Xi măng là gì? Xi măng có thể tái chế được không?

Xi măng là gì? Xi măng có thể tái chế được không?
5/5 - (1 bình chọn)

Bài viết này sẽ giải thích cơ bản nhất về xi măng là gì? Xi măng có thể tái chế được không? Các loại xi măng trong xây dựng hiện nay? Các đặc điểm của xi măng. Ứng dụng chính của xi măng là gì? Trong bài viết này Công ty Cách Nhiệt An Tâm chỉ hy vong chia sẻ những điều cơ bản nhất về vật liệu xây dựng (VLXD) phổ biến bạn đang sử dụng hàng ngày để thi công bê tông, sàn bê tông, tô vữa tường, thi công vữa tự san phẳng,…

1. Xi măng là gì?

Xi măng là gì?
Xi măng là gì?

1.1. Định nghĩa xi măng là gì?

Xi măng có tên tiếng Anh là Hydraulic Cement là chất kết dính khi tiếp xúc với nước ở dạng bột mịn, khi trộn với nước thành dạng hồ dẻo, có khả năng chuyển thành dạng chất rắn trong không khí và trong nước nhờ phản ứng hóa- lý, thành vật liệu dạng đá.

1.2. Xi măng làm từ gì?

Vật liệu xi măng có thể được phân thành 2 loại là: xi măng không thủy lực (phi thủy lực) và xi măng thủy lực tùy theo cơ chế đông kết và đông cứng tương ứng của 2 loại này. Quá trình đông cứng của xi măng thủy lực liên quan đến phản ứng thủy hóa và do đó cần nước, trong khi dạng xi măng phi thủy lực chỉ phản ứng với không khí và có thể trực tiếp đóng rắn trong không khí.

1.2.1. Xi măng thủy lực

Cho đến nay, loại xi măng phổ biến được sử dụng nhiều nhất ở nước ta là xi măng thủy lực, loại xi măng này cứng lại bằng cách thủy hóa các khoáng chất clinker khi được thêm nước vào. Xi măng thủy lực ví dụ như xi măng portland được làm từ hỗn hợp silicat và oxit, 4 loại khoáng chính của clinker, được viết tắt trong ký hiệu hóa học xi măng là:

  • C3S: Alite (3CaO-SiO2).
  • C2S: Belite (2CaO-SiO2).
  • C3A: Tricalcium Aluminate (3CaO-Al2O3) (đôi khi còn được gọi là Celite).
  • C4AF: Brownmillerite (4CaO-Al2O3-Fe2O3).

Các silicat (Silicate là 1 hợp chất có anion silic) chịu trách nhiệm về các tính chất cơ học của xi măng– Aluminat tricalcium và Brownmillerit cần thiết cho sự hình thành pha lỏng trong quá trình thiêu kết (nung) clinker ở nhiệt độ cao trong lò nung. Các phản ứng hóa học này không hoàn toàn rõ ràng và vẫn là đối tượng nghiên cứu.

Đầu tiên, đá vôi (canxi cacbonat- CaCO3) được đốt để loại bỏ cacbon của nó, tạo ra vôi (canxi oxit) trong phản ứng nung. Phản ứng hóa học đơn lẻ này là nguyên nhân chính phát thải khí carbon dioxide CO2 gây hiệu ứng nhà kính toàn cầu.

CaCO3 → CaO + CO2

Vôi phản ứng với silic đioxit tạo ra 2 chất hóa học là dicalcium silicate và tricalcium silicate.

  • 2CaO + SiO2 → 2CaO·SiO2 (Blite)
  • 3CaO + SiO2 → 3CaO·SiO2 (Alite)

Vôi cũng phản ứng với nhôm oxit Al2O3 để tạo thành tricalcium aluminat.

3CaO + Al2O3 → 3CaO·Al2O3 (tricalcium aluminate)

Ở bước cuối cùng, canxi oxit CaO, nhôm oxit Al2O3 và oxit sắt Fe2O3 phản ứng với nhau để tạo thành xi măng.

4CaO + Al2O3 + Fe2O3 → 4CaO·Al2O3·Fe2O3 Brownmillerite

1.2.2. Xi măng phi thủy lực

Canxi oxit (CaO) thu được bằng cách phân hủy nhiệt canxi cacbonat ở nhiệt độ cao (trên 825°C).

1 dạng xi măng ít phổ biến hơn là xi măng phi thủy lực, chẳng hạn như vôi tôi (Canxi Oxit CaO trộn với nước), cứng lại bằng cách cacbonat hóa khi tiếp xúc với cacbon điôxít CO2, có trong không khí (~ 412 thể tích ppm ≃ 0.04 thể tích%).

Canxi oxit đầu tiên (vôi) được gia công từ ​​canxi cacbonat (đá vôi hoặc đá phấn) bằng cách nung ở nhiệt độ trên 825 ° C (1.517 ° F) trong khoảng 10 giờ ở áp suất khí quyển:

CaCO3 → CaO + CO2

Sau đó, canxi oxit (CaO) được dùng (tôi) trộn với nước để tạo ra vôi tôi Ca(OH)2 (canxi hydroxit):

CaO + H2O → Ca(OH)2

Khi lượng nước dư được bay hơi hoàn toàn (về mặt kỹ thuật, quá trình này được gọi là quá trình thiết lập setting), quá trình cacbonat hóa bắt đầu:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Phản ứng này diễn ra chậm vì áp suất riêng phần của carbon dioxide CO2 trong không khí thấp (~0,4 milibar). Phản ứng cacbonat hóa đòi hỏi xi măng khô phải tiếp xúc được với không khí, vì vậy vôi tôi là loại xi măng không thủy lực (phi thủy lực) và không thể sử dụng dưới nước và chu trình này được gọi là chu trình vôi.

1.3. Định nghĩa xi măng theo quá trình gia công từ Clanker

1.3.1. Clinker xi măng là gì?

Clinker xi măng là gì?
Clinker xi măng là gì?

Xi măng là 1 sản phẩm nung đến kết khối của hỗn hợp nguyên liệu đá vôi đất sét theo các mô đun hệ số phù hợp nhằm tạo được các thành phần khoáng theo mong muốn. Thành phần khoáng đó gọi là Clanhke hoặc Clinker đều được.

Clanhke có 4 loại khoáng chính và hàng loạt các khoáng khác như sau:

  • Khoáng Alit C3S có hàm lượng 45- 60%.
  • Khoáng Bêlit C2S có hàm lượng 20- 30%.
  • Khoáng Alumin canxi C3A có hàm lượng 5- 15%.
  • Khoáng Alumôferit canxi C4AF có hàm lượng 10- 18%.

Trong xi măng Porceland (loại xi măng phổ biến nhất hiện nay) thì khoáng clanhke chiếm đến 60%. Dưới đây là Bảng tỷ lệ các chất oxit có trong thành phần chính của xi măng portland:

  • %CaO = 63.67%
  • %SiO2 = 21.24%
  • %Al2O3 = 4.7%
  • %Fe2O3 = 25.4%
  • %R2O < 1.5%
  • %TiO2 < 5%
  • %MnO2 < 1.5%
  • %MgO < 5%
  • %SO3 = 2.5%

1.3.2. Làm thế nào để tạo ra Clanhke?

Thành phần phối liệu gia công Clanhke gồm 4 oxit chính như: CaO (oxit canxi, từ đá vôi), và SiO2 (oxit silic), Fe2O3 (oxit sắt ba), Al2O3 (oxit Nhôm, các oxit này từ đất sét); nếu thiếu sẽ được bổ sung bằng các phụ gia để điều chỉnh.

  1. Vôi sống CaO– canxi oxit có rất nhiều trong tự nhiên, đặc biệt là ở trong các hang động. CaO được sản xuất từ các loại đá như: đá phấn, đá vôi, vỏ sò hay đá phiến,… Đá vôi là nguyên liệu cơ bản để gia công clinker xi măng. Đá vôi được sử dụng trong gia công xi măng phải có hàm lượng CaCO3 ≥85%, MgCO3 ≤5%, Na2O và K2O ≤1%.
  2. Silica (SiO2) Được lấy từ đất sét, cát, mảnh c2 thủy tinh cũ, đá sét. Đất sét là 1 loại nguyên vật liệu quan trọng trong việc gia công xi măng, có tác dụng tạo ra khả năng kết dính và đông cứng của xi măng rất tốt sau khi pha trộn. Trong đất sét có các chất khoáng có công thức hóa học như SiO2, Al2O3, Fe2O3,… với hàm lượng oxit SiO2 bắt buộc là 55– 70%, thì mới đạt tiêu chuẩn để gia công xi măng ngày nay.
  3. Alumina (Al2O3) là nguyên liệu được tìm thấy nhiều trong đất sét, nhôm tái chế, bauxite…
  4. Oxit sắt (Fe2O3) được tách ra từ trong các quặng sắt, sắt phế liệu, đất sét, tro bay,…
  5. Thạch cao (CaSO4.2H2O) được tìm thấy nhiều nhất ở đá vôi.

1.3.3. Các phụ gia cần thiết để gia công xi măng

Bên cạnh Clanhke chiếm 60% xi măng, chúng còn cần các loại phụ gia khác để tạo thành xi măng hoàn chỉnh.

  • Phụ gia giúp điều chỉnh thời gian đông kết (Thạch cao CaSO4): Bản thân clanhke xi măng portland được nghiền mịn khi trộn với nước khiến cho đóng rắn rất nhanh. Để giải quyết vấn đề này, người ta đưa vào nghiền trộn với clanhke 1 lượng phụ gia từ 3- 5% để làm chậm thời gian đóng rắn của xi măng. Loại phụ gia phổ biến nhất đáp ứng được yêu cầu này chính là Thạch Cao. Thạch cao có công thức hoá học đầy đủ là CaSO4.2H2O, khi được nung ở nhiệt độ 150ºC thì thạch cao chuyển sang dạng khan có công thức hóa học là CaSO4.0,5H2O. Tác dụng của Thạch Cao: Điều chỉnh, tăng thời gian đóng rắn của xi măng. Tạo bộ khung cấu trúc ban đầu để các khoáng khác dễ kết tinh hơn. Đối với xi măng Poóclăng thường lượng CaSO4 được pha vào từ khoảng 3.5- 5%.
  • Phụ gia trợ nghiền: Phụ gia trợ nghiền có tác dụng nâng cao năng suất máy nghiền, giúp tiết kiệm năng lượng và thời gian nghiền. Thông thường người ta sử dụng các loại phụ gia như nhựa thông, than cốc, than đá, sunfuanat canxi, HEA-2,…
  • Phụ gia thuỷ hoạt tính có hoạt tính hút vôi để tạo thành các silicat canxi có độ bazơ thấp có tính kết dính. Dựa vào tính chất này mà nhà sản xuất đã đưa phụ gia thuỷ vào xi măng portland để làm tăng khả năng bền nước của khối đóng rắn. Ngoài tính năng trên, phụ gia thuỷ hoạt tính còn được xem là 1 chất trợ nghiền khá tốt. Phụ gia thuỷ hoạt tính bao gồm các chất chứa 1 hàm lượng oxit silíc hoạt tính (loại SiO2 ở dạng vô định hình). Độ hoạt tính của phụ gia thuỷ hoạt tính càng cao thì hàm lượng SiO2 càng lớn. Phụ gia thuỷ có 2 dạng: Dạng tự nhiên: tro núi lửa, Puzơlan đá bọt diatomit,… và Dạng nhân tạo được lấy từ xỉ của các nhà máy luyện kim, nhà máy nhiệt điện, xỉ lò cao, đất sét nung…
  • Phụ gia đầy (filler) là loại phụ gia đưa vào với mục đích nhằm tăng sản lượng xi măng, giảm giá thành sản phẩm. Tỷ lệ phụ gia đầy phụ thuộc vào chất lượng clanhke và yêu cầu kỹ thuật của xi măng.
  • Phụ gia bảo quản có tác dụng tạo màng ngăn ẩm giúp bao bọc các hạt xi măng, ngăn không cho chúng hút ẩm. Loại phụ gia này thường dùng TEA, dầu thực vật, dầu lạc có độ phân tán cao.

2. Thuật ngữ cần biết về xi măng

2.1. Các thuật ngữ liên quan, tên gọi các loại xi măng

  1. Xi măng (hydraulic cement) là chất kết dính khi tiếp xúc với nước ở dạng bột mịn, khi trộn với nước thành dạng hồ dẻo, có khả năng đóng thành chất rắn trong không khí và trong nước nhờ phản ứng hóa học- vật lý, thành vật liệu dạng đá.
  2. Xi măng alumin (aluminate cement) được nghiền từ clanhke xi măng alumin
  3. Xi măng đá vôi (lime stone cement) là xi măng portland hỗn hợp chỉ có phụ gia đá vôi.
  4. Xi măng giếng khoan dầu khí (oil well cement) là xi măng portland đặc biệt để bơm trám các giếng khoan dầu khí.
  5. Xi măng ít kiềm (low alkali cement) là loại xi măng chứa hàm lượng kiềm quy đổi ra Na2O (Na2Oqđ = %Na2O + 0,658% K­2O), không lớn hơn 0,6%.
  6. Xi măng kỵ ẩm (hydrophobic cement) là xi măng chậm hút ẩm do có chứa phụ gia kỵ ẩm.
  7. Xi măng mác cao (high strength cement) là xi măng có mác không nhỏ hơn 50.
  8. Xi măng nở (expansive cement) là xi măng có khả năng tăng thể tích theo quy định trong quá trình thủy hóa và đóng rắn.
  9. Xi măng portland (portland cement) là xi măng được nghiền mịn từ clanhkle xi măng portland với thạch cao.
  10. Xi măng portland bền sun phát (sulfate resisting portland cement) là xi măng portland khi đóng rắn có khả năng giúp hạn chế tác động xâm thực của môi trường sun phát. Đó là các môi trường sau: Đê đập ngăn mặn, các đê đập thuỷ lợi ở vùng đất và nước có phèn chua, đê đập, thuỷ lợi có mực nước dao động lên xuống thất thường. Công trình biển, công trình ngầm có sunphat (sun phát, sulfate). Môi trường công nghiệp, các nhà máy thải ra các axit ảnh hưởng trực tiếp đến sàn bê tông, bể chứa và các đường ống nước dẫn thải.
  11. Xi măng portland đóng rắn nhanh (rapid hardenning cement) là xi măng portland phát triển cường độ cao ở tuổi sớm.
  12. Xi măng portland hỗn hợp (blended portland cement) là xi măng portland có phụ gia khoáng được phụ gia pha vào theo quy định, tiêu chuẩn riêng.
  13. Xi măng portland ít tỏa nhiệt (low heat portland cement) ít hơn xi măng portland thông dụng và được quy định theo tiêu chuẩn riêng.
  14. Xi măng portland puzolan (puzzolan portland cement) là xi măng portland có phụ gia puzolan pha vào theo quy định, tiêu chuẩn riêng.
  15. Xi măng portland trắng (white portland cement) là xi măng được nghiền từ clanhke xi măng portland trắng với thạch cao, có thể có phụ gia trắng.
  16. Xi măng xây trát (masonry cement) là tổng hợp các chất kết dính thủy dạng bột mịn, thành phần gồm clanhke xi măng poóclăng và phụ gia khoáng, có thể có phụ gia các chất hữu cơ. Khi pha trộn với cát và nước thu được vữa tươi phù hợp để xây và hoàn thiện.
  17. Xi măng portland xỉ lò cao (blast furnace portland cement) là dạng xi măng portland có phụ gia xỉ hạt lò cao.

2.2. Các thuật ngữ liên quan đến hợp phần xi măng

  • Clanhke xi măng (cement clinker) là sản phẩm chứa các pha (khoáng) có tính chất kết dính thủy lực, được làm bằng cách nung đến khi kết khối hay nóng chảy hỗn hợp các nguyên liệu (phối liệu).
  • Clanhke xi măng alumin (calcium aluminate cement clinker) có chứa chủ yếu các khoáng canxi aluminat độ bazơ thấp.
  • Clanhke xi măng portland (portland cement clinker) chứa các khoáng canxi silicát, canxi aluminat và canxi fero aluminat với tỷ lệ xác định.
  • Clanhke xi măng portland trắng (white portland cement clinker) có màu trắng, gia công từ nguyên liệu chứa ít sắt.
  • Clanhker xi măng sun phát hóa (sulfated cement clinker) chứa chủ yếu các khoáng canxi sunpho aluminat và canxi sunpho silicat.
  • Khoáng clanhke (clinker mineral) là khoáng tổng hợp chiếm thành phần chính trong clanhke, được hình thành trong quá trình nung luyện clanhke.
  • Pha clanhke (phase of clinker) là các hợp phần tạo thành clanhke ở các dạng dung dịch chất rắn trên cơ cở các khoáng clinker, pha thủy tinh và các oxit riêng biệt hoặc pha thủy tinh.
  • Phụ gia công nghệ (processing admixture) được đưa vào trong quá trình nghiền xi măng để cải thiện quá trình công nghệ, tính chất của xi măng ví dụ chất trợ nghiền, kỵ ẩm,…
  • Phụ gia đầy (filler) là phụ gia khoáng pha vào xi măng ở dạng nghiền mịn, chủ yếu để cải thiện thành phần cỡ hạt và cấu trúc đá của xi măng.
  • Phụ gia khoáng (mineral additives) là các vật liệu vô cơ thiên nhiên hoặc nhân tạo pha vào xi măng ở dạng nghiền mịn để đạt được các chỉ tiêu chất lượng yêu cầu mà không gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng, bê tông và cốt thép. Phụ gia khoáng được chia thành 2 loại: phụ gia đầy và phụ gia khoáng hoạt tính.
  • Phụ gia khoáng hóa (mineralization admixture) gồm các hợp chất có trong tự nhiên hoặc nhân tạo được đưa vào phối liệu để thúc đẩy sự hình thành các khoáng của clinker trong quá trình nung luyện.
  • Phụ gia khoáng hoạt tính (active mineral additives) là 1 dạng phụ gia khoáng được đưa vào xi măng ở dạng nghiền mịn có tính chất thủy lực hoặc puzolan.
  • Phụ gia kỵ ẩm (hydrophobic admixture) là dạng phụ gia công nghệ được đưa vào trong quá trình nghiền xi măng giúp tạo thành màng bao quanh hạt xi măng, nhờ đó mà làm giảm tính hút ẩm của xi măng, giúp kéo dài thời gian bảo quản xi măng.
  • Phụ gia trợ nghiền (grinding additives) là dạng Phụ gia công nghệ được đưa vào trong quá trình nghiền nhằm cải thiện quá trình nghiền của xi măng.
  • Phụ gia xi măng (cement additives) là vật liệu đưa vào xi măng nhằm đạt được các chỉ tiêu chất lượng nhất định.
  • Thành phần hóa clanhke (chemical composition of clinker) chứa hàm lượng các oxit kim loại và thành phần khác cấu thành clanhke, được xác định bằng phương pháp phân tích hóa học.
  • Thành phần khoáng clanhke (mineral composition of clinker) chứa hàm lượng các khoáng chủ yếu cấu thành canhke xi măng được xác định bằng tính toán dựa trên thành phần hóa clinker hoặc bằng phương pháp hóa lý.
  • Thành phần pha clanhke (phase composition of clinker) chứa hàm lượng các pha chính của clinker, xác định bằng các phương pháp phân tích hóa lý.

2.3. Các thuật ngữ liên quan đến tính chất kỹ thuật của xi măng

  • Ăn mòn đá xi măng (diterioration of hardened cement paste) Quá trình suy giảm chất lượng đá xi măng do tác dụng xâm thực của môi trường.
  • Chỉ số hoạt tính cường độ của phụ gia (strength activity index of mineral additives) Tỷ số giữa hoạt tính cường độ ở tuổi 28 ngày đóng rắn của xi măng pha 20% phụ gia khoáng và của xi măng không pha phụ gia.
  • Đá xi măng (hardend cement paste) là vật liệu cứng hình thành sau khi hồ xi măng đóng rắn.
  • Độ bền xâm thực (resistance to chemical diterioration) Khả năng của đá xi măng bền trong môi trường xâm thực.
  • Độ chảy tỏa của hồ xi măng (spread of cement paste) là đại lượng biểu thị sự lan tỏa của hồ xi măng trên bề mặt phẳng, được xác định bằng 1 cây côn tiêu chuẩn trong điều kiện tiêu chuẩn.
  • Độ co của hồ xi măng (shrinkage of cement paste) Đại lượng biểu thị mức độ giảm thể tích của hồ xi măng trong quá trình đóng rắn.
  • Độ dẻo tiêu chuẩn (normal consistency) là đại lượng đặc trưng cho độ dẻo của hồ xi măng được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm giữa khối lượng nước so với khối lượng xi măng, được xác định theo tiêu chuẩn.
  • Độ mịn xi măng (fineness) là đại lượng đặc trưng cho mức độ nghiền mịn của xi măng được xác định theo phương pháp tiêu chuẩn.
  • Độ nở của hồ xi măng (expansion of cement paste) là đại lượng biểu thị mức độ tăng thể tích của hồ xi măng trong quá trình đóng rắn.
  • Độ ổn định thể tích (soundness) là giới hạn độ nở của hồ xi măng đóng rắn được xác định theo phương pháp tiêu chuẩn.
  • Độ tách nước (bleeding) là lượng nước tách ra trên bề mặt hồ xi măng sau khoảng thời gian lưu mẫu xác định.
  • Độ trắng của xi măng trắng (whiteness grade) Đại lượng đặc trưng cho mức độ trắng của xi măng so với độ trắng tuyệt đối.
  • Hoạt tính cường độ của clanhke (strendth activity of clinker) Với cường độ nén 28 ngày của mẫu thử là hỗn hợp nghiền từ clinker với 1 lượng thạch cao xác định, khi thử trong điều kiện tiêu chuẩn.
  • Hoạt tính cường độ của xi măng (strength activity of cement mortar) là cường độ nén thực tế của mẫu vữa xi măng tiêu chuẩn được thử trong điều kiện tiêu chuẩn.
  • Hồ xi măng (cement paste) Hỗn hợp dẻo của xi măng với nước
  • Mác xi măng (class of cement) Ký hiệu quy ước biểu thị cường độ nén tối thiểu của xi măng, đánh giá theo phương pháp tiêu chuẩn. Xi măng đạt được mác quy định phải có chất lượng phù hợp và đúng với các tiêu chuẩn tương ứng.
  • Nhiệt thủy hóa của xi măng (heat of hydration of cement) là lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình xi măng đóng rắn được xác định theo phương pháp tiêu chuẩn.
  • Sự đông kết giả của xi măng (false set) là hiện tượng mất tính dẻo tức thời của hồ xi măng trong quá trình xi măng trộn với nước, có thể khắc phục được bằng tác động cơ học.
  • Thời gian đặc quánh (thickning time) là khoảng thời gian từ khi trộn xi măng với nước cho đến khi độ quánh của hồ xi măng đạt đến 1 giá trị quy định theo tiêu chuẩn.
  • Thời gian bắt đầu đông kết (initial setting time) là khoảng thời gian từ khi trộn xi măng với nước đến khi hồ xi măng bắt đầu mất tính dẻo.
  • Thời gian kết thúc đông kết (final setting time) là khoảng thời gian từ khi trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất hoàn toàn tính dẻo để chuyển sang trạng thái rắn.
  • Tính chất puzolan (hoạt tính puzolan) của phụ gia khoáng (pozzolanic activity of mineral additives) Khả năng phản ứng với canxi hydroxyt ở nhiệt độ thường của phụ gia khoáng hoạt tính tạo thành các hydrat có tính kết dính.
  • Tính chất thủy lực của xi măng (dyraulic property of cement) là khả năng của xi măng sau khi trộn với nước, đóng thành chất rắn và bền trong nước.
  • Vữa xi măng tiêu chuẩn (standard cement mortar) là hỗn hợp của xi măng và cát tiêu chuẩn với nước theo tỷ lệ quy định.

3. Phân loại xi măng

Xi măng được phân loại thành 4 loại cơ sở như sau:

  • Theo loại và thành phần của clanhke;
  • Theo mác xi măng;
  • Theo tốc độ đóng rắn;
  • Theo thời gian đông kết.

3.1. Phân loại theo thành phần clanhke

Xi măng poóclăng- portland

Xi măng poóclăng- portland
Xi măng poóclăng- portland

Xi măng trên cơ sở clinker xi măng portland gồm xi măng portland không có phụ gia khoáng và xi măng portland có phụ gia khoáng với tên gọi và ký hiệu được qui định theo bảng sau

Tên loại xi măng portland Ký hiệu qui ước
1. Xi măng poóclăng không có phụ gia khoáng
Xi măng poóclăng PC
Xi măng poóclăng bền sunphat PCSR
Xi măng giếng khoan dầu khí PCOW
Xi măng poóclăng ít tỏa nhiệt PCLH
Xi măng poóclăng trắng PCW
2. Xi măng portland có phụ gia khoáng  
Xi măng poóclăng hỗn hợp PCB
Xi măng poóclăng hỗn hợp bền sunphat PCBSR
Xi măng poóclăng hỗn hợp ít tỏa nhiệt PCBLH
Xi măng poóclăng puzolan PCBPZ
Xi măng poóclăng xỉ hạt lò cao PCBBFS
Xi măng poóclăng tro bay PCBFA
Xi măng poóclăng trắng PCBW
Xi măng poóclăng đá vôi PCBLS
Xi măng xây trát PCBM

Xi măng alumin

Xi măng trên cơ sở clinker xi măng alumin có ký hiệu và thành phần nhôm oxit theo qui định ở  Bảng 2 như sau

Bảng 2– Các loại xi măng trên cơ sở clinker xi măng alumin

Loại xi măng alumin Ký hiệu qui ước Thành phần nhôm oxit, %
Xi măng alumin thông thường ACN 30- 46
Xi măng cao alumin ACH 46- 70
Xi măng đặc biệt cao alumin ACS Trên 70

Xi măng aluminat mang đặc tính là cường độ cao và rắn chắc rất nhanh bởi vì được gia công bằng cách nghiền clinke chứa aluminat canxi thấp kiềm CaO.Al2O3 là chất quyết định tính đông rắn nhanh và các tính chất khác của xi măng aluminat. Trong xi măng Aluminat còn có chứa tỷ lệ nhỏ các aluminat canxi khác như CaO.2AlO23, 2CaO.Al2O3.SiO2 và 1 ít khoáng belit (C2S).

Để gia công xi măng aluminat thường dùng đá vôi và đá vôi giàu nhôm (Al2O3.nH2O) như quặng bauxit. Hỗn hợp nguyên liệu được nung đến nhiệt độ kết khối 1300ºC hoặc nhiệt độ chảy 1400ºC. Clinker xi măng aluminat rất khó nghiền nên tốn năng lượng, bauxit lại hiếm, đắt nên giá thành xi măng khá cao. Để có thể gia công có thể dùng phế liệu của công nghiệp gia công nhôm.

Tính chất cơ bản

  • Xi măng aluminat có cường độ cao chỉ khi nó hóa rắn trong điều kiện nhiệt độ ôn hoà (không lớn hơn 25ºC). Vì vậy xi măng aluminat không nên dùng cho bê tông khối lớn và không nên gia công nhiệt ẩm.
  • Ở nhiệt độ thường khoảng < 25ºC, khi đó xi măng hóa rắn có cường độ cao : 2(CaO.AlO23) + 11H2O = 2CaO.AlO23.8H2O + 2Al(OH)3.
  • Còn nếu ở nhiệt độ cao hơn (25– 30ºC) nó lại tạo thành 3CaO.Al2O3.6H2O, sẽ làm cường độ của xi măng giảm đến 2 lần.
  • Mác của xi măng aluminat được xác định ở độ tuổi 3 ngày là: 400; 500 và 600 còn xi măng poolăng thường phải sau 28 ngày mới đạt được mác như vậy.
  • Yêu cầu về thời gian bắt đầu đông kết: không nhỏ hơn 0.5h; đông kết xong: không muộn hơn 12h. Lượng nhiệt phát ra khi rắn chắc lớn hơn xi măng portland thường 1.5 lần.
  • Trong đá xi măng (nếu ở trạng thái rắn chắc ở nhiệt độ thích hợp) thường sẽ không có Ca(OH)2 và CA.6H32O nên nó bền hơn trong 1 số môi trường nhưng không bền trong môi trường kiềm và môi trường axit. Vì vậy không nên dùng lẫn xi măng aluminat với xi măng plinker thường và vôi.

Công dụng: Xi măng aluminat được sử dụng làm bê tông, vữa rắn nhanh và chịu nhiệt, chế tạo xi măng nở.

Xi măng canxi sunfo aluminat

Có 2 loại là Xi măng nở (EC) và Xi măng dự ứng lực (PSC).

Xi măng nở EC là loại xi măng đặc biệt khi trộn với nước tạo thành 1 hỗn hợp có xu hướng tăng khối lượng đến 1 mức độ lớn đáng kể so với xi măng Portland. Sự mở rộng của vữa xi măng hay bê tông có thể bù đắp cho tổn thất co ngót.

Quá trình gia công xi măng nở giống với xi măng Portland, nhưng các nguyên liệu thô được sử dụng để tạo thành clinker thì khác nhau. Đầu tiên đá vôi và đất sét được nung nóng ở nhiệt độ khoảng 1.426ºC và clinker được hình thành. Trong bước tiếp theo, canxi sunfat và bauxite được nung ở nhiệt độ 1.260ºC, tạo ra các clinker sulfo-aluminate. 2 loại clinker này được kết hợp với nhau để tạo thành xi măng nở. Khi xi măng nở tiếp xúc với nước, sulfo-aluminate sẽ mở rộng về khối lượng.

Xi măng nở có 3 loại là: K, M và S. Theo đó, nguyên liệu thô của loại xi măng nở K chứa xi măng Portland, anhydrous tetracalcium trialuminate sulfate (C4A3S), calcium sulfate (CaSO4) và vôi (CaO). Các clinker của xi măng nở Portland trong loại M được kết hợp với canxi sulfat. Trong xi măng nở thuộc loại S có chứa hàm lượng cao tricalcium aluminate (C3A) và canxi sulfat hơn xi măng Portland thông thường.

Xi măng nở được sử dụng để làm các tấm sàn lớn. Nó hoạt động rất tốt trong việc lấp các lỗ rỗng trên nền móng bê tông. Xi măng nở được dùng để xây dựng các cấu trúc giữ nước, cầu và các tòa nhà, dùng để sửa chữa các bề mặt bê tông bị hư hỏng,…

Các loại xi măng khác

  1. Xi măng chịu axit (ARC);
  2. Xi măng cản xạ (RSC).

3.2 Theo cường độ nén, xi măng được chia thành 3 loại mác sau:

  1. Xi măng mác cao từ 50 MPa trở lên;
  2. Xi măng mác trung bình từ 30 MPa đến nhỏ hơn 50 MPa;
  3. Xi măng mác thấp nhỏ hơn 30 MPa.

3.3 Theo tốc độ đóng rắn, xi măng được phân ra 4 loại:

  • Xi măng đóng rắn chậm: Khi cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày nhỏ hơn 40% cường độ nén ở tuổi 28 ngày;
  • Xi măng đóng rắn bình thường: Khi cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày lớn hơn 40 đến 70% cường độ nén ở tuổi 28 ngày;
  • Xi măng đóng rắn nhanh: Khi cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày lớn hơn 70% cường độ nén ở tuổi 28 ngày;
  • Xi măng đóng rắn rất nhanh: Khi cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 6 giờ lớn hơn 70% cường độ nén ở tuổi 28 ngày.

3.4 Theo thời gian đông kết, xi măng được phân ra 3 loại:

  • Xi măng đông kết chậm: Khi thời gian bắt đầu đông kết lớn hơn 2 giờ;
  • Xi măng đông kết bình thường: Khi thời gian bắt đầu đông kết từ 45 phút đến 2 giờ;
  • Xi măng đông kết nhanh: Khi thời gian bắt đầu đông kết nhỏ hơn 45 phút.

4. Các Loại xi măng chính và đặc tính theo ASTM

Theo Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ viết tắt là ASTM (American Society for Testing and Materials) đưa ra hơn 10 loại xi măng, tuy nhiên chúng ta tìm hiểu 5 loại cơ bản nhất sau đây:

  • Loại I– Mục đích Thông thường/Chung
  • Loại II– Kháng Sulfate vừa phải
  • Loại III– Cường độ sớm cao
  • Loại IV– Nhiệt độ hydrat hóa thấp
  • Loại V– Kháng sunfat cao

4.1. Tổng quan về 5 loại xi măng phổ biến nhất

  1. Loại I– Thông thường PC Xi măng loại I được coi là xi măng tổng hợp, đa dụng và được sử dụng khi không yêu cầu các tính chất đặc biệt của các loại xi măng khác.
  2. Loại II– Kháng Sulfate vừa phải PCSR Xi măng loại II được chỉ định trong các tình huống yêu cầu thể hiện khả năng chống sunfat tăng lên. Bê tông xi măng loại II thường được ứng dụng cho các công trình ngầm ở những nơi mà đất và nước ngầm chứa hàm lượng sunfat vừa phải, cũng như trong các tuyến đường, các sản phẩm giao thông vận tải,…
  3. Loại III– Cường độ sớm cao– Xi măng loại III cung cấp tốc độ phát triển cường độ sớm. Do nhiệt độ môi trường lạnh hơn có thể làm cho xi măng ngậm nước chậm hơn, xi măng loại III thường được dùng trong các ứng dụng đổ bê tông thời tiết lạnh để đẩy nhanh chóng quá trình phát triển cường độ trong giai đoạn đầu của quá trình thủy hóa xi măng. Xi măng loại III cũng có lợi khi đúc sẵn cùng 1 dạng 2 lần trong 1 ngày.
  4. Loại IV– Nhiệt độ hydrat hóa thấp PCLH Xi măng loại IV sinh ra ít nhiệt hơn trong quá trình thủy hóa và đóng rắn so với xi măng plinker loại I thông thường. Khi tiến hành đổ bê tông khối lượng lớn, xi măng loại 4 thường được sử dụng để giảm lượng nhiệt sinh ra và giảm nguy cơ đông kết hoặc sốc nhiệt. Với khả năng tạo ra ít nhiệt hơn trong quá trình thủy hóa của xi măng loại 4 cũng có lợi trong các ứng dụng đổ bê tông thời tiết nóng, nơi bê tông tươi có thể đóng rắn với tốc độ nhanh nhất do nhiệt độ môi trường cao.
  5. Loại V– Kháng sunfat cao PCSRH Xi măng loại V được sử dụng trong các sản phẩm bê tông ở những nơi cần có khả năng chống sunfat cao. Các công trình ven biển, đường hầm dưới nước, công trình ngập nước, nền móng, cầu tàu, đường bộ và các sản phẩm giao thông vận tải đều là những ứng dụng phổ biến của xi măng Loại 5.

4.2. Giải thích đặc tính các loại xi măng theo thành phần cấu tạo

Việc điều chỉnh các thành phần cấu tạo, điều chỉnh các pha tạo ra vô số các loại xi măng với đặc tính rất khác nhau. Đó là 1 thế giới xi măng đầy thú vị mà bạn có thể khám phá trong các bài viết sau của chúng tôi. Nhưng về cơ bản sẽ như sau:

4.2.1. Thành phần xi măng portland

Lò nung xi măng thuộc sở hữu của công ty Vicem
Lò nung xi măng thuộc sở hữu của công ty Vicem

Xi măng portland được gia công đầu tiên bằng cách gia công clinker trong 1 lò nung lớn. gia công clanhke xi măng portland chủ yếu dựa vào đá vôi, đất sét, cát, quặng sắt và thạch cao. Những nguồn nguyên liệu này chính là nguồn cung cấp canxi, sắt, silica và alumin tuyệt vời cùng các nguyên tố khác.

Mức độ phổ biến của các nguyên tố này trong xi măng plinker được xác định theo tỷ lệ của từng nguyên liệu gốc được sử dụng trong quá trình gia công clinker. Số lượng của mỗi nguyên tố trong xi măng sẽ ảnh hưởng đến đặc tính vật lý và hoạt động của loại xi măng đó.

4.2.2. Các pha trong xi măng

Bốn pha ( 4 pha) hoặc hợp chất chủ yếu tạo nên mỗi loại xi măng portland: C3S, C2S, C3A và C4AF. Mỗi pha đóng 1 vai trò duy nhất đối với tính năng của xi măng. Tỷ lệ của từng pha được tìm thấy trong clinker xi măng portland được quy vào lượng nguyên liệu gốc được sử dụng.

Ngoài ra còn có các pha khác ở các loại xi măng làm từ clinker khác như C4A3ŝ (Éliminate)… chứ không phải xi măng là chỉ gồm có 4 pha này.

  • C3S tricalcium silicate: C3S (tricalcium silicate) bao gồm 50% đến 70% clanhke xi măng portland. C3S hydrat hóa và đông cứng nhanh chóng, và kết quả là tăng cường độ ở thời điểm sớm và đông kết ban đầu. Khi hàm lượng C3S của xi măng portland tăng lên, thì khả năng của nó cũng góp phần vào sự phát triển cường độ của bê tông ở thời điểm sớm.
  • C2S (dicalcium silicate): C2S (dicalcium silicate) bao gồm 10% đến 25% clanhke xi măng portland. C2S ngậm nước và đông cứng từ từ, và do đó, đóng góp chủ yếu vào sự phát triển cường độ bê tông sau 1 tuần.
  • C3A (tricalcium aluminat): C3A (tricalcium aluminat) bao gồm tới 10% clanhke xi măng portland. Mặc dù nó chỉ đóng góp 1 chút vào sự phát triển cường độ ở thời điểm ban đầu, nhưng C3A là phản ứng mạnh nhất trong 4 giai đoạn chính và tạo ra nhiệt trong vài ngày đầu tiên của quá trình hydrat hóa. Xi măng có tỷ lệ C3A thấp hơn có khả năng chống lại đất và nước có chứa sunfat. Các loại xi măng trương nở loại K không chứa C3A, hoặc xi măng bền Sunfat có hàm lượng C3A nhỏ hơn 5%, C4AF+C3A<25%;
  • C4AF (tetracalcium aluminoferrite): Bao gồm tới 15% clinker xi măng portland. Sự đóng góp của C4AF vào sự phát triển cường độ bê tông là rất ít. Màu xám điển hình của xi măng portland chủ yếu là do C4AF.

4.2.3. Ảnh hưởng của các pha đến đặc tính xi măng

Thành phần hóa học của mỗi 1 loại xi măng phù hợp tiêu chuẩn ASTM C150 phải đáp ứng 1 giới hạn yêu cầu hoặc nằm trong 1 phạm vi quy định trong tiêu chuẩn. 1 số yêu cầu về thành phần áp dụng cho tất cả các loại xi măng.

Ví dụ, mỗi loại xi măng phù hợp tiêu chuẩn ASTM C150 được phép có hàm lượng magie oxit MgO tối đa là 6%. Magie oxit gây ra sự giãn nở nhẹ trong quá trình thủy hóa xi măng cho nên lượng vật liệu này phải được hạn chế.

Các yêu cầu về thành phần đối với Loại 2 đến Loại 5 được điều chỉnh để giúp xi măng hoạt động tốt, phù hợp với mục đích dự kiến của chúng.

4.2.4. Ảnh hưởng thông số vật lý đến đặc tính của xi măng

Kích thước hạt

Độ mịn Blaine là thước đo độ mịn của các hạt xi măng. Và được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C204- Phương pháp thử tiêu chuẩn về độ mịn của xi măng thủy lực bằng thiết bị thấm khí.

Tổng diện tích bề mặt của các hạt lấp đầy 1 thể tích nhất định tăng lên khi kích thước hạt giảm. Do đó, kích thước hạt nhỏ hơn cung cấp nhiều diện tích tiếp xúc hơn cho nước trộn. Tăng diện tích bề mặt xi măng và diện tích tiếp xúc lớn hơn với nước cho phép xi măng mịn hơn phản ứng dễ dàng hơn với nước, có thể đẩy nhanh quá trình hydrat hóa, tăng cường độ sớm và thời gian đông kết.

1 số loại xi măng có yêu cầu về kích thước hạt ở dạng giới hạn độ mịn Blaine để giúp xi măng hoạt động theo đúng chỉ định của chúng.

Ví dụ, xi măng Loại 3 sẽ có tỷ lệ kích thước hạt nhỏ hơn cao hơn để giúp đạt được cường độ tuổi sớm hơn, trong khi xi măng Loại 4 có khả năng có tỷ lệ kích thước hạt lớn hơn nhằm giúp căn chỉnh thời gian đông kết và cung cấp nhiệt thấp hơn sự hydrat hóa.

Cường độ nén

ASTM C150 cũng đã đưa ra kết quả cường độ nén tối thiểu cho các loại bột nhão được làm từ từng loại xi măng chính. Điều quan trọng cần lưu ý ở đây là các giá trị tối thiểu và chúng không đại diện cho cường độ chịu nén của bê tông ở các độ tuổi này.

Vữa được làm bằng xi măng loại I được yêu cầu để đạt được cường độ nén tối thiểu là 1.740 psi ở 3 ngày và 2.760 psi ở 7 ngày. Vữa được làm bằng xi măng loại II được yêu cầu để đạt được cường độ nén 1.450 psi sau 3 ngày và 2.470 psi sau 7 ngày. Vữa được làm bằng xi măng Loại V phải có cường độ nén tối thiểu 1.160 psi sau 3 ngày, 2.180 psi sau 7 ngày và 3.050 psi sau 28 ngày.

Bởi vì xi măng loại 2 và loại 5 có hàm lượng C3A thấp hơn để đạt được độ bền sunfat cao hơn, nên có thể mong đợi kết quả cường độ nén thấp hơn 1 chút ở tuổi đầu. Vữa được làm bằng xi măng loại III để sử dụng khi yêu cầu cường độ tuổi sớm cao hơn để thể hiện cường độ nén tối thiểu là 1.740 psi ở 1 ngày và 3.480 psi ở 3 ngày. Không có yêu cầu nào khác về cường độ được nêu ra bởi vì tuổi sớm thường áp dụng cho những ngày đầu thủy hóa.

Keo được làm bằng xi măng loại IV được yêu cầu để đạt được cường độ nén tối thiểu là 1.020 psi ở 7 ngày và 2.470 psi ở 28 ngày. Hàm lượng C3S thấp của xi măng loại 4 làm giảm nhiệt thủy hóa bằng cách làm chậm tốc độ phản ứng của xi măng, do đó làm giảm độ tăng cường sớm. Do đó, yêu cầu về cường độ nén đối với hồ làm bằng xi măng loại 4 thấp hơn yêu cầu đối với các loại xi măng khác.

4.3. Xi măng cho mọi ứng dụng

Mỗi loại xi măng có 1 loạt các yêu cầu hóa học và vật lý khác nhau thúc đẩy các đặc tính ưu tiên trong hỗn hợp bê tông để tối ưu hóa nó cho hầu hết các ứng dụng công trình.

Do các đặc tính của xi măng được điều chỉnh liên tục, các máy móc đúc sẵn có thể đạt hiệu suất sản xuất bê tông nâng cao trong các điều kiện khắt khe hơn.

Cần phải xem xét các giấy chứng nhận nhà máy xi măng của bạn để biết thông tin về thành phần của từng lô. Tham khảo ý kiến của các nhà cung cấp xi măng để tìm hiểu thêm về xi măng và cách nó tương tác với các vật liệu khác trong thiết kế hỗn hợp của bạn để đạt được kết quả tốt nhất.

5. Các loại xi măng trong xây dựng hiện đại

Sự phát triển xi măng hiện đại bắt đầu với sự khởi đầu của Cách mạng Công nghiệp (vào khoảng năm 1800), được thúc đẩy bởi 3 nhu cầu chính:

  • Kết dính xi măng thủy lực (vữa) để hoàn thiện các công trình xây dựng bằng gạch trong điều kiện ẩm ướt.
  • Vữa thủy lực để xây dựng các công trình bến cảng,… tiếp xúc với nước biển
  • Phát triển bê tông có cường độ cao
Thông số Thành phần Xi măng Portland Tro bay silic Tro bay vôi Xi măng xỉ Silica fume
Tỷ trọng theo khối lượng (%) SiO2 21.9 52 35 35 85–97
Al2O3 6.9 23 18 12
Fe2O3 3 11 6 1
CaO 63 5 21 40 < 1
MgO 2.5
SO3 1.7
Bề mặt (m2/kg) 370 420 420 400 15,000
– 30,000
Trọng lượng riêng 3.15 2.38 2.65 2.94 2.22
Mục đích chung Chất kết nối chính Thay thế xi măng Thay thế xi măng Thay thế xi măng Tăng cường đặc tính

Bảng so sánh các thành phần Xi măng và các chất thay thế

Xi măng hiện đại thường là xi măng portland thường hoặc xi măng portland hỗn hợp, nhưng trong ngành công nghiệp tùy thuộc mục đích sử dụng sẽ  dùng các loại xi măng khác.

5.1. Xi măng Portland (portland) PC

Xi măng portland, 1 dạng xi măng thủy lực, cho đến nay là loại xi măng phổ biến nhất được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới. Xi măng này được làm bằng cách nung đá vôi (canxi cacbonat) với các vật liệu khác (chẳng hạn như đất sét) đến 1.450 ° C (2.640 ° F) trong lò nung.

Quá trình được gọi là nung giải phóng 1 phân tử carbon dioxide từ canxi cacbonat tạo thành oxit canxi CaO, hoặc vôi sống, sau đó kết hợp hóa học với các vật liệu khác trong hỗn hợp để tạo thành canxi silicat Ca₂O₄Si và các hợp chất kết dính khác.

Chất cứng tạo thành, được gọi là ‘clinker’, sau đó được nghiền với 1 lượng nhỏ thạch cao thành bột để tạo ra xi măng porland thông thường, loại xi măng được sử dụng phổ biến nhất (thường được gọi là OPC).

Xi măng portland là thành phần cơ bản của bê tông, vữa và hầu hết các loại vữa không chuyên dụng. Việc sử dụng phổ biến nhất đối với xi măng portland là làm bê tông.

Bê tông là 1 vật liệu tổng hợp được tạo thành từ cốt liệu (sỏi và cát), xi măng và nước. Là 1 VLXD, bê tông có thể được đúc ở hầu hết mọi hình dạng, và 1 khi nó cứng lại, có thể là 1 yếu tố kết cấu (chịu tải). Xi măng portland có thể có màu xám hoặc trắng.

5.2. Hỗn hợp xi măng portland PCB

Hỗn hợp xi măng portland PCB
Hỗn hợp xi măng portland PCB

Hỗn hợp xi măng portland là xi măng portland trộn thêm các thành phần phụ gia các khoáng hoạt tính, hoặc phụ gia khác để đạt được các yêu cầu kỹ thuật. Clinker xi măng portland dùng để gia công xi măng portland hỗn hợp có hàm lượng magie oxit (MgO) không lớn hơn 5%.

Phụ gia khoáng bao gồm 2 loại: phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia độn. Phụ gia khoáng hoạt tính điển hình như puzolan, phụ gia đầy chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc của đá xi măng portland hỗn hợp.

Tổng hàm lượng các phụ gia khoáng (không kể thạch cao) không lớn hơn 40% tính theo khối lượng xi măng.

Có sẵn dưới dạng hỗn hợp cốt liệu đưa vào từ các nhà gia công xi măng, nhưng các công thức tương tự cũng thường được trộn từ trạm trộn bê tông.

5.3. Xi măng xỉ lò cao Portland

Hay xi măng lò cao (tương ứng với pháp danh là ASTM C595 và EN 197-1), chứa tới 95% xỉ hạt lò cao, với phần còn lại là clinker portland và 1 ít thạch cao. Tất cả các chế phẩm tạo ra cường độ cuối cùng cao, nhưng khi hàm lượng xỉ tăng lên, cường độ ban đầu bị giảm, trong khi độ bền sunfat tăng lên và sự biến đổi nhiệt giảm đi. Được sử dụng như 1 giải pháp thay thế kinh tế cho xi măng Portland bền sunfat và chịu nhiệt thấp.

5.4. Xi măng portland tro bay

Chứa tới 40% tro bay theo tiêu chuẩn ASTM (ASTM C595), hoặc 35% theo tiêu chuẩn EN (EN 197-1). Tro bay là pozzolan, do đó cường độ cao được duy trì. Bởi vì bổ sung tro bay pozzolan cho phép hàm lượng nước trong bê tông thấp hơn nên cường độ ở thời điểm sớm cũng có thể được duy trì. Ở những nơi có chất lượng tốt tro bay giá rẻ, đây có thể là 1 giải pháp thay thế kinh tế cho xi măng portland thông thường.

5.5. Xi măng portland pozzolan

Bao gồm xi măng tro bay, vì tro bay là 1 dạng pozzolan, nhưng cũng bao gồm xi măng làm từ pozzolan tự nhiên hoặc nhân tạo khác. Ở các quốc gia có sẵn tro núi lửa như: Ý, Chile, Mexico, Philippines,… Những loại xi măng này thường là dạng phổ biến thường được sử dụng nhất. Tỷ lệ thay thế tối đa thường được xác định như đối với xi măng portland tro bay.

5.6. Xi măng portland silica fume.

Bổ sung silica fume có thể mang lại cường độ đặc biệt cao và xi măng có chứa 5– 20% silica fume đôi khi được gia công, với 10% là lượng bổ sung tối đa được phép theo EN 197-1. Tuy nhiên, silica fume thường được thêm vào xi măng portland ở máy trộn bê tông.

5.7. Xi măng xây tô

Xi măng xây tô được sử dụng để chuẩn bị vữa và vữa xây gạch, và không được sử dụng trong bê tông. Xi măng xây tô thường là những công thức độc quyền phức tạp tùy vào từng hãng có chứa clinker Portland và 1 số thành phần khác có thể bao gồm như đá vôi, vôi ngậm nước, chất dẫn khí, chất làm chậm, chất chống thấm và chất tạo màu.

Xi mang loại này được pha chế để tạo ra những loại vữa có thể thi công được cho phép xây dựng nhanh chóng và nhất quán. Các biến thể tinh tế của xi măng xây tô ở Bắc Mỹ là xi măng dẻo và xi măng vữa. Chúng được thiết kế để tạo ra 1 liên kết có kiểm soát với các khối xây.

5.8. Xi măng giãn nở

Ngoài clinker Portland, xi măng giãn nở còn chứa các clinker giãn nở (thường là clinker sulfoaluminate), và được thiết kế để bù đắp ảnh hưởng của sự co ngót do khô thường gặp trong xi măng thủy lực. Xi măng này có thể làm bê tông cho các tấm sàn (lên đến 60m vuông) mà không cần các khe co giãn bê tông. Chúng giúp giảm thiểu tối đa hiện tượng vết nứt bê tông do co ngót.

5.9. Xi măng trắng

Xi măng trắng
Xi măng trắng

Xi măng hỗn hợp trắng có thể được gia công bằng cách sử dụng clinker trắng (chứa ít hoặc không chứa Fe sắt) và các vật liệu bổ sung màu trắng như metakaolin có độ tinh khiết cao. Xi măng màu phục vụ cho mục đích trang trí là chính. 1 số tiêu chuẩn cho phép bổ sung bột màu để gia công xi măng portland màu. Các tiêu chuẩn khác như: ASTM không cho phép bột màu trong xi măng portland và xi măng màu được bán dưới dạng xi măng thủy lực pha trộn.

5.10. Xi măng nghiền mịn

Xi măng nghiền mịn là loại xi măng trộn với cát hoặc với xỉ hoặc các khoáng chất loại pozzolan khác được nghiền cực mịn với nhau. Các loại xi măng như vậy thường có các đặc tính vật lý giống như xi măng bình thường nhưng với lượng xi măng ít hơn 50%, đặc biệt là do chúng tăng diện tích bề mặt cho phản ứng hóa học. Ngay cả khi nghiền chuyên sâu, chúng cũng có thể sử dụng ít năng lượng hơn tới 50% và do đó ít phát thải carbon hơn so với xi măng Portland thông thường.

5.11. Xi măng Pozzolan- Vôi

Xi măng pozzolan- vôi là hỗn hợp của pozzolan và vôi. Đây chính là những loại xi măng mà người La Mã đã sử dụng và có mặt trong các công trình kiến trúc La Mã thời xưa còn sót lại như đền Pantheon ở La Mã cho đến ngày nay. Các sản phẩm thủy hóa tạo ra cường độ về cơ bản giống như các sản phẩm trong xi măng portland.

5.12. Xi măng xỉ- vôi- xỉ lò cao

Xi măng xỉ-vôi – xỉ lò cao dạng hạt xay không chỉ kết nối bằng thủy lực, mà được “kích hoạt” bằng cách bổ sung kiềm, sử dụng kinh tế nhất chính là vôi. Về đặc tính, Xi măng xỉ-vôi – xỉ lò cao tương tự như xi măng vôi pozzolan. Chỉ xỉ hạt (tức là xỉ thủy tinh, được làm nguội trong nước) mới có hiệu quả như 1 thành phần xi măng.

5.13. Xi măng siêu lưu huỳnh

Chứa khoảng 80% xỉ hạt nghiền, 15% thạch cao hoặc anhydrit và 1 ít clinker hoặc vôi Portland làm chất hoạt hóa. Chúng tạo ra cường độ bằng cách hình thành ettringite, với tốc độ tăng trưởng tương tự như xi măng portland chậm. Chúng thể hiện khả năng chống chịu tốt với các tác nhân xâm thực, bao gồm cả sunfat.

5.14. Xi măng aluminat canxi

Xi măng aluminat canxi là loại xi măng thủy lực được làm chủ yếu từ đá vôi và bôxít. Các thành phần hoạt tính là monocalcium aluminat CaAl2O4 (CaO- Al2O3 hoặc CA trong ký hiệu hóa học xi măng, CCN) và mayenit Ca12Al14O33 (12 CaO-7Al2O3, hoặc C12A7 trong CCN). Xi măng được hình thành bằng cách hydrat hóa thành hydrat nhôm aluminat canxi. Khả năng thích nghi tốt để sử dụng trong bê tông chịu lửa (chịu nhiệt độ cao).

5.15. Xi măng canxi sulfoaluminat

Được làm từ clanhke bao gồm ye’elimit (Ca4 (AlO2) 6SO4 hoặc C4A3S trong ký hiệu của nhà hóa học Xi măng) như 1 giai đoạn chính. Xi mang canxi sulfoaluminat được sử dụng trong xi măng nở, trong xi măng cường độ sớm cực cao và trong xi măng “ít tỏa nhiệt”. Quá trình hydrat hóa tạo ra các ettringite, và các đặc tính vật lý đặc biệt (chẳng hạn như giãn nở hoặc phản ứng nhanh) có được bằng cách điều chỉnh các ion canxi và sunfat.

Việc sử dụng chúng như 1 chất thay thế cho xi măng portland nhiệt thấp đã được tiên phong ở Trung Quốc, nơi gia công vài triệu tấn mỗi năm. Yêu cầu năng lượng để sản xuất thấp hơn do nhiệt độ lò nung cần thiết cho phản ứng thấp hơn và lượng đá vôi đầu vào thấp hơn (phải được khử cacbon bằng phương pháp thu nhiệt) trong hỗn hợp. Ngoài ra, hàm lượng đá vôi thấp hơn và mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn dẫn đến mức phát thải CO2 bằng 1 nửa so với clinker Portland. Tuy nhiên, 1 mặt trái của nó là lượng khí thải SO2 thường cao hơn.

Xi măng canxi sulfoaluminat đang được sử dụng để làm sàn bê tông đánh bóng khổ lớn khá phổ biến ở Trung Quốc hay làm bê tông bù co ngót.

5.16. Xi măng “tự nhiên”

Tương ứng với 1 số loại xi măng của thời kỳ tiền Portland, được gia công bằng cách đốt các đá vôi argillaceous ở nhiệt độ vừa phải. Mức độ thành phần sét trong đá vôi (khoảng 30– 35%) là do đó 1 lượng lớn belite (khoáng vật có cường độ sớm, cường độ muộn cao trong xi măng portland) được hình thành mà không tạo ra quá nhiều vôi tự do. Như với bất kỳ vật liệu tự nhiên nào, các loại xi măng như vậy có các đặc tính rất hay thay đổi.

5.17. Các loại xi măng khác

  • Xi măng geopolymer được làm từ hỗn hợp của silicat kim loại kiềm hòa tan trong nước và bột khoáng aluminosilicat như metakaolin và tro bay.
  • Xi măng polyme được làm từ các hóa chất hữu cơ polyme và thường sử dụng các vật liệu nhiệt rắn. Mặc dù chúng thường đắt hơn đáng kể, nhưng chúng có thể cung cấp 1 vật liệu chống nước có độ bền kéo rất tốt.
  • Xi măng Sorel Là 1 loại xi măng cứng, bền được làm bằng cách kết hợp magie oxit và dung dịch magie clorua
  • Xi măng lưới sợi hay bê tông cốt sợi là loại xi măng được tạo thành từ các vật liệu dạng sợi như sợi tổng hợp, sợi tự nhiên, sợi thủy tinh và sợi thép. Loại lưới này được phân bố đều khắp tấm bê tông ướt. Mục đích của các lưới sợi này chính là giảm thất thoát nước từ bê tông cũng như tăng cường tính toàn vẹn của cấu trúc. Khi được sử dụng trong thạch cao, lưới sợi làm tăng khả năng kết dính, độ bền kéo, khả năng chống va đập và giảm độ co ngót. Cuối cùng, mục đích chính của các đặc tính kết hợp này là nhằm để giảm nứt. Loại xi măng này thường được sử dụng để làm bê tông mài cao cấp tấm lớn để giảm nứt.

6. Các thành phần và quy trình sản xuất xi măng

6.1. Thành phần

Các thành phần xi măng bao gồm đất sét, đá vôi cùng 1 số chất khác được trộn theo 1 tỉ lệ nhất định và nghiền mịn để tạo ra xi măng.

6.2. Quy trình sản xuất xi măng

Quy trình sản xuất xi măng
Quy trình sản xuất xi măng

Quy trình sản xuất xi măng được chia làm 6 giai đoạn là:

  • Giai đoạn 1: Tách chiết các nguyên liệu thô

Để sản xuất xi măng người ta cần sử dụng 1 số nguyên liệu thô như sắt, canxi, silic, nhôm ở trong đất sét cùng với đá vôi và cát. Các nguyên liệu thô này sẽ được tách ra từ các núi đá vôi. Chúng sẽ được vận chuyển tới các nhà máy để tiếp tục công đoạn sản xuất thông qua băng chuyền. Bên cạnh đó cũng có 1 số nguyên liệu khác được sử dụng trong quá trình sản xuất xi măng như đá phiến, vảy thép cán, tro bay, bô xít. Các khối đá sẽ được nghiền nhỏ bằng với kích thước của các viên sỏi trước khi vận chuyển tới nhà máy.

  • Giai đoạn 2: Phân chia tỷ lệ, trộn lẫn và nghiền nguyên liệu

Nguyên liệu thô từ quặng sẽ được vận chuyển tới các phòng thí nghiệm của nhà máy để tiến hành các công việc phân tích và chia tỉ lệ đá vôi : đất sét 1 cách chính xác. Thông thường, tỉ lệ chia sẽ là 80% : 20%. Rồi đưa vào máy nghiền. Các công nghệ sản xuất xi măng đều khá hiện đại nên quá trình nghiền diễn ra rất nhanh. Các nguyên liệu thô sẽ được trữ trong đường ống sau khi nghiền thành bột mịn.

  • Giai đoạn 3: Trước khi nung

Trước khi tiến hành nung, nguyên liệu đã được nghiền hoàn chỉnh sẽ được cho vào trong buồng trước nung. Buồng này sẽ tận dụng nguồn năng lượng nhiệt tỏa ra từ lò nên rất tiết kiệm khí tự nhiên, than đá,…

  • Giai đoạn 4: Trong lò nung

Nguyên liệu nghiền từ buồng trước nung sẽ được đưa vào trong lò nung. Nhiệt độ trong lò có thể lên tới 1,450ºC. Trong lò xảy ra phản ứng giữa Ca và SiO2 để tạo ra thành phần chính của xi măng CasiO3. Để cung cấp nhiệt năng cho lò nung người ta thường sử dụng than đá hoặc là khí tự nhiên. Các nguyên liệu thô rơi xuống vị trí thấp nhất trong lò nung sẽ tạo thành sỉ khô.

  • Giai đoạn 5: Làm mát và nghiền thành thành phẩm

Sỉ được lấy ra khỏi lò và dùng khí cưỡng bức để làm mát chúng. Chúng sẽ tỏa ra lượng nhiệt hấp thụ và nguội dần. Lượng nhiệt tỏa ra lại được thu trở ngược vào lò nên rất tiết kiệm nhiệt năng. Các viên bi sắt có tác dụng là nghiền bột mịn thành xi măng.

Giai đoạn 6: Đóng gói và vận chuyển

Người ta đóng gói xi măng thành các bao có trọng lượng từ 20– 40 kg/bao và vận chuyển tới các đại lý, cửa hàng tiêu thụ.

7. Hướng dẫn cách trộn xi măng thủ công

Hướng dẫn cách trộn xi măng thủ công
Hướng dẫn cách trộn xi măng thủ công

Ngày nay, khi xây dựng nhà ở dân dụng, các thợ hồ vẫn trộn xi măng theo cách thủ công. Vậy trộn xi măng thủ công như thế nào cho chính xác? Dưới đây là cách và công thức trộn xi măng:

Công thức trộn xi măng với cát= 1 xi măng+ 4 cát+ 6 đá

  • Bước 1: Cho xi măng và cát trộn chung lại với nhau theo tỉ lệ 1:4, khi trộn cần thực hiện đều tay.
  • Bước 2: Cho nước từ từ vào trong hỗn hợp xi măng cát và tiếp tục trộn đều. Phải cho vừa đủ nước nếu cho quá nhiều nước thì hỗn hợp sẽ bị nhão nhưng cho quá ít thì lại khiến cho hỗn hợp khô. Vì vậy hãy cho nước từ từ để điều chỉnh đúng lúc và kịp thời.
  • Bước 3: Rải sỏi và đá thành lớp dày khoảng 10– 15 cm. Tiếp đó là cho tiếp hỗn hợp xi măng, cát, nước mới trộn lên.

Trong quá trình trộn xi măng nên sử dụng nước sạch và lượng nước cho vào phải phù hợp với tỉ lệ. Ngoài ra, sỏi đá cho vào xây dựng cũng cần phải trải qua sàng lọc, rửa qua bằng nước.

8. Câu hỏi thường gặp về xi măng

Xi măng là gì?

Xi măng là chất kết dính khi tiếp xúc với nước ở dạng bột mịn, khi trộn với nước thành dạng hồ dẻo, có khả năng chuyển thành dạng chất rắn trong không khí và trong nước nhờ phản ứng hóa- lý, thành vật liệu dạng đá.

Xi măng có thể tái chế được không?

Xi măng không thể tái chế lại được.

Trên đây bạn đã có những kiến thức cơ bản nhất về Xi Măng là gì? Xi măng có thể tái chế được không? Bài tiếp theo Công ty Cách Nhiệt An Tâm sẽ cùng tìm hiểu tổng quan về bê tông, 1 ứng dụng quan trọng bậc nhất của xi măng. Các bạn đón đọc nhé!

Thông tin liên hệ: 

CÔNG TY TNHH CÁCH ÂM CHỐNG NÓNG AN TÂM
Văn phòng giao dịch: 51/26/20 đường Vườn Lài nối dài, P.Thạnh Lộc, Q.12
Địa chỉ kho hàng TPHCM: 79 Vườn Lài (Nối Dài) Phường Thạnh Lộc Quận 12 Tp Hồ Chí Minh
Chi nhánh HN: Ngõ 176 đường Cao Lỗ, xã Uy Lỗ, huyện Đông Anh, Hà Nội

Điện thoại: 028.3720.3028 – Fax: 028.6282.0433
Hotline:

*Chi nhánh miền Nam:

0901.37.34.39  Ms. Thủy 

0943.44.22.07 Mr. Định

0911.78.28.28 Ms. Thúy

0911 78 86 68 Ms. Khánh

0934 090 593 Ms. Phương

0933.156.195 Ms. Tiên

0707.34.36.39 Mrs. Hảo

*Chi nhánh miền Bắc:

08 42 8082 88 Ms.Thảo

08.47.80.82.88 Ms.Thảo Vũ

08.49 80 82 88 Mrs.Hùng

0901.47.66.67 Ms.Uyên

Email: cachamchongnong@gmail.com

Website: https://cachnhietantam.com

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *