intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương VI

Chia sẻ: Trung Ninh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

307
lượt xem
75
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương VI: Xi măng cement, trình bày các nội dung chính: lịch sử hình thành và phát triển của xi măng pooclăng, phụ gia khoáng vật hoạt tính và phụ gia khoáng vật trơ, các loại xi măng khác. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Xây dựng.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương VI

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI CHƯƠNG IV- XI MĂNG CEMENT
  2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH 4-1. XI MĂNG POOCLĂNG Lịch sử hình thành và phát triển 4.1.1 Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của XM Po 4.1.2 Sản xuất xi măng Po 4.1.3 Quá trình đông kết và rắn chắc của XM Po 4.1.4 Thành phần và cấu trúc của đá xi măng 4.1.5 Tính chất các khoáng vật và các hệ số chất lượng xi măng 4.1.6 Các tính chất của XM Po 4.1.7 Xâm thực XM Po và biện pháp đề phòng 4.1.8 Sử dụng và bảo quản XM Po 4-2. PHỤ GIA 4.2.1 Phụ gia khoáng vật họat tính 4.2.2 Phụ gia khoáng vật trơ 4-3. CÁC LOẠI XI MĂNG KHÁC
  3. 4-1. XI MĂNG POOCLĂNG (TCVN2682-1999) PC40 Portland Cement 40MPa=40N/mm2 =400kG/cm2=400daN/cm2 XI MĂNG POOCLĂNG MÁC 40 HOẶC 400
  4. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN  Xi măng pooclăng chính thức đi vào lịch sử vào ngày 21/10/1824 khi Joseph Aspdin được cấp bằng sáng chế cho sản phẩm mà ông sản xuất bằng cách nung hỗn hợp gồm 3 phần đá vôi và một phần đất sét, đó là một loại vật liệu rắn chắc có màu xám giống như loại đá ở đảo Portland thuộc miền Nam nước Anh, 20 năm sau, Isaac Charles Johnson đẩy thêm một bước nữa bằng cách nâng cao nhiệt độ nung tới mức làm nóng chảy một phần nguyên liệu trước khi kết khối thành “clinker”.  Xi măng là loại vật liệu kết dính rắn trong nước, với các ưu điểm: +) Rắn chắc nhanh, cường độ cao +) Nguyên liệu sản xuất có sẵn ở nhiều nơi, trữ lượng lớn. +) Khả năng chống cháy tốt  Từ khi ra đời đến nay, với sự phát triển, xi măng đã trở thành một loại vật liệu chủ yếu trong xây dựng cơ bản trên khắp thế giới. Vào năm 2010, sản lượng xi măng của thế giới ước đạt 3,3 tỉ tấn, trong đó 3 nước sản xuất xi măng nhiều nhất là Trung Quốc với 1,8 tỉ tấn, Ấn Độ 220 triệu tấn, Hoa kỳ 63,5 triệu tấn.
  5. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN  Ngành sản xuất xi măng ở nước ta đã được hình thành từ rất sớm, bắt đầu bằng việc xây dựng nhà máy xi măng Hải Phòng vào ngày 25/12/1889.  Một thế kỷ trước đây xi măng Việt Nam mới chỉ có một thương hiệu con Rồng nhưng đã nổi tiếng ở trong nước và một số vùng Viễn Đông, Vlađivostoc (LB Nga), JAWA (Inđônêxia), Singapore, Hoa Nam (Trung Quốc)… Sau ngày giải phóng miền Nam, năm 1975 lại có thêm thương hiệu xi măng Hà Tiên, đến nay ngành xi măng nước ta đã có thêm hàng loạt nhà máy xi măng mới được xây dựng.  Sản lượng xi măng của nước ta hiện nay ước đạt hơn 55 triệu tấn/năm, một số nhà máy sản xuất xi măng lớn như: Xi măng Vicem Hà Tiên (8 triệu tấn/năm), Xi măng Nghi Sơn (4,3 triệu tấn/năm), Xi măng Bỉm Sơn (3,8 triệu tấn/năm), Xi măng Cẩm Phả (2,3 triệu tấn/năm), Xi măng Tam Điệp (1,4 triệu tấn/năm)…
  6. 4.1.1 Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của XM Po  Thành phần hóa học: Xi măng pooclăng có chất lượng tốt, yêu cầu thành phần hóa học như sau: CaO: 60-67%; SiO2: 21-27% 95-97% Al2O3: 4-7%; Fe2O3: 2-5% Ngoài ra trong xi măng còn có các ôxít MgO, SO3, Na2O,K2O chiếm tỷ lệ không lớn, cần khống chế tỷ lệ MgO
  7. 4.1.1 Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của XM Po  Tác dụng của các thành phần hóa học trong xi măng: +) SiO2 : là thành phần quan trọng, tỉ lệ SiO2 lớn thì thời gian ninh kết của xi măng kéo dài và không đủ CaO để tác dụng với chất khác nên clanhke dễ bị tã thành bột, hạ thấp sản lượng, cường độ xi măng giảm. Nếu SiO2 quá ít thì hàm lượng C3S giảm làm giảm cường độ của xi măng. +) Al2O3: có tác dụng làm cho thời gian ninh kết và rắn chắc của xi măng nhanh hơn. Nếu Al2O3 quá nhiều thì nhiệt độ nung sẽ cao, thời gian ninh kết nhanh nhưng cường độ giảm, nhiệt thủy hóa lớn dễ gây ứng suất nhiệt, dễ gây ăn mòn sunfat. +) Fe2O3: có tác dụng làm giảm nhiệt độ nung clanhke, tăng độ bền trong môi trường xâm thực. Nếu Fe2O3 quá nhiều nhiệt độ nung giảm nhưng chất lượng xi măng không cao. Nếu Fe2O3 quá ít, khó nung, tốn nhiều than, sản lượng xi măng giảm. +) MgO: là thành phần có hại cho xi măng, thường ở dạng tự do. Khi bị nung quá 1450oC thì MgO bị già lửa, thủy hóa chậm, khi thủy hóa thể tích tăng gây nứt nẻ công trình.
  8. 4.1.1 Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của XM Po  Thành phần khoáng vật: Clanhke gồm 4 khoáng vật chủ yếu - Silicat tricanxi : 3CaO.SiO2 (C3S) : 37-60% - Silicat bicanxi : 2CaO.SiO2 (C2S) : 15-37% - Aluminat tricanxi : 3CaO.Al2O3 (C3A) : 7-15% - Fero aluminat tricanxi : 4CaO. Al2O3.Fe2O3 (C4AF) : 10-18% Tỉ lệ các thành phần khoáng vật thay đổi ngoài các giới hạn sẽ tạo ra các loại xi măng có tên gọi khác nhau. +) C3S (alit): Đây là thành phần chủ yếu, quan trọng nhất, quyết định tính chất của xi măng. Tốc độ thủy hóa khá nhanh, nhiệt thủy hóa tương đối lớn, ít co thể tích, phát triển cường độ lớn nhất. Nếu %C3S tăng thì xi măng rắn chắc nhanh, cường độ cao, tỏa nhiều nhiệt. Khi C3S>60% và C2S37% và C3S
  9. 4.1.1 Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của XM Po  Thành phần khoáng vật: Clanhke gồm 4 khoáng vật chủ yếu +) C3A (aluminat): Tốc độ thủy hóa rất nhanh, nhiệt thủy hóa lớn, ngưng kết rất nhanh, nhưng phát triển cường độ kém nhất trong 4 khoáng. C3A dễ bị ăn mòn sunfat nên xi măng bền sunfat có tỉ lệ C3A15% và C4AF18% và C3A C3S> C4AF> C2S Ngoài ra còn có các thành phần khoáng phụ: MgO tự do
  10. 4.1.2 Sản xuất xi măng pooclăng  4.1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu và nhiên liệu Nguyên liệu: +) Đá vôi: có tỷ lệ CaCO3 > 75%, theo kinh nghiệm để sản xuất 1 tấn xi măng cần 1,3 tấn đá vôi. +) Đất sét : yêu cầu hạt đều, mịn, không lẫn cát, sạn, ít tạp chất, hàm lượng SiO2= 50 ÷58% +) Quặng sắt: có tỷ lệ Fe2O3 > 40%, chỉ dùng khi đất sét thiếu % Fe2O3 +) Thạch cao: yêu cầu tỷ lệ CaSO4.2H2O > 80%, lượng dùng từ 3-5% so với lượng xi măng, cho vào ở giai đoạn nghiền clanhke. Ngoài ra người ta còn chuẩn bị các loại phụ gia khoáng vật hoạt tính, phụ gia trơ để cải thiện một số tính chất của xi măng để thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật khác nhau.. Nhiên liệu: +) Khí thiên nhiên, dầu mazut, than đá +) Chi phí nhiên liệu chiếm khoảng 25% giá thành xi măng
  11. 4.1.2 Sản xuất xi măng pooclăng  4.1.2.2 Chế tạo vật liệu sống Đá vôi được đập vụn thành cỡ 1-2cm rồi nghiền với đất sét và quặng sắt theo một tỉ lệ nhất định tạo thành hỗn hợp đồng đều gọi là vật liệu sống. Có 2 phương pháp chế tạo vật liệu sống: Phương pháp khô: Vật liệu sống được nghiền và sấy đồng thời đến độ ẩm 1-2% trong máy nghiền bi. +) Ưu điểm: chi phí nhiên liệu thấp, thiết bị đơn giản +) Nhược điểm: khó trộn đều và khó khống chế chất lượng xi măng Phương pháp ướt: Vật liệu sống được nghiền với nước trong máy nghiền bi tạo thành hỗn hợp bùn nhão với 35- 40% nước cho đến khi đạt được độ mịn yêu cầu. Sau đó hỗn hợp được bơm vào bể chứa để kiểm tra và điều chỉnh thành phần trước khi cho vào lò nung. +) Ưu điểm: không bụi, dễ nghiền và trộn được đều +) Nhược điểm: tốn nhiên liệu và chỉ dùng dùng được cho lò quay
  12. 4.1.2 Sản xuất xi măng pooclăng  4.1.2.3 Nung vật liệu sống a) Lò nung: Sau khi chế tạo xong vật liệu sống, vật liệu được cho vào lò nung, có 2 loại lò: Lò đứng: +) Ưu điểm: Xây dựng đơn giản, ít thiết bị, thích hợp cho sản xuất xi măng địa phương +) Nhược điểm: nung chậm, năng suất và phẩm chất không cao Lò quay: Là một hình trụ dài, vỏ bằng thép dày, phía trong có gạch lót chịu lửa, đường kính từ 3-7m, dài từ 85-250m, công suất từ vài trăm đến vài nghìn tấn clanhke mỗi ngày. Lò quay đặt hơi dốc so với mặt phẳng nằm ngang 1 góc = 3-4o, tốc độ quay 0,5-1,4 vòng/phút Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược dòng, hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào từ đầu cao, khí nóng được phun vào từ đầu thấp. Sự thay đổi của vật liệu sống trong lò nung là một quá trình phức tạp.
  13. Nung vật liệu sống bằng lò quay Nung vật liệu sống bằng lò đứng
  14. 4.1.2 Sản xuất xi măng pooclăng  4.1.2.3 Nung vật liệu sống b) Quá trình diễn biến hóa lý trong lò nung - Vùng 1 (Vùng bay hơi) 70-200oC: Nước tự do bay hơi, chất hữu cơ bắt đầu cháy - Vùng 2 (Vùng đốt nóng) 200-700oC: Chiếm 50-60% chiều dài của lò. Các chất hữu cơ cháy hết, nước hóa học trong đất sét tách ra bốc hơi, các phản ứng phân giải bắt đầu xảy ra: Al2O3.2SiO2.2H2O  Al2O3.2SiO2 + 2H2O - Vùng 3 (Vùng canxi hóa) 700-1100oC: Chiếm 20-23% chiều dài của lò. Cao lanh khan và cacbonat canxi bị phân giải, khoáng sét khan bị phân giải nên vùng này tiêu tốn nhiều nhiệt lượng nhất. Al2O3.2SiO2  Al2O3 + 2SiO2 CaCO3  CaO + CO2 – 42,52 Kcal 2CaO + SiO2  2CaO.SiO2 (C2S) – (Một phần) CaO + Al2O3  CaO.Al2O3 (CA) CaO + Fe2O3  CaO.Fe2O3 (CF)
  15. 4.1.2 Sản xuất xi măng pooclăng  4.1.2.3 Nung vật liệu sống b) Quá trình diễn biến hóa lý trong lò nung - Vùng 4 (Vùng phóng nhiệt) 1100-1250oC: Chiếm 5-7% chiều dài lò, xảy ra các phản ứng ở pha rắn, các phản ứng đều tỏa nhiệt. 2CaO + SiO2  2CaO.SiO2 (C2S) – (Toàn bộ) 2CaO + CaO.Al2O3  3CaO.Al2O3 (C3A) 3CaO.Al2O3 + CaO.Fe2O3  4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF) - Vùng 5 (Vùng kết khối) 1300-1470-1300oC: Chiếm 10-15% chiều dài lò, ở giai đoạn đầu các khoáng C3A, C4AF chảy ra, khi nhiệt độ đạt cao nhất C2S phản ứng với CaO tự do thành C3S: CaO + 2CaO.SiO2  3CaO.SiO2 (C3S) - Ra khỏi vùng kết khối nhiệt độ giảm xuống 1300oC, từ dung dịch lỏng các khoáng C3A, C4AF, MgO kết tinh lại. - Tại vùng làm nguội 1300-100oC: cấu trúc và thành phần clanhke được hình thành hoàn toàn và dần hoàn thiện thêm. - Sản phẩm ra lò là clanhke dạng hạt màu vàng xẫm, được làm nguội đến 100oC rồi chuyển về kho chứa bằng băng chuyền.
  16. 4.1.2 Sản xuất xi măng pooclăng  4.1.2.4 Nghiền clanhke: - Clanhke ra lò cần được ủ trong kho từ 10-20 ngày để cho nguội hẳn và CaOTD trong clanhke hút ẩm trong không khí tạo thành Ca(OH)2 làm cho xi măng dễ nghiền và khi sử dụng tránh được hiện tượng mất ổn định thể tích. - Clanhke được nghiền bằng máy nghiền bi, khi nghiền người ta cho thêm từ 2-5% thạch cao sống để kéo dài thời gian ninh kết của xi măng và 10-15% phụ gia khoáng vật hoạt tính như puzolan hoặc xỉ quặng lò cao dạng hạt để tăng sản lượng và độ bền nước của xi măng. - Sau khi nghiền ở nhiệt độ 80-120oC, xi măng được chuyển về kho và lưu lại, khi nguội CaO còn sót tả hết mới đóng bao xuất xưởng.
  17. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG Xe ben Xe xuùc Baõi khai thaùc 1.KHAI THAÙC 2. VAÄN CHUYEÅN ÑAÄP-NGHIEÀN-SAØNG KHO NGUYEÂN transporteur LIEÄU 3. ÑAÄP NGHIEÀN VAØ VAÄN CHUYEÅN Kho nguyeân Nghieàn lieäu Baêng taûi Boät phoái lieäu
  18. QUY TRÌNH CÔNG 4. NUNG SẢN XUẤT XI MĂNG NGHỆ Nung tröôùc Loø nung Laøm laïnh nhanh clinker Phuï gia Kho chöùa clinker Maùy nghieàn bi 5. NGHIEÀN silos Xuaát xöôûng Ñoùng bao 6. LAØM NGUOÄI, ÑOÙNG BAO, XUAÁT XÖÔÛNG
  19. 4.1.3 Quá trình đông kết và rắn chắc của xi măng pooclăng Khi trộn xi măng với nước, được một loại hồ dẻo, hồ đông đặc dần và rắn chắc thành đá xi măng. Ở điều kiện nhiệt độ thích hợp, đá xi măng phát triển cường độ không ngừng, lúc đầu nhanh, sau chậm dần, kéo dài hàng chục năm. Theo Baykov-Rebinder quá trình rắn chắc của xi măng được chia làm 3 giai đoạn:  4.1.3.1 Giai đoạn hòa tan Các thành phần khoáng của clanhke: C3S,C2S,C3A,C4AF sẽ tác dụng với nước theo các phản ứng thủy phân thủy hóa sau: - C3S + mH2O  C2S(m-1)H2O + Ca(OH)2 (Dễ tan) - C2S + nH2O  C2SnH2O (C2SHn) (ít tan) - C3A + 6H2O  C3A6H2O (C3AH6) (Dễ tan) - C4AF + pH2O  C3A6H2O + CF(p-6) H2O - C3AH6 + 3(CaSO4.2H2O) + 19H2O  C3A.3CaSO4.31H2O (Etrigite – Kết tủa, nở thể tích)
  20. 4.1.3 Quá trình đông kết và rắn chắc của xi măng pooclăng  4.1.3.2 Giai đoạn hóa keo: - Khi dung dịch bão hòa Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O không tan nữa mà ở dạng keo - Các sản phẩm etrigite như 2CaO.SiO2.mH2O vốn không tan nên vẫn tồn tại ở dạng keo phân tán. Khi nước bay hơi, nước phản ứng với xi măng làm thể keo không ngừng tăng lên, vữa xi măng mất dần tính dẻo dần đông đặc nhưng chưa có cường độ.  4.1.3.3 Giai đoạn kết tinh: - Nước tự do bay hơi dần, các sản phẩm tạo ra càng nhiều, kết tinh lại thành tinh thể, do đó cường độ xi măng dần tăng rõ rệt. - Khoáng 2CaO.SiO2.mH2O chuyển sang kết tinh làm cường độ xi măng tăng dần. - Các hiện tượng hòa tan, hóa keo, kết tinh của vữa xi măng xảy ra xen kẽ nối tiếp lẫn nhau cho đến khi toàn bộ các hạt xi măng thủy phân và thủy hóa hết.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2