Lời mở đầu 1. Lý do chọn đề tài Từ lâu, bê tông và xi măng là loại vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến và nhiều nhất trong các công trình xây dựng trên toàn cầu. Thông thường, bê tông được sản xuất bằng cách sử dụng xi măng Portland (OPC) làm chất kết dính. Nhằm đáp ứng sự phát triển và hoàn thiện cơ sở vật chất hạ tầng cho đời sống con người, nhu cầu sử dụng xi măng nói chung và xi măng OPC nói riêng trên thế giới ngày càng tăng.
Dự báo sản lượng xi măng thế giới đến 2050 - CEMBUREAU Để đưa xi măng Việt Nam trở thành một ngành công nghiệp mạnh, có công nghệ hiện đại, đủ sức cạnh tranh trên thị trường trong nước và quốc tế trong tiến trình hội nhập, sản phẩm không những phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật mà còn đảm bảo hiệu quả kinh tế. Trước tình hình này, xi măng Portland hỗn hợp là một trong số các chủng loại xi măng ra đời đáp ứng yêu cầu đó của thị trường. Do có khả năng thay thế một phần clinker bởi các phụ gia khoáng có thành phần hoạt tính như SiO2ht, Al2O3ht, Al2O3.2SiO2,… tham gia phản ứng với các sản phẩm thủy hóa của xi măng portland tạo ra gel CSH giúp cải thiện một số tính chất như độ bền nước và muối khoáng, nhiệt thủy hóa so với xi măng Portland thường. Hơn nữa, 1 trong những năm gần đây tiêu chí bảo vệ môi trường ngày càng được chú trọng nên việc sản xuất xi măng portland hỗn hợp luôn được quan tâm và sản lượng không ngừng tăng lên.
Lúa gạo là một loại lương thực quan trọng đối với nửa dân số thế giới, tuy diện tích trồng có biến động nhưng sản lượng luôn có xu hướng tăng trên phạm vi toàn cầu. Việt Nam là nước đứng thứ 5 thế giới về sản lượng, trong đó vùng đồng bằng sông Cửu Long chiếm 56% sản lượng lúa gạo cả nước. Sản lượng và diện tích trồng lúa thế giới 2006 - 2015 Theo số liệu thống kê cứ xay 1000kg lúa gạo thì khoảng 200kg vỏ trấu (20%) được tạo thành, và khi đốt trấu sinh ra 50kg (25%) tro. Như vậy bình quân hàng năm thế giới tạo ra khoảng 150 triệu tấn vỏ trấu, và lượng trấu của Việt Nam khoảng 8,94 triệu tấn (tương ứng 2,23 triệu tấn tro) chiếm khoảng 5,96% lượng trấu thế giới.
Hiện nay lượng trấu này vẫn chưa được tận dụng một cách hợp lý, một phần nhỏ vỏ trấu được đốt (làm nhiên liệu hoặc lấy tro bón phân) còn phần lớn đổ thẳng ra hệ thống kênh mương gây ô nhiễm môi trường. Vì thế cần tìm giải pháp xử lý hiệu quả vỏ trấu là một việc hết sức cấp bách và cần thiết. Từ yêu cầu thực tiễn này tôi chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của tro trấu tới một số tính chất của Xi măng FICO”. Đối tƣợng nghiên cứu : Đối tượng nghiên cứu là tro trấu lấy từ nhà máy sản xuất thực phẩm Cầu Tre tại TP.
Hồ Chí Minh (Tro trấu Cầu tre), clinker pooclang nhà máy xi măng FiCO Tây Ninh, và thạch cao Thái Lan. Từ đó nghiên cứu : - Ảnh hưởng độ mịn của RHA đến hoạt tính puzolan của nó. - Ảnh hưởng của hàm lượng RHA thay thế đến tính chất xi măng - Ảnh hưởng của quá trình xử lí nhiệt (nung lại) RHA đến hoạt tính puzolan của RHA Cầu Tre 3. Phạm vi nghiên cứu : Phạm vi nghiên cứu trên quy mô phòng thí nghiệm tại nhà máy xi măng FiCO Tây Ninh.
Sử dụng phương pháp nghiền riêng, nghiền clinker và thạch cao thành xi măng nền OPC, sau đó nghiền RHA đến độ mịn tối ưu rồi trộn theo tỷ lệ để được các mẫu xi măng PCB dùng cho nghiên cứu 4. Mục tiêu nghiên cứu : • Nghiên cứu độ hoạt tính puzolane của RHA • Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng RHA đến các tính chất cơ lý mẫu xi măng FICO có chứa RHA • Xác định tỷ lệ tối ưu cấp phối RHA trong sản xuất xi măng FICO • Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cacbon trong tro trấu đến các tính chất cơ lý của xi măng chứa tro trấu 5. Phƣơng pháp nghiên cứu : – Xác định thành phần hạt tro trấu: Tán xạ laser và phương pháp BET – Xác định độ hoạt tính : TCVN6882:2001 – Xác định độ hoạt tính bằng phương pháp đo độ dẫn điện – Xác định thành phần hóa các loại nguyên liệu : TCVN141:2008 – Phân tích quá trình thủy hóa : Phương pháp XRD-Rietveld – Xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết : TCVN 6017:2015 – Xác định Cường độ bền nén theo TCVN 6016:2011 3 Chƣơng 1 – Tổng quan 1. Khái niệm về Xi măng Xi măng portland là chất kết dính thủy lực ở dạng bột mịn, khi trộn với nước thành dạng hồ dẻo, có tính kết dính, có khả năng đóng rắn trong môi trường không khí và trong nước.
Xi măng trên nền clinker xi măng portland được chế tạo bằng cách nung đến “kết khối” hỗn hợp phối liệu đã được nghiền mịn và đồng nhất gồm: thành phần chính là đá vôi, đất sét và một vài phụ gia điều chỉnh khác) tạo thành clinker. Sau đó clinker tiếp tục được nghiền mịn với hàm lượng nhỏ thạch cao cùng với phụ gia khoáng (có hoặc không) tạo thành các loại xi măng khác nhau, ký hiệu như sau: Bảng 1. Tên gọi và ký hiệu quy ước đối với các loại xi măng portland [1] Tên loại ximăng Portland Ký hiệu quy ƣớc 1\ Xi măng portland không có phụ gia khoáng a\ Xi măng portland PC b\ Xi măng portland bền sulfate PCSR c\ Xi măng giếng khoan dầu khí PCOW d\ Xi măng portland ít tỏa nhiệt PCLH e\ Xi măng portland trắng PCW 2\ Xi măng portland có phụ gia khoáng a\ Xi măng portland hỗn hợp PCB b\ Xi măng portland hỗn hợp bền sulfate PCBSR c\ Xi măng portland hỗn hợp ít tỏa nhiệt PCBLH d\ Xi măng portland puzolan PCBPZ e\ Xi măng portland xỉ lò cao PCBBFS f\ Xi măng portland tro bay PCBFA g\ Xi măng portland hỗn hợp trắng PCBW h\ Xi măng portland đá vôi PCBLS i\ Xi măng xây trát PCBM 4 1. Clinker xi măng portland 1.1 Thành phần hóa : Thành phần hóa học của clinker gồm có 4 oxyt chính CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 chiếm 95 - 97%.
Giới hạn hàm lượng các oxyt chính: CaO = 63 - 67% SiO2 = 21 - 24% Al2O3 = 4 - 8% Fe2O3 = 2 - 4% Ngoài ra trong clinker còn chứa một hàm lượng nhỏ các oxyt khác: MgO < 5%; TiO2 < 0.2 Thành phần khoáng : Clinker xi măng Portland không phải là sản phẩm đồng nhất, nó là tập hợp của nhiều khoáng khác nhau. Các khoáng C3S, C2S, C3A, C4AF chính xác chỉ tồn tại trong pha tinh khiết, nó không tồn tại trong clinker công nghiệp, những khoáng này thường tạo thành dung dịch rắn với các oxyt khác. Hình ảnh chụp vi cấu trúc các khoáng trong clinker Khoáng C3S (3CaO.SiO2) - Tên gọi: tricanxi silicat hay alit - Thực tế là một dung dịch rắn gồm C3S và một lượng nhỏ MgO, Al2O3, P2O5, Cr2O5. - Công thức thực tế: C54S16AM (54CaO.MgO) 5 - Hàm lượng trong clinker chiếm 45 - 65%.
- Tính chất: + Cho mác cao, Đóng rắn nhanh, toả nhiệt lớn + Không bền trong môi trường nước, sulfate Khoáng C2S (2CaO.SiO2) - Tên gọi: dicanxi silicat hay belit - Thực tế là một dung dịch rắn trong đó C2S lớn nhất, ngoài ra còn có Cr2O3, Al2O3, Fe2O3… với hàm lượng nhỏ khoảng 1 - 3%. - Hàm lượng trong clinker chiếm 20 - 30%. - Tính chất: + Cho mác thấp hơn C3S + Đóng rắn tương đối chậm, toả nhiệt nhỏ hơn C3S + Tương đối bền trong môi trường nước, sunfat Chất trung gian (chất đệm) Chất trung gian nằm giữa các tinh thể alit và belit, thành phần của nó chủ yếu được tạo thành từ các khoángtricanxiumaluminat C3A, alumoferitcanxi C2ApF1-pvà pha thủy tinh clinker. Khoáng C3A (3CaO.Al2O3) - Tên gọi: tricanxi aluminat - Hàm lượng chiếm 5 - 15%, thực tế trong clinker thường< 10%.
- Tính chất: + Đóng rắn nhanh, Lượng nhiệt toả ra lớn hơn C2S + Cho mác cao hơn C2S + Không bền trong môi trường nước, sunfat Khoáng C4AF (4CaO.Fe2O3) - Tên gọi: alumoferitcanxi - Hàm lượng: 5 – 15%. - Tính chất: 6 + Là khoáng nặng nhất trong 4 khoáng + Đóng rắn chậm hơn C2S, Tỏa nhiệt ít hơn C2S + Cho mác thấp nhất , Bền trong môi trường nước, sunfat Thủy tinh clinker Là chất trung gian trong clinker Portland được tạo thành do quá trình làm lạnh pha lỏng trong clinker. Hàm lượng pha thủy tinh clinker phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ làm lạnh, nó chứa một lượng lớn Al2O3, Fe2O3, ngoài ra còn lượng nhỏ CaO, MgO. Tuy nhiên những nghiên cứu gần đây cho thấy pha nóng chảy không chuyển thành pha thủy tinh mà là các vi tinh thể, do pha nóng chảy của clinker chỉ chứa một hàm lượng nhỏ SiO2 và lại có mặt Fe2O3 nên nó dễ dàng kết tinh thành tinh thể.
CaO tự do Trong clinker chỉ cho phép khoảng 0,5 - 1%, nếu hàm lượng cao hơn sẽ ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Vôi tự do tạo thành là do quá trình nung khi đó nó không liên kết hoàn toàn với các oxyt khác, hoặc là do trong quá trình làm lạnh có sự phân hủy một phần của khoáng C3S hay C3A. MgO Nên khống chế hàm lượng MgO < 5%, vì có thể tồn tại ở dạng tinh thể periklaz (hàm lượng và kích thước phụ thuộc rất lớn vào tốc độ làm lạnh của clinker). Periklaz hydrat rất chậm (chậm hơn cả CaO tự do) trong quá trình đóng rắn của xi măng dễ gây giản nở thể tích dẫn đến phá hủy cấu trúc đá xi măng.
Phụ gia khoáng 1. Phụ gia khoáng cho xi măng và chất lượng của chúng Vật liệu vô cơ thiên nhiên hoặc nhân tạo pha vào xi măng ở dạng nghiền mịn để đạt được chỉ tiêu chất lượng yêu cầu và không gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng, bê tông và cốt thép [2]. Phụ gia khoáng được chia làm hai loại: phụ gia đầy và phụ gia khoáng hoạt tính. Sự khác nhau cơ bản của hai loại phụ gia này chính là chỉ số hoạt tính: tỷ số 7 mác (Rnén) của mẫu xi măng pha phụ gia với mác (Rnén) của mẫu xi măng không pha phụ gia [xi măng PC: (95% - 97%) clinker + (3% - 5%) thạch cao thiên nhiên].
Hiện nay đánh giá chất lượng phụ gia thường thiên về sử dụng chỉ số hoạt tính, vì đánh giá chất lượng phụ gia theo độ hút vôi, mức độ chính xác thấp hơn. Lý do khả năng hút vôi của phụ gia có hai phần: phần hấp thụ vật lý thuần túy vào mao quản, lỗ rỗng của các hạt phụ gia và phần phản ứng hóa học.
