PHỤ GIA TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN: PHỤ GIA TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND GVHD: THS NGUYỄN HOÀNG LƯƠNG NGỌC SVTH: TRẦN THANH TÂM MSSV: 2004110449 LỚP: 02DHHH1 TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 12 NĂM 2014 Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ˜˜˜˜ Chữ ký giáo viên nhận xét SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i MỤC LỤC ii LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặc tính xi măng Portland 1.2 Phụ gia sản xuất xi măng Portland 1.2.1 Khái niệm .2 1.2.2 Lịch sử sử dụng phụ gia 1.2.3 Nhu cầu sử dụng phụ gia 1.2.4 Hệ thống pháp lý Việt Nam cho việc sử dụng quản lý phụ gia 1.3 Quá trình sử dụng phụ gia quy trình sản xuất xi măng Portlant .3 1.4 Một số lưu ý sử dụng phụ gia trình sản xuất Chương 2: PHÂN LOẠI PHỤ GIA TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND .5 2.1 Phụ gia cải thiện công nghệ .5 2.1.1 Phụ gia trợ nghiền .5 2.1.2 Phụ gia khống hóa .5 2.1.3 Phụ gia giảm ẩm 2.2 Phụ gia cải thiện tính chất xi măng 2.2.1 Phụ gia điều chỉnh .7 2.2.2 Phụ gia thủy 2.2.2.1 Đặc tính 2.2.2.2 Phân loại 2.2.2.3 Các phương pháp đánh giá chất lượng phụ gia thủy hoạt tính .10 2.2.3 Phụ gia đầy (phụ gia lười) 10 2.2.4 Phụ gia bảo quản .11 Chương 3: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỦA PHỤ GIA VỚI THÀNH PHẦN CỦA XI MĂNG 12 3.1 Phản ứng thủy hóa phụ gia thủy hoạt tính với xi măng 12 3.1.1 Giai đoạn sơ cấp 12 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc 3.1.1.1 Khống alít (C3S) 12 3.1.1.2 Khống bêlít (C2S) 12 3.1.1.3 Khoáng tricanxialuminat (C3A) 13 3.1.1.4 Khoáng tetracanxi alumoferit (C4AF) 13 3.1.2 Giai đoạn thứ cấp 13 KẾT LUẬN 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lương Ngọc LỜI NĨI ĐẦU ˜˜˜˜ Trong q trình cơng nghiệp hóa đại hóa, xi măng ngành cơng nghiệp trọng điểm có vị trí chiến lượng phát triển kinh tế Việt Nam Nhu cầu xây dựng sở hạ tầng ngày tăng nguồn tài nguyên đá vôi tương đối lớn (địa hình 3/4 đồi núi) thuận lợi cho q trình sản xuất xi măng Do đó, có nhiều công ty sản xuất xi măng đời cạnh tranh với Tuy nhiên, sản phẩm có đặc tính giá thành khác Các doanh nghiệp phải nghiên cứu phương thức sản xuất cho giảm giá thành mà đảm bảo chất lượng tốt Một phương thức sử dụng thích hợp có hiệu phụ gia sản xuất xi măng Phụ gia giúp cho xi măng đạt nhiều tính chất mong muốn, hạ giá thành sản phẩm đồng thời tăng suất sản xuất Tìm hiểu vấn đề phụ gia sản xuất xi măng, cụ thể sản xuất xi măng Portland, vào tìm hiểu báo cáo đồ án: “Phụ gia sản xuất xi măng Portland” Bài báo cáo em gồm ba chương: - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Phân loại phụ gia sản xuất xi măng Portland - Chương 3: Cơ chế phản ứng phụ gia với thành phần xi măng Portland Bằng cố gắng nỗ lực thân giúp đỡ đặc biệt tận tình, chu đáo ThS Nguyễn Hồng Lương Ngọc, em hồn thành đồ án thời hạn Vì thời gian có hạn nên chắn q trình làm khơng thể tránh sai sót Em mong nhận đóng góp ý kiến Em xin cảm ơn ThS Nguyễn Hồng Lương Ngọc, thầy khoa Cơng nghệ hóa học tạo điều kiện để giúp đỡ em thời gian qua Em chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 11 năm 2014 Sinh viên thực Trần Thanh Tâm SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặc tính xi măng Portland Xi măng Portland sản phẩm nghiền mịn clinker Portland phụ gia Clinker Portland sản phẩm trình nung kết khối hỗn hợp nguyên liệu bao gồm đất sét, đá vôi, quặng sắt cát nhiệt độ khoảng 1450 0C lò nung Clinker hình thành dạng viên có đường kính khoảng – 25 mm Hình 1.1: Xi măng Xi măng Portland có số ưu điểm như: - Cường độ cao, cường độ trễ cao - Độ ổn định cao Dễ sử dụng kiểm sốt chất lượng bê tơng cơng trình, đặc biệt cơng trình có sử dụng thêm phụ gia giảm nước chế tạo bê tông.Bền nước, khả chống thấm tốt Với đặc tính đó, xi măng Portland sử dụng hầu hết cơng trình, hạn mục xây dựng khơng có u cầu đặc biệt Xi măng PC OPC sử dụng để sản xuất bê tông cho hạng mục cầu, cống, bê tông dự ứng lực, cao ốc, đập thủy 1.2 Phụ gia sản xuất xi măng Portland 1.2.1 Khái niệm Phụ gia hóa chất hay nguyên liệu pha vào phối liệu hay nghiền chung với clinker xi măng nhằm cải thiện cơng nghệ nghiền, nung hay tính chất xi măng Phụ gia góp phần hạ giá thành sản phẩm tăng chất lượng sản phẩm 1.2.2 Lịch sử sử dụng phụ gia SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Trước sử dụng vữa vôi xây dựng, người ta thêm vào số chất như: nhớt dâm bụt – chất dẻo hóa – làm vữa dẻo hơn, mật rỉ đường – làm cho vữa đóng rắn nhanh hơn, tro trấu – làm cho vữa bền hơn, … Ở Việt Nam, xi măng Portland sử dụng từ năm đầu kỉ XX cơng trình như: cầu Long Biên (1909), cung An Định – Huế (1919) Những năm 60 kỉ XX, thủy điện Thác Bà xây dựng với việc sử dụng thêm phụ gia SSB (Liên Xô) Những năm 70, cơng trình cho thủy điện Hịa Bình có dùng thêm phụ gia nước thải nhà máy giấy (theo cơng nghệ kiềm), phụ gia dẻo hóa, giảm nước ~ 10% Những năm 80, dùng phụ gia Lignhin kiềm giúp giảm nước 15%, phụ gia khoáng sét bentonite giúp tăng khả chống thấm Những năm 2000, sử dụng phụ gia siêu dẻo kỉ như: Polycacboxylat natri giúp giảm nước 25 – 35%, phụ gia khoáng hoạt tính mạnh SF, RHA, MK Và ngày nay, ngày có nhiều loại phụ gia sử dụng sản xuất nhằm tăng suất chất lượng sản phẩm 1.2.3 Nhu cầu sử dụng phụ gia Trong thời đại cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, nhu cầu xây dựng sở hạ tầng ngày phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng cho cơng trình vui chơi, giải trí, trung tâm thương mại, khu cơng nghiệp, cầu, đường, … Trước tình hình nhu cầu vật liệu xây dựng tăng theo Trong xi măng nguồn vật liệu xây dựng thiếu Bên cạnh việc sản xuất nguồn xi măng đáp ứng cho nhu cầu xi măng phải đảm bảo chất lượng giá thành cho sản phẩm Một thành phần góp phần tăng suất chất lượng sản phẩm phụ gia sử dụng q trình sản xuất Xu chung công nghiệp xi măng sản xuất loại clinker mác cao từ pha thêm loại phụ gia khoáng để sản xuất loại xi măng thông dụng Việc làm đem lại hiệu kinh tế cao Mỗi loại xi măng có tính chất khác thành phần công thức phối trộn phụ sản phẩm khác nhau, tạo nên cạnh tranh thị trường sản phẩm xi măng với Do đó, việc sử dụng phụ gia xi măng cho chất lượng sản phẩm tốt đồng thời đảm bảo giá thành điều vô cần thiết quan trọng 1.2.4 Hệ thống pháp lý Việt Nam cho việc sử dụng quản lý phụ gia Theo hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): - Phụ gia khoáng cho xi măng: TCVN 6882 : 2001 - Phụ gia hoạt tính Pozzolan: TCVN 3736 : 1982 - Xỉ hạt lò cao dùng sản xuất xi măng: TCVN 4315 : 1986 1.3 Quá trình sử dụng phụ gia quy trình sản xuất xi măng Portlant Phụ gia sử dụng sản xuất xi măng Portland đưa vào chủ yếu giai đoạn đầu – giai đoạn nghiền clinker với phụ gia SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Trước nghiền clinker phụ gia máy nghiền bi cần tiến hành gia công sơ cách đập thô clinker phụ gia máy đập hàm đến kích thước đạt yêu cầu Ta đập clinker sau khỏi lò nung đưa vào kho ủ Tiến hành nghiền xi măng máy nghiền bi gồm: clinker, loại phụ gia như: phụ gia thủy, phụ gia điều chỉnh, phụ gia lười, … Máy nghiền bi tác dụng nghiền mịn hỗn hợp cịn có tác dụng giúp cho hỗn hợp đồng Hình 1.2: Máy nghiền bi Xi măng Portland thường có độ mịn cịn lại sàng N 0008 tối đa < 15% tương ứng f với tỷ diện 2500 – 3200 cm2/g (với loại xi măng đóng rắn nhanh, cường độ cao độ mịn yêu cầu cao hơn) Hiện người ta thường thay máy nghiền bi thiết bị khác (máy nghiền đứng – lăn, nghiền Horomill) Giải pháp cho phép tăng suất nghiền, đồng thời làm tăng độ mịn sản phẩm, giảm tiêu hao lượng nghiền Hình 1.3: Máy nghiền Horomill 1.4 Một số lưu ý sử dụng phụ gia trình sản xuất Sau số lưu ý sử dụng phụ gia trình sản xuất xi măng: - Trong cấp phối, nên sử dụng đồng phụ gia nhà cung cấp - Không nên tự phối trộn phụ gia - Không xử dụng giới hạn liều lượng cho phép loại phụ gia SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lương Ngọc - Sử dụng quy trình dẫn - Sử dụng bảo dưỡng theo yêu cầu nhà cung cấp Tuy lưu ý vấn đề nhỏ, ta chủ quan hay bỏ qua Thực theo lưu ý góp phần tránh cố trình sản xuất đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Chương 2: PHÂN LOẠI PHỤ GIA TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND 2.1 Phụ gia cải thiện công nghệ 2.1.1 Phụ gia trợ nghiền Phụ gia trợ nghiền nguyên liệu cho vào nghiền chung với hỗn hợp nguyên liệu hay clinker, nhằm tăng suất máy nghiền, giảm lượng tiêu thụ thời gian nghiền Thông thường ta sử dụng: nhựa thông, than cốc, than đá, sulfuanat canxi, HEA – 2, … Hình 2.1: Khai thác than đá Hình 2.2: Than cốc Từ năm 2008, công ty cổ phần xi măng Bắc Giang thử nghiệm thành công việc sử dụng phụ gia trợ nghiền BiFi mang lại nhiều kết tốt : tăng suất, tiết kiệm điện Ngồi ra, BiFi cịn làm tăng độ linh động xi măng, dễ dàng đóng gói sản phẩm tăng thời gian bảo quản 2.1.2 Phụ gia khống hóa Phụ gia khống hóa ngun liệu cho vào nghiền chung với hỗn hợp nguyên liệu Phụ gia khống hóa làm xúc tác cho phản ứng hóa học, sau hồn thành nằm lại ln sản phẩm Phụ gia khống hóa giúp tăng khả tạo khoáng, giảm nhiệt độ nung, tăng độ hoạt tính khống clinker Một số loại phụ gia khống hóa như: quặng fluorit (hay huỳnh thạch chứa CaF 2), quặng phosphorit (chứa P2O5), quặng barit ( chứa BaSO4), thạch cao (chứa CaSO4) SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Ta dùng riêng loại dùng phối trộn loại lại với Tuy nhiên, sử dụng dạng hỗn hợp gây tốn cơng đoạn pha trộn cần có cơng nghệ phức tạp Hình 2.3 : Quặng fluorit Hình 2.4 : Tinh thể fluorit Hình 2.5 : Quặng Barit Hình 2.6 : Quặng Phosphorit Ngồi ra, cịn có tác dụng giảm độ nhớt, tăng tính linh động pha lỏng Do tăng khả thấm ướt pha lỏng cao (do nhiệt độ cao chất khoáng hóa phá vỡ hay làm yếu cầu nối cấu trúc pha lỏng) Từ pha lỏng tăng tính hịa tan C 2S CaO dễ dàng khuếch tán vò pha lỏng tiếp xúc tạo thành khoáng C3S 2.1.3 Phụ gia giảm ẩm Phối liệu sản xuất xi măng theo phương pháp ướt thường có độ ẩm cao (W > 32%) Do đó, nung tốn nhiều nhiệt cho trình bốc làm giảm suất lò SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Biện pháp để làm giảm độ ẩm đảm bảo độ nhớt phối liệu thường sử dụng số loại phụ gia sau : (0,2 – 0,5)% SSB : độ ẩm phối liệu giảm (2 – 4)% tương đương giảm lượng nước bùn 7% Hỗn hợp SSB Na2CO3 hàm lượng từ 0,2 – 0,5% giảm 8% lượng nước phối liệu - Hỗn hợp thủy tinh lỏng NaOH sođa làm giảm lượng nước từ – 6% 2.2 Phụ gia cải thiện tính chất xi măng 2.2.1 Phụ gia điều chỉnh Phụ gia điều chỉnh dùng để điều chỉnh kết dính độ đóng rắn xi măng Do clinker xi măng Portland nghiền mịn có đặc điểm đóng rắn nhanh trộn với nước Điều dẫn đến không đảm bảo thời gian nhào trộn, vận chuyển thi công (tô, xây, đổ bê tông,…) Phụ gia điều chỉnh cho thêm vào khoảng 3,5 – 5% góp phần làm chậm thời gian đóng rắn cho xi măng Phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết xi măng thường sử dụng thạch cao Thạch cao có cơng thức hóa học CaSO 4.2H2O Khi nung nhiệt độ cao (trên 100oC) thạch cao chuyển sang trạng thái khan : CaSO4.0,5H2O theo phương trình sau : 140 – CaSO4 H2O CaSO4 0,5 H2O + 1,5 H2O 1700C Lượng dùng thạch cao làm phụ gia phụ thuộc vào hàm lượng C 3A xi măng Với xi măng có hàm lượng C 3A = 6%, lượng thạch cao dùng 2,5 – 3% so với lượng dùng xi măng (tính theo lượng SO3) hàm lượng C3A – 10% lượng dùng thạch cao cho phép – 4% độ nghiền mịn từ 4000 – 5000 cm2/g (theo Tôvarốp) Ta nên kết hợp sử dụng với phụ gia dẻo tăng chất lượng xi măng Bên cạnh tác dụng điều chỉnh thời gian đóng rắn xi măng, thạch cao cịn góp phần tạo khung cấu trúc ban đầu để khống khác kết dính Ngoài thạch cao, số muối khác : CaCl2, NaCl, … có tác dụng tương tự Hình 2.7 : Thạch cao CaCl2 làm cường độ bê tông tuổi – ngày tăng 50 – 100% so với bê tông không dùng phụ gia Hiệu thúc đẩy rắn nhanh CaCl mạnh mẽ loại xi măng chậm rắn nhiệt độ thường như: xi măng Portland xỉ quặng, xi măng Portland pozzolan SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Khi nguồn đất sét nhà máy có hàm lượng SiO thấp, ta sử dụng phụ gia giàu silic (thường đất đá có SiO > 80%, trepen, điatơmit) để điều chỉnh mơ đun silicat Cũng sử dụng cát mịn, khả nghiền mịn khó (cần phải nhiệt độ cao) nên cần sử dụng kèm theo phụ gia khống hóa để giảm nhiệt độ nung clinker Ngồi ra, nguồn đất sét khơng đủ hàm lượng khống cần thiết, ta bổ sung thêm phụ gia giàu khoáng mà ta cần Chẳng hạn : phụ gia giàu sắt nhằm bổ sung hàm lượng Fe2O3 cho phối liệu (quặng pyrit sắt, quặng Laterit, quặng sắt,…) ; phụ gia giàu nhôm nhằm bổ sung hàm lượng Al 2O3 cho phối liệu (quặng boxit), dùng cao lanh tro xỉ nhiệt điện tỉ lệ dùng cao hiệu kinh tế ; … Hình 2.8 : Quặng Boxit Hình 2.9 : Quặng Pyrit Các loại phụ gia điều chỉnh pha vào xi măng với tỉ lệ thích hợp có tác dụng kéo dài thời gian đóng rắn xi măng đảm bảo yêu cầu thực tế xây dựng 2.2.2 Phụ gia thủy 2.2.2.1 Đặc tính Phụ gia thủy chất nghiền mịn tạo chất có tính kết dính đóng rắn Khi sử dụng xi măng Portland, phụ gia thủy kết hợp với vơi tự vơi phản ứng thủy hóa khống xi măng q trình đóng rắn tạo khống bền nước bền sulfat Nhờ mà xi măng Portland tăng độ bền nước độ bền sulfat Bản thân phụ gia thủy nghiền mịn kết hợp với nước khơng có tính chất kết dính xỉ lị cao, mà SiO2 hoạt tính (loại SiO2 dạng vơ định hình) có phụ gia thủy có tính hút vơi để tạo thành silicat canxi có độ bazơ thấp có tính kết dính Các loại phụ gia thủy cần nghiền mịn pha vào xi măng với tỉ lệ cho phép định vừa đảm bảo tính kĩ thuật sản phẩm vừa đảm bảo giá trị kinh tế Phụ gia thủy hút nước mạnh phân tử hút từ vài 100 – 1000 phân tử nước Vì cần bảo quản kho có bao che Khi phụ gia thủy ẩm khó đưa lên silơ, gây hyđrat hóa xi măng giảm độ hoạt tính SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc 2.2.2.2 Phân loại Dạng tự nhiên: Phụ gia thủy hoạt phún suất: loại đá thiên nhiên núi lửa tạo ra, thành phần chủ yếu gồm oxit silic, oxit nhôm, tạp chất sét, nước hóa học, Độ hoạt tính phụ thuộc vào hàm lượng oxit silic nước hóa học Phụ gia thủy hoạt tính: dễ nghiền, xốp, khơ, dễ hút ẩm, thành phần chủ yếu oxit silic vơ định hình Puzzolan: có tác dụng tăng tính bền nước, kết hợp với hàm lượng vôi tự (thành phần gây hại) có clinker vơi tự (sinh q trình hyđrat hóa) để tạo thành hợp chất có tính kết dính (có lợi), thấp nên giúp hạ giá thành xi măng - Điatomit: 0,75 g/cm3 - Trepen: 0,85 g/cm3 - Okapa: 0,14 g/cm3 Dạng nhân tạo: Silic hoạt tính phế liệu: phế liệu ngành sản xuất phèn nhơm từ đất sét, có hoạt tính cao, sử dụng làm phụ gia thủy tốt Đất sét nung: sử dụng loại có chứa nhiều khống Al 2O3.2SiO3.2H2O gia công 600 – 800 0C Độ hoạt tính phụ gia thủy loại đất sét phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nung loại đất sét sử dụng làm phụ gia thủy Độ hoạt tính đất sét nung khoáng Caolinit nhiệt độ 600 - 8000C chuyển thành metacaolinhit oxit riêng biệt dễ dàng tác dụng với vôi nên sử dụng làm phụ gia thủy tốt Tro, xỉ nhiên liệu rắn: có thành phần giồng thành phần đất sét nung Muốn sử dụng làm phụ gia thủy nhiên liệu phải đốt nhiệt độ thấp, đốt nhiệt độ cao độ hoạt tính giảm Ngồi phân loại người ta cịn phân loại phụ gia thủy dựa vào thành phần hoá học: - Phụ gia thủy giàu Silic ngậm nước: Điatomit, Opaka, Silic hoạt tính - Phụ gia nhiều Alumosilicat như: Tup, traxơ, đá bọt - Phụ gia thủy chứa nhiều sét nung: Tro, xỉ nhiên liệu 10 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland Hình 2.10: Phụ gia Pozzolan GVHD: ThS Nguyễn Hồng Lương Ngọc Hình 2.11: Xỉ lò cao Các loại phụ gia phải đảm bảo yêu cầu sau: - Tổng lượng (SiO2+ Al2O3 + FeO3)% lớn 70% - Hàm lượng SO3 % nhỏ 4% - Độ ẩm % nhỏ 3% - Mất nung % nhỏ 10% - Chỉ số hoạt tính 28 ngày lớn 75% - Độ mịn (sót sàng 45 mm) % nhỏ 34% 2.2.2.3 Các phương pháp đánh giá chất lượng phụ gia thủy hoạt tính Chất lượng phụ gia thủy hoạt tính phụ thuộc vào hoạt tính hút vơi mức độ hoạt tính thủy lực Độ hoạt tính phụ gia thủy cao hàm lượng SiO lớn Trọng lượng riêng nhỏ, độ xốp cao, độ hoạt tính lớn Độ hoạt tính xác định theo phương pháp chậm, số miligam vôi gam phụ gia hấp thụ nghiền mịn đến 0% sàng 0,08mm hấp phụ thời gian 30 ngày đêm sau 15 lần chuẩn Lượng vôi bị gam phụ gia hấp thụ nhiều độ hoạt tính phụ gia thủy cao Độ hoạt tính phụ gia thủy phân loại bảng sau : Xếp phụ gia vào loại Rất mạnh Độ hoạt tính phụ gia (mg CaO/1gam phụ gia) > 150 Mạnh 100 – 150 Trung bình mạnh 70 – 100 Trung bình 50 – 70 Yếu 30 - 50 11 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Bảng 2.1 : Phân loại độ hoạt tính phụ gia thủy Chất lượng phụ gia đánh giá theo độ hút vơi mức độ xác thấp Do cấu trúc độ xốp, vi mao lực hấp thụ vật lý túy Ca(OH) phụ gia khơng giống nên phân loại hoạt tính phụ gia theo độ hoạt tính chúng khơng xác Do đó, người ta thường dùng số hoạt tính Lí khả hút vơi phụ gia có hai phần: phần hấp thụ vật lý túy vào mao quản lỗ rỗng hạt phụ gia phần phản ứng hóa học hai dạng sau: Ca(OH)2 + SiO2ht CaO SiO2 H2O tạo gel CSH 2Ca(OH)2 + Al2O3ht 2CaO Al2O3 2H2O (C2AH2) kết tinh C2AH2 + Ca(OH)2 + 3H2O C3AH6 kết tinh TT Tỉ lệ phụ gia % Cấp hoạt tính Phân loại < 10 Khơng hoạt tính Phụ gia trơ 10 – 12 Hoạt tính yếu Loại 3 12 – 15 Hoạt tính trung bình Loại > 15 Hoạt tính cao Loại Bảng 2.2 : Phân loại phụ gia theo số hoạt tính 2.2.3 Phụ gia đầy (phụ gia lười) Phụ gia đầy loại phụ gia đưa vào có tác dụng điền đầy nhằm tăng sản lượng xi măng, giảm giá thành sản phẩm Tỷ lệ phụ gia thành phần xi măng phụ thuộc vào chất lượng clinker yêu cầu kĩ thuật xi măng Phụ gia đầy sử dụng sản xuất xi măng là: đá vơi, đá vơi silic có màu đen, đá sét đen, loại bụi thu hồi lọc bụi điện dây chuyền sản xuất xi măng, cát nghiền mịn, … Khi sử dụng loại phụ gia cần phải ý đến tỉ lệ để đảm bảo chất lượng sản phẩm Hình 2.12: Đá vơi 2.2.4 Phụ gia bảo quản 12 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Các hạt xi măng mịn nên bảo quản dễ hút ẩm khí CO khơng khí Do đó, hạt xi măng bị hyđrat hóa, cacbonat hóa làm cho chúng dính lại tạo thành cục (gọi “bị chết gió”) Phụ gia bảo quản khắc phục tượng đó, có tác dụng tạo màng ngăn ẩm bao bọc hạt vật liệu xi măng, ngăn không cho chúng hút ẩm, thường sử dụng dầu thực vật như: dầu lạc, dầu lạp có độ phân tán cao, … 13 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Chương 3: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỦA PHỤ GIA VỚI THÀNH PHẦN CỦA XI MĂNG 3.1 Phản ứng thủy hóa phụ gia thủy hoạt tính với xi măng Xi măng chứa nhiều thành phần khoáng Khi tiếp xúc với nước xảy phản ứng hyđrat tiếp tục phản ứng với phụ gia có xi măng Theo I un, q trình phản ứng hóa học xảy giai đoạn: - Giai đoạn sơ cấp: khống xi măng phản ứng thủy hóa với nước Giai đoạn thứ cấp: Các sản phẩm thủy phân tác dụng với tác dụng với thành phần hoạt tính phụ gia tạo khống mới, làm tăng cường độ đá xi măng 3.1.1 Giai đoạn sơ cấp Đối với xi măng Portland thường giai đoạn đầu giai đoạn chủ yếu Quá trình phản ứng phụ gia với sản phẩm hyđrat khoáng xi măng xảy xi măng Portland xỉ, Portland puzzolan, Portland cacbonat Nếu xi măng Portland pha 10 – 15% phụ gia hoạt tính có phản ứng 3.1.1.1 Khống alít (C3S) Khống C3S phản ứng thủy phân với nước tạo thành hyđrosilicatcanxi có tỉ lệ phân tử CaO/SiO2 < 3: 2(3CaO SiO2) + nH2O 3CaO 2SiO2 2H2O + 3Ca(OH)2 3CaO 2SiO2 2H2O: viết tắt C3S2H2: aprinit Khống C3S C2S thủy phân tồn phần có dư nước: 3CaO SiO2 + nH2O 3Ca(OH)2 + SiO2 (n – 3)H2O 2CaO SiO2 + nH2O 2Ca(OH)2 + SiO2 (n – 2)H2O Trong thực tế phản ứng khơng xảy đến pha lỏng bảo hòa làm cho phản ứng ngừng hay chậm lại Do tùy theo nồng độ vơi pha lỏng mà C3S xảy phản ứng khác Tạo thành CaO.SiO2.H2O (CSH) khống có tính kết dính Khi tỉ lệ CaO/SiO2 = 0,8 – 1,5 ứng với nồng độ vôi pha lỏng 0,08 – 1,1 g/l Khi đó, hyđrosilicat có cơng thức 2CaO.SiO2.2H2O (C2SH2) Tổng hợp trình sau: - Nồng độ CaO < 0,08 g/l, phản ứng thủy phân chính: C3S - 3Ca(OH)2 + SiO2 Nồng độ CaO = 0,08 g/l xảy phản ứng thủy hóa: C3S - H2 O H2 O CSH (B) + Ca(OH)2 Nồng độ CaO = 1,1 g/l tạo trạng thái giả bền: C3S H2 O C2SH2 + Ca(OH)2 3.1.1.2 Khống bêlít (C2S) C2S khống chủ yếu thủy hóa: 14 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc 2CaO SiO2 + nH2O 2CaO SiO2 nH2O Nếu thuỷ hố cho nước khơng thấy Ca(OH)2 thoát Theo Vet, C2S tác dụng với nước tương tự C 3S Nếu nhiều nước lắc liên tục chúng bị thuỷ phân: 2CaO SiO2 + nH2O 2Ca(OH)2 + SiO2 (n – 2) H2O 3.1.1.3 Khoáng tricanxialuminat (C3A) Khi nghiên cứu hệ CaO.SiO2.H2O, người ta thấy nhiệt độ 21 0C ÷ 900C, pha bền vững chủ yếu Gipxit (Al2O3.3H2O), nồng độ CaO 0,33 g/l Nếu nồng độ CaO lớn 0,33 g/l có dạng 3CaO.Al 2O3.6H2O kết tinh dạng tinh thể khối lập phương tách pha rắn Ở nhiệt độ thường: C3A + nH2O C3AH (10 – 12) Khi nồng độ vôi CaO > 1,08 g/l thì: C3AH (10 – 12) C3AH t0 >250C C3AH (10 – 12) C4AH13 kèm theo tượng co sản phẩm, dạng hecxa giả bền mau chóng chuyển sang dạng khối C3AH6 Ở nhiệt độ khoảng 20 – 250C nồng độ vôi CaO từ 0,25 – 0,3 g/l: C3AH6 Ca(OH)2 + Al(OH)3 Khống A5C3 có clinker xi măng tác dụng với nước bị thủy phân tạo nên hyđroaluminat kiềm cao CaO/Al2O3 > 5,3 thoát Al(OH)3 Cấu trúc hyđroaluminat C5A3 lúc thủy phân dạng khối C3AH6 C5A3 + 42H2O 5C3AH6 + 8Al(OH)3 Trong q trình đóng rắn xi măng, phản ứng với Ca(OH) trình hyđrat hóa khống silicat để tổng hợp thành hyđroaluminat canxi hay canxi: 2Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 + 3H2O Ca(OH)2 2Al(OH)3 3H2O 4Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 + 6H2O Ca(OH)2 2Al(OH)3 6H2O Hai hợp chất không bền Do thành phần hyđroaluminat canxi phụ thuộc nhiều vào yếu tố như: tỉ lệ pha rắn C 3A pha lỏng nước, nồng độ CaO dung dịch rắn, nhiệt độ thực q trình, … 3.1.1.4 Khống tetracanxi alumoferit (C4AF) Trong clinker ngồi C4AF có C2F Các khoáng vừa tham gia phản ứng thuỷ phân vừa tham gia phản ứng thuỷ hoá để tạo thành hydroaluminatcanxi hydropheritcanxi: C4AF + nH2O C3AH6 + CaO Fe2O3.H2O CaO Fe2O3 H2O + 2Ca(OH)2 + xH2O 3CaO Fe2O3 6H2O 2CaO Fe2O3 + 2H2O 2CaO Fe2O3 nH2O 2CaO Fe2O3 nH2O + Ca(OH)2 + xH2O 3CaO Fe2O3 6H2O 3.1.2 Giai đoạn thứ cấp Sản phẩm thủy hóa tác dụng với thạch cao nhằm điều chỉnh thời gian đông kết Khi hyđrat hóa xi măng, sản phẩm có mặt đồng thời Ca(OH) CaSO4.2H2O, tổng hợp nên sulfo hyđro aluminat canxi: CaSO4 2H2O + C3AH6 + nH2O C3A CaSO4 (10 – 20) H2O (1) CaSO4 2H2O + C3AH6 + nH2O C3A 3CaSO4 (30 – 32) H2O (2) 15 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc Phản ứng (1) tạo thành nồng độ vôi nồng độ SO 42– chưa bão hòa, C3A CaSO4 (10 – 20) H2O dạng keo sít đặc Phản ứng (2) tạo thành nồng độ vôi nồng độ SO 42– bão hòa, C3A 3CaSO4 (30 – 32) H2O trương nở thể tích từ – 7,5 lần so với dạng Sản phẩm thủy hóa tác dụng với phụ gia thủy hoạt tính: Ca(OH)2 + SiO2ht + nH2O xCaO ySiO2 nH2O (khống bền khơng tan, có cường độ) C3AH6 + SiO2ht + nH2O C3A CaSiO3 (10 – 12) H2O C3AH6 + SiO2ht + nH2O C3A3 CaSiO3 (30 – 33) H2O C2SH2 + SiO2 + nH2O CSH Ca(OH)2 + Al2O3 + nH2O xCaO yAl2O3 nH2O Ca(OH)2 + Al2O3 2SiO2ht + nH2O Ca(OH)2 + Al2O3 2SiO2ht + nH2O 16 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc KẾT LUẬN ˜˜˜˜ Xi măng chất kết dính vơ cần thiết cho trình xây dựng sở hạ tầng Để đạt đặc tính theo yêu cầu người sử dụng, phụ gia giải yêu cầu – tăng suất, hạ giá thành sản phẩm, chất lượng xi măng nâng cao nâng cao tuổi thọ cơng trình Qua thời gian tiến hành tìm hiểu nghiên cứu đề tài phụ gia công nghệ sản xuất xi măng đến em hoàn thành chuyên đề đồ án: “Phụ gia sản xuất xi măng Portland” Do thời gian thực đề tài đồ án có hạn, đặc biệt chưa có điều kiện thực tế nên khơng tránh khỏi sai sót nội dung cách trình bày, cịn mang nặng lý thuyết, kính mong thơng cảm cô 17 SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất xi măng Portland GVHD: ThS Nguyễn Hoàng Lương Ngọc TÀI LIỆU THAM KHẢO ˜˜˜˜ [1] ThS GVC Nguyễn Dân (2007), Cơng nghệ sản xuất chất kết dính vô cơ, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [2] ThS GVC Nguyễn Dân (2007), Kĩ thuật hóa vơ cơ, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [3] GS TS Nguyễn Tấn Quý – GVC TS Nguyễn Thiện Ruệ (2003), Giáo trình Cơng nghệ bê tơng xi măng tập 1, Nhà xuất Giáo Dục [4] Vũ Đình Đấu (2009), Cơng nghệ thiết bị sản xuất xi măng Pc lăng, Nhà xuất Xây Dựng Hà Nội [5] Một số tài liệu lấy từ trang web: - http://ximang.vn - http://www.ximangfico.com - http://www.ximanghoangthach.com 18 SVTH: Trần Thanh Tâm ... phụ gia sản xuất xi măng Phụ gia giúp cho xi măng đạt nhiều tính chất mong muốn, hạ giá thành sản phẩm đồng thời tăng suất sản xuất Tìm hiểu vấn đề phụ gia sản xuất xi măng, cụ thể sản xuất xi. .. dụng phụ gia quy trình sản xuất xi măng Portlant Phụ gia sử dụng sản xuất xi măng Portland đưa vào chủ yếu giai đoạn đầu – giai đoạn nghiền clinker với phụ gia SVTH: Trần Thanh Tâm Phụ gia sản xuất. .. lý phụ gia 1.3 Quá trình sử dụng phụ gia quy trình sản xuất xi măng Portlant .3 1.4 Một số lưu ý sử dụng phụ gia trình sản xuất Chương 2: PHÂN LOẠI PHỤ GIA TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND