VẬT LIỆU XI MĂNG .....

Biên soạn: Huỳnh Ngọc Minh

1


KHÁI NiỆM CHUNG VỀ XI MĂNG

2


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
Chất kết dính

 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 giữa hai vật liệu để chúng kết dính
với nhau có thể là:




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...).

 Thông thường, để liên kết bền, phải có nhiều dạng

tương tác cùng tác dụng.

3


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
Phân loại chất kết dính vô cơ

4


XI MĂNG POÓC LĂNG (PORLAND)

December 3, 2016

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

5


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
Xi măng Pooc lăng (Porland)

 Xi măng porland (PC: Porland cement), Xi măng Porland hỗn hợp

(PCB: Blended porland cement), Clinker là gì?
Xi măng Porland (PC: Porland cement)
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 (PCB: Blended porland cement)

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 (14500C) sau đó làm nguội nhanh.
6


SƠ ĐỒ QTCN ĐƠN GiẢN

December 3, 2016

7


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
Xi măng Pooc lăng (Porland)
Clinker

December 3, 2016

8


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
Clinker XMP: thành phần hóa
 CaO: 62 – 67%,
 SiO2: 20 – 24%,
 Al2O3: 4 – 7%,

 Fe2O3: 2 – 5%.

Do nguyên liệu dùng trong
công nghệ XMP là những
nguyên liệu tự nhiên, nên
trong thành phần clinker
luôn có những tạp chất.
December 3, 2016

Để đảm bảo tính chất cần
thiết của XM, các ôxít tạp
chất phải nằm trong giới
hạn cho phép, ví dụ:
 MgO ≤ 5% ,
 TiO2 ≤ 0,3 %,
 Mn2O3 ≤ 1,5 %,
 R 2O

Na2O).

≤ 1,5 % (tính theo

 SO3:0,1 – 1,5%
 P2O5: 0 – 1,5%
99


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
Clinker XMP: thành phần pha
Tính chất của clinker và XMP do thành phần pha

(các loại khoáng và pha thủy tinh) của chúng
quyết đònh:
 C3S: 40 – 60% (khoáng alít: 3CaO.SiO2),
 C2S: 15 – 35% ( khoáng belít: 2CaO.SiO2),
 C3A: 4 – 14% ( tri-canxi aluminát: 3CaO.Al2O3),
 C4AF: 10 – 18% (alumo-ferít canxi: 4CaO.Al2O3.Fe2O3).
 Ngoài ra còn pha thủy tinh (15-25%), các ôxyt tự do chưa

phản ứng hết và các khoáng khác.

December 3, 2016

1010


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
tính chất các pha
 Alite (40-60%) là

dung dòch rắn khoáng gốc là C3S

 Khoáng chính tạo cường độ của XMP.
 C3S đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt.

 Belite là dung dòch rắn khoáng gốc là C2S
 Dạng thù hình cần thiết trong clinker XMP là β-C2S (15 – 35%)

có tính kết dính, phát triển cường độ chậm ở giai đoạn đầu, nhưng
sau đó cho cường độ khá cao.
 β-C2S tỏa ít nhiệt khi đóng rắn. Trong kỹ thuật sản xuất clinker

XMP cần làm nguội clinker rất nhanh ở khoảng 6750C, nhằm
tránh sự biến đổi β-C2S thành γ - C2S, là khoáng không có tính
kết dính.
December 3, 2016

1111


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
tính chất các pha
 Tri-canxi aluminát C3A (4-14%)
 Đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, không bền trong môi trường

xâm thực.
 Dùng phụ gia thạch cao CaSO4.2H2O để hạn chế tốc độ đóng rắn
của C3A.

 Alumo-ferít canxi C4AF (10 – 18%):
 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.

December 3, 2016

1212


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
tính chất các pha

 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 C3S).

 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
 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).

December 3, 2016

1313


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
tính chất các pha

December 3, 2016

1414

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XI MĂNG
Các thơng số kỹ thuật của XMP
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Khả năng đóng rắn
Mác xi măng
Khối lượng thể tích
Khối lượng riêng
Độ mòn bột xi măng
Lượng chất mất khi
nung (MKN)
Độ ổn đònh thể tích

December 3, 2016

8. Lượng nước tiêu chuẩn
9. Lượng vôi (CaO) tự do

và MgO tự do
10. Nhiệt tỏa ra khi đóng
rắn
11. Độ bền hóa
12. Thời gian bảo quản, sử

dụng

1616


XM PCB

TCVN
6260:1997
2- Tính
chất cơ lý

Tên chỉ tiêu

PCB 30

PCB 40

≤ 10,0

≤ 10,0

(mm)

- Sau 3 ngày đêm
- Sau 28 ngày đêm
3- Độ nghiền mòn
- Bề mặt riêng xác đònh theo
phương pháp Blain (cm /g)
2

- Lượng sót sàng 0,08 mm (%)
4- Thời gian đông kết
- Bắt đầu không sớm hơn
( phút )
- Kết thúc, không muộn hơn
( phút )
5- Lấy mẫu và chuẩn bò mẫu

6017-1995
ISO93971989
TCVN

2- Giới hạn bền nén (N/mm2),
min

pháp thử
TCVN

1- Độ ổn đònh thể tích xác đònh
theo phương pháp Le Chartelier,

Phương

≥ 16,0

≥ 18,0

≥ 30,0

≥ 40,0

≥ 2700

≥ 2700

≤ 12

≤ 12

6016-1995
ISO 6791989
TCVN
4030-85
TCVN

45
375

6017-1995
ISO93971989
TCVN

37


TCVN 6260:1997
1- Thành phần khoáng, hóa
Mức (%)
Tên chỉ tiêu

Phương pháp

PCB 30

PCB 40

1- Tổng hàm lượng phụ gia hoạt tính, đầy,

≤ 40

≤ 40

công nghệ (% khối lượng)

20,0

29,0

1,0

1,0

- Hàm lượng phụ gia công nghệ
2- Hàm lượng MgO (%)

≤ 5,0

≤ 5,0

3- Hàm lượng SO3 (%)

≤ 3,5

≤ 3,5

thử

Trong đó:
- Hàm lượng phụ gia đầy

TCVN 141:86

38


QTCNSX XMP
Các phương pháp sản xuất XMP
 Theo nguyên lý hoạt động của lò nung:
 Xi măng lò đứng
 Xi măng lò quay
 Theo độ ẩm của phối liệu khi đưa vào lò nung: 4 pp:
 Phương pháp khô (0,5-1%: khô)
 Phương pháp bán khô (10-12%).
 Phương pháp bán ướt (16-21%).
 Phương pháp ướt (28-43%: bùn).

 Ở VN:
 Phương pháp khô (< 1%)
 Phương pháp bán khô (12 – 18%: dạng viên).

 Phương pháp ướt (18 – 45%: dạng bùn past)
December 3, 2016

4040


QTCNSX XMP
Pp bán khơ lò đứng
 Phối liệu vào lò được vê thành viên (10÷20mm) với độ ẩm

12÷16% cho vào nung trong lò đứng.
 Nhiên liệu than cũng được tạo viên (2÷5mm), đổ chung lẫn
vào viên phối liệu. Tốt nhất là dùng than cốc hoặc than
antraxit (ít tro, ít chất bốc tạo lửa ngắn). Than cháy truyền
nhiệt gần như trực tiếp cho viên phối liệu, vì vậy, hiệu suất
nhiệt rất cao.
 Để tránh pha lỏng tạo thành quá nhiều ảnh hưởng không
tốt tới sự thông gió, hại tường lò, phối liệu XMP theo
phương pháp bán khô có modul silic cao, modul nhôm MA =
1,5÷1,7, hệ số bão hòa vôi tương đối thấp (KH = 0,86÷0,88).
41


QTCNSX XMP
Pp bán khơ lò đứng

 Nhược điểm:

Chất lượng clinker thấp,
kém ổn đònh, năng suất

thấp, ô nhiễm môi trường.
 Ưu điểm:
Vốn đầu tư thấp, dễ thay
đổi công nghệ, dễ thay đổi
chủng loại sản phẩm.
 Ở Việt Nam, XM lò đứng
của các đòa phương cho sản
lượng khoảng 2,5 – 3 triệu
tấn XMP/năm sẽ không
được đầu tư tiếp tục.
42


III – 2 – SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XMP PHƯƠNG PHÁP ƯỚT
ĐÁ VÔI

ĐẤT SÉT

(Nổ mìn)

QUẶNG SẮT
(FeS2)

(múc, xúc)

ôtô

Băng tải, bơm

Đập nghiền

H2O

Bể bừa bùn

Silo chứa
Cân

Kho chứa

Bể chứa
Cân, bơm

Cân

Cát

MÁY NGHIỀN BI ƯỚT

Bể chứa

-điều chỉnh
-tồn trữ

Nhiên liệu
-Than mòn,
-Dầu

Sấy
Bơm

LÒ QUAY
(1450 0C)

Clinker
12500C

Xuất
clinker

Làm nguội nhanh
-Thiết bò hành tinh
-Thiết bò kiểu ghi

Clinker, 1000C
Nghiền sơ bộ

Phụ gia
-Thạch cao

Silo
(ủû)

-Đất, đá núi lửa

MÁY NGHIỀN MỊN
(nghiền bi, nghiền đứng)

Ximăng

Silo
chứa

Đóng bao
Tiêu thụ

43


QTCNSX XMP
Pp
ướt
lò
quay


Phối liệu được nghiền ướt thành dạng bùn (past, độ ẩm tới 45%),
đi vào lò quay từ đầu phía trên (đầu cao của lò).
 Lò quay là ống trụ dài 120 –150 m, đường kính 2,4 – 4m, đặt
nghiêng 4 – 60, quay với tốc độ 40 - 70 m/s. Nhiên liệu (bột than,
dầu, khí) phun vào đốt trong lò theo hướng ngược với chiều
chuyển động của phối liệu.
 Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt trong lò quay, người ta thường
lắp thêm các thiết bò trao đổi nhiệt phía trong lò như xích sắt,
thiết bò trao đổi nhiệt bằng gốm...

44


QTCNSX XMP

Pp ướt lò quay







Phương pháp ướt chỉ còn áp dụng khi nguyên liệu khai
thác ban đầu có độ ẩm rất cao, nguyên liệu cung cấp CaO
không cứng, dễ tạo huyền phù khi nghiền ướt (đất sét từ
sông, hồ, đầm lầy; đá vôi từ vỉa ngầm có độ ẩm rất cao)
Nhược điểm:
Lò phải dài đủ để mất nước, năng lượng tiêu tốn cao, môi
trường không đảm bảo.
Ưu điểm:
Cho XM có chất lượng cao do quá trình nghiền ướt cho độ
mòn và độ đồng nhất phối liệu cao.

45


QTCNSX XMP
Pp khơ lò quay

 nhằm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt ở mức cao nhất trong lò







quay nung clinker XMP.
Các quá trình biến đổi hóa lý của phối liệu khô (độ ẩm <
1%) xảy ra chủ yếu ở pha rắn (sấy, đốt nóng, phân hủy
cácbonát canxi) được thực hiện trong những thiết bò đặc
biệt gọi là hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo. Phần phản ứng
pha lỏng (tạo pha lỏng, kết khối tạo clinker, làm nguội) thực
hiện nốt trong phần lò quay.
Nhược điểm:
Trước đây, chất lượng có thấp hơn phương pháp ướt.
Ưu điểm: lò quay được giảm bớt chiều dài (còn khoảng 60 –
80m), năng lượng tiết kiệm hơn nhiều so với nung clinker
bằng phương pháp ướt. Vấn đề môi trường cũng được coi là
dễ giải quyết hơn.
46


II – 3 – SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XMP PHƯƠNG PHÁP KHÔ:
ĐÁ VÔI

ĐẤT SÉT

PHỤ GIA
FeS2

Nổ mìn,
khoan

Nghiền trục

Đập nghiền

Kho chứa

Đập , nghiền

Kho chứa

cân

Kho chứa
cân

cân

SẤY NGHIỀN
LIÊN HP

cân

CÁT

Nếu cần bổ sung

SILO CHỨA

(đồng nhất hóa phối liệu)

Nhiên liệu

LÒ NUNG
(14500C)

clinker
MÁY LÀM
NGUỘI

Thạch cao

Đập, nghiền
Nghiền sơ bộ

Phụ gia

Silo ủ clinker
Cân

Xuất clinker

Đập nghiền
Cân

NGHIỀN MỊN
Đóng bao
Tiêu thụ

47