Đồ án tốt nghiệp khảo sát ảnh hưởng của tea tới cường độ đá xi măng

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TEA
TỚI CƯỜNG ĐỘ ĐÁ XI MĂNG
TRƯƠNG NGUYỆT HẢO


Ngành Kỹ thuật Hóa học
Chun ngành Cơng nghệ Vật liệu Silicat

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

Bộ môn:

Công nghệ Vật liệu Silicat

Viện:

Kỹ thuật Hóa học

HÀ NỘI, 8/2023



ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TEA

TỚI CƯỜNG ĐỘ ĐÁ XI MĂNG
TRƯƠNG NGUYỆT HẢO


Ngành Kỹ thuật Hóa học
Chun ngành Cơng nghệ Vật liệu Silicat

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng

Bộ môn:

Công nghệ Vật liệu Silicat

Viện:

Kỹ thuật Hóa học

HÀ NỘI, 8/2023

Chữ ký của GVHD



ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM

Viện Kỹ thuật Hóa học

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Trương Nguyệt Hảo

MSSV: 20180710

Lớp: Kỹ thuật Hóa học 03

Khóa: K63

Ngành: Kỹ thuật Hóa học

Chun ngành: Cơng nghệ Vật liệu Silicat

Tên đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của TEA tới cường độ đá xi măng”
1. Các số liệu ban đầu:
Clanhke xi măng Pooc lăng từ Nhà máy xi măng Bỉm Sơn
Thạch cao tự nhiên từ Nhà máy xi măng Long Sơn
Phụ gia TEA phịng thí nghiệm
2. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Tổng quan về xi măng và phụ gia.
Phương pháp nghiên cứu.
Kết quả và thảo luận.
Kết luận và kiến nghị.
3. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ loại và kích thước bản vẽ):
Một (01) bài báo cáo trên Microsoft Word theo mẫu của Trường
Một (01) báo cáo trên Microsoft Powerpoint.

4. Họ và tên cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng
5. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
6. Ngày hoàn thành đồ án: 8/2023
Ngày … tháng ... năm 2023
Trưởng bộ mơn

Giảng viên hướng dẫn
(Trường hợp có 2 giáo viên hướng dẫn thì sẽ cùng ký tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày 19 tháng 8 năm 2023.
Uỷ viên phản biện



ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Kỹ thuật Hóa học

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: Trương Nguyệt Hảo

MSSV: 20180710

Lớp: Kỹ thuật Hóa học 03

Khóa: K63

Ngành: Kỹ thuật Hóa học

Chun ngành: Cơng nghệ Vật liệu Silicat

Tên đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của TEA tới cường độ đá xi măng”
NỘI DUNG NHẬN XÉT:
1.

Tiến trình thực hiện đồ án:

2.

Về nội dung của đồ án:

3.

Về hình thức trình bày:

4.

Những nhận xét khác:

ĐÁNH GIÁ VÀ CHO ĐIỂM:
Ngày ….. tháng ….. năm ……..
Giảng viên hướng dẫn
tên)

(Trường hợp có 2 giáo viên hướng dẫn thì sẽ cùng ký

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Kỹ thuật Hóa học

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA UỶ VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: Trương Nguyệt Hảo

MSSV: 20180710

Lớp:Kỹ thuật Hóa học 03

Khóa: K63

Ngành: Kỹ thuật Hóa học

Chun ngành: Cơng nghệ Vật liệu Silicat

Tên đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của TEA tới cường độ đá xi măng”

NỘI DUNG NHẬN XÉT:
1. Về nội dung của đồ án:

2. Về hình thức trình bày:

3. Những nhận xét khác:

ĐÁNH GIÁ VÀ CHO ĐIỂM:
Ngày ….. tháng ….. năm ……..
Uỷ viên phản biện



LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn!
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của TEA tới cường độ đá xi măng”.
Hàm lượng phụ gia khảo sát là: 0; 2; 3; 4; 5 phần vạn. Xi măng được
nghiền không dùng phụ gia, khống chế tỷ diện Blaine ở khoảng giá trị 3200 3500 ± 50 cm2/g. Ảnh hưởng của phụ gia TEA tới cường độ đá xi măng được
đánh giá khi được trộn trong quá trình tạo hồ xi măng. Kết quả nghiên cứu cho
thấy, TEA có tác động tới cường độ đá xi măng do sự tác động trực tiếp của TEA
tới quá trình hydrat hóa xi măng, cụ thể là hàm lượng TEA là 3 phần vạn (so với
khối lượng xi măng) cải thiện cường độ tuổi 1 ngày của đá xi măng.
Hà Nội, ngày 17 tháng 8 năm 2023
Sinh viên

Trương Nguyệt Hảo


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
Đặt vấn đề.............................................................................................................1
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................................1
Mục tiêu của đề tài................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.......................................................2
1.1

1.2

Tổng quan về xi măng...............................................................................2
1.1.1

Khái niệm...................................................................................2

1.1.2

Phân loại xi măng.......................................................................3

1.1.3

Thành phần khoáng của clanhke xi măng Pooclăng...................4

1.1.4

Q trình thủy hóa của xi măng Pooc lăng:..............................10

Tổng quan về phụ gia gốc alkanolamine.................................................13
1.2.1

Khái niệm về phụ gia trợ nghiền..............................................13

1.2.2

Phân loại...................................................................................13

1.2.3

Ảnh hưởng của các chất trợ nghiền gốc tới tính chất cơ lý của
sản phẩm xi măng........................................................................................16
1.3

1.4

Phụ gia TEA............................................................................................26
1.3.1

Giới thiệu về TEA....................................................................26

1.3.2

Ảnh hưởng của TEA đến cường độ xi măng............................27

Kết luận tổng quan..................................................................................30

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM........................................................................33
2.1

2.2

2.3

Chuẩn bị thực nghiệm.............................................................................33
2.1.1

Nguyên liệu..............................................................................33

2.1.2

Dụng cụ và thiết bị...................................................................34

2.1.3

Sơ đồ nghiên cứu......................................................................35

Các phương pháp nghiên cứu..................................................................36
2.2.1

Q trình gia cơng, tạo mẫu:.....................................................36

2.2.2

Xác định cường độ nén (Phương pháp phi tiêu chuẩn).............39

2.2.3

Xác định khối lượng mất sau nung...........................................39

2.2.4

Xác định đường cong thay đổi nhiệt độ của hồ xi măng...........40

2.2.5

Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM).......................................41

Kết quả và thảo luận:...............................................................................41

2.3.1

Cường độ nén của các mẫu đá xi măng:...................................41

2.3.2

Khối lượng mất khi sấy, nung:.................................................48

2.3.3

Đường cong thay đổi nhiệt độ của hồ xi măng.........................54

2.3.4

Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)................................................55

CHƯƠNG 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................56
3.1

Kết luận...................................................................................................56

3.2

Kiến nghị.................................................................................................56

CHƯƠNG 4. PHỤ LỤC....................................................................................57
4.1

4.2

Cường độ nén của các mẫu đá xi măng:..................................................57
4.1.1

Giai đoạn 1...............................................................................57

4.1.2

Giai đoạn 2...............................................................................58

Khối lượng mất khi sấy/nung..................................................................59

CHƯƠNG 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................61


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Đường cong sinh nhiệt [6]...................................................................10
Hình 1.2: Sự thay đổi cường độ nén là một hàm của liều lượng chất trợ nghiền
[17]...................................................................................................................... 17
Hình 1.3: Độ bền uốn thay đổi theo liều lượng của chất trợ nghiền khác nhau [17]
............................................................................................................................ 17
Hình 1.4: Ảnh SEM của vữa xi măng sau 28 ngày..............................................17
Hình 1.5 Cường độ nén theo các chất trợ nghiền khác nhau [25]........................19
Hình 1.6: So sánh cường độ nén (MPa) khi thêm các chất trợ nghiền khác nhau
và sự kết hợp của chúng [26]..............................................................................19
Hình 1.7: Cường độ nén của hồ xi măng sau 3 ngày và 28 ngày khi khơng sử và
sử dụng chất trợ nghiền [27]...............................................................................20
Hình 1.8: Ảnh SEM sản phẩm thủy hóa của hồ xi măng sau 3 ngày ở mẫu trắng
(a) và mẫu sử dụng chất trợ nghiền (b) [25]........................................................21
Hình 1.9: Ảnh SEM sản phẩm thủy hóa của hồ xi măng sau 28 ngày ở mẫu trắng

(a) và mẫu sử dụng chất trợ nghiền (b) [25]........................................................21
Hình 1.10: Cấu trúc phân tử của triethanolamine [34]........................................26
Hình 1.11: Cường độ nén của vữa xi măng với trợ nghiền TEA và GLY...........29
Hình 1.12: Cường độ nén của vữa xi măng với trợ nghiền TEA và GLY và phụ
gia siêu dẻo.........................................................................................................29
Hình 1.13 : Cường độ nén của LC3-50 kết hợp 200ppm của TEA và DEIPA.....30
Hình 2.1: Sơ đồ thực nghiệm nghiên cứu............................................................35
Hình 2.2 Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (độ mịn 3400 ± 50 cm2/g).41
Hình 2.3 Cường độ nén mẫu đá xi măng 7 ngày tuổi (độ mịn 3400 ± 50 cm2/g).42
Hình 2.4: Cường độ nén của các mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (độ mịn 3500 ± 50
cm2/g)..................................................................................................................43
Hình 2.5: Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (R1).................................45
Hình 2.6 Cường độ nén mẫu đá xi măng 3 ngày tuổi (R3)..................................46
Hình 2.7: Cường độ nén mẫu đá xi măng 7 ngày tuổi (R7).................................47
Hình 2.8: Phần trăm khối lượng mẫu cịn lại khi sấy và nung tương ứng của mẫu
hồ xi măng thủy hóa 1 ngày tuổi (%)..................................................................50
Hình 2.9: Phần trăm khối lượng mẫu còn lại khi sấy và nung tương ứng của mẫu
hồ xi măng thủy hóa 7 ngày tuổi (%)..................................................................52
Hình 2.10: Đường cong thay đổi nhiệt độ hồ xi măng trong 24h........................54


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clanhke xi măng Pooc lăng............................4
Bảng 1.2: Chất trợ nghiền hữu cơ sử dụng phổ biến [13]....................................14
Bảng 1.3: Chất trợ nghiền vô cơ sử dụng phổ biến [13]......................................15
Bảng 1.4: Tính chất cơ lý của xi măng khơng có và có 0.015% alkanolamine
khác nhau được nghiền trong 25 phút [24]..........................................................18
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của xi măng Pooc lăng [29]...............................22
Bảng 1.6: Thành phần pha và tỷ diện Blaine của xi măng Pooc lăng [29]..........22
Bảng 1.7: Độ tinh khiết của các alkanolamine tổng hợp được [29].....................22

Bảng 1.8: Cường độ nén của các mẫu vữa xi măng [29].....................................23
Bảng 1.9: Tính chất cơ lý của xi măng với các loại và các liều lượng của các chất
trợ nghiền khác nhau [34]...................................................................................27
Bảng 1.10: Tính chất cơ lý của xi măng với loại và hàm lượng chất trợ nghiền
khác nhau [20].....................................................................................................28
Bảng 2.1: Thành phần hóa của clanhke xi măng.................................................33
Bảng 2.2: Thành phần khoáng của clanhke.........................................................33
Bảng 2.3: Lượng phụ gia.....................................................................................36
Bảng 2.4: Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (độ mịn 3400 ± 50 cm 2/g)
............................................................................................................................ 40
Bảng 2.5 Cường độ nén mẫu đá xi măng 7 ngày tuổi (độ mịn 3400 ± 50 cm2/g) 42
Bảng 2.6: Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (độ mịn 3500 ± 50 cm 2/g)
............................................................................................................................ 43
Bảng 2.7: Cường độ nén mẫu đá xi măng 1 ngày tuổi (R1)................................44
Bảng 2.8 Cường độ nén mẫu đá xi măng 3 ngày tuổi (R3).................................46
Bảng 2.9 Cường độ nén mẫu đá xi măng 7 ngày tuổi (R7).................................47
Bảng 2.10: Q trình hóa lý xảy ra tại các khoảng nhiệt độ khi sấy/nung xi măng
[30]...................................................................................................................... 48
Bảng 2.11: Phần trăm khối lượng mẫu còn lại khi sấy và nung tương ứng của
mẫu hồ xi măng thủy hóa 1 ngày tuổi (%)...........................................................49
Bảng 2.12: Độ lệch chuẩn phần trăm khối lượng mẫu MKN của mẫu hồ xi măng
thủy hóa 1 ngày tuổi (%).....................................................................................49
Bảng 2.13: Tốc độ MKN trong khoảng nhiệt độ của mẫu hồ xi măng thủy hóa 1
ngày tuổi [(%MKN/oC)*10-4]..............................................................................50
Bảng 2.14: Phần trăm khối lượng mẫu còn lại khi sấy và nung tương ứng của
mẫu hồ xi măng thủy hóa 7 ngày tuổi (%)...........................................................52
Bảng 2.15 Độ lệch chuẩn phần trăm khối lượng mẫu MKN của mẫu hồ xi măng
thủy hóa 7 ngày tuổi (%).....................................................................................52
Bảng 2.16: Tốc độ MKN trong khoảng nhiệt độ của mẫu hồ xi măng thủy hóa 7
ngày tuổi [(%MKN/oC)*10-4]..............................................................................53

Bảng 4.1: Giá trị cường độ nén mẫu 1 ngày tuổi (Độ mịn 3300± 50 cm2/g )......57
Bảng 4.2: Giá trị cường độ nén mẫu 1 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g )......57
Bảng 4.3: Giá trị cường độ nén mẫu 7 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g )......57
Bảng 4.4: Giá trị cường độ nén mẫu 1 ngày tuổi (Độ mịn 3500± 50 cm2/g )......58
Bảng 4.5: Giá trị cường độ nén mẫu 1 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g )......58
Bảng 4.6: Giá trị cường độ nén mẫu 3 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g )......58
Bảng 4.7: Giá trị cường độ nén mẫu 7 ngày tuổi (Độ mịn 3400± 50 cm2/g )......59
Bảng 4.8: Bảng số liệu đo khối lượng MKN ở các nhiệt độ khảo sát của mẫu hồ
xi măng thủy hóa 1 ngày với các hàm lượng TEA nghiên cứu............................59


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT
PC
TC
TCVN
C
S
F
A
S

PG/XM
N/XM
DEIPA
CLK
PG
MKN

R1
R3
R7
M
T
Ctd
PG
TEA
EG
DEG
AFt
AFm
CH
XRPD
SEM
DSC
TG
M0
TIPA

NGUYÊN NGHĨA
Xi măng Pooc lăng
Thạch cao
Tiêu chuẩn Việt Nam
CaO
SiO2
Fe2O3
Al2O3
SO3
Phụ gia/xi măng

Nước/xi măng
Diethanol isopropanolamine
Clanhke
Phụ gia
Mất khi nung
Cường độ nén 1 ngày tuổi
Cường độ nén 3 ngày tuổi
Cường độ nén 7 ngày tuổi
Đơn tà
Tam tà
CaO tự do
Polyglycol
Triethanolamine
Ethylene glycol
Diethylene glycol
Ettringite
Monosulfoaluminate
Ca(OH)2
Nhiễu xạ bột tia X
Hiển vi điện tử quét
Nhiệt lượng quét vi sai
Phân tích nhiệt trọng lượng
Mẫu khơng có phụ gia
Tri-isopropanolamine


MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Cường độ là một trong những tính chất quan trọng của xi măng.
Cường độ của đá xi măng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, tuy

nhiên lại phụ thuộc chính vào khả năng thủy hóa của bản thân xi măng đó.
Để có thể cải thiện cường độ của đá xi măng, tác động vào khả năng thủy
hóa của xi măng là yếu tố quan trọng. Đã có nhiều loại phụ gia được
nghiên cứu thêm vào xi măng trong đó phụ gia gốc alkanolamine được đề
cập đến với khả năng cải thiện q trình thủy hóa của xi măng.
TEA là một phụ gia gốc alkanolamine được đưa vào nghiên cứu phổ
biến, là một phụ gia có ảnh hưởng nhạy cảm về liều lượng. Điều này có
thể do sự khác nhau về độ tinh khiết của phụ gia, loại xi măng, điều kiện
mơi trường, … Do đó, việc sử dụng TEA vẫn dựa trên kiến thức thực
nghiệm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng của đề tài là sự ảnh hưởng của phụ gia TEA tới cường độ
của đá xi măng
Phạm vi nghiên cứu: So sánh cường độ của đá xi măng có TEA theo
hàm lượng (0, 1, 2, 3, 4, 5 phần vạn) và theo thời gian (1, 3, 7 ngày tuổi).
So sánh khối lượng mất khi sấy/nung của các mẫu đá xi măng.
Mục tiêu của đề tài
Khảo sát sự ảnh hưởng của TEA tới cường độ của đá xi măng.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1 Tổng quan về xi măng
1.1.1 Khái niệm
Xi măng: Là chất kết dính thủy ở dạng bột mịn, khi trộn với nước
thành dạng hồ dẻo có khả năng đóng rắn trong khơng khí và nước nhờ
phản ứng hóa lý, thành vật liệu dạng đá [1].
Clanhke xi măng pooc lăng: Là clanhke xi măng có chứa chủ yếu
các khoáng calci silicat, calci aluminat và calci fero aluminat với tỷ lệ xác

định [1].
Xi măng pooc lăng: Là xi măng được nghiền mịn từ clanhke xi
măng pooc lăng với lượng thạch cao cần thiết. Có thể sử dụng phụ gia
công nghệ nhưng không quá 1% so với khối lượng clanhke [1].
Thạch cao: Là vật liệu đá thiên nhiên hoặc nhân tạo có chứa khống
CaSO4.H2O được sử dụng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của
hồ xi măng cũng như làm tăng cường độ của đá xi măng. Thạch cao nhân
tạo được sử dụng trong sản xuất xi măng là thạch cao PG (Phospho Gyps)
thải từ quá trình sản xuất phân bón hóa chất và thạch cao FGD (Flue Gas
Desulfurization) thu hồi từ quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt
điện. Thạch cao dùng để sản xuất xi măng có chất lượng theo TCXD
168:1989.
Khống clanhke: Khống tổng hợp chiếm thành phần chính trong
clanhke, được hình thành trong quá tình nung clanhke [1].
Pha clanhke: Các hợp phần tạo thành clanhke ở dạng dung dịch rắn
trên cơ sở các khoáng clanhke, pha thủy tinh và các oxit riêng biệt [1].
Ngày nay, có rất nhiều loại phụ gia được sử dụng trong công nghệ
sản xuất xi măng, nhưng chủ yếu là các nhóm phụ gia sau [2]:
Phụ gia cơng nghệ: Là phụ gia được đưa vào trong quá trình nghiền
xi măng để cải thiện q trình cơng nghệ, tính chất của xi măng (chất trợ
nghiền, kỵ ẩm, …).

2


 Phụ gia kỹ ẩm: Là phụ gia công nghệ được đưa vào trong quá trình
nghiền xi măng tạo thành màng bao quanh hạt xi măng, làm giảm tính hút ẩm của
xi măng, nhờ đó kéo dài thời gian bảo quản xi măng.
 Phụ gia trợ nghiền: Là phụ gia cơng nghệ được đưa vào trong q trình
nghiền nhằm cải thiện q trình nghiền xi măng.

Phụ gia khống hóa: Là hợp chất có trong tự nhiên hoặc nhân tạo
được đưa vào phối liệu để thúc đẩy sự hình thành các khống của clanhke
trong q trình nung luyện.
Phụ gia khống: Là vật liệu vô cơ thiên nhiên hoặc nhân tạo pha
vào xi măng ở dạng nghiền mịn để đạt được chỉ tiêu chất lượng yêu cầu và
không gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng, bê tơng và cốt thép.
Phụ gia khoáng được chia làm 2 loại: phụ gia đầy và phụ gia khống hoạt
tính.
 Phụ gia đầy: Là phụ gia khoáng pha vào xi măng ở dạng nghiền mịn, chủ
yếu để cải thiện thành phần cỡ hạt và cấu trúc đá xi măng.
 Phụ gia khống hoạt tính: Là phụ gia khoáng được đưa vào xi măng ở
dạng nghiền mịn có tính chất thủy lực hoặc puzolan.
Trên cơ sở clanhke XMP, người ta sản xuất ra xi măng pooclăng hỗn
hợp (PCB) – là chất kết dính thủy, được sản xuất bằng cách nghiền mịn
hỗn hợp clanhke xi măng Pooclăng với một lượng thạch cao cần thiết và
các phụ gia khống, có thể sử dụng phụ gia cơng nghệ (nếu cần) trong q
trình nghiền. Hàm lượng phụ gia cơng nghệ trong xi măng không lớn hơn
1%; tổng lượng các phụ gia khống (khơng kể thạch cao) trong xi măng
pooclăng hỗn hợp, tính theo khối lượng xi măng, khơng lớn hơn 40%,
trong đó phụ gia đầy khơng q 20% [2].
1.1.2 Phân loại xi măng
Xi măng có thể được phân loại theo các cách sau:
Theo cường độ nén: Xi măng mác cao: từ 50 Mpa trở lên, xi măng
mác trung bình: từ 30 đến 50 Mpa, xi măng mác thấp: nhỏ hơn 30 Mpa.
Theo thành phần xi măng: Xi măng Pooc lăng (PC), xi măng Pooc
lăng hỗn hợp (PCB), xi măng Pooc lăng đá vôi (PCB LS): chỉ sử dụng phụ
3


gia khống là đá vơi, xi măng Pooc lăng puzolan (PCB PZ): chỉ sử dụng phụ

gia khoáng là phụ gia hoạt tính puzolan, xi măng Pooc lăng tro bay
(PCBFA): chỉ sử dụng phụ gia khoáng là tro bay, xi măng Pooc lăng xỉ lò
cao (PCBBFS): chỉ sử dụng phụ gia khống là xỉ lị cao, …
Theo tính chất đặc biệt: Xi măng bền sunfat, xi măng ít tỏa nhiệt,
xi măng đóng rắn nhanh, xi măng alumin, xi măng ít tỏa nhiệt, xi măng
xây trát, …
1.1.3 Thành phần khoáng của clanhke xi măng Pooclăng
Clanhke xi măng PC có cấu trúc phức tạp, có các khống ở dạng tinh
thể và các hợp chất trung gian ở dạng dung dịch rắn và các pha vơ định
hình. Chất lượng clanhke phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học,
thành phần khống và cơng nghệ sản xuất.
Thành phần hoá học của clanhke, biểu thị bằng hàm lượng % các
oxit có trong clanhke, thường dao động trong giới hạn sau:
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clanhke xi măng Pooc lăng

CaO = 63 – 67%

Fe2O3 = 2,5 – 4%

SiO2 = 21 – 24%

MgO < 5%

Al2O3 = 4- 7%

TiO2 < 0,3%

P2O5 tùy nguyên
liệu có thể có
R2O < 1,5 %

Clanhke xi măng Pooc lăng không phải là một sản phẩm đồng nhất
mà nó là tập hợp của nhiều khống khác nhau [3]. Các oxit chính trong
clanhke trong q trình nung đến khoảng nhiệt độ 1450 oC sẽ phản ứng với
nhau tạo thành bốn khống chính ở dạng cấu trúc tinh thể dung dịch rắn
hoặc vơ định hình là: C 3S (Alit), C2S (Belit), C3A (aluminat) và C4AF
(ferit). Hàm lượng các khoáng trong clanhke xi măng Pooc lăng theo phần
trăm khối lượng thường nằm trong giới hạn sau:
C3S = 45 -70 %
C2S = 15 - 30%
C3A = 5 - 10 %
4


C4AF = 5 - 15 %

1.1.3.1. Q trình thủy hóa Alit C3S (3CaO.SiO2):
C3S là một khoáng chiếm hàm lượng cao nhất trong clanhke (45-70
% theo khối lượng), được tạo thành bởi phản ứng thiêu kết có mặt pha
lỏng giữa khống C2S và CaO ở khoảng nhiệt độ 1250-1450oC:
C
Hòa tan

+

C2S

->

Hòa tan

C3S
Kết tinh

Khống C3S có nhiều dạng tồn tại khác nhau khi nhiệt độ thay đổi:
Là một khống khó nóng chảy, C3S tồn tại ở dạng cấu trúc tinh thể,
chủ yếu là dạng đơn tà. Tinh thể C3S có dạng hình lăng trụ tam giác (hoặc
giả lục giác) với kích thước 10 – 25 µm (có thể thơ hơn, lên tới 50 – 60
µm tùy vào chế độ nung). C3S tinh khiết kém bền ở nhiệt độ thường, dễ bị
phân hủy thành C2S và CaO tự do, vì vậy C3S trong clanhke tồn tại ở dạng
dung dịch rắn. Trong clanhke xi măng Pooc lăng cơng nghiệp, ngồi CaO
và SiO2, C3S cịn chứa một lượng nhỏ (khoảng 3-4%) các nguyên tố ngoại
lai (Al, Fe, Mg, Cr, Ti, S, P, Ba, Mn, Na, K có trong nguyên liệu) nằm xen
kẽ trong mạng lưới tinh thể. Việc C3S tồn tại ở dạng dung dịch rắn sẽ giúp
cho nó bền hơn C3S tinh khiết ở nhiệt độ thường, và nó được gọi là
khống alit.
Tính chất của C3S trong xi măng:
 Đóng rắn nhanh (nhưng chậm hơn C3S).
 Tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn.
 Khơng bền trong môi trường sunfat.
 Tạo cường độ tuổi sớm và cường độ tuổi muộn cho xi măng.
Thủy hóa [4]:
Khi tiếp xúc với nước, các hạt C3S ngay lập tức tham gia vào sự
tương tác với nước và phản ứng rất mạnh. Thành phần cuối cùng của các
sản phẩm phản ứng theo số liệu của các nhà nghiên cứu khác nhau như
sau:
5


2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3 CaO.2 SiO2.3 H2O + 3Ca(OH)2 + ∆H

3 CaO. SiO2 + 3H2O = 2 CaO. SiO2.2 H2O + Ca(OH)2 + ∆H
Sản phẩm ban đầu của quá trình hydrat hóa C 3S là pha hydro silicat
canxi có dạng C3SHx. Sau khoảng 2 – 6 h thì C 3SHx chuyển thành hydro
silicat canxi thứ sinh có độ bazơ nhỏ, hình thể sợi dài, mảnh C 2SH2. Sau
đó nếu nồng độ vơi giảm thì các hydro silicat canxi thứ sinh lại tiếp tục
phân hủy thành hydro silicat canxi có độ bazơ nhỏ hơn là CSH(B):
3 CaO. SiO2 + xH2O → 3CaO. SiO2.x H2O
3 CaO. SiO2.x H2O
C2SH2 + H2O

→ C2SH2 + Ca(OH)2
→ CSH(B) + Ca(OH)2

Thông thường, các hydro silicat canxi ổn định tạo thành có tỷ lệ mol
C/S = 1.5–3.0.
1.1.3.2. Q trình thủy hóa Belit C2S (2CaO.SiO2):
C2S là một khống chiếm xấp xỉ 15-30 % khối lượng clanhke, được
tạo thành bởi phản ứng pha rắn ở khoảng nhiệt độ 850-900oC như sau:
C

+

S

→

CS

C

+

2CS

→

C3S2

C

+

C3S2 →

2C2S

Các dạng thù hình của C2S:
Là một khống khó nóng chảy (hơn cả C3S), tồn tại ở 4 dạng thù
hình: α, α’, β và γ. Khống C 2S thường tồn tại ở dạng thù hình α khi ở
trong lò, còn ở dạng β hoặc γ trong clanhke sau khi làm nguội. Hình dạng
tinh thể của khống C2S có dạng trịn với kích thước 25-40 µm (tùy thuộc
vào việc làm nguội nhanh hay chậm clanhke). β là dạng thù hình được
mong muốn hơn γ vì β có khả năng kết dính khi trộn với nước ở điều kiện
thường (γC2S trơ về mặt hóa học, dạng α’ cho cường độ rất kém, dạng α
khơng thủy hóa.). Ngồi ra dạng thù hình γ của C2S nếu tồn tại nhiều
trong clanhke có thể gây ra hiện tượng tả clanhke: các hạt clanhke khơng
cịn cứng, rắn nữa mà bị vụn ra, mềm đi. Muốn thu được lượng C 2S ở
dạng β nhiều thì có thể thêm vào phụ gia trong q trình làm lạnh clanhke
hoặc làm lạnh nhanh clanhke.

6


Tính chất của C2S trong xi măng:
 Tạo cường độ tuổi muộn.
 Tỏa ít nhiệt khi đóng rắn.
 Bền trong mơi trường sunfat.
 Đóng rắn chậm.
Thủy hóa [4]:
Phản ứng hydrat hóa C2S và các dung dịch rắn của nó tạo thành các
hydro silicat canxi thành phần khác nhau và số lượng Ca(OH)2 nào đó:
2 CaO. SiO2 + 3 H2O = CaO. SiO2. H2O + Ca(OH)2 + ∆H
Thành phần hóa học của các hydro silicat canxi được tạo thành khi
hydrat hóa C2S thay đổi theo thời gian hydrat hóa. Khi dư nước hydro
silicat canxi ban đầu có thành phần gần với CaO. SiO 2. H2O. Theo mức độ
tăng hydrat hóa C2S từ 0 – 25% thành phần của hydro canxi thay đổi từ
CSH đến C1.65SHx có nghĩa là độ bazơ của nó tăng lên. Tốc độ hydrat hóa
của C2S chậm hơn so với C3S và cũng là nhỏ nhất so với các khống chính
có trong clanhke. Q trình hydrat hóa của C 2S thông thường theo sơ đồ
sau:
C2S → C2SH2→ CSH (B).
1.1.3.3. Q trình thủy hóa Canxi Aluminat C3A (3CaO.Al2SO3):
Là một khoáng chiếm xấp xỉ 5-10 % khối lượng clanhke. Khoáng
C3A trong clanhke công nghiệp là hỗn hợp dung dịch rắn của khoáng C-A
với tỷ lệ C/A khác nhau: C3A, C5A3, C12A7, CA2, CA6, … trong đó C3A
giữ vai trị chủ đạo.
C3A là khống có màu trắng xám, dễ nóng chảy với nhiệt độ nóng
chảy xấp xỉ 1280oC. Đặc điểm dễ nóng chảy của C3A hỗ trợ rất tốt cho
q trình nung (vì tạo ra pha lỏng nóng chảy sớm, tăng diện tích tiếp xúc
giữa các pha rắn khiến q trình chuyển khối, thiêu kết diễn ra thuận lợi).

Việc giúp quá trình nung thuận lợi giúp cho việc tạo khống C 3S dễ dàng
hơn, giảm nhiệt độ nung cần đạt tới cũng như thời gian nung.
Tính chất của C3A trong xi măng:
7


 Đóng rắn nhanh.
 Tạo cường độ tuổi sớm cho xi măng.
 Có hoạt tính cao nhất trong 4 khống.
 Không bền trong môi trường sunfat.
 Tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn.
Thủy hóa [4]:
Phản ứng hydrat của C3A diễn ra rất nhanh và sau 1 ngày đã đạt đến
70÷80%, kết quả là tách ra các hydroaluminat canxi khác nhau và tạo ra
một lượng nhiệt lớn.
 Sự thủy hóa của C3A khi khơng có mặt thạch cao (CaSO4):
Khi C3A tiếp xúc với nước tạo thành các vỏ tơi xốp lớn từ các tinh
thể hydro aluminat dạng tấm → không thể ngăn cản được sự thẩm thấu
của các phân tử nước vào hạt chưa hydrat.
Ở nhiệt độ 25℃ có phản ứng sau:
3CaO.Al2O3 + H2O → 2CaO.Al2O3.8H2O (C2AH8) + 4CaO.Al2O3.xH2O
(x=12÷19)
Hoặc: 3CaO.Al2O3 + H2O →Al(OH)3 + C4AHx (x= 12÷19)
Thường khi độ ẩm mơi trường cao thì giá trị của x nằm ở cận trên,
cịn khi độ ẩm mơi trường dưỡng thấp thì giá trị x nằm ở cận dưới. Nhưng
C2AH8 là một pha giả bền hình dạng như tiều cầu hình lục giác (tương tự
C-H). Khi nhiệt độ >30℃ nó bị chuyển đổi thành hydragarnet khối lập
phương (C3AH6) và AH3.
 Sự thủy hóa của C3A khi có mặt thạch cao (CaSO4):
Nếu trong nước có ion SO 42- thì sản phẩm hydrat hóa C3A sẽ có

ettringit là: 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O (Hydrocanxi trisunfo aluminat)
hay 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O (Hydrocanxi monosunfo aluminat).
3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
Trong trường hợp nếu các ion SO 42- trong dung dịch không đủ để liên kết
với tất cả hydrocanxi aluminat thành ettrigit thì các tinh thể ettrigit và hydrocanxi
aluminat tương tác với nhau tạo thành hydrocanxi monosunfo aluminat:
8