Tài liệu Nghiên cứu hàm lượng xỉ lò cao pptx

Nghiên cứu hàm lượng xỉ lò cao tới độ bền sun phát của đá xi măng 1. Lời nói đầu Trên thế giới xi măng bền sun phát được sử dụng từ rất lâu, đặc biệt là xi măng xi bền sun phát. Để đánh giá đá xi măng có khả năng bền sun phát hay không, người ta có nhiều phương pháp nghiên cứu và đã được tiêu chuẩn hoá. Theo tài liệu của Mỹ [7,8] đá xi măng đươc coi là bền trong môi trường sunphát khi: - Độ nở sun phát ở tuổi 14 ngày ngâm mẫu trong nước đối với xi măng poóc lăng không lớn hơn 0,04% [6] - Độ nở sun phát ở tuổi 6 tháng ngâm mẫu trong dung dịch sunphát < 0,05% được coi là bền sun phát cao và < 0,1% được coi là bền sun phát thường. [3, 4] - Một phương pháp nghiên cứu của người nga- kind đánh giá độ bền sun phát của xi măng theo sự suy giảm cường độ của mẫu trong môi trường xâm thực và môi trường nước. Xi măng được coi là bền sun phát khi hệ số suy giảm cường độ sau 6 tháng > 0,9. Đây là kết quả nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ xỉ lò cao đến khả năng bền sun phát của đá xi măng xỉ. 2. Kết quả nghiên cứu 2.1 Nguyên liệu sử dụng: Nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu là xi măng pooc lăng của công ty xi măng Holcim (OPC), xi măng bền sun phát của công ty xi măng Lucksvaxi (SRC), xỉ lò cao Thái Nguyên (TISCO), và xỉ lò cao Nhật Bản (NSC). Xi măng pooc lăng và xỉ lò cao được nghiền riêng ở tỷ diện 4000 cm 2 /g. Thành phần hoá học của nguyên liệu được trình bày trong bảng 2.1 Tên mẫu Thành phần hoá học (%) MKN SiO 2 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 Cao MgO K 2 O Na 2 O SO 3 Cl S TISCO - 34,24 0,64 13,67 42,55 6,93 0,24 0,08 0,07 0.003 0.74 NSC - 33,62 0,40 15,56 42,34 6,70 0,22 0,24 - 0.004 0.62 OPC Holcim 4.71 19.21 3.49 4.77 63.56 0.8 0.44 0.25 2.6 - - SRC 0,16 21,70 5,43 4,24 64,68 2,06 0,27 0,35 0,66 - - 2.2 Đánh giá khả năng bền sun phát của mẫu xi măng thông qua độ nở sun phát Phương pháp xác định độ nở sun phát được thực hiện theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C1012 [ ] Bảng 2.2 Kết quả độ nở sun phát của đá xi măng xỉ TT Ký hiệu mẫu Tỷ lệ thay thế % Độ nở sun phát, % Dung dịch Na 2 SO 4 5% Dung dịch MgSO 4 5% 1 tháng 2 tháng 3 tháng 6 tháng 1 tháng 2 tháng 3 tháng 6 tháng 1. OPC 0 0,0135 0,0270 0,0371 0,080 0,0144 0,0280 0,052 0,057 2. SRC 0 0,0104 0,0120 0,029 0,034 0,0103 0,0130 0,029 0,039 3. NSC 4000 G 2 20 0,0127 0,0250 0,0327 0,165 0,0129 0,0260 0,053 0,321 1 4. 40 0,0123 0,0170 0,0279 0,158 0,0128 0,0190 0,045 0,313 5. 50 0,0123 0,0160 0,0266 0,157 0,0126 0,0180 0,034 0,181 6. 60 0,0120 0,0150 0,0259 0,155 0,0125 0,0140 0,027 0,138 7. 70 0,0092 0,0150 0,0191 hỏng 0,0096 0,0130 0,022 hỏng 8. NSC 4000 G 4 20 0,0135 0,0200 0,038 0,054 0,0126 0,0180 0,043 0,050 9. 40 0,0130 0,0160 0,031 0,047 0,0121 0,0150 0,037 0,042 10. 50 0,0107 0,0110 0,021 0,027 0,0106 0,0130 0,029 0,033 11. 60 0,0032 0,0030 0,016 0,021 0,0088 0,0090 0,020 0,027 12. 70 0,0028 0,0030 0,014 0,016 0,0056 0,0060 0,015 0,020 13. TISC O 4000 G 2 20 0,0130 0,0260 0,08 hỏng 0,0144 0,0240 0,059 0,94 14. 40 0,0128 0,0230 0,064 hỏng 0,0135 0,0260 0,055 0,70 15. 50 0,0120 0,0220 0,043 0,091 0,0129 0,0230 0,055 0,69 16. 60 0,0115 0,0210 0,040 0,062 0,0108 0,0220 0,054 0,58 17. 70 0,0103 0,0210 0,039 hỏng 0,0104 0,0200 0,053 hỏng 18. TISC O 4000 G 4 20 0,0130 0,0270 0,063 0,069 0,0127 0,0270 0,040 0,070 19. 40 0,0125 0,0270 0,045 0,051 0,0120 0,0250 0,035 0,048 20. 50 0,0120 0,0250 0,035 0,047 0,0115 0,0200 0,03 0,045 21. 60 0,0107 0,0240 0,032 0,033 0,0108 0,0180 0,02 0,042 22. 70 0,0088 0,0210 0,026 0,031 0,0064 0,0080 0,019 0,036 G4 và G2 là hàm lượng SO 3 có trong xỉ 4% và 2%. Từ bảng 2.2 Cho ta một vài nhận xét về xi măng xỉ lò cao như sau: - Độ nở sun phát giảm khi tăng hàm lượng xỉ, nghĩa là giảm hàm lượng clanhke. - Ở tuổi 6 tháng độ nở sun phát của mẫu xi măng phụ thuộc vào hàm lượng SO 3 trong xi măng. 2 - Đối với xi măng có hàm lượng SO 3 là 2% (trong thành phần xỉ), ở tất cả các tỷ lệ xỉ nghiên cứu, các mẫu đều có độ nở lớn hơn yêu cầu của tiêu chuẩn ASTM C595 và ASTM C1157 đối với xi măng bền sun phát. - Đối với mẫu xi măng có hàm lượng SO 3 là 4% (trong thành phần xỉ), độ nở sun phát sau 6 tháng của tất cả các mẫu nghiên cứu đều đạt yêu cầu của các tiêu chuẩn ASTM C595 và ASTM C1157 đối với xi măng bền sun phát. Điều này được giải thích như sau: Trong thành phần của xỉ lò cao có chứa ô xít nhôm và ô xít sắt. Nếu trong hệ có đủ lượng thạch cao thì các ô xít này sẽ phản ứng với thạch cao để tạo thành khoáng enttigit như phương trình phản ứng xảy ra dưới đây: [14, 15, 16, 17] Ca(OH) 2 (sản phẩm của quá trình thuỷ hoá xi măng) + Al 2 O 3 (hoạt tính) + CaSO 4 . 2H 2 O 3 CaO.Al 2 O 3. 3CaSO 4 . (30 ÷32) H 2 O hoặc 3 CaO.Al 2 O 3. CaSO 4 .12H 2 O (1) Ca(OH) 2 (sản phẩm của quá trình thuỷ hoá xi măng) + Fe 2 O 3 (hoạt tính) + CaSO 4 . 2H 2 O 3 CaO.Fe 2 O 3. 3CaSO 4 . (30 ÷32) H 2 O hoặc 3 CaO.Fe 2 O 3. CaSO 4 .12H 2 O (2) Sản phẩm thuỷ hoá này có tác dụng làm trương nở thể tích khối vữa. Nếu các khoáng trương nở ở phương trình (1) và (2) được hình thành trong thời gian xi măng chưa đóng rắn chúng sẽ làm chắc đặc đá xi măng. Khi hàm lượng thạch cao không đủ tương tác với Al 2 O 3 (hoạt tính) , Fe 2 O 3 (hoạt tính) có trong xỉ theo các phản ứng (1) và (2) sẽ xảy ra các phản ứng sau: 3Ca(OH) 2 + Al 2 O 3 (hoạt tính) + 6H 2 O = 3 CaO.Al 2 O 3. 6H 2 O (3) 3Ca(OH) 2 + Fe 2 O 3 (hoạt tính) + 6H 2 O = 3 CaO.Fe 2 O 3. 6H 2 O (4) Các sản phẩm 3 CaO.Al 2 O 3. 6H 2 O và 3 CaO.Fe 2 O 3. 6H 2 O không bền, trong môi trường sun phát, các ion sun phát sẽ thấm dần vào bên trong các mẫu mã và phản ứng với các sản phẩm này tạo thành khoáng ở trạng thái bền hơn. Quá trình phản ứng tiếp tục xảy ra trong một thời gian dài và các sản phẩm phản ứng có thể tích tăng dần. Ban đầu sự tăng số lượng và kích thước sản phẩm phản ứng (giữa C 3 AH 6, C 3 FH 6 và ion sun phát từ môi trường) có tác dụng làm chắc đặc đá xi măng. Khi thể tích chiếm chỗ của các sản phẩm này tăng lên vượt quá thể tích các lỗ rỗng trong đá xi măng, sự lớn mạnh của chúng sẽ tạo ra nội ứng suất trong lòng khối đá xi măng. Khi nội ứng suất này vượt quá giới hạn chịu kéo của đá xi măng và bê tông sẽ phá vỡ khối bê tông. 2.3 Cường độ của xi măng xỉ trong môi trường xâm thực sun phát Các mẫu xi măng dùng để xác định cường độh khi ngâm trong môi trường sunphát được chế tạo theo quy định của ASTM C1012. Kích thước mẫu là 50mm x 50 mm x 50 mm. Sau khi tạo mẫu, mẫu được bảo dưỡng trong môi trường nước nóng ở nhiệt độ 38 0 C + 3 0 C trong một ngày và thử cường độ, nếu cường độ > 20 Mpa thì đem mẫu đó vào ngâm trong ba môi trường nước máy, Na 2 SO 4 5% và MgSO 4 5%. Sau những khoảng thời gian ngâm 1,2,3,6,9,12 tháng, các mẫu được đem xác định cường độ. Khả năng bền vững của các mẫu trong môi trường xâm thực được đánh giá qua sự suy giảm cường độ của mẫu ngâm trong môi trường xâm thực so với môi trường nước máy. Kết quấc định hệ số suy giảm cường độ mẫu theo thời gian trong các môi trường xâm thực được thể hiện trong 2.3 và bảng 2.4. Bảng 2.3. Cường độ nén mẫu trong các môi trường ở tuổi 1 và 2 tháng TT Ký hiệu mẫu Tỷ lệ phụ gia % Cường độ nén, N/mm 2 Nước thường Dung dịch Na 2 SO 4 Dung dịch MgSo4 5% 1 tháng 2 tháng 1 tháng 2 tháng K1 K2 1 tháng 2 tháng K1 K2 1 OPC 0 56.17 60.54 59.61 65.84 1.06 1.09 51.79 59.83 0.92 0.99 2 SRC 0 55.90 61.30 59.60 62.10 1.07 1.01 54.10 54.00 0.97 0.88 3 NSC 4000G2 20 53.43 60.67 56.53 61.65 1.06 1.02 51.86 61.05 0.97 1.01 3 4 40 56.62 65.28 55.28 60.44 0.98 0.93 49.80 65.30 0.88 1.00 5 50 58.45 60.62 59.48 61.32 1.02 1.01 54.15 61.46 0.93 1.01 6 60 53.23 62.56 53.75 57.08 1.01 0.91 49.29 58.64 0.93 0.94 7 70 49.86 50.13 51.36 57.45 1.03 1.15 51.56 55.46 1.03 1.11 8 NSC 4000G4 20 50.94 54.69 56.89 60.10 1.12 1.10 46.97 58.33 0.92 1.07 9 40 53.93 54.03 48.71 52.74 0.90 0.98 49.78 52.27 0.92 0.97 10 50 44.43 49.80 48.46 55.04 1.09 1.11 51.20 52.11 1.15 1.05 11 60 50.11 54.58 52.42 51.04 1.05 0.94 52.18 48.69 1.04 0.89 12 70 50.29 55.11 47.95 45.44 0.95 0.82 49.58 51.44 0.99 0.93 13 TISCO 4000G2 20 56.02 63.38 51.73 58.35 0.92 0.92 48.98 64.43 0.87 1.02 14 40 51.43 56.10 51.42 60.87 1.00 1.09 52.48 55.00 1.02 0.98 15 50 54.39 58.42 56.50 58.42 1.04 1.00 56.11 54.73 1.03 0.94 16 60 53.77 58.11 48.11 52.57 0.89 0.90 48.64 59.08 0.90 1.02 17 70 46.68 54.89 40.87 56.08 0.88 1.02 47.96 52.07 1.03 0.95 18 TISCO 4000G4 20 53.01 57.03 50.97 53.60 0.96 0.94 50.85 48.71 0.96 0.85 19 40 49.80 60.96 44.89 58.52 0.90 0.96 38.09 54.12 0.76 0.89 20 50 50.28 50.89 41.73 51.30 0.83 1.01 53.57 54.00 1.07 1.06 21 60 39.67 46.70 40.33 46.89 1.02 1.00 43.86 44.87 1.11 0.96 22 70 41.02 47.54 40.05 45.72 0.98 0.96 36.37 40.02 0.89 0.84 Bảng 2.4. Cường độ nén mẫu trong các môi trường ở tuổi 3 và 6 tháng TT Ký hiệu mẫu Tỷ lệ phụ gia % Cường độ nén, N/mm 2 Nước thường Dung dịch Na 2 SO 4 Dung dịch MgSo4 5% 3 tháng 6tháng 3 tháng 6 tháng K3 K6 3 tháng 6 tháng K3 K6 1 OPC 0 60,55 61,00 61,46 48,13 1,02 0,79 57,54 39,53 0,95 0,65 2 SRC 0 63,70 65,43 62,13 58,70 0,98 0,90 54,35 50,10 0,85 0,77 3 NSC 4000G2 20 62,56 64,37 65,29 56,14 1,02 0,87 61,53 50,09 0,98 0,78 4 40 66,59 67,66 67,52 58,77 0,99 0,87 62,59 54,12 0,94 0,80 5 50 61,41 63,64 60,15 52,82 1,01 0,83 55,33 54,89 0,90 0,86 6 60 62,80 62,98 56,37 49,80 1,01 0.82 54,63 51,64 0,87 0,82 7 70 51,89 56,03 52,92 45,67 1,02 0,79 44,10 41,38 0,85 0,74 8 NSC 4000G4 20 56,09 58,87 63,11 53,24 1,13 0,90 53.25 47.85 0,95 0,81 9 40 55,03 56,03 54,74 53,73 1,10 0,96 55.54 51.69 1,01 0,92 10 50 50,80 51,08 56,04 54,04 0,99 1,04 49.13 44.72 0,97 0,86 11 60 55,58 56,68 53,04 52,04 0,95 0,92 50.48 45.26 0,91 0,80 12 70 55,52 56,04 52,06 49,44 0,94 0,91 51.92 44.27 0,94 0,79 13 TISCO 4000G2 20 63,41 63,52 57,47 54,24 0,91 0,85 65.71 47.60 1,04 0,75 14 40 57,43 62,44 58,73 53,65 1,02 0,86 51.64 46.64 0,90 0,75 15 50 60,06 61,02 62,49 58,79 1,04 0,96 55.25 47.59 0,72 0,78 4 16 60 58,12 58,31 53,52 50,15 0,92 0,85 57.79 49.51 0,99 0,85 17 70 54,92 54,99 47,08 42,43 0,86 0,77 49.70 39.47 0,90 0,72 18 TISCO 4000G4 20 59,83 61,43 56,76 52,22 0,95 0,85 54.60 50.90 0,91 0,83 19 40 60,87 61,03 59,65 54,93 0,98 0,90 56,76 53,10 0,93 0,87 20 50 51,55 56,05 52,05 50,82 1,01 0,91 48,83 47,64 0,95 0,85 21 60 52,54 54,51 53,80 53,34 1,02 0,98 51,49 45,62 0,98 0,84 22 70 47,72 50,62 47,72 46,72 1,00 0,92 46,11 41,56 0,97 0,82 Từ kết quả thí nghiệm trong bảng 2.3, 2.4 có một số nhận xét ảnh hưởng của xỉ lò cao đến mức suy giảm cường độ nền của các mẫu xi măng ngâm trong các môi trường như sau: Sau 2 tháng ngâm trong môi trường xâm thực sun phát, cường độ của các mẫu xi măng suy giảm không đáng kể, một số mẫu có cường độ cao hơn khi bảo dưỡng trong môi trường nước sạch. Sự ảnh hưởng của môi trường xâm thực đến cường độ mẫu chỉ thể hiện rõ ở tuổi sau 3 tháng, đặc biệt là sau 6 tháng ngâm mẫu. Sau 6 tháng ngâm mẫu thấy rằng: + Mẫu xi măng bền sun phát, trong môi trường sunphát natri còn 90% cường độ, trong môi trường magiê sun phát chỉ còn 77% cường độ. + Mẫu xi măng OPC trong môi trường sunphát natri chỉ còn 69% cường độ, trong môi trường magiê sunphát chỉ còn 62% cường độ. + Các mẫu xi măng xỉ chứa 4% SO 3 , trong môi trường sunphát natri, với hàm lượng xỉ NSC tới 70% mức độ suy giảm cường độ của xi măng xỉ vẫn ít hơn so với xi măng bền sunphát, khi hàm lượng xỉ lớn hơn 50%, mức độ suy giảm cường độ của mẫu trong môi trường xâm thực lớn hơn so với xi măng bền sun phát. + Khi sử dụng xỉ Thái Nguyên (TISCO) thì quy luật cũng tương tự như xỉ NSC, tuy nhiên mức độ suy giảm cường độ của xi măng xỉ TISCO lớn hơn so với xi măng xỉ NSC. 3. Kết luận Qua các kết quả nghiên cứu như trên, có một số kết luận về khả năng sử dụng GBFS Thái Nguyên và Nhật Bản cho sản xuất xi măng như sau: GBFS là loại phụ gia có hoạt tính thuỷ lực mạnh. Tuy nhiên, ở tuổi 3 ngày hoạt tính thuỷ của GBFS chưa thể hiện rõ, vì vậy xi măng có thể sử dụng GBFS từ 20% trở lên nên có cường độ ở tuổi 3 ngày thấp hơn so với xi măng OPC. Khi sử dụng GBFS làm phụ gia khoáng cho xi măng thì lượng nước tiêu chuẩn của xi măng tăng, thời gian đông kết của xi măng kéo dài hơn so với xi măng OPC. Mức độ tăng lượng nước tiêu chuẩn và kéo dài thời gian đông kết tăng cùng với việc tăng hàm lượng GBFS trong xi măng. Tuỳ thuộc vào độ nghiền mịn, có thể pha vào xi măng từ 60-70% GBFS mà cường độ nén ở tuổi 28 ngày của xi măng xỉ vẫn không thấp hơn cường độ nén của xi măng OPC. GBFS có tác dụng làm giảm nhiệt thuỷ hoá của xi măng, tuy nhiên tác dụng này chỉ thể hiện rõ nét ở lượng dùng GBFS từ 50% trở lên. Khi sử dụng GBFS với hàm lượng từ 20 đến 70% và pha thạch cao vào để đảm bảo tổng hàm lượng SO 3 trong GBFS khoảng 4%, sẽ nhận được xi măng bền sun phát phù hợp với quy định của ATSM C959 và ASTM C 1157. (Nguồn tin: T/C Thông tin Khoa học Kỹ thuật xi măng, số 1/2006) 5 6 . kết quả nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ xỉ lò cao đến khả năng bền sun phát của đá xi măng xỉ. 2. Kết quả nghiên cứu 2.1 Nguyên liệu sử dụng: Nguyên liệu được. là hàm lượng SO 3 có trong xỉ 4% và 2%. Từ bảng 2.2 Cho ta một vài nhận xét về xi măng xỉ lò cao như sau: - Độ nở sun phát giảm khi tăng hàm lượng xỉ,