M Ở ĐẦU
7. Bố cục đề tài
1.4.1. Thành phần hóa học của xi măng
Trong thành phần phối liệu sản xuất clinker xi măng pooclăng thông thường gồm có đá vôi, đất sét và các loại phụ gia điều chỉnh hệ số như quặng sắt, bôxít, v.v… Thành phần hóa học chủ yếu của phối liệu gồm 4 oxyt chính: CaO chủ yếu do đá vôi cung cấp; SiO2, Al2O3 và Fe2O3 do đất sét cung cấp. Nếu thiếu SiO2, Al2O3 hay Fe2O3 người ta dùng nguyên liệu phụ gia điều chỉnh như đất Pháp cổ hay cát chứa nhiều SiO2, quặng sắt chứa nhiều Fe2O3 và quặng bôxít chứa nhiều Al2O3. Nguyên liệu để chuẩn bị phối liệu thường có lẫn tạp chất như MgO trong đá vôi, R2O (R: gốc kiềm), TiO2 trong đất sét, v.v…
Khi nung phối liệu đạt đến nhiệt độ 1450oC bốn oxyt chính sẽ phản ứng với nhau để tạo thành bốn khoáng chính có trong clinker là: 3CaO. SiO2 (C3S), 2CaO SiO2 (C2S), 3CaO.Al2O3 (C3A) và 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF). Những tạp chất và một lượng nhỏ CaO, SiO2 và MgO còn dư không phản ứng nằm ở dạng tự do hoặc phân tán, hòa tan trong pha lỏng, khi làm lạnh pha lỏng chuyển thành pha thủy tinh. Trong trường hợp clinker nhiều SiO2 và CaO tự do chủ yếu do khống chế quy trình nung luyện chưa tốt, chưa đủ nhiệt độ kết khối, chưa tạo điều kiện để phản ứng triệt để ở pha rắn và phản ứng khi có mặt pha lỏng. Bốn oxyt chính CaO, SiO2, Al2O3 và Fe2O3 chiếm 95% đến 97% còn lại 3-5% là oxyt các tạp chất khác nằm trong phối liệu.
Thành phần hóa học clinker xi măng pooclăng thông thường nằm trong giới hạn: CaO: 63 - 67%
SiO2: 21 – 24% Al2O3: 4 – 7% Fe2O3: 2,5 – 4%
Thành phần các oxyt tạp chất nằm trong giới hạn: MgO: < 5%
TiO2: < 0,3% Mn2O3: < 1,5%
P2O5: tùy nguyên liệu có thể có hoặc không. R2O (Na2O và K2O) < 1,5%
Những oxyt trong clinker đều ảnh hưởng đến thành phần khoáng clinker và ảnh hưởng đến tính chất sử dụng của xi măng pooclăng.
Oxyt CaO:
Về cơ bản nó phản ứng hết với các oxyt SiO2, Al2O3, Fe2O3 để tạo thành những khoáng chính của clinker, nếu nó nằm ở trạng thái tự do với điều kiện nung nhiệt độ cao chuyển thành CaO quá già, phản ứng hydrat với nước rất chậm, sau khi vữa xi măng đã đóng rắn lúc đó CaO mới bắt đầu tác dụng với nước tạo thành Ca(OH)2 làm nở thể tích gây nên hiện tượng không ổn định thể tích của xi măng, phá vỡ cấu kiện xây dựng. Clinker chứa nhiều CaO tạo thành nhiều khoáng C3S làm cho xi măng phát triển cường độ nhanh, mác sẽ cao nhưng xi măng có nhiều CaO trong clinker kém bền trong môi trường nước và các môi trường xâm thực khác.
Oxyt SiO2:
Tác dụng chủ yếu với CaO để tạo thành khoáng silicat canxi (C3S và C2S) nếu quá nhiều SiO2 thì khoáng C2S sẽ tăng lên, xi măng đóng rắn chậm nhưng nó phát triển cường độ trong thời gian lâu dài sẽ bảo đảm của mác xi măng. Đặc biệt nhiều SiO2 trong clinker sẽ cho xi măng có độ bền vĩnh cửu cao trong môi trường xâm thực.
Oxyt Al2O3:
Chủ yếu phản ứng với CaO và Fe2O3 tạo khoáng họ aluminat canxi và alumopherit canxi. Clinker chứa nhiều Al2O3 sẽ cho xi măng có độ ninh kết đóng rắn nhanh nhưng tỏa nhiệt lớn, rất kém bền trong môi trường sulfat và nước biển và ít được
dùng trong thi công bê tông khối lớn, xây các công trình cầu cống, thủy lợi, thủy điện, v.v…
Khi sản xuất các loại xi măng alumin, bêlít alumin và xi măng trắng thì hàm lượng Al2O3 sẽ cao hơn xi măng thường, độ nhớt pha lỏng cao.
Oxyt Fe2O3:
Làm giảm nhiệt độ tạo pha lỏng, phản ứng chủ yếu tạo thành alumopherit canxi làm cho xi măng bền trong môi trường xâm thực của nước biển và sulfat, tỏa nhiệt ít.
Oxyt MgO:
Hầu hết nằm ở dạng tự do, phản ứng rất chậm với nước. Nhiều MgO sẽ làm cho xi măng không ổn định về thể tích, có trường hợp vật liệu, cấu kiện sau 2 tháng tạo hình mới gây nên phản ứng với nước làm nở thể tích gây nứt rạn cấu kiện và vật liệu xây dựng.
Oxyt R2O:
Kiềm được cung cấp từ đất sét, ở nhiệt độ cao một phần chúng thăng hoa bay theo bụi, một phần tan trong pha lỏng tạo thủy tinh hay tham gia phản ứng tạo khoáng chứa kiềm của C3A và C2S. Nếu clinker nhiều kiềm làm cho xi măng giảm cường độ, gây không ổn định về thể tích.
Với mục tiêu ban đầu của luận văn, trong thực nghiệm chúng tôi không đi khảo sát các nguyên tố ảnh hưởng đến chất lượng của xi măng mà ta nhấn mạnh vào việc khảo sát khả năng phân tích hàm lượng các nguyên tố khi mẫu được kích hoạt trên hệ Howitzer chứa nước. Các nguyên tố lựa chọn phân tích trong luận văn này là các nguyên tố: Na, Mn, Al.