Tìm hiểu về cấu tạo, ưu nhược điểm và phân loại của xi măng

I. Xi măng là gì?

Xi măng (còn có tên là hydraulic cement) là dạng chất kết dính thủy dưới dạng bột mịn màu ghi hoặc màu trắng. Xi măng được chế tạo từ chất Clinker nghiền mịn trộn cùng với thạch cao thiên nhiên, sau đó, được bổ sung thêm những phụ gia khác như vỏ sò, đất sét,… để tạo độ kết dính. Khi hòa chung với nước, chúng sẽ trở thành dạng hồ dẻo. Nhờ phản ứng hóa lý, chúng có khả năng đóng rắn trong không khí để trở thành vật liệu dạng đá.

II. Thành phần hóa học của xi măng 

Xi măng làm từ gì cũng là câu hỏi được nhiều người quan tâm. Tùy vào từng loại xi măng mà thành phần hóa học của chúng cũng có sự khác nhau. Hiện nay, vật liệu xi măng được phần thành 2 loại riêng biệt là xi măng phi thủy lực và xi măng thủy lực. Mỗi loại có thành phần như sau:

1. Xi măng thủy lực

Xi măng thủy lực là dòng xi măng phổ biến nhất hiện nay. Chúng được làm cứng bằng cách thủy hóa các loại khoáng chất clinker khi được thêm nước vào. Dòng xi măng thủy lực được chế tác từ hỗn hợp silicat và oxit, 4 pha khoáng chính của clinker, chúng được viết tắt dưới dạng kí hiệu hóa học như sau:

C2S: 2CaO SiO2; Belite
C3S: 3CaO SiO2; Alite
C3A: 3CaO Al2O3; Trucalciym aluminate hay còn được gọi là Celite
C4AF: 4CaO Al2O3 Fe2O3; Brownmillerite

2. Xi măng phi thủy lực

Xi măng phi thủy lục ít phổ biến hơn so với dòng xi măng thủy lực. Chúng là dạng canxi oxit thu được thông qua phương pháp phân hủy nhiệt canxi cacbonat ở nhiệt độ cao (trên 825 độ C). Điển hình như vôi tôi (oxit canxi trộn với nước), chúng cứng lại bằng cách cho cacbonat hóa tiếp xúc với cacbon đi ô xít có trong không khí (~ 412 thể tích ppm ≃ 0.04 thể tích%).

III. Đặc điểm

Nhìn chung, dù là loại xi măng nào thì chúng cũng đều sở những đặc điểm sau:

Đây là loại vật liệu dùng trong xây dựng chứa nhiều thành phần khoáng
Xi măng ở dạng bột có độ mịn cao
Khối lượng riêng của xi măng là từ 3.05 – 3.15 g/cm3
Thời gian ninh kết của xi măng được xác định thông qua dụng cụ Vicat
Tính ổn định thể tích của xi măng sẽ có sự thay đổi tùy thuộc vào sự trao đổi nước của hồ xi măng và môi trường.
Lượng nhiệt xi măng phát ra khi rắn chắc sẽ được quyết định bởi khoáng vật, hàm lượng thạch cao và độ mịn.
Dựa theo TCVN 4032:1985 để xác định cường độ và mác xi măng.

IV. Phân loại xi măng 

Xi măng sẽ được phân loại dựa theo TCVN 5439:2004 về “Xi măng – Phân loại”. Chúng ta sẽ có 4 cơ sở chính để phân loại xi măng như sau:

1. Phân loại theo thành phần clanhke

Dựa theo thành phần clanhke chúng ta có các loại xi măng sau:

Xi măng poóc lăng
Xi măng alumin
Xi măng canxi sunfo aluminat
Xi măng khác: gồm có Xi măng chịu axit (ARC) và Xi măng cản xạ (RSC).

2. Phân loại theo cường độ nén

Dựa theo cường độ nén, chúng ta có 3 dòng xi măng chính:

Xi măng mác thấp: nhỏ hơn 30MPa
Xi măng mác trung bình: dao động từ 30MPa đến nhỏ hơn 50MPa
Xi măng mác cao: có từ 50MPa trở lên

3. Phân loại theo tốc độ đóng rắn

Chúng ta có 4 loại xi măng được phân ra theo tốc độ đóng rắn:

Xi măng đóng rắn chậm: Loại xi măng có cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày hơn hơn đến 40% cường độ nén ở tuổi 28 ngày.
Xi măng đóng rắn bình thường: Cường độ đóng nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày lớn nhỏ hơn 40% và lớn hơn đến 70% so với cường độ nén ở tuổi 28 ngày.
Xi măng đóng rắn nhanh: Dòng xi măng này có cường độ nén của mẫu chuẩn ở tuổi 3 ngày lớn hơn 70% so với cường độ nén ở ngày tuổi 28.
Xi măng đóng rắn rất nhanh: Cường độ nén của mẫu chuẩn vào tuổi 6 giờ lớn hơn đến 70% so với cường độ nén ở ngày tuổi 28.

4. Phân loại theo thời gian đông kết

Dưới đây là 3 dạng xi măng được phân loại theo thời gian đông kết:

Xi măng đông kết chậm: Thời gian đông kết của xi măng lớn hơn 2 giờ
Xi măng đông kết bình thường: Thời gian đông kết của xi măng dao động từ 45 phút đến 2 giờ.
Xi măng đông kết nhanh: Những dòng xi măng này có độ đông kết nhỏ hơn 45 phút.

V. Ưu nhược điểm của Xi măng

1. Ưu điểm

Bền vững: Xi măng tạo ra các cấu trúc vững chắc và bền bỉ, chịu được tải trọng và thời tiết khắc nghiệt.
Dễ sử dụng: Xi măng có thể trộn và đổ dễ dàng, giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình xây dựng.
Chi phí thấp: Nó là một vật liệu xây dựng phổ biến và có giá thành tương đối rẻ.
Chống cháy: Xi măng có khả năng chống cháy tốt, giúp bảo vệ công trình khỏi nguy cơ cháy nổ.

2. Nhược điểm

Tiêu thụ năng lượng: Quá trình sản xuất xi măng cần tiêu thụ lượng lớn năng lượng và gây ra lượng khí thải CO2 đáng kể.
Tác động môi trường: Sự khai thác nguyên liệu và sản xuất xi măng gây tác động tiêu cực đến môi trường.
Dễ bị nứt nẻ: Xi măng có xu hướng co rút khi cứng kết, dẫn đến việc nứt nẻ trên bề mặt.

VI.  Ứng dụng của Xi măng

Xi măng có nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau:

1. Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp:

Xi măng được sử dụng rộng rãi để xây dựng các công trình dân dụng như nhà ở, cầu, đường, và công trình công nghiệp như nhà máy, xưởng sản xuất.

2. Xây dựng hạ tầng và công trình giao thông:

Xi măng được dùng để xây dựng đường, cầu, hầm, đập, cống, và các công trình liên quan đến giao thông và hạ tầng.

3. Xây dựng thủy lợi và công trình chống lũ:

Trong xây dựng hệ thống thủy lợi, xi măng được sử dụng để xây dựng đập, hệ thống đường ống và kênh đào.

4. Xây dựng công trình biển và ven biển

Xi măng chịu chất kiềm được sử dụng để xây dựng cảng biển, bãi đậu tàu và các công trình ven biển.

5. Ứng dụng trong sản xuất bê tông và vữa xây

Xi măng là thành phần chính trong sản xuất bê tông và vữa xây, giúp tăng cường tính chất cứng và bền của chúng.

6. Ứng dụng trong công nghiệp luyện kim

Xi măng chịu lửa được sử dụng để xây dựng các lò nung và nhà máy công nghiệp luyện kim.

7. Ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng khác

Xi măng được sử dụng để sản xuất sản phẩm xây dựng như viên gạch, tấm lợp và các vật liệu xây dựng khác.

VII. Kết luận

Xi măng là một vật liệu xây dựng quan trọng và không thể thiếu trong xây dựng và công nghiệp. Dù có những ưu nhược điểm, nhưng việc ứng dụng hiệu quả và cân nhắc bảo vệ môi trường trong quá trình sản xuất và sử dụng xi măng là cần thiết để đảm bảo sự bền vững và phát triển của ngành xây dựng.

Công ty tư vấn giám sát Phạm Gia là một đơn vị chuyên nghiệp và uy tín trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ giám sát xây dựng và kiểm định chất lượng công trình. Với đội ngũ kỹ sư và chuyên viên giàu kinh nghiệm, chúng tôi cam kết mang đến sự đảm bảo và an tâm cho mỗi dự án của khách hàng