>> Phụ gia trợ nghiền cho xi măng portland đá vôi (PLC) - (P2)
1. Các tiêu chuẩn
Ở nhiều quốc gia Châu Âu (ví dụ, Ý, Pháp, Thụy Sỹ), các xi măng portland đá vôi (PLC) được chấp nhận rộng rãi và đã đạt được thị phần lớn hơn 60%.
Hai yếu tố đã khuyến khích sự phát triển PLC này, đó là:
• Tính sẵn có tại chỗ của đá vôi – và khối lượng ít ỏi của các SCM khác;
• Tiêu chuẩn xi măng Châu Âu EN 197-1 bao gồm: CEM II/A-LL cho phép hàm lượng đá vôi lên tới 20%; CEM II/B-LL với hàm lượng đá vôi lên tới 35%.
Ngày nay, các loại xi măng này không chỉ được sử dụng cho sản xuất các loại bê tông kém chất lượng mà còn có thể được sử dụng cho các loại bê tông tiếp xúc lộ thiên theo EN 206-1. Các hạn mức thường được thiết lập do chính sách tiếp thị, các ứng dụng truyền thống hoặc đặc biệt.
Sau khi đánh giá toàn diện các số liệu nghiên cứu và căn cứ vào kinh nghiệm ở Châu Âu và Canada, Ủy ban tiêu chuẩn đã điều chỉnh ASTM C595 và đã đưa vào áp dụng trong năm 2012 xi măng loại IL có hàm lượng đá vôi lên tới 15%. Người ta đã nhận thấy rằng xi măng portland đá vôi (có chứa 15% đá vôi) đạt được cường độ và độ bền bê tông tương đương với Xi măng portland thông thường.
2. Độ bền cơ học
Độ bền cơ học của xi măng portland (PC) không nên so sánh với xi măng portland đá vôi nếu không đề cập tới độ mịn của clinker và đá vôi. Có chính xác không khi so sánh PC với PLC mà có cùng tiết diện bề mặt riêng (Blaine), lượng sót sàng hoặc độ phân phối cỡ hạt? Thậm chí cả khi có thể sản xuất xi măng portland và xi măng portland đá vôi với độ phân phối cỡ hạt giống nhau (PSD), cần xem xét phương pháp laze dựa trên cơ sở giả định rằng toàn bộ các hạt có dạng hình cầu không hẳn là đá vôi nghiền mịn cũng không hẳn là clinker.
Vì đá vôi dễ nghiền hơn nhiều so với clinker, nên các hạt đá vôi mịn làm giầu phần PSD mà có chứa lượng clinker ít hơn. Do đó, chất điền đầy càng có tác dụng (làm đặc chắc cấu trúc), tốc độ kết tủa của các sản phẩm hydrat hòa tan càng diễn ra nhanh chóng hơn trên tỷ diện bề mặt lớn và các ảnh hưởng này có thể cải thiện độ bền cơ học của PLC với một hàm lượng đá vôi nhất định. Giới hạn này phụ thuộc vào chất lượng các thành phần và các thông số khác nữa: phần bổ sung 5% cho độ an toàn.
Trong thực tế, xi măng portland đá vôi được nghiền tới độ mịn cao hơn so với xi măng portland. Việc tăng độ mịn Blaine trong phạm vi 100cm
2/g là cần thiết để bù cho việc giảm độ bền do bổ sung thêm 1% đá vôi.
Loại máy nghiền và giải pháp công nghệ đóng một vai trò quan trọng. Việc nghiền lẫn (nghiền chung) trong các máy nghiền bi cổ điển (hệ thống chu trình kín) dẫn đến một PSD rộng mà thường được cho là có lợi, ví dụ liên quan tới tính công tác. Tuy nhiên, trên một giới hạn nhất định, đá vôi mịn có khả năng hấp thụ nước dư và việc nghiền riêng (máy nghiền bi và thiết bị phối trộn) sẽ được ưa thích hơn.
Sản xuất PLC bằng Máy nghiền đứng con lăn (VRM) là thuận lợi. Việc so sánh hai loại xi măng (CEM II/A-LL 42.5), một loại được nghiền bằng VRM còn loại kia được nghiền bằng máy nghiền bi, cho thấy VRM đạt hiệu quả nghiền tốt. Các thông số độ đã cho thấy rằng VRM có thể nghiền clinker có độ mịn cao hơn mà không phải “nghiền quá” đá vôi. Rõ ràng là sự so sánh này không hoàn toàn chính xác vì clinker, thạch cao và đá vôi có nguồn gốc khác nhau, nhưng cả hai loại xi măng này đều có hàm lượng đá vôi tương tự 17 - 18%.
Ở Hình 1a, cả hai đồ thị PSD cho thấy đoạn đồ thị điển hình (khoảng từ 1 - 10µm) là của hạt đá vôi. Clinker trong máy nghiền bi rõ ràng là được nghiền thô hơn so với clinker trong VRM, do đó sẽ tạo ra độ bền cơ học thấp hơn. Mặc dù VRM nghiền clinker tới độ mịn cao hơn, nhưng độ mịn của đá vôi không tăng lên tương ứng.
Hình 1b chỉ ra các thông số độ mịn của hai loại xi măng có cùng hàm lượng đá vôi. Phân phối cỡ hạt cũng như lượng sót sàng rõ ràng cho thấy rằng độ mịn cao không chỉ do đá vôi mà còn do clinker được nghiền tốt.
3. Phụ gia trợ nghiền
Các phụ gia trợ nghiền, dựa vào các alkanolamine, ví dụ tri-isopropanolamine (TIPA), được sử dụng rộng rãi trong PLC. Ảnh hưởng của TIPA xuất phát từ quá trình che-lát hóa sắt mà làm tăng độ hòa tan của C4AF, nhờ đó làm tăng tiết diện bề mặt của alite. Các cơ cấu khác nhau, bao gồm gia tăng sự hình thành các carboaluminate và ảnh hưởng của khả năng nghiền các khoáng được bàn luận đến.
Hiệu quả của các phụ gia trợ nghiền không chỉ phụ thuộc vào thành phần clinker và xi măng mà còn phụ thuộc vào độ mịn xi măng. Ảnh hưởng của độ mịn tới hiệu suất của hai loại alkanolamine (A và B) đã được kiểm tra với hai loại xi măng portland khác nhau được nghiền trong máy nghiền bi phòng thí nghiệm của Sika Technology AG (xem Hình 2).
4. Tính công tác
Giống như độ bền nén, tính công tác của bê tông (được xác định thông qua độ sụt hoặc độ chảy tỏa trên bàn) chịu tác động tích cực của đá vôi nghiền mịn. Sự tách nước nhìn chung không phải là vấn đề với PLC. Hàm lượng đá vôi tối đa mà không gây tác động tiêu cực tới tính công tác phụ thuộc vào chất lượng của các nguyên liệu và sự phân phối cỡ hạt của clinker và đá vôi. Nhìn chung, việc sử dụng tới 15% đá vôi có thể cải thiện được tính công tác của bê tông và vữa (xem Hình 3).
Các mức hàm lượng đá vôi bổ sung cao yêu cầu tỷ diện bề mặt riêng lớn để bù đắp cho sự suy giảm cường độ. Các phụ gia trợ nghiền có thể loại bỏ được thách thức giữa độ bền cơ học và tính công tác đến một chừng mực nhất định. Giải pháp khác là sử dụng các phụ gia trợ nghiền cùng với phụ gia siêu dẻo. Việc sử dụng các phụ gia siêu dẻo mà chịu được các điều kiện môi trường trong máy nghiền và đảm bảo được hiệu ứng tăng dẻo cho dù chứa trong các môi trường kiềm đã được Sika nghiên cứu . Ngày nay, phương pháp này được ghi nhận và được áp dụng ngày càng nhiều trong thực tế cho sản xuất các loại xi măng Portland đá vôi (xem Hình 4).
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng)