Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mịn xi măng phụ gia khoáng tới cường độ của PCB50 fico

HOÀNG CẢNH NGUYỄN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG CẢNH NGUYỄN KỸ THUẬT HÓA HỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MỊN XI MĂNG/ PHỤ GIA KHOÁNG TỚI CƯỜNG ĐỘ CỦA PCB50 FICO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA SILICAT 2015B Hà Nội – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG CẢNH NGUYỄN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MỊN XI MĂNG/ PHỤ GIA KHOÁNG TỚI CƯỜNG ĐỘ CỦA PCB50 FICO Chuyên ngành: Hóa Silicat LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA SILICAT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TẠ NGỌC DŨNG Hà Nội – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu ảnh hưởng độ mịn xi măng/phụ gia khống tới cường độ PCB50 FICO” cơng trình nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS TẠ NGỌC DŨNG Các kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực, đáng tin cậy, số liệu tính tốn đƣợc hồn tồn xác chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu TP Hồ Chí Minh tháng năm 2017 HOÀNG CẢNH NGUYỄN LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MỊN XI MĂNG/PHỤ GIA KHOÁNG TỚI CƯỜNG ĐỘ CỦA PCB50 FICO” kết q trình cố gắng khơng ngừng thân đƣợc giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, bạn bè đồng nghiệp ngƣời thân Qua trang viết xin gửi lời cảm ơn tới ngƣời giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu khoa học vừa qua Tơi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy giáo PGS.TS Tạ Ngọc Dũng trực tiếp tận tình hƣớng dẫn nhƣ cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tôi xin chân thành cám ơn Bộ mơn Hóa Silicate, Viện Kỹ thuật hóa học, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, tạo điều kiện thuận lợi thời gian, sở vật chất tiếp cận tài liệu giúp tơi hồn thành đƣợc luận án Tôi xin cám ơn Lãnh đạo Viện Kỹ thuật Hóa học, q thầy Viện Kỹ thuật Hóa học mơn Hóa Silicat hƣớng dẫn, giúp đỡ động viên tơi q trình thực đề tài luận án Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Công ty CP Xi măng FICO Tây ninh, phịng thí nghiệm Nhà máy tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Cuối xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị công tác giúp đỡ tơi q trình học tập thực Luận văn MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu .3 Tóm tắt luận điểm đóng góp tác giả: Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Lý thuyết xi măng Portland 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Sơ đồ phƣơng pháp nghiền: .6 1.1.3 Thành phần hóa học clinker xi măng Portland 1.1.4 Thành phần hóa học clinker: 1.1.5 Thành phần khoáng clinker xi măng Portland 1.2 Khái niệm loại phụ gia 11 1.2.1 Phụ gia thủy 11 1.2.1.1 Khái niệm .11 1.2.1.2 Phân loại phụ gia thủy 12 1.2.2 Phụ gia điều chỉnh 14 1.2.3 Phụ gia lƣời 14 1.2.4 Phụ gia bảo quản 14 1.3 Q trình hóa lý xảy xi măng đóng rắn 14 1.3.1 Quá trình lý học đóng rắn xi măng .14 1.3.2 Q trình hố học xi măng đóng rắn 19 1.4 Khái niệm độ mịn : 26 1.4.1 Độ mịn: 26 1.4.2 Phân bố cỡ hạt 26 1.4.3 Diện tích bề mặt riêng 27 1.5 Lịch sử nghiên cứu 28 CHƢƠNG 2: NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 31 2.1 Nội dung nghiên cứu: .31 2.1.1 Sơ đồ nghiền clinker thạch cao: 32 2.1.2 Sơ đồ nghiền clinker đá vôi: .33 2.1.3 Sơ đồ nghiền clinker puzolan: 34 2.1.4 Sơ đồ nghiền clinker, thạch cao, đá vôi: 35 2.1.5 Sơ đồ nghiền clinker, thạch cao, puzolan: .36 2.1.6 Khảo sát nguyên liệu ban đầu: 39 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu: .39 2.2.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X: 39 2.2.2 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử: 39 2.2.3 Phƣơng pháp tán xạ Laser: 40 2.2.4 Phƣơng pháp xác định độ dẻo hồ xi măng: .41 2.2.5 Phƣơng pháp xác định thời gian đông kết: 42 2.2.6 Phƣơng pháp xác định độ mịn: 42 2.2.6.1 Phƣơng pháp sàng: 42 2.2.6.2 Phƣơng pháp thấm khí : 43 2.2.6.3 Phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng : 43 2.2.7 Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén: .44 Chư ng - K T QUẢ VÀ BÀN LU N .45 K t khảo sát ngu ên i u an đầu 45 3.1.1 Thành phần hóa, thành phần khống clinker FICO Tây Ninh .45 3.1.2 Thành phần hóa đá vôi Sroc Con Trăn Tây Ninh 46 3.1.3 Thành phần hóa thạch cao 46 3.1.4 Thành phần hóa Puzolan Bình Phƣớc 46 3.2 Kết thí nghiệm cấp phối .47 3.2.1 Kết độ mịn mẫu nghiền 47 3.2.2 Kết mẫu clinker nghiền 49 3.2.3 Kết mẫu cấp phối clinker thạch cao .51 3.2.4 Kết mẫu cấp phối clinker đá vôi 54 3.2.5 Kết mẫu cấp phối clinker puzolan .57 3.2.6 Kết mẫu cấp phối clinker, Thạch cao đá vôi 60 3.2.7 Kết mẫu cấp phối clinker, thạch cao puzolan 63 3.2.8 Nhận xét mẫu nghiên cứu khơng có thạch cao: 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 72 DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 1: Đƣờng cong phân bố thành phần cỡ hạt mẫu M20 50 Đồ thị 2: Đƣờng cong phân bố thành phần cỡ hạt mẫu T22 52 Đồ thị 3: Đƣờng cong phân bố thành phần cỡ hạt mẫu D22 55 Đồ thị 4: Đƣờng cong phân bố thành phần cỡ hạt mẫu P22 58 Đồ thị 5: Đƣờng cong phân bố thành phần cỡ hạt mẫu TD22 .61 Đồ thị 6: Đƣờng cong phân bố thành phần cỡ hạt mẫu TP22 65 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Ảnh SEM mẫu M20 .50 Hình Ảnh SEM mẫu T22, ngày tuổi 53 Hình Ảnh SEM mẫu D22, ngày tuổi 56 Hình Ảnh SEM mẫu P22, ngày tuổi 59 Hình Ảnh SEM mẫu TD22, ngày tuổi .62 Hình Ảnh SEM mẫu TP22, ngày tuổi 66 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.Phân loại phụ gia thủy theo độ hoạt tính 12 Bảng 1.2 Phân loại phụ gia thủy theo nguồn gốc 12 Bảng 1.3 Tóm tắt q trình lý học xi măng đóng rắn .15 Bảng 2.1 Bảng mã hóa mẫu nghiền riêng loại theo thời gian 37 Bảng 2.2 Bảng mã hóa mẫu cấp phối clinker thạch cao 37 Bảng 2.3 Bảng mã hóa mẫu cấp phối clinker đá vôi 38 Bảng 2.4 Mã hóa mẫu trộn cấp phối clinker puzolan 38 Bảng 2.5 Mã hóa mẫu trộn cấp phối clinker, thạch cao đá vôi .38 Bảng 2.6 Mã hóa mẫu trộn cấp phối clinker, thạch cao puzolan 39 Bảng 3.1 Thành phần khống, hóa clinker 45 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm mẫu clinker nhà máy xi măng FICO Tây Ninh 45 Bảng 3.3 Thành phần hóa đá vơi Sroc Con Trăn Tây Ninh 46 Bảng 3.4 Thành phần hóa thạch caoThái Lan 46 Bảng 3.5 Thành phần hóa Puzolan Bình Phƣớc 46 Bảng 3.6 Kết độ mịn mẫu nghiền 47 Bảng 3.7 Kết độ mịn mẫu trộn cấp phối .48 Bảng 3.8 Kết R nén mẫu clinker với thời gian nghiền khác .49 Bảng 3.9 Kết Rnén mẫu cấp phối clinker thạch cao 51 Bảng 3.10 Kết cƣờng độ nén mẫu cấp phối đá vôi 54 Bảng 3.11 Kết Rnén mẫu cấp phối puzolan 57 Bảng 3.12 Kết tỉ diện Rnén mẫu cấp phối với thạch cao, đá vôi 60 Bảng 3.13 Kết tỉ diện Rnén mẫu cấp phối cliner, thạch cao puzolan 63 Bảng 3.14 Kết mẫu không thạch cao .67 CÁC CHỮ VI T TẮT PC: Portland Cement PCB: Portland Cement Blended VLXD: Vật liệu xây dựng ASTM: American Society for Testing and Materials (hiệp hội vật liệu thử nghiệm Hoa Kỳ TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam SEM: Scanning Electron Microscope, kính hiển vi điện tử quét ĐATN: Đồ án tốt nghiệp LVThS: Luận văn Thạc sĩ CaOtd: Vôi tự 10 p: Phút 11 XRD: X-ray diffraction- Phân tích nhiễu xạ tia X 12 XRF: X-ray flourescence- Phân tích huỳnh quang tia X 13 R nén: Cƣờng độ chịu nén 14 EDS: Energry- dispersive X-ray spectroscopy 15 CKT: Cặn không tan 16 MKN: Mất nung MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Theo số liệu thống kê Vicem tổng sản lƣợng xi măng nƣớc năm 2015-2016 75-76 triệu tấn, dự báo kế hoạch sản xuất năm 2016-2020 đạt 93-95 triệu đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng xi măng nƣớc xuất khẩu[1] Do đó, cơng nghiệp sản xuất xi măng ngành mũi nhọn ngành sản xuất vật liệu xây dựng, đóng vai trị quan trọng kinh tế quốc dân Hằng năm, ngành công nghiệp sản xuất xi măng nộp vào ngân sách nhà nƣớc hàng ngàn tỷ đồng, giải hàng ngàn lao động Hiện giới nƣớc có nhiều cơng trình nghiên cứu sản xuất loại clinker khác sở xi măng gốc loại phụ gia khoáng cho đời nhiều chủng loại xi măng có chất lƣợng cao, nhằm thỏa mãn yêu cầu hạng mục xây dựng dân dụng cơng nghiệp Nhằm mục đích tăng tính cạnh tranh thị trƣờng tiêu thụ xi măng nƣớc xuất khẩu, ngành công nghiệp sản xuất xi măng không ngừng đổi công nghệ, thiết bị sản xuất để tăng suất, nâng cao chất lƣợng sản phẩm, giảm chi phí tiêu hao lƣợng nguyên vật liệu góp phần hạ giá thành sản phẩm Để cải thiện tính chất lý xi măng portland hỗn hợp, có nhiều giải pháp khác nhau, giải pháp nghiên cứu thành phần cỡ hạt, tỉ diện cấu tử có xi măng portland hỗn hợp ảnh hƣởng đến cƣờng độ xi măng.Trên sở đƣa giải pháp công nghệ kỹ thuật nhằm đạt đƣợc thành phần cỡ hạt, độ mịn tỉ lệ xi măng phụ gia khống hợp lý giúp ngành cơng nghiệp sản xuất xi măng nƣớc chủ động đầu tƣ công nghệ nghiền thiết bị nghiền cho hiệu kinh tế kỹ thuật Các tính chất xi măng nhƣ hoạt tính, tốc độ đóng rắn… đƣợc định khơng thành phần khống hóa clinker, hình dạng kích thƣớc tinh thể alit, belit… mà phụ thuộc nhiều vào độ nghiền mịn sản phẩm, thành phần hình dạng hạt xi măng, hạt phụ gia TÀI LIỆU THAM KHẢO www.Vicem.vn Bùi Văn Chén (1998), Kỹ Thuật Sản xuất Chất kết dính, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà nội Võ Đình Lƣơng (2008) Hóa học cơng nghệ sản xuất xi măng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hoàng Văn Phong (2006), 20 chủng loại xi măng công nghệ sản xuất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Dân (2007), Giáo trình Sản xuất Xi măng Portland, Trường Đại Học Bách Khoa Đà nẵng E.Sakai; M.Daimon (3/1988), Limestone powder application, wokshop on cement and concrete technology research and application, Ha Noi Tạp chí Bộ Xây dựng số (2016) EF.Irassar; D.Violini; VF Rahhal, Cement & Concrete Composites 33 (2011) 192–200 2011 T Vuk; V Tinta; R Gabrovšek; V Kaučič (2001), The effects of limestone addition, cliner type and fineness on properties of Portland cement Cement and Concrete Research ; Vol 31; (135-139) 10 K Erdogdu; M Tokyay; P Türker Abstract (1999), Comparison of intergrinding and separate grinding for the production of natural pozzolan and GBFS-incorporated blended cements Cement and Concrete Research 29: p (743-746) 11 Wang.P.Z (2005), Advances in Cement Research 17(4): p 161-166 12 Đỗ Văn Cƣơng (2013), Khảo sát ảnh hưởng đá vôi mịn (khi thay phần thạch cao) tới số tính chất xi mang pooclang 13 Tô Thế Trung ((2014), Khảo sát ảnh huởng độ mịn (Blaine) phụ gia khống đá vơi đá Bazan Bút sơn đến số tính chất xi măng porland 70 14 Nguyễn Thị Nhàn; Lê Thị Hồi (2014), Khả nghiền số tính chất xi măng Bút Sơn có mặt phụ gia bazan, đá vôi, TIPA 15 Trần Hồng Dƣơng, Xác định tính chất xi măng thay đ i hàm lư ng bột đá vôi si u mịn dải c hạt bột đá vôi si u mịn 2009 16 Đỗ Mạnh Cƣơng, Khảo sát ảnh hưởng đá vôi mịn (khi thay phần thạch cao) tới số tính chất xi măng Pooclăng 2013 17 Võ Nguyên Hùng, Nghi n cứu ảnh hưởng kích thước hạt phụ gia khống đến số tính chất xi măng poóc lăng 2013 18 Hồ Thế Duyệt, Khảo sát quan hệ gi a độ mịn cường độ xi măng 2013 19 Lê Vinh Thắng, Khảo sát ảnh hưởng độ mịn hàm lư ng hỗn h p đá vôi muội cacbon tới cường độ sớm đá xi măng 2014 20 Lê Xuân Hậu, Khảo sát ảnh hưởng dải hạt CLM l n tính cơng tác Bê tơng 2016 21 Viện VLXD (2006), Nghi n cứu xây dựng quy trình nghiền xi măng tạo thành phần hạt h p lý cải thiện chất lư ng xi măng 22 TCVN 10825:2015 Xác định phân bố c hạt bột gốm phương pháp nhiễu xạ Lazer 71 PHỤ LỤC Phụ lục Chỉ tiêu chất lƣợng xi măng pooclăng theo TCVN 2682 – 2009 Tên tiêu Mức PC30 PC40 PC50 - Sau ngày± 45 phút 16 21 25 - Sau 28 ngày± 30 40 50 Giới hạn bền nén, N/mm2; không nhỏ 2.Thời gian ninh kết - Thời gian bắt đầu ninh kết, phút, không sớm 45 - Thời gian kết thúc ninh kết, phút, không muộn 375 Độ nghiền mịn - Phần cịn lại sàng 0,09mm, %, khơng lớn 10 - Bề mặt riêng xác định theo phƣơng pháp Blaine, 2800 cm2/g, không nhỏ Độ ổn định thể tích, xác định theo phƣơng pháp Lơsatơlie, mm, khơng lớn 10 Hàm lƣợng SO3, %, không lớn 3,5 Hàm lƣợng MgO, %, không lớn 5,0 Hàm lƣợng MKN, %, không lớn 3,0 Hàm lƣợng CKT, %, không lớn 1,5 Hàm lƣợng kiềm quy đổi Na2O, %, không lớn 0,6 Chú thích: 1) Áp dụng xi măng pooclang sử dụng với cốt liệu có khả xảy phản ứng kiềm-Silic 2) Hàm lƣợng kiềm quy đổi (Na2Oqđ) tính theo công thức: %Na2Oqđ= %Na2O+ 0,658%K2O 72 Phụ lục Chỉ tiêu chất lƣợng ximăng pooclăng hỗn hợp theo TCVN 6260 – 2009 Mác ximăng Tên tiêu PCB PCB PCB 30 50 40 Giới hạn bền nén, N/mm2; không nhỏ - Sau ngày± 45 phút - Sau 28 ngày± Độ nghiền mịn - Phần cịn lại sàng 0,09mm, %, khơng lớn - Bề mặt riêng xác định theo phƣơng pháp Blaine, cm2/g, không nhỏ 14 18 22 30 40 50 10 2800 Thời gian ninh kết - Thời gian bắt đầu ninh kết, phút, không sớm 45 - Thời gian kết thúc ninh kết, phút, không muộn 420 Độ ổn định thể tích, xác định theo phƣơng pháp 10 Lơsatơlie, mm, không lớn Hàm lƣợng anhydric sunphuric SO3, %, không lớn 3,5 6.Độ nở Autoclave (1), % khơng nhỏ 0,8 Chú thích: 1) Áp dụng có yêu cầu khách hàng 73 Phụ lục Chỉ tiêu chất lƣợng Thạch cao theo TCVN 9807-2013 Tên tiêu Hàm lƣợng sunfua trioxit (SO3), %, không nhỏ Hàm lƣợng CaSO4.2H2O, %, không nhỏ Phân oại Gn95 Gn90 Gn80 Gn70 44,2 41,9 37,2 32,6 95 90 80 70 Trong đó: Gn ký hiệu thạch cao thiên nhiên 95, 90, 80, 70 hàm lƣợng CaSO4.2H2O tính theo % khối lƣợng Phụ lục Chỉ tiêu chất lƣợng phụ gia khoáng theo TCVN 6882: 2001 Tên tiêu Mức Phụ gia hoạt tính Phụ gia đầy Chỉ số hoạt tính cƣờng độ với xi măng poóc lăng sau 28 ngày so với mẫu đối chứng, % không nhỏ 75 - Thời gian kết thúc đông kết vữa vôi phụ gia, giờ, không muộn 96 - Đạt yêu cầu - - 3,0 Độ bền nƣớc vữa vôi - phụ gia Lƣợng tạp chất bụi sét, % không lớn Hàm lƣợng SO3, %, khơng lớn 4,0 Hàm lƣợng kiềm có hại phụ gia sau 28 ngày, %, không lớn 1,5 74 Phụ lục : Các ảnh SEm mẫu nghiên cứu Hình Ảnh SEM mẫu M20 Hình Ảnh SEM mẫu T22 75 Hình Ảnh SEM mẫu D22 Hình Ảnh SEM mẫu P22 76 Hình Ảnh SEM mẫu TD22 Hình Ảnh SEM mẫu TP22 77 Phụ lục : Kết phân tích lý, hóa mẫu Chỉ tiêu ý, hóa OPC M20 T22 D22 P22 TD22 TP22 3,15 3,18 3,14 3,16 3,16 3,12 3,12 Bề mặt riêng, Blaine, cm2/g 4286 4414 4591 4400 4695 4525 Sót sàng 45 μm, % 12,74 12,40 11,23 12,77 12,51 12,10 Sót sàng 90 μm, % 1,39 1,25 1,32 1,04 1,34 1,36 Khối lƣợng riêng, g/l Nƣớc tiêu chuẩn, % 26,2 24,0 26,7 26,6 25,8 25,4 26,2 Thời gian bđầu ninh kết, phút 110 30 105 100 40 90 115 Thời gian kthúc ninh kết, phút 140 50 135 145 60 125 140 Độ dãn Le Chatelier, mm 0,2 0,1 0,15 0,12 0,14 0,1 11,7 21,8 13,9 11,6 25,1 21,7 23,4 35,2 27,9 25,3 36,4 33,6 31,6 48,9 33,7 33,8 46,0 41,6 45,3 55,1 40,6 38,8 54,2 55,4 Cƣờng độ, MPa,1-ngày Cƣờng độ, MPa, 3-ngày 33,2 Cƣờng độ, MPa , 7-ngày Cƣờng độ, MPa , 28-ngày 54,9 Oxyt silic (SiO2), % 21,03 Oxyt nhôm (Al2O3), % 5,54 Oxyt sắt (Fe2O3), % 3,49 Oxyt canxi (CaO), % 64,52 Oxyt manhe (MgO), % 3,05 Oxyt sulphua (SO3), % Mất nung, % 0,55 Cặn không tan, % 0,05 78 Phụ lục 7: Số liệu phân tích thành phần kích thƣớc hạt theo hệ thống BT-9300S Mẫu M20 79 Mẫu T22 80 Mẫu D22 81 Mẫu P22 82 Mẫu TD22 83 Mẫu TP22 84 ... hƣởng độ mịn clinker nghiền tới cƣờng độ xi măng  Nghiên cứu ảnh hƣởng độ mịn thạch cao tới cƣờng độ xi măng  Nghiên cứu ảnh hƣởng độ mịn đá vôi tới cƣờng độ xi măng  Nghiên cứu ảnh hƣởng độ mịn. .. [20]… ảnh hƣởng độ mịn xi măng phụ gia xi măng tới phát triển cƣờng độ xi măng Các nghiên cứu cho thấy: – Độ mịn xi măng nhƣ phụ gia ảnh hƣởng tới tính chất lý xi măng, đặc biệt cƣờng độ tuổi... hƣởng độ mịn thạch cao tới số tính chất lý xi măng • Ảnh hƣởng độ mịn đá vơi tới số tính chất lý xi măng • Ảnh hƣởng độ mịn puzolan tới số tính chất lý xi măng Phạm vi nghiên cứu:  Nghiên cứu ảnh