Chỉ tiêu Phương pháp thử
Độ mịn Blaine (cm2/g)
TCVN 4030:2003
Độ mịn R009 (%) Nước tiêu chuẩn
TCVN 6017:2015
Thời gian bắt đầu ninh kết (phút)
Tro bay Đá vôi Thạch cao Clinker
Nghi ềnbi Nghi ềnbi Nghi ềnbi
Phụ gia mịn ( theo c ác cấpphối) Thạch cao mịn Clinker mịn Xi măng
Kiểm tra các chỉ tiêu cơ Khảo sát cấu trúc bằng SEM,
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
39
Thời gian kết thúc ninh kết (phút) Độ ổn định thể tích Lechaterlier (mm)
Cường độ 1, 3, 7, 28 ngày (N/mm2) TCVN 6016:2011
Các phương pháp phân tích cấu trúc: SEM, XRD……….
Thực hiện trên các thiết bị phân tích
chuyên sâu 2.3. Dụng cụ, thiết bị thử nghiệm:
Các nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên hệ thống dụng cụ, thiết bị của
phòng thí nghiệm Vicem Bút Sơn. Một số thông tin về các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm
được trình bày trong các nội dung dưới đây:
2.3.1. Thiết bị đo tỷ diện Blaine: Hãng sản xuất: Cotrolab-France Năm sản xuất: 2015 Đặc tính kỹ thuật chính: - Tế bào thép không gỉ. - Đĩa đục lỗ và pít tông. - Một ống áp kế hình chữ U
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG 40 2.3.2. Máy trộn: Hãng sản xuất: Hãng ELE/England Năm sản xuất: 2012 Đặc tính kỹ thuật chính: - PS: 220-240V; 50Hz.
- Công suất động cơ: 180W.
- Dung tích phễu trộn: 5 lít.
- Lựa chọn điều khiển vi xử lý tùy chọn chu trình trộn cát & nước.
2.3.3. Máy rằn: Hãng ELE/England s n xuả ất năm 1998 Hãng sản xuất: Hãng ELE/England
Năm sản xuất: 1998 Đặc tính kỹ thuật chính:
- PS: 220-240V; 50Hz.
- Cam quay với tốc độ 60 vòng / phút.
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG 41 2.3.4. Máy ép mẫu: Hãng sản xuất: Hãng ELE/England Năm sản xuất: 1998 Đặc tính kỹ thuật chính: - Lực ép tối đa: 250KN.
- Chỉ báo cân kỹ thuật số FS-8000.
- Hiệu chuẩn chính xác theo tiêu chuẩn ASTM E4.
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
42 2.4. Phương pháp xác định cấu trúc của đá xi măng bằng chụp ảnh SEM:
Khi một chùm bức xạ có bước sóng nhỏ được chiếu vào bề mặt mẫu sẽ cho các tia phản xạ, ghi nhận các tia phản xạ này sẽ cho ảnh của mẫu bề mặt cần nghiên cứu.
Chùm electron phản xạ cho phép ghi nhận các hình ảnh phóng đại rất lớn do nó có bước sóng đủ nhỏ, để xâm nhập vào giữa các phân tử cấu trúc bề mặt rất bé rồi phản xạ
trở lại. Độ nét của ảnh hiển vi điện tử được quyết định bởi bước sóng của chùm electron, khả năng phản xạ của bề mặt mẫu, khả năng dẫn điện của mẫu.
Quy trình thí nghiệm:
1
Mẫu xi măng được trộn với nước theo tỷ lệ N/XM là 0,5. Dưỡng hộ ở 27 0C,
ứng với các khoảng thời gian xác định, mẫu được đập vỡ, phủ bề mặt mới vỡ bằng bạc (trong môi trường chân không và điện áp cao) để tăng độ tương phản rồi tiến hành soi chụp ở các độ phóng đại khác nhau.
2.5. Phương pháp phân tích Rơnghen ( nhiễu xạ tia X ):
1 - ống phát chùm tia X
2 - mẫu phân tích
3 - ống đếm
4 - bộ phận chuyển hoá và tự ghi
5 - bàn quay (đo góc)
Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý của máy phân tích nhiễu xạ tia X
Một vật chất có cấu tạo tinh thể sẽ có tác động ngăn cản nhất định đối với các tia phản xạ. Khi chiếu một chùm tia rơnghen (có bước sóng cỡ vài ăngstron) vào tinh thể, một phần tia sẽ phản xạ lại môi trường do các phần tử tại nút mạng tinh thể (các tia này được gọi là tia nhiễu xạ). Sẽ tồn tại các tia nhiễu xạ có điều kiện thỏa mãn phương
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
43
Hiệu số khoảng cách bằng số nguyên lần bước sóng
d n
h 2 sin
Trong đó: d – khoảng cách giữa 2 mặt mạng cơ sở; - góc tới của tia Rơnghen; -
bước sóng tia Rơnghen; n – các số nguyên (còn gọi là bậc phản xạ).
Các tia này sẽ tạo ra cực đại giao thoa, cường độ các cực đại giao thoa này được ghi nhận bởi một ống đếm hoạt động dựa trên tác động ion hóa chất khí của tia Rơnghen. Kết quả thu được là các xung điện có thể ghi nhận trực tiếp và biểu diễn
thành đặc tuyến cường độ nhiễu xạ - góc tới .
Mỗi tinh thể với kiểu mạng xác định sẽ cho ảnh nhiễu xạ với số lượng, vị trí và cường độ nhiễu xạ tương ứng với kiểu mạng và vị trí của nguyên tử trong vật thể đó, với mẫu chứa nhiều pha thì ảnh nhiễu xạ chung sẽ là tập hợp các ảnh nhiễu xạ của từng pha như trường hợp chúng được chụp riêng rẽ với cường độ các đường tỷ lệ thuận với lượng pha có trong mẫu. Dựa vào số lượng, vị trí và cường độ các đường nhiễu xạ của từng pha như trường hợp chúng được chụp riêng rẽ với cường độ các đường nhiễu xạ thu được, đem so sánh với các hợp chất tinh khiết đã biết, ta có thể xác định được
thành phần pha của các mẫu phân tích.
Quy trình thí nghiệm:
Mẫu phân tích cần được nghiền mịn trong cối mã não đến độ mịn qua sàng
10000 lỗ/cm2. Khi phân tích xác định sản phẩm thủy hóa, mẫu được chế tạo đến tuổi
cần xác định, nghiền mịn nhanh trong axêtôn, lọc nhanh bằng bơm chân không có áp
lực cao. Mẫu được bảo quản bằng cách ngâm cùng với axeton trong các bình thuỷ tinh nút nhám. Trước khi phân tích mẫu được sấy chân không 30 phút rồi đem phân tích.
Thiết bị đo hoạt động với tốc độ quay là 0,7 giây/độ, dải góc 50-650.
2.6. Nguyên liệu thử nghiệm: 2.6.1. Nguyên liệu:
Clinker Xi măng poóc lăng được lấy từ dây chuyền 1 Bút Sơn, thành phần hóa
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
44 Bảng 2.4. Thành phần hóa học của clinker Bút Sơn (dây chuyền 1):
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 MKN Ctd Clinker 21,23 5,4 3,27 64,91 2,02 0,3 0,21 1,8
Bảng 2.5. Thành phần khoáng của clinker Bút Sơn (dây chuyền 1)
LSF SIM ALM C3S C2S C3A C4AF Clinker 95,54 2,45 1,65 61,02 15,17 8,78 9,94
Thạch cao sử dụng có nguồn gốc từ Thái Lan nhập về công ty Bút Sơn, thành
phần hóa như trong bảng 2.6.
Bảng 2.6. Thành phần của thạch cao:
SO3 CKT CaSO4.2H2O
Thạch cao 44,92 0,68 96,5
Thạch cao có chất lượng đạt loại G95 theo tiêu chuẩn TCVN 9807: 2013 thạch cao -
dùng để sản xuất xi măng.
Đá vôi dùng trong nghiên cứu được lấy tại mỏ Hồng Sơn. Tro bay được lấy tại Công ty cổ phần nhiệt điện Hải Phòng. Thành phần khoáng, hóa và những tính chất của
2 loại phụ gia này sẽ được tổng hợp trong phần thực nghiệm.
2.6.2. Chuẩn bị mẫu:
Clinker, thạch cao:
Do tỷ lệ clinker và thạch cao trong các cấp phối của đề tài là không đổi nên hỗn hợp clinker và thạch cao được nghiền chung trong máy nghiền bi thí nghiệm. Hỗn hợp
gồm 95% clinker và 5% thạch cao (đảm bảo hàm lượng SO3 theo TCVN 7024:2013).
Bảng 2.7. Độ mịn của mẫu nghiền:
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
45
Clinker+ thạch cao 17,8 6,6 0,2 3418
Tro bay: Nhập về công ty, lấy mẫu để làm thí nghiệm luôn, không qua nghiền (trên thực tế các Công ty hiện nay bơm trực tiếp tro bay vào thiết bị vận chuyển xi
măng lên si lô chứ không qua nghiền xi măng).
Đá vôi: Nghiền riêng trong máy nghiền bi thí nghiệm, độ mịn của đá vôi sau nghiền được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2.8. Độ mịn đá vôi:
R32, % R45,% R90,%
Đá vôi 19,6 12 1,8
2.6.3. Cấp phối thực nghiệm:
a, Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp đá vôi tro bay đến các tính chất cơ lý của xi - măng hỗn hợp:
Để thực hiện nghiên cứu, đề tài lựa chọn cấp phối với tỷ lệ phụ gia pha vào xi măng là
30%, trong đó tỷ lệ đá vôi tro bay tăng giảm 5% đối với mỗi cấp phối và được trình - -
bày trong bảng sau:
Bảng 2.9. Cấp phối hỗn hợp phụ gia đá vôi – tro bay 30%:
Cấp phối 1 Clinker Thạch cao Đá vôi Tro bay
% % % % ĐC 95 5 0 0 Đ30T0 66,5 3,5 30 0 Đ25T5 66,5 3,5 25 5 Đ20T10 66,5 3,5 20 10 Đ15T15 66,5 3,5 15 15 Đ10T20 66,5 3,5 10 20 Đ5T25 66,5 3,5 5 25
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
46
Đ0T30 66,5 3,5 0 30
Trong đó:
Đ là ký hiệu đá vôi.
x là tỷ lệ đá vôi pha vào xi măng. T là ký hiệu tro bay.
y là tỷ lệ tro bay pha vào xi măng.
b, Nghiên cứu tác động tương hỗ giữa đá vôi và tro bay:
Để đánh giá tác động tương hỗ giữa đá vôi và tro bay (nếu có) đến tính chất của xi măng, đề tài tiếp tục cấp phối xi măng với tỷ lệ phụ gia 5%, so sánh cường độ các
ngày tuổi của mẫu pha phụ gia đá vôi tro bay tỷ lệ 50/50 với các mẫu chỉ có mình đá -
vôi hoặc tro bay. Cấp phối như trong bảng sau:
Bảng 2.10. Cấp phối hỗn hợp phụ gia đá vôi – tro bay 5%:
Cấp phối 2 Clinker Thạch cao Đá vôi Tro bay
% % % %
ĐC 95 5 0 0
Đ5T0 90,25 4,75 5 0
Đ0T5 90,25 4,75 0 5
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
47
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.
3.1. Kết quả khảo sát tro bay:
3.1.1. Hình dạng và cấu trúc hạt tro bay:
Để thuận tiện cho việc khảo sát đặc tính của tro bay, đề tài đã tiến hành chụp ảnh SEM của mẫu tro bay sử dụng:
Hình 3.1. Ảnh chụp SEM của tro bay
Qua ảnh chụp SEM của tro bay ta thấy hầu hết các hạt có hình cầu hoặc giả cầu, có kích thước lớn nhỏ khác nhau. Cấu trúc hạt tro bay có nhiều lỗ xốp, rỗng. Hạt tro bay có đặc tính này là do khi than được nghiền mịn phun vào buồng đốt, các thành phần cháy tham gia vào phản ứng cháy sinh nhiệt, các thành phần không cháy được bị đốt nóng dưới nhiệt độ cao chảy lỏng bay lơ lửng trong dòng khí. Sau đó chúng được làm nguội nhanh bởi không khí nên hình thành pha vô định hình, khi làm nguội trong trạng thái bay lơ lửng, thành phần nóng chảy co lại thành hình cầu, và có thể ngậm khí bên trong thành hình cầu rỗng.
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
48 3.1.2. Thành phần cỡ hạt của tro bay:
Kết quả phân tích cỡ hạt bằng phương pháp tán xạ laser (kết quả phân tích của viện vật liệu):
Hình 3.2. Phân bố dải hạt tro bay
Kết quả phân tích cỡ hạt tro bay được tổng hợp phần trăm các kích thước hạt chính như trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Phân bố cỡ hạt tro bay:
Kích thước, µm Tỷ lệ (%) Kích thước, µm Tỷ lệ (%) 29,907 66,760 101,460 92,866 34,255 69,204 200,000 99,455 44,936 74,189 262,376 100,000 88,583 89,966
Dải cỡ hạt của tro bay phân bố từ 2,976μm đến 262 376μm, cỡ hạt nhỏ hơn ,
45μm chiếm 74,189%. Có thể thấy rằng với cấp cỡ hạt tương đương và nhỏ hơn hạt xi măng chiếm đa số nên việc sử dụng tro bay trong cấp phối xi măng sẽ có nhiều thuận lợi như không tốn năng lượng nghiền, giảm được tỷ lệ clinker…
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
49 3.1.3. Thành phần khoáng, hóa của tro bay:
Kết quả phân tích thành phần hóa của tro bay tại Phòng Thí nghiệm Xi măng
Vicem Bút Sơn được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.4. Thành phần hóa của tro bay:
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 MKN R009
55,97 22,53 7,96 0,25 0,41 0,24 7,42 3,80
Thành phần khoáng của tro bay được khảo sát thông qua phương pháp phân tích XRD, kết quả như trong hình 3.5 và bảng tổng hợp số liệu (bảng 3.6).
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
50
Bảng tổng hợp kết quả thành phần khoáng của tro bay như sau:
Bảng 3.6. Thành phần khoáng của tro bay
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả
1 Quartz- SiO2 % ~7 2 Mullite- Al6Si2O13 ~6 3 Hematite- Fe2O3 ~2 4 Calcite- CaCO3 ~1 5 Muscovite- KAl3Si3O10(OH)2 ~1 6 Pha vô định hình ~83
Kết quả phân tích thành phần hóa cho thấy SiO2, Al2O3 là những cấu tử chính có
mặt trong tro bay với hàm lượng tương ứng là 55,97% và 22,53%. Trong khi đó hàm
lượng các khoáng chứa SiO2 và Al2O 3 chỉ chiếm một lượng nhỏ (7% quartz, 6%
mullite, 1% muscovite), pha vô định hình chiếm tới 83%. Như vậy, SiO2 và Al2O3
trong tro bay tồn tại chủ yếu ở dạng vô định hình nên đây là những cấu tử có độ hoạt
tính cao. Pha vô định hình trong hạt tro bay chính là thành tố tạo nên hoạt tính puzolanic của tro bay.
3.1.4 Chỉ số hoạt tính cường độ của tro bay
Để đánh giá chỉ số hoạt tính cường độ của tro bay, đề tài tiến hành thử chỉ số hoạt tính cường độ, kết quả thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.7. Chỉ số hoạt tính cường độ của tro bay R28
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
51
Nhận xét: Với kết quả chỉ số hoạt tính cường độ trên, tro bay thuộc loại phụ gia
có độ hoạt tínhmạnh.
3.2. Kết quả khảo sát đá vôi:
3.1.1. Thành phần cỡ hạt của đá vôi:
Đá vôi được nghiền bằng máy nghiền bi, kết quả thành phần cỡ hạt được thể
hiện thông qua hình 3.8:
Hình 3.8.Phân bố dải cỡ hạt đá vôi
Kết quả phân tích cỡ hạt đá vôi tổng hợp phần trăm các kích thước hạt chính như trong bảng 3.9. Bảng 3.9. Phân bố dải cỡ hạt: Kích thước, µm Tỷ lệ (%) 29,907 86,015 34,255 89,808 44,936 94,886 88,583 99,433
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG
52
Đá vôi sau nghiền có kích thước hạt siêu mịn, hầu hết các hạt đều qua sàng 90µm, dải hạt này cũng phù hợp với quá trình sản xuất xi măng công nghiệp (hạt đá
vôi mịn, dễ nghiền hơn nhiều so với clinker Theo các nghiên cứu ở trên, khi đá vôi ).
mịn sẽ tác động làm tăng cường độ các ngày tuổi của xi măng.
3.2.2. Thành phần và hoạt tính của đá vôi:
Đá vôi hiện nay Công ty CP xi măng Vicem Bút Sơn sử dụng là đá vôi sạch (không lẫn đất, hàm lượng CaO cao, MgO thấp), có thành phần và độ hoạt tính như trong bảng 3.10.
Bảng 3.10. Thành phần của đá vôi: SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
Hoạt tính cường
độở 28 ngày
Đá vôi 0,37 0,04 0,06 55,1 0,5 72,45%
Chỉ số hoạt tính cường độ của đá vôi thấp hơn 75%, không thuộc nhóm phụ gia khoáng theo TCVN 6882:2016. Với kết quả này, độ hoạt tính của đá vôi thấp hơn nhiều so với
tro bay.
3.3. Ảnh hưởng của hỗn hợp đá vôi tro bay đến các tính chất cơ lý của xi măng-
3.3.1 Ảnh hưởng đến lượng nước tiêu chuẩn
Kết quả phân tích lượng nước tiêu chuẩn của các cấp phối xi măng theo TCVN 6017:2015 được thể hiện như trong bảng 3.12
Bảng 3.12. Lượng nước tiêu chuẩn của các cấp phối xi măng
Cấp phối Lượng nước tiêu chuẩn (g)
ĐC 142,5
Đ30T0 145
LUẬN V N THĂ ẠC Ĩ S TỐNG VIỆT QUANG 53 Đ20T10 143 Đ15T15 143,5 Đ10T20 143,5 Đ5T25 144 Đ0T30 144
Diễn biến lượng nước tiêu chuẩncủa các cấp phối được thể hiện trong hình sau:
Hình 3.13. Diễn biến lượng nước tiêu chuẩn của các cấp phối xi măng
Nhận xét:
Lượng nước tiêu chuẩn tăng ở tất cả các mẫu so với mẫu nền ĐC, trong đó mẫu
pha thêm 30% đá vôi không sử dụng tro bay (Đ30T0), có lượng nướccao nhất, đạt 145
g, trong khi mẫu ĐC và các mẫu có sử dụng tro bay (Đ25T5 – Đ0T30) chỉ có 142,5 ÷
144g.
Kết quả này có thể là do mặc dù khả năng hút nước của đá vôi là kém so với các
loại phụ gia thông thường khác như puzolan và các loại phụ gia hoạt tính nhưng theo kết quả phân tích dải hạt ở trên, hầu hết các hạt đá vôi đều ở kích thước siêu mịn, làm