Tài liệu Khảo sát ảnh hưởng của đá vôi đến tính chất xi măng và vữa

ĐỀ TÀI: Khảo sát ảnh hưởng của đá vôi đến tính chất xi măng và vữa.

MỤC LỤC


MỤC LỤC
I. MỞ ĐẦU.
II. TỔNG QUAN.
II.1. T́nh h́nh nghiên cứu về phụ gia đá vôi cho xi măng Poóclăng.
II.2. Cơ sở khoa học.
II.2.1. Quá tŕnh hydrat và đóng rắn của xi măng Poóclăng.
II.2.2. Phụ gia và tác động của phụ gia đến quá tŕnh hydrat của xi măng Poóclăng.
II.2.3. Quá tŕnh hydrat và đóng rắn của xi măng Poóclăng khi có phụ gia đá vôi.
II.3. Phạm vi và mục đích của đề tài.
II.3.1. Ảnh hưởng đá vôi đến tính chất của xi măng Poóclăng.
II.3.2. Phạm vi và mục đích của đề tài.
III. THỰC NGHIỆM.
III.1. Nguyên liệu dùng cho nghiên cứu.
III.2. Phương pháp thực nghiệm.
III.2.1. Xác định độ mịn của xi măng.
III.2.2. Xác định lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết.
III.2.3. Xác định độ bền nén của đá xi măng.
III.2.4.Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen.
III.3. Kết quả và thảo luận.
III.3.1. Một số tính chất của xi măng có pha đá vôi.
III.3.2. Độ bền nén đá xi măng.
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.
I. MỞ ĐẦU.

Nền kinh tế phát triển thúc đẩy yêu cầu xây dựng cơ bản cũng như xây dựng dân dụng, do đó nhu cầu về vật liệu xây dựng nói chung và xi măng nói riêng ngày càng tăng.
Thỏa măn nhu cầu của thị trường, Tổng công ty xi măng Việt Nam đó cú cỏc giải pháp như:
+Xây dựng nhà máy mới để tăng sản lượng clinke và làm tăng sản lượng xi măng.
+Pha thêm phụ gia đề tăng sản lượng xi măng nhưng không tăng sản lượng clinke.
+Nhập xi măng .v .v.
Vấn đề xây dựng nhà máy xi măng mới thường đ̣i hỏi chi phí lớn, phải phù hợp với qui hoạch phát triển của nghành và không giải quyết ngay nhu cầu cấp bách lượng xi măng lúc đó. Tuy nhiên, giải pháp này thỏa măn triệt để nhu cầu của thị trường.
Giải pháp thứ ba thỏa măn nhanh chóng nhu cầu của thị trường và nhiều khi phải sử dụng để hạ cơn sốt xi măng.
Pha phụ gia là phương án khá mềm dẻo để đáp ứng nhu cầu của thị trường. Giải pháp này tăng sản lượng xi măng mà không cần tăng sản lượng clinke do đó giảm chi phí sản xuất tăng lợi nhuận. Nhưng vấn đề đặt ra là chọn loại nguyên liệu ǵ, pha với hàm lượng bao nhiêu để vẫn đảm bảo tính chất của xi măng đồng thời tối ưu hóa được lợi nhuận.
Ở Việt Nam, đá vôi đă được sử dụng để làm phụ gia cho xi măng do đây là nguồn nguyên liệu rẻ và có trữ lượng lớn. Nhưng đá vôi được dùng chỉ với vai tṛ là cốt liệu mịn và với hàm lượng thấp. Hơn nữa cơ chế tác động của phụ gia đá vôi đến quá tŕnh hydrat và đóng rắn của xi măng chưa được nghiên cứu đầy đủ.
Xuất phát từ t́nh h́nh đó, được sự giúp đỡ của TS.Tạ Ngọc Dũng và KS.Nguyễn Mạnh Tường tôi đă thực hiện đề tài: Khảo sát ảnh hưởng của đá vôi đến tính chất xi măng và vữa.
II. TỔNG QUAN.

II.1. T́nh h́nh nghiên cứu về phụ gia đá vôi cho xi măng Poúclăng.

Đá vôi đă được biết đến như một loại nguyên liệu để sản xuất chất kết dính nói chung và xi măng nói riêng. Ngoài ra, đá vôi c̣n được sử dụng làm phụ gia cho xi măng.
Trước đây, người ta cho rằng đá vôi chỉ thuần túy là một loại phụ gia đầy, nhưng các nghiên cứu sau này đưa ra kết luận: Đá vôi không chỉ đóng vai tṛ là một loại cốt liệu mịn mà nú cũn tương tác hóa học trong quá tŕnh hydrat của xi măng - [1,8,9,10].
Việc sử dụng đá vôi làm phụ gia cho xi măng đă được tiến hành ở nhiều nơi như: Chơu ơu đó ban hành tiêu chuẩn EN-197, HyLạp công bố các nghiên cứu về vấn đề này - [10] và gần đây E.Sakai và M.Daimon - trong báo cáo về ứng dụng của bột đá vôi - đă chỉ ra cơ chế tương tác của đá vôi đến quá tŕnh hydrart của xi măng Poúclăng - [8,9].
Ở Việt Nam, đá vôi được sử dụng chủ yếu làm nguyên liệu sản xuất chất kết dính và cũng được sử dụng làm phụ gia nhưng với vai tṛ như một loại phụ gia đầy. Như Công ty xi măng Hoàng Thạch sử dụng đá đen - một loại đá vôi ít cacbonat ( khoảng 20% ) - làm phụ gia đầy; Công ty xi măng Nghi Sơn sử dụng đá vôi làm phụ gia với hàm lượng thấp - khoảng 5%. Và chưa có báo cáo khoa học nào đi sâu nghiên cứu về tác động của đá vôi như một phụ gia khoáng hoạt tính.
Hơn nữa, nguồn đá vôi rất phong phú ở Việt Nam. Khi pha phụ gia đá vôi vào trong xi măng làm tăng sản lượng xi măng.
Qua đó cho thấy vấn đề sử dụng đá vôi làm phụ gia cho xi măng cần phải được tiếp tục nghiên cứu trong điều kiện cụ thể ở Việt Nam.
II.2. Cơ sở khoa học.

II.2.1. Quá tŕnh hydrat và đóng rắn của xi măng Poúclăng.

1. Các khái niệm chung.
Xi măng Poúclăng là sản phẩm nghiền mịn của Clanhke ximăng Poolăng với một lượng thạch cao cần thiết để điều chỉnh thời gian đông kết.
Clinke xi măng Poolăng là sản phẩm nung đến kết khối của hỗn hợp phối liệu có đủ thành phần cần thiết để tạo thành khoáng silicatcanxi có độ bazơ cao.
Clinke xi măng là hệ phức tạp và chứa 4 khoỏng chớnh: Alit, Belit, Aluminatcanxi và Alumoferitcanxi.
Theo viện sĩ P.A.Rebinder và các cộng sự của ông V.B.Ratinov, A.F.Polak và A.E.Seikin quá tŕnh hydrat hoá và đóng rắn gây nên bởi sự hoà tan ban đầu và sau đó là sự tách ra khỏi dung dịch quỏ bóo hoà các hợp chất bền nhiệt động trong điều kiện này theo cơ chế kết tinh.

2. Quá tŕnh hydrat hóa của cỏc khoỏng clanhke.
Xét về bản chất hóa học, quá tŕnh hydrat húa cỏc khoỏng clinke đều thuộc hệ phản ứng dị thể Rắn - Lỏng, do đó cơ chế phản ứng có nhiều điểm giống nhau. Quá tŕnh hydrat có thể chia thành các giai đoạn:
(1).Giai đoạn đầu: Hạt rắn ngay lập tức bị hút vào pha lỏng và xảy ra phản ứng theo cơ chế ḥa tan, tạo thành lớp sản phẩm trung gian.
(2). Giai đoạn cảm ứng: Lớp sản phẩm hydrat bao phủ trên bề mặt hạt khoáng và h́nh thành lớp vỏ ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp của hạt khoáng với nước và làm giảm tốc độ phản ứng.
(3). Giai đoạn tăng tốc: Tại lớp sản phẩm , xảy ra quá tŕnh kết tinh và đến thời điểm lớp vỏ bị phá vỡ và các hạt khoáng lại tiếp xúc trực tiếp với nước do đó tốc độ phản ứng tăng nhanh. Sản phẩm hydrat tạo ra không bao phủ bề mặt hạt khoáng mà là nguồn chất nuụi cỏc tinh thể.
(4). Giai đoạn giảm tốc: Khi các tinh thể phát triển đến một giới hạn xác định (đủ lớn) chúng liên kết h́nh thành lớp vỏ mới và làm giảm dần tốc độ phản ứng. Khi đó phản ứng chuyển từ cơ chế ḥa tan sang một cơ chế mới - cơ chế Tụ-pụ. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán qua lớp sản phẩm hydrat.
Tùy theo thành phần hóa của cỏc khoỏng, điều kiện phản ứng mà các sản phẩm hydrat có thành phần và cấu trúc khác nhau
Mặt khác quá tŕnh hydrat hóa của hạt khoáng thực tế phải xét đến kích thước của nó. Nếu hạt khoỏng cú kích thước đủ nhỏ th́ quá tŕnh thủy hóa thậm chí kết thúc ở giai đoạn thứ nhất. Các nghiên cứu [11-13] cho thấy 1 hạt xi măng sau 28 ngày chỉ hydrat với bề dày 4àm và sau một năm là 8àm, v́ vậy có thể thấy rằng với hạt xi măng có kích thước >16àm sẽ không thủy hóa hoàn toàn sau một năm.
Chiều sơu lớp thuỷ hoá và lượng nhiệt toả ra khi hydrat các khoáng xi măng là những yếu tố phản ánh động học hydrat của các khoáng xi măng.

[TABLE=width: 100%, align: center]
[TR]
[TD=colspan: 6]Bảng 2.1: Sự phụ thuộc độ sâu hydrat húa cỏc khoỏng clinke theo thời gian [mm].[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Khoáng[/TD]
[TD]3 ngày[/TD]
[TD]7 ngày[/TD]
[TD]28 ngày[/TD]
[TD]3 tháng[/TD]
[TD]6 tháng[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]C[SUB]3[/SUB]S[/TD]
[TD]3.5[/TD]
[TD]4.7[/TD]
[TD]7.9[/TD]
[TD]14.5[/TD]
[TD]15.0[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]C[SUB]2[/SUB]S[/TD]
[TD]0.6[/TD]
[TD]0.9[/TD]
[TD]1.0[/TD]
[TD]2.6[/TD]
[TD]2.7[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]C[SUB]3[/SUB]A[/TD]
[TD]10.7[/TD]
[TD]10.4[/TD]
[TD]11.2[/TD]
[TD]13.5[/TD]
[TD]14.5[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]C[SUB]3[/SUB]AF[/TD]
[TD]7.7[/TD]
[TD]8.0[/TD]
[TD]8.4[/TD]
[TD]12.2[/TD]
[TD]13.2[/TD]
[/TR]
[/TABLE]



a.Nhúm khoáng silicat.
Khoáng silicat gồm có alit và belit - là các dung dịch rắn trên nền tương ứng của khoáng C[SUB]3[/SUB]S và C[SUB]2[/SUB]S. Xét một cách tổng thể cơ chế phản ứng của cỏc khoỏng silicat có nhiều điểm tương đồng.
Quá tŕnh hydrat của khoáng C[SUB]3[/SUB]S chia thành 5 giai đoạn - như h́nh 2.1.
[TABLE=width: 99%, align: center]
[TR]
[TD=colspan: 2][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD](I). Các phản ứng ban đầu.
(II). Thời kỳ cảm ứng.
(III). Thời kỳ tăng tốc. [/TD]
[TD](IV). Thời kỳ giảm tốc.
(V). Thời kỳ phát triển chậm.[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD=colspan: 2]H́nh 2.1: Mô tả quá tŕnh thủy hóa khoáng C[SUB]3[/SUB]S.[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Thời kỳ (I) là giai đoạn hydrat hoá bề mặt C[SUB]3[/SUB]S, tốc độ của giai đoạn này diễn ra rất nhanh; phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ mịn, lượng tạp chất(Khuyết tật), tỷ lệ N/XM. Giai đoạn này tương ứng với pic tỏa nhiệt mạnh ở ngay mấy phút đầu. Dung dịch ngay lập tức băo ḥa các ion: Ca[SUP]2+[/SUP], Si[SUP]4+[/SUP].
Thời kỳ (II) là giai đoạn h́nh thành lớp sản phẩm gel CSH, lớp này bao phủ bề mặt của hạt C[SUB]3[/SUB]S và làm đ́nh trệ quá tŕnh phản ứng. Đồng thời quá tŕnh phản ứng của C[SUB]3[/SUB]S với nước giải phóng ra Ca(OH)[SUB]2[/SUB] - cũng là tác nhân làm đ́nh trệ quá tŕnh phản ứng. Lớp bao phủ này có cấu trúc vô định h́nh, được h́nh thành và tồn tại trong thời gian ngắn sau đó bị phá huỷ và chuyển sang dạng mới xốp hơn không cản quá tŕnh hydrat hoá nữa, bắt đầu giai đoạn tăng tốc. Theo Taylor -[12]- sự h́nh thành của lớp màng này là một quá tŕnh hoà tan và kết tủa. Các cation Ca[SUP]2+[/SUP] và Si[SUP]4+[/SUP] trên bề mặt C[SUB]3[/SUB]S di chuyển và dung dịch, kết hợp với anion OH[SUP]-[/SUP] phơn ly từ nước tạo thành C-S-H và CH vô định h́nh. Cấu trúc của lớp này không ngừng biến đổi theo thời gian, cũn CH kết tinh đạt đến một kích thước xác định và tới thời điểm nào đó, lớp màng này không cũn tác dụng ngăn cản sự di chuyển của các ion.
Thời kỳ (III) thấy gia tăng sự toả nhiệt rất mạnh đồng thời với sự gia tăng lớn nồng độ Ca[SUP]2+[/SUP] trong dung dịch, đây là bằng chứng về khả năng hoà tan của C[SUB]3[/SUB]S - Cơ chế phản ứng hoà tan. Khi dung dịch đạt trạng thái băo hoà Ca[SUP]2+[/SUP] và OH[SUP]-[/SUP] làm cho Ca(OH)[SUB]2[/SUB]kết tủa nhiều và làm tăng trở lực khuếch tán của Ca[SUP]2+[/SUP] và Si[SUP]4+[/SUP] từ hạt C[SUB]3[/SUB]S ra ngoài do lớp sản phẩm được bồi đắp dày nờn trờn bề mặt hạt khoáng. Tốc độ quá tŕnh hydrat giảm dần và bắt đầu giai đoạn giảm tốc.
Thời kỳ (IV) tương ứng với giai đoạn tốc độ toả nhiệt giảm. Đối với các hạt C[SUB]3[/SUB]S nhỏ, quá tŕnh hydrat hoá có thể kết thúc trước khi bắt đầu giai đoạn giảm tốc theo cơ chế hoà tan. Với các hạt C[SUB]3[/SUB]S lớn, phần c̣n lại của lượng chưa phản ứng được thay thế dần dần bởi C-S-H hướngdần vào bên trong. Điều này cho thấy rằng ở thời kỳ (IV), song song với việc giảm dần cường độ phản ứng theo cơ chế hoà tan thỡ cú một cơ chế phản ứng khác được h́nh thành - Người ta gọi cơ chế phản ứng này là cơ chế Tụ-pụ. Cỏc phần tử tham gia phản ứng không đi vào dung dịch mà sẽ dịch chuyển và kết hợp với nhau trong ḷng hạt C[SUB]3[/SUB]S để h́nh thành sản phẩm hydrat. Quá tŕnh này phụ thuộc vào khả năng sắp xếp lại cấu trúc của sản phẩm phản ứng bên ngoài. Cường độ phản ứng theo cơ chế Tụ-pụ thấp hơn nhiều theo cơ chế hoà tan, điều này thể hiện qua mức toả nhiệt thấp hơn.
Thời kỳ (V) các phần C[SUB]3[/SUB]S tiếp tục phản ứng theo cơ chế Tụ-pụ và h́nh thành các sản phẩm hydrat. Quá tŕnh này sẽ chậm dần và có thể dừng hẳn sau 1 năm.
Quá tŕnh hydrat húa khoỏng C[SUB]3[/SUB]S là sự tổ hợp các phản ứng của vô số các hạt khoỏng riờng - cú kích thước khác nhau - trong một môi trường thủy hóa chung - luụn cú sự thay đổi nồng độ của các ion.