Bảng 2: Yêu cầu của GOST 22266-76 đối với xi măng bền sun phát.
Ở Bỉ và Italia chủ yếu sản xuất xi măng bền sun phát nghiền mịn bê lit, không chứa C3A và không thoát vôi khi hydrat hoá.
Ở Đông Đức người ta đã sản xuất xi măng siêu bền sun phát (C3A ≤ 1%, C4AF ≥ 25%).
Theo ASTM.C150-96, ở Mỹ cho phép sản xuất 2 loại xi măng poóc lăng bền sun phát là:
- Loại II, sử dụng khi yêu cầu độ bền sun phát vừa phải, đòi hỏi C3A < 8% và C3A + C3S < 58%.
- Loại V, sử dụng khi yêu cầu độ bền sun phát cao, đòi hỏi C3A < 5% và 2C3A + C4AF < 25%, đồng thời quy định độ nởsun phát sau 14 ngày thử theo ASTM.C452-89 phải < 0,04%.
Theo TCVN 6067:1995 - Việt Nam cũng quy định sản xuất 2 loại xi măng portland bền sun phát có các chỉ tiêu kỹ thuật tương tự Loại II Theo tiêu và Loại V của ASTM.C150-96, trong đó loại bền sun phát thường (tương đương Loại II) ký hiệu là PCS30 và PCS40, còn loại bền sun phát cao (tương đương Loại V) ký hiệu là PCHS30 và PCHS40.
Các yêu cầu kỹ thuật đối với thành phần của xi măng portland bền sun phát đã được xác định do việc thử lâu dài các bê tông làm từ các xi măng có thành phần khoáng khác nhau trong các điều kiện tự nhiên và phòng thí nghiệm. Hàm lượng cao của C3A trong xi măng dẫn đến sự ăn mòn hydrosunfoaluminat và sự ăn mòn này xảy ra rất mạnh nếu trong thành phần của xi măng có số lượng lớn C3S mà tạo ra nồng độ cao của Ca(OH)2 khi đóng rắn. Các xi măng có hàm lượng C3A thấp nhưng có hàm lượng C3S cao cũng thể hiện độ bền thấp trong các nước sun phát bởi vì nó bị ăn mòn thạch cao.
Cùng với độ bền cao để chống lại sự xâm thực sun phát, xi măng portland bền sun phát còn có sự toả nhiệt thấp nhờ hạn chế số lượng của các khoáng toả nhiệt cao như C3S và C3A.
Khi sự toả nhiệt thấp, ứng suất nhiệt khi đổ bê tông khối lớn bị giảm, còn sau đó là độ chặt của bê tông tăng lên.
Các quá trình công nghệ làm tăng độ bền sun phát bao gồm:
- Làm lạnh nhanh clinker: tăng số lượng pha thuỷ tinh, giảm số lượng C3A kết tinh.
- Bề mặt riêng không lớn lắm (< 3000 cm2/g): điều đó góp phần tăng độ chặt và độ chống thấm của bê tông.
- Đưa vào xi măng (hoặc bê tông) các phụ gia hydrophop (kỵ nước) đặc biệt là silic hữu cơ.
- Đóng rắn sơ bộ lâu dài trong điều kiện ẩm trước khi đưa ra sử dụng:
Chưng hấp, đặc biệt là gia công autoclave, làm tăng độ bền sun phát, nhưng đồng thời cũng làm giảm độ bền băng và độ chống thấm.
Ảnh hưởng có lợi của việc gia công autoclave lên độ bền sun phát được giải thích là do ở nhiệt độ cao các hydrosilicat bền hơn trong nước sun phát được kết tinh và cũng còn do cả các hydrogranat. Tốc độ đóng rắn của xi măng portland bền sun phát là không đáng kể. Theo GOST 22266-76 cho phép sản xuất xi măng portland bền sun phát mác 400 và xi măng portland bền sun phát có phụ gia khoáng mác 400 - 500.
Hàm lượng R2O = Na2O + 0,658 K2O trong clinker cần phải không lớn hơn 1%. Việc sử dụng các cấu tử đã được chuẩn bị và các chất khoáng hoá cho phép giảm số lượng nóng chảy đến 5 - 10%, còn CaF2 ngoài điều đó ra còn làm giảm hàm lượng C3A trong clinker.
Điểm đặc biệt của việc sản xuất xi măng bền sun phát liên quan tới sự cần thiết nung clinker có LSF và C3A thấp, mà tạo thành lớp cô la một cách dễ dàng, nếu hỗn hợp đã được chuẩn bị tốt cho nung luyện.
Các nghiên cứu mới đã chỉ ra rằng khi lớp cô la bên trên "bị cháy quá" thì khi đó hàm lượng thực tế của các aluminat cao hơn 1 - 3%, còn C3S lại nhỏ hơn so với hàm lượng tính toán.
Bên trong của lớp cô la có CaO chưa liên kết, mà 1% hàm lượng này làm giảm độ bền sun phát của xi măng mạnh hơn so với việc thêm vào 5 - 7% C3S. Do nung chưa tới cũng như nung quá nhiệt mà độ bền sun phát của xi măng bị giảm đi đáng kể. Thêm vào đó, sự dao động của tốc độ nung làm thay đổi và gây khó khăn hơn cho quá trình tạo hạt clinker, làm giảm năng suất nghiền xi măng bền sun phát.
Theo T.V.Kuznhesova, sự xuất hiện trong clinker xi măng bền sun phát các ô xít hoá trị thấp của sắt (FeO) là không chấp nhận được, vì dẫn đến sự tăng lên đáng kể của hàm lượng C3A thực tế so với tính toán. Việc làm lạnh nhanh clinker đối với xi măng bền sun phát là có lợi bởi vì nó làm giảm hàm lượng C3A trong nó và góp phần làm tăng độ bền sun phát.
K.G.Kolenova và I.V.Kravchenko chỉ ra rằng việc nung ở nhiệt độ nhỏ hơn 1500oC (ví dụ: trong lò quay có công suất > 50 t/h) dẫn đến sự hoà tan C3A trong các alumoerit và giảm số lượng của nó trong clinker làm tăng độ bền sun phát của xi măng. Bề mặt riêng của xi măng portland bền sun phát thường không vượt quá 3000cm2/g.
Xi măng portland bền sun phát dùng để làm các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép, các công trình thuỷ công chịu tác dụng của nước sun phát trong các điều kiện làm khô, ẩm luân phiên và đông lạnh tan băng luân phiên.
Nếu cấu kiện được sử dụng ở dưới nước và dưới lòng đất của các công trình mà chịu sự xâm thực sun phát thì nên sử dụng xi măng portland puzolan hoặc xi măng portland xỉ bền sun phát.
Theo kết quả nghiên cứu của Viện nghiên cứu xi măng (Liên Xô cũ), hiện nay người ta đã sản xuất xi măng portland chứa bari độ bền sun phát cao. Kết quả nghiên cứu loại xi măng này cũng đã được Viện KHCN Vật liệu xây dựng áp dụng đại trà tại 1 số nhà máy xi măng ở Việt Nam (bảng 3).
Loại xi măng này có thể được sử dụng mà không cần chất bảo vệ đặc biệt trong môi trường có nồng độ ion SO42- > 5000 mg/l. Việc đưa BaO vào phối liệu sẽ thúc đẩy một phần quá trình tạo thành clinker và ảnh hưởng lên thành phần và tính chất của C2S, như là một phần C2S có mặt ở dạng α'-C2S.
Từ các kết quả thử cơ lý đã chỉ rõ rằng ở hàm lượng 5% BaO và 35% C3S trong clinker đã nhận được xi măng đóng rắn nhanh với chỉ tiêu cường độ cao khi bề mặt riêng gần 3000 cm2/g. Cường độ của các xi măng có BaO ≤ 3% cao hơn xi măng không có BaO là 4 - 14%.
Xi măng có 10 và 14% BaO chủ yếu bao gồm α' C2S (65 - 70%) khác biệt bởi sự phát triển cường độ chậm và giá trị không lớn của nó là đặc trưng đối với khoáng C2S.
Thời gian ngưng kết của xi măng có 10 và 14% BaO thoả mãn yêu cầu của tiêu chuẩn, độ dẻo tiêu chuẩn của xi măng giảm một ít và là 21,5%. Nghiên cứu do V.M. Moscvin, T.V. Rubescaia và I.V. Borich ở Viện nghiên cứu bê tông cốt thép - Liên Xô cũ tiến hành đã chỉ ra độ bền sun phát cao của các xi măng chứa bari. Ví dụ như xi măng portland có 5% BaO và 35 - 45% alit thậm chí ở số lượng C3A cao (8%) dưới tác dụng của môi trường xâm thực có nồng độ ion SO42- là 5000mg/l đã cho thấy độ bền cao hơn xi măng portland bền sun phát thường.
Ở hàm lượng 10% BaO trong clinker, xi măng có thể sử dụng làm bê tông không cần lớp bảo vệ đặc biệt trong môi trường sun phát có nồng độ ion SO42- đến 20.000mg/l.
Hàm lượng không lớn của alit (10 - 15%) trong xi măng đã hạn chế sự phát triển của sự ăn mòn thạch cao khi hydrat hoá do số lượng nhỏ của Ca(OH)2 và sự lấp đầy các lỗ xốp và các mao quản bởi sự kết tinh của BaSO4 được tạo thành. Theo các số liệu của cùng tác giả, xi măng portland chứa bari do nhiệt toả ra ít nên có thể sử dụng cho các công trình bê tông khối lớn.
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng số 1 năm 2015)