Nguyên liệu xi măng là gì và tại sao nó cứng lại khi thêm nước? Nó bắt đầu được sử dụng khi nào?

Trên thực tế, người ta đã sử dụng những vật liệu có thể cứng lại khi thêm nước. Vào thời La Mã cổ đại, người ta sử dụng đất sét trộn với tro núi lửa rồi thêm nước để làm chất kết dính xây dựng. Họ đã sử dụng phương pháp này để có thể dính chặt các tảng đá lại với nhau. Nhưng thời đó người ta chưa có khái niệm về xi măng, cũng không biết nguyên nhân.

Mọi người thực sự biết đến loại vật liệu này vào thế kỷ 19. Việc phát minh ra xi măng là nhờ người Anh Joseph Asputin. Năm 1824, Asputin trộn đá vôi và đất sét, nung rồi đổ nước lên, sau một thời gian, ông nhận thấy đất trở nên cực kỳ cứng. Hiện tượng này khiến ông rất quan tâm. Nếu vật liệu này được trộn với đá và đổ vào khuôn theo ý muốn thì có thể biến thành bất kỳ hình dạng nào, nếu thêm một số thanh thép vào thì nó không những cứng mà còn trở nên cứng và chắc hơn.

Từ đó, vật liệu xi măng được phát minh và bắt đầu lan rộng nhanh chóng trên toàn thế giới, kiến ​​trúc của con người cũng bắt đầu trải qua những thay đổi chấn động địa cầu.

Sở dĩ xi măng cứng lại khi thêm nước chủ yếu là do thành phần chính của nó là tricanxi silicat và dicanxi silicat, ngoài ra một phần canxi aluminat có trong nó cũng có thể đóng một vai trò nhất định. Nguyên liệu làm xi măng cũng rất đơn giản là đá vôi và đất sét.

Thành phần chính trong đá vôi là canxi cacbonat, trong khi đất sét chứa một lượng lớn silic, khi trộn hai chất này và phản ứng ở nhiệt độ lên tới 1450°C, canxi cacbonat sẽ phân hủy tạo thành canxi oxit và carbon dioxide, còn canxi oxit tạo thành. Nó sẽ tiếp tục phản ứng với oxit silic trong đất sét để tạo thành canxi silicat. Vì những nguyên liệu thô này thu được bằng cách phản ứng ở nhiệt độ cao nên vật liệu xi măng thu được sau khi nung còn được gọi là "clinker".

Clinker hình thành sau phản ứng là những vật thể hình cầu tương đối lớn, sau khi nghiền các clinker này trở thành xi măng dạng bột rất mịn.

Trên thực tế, các nhà khoa học đã nghiên cứu vấn đề tại sao xi măng lại cứng lại khi thêm nước trong hàng trăm năm, cho đến nay vẫn còn một số tranh cãi, nhưng quan điểm chủ đạo vẫn tương đối nhất quán, đó là dicanxi silicat và tricanxi silicat trong xi măng. tiếp xúc với nước, nó sẽ phản ứng tạo thành canxi silicat ngậm nước và canxi hydroxit.

Các tinh thể canxi silicat hydrat và canxi hydroxit hình thành trong quá trình phản ứng nằm xen kẽ giữa các hạt, các tinh thể này giao nhau với nhau như những chiếc kim để tạo thành một cấu trúc đan xen giống như mạng lưới, từ đó trở thành một tổng thể cứng.

Xi măng là vật liệu cơ bản nhất cho cơ sở hạ tầng. Hàng năm toàn cầu tiêu thụ một lượng xi măng rất lớn. Nước tôi là nước sản xuất xi măng lớn nhất thế giới. Theo thống kê, năm 2020 sản lượng xi măng nước tôi đạt gần 2,3 tỷ tấn, chiếm gần một nửa sản lượng xi măng toàn cầu.

Do khai thác được một lượng lớn nguyên liệu thô nên để tiết kiệm chi phí sản xuất trong quá trình sản xuất xi măng, các nhà máy sản xuất xi măng thường được xây dựng gần các địa điểm khai thác nguyên liệu thô.