Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Xỉ lò cao và sử dụng xỉ trong xi-măng

1 Xỉ lò cao và sử dụng xỉ trong xi-măng

Tải bản đầy đủ - 0trang

(2CaO.Al2O3.SiO2). Ngồi ra còn có Monticelite (CaO.MgO.SiO2), Akemanite

(2CaO.MgO.2SiO2), Merwinite (3CaO.MgO.2SiO2), Anorthite (CaO.Al2O3.2SiO2),

Spinel (MgO.Al2O3), Fortenite



(2MgO.SiO2) và



các Aluminate calcium



(CaO.Al2O3, 12CaO.7Al2O3). Nếu xỉ được làm nguội nhanh thì các hợp chất phụ từ

pha nóng chảy chuyển sang pha thủy tinh. Có các khống CaO.SiO 2, 2CaO.SiO2,

CaO.Al2O3 và 12CaO.7Al2O3 có khả năng hydrate hóa nhưng cho cường độ khơng

cao.

2.1.3 Các phương thức hoạt hóa của xỉ

Rõ ràng với thành phần khoáng thiếu vắng các khống calcium silicate có tính

thủy lực, xỉ khơng thể dễ dàng phản ứng với nước để tạo các khoáng kết tinh nước

kết hợp với đóng rắn tạo cường độ như trong trường hợp xi-măng Portland. Nhiều

tác giả đã công bố một số cơ chế hoạt tính hóa phản ứng của xỉ nhờ các thành phần

chất hoạt hóa, bao gồm cơ chế:

 Hoạt hố dùng kiềm (alkali-activated slag): Nhóm OH- bẽ gãy liên kết Si-O,

Al- O trong cấu trúc pha thủy tinh của xỉ, tăng độ hòa tan, tạo ra dung dịch

dạng gel bao quanh bề mặt xỉ, sau này phát triển thành khoáng C-S-H và C-AS-H.

 Hoạt hoá sunphat (sulfate-activated slag): các oxit tồn tại trong pha thủy tinh

của xỉ kết hợp CH và CaSO4.2H2O sẽ hình thành nên khống ettringite và

monosunphat.

2.1.4 Xi-măng siêu sunphat

Xi-măng siêu sunphat là loại xi-măng kết hợp thành phần của khoảng 80 –

85% xỉ lò cao với 15 – 20% còn lại của tổng lượng thạch cao (hoặc anhydrite) và

xi-măng Portland (hoặc chất alkaline hydroxit calcium, sodium hay thậm chí thủy

tinh lỏng...) làm chất kích thích phản ứng.

Ngồi ra, cũng theo Matschei và cộng sự, 2005 [4], thành phần chính của ximăng siêu sunphat (SSC) bao gồm xỉ GGBS (75 – 85% khối lượng) và thành phần

cung cấp sunphat ví dụ như thạch cao (10 – 20% khối lượng). Ngoài ra, để tăng tốc

độ ăn mòn và hòa tan xỉ, người ta dùng các chất hoạt hóa kiềm như OPC hoặc vơi

(< 5%). Để đạt được những tính chất cơ lý tốt nhất thì trong thành phần của xỉ tỷ lệ

Ca/Si



>> 1,0 và để quá trình hydrate hóa tối ưu thì hàm lượng Al2O3 khuyến nghị cao hơn



13 – 15%, thông số này đặc trưng cho tính bazơ của xỉ và đồng thời liên qua đến tính

bền mơi trường về lâu dài.

2.1.5 Cơ chế đóng rắn và tính bền của xi-măng siêu sunphat

Cơ chế đóng rắn

Có thể nói cơ chế đóng rắn của xi-măng siêu sunphat cũng có nét tương đồng

như trường hợp xi-măng Portland hôn hợp bền sunphat. Tuy nhiên, ở đây sử dụng

kết hợp đồng thời nhóm chất kích thích kiềm (Ca(OH)2 và chất kích thích sunphat

(thạch cao)) để kích thích q trình hòa tan xỉ và hình thành các sản phẩm hydrate

tạo cường độ trong xi-măng SSC. Trong đó, thành phần thạch cao chiếm tỉ lệ quan

trọng có thể lên đến 15 – 20% và đây cũng chính là nguồn gốc của tên gọi siêu

sunphat.

Sản phẩm phản ứng cuối cùng chủ yếu của xi-măng SSC là khoáng ettringite

(C3A.3CaSO4.32H2O) và khoáng C-S-H. Ettringite được kết tủa từ dung dịch quá

bão hòa quanh các hạt xỉ. Sự hình thành của khống ettringite giúp tạo cường độ

sớm ngày cho xi-măng SSC. Bên cạnh ettringite, sự hình thành khống C-S-H có ý

nghĩa quan trọng trong q trình phát triển cường độ thực tế. Hơn nữa, C-S-H giúp

làm tăng khả năng chịu nén của bê-tông SSC ở dài ngày tuổi [4].

Trong xi-măng SSC, hàm lượng Al và Mg tăng, đồng tời tỷ lệ Ca/Si thấp hơn

nhiều so với OPC (Ca/Si = 1,8). Kết quả từ TEM cho thấy, trong sản phẩm thủy hóa

của SSC giàu C-S-H dạng lá, trong khi đó C-S-H trong OPC có dạng hình kim.

Điều này góp phần giải thích cho việc cường độ của SSC thấp hơn OPC. Ngoài ra

trong sản phẩm thủy hóa của SSC còn có sự xuất hiện của khống monosulphate

(C3A.CaSO4.12H2O) và Al(OH)3… [4]

Cơ chế của quá trình phản ứng đóng rắn của xi-măng siêu sunphat: sự có mặt

của OH- và H2O từ dung môi kiềm sẽ xảy ra quá trình hòa tan xỉ, hình thành lớp CS-H bao quanh hạt xỉ, ettringite hình thành ở phía ngồi lớp C-S-H. Sự hòa tan

chậm của Mg và Al làm cản trở quá trình khuếch tán các ion. Kết quả hình thành kết

tủa hydrotalcite và do đó bao quanh bề mặt hạt xỉ là một lớp C-S-H nghèo Ca giàu

Al (Ca/Si thấp). Lớp C-S-H thứ 2 bên ngoài lớp 1 giàu Ca (Ca/Si cao), khống

ettringite tiếp tục hình thành nhiều ở phía tiếp xúc giữa xỉ và thạch cao.



Hình 2.1 Cơ chế quá trình phản ứng đóng rắn của xi-măng siêu sunphat [4]

Xi-măng SSC thì thành phần chính là xỉ và thạch cao. Thạch cao sẽ cung cấp

ion Ca2+ và SO42-. Xỉ với pha chính là pha thủy tinh, khơng có khống tính thủy lực

như trong xi-măng Portland thơng thường, nên để phản ứng xảy ra, thì cần cung cấp

CH với mục đích phân li ra ion OH- để hòa tan xỉ. Trong q trình hòa tan này, sự

có mặt của các ion Mg2+, Al3+ làm cản trở quá trình khuếch tán các ion khác làm bao

quanh hạt xỉ là một lớp nghèo Ca 2+, giàu Al trong lớp bên ngồi thì lại giàu Ca 2+ (từ

thạch cao). Chính vì thế bao quanh hạt xỉ là hàm lượng lớn của các khoáng như CS- H, C-A-S-H, Al(OH)3, hydrotalcite trong khi lớp ngoài là C-S-H, ettringite.



Hình 2.2 Mơ hình đơn giản quá trình đóng rắn của XMP theo quan điểm lý học [4]

Tính bền môi trường

Trong nghiên cứu của Biel và cộng sự công bố năm 1998 [5], nghiên cứu sự

phát triển cường độ và độ cứng bề mặt của xi-măng siêu sunphat từ xỉ lò cao, thạch

cao và clinker xi-măng Portland. Đồng thời, đánh giá sự ảnh hưởng của nhiệt độ

đóng rắn, độ mịn của xi-măng…. Tác giả đã rút ra kết luận, một trong những loại

xi-măng được sản xuất bao gồm 83% xỉ lò cao Hà Lan, 15% flourogypsum

(anhydrite) và 2% clinker xi-măng Portland với độ mịn tương đối cao 500 m2/kg, thì

khơng thua kém gì



so với xi-măng xỉ lò cao về các tính chất đã được khảo sát. Khi phản ứng với nước,

xỉ cần môi trường kiềm cao để thủy hóa, clinker xi-măng Portland được dùng để

cung cấp dung dịch kiềm này. Trong môi trường kiềm, sự khuếch tán của các ion

diễn ra và cấu trúc silicate aluminate bắt đầu đứt gãy liên kết, hòa tan. Cường độ

ban đầu của xi-măng siêu sunphat là do sự hình thành của khống ettringite

(3CaO.A12O3.3CaSO4.32H2O), quan trọng ở cường độ về sau là do sự hình thành

các hydrate silicate canxi (C-S-H). Nghiên cứu này tác giả sử dụng xỉ nguồn gốc Hà

Lan, thạch cao nhân tạo từ các ngành cơng nghiệp hóa chất (sản xuất HF và H3PO4),

clinker đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn Hà Lan NEN 3550. Các thành phần này

được nghiền mịn với các tỷ lệ khác nhau.

Theo National Slag Association [6], xi-măng siêu sunphat có thể được khuyến

cáo sử dụng ở nhiều mơi trường có tính ăn mòn như: mơi trường nước biển, môi

trường sunphat, môi trường axit yếu, axit béo, môi trường Cl -.… Và các ứng dụng

thực tế xây dựng các cơng trình cầu cảng biển, hệ thống cống thốt nước thải, bể

ngầm chứa hóa chất, cừ bờ kè.

2.2 Phản ứng carbonate hóa

2.2.1 Nguồn gốc của thành phần HCO3-, CO32- trong môi trường ẩm

Trong nước tự nhiên luôn có H2CO3 với hàm lượng lớn hay nhỏ, khi pH > 8,5

thì hàm lượng H2CO3 mới khơng đáng kể. Sự xuất hiện H2CO3 trong nước thiên

nhiên là cơ sở của những q trình hóa sinh xảy ra trong nước cũng như trong đất

tiếp xúc với nước.

Trong khí quyển có 0,04% CO2, trong nước khơng chứa muối ở 15oC hòa tan

0,59mg H2CO3/lít là cho nước có tính axit yếu (pH = 5,7). Đa số trường hợp hàm

lượng CO2 trong nước thiên nhiên khơng đáng kể. Vì vậy q trình hấp thụ nó từ

khơng khí thường khơng đóng vai trò đáng kể. Chỉ ở lớp bề mặt những hồ lớn như ở

mặt biển, trong những ngày nắng nóng thì lượng CO2 mới nhỏ hơn, lúc đó sự hấp

thụ từ khơng khí mới có ý nghĩa thực tế.

H2CO3 có 2 mức độ phân ly:

H2CO3 ↔ H+ + HCO3HCO3- ↔ H+ + CO32-



H2CO3 ↔ 2H+ + CO32Sự tăng H+ phá vỡ cân bằng trên và HCO3- chuyển thành H2CO3, còn CO32chuyển thành HCO3-.

Giảm H+ thì tạo HCO3- và CO32-.

Hằng số phân ly:

K



1



K2



HHCO3

H2CO3



HCO 2

HCO3



3



3, 04.10 7



4, 01.10 11



Rõ rằng tỷ số này phụ thuộc nồng độ [H+]. Ở những dạng pH khác nhau hàm

lượng môi dạng hợp chất khác nhau.

Trong nước bao giờ cũng có một lượng CO 2 cân bằng vì vậy nếu có lý do nào

đó mà lượng CO2 trong dung dịch tăng lên thì sẽ có một lượng carbonate chuyển

vào dung dịch. Ngược lại, nếu CO2 giảm thì sẽ có một lượng carbonate kết tủa.

Nước trong đó có H2CO3, H+, CO32-, HCO3-, ở trạng thái cân bằng khơng thực

hiện hòa tan khơng thuận nghịch màng carbonate của bê-tơng, và do đó khơng xâm

thực đối với bê-tông. Khi tăng lượng CO 2 vượt quá CO2 cân bằng, tức tạo điều kiện

hoàn tan màng carbonate, và nước lúc đó mang tính xâm thực. Cho nên lượng CO 2

thừa so với lượng CO2 cân bằng gọi là H2CO3 xâm thực. [7]

2.2.2 Q trình carbonate hóa đối với xi-măng đóng rắn

Trong khoảng thời gian xác định, sau khi cho vữa xi-măng tiếp xúc với môi

trường xâm thực cho đến lúc cân bằng carbonate được xác lập. Điều này xảy ra sau

khi một phần CO32- xâm thực đã liên kết thành bicarbonate, phần còn lại ở dạng

CO32- cân bằng. Độ xâm thực của môi trường trên được thể hiện qua khả năng hòa

tan một lượng xác định carbonate rắn, mặt khác qua tốc độ hòa tan sau khi đạt cân

bằng trong hệ.

Sự có mặt của những ion không trực tiếp tham gia phản ứng, làm tăng lực ion

của cân bằng trong hệ và hòa tan một lượng lớn carbonate rắn.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Xỉ lò cao và sử dụng xỉ trong xi-măng

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×