Luận văn thạc sĩ vật liệu xây dựng đề tài Nghiên cứu sử dụng phụ gia thủy hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng portland pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn ở đồng bằng sông cửu long

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

TP.HCM, ngày 31 tháng 10 năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Họ tên học viên:
ĐẶNG THANH KIM MAI
Phái: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh: 18 – 11 - 1976
Nơi sinh: TP.HCM
Chuyên ngành: VẬT LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY DỰNG
MSHV: VLXD13.003
I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sử dụng phụ gia thuỷ hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng
Portland pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn ở Đồng Bằng sông
Cửu Long.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng quan tài liệu.
- Xác định các đặc tính của tro trấu.
- Xác dịnh tỷ lệ phối trộn hợp lý giữa ximăng portland có pha tro trấu.
- Khảo sát các đặc tính cơ lý của ximăng portland có pha tro trấu.
- Phân tích cấu trúc của đá ximăng portland có pha tro trấu.
- Khảo sát độ bền của ximăng portland có pha tro trấu trong môi trường nhiễm
phèn và nhiễm mặn ở Đồng Bằng sông Cửu Long.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện luận văn ghi trong Quyết định
giao đề tài):
09 - 02 – 2004
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31 – 10 – 2004

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên)
1. GS. TSKH. Võ Đình Lương
2. TS. Nguyễn Văn Chánh
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CHỦ NHIỆM NGÀNH

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

GS. TSKH. Võ Đình Lương
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

PGS.TS. Phan Xuân Hoàng

TS. Nguyễn Văn Chánh

TS. Nguyễn Văn Chánh
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH

Ngày
tháng
năm 200
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian gần một năm thí nghiệm và tổng hợp các kết quả
nghiên cứu để hoàn thiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng phụ gia thuỷ hoạt

tính tro trấu chế tạo ximăng Portland pozzoland dùng cho công trình xây
dựng nhiễm phèn mặn ở Đồng Bằng sông Cửu Long“ tôi được sự quan
tâm giúp đỡ của thầy cô Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng, các phòng thí
nghiệm và các bạn học viên K13 chuyên ngành Vật Liệu Xây Dựng.
Kết hợp với sự nổ lực của bản thân và sự động viên của gia đình,
nay đề tài đã được hoàn thành.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới Thầy hướng dẫn
GS.TSKH. Võ Đình Lương và Thầy TS. Nguyễn Văn Chánh đã tận tình
hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn các cán bộ thuộc:
Phòng thí nghiệm nhiệt vi sai – Phân viện mỏ và luyện kim;
Phòng Thạch học – Viện dầu khí Việt Nam Liên Xô;
Phòng thí nghiệm hóa – Công ty ximăng Holcim;
Phòng thí nghiệm Môi Trường – Khoa Kỹ Thuật Môi Trường
–Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM;
Phòng Bê tông – Viện Khoa học công nghệ xây dựng
đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn
này.


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trên cơ sở phân tích quá trình hydrat hóa của ximăng
pozzoland và nguồn pozzoland sẳn có ở Việt Nam, đề tài: “Nghiên
cứu sử dụng phụ gia thuỷ hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng Portland
pozzoland dùng cho công trình xây dựng nhiễm phèn mặn ở Đồng
Bằng sông Cửu Long” được thực hiện dựa trên nguồn phụ gia thủy
hoạt tính là tro trấu thô với nền ximăng portland PC40 Chinfon-Hải
Phòng.

Từ nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, đề tài đã khảo
sát các vấn đề bao gồm:
-

Độ hoạt tính của phụ gia tro trấu,

-

Ảnh hưởng của loại phụ gia này đến quá trình hydrat hóa và
đóng rắn của ximăng portland,

-

Độ bền của đá ximăng portland có phụ gia tro trấu trong các
môi trường nhiễm phèn và nhiễm mặn.

Kết quả nghiên cứu đã khẳng định ximăng portland PC40
Chinfon có pha một lượng thích hợp phụ gia thủy hoạt tính tro trấu sẽ
làm giảm đi đáng kể lượng Ca(OH)2 so với ximăng portland không có
phụ gia.


MỤC LỤC
Phần mở đầu ……………………………………………….......................... 1
Biện luận đề tài …………………………………………………………….. 6
PHẦN TỔNG QUAN
Chương 1.

Tình hình nghiên cứu sử dụng tro trấu

cho ximăng và bê tông trong và ngoài nước

1.1.

Các nghiên cứu ở nước ngoài …………………………………. 8

1.2.

Các nghiên cứu trong nước ………………………..………….. 11

1.3.

Giới hạn phạm vi nghiên cứu ………………………………….12

1.4.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu……………………………..13

Chương 2.
2.1.

Cơ sở khoa học
Tổng quan về pozzoland
2.1.1. Độ hoạt tính của pozzoland ..…………………………. 15
2.1.2. Phân loại pozzoland ..…………………………………. 16
2.1.2.1. Nhóm pozzoland tự nhiên ………………......... 16
2.1.2.2. Nhóm pozzoland nhân tạo ...…………………. 20

2.2.

Ximăng portland pozzoland
2.2.1. Quá trình hydrat hóa của
ximăng portland pozzoland …...………………………. 29
2.2.2. nh hưởng của pozzoland đến
quá trình hydrat hóa ximăng portland ….…………….. 32
2.2.3. Sản phẩm hydrat hóa của
ximăng portland pozzolana ..…………………………. 35
2.2.4. nh hưởng của pozzoland đến
độ bền của ximăng portland ..………………………… 40


Chương 3.

Phương pháp nghiên cứu

3.1.

Phương pháp cơ lý ………………………………………… 43

3.2.

Phương pháp hóa học …….………………………………... 44

3.3.

Phân tích nhiệt vi sai …….………………………………… 46

3.4.

Phân tích Rơnghen ………………………………………… 49

3.5.

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét …………………… 53

PHẦN THỰC NGHIỆM
Chương 4.

Trình tự nghiên cứu và
kết quả kiểm tra tính chất vật liệu

4.1.

Trình tự nghiên cứu ……………………………………….. 55

4.2.

Kết quả kiểm tra
tính chất vật liệu nghiên cứu ……………………………… 59

Chương 5.

Nghiên cứu tính chất kỹ thuật - quá trình hydrat hóa
và độ bền của ximăng portland có pha tro trấu

5.1.

Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý giữa
tro trấu và ximăng portland ……………………………….. 65

5.2.

Nghiên cứu tính chất kỹ thuật và quá trình
hydrat hóa của ximăng portland có pha tro trấu
ứng với cấp phối tối ưu ………………………………......... 69

5.3.

Độ bền của ximăng có tro trấu
trong môi trường xâm thực ………………………………… 81

PHẦN KẾT LUẬN
Kết luận …………………………………………………………………... 96

PHẦN PHỤ LỤC


DANH MỤC BẢNG BIỂU
STT

SỐ BẢNG

TÊN BẢNG BIỂU

Trang

Bảng cường độ chịu nén của ximăng portland và
tro trấu
Bảng phân loại phụ gia hoạt tính

10

24

60

1

Bảng 1.1

2

Bảng 2.1

3

Bảng 2.2

4

Bảng 2.3

5

Bảng 2.4

6

Bảng 2.5

7

Bảng 4.1

8

Bảng 4.2

Bảng thành phần hóa điển hình của tro trấu và một
số loại pozzoland
Bảng hàm lượng SiO2 hoạt tính của tro ứng với
thời gian và nhiệt độ đốt khác nhau
Số liệu tham khảo về tỷ trọng và tỷ diện tích của
ximăng và tro trấu
Bảng sản lượng lua của Việt Nam năm 1999 và
2001
Bảng thống kê tổng hợp các loại mẫu sử dụng để
thí nghiệm
Một số đặc tính cơ lý của ximăng Chinfon PC40

9

Bảng 4.3

Thành phần khoáng của ximăng Chinfon PC40

60

10

Bảng 4.4

Thành phần hóa của ximăng Chinfon PC40

60

11

Bảng 4.5

Các đặc tính cơ lý của tro trấu thí nghiệm

61

12

Bảng 4.6

Thành phần hóa của tro trấu

61

13

Bảng 4.7a

63

14

Bảng 4.7b

15

Bảng 5.1

16

Bảng 5.2

Bảng xác định độ hấp thụ vội của tro trấu (theo
phương pháp nhanh)
Bảng xác định độ hấp thụ vội của tro trấu (theo
phương pháp chậm)
Bảng giá trị cường độ của các cấp phối ximăng thử
nghiệm
Một số đặc tính cơ lý của cấp phối OPC và RHA2

70

17

Bảng 5.3

Bảng các giá trị pH theo thời gian

71

18

Bảng 5.4

72

19

Bảng 5.5

20

Bảng 5.6

21

Bảng 5.7

22

Bảng 5.8

23

Bảng 5.9

Bảng giá trị nhiệt hydrat hóa của mẫu ximăng
OPC và RHA
Bảng thống kê hàm lượng Ca(OH)2 trong mẫu đá
ximăng OPC và RHA2 theo thời gian dưỡng hộ
Bảng kết quả phân tích mẫu nước Bình Chánh và
Cần Giờ

Cường độ của ximăng OPC trong các môi trường
theo thời gian dưỡng hộ
Cường độ của ximăng RHA2 trong các môi trường
dưỡng hộ
Hàm lượng Ca(OH)2 trong OPC và RHA2 theo
thời gian

16

26
28
28
57

64
66

76
83
84
85
86


DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH
STT

SỐ HÌNH

1

Hình 1.1

2

Sơ đồ 2.1

3

Hình 2.1

4

Hình 2.2

5

TÊN ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH
Đồ thị biểu diễn sự phát triển cường độ của
vôi-tro trấu và ximăng
Sơ đồ phân loại pozzoland

Trang
9
17

Hình 2.3

Đá bazan Đức Linh – Bình Thuận dưới kính hiển vi
điện tử quét

Diatomite Tuy An – Phú Yên dưới kính hiển vi điện
tử quét
Tro bay dưới kính hiển vi điện tử quét

18

22

6

Hình 2.4

Silicafume dưới kính hiển vi điện tử quét

23

7

Hình 2.5

Cấu trúc của tro trấu dưới kính hiển vi điện tử quét

25

8

Hình 2.6

26

9

Hình 2.7

Phạm vi nung tro trấu tối ưu theo nhiệt độ và thời
gian nung
Khoáng Ettringite dưới kính hiển vi điện tử quét

10

Hình 2.8

37

11

Hình 2.9

12

Hình 3.1

Khoáng Ettringite ở dạng búi hoặc thảm sợi xếp
song song
Hình dạng 1 số khoáng điển hình trong ximăng
portland pozzolana hydrat
Đường cong phân tích nhiệt vi sai điển hình

48

13

Hình 3.2

Sơ đồ ống phát tia Ximăng portland pozzolana

51

14

Hình 3.3

Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét

54

15

Hình 4.1a

Hình dạng mẫu ximăng (1:0) kích thước 1x1x6(cm)

56

16
17

Hình 4.1b
Hình 5.1

Hình dạng mẫu ximăng (1:3) kích thước 4x4x16(cm)
Đồ thị biểu diễn cường độ nén theo thời gian

56
67

18

Hình 5.2

Đồ thị biểu diễn cường độ uốn theo thời gian

67

19

Hình 5.3

68

20

Hình 5.4

21

Hình 5.5

Đồ thị biểu diễn cường độ uốn theo hàm lượng tro
trấu đưa vào ximăng

Đồ thị biểu diễn cường độ nén theo hàm lượng tro
trấu đưa vào ximăng
Đồ thị biểu diễn độ pH theo thời gian

22

Hình 5.6

Đồ thị biểu diễn nhiệt hydrat hóa theo thời gian

73

23

Hình 5.7

75

24

Hình 5.8

Biểu đồ DTA và TG của ximăng OPC ở 28, 90, 180
ngày
Biểu đồ DTA và TG của ximăng RHA2 ôû 28, 90,
180 ngaøy

19

36

39

68
72

75


25

Hình 5.9

78

Hình 5.13a

Giản đồ Rơnghen của mẫu đá ximăng OPC ở 28, 90
và 180 ngày
Giản đồ Rơnghen của mẫu đá ximăng RHA2 ở 28,
90, 180 ngày
Bề mặt của đá ximăng OPC

26

Hình 5.10

27
28

Hình 5.13b

Bề mặt của đá ximăng RHA2

80

29

Hình 5.14

81

30

Hình 5.15

31

Hình 5.16

32

Hình 5. 17

33

Hình 5.18a

Lổ rỗng mao quản đá ximăng OPC ở 180 ngày với
độ phóng đại 300 và 1000 lần

Lổ rỗng mao quản đá ximăng RHA2 ở 180 ngày với
độ phóng đại 300 và 1000 lần
Đồ thị cường độ nén của ximăng OPC trong các môi
trường dưỡng hộ
Đồ thị cường độ nén của ximăng RHA2 trong các
môi trường dưỡng hộ
DTA và TG của mẫu OPC

34

Hình 5.18b

DTA và TG của mẫu RHA2

87

35

Hình 5.19

89

36

Hình 5.20

37

Hình 5.21

38

Hình 5.22

Biểu đồ phân tích rơnghen của ximăng OPC sau 28
(A), 90 (B) và 240 ngày (C) trong môi trường nước
chứa 10% Na2SO4.10H2O
Biểu đồ phân tích rơnghen của ximăng RHA2 sau
28 (A), 90 (B) và 240 ngày (C) trong môi trường
nước chứa 10% Na2SO4.10H2O
Lổ rỗng mao quản đá ximăng OPC ở 240 ngày với
độ phóng đại 1000 và 1200 lần
Lổ rỗng mao quản đá ximăng RHA ở 240 ngày với
độ phóng đại 250 và 1000 lần

39

Hình 5.23

40

Hình 5.24a

41

Hình 5.24b

Lổ rỗng mao quản khác của đá ximăng RHA ở 240
ngày với độ phóng đại 300 và 1000 lần
Mẫu vữa ximăng RHA ở 240 ngày trong môi trường

nước chứa 10% Na2SO4.10H2O
Mẫu vữa ximăng OPC ở 240 ngày trong môi trường
nước chứa 10% Na2SO4.10H2O

79
80

81
84
85
87

89

90
90

91
93
93


PHẦN MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp ximăng Việt Nam có lịch sử trên 100 năm nhưng việc
nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng cho ximăng mới chỉ thực sự bắt đầu từ những
năm 1960, khi mỏ pozzoland Sơn Tây được phát hiện bởi đoàn địa chất 23 thuộc
Bộ Công Nghiệp Nặng. Tiếp theo năm 1971, đá silic Pháp Cổ được nghiên cứu
đưa vào sử dụng tại nhà máy ximăng Hải Phòng. Đến năm 1977 đá bazan núi Mu
Rùa tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu cũng được nghiên cứu sử dụng làm phụ gia hoạt tính
cho nhà máy ximăng Hà Tiên. Năm 1991 nhà máy ximăng Hà Tiên lại nghiên

cứu đưa vào sử dụng bazan Bến Thắm thuộc huyện Vónh An tỉnh Đồng Nai. Ở
giai đoạn này, việc nghiên cứu và ứng dụng phụ gia khoáng tại các nhà máy
ximăng đã rất phổ biến.

Do đó, trên tinh thần sử dụng nguồn phụ gia sẵn có với ích lợi về mặt kinh
tế nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý của ximăng, năm 1992 dựa trên tiêu
chuẩn của Liên Xô cũ, Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn ximăng portland TCVN
2682:1992. Tiêu chuẩn cho phép ximăng portland được pha tới 15% phụ gia trong
đó phụ gia đầy không quá 10%. Ximăng portland này có 1 loại mác là PC30. Tuy
nhiên, qua thời gian áp dụng TCVN 2682 :1992 đã nảy sinh một số vấn đề bất
cặp như sau:
-

Clinker sản xuất tại các nhà máy có mác cao nên khi pha tới 15% phụ gia

vẫn dư mác. Phần lớn các lô ximăng PC30 xuất xưởng ở các công ty đều đạt mác
PC40, hiệu quả kinh tế bị hạn chế nhưng nếu tăng tỷ lệ pha phụ gia lại vi phạm
tiêu chuẩn.
-

Ở một số công ty khi sử dụng phụ gia không hoạt tính như đá xanh khai

thác tại chổ với tỷ lệ 10% để tăng hiệu quả kinh tế thì hàm lượng mất khi nung
lại vượt quá giới hạn cho phép.


-

Theo định nghóa và thông lệ quốc tế thì thực chất ximăng PC30 của Việt

Nam sản xuất theo TCVN 2682 :1992 thuộc chủng loại ximăng portland hỗn hợp.
-

Về phương pháp thử cường độ ximăng ở các công ty ximăng cũng chưa

đồng nhất với TCVN. Công ty ximăng măng Hà Tiên 1, Hà Tiên 2, Hoàng Thạch
phải sử dụng hệ số chuyển đổi để qui về phương pháp chuẩn.

Để khắc phục những vấn đề nêu trên, đồng thời để hòa đồng với quốc tế
và khu vực về chủng loại ximăng và phương pháp thử đó là sản xuất clinker mác
cao, sau đó pha các loại phụ gia khoáng để sản xuất các loại ximăng khác nhau
nhằm đáp ứng từng đối tượng và mục đích sử dụng, các chủng loại ximăng được
tiêu chuẩn hóa thành 2 nhóm chính:
-

Ximăng portland: là loại ximăng không phụ gia, được sản xuất từ clinker
ximăng portland và sulfat canxi.

-

Ximăng hỗn hợp: là loại ximăng chứa phụ gia khoáng, được sản xuất từ
clinker ximăng portland, sulfat canxi và phụ gia khoáng.
Từ hai nhóm ximăng trên, tiếp tục phân ra các loại ximăng khác nhau theo

tính chất và mục đích sử dụng như ximăng thông dụng, ximăng đóng rắn nhanh,
ximăng bền sulfat, ximăng ít tỏa nhiệt, …

Vì vậy, năm 1997 Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn mới, đó là tiêu chuẩn
ximăng portland hỗn hợp TCVN 6260 :1997 (phụ lục 1). Đây là loại ximăng có
pha phụ gia với hàm lượng tối đa đến 40% trong đó phụ gia đầy không quá 20%,

sử dụng với mục đích thông dụng. Ximăng portland hỗn hợp thông dụng gồm có
hai loại mác là PCB30 và PCB40.

Tiêu chuẩn ximăng portland hỗn hợp thông dụng TCVN 6260:1997 có một
số ưu điểm so với ximăng ximăng portland theo TCVN 2682:1992 như sau:


- Không qui định cụ thể chủng loại phụ gia sử dụng. Nó tạo điều kiện
thuận lợi cho các nhà sản xuất có thể linh hoạt trong việc sử dụng các nguồn
pozzoland có sẵn miễn sao thỏa mãn được các chỉ tiêu cơ lý của ximăng.
- Chỉ tiêu về cường độ là khắc khe hơn. Bởi vì trong phương pháp thử
cường độ theo tiêu chuẩn mới (TCVN 6016:1995) vữa ximăng - cát có tỷ lệ
nước/ximăng cố định là 0,5 trong khi tiêu chuẩn cũ tỷ lệ nước/ximăng qui định là
thấp hơn, từ 0,40 – 0,42 để đạt độ chảy sau khi dằn 106 – 112mm. Như vậy, khi
chúng có cùng giá trị thử thì ximăng portland hỗn hợp bao giờ cũng cao hơn
ximăng portland theo TCVN 2682:1992.

Cũng trong năm 1997, Tổng cục tiêu chuẩn – Đo lường chất lượng đã đưa
vào kế hoạch soát xét lại tiêu chuẩn ximăng portland TCVN 2682:1992. Đến
năm 1999, Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn mới thay thế TCVN 2682:1992, đó
là tiêu chuẩn ximăng portland TCVN 2682:1999 (phụ lục 2). Đây là loại ximăng
không có pha phụ gia ngoại trừ thạch cao và phụ gia công nghệ. Loại ximăng
portland này gồm có 3 loại mác là PC30, PC40 và PC450.

Hiện tại, trên thị trường ximăng Việt Nam, chủng loại ximăng thông dụng
chỉ có 2 loại, đó là ximăng portland và ximăng portland hỗn hợp. Tuy nhiên hiện
nay, thị phần của ximăng portland hỗn hợp PCB30, PCB40 hầu như chiếm ưu thế
hoàn toàn trên thị trường so với ximăng portland (OPC).
Theo hiệp hội ximăng Việt Nam (VNCC) [1] thì lượng ximăng tiêu thụ
trong năm 2003 là 20,02 triệu tấn, tăng gấp đôi so với giai đoạn từ năm 1998 đến

năm 2002. Hiện tại, mức tiêu thụ theo đầu người là 251kg vẫn còn thấp so với
các nước phát triển trong khu vực và trên thế giới. Dự báo nhu cầu về ximăng sẽ
tăng lên 32 triệu tấn vào năm 2006 và từ 40 – 45 triệu tấn vào năm 2010, khi đó
Việt Nam sẽ vượt qua Thái Lan trở thành nước sản xuất ximăng đứng thứ hai
ASEAN sau Indonesia.


Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ ximăng đang gia tăng, nhiều nhà máy ximăng
và các trạm nghiền đã được đầu tư mở rộng hoặc xây dựng mới nhằm tăng năng
suất sản xuất của nhà máy cũng như tăng cường sản lượng ximăng sản xuất trong
năm (bảng1).

Bảng 1: Bảng thống kê các nhà máy ximăng và trạm nghiền đang xây dựng [1]
STT
1

Tên nhà máy
ximăng
Hải Phòng

Địa điểm
xây dựng
Hải Phòng

2

Tam Điệp

3

Thị Vải

Năm hoàn thành
Cuối 2004 đầu 2005

Năng suất
(triệu tấn)
1,4

Ghi chú
Mở rộng

Ninh Bình

Cuối 2004 đầu 2005

1,4

Xây dựng mới

Vũng Tàu

2004

1,3

Xây dựng mới

2007

3,6

Xây dựng mới

4

Sông Gianh

Quãng Bình

2005

1,4

Xây dựng mới

5

Hoàng Thạch

Hoàng Thạch

2005

1,2

Mở rộng

6

Phúc Sơn

Hải Dương

2005

1,8

Mở rộng

7

Sơn La

Sơn La

2005

1,0

Mở rộng

8

ChinFon

Hải Phòng

2006

1,4

Mở rộng

9

Tân Hoa

Tây Ninh

2006

1,5

Xây dựng mới

10

Bình Thuận

Bình Thuận

-

1,0

Xây dựng mới

Từ hàng loạt các dự án mới sắp được hoàn thành từ năm 2004 – 2007 dự
báo một khối lượng lớn ximăng portland hỗn hợp sẽ được tung ra thị trường vào

những năm tới. Điều này cho thấy nhu cầu về phụ gia khoáng sắp tới cũng sẽ
tăng vọt.

Mặt khác, việc tăng phụ gia trong sản xuất ximăng PCB đã mang lại hiệu
quả kinh tế đáng kể. Theo Phòng kỹ thuật Tổng công ty ximăng Việt Nam [2], cứ
tăng 1% phụ gia thì giá thành ximăng sẽ giảm được 2700 đồng/tấn. Lấy mức pha
phụ gia trung bình trước đây là 12% thì nếu sản xuất ximăng PCB30 với mức 22%
phụ gia thì giá thành sản phẩm sẽ giảm được 27000 đồng/tấn.


Do đó, việc tiếp tục tìm kiếm và nghiên cứu để đưa vào sử dụng các
nguồn phụ gia có sẵn trong nước để phục vụ chế tạo ximăng portland hỗn hợp là
một việc làm thiết thực, có ý nghóa lớn về kinh tế và kiõ thuật.


BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI
Sự phát triển nhanh chóng các trạm nghiền và các nhà máy sản xuất
ximăng vào những năm tới đã đẩy mạnh nhu cầu tiêu thụ nguyên liệu đầu vào
nói chung và nguồn phụ gia khoáng cho ximăng nói riêng. Nếu dựa theo dự đoán
của hiệp hội ximăng Việt Nam về nhu cầu tiêu thụ ximăng của cả nước vào năm
2010 khoảng 40 – 45 triệu tấn [1] thì lượng phụ gia khoáng tối đa có thể sử dụng
vào khoảng 11,4 – 12,8 triệu tấn.
Tuy nhiên hiện tại, hầu hết các nhà máy ximăng trên khắp cả nước chỉ tập
trung nghiên cứu khai thác và sử dụng các mỏ phụ gia khoáng có sẵn trong tự
nhiên như đá bazan và tuff bazan (nguồn góc núi lửa) được sử dụng rộng rãi đối
với các nhà máy từ Thanh Hóa trở vào miền Nam. Đá silic và đá vôi đen (nguồn
góc trầm tích) được sử dụng đối với các nhà máy ximăng ở phía Bắc như Hải
Phòng, Hoàng Thạch, Chinfon,… mà chưa quan tâm đến việc nghiên cứu sử dụng
các loại phụ gia khoáng có nguồn gốc nhân tạo.
Trong những năm gần đây, ở nhiều nước trên thế giới đã và đang nghiên

cứu tro trấu (một phế phẩm nông nghiệp) như là một loại phụ gia hoạt tính cao
dùng trong ximăng. Tro trấu có nhiều ưu điểm nổi bật như hàm lượng oxit silic
hoạt tính rất cao, nguồn nguyên liệu tại chỗ.
Trong khi đó ở nước ta, đặc biệt là đồng bằng sông Cửu Long có sẵn một
nguồn trấu rất lớn từ việc sản xuất lúa gạo. Nguồn trấu này là tiềm năng để sản
xuất tro trấu làm phụ gia hoạt tính cho ximăng. Đồng thời trong quá trình sản
xuất tro trấu còn có thể tạo ra một nhiệt lượng khá lớn phục vụ các mục đích
khác như sản xuất các loại vật liệu nung, sấy nông sản, chạy máy phát điện,…
Mặt khác, mỗi loại phụ gia, mỗi nguồn phụ gia riêng biệt có ảnh hưởng
khác nhau đến tính chất của ximăng và bê tông. Đồng thời tiêu chuẩn ximăng
portland hỗn hợp 6260 – 1997 cũng qui định: “Tất cả các nguồn phụ gia khoáng
trước khi đưa vào sử dụng phải qua các bước nghiên cứu xác định bản chất, caáu


trúc, thành phần hóa, thành phần khoáng, hàm lượng các tạp chất có hại đối với
ximăng và bê tông, độ hoạt tính của phụ gia, ảnh hưởng của chúng đến tính chất
của ximăng và bê tông.”
Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng tro trấu như là một phụ gia khoáng hoạt
tính nhằm bổ sung thêm vào nguồn phụ gia khoáng hiện đang sử dụng để phục vụ
cho việc sản xuất ximăng portland pozzoland là vấn đề cần thiết, vừa mang lại
hiệu quả kinh tế vừa giúp xử lý phế thải nông nghiệp, bảo vệ môi trường. Đặc
biệt là đối với nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới như Vieät Nam.


CHƯƠNG 1
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO TRẤU CHẾ
TẠO CHẤT KẾT DÍNH VÀ BÊ TÔNG
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
Trên thế giới, tro trấu đầu tiên được nghiên cứu ứng dụng trên cơ sở chất

kết dính vôi-tro trấu. Năm 1976, Paul [2] đã trộn tro trấu với vôi để sản xuất gạch
blốc dùng cho xây dựng. Tỷ lệ tối ưu giữa vôi và tro trấu là 1:2 theo khối lượng.

Đến năm 1988, Yuan Cheng Ping [3] đã nghiên cứu phát triển chất kết
dính vôi tro trấu, cấp phối tối ưu giữa vôi và tro trấu mà ông đưa ra cũng là 1:2
nhưng có pha thêm 2,5% thạch cao. Ứùng với cấp phối này, khi so sánh sự phát
triển cường độ của chất kết dính vôi-tro trấu với cường độ ximăng portland ông
kết luận, mặc dù cường độ của chất kết dính vôi-tro trấu thấp hơn nhiều so với
cường độ của ximăng portland tại cùng thời điểm. Tuy nhiên, tốc độ phát triển
cường độ của 2 loại chất kết dính này là như nhau đến 28 ngày tuổi, nhưng sau 28
ngày, cường độ của chất kết dính vôi-tro trấu có khuynh hướng không phát triển
nữa trong khi cường độ của ximăng portland thì vẫn phát triển mạnh (hình 1.1).

Sau đó, rất nhiều nghiên cứu về chế độ nung, nghiền tro trấu để nâng cao
hoạt tính của tro trấu dùng chế tạo phụ gia cho bê tông. Kết quả nghiên cứu được
tóm tắt dựa trên một số nghiên cứu điển hình như sau:


Hình 1.1. Đồ thị biểu diễn sự phát triển Rn của vôi-tro trấu và ximăng portland

Cook và cộng sự của ông [4] đã nghiên cứu sử dụng tro trấu làm phụ gia
hoạt tính cho bê tông để nghiên cứu sự từ biến và sự co ngót của bê tông. Tro
dùng nghiên cứu được nung ở 4500C trong 4 giờ, thành phần tro gồm 93% SiO2,
2,3%K2O và 3% lượng mất khi nung. Độ mịn của tro là 32% lượng còn sót trên
sàng 75µm. Kết quả nghiên cứu cho thấy với 30% tro trấu thay thế cho ximăng so
với mẫu đối chứng thì không có sự khác biệt. Thể tích mẫu bê tông thay đổi tùy
thuộc vào tỷ số Nước/XM.
Chopra [5] đã sử dụng tro trấu khi nung trong 2 giờ ở nhiệt độ 6000C để
nghiên cứu cường độ của ximăng tro trấu khi thay đổi tỷ diện tích bề mặt và tỷ lệ
N/CKD (bảng 1.1), hàm lượng tro trong ximăng là 20%. Kết quả cho thấy tốc độ

phát triển cường độ tăng khi độ mịn tăng. Cường độ của ximăng tro trấu với độ
mịn tro 7000 cm2/g cao hơn so với cường độ ximăng không có tro trấu chỉ sau 3
ngày. Tỷ diện diện tích bề mặt tro tăng làm tăng tỷ lệ N/CKD do sự cần nước của
tro tăng.


Bảng 1.1. Cường độ chịu nén của ximăng portland và ximăng tro trấu
% tro trong
ximăng

Tỷ diện bề
mặt (cm2/g)

N/CKD

0

3780

20

Cường độ chịu nén (kgf/cm2)

0,42

3 ngày
252

7 ngày
313

28 ngày
480

5500

0,43

182

272

435

20

7000

0,45

260

387

528

20

8500

0,47

280

491

608

Bảng 1.1 còn cho thấy, ximăng-tro trấu có cường độ chịu nén thấp hơn một
ít so với bêtông ximăng Portland trong thời gian từ 3 – 7 ngày đầu nhưng càng về
sau (sau 28 ngày) cường độ bêtông ximăng-tro trấu tăng tương đương với cường
độ ximăng Portland.
Yousif [6] sau khi nghiên cứu sự ảnh hưởng tro trấu đến các tính chất cơ lý
của bê tông ximăng tro trấu tác giả đã kết luận rằng, cường độ của mẫu bê tông
ximăng tro trấu với 30% tro trấu tương tự như mẫu bê tông ximăng portland thông
thường ở 60 ngày mặc dù lượng nước nhào trộn của tro trấu nhiều hơn 25%.
Đặc điểm khác là bêtông ximăng-tro trấu cũng có cường độ chịu uốn thấp
hơn một ít so với bêtông sử dụng ximăng Portland, tuy nhiên độ võng của dầm
bêtông cốt thép sử dụng ximăng-tro trấu cao hơn một ít so với dầm bêtông cốt
thép sử dụng ximăng Portland tại tất cả các cấp tải trọng.
Ngoài ra, các nghiên cứu cũng cho thấy bêtông ximăng- tro trấu có độ bền
va đập cao hơn và nhiệt thủy hoá thấp hơn so với so với bêtông sử dụng ximăng
Portland [7]. Với ưu điểm này, bêtông ximăng-tro trấu được nghiên cứu ứng dụng
trong xây dựng mặt đường giao thông, sân bay, bãi đậu xe và trong xây dựng các
kết cấu khối lớn như xây dựng đập thủy điện, …
Tóm lại, tro trấu nếu được nung ở một điều kiện nhiệt độ, thời gian và môi
trường thích hợp sẽ là loại phụ gia có hoạt tính cao, chất lượng ổn định. Hoàn
toàn có thể sản xuất tro trấu với chất lượng cao, đáp ứng tốt các yêu cầu kinh tế
và kỹ thuật nhằm phục vụ cải thiện, nâng cao chất lượng bê tông ximăng.

1.2. Các nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam trước đây tro trấu đã được sử dụng như một vật liệu phụ trong
quá trình sản xuất vật liệu xây dựng chẳng hạn như trộn với đất sét nung gạch
hoặc trộn với vôi và ximăng làm chất kết dính,…tuy nhiên hiệu quả đạt được là
không cao. Trong khoảng 10 năm gần đây, việc nghiên cứu chế tạo tro trấu để
ứng dụng chúng làm phụ gia cho ximăng và bêtông nhằm đạt hiệu quả cao hơn
đang là vấn đề rất được quan tâm. Hầu hết các trường, viện chuyên ngành trong
cả nước đều tham gia nghiên cứu. Chẳng hạn như Trường Đại học Xây Dựng Hà
Nội đã nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao mac 600 sử dụng tro trấu thay
silica fum và đã kết luận rằng, mặc dù ở tuổi sớm ngày cường độ vữa và bê tông
tro trấu đạt được không cao, hoàn toàn phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD, tuy nhiên ở
tuổi 28 ngày cường độ nén đạt được lớn hơn 70 Mpa. Cường độ bê tông tro trấu
đạt hiệu quả tối ưu phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD và lượng tro trấu thay thế cho
ximăng[8].
Trường Đại học Bách Khoa TpHCM cũng đã nghiên cứu ứng dụng tro trấu
để chế tạo chất kết dính ximăng tro trấu và khảo sát các tính năng cơ lý của bê
tông ximăng tro trấu [9]. Kết quả khảo sát cho cũng cho rằng bê tông tro trấu có
cường độ phát triển chậm trong thời gian 3 – 7 ngày đầu so với bê tông ximăng
nhưng cường độ của nó vẫn phát triển tương đương sau thời gian 28 ngày khi
dưỡng hộ trong môi trường nước. Tính dẽo của hỗn hợp bê tông ximăng tro trấu
giảm đi rất nhanh từ 55 – 77,27% trong thời gian 1 giờ. Tính chất này sẽ ảnh
hưởng lớn đến cường độ bêtông và công tác thi công, biện pháp khắc phục nhược
điểm này của bêtông RHA là sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước với hàm lượng
từ 0,2 – 0,25%.
Viện KHCN Xây Dựng đã tham gia giải quyết vấn đề công nghệ chế tạo
tro trấu trong công nghiệp thông qua đề tài nghiên cứu sản xuất microsilica từ tro
trấu để chế tạo bê tông và vữa cường độ cao. Kết quả nghiên cứu của họ là cho
ra đời sản phẩm có tên là “Micros – T” cùng với thiết kế chi tiết một thùng đốt

trấu công suất 1000kg/ngày đêm. Theo Viện KHCN Xây Dựng, sản phẩm này là
phụ gia bê tông thế hệ mới dạng bột có thành phần chủ yếu là silíc oxit siêu mịn,
dùng để sản xuất ximăng chất lượng đặc biệt. Bê tông có sử dụng Micros – T sẽ
tăng cường độ, tăng khả năng chống thấm và cải thiện tính công tác.
Tóm lại, tro trấu cũng là một phụ gia khoáng có chất lượng cao, có thể sử
dụng làm phụ gia cho ximăng hoặc khi được nung và nghiền ở một chế độ thích
hợp, tro trấu còn có thể sử dụng như một phụ gia với tính năng cao tương tự như
silicafume. Khi đó, các tính chất cơ lý cũng như độ sít đặc của ximăng và bê tông
cũng được cải thiện đáng kể.

1.3. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Từ các nghiên cứu về tro trấu ở trong nước và nước ngoài ta thấy, vấn đề
nghiên cứu ứng dụng tro trấu làm phụ gia cho ximăng nhằm bổ sung vào nguồn
pozzoland có nguồn gốc tự nhiên sẵn có hiện nay để phục vụ nhu cầu sắp tới về
pozzoland của ngành công nghiệp ximăng Việt Nam trong sản xuất ximăng
portland pozzoland là vấn đề thiết thực cần phải được quan tâm.
Trên cơ sở đó, mục tiêu nghiên cứu của luâïn văn được lựa chọn là ứng
dụng tro trấu chế tạo ximăng portland pozzoland. Đề tài tập trung nghiên cứu quá
trình hydrat hóa và cấu trúc vi mô của ximăng portland tro trấu, đồng thời tập
trung khảo sát độ bền của nó trong điều kiện sử dụng ở Việt Nam.
Do tro trấu thuộc loại pozzoland nhân tạo có hoạt tính cao so với các loại
pozzoland thiên nhiên nên hứa hẹn sẽ cải thiện chất lượng ximăng portland
pozzoland. Đặc biệt với trữ lượng không hạn chế nhất là đối với đất nước có nền
nông nghiệp phát triển như Việt Nam.
Việc nghiên cứu sử dụng tro trấu làm phụ gia cho ximăng không những
giúp mang lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật mà còn góp phần bảo vệ môi trường
chẳng hạn như vừa có thể tận dụng được nguồn nhiệt năng của trấu thông qua
các lò sấy lúa, sấy nông sản hoặc các lò sản xuất vật liệu nung,…. vừa xử lý
được nguồn tro phế thải này.

1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
¾

Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu ứng dụng phụ gia thủy hoạt tính tro trấu chế tạo ximăng

portland pozzoland.

¾

Nhiệm vụ nghiên cứu:
-

Xác định độ hoạt tính của tro trấu.

-

Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý giữa ximăng portland và tro trấu.

-

Khảo sát độ bền, khả năng chống ăn mòn và các tính chất cơ lý khác
của ximăng portland có pha tro trấu.

-

Những nghiên cứu khảo sát trên, được mô tả trên các đồ thị biểu diễn
tính tương quan giữa liều lượng sử dụng tro đến các tính chất cơ lý của

ximăng portland có pha tro trấu. Đồng thời giải thích các ảnh hưởng
của tro trấu trong cấu trúc ximăng portland thông qua các hình ảnh
chụp cấu trúc của tro, ximăng portland và ximăng portland có pha tro
trấu.


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC
2.1.

TỔNG QUAN VỀ POZZOLAND
Pozzoland (còn gọi là phụ gia thủy hoạt tính) là vật liệu vô cơ hoạt tính

giàu oxit silic (SiO2*) và oxit nhôm (Al2O3*) ở dạng vô định hình. Khi được nghiền
mịn có khả năng hút vôi mạnh trong dung dịch nước vôi, đồng thời khi pha vào
vôi với tỷ lệ phù hợp tạo nên vữa vôi bền nước hoặc khi nghiền trộn chung với
clinker và thạch cao thì tạo thành ximăng portland pozzoland cũng có tính bền
nước tốt hơn ximăng portland. Do đó, phụ gia khoáng còn được gọi là phụ gia
thủy hoạt tính.

2.1.1. Độ hoạt tính của pozzoland
Khả năng phản ứng với vôi của pozzoland, là chỉ tiêu đặc trưng cho độ
hoạt tính của chúng. Phản ứng này chủ yếu là quá trình kết hợp các thành phần
hoạt tính (SiO2* và Al2O3*) với canxi hydroxit Ca(OH)2.
Độ hoạt tính của từng loại pozzoland được đánh giá theo hai thông số, một là
lượng vôi cực đại mà nó có thể kết hợp, hai là tỷ lệ phần trăm mà chúng kết hợp
với nhau.

Lượng vôi kết hợp cực đại còn gọi là độ hút vôi của pozzoland. Độ hút vôi là
lượng mg CaO bị hấp phụ bởi 1g pozzoland sau 30 ngày đêm với 15 lần chuẩn

bằng dung dịch HCl 0,1N. Pozzoland có độ hút vôi càng mạnh thì độ hoạt tính
càng cao và ngược lại. Theo 14TCN74-88 phân loại pozzoland theo độ hoạt tính
như sau:
Bảng 2.1. Bảng phân loại phụ gia hoạt tính
Phân cấp hoạt tính

Độ hút vôi (mgCaO/1g phụ gia)


Loại rất mạnh

> 150

Loại mạnh

100 – 150

Loại trung bình mạnh

70 – 100

Loại trung bình

50 – 70

Loại yếu

30 –50

Tỷ lệ phần trăm của sự kết hợp giữa vôi và pozzoland còn gọi là chỉ số

hoạt tính. Theo TCVN 6016:1995 thì chỉ số hoạt tính của ximăng là tỷ lệ phần
trăm giữa giới hạn bền nén của mẫu chứa pozzoland và giới hạn bền nén của
mẫu chuẩn không chứa pozzoland ứng với 28 ngày tuổi.
Công thức xác định:
I=

R
100(%)
R0

Ro (daN/cm2): giới hạn bền nén của mẫu chuẩn,
R (daN/cm2): giới hạn bền nén của mẫu chứa pozzoland thử nghiệm,
I (%):chỉ số hoạt tính của ximăng.

2.1.2. Phân loại pozzoland
Hội nghị quốc tế lần thứ 6 về hóa học ximăng tổ chức tại Moscow năm
1974 đã thống nhất và phân loại pozzoland gồm 2 nhóm chính đó là nhóm phụ
gia hoạt tính tự nhiên và nhóm phụ gia hoạt tính nhân tạo (sơ đồ 2.1).
2.1.2.1. Nhóm pozzoland tự nhiên
Là loại phụ gia khoáng có thể cho hoạt tính sau khi được nghiền mịn
mà không cần phải qua quá trình gia công nhiệt.
Ngoại trừ Diatomite có nguồn gốc từ xương của các loại tảo, tất cả các
loại pozzoland tự nhiên khác được tìm thấy từ đá và khoáng núi lửa.


Pozzoland tự
nhiên
Đá bazan,
Tuff núi lửa,
Trass

Diatomite

Thủy tinh
núi lửa

Diatomite
lẫn sét

Tro bay
(Fly ash)

Tro trấu
(Rice Husk
Ash)

Silicafume

Các vật liêu hoạt
tính nhiệt

Đá phiến sét
nung

Đất sét
nung

Pozzoland
nhân tạo

Sơ đồ 2.1. Phân loại pozzoland
¾

Các phụ gia có nguồn gốc từ núi lửa được hình thành từ nham thạch trong

quá trình phun trào khi núi lửa hoạt động. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất
thấp, nham thạch núi lửa nhanh chóng nguội lạnh và rắn chắc lại không kịp kết
tinh. Các khoáng này tồn tại chủ yếu ở dạng pha thuỷ tinh hoặc gần giống như
thuỷ tinh và hầu hết ở dạng vô định hình. Mặt khác, trong quá trình phun trào
nham thạch có sự quyện lẫn không khí nhưng khi rắn chắc các chất khí và hơi
nước không kịp thóat ra để lại nhiều lổ rỗng trong cấu trúc của đá. Các loại đá
này vừa có cấu tạo ở dạng rỗng xốp với tỷ diện tích bề mặt cao, vừa có cấu trúc
lộn xộn, không tồn tại ở trạng thái cân bằng cho nên chúng dễ dàng xảy ra phản
ứng khi tiếp xúc với dung dịch vôi. Đây là nguyên nhân cơ bản dẫn đến khả năng
hoạt tính của các loại puzzolan tự nhiên có nguồn gốc từ đá và khoáng núi lửa
như đá bazan xốp, thuỷ tinh núi lửa, tuff núi lửa...khi nghiền mịn.


Hình 2.1. Đá bazan Đức Linh – Bình Thuận (nguồn: TLTK 10)
Hình 2.1 là hình dạng rỗng xốp của một loại đá bazan ở Đức Linh – Bình
Thuận chụp dưới kính hiển vi điện tử quét với độ phóng đại 500 lần.

Ở Việt Nam, pozzoland tự nhiên có nguồn gốc từ đá và khoáng núi lửa
được tìm thấy chủ yếu là loại đá bazan. Nhiều mỏ đá như đá bazan Mu Rùa,
bazan Sóc Lu và bazan Long Phước ở Bà Rịa-Vũng Tàu, bazan Bến Thắm ở Vónh
An – Đồng nai, bazan Hà Dương Hà Trung – Thanh Hóa, bazan Phủ Q-Nghệ
An, bazan Hòa Thạch – Hà Tây, bazan Quỳnh Thắng – Nghệ An, … đã được
nghiên cứu và đưa vào sử dụng.
¾

Diatomite là loại đá trầm tích có nguồn góc sinh vật. Khi chết phần vỏ của

tảo diatome lắng xuống và dần dần tích tụ ở các tốc độ khác nhau trong hồ hoặc
biển tạo thành đá Diatomite. Vỏ của các loại tảo này có thành phần chủ yếu là
silic chiếm 70 – 80 % khối lượng toàn bộ của đá. Dạng cấu trúc điển hình của
chúng là vô định hình, ẩn tinh và vi tinh (hình 2.2).