Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới cường độ của bê tông khí chưng áp

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới cường độ của bê tông khí chưng áp

MỘT SỐ QUY ƯỚC VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô trong bộ môn CNVL Silicat,truờng ĐHBK Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất về vật chất,thời gian trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đồ án tốt nghiệp với sự nỗ lực của bản thân, nhưng donhững yếu tố khách quan cũng như chủ quan, đồ án chắc chắn không tránh khỏi nhữngthiếu sót, kính mong quý thầy, cô tận tình chỉ bảo để em có thể tiếp tục tiến hành nghiêncứu này

Cuối cùng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo hướng dẫn khoahọc cho đồ án TS Tạ Ngọc Dũng, nhà máy bê tông khí Hồng Hà, các bạn, các em trong

bộ môn và người thân, gia đình đã giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện cho em hoàn thànhbản đồ án này

MỤC LỤC

MỘT SỐ QUY ƯỚC VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH 6

PHẦN 1: TỔNG QUAN 8

1.1 Tổng quan bê tông khí chưng áp 8

1.1.1 Gạch không nung 8

1.1.2 Gạch bê tông khí chưng áp 8

1.1.3 Phương pháp sản xuất AAC trong công nghiệp 9

1.2 Thành phần khoáng của bê tông khí chưng áp 9

1.3 Nguyên tắc lựa chọn bài phối liệu 16

1.3.1 Xây dựng bàiphối liệu 16

1.3.2 Tiêu chuẩn về gạch bê tông khí chưng áp 17

1.4 Các quá trình phản ứng 18

1.4.1 Giai đoạn phản ứng nhanh 18

1.4.2 Giai đoạn phản ứng chậm 19

1.5 Phạm vi và mục đích của đề tài 22

1.5.1 Mục tiêu 22

1.5.2 Nội dung chính 22

1.5.3 Phạm vi giới hạn của đề tài 22

PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Nguyên liệu 23

2.1.1 Clanhke xi măng Bút Sơn 23

2.1.2 Vôi 24

2.1.3 Cát 25

2.1.4 Thạch cao 26

2.1.5 Bột nhôm 27

2.2 Phương pháp nghiên cứu 28

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Ảnh hưởng của độ sót sàng tới cường độ 35

3.1.1 Ảnh hưởng của độ sót sàng tới cường độ khi giữ nguyên tỉ lệ nước / khô 35

3.1.2 Ảnh hưởng của độ sót sàng tới cường độ khi giữ nguyên độ chảy 36

3.2 Ảnh hưởng của các loại cát tới cường độ 38

3.3 Ảnh hưởng của độ ẩm tới cường độ 41

3.4 Ảnh hưởng của lượng xi măng tới cường độ 44

PHẦN 4: KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Các khoáng chất được nhận diện 9

Bảng 1.2 : Tính chất của 1 số khoáng 12

Bảng 1.3 : Tiêu chuẩn về cường độ và tỉ trọng của AAC 16

Bảng 2.1: Thành phần hóa của CLK 21

Bảng 2.2: Thành phần khoáng của CLK 22

Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật của vôi 22

Bảng 2.4: Thời gian nghiền cụ thể 23

Bảng 2.5 : Thành phần hóa của các loại cát 24

Bảng 2.6 : Chất lượng của thạch cao 24

Bảng 2.7 : Chất lượng của nhôm 25

Bảng 2.8 Độ chảy của hỗn hợp vữa 28

Bảng 3.1 : Ảnh hưởng của độ sót sàng tới cường độ khi giữ nguyên tỉ lệ nước / khô 31

Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của độ sót sàng tới cường độ khi giữ nguyên độ chảy 32

Bảng 3.3 : Ảnh hưởng của các loại cát tới cường độ 33

Bảng 3.4 : Kết quả phân tích dải hạt 34

Bảng 3.5 : Ảnh hưởng của độ ẩm tới cường độ 38

Bảng 3.6 : Ảnh hưởng của lượng xi măng tới cường độ 41

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 : Phương pháp sản xuất AAC trong công nghiệp 8

Hình 1.2 : Giản đồ pha hệ 3 cấu tử C-H-S 9

Hình 1.3: ΔG ° hình thành các khoáng.G ° hình thành các khoáng 10

Hình 1.4 : Điều kiện dự đoán của sự hình thành của các pha CSH 11

Hình 1.5 : Cấu trúc khoáng tobermorite (a) và khoáng xonotlite (b) 13

Hình 1.6 : Điều kiện hình thành các khoáng 14

Hình 1.7 :Hình ảnh chụp cấu trúc lathlike của khoáng tobermorite 15

Hình 1.8 : Miêu tả giai đoạn phản ứng nhanh 17

Hình 1.9 : Miêu tả giai đoạn phản ứng chậm 19

Hình 1.10 : Tóm tắt các giai đoạn phản ứng 19

Hình 2.1 : Đường cong nghiền cát sông Lô 23

Hình 2.2 : Khuấy bột nhôm 25

Hình 2.3 : Độ nở của mẫu 26

Hình 2.4 : Khuấy hồ và đổ mẫu 27

Hình 2.5 : Mẫu sau khi chưng áp 28

Hình 2.6 : Khuấy lỗi 29

Hình 2.7 : Màng bọt khí 29

Hình 2.8 : Bọt khí bẹt 30

Hình 3.1 : Ảnh hưởng của độ sót sàng tới cường độ khi giữ nguyên tỉ lệ nước / khô .32 Hình 3.2 : Ảnh hưởng của độ sót sàng tới cường độ khi giữ nguyên độ chảy 34

Hình 3.3 : kết quả phân tích AAC sử dụng cát sông Lô – 10% sót sàng 35

Hình 3.4 : kết quả phân tích AAC sử dụng cát Bình Thuận – 10% sót sàng 36

Hình 3.5: Biểu đồ liên hệ cường độ - độ ẩm 39

Hình 3.6 : Kết quả phân tích AAC sử dụng cát Bình Thuận giảm xi 30% 44

PHẦN 1:TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan bê tông khí chưng áp

1.1.1 Gạch không nung

Gạch không nung là loại gạch xây dựng, sau khi được tạo hình thì tự đóng rắn đạtcác chỉ số về cơ học: Cường độ nén, uốn, độ hút nước mà không cần qua quá trìnhnung Độ bền của viên gạch không nung được gia tăng nhờ lực ép hoặc rung hoặc cả éplẫn rung lên viên gạch và thành phần kết dính của chúng

Về bản chất của sự liên kết tạo hình, gạch không nung khác hẳn gạch đất nung.Quá trình sử dụng gạch không nung, do các phản ứng hoá đá của nó trong hỗn hợp tạogạch sẽ tăng dần độ bền theo thời gian Tất cả các tổng kết và thử nghiệm trên đã đượccấp giấy chứng nhận: Độ bền, độ rắn viên gạch không nung tốt hơn gạch đất sét nung đỏ

và đã được kiểm chứng ở tất cả các nước trên thế giới: Mỹ, Đức, Trung Quốc, NhậtBản,

1.1.2 Gạch bê tông khí chưng áp

Gạch bê tông khí chưng áp hay còn gọi là gạch AAC (“Aerated AutoclavedConcrete”) Là một loại gạch không nung nhẹ, kết cấu bêtông với đa số các bọt khí nhỏ

Bê tông khí chưng áp được kĩ sư và kiến trúc sư người Thụy Điển Johan AxelEriksson phát minh ra vào giữa những năm 1920 để phục vụ nhu cầu xây các đồn bốttrong quân sự h tô

Bê tônĐây là vật liệu xây dựng nhẹ, được đúc sẵn hoặc sản xuất theo dây chuyền

Nó được dùng làm các cấu kiện, có khả năng cách âm, cách nhiệt, chịu lửa, chống thấm Các sản phẩm từ AAC bao gồm gạch bê tông, panel tường, panel sàn, panel mái chốngthấm, dầm lang khí chưng áp được sử dụng nhiều trong vật liệu bê tông cách nhiệt cho cảkết cấu trong nhà và ngoài nhà Bên cạnh khả năng cách nhiệt tốt của AAC, nó còn có ưuđiểm nữa là chế tạo nhanh, dễ lắp đặt cho vật liệu, dễ dàng cắt, đục, khoan

1.1.3 Phương pháp sản xuất AAC trong công nghiệp

Hình 1.1 : Phương pháp sản xuất AAC trong công nghiệp.

1.2 Thành phần khoáng của bê tông khí chưng áp

Các khoáng có thể xuất hiện trong hệ C-H-S bao gồm các khoáng sau

Hình 1.2 : Giản đồ pha hệ 3 cấu tử C-H-S

Bảng 1.1: Các khoáng chất được nhận diện

Năng lượng tự do Gibbs (ΔG ° hình thành các khoáng.G °) khoáng đã được tính toán và biểu diễn ở hình 1.3.Với mỗi tỉ lệ C/S, ở mỗi nhiệt độ khác nhau thì các khoáng có ΔG ° hình thành các khoáng.G ° khác nhau.Khi tỷ lệ C/ S trong khoảng 0,83-1,33 thì hầu hết các khoáng đều đạt sự ổn định.

Hình 1.3: ΔG ° hình thành các khoáng.G ° hình thành các khoáng.

Với mỗi tỷ lệ C / S thì giai đoạn ổn định nhất của mỗi khoáng phụ thuộc vào nhiệt

độ Ví dụ, ở 298 K và tỷ lệ C / S 1.0, tobermorite đã được tính toán là ổn định nhất, trongkhi ở 448 K, xonotlite được dự đoán là sản phẩm ổn định

Hình 1.3 không cung cấp thông tin về các điều kiện bảo dưỡng do đó, được sửdụng hạn chế trong công nghiệp Một sơ đồ phù hợp hơn về các phản ứng tổng hợp C-S-

H là hình 1.4, cũng được bắt nguồn bởi Taylor Pha trên đường 473 K không có khả năng hình thành pha đặt gần giới hạn dưới đối đường 373 K, hình thức trong giai

đoạn đầu của bảo dưỡng, ví dụ, CSH (I) và CSH (II) Các hợp chất được đặt bên dưới,nhưng gần 473 K có khả năng hình thành trong các giai đoạn sau của quá trình hấp.

Hình 1.4 Điều kiện dự đoán của sự hình thành của các pha CSH

Các pha có thể được dự đoán trong các sản phẩm thương mại :

1) Z-phase (CS2H2)2) 1.1nm tobermorite (C5S6H5)3) 1.4nm tobermorite (C5S6H6)4) xonotlite (C6S6H)

5) afwillite (C3S2H3) 6) a-C2S hydrate 7) gyrolite (C2S3H2) 8) hillebrandite (C2SH)

9) C-S-H(I) 10) C-S-H(II) Lưu ý: 1.1 nm tobermorite được gọi đơn giản là tobermorite.

Butt và các cộng sự đã nghiên cứu 1 số tính chất của một số khoáng được thể hiện ở bảngdưới đây :

Các khoáng còn lại có cường độ quá kém, hoặc tỉ trọng không phù hợp với mẫu nghiêncứu.

Hình 1.5 : Cấu trúc khoáng tobermorite (a) và khoáng xonotlite (b)

Theo nhận xét trên,cùng với điều kiện hình thành của các khoáng

Hình 1.6 : Điều kiện hình thành các khoáng.

Thì khoáng Tobermorite là khoáng phù hợp nhất cho các sản phẩm bê tông khí

Trên thực tế, các nghiên cứu về các mẫu AAC trên thị trường được thực hiện bởiKalousek, Purton, Ludwig và Pohlmann, Mitsuda và Chan, Lach và Knazeva, Mitton trong nhiều năm đã chỉ ra các khoáng chính xuất hiện trong các sản phẩm thương mại baogồm

1) 1.1nm tobermorite (C5S6H5)2) C-S-H(I)

Các khoáng còn lại có xuất hiện nhưng phụ thuộc vào từng mẫu và từng nghiêncứu cụ thể Các nghiên cứu này đã chỉ ra rằng thực tế sản xuất phù hợp với lý thuyết đãtrình bày ở trên.

Hình 1.7 :Hình ảnh chụp cấu trúc lathlike của khoáng tobermorite.

1.3 Nguyên tắc lựa chọn bài phối liệu

1.3.1 Xây dựng bàiphối liệu

Theo phần 1.2, khoáng chính trong sản phẩm mà ta mong muốn là khoángtobermorite, theo điều kiện hình thành các khoáng ( Hình 1.6 ) thì ta cần lựa chọn tỉ lệ C/S

< 0.67 Với tỉ lệ C/S càng gần 0.67 thì cường độ của bê tông càng cao Tùy theo nhu cầusản xuất loại gạch gì, thì lựa chọn tỉ lệ C/S tương ứng Sau khi lựa chọn được tỉ lệ C/S, kếthợp với điều kiện nguyên liệu sẵn có, ta tính ra được tỉ lệ khốilượng cát khối lượng vôi Thông thườnghàm lượng xi măng thường được lựa chọn trong khoảng 10% - 20% tổng khối lượng mẫu.Hàm lượng thạch cao bằng khoảng 8%- 10% khối lượng vôi Hàm lượng bột nhôm từ0,03% – 0,05% tổng khối lượng mẫu Tùy theo điều kiện sản xuất thực tế, mà ta lựa chọnbài phối liệu phù hợp với tình hình sản xuất thực tế

Theo nguyên tắc trên, cùng với thực tế sản xuất của nhà máy bê tông khí HồngHà,trong đồ án này, em chọn bài phối liệu theo tỉ lệ phần trăm như sau :

1.3.2 Tiêu chuẩn về gạch bê tông khí chưng áp

Hiện nay Việt Nam đang sử dụng TCVN 7959-2008 đối với sản phẩm gạch blốc

bê tông khí chưng áp.Tiêu chuẩn này quy định về tỉ trọng và cường độ nén của gạch blốc

bê tông khí chưng áp như sau :

Danhnghĩa Trung bình

Bảng 1.3 : Tiêu chuẩn về cường độ và tỉ trọng của AAC.

Theo TCVN 5574:2012 thì cấp bền chịu nén của bê tông được kí hiệu bằng chữB,độ lớn của cấp độ bền được ghi bên cạnh, đơn vị tính là MPa

Theo sách Kết cấu bê tông cốt thép – Võ Bá Tầm – Tập 1 – Nhà xuất bản đại họcquốc gia thành phố Hồ Chí Minh 2010 thì có thể tính Cường độ nén trung bình từ cấp độnén theo công thức :

Cường độ nén trung bình = Cấp cường độ nén 1.25

Cường độ nén tối thiểu = Cấp cường độ nén

Ngoài ra có thể tính Mác từ Cấp cường độ nén theo công thức :

Mác = Cấp cường độ nén / 0.0778Trên thực tế Mác chỉ cường độ nén trung bình, chấp nhận sai số 15% Còn cấp độ nén quyđịnh xác suất đảm bảo là 95% Hiện nay trên thế giới vẫn sử dụng song song cả 2 tiêu

chuẩn, nhưng cấp độ nén được khuyên dùng hơn, và các tiêu chuẩn mới hiện nay đều

được quy định theo cấp độ nén

Ví dụ : Bê tông có cấp độ bền B3 tức là bê tông có cường độ nén trung bình > 3.75, được phép có 5% mẫu thử có cường độ nén dưới 3.75 và không có mẫu nào có cường độ nén dưới 3, và mác của bê tông tương ứng là 38.5

1.4 Các quá trình phản ứng

1.4.1 Giai đoạn phản ứng nhanh

Là giai đoạn bắt đầu từ khi pha trộn và kéo dài cho tới khi kết thúc giai đoạn bảodưỡng, giai đoạn này sảy ra ở áp suất khí quyển, đồng thời tỏa nhiệt rất mạnh Các phảnứng tỏa nhiệt của vôi [1] với nước xảy ra rất nhanh, dẫn đến sự tăng nhiệt độ ngay lập tức.Phản ứng của nhôm với nước tạo ra khí hydro cần thiết cho quá trình trương nở thể tích.Phản ứng này diễn ra đồng thời với phản ứng của nhôm với Portlandite và nước để tạothành aluminat tricalcium [2]

Vôi tôi + Nước → Portlandite + 65.2 kJ/mol [1] CaO + H2O →Ca(OH)2 + 65.2 kJ/mol

Nhôm + Portlandite+ Nước → Tricalcium aluminate + Khí Hidro [2]

 Thạch cao mất nước ở nhiệt độ cao [3]

 Xi măng Portland phản ứng tương đối nhanh với nước để tạo thành các gelCSH trung gian và portlandite [4a-d] (C3S [4a], C2S [4b], C3A [4c], C4AF[4d] có trong xi măng Portland sẽ phản ứng với nước và / hoặc anhydrit và /hoặc portlandite để tạo thành gel CSH.)

 Các portlandite thêm vào ( ở nguyên liệu) phản ứng với silic để tạo thànhgel CSH [5] Cuối cùng, C-S-H gel sẽ hình thành tobermorite [6]

Các phản ứng cụ thể được thể hiện qua các phương trình sau:

Thạch cao + nhiệt →

Anhydrite (calcium sulfate) + nước [3]

CaSO4 · 2H2O → CaSO4 · 0.5H2O + 1.5H2O

Các phản ứng của xi măng:

C3S + nước →C3S2H3 (C-S-H gel) + Portlandite [4a]

2 (3 CaO SiO2 ) + 6 H2O → (3 CaO 2 SiO2 3 H2O) + 3 Ca(OH)2C2S + nước → C3S2H3 (C S H gel) +Portlandite [4b]

2 (2 CaO.SiO2 ) + 4 H2O → (3 CaO 2 SiO2 3 H2O) + 3 Ca(OH)2

C3A + nước → C4AH13 (C-A-H gel) [4c] (3 CaO Al2O3 ) + Ca(OH)3 + 12H₂O → (4 CaO Al2O3 13 H₂O)

C4AF + nước → C4AFH13 (C-A-F-H gel) [4d] (4 CaO.Al2O3 Fe2O3) + 13 H₂O → (4 CaO Al2O3 Fe2O3 13 H2O)

Các phản ứng khác:

Cát + Portlandite → C.S.H (C-S-H gel) [5]

C-S-H gel + chưng áp → C5S6H51.13 nm Tobermorite [6]

5 CaO • 6 SiO2 • 5 H2O → Ca5Si6O16(OH)2 • 4H2O

Hình 1.9 : Miêu tả giai đoạn phản ứng chậm.

Hình 1.10 : Tóm tắt các giai đoạn phản ứng.

1.5 Phạm vi và mục đích của đề tài

Trong điều kiện sản xuất công nghiệp thực tế hiện nay, việc ổn định chất lượng sảnphẩm là một yêu cầu bắt buộc.Nhưng trong thực tế sản xuất, có rất nhiều yếu tố ảnhhưởng tới chất lượng sản phẩm,nên các nhà máy phải điều chỉnh rất khó khăn do chưa cónhiều nghiên cứu đi sâu vào việc điều chỉnh các thông số công nghệ Xuất phát từ nhucầu thực tế, việc nghiên cứu sâu vào một số thông số công nghệ quan trọng đã trở thànhmột nhu cầu cấp thiết đối với các nhà máy công nghiệp

- Khảo sát khả năng thay thế cát Sông Lô bằng cát biển (Bình Thuận, Vân Đồn)

- Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm sản phẩm sau chưng áp tới cường độ AAC

- Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng xi măng tới cường độ AAC

1.5.3 Phạm vi giới hạn của đề tài

Do có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới cường độ của bê tông khí, và do giới hạn củathời gian nghiên cứu nên trong đề tài này em xin phép giới hạn các điểm sau:

- Giới hạn các thông số kĩ thuật : nhiệt độ chưng 180 độ C, áp suất chưng 12 at,thời gian chưng 12h, tỉ lệ C/S,

- Giới hạn về các loại nguyên liệu : Chỉ sử dụng cát sông Lô, cát biển QuảngNinh, cát biển Bình thuận, Xi măng PC Bút Sơn, Thạch cao Lào, Vôi và bộtnhôm do nhà máy bê tông khí Hồng Hà cung cấp

- Các thông số thay đổi trong đề tài : Độ sót sàng 009 của cát, độ ẩm của mẫu,nhiệt độ đóng mẫu,tỉ lệ xi măng ( 1 số ít mẫu ) vàđộ ẩm mẫu sau khi chưng áp

PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu

2.1.1 Clanhke xi măng Bút Sơn

CLK sử dụng trong quá trình khảo sát được lấy từ nhà máy xi măng Bút sơn,CLKđược giữ ngoài môi trường ~ 1 tháng sau khi sản xuất CLK được đập nhỏ tới cỡ hạtthích hợp trong máy đập búa tại phòng thí nghiệm của bộ môn, sàng lọc cẩn thận lấy cáchạt có kích thước <5mm và >2,5mm Sau đó được đưa vào máy nghiền bi sắt có tại phòngthí nghiệm của bộ môn, mỗi mẻ nghiền 3kg ( 2, 88kg Clanhke + 0,12 kg thạch cao, sửdụng 56kg bi sắt ) nghiền trong vòng 30 p

Độ min được xác định bằng phương pháp Blaine : ~ 3700 cm 2 /g

Thành phần hóa và thành phần khoáng được đưa ra trong bảng sau:

1,10; Fe2O3 : = 0,71MgO : = 2,81

Cát sử dụng trong quá trình tiến hành thí nghiệm gồm 3 loại cát :

- Cát sông Lô : do nhà máy bê tông khí Hồng Hà cung cấp

- Cát biển Bình Thuận : lấy ở các cồn cát dọc theo bờ biển

- Cát biển Vân Đồn : lấy trực tiếp ở các bờ biển

Các loại cát đều được sàng qua sàng 2mm, bỏ phần sỏi + tạp thô >2mm Các mẫucát được xác định độ ẩm và đem nghiền trong máy nghiền bi ướt ( mỗi mẫu dùng 18kg cát

khô và 13,5kg nước nghiền cùng 40,5 kg bi sứ ) Sau khi nghiền, các mẫu cát được bảoquản trong các thùng kín, có đánh dấu cụ thể từng loại.

Thời gian nghiền cụ thể các loại cát có thể theo dõi ở các bảng sau :

Bảng 2.4: Thời gian nghiền cụ thể.

Hình 2.1 : Đường cong nghiền cát sông Lô

Thành phần hóa của các loại cát có thể theo dõi ở bảng sau ( tính theo % khối lượng, riêngCl- là phần triệu, yêu cầu Cl- < 500 ppm )

Loại cát SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O TiO2 Cl- MKNSông Lô 83.80 1.94 6.85 1.19 1.15 0.02 2.41 0.69 0.17 - 1.09