Khả năng chịu nhiệt của xi măng trộn xỉ: Nghiên cứu tại HCMUTE

• Tác giả: Phạm Văn Vinh
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Duy Hạnh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng chịu nhiệt của xi măng trộn xỉ
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Xi măng Portland
• 1.1.1. Khái niệm Xi măng Portland
• 1.1.2. Thành phần khoáng của xi măng Portland
• 1.1.3. Thành phần hóa của xi măng Portland
• 1.1.4. Quá trình phản ứng hydrat hóa của các khoáng chính trong xi măng
• 1.1.4.1. Sự hydrat hóa khoáng Alite (C3S)
• 1.1.4.2. Sự hydrat hóa khoáng Belite (C2S)
• 1.1.4.3. Sự hydrat hóa của C3A (canxi aluminat)
• 1.1.4.4. Sự hydrat hóa của C4AF
• 1.1.4.5. Sự đóng rắn và hình thành cường độ của đá xi măng
• 1.1.4.6. Cấu trúc đá xi măng
• 1.1.4.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến hydrat hóa và cường độ của đá xi măng
• 1.2. Xỉ và phụ gia khoáng cho xi măng Portland
• 1.2.1. Giới thiệu phụ gia khoáng cho xi măng
• 1.2.2. Xỉ hạt lò cao
• 1.2.2.1. Giới về xỉ lò cao
• 1.2.2.2. Hoạt tính thuỷ lực của xỉ lò cao
• 1.2.2.3. Tính bền hoá, tính chịu xâm thực và phản ứng kiềm cốt liệu
• 1.2.2.4. Xỉ hạt lò cao nghiền mịn làm phụ gia cho xi măng
• 1.2.3. Một số loại phụ gia khoáng khác cho xi măng
• 1.3. Đá xi măng dưới tác dụng của nhiệt độ cao
• 1.3.1. Điều kiện ảnh hưởng đến tính chất của đá xi măng khi tiếp xúc với nhiệt độ cao
• 1.3.2. Các biến đổi vật lý, hóa học trong đá xi măng khi tiếp xúc nhiệt độ cao
• 1.3.3. Cường độ nén của đá xi măng sau khi tiếp xúc nhiệt độ cao
• 1.4. Những công trình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.4.1. Những công trình nghiên cứu trong nước
• 1.4.2. Những công trình nghiên cứu ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Sơ đồ thực nghiệm cơ bản
• 2.2. Tóm tắt thí nghiệm
• 2.2.1. Cấp phối mẫu thử nghiệm
• 2.2.2. Tóm tắt tiến trình thí nghiệm
• 2.3. Các phương pháp nghiên cứu và phân tích
• 2.3.1. Các tiêu chuẩn sử dụng trong phân tích các chỉ tiêu cơ lý – hóa
• 2.3.2. Xác định thành phần hóa bằng phương pháp XRF
• 2.3.3. Phân tích thành phần khoáng bằng phương pháp XRD
• 2.3.4. Phân tích cấu trúc đá xi măng bằng kính hiển vi điện tử quét SEM
• 2.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt TGA, DSC
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả các chỉ tiêu cơ lý của nguyên liệu
• 3.1.1. Kết quả chỉ tiêu cơ lý – hóa của xi măng OPC
• 3.1.2. Kết quả chỉ tiêu cơ lý - hóa của xỉ
• 3.1.3. Kết quả thí nghiệm cát nguyên liệu
• 3.2. Kết quả chỉ tiêu cơ lý của xi măng trộn xỉ
• 3.2.1. Kiểm tra độ mịn bằng phương pháp sàng, theo TCVN 4030:2003
• 3.2.2. Xác định độ dẻo tiêu chuẩn, theo TCVN 6017:1995
• 3.2.3. Xác định thời gian đông kết của vữa xi măng trộn xỉ, theo TCVN 6017:1995
• 3.2.4. Xác định độ ổn định thể tích bằng phương pháp Le Chatelier, theo TCVN 6017:1995
• 3.2.5. Xác định cường độ đá xi măng trộn xỉ, theo TCVN 6016:2011
• 3.3. Kết quả cường độ mẫu đá xi măng trước và sau khi xử lý nhiệt
• 3.4. Phân tích thành phần khoáng của đá xi măng M0 và M4
• 3.5. Phân tích cấu trúc bề mặt của mẫu M0 và M4 bằng phương pháp SEM
• 3.6. Phân tích nhiệt đồng thời TGA + DSC
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về xi măng và xỉ lò cao

Xi măng là một trong những vật liệu xây dựng quan trọng nhất hiện nay. Đặc biệt, xi măng trộn xỉ đang được nghiên cứu để cải thiện khả năng chịu nhiệt. Xỉ lò cao, một sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất thép, có thành phần hóa học tương tự như xi măng, bao gồm các oxit như SiO2, Al2O3, và CaO. Việc sử dụng xỉ lò cao không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn cải thiện tính chất của xi măng. Nghiên cứu cho thấy rằng xi măng chịu nhiệt có thể được sản xuất bằng cách thay thế một phần xi măng bằng xỉ, từ đó nâng cao khả năng chống cháy cho các công trình xây dựng. Theo các nghiên cứu trước đây, khả năng chịu nhiệt của xi măng trộn xỉ có thể cao hơn so với xi măng thông thường, điều này rất quan trọng trong bối cảnh các công trình xây dựng ngày càng phải đối mặt với nguy cơ cháy nổ.

1.1. Tính chất của xi măng và xỉ

Xi măng Portland là loại xi măng phổ biến nhất, có khả năng hydrat hóa tốt và tạo ra cường độ cao. Tính chất xi măng được xác định bởi thành phần khoáng và quá trình hydrat hóa. Xỉ lò cao, khi được nghiền mịn, có thể cải thiện tính chất cơ lý của xi măng, đặc biệt là khả năng chịu nhiệt. Nghiên cứu cho thấy rằng việc thêm xỉ vào xi măng có thể làm giảm sự suy giảm cường độ khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Điều này có thể giúp bảo vệ các công trình xây dựng trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn, giảm thiệt hại về người và tài sản.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn để đánh giá khả năng chịu nhiệt của xi măng trộn xỉ. Các mẫu xi măng được chuẩn bị với các tỷ lệ xỉ thay thế khác nhau (10%, 20%, 30%, 40%) và được kiểm tra cường độ nén sau khi xử lý nhiệt ở các mức 200, 400 và 600 độ C. Phân tích cấu trúc bề mặt của mẫu được thực hiện bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích nhiệt đồng thời (TGA/DSC) để đánh giá sự thay đổi về thành phần khoáng và cấu trúc khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Các tiêu chuẩn Việt Nam được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả thí nghiệm.

2.1. Thiết kế thí nghiệm

Mẫu xi măng được chuẩn bị theo tỷ lệ xỉ thay thế khác nhau, với tỷ lệ nước trên chất kết dính là 0,822. Các mẫu được bảo dưỡng trong 28 và 45 ngày trước khi tiến hành xử lý nhiệt. Kết quả cường độ nén được ghi nhận và phân tích để đánh giá ảnh hưởng của xỉ đến khả năng chịu nhiệt của xi măng. Phân tích cấu trúc bề mặt giúp hiểu rõ hơn về sự thay đổi trong cấu trúc vi mô của xi măng khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, từ đó đưa ra những nhận định về khả năng chịu nhiệt của các mẫu xi măng trộn xỉ.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng các mẫu xi măng trộn xỉ với hàm lượng xỉ 30% và 40% có khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với các mẫu khác. Cường độ nén của các mẫu này giảm ít hơn khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, cho thấy xi măng trộn xỉ có thể là một giải pháp hiệu quả cho các công trình xây dựng cần khả năng chống cháy. Phân tích SEM cho thấy cấu trúc bề mặt của mẫu xi măng trộn xỉ vẫn giữ được tính ổn định tốt hơn so với mẫu xi măng không có xỉ. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng xỉ lò cao không chỉ cải thiện khả năng chịu nhiệt mà còn giúp duy trì tính chất cơ lý của xi măng trong điều kiện khắc nghiệt.

3.1. Đánh giá khả năng chịu nhiệt

Khả năng chịu nhiệt của xi măng trộn xỉ được đánh giá thông qua cường độ nén sau khi xử lý nhiệt. Kết quả cho thấy rằng mẫu xi măng trộn xỉ với 40% xỉ có cường độ nén cao nhất sau khi tiếp xúc với nhiệt độ 600 độ C. Điều này cho thấy rằng xi măng chịu nhiệt có thể được sản xuất bằng cách sử dụng xỉ lò cao, từ đó mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp xây dựng trong việc phát triển các vật liệu xây dựng an toàn hơn. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc ứng dụng xỉ lò cao vào sản xuất xi măng, góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí.