Lich sử phát triển Xi măng thế giới

Lịch sử phát triển
Từ thời cổ đại, nền văn minh nhân loại đã tìm kiếm các phương pháp và hỗn hợp để ghép đá và các nguyên liệu thô khác thành dạng rắn hữu ích cho mục đích xây dựng. Và, với nhiều thử nghiệm, người Assyria và người Babylon là những người đầu tiên tiếp thu khái niệm sử dụng đất sét làm chất kết dính tự nhiên. Đồng thời, người Ai Cập đã phát hiện ra vôi và vữa thạch cao, những chất góp phần to lớn vào việc xây dựng các Kim tự tháp nổi tiếng.
Người Hy Lạp cũng tiếp tục có những đóng góp sâu hơn cho lĩnh vực xây dựng. Tuy nhiên, với loại xi măng tiên tiến của người La Mã, những người đã phát triển loại xi măng có độ bền cao, công trình đã trở nên chắc chắn hơn nhiều. Với khám phá như vậy, các công trình kiến ​​trúc La Mã nổi tiếng đã được xây dựng, chẳng hạn như Nhà tắm La Mã nổi tiếng, được xây dựng vào khoảng năm 27 trước Công nguyên. Đấu trường La Mã và Vương cung thánh đường rộng lớn của Constantine là những ví dụ khác về kiến ​​trúc La Mã cổ đại sử dụng chất kết dính xi măng.
Bí quyết thành công của caementum của người La Mã đến từ sự kết hợp của vôi “pozolana”, tro núi lửa từ núi Vesuvius ở khu vực xung quanh Pozzuoli. Quá trình này tạo ra xi măng có khả năng kháng muối và nước ngọt tốt hơn. Nghề thủ công này đã bị thất lạc vào thời Trung Cổ và chỉ được hồi sinh nhờ các nhà khoa học dám nghĩ, dám làm của thế kỷ 18, những ngườiđã khám phá lại khái niệm xi măng thuỷ lực có khả năng cứng lại ngay cả khi ngâm trong nước.Sự hư hỏng cấu trúc liên tục của Ngọn hải đăng Eddystone ngoài khơi bờ biển Cornwall, Anh, đã khiến kỹ sư John Smeaton phải tiến hành các thí nghiệm với vữa ở cả nước ngọt và nước mặn. Năm 1756, Ông đã có những thử nghiệm này, dẫn đến việc phát hiện ra rằng xi măng làm từ đá vôi chứa một tỷ lệ đáng kể đất sét sẽ cứng lại dưới nước. 

Dựa vào phát hiện này, ông đã xây dựng lại Ngọn hải đăng Eddystone vào năm 1759. Nó đã tồn tại được 126 năm trước khi cần thay thế!Những nhà nghiên cứu khác thử nghiệm trong lĩnh vực xi măng trong khoảng thời gian từ 1756 đến 1830 bao gồm LJ Vicat và Lesage ở Pháp và Joseph Parker và James Frost ở Anh .
Trước khi xi măng Portland được phát hiện và trong vài năm sau khi được phát hiện, một lượng lớn xi măng tự nhiên đã được sử dụng. Xi măng tự nhiên được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp vôi và đất sét tự nhiên mà không có sự can thiệp của con người. Bởi vì các thành phần của xi măng tự nhiên được pha trộn một cách tự nhiên (không theo một tỷ lệ nhất định) nên các đặc tính của nó cũng khác nhau tùy theo nguồn tài nguyên thiên nhiên mà nó được tạo ra.
Năm 1824, Joseph Aspdin, một thợ nề ở Leeds, Anh, đã nhận được bằng sáng chế về xi măng thủy lực mà ông gọi là Xi măng Portland vì màu của nó giống với đá được khai thác trên đảo Portland ngoài khơi bờ biển Anh. Đó là lý do sản phẩm có tên Xi măng Portland. Phương pháp của Aspdin liên quan đến việc cân đối cẩn thận đá vôi và đất sét, nghiền thành bột và nung hỗn hợp thành clinker, sau đó được nghiền thành xi măng thành phẩm.
Năm 1844, Isaac Johnson đã nung đá phấn và đất sét ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với Aspdins, vào khoảng 1400-1500⁰C, dẫn đến hỗn hợp tạo thành clinker và tạo ra thứ về cơ bản là xi măng ngày nay. Ông cũng xác định các quy tắc chính xác đầu tiên để tính toán hỗn hợp nguyên liệu thô, mở đường cho việc kiểm soát khoa học toàn bộ quá trình sản xuất.
Xi măng Portland ngày nay, cũng như thời Aspdin, là sự kết hợp hóa học được xác định trước và đo lường cẩn thận giữa canxi, silica, sắt và nhôm. Nó được tạo ra bởi một quy trình sản xuất phức tạp, chịu sự kiểm soát chặt chẽ và bao gồm nhiều hoạt động.
Xi măng tự nhiên đã nhường chỗ cho xi măng Portland, một sản phẩm được biết đến và có thể dự đoán được với chất lượng cao và ổn định.
Ngày nay, hầu hết xi măng được sản xuất là xi măng Portland. Tuy nhiên, vào thời Aspdin, sản phẩm mới này được ưa chuộng một cách chậm chạp. Aspdin thành lập một nhà máy ở Wakefield để sản xuất xi măng Portland, một số trong số đó được sử dụng vào năm 1828 trong việc xây dựng Đường hầm sông Thames.
Nhìn chung, sự phát triển của xi măng được thúc đẩy bởi mong muốn tạo ra các vật liệu xây dựng chắc chắn hơn, bền hơn và hiệu quả hơn. Khi công nghệ và khoa học vật liệu tiếp tục phát triển, rất có thể xi măng sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến trong những năm tới.
Lò nung
Từ hơn 2.000 năm trước, người ta sử dụng Lò nung đứng và các dạng lò trục đơn giản để nung vôi. Người La Mã sử dụng lò đứng để nung vôi pozzolanic, sau này người ta sử dụng lò đứng để sản xuất xi măng.
Sự phát triển ban đầu của lò quay có lẽ bắt đầu vào khoảng năm 1877 ở Anh, Frederick Ransome là người có lò quay thành công đầu tiên, được cấp bằng sáng chế ở Anh vào năm 1885.

Các kỹ sư người Mỹ đã đưa khái niệm lò quay ra khỏi giai đoạn sơ khai của nó. Lò quay kinh tế đầu tiên ở Mỹ được phát triển bởi Rush và Seaman của Công ty Xi măng Atlas, được đưa vào sản xuất vào năm 1895.
Từ những năm 1900, lò quay đã thay thế lò đứng ban đầu vì chúng sử dụng phương pháp truyền nhiệt bức xạ, hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao hơn, đạt được nhiệt độ clanhke đồng đều và tạo ra xi măng mác cao hơn. Thạch cao hiện nay cũng được thêm vào hỗn hợp thu được để kiểm soát quá trình đông kết và máy nghiền bi được sử dụng để nghiền clinker.
Ngày nay Lò quay với sự ra đời của tháp sấy và canxi hoá sơ bộ giúp gia tăng sản lượng và hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao làm hiệu quả tăng lên rõ rệt trong sản xuất clanhke xi măng.
Tương lai của xi măng
Thế kỷ 21 mang đến những tiến bộ hơn nữa trong công nghệ xi măng. Nghiên cứu phát triển dẫn tới cải tiến về thành phần và phương pháp sản xuất, mang lại hiệu quả và chất lượng xi măng cao hơn. Việc sử dụng các vật liệu thay thế như tro bay, xỉ,… ngày càng phổ biến, góp phần phát triển xi măng thân thiện môi trường. Trong những thập kỷ gần đây, trọng tâm đã chuyển sang giảm lượng khí phát thải các bon, cải thiện sử dụng năn
g lượng hiệu quả, sử dụng nhiên liệu thay thế kết hợp xử lý rác thải sinh hoạt, công nghiệp… Sự phát triển của xi măng được đánh dấu bằng sự đổi mới liên tục và thích ứng với nhu cầu thay đổi của xã hội. Luôn cải tiến để tiến về phía trước bảo đảm vị trí của xi măng trong tương lai của ngành xây dựng.

Nguồn: Sưu tầm