Vai trò của diatomite phú yên trong sản xuất xi măng porland trên cơ sở Clinker Long Thọ

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 60 VAI TRÒ CỦA DIATOMITE PHÚ YÊN TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG PORLAND TRÊN CƠ SỞ CLINKER LONG THỌ THE ROLE OF PHU YEN’S DIATOMITE IN PORTLAND CEMENT PRODUCTION BASED ON THE LONGTHO’S CLINKER Phạm Cẩm Nam Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Trần Ngọc Tuyền, Trần Thanh Tuấn Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế TÓM TẮT Nhằm mục đích đa dạng hóa việc ứng dụng nguồn diatomite tại Việt Nam, diatomite Phú Yên được nghiên cứu để sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng thông qua việc đánh giá các tính chất quan trọng của nó. Trong bài báo này, diatomite Phú Yên được xem như một phụ gia puzzolan tiềm năng với độ hoạt tính tính theo độ hút vôi là 173 (mgCaO/1g diatomite). Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt hoá (đến 800 0 C) lên hoạt tính của diatomite là không đáng kể. Hàm lượng diatomite Phú Yên có thể sử dụng đến 30% (khối lượng) trên nền clinker Long Thọ mà mẫu xi măng nhận được vẫn đảm bảo các tính chất của xi măng PCB30. Tuy nhiên, cân đối giữa yếu tố kỹ thuật và kinh tế, có thể sử dụng 5% diatomite nguyên khai phối trộn với phụ gia đá vôi Long Thọ để tổng hàm lượng phụ gia đến 20% mà vẫn đảm bảo yêu cầu của TCVN 6260:1997, điều này có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất cũng như trong kinh doanh. ABSTRACT In order to disersify the use of diatomite in Vietnam, Phu-Yen’s diatomite has been studied for the production of Porland cement industry by evaluating its important characterictics. In this paper, Phu-Yen’s diatomite is defined as a potential pozzolana, whose activate property is 173 mgCaO/1g diatomite. The effect of activated temperature (up to 800 0 C) on Phu-Yen’s diatomite is proved to be insignificant. The quantitative amount of Phu-Yen diatomite can be used up to 30% (in wt.) on the basis of the clinker at Long-Tho Company, but the obtained cement samples are still being qualified as a criteria for PCB30 cement. However, based on the balance of the technical and economical factors, we discover that the mixture of 5% of diatomite combined with the calcarerous stone of Long Tho (up to 20% in wt.) can be used for this purpose. 1. Giới thiệu Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu sử dụng puzzolan trong công nghiệp sản xuất xi măng và bê tông càng trở nên cấp thiết bởi nhu cầu phát triển của ngành xây dựng và ngành vật liệu xây dựng.[1-6] Puzzolan bao gồm các nguyên liệu tự nhiên như đá tuffs, tro xỉ núi lửa, zeolite, diatomite Sử dụng puzzolan trong lĩnh vực sản xuất xi măng, là một đòi hỏi kỹ thuật nhằm các mục đích [7] (i) Loại trừ CaO lượng tự do (dư thừa) sinh ra trong quá trình sản xuất hoặc thủy hóa của xi măng, hạn chế hiện tượng tỏa nhiệt làm tăng thể tích gây nứt vỡ công trình, đặc biệt là các công trình thủy. (ii) Để thúc đẩy quá trình thành tạo các chất kết dính, lấp đầy các lỗ rỗng và mao mạch trong TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 61 bê tông, hạn chế các quá trình xâm nhập và ăn mòn cốt thép của các ion Cl−, SO4 2− , làm tăng độ bền nước, độ bền sulfat của sản phẩm. (iii) Và đặc biệt, song song với các mục đích kỹ thuật, sử dụng puzzolan trong sản xuất xi măng còn cho phép nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy sản xuất xi măng nhờ vào việc pha trộn trực tiếp vào clinker với hàm lượng từ 15- 40% mà không cần trải qua quá trình nung luyện. Mỏ quặng diatomite tại huyện Tuy An, Phú Yên với trữ lượng dự báo hơn 60 triệu tấn là loại quặng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp trong đó có ngành sản xuất vật liệu xây dựng. Diatomite là một chất cách nhiệt hiệu quả bởi vì có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 10000C) và có tính dẫn nhiệt thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ xốp cao[3] Bên cạnh việc sản xuất các loại gạch nhẹ cách nhiệt chịu nhiệt, diatomite còn được nghiên cứu sử dụng sản xuất các sản phẩm vật liệu nhẹ cách âm, cách nhiệt dùng trong xây dựng như gạch block nhẹ, panel nhẹ, các loại vật liệu chống nóng. Khả năng ứng dụng của diatomite Phú Yên vào sản xuất vật liệu nhẹ, xi măng đã được đề ra nhưng vẫn chưa có một cách hệ thống. Nhằm để khai thác và ứng dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu này trong các lĩnh vực khác nhau, trong bài báo này chúng tôi sẽ tập trung đề cập vai trò làm phụ gia hoạt tính của diatomite Phú Yên cho sản xuất xi măng PCB trên cơ sở nguồn clinker sản xuất tại Nhà máy Xi măng Long Thọ. 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Nguyên liệu Các mẫu clinker được lấy ngẫu nhiên trên 05 lô clinker của Nhà máy Xi măng Long Thọ (mỗi lô  200 tấn). Thạch cao được lấy ở 28 vị trí khác nhau từ lô thạch cao dự trữ của nhà máy xi măng Long Thọ. Clinker và thạch cao lần lượt được cho qua kẹp hàm rồi nghiền mịn bằng máy nghiền bi thí nghiệm cho đến khi độ mịn đạt yêu cầu, sau đó đóng bao bảo quản để sử dụng trong suốt quá trình nghiên cứu. Mẫu diatomite được đặt mua tại Công ty Cổ phần Khoáng sản Phú Yên với số lượng 60 kg. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Thành phần hóa học của clinker và diatomite được xác định theo các phương pháp trong TCVN 141:1998 [8,9] và phương pháp XRF.[6] Xác định độ hoạt tính của diatomite theo TCVN 3753-82 [8,9]. Quá trình phân tích hóa học được thực hiện tại phòng thí nghiệm của nhà máy xi măng Long Thọ; phòng thí nghiệm thuộc Khoa hóa Trường Đại học Khoa học Huế và Trung tâm PTPLHHXKNK miền Trung. Thành phần khoáng của clinker, diatomite được xác định bằng XRD và DTA tại Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Việc xác định các tính chất cơ lý của clinker, xi măng được tiến hành tại phòng thí nghiệm của nhà máy xi măng Long Thọ, bao gồm cường độ nén xi măng, thời gian đông kết và độ ổn định thể tích, độ nghiền mịn (R008) xác định theo các TCVN. Để xử lý số liệu thực nghiệm, phương pháp thống kê bao gồm phân tích phương sai (ANOVA) và xét tương quan giữa các yếu tố khảo sát được áp dụng.[10] TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 62 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 3.1. Khảo sát chất lượng clinker Long Thọ Bảng 1 cho thấy hàm lượng bốn oxide quan trọng nhất bao gồm CaO, Al2O3, SiO2 và Fe2O3 trong clinker Long Thọ đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 7024:2002. Error! Bookmark not defined.[6] Tuy nhiên hàm lượng CaOtd trong clinker dao động trong khoảng 4.7% ÷ 5.0%, vượt quá giới hạn cho phép của TCVN 7024:2002 [8], điều này hoàn toàn tự nhiên khi nung luyện clinker theo công nghệ lò đứng với quá trình kiểm soát chưa hoàn toàn tự động hóa kết quả là các phản ứng tạo khoáng không thể xảy ra triệt để. Áp dụng phương pháp ANOVA một chiều,[10] kết quả thu được cho thấy ở mức ý nghĩa P = 0. 05 các kết quả trung bình đối với CaO, SiO2, MgO và CaOtd đều giống nhau về mặt thống kê. Do Ftính< F (P=0.05; fA=4; fPP=10) = 3.48 [10] có nghĩa là chất lượng của các mẫu clinker lấy tại thời điểm khác nhau là như nhau. Bảng 1. Thành phần hóa học của các mẫu clinker Long Thọ Thành phần (%) TCVN 7024:2002 Đại lượng (a) Mẫu clinker C1 C2 C3 C4 C5 CaO 58 – 67 TB 61. 9 62. 9 63. 3 62. 8 61. 6 s 0.5 0.8 0.7 0.6 0.3 SiO2 18 – 26 TB 21.5 20.5 20.7 20.5 21.0 s 0.5 0.3 0.4 0.4 0.5 Al2O3 3 - 8 TB 5.9 5.1 5.3 5.4 5.2 s 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 Fe2O3 2-5 TB 4.7 4.9 4.8 4.6 4.7 s 0.2 0.2 0.1 0.1 0.2 MgO ≤5 TB 2.5 2.5 2.6 2.5 2.6 s 0.1 0.2 0.1 0.1 0.1 SO3 - TB 0.8 0.5 0.5 0.5 0.5 s 0.1 0.1 0.1 0.1 0.0 CaOtd ≤1,5 TB 4.8 4.7 5.0 4.9 4.8 s 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 MKN ≤1,5 TB 1.6 1.3 1.5 1.5 1.4 s 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 Trong đó: TB, s là giá trị trung bình (n=3) và độ lệch chuẩn của các mẫu clinker TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 63 Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Cl-1 (Clinker) 00-049-0442 (*) - Calcium Silicate - Ca3SiO5 - Monoclinic - a 12.20850 - b 7.09430 - c 9.30710 - alpha 90.000 - beta 116.158 - gamma 90.000 - Base-centered File: TuyenHue CL-1(Clinker).raw - Start: 4.905 ° - End: 69.932 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Creation: 3/11/2008 1:11:37 PM Li n (C ou nt s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 d= 3. 04 1 d= 2. 78 4 d= 2. 61 4 d= 1. 63 3 d= 2. 18 2 d= 1. 77 0 Hình 1. Giản đồ XRD của mẫu clinker C3 xi măng Long Thọ Kết quả phân tích bằng phương pháp XRD cho mẫu clinker Long Thọ được (mẫu C3) được ghi trên Hình 1. Rõ ràng rằng thành phần pha tinh thể chủ yếu của clinker Long Thọ là khoáng 3CaO.SiO2 (C3S), khoáng có vai trò quan trọng nhất trong clinker, quyết định chủ yếu đến cường độ và thời gian đông kết của xi măng. Sự hiện diện chủ yếu của khoáng này chứng nhận chất lượng của clinker Long Thọ. Ngoài ra còn xuất hiện vô số các peak nhiễu xạ có cường độ rất bé (< 5 cps) trên XRD chứng tỏ có một lượng khá lớn pha vô định hình trong clinker Long Thọ. Các peak đặc trưng cho các khoáng C2S, C3A, C4AF không xuất hiện trên giản đồ, điều này có thể khẳng định các khoáng C2S, C3A, C4AF tồn tại dưới dạng vô định hình hoặc ở dạng vi tinh thể. 3.2. Các tính chất cơ lý của clinker xi măng Long Thọ gốc Hỗn hợp clinker và thạch cao, chưa có mặt phụ gia được gọi là xi măng gốc hay xi măng Porland (PC). Các mẫu clinker C1, C2, C3, C4, C5 được nghiền và trộn chung với 3% thạch cao trong máy nghiền thí nghiệm, độ mịn được khống chế vào khoảng 4 ÷ 6% để tạo ra 5 mẫu xi măng gốc được ký hiệu từ PC1 đến PC5. Tiến hành xác định các chỉ tiêu cơ lý của các mẫu xi măng gốc bao gồm: cường độ chịu nén R3 và R28 theo TCVN 6016:1995; và thời gian đông kết cũng như độ ổn định thể tích được xác định theo TCVN 6017:1995. Kết quả được trình bày ở Bảng 2. - Chỉ tiêu thời gian bắt đầu đông kết của mẫu xi măng gốc dao động trong khoảng 102÷120 phút, thời gian kết thúc đông kết trong khoảng 167 ÷ 177 phút và giá trị R28 trong khoảng 39.1 ÷ 41. 6 N/mm 2 đạt yêu cầu đối với PC30 theo TCVN 6260:1997. - Độ ổn định thể tích của các mẫu xi măng gốc dao động trong khoảng 23.8 ÷ 27.0 mm, vượt quá giới hạn cho phép của TCVN 6260:1997 nguyên nhân được giải thích là do ảnh hưởng hàm lượng vôi tự do cao trong clinker Long Thọ. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 64 Bảng 2. Kết quả xác định các chỉ tiêu cơ lý của mẫu xi măng gốc Chỉ tiêu Đơn vị Đại lượng Mẫu XM gốc PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 R3 N/mm 2 TB a 21.4 22.2 21.5 21.7 20.6 s a 0.3 0.5 0.3 0.2 0.2 R28 N/mm 2 TB 39.1 41.4 40.4 41.6 40.1 s 1.0 0.9 1.1 1.0 1.0 Thời gian bắt đầu đông kết Phút TB 116 114 110 106 105 s 4 4 3 4 3 Thời gian kết thúc đông kết Phút TB 174 172 172 175 167 s 4 3 3 3 4 Độ ổn định thể tích mm TB 25.1 25.6 25.5 25.9 26.1 s 0.4 0.5 0.6 0.7 0.5 Độ mịn % TB 5.0 4.5 4.5 5.5 5.0 s 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 SO3 % TB 1.8 1.9 1.8 1.9 1.8 s 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 aTB, s là giá trị trung bình (n=3) và độ lệch chuẩn của các chỉ tiêu cơ lý Mặt khác, để xem các mẫu xi măng gốc được tạo ra từ các mẫu clinker có tính chất cơ lý ổn định hay không, chúng tôi áp dụng phương pháp phân tích phương sai ANOVA một chiều [10] kết quả tính ghi trong Bảng 3 (chỉ tính toán với chỉ tiêu R28, thời gian kết thúc đông kết và độ ổn định thể tích), thu được tỷ số Ftính (chỉ tiêu R28, thời gian kết thúc đông kết và độ ổn định thể tích) đều bé hơn giá trị F(P=0.05; fA=4; fPP=10) = 3.48 [8] nên ở mức ý nghĩa P=0.05, chỉ tiêu R28, thời gian kết thúc đông kết và độ ổn định thể tích của các mẫu xi măng gốc không khác nhau. 3.3. Diatomite Phú Yên Gần đây công trình nghiên cứu của chúng tôi đã xác định đánh giá nguồn nguyên liệu Phú Yên bằng các phương pháp FT-IR, XRD và DTA và SEM [4] xác nhận rằng thành phần khoáng của diatomite Phú Yên là SiO2.nH2O với cấu trúc xốp hình ống trụ. Thành phần hóa học chủ yếu là SiO2, dao động trong khoảng 72.9 ÷ 73.2%, chứng tỏ rằng độ hoạt tính của diatomite được quyết định bởi lượng SiO2 vô định hình. Mặt khác, hàm lượng các thành phần có hại trong diatomite như MgO, SO3 rất thấp phù hợp với yêu cầu kỹ thuật phụ gia puzzolan (<1%). Độ hoạt tính của diatomite thuộc loại rất mạnh, trung bình 173 mgCaO/g (theo TCVN 3735-82). Chỉ tiêu này cho thấy diatomite phù hợp làm phụ gia hoạt tính trong xi măng. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 65 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung và thời gian nung đến độ hoạt tính của diatomite Từ kết quả nghiên cứu XRD[4] cho diatomite Phú Yên cho thấy thành phần chủ yếu của diatomite nguyên khai là SiO2 vô định hình với độ hoạt tính cao. Tuy nhiên kết quả từ giản đồ DTA[4] cho thấy quá trình nung diatomite có xảy ra các biến đổi hóa học ở các nhiệt độ 103 và 536oC ứng với các peak thu nhiệt. Để xác định sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hoạt tính của diatomite chúng tôi tiến hành nghiên cứu xác định độ hoạt tính của diatomite Phú Yên tại các nhiệt độ 500, 600, 700 và 800oC với thời gian nung 1, 2 và 3 giờ, kết quả được ghi trên Bảng 3. Bảng 3. Độ hoạt tính trung bình của các mẫu diatomite có xử lý nhiệt Thời gian nung (giờ) Đại lượng Độ hoạt tính (mg CaO/g diatomite) D5 D6 D7 D8 1 TB 179 184 157 144 S 1 2 5 3 2 TB 175 192 178 123 S 1 1 2 1 3 TB 178 185 179 119 s 1 1 1 3 D5, D6, D7 và D8 ký hiệu các mẫu nung ở các nhiệt độ 500, 600, 700, và 800oC. Áp dụng phương pháp phân tích phương sai ANOVA hai chiều trên các số liệu ở Bảng 3 cho thấy rằng việc xử lý nhiệt không ảnh hưởng lớn đến độ hoạt tính của diatomite Phú Yên; Ví dụ mẫu diatomite nguyên khai D1 có độ hoạt tính là 173 mgCaO/g diatomite và mẫu D6 khoảng 187 mg CaO/g diatomite. Như vậy trong sản xuất chúng ta có thể đưa trực tiếp diatomite vào quá trình nghiền xi măng. Mặt khác mẫu D6 có độ hoạt tính tăng cao nhất, nguyên nhân theo chúng tôi là do ở nhiệt độ 600 oC đã xảy ra quá trình mất nước hóa học hoàn toàn của SiO2.nH2O và sự mất nước cấu trúc của khoáng kaolinite có trong diatomite tạo thành metakaolinite. Mẫu D8 có độ hoạt tính thấp nhất là do bắt đầu xuất hiện các mầm tinh thể mulite sơ cấp, làm giảm hàm lượng SiO2 và Al2O3 hoạt tính kết quả là độ hoạt tính của nó giảm đáng kể. 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng diatomite nguyên khai đến chất lượng xi măng PCB Các kết quả khảo sát cho thấy diatomite nguyên khai có độ hoạt tính mạnh (173 mgCaO/g) đạt yêu cầu làm phụ gia hoạt tính cho xi măng PCB. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ diatomite đến chất lượng xi măng PCB bằng cách phối trộn clinker và 3% thạch cao với lần lượt 10, 15, 20, 25 và 30% diatomite tương ứng với các kí hiệu mẫu D1-10, D1-20, D1-30, D1-40 và D1-50 ghi trên Bảng 4. - Khi đưa hàm lượng diatomite từ 10 ÷ 30% khối lượng thì tất cả các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB có sự thay đổi. Khi đưa diatomite vào tuy có sự suy giảm cường độ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 66 nén khi so với mẫu PC5 nhưng không đáng kể tại mẫu 28 ngày tuổi. Đặc biệt khi hàm lượng diatomite từ 10 ÷ 20%, cường độ chịu nén R28 chỉ giảm 2 N/mm 2. Điều này chứng tỏ với lượng diatomite trong khoảng này là lượng vừa đủ để có thể phản ứng với lượng Ca(OH)2 do các khoáng có trong clinker tạo ra khi hydrate hóa. - Một điều đặc biệt là khi có mặt diatomite trong xi măng PCB Long Thọ sẽ làm tăng tính ổn định thể tích của xi măng. Đối với mẫu PC5 độ ổn định thể tích không đạt nhưng các mẫu xi măng có chứa diatomite đều có độ ổn định thể tích đạt yêu cầu khi so với TCVN 6260:1997. Đây là một chỉ tiêu rất quan trọng đối với xi măng PCB Long Thọ vì nó không những ảnh hưởng đến chất lượng xi măng mà còn ảnh hưởng đến thời gian lưu kho của xi măng. Như vậy các mẫu xi măng PCB có chứa diatomite mẫu đều thỏa mãn các yêu cầu cần thiết, tuy nhiên mẫu D1-30 có R3 không đạt mặc dù R28 cho kết quả phù hợp. Bảng 4. Ảnh hưởng của hàm lượng diatomite nguyên khai đến chất lượng xi măng PCB Chỉ tiêu Đơn vị TCVN 6260:97 Đại lượng Mẫu xi măng PCB PC5 D1-10 D1- 15 D1- 20 D1- 25 D1-30 R3 N/mm 2  14 TB 20.6 17.5 17.2 16.1 14.2 12.9 s 0.2 0.5 0.2 0.3 0.2 0.1 R28 N/mm 2  30 TB 40.1 38.2 38.6 38.7 36.3 33.9 s 1.0 0.3 0.1 0.2 0.3 0.2 Thời gian bắt đầu đông kết Phút  45 TB 105 110 113 116 126 138 s 3 2 1 1 2 2 Thời gian kết thúc đông kết Phút  600 TB 167 180 184 187 186 193 s 4 2 2 2 2 2 Độ ổn định thể tích mm  10 TB 26.1 4.2 2.4 1.6 1.2 1.4 s 0.5 0.6 0.2 0.2 0.2 0.3 Đánh giá so TCVN 6260:1997 đạt đạt đạt đạt không TB, s là giá trị trung bình (n=3) và độ lệch chuẩn; D1 có nghĩa là mẫu sấy tại 1000C 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng diatomite hoạt hóa đến chất lượng xi măng PCB Phân tích phương sai ANOVA hai chiều khi đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ nung và thời gian nung đến độ hoạt tính của diatomite cho kết luận là đối với diatomite thì không cần hoạt hóa. So sánh với mẫu diatomite hoạt hóa nhiệt ở 600oC lưu 2 giờ có độ hút vôi 192 mgCaO/g với mẫu diatomite nguyên khai (173 mgCaO/g) theo độ lệch nhỏ nhất 1 = 22 mgCaO/g thì 2 mẫu này tương đương nhau, nhưng xét về góc độ công TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 67 nghệ thì hai mẫu này có thể khác nhau. Để kiểm chứng lại, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ diatomite hoạt hóa đến chất lượng xi măng PCB. Mẫu diatomite hoạt hóa được chọn là mẫu nung ở nhiệt độ 600oC lưu 2 giờ có hoạt tính cao nhất được phối trộn với clinker và 3% thạch cao với các hàm lượng từ 10 đến 15 đến 30% diatomite hoạt hóa với bước nhảy 5%. Kết quả các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB được trình bày ở Bảng 5. Đánh giá kết quả ghi trên Bảng 5 với TCVN 6260:1997 các mẫu xi măng chứa từ 10 ÷ 30% diatomite hoạt hóa đều cho kết quả phù hợp với tiêu chuẩn này. Hình 2 là biểu đồ so sánh ảnh hưởng của hàm lượng diatomite hoạt hóa tại 600 0 C và diatomite nguyên khai đến cường độ chịu nén tại mẫu 28 ngày tuổi của mẫu xi măng thu được. Bảng 5. Ảnh hưởng của hàm lượng diatomite hoạt hóa đến chất lượng xi măng PCB Chỉ tiêu Đơn vị TCVN 6260:97 Đại lượng Mẫu xi măng PCB PC5 D6- 10 D6- 15 D6- 20 D6- 25 D6- 30 R3 N/mm 2  14 TB 20.6 18.1 16.8 16.2 15.2 14.3 s 0.2 0.8 0.5 0.3 0.6 0.4 R28 N/mm 2  30 TB 40.1 38.6 39.6 39. 4 37. 2 34.9 s 1.0 0.4 0.2 0.3 0.4 0.4 Thời gian bắt đầu đông kết Phút  45 TB 105 110 115 121 129 142 s 3 3 2 3 1 2 Thời gian kết thúc đông kết Phút  600 TB 167 182 184 188 186 194 S 4 3 2 1 2 1 Độ ổn định thể tích mm  10 TB 26.1 3.9 2.3 1.5 1.2 1.2 S 0.5 0.6 0.2 0.2 0.2 0.3 Đánh giá so TCVN 6260:1997 đạt đạt đạt đạt đạt TB, s là giá trị trung bình và độ lệch chuẩn; D6 có nghĩa là gia nhiệt đến 6000C 30 32 34 36 38 40 42 Hàm lượng diatomite, % khối lượng R 2 8 ( N /m m 2 ) Diatomite nguyên khai 38.2 38.6 38.7 36.3 33.9 Diatomite hoạt hóa 38.6 39.6 39.5 37.3 35.9 10 15 20 25 30 Hình 2. Ảnh hưởng của hàm lượng diatomite hoạt hóa và diatomite nguyên khai TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 68 Khi hoạt hóa nhiệt diatomite Phú Yên sẽ có ảnh hưởng tốt đến xi măng PCB, ví dụ R28 của mẫu chứa 20% diatomite là 39.5 N/mm 2. Tuy nhiên sự tăng cường độ chịu nén giữa diatomite hoạt hóa và nguyên khai không đáng kể (trung bình 1.0 N/mm2). Mặt khác, việc hoạt hóa diatomite ở nhiệt độ 600oC trong 2 giờ sẽ làm cho chi phí giá thành xi măng tăng lên do tiêu tốn nhiệt cho quá trình hoạt hóa. Mặt khác trong quá trình nghiên cứu thực tế, kết hợp với phụ gia hoạt tính diatomite với phụ gia đá vôi Long Thọ chúng tôi đã thu được hàm lượng kết hợp sử dụng 5% diatomite với các tỷ lệ khác nhau của đá vôi Long Thọ và thu được các phối liệu hợp lý thỏa mãn các yêu cầu của xi măng.[5] Vấn đề này sẽ được trình bày trong các công trình tiếp theo. 4. Kết luận Từ các kết quả khảo sát thành phần hóa học, thành phần khoáng của clinker và diatomite, ảnh hưởng của diatomite (nguyên khai và hoạt hóa) đến chất lượng xi măng PCB, chúng tôi nêu ra một số kết luận sau: (i) Clinker Long Thọ có thành phần khoáng chủ yếu là C3S, hàm lượng CaOtd trong clinker rất cao. Việc sử dụng phụ gia hoạt tính đối với xi măng PCB Long Thọ là một vấn đề tất yếu nhằm ổn định về chất lượng đặc biệt là tính ổn định thể tích của xi măng. (ii) Diatomite Phú Yên là loại phụ gia có độ hoạt tính rất mạnh, phù hợp làm phụ gia hoạt tính cho xi măng. Không cần phải hoạt hóa vì độ hoạt tính của diatomite nguyên khai tương đương với khi hoạt hóa nhiệt. (iii) Có thể tăng hàm lượng diatomite đến 30% mà chất lượng xi măng PCB Long Thọ vẫn thỏa mãn yêu cầu của TCVN 6260:1997. Mặt khác, khi sử dụng 5% diatomite nguyên khai phối trộn với phụ gia đá Long Thọ có tổng hàm lượng phụ gia đến 20% mà vẫn đảm bảo yêu cầu của TCVN 6260:1997, điều này có ý nghĩa trong sản xuất kinh doanh. (iv) Cuối cùng, cần thấy rằng chất lượng của xi măng nói chung không chỉ được đánh giá qua các chỉ tiêu chất lượng như R3, R28, độ ổn định thể tích, mà còn được đánh giá qua độ bền của các công trình theo thời gian. Vì vậy, việc nghiên cứu đưa phụ gia hoạt tính vào xi măng PCB là cần thiết góp phần làm tăng chất lượng xi măng từ đó làm tăng tuổi thọ các công trình. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H. F. W. Taylor, Cement Chemistry, Academic Press, London, 1990. [2] D. Kastis, G. Kakali, S. Tsivilis, M.G. Stamatakis, “Properties and hydration of blended cements with calcareous diatomite”, Cement and Concrete Research, 36, 2006, 1821–1826. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 69 [3] Phạm Cẩm Nam, “Nghiên cứu vật liệu nhẹ cách nhiệt diatomite”, Tập san khoa học- Đại học Đà Nẵng; số 05, 1998, 296-300. [4] Phạm Cẩm Nam,”Kết quả ban đầu về nguyên liệu diatomite Phú yên và các hướng áp dụng trong công nghiệp sản xuất”, Tập san khoa học- Đại học Đà Nẵng; số 03; 1998; 49-55. [5] Trần Thanh Tuấn, “Luận văn cao học, ngành hóa vô cơ”, Đại học Huế, 2008. [6] Trần Thanh Tuấn, Lâm Đại Tú, Võ Đình Vũ, Phạm Cẩm Nam,”Xác định các đặc tính của nguyên liệu diatomite Phú Yên bằng FT-IR, XRF, XRD kết hợp với phương pháp tính toán lý thuyết DFT”, Tạp chí Khoa học và Công Nghệ, ĐH Đà Nẵng, [7] Kiều Quý Nam, Puzơlan Việt Nam tiềm năng và khả năng sử dụng, Viện Địa chất học, Hà Nội, 2000. [8] Bộ Khoa Học Công Nghệ, Trung tâm thông tin tiêu chuẩn đo lường chất lượng, Tuyển tập các tiêu chuẩn về xi măng, Tập 1, Hà Nội. 2005. [9] Bộ Xây Dựng, Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại, Nxb Xây Dựng, Hà Nội, 2000. [10] Miller J.C, J.N Miller, Statstics for Analytical Chemistry, 2nd Ed, Ellis Horwood Ltd, Great Britain. 1988.