tiểu luận hóa học trong đời sống đề tài cement

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.28 MB, 11 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG

Mã môn: 602023

Giangr viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Quang Khuyến

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

I.Lịch sử hình thành và phát triển của xi măng...3

1.Nền móng đầu tiên cho sự ra đời của xi măng...3

2.Cải tiến thế kỷ...3

II.Diện mạo xi măng ngày nay...4

1.Phát minh thế kỷ...4

2.Phân loại xi măng...4

3.Sản xuất xi măng Portland...5

4.Thiết lập của xi măng...6

III.Nền công nghiệp sản xuất xi măng và các vấn đề mơi trường...8

1.Nền cơng nghệp sản xuất xi măng có ảnh hưởng như thế nào đối với môi trường...8

2.Xi măng xanh, niềm hy vọng mới cho tương lai...9

C.DANH MỤC TÀI LIỆU ĐƯỢC THAM KHẢO...10

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

A.LỜI MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Từ xa xưa, ông bà ta có câu “an cư lạc nghiệp”, điều này là hồn tồn đúngđắn bởi vì phải có chốn ăn ở thuận lợi thì mới có thể xây dựng và phát triểnsự nghiệp. Cement hay còn gọi là xi măng, đối với nước ta, ngành côngnghiệp sản xuất xi măng là một trong những ngành then chốt, đóng vai trị vơcùng quan trọng. Bởi vì xi măng là thành phần chính trong vấn đề xây dựngcơ sở hạ tầng như cầu, đường xá, nhà ở, cảng và các cơng trình khác. Ngành cơng nghiệp sản xuất xi măng cịn tạo ra cơ hội việc làm cho người laođộng, từ việc sản xuất xi măng cung cấp cho các dự án xây dựng cơng trìnhđến việc phân phối xi măng để sản xuất bê tông, xuất khẩu xi măng cũng lànguồn lợi vô cùng q giá. Nguồn thu này đóng góp khơng nhỏ vào các lĩnhvực quan trọng như giáo dục, y tế, kinh tế.

Chính vì thế xi măng hay nền cơng nghiệp sản xuất xi măng đóng vai trị vơcùng quan trọng trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng chính là cầu nối để pháttriển trong cơng cuộc Cơng Nghiệp hóa và Hiện Đại hóa đất nước.

Mặc dù đã có những đầu tư nhất định trong quá trình làm bài song cũng khó có thể tránhkhỏi những sai sót, em kính mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cơ để bài tiểuluận được hồn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

B.NỘI DUNG

I.Lịch sử hình thành và phát triển của xi măng.

1.Nền móng đầu tiên cho sự ra đời của xi măng.

Lịch sử của xi măng bắt đầu từ thời kỳ sơ khai khi người Assyria và Babylonsử dụng đất sét có tính kết dính, họ áp dụng tính kết dính này lên những viênđá với nhau tạo để thành những bức tường vững chắc. Người Ai Cập cổ đã sửdụng hỗn hợp vôi cùng với thạch cao làm chất kết dính để xây dựng các cơngtrình, một số vẫn cịn tiếp tục tồn tại cho đến ngày nay như Kim tự tháp. cịnngười La Mã đã hồn thiện loại vữa và bê tơng này để sử dụng trong các cơngtrình xây dựng. Họ trộn vôi đã được xử lý với tro núi lửa đến từ Núi Vesuviusđể có thể tạo ra loại xi măng có khả năng cứng khi trộn với nước. NgườiMông Cổ và người Aztec cũng đã sử dụng và phát triển vật liệu tương tự. Tuynhiên, từ “xi măng” được bắt nguồn từ từ La Mã “caemenium,” có nghĩa là đáxây dựng.

2.Cải tiến thế kỷ

Cơng thức này đã bị thất truyền trong thời Trung Cổ và không được khám phálại. Cho đến năm 1757, John Smeaton áp dụng phương pháp khoa học khi ôngxây dựng ngọn hải đăng Eddystone trên bờ biển phía tây nam nước Anh. Ôngphát hiện một loại xi măng thủy lực tốt được hình thành khi đá vơi sử dụng cólẫn tạp chất sét. Ngày nay chúng ta biết rằng, sét aluminosilicate, khi đượcnung với vôi, tạo ra loại xi măng mong muốn. Từ năm 1757 đến 1830, vai tròthiết yếu của vôi và silica đã được Vicat và Lisage ở Pháp, cũng như Parkervà Frost ở Anh xác nhận.

Vào năm 1824, Joseph Aspdin, một người làm gạch và xây dựng từ Leeds,nhận được bằng sáng chế cho một loại xi măng thủy lực có tính năng ưu việtmà ơng gọi là xi măng Portland. Quy trình của ơng u cầu trộn và nghiềnlượng cụ thể của đá vôi và sét sau đó đốt chúng ở nhiệt độ thích hợp để tạo raclinker. Thật không may, tất cả chi tiết đều không còn, bao gồm cả lò nung

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

mà Aspdin đã sử dụng. Hai cải tiến quan trọng đã được giới thiệu vào khoảngnăm 1890 việc thêm gypsum (CaSO42H2O) vào bước nghiền clinker để hoạtđộng như chất làm chậm q trình đơng kết và nhiệt độ đốt cao hơn để chophép hàm lượng vôi và silicat cao hơn, điều này dẫn đến việc phát triển sứcmạnh của bê tông nhanh hơn.

II.Diện mạo xi măng ngày nay1.Phát minh thế kỷ

Xi măng và ứng dụng của nó như bê tơng (một hợp chất của xi măng và cốtliệu) được thế giới biết đến rộng rãi. Nhất là loại xi măng Portland, được đặttheo tên của nó và một loại đá xám ở Portland, Anh. Sản lượng xi măngPortland trên thế giới đã tang từ 133 triệu tấn vào năm 1950 lên 1.000 triệutấn vào năm 1985 và hơn gấp 10 lần vào năm 1950 so với năm 1950 vào1995. Xi măng Portland chiếm hơn 60% tổng số xi măng sản xuất, nó là sựkết hợp có tính tốn của các oxit canxi, silica, nhôm và sắt. Lượng năng lượngtiêu thụ trong giai đoạn này được thể hiện rõ trong bảng sau:

SẢN LƯỢNG XI MĂNG PORTLAND CỦA THẾ GIỚI VÀ MỸ ĐƠN VỊ: TRIỆU TẤN

Theo: US geological survey 2010

2.Phân loại xi măng

Các hóa chất được sử dụng trong xi măng được sử dụng các ký hiệu đặc biệtđể chỉ các thành phần trong xi măng. Chúng được liệt kê trong bảng sau, đượcthể hiện bằng nồng độ gần đúng. Ví dụ như tricalsium cilicate được biểu diễnlà C3S(3CaOSIO2). Các khoáng chất như C3S, 42-60%, C2S, 15-35%, C3A,

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

5-14% được hình thành trong lị nung đốt, vơi và đất sét silicat. Chúng thườngcó sẵn và rẻ tiền.

CÁC THÀNH PHẦN VÀ DANH PHÁP CỦA XI MĂNG PORTLAND

3.Sản xuất xi măng Portland

Xi măng Portland được làm từ nguyên liệu thô có sẵn và rẻ như cát, sét vàvơi. Chúng có sẵn và rẻ. Các thành phần được trộn lẫn với nhau thành hỗnhợp lỏng với tỷ lệ phù hợp được tính tốn trước đó. Đầu tiên đưa hỗn hợp vàođầu trên của lị quay (có lót gạch chịu lửa) với nhiệt độ 500°C, dài khoảng150m nghiêng 15 độ so với phương ngang. Sau đó sẽ xảy ra những phản ứngsau khi lò nhiệt độ tăng:

1. Nước nốc hơi tự do.

2. Nước kết hợp từ đất sét được giải phóng.

3. Magie cacbonat bị phân hủy và CO2 được giải phóng.4.Vơi bị phân hủy để tạo ra vôi và CO2

5.Vôi và Magie kết hợp với đất sét và silicat tạo thành “clinker”.

6.Clinker sau khi nguội sẽ được nghiền nhỏ, sau đó khoảng 20% thạch caođược them vào để ngăn xi măng đông cứng quá nhanh.

Một chất xúc tác thông dụng giúp tăng tốc q trình hydrat hóa là CaCl2,nhưng do tính chất ăn mịn của nó khiến nó khơng được sử dụng trong bê tôngcốt thép.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Hiện nay, một quy trình thay thế đang ngày càng phổ biến là giới thiệu cácthành phần vào lò trong trạng thái khô để giảm năng lượng cần thiết để bayhơi nước có trong quy trình bùn lỏng.

Năng lượng tương đối tiêu thụ trong sản xuất các vật liệu khác nhau được ghi trong bảng sau:

MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC NĂNG LƯỢNG KHÁC NHAU TRONG VẬTLIỆU

4.Thiết lập của xi măng

Qúa trình đơng cứng của xi măng bao gồm q trình hydrat hóa của các hạtsilicat và aluminat cũng giống với hợp chất 3CaO·Al2O ·3CaSO ·32H O.342

Những cố gắng can thiệp vào thời gian đông cứng nhằm làm giảm thời gianđông cứng bao gồm việc sởi ấm bằng điện trở hoạc song vi ba cũng như sửdụng những phụ gia.

Nhờ cơng cụ khoa học hiện đại đã có những bằng chứng về sự hình thành gelvới sợ phát triển dạng sợi cũng đã dược ghi nhận.

Xi măng đã đông cứng là một dạng chất rắn xốp với mật độ khoảng 2.5 g/mLvà diện tích bề mặt từ 100–300 m /g. Bề mặt nhám, những lỗ rổ này có thể sử2dụng cách ngâm tẩm polymer để niêm phong hoàn toàn, có nhiều ứng dụngkhác nhau.

Sức chịu nén của xi măng tăng từ 102 N/m khi mới đông cứng lên đến 1072N/m2 sau vài ngày, giá trị cường độ cuối cùng (108 N/m ) sau 28 ngày là đạt270%. Hơn thế nữa, sự tăng cường độ nhỏ vẫn được quan sát thấy ngay cả sau1–2 năm. Giới hạn khoảng 10 MPa dưới áp lực bình thường, với biên độ an

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

toàn và phù hợp. Sức căng kéo,e của một chất rắn (được đo bằng cách uốn) cóthể được xác định qua mối quan hệ Griffith được thể hiện qua công thức sau.

Ở đây E là môđun đàn hồi của Young, R là năng lượng gãy ở bề mặt và c làchiều dài vết nứt. Việc giảm kích thước hạt của xi măng và loại bỏ tất cả cácbọt khí tạo ra xi măng khơng có khuyết tật vi mơ tiếng Anh là micro-efect-free (MDF) dẫn đến độ bền của xi măng lên đến 150 MPa, một giá trị có thểso sánh với nhơm và hợp kim của nó. Độ bền cao khi thiết lập của xi măngđược minh họa bởi lị xo xi măng cuộn trong hình sau

Lị xo xi măng micro khơng khuyết tật (MDF) có độ bền cao trong các vị trí thả lỏng và căng ra.

Đá vơi được nghiền nát, trộn với đất sét ướt, sử dụng máy xay và xay nhuyễnthành hỗn hợp sệt. Nguyên liệu thô này được lưu trữ và điều chỉnh thành phầnbằng cách pha trộn trước khi được nung trong lò quay (nơi diễn ra q trìnhbay hơi nước, mất nước khống, phân ly đá vơi, và phản ứng hóa học). Sản

e = (ER/

π

c)

1/2

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

phẩm cuối cùng của quá trình này là clinker ở 1,450°C và được làm nguội vàxay nhuyễn với phụ gia trước khi bảo quản. Đây là sơ đồ quy trình sản xuất ximăng Portland theo phương pháp ướt.

III.Nền công nghiệp sản xuất xi măng và các vấn đề môi trường.

1.Nền công nghệp sản xuất xi măng có ảnh hưởng như thế nào đối với mơi trường.

Qúa trình sản xuất xi măng liên quan mật thiết đến khí thải Cacbon đioxit(CO2). Trong q trình nung nóng để sản xuất clinker, một trong những thànhphần chính của xi măng, CO được phát sinh từ quá trình Canxi carbonrat2(CaCO3) chuyển thành Canxi oxide (CaO). Điều này góp phần khơng nhỏ gâyra hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng tiêu cực không nhỏ đến mái nhà xanh củachúng ta.

“Trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất xi măng là một trongnhững ngành có nguy cơ gây ơ nhiễm cao nhất, trong đó nguồn gây ơ nhiễmchủ yếu là bụi phát sinh từ quá trình nung, nghiền xi măng. “Theo ước tính,riêng nước ta có trên 10 cơ sở sản xuất xi măng lớn lượng phát sinh khí thải

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

khoảng 10,8 triệu m³/giờ. Theo quy định của Chính phủ, các cơ sở sản xuấtclinker thuộc danh mục các loại hình sản xuất cơng nghiệp có nguy cơ gây ơnhiễm mơi trường, cần các biện pháp kiểm soát, giám sát đặc biệt.”

Theo Báo điện tử SAIGONGIAIPHONG ONLINE

Đối với việc vận chuyển, sử dụng nguyên vật liệu xây dựng, nhất là xi măng hay clinkercó thể dẫn đến việc rơi rải và phát tán bụi tro vào không khí. Gây ảnh hưởng nghiêmtrọng đến khơng chỉ sức khỏe của con người mà còn ảnh hưởng đến đất đai và hệ sinhthái trong khu vực.

2.Xi măng xanh, niềm hy vọng mới cho tương lai.

Xi măng địa polime được TS. Erez Allouche và nhóm nghiên cứu của ơngphát triển tại Trung tâm Công nghệ Trenchless của trường đại học Công nghệLouisiana (TTC), Mỹ. Hứa hẹn sẽ là vật liệu xanh thay thế cho xi măngPortland, thúc đẩy các công nghệ “xanh sạch” đang là mối lo của các quốc giatrên thế giới.

Ông cho biết, xi măng polime cải tiến vượt trội hơn so với các loại xi măngtruyền thống như xi măng Portland. Xi măng địa polime có những đặc tínhhơn hẳn như độ chống ma sát cao hơn, chịu lửa tốt hơn (lên tới 2400oF), cósức căng và biến dạng cao, độ co ngót thấp…Tro bay được xử dụng trongmẫu vật trưng bày tại Trung tâm Khoa học Detroit thu được từ một nhà máyđiện đốt than gần Louisiana.

Có thể thấy, xi măng chính là một phần quan trọng cũng như tất yếu trongcuộc sống và sự phát triển bền vững của con người trong tương lai. Xi măngmột thành tựu khoa học đáng ghi nhận trong lịch sử loài người. Từ một ứngdụng đơn giản hàng ngàn năm trước đến sự đi đôi của phát triển xã hội loàingười. Tuy nhiên chúng ta cần ý thức được sự ảnh hưởng tiêu cực của ximăng hay nền công nghiệp sản xuất xi măng gây ảnh hưởng tiêu cực đối vớimôi trường như thế nào. Không chỉ riêng gì Việt Nam, mà trên phạm vi tồnthế giới, bởi là một vấn đề cấp thiết, đề cao sự cố gắng nỗ lực trong cuộc cuộcgầy dựng Trái Đất Xanh trên toàn cầu.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">