Xi măng bền sunfat – Vật liệu quan trọng cho công trình biển đảo

Xi măng là thành phần quan trọng nhất của bê tông, là yếu tố quyết định trực tiếp đến chất lượng của bê tông và độ bền của công trình. Vì vậy nhà thầu cần lựa chọn loại xi măng phù hợp để công trình đạt chất lượng cao nhất, có được độ bền vững, hạn chế được tác động của môi trường. Đặc biệt là trong môi trường ảnh hưởng của khí hậu biển, nước biển, môi trường biển, đảo.

Trước tiên cần hiểu xi măng bền sunfat là gì? Trong nước biển, nước ngầm, dưới đất sâu hay những nơi bị nhiễm phèn thường có chất hóa học sunfat. Sau một thời gian xây dựng, sunfat trong đất, nước sẽ phản ứng với các chất hydroxit và hydro aluminat canxi trong bê tông, gây ăn mòn bê tông, giảm tuổi thọ của công trình. Để khắc phục tình trạng này, các nhà khoa học đã nghiên cứu ra loại xi măng chống chịu với sunfat cao, giúp các chất trong bê tông không tác dụng với sunfat. Loại xi măng này có nhiều ưu điểm vượt trội, với một số ưu điểm như, giúp giảm sự ăn mòn của sunfat, clo cho bê tông trong điều kiện nước biển, nước nhiễm mặn, nhiễm phèn, nước ngầm. Tăng cường tính chống nước cho bê tông. Đảm bảo cho sự an toàn của kết cấu thép, giúp công trình giữ được thiết kế ban đầu, đứng vững trước mọi thách thức của thời tiết. Đảm bảo tính chất của bê tông luôn được ổn định, tăng độ bền cho bê tông, tăng tuổi thọ của công trình.

Xi măng bị ăn mòn trong môi trường

Xi măng bê tông làm việc trong môi trường nước và đất có chứa ion sun phát, khoáng calcium aluminat tương tác với ion sun phát tạo thành ettringite có thể tích lớn hơn so với khoáng được tạo thành ban đầu, do đó gây ra hiện tượng nở thể tích xi măng bê tông sẽ gây nứt vỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho các ion xâm thực khác tương tác với khối bê tông. Xi măng bê tông còn chịu tác nhân xâm thực của cacbonat tạo thành dạng thaumasit. Nhiều nhân tố có thể tác động làm giảm chất lượng của xi măng bê tông. Để bảo vệ bê tông khỏi tác nhân tấn công trong môi trường cần có các biện pháp xử lý.

Phương pháp chung phổ biến nhất để tránh sự tạo thành ettringite là giới hạn hàm lượng tricalcium aluminate trong xi măng, bởi vì tricalcium aluminate (C3A) trực tiếp liên quan đến sản phẩm ettringite. Do đó, để giảm hàm lượng tricalcium aluminate trong xi măng được thực hiện bằng 02 phương pháp:

Phương pháp 1: Chế tạo xi măng có hàm lượng tricalcium aluminate thấp khi nghiền với một lượng thạch cao phù hợp gọi là xi măng pooc lăng bền sun phát. Chủng loại xi măng này được các nước áp dụng và phổ biến nhất theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C150, tiêu chuẩn này chia xi măng pooc lăng bền sun phát thành 02 loại: Type II - quy định hàm lượng C3A < 8% và Type V - quy định hàm lượng C3A < 5% .

Phương pháp 2: Xi măng pooc lăng hỗn hợp bền sun phát, sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính trộn với xi măng pooc lăng (xi măng pooc lăng có hàm lượng C3A > 8%) làm giảm hàm lượng C3A trong xi măng. Tuy nhiên, khi có thành phần phụ gia khoáng sẽ ảnh hưởng đến các tính chất bền lâu của xi măng. Xi măng hỗn hợp bền sun phát được quy định các chỉ tiêu kỹ thuật trong tiêu chuẩn ASTM C595 và C1157. Hai tiêu chuẩn này cũng phân loại xi măng thành 02 nhóm: Type MS (bền sun phát trung bình) và type HS (bền sun phát cao), trong đó chỉ tiêu quan trọng nhất là thử độ bền lâu của xi măng trong môi trường sun phát ở tuổi 6 tháng và 12 tháng.

Sản xuất xi măng bền sun phát.

Hiện nay, hầu hết các nhà máy xi măng ở nước ta đều đã sản xuất được xi măng bền Sunfat phù hợp theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C150 (Type II), đây là loại xi măng Poóc-lăng được tạo ra để cải thiện tính chất bê tông ở những nơi có sự xâm thực bởi Sunfat. Loại xi măng này được chế tạo từ nguồn Clinker bền Sunfat, do trong thành phần có chứa hàm lượng nhỏ các khoáng C3A (Tricalcium Aluminate) và C3S. Vì vậy, quá trình thủy hóa của xi măng tạo ra ít các phần tử tác động đến quá trình xâm thực và ăn mòn của bê tông.

Sản phẩm xi măng bền Sunfat ứng dụng cho các công trình trong môi trường khắc nghiệt như ngoài bờ biển hoặc các môi trường bị nhiễm mặn. Xi măng bền Sunfat giúp giảm thiểu sự ăn mòn và phá hủy kết cấu thép. Những thiết kế đặc biệt sử dụng xi măng bền Sunfat cũng giảm thiểu tính thấm nước của bê tông. 

Theo độ bền sulfat, xi măng poóc lăng bền sulfat được chia làm 2 loại, xi măng poóc lăng bền sulfat trung bình, ký hiệu: PCMSR và Xi măng poóc lăng bền sulfat cao, ký hiệu: PCHSR. Với các môi trường bị xâm thực nặng cần sử dụng xi măng portland hỗn hợp bền sunfat cao để đảm bảo độ bền công trình theo đúng tuổi thọ thiết kế.

Với mục tiêu “Phát triển đa dạng các chủng loại xi măng có tính năng chịu được trong môi trường khí hậu biển phục vụ cho các công trình xây dựng ven biển và hải đảo như xi măng bền sun phát (sunfat), xi măng xỉ, phụ gia cho xi măng chịu nước biển” được đặt ra tại Đề án phát triển vật liệu xây dựng phục vụ các công trình ven biển và hải đảo đến năm 2025, chắc chắn việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất xi măng pooc lăng bền sulfat sẽ được các đơn vị nghiên cứu và sản xuất tiếp tục tiến hành, để sử dụng nhiều hơn nữa vật liệu tại chỗ và phế thải công nghiệp.

Nhật Lâm