Vật liệu thay thế xi măng (ACM – Alternative cementitious materials)

Bê tông ACM bao gồm bê tông mà chất kết dính không chứa xi măng portland. Bê tông ACM nói chung có thể được sản xuất và thi công giống như bê tông thông thường, với tính năng tương đương hoặc tốt hơn.

Bê tông ACM có thể gồm geopolymer, xi măng thủy tinh hoạt tính, xi măng tro bay thủy hoạt tính, xi măng xỉ hoạt tính, xi măng canxi aluminat, xi măng canxi sulfoaluminat, xi măng gốc magnesia hoặc CO₂-cured xi măng .

Mặc dù geopolymer, xi măng thủy tinh hoạt tính và xi măng tro bay thủy lực có thể chứa tro bay, nhưng chúng có những điểm khác biệt rõ rệt.

Geopolymer thường được sản xuất từ ​​tro bay có hàm lượng canxi thấp và được hoạt hóa bằng hydroxit kiềm, natri silicat hoặc cả hai với nước.

Xi măng thủy tinh hoạt tính thường được sản xuất từ ​​tro bay có hàm lượng canxi cao và được hoạt hóa bằng chất hoạt hóa có độ pH cao kết hợp với axit hữu cơ và nước.

Cuối cùng, xi măng tro bay thủy lực thường được sản xuất từ tro bay có hàm lượng canxi cao và được hoạt hóa bằng chất hoạt hóa trung tính pH kết hợp với chất làm chậm đông kết và nước

Vật liệu gốc tro bay (Geopolymer)

• Trong 30 năm qua, các nhà khoa học đã theo đuổi nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất xi măng gốc tro bay được gọi là geopolymer. Tro bay thường có hàm lượng canxi thấp và được hoạt hóa bằng hydroxit kiềm, natri silicat hoặc cả hai trong nước. Geopolymer được báo cáo là đạt được cường độ thông qua cấu trúc khung polyme Si-O-Al.

• Thông thường, bê tông được làm bằng xi măng geopolymer mất độ dẻo trong vòng vài phút sau khi trộn và cũng cần nhiệt độ bảo dưỡng cao từ 60 đến 150°C (140 đến 302°F) trong vài ngày đầu. Do đó, bê tông xi măng geopolymer đã được chấp nhận hạn chế trong ngành xây dựng. Tuy nhiên, cũng có bê tông geopolymer, dựa trên hoạt hóa hóa học của hỗn hợp xi măng xỉ và tro bay, đã thành công được sử dụng hoàn toàn cho xây dựng sân bay và tòa nhà.

Xi măng thủy tinh hoạt tính (Activated glass cements)

• Xi măng được làm từ các vật liệu tự nhiên như đất sét hoặc các sản phẩm phụ công nghiệp như xi măng, tro bay và xỉ. Các pha thủy tinh thường là aluminosilicat. Khi kết hợp với nước và phụ gia đáp ứng ASTM C688, “Standard Specification for Functional Additions for Use in Hydraulic Cements” ,các vật liệu này tạo thành xi măng thủy lực theo ASTM 1157/C1157M.

• Các phụ gia thường làm tăng độ pH, do đó làm tăng khả năng phản ứng của các pha thủy tinh. Khi nồng độ alumina và silicat đạt đến mức bão hòa trong hỗn hợp, một polyme vô cơ vô, ở dạng định hình đến bán tinh thể được hình thành.

Xi măng xỉ hoạt tính

• Bê tông xi măng xỉ hoạt tính là bê tông có sử dụng chất kết dính được tạo thành từ xỉ lò cao nghiền mịn (GGBFS), nước và chất hoạt hóa, để kích hoạt các phản ứng hóa học liên quan đến quá trình thủy hóa xi măng xỉ và quá trình trùng hợp các pha Ca-Si và Al-Si, đóng vai trò là chất kết dính. Mặc dù xi măng xỉ có thể tự hoạt hóa, nhưng cần có chất hoạt hóa bên ngoài để tăng cường tốc độ phản ứng và tạo thành các sản phẩm tạo độ bền. Hàm lượng kiềm cần thiết để phát triển cường độ đáng kể. Vì xi măng xỉ thiếu kiềm nên phải cung cấp các chất này từ bên ngoài.

• Xi măng xỉ được hoạt hóa bằng kiềm thể hiện cường độ và độ bền rất tốt, và thể hiện nhiều đặc tính có giá trị khác, chẳng hạn như khả năng chống cháy và khả năng chống hư hại liên quan đến tiếp xúc với nước thải

Xi măng tro bay thủy lực

• Hỗn hợp xi măng chứa các loại tro bay loại C và loại F, kết hợp với chất hoạt hóa. Sản phẩm hydrat hóa chủ yếu bao gồm Ca-Al-Si-H tạo thành pha chất kết dính. Điều này trái ngược với gel CSH là pha liên kết chính của bê tông xi măng portland.
• Tùy thuộc vào điều kiện bảo dưỡng và nồng độ của chất hoạt hóa, xi măng tro bay thủy lực có thể thể hiện nhiều tính chất có lợi bao gồm cường độ nén cao, độ co ngót khô và độ biến dạng thấp, khả năng chống axit tốt và khả năng chống cháy tốt. Ngoài ra, hệ thống sẽ không thúc đẩy sự giãn nở có hại liên quan đến phản ứng kiềm-silica. Các hạt tro bay hình cầu có lợi cho việc nước và tối đa hóa việc lèn chặt để giảm độ xốp.