Công nghệ sản xuất xi măng portland có phụ gia cacbonat
1. Mở đầu:
Phụ gia khoáng cho xi măng luôn được các nhà sản xuất và sử dụng đặc biệt quan trọng đặc biệt quan tâm. Các loại phụ gia có nguồn gốc tự nhiên như: tro, xỉ của công nghiệp nhiệt điện, xỉ hạt hoá lò cao của công nghiệp luyện thép đều đã được nghiên cứu rất kỹ và ứng dụng rộng rãi.
Sử dụng phụ gia khoáng cho xi măng tu được những lợi ích nhất định:
+Làm tăng sản lượng xi măng mà không cần tăng sản lượng xi măng.
+ Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm nhiệt lượng tiêu tốn cho một tấn xi măng.
+ Tận dụng các phế thải công nghiệp.
+ Cũng có thể sử dụng phụ gia khoáng để chế tạo một số loại xi măng đặc biệt như xi măng ít toả nhiật, xi măng bền sunphát.
Trong thời gian gần đây đá vôi được quan tâm như một loại phụ gia khoáng hoạt tính cho xi măng vì các lý do:
+ Tính dễ nghiền của đá vôi.
+Bột đá vôi như một loại vi cốt liệu, tạo cường độ tốt cho xi măng ở giai đoạn đầu đóng rắn.
+ Sự có mặt của đá vôi kích thích phản ứng của khoáng alít, đồng thời có khả năng phản ứng với các khoáng aluminat tạo ra hợp chất có tính kết dính.
Lý thuyết "vi bê tông" do V. N.Lung lập ra là cớ để nghiên cứu một cách hệ thống các tính chất của loại xi măng có phụ gia mịn. Các nghiên cứu cho thấy rằng đá xi măng dùng chất kết dính chứa phụ gia mịn kể cả cacbonat theo các chỉ tiêu cường độ, độ bền xâm thực và băng giá không thua kém đá xi măng không phụ gia.
Chất lượng của các xi măng có phụ gia cácbonat nghiền mịn chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ khối lượng clinker và phụ gia, độ mịn các cấu tử, tỷ lệ độ mịn của các hạt vật phân bố đều của chúng.
Khi hàm lượng của các khoáng aluminat trong clinker cao có thể cho phép sử dụng 20 - 30% phụ gia cacbonat. Các nhiên cứu cũng cho thấy việc dùng phụ gia cacbonat mịn trong xi măng xỉ, xi măng làm fibro xi măng cũng như thành phần các chất kết dính sản xuất bê tông silicat đóng rắn chưng hấp cho phép ở tỷ lệ thấp hơn. Bài này đề cập đến vấn đề ảnh hưởng của bột đá vôi đến quá trình hydrat hoá xi măng là sự hình thành các tinh thể hợp chất giữa CaCO3 với C3A và thạch cao trong đá xi măng.
2. Tác dụng của bột đá vôi đến quá trình hydrat và hình thành tinh thể của đá xi măng.
Vai trò hoạt tính cấu trúc của các hạt cacbonat mịn trong đá xi măng trước tiên được xác định bởi liên kết hoá học cacbonat canxi và magiê với các sản phẩm thuỷ hoá của các pha chứa alumô trong clinker, tương tác hoá học này xảy ra thuận lợi xét từ khía cạnh tính chất cơ lý và cấu trúc đá xi măng cùng với sự thay đổi bề mặt và tính ổn định của các tinh thể hydrat hình thành.
Trên biểu đồ Rơnghen của các mẫu thuỷ hoá từ C3A và C4AF, cũng như từ các hỗn hợp của chúng với cacbonat canxi và magiê cho thấ tại các "pic" của C3AH6 có các "pic" của C4AHx và tổ hợp liên kết 3CaO. Al2O3. CaCO3. 11H2O. Monohydrocacboaluminat kết tinh ở dạng các tấm tinh thể hecxagonal, các tinh thể này tăng nhanh về kích thước và chuyển hoá thành các tổ hợp tinh thể liên tinh liên kết chặt chẽ. Phần lớn các thể liên tinh này hình thành các tổ hợp dạng sợi dày đặc và tạp trung thành vùng rõ trên bề mặt các hạt cacbonat, do vậy bảo đảm sự tăng cường độ liên kết các thành phần của đá xi măng. Trong hệ C3A.CaCO3H11 - C3A.CaOH2H11 hình thành dãy liên tục các dung dịch rắn, trong đó nhận thấy 3CaO.Al2O3.0,25CaCO3.0,75CaOH2.12H2O và có thể cả 3CaO.Al2O3.3CaCO3.30-32H2O. Monohydrocacboaluminat và hecxagonal hydroaluminat canxi được quan sát thấy trong đá xi măng và bê tông đóng rắn lâu trong điều kiện bình thường. Khi chưng hấp có thể xảy ra sự phân huỷ monohydracacboaluminat canxi thành Ca3AH6 và CaCO3.
Khi nghiên cứu sự kết tinh của các hydrat mới hình thành của đá xi măng trên nền cacbonat vùng tiếp xúc người ta đã sử dụng các dung dịch bão hoà tobermorit, CSHB, C2SH2 và C3AH6, enttringit, CaOH2 và CaSO4.2H2O với nền là các tấm mài cắt từ các tinh thể canxi có các mặt phẳng tách song song để phát triển tinh thể của các pha thuỷ hoá. Trên các bức ảnh hiển vi điện tử SEM quan sát thấy sự phân bổ không đều của các hạt trên bề mặt nền. Các chất mới hình thành phủ bề mặt nề 10 - 15% tuỳ theo chất kết dính. Trên tất cả các nền có thấy tập hợp kết tụ của chúng thành các tổ hợp lớn hơn liên tinh.
Sự tiếp xúc mọc xen vùng tiếp xúc cũng được nghiên cứu trên các mẫu với các chất kết dính sử dụng là C3S, C3A và xi măng portland. Chất độn là thạch anh và canxi thiên nhiên đơn tinh thể được nghiền mịn đến độ mịn < 1mm. Cường độ các mẫu dùng phụ gia canxi cao hơn 25 - 50% khi dùng thạch anh. Với mẫu dùng C3A và xi măng có thể giải thích bởi sự hình thành hydrocacboaluminat canxi trong vùng tiếp xúc, còn các mẫu có C3S thì sự tăng cường độ có thể gây ra do số lượng lớn các thể liên tinh của các hydrat mới hình thành với canxit.
Các nghiên cứu hiển vi điện tử bề mặt phụ gia nằm trong hồ C3S và xi măng đóng rắn cho thấy canxit kết tinh tốt với các mặt thoi - sản phẩm cacbonat hoá của hydroxyt canxi, tách ra khi thuỷ hoá. Hình góc cạnh rõ của các tinh thể canxit và sự phân bố đều của chúng trên bề mặt phụ gia cho thấy sự kết tinh của chúng xảy ra ở trạng thái bão hoà thấp. Các lớp canxit có định hướng trên bề mặt phụ gia làm đặc chắc vùng tiếp xúc của chất kết dính vì thế ảnh hưởng tốt đến cường độ nén.
3. Kết luận.
Có thể tóm tắt một số kết luận từ các nghiên cứu sử dụng phụ gia cacbonat:
- Phụ gia cacbonat canxi làm tăng tốc quá trình thuỷ hoá của các hạt clinker xi măng hỗn hợp. Cường độ liên kết của các hạt cacbonat với nền xi măng tăng khi được nghiền mịn. Phụ gia cacbonat thúc đẩy giảm nhu cầu nước, giảm phân nước, tách nước hỗn hợp bê tông; tăng khả năng giữ nước, độ dẻo và độ đồng nhất; giảm co; giảm hút nước và giảm toả nhiệt của bê tông; tăng độ bền môi trường.
- Tính dễ nghiền của cacbonat dẫn đến giảm năng lượng nghiền xi măng hiỗn hợp. Phụ gia cacbonat tỏ ra hoạt tính hơn với clinker có hàm lượng C3A cao đóng rắn trong điều kiện thường. Khi sử dụng đúng phụ gia này nó đóng vai trò phụ gia hoạt tính, biến tính cấu trúc đá xi măng và ảnh hưởng tốt đến các tính chất của xi măng.
Nguồn tin: Theo Thông tin KHCN Vật liệu Xây dựng, số 3/2005