CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỂ XI MĂNG POÓC LĂNG Xi măng poóc lăng là chất kết dính có khả năng đông kết, rắn chắc và phát triển cường độ trong môi trường không khí và môi trường nước, thường được gọi là chất kết dính rắn trong nước hay chất kết dính thuỷ lực. Xi măng poóc lăng được sản xuất bằng cách nghiền clanhke xi măng với thạch cao và một số phụ gia khác. Thành phần chính trong xi măng poóc lăng là clanhke.
Clanhke xi măng poóc lăng được sản xuất bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp phối liệu đồng nhất, phân tán mịn của đá vôi, đất sét và phụ gia điều chỉnh thành phần hóa học của phối liệu có thể là: quặng sắt, quặng bô xít hay trêpen. Đặc trưng cơ bản của clanhke xi măng poóc lăng Tùy thuộc vào công nghệ và dạng lò nung mà clanhke xi măng có sự khác nhau về kích thước và hình dạng hạt, chất lượng, năng suất.Chất lượng của clanhke phụ thuộc chủ yếu vào: thành phần phối liệu, phương pháp công nghệ và dạng lò nung. Clanhke xi măng poóc lăng dùng để sản xuất xi măng poóc lăng hỗn hợp có hàm lượng magie oxít (MgO) không lớn hơn 5. Hoạt tính cường độ của clanhke xi măng poóc lăng là giá trị cường độ nén (theo TCVN 6016:2011) của mẫu xi măng thử nghiệm có độ mịn (3100 ± 100) cm2/g (theo phương pháp Blaine) và phần còn lại trên sàng có kích thước lỗ 0,09 mm không lớn hơn 10 %; được nghiền trong máy nghiền bi thí nghiệm; từ hỗn hợp clanhke xi măng poóc lăng và thạch cao tự nhiên loại Gn90 trở lên (theo TCVN 9807:2013) với hàm lượng SO3 tương đương là (2 ± 0,2) % trong xi măng.
Hệ số nghiền của clanhke xi măng poóc lăng là tỉ lệ thời gian cần thiết để nghiền cát tiêu chuẩn theo TCVN 7024:2013 và nghiền clanhke trong cùng một điều kiện thí nghiệm, đến độ mịn 6 % trên sàng kích thước lỗ 0,09 mm. Yêu cầu kỹ thuật clanhke xi măng poóc lăng thương phẩm [2] SVTH: Nguyễn Đình Khoa MSSV: 116.60 - Lớp: 60VL2 Lại Việt Hoàng MSSV: 384.60 - Lớp: 60VL2 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Năm học 2019-2020 Bảng 1. 1 Các chỉ tiêu chất lượng của clanhke xi măng poóc lăng thương phẩm Mức Tên chỉ tiêu CPC30 CPC40 CPC50 CPC60 1. Hoạt tính cường độ, N/mm2 (MPa), không nhỏ hơn: - 3 ngày ± 45 phút 16 21 25 30 - 28 ngày ± 8 giờ 30 40 50 60 2.
Hệ số nghiền, không nhỏ hơn 1,2 3. Cỡ hạt - Nhỏ hơn 1mm, %, không lớn hơn 10 10 - Nhỏ hơn 25 mm và lớn hơn 5 mm, %, không nhỏ hơn 40 50 4. Hàm lượng canxi oxit (CaO), % Từ 58 đến 67 5. Hàm lượng silic oxit (SiO2), % Từ 18 đến 26 6.
Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3), % Từ 3 đến 8 7. Hàm lượng sắt oxit (Fe2O3), % Từ 2 đến 5 8. Hàm lượng magiê oxit (MgO), %, không lớn hơn 5 9. Hàm lượng canxi oxit tự do (CaOtd), %, không lớn 1,5 hơn 10.
Hàm lượng kiềm tương đương Na2Otđ = Na2O + 0,658 K2O, %, không lớn hơn 1,0 Trong clanhke xi măng ít kiềm: Na2Otđ, %, không lớn hơn 0,6 11. Hàm lượng cặn không tan (CKT), %, không lớn hơn 0,75 12. Hàm lượng mất khi nung (MKN), %, không lớn hơn 1,0 13. Độ ẩm, %, không lớn hơn 1,0 1.
Thành phần khoáng của clanhke xi măng poóc lăng SVTH: Nguyễn Đình Khoa MSSV: 116.60 - Lớp: 60VL2 Lại Việt Hoàng MSSV: 384.60 - Lớp: 60VL2 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Năm học 2019-2020 Trong clanhke xi măng poóclăng gồm chủ yếu là các khoáng silíccát canxi (hàm lượng 70 ÷ 80%), các khoáng Aluminat canxi và Alumôferit Canxi. Khoáng silíccát canxi gồm hai loại khoáng là khoáng Alít và khoáng Bêlít. - Khoáng Alít (Al2O3.SO2 ký hiệu là C3S ) là khoáng quan trọng nhất của clanhke xi măng, tạo cho xi măng có cường độ cao, tốc độ đông kết rắn chắc nhanh và loại khoáng này có ảnh hưởng nhiều đến các tính chất của xi măng. Trong clanhke xi măng khoáng C3S chiếm từ (45 ÷ 60)%.
Alit là một dung dịch rắn của 3CaO.SiO2 và một lượng nhỏ các chất khác có hàm lượng nhỏ từ (2 ÷ 4)% như MgO, P2O5, Cr2O3,. C3S ở dạng tinh khiết sẽ bền vững trong khoảng nhiệt độ (1200 ÷ 1250)ºC đến (1900 ÷ 2070)ºC. Nhiệt độ lớn hơn 2070ºC thì C3S bị nóng chảy, nhỏ hơn 1200ºC thì bị phân huỷ thành C2S (C3S = C2S + CaO tự do). - Khoáng bêlít (2CaO.SiO2: đicalcium silicát, ký hiệu C2S ): Trong clanhke xi măng C2S chiếm khoảng 20÷ 30%, là thành phần quan trọng của clanhke, có đặc tính là đông kết rắn chắc chậm nhưng cường độ cuối cùng cao.
Bêlít là dung dịch rắn của 2CaO.SiO2 với một lượng nhỏ các ô xít khác như Al2O3, Fe2O3, Cr2O3. Khoáng C2S được tạo thành trong clanhke ở 4 dạng thù hình C2S, ‘C2S, C2S , C2S + C2S : bền vững ở điều kiện nhiệt độ cao từ 1425÷ 2130 ºC, ở nhiệt độ lớn hơn 21300C, C2S bị chảy lỏng, ở nhiệt độ nhỏ hơn 1425ºC khoáng C2S chuyển sang dạng ’ C2S. + ’C2S bền vững ở nhiệt độ 830÷ 1425ºC, khi nhiệt độ nhỏ hơn 830ºC và làm lạnh nhanh thì ’C2S chuyển sang dạng C2S, còn khi làm nguội chậm bị chuyển sang dạng C2S. + C2S không bền luôn có xu hướng chuyển sang dạng C2S đặc biệt là ở nhiệt độ nhỏ hơn 500ºC.
Khi C2S chuyển thành C2S làm tăng thể tích khoảng 10% và bị phân rã thành bột. + C2S thì hầu như không tác dụng với nước và không có tính chất kết dính, chỉ trong điều kiện hơi nước bão hoà, khoảng nhiệt độ 150÷ 200ºC, C2S mới có khả năng dính kết. Chất trung gian phân bố giữa khoáng Alít và Bêlít là các pha Aluminôferit, pha canxi Aluminat và pha thuỷ tinh. - Pha canxi Aluminat tồn tại trong clanhke ở hai dạng C3A, C5A3.
Do trong clanhke lượng CaO dư nên pha Canxi Aluminat thường nằm chủ yếu ở dạng C3A, đặc điểm của C3A là đông kết rắn chắc nhanh, dễ tạo nên các ứng suất làm nứt, tách cấu trúc đá xi măng khi SVTH: Nguyễn Đình Khoa MSSV: 116.60 - Lớp: 60VL2 Lại Việt Hoàng MSSV: 384.60 - Lớp: 60VL2 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Năm học 2019-2020 chúng làm việc trong môi trường xâm thực sunfat. Trong một số loại xi măng chuyên dụng có khống chế hàm lượng khoáng này (ximăng thuỷ công lượng C3A < 5%, xi măng bền sunfat lượng C3A < 8%). - Pha Alumôferit là dung dịch rắn của các khoáng canxi Alumôferit (còn được gọi là xêlít). Khoáng canxi Aluminôferit có thành phần khác nhau phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu ban đầu, điều kiện nung luyện,.
trong clanhke chúng thường tồn tại dưới dạng sau: C6A2F, C4AF, C2F, nhưng thành phần chính là C4AF và trong đó hoà tan khoảng 1% MgO và TiO2. - Pha thuỷ tinh có trong clanhke xi măng poóclăng với hàm lượng từ 5÷ 10%. Thành phần của pha thuỷ tinh bao gồm một số loại ô xít như CaO, Fe2O3, Na2O, K2O,. Hàm lượng của pha thuỷ tinh phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp nguyên liệu ban đầu và điều kiện làm lạnh clanhke.
Sự có mặt của pha này trong clanhke xi măng poóclăng làm ảnh hưởng đến tính chất của các khoáng khác và đặc biệt là làm thay đổi nhiệt độ tạo khoáng chính. - Ngoài ra trong clanhke xi măng poóclăng còn tồn tại một lượng CaO và MgO tự do, chúng thường là các hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm khi xi măng đã đông kết rắn chắc chúng mới thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúc của sản phẩm như bị nứt, rữa,. Làm thay đổi thể tích của sản phẩm và làm giảm cường độ của đá xi măng. Thành phần hoá của clanhke xi măng poóc lăng Clanhke xi măng poóc lăng gồm các ôxít chính là Al2O3, Fe2O3, CaO, SiO2 với tổng hàm lượng của chúng chiếm khoảng từ 95% đến 97% (theo khối lượng).
Ngoài ra còn có các ôxít khác với hàm lượng nhỏ như MgO, TiO2, K2O, Na2O, P2O5, SO3. Hàm lượng các ôxít trong clanhke xi măng poóc lăng thường dao động trong khoảng: SVTH: Nguyễn Đình Khoa MSSV: 116.60 - Lớp: 60VL2 Lại Việt Hoàng MSSV: 384.60 - Lớp: 60VL2 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Năm học 2019-2020 Bảng 1. 2 Hàm lượng các oxit trong clinker xi măng pooc lăng (%) Thành phần Hàm lượng (%) CaO 63 ÷ 66 SiO2 21÷ 24 Al2O3 4÷9 Fe2O3 2÷4 SO3 0,3 ÷ 1 P2O5 0,1 ÷ 0,3 K2O + Na2O 0,4 ÷ 1 TiO2 + Cr2O3 0,2 ÷ 0,5 Canxi ôxít (CaO): chủ yếu trong nguyên liệu đá vôi, trong quá trình nung luyện clanhke, ở các điều kiện nhất định chúng sẽ liên kết với các ôxít khác tạo nên các hợp chất hoá học quyết định tốc độ đông kết rắn chắc và cường độ của xi măng. Khi hàm lượng CaO càng lớn thì khả năng tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat có độ bazơ cao (C3S) trong clanhke càng nhiều, xi măng đông kết rắn chắc nhanh cường độ cao nhưng xi măng lại kém bền trong môi trường xâm thực sunphát.
Hàm lượng CaO nhiều đòi hỏi nhiệt độ nung phải lớn do khó nung và để lại trong clanhke một lượng canxi ôxít tự do nhiều. Vì vậy, trong clanhke xi măng cần khống chế hàm lượng CaO hợp lý (khoảng 63÷ 66%). Tuy nhiên, khả năng phản ứng CaO với các ôxít khác để tạo thành các khoáng trong clanhke còn phụ thuộc vào bản chất của các ôxít trong nguyên liệu, chế độ gia công hỗn hợp nguyên liệu và chế độ nung. Silic điôxít (SiO2): Ôxít này chủ yếu được cung cấp từ nguyên liệu đất sét.
Trong quá trình nung luyện clanhke, SiO2 sẽ tác dụng với CaO tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat. Khi hàm lượng SiO2 càng nhiều thì ngoài việc tạo thành khoáng C3S, khoáng canxi silicat có độ bazơ thấp (C2S) được hình thành sẽ tăng lên. Hàm lượng khoáng C 2S tăng làm xi măng đông kết rắn chắc chậm và cường độ phát triển chậm ở thời kỳ đầu của quá trình rắn chắc đá xi măng. Tuy nhiên loại xi măng có hàm lượng C2S cao lại có khả năng bền trong nước và môi trường xâm thực sunphát.
Khi hàm lượng SiO2 trong clanhke ít, khoáng C3S được tạo thành nhiều, sẽ làm cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh, cường SVTH: Nguyễn Đình Khoa MSSV: 116.60 - Lớp: 60VL2 Lại Việt Hoàng MSSV: 384.60 - Lớp: 60VL2 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Năm học 2019-2020 độ cao nhưng quá trình nung luyện khó, clanhke có lượng vôi (CaO) tự do lớn.