Trên thực tế, người ta đã sử dụng những vật liệu có thể cứng lại khi thêm nước vào. Vào thời La Mã cổ đại, người ta sử dụng đất sét trộn với tro núi lửa rồi thêm nước làm chất kết dính xây dựng. Họ đã sử dụng phương pháp này để dán các tảng đá lại với nhau. Nhưng lúc đó người ta chưa có khái niệm về xi măng, cũng không biết nguyên nhân.
Mọi người thực sự biết đến 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 và đổ nước lên trên. Sau một thời gian, anh nhận thấy đất trở nên cực kỳ cứng. Hiện tượng này khiến anh rất thích thú. 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, nó không chỉ cứng lại mà còn trở nên cứng và chắc hơn.
Từ đó, vật liệu xi măng được phát minh và bắt đầu lan truyền nhanh chóng trên toàn thế giới, kiến trúc của con người cũng bắt đầu trải qua những thay đổi chấn động.
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 số canxi aluminat có trong nó cũng có thể đóng một vai trò nhất định. Nguyên liệu làm xi măng cũng rất đơn giản: đá vôi và đất sét.
Thành phần chính trong đá vôi là canxi cacbonat, còn đất sét chứa một lượng lớn silicon. Khi hai chất này trộn lẫn và phản ứng ở nhiệt độ lên tới 1450°C, canxi cacbonat sẽ phân hủy tạo thành canxi oxit và carbon dioxide, đồng thời tạo thành canxi oxit. 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 kết dính thu được sau khi nung còn được gọi là “clinker”.
Clinker tạo thành sau phản ứng là những vật thể hình cầu tương đối lớn. Sau khi nghiền, 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 chính vẫn tương đối nhất quán, đó là dicanxi silicat và tricanxi silicat trong xi măng. khi tiếp xúc với nước, nó 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. Mỗi năm thế giới tiêu thụ một lượng xi măng rất lớn. Đất nước tôi là nước sản xuất xi măng lớn nhất thế giới. Theo thống kê, năm 2020 sản lượng xi măng nước ta đạt gần 2,3 tỷ tấn, chiếm gần một nửa sản lượng xi măng toàn cầu.
Do phải khai thác khối lượng nguyên liệu lớn nên để tiết kiệm chi phí sản xuất trong quá trình sản xuất xi măng, các nhà máy xi măng thường được xây dựng gần các địa điểm khai thác nguyên liệu.
