MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế đất nước là sự phát triển của đầu tư hạ tầng cơ sở, xây dựng nhà xưởng công nghiệp, nhà ở…. trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đòi hỏi một sự đáp ứng lớn về số lượng chủng loại và chất lượng vật liệu xây dựng. Theo kết quả khảo sá mới gần đây việt nam trở thành một nước có nghành công nghiệp xi măng lớn nhất trên thế giới với sản lượng trên 60 triệu tấn một năm và hang năm việt nam thừa hang triệu tấn xi măng. Chính vì vậy trong tương lai việt nam sẽ phải xuất khẩu một lượng lớn xi măng ra nước ngoài.
Việc nghiên cứu nâng cao chất lượng xi măng cho phép tiết kiệm tài nguyên giảm thời gian thi công và hạ giá thành sản phẩm nhằm phục vụ nhu cầu trong nước cũng như tăng cường khả năng cạnh tranh của xi măng việt nam trên trường quốc tế. Xuất phát từ những ý nghĩa mang và nhu cầu đó em đã nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cỡ hạt tới một số tính chất của xi măng pooc lăng”. Nhiều mẫu xi măng tại các cơ sở sản xuất cho thấy : Tuy độ mịn xác định qua sàng 0,08 tương tự như nhau và đều phù hợp với quy định của TCVN ( ≤ 12%), nhưng tỷ diện của chúng khác nhau khá nhiều ( từ 2700 – 4200 cm2/g) hay cùng một tỷ diện nhưng cấp phối hạt hoàn toàn khác nhau do vậy các tính chất cơ lý, đặc biệt là thời gian đông kết và cường độ xi măng cũng khác nhau đáng kể. Chính vì vậy việc nghiên cứu đánh giá được ảnh hưởng của kích thước cũng như cấp phối hạt tới tính chất của xi măng pooc lăng giúp chúng ta xây dựng quy trình nghiền cũng như tính toán được cấp phối bi đạn hợp lý nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như giảm giá thành sản phẩm.
8 Em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn cùng các thầy cô Bộ môn CNVLSilicat, Khoa Công nghệ hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, và bạn bè đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI. Xi măng Poóc lăng là chất kết dính thủy lực, khi trộn với nước sẽ tạo ra hồ dẻo có tính kết dính và đóng rắn được trong môi trường không khí, môi trường nước. Hồ dẻo trong quá trình đóng rắn sẽ phát triển cường độ.
Xi măng Poóc lăng (XMP) là hỗn hợp phức tạp của nhiều hợp chất khác nhau, đó là sản phẩm nghiền mịn của clinker XM với một lượng thạch cao cần thiết để điều chỉnh thời gian đông kết và có thể có < 1% phụ gia công nghệ (trợ nghiền, kỵ ẩm v.) để cải thiện tính chất của xi măng , tăng sản lượng và hạ giá thành. Clinker XMP là sản phẩm nung đến kết khối hỗn hợp phối liệu có các thành phần cần thiết như: Đá vôi, đất sét và phụ gia điều chỉnh (quặng sắt, boxit v.) hoặc đá vôi, đất sét với các phế liệu của các nghành công nghiệp khác (bùn nhephelin, xỉ lò cao…) để tạo thành khoáng silicat canxi độ bazơ cao. Trong phối liệu thông thường đá vôi chiếm tỷ lệ từ 75-80% Hiện nay trên thị trường có 2 loại xi măng được phổ biến: PC và PCB Trên cơ sở clinker XMP người ta sản xuất ra xi măng poóc lăng hỗn hợp (PCB). Xi măng Poóc lăng hỗn hợp (PCB) là chất kết dính vô cơ bền nước, đó là sản phẩm nghiền mịn của clinker xi măng Poóc lăng với (3÷5%) thạch cao và phụ gia hỗn hợp nhưng không quá 40% ( Trong đó hàm lượng phụ gia lười không quá 20% ).2 Thành phần hóa học của clinker XMP.
Thành phần hóa học của clinker XMPL gồm các oxyt chính: CaO, SiO 2 , Al 2 O3 , Fe 2O 3. Tổng hàm lượng các oxyt trên chiếm ≈ 95 – 97%. Giới hạn hàm lượng các oxyt chính như sau: CaO = 63 – 67% SiO 2 = 21 – 24% Al 2 O3 = 4 – 7% Fe 2 O3 = 2 – 4% 10 Ngoài ra trong clinker còn chứa một hàm lượng nhỏ các oxyt khác (chiếm 3 – 5%): MgO < 5% ; TiO 2 < 0.5% … Những oxyt trong clinker đều ảnh hưởng đến thành phần khoáng clinker và ảnh hưởng đến tính chất sử dụng của XMP. • CaO : Là oxyt quan trọng nhất trong clinker xi măng, tham gia tạo thành tất cả các khoáng chính trong xi măng.
CaO phải kết hợp hoàn toàn với các oxyt khác, không được nằm ở trạng thái tự do (nếu không sẽ gây hiện tượng kém ổn định thể tích của xi măng, phá vỡ cấu kiện xây dựng ). Clinker chứa nhiều CaO tạo thành nhiều khoáng C 3 S làm cho xi măng phát triển cường độ nhanh, mác sẽ cao nhưng xi măng có nhiều CaO trong clinker sẽ tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn, kém bền trong môi trường nước và các môi trường xâm thực khác. • SiO 2 : Là oxyt quan trọng thứ 2, tham gia tạo thành hai khoáng chính là C 3 S và C 2 S. Nếu quá nhiều SiO 2 và CaO vừa đủ thì khoáng C 2 S sẽ tăng lên, xi măng đóng rắn trong những ngày đầu chậm(1, 3, 7 ngày) nhưng thời gian lâu dài nó phát triển cường độ và bảo đảm mác xi măng [1], tỏa nhiệt ít, bền trong môi trường xâm thực (môi trường nước và môi trường sunfat).
• Al 2 O 3 : Al2 O 3 liên kết với CaO và Fe2 O3 tạo khoáng aluminat và aluminoferit canxi, làm cho xi măng đóng rắn nhanh có cường độ ban đầu cao, nhưng clinker nhiều Al 2 O3 sẽ tỏa nhiệt nhiều khi đóng rắn, kém bền trong môi trường xâm thực. Đồng thời nó làm độ nhớt pha lỏng tăng gây cản trở quá trình tạo C 3 S. Mặt khác khi làm lạnh các khoáng aluminat dễ bị phân hủy và tạo thành CaO tự do. • Fe 2 O 3 : Tham gia phản ứng chủ yếu tạo thành alumoferit canxi, làm giảm nhiệt độ tạo pha lỏng của phối liệu, độ nhớt pha lỏng nhỏ dễ tạo khoáng trong clanhke.
Nếu Fe 2O 3 quá lớn xi măng có tỉ trọng cao, cường độ thấp, nhưng bền trong môi trường xâm thực 11 của nước biển và sunfat, tỏa nhiệt ít. Nếu tăng hàm lượng Fe 2 O3 thì dễ bị tạo anô trong lò quay, và dễ bị dính. • MgO : Nó thành phần có hại trong clinker xi măng giống như CaO td , hầu hết nằm ở dạng tự do periclaz, phản ứng chậm với nước. Nhiều MgO sẽ làm cho xi măng không ổn định thể tích khi đóng rắn.
• Oxyt kiềm ( R 2 O ): Tham gia phản ứng tạo khoáng chứa kiềm của C 3 A, C 2S, C 3 S. Nếu clanhke chứa nhiều kiềm làm cho xi măng giảm cường độ, gây kém ổn định thể tích. Thành phần khoáng của clinke XMP. Clinker xi măng poóc lăng không phải là sản phẩm đồng nhất, nó là tập hợp của nhiều khoáng khác nhau, các khoáng chính là: khoáng silicat canxi, khoáng aluminat canxi, khoáng alumoferit canxi, các khoáng trên còn gọi là khoáng Alit, Belit, chất trung gian hay chất đệm, ngoài ra còn một số khoáng khác.
Tổng hàm lượng 4 khoáng chính (C 3 S, C 2 S, C3 A, C 4 AF) chiếm từ 95-98% C 3S, C 2 S nhóm khoáng silicat. C 3A, C 4AF nhóm khoáng nóng chảy. C 3A, C 4AF và pha thủy tinh gọi chung là chất trung gian hay còn gọi là chất đệm.1 Thành phần khoáng của clinker xi măng Tên các khoáng Điều kiện Công thức Kí hiệu Tricanxi silicat (alêt) 3CaO.SiO2 C3S Đicanxi silicat (belít) 2 CaO.SiO2 C2S Tricanxialuminat Al2O3> Fe2O3 3CaO. Al2O3 C3A 12 Têtracanxi alumoferêt Al2O3> Fe2O3 CaO.
Fe2O3 C4AF Alumoferêt canxi Al2O3< Fe2O3 2CaO(Al2O3, Fe2O3) C2(A, F) Aluminát kiềm R2O > SO3 R2O.C8A3 Sulfat kiềm R2O < SO3 R2SO4 Sulfat canxi R2O < SO3 CaSO4 1. + Hàm lượng: 45-70% Đây là khoáng quan trọng nhất của clanhke xi măng, nó là dung dịch rắn của 3CaO.SiO 2 có lẫn 3-4% các oxit khác như: MgO, P 2O 5, P 2 O 3 …. Alit (C3 S) tạo thành ở nhiệt độ > 12500C, C 2 S + C → C3S Phản ứng xảy ra khi có mặt pha lỏng. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 12500C thì C 3S → C 2 S + C td Sự biến đổi này phụ thuộc vào chế độ làm lạnh và sự có mặt các hợp chất hòa tan trong C 3 S.
+ Tính chất của alit trong xi măng: - Đóng góp chủ yếu cường độ cho đá xi măng ( cả cường độ sớm lẫn cường độ muộn). - Thời gian đông kết nhanh, đóng rắn nhanh (sau C 3 A). - Tỏa nhiệt nhiều khi đóng rắn. - Không bền trong môi trường sunfat.Belit (C 2S) + Hàm lượng: 15-35% Belit là dung dịch rắn của 2CaO.SiO 2 (C 2 S) có tan lẫn 1-3% các oxit khác Là khoáng phức tạp nhất, có 4 dạng thù hình: αC 2 S, α’C2 S, βC 2S, γC 2 S.
13 Trong clinker xi m¨ng C 2 S chiÕm kho¶ng (20 – 30%) lµ thµnh phÇn quan träng cña clinker. Cã ®Æc ®iÓm lµ ®«ng kÕt r¾n ch¾c chËm nhng l¹i cho cêng ®é cuèi cïng cao. Belit lµ dung dÞch r¾n cña 2CaO.SiO 2 víi mét lîng nhá c¸c axit kh¸c nh Al2 O3 , Fe 2O3 , Cr 2O3 , C2 S ®îc t¹o thµnh trong clanker tån t¹i ë 4 d¹ng thï h×nh αC 2 S, α’C2 S, βC 2 S, δC 2 S. αC 2 S: BÒn v÷ng ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao tõ (1425-21300C) ë nhiÖt ®é lín h¬n 2130 0C αC 2 S bÞ ch¶y láng khi nhiÖt ®é nhá h¬n 14250C kho¸ng αC 2 S chuyÓn thµnh α’ C 2S.
α’C2 S: BÒn v÷ng ë nhiÖt ®é tõ (8300 C – 14250C) khi nhiÖt ®é nhá h¬n 830 0C, α’C 2 S chuyÓn sang d¹ng βC2 S, cßn khi lµm nguéi chËm th× chuyÓn sang d¹ng αC 2 S. βC2 S: kh«ng bÒn lu«n cã xu híng chuyÓn sang d¹ng αC 2 S ®Æc biÖt lµ ë nhiÖt ®é nhá h¬n 5200 C. Khi βC2 S chuyÓn thµnh αC2 S th× t¨ng thÓ tÝch kho¶ng 10% g©y hiÖn tîng ph©n r· thµnh bét. δC 2 S: HÇu nh kh«ng cã t¸c dông víi níc vµ kh«ng cã tÝnh chÊt kÕt dÝnh, chØ ë ®iÒu kiÖn h¬i níc b·o hoµ, kho¶ng nhiÖt ®é (150 – 200 0C) δC 2 S míi cã kh¶ n¨ng kÕt dÝnh.
Dạng γC 2S là dạng không mong muốn do khả năng đóng rắn kém ( không đóng rắn ở điều kiện thường được mà chỉ đóng rắn ở điều kiện thủy nhiệt). Dạng βC 2S đóng rắn ở điều kiện thường, phát triển cường độ tốt.