Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - -PHẠM ĐẠI HẢI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT ĐỒI LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LA THẾ VINH Hà Nội – 2014 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học PGS TS La Thế Vinh Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Phạm Đại Hải Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cám ơn PGS La Thế Vinh người trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Với lời dẫn, tài liệu, tận tình hướng dẫn lời động viên thầy giúp tơi vượt qua nhiều khó khăn q trình thực luận văn Tôi xin cám ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ chất vô – Viện Kỹ thuật hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nôi tạo điều kiện, giúp đỡ, truyền dạy kiến thức quý báu, kiến thức hữu ích giúp tơi nhiều thực nghiên cứu Tôi xin chân thành cám ơn Học viên Phạm Đại Hải Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Sơ lược tình hình phát triển ngành vật liệu xây dựng 1.2 Vấn đề vật liệu xây dựng 1.3 Tình hình sản xuất vật liệu xây dựng nước ta 1.4 Tổng quan keo polyme vô 13 1.4.1 Khái niệm polyme vô 13 1.4.1 Tính chất polyme vô 14 1.4.2 Ứng dụng Polyme vô chế tạo vật liệu xây dựng 15 1.4.3 Cơ sở hóa lý keo Polyme photphat nhơm 17 1.4.4 Cơ sở hóa lý chế tạo keo phốt phát nhơm 20 1.5 Sơ lược phụ gia 21 1.5.1 Phụ gia Bentonit 21 1.5.2 Tro bay 22 CHƯƠNG 24 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIÊM 24 2.1 Phương pháp xác định thành phần hóa học nguyên liệu đầu [4] 24 2.1.1 Chuẩn bị mẫu thử 24 2.1.2 Phân giải mẫu 24 2.1.3 Xác định hàm lượng nung (MKN) 25 2.1.4 Xác định hàm lượng silic dioxit (SiO2) 26 2.1.5 Xác định hàm lượng sắt oxit (Fe2O3) theo phương pháp chuẩn độ phức chất29 2.1.6 Xác định hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) 30 2.1.7 Xác định hàm lượng titan dioxit (TiO2) 31 Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng 2.1.8 Xác định hàm lượng canxi oxit (CaO) 32 2.1.9 Xác định hàm lượng magie oxit (MgO) 33 2.1.10 Xác định hàm lượng Kali oxit (K2O) Natri oxit (Na2O) 35 2.2 Thực nghiệm 36 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 36 2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng loại đất, nhiệt độ sấy đến tính vật liệu 36 2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ chất kết dính, nhiệt độ sấy đến tính vật liệu37 2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian sấy đến tính vật liệu 38 2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng phụ gia bentonit, tỷ lệ chất kết dính 39 2.2.6 Khảo sát ảnh hưởng phụ gia tro bay, tỷ lệ chất kết dính 40 2.3 Phương pháp xác định tính, thành phần pha vật liệu 40 2.3.1 Phương pháp xác định tính vật liệu 40 2.3.2 Khảo sát độ hút nước vật liệu 41 2.3.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 42 2.3.4 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại IR 44 2.3.5 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 45 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 Kết phân tích thành phần mẫu nguyên liệu 46 3.1.1 Thành phần hóa học đất đồi 46 3.1.2 Kết phân tích thành phần pha đất đồi 46 3.1.3 Thành phần hóa học số tính chất polyme phốt phát nhơm 48 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính vật liệu 49 3.2.1 Ảnh hưởng loại đất, nhiệt độ sấy 50 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ chất kết dính, nhiệt độ sấy 51 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy 57 3.2.3.1 Khảo sát với keo 1-1 57 3.2.3.2 Khảo sát với keo 1-2 58 3.2.3.3 Khảo sát với keo 1-3 59 3.2.3.4 Khảo sát với keo 1-4 60 Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng 3.2.4 Ảnh hưởng phụ gia, tỷ lệ chất kết dính đến cường độ vật liệu 63 3.2.4.1 Ảnh hưởng phụ gia bentonit, tỷ lệ chất kết dính 63 3.2.4.2 Ảnh hưởng phụ gia tro bay 64 3.3 Kết độ hút nước vật liệu 67 3.4 Kiểm tra ảnh hưởng thời gian đến cường độ vật liệu 68 3.5 Định hướng sản xuất công nghiệp 69 KẾT LUẬN 71 Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT IR: Phổ hồng ngoại SEM: Hiển vi điện tử quét TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam XRD: Nhiễu xạ tia X Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình1.1 Khai thác đất ruộng để sản xuất gạch 10 Hình1.2 Một nhà máy gạch tuynel thiếu đất để sản xuất 10 Hình1.3 Cấu trúc polime photphat nhôm 18 Hình1.4 Cấu trúc khơng gian mạng lưới Montmorilonit 22 Hình 2.1 Đo tính máy kéo – nén vạn 41 Hình 2.2 Máy nhiễu xạ tia X 43 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ XRD đất đồi Hải Dương 46 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ XRD đất đồi Hòa Binh .47 Giản đồ 47 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ XRD đất đồi Phú Thọ .47 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu đất Hải Dương, Hịa Bình, Phú Thọ 48 Hình 3.5 Phổ IR polyme phốt phát nhôm 49 Hình 3.6 Ảnh hưởng loại đất, nhiệt độ sấy đến tính vật liệu 50 Hình 3.7 Ảnh hưởng tỷ lệ chất kết dính, nhiệt độ sấy đến tính vật liệu 51 Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu vật liệu ứng với keo 1-1(a), keo 1-2(b) keo 1-3(c) 52 Hình 3.9 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M3-1 54 Hình 3.10 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M4-1 54 Hình 3.11 Giản đồ chụp XRD ba mẫu: đất Phú Thọ, M3-1, M4-1 .55 Hình 3.12 Phổ IR mẫu đất Phú Thọ (a), M3-1 (b), M4-1 (c) .56 Hình 3.13 Phổ IR mẫu đất Phú Thọ (a), M3-1 (b), M4-1 (c) .56 Hình 3.14 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến tính vật liệu (keo 1-1) 57 Hình 3.15 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến tính vật liệu (keo 1-2) 58 Hình 3.16 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến tính vật liệu (keo 1-3) 59 Hình 3.17 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến tính vật liệu (keo 1-4) 60 Hình 3.18 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M6-2 61 Hình 3.19 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M6-3 61 Hình 3.20 Giản đồ nhiễu xạ XRD chồng ba mẫu: đất Phú Thọ, M6-2, M6-3 .62 Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng Hình 3.21 Phổ IR mẫu đất Phú Thọ (a), M6-2 (b), M6-3 (c) .62 Hình 3.22 Phổ IR mẫu đất Phú Thọ (a), M6-2 (b), M6-3 (c) .62 Hình 3.23 Ảnh hưởng phụ gia bentonit đến tính vật liệu .64 Hình 3.24 Ảnh hưởng phụ gia tro bay đến tính vật liệu 65 Hình 3.25 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M17-1 (keo 1-1, 2% bentonit) 65 Hình 3.26 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M23-1 (keo 1-1, 6% tro bay) 66 Hình 3.27 Giản đồ chụp XRD chồng ba mẫu: đất Phú Thọ, M17-1, M23-1 66 Hình 3.28 Phổ IR mẫu đất Phú Thọ (a), M17-1 (b), M23-1 (c) 67 Hình 3.29 Phổ IR mẫu đất Phú Thọ (a), M17-1 (b), M23-1 (c) 67 Hình 3.30 Ảnh hưởng thời gian đến cường độ nén vật liệu 69 Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thành phần đất đồi tỉnh Hải Dương, Hịa Bình, Phú Thọ 46 Bảng 3.2 Một số tiêu polyme phốt phát nhôm* 49 Bảng 3.3 Ảnh hưởng loại đất, nhiệt độ sấy đến tính vật liệu 50 Bảng 3.4 Ảnh hưởng chất kết dính, nhiệt độ sấy đến tính vật liệu 51 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian sấy sử dụng chất kết dính keo 1- đến tính vật liệu 57 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian sấy sử dụng chất kết dính keo 1- đến tính vật liệu 58 Bảng 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian sấy sử dụng chất kết dính keo 1- đến tính vật liệu 59 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian sấy sử dụng chất kết dính keo 1- đến tính vật liệu 60 Bảng 3.9 Ảnh hưởng phụ gia bentonit đến tính vật liệu 63 Bảng 3.10 Ảnh hưởng phụ gia tro bay đến tính vật liệu 64 Bảng 3.11 Kết độ hút nước số mẫu vật liệu 68 Bảng 3.12 Ảnh hưởng thời gian đến cường độ nén vật liệu 69 Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng Qua bảng 3.6 đồ thị hình 3.15 nhận thấy mẫu M8 sấy 100 oC thời gian sấy tăng tính vật liệu giảm mạnh Bộ mẫu M9, M10 sấy 200 oC ÷ 300 C thời gian sấy ảnh hưởng khơng đáng kể đến tính vật liệu Khi sấy 200 o C ÷ 300 oC tính vật liệu tăng đáng kể so với sấy 100 oC đạt o tính tương đương với gạch xây dựng thông thường Như với chất kết dính keo 1-2 chọn nhiệt độ sấy từ 200 oC ÷ 300 oC khoảng thời gian từ ÷ 3.2.3.3 Khảo sát với keo 1-3 Các mẫu M11 (100 oC), M12 200 oC), M13 (300 oC) sau đo cường độ nén cho kết sau: Bảng 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian sấy sử dụng chất kết dính keo 1-3 đến tính vật liệu Thời gian sấy Cường độ (kg/cm2) M11 M12 M13 87,3 84,0 85,2 79,0 76,4 80,7 65,3 80,9 91,1 Hình 3.16 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến tính vật liệu (keo 1-3) Kết từ bảng 3.7 hình 3.16 cho thấy sấy vật liệu thời gian từ đến cho tính vật liệu cao khoảng 80 kg/cm2 Nhiệt độ sấy 300 oC, Phạm Đại Hải – 12B KTHH 59 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng cho tính vật liệu có giá trị cao Như thấy tỷ lệ chất kết dính thấp cần phải sấy nhiệt độ cao thời gian sấy lâu đạt tính cao cho vật liệu 3.2.3.4 Khảo sát với keo 1-4 Các mẫu M14 (100 oC), M15 200 oC), M16 (300 oC) sau đo cường độ nén cho kết sau Bảng 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian sấy sử dụng chất kết dính keo 1-4 đến tính vật liệu Thời gian sấy Cường độ (kg/cm2) M14 M15 M16 58,0 55,4 59,6 76,4 74,6 70,1 69,3 70,7 69,4 Hình 3.17 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian sấy đến tính vật liệu (keo 1-4) Kết bảng 3.8 hình 3.17 cho thấy sử dụng keo 1-4 làm chất kết dình thời gian sấy nhau, nhiệt độ sấy khác cường độ vật liệu gần khơng thay đổi Có thể thấy keo 1-4 lượng chất kết dính tương đối ít, kết hợp với đất đồi lượng chất khơng đủ để bao phủ cho toàn hạt đất nguyên liệu tạo liên kết bền vững cho vật liệu Sấy nhiệt độ khác từ 100 oC đến 300 oC chất kết dính khơng đủ để thay thành phần nước có khống tinh thể đất để tạo nên liên kết bền vững nên tính vật Phạm Đại Hải – 12B KTHH 60 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng liệu không thay đổi Nghiên cứu giản đồ nhiễu xạ XRD số mẫu vật liệu sấy thời gian khác (mẫu M6-2 keo 1-1 sấy 200 oC 2h, mẫu M6-3 keo 1-1 sấy 200 oC 3h) so với mẫu đất Phú Thọ thu kết mẫu có thành phần pha khác d=1,5411 HUST - PCM - Bruker D8Advance - #56 M41 d=1,48997 d=1,58560 d=3,07361 30 d=3,58778 d=4,45888 d=4,26002 Lin (Counts) 40 d=2,42993 d=3,34728 50 20 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale HUST - PCM - Bruker D8Advance - #56 M41 - File: M41.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1402024960 s - 2-Theta: 10.000 Operations: Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Import 03-0419 (D) - Quartz - alpha-SiO2 - Y: 75.00 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal (Rh) - a 4.90300 - b 4.90300 - c 5.39300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R (0) - - 112.275 02-0037 (D) - Montmorillonite - AlSi2O6(OH)2 - Y: 58.33 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 5.19000 - b 9.00000 - c 11.90000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 555.849 02-0105 (D) - Kaolinite - H4Al2Si2O9/Al2O3·2SiO2·2H2O - Y: 15.62 % - d x by: - WL: 1.5406 - Triclinic - a 5.14000 - b 8.93000 - c 7.37000 - alpha 91.130 - beta 105.000 - gamma 90.000 - 326.690 - Hình 3.18 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M6-2 d=3,3535 HUST - PCM - Bruker D8Advance - #56 M65 400 Lin (Counts) 300 200 d=1,37957 d=1,61944 d=1,69776 d=1,73727 d=2,00794 d=2,23439 d=2,19726 d=2,66864 d=3,39861 d=3,59306 100 10 30 20 40 50 60 2-Theta - Scale HUST - PCM - Bruker D8Advance - #56 M65 - File: M65.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1402026240 s - 2-Theta: 10.000 Operations: Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Import 33-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 29.17 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 113.009 - I/Ic PDF 3.6 - Hình 3.19 Phạm Đại Hải – 12B KTHH Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M6-3 61 70 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng Giản đồ nhiễu xạ XRD chồng ba mẫu: đất Phú Thọ, M6-2, M6-3 Hình 3.20 Qua giản đồ chụp XRD hình 3.18, 3.19, 3.20 ta thấy ba mẫu tồn khoáng quartz Mẫu M6-2 đất Phú Thọ có thành phần khống giống nhau, ngồi khống quartz cịn có khống khống kaolinite Al2O3.2SiO2.2H2O montmorillonite (Al2O3.4SiO2.xH2O) nhiên thành phần khoáng mẫu M6-2 mẫu đất Phú Thọ Mẫu M6-3 tồn khoáng quartz xuất rõ nét Như thấy sấy vật liệu 200 oC cho thành phần pha khác Thành phần khoáng mẫu vật liệu mẫu đất, điều chứng tỏ thành phần kim loại khoáng đất tham gia vào hệ cấu trúc polyme tạo nên cấu trúc dạng khung bền vững, chúng tạo nên sít đặc làm tăng tính, khả chịu nước cho vật liệu Khi nghiên cứu hình thành liên kết vật liệu phổ hồng ngoại mẫu M3-1 mẫu M4-1 so với đất đồi Phú Thọ ta thu kết hình Hình 3.21 Phổ IR mẫu đất Phú Hình 3.22 Thọ (a), M6-2 (b), M6-3 (c) Phạm Đại Hải – 12B KTHH Phổ IR mẫu đất Phú Thọ (a), M6-2 (b), M6-3 (c) 62 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng Hình 3.21 cho thấy vị trí tần số dao động liên kết mẫu M6-2 giống so với mẫu đất Phú Thọ Mẫu M6-1 có chênh lệch tần số dao động so với mẫu đất Phú Thọ Hình 3.21 cho thấy hình thành liên kết vật liệu Ở mẫu đất số sóng 1115,5 cm-1 ứng với dao động nhóm Al-O, mẫu vật liệu xuất píc dao động đặc trưng cho nhóm Al-O-P số sóng 1102,9 cm-1 Như vật thấy thành phần axit keo phốt phát nhôm phản ứng với Al2O3 mẫu đất để tạo hợp chất có chứa liên kết dạng Al-O-P Các liên kết Si-O quartz mẫu có cường đồ giống bước sóng 695 - 795 cm-1 Ở bước sóng 532 cm-1 xuất liên kết dạng SiO-Al rõ nét sấy vật liệu 200 oC Các píc dao động khoảng số sóng từ 400-500 cm-1 từ 900-1050 cm-1 khơng có thay đổi cường độ 3.2.4 Ảnh hưởng phụ gia, tỷ lệ chất kết dính đến cường độ vật liệu Khi trộn keo polyme phốt phát nhơm với đất, để khơ tự nhiên sau đem ngâm nước tất mẫu vật liệu bị nứt bở Như không sấy vật liệu, để vật liệu đạt tính có khả chịu nước phải thêm thành phần kị nước vào phối trộn Trong luận văn nghiên cứu sử dụng thêm phụ gia bentonit tro bay để phối trộn Dưới kết nghiên cứu ảnh hưởng hai loại phụ gia kết hợp với chất kết dính có tỷ lệ keo/nước khác đến tính khả chịu nước vật liệu 3.2.4.1 Ảnh hưởng phụ gia bentonit, tỷ lệ chất kết dính Khi nghiên cứu mẫu M17 (2% bentonit), M18 (5% bentonit) , M19 (7% bentonit) ,M20 (10% bentonit), ta thu kết tính sau: Bảng 3.9 Ảnh hưởng phụ gia bentonit đến tính vật liệu Keo: nước Cường độ nén (kg/cm2) M17 M18 M19 M20 1-1 104,2 68,6 55,4 1-2 73,2 65 40,8 1-3 93,6 62,4 0 1-4 64,3 56,7 42 Phạm Đại Hải – 12B KTHH 63 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng Hình 3.23 Ảnh hưởng phụ gia bentonit đến tính vật liệu Qua bảng 3.9 hình 3.23 ta thấy hàm lượng bentonit thêm vào 2%, 5%, 7%, 10% tính vật liệu giảm dần Khi 10% Bentonit mẫu nhanh chóng bị phá hủy ngâm nước Đối với keo 1-1 cho thêm khoảng 2% bentonit cho vật liệu có tính tốt tương đương với gạch xây dựng thơng thường nay, lượng bentonit > 2% tính vật liệu thấp Với tỷ lệ keo lại cho bentonit vào tính vật liệu thấp khơng đạt tiêu chuẩn Như thấy bentonit có tham gia vào liên kết vật liệu tạo thành khoáng làm cho vật liệu có khả chịu nước có độ bền định Với tỷ lệ 2% bentonit thêm vào kết hợp với keo 1-1 làm chất kết dính tạo thành vật liệu có tính đạt u cầu gạch xây dựng đồng thời không bị phá hủy gặp nước 3.2.4.2 Ảnh hưởng phụ gia tro bay Khi nghiên cứu mẫu M21 (2% tro bay), M22 (4% tro bay), M23 (6% tro bay), M24 (8% tro bay) , ta thu kết tính sau Bảng 3.10 Ảnh hưởng phụ gia tro bay đến tính vật liệu Keo:nước Cường độ nén (kg/cm2) M21 M22 M23 M24 1-1 93,6 107,6 117,2 80,9 1-2 75,2 97,6 67,5 63 1-3 54,1 85,5 0 1-4 0 0 Phạm Đại Hải – 12B KTHH 64 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng Ảnh hưởng phụ gia tro bay đến tính vật liệu Hình 3.24 Qua đồ thị hình 3.24 bảng 3.10 cho ta thấy thêm phụ gia tro bay với hàm lượng đến 8% vào phối trộn với keo 1-1 đất Phú Thọ cho tính tương đối tốt, hàm lượng tro bay từ 4% đến 6% cho vật liệu có tính 100 kg/cm2 Đối với keo 1-2 keo 1-3 thêm 4% tro bay cho vật liệu có tính cao nhất, thêm % đến 6% tro bay tính vật liệu giảm dần, mẫu vật liệu dùng keo 1-3 bị bở gặp nước Đối với keo 1-4 cho tro bay vào ngâm nước mẫu bị phá hủy nhanh chóng Có thể thấy với keo 1-4 tỷ lệ thành phần kết dính tương đối không đủ để để liên kết với đất tro bay tạo màng có khả chịu nước Vậy với tỷ lệ tro bay thêm vào từ đến 6% kết hợp với keo 1-1 tạo vật liệu có tính cao Nghiên cứu hình thành pha số mẫu vật liệu cho thêm phụ gia vào phối trộn thu kết hình HUST - PCM - Bruker D8Advance - #56 M81 d=3,34535 50 d=1,65952 d=1,63896 d=2,18656 d=2,12963 d=6,00288 20 d=2,34625 d=2,29914 d=2,67081 d=3,58343 d=4,16894 d=4,48010 30 d=7,18171 Lin (Counts) 40 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale HUST - PCM - Bruker D8Advance - #56 M81 - File: M81.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1402025600 s - 2-Theta: 10.000 Operations: Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Import 33-1161 (D) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 68.75 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 - b 4.91340 - c 5.40530 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 113.009 - I/Ic PDF 3.6 02-0028 (D) - Chlorite - (Mg,Fe)5(Al,Si)5O10(OH)8 - Y: 41.67 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 5.38400 - b 9.24000 - c 28.62000 - alpha 90.000 - beta 97.150 - gamma 90.000 - Base-centred - C2/c (15) - - 141 Hình 3.25 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M17-1 (keo 1-1, 2% bentonit) Phạm Đại Hải – 12B KTHH 65 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng d=1,8200 HUST - PCM - Bruker D8Advance - #56 M121 50 d=2,80151 d=1,44490 d=1,43503 d=1,41678 d=3,43974 d=4,17405 30 d=5,05638 Lin (Counts) 40 20 10 10 20 30 40 50 70 60 2-Theta - Scale HUST - PCM - Bruker D8Advance - #56 M121 - File: M121.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1402036608 s - 2-Theta: 10.0 Operations: Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Smooth 0.150 | Import 03-0444 (D) - Quartz - SiO2 - Y: 37.50 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.90300 - b 4.90300 - c 5.39300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3121 (152) - - 112.275 03-0016 (D) - Montmorillonite, syn - Al2O3·4SiO2·xH2O - Y: 35.42 % - d x by: - WL: 1.5406 - Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu M23-1 (keo 1-1, 6% tro bay) Hình 3.26 Hình 3.27 Giản đồ chụp XRD chồng ba mẫu: đất Phú Thọ, M17-1, M23-1 Qua hình 3.25, 3.26, 3.27 ta thấy khoáng quartz chiếm thành phần chủ yếu mẫu vật liệu giống mẫu đất Phú Thọ Các tinh thể SiO2 mẫu vật liệu xuất rõ nét mẫu đất Khi phối trộn thêm 2% bentonit kết hợp với keo 1-1 đất đồi khống kaolinite Al2O3.2SiO2.2H2O montmorillonite (Al2O3.4SiO2.xH2O) đất không thấy xuất giản đồ XRD mẫu vật liêu M17-1, thay vào thấy có khống chlorite – (Mg,Fe)5(Al, Si)5O10(OH)8 xuất Với mẫu M231 phối trộn thêm 6% tro bay kết hợp với keo 1-1 đất đồi ngồi khống quartz cịn có khoáng montmorillonite (Al2O3.4SiO2.xH2O) giống mẫu đất đồi Điều Phạm Đại Hải – 12B KTHH 66 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng có nghĩa có tương tác chất có nguyên liệu SiO2 oxit kim loại Al2O3, Fe2O3 tạo pha khoáng khác nhau, tạo liên kết bền khác nên cường độ nén hai mẫu khác Nghiên cứu hình thành liên kết hai mẫu vật liệu so với nguyên liệu đất đồi, ta thu số kết sau: Hình 3.28 Phổ IR mẫu đất Phú Hình 3.29 Thọ (a), M17-1 (b), M23-1 (c) Phổ IR mẫu đất Phú Thọ (a), M17-1 (b), M23-1 (c) Hình 3.28 cho biết dao động nhóm O-H nước số sóng 3696, 3621, 3433 cm-1, nhóm Al-O ứng với số sóng 1112,5 cm-1 Liên kết C-H xuất mẫu đất sóng 3220 cm-1 yếu dần hai mẫu vật liệu Ở hình 3.29 cho thấy hai mẫu vật liệu xuất tần số dao động đặc trưng cho nhóm Al-O-P số sóng 1100 cm-1, cịn mẫu đất tần số dao động đặc trưng cho nhóm Al-O số sóng 112,5 cm Như thấy thành phần axit keo phốt phát nhôm phản ứng với Al2O3 mẫu đất để tạo hợp chất có chứa liên kết dạng Al-O-P Các nhóm dao động Si-O khơng thay đổi cường độ dao động mẫu, dao động số sóng từ 400 cm-1 đến 1000 cm-1 mẫu giống khơng có liên kết tạo 3.3 Kết độ hút nước vật liệu Một số mẫu vật liệu sau đem đo tính đạt yêu cầu gạch xây dựng thông thường đem đo độ hút nước Các mẫu M2-1, M3-1 ứng với keo 1-1 sấy 200 Phạm Đại Hải – 12B KTHH 67 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng C 250 oC Mẫu M6-2, M6-3 ứng với keo 1-1 sấy 200 oC tương ứng o Mẫu M9-2 ứng với keo 1-2 sấy 200 oC Mẫu M17-1 ứng với keo 1-1, 2% bentonit Mẫu M22-1, M23-1 ứng với keo 1-1 thêm vào tương ứng 4% 6% tro bay Kết thu bảng 3.11 Bảng 3.11 Kết độ hút nước số mẫu vật liệu Khối lượng sau Khối lượng sau sấy (g) ngâm (g) M2-1 11,57 M3-1 Mẫu Chênh lệch (g) Độ hút nước (%) 12,73 1,16 10,04 11,06 12,28 1,22 11,06 M6-2 11,59 12,81 1,22 10,50 M6-3 11,82 13,14 1,32 11,16 M9-2 11,45 12,57 1,12 9,79 M17-1 12,45 13,84 1,38 11,12 M22-1 12,25 13,50 1,25 M23-1 12,82 14,35 1,53 10,17 11,90 Qua kết bảng 3.11 cho kết độ hút nước vật liệu với thành phần tỷ lệ keo khác dao động từ đến 12% khối lượng Độ hút nước tương đối thấp phù hợp với tiêu chuẩn độ hút nước gạch xây dựng (nhỏ 16%) [5] Độ hút nước thuận lợi cho trình xây dựng, cần tưới nước lên vật liệu xây dựng Độ hút nước mà cao phải ngâm gạch lâu nước thi cơng để hạn chế hút khơ vữa làm giảm độ kết dính vữa gạch Độ hút nước cho thấy độ sít đặc kết nối vật liệu tương đối tốt 3.4 Kiểm tra ảnh hưởng thời gian đến cường độ vật liệu Bộ mẫu M2-1 gồm mẫu, mẫu cách tuần tuổi (7 ngày) đem khảo sát cường độ Kết kiểm tra tính mẫu thể bảng 3.12 hình 3.30 Phạm Đại Hải – 12B KTHH 68 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng Bảng 3.12 Ảnh hưởng thời gian đến cường độ nén vật liệu STT Ký hiệu mẫu Tuổi mẫu (tuần) Kết đo (kg/cm2) M2-1.1 114 M2-1.2 122,3 M2-1.3 135,5 M2-1.4 130 Hình 3.30 Ảnh hưởng thời gian đến cường độ nén vật liệu Từ kết đo đồ thị , cường độ nén tăng dần giai đoạn từ – tuần tuổi, sau lại giảm Mẫu tuần tuổi có cường độ chịu nén cao Điều giải thích vật liệu sấy khơ để ngồi mơi trường có tác động mơi trường đến vật liệu theo thời gian Trong mơi trường có khơng khí ẩm ngấm nước vào vật liệu Lượng nước lúc đầu ngấm vào vật liệu tạo liên kết với hạt vật liệu làm vật liệu sít đặc nên làm cho cường độ vật liệu tăng lên Khi để vật liệu mơi trường thời gian dài đủ dài có phản ứng thành phần oxit kim loại vật liệu phản ứng với thành phần không khí làm giảm cường độ vật liệu Trên dự đoán, để đưa nhận xét, đánh giá xác cần phải tiến hành thêm thí nghiệm kiểm tra tiếp theo, mà nghiên cứu chưa thực 3.5 Định hướng sản xuất công nghiệp Các kết nghiên cứu thực phịng thí nghiệm bước nghiên cứu khởi đầu cho q trình sản xuất cơng nghiệp sau Việc nghiên cứu tỷ lệ phối liệu, điều kiện công nghệ phù hợp để chế tạo vật liệu xây dựng Phạm Đại Hải – 12B KTHH 69 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng không nung từ loại đất đồi (ở khảo sát đất đồi tỉnh Phú Thọ) chất kết dính polyme phốt phát nhơm, phụ gia đáp ứng yêu cầu gạch xây dựng Tùy theo yêu cầu thị trường cường độ vật liệu giá thành sử dụng loại keo polyme phốt phát nhơm có tỷ lệ khác nhau, keo 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 Keo polyme phốt phát nhôm 1-3, 1-4 cho vật liệu có cường độ tương đối có giá thành chấp nhận so với giá thành vật liệu Phạm Đại Hải – 12B KTHH 70 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng KẾT LUẬN Đã phân tích thành phần hóa học, thành phần pha đất đồi tỉnh Hải Dương, Hịa Bình Phú Thọ Kết phân tích cho thấy mẫu đất tỉnh Hải Dương, Hịa Bình chủ yếu khống quartz dạng tinh thể cịn mẫu đất tỉnh Phú Thọ ngồi thành phần quartz cịn có kaolinite montmorillonite chủ yếu dạng vơ định hình Đất đồi Phú Thọ có nhiều cấu trúc vơ định hình nên khả tạo liên kết với chất kết dính tốt đất đồi Hải Dương Hịa Bình vật liệu tạo thành có tính lớn Đã chế tạo vật liệu không nung từ đất đồi polyme phốt phát nhôm kết hợp với phụ gia bentonit tro bay Kết nghiên cứu cho thấy có trình tương tác mặt hóa học chất kết dính số thành phần đất để tạo liên kết bền vững vật liệu Khi không sử dụng phụ gia vật liệu cần sấy khoảng 200oC – 300oC để đảm bảo tính độ bền mơi trường nước, cịn bổ sung khoảng 2% bentonit 4% - 6% tro bay khơng cần sấy vật liệu đảm bảo tính độ bền nước Nghiên cứu tỷ lệ phối liệu, điều kiện công nghệ phù hợp để chế tạo vật liệu xây dựng không nung từ loại đất đồi (ở khảo sát đất đồi tỉnh Phú Thọ) chất kết dính polyme phốt phát nhôm, phụ gia đáp ứng yêu cầu gạch xây dựng Với loại đất đồi khác tỷ lệ phối liệu điều kiện cơng nghệ thay đổi giới hạn để tạo nên vật liệu xây dựng không nung đáp ứng yêu cầu thực tế Phạm Đại Hải – 12B KTHH 71 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Duy Du, Lại Thị Kim Dung, Lê Nghiêm Anh Tuấn (2012), Nghiên cứu công nghệ sản xuất gạch không nung từ đất đồi, Tạp chí Hóa học T.50, số 5B , trang 378382 [2] Hội thảo “Thúc đẩy sản xuất sử dụng gạch không nung Việt Nam”, Bộ Khoa học Cơng nghệ phối hợp với Chương trình phát triển Liên hợp quốc (UNDP), Hà Nội ngày 23/01/2013 [3] Roger Bridgman (2005), 1000 phát minh khám phá, Nhà xuất Văn hóa Thơng tin [4] TCVN 7331 : 2002, Đất sét – Phương pháp phân tích hóa học [5] TCVN 1450 : 1998, Gạch rỗng đất sét nung [6] La Thế Vinh, La Văn Bình (2006), Quan hệ cấu trúc khả bền nhiệt vật liệu polyme phốt phát nhôm, Hội nghị khoa học lần thứ 20, Đại học Bách Khoa Hà Nội [7] Ali Arasteh (2006), Unfired clay bricks and structure, Reports on the initial findings of a research project led by the University of Bath [8] A Burton, R Morris, L.M Bull, and S.I Zones (2004), A new aminophosphate Zeotype, Chem Mater, Vol 16, page 2844-2851 [9] J E Cassidy, J A J Jarvis, R N Rothon (1975), Preparation, characterisation, and crystal and molecular structure of a novel tetrameric aluminium phosphate complex: [{Al(PO4)(HCl)(C2H5OH)4}4], Journal of the Chemical Scoiety, Dalton Transactions, Issue 15, page 1497 [10] J H Morris, P G Perkin, A E A Rose, W E Smith (1977), Chem Soc Rev, Vol 6, page 173 [11] J R Van Wazer (1958), Phosphorus and its compounds, Interscience publishers, Vol 1, page 617 [12] K A Andrianov, A A Zuganov, N A Kupasheva and V G Dulova Nauk (1957), S S S R, Vol 112, page 1050 Phạm Đại Hải – 12B KTHH 72 Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng [13] M R Mason, R M Matthews, M S Mashuta, J F Richardson (1996), Inorg Chem, Vol 35, page 5757 [14] R Kniep, M Steffen Angew (1978), Chem Int Ed Engl, Vol 17, page 272 [15] Y Yang, H G Schmidt, M Noltemeyer, J Pinkas, H W Roesky (1996), Nonaqueous synthesis of three new molecular zinc amide phosphates, J Chem Soc Dalton Trans, Vol 502, page 3609 Phạm Đại Hải – 12B KTHH 73 ... đất canh tác sử dụng đất sét, đất thịt Phạm Đại Hải – 12B KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng làm vật liệu nung truyền thống Mục đích đề tài: - Nghiên cứu, chế tạo vật. .. KTHH Đề tài: Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng ngày ngành vật liệu xây dựng Việt Nam bao gồm hàng trăm chủng loại vật liệu khác nhau, từ vật liệu thông dụng đến vật liệu cao cấp... Nghiên cứu sử dụng đất đồi làm vật liệu xây dựng tự sử dụng Châu Phi Trung Quốc [3] Sau chiến tranh giới thứ 2, thiếu vật liệu xây dựng với đời tư xây dựng đại, kinh tế nên kỹ thuật xây dựng đất