giới thiệu về xi măng

Khái niệm – Sản Xuất Thành Phần Hóa Học – Thí nghiệm Cơ Lý và Ứng Dụng (Theo ASTM và AASHTO) Xi măng Portland là chất kết dính vô cơ rắn trong nước Được phát minh vào năm 1824 bởi Joseph Aspdin Được đặt tên Portland tên vì nó giống như một loại đá vôi khai thác từ một hòn đảo nhỏ ở Nam nước Anh tên là Portland

Khái niệm – Sản Xuất - Thành Phần Hóa Học –

Thí nghiệm Cơ Lý và Ứng Dụng

(Theo ASTM và AASHTO)

GVHD : TS Nguyễn Văn Chánh SVTH : Phan Châu Vinh

MSHV : 91001012

I.Khái niệm cơ bản về xi măng

 Xi măng Portland là chất

kết dính vô cơ rắn trong

nước

 Được phát minh vào năm

1824 bởi Joseph Aspdin

 Được đặt tên Portland tên

Xi măng Portland

Vật liệu sử dụng trong sản xuất xi măng portland phải có tỷ lệ thích hợp của CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 và Fe 2 O 3

63 ÷ 66% 21 ÷ 24% 4 ÷ 8% 2 ÷ 4%

Các loại nguyên liệu thông thường để sản xuất xi măng

Đá vôi Đất sét Đất sét Đất sét

Đá phiến sét Đá phiến sét Đá phiến sét Quặng sắt

Đá bùn giàu vôi Đá bùn giàu vôi Quặng thải Xỉ thép nhà máy

II.Sản xuất xi măng

 Xi măng được sản xuất bằng phương pháp nung hỗn hợp đá vôi và đất sét theo 1 tỷ lệ hợp lý đến nhiệt độ nóng chảy tạo thành Clinke->nghiền với 3-5% thạch cao -> Xi măng

 Nguyên liệu để sx xi măng Portland phải có :

 CaCO3 từ 75÷85%

 SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 … khoảng 22÷25%

Trong tự nhiên các loại đá có sẵn có thành phần như trên rất hiếm->phối liệu

 Trong quá trình sản xuất, việc phân tích hóa học

của tất cả các nguyên liệu phải được thường

xuyên tiến hành để đảm bảo chất lượng cao và

đồng nhất của xi-măng

Nguyên liệu thô được khai thác -> Máy nghiền chính 125

mm -> Máy nghiền thứ cấp 20 mm -> bồn chứa riêng

theo từng loại

Không có một nhà máy SX xi-măng điển hình, mỗi nhà máy đều có những khác nhau về bố trí, thiết bị,hay

ngoại cảnh…

Nung hỗn hợp nguyên liệu thô đã trộn -> Clinke

Lò quay tạo clinke Bên trong lò quay

Xi măng Portland

-Thạch cao được bổ sung nhằm điều chỉnh thời gian ninh kết

của xi-măng , tính co ngót và tăng cường độ

-Clinker được nghiền mịn đến mức các hạt đều lọt qua mức

sàn No.325 (45 micromet)

Sản xuất xi măng theo phương pháp khô được

sử dụng rộng rãi do sự cải tiến của các thiết bị nghiền, thiết bị trộn cũng như các thiết bị lọc, gom bụi và đặc biệt là ưu điểm tiết kiệm năng lượng của phương pháp này so với phương pháp ướt hay phương pháp hổn hợp (phương pháp khử nước của bùn bằng thiết bị đặc biệt)

Quá trình hình thành Clinke từ nguyên liệu thô

III Thành phần và phản ứng hóa học của xi-măng Portland

Phản ứng hydrat hóa của hợp chất xi-măng Portland

2 (3CaO•SiO2)

Tricalcium silicate

+ 11 H2O Nước

= 3CaO•2SiO2•8H2O Calcium silicate hydrate (C-S-H)

+ 3 (CaO•H2O) Calcium hydroxide

2 (2CaO•SiO2)

Dicalcium silicate

+ 9 H2O Nước

= 3CaO•2SiO2•8H2O Calcium silicate hydrate (C-S-H)

+ CaO•H2O Calcium hydroxide

3CaO•Al2O3

Tricalcium

aluminate

+ 3 (CaO•SO3•2H2O) Thạch cao

+ 26 H2O Nước

= 6CaO•Al2O3•3SO3•32H2O Ettringite

2 (3CaO•Al2O3)

Tricalcium

aluminate

+ 6CaO•Al2O3•3SO3•32

H2O Ettringite

+ 4 H2O Nước

= 3 (4CaO•Al2O3•SO3•12H2O) Calcium

+ 12 H2O Nước

= 4CaO•Al2O3•13H2O Tetracalcium aluminate hydrate

4CaO• Al2O3•Fe2O3

Tetracalcium

aluminoferrite

+ 10 H2O Nước

+ 2 (CaO•H2O) Calcium hydroxide

= 6CaO•Al2O3•Fe2O3•12H2O Calcium aluminoferrite hydrate

Bảng này chỉ minh họa các phép biến đổi chính không đề cập đến các biến đổi phụ

Các sản phẩm Hydrat hóa

Các tinh thể được chụp bằng kính hiển vi điện tử:

Hydrat dicalcium

silicat

Bản chất sợi của các Hydrat silicat , các mảnh vỡ của tinh

thể calcium hydroxit góc cạnh cũng có mặt trong hình chụp Xi măng Portland thường đã hydrat hóa

Sự phối hợp giữa các sợi tinh thể và độ dính bám của các

hạt hydrat hóa làm nhiệm vụ phát triển cường độ của hồ xi măng

Hydrat tricalcium

silicat

Xi măng Portland thường

đã hy drat hóa

Phụ thuộc vào thời gian hydrat hoát và thành phần của

xi măng Portland mà có được những hinh ảnh của hồ xi măng đã hy drat hóa khác nhau

Hình trên là điển hình của một hồ xi măng đã hydrat hóa

gồm C-S-H, Ca(OH)2 và ettringite

Tinh thể Calcium hydroxide

Hình ảnh các tinh thể trong xi-măng đã hydrat

hóa qua kính hiển vi điện tử

Tinh thể C-S-H hình thành

sau 2 tuần Hydrat hóa của

C3S

Sự hình thành của C-S-H và Ca(OH)2 bên cạnh nhau

Hình ảnh các tinh thể trong xi-măng đã hydrat

hóa qua kính hiển vi điện tử

Hình ảnh hồ xi măng đóng rắn qua

kính hiển vi điện tử

Hình ảnh phóng đại 500 lần Hình ảnh phóng đại 1000 lần

Hàm lượng tương đối của các hợp chất quan trọng trong cấu trúc của bột nhão xi măng Portland đang hydrat hóa như là

một hàm của thời

gian

Hàm của mức độ Hydrat hóa tính toản bởi một

mô hình máy tính

Đường cong

“Chung” là hỗn hợp của 55% C3S , 18% C2S, 10% C3A, và 8% C4AF , tương đương với Loại I

Phản ứng của các thành phần xi măng

Hàm lượng nước không bay hơi

Thành phần xi

măng hydrat hóa

Hàm lượng nước không bay hơi (g) nước/ (g) thành phần xi măng

Khi hoàn thành quá trình Hydrat hóa,chỉ khoảng 40% nước (tỉ

lệ nước / xi măng là 0.4) là cần thiết Nếu tỉ lệ nước/xi măng

> 0.40, nước thừa sẽ tồn tại trong lỗ rỗng hoặc bốc hơi, nếu tỉ

lệ nước/xi măng <0.40, xi măng sẽ không hydrat hóa hết

Để tính toán phần trăm hydrat hóa , hàm lượng nước không bốc hơi được sử dụng

IV Các thí nghiệmcơ lý

của xi-măng

Các tiêu chuẩn về xi măng đặt ra các giới hạn cả về tính

chất cơ lý lẫn thành phần hóa học, chúng giới hạn thuộc tính của xi măng tuân theo loại xi măng

Tiêu chuẩn ASTM C183 (AASHTO 127) quy định về việc

lấy mẫu xi măng

Trong suốt quá trình sản xuất, xi măng liên tục được

theo dõi về thành phần hóa học và những tính chất cơ lý được trình bày trong bản sau

Tt Tính chất Tiêu chuẩn thử nghiệm

ASTM C 230 hoặc AASHTO M 152 và ASTM C 1437

ASTM C 266 hoặc AASHTO T 154

ASTM C 359 hoặc AASHTO T 185

Các tính chất cơ lý của xi măng

Các loại Xi-măng Portland (theo ASTM và AASHTO) :

 Nhiều loại xi-măng Portland khác nhau được sản xuất để phù

hợp với những yêu cầu về tính chất cơ lý và hóa học theo

những nhu cầu cụ thể

 Xi-măng Portland được sản xuất tuân theo các tiêu chuẩn

sau: ASTM C 150, AASHTO M 85 hoặc ASTM C 1157

V.Các loại xi măng và ứng dụng :

Gồm các loại như sau :

1 Loại I (Type I) Thường

2 Loại IA (Type IA) Thường, tạo bọt khí

3 Loại II (Type II) Bền sun-phát trung bình

4 Loại IIA (Type IIA) Bền sun-phát trung bình, tạo bọt khí

5 Loại III (Type III) Hình thành cường độ sớm

6 Loại IIIA (Type IIIA) Hình thành cường độ sớm, tạo bọt

khí

7 Loại IV (Type IV) Tạo ít nhiệt khi hy-drat hóa

8 Loại V (Type V) Bền sun-phat cao

V.A Phân loại xi-măng Portland

(ASTM C 150)

 Xi măng hỗn hợp rắn trong nước (theo ASTM C 595 (AASHTO M 240), hoặc ASTM C 1157

 Và các loại xi măng đặc biệt khác…

V.B Xi măng hỗn hợp (ASTM C 595, AASHTO M240 và ASTM C 1157)

• Tiêu chuẩn ASTM C 1157 cho phép sử

dụng và tối ưu hóa của tất cả các nguyên liệu này, đồng thời nếu cần thiết, để tạo ra

xi măng có tính chất tối ưu

Xi măng hỗn hợp rắn trong nước (theo ASTM C 595, AASHTO M 240)

Gồm các loại sau:

1 Loại IS Xi măng Portland xỉ lò cao

2 Loại IP Xi măng Portland pozzoland

3 Loại P Xi măng Portland pozzoland (không cần

Gồm 6 loại sau:

1 Loại GU Sử dụng thông thường

2 Loại HE Tạo cường độ sớm

3 Loại MS Bền sun-phát trung bình

4 Loại HS Bền sun-phát cao

5 Loại MH Tỏa nhiệt hydrat hóa trung bình

6 Loại LH Tỏa nhiệt hydrat hóa thấp

ASTM C 1157 quy định thuộc tính hoạt động của xi măng rắn trong nước, theo đó tất cả các loại xi măng Portland và

xi măng trộn đều là xi măng rắn trong nước

ASTM C 1157 ưu tiên xi măng đạt được yêu cầu thử

nghiệm về cơ lý hơn là giới hạn thành phần hóa học như các tiêu chuẩn khác

Xi măng rắn trong nước (theo ASTM C 1157)

Tiêu chuẩn xi

măng

Ứng dụng của các loại xi măng

Sử dụng thông thườn g

Tỏa nhiệt hydrat hóa trung bình

Tạo cườn

g độ sớm

Tỏa nhiệt hydrat hóa thấp

Bền phat trung bình

sun-Bền sun- phat cao

Khả năng chống phản ứng kiềm-silic (ASR)

S, P

IS(MH) IP(MH) I(PM)(MH) I(SM)(MH)

P(LH)

IS(MS) IP(MS) P(MS) I(PM)(MS) I(SM)(MS)

Tùy chọn kiềm thấp

Các loại xi-măng đặc biệt Loại Ứng dụng

Xi măng Porland trắng,

Xi măng nề trắng, ASTM C

xây , bột trét, trám

xây

trám hoàn thiện

Xi măng điều chỉnh tgian

III.C Các loại xi măng đặc biệt khác

Các loại xi-măng đặc biệt Loại Ứng dụng

Xi măng với chức năng bổ

Xi măng Magnesium

Xi măng rắn nhanh trong

Hết.