Xi măng aluminat là gì?
Xi măng aluminat (Calcium Aluminate Cement – CAC) là loại xi măng đặc biệt sản xuất từ đá vôi và bauxite, có hàm lượng Al₂O₃ tối thiểu 35%, phân biệt hoàn toàn với xi măng Portland vốn chứa chủ yếu calcium silicate. CAC còn được gọi là xi măng nhôm, xi măng chịu lửa, hay tên thương mại Fondu, Secar (của Kerneos/Imerys).
Thành phần khoáng chủ yếu
| Khoáng | Ký hiệu | Công thức | Hàm lượng điển hình |
|---|---|---|---|
| Monocalcium aluminate | CA | CaO·Al₂O₃ | 50–70% |
| Dodecacalcium hepta-aluminate | C₁₂A₇ | 12CaO·7Al₂O₃ | 5–15% |
| Dicalcium silicate | C₂S | 2CaO·SiO₂ | 5–10% |
| Calcium dialuminate | CA₂ | CaO·2Al₂O₃ | Vết–20% |
Đối với CAC chịu lửa cao (High-Alumina Cement – HAC), hàm lượng Al₂O₃ > 50%, thậm chí > 70% (Secar 71) hoặc > 80% (Secar 80) để đạt khả năng chịu nhiệt độ cực cao.
Phân loại theo hàm lượng Al₂O₃
| Loại | Al₂O₃ (%) | Nhiệt độ chịu được | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| CAC thường (Fondu) | 35–45% | đến 1.300°C | Sàn công nghiệp, cống thoát nước |
| HAC trung bình | 50–60% | đến 1.400°C | Lớp lót lò nung vừa |
| HAC cao (Secar 71) | 68–72% | đến 1.500°C | Lò luyện thép, lò nung gốm |
| HAC cực cao (Secar 80) | > 80% | đến 1.600°C | Lò nấu thủy tinh, lò thiêu kết |
Đặc tính ninh kết và cường độ
CAC có tốc độ ninh kết rất đặc trưng: thời gian bắt đầu ninh kết 30–90 phút, kết thúc ninh kết sau 3–5 giờ ở nhiệt độ bình thường. Đây là ưu điểm lớn cho các ứng dụng sửa chữa khẩn cấp cần đưa công trình vào sử dụng sớm.
Cường độ nén đặc trưng: đạt 40–50 MPa sau 24 giờ, tương đương cường độ 28 ngày của xi măng Portland thường. Tuy nhiên, hiện tượng chuyển hóa (conversion) xảy ra theo thời gian ở điều kiện ẩm và nhiệt, làm giảm cường độ 30–50% so với cường độ ban đầu – đây là điểm hạn chế nghiêm trọng nhất của CAC trong kết cấu chịu tải.
Hiện tượng chuyển hóa (Conversion)
Khi hydrat hóa, CAC tạo metastable CAH₁₀ và C₂AH₈ (ổn định ở nhiệt độ thấp). Theo thời gian, nhất là khi nhiệt độ > 25°C và độ ẩm cao, các pha này chuyển hóa thành C₃AH₆ (hydrogarnet) bền vững hơn nhưng kém đặc chắc hơn, làm tăng độ rỗng và giảm cường độ.
- Tốc độ chuyển hóa tăng mạnh khi nhiệt độ > 27°C
- Cường độ sau chuyển hóa thường còn 25–40 MPa
- Cần tính toán thiết kế dựa trên cường độ sau chuyển hóa
Lý do KHÔNG dùng chung với xi măng Portland
Trộn lẫn CAC với xi măng Portland gây ra phản ứng “flash set” (ninh kết tức thì): Ca(OH)₂ từ Portland phản ứng với C₁₂A₇ trong CAC tạo C₃A·CaSO₄·12H₂O (ettringite) rất nhanh, làm hỗn hợp đông cứng ngay lập tức, không thể thi công được. Cả hai loại xi măng cũng không được dùng cùng cốt liệu hoặc dụng cụ trộn có dính xi măng Portland khi chưa làm sạch hoàn toàn.
Ứng dụng chính
Công trình chịu lửa và chịu nhiệt
- Bê tông chịu lửa (refractory concrete) cho lò luyện thép, lò nung xi măng
- Lớp lót lò nấu thủy tinh, lò thiêu kết
- Ống khói công nghiệp nhiệt độ cao
- Sàn khu vực nấu chảy kim loại
Môi trường xâm thực hóa học
- Cống nước thải, hầm chứa hóa chất: CAC chịu được dung dịch axit yếu tốt hơn Portland
- Nước biển: chống ăn mòn sunfat hiệu quả do không có C₃A
- Môi trường có pH 3,5–11 (Portland chỉ bền ở pH > 9)
Sửa chữa khẩn cấp
- Vá đường, sửa sân bay cần khai thác trong 4–6 giờ
- Trám bít các khe hở cần ninh kết nhanh
Tiêu chuẩn và quy chuẩn
- EN 14647:2005 – Calcium aluminate cement
- ASTM C1600 – Standard Specification for Rapid Hardening Hydraulic Cement
- BS 915 – High Alumina Cement (Anh, hiện nay thay thế bởi EN 14647)
Lưu ý khi sử dụng
- Tỷ lệ nước/xi măng tối đa 0,4 để hạn chế chuyển hóa
- Bảo dưỡng mát, tránh nhiệt độ cao trong 24 giờ đầu
- Không dùng làm kết cấu chịu tải lâu dài mà không tính đến cường độ sau chuyển hóa
- Không trộn lẫn với xi măng Portland, vôi, thạch cao