Giáo trình Thí nghiệm viên cơ lý xi măng

Bộ xây dựng
Viện KHCN vật liệu xây dựng
-------------KS. Mai Văn Thanh, KS Nguyễn Thị Tuyết San,
KS Nguyễn Đình Lợi, KS Nguyễn Văn Đoàn
Chủ biên: KS. Nguyễn Thị Tuyết San

Giáo trình đào tạo
Thí nghiệm viên cơ lý xi măng
(Lu hành nội bộ)

Hà Nội, 1999


Mục lục
Trang
Lời nói đầu............................................................................................................. 3
Chơng 1 Giới thiệu chung ................................................................................... 5
1. Một số khái niệm cơ bản. .............................................................................. 5
2. Các loại xi măng ............................................................................................ 6
2.1. Xi măng poóc lăng ..................................................................................... 6
2.2. Xi măng poóc lăng hỗn hợp ....................................................................... 7
2.3. Xi măng poóclăng puzơlan ......................................................................... 7
3. Đặc trng của clanhke xi măng poóc lăng ...................................................... 9
Chơng 2 Kỹ THUậT SảN XUấT XI MĂNG ..................................................... 17
1. Nguyên, nhiên liệu và phụ gia ..................................................................... 17
2. Quá trình công nghệ sản xuất xi măng........................................................ 20
3. Tính phối liệu để sản xuất clanhke . ............................................................ 29
Chơng 3 Tính chất kỹ thuật của xi măng poóc lăng .......................................... 34
1. Tính ổn định thể tích ................................................................................... 34
2. Độ mịn xi măng ........................................................................................... 35
3. Khối lợng riêng và khối lợng thể tích...................................................... 37

4. Lợng nớc tiêu chuẩn và thời gian đông kết ............................................. 38
5. Cờng độ xi măng. ...................................................................................... 40
6. Nhiệt thủy hoá của xi măng. ....................................................................... 43
7. Độ bền ăn mòn của đá xi măng . ................................................................. 44
8. Sự co nở thể tích của đá xi măng ................................................................. 45
9. Độ trắng của xi măng .................................................................................. 45
Chơng 4 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm cơ lý xi măng .................................... 48
1. Máy nén ....................................................................................................... 48
2.Máy uốn........................................................................................................ 51
3. Máy trộn kiểu chuyển động hành tinh ........................................................ 53
4. Máy trộn kiểu Bêgun ................................................................................... 55
5. Máy rung ..................................................................................................... 56
6. Máy dằn ....................................................................................................... 57
1


7. Bàn dằn ........................................................................................................ 59
8. Khuôn tạo mẫu thử độ bền uốn, nén theo TCVN 4032 185 và TCVN 6016:
1995 ................................................................................................................. 60
9. Khuôn tạo mẫu thử độ nở sun phát theo TCVN 6068: 1995 ...................... 60
10. Thiết bị đo sự thay đổi chiều dài thanh vữa............................................... 61
11. Dụng cụ Vica ............................................................................................. 62
12. Khuôn Le Chatelier ................................................................................... 64
13. Chảo và bay trộn mẫu ................................................................................ 66
14. Thùng luộc mẫu ......................................................................................... 66
15. Thiết bị xác định bề mặt riêng của xi măng .............................................. 66
16. Bình xác định khối lợng riêng ................................................................. 67
17. Máy xác định độ trắng .............................................................................. 68
18. Thiết bị xác định nhiệt thủy hoá của xi măng ........................................... 69
Chơng 5 Phơng pháp thí nghiệm cơ lý xi măng .............................................. 71

1. Một số đặc điểm cơ bản. ............................................................................. 71
2. Phơng pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ...................................................... 73
3. Xác định khối lợng riêng và khối lợng thể tích. ...................................... 75
4. Xác định độ mịn của xi măng ..................................................................... 78
5. Xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết của hồ xi măn. ............. 84
6. Xác định độ ổn định thể tích của xi măng. ................................................. 90
7. Xác định cờng độ xi măng. ....................................................................... 92
8. Xác định nhiệt thủy hoá ............................................................................ 110
9. Xác định độ nở sunphát ............................................................................. 119
10. Xác định độ co, nở của đá xi măng ......................................................... 124
11. Xác định độ trắng .................................................................................... 125
Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 129

2


Lời nói đầu
Giáo trình đào tạo thí nghiệm viên cơ lý xi măng do Viện Khoa học
công nghệ Vật liệu xây dựng biên soạn, phục vụ cho công tác đào tạo thí nghiệm
viên làm nhiệm vụ kiểm nghiệm các tính chất cơ lý xi măng.
Giáo trình vừa cung cấp những kiến thức cơ bản về kỹ thuật sản xuất và
các tính chất của xi măng poóc lăng, vừa đa ra các phơng pháp kiểm tra chất
lợng của chúng theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam.
Ngoài ra, giáo trình cũng là tài liệu tham khảo tốt cho các chuyên gia, kỹ
s, cán bộ kỹ thuật quan tâm đến lĩnh vực này.
Giáo trình gồm năm chơng đợc bố cục trong 2 phần, do nhóm kỹ s lâu
năm, có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực sản xuất và kiểm tra đánh giá chất
lợng xi măng biên soạn, cụ thể nh sau:
Phần thứ nhất: Đại cơng về xi măng poóc lăng, gồm chơng 1, 2 và 3.
- Chơng 1: Giới thiệu chung.

- Chơng 2: Kỹ thuật sản xuất xi măng.
Hai chơng này do kỹ s Mai Văn Thanh biên soạn.
- Chơng 3: Tính chất kỹ thuật của xi măng poóc lăng. Do kỹ s Nguyễn
Thị Tuyết San biên soạn.
Phần thứ hai: Thí nghiệm cơ lý xi măng, gồm chơng 4 và 5.
- Chơng 4: Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm cơ lý xi măng. Do kỹ s
Nguyễn Đình Lợi biên soạn.
- Chơng 5: Phơng pháp thí nghiệm cơ lý xi măng. Do kỹ s Nguyễn Thị
Tuyết San và kỹ s Nguyễn Văn Đoàn biên soạn.
Tài liệu đã đợc các chuyên gia đóng góp ý kiến, hiệu đính, song do xuất
bản lần đầu nên không tránh khỏi sai sót. Ban biên tập rất mong nhận đợc ý
kiến đóng góp của bạn đọc trong quá trình sử dụng.
Nhân dịp này, Ban biên tập xin chân thành cảm ơn sự đóng góp của các
chuyên gia, đồng nghiệp.
Ban biên tập

3


PhÇn thø nhÊt

ĐẠI CƯƠNG VỀ XI MĂNG POÓC LĂNG


Chơng 1
Giới thiệu chung
1. Một số khái niệm cơ bản.
- Xi măng theo tiếng La tinh là Cement có nghĩa là sự gắn kết, là chất
kết dính. Đó là sản phẩm nhận tạo đợc nghiền mịn, khi trộn với nớc tạo thành
dạng vữa có độ dẻo nhất định, tự cứng đợc trong không khí và trong nớc, kết

dính đợc với nhau hoặc với cát, sỏi, đá dăm v.v tạo thành khối rắn chắc.
- Hồ xi măng là hỗn hợp của xi măng trộn với nớc. Trong thí nghiệm
thờng gọi là vữa 1:0. Hồ xi măng sau khi đông cứng đợc gọi là đá xi măng.
- Vữa xi măng-cát là hỗn hợp của xi măng trộn với cát và nớc. Tùy theo
tỷ lệ về khối lợng giữa xi măng với cát mà gọi là vữa 1:3 hay 1:2,5 tức là 1 phần
xi măng trộn với 3 phần hay với 2,5 phần cát. Tuỳ theo lợng nớc trộn mà vữa
có độ dẻo khác nhau và đợc gọi là vữa cứng (tức là vữa bán khô) hay vữa dẻo.
Trong xây dựng, vữa xi măng - cát thờng đợc gọi là vữa xi măng.
- Thời gian đông kết là khoảng thời gian tính từ khi trộn xi măng với nớc
cho đến khi vữa xi măng đông quánh lại và mất tính dẻo.
- Khoáng là danh từ chỉ trạng tái tồn tại của vật chất ở trạng thái rắn, đợc
tạo thành do sự kết hợp của một số nguyên tố. Ví dụ: khoáng Can xít là trạng
thái tồn tại của hợp chất cacbonat can xi (CaCO3) kết tính ở dạng khối lập
phơng (là thành phần chủ yếu của đá vôi), khoáng quắc zít là trạng thái tồn tại
của oxit silíc (SiO2) kết tinh ở dạng lăng trụ xiên (là thành phần chủ yếu của cát).
- Cách viết ký hiệu khoáng: Đối với các khoáng chất đợc hình thành từ 2
hay nhiều hợp chất (ô xít hoặc muối), để đơn giản ngời ta thờng viết tắt theo
quy định chung.
Ví dụ: khoáng tri canxi silicat có công thức đầy đủ là 3CaO.SiO2 đợc viết
tắt là C3S. ở công thức 3CaO.SiO2: số 3 ngang hàng với chữ CaO nghĩa là 3 phân
tử CaO, dấu chấm là dấu ngăn cách hai loại oxít, số 2 trong ký hiệu SiO2 viết
thấp hơn nghĩa là có 2 nguyên tử ôxi trong phân tử ôxít silic. ở công thức c3S: C3
là ký hiệu của 3CaO; S là ký hiệu SiO2. Tơng tự ta viết khoáng đi canxi silicat
2CaO.SiO2 = C2S; tri canxi aluminat 3CaO.Al2O3 = C3A; tetra canxi alumoferit
4CaO.Al2O3O3.Fe2O3 = C4AF v.v.
- Phối liệu là hỗn hợp các loại nguyên liệu đợc trộn với nhau theo một tỷ
lệ nào đó là đợc tính toán trớc.

5

- Clanhke là sản phẩm nhận đợc 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
CaSO4.2H2O, đợc dùng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của hồ xi
măng.
- Phụ gia xi măng: Đợc chia làm 3 loại
+ Phụ gia công nghệ đợc 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 thờng đợc gọi theo
công dụng của nó nh 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 SiO2, Al2O3 hoạt
tính có khả năng phản ứng với hydroxit can xi - Ca(OH)2 tạo thành các khoáng
bền vững với nớc trong quá trình đóng rắn của xi măng. Phụ gia hoạt tính đợc
đa 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 thờng dùng ở Việt Nam nh 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 đợc đa vào xi măng chủ yếu để tăng sản lợng mà không
làm giảm chất lợng của xi măng, trong một số trờng hợp cũng có thể cải thiên
một số tính chất của xi măng và bê tông. Các phụ gia trơ thờng dùng ở Việt
Nam nh đá vôi, đá silic, cát, sỏi granit v.v
2. Các loại xi măng
Xi măng có nhiều chủng loại. Tuỳ theo thành phần, tính chất và ứng dụng của xi
măng, ngời ta chia xi măng thành các loại khác nhau nh xi măng poóclăng, xi
măng puzơlan, xi măng hỗn hợp, xi măng bền sun phát, xi măng giếng khoan
v.v..
2.1. Xi măng poóc lăng

Xi măng poóc lăng do Jojep Aspdin (ngời Anh) phát minh vào năm 18
12. Đây là chất kết dính thuỷ lực, đợc chế tạo bằng cách nghiền mịn clanhke xi
măng poóc lăng với thạch cao. Khi nghiền có thể pha thêm một lợng 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 nớc, xi măng poóc
lăng có ký hiệu quy ớc là PC (viết tắt của chữ Portland Cement) hoặc OPC
6


(Ordinary. Portland Cement). Xi măng poóc lăng là loại xi măng đợc sử dụng
nhiều nhất trong xây dựng dân dụng và công nghiệp.
2.2. Xi măng poóc lăng hỗn hợp
Xi măng poóc lăng hỗn hợp cũng đợc chế tạo từ clanhke xi măng poóc
lăng và thạch cao, nhng 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
đợc vợt quá 20% . Xi măng poóc lăng hỗn hợp có ký hiệu quy ớc là PCB
(viết tắt của chữ Blended Portland Cement). Xi măng poóc lăng hỗn hợp đợc sử
dụng chủ yếu trong xây dựng thông thờng .
2.3. Xi măng poóclăng puzơlan
Xi măng poóc lăng puzơlan (Pz) cũng là một loại xi măng hỗn hợp, nhng
khác ở chỗ là phụ gia pha vào khi nghiền xi măng chỉ gồm 15 - 40% puzơlan
(phụ gia hoạt tính). Xi măng poóc lăng puzơlan có độ bền nớc cao nên đợc sử
dụng chủ yếu trong xây dựng các công trình ngầm, công trình thuỷ công hoàn
toàn ngập trong nớc, nhng không đợc sử dụng cho các phần công trình có
mức nớc ngầm hay thay đổi và chịu sự khô - ẩm luân phiên .
2.4. Xi măng poóc lăng xỉ
Xi măng poóc lăng xỉ (Px) cũng là một loại xi măng hỗn hợp, nhng khác
ở chỗ là phụ gia pha vào khi nghiền xi măng chỉ gồm 15 - 60% xỉ lò cao hạt hoá.
Khi hàm lợng xỉ lò cao hạt hoá trong xi măng lớn hơn 60%, xi măng đợc gọi

là xi măng xỉ. Xỉ lò cao hoạt hoá là phế thải của công nghiệp luyện kim, có
nhiều u điểm và hoạt tính hơn puzơlan. Vì vậy, ngoài phạm vi sử dụng nh xi
măng poóc lăng puzơlan, xi măng pha xỉ lò cao còn đợc dùng làm xi măng bền
sun phát. . .
2.5. Xi măng bền sun phát
Xi măng bền sun phát là loại xi măng đặc biệt, đợc sử dụng trong xây
dựng các công trình chịu sự ăn mòn của các ion SO42- nh các công trình có tiếp
xúc với nớc biển, nớc mặn, nớc lợ và nớc chua phèn v.v. . . Tuỳ theo khả
năng chống lại sự ăn mòn sun phát của xi măng, ngời ta chia thành xi măng bền
sun phát thờng và xi măng bền sun phát cao.
Xi măng bền sun phát thờng (ký hiệu là PCS hay SRC = Sulfate Resistance
Portland Cement) phải có hàm lợng khoáng C3A < 8% và C3S < 58%. Loại xi
7


măng này thờng dùng cho các công trình tiếp xúc với nớc ngầm có chứa hàm
lợng ion SO42- từ 1500 đến 2500 mg/ lít. ở Việt Nam có các loại PCS30, PCS40
và xi măng xỉ bền sun phát .
Xi măng bền sun phát cao (ký hiệu là PCHS hay HSRC = High Sulfate
Resistance Portland Cement) phải có hàm lợng khoáng C3A < 5% và C4AF+
C3A < 25%. Loại xi măng này thờng dùng cho các công trình tiếp xúc với nớc
ngầm có chức hàm lợng ion SO42- từ 2500 đến 4000 mg/ lít. ở Việt nam có các
loại PCHS30, PCHS40. Ngoài ra còn có xi măng bền sun phát cao chứa ban
(HSRC.B40) có chứa từ 2 đến 5% BaO có thể dùng trong các môi trờng có chứa
hàm lợng ion SO42- đến 10000 mg/ lít.
Cần chú ý là khi hàm lợng ion SO42- < 1500 mg/ lít thì không cần sử dụng xi
măng bền sun phát và chỉ cần đùng 4 loại xi măng nói trên (PC, PCB, Pz, Px).
2.6. Xi măng giếng khoan
Xi măng giếng khoan (Well Cement) là loại xi măng đặc biệt chuyên dùng
để bơm trám các giếng khoan thăm dò, khai thác dầu và khí. Xi măng này có yêu

cầu là đóng rắn bình thờng ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao để có thể bơm
trám vào sâu trong lòng đất .
ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, nếu dùng 5 loại xi măng đã nói trên chúng
sẽ bị đông cứng ngày nên không thể bơm /trám đợc.
2.7. Xi măng trắng.
Xi măng trắng đợc dùng để hoàn thiện và trang trí công trình hoặc sản
xuất gạch lát nền. Yêu cầu của loại xi măng này là phải chứa rất ít các loại xít
tạo màu nh Fe2O3 , TiO2, Cr2O3, MNO v.v... Xi măng trắng (PCW = White
Portland Cement) chứa chủ yếu là các khoáng C3S, của và đợc phân biệt theo độ
trắng. Loại đặc biệt có độ trắng lớn hơn 80%, loại I có độ trắng lớn hơn 75% và
loại II có độ trắng lớn hơn 68% so với BaSO4 tinh khiết .
Để có đợc xi măng màu, ngời ta pha trộn xi măng trắng với các loại xít
màu khác nhau. Màu của xi măng chính là màu của xít pha vào. Tuỳ theo tỷ lệ
chất màu nhiều hay ít sẽ có đợc màu đậm hay nhạt theo ý muốn. Ví dụ: pha
thêm Fe2O3 sẽ đợc xi măng màu đỏ, pha thêm Cr2O3 sẽ đợc xi măng màu xanh
Crôm .
Ghi chú: Ngoài các loại xi măng thờng gặp nh trên còn có các loại xi
măng chuyên dụng đợc gọi tên theo chức năng của chúng. Ví dụ nh xi măng
8


dòng rắn nhanh cờng độ ban đầu cao, xi măng mác cao, xi măng ít toả nhiệt, xi
măng dãn nở, xi măng dự ứng lực, xi măng làm đờng, xi măng dể sản xuất tâm
sóng măng, xi măng chịt nhiệt, xi măng chống phóng xạ, xi măng chịu axít v.v...
Mỗi loại xi măng có yêu cầu kỹ thuật riêng và đợc chế tạo theo công nghệ khác
nhau mà trong giáo trình này không đề cập tới.
3. Đặc trng của clanhke xi măng poóc lăng
3.1. Thành phần hoá học
3.1.1. Hàm lợng các ôxít
Clanhke xi măng poóc lăng chứa 4 ôxít chính là CaO, SiO2 , Al2O3, Fe2O3

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 lợng nhỏ nh MgO,
TiO2, SO3, MnO, Cr3O3, P2O5, BaO, K2O, Na2O.
Thành phần hoá học là một trong những chỉ tiêu quan trọng để nhận biết
và đánh giá chất lợng của clanhke và xi măng. Các xít này đợc 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
phơng pháp phân tích hoá học có thể xác định hàm lợng các xít có trong
clanhke, xi măng và các loại nguyên liệu; phụ gia. Hàm lợng của các xít chính
cần đợc khống chế chặt chẽ trong quá trình sản xuất, vì tỷ lệ giữa chúng quyết
định chất lợng của clanhke và xi măng.
Đối với clanhke xi măng poóc lăng, hàm lợng % của các xít thờng nằm
trong giới hạn sau:
CaO = 58 - 67 Fe2O3 = 2,0 - 5,0 SO3 = 0, 1 - 0,5
SiO2 = 18 - 26 MgO = 0,5 - 5,0 K2O = 0,3 - 0,7
Al2O3 = 4 - 8 TiO2 = 0, 1 - 0,3 NaO = 0, 1 - 0,3
Trong sản xuất, để giảm nhiệt độ nung clanhke ngời ta có thể sử dụng
một số phụ gia khoáng hoá nh crômit, apatit, barit, thạch cao, huỳnh thạch v.v...
Hàm lợng của các ôxít khoáng hoá (nếu có) thờng nằm trong khoảng sau:
MnO = 0, 1 - 0,3% ; Cr3O3 = 0, 1 - 0,3%
P2O5 = 0, 1 - 0,25% ; BaO = 0,5 - 1,5%
3.1.2. 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 CaCO3). Hàm lợng
CaO trong clanhke càng cao thì khi đóng rắn xi măng sẽ phát triển cờng độ
9


càng nhanh và có cờng độ càng cao. Tuy nhiên, muốn xi măng có chất lợng
cao, yêu cầu hầu hết lợng 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 cờng 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 trờng xâm thực và làm giảm độ bền nớc của bê tông.
b) Ôxít Silic (SiO2): là thành phần rất quan trọng của clanhke và đứng thứ
2 về số lợng sau CaO. Nguồn cung cấp SiO2 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 lợng SiO2 trong clanhke nhiều mà CaO vừa đủ thì xi
măng sẽ đóng rắn chậm, cờng độ ban đầu thấp. Tuy nhiên sau thời gian dài
đóng rắn (khoảng sau 1 năm), đá xi măng sẽ có cờng độ cao. Ngoài ra, xi măng
còn có nhiều tính chất quý khác nh ít toả nhiệt khi đóng rắn, bền trong các môi
trờng xâm thực, độ bền nớc cao.
c) Ôxít nhôm (Al2O3): Phản ứng với ôxít canxi và ôxít sắt tạo thành các
khoáng canxi aluminat và canxi alumoferit. Nguồn cung cấp Al2O3 chủ yếu là
đất sét và tro than. Clanhke chứa nhiều Al2O3 sẽ cho X; măng có thời gian đông
kết ngắn tốc độ phát triển cờng độ nhanh, cờng độ cao, nhng toả nhiều nhiệt
khi đóng rắn và kém bền trong các môi trờng xâm thực.
d) Ôxít sắt (Fe2O3): 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. Fe2O3 phản ứng với CaO và Al3O3 tạo thành
khoáng canxi alumoferit nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Nguồn cung cấp Fe2O3 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 cờng độ thấp và tốc độ
đóng rắn chậm. Ngoài ra, nếu hàm lợng Fe2O3 quá lớn sẽ tạo nhiều chất nóng
chảy gây dính lò, khó nung; nếu hàm lợng Fe2O3 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 lợng 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 đa vào. MgO thờng lẫn trong đá vôi, đất sét và tro than. Với hàm

lợng nhỏ (0,2: 0,5 %) nó tạo thành dung dịch rắn với khoáng C3S làm tăng hoạt
tính của khoáng này. Nhng nếu hàm lợng 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
10


ứng rất chậm với nớc, gây ra nở thể tích và phá vỡ cấu trúc của đá xi măng. Vì
vậy, hầu hết các nớc đều quy định hàm lợng MgO trong clanhke xi măng
không đợc vợt quá 5 - 6%.
f) Ôxít titan (TiO2): là tạp Chất thờng có trong đất sét, hàm lợng TiO2 trong
clanhke rất nhỏ nhng lại là tạp chất có lợi cho quá trình tạo khoáng.
g)Ôxít ma ngan (MnO: thờng có trong quặng sắt và đá vôi. MnO ở hàm 1ợng
nhỏ có vai trò nh Fe2O3 và có tác dụng tốt đến quá trình tạo khoáng, nó có thể
thay thế đồng hình cho Fe2O3 trong các khoáng canxi alumoferit tạo thành dung
dịch rắn.
h)Ôxít kiềm (Na2O và K2O): Chủ yếu do đất sét đa 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 hởng đến hoạt động của lò nung. Phần kiềm
còn lại trong clanhke làm giảm cờng độ của xi măng. Nếu hàm lợng lớn hơn
1% sẽ rất nguy hiểm vì chúng tác dụng với SiO2 hoạt tính của chất liệu, gây ra
hiện tợng 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 lợng kiềm tính theo công thức Na2O + 0,658 K2O (Na2Oeq) phải nhỏ
hơn 0,6%.
i) Anhydric sunfuric (SO3): Khi nung clanhke, lu huỳnh có trong nhiên
liệu (than, dầu) và trong nguyên liệu (đất sét, quặng sắt) bị đốt cháy thành SO3
bay hơi ở vùng nung. Một phần SO3 bay theo khói lò là chất có hại cho môi
trờng và sức khoẻ, một phần hoá hợp với kiềm và ôxi tạo thành K2SO4 và
Na2SO4 làm ảnh hởng đến hoạt động của lò. Một phần SO3 nằm lại trong
clanhke ở dạng khoáng sufoaluminat, là khoáng có lợi cho cờng độ của đá xi

măng.
k) Các ôxít Crôm (Cr2O3), Phốt pho (P2O5) bari (BaO): là các ôxít có lợi
cho quá trình tạo khoáng clanhke. Với hàm lợng 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 nớc . Vì vậy chúng thờng đợc gọi là các ôxít khoáng hoá.
Nhng với hàm lợng lớn, chúng lại làm giảm cờng độ của xi măng do cản trở
quá trình tạo thành khoáng C3S , là khoáng chủ yếu tạo ra cờng độ của đá xi
măng.
3.2. Thành phần khoáng
Khi nung phối liệu ở nhiệt độ cao ( 1 100 - 1500oC), ôxít bazơ CaO phản
ứng với các ôxít axít SiO2, Al2O3, Fe2O3 tạo thành 4 khoáng chính của clanhke là
11


C4AF (tetracanxi alumoferit), C3A (tricanxi aluminat), C2S (dicanxi silicat), C3S
(tricanx; Silicat). Phản ứng hoá học tạo thành các khoáng này có thể đơn giản
hoá nh sau:
4CaO + Al2O3 + Fe2O3 = CaO.Al2O3Fe2O3 viết tắt là C4AF
3CaO + Al2O3 = 3CaO.Al2O3 viết tắt là C3A.
2CaO + SiO2 = 2CaO.SiO2 viết tắt là C2S
CaO + 2CaO.SiO2 = 3CaO.SiO2 viết tắt là C3S
Hàm lợng của các khoáng này trong clanke xi măng poóc lăng nằm trong
giới hạn sau: C3S = 37: 60%, C2S = 15: 40%, C3A = 5: 15%, C4AF = 10: 18%.
Tổng các khoáng chính chiếm 95: 97%; trong đó C3S + C2S = 75: 80%,
C3A + C4AF = 18. 25 %.
Trong thực tế sản xuất, do ảnh hởng của nhiều yếu tố công nghệ khác
nhau nh 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 thờng không
phải là dạng tinh khiết mà chỉ đợc tạo thành ở dạng dung dịch rắn với các ôxít
tạp chất khác. Để xác định các khoáng clanhke, ngời ta sử dụng các phơng

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...
3.2.1.Đặc trng của các khoáng clanhke
a) Khoáng alít (54CaO. 16SiO2.Al2O3.MgO = C54Si6AM): là khoáng Chính
của clanhke xi măng poóc lăng. Alít là dạng dung dịch rắn của khoáng C3S với
ôxít Al2O3 và MgO lẫn trong mạng lới tinh thể thay thế vị trí của SiO2. Khoáng
C3S đợc tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 1250oC do sự tác dụng của CaO với
khoáng C2S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến 2065oC. Alít có cấu trúc
dạng tấm hình lục giác, màu trắng và có khối lợng riêng 3, 15 -3,25 g/cm3, có
kích thớc 10: 250 àm ( 1àm = 1 0-6m)
Khi phản ứng với nớc, 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 cờng độ cao và phát triển cờng độ nhanh.
Đồng thời nó cũng thải ra lợng Ca(OH)2 khá nhiều nên kém bền trong nớc
ngọt và nớc chứa ion sun phát.
b) Khoáng belít (C2S): có cấu trúc dạng hạt tròn, nằm phân bổ xung
quanh các hạt alít. Belít là một dạng thù hình của khoáng C2S, tồn tại trong
clanhke khi làm nguội nhanh. Trong quá trình nung clanhke, do phản ứng của
12


CaO với SiO2 ở trạng thái rắn tạo thành khoáng C2S ở nhiệt độ 600- 1 100oC.
Khoáng C2S có 4 dạng khác nhau về hình dạng cấu trúc và các tính chất, gọi là 4
dạng thù hình, đó là: -, , - và - C2S.
Khi tăng nhiệt độ: - C2S
Khi làm lạnh: C2S
Khi làm lạnh clanhke, nếu tốc độ làm lạnh chậm sẽ xảy ra sự biến đổi thù
hình từ dạng C2S thành dạng -C2S kèm theo hiện tợng clanhke bị tả thành bột
vì có sự tăng thể tích. Nguyên nhân là dạng -C2S có khối lợng riêng là
2,97g/cm3, nhỏ hơn khối lợng riêng của dạng -C2S là 3,28 g/cm3. Ngoài ra, C2S không có tính kết dính nên xi măng có chứa -C2S sẽ có cờng độ thấp. Vì

vậy, để tránh hiện tợng tả clanhke do sự biến đổi thù hình từ -C2S

-C2S,

cần phải làm lạnh nhanh vợt qua nhiệt độ 575oC. Khoáng -C2S cũng có thể
đợc ổn định bằng cách đa một số ion tạp chất nh P2O5 BaO, V2O5 v.v. vào
mạng lới cấu trúc của nó tạo thành dung dịch rắn. Khi phản ứng với nớc,
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 cờng độ cao. Tốc độ phát triển cờng độ của khoáng be lít chậm
hơn khoáng lít, phải sau 1 năm đóng rắn cờng độ của bè lít mới bằng của lít. Be
lít thải ra lợng Ca(OH)2 ít hơn lít nên nó tạo cho đá xi măng be lít có độ bền
trong nớc ngọt và nớc chứa ion sunfat cao hơn đá xi măng lít.
c) Khoáng canxi aluminat (C3A): là chất trung gian màu trắng nằm xen
giữa các hạt alít và be lít cùng với alumoferit canxi (C4AF) . Trong thành phần
của C3A cũng chứa một số tạp chất nh SiO2, Fe2O3, MgO, K2O, NaO.
Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với alít tạo ra cờng độ ban đầu của
đá xi măng. Xi măng chứa nhiều C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn. C3A có khối
lợng riêng là 3,04 g/cm3, nó là khoáng rất hoạt tính với nớc nên bị hydrat hoá
rất nhanh, tạo ra cờng độ cao cho đá xi măng nhng kém bền trong nớc và
trong môi trờng sun phát.
d) Khoáng Canxi alumoferit (C4AF): cũng là chất trung gian, có khối
lợng riêng 3,77g/cm3, màu đen, nằm xen giữa các hạt alít và belít cùng với
khoáng C3A. Khi nung clanhke, do phản ứng của CaO với Fe2O3 tạo thành các
khoáng nóng chảy ở nhiệt độ thấp (600: 700oC) nh CaO.Fe2O3 (CF), C2F. Sau
đó các khoáng này tiếp tục phản ứng với Al2O3 tạo thành các khoáng canxi
alumoferit có thành phần thay đổi nh C2F, C6A2F, C4AF, C6AF2 các khoáng này
13

bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250oC và trở thành pha lỏng cùng với các
khoáng canxi aluminat, tạo ra môi trờng cho phản ứng tạo thành khoáng C3S,
nên chúng thờng đợc gọi là chất trung gian hoặc pha lỏng clanhke.
Khi tác dụng với nớc, canxi alomoferit bị thuỷ hoá chậm, ít toả nhiệt và
cho cờng 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 C3A, C4AF, MgO (periclaz), CaOtd v.v... không kịp kết
tinh để tách khỏi pha lỏng, khi đó pha thuỷ tinh sẽ nhiều. Ngợc 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 lợng dự trữ lớn làm cho clanhke rất
hoạt tính và sẽ tạo cho đá xi măng có cờng độ ban đầu cao. Khi làm lạnh chậm,
các khoáng sẽ kết tinh hoàn chỉnh, kích thớc lớn nên độ hoạt tính với nớc 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.
3.2.2. Tính hàm lợng 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, ngời ta thờng 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 đợc nhiều nớc sử dụng và đã đợc
tiêu chuẩn hoá là:
Khoáng canxi silicat:
C3S = 4,07.%CaO - 7,6.%SiO2 - 6,72.%Al2O3 - l,42.%Fe2O3 - 2,85%SO3
C2S = 2,87.%SiO2 - 0,75.%CaO
Tuỳ theo giá trị của mô đun aluminat (p) thì khoáng canxi aluminat và
canxi alumoferit đợc tính nh sau:
Khi p > 0,64: C3A = 2,65.%Al2O3 - l,692%Fe2O3
Và C4AF = 3 , 043.% Fe2O3
Khi p < 0,64: C2(A,F) = 1, 1%Al2O3 + 0,7.%Fe2O3

3.3. Các hệ số chế tạo clanhke
Để thuận tiện trong quá trình tính toán và kiểm tra, khống chế sản xuất,
ngời ta đã tìm cách xây dựng mối tơng quan giữa các xít, các khoáng với
14


nhau. Thông qua các hệ số chế tạo này ngời ta có thể dự đoán đợc khả năng
chế tạo clanhke và chất lợng của sản phẩm.
3.3.I. Biểu diễn quan hệ giữa các ôxit bằng các hệ số
Hệ số bão hoà vôi. Là tỷ lệ của lợng CaO còn lại trong clanhke sau khi
đã liên kết đủ với Al2O3, Fe2O3 và SO3 so với lợng CaO cần thiết đủ liên kết với
tất cả lợng SiO2 để tạo thành khoáng C3S .
Theo cách tính của Kind: .
KH = (C - l,65.A - 0,35.F - 0,7.SO3)/ 2,8.S
Theo công thức của Lea và Parker:
LSF = 100.C/ (2,8.S + 1, 18.A + 0,65. F)
Khi hệ số bão hoà vôi càng lớn thì khả năng tạo thành C3S càng nhiều.
b) Mô đun silicat: Đặc trng cho tỷ lệ giữa pha rắn (các khoáng silicat) và
pha lỏng nóng chảy (các khoáng aluminat và alumoferit) có trong clanhke ở
nhiệt độ cao.
n=S/(A+F)
Khi p càng cao thì pha lỏng nóng chảy càng ít, clanhke càng khó kết
luyện.
c) Mô đun aluminat. Đặc trng cho độ nhớt của pha lỏng nóng chảy của
clanhke ở nhiệt độ cao.
p=A/F
Khi p càng lớn thì độ nhớt của pha lỏng nóng chảy càng lớn, phản ứng tạo
khoáng C3S càng khó.
*) Ký hiệu S, A, F, C trong các công thức trên là hàm lợng % của các
ôxít SiO2, Al2O3, Fe2O3 cao tơng ứng có trong clanhke.

3.3.2. Quan hệ giữa các khoáng với các hệ số
a) Tính các hệ số chế tạo clanhke từ thành phần khoáng chọn trớc:
KH = (C3S + 0,885. C2S) / (C3S + 1,33.C2S)
n = (C3S + 1,33 (C2S). / (l,434.C3A + 2,046. C4AF)
p = (l,l5.C3A / C4AF) + 0,64 .
b) Tính kiểm tra thành phần khoáng từ các hệ số chế tạo và các ôxít sau khi đã
phân tích biết thành phần hoá học của clanhke (công thức của Kind):
C3S = 3,8(3KH - 2).S

C2S = 8,6(l - KH).s
15


C3A = 2,65 (A - o,64F)

C4AF = 3,043F

Hoặc tính thành phần khoáng theo các hệ số (công thức của Kind):
C3S = [3,8n (p + 1)(3KH - 2) 100] / [n(p + l)(2,8KH + l) + 2,65p + 1,35]
C2S = [8,6n (p + l) ( 1 - KH) 100] / [n(p + 1)(2,8KH + 1) + 2,65p + 1,35]
C3A = [2,65p - 1 ,7) 100] / [n(p + 1)(2,8KH + 1) + 2,65p + 1,35]
C4AF = [3,04.100] / [n(p + l)(2,8KH + 1) + 2,65p + l,35]
Trong sản xuất công nghiệp, thờng khống chế các hệ số chế tạo clanhke
xi mắng poóc lăng trong khoảng sau:
KH = 0,86 - 0,95; n = 2,0 - 2,7; p = 0,9 - 1,7.
CÂU HỏI Và BàI TậP
1. Nêu khái niệm xi măng, bê tông, clanhke, thạch cao và phụ gia xi măng?
2. Viết công thức đầy đủ và gọi tên các khoáng C3S , C2S , của và C4AF?
3. Nêu ự giống nhau và khác nhau giữa các loại xi măng poóc lăng (PC), poóc
lăng hỗn hợp (PCB), poóc lăng puzơlan (Pz) và poóc lăng xỉ (Px)?

4. Nêu đặc điểm và lĩnh vực sử dụng của các loại xi măng bền sun phát, xi măng
giếng khoan và xi măng trắng?
5. Hàm lợng phần trăm của 4 ôxít chính trong clanhke xi măng poóc lăng nằm
trong giới hạn nào? Làm thế nào để xác định đợc chúng?
6. Nêu vai trò của các ôxít trong clanhke xi măng poóc lăng?
7. Viết phơng trình phản ứng và điều kiện nhiệt độ để tạo thành 4 khoáng chính
của clanhke? Nêu đặc trng của các khoáng đó .
8. Tính các hệ số chế tạo và thành phần khoáng của mẫu clanhke, biết thành phần
hoá học sau khi phân tích đợc nh sau:
SiO2 = 2 1,25%,. Al2O3 = 5, 15%, Fe2O3 = 3,97%, CaO = 63,54%.
MgO = 1,52%, SO3 - 0,35%, K2O = 0,35%, NaO = 0, 18%
9. Tính các hệ số chế tạo cần khống chế để chế tạo đợc clanhke có thành phần
khoáng yêu cầu là:
C3S = 55%, C2S = 2 1%, C3A = 6% và C4AF = 15%.

16


Chơng 2
Kỹ THUậT SảN XUấT XI MĂNG
1. Nguyên, nhiên liệu và phụ gia
Nh 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 đợc phối liệu có đủ 4 ôxít
chính là CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 và hạn chế đến mức thấp nhất các tạp chất có
hại nh MgO, K2O, Na2O và lu huỳnh.
Hai nguyên liệu chính thờng đợc 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
SiO2, Al2O3 và Fe2O3. 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 đợc một loại đá vôi và đất sét
nào đó có đủ thành phần nh ý muốn. Vì vậy trong sản xuất thờng phải sử dụng
thêm phụ gia có chứa nhiều ôxít sắt để bổ sung Fe2O3 (Ví dụ nh quặng sắt hoặc
xỉ pyrit, quặng laterit) hoặc phụ gia có chứa nhiều ôxít silic để bổ sung SiO2 ví
dụ nh 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 đợc 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 nh 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 thờng đợc sử dụng để sản
xuất clanhke nh sau:
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 lợng của các
chất là: CaCO3 - 85%; MgCO3 - 5%; K2O + Na2O - l%.
Thông thờng, các nhà máy xi măng ở Việt Nam đều sử dụng đá vôi có hàm
lợng CaCO3 = 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
nhng phải khai thác và để lâu ngày cho ma rửa trôi hết muối NaCl. Đa phấn có
17


chứa CaCO3 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. Đất sét
Theo TCVN 607 1: 1996, hỗn hợp đất sét đợc sử dụng làm nguyên liệu
để sản xuất xi măng poóc lăng phải có hàm lợng các ôxít trong khoảng sau:

SiO2 = 55: 70% , Al2O3 = 10: 24% , K2O + Na2O - 3% .
Các nhà máy xi măng ở Việt Nam hầu hết đều sử dụng đất sét đồi có hàm
lợng SiO2 = 58:66%, Al2O3 = 14 - 20%, Fe2O3 = 5.10%, K2O + Na2O = 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 thờng có hàm lợng SiO2 thấp hơn, Al2O3 và
kiềm cao hơn, nên thờng phải sử dụng thêm phụ gia có chứa nhiều ôxít silic để
bổ sung SiO2. Nếu trong đất sét có nhiều ôxít kiềm (K2O + Na2O) thì khi cần sản
xuất xi măng yêu cầu hàm lợng 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
lợng ôxít kiềm nhng vẫn đảm bảo đợc các hệ số chế tạo clanhke.
1.3. Phụ gia cao silic
Là phụ gia có chứa nhiều ôxít silic, đợc sử đung để điều chỉnh mô đun
silicatri = S/ (A + F) trong trờng hợp nguồn đất sét của nhà máy có hàm lợng
SiO2 thấp các phụ gia cao silic thờng đợc sử dụng là các loại đất cao silic hoặc
đá silíc có hàm lợng SiO2 > 80%. Ngoài ra, ở những nơi không có nguồn đất
cao silic có thể sử dụng cát mịn, nhng khi nghiền mịn phối liệu sẽ khó hơn và
SiO2 trong cát thờng nằm ở dạng quăczit khó phản ứng hơn, nên cần phải sử
dụng thêm phụ giá khoáng hoá để giảm nhiệt độ nung clanhke.
1.4. Phụ gia cao sắt
Là phụ gia có chứa nhiều ôxít sắt, đợc 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
lợng Fe2O3 theo yêu cầu. Các loạt phụ gia cao sắt thờng đợc sử dụng ở Việt
Nam là: Xỉ pirit Lâm Thao (phế thải của công nghiệp sản xuất H2SO4 từ quặng
pirit sắt) chứa 55 - 68% Fe2O3 quặng Sắt (ở Thái Nguyên, Thanh Hoá, Quảng
Ninh) chứa 65:85% Fe2O3 hoặc quặng laterit (ở các tỉnh miền Trung, miền
Nam) chứa 35: 50% Fe2O3.
1.5. Phụ gia cao nhôm
Là phụ gia có chứa nhiều ôxít nhôm, cũng đợc sử dụng để điều chỉnh mô
đun aluminat (p =A/F) trong trờng hợp nguồn đất sét của nhà máy chứa quá ít
Al2O3. Nguồn phụ gia cao nhôm thờng là quặng bô xít (ở Lạng Sơn, Cao Bằng,

18


Hải Hng) có chứa Al2O3: 44: 58%. cũng có thể sử dụng cao lanh hoặc tro xỉ
nhiệt điện làm phụ gia bổ sung ôxít nhôm, nhng tỷ lệ sử dụng khá cao nên hiệu
quả kinh tế thấp hơn.
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 nh: quặng fluorit còn gọi là huỳnh thạch (chứa
CaF2) quặng phốtphorit (chứa P2O5 quặng barit (chứa BaSO4) thạch cao (chứa
CaSO4) 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.
1.7. Nhiên liệu
Nhiên liệu khi cháy sẽ cung cấp nhiệt lợng 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 đợc
clanhke, cần phải nung nóng phối liếu đến nhiệt độ 1450 - l500oC. Chất lợng
nhiên liệu ảnh hởng 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 - CH4) vì
nó dễ cháy, thiết bị đốt đơn giản, nhiệt lợng cao và không có tro.
Nhiên liệu tốt thứ hai là dầu (thờng sử dụng dầu FO) cũng có nhiệt lợng
cao (hơn 9000 kcal/kg) và không có tro, dễ cháy, nhng thiết bị đốt phức tạp hơn
và phải có bộ phận hâm sấy và lọc dầu.
Nhiên liệu rắn đợc sử dụng phổ biến nhất là than antraxít, có chứa 65:

85% cacbon, có nhiệt lợng 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 (SiO2 = 58: 68%, Al2O3 = 23: 28%, Fe2O3 = 3- 8 %
và một ít tạp chất khác). Lợng tro than này cũng tham gia vào phản ứng tạo
khoáng clanhke nên khi tính phối liệu phải coi nó nh 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 đợc nghiền thật mịn và đợc
phun vào lò (đối với lò quay) hoặc nghiền cùng với phối liệu (đối với lò đứng).

19


Để sản xuất xi măng có hiệu quả, cần sử dụng loại than có hàm lợng tro
than ít, nhiệt lợng cao và hàm lợng lu huỳnh (tạo ra SO3 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 lợng Qd > 6 100 kcal/kg và hàm
lợng tro A < 19%, hàm lợng lu huỳnh S < 2%). Loại than tốt nhất ở Việt
Nam là than ở mỏ than Hòn Gai (Quảng Ninh).
2. Quá trình công nghệ sản xuất xi măng
Quá trình công nghệ sản xuất xi măng thờng đợc chia thành 3 giai đoạn
chính tách rời nhng 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 đợc 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 trớc lại là nguyên liệu của giai đoạn tiếp theo.
Sơ đồ khối của quá trình công nghệ sản xuất xi măng nh sau:

a. Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là gia công sơ bộ các loại
nguyên nhiên liệu nh đá vôpi, đất sét, các loại phụ gia, than v.v... đến kích
thớc và độ ẩm yêu cầu để có thể cấp cho máy nghiền, sau đó định lợng 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 (phơng pháp khô)

20


c) Quá trình công nghệ: Tuỳ theo cách chế tạo phối liệu mà gọi là sản
xuất theo phơng pháp khô hay phơng pháp ớt.
+ Khi sản xuất theo phơng pháp khô: các loại nguyên liệu, phụ gia đợc
đập nhỏ sơ bộ, sấy khô đến độ ẩm W < 2%, đợc 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
đợc nghiền mịn thành bột khô đến độ mịn nhỏ hơn 10% (tính theo lợng còn lại
trên sàng No008 - kích thớc mắt sàng là 0,08mm). Bột phối liệu đợc chứa vào
các silô đợc đảo trộn hoặc sục khí nén cho đồng nhất và sau đó đợc cấp cho lò
nung ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy xi măng đều sản xuất theo phơng pháp
này.
+ Khi sản xuất theo phơng pháp ớt: đá vôi, đất sét, phụ gia sau khi đợc
đập nhỏ sơ bộ sẽ đợc nghiền cùng với nớc tạo thành dạng bùn ớt (bùn pate) có
độ ẩm W = 35 - 37% và đợc 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 tơng đối.
Trong quá trình sản xuất, bùn đợc bơm vào các giếng và đợc kiểm tra, phân
tích độ ẩm, thành phần hoá học. Sau đó phối trộn với nhau để điều chế đợc bùn
phối liệu có thành phần hoá học theo yêu cầu. Khi đã đạt yêu cầu, bùn phối liệu
thờng xuyên đợc 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 phơng 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 ngời ta không xây dựng các nhà
máy sản xuất theo phơng pháp ớt nữa vì tuy công nghệ nghiền đơn giản hơn,
không phải sấy nguyên liệu, dễ nghiền mịn hơn, dễ đồng nhất hơn nhng 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. . .
d) Kiểm tra chất lợng nguyên liệu và sản phẩm:
Để đảm bảo chất lợng của quá trình sản xuất, nguyên nhiên liệu đa vào
sản xuất cần phải tập kết theo lô, lấy mẫu kiểm tra độ ẩm, thành phần hoá học.
Nguyên liệu đa 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 (dới 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 lợng nguyên, nhiên liệu.
Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất lợng yêu cầu.
21


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:
CaCO3 > 90%; MgCO3 < 6%; SiO2 < 5%; lợng đất lẫn < 8%; kích thớc
khai thác đa 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:
- SiO2 >55%; Al2O3 > 8%; lợng đá lẫn < 3%; kích thớc và độ ẩm trớc
khi đa 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.
- Mẫu trung bình đống trong kho ở khu vực dự định đa vào sản xuất.
* Chỉ tiêu kiểm tra:
- Kích thớc và độ ẩm trớc khi đa 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 đa 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 lợng lu huỳnh, nhiệt độ bắt cháy
v.v..
- Than cám 3: Hàm lợng tro, A = 10: 15%; Chất bốc, V < 6% đối với xi
măng lò đứng), V= 8: 10%; Nhiệt lợng , Qd > 6500 kcal/kg;
Độ ẩm , W< 12%.
Than cám ca: Hàm lợng tro A = 1 5: 1 9%; chất bốc V < 6% (đối với xi
măng lò đứng V= 8: 10%); nhiệt lợng Qd > 6 100 kcal/kg; độ ẩm W< 12%.
22


- Kích thớc và độ ẩm trớc khi đa 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 (%CaCO3 + %MgCO3) = Tít tính toán + 0,5. Thông thờng,
phối liệu không có than, T= 78: 80%; phối liệu có than , T = 65: 67%
- Hàm lợng CaO, Fe2O3 kiểm tra nhanh bằng máy phân tích canxi, sắt)
- Hàm lợng 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 No008 < 10%.
2.2. Giai đoạn nung clanhke
a) Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là nung bột phối liệu khô, bùn
phối liệu ớt hoặc viên phối liệu ẩm thành clanhke.
b) Sơ đồ dây chuyền công nghệ nung clanhke:
+ Dây chuyền lò quay phơng pháp khô:

23


24