Nghiên cứu chế tạo chất kết dính thạch cao hỗn hợp cường độ cao và chịu nước trên cơ sở phế thải phosphogypsum

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THẾ HÂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT KẾT DÍNH THẠCH CAO HỖN HỢP CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ CHỊU NƯỚC TRÊN CƠ SỞ PHẾ THẢI PHOSPHOGYPSUM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THẾ HÂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT KẾT DÍNH THẠCH CAO HỖN HỢP CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ CHỊU NƯỚC TRÊN CƠ SỞ PHẾ THẢI PHOSPHOGYPSUM Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Bùi Danh Đại TS Nguyễn Thị Hồng Phượng Hà Nội - 2019 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC MỞ ĐẦU iv LỜI CAM ĐOAN v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài 3 Mục đích mục tiêu nghiên cứu đề tài Ý nghĩa luận văn, vấn đề cần giải 4.1 Ý nghĩa luận văn 4.2 Các vấn đề cần giải 5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu 5.2 Phạm vi nghiên cứu 6 Phương pháp nghiên cứu Chƣơng TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI 1.1 Khái niệm chất kết dính thạch cao 1.1.1 Thạch cao xây dựng 1.1.2 Thạch cao cường độ cao 1.1.3 Thạch cao anhydrite 1.1.4 Các tính chất lý chất kết dính thạch cao 10 1.2 Chất kết dính hỗn hợp ba thành phần thạch cao - xi măng - puzolan 15 1.3 Phế thải phosphogypsum 16 1.4 Các hướng xử lý phế thải thạch cao phốt 17 1.4.1 Sử dụng phosphogypsum nguyên liệu cung cấp lưu huỳnh 17 1.4.2 Sử dụng nông nghiệp 19 i GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1.4.3 Sử dụng phosphogypsum làm vật liệu xây dựng 20 1.5 Tình hình nghiên cứu tái chế sử dụng phế thải phosphogypsum giới 22 1.6 Tình hình nghiên cứu xử lí tái chế sử dụng phế thải phosphogypsum Việt Nam 25 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Nguyên liệu sử dụng nghiên cứu 29 2.1.1 Phế thải phosphogypsum (PG) 29 2.1.2 Clinker 30 2.1.3 Đá vôi 31 2.1.4 Silica fume (SF) 32 2.1.5 Phụ gia siêu dẻo PCE 33 2.1.6 Nước 34 2.2 Phương pháp nghiên cứu 34 2.2.1 Các phương pháp thử theo tiêu chuẩn 34 2.3 Quy trình thí nghiệm 35 2.3.1 Quy trình thí nghiệm xác định chế độ gia công nhiệt phế thải phosphogypsum hỗn hợp phế thải phosphogypsum + bột đá vôi 37 2.3.2 Quy trình thí nghiệm xác định ảnh hưởng hàm lượng đá vôi phối liệu đến tính chất chất kết dính anhydrite 37 2.3.3 Quy trình thí nghiệm xác định ảnh hưởng hàm lượng đá vơi phối liệu đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 41 2.3.4 Quy trình thí nghiệm xác định ảnh hưởng clanhke xi măng silica fume đến cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp 43 2.3.5 Quy trình thí nghiệm xác định ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo tới tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 44 2.3.6 Quy trình thí nghiệm xác định hệ số hoá mềm chất kết dính thạch cao hỗn hợp cường độ cao 45 2.4 Kết luận chương 45 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 46 ii GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.1 Nghiên cứu chế độ gia công nhiệt phế thải phosphogypsum hỗn hợp phế thải phosphogypsum + bột đá vôi 46 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng đá vơi phối liệu đến tính chất chất kết dính anhydrit 49 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng đá vôi phối liệu đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 52 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng Clinker xi măng silicafume đến cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp 54 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 56 3.6 Xác định hệ số hóa mềm chất kết dính thạch cao hỗn hợp cường độ cao 58 3.7 Kết luận chương 60 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 iii GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU Từ xa xưa người biết sản xuất loại hàng hóa phục vụ đời sống, theo thời gian sản xuất phát triển đa dạng Cùng với phát triển ạt sản xuất công nghiệp đặt vấn đề lượng phát thải, rác thải ngày lớn đòi hỏi phải tái sử dụng để tránh ô nhiễm môi trường Nghiên cứu tái chế rác thải hướng để đảm bảo sản xuất xanh bền vững Là sản phẩm phế thải ngành cơng nghiệp sản xuất phân bón, bã thải photphogypsum tiềm ẩn nguy ô nhiễm môi trường lớn có nhiều tiềm tái sử dụng ngành cơng nghiệp xây dựng Với mục đích chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo chất kết dính thạch cao hỗn hợp cường độ cao chịu nước sở phế thải photphogypsum” làm đề tài tốt nghiệp chương trình đào tạo thạc sĩ kỹ thuật hóa silicat Trong q trình thực đề tài tơi nhận giúp đỡ tận tình nhiều cá nhân, đơn vị Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tiến sĩ Bùi Danh Đại tiến sĩ Nguyễn Thị Hồng Phượng trực tiếp hướng dẫn thực đề tài này; xin cảm ơn cán kỹ thuật phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng trường đại học Xây Dựng Hà Nội phịng thí nghiệm Cơng ty xi măng Vicem Hải Phịng giúp tơi thực thí nghiệm thuộc phạm vi đề tài Tác giả đề tài Nguyễn Thế Hân iv GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thế Hân Sinh ngày: 12/04/1982 Mã số học viên: CB160016 Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Đề tài luận văn: : Nghiên cứu chế tạo chất kết dính thạch cao hỗn hợp cường độ cao chịu nước sở phế thải photphogypsum Tôi xin cam đoan trình thực đề tài thực đầy đủ theo đề cương nghiên cứu khoa học phê duyệt Các kết nghiên cứu báo cáo đề tài phản ánh trung thực kết thực nghiệm thực tế Báo cáo đề tài thể tìm hiểu, nghiên cứu thân lĩnh vực nghiên cứu đề tài hướng dẫn giáo viên hướng dẫn v GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU PG: Phế thải phosphogypsum CKD: Chất kết dính VLXD: Vật liệu xây dựng vi GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng - 1: Thời gian đơng kết chất kết dính thạch cao 13 Bảng - 2: Phân loại chất kết dính thạch cao theo cường độ 14 Bảng - 1: Thành phần hóa phế thải phosphogypsum 29 Bảng - 2: Thành phần hóa clanhke xi măng Hải Phòng 30 Bảng - 3: Thành phần khoáng clanhke xi măng Hải Phòng 30 Bảng - 4: Tính chất lý Clinker xi măng Hải Phòng 31 Bảng - 5: Thành phần hoá học đá vôi 31 Bảng - 6: Thành phần hóa SF 32 Bảng - 7: Tính chất lý silica fume 32 Bảng - 8: Đặc tính kỹ thuật phụ gia siêu dẻo PCE 33 Bảng - 9: Danh mục tiêu thử nghiệm phương pháp thử nghiệm 34 Bảng - 10: Cấp phối thử nghiệm xác định ảnh hưởng đá vôi đến tính chất chất kết dính anhydrite 41 Bảng - 11: Thành phần chất kết dính thạch cao hỗn hợp 42 Bảng - 12: Ảnh hưởng hàm lượng đá vơi đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 42 Bảng - 13: Ảnh hưởng clanhke silica fume đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 43 Bảng - 14: Ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo tới tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 44 Bảng - 1: Kết xác định tính chất chất kết dính anhydrite 50 Bảng - 2: Kết xác định tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 52 Bảng - 3: Ảnh hưởng clanhke silica fume đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần khác 55 Bảng - 4: Ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo tới tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp 57 Bảng - 5: Kết xác định hệ số hoá mềm 59 vii GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC HÌNH VẼ Hình - 1: Nhớt kế Suttard (a) sơ đồ thử nghiệm độ dẻo tiêu chuẩn (b) 11 Hình - 2: Dụng cụ Vicat (a) sơ đồ thử nghiệm xác định thời gian đông kết (b) 13 Hình - 3: Sơ đồ sản xuất axit phosphoric 16 Hình - 4: Tấm thạch cao từ thạch cao phế thải phosphogypsum 21 Hình - 5: Bãi thải rắn chứa phosphogypsum 27 Hình - 1: Bãi chứa phế thải phosphogypsum DAP Đình Vũ 29 Hình - 2: Silica fume 32 Hình - 3: Phụ gia siêu dẻo PCE 33 Hình - 4: Sơ đồ quy trình thí nghiệm 36 Hình - 5: Phế thải phosphogypgum (a) hỗn hợp phối liệu (b) 38 Hình - 6: Tạo hình viên mẫu máy ép thủy lực 39 Hình - 7: Viên phối liệu lò nung 39 Hình - 8: Máy nghiền bi rung chất kết dính anhydrite 40 Hình - Biểu đồ phân tích DTA mẫu phế thải phosphogypsum 47 Hình - 2: Biểu đồ phân tích DTA mẫu đá vôi 48 Hình - 3: Biểu đồ phân tích DTA mẫu hỗn hợp phối liệu phế thải PG-Đá vôi 48 Hình - 4: Đường cong nung thạch cao anhydrite 49 Hình - 5: Thời gian đơng kết chất kết dính anhydrite 50 Hình - 6: Cường độ nén chất kết dính anhydrite 51 Hình - 7: Thời gian đông kết chất kết dính thạch cao hỗn hợp 53 Hình - 8: Cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp 53 Hình - 9: Thời gian đơng kết chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần khác 55 Hình - 10: Cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần khác 56 viii GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật anhydrite có chứa chất kích hoạt CaO cần phải nung mẫu nhiệt độ > 800oC Vì mẫu sử dụng để phân tích DTA có khối lượng nhỏ (khoảng vài chục mg) nên tốc độ phân huỷ nhiệt mẫu xảy tương đối nhanh Khi mẫu có kích thước lớn, có chiều dày khoảng 5cm tốc độ phân huỷ nhiệt 800oC chậm nên để tăng tốc độ phân huỷ nhằm giảm thời gian nhiệt, tác giả lựa chọn nhiệt độ nung cao 850oC, với tốc độ nâng nhiệt trình bày hình 3-4 900 Nhiệt độ nung, oC 800 700 600 500 400 300 200 100 0 10 Thời gian nung, h Hình - 4: Đường cong nung thạch cao anhydrite 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng đá vôi phối liệu đến tính chất chất kết dính anhydrit Sau nung phối liệu gồm phosphogypsum đá vôi chứa hàm lượng đá vôi khác nhau, sản phẩm nung có mặt CaO phân huỷ nhiệt CaCO3 đá vơi Canxi ơxit chất kích hoạt thuỷ hố anhydrite nên ảnh hưởng tới tính chất chất kết dính anhydrite Kết xác định ảnh hưởng hàm lượng đá vôi phối liệu nung thạch cao anhydrite đến tính chất chất kết dính anhydrite trình bày bảng 3-1 hình 3-5, 3-6 49 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng - 1: Kết xác định tính chất chất kết dính anhydrite STT Ký Độ chảy Lượng Thời gian đông kết Cường độ nén hiệu (mm) nước tiêu (min) (MPa) mẫu chuẩn Bắt đầu Kết thúc ngày 28 ngày (%) CKD ĐV0 182 65 1200 1560 2,5 ĐV3 184 65,5 270 382 4,3 7,7 ĐV5 180 65,5 255 370 4,9 8,4 11 ĐV7 182 67 300 420 3,9 6,6 Thời gian đông kết, 1800 1600 1400 1200 1000 Bắt đầu đông kết 800 Kết thúc đông kết 600 400 200 ĐV0 ĐV3 ĐV5 ĐV7 Hình - 5: Thời gian đơng kết chất kết dính anhydrite Phân tích kết xác định thời gian đơng kết chất kết dính anhydrite trình bày trong bảng 3-1 hình 3-5 cho thấy thời gian đơng kết chất kết dính thạch cao phụ thuộc lớn vào hàm lượng đá vôi phối liệu nung thạch cao anhydrite Thời gian đông kết mẫu ĐV0 dài, thời gian bắt đầu kết thúc đông kết tương ứng 20 28 h Khoảng thời gian bắt đầu kết thúc đông kết lớn (6h) Đây mẫu chất kết dính anhydrite khơng có chất kích hoạt CaO phối liệu có phosphogypsum Mẫu ĐV0 rắn chậm Ở 50 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật tuổi ngày, mẫu cường độ Ở tuổi 28 ngày, cường độ nén mẫu ĐV0 đạt 2,5 MPa, giá trị thấp chứng tỏ mẫu chất kết dính có khả rắn bảo dưỡng lâu dài mơi trường khơng khí Cƣờng độ nén, MPa 10 Cường độ nén ngày ĐV0 ĐV3 ĐV5 ĐV7 Hình - 6: Cường độ nén chất kết dính anhydrite So với mẫu ĐV0, mẫu chất kết dính anhydrite chế tạo từ phối liệu chứa đá vơi có thời gian đông kết nhỏ nhiều Với hàm lượng đá vôi phối liệu từ 3-7%, tương đương với khoảng 2-6% CaO chất kết dính, thời gian bắt đầu đông kết thay đồi từ 255 phút đến 300 phút, cịn thời gian kết thúc đơng kết thay đổi từ 370 đến 420 phút Mặt khác, thay đổi không tỷ lệ thuận với hàm lượng đá vôi phối liệu Trong đó, mẫu ĐV5 chứa 5% đá vơi phối liệu hay khoảng 4% CaO chất kết dính mẫu có thời gian bắt đầu kết thúc đông nhỏ rất, tương ứng 255 370 phút hi có đá vơi phối liệu, mẫu chất kết dính anhydrite có tốc độ rắn cường độ nén tăng lên đáng kể Cường độ nén mẫu chất kết dính đạt 3,9 đến 4,9 MPa tuổi ngày 6,6 đến 8,4 MPa tuổi 28 ngày Trong đó, mẫu ĐV5 có cường độ nén cao nhất, đạt 6,6 8,4 MPa tương ứng tuổi 28 ngày hi tăng hàm lượng đá vôi phối liệu đến 7%, tương đương khoảng 6% CaO chất kết dính cường độ nén mẫu lại bị giảm 51 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng đá vơi phối liệu đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng đá vơi đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp tiến hành mẫu có ký hiệu ĐV0TC50, ĐV3TC50, ĐV5TC50, ĐV7TC50 với thành phần trình bày bảng 2-11 (mục 2.3.3) Các mẫu có thành phần tương tự nhau, gồm chất kết dính anhydrit 50%, clanhke xi măng 37,5% silica fume 12,5% Các mẫu khác loại chất kết dính anhydrite sử dụng, cụ thể hàm lượng đá vôi phối liệu 0%, 3%, 5% 7%, tương ứng cho mẫu ký hiệu ĐV0TC50, ĐV3TC50, ĐV5TC50, ĐV7TC50 Bảng - 2: Kết xác định tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp STT Lượng Thời gian đông kết Cường độ nén (min) (MPa) Ký hiệu Độ chảy nước tiêu mẫu (mm) chuẩn Bắt đầu Kết thúc ngày 28 ngày (%) ĐV0TC50 184 55 600 780 6,5 13,2 ĐV3TC50 182 55 210 310 10,9 17,6 ĐV5TC50 180 55 205 320 11,6 18,5 ĐV7TC50 183 56 214 330 11,2 17,9 Kết thử nghiệm xác định ảnh hưởng đá vơi phối liệu đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp trình bày bảng 3-2 hình 3-7, 3-8 52 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Thời gian đông kết, 900 800 700 Bắt đầu đông kết 600 Kết thúc đông kết 500 400 300 200 100 ĐV0TC50 ĐV3TC50 ĐV5TC50 ĐV7TC50 Hình - 7: Thời gian đơng kết chất kết dính thạch cao hỗn hợp Cƣờng độ nén, MPa 20 Cường độ nén ngày 17.6 15 18.5 17.9 ĐV5TC50 ĐV7TC50 13.2 10 ĐV0TC50 ĐV3TC50 Hình - 8: Cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp Từ kết nhận xét phối hợp clanhke xi măng silica fume với chất kết dính anhydrite tạo thành chất kết dính thạch cao hỗn hợp ba thành phần cải thiện đáng kể tính chất so với chất kết dính anhydrite: lượng nước yêu cầu thời gian đông kết nhỏ hơn, cường độ nén cao Trong mẫu chất kết dính chế tạo từ phối liệu chứa đá vơi, mẫu ĐV5TC50 có tính chất tốt cả, chênh lệch lượng nước yêu cầu, thời gian đông kết cường độ nén mẫu khơng lớn Do tác giả luận văn lựa chọn mẫu chất 53 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật kết dính anhydrite có ký hiệu ĐV5, chế tạo từ hỗn hợp phối liệu gồm 95% phosphogypsum 5% đá vôi cho thử nghiệm 3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng Clinker xi măng silicafume đến cƣờng độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp Nghiên cứu ảnh hưởng clanhke xi măng silica fume đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp tiến hành mẫu chất kết dính ký hiệu từ M1 đến M9, có thành phần trình bày bảng 2-13 (mục 2.3.4) Các mẫu chất kết dính sử dụng loại chất kết dính anhydrite mẫu ĐV5, có thành phần khác nhau: hàm lượng chất kết dính anhydrite chất kết dính thạch cao hỗn hợp thay đổi từ 50-70%, tổng hàm lượng clanhke silica fume thay đổi từ 30-50% Tỷ lệ clanhke xi măng silica fume 75/25 đến 55/45 Kết thử nghiệm xác định ảnh hưởng clanhke xi măng silica fume đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp trình bày bảng 3-3 hình 3-9, 3-10 Phân tích kết thử nghiệm bảng 3-3 hình 3-9, 3-10 thấy thời gian bắt đầu kết thúc đông kết mẫu chất kết dính thạch cao hỗn hợp tăng lên tăng hàm lượng chất kết dính anhydrite chất kết dính thạch cao hỗn hợp Trong cường độ nén tuổi 28 ngày mẫu lại giảm tăng hàm lượng chất kết dính anhydrite hỗn hợp Mặt khác, giữ thành phần chất kết dính anhydrite hỗn hợp khơng đổi thay đổi tỷ lệ clanhke silica fume cường độ nén tuổi 28 ngày bị thay đổi theo Sự ảnh hưởng tỷ lệ clanhke silica fume tới cường độ nén không tuân theo quy luật tuyến tính Đối với cấp phối có hàm lượng chất kết dính anhydrite hỗn hợp 50% tỷ lệ clanhke thạch cao 65/35 cho kết tốt 54 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng - 3: Ảnh hưởng clanhke silica fume đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần khác Ký hiệu Độ chảy mẫu (mm) M1 STT Lượng Thời gian đông kết Cường độ nén nước tiêu (min) (MPa) Bắt đầu Kết thúc ngày 28 ngày 180 55 205 320 11,6 18,5 M2 180 56 210 325 10,4 16,9 M3 183 57,5 220 330 9,9 16,1 M4 184 58,5 225 335 9,4 15,7 M5 182 60 235 355 8,9 15,1 M6 180 55 209 320 11,8 19,1 M7 181 55,5 212 325 12,3 19,5 M8 182 56 215 325 11,7 18,8 M9 180 57 215 328 11,1 17,7 Thời gian đông kết, chuẩn (%) 450 Bắt đầu đông kết 400 Kết thúc đông kết 350 300 250 200 150 100 50 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 Hình - 9: Thời gian đơng kết chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần khác 55 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Cƣờng độ nén, MPa 25 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Cường độ nén ngày 20 15 10 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 Hình - 10: Cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần khác Trong thử nghiệm tiếp theo, tác giả luận văn lựa chọn cấp phối chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần sau: chất kết dính anhydrite (ĐV5) 50%, clanhke xi măng 32,5%, silica fume 17,5% 3.5 Nghiên cứu ảnh hƣởng phụ gia siêu dẻo đến tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp So với xi măng pc lăng, chất kết dính thạch cao hỗn hợp có lượng nước yêu cầu lớn cường độ nén tương đối thấp Sử dụng phụ gia siêu dẻo làm giảm đáng kể lượng nước yêu cầu chất kết dính thạch cao hỗn hợp nên làm tăng cường độ chất kết dính, đem lại khả sử dụng chất kết dính ứng dụng vữa bê tông Các thử nghiệm xác định ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo tới tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp tiến hành cấp phối có thành phần sau: chất kết dính anhydrite (ĐV5) 50%, clanhke xi măng 32,5%, silica fume 17,5% Các cấp phối thử nghiệm ký hiệu MSP1, MSP2, MSP3 MSP4, MSP5 có thành phần trình bày bảng 2-14 (mục 2.3.5) Kết thử nghiệm trình bày bảng 3-4 hình 3-11, 3-12, 3-13 56 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng - 4: Ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo tới tính chất chất kết dính thạch cao hỗn hợp STT Ký Độ chảy Lượng Thời gian đông kết Cường độ nén hiệu (mm) nước tiêu (min) (MPa) mẫu chuẩn (%) Bắt đầu Kết thúc ngày 28 ngày MSP1 180 35 185 290 43,6 67,9 MSP2 182 24 195 309 57,4 77,5 MSP3 184 20 205 315 66,87 86,6 MSP4 180 19 210 330 67,2 86,9 MSP5 180 19 250 380 66,4 85 Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn, % 45 40 35 30 25 20 15 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Hàm lƣợng phụ gia siêu dẻo, %CKD Hình - 11: Ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo đến lượng nước tiêu chuẩn chất kết dính thạch cao hỗn hợp 57 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Bắt đầu đông kết Kết thúc đông kết 400 Thời gian đông kết, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 350 300 250 200 150 100 50 MSP1 MSP2 MSP3 MSP4 MSP5 Hình - 12: Thời gian đơng kết chất kết dính thạch cao hỗn hợp có hàm lượng phụ gia siêu dẻo khác 100 Cƣờng độ nén, MPa 90 80 70 60 50 40 30 ngày 28 ngày 20 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Hàm lƣợng phụ gia siêu dẻo, %CKD Hình - 13: Ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo đến cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp 3.6 Xác định hệ số hóa mềm chất kết dính thạch cao hỗn hợp cƣờng độ cao Chất kết dính thạch cao có độ bền nước thấp, hệ số hố mềm thơng thường khơng q 0,5 Vật liệu coi bền nước hệ số hoá mềm > 0,75 Để kiểm tra độ bền nước chất kết dính thạch cao hỗn hợp, đề tài xác định hệ số hoá 58 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật mềm chất kết dính thạch cao hỗn hợp có ký hiệu MSP3 thành phần gồm chất kết dính anhydrite (ĐV5) 50%, clanhke xi măng 32,5%, silica fume 17,5%, phụ gia siêu dẻo 0,3%CKD Hệ số hoá mềm mẫu MSP3 so sánh với hệ số hoá mềm mẫu M7 mẫu, ngoại trừ phụ gia siêu dẻo, có thành phần tương tự mẫu MSP3 Hệ số hố mềm mẫu chất kết dính anhydrite khơng có (mẫu ĐV5) có phụ gia siêu dẻo (được ký hiệu ĐV5SP3) xác định Kết thử nghiệm trình bày bảng 3-5 hình 3-14 Bảng - 5: Kết xác định hệ số hoá mềm STT Ký hiệu ĐV5 CLK SF SP NTC Cường độ nén Hệ số mẫu (%) (%) (%) (%) (%) 28 ngày, (MPa) hố Khơ Bão hồ mềm M7 50 32,5 17,5 55,5 19,5 13,7 0,70 MSP3 50 32,5 17,5 0,3 20 86,6 78,8 0,91 ĐV5 100 0 65,5 8,4 3,4 0,40 ĐV5SP3 100 0 0,3 40 11,5 6,3 0,55 Hệ số hoá mềm 0.9 0.8 Hệ số hoá mềm 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 M7 MSP3 ĐV5 ĐV5SP3 Hình - 14: Ảnh hưởng phụ gia siêu dẻo đến cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp 59 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kết thử nghiệm trình bày bảng 3-5 hình 3-14 cho thấy chất kết dính anhydrite có hệ số hố mềm thấp (0,4) nên chất kết dính không bền môi trường nước Sử dụng phụ gia siêu dẻo cải thiện hệ số hoá mềm chất kết dính anhydrite hệ số thấp (0,5) so với mức yêu cầu (0,75) vật liệu bền nước Phối hợp sử dụng clanhke xi măng silica fume nâng cao đáng kể hệ số hố mềm chất kết dính thạch cao hỗn hợp hình thành có hệ số hố mềm (0,7) nhỏ yêu cầu Khi sử dụng thêm phụ gia siêu dẻo hệ số hố mềm cường độ nén trạng thái bão hoà nước chất kết dính thạch cao hỗn hợp đạt giá trị cao, tương ứng 0,91 78,8MPa Vì mẫu có hệ số hố mềm lớn 0,75 nên chất kết dính thạch cao hỗn hợp cường độ cao hồn tồn sử dụng cho sản phẩm vữa bê tông tiếp xúc với môi trường nước 3.7 Kết luận chƣơng Từ kết nghiên cứu trình bày chương 3, rút kết luận sau đây: - Sử dụng bột đá vôi với hàm lượng nhỏ 3-7% phối hợp với phế thải phosphogypsum cải thiện đáng kể tính chất (thời gian đơng kết, cường độ nén) chất kết dính anhydrite so với chất kết dính anhydrite chế tạo từ sản phẩm nung phế thải phosphogypsum - Nhiệt độ nung phối liệu gồm phế thải phosphogypsum đá vôi 850oC, thời gian nhiệt 1h - Sử dụng hỗn hợp clanhke silica fume phối hợp với chất kết dính anhydrite chế tạo từ sản phẩm nung phối liệu PG+ĐV làm tăng cường độ nén hệ số hoá mềm chất kết dính hỗn hợp so với chất kết dính anhydrite - Sử dụng phụ gia siêu dẻo làm giảm lượng nước tiêu chuẩn, tăng cường độ hệ số hố mềm chất kết dính anhydrite chất kết dính thạch cao hỗn hợp - Chất kết dính thạch cao hỗn hợp ba thành phần gồm 50% chất kết dính anhydrite, 32,5% clanhke xi măng, 17,5% silica fume 0,3% phụ gia siêu dẻo đạt cường độ nén 86,6 MPa hệ số hoá mềm 0,91 60 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN Đề tài “Nghiên cứu chế tạo chất kết dính thạch cao hỗn hợp cường độ cao chịu nước sở phế thải phosphogypsum” thực đầy đủ theo nội dung nghiên cứu đề Phân tích, đánh giá kết đạt tác giả rút số kết luận sau: Hồn tồn sử dụng phế thải phosphogypsum để làm nguyên liệu chế tạo chất kết dính thạch cao hỗn hợp có cường độ cao bền nước Thành phần chất kết dính thạch cao hỗn hợp gồm: chất kết dính thạch cao anhydrite, clanhke xi măng pc lăng, silica fume phối hợp với lượng nhỏ phụ gia siêu dẻo Chất kết dính thạch cao anhydrite chế tạo từ phế thải phosphogypsum cách nung hỗn hợp phế thải phosphogypsum với bột đá vôi nhiệt độ thích hợp nghiền mịn sản phẩm nung Chất kết dính anhydrite có đặc tính tốt chế tạo từ hỗn hợp nguyên liệu gồm 95% phế thải phosphogypsum 5% bột đá vôi, nung nhiệt độ 800-850oC với thời gian nhiệt 1h Chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần tối ưu gồm: 50% chất kết dính thạch cao anhydrite, 32,5% clanhke xi măng poóc lăng, 17,5% silica fume, 0,3% phụ gia siêu dẻo Với thành phần chất kết dính thạch cao hỗn hợp đạt cường độ nén 86,6 MPa tuổi 28 ngày mẫu bảo dưỡng khơng khí 78,8 MPa bảo dưỡng nước 61 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO GOST 23789-79 Gypsum binder Test Methods Robert A Northey (2002), The use of lignosulfonates as water reducing agents in the manufacture of gypsum wallboard in “Chemical Modification, Properties, and Usage of Lignin”, Edited by Thomas Q Hu, Kluwer Academic/Plenum Publishers Aakanksha Pundir, Mridul Garg, Randhir Singh, Evaluation of properties of gypsum plaster-superplasticizer blends of improved performance, Journal of Building Engineering, Volume 4, December 2015, Pages 223-230 Frank J Liotta and Steven A Schwartz, A New Generation of Gypsum Dispersing Agents, Global Gypsum Conference 2003, Barcelona September 14-16, 2003, pp 17.1-17.12 Волженский, А.В, Буров, Ю М, Колокольников Б Ц, Минеральные вяжущие вещества, Москва, Стройиздат, 1973 ТУ 21-31-62-89 Гипсоцементнопуццолановое вяжущее GOST 125-79 Standard specification for gypsum binders TCVN 4030 Xi măng Phương pháp xác định độ mịn TCVN 6016: 2011 Xi măng Phương pháp thử - Xác định cường độ 10 TCVN 6017: 2015 Xi măng Phương pháp xác định thời gian đơng kết độ ổn định thể tích 11 TCVN 2682 : 2009 Xi măng poóc lăng - Yêu cầu kỹ thuật 12 TCVN 8256 : 2009 Tấm thạch cao - Yêu cầu kỹ thuật 13 TCVN 11833:2017 Thạch cao phospho dùng để sản xuất xi măng 14 Trịnh Thị Châm (2010), Luận văn tốt nghiệp trường Đại học Bách khoa Hà Nội: Nghiên cứu khả sử dụng bả thải Gyp làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết xi măng 15 Trịnh Thị Châm, Tạ Văn Luân, hổng Thị Giang, Viện VLXD (2017), Nghiên cứu sử dụng phosphogypsum cơng ty DAP Đình Vũ làm vật liệu san 62 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 16 Nguyễn Minh Ngọc, Đại học Kiến trúc (2013), Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ xử lý phế thải GYP nhà máy DAP để sản xuất thạch cao dùng xây dựng 17 Yongjuan Zhang, Fei Pan, Rong Wu, (2016), “Study on the performace of FGD gypsum-metakaolin-cement composite cementitious system”, pp 1-11 18 A.Bentur, K.Kovler and A.Goldman, (1994) Gypsum of improved performance using blends with Porland cement and silicafume, Advances in Cement Research, Vol 6, p 109-116 19 K.Kover, (1998), Strengh and water absorption for gypsum -cement - silicafume blends of improved performance, Advances in Cement Research, Vol 10, p 81-92 63 GVHD: TS Bùi Danh Đại HVTH: Nguyễn Thế Hân ... tiêu nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài nghiên cứu sử dụng phế thải phosphogypsum để chế tạo chất kết dính thạch cao hỗn hợp Mục tiêu nghiên cứu đề tài chế tạo chất kết dính thạch cao hỗn. .. Thời gian đơng kết chất kết dính thạch cao hỗn hợp 53 Hình - 8: Cường độ nén chất kết dính thạch cao hỗn hợp 53 Hình - 9: Thời gian đơng kết chất kết dính thạch cao hỗn hợp có thành phần... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THẾ HÂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT KẾT DÍNH THẠCH CAO HỖN HỢP CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ CHỊU NƯỚC TRÊN CƠ SỞ PHẾ THẢI PHOSPHOGYPSUM