Tìm hiểu về đá phụ gia xi măng và tác dụng của từng loại phụ gia

Sản xuất xi măng cần những nguyên liệu gì?

Xi măng là một trong những vật liệu không thể thiếu trong các công trình xây dựng. Chúng có tính chất kết dính, có thể đông cứng ngay lập tức với độ chịu nén cực cao, giúp gắn kết các vật liệu khác lại với nhau để hình thành khung cũng như độ bền chắc cho các công trình xây dựng. 

Thành phần sản xuất xi măng

Xi măng là một hỗn hợp gồm nhiều thành phần khi phản ứng với nước sẽ tạo thành một dạng keo kết dính các vật liệu xây dựng khác với nhau để tạo thành một khối bê tông chắc chắn, từ đó hình thành nên các công trình xây dựng có tuổi thọ rất cao, lên tới hàng thế kỷ.

Các cốt liệu thông dụng để chế tạo ra sản phẩm xi măng sẽ bao gồm vỏ sò, cát silica, quặng sắt và các loại đá như đá vôi, đá phấn hoặc đá cẩm thạch cùng với đá phiến sét, đá phiến.

Những thành phần này sẽ được trải qua nhiều công đoạn như pha trộn, nung nóng ở nhiệt độ cao, nghiền nhỏ, tách chiết,... sẽ tạo thành một chất dạng đá giống như chất bột mịn chính là xi măng với chất lượng đạt chuẩn, đáp ứng về độ cứng, bền, khả năng chịu được áp lực,...

Các thành phần chính của xi măng sẽ bao gồm những chất cụ thể sau:

• Vôi sống (CaO - canxi oxit): Vôi sống có rất nhiều trong tự nhiên được lấy từ đá phấn, đá sôi, đá phiến hoặc vỏ sò,...
• Silica (SiO2): Thành phần được lấy từ đất sét, cát, mảnh chai thủy tinh cũ hay đá sét,...
• Alumina (Al2O3): có rất nhiều trong đất sét, nhôm tái chế và bauxite,...
• Oxit sắt (Fe2O3): Được tách ra từ quặng sắt, sắt phế liệu, đất sét hay tro bay,...
• Thạch cao (CaSO4.2H2O): Nguyên liệu này được tìm thấy rất nhiều trong đá vôi.

Đá phụ gia xi măng

Đá phụ gia xi măng là loại vật liệu được được pha trộn vào phối liệu hoặc nghiền chung với clinker xi măng nhằm cải thiện công nghệ nghiền, nung hoặc cải thiện tính chất của xi măng.

Đá phụ gia không gây ảnh hưởng xấu đến tính chất xi măng, vừa giúp nâng cao chất lượng của sản phẩm vừa có thể hạ giá thành sản phẩm.

Đá phụ gia xi măng thường là các loại đá như đá vôi, đá sét, đá phấn, đá phiến,...

Một số loại phụ gia xi măng như:

• Phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết thạch cao được sử dụng phổ biến nhất cũng như đáp ứng được yêu cầu làm chậm thời gian đóng rắn của xi măng.
• Phụ gia trợ nghiền thường sử dụng nhựa thông, than cốc, than đá, sunfonat canxi, HEA-2,…
• Phụ gia thuỷ có hoạt tính hút vôi để tạo thành các silicat canxi có độ bazơ thấp và có tính kết dính. Phụ gia này có hai loại là dạng tự nhiên có trong tro núi lửa, Puzolan đá bọt hay diatomite,… và dạng nhân tạo từ xỉ của các nhà máy luyện kim, nhà máy nhiệt điện, xỉ lò cao, đất sét nung…
• Phụ gia đầy (phụ gia lười) gồm: đá vôi, đá vôi silic có màu đen, đá sét đen hay các loại bụi được thu hồi từ lọc bụi điện trong dây chuyền sản xuất xi măng cũng được sử dụng như một loại phụ gia đầy nhân tạo trong sản xuất xi măng.
• Phụ gia bảo quản thường dùng như trà, dầu thực vật, dầu lạc có độ phân tán cao,...

Tác dụng của đá phụ gia xi măng

Dựa theo tác dụng, đá phụ gia xi măng được chia thành hai loại là phụ gia giúp cải thiện công nghệ sản xuất xi măng và phụ gia giúp cải thiện tính chất của xi măng.

Hai loại phụ gia trên sẽ được phân thành các loại phụ gia khác, mỗi loại sẽ có một tác dụng khác nhau trong quá trình sản xuất xi măng:

• Phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết giúp điều chỉnh thời gian đóng rắn của xi măng.
• Phụ gia trợ nghiền có tác dụng nâng cao năng suất của máy nghiền, tiết kiệm năng lượng và thời gian nghiền.
• Phụ gia thuỷ hoạt tính làm tăng khả năng bền nước của khối đóng rắn.
• Phụ gia đầy (phụ gia lười) giúp tăng sản lượng xi măng, giảm giá thành sản phẩm.
• Phụ gia bảo quản có tác dụng tạo màng ngăn ẩm bao bọc các hạt xi măng, ngăn không cho chúng hút ẩm.

Đá phụ gia xi măng đem lại cho xi măng những tính chất đặc biệt như độ bền nước, độ bền sulfat hay giảm độ toả nhiệt thuỷ hoá,... Bên cạnh đó, việc sử dụng phụ gia trong quá trình sản xuất xi măng cũng sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn bởi giá thành phụ gia chỉ bằng khoảng 1/4-1/5 giá thành clinker.

Tác dụng cụ thể của một số loại đá phụ gia xi măng được sử dụng phổ biến như:

Tác dụng của phụ gia đá vôi trong xi măng

Việc sản xuất clinker xi măng sẽ tạo ra một khối lượng rất lớn khí thải gây ô nhiễm môi trường, chủ yếu là CO2 thoát ra trong quá trình nung clinker. Để giảm lượng khí CO2 thoát ra và tăng sản lượng, nhiều người sẽ sử dụng phụ gia bột đá vôi trong sản xuất xi măng.

Việc này vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Đá vôi Trước những năm 1980 thường được sử dụng như một phụ gia trơ. Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây cho thấy canxi hidroxit (Ca(OH)2) sẽ kết tủa trong quá trình thủy hóa của xi măng do sự tương tác C3S và CaCO3, dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ Ca/Si của gel C-S-H ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý của xi măng như sự hòa tan. 

Phụ gia đá vôi sẽ làm thay đổi kích thước lỗ xốp ban đầu của hỗn hợp vữa và dẫn đến việc giảm yêu cầu nước để duy trì sự ổn định trong quá trình đông kết của xi măng.

Xi măng sử dụng phụ gia đá vôi thể hiện những đặc tính tốt như có cường độ kháng nén cao và yêu cầu lượng nước khi trộn ít hơn. Việc cho thêm đá vôi đã làm tăng hoạt tính của clinker và nâng cao khả năng thủy hóa, khả năng chống ăn mòn,…

Trong các loại xi măng, xi măng portland (Ordinary Portland Cement – OPC) là loại được sản xuất và sử dụng phổ biến nhất ở nước ta. Trong tiêu chuẩn xi măng portland của hầu hết các nước trên thế giới, hàm lượng bổ sung tối thiểu được phép của phụ gia đá vôi là 5%.

Tác dụng của phụ gia đá thạch cao trong xi măng

Đá thạch cao (khoáng thạch cao) là khoáng vật trầm tích hay phong hóa rất mềm (CaSO4.2H2O) được khai thác từ các mỏ dưới dạng các tảng đá tựa như đá vôi. Thạch cao có các màu như trắng, xám, vàng, đỏ và nâu. Đá thạch cao được ứng dụng rất rộng rãi trong đó có việc sản xuất xi măng.

Clinker xi măng được nghiền mịn khi trộn với nước sẽ đóng rắn rất nhanh. Để làm chậm thời gian đóng rắn của xi măng, người ta sẽ đưa vào nghiền trộn một lượng phụ gia đá thạch cao từ 3.5 - 5% với clinker.

Đá thạch cao có cấu tạo hoá học đầy đủ là: CaSO4.2H2O, khi nung ở nhiệt độ t0C > 100 thì thạch cao sẽ chuyển sang dạng khan là: CaSO4.0,5H2O.

Khi thạch cao được thêm vào xi măng và nước sẽ có phản ứng với canxi aluminat và tạo thành ettringite (một khoáng chất canxi nhôm sunfat). Khoáng chất canxi nhôm sunfat này ban đầu được hình thành dưới dạng các tinh thể hạt rất mịn, tạo thành lớp phủ trên bề mặt của các hạt canxi aluminat.

Các tinh thể này có kích thước quá nhỏ để thu hẹp khoảng cách giữa các hạt xi măng. Nhờ đó quá trình đóng rắn của xi măng được chậm lại, giúp có thêm thời gian cho các hoạt động trộn, vận chuyển và đổ bê tông. Bên cạnh đó, xi măng có chứa phụ gia đá thạch cao sẽ có cường độ và độ cứng lớn hơn đáng kể so với xi măng không chứa thạch cao.

Tác dụng của phụ gia đá phiến sét trong xi măng

Đá phiến sét là một loại đá trầm tích hạt mịn mà các thành phần nguyên gốc của nó là các khoáng vật sét hay bùn. Loại đá này là sự pha trộn của các mảnh khoáng sét và các mảnh nhỏ có kích thước hạt phù sa của các khoáng chất khác như thạch anh và canxit,...

Đặc trưng của đá phiến sét là các đứt gãy dọc theo các lớp mỏng hay các lớp song song hoặc lớp đệm có độ dày dưới 1cm, được gọi là độ dẻo.

Đá phiến sét được sử dụng trong sản xuất xi măng là phụ gia trợ nghiền xi măng. Loại phụ gia này có tác dụng làm tăng khả năng nghiền giúp tiết kiệm năng lượng;

giúp phủ bề mặt hở của các hạt xi măng và ngăn ngừa sự tích tụ hoặc vón cục của xi măng, để cho các hạt xi măng vẫn còn ở dạng bột, mịn; hỗ trợ nâng cao hiệu quả của mài, có ảnh hưởng đáng kể trong việc cải thiện sức mạnh của xi măng và đất sét.

Tác dụng của phụ gia đá bọt, đá silic diatomite trong xi măng

Đá bọt (Pumice) là kết quả của dung nham núi lửa có hàm lượng nước và khí rất cao được thải ra trong quá trình núi lửa phun trào. Thành phần chủ yếu của đá bọt là silicate và cả magie, sắt. Đá bọt có màu sắc phổ biến là vàng, nâu nhạt hoặc cam nhạt.

Diatomite còn có tên gọi khác là đất tảo Silic là một loại trầm tích được hình thành từ tảo Silic trong biển và ao hồ sau khi chết đi. Diatomite có tính chất nhẹ, xốp và có tính ổn định trong các môi trường kiềm và axit. Chính vì vậy, loại đá này rất phù hợp trong ngành sản xuất các dòng sản phẩm phụ gia xi măng và rất thân thiện với môi trường.

Đá bọt hay đá silic diatomite trong việc sản xuất xi măng chính là loại phụ gia thủy hoạt tính dạng tự nhiên. Loại phụ gia này có hoạt tính hút vôi để tạo thành các silicat canxi có độ bazơ thấp có tính chất kết dính.

Dựa vào tính chất này, người ta đưa phụ gia thuỷ vào việc sản xuất xi măng để làm tăng khả năng bền nước của khối đóng rắn. Ngoài ra, phụ gia thuỷ hoạt tính còn được xem là một chất trợ nghiền cho xi măng khá tốt.

Lời kết

Đá phụ gia xi măng được ứng dụng rất nhiều trong quá trình sản xuất ra các loại xi măng khác nhau. Tỷ lệ thành phần của các chất có trong hỗn hợp xi măng sẽ quyết định tính chất cơ bản của loại xi măng đó.

Hy vọng qua bài viết này, bạn có thể hiểu hơn về loại phụ gia xi măng này và có thể lựa chọn được loại xi măng phù hợp với công trình của bạn