BÁO CÁO NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG XỈ HẠT LÒ CAO

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU,SỬ DỤNG XỈ HẠT LÒ CAO

Phần Itổng quan tình hình nghiên cứu và sử dụng xỉ hạt lò cao1.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng xỉ hạt lò cao

1.1.1 Xỉ hạt lò cao

Xỉ gang thép là sản phẩm phụ thu đợc trong quá trình sản xuất gang, thép Các loại

xỉ này khác nhau tùy thuộc vào nguồn quặng sắt, chất lợng than, công nghệ luyện gangthép, công nghệ xử lý và thu hồi xỉ Xỉ gang (xỉ lò cao) đợc tạo ra trong quá trình sản xuấtgang bằng lò cao, xỉ thép đợc tạo ra trong quá trình sản xuất thép bằng lò điện

Theo số liệu thống kê 3, tại Nhật Bản lợng xỉ trung bình cho 1 tấn gang là 290 kg/tấn và cho 1 tấn thép là 130kg/tấn Tại Công ty gang thép Thái Nguyên (TISCO), do trình

độ công nghệ luyện và nguồn quặng sắt cha ổn định nên lợng xỉ trung bình cho 1 tấngang vẫn ở mức cao, khoảng 300 – 340kg/tấn

Xỉ lò cao đợc thu hồi từ xỉ nóng chẩy, đợc làm lạnh đột ngột từ nhiệt độ khoảng

1400 – 15000C xuống 30 – 400C, bằng nớc hoặc bằng không khí Chất lợng xỉ và kíchthớc hạt xỉ phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh và thời gian làm lạnh, phơng pháp làm lạnh,thành phần hóa học, thành phần pha thủy tinh

Xỉ hạt lò cao (Granulated Blast Furnace Slag – GBFS) thu đợc khi làm lạnh độtngột xỉ nóng chẩy bằng các tia nớc áp lực cao, tạo ra các hạt xỉ có kích thớc nhỏ, có khảnăng hoạt tính cao hơn so với xỉ lò cao đợc làm lạnh bằng không khí

Quy trình sản xuất GBFS bằng nớc có áp lực nh sơ đồ hình 1.1.1

Hình 1.1.1 Quy trình tạo hạt xỉ lò cao

Một số hình ảnh về xỉ nóng chẩy, xỉ hạt, thiết bị tạo hạt và trạm nghiền xỉ tại NhậtBản đợc thể hiện trong các hình từ hình 1.1.2 đến hình 1.1.6

1

Hình 1.1.2 Dòng xỉ nóng chẩy thu đợc trong quá trình luyện gang

Hình 1.1.3 Xỉ đợc làm lạnh bằng không khí

2

Hình 1.1.4 Thiết bị làm lạnh, tạo hạt xỉ bằng nớc

Hình 1.1.5 GBFS thu đợc sau khi làm lạnh bằng nớc

3

H×nh 1.1.6 Tr¹m nghiÒn GBFS cho xi m¨ng vµ bª t«ng

Một số hình ảnh về sản xuất GBFS tại Công ty gang thép Thái Nguyên thể hiệntrong các hình 1.1.7 và hình 1.1.8.

Hình 1.1.7 GBFS thu đợc sau quá trình tạo hạt Công ty gang thép Thái Nguyên

Hình 1.1.8 Bãi chứa GBFS tại Công ty gang thép Thái Nguyên

1.1.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng GBFS cho xi măng và bê tông

1.1.2.1 Trên thế giới

Trên thế giới, sự phát triển công nghiệp và năng lợng ngày càng tăng dẫn tới tích tụmột khối lợng lớn các loại phế thải công nghiệp, đặc biệt là phế thải ngành công nghiệpluyện gang, thép và nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch

Hàng năm, trên thế giới có khoảng 800 triệu tấn xỉ lò cao và xỉ nhiệt điện đợc thải

ra trong quá trình sản xuất Đối với các nớc có nguồn phế thải tro, xỉ lớn, nhất là các nớcphát triển, việc tận dụng các phế thải trở nên vô cùng cấp thiết Tái sử dụng phế thải làmnguyên liệu thay thế cho các ngành công nghiệp khác nhằm giảm ô nhiễm môi tr ờng,khắc phục những khó khăn về nguyên liệu, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, giảm bớt chiphí năng lợng trong sản xuất Mặt khác, phế thải đợc tái sử dụng sẽ làm giảm chi phí choviệc tích chứa và bảo quản chúng trong các bãi thải

Ngành sản xuất vật liệu xây dựng là ngành công nghiệp sử dụng khá nhiều tàinguyên thiên nhiên và có điều kiện để sử dụng phế thải của ngành khác làm nguyên liệuthay thế Việc nghiên cứu sử dụng các phế thải của các ngành công nghiệp vào sản xuấtvật liệu xây dựng, trong đó có xỉ lò cao và tro xỉ nhiệt điện, đã đợc các nhà nghiên cứu vàsản xuất quan tâm từ rất sớm Trên thế giới, xỉ lò cao đợc sử dụng để sản xuất rất nhiềuvật liệu xây dựng nh vữa vôi xỉ, xi măng xỉ, vật liệu làm đờng, vật liệu cách âm cáchnhiệt, cốt liệu cho bê tông, ngoài ra xỉ lò cao còn đợc sử dụng làm phân bón silicat-calcicho sản xuất nông nghiệp và thủy sản

Tại Đức, năm 1739 ngời ta đã chế tạo vữa từ xỉ và hydroxit can xi, năm 1865 ximăng vôi xỉ đợc sử dụng và đến năm 1892, lần đầu xỉ lò cao đợc sử dụng để sản xuất ximăng poóclăng hỗn hợp Tại Nhật Bản, xi măng xỉ với hàm lợng 60 - 70% xỉ đợc bắt đầu

sử dụng vào năm 1910

Vào những năm 80 thế kỷ 20, xỉ lò cao bắt đầu đợc sử dụng để sản xuất xi măngtại xỉ tại Anh, Đức, Pháp và Châu Âu, lợng xi măng xỉ trong thời gian này chiếm khoảng20% sản lợng xi măng toàn Châu Âu Do nhận thấy các u điểm của xỉ lò cao cho sản xuất

xi măng nên nhu cầu sử dụng nó ngày càng tăng

Ngày nay, xỉ lò cao đã đợc sử dụng ngày càng nhiều cho sản xuất xi măng trêntoàn thế giới Tại Tây Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan, lợng xi măng xỉ chiếmkhoảng 25% Xu hớng sử dụng xi măng xỉ đang ngày càng tăng tại Bắc Mỹ, Trung Quốc,Châu Phi Các nớc Đông Nam á nh Singapore, Malaysia, Philippin cũng đang sử dụng xỉ

lò cao cho sản xuất xi măng

Nhật Bản là một trong các nớc sản xuất và sử dụng xỉ lò cao nhiều nhất trên thếgiới, tình hình sản xuất và sử dụng xỉ lò cao của Nhật Bản trong mấy năm trở lại đây đợc

đa ra trong bảng 1.1.1 4

Bảng 1.1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng xỉ lò cao tại Nhật Bản

l-Lĩnh vực sử dụng

Làm

đờng

Gia cố nền

đất

Xây dựng

Xi măng Cốt liệu chobê tông

Nông nghiệp

Lĩnh vực khác TổngTrong

nớc Xuấtkhẩu Tổng Thô Mịn

1999

Khí 6.551 3.984 406 1.982 0 1.982 163 30 34 326 6.925 Nớc 15.889 132 330 934 10.05

5 2.188 12.243 1 878 235 240 14.993

Tổng 22.440 4.116 330 1.340 12.03

7 2.188 14.225 163 908 269 566 21.918

2000

Khí 6.625 3.968 702 1.677 0 1.677 198 27 27 334 6.933 Nớc 16.874 128 676 1.038 10.82

0 2.386 13.206 1.293 217 183 16.741

Tổng 23.498 4.096 676 1.740 12.49

7 2.386 14.883 198 1.320 244 517 23.674

2001

Khí 6.202 3.723 30 750 1.385 0 1.385 197 23 22 318 6.448 Nớc 17.095 177 201 1.144 10.38

7 2.750 13.137 1.635 177 162 16.632

Tổng 23.297 3.900 231 1.894 11.77

2 2.750 14.522 197 1.658 199 479 23.080

2002

Khí 5.884 4.130 563 888 0 888 326 22 23 315 6.267 Nớc 18.321 107 339 1.378 9.963 4.085 14.048 2.105 173 101 18.251 Tổng 24.205 4.237 339 1.941 10.85

1 4.085 14.936 326 2.127 196 416 24.518

2003

Khí 6.041 4.279 135 536 903 0 903 366 22 29 290 6.559 Nớc 18.318 80 19 1.194 9.665 3.914 13.579 2.340 174 60 17.446 Tổng 24.359 4.359 154 1.730 10.56

8 3.914 14.482 366 2.362 203 350 24.006

Qua số liệu trên cho thấy, Nhật Bản là một trong các nớc sản xuất và sử dụng xỉ lòcao nhiều nhất thế giới, xỉ lò cao đợc sử dụng hầu hết cho các lĩnh vực sản xuất khác nhautrong nớc, trong đó nhiều nhất là cho sản xuất xi măng Ngoài ra, một phần xỉ lò cao đợcxuất khẩu ra nớc ngoài, chiếm khoảng 10 – 15% tổng sản lợng

Mặc dù có nguồn gốc là một phế thải nhng xỉ lò cao đã trở thành một loại hànghóa có giá trị trao đổi trên thị trờng Vào những năm 90 thế kỷ 20, các giao dịch mua bán

xỉ lò cao chỉ đợc thực hiện trong các nớc có xỉ và trong khu vực Tây Âu Tại Châu á, chỉ

có các nớc Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan có giao dịch mua bán xỉ

Đến nay, xỉ lò cao đã đợc giao dịch mua bán trên phạm vi toàn thế giới với khối ợng lớn và xu hớng đang ngày càng gia tăng do các lợi ích của việc dùng xỉ mang lại, nhtạo cho xi măng xỉ các tính năng u việt (đa dạng chủng loại xi măng), tăng sản lợng ximăng, tiết kiệm tài nguyên, giảm thiểu ô nhiễm môi trờng và tăng hiệu quả kinh tế kỹthuật của việc sử dụng xỉ lò cao và xi măng xỉ

l-Tình hình giao dịch mua bán GBFS giữa các nớc và khu vực trên thế giới trongnăm 2004 5 là khoảng 10,8 triệu tấn, số liệu đợc trình bày trong bảng 1.1.2

Bảng 1.1.2 Tình hình xuất nhập khẩu GBFS cao trên thế giới

Các nớc xuất

khẩu (nghìn

tấn)

Các nớc nhập khẩu (nghìn tấn)Châu á,

Châu úc Bắc Mỹ Châu Âu,Châu Phi Trung vàNam Mỹ Các nớccòn lại Tổngcộng

Xỉ lò cao đợc vận chuyển ở trạng thái rời, do xỉ luôn ở trạng ẩm nên khi bốc dỡ, vậnchuyển không hoặc ít phát sinh bụi, không gây ảnh hởng đến môi trờng

1.1.2.2 Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, hiện nay chỉ duy nhất Công ty gang thép Thái Nguyên có nguồn xỉthu hồi từ quá trình luyện gang thép Tổng sản lợng xỉ Thái Nguyên là khoảng trên100.000 tấn/năm, trong đó có khoảng 60.000 – 70.000 tấn là GBFS, còn lại là các loại xỉcha hạt hóa và xỉ thép Trong tơng lai, một số cơ sở sản xuất gang lò cao, đặc biệt là khuliên hợp sản xuất luyện gang, luyện và cán thép công suất 4,5 triệu tấn/năm ở Thạch Khê– Hà Tĩnh đi vào hoạt động thì việc đặt vấn đề sử dụng GBFS cho sản xuất xi măng ở n -

ớc ta là việc làm rất cần thiết và có ý nghĩa

GBFS Thái Nguyên có hoạt tính tơng đối tốt, do đó đa số đợc sử dụng làm phụ giacho xi măng Phần xỉ không đợc hạt hóa hoặc xỉ thép, không dùng làm phụ gia cho ximăng vì có hoạt tính thủy lực không cao, đợc dùng cho san lấp, làm đờng, làm vật liệucách âm cách nhiệt

Tuy nhiên, mặc dù GBFS Thái Nguyên tơng đối tốt nhng chất lợng cha ổn định vànói chung còn thấp so với chất lợng GBFS của các nớc có ngành luyện kim phát triển.Nguyên nhân của tình trạng này là do công suất lò luyện gang nhỏ, công nghệ lạc hậu dẫn

đến chất lợng đầu vào cũng nh chất lợng GBFS rất khó ổn định Ngoài ra còn do côngnghệ làm lạnh tạo hạt, nghiền sàng cha đợc đầu t tốt nên cũng dẫn đến chất lợng GBFScha cao

Tại Việt Nam, GBFS đợc coi là nguyên liệu tốt cho sản xuất xi măng Việc nghiêncứu sử dụng GBFS cho sản xuất xi măng đợc quan tâm từ lâu, khoảng những năm 1970,tuy nhiên các nghiên cứu vẫn cha đầy đủ, chỉ dừng lại ở mức thử nghiệm một số tỷ lệ phavào xi măng để đánh giá các tính chất thông thờng của xi măng Cha có công trình nghiêncứu nào thực hiện đầy đủ, có hệ thống về đặc tính kỹ thuật và tính độc hại của GBFS, ximăng xỉ, đặc biệt là xi măng có pha hàm lợng lớn GBFS, cha quan tâm khai thác các đặctính u việt của GBFS trong việc cải thiện tính chất của xi măng trong các điều kiện sửdụng đặc biệt nh trong môi trờng sun phát, xâm thực cũng nh các u điểm về khả năng hạnchế nhiệt thủy hóa và phản ứng kiềm – silíc

Với thực trạng tình hình sản xuất và sử dụng hiện nay, sản lợng GBFS của Công tygang thép Thái Nguyên mới chỉ đáp ứng đợc nhu cầu cho một số nhà máy xi măng lò

đứng công suất nhỏ ở gần khu vực tỉnh Thái Nguyên, không có khả năng đáp ứng cho nhucầu sử dụng GBFS của các công ty xi măng lớn trong nớc

Một số công ty sản xuất xi măng lớn trong nớc đang có nhu cầu sử dụng GBFS đểsản xuất, mở rộng chủng loại xi măng Trong giai đoạn hiện nay, do nguồn GBFS trong n-

ớc có sản lợng không lớn thì việc nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng nguồn GBFScủa nớc ngoài, cụ thể là của Nhật Bản cho ngành công nghiệp sản xuất xi măng Việt Nam

là việc làm cần thiết, cần đợc xem xét đánh giá khách quan tất cả các khía cạnh kỹ thuật,môi trờng, kinh tế Đây cũng là tiền đề cho việc sử dụng GBFS vào xi măng của n ớc tatrong tơng lai khi sản lợng GBFS trong nớc tăng cao

1.1.2.3 Tình hình tiêu chuẩn hóa chất lợng GBFS và xi măng xỉ

Trên thế giới và Việt Nam, GBFS đợc coi là nguyên liệu tốt cho ngành công nghiệpsản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt là xi măng Cùng với việc sử dụng GBFS cho sản xuất

xi măng thì công tác xây dựng tiêu chuẩn hóa chất lợng GBFS và xi măng xỉ cũng đã đợctiến hành Đã có nhiều nớc ban hành tiêu chuẩn chất lợng GBFS và xi măng xỉ, dới đâychỉ giới thiệu một số tiêu chuẩn của các nớc phát triển và Việt Nam

a) Tiêu chuẩn chất lợng GBFS

Trên thế giới, hiện nay có hai tiêu chuẩn đợc sử dụng nhiều nhất để đánh giá chấtlợng xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS) là tiêu chuẩn Nhật Bản JIS A6206:97 6 và MỹASTM C989-99 7

Các tiêu chuẩn này quy định các chỉ tiêu kỹ thuật của GGBFS sử dụng cho sảnxuất xi măng và bê tông Một số quy định cơ bản về chất lợng của GBFS nh trình bàytrong bảng 1.1.3 và bảng 1.1.4

Bảng 1.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của GGBFS theo JIS A6206:97

GGBFS Loại4000

GGBFS Loại 6000

GGBFS Loại 8000

2 Độ mịn theo phơng pháp thấm khí cm2/g từ 3000

-5000

từ 5000 7000

từ 7000 10000

-3 Chỉ số hoạt tính, min: Tuổi 7 ngày

Tuổi 28 ngàyTuổi 91 ngày

%

%

%

557595

7595105

95105105

Trong đó: b là chỉ số bazơ

CaO là hàm lợng oxít canxi trong GBFS, %

MgO là hàm lợng oxít magie trong GBFS, %

SiO 2 là hàm lợng oxít silic trong GBFS, %

1 Độ nghiền mịn:

Độ mịn theo phơng pháp thấm khí cm2/g không quy định

3 Chỉ số hoạt tính cờng độ, min: %

Nh vậy, tiêu chuẩn Nhật Bản đánh giá chất lợng GBFS nghiền theo 3 loại độ mịnkhác nhau là 4000, 6000 và 8000 cm2/g Tiêu chuẩn Mỹ chỉ đánh giá theo độ mịn trênsàng 45 m và phân loại GBFS nghiền thành 3 loại mác 80, 100 và 120 theo chỉ số hoạttính cờng độ với xi măng poóclăng Các tiêu chuẩn này đều có quy định các chỉ tiêu cơ lý

và thành phần hóa học của một số oxít có hại trong GBFS Tiêu chuẩn Nhật Bản có quy

SiO 2 + TiO 2

Trong đó: K c là hệ số chất lợng

CaO là hàm lợng oxít canxi trong GBFS, %

MgO là hàm lợng oxít manhe trong GBFS, %

Al 2 O 3 là hàm lợng oxít nhôm trong GBFS, %

SiO 2 là hàm lợng oxít silic trong GBFS, %

TiO 2 là hàm lợng oxít titan trong GBFS, %

Tiêu chuẩn GBFS của nớc ta chỉ quy định các chỉ tiêu chất lợng theo thành phầnhóa học, không quy định các chỉ tiêu cơ lý Nh vậy sẽ cha đánh giá đầy đủ các yêu tố ảnhhởng đến chất lợng GBFS, cần phải xem xét và biên soạn lại

b) Tiêu chuẩn chất lợng xi măng xỉ

Hiện nay, nhiều nớc trên thế giới đã sử dụng GBFS cho sản xuất xi măng và banhành tiêu chuẩn chất lợng của xi măng xỉ

Dới đây giới thiệu một số tiêu chuẩn xi măng xỉ của các nớc phát triển nh ASTM(Mỹ), EN (Châu Âu), JIS (Nhật Bản), và tiêu chuẩn Việt Nam

- Tiêu chuẩn Mỹ, ASTM C595-00 9: chia xi măng xỉ thành 03 loại

+ Loại I(SM), hàm lợng GBFS sử dụng không lớn hơn 25%

+ Loại IS, hàm lợng GBFS sử dụng từ 25% – 70%

+ Loại S, hàm lợng GBFS sử dụng lớn hơn 70%

Yêu cầu kỹ thuật của xi măng xỉ theo ASTM C595-00 nh trong bảng 1.1.6

Bảng 1.1.6 Yêu cầu kỹ thuật của xi măng xỉ theo ASTM C595

Các chỉ tiêu kỹ thuật

Loại xi măngI(MS), IS,

4 Cờng độ nén 3 ngày, min, MPa (psi) 13 (1890) 11(1600)

-7 ngày, min, MPa (psi) 20(2900) 18(2610) 5 (720)

28 ngày, min, MPa (psi) 25(3480) 25(3620) 11(1600)

Tiêu chuẩn Châu Âu, EN 197 10: xi măng xỉ đợc chia thành 03 loại

+ CEM-II/A-S, hàm lợng GBFS sử dụng từ 6 – 20%

+ CEM-II/B-S, hàm lợng GBFS sử dụng từ 21 – 35%

+ CEM-III, là loại xi măng xỉ thông thờng, đợc chia làm 03 loại theo tỷ lệ xỉ

 Loại CEM-III/A, hàm lợng GBFS sử dụng từ 36 – 60%

 Loại CEM-III/B, hàm lợng GBFS sử dụng từ 66 – 80%

 Loại CEM-III/C, hàm lợng GBFS sử dụng từ 81 – 95%

Ngoài ra, ở Châu Âu còn có các loại xi măng CEMV/A và CEMV/B Những loạinày có thể dùng pozzolan hoặc tro bay kết hợp với xi măng xỉ Theo tiêu chuẩn này, loạiV/A có chứa 18 – 30% xỉ, loại V/B có chứa 31 – 50% xỉ

Thành phần xi măng xỉ theo phân loại trong tiêu chuẩn EN-197 nh bảng 1.1.7

Bảng 1.1.7 Thành phần xi măng xỉ theo phân loại của EN-197

nhiên

Đã

nung

Chứasilic

- Tiêu chuẩn Nhật Bản, JIS R 5211-97 11: xi măng xỉ đợc chia thành 03 loại

+ Loại A: hàm lợng GBFS sử dụng từ 15 - 30%, có tính chất và phạm vi sử dụng

t-ơng tự nh xi măng poóclăng thông thờng

+ Loại B: hàm lợng GBFS sử dụng từ 30 - 60%, đợc sử dụng cho những công trìnhxây dựng dân dụng

+ Loại C: hàm lợng GBFS sử dụng từ 60 - 70%, đợc sử dụng cho những công trình

đặc biệt nh công trình thoát nớc, công trình ngầm

Hiện nay xi măng xỉ loại B đang đợc sử dụng chủ yếu ở Nhật Bản Yêu cầu kỹthuật của xi măng xỉ theo tiêu chuẩn JIS R 5211-97 nh trong bảng 1.1.8

Bảng 1.1.8 Yêu cầu kỹ thuật của xi măng xỉ theo JIS R 5211

+ Từ 20 – 60% đối với GBFS loại 1

+ Từ 20 – 50% đối với GBFS loại 2

Yêu cầu kỹ thuật của xi măng xỉ theo tiêu chuẩn TCVN 4316-86 nh bảng 1.1.9

Bảng 1.1.9 Yêu cầu kỹ thuật của xi măng xỉ theo TCVN 4316

Yêu cầu kỹ thuật

1.2 Cơ sở khoa học khi sử dụng GBFS cho xi măng và bê tông

Trên thế giới, GBFS đã đợc sử dụng từ lâu cho sản xuất xi măng và bê tông, điềunày thể hiện các đặc tính u việt của GBFS trong việc cải thiện các tính chất của xi măng

và bê tông Để có cơ sở khoa học và sử dụng hiệu quả GBFS trong xi măng và bê tông,cần phải hiểu rõ bản chất cũng nh cơ chế tác dụng của GBFS với các thành phần khoánghóa của xi măng poóclăng và bê tông

1.2.1 Thành phần hoá học của GBFS

Xỉ lò cao là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất gang, thành phần hóa học của xỉ

lò cao ở các nhà máy luyện gang không giống nhau, chúng thay đổi phụ thuộc vào thànhphần của quặng và các chất trợ dung đa vào trong quá trình sản xuất nh: đá vôi, đô lô mít,quặng mangan, thạch cao, Trong hầu hết các loại xỉ đều có chứa các ôxít chính nhCaO, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, các oxít này quyết định tính chất thủy lực của xỉ Ngoài racòn một số oxít có hàm lợng nhỏ nh TiO2, MnO, SO3, Na2O, K2O, V2O5, PbO, Cr2O5,

có thể gây bất lợi cho tính chất của xi măng do làm thay đổi cấu trúc khoáng thủy hóatrong quá trình xi măng rắn chắc và có thể gây độc hại đến môi trờng Thành phần hoáhọc của một số loại xỉ thu đợc từ các phơng pháp nung luyện khác nhau nh trình bàytrong bảng 1.2.1 3

Bảng 1.2.1 Thành phần hoá học của một số loại xỉ

ôxy, lu huỳnh và các anion tổng hợp tạo thành các nhóm, khi nhiệt độ càng cao thì cácnhóm này có cấu tạo càng đơn giản ở nhiệt độ cao nhất, trong xỉ có các nhóm nh: [SiO4]-

4, [Si2O7]-6 Khi nhiệt độ giảm xuống, cấu tạo các nhóm trở nên phức tạp hơn, xuất hiệncác tổ hợp anion tạo thành các vòng kín dạng [Si3O9]6-, tơng tự nh các mạch vòng silicátliên tục dạng [SiO2]n, giống nh các khung alumôsilicát (arnoctite, nhefelin) Khi xỉ đợclàm nguội chậm, các sunphít magiê, mangan sẽ tách ra Các sản phẩm cuối cùng của quátrình kết tinh cân bằng là: C2S, C3S2, CS, C2AS, CAS2 và tridimít Khi làm nguội nhanh, xỉ

có xu hớng tạo thành các pha thủy tinh, tuy nhiên trong xỉ vẫn chứa một lợng tinh thểnhất định

Thành phần khoáng của xỉ và xi măng poóclăng trong biểu đồ 3 cấu tử silicat Al2O3-SiO2 của Raukin 13 thể hiện trong hình 1.2.1 đã cho thấy rằng, vị trí của xỉ và ximăng poóclăng nằm gần nhau, trên cùng một miền silicát Sự khác nhau cơ bản là thànhphần khoáng của xi măng poóclăng chủ yếu là ở miền C3S còn thành phần khoáng của xỉchủ yếu là ở miền C2S

CaO-Thành phần pha thủy tinh đóng vai trò chính tạo nên hoạt tính thủy lực của xỉ, hàmlợng pha thủy tinh càng lớn thì hoạt tính thủy lực của xỉ càng cao Khi dòng xỉ nóng chẩy

đợc làm lạnh nhanh bằng nớc sẽ tạo ra chủ yếu là pha thủy tinh, hàm lợng các khoángtinh thể silicat ít nhất và xỉ có hoạt tính thủy lực tốt nhất

1.2.3 Hoạt tính thủy lực của GBFS

Hoạt tính thủy lực của GBFS là khả năng thủy hóa và tự đóng rắn trong nớc ở điềukiện thờng nh xi măng poóclăng Tuy nhiên, hoạt tính thủy lực của GBFS có tính “lời”,nghĩa là nếu nhào trộn với nớc xỉ không hoặc ít có khả năng tự đóng rắn và phát triển c-

ờng độ Khi có sự xúc tác của một hàm lợng kiềm nhỏ sẽ kích thích hoạt tính thủy lực,GBFS có khả năng phát triển cờng độ nh xi măng poóclăng, sản phẩm thủy hóa cuối cùngcũng là khoáng silicat canxi - CSH.

Các yếu tố ảnh hởng đến hoạt tính thủy lực của GBFS:

Có hai yếu tố cơ bản quyết định đến khả năng hoạt tính thủy lực của GBFS

Thứ nhất, là thành phần pha thủy tinh Xỉ lò cao hạt hóa đợc làm lạnh nhanh theomột quy trình công nghệ xác định nhằm mục đích ngăn chặn sự tạo thành các chất trơ, cố

định trạng thái hoạt tính của các khoáng đã hình thành trong pha lỏng Khi xỉ đợc làmnguội nhanh, pha thủy tinh tạo thành nhiều sẽ có hoạt tính cao nhất, ngoài ra do làmnguội nhanh pha C2S trong xỉ hạt đợc ổn định cũng sẽ làm tăng hoạt tính của xỉ

Thành phần pha thủy tinh còn phụ thuộc vào nhiệt độ hạt hóa của xỉ Các nghiêncứu của Liên Xô trớc đây cho thấy, nếu xỉ nóng chẩy đợc hạt hóa từ nhiệt độ khoảng 1420– 1460oC sẽ cho hoạt tính cao nhất ở nhiệt độ này, trong xỉ bắt đầu xảy ra quá trình kếttinh các tinh thể từ pha thủy tinh, cấu trúc pha thủy tinh thay đổi, mạng lới thủy tinh đã có

bị phá vỡ, pha mới cha kịp hình thành, lúc này xỉ nằm ở trạng thái tựa nh “không có cấutrúc” Đối với mỗi loại xỉ sẽ có một nhiệt độ tạo hạt tối u đặc trng riêng Phơng pháp tạohạt cũng ảnh hởng đến hoạt tính của xỉ, xỉ đợc tạo hạt theo phơng pháp ớt và bán khô cóhoạt tính cao hơn xỉ tạo hạt khô Xỉ đợc tạo hạt theo phơng pháp ớt sẽ xốp và nhẹ hơn xỉtạo hạt bán khô

Thứ hai, là thành phần hóa học, thể hiện qua chỉ số kiềm tính Chỉ số kiềm tính đợc

đánh giá thông qua tỷ lệ của hàm lợng các oxít chính có trong GBFS là CaO, MgO, Al2O3,SiO2 GBFS có hàm lợng kiềm cao khi hàm lợng các oxít (CaO + MgO) lớn hơn 45%,trung bình từ 20 – 45% và thấp từ 10 – 10% Loại có hàm lợng (CaO + MgO) nhỏ hơn10% đợc gọi là vật liệu có tính axít hoặc siêu axít Thông thờng, GBFS thuộc loại vật liệu

có tính kiềm cao hoặc trung bình, tro xỉ nhiệt điện có tính kiềm thấp hoặc axít

GBFS có chỉ số kiềm tính càng cao thì hoạt tính thủy lực càng tốt Chỉ số kiềm tính

Trong đó: CaO là hàm lợng oxít canxi trong GBFS, %

MgO là hàm lợng oxít magie trong GBFS, %

SiO là hàm lợng oxít silic trong GBFS, %

Al 2 O 3 là hàm lợng oxít nhôm trong GBFS, %

Tiêu chuẩn của Việt Nam và Nhật Bản cũng quy định một chỉ tiêu đánh giá chất ợng GBFS sử dụng cho xi măng và bê tông theo chỉ số kiềm

l-Cơ sở hình thành hoạt tính thủy lực của GBFS:

+ Pha tinh thể đầu tiên làm cho GBFS có hoạt tính thủy lực là: C2S Khoáng này

có khả năng thủy hóa và tự đóng rắn, thể hiện tính kết dính ở nhiệt độ thờng

+ Các khoáng giả volastonite (CS), anortite (CAS2) cũng thể hiện hoạt tính thủy lựckhi có mặt Ca(OH)2

+ Tuy nhiên, hàm lợng các khoáng tinh thể trong GBFS rất nhỏ, thành phần chínhcủa chúng là pha thủy tinh Trong điều kiện thông thờng, pha thủy tinh thể hiện hoạt tínhthủy lực rất yếu Tuy nhiên, nếu đa vào GBFS một số hợp chất kiềm và sun phát, các hợpchất này sẽ đánh thức hoạt tính thủy lực tiềm ẩn của chúng Cơ chế kích thích hoạt tínhcủa các hợp chất này là do các hợp chất tấn công vào lớp màng Si(OH)4 bao phủ trên bềmặt hạt xỉ, vừa tạo cơ hội cho nớc tiếp tục thấm sâu vào bên trong, vừa tạo ra sản phẩmhyđrát mới Các hợp chất kích hoạt thờng dùng là: Ca(OH)2 – cơ chế của xi măngpoóclăng xỉ; Ca(OH)2 + CaSO4.2H2O – cơ chế của xi măng xỉ – sun phát; NaOH – cơchế của xi măng xỉ – kiềm

Trên cơ sở thành phần hoá học, khoáng và hoạt tính thuỷ lực của xỉ cho thấy,GBFS có thành phần khoáng gần tơng tự nh clanhke xi măng poóclăng, đồng thời do tiềm

ẩn hoạt tính thuỷ lực yếu, khi ở trong môi trờng thuỷ hoá của xi măng sẽ kích hoạt hoạttính tiềm ẩn tạo ra khoáng mới có tính chất kết dính

Tuy cũng là sản phẩm silicat, nằm trong cùng miền với xi măng poóclăng nhng sựthủy hóa của GBFS chậm hơn do các thành phần hoạt tính trong GBFS phản ứng chậm vớicác thành phần kiềm tan và Ca(OH)2 tạo ra trong quá trình thủy hóa xi măng Các yếu tốmôi trờng thủy hóa nh nhiệt độ, áp suất, có liên quan nhiều đến sự hòa tan kiềm trong

xi măng sẽ tác động làm gia tăng tốc độ thủy hóa của GBFS Đó cũng là các nguyên nhânlàm cho sự thủy hóa trong giai đoạn đầu của GBFS thờng chậm hơn so với xi măngpoóclăng, xi măng có hàm lợng kiềm cao sẽ thúc đẩy sự đóng rắn ở tuổi ngắn ngày

1.2.4 Đặc tính xi măng xỉ

1.2.4.1 Tính u việt về cờng độ

Xi măng xỉ là xi măng mà trong đó một phần xi măng poóclăng đợc thay thế bằngGBFS nghiền mịn GBFS nghiền trong xi măng xỉ có hoạt tính thấp và đợc kích hoạt khi

có môi trờng kiềm ở nhiệt độ dới 30oC, mức độ thủy hóa của xi măng xỉ chậm hơn mức

độ thủy hóa của xi măng pooclăng thông thờng Vì vậy, ở độ tuổi ngắn ngày, cờng độ của

xi măng xỉ phát triển chậm hơn so với xi măng thông thờng Tuy nhiên, cờng độ này sẽ

đạt và lớn hơn cờng độ của xi măng poóclăng thông thờng ở độ tuổi dài hơn Cờng độ của

xi măng xỉ chứa 50% xỉ lò cao ở tuổi 28 ngày với nhiệt độ dỡng hộ là 20oC sẽ đạt tơng tự