Việc nghiên cứu xác định thành phần hạt hợp lý, đánh giá thành phần hạt xi măng thực tế của một số cơ sở sản xuất xi măng lò quay điển hình, chỉ ra giải pháp công nghệ và kỹ thuật nhằm đạt được thành phần hạt hợp lý, sẽ giúp ngành xi măng lựa chọn đầu tư, sản xuất hiệu quả hơn nữa trong sản xuất xi măng trước mắt, cũng như lâu dài là việc làm cần thiết.



Ở Việt Nam, việc nghiên cứu thành phần cỡ hạt xi măng và sử dụng để nâng cao chất lượng xi măng, cho tới nay chưa được đề cập đúng mức. Việc đánh giá độ mịn của xi măng hiện nay chủ yếu dựa trên chỉ tiêu độ sót trên sàng và đo tỷ diện. Theo TCVN 6260:1997, đối với xi măng hỗn hợp PCB30 lượng sót trên sàng 008 <12% và tỷ diện >2700 cm2/g. Nhưng với TCVN 4030:2003, cơ sở để đánh giá độ mịn của xi măng là lượng sót trên sàng 009 và chỉ tiêu tỷ diện. Như vậy, về mặt chỉ tiêu chất lượng đã bị hạ thấp, trái với những yêu cầu nâng cao chất lượng xi măng của xã hội và sự tiến bộ của khoa học xi măng.

Kết quả khảo sát nhiều mẫu xi măng tại các cơ sở sản xuất cho thấy: Tuy độ mịn xác định qua sàng 0,08 tương tự như nhau và đều phù hợp với quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam, nhưng tỷ diện của chúng khác nhau khá nhiều (từ 2700 – 4000 cm2/g). Các tính chất cơ lý, đặc biệt là cường độ xi măng cũng khác nhau đáng kể.

Từ trước tới nay, các cơ sở sản xuất mới chỉ quan tâm đến sản lượng nghiền và chất lượng sản phẩm thoả mãn yêu cầu của TCVN, nhưng chưa có một thống kê hay một đề tài nghiên cứu khoa học nào đưa ra được thành phần cỡ hạt xi măng tối ưu và vì vậy, cũng chưa có cơ sở nào quan tâm nghiên cứu xem thành phần hạt sản phẩm của mình đã hợp lý chưa.

Việc nghiên cứu xác định thành phần hạt hợp lý, đánh giá thành phần hạt xi măng thực tế của một cơ sở sản xuất xi măng đưa ra giải thành phần hạt hợp lý giúp ngành xi măng nâng cao chất lượng xi măng và giảm giá thành sản phẩm.

Kết quả thí nghiệm cho rằng dải cỡ hạt 0 – 5 mm có ảnh hưởng quyết định đến cường độ tuổi 1 ngày, dải cỡ hạt 5 – 10 mm ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ tuổi 3 và 7 ngày, còn dải cỡ hạt 10 – 20 mm quyết định cường độ tuổi một tháng và muộn hơn. Từ thí nghiệm có thể nhận thấy nếu cùng một loại clanke nhưng với hàm lượng dải cỡ hạt 0 – 20 mm  thay đổi từ 45, 50, 65 và 80% có thể nhận được các loại xi măng tương ứng mác 60, 70 và 80 MPa.

Các tác giả thuộc Viện nghiên cứu khoa học xi măng Liên Xô đã nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt xi măng đến một số tính chất của xi măng cho thấy:

- Dải cỡ hạt < 5 mm làm giảm thời gian bắt đầu đông kết, tăng độ bền nén của xi măng đóng rắn trong điều kiện thường cũng như chưng hấp, tăng độ xốp chung và hệ số thẩm thấu, tăng biến dạng co xi măng đóng rắn trong điều kiện thường cũng như chưng hấp. Nói chung thì dải cỡ hạt này có vai trò tích cực là chủ yếu: tăng độ bền nén và tăng độ bền nứt.

- Dải cỡ hạt 30 – 60 mm có tác dụng kéo dài thời gian ninh kết của xi măng ngoài ra còn làm tăng độ xốp và độ co của mẫu giống như dải hạt mịn (< 5 mm).
- Dải cỡ hạt lớn (> 60 mm) làm tăng đáng kể độ xốp của đá xi măng bên cạnh đó lại có xu hướng làm tăng độ bền nứt, điều này có thể được coi là kết quả của sự hình thành khung trong đá xi măng với sự có mặt của dải cỡ hạt này.

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ở trên, dải cỡ hạt xi măng tối ưu về cường độ khi xi măng có thành phần hạt (theo % khối lượng) như sau:

-     Các hạt < 5 mm chiếm < 20%
-     Các hạt 5 – 20  mm chiếm 40 – 45%
-     Các hạt 20 – 40 mm chiếm 20 – 25%
-     Các hạt > 40 mm chiếm 15 – 5%

Xi măng kích thước nhỏ hơn 40 mm đóng vai trò chủ yếu đến cường độ đá xi măng. Đồng thời xi măng đa dải hạt cho cấu trúc “vi bê tông” tối ưu của đá xi măng.
Kích thước hạt xi măng nhỏ hơn 40 mm  được khẳng định qua tiêu chuẩn của Mỹ ASTM quy định độ mịn của xi măng và phụ gia theo kích thước sàng 45  mm (ASTM 430 – 96, ASTM C 150 – 99, ASTM C 595 – 00, C 1157 – 00). Trong ASTM C 959 – 00 cũng quy định độ mịn - lượng sót trên sàng 45 mm đối với phụ gia cho xi măng là < 20%.
Từ các kết quả nghiên cứu trên thấy rằng khi tăng độ mịn của xi măng tới khả năng tối đa kỹ thuật cho phép nhằm tăng hoạt tính xi măng, tăng hàm lượng phụ gia sử dụng, giảm hàm lượng clanhke, nâng sản lượng xi măng.

Tác giả thuộc Viện Nghiên cứu khoa học xi măng – Liên Xô nghiên cứu ảnh hưởng của độ mịn đến hoạt tính của xi măng trên cơ sở clanhke nhà máy Pôđônski và xỉ Rustasvski đã đi đến nhận định: Hiệu quả sử dụng clanhke tăng mạnh khi chuyển từ xi măng pooclăng (OPC) sang xi măng pooc lăng xỉ (PCB) khi tăng độ mịn của xi măng và xỉ. Việc tăng độ mịn của xi măng cho phép sản xuất tắng sản lượng tới 25%.  Trong bảng dưới đây nêu các số liệu về ảnh hưởng của độ mịn của xi măng đến hàm lượng phụ gia (xỉ) trong xi măng.