Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ TÀI: THÀNH PHẦN KHOÁNG VÀ TÍNH CHẤT XI MĂNG PORTLAND Ảnh vi cấu trúc SEM của C3S, phóng đại 3000X Microscopical clinker investigation NIST SRM 2688, SEM backscattered electron image The chemical and mineral composition of porland cement clinker QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN XI MĂNG
THÀNH PHẦN KHOÁNG VÀ TÍNH CHẤT XMP 1 – CÁC KHOÁNG CHÍNH TRONG XMP: CÁC KHOÁNG CHÍNH TRONG XMP Phases Formula Symbol Min (%) Avg (%) Max (%) Alite CaO•SiO2 C3S 45 63 80 Belite 2CaO•SiO2 C2S 16 32 Aluminate 3CaO•Al2O3 C3A 11 15 Ferrite 2CaO• (Al2O3,Fe2O3) C2(A,F) 14 Free CaO CaO 0.1 Free MgO MgO 0.5 1.5 4.5 CÁC KHOÁNG CHÍNH TRONG XMP –Alít khoáng C3S XMP Đây loại khoáng chính, đònh cường độ XMP C3S có sáu dạng thù hình, clinker thường tồn hai dạng bền nhiệt độ cao tạo dung dòch rắn C3S với ôxít lẫn thành phần MgO, Al 2O3, Fe2O3, ôxít kim loại kiềm R2O –Bêlít chủ yếu β-C2S lượng nhỏ dạng thù hình khác C2S, ôxít MgO, Al2O3, Fe2O3, R2O số hợp chất khác, có tác dụng làm bền β-C2S CÁC KHOÁNG CHÍNH TRONG XMP –C4AF (tetra canxi fero aluminát): dễ tham gia phản ứng với nước, tính thủy lực rõ ràng Bền môi trường sunphát –C3A (tri canxi aluminát) coi chất trung gian alit belit Có tính thủy lực rõ, đóng rắn nhanh, tỏa nhiệt mạnh Trong chất trung gian dạng khoáng (CA, C3A C4AF) lượng CaO MgO không kết tinh nằm pha thủy tinh Influences of Major and Minor Phases on Cement Properties Major Phases C3S - Early strengths, setting C2 S - late stage strengths, durability C3A - Initial set, early heat evolution C4AF - Color Minor Phases October 14, 2016 CaOfree (free lime) Alkali / sulfates MgO - Setting time, early strengths - Early strengths - Expansion Ảnh vi cấu trúc SEM C3S, phóng đại 3000X Mặt cắt mài bóng mẫu clinker • Magnification: 1000x • Etching: Nital (HNO3) on KOH • Alite: blue-grey • Belite: brown-tan, nested • Liquid phase: Aluminate and Ferrite (interstitial melt) October 14, 2016 Thành phần bột xi măng nh SEM/X-ray Đỏ- C3S Da trời- C2S Xanh cây- C3A Vàng- C4AF Xanh nhạt- thạch cao trắng- CaO tự Xanh dương đậm- K2SO4 Tía- periclase (magnesium containing phase) Image is 256 µm x 200 µm C3S (brown), C2S (blue), C3A (gray), C4AF (white) 79 Tác nhân dạng ăn mòn: Có thể chia dạng ăn mòn hóa học thành ba loại: 1-Hòa tan phần đá XM Dạng phổ biến trình hydrát CaO tạo Ca(OH)2 2-Phản ứng đá XM môi trường tạo muối dễ hòa tan, tính kết dính 3-Sản phẩm phản ứng hòa tan, tích tụ lỗ xốp XM, sau kết tinh Quá trình kết tinh làm biến đổi thể tích, gây nứt vỡ cấu kiện Theo chất tác nhân xâm thực, chia thành nhóm sau: kiềm, sunfát, manhezi, axít (đặc biệt H2CO3) Theo đó, mức độ ăn mòn đánh giá theo hàm lượng ion HCO3, SO42-,Mg2+, pH Trong trường hợp, nước môi trường xảy ăn mòn 80 Môi trường sunfát (nước biển môi trường phèn) MgSO4, Na2SO4, CaSO4, Ca(OH)2 + MgSO4 + H2O = CaSO4.2H2O + Mg(OH)2 3CaO.Al2O3.6H2O + 3MgSO4 + 6H2O = 3(CaSO4.2H2O) + Al(OH)3 + 3Mg(OH)2 Phản ứng làm giảm lượng Ca(OH)2 cần thiết cho XM đóng rắn Sản phẩm CaSO4.2H2O kết tinh phản ứng tiếp với khoáng khác XM tạo sản phẩm 3CaO.Al 2O3.3CaSO4.31H2O tích lớn thể tích tác nhân tạo thành nó, gây vết nứt phá hủy cấu kiện bê tông đóng rắn (ăn mòn thạch cao) XMP với hàm lượng nhôm cao dễ bò phá hủy môi trường sunfát Như vậy, môi trường sunfát (trừ trường hợp hàm lượng MgSO cao), muốn ngăn cản trình ăn mòn, cần giảm lượng Ca(OH)2 tự do, giảm hàm lượng C3A 81 Môi trường axít: Các axít tự khác có khả hòa tan phá hủy kết cấu XMP VD: HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + H2O dễ tan H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4.2H2O hình thành lỗ xốp bê tông, pứ tiếp với C3A tạo sp tích tăng, phá hủy cấu trúc bê tông 82 Môi trường nước: “nước chảy đá mòn”: Trước hết, nước phản ứng với CaO MgO tự do, tạo sản phẩm Ca(OH)2 Mg(OH)2 hòa tan vào nước Trong môi trường dòng chảy độ xốp XM lớn, trình xảy nhanh Trong điều kiện nước cứng (hàm lượng Ca(HCO 3)2 đủ lớn) xảy phản ứng: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + 2H2O Lớp CaCO3 hình thành có tác dụng bảo vệ, ngăn cản Ca(OH) hòa tan tiếp Như vậy, độ cứng nước điều kiện cần quan tâm 83 Khi phải sử dụng XM môi trường ăn mòn: Có thể tăng hàm lượng khoáng chống dạng ăn mòn tương ứng Ví dụ, độ bền sunfát giảm mạnh xi măng giàu C3A Sử dụng phụ gia (hoạt tính, ) Ngoài ra, yếu tố vật lý có tác dụng đáng kể làm tăng độ bền chống ăn mòn xi măng Ví dụ làm tăng mật độ xi măng chống thấm tốt làm tăng khả chống ăn mòn 84 BẢO QUẢN XIMĂNG 85 – KHÁI NIỆM CHUNG: Khâu cuối công nghệ sản xuất XMP bảo quản tiêu thụ sản phẩm XMP trình bảo quản bò giảm mác hút ẩm phản ứng với CO2 không khí Ví dụ: -Thời gian bảo quản tháng, cường độ giảm 10 – 25%, -Thời gian bảo quản tháng, cường độ giảm 15 – 30%, -Thời gian bảo quản 12 tháng, cường độ giảm 25 – 40% 86 87 88 XM silo: Trong nhà máy, bột XM chứa silo bảo quản hay silo chứa Các silo ống bê tông hình trụ có đường kính 10 – 25m có kết cấu đặc biệt đảm bảo 100% XM tháo khỏi silo Nhiệt độ XM silo khoảng 700C trở xuống tốt Nhiệt độ cao làm thạch cao bò khử nước (bắt đầu từ 1050C) thành thạch cao khan, tính chất làm chậm tốc độ đóng rắn XM Nước từ thạch cao thoát phản ứng phần với khoáng XMP làm giảm chất lượng XMP Hiện tượng hydrát hóa XM bảo quản tạo hạt XM đóng rắn – 3mm khối bột XM, vòng XM đóng rắn (cola) silo, cản trở trình thoát XM cần thiết, làm giảm cường độ XM (có thể giảm tới 30 - 40% cường độ) Làm vòng cola silo phức tạp, cần thiết bò chuyên dụng 89 Bảo quản XM bao: XM đóng gói bao giấy để lưu giữ vận chuyển tới nơi tiêu thụ Trong bao, XM có khả tiếp xúc với không khí nước tạo phản ứng hydrát hóa cácbonát hoá, chất lượng XM giảm dần theo thời gian bảo quản Bao giấy cho hiệu bảo quản khơng bao chất dẻo Tuy nhiên bao chất dẻo lại có vấn đề mặt môi trường (không tiêu hủy được) 90 91 Vận chuyển: Đảm bảo kín thoáng khí Xu hướng dùng XM tươi (không đóng bao) khuyến khích 92 Bảo quản kho: Kho chứa phải đảm bảo khô ráo, thoáng, có tường cao mái che chắn Trong kho lô hàng cần phân rõ, lô sản xuất trước cần tiêu thụ trước Nguyên tắc bán thật nhanh (kinh tế + kỹ thuật) Các bao XM kho không chất thành đống cao (từ mười bao trở xuống) tránh nứt vỡ bao XM bò ép chặt Không để bao XM sát đất, không chồng bao XM vào sát tường, dễ hút ẩm Toàn khâu vận chuyển, lưu thông tiêu thụ không làm giảm mác XM 5% 93 [...]... TẠO CÁC KHOÁNG CHÍNH THEO BIỂU ĐỒ PHA 15 Hình Biểu đồ pha hệ CaO – SiO2 – Al2O3 16 1 – Xét sự tạo khoáng theo biểu đồ pha hệ ba cấu tử CaO - SiO2 - Al2O3 Trên biểu đồ pha hệ CaO - SiO2 - Al2O3, thành phần hóa của clinker XMP thường nằm trong vùng tam giác thành phần C3S - C2S - C3A, tương ứng với điểm eutécti 14550C Dựa vào thành phần hóa của phối liệu, có thể ước lượng sơ bộ thành phần khoáng của... trước hết, xác đònh điểm biểu diễn thành phần hệ M trên biểu đồ Từ M kẻ những đoạn thẳng song song với các cạnh tam giác thành phần C3S – C2S – C3A Những đoạn thẳng này chia cạnh đối diện, (trường hợp trên hình vẽ là cạnh C 3S – C2S bò chia làm ba đoạn bởi điểm 1 và 2), thành ba đoạn thẳng với độ dài đại số tỷ lệ với thành phần khoáng lớn nhất có thể có của hệ với thành phần hóa biểu diễn tại M 17 1 1−... là: % khoáng C3A bằng độ dài đại số đoạn thẳng 1-2 chia cho độ dài đại số đoạn thẳng C3S – C2S C2 S 2 M C3A Tương tự, ta có: %C 3 S = %C 2 S = 1 − C2 S C3 S − C 2 S 2 − C3 S C3 S − C 2 S CaO C3A C5A3 Góc biểu đồ pha hệ CaO - SiO2 - Al2O3 và cách xác đònh sơ bộ thành phần khoáng theo thành phần hóa điểm hệ M 18 2 – Sự tạo khoáng theo biểu đồ hệ bốn cấu tử CaO - Fe2O3 - Al2O3 – SiO2 Thành phần khoáng. .. Các hợp chất tạo thành trong dung dòch 3 Khi dd quá bão hòa, các hợp chất kết tinh lại (các sản phẩm hydrat) 4 Ở những giai đoạn sau, các sp tạo thành trên hoặc rất gần với bề mặt các hạt xi măng (đã rất nhỏ) 25 Theo A.A.Bai cốp: Quá trình chia thành ba giai đoạn: 1-Các khoáng XM tác dụng với nước giai đoạn đầu: hình thành một lớp sản phẩm ngay trên bề mặt hạt, chủ yếu là các hydro silicát canxi CSH... hydrat hóa khoáng C3A và C4AF Ettringite (Aft) Afm 32 CÁC SẢN PHẨM CỦA Q TRÌNH HYDRÁT HĨA CLINKER XMP Theo Seyligman và Greening (1968) 1- Gel Hydro-silicát C-S-H chứa tạp chất Al2O3, SO3 và kim loại kiềm R2O 2- Các hydro- sulfo- alumin- ferít canxi có thành phần C3(A,F)2CSO3.14H, kết tinh dạng tinh thể nhỏ mịn, kích thước 0,1÷2µm 3- Các dung dịch rắn hệ C-ACS-H 4- Các tinh thể với thành phần C3A.S1/2.H5... trong quá trình đóng rắn và phát triển cường độ Nghiên cứu quá trình đóng rắn CKD nói chung và XMP nói riêng rất phức tạp 21 23 QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN XMP theo quan điểm lý học cấu trúc tinh thể của các khoáng biến đổi trong một loạt quá trình hòa tan – kết tinh, cấu trúc keo, gel tạo liên kết bền vững cho khối đá XM 24 Mô hình đơn giản: Khi cho nước vào xi măng: 1 Các hạt xi măng hoà tan 2 Nồng độ các... hydro- silicát canxi hoặc các hydro-aluminát canxi, đây là những khoáng cho vữa XMP cường độ Có thể phân phản ứng khoáng XM với nước thành hai loại: - Thủy hóa: là phản ứng với nước không dẫn tới sự phân rã chất ban đầu - Thủy phân: quá trình phản ứng với nước dẫn tới sự phân hủy chất ban đầu Thường gọi gọn là quá trình hydrát của XMP Quan điểm về cơ chế và sản phẩm các quá trình còn không thống nhất... canxi CSH trong dung dòch kết tinh dần cho tới hết, tạo cấu trúc gel với nhiều lỗ xốp nhỏ Các lớp gel trên bề mặt hạt XM có khả năng giữ nước, lượng nước tiếp tục thấm sâu vào trong lớp hạt khoáng XM và quá trình lặp lại tương tự Cường độ đá XM, vì vậy, tăng dần theo thời gian 26 27 28 QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN XMP theo quan điểm hóa học các khoáng của XMP phản ứng với nước tạo các hydro- silicát canxi... một cách nhanh chóng trên biểu đồ pha hệ ba cấu tử CaO - Al2O3 SiO2 như trên thực chất chỉ đúng với XMP trắng, nghóa là XM không chứa Fe2O3 Với XMP thông thường (còn gọi là XM đen hoặc XM xám), Fe2O3 là thành phần không thể thiếu trong clinker XMP Vì vậy, dùng biểu đồ pha hệ CaO - Fe2O3 - Al2O3 SiO2 xét thành phần khoáng của clinker XMP phù hợp hơn, mặc dù phức tạp hơn rất nhiều Hệ có một điểm... yếu là các hydro silicát canxi CSH Các sản phẩm mới hình thành tan vào nước một phần tạo dung dòch quá bão hòa (nếu lượng nước ít) Một phần không tan vẫn nằm trên bề mặt hạt khoáng XM tạo cấu trúc gel làm tốc độ nước thâm nhập chậm lại Thời gian tác dụng khoảng 1h 2-Trong dung dòch quá bão hòa, các sản phẩm ở dạng keo Các hydro silicát canxi CSH kết tinh dạng sợi, gel cho đá XM cường độ Thời gian