Xi măng được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng vì có nhiều ưu điểm như dễ thi công, nguyên vật liệu sẵn có, tính cơ học tốt và tuổi thọ cao. Tuy nhiên, ngành sản xuất xi măng là một trong những ngành có nguy cơ gây ô nhiễm cao nhất, chủ yếu do bụi phát sinh trong quá trình nung và nghiền xi măng. Ngoài ra, xi măng cũng phát ra khí thải carbon dioxide (CO2) và các khí nhà kính khác, gây hại cho chất lượng không khí trong bầu khí quyển của trái đất. Sự sử dụng bê tông, với 80-85% cốt liệu xi măng và 10-20% khối lượng xi măng, đã gây thay đổi hệ sinh thái sẵn có, dẫn đến mất đất màu mỡ và mất đa dạng sinh học.
Nội Dung Bài Viết
Các giải pháp thay thế xi măng hữu ích trong tương lai
Hiện nay, những vật liệu xây dựng truyền thống, bao gồm cả xi măng, đang dần được thay thế bởi các vật liệu xây dựng mới. Những vật liệu này hứa hẹn mang lại một diện mạo hoàn toàn mới cho ngành xây dựng. Các vật liệu thay thế xi măng có thể được sử dụng để thay thế một phần hoặc toàn bộ xi măng phổ biến trong ngành xây dựng. Mục đích của việc sử dụng các vật liệu này là giảm chi phí, cải thiện các đặc tính kỹ thuật của xi măng, rút ngắn thời gian thi công và làm cho quá trình xây dựng trở nên thân thiện với môi trường.
Xỉ lò cao nghiền mịn
Xỉ lò cao là một sản phẩm phụ của quá trình tôi luyện quặng oxit sắt thành gang trong lò cao, được chuyển thành dạng chất thải rắn. Sau khi được nghiền thành bột mịn, loại vật liệu này có tính kết dính cao và giàu Calci Silicat Hydrat (CSH), giúp tăng cường độ bền và độ láng mịn của bê tông.
Vật liệu này có thể được sử dụng như phụ gia khoáng hoạt tính cường độ cao, để thay thế một lượng lớn Clinker trong sản xuất xi măng poóc lăng hỗn hợp hoặc thay thế trực tiếp một phần xi măng PC50, PCB40.
Khi sử dụng xỉ lò cao được nghiền mịn, bê tông và xi măng sản xuất từ đó có đặc tính bền vững trong môi trường nước biển, nước mặn và nước lợ, ngăn chặn sự xâm thực của clo và sunfat, đáp ứng nhu cầu tăng tuổi thọ cho các công trình trên biển, trên đảo và ven biển.
Trong quá trình sản xuất, có thể pha thêm 30-50% xỉ lò cao để thay thế cho xi măng và chế tạo được bê tông tỏa nhiệt thấp và bê tông mác cao, được sử dụng cho các công trình bê tông khối lớn, bê tông có độ chịu uốn nén và khả năng chống thấm cao.
Thạch cao
Được biết đến là một loại khoáng vật trầm tích hoặc phong hóa, thạch cao có tính chất mềm và tinh thể bột, với thành phần chính là muối Calci Sunfat giúp nó có khả năng chống cháy và chống ẩm. Khi được nung ở nhiệt độ cao và trộn với nước, thạch cao tạo thành vữa thạch cao có tính kết dính tương tự với vữa xi măng, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến trong việc sản xuất bê tông.
Thạch cao có nhiều ưu điểm, bao gồm độ kết dính cao, khả năng chịu lực tốt, không thấm nước, không cháy, không sinh khói bụi, đáp ứng được yêu cầu về độ vững chắc của các công trình. Ngoài ra, loại vật liệu này còn có khả năng cách nhiệt và cách âm tốt, giúp giảm tải trọng công trình và rút ngắn thời gian thi công.
Tro bay
Tro bay là một loại bụi than phát sinh trong quá trình đốt cháy than, được sản xuất từ các nhà máy nhiệt điện sử dụng than làm nhiên liệu. Vật liệu này có khả năng tăng cường sự chống lại Sulfat, giảm tính thấm và đồng thời làm giảm phản ứng kiềm Silica. Ở Việt Nam, một số đơn vị đã sử dụng tro bay để sản xuất xi măng, giúp giảm lượng xi măng sử dụng trong sản xuất bê tông nhờ độ mịn cao và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của bê tông.
Ngoài ra, tro bay còn có thể cải thiện tính chịu lực, tính bền vững cao, làm giảm nhiệt cho bê tông, chống rạn nứt, giảm co gãy và cải thiện bề mặt bê tông, đồng thời có tính chống thấm cao.
Pozzolan
Giải pháp mới trong ngành công nghiệp xi măng là sử dụng Pozzolan nhân tạo làm phụ gia thay thế cho Clinker. Pozzolan tự nhiên bao gồm nhiều loại vật liệu như đất Diatonit, đá phún suất, tro núi lửa, đá bột, đá Bagian… Chúng chứa nhiều Oxit Silic vô định hình hoạt tính và có tác dụng với Hydroxit Canxi tạo thành hợp chất Calcium Silicat tương tự như xi măng Pooclăng thông thường.
Sử dụng Pozzolan trong sản xuất xi măng giúp tăng năng suất và cải thiện tính chất của bê tông, bao gồm tăng độ kết dính, giảm tính thấm và cải thiện độ bền. Vật liệu Pozzolan cũng giảm ứng suất nhiệt trong bê tông, cải thiện tính kháng Sunfat, tăng độ đặc và cải thiện cấu trúc vùng tiếp giáp cốt liệu – đá xi măng.
Graphene
Graphene là một vật liệu mới, ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các lĩnh vực xây dựng bởi những đặc tính ưu việt của nó. Đây là một vật liệu Nano có cấu trúc của carbon, có định dạng là một lớp của các liên kết hai chiều hình lục giác mà mỗi đỉnh của lục giác là một nguyên tử Carbon.
Sản xuất xi măng là một trong những ngành có nguy cơ gây ô nhiễm cao nhất hiện nay. Vì vậy, sử dụng Graphene như một chất phụ gia cho bê tông có thể giúp giảm thiểu khí thải carbon trong quá trình xây dựng. Chất liệu này vô cùng nhẹ, nhưng độ cứng của nó lại vượt trội, hơn hẳn so với kim cương và vượt nhiều lần thép. Điều này giúp tăng sức đề kháng và độ bền của bê tông khi sử dụng Graphene như một phụ gia. Các ứng dụng khác của Graphene trong lĩnh vực xây dựng bao gồm cải thiện tính chất cách nhiệt và chống cháy của vật liệu xây dựng.
Silica fume
Silica fume là một sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất silicon, có đường kính nhỏ hơn 1 μm, nhỏ hơn khoảng 100-150 lần so với kích thước hạt xi măng. Với đặc tính này, silica fume có thể lấp đầy các lỗ rỗng do nước tự do thoát ra trong đệm xi măng. Việc sử dụng silica fume trong phối trộn bê tông thay thế một phần xi măng giúp tăng cường cường độ nén, cường độ liên kết và khả năng chống mài mòn của bê tông, giảm khả năng thấm nước và tăng khả năng chống cháy so với bê tông thông thường. Silica fume hiện có thể được sử dụng trong sản xuất bê tông dạng cô đặc hoặc dạng bùn.
Với nhiều tính năng ưu việt, các vật liệu thay thế xi măng đang trở thành xu hướng trong xây dựng hiện nay, góp phần giảm tải trọng công trình và tiết kiệm chi phí xây dựng.