 5398, 6036 (cm2/g) Như thời gian nghiền tăng hai lần độ mịn tăng 1.5 lần ta có lượng nghiền 2n cịn độ mịn 1.5n Ta nhận thấy n cao hiệu nghiền hiệu nghiền độ mịn tăng nên điều lý giải nghiền mịn hạt mịn nhiều chúng có xu hướng gắn kết với để tạo thành hạt lớn điều làm giảm hiệu nghiền độ mịn tăng cao Cùng với độ mịn tăng cao blain ≥ 5500 (cm2/g) cường độ đá xi măng tăng gần không tăng ngày tuổi dài 28, 60 ngày Như việc tạo mẫu xi măng với độ mịn blain có độ mịn 5000 (cm2/g) khơng hẳn 56 hiệu mặt giá thành sản phẩm phải tốn nhiều lượng nghiền mịn hiệu nghiền khơng làm giảm giá thành sản phẩm Chính tác giả đề tài thay tìm giải pháp nâng độ mịn mẫu xi măng tìm gia phân bố hợp lý dải cỡ hạt độ mịn blain mà nhà máy sản xuất từ 3400-4000(cm2/g) Tác giả tạo mẫu xi măng có độ mịn blain trùng với mẫu M1 khoảng 3600±100(cm2/g) cách trộn mẫu có độ mịn nhỏ với mẫu có độ mịn lớn 3.2 Ảnh hưởng dải cỡ hạt Với mong muốn tạo mẫu xi măng có blain khoảng 3600±100(cm2/g) tác giả tiến hành trộn mẫu sau: MT1 trộn mẫu M0 M2 MT2 trộn mẫu M0 M3 MT3 trộn mẫu M0 M4 MT4 trộn mẫu M01 M2 MT5 trộn mẫu M01 M3 MT6 trộn mẫu M01 M4 Việc trộn mẫu dựa phương trình tính tốn sau: X1 + X2 = X *a + X *b= 3600 Với X , X lượng mẫu trộn A, b tỷ diện mẫu Sau trộn ta tiến hành thử blain, không nằm khoảng ta lại tiến hành trộn theo phương trình với độ mịn thu đạt kết theo yêu cầu Sau thu mẫu trộn đạt tiêu chuẩn độ mịn ta tiến hành thử nghiệm tính chất lý thu kết sau 57 Bảng 3.4Độ mịn cường độ mẫu xi măng Cường độ nén ( N/mm2 ) Ký hiệu mẫu R008 R0045 Blain (cm2/g) R1 R3 R7 R 28 R60 MT1 9.0 19.1 3549 9.3 18.1 30.1 40.8 45 MT2 9.7 20.6 3560 10.7 19.9 30.3 42.3 46.1 11.5 22 3635 11.1 20.3 32.9 42.9 47.4 5.5 15.1 3628 11.3 22.4 38.5 50.7 53.6 5.7 18.5 3604 11.1 21.4 41.3 48.4 52.4 6.0 19.0 3592 11.3 21.9 42 47.2 51.6 MT3 MT4 MT5 MT6 3.2.1 Ảnh hưởng dải hạt tới NTC, N/X , thời gian đông kết độ ổn định thể tích Với độ mịn blain khác biệt mẫu xi măng phân bố khác dải hạt( thành phần hạt) chúng tác động tới tính chất xi măng sau: 58 Bảng 3.5 NTC, N/X , thời gian đông kết độ ổn định thể tích mẫu trộn Mẫu Nước tiêu chuẩn Thời gian ninh kết, phút Độ ổn định thể tích Bắt đầu (Phút) Nước/Xi (%) Bắt đầu (Phút) MT1 24.5 75 135 0,48 MT2 24.5 70 130 0,48 MT3 25 70 135 0,48 1.5 MT4 25.5 60 120 0,49 1.5 MT5 25 65 120 0,49 MT6 25 65 115 0,49 (mm) • Độ ổn định thể tích Các mẫu trộn có blain khoảng 3600±100(cm2/g) ta thấy với dải cỡ hạt khác khơng có ảnh hưởng nhiều tới độ ổn định thể tích xi măng • Cùng blain với dải cỡ hạt khác có tác động dịnh tới nước tiêu chuẩn lượng nước/xi song ảnh hưởng khơng rõ nét • Cùng blain với thay đổi giải cỡ hạt có tác động định tới thời gian đông kết xi măng, biểu tác động khơng thực lớn 3.2.2 Ảnh hưởng thành phần hạt tới cường độ chịu nén xi măng Chúng ta thấy mẫu có độ mịn blain khoảng 3600(cm2/g) với dải cỡ hạt khác cho kết khác cường độ 59 chịu nén Điều thể qua lượng sót sàng R008 R0045 biểu diễn qua mối quan hệ đồ thị Đồ thị 3.7 Ảnh hưởng dải cỡ hạt tới cường độ(80µm) 60 50 Cường độ(N/mm2 40 R1 30 R3 20 R7 R28 10 R60 5.5 5.7 9.7 11.5 Sót sàng R008(%) Đồ thị 3.8 Ảnh hưởng dải cỡ hạt tới cường độ(45µm) 60 Cường độ(N/mm2) 50 40 R1 30 R3 R7 20 R28 10 R60 15.1 18.5 19 19.1 20.6 Sót sàng R0045(%) 60 22 Chúng ta thấy với độ mịn balin 3600(cm2/g) mẫu có lượng sót sàng R008 R0045 mẫu khác Chính với mẫu có độ mịn nên khác biệt cường độ chịu nén mẫu hoàn toàn phân bố khác mẫu xi măng(hay thành phần hạt) - Ảnh hưởng cỡ hạt 80µm tới cường độ( sàng R008) Với mẫu MT1, MT2, MT3 có lượng sót sàng R008 9, 9.7, 11.5 cường độ 28 ngày 40.8, 42.3, 42.9 cường độ coi tương đương với mẫu MT4, MT5, MT6 chúng có lượng sót sàng R008 5.5, 5.7, 6.0% cường độ chịu nén 53.6, 52.4, 51.6 rõ ràng mẫu có cường độ tốt hẳn mẫu MT1, MT2, MT3 - Ảnh hưởng cỡ hạt 45µm Ta thấy lượng hạt 45µm(sót sàng R0045) mẫu MT4, MT5, MT6 mẫu MT1, MT2, MT3 cường độ chịu nén mẫu MT4, MT5, MT6 cao hẳn Đặc biệt mẫu MT4 có lượng sót sàng R0045 15.1% mẫu có lượng hạt nhỏ 45µm nhiều mẫu có cường độ cao Như với độ mịn với phân bố dải cỡ hạt khác cho ta cường độ mẫu xi măng hoàn toàn khác cường độ mẫu xi măng tăng lên lượng hạt ≤ 45µm tăng lên lượng hạt 80µm tốt Khi so sánh mẫu trộn với mẫu M01 có độ mịn blain 3160(cm2/g) thấp hẳn mẫu trộn MT1, MT2, MT3 với blain 3600(cm2/g) Ta thấy mẫu M01 có cường độ tuổi 1, 3, 7, 28 10, 18.2, 30,3, 43.5(N/mm2) so sánh với mẫu MT1, MT2, MT3 tuổi 1, 3, có cường độ tương đương cịn tuổi 28 ngày cường độ trí cịn nhỉnh tai lại vậy? 61 Ta thấy lượng sót sàng R008 R0045 mẫu M01 6.7 20.6% lượng hạt 80µm mẫu M01 hẳn so với mẫu MT1, MT2, MT3 với hạt 45µm tương đương nhỉnh mẫu MT3 phân bố dải cỡ hạt tạo ưu cho mẫu M01 nên chúng có cường độ tương đương với mẫu MT1, MT2, MT3 Nhưng với mẫu MT4, MT5, MT6 lượng hạt 45, 80µm giảm cường độ chúng tăng hẳn so với mẫu M01 Như độ mịn ảnh hưởng tới cường độ xi mămg mà phân bố dải cỡ hạt ảnh hưởng tới cường độ mẫu xi măng Ngay độ mịn thấp chúng có phân bố dải hạt hợp lý chúng đạt cường độ mẫu có độ mịn lớn Việc phân bố dải cỡ hạt rõ ràng với biểu đồ phân tích thành phần hạt phương pháp lazer Trên đồ thị phân tích thành phần hạt mẫu trộn phương pháp lazer(phụ luc), không cho ta biết dải hạt 45, 80µm mà cho ta biết phân bố tất dải cỡ hạt từ đến 200µm(xem phu lục) Khi đánh giá phân bố hạt mẫu trộn quan điểm nhóm nhà nghiên cứu P.Ia.Cernex, L.N.Shorokh, A.B.Bugaitruc Họ cho dải cỡ hạt từ 020μm định đến hoạt tính ( Cường độ tuổi 28 ngày), dải cỡ hạt 0-5 μm có ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ tuổi ngày, dài cỡ hạt từ 5-10 μm ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ tuổi ngày, dải cỡ hạt 10-20 μm định cường độ tuổi tháng muộn Ta có phân bố hạt sau: 62 Thành phần hạt Ký hiệu 10-20 (µm) mẫu 40(µm) Ta thấy mẫu MT1, MT2, MT3 có dải hạt tương đương cường độ chúng tương đương Các mẫu MT4, MT5, MT6 Dải cỡ hạt