Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Tối ưu thời gian chế tạo gạch block AAC block

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN MINH CẢM

TỐI ƯU THỜI GIAN CHẾ TẠO GẠCH BLOCK AAC OPTIMIZATION ON MANUFACTURING PROCESSING

TIME OF AAC BLOCK

Chuyên ngành: Kĩ thuật cơ khí Mã số: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2023

i

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Phạm Quang Trung

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Thanh Long

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN MINH CẢM MSHV: 2171009

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã chuyên ngành: 8520103

I TÊN ĐỀ TÀI:

Tên tiếng Việt: Tối ưu thời gian chế tạo gạch block AAC

Tên tiếng Anh: Optimization on manufacturing processing time of ACC lock II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nghiên cứu quy trình sản xuất gạch

2 Nghiên cứu thiết kế để khắc phục các vấn đề của máy cắt hiện có cho phù hợp với nhu cầu

3 Nghiên cứu phương pháp đo độ cứng phôi đúc trước khi cắt, để chọn phương pháp thử

4 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng và tiến hành thí nghiệm thu thập số liệu thực nghiệm:

- Thời gian cắt gạch

- Độ cứng gạch AAC thành phẩm - Tỉ lệ phế phẩm

5 Phân tích sự ảnh hưởng tương quan của các thông số sau đó đánh giá thời gian chuẩn bị cho công đoạn đúc là bao nhiêu giờ? và tương ứng với độ cứng bao nhiêu?

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 5/9/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/5/2023 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

Người hướng dẫn: TS Phạm Quang Trung

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỜNG KHOA CƠ KHÍ

iii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn “ Tối ưu thời gian chế tạo gạch Block AAC”,

tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của quý Thầy/Cô, các chuyên gia, các đồng

nghiệp trong trường, các công ty, bạn bè và gia đình Tôi xin trân trọng cảm ơn:

- PGS.TS Lưu Thanh Tùng và TS Phạm Quang Trung đã dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt những kiến thức khoa học quí báu, hướng dẫn, định hướng, động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

- Quý Thầy/Cô trường đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng, chuyên môn trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường

- Công ty Vương Hải (V-Block) trong thời gian qua đã tạo điều kiện cho tác giả trong qua trình thí nghiệm các thông số làm việc trên máy cắt gạch Bock AAC - Ban Giám hiệu, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM, cùng đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên tác giả hoàn thành khóa học của mình

- Gia đình đã luôn động viên, chia sẻ khó khăn trong suốt quá trình tác giả học tập và thực hiện luận văn

MỘT LẦN NỮA, XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Gạch bê tông khí chưng áp (AAC) là sản phẩm xây dựng nhẹ, chịu tải, cách nhiệt cao, bền, được sản xuất với nhiều kích cỡ và độ bền khác nhau Khối gạch AAC nhẹ khi so với gạch đỏ, khối gạch AAC nhẹ hơn ba lần Khối gạch AAC đang phát triển nhanh chóng tại Việt Nam Khối gạch AAC có nhiều ưu điểm hơn như đúc sẵn và xây gạch dễ dàng Gạch AAC được sản xuất từ các nguyên liệu phổ biến là vôi, cát, xi măng và nước, cùng một lượng nhỏ chất tạo khí Sau khi đó nguyên liệu được trộn và đưa vào khuôn Sau đó, khối gạch AAC sẽ được cắt thành gạch block bằng dây thép Khi cắt khối gạch ACC, bề mặt gạch block phải nhẵn để không cần trát vữa Hơn nữa, độ nhám của bề mặt phải nhỏ hơn 160µm để sơn tường dễ dàng Kích thước khối gạch AAC cũng cần độ chính xác cao để bức tường sẽ thẳng khi xếp các khối gạch AAC chồng lên nhau Tuy nhiên, trong nghiên cứu này sẽ chỉ nghiên cứu độ nhám của bề mặt gạch vì độ nhám sẽ quyết định giá thành Khối gạch AAC được tạo ra bằng cách sử dụng dây thép để cắt các khối AAC lớn thành các khối AAC nhỏ Nhưng tình trạng hiện nay của máy cắt thì chưa đảm bảo khả năng gia công để được độ nhám và chất lượng mong muốn, chính vì vậy trong nghiên cứu này sẽ phân tích và đưa ra các giải pháp khắc phục tình trạng của máy hiện tại, cụ thể là các máy tại công ty Vương Hải Đồng thời ta thấy sản lượng của gạch Block AAC hiện nay là rất cao và rất được ưa thích trên thị trường, tuy nhiên thời gian để cho ra một lô gạch thì còn khá lâu, chính vì đó đề tài này cũng sẽ nghiên cứu các công đoạn, các thông số gây ảnh hưởng đến thời gian chế tạo Từ đó đưa ra phương án giảm thời gian nhưng vẫn đạt chất lượng mong muốn.

v

ABSTRACT

Autoclaved Aerated Concrete (AAC) is a building product with light weight, High insulation, durability and well load bearing, which is produced with many kinds of sizes and strengths AAC Blocks is light weight one when compared to the red bricks AAC blocks are about three times lighter than red bricks AAC block is rapidly developing in Vietnam The block has more advantages such as precast, and easy installation AAC is manufactured by the common materials such as: sand, lime, water, cement, and a small amount of rising agent After the mixture is mixed and molded, it is autoclaved under heat and pressure to make its unique properties After that, the AAC block will be cut into block brick by steel wire When cutting the ACC block, the block brick surface must be smooth so that it is unnecessary to mortar Furthermore, the roughness of the surface must be smaller than 0.1mm to paint the wall easily The block dimension also needs high precision so that the wall will be straight when blocks are superposed However, in this paper, the roughness of the block surface will be only researched because the roughness will decide the cost, and the dimension decide the estheticism of the wall But the current state of the cutting machine does not guarantee the machining ability to achieve the desired roughness and quality, so in this study, we will analyze and offer solutions to overcome the current situation of the machine at Vuong Hai company At the same time, we see that the output of Block AAC bricks is now very high and very popular in the market, but the time to produce a batch of bricks is still quite long, so this topic will also study the stages, parameters affecting the manufacturing time From there, propose a plan to reduce the time but still achieve the desired quality

vi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Học viên

Nguyễn Minh Cảm

1.2CÁC LOẠI GẠCH KHÔNG NUNG, ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM 6

1.2.1 Các loại gạch không nung 6

1.2.2 Gạch bê tông khí chưng áp (AAC) 8

1.3NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH GẠCH AAC 11

1.3.1 Phân tích vấn đề tồn đọng của máy cắt 14

1.3.2 Phương án của Máy cắt đứng (Vertical cutting machine) 20

1.3.3 Máy cắt ngang (Horizontal cutting machine) 22

1.3.4 Khái niệm về độ nhám bề mặt 23

1.3.5 Yêu cầu về độ nhám bề mặt của gạch AAC 24

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY ĐỨNG 26

2.1ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT 26

2.2.4 Cam và tay biên 30

2.2.5 Tính toán công suất động cơ 31

2.2.6 Thiết kế bộ phận truyền động rung 33

2.2.7 Kết cấu tay quay con trượt 34

2.2.8 Kết cấu bộ phận căng dây 35

2.2.9 Kết cấu di chuyển lên xuống 36

2.2.10 Kết cấu canh chỉnh dây cắt 37

CHƯƠNG 3 TỐI ƯU THỜI GIAN CHẾ TẠO GẠCH BLOCK AAC 39

3.1LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐO 39

3.1.1 Giới thiệu các phương pháp đo 39

3.1.2 Lựa chọn phương pháp đo phù hợp với vật liệu gạch AAC 46

3.2THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM 48

3.2.1 Thiết kế công cụ đo độ cứng 48

3.2.2 Thiết kế thực nghiệm 51

3.2.3 Thông số thí nghiệm 54

viii

3.2.4 Phân tích thí nghiệm 56

3.2.5 Phương trình hồi quy 60

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

4.1KẾT LUẬN 65

4.2NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Một số loại gạch không nung [1] 5

Hình 1.2 Gạch ống làm từ cốt liệu xi măng và cát [2] 7

Hình 1.3 Các sản phẩm của gạch bê tông khí chưng [3] 9

Hình 1.4 Xử lý nguyên liệu làm gạch không nung [5] 11

Hình 1.5 Hệ thống phối trộn nguyên liệu đã qua xử lý [5] 12

Hình 1.6 Ủ bê tông với nhiệt độ đẩy nhanh phản ứng canxi hydroxit [5] 13

Hình 1.7 Máy cắt gạch không nung [5] 13

Hình 1.8 Gạch không nung định hình được cho vào hấp chưng áp [5] 14

Hình 1.9 Khối gạch được tạo ra từ 2 máy cắt 15

Hình 1.10 Máy cắt gạch thực tế tại công ty Vương Hải 15

Hình 1.11 Đường ray kéo phôi qua máy cắt ngang 16

Hình 1.12 Vẽ mô phỏng đường ray 16

Hình 1.18 Mô hình khung cắt phương án 3 21

Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý 3 – Tay quay con trượt 21

Hình 1.20 Mặt cắt của dây cắt đứng 22

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý 3 – Tay quay cần lắc 22

Hình 1.22 Tiêu chuẩn độ nhám bề mặt [6] 24

Hình 2.1 Sơ đồ trạng thái dây trong quá trình cắt 26

Hình 2.2 Phân tích thành phần lực sinh ra trên dây trong quá trình cắt 27

Hình 2.3 Hình Sơ đồ bố trí dây cắt 28

Hình 2.4 Mô hình tay quay con trượt 31

Hình 2.5 Đồ thị moment theo thời gian 32

Hình 2.6 Tay quay con trượt 34

x

Hình 2.7 Kết cấu bánh lệch tâm 35

Hình 2.8 Lò xo lá 36

Hình 2.9 Kết cấu khung máy cắt đứng 37

Hình 2.10 Sơ đồ đi dây 38

Hình 2.11 Thước chỉnh có rãnh 38

Hình 3.1 Minh họa máy đo độ cứng shore 41

Hình 3.2 Minh họa thang đo độ cứng shore phổ biến, Shore A&D 41

Hình 3.3 Minh họa vật liệu sau thử nghiệm [8] 47

Hình 3.4 Sơ đồ cường độ nén qua các lần đo trong thử nghiệm [8] 47

Hình 3.5 Mô hình mô phỏng thiết bị đo độ cứng theo phương pháp Ball impact test 48

Hình 3.6 Vết lõm trên bề mặt bê tông khi thực hiện thí nghiệm thả bóng rơi 50

Hình 3.7 Quy trình sản xuất gạch AAC 51

Hình 3.8 Mô phỏng máy cắt gạch AAC 52

Hình 3.9 Thiết bị đo độ cứng gạch AAC thành phẩm 53

Hình 3.10 Biểu đồ độ cứng trước khi cắt P 57

Hình 3.11 Độ cứng của gạch AAC C (MPa) 57

Hình 3.12 Biểu đồ Thời gian cắt B (Phút) 58

Hình 3.13 Tỷ lệ phế phẩm D (%) 59

Hình 3.14 Biểu đồ tối ưu thời gian trên Minitab 64

xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thống kê dữ liệu đo đường kính vết lõm d (mm) 54

Bảng 3.2 Thống kê các thông số thí nghiệm 55

Bảng 3.3 Bảng mã hóa 3 thông số 60

Bảng 3.4 Ma trận qui hoạch thực nghiệm X 60

xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AAC Autoclaved Aerated Concrete

ANOVA Analysis of variance

Theo quyết định số 1469/QĐ – TTg ngày 22/08/2014 của Thủ tướng Chính phủ về việc “Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030” đã đưa ra lộ trình sử dụng vật liệu xây dựng không nung thay thế gạch đất sét nung là năm 2010: 10-15%, năm 2015: 20-25%, năm 2020: 30-40% và Bộ Xây dựng chương trình phát triển vật liệu không nung đến năm 2020 Định hướng này là một phần của chương trình và được dựa trên cơ sở kết quả khảo sát, điều tra về tình hình sản xuất sử dụng và nguồn nguyên liệu làm vật liệu xây dựng không nung

Đây là nội dung cơ bản nhất của dự án: “Điều tra, khảo sát, đánh giá tình hình sản xuất và sử dụng vật liệu không nung ở Việt Nam và một số nước trong khu vực để

Khối gạch AAC nhẹ khi so với gạch đỏ, khối gạch AAC nhẹ hơn ba lần Khối gạch AAC đang phát triển nhanh chóng tại Việt Nam Khối gạch AAC có nhiều ưu điểm hơn như đúc sẵn và xây gạch dễ dàng AAC được sản xuất từ các nguyên liệu phổ biến là vôi, cát, xi măng và nước, cùng một lượng nhỏ chất tạo khí Sau khi đó nguyên liệu được trộn và đưa vào khuôn Sau đó, khối gạch AAC sẽ được cắt thành gạch block bằng dây thép Khi cắt khối gạch ACC, bề mặt gạch block phải nhẵn để không cần trát vữa Hơn nữa, độ nhám của bề mặt phải nhỏ hơn 160µm để sơn tường dễ dàng Kích thước khối gạch AAC cũng cần độ chính xác cao để bức tường sẽ thẳng khi xếp các khối gạch AAC chồng lên nhau Vì mục tiêu để tô trát nên xác định được mặt do máy đứng gây ra là quang trọng và cần để cải thiện độ nhám nhất

Khối gạch AAC được tạo ra bằng cách sử dụng dây thép để cắt các khối AAC lớn thành các khối AAC nhỏ Hầu hết chất lượng liên quan đến kích thước và bề mặt của

gạch là do máy cắt tạo nên để tạo được chất lượng tốt hơn thì đề tài này cũng có phân

tích tình trạng của máy và đưa ra phướng án khắc phục, để gạch sau khi cắt có độ nhám cũng như kích thước chính xác hơn

Mặc khác, hiện tại ở quy trình sản xuất gạch block vẫn chưa xác định được thời điểm để tháo khuôn chuyển đến khu vực máy cắt gạch và chưa có phương pháp đo xác

3

định chất lượng gạch đã đạt hay chưa trước khi đưa vào máy cắt Do vậy, mà hiện tại công ty thường sẽ chờ đợi khoảng thời gian dài hơn so với thời gian chuẩn để chắc chắn rằng gạch đã đạt để chuyển đến máy cắt đồng thời cũng là độ cứng chuẩn để cho ra gạch thành phẩm đạt chuẩn Chính vì lí do đó, việc chọn và thực hiện đề tài

“Tối ưu thời gian chế tạo gạch Block AAC” là cần thiết và có ý nghĩa thực tế

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Phân tích tình trạng máy và đưa ra phương án thiết kế để giải quyết vấn đề của máy, tập trung vào máy cắt đứng, để đáp ứng nhu cầu không tô trát

- Tối ưu thời gian chế tạo gạch Block AAC bằng cách xác định thời gan phôi chờ trước khi cắt với phương pháp thử phù hợp (Thử độ cứng):

+ Lựa chọn phương pháp đo độ cứng gạch sau khi đúc, để xác định phương pháp thử nhanh và dễ thực hiện

+ Xác định các thông số ảnh hưởng để quy hoạch thực nghiệm xác định độ cứng gạch đạt trước khi cắt

+ Phân tích đánh giá mối liên hệ giữa các thông số

+ Đưa ra thời gian tối ưu và độ cứng tối ưu từ lúc đúc cho đến thời điểm trước khi cắt

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Máy cắt gạch Bock AAC Gạch bê tông khí chưng áp

Đề tài này chỉ sẽ nghiên cứu 3 thông số để xác định được độ cứng tối ưu của phương pháp thử độ cứng để xác định thời điểm phù hợp để cắt, hay nói cách khác là tối ưu thời gian chờ trước khi cắt:

+ Thời gian cắt

+ Độ cứng của gạch thành phẩm + Tỉ lệ phế phẩm

4

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa: Kế thừa kết quả nghiên cứu của những nhà nghiên cứu trước, tìm ra những điểm cải tiến từ các kết quả nghiên cứu trước để đưa ra cái tối ưu của đề tài

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: tiến hành thực nghiệm một cách chủ động, đánh giá và phân tích mối liên hệ giữa các thông số một cách tương quan và đưa ra thông số tối ưu

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Tìm ra được giá trị độ cứng cần thử bằng phương pháp thử độ cứng trong khoảng thời gian tối ưu, để xác định đúng thời điểm đưa vào máy cắt Mục đích tránh lãng phí thời gian chờ và đồng thời xác định được cái chuẩn để gia công

Đây là loại gạch được khuyến khích sử dụng nhiều nhất và được ưu tiên phát triển Nó đáp ứng rất tốt các tiêu chí về kỹ thuật, kết cấu, môi trường, phương pháp thi công Loại gạch này dễ sử dụng, kết dính bằng vữa thông thường Đặc biệt tiết kiệm được thời gian và tài chính, đơn giản hoá được một số khâu trong quá trình xây dựng Sản phẩm được sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ đến các công trình kiến trúc cao tầng, giá thành phù hợp với từng công trình Hiện nay, gạch không nung đã khẳng định chỗ đứng vững chắc trong các công trình, nó đang dần trở nên phổ biến hơn và phù hợp với chiến lược phát triển vật liệu xây dựng không nung của Chính phủ

Hình 1.1 Một số loại gạch không nung [1]

6

❖ Đặc điểm nổi bật của gạch không nung

Độ cứng cao, bảo ôn, cách nhiệt tốt có thể thay thế hoàn toàn các loại vật liệu cách nhiệt hiện có trên thị trường, phòng hoả, chống thấm, chống nước, kích thước chuẩn xác, quy cách hoàn hảo… nâng cao hiệu quả kiến trúc, giảm thiểu được kết cấu cốt thép, rút ngắn thời gian thi công, tiết kiệm vữa xây, giá thành hạ

Sản phẩm gạch không nung có nhiều chủng loại trên một loại gạch để có thể sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ đến các công trình kiến trúc cao tầng, giá thành phù hợp với từng công trình Có nhiều loại dùng để xây tường, lát nền, kề đê và trang trí

Gạch không nung được sản xuất từ công nghệ, thiết bị tiên tiến của quốc tế, nó có các giả pháp khống chế và sự đảm bảo chất lượng hoàn thiện, quy cách sản phẩm chuẩn xác Có hiệu quả trong xây dựng rõ ràng, phù hợp với các TCVN do bộ xây dựng công bố Nó đã tổng hợp được các tính năng ưu việt, là loại vật liệu xây dựng mới tiết kiệm năng lượng, hiện nay nước ta đang đẩy mạnh mở rộng sử dụng loại vật liệu này

Tuy nhiên gạch không nung có nhược điểm là khả năng chịu lực theo phương ngang yếu, không linh hoạt khi thiết kế kiến trúc với nhiều góc cạnh, không có khả năng chống thấm tốt, dễ gây nứt tường do co giãn nhiệt Tuy nhiên những nhược điểm này đang dần được khắc phục

1.2 Các loại gạch không nung, ưu và nhược điểm

1.2.1 Các loại gạch không nung

1.2.1.1 Gạch xi măng cốt liệu

Gạch không nung xi măng cốt liệu, còn được gọi là gạch block được tạo thành từ xi măng và nhiều cốt liệu tạo nên: Mạt đá, cát vàng, cát đen, xỉ nhiệt điện, phế thải công nghiệp, đất, Loại gạch này được sản xuất và sử dụng nhiều nhất trong các loại gạch không nung Các công trình loại gạch không nung này chiếm tỉ trọng lớn nhất, gạch có cường độ chịu lực tốt (trên 80kg/cm2), tỉ trọng lớn (thường trên 1900kg/m3),

7

những loại kết cấu lỗ thì có khối lượng thể tích nhỏ hơn (dưới 1800kg/m3) Loại gạch này có tỉ trọng lớn, tiêu phí nhiều nguyên vật liệu để sản xuất nên hiện ít dùng

1.2.1.2 Gạch ống làm từ cốt liệu xi măng và cát

Kích thước gạch ống xây truyền thống cường độ chịu lực từ 35 kg/cm2 đến 50 kg/cm2, trọng lượng viên gạch là 1.5 kg so với gạch nung là 1 kg, gạch sử dụng công trình bình thường Loại này khi sản xuất thường kết hợp rung động để tăng cơ tính, giảm khối lượng Tuy nhiên gạch này thường có bề mặt xấu, phải tốn nhiều vữa để trám trét

Hình 1.2 Gạch ống làm từ cốt liệu xi măng và cát [2]

1.2.1.3 Gạch Papanh sản xuất từ phế thải công nghiệp

Xỉ than, vôi bột được sử dụng lâu đời ở nước ta, gạch có cường độ thấp từ 30 – 50 kg/cm2 dùng cho các loại tường ít chịu lực

1.2.1.4 Gạch không nung tự nhiên

Gạch không nung tự nhiên từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá Bazan Loại gạch này chủ yếu sử dụng ở các vùng có nguồn Puzolan tự nhiên

8

1.2.1.5 Gạch bê tông nhẹ - AAC

Gạch không nung bê tông nhẹ có hai loại cơ bản: a Gạch bê tông nhẹ bọt

b Gạch bê tông nhẹ khí chưng áp

Bê tông khí chưng áp (Autoclaved Aerated Concrete – AAC) được phát minh bởi Kiến Trúc sư người Thụy Điển Johan Ericksson vào những năm 1920 Gạch AAC là vật liệu không nung siêu nhẹ, được sản xuất từ các vật liệu vô cơ phổ biến như cát, vôi, xi măng, nước và chất tạo khí dưới áp suất và nhiệt độ cao Ngày nay, gạch bê tông khí chưng áp AAC là vật liệu xây dựng phổ biến được sản xuất và sử dụng rộng rãi trên thế giới Tại nhiều quốc gia, gạch AAC chiếm tới trên 70% tổng khối lượng gạch sử dụng trong xây dựng

Tại Việt Nam, trong những năm qua, việc áp dụng gạch AAC trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp ngày càng phổ biến và được Chính phủ rất khuyến khích thông qua việc ban hành nhiều quy định và thông tư có liên quan

Kích thước thành phẩm lớn và chính xác (200mm x 200mm x 500mm) giúp rút ngắn thời gian thi công và kể cả thời gian hoàn thiện

1.2.1.6 Gạch đất hoá đá

Gạch đất hoá đá đây là loại gạch sử dụng đất sét cát trộn thêm phụ gia đông rắn đất

như Polymer Permazine thường sử dụng trong ngành cầu đường

1.2.2 Gạch bê tông khí chưng áp (AAC)

Trong các loại gạch không nung kể trên, loại gạch AAC có chất lượng bề mặt khá tốt, không cần phải tô bề mặt, giúp giảm giá thành xây dựng Gạch AAC có trọng lượng khá nhẹ do cấu tạo bằng những lỗ xốp trong quá trình chế tạo nên giá thành tương đối chấp nhận được [2]

1.2.2.1 Khái niệm Gạch bê tông khí chưng áp (AAC)

Trong các loại gạch không nung kể trên, loại gạch AAC có chất lượng bề mặt khá tốt, không cần phải tô trát bề mặt, giúp giảm giá thành xây dựng Gạch AAC có

Sản phẩm gạch bê tông khí chưng AAC được kĩ sư và kiến trúc sư người Thụy Điển phát minh ra vào năm 1924 nhằm để phục vụ nhu cầu xây các đồn bốt trong quân sự Thành phần của gạch AAC bao gồm cát thạch anh, thạch cao nung, vôi, xi măng, nước và bột nhôm, sản phẩm sau cùng sẽ được xử lý dưới nhiệt độ và áp suất thích hợp trong nồi chưng áp

Các sản phẩm từ gạch AAC bao gồm gạch bê tông, panel tường, panel sàn, panel mái chống thấm, dầm lanh tô,…Gạch bê tông khí chưng áp được sử dụng nhiều trong vật liệu bê tông cách nhiệt cho cả kết cấu trong nhà và ngoài nhà Bên cạnh khả năng cách nhiệt tốt, gạch AAC còn có ưu điểm nữa là chế tạo nhanh, dễ lắp đặt cho vật liệu, dễ dàng cắt, đục, khoan

Hình 1.3 Các sản phẩm của gạch bê tông khí chưng [3]

10

1.2.2.2 Ưu điểm của gạch bê tông khí chưng (AAC)

Trọng lượng nhẹ: Gạch bê tông khí chưng áp có tỷ trọng khô chỉ bằng ¼ trọng lượng bê tông thường và bằng 1/2 – 1/3 trọng lượng gạch đất sét nung Vì thế, khi sử dụng loại gạch này sẽ giúp tiết kiệm chi phí trong quá trình vận chuyển và xây dựng, đặc biệt là phần nền móng Ngoài ra còn giúp việc lắp ráp được dễ dàng và nhanh chóng hơn Việc cưa cắt, đóng đinh hay gia công cũng đơn giản hơn các loại gạch khác trên thị trường

Chống cháy, đảm bảo sự thông thoáng tối đa: gạch AAC được làm từ loại vật liệu vô cơ và có khả năng chống cháy khá cao Bên cạnh đó vì tỷ trọng nhẹ, cho phép khuếch tán hơi nước, giảm độ ẩm trong tòa nhà bằng cách hấp thu và giải phóng hơi ẩm tự động Đảm bảo sự thông thoáng tối đa trong quá trình xây dựng

Độ chính xác cao: được sản xuất trên dây chuyền khép kín công nghệ cao, gạch AAC

được sản xuất đúng kích thước, giúp giảm bớt công việc cắt xén cũng như giảm lượng vật liệu hoàn thiện bề mặt

Không độc hại với môi trường: là loại vật liệu trơ hoàn toàn nên đảm bảo không độc

hại, sản xuất từ các nguyên liệu tự nhiên và không nung, an toàn trong quá trình sử dụng Tùy theo điều kiện của từng vùng, có thể tận dụng các loại phế thải công nghiệp khác nhau để tạo ra gạch AAC

Tính bảo ôn cách nhiệt cao: hệ số dẫn nhiệt khoảng 0.11 -> 0.22W/mK, bằng 1/4 đến 1/5 hệ số dẫn nhiệt gạch nung, tương đương 1/6 hệ số dẫn nhiệt của gạch bê tông thông thường Vì thế khi sử dụng sản phẩm gạch bê tông khí chưng áp sẽ giảm tới 40% chi phí điện năng tiêu thụ cho điều hòa

Khả năng cách âm tốt: với khả năng cách âm tốt gấp 2 lần so với loại gạch xây thông thường nhờ kết cấu nhiều lỗ khí phân bổ đều đặn với mật độ cao trong mỗi viên gạch

Độ cách âm từ 40db –> 47db trong khi gạch xây thông thường từ 20db –> 28db

Có khả năng chịu chấn động tốt: vì trọng lượng của gạch bê tông khí chưng áp thấp nên trọng lực đặt lên mặt đất sẽ thấp Với kết cấu thể xốp, nên gạch bê tông khí chưng

11

áp có khả năng hấp thụ xung lực rất tốt, khả năng chịu động đất tốt hơn hẳn các loại gạch xây thông thường [4]

1.3 Nguyên lý hình thành gạch AAC

Bước 1: Xử lý nguyên liệu sản xuất gạch không nung

Cát vàng, cát đen, đá vụn, vôi được đưa qua máy nghiền thành hạt nhỏ để đảm bảo độ mịn, đây là lý do tạo nên bề mặt mịn của gạch không nung bê tông khí chứng áp (khi xây không cần trát tường có thể sơn hoặc bả luôn)

Trong quá trình nghiền cát được nghiền chung với nước rồi dẫn vào bồn, tiếp theo xi măng bột được cho vào bồn chứa xi măng riêng, vôi thạch cao được nghiền thành bột chứa trong thùng riêng Gạch bê tông khí chưng áp sử dụng bột nhôm để tạo bọt khí

Hình 1.4 Xử lý nguyên liệu làm gạch không nung [5] Bước 2: Trộn nguyên liệu sau khi xử lý

Tất cả các nguyên liêu đã qua xử lý làm tinh mịn sẽ đưa qua hệ thống trộn theo các bước hoàn toàn tự động với tỉ lệ chính xác, trong quá trình trộn nhôm sẽ phản ứng với vôi tạo thành hỗn hợp khí Quá trình trộn giúp hỗn hợp nguyên liệu và bọt khí được trộn đều xếp dạng tổ ong tăng kết cấu chịu lực

13

Hình 1.6 Ủ bê tông với nhiệt độ đẩy nhanh phản ứng canxi hydroxit [5]

Bước 4: Quá trình cắt gạch theo yêu cầu

Qua quá trình lưu hóa hỗn hợp tạo gạch bê tông khí chưng áp đã định hình hình dáng kết cấu bên trong lẫn ngoài đạt độ kết dính tiêu chuẩn phôi gạch không nung được đưa qua máy cắt, tùy theo đơn đặt hàng hay loại gạch cần sẽ cắt theo kích thước đó Trong quá trình cắt sẽ có phần gạch thừa ra không sử dụng sẽ được dây chuyền chuyển về công đoạn đánh nhuyễn và bơm ngược lại vào khuôn tiết kiệm tối đa nguyên liệu

Hình 1.7 Máy cắt gạch không nung [5]

14 Bước 5: Gạch không nung được hấp chưng áp

Hình 1.8 Gạch không nung định hình được cho vào hấp chưng áp [5]

Qua quá trình cắt thành kích thước yêu cầu phôi gạch bê tông khí chưng áp được đưa vào buồng hấp với áp suất cao 1,3MPA và nhiệt độ 200oC liên tục trong 12 giờ Quá trình quan trọng này là sự khác biệt rõ nét của gạch không nung bê tông khí chưng áp và bê tông bọt, dưới áp suất và nhiệt độ cao diễn ra quá trình kết tinh ép buộc nước rút hết khỏi viên gạch tạo thành kết cấu tổ ong tinh thể gia tăng độ cứng cho viên gạch và đảm bảo chất lượng viên gạch ổn định không thay đổi

Kết cấu tổ ong của gạch không nung bê tông khí chưng áp giúp trọng lượng viên gạch giảm (không khí chiếm 80%) làm nên hiệu quả tuyệt vời của nó trong cách âm, cách

nhiệt, chống cháy và trọng lượng siêu nhẹ (gạch siêu nhẹ)

Các loại thiết bị cắt gạch AAC trên thế giới hiện nay

1.3.1 Phân tích vấn đề tồn đọng của máy cắt

Ta biết rằng khối gạch sau khi đúc sẽ được đưa qua máy cắt ngang để cắt thành cát lát ngang, xong rồi chuyển qua máy cắt đứng để được khối hình hộp chữ nhật Nhận

16

Khung cắt của máy cắt ngang đứng yên Khối gạch được kéo qua khung cắt bằng đường ray Đây là một hệ cắt khá là cơ bản, chính vì vậy nó còn nhiều vấn đề tồn đọng

Vấn đề 1:

Hình 1.11 Đường ray kéo phôi qua máy cắt ngang

Hình 1.12 Vẽ mô phỏng đường ray

Khi sử dụng đường ray kéo thì xảy ra tình rạng biên dạng cắt không thẳng, nó sẽ lượng theo độ nhấp nhô của đường ray

17 Vấn đề 2:

18

Dây cắt được gắng ngang qua khung cắt, tuy nhiên các rãnh gắn dây trên 2 trục này không đồng phẳng nhau Chính vì vậy dây cắt có thể bị nghiêng, dẫn đến đừng cắt có thể bị nghiêng

Kết luận: Các vấn đề này chủ yếu được gây ra bởi nguyên lý khung cắt đứng yên và phôi chuyển động

1.3.1.2 Vấn đề máy cắt đứng

Hình 1.15 Máy cắt đứng thực tế

19

Hình 1.16 Lực căng dây không đều

Máy cắt đứng sử dụng 1 khung cắt để cắt, với cở cấu khung cắt nâng hạ lên xuống Tại vị trí cắt Dây cắt được truyền động 1 phía còn 1 phía cố định, chính vị vậy gây ra lực căng dây 2 đầu không đều nên làm cho dây cắt dễ bị đứt, bị biến dạng, làm cho bề mặt gạch không đảm bảo độ nhám

Hình 1.17 Độ nhám bề mặt gạch còn khá thô

20

1.3.2 Phương án của Máy cắt đứng (Vertical cutting machine)

Nguyên lý hoạt động: Cắt phôi bằng hai chuyện động tịnh tiến lên xuống và chuyển động rung theo cơ cấu cam Khung cắt có độ ổn định và độ cứng vững cao

❖ Ưu điểm:

- Tận dụng không gian bố trí và hệ thống cũ phù hợp

- Chất lượng bề mặt tạo thành tốt do việc rung 2 bên, moment sinh ra do việc rung có chiều ngược nhau nên khử lẫn nhau Do đó, đảm bảo độ ổn định khi cắt

- Kết cấu đơn giản

- Dễ dàng thay đổi kích thước viên gạch với thanh căn chỉnh nhiều vạch và có - khoảng chia nhỏ

- Hệ số MRR thấp dẫn đến lực cắt nhỏ Do đó, phôi ổn định không bị rung trong quá trình cắt, tránh được hiện tượng nứt khi cắt

21

Hình 1.18 Mô hình khung cắt phương án 3

Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý 3 – Tay quay con trượt

22

Hình 1.20 Mặt cắt của dây cắt đứng

1.3.3 Máy cắt ngang (Horizontal cutting machine)

Nguyên lý hoạt động: Cắt phôi gạch bằng hai chuyển động là chuyển động tịnh tiến của khung cắt tiến vào phôi và chuyển động lắc của dây cắt để làm giảm ma sát trong quá trình cắt Trong phương án này phôi được đưa vào vị trí cắt bằng đế mang phôi và được kéo bằng cáp và pulley dẫn hướng Khi vào đến vị trí cắt thì phôi hoàn toàn đứng yên cho đến khi quá trình cắt kết thúc

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý 3 – Tay quay cần lắc

23 ❖ Ưu điểm:

- Khung cắt chuyển động tịnh tiến nhờ xích kéo và được dẫn hướng bằng thanh trượt vuông nên sai lệch theo phương ngang và phương đứng của chuyển động rất thấp Đặc biệt là khắc phục được tình trạng vật liệu sau khi cắt bám vào đường ray ở phương án 1 làm cho chuyển động khi cắt của phôi bị nhấp nhô dẫn đến sai lệch kích thước vì phương án này đường dẫn được bố trí ở phía trên

- Chuyển động lắc của dây cắt trong quá trình cắt giúp giảm ma sát giữa dây cắt và phôi dẫn đến tăng tuổi thọ của dây cắt

- Cắt theo hệ từng khung cắt và mỗi khung cắt mang hai dây cắt nên đảm bảo dung sai theo yêu cầu khách hàng Nhật 1mm

- Tận dụng được không gian có sẵn của nhà máy và quy trình cũ ❖ Nhược điểm:

- Do cắt theo hệ từng khung cắt nên thời gian hoàn thành một phôi gạch rất chậm dẫn đến năng suất thấp

- Bố trí phức tạp do gồm hệ nhiều khung cắt di chuyển tuần tự - Sử dụng nhiều motor do không gian bố trí rất hạn chế

Công ty Vương Hải (V-Block) tại Đồng Nai đã có kế hoạch thực hiện cải tiến dây chuyền sản xuất gạch bê tông khí chưng áp AAC Bước đầu công ty đang tập trung cải tiến công đoạn cắt, đặc biệt là máy cắt đứng Vì máy cắt đứng đóng vai trò hết sức quan trọng đến chất lượng gạch AAC Vì vậy, trong nghiên cứu này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu máy cắt đứng để đáp ứng nhu cầu công ty đã đặt ra

1.3.4 Khái niệm về độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt hay còn được gọi là độ bóng bề mặt Sau khi gia công, hầu hết bề mặt chi tiết nhìn có vẻ sáng bóng nhưng thực chất lại công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà vẫn có những mấp mô

24

Hình 1.22 Tiêu chuẩn độ nhám bề mặt [6]

1.3.5 Yêu cầu về độ nhám bề mặt của gạch AAC

Hiện nay Tiêu chuẩn Việt Nam cho gạch block bê tông nhẹ TCXDVN 316: 2004: Block bê tông nhẹ [7]:

- Sai lệch kích thước

+ Chiều dài: (l): ± 4 mm + Chiều rộng (b): ± 3 mm + Chiều cao (h): ± 3 mm - Khuyết tật hình dạng

- Mác theo khối lượng thể tích khô - Mác theo cường độ nén

- Mác theo khối lượng thể tích khô phải phù hợp tương ứng với mác theo cường độ nén

Tuy nhiên, tiêu chuẩn chưa có quy định cụ thể về độ nhám bề mặt vì khi gạch AAC sau khi xây xong còn qua công tác trát vữa

Công ty Vương Hải (V-Block) tại Đồng Nai đang định hướng sản xuất gạch AAC với mục đích sau khi xây gạch xong thì có thể thực hiện công tác sơn bề mặt mà

25

không cần qua công tác trát vữa Trước yêu cầu đó, cộng với yêu cầu của các hãng sơn nước như Jotun về chuẩn bị bề mặt trước khi trát matit cần có độ nhám bề mặt không được quá 160 µm Từ đó công ty Vương Hải đã đặt ra yêu cầu về bề mặt gạch bê tông nhẹ của công ty là không cần tô trát để cung cấp ra thị trường đảm bảo độ nhám bề mặt thấp hơn 160 µm

Với yêu cầu trên, nhiệm vụ đặt ra cho thiết bị cắt gạch AAC là bề mặt gạch sau thành phẩm phải đạt độ nhấp nhô thấp hơn 160 µm Độ nhám để không phải tô trát này gây

ra trực tiếp bơi máy cắt đứng Vì vậy trong nghiên cứu này sẽ tập trung đưa ra

giải pháp cũng như thiết kế cho máy cắt đứng

26

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY ĐỨNG

2.1 Đặc điểm kết cấu và yêu cầu kỹ thuật

2.1.1 Đặc điểm kết cấu

- Đảm bảo độ cứng vững cũng như tính ổn định trong quá trình hoạt động - Kết cấu phải đơn giản cho quá trình thay đổi kích thước của dây cắt - Dễ dàng bảo trì

- Dễ vận hành

- An toàn cho người sử dụng

- Kích thước khối gạch 4000 x 600 x 1000 (mm)

2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật

- Viên gạch đạt kích thước cho phép trong xây dựng : ± 1mm

- Chất lượng bề mặt viên gạch tốt theo các tiêu chí sau: Không để lại vết cắt, cũng như bề mặt viên gạch không bị vỡ, nứt, đặc biệt là phần gốc, cạnh của viên gạch - Năng suất cắt 5 (phút/lần)

2.2 Tính toán động lực học

2.2.1 Lực căng dây

Hình 2.1 Sơ đồ trạng thái dây trong quá trình cắt

27 Lực căng dây cần thiết tính theo công thức:

- Do đó, lực căng tối đa mà khung cắt phải chịu là:

Ta thấy, ứng suất tối đa của khung cắt là 218,5MPa < [ ]=250MPa thỏa mãn điều kiện bền của vật liệu