Nghiên cứu sử dụng phụ gia đá vôi trong xi măng và bê tông (P1)
Nghiên cứu gần đây trên thế giới về ảnh hưởng của đá vôi đến cường độ ép, độ thấm nước, độ hấp phụ, sự thẩm thấu nhanh ion clorit đối với bê tông được sản xuất bằng sử dụng kết hợp xi măng portland và đá vôi ở 28, 90 và 180 ngày. Kết quả nghiên cứu cho thấy, bê tông xi măng portland đá vôi (PLC) với tỷ lệ 10% đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật và chất lượng như bê tông xi măng portland thông dụng, cũng như tính ưu việt về kinh tế và môi trường do giảm lượng khí CO2 phát ra.
>> Nghiên cứu sử dụng phụ gia đá vôi trong xi măng và bê tông (P2)
>> Nghiên cứu sử dụng phụ gia đá vôi trong xi măng và bê tông (P3)
Từ kết quả trên, áp dụng xác định lượng phụ gia đá vôi thích hợp, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông có sử dụng phụ gia trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam và đánh giá hiệu quả kinh tế của việc áp dụng công nghệ mới ở quy mô bán công nghiệp.
1. Tiêu chuẩn kỹ thuật phụ gia đá vôi trong xi măng
Các nhà máy xi măng ở nước ta chủ yếu sản xuất loại xi măng portland (Ordynary Portland Cement – OPC). Việc sản xuất clinker xi măng portland là quá trình gia nhiệt. Quá trình này tạo ra một khối lượng rất lớn khí thải gây ô nhiễm môi trường, chủ yếu là do CO2 thoát ra từ đá vôi trong quá trình nung clinker.
Để giảm bớt tiêu tốn năng lượng, giảm lượng khí CO2 thoát ra và tăng sản lượng cần đẩy mạnh nghiên cứu sử dụng các loại phụ gia khoáng trong sản xuất xi măng bao gồm các loại vật liệu như xỉ lò cao puzolan, tro bay và bột đá vôi, trong đó việc sử dụng phụ gia bột đá vôi vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường đang được nhiều nước áp dụng.
Trước những năm 1980, đá vôi thường được coi như một phụ gia trơ. Tuy nhiên những nghiên cứu gần đây cho thấy canxi hydroxit (Ca(OH)2) sẽ kết tủa trong quá trình thủy hóa của xi măng do sự tương tác C3S và CaCO3, dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ Ca/Si của gel C-S-H ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý của xi măng như sự hòa tan. Tác dụng lấp đầy và cấu tạo hạt. Ảnh hưởng của phụ gia vôi còn làm thay đổi kích thước lỗ xốp ban đầu của hỗn hợp vữa và dẫn đến giảm yêu cầu nước để duy trì sự ổn định trong quá trình đông kết. Xi măng – vôi thể hiện những đặc tính tốt như có cường độ kháng nén cao và yêu cầu lượng nước ít hơn. Việc cho thêm đá vôi đã làm tăng hoạt tính của clinker và tăng khả năng thủy hóa, nâng cao khả năng chống ăn mòn…
Hầu hết tiêu chuẩn xi măng portland của các nước trên Thế giới đều cho phép sử dụng phụ gia đá vôi đến 5%, là hàm lượng bổ sung tối thiểu. Tiêu chuẩn châu Âu(EN 197-1-2000) đã xác định 2 loại xi măng là CEM II/(A-B)-L chứa từ 84-90% clinker và 6-20% vôi và loại CEM II/(A-B)-LL chứa từ 65-79% clinker và từ 21-35% vôi.
Từ năm 1983, Tiêu chuẩn của Canada đã cho phép phụ gia 5% đá vôi cho các loại xi măng portland Type 10 và Type 30. Đây cũng là khuynh hướng chung của các nước Mỹ La tinh như Argentina, Brazil, Mexico. Viện tiêu chuẩn hóa và Nghiên cứu Công nghệ Iran (2005) đã cho phép đưa từ 6-20% bột đá vôi vào xi măng. Tiêu chuẩn Quốc tế ASTM (C150-04) cho phép đưa 5% đá vôi, đồng thời quy định rõ hàm lượng CaCO3 được tính theo hàm lượng CaO tối thiểu phải chiếm 70% khối lượng. (Bảng 1)
>> Nghiên cứu sử dụng phụ gia đá vôi trong xi măng và bê tông (P3)
Từ kết quả trên, áp dụng xác định lượng phụ gia đá vôi thích hợp, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông có sử dụng phụ gia trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam và đánh giá hiệu quả kinh tế của việc áp dụng công nghệ mới ở quy mô bán công nghiệp.
1. Tiêu chuẩn kỹ thuật phụ gia đá vôi trong xi măng
Các nhà máy xi măng ở nước ta chủ yếu sản xuất loại xi măng portland (Ordynary Portland Cement – OPC). Việc sản xuất clinker xi măng portland là quá trình gia nhiệt. Quá trình này tạo ra một khối lượng rất lớn khí thải gây ô nhiễm môi trường, chủ yếu là do CO2 thoát ra từ đá vôi trong quá trình nung clinker.
Để giảm bớt tiêu tốn năng lượng, giảm lượng khí CO2 thoát ra và tăng sản lượng cần đẩy mạnh nghiên cứu sử dụng các loại phụ gia khoáng trong sản xuất xi măng bao gồm các loại vật liệu như xỉ lò cao puzolan, tro bay và bột đá vôi, trong đó việc sử dụng phụ gia bột đá vôi vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường đang được nhiều nước áp dụng.
Trước những năm 1980, đá vôi thường được coi như một phụ gia trơ. Tuy nhiên những nghiên cứu gần đây cho thấy canxi hydroxit (Ca(OH)2) sẽ kết tủa trong quá trình thủy hóa của xi măng do sự tương tác C3S và CaCO3, dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ Ca/Si của gel C-S-H ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý của xi măng như sự hòa tan. Tác dụng lấp đầy và cấu tạo hạt. Ảnh hưởng của phụ gia vôi còn làm thay đổi kích thước lỗ xốp ban đầu của hỗn hợp vữa và dẫn đến giảm yêu cầu nước để duy trì sự ổn định trong quá trình đông kết. Xi măng – vôi thể hiện những đặc tính tốt như có cường độ kháng nén cao và yêu cầu lượng nước ít hơn. Việc cho thêm đá vôi đã làm tăng hoạt tính của clinker và tăng khả năng thủy hóa, nâng cao khả năng chống ăn mòn…
Hầu hết tiêu chuẩn xi măng portland của các nước trên Thế giới đều cho phép sử dụng phụ gia đá vôi đến 5%, là hàm lượng bổ sung tối thiểu. Tiêu chuẩn châu Âu(EN 197-1-2000) đã xác định 2 loại xi măng là CEM II/(A-B)-L chứa từ 84-90% clinker và 6-20% vôi và loại CEM II/(A-B)-LL chứa từ 65-79% clinker và từ 21-35% vôi.
Từ năm 1983, Tiêu chuẩn của Canada đã cho phép phụ gia 5% đá vôi cho các loại xi măng portland Type 10 và Type 30. Đây cũng là khuynh hướng chung của các nước Mỹ La tinh như Argentina, Brazil, Mexico. Viện tiêu chuẩn hóa và Nghiên cứu Công nghệ Iran (2005) đã cho phép đưa từ 6-20% bột đá vôi vào xi măng. Tiêu chuẩn Quốc tế ASTM (C150-04) cho phép đưa 5% đá vôi, đồng thời quy định rõ hàm lượng CaCO3 được tính theo hàm lượng CaO tối thiểu phải chiếm 70% khối lượng. (Bảng 1)
Tiêu chuẩn kỹ thuật (ASTM C 150-04) của clinker và phụ gia đá vôi
Xi măng portland – vôi được sản xuất bằng cách nghiền chung clinker, đá vôi và thạch cao đến cỡ hạt 320–350 m2/kg. Một vấn về được quan tâm liên quan tới việc bổ sung phụ gia vôi vào hồ, vữa hoặc bê tông là sự hình thành khoáng thaumasite, do sự công phá của các ion sulfat ở nhiệt độ thấp (dưới 15oC). Tuy nhiên ở các nước khí hậu khô nóng (trong đó có Việt Nam) điển hình là Bắc Mỹ và Trung Đông, nhiệt độ trung bình hàng năm khá lớn – hơn 20oC, thì sự hình thành khoáng thaumasite không đáng ngại và việc sản xuất xi măng portland – vôi rất được khuyến khích. Xi măng portland – vôi chứa từ 5-35% phụ gia đá vôi đang được sản xuất và sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên Thế giới.
Ở Algeri, phần lớn xi măng đều được phối trộn với các phụ gia khoáng như đá vôi và puzolan. Puzolan hiện đang được sử dụng tối thiểu ở 6 trong số 12 nhà máy xi măng, trong đó 2 nhà máy sử dụng phụ gia cả đá vôi lẫn puzolan. Các nhà máy này thường bổ sung khoảng 15% puzolan và 10% phụ gia đá vôi để thay thế xi măng. Các phụ gia khi được sử dụng làm nguyên liệu thay thế một phần xi măng trong vữa và trong bê tông, mặc dù có thời gian đông kết chậm hơn, nhưng có rất nhiều ưu điểm, nổi bật như xi măng hỗn hợp 2 hoặc 3 thành phần có tác dụng tổng hợp, cho phép các hợp phần bổ trợ lẫn nhau, sử dụng những đặc tính đáng quý của 1 phụ gia để bù trừ cho những đặc tính không được ưng ý của 1 phụ gia khác. Ví dụ phụ gia đá vôi góp phần tăng cường độ ở thời kỳ đầu, thì puzolan lại góp phần tăng cường độ trong thời gian dài. Sự kết hợp tốt các phụ gia dẫn đến nang cao cường độ của bê tông.
Phụ gia đá vôi được đưa vào xi măng phải đáp ứng 3 yêu cầu dưới đây:
- Hàm lượng CaCO3 > 75%;
- Hàm lượng sét được xác định theo thí nghiệm xanh Methylen < 1,20g/100g;
- Tổng hàm lượng carbon hữu cơ (TOC) phải đáp ứng các chỉ tiêu sau đây:
+ Đối với loại xi măng CEM II/(A-B)-LL: không vượt quá 0,20% về khối lượng;
+ Đối với loại xi măng CEM II/(A-B)-L: không vượt quá 0,50% về khối lượng.
Các tập hợp dự kiến được đưa vào phối liệu gồm hạt thô được nghiền từ đá cacbonat với kích thước tối thiểu là 19mm và hạt mịn là cát sông thông thường. Cấp hạt thô có tỷ trọng và độ hấp phụ nước theo thứ tự là 2510kg/m3 và 0,90% và cấp hạt mịn có tỷ trọng là 2750kg/m3 và độ hấp phụ nước là 2,75%.
Các cấp hạt của tập hợp hạt thô và tập hợp hạt mịn theo Tiêu chuẩn Anh BS 882. Chất siêu dẻo dựa trên naphetalen là Rheobuild, có tỷ trọng 1200kg/m3 được sử dụng để đạt được độ lún cần thiết trong mẫu có tỷ lệ w/b = 0,37.
Ở Algeri, phần lớn xi măng đều được phối trộn với các phụ gia khoáng như đá vôi và puzolan. Puzolan hiện đang được sử dụng tối thiểu ở 6 trong số 12 nhà máy xi măng, trong đó 2 nhà máy sử dụng phụ gia cả đá vôi lẫn puzolan. Các nhà máy này thường bổ sung khoảng 15% puzolan và 10% phụ gia đá vôi để thay thế xi măng. Các phụ gia khi được sử dụng làm nguyên liệu thay thế một phần xi măng trong vữa và trong bê tông, mặc dù có thời gian đông kết chậm hơn, nhưng có rất nhiều ưu điểm, nổi bật như xi măng hỗn hợp 2 hoặc 3 thành phần có tác dụng tổng hợp, cho phép các hợp phần bổ trợ lẫn nhau, sử dụng những đặc tính đáng quý của 1 phụ gia để bù trừ cho những đặc tính không được ưng ý của 1 phụ gia khác. Ví dụ phụ gia đá vôi góp phần tăng cường độ ở thời kỳ đầu, thì puzolan lại góp phần tăng cường độ trong thời gian dài. Sự kết hợp tốt các phụ gia dẫn đến nang cao cường độ của bê tông.
Phụ gia đá vôi được đưa vào xi măng phải đáp ứng 3 yêu cầu dưới đây:
- Hàm lượng CaCO3 > 75%;
- Hàm lượng sét được xác định theo thí nghiệm xanh Methylen < 1,20g/100g;
- Tổng hàm lượng carbon hữu cơ (TOC) phải đáp ứng các chỉ tiêu sau đây:
+ Đối với loại xi măng CEM II/(A-B)-LL: không vượt quá 0,20% về khối lượng;
+ Đối với loại xi măng CEM II/(A-B)-L: không vượt quá 0,50% về khối lượng.
Các tập hợp dự kiến được đưa vào phối liệu gồm hạt thô được nghiền từ đá cacbonat với kích thước tối thiểu là 19mm và hạt mịn là cát sông thông thường. Cấp hạt thô có tỷ trọng và độ hấp phụ nước theo thứ tự là 2510kg/m3 và 0,90% và cấp hạt mịn có tỷ trọng là 2750kg/m3 và độ hấp phụ nước là 2,75%.
Các cấp hạt của tập hợp hạt thô và tập hợp hạt mịn theo Tiêu chuẩn Anh BS 882. Chất siêu dẻo dựa trên naphetalen là Rheobuild, có tỷ trọng 1200kg/m3 được sử dụng để đạt được độ lún cần thiết trong mẫu có tỷ lệ w/b = 0,37.
ximang.vn (TH/ Tạp chí VLXD)
