Xi măng là loại vật liệu kết dính vô cơ nhân tạo đợc sản xuất chủ yếu từ nguyên liệu đá vôi, đất sét, quặng sắt và thạch cao.
Xi măng là chất kết dính dạng bột, sau khi trộn với nớc sẽ xẩy ra quá trình thuỷ phân thuỷ hoá xi măng và xi măng sẽ đóng rắn. Xi măng đợc sử dụng rất rộng rãi để sản xuất các cấu kiện bê tông, bê tông cốt thép dùng cho các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng, giao thông thuỷ lợi. Ngoài ra xi măng còn đợc sử dụng để cải thiện tính chất cơ lý của đất ,cát để làm các lớp móng đờng và sân bãi.
1.2. Phân loại xi măng.
Có rất nhiều loại xi măng đợc phân ra thành nhiều cách. Phân theo thành phần khoáng hoá:
- Xi măng Poóc lăng. - Xi măng Poóc lăng xỉ.
- Xi măng Poóc lăng - Pu dơ lan. - Xi măng A lu mi nát.
- Xi măng trắng và màu... Phân theo thời gian đóng rắn: - Xi măng thờng.
- Xi măng đông cứng nhanh. - Xi măng đông cứng chậm... Phân loại theo tính chất sử dụng: - Xi măng chống sun phát. - Xi măng chịu axit. - Xi măng chịu nhiệt. - Xi măng kỵ nớc... Phân theo cấp cờng độ: - Xi măng thông thờng. - Xi măng cờng độ cao. - Xi măng cờng độ đặc biệt...
Hiện nay trong sử dụng xi măng Poóc lăng là loại đợc sử dụng rộng rãi nhất.
1.3. Thành phần khoáng hoá của xi măng Poóc lăng.
- Xi măng Poóc lăng đợc sản xuất từ nguyên liệu đá vôi, đất sét, quặng sắt và thạch cao. Thành phần hoá học của xi măng Poóc lăng bao gồm các loại ôxit sau:
CaO chiếm tỷ lệ 60 - 68% SiO2 chiếm tỷ lệ 21 -24% Al2O3 chiếm tỷ lệ 4 - 7% Fe2O3 chiếm tỷ lệ 2 - 4% MgO chiếm tỷ lệ < 4,5% SO3 chiếm tỷ lệ < 3%
CaO là thành phần chủ yếu nhất của xi măng Poóc lăng. Lợng CaO vừa đủ thì xi măng có cờng độ cao nhng hàm lợng CaO quá cao sẽ có khó khăn trong quá trình nung luyện, đòi hỏi phải có nhiệt độ nung cao, mặt khác sẽ có nhiều CaO tự do làm cho bê tông dễ bị ăn mòn.
SiO2 cũng là thành phần chủ yếu của xi măng. Hàm lợng SiO2 nhiều sẽ kéo dài thời gian đông cứng của xi măng.
Al2O3 có tác dụng làm nhanh thời gian đông cứng của xi măng. Nếu Al2O3 quá nhiều sẽ làm cho xi măng đông cứng rất nhanh và xi măng kém ổn định.
Fe2O3 có tác dụng nh một chất xúc tác, nhờ nó sẽ giảm đợc thời gian và nhiệt độ nung. Nếu Fe2O3 ít, nhiệt độ nung phải cao hơn.
Các ôxit MgO, SO3 là thành phần có hại nhng khó loại bỏ đợc. - Thành phần khoáng vật của xi măng bao gồm:
Silicat tricanxit 3CaOSiO2 (C3S) Silicat bicanxit 2 CaOSiO2 (C2S) Aluminat tricanxit 3CaOAl2O3 (C3A)
Feroaluminat tetracanxit 4CaOAl2OFe2O3 (C4AF)
Ngoài ra còn có mọt số thành phần phụ nh 5CaO.3Al2O3; 2CaOFe2O3 và MgO, CaO tự do. Trong xi măng Poóc lăng tỷ lệ thành phần các khoáng vật nh sau: C3S chiếm 37-60%. Đây là thành phần quan trọng nhất, có cờng độ cao, tốc độ rắn kết nhanh, toả nhiều nhiệt. Hàm lợng C3S trong xi măng càng cao thì chất lợng càng tốt.
C2S chiếm 15 - 37%, có cờng độ trung bình rắn kết chậm. Và cờng độ phát triển theo thời gian.
C3A: chiếm 10 - 18%. Rắn kết nhanh nhng cờng độ thấp, toả nhiều nhiệt, dễ bị nứt nẻ.
C4AF: chiếm 7 - 15%. Rắn kết nhanh, cờng độ trung bình và phát triển theo thời gian khá rõ rệt. Các thành phần phụ khác nh SO4Ca2H2O vào khoảng 2 - 5% có tác dụng làm chậm tốc độ đông kết của xi măng.
MgO CaO SO3 là những chất có hại nhng không loại bỏ đợc hoàn toàn, nên phải không chế MgO <4.5%, CaO <0.5%; SO3 <3.5%.
1.4. Quá trình rắn kết của xi măng.
Xi măng sau khi kết hợp với nớc sẽ tạo thành những chất mới và quá trình rắt kết xảy ra. Đây là một quá trình biến đổi hoá lý rất phức tạp và phụ thuộc nhiều yếu tố: thành phần hoá học của xi măng, tỷ lệ nớc nhào trộn, độ mịn của xi măng, nhiệt độ của môi tr- ờng. Quá trình rắn kết của xi măng sau khi trộn với nớc xảy ra theo 3 giai đoạn:
- Giai đoạn hoà tan: Xảy ra các phản ứng giữa nớc và các thành phần khoáng vật trong xi măng tạo thành các chất mới hoà tan, nồng độ tăng dần đến mức bão hoà.
- Giai đoạn hai là giai đoạn ngng keo. Các chất mới tạo thành có nồng độ bão hoà do bị mất nớc nên ngng tụ lại ở dạng keo, làm cho hồ xi măng mất dần tính dẻo và bắt đầu ninh kết.
- Giai đoạn kết tinh: Từ khi ngng keo hồ xi măng bắt đầu chuyển sang dạng kết tinh, bắt đầu hình thành cờng độ. Trong giai đoạn kết tinh cần tránh mọi chấn động để quá trình đông rắn thực hiện đợc đầy đủ. Trong quá trình rắn kết của xi măng do ảnh hởng môi trờng, một phần hàm lợng nớc cần thiết cho quá trình phân huỷ và thuỷ hoá xi măng bị bay hơi. Vì thế trong giai đoạn này phải tiến hành bảo dỡng cẩn thận (nghĩa là phải tới ẩm để bù lại phần nớc bị bay hơi) để cho quá trình rắn kết thực hiện đợc hoàn chỉnh.
1.5. Một số tính chất của xi măng.
a. Lợng nớc tiêu chuẩn của xi măng.
Lợng nớc trộn xi măng nhiều hoặc ít có ảnh hởng đến quá trình đông kết và rắn chắc của xi măng. Vì vậy muốn đánh giá đúng chất lợng của xi măng cần phải thống nhất lợng nớc trộn. Lợng nớc đó gọi là lợng nớc tiêu chuẩn. Lợng nớc tiêu chuẩn của xi măng phụ thuộc vào độ mịn, thành phần khoáng vật trong xi măng. Lợng nớc tiêu chuẩn (độ dẻo tiêu chuẩn) xác định bằng dụng cụ kim Vica.
Sau khi trộn với nớc, ban đầu hồ xi măng có độ dẻo nhng theo thời gian độ dẻo giảm dần, hồ xi măng đặc sệt lại. Lúc này hồ xi măng cha có khả năng chịu lực và bắt đầu ninh kết.
Khi hồ xi măng bắt đầu xuất hiện các tinh thể nghĩa là cờng độ đã bắt đầu hình thành thì quá trình ninh kết đợc coi là kết thúc và bắt đầu quá trình rắn chắc.
Thời gian ninh kết của xi măng là chỉ tiêu quan trọng. Nếu bắt đầu ninh kết quá sớm thì thời gian thi công sẽ rất khẩn trơng, có thể không đủ thời gian, nhng ngợc lại nếu thi công xong mà xi măng lại ninh kết chậm thì sẽ giảm hiệu suất sử dụng ván khuôn làm giảm tốc độ thi công.
Thời gian bắt đầu và kết thúc ninh kết của xi măng xác định bằng dụng cụ kim Vica. c.Tính ổn định thể tích của xi măng Poóc lăng.
Trong quá trình ninh kết và rắn chắc thể tích của hồ xi măng thờng thay đổi. Nếu sự thay đổi thể tích không đều hoặc quá lớn sẽ làm cho cấu kiện bị nứt. Hiện tợng đó gọi là kém ổn định. Tính ổn định thể tích phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn của xi măng và tỷ lệ nớc/ xi măng. Thành phần C3A trong xi măng càng nhiều sự co ngót càng lớn, tỷ lệ nớc/ xi măng càng lớn độ co ngót càng cao. Xi măng mác cao co ngót nhiều hơn mác thấp...
Cờng độ xi măng ( mác xi măng ).
Đây là chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lợng xi măng. Cờng độ của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn; thời gian rắn chắc, điều kiện dỡng hộ và phơng pháp thí nghiệm.
Để xác định mác cờng độ của xi măng phải đúc mẫu thí nghiệm và xác định cờng độ chịu nén, kéo uốn.
Mẫu đợc chế tạo đúng quy cách, bảo dỡng trong môi trờng độ ẩm 90 - 100%, nhiệt độ 27 ± 20C trong thời gian 28 ngày.
Khi sử dụng xi măng nhất thiết phải thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật, trong đó phải chú ý đến các chỉ tiêu sau:
- Khối lợng riêng, khối lợng thể tích rời. - Độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết. - Cờng độ của xi măng (mác xi măng).
Ngoài ra đôi khi cũng còn phải thực hiện một số thí nghiệm khác nh: - Độ mịn của xi măng.
- Tính ổn định thể tích...
Vật liệu xi măng dễ hút ẩm đóng vón thành cục làm giảm phẩm chất cờng độ. Vì vậy xi măng phải để nơi cao ráo, có mái che chắn và không đợc để lâu.