bài giảng vật liệu silicat xi măng poóc lăng

VAÄT LIEÄU SILICATE
PHAÀN: XI MAÊNG POOÙC LAÊNG
(PORLAND CEMENT)
NỘI DUNG

Clinker XMP và sản phẩm XMP

CNSX xi măng Porland (XMP)

Quá trình thủy hóa XMP
GIỚI THIỆU CHUNG

Chất kết dính (CKD) là những chất hoặc hợp
chất có khả năng tự rắn chắc, động thời liên kết
một hệ khác (sợi hoặc hạt) thành khối vững chắc.

Lực tương tác:

Lực cơ học (ma sát),

Lực hóa học (liên kết do phản ứng hóa học),

Những liên kết lý học đặc biệt khác (lực hạt phân
tán, lực Van-der Van, lực tónh điện, cảm ứng ).
PHAÂN LOAÏI CKD VOÂ CÔ
GIỚI THIỆU CHUNG
Xi măng Porland
là bột vô cơ có tính kết dính thủy lực, sản phẩm nghiền mòn của hỗn
hơp clinker XMP và phụ gia thạch cao (3-5% kl clinker)
PC = PC clinker + gypsum (3-5%)
Xi măng hỗn hợp

là sản phẩm nghiền mòn của xi măng Porland và những phụ gia
khác (phụ gia đầy, phụ gia hoạt tính, )
PCB = PC + aditivities ( 20 – 40%)
Clinker là bán thành phẩm trong quá trình sản xuất XMP: có được
bằng cách nung kết khối hh nguyên liệu tự nhiên như đá vôi, đất
sét quặng sắt ở nhiệt độ cao (1450
0
C) sau đó làm nguội nhanh.
GIÔÙI THIEÄU CHUNG
7
SƠ LƯC LỊCH SỬ CNSX XMP

Những CKD ban đầu của con người là CKD hữu cơ

CKD dùng xây dựng là các loại đất đá tự nhiên

Ở châu Âu, những vết tích vật liệu được nung đầu tiên
xuất hiện khoảng thế kỷ IV – III (T.C.N)

Tên gọi xi măng (cement) xuất hiện đầu tiên có lẽ
vào thế kỷ XVIII, vào năm 1702 tại Saint – Peterburg
(Nga).

Người đầu tiên đăng ký bằng phát minh về cách nung đá
vôi và đất sét tới nóng chảy tạo clinker rồi nghiền lại
thành XM và gọi nó là xi măng Poóc lăng, như tên gọi
hiện nay, là Joseph Aspdin (người Anh) vào năm 1824
CLINKER: SAÛN PHAÅM SAU KHI
NUNG
Raw materials ⇒ grinding ⇒

mixing ⇒ raw meal ⇒ kiln
feed ⇒ firing 1450
0
C ⇒
cooling ⇒ clinker
9
Clinker ra khỏi lò nung có dạng cục
nhỏ với thành phần hóa như sau:

CaO: 62 – 67%,

SiO
2
: 20 – 24%,

Al
2
O
3
: 4 – 7%,

Fe
2
O
3
: 2 – 5%.
Trong thành phần clinker luôn có
những tạp chất.
các ôxít tạp chất phải nằm
trong giới hạn cho phép,

ví dụ:

MgO ≤ 5% ,

TiO
2
≤ 0,3 %,

Mn
2
O
3
≤ 1,5 %,

R
2
O

≤ 1,5 % (tính theo
Na
2
O).

SO
3
:0,1 – 1,5%

P
2
O

5
: 0 – 1,5%
THÀNH PHẦN PHA CLINKER XMP
Tính chất của clinker và XMP do thành phần
pha (các loại khoáng và pha thủy tinh) của
chúng quyết đònh:

C
3
S: 40 – 60% (khoáng alít: 3CaO.SiO
2
),

C
2
S: 15 – 35% ( khoáng belít: 2CaO.SiO
2
),

C
3
A: 4 – 14% ( tri-canxi aluminát: 3CaO.Al
2
O
3
),

C
4
AF: 10 – 18% (alumo-ferít canxi: 4CaO.Al

2
O
3
.Fe
2
O
3
).

Ngoài ra còn pha thủy tinh (15-25%), các ôxyt tự do
chưa p.ứ hết và các khoáng khác.
10
11
Alít: (40 – 60%) trong clinker XMP
là dung dòch rắn khoáng gốc là C
3
S

Silicat can xi: 3CaO.SiO
2


Khoáng chính tạo cường độ của XMP.

C
3
S đóng rắn nhanh, c ng đ cao, ườ ộ tỏa
nhiều nhiệt.

Dễ ăn mòn

12
Bêlít : là dung dòch rắn gốc C
2
S

Dạng thù hình cần thiết là β-C
2
S (15 – 35%) có
tính kết dính, phát triển cường độ chậm ở giai
đoạn đầu, nhưng sau đó cho cường độ khá cao, ít
b n mị ă òn

β-C
2
S tỏa ít nhiệt khi đóng rắn. Trong kỹ thuật
sản xuất clinker XMP cần làm nguội clinker rất
nhanh ở khoảng 675
0
C, nhằm tránh sự biến đổi β-
C
2
S thành γ - C
2
S, là khoáng không có tính kết
dính.
13
Tri-canxi aluminát C
3
A


Aluminat canxi: 3CaO. Al
2
O
3

(4 – 14%): đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt,
không bền trong môi trường xâm thực.

Dùng phụ gia thạch cao CaSO
4
.2H
2
O để hạn chế
tốc độ đóng rắn của C
3
A.
14
Alumo-ferít canxi C
4
AF (10 –
18%):

4CaO. Al
2
O
3
.Fe
2
O
3


dễ hòa tan trong nước, ít tỏa nhiệt.

Đóng rắn nhanh tạo cường độ ban đầu nhanh,
nhưng sau đó cường độ không cao, chòu ăn mòn
tốt.
15
Pha thủy tinh trong clinker (15–
25%):

pha lỏng cần thiết để nung luyện clinker
(clinker kết khối tốt, tạo điều kiện hình thành
khoáng C
3
S).

Khi làm nguội nhanh, pha lỏng sẽ chuyển thành
pha thủy tinh trong clinker. Nhờ vết nứt tế vi
trong pha thủy tinh, clinker dễ nghiền hơn, hoạt
tính pha thủy tinh rất cao, dễ hydrát hóa.

Ngoài ra, trong clinker XMP còn những khoáng
khác như các sunfát kiềm (K,Na)
2
SO
4
, CaSO
4
,
aluminát kiềm (K,Na)

2
.8CaO.3Al
2
O
3
, alumo-
manganát canxi 4CaO.Al
2
O
3
.Mn
2
O
3


và một lượng ôxít tự do, chưa phản ứng hết
trong quá trình nung luyện. Trong số đó, không
mong muốn nhất là CaO (khống chế 1 – 2%) và
MgO tự do, càng ít càng tốt (bé hơn 4 – 6%, tùy
tiêu chuẩn mỗi quốc gia).
16
NHỮNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT
QUAN TRỌNG NHẤT CỦA XMP
1.
1.
Khả năng đóng rắn
Khả năng đóng rắn
2.
2.

Mác xi măng
Mác xi măng
3.
3.
Khối lượng thể tích
Khối lượng thể tích
4.
4.
Khối lượng riêng
Khối lượng riêng
5.
5.
Độ mòn bột xi măng
Độ mòn bột xi măng
6.
6.
Lượng chất mất khi
Lượng chất mất khi
nung (MKN)
nung (MKN)
7.
7.
Độ ổn đònh thể tích
Độ ổn đònh thể tích
8.
8.
Lượng nước tiêu chuẩn
Lượng nước tiêu chuẩn
9.
9.

Lượng vôi (CaO) tự do
Lượng vôi (CaO) tự do
và MgO tự do
và MgO tự do
10.
10.
Nhiệt tỏa ra khi đóng
Nhiệt tỏa ra khi đóng
rắn
rắn
11.
11.
Độ bền hóa
Độ bền hóa
12.
12.
Thời gian bảo quản, sử
Thời gian bảo quản, sử
dụng
dụng
17
NHỮNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT
QUAN TRỌNG NHẤT CỦA XMP
1.
1.
Khả năng đóng rắn
Khả năng đóng rắn
2.
2.
Mác xi măng

Mác xi măng
3.
3.
Khối lượng thể tích
Khối lượng thể tích
4.
4.
Khối lượng riêng
Khối lượng riêng
5.
5.
Độ mòn bột xi măng
Độ mòn bột xi măng
6.
6.
Lượng chất mất khi
Lượng chất mất khi
nung (MKN)
nung (MKN)
7.
7.
Độ ổn đònh thể tích
Độ ổn đònh thể tích
8.
8.
Lượng nước tiêu chuẩn
Lượng nước tiêu chuẩn
9.
9.
Lượng vôi (CaO) tự do

Lượng vôi (CaO) tự do
và MgO tự do
và MgO tự do
10.
10.
Nhiệt tỏa ra khi đóng
Nhiệt tỏa ra khi đóng
rắn
rắn
11.
11.
Độ bền hóa
Độ bền hóa
12.
12.
Thời gian bảo quản, sử
Thời gian bảo quản, sử
dụng
dụng
18
19
3 – Khối lượng thể tích:

Là khối lượng của một đơn vò thể tích
Là khối lượng của một đơn vò thể tích
XMP đã nghiền thành bột tơi.
XMP đã nghiền thành bột tơi.

Khối lượng thể tích phụ thuộc thành phần
Khối lượng thể tích phụ thuộc thành phần

khoáng, độ mòn và độ ẩm của XMP.
khoáng, độ mòn và độ ẩm của XMP.

Ph thu cụ ộ
Ph thu cụ ộ
vào độ lèn chặt
vào độ lèn chặt

Ở trạng thái xốp: 1100kg/m
Ở trạng thái xốp: 1100kg/m
3
3

Ở trạng thái lèn chặt 1300 – 1600kg/m
Ở trạng thái lèn chặt 1300 – 1600kg/m
3
3
20
Khối lượng riêng xi măng
khối lượng riêng của clinker XMP thông
thường là 3,05 – 3,2 g/cm
3
.
21
5 – Độ mòn bột XM:

XM phải có độ mòn (hoặc diện tích bề mặt
XM phải có độ mòn (hoặc diện tích bề mặt
riêng) đủ lớn để có tốc độ phản ứng hydrát hóa
riêng) đủ lớn để có tốc độ phản ứng hydrát hóa

cần thiết tạo những khoáng cho XM cường độ.
cần thiết tạo những khoáng cho XM cường độ.

Yêu cầu về độ mòn với những chủng loại XM có
Yêu cầu về độ mòn với những chủng loại XM có
khác nhau, tùy thuộc tính chất và yêu cầu cụ
khác nhau, tùy thuộc tính chất và yêu cầu cụ
thể.
thể.

Ví dụ: với XM trộn (PCB) cần lượng sót sàng N
Ví dụ: với XM trộn (PCB) cần lượng sót sàng N
0
0
008
008
(5470 lỗ/cm
(5470 lỗ/cm
2
2
) không quá 12%.
) không quá 12%.

Nếu xác đònh theo phương pháp đo diện tích bề mặt
Nếu xác đònh theo phương pháp đo diện tích bề mặt
riêng (phương pháp Blaine) cần đạt 2
riêng (phương pháp Blaine) cần đạt 2
7
7
00 cm

00 cm
2
2
/g
/g
(TCVN 6260, 199
(TCVN 6260, 199
9
9
).
).


23
1 – Khả năng đóng rắn: Tính chất quan
trọng nhất của CKD đối với quá trình thi
công

Khi trộn với nước vữa XM có thể biến thành vật
Khi trộn với nước vữa XM có thể biến thành vật
thể rắn chắc dạng đá (đá XM).
thể rắn chắc dạng đá (đá XM).

Xét về mặt thời gian, quá trình tạo cường độ rất
Xét về mặt thời gian, quá trình tạo cường độ rất
lâu dài
lâu dài
.
.


Quá trình
Quá trình
đóng rắn XMP
đóng rắn XMP
có thể chia
có thể chia
thành hai
thành hai
giai đoạn:
giai đoạn:
giai doạn ninh kết và giai đoạn đóng
giai doạn ninh kết và giai đoạn đóng
rắn tiếp tục.
rắn tiếp tục.
24
a) Giai đoạn ninh kết :

Khi trộn bột XM với nước, hỗn hợp
Khi trộn bột XM với nước, hỗn hợp
vữa XM chuyển dần từ trạng thái
vữa XM chuyển dần từ trạng thái
lỏng sang trạng thái dẻo quánh
lỏng sang trạng thái dẻo quánh
.
.



Thời gian bắt đầu ninh kết cần không
Thời gian bắt đầu ninh kết cần không

sớm hơn 45 phút,
sớm hơn 45 phút,

Thời gian kết thúc ninh kết không
Thời gian kết thúc ninh kết không
muộn hơn 12 giờ kể từ lúc bắt đầu
muộn hơn 12 giờ kể từ lúc bắt đầu
trộn nước.
trộn nước.
25
b) Đóng rắn:

Sau khi ninh kết, khối XM tiếp tục phát triển
Sau khi ninh kết, khối XM tiếp tục phát triển
cường độ thành khối đá vững chắc, có thể dùng
cường độ thành khối đá vững chắc, có thể dùng
trong các kết cấu xây dựng.
trong các kết cấu xây dựng.

Trong giai đoạn này, không thể gia công tạo
Trong giai đoạn này, không thể gia công tạo
hình bằng phương pháp đúc khuôn được.
hình bằng phương pháp đúc khuôn được.

Thời gian đóng rắn thực sự của đá XM rất lâu
Thời gian đóng rắn thực sự của đá XM rất lâu
.
.
26
2 – Mác XM:


Đây là thông số kỹ thuật quan trọng nhất để đánh giá
Đây là thông số kỹ thuật quan trọng nhất để đánh giá
chất lượng sử dụng của XMP.
chất lượng sử dụng của XMP.

L
L
à cường độ chòu nén của mẫu chuẩn làm từ XM, tỷ
à cường độ chòu nén của mẫu chuẩn làm từ XM, tỷ
lệ khối lượng XM : cát
lệ khối lượng XM : cát
tiêu chuẩn:
tiêu chuẩn:
nước = 1:3
nước = 1:3
: 0,5;
: 0,5;


tạo hình và bảo quản trong điều kiện chuẩn (2
tạo hình và bảo quản trong điều kiện chuẩn (2
5
5
0
0
C, độ
C, độ
ẩm
ẩm

không nhỏ hơn
không nhỏ hơn


9
9
0%) sau 28 ngày đêm (sau một
0%) sau 28 ngày đêm (sau một
ngày bảo dưỡng ẩm, 27 ngày
ngày bảo dưỡng ẩm, 27 ngày


ngâm n
ngâm n
ư
ư
ớc).
ớc).

Mẫu chuẩn có kích thước:
Mẫu chuẩn có kích thước:

4x4x16
4x4x16
(
(
cm
cm
)
)

(có thể thử bền nén và bền uốn).
(có thể thử bền nén và bền uốn).

7,07x7,07x7,07 (cm) , 10x10x10 (cm) để thử độ
7,07x7,07x7,07 (cm) , 10x10x10 (cm) để thử độ
bền nén
bền nén