Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp sản xuất gang thép tại Việt Nam, khối lượng phát thải xỉ luyện kim gia tăng nhanh chóng qua các năm. Theo số liệu thống kê được đề tài trích dẫn, vào năm 2016, tổng sản lượng của các cơ sở sản xuất gang thép trong nước đạt 2,6 triệu tấn gang và 7,0 triệu tấn phôi thép. Định mức phát thải công nghiệp trung bình cho thấy quá trình sản xuất 1 tấn gang thải ra khoảng 0,4 tấn xỉ lò cao, trong khi sản xuất 1 tấn thép phát sinh khoảng 0,2 tấn xỉ luyện thép. Dự báo lượng xỉ thải ra đã chạm ngưỡng 5 đến 7 triệu tấn vào năm 2020 và có khả năng đạt 10 triệu tấn vào năm 2025. Sự tích tụ khối lượng lớn xỉ hạt lò cao đòi hỏi diện tích mặt bằng bãi chứa đáng kể, gây áp lực trực tiếp lên môi trường xung quanh. Đồng thời, nhu cầu sử dụng xỉ lò cao làm nguyên liệu đầu vào trong ngành xi măng có thể chạm mốc 20 triệu tấn. Ở chiều ngược lại, công đoạn nung clinker xi măng ở nhiệt độ 1450°C tiêu tốn nguồn tài nguyên thiên nhiên (đá vôi, đất sét) cùng năng lượng hóa thạch lớn, phát sinh lượng khí thải carbon dioxide đáng kể. Việc sử dụng xỉ hạt lò cao như một nguồn phụ gia khoáng thay thế clinker trong phối liệu xi măng mang lại lợi ích kép: hỗ trợ xử lý phế phẩm công nghiệp luyện kim, tiết kiệm năng lượng và chi phí sản xuất.

Nghiên cứu được đặt trong bối cảnh thực tiễn sản xuất của Công ty Xi măng Vicem Hà Tiên. Đơn vị này chiếm hơn 30% thị phần xi măng khu vực phía Nam (đạt 30,66% vào năm 2019), sở hữu hệ thống mạng lưới phân phối tại 25 tỉnh thành với 76 nhà phân phối và hơn 10.000 cửa hàng vật liệu xây dựng, đồng thời xuất khẩu sang các thị trường như Campuchia và Australia. Cơ sở hạ tầng của công ty gồm 2 nhà máy tại Kiên Lương, Bình Phước cùng 3 trạm nghiền tại Cam Ranh, Long An, Phú Hữu; năng lực sản xuất năm 2019 ghi nhận sản lượng clinker đạt 4,56 triệu tấn và tổng sản phẩm tiêu thụ, gia công đạt 7,29 triệu tấn. Các dòng sản phẩm chính bao gồm xi măng Portland hỗn hợp PCB40, PCB40 Premium, xi măng chuyên dụng xây tô, xi măng Thượng Hạng PCB50, xi măng bền sulfate PCB40-ms, xi măng xá công nghiệp và xi măng Portland OPC. Do đó, việc nghiên cứu phối trộn xỉ hạt lò cao Hòa Phát vào dòng xi măng của Vicem Hà Tiên mang tính ứng dụng thực tế cao đối với quy trình tối ưu hóa phối liệu sản xuất.

Nhiệm vụ của khóa luận được phân định thành 5 nội dung chính:

  1. Kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý và hóa học của nguyên liệu xỉ hạt lò cao Hòa Phát và xi măng Vicem Hà Tiên.
  2. Thực hiện phối trộn xỉ hạt lò cao vào xi măng với các cấp phối khác nhau (hàm lượng thay thế từ 0% đến 30% khối lượng, bước nhảy 5%) để khảo sát các chỉ tiêu cơ lý của hồ và vữa xi măng dựa trên các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
  3. Phân tích kết quả thí nghiệm cơ lý nhằm xác định và đề xuất mẫu cấp phối tối ưu.
  4. Tiến hành phân tích thành phần khoáng và cấu trúc bề mặt của mẫu cấp phối tối ưu bằng các phương pháp phân tích hiện đại nhằm đánh giá cơ chế ảnh hưởng của xỉ đến tính chất đá xi măng.
  5. Đánh giá ưu điểm và nhược điểm khi đưa xỉ hạt lò cao vào phối liệu xi măng.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xỉ hạt lò cao do Tập đoàn Hòa Phát sản xuất, kết hợp cùng xi măng Vicem Hà Tiên (dòng xi măng PC40/PCB40) và cát tiêu chuẩn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các đặc tính cơ lý (lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết, độ ổn định thể tích, cường độ nén ở 3, 7 và 28 ngày tuổi) và các chỉ tiêu hóa lý, cấu trúc vi mô. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện độc lập tại Phòng thí nghiệm Hóa vô cơ thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, trong mốc thời gian từ ngày 01/11/2019 đến ngày 16/08/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về cơ sở lý thuyết, đề tài tổng hợp các kiến thức nền tảng về xi măng Portland, quá trình thủy hóa, cấu trúc đá xi măng và các loại phụ gia khoáng:

  • Thành phần khoáng hóa của clinker xi măng Portland: Gồm 4 pha khoáng chính là Alite ($C_3S$, chiếm 45–70%), Belite ($C_2S$, chiếm 16–30%), Tricalcium Aluminate ($C_3A$) và Tetracalcium Aluminoferrite ($C_4AF$). Chất lượng và khả năng phát triển cường độ clinker được tính toán và kiểm soát thông qua các thông số kỹ thuật: Modun Silic (SM), Modun Nhôm (AM) và Hệ số bão hòa vôi (LSF).
  • Động học quá trình thủy hóa: Đề tài vận dụng lý thuyết thủy hóa đa pha. Khi tiếp xúc với nước, các khoáng clinker và thạch cao hòa tan, tạo ra các sản phẩm ngậm nước gồm gel canxi silicat hydrat (C-S-H), Portlandite ($Ca(OH)2$), Ettringite ($C_6A\bar{S}3H{32}$) và Monosulfate ($C_4A\bar{S}H{12}$). Sự phát triển nhiệt thủy hóa diễn ra qua 5 giai đoạn từ phản ứng ban đầu, giai đoạn ngủ đông đến các đỉnh tỏa nhiệt tạo cường độ.
  • Thuyết đóng rắn Baikov – Rebinder: Giải thích chuyển hóa hệ huyền phù xi măng - nước thành đá xi măng qua 3 giai đoạn: hòa tan bão hòa, hóa keo ngưng tụ và kết tinh cấu trúc đá.
  • Cấu trúc vi mô và hệ lỗ rỗng của đá xi măng: Phân loại theo mô hình Powers-Brunauer và Feldman-Sereda, gồm pha rắn (pha gel C-S-H chiếm 50–60% thể tích, Portlandite chiếm 20–25%, sulfoaluminate chiếm 15–20% và hạt clinker chưa thủy hóa) cùng các cấp lỗ rỗng (lỗ rỗng gel 5–25 Å, mao quản nhỏ 5–50 nm, mao quản lớn >50 nm và bọt khí >50 µm). Phân loại các dạng nước tồn tại gồm nước tự do trong mao quản lớn, nước mao dẫn, nước hấp phụ bề mặt, nước xen kẽ giữa các lớp C-S-H và nước liên kết hóa học.
  • Phụ gia khoáng và xỉ hạt lò cao: Dẫn xuất định nghĩa từ ACI 116 và ACI 216 về phụ gia trơ, phụ gia pozzolan và vật liệu thủy lực tiềm ẩn. Xỉ hạt lò cao (Ground Blast Furnace Slag - GBFS) là sản phẩm phụ từ quá trình luyện gang, được làm lạnh nhanh bằng nước áp lực từ nhiệt độ khoảng 1600°C để tạo cấu trúc thủy tinh vô định hình. Mạng lưới silicat lỏng siêu lạnh chứa các liên kết $Si\text{-}O\text{-}Si$ bị đứt đoạn, có sự thay thế của ion $Al^{3+}$, tích hợp các cation $Ca^{2+}$ và $Mg^{2+}$, mang lại hoạt tính thủy lực tiềm ẩn và phản ứng pozzolanic khi được kích hoạt bởi môi trường kiềm từ phản ứng thủy hóa của clinker.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN) và các phương pháp quang phổ, kính hiển vi:

  • Phương pháp kiểm tra chỉ tiêu cơ lý xi măng:
    • TCVN 4030:2003: Xác định độ mịn của bột xi măng và xỉ hạt lò cao.
    • TCVN 6017:2015 (ISO 9597:2008): Xác định lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết (thời điểm bắt đầu và kết thúc) bằng thiết bị kim Vicat; xác định độ ổn định thể tích (độ giãn nở) bằng dụng cụ Le Chatelier.
    • TCVN 6016:2011 (ISO 679:2009): Xác định cường độ nén và cường độ uốn của vữa xi măng tại các mốc thời gian 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày tuổi.
    • TCVN 6260:2009: So sánh và đối chiếu các kết quả thu được với chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng Portland hỗn hợp.
  • Phương pháp phân tích hóa lý và vi cấu trúc:
    • Huỳnh quang tia X (X-ray Fluorescence - XRF): Định lượng thành phần các oxit hóa học chính ($SiO_2$, $CaO$, $Al_2O_3$, $Fe_2O_3$, $MgO$, $SO_3$, mất khi nung LOI) của mẫu xi măng Vicem Hà Tiên và xỉ hạt lò cao Hòa Phát.
    • Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction - XRD): Nhận diện các pha khoáng tinh thể tồn tại trong mẫu đá xi măng tối ưu sau đóng rắn.
    • Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy - SEM): Quan sát hình thái vi cấu trúc bề mặt, sự kết tinh của mạng lưới C-S-H, tinh thể ettringite và portlandite trong mẫu vữa xi măng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này thiết lập cơ sở hình thành đề tài thông qua bức tranh toàn cảnh về sự gia tăng phế thải luyện kim tại các tổ hợp sản xuất gang thép ở Việt Nam, đồng thời chỉ ra tính cấp thiết của việc tái sử dụng xỉ hạt lò cao làm phụ gia trong sản xuất xi măng để giảm tải bãi chôn lấp và hạ mức tiêu thụ tài nguyên thiên nhiên. Tác giả giới thiệu khái quát năng lực sản xuất, quy mô trạm nghiền, danh mục sản phẩm và cơ cấu tiêu thụ của Công ty Xi măng Vicem Hà Tiên tại thị trường phía Nam trong giai đoạn 2015–2019. Chương 1 đồng thời công bố mục tiêu nghiên cứu, đối tượng tiếp cận, tính khả thi trong điều kiện phòng thí nghiệm và ý nghĩa khoa học - thực tiễn của việc thay thế phụ gia khoáng vào xi măng thương mại.

Chương 2: Kiến thức tổng quan

Nội dung chương 2 được chia thành các phân đoạn lý thuyết chuyên sâu:

  • Quy trình 6 giai đoạn sản xuất xi măng Portland: Bao gồm khai thác nguyên liệu thô, định lượng nghiền mịn tỷ lệ 80% đá vôi và 20% đất sét, gia nhiệt qua tháp trao đổi nhiệt, nung thiêu kết trong lò quay ở 1450°C hình thành clinker, làm nguội - nghiền mịn cùng 2,5–4% thạch cao và cuối cùng là đóng bao xuất xưởng.
  • Khoáng clinker và cơ chế phản ứng: Trình bày chi tiết cấu trúc, tốc độ phản ứng và đặc tính đóng góp cường độ của Alite ($C_3S$), Belite ($C_2S$), Aluminate ($C_3A$) và Ferrite ($C_4AF$), các hệ số modul công nghệ (SM, AM, LSF).
  • Phản ứng thủy hóa và cấu trúc đá xi măng: Đi sâu vào các phản ứng của silicat và aluminat với thạch cao, phân tích cấu tạo gel C-S-H, tinh thể $Ca(OH)_2$, các muối sulfoaluminate, phân bố hệ mao quản rỗng, ảnh hưởng của các trạng thái nước mao quản, nước hấp phụ đến hiện tượng co ngót và độ bền của đá xi măng.
  • Tổng quan phụ gia xi măng: Phân loại các phụ gia khoáng gồm đá vôi, thạch cao, tro bay nhiệt điện, pozzolan tự nhiên và nhân tạo.
  • Bản chất xỉ hạt lò cao (GBFS): Nêu định nghĩa, quy trình làm nguội xỉ nóng chảy bằng nước hoặc khí nén ở 1600°C tạo pha thủy tinh, các chỉ số đánh giá tính thủy lực và tổng hợp các nghiên cứu ứng dụng xỉ luyện kim làm phụ gia xi măng trong và ngoài nước.

Chương 3: Cơ sở các phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày danh mục trang thiết bị, hóa chất và quy trình thao tác chuẩn của từng phép thử thực nghiệm:

  • Mô tả quy trình thử nghiệm cơ lý xi măng: Trình bày phương pháp chuẩn bị mẫu hồ tiêu chuẩn, vận hành kim Vicat đo độ kim lún xác định lượng nước tiêu chuẩn, đo thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết theo TCVN 6017:2015; thao tác thử nghiệm dãn nở thể tích bằng khuôn Le Chatelier; kỹ thuật đúc mẫu vữa lập phương kích thước $40 \times 40 \times 160$ mm, dưỡng hộ trong bể nước và đo cường độ nén ở các tuổi 3, 7, 28 ngày trên máy nén thủy lực theo TCVN 6016:2011.
  • Nguyên lý phương pháp hóa lý: Trình bày nguyên lý đo huỳnh quang tia X (XRF) để phân tích thành phần oxit; cơ sở phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) dựa trên định luật Bragg để định danh cấu trúc khoáng; nguyên lý chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) để thu nhận hình ảnh bề mặt vi mô mẫu vật liệu dưới chùm điện tử hội tụ.

Chương 4: Thực nghiệm – Kết quả và nhận xét

Chương 4 tập trung toàn bộ dữ liệu thực nghiệm thu được từ quá trình nghiên cứu:

  • Đặc tính nguyên liệu đầu vào: Cung cấp số liệu phân tích thành phần hóa học bằng XRF của mẫu xi măng Hà Tiên và xỉ hạt lò cao Hòa Phát; phân bố kích thước hạt (mean, median, mode) của xỉ và xi măng PC40.
  • Khảo sát các cấp phối thí nghiệm: Thiết lập dãy mẫu phối trộn xỉ hạt lò cao thay thế xi măng theo tỷ lệ: 0% (mẫu đối chứng), 5%, 10%, 15%, 20%, 25% và 30% khối lượng.
  • Diễn biến các chỉ tiêu cơ lý:
    • Lượng nước tiêu chuẩn: Biến thiên nhẹ khi hàm lượng xỉ tăng lên, thể hiện xu hướng giảm ở tỷ lệ thấp và trung bình nhưng có sự thay đổi khi vượt mức 30%.
    • Thời gian đông kết: Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết đều có xu hướng kéo dài dần khi tỷ lệ xỉ hạt lò cao trong phối liệu tăng lên.
    • Độ ổn định thể tích: Độ giãn nở thể tích đo bằng khuôn Le Chatelier giảm đáng kể khi trộn xỉ lò cao, giúp đá xi măng ổn định hơn về mặt kích thước.
    • Cường độ nén 3, 7 và 28 ngày: Cường độ sớm (3 ngày, 7 ngày) của các mẫu có pha xỉ thấp hơn so với mẫu đối chứng 0% xỉ. Tuy nhiên, cường độ muộn tại 28 ngày tuổi có sự tăng trưởng đáng kể nhờ phản ứng pozzolanic thứ cấp. Dựa trên số liệu tổng hợp, tác giả xác định cấp phối 20% xỉ (mẫu 4) đạt các giá trị cơ lý tối ưu nhất, thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 6260:2009.
  • Phân tích vi cấu trúc mẫu tối ưu (20% xỉ): Giản đồ XRD của mẫu 20% xỉ xác định sự xuất hiện của các khoáng Portlandite ($Ca(OH)_2$), Calcite ($CaCO_3$), AFm và Thạch anh (Quartz). Ảnh chụp SEM tại 28 ngày tuổi làm rõ cấu trúc liên kết bề mặt, ghi nhận sự phát triển của màng gel C-S-H bao quanh các hạt xỉ và tinh thể ettringite dính kết, tạo nên cấu trúc đặc chắc cho nền đá xi măng.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương cuối tóm tắt lại các kết quả chính đạt được về tỷ lệ xỉ lò cao tối ưu có thể thay thế trong xi măng Vicem Hà Tiên, xác nhận khả năng đáp ứng tiêu chuẩn của sản phẩm và đề xuất các khuyến nghị nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã thu thập và đối chiếu các thông số thực nghiệm cơ lý của hồ và vữa xi măng theo từng tỷ lệ phối trộn xỉ hạt lò cao Hòa Phát:

Mẫu thí nghiệm Tỷ lệ xỉ hạt lò cao (% KL) Lượng nước tiêu chuẩn (%) Thời gian đông kết (phút) Độ dãn nở thể tích (mm) Cường độ nén 3 ngày (MPa) Cường độ nén 7 ngày (MPa) Cường độ nén 28 ngày (MPa)
Mẫu 0 (ĐC) 0 Thể hiện theo bảng 4.4 Chuẩn gốc Thể hiện theo bảng 4.6 Đạt chuẩn sớm Tăng trưởng đều Chuẩn mốc
Mẫu 1 5 Biến thiên nhẹ Tăng nhẹ Giảm dần Thấp hơn ĐC Thấp hơn ĐC Phát triển tốt
Mẫu 2 10 Giảm không đáng kể Tăng Giảm Thấp hơn ĐC Thấp hơn ĐC Phát triển tốt
Mẫu 3 15 Giảm không đáng kể Kéo dài Giảm Thấp hơn ĐC Thấp hơn ĐC Tiệm cận ĐC
Mẫu 4 20 Tối ưu hóa Kéo dài hợp lý Giảm rõ rệt Duy trì chuẩn Tăng tốc độ Đạt tối ưu
Mẫu 5 25 Biến thiên Kéo dài Ổn định thấp Thấp hơn mẫu 4 Thấp hơn mẫu 4 Giảm dần
Mẫu 6 30 Có xu hướng tăng lại Kéo dài nhiều Ổn định thấp Giảm rõ Giảm rõ Thấp hơn mẫu 4

Các kết quả định lượng và phân tích cấu trúc chính được khóa luận xác lập gồm:

  • Tỷ lệ phối trộn phụ gia tối ưu: Tác giả xác định mức phối trộn 20% xỉ hạt lò cao Hòa Phát vào xi măng Vicem Hà Tiên là tỷ lệ tối ưu nhất. Mẫu này đảm bảo tính năng công tác của vữa, lượng nước tiêu chuẩn ổn định, độ dãn nở thể tích giảm thiểu rõ rệt và sự phát triển cường độ nén ở 28 ngày tuổi đạt yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 cho xi măng Portland hỗn hợp PCB40.
  • Đặc tính cơ lý theo tỷ lệ xỉ: Tăng hàm lượng xỉ lò cao làm kéo dài thời gian đông kết do tốc độ hòa tan và thủy hóa của xỉ chậm hơn clinker; cường độ sớm (3, 7 ngày) bị suy giảm tương ứng với lượng xỉ thay thế, nhưng cường độ trễ (28 ngày) được bù đắp nhờ phản ứng kết hợp vôi tự do hình thành thêm pha C-S-H.
  • Cơ chế vi cấu trúc qua XRD và SEM: Phân tích XRD trên mẫu 20% cho thấy sự hiện diện rõ nét của khoáng Portlandite sinh ra từ phản ứng thủy hóa của alite/belite, cùng các khoáng Calcite do cacbonat hóa, pha AFm và Quartz từ phối liệu xỉ. Hình thái SEM minh chứng các hạt xỉ hạt lò cao được liên kết chặt chẽ trong nền gel C-S-H, bao bọc mạng tinh thể ettringite, lấp đầy các lỗ rỗng mao quản và củng cố độ đặc chắc của cấu trúc đá xi măng.

Về mặt đóng góp, đề tài chứng minh khả năng tái sử dụng phế phẩm xỉ hạt lò cao từ nhà máy gang thép Hòa Phát làm nguồn phụ gia khoáng hoạt tính thay thế một phần clinker trong xi măng Vicem Hà Tiên lên đến 20%, giúp các nhà sản xuất hạ giá thành sản phẩm, giảm tiêu thụ năng lượng nung và giảm phát thải $CO_2$ vào khí quyển.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo biên bản đánh giá của người hướng dẫn và người phản biện, khóa luận tồn tại một số giới hạn và thiếu sót cần khắc phục:

  • Giới hạn về phạm vi khảo sát: Do thời gian thí nghiệm còn hạn chế, đề tài mới chỉ tập trung khảo sát trên một chủng loại xi măng của Vicem Hà Tiên (dòng PCB40 thông thường), chưa mở rộng đánh giá ảnh hưởng của xỉ lò cao trên các sản phẩm xi măng chuyên dụng khác như xi măng đa dụng, xi măng Thượng Hạng PCB50 hay xi măng bền sulfate PCB40-ms.
  • Khối lượng và độ tin cậy thực nghiệm: Cán bộ phản biện nhận định khối lượng thực nghiệm của khóa luận còn ít so với yêu cầu chuẩn. Phần bàn luận kết quả cơ lý chưa thật sự mang lại độ tin cậy tuyệt đối cho người đọc; thiếu sự giải thích thấu đáo về mặt động học cho hiện tượng lượng nước tiêu chuẩn biến thiên khi hàm lượng xỉ vượt ngưỡng 30%.
  • Cơ sở biện giải cấu trúc pha: Việc phân tích giản đồ XRD và ảnh SEM còn điểm chưa thống nhất, cụ thể là việc giải thích sự tồn tại của ettringite ở 28 ngày tuổi trên ảnh chụp SEM trong khi giản đồ XRD không xuất hiện rõ mũi đặc trưng của khoáng này; đồng thời có sự nhầm lẫn giữa việc xác định pha thủy tinh bằng phương pháp XRF thay vì XRD.
  • Thiếu sót về học thuật và định dạng: Tác giả nhầm lẫn các thuật ngữ chuyên môn giữa cấu trúc đá xi măng và bê tông, nhầm lẫn giữa thành phần hóa và thành phần khoáng của xỉ, nhầm lẫn các khái niệm thống kê kích thước hạt ("mean", "median", "mode"); việc trích dẫn tài liệu tham khảo còn rời rạc (danh mục ghi 45 tài liệu nhưng thực tế chỉ trích dẫn 2 tài liệu trong bài viết).

Hướng nghiên cứu tiếp theo được văn bản đề xuất bao gồm:

  • Kéo dài thời gian khảo sát thực nghiệm để theo dõi sự phát triển cường độ ở các tuổi muộn hơn (60 ngày, 90 ngày) và kiểm tra các chỉ tiêu độ bền lâu dài (độ chống thấm nước, khả năng kháng xâm thực ion sulfate, ăn mòn clo).
  • Mở rộng khảo sát phối trộn xỉ hạt lò cao Hòa Phát trên các dòng xi măng khác của Vicem Hà Tiên và khảo sát ảnh hưởng của độ mịn nghiền xỉ đến khả năng hoạt hóa cơ học.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đối tượng và phạm vi học thuật sau:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học (đặc biệt là chuyên ngành CNKT Hóa vô cơ, Vật liệu Silicat), Kỹ thuật Vật liệu xây dựng: Tài liệu cung cấp trình tự thực hiện hoàn chỉnh một nghiên cứu thực nghiệm phối trộn phụ gia khoáng vào chất kết dính vô cơ, từ khâu thử nghiệm nguyên liệu, thiết lập cấp phối đến kiểm tra tính chất cơ lý theo hệ thống TCVN.
  • Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D), kỹ sư kiểm soát chất lượng (QC) tại các nhà máy sản xuất xi măng và trạm nghiền: Phần tổng quan về công nghệ xi măng (Chương 2) và quy trình thử nghiệm các chỉ tiêu độ mịn, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết và cường độ nén theo các tiêu chuẩn TCVN 4030, TCVN 6016, TCVN 6017 cung cấp các thông số kỹ thuật thực tế cho việc nghiên cứu áp dụng xỉ hạt lò cao trong công nghiệp.
  • Cán bộ nghiên cứu về môi trường và vật liệu tái chế: Nội dung khảo sát cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ bài toán tái chế phụ phẩm từ các nhà máy luyện kim quy mô lớn làm vật liệu xây dựng thân thiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tỷ lệ phối trộn xỉ hạt lò cao Hòa Phát tối ưu được đề tài xác định là bao nhiêu và dựa trên những tiêu chí nào? Tỷ lệ tối ưu được đề tài xác định là 20% khối lượng xỉ thay thế xi măng. Tỷ lệ này được lựa chọn dựa trên sự cân đối tổng hòa các chỉ tiêu cơ lý: lượng nước tiêu chuẩn không biến động lớn, độ dãn nở thể tích giảm đáng kể, thời gian đông kết nằm trong giới hạn cho phép và cường độ nén ở 28 ngày tuổi đạt giá trị cao nhất trong các mẫu pha xỉ, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6260:2009.

  2. Việc đưa xỉ hạt lò cao vào xi măng Vicem Hà Tiên ảnh hưởng như thế nào đến thời gian đông kết và cường độ sớm? Khi tăng tỷ lệ xỉ hạt lò cao từ 0% đến 30%, thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của hồ xi măng đều bị kéo dài hơn so với mẫu đối chứng. Cường độ nén ở tuổi sớm (3 ngày và 7 ngày) của các mẫu có pha xỉ đều thấp hơn so với mẫu xi măng không pha xỉ do tốc độ phản ứng ban đầu của xỉ hạt lò cao chậm hơn quá trình thủy hóa của các khoáng clinker.

  3. Khóa luận sử dụng những tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam nào để kiểm tra tính chất cơ lý của phối liệu? Tác giả sử dụng các tiêu chuẩn: TCVN 4030:2003 để xác định độ mịn của bột nguyên liệu; TCVN 6017:2015 để đo lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết và độ ổn định thể tích; TCVN 6016:2011 để xác định cường độ nén của vữa xi măng; và TCVN 6260:2009 dùng làm căn cứ đối chiếu các yêu cầu kỹ thuật của xi măng Portland hỗn hợp.

  4. Phương pháp XRD và SEM đã xác định được những đặc điểm gì trên mẫu cấp phối tối ưu 20% xỉ? Phân tích XRD xác định mẫu 20% có các pha khoáng tương đồng với xi măng thường gồm Portlandite ($Ca(OH)_2$), Calcite ($CaCO_3$), AFm và Quartz. Ảnh chụp SEM ở 28 ngày tuổi làm rõ cấu trúc vi mô đặc chắc, thể hiện sự phát triển của màng gel C-S-H bám dính quanh các hạt xỉ và mạng lưới tinh thể ettringite dính kết, đóng góp vào sự gia tăng cường độ nén muộn.

  5. Những hạn chế chuyên môn nào được giảng viên phản biện chỉ ra trong báo cáo khóa luận? Giảng viên phản biện nêu rõ các điểm hạn chế: khối lượng thực nghiệm còn mỏng; có sự nhầm lẫn giữa cấu trúc đá xi măng và bê tông, giữa thành phần hóa và thành phần khoáng; nhầm lẫn khái niệm thống kê "mean", "median", "mode"; chưa giải thích thuyết phục sự thay đổi lượng nước tiêu chuẩn ở tỷ lệ xỉ trên 30% cũng như sự sai khác về việc xuất hiện ettringite trên ảnh SEM nhưng không thấy đỉnh tương ứng trên giản đồ XRD; danh mục tài liệu tham khảo liệt kê 45 nguồn nhưng trong bài viết chỉ trích dẫn 2 nguồn.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Dương Trí Tường đã hoàn thành việc khảo sát ảnh hưởng của xỉ hạt lò cao Hòa Phát đến các tính chất cơ lý và hóa lý của xi măng Vicem Hà Tiên. Kết quả thực nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu là 20% khối lượng xỉ, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật TCVN 6260:2009 cho xi măng Portland hỗn hợp. Mặc dù còn một số hạn chế về mặt lý giải cơ chế vi cấu trúc và khối lượng mẫu thử nghiệm, công trình đã cung cấp dữ liệu thực nghiệm có giá trị thực tiễn cho việc tận dụng phụ phẩm luyện kim làm phụ gia sản xuất vật liệu xây dựng.