CHƯƠNG 1 PHÂN LOẠI CHẤT KẾT DÍNH Có nhiều cách phân loại khác nhau, tuy nhiên thường dùng là: 1.1 PHÂN LOẠI THEO TÍNH NĂNG SỬ DỤNG: Trong xây dựng cơ bản, người ta thường chia làm 2 loại: + Chất kết dính sử dụng trong môi trường không khí - chất kêt dính bền không khí: chỉ sử dụng để xây những công trình trên mặt đất. Gồm có các loại như: vôi tôi, vôi nghiền, chất kết dính thạch cao. + Chất kết dính thủy lực: được sử dụng ngay cả trong môi trường không khí khô, không khí ẩm, môi trường ẩm và nước. Bao gồm: chất kết dính trên cơ sở có thành phần chủ yếu lúc nghiền là vôi và phụ gia hoạt tính, vôi thủy, xi măng La Mã (đá dolomite pha sét) và các chủng loại xi măng porland (XMP).2 PHÂN LOẠI TRÊN CƠ SỞ THÀNH PHẦN GỐC: 1.1 Xi măng porland các loại: trên cơ sở xi măng porland làm gốc lúc nghiền pha thêm phụ gia tạo nên xi măng porland + phụ gia lúc nghiền.
+ Xi măng porland thường: không pha phụ gia nào trừ thạch cao làm phụ gia điều chỉnh tốc độ ninh kết. + Xi măng porland - xỉ lò cao (gọi tắt là xi măng porland xỉ): lúc nghiền ngoài thạch cao còn pha thêm 30-70% xỉ hoạt hoá lò cao. + Xi măng porland – puzouland: lúc nghiền có pha thêm 20-40% phụ gia hoạt tính thiên nhiên hay nhân tạo (trepen, đất sét nung hoạt hóa, đá bazan xốp, …). + Xi măng porland – tro xỉ than: pha thêm 10-20% tro xỉ than lúc nghiền.
+ Xi măng porland – carbonate: pha thêm 15-30% đá carbonate canxi hay đá dolomite lúc nghiền (nếu thay đá bằng cát thạch anh thì được gọi là xi măng porland cốt liệu mịn). + Xi măng porland màu các loại: * Khi nghiền pha thêm quặng màu thiên nhiên (như màu đỏ, vàng, đen). 1 * Xi măng xanh, đen, vàng do pha vào phối liệu, khi nung làm clinker nhuộm màu.2 Chất kết dính gốc từ vôi các loại: + Vôi tôi: chủ yếu là vôi canxi do nung đá vôi tạo nên. + Vôi canxi, vôi thủy, vôi dolomite nghiền mịn làm vữa vôi khô có thể vận chuyển xa được.
+ Vôi carbonate (vôi nghiền): lúc nghiền pha thêm 10-20% đá vôi sống hay lúc nung vôi lõi còn sống đem nghiền tạo nên trong thành phần vôi nghiền chứa nhiều đá sống thành vôi carbonate. + Chất kết dính vôi, xỉ lò cao hoạt hóa tuỳ thành phần có thể gọi là xi măng vôi, xỉ lò cao, xi măng xỉ không chứa clinker, xi măng sulfate-xỉ lò cao. Tùy loại vôi có thể gọi thêm đúng thành phần như sau: * Chất kết dính vôi canxi - xỉ lò cao. * Vôi dolomite - xỉ lò cao.
* Chất kết dính vôi – sét hoạt hóa, bao gồm: Vôi canxi – sét hoạt hóa Vôi dolomite – sét hoạt hóa Vôi thủy – sét hoạt hóa Vôi đá dầu – sét hoạt hóa: tạo thành từ việc pha vào vôi đá dầu đã nghiền (sau khi đã nung ở nhiệt độ > 12000C) từ 30-40% đất sét hoạt hóa sẽ cho ta chất kết dính mác cao mang tên gọi là Kulerơmit. Sét hoạt hoá: là các loại gạch, ngói, đất sét nung non lửa tạo nên, trước đây gọi là vôi - đất puzouland đã hoạt hóa hay gọi tắt là vôi – puzouland (về bản chất vẫn là vôi + đất nung ở 600-8000C) Vôi đá dầu: là đá carbonate chứa dầu hay các tạp chất cháy khi nung ở nhiệt độ lớn hơn 12000C. * Chất kết dính vôi – tro xỉ than: Vôi can xi – tro xỉ than 2 Vôi dolomite – tro xỉ than Vôi thủy – tro xỉ than Vôi đá dầu – tro xỉ than Tro xỉ than: bản chất thành phần như sét hoạt hóa, ngoài ra còn tùy thiết bị đốt than, thiết bị tháo xỉ làm cho xỉ than có một phần mang tính chất xỉ hạt xốp nhẹ. Bảng chất lượng các loại chất kết dính gốc từ vôi Loại vôi Mác (kg/cm2) Vôi tôi 10 Vôi nghiền 25 – 30 Vôi carbonat 30 – 45 Vôi – sét hoạt hóa 60 – 160 – 200 Vôi – tro xỉ than 40 – 50 Vôi thủy 25 – 45 Vôi xỉ lò cao 20 – 35 3 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT SẢN XUẤT CHẤT KẾT DÍNH 2.1 NGUYÊN LIỆU: Ta chỉ xét những nguyên liệu chính để sản xuất chất kết dính như: + Đá vôi canxi, đá dolomite, đá vôi sét, đá dầu,… + Đất sét có thể hoạt hóa thành phụ gia hoạt tính (gọi là sét hoạt hóa).1 Đá carbonate: gồm đá vôi canxi, đá dolomite, đá vôi sét, san hô, sò hến,….Có nhiều cách phân loại đá carbonate, có thể: ❖ Theo tạp chất chứa trong đá: Loại CaCO3 MgCO3 Tạp chất sét Tên gọi (SiO2 + R2O3) A > 93% <4% <3% đá vôi canxi sạch.
B >90% >7% <3% đá vôi canxi dolomit hóa C 7% 8 – 20% đá vôi canxi sét D >7% 8 – 20% đá vôi canxi pha sét E >30% <3% đá vôi dolomit G 8 – 20% đá dolomit - sét ❖ Trong sản xuất vật liệu xây dựng: Loại CaCO3 MgCO3 Tạp chất Ứng dụng sét A >93 4 3 Công nghệ hóa chất, vôi béo để tôi, XMP B 90 7 3 XMP và vôi loại II C 85 7 8 XMP và vôi thủy yếu D 47 45 8 Vôi dolomit nghiền E 72 8 20 XMP, vôi thủy mạnh 4 ❖ Theo cấu trúc đá: + Đá vôi thể rất cứng có Rmax> 3000 kg/cm3 + Loại cứng chắc 200 1200 kg/cm3 + Loại cứng trung bình 100 200 kg/cm3 + Loại mềm 20 200 kg/cm3 ❖ Theo kết cấu và xuất xứ, ta thấy có các loại đá vôi: + Đá vôi canxi loại tảng chắc, đặc. + Đá vôi canxi loại tổ ong xốp như đá túp. + Đá vôi canxi loại mềm như đá phấn. + Đá vôi canxi loại sò hến.
+ Đá vôi canxi loại san hô. + Đá dolomit chắc tảng. + Đá dolomit loại cát sạn vụn tơi như đá dăm hay cát mịn, cát thô. ❖ Phân tích theo bản chất CaCO3 (cấu trúc): -Canxit: phổ biến, mạng giống NaCl: trong đó Ca2+ thay cho Na+ , CO32- thay Cl-.
-Aragonit: ít gặp, mạng tinh thể hexa (gồm 2 khối đáy lục giác chồng lên nhau trong mạch cấu trúc đôi khi Ca2+ một phần bị thay thế bởi Zn2+,Pb2+ hay Zr2+) gặp trong san hô, nung 300 – 400 0C trở thành canxit. -Phaterit: kém bền vững, cấu trúc hexa. -Vaterit: carbonat canxi ngậm nước. ❖ Về màu sắc: trắng, đen, xanh đen, hơi hồng…trên bề mặt có gân trắng của canxit kết tinh hay quartzit nằm xen kẽ, có loại mịn mặt, có loại tạo những hạt các vẩy.2 Đá dolomite: Về bên ngoài trông rất giống đá vôi, do đó muốn nhận ra người ta thường dùng axit HCl nồng độ cao mới có hiện tượng sủi bọt khí mạnh.
Đá dolomite có 3 thể loại: + Loại mịn như đá dăm: tập trung vùng Mỹ Đức Hà Tây, …. 5 + Loại tảng chắc đặc như đá vôi thông thường với màu sắc trắng, hồng, xám tro bếp, xám đen. Loại này có hầu hết ở các mỏ đá vôi vùng núi đá dolomite tập trung ở Xuân Sơn Quảng Bình, núi Mật Thanh Hoá, vùng núi Tam Điệp,… + Dạng cát sạn loại to nhất 10 mm, loại nhỏ nhất vụn tơi mịn như xi măng. Loại hạt nhỏ mịn tập trung ở Lạc thủy, loại cát thô ở Mộc Châu, Sơn La,….Loại cát sạn này chủ yếu dùng đổ mặt đường và tốt nhất loại trên sàng 5 mm làm cốt liệu sản xuất gạch không nung, loại dưới sàng 3 mm làm cốt liệu thay cho cát vàng làm ngói không nung.3 Phụ gia hoạt tính: Tên gọi chung là pouzoland.
Nguồn gốc: đá phún xuất do núi lửa phun lên lạnh nhanh tạo nên đảo có tên là pouzoland. Thời cổ La Mã, người ta dùng đá lấy từ đảo này nghiền mịn pha với vôi làm vữa xây có độ bền nước cao, dùng để xây các thương cảng tiếp nhận nhiều thuyền tàu. Bản chất đá phún xuất của đảo Pouzoland là pha thủy tinh vô định hình thể phún trào axit, pha thủy tinh chủ yếu là SiO2 vô định hình ái lực mạnh với kiềm. Từ xuất xứ trên gọi chung phụ gia thủy hay phụ gia hoạt tính mang tên đảo “pouzoland”.
Loại tự nhiên gọi là phụ gia hoạt tính thiên nhiên, còn loại phải gia công nhiệt mới có độ hoạt tính gọi là phụ gia hoạt tính nhân tạo. Sau này khi các nhà bác học đi sâu nghiên cứu bản chất thành phần khoáng gốc của phụ gia thì phụ gia hoạt tính mang tên ghép có kể đến khoáng gốc của chúng như phụ gia pouzoland trepen, pouzoland diatomit, pouzoland họ khoáng sét (còn gọi là đất sét hoạt hóa),… Ở nước ta chưa tìm ra đá phún trào axit, nhưng có phún trào bazit ở Nghệ An, Bà Rịa là đá Mu Rùa xốp tổ ong thuộc loại pouzoland thiên nhiên, chỉ qua sấy khô cũng cho ta hoạt tính loại yếu. Còn loại nhân tạo là đất sét các loại nung ở 600 – 8000C thành gạch non lửa cho ta phụ gia có hoạt tính từ trung bình đến rất mạnh. Hầu hết các loại đất sét có hàm lượng Al2O3 > 15% đều có thể nung ở 600 – 8000C cho ta hoạt tính từ trung bình đến rất mạnh.
Hoạt tính hút vôi mạnh của đất sét (mgCaO/1g phụ gia) theo công trình nghiên cứu của nhiều giáo sư không phải do SiO2 hoạt tính quy định mà chủ yếu do meta caolinit có ái 6 lực hút vôi mạnh làm đất sét hoạt tính. Khi nung đất sét họ khoáng ở 600 – 800 0C chỉ mới mất nước hóa học làm tơi xốp mạng cấu trúc caolinit chứ chưa phá vỡ hết cấu trúc để tách ra Al2O3 và SiO2. Trong khi hoạt tính của phụ gia pouzoland là do SiO2 vô định hình nằm trong pha thủy tinh của tro núi lửa được làm lạnh nhanh).4 Xỉ lò cao, tro xỉ than: Xỉ và tro than là bã thải của công nghiệp luyện kim, các nhà máy nhiệt điện, cơ khí, sản xuất hơi nước,…. đốt bằng than.
Xỉ lò cao được sử dụng nhiều trong sản xuất XMP xỉ, xi măng vôi xỉ. Tro xỉ than chưa có hướng sử dụng nhiều và triệt để. Thành phần hóa, thành phần khoáng của xỉ có thể rất khác nhau tùy theo loại công nghiệp tạo ra xỉ, cách lấy xỉ…Ngoài thành phần, chất lượng xỉ chịu ảnh hưởng rất lớn của pha thủy tinh và tinh thể nằm trong xỉ. * Thành phần hóa của xỉ nằm trong giới hạn: CaO: 30 – 35%: làm tăng độ hoạt tính thủy lực của xỉ (tăng tính kết dính).
Al2O3: 8 – 24%: có lợi, tác dụng triệt để với CaO tạo cho xỉ tính kết dính mạnh. SiO2: 8 – 38%: quá nhiều SiO2 giảm độ hoạt tính của xỉ. MnO < 5%: nếu > 5% sẽ giảm độ hoạt tính của xỉ. * Các hệ số đánh giá chất lượng xỉ: 1.