Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO NGHIÊN CỨU,SỬ DỤNG XỈ HẠT LÒ CAO
Phần I tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng xỉ hạt lò cao 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng xỉ hạt lò cao 1.1.1 Xỉ hạt lò cao Xỉ gang thép sản phẩm phụ thu đợc trình sản xuất gang, thép Các loại xỉ khác tùy thuộc vào nguồn quặng sắt, chất lợng than, công nghệ luyện gang thép, công nghệ xử lý thu hồi xỉ Xỉ gang (xỉ lò cao) đợc tạo trình sản xuất gang lò cao, xỉ thép đợc tạo trình sản xuất thép lò điện Theo số liệu thống kê [3], Nhật Bản lợng xỉ trung bình cho tÊn gang lµ 290 kg/tÊn vµ cho thép 130kg/tấn Tại Công ty gang thép Thái Nguyên (TISCO), trình độ công nghệ luyện nguồn quặng sắt cha ổn định nên lợng xỉ trung bình cho tÊn gang vÉn ë møc cao, kho¶ng 300 340kg/tấn Xỉ lò cao đợc thu hồi từ xỉ nóng chẩy, đợc làm lạnh đột ngột từ nhiệt độ kho¶ng 1400 – 15000C xng 30 – 400C, b»ng níc không khí Chất lợng xỉ kích thớc hạt xỉ phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh thời gian làm lạnh, phơng pháp làm lạnh, thành phần hóa học, thành phần pha thủy tinh Xỉ hạt lò cao (Granulated Blast Furnace Slag GBFS) thu đợc làm lạnh đột ngột xỉ nóng chẩy tia nớc áp lực cao, tạo hạt xỉ có kích thớc nhỏ, có khả hoạt tính cao so với xỉ lò cao đợc làm lạnh không khí Quy trình sản xuất GBFS nớc có áp lực nh sơ đồ hình 1.1.1 1 Hình 1.1.1 Quy trình tạo hạt xỉ lò cao Một số hình ảnh xỉ nóng chẩy, xỉ hạt, thiết bị tạo hạt trạm nghiền xỉ Nhật Bản đợc thể hình từ hình 1.1.2 đến hình 1.1.6 Hình 1.1.2 Dòng xỉ nóng chẩy thu đợc trình luyện gang 2 Hình 1.1.3 Xỉ đợc làm lạnh không khí 3 Hình 1.1.4 Thiết bị làm lạnh, tạo hạt xỉ nớc Hình 1.1.5 GBFS thu đợc sau làm lạnh nớc 4 Hình 1.1.6 Trạm nghiền GBFS cho xi măng bê tông Một số hình ảnh sản xuất GBFS Công ty gang thép Thái Nguyên thể hình 1.1.7 hình 1.1.8 5 Hình 1.1.7 GBFS thu đợc sau trình tạo hạt Công ty gang thép Thái Nguyên Hình 1.1.8 BÃi chứa GBFS Công ty gang thép Thái Nguyên 6 1.1.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng GBFS cho xi măng bê tông 1.1.2.1 Trên giới Trên giới, phát triển công nghiệp lợng ngày tăng dẫn tới tích tụ khối lợng lớn loại phế thải công nghiệp, đặc biệt phế thải ngành công nghiệp luyện gang, thép nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Hàng năm, giới có khoảng 800 triệu xỉ lò cao xỉ nhiệt điện đợc thải trình sản xuất Đối với nớc có nguồn phế thải tro, xỉ lớn, nớc phát triển, việc tận dụng phế thải trở nên vô cấp thiết Tái sử dụng phế thải làm nguyên liệu thay cho ngành công nghiệp khác nhằm giảm ô nhiễm môi trờng, khắc phục khó khăn nguyên liệu, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, giảm bớt chi phí lợng sản xuất Mặt khác, phế thải đợc tái sử dụng làm giảm chi phí cho việc tích chứa bảo quản chúng bÃi thải Ngành sản xuất vật liệu xây dựng ngành công nghiệp sử dụng nhiều tài nguyên thiên nhiên có điều kiện để sử dụng phế thải ngành khác làm nguyên liệu thay Việc nghiên cứu sử dụng phế thải ngành công nghiệp vào sản xuất vật liệu xây dựng, có xỉ lò cao tro xỉ nhiệt điện, đà đợc nhà nghiên cứu sản xuất quan tâm từ sớm Trên giới, xỉ lò cao đợc sử dụng để sản xuất nhiều vật liệu xây dựng nh vữa vôi xỉ, xi măng xỉ, vật liệu làm đờng, vật liệu cách âm cách nhiệt, cốt liệu cho bê tông, xỉ lò cao đợc sử dụng làm phân bón silicatcalci cho sản xuất nông nghiệp thủy sản Tại Đức, năm 1739 ngời ta đà chế tạo vữa từ xỉ hydroxit can xi, năm 1865 xi măng vôi xỉ đợc sử dụng đến năm 1892, lần đầu xỉ lò cao đợc sử dụng để sản xuất xi măng poóclăng hỗn hợp Tại Nhật Bản, xi măng xỉ với hàm lợng 60 - 70% xỉ đợc bắt đầu sử dụng vào năm 1910 Vào năm 80 kỷ 20, xỉ lò cao bắt đầu đợc sử dụng để sản xuất xi măng xỉ Anh, Đức, Pháp Châu Âu, lợng xi măng xỉ thời gian chiếm khoảng 20% sản lợng xi măng toàn Châu Âu Do nhận thấy u điểm xỉ lò cao cho sản xuất xi măng nên nhu cầu sử dụng ngày tăng 7 Ngày nay, xỉ lò cao đà đợc sử dụng ngày nhiều cho sản xuất xi măng toàn giới Tại Tây Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc Đài Loan, lợng xi măng xỉ chiếm khoảng 25% Xu hớng sử dụng xi măng xỉ ngày tăng Bắc Mỹ, Trung Quốc, Châu Phi Các nớc Đông Nam nh Singapore, Malaysia, Philippin sử dụng xỉ lò cao cho sản xuất xi măng Nhật Bản nớc sản xuất sử dụng xỉ lò cao nhiều giới, tình hình sản xuất sử dụng xỉ lò cao Nhật Bản năm trở lại đợc đa bảng 1.1.1 [4] Bảng 1.1.1 Tình hình sản xuất sử dụng xỉ lò cao Nhật Bản (Đơn vị : nghìn ) Lĩnh vực sử dụng Nă m Loại xỉ (kiể u làm lạnh ) Sản lợng Khí 6.551 Làm đờng Gi a cè nỊ n ® Êt 3.98 406 199 Níc 15.88 132 Tỉn g KhÝ Níc 33 934 g 200 Khí Thô Mịn 1.98 1.982 163 30 10.0 2.18 12.24 55 1.34 12.0 2.18 14.22 0 37 6.625 3.96 702 1.67 1.677 16.87 128 878 235 240 163 908 269 566 21.9 18 198 27 1.03 10.8 2.38 13.20 1.29 20 6 67 1.74 12.4 2.38 14.88 6 97 6.202 3.72 30 750 1.38 1.385 27 334 198 1.32 217 183 6.93 244 517 197 23 16.7 41 23.6 74 22 318 6.44 20 1.14 10.3 2.75 13.13 1.63 87 8 14.9 93 67 6.92 4.09 177 326 23.49 17.09 34 Tæn g 33 Tỉng 4.11 Níc Xt khÈu 22.44 Tổn Trong nớc 200 Xi măng Xây dựn g Lĩn Nông h nghiệ vực p c Cốt liệu cho bê tông 177 162 16.6 32 Tổn g KhÝ 23.29 3.90 23 1.89 11.7 2.75 14.52 72 5.884 4.13 563 888 888 197 1.65 199 479 326 22 80 23 315 200 Níc 107 Tỉn g KhÝ 200 18.32 Níc 33 1.37 9.96 4.08 14.04 2.10 8 4.23 33 1.94 10.8 4.08 14.93 51 6.041 4.27 13 536 903 903 80 19 Tæn g 6.26 24.20 18.31 23.0 326 2.12 173 101 51 196 416 366 22 18.2 24.5 18 29 290 6.55 1.19 9.66 3.91 13.57 2.34 24.35 4.35 15 1.73 10.5 3.91 14.48 9 68 366 2.36 174 60 17.4 46 203 350 24.0 06 Qua số liệu cho thấy, Nhật Bản nớc sản xuất sử dụng xỉ lò cao nhiều giới, xỉ lò cao đợc sử dụng hầu hết cho lĩnh vực sản xuất khác nớc, nhiều cho sản xuất xi măng Ngoài ra, phần xỉ lò cao đợc xuất nớc ngoài, chiếm khoảng 10 15% tổng sản lợng Mặc dù có nguồn gốc phế thải nhng xỉ lò cao đà trở thành loại hàng hóa có giá trị trao đổi thị trờng Vào năm 90 kỷ 20, giao dịch mua bán xỉ lò cao đợc thực nớc có xỉ khu vực Tây Âu Tại Châu á, có nớc Nhật Bản, Hàn Quốc Đài Loan có giao dịch mua bán xỉ Đến nay, xỉ lò cao đà đợc giao dịch mua bán phạm vi toàn giới với khối lợng lớn xu hớng ngày gia tăng lợi ích việc dùng xỉ mang lại, nh tạo cho xi măng xỉ tính u việt (đa dạng chủng loại xi măng), tăng sản lợng xi măng, tiết kiệm tài nguyên, giảm thiểu ô nhiễm môi trờng tăng hiệu kinh tế kỹ thuật việc sử dụng xỉ lò cao xi măng xỉ Tình hình giao dịch mua bán GBFS nớc khu vực giới năm 2004 [5] khoảng 10,8 triệu tấn, số liệu đợc trình bày bảng 1.1.2 Bảng 1.1.2 Tình hình xt nhËp khÈu GBFS cao trªn thÕ giíi 9 Các nớc xuất (nghìn tấn) Các nớc nhập (nghìn tấn) Bắc Mỹ Châu Âu, Châu Phi Pháp 400 600 Italia 900 600 100 500 250 150 NhËt Bản Thổ Kỳ Châu á, Châu úc 4.000 Nhĩ Trung Nam Mỹ Các nớc lại 1.000 1.600 800 750 Braxin 350 C¸c níc kh¸c 300 Tỉng céng 4.300 2.200 5.700 750 50 §øc Tỉng céng 50 400 750 300 100 250 950 2.900 350 1.050 10.800 Nh vËy, Nhật Bản quốc gia xuất GBFS lớn giới, GBFS Nhật Bản đợc xuất hầu hết khu vực Trong trình mua bán, xỉ lò cao đợc vận chuyển nhiều phơng tiện khác tùy theo khoảng cách nguồn cung cấp nơi sử dụng Khoảng vận chuyển gần sử dụng ô tô, khoảng xa vận chuyển đờng thủy để giảm chi phÝ vËn chun ViƯc vËn chun xØ lß cao nớc đợc thực đờng biển Xỉ lò cao đợc vận chuyển trạng thái rời, xỉ trạng ẩm nên bốc dỡ, vận chuyển không phát sinh bụi, không gây ảnh hởng đến môi trờng 1.1.2.2 Tại Việt Nam Tại Việt Nam, hiƯn chØ nhÊt C«ng ty gang thÐp Thái Nguyên có nguồn xỉ thu hồi từ trình luyện gang thép Tổng sản lợng xỉ Thái Nguyên khoảng 100.000 tấn/năm, có khoảng 60.000 70.000 GBFS, lại loại xỉ cha hạt hóa xỉ thép Trong tơng lai, số sở sản xuất gang lò cao, đặc biệt khu liên hợp sản xuất luyện gang, luyện cán thép công suất 4,5 triệu tấn/năm Thạch Khê Hà Tĩnh vào hoạt động việc 10 10 10 cờng độ xi măng xỉ phát triển chậm so với xi măng thông th ờng Tuy nhiên, cờng độ đạt lớn cờng độ xi măng poóclăng thông thờng độ tuổi dài Cờng độ xi măng xỉ chứa 50% xỉ lò cao tuổi 28 ngày với nhiệt độ dỡng hộ 20oC đạt tơng tự nh cờng độ xi măng thông thờng Nếu nhiệt độ lớn 20oC, cờng độ xi măng xỉ đạt tới cờng độ xi măng pooclăng sớm Hàm lợng xỉ xi măng xỉ lớn, phụ thuộc tốc độ phát triển cờng độ vào nhiệt độ môi trờng lớn Trong hệ xi măng xỉ nớc, xỉ tham gia vào trình thủy hóa, đóng rắn phát triển cờng độ, nh thành phần tích cực Xi măng thuỷ hoá tạo sản phẩm phụ canxi hydroxit, sản phẩm phản ứng với cấu tử có xỉ tạo thành sản phảm có tính chất kết dính làm tăng cờng độ xi măng Trong xi măng, khoáng C3S khoáng có đóng góp lớn việc hình thành cờng độ đá xi măng đóng rắn Khi hàm lợng C3S xi măng cao thờng cờng độ đá xi măng đặc biệt cờng độ ban đầu lớn, đồng thời thủy hóa thải môi trờng thuỷ hoá lợng Ca(OH)2 nhiều Có thể mô tả trình thủy hóa, đóng rắn khoáng clanhke phơng trình hãa häc sau [14]: 2(3CaO.SiO2) + 5H2O = 3CaO.2SiO2.H2O + 3Ca(OH)2 (1) Quá trình thủy hóa sản phẩm thuỷ hoá khoáng C 2S tơng tự nh khoáng C3S, nhng tốc độ thuỷ hoá chậm nhiều hàm lợng Ca(OH)2 thải 2(2CaO.SiO2) + 3H2O = 3,3CaO.2SiO 2.2,3H2O + 0,7Ca(OH)2 (2) C3A thđy hãa theo ph¬ng tr×nh sau: 3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O (3) Khi cã mặt thạch cao, C 3A hyđrát tạo thành hyđrôsunphôaluminát canxi có công thức [3.CaO.Al2O3.3CaSO4.(30 ữ 32) H2O], có tên gọi ettringít Trong điều kiện thuỷ hoá thông thờng xi măng, C4AF thuỷ hoá tạo thành sản phẩm hyđrát tổng hợp chứa sunphát tơng tự nh C3A 24 24 24 3.CaO.Fe2O3.3CaSO4 (30 3CaO.Fe2O3.CaSO4.12H2O (4) ÷ 32) H 2O ; 3.CaO.Fe2O3.3CaSO4 (30 3CaO.Fe2O3.CaSO4.12H2O (5) ÷ 32) H 2O ; Sản phẩm phụ trình thủy hoá xi măng phản ứng với cấu tử xỉ tạo thành sản phẩm có tính chất kết dính theo phơng trình phản ứng sau: 3Ca(OH)2 + 2SiO2 (6) (vôđịnhhình) + H 2O = 3CaO.2SiO2.H2O 3Ca(OH)2 + Al2O3(ho¹t tÝnh) + 6H2O (7) = 3CaO.Al2O3.6H2O 3Ca(OH)2 + Fe2O3(ho¹t tÝnh) + 6H2O (8) = 3CaO.Fe2O3.6H2O Các sản phẩm thủy hóa đợc tạo thành theo phơng trình (6), (7), (8) đà làm tăng tỷ lệ rắn/lỏng hệ tạo cho xi măng xỉ có cờng độ dài ngày cao so với mẫu xi măng OPC Kết xác định mức độ phân bổ lỗ hổng đá xi măng xỉ chứng minh điều Trong xi măng xỉ, lợng lỗ rỗng, nớc tự canxi hydroxit nhiều so với xi măng thông thờng Đây nguyên nhân làm tăng tính bền vững xi măng xỉ tuổi dài ngày Hoạt tính xỉ phụ thuộc nhiều vào kích thớc hạt xỉ sau nghiền mịn 1.2.4.2 Tính bền axit Xi măng poóclăng bê tông giảm chất lợng làm việc môi trờng axít Nguyên nhân hydroxit can xi Ca(OH) đợc tạo thành xi măng poóclăng phản ứng với nhân tố xâm thực môi trờng Phản ứng tạo muối hòa tan Trong trờng hợp môi trờng axít sunfuric, phản ứng xảy nh sau: Ca (OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O (9) Sunphát can xi (CaSO4) hoà tan nớc làm cho xi măng bê tông có nhiều lỗ rỗng dẫn đến giảm cờng độ phân huỷ 25 25 25 Đối với xi măng xỉ khó hình thành phản ứng phần canxi hydroxit đợc tạo phản ứng với cấu tử xỉ Điều dẫn đến xi măng xỉ có tính bền hoá lớn so với xi măng poóclăng 1.2.4.3 Tính chịu xâm thực Xi măng bê tông phải làm việc môi trờng nớc có chứa loại muối khác nhau, đặc biệt nớc biển, nớc ngầm, nớc công nghiệp tác động dòng nớc chảy xiết Tuỳ thuộc vào tác nhân ăn mòn chứa nớc mà tác động ăn mòn chúng đá xi măng bê tông có khác Có thể chia tợng ăn mòn đá xi măng thành dạng sau [16]: - Ăn mòn hoà tan cấu tử đá xi măng môi trờng nớc có độ cứng thấp làm giảm dần chiều dày bê tông - gọi ăn mòn rửa trôi - Ăn mòn tác động nớc có chứa hợp chất tham gia phản ứng trao đổi với cấu tử đá xi măng tạo thành hợp chất dễ hoà tan bị rửa trôi theo nớc khối vô định hình hoà tan yếu nhng tính kết dính làm suy giảm cấu trúc đá xi măng - Ăn mòn cấu tử đá xi măng tham gia phản ứng trao đổi tạo thành hợp chất kết tinh thành lỗ rỗng mao mạch gây nội ứng suất làm phá huỷ đá xi măng + Ăn mòn dạng - rửa trôi: Đá xi măng có cấu trúc không đồng hệ cân không ổn định Trong nớc, tinh thể Ca(OH)2 bị hoà tan tạo hệ cân nồng độ Ca(OH) Nồng độ Ca(OH)2 đá xi măng giao động khoảng 10 ữ 18 % (tính quy CaO) tuỳ theo tuổi đóng rắn Mức độ hoà tan Ca(OH)2 nớc lớn, vào khoảng 1,18g/l (tính quy CaO) níc cÊt ë ®iỊu kiƯn 20oC Sù có mặt ion khác nớc ảnh hởng đến hoà tan Ca(OH)2: Các ion Ca+2, OH- có tác dụng kìm hÃm trình, ion SO4-2, Cl-, K+, Na+ làm thúc đẩy trình hoà tan Khi phân tử Ca(OH)2 đà hoà tan nớc bị trôi cân nồng độ bị phá vỡ Để đảm bảo cân bằng, phân tử Ca(OH)2 khác từ đá xi măng lại tiếp tục bị hoà tan vào môi trờng Quá trình diƠn kh«ng ngõng nÕu Ca(OH) cø tiÕp tơc bị Kết cuối đá xi măng lại gel silíc dạng Si(OH)4 Các nghiên cứu đà xác định đợc rằng, pha rắn 26 26 26 đá xi măng Ca(OH)2 tự do, dung dịch nằm cân với đá xi măng cần đảm bảo nồng độ 1,2g CaO/l + Ăn mòn dạng 2: Gồm loại ăn mòn axít (HCl, H 2SiF6), ăn mòn muối (MgSO4, MgCl2, NH4Cl, Na2SO4) Phản ứng gây ăn mòn loại axít muối xảy với thành phần Ca(OH) đá xi măng Ví dụ: HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SiF6 + 3Ca(OH)2 = 3CaF2 + Si(OH)4 + 2H2O MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2 2NH4Cl + Ca(OH)2 + 2H2O = CaCl2 + 2NH4OH (D¹ng tổng quát ăn mòn amôni là: NH 4+ + Ca(OH)2 = NH4OH + Ca+2) + Ăn mòn dạng 3: Điển hình ăn mòn kiểu áp lực thẩm thấu, muối thấm vào lỗ rỗng đá xi măng xảy trình nớc Do nớc, nồng độ muối tăng dần lên đạt tới trạng thái bÃo hoà sau bắt đầu tách tinh thể Quá trình kết tinh kèm theo phát sinh ứng suất làm biến dạng phá vỡ đá xi măng bê tông, A B Minac [17] đà tính đợc ứng suất kết tinh số muối thờng xâm nhập vào đá xi măng nh Na2SO4 4,4 MPa, MgSO4 36 MPa NaCl 2,7 MPa Ăn mòn dạng thờng xảy điều kiện nớc có chứa muối với nồng độ 1%, chứa g/l độ ẩm môi trờng nhỏ 30% Trong môi trờng có độ ẩm thay đổi, muối Na 2SO4 MgSO4 gây nứt, vỡ bê tông xảy trình thay đổi lợng ngậm nớc làm tăng thể tích tạo ứng suất (từ muối khan trở thành Na 2SO4.10H2O MgSO4.7H2O làm tăng thể tích từ 1,5 đến lần) Phân tích dạng ăn mòn thấy rằng, xi măng xỉ có khả kiểm soát ăn mòn ion xâm thực nh SO42- Cl1mạnh nhiều so với xi măng poóclăng Do xi măng xỉ hydrat hoá hạn chế tạo hàm lợng Ca(OH)2 nên tợng ăn mòn rửa trôi, ăn mòn axit ion SO42- khó xâm thực phá huỷ khoáng xi măng Đồng thời đá xi măng xỉ có cấu trúc đặc chắc, chứa lỗ rỗng mao mạch nên hạn chế xâm thực môi trờng vào sâu kết cấu Trong môi trờng nớc biển, phản ứng tạo muối 3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O ion clo thành phần đá xi măng có tác dụng chèn lỗ rỗng đá xi măng bê tông, làm cản trở di chuyển ion clo thẩm thấu gây ăn mòn cốt thép 27 27 27 1.2.4.4 Độ bền trớc phản ứng kiềm cốt liệu Ngoài dạng ăn mòn trên, dạng ăn mòn nguy hiểm ăn mòn phản ứng kiềm - cốt liệu Nói chung, tính chất cốt liệu bê tông là ổn định, khoáng silicat cốt liệu tồn dới dạng khoáng kết tinh (khoáng vật quarzt), ổn định Tuy nhiên, số trờng hợp ngoại lệ, phần khoáng vật quarzt tồn dới dạng vô định hình, liên kết yếu Khi cốt liệu chứa khoáng silicat không bền nh phản ứng lâu dài với chất kiềm xi măng tạo thành gel silica kiềm, gel hình thành ngày nhiều kết cấu bê tông, vợt giới hạn gây nở thể tích làm nứt phá vỡ kết cấu bê tông, phản ứng gọi phản ứng kiềm - cốt liệu Phản ứng ăn mòn dạng xảy xi măng có chứa alkali (đặc biệt Na2O) cốt liệu bê tông có SiO hoạt tính Phản ứng kiềm - cốt liệu xảy theo phơng trình sau [18]: Si - OH + OH- + Na + = ΞSi - ONa + H2O Phản ứng tạo nên phần tử polianion phá vỡ cầu silocsan theo phơng trình sau: - [ Si - O - Si Ξ] + [2OH-] = ΞSi - OPhản ứng làm gián đoạn liên kết silocsan làm tơi mạng lới cấu trúc đà bị yếu dẫn đến làm phân tán ôxít silíc Sản phẩm cuối phản ứng dung dịch silicát kiềm chứa phần tử mônôme polime ôxít silíc silicát đà hydrat Xi măng xỉ có hàm lợng kiềm nhỏ so với xi măng poóclăng, lợng kiềm đà tham gia phản ứng với xỉ nên hạn chế khả tham gia phản ứng với khoáng silicat vô định hình Vì vậy, xi măng xỉ đợc coi xi măng có tính chất làm giảm phản ứng kiềm - cốt liệu đợc sử dụng nhiều bê tông vật liệu có tác dụng chống lại phản ứng kiệm - cốt liệu 1.2.5 Đặc tính bê tông sử dụng GBFS Đà có nhiều tài liệu nghiên cứu vai trò ảnh hởng GBFS tính chất vữa bê tông, nói chung có tác dụng nâng cao tính chất độ bền bê tông 1.2.5.1 Tính chất hỗn hợp bê tông - Lợng nớc nhào trộn: 28 28 28 Do đặc tính bề mặt hạt GBFS mịn trơn nhẵn, dễ tạo độ trơn trợt ngang sít chặt cho bê tông nên sử dụng BGFS nghiền mịn làm tăng độ linh động giảm nhu cầu nớc nhào trộn cho hỗn hợp bê tông Lợng nớc nhào trộn có xu hớng giảm tăng tỷ lệ sử dụng GBFS Độ tách nớc: - Độ tách nớc hỗn hợp bê tông xẩy tợng sa lắng hạt cốt liệu trọng lợng thân, sa lắng làm tách nớc bề mặt lớp vữa Khả tách nớc, tốc độ tách nớc phụ thuộc vào tỷ lệ và diện tích bề mặt chất rắn so với thể tích nớc, tỷ lệ tăng tính tách nớc tốc độ tách nớc giảm [19] Với bê tông có nhiều hạt mịn nh GBFS nghiền mịn, tức có số diện tích bề mặt lớn tính giữ nớc hỗn hợp bê tông cao Nh vậy, sử dụng GBFS nghiền độ mịn cao cải thiện khả tách nớc hỗn hợp bê tông, mức độ tách nớc phụ thuộc tỷ lệ thuận với độ mịn GBFS tỷ lệ nghịch với tỷ lệ sử dụng GBFS bê tông - Thời gian đông kết: Thông thờng, thời gian đông kết hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào yếu tố nh thời gian đông kết xi măng loại xi măng sử dụng, hoạt tính xi măng, tỷ lệ nớc/xi măng, phụ gia hóa học đa thêm vào môi trờng bảo dỡng bê tông Xi măng xỉ có thời gian đông kết dài so với xi măng OPC, đặc biệt sư dơng xØ ë c¸c tû lƯ cao, đó, thời gian đông kết hỗn hợp bê tông sử dụng xi măng xỉ thờng kéo dài so với sử dụng xi măng OPC Thời gian đông kết hỗn hợp bê tông xi măng xỉ kéo dài thuận lợi cho công tác thi công bê tông, đặc biệt thi công điều kiện khí hậu khô nóng - Hàm lợng bọt khí: Trong trình nhào trộn bê tông, hạt vật liệu có kích thớc nhỏ 75 àm, ví dụ nh hạt xỉ nghiền mịn, có tác dụng phá vỡ hình thành bọt khí hỗn hợp bê tông Ngoài thi công đầm chặt, hạt xỉ có kích thớc nhỏ có tác dụng điền đầy lỗ rỗng bê tông, đuổi bọt khí ngoài, làm giảm đáng kể hàm lợng bọt khí bê tông nớc ôn đới, hàm lợng bọt khí có tác dụng tốt việc nâng cao độ bền băng giá cho bê tông Đối với nớc có khí hậu nóng ẩm nh nớc ta, bọt khí bê tông làm giảm tính chất nh cờng độ, chống thấm độ bền môi trờng xâm thực 29 29 29 1.2.5.2 Tính chất bê tông - Cờng độ tốc độ phát triển cờng độ bê tông: Cờng độ tốc độ phát triển cờng độ bê tông nói chung phụ thuộc vào yếu tố nh độ đặc chắc, tỷ lệ cốt liệu nhỏ/cốt liệu lớn lực dính kết đá xi măng với cốt liệu Bê tông có mác thông thờng (nhỏ 300), chịu nén thờng bị phá hủy chủ yếu vùng chuyển tiếp đá xi măng cốt liệu Cờng độ tốc độ phát triển cờng độ bê tông xi măng xỉ thờng thấp độ tuổi ngắn ngày (1 ngày), giải thích tốc độ phát triển cờng độ xi măng xỉ chậm so với xi măng thông thờng, đặc biệt điều kiện khí hậu lạnh, Điều gây bất lợi kết cấu bê tông có yêu cầu cờng độ cao tuổi ngắn ngày Tuy nhiên, cờng độ bê tông xi măng xỉ đạt lớn cờng độ bê tông xi măng poóclăng độ tuổi dài Để hạn chế nhợc điểm cờng độ nén thấp tuổi ngắn ngày, không nên sử dụng xi măng xỉ cho kết cấu bê tông yêu cầu cờng độ cao tuổi ngắn ngày tốt sư dơng cho c¸c vïng cã khÝ hËu nãng Êm Các kết nghiên cứu [20] cho thấy rằng, độ tuổi dài ngày, khoáng xi măng poóclăng gần nh đà thủy hóa hết thành phần xỉ tiếp tục phản ứng với Ca(OH) để tạo thành sản phẩm CSH, làm tăng độ đặc tăng cờng độ cho bê tông, tỷ lệ sử dụng xỉ lớn cờng độ bê tông tuổi dài ngày cao Tỷ lệ tăng cờng độ bê tông xi măng xỉ tuổi dài ngày cao nhiều so với bê tông xi măng poóclăng Chính nhờ đặc tính tốt mà nhiều nớc giới đà sử dụng xỉ để chế tạo bê tông cờng độ cao [21] - Nhiệt độ kết cấu bê tông: Trong trình thủy hóa khoáng clanhke thờng sinh lợng nhiệt, đợc gọi nhiệt thủy hóa, lợng nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hàm lợng khoáng C3S C3A Đối với kết cấu bê tông khối lớn, nhiệt thuỷ hóa xi măng vấn đề đợc quan tâm đặc biệt, nhiệt thủy hóa xi măng lớn làm cho nhiệt độ lòng khối bê tông tích tụ lại tăng dần, chênh lệch nhiệt độ bên khối bê tông bên môi trờng tăng dần, vợt giới hạn sinh ứng suất nhiệt gây nứt nẻ phá vỡ kết cấu bê tông Xi măng xỉ có u điểm việc hạn chế nhiệt thủy hóa làm giảm hàm lợng khoáng clanhke xi măng, nhiệt thủy hóa 30 30 30 xi măng xỉ tỷ lệ nghịch với hàm lợng pha xỉ Chính nhờ u điểm mà nhiều nớc đà sử dụng xỉ để sản xuất xi măng tỏa nhiệt sử dụng cho công trình bê tông khèi lín - TÝnh chèng thÊm níc: Trong kÕt cÊu bê tông, cát đá vật liệu đặc chắc, áp lực nớc nhỏ 20 at nớc khó thấm qua Đờng thấm nớc bê tông chủ yếu qua vùng chuyển tiếp cốt liệu đá xi măng nh qua lỗ rỗng mao quản có kích thớc lớn đá xi măng Bê tông có khả chống thấm nguyên nhân gây lên tợng ăn mòn xâm thực làm phá hủy kết cấu bê tông bê tông cốt thép Đối với bê tông sử dụng xi măng xỉ, hàm lợng xỉ cao có tác dụng làm phân tán bịt kín phần lỗ rỗng mao quản Ngoài ra, xỉ tác dụng với Ca(OH)2 thời gian lâu dài tạo khoáng CSH làm giảm lỗ rỗng tăng độ đặc kết cấu bê tông Kết nghiên cứu mẫu vữa sử dụng loại xi măng khác [22] cho thấy rằng, tổng thể tích lỗ rỗng mẫu vữa xi măng xỉ loại B C (theo tiêu chuẩn Nhật Bản) thấp nhiều so với mẫu vữa xi măng OPC xi măng tro bay, đặc biệt tuổi dài ngày Nh vậy, xi măng xỉ lò cao có khả trì tăng tính bền vững nh khả chống thấm cho bê tông - Khả ăn mòn cốt thép bê tông: Hiện tợng ăn mòn cốt thép kết cấu bê tông cốt thép xẩy có xâm nhập ion Cl - CO2 vào kết cấu bê tông, xâm nhập xẩy mạnh độc đặc bê tông không cao Các phân tích đà xi măng xỉ có tác dụng làm giảm lỗ rỗng tăng độ đặc bê tông dó làm giảm khả ăn mòn ăn mòn cốt thép tác nhân hóa học - Độ bền sun phát phản ứng kiềm - cốt liệu: Độ bền sun phát khả hạn chế phản ứng kiềm - cốt liệu bê tông đợc định tính chất xi măng sử dụng Các kết phân tích đặc tính kỹ thuật xi măng xỉ đà chứng minh rằng, bê tông sử dụng xi măng xỉ có tính bền môi trờng xâm thực hạn chế đợc phản ứng kiềm - cốt liệu 31 31 31 phần II đặc tính kỹ thuật xỉ hạt lò cao 2.1 Tính chất lý Kết thí nghiệm tính chất lý thành phần hạt GBFS tro bay đợc trình bày bảng 2.1.1, bảng 2.1.2 hình 2.1.1 - Khối lợng riêng khối lợng thể đổ đống: Khối lợng riêng GBFS nằm khoảng từ 2,88 3,03 g/cm 3, vật liệu có khối lợng riêng tơng đối cao (gần tơng đơng với khối lợng riêng clanhke) Khối lợng riêng xỉ TISCO tơng tự nh mẫu xỉ Nhật Bản Khối lợng riêng tro bay Phả Lại thấp nhiều, vật liệu nhẹ so với xỉ lò cao Khối lợng thể tích trạng thái đổ đống tro bay thấp xỉ không đáng kể Mặc dù GBFS có khối lợng riêng tơng đối cao nhng khối lợng thể tích trạng thái đổ đống lại tơng đối thấp, điều giải thích xỉ có cấu trúc rỗng xốp trạng thái hạt tự nhiên có khối lợng thể tích không cao Điều gây chi phí cao cho việc vận chuyển tro bay xỉ đến nơi sử dụng chiếm thể tích phơng tiện vận chuyển lớn nhng khối lợng nhỏ - Độ hút nớc độ ẩm: Độ hút nớc GBFS TISCO Nhật Bản tơng đối nh nhau, nằm khoảng từ 3,74 - 6,25%, loại vật liệu có độ hút nớc cao Điều có ảnh hởng không tốt chứa xỉ bÃi chứa mái che, làm cho xỉ có độ ẩm cao, gây khó khăn cho việc nghiền xỉ phải sấy trớc nghiền Các mẫu xỉ thí nghiệm đợc lấy bÃi chứa mái che, có độ ẩm tơng đối cao, dao động khoảng từ 4,3 7,3% Với độ ẩm nh không cần sấy trớc nghiền, nhiên trờng hợp trời ma, độ ẩm xỉ cao nhiều, bắt buộc phải sấy trớc nghiền Bảng 2.1.1 Các tính chất lý GBFS tro bay STT Tên tiêu 32 Đơn Loại mẫu vị tÝnh FAPL TISCO NSC JFE ABC 32 32 KBS SMI - §é Èm % 2,6 §é hót níc % - 4,3 5,3 5,5 4,6 7,3 5,1 5,72 4,28 4,88 3,74 6,25 3,85 Khối lợng riêng g/cm3 2,12 2,95 2,88 2,91 3,03 2,91 2,96 Khèi lỵng thĨ tÝch ®ỉ kg/m3 1118 1140 1160 1174 1138 1155 1162 đống Thành phần hạt: Với công nghệ tạo hạt xỉ theo phơng pháp làm lạnh nớc, mẫu GBFS có thành phần hạt tơng đối đồng đều, kích thớc cỡ hạt dao động khoảng từ 0,15 2,36 mm Kích thớc cỡ hạt xỉ TISCO thô chút so với mẫu xỉ Nhật Bản Với cấp phối cỡ hạt xỉ nh thuận lợi cho trình nghiền Tro bay Phả Lại có độ mịn trung bình so với độ mịn xi măng, thành phần cấp phối hạt có 75% hạt có kích thớc nhỏ 49 àm, cỡ hạt có kích thớc lớn 90 àm chiếm khoảng 10% Bảng 2.1.2 Thành phần hạt GBFS Lợng lại sàng, % STT Loại mẫu 4,75m 2,36m 1,18m 0,15m