Đặc trưng của các khoáng clinker

22029

16:39 - 29/07/2013

>> Clinker, thành phần hóa học của Clinker
>> Một số yêu cầu kỹ thuật chính của các loại nguyên liệu trong sản xuất xi măng

1. Khoáng Alit (54CaO.16SiO₂.Al₂O₃.MgO = C₅₄S₁₆AM): là khoáng chính của clinker xi măng poóc lăng. Alit là dạng dung dịch rắn của khoáng C₃S với ôxit Al₂O₃ và MgO lẫn trong mạng lưới tinh thể thay thế vị trí của SiO₂. Khoáng C₃S được tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 1250⁰C do sự tác dụng của CaO với khoáng C₂S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến 2065⁰C (có tài liệu nêu giới hạn nhiệt độ bền vững của C₃S từ 1250⁰C ¸ 1900⁰C). Alit có cấu trúc dạng tấm hình lục giác, màu trắng, có khối lượng riêng 3,15 ¸ 3,25 g/cm³, có kích thước 10 ¸ 250 mm.

Khi tác dụng với nước, khoáng Alit thủy hóa nhanh, tỏa 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 cường độ cao và phát triển cường độ nhanh. Đồng thời nó cũng thải ra lượng Ca(OH)₂ khá nhiều nên kém bền nước và nước chứa ion sunphat.

2. Khoáng Bêlít (bC₂S): có cấu trúc dạng tròn, phân bố xung quanh các hạt Alit. Bêlit là một dạng thù hình của khoáng C₂S, tồn tại trong clinker khi làm nguội nhanh. Trong quá trình nung clinker, do phản ứng của CaO với SiO₂ ở trạng thái rắn tạo thành khoáng C₂S ở nhiệt độ 600 ¸ 1100⁰C. Khoáng C₂S có 4 dạng khác nhau về hình dáng cấu trúc và các tính chất, gọi là dạng thù hình, đó là a, a'- , b- và g- C₂S. Sự thay đổi trạng thái cấu trúc của Bêlít khi tăng nhiệt độ tới xuất hiện pha lỏng và khi làm nguội tới nhiệt độ bình thường rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Sự biến đổi thù hình của C₂S trong quá trình làm nguội mô tả sau đây đã đơn giản hóa rất nhiều.

Khi làm nguội clinker, nếu tốc độ làm nguội chậm sẽ xảy ra sự biến đổi thù hình từ dạng b- C₂S sang dạng g- C₂S kèm theo hiện tượng clinker bị tả thành bột vì có sự tăng thể tích. Nguyên nhân vì g- C₂S có khối lượng riêng là 2,97 g/cm³, nhỏ hơn khối lượng riêng của b- C₂S là 3,28 g/cm³. g- C₂S không có tính kết dính ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, vì vậy để tránh hiện tượng tả clinker do sự biến đổi thù hình từ b- C₂S sang g- C₂S ở 575⁰C, cần ổn định bằng cách đưa một số ôxit khác như P₂O₅, BaO... vào mạng lưới cấu trúc của nó tạo thành dung dịch rắn.

Khi tác dụng với nước, khoáng Belit thủy hóa chậm, tỏa 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 cường độ cao. Tốc độ phát triển cường độ của khoáng Belit chậm hơn khoáng Alit; phải sau 1 năm đóng rắn cường độ của Belit mới bằng của Alit.

Belit thải ra lượng Ca(OH)₂ ít hơn Alit nên nó tạo cho đá xi măng có độ bền ăn mòn rửa trôi cao hơn đá xi măng Alit.

3. Khoáng canxi aluminat (C₃A): là chất trung gian màu trắng nằm xen giữa các hạt Alit và Belit cùng với alumo ferit canxi (C₄AF). Trong thành phần của C₃A cũng chứa một số tạp chất như SiO₂ , Fe₂O₃ , MgO, K₂O , Na₂O.

Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với Alit tạo ra cường độ ban đầu của đá xi măng. Xi măng chứa nhiều C₃A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn, nếu thiếu hoặc không có thạch cao để làm chậm sự đông kết thì xi măng sẽ bị đóng rắn rất nhanh (không thể thi công được). C₃A có tỷ trọng 3,04 g/cm³, là khoáng đóng rắn nhanh, cho cường độ cao nhưng kém bền trong môi trường sun phát.

4. Khoáng Canxi alumo ferit (C₄AF): cũng là chất trung gian, có tỷ trọng 3,77 g/cm³, màu đen, nằm xen giữa các hạt Alit và Belit cùng với khoáng C₃A. Khi nung clinker, do phản ứng của CaO với Fe₂O₃ tạo thành các khoáng nóng chảy ở nhiệt độ thấp (600 ¸ 700^OC) như CaO.Fe₂O₃ (CF) , C₂F ... Sau đó các khoáng này tiếp tục phản ứng với Al₂O₃ tạo thành các khoáng Canxi alumo ferit có thành phần thay đổi như C₂F, C₆A₂F, C₄AF,C₆AF₂. Các khoáng này bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250^OC và trở thành pha lỏng cùng với các khoáng Canxi aluminat, tạo ra môi trường cho phản ứng tạo thành khoáng C₃S, nên chúng thường được gọi là chất trung gian hoặc pha lỏng clinker.

Chia sẻ