Các xi măng hỗn hợp - bước đi lên trước

Sản xuất xi măng là một trong những quá trình tiêu hao năng lượng nhiều nhất của công nghiệp xây dựng, nó tạo ra những khối lượng CO₂ lớn đáng kể. Những năm vừa qua đã phát triển những phương pháp sản xuất mới nhằm giảm tác động xấu tới môi trường của quá trình sản xuất. Việc phát triển xi măng hỗn hợp với CO₂ thấp hơn thay thế cho một phần clinker trong quá trình sản xuất xi măng cho thêm một hoặc vài loại phụ gia khác. Các vật liệu này là những sản phẩm phụ điển hình từ các ngành công nghiệp khác - kết quả tạo ra trong xi măng hàm lượng CO₂ thấp hơn và nó giúp cho việc sử dụng lại các chất phế thải.

Có 3 loại phụ gia thường được dùng trong sản xuất xi măng ở VQ Anh đó là: xỉ hạt lò cao thải ở bãi (GBFS = Ground granulated blast furnace slag)  từ công nghiệp thép; tro bay (fly- ash) từ các nhà máy điện đốt than và đá vôi đất (ground limestone).

Thực tế trong công nghiệp bê tông ở VQ Anh đã sử dụng những vật liệu này làm thành phần của bê tông trong các nhà máy. Tuy nhiên, tỷ lệ sử dụng chúng cho sản xuất các loại xi măng hỗn hợp mỗi ngày một tăng lên. Lafarge dự kiến sẽ phát triển sản phẩm này trong những năm sắp tới.

Lafarge Cement UK đã bắt đầu sản xuất những mẻ xi măng hỗn hợp rời bền vững đầu tiên(gồm phụ gia tro bay) vào năm 1979. Ngày nay, loại xi măng bền vững đầu bảng của công ty này là: Phoenix (EN 197 - 1 CEMII/B - V42.5N Xi măng pooc lăng tro bay). Chỉ có Lafarge Cement UK là nhà sản xuất duy nhất sản xuất xi măng hỗn hợp rời có chứa tất cả các phụ gia thông dụng ở VQ Anh. Có khoảng 60% doanh số xi măng rời hỗn hợp của Lafarge UK xuất ra là Phoenix, tiếp sau là xi măng pooc lăng đá vôi PLC(CEM II/A-L)   và loại xi măng hỗn hợp từ pooc lăng xỉ(CEM II/B-S) và các xi măng xỉ thải (CEM III) hiện chỉ được sản xuất ở Bắc Ailen(Northern Ireland).

Những xi măng hỗn hợp này có điểm gì khác và cần sử dụng chúng như thế nào?

Có 2 phương pháp cơ bản sản xuất xi măng hỗn hợp - trộn sau nghiền và nghiền kết hợp. Lafarge sử dụng cả hai phương pháp trên, nghiền kết hợp clinker xi măng với tro bay hay đá vôi để tạo ra sản phẩm rời Phoenix và PLC tại các nhà máy Hope và Aberthaw, và trộn các phụ gia với xi măng CEM 1 hiện có tại các nhà máy khác của Lafarge. Công ty sản xuát các loại xi măng hỗn hợp rời và đóng bao tại 10 địa điểm trong toàn VQ Anh.

Những lợi ích về môi trường của việc sử dụng tro bay trong xi măng bao gồm việc bảo vệ các cốt liệu nguyên vẹn, giảm được diện tích chứa chất thải tro bay và giảm được giá trị hàm lượng CO₂ của sản phẩm xi măng, điển hình bởi thành phần thứ ba.

Đá vôi về mặt tự nhiên có khả năng chiếm tới10 - 20% trong thành phần của xi măng pooc lăng đá vôi. Về mặt môi trường, việc cho thêm đá vôi vào xi măng giảm được hàm lượng CO₂ trong xi măng, mặc dù ở mức độ không giống nhau đối với tro bay và xỉ

Để tạo ra được xi măng pooc lăng đá vôi, đá vôi đập nhỏ (thường từ các mỏ của nhà máy) được nghiền lẫn với clinker trong máy nghiền xi măng. Do những đặc tính khác nhau của đá vôi và clinker, đá vôi thường được nghiền trước, nhằm làm tăng độ mịn và hoạt tính của nó.

Phụ gia thứ 3 thường được dùng ở VQ Anh là xỉ, được dùng để tạo ra xi măng pooc lăng xỉ hay xi măng xỉ lò cao. Thành phần xỉ là một trong những chất bền vững môi trường của các loại xi măng hỗn hợp, bởi vì xỉ chiếm tới 40 - 60% trong xi măng, giảm được lượng clinker đáng kể. Tuy nhiên, do lượng xỉ ở VQ Anh có hạn, nên vừa qua thường sử dụng trực tiếp xỉ trong công nghiệp bê tông nhiều hơn là dùng để sản xuất xi măng. Các xi măng hỗn hợp trên cơ sở xỉ có thể được sản xuất bằng một số cách. Nghiền kết hợp xỉ với clinker thường không phổ biến, nhưng trộn kết hợp xỉ được nghiền riêng với clinker thường được áp dụng.

Có khả năng độ mịn của một trong 2 thành phần sẽ dao động nhằm cải thiện tính năng của xi măng và đồng thời một lượng canxi sunfat(là chất điều chỉnh ninh kết phổ biến trong xi măng)sẽ được tối ưu hoá đối với mức dùng xỉ trong xi măng. Điều này đặc biệt quan trọng khi hàm lượng xỉ cao hơn. Cũng có khả năng trộn xỉ nghiền mịn với xi măng pooc lăng để tạo ra xi măng pooc lăng xỉ hay xi măng xỉ lò cao. Một lượng canxi sunfat qui định trong xi măng CEM I luôn có thể không đủ cao để kích hoạt tất cả xỉ, phương pháp này đặc biệt phù hợp với việc sản xuất xi măng pooc lăng xỉ với lượng xỉ thấp hơn.  Kỹ thuật này được Lafarge áp dụng tại cơ sở sản xuất của nó ở Belfast (Bắc Ailen).

Có nhiều lợi ích khi sử dụng xi măng pooc lăng tro bay làm bê tông. Chúng làm tăng độ bền sunfat, gồm độ kháng ăn mòn sunfat, và có thể giảm được 50 - 90% độ xâm nhập của clorua. Hàm lượng kiềm hữu ích thấp giảm được đáng kể nguy cơ của phản ứng kiềm- silic (ASR) trong khi nhiệt thuỷ hoá thấp hơn 15 - 20% so với xi măng pooc lăng, giảm được nguy cơ nứt nhiệt ở tuổi sớm. Các hạt cầu mịn trong tro bay cải thiện được tính lưu động của hỗn hợp bê tông , tăng khả năng bơm và hoàn thiện bề mặt của bê tông được tạo hình.

Xi măng xỉ lò cao có những ưu điểm về kỹ thuật giống như xi măng pooc lăng tro bay. Hàm lượng clinker thấp hơn, lượng nhiệt thuỷ hoá rất thấp có thể đạt được và thậm chí độ bền sunfat và clorua tốt hơn. Màu kem nhạt  của xi măng hỗn hợp xỉ cao tạo ra vẻ đẹp thẩm mỹ dễ coi.

Nhược điểm chính của các xi măng xỉ lò cao đó là sự phát triển cường độ ban đầu thấp.

Xi măng pooc lăng đá vôi ít được sử dụng hơn ở VQ Anh so với xi măng tro bay hay xi măng xỉ, bởi vì nó không có độ bền vững cao như các sản phẩm khác. Bởi vì đá vôi hầu như trơ, nó biểu hiện giống CEM I hơn - khiến cho nó ít được sử dụng hơn ở nơi cần tăng độ bền vững. Tuy nhiên, loại xi măng này được sử dụng rộng rãi  trong sản xuất các sản phẩm bê tông do chúng có màu xám nhạt và có khả năng tạo ra bề mặt hoàn thiện tốt.

Các số liệu vừa qua từ Hiệp hội Xi măng Anh(nay là một thành viện của Hiệp hội Các sản phẩm Khóang) chỉ ra rằng hàm lượng CO₂ của các loại xi măng khác nhau này có giá trị như sau:

- Xi măng pooc lăng (CEM I) : 930 kg/tấn;

- Xi măng pooc lăng đá vôi (CEM II/A-L) với 15% đá vôi: 800 kg/tấn;

- Xi măng pooc lăng tro bay (CEM II/B -V) với 30% tro bay: 660 kg/tấn;

- Xi măng pooc lăng xỉ (CEM II/B-5) với 30% xỉ: 660 kg/tấn;

- Xi măng xỉ lò cao (CEM III/A) với 50% xỉ: 490 kg/tấn.

Sự tăng trưởng và phát triển

Năm 2009 là năm có doanh số tốt về xi măng hỗn hợp của Lafarge, đã tăng lên 15% so với tổng doanh thu. Công ty có lãi suất tăng lên trong các xi măng CO₂ thấp trong toàn hệ thống, đặc biệt mạnh do các khách tiêu thụ thuộc khu vực công.  Việc đưa vào áp dụng Qui chuẩn đối với các ngôi nhà bền vững cấp 4  có hiệu lực trong tháng 4/2010 này sẽ làm tăng thêm nhu cầu , khi các nhà xây dựng nhà ở đang tìm kiếm những biện pháp mới nhằm cải thiện cấp sinh thái cho các toà nhà của họ.

Phương án phân loại xi măng cũng đặc biệt chú ý đối với các nhà thầu cung cấp thế hệ năng lượng tiếp theo và các dự án về chất thải - một thị trường tiềm năng lớn đối với các nhà cung cấp cho công nghiệp xây dựng của VQ Anh. Phần loại xi măng với tác động môi trường thấp hơn tới xây dựng một trạm phát điện gió hay nhà máy thuỷ điện  hầu hết đã trở thành điều kiện tiên quyết đối với nhiều hợp đồng lớn.

Nhu cầu đang tăng lên đối với xi măng giảm clinker đang thúc đẩy việc đưa vào sử dụng các chất thay thế cho CEM I trên thị trường xi măng rời và đóng bao. Hưởng ứng của Lafarge là phát triển sản phẩm đóng bao của nó lên ngang tầm với CEM II. Ngày nay, hầu hết xi măng bao của Lafarge là xi măng hỗn hợp. Phần lớn đầu tư của Lafarge cho các sản phẩm CEM II  đã được đưa vào mạng lưới tiêu thụ xuyên suốt nước Anh nhằm áp dụng các công nghệ mớiđể tăng khả năng như các công nghệ trộn hiện đại nhằm thực hiện được các kỹ thuật nghiền kết hợp truyền thống.