Trong công nghệ sản xuất xi măng, thành phần thạch cao sử dụng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đóng rắn ban đầu của xi măng chiếm tỷ lệ từ 3-5%. Hiện nay, tại Việt Nam đã có một số đơn vị sản xuất xi măng tư nhân năng suất nhỏ đã thử nghiệm sử dụng loại thạch cao nhân tạo này, tuy vậy hình thức cũng như kết quả thử nghiệm vẫn còn đang kiểm chứng.
>> Sử dụng thạch cao phốt pho thay thế thạch cao tự nhiên trong sản xuất xi măng (P1)
![]()
Để nghiên cứu ành hưởng của P2O5 tới tính chất cơ lý của xi măng, nhà máy đã tiến hành 2 thí nghiệm; Thí nghiệm thứ nhất, thêm một lượng muối axit Sodium phosphate (Na3PO4); thí nghiệm thứ hai, thêm một lượng axit phosphoric (H3PO4), là một axit bậc 3. Tất cả hỗn hợp được trộn lẫn với xi măng CEM II A-M, 32.5 R
Các phương trình phản ứng diễn ra như sau:
Ảnh hưởng của (PO4)3- tới thời gian đông kết của xi măng được thể hiện trong hình 3
- Với tỷ lệ P2O5 thấp (<0,04%) thời gian bắt đầu đông kết tăng, từ 182 phút đến 200 phút đối với mẫu xi măng có pha thêm axit phosphoric (đường cong đậm trên hình 3), và từ 181 phút đến 296 phút đối với mẫu xi măng pha thêm sodium phos- phate (Na3PO4).
- Với tỷ lệ P2O5 cao trên 0,04%, thời gian bắt đầu đông kết tăng nhanh tương ứng xấp xỉ 300 phút và 200 phút.
![]()
- Tỷ lệ thạch cao phốt pho sử dụng trong xi măng của nhà máy tại Senegal tối ưu là từ 3% đến 4,5% để đảm bảo các tính chất cơ lý của xi măng đáp ứng theo tiêu chuẩn.
- Thời gian đông kết xi măng thạch cao phốt pho dài hơn xi măng sử dụng thạch cao tự nhiên, do sự có mặt của hợp chất phosphate. Do vậy phải khống chế hàm lượng này khi sử dụng. Tuy nhiên, lưu ý rằng hợp chất phosphate bản thân nó không ảnh hưởng đến thời gian đông kết của vữa xi măng, nhưng chính các thành phần hòa tan trong nó lại có ảnh hưởng đến thời gian đông kết. Hợp chất hòa tan càng nhiều thời gian đông kết càng tăng lên. Do đó, để không thay đổi thói quen sử dụng, nên sử dụng một tỷ lệ thích hợp giữa thạch cao tự nhiên và thạch cao phốt pho nhằm đảm bảo thời gian đông kết ít thay đổi nhất.
Kế hoạch nghiên cứu sử dụng thạch cao nhân tạo tại các đơn vị thuộc Vicem
Tổng Công ty công nghiệp sản xuất xi măng tại Việt Nam đang là đơn vị sản xuất có bề dày kinh nghiệm, với sản lượng xi măng hàng năm cung cấp ra thị trường khoảng 20 triệu tấn/năm, nên việc tận dụng nguồn thạch cao nhân tạo sản xuất ở trong nước thay thế thạch cao thiên nhiên truyền thống mà tư xưa đến nay vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài sẽ mang ý nghĩa quan trọng về lợi ích kinh tế, giảm chi phí giá thành sản xuất xi măng, có thể chủ động điều phối sử dụng nguyên liệu cho sản xuất xi măng, không lệ thuộc vào nước ngoài, bên cạnh đó góp phần xử lý chất thải gây ô nhiễm, tham gia bảo vệ môi trường.
Do vậy, việc nghiên cứu sử dụng thạch cao nhân tạo thay thế thạch cao tự nhiên làm phụ gia trong công nghiệp sản xuất xi măng trong thời điểm hiện nay là hết sức cần thiết, có ý nghĩa thực tế cần sớm được triển khai và đưa nguồn thạch cao nhân tạo vào sản xuất trong các nhà máy xi măng của Tổng Công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam. Hiện Tổng Công ty đang giao nhiệm vụ cho CCID trong thời gian tới phối hợp với Phòng KTCN&TC (Vicem) và các đơn vị sản xuất thực hiện đề tài nghiên cứu sử dụng thạch cao nhân tạo trong sản xuất xi măng của Vicem với mục tiêu của đề tài phải đánh giá được một số nội dung chính sau:
- Phân tích được sự ảnh hưởng của thạch cao nhân tạo bao gồm cả các yếu tố vi lượng P2O5, Flo… đến các tính chất cơ lý, hoá của xi măng, bê tông so với khi sử dụng thạch cao tự nhiên.
- Lựa chọn được tỷ lệ tối ưu thạch cao nhân tạo để sản xuất xi măng mang lại hiệu quả kinh tế cao nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về chất lượng xi măng bê tông sử dụng.
- Xây dựng được tiêu chuẩn cơ sở và phương pháp xác định chất lượng thạch cao nhân tạo sử dụng làm phụ gia xi măng.
- Tính toán hiệu quả kinh tế, xã hội của việc sử dụng thạch cao nhân tạo trong sản xuất xi măng.
Kết quả thử nghiệm thạch cao phốt pho của nhà máy xi măng tại Senegal
- Về thời gian đông kết: Phân tích đường cong thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết theo thành phần thạch cao phốt pho trên hình 1 chỉ ra rằng có 2 vùng giảm bất thường về thời gian đông kết trong phòng thí nghiệm và trong nhà máy tương ứng với độ mịn không điển hình có thể do ảnh hưởng trong quá trình đồng nhất. Lý do có thể liên quan đến độ điền đầy của bi hoặc do quá trình tháo liệu. Đối với các mẫu có độ mịn Blaine đạt 3500m2/g nằm trong dải nghiền từ mịn đến siêu mịn (3504<SSB>6045) có thời gian bắt đầu đông kết nhanh so với tiêu chuẩn, khoảng 60 phút.
Hình 1: Thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết của các mẫu với thành phần thạch cao phốt pho khác nhau.
- Về cường độ: Cường độ nén cơ học sau 2, 7, và 28 ngày tương ứng với các tỷ lệ thạch cao phốt pho được thể hiện trong hình 2; Sau 2 ngày, cường độ nén của tất cả các mẫu xi măng trộn thạch cao phốt pho phù hợp với tiêu chuẩn của Senegal NS 02-006 (cao nhất đạt được là 10 Mpa). Sau 7 ngày, tất cả các mẫu được bảo dưỡng theo tiêu chuẩn, cường độ tất cả các mẫu đều trên 22 Mpa à nằm trong dải cho phép. Sau 28 ngày, cường độ nén của các mẫu trong khoảng 32,5 – 52,5 Mpa, chỉ các mẫu với tỷ lệ thạch cao phốt pho từ 3% -10% có cường độ nén nằm trong giới hạn theo tiêu chuẩn Senegal. Kết quả này đã chỉ ra rằng tỷ lệ thạch cao phốt pho phù hợp là 3 -10%, và tỷ lệ trong hỗn hợp chỉ cần tối ưu nhất là khoảng 4%. ![]()
Hình 2: Cường độ nén của các mẫu xi măng thạch cao phốt pho (trong phòng thí nghiệm).
- Về sự ảnh hưởng của các tạp chất P2O5Để nghiên cứu ành hưởng của P2O5 tới tính chất cơ lý của xi măng, nhà máy đã tiến hành 2 thí nghiệm; Thí nghiệm thứ nhất, thêm một lượng muối axit Sodium phosphate (Na3PO4); thí nghiệm thứ hai, thêm một lượng axit phosphoric (H3PO4), là một axit bậc 3. Tất cả hỗn hợp được trộn lẫn với xi măng CEM II A-M, 32.5 R
Các phương trình phản ứng diễn ra như sau:
Na3PO4 + 3H2O → 3Na+ + (PO4)3- + 3H+ + 3OH-
H3PO4 + H2O → (PO4)3- + 4H+ + OH-
Ảnh hưởng của (PO4)3- tới thời gian đông kết của xi măng được thể hiện trong hình 3
- Với tỷ lệ P2O5 thấp (<0,04%) thời gian bắt đầu đông kết tăng, từ 182 phút đến 200 phút đối với mẫu xi măng có pha thêm axit phosphoric (đường cong đậm trên hình 3), và từ 181 phút đến 296 phút đối với mẫu xi măng pha thêm sodium phos- phate (Na3PO4).
- Với tỷ lệ P2O5 cao trên 0,04%, thời gian bắt đầu đông kết tăng nhanh tương ứng xấp xỉ 300 phút và 200 phút.
- Đối với mẫu xi măng pha thêm axit phosphoric (đường cong đậm trên hình 3), khi tỷ lệ P2O5 từ 0% đến 0,06% thời gian kết thúc đông kết của vữa xi măng tăng lên 300 phút, thời gian bắt đầu đông kết tăng cao nhất là xấp xỉ 200 phút. Với tỷ lệ P2O5 từ 0,06% đến 0,2% thời gian kết thúc đông kết tăng lên 350 phút. Đối với mẫu xi măng pha thêm sodium phosphate (đường cong mảnh trên hình 3), thời gian kết thúc đông kết tăng lên từ 300 phút đến 470 phút đối với tỷ lệ P2O5 từ 0% đến 0,2%; đạt giá trị cực đại 520 phút ứng với tỷ lệ P2O5 là 0,2%; thời gian kết thúc đông kết với tỷ lệ P2O5 lớn hơn 0,2% giảm dần.
Hình 3: Sự dao động của thời gian đông kết theo % P2O5 (BH và EH tương ứng với thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết).
- Nhìn chung, theo tiêu chuẩn Senegal NS 02-020, thời gian bắt đầu đông kết của xi măng nhóm 32.5, 32.5R, 42.5, 42.5R tại nhiệt độ 20oC phải đạt ít nhất là 60 phút. Qua các thí nghiệm trên, thời gian đông kết tăng chứng tỏ có bị ảnh hưởng bởi chất phosphate hòa tan.- Tỷ lệ thạch cao phốt pho sử dụng trong xi măng của nhà máy tại Senegal tối ưu là từ 3% đến 4,5% để đảm bảo các tính chất cơ lý của xi măng đáp ứng theo tiêu chuẩn.
- Thời gian đông kết xi măng thạch cao phốt pho dài hơn xi măng sử dụng thạch cao tự nhiên, do sự có mặt của hợp chất phosphate. Do vậy phải khống chế hàm lượng này khi sử dụng. Tuy nhiên, lưu ý rằng hợp chất phosphate bản thân nó không ảnh hưởng đến thời gian đông kết của vữa xi măng, nhưng chính các thành phần hòa tan trong nó lại có ảnh hưởng đến thời gian đông kết. Hợp chất hòa tan càng nhiều thời gian đông kết càng tăng lên. Do đó, để không thay đổi thói quen sử dụng, nên sử dụng một tỷ lệ thích hợp giữa thạch cao tự nhiên và thạch cao phốt pho nhằm đảm bảo thời gian đông kết ít thay đổi nhất.
Kế hoạch nghiên cứu sử dụng thạch cao nhân tạo tại các đơn vị thuộc Vicem
Tổng Công ty công nghiệp sản xuất xi măng tại Việt Nam đang là đơn vị sản xuất có bề dày kinh nghiệm, với sản lượng xi măng hàng năm cung cấp ra thị trường khoảng 20 triệu tấn/năm, nên việc tận dụng nguồn thạch cao nhân tạo sản xuất ở trong nước thay thế thạch cao thiên nhiên truyền thống mà tư xưa đến nay vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài sẽ mang ý nghĩa quan trọng về lợi ích kinh tế, giảm chi phí giá thành sản xuất xi măng, có thể chủ động điều phối sử dụng nguyên liệu cho sản xuất xi măng, không lệ thuộc vào nước ngoài, bên cạnh đó góp phần xử lý chất thải gây ô nhiễm, tham gia bảo vệ môi trường.
Do vậy, việc nghiên cứu sử dụng thạch cao nhân tạo thay thế thạch cao tự nhiên làm phụ gia trong công nghiệp sản xuất xi măng trong thời điểm hiện nay là hết sức cần thiết, có ý nghĩa thực tế cần sớm được triển khai và đưa nguồn thạch cao nhân tạo vào sản xuất trong các nhà máy xi măng của Tổng Công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam. Hiện Tổng Công ty đang giao nhiệm vụ cho CCID trong thời gian tới phối hợp với Phòng KTCN&TC (Vicem) và các đơn vị sản xuất thực hiện đề tài nghiên cứu sử dụng thạch cao nhân tạo trong sản xuất xi măng của Vicem với mục tiêu của đề tài phải đánh giá được một số nội dung chính sau:
- Phân tích được sự ảnh hưởng của thạch cao nhân tạo bao gồm cả các yếu tố vi lượng P2O5, Flo… đến các tính chất cơ lý, hoá của xi măng, bê tông so với khi sử dụng thạch cao tự nhiên.
- Lựa chọn được tỷ lệ tối ưu thạch cao nhân tạo để sản xuất xi măng mang lại hiệu quả kinh tế cao nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về chất lượng xi măng bê tông sử dụng.
- Xây dựng được tiêu chuẩn cơ sở và phương pháp xác định chất lượng thạch cao nhân tạo sử dụng làm phụ gia xi măng.
- Tính toán hiệu quả kinh tế, xã hội của việc sử dụng thạch cao nhân tạo trong sản xuất xi măng.
ximang.vn (TH/ TTKH-KTXM)
