giới thiệu về xi măng

Khái niệm – Sản Xuất - Thành Phần Hóa Học –
Thí nghiệm Cơ Lý và Ứng Dụng
(Theo ASTM và AASHTO)
GVHD
SVTH
MSHV

: TS. Nguyễn Văn Chánh
: Phan Châu Vinh
: 91001012


I.Khái niệm cơ bản về xi măng








Xi măng Portland là chất
kết dính vô cơ rắn trong
nước
Được phát minh vào năm
1824 bởi Joseph Aspdin
Được đặt tên Portland tên
vì nó giống như
một loại đá vôi khai thác
từ một hòn đảo nhỏ ở
Nam nước Anh tên là

Portland

Đá
Portland

Xi măng
Portland


Vật liệu sử dụng trong sản xuất xi măng portland phải có tỷ lệ thích hợp
của CaO, SiO2 , Al2O3 và Fe2O3
CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

63 ÷ 66%

21 ÷ 24%

4 ÷ 8%

2 ÷ 4%

Các loại nguyên liệu thông thường để sản xuất xi măng
Đá vôi

Đất sét

Đất sét

Đất sét

Đá phiến sét

Đá phiến sét

Đá phiến sét

Quặng sắt

Đá bùn giàu vôi

Đá bùn giàu vôi

Quặng thải

Xỉ thép nhà máy

Đá phấn

Cát

….và nhiều loại nguyên vật liệu khác nhau cũng như các sản phẩm , chất thải
công nghiệp cũng được sử dụng.
Các tạp chất dạng hạt già lửa gây mất ổn đinh thể tích, cần phải hạn chế :
 MgO : < 4,5%

 SO3 : < 3%
 Na2O, K2O : < 1,5%


II.Sản xuất xi măng






Xi măng được sản xuất bằng phương pháp nung hỗn hợp đá
vôi và đất sét theo 1 tỷ lệ hợp lý đến nhiệt độ nóng chảy tạo
thành Clinke->nghiền với 3-5% thạch cao -> Xi măng
Nguyên liệu để sx xi măng Portland phải có :

CaCO3 từ 75÷85%
 SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 … khoảng 22÷25%
Trong tự nhiên các loại đá có sẵn có thành phần như
trên rất hiếm->phối liệu
 Trong quá trình sản xuất, việc phân tích hóa học
của tất cả các nguyên liệu phải được thường
xuyên tiến hành để đảm bảo chất lượng cao và
đồng nhất của xi-măng



Không có một nhà máy SX xi-măng điển hình, mỗi nhà
máy đều có những khác nhau về bố trí, thiết bị,hay
ngoại cảnh…

Nguyên liệu thô được khai thác -> Máy nghiền chính 125
mm -> Máy nghiền thứ cấp 20 mm -> bồn chứa riêng
theo từng loại



Nung hỗn hợp nguyên liệu thô đã trộn -> Clinke

Lò quay tạo clinke

Bên trong lò quay


Clinke

+

Thạch cao

→

Xi măng
Portland

-Thạch cao được bổ sung nhằm điều chỉnh thời gian ninh kết
của xi-măng , tính co ngót và tăng cường độ
-Clinker được nghiền mịn đến mức các hạt đều lọt qua mức
sàn No.325 (45 micromet)

Sản xuất xi măng theo phương pháp khô được
sử dụng rộng rãi do sự cải tiến của các thiết bị
nghiền, thiết bị trộn cũng như các thiết bị lọc,
gom bụi và đặc biệt là ưu điểm tiết kiệm năng
lượng của phương pháp này so với phương
pháp ướt hay phương pháp hổn hợp (phương
pháp khử nước của bùn bằng thiết bị đặc biệt)


Quá trình hình thành Clinke từ nguyên liệu thô



III. Thành phần và phản ứng
hóa học của xi-măng Portland


Phản ứng hydrat hóa của hợp chất xi-măng Portland
2 (3CaO•SiO2)
Tricalcium silicate

+ 11 H2O
Nước

= 3CaO•2SiO2•8H2O
Calcium silicate
hydrate (C-S-H)

+ 3 (CaO•H2O)

Calcium hydroxide

2 (2CaO•SiO2)
Dicalcium silicate

+ 9 H2O
Nước

= 3CaO•2SiO2•8H2O
Calcium silicate
hydrate (C-S-H)

+ CaO•H2O
Calcium hydroxide

3CaO•Al2O3
Tricalcium
aluminate

+ 3 (CaO•SO3•2H2O)
Thạch cao

+ 26 H2O
Nước

= 6CaO•Al2O3•3SO3•32H2O
Ettringite

2 (3CaO•Al2O3)
Tricalcium

aluminate

+
6CaO•Al2O3•3SO3•32
H2O
Ettringite

+ 4 H2O
Nước

= 3 (4CaO•Al2O3•SO3•12H2O)
Calcium
monosulfoaluminate

3CaO•Al2O3
Tricalcium
aluminate

+ CaO•H2O
Calcium hydroxide

+ 12 H2O
Nước

= 4CaO•Al2O3•13H2O
Tetracalcium aluminate
hydrate

4CaO• Al2O3•Fe2O3
Tetracalcium

aluminoferrite

+ 10 H2O
Nước

+ 2 (CaO•H2O)
Calcium hydroxide

= 6CaO•Al2O3•Fe2O3•12H2O
Calcium aluminoferrite
hydrate

Bảng này chỉ minh họa các phép biến đổi chính không đề cập đến các biến đổi phụ


Các sản phẩm Hydrat hóa
Các tinh thể được chụp bằng kính hiển vi điện tử:

Xi măng
Hydrat dicalcium
Hydrat tricalcium
Portland thường
silicat
silicat
đã hy drat hóa
Bản chất sợi của các Hydrat silicat , các mảnh vỡ của tinh
thể calcium hydroxit góc cạnh cũng có mặt trong hình chụp Xi
măng Portland thường đã hydrat hóa.
Sự phối hợp giữa các sợi tinh thể và độ dính bám của các
hạt hydrat hóa làm nhiệm vụ phát triển cường độ của hồ xi

măng


Phụ thuộc vào thời gian hydrat hoát và thành phần của
xi măng Portland mà có được những hinh ảnh của hồ xi
măng đã hy drat hóa khác nhau
Hình trên là điển hình của một hồ xi măng đã hydrat hóa
gồm C-S-H, Ca(OH)2 và ettringite


Hình ảnh các tinh thể trong xi-măng đã hydrat
hóa qua kính hiển vi điện tử

Tinh thể Calcium hydroxide


Hình ảnh các tinh thể trong xi-măng đã hydrat
hóa qua kính hiển vi điện tử

Tinh thể C-S-H hình thành
sau 2 tuần Hydrat hóa của
C3S

Sự hình thành của C-S-H và
Ca(OH)2 bên cạnh nhau


Hình ảnh hồ xi măng đóng rắn qua
kính hiển vi điện tử

Hình ảnh phóng đại 500 lần

Hình ảnh phóng đại 1000 lần


Hàm lượng tương
đối của các hợp chất
quan trọng trong cấu
trúc của bột nhão xi
măng Portland đang
hydrat hóa như là
một hàm của thời
gian


Hàm của mức độ Hydrat hóa tính toản bởi một
mô hình máy tính


Thành phần hóa học của xi măng, %
Loại xi măng
Portland
SiO2 Al2O3 Fe2O3

CaO

MgO

SO3

Na2Oeq

Loại I

20.5

5.4

2.6

63.9

2.1

3.0

0.61

Loại II

21.2

4.6

3.5

63.8

2.1

2.7

0.51

Loại III

20.6

4.9

2.8

63.4

2.2

3.5

0.56

Loại IV

22.2

4.6

5.0

62.5

1.9

2.2

0.36

Loại V

21.9

3.9

4.2

63.8

2.2

2.3

0.48

Trắng

22.7

4.1

0.3

66.7

0.9

2.7

0.18


Thành phần hợp chất của xi măng,%
Loại xi măng
Portland

Độ mịn
m2/kg

C3S

C2S

C3A

C4AF

Loại I

54

18

10

8

369

Loại II

55

19

6

11

377

Loại III

55

17

9

8

548

Loại IV

42

32

4

15

340

Loại V

54

22

4

13

373

Trắng

63

18

10

1

482


Phản ứng của các thành phần xi măng
Đường cong
“Chung” là
hỗn hợp của
55% C3S ,
18% C2S,
10% C3A, và
8% C4AF ,
tương
đương với
Loại I