Tài liệu Thiết kế phân xưởng chuẩn bị phối liệu cho nhà máy sản xuất xi măng theo công nghệ lò quay, phương pháp khô – công suất 1.200.000 tấn clanhke năm

Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. 4 CHƯƠNG I: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XI MĂNG TRÊN THẾ GIỚI........................6 VÀ VIỆT NAM 1.1 Lịch sử phát triển của xi măng thế giới:...................................................................6 1.2 Lịch sử phát triển của xi măng Việt Nam:..............................................................6 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ XI MĂNG POÓC LĂNG..........................................9 2.1. Khái niệm (TCVN 5438:2004_Xi măng – Thuật ngữ và định nghĩa):....................9 2.2. Phân loại (TCVN 5439:2004_Xi măng – Phân loại):..............................................9 2.2.1. Theo loại và thành phần clanhke:....................................................................9 2.2.2. Theo cường độ nén:.......................................................................................11 2.2.3. Theo tốc độ đóng rắn:....................................................................................11 2.2.4. Theo thời gian đông kết:................................................................................11 2.3. Thành phần khoáng hóa của clanhke:...................................................................12 2.3.1 Thành phần khoáng của clanhke xi măng.......................................................12 2.3.2 Thành phần hóa của clanhke xi măng:............................................................14 2.4. Các tính chất cơ lý của xi măng pooclăng:............................................................16 2.5 Đặc trưng của clanhke xi măng:.............................................................................19 2.6 Giới thiệu sản phẩm của nhà máy:.........................................................................21 2.6.1 Clanhke PC50:................................................................................................22 2.6.2 Xi măng pooc lăng PC50:...............................................................................23 2.6.3 Xi măng pooc lăng PCB40:............................................................................24 CHƯƠNG III: LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY...........................26 3.1. Các yêu cầu về địa điểm xây dựng nhà máy:........................................................26 3.2. Lựa chọn địa điểm :..............................................................................................27 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU SẢN XUẤT CLANHKE XI MĂNG.......28 4.1 Lựa chọn nguyên liệu tính toán:.............................................................................28 4.2 Thành phần hóa của nguyên - nhiên liệu:...............................................................28 SVTH: Trang: 1 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An 4.3. Xác định hàm lượng tro lẫn vào clanhke:..............................................................32 4.4.Tính phối liệu.........................................................................................................33 4.5. Kiểm tra kết quả:...................................................................................................35 4.5.1.Tính thành phần khoáng của clanhke:.............................................................35 4.5.2. Tính hàm lượng pha lỏng và tít phối liệu:......................................................37 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ.....................................................................38 5.1. Lựa chọn phương pháp sản xuất:..........................................................................38 5.2. Lựa chọn dây chuyền công nghệ cho toàn nhà máy:.............................................39 5.2.1. Dây chuyền công nghệ tổng quát cho toàn nhà máy:.....................................39 5.2.2 Dây chuyền công nghệ cho phân xưởng chuẩn bị phối liệu:...........................41 CHƯƠNG VI: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT..........................................................46 6.1. Chế độ làm việc của nhà máy:..............................................................................46 6.1.1. Đặc điểm quá trình sản xuất xi măng của nhà máy:.......................................46 6.1.2. Chế độ làm việc của nhà máy:.......................................................................46 6.2 Tính cân bằng vật chất phân xưởng nung:..............................................................48 6.3 Cân bằng vật chất phân xưởng chuẩn bị phối liệu:.................................................50 CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ..............................................57 7.1 Tuyến đá vôi:.........................................................................................................57 7.1.1 Máy đập búa:..................................................................................................57 7.1.2 Máy đập hàm:.................................................................................................58 7.1.3 Chọn máy rải liệu và rút liệu của kho đồng nhất đá vôi:.................................59 7.1.4 Chọn băng tải cao su cho tuyến đá vôi:...........................................................60 7.1.5 Bunke chứa đá vôi:........................................................................................61 7.1.6 Thiết bị định lượng đá vôi:.............................................................................62 7.1.7 Tính chọn hệ thống kho nguyên liệu đá vôi:...................................................63 7.2 Tuyến đất sét:.........................................................................................................65 7.2.1 Máy đập trục:..................................................................................................65 7.2.2 Chọn băng tải cao su cho tuyến đất sét và tuyến quặng sắt : (2 băng tải)........65 7.2.3 Bunke chứa đất sét:.........................................................................................67 SVTH: Trang: 2 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An 7.2.4 Thiết bị định lượng đất sét:.............................................................................68 7.2.5 Chọn máy rải liệu và rút liệu của kho đồng nhất đất sét và quặng sắt:............68 7.2.6 Tính chọn hệ thống kho nguyên liệu đất sét và quặng sắt:..............................69 7.3 Tuyến nguyên liệu quặng sắt:................................................................................70 7.3.1 Bunke chứa quặng sắt.....................................................................................70 7.3.3 Thiết bị định lượng quặng sắt:........................................................................71 7.4. Tuyến nghiền phối liệu:........................................................................................73 7.4.1 Chọn máy nghiền con lăn đứng để nghiền phối liệu :.....................................73 7.4.2 Chọn thiết bị cyclon lắng:...............................................................................73 7.4.3 Lọc bụi tĩnh điện:............................................................................................74 7.4.4 Tính chọn băng tải, gầu nâng và máng khí động:............................................74 7.4.5 Chọn silô đồng nhất bột phối liệu:..................................................................78 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................80 SVTH: Trang: 3 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An LỜI NÓI ĐẦU Xi măng là loại vật liệu xây dựng quan trọng không thể thiếu được trong các công trình xây dựng. Sự phát triển của nghành xi măng sẽ thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Trong những năm gần đây, một số nhà máy sản xuất xi măng lớn tập trung nhiều vào thị trường trong nước do thị trường này đang tăng trưởng mạnh mẽ. Nước ta đang trong thời kì đổi mới, tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, do vậy nhu cầu về sử dụng xi măng trong công tác xây dựng cơ bản ngày một nhiều. Mặc dù sản lượng xi măng trong nước ngày một tăng nhưng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong nước và xuất khẩu, đưa ngành xi măng thành ngành công nghiệp mạnh. Quá trình sản xuất xi măng pooclang gồm có 2 giai đoạn chính là sản xuất clinke xi măng và nghiền clinke xi măng cùng với các phụ gia Trên thế giới có 2 phương pháp sản xuất phổ biến là : phương pháp khô và phương pháp ướt Dưới đây là bản đồ án thiết kế phân xưởng chuẩn bị phối liệu cho nhà máy sản xuất xi măng theo công nghệ lò quay, phương pháp khô – công suất 1.200.000 tấn clanhke / năm SVTH: Trang: 4 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC - KỸ THUẬT SẢN XUẤT XI MĂNG NHÓM -17VLXD T SỐ ĐỀ T 1 2 3 7 VẬT LIỆU SỬ DỤNG Đá vôi Đất sét Nguyễn Thị Hà Tây Mộc Hồng My hoặc Châ Sơn La u hoặc Đất 6 Lê Văn Minh Hà Tây Mộc hoặc Châ Sơn La u hoặc Đất 6 Võ Đăng Thôi Hà Tây Mộc hoặc Châ Sơn La u hoặc Đất 6 SVTH: YÊU CẦU PX TK THIẾT KẾ Phụ gia Tha n Tự chọ n Tự chọn Tự chọ n Tự chọn 40 Tự chọ n Tự chọn 40 Trang: 5 H L tro lẫn % 40 Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng theo công nghệ lò quay , phương pháp khô – công suất 1.200.000 tấn clinker / năm SP: Clinker CPC50 20%CL xuất rời ; 20%CL sx CPC50; 40% CL sx PCB40; 20%CL sx PCBSR40 GHI CHÚ Thiết kế PX chuẩn bị phối liệu ĐVKho dài ĐS kho dài Than kho dài Thiết kế HT lò PX nung dạng clinker SLC Thiết kế PX nghiền và đóng bao Xuất rời XM 70% và đóng bao 30% Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An CHƯƠNG I: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XI MĂNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Lịch sử phát triển của xi măng thế giới: - Từ xa loài người đã biết dùng các loại nguyên liệu thiên nhiên có tính kết dính để xây dựng các công trình, nhưng nói chung các chất kết dính này có cường độ thấp không đáp ứng được nhu cầu sử dụng ngày cao của con người. Mãi đến năm 1825, XMP mới được phát hiện, XMP đã được phát triển qua gần hai thế kỷ nên công nghệ sản xuất ngày càng cao. Trước đây xi măng được sản xuất chủ yếu theo phương pháp ớt rồi phương pháp bán khô, phương pháp khô chỉ là thứ yếu, sản lượng xi măng sản xuất theo phương pháp ướt chiếm 70  80% sản lượng xi măng sản xuất ra. Ngày nay để tiết kiệm nhiên liệu, nhiệt lượng, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô chiếm vị trí chủ đạo. Hiện nay công nghệ sản xuất xi măng trên thế giới đạt đến trình độ cao, sản lượng tăng, chất lợng tốt, phong phú về chủng loại. đứng đầu là các nước có nền công nghiệp tiên tiến như Mỹ, Nhật và các nước Tây Âu. 1.2 Lịch sử phát triển của xi măng Việt Nam: - - - - Cuối thế kỷ XIX thực dân Pháp đã xây dựng nhà máy xi măng Hải Phòng vào năm 1899 chủ yếu để phục vụ xây dựng cầu cống, công trình quân sự. Năm 1899 đến 1922 xây dựng 5 hệ thống lò đứng có năng suất 12 vạn tấn, năm 1928  1939 xây 5 lò quay có năng suất 30 vạn tấn. Sau hoà bình lập lại 1954 các nước Xã hội chủ nghĩa giúp ta khôi phục và cải tạo nhà máy xi măng Hải Phòng đa tổng công suất 70 vạn tấn. Năm 1960  1970 xây dựng thêm hàng chục nhà máy xi măng lò đứng. Năm 1963 xây dựng nhà máy Hà Tiên I (theo phương pháp uớt). Năm 1976  1982 xây dựng nhà máy xi măng Bỉm Sơn theo phương pháp ướt có năng suất 1,2 triệu tấn và nhà máy xi măng Hoàng Thạch với năng suất 1,1 triêu tấn theo phương pháp khô. Năm 1991  1992 xây dựng nhà máy Hà Tiên II theo phương pháp khô với năng suất 1,1  1,2 triệu tấn. Năm 1993  1996 xây dựng nhập hơn 40 dây chuyền xi măng lò đứng của Trung Quốc: Năm 1994 đạt 914 nghìn tấn, năm1995 đạt 1.200.000 tấn, năm 1995 đạt 2,384 triệu tấn. Năm 1998 xây dựng Hoàng Thạch II với năng suất 1,2 triệu tấn, năm 1999 xây dựng Bút Sơn với năng suất 1,4 triệu tấn. Ngoài ra còn xây dựng thêm 3 cơ sở liên doanh: Chinh Poong năng suất 1,4 triệu tấn, Sao Mai 1,7 triệu tấn, Nghi Sơn 2,3 triệu tấn. SVTH: Trang: 6 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An - Năm 2015 ngừng sản xuất xi măng công nghệ lò đứng và ngừng các trạm nghiền xi măng công suất nhỏ vào năm 2020 để đảm bảo môi trường, mang lại hiệu quả sản xuất. - Đến năm 2015, năng lực sản xuất xi măng của Thành phố đạt 2.550 ngàn tấn/năm, năm 2020 là 2.800 ngàn tấn/năm. - Số liệu thống kê mới đây của Viện Vật liệu xây dựng thực tế tiêu thụ xi măng trong nước của năm 2015 là 67,645 triệu tấn; năm 2016 là 74,457 triệu tấn và năm 2017 là 78,843 triệu tấn. Như vậy sản lượng xi măng tăng theo các năm trung bình 6%. Nếu tính nhu cầu mỗi năm 2018, 2019 và 2020 tăng 6% thì đến năm 2020 nhu cầu là hơn 93,8 triệu tấn, tương đối sát với giá trị được dự báo trong quy hoạch. Đến năm 2020, dự kiến có thêm 05 dây chuyền xi măng với tổng công suất 12,7 triệu tấn đưa vào vận hành, gồm Xi măng Minh Tâm (Bình Phước), công suất 2,3 triệu tấn/năm; Xi măng Tân Thắng (Nghệ An), công suất 1,8 triệu tấn/năm; Xi măng Hệ Dưỡng 2 (Ninh Bình), công suất 1,8 triệu tấn/năm; Xi măng Xuân Thành 3 (Hà Nam), công suất 4,5 triệu tấn/năm và Xi măng Long Sơn 3 (Thanh Hóa) công suất 2,3 triệu tấn/năm. Như vậy, đến năm 2020, cả nước sẽ có 89 dây chuyền sản xuất xi măng với tổng công suất khoảng 115 triệu tấn. Năm 2019 sản lượng xi măng Việt Nam đang đứng thứ 8 trên thế giới. Sự phát triển cơ sở hạ tầng trong nước được xem là một trong những yếu tố đem thuận lợi cho ngành xi măng. Tuy nhiên, đến thời điểm này, sản lượng xi măng cung vẫn đang vượt cầu ở thị trường nội địa. Bài toán xuất khẩu đang được thực hiện để cân đối nguồn hàng sản xuất. Mặc dù vậy, thách thức phía trước dành cho ngành xi măng vẫn rất lớn, nhất là khi phải đối mặt với sự cạnh tranh gay gắt của các nước trong khu vực. - - SVTH: Trang: 7 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An * Tổng hợp Quy hoạch phát triển xi măng đến năm 2020 theo các vùng kinh tế trong cả nước Đơn vị: Triệu tấn Trung du & miền núi phía Bắc 14,77 Đồng bằng sông Hồng Bắc trung bộ & duyên hải miền Trung Tây Nguyên Đông Nam Bộ Đồng bằng sông Cửu Long Tổng 51,07 40,60 - 13,30 5,63 125,37 * Định hướng phát triển xi măng đến năm 2030: - Đầu tư sản xuất xi măng theo Quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng Việt Nam do Thủ tướng Chính phủ phê duyệt. Nghiên cứu sử dụng phế thải làm nguyên, nhiên liệu cho sản xuất xi măng; nghiên cứu sản xuất các chủng loại xi măng có tính năng đặc biệt, xi măng tiết kiệm năng lượng, thân thiện môi trường, nghiên cứu giảm tiêu hao năng lượng, nhiên liệu và nhân công trong sản xuất xi măng. SVTH: Trang: 8 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU VỀ XI MĂNG POÓC LĂNG 2.1. Khái niệm (TCVN 5438:2004_Xi măng – Thuật ngữ và định nghĩa): - Clanhke xi măng: là sản phẩm chứa các pha (khoáng) có tính chất kết dính thủy lực, nhận được bằng cách nung đến kết khối hay nóng chảy hỗn hợp các nguyên liệu xác định (phối liệu). - Xi măng: là chất kết dính thủy ở dạng bột mịn, khi trộn với nước thành dạng hồ dẻo, có khả năng đóng rắn trong không khí và trong nước nhờ phản ứng hóa lý, thành vật liệu dạng đá. 2.2. Phân loại (TCVN 5439:2004_Xi măng – Phân loại): Xi măng được phân loại theo 4 cơ sở sau: -Theo loại và thành phần clanhke -Theo mác xi măng -Theo tốc độ đóng rắn -Theo thời gian đông kết 2.2.1. Theo loại và thành phần clanhke: a) Xi măng trên cơ sở clanhke xi măng poóc lăng: - Xi măng trên cơ sở clanhke xi măng poóc lăng gồm xi măng poóc lăng không có phụ gia khoáng và xi măng poóc lăng có phụ gia khoáng với tên gọi và ký hiệu qui định: Bảng 2.1: Tên gọi và ký hiệu qui ước đối với các loại xi măng poóc lăng Tên loại xi măng poóc lăng Ký hiệu qui ước 1. Xi măng poóc lăng không có phụ gia khoáng a) Xi măng poóc lăng PC b) Xi măng poóc lăng bền sunphát PCSR c) Xi măng giếng khoan dầu khí PCOW d) Xi măng poóc lăng ít tỏa nhiệt PCLH e) Xi măng poóc lăng trắng PCW SVTH: Trang: 9 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An Tên loại xi măng poóc lăng Ký hiệu qui ước 2. Xi măng poóc lăng có phụ gia khoáng a) Xi măng poóc lăng hỗn hợp PCB b) Xi măng poóc lăng hỗn hợp bền sunphát PCBSR c) Xi măng poóc lăng hỗn hợp ít tỏa nhiệt PCBLH d) Xi măng poóc lăng puzolan PCBPZ e) Xi măng poóc lăng xỉ hạt lò cao PCBBFS f) Xi măng poóc lăng tro bay PCBFA g) Xi măng poóc lăng trắng PCBW h) Xi măng poóc lăng đá vôi PCBLS i) Xi măng xây trát PCBM b) Xi măng trên cơ sở clanhke xi măng alumin: - Xi măng trên cơ sở clanhke xi măng alumin có ký hiệu và thành phần nhôm oxit theo qui định: Bảng 2.2:Các loại xi măng trên cơ sở clanhke xi măng alumin Loại xi măng alumin Ký hiệu qui ước 1. Xi măng alumin thông thường ACN 2. Xi măng cao alumin ACH 3. Xi măng đặc biệt cao alumin ACS Thành phần nhôm oxit, % từ 30 đến nhỏ hơn 46 từ 46 đến 70 lớn hơn 70 c) Xi măng trên cơ sở clanhke xi măng canxi sunfo aluminat: -Xi măng nở (EC); -Xi măng dự ứng lực (PSC). d) Các loại xi măng khác: -Xi măng chịu axit (ARC); SVTH: Trang: 10 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An -Xi măng cản xạ (RSC). 2.2.2. Theo cường độ nén: ◦ Xi măng mác cao: từ 50 MPa trở lên; ◦ Xi măng mác trung bình: từ 30 MPa đến nhỏ hơn 50 MPa; ◦ Xi măng mác thấp: nhỏ hơn 30 MPa. 2.2.3. Theo tốc độ đóng rắn: ◦ Xi măng đóng rắn chậm: Khi cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày nhỏ hơn 40 % cường độ nén ở tuổi 28 ngày. ◦ Xi măng đóng rắn bình thường: Khi cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày lớn hơn 40 % đến 70 % cường độ nén ở tuổi 28 ngày. ◦ Xi măng đóng rắn nhanh: Khi cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày lớn hơn 70 % cường độ nén ở tuổi 28 ngày. ◦ Xi măng đóng rắn rất nhanh: Khi cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 6 giờ lớn hơn 70 % cường độ nén ở tuổi 28 ngày. 2.2.4. Theo thời gian đông kết: ◦ Xi măng đông kết chậm: Khi thời gian bắt đầu đông kết lớn hơn 2 giờ; ◦ Xi măng đông kết bình thường: Khi thời gian bắt đầu đông kết từ 45 phút đến 2 giờ; ◦ Xi măng đông kết nhanh Khi thời gian bắt đầu đông kết nhỏ hơn 45 phút. SVTH: Trang: 11 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An 2.3. Thành phần khoáng hóa của clanhke: 2.3.1 Thành phần khoáng của clanhke xi măng a) Khoáng alit ( 3CaO.SiO2, Tricanxi silicat, kí hiệu là C3S): - Hàm lượng: 45÷60% - Đặc điểm: + C3S chỉ tồn tại dưới dạng dung dịch rắn của khoáng C 3S và một lượng nhỏ MgO, P 2O5, Cr2O3 ( khoảng 2÷4% ). Tuy hàm lượng các oxit này không lớn nhưng cũng làm ảnh hưởng đến tính chất và cấu trúc của alit. + C3S ở dạng tinh khiết bền vững trong khoảng nhiệt độ 1200÷1250 0C đến 1900÷20700C. Nhiệt độ > 20700C thì C3S bị nóng chảy, khi nhiệt độ < 12000C thì C3S bị phân huỷ thành C2S CaO tự do. + C3S tạo cho xi măng cường độ cao, tốc độ rắn kết nhanh, tỏa nhiệt nhiều, không bền trong môi trường xâm thực (nhất là môi trường sunfat). - Vai trò: quyết định tốc độ phát triển cường độ, thời gian đông kết, cường độ và nhiều tính chất khác của xi măng. - Khối lượng riêng: 3,15 g/cm3. b) Khoáng bêlit (2CaO.SiO2, dicanxin silicat, ký hiệu C2S): - Hàm lượng: 20÷30 % - Đặc điểm: + C2S chỉ tồn tại dưới dạng dung dịch rắn của khoáng C 2S và một lượng nhỏ Al2O3, Fe2O3, Cr2O3 ( khoảng 1÷3% ) + C2S đóng rắn chậm nhưng cường độ cuối cùng tương đối cao, tỏa nhiệt ít, bền trong môi trương xâm thực hơn C3S. + Bêlit tồn tại nhiều dạng thù hình khác nhau: αC2S, ’C2S, C2S, C2S, trong đó: SVTH: Trang: 12 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính αC2S ’C2S GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An C2S - Tồn tại trong vùng - Tồn tại trong vùng - Không bền, luôn t0=1425 G∑ ¿ 21300C t0=830 G 14250C có xu hướng biến đổi thành  C2S, - Khi t0>21300C thì - t0<8300C và làm đặc biệt khi bị chảy lỏng lạnh nhanh thì t0<5200C sẽ làm ’C2SC2S tăng 10%V - Khi t0<14250C thì I l¾ng I ¿ αC2S’C2S - Khi t0>8300C và làm lạnh chậm thì ’C2SC2S và tăng 10%V - Khi nằm trong dung dịch rắn của C2S và một ít Al2O3, Fe2O3, K20 khoảng (1÷3)% thì ’C2S dễ biến đổi thành C2S và tăng độ ổn định cấu trúc của C2S C2S - Không tác dụng với nước, không có tính dính kết - Ở điều kiện 150 G 2000C và bão hòa hơi nước thì có khả năng dính kết ngl H 2O - Vai trò: quyết định cường độ, tốc độ phát triển cường độ trong thời gian sau. - Khối lượng riêng: thực tế khoáng C2S tồn tại ở 2 dạng thù hình là C2S, C2S với khối lượng riêng là 3,28g/cm3 và 2,97g/cm3. c) Pha Aluminat canxi ( 3CaO.Al2O3 , kí hiệu: C3A ): - Hàm lượng: khoảng 5÷15% - Đặc điểm: + Trong clanke khoáng này tồn tại dưới dạng C 3A, C5A3, C12A7, CA, CA2, CA6. Trong đó chủ yếu tồn tại ở dạng C3A (3CaO.Al2O3, tricanxi aluminat). + C3A đông kết rắn chắc nhanh, nhưng cường độ thấp, tỏa nhiệt nhiều dễ tạo nên ứng suất nhiệt hay ứng suất do nở thể tích, không bền trong môi trường xâm thực. - Vai trò: quyết định cường độ, thời gian đông kết, nhiệt thủy hóa. - Khối lượng riêng: 3,04 g/cm3. SVTH: Trang: 13 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An d) Pha alumopherit canxi: Celit ( 4CaO.Al2O3.Fe2O3 , kí hiệu: C4AF ): - Là dung dịch rắn của các alumoferit canxi thành phần khác nhau. - Hàm lượng: 0,9÷1,4% - Đặc điểm: + Trong clanhke khoáng này tồn tại dưới dạng các dung dịch rắn C 4A2F, C4AF, C6AF2. Trong đó chủ yếu tồn tại dưới dạng C 4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3, tetracanxi alumoferit) và khoảng 1% MgO và TiO2. + Khoáng C4AF có khả năng hydrat hóa nhanh, có cường độ tương đối cao, bền trong môi trường sunfat. - Vai trò: quyết định nhiệt độ nung. Nếu không có thì nhiệt độ nung lớn, khó nung. Nếu có thì nung dễ, chất lượng xi măng không ảnh hưởng. - Khối lượng riêng: 3,77 g/cm3. e) Pha thủy tinh: - Hàm lượng: chiếm 4÷5%. Hàm lượng này phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp nguyên liệu ban đầu và điều kiện làm lạnh clanke. - Đặc điểm: tồn tại ở dạng cấu trúc thủy tinh do sự hòa tan một số oxit như CaO, Al 2O3, Fe2O3, Na2O, K2O. - Vai trò: làm thay đổi nhiệt độ hoàn thành các khoáng chủ yếu. f) CaO, MgO tự do: - Hàm lượng: tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu và điều kiện nung luyện. + Công nghệ lò quay: CaO < 1% + Công nghệ lò đứng: Cao = (3÷6)% - Đặc điểm: thường ở dạng già lửa, thủy hóa rất chậm, gây hiện tượng mất ổn định thể tích trong quá trình đông kết rắn chắc của xi măng. Khi xi măng đã ở trạng thái rắn chắc thì các oxit này mới thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúc của sản phẩm. 2.3.2 Thành phần hóa của clanhke xi măng: - Gồm các oxit chính là Al2O3, Fe2O3, CaO, SiO2 chiếm (95-97)% trong clanke. Ngoài ra trong clanhke xi măng pooclăng còn có các ôxít khác nhau như MgO, TiO 2, K2O, Na2O, P2O5, SO3...với hàm lượng nhỏ. SVTH: Trang: 14 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An a) Canxi oxit (CaO): - Chủ yếu trong nguyên liệu đá vôi. - Hàm lượng 63÷66% - Vai trò: liên kết với các ôxít khác tạo ra các khoáng chính (C 2S, C3S, C3A, C4AF) quyết định đông kết rắn chắc và cường độ xi măng. Khi CaO nhiều dẫn đến khoáng C 3S lớn, xi măng đông kết rắn chắc nhanh, cường độ cao, nhưng nhiệt độ nung luyện cao, CaO tự do lớn và xi măng không bền trong môi trường nước và môi trường sunfat. b) Silic oxit (SiO2): - Chủ yếu trong nguyên liệu đất sét. - Hàm lượng: 21÷24% - Vai trò: tác dụng với CaO để tạo thành khoáng silicat canxi. Khi lượng SiO 2 nhiều thì khoáng silicat canxi có độ bazơ thấp hơn C 2S, xi măng ninh kết đóng rắn chậm, ở thời kỳ đầu cường độ không cao nhưng xi măng bền trong nước và môi trường sunfat, cường độ cuối cùng cao. c) Nhôm oxit (Al2O3): - Chủ yếu có trong nguyên liệu đất sét. - Hàm lượng 4÷9%. - Vai trò: tác dụng với các oxít khác khi nung luyện tạo ra các khoáng chính C 3A, C4F. Khi hàm lượng Al2O3 nhiều thì khả năng tạo ra khoáng C 3A càng lớn. Xi măng đông kết rắn chắc nhanh, cường độ không cao và kém bền trong môi trường nước và môi trường sunfat. d) Sắt oxit( Fe2O3): - Chủ yếu có trong đất sét. - Hàm lượng: 2÷4% - Vai trò: làm giảm nhiệt độ thiêu kết khi nung luyện clanhke, tham gia tạo khoáng alumôferit canxi dạng C4AF. Hàm lượng ôxít này trong clanhke xi măng càng lớn thì nhiệt độ nung càng được hạ thấp, khoáng C 4AF được tạo thành nhiều, xi măng bền trong môi trường nước, nhưng cường độ xi măng không cao. Khi Fe2O3 tăng thì khoáng C4AF cao dẫn đến pha lỏng khi nung luyện lớn, khả năng bám dính lớn là sự cố đặc biệt của lò đứng. SVTH: Trang: 15 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An e) Magie oxit (MgO): - Thường lẫn trong đá vôi. - Hàm lượng: 0,5÷5% - Gây mất ổn định thể tích khi xi măng đông kết rắn chắc. f) Mangan oxit (Mn2O): - Hàm lượng: < 0,015 % - Không ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý của xi măng pooc lăng. g) Titan oxít (TiO2): - Hàm lượng: 0,1÷0.5% - Vai trò: có khả năng kết tinh tốt các khoáng clanke.Khi hàm lượng 2-4% thì thay thế một lượng SiO2 làm tăng cường độ xi măng. Hàm lượng > 4% thì làm giảm cường độ xi măng. h) Oxit Cr2O3 và P2O5 : - Hàm lượng: 0,1÷0,3% - Vai trò: thúc đẩy quá trình đông kết rắn chắc ở thời kỳ đầu và tăng cường độ cho xi măng. Nhưng với hàm lượng lớn (từ 1 V =0,5×V =0,5×7,894×G =0,395×G 2%) thì các ôxít này có tác dụng ngược lại là làm chậm thời gian đông kết rắn chắc và làm suy giảm cường độ của xi măng poóc lăng. ol đchay nhl nhl k k i) Các oxít kiềm K2O + Na2O: - Hàm lượng: khoảng 0,5÷1% - Khi hàm lượng > 1% thì chúng gây nên sự mất ổn định thể tích. - Các oxít này có khả năng tác dụng với CaO, Al 2O3 tạo thành (Na,K)2O.8CaO.3Al2 hay tạo thành (K,Na)2SO4 khi các oxit này tác dụng với SO3. 2.4. Các tính chất cơ lý của xi măng pooclăng: a) Khối lượng riêng, khối lượng thể tích xốp: * Khối lượng riêng: - Khái niệm: là khối lượng của một đơn vị thể tích xi măng ở trạng thái hoàn toàn đặc sau khi được sấy khô đến khối lượng không đổi. - Phương pháp xác định: phương pháp vật liệu chiếm chỗ chất lỏng (TCVN 4030:2003) SVTH: Trang: 16 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An - Yêu cầu kỹ thuật: γa= 3.05÷3,15 g/cm3 * Khối lượng thể tích xốp: - Khái niệm: là khối lượng của một đơn vị thể tích xi măng được đổ đống ở trạng thái tự nhiên. - Phương pháp xác định: phương pháp đổ đống. - Yêu cầu kỹ thuật: γ0 = 900 ÷ 1100 g/lít -Ý nghĩa: dùng để tính cấp phối bê tông, cấp phối vữa, dùng để quy đổi lượng dùng xi măng từ khối lượng sang thể tích, tính kho chứa, phương tiện vận chuyển. b) Độ mịn: - Khái niệm: là chỉ tiêu đánh giá mức độ nghiền mịn của xi măng, độ mịn được đánh giá bằng phần trăm khối lượng lọt qua sàng 0,09 mm. - Phương pháp xác định: ( TCVN 4030:2003 ) + Phương pháp sàng + Phương pháp đo tỷ diện - Yêu cầu kỹ thuật: + Phần sót trên sàng kích thước lỗ 0,09 mm ≤ 10% + Bề mặt riêng xác định theo phương pháp Blaine ≥ 2800cm2/g - Ý nghĩa: xi măng càng mịn thì tốc độ thủy hóa càng nhanh, thời gian đông kết càng ngắn, tốc độ rắn chắc cũng tăng lên, tính giữ nước tốt và cường độ chịu lực càng cao. c) Lượng nước tiêu chuẩn: - Khái niệm: lượng nước tiêu chuẩn là lượng nước tính bằng phần trăm khối lượng xi măng, để đảm bảo hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn. - Phương pháp xác định: ( TCVN 6017-1995 ) phương pháp thử dần bằng dụng cụ Vica. - Yêu cầu kỹ thuật: kim Vica Ф10 cắm sâu cách đáy 5-7mm. - Ý nghĩa: chuẩn lượng nước để xác định thời gian ngưng kết, độ ổn định thể tích. SVTH: Trang: 17 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An d) Thời gian đông kết của xi măng pooclăng: - Khái niệm: + Thời gian bắt đầu đông kết: Khoảng thời gian từ khi trộn xi măng với nước đến khi hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn bắt đầu mất tính dẻo. + Thời gian kết thúc đông kết: Khoảng thời gian từ khi trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất hoàn toàn tính dẻo để chuyển sang quá trình đóng rắn. - Phương pháp xác định ( TCVN 6017-1995 ): Đo thời gian đông kết khi kiểm tra độ đông kết bằng dụng cụ Vica. - Yêu cầu kỹ thuật: + Thời gian bắt đầu đông kết: ≥ 45 phút. + Thời gian kết thúc đông kết: ≤ 375 phút. - Ý nghĩa: Khi thi công bê tông và vữa cần phải biết thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết của hồ xi măng để định ra kế hoạch thi công hợp lý. e) Cường độ: - Khái niệm: cường độ nén thực tế của mẫu vữa xi măng tiêu chuẩn, khi thử trong điều kiện tiêu chuẩn. - Phương pháp xác định: TCVN 6016-2011 phương pháp thử - xác định cường độ - Ý nghĩa: cường độ chịu nén của ximăng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của xi măng và là căn cứ để xác định cấp phối của bê tông. Cường độ cơ học của đá xi măng càng cao, tốc độ phát triển cường độ càng lớn thì chất lượng của xi măng hay chất kết dính càng cao. f) Nhiệt thuỷ hoá: Nhiệt thuỷ hoá của xi măng là nhiệt lượng sinh ra của một đơn vị khối lượng xi măng sinh ra khi thuỷ hoá. Nhiệt thuỷ hoá xác định tại một thời điểm nhất định 7 ngày và 28 ngày. Nhiệt thuỷ hóa được xác định bằng nhiệt kế theo TCVN 6070 – 2005. Xi măng pooclăng PC có lượng nhiệt thuỷ hoá sau 7 ngày là 80  90 cal/g và sau 28 ngày có thể lên đến 100 cal/g - Khi thi công trong môi trường nhiệt độ thấp, xi măng rắn chắc chậm. Nhiệt độ càng thấp, độ hoạt tính của xi măng càng nhỏ, tỉ lệ nước nhào trộn càng lớn, cường độ của xi măng tăng càng chậm. SVTH: Trang: 18 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An - Khi thi công trong môi trường nhiệt độ cao, nước trong sản phẩm bị bốc hơi, Nhiệt độ càng cao, sự bốc hơi xảy ra càng mạnh, làm xuất hiện áp lực lớn dẫn đến co ngót thể tích sản phẩm, gây nên vết nứt lớn hoặc nứt tế vi làm giảm cường độ. g) Sự ăn mòn trong môi trường: Độ bền ăn mòn của đá xi măng là khả năng bền vững của đá xi măng trong môi trường xâm thực. Đá xi măng trong các môi trường có tác nhân xâm thực bị ăn mòn theo thời gian và trở nên kém bền, các tác đông ăn mòn chính gồm ăn mòn sun phát, ăn mòn muối, ăn mòn rửa trôi … 2.5 Đặc trưng của clanhke xi măng: a) Đặc trưng của clanhke xi măng theo các hệ số: * Hệ số bazơ (m): - Là tỷ số giữa CaO và tổng hàm lượng ( SiO2 + Fe2O3 + Al2O3 ) CaO% m = SiO2  Fe2O3  Al2O3 % = 1,7 =2,8+2,369.G nhl 2,4 % - Khi m < 1,7 thì clanhke xi măng có cường độ không cao. - Khi m > 2,4 thì nhiệt độ nung yêu cầu phải lớn, xi măng có cường độ cao nhưng độ ổn định thể tích kém, nhiệt thủy hóa lớn và kém bền trong môi trường nước xâm thực. * Hệ số silicat (n): - Là tỷ số giữa SiO2 và tổng hàm lượng ( Fe2O3 + Al2O3 ) lh n= nhl qkk=(2,8+2,369.G ).Ckk .tkk = 3,5 5 - Khi n tăng thì làm tăng hàm lượng khoáng silicat canxi có độ bazơ thấp do đó xi măng có thể ngưng kết rắn chắc chậm ở thời kỳ đầu và cường độ cuối cùng cao. - Khi n giảm thì hàm lượng các khoáng nóng chảy lớn, clanhke dễ nung luyện và có nhiệt độ nung thấp. * Hệ số alumin (p): - Là tỷ số giữa hàm lượng oxit nhôm và oxit sắt trong clanhke SVTH: Trang: 19 Đồ án môn học: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính GVHD: Nguyễn Thị Tuyết An k qbhl=Ghl×C ×t p= =8 γ 9 - Hệ số p xác định tỷ lệ giữa khoáng C3A và C4AF - Khi p nhỏ thì xi măng có độ bền cao trong nước (C3A ít) - Khi p lớn thì xi măng đông kết rắn chắc nhanh nhưng cường độ cuối cùng thấp. * Hệ số bão hòa vôi (KH): - Là tỷ số giữa oxit canxi trong clinker thực tế liên kết với oxit silic SiO 2 tạo thành C3S. KH = V bk = Q×8 25 , 422×8 = =225 , 975 k 0,9 = 0,90,95 - Giá trị KH trong clinker phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nguyên liệu sử dụng, dạng lò nung, điều kiện nung luyện và các yếu tố khác. - Khi KH càng lớn thì C3S nhiều, xi măng ngưng kết rắn chắc nhanh, cường độ cao, nhưng không bền trong môi trường nước và môi trường sunfat, nhiệt độ lò nung cao. - Khi KH thấp thì khoáng C2S nhiều nên xi măng đông kết rắn chắc chậm trong thời kỳ đầu, cường độ cuối cùng cao. * Ngoài ra còn sử dụng các hệ số như: - Hệ số bền Ms Ms  C 3S  C 2 S C 4 AF  C 3 A + Khi Ms tăng thì độ bền của xi măng trong môi trường ăn mòn tăng lên và cường độ tăng lên. - Hệ số đóng rắn ME ME  C 3S C 2S + Khi ME lớn thì cường độ ban đầu của xi măng cao, nhiệt hydrat lớn, nhưng độ bền trong môi trường xâm thực thấp. SVTH: Trang: 20