tài liệu về xi măng poolăng

Chương 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ XI MĂNG POOCLANG
1.1 Các khái niệm cơ bản:
1.1.1 Định nghĩa:
Từ xa xưa, con người đã biết dùng những vật liệu đơn sơ như đất sét, đất bùn nhào
rác, dăm gỗ, cỏ khô băm …để làm gạch, đắp tường, dựng vách cho chỗ trú ngụ của
mình.
Có thể tóm lược các bước hình thành xi măng như sau:
* Người Ai Cập đã dùng vôi tôi làm vật liệu chính.
* Người Hy Lạp trôn thêm vào vôi đất núi lửa ở đảo Santorin, hỗn hợp này đã được
các nhà xây dựng thời đó ưu ái nhiều năm.
* Người La Mã thêm vào loại tro – đất núi lửa Vésuve miền Puzzolles. Về sau này,
phún – xuất – thạch núi lửa được dùng làm một loại phụ gia hoạt tính chịu cách nhiệt
và cách âm, và trở thành danh từ chung “Pozzolana” (Anh), “Pouzzolane” (Pháp)
* Vào năm 1750, kỹ sư Smeaton người Anh, nhận nhiệm vụ xây dựng ngọn hải đăng
Eddystone vùng Cornuailles. Ông đã thử nghiệm dùng lần lượt các loại vật liệu như
thạch cao, đá vôi, đá phún xuất… Và ông khám phá ra rằng loại tốt nhất đó là hỗn hợp
nung giữa đá vôi và đất sét.
* Hơn 60 năm sau, 1812, một người Pháp tên Louis Vicat hoàn chỉnh điều khám phá
của Smeaton, bằng cách xác định vai trò và tỷ lệ đất sét trong hỗn hợp vôi nung nói
trên. Và thành quả của ông là bước quyết định ra công thức chế tạo xi măng sau này.
* Ít năm sau, 1824, một người Anh tên Joseph Aspdin lấy bằng sáng chế xi măng (bởi
từ latinh Caementum : chất kết dính), trên cơ sở nung một hỗn hợp 3 phần đá vôi +
1 đất sét
* Chưa hết, 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”.
Từ đây, như chúng ta biết, đã bùng nổ hằng loạt các nhà máy lớn nhỏ với nhiều kiểu lò
nung tính năng khác nhau: xi măng đã làm một cuộc cách mạng trong lĩnh vực xây
dựng.
- Xi măng theo tiếng La tinh là “Cement” có nghĩa là sự gắn kết, là chất

kết dính. Đó là sản phẩm nhận tạo được nghiền mịn, khi trộn với nước tạo thành
dạng vữa có độ dẻo nhất định, tự cứng được trong không khí và trong nước, kết
dính được với nhau hoặc với cát, sỏi, đá dăm v.v… tạo thành khối rắn chắc.
- Phối liệu là hỗn hợp các loại nguyên liệu được trộn với nhau theo một tỷ
lệ nào đó là được tính toán trước.
- Clanhke là sản phẩm nhận được sau khi nung đến kết khối hỗn hợp phối
liệu có thành phần xác định, đảm bảo tạo ra các khoáng canxi silicát, aluminát
và alumoferit với tỷ lệ yêu cầu.
- Thạch cao là một loại đá thiên nhiên hoặc nhân tạo có chứa khoáng
CaSO
4
.2H
2
O, được dùng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của hồ xi
măng.
- Phụ gia xi măng: Được chia làm 3 loại
+ Phụ gia công nghệ được pha vào trong quá trình sản xuất xi măng nhằm
tăng năng suất máy nghiền, máy đóng bao hoặc cải thiện quá trình công nghệ
nghiền, đóng bao, bảo quản xi măng. Phụ gia công nghệ thường được gọi theo
công dụng của nó như phụ gia trợ nghiền, phụ gia kỵ ẩm.v.v….
+ Phụ gia khoáng hoạt tính còn gọi là phụ gia thủy hoạt tính, là các chất
có sẵn trong tự nhêin hoặc phế thải công nghiệp chứa các oxít SiO
2
, Al
2
O
3
hoạt
tính có khả năng phản ứng với hydroxit can xi - Ca(OH)
2

tạo thành các khoáng
bền vững với nước trong quá trình đóng rắn của xi măng. Phụ gia hoạt tính được
đưa vào để cải thiện tính chất của xi măng, bê tông hoặc để chế tạo các loại xi
măng đặc biệt. Các loại phụ gia hoạt tính thường dùng ở Việt Nam như puzơlan
Sơn Tây, xỉ lò cao Thái Nguyên, tro xỉ nhiệt điện Phả Lại, đá bọt bazal Nghệ
An, Thanh Hoá, Hà Tiên.v.v…
+ Phụ gia đầy được đưa vào xi măng chủ yếu để tăng sản lượng mà
không làm giảm chất lượng của xi măng, trong một số trường hợp cũng có thể
cải thiên một số tính chất của xi măng và bê tông. Các phụ gia trơ thường dùng
ở Việt Nam như đá vôi, đá silic, cát, sỏi granit v.v…
Các loại xi măng
Xi măng có nhiều chủng loại. Tuỳ theo thành phần, tính chất và ứng dụng của xi
măng, người ta chia xi măng thành các loại khác nhau như xi măng poóclăng, xi
măng puzơlan, xi măng hỗn hợp, xi măng bền sun phát, xi măng giếng khoan
v.v
Xi măng poóc lăng
Xi măng poóc lăng do Jojep Aspdin (người Anh) phát minh vào năm 18
12. Đây là chất kết dính thuỷ lực, được chế tạo bằng cách nghiền mịn clanhke xi
2
măng poóc lăng với thạch cao. Khi nghiền có thể pha thêm một lượng nhỏ các
chất phụ gia công nghệ để tăng năng suất của máy nghiền hoặc cải thiện tính
chất của xi măng. Theo tiêu chuẩn Việt Nam và đa số các nước, xi măng poóc
lăng có ký hiệu quy ước là PC (viết tắt của chữ Portland Cement) hoặc OPC
(Ordinary. Portland Cement). Xi măng poóc lăng là loại xi măng được sử dụng
nhiều nhất trong xây dựng dân dụng và công nghiệp.
Xi măng poóc lăng hỗn hợp
Xi măng poóc lăng hỗn hợp cũng được chế tạo từ clanhke xi măng poóc
lăng và thạch cao, nhưng khác xi măng poóc lăng ở tỷ lệ phụ gia pha vào khi
nghiền xi măng. Theo tiêu chuẩn Việt nam, trong xi măng: hỗn hợp cho phép
pha tối đa đến 40% phụ gia hoạt tính và phụ gia trơ, trong đó phụ gia trơ không

được vượt quá 20% . Xi măng poóc lăng hỗn hợp có ký hiệu quy ước là PCB
(viết tắt của chữ Blended Portland Cement). Xi măng poóc lăng hỗn hợp được
sử dụng chủ yếu trong xây dựng thông thường .
1.1.2. Thành phần hóa học clanhke xi măng poóc lăng
1.1.2.1. Hàm lượng các ôxít
Clanhke xi măng poóc lăng chứa 4 ôxít chính là CaO, SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
chiếm từ 94-96%. Ngoài ra, tuỳ theo nguồn nguyên liệu sử dụng để chế tạo phối
liệu mà trong clanhke còn có thêm một số xít khác với hàm lượng nhỏ nh MgO,
TiO
2
, SO
3
, MnO, Cr
3
O
3
, P
2
O
5
, BaO, K

2
O, Na
2
O.
Thành phần hoá học là một trong những chỉ tiêu quan trọng để nhận biết
và đánh giá chất lượng của clanhke và xi măng. Các xít này được đa vào phối
liệu từ các nguyên liệu ban đầu và tro than. Chúng là các thành phần tham gia
vào phản ứng tạo khoáng clanhke khi nung phối liệu ở nhiệt độ cao. Bằng các
phương pháp phân tích hoá học có thể xác định hàm lượng các xít có trong
clanhke, xi măng và các loại nguyên liệu; phụ gia. Hàm lượng của các xít chính
cần được khống chế chặt chẽ trong quá trình sản xuất, vì tỷ lệ giữa chúng quyết
định chất lượng của clanhke và xi măng.
Đối với clanhke xi măng poóc lăng, hàm lượng % của các xít thường nằm
trong giới hạn sau:
CaO = 58 - 67 Fe
2
O
3
= 2,0 - 5,0 SO
3
= 0, 1 - 0,5
SiO
2
= 18 - 26 MgO = 0,5 - 5,0 K
2
O = 0,3 - 0,7
Al
2
O
3

= 4 - 8 TiO2 = 0, 1 - 0,3 NaO = 0, 1 - 0,3
3
Trong sản xuất, để giảm nhiệt độ nung clanhke người ta có thể sử dụng
một số phụ gia khoáng hoá như crômit, apatit, barit, thạch cao, huỳnh thạch
v.v Hàm lượng của các ôxít khoáng hoá (nếu có) thường nằm trong khoảng
sau:
MnO = 0, 1 - 0,3% ; Cr
3
O
3
= 0, 1 - 0,3%
P
2
O
5
= 0, 1 - 0,25% ; BaO = 0,5 - 1,5%
1.4.1.2. Vai trò của các xít
a) Ôxít Can xi (CaO): Tham gia vào phản ứng tạo thành các khoáng chính
của clanhke. Nguồn cung cấp CaO chủ yếu là đá vôi (chứa CaCO
3
). Hàm lượng
CaO trong clanhke càng cao thì khi đóng rắn xi măng sẽ phát triển cường độ
càng nhanh và có cường độ càng cao. Tuy nhiên, muốn xi măng có chất lượng
cao, yêu cầu hầu hết lượng CaO có trong clanhke phải phản ứng hết với các ôxít
khác để tạo thành các khoáng canxi silicat, canxi aluminat và canxi alumoferit.
Nếu CaO nằm ở dạng tự do (CaO tự do > 2%) sẽ làm cho đá xi măng bị nở thể
tích dẫn đến phá huỷ cấu trúc đã bền vững làm giảm cường độ của nó. Xi măng
chứa nhiều CaO toả nhiều nhiệt khi đóng rắn (có thể gây nứt bê tông), kém bền
trong các môi trường xâm thực và làm giảm độ bền nước của bê tông.
b) Ôxít Silic (SiO

2
): là thành phần rất quan trọng của clanhke và đứng thứ
2 về số lượng sau CaO. Nguồn cung cấp SiO
2
chủ yếu là đất sét, đất cao silic
hoặc cát và tro than. Ôxít silíc phản ứng với ôxít can xi tạo thành các khoáng
canxi silicát. Khi hàm lượng SiO
2
trong clanhke nhiều mà CaO vừa đủ thì xi
măng sẽ đóng rắn chậm, cường độ ban đầu thấp. Tuy nhiên sau thời gian dài
đóng rắn (khoảng sau 1 năm), đá xi măng sẽ có cường độ cao. Ngoài ra, xi măng
còn có nhiều tính chất quý khác như ít toả nhiệt khi đóng rắn, bền trong các môi
trường xâm thực, độ bền nước cao.
c) Ôxít nhôm (Al
2
O
3
): Phản ứng với ôxít canxi và ôxít sắt tạo thành các
khoáng canxi aluminat và canxi alumoferit. Nguồn cung cấp Al
2
O
3
chủ yếu là
đất sét và tro than. Clanhke chứa nhiều Al
2
O
3
sẽ cho X; măng có thời gian đông
kết ngắn tốc độ phát triển cường độ nhanh, cường độ cao, nhưng toả nhiều nhiệt
khi đóng rắn và kém bền trong các môi trường xâm thực.

d) Ôxít sắt (Fe
2
O
3
): là thành phần chính tạo ra chất nóng chảy khi nung
phối liệu. Nhờ chất nóng chảy này mà các phản ứng tạo khoáng clanhke xảy ra
dễ hơn và ở nhiệt độ thấp hơn. Fe
2
O
3
phản ứng với CaO và Al
3
O
3
tạo thành
4
khoáng canxi alumoferit nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Nguồn cung cấp Fe
2
O
3
chủ
yếu là quặng sắt, xỉ pirit, quặng laterit và một phần ôxít sắt có sẵn trong đất sét,
tro than. Clanhke chứa nhiều ôxít sắt sẽ cho xi măng có cường độ thấp và tốc độ
đóng rắn chậm. Ngoài ra, nếu hàm lượng Fe
2
O
3
quá lớn sẽ tạo nhiều chất nóng
chảy gây dính lò, khó nung; nếu hàm lượng Fe
2

O
3
quá ít sẽ không đủ chất nóng
chảy, khó phản ứng tạo khoáng và clanhke khó kết khối. Vì vậy trong sản xuất
cần khống chế chặt chẽ hàm lượng của ô xít sắt trong khoảng cho phép.
e)Ôxít ma giê (MgO): là ôxít có hại. Nó có mặt trong clanhke do nguyên,
nhiên liệu đưa vào. MgO thường lẫn trong đá vôi, đất sét và tro than. Với hàm
lượng nhỏ (0,2: 0,5 %) nó tạo thành dung dịch rắn với khoáng C
3
S làm tăng hoạt
tính của khoáng này. Nhưng nếu hàm lượng MgO quá lớn nó sẽ nằm ở dạng tự
do, khi nung ở nhiệt độ cao bị hoá già thành khoáng penclaz, khoáng này phản
ứng rất chậm với nước, gây ra nở thể tích và phá vỡ cấu trúc của đá xi măng. Vì
vậy, hầu hết các nước đều quy định hàm lượng MgO trong clanhke xi măng
không được vượt quá 5 - 6%.
f) Ôxít titan (TiO
2
): là tạp Chất thường có trong đất sét, hàm lượng TiO
2
trong
clanhke rất nhỏ nhưng lại là tạp chất có lợi cho quá trình tạo khoáng.
g)Ôxít mangan (MnO: thường có trong quặng sắt và đá vôi. MnO ở hàm lượng
nhỏ có vai trò như Fe
2
O
3
và có tác dụng tốt đến quá trình tạo khoáng, nó có thể
thay thế đồng hình cho Fe
2
O

3
trong các khoáng canxi alumoferit tạo thành dung
dịch rắn.
h)Ôxít kiềm (Na
2
O và K
2
O): Chủ yếu do đất sét đưa vào phối liệu, là các tạp
chất có hại. Khi nung ở nhiệt độ cao, chúng tạo thành các hợp chất dễ thăng hoa
bay theo khói và bụi làm ảnh hưởng đến hoạt động của lò nung. Phần kiềm còn
lại trong clanhke làm giảm cường độ của xi măng. Nếu hàm lượng lớn hơn 1%
sẽ rất nguy hiểm vì chúng tác dụng với SiO
2
hoạt tính của chất liệu, gây ra hiện
tượng ăn mòn kiềm - silic dẫn đến phá huỷ bê tông, thậm chí sau 30 - 40 năm.
Đối với xi măng dùng cho các công trình thuỷ công bê tông khối lớn, yêu cầu
hàm lượng kiềm tính theo công thức Na
2
O + 0,658 K
2
O (Na
2
O
eq
) phải nhỏ hơn
0,6%.
i) Anhydric sunfuric (SO
3
): Khi nung clanhke, lưu huỳnh có trong nhiên liệu
(than, dầu) và trong nguyên liệu (đất sét, quặng sắt) bị đốt cháy thành SO

3
bay
hơi ở vùng nung. Một phần SO
3
bay theo khói lò là chất có hại cho môi trường
và sức khoẻ, một phần hoá hợp với kiềm và ôxi tạo thành K
2
SO
4
và Na
2
SO
4
làm
5
ảnh hưởng đến hoạt động của lò. Một phần SO
3
nằm lại trong clanhke ở dạng
khoáng sufoaluminat, là khoáng có lợi cho cường độ của đá xi măng.
k) Các ôxít Crôm (Cr
2
O
3
), Phốt pho (P
2
O
5
) bari (BaO)…: là các ôxít có
lợi cho quá trình tạo khoáng clanhke. Với hàm lượng rất nhỏ, chúng có tác dụng
giảm nhiệt độ nung và tạo thành dung dịch rắn làm tăng hoạt tính của các

khoáng khi tác dụng với nước. Vì vậy chúng thường được gọi là các ôxít khoáng
hoá. Nhưng với hàm lượng lớn, chúng lại làm giảm cường độ của xi măng do
cản trở quá trình tạo thành khoáng C
3
S, là khoáng chủ yếu tạo ra cường độ của
đá xi măng.
1.1.3. Thành phần khoáng
Khi nung phối liệu ở nhiệt độ cao ( 1 100 - 1500
o
C), ôxít bazơ CaO phản
ứng với các ôxít axít SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
tạo thành 4 khoáng chính của clanhke là
C
4
AF (tetracanxi alumoferit), C
3
A (tricanxi aluminat), C
2
S (dicanxi silicat), C
3
S

(tricanx; Silicat). Phản ứng hoá học tạo thành các khoáng này có thể đơn giản
hoá như sau:
4CaO + Al
2
O
3
+ Fe
2
O
3
= CaO.Al
2
O
3
Fe
2
O
3
viết tắt là C
4
AF
3CaO + Al
2
O
3
= 3CaO.Al
2
O
3
viết tắt là C

3
A.
2CaO + SiO
2
= 2CaO.SiO
2
viết tắt là C
2
S
CaO + 2CaO.SiO
2
= 3CaO.SiO
2
viết tắt là C
3
S
Hàm lượng của các khoáng này trong clanke xi măng poóc lăng nằm
trong giới hạn sau: C
3
S = 37: 60%, C
2
S = 15: 40%, C
3
A = 5: 15%, C
4
AF = 10:
18%.
Tổng các khoáng chính chiếm 95: 97%; trong đó C
3
S + C

2
S = 75 - 80%,
C
3
A + C
4
AF = 18 - 25 %.
Trong thực tế sản xuất, do ảnh hưởng của nhiều yếu tố công nghệ khác
nhau như thành phần phối liệu, nguồn nguyên liệu sử dụng, độ nghiền mịn, độ
đồng nhất, chế độ nung, chế độ làm lạnh v.v nên các khoáng này thường không
phải là dạng tinh khiết mà chỉ được tạo thành ở dạng dung dịch rắn với các ôxít
tạp chất khác. Để xác định các khoáng clanhke, người ta sử dụng các phương
pháp phân tích thạch học và phân tích hoá lý nh sử dụng kính hiển vi quang học,
kính hiển vi điện tử, chụp ảnh nhiễu xạ tia rơn ghen, quang phổ hồng ngoại v.v
1.1.3.1.Đặc trưng của các khoáng clanhke
6
a) Khoáng alít (54CaO. 16SiO
2
.Al
2
O
3
.MgO = C
54
Si
6
AM): là khoáng Chính
của clanhke xi măng poóc lăng. Alít là dạng dung dịch rắn của khoáng C
3
S với

ôxít Al
2
O
3
và MgO lẫn trong mạng lưới tinh thể thay thế vị trí của SiO
2.
Khoáng
C
3
S được tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 1250
o
C do sự tác dụng của CaO với
khoáng C
2
S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến 2065
o
C. Alít có cấu trúc
dạng tấm hình lục giác, màu trắng và có khối lượng riêng 3, 15 -3,25 g/cm
3
, có
kích thước 10: 250 µm ( 1µm = 1 0
-6
m)
Khi phản ứng với nước, khoáng alít hoà tan nhanh, toả nhiều nhiệt tạo
thành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH
(B)
gọi là tobermorit) đan
xen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao và phát triển cường độ nhanh.
Đồng thời nó cũng thải ra lượng Ca(OH)
2

khá nhiều nên kém bền trong nước
ngọt và nước chứa ion sun phát.
b) Khoáng belít (βC
2
S): có cấu trúc dạng hạt tròn, nằm phân bổ xung
quanh các hạt alít. Belít là một dạng thù hình của khoáng C
2
S, tồn tại trong
clanhke khi làm nguội nhanh. Trong quá trình nung clanhke, do phản ứng của
CaO với SiO
2
ở trạng thái rắn tạo thành khoáng C
2
S ở nhiệt độ 600- 1 100
o
C.
Khoáng C
2
S có 4 dạng khác nhau về hình dạng cấu trúc và các tính chất, gọi là 4
dạng thù hình, đó là: α-, α, β- và γ- C
2
S.
Khi tăng nhiệt độ: g - C
2
S
Khi làm lạnh: α C
2
S
Khi làm lạnh clanhke, nếu tốc độ làm lạnh chậm sẽ xảy ra sự biến đổi thù
hình từ dạng C

2
S thành dạng γ-C
2
S kèm theo hiện tượng clanhke bị tả thành bột
vì có sự tăng thể tích. Nguyên nhân là dạng γ-C
2
S có khối lượng riêng là
2,97g/cm3, nhỏ hơn khối lượng riêng của dạng β-C
2
S là 3,28 g/cm3. Ngoài ra, γ-
C
2
S không có tính kết dính nên xi măng có chứa γ-C
2
S sẽ có cường độ thấp. Vì
vậy, để tránh hiện tượng tả clanhke do sự biến đổi thù hình từ β-C
2
S  γ-C
2
S,
cần phải làm lạnh nhanh vượt qua nhiệt độ 575
o
C. Khoáng β-C
2
S cũng có thể
được ổn định bằng cách đa một số ion tạp chất như P
2
O
5
BaO, V

2
O
5
v.v. vào
mạng lưới cấu trúc của nó tạo thành dung dịch rắn. Khi phản ứng với nước,
khoáng be lít hoà tan chậm, toả nhiệt ít và cũng tạo thành các tinh thể dạng sợi
(có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là tobermorit) đan xen vào nhau tạo cho đá
xi măng có cường độ cao. Tốc độ phát triển cường độ của khoáng be lít chậm
7
hơn khoáng lít, phải sau 1 năm đóng rắn cường độ của bè lít mới bằng của lít.
Be lít thải ra lượng Ca(OH)
2
ít hơn lít nên nó tạo cho đá xi măng be lít có độ bền
trong nước ngọt và nước chứa ion sunfat cao hơn đá xi măng lít.
c) Khoáng canxi aluminat (C
3
A): là chất trung gian màu trắng nằm xen
giữa các hạt alít và be lít cùng với alumoferit canxi (C
4
AF) . Trong thành phần
của C
3
A cũng chứa một số tạp chất như SiO
2
, Fe
2
O
3
, MgO, K
2

O, NaO.
Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với alít tạo ra cường độ ban đầu của
đá xi măng. Xi măng chứa nhiều C
3
A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn. C
3
A có khối
lượng riêng là 3,04 g/cm
3
, nó là khoáng rất hoạt tính với nước nên bị hydrat hoá
rất nhanh, tạo ra cường độ cao cho đá xi măng nhưng kém bền trong nước và
trong môi trường sun phát.
d) Khoáng Canxi alumoferit (C
4
AF): cũng là chất trung gian, có khối
lượng riêng 3,77g/cm
3
, màu đen, nằm xen giữa các hạt alít và belít cùng với
khoáng C
3
A. Khi nung clanhke, do phản ứng của CaO với Fe
2
O
3
tạo thành các
khoáng nóng chảy ở nhiệt độ thấp (600: 700
o
C) như CaO.Fe
2
O

3
(CF), C
2
F. Sau
đó các khoáng này tiếp tục phản ứng với Al
2
O
3
tạo thành các khoáng canxi
alumoferit có thành phần thay đổi như C
2
F, C
6
A
2
F, C
4
AF, C
6
AF
2
các khoáng này
bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250
o
C và trở thành pha lỏng cùng với các
khoáng canxi aluminat, tạo ra môi trường cho phản ứng tạo thành khoáng C
3
S,
nên chúng thường được gọi là chất trung gian hoặc pha lỏng clanhke.
Khi tác dụng với nước, canxi alomoferit bị thuỷ hoá chậm, ít toả nhiệt và

cho cường độ thấp.
e) Các khoáng khác
Ngoài 4 khoáng chính ở trên, trong clanhke còn chứa pha thuỷ tinh là chất
lỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh clanhke. Nếu quá trình làm lạnh
nhanh thì ?các khoáng C
3
A, C
4
AF, MgO (periclaz), CaOtd v.v không kịp kết
tinh để tách khỏi pha lỏng, khi đó pha thuỷ tinh sẽ nhiều. Ngược lại, nếu làm
lạnh chậm thì pha thuỷ tinh sẽ ít. Khi làm lạnh nhanh, các khoáng sẽ nằm trong
pha thuỷ tinh ở dạng hoà tan nên có năng lượng dự trữ lớn làm cho clanhke rất
hoạt tính và sẽ tạo cho đá xi măng có cường độ ban đầu cao. Khi làm lạnh chậm,
các khoáng sẽ kết tinh hoàn chỉnh, kích thước lớn nên độ hoạt tính với nước sẽ
giảm, hơn nữa MgO và CaOtd sẽ tách ra thành các tinh thể độc lập, bị già hoá
nên dễ gây ra sự phá huỷ cấu trúc của đá xi măng, bê tông về sau.
8
1.1.3.2. Tính hàm lượng khoáng chính của clanhke
Trong thực tế sản xuất, không phải lúc nào cũng có thiết bị phân tích hoá
lý để xác định thành phần khoáng của clanhke. Vì vậy, người ta thường tính toán
thành phần khoáng của clanhke và xi măng dựa vào thành phần hoá học của
clanhke, xi măng theo các công thức tính được nhiều nước sử dụng và đã được
tiêu chuẩn hoá là:
Khoáng canxi silicat:
C
3
S = 4,07.%CaO - 7,6.%SiO
2
- 6,72.%Al
2

O
3
- l,42.%Fe
2
O
3
- 2,85%SO
3
C
2
S = 2,87.%SiO
2
- 0,75.%CaO
Tuỳ theo giá trị của mô đun aluminat (p) thì khoáng canxi aluminat và
canxi alumoferit được tính như sau:
Khi p > 0,64: C
3
A = 2,65.%Al
2
O
3
- l,692%Fe
2
O
3
Và C
4
AF = 3 , 043.% Fe
2
O

3
Khi p < 0,64: C
2
(A,F) = 1, 1%Al
2
O
3
+ 0,7.%Fe
2
O
3
1.1.4. Các hệ số đặc trưng thành phần clanhke
9
1.2. Nguyên liệu và nhiên liệu để sản xuất xi măng pooclang
1.2.1 Nguyên liệu sản xuất xi măng
Như trên đã nói, để sản xuất xi măng cần phải nung clanhke từ hỗn hợp
nguyên liệu có thành phần yêu cầu, sau đó nghiền mịn nó cùng với thạch cao và
một vài loại phụ gia khác nhau. Vì vậy, trong quá trình sản xuất cần phải lựa
chọn nguồn nguyên, nhiên liệu sao cho có thể chế tạo được phối liệu có đủ 4
ôxít chính là CaO, SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
và hạn chế đến mức thấp nhất các tạp chất

có hại như MgO, K
2
O, Na
2
O và lưu huỳnh.
Hai nguyên liệu chính thường được sử dụng để sản xuất clanhke xi măng
là đá vôi và đất sét đá vôi là nguồn cung cấp CaO, đất sét là nguồn cung cấp
SiO
2
, Al
2
O
3
và Fe
2
O
3
. Tuy nhiên để đảm bảo đủ các ôxít theo tỷ lệ yêu cầu nhằm
thoả mãn các hệ số chế tạo KH, n, p, thì khó tìm được một loại đá vôi và đất sét
nào đó có đủ thành phần như ý muốn. Vì vậy trong sản xuất thường phải sử
dụng thêm phụ gia có chứa nhiều ôxít sắt để bổ sung Fe
2
O
3
(Ví dụ như quặng sắt
hoặc xỉ pyrit, quặng laterit) hoặc phụ gia có chứa nhiều ôxít silic để bổ sung
SiO
2
ví dụ như đất cao silíc hoặc cát mịn).
Nhiên liệu sử dụng trong công nghiệp xi măng chủ yếu là than antraxít và

dầu, ở một số ít nhà máy có nguồn khí thiên nhiên thì nhiên liệu được thay bằng
khí (GAS). Ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy đều sử dụng than cám của các mỏ
than ở tỉnh Quảng Ninh, một vài nhà máy như xi măng Hoàng Thạch, Hải
Phòng, Hà Tiên sử dụng than pha dầu, duy nhất xí nghiệp xi măng Thái Bình là
sử dụng khí đốt của mỏ khí ở huyện Tiền Hải.
Các loại nguyên liệu, phụ gia và nhiên liệu thường được sử dụng để sản
xuất clanhke như sau:
1.2.1.1. Đá vôi:
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6072: 1996, đá vôi sử dụng làm nguyên
liệu để sản xuất xi măng poóc lăng phải thoả mãn yêu cầu về hàm lượng của các
chất là: CaCO
3
- 85%; MgCO
3
- 5%; K
2
O + Na
2
O - l%.
Thông thường, các nhà máy xi măng ở Việt Nam đều sử dụng đá vôi có hàm
lượng CaCO
3
= 90: 98% (CaO = 50 - 55%), MgO < 3% và ôxít kiềm không
đáng kể.
Ngoài đá vôi ra, ở một số nơi hiếm đá vôi có thể sử dụng đá vôi san hô
nhưng phải khai thác và để lâu ngày cho mưa rửa trôi hết muối NaCl. Đa phấn
10
có chứa CaCO
3
98: 99% có cấu trúc tơi xốp có thể thay cho đá vôi và là nguyên

liệu thích hợp để sản xuất xi măng trắng.
1.2.1.2. Đất sét
Theo TCVN 607 1: 1996, hỗn hợp đất sét được sử dụng làm nguyên liệu
để sản xuất xi măng poóc lăng phải có hàm lượng các ôxít trong khoảng sau:
SiO
2
= 55: 70% , Al
2
O
3
= 10: 24% , K
2
O + Na
2
O - 3% .
Các nhà máy xi măng ở Việt Nam hầu hết đều sử dụng đất sét đồi có hàm
lượng SiO
2
= 58:66%, Al
2
O
3
= 14 - 20%, Fe
2
O
3
= 5.10%, K
2
O + Na
2

O =
2:2,5%.
Ngoài đất sét đồi, ở một số nơi có thể sử dụng đất sét ruộng hoặc đất sét
phù sa. Những loại đất sét này thường có hàm lượng SiO
2
thấp hơn, Al
2
O
3
và
kiềm cao hơn, nên thường phải sử dụng thêm phụ gia có chứa nhiều ôxít silic để
bổ sung SiO
2
. Nếu trong đất sét có nhiều ôxít kiềm (K
2
O + Na
2
O) thì khi cần sản
xuất xi măng yêu cầu hàm lượng kiềm thấp, bắt buộc phải bổ sung thêm phụ gia
có chứa nhiều ôxít silic và phụ gia có chứa nhiều ôxít nhôm để hạn chế hàm
lượng ôxít kiềm nhưng vẫn đảm bảo được các hệ số chế tạo clanhke.
1.2.1.3. Phụ gia cao silic
Là phụ gia có chứa nhiều ôxít silic, được sử đung để điều chỉnh mô đun
silicatri = S/ (A + F) trong trường hợp nguồn đất sét của nhà máy có hàm lượng
SiO
2
thấp các phụ gia cao silic thường được sử dụng là các loại đất cao silic
hoặc đá silíc có hàm lượng SiO
2
> 80%. Ngoài ra, ở những nơi không có nguồn

đất cao silic có thể sử dụng cát mịn, nhưng khi nghiền mịn phối liệu sẽ khó hơn
và SiO
2
trong cát thường nằm ở dạng quăczit khó phản ứng hơn, nên cần phải sử
dụng thêm phụ giá khoáng hoá để giảm nhiệt độ nung clanhke.
1.2.1.4. Phụ gia cao sắt
Là phụ gia có chứa nhiều ôxít sắt, được sử dụng để điều chỉnh mô đun
aluminat (p = A / F) cho phối liệu, vì hầu hết các loại đất sét đều không có đủ
lượng Fe
2
O
3
theo yêu cầu. Các loạt phụ gia cao sắt thường được sử dụng ở Việt
Nam là: Xỉ pirit Lâm Thao (phế thải của công nghiệp sản xuất H
2
SO
4
từ quặng
pirit sắt) chứa 55 - 68% Fe
2
O
3
quặng Sắt (ở Thái Nguyên, Thanh Hoá, Quảng
Ninh) chứa 65:85% Fe
2
O
3
hoặc quặng laterit (ở các tỉnh miền Trung, miền
Nam) chứa 35: 50% Fe
2

O
3
.
1.2.1.5. Phụ gia cao nhôm
11
Là phụ gia có chứa nhiều ôxít nhôm, cũng được sử dụng để điều chỉnh mô
đun aluminat (p =A/F) trong trường hợp nguồn đất sét của nhà máy chứa quá ít
Al
2
O
3
. Nguồn phụ gia cao nhôm thường là quặng bô xít (ở Lạng Sơn, Cao Bằng,
Hải Hưng) có chứa Al
2
O
3
: 44: 58%. cũng có thể sử dụng cao lanh hoặc tro xỉ
nhiệt điện làm phụ gia bổ sung ôxít nhôm, nhưng tỷ lệ sử dụng khá cao nên hiệu
quả kinh tế thấp hơn.
1.2.1.6. Phụ gia khoáng hoá.
Để giảm nhiệt độ nung clanhke nhằm tiết kiệm nhiên liệu và tăng khả
năng tạo khoảng, tăng độ hoạt tính của các khoáng clanhke, có thể sử dụng thêm
một số loại phụ gia khoáng hoá như: quặng fluorit còn gọi là huỳnh thạch (chứa
CaF
2
) quặng phốtphorit (chứa P
2
O
5
quặng barit (chứa BaSO

4
) thạch cao (chứa
CaSO
4
) có thể chỉ sử dụng riêng một loại hoặc sử dụng đồng thời hai, ba loại
phụ gia này với nhau (gọi là phụ gia khoáng hoá hỗn hợp). Phụ gia khoáng hoá
hỗn hợp có tác đụng khoáng hoá tốt hơn từng loại phụ gia riêng. Tuy vậy, trong
sản xuất nếu càng sử dụng nhiều loại nguyên liệu, phụ gia thì công nghệ pha
trộn phối liệu càng phức tạp, tốn nhiều thiết bị cân trộn hơn và khả năng đồng
nhất kém hơn, việc khống chế phối liệu cho chính xác cũng khó hơn.
1.2.2 Nhiên liệu để nung clanhke xi măng pooclang
Nhiên liệu khi cháy sẽ cung cấp nhiệt lượng cho các quá trình sấy nguyên
liệu các phản ứng phân huỷ đá vôi, đất sét, phụ gia thành các ôxít và cung cấp
nhiệt cho các phản ứng tạo thành các khoáng của clanhke. Để chế tạo được
clanhke, cần phải nung nóng phối liếu đến nhiệt độ 1450 - l500
o
C. Chất lượng
nhiên liệu ảnh hưởng quyết định đến quá trình nung, vì vậy cần phải chọn loại
nhiên liệu phù hợp với điều kiện thiết bị công nghệ của từng nhà máy cụ thể.
Nhiên liệu tốt nhất là khí thiên nhiên (chứa chủ yếu là khí Mêtal - CH
4
) vì
nó dễ cháy, thiết bị đốt đơn giản, nhiệt lượng cao và không có tro.
Nhiên liệu tốt thứ hai là dầu (thường sử dụng dầu FO) cũng có nhiệt
lượng cao (hơn 9000 kcal/kg) và không có tro, dễ cháy, nhưng thiết bị đốt phức
tạp hơn và phải có bộ phận hâm sấy và lọc dầu.
Nhiên liệu rắn được sử dụng phổ biến nhất là than antraxít, có chứa 65:
85% cacbon, có nhiệt lượng riêng từ 5300: 7400 kcal/kg. Sau khi than cháy còn
lại khoảng 10 - 30% tro. Tro than có thành phần hoá học gần giống thành phần
hoá học của đất sét đã nung (SiO

2
= 58: 68%, Al
2
O
3
= 23: 28%, Fe
2
O
3
= 3- 8 %
và một ít tạp chất khác). Lượng tro than này cũng tham gia vào phản ứng tạo
12
khoáng clanhke nên khi tính phối liệu phải coi nó như 1 cấu tử nguyên liệu và
cần khống chế đúng tỷ lệ yêu cầu trong quá trình sản xuất. Sử dụng than làm
nhiên liệu phức tạp hơn dầu hoặc khí vì than phải được nghiền thật mịn và được
phun vào lò (đối với lò quay) hoặc nghiền cùng với phối liệu (đối với lò đứng).
Để sản xuất xi măng có hiệu quả, cần sử dụng loại than có hàm lượng tro
than ít, nhiệt lượng cao và hàm lượng lưu huỳnh (tạo ra SO
3
độc hại) càng thấp
càng tốt. Hiện nay hầu hết các nhà máy xi măng ở Việt Nam đều quy định chỉ sử
dụng than cám 4A và than cám 3 (có nhiệt lượng Q
d
> 6 100 kcal/kg và hàm
lượng tro A < 19%, hàm lượng lưu huỳnh S < 2%). Loại than tốt nhất ở Việt
Nam là than ở mỏ than Hòn Gai (Quảng Ninh).
Chương 3. Công nghệ sản xuất xi măng pooclang
3.1 Công đoạn nguyên liệu:
3.1.1 Sơ đồ công nghệ
Quá trình công nghệ sản xuất xi măng thường được chia thành 3 giai đoạn

chính tách rời nhưng kế tiếp nhau. Ba giai đoạn đó là giai đoạn chuẩn bị phối
liệu giai đoạn nung clanhke và giai đoạn nghiền, đóng bao xi măng. Mỗi giai
đoạn sản xuất chính được thực hiện theo một dây chuyền sản xuất lên động,
hoặc cũng có thể thực hiện theo 2 hoặc 3 dây chuyền liên động nhỏ hơn. Sản
phẩm của mỗi giai đoạn chính phía trước lại là nguyên liệu của giai đoạn tiếp
theo.
Sơ đồ khối của quá trình công nghệ sản xuất xi măng như sau:
a. Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là gia công sơ bộ các loại
nguyên nhiên liệu như đá vôi, đất sét, các loại phụ gia, than v.v đến kích thước
và độ ẩm yêu cầu để có thể cấp cho máy nghiền, sau đó định lượng các loại
nguyên, nhiên liệu, phụ gia theo tỷ lệ yêu cầu và nghiền mịn thành phối liệu.
b. Sơ đồ dây chuyền công nghệ chế tạo phối liệu (phương pháp khô)
13
c) Quá trình công nghệ: Tuỳ theo cách chế tạo phối liệu mà gọi là sản
xuất theo phương pháp khô hay phương pháp ướt.
+ Khi sản xuất theo phương pháp khô: các loại nguyên liệu, phụ gia được
đập nhỏ sơ bộ, được cân theo tỷ lệ xác định (để đảm bảo các hệ số chế tạo
clanhke theo yêu cầu) và phối trộn lại với nhau, sau đó được nghiền mịn thành
bột khô đến độ mịn nhỏ hơn 10% (tính theo lượng còn lại trên sàng N
o
008 - kích
thước mắt sàng là 0,08mm) sấy khô đến độ ẩm W < 1%. Bột phối liệu được
chứa vào các silô được đảo trộn hoặc sục khí nén cho đồng nhất và sau đó được
cấp cho lò nung. ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy xi măng đều sản xuất theo
phương pháp này.
+ Khi sản xuất theo phương pháp ướt: đá vôi, đất sét, phụ gia sau khi
được đập nhỏ sơ bộ sẽ được nghiền cùng với nước tạo thành dạng bùn ớt (bùn
pate) có độ ẩm W = 35 - 37% và được bơm vào các bể hoặc giếng chứa bùn. Khi
nghiền bùn phối liệu, tỷ lệ giữa các loại nguyên liệu chỉ xác định một cách
tương đối. Trong quá trình sản xuất, bùn được bơm vào các giếng và được kiểm

tra, phân tích độ ẩm, thành phần hoá học. Sau đó phối trộn với nhau để điều chế
được bùn phối liệu có thành phần hoá học theo yêu cầu. Khi đã đạt yêu cầu, bùn
phối liệu thường xuyên được khuấy trộn để chống sa lắng và bơm cấp cho lò
nung. Ở Việt Nam hiện nay chỉ có 3 nhà máy xi măng sản xuất theo phương
pháp này là nhà máy xi măng Hải Phòng, nhà máy xi măng Hà Tiên (dây chuyền
cũ) và nhà máy xi măng Bỉm Sơn. Trong những năm gần đây người ta không
14
xây dựng các nhà máy sản xuất theo phương pháp ướt nữa vì tuy công nghệ
nghiền đơn giản hơn, không phải sấy nguyên liệu, dễ nghiền mịn hơn, dễ đồng
nhất hơn nhưng phải có nhiều bể và giếng để chứa và điều chế bùn phối liệu, khi
nung tốn nhiều nhiệt năng để làm bay hơi 35 - 37% ẩm, lò nung dài hơn, năng
suất thấp hơn v.v. . .
3.1.2 Các thiết bị chính
Kiểm tra chất lượng nguyên liệu và sản phẩm:
Để đảm bảo chất lượng của quá trình sản xuất, nguyên nhiên liệu đưa vào
sản xuất cần phải tập kết theo lô, lấy mẫu kiểm tra độ ẩm, thành phần hoá học.
Nguyên liệu đưa vào sản xuất phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đối với mỗi loại
(theo tiêu chuẩn cơ sở của từng nhà máy).
Trong quá trình sản xuất, phải định kỳ lấy mẫu nguyên liệu, phụ gia chứa
trong các silô (dưới các cân phối liệu), bột hoặc bùn phối liệu đề kiểm tra độ ẩm,
phân tích thành phần hoá học làm căn cứ tính toán và điều chỉnh tỷ lệ phối liệu
cho phù hợp với sự biến động của chất lượng nguyên, nhiên liệu.
Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất lượng yêu cầu.
Đá vôi:
* Chế độ kiểm tra:
- Mẫu trung bình của khu vực dự định khai thác.
Mẫu trung bình hàng ngày (tập trung mẫu theo ca).
Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:
CaCO
3

> 90%; MgCO
3
< 6%; SiO
2
< 5%; lượng đất lẫn < 8%; kích thước
khai thác đưa vào máy đập hàm và sau khi đập qua máy đập hàm, đập búa, tuỳ
theo thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng.
Đất sét:
* Chế độ kiểm tra:
Mẫu trung bình của khu vực dự định khai thác.
Mẫu trung bình hàng ngày tập trung mẫu theo ca).
* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:
- SiO
2
>55%; Al
2
O
3
> 8%; lượng đá lẫn < 3%; kích thước và độ ẩm trước
khi đưa vào máy cán, máy sấy và sau khi sấy, tuỳ theo thiết bị cụ thể của từng
nhà máy mà có quy định riêng.
Các loại phụ gia cao silic, cao sắt, cao nhôm và khoáng hoá .
* Chế độ kiểm tra:
Mẫu trung bình theo từng lô hàng nhập về nhà máy.
15
- Mẫu trung bình đống trong kho ở khu vực dự định đưa vào sản xuất.
* Chỉ tiêu kiểm tra:
- Kích thước và độ ẩm trước khi đua vào máy đập hoặc máy sấy, tuỳ theo
loại phụ gia, thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng.
Nhiên liệu.

* Chế độ kiểm tra:
- Mẫu trung bình theo từng lô hàng nhập về nhà máy.
- Mẫu trung bình đống trong kho ở khu vực dự định đưa vào sản xuất .
* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:
- Khí tự nhiên: Kiểm tra áp lực khí.
- Dầu FO: Kiểm tra tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh, nhiệt độ bắt cháy
v.v
- Than cám 3: Hàm lượng tro, A = 10: 15%; Chất bốc, V < 6% đối với xi
măng lò đứng), V= 8: 10%; Nhiệt lượng , Q
d
> 6500 kcal/kg;
Độ ẩm , W< 12%.
Than cám 4: Hàm lượng tro A = 1 5: 1 9%; chất bốc V < 6% (đối với xi
măng lò đứng V= 8: 10%); nhiệt lượng Q
d
> 6 100 kcal/kg; độ ẩm W< 12%.
- Kích thước và độ ẩm trước khi đưa vào máy cán, máy sấy và sau khi sấy
tuỳ theo thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng
Bột phối liệu sau máy nghiền:
Chế độ kiểm tra:
- Mẫu trung bình theo từng giờ.
- Mẫu trung bình theo ca, theo ngày sản xuất .
* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:
- Tít phối liệu (%CaCO
3
+ %MgCO
3
) = Tít tính toán +/- 0,5.
Thông thường, phối liệu không có than, T= 78: 80%;
phối liệu có than, T = 65: 67%

- Hàm lượng CaO, Fe
2
O
3
kiểm tra nhanh bằng máy phân tích canxi, sắt)
- Hàm lượng các ôxít chính, các hệ số chế tạo KH, n, p phải đạt theo yêu
cầu chỉ đạo của phòng kỹ thuật.
Độ mịn, phần còn lại trên sàng N
o
008 < 10%.
3.2. Công đoạn Lò nung
3.2.1 Sơ đồ công nghệ
a) Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là nung bột phối liệu khô, bùn
phối liệu ướt hoặc viên phối liệu ẩm thành clanhke.
b) Sơ đồ dây chuyền công nghệ nung clanhke:
16
+ Dây chuyền lò quay phương pháp khô:
17
18
3.2.2. Các thiết bị chính
Quá trình công nghệ:
Quá trình nung clanhke có thể thực hiện được bằng lò quay hoặc lò đứng.
Lò quay là một ống trụ dài, bên trong có lót gạch chịu lửa, đường kính ống φ 2,5
-6m, chiều dài 75- 185m, nằm nghiêng 2-3
o
, liên tục quay quanh trục với tốc độ
1,5-3 vòng/phút. Lò đứng là một hình trụ đứng yên, vỏ lò được làm bằng thép,
bê tông hoặc xây bằng gạch, bên trong có lót gạch chịu lửa, đường kính trong φ
2,2 -3, 1m, chiều cao 8- 1 1m, trên đỉnh có máy rải liệu để cấp vào lò, dưới đáy
có ghi quay hoặc cửa tháo để rút clanhke ra khỏi lò.

+) Quá trình nung bằng lò quay phương pháp khô: Nhiên liệu đốt (khí,
dầu hoặc than mịn) được phun vào lò từ đầu thấp (còn gọi là đầu nóng). Nhiên
liệu cháy tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ 1550 - l650
o
C ở zôn (vùng) nung và giảm
dần về phía đầu cao và đi qua hệ thống xyclon trao đổi nhiệt. Bột phối liệu từ
các silô chứa đã đồng nhất được bơm khí nén cấp vào xyclon trao đổi nhiệt với
khí nóng và được đốt nóng dần. Do cấu tạo của xyclon, bột phối liệu từ xyclon
phía trên tách ra khỏi dòng khí và rơi xuống xyclon phía dưới có nhiệt độ cao
hơn. Qua 4-5 cấp xyclon trao đổi nhiệt (ở các lò hiện đại còn có thêm thiết bị
canxi hoá, còn gọi là “thiết bị tiền nung”), bột phối liệu đã được đốt nóng đến
900- 1000
O
C và các nguyên liệu đã bị phân huỷ. Sau đó bột phối liệu đi vào lò
nung ngược chiều với dòng khí nóng đến zôn nung. Trong quá trình này, bột
liệu được đốt nóng dần đến nhiệt độ 1450
0
C, xảy ra các phản ứng tạo khoáng
clanhke, làm cho clanhke kết khối. Ra khỏi zôn nung, clanhke được làm nguội
nhanh từ 1200
o
C xuống 100-150
o
C nhờ các lò hành tinh gắn xung quanh lò
chính hoặc máy làm lạnh kiểu ghi và được đưa vào kho ủ. Ở Việt Nam, hầu hết
các nhà máy xi măng đều sản xuất bằng loại lò này như nhà máy xi măng Hoàng
Thạch (lò φ = 5,5m, chiều dài 94m), Chinfon, Bút Sơn, Hà Tiên II, Sao Mai,
Nghi Sơn, Hoàng Mai, Tràng Kênh. v.v
+) Quá trình nung bằng lò quay phương pháp ướt:Nhiên liệu đốt (khí,
dầu hoặc than mịn) được phun vào lò từ đầu thấp (còn gọi là đầu nóng). Nhiên

liệu cháy tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ 1550 - 1650
o
C ở zôn nung và giảm dần về
phía đầu cao (còn gọi là đầu lạnh). Bùn phối liệu được bơm từ các giếng điều
chế vào lò nung từ đầu lạnh và đi ngược chiều với dòng khí nóng đến zôn nung.
Trong quá trình này, bùn phối liệu đi qua zôn xích được sấy khô thành bột và
được đốt nóng dần đến nhiệt độ 1450- 1500
o
C. Ở trong lò, tuỳ theo nhiệt độ của
từng zôn mà ở đó xảy ra các phản ứng phân huỷ nguyên liệu và tạo khoáng
clanhke, làm cho clanhke kết khối. Ra khỏi zôn nung, clanhke cũng được làm
nguội nhanh từ 1200
O
C xuống 150 - 250
o
C và được đa vào kho ủ.
19
So với lò quay phương pháp khô, lò quay phương pháp ướt dài hơn và
không cần hệ thống xyclon trao đổi nhiệt, ở đầu lạnh có mắc xích tạo thành zôn
sấy. Loại lò này cho năng suất thấp hơn nhng tiêu tốn nhiệt cao hơn lò quay
phương pháp khô nên ngày nay ít được xây dựng mới .
Ở Việt Nam hiện nay chỉ có các nhà máy xi măng Hải Phòng (lò 4) = 2,5:3m,
chiều dài 75 - 1 10 m), Bỉm Sơn (lò φ = 5 m, chiều dài 185 m), Hà Tiên I (lò φ =
2,5m, chiều dài 75 m) là còn đang sản xuất bằng loại lò này.
3.2.3 Đặc điểm trao đổi nhiệt trong lò quay:
+) Quá trình nung bằng lò đứng: Nhiên liệu đốt là than cám được nghiền
cùng với phối liệu và được vê thành viên. Khi nhiên liệu cháy tạo ra ngọn lửa có
nhiệt độ 1450 - 1500
o
C ở zôn nung (cách sàn lò 1 ,5:2 m). Trong quá trình này,

bột liệu được đốt nóng dần đến nhiệt độ 1400: 1450
o
C và xảy ra các phản ứng
phân huỷ nguyên liệu và tạo khoáng clanhke, làm cho clanhke kết khối. Ra khỏi
zôn nung, clanhke được làm nguội nhanh từ 1200
o
C xuống 150 - 250
o
C nhờ gió
lạnh thổi từ dưới lên, được ghi quay nghiền vỡ, được tháo ra khỏi lò và được đ-
ưa vào kho (hoặc silô) ủ. Sản xuất bằng phương pháp lò đứng tuy công nghệ đơn
giản hơn, vốn đầu tư thấp nhưng nhược điểm lớn nhất là chế độ nung không ổn
định và phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật thao tác của thợ lò. Nếu quá trình nung
không tốt sẽ có hiện tượng không đều nhiệt, có vùng chỉ đạt 600: 1000
O
C chưa
đủ để phản ứng tạo khoáng clanhke, nên tạo ra clanhke chất lượng thấp, vôi tự
do cao làm cho xi măng kém ổn định thể tích và cường độ thấp.
d) Kiểm tra chất lượng sản phẩm:
Việc kiểm tra chất lượng clanhke trong quá trình sản xuất nhằm đánh giá
khả năng kết luyện của clanhke, . chế độ nhiệt của lò nung đã phù hợp hay chưa
để cán bộ kỹ thuật và thợ lò khống chế, chỉ đạo sản xuất.
Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất lượng yêu cầu như sau:
Chế độ kiểm tra:
- Mẫu clanhke ra lò từng giờ (lấy sau lò nung).
- Mẫu trung bình theo ca sản xuất (gộp mẫu lấy theo giờ).
- Mẫu trung bình theo ngày sản xuất (gộp mẫu lấy theo ca).
Chỉ tiêu kiểm tra:
- Đối với mẫu clanhke theo giờ, cần kiểm tra dung trọng làm cơ sở để thợ
lò điều chỉnh chế độ nhiệt và năng suất lò.

20
- Đối với mẫu trung bình theo ca sản xuất, cần kiểm tra hàm lượng vôi tự
do.
- Đối với mẫu trung bình theo ngày sản xuất cần kiểm tra thành phần hoá
học, các hệ số chế tạo, tính ổn định thể tích và cường độ bền nén theo phương
pháp nhanh.
3.3. Công đoạn nghiền, đóng bao xi măng
3.3.1 Sơ đồ công nghệ
a) Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là nghiền xi măng từ clanhke,
thạch cao và một số loại phụ gia như phụ gia hoạt tính, phụ gia đầy, phụ gia
công nghệ. Sau khi nghiền, xi măng sẽ được chứa trong các si lô và được đóng
thành bao 50kg để xuất xưởng theo nhu cầu bán hàng hoặc cũng có thể xuất
xưởng ở dạng xi măng rời. Tuỳ theo loại tỷ lệ phụ gia pha vào khi nghiền mà ta
có các loại xi măng khác nhau. Nếu chỉ nghiền clanhke xi măng poóc lăng với 3-
5% thạch cao, ta được xi măng poóclăng (PC); nếu pha thêm puzơlan ta được xi
măng poóc lăng puzơlan (PZ); nếu pha thêm xỉ lò cao, ta được xi măng poóc
lăng xỉ (PX): nếu pha thêm các loại phụ gia hoạt tính và phụ gia đầy v.v ta
được xi măng hỗn hợp (PCB).
b) Sơ đồ dây chuyền công nghệ nghiền xi măng:
21
* Tuỳ vào loại xi măng cần sản xuất mà sử dụng (hoặc không sử dụng)
các loại phụ gia.
c) Quá trình công nghệ:
Để nghiền xi măng, người ta sử dụng hệ thống máy nghiền bi. Tuỳ theo
hành trình của vật liệu bị nghiền (quyết định bởi máy nghiền) và các thiết bị phụ
trợ mà ta phân biệt ra nghiền theo chu trình kín hay chu trình hở.
+ Khi nghiền theo chu trình hở: vật liệu nghiền được cấp vào máy nghiền
ở đầu cấp liệu và được lấy ra ở đầu thạo liệu, vật liệu được nạp vào và tháo ra
liên tục theo một chiều. Trong quá trình này, vật liệu được đập nhỏ, nghiền mịn
nhờ sự va đập, chà xát của bi đạn với nhau và với tấm lót bên trong máy nghiền.

Độ mịn của vật liệu nghiền (xi măng) phụ thuộc vào độ cứng của clanhke, phụ
gia, năng suất cấp liệu và chế độ thông gió cho máy nghiền v.v
+ Khi nghiền theo chu trình kín: khác với chu trình hở, là sau khi vật liệu
nghiền ra khỏi máy nghiền, chúng được đưa vào máy phân ly. Tại máy phân ly,
22
vật liệu nghiền được phân loại. Những hạt vật liệu có kích thước đạt yêu cầu
được đưa vào nơi chứa sản phẩm (thường khống chế theo lượng còn lại trên
sàng N
o
008 nhỏ hơn 3% hoặc tỷ diện lớn hơn 3200 cm
2
/g, khi đó cỡ hạt có kích
thước nhỏ hơn 60µm thường chiếm trên 90%), những hạt vật liệu có kích thước
lớn hơn yêu cầu được tách ra và đưa trở lại đầu cấp liệu để nghiền lại. Nhờ có
máy phân ly, các hạt vật liệu mịn được tách ra khỏi hỗn hợp, làm cho bi đạn tiếp
tục chà xát các hạt vật liệu to hơn, hiệu suất nghiền cao hơn. Với cùng một máy
nghiền bi, nếu lắp thêm hệ thống nghiền theo chu trình kín, năng suất sẽ tăng
thêm 20 - 25%.
3.3.2 Các thiết bị chính
+Giai đoạn đóng bao: ngoài các thiết bị vận chuyển là vít tải, gầu tải thì
thiết bị chính là máy đóng bao ở các nhà máy nhỏ, thường sử dụng máy đóng
bao 2 vòi có công suất 30 tấn/h. Ở các nhà máy lớn, thường sử dụng máy đóng
bao 18 - 36 vòi có công suất 100-300 tấn/h.
d) Kiểm tra chất lượng:
Việc kiểm tra chất lượng xi măng trong quá trình sản xuất cũng như trước
khi xuất xưởng là khâu cuối cùng nhưng rất quan trọng trong quá trình kiểm tra
sản xuất. Các tính chất kỹ thuật của xi măng phải đạt yêu cầu của các tiêu chuẩn
chất lượng hiện hành. Các chỉ tiêu chất lượng kiểm tra là căn cứ để đánh giá
chất
lượng xi măng và cũng là cơ sở để cán bộ kỹ thuật khống chế, chỉ đạo sản xuất.

Đây là nhiệm vụ trọng tâm của nhân viên thí nghiệm cơ lý xi măng nên chúng ta
sẽ khảo sát kỹ hơn ở các chương sau.
Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất lượng yêu cầu:
* Chế độ kiểm tra:
- Mẫu xi măng nghiền từng giờ (lấy sau máy nghiền hoặc máy phân ly).
- Mẫu trung bình theo ca sản xuất (gộp mẫu lấy theo giờ).
- Mẫu trung bình theo ngày sản xuất (gộp mẫu lấy theo ca).
- Mẫu trung bình theo lô hàng xuất xưởng (lấy tại máy đóng bao).
* Chỉ tiêu kiểm tra:
- Đối với mẫu xi măng nghiền theo giờ, cần kiểm tra độ mịn, hàm lượng
SO3 để kịp thời điều chỉnh năng suất, tỷ lệ thạch cao.
- Đối với mẫu trung bình theo ca, theo ngày sản xuất, cần kiểm tra độ
mịn, lượng nước tiêu chuẩn (hay độ dẻo tiêu chuẩn), thời gian đông kết, hàm
23
lượng vôi tự do, tính ổn định thể tích và cường độ bền nén theo phương pháp
nhanh.
- Đối với mẫu trung bình theo lô hàng xuất xưởng cần kiểm tra tất cả các
chỉ tiêu chết lượng yêu cầu sẽ giới thiệu ở các chương sau).
Chương 5
ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT KỸ THUẬT VÀ
MỘT SỐ LOẠI XI MĂNG POÓC LĂNG
5.1 Đặc trưng tính chất các loại xi măng pooclang:
5.1.1 Giới thiệu chung
Tính chất kỹ thuật của xi măng poóc lăng có ý nghĩa quan trọng trong quá
trình bảo quản, thi công và sử dụng.
Thông thường, trong sản xuất và sử dụng, người ta kiểm tra các tính chất
kỹ thuật sau đây của xi măng:
- Tính ổn định thể tích.
- Độ mịn.
- Khối lượng riêng và khối lượng thể tích.

- Lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết.
- Cường độ.
- Nhiệt thuỷ hoá.
- Độ bền trong môi trường xâm thực (gọi tắt là độ bền ăn mòn).
- Sự co nở thể tích.
- Độ trắng (đối với xi măng trắng).
5.1.2. Hàm lượng vôi tự do
Tính ổn định thể tích là đặc tính kỹ thuật biểu thị sự không thay đổi đáng
kể thể tích của hồ xi măng khi đóng rắn. Xi măng ổn định thể tích sẽ cho đá xi
măng và bê tông bền vững.
Ý nghĩa trong xây dựng.
Tính ổn định thể tích của xi măng có ý nghĩa quan trọng để tạo độ bền của
đá xi măng đóng rắn, tạo sự bền đẹp cho công trình xây dựng. Xi măng không
ổn định thể tích, khi sử dụng vào công trình sẽ làm cho bê tông bị nút rạn hoặc
nặng hơn sẽ gây ra đổ vỡ công trình. Trong các tính chất kỹ thuật của xi măng
thì tính ổn định thể tích cần được xem xét trước tiên. Bởi vì nếu xi măng không
24
ổn định thể tích thì các tính năng kỹ thuật khác có thoả mãn yêu cầu sử dụng
cứng không đảm bảo sự bền vững. Xi măng chưa ổn định thể tích, nếu được bảo
quản một thời gian nhất định tính chất này sẽ được cải thiện. Tuy vậy sự không
ổn định của xi măng chứng tỏ rằng chất lượng clanhke xi măng không tốt và
chất lượng của xi măng sẽ không cao.
Nguyên nhân của sự không ổn định thể tích
Clanhke xi măng không kết khối hoàn toàn sẽ có hàm lượng vôi tự do lớn.
Vôi tự do qua nung ở nhiệt độ cao là dạng vôi già lửa, lại bị chất chảy bao quanh
nên thuỷ hoá rất chậm. Khi thuỷ hoá, CaO tự do tạo thành Ca(OH)
2
làm tăng thể
tích. Khi hỗn hợp ở trạng thái dẻo, linh động thì sự tăng thể tích của chúng
không gây tác hại . Nhưng vì CaO tự do thuỷ hoá chậm nên khi hỗn hợp đã đóng

rắn sự nở thể tích mới gây ra làm cho đá xi măng bị rạn nứt, mất cường độ. Xi
măng để trong không khí, vôi tự do sẽ hút ẩm, các hạt CaO tự do tạo thành
Ca(OH)
2
rồi tác dụng với khí CO
2
để trở thành CaCO
3
ổn định. Bởi vậy, người
ta thường khắc phục sự không ổn định của xi măng bằng cách để xi măng lại
một thời gian để vôi tự do hydrat hoá trước khi sử dụng. Clanhke xi măng lò
đứng thường có hàm lượng vôi tự do cao, vì vậy clanhke thường được ủ một
thời gian rồi mới nghiền. Tính không ổn định thể tích cũng có thể được khắc
phục bằng cách sử dụng phụ gia hoạt tính pha vào xi măng.
Sự không ổn định thể tích do MgO của clanhke còn nặng nề hơn nhiều so
với CaO tự do. MgO được nung ở nhiệt độ cao khi nung clanhke xi măng, nó
tồn tại ở dạng tinh thể periclaz phản ứng rất chậm với nước (chậm hơn nhiều so
với CaO tự do) tạo thành Mg(OH)
2
tăng thể tích làm nứt vỡ đá xi măng đóng
rắn. Do sự thuỷ hoá rất chậm của MgO trong clanhke mà có thể sau hàng năm
chúng mới gây tác hại khi công trình đã đưa vào sử dụng gây ra hậu quả nặng
nề. Chính vì vậy mà hầu hết tiêu chuẩn xi măng của các nước đều quy định hàm
lượng cho phép của MgO trong clanhke xi măng. Các tiêu chuẩn xi măng poóc
lăng của Việt Nam quy định mức cho phép tối đa của MgO trong clanhke là
không quá 5%.
Phương pháp đánh giá tính ổn định thể tích của xi măng
Thông thường độ ổn định thể tích của xi măng được đánh giá theo hai
cách chính là thực hiện theo mẫu bánh đa hoặc khuôn Le Chatelier. Nguyên tắc
chung của các phương pháp là đánh giá sự biến đổi thể tích của hồ xi măng đóng

25