4. Phạm vi nghiên cứu
1.5.2 Đávôi magie làm phụ gia cho xi măng
-
Phụ gia đá vôi phải đáp ứng yêu cầu của Tiêu Chuẩn Việt Nam TCVN 6882
2001 về phụ gia khoáng cho xi măng. Trong đó, yêu cầu đối với phụ gia đầy là hàm lƣợng tạp chất bụi và sét không lớn hơn 3%, hàm lƣợng kiềm hòa tan sau 28 ngày không lớn hơn 1,5%.
Hình 1.19. Nghiên cứu nhiệt lƣợng , nhiệt hydrat hoá xi măng đolomit ở tỷ lệ - nƣớc/xi măng = 0.4
39
Hình 1.20 Nghiên c u nhiứ ệt lƣợng, nhiệt hy đrat hóa của xi măng alite – dolomite t ở ỷ
l ệ nƣớc/xi măng = 0.5
Phân tích nhiệt (Hình 1.19) cho thấy khi thay thế clinker với hàm lƣợng nhỏ thì dolomite chỉ đóng vài trò thay thế nhƣng thay đến 30% clinker bằng đá dolomite thì
không những không làm chậm quá trình đông kết, mà ngƣợc lại tỷ lệ nhiệt phản ứng trên hàm lƣợng clinker tăng. Chứng tỏ dolomite có khả năng xúc tiến quá trình phản ứng. Điều tƣơng tự cũng quan sát thấy trên hệ alite – dolomite nhƣ hình 1.20. Đặc biệt ở đây tỷ lệ nhiệt phản ứng trên xi măng tăng khi tăng dolomite, chứng tỏ dolomite có
tác động đầu tiên tới C3S.
ng c a dolomite lên alite khi n m c tiêu th n t
Tác độ ủ ế ứ ụ nƣớc tăng, dẫ ới độ co tăng.
V i mớ ẫu 5% đolomit thì sau 8h đầu mức độ co còn thấp, sau đó tăng nhanh. Đối với mẫu xi măng chứa 30% đolomit thì độ co alite sau 40 gi t t i g n 0.04 ml/g. Có th ờ đạ ớ ầ ể
thấy rõ qua hình 1.21 và B ng 1.5. ả
B ng 1.5 : Mả ức độ hydrat hóa [24]
S n ph mả ẩ Dolomit, % Mức độ hydrat hóa
Alite + 15 % dolomite 5 53
40
Hình 1.21: Nghiên cứu mức độ co c a alite ủ – đolomit trong hồ ỉ ệ t l nƣớc/xi măng = 0.4
Hình 1.22: Độ ẫn điệ d n c a alite dolomite theo th i gian ủ – ờ
S có m t c a dolomite khi n alite d ự ặ ủ ế ễ phả ứng hydrat hóa hơn còn thể ệ ởn hi n chỗ tăng độ ẫn điệ d n c a h ủ ồ xi măng alite – dolomite khi tăng lệ dolomite trong xi măng
này.
Khi thay th ế 5% xi măng bằng bột đá vôi dolomite trong bê tông thì cƣờng độ ố u n, nén 7 và 28 ngày tu cổi ủa bê tông đều tăng lên. Có thểthấy rõ dƣới hình 1.23. [25]
41
Hình 1.23: Cƣờng độ 7 ngày và 28 ngày c a bê tông khi thay th ủ ế xi măng bằng dolomite
Theo báo cáo [23], vai trò của dolomite trong xi măng có thể nhƣ đá vôi bình thƣờng, vì dolomite có sự tƣơng đồng về khoáng vật học, tính chất hóa học và vật lý so với đá vôi thƣờng. ầH u h t dế olomite trong môi trƣờng t nhiên là không ự ổn định và có thể ả x y ra ph n ng dedolomite. ả ứ
CaMg(CO3)2 + Ca(OH)2→ Mg(OH)2 + 2CaCO3
S n ph m c a ph n ả ẩ ủ ả ứng là đá canxit và brucite. Phả ứn ng dedolomite là ph n ả ứng c a ki m và tinh th ủ ề ể thạch anh ho c khoáng sét trong dolomit. Dolomite không gây ra ặ
s phát tri n vự ể ết nứt rạn trong vữa xi măng trừ phi có ph n ng silica ki m x y ra. ả ứ ề ả
Hình 1.24 : So sánh mức hy đrat hóa trong 7 ngày và 180 ngày ( phải ), H và M - của monosulphate - C4AH13 dung dịch rắn.
42
Theo hình 1.24, khi s d ng 20% dolomite cho kh ử ụ ả năng hydrat hóa cao hơn ở ả c 7 và 28 ngày so v i m u ớ ẫ xi măng gốc. Ph n ng ả ứ cho s n ph m entrigite nhiả ẩ ều hơn, có tác
d ng tụ ốt cho xi măng.
Hình 1.25: Nghiên cứu sự thay đổ ổi t ng khối lƣợng xi măng sau hydrat hóa đố ớ ữi v i v a
đến 28 ngày.
5 khi s d
Theo hình 1.2 ử ụng đá vôi thƣờng và đá vôi dolomite trong xi măng thì sự thay đổi th ể tích cơ bản là giống nhau. Dùng đá vôi dolomite thì thể tích có tăng nhanh
m th p.
hơn chút ở giai đoạn đầu, sau đó lại giả ấ
43
K t qu phân tích vi c u trúc hình 1.26 [22] cho th y khi s dế ả ấ ấ ử ụng đá vôi dolomite trong xi măng cho bê tông làm tăng tâm ninh ết, tăng khả năng hydrat hóa. Lƣợk ng dolomite có th ể đƣa vào đến 25% v n gi ẫ ữ đƣợc tính bền c a bê tông. ủ
Tuy nhiên, xét v b n, khi dùng dolomite làm c t li u thì bê tông có th b nề độ ề ố ệ ể ị ứt v do ph n ng dedolomite ỡ ả ứ kèm theo trƣơng nở thể tích: dolomite phả ứn ng v i canxi ớ
hydroxit t o ra canxit và bruxit. Ph n ng dedolomite ạ ả ứ chỉ ả x y ra kèm v i ph n ng ớ ả ứ
ki m-cacbonat (ACR) ề
Kết luận tổng quan:
c nghiên c u làm ph gia t i v
Đá vôi đã đƣợ ứ ụ ừ lâu, nhƣng đó là đố ới đá vôi có hàm
lƣợng MgO thấp, còn đố ới đá vôi có hàm lƣợng MgO cao thì chƣa đƣợi v c nghiên c u ứ
nhi u. ề
d gia có th n m
Khi sử ụng đá vôi làm phụ ể tăng cƣờng độ xi măng, cải thiệ ột số tính chấ ủa xi măng nhƣ giảm nƣớt c c s dử ụng, tăng độ ẻ ..Đố d o. i với đá vôi có hàm lƣợng
magie cao cũng có tính chất tƣơng tự nhƣ đá vôi bình thƣờng, tuy nhiên cần lƣu ý loại
đá vôi này có thể gây trƣơng nở ể th tích gây nguy hiểm khi trong xi măng có phả ứn ng silica – ề ki m xảy ra.
u sâu v gi i h n s d gia cho xi
Chƣa có nghiên cứ ề ớ ạ ử ụng đá vôi magie cao làm phụ
măng vì điều này còn ph thuụ ộc vào đặc điểm phong hóa của đá vôi, tính chất đá của t ng vùng mi n khác nhau. ừ ề
44
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Quy trình tiến hành nghiên cứu thực nghiệm
45
2.1.2 Quy trình chuẩn bị mẫu
Chỉ ấ l y clinker, th ch cao và ạ đá vôi mộ ầt l n cho c tài nghiên c u, tr n theo ả đề ứ ộ phƣơng pháp góc phần tƣ trƣớc khi đập, nghi n. B o qu n clinker, thề ả ả ạch cao và đá vôi
chống hút m. ẩ
Xi măng nghiền xong ph i ch a trong d ng c ch ng hút m và làm thí nghiả ứ ụ ụ ố ẩ ệm cơ
lý trong vòng không quá 2 ngày.
2.2 Nguyên vật liệu sử dụng trong nghiên cứu:
2.2.1 Clinker:
Clinker s d ng cho thí nghi m cử ụ ệ ủa đề tài đƣợ ấc l y t ừ Nhà máy Xi măng Vicem Hoàng Mai, tính toán để ấy lƣợ g đủ l n dùng cho c ả toàn đợt thí nghi m. Tiệ ến hành đồng nh t kích c h t cấ ỡ ạ ủa clinker trƣớc khi đƣa vào máy nghiền thí nghi m, b ng cách lệ ằ ấy clinker kẹp sơ bộ ằ b ng máy k p hàm (Hình 2.1), clinker ra kh i máy k p hàm ẹ ỏ ẹ đƣợc
đem sàng bằng tay trên b rây 5 mm (Hình 2.2). ộ Phần clinker nằm dƣới rây 5 mmđƣợc b o qu n ph c v công tác thí nghi m, phả ả ụ ụ ệ ần trên rây 5 mm s ẽ đƣợc đem kẹ ạp l i b ng ằ
máy kẹp hàm cho đến khi h t clinker. Ph n clinker nế ầ ằm dƣới rây 5 mm đƣợ đồc ng nhất l n nầ ữa, rồi đóng bao và bảo qu n c n thả ẩ ận trƣớc khi đƣa vào thí nghiệm.
Thành ph n hóa h c cầ ọ ủa clinker đƣợc trình bày trong B ng 2.1. ả
46
B ng 2.1: Thành phả ần hóa clinker Nhà máy Xi măng Hoàng Mai trong thí nghi m. ệ
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO CKT MKN SO3
21.36 5.18 3.53 65.13 3.17 0.15 0.20 0.25
2.2.2 Thạch cao:
ch cao s d ng trong Nhà máy là th ch cao thiên nhiên d ng c c nh có ngu n
Thạ ử ụ ạ ạ ụ ỏ ồ
g c t ố ừLào. Th ch cao s dạ ử ụng trong đề tài đƣợ ấy trong kho Nhà máy, để đồc l ng nh t ấ
m u và phù h p v i ẫ ợ ớ thực tếthạch cao đƣợc sấy ở 450C trƣớc khi đem nghiền c p ph iấ ố
Hình 2.3: Thạch cao trong kho nhà máy Hình 2.4: Thạch cao sau khi sàng
2.2.3 Đá vôi:
Đá vôi sử ụ d ng thí nghiệm đƣợ ấ ởc l y m ỏ đá vôi Bắc Th ng thuắ ộc xi măng Hoàng
Mai. Các mẫu đá vôi sử ụng đƣợ ấ ừ ỗ khoan thăm dò tạ d c l y t l i m ỏ đá vôi Bắc Th ng, ắ
s d ng c hai loử ụ ả ại đá vôi cao canxi và đá vôi có hàm lƣợng MgO cao. Đá vôi đƣợc
đồng nh t kích c hấ ỡ ạt trƣớc khi đƣa vào máy nghiền thí nghi m b ng cách lệ ằ ấy đá vôi
kẹp sơ bộ ằ b ng máy kẹp hàm, đá vôi ra khỏi máy kẹp hàm đem sàng bằng tay trên b ộ
rây 5mm. Phần đá vôi nằm dƣớ ây đƣợc dùng đểi r ph c v công tác thí nghiụ ụ ệm, còn ph n trên rây 5mm s ầ ẽ đƣợc đem kẹ ạ ằng máy đập hàm cho đến khi không còn đá p l i b vôi trên sàng 5mm. Khối lƣợng đá vôi đạt điều ki n ệ đƣợc đồng nh t, rấ ồi đóng bao và
b o qu n c n thả ả ẩ ận trƣớc khi đƣa vào thí nghiệm. Đá vôi sử ụ d ng phải đáp ứng yêu c u ầ
c a Tiêu Chu n Vi t Nam TCVN 6882-2001 v ph ủ ẩ ệ ề ụ gia khoáng cho xi măng, ta chỉ xét các chỉ tiêu v ph ề ụ gia đầy.
47
T i m lạ ỏ ấy đƣợc hai loại đá vôi có thành phần Magie oxit 10.34% và magie oxit 1.87%, t ừ đó phối trộn để đƣợc các loại đá vôi có hàm lƣợng khác nhau đƣa vào thí
nghiệm đềtài. Bảng c p phấ ối đá vôi nhƣ sau:
B ng 2.2: B ng c p phả ả ấ ối đá vôi đ đạt đá vôi có hàm lƣợể ng theo yêu c u ầ
Ký hiệu mẫu Cấp phối
Đá vôi 1.87% MgO, % Đá vôi 10.34% MgO, %
ĐV2 (MgO 1.87%) 100
ĐV3 (MgO 3%) 86.66 13.34
ĐV5 (MgO 5%) 63 37
ĐV7 (MgO 7%) 39.4 60.6
ĐV10 (MgO 10.34%) 100
B ng 2.3: Thành phả ần hóa đá vôi sử ụ d ng thí nghi m ệ
Ký hiệu m u ẫ CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 MKN
ĐV2 53.08 0.47 0.28 0.022 1.87 0.047 42.65 ĐV3 52.23 0.228 0.16 0.039 3.02 0.059 42.81 ĐV5 50.31 0.171 0.144 0.028 5.14 0.045 43.40 ĐV7 48.47 0.119 0.138 0.012 7.17 0.044 43.68 ĐV10 45.7 0.048 0.172 0.017 10.34 0.043 43.84 Hình 2.5: Đá vôi đƣợ ấ ừc l y t
m v ỏ ề đem kẹp hàm Hình 2.6: Đá vôi qua máy
kẹp hàm đến kích thƣớc nh ỏ
Hình 2.7: Đá vôi đem
48
2.3 Tỷ lệ cấp phối xi măng.
B ng 2.4: C p phả ấ ối xi măng thí nghiệm
STT
Cấp phối ( % ) Cấp phối (5kg mỗi mẫu )
Mã hóa CLK Thạch cao Đá vôi CLK (g) Thạch cao(g) vôi Đá MgO 1.87% (g) Đá vôi MgO 3% (g) Đá vôi MgO 5% (g) Đá vôi MgO 7% (g) Đá vôi MgO 10.34 % (g) 450C 1 VM2 88 4 8 4400 200 400 2 VM3.6 90 4 6 4500 200 300 3 VM3.8 88 4 8 4400 200 400 4 VM3.10 86 4 10 4300 200 500 5 VM3.12 84 4 12 4200 200 600 6 VM5.6 90 4 6 4500 200 300 7 VM5.8 88 4 8 4400 200 400 8 VM5.10 86 4 10 4300 200 500 9 VM5.12 84 4 12 4200 200 600 10 VM7.6 90 4 6 4500 200 300 11 VM7.8 88 4 8 4400 200 400 12 VM7.10 86 4 10 4300 200 500 13 VM7.12 84 4 12 4200 200 600 14 VM10.6 90 4 6 4500 200 300 15 VM10.8 88 4 8 4400 200 400 16 VM10.10 86 4 10 4300 200 500 17 VM10.12 84 4 12 4200 200 600 2.4 Các phƣơng pháp xác định tính chất cơ lý 2.4.1 Phƣơng pháp xác định cƣờng độ (độ bền):
Đặc tính quan tr ng nh t c a ọ ấ ủ xi măng poóc lăng là đặc tính cƣờng độ. Đặc tính này ph ụthuộc vào m t s y u t bao g m t l n, nhiộ ố ế ố ồ ỷ ệtrộ ệt độ, độ ẩ m, kích c và hình d ng ỡ ạ
49
Cƣờng độ nén c a mủ ẫu xi măng đƣợc xác định theo TCVN 6016:2011. Các thi t b ế ị dùng cho quá trình xác định cƣờng độ hƣ t n rong các hình dƣới đây.
Hình 2.8 Bàn d n m u ằ ẫ Hình 2.9 Máy trộn mẫu Hình 2.10: Máy ép cƣờng độ ẫ m u
2.4.2 Phƣơng pháp xác định lƣợng nƣớc tiêu chuẩn:
Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn là lƣợng nƣớc cần để ữa xi măng có độ ẻ v d o tiêu chu n. ẩ
Nếu lƣợng nƣớc tr n quá l n, không ph n ng hộ ớ ả ứ ết, khi bay hơi sẽ ạ t o nhi u l x p, ề ỗ ố
giảm độ ền cơ của đá xi măng. Lƣợng nƣớ b c quá ít, vữa không đủ độ linh độ ng thi
công, cƣờng độ xi măng cũng giảm. Xi măng nhiều khoáng C3A, C3S có lƣợng nƣớc tiêu chuẩn cao hơn xi măng nhiều khoáng C2S và C4AF. Độ ịn xi măng cao cũng làm m
tăng lƣợng nƣớc tiêu chu n. ẩ
Lƣợng nƣớc tiêu chu n c a mẩ ủ ẫu xi măng đƣợc xác định theo TCVN 6017:2015. Thiết bị để xác định lƣợng nƣớ c tiêu chu n là d ng c Vicat (hình 2.11 ẩ ụ ụ ).
50
2.4.3 Phƣơng pháp xác định thời gian đông kết :
t c a h i gian h t d ng,
Thời gian đông kế ủ ồ xi măng là thờ ồ xi măng mấ ần tính linh độ
chuy n t ng thái bán l ng sang trể ừ trạ ỏ ạng thái đông đặc. Thời gian đông kết đƣợc xác
định bằng cách quan sát độ lún sâu c a m t kim vào h ủ ộ ồ xi măng có độ ẻ d o chu n, cho ẩ đến khi nó đạt đƣợc giá tr ị quy định.
Thời gian đông kết c a mủ ẫu xi măng đƣợc xác định theo TCVN 6017:2015, bao g m th i gian bồ ờ ắt đầu đông kết và th i gian kờ ết thúc đông kết, th c hi n trên d ng c ự ệ ụ ụ Vicat nhƣ trong hình 2.11.
2.4.4 Phƣơng pháp xác định độ ổn định thể tích Autoclave:
Độ ổn định th ể tích: xi măng sau khi đóng rắn cần có độ ổn định th tích, t c là ể ứ
không b co giãn quá m c cho phép trong su t quá trình s d ng. S biị ứ ố ử ụ ự ến đổi th tích ể
quá lớn (>0.2% kích thƣớc đầu) hoặc không đều d n t i n t v c u ki n. S biẫ ớ ứ ỡ ấ ệ ự ến đổi thể tích do c u trúc gel cấ ủa đá xi măng, do quá trình kết tinh các khoáng trong đá xi măng, hoặc do nh ng ph n ng hóa h c xữ ả ứ ọ ảy ra sau khi xi măng đóng rắ ỏn t a nhi t và ệ
t o s n ph m có th tích riêng lạ ả ẩ ể ớn hơn những chất ban đầu gây dãn n ở thể tích. Hai ph n ả ứng đáng chú ý nhất ảnh hƣởng tớ ội đ ổn định th tích PC là: ể
CaOt ựdo + H2O = Ca(OH)2 ; MgOt ựdo + H2O = Mg(OH)2
Độ ổn định th tích là yêu c u chể ầ ất lƣợng không th thi u vể ế ới xi măng dùng cho các công trình xây dựng lớn nhƣ nhà cao tầng, n n móng công trình. ề
Độ ở n autoclave là giá tr chênh lị ệch tƣơng đối c a chi u dài thanh vủ ề ữa trƣớc và
sau khi dƣỡng h ộ ở môi trƣờng áp suất hơi nƣớc nhất định [21]. Đây là một phƣơng pháp điển hình đƣợc s d ng kiử ụ ểm tra độ giãn n ở cho xi măng khi có mặt MgO, trong
đó các mẫu xi măng đƣợc thí nghi m nhiệ ở ệt độ cao lên đến 216°C trong vài gi và k t ờ ế
51
Nguyên lý của phƣơng pháp là tăng quá trình hydrat hóa của xi măng có thành ph n ầ
magie oxit cao, do quá trình hydrat của periclase trong xi măng clinker là r t ch m. Do ấ ậ đó các thí nghiệm ti n hành v i nhiế ớ ệt độ cao nhằm đẩy nhanh quá trình hydrat Periclase v i kho ng th i gian thí nghi m thích h p. ớ ả ờ ệ ợ Thiết b thí nghiị ệm độ ở n
autoclave nhƣ hình 2.12; 2.13
Hình 2.12: Thƣớc đo Hình 2.13: Nồi áp su t cao ấ
2.4.5 Phƣơng pháp xác định lƣợng sót sàng.
m n c ng sàng tiêu chu n
Độ ị ủa xi măng đƣợc xác định theo phƣơng pháp sàng bằ ẩ
và tuân theo TCVN 4030:2003.
B d ng c ộ ụ ụ xác định lƣợng sót sàng gồm lƣới sàng, máy sàng rung và cân k ỹ thuật
đƣợc mô t ả nhƣ trong các hình 2.14 a,b,c.
a, Máy sàng rung b, Cân k ỹthuật c, Lƣới sàng 0.045mm, 0.09mm
52
2.4.6 Phƣơng pháp xác định độ mịn Blaine.
m n Blaine c a m m n
Độ ị ủ ẫu xi măng đƣợc xác định theo TCVN 4030:2003. Độ ị