Dưới đây, chúng ta sẽ lần lượt xem xét từng trường hợp thử nghiệm hoặc loại bỏ hoặc pha trộn với một lượng tối thiểu tetracalcium alumino-ferrite, tricalcium silicate, dicalcium silicate và tricalcium aluminate trong clinker. Với các thành phần này, chúng ta có thể sản xuất clinker dùng để cho ra các loại xi măng trắng, xi măng bền sulphate, xi măng ít hàm lượng C2S, xi măng ít hàm lượng C3S.
Clinker xi măng ít C3S
Trong điều kiện hệ số bão hòa vôi thấp, nung ở nhiệt độ thấp, có thể cho ra một loại xi măng gần như không có thành phần C3S. Trước đây khi nung ở điều kiện nhiệt độ thấp đã cho ra các loại xi măng có hàm lượng ít C3S để sử dụng cho các công trình xây dựng có kết cấu lớn như công trình đập nước. Nhiệt độ do hydrat C3S tạo ra có thể gây nứt nhiệt khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa phần lõi bê tông và phần bên ngoài. Trong thời gian gần đây, các loại xi măng này hầu hết đã được thay thế bằng sự kết hợp clinker hàm lượng C3S cao hơn với các nguyên liệu xi măng có phản ứng chậm hơn chẳng hạn như tro bay và xỉ buồng đốt phụ hoặc bằng đá vôi được nghiền mịn. Xét về khía cạnh tiết kiệm khi tạo CO2 bằng việc sử dụng đá vôi ít hơn và nung ở nhiệt độ thấp hơn, có thể việc khám phá tìm hiểu các loại clinker này sẽ tạo ra một xu hướng quan tâm lớn trong tương lai.
Đến nay các loại Clinker thử nghiệm đã được đưa vào sản xuất từ tro bay có hàm lượng vôi cao (A Guerrero, S Goni, I Campillo và A Moragues, Environ Sci Technol, 2004, 38, p3209-3213). Hơn nữa, việc sử dụng fluorine và khoáng hóa sulphate đã tạo điều kiện cho sản xuất clinkers có hệ số LSF thấp bằng hoạt động phản ứng cải tiến pha C2S.
Clinker xi măng ít C2S
Xét trên thái cực ngược lại, tăng hệ số bão hòa vôi lên 100% hoặc thậm chí cao hơn, cho ra sản phẩm không có C2S lại là một phương án có tính khả thi khác khi sản xuất clinker chỉ có 03 thành phần chính. Các vấn để với việc tiếp liệu lò nung có LSF cao nằm ở chỗ làm sao để có được sự kết hợp trong khu vực zôn nung và xu hướng ở hầu hết các nhà máy là giảm hệ số bão hòa vôi để duy trì và tạo ra ít CO2 hơn từ quá trình can xi hóa vôi. Tuy nhiên, với các điều kiện nhiệt độ cao liên quan gây tình trạng nhiệt bốc quá mức và tiềm ẩn rủi ro tắc liệu trong tháp trao đổi nhiệt, dẫn đến tình trạng thiếu ổn định và độ chắc chắn giảm. Khi dùng với clinker ít C2S, việc sử dụng fluorine làm chất khoáng hóa có thể giảm nhiệt độ theo yêu cầu để tạo ra C3S và tương tự, khi kết hợp với sulphate bổ sung và alkalis trong clinker, các đặc tính kỹ thật có thể là hàm lượng clinker của xi măng có thể bị giảm xuống vì vậy có thể giúp giảm lượng phát thải CO2 từ các cơ sở sản xuất xi măng.
Clinker xi măng bền sulphat
Nếu chúng ta bắt đầu loại bỏ C3A khỏi clinker xi măng, chúng ta sẽ đi vào lĩnh vực sản xuất xi măng bền sulphat. Một lần nữa lại đang quay với quá khứ ở một số khu vực (chẳng hạn như Châu Âu với các iêu chuẩn xi măng mới nhất) khi mà độ bền sulphat ngày càng đạt được một cách phổ biến thông qua việc sử dụng tro bay hoặc xỉ từ buồng đốt phụ. Tuy nhiên, một trường hợp đặc biệt về clinker bền sulphat lại là clinker xi măng dùng trám giếng dầu, loại sản phẩm vẫn có tầm quan trọng ở nhiều lĩnh vực.
Sự có mặt của C3A trong clinker là lý do để bổ sung thạch cao cho nghiền xi măng. Thạch cao hoặc một nguồn sulphat khác được bổ sung vào clinker xi măng để làm chậm quá trình thủy hóa diễn ra quá nhanh của C3A khi nước được bổ sung vào xi măng. Khi không có đủ SO3, phản ứng này của C3A làm cho xi măng đông cứng ngay lập tức và không thể phục hồi được, tạo ra mất khả năng sử dụng thực tế vì không có đủ thời gian để đổ xi bê tông sau khi trộn.
SO3 tác dụng với C3A để tạo thành lớp vỏ bảo vệ thủy hóa nhanh đông được biết đến là quá trình là chậm phản ứng C3A bằng nước và cho phép thay thế bê tông. Tỷ lệ thạch cao bổ sung được kiểm soát để làm sao sulphate được sử dụng hết trước khi C3A được sử dụng hết. Quan trọng là không có dư thừa sulphate vì việc tạo ra xi măng nhanh đông là một phản ứng giãn nở, có thể làm mất độ bền và nứt của bê tông nếu không được kiểm tra. Khi có thêm C3A phản ứng với quá trình thủy hóa diễn ra liên tục, xi măng đông cứng nhanh bị tái hòa tan và chuyển thành một hợp chất ít sulphate được biết đến là monosulphate. Monosulphat không có cùng đặc tính giãn nở như Ettringite và vì vậy bê tông đạt mức an toàn, không bị rủi ro nữa. Tuy nhiên, nếu vẫn còn một chút C3A trong xi măng và bê tông dùng trong điều kiện có sự xâm thực của nước chứa sulphat sau khi đông cứng, phản ứng này có thể tiếp tục diễn ra và khi có nhiều Ettringite có thể làm cho quá trình giãn nở bị tác động. Vì lý do này, phải giới hạn lượng C3A trong các trường hợp bê tông được sử dụng trong các điều kiện chắc chắn bị nước chứa sulphat xâm thực, đó là có trường hợp có thể bao gồm môi trường nước, hoặc bê tông đổ ngầm dưới đất có chứa sulphat.
Trong điều kiện khắc nghiệt của giếng dầu, phải có các yêu cầu khác đối với xi măng cũng như độ bền chống sulphat. Xi măng phải đáp ứng trong điều kiện sử dụng có độ trễ khong khi bơm xuống các độ sâu lớn dưới điều kiện áp suất để làm sao khi đến được vị trí yêu cầu thì mới đông kết.
Thực tế cho thấy có thể vận hành một dây chuyền sản xuất clinker chỉ với 03 pha chính. Tuy nhiên, mỗi pha là một trường hợp đặc biệt, và clinker sẽ cần phải có một cú hích để việc sản xuất được triển khai diễn ra thành công sau này.
Tác giả: Arthur Harrisson, Anh
Người dịch : Tạ Hữu Thương – CCID
