Tài liệu Giáo trình đào tạo thí nghiệm viên cơ lý xi măng doc

Phụ gia công nghệ thờng đợc gọi theo côngdụng của nó nh phụ gia trợ nghiền, phụ gia kỵ ẩm.v.v… tạo thành khối rắn chắc..+ Phụ gia khoáng hoạt tính còn gọi là phụ gia thủy hoạt tính, là c

Bộ xây dựngViện KHCN vật liệu xây dựng

-KS Mai Văn Thanh, KS Nguyễn Thị Tuyết San,

KS Nguyễn Đình Lợi, KS Nguyễn Văn Đoàn Chủ biên: KS Nguyễn Thị Tuyết San

Giáo trình đào tạo

Thí nghiệm viên cơ lý xi măng

(Lu hành nội bộ)

Hà Nội, 1999

Mục lục

Trang

Lời nói đầu 3

Chơng 1 Giới thiệu chung 5

1 Một số khái niệm cơ bản 5

2 Các loại xi măng 6

2.1 Xi măng poóc lăng 6

2.2 Xi măng poóc lăng hỗn hợp 7

2.3 Xi măng poóclăng puzơlan 7

3 Đặc trng của clanhke xi măng poóc lăng 9

Chơng 2 Kỹ THUậT SảN XUấT XI MĂNG 17

1 Nguyên, nhiên liệu và phụ gia 17

2 Quá trình công nghệ sản xuất xi măng 20

3 Tính phối liệu để sản xuất clanhke 29

Chơng 3 Tính chất kỹ thuật của xi măng poóc lăng 34

1 Tính ổn định thể tích 34

2 Độ mịn xi măng 35

3 Khối lợng riêng và khối lợng thể tích 37

4 Lợng nớc tiêu chuẩn và thời gian đông kết 38

5 Cờng độ xi măng 40

6 Nhiệt thủy hoá của xi măng 43

7 Độ bền ăn mòn của đá xi măng 44

8 Sự co nở thể tích của đá xi măng 45

9 Độ trắng của xi măng 45

Chơng 4 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm cơ lý xi măng 48

1 Máy nén 48

2.Máy uốn 51

3 Máy trộn kiểu chuyển động hành tinh 53

4 Máy trộn kiểu Bêgun 55

5 Máy rung 56

6 Máy dằn 57

7 Bàn dằn 59

8 Khuôn tạo mẫu thử độ bền uốn, nén theo TCVN 4032 185 và TCVN 6016: 1995 60

9 Khuôn tạo mẫu thử độ nở sun phát theo TCVN 6068: 1995 60

10 Thiết bị đo sự thay đổi chiều dài thanh vữa 61

11 Dụng cụ Vica 62

12 Khuôn Le Chatelier 64

13 Chảo và bay trộn mẫu 66

14 Thùng luộc mẫu 66

15 Thiết bị xác định bề mặt riêng của xi măng 66

16 Bình xác định khối lợng riêng 67

17 Máy xác định độ trắng 68

18 Thiết bị xác định nhiệt thủy hoá của xi măng 69

Chơng 5 Phơng pháp thí nghiệm cơ lý xi măng 71

1 Một số đặc điểm cơ bản 71

2 Phơng pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu 73

3 Xác định khối lợng riêng và khối lợng thể tích 75

4 Xác định độ mịn của xi măng 78

5 Xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết của hồ xi măn 84

6 Xác định độ ổn định thể tích của xi măng 89

7 Xác định cờng độ xi măng 92

8 Xác định nhiệt thủy hoá 109

9 Xác định độ nở sunphát 118

10 Xác định độ co, nở của đá xi măng 123

11 Xác định độ trắng 124

Tài liệu tham khảo 128

Lời nói đầu

“Giáo trình đào tạo thí nghiệm viên cơ lý xi măng” do Viện Khoa họccông nghệ Vật liệu xây dựng biên soạn, phục vụ cho công tác đào tạo thí nghiệmviên làm nhiệm vụ kiểm nghiệm các tính chất cơ lý xi măng

Giáo trình vừa cung cấp những kiến thức cơ bản về kỹ thuật sản xuất vàcác tính chất của xi măng poóc lăng, vừa đa ra các phơng pháp kiểm tra chất l-ợng của chúng theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam

Ngoài ra, giáo trình cũng là tài liệu tham khảo tốt cho các chuyên gia, kỹ

s, cán bộ kỹ thuật quan tâm đến lĩnh vực này

Giáo trình gồm năm chơng đợc bố cục trong 2 phần, do nhóm kỹ s lâunăm, có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực sản xuất và kiểm tra đánh giá chất l-ợng xi măng biên soạn, cụ thể nh sau:

Phần thứ nhất: Đại cơng về xi măng poóc lăng, gồm chơng 1, 2 và 3

- Chơng 1: Giới thiệu chung

- Chơng 2: Kỹ thuật sản xuất xi măng

Hai chơng này do kỹ s Mai Văn Thanh biên soạn

- Chơng 3: Tính chất kỹ thuật của xi măng poóc lăng Do kỹ s Nguyễn ThịTuyết San biên soạn

Phần thứ hai: Thí nghiệm cơ lý xi măng, gồm chơng 4 và 5

- Chơng 4: Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm cơ lý xi măng Do kỹ s Nguyễn

Đình Lợi biên soạn

- Chơng 5: Phơng pháp thí nghiệm cơ lý xi măng Do kỹ s Nguyễn ThịTuyết San và kỹ s Nguyễn Văn Đoàn biên soạn

Tài liệu đã đợc các chuyên gia đóng góp ý kiến, hiệu đính, song do xuấtbản lần đầu nên không tránh khỏi sai sót Ban biên tập rất mong nhận đợc ý kiến

đóng góp của bạn đọc trong quá trình sử dụng

Nhân dịp này, Ban biên tập xin chân thành cảm ơn sự đóng góp của cácchuyên gia, đồng nghiệp

Ban biên tập

PhÇn thø nhÊt

§¹i c¬ng vÒ xi m¨ng poãc l¨ng

Chơng 1 Giới thiệu chung

1 Một số khái niệm cơ bản.

- Xi măng theo tiếng La tinh là “Cement” có nghĩa là sự gắn kết, là chất

kết dính Đó là sản phẩm nhận tạo đợc nghiền mịn, khi trộn với nớc tạo thànhdạng vữa có độ dẻo nhất định, tự cứng đợc trong không khí và trong nớc, kếtdính đợc với nhau hoặc với cát, sỏi, đá dăm v.v… tạo thành khối rắn chắc tạo thành khối rắn chắc

- Hồ xi măng là hỗn hợp của xi măng trộn với nớc Trong thí nghiệm

th-ờng gọi là vữa 1:0 Hồ xi măng sau khi đông cứng đợc gọi là đá xi măng.

- Vữa xi măng-cát là hỗn hợp của xi măng trộn với cát và nớc Tùy theo tỷ

lệ về khối lợng giữa xi măng với cát mà gọi là vữa 1:3 hay 1:2,5 tức là 1 phần ximăng trộn với 3 phần hay với 2,5 phần cát Tuỳ theo lợng nớc trộn mà vữa có độdẻo khác nhau và đợc gọi là vữa cứng (tức là vữa bán khô) hay vữa dẻo Trongxây dựng, vữa xi măng - cát thờng đợc gọi là vữa xi măng

- Thời gian đông kết là khoảng thời gian tính từ khi trộn xi măng với nớc

cho đến khi vữa xi măng đông quánh lại và mất tính dẻo

- Khoáng là danh từ chỉ trạng tái tồn tại của vật chất ở trạng thái rắn, đợc

tạo thành do sự kết hợp của một số nguyên tố Ví dụ: khoáng Can xít là trạng

thái tồn tại của hợp chất cacbonat can xi (CaCO3) kết tính ở dạng khối lập phơng(là thành phần chủ yếu của đá vôi), khoáng quắc zít là trạng thái tồn tại của oxitsilíc (SiO2) kết tinh ở dạng lăng trụ xiên (là thành phần chủ yếu của cát)

- Cách viết ký hiệu khoáng: Đối với các khoáng chất đợc hình thành từ 2

hay nhiều hợp chất (ô xít hoặc muối), để đơn giản ngời ta thờng viết tắt theo quy

- Phối liệu là hỗn hợp các loại nguyên liệu đợc trộn với nhau theo một tỷ

lệ nào đó là đợc tính toán trớc

- Clanhke là sản phẩm nhận đợc sau khi nung đến kết khối hỗn hợp phốiliệu có thành phần xác định, đảm bảo tạo ra các khoáng canxi silicát, aluminát

và alumoferit với tỷ lệ yêu cầu

- Thạch cao là một loại đá thiên nhiên hoặc nhân tạo có chứa khoángCaSO4.2H2O, đợc dùng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của hồ ximăng

- Phụ gia xi măng: Đợc chia làm 3 loại

+ Phụ gia công nghệ đợc pha vào trong quá trình sản xuất xi măng nhằmtăng năng suất máy nghiền, máy đóng bao hoặc cải thiện quá trình công nghệ

nghiền, đóng bao, bảo quản xi măng Phụ gia công nghệ thờng đợc gọi theo côngdụng của nó nh phụ gia trợ nghiền, phụ gia kỵ ẩm.v.v… tạo thành khối rắn chắc

+ Phụ gia khoáng hoạt tính còn gọi là phụ gia thủy hoạt tính, là các chất

có sẵn trong tự nhêin hoặc phế thải công nghiệp chứa các oxít SiO2, Al2O3 hoạttính có khả năng phản ứng với hydroxit can xi - Ca(OH)2 tạo thành các khoángbền vững với nớc trong quá trình đóng rắn của xi măng Phụ gia hoạt tính đợc đavào để cải thiện tính chất của xi măng, bê tông hoặc để chế tạo các loại xi măng

đặc biệt Các loại phụ gia hoạt tính thờng dùng ở Việt Nam nh puzơlan Sơn Tây,

xỉ lò cao Thái Nguyên, tro xỉ nhiệt điện Phả Lại, đá bọt bazal Nghệ An, ThanhHoá, Hà Tiên.v.v… tạo thành khối rắn chắc

+ Phụ gia đầy đợc đa vào xi măng chủ yếu để tăng sản lợng mà không

làm giảm chất lợng của xi măng, trong một số trờng hợp cũng có thể cải thiênmột số tính chất của xi măng và bê tông Các phụ gia trơ thờng dùng ở Việt Nam

nh đá vôi, đá silic, cát, sỏi granit v.v… tạo thành khối rắn chắc

2 Các loại xi măng

Xi măng có nhiều chủng loại Tuỳ theo thành phần, tính chất và ứng dụng của ximăng, ngời ta chia xi măng thành các loại khác nhau nh xi măng poóclăng, ximăng puzơlan, xi măng hỗn hợp, xi măng bền sun phát, xi măng giếng khoanv.v

2.1 Xi măng poóc lăng

Xi măng poóc lăng do Jojep Aspdin (ngời Anh) phát minh vào năm 18 12

Đây là chất kết dính thuỷ lực, đợc chế tạo bằng cách nghiền mịn clanhke ximăng poóc lăng với thạch cao Khi nghiền có thể pha thêm một lợng nhỏ cácchất phụ gia công nghệ để tăng năng suất của máy nghiền hoặc cải thiện tínhchất của xi măng Theo tiêu chuẩn Việt Nam và đa số các nớc, xi măng poóclăng có ký hiệu quy ớc là PC (viết tắt của chữ Portland Cement) hoặc OPC(Ordinary Portland Cement) Xi măng poóc lăng là loại xi măng đợc sử dụngnhiều nhất trong xây dựng dân dụng và công nghiệp

2.2 Xi măng poóc lăng hỗn hợp

Xi măng poóc lăng hỗn hợp cũng đợc chế tạo từ clanhke xi măng poóclăng và thạch cao, nhng khác xi măng poóc lăng ở tỷ lệ phụ gia pha vào khinghiền xi măng Theo tiêu chuẩn Việt nam, trong xi măng: hỗn hợp cho phéppha tối đa đến 40% phụ gia hoạt tính và phụ gia trơ, trong đó phụ gia trơ không

đợc vợt quá 20% Xi măng poóc lăng hỗn hợp có ký hiệu quy ớc là PCB (viết tắt

của chữ Blended Portland Cement) Xi măng poóc lăng hỗn hợp đợc sử dụng chủ

yếu trong xây dựng thông thờng

2.3 Xi măng poóclăng puzơlan

Xi măng poóc lăng puzơlan (Pz) cũng là một loại xi măng hỗn hợp, nhngkhác ở chỗ là phụ gia pha vào khi nghiền xi măng chỉ gồm 15 - 40% puzơlan(phụ gia hoạt tính) Xi măng poóc lăng puzơlan có độ bền nớc cao nên đợc sửdụng chủ yếu trong xây dựng các công trình ngầm, công trình thuỷ công hoàn

toàn ngập trong nớc, nhng không đợc sử dụng cho các phần công trình có mức

n-ớc ngầm hay thay đổi và chịu sự khô - ẩm luân phiên

2.4 Xi măng poóc lăng xỉ

Xi măng poóc lăng xỉ (Px) cũng là một loại xi măng hỗn hợp, nhng khác ởchỗ là phụ gia pha vào khi nghiền xi măng chỉ gồm 15 - 60% xỉ lò cao hạt hoá.Khi hàm lợng xỉ lò cao hạt hoá trong xi măng lớn hơn 60%, xi măng đợc gọi là

xi măng xỉ Xỉ lò cao hoạt hoá là phế thải của công nghiệp luyện kim, có nhiều u

điểm và hoạt tính hơn puzơlan Vì vậy, ngoài phạm vi sử dụng nh xi măng poóc

lăng puzơlan, xi măng pha xỉ lò cao còn đợc dùng làm xi măng bền sun phát .

2.5 Xi măng bền sun phát

Xi măng bền sun phát là loại xi măng đặc biệt, đợc sử dụng trong xâydựng các công trình chịu sự ăn mòn của các ion SO42- nh các công trình có tiếp

xúc với nớc biển, nớc mặn, nớc lợ và nớc chua phèn v.v Tuỳ theo khả năng

chống lại sự ăn mòn sun phát của xi măng, ngời ta chia thành xi măng bền sunphát thờng và xi măng bền sun phát cao

Xi măng bền sun phát thờng (ký hiệu là PCS hay SRC = Sulfate ResistancePortland Cement) phải có hàm lợng khoáng C3A < 8% và C3S < 58% Loại ximăng này thờng dùng cho các công trình tiếp xúc với nớc ngầm có chứa hàm l-ợng ion SO42- từ 1500 đến 2500 mg/ lít ở Việt Nam có các loại PCS30, PCS40 và

xi măng xỉ bền sun phát

Xi măng bền sun phát cao (ký hiệu là PCHS hay HSRC = High SulfateResistance Portland Cement) phải có hàm lợng khoáng C3A < 5% và C4AF+ C3A

< 25% Loại xi măng này thờng dùng cho các công trình tiếp xúc với nớc ngầm

có chức hàm lợng ion SO42- từ 2500 đến 4000 mg/ lít ở Việt nam có các loại

PCHS30, PCHS40 Ngoài ra còn có xi măng bền sun phát cao chứa ban(HSRC.B40) có chứa từ 2 đến 5% BaO có thể dùng trong các môi trờng có chứahàm lợng ion SO42- đến 10000 mg/ lít

Cần chú ý là khi hàm lợng ion SO42- < 1500 mg/ lít thì không cần sử dụng ximăng bền sun phát và chỉ cần đùng 4 loại xi măng nói trên (PC, PCB, Pz, Px)

2.6 Xi măng giếng khoan

Xi măng giếng khoan (Well Cement) là loại xi măng đặc biệt chuyên dùng

để bơm trám các giếng khoan thăm dò, khai thác dầu và khí Xi măng này có yêucầu là đóng rắn bình thờng ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao để có thể bơm

trám vào sâu trong lòng đất

ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, nếu dùng 5 loại xi măng đã nói trên chúng

sẽ bị đông cứng ngày nên không thể bơm /trám đợc

2.7 Xi măng trắng.

Xi măng trắng đợc dùng để hoàn thiện và trang trí công trình hoặc sảnxuất gạch lát nền Yêu cầu của loại xi măng này là phải chứa rất ít các loại xíttạo màu nh Fe2O3 , TiO2, Cr2O3, MNO v.v Xi măng trắng (PCW = White

Portland Cement) chứa chủ yếu là các khoáng C3S, của và đợc phân biệt theo độ

trắng Loại đặc biệt có độ trắng lớn hơn 80%, loại I có độ trắng lớn hơn 75% vàloại II có độ trắng lớn hơn 68% so với BaSO4 tinh khiết

Để có đợc xi măng màu, ngời ta pha trộn xi măng trắng với các loại xítmàu khác nhau Màu của xi măng chính là màu của xít pha vào Tuỳ theo tỷ lệchất màu nhiều hay ít sẽ có đợc màu đậm hay nhạt theo ý muốn Ví dụ: pha thêm

Fe2O3 sẽ đợc xi măng màu đỏ, pha thêm Cr2O3 sẽ đợc xi măng màu xanh Crôm

Ghi chú: Ngoài các loại xi măng thờng gặp nh trên còn có các loại xi

măng chuyên dụng đợc gọi tên theo chức năng của chúng Ví dụ nh xi măngdòng rắn nhanh cờng độ ban đầu cao, xi măng mác cao, xi măng ít toả nhiệt, ximăng dãn nở, xi măng dự ứng lực, xi măng làm đờng, xi măng dể sản xuất tâmsóng măng, xi măng chịt nhiệt, xi măng chống phóng xạ, xi măng chịu axít v.v Mỗi loại xi măng có yêu cầu kỹ thuật riêng và đợc chế tạo theo công nghệ khácnhau mà trong giáo trình này không đề cập tới

3 Đặc trng của clanhke xi măng poóc lăng

3.1 Thành phần hoá học

3.1.1 Hàm lợng các ôxít

Clanhke xi măng poóc lăng chứa 4 ôxít chính là CaO, SiO2 , Al2O3, Fe2O3chiếm từ 94-96% Ngoài ra, tuỳ theo nguồn nguyên liệu sử dụng để chế tạo phốiliệu mà trong clanhke còn có thêm một số xít khác với hàm lợng nhỏ nh MgO,TiO2, SO3, MnO, Cr3O3, P2O5, BaO, K2O, Na2O

Thành phần hoá học là một trong những chỉ tiêu quan trọng để nhận biết

và đánh giá chất lợng của clanhke và xi măng Các xít này đợc đa vào phối liệu

từ các nguyên liệu ban đầu và tro than Chúng là các thành phần tham gia vàophản ứng tạo khoáng clanhke khi nung phối liệu ở nhiệt độ cao Bằng các phơngpháp phân tích hoá học có thể xác định hàm lợng các xít có trong clanhke, ximăng và các loại nguyên liệu; phụ gia Hàm lợng của các xít chính cần đợckhống chế chặt chẽ trong quá trình sản xuất, vì tỷ lệ giữa chúng quyết định chấtlợng của clanhke và xi măng

Đối với clanhke xi măng poóc lăng, hàm lợng % của các xít thờng nằmtrong giới hạn sau:

CaO = 58 - 67 Fe2O3 = 2,0 - 5,0 SO3 = 0, 1 - 0,5

SiO2 = 18 - 26 MgO = 0,5 - 5,0 K2O = 0,3 - 0,7

Al2O3 = 4 - 8 TiO2 = 0, 1 - 0,3 NaO = 0, 1 - 0,3

Trong sản xuất, để giảm nhiệt độ nung clanhke ngời ta có thể sử dụng một

số phụ gia khoáng hoá nh crômit, apatit, barit, thạch cao, huỳnh thạch v.v Hàm

lợng của các ôxít khoáng hoá (nếu có) thờng nằm trong khoảng sau:

MnO = 0, 1 - 0,3% ; Cr3O3 = 0, 1 - 0,3%

P2O5 = 0, 1 - 0,25% ; BaO = 0,5 - 1,5%

3.1.2 Vai trò của các xít

a) Ôxít Can xi (CaO): Tham gia vào phản ứng tạo thành các khoáng chính

của clanhke Nguồn cung cấp CaO chủ yếu là đá vôi (chứa CaCO3) Hàm lợng

CaO trong clanhke càng cao thì khi đóng rắn xi măng sẽ phát triển cờng độ càngnhanh và có cờng độ càng cao Tuy nhiên, muốn xi măng có chất lợng cao, yêucầu hầu hết lợng CaO có trong clanhke phải phản ứng hết với các ôxít khác đểtạo thành các khoáng canxi silicat, canxi aluminat và canxi alumoferit.

Nếu CaO nằm ở dạng tự do (CaO tự do > 2%) sẽ làm cho đá xi măng bị nở thểtích dẫn đến phá huỷ cấu trúc đã bền vững làm giảm cờng độ của nó Xi măngchứa nhiều CaO toả nhiều nhiệt khi đóng rắn (có thể gây nứt bê tông), kém bềntrong các môi trờng xâm thực và làm giảm độ bền nớc của bê tông

b) Ôxít Silic (SiO 2 ): là thành phần rất quan trọng của clanhke và đứng thứ

2 về số lợng sau CaO Nguồn cung cấp SiO2 chủ yếu là đất sét, đất cao silic hoặccát và tro than Ôxít silíc phản ứng với ôxít can xi tạo thành các khoáng canxisilicát Khi hàm lợng SiO2 trong clanhke nhiều mà CaO vừa đủ thì xi măng sẽ

đóng rắn chậm, cờng độ ban đầu thấp Tuy nhiên sau thời gian dài đóng rắn(khoảng sau 1 năm), đá xi măng sẽ có cờng độ cao Ngoài ra, xi măng còn cónhiều tính chất quý khác nh ít toả nhiệt khi đóng rắn, bền trong các môi trờngxâm thực, độ bền nớc cao

c) Ôxít nhôm (Al 2 O 3 ): Phản ứng với ôxít canxi và ôxít sắt tạo thành các

khoáng canxi aluminat và canxi alumoferit Nguồn cung cấp Al2O3 chủ yếu là

đất sét và tro than Clanhke chứa nhiều Al2O3 sẽ cho X; măng có thời gian đôngkết ngắn tốc độ phát triển cờng độ nhanh, cờng độ cao, nhng toả nhiều nhiệt khi

đóng rắn và kém bền trong các môi trờng xâm thực.

d) Ôxít sắt (Fe 2 O 3 ): là thành phần chính tạo ra chất nóng chảy khi nung

phối liệu Nhờ chất nóng chảy này mà các phản ứng tạo khoáng clanhke xảy ra

dễ hơn và ở nhiệt độ thấp hơn Fe2O3 phản ứng với CaO và Al3O3 tạo thànhkhoáng canxi alumoferit nóng chảy ở nhiệt độ thấp Nguồn cung cấp Fe2O3 chủyếu là quặng sắt, xỉ pirit, quặng laterit và một phần ôxít sắt có sẵn trong đất sét,tro than Clanhke chứa nhiều ôxít sắt sẽ cho xi măng có cờng độ thấp và tốc độ

đóng rắn chậm Ngoài ra, nếu hàm lợng Fe2O3 quá lớn sẽ tạo nhiều chất nóngchảy gây dính lò, khó nung; nếu hàm lợng Fe2O3 quá ít sẽ không đủ chất nóngchảy, khó phản ứng tạo khoáng và clanhke khó kết khối Vì vậy trong sản xuấtcần khống chế chặt chẽ hàm lợng của ô xít sắt trong khoảng cho phép

e)Ôxít ma giê (MgO): là ôxít có hại Nó có mặt trong clanhke do nguyên,

nhiên liệu đa vào MgO thờng lẫn trong đá vôi, đất sét và tro than Với hàm lợngnhỏ (0,2: 0,5 %) nó tạo thành dung dịch rắn với khoáng C3S làm tăng hoạt tínhcủa khoáng này Nhng nếu hàm lợng MgO quá lớn nó sẽ nằm ở dạng tự do, khinung ở nhiệt độ cao bị hoá già thành khoáng penclaz, khoáng này phản ứng rấtchậm với nớc, gây ra nở thể tích và phá vỡ cấu trúc của đá xi măng Vì vậy, hầuhết các nớc đều quy định hàm lợng MgO trong clanhke xi măng không đợc vợtquá 5 - 6%

f) Ôxít titan (TiO 2 ): là tạp Chất thờng có trong đất sét, hàm lợng TiO2 trongclanhke rất nhỏ nhng lại là tạp chất có lợi cho quá trình tạo khoáng

g)Ôxít ma ngan (MnO: thờng có trong quặng sắt và đá vôi MnO ở hàm 1ợng

nhỏ có vai trò nh Fe2O3 và có tác dụng tốt đến quá trình tạo khoáng, nó có thể

thay thế đồng hình cho Fe2O3 trong các khoáng canxi alumoferit tạo thành dungdịch rắn.

h)Ôxít kiềm (Na 2 O và K 2 O): Chủ yếu do đất sét đa vào phối liệu, là các tạp

chất có hại Khi nung ở nhiệt độ cao, chúng tạo thành các hợp chất dễ thăng hoabay theo khói và bụi làm ảnh hởng đến hoạt động của lò nung Phần kiềm còn lạitrong clanhke làm giảm cờng độ của xi măng Nếu hàm lợng lớn hơn 1% sẽ rấtnguy hiểm vì chúng tác dụng với SiO2 hoạt tính của chất liệu, gây ra hiện tợng ănmòn kiềm - silic dẫn đến phá huỷ bê tông, thậm chí sau 30 - 40 năm Đối với ximăng dùng cho các công trình thuỷ công bê tông khối lớn, yêu cầu hàm lợngkiềm tính theo công thức Na2O + 0,658 K2O (Na2Oeq) phải nhỏ hơn 0,6%.

i) Anhydric sunfuric (SO 3 ): Khi nung clanhke, lu huỳnh có trong nhiên

liệu (than, dầu) và trong nguyên liệu (đất sét, quặng sắt) bị đốt cháy thành SO3bay hơi ở vùng nung Một phần SO3 bay theo khói lò là chất có hại cho môi tr-ờng và sức khoẻ, một phần hoá hợp với kiềm và ôxi tạo thành K2SO4 và Na2SO4làm ảnh hởng đến hoạt động của lò Một phần SO3 nằm lại trong clanhke ở dạngkhoáng sufoaluminat, là khoáng có lợi cho cờng độ của đá xi măng

k) Các ôxít Crôm (Cr 2 O 3 ), Phốt pho (P 2 O 5 ) bari (BaO): là các ôxít có lợi

cho quá trình tạo khoáng clanhke Với hàm lợng nhỏ, chúng có tác dụng giảmnhiệt độ nung và tạo thành dung dịch rắn làm tăng hoạt tính của các khoáng khi

tác dụng với nớc Vì vậy chúng thờng đợc gọi là các ôxít khoáng hoá Nhng với

hàm lợng lớn, chúng lại làm giảm cờng độ của xi măng do cản trở quá trình tạothành khoáng C3S , là khoáng chủ yếu tạo ra cờng độ của đá xi măng

4CaO + Al2O3 + Fe2O3 = CaO.Al2O3Fe2O3 viết tắt là C4AF

3CaO + Al2O3 = 3CaO.Al2O3 viết tắt là C3A.

2CaO + SiO2 = 2CaO.SiO2 viết tắt là C2S

CaO + 2CaO.SiO2 = 3CaO.SiO2 viết tắt là C3S

Hàm lợng của các khoáng này trong clanke xi măng poóc lăng nằm tronggiới hạn sau: C3S = 37: 60%, C2S = 15: 40%, C3A = 5: 15%, C4AF = 10: 18%

Tổng các khoáng chính chiếm 95: 97%; trong đó C3S + C2S = 75: 80%,

C3A + C4AF = 18 25 %

Trong thực tế sản xuất, do ảnh hởng của nhiều yếu tố công nghệ khácnhau nh thành phần phối liệu, nguồn nguyên liệu sử dụng, độ nghiền mịn, độ

đồng nhất, chế độ nung, chế độ làm lạnh v.v nên các khoáng này thờng không

phải là dạng tinh khiết mà chỉ đợc tạo thành ở dạng dung dịch rắn với các ôxíttạp chất khác Để xác định các khoáng clanhke, ngời ta sử dụng các phơng pháp

phân tích thạch học và phân tích hoá lý nh sử dụng kính hiển vi quang học, kính

hiển vi điện tử, chụp ảnh nhiễu xạ tia rơn ghen, quang phổ hồng ngoại v.v 3.2.1.Đặc trng của các khoáng clanhke

a) Khoáng alít (54CaO 16SiO 2 Al 2 O 3 MgO = C 54 Si 6 AM): là khoáng Chính

của clanhke xi măng poóc lăng Alít là dạng dung dịch rắn của khoáng C3S với

ôxít Al2O3 và MgO lẫn trong mạng lới tinh thể thay thế vị trí của SiO2. Khoáng

C3S đợc tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 1250oC do sự tác dụng của CaO với khoáng

C2S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến 2065oC Alít có cấu trúc dạngtấm hình lục giác, màu trắng và có khối lợng riêng 3, 15 -3,25 g/cm3, có kích th-

ớc 10: 250 m ( 1m = 1 0-6m)

Khi phản ứng với nớc, khoáng alít hoà tan nhanh, toả nhiều nhiệt tạo thànhcác tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là tobermorit) đan xenvào nhau tạo cho đá xi măng có cờng độ cao và phát triển cờng độ nhanh Đồngthời nó cũng thải ra lợng Ca(OH)2 khá nhiều nên kém bền trong nớc ngọt và nớcchứa ion sun phát

b) Khoáng belít (C2S): có cấu trúc dạng hạt tròn, nằm phân bổ xungquanh các hạt alít Belít là một dạng thù hình của khoáng C2S, tồn tại trongclanhke khi làm nguội nhanh Trong quá trình nung clanhke, do phản ứng củaCaO với SiO2 ở trạng thái rắn tạo thành khoáng C2S ở nhiệt độ 600- 1 100oC.Khoáng C2S có 4 dạng khác nhau về hình dạng cấu trúc và các tính chất, gọi là 4dạng thù hình, đó là: -, , - và - C2S

nó tạo cho đá xi măng be lít có độ bền trong nớc ngọt và nớc chứa ion sunfat caohơn đá xi măng lít

c) Khoáng canxi aluminat (C3A): là chất trung gian màu trắng nằm xengiữa các hạt alít và be lít cùng với alumoferit canxi (C4AF) Trong thành phần

của C3A cũng chứa một số tạp chất nh SiO2, Fe2O3, MgO, K2O, NaO

Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với alít tạo ra cờng độ ban đầu của đá

xi măng Xi măng chứa nhiều C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn C3A có khối ợng riêng là 3,04 g/cm3, nó là khoáng rất hoạt tính với nớc nên bị hydrat hoá rấtnhanh, tạo ra cờng độ cao cho đá xi măng nhng kém bền trong nớc và trong môitrờng sun phát

l-d) Khoáng Canxi alumoferit (C4AF): cũng là chất trung gian, có khối lợngriêng 3,77g/cm3, màu đen, nằm xen giữa các hạt alít và belít cùng với khoáng

C3A Khi nung clanhke, do phản ứng của CaO với Fe2O3 tạo thành các khoángnóng chảy ở nhiệt độ thấp (600: 700oC) nh CaO.Fe2O3 (CF), C2F Sau đó cáckhoáng này tiếp tục phản ứng với Al2O3 tạo thành các khoáng canxi alumoferit

có thành phần thay đổi nh C2F, C6A2F, C4AF, C6AF2 các khoáng này bị nóngchảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250oC và trở thành pha lỏng cùng với các khoángcanxi aluminat, tạo ra môi trờng cho phản ứng tạo thành khoáng C3S, nên chúngthờng đợc gọi là chất trung gian hoặc pha lỏng clanhke

Khi tác dụng với nớc, canxi alomoferit bị thuỷ hoá chậm, ít toả nhiệt vàcho cờng độ thấp

e) Các khoáng khác

Ngoài 4 khoáng chính ở trên, trong clanhke còn chứa pha thuỷ tinh là chấtlỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh clanhke Nếu quá trình làm lạnhnhanh thì ?các khoáng C3A, C4AF, MgO (periclaz), CaOtd v.v không kịp kếttinh để tách khỏi pha lỏng, khi đó pha thuỷ tinh sẽ nhiều Ngợc lại, nếu làm lạnhchậm thì pha thuỷ tinh sẽ ít Khi làm lạnh nhanh, các khoáng sẽ nằm trong phathuỷ tinh ở dạng hoà tan nên có năng lợng dự trữ lớn làm cho clanhke rất hoạttính và sẽ tạo cho đá xi măng có cờng độ ban đầu cao Khi làm lạnh chậm, cáckhoáng sẽ kết tinh hoàn chỉnh, kích thớc lớn nên độ hoạt tính với nớc sẽ giảm,hơn nữa MgO và CaOtd sẽ tách ra thành các tinh thể độc lập, bị già hoá nên dễgây ra sự phá huỷ cấu trúc của đá xi măng, bê tông về sau

3.2.2 Tính hàm lợng khoáng chính của clanhke

Trong thực tế sản xuất, không phải lúc nào cũng có thiết bị phân tích hoá

lý để xác định thành phần khoáng của clanhke Vì vậy, ngời ta thờng tính toánthành phần khoáng của clanhke và xi măng dựa vào thành phần hoá học củaclanhke, xi măng theo các công thức tính đợc nhiều nớc sử dụng và đã đợc tiêuchuẩn hoá là:

Khoáng canxi silicat:

C3S = 4,07.%CaO - 7,6.%SiO2 - 6,72.%Al2O3 - l,42.%Fe2O3 - 2,85%SO3

3.3 Các hệ số chế tạo clanhke

Để thuận tiện trong quá trình tính toán và kiểm tra, khống chế sản xuất,ngời ta đã tìm cách xây dựng mối tơng quan giữa các xít, các khoáng với nhau.Thông qua các hệ số chế tạo này ngời ta có thể dự đoán đợc khả năng chế tạoclanhke và chất lợng của sản phẩm

3.3.I Biểu diễn quan hệ giữa các ôxit bằng các hệ số

Hệ số bão hoà vôi Là tỷ lệ của lợng CaO còn lại trong clanhke sau khi đã

liên kết đủ với Al2O3, Fe2O3 và SO3 so với lợng CaO cần thiết đủ liên kết với tấtcả lợng SiO2 để tạo thành khoáng C3S

Theo cách tính của Kind:

KH = (C - l,65.A - 0,35.F - 0,7.SO3)/ 2,8.S

Theo công thức của Lea và Parker:

LSF = 100.C/ (2,8.S + 1, 18.A + 0,65 F)

Khi hệ số bão hoà vôi càng lớn thì khả năng tạo thành C3S càng nhiều

b) Mô đun silicat: Đặc trng cho tỷ lệ giữa pha rắn (các khoáng silicat) và

pha lỏng nóng chảy (các khoáng aluminat và alumoferit) có trong clanhke ởnhiệt độ cao

*) Ký hiệu S, A, F, C trong các công thức trên là hàm lợng % của các ôxítSiO2, Al2O3, Fe2O3 cao tơng ứng có trong clanhke

3.3.2 Quan hệ giữa các khoáng với các hệ số

a) Tính các hệ số chế tạo clanhke từ thành phần khoáng chọn trớc:

KH = (C3S + 0,885 C2S) / (C3S + 1,33.C2S)

n = (C3S + 1,33 (C2S) / (l,434.C3A + 2,046 C4AF)

p = (l,l5.C3A / C4AF) + 0,64

b) Tính kiểm tra thành phần khoáng từ các hệ số chế tạo và các ôxít sau khi đã

phân tích biết thành phần hoá học của clanhke (công thức của Kind):

Trong sản xuất công nghiệp, thờng khống chế các hệ số chế tạo clanhke ximắng poóc lăng trong khoảng sau:

KH = 0,86 - 0,95; n = 2,0 - 2,7; p = 0,9 - 1,7

CÂU HỏI Và BàI TậP

1 Nêu khái niệm xi măng, bê tông, clanhke, thạch cao và phụ gia xi măng?

2 Viết công thức đầy đủ và gọi tên các khoáng C3S , C2S , của và C4AF?

3 Nêu ự giống nhau và khác nhau giữa các loại xi măng poóc lăng (PC), poóclăng hỗn hợp (PCB), poóc lăng puzơlan (Pz) và poóc lăng xỉ (Px)?

4 Nêu đặc điểm và lĩnh vực sử dụng của các loại xi măng bền sun phát, xi mănggiếng khoan và xi măng trắng?

5 Hàm lợng phần trăm của 4 ôxít chính trong clanhke xi măng poóc lăng nằmtrong giới hạn nào? Làm thế nào để xác định đợc chúng?

6 Nêu vai trò của các ôxít trong clanhke xi măng poóc lăng?

7 Viết phơng trình phản ứng và điều kiện nhiệt độ để tạo thành 4 khoáng chính

của clanhke? Nêu đặc trng của các khoáng đó

8 Tính các hệ số chế tạo và thành phần khoáng của mẫu clanhke, biết thành phầnhoá học sau khi phân tích đợc nh sau:

Chơng 2

Kỹ THUậT SảN XUấT XI MĂNG

1 Nguyên, nhiên liệu và phụ gia

Nh trên đã nói, để sản xuất xi măng cần phải nung clanhke từ hỗn hợpnguyên liệu có thành phần yêu cầu, sau đó nghiền mịn nó cùng với thạch cao vàmột vài loại phụ gia khác nhau Vì vậy, trong quá trình sản xuất cần phải lựachọn nguồn nguyên, nhiên liệu sao cho có thể chế tạo đợc phối liệu có đủ 4 ôxítchính là CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 và hạn chế đến mức thấp nhất các tạp chất cóhại nh MgO, K2O, Na2O và lu huỳnh

Hai nguyên liệu chính thờng đợc sử dụng để sản xuất clanhke xi măng là

đá vôi và đất sét đá vôi là nguồn cung cấp CaO, đất sét là nguồn cung cấp SiO2,

Al2O3 và Fe2O3 Tuy nhiên để đảm bảo đủ các ôxít theo tỷ lệ yêu cầu nhằm thoảmãn các hệ số chế tạo KH, n, p, thì khó tìm đợc một loại đá vôi và đất sét nào đó

có đủ thành phần nh ý muốn Vì vậy trong sản xuất thờng phải sử dụng thêm phụgia có chứa nhiều ôxít sắt để bổ sung Fe2O3 (Ví dụ nh quặng sắt hoặc xỉ pyrit,quặng laterit) hoặc phụ gia có chứa nhiều ôxít silic để bổ sung SiO2 ví dụ nh đấtcao silíc hoặc cát mịn)

Nhiên liệu sử dụng trong công nghiệp xi măng chủ yếu là than antraxít vàdầu, ở một số ít nhà máy có nguồn khí thiên nhiên thì nhiên liệu đợc thay bằngkhí (GAS) ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy đều sử dụng than cám của các mỏthan ở tỉnh Quảng Ninh, một vài nhà máy nh xi măng Hoàng Thạch, Hải Phòng,

Hà Tiên sử dụng than pha dầu, duy nhất xí nghiệp xi măng Thái Bình là sử dụngkhí đốt của mỏ khí ở huyện Tiền Hải

Các loại nguyên liệu, phụ gia và nhiên liệu thờng đợc sử dụng để sản xuấtclanhke nh sau:

1.1 Đá vôi:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6072: 1996, đá vôi sử dụng làm nguyênliệu để sản xuất xi măng poóc lăng phải thoả mãn yêu cầu về hàm lợng của cácchất là: CaCO3 - 85%; MgCO3 - 5%; K2O + Na2O - l%

Thông thờng, các nhà máy xi măng ở Việt Nam đều sử dụng đá vôi có hàm lợngCaCO3 = 90: 98% (CaO = 50 - 55%), MgO < 3% và ôxít kiềm không đáng kể

Ngoài đá vôi ra, ở một số nơi hiếm đá vôi có thể sử dụng đá vôi san hô

nh-ng phải khai thác và để lâu nh-ngày cho ma rửa trôi hết muối NaCl Đa phấn cóchứa CaCO3 98: 99% có cấu trúc tơi xốp có thể thay cho đá vôi và là nguyên liệuthích hợp để sản xuất xi măng trắng

cao hơn, nên thờng phải sử dụng thêm phụ gia có chứa nhiều ôxít silic để bổsung SiO2 Nếu trong đất sét có nhiều ôxít kiềm (K2O + Na2O) thì khi cần sảnxuất xi măng yêu cầu hàm lợng kiềm thấp, bắt buộc phải bổ sung thêm phụ gia

có chứa nhiều ôxít silic và phụ gia có chứa nhiều ôxít nhôm để hạn chế hàm lợng

ôxít kiềm nhng vẫn đảm bảo đợc các hệ số chế tạo clanhke

1.3 Phụ gia cao silic

Là phụ gia có chứa nhiều ôxít silic, đợc sử đung để điều chỉnh mô đun

silicatri = S/ (A + F) trong trờng hợp nguồn đất sét của nhà máy có hàm lợng

SiO2 thấp các phụ gia cao silic thờng đợc sử dụng là các loại đất cao silic hoặc đásilíc có hàm lợng SiO2 > 80% Ngoài ra, ở những nơi không có nguồn đất caosilic có thể sử dụng cát mịn, nhng khi nghiền mịn phối liệu sẽ khó hơn và SiO2trong cát thờng nằm ở dạng quăczit khó phản ứng hơn, nên cần phải sử dụngthêm phụ giá khoáng hoá để giảm nhiệt độ nung clanhke

1.4 Phụ gia cao sắ t

Là phụ gia có chứa nhiều ôxít sắt, đợc sử dụng để điều chỉnh mô đunaluminat (p = A / F) cho phối liệu, vì hầu hết các loại đất sét đều không có đủ l-ợng Fe2O3 theo yêu cầu Các loạt phụ gia cao sắt thờng đợc sử dụng ở Việt Namlà: Xỉ pirit Lâm Thao (phế thải của công nghiệp sản xuất H2SO4 từ quặng piritsắt) chứa 55 - 68% Fe2O3 quặng Sắt (ở Thái Nguyên, Thanh Hoá, Quảng Ninh)chứa 65:85% Fe2O3 hoặc quặng laterit (ở các tỉnh miền Trung, miền

Nam) chứa 35: 50% Fe2O3

1.5 Phụ gia cao nhôm

Là phụ gia có chứa nhiều ôxít nhôm, cũng đợc sử dụng để điều chỉnh mô

đun aluminat (p =A/F) trong trờng hợp nguồn đất sét của nhà máy chứa quá ít

Al2O3 Nguồn phụ gia cao nhôm thờng là quặng bô xít (ở Lạng Sơn, Cao Bằng,Hải Hng) có chứa Al2O3: 44: 58% cũng có thể sử dụng cao lanh hoặc tro xỉ nhiệt

điện làm phụ gia bổ sung ôxít nhôm, nhng tỷ lệ sử dụng khá cao nên hiệu quảkinh tế thấp hơn

1.6 Phụ gia khoáng hoá.

Để giảm nhiệt độ nung clanhke nhằm tiết kiệm nhiên liệu và tăng khảnăng tạo khoảng, tăng độ hoạt tính của các khoáng clanhke, có thể sử dụng thêmmột số loại phụ gia khoáng hoá nh: quặng fluorit còn gọi là huỳnh thạch (chứaCaF2) quặng phốtphorit (chứa P2O5 quặng barit (chứa BaSO4) thạch cao (chứaCaSO4) có thể chỉ sử dụng riêng một loại hoặc sử dụng đồng thời hai, ba loại phụgia này với nhau (gọi là phụ gia khoáng hoá hỗn hợp) Phụ gia khoáng hoá hỗnhợp có tác đụng khoáng hoá tốt hơn từng loại phụ gia riêng Tuy vậy, trong sảnxuất nếu càng sử dụng nhiều loại nguyên liệu, phụ gia thì công nghệ pha trộnphối liệu càng phức tạp, tốn nhiều thiết bị cân trộn hơn và khả năng đồng nhấtkém hơn, việc khống chế phối liệu cho chính xác cũng khó hơn

1.7 Nhiên liệu

Nhiên liệu khi cháy sẽ cung cấp nhiệt lợng cho các quá trình sấy nguyênliệu các phản ứng phân huỷ đá vôi, đất sét, phụ gia thành các ôxít và cung cấpnhiệt cho các phản ứng tạo thành các khoáng của clanhke Để chế tạo đợcclanhke, cần phải nung nóng phối liếu đến nhiệt độ 1450 - l500oC Chất lợng

nhiên liệu ảnh hởng quyết định đến quá trình nung, vì vậy cần phải chọn loạinhiên liệu phù hợp với điều kiện thiết bị công nghệ của từng nhà máy cụ thể.

Nhiên liệu tốt nhất là khí thiên nhiên (chứa chủ yếu là khí Mêtal - CH4) vì

nó dễ cháy, thiết bị đốt đơn giản, nhiệt lợng cao và không có tro

Nhiên liệu tốt thứ hai là dầu (thờng sử dụng dầu FO) cũng có nhiệt lợngcao (hơn 9000 kcal/kg) và không có tro, dễ cháy, nhng thiết bị đốt phức tạp hơn

và phải có bộ phận hâm sấy và lọc dầu

Nhiên liệu rắn đợc sử dụng phổ biến nhất là than antraxít, có chứa 65:85% cacbon, có nhiệt lợng riêng từ 5300: 7400 kcal/kg Sau khi than cháy cònlại khoảng 10 - 30% tro Tro than có thành phần hoá học gần giống thành phầnhoá học của đất sét đã nung (SiO2 = 58: 68%, Al2O3 = 23: 28%, Fe2O3 = 3- 8 %

và một ít tạp chất khác) Lợng tro than này cũng tham gia vào phản ứng tạokhoáng clanhke nên khi tính phối liệu phải coi nó nh 1 cấu tử nguyên liệu và cầnkhống chế đúng tỷ lệ yêu cầu trong quá trình sản xuất Sử dụng than làm nhiênliệu phức tạp hơn dầu hoặc khí vì than phải đợc nghiền thật mịn và đợc phun vào

lò (đối với lò quay) hoặc nghiền cùng với phối liệu (đối với lò đứng)

Để sản xuất xi măng có hiệu quả, cần sử dụng loại than có hàm lợng trothan ít, nhiệt lợng cao và hàm lợng lu huỳnh (tạo ra SO3 độc hại) càng thấp càngtốt Hiện nay hầu hết các nhà máy xi măng ở Việt Nam đều quy định chỉ sử dụngthan cám 4A và than cám 3 (có nhiệt lợng Qd > 6 100 kcal/kg và hàm lợng tro A

< 19%, hàm lợng lu huỳnh S < 2%) Loại than tốt nhất ở Việt Nam là than ở mỏ

than Hòn Gai (Quảng Ninh)

2 Quá trình công nghệ sản xuất xi măng

Quá trình công nghệ sản xuất xi măng thờng đợc chia thành 3 giai đoạnchính tách rời nhng kế tiếp nhau Ba giai đoạn đó là giai đoạn chuẩn bị phối liệugiai đoạn nung clanhke và giai đoạn nghiền, đóng bao xi măng Mỗi giai đoạnsản xuất chính đợc thực hiện theo một dây chuyền sản xuất lên động, hoặc cũng

có thể thực hiện theo 2 hoặc 3 dây chuyền liên động nhỏ hơn Sản phẩm của mỗigiai đoạn chính phía trớc lại là nguyên liệu của giai đoạn tiếp theo

Sơ đồ khối của quá trình công nghệ sản xuất xi măng nh sau:

a Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là gia công sơ bộ các loạinguyên nhiên liệu nh đá vôpi, đất sét, các loại phụ gia, than v.v đến kích thớc

và độ ẩm yêu cầu để có thể cấp cho máy nghiền, sau đó định lợng các loạinguyên, nhiên liệu, phụ gia theo tỷ lệ yêu cầu và nghiền mịn thành phối liệu

b Sơ đồ dây chuyền công nghệ chế tạo phối liệu (phơng pháp khô)

c) Quá trình công nghệ: Tuỳ theo cách chế tạo phối liệu mà gọi là sản

xuất theo phơng pháp khô hay phơng pháp ớt

+ Khi sản xuất theo phơng pháp khô: các loại nguyên liệu, phụ gia đợc

đập nhỏ sơ bộ, sấy khô đến độ ẩm W < 2%, đợc cân theo tỷ lệ xác định (để đảmbảo các hệ số chế tạo clanhke theo yêu cầu) và phối trộn lại với nhau, sau đó đợcnghiền mịn thành bột khô đến độ mịn nhỏ hơn 10% (tính theo lợng còn lại trênsàng No008 - kích thớc mắt sàng là 0,08mm) Bột phối liệu đợc chứa vào các silô

đợc đảo trộn hoặc sục khí nén cho đồng nhất và sau đó đợc cấp cho lò nung ởViệt Nam, hầu hết các nhà máy xi măng đều sản xuất theo phơng pháp này

+ Khi sản xuất theo phơng pháp ớt: đá vôi, đất sét, phụ gia sau khi đợc

đập nhỏ sơ bộ sẽ đợc nghiền cùng với nớc tạo thành dạng bùn ớt (bùn pate) có độ

ẩm W = 35 - 37% và đợc bơm vào các bể hoặc giếng chứa bùn Khi nghiền bùnphối liệu, tỷ lệ giữa các loại nguyên liệu chỉ xác định một cách tơng đối Trongquá trình sản xuất, bùn đợc bơm vào các giếng và đợc kiểm tra, phân tích độ ẩm,thành phần hoá học Sau đó phối trộn với nhau để điều chế đợc bùn phối liệu cóthành phần hoá học theo yêu cầu Khi đã đạt yêu cầu, bùn phối liệu thờng xuyên

đợc khuấy trộn để chống sa lắng và bơm cấp cho lò nung ở Việt Nam hiện naychỉ có 3 nhà máy xi măng sản xuất theo phơng pháp này là nhà máy xi măng HảiPhòng, nhà máy xi măng Hà Tiên (dây chuyền cũ) và nhà máy xi măng Bỉm Sơn.Trong những năm gần đây ngời ta không xây dựng các nhà máy sản xuất theophơng pháp ớt nữa vì tuy công nghệ nghiền đơn giản hơn, không phải sấynguyên liệu, dễ nghiền mịn hơn, dễ đồng nhất hơn nhng phải có nhiều bể vàgiếng để chứa và điều chế bùn phối liệu, khi nung tốn nhiều nhiệt năng để làm

bay hơi 35 - 37% ẩm, lò nung dài hơn, năng suất thấp hơn v.v .

d) Kiểm tra chất lợng nguyên liệu và sản phẩm:

Để đảm bảo chất lợng của quá trình sản xuất, nguyên nhiên liệu đa vàosản xuất cần phải tập kết theo lô, lấy mẫu kiểm tra độ ẩm, thành phần hoá học

Nguyên liệu đa vào sản xuất phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đối với mỗi loại(theo tiêu chuẩn cơ sở của từng nhà máy)

Trong quá trình sản xuất, phải định kỳ lấy mẫu nguyên liệu, phụ gia chứatrong các silô (dới các cân phối liệu), bột hoặc bùn phối liệu đề kiểm tra độ ẩm,phân tích thành phần hoá học làm căn cứ tính toán và điều chỉnh tỷ lệ phối liệucho phù hợp với sự biến động của chất lợng nguyên, nhiên liệu

Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất lợng yêu cầu.

Đá vôi:

* Chế độ kiểm tra:

- Mẫu trung bình của khu vực dự định khai thác

Mẫu trung bình hàng ngày (tập trung mẫu theo ca)

Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:

CaCO3 > 90%; MgCO3 < 6%; SiO2 < 5%; lợng đất lẫn < 8%; kích thớckhai thác đa vào máy đập hàm và sau khi đập qua máy đập hàm, đập búa, tuỳtheo thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng

Đất sét:

* Chế độ kiểm tra:

Mẫu trung bình của khu vực dự định khai thác

Mẫu trung bình hàng ngày tập trung mẫu theo ca)

* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:

Mẫu trung bình theo từng lô hàng nhập về nhà máy

- Mẫu trung bình đống trong kho ở khu vực dự định đa vào sản xuất

* Chỉ tiêu kiểm tra:

- Kích thớc và độ ẩm trớc khi đa vào máy đập hoặc máy sấy, tuỳ theo loạiphụ gia, thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng

Nhiên liệu.

* Chế độ kiểm tra:

- Mẫu trung bình theo từng lô hàng nhập về nhà máy

- Mẫu trung bình đống trong kho ở khu vực dự định đa vào sản xuất

* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:

- Khí tự nhiên: Kiểm tra áp lực khí

- Dầu FO: Kiểm tra tỷ trọng và hàm lợng lu huỳnh, nhiệt độ bắt cháy v.v

- Than cám 3: Hàm lợng tro, A = 10: 15%; Chất bốc, V < 6% đối với ximăng lò đứng), V= 8: 10%; Nhiệt lợng , Qd > 6500 kcal/kg;

Chế độ kiểm tra:

- Mẫu trung bình theo từng giờ

- Mẫu trung bình theo ca, theo ngày sản xuất

* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:

- Tít phối liệu (%CaCO3 + %MgCO3) = Tít tính toán + 0,5 Thông thờng,

phối liệu không có than, T= 78: 80%; phối liệu có than , T = 65: 67%

- Hàm lợng CaO, Fe2O3 kiểm tra nhanh bằng máy phân tích canxi, sắt)

- Hàm lợng các ôxít chính, các hệ số chế tạo KH, n, p phải đạt theo yêucầu chỉ đạo của phòng kỹ thuật

Độ mịn, phần còn lại trên sàng No008 < 10%

2.2 Giai đoạn nung clanhke

a) Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là nung bột phối liệu khô, bùn

phối liệu ớt hoặc viên phối liệu ẩm thành clanhke

b) Sơ đồ dây chuyền công nghệ nung clanhke:

+ Dây chuyền lò quay phơng pháp khô:

c) Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ:

Quá trình nung clanhke có thể thực hiện đợc bằng lò quay hoặc lò đứng.

Lò quay là một ống trụ dài, bên trong có lót gạch chịu lửa, đờng kính ống  2,5 6m, chiều dài 75- 185m, nằm nghiêng 2-3o, liên tục quay quanh trục với tốc độ1,5-3 vòng/phút Lò đứng là một hình trụ đứng yên, vỏ lò đợc làm bằng thép, bêtông hoặc xây bằng gạch, bên trong có lót gạch chịu lửa, đờng kính trong  2,2 -

-3, 1m, chiều cao 8- 1 1m, trên đỉnh có máy rải liệu để cấp vào lò, dới đáy có ghiquay hoặc cửa tháo để rút clanhke ra khỏi lò

+) Quá trình nung bằng lò quay phơng pháp khô: Nhiên liệu đốt (khí, dầu

hoặc than mịn) đợc phun vào lò từ đầu thấp (còn gọi là đầu nóng) Nhiên liệucháy tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ 1550 - l650oC ở zôn (vùng) nung và giảm dần

về phía đầu cao và đi qua hệ thống xyclon trao đổi nhiệt Bột phối liệu từ các silôchứa đã đồng nhất đợc bơm khí nén cấp vào xyclon trao đổi nhiệt với khí nóng

và đợc đốt nóng dần Do cấu tạo của xyclon, bột phối liệu từ xyclon phía trêntách ra khỏi dòng khí và rơi xuống xyclon phía dới có nhiệt độ cao hơn Qua 4-5cấp xyclon trao đổi nhiệt (ở các lò hiện đại còn có thêm thiết bị canxi hoá, còngọi là “thiết bị tiền nung”), bột phối liệu đã đợc đốt nóng đến 900- 1000OC vàcác nguyên liệu đã bị phân huỷ Sau đó bột phối liệu đi vào lò nung ngợc chiềuvới dòng khí nóng đến zôn nung Trong quá trình này, bột liệu đợc đốt nóng dần

đến nhiệt độ 1450 - 1500oC, xảy ra các phản ứng tạo khoáng clanhke, làm choclanhke kết khối Ra khỏi zôn nung, clanhke đợc làm nguội nhanh từ 1200oCxuống 150: 250oC nhờ các lò hành tinh gắn xung quanh lò chính hoặc máy làmlạnh và đợc đa vào kho ủ ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy xi măng đều sảnxuất bằng loại lò này nh nhà máy xi măng Hoàng Thạch (lò  = 5,5m, chiều dài94m), Chinfon, Bút Sơn, Hà Tiên II, Sao Mai và các nhà máy đang xây dựng nh

xi măng Nghi Sơn, Hoàng Mai, Tràng Kênh v.v

+) Quá trình nung bằng lò quay phơng pháp ớt:Nhiên liệu đốt (khí, dầu

hoặc than mịn) đợc phun vào lò từ đầu thấp (còn gọi là đầu nóng) Nhiên liệucháy tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ 1550 - 1650oC ở zôn nung và giảm dần về phía

đầu cao (còn gọi là đầu lạnh) Bùn phối liệu đợc bơm từ các giếng điều chế vào

lò nung từ đầu lạnh và đi ngợc chiều với dòng khí nóng đến zôn nung Trong quátrình này, bùn phối liệu đi qua zôn xích đợc sấy khô thành bột và đợc đốt nóngdần đến nhiệt độ 1450- 1500oC ở trong lò, tuỳ theo nhiệt độ của từng zôn mà ở

đó xảy ra các phản ứng phân huỷ nguyên liệu và tạo khoáng clanhke, làm choclanhke kết khối Ra khỏi zôn nung, clanhke cũng đợc làm nguội nhanh từ

1200OC xuống 150 - 250oC và đợc đa vào kho ủ

So với lò quay phơng pháp khô, lò quay phơng pháp ớt dài hơn và khôngcần hệ thống xyclon trao đổi nhiệt, ở đầu lạnh có mắc xích tạo thành zôn say.Loại lò này cho năng suất thấp hơn nhng tiêu tốn nhiệt cao hơn lò quay phơng

pháp khô nên ngày nay ít đợc xây dựng mới

ở Việt Nam hiện nay chỉ có các nhà máy xi măng Hải Phòng (lò 4) = 2,5:3m,chiều dài 75 - 1 10 m), Bỉm Sơn (lò  = 5 m, chiều dài 185 m), Hà Tiên I (lò 

= 2,5m, chiều dài 75 m) là còn đang sản xuất bằng loại lò này

+) Quá trình nung bằng lò đứng: Nhiên liệu đốt là than cám đợc nghiền

cùng với phối liệu và đợc vê thành viên Khi nhiên liệu cháy tạo ra ngọn lửa cónhiệt độ 1450 - 1500oC ở zôn nung (cách sàn lò 1 ,5:2 m) Trong quá trình này,bột liệu đợc đốt nóng dần đến nhiệt độ 1400: 1450oC và xảy ra các phản ứng

phân huỷ nguyên liệu và tạo khoáng clanhke, làm cho clanhke kết khối Ra khỏizôn nung, clanhke đợc làm nguội nhanh từ 1200oC xuống 150 - 250oC nhờ giólạnh thổi từ dới lên, đợc ghi quay nghiền vỡ, đợc tháo ra khỏi lò và đợc đa vàokho (hoặc silô) ủ Sản xuất bằng phơng pháp lò đứng tuy công nghệ đơn giảnhơn, vốn đầu t thấp nhng nhợc điểm lớn nhất là chế độ nung không ổn định vàphụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật thao tác của thợ lò Nếu quá trình nung khôngtốt sẽ có hiện tợng không đều nhiệt, có vùng chỉ đạt 600: 1000OC cha đủ để phảnứng tạo khoáng clanhke, nên tạo ra clanhke chất lợng thấp, vôi tự do cao làm cho

xi măng kém ổn định thể tích và cờng độ thấp

d) Kiểm tra chất lợng sản phẩm:

Việc kiểm tra chất lợng clanhke trong quá trình sản xuất nhằm đánh giá

khả năng kết luyện của clanhke, chế độ nhiệt của lò nung đã phù hợp hay cha

để cán bộ kỹ thuật và thợ lò khống chế, chỉ đạo sản xuất

Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất lợng yêu cầu nh sau:

Chế độ kiểm tra:

- Mẫu clanhke ra lò từng giờ (lấy sau lò nung)

- Mẫu trung bình theo ca sản xuất (gộp mẫu lấy theo giờ)

- Mẫu trung bình theo ngày sản xuất (gộp mẫu lấy theo ca)

Chỉ tiêu kiểm tra:

- Đối với mẫu clanhke theo giờ, cần kiểm tra dung trọng làm cơ sở để thợ

lò điều chỉnh chế độ nhiệt và năng suất lò

- Đối với mẫu trung bình theo ca sản xuất, cần kiểm tra hàm lợng vôi tự

do

- Đối với mẫu trung bình theo ngày sản xuất cần kiểm tra thành phần hoáhọc, các hệ số chế tạo, tính ổn định thể tích và cờng độ bền nén theo phơng phápnhanh

2.3 Giai đoạn nghiền, đóng bao xi măng

a) Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là nghiền xi măng từ clanhke,

thạch cao và một số loại phụ gia nh phụ gia hoạt tính, phụ gia đầy, phụ gia công

nghệ Sau khi nghiền, xi măng sẽ đợc chứa trong các si lô và đợc đóng thành bao

50kg để xuất xởng theo nhu cầu bán hàng hoặc cũng có thể xuất xởng ở dạng ximăng rời Tuỳ theo loại tỷ lệ phụ gia pha vào khi nghiền mà ta có các loại ximăng khác nhau Nếu chỉ nghiền clanhke xi măng poóc lăng với 3-5% thạch cao,

ta đợc xi măng poóclăng (PC); nếu pha thêm puzơlan ta đợc xi măng poóc lăngpuzơlan (Pz); nếu pha thêm xỉ lò cao, ta đợc xi măng poóc lăng xỉ (Px): nếu pha

thêm các loại phụ gia hoạt tính và phụ gia đầy v.v ta đợc xi măng hỗn hợp

(PCB)

b) Sơ đồ dây chuyền công nghệ nghiền xi măng:

* Tuỳ vào loại xi măng cần sản xuất mà sử dụng (hoặc không sử dụng) các loại phụ gia.

c) Quá trình công nghệ:

Để nghiền xi măng, ngời ta sử dụng hệ thống máy nghiền bi Tuỳ theohành trình của vật liệu bị nghiền (quyết định bởi máy nghiền) và các thiết bị phụtrợ mà ta phân biệt ra nghiền theo chu trình kín hay chu trình hở

+ Khi nghiền theo chu trình hở: vật liệu nghiền đợc cấp vào máy nghiền ở

đầu cấp liệu và đợc lấy ra ở đầu thạo liệu, vật liệu đợc nạp vào và tháo ra liên tụctheo một chiều Trong quá trình này, vật liệu đợc đập nhỏ, nghiền mịn nhờ sự va

đập, chà xát của bi đạn với nhau và với tấm lót bên trong máy nghiền Độ mịncủa vật liệu nghiền (xi măng) phụ thuộc vào độ cứng của clanhke, phụ gia, năng

suất cấp liệu và chế độ thông gió cho máy nghiền v.v

+ Khi nghiền theo chu trình kín: khác với chu trình hở, là sau khi vật liệu

nghiền ra khỏi máy nghiền, chúng đợc đa vào máy phân ly Tại máy phân ly, vậtliệu nghiền đợc phân loại Những hạt vật liệu có kích thớc đạt yêu cầu đợc đavào nơi chứa sản phẩm (thờng khống chế theo lợng còn lại trên sàng No008 nhỏhơn 3% hoặc tỷ diện lớn hơn 3200 cm2/g, khi đó cỡ hạt có kích thớc nhỏ hơn60m thờng chiếm trên 90%), những hạt vật liệu có kích thớc lớn hơn yêu cầu đ-

ợc tách ra và đa trở lại đầu cấp liệu để nghiền lại Nhờ có máy phân ly, các hạtvật liệu mịn đợc tách ra khỏi hỗn hợp, làm cho bi đạn tiếp tục chà xát các hạt vậtliệu to hơn, hiệu suất nghiền cao hơn Với cùng một máy nghiền bi, nếu lắp thêm

hệ thống nghiền theo chu trình kín, năng suất sẽ tăng thêm 2025%

+Giai đoạn đóng bao: ngoài các thiết bị vận chuyển là vít tải, gầu tải thì

thiết bị chính là máy đóng bao ở các nhà máy nhỏ, thờng sử dụng máy đóng bao

2 vòi có công suất 30 tấn/h ở các nhà máy lớn, thờng sử dụng máy đóng bao 18

- 36 vòi có công suất 100-300 tấn/h

d) Kiểm tra chất lợng:

Việc kiểm tra chất lợng xi măng trong quá trình sản xuất cũng nh trớc khixuất xởng là khâu cuối cùng nhng rất quan trọng trong quá trình kiểm tra sảnxuất Các tính chất kỹ thuật của xi măng phải đạt yêu cầu của các tiêu chuẩnchất lợng hiện hành Các chỉ tiêu chất lợng kiểm tra là căn cứ để đánh giá chấtlợng xi măng và cũng là cơ sở để cán bộ kỹ thuật khống chế, chỉ đạo sản xuất

Đây là nhiệm vụ trọng tâm của nhân viên thí nghiệm cơ lý xi măng nên chúng ta

sẽ khảo sát kỹ hơn ở các chơng sau

Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất lợng yêu cầu:

* Chế độ kiểm tra:

- Mẫu xi măng nghiền từng giờ (lấy sau máy nghiền hoặc máy phân ly)

- Mẫu trung bình theo ca sản xuất (gộp mẫu lấy theo giờ)

- Mẫu trung bình theo ngày sản xuất (gộp mẫu lấy theo ca)

- Mẫu trung bình theo lô hàng xuất xởng (lấy tại máy đóng bao)

* Chỉ tiêu kiểm tra:

- Đối với mẫu xi măng nghiền theo giờ, cần kiểm tra độ mịn, hàm lợngSO3 để kịp thời điều chỉnh năng suất, tỷ lệ thạch cao

- Đối với mẫu trung bình theo ca, theo ngày sản xuất, cần kiểm tra độ mịn,lợng nớc tiêu chuẩn (hay độ dẻo tiêu chuẩn), thời gian đông kết, hàm lợng vôi tự

do, tính ổn định thể tích và cờng độ bền nén theo phơng pháp nhanh

- Đối với mẫu trung bình theo lô hàng xuất xởng cần kiểm tra tất cả cácchỉ tiêu chết lợng yêu cầu sẽ giới thiệu ở các chơng sau)

3 Tính phối liệu để sản xuất clanhke

Để sản xuất đợc clanhke có đủ thành phần khoáng yêu cầu, bên cạnh việcphải đảm bảo đủ nhiệt độ nung tối đa là 1450- 1500oC và lu vật liệu ở zôn nungtrong thời gian tối thiểu là 25 - 30 phút, việc chế tạo đợc phối liệu có đủ thànhphần hoá học yêu cầu đóng vai trò quyết định

Trong chơng I, chúng ta đã biết vai trò quan trọng của 4 ôxít chính trongclanhke là các xít CaO, SiO2, Al2O3 và Fe2O3 Bốn ôxít này phản ứng với nhau ởnhiệt độ cao tạo thành 4 khoáng chính là C3S , C2S , của và C4AF các ôxít và cáckhoáng này có sự liên hệ với nhau qua các hệ số chế tạo là hệ số bão hoà vôi(KH), môđun silicat (n) và môđun aluminát (p)

Muốn chế tạo đợc phối liệu có thành phần hoá học yêu cầu, trớc hết taphải tính phối liệu xem cần phải phối trộn các loại nguyên liệu, phụ gia với nhautheo tỷ lệ nh thế nào (công việc này thờng giao cho cán bộ kỹ thuật phụ trách

phối liệu đảm nhận) Sau đó, trong quá trình nghiền phối liệu phải khống chếphối trộn theo tỷ lệ phối liệu đó và điều chỉnh sao cho sản xuất đợc phối liệu cóthành phần nh tính toán.

3.1 Tính phối liệu theo phơng pháp giải hệ phơng trình

Trình tự tính toán phối liệu (bài toán 4 cấu tử có tro than) nh sau:

Bớc 1: Tập hợp số liệu phân tích hoá học toàn phần của các nguyên liệu

sống, phụ gia sẽ đa vào sản xuất là đá vôi, đất sét, phụ gia cao silic (đá silic, đấtcao silic hoặc cát mịn), phụ gia cao sắt (quặng sắt hoặc xỉ pirit), chất lợng củathan và thành phần hoá học của tro than Lập bảng thành phần hoá học củanguyên liệu sống

Buớc 2: Tính chuyển thành phần hoá học của các nguyên liệu sống về

thành phân hoá của các nguyên liệu sau khi đã nung nh sau:

Với mỗi nguyên liệu tính hệ số chuyển đổi KCH = l00/ 100 - MKN)

Lấy KCH nhân với hàm lợng của các ôxít ở bảng nguyên liệu sống và điền vào vịtrí tơng ứng ở bảng thành phần hoá học của nguyên liệu đã nung

Bớc 3: Chọn các hệ số chế tạo clanhke: KH, n, p và nhiệt năng tiêu tốn

riêng Qr, tính bằng kcal/ 1 kg clanhke

Bớc 4: Tính lợng than cần thiết để nung 100 kg clanhke và lợng tro than

tham gia vào thành phần của clanhke

Gọi lợng than cần thiết để nung 100 kg clanhke là T và hàm lợng tro thantham gia vào clanhke là q

Ta có: T = 100 Qr /Qd (kg) và q = T.A/ 100 (%) (A là độ tro của than) Bớc 5: Tính các hệ số của hệ 4 phơng trình 4 ẩn:

alx + bly + clz + dlt = El ( 1)

a2x + b2y + c2z + d2t = E2 (2)

a3x + b3y + c3z + d3t = E3 (3)

x + y + z + t = 100 - q (4)

ở đây: x là % đá vôi đã nung (cấu tử l),

y là % đất sét đã nung (cấu tử 2),

z là % quặng sắt đã nung (cấu tử 3),

Sl, Al, Fl và C 1 là % của các ôxít trong đá vôi đã nung (cấu tử l),

S2, A2, F2 và C2 là % của các ôxít trong đất sét đã nung (cấu tử 2),

S3, A3, F3 và C3 là % của các ôxít trong quặng sắt đã nung (cấu tử 3),

S4, A4, F4 và C4 là % của các ôxít trong cát mịn đã nung (cấu tử 4),

S5, A5, F5 và C5 là % của các oxít trong tro than (cấu tử 5)

Các số liệu này đợc lấy trong bảng thành phần hoá học của nguyên liệu đãnung

Bớc 6: Giải hệ phơng trình 4 ẩn:

Thay các hệ số này vào hệ phơng trình 4 ẩn và giải hệ phơng trình này tatìm đợc các giá trị x, y, z, t là hàm lợng % của các cấu tử nguyên liệu đã nung t-

ơng ứng (q là % tro than trong clanhke đã tính đợc ở bớc 4)

Bớc 7: Tính kiểm tra thành phần hoá học của clanhke:

Từ kết quả giải hệ phơng trình, ta tìm đợc % các nguyên liệu đã nungtrong clanhke Căn cứ vào đó tính kiểm tra thành phần hoá của clanhke

Bớc 8: Tính kiểm tra các hệ số chế tạo và thành phần khoáng của clanhke:

Bằng các công thức đã giới thiệu ở chơng I và thành phần hoá của clanhke, ta cóthể tính kiểm tra các hệ số chế táo của clanhke Nếu các giá trị tính kiểm trakhông giống nh số liệu đã chọn ở bớc 3 thì chứng tỏ trong khi tính có sự nhầmlẫn, cần kiểm tra thật kỹ từng phép tính Nếu kết quả trùng nhau, chứng tỏ đãtính đúng và khi đó là kiểm tra thành phần khoáng của clanhke (để biết và dự

đoán chất lợng, tính dễ nung của phối liệu v.v ) Ngoài ra, để đánh giá khả năng

bám dính của clanhke, ta cần tính thêm chỉ tiêu hàm lợng pha lỏng của clanhke ởnhiệt độ 1400oC theo công thức:

L 1400 = 2,95 Al2O3 + 2,2.Fe2O3 + MgO + R2O

Bớc 9: Tính tiêu hao nguyên liệu sống và tỷ lệ phối liệu:

Từ tỷ lệ % các nguyên liệu đã nung tính đợc ở bớc 6, tính tiêu hao nguyên,nhiên liệu sống để nung đợc 100 kg clanhke bằng cách lấy tỷ lệ % của mỗinguyên liệu đã nung (x, y, z, t đã tính đợc ở bớc 6) nhân với hệ số chuyển đổiKCH tơng ứng của từng loại nguyên liệu Lợng than tiêu hao để nung đợc 100 kgclanhke chính là T (kg/kg clanhke) đã tính đợc ở bớc 4

3 2 Tính phối liệu phơng pháp kiểm tra và hiệu chỉnh

Trong quá trình chỉ đạo sản xuất, để tính nhanh tỷ lệ phối liệu kịp thờiphục vụ cho sản xuất hoặc kiểm tra lại thành phần hoá học và các hệ số chế tạocủa tỷ lệ phối liệu đang nghiền, các chuyên gia của Viện KHCN Vật liệu xâydựng đã đa ra phơng pháp tính kiểm tra và hiệu chỉnh (gọi là phơng pháp tínhbù)

Cách tính nh sau:

Bớc 1: Lập bảng thành phần hoá học của nguyên liệu sống (khô)

Bớc 2: Lập bảng tính thành phần hoá học của hỗn hợp phối liệu và thành

phần hoá học của clanhke từ tỷ lệ phối liệu giả định

Bớc 3: Tính kiểm tra thành phần khoáng, các hệ số chế tạo và hàm lợng

pha lỏng của clanhke từ kết quả ở bớc 2 theo các công thức đã giới thiệu ở chơngI

So sánh với các hệ số chế tạo điều kiện để sản xuất, nếu thấy sai khácnhiều thì điều chỉnh tỷ lệ các nguyên liệu và làm lại toàn bộ bớc 2 và 3 cho đếnkhi các hệ số chế tạo clanhke thoả mãn giá trị yêu cầu

Nguyên tắc điều chỉnh tỷ lệ của các nguyên liệu là:

Nếu KH thấp hơn yêu cầu thì tăng lợng đá vôi và ngợc lại.

Nếu n thấp hơn yêu cầu thì tăng lợng phụ gia cao silic và ngợc lại.

Nếu p thấp hơn yêu cầu thì giảm lợng phụ gia cao sắt và ngợc lại.

Ngoài ra, để kiểm tra phối liệu trong quá trình sản xuất cần tính tít củaphối liệu theo công thức: Ttính toán = 1,786.% CaO + 2,08% MgO (%)

Khi sản xuất cần khống chế tít phối liệu (xác định bằng thí nghiệm chuẩn tít nh

đã nói ở mục 2.1.d) sai số cho phép là 0,5% , tức là Tthực tế = Ttính toán  0,5%.

Ghi chú: Trong điều kiện hiện nay, việc tính toán phối liệu dã thuận tiện hơn rất nhiều nhờ sử dụng máy vi tính Cách tính cơ bản nh hớng dẫn ở mục 3.1

đã đợc lập chơng trình bằng ngôn ngữ PASCAL, chơng trình này có thể tính chọn lọc từng phối liệu hoặc tính hàng loạt các phơng án để lựa chọn Cách tính hiệu chỉnh nh hớng dẫn ở mục 3.2 đợc sử dụng thuận tiện hơn bằng Microsoft Excel Bạn đọc muốn tìm hiểu thêm có thể hên hệ với Trung tâm xi măng và bê tông - Viện KHCN Vật liệu xây dựng - Bộ Xây dựng.

CÂU HỏI Và BàI TậP

1 Nêu đặc điểm và yêu cầu chất lợng của các loại nguyên, nhiên liệu, phụ gia sửdụng trong công nghiệp sản xuất xi măng?

2 Nêu sơ đồ công nghệ để sản xuất xi măng?

3 Công nghệ sản xuất xi măng bằng lò đứng, lò quay phơng pháp khô, lò quayphơng pháp ớt có những điểm giống nhau và khác nhau nh thế nào ? Nêu u nh-

ợc điểm của từng phơng pháp đó?

4 Để kiểm tra các thông số công nghệ và khống chế, chỉ đạo sản xuất, ngời cán

bộ thí nghiệm cần kiểm tra những chỉ tiêu chất lợng nào, lấy mẫu ở đâu vàchuẩn bị mẫu thí nghiệm nh thế nào?

5 Tính phối liệu để sản xuất xi măng theo thành phần hoá học của nguyên liệu

đã biết theo các hệ số chế tạo cho trớc (cán bộ giảng dạy ra số liệu riêng chotừng ngời để học viên làm bài tập)

Chơng 3 TíNH CHấT Kỹ THUậT CủA XI MĂNG POóC LĂNG

Tính chất kỹ thuật của xi măng poóc lăng có ý nghĩa quan trọng trong quátrình bảo quản, thi công và sử dụng

Thông thờng, trong sản xuất và sử dụng, ngời ta kiểm tra các tính chất kỹthuật sau đây của xi măng:

- Tính ổn định thể tích

- Độ mịn

- Khối lợng riêng và khối lợng thể tích

- Lợng nớc tiêu chuẩn và thời gian đông kết

- Cờng độ

- Nhiệt thuỷ hoá

- Độ bền trong môi trờng xâm thực (gọi tắt là độ bền ăn mòn)

- Sự co nở thể tích

- Độ trắng (đối với xi măng trắng)

1 Tính ổn định thể tích

Tính ổn định thể tích là đặc tính kỹ thuật biểu thị sự không thay đổi đáng

kể thể tích của hồ xi măng khi đóng rắn Xi măng ổn định thể tích sẽ cho đá ximăng và bê tông bền vững

1.1 ý nghĩa trong xây dựng.

Tính ổn định thể tích của xi măng có ý nghĩa quan trọng để tạo độ bền của

đá xi măng đóng rắn, tạo sự bền đẹp cho công trình xây dựng Xi măng không ổn

định thể tích, khi sử dụng vào công trình sẽ làm cho bê tông bị nút rạn hoặc nặnghơn sẽ gây ra đổ vỡ công trình Trong các tính chất kỹ thuật của xi măng thì tính

ổn định thể tích cần đợc xem xét trớc tiên Bởi vì nếu xi măng không ổn định thểtích thì các tính năng kỹ thuật khác có thoả mãn yêu cầu sử dụng cứng không

đảm bảo sự bền vững Xi măng cha ổn định thể tích, nếu đợc bảo quản một thờigian nhất định tính chất này sẽ đợc cải thiện Tuy vậy sự không ổn định của ximăng chứng tỏ rằng chất lợng clanhke xi măng không tốt và chất lợng của ximăng sẽ không cao

1.2 Nguyên nhân của sự không ổn định thể tích

Clanhke xi măng không kết khối hoàn toàn sẽ có hàm lợng vôi tự do lớn.Vôi tự do qua nung ở nhiệt độ cao là dạng vôi già lửa, lại bị chất chảy bao quanhnên thuỷ hoá rất chậm Khi thuỷ hoá, CaO tự do tạo thành Ca(OH)2 làm tăng thểtích Khi hỗn hợp ở trạng thái dẻo, linh động thì sự tăng thể tích của chúng

không gây tác hại Nhng vì CaO tự do thuỷ hoá chậm nên khi hỗn hợp đã đóng

rắn sự nở thể tích mới gây ra làm cho đá xi măng bị rạn nứt, mất cờng độ Ximăng để trong không khí, vôi tự do sẽ hút ẩm, các hạt CaO tự do tạo thànhCa(OH)2 rồi tác dụng với khí CO2 để trở thành CaCO3 ổn định Bởi vậy, ngời tathờng khắc phục sự không ổn định của xi măng bằng cách để xi măng lại mộtthời gian để vôi tự do hydrat hoá trớc khi sử dụng Clanhke xi măng lò đứng th-ờng có hàm lợng vôi tự do cao, vì vậy clanhke thờng đợc ủ một thời gian rồi mới

nghiền Tính không ổn định thể tích cửng có thể đợc khắc phục bằng cách sửdụng phụ gia hoạt tính pha vào xi măng

Sự không ổn định thể tích do MgO của clanhke còn nặng nề hơn nhiều sovới CaO tự do MgO đợc nung ở nhiệt độ cao khi nung clanhke xi măng, nó tồntại ở dạng tinh thể periclaz phản ứng rất chậm với nớc (chậm hơn nhiều so vớiCaO tự do) tạo thành Mg(OH)2 tăng thể tích làm nứt vỡ đá xi măng đóng rắn Do

sự thuỷ hoá rất chậm của MgO trong clanhke mà có thể sau hàng năm chúngmới gây tác hại khi công trình đã đa vào sử dụng gây ra hậu quả nặng nề Chínhvì vậy mà hầu hết tiêu chuẩn xi măng của các nớc đều quy định hàm lợng chophép của MgO trong clanhke xi măng Các tiêu chuẩn xi măng poóc lăng củaViệt Nam quy định mức cho phép tối đa của MgO trong clanhke là không quá5%

1.3 Phơng pháp đánh giá tính ổn định thể tích của xi măng

Thông thờng độ ổn định thể tích của xi măng đợc đánh giá theo hai cáchchính là thực hiện theo mẫu bánh đa hoặc khuôn Le Chatelier Nguyên tắc chungcủa các phơng pháp là đánh giá sự biến đổi thể tích của hồ xi măng đóng rắnbằng sự quan sát nhận biết theo định tính đối với mâu bánh đa hoặc xác định chỉ

số độ nở tơng đối của xi măng đóng rắn bằng khuôn Le Chatelier

Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành đối với xi măng poóc lằng (TCVN 2682:1999), xi măng poóc lăng hỗn hợp (TCVN 6260: l997), xi măng poóc lăng trắng(TCVN 6591: 1992), xi măng poóc lăng puzơlan (TCVN 4033: l995) đều quy

định độ ổn định thể tích không lớn hơn 10mm khi xác định theo phơng phápkhuôn Le Chatelier

Việc đánh giá độ ổn định thể tích của xi măng do nguyên nhân MgO phảithực hiện trong autoclave

2 Độ mịn xi măng

Độ mịn xi măng là đại lợng biểu thị cho kích thớc của các hạt xi măng

đ-ợc thể hiện bằng phần trăm lợng còn lại trên sàng hay dới sàng có kích thớc lỗnhất định hoặc tính bằng diện tích bề mặt riêng của các hạt xi măng trong một

Độ mịn xi măng cao còn thể hiện cho cấp phối của hạt khi biểu thị bằng

đơn vị diện tích bề mặt riêng Xi măng có các cỡ hạt mịn hỗn hợp với nhau sẽcho cờng độ của đá xi măng cao và có khả năng chống thấm tốt

Trong sản xuất, khả năng nghiền mịn của clanhke thành xi măng phụthuộc vào thiết bị nghiền, loại phối liệu chế tạo clanhke, chế độ nung luyện của

clanhke, chế độ làm nguội v.v Thông thờng thì clanhke xi măng lò đứng khi

nghiền tốn ít năng lợng hơn cả, tiếp đến là clanhke xi măng sản xuất theo phơngpháp ớt, rồi đến clanhke sản xuất theo phơng pháp khô Năng lợng nghiền tiêuthụ cho một tấn xi măng khi nghiền clanhke lò đứng khoảng 25KWh, khi nghiềnclanhke lò quay phơng pháp ớt khoảng 26KWh và khi nghiền clanhke lò quayphơng pháp khô khoảng 28KWh để đạt đợc cùng độ mịn nh nhau

Xét về đặc tính khoáng thì clanhke lít dễ nghiền hơn clanhke be lít,clanhke nhiều C3A dễ nghiền hơn clanhke nhiều C4AF

2.2 Phơng pháp đánh giá độ mịn

Để đánh giá độ mịn của xi măng ngời ta thờng sử dụng các biện pháp xác

định nhóm các cỡ hạt mịn hoặc xác định tổng diện tích bề mặt riêng của các hạt

Những cách làm nh trên không đơn giản và ít đợc sử dụng trong thực tế

mà thờng đợc sử dụng trong công tác nghiên cứu

Thông thờng, độ mịn xi măng đợc đánh giá bằng phần trăm lợng còn lạitiên sàng 80m hoặc 90m mà không quan tâm tới sự phân bổ của các nhóm cỡhạt Theo phơng pháp này thì lợng còn lại trên sàng càng nhỏ thì xi măng càngmịn và ngợc lại

Cách đánh giá thứ hai đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế là xác định tổng

bề mặt riêng của các hạt xi măng trong một đơn vị khối lợng bằng thiết bị đo tỷdiện đợc gọi là phơng pháp Blaine Đơn vỉ độ mịn của phơng pháp Blaine là cm2/

g hoặc m2/kg Nếu diện tích bề mặt riêng lớn thì chứng tỏ xi măng có độ 1 1 mịncao và có thể nhận biết đợc sự phân bố cỡ hạt một cách định tính

Tiêu chuẩn về xi măng của Việt Nam đang hiện hành quy định độ mịn ximăng với cả hai phơng pháp đánh giá là độ mịn theo sàng có kích thớc lỗ 80 m

15 % và tính theo phơng pháp Blaine không nhỏ hơn 2700cm2/g Với mác PC50

có độ mịn tính theo phần còn lại trên sàng 80 mu không lớn hơn 12% và tínhtheo phơng pháp Blaine không nhỏ hơn 2800cm2/g

3 Khối lợng riêng và khối lợng thể tích.

3.1 Khối lợng riêng

Khối lợng riêng là đại lợng biểu thị cho khối lợng của một đơn vị thể tíchvật liệu hoàn toàn đặc không có lỗ rỗng Đơn vị đo là g/cm3.

Khối lợng riêng của xi măng poóc lăng chủ yếu phụ thuộc vào thành phầnkhoáng, nhiệt độ kết khối của clanhke xi măng Loại và hàm lợng phụ gia trong

xi măng cũng sẽ làm cho khối lợng riêng của xi măng thay đổi

Xi măng có hàm lợng khoáng C4AF cao thì khối lợng riêng cao, bởi bảnthân khoáng C4AF đã có khối lợng riêng tới 3,77g/cm3

Xi măng poóc lăng trắng có khối lợng riêng thấp nhất bởi bản thân nó hầu

nh không có khoáng C4AF

Nếu trong phối liệu sản xuất clanhke có một phần xít canxi (CaO) thaybằng ôxít bởi (BaO) thì clanhke sẽ có khoáng 2BaOSiO2 Khối lợng riêng củakhoáng 2BaOSiO2 tới 5,4g/cm3 làm cho khối lợng riêng của xi măng tăng

Với xi măng poóc lăng thông thờng có khối lợng riêng từ 3,0 - 3,2 g/cm3.Còn với xi măng poóc lăng hỗn hợp dạng puzơlan có khối lợng riêng từ 2,7: 3,05g/cm3 và xi măng poóc lăng xỉ có khối lợng riêng từ 2,8: 3,0 g/cm3

Khối lợng riêng của xi măng chủ yếu đợc xác định bằng bình thuỷ tinh cókhắc vạch chỉ dung tích Bằng phơng pháp xác định thể tích của dung dịchkhông phản ứng thủy hoá với xi măng (nh dầu hoả) bị khối lợng xi măng chiếmchỗ trong bình để tính khối lợng riêng của xi măng

Khối lợng riêng của xi măng đợc sử dụng trong thí nghiệm xác định độmịn của xi măng theo phơng pháp Blaine

Loại xi măng poóc lăng thông thờng có khối lợng thể tích xốp từ 0,9 - 1,1g/cm3 và ở trạng thái lèn chặt từ 1,4: 1,7 g/cm3

Xi măng poóc 1ăng xỉ có khối lợng thể tích xốp từ 0,9 - 1,2 g/cm3 và ởtrạng thái lèn chặt từ 1,4 - 1,8 g/cm3

Xi măng poóc lăng puzơlan ở trạng thái lèn chặt từ 1,2 - 1,6 g/cm3 Khối ợng thể tích của xi măng chủ yếu đợc xác định bằng các loại ống đo thể tích Giátrị xác định của khối lợng thể tích có ý nghĩa đối với việc thiết kế các dung tích

Lợng nớc tiêu chuẩn của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanhke

độ mịn của xi măng, hàn lợng và loại phụ gia có trong xi măng Trong cáckhoáng của xi măng poóc lăng thì khoáng C3A và C3S yêu cầu lợng nớc cao,khoáng C2S yêu cầu lợng nớc ít nhất Xi măng có độ mịn cao cần nhiều nớc hơn

xi măng có độ mịn thấp Xi măng pha phụ gia thuỷ đòi hỏi lợng nớc cao hơn ximăng poóc lăng bình thờng.

Lợng nớc tiêu chuẩn của xi măng poóc lăng không pha phụ gia thờng từ 2

1 -29%, của xi măng poóc lăng xỉ từ 24 - 29% và của xi măng poóc lăng puzơlan

từ 28: 32% v.v

Lợng nớc tiêu chuẩn của xi măng đợc xác định bằng dụng cụ Vi ca Theoquy định tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (theo ISO 9597: l989) và của tiêu chuẩnViệt Nam đang hiện hành, mức đạt độ dẻo chuẩn của hồ là khi nó đạt khả năngcần thiết để cản lại sự lún của kim chuẩn có đờng kính 4m ở vị trí cách đáy

khâu vi ca + 6 mm Độ dẻo tiêu chuẩn của xi măng đợc ứng dụng để xác định

l-ợng nớc tơng đối cho hỗn hợp bê tông và vữa Xác định thời gian đông kết, ổn

định thể ích đợc tiến hành đối với hồ xi măng đã có độ dẻo chuẩn Một số phơngpháp xác định cờng độ xi măng nh mẫu 2 x 2 x 2 cm, mẫu 7,07 x 7,07 x 7,07 cmtheo TCVN 2232 -77 sử dụng độ dẻo tiêu chuẩn của xi măng để tạo hồ hoặc tínhlợng nớc để tạo vữa xác định cờng độ

4.2 Thời gian bắt đầu đông kết

Khi trộn xi măng với nớc ta đợc loại hồ dẻo, theo thời gian tính dẻo mấtdần và cuối cùng cứng lại thành đá xi măng Quá trình đó gọi là quá trình đôngkết của xi măng Trong giai đoạn đông kết có hai thời điểm đợc quan tâm là thời

điểm bắt đầu đông kết và thời điểm kết thúc đông kết của hồ xi măng

Thời gian bắt đầu đông kết là khoảng thời gian từ khi xi măng tác dụng với nớctới khi hồ xi măng cha hoàn toàn mất tính dẻo, độ keo đã tăng lên và ngng tự lại

Nếu sau thời điểm bắt đầu đông kết vữa xi măng vẫn tiếp tục đợc thi côngthì sẽ phá vỡ sự liên kết cấu trúc của các khoáng xi măng thuỷ hoá, xi măng mấttính dẻo không bám dính và cờng độ kém

Thời gian đông kết của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng củaclanhke xi măng, độ mịn xi măng, lợng và loại phụ gia trong xi măng Thạch caotrong xi măng có tác dụng điều chỉnh thời gian đông kết của hồ xi măng Lợngthạch cao sử dụng phụ thuộc vào hàm lợng khoáng C3A của clanhke Nếu thạchcao đa vào quá nhiều sẽ gây ra hiện tợng nứt nẻ đá xi măng và nếu ít thì xi măng

sẽ đông kết nhanh Lợng thạch cao tối u nhất đợc xác định bằng thực nghiệm

Trong quá trình nghiền, nếu nhiệt độ máy nghiền tăng trên 1050C thì thạchcao sẽ bị mất nớc và xi măng có hiện tợng đông kết giả Hiện tợng trên là do saukhi xi măng tác dụng với nớc hồ xi măng mất tính dẻo rất nhanh Nếu tiếp tụctrộn thì hồ sẽ dẻo lại, nhng thời gian đông kết bị kéo dài

4.3 Thời gian kết thúc đông kết

Thời gian kết thúc đông kết là khoảng thời gian đợc tính từ khi xi măngtác dung với nớc tới khi cấu trúc của các khoáng đóng rắn đợc hình thành trở nênbền vững hơn, hồ xi măng mất tính dẻo và có cờng độ sơ bộ ban đầu

Khoảng cách thời gian giữa bắt đầu đông kết và kết thúc đông kết càng ngắncàng có ý nghĩa trong xây dựng Nó thể hiện cho sự phát triển cờng độ ban đầunhanh của xi măng

Thời gian đông kết của xi măng có ý nghĩa lớn trong thi công xây dựng.Nếu xi măng kết thúc đông kết quá nhanh, vữa xi măng nhanh mất tính dẻo

không có khả năng sử dụng Ngợc lại thời gian đông kết quá dài sẽ kéo dài thờigian đóng rắn của bê tông làm ảnh hởng tới tiến độ thi công xây dựng Cờng độban đầu của bê tông phát triển chậm và thấp làm giảm sự tin tởng của ngời tiêudùng đối với sản phẩm Trong công nghiệp bê tông đúc sẵn sự kéo dài thời gian

đông kết, chậm phát triển cờng độ của xi măng sẽ gây khó khăn lớn cho việc giảiphóng kho bãi, tháo dỡ cốp pha

Thời gian đông kết của hồ xi măng đợc xác định bằng dụng cụ Vi ca Mỗiquốc gia và mỗi loại xi măng có mức quy định riêng về thời gian bắt đầu và kếtthúc đông kết của hồ xi măng nhng đều có điểm chung là để đáp ứng yêu cầucủa xây dựng

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682: 1999 “Xi măng poóc lăng - yêu cầu kỹthuật quy định xi măng poóc lăng không pha phụ gia có thời gian bắt đầu đôngkết không sớm hơn 45 phút và thời gian kết thúc đông kết không muộn hơn 375phút

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260: 1997 “Xi măng poóc lăng hỗn hợp Yêu cầu kỹ thuật quy định xi măng poóc lăng hỗn hợp có thời gian bắt đầu đôngkết không sớm hơn 45 phút và thời gian kết thúc đông kết không muộn hơn 10giờ

-5 Cờng độ xi măng.

Cờng độ xi măng là giá trị lực biểu thị cho độ bền cơ học của đá xi măng,

bê tông trên một đơn vị diện tích Đơn vị của cờng độ là N/ mm2 (hoặc MPa) ờng độ xi măng bao gồm cờng độ chịu uốn và cờng độ chịu nén đồng nghĩa vớicách gọi này, trong các tài liệu chuyên ngành còn dùng các thuật ngữ nh độ bềnuốn, độ bền nén, độ bền chịu uốn, độ bền chịu nén, giới hạn bền uốn, giới hạnbền nén

C-5.1 ý nghĩa chung

Xi măng có cờng độ cao có vai trò quan trọng để xây dựng các công trìnhhiện đại và có độ bền lâu Cờng độ nén của vữa xi măng chuẩn ở tuổi 28 ngày làgiá trị biểu thị cho mác của xi măng Tuỳ theo mục đích sử đụng mà ngời taquan tâm tới cả cờng độ uốn và cờng độ nén hoặc chỉ quan tâm tới độ bền néncủa xi măng Thờng thì xi măng có cờng độ nén cao sẽ có cờng độ uốn cao Bởivậy, thờng các tiêu chuẩn chất lợng của sản phẩm xi măng chỉ quy định đối vớicờng đó chịu nén Tuỳ thuộc yêu cầu sử dụng và đặc tính của xi măng có thể

đánh giá cờng độ ban đầu của xi măng ở các tuổi khác nhau Thờng thì xi măngpoóc lăng đóng rắn nhanh, chỉ cần xác định cờng độ ở tuổi 1 ngày và 7 ngày.Nhng với xi măng phát triển cờng độ chậm (xi măng poóc lăng puzơlan) thì quy

định cờng độ 7 ngày là hợp lý Tiêu chuẩn kỹ thuật xi măng của một số n ớc cònkhông quy định cờng độ ban đầu mà chỉ đối với cờng độ 28 ngày để đánh giámác

Quá trình phát triển cờng độ của xi măng phụ thuộc chủ yếu vào clanhke

và phụ gia khoáng trong xi măng Cùng một thời gian đóng rắn và cùng môi ờng đóng rắn nhng cờng độ 3 ngày của xi măng poóc lăng hỗn hợp không thể

tr-bằng xi măng poóc lăng không pha phụ gia, cờng độ xi măng bền sun phát,

không thể bằng xi mãng poóc lăng v.v .

Tiêu chuẩn Việt Nam đang hiện hành quy định cờng độ của một số loại xi măng

nh sau:

+ Xi măng poóc lăng: TCVN 2682: 1999 quy định cờng độ chịu nén của mẫu

vữa chuẩn ở tuổi 3 ngày với xi măng PC30 không nhỏ hơn 16 N/mm 2 , với xi măng

độ chịu nén ở tuổi 28 ngày của mẫu vữa đó không nhỏ hơn giá trị của mác 1à 30 N/mm 2 , 40 N/mm 2 và 50 N/mm 2.

+ Xi măng poóc lăng hỗn hợp: TCVN 6260: 1997 quy định cờng độ chịu nén

của mẫu vữa chuẩn ở tuổi 3 ngày của mác PCB30 không nhỏ hơn 14 N/mm 2 , của mác PCB40 không nhỏ hơn 18N/mm 2 và cờng độ chịu nén ở tuổi 28 ngày của mẫu vữa đó không nhỏ hơn giá trị của mác là 30N/mm 2 , 40 N/mm 2

+ Xi măng poóc lăng bền sun phát: TCVN 6067: 1 995 quy định cờng độ chịu

nén của mẫu vữa chuẩn ở tuổi 3 ngày của PCS30 và PCHS30 không nhỏ hơn 1 1 N/mm 2 và của PCS40,PCHS40 không nhỏ hơn 14N/mm 2 cờng độ chịu nén ở tuổi 28 ngày của mẫu vữa đó không nhỏ hơn giá trị của mác là 30 N/mm 2 và 40 N/ mm 2

5.2 Một số yếu tố ảnh hởng tới cờng độ xi măng

Quá trình đóng rắn xi măng có rất nhiều yếu tố tác động làm ảnh hởng tới sự phát triển cờng độ của đá xi măng Thành phần khoáng của clanhke xi măng, độ mịn;

hàm lợng nớc, môi trờng, nhiệt độ v.v quyết định cờng độ của đá xi măng và tốc độ

phát triển của chúng Ngoài ra, quy trình thử nghiệm, mức thành thạo, chuẩn xác của thí nghiệm viên cũng ảnh hởng đến kết quả thí nghiệm.

- Thành phần khoáng và điều kiện tạo khoáng quyết định cờng độ của ximăng Cờng độ xi măng cao, mác ổn định khi clanhke kết khối tốt Clanhke cókhoáng C3S CaO thì cờng độ xi măng phát triển nhanh và cho mác cao

- Xi măng đợc nghiền mịn, có cấp phối hạt hợp lý và nớc tạo vữa xi măngthấp sẽ cho đá xi măng có cờng độ cao.

Ví dụ: Cùng một loại xi măng nhng bằng phơng pháp xác định cờng độ theo vữa

cứng TCVN 2232-77 có lợng nớc thấp thì cho mác 40 N/mm 2 Nhng nếu xác định ờng độ theo vữa dẻo của TCVN 4032:85 thì chỉ đạt mác 30 N/mm 2 Nớc trong xi măng thay đổi còn ảnh hởng tới tốc độ phát triển cờng độ và cho kết quả cờng độ tuổi ban

c-đầu thấp.

Nhiệt độ của môi trờng cao sẽ thúc đẩy nhanh quá trình đóng rắn của cáckhoáng clanhke và cho cờng độ ban đầu cao Trong sản xuất cấu kiện bê tông vàcác sản phẩm từ xi măng đã ứng dụng đặc tính này bằng cách sấy hơi sản phẩm

để nhanh tháo dỡ khuôn và giải phóng nhanh kho bãi Công tác thí nghiệm cũngứng dụng để xác định nhanh cờng độ của xi măng

- Lu giữ xi măng lâu ngày sẽ làm giảm đáng kể tới cơng độ xi măng Môitrờng không khí có độ ẩm và khí CO 2 thẩm thấu vào các hạt mịn xi măng thực hiện phản ứng hyđrat và cacbonat hoá làm kéo dài thời gian đông kết và giam mác xi măng Trung bình độ giảm mác thờng nh sau:

+ Sau 3 tháng lu kho giảm 10: 20%

+ Sau 6 tháng lu kho giảm 15: 30%

+ Sau 12 tháng lu kho giảm 25: 40%.

5.3 Phơng pháp đánh giá cờng độ

Cờng độ xi măng đợc đánh giá theo nhiều cách khác nhau Có thể thựchiện theo phơng pháp nhanh đối với mẫu từ hồ xi măng đóng rắn hoặc bằng cácmẫu vữa hỗn hợp với tỷ lệ xi măng: cát là 1: 3 hoặc 1: 2,5, có thể xác định theophơng pháp vữa dẻo hoặc vữa cứng v.v Mỗi phơng pháp sẽ cho những kết quảcờng độ khác nhau Bởi vậy khi nói cờng độ hoặc nói mác xi măng phải kèmtheo phơng pháp đánh giá tơng ứng.

Ví dụ: PC30 theo TCVN 2682: 1999 đợc đanh giá theo phơng pháp xác

định độ bền của TCVLST 60 16: 1995; còn PC30 theo TCVN 2682: 1992 đợc

đánh giá theo phơng pháp xác định cờng độ của TCVN 4030-85

Hiện tại, Việt Nam đang tồn tại hai phơng pháp xác định cờng độ của ximăng, đó là TCVN 4032-85 và TCVN 6016: 1995 Hai phơng pháp trên đều làphơng pháp vữa dẻo nhng lợng nớc trộn vữa khác nhau và cát sử dụng cũng khácnhau

Phơng pháp xác định cờng độ của xi măng theo TCCVN 4032-85 đợc ápdụng để xác định cờng độ của xi măng trắng, xi măng poóc lăng puzơlan, xi

măng poóc lăng bền sun phát v.v là các loại xi măng có tiêu chuẩn chất lợng từ

năm 1995 trở về trớc

Phơng pháp xác định cờng độ của xi măng theo TCVN 6016: 1995 đợc ápdụng đối với xi măng có tiêu chuẩn chất lợng sau năm 1995 nh xi măng poóclăng hỗn hợp TCVN 6260: 1997 và xi măng poóc lăng TCVN 2682: 1999

Tiêu chuẩn TCVN 6016: 1995 “Phơng pháp xác định độ bền của xi măng”

đã đợc hoà nhập với tiêu chuẩn quốc tế ISO 679: 1989 và các nớc trong khu vựcBời vậy, tơng lai phơng pháp này chắc chắn sẽ đợc áp dụng rộng rãi đối với cácloại xi măng khi các tiêu chuẩn của chúng đợc soát xét thay đổi

6 Nhiệt thủy hoá của xi măng.

Nhiệt thuỷ hoá của xi măng là nhiệt lợng của một đơn vị khối lợng ximăng sinh ra khi thuỷ hoá Nhiệt thuỷ hoá xác định tại một thời điểm nhất định

là nhiệt lợng của đơn vị khối lợng xi măng sinh ra từ khi bắt đầu thuỷ hoá cho tớithời điểm đó Đơn vị của nhiệt thuỷ hoá là cal/g

Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông, nhiệt thuỷ hoá gây nên chênhlệch nhịp độ giữa bên trong và bên ngoài khối bê tông Sự chênh lệch nhiệt nàytạo ra ứng suất nội làm rạn nứt và giảm độ bền của bê tông Bởi vậy, đối với cáccông trình sử dụng bê tông khối lớn nh đập thuỷ điện, công trình ngầm yêu cầu

kỹ thuật quy định phải sử dụng xi măng ít toả nhiệt

Nhiệt thuỷ hoá của xi măng chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng củaclanhke xi măng Khoáng C3S, của khi thuỷ hoá có lợng nhiệt toả ra lớn hơn C2Scòn C4AF khi thuỷ hoá, lợng nhiệt toả ra không đáng kể

Xi măng poóc lăng thông dụng có lợng nhiệt thuỷ hoá sau 3 ngày thờng từ

70 - 80 cal/g và sau 28 ngày có thể trên 100 cal/g

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6069: 1 995 xi măng poóc lăng ít toả nhiệt quy

định nhiệt thuỷ hoá sau 7 ngày của loại ít toả nhiệt không lớn hơn 60 cal/g vàloại toả nhiệt vừa không lớn hơn 70 cal/g Nhiệt thuỷ hoá sau 28 ngày của xi

măng ít toả nhiệt không lớn hơn 70 cal/g và loại toả nhiệt vừa chừng lớn hơn 80cal/g.

Hiện tại, nhiệt thuỷ hoá của xi măng đợc xác định bằng thiết bị nhiệt lợng

kế theo tiêu chuẩn TCVN 6070: 1995.

7 Độ bền ăn mòn của đá xi măng

Độ bền ăn mòn của đá xi măng là khả năng bền vững của đá xi măngtrong môi trờng xâm thực Đá xi măng đóng rắn trong các môi trờng có tác nhânxâm thực bị ăn mòn theo thời gian và trở nên kém bền

- Môi trờng nớc cứng có hàm lợng Ca(HCO3)2 làm cho độ hoà tan củaCa(OH)2 giảm do phản ứng sau:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2CaCO3 + 2H2O

Bền thân CaCO3 có độ hoà tan thấp (nhỏ hơn 100 lần so với CaO) và nóbao bọc mặt ngoài đá xi măng ngăn cản sự hoà tan của Ca(OH)2 Bởi vậy trongmôi trờng nớc cứng đá xi măng đợc bảo vệ ngăn cản sự ăn mòn

Trong môi trờng có chứa khí CO2 dới dạng HCO3 nếu một lợng nhỏ CO2

sẽ thúc đẩy quá trình cacbonat hoá của Ca(OH)2 hạn chế sự ăn mòn của đá ximăng bằng phản ứng:

Ca(OH)2 +CO2  CaCO3 + H2ONhng nếu lợng khí CO2 lớn quá mức từ 15-20 mg/ 1ít thì cacbonat lại phảnứng tiếp để tạo chất dễ tan theo phản ứng:

CaCO3 + CO2 + H2O  Ca(HCO3)2

- Nớc biển, nớc ngầm, nớc khoáng có chứa các thành phần NaCl, MgCl2,MgSO4, CaSO4 v.v.… tạo thành khối rắn chắc Chúng phản ứng với các khoáng của xi măng tạo thànhcác hợp chất dễ phân huỷ hoặc làm tăng thể tích của đá xi măng bằng các phánứng:

CaSO4 + 3CaO.Al2O3 + 3H2O  3CaO.Al2O3.CaSO4.3 1H2OMgSO4+ Ca(OH)2 + 2H2O  CaSO42H2O + Mg(OH)2

MgCl2 + Ca(OH)2  CaCl2 + Mg(OH)2

Để khắc phục sự ăn mòn của đá xi măng trong môi trờng sun phát, ngời tasản xuất loại clanhke có hàrn lợng khoáng C3A, C3S và vôi tự do (CaOtd) thấp

hoặc thay một một phần hàm lợng CaO bằng BaO trong phối liệu sản xuất

clanhke Đó là xi măng bền sun phát Tiêu chuẩn xi măng poóc lăng bền sunphát của Việt Nam (TCVN 6068: 1995) quy định loại bền sun phát thờng có hàmlợng khoáng C3A không lớn hơn 8% và C3S + C3A không lớn hơn 58% Loại bềnsun phát cao có hàm lợng khoáng C3A nhỏ hơn 5% và C4AF + 2C3A nhỏ hơn

Trong quá trình đóng rắn, đá xi măng đợc bảo dỡng ở điều kiện không khí khô thì co lại và ở môi trơng ẩm thì nở ra nhng cũng không thể bằng thể tích ban đầu, trừ trờng hợp ngâm liên tục trong nớc.

Đặc điểm co lại của đá xi măng làm cho các khớp nối của các công trình xây dựng thờng có vết nứt và thấm nớc

Để khắc phục sự co lại của đá xi măng ngời ta đa vào phối liệu sản xuất xi măng lợng nhỏ các chất gây nở cho khoáng xi măng thuỷ hoá hoặc sử dụng phụ gia nở trong quá trình chế tạo vữa, bê tông.

Độ co hoặc nở của đá xi măng thờng đợc xác định bằng thiết bị Đilatometer

Sử dụng nhiên liệu nung clanhke dạng chất lỏng hoặc khí là tốt nhất Trờng hợp phải dùng than thì phải dùng than kíp lê có ít tro

Trong công nghệ, ngời ta thờng áp dụng biện pháp làm nguội clanhke khi ra lò bằng nớc hoặc làm lạnh nhanh để khử Fe 2 O 3 Mn 2 O 3 thanh FeO, Fe 3 O 4 Mn 3 O 4 có màu kém hơn

Xi măng trắng đợc dùng để hoàn thiện công trình, làm gạch lát nền do đó đòi hỏi phải có màu trắng cao

Tiêu chuẩn xi măng trắng TCVN 569 1: 1992 quy định loại đặc biệt có độ trắng

không nhỏ hơn 80%, loại I độ trắng không nhỏ hơn 75% và loại II độ trắng không nhỏ

hơn 68% so với sun phát ban (BaSO 4 ).

Độ trắng của xi măng đợc xác định bằng cách so sánh cờng độ của chùm tia sáng phản xạ qua mẫu chuẩn là BaSO 4 và mẫu xi măng cần đo trên máy quang kế điện tử hoặc bằng phơng pháp định tính có thể so sánh đối chứng mẫu xi măng trắng với các mẫu chuẩn xi măng có độ trắng biết trớc

CÂU HỏI ÔN TậP

1 Nêu các tính chất kỹ thuật của xi măng?

2 Nêu nguyên nhân gây nên sự không ổn định thể tích của xi măng poóc lăng?

3 Độ mịn ảnh hởng tới chất lợng của xi măng nh thế nào? Tiêu chuẩn xi măng poóc lăng và xi măng poóc láng hỗn hợp quy định độ mịn nh thế nào?

4 Lợng nớc tiêu chuẩn có ý nghĩa nh thế nào? Nêu ứng dụng thực tế?

5.Mác xi măng là gì? Mác xi măng có quan hệ nh thế nào với phơng pháp thử

6 Định nghĩa nhiệt thuỷ hoá của xi măng Nêu ứng dụng của xi măng ít toả nhiệt

7 Nguyên nhân của quá trình giảm cờng độ bê tông theo thời gian trên các công trình xây dựng.

8 Nêu yếu tố ảnh hởng đến việc bảo quản xi măng Tại sao tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành chỉ quy định bảo hành chất lợng xi măng trong thời gian 2 tháng?

PhÇn thø hai

thÝ nghiÖm c¬ lý xi m¨ng