Nghiên cứu sử dụng cao lanh a lưới làm phụ gia pozzolan cho xi măng portland

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ HỒNG YẾN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CAO LANH A LƯỚI LÀM PHỤ GIA POZZOLAN CHO XI MĂNG PORTLAND Chun ngành: Cơng nghệ Hóa học Mã số: 60.52.75 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN DŨNG Phản biện 1: PGS.TS PHẠM CẨM NAM Phản biện 2: TS TRẦN NGỌC TUYỀN Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Xi măng chủng loại vật liệu quan trọng ngành xây dựng, chiếm tỷ trọng lớn sản lượng chủng loại chất kết dính vơ Sự biến đổi thị trường xi măng có tác động to lớn khơng riêng với ngành xây dựng mà cịn kinh tế quốc dân Để ñưa xi măng Việt Nam trở thành ngành công nghiệp mạnh, sản phẩm khơng phải đảm bảo tiêu kỹ thuật mà cịn đảm bảo hiệu kinh tế Trước tình hình này, xi măng Portland pozzolan số chủng loại xi măng ñặc biệt ñời ñáp ứng yêu cầu thị trường Do có khả thay phần xi măng, phụ gia pozzolan làm giảm chi phí lượng, tăng khả bền nước, bền sulfat, tỏa nhiệt hơn, thân thiện môi trường so với xi măng Portland thường Trong khi, loại phụ gia pozzolan có nguồn gốc thiên nhiên ñược sử dụng phổ biến Tuy nhiên, số phụ gia chất lượng tốt cần phải ưu tiên cho ngành cơng nghiệp khác, số khác phân bố rải rác vùng lãnh thổ Còn lại đa số có độ hoạt tính trung bình, trung bình mạnh chất lượng khơng ổn định nên dùng làm phụ gia ñầy Trong sản lượng xi măng nước ta ñạt 45 triệu tấn/năm (số liệu năm 2010) Nếu sử dụng phụ gia pozzolan hoạt tính cao thay đến 30%, chí tối đa ñến 40% xi măng Kết chi phí lượng giảm đáng kể Vì vậy, việc sử dụng phụ gia pozzolan nhân tạo có hoạt tính cao ñang ñược ý giai ñoạn Nhận thấy rằng, cao lanh nguyên liệu có tiềm có chứa khống caolinit có khả tạo thành metacaolinit hoạt tính q trình nước hóa học Thêm vào đó, Việt Nam quốc gia sở hữu mỏ cao lanh dồi khu vực miền Trung có A Lưới (Thừa Thiên Huế) vùng có trữ lượng lớn Bộ Cơng Thương định thăm dị giai đoạn 2008 - 2015 Hơn nữa, năm gần ñây, tiêu chí bảo vệ mơi trường ngày trọng đời metacaolanh lợi Vì q trình nước khống caolinit cao lanh tạo nước nên hồn tồn khơng gây ô nhiễm môi trường Nhận thấy khu vực miền Trung, ñặc biệt Thừa Thiên Huế, vùng ñất sở hữu nguồn cao lanh A Lưới dồi Mặt khác, số nhà máy xi măng ñã ñang ñược ñầu tư với quy mô vừa lớn Long Thọ, Luksvaxi, Đồng Lâm Nên khả ñưa cao lanh vào sản xuất xi măng tận dụng hiệu nguồn tài nguyên có giá trị Thế Việt Nam cịn nghiên cứu cao lanh hoạt hóa phục vụ cho sản xuất xi măng Với lý trên, tơi nhận thấy đề tài: “Nghiên cứu sử dụng cao lanh A Lưới làm phụ gia pozzolan cho xi măng Portland” cần thiết tình hình Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng thành phần hóa, thành phần kích thước hạt cao lanh nung lên cường ñộ nén, chọn nhiệt ñộ nung với thời gian lưu thích hợp, xác ñịnh tỷ lệ phụ gia cao lanh nung thay xi măng hợp lý ñể tạo phụ gia pozzolan cho xi măng Portland ñảm bảo mặt kỹ thuật mặt kinh tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu cao lanh A Lưới nguyên khai loại loại Xi măng Portland gốc xi măng Portland PC40 Luksvaxi Phạm vi nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp nghiên cứu ñược sử dụng là: phương pháp hóa học phân tích thành phần hóa clinker xi măng Portland Phương pháp vật lý nung cao lanh, kiểm tra tính chất lý xi măng, phương pháp huỳnh quang tia X, phân tích nhiệt vi sai, phân tích nhiễu xạ Rơnghen Phương pháp tốn học sử dụng cơng cụ tốn học cần thiết vẽ đồ thị để xử lý số liệu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài Ý nghĩa khoa học ñề tài chọn nhiệt ñộ nung với thời gian lưu hợp lý để hoạt hóa cao lanh, chọn loại cao lanh, thành phần kích thước hạt, lượng cao lanh nung thay xi măng thích hợp làm phụ gia pozzolan cho xi măng Portland Ý nghĩa thực tiễn đề tài cung cấp thêm thơng tin bổ ích loại phụ gia pozzolan có hoạt tính cao, có tiềm nước ta cho xi măng Portland Việc sử dụng cao lanh A Lưới làm phụ gia xi măng tận dụng nguồn tài nguyên cao lanh có địa bàn, giúp giảm chi phí, tăng độ bền nước muối khống, thân thiện với mơi trường so với sản xuất xi măng Portland thường Ngồi cịn đưa vào sản xuất cơng nghiệp Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn sau: Luận văn gồm có 97 trang với 16 hình vẽ, 13 bảng số liệu 21 tài liệu tham khảo Luận văn ñược kết cấu gồm phần mở ñầu: trang, tổng quan tài liệu (chương 1): 32 trang, nghiên cứu thực nghiệm (chương 2): 16 trang, kết bàn luận (chương 3): 34 trang, kết luận kiến nghị: trang, danh mục tài liệu tham khảo: trang, phụ lục: trang Chương - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Lý thuyết xi măng Portland 1.1.1 Khái niệm Xi măng Portland (PC) chất kết dính thủy lực, trộn với nước tạo hồ dẻo có tính kết dính đóng rắn mơi trường khơng khí, mơi trường nước Hồ dẻo q trình đóng rắn phát triển cường độ 1.1.2 Thành phần hóa học clinker xi măng Portland Thành phần hóa học clinker gồm có oxit CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 chiếm 95 - 97%, lại - 5% oxit khác có hàm lượng khơng lớn lắm: MgO, K2O, Na2O, TiO2, Mn2O3, SO3, P2O5… 1.1.3 Thành phần khoáng clinker xi măng Portland Clinker xi măng Portland tập hợp nhiều khống khác khống khống silicatcalci, khống aluminatcalci, khống alumoferitcalci cịn số khống khác 1.2 Q trình hóa lý xảy xi măng đóng rắn 1.2.1 Q trình lý học đóng rắn xi măng Nghiên cứu q trình lý học xi măng đóng rắn có nhiều tác giả đưa nhiều thuyết khác có ba quan điểm thuyết Le Chatelier, thuyết Michaelis, thuyết Baikov Hiện người ta thường sử dụng thuyết Baikov cho chất kết dính 1.2.2 Q trình hố học đóng rắn xi măng Theo I.Un, q trình hóa học đóng rắn xi măng xảy hai giai ñoạn Trong giai ñoạn ñầu, chủ yếu khoáng xi măng phản ứng thủy phân hay thủy hóa với nước Đối với xi măng thường, giai ñoạn chủ yếu Giai ñoạn chủ yếu xảy xi măng có chứa phụ gia hoạt tính Trong giai đoạn xảy phản ứng sản phẩm thủy phân, thủy hóa xi măng với phụ gia hoạt tính 1.3 Khái niệm loại phụ gia 1.3.1 Phụ gia thủy 1.3.1.1 Khái niệm Phụ gia thủy chất nghiền mịn trộn với vơi cho ta chất có tính kết dính đóng rắn, cịn trộn với xi măng Portland kết hợp với vơi tự vơi phản ứng hóa học đóng rắn xi măng, làm tăng ñộ bền nước, ñộ bền sulfat xi măng Portland 1.3.1.2 Phân loại phụ gia thủy Chia làm phụ gia thủy thiên nhiên phụ gia thủy nhân tạo 1.3.2 Phụ gia ñiều chỉnh Dùng ñể ñiều chỉnh tốc ñộ ñóng rắn xi măng 1.3.3 Phụ gia lười Mục ñích pha vào xi măng nhằm làm tăng sản lượng, hạ giá thành sản phẩm 1.3.4 Phụ gia bảo quản Để khắc phục tượng hạt xi măng dễ hút ẩm khí CO2 khơng khí 1.4 Lý thuyết cao lanh 1.4.1 Nguồn gốc Cao lanh ñất sét sản phẩm phong hoá tàn dư loại đá gốc chứa tràng thạch Ngồi hình thành kiểu phong hóa tàn dư, cịn có hình thành q trình biến chất trao đổi đá gốc cộng sinh nhiệt dịch 1.4.2 Thành phần hóa khống vật 1.4.2.1 Nhóm caolinit Các mỏ cao lanh ñất sét chứa khoáng chủ yếu caolinit Về mặt cấu trúc mạng tinh thể caolinit bao gồm lớp: lớp tứ diện chứa cation Si4+ tâm, lớp bát diện chứa cation Al3+ tâm ứng với [SiO ] - [AlO6]9- Caolinit không trương nở nước, ñộ dẻo kém, khả hấp phụ trao đổi ion yếu 1.4.2.2 Nhóm monmorilonit Mạng lưới tinh thể khoáng gồm lớp (2 lớp tứ diện [SiO4]4− lớp bát diện [AlO6]9−) Khả trương nở nước, khả hấp phụ trao ñổi ion, độ dẻo lớn 1.4.2.3 Nhóm khống chứa alkali (illit hay mica) Illit hay mica ngậm nước khoáng nhiều loại đất sét Các dạng thường gặp: muscovit biotit 1.4.3 Tính chất kỹ thuật 1.4.3.1 Hình dạng, kích thước thành phần kích thước hạt Cao lanh có nhiều hình dạng hạt khác nhau, có nhiều phương pháp để xác định kích thước hạt ngun liệu hay phối liệu 1.4.3.2 Khả trương nở thể tích hấp phụ trao đổi ion Tính chất ñất sét, cao lanh chủ yếu cấu trúc tinh thể đơn khống ñịnh 1.4.3.3 Sự biến ñổi ñất sét cao lanh nung Có thể tóm tắt biến đổi ñất sét cao lanh nung sau: Caolinit mulit metacaolinit pha dạng spinen pha Quá trình phát triển thân mulit 1.5 Giới thiệu chung cao lanh A Lưới Vùng mỏ cao lanh A Lưới nằm phía Tây tỉnh Thừa Thiên Huế Trong đó, khu mỏ khu Tà Rê (xã Hồng Kim), khu La Dứt (xã Hồng Trung) khu Bốt Đỏ (xã Sơn Thủy) Theo liên đồn địa chất Bắc Trung Bộ, ñây vùng mỏ chất lượng tương ñối tốt, nhiên hàm lượng quartz tương ñối cao, hàm lượng Fe2O3 dao ñộng giới hạn rộng, mức ñộ phân bố khơng đồng khu mỏ Chương - NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Nội dung nghiên cứu 2.1.1 Khảo sát nguyên liệu ban ñầu 2.1.1.1 Xi măng Portland Xi măng PC40 ñược tạo nên từ clinker thạch cao có tiêu chất lượng theo số liệu phân tích nhà máy xi măng Luksvaxi – Thừa Thiên Huế 2.1.1.2 Cao lanh Sử dụng cao lanh A Lưới với hai loại: loại loại Trước tiên, ñể lấy lượng vật liệu định, mang tính đại diện đảm bảo cho việc ñánh giá tính chất loại cao lanh, cần tiến hành lấy mẫu ñúng kỹ thuật Nhằm biết ñược ảnh hưởng phân đoạn kích thước hạt cao lanh ñến cường ñộ nén mẫu hỗn hợp xi măng - cao lanh nung, cần phân loại cao lanh thành phân đoạn kích thước khác Cao lanh ngun khai (OKS) loại loại ñược nghiền sơ 10 phút, sàng ướt ñể chia thành hai phân đoạn kích thước hạt: 45 µm 45 - 90 µm Sau sấy khơ nhiệt độ 100oC Kí hiệu: loại cao lanh ngun khai/phân đoạn kích thước hạt Như vậy, OKS bao gồm loại sau: OKS1/45, OKS1/90, OKS2/45, OKS2/90 Các mẫu cao lanh nguyên khai đem phân tích thành phần hóa phương pháp huỳnh quang tia X (X-Ray fluorescence hay XRF) Để xác ñịnh diện khoáng, mẫu cao lanh ngun khai định tính thành phần khống phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray diffractometry hay XRD) 10 Để biết xác nhiệt độ nước hóa học, cao lanh A Lưới phân tích nhiệt vi sai DTA - TG Cao lanh nguyên khai ñược nung nhiệt độ nước hóa học 650oC ta ñược cao lanh nung (BKS) Kí hiệu: loại cao lanh nung/phân đoạn kích thước hạt/nhiệt độ nung Như vậy, BKS bao gồm loại sau: BKS1/45/650, BKS1/90/650, BKS2/45/650, BKS2/90/650, BKS1/45/nhiệt ñộ nước hóa học, BKS1/90/nhiệt ñộ nước hóa học, BKS2/45/nhiệt độ nước hóa học, BKS2/90/nhiệt độ nước hóa học Các loại cao lanh nung phân tích thành phần hóa phương pháp huỳnh quang tia X (X-Ray fluorescence hay XRF) Để có nhận định ban ñầu chất lượng loại cao lanh nung, tiến hành kiểm tra độ hoạt tính chúng 2.1.2 Khảo sát mẫu hỗn hợp xi măng cao lanh nung Tiến hành tạo mẫu thử cho hỗn hợp xi măng – cao lanh nung Tiến hành phân tích nhiễu xạ Rơnghen để xác định hàm lượng khống Ca(OH)2 có số mẫu hỗn hợp xi măng – cao lanh nung 2.2 Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp sử dụng nghiên cứu: 2.2.1 Phương pháp phân tích thành phần hóa clinker xi măng Portland 2.2.2 Phương pháp huỳnh quang tia X 2.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 2.2.4 Phương pháp xác định độ hoạt tính phụ gia thủy 2.2.5 Phương pháp xác ñịnh ñộ bền nén xi măng 2.2.6 Phương pháp phân tích nhiễu xạ Rơnghen 12 Kết phân tích cho thấy, bản, OKS1 giàu hàm lượng Al2O3 nghèo hàm lượng SiO2 OKS2 Thêm vào đó, OKS2 có lượng Fe2O3 cao OKS1 Tỉ lệ mol SiO2/Al2O3 OKS1 3.6, tỉ lệ mol SiO2/Al2O3 OKS2 5.5 tỉ lệ mol SiO2/Al2O3 khống caolinit 2, điều chứng tỏ cao lanh A Lưới có chứa lượng lớn SiO2 tự sản phẩm q trình phong hóa, lượng SiO2 tự OKS2 nhiều OKS1 Hàm lượng oxit kiềm K2O cao, chứng tỏ cao lanh A Lưới nguyên khai có chứa lượng ñá gốc chưa phong hóa bán phong hóa Hàm lượng Fe2O3 OKS2 cao nên OKS2 có màu sắc vàng, khơng trắng OKS1 Từ bảng thành phần hóa, thấy ñối với loại cao lanh (OKS1 OKS2) đoạn cỡ hạt mịn có hàm lượng SiO2 nhỏ hơn, hàm lượng Al2O3 MKN cao so với đoạn cỡ hạt thơ 3.1.4 Thành phần khống cao lanh nguyên khai Thành phần khoáng cao lanh nguyên khai loại Giản ñồ nhiễu xạ tia X cao lanh nguyên khai loại thể hình 3.1 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X cao lanh nguyên khai loại 13 Trên giản ñồ xuất peak nhiễu xạ ñặc trưng khoáng quartz, caolinit, muscovit Thành phần khoáng hợp lý OKS1 cho bảng 3.3 Thành phần khoáng cao lanh ngun khai loại Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X cao lanh nguyên khai loại Tương tự OKS1, giản ñồ nhiễu xạ OKS2 hình 3.2 xuất peak đặc trưng quartz, caolinit, muscovit Kết tính thành phần khoáng hợp lý OKS1 OKS2 bảng 3.3 Bảng 3.3 Thành phần khoáng hợp lý cao lanh nguyên khai (OKS), % trọng lượng Loại % muscovit % caolinit % quartz OKS1 27.4 46.4 27.1 OKS1/90 25.5 49.49 25.76 OKS1/45 25.4 54.73 20.01 OKS2 26.51 27.54 42.7 OKS2/90 25.83 29.65 41.04 OKS2/45 25.49 45.71 25.2 14 Nhận thấy rằng, ñối với loại cao lanh, phân ñoạn cỡ hạt mịn (ñặc biệt phân ñoạn cỡ hạt 45 µm) có hàm lượng khống caolinit cao hơn, hàm lượng quartz nhỏ so với phân ñoạn cỡ hạt thơ Đồng thời, rõ ràng OKS1 có hàm lượng caolinit cao hơn, chất lượng tốt OKS2 Hàm lượng thấp caolinit có OKS2 với phân đoạn kích thước hạt 45 - 90 µm (29.65% ) mức 54% so với hàm lượng caolinit có OKS1 phân đoạn kích thước 45 µm (54.73%) 3.1.5 Phân tích nhiệt vi sai DTA cao lanh Dựa vào kết phân tích nhiệt vi sai OKS1, OKS2 thể hình 3.3 hình 3.4, nhận thấy cao lanh loại nước hóa học 553.5oC, cao lanh loại nước hóa học 540.2oC Hình 3.3 Giản đồ DTA cao lanh ngun khai loại 15 Hình 3.4 Giản đồ DTA cao lanh nguyên khai loại 3.1.6 Thành phần hóa cao lanh sau nung Thành phần hóa cao lanh sau nung thể bảng 3.4 Sau nung OKS, thành phần hóa BKS có thay đổi lượng MKN cịn lại nhỏ Tương tự ñối với OKS, ñối với loại cao lanh sau nung (BKS1 BKS2) phân đoạn cỡ hạt mịn có hàm lượng Al2O3 cao hơn, hàm lượng SiO2 nhỏ so với phân ñoạn cỡ hạt thô 16 Bảng 3.4 Thành phần hóa cao lanh nung (BKS), % trọng lượng Loại MKN SiO2 Al2O3 K2O Fe2O3 MgO Na2O CaO 1.95 62.98 30.67 3.14 0.63 0.46 0.05 0.05 2.15 60.1 33.14 3.17 0.64 0.62 0.02 0.06 1.9 69.09 22.46 3.17 1.69 0.26 0.21 0.52 2.05 60.99 29.28 3.16 2.16 0.3 0.26 0.95 1.38 63.34 30.85 3.16 0.63 0.46 0.05 0.05 1.62 60.42 33.32 3.18 0.65 0.63 0.02 0.06 1.36 69.47 22.59 3.18 1.7 0.26 0.21 0.52 1.6 61.27 29.41 3.18 2.17 0.31 0.26 0.95 BKS1 /90/554 BKS1 /45/554 BKS2 /90/540 BKS2 /45/540 BKS1 /90/650 BKS1 /45/650 BKS2 /90/650 BKS2 /45/650 3.1.7 Độ hoạt tính cao lanh nung Biểu đồ độ hoạt tính BKS thể hình 3.5 Kết cho thấy, độ hoạt tính BKS 650oC cao so với nhiệt độ nước hóa học Độ hoạt tính BKS phân đoạn kích thước hạt 45 µm cao độ hoạt tính BKS phân đoạn 45 - 90 µm với loại nhiệt ñộ nung Trong loại BKS loại BKS nung 650oC, phân đoạn kích thước hạt 45 µm cho độ hoạt tính cao 17 Độ hoạt tính BKS BKS1/45/650 131.04 BKS1/90/650 116.76 BKS2/45/650 127.82 BKS2/90/650 108.92 BKS1/45/554 101.08 BKS1/90/554 93.8 BKS2/45/540 100.1 BKS2/90/540 91.84 20 40 60 80 100 120 140 mg CaO/1 gam phụ gia Hình 3.5 Độ hoạt tính cao lanh nung 3.2 Kết khảo sát mẫu hỗn hợp xi măng Portland cao lanh nung Hàm lượng metacaolanh mẫu hỗn hợp xi măng Portland cao lanh nung thay PC từ 10% ñến 40% dao ñộng từ 5.47% ñến 21.89% ñối với BKS1/45, 4.95% ñến 19.8% ñối với BKS1/90, 4.57% ñến 18.28% ñối với BKS2/45, 2.97% ñến 11.86% ñối với BKS2/90 3.2.1 Cường ñộ nén mẫu ngày Cường ñộ nén ngày mẫu PC thay BKS thể hình 3.6 Dựa vào biểu đồ hình 3.6, nhận thấy rằng: thay xi măng Portland BKS, tỷ lệ thay cao cường ñộ giảm Đồng thời thay BKS1/45 BKS2/45 với độ mịn cao có độ suy giảm cường độ so với thay BKS1/90 BKS2/90 Cường ñộ nén ngày mẫu PC thay BKS 650oC cải thiện so với mẫu thay BKS nhiệt độ nước hóa học Tuy nhiên, chưa thấy rõ tuổi ngày 18 Cường ñộ nén ngày mẫu Cường ñộ nén ngày mẫu PC thay BKS nhiệt độ nước hóa học o PC thay BKS 650 C 35.6 0%BKS (PC) 35.6 0%BKS (PC) 10% BKS1/45/554 28.1 10% BKS1/45/650 34.5 20% BKS1/45/554 25.6 20% BKS1/45/650 25.1 30% BKS1/45/554 17.6 30% BKS1/45/650 22.1 40% BKS1/45/554 12 40% BKS1/45/650 13.5 10% BKS1/90/554 28.4 10% BKS1/90/650 30.7 20% BKS1/90/554 20.8 20% BKS1/90/650 25.6 30% BKS1/90/554 15.5 30% BKS1/90/650 20.3 40% BKS1/90/554 10.3 40% BKS1/90/650 9.5 10% BKS2/45/540 30.9 10% BKS2/45/650 32.6 20% BKS2/45/540 27.3 20% BKS2/45/650 29.5 30% BKS2/45/540 24 30% BKS2/45/650 23.3 40% BKS2/45/540 13.3 40% BKS2/45/650 16.8 10% BKS2/90/540 30.2 10% BKS2/90/650 31.5 20% BKS2/90/540 23.4 20% BKS2/90/650 23.9 30% BKS2/90/540 17.1 30% BKS2/90/650 21.4 40% BKS2/90/540 7.9 40% BKS2/90/650 10 20 30 10.6 40 10 Cường ñộ nén (MPa) 20 30 40 Cường ñộ nén (MPa) a) b) Hình 3.6 Cường độ nén ngày mẫu xi măng thay cao lanh nung (BKS) a) Ở nhiệt độ nước hóa học b) Ở 650oC 3.2.2 Cường ñộ nén mẫu ngày Cường ñộ nén mẫu ngày thể hình 3.8 Cường độ nén ngày mẫu Cường ñộ nén ngày mẫu PC thay BKS nhiệt ñộ nước hóa học o PC thay BKS 650 C 0%BKS (PC) 43.7 10% BKS1/45/554 35.5 10% BKS1/45/650 40.2 20% BKS1/45/554 32.7 20% BKS1/45/650 37.7 30% BKS1/45/554 28.9 30% BKS1/45/650 30.5 40% BKS1/45/554 18 40% BKS1/45/650 20.5 10% BKS1/90/554 40.5 0%BKS (PC) 43.7 35.7 10% BKS1/90/650 20% BKS1/90/554 27.1 20% BKS1/90/650 30% BKS1/90/554 20.9 30% BKS1/90/650 25.5 40% BKS1/90/554 12.7 40% BKS1/90/650 13.5 10% BKS2/45/540 35.3 10% BKS2/45/650 20% BKS2/45/540 31.6 20% BKS2/45/650 35.7 30% BKS2/45/540 24.1 30% BKS2/45/650 30.5 40% BKS2/45/540 16.4 40% BKS2/45/650 25.9 10% BKS2/90/540 34.2 10% BKS2/90/650 38.5 20% BKS2/90/540 27.3 20% BKS2/90/650 30% BKS2/90/540 20 30% BKS2/90/650 25 40% BKS2/90/540 11.2 40% BKS2/90/650 11.6 10 20 30 Cường ñộ nén (MPa) a) 40 50 32 36.8 30.8 10 20 30 40 Cường độ nén (MPa) b) Hình 3.8 Cường ñộ nén ngày mẫu xi măng thay cao lanh nung (BKS) a) Ở nhiệt ñộ nước hóa học b) Ở 650oC 50 19 Cường ñộ nén ngày mẫu PC thay BKS có qui luật: lượng BKS thay cao, cường ñộ giảm So với mẫu PC thay BKS nhiệt độ nước hóa học, mẫu PC thay BKS 650oC thể cường ñộ ngày tốt So với cường ñộ mẫu ngày, cường ñộ nén ngày mẫu PC thay BKS có độ suy giảm cường độ thấp Có suy giảm cường độ mạnh mẫu PC thay BKS phân đoạn kích thước hạt 45 - 90 µm BKS1 BKS2 có khác đáng kể thành phần hóa cường độ nén ngày khác không nhiều Trong mẫu PC thay BKS mẫu thay BKS phân đoạn kích thước 45 µm, nung 650oC thể cường ñộ ngày tốt ổn ñịnh 3.2.3 Cường ñộ nén mẫu 28 ngày Cường ñộ nén 28 ngày mẫu PC thay BKS thể hình 3.10 Cường độ nén 28 ngày mẫu Cường ñộ nén 28 ngày mẫu PC thay BKS nhiệt độ nước hóa học 0% BKS (PC) 53.1 10% BKS1/45/554 43.8 20% BKS1/45/554 40.4 30% BKS1/45/554 32.7 40% BKS1/45/554 21 10% BKS1/90/554 42.6 20% BKS1/90/554 31.8 o PC thay BKS 650 C 0% BKS (PC) 53.1 10% BKS1/45/650 54.8 20% BKS1/45/650 44.4 30% BKS1/45/650 38.7 40% BKS1/45/650 31.4 10% BKS1/90/650 53.1 20% BKS1/90/650 41.8 29.8 30% BKS1/90/650 30% BKS1/90/554 27.8 40% BKS1/90/554 20.6 40% BKS1/90/650 10% BKS2/45/540 45 10% BKS2/45/650 20% BKS2/45/540 37.5 20% BKS2/45/650 30% BKS2/45/540 31.6 30% BKS2/45/650 38.7 40% BKS2/45/540 21 40% BKS2/45/650 33.8 10% BKS2/90/540 43.6 10% BKS2/90/650 48.6 20% BKS2/90/540 35.4 20% BKS2/90/650 30% BKS2/90/540 27.1 30% BKS2/90/650 28.4 40% BKS2/90/540 19.4 40% BKS2/90/650 22.4 10 20 30 40 50 60 20.6 54.8 43.2 40.3 10 20 Cường ñộ nén (MPa) a) 30 40 50 60 Cường độ nén (MPa) b) Hình 3.10 Cường ñộ nén 28 ngày mẫu xi măng thay cao lanh nung (BKS) a) Ở nhiệt ñộ nước hóa học b) Ở 650oC 20 Tương tự cường ñộ nén mẫu ngày, ngày, lượng BKS thay PC cao, cường ñộ nén mẫu 28 ngày giảm Có phát triển mạnh cường ñộ nén mẫu thay 10%, nung 650oC Đồng thời, mẫu PC thay BKS nung 650oC cho cường ñộ tuổi 28 ngày cao mẫu PC thay BKS nung nhiệt ñộ nước hóa học với phân đoạn kích thước hạt tỷ lệ thay Ngoài ra, ảnh hưởng thành phần hóa đến cường độ nén khơng rõ rệt BKS1 BKS2 có khác đáng kể thành phần hóa, BKS1 có hàm lượng Al2O3 cao hơn, hàm lượng SiO2 thấp so với BKS2 cường ñộ nén mẫu PC thay BKS1 mẫu PC thay BKS2 khác khơng nhiều với nhiệt độ nung, phân đoạn kích thước hạt tỉ lệ thay PC Tuy nhiên, ñộ mịn ảnh hưởng ñáng kể ñến cường ñộ nén Hầu hết mẫu PC thay BKS phân đoạn 45 µm cho cường độ cao hơn, ñộ suy giảm cường ñộ thấp mẫu thay BKS phân đoạn 45 - 90 µm với nhiệt ñộ nung, tỷ lệ thay Trong mẫu PC thay BKS, mẫu thay BKS đoạn kích thước 45 µm, nung 650oC thể cường ñộ 28 ngày tốt ổn ñịnh 21 3.2.4 Đánh giá chất lượng cao lanh nung qua số hoạt tính Chỉ số hoạt tính ngày, 28 ngày thể hình 3.12 hình 3.13 Chỉ số hoạt tính ngày BKS/90 110 100 100 90 80 75 BKS1/45/650 70 BKS2/45/650 60 50 BKS1/45/554 40 BKS2/45/540 30 20 Tỷ lệ % cường ñộ nén so với PC Tỷ lệ % cường ñộ nén so với PC Chỉ số hoạt tính ngày BKS/45 110 10 90 80 BKS1/90/650 75 70 BKS2/90/650 60 ` 50 BKS1/90/554 40 BKS2/90/540 30 20 10 0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 0% Tỷ lệ thay PC (%) 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% Tỷ lệ thay PC (%) a) b) Hình 3.12 Chỉ số hoạt tính ngày cao lanh nung (BKS) a) Phân đoạn kích thước 45 µm b) Phân đoạn kích thước 45 - 90 µm Chỉ số hoạt tính 28 ngày BKS/90 110 100 100 90 80 75 70 BKS1/45/650 BKS2/45/650 60 50 BKS1/45/554 40 BKS2/45/540 30 20 10 Tỷ lệ % cường ñộ nén so với PC Tỷ lệ % cường ñộ nén so với PC Chỉ số hoạt tính 28 ngày BKS/45 110 90 80 75 BKS1/90/650 70 BKS2/90/650 60 50 BKS1/90/554 40 BKS2/90/540 30 20 10 0 0% 5% 10% 15% 20% 25% Tỷ lệ thay PC (%) a) 30% 35% 40% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% Tỷ lệ thay PC (%) b) Hình 3.13 Chỉ số hoạt tính 28 ngày cao lanh nung (BKS) a) BKS phân đoạn kích thước 45 µm b) BKS phân đoạn kích thước 45 - 90 µm 22 Nhận thấy số hoạt tính cao lanh nung kích thước 45 µm cao kích thước 45 - 90 µm tỉ lệ thay thế, nhiệt độ nung Chỉ số hoạt tính cao lanh nung 650oC cao cao lanh nung nhiệt ñộ nước hóa học đoạn cỡ hạt tỉ lệ thay Theo ASTM C618 TCVN 395 : 2007 cao lanh nung phân đoạn 45 90 µm khơng thỏa mãn tiêu ñộ mịn, ñộ suy giảm cường độ cao nên phân đoạn kích thước khơng thích hợp ñể tạo pozzolan Để ñảm bảo số hoạt tính khơng nhỏ 75%, ta tính lượng cao lanh nung thay xi măng, tính gần ñúng lượng metacaolanh Trong loại cao lanh nung trên, sử dụng cao lanh nung loại 650oC, kích thước 45 µm thay 26.84% xi măng, tương ứng với 14.69% metacaolanh, sử dụng loại thay 25.62% xấp xỉ loại 1, tương ứng với 11.71% metacaolanh Tuy nhiên, giá thành loại rẻ nên sử dụng loại kinh tế 3.2.5 Phân tích nhiễu xạ Rơnghen Hàm lượng tương đối Ca(OH)2 mẫu BKS/45/650 (tính từ lúc tạo mẫu đến lúc phân tích XRD: 34 ngày) xem hình 3.14 Hình 3.14 Hàm lượng tương đối khống Ca(OH)2 mẫu PC thay cao lanh nung (BKS) 23 Dựa vào hàm lượng tương đối khống Ca(OH)2 hình 3.14 giản ñồ nhiễu xạ tia X hình 3.15, hình 3.16 Nhận thấy rằng, mẫu xi măng thay cao lanh nung, ta thấy có giảm đáng kể o hàm lượng tương đối khống Ca(OH)2 đặc biệt d = 4.91 A , o d=3.1 A Khi tăng lượng thay PC BKS từ 10% ñến 40%, hàm lượng metacaolanh cao, giảm Ca(OH)2 mạnh Những phát cho thấy BKS có hoạt tính pozzolanic, ảnh hưởng rõ rệt đến q trình hydrat hóa xi măng Loại cao lanh nung (BKS1 BKS2) thành phần hóa ảnh hưởng khơng rõ rệt ñến cường ñộ hàm lượng Ca(OH)2 lại mẫu xi măng Hình 3.15 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xi măng thay cao lanh nung loại (BKS1) 650oC, phân đoạn kích thước hạt 45 µm 24 Hình 3.16 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu xi măng thay cao lanh nung loại (BKS2) 650oC, phân ñoạn kích thước hạt 45 µm 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau sáu tháng nghiên cứu cao lanh A Lưới dùng làm phụ gia pozzolan cho xi măng Portland, tơi đưa số kết luận sau: Hoạt hóa cao lanh A Lưới ngun khai để tạo phụ gia pozzolan cho xi măng Portland 650oC tốt nhiệt độ nước hóa học với thời gian lưu h Các loại cao lanh nung có thành phần hóa học khác nhau: cao lanh nung loại có hàm lượng Al2O3 cao SiO2 thấp so với cao lanh nung loại Thế ảnh hưởng loại cao lanh thành phần hóa đến cường độ nén khơng rõ rệt Mặc khác, giá thành cao lanh loại thấp loại nên sử dụng loại kinh tế Trong hai phân đoạn kích thước hạt 45 µm 45 - 90 µm, cao lanh phân đoạn kích thước hạt 45 µm cho hoạt tính cao phân đoạn kích thước hạt 45 - 90 µm Trong loại cao lanh nung nhiệt độ nước hóa học 650oC, loại cao lanh nung 650oC, phân đoạn kích thước 45µm cho số hoạt tính cao nhất, để số hoạt tính khơng nhỏ 75% thay tối ña khoảng 26.84% xi măng, tương ứng hàm lượng metacaolanh 14.69% Hàm lượng cao lanh nung thay xi măng cao, hàm lượng Ca(OH)2 mẫu hỗn hợp xi măng thay cao lanh nung thấp Sự giảm hàm lượng Ca(OH)2 chủ yếu có mặt metacaolinit tạo q trình nước hóa học Các kết khẳng định cao lanh A Lưới nung hồn tồn sử dụng làm phụ gia pozzolan cho xi măng Portland Nó có hoạt tính cao, ổn định, có tiềm sản xuất cơng nghiệp trữ 26 lượng dồi dào, chi phí sản xuất khơng cao đặc biệt dùng cao lanh A Lưới loại Do ñiều kiện sở vật chất thiếu thốn, kinh nghiệm hạn chế, thời gian tương ñối ngắn nên có hội tơi phát triển đề tài sau: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng ñến q trình nước hóa học cao lanh Nghiên cứu loại lị nung, điều kiện tối ưu cho nung cao lanh Nghiên cứu kỹ yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính pozzolanic cao lanh nung ñặc biệt nhiệt ñộ nung thời gian lưu So sánh hoạt tính pozzolan cao lanh A Lưới nung so với metacaolanh thương mại số phụ gia pozzolan khác Nghiên cứu tính chịu ăn mịn xi măng có sử dụng phụ gia cao lanh nung môi trường chứa clorua, môi trường sulfat ... tin bổ ích loại phụ gia pozzolan có hoạt tính cao, có tiềm nước ta cho xi măng Portland Việc sử dụng cao lanh A Lưới làm phụ gia xi măng tận dụng nguồn tài ngun cao lanh có đ? ?a bàn, giúp giảm... hoạt tính pozzolan cao lanh A Lưới nung so với metacaolanh thương mại số phụ gia pozzolan khác Nghiên cứu tính chịu ăn mịn xi măng có sử dụng phụ gia cao lanh nung môi trường ch? ?a clorua, môi trường... 140 mg CaO/ 1 gam phụ gia Hình 3.5 Độ hoạt tính cao lanh nung 3.2 Kết khảo sát mẫu hỗn hợp xi măng Portland cao lanh nung Hàm lượng metacaolanh mẫu hỗn hợp xi măng Portland cao lanh nung thay PC