1. CHẤT KẾT DÍNH TRONG XÂY DỰNG 
2. XI MĂNG KẾT TINH
3. XI MĂNG POLYMER VÔ CƠ
4. TỔNG KẾT

1. CHẤT KẾT DÍNH TRONG XÂY DỰNG

1.1 MỤC ĐÍCH

Trong xây dựng muốn biến một số vật liệu bở rời thành đá cứng, gọi là bêtông, người ta cần đến một chất kết dính. Vật liệu bở rời có phần chịu tải, có phần không chịu tải. Còn chất kết dính phải tạo sự chắc chắn, sự chịu tải mong muốn, không rã trong nước và có cường độ cao.

Trong lịch sử của ngành xây dựng, loài người bắt đầu bằng chất vôi, thường đi với cát và đất sét. Đó là chất kết dính thông dụng nhất. Sau đó kỹ sư La Mã trộn bột tro mịn núi lửa với vôi, để làm ximăng puzolan. Người Anh nung clinker (gồm sét với đá vôi) làm ximăng Portland (CPA) dùng đến ngày nay. Còn thế kỷ 21 đang phát triển xi măng polymer vô cơ.

1.2 TIÊU CHUẨN THỰC TẾ

1.2.1 Gía rẻ, kết dính cao

Trước nhất với người dùng phải có giá rẻ. Nhưng giá rẻ phải đi cùng chất lượng cao. Hai điều kiện này chỉ có ở ximăng CPA : 1000đ/kg xi măng này là giá rẻ, ximăng CPA có chất lượng hơn vôi tôi, ximăng puzolan và nhiều thứ khác nữa. Nếu có ximăng gì rẻ hơn ximăng CPA, đó là điều mọi người mong đợi.

1.2.2 Khô hay ướt

Nhiều chất kết dính nằm ở dạng lỏng, giá rất đắt mà chất lượng không cao. Chỉ có ximăng puzolan và vôi tôi giá rẻ, mà chất lượng lại thấp. Chỉ có ximăng CPA, như ximăng Hà Tiên, có tính bột khô như hai chất vôi và puzolan, mà chất lượng cao. Như vậy cho đến nay, giá thành tương đối rẻ. Tất nhiên ximăng CPA có một số nhược điểm. Như đông cứng nhanh dưới nước khi được nghiền mịn, nhưng nghiền mịn quá lại mau chết (đông cứng trong không khí ẩm nước ta), gọi là có tuổi thọ thấp. Còn xi măng polymer vô cơ càng được nghiền mịn càng tốt

1.2.3 Cứng nhanh hay chậm

Ximăng CPA cứng rất nhanh trong vài giờ cho nên vữa hồ thiếu hoàn chỉnh. Do vậy, phải hãm vận tốc lại bằng cách thêm vào 3% CaSO₄. Nó làm đội giá thành.

1.2.4 Tuổi thọ dài hay ngắn

Như trên đã nói, tuổi thọ của ximăng CPA là thời gian cho phép tự đông cứng trong khí trời. Ở độ mịn 80 micromet đường kính của hạt, ximăng CPA chết trong 20 ngày khi phơi ra gió. Đó là tuổi thọ vừa phải. Nếu nghiền mịn đến 40 micromet đường kính, tuổi thọ chỉ có vài ngày. Ximăng polymer hữu cơ có độ đông cứng chậm, rất phù hợp nhưng không cứng tốt như ximăng polymer vô cơ.

1.2.5. Dễ làm hay khó làm

Ximăng CPA dễ thi công nhất, nhờ làm nhão từ bột khô và cứng dưới nước. Các loại ximăng khác cần thêm 1 hay nhiều phụ gia để hóa cứng. Ximăng pôlime khó làm hơn, vì cần có 20% đất sét, đất trơ, vôi và phụ gia hóa nhũ hay nhũ. Cho nên cần ra sản phẩm pôlime từ 1 công ty chứ không từ 1 cá nhân được. Tuy nhiên, chất lượng cứng cao như ximăng CPA mà giá thành lại thấp còn phân nửa, nên đây là điểm hấp dẫn nhất của ximăng  polymer vô vơ

2. XI MĂNG KẾT TINH

2.1- CÁCH ĐIỀU CHẾ

Người ta nghiền đá vôi CaCO₂ (90%) với đất sét hay đá phiến (10%) rồi nung ở 1450⁰C để tạo thành một chất trong bóng gọi là clinker. Đây là một silicat 1 Ca, silicat 2 Ca và silicat 3 Ca ( tức alite, belite và celite) đóng rắn lại sau 3 – 4 giờ. Đó là ximăng ngậm nước sử dụng với lượng nước thừa dư, càng ngâm nước chừng nào, độ cứng càng cao chừng nấy.

Yếu điểm của ximăng CPA là không cứng rắn với đất sét, mà chỉ cứng rắn với nước. Nó sợ nước mặn, chất hữu cơ và phèn. Nó chỉ thích cát sạch gốc sông và ao hồ nước ngọt.

2.2- SỬ DỤNG: CỨNG DƯỚI NƯỚC

Chỉ có một ưu điểm là cứng dưới nước, nên ximăng CPA dùng để xây cầu rất tốt. Một yếu điểm thứ hai là cứng nhanh quá, cần làm cho nó cứng chậm lại. Cách đó là làm ximăng khô nhanh, mất nước, bằng phương pháp trộn phụ gia vào. Loại thứ nhất là trộn 3% CaSO₄. Nó hút nước nhanh và tạo ximăng thiếu nước, ning kết chậm. Loại thứ hai là trộn ximăng với một loại nhũ cũng đẩy nước ra ngoài. Cách này là một loại pôlime, làm cho ximăng cứng rắn hơn, nhờ sự polymer đi kèm.

2.3- ƯU NHƯỢC ĐIỂM

2.3.1 Ưu điểm.

Như vậy ximăng CPA có ưu điểm là tạo chất kết dính thủy lực, dùng với nước lã và cát sạch. Một ưu điểm đáng kể là với độ cứng bình thường, ximăng có giá khá thấp so với các phương pháp khác, cỡ 1200đ/kg. Ưu điểm thứ ba là dạng khô, dễ chuyên chở, pha trộn và bảo quản lâu. Dùng nó trong nước hay trong khí trời, nó đều không độc hại đối với môi trường và đối với người sử dụng.

2.3.1 Nhược điểm.

Nhưng nhược điểm thì còn quá nhiều, phải khắc phục.

Trước hết đất trồng trọt không sử dụng ximăng CPA, vì chất hữu cơ dồi dào. Nó chỉ chuộng có mỗi cát sạch là đối tác chính. Một ximăng pha nước (100% độ ẩm) cộng với ba cát sạch và thô, tạo nên độ cứng mac 300, nếu thêm phụ gia, nó sẽ vọt đến mac 600.

Nó cũng sợ mặn, sợ phèn, làm yếu cường độ đi. Lượng xút cao quá là một vấn đề. Tỉ lệ vôi sống trong ximăng cũng là một vấn đề.

2.3.3. Kết luận

Cho đến cuối năm 1990, ximăng Portland hay các loại CPA nào khác đều là chất liên kết nhờ kết tinh, trong đó CPA là tối ưu về các mặt. Nhưng sau đó, ximăng pôlime vô cơ ra đời, tạo ra sự cạnh tranh khốc liệt trên thế giới, làm cho ngôi vị cao nhất của ximăng CPA giảm dần. Vậy ximăng pôlime là gì?

3. XI MĂNG POLYMER VÔ CƠ

3.1 CƠ CHẾ POLYMER VÔ CƠ

3.1.1. Polymer hóa vô cơ trực tiếp.

Từ trước 5000 năm, người ta gọi thủy tinh, pha lê là một chất rắn trong suốt mà con người chế tạo được. Vào thế kỷ 19 khi kính hiển vi phân cực ra đời, soi thủy tinh lên kính, nó là vật thể không kết tinh, gọi là vô định hình. Mãi đến khi có kính hiển vi điện tử rọi lớn trên 10000 lần, mới thấy thủy tinh là sự bện chặt của những sợi dây mà sau đó được xác định là polymer vô cơ. Vậy, nhờ nung nóng, cát trở thành thủy tinh, cứng, trong và là một polymer vô cơ cao nhiệt ( 1200 độ C – 1400 độ C).

Vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20, các nhà khoa học Mỹ biến bột lưu huỳnh (S) thành sợi nhờ nung nóng nó ở 140⁰C, thay vì ở 1400⁰C như thủy tinh. Đây là lần đầu tiên con người tạo polymer vô cơ ở nhiệt độ thường. Sau này, cuối thập kỷ 90, nhà khoa học Plattfort tạo được các hạt nam châm tí hon bằng cách trộn cao lanh với sođa. Chúng hít mạnh với nhau và biến cao lanh thành đá. Đó là một pôlime trực tiếp. Rồi còn nhiều phát minh nữa ở dạng như vậy, khiến cho vật liệu xây dựng trở nên dồi dào hơn, và nhất là rẻ hơn. Đó là cốt lỏi của cuộc cách mạng hóa học ở thế kỷ 21 : khoa hóa học của các chất nano.

3.1.2. Polymer hóa vô cơ gián tiếp.

Trong thập niên 50 của thế kỷ 20, các nhà khoa học lập lại sự kết cứng của vôi tôi với đất sét. Họ nhận thấy rằng dưới kính hiển vi điện tử, đất sét hóa đá nhờ bên trong đất sét hiện ra những sợi cực mãnh, đan bện nhau, mà họ gọi là entolime. Về sau, vào thế kỷ 21, ta mới nhận ra đó là những sợi polymer đất sét –vôi -đất sét-vôi dài độ 10000 lần phân tử đất sét. Sự hóa cứng là một sự pôlime hóa vô cơ ở nhiệt độ thường. Nó xãy ra trong suốt 300 ngày nhào trộn và chỉ xuất hiện pôlime đầu tiên khi sét bị đẩy đi hết nước tẩm bên trong. Nó chấm dứt với sét khô gỏ bon bon như ngói và không hề hóa nhão trong nước nữa. Vậy sự pôlime hóa của đất sét ngược lại với sự kết tinh hóa cùa ximăng CPA là : pôlime hóa đẩy nước đi ra ngoài, còn sự kết tinh hoá hút nước vào làm nước kết tinh bên trong.

Vậy đẩy nước tẩm xảy ra làm sao? Giữa hạt sét và hạt vôi, có hai màng mỏng nước dày 0,2 micromet. Khi màng mỏng nước này bị vứt đi, hạt đất sét và hạt vôi vốn là từ tính âm (đất) và từ tính dương (vôi), kết dính lại nhau thêm 30% sức mạnh nữa, làm thành pôlime (entroline).

Muốn đẩy nước tẩm đi khỏi hạt bé, cần có lực nén (cao chừng nào tốt chừng ấy) và có việc phơi khô hay sấy

3.1.3 Ưu nhược điểm của polymer vô cơ:

3.1.3.1. Ưu điểm của polymer vô cơ

Tại sao thế giới phát minh ra polymer vô cơ và không nung? Vì đó là vật liệu dồi dào, không va chạm với môi trường. Đồng thời đó là công nghệ nano giữa các hạt bé có từ tính hút nhau, không có lực nào khác. Sau nữa là vật liệu lấy tại chỗ, giảm giá thành chuyên chở. Vật bé có từ tính âm như đất sét và chất pôzôlan hiện nay là hai vật liệu dồi dào nhất, đâu cũng có; còn vật liệu có từ tính dương, như vôi, ôxyt sắt, manhê cũng rất phong phú và dễ tìm, trong đó vôi là vật liệu rẻ nhất.

Hạ giá thành cũng là một ưu điểm đáng kể, khi đất và nước tại chỗ giàu hữu cơ, giàu phèn, giàu mặn, đều dùng được nhờ 3 yếu tố trộn, nén, phơi hoàn tất được. Nhưng hạ giá thành không được kéo theo hạ chất lượng. Đối với nền hạ đường bộ, điều này đã được làm nên các nước tiên tiến. Trên nền hạ bằng đất tại chỗ, lên một lòng đường bằng dầu hắc hay nhũ tương. Đối với vật liệu xây dựng, việc này từng bước tạo sản phẩm mới như gạch không nung, ngói không nung, trụ không nung, có giá thành thấp hơn giá cổ điển đến 50%.

Bền chặt với thời gian, trơ với thời tiết khắc nghiệt, chịu được nhiệt độ hơn 1000 độ C, không tan rã trong môi trường mặn, axid,... Đó là những ưu điển nổi bật của xi măng polymer vô cơ. Những tính chất này hiếm khi cùng tồn tại trong một loại chất kết dính nào hiễn có trên thị trường.

3.1.3.1. Nhược điểm của polymer vô cơ

Đối với một số nguyên liệu, quá trình đóng rắn của polymer vô cơ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ càng cao càng thuận lợi cho sự polymer hóa. khó thi công trong điều kiện thời tiết xấu.

4. TỔNG KẾT

4.1 XI MĂNG KẾT TINH/ XI MĂNG POLYMER VÔ CƠ.

Trước sự xuất hiện của xi măng polymer vô cơ giá rẻ, dùng vật liệu tại chỗ, xi măng CPA gặp một sự cạnh tranh khó chịu và khó diệt, vì rằng xi măng kết tinh là quan niệm cổ điển còn xi măng polymer vô cơ là quan niệm mới, tiến bộ. Tuy nhiên đô thị hoá là xu hướng còn dùng xi măng CPA, nhưng xu thế thắng của xi măng polymer vô cơ sẽ vượt trội trong tương lai.

Theo chiều thời gian, xi măng polymer vô cơ sẽ kết hợp với keo hữu cơ, vốn là polymer hữu cơ, để nâng độ cứng của xi măng polymer lên và để chống cháy cho keo hữu cơ. Cùng lúc sẽ còn nhiều phụ gia ra đời, giá rẻ, để làm cho xi măng pôlime có thể hoàn thiện được và thắng ở những nơi có vật liệu không dùng với xi măng CPA được.

4.3. CHỌN LỰA

Thứ nhất là giá rẻ và chất lượng bảo đảm: nên chọn xi măng pôlime. 

Thứ hai là thời gian ninh kết nhanh, tạo cường độ chịu lực sớm.

Thứ ba là độ bền chặt: chỉ có xi măng pôlime là có tuổi thọ cao hơn xi măng CPA.

Như vậy, với cơ bản của chất lượng là cơ chế từ tính, khác với cơ chế nung kết tinh, xi măng pôlime là một hứa hẹn to lớn của tương lai.