Giáo trình vật liệu cách nhiệt (ngành công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng)

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG TP.HỒ CHÍ MINH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT VẬT LIỆU XÂY DỰNG TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐXD ngày… tháng .năm 2022 Trường Cao đẳng Xây Dựng Thành phố Hồ Chí Minh) Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU * Hiện vật liệu cách nhiệt đa dạng chủng loại tính chất, sản phẩm vật liệu cách nhiệt như: bê tông tổ ong cách nhiệt, sản phẩm gốm cách nhiệt, sản phẩm cách nhiệt từ bơng khống (sợi bazan) Được dùng kết cấu nhẹ cách nhiệt, thiết bị nhiệt (nồi hơi, lò sấy, lò nung) * Do tính chất mơn học, Mơn học VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT mơn học có vị trí quan trọng mơn kỹ thuật chun ngành, môn học bắt buộc sinh viên chuyên ngành CNKT Vật Liệu Xây Dựng Môn học nghiên cứu vấn đề liên quan đến qui trình cơng nghệ sản xuất loại vật liệu cách nhiệt, việc nghiên cứu ứng dụng sản phẩm cách nhiệt vào thực tế cho đáp ứng yêu cầu như: tiết kiệm lượng làm mát mùa nóng - vùng khí hậu nóng giảm lượng nhiệt dùng để sưởi ấm mùa lạnh - vùng khí hậu lạnh, làm giảm khối lượng vật liệu cơng trình cho phép giảm đáng kể tiết diện khung chịu lực, kết cấu móng; hay lĩnh vực công nghiệp VLCN làm giảm tổn thất nhiệt tiết kiệm nhiên liệu mà nhiều trường hợp cịn góp phần thúc đẩy q trình cơng nghệ; Do q trình sản xuất sử dụng vật liệu cách nhiệt, để đảm bảo hiệu mặt kỹ thuật – kinh tế địi hỏi người sản xuất người sử dụng phải có kiến thức cần thiết phương diện Nên giáo trình VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT tập trung vào việc trang bị cho Sinh viên kiến thức liên quan đến công nghệ sản xuất loại vật liệu cách nhiệt lựa chọn sử dụng vật liệu cách nhiệt đạt hiệu cao thực tế, làm tài liệu tham khảo chuyên sâu cho cán nghiên cứu thiết kế kết cấu nhẹ cách nhiệt, vừa cách nhiệt vừa chịu lực hay sử dụng làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư, cán kỹ thuật, cán quản lý ngành quan tâm tới lĩnh vực đề cập * Cảm ơn ý kiến đóng góp q báu góp phần giúp giáo trình hồn thiện cán kỹ thuật, chuyên gia công nghệ sản xuất sản phẩm sứ vệ sinh, gạch ceramic, gạch ngói sản phẩm trang trí đất sét nung từ doanh nghiệp cộng tác với nhà trường; Anh Chị Em đồng nghiệp Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng – Trường Cao Đẳng Xây Dựng Thành Phố Hồ Chí Minh góp sức suốt thời gian chỉnh sửa thảo hồn thành giáo trình Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2022 Nhà giáo biên soạn GV ThS HÀ HẢI SƠN Nội dung giáo trình bao gồm chương sau: Chương 1: Phân Loại VLCN Và Các Tính Chất Cơ Bản VLCN Chương 2: Các Phương Pháp Chế Tạo Vật Liệu Có Cấu Trúc Rỗng Lớn Chương 3: Vật Liệu Gốm Cách Nhiệt Chương 4: Bê Tông Nhẹ Cách Nhiệt Từ Cốt Liệu Rỗng Chương 5: Bê Tông Tổ Ong Cách Nhiệt Chương 6: Vật Liệu Thuỷ Tinh Xây Dựng MỤC LỤC Trang LỜI GIỚI THIỆU Chương 1: Phân Loại VLCN Và Các Tính Chất Cơ Bản VLCN I Khái quát môn học vật liệu cách nhiệt: II Giới thiệu sơ lược vật liệu cách nhiệt: III Vai trò vật liệu cách nhiệt xây dựng cơng nghiệp: IV Tình hình sản xuất sử dụng vật liệu cách nhiệt Việt Nam: V Phân loại vật liệu cách nhiệt 10 Phân loại VLCN theo độ dẫn nhiệt 12 Phân loại VLCN theo khối lượng thể tích 15 Phân loại VLCN theo hình dạng bên ngồi 17 Phân loại VLCN theo độ cứng 18 VI Các tính chất vật liệu cách nhiệt 19 Tính chất vật lý 21 Tính chất học 22 Chương 2: Các phương pháp chế tạo vật liệu có cấu trúc rỗng lớn 24 I Phân loại phương pháp chế tạo vật liệu có cấu trúc rỗng lớn 24 II Giới thiệu sơ lược nội dung phương pháp chế tạo vật liệu có cấu trúc rỗng lớn 25 Phương pháp phồng nở 25 Phương pháp tách chất tạo rỗng 27 3 Phương pháp xếp không chặt chẽ 28 Phương pháp kết khối tiếp xúc 29 Phương pháp kết khối thể tích 31 Phương pháp tạo cấu trúc rỗng hỗn hợp 32 Chương 3: Vật liệu gốm cách nhiệt 34 I Giới thiệu chung 34 II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt 36 Diatomite trepen 36 Đất sét 40 Phụ gia cháy 43 Sa mốt nghiền 45 Chất tạo bọt 47 III Một số phương pháp tạo rỗng sử dụng sản xuất VL gốm cách nhiệt 48 Phương pháp tách chất tạo rỗng 48 Phương pháp tạo bọt 50 Chương 4: Bê tông nhẹ cách nhiệt từ cốt liệu rỗng 55 I Giới thiệu chung 55 II Phân loại bê tông nhẹ cốt liệu rỗng 58 Theo khối lượng thể tích mục đích sử dụng 58 Theo loại cốt liệu rỗng sử dụng 62 III Một số tính chất kỹ thuật bê tông nhẹ cốt liệu rỗng 64 IV Nguyên vật liệu chế tạo bê tông nhẹ cốt liệu rỗng cách nhiệt 68 Xi măng 68 Cốt liệu rỗng 70 Chất tạo bọt 72 Nước 74 V Một số phương pháp tạo rỗng dùng chế tạo bê tông nhẹ cách nhiệt từ cốt liệu rỗng 77 Chương 5: Bê tông tổ ong cách nhiệt 80 I Giới thiệu chung 80 II Phân loại bê tông tổ ong cách nhiệt 83 Theo khối lượng thể tích mục đích sử dụng 83 Theo phương pháp tạo rỗng 86 Theo chất kết dính điều kiện rắn 92 III Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt 96 IV Một số tính chất kỹ thuật bê tông tổ ong cách nhiệt 99 V Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt 105 Chương 6: Vật Liệu Thuỷ Tinh Xây Dựng 110 I Giới thiệu sơ lược vật liệu thuỷ tinh xây dựng 110 II Một số tính chất kỹ thuật thuỷ tinh xây dựng 115 III Nguyên Nhiên Liệu Chế Tạo Thuỷ Tinh Xây Dựng 121 IV Sơ lược công đoạn công nghệ sản xuất thuỷ tinh 123 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT Mã môn học: 23900107 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: 3.1 Vị trí: Mơn VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT môn kỹ thuật chuyên ngành, bố trí học song hành với mơn học/mơ đun kỹ thuật chuyên ngành CNKT Vật Liệu Xây Dựng 3.2 Tính chất: Mơn học VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT mơn học có vị trí quan trọng môn kỹ thuật chuyên ngành, môn học bắt buộc sinh viên chuyên ngành CNKT Vật Liệu Xây Dựng Môn học nghiên cứu vấn đề liên quan đến qui trình cơng nghệ sản xuất loại vật liệu cách nhiệt, việc nghiên cứu ứng dụng sản phẩm cách nhiệt vào thực tế cho đáp ứng yêu cầu như: tiết kiệm lượng làm mát mùa nóng - vùng khí hậu nóng giảm lượng nhiệt dùng để sưởi ấm mùa lạnh - vùng khí hậu lạnh, làm giảm khối lượng vật liệu cơng trình cho phép giảm đáng kể tiết diện khung chịu lực, kết cấu móng; hay lĩnh vực công nghiệp VLCN làm giảm tổn thất nhiệt tiết kiệm nhiên liệu mà nhiều trường hợp cịn góp phần thúc đẩy q trình cơng nghệ… 3.3 Ý nghĩa vai trị mơn học: Giúp cho sinh viên nắm bắt kiến thức tảng, tự vận dụng kiến thức vào thực tế công việc sau này; Cũng q trình học tập sinh viên tiếp tục học hỏi đào sâu kiến thức chun mơn góp phần với môn học khác trang bị cho sinh viên toàn kiến thức cần thiết chuyên ngành đào tạo Mục tiêu môn học: 4.1 Về kiến thức: Hiện vật liệu cách nhiệt đa dạng chủng loại tính chất, sản phẩm vật liệu cách nhiệt như: bê tông tổ ong cách nhiệt, sản phẩm gốm cách nhiệt, sản phẩm cách nhiệt từ bơng khống (sợi bazan) Được dùng kết cấu nhẹ cách nhiệt, thiết bị nhiệt (nồi hơi, lò sấy, lò nung) Do q trình sản xuất sử dụng vật liệu cách nhiệt, để đảm bảo hiệu mặt kỹ thuật – kinh tế đòi hỏi người sản xuất người sử dụng phải có kiến thức cần thiết phương diện Nên học phần VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT tập trung vào việc trang bị cho Sinh viên kiến thức liên quan đến công nghệ sản xuất loại vật liệu cách nhiệt, việc lựa chọn sử dụng vật liệu cách nhiệt đạt hiệu cao thực tế A1 Nhận biết các sản phẩm vật liệu cách nhiệt như: bê tông tổ ong cách nhiệt, sản phẩm gốm cách nhiệt, sản phẩm cách nhiệt từ bơng khống (sợi bazan)… A2 Giải thích sở trình truyền nhiệt diễn kết cấu cách nhiệt A3 Giải thích khả cách nhiệt tốt hầu hết sản phẩm cách nhiệt A4 Giải thích sở khoa học phương pháp tạo cấu trúc rỗng lớn cho vật liệu cách nhiệt A5 Giải thích sở phương pháp tạo rỗng sử dụng thực tế công nghệ chế tạo sản phẩm gốm cách nhiệt A6 Giải thích sở phương pháp tạo rỗng sử dụng thực tế công nghệ chế tạo sản phẩm bê tông cách nhiệt từ cốt liệu rỗng bê tông tổ ong cách nhiệt 4.2 Về kỹ năng: Môn học trang bị cho Sinh viên kỹ phân tích đánh giá vấn đề liên quan đến trình cơng nghệ sản xuất vật liệu cách nhiệt, kỹ phân tích đánh giá khả cách nhiệt loại vật liệu cách nhiệt sử dụng B1 Phân tích q trình truyền nhiệt diễn môi trường xung quanh kết cấu bao che B2 Nhận dạng cố xảy trình sử dụng vật liệu cách nhiệt nhẹ cho kết cấu bao che làm việc mơi trường có biến động lớn B3 Đo lường lượng nhiệt từ môi trường truyền qua kết cấu bao che vào bên cơng trình (ở vùng khí hậu nóng); lượng nhiệt mát hay tổn thất môi trường xung quanh (ở vùng khí hậu lạnh) B4 Kiểm sốt khả cách nhiệt sản phẩm trình chế tạo  PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực câu hỏi thảo luận tập chương (cá nhân nhóm) - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận tập tình chương theo cá nhân nhóm nộp lại cho người dạy thời gian quy định  ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG - Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Khơng - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, tài liệu liên quan - Các điều kiện khác: Khơng có  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kĩ  Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có 110  NỘI DUNG CHƯƠNG I Giới thiệu sơ lược vật liệu thuỷ tinh xây dựng Khái niệm vật liệu thủy tinh: * Vật liệu thủy tinh gọi vật thể vơ định hình, thu nhận cách làm nguội hỗn hợp thành phần nguyên liệu sau nấu chảy, hỗn hợp tiến trình làm nguội phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần hóa vùng nhiệt đóng rắn; q trình hình thành đặc tính sản phẩm thủy tinh đặc trưng gia tăng tính chất lý vật thể rắn tăng từ từ độ nhớt hỗn hợp nấu chảy công đoạn làm nguội * Thủy tinh cịn gọi kính, kiểng, thuộc chất rắn vơ định hình đồng nhất, có cơng thức hóa học SiO2 Chúng có gốc silicat, thường suốt & pha trộn thêm tạp chất để có tính chất ý muốn Sơ lược phạm vi sử dụng vật liệu thủy tinh: * Mặc dù vật liệu thủy tinh ngày trở nên quen thuộc đời sống Thế hẳn bạn bất ngờ chúng xuất lâu kể từ thời đồ đá với tên gọi loại đá vỏ chai, người nguyên thủy sử dụng để làm dao cực sắc * Việc sản xuất thủy tinh lần cho vào khoảng năm 2000 TCN (trước công nguyên) Ai Cập Lúc này, thủy tinh sử dụng làm men màu cho đồ gốm số mặt hàng khác * Tới kỉ I, TCN, kỹ thuật thổi thủy tinh phát triển Thời kỳ đế chế La Mã có nhiều loại hình thủy tinh tạo ra, chủ yếu chai lọ, bình Trong thiên niên kỉ tiếp theo, chế tạo thủy tinh phát triển rộng rãi với phương pháp cải tiến * Vào năm 30 TCN năm 395 SCN (sau công nguyên), người thợ thuỷ tinh Siri phát minh ống thổi, giúp cho việc tạo sản phẩm thủy tinh có hình dáng, độ dày khác * Tiếp theo xuất khn hai nửa, sản xuất chế tạo hàng loạt đồ vật thủy tinh giống hệt Hai phát minh giúp sản phẩm từ thủy tinh lần đầu có giá vừa túi tiền người dân bình thường 111 * Phải tới năm 1670, nghề thủy tinh biết đến nhiều Đức, phía bắc Bơhêmia Anh – nơi George Ravenscoft phát minh kính chì Cũng khoảng thời gian này, người thợ Pháp sản xuất kính phương pháp mặt trụ * Năm 1773, cơng ty kính Anh đời thức trở thành trung tâm kính cửa sổ chất lượng cao giới Đây mốc đánh dầu lần đầu tiên, cửa sổ kính có giá vừa với túi tiền đa số người dân * Ngày ngành chế tạo thủy tinh phát triển mạnh mẽ với nhiều công nghệ sản xuất đại Các sản phẩm từ thủy tinh có đa dạng mẫu mã & hình thức, người tiêu dùng đón nhận nhiệt tình tính an tồn thẩm mỹ Những lợi ích vật liệu cách nhiệt sợi thủy tinh xây dựng * Kể từ đưa vào sử dụng xây dựng năm 1938, cách nhiệt sợi thủy tinh loại vật liệu ưu việt xây dựng thương mại dân dụng Trong năm qua, vật liệu cách nhiệt từ sợi thủy tinh chứng tỏ khả tiết kiệm lượng tăng thoải mái cho người sử dụng cơng trình xây dựng * Vật liệu cách nhiệt từ sợi thủy tinh sử dụng cho hốc tường, gác mái khơng gian mở tịa nhà Vật liệu có giá thành lắp đặt thấp so với nhiều loại vật liệu cách nhiệt khác bọt xenlulo… 112 * Cách nhiệt sợi thủy tinh giúp tịa nhà trì nhiệt độ mong muốn tốt với hiệu suất cách nhiệt cao Điều giúp giảm chi phí lượng, bảo tồn nguồn nhiên liệu tái tạo mang lại thoải mái nhà sử dụng với thiết bị sưởi ấm làm mát có kích thước phù hợp * Ngoài ra, cách nhiệt sợi thủy tinh cung cấp khả thiết kế linh hoạt Có thể lắp đặt vật liệu với số lượng lớn số phần tòa nhà để tăng hiệu suất cách nhiệt tổng thể bù cho khu vực có giá trị nhiệt thấp hơn, chẳng hạn cho cửa sổ cửa vào * Các sản phẩm cách nhiệt sợi thủy tinh có giá trị R (giá trị cách nhiệt) từ R-8 đến R-40 Vì vật liệu trơ không lắng, nên lắp đặt cách, cách nhiệt sợi thủy tinh trì giá trị R thời gian dài * Các thanh, cuộn cách nhiệt sợi thủy tinh phải thiết kế với độ dày hợp lý để đạt giá trị R mong muốn Khi lắp đặt cần đảm bảo lấp đầy tồn hốc tường, khơng để tồn khoảng trống hay lỗ rỗng * Khi tiếp xúc với độ ẩm, sợi thủy tinh cách nhiệt không hấp thụ khơng giữ nước Do đó, lắp đặt cần đảm bảo độ khô cho vật liệu để đạt giá trị R định * Được làm từ cát thủy tinh tái chế, vật liệu cách nhiệt sợi thủy tinh tự nhiên không dễ cháy giữ tuổi thọ sản phẩm Bên cạnh đó, vật liệu cịn có khả hấp thụ âm tự nhiên, giúp giảm đáng kể việc truyền âm qua trần, tường, sàn… * Vật liệu có hàm lượng tái chế cao thành phần cát silic nguồn tài nguyên dồi dào, giúp hạn chế tác động đến môi trường q trình sản xuất Những ưu điểm vật liệu thủy tinh * Vật liệu thủy tinh có tính suốt * Vật liệu thủy tinh có tính tráng gương * Nguồn nguyên liệu chế tạo vật liệu thuỷ tinh phong phú tính tạo hình đa dạng * Một ưu điểm khác vật liệu thủy tinh quan trọng tính cho phép thu hồi sử dụng phế thải Một số chủng loại sản phẩm thủy tinh xây dựng sử dụng thực tế + Thủy tinh vô cơ: Là loại thủy tinh thường, gồm nhiều loại thủy tinh khác oxit, nguyên tử, halogen, khancon, thủy tinh kim loại… 113 + Thủy tinh đơn nguyên tử: Đây loại thủy tinh chứa loại nguyên tố (thuộc nhóm 6) bảng hệ thống tuần hồn hóa học Muốn sản xuất thành cơng loại thủy tinh này, người ta phải sử dụng tới phương pháp làm lạnh nhanh chất nóng chảy + Thủy tinh oxit: Loại hình thành từ loại oxit nhiều loại oxit Muốn biết cụ thể, người ta thường xác định lớp tạo thành thủy tinh B2O3, SiO2, GeO2, P2O5, TeO2, Al2O3… + Thủy tinh halogen: Bao gồm loại BeF2 ZnCl2 Trên sở, halogen BeF2 tạo nhiều loại thủy tinh Fluorit + Thủy tinh hỗn hợp: Là tên gọi chung loại thủy tinh Oxit – Halogen; Oxit – Khancon Halogen – Khancon + Thủy tinh hữu cơ: Còn gọi thủy tinh plexiglas Đây dịng thủy tinh có nhiều ưu điểm bật độ bền dẻo, chống ăn mịn chống oxi hóa nên lựa chọn hàng đầu khách hàng + Gốm thủy tinh: Là loại vật liệu có kết hợp gốm cổ xưa thủy tinh đảm bảo an toàn tuyệt đối cho sản phẩm Ngồi ra, sản phẩm có độ bền học cao nhiệt độ cao + Trong lĩnh vực y tế: Sản xuất chế tạo loại ống nghiệm, mặt kính hiển vi, máy kiểm mẫu, linh kiện khác + Trong lĩnh vực trang trí nội thất: Với khả truyền ánh sáng tốt, suốt nên người ta dùng thủy tinh để chế tạo loại đèn chùm, đèn treo tường, đèn trang trí… giúp phòng trở nên sang trọng, cao cấp + Trong cơng nghiệp thực phẩm: Thủy tinh thường trơ, có khả chống lại cơng hóa chất, chịu tác động nước nên dùng để sản xuất loại hộp đựng thực phẩm, chén cơm, chai lọ, ly thủy tinh uống nước… + Trong lĩnh vực mỹ phẩm: Sản xuất chai lọ đựng mỹ phẩm nước hoa, kem dưỡng da, toner… Các chai lọ làm từ thủy tinh cho khả bảo quản tối ưu mà đáp ứng tính thẩm mỹ, nâng tầm giá trị cho mỹ phẩm đựng bên + Trong lĩnh vực đời sống khác: Thủy tinh dùng làm chén bát, tô, linh kiện điện tử, kính cửa sổ, đèn điện… nhiều sản phẩm khác II Một số tính chất kỹ thuật thuỷ tinh xây dựng - Là chất rắn không màu, suốt, không gỉ theo thời gian - Tương đối cứng so với kim loại dễ vỡ va chạm mạnh 114 - Điện trở suất cao nên thủy tinh khơng dẫn điện, có khả cách điện tốt - Không cháy, độ chống ẩm cao, khơng bị ăn mịn với nhiều loại axit mạnh khác (trừ axit hydro florua) - Trong suốt, dễ dàng cho ánh sáng truyền qua Tuy vậy, tùy thuộc vào tỉ lệ thủy tinh nguyên chất tạp chất pha trộn trình sản xuất mà khả truyền ánh sáng khác - Thủy tinh khơng có nhiệt độ nóng chảy định Theo đó, silicat ngun liệu để sản xuất thủy tinh có nhiệt độ nóng chảy cao 2000 độ C Người ta bổ sung chất khác để giảm nhiệt độ nóng chảy xuống cịn khoảng 1000 độ C Nhóm tính chất thủy tinh trạng thái nấu chảy: * Độ nhớt * Khả kết tinh (hóa rắn hỗn hợp nấu chảy) * Sức căng bề mặt Nhóm tính chất thủy tinh trạng thái rắn:  Các tính chất vật lý vật liệu thủy tinh: * Tỷ trọng * Nhiệt dung riêng * Độ dẫn nhiệt * Hệ số dãn nở nhiệt * Độ bền nhiệt * Tính quang học  Một số tính chất học vật liệu thủy tinh: * Độ bền nén, kéo, uốn * Độ cứng 115 * Độ dòn III Nguyên Nhiên Liệu Chế Tạo Thuỷ Tinh Xây Dựng Nguyên vật liệu chế tạo thủy tinh xây dựng a Nhóm nguyên liệu * Nguyên liệu sản xuất thủy tinh cát silica (hay gọi cát thạch anh) Nếu sử dụng cát sạch, khơng lẫn sắt tạo thủy tinh suốt Ngược lại, với loại cát có lẫn sắt thủy tinh sản xuất có màu xanh lục b Nhóm nguyên liệu phụ * Để từ cát chế tạo nên thủy tinh, cần bổ sung thêm chất phụ gia Theo đó, chất phụ gia ứng dụng nhiều Natri cacbonat (Na2CO3) Chất có cơng dụng giúp hạ thấp nhiệt độ xuống mức cần thiết để chế tạo thủy tinh * Tuy nhiên, sử dụng Na2CO3, để đảm bảo thủy tinh không bị thấm nước, người ta thường cho thêm Canxi Oxit (CaO) vôi sống vào * Các chất phụ gia chiếm khoảng 25 đến 30% hợp chất có thủy tinh * Tùy theo mục đích sử dụng thủy tinh mà bổ sung chất hóa học cần thiết khác như: * Thủy tinh dùng làm vật trang trí (bình hoa thủy tinh, chai lọ thủy tinh,…): thêm oxit tạo lấp lánh độ mềm dẻo giúp dễ cắt gọt hạ thấp mức nhiệt nóng chảy trình pha chế * Thủy tinh dùng làm mắt kính: thêm Lantan oxit có tính khúc xa hấp thụ nhiệt hêm chất tạo màu muốn đồ vật thủy tinh có màu theo ý thích Chẳng hạn thêm lưu huỳnh tạo màu vàng; oxit sắt oxit đồng tăng độ xanh Nhiên liệu sử dụng công nghệ sản xuất thủy tinh * Dầu FO-R sản phẩm q trình sản xuất nhiên liệu từ cao su phế liệu theo công nghệ nhiệt phân Dầu FO-R đạt tiêu chuẩn nhiên liệu đốt theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6239:2002 Chất lượng theo nhiên liệu đốt dầu FO-R tương đương với dầu DO (Diesel Oil) tốt hẳn FO (Fuel Oils) thông thường, nhiều tiêu FO-R tốt nhiệt lượng, điểm cháy cốc kín, nhiệt độ đơng đặc… Dầu FO-R thích hợp làm 116 nhiên liệu đốt lị cho lĩnh vực sản xuất như: Trạm trộn Asphalt, lị hơi, lị sấy, bê tơng nhựa nóng, sản xuất kính, thủy tinh, nung gốm sứ, nấu đồng nhơm * Dùng dầu FO-R làm nhiên liệu đốt thay cho dầu DO FO hiệu tiết kiệm đến 20% tổng chi phí nhiên liệu; mặt khác, chuyển đổi sử dụng nhiên liệu FO-R hệ thống lị đốt khơng cần phải thay đổi chỉnh sửa, dầu FO-R sử dụng dễ dàng với tất lò đốt thị trường Không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật đốt mà FO-R tốt mặt môi trường, sử dụng FO-R thay FO thông thường góp phần giảm thiểu nhiễm khơng khí giảm thiểu lượng cao su phế thải gây ô nhiễm môi trường 117 IV Sơ lược công đoạn công nghệ sản xuất thuỷ tinh  Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu * Để sản xuất thủy tinh, nguyên liệu cần chuẩn bị cát thạch anh (còn gọi silicat) Nguyên liệu phải đáp ứng đủ tiêu chí sạch, khơng lẫn sắt, kim loại, chì hay chất khác Điều định đến độ suốt sản phẩm đầu * Trong trường hợp có lẫn sắt cát thành phẩm thủy tinh làm có màu xanh lục Nếu muốn khắc phục tình trạng này, người ta phải thêm Mangan đioxit vào cát để điều chỉnh hiệu ứng màu cho thủy tinh  Bước 2: Thêm chất phụ gia cần thiết * Để từ cát chế tạo nên thủy tinh, nhà sản xuất bổ sung thêm chất phụ gia khác, điển hình Natri Cacbonat (Na2CO3) Canxi Oxit (CaO) vôi sống Mỗi chất có cơng dụng riêng, cụ thể là: - Natri cacbonat (Na2CO3) để hạ thấp nhiệt độ nóng chảy xuống mức cần thiết - Canxi Oxit (CaO) vơi sống có tác dụng giúp thủy tinh khơng bị thấm nước * Bên cạnh đó, tùy theo mục đích sử dụng mà thợ sản xuất bổ sung chất hóa học khác để tạo tính cần thiết cho sản phẩm Ví dụ thêm oxit để tạo độ lấp lánh mềm dẻo sản phẩm thủy tinh trang trí bình hoa, lọ hoa…  Bước 3: Nung chảy hỗn hợp * Tiếp theo, đổ hỗn hợp vào nồi để nung chảy Lưu ý, nồi phải kim loại thùng chứa có khả chịu nhiệt 1000 độ C nhiệt độ nóng chảy thủy tinh cao * Tiếp tục nung chảy hỗn hợp với mức nhiệt 1500 độ C (đối với cát có thêm Na2CO3) mức 2300 độ C (đối với cát khơng có phụ gia) Trong cơng đoạn cần làm đồng phải loại bỏ bọt tăm (bong bóng) hỗn hợp thủy tinh  Bước 4: Tạo độ đặc cho thủy tinh * Sau loại bỏ bọt hỗn hợp, khuấy cho thêm chất phụ gia khác Natri Sunfat, Antimon oxit… Mục đích cơng đoạn nhằm tạo độ đặc quánh cho thủy tinh 118  Bước 5: Tạo hình cho thủy tinh * Khi thủy tinh nóng chảy, nhà sản xuất cắt để có trọng lượng thích hợp, dễ dàng tạo hình theo mong muốn Thông thường, thợ chế tạo thủy tinh sử dụng cách tạo hình sau: - Sử dụng khn có sẵn, rót thủy tinh nóng chảy vào để nguội Đây phương pháp tạo hình người Ai Cập sử dụng từ đầu cách chế tạo thấu kính ngày - Sử dụng phương pháp thủ công, đổ thủy tinh nóng chảy dịn vào đầu ống rỗng, người thợ vừa xoay vừa thổi vào ống để tạo hình - Rót thủy tinh vào bình chứa thiếc tan chảy thổi khí nito để tạo hình đánh bóng Đây cách chế tạo kính có từ năm 1950  Bước 6: Làm nguội thủy tinh * Sau tạo hình sản phẩm, thủy tinh đưa làm nguội trước tiếp tục khâu cuối  Bước 7: Hoàn thiện, kiểm tra đóng gói * Thủy tinh sau làm nguội đưa đun nóng lần nhằm loại bỏ điểm tụ phát sinh khâu làm nguội đồng thời tăng độ bền lên cho thành phẩm * Cuối cùng, sau hoàn thiện, sản phẩm thủy tinh đưa kiểm tra chất lượng kích thước, độ trong, độ bền… Đảm bảo thành phẩm đạt yêu cầu trước đóng gói giao tới tay khách hàng Đối với sản phẩm lỗi gia công sản xuất lại từ đầu  Tóm lại có cơng đoạn chính:  Cơng đoạn chuẩn bị phối liệu  Công đoạn nấu thủy tinh  Công đoạn gia công thủy tinh V Tận dụng thủy tinh phế thải làm nguyên vật liệu tiềm xây dựng * Theo nghiên cứu nhóm nhà khoa học thuộc Đại học Brunel London, Anh, Seyed Ghaffar, PGS Kỹ thuật Xây dựng Vật liệu Môi trường đề xuất giải 119 pháp để hạn chế tác động ngành xây dựng vào mơi trường Nhóm nghiên cứu thử nghiệm sử dụng thủy tinh tái chế thành phần bê tông để in 3D * Bê tông sản xuất từ hỗn hợp xi măng, nước cốt liệu cát Nhóm nghiên cứu thay tới 100% cốt liệu thủy tinh Thủy tinh tạo thành từ silicon dioxide hay cịn gọi silica (thành phần cát) Do thủy tinh sản xuất từ cát, dễ tái chế sử dụng làm bê tông không cần trình xử lý phức tạp * Nhóm nghiên cứu sử dụng chai nước thủy tinh soda – vôi màu nâu, thu từ công ty tái chế địa phương Đầu tiên, chai thủy tinh nghiền máy nghiền, sau mảnh vụn rửa sạch, làm khô, xay sàng Những hạt thủy tinh thu nhỏ milimét vuông * Sau đó, thủy tinh nghiền sử dụng để sản xuất bê tông tượng tự cát Bê tông thu sử dụng để in 3D chi tiết tường khối xây dựng đúc sẵn, lắp với để tạo thành tồn tịa nhà * Nếu bê tông sản xuất theo cách này, thủy tinh phế thải nguyên vật liệu xây dựng khơng cịn thủy tinh bị chôn lấp bãi rác thải Đặc biệt, thủy tinh góp phần tạo loại bê tơng với đặc tính ưu việt cát tự nhiên * Độ dẫn nhiệt thủy tinh soda – vôi, loại thủy tinh phổ biến cửa sổ chai lọ thấp ba lần so với cốt liệu thạch anh, sử dụng rộng rãi bê tông Có nghĩa bê tơng chứa thủy tinh tái chế có đặc tính cách nhiệt tốt hơn, làm giảm đáng kể chi phí làm mát sưởi ấm mùa hè mùa đơng * Nhóm nghiên cứu tiến hành thay đổi khác với hỗn hợp bê tông để làm cho vật liệu bền vững thay số xi măng Pooclăng bột đá vôi 120 * Xi măng pooclăng thành phần bê tông, liên kết thành phần vật liệu khác với thành hỗn hợp đông cứng Nhưng sản xuất xi măng pooclăng thải lượng lớn khí carbon khí nhà kính khác Ngành cơng nghiệp sản xuất xi măng chiếm khoảng 8% tổng lượng khí thải carbon dioxide mơi trường * Đá vơi độc hại hơn, tác động đến môi trường trình sản xuất so với xi măng poóc lăng Vật liệu sử dụng thay cho xi măng pooclăng thông thường bê tông để in 3D, chất lượng hỗn hợp in không giảm * Nhóm nghiên cứu thử nghiệm bổ sung chất độn nhẹ, chế tạo từ cầu nhựa nhiệt dẻo rỗng nhỏ nhằm giảm tỷ trọng bê tông Chất độn thay đổi độ dẫn nhiệt bê tông, giảm tới 40% so với loại bê tông khác, sử dụng để in 3D, tăng cường tính cách nhiệt giảm ngun liệu thơ cần thiết cho bê tông * Sử dụng công nghệ in 3D, kỹ sư xây dựng phát triển cấu trúc chi tiết tịa nhà máy tính gửi đến máy in 3D để thi công Máy in 3D hoạt động 24 giờ/ngày, tăng suất lao động độ an tồn cho cơng nhân xây dựng * Nghiên cứu mở đường cho tòa nhà 3D siêu nhẹ, cách nhiệt tốt, bước quan trọng sứ mệnh hướng tới khơng phát thải carbon  TĨM TẮT CHƯƠNG Trong chương này, số nội dung giới thiệu: I Giới thiệu sơ lược vật liệu thuỷ tinh xây dựng II Một số tính chất kỹ thuật thuỷ tinh xây dựng III Nguyên Nhiên Liệu Chế Tạo Thuỷ Tinh Xây Dựng IV Sơ lược công đoạn công nghệ sản xuất thuỷ tinh 121  CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1) Hãy lựa chọn hệ nguyên liệu thích hợp để chế tạo vật liệu thuỷ tinh xây dựng? 2) Hãy giới thiệu khái qt qui trình cơng nghệ sản xuất vật liệu thuỷ tinh xây dựng? 3) Hãy cho biết vật liệu thuỷ tinh cách nhiệt tạo rỗng theo phương pháp trình bày nội dung phương pháp ? 4) Thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất hạt thuỷ tinh làm cốt liệu chế tạo bê tơng trang trí cách nhiệt từ cốt liệu thuỷ tinh? 5) Hãy giới thiệu quy trình sản xuất thuỷ tinh theo phương pháp truyền thống theo công nghệ đại nay, đồng thời so sánh điểm khác biệt phương pháp sản xuất đó? 122 Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Như Quý, Công nghệ vật liệu cách nhiệt, Nhà xuất Xây Dựng, 2004 [2] Phùng Văn Lự – Phạm Duy Hữu – Phan Khắc Trí, Vật liệu xây dựng, Nhà xuất Giáo Dục, 2004 [3] Hà Hải Sơn, 600 Câu hỏi lý thuyết tập trắc nghiệm vật liệu xây dựng, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2014 [4] Nguyễn Tấn Quý – Nguyễn Thiện Ruệ, Giáo trình cơng nghệ bê tơng xi măng Tập 1, Nhà xuất Giáo Dục, 2002 [5] Vũ Minh Đức, Công nghệ gốm xây dựng, Nhà xuất Xây Dựng, 1998 [6] Trần Quang Quý – Nguyễn Văn Vịnh – Nguyễn Bính, Máy thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải, 2001 [7] Hà Hải Sơn, Thiết kế phân xưởng sấy nhà máy gạch ngói Đồng Nai, Luận Văn Tốt Nghiệp, 2007 [8] Một số trang web:  https://labvietchem.com.vn/tin-tuc/cau-tao-lo-nung-tuynel.html  https://sacmi.com/en-US/Ceramics/Tiles/firing  https://sacmi.com/en-us/ceramics/sanitaryware/Firing/Tunnel-kiln-TWS 123