MỞ ĐẦU Xi măng là vật liệu thông dụng nhất trong ngành công nghiệp xây dựng. Xi măng đã có mặt trong đời sống của con người hàng nghìn năm qua và cho đến nay con người vẫn sử dụng nó trong hầu hết các công trình xây dựng. Theo những dự đoán thì xi măng vẫn là chất kết dính chủ lực trong thế kỷ tới. Tuy nhiên, trong thực tế xây dựng, các cấu trúc bê tông hay đá xi măng thường bị ăn mòn bởi các tác nhân xâm thực của môi trường xung quanh, đặc biệt là tác nhân gây ăn mòn là nước, hơi axit.
Quá trình ăn mòn xảy ra tương đối chậm, sau hàng tháng, hàng năm, hay ngay cả hàng chục năm sau, làm cho khả năng chịu lực của công trình giảm rất nhiều, hoặc có thể bị phá huỷ hoàn toàn. Trước tình hình này thì việc chế tạo ra một loại xi măng chống ăn mòn có vai trò quan trọng và cấp bách. Chính vì vậy chúng tôi chọn đề tài “Khảo sát đánh giá chất lượng xi măng chịu axit” để làm khoá luận tốt nghiệp. Trong đề tài này chúng tôi sử dụng các vật liệu kết dính vô cơ thông dụng là xi măng Portland, thuỷ tinh lỏng, Na2SiF6 phối trộn với cát thạch anh để tạo ra xi măng chịu axit và từ đó khảo sát đánh giá chất lượng sản phẩm tạo thành.
SVTH: HỒNG TƯỜNG VY 9 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN TRÍ LUÂN PHẦN 1 TỔNG QUAN 1. Chất kết dính vô cơ [1] 1. Khái niệm - Chất kết dính vô cơ là loại vật liệu thường ở dạng bột, khi nhào trộn với nước hoặc các dung môi khác thì tạo thành loại hồ dẻo, dưới tác dụng của quá trình hóa lý tự nó có thể rắn chắc và chuyển sang trạng thái đá.
Do khả năng này của chất kết dính vô cơ mà người ta sử dụng chúng để gắn các loại vật liệu rời rạc (cát, đá, sỏi) thành một khối đồng nhất trong công nghệ chế tạo bê tông, vữa xây dựng, gạch silicat, các vật liệu đá nhân tạo không nung. - Có loại chất kết dính vô cơ không tồn tại ở dạng bột như vôi cục, thủy tinh lỏng. Có loại khi nhào trộn với nước thì quá trình rắn chắc xảy ra rất chậm như chất kết dính magie, nhưng nếu trộn với dung dịch MgCl2 hoặc MgSO4 thì quá trình rắn chắc xảy ra nhanh, cường độ chịu lực cao. Phân loại - Căn cứ vào môi trường rắn chắc, chất kết dính vô cơ được chia làm 3 loại: chất kết dính rắn trong không khí, chất kết dính rắn trong nước và chất kết dính rắn trong Ôtôcla.
Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí - Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí là loại chất kết dính chỉ có thể rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường không khí. - Ví dụ: Vôi, thạch cao, thủy tinh lỏng, chất kết dính magie. - Theo thành phần hoá học chúng được chia thành 4 nhóm: Vôi rắn (thành phần chủ yếu là CaO); Chất kết dính magie (thành phần chủ yếu là MgO); Chất kết dính thạch cao (thành phần chủ yếu là CaSO4) Thuỷ tinh lỏng là các silicat natri hoặc kali (Na2O.mSiO2) ở dạng lỏng… SVTH: HỒNG TƯỜNG VY 10 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN TRÍ LUÂN 1.
Chất kết dính vô cơ rắn trong nước - Chất kết dính vô cơ rắn trong nước là loại chất kết dính không những có khả năng rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường không khí mà còn có khả năng rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường nước. Ví dụ: Vôi tôi, các loại xi măng. - Về thành phần hoá học chất kết dính rắn trong nước là một hệ thống phức tạp bao gồm chủ yếu là liên kết của 4 oxyt CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3. Các liên kết đó hình thành ra 3 nhóm chất kết dính chủ yếu sau : Xi măng Silicat: các khoáng chủ yếu là Silicat canxi (đến 75%).
Trong nhóm này gồm có xi măng Portland và các chủng loại của nó (nhóm chất kết dính chủ yếu trong xây dựng). Xi măng alumin: Aluminat canxi là các khoáng chủ yếu của nó. Chất kết dính rắn trong Ôtôcla - Bao gồm những chất có khả năng trong môi trường hơi nước bão hoà có nhiệt độ 175÷200oC và áp suất 8÷12 atm để hình thành ra “đá xi măng”. Chất kết dính này có 2 thành phần chủ yếu là CaO và SiO2.
Ở điều kiện thường chỉ có CaO đóng vai trò kết dính nhưng trong điều kiện ôtôcla thì CaO tác dụng với SiO2 tạo thành các khoáng mới có độ bền nước và khả năng chịu lực cao. Các chất kết dính thường gặp trong nhóm này là: chất kết dính vôi silic; vôi tro; vôi xỉ,. Xi măng Portland [1,2] 2. Khái niệm - Xi măng Portland là chất kết dính rắn trong nước, chứa khoảng 70 - 80% silicat canxi nên còn có tên gọi là xi măng silicat.
Nó là sản phẩm nghiền mịn của clinke với phụ gia đá thạch cao (3 - 5%). - Đá thạch cao có tác dụng điều chỉnh tốc độ đông kết của xi măng để phù hợp với thời gian thi công. - Clinke thường ở dạng hạt có đường kính 10 - 40 mm được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp đá vôi, đất sét và quặng sắt đã nghiền mịn đến nhiệt độ kết khối (khoảng 1450oC). SVTH: HỒNG TƯỜNG VY 11 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.
TRẦN TRÍ LUÂN - Chất lượng clinke phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và công nghệ sản xuất. Tính chất của xi măng do chất lượng clinke quyết định. Thành phần hóa học - Thành phần hóa học của clinke biểu thị bằng hàm lượng (%) các oxyt có trong clinke, dao động trong giới hạn sau: CaO: 63 - 66%; Al2O3: 4 - 8%; SiO2: 21 - 24%; Fe2O3: 2 - 4%. - Ngoài ra còn có một số oxyt khác như MgO; SO3; K2O; Na2O; TiO2; Cr2O3; P2O5,.
Chúng chiếm một tỷ lệ không lớn nhưng ít nhiều đều có hại cho xi măng. - Thành phần hóa học của clinke thay đổi thì tính chất của xi măng cũng thay đổi. Ví dụ: Tăng CaO thì xi măng thường rắn nhanh nhưng kém bền nước, tăng SiO2 thì ngược lại.2 Thành phần khoáng vật - Trong quá trình nung đến nhiệt độ kết khối các oxyt chủ yếu kết hợp lại tạo thành các khoáng vật silicat canxi, aluminat canxi, alumôferit canxi ở dạng cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình. - Clinke có 4 khoáng vật chính như sau: Alit: silicat canxi: 3CaO.
Chiếm hàm lượng 45 - 60% trong clinke. Alit là khoáng quan trọng nhất của clinke, nó quyết định cường độ và các tính chất khác của xi măng. Đặc điểm: Tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ cao, tỏa nhiều nhiệt, dễ bị ăn mòn. Bêlit: silicat canxi 2CaO.
Chiếm hàm lượng 20 - 30% trong clinke. Bêlit là khoáng quan trọng thứ hai của clinke. Đặc điểm: Rắn chắc chậm nhưng đạt cường độ cao ở tuổi muộn, tỏa nhiệt ít, ít bị ăn mòn. Aluminat canxi: 3CaO.
Chiếm hàm lượng 4 - 12 % trong clinke. Đặc điểm: Rắn chắc rất nhanh nhưng cường độ rất thấp, tỏa nhiệt rất nhiều và rất dễ bị ăn mòn. Feroaluminat canxi: 4CaO. Chiếm hàm lượng 10 - 12% trong clinke.
Đặc điểm: Tốc độ rắn chắc, cường độ chịu lực, nhiệt lượng tỏa ra và khả năng chống ăn mòn đều trung bình. - Ngoài các khoáng vật chính trên trong clinke còn có một số thành phần khác như CaO; Al2O3; Fe2O3; MgO; K2O và Na2O, tổng hàm lượng các thành phần này SVTH: HỒNG TƯỜNG VY 12 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. TRẦN TRÍ LUÂN khoảng 5-15% và có ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng làm cho xi măng kém bền nước. - Khi hàm lượng các khoáng thay đổi thì tính chất của xi măng cũng thay đổi theo.
- Ví dụ: Khi hàm lượng C3S nhiều lên thì xi măng rắn càng nhanh, cường độ càng cao. Nhưng nếu hàm lượng C3A tăng thì xi măng rắn rất nhanh và dễ gây nứt cho công trình. Tình hình sản xuất xi măng ở nước ta hiện nay Nước ta đang trong thời kỳ đổi mới, tiến tới công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, do vậy nhu cầu về sử dụng xi măng trong xây dựng cơ bản ngày một tăng (xem bảng 1, 2). Mặc dù sản lượng xi măng sản xuất trong nước ngày một tăng nhưng vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu.
Ngành xi măng Việt Nam đã chiếm một vai trò quan trọng: + Tạo ra sản phẩm xi măng phục vụ cho công cuộc xây dựng đất nước và tham gia xuất khẩu. + Góp phần tăng trưởng GDP quốc gia, đóng góp 10 - 12% GDP của tổng các ngành công nghiệp. + Tạo việc làm và thu nhập cho một lực lượng lao động khá lớn của xã hội. + Ngành công ngiệp xi măng phát triển đã kéo theo nhiều ngành nghề khác phát triển như: giao thông vận tải, năng lượng, cơ khí chế tạo cũng như các ngành dịch vụ khác như: xây lắp, sản xuất thiết bị phụ tùng, vật liệu chịu lửa, sản xuất bê tông, bao bì.
+ Ngành công nghiệp xi măng tạo ra bộ mặt mới cho ngành công nghiệp Việt Nam; công nghệ sản xuất xi măng khá hiện đại và là tổng hợp thành quả phát triển của nhiều ngành công nghiệp khác như cơ khí, điện, điện tử. +Làm thay đổi bộ mặt xã hội ở những vùng đặt nhà máy, rút ngắn khoảng cách phát triển giữa các vùng, giữa nông thôn và thành thị, góp phần vào công cuộc đô thị hóa đất nước. + Như vậy ta thấy ngành công nghiệp xi măng có một vai trò và vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. SVTH: HỒNG TƯỜNG VY 13 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.
TRẦN TRÍ LUÂN Bảng 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ ximăng của Việt Nam từ trước đến nay: Đơn Năm 2000 2002 2003 2004 2005 2006 vị Nhập khẩu Clinker Triệu 0,2 3,5 4,1 4,1 4,4 5,6 so năm trước tấn - 233,3 117,1 100 107,3 127,3 Sản lượng sản xuất Triệu 13,3 21,1 24,1 25,3 28 32,2 so năm trước tấn - 131,1 114,2 105 110,6 115 Tiêu thụ Triệu 13 21,1 24,1 25,2 27,5 32 so năm trước tấn - 131,1 114,2 104,6 109,1 116,4 Bảng 2. Nhu cầu tiêu thụ xi măng nước ta, sản lượng dự kiến đến năm 2020: Năm 2007 2008 2009 2010 2015 2020 Tốc độ tăng tiêu thụ (%) 12 10 10 10 5- 8 2,5- 3 Nhu cầu xi măng 36,50 40,10 44,20 48,60 63- 65 68- 70 (triệu tấn) Dự kiến sản lượng 35,30 42,05 47,60 49,80 62,80 - (triệu tấn) 2. Lý thuyết về sự đóng rắn của xi măng 2.