Luận văn thạc sĩ Công nghệ vật liệu: Nghiên cứu chế tạo tấm Fibro xi măng sử dụng bột giấy Kraft thay thế sợi Amiang

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Chương 1 : tổng quan tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu tấm lợp Fibro xi măng không sử dụng sợi Amiang và tiềm năng thay thế của bột giấy Kraft.. TÓM TẮT Vật l

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGUYỄN THÀNH LỢI MSHV : 09190665 Ngày, tháng, năm sinh : 09/09/1986 Nơi sinh : Cần Thơ Chuyên ngành : VẬT LIỆU & CÔNG NGHỆ VLXD Mã số :60.58.80

1 TÊN ĐỀ TÀI : “Nghiên cứu chế tạo tấm Fibro xi măng sử dụng bột giấy Kraft thay thế sợi Amiang”

2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

Chương 1 : tổng quan tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu tấm lợp Fibro xi măng

không sử dụng sợi Amiang và tiềm năng thay thế của bột giấy Kraft

Chương 2 : Nghiên cứu cơ sở khoa học của vật liệu từ bột giấy Kraft và hỗn hợp chất

kết dính từ xi măng và phụ gia silicafume

Chương 3 : Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của hỗn hợp nguyên vật liệu nghiên

cứu

Chương 4 : Nghiên cứu và thực nghiệm các tính chất cơ lý từ tỉ lệ nguyên vật liệu tối

ưu cùng sự ảnh hưởng của các nguyên vật liệu thành phần đến các tính chất đặc trưng của vật liệu

Chương 5 : Nghiên cứu quy trình sản xuất thực tế sản phẩm tấm lợp

Kết luận và kiến nghị

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Tháng 06 năm 2011

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Tháng 06 năm 2012

5 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Tp HCM, ngày tháng năm 20

PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

trường đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đối với tôi là một giai đoạn quan trọng của mình trong cuộc sống cũng như trong sự nghiệp Đồng hành với những cố gắng và nỗ lực của bản thân là những sự giúp đỡ tận tình và sự chỉ bảo vô cùng quý giá của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè, đồng nghiệp

Xin được bày tỏ sự trân trọng và biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Chánh - giảng viên hướng dẫn chính của luận văn, người đã dành thời gian và tâm huyết truyền đạt kiến thức chuyên môn để luận văn được hoàn thành một cách trọn vẹn

Xin được cám ơn Thầy Ths Kim Huy Hoàng – giảng viên hướng dẫn thứ hai của luận văn vì sự hỗ trợ, quan tâm và ủng hộ của Thầy

Xin gửi lời cảm ơn sự hợp tác và giúp đỡ của các phòng thí nghiệm chuyên ngành trong quá trình thực hiện luận văn : phòng thí nghiệm Vật Liệu Xây Dựng - Trường Đại Học Bách Khoa, phòng thí nghiệm chuyên sâu - Trường Đại Học Cần Thơ và phòng thí nghiệm công trình của công ty kiểm định Sài Gòn Cũng xin bày tỏ sự biết ơn sự hỗ trỡ của nhà máy tấm lợp Motilen Cần Thơ trong quá trình nghiên cứu, theo dõi và thí nghiệm

Một lần nữa, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn trân trọng dành cho quý Thầy Cô, anh chị, bạn bè cùng gia đình Xin được cám ơn vì đã tạo niềm tin và hỗ trợ nhiệt tình trong suốt một thời gian dài thực hiện luận văn

Trân Trọng,

Cần Thơ, ngày 30 tháng 06 năm 2012

nghiên cứu thực hành trên cơ sở nguyên vật liệu địa phương khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và thành phố Cần Thơ Các số liệu và những kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả luận văn

Nguyễn Thành Lợi

TÓM TẮT

Vật liệu lợp làm từ hỗn hợp sợi bột giấy Kraft - Amiang, kết hợp với xi măng, phụ gia hoạt tính được nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết gia cường và ổn định thành phần cấu tạo nhằm đạt được những mục tiêu cơ lý Quá trình nghiên cứu thực nghiệm của luận văn dựa trên hai phương pháp nghiên cứu chủ yếu : phương pháp nghiên cứu tính chất cơ lý trong phong thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu thực tế sản xuất nhằm xác định và chứng minh các tính chất của nguyên liệu và các đặc trưng kỹ thuật của vật liệu

Thí nghiệm tiến hành trên các mẫu thử được chế tạo với các tỉ lệ bột giấy, Amiang, phụ gia hoạt tính Silica fume khác nhau để đi đến kết luận về khả năng ứng dụng của hệ vật liệu Trong phạm vi của luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu thay thế một phần Amiang bằng bột giấy Kraft và sự ảnh hưởng của hàm lượng các nguyên liệu thành phần đến các tính chất cơ lý của vật liệu như là : cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn, hệ số thấm …v.v trong điều kiện dưỡng hộ như nhau Mẫu thử được tạo hình theo phương pháp xác định cường độ uốn và nén của mẫu vữa xi măng và dưỡng hộ trong điều kiện phòng thí nghiệm Bên cạnh đó, các thí nghiệm trên một số cấp phối đạt yêu cầu kỹ thuật nhằm xác định các thông số thiết kế của vật liệu như : tải trọng uốn gãy, thời gian xuyên nước cũng được tiến hành

Từ kết quả thí nghiệm, tác giả đi đến kết luận khả năng làm thay đổi cường độ và độ đặc chắc vật liệu của phu gia silica fume đồng thời nhận thấy cấp phối sử dụng 7 % bột giấy Kraft, 6% silica fume và 6% Amiang có những đặc trưng về cường độ và khả năng sản xuất cao, hạn chế được một phần sợi Amiang so với quy trình sản xuất tấm lợp trước đây

ABSTRACT

Roof construction material made from a mixture of Kraft pulp – Amiang fibers, combined with cement and siliceous active admixtures was studied based on the theory of component reinforcement and stabilization Empirical process of this thesis is based on two main research methods : research method of physical properties in the laboratory and production method to identify and prove properties of materials and technical characteristics of material

Experiments conducted on samples made with the percentage of Kraft pulp , Amiang, with cement and silica fume admixtures different to come to the conclusion about the applicability of materials In this thesis, the author focus on research to replace a part of Amiang materials by Kraft pulp and the effects of ingredients to the mechanical properties of material such as compressive strength, flexural strength and water resistance factor …etc, in the same curing conditions The sample is formed by the method of determination compressive strength, flexural strength of cement mortar and curing improvements in the conditions of the laboratory In addition, experiments on satisfactory mixture in other to determinate the design parameters of materials sich as tensile load, water penetration time were also conducted

From the experimental results, the authors concluded the ability to change strength and stabilization materials of silica fume admixtures also found that the mixture use 7% Kraft pulp, 6% silica fume and 6% Amiang fiber show high durability and high produced ability, moreover, reduced a part of Amiang fibers than last time

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Cấp phối mẫu thí nghiệm trang 7 Bảng 1.2 Cấp phối thử nghiệm trang 13 Bảng 1.3 Kết quả thử tấm phẳng trang 14 Bảng 1.4 Kết quả thử tấm sóng trang 14Bảng 1.5 Tính chất một số bản mỏng cốt sợi .trang 15 Bảng 2.1 Cường độ của xi măng theo TCXD 167-1989 trang 21 Bảng 2.2 Tính chất của xi măng theo TCXD 167-1989 trang 21 Bảng 2.3 Thành phần khoáng của xi măng theo TCXD 167-1989 trang 22 Bảng 2.4 Bảng liệt kê các thành phần của một số loại bột giấy .trang 25 Bảng 2.5 Bảng phân tích tính chất một số loại bột giấy với độ nghiền khác nhau trang 27 Bảng 2.6 Tính chất cơ lý của Silica fume trang 34 bảng 2.7 Thành phần hóa học của Silica fume .trang 36 Bảng 2.8 Phân loại Amiang theo chiều dài sợi trang 39 bảng 2.9 So sánh cường độ chịu kéo của một số loại sợi trang 39 Bảng 3.1 Các chỉ tiêu thí nghiệm của vữa xi măng PCB40 trang 47 Bảng 3.2 Phân loại Amiang theo chiều dài sợi trang 48 Bảng 3.3 Các chỉ tiêu cơ lý của Silica fume SF100 trang 49 Bảng 3.4 Các chỉ tiêu hóa học của Silica fume SF100 trang 50 Bảng 3.5 Các thông số cho bài toán thực nghiệm trang 53 Bảng 3.6 Các mức quy hoạch trang 54 Bảng 3.7 Các thông số mã hóa trang 55 Bảng 3.8 Thành phần nguyên liệu thực trong 1000 g CKD trang 56 Bảng 3.9 Kết quả thử nghiệm trang 57 Bảng 3.10 Kết quả tối ưu hóa các thành phần nguyên liệu trang 58 Bảng 3.11 Kết quả thử nghiệm PH trang 58 Bảng 3.12 Kết quả thử nghiệm độ hút nước trang 59

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm thay đổi hàm lượng bột giấy trang 63 Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm thay đổi hàm lượng Amiang trang 68 Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm thay đổi hàm lượng phụ gia Silica fume trang 71 Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm thay đổi hình thức dưỡng hộ trang 75

Bảng 4.5 Bảng số liệu thành phần nguyên liệu chế tạo thực tế trang 78

Bảng 4.6 Bảng thống kê kết quả thí nghiệm sau 28 ngày trang 80

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Kết quả SEM của mẫu K2A1L10 trang 10 Hình 1.2 Thử nghiệm cơ lý bằng máy đa năng Instron trang 13 Hình 2.1 Cấu trúc xenlulô trang 23 Hình 2.2 Cấu trúc của Lignin trang 24 Hình 2.3 Chỉ tiêu độ bền xé của các loại bột khác nhau .trang 28 Hình 2.4 Độ trương nở của một số loại bột giấy trang 29 Hình 2.5 Phản ứng thủy phân tạo Glucose trong mơi trường axit trang 30 Hình 2.6 Phản ứng oxy hóa trang 30 Hình 2.7 Phản ứng thủy phân cấu trúc cacbonyl  glucoxy trang 31 Hình 2.8 Quá trình tách chuỗi mạch trang 31 Hình 2.9 Quá trình thủy phân lignin trang 32 Hình 2.10 Quá trình ngưng tụ lignin trang 32 Hình 2.11 Quá trình hình thành Silica fume trang 33 Hình 2.12 Cấu trúc của Silica fume trang 35Hình 2.13 Chuỗi phản ứng mơ tả quá trình phản ứng tạo khống C-S-H trang 37Hình 3.1 Cánh trộn dung trong thí nghiệm trang 51 Hình 3.2 Mẫu vừa lấy ra từ khuơn trang 52 Hình 3.3 Mẫu đang dưỡng hỗ ẩm trang 52

Hình 3.4 Cấu trúc của cấp phối tối ưu a trang 60 Hình 3.5 Cấu trúc của cấp phối tối ưu b trang 61 Hình 3.6 Cấu trúc của cấp phối tối ưu c trang 61 Hình 4.1 Kết quả chụp SEM mẫu 12% bột kraft trang 66 Hình 4.2 Kết quả chụp mẫu SEM 12% bột kraft trang 67 Hình 4.3 Kết quả chụp mẫu SEM 10% Amiang trang 70 Hình 4.4 Kết quả chụp mẫu SEM mẫu không phụ gia trang 73 Hình 4.5 Kết quả chụp mẫu SEM 10% phụ gia trang 73 Hình 4.6 Kết quả chụp mẫu SEM 10% phụ gia phóng đại 7500 trang 74 Hình 4.7 Kết quả chụp mẫu SEM dưỡng hộ 10% phụ gia trang 76 Hình 4.8 Kết quả chụp mẫu TĐ trang 82 Hình 4.9 Kết quả chụp mẫu NS 2 trang 82 Hình 5.1 Bồn trộn hồ liệu trang 87 Hình 5.2 Bồn trộn ướt trang 88 Hình 5.3 Bể xeo trang 88 Hình 5.4 Tang xeo tạo tấm trang 89

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1.1 Kết quả uốn mẫu với 2% Kraft .trang 8 Biểu đồ 1.2 Kết quả uốn mẫu với 4% Kraft trang 8 Biểu đồ 1.3 Kết quả uốn mẫu với 6% Kraft trang 9 Biểu đồ 1.4 So sánh tương quan cường độ và hàm lượng trang 9 Biểu đồ 2.1 Quan hệ giữa hệ số thấm nước và các loại phụ gia khác nhau trang 35 Biểu đồ 2.2 Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng của dầm CFRC trang 42 Biểu đồ 2.3 Biểu đồ quan hệ lực – độ võng khi hàm lượng sợi thay đổi trang 45 Biểu đồ 2.4 Sự phân bố ứng suất trong vật liệu trang 45

Biểu đồ 4.1 Kết quả thí nghiệm thay đổi hàm lượng bột giấy trang 64 Biểu đồ 4.2 Kết quả khảo sát cường độ khi thay đổi hàm lượng bột giấy .trang 65 Biểu đồ 4.3 Kết quả thí nghiệm thay đổi hàm lượng Amiang trang 68 Biểu đồ 4.4 Kết quả khảo sát cường độ khi thay đổi hàm lượng Amiang trang 69 Biểu đồ 4.5 Kết quả thí nghiệm thay đổi hàm lượng phụ gia trang 71 Biểu đồ 4.6 Kết quả khảo sát sự thay đổi hàm lượng phụ gia trang 72 Biểu đồ 4.7 Kết quả thí nghiệm thay đổi cách thức dưỡng hộ trang 75 Biểu đồ 4.8 Thành phần cấp phối thực tế trang 80 Biểu đồ 4.9 So sánh cường độ chịu uốn gãy trang 81 Biểu đồ 4.10 So sánh khối lượng thể tích trang 81 Biểu đồ 5.1 Sơ đồ biểu diễn quy trình sản xuất trang 86

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT

TCVN :Tiêu chuẩn Việt Nam SEM : Kính hiển vi điện tử quét ( Scaning ElectionMicroscope)

C : Bột giấy Kraft S : Phụ gia Silica fume A : Sợi Amiang

PVA : Sợi polyvinyl alcohol

PVA-C : Tấm lợp PVA-Cement CTMP : Bột hóa nhiệt cơ , hiệu suất nấu >90% TMP : Bột nhiệt cơ, hiệu suất nấu 97.5% CFRC : Coir fiber reinforced concrete

THAY THẾ AMIANG trang 07 I.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới trang 07 I.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước trang 11 I.2.2.1 Chế tạo tấm lợp AC không cần sử dụng Amiang trang 11 I.2.2.2 Sử dụng kết hợp phụ gia trong sản xuất tấm sóng trang 13 I.3 KẾT LUẬN trang 15 I.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI trang 16 I.4.1 Mục tiêu của đề tài trang 16 I.4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài trang 17

I.4.3 Nhiệm vụ của đề tài trang 17 I.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU trang 17 I.5.1 Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm thực nghiệm trang 18 I.5.2 Các tính chất cơ lý của vật liệu dùng để nghiên cứu và tiêu chuẩn liên quan trang 18

CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC trang 19

II.1 MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG SỢI TRONG HỆ VẬT LIỆU trang 19 II.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỆ NGUYÊN LIỆU trang 20 II.2.1 Xi măng trang 20 II.2.2 Bột giấy Kraft trang 22 II.2.2.1 Cấu trúc và thành phần hóa học của bột giấy Kraft trang 22 II.2.2.2 Các tính chất cơ bản của bột giấy Kraft trang 25 II.2.2.3 Các phản ứng của sợi trong môi trường kềm của xi măng trang 30 II.2.3 Phụ gia silica fume (S) trang 33 II.2.3.1 Tính chất cơ lý của Silica fume trang 33 II.2.3.2 Cấu trúc của Silica fume trang 34 II.2.3.3 Thành phần hóa học của Silica fume trang 36 II.2.4 Sợi Amiang trang 38 II.3 ẢNH HƯỞNG CÁC TÍNH CHẤT CỦA SỢI LÊN VẬT LIỆU trang 39 II.3.1 Ảnh hưởng của chiều dài và hàm lượng sợi đến Ru của vật liệu trang 39 II.3.2 Ảnh hưởng của sự phân bố sợi đến cường độ chịu uốn của vật liệu trang 40 II.4 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA SỢI VÀ NỀN trang 41 II.4.1 Cơ chế gắn kết giữa sợi và nền trang 41 II.4.2 Độ bền của sợi trong môi trường kềm của xi măng trang 44 II.4.3 Sự làm việc của vật liệu xi măng và sợi khi chịu uốn trang 44

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU trang 47

III.1 XI MĂNG trang 47

III.2 SỢI AMIANG trang 48 III.3 BỘT GIẤY KRAFT trang 48 III.4 PHỤ GIA SILICA FUME (S) trang 49 III.4.1 Tính chất cơ lý trang 49 III.4.2 Thành phần hạt trang 49 III.4.3 Thành phần hóa học trang 49 III.5 CƠ SỞ LỰA CHỌN CẤP PHỐI THÍ NGHIỆM trang 50 III.5.1 Phương pháp chế tạo mẫu trang 50 III.5.2 Tính toán cấp phối tối ưu theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm trang 53 III.5.3 Tính chất cơ lý của cấp phối tối ưu trang 58 III.5.3.1 độ PH của cấp phối tối ưu trang 58 III.5.3.2 độ hút nước của cấp phối tối ưu trang 59 III.5.3.3 cấu trúc của cấp phối tối ưu trang 60

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ NGUYÊN LIỆU trang 63

IV.1 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN PHỐI TRỘN ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA HỖN HỢP CHẤT KẾT DÍNH trang 63

IV.1.1 Thay đổi hàm lượng bột giấy trang 63 IV.1.2 Thay đổi hàm lượng Amiang trang 67 IV.1.3 Thay đổi hàm lượng phụ gia trang 70 IV.1.4 Thay đổi cách thức dưỡng hộ trang 74 IV.1.5 Kết luận trang 76 IV.2 NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA SẢN PHẨM TỪ XI MĂNG

– SILICA FUME – GIẤY KRAFT VÀ AMIANG trang 78 IV.2.1 Phương pháp chế tạo tấm sóng trang 78 IV.2.2 Tính chất cơ lý của sản phẩm theo cấp phối tối ưu trang 79 IV.3 KẾT LUẬN trang 83

CHƯƠNG V: QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỰC TẾ trang 85

V.1 TỔNG QUAN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ trang 85 V.1.1 Quy trình trộn liệu trang 85 V.1.2 Chế độ xeo trang 87 V.2.3 Chế độ bảo dưỡng trang 87 V.2 QUY TRÌNH VẬN HÀNH trang 89 V.2.1 Quy mô công suất nhà máy trang 89 V.2.2 Bố trí nhân lực – an toàn lao động trang 89 V.2.3 Kho chứa và khu vực bảo dưỡng trang 90 V.3 XỬ LÝ CHẤT THẢI MÔI TRƯỜNG trang 90 V.3.1 Đối với không khí ô nhiễm, bụi bẩn trang 91 V.3.1 Chất thải sử dụng lại trong dây chuyền trang 91 V.3.2 Nước thải trang 91 KẾT LUẬN CHUNG trang 92 KIẾN NGHỊ trang 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO trang 95

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ I.1.1 Tình hình sản xuất tấm sóng Amiang (AC) hiện nay

Tấm sóng AC hay còn được gọi là tấm lợp Fibro xi măng, là vật liệu che chắn từ lâu đã thân thuộc với mọi người nhất là những vùng nông thôn, vùng duyên hải ven biển Đặc điểm nổi trội của loại tấm lợp này là bền, che chắn tốt cùng với khả năng cách nhiệt và giá thành tương đối rẻ Ngày nay cùng với xu thế mới, hàng loạt vật liệu lợp, che chắn khác với tính năng tốt hơn và thẩm mỹ cao ra đời đã dần dần thay thế tấm lợp AC Tuy nhiên ở những vùng nông thôn, vùng duyên hải người ta vẫn tin dùng vì độ bền theo thời gian đã được kiểm chứng của chúng

Theo hiệp hội tấm lợp Việt Nam [13], tấm lợp AC đã được sản xuất ở Việt Nam từ năm 1963, cho đến này đã có hơn 40 năm phát triển, đặc biệt là trong 15 năm gần đây, sản xuất tấm lợp AC đã trở thành ngành công nghiệp phát triển rộng khắp trên cả 3 miền Bắc, Trung, Nam với 36 cơ sở sản xuất, tổng công suất 74,2 triệu m2/năm Sản xuất tấm lợp AC đã thu hút một lực lượng lớn lao động, bình quân khoảng 300 lao động một cơ sở, có cơ sở sản xuất có tới 400 - 500 lao động Tổng số lao động sản xuất tấm lợp AC hiện nay lên tới trên 10.000 người Sản lượng tấm lợp của cả nước từ năm 2001 đến 2005 vẫn liên tục tăng với tốc độ tăng trưởng trung bình 7,4% /năm, cụ thể:

• Năm 2001: 56,55 triệu m2 • Năm 2002: 61,70 triệu m2 • Năm 2003: 65,65 triệu m2 • Năm 2004: 68,75 triệu m2 • Năm 2005: 78,24 triệu m2

So với lượng ngói nung trên cả nước thì sản lượng tấm AC trong các năm từ 2001 thường lớn hơn khoảng 3,5 - 4 lần, cho thấy tấm lợp AC đã góp phần to lớn vào việc giải quyết nhu cầu vật liệu lợp ở nước ta

Tuy nhiên, công nghệ lạc hậu, chất lượng không cao, sản phẩm tấm lợp AC của một vài cơ sở không đạt tiêu chuẩn chất lượng Việt Nam cả về kích thước và các tính chất cơ lý nên việc tiêu thụ sản phẩm gần đây đã trở nên khó khăn hơn

Hiện nay dây chuyền công nghệ sản xuất trên thế giới đã hiện đại và tự động hóa rất nhiều Hơn nữa, một dây chuyền sản xuất có thể làm ra rất nhiều loại tấm với nhiều hình dáng kích thước khác nhau Công nghệ sản xuất tấm lợp AC ở Việt Nam là công nghệ xeo ướt - công nghệ phổ biến của thế giới Tuy vậy công nghệ chúng ta còn nhiều lạc hậu, và nhiều công đoạn thủ công dẫn đến chất lượng cũng như năng suất không cao

I.1.2 Ảnh hưởng của sợi Amiang đến sức khỏe con người và tính cấp thiết của sự thay đổi hệ nguyên vật liệu

Amiang (hay còn gọi là Asbestos) là tên gọi chung của loại sợi khoáng silicat, được bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp cổ có nghĩa là “ không thể bị phá huỷ “[13] Amiang chủ yếu có sáu loại sợi khoáng được chia thành hai nhóm là nhóm Serpentines (Chrysotile hay còn gọi là Amiang trắng) và nhóm Amphibole bao gồm Amosite (Amiang nâu), Crocidolite (Amiang xanh), Anthophyllite, Tremolite và Actinolite) Chrysotile serpentine có dạng sợi được bao ngoài bởi một lớp silicate mỏng còn nhóm Amphibole có cấu tạo silicate dạng chuỗi kép [14] Sự khác biệt về cấu tạo hoá học làm cho Chrysotile nhanh chóng bị đào thải ra khỏi phổi (chu kỳ bán rã từ 0,3 đến 11 ngày) trong khi nhóm Amphibole bị đào thải rất chậm (chu kỳ bán rã từ 500 ngày trở lên), bản thân các sợi nhóm Amphibole sẽ không bị phân hủy trong môi trường trung tính hoặc Axit

Từ những năm 1983, Cộng đồng Châu Âu (EU) đã ban hành hàng loạt các chỉ thị, quy định cụ thể mang tính pháp lý đối với việc sản xuất và sử dụng Amiang Tổ chức

Lao động Thế giới (ILO) cũng đã ban hành Công ước 162 có hiệu lực từ ngày 16/06/1968 [14] Các văn bản nêu trên đều thống nhất cấm hoàn toàn việc sử dụng Amiang nhóm amphibole và cho phép sử dụng có kiểm soát Amiang chrysotile với quy định cụ thể như: cấm sử dụng Amiang chrysotile theo cách phun sương, quy định nồng độ bụi chrysotile cho phép trong môi trường sản xuất, yêu cầu các chủ cơ sở sản xuất phải tiến hành các biện pháp bảo vệ công nhân tránh những rủi ro do tiếp xúc với Amiang chrysotile (trang thiết bị bảo hộ lao động theo đúng tiêu chuẩn, theo dõi sức khỏe định kỳ cho công nhân…)

Theo nhiều nghiên cứu gần đây thì tiếp xúc Amiang gây ảnh hưởng sức khỏe người lao động Công nhân đóng tàu, công nhân xây dựng thực hiện phun vật liệu xây dựng có chứa Amiang, công nhân sản xuất tấm lợp, tấm cách nhiệt bị mắc một loại bệnh hô hấp có liên quan đến Amiang Nhiều nghiên cứa dịch tễ học trong công nhân tiếp xúc Amiang và các thí nghiệm trên súc vật đã chứng minh được mối liên quan chặt chẽ giữa nồng độ Amiang trong không khí môi trường lao động, thời gian tiếp xúc và tỉ lệ mắc bệnh liên quan đến Amiang Nồng độ càng cao, thời gian làm việc càng dài thì tỉ lệ bệnh càng lớn Ngoài ra công nhân hút thuốc lá khi tiếp xúc với Amiang thường có tỉ lệ mắc ung thư phổi cao hơn hiều so với công nhân cùng tiếp xúc với Amiang nhưng không hút thuốc[15]

Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 133/QĐ-TTg ngày 20/7/2004 về sửa đổi một số điều của Quyết định 115, theo đó chỉ nghiêm cấm việc sử dụng Amiang amphibol nâu và xanh, nhưng vẫn cho phép sử dụng Amiang trắng Theo Quyết định số 133/2004/QĐ-TTg thì các cơ sở sản xuất sử dụng cốt sợi Amiang chrysotile (Amiang trắng) để sản xuất tấm lợp AC đã đạt được các tiêu chuẩn môi trường và y tế thì tiếp tục sản xuất bình thường, những cơ sở chưa đặt các tiêu chuẩn quy định thì phải đầu tư đổi mới, hoàn thiện công nghệ, kiểm soát được ô nhiễm môi trường, đảm bảo các yêu cầu quy định về môi trường và y tế Tuy nhiên, vấn đề sử dụng Amiang có kiểm soát luôn luôn là vấn đề nhạy cảm, các tranh luận trên thế giới vẫn còn tiếp diễn,

thậm chí ở mức quyết liệt Vì vậy việc tiếp tục nghiên cứu, kiểm tra, thu thập thông tin về các lĩnh vực này cũng được Nhà nước Việt Nam quan tâm, đặc biệt là các thông tin về sức khoẻ của những người thường xuyên tiếp xúc với Amiang chrysotile [13]

Tuy vậy, tại Việt nam cũng như nhiều nước Châu Á, Châu Phi khác còn rất nghèo, lại nằm ở vùng nhiệt đới, khí hậu, thời tiết khắc nghiệt, thường xuyên bão lụt Có một mái nhà để ổn định cuộc sống là mơ ước của hàng triệu con người Nhưng giải quyết bằng cách truyền thống là chặt cây, phá rừng, khai thác tài nguyên đất làm chất lợp, hủy hoại môi trường thì hậu quả của thiên tai sẽ vô cùng khủng khiếp Vì vậy, việc tìm kiếm một loại tấm lợp rẻ tiền, bền và dễ sử dụng như tấm lợp fibro-xi măng là một thành tựu to lớn của loài người

Nếu chuyển sang sản xuất với các sợi tổng hợp thì giá thành sẽ tăng hơn 40%, người nghèo khó có khả năng sử dụng Hơn nữa nếu Việt nam cấm sử dụng Amiang mà các nước láng giềng không cấm thì Amiang Chrysotyle và sản phẩm có chứa AC của các nước láng giềng có thể bị nhập lậu vào Việt Nam, rất khó kiểm soát

Việc tìm kiếm một vật liệu mới, hoàn thiện và đảm bảo sức khỏe hơn đang được các nhà khoa học nghiên cứu, như sợi PVA, sissal, sợi thực vật, sợi tổng hợp nhưng vẫn chưa đạt được kết quả mỹ mãn

I.1.3 Bột giấy Kraft và tiềm năng thay thế I.1.3.1 Sự cần thiết của nguồn nguyên liệu mới

Theo những phân tích ở mục I.1.2 thì sợi Amiang trong tương lai sẽ không sử dụng phổ biến nữa, và những báo cáo gần đây cũng gây ảnh hưởng đến suy nghĩ của người dân cùng với những nghi ngờ về tác hại đến sức khỏe của nó

Như vậy, yêu cầu đặt ra cho ngành tấm lợp là tìm kiếm nguồn vật liệu mới thay thế Amiang Tuy hiện nay tấm lợp AC không còn ưa dụng nhiều như trước và công nghệ hiện đại đã có thể sản xuất ra nhiều loại tấm lợp mới nhưng không phủ nhận vai trò của tấm lợp AC trong nhiều gia đình, đặc biệt là vùng đồng bằng Sông Cửu Long và vùng duyên hải ven biển Hơn nữa, nếu thay đổi hoàn toàn công nghệ thì hơn 50 dây

chuyền hiện tại cùng hàng ngàn việc làm mất đi sẽ là một vấn đề nan giải Như vậy, tại sao chúng ta không tận dụng thiết bị, con người và nguồn tiêu thụ sẵn có và chỉ cần thay đổi nguồn nguyên liệu là Amiang Nhiều nhà khoa học đã và đang nghiên cứu các loại vật liệu mới có thể thay thế Amiang và giá thành hạ nhưng vẫn chưa có công trình nào vượt trội

I.1.3.2 Tiềm năng của nguyên liệu bột giấy Kraft

Bột giấy là nguyên liệu có tính chất sợi dùng để làm giấy và có nguồn gốc từ thực vật Theo số liệu thông kê, năm 1975 toàn thế giới tiêu thụ 2 tỉ m3 gỗ, tới 1995 thì lên đến 4 tỉ m3 gỗ Như vậy, chỉ sau 20 năm lượng gỗ tăng gấp đôi, trong đó phần lớn sử dụng làm giấy Con số này đặt ra cho thế giới một vấn đề cần xử lý là phải tiết kiệm gỗ bằng cách sử dụng lại lượng giấy thu hồi [6]

Bột giấy Kraft là một loại cơ bản của bột giấy Kraft là loại bột có nguồn gốc thực vật thu được từ quá trình nấu hóa học (Sulphat) hay còn được gọi là bột sulphat Loại bột này thường được dùng để làm giấy bìa, bao bì, thùng cac tông do những đặc tính cơ lý ưu việt như độ bền xé cao, trương nở tốt, ít thấm dầu mỡ, hàm lượng hemixenlulo cao Bên cạnh đó, xơ sợi bột Kraft ít bị tổn thương trong quá trình nấu sulphat, thành tế bào cũng dầy hơn hẳn các loại bột giấy khác Bột giấy Kraft có thể làm từ nhiều nguồn từ gỗ lá kim, lá rộng, mía, tre giúp làm phong phú nguồn nguyên liệu và góp phần đa dạng hóa sản phẩm

Bột giấy Kraft trong nước hiện nay được sản xuất nhiều bằng phương pháp hóa học từ nguồn nguyên liệu giấy cũ nấu lại và dùng để sản xuất giấy thùng bìa, thùng cac tông, vỏ bao bì Ứng dụng nguồn bả mía, rơm rạ thừa có thể chế tạo bột giấy có cường độ kháng xé cao, tuy nhiên hàm lượng lignin nhiều cần tốn thời gian kềm hóa

Bột giấy thu hồi tùy vào loại sản phẩm vẫn cho ta hiệu suất sử dụng cao tương đương bột giấy mới Đối với bao bì, cac tông, mà phần lớn làm từ bột giấy Kraft, thì hiệu suất thu hồi có thể đạt đến 90-95% [6] Bên cạnh nguồn cac tông cũ, một lượng lớn vỏ bao xi măng có thể tái chế ra bột giấy góp phần giảm thiểu rác thải môi trường

Tuy hình dạng, tính chất bột giấy Kraft có những điểm khác so với sợi Amiang nhưng nhìn chung chúng cùng làm việc trên một nền vật liệu mà ở đó chúng có vai trò quyết định đến tính chất cơ lý của sản phẩm Tấm AC là một vật liệu có cường độ mà các thớ sợi chịu kéo được liên kết với nhau bằng chất kết dính là xi măng Bột giấy Kraft cũng có cường độ kháng xé và cũng có thể làm việc với xi măng, hơn nữa quy trình sản xuất giấy và tấm AC cũng có nhiều công đoạn tương đồng Trong công nghiệp sản xuất tấm lợp AC xi măng hiện nay, người ta đã đưa vào một lượng nhỏ bột giấy Kraft với mục đích làm chất độn và tạo lớp ma sát nhằm tăng khả năng bám dính giữa sợi Amiang và chất kết dính xi măng Vấn đề là làm sao để tạo ra sản phẩm mới đạt những chỉ tiêu cần thiết nhằm thay thế hoàn toàn hoặc một phần sợi Amiang đang sử dụng Trong quá trình tạo hỗn hợp huyền phù, có thể sử dụng thêm phụ gia bổ sung để hỗ trợ đảm bảo cường độ, tăng khả năng bám dính cũng như độ đặc chắc của sản phẩm

I.1.4 Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu

Ngành công nghiệp ngày càng phát triển, việc tạo ra sản phẩm tấm lợp mới với

mục tiêu bền, chắc, thân thiện môi trường và giá thành hạ rất được quan tâm Từ lâu

tấm lợp AC được mọi người tin dùng làm kết cấu che chắn mái nhà vì rất nhiều ưu điểm như bền, giá rẻ, dễ thi công và cách nhiệt tốt Tuy nhiên, thời gian gần đây khoa học đã lên tiếng cảnh báo sợi Amiang có trong tấm lợp AC xi măng có chứa chất gây nguy hiểm cho công nhân trên công trường sản xuất Con người đang tìm kiếm nguồn nguyên liệu mới tốt hơn Amiang để thay thế vật việu này trong quá trình sản xuất tấm lợp Hơn nữa vấn đề xử lý giấy thải đang gây nhiều tác động xấu đến môi trường, làm suy kiệt tài nguyên thiên nhiên Chính vì vậy, tác giả luận văn mong muốn kết hợp hai mục tiêu vừa tạo ra sản phẩm thân thiện môi trường vừa tận dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ sẵn có nhằm tạo thêm sự phong phú cho các nhu cầu xã hội Sự thành công của đề tài sẽ góp phần tạo hướng đi mới cho ngành công nghệ sản xuất tấm lợp và làm tiền đề cho những nghiên cứu lớn hơn trong tương lai

I.2 TÌNH HÌNH NGHÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU THAY THẾ AMIANG

I.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Các nhà khoa học người Iran đã nghiên cứu dùng sợi Kraft và Acrylic để thay thế sợi Amiang trong tấm xi măng [23] Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng tính chất của sợi Kraft và Amiang có nhiều điểm tương đồng và có thể kết hợp với xi măng nhưng cần phải xử lý sợi Kraft hợp lý trước khi phối trộn để có thể bền vững trong môi trường kềm tính của xi măng Ngoài ra, nhiều nghiên cứu trước đó của Khorami (2008a và 2008b) về cường độ chịu xé, module đàn hồi, độ bền của sợi Kraft trong môi trường kềm… càng thúc đẩy nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài này Các thí nghiệm tiến hành trên mẫu 80x180x150 mm và được bảo dưỡng ở điều kiện chuẩn trong 28 ngày Quy trình thí nghiệm thực hiện theo EN 12467:2004 và cấp phối thí nghiệm quy hoạch như bảng 1.1

Bảng 1.1: Cấp phối mẫu thí nghiệm

Biến dạng (mm)

Biểu đồ 1.3 : Kết quả uốn mẫu với 6% Kraft

Biểu đồ 1.4: So sánh tương quan cường độ uốn và hàm lượng sợi

Cường độ uốn (Mpa)

Nhận xét :

Qua kết qủa thí nghiệm trên ta thấy với 3 tổ mẫu chứa 2% Kraft cho cường độ kháng uốn lớn hơn những tổ mẫu có hàm lượng Kraft cao hơn Trong đó mẫu chứa 2% Kraft và 1% Acrylic tương ứng với 3% hàm lượng sợi theo 100% hàm lượng xi măng có cường độ kháng uốn lớn nhất Ngoài ra, biến dạng của mẫu này thấp hơn các mẫu còn lại Các nhà khoa học kết luận rằng có thể cùng với một lượng Kraft nhưng sự phân bố sợi trong hỗn hợp trộn nếu đồng đều thì sẽ làm tăng cường độ Điều này thấy được qua kết quả SEM mẫu K2A1L10, bề mặt mẫu nhẵn và các sợi phân bố đồng đều hơn

Một kết quả quan trọng khác là khi bỏ Acrylic, thì cường độ mẫu tăng khi tăng dần hàm lượng Kraft từ 2% đến 6% nhưng ở những mức độ cao hơn thì chưa được nghiên cứu

Hình 1.1: Kết quả SEM của mẫu K2A1L10

I.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

I.2.2 1 Chế tạo tấm lợp AC không cần sử dụng Amiang

Bộ Xây dựng đã giao cho Viện Vật liệu xây dựng nghiên cứu sử dụng những loại sợi khác trong sản xuất tấm lợp không Amiang, thông qua đề tài mã số RDN-05-01: "Nghiên cứu công nghệ thích hợp sản xuất vật liệu tổ hợp xi măng - polime - sợi vô cơ - sợi hữu cơ để chế tạo cấu kiện nhẹ sử dụng trong xây dựng công trình ở vùng đất yếu và vùng có động đất " [19]

Viện Vật liệu xây dựng đã nghiên cứu tổng quan những loại sợi đã được sử dụng trong sản xuất tấm lợp trên thế giới, các loại hình công nghệ đã được áp dụng trong việc chuyển đổi từ sản xuất tấm lợp AC sang tấm lợp không Amiang và đi đến lựa chọn loại sợi PVA (polyvinyl alcolhol) vì những lý do sau đây:

- Sợi PVA có độ phân cực lớn, tạo tính tương thích với các sản phẩm thuỷ hoá xi măng, dễ dàng phân tán trong hồ liệu, bám dính tốt với đá xi măng Sợi PVA có cường độ chịu kéo và module đàn hồi cao, bền Axit, bền kềm, bền ánh sáng Ngoài ra, Sợi PVA không gây độc tính về mặt hoá học với con người, còn về mặt cơ học, sợi PVA có đường kính lớn từ 10 - 16mm, không bị "sợi hoá" dưới tác dụng cơ học do đó không gây các bệnh qua đường hô hấp Sợi PVA đã được sử dụng trong ngành dệt gần 50 năm ở các nước phát triển và chưa phát hiện trường hợp nào bị ung thư phổi do tiếp xúc với sợi PVA Khi bị phân huỷ nhiệt, chỉ có khí CO và CO2 với nồng độ nhỏ hơn 10 lần so với sợi bông

- Tấm lợp PVA-C đã được sản xuất đại trà ở các nước cấm sử dụng sợi Amiang, lâu nhất là Đan Mạch (1986), mới nhất là Braxin (2002) [19] Về công nghệ, các nước chuyển đổi đều sử dụng công nghệ xeo ướt như đối với sợi Amiang nhưng có bổ sung thêm công đoạn nghiền nhuyễn bột giấy Kraft, thêm máy ép lọc cho tấm lợp và máy ép chống cho tấm phẳng với ép lực khoảng 150 - 160 kg/cm2 Dây chuyền được vận hành theo chế độ tự động hoá, công suất trung bình là 5.000.000 m2/năm quy về tấm phẳng

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành 2 đợt sản xuất thử công nghiệp ở nhà máy Navifico, đợt 1 vào tháng 10 năm 2002 với 1.600 tấm sóng và 400 tấm phẳng, và đợt 2 vào tháng 8 năm 2003 với 4.000 tấm sóng Qua kiểm tra các chỉ tiêu tấm lợp PVA-C dựa theo TCVN 4434-2000 quy định cho tấm lợp AC đều đạt Riêng tấm phẳng, do Việt Nam chưa có tiêu chuẩn nên được kiểm tra dựa theo tiêu chuẩn quốc tế Australia-Newzilan AS/NZS 2908.2: 2000, các chỉ tiêu của tấm phẳng đều đạt theo tiêu chuẩn này

Qua thử nghiệm công nghiệp tấm lợp PVA-C tại 2 cơ sở thí nghiệm thấy rằng, hệ thống sản xuất tấm lợp AC và kỹ năng lao động của những người đang vận hành sản xuất tấm lợp AC đều được sử dụng để thử nghiệm sản xuất tấm lợp PVA-C, chỉ cần bổ sung thêm cụm thiết bị gia công tinh bột giấy, cụm thiết bị pha phụ gia và cải tiến một số chi tiết trên thiết bị trộn liệu, xy lanh xeo và côn nước đục, do đó không làm xáo trộn đến tình hình sử dụng nhân lực và hệ thống thiết bị, nhà xưởng đã đầu tư của các cơ sở sản xuất AC khi chuyển đổi Hiện tại sợi PVA đang phải nhập ngoại nhưng khả năng có thể tổ chức nghiên cứu để sản xuất trong nước vì ta có nguồn nguyên liệu thiên nhiên rất phong phú ở các tỉnh phía Nam

Về độ bền lâu trong điều kiện khí hậu Việt Nam đang còn được thảo luận do chưa có điều kiện thử nghiệm thực tế với thời gian dài Viện Vật liệu xây dựng đã thí nghiệm tấm lợp PVA-C bằng chu kỳ nóng-ẩm dựa theo tiêu chuẩn AS/NZS 2908.2:2000 quy định cho tấm lợp, tấm phẳng kết quả cho thấy đạt được tiêu chuẩn này [19] Đồng thời, Viện Vật liệu xây dựng cũng kiểm tra cường độ uốn gãy của tấm lợp thử nghiệm thăm dò năm 1998 để ngoài khuôn viên nhà máy tấm lợp Navifico, sau 5 năm giảm đi 5- 7% so với mẫu kiểm tra lúc mới chế tạo Các nhà khoa học đã tham chiếu kết quả kiểm tra của nhóm nghiên cứu Nhật Bản khi so sánh sự suy giảm cường độ của tấm lợp PVA-C và AC để phơi ngoài trời tỉnh Akayama (Nhật Bản) sau 6 năm và mức độ suy giảm của PVA-C trong khoảng 6-7%, trong khi AC: 3-5% [19]

I.2.2.2 Sử dụng kết hợp phụ gia trong sản xuất tấm sóng [5]

Dựa trên nền tấm lợp PVA đã nghiên cứu, một thí nghiệm tại nhà máy của công ty cồ phần Nam Việt đã thử nghiệm thêm vào hỗn hợp một lượng phụ gia Silica Fume và tro bay nhằm giảm lượng dùng sợi PVA, tăng tính bền vững của cấu kiện và độ mài mòn trong môi trường khí hậu nóng ẩm tại Việt Nam

Bảng 1.2 Cấp phối thử nghiệm [5]

Đơn vị Cấp phối TT Nguyên liệu sử dụng

Bảng 1.3 Kết quả thử tấm phẳng [5]

Cấp phối

2 Thời gian xuyên nước Giờ >24 >24 >24

Bảng 1.4 Kết quả thử tấm sóng[5]

Cấp phối

3 Thời gian xuyên nước Giờ >24 >24 >24

Từ kết quả thử nghiệm ta thấy sử dụng kết hợp giữa Silica Fume và Fly Ash đã nâng cao tải trọng uốn gãy của tấm sóng và cường độ chịu uốn, độ bền lạnh của tấm phẳng PVA-C, đặc biệt là nâng cao độ bền sốc nhiệt, một chỉ tiêu rất quan trọng đối với PVA-C khi sử dụng trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam

Khi sử dụng kết hợp giữa Silica Fume và Fly Ash có khả năng rút giảm lượng dùng sợi PVA, qua đó sẽ giảm giá thành sản xuất PVA-C, một tiêu chí hết sức quan trọng để PVA-C có thể thâm nhập vào thị trường tấm lợp và tấm phẳng ở Việt nam hiện nay

* Những kết quả khác [4] : Một số loại sợi đã và đang nghiên cứu thay thế sợi Amiang như : sợi thép, sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi aramit, sợi polipropilen, sợi poliamit, sợi rayon nhưng đều có chung kết luận rằng không thể thay thế sợi Amiang chỉ với một loại sợi cụ thể nào trong một loại sản phẩm dùng cho nhiều mục đích khác nhau

Đối với sợi thép cần có công nghệ hiện đại, giá thành sợi thép cao Sợi thủy tinh thì giòn, kém ổn định kềm, sợi polime thì dẽo nhưng kém chịu nhiệt, bám dính kém

cũng như thiếu ổn định hóa học với xi măng Dưới đây là bảng thống kê các tính chất cơ lý đặc trưng của một số loại bản mỏng cốt sợi trong đó có kể đến Amiang là loại sợi cơ bản trong công nghệ sản xuất tấm lợp AC hiện nay

Bảng 1.5 Tính chất một số bản mỏng cốt sợi [4]

Ghi chú : Giá trị trên vạch là giá trị xác định trong trạng thái ẩm

Giá trị dưới vạch là giá trị xác định trong trạng thái khô I.3 KẾT LUẬN

Qua những nghiên cứu đã trình bày ta thấy, khả năng chế tạo và hoàn thiện tấm lợp AC bằng vật liệu mới thay thế sợi Amiang có nhiều hướng phát triển Tấm PVA-C đã gặt hái nhiều thành công nhưng chưa đạt được những ưu điểm về độ bền, rẻ như tấm Amiang xi măng Phụ gia Silica Fume đưa vào hỗn hợp hồ trộn sẽ làm tăng tính dẽo, cải thiện nhiều tính chất của sản phẩm PVA-C Trở lại đề tài, rõ ràng bột giấy tuy không có cường độ cao như Amiang hay sợi PVA nhưng trong dây chuyền sản xuất các sản phẩm trên đã có sử dụng bột giấy Kraft nhưng với số lượng rất ít Từ thực tế này, chúng ta sẽ nâng cao hàm lượng bột giấy lên đồng thời nghiên cứu loại bỏ dần dần

sợi Amiang nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho tấm sóng Lúc này, Silica Fume sẽ được sử dụng để tăng cường độ đặc chắc vật liệu góp phần tạo sự kết hợp tốt hơn giữa các thành phần chính

Việt nam cũng như nhiều nước Châu Á, Châu Phi khác còn rất nghèo, lại nằm ở vùng nhiệt đới, khí hậu, thời tiết khắc nghiệt, thường xuyên bão lụt Có một mái nhà để ổn định cuộc sống là mong ước của nhiều gia đình Nhưng giải quyết bằng cách truyền thống là chặt cây, phá rừng hoăc khai thác tài nguyên đất làm chất lợp, hủy hoại môi trường thì hậu quả của thiên tai sẽ vô cùng to lớn Vì vậy, việc tìm kiếm một loại tấm lợp rẻ tiền, bền và dễ sử dụng như tấm lợp AC là một thành tựu to lớn của loài người Từ nhiều nghiên cứu thực tế về mối nguy hại của sợi Amiang và tiềm năng của các loại sợi khác, vai trò của sợi Amiang trong tấm AC có thể bị thay thế một phần hoặc hoàn toàn mà vẫn duy trì đặc tính sản phẩm

I.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI I.4.1 Mục tiêu của đề tài

Bằng lý thuyết và thực nghiệm, đề tài biện luận, chứng minh khả năng thay thế của bộ giấy Kraft hoàn toàn hoặc phần lớn sợi Amiang trong sản xuất tấm lợp Ở nước ta, nền công nghiệp tấm lợp AC đã có từ hơn 50 năm trước, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế cũng như là lựa chọn hàng đầu cho người dân có nhà ở vùng duyên hải, đồng bằng có thu nhập thấp Hiện nay toàn ngành tấm lợp AC tại Việt Nam có gần 60 dây chuyền với công suất 100 triệu m2/năm, trong số này có 10% số dây chuyền mức độ tự động hóa đến 90%, còn 40% số dây chuyên mức tự động hóa trên 70% , số còn lại mức tự động hóa trên 60% [13] Trong tương lai nếu nhà nước ta ban hành những quy định nghiêm ngặt hơn về sợi Amiang thì sẽ có nhiều nhà máy phải đóng cửa do không đảm bảo công nghệ, chất lượng và an toàn lao động Đó là chưa kể hàm lượng Amiang bị khống chế sẽ làm thay đổi công thức nhiều nhà máy, dẫn đến sản phẩm tấm AC xi măng không còn bền chắc như trước Như vậy đề tài có tính thời đại

nhưng không hiện đại, và nếu thành công sẽ giải quyết được rất nhiều khó khăn, thách thức mà ngành công nghiệp tấm lợp đang đối mặt

Mục tiêu của đề tài : “Nghiên cứu sử dụng bột giấy Kraft thay thế sợi Amiang trong tấm lợp Fribo xi măng “

I.4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Luận văn tiến hành trong phòng thí nghiệm và đúc mẫu thực tế tại nhà máy để kiểm tra và so sánh tính chất cơ lý của sản phẩm Sản phẩm thực hiện dựa trên hệ nguyên vật liệu chính sau :

- Xi măng PCB 40 - Phụ gia hoạt tính silic độ mịn cao - Bột giấy Kraft tái chế từ vỏ bao xi măng - Sợi Amiang A3

I.4.3 Nhiệm vụ của đề tài

 Giới thiệu tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu từ sợi thực vật dùng trong tấm xi măng

 Nghiên cứu cơ sở khoa học của hỗn hợp từ bột Kraft, xi măng, phụ gia và Amiang

 Nghiên cứu tính chất của nguyên liệu bột Kraft, xi măng, phụ gia và Amiang  Nghiên cứu tính chất cơ lý của sản phẩm từ hỗn hợp dựa trên cơ sở nghiên cứu khoa học và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

 Nghiên cứu quy trình sản xuất thực tế tại nhà máy, đề ra các giải pháp công nghệ , quy trình sản xuất hợp lý

I.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I.5.1 Phương pháp lý thuyết và thực nghiệm

Do hệ nguyên vật liệu mới, chưa xác định được cấp phối chuẩn nên các bước tiến hành phải dựa trên nền thực nghiệm sẵn có Cụ thể, trên lý thuyết ta chứng minh sự tồn tại và phát sinh cường độ của bột giấy Kraft trong môi trường xi măng, từ đó hoàn

thiện hơn tính chất của hỗn hợp bằng cách thêm vào phụ gia thích hợp Mặt khác, thực nghiệm cho ta nền tảng tỷ lệ hệ nguyên liệu đã có sẵn giúp ta tạo được hỗn hợp mới trên nền hỗn hợp cũ từ đó điều chỉnh hợp lý các đặc tính kỹ thuật như mong muốn Từ những kết quả thực nghiệm, cùng với những ràng buộc về mục tiêu ta vận dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm thiết kế thành phần cấp phối tối ưu theo yêu cầu của bài toán

Trong quá trình thí nghiệm, từ những kết quả thực tế ta tiến hành điều chỉnh thông số cùng với lý thuyết sẵn có mà thêm bớt nhằm thực hiện mục tiêu mong muốn

I.5.2 Các tính chất cơ lý dùng để nghiên cứu và tiêu chuẩn liên quan

- TCVN 4361 – 2007 Xác định chỉ tiêu Kappa

- TCVN 2682 – 2009 Xi măng Portland – yêu cầu kỹ thuật - TCVN 6260 – 2009 Xi măng Portland hỗn hợp – yêu cầu kỹ thuật - TCVN 6016 – 1995 Phương pháp xác định cường độ của xi măng - TCVN 4030 – 1985 Phương pháp xác định độ nghiền mịn của xi măng - TCVN 167 – 1989 Xi măng Porland dùng để sản xuất tấm sóng Amiang xi măng – yêu cầu kỹ thuật

- TCVN 4434 – 1992- Tấm sóng Amiang xi măng – yêu cầu kỹ thuật - TCVN 4435 – 1992- Tấm sóng Amiang xi măng – phương pháp thử cường độ

CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC

II.1 MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG SỢI TRONG HỆ VẬT LIỆU

Tấm lợp AC là vật liệu dạng tấm, có kích thước chiều dài và chiều ngang lớn hơn nhiều so với chiều dày của tấm Tấm AC dùng để lợp mái nhà nên ngoài khả năng chống chịu thời tiết thì phải đảm bảo các tính chất cơ học của một sản phẩm xây dựng Sản phẩm được tạo hình chủ yếu do sự kết hợp làm việc giữa nền và cốt sợi Tính chất cơ học và tính chất khác của tấm được định hình chủ yếu nhờ 3 thông số cơ bản : cường độ cốt, cường độ vật liệu nền và cường độ liên kết trên bề mặt phân chia nền và cốt Quan hệ những thông số này đặc trưng cho toàn bộ tính chất cơ học và cơ chế phá hủy của vật liệu

Vật liệu nền đảm bảo sự toàn khối, cố định hình dạng sản phẩm và sự sắp xếp tương hổ các cấu tử khác, đồng thời sự phân bố đồng đều tải trọng lên toàn bộ thể tích vật thể, ngay cả khi vật liệu đến trạng thái tới hạn [12] Vật liệu sợi đảm nhận vai trò là bộ khung chịu uốn cho toàn bộ cấu kiện, là nơi tiếp nhận và triệt tiêu ngoại lực bên ngoài Khi có ngoại lực tác dụng, vật liệu sẽ phát sinh hai thành phần ứng suất để chống đỡ, đó là ứng suất nén của nền và ứng suất kéo của sợi, sự kết hợp của sợi và nền giúp hệ tăng cường ứng suất lên một cách đáng kể Do có thành phần sợi mà vật liệu cải thiện được biến dạng dẽo và hạn chế phát triển vết nứt khi chịu tải trọng Vì tồn tại ứng suất kéo của sợi kết hợp với nền nên biến dạng đàn hồi, dẽo của vật liệu tăng lên đáng kể, nhờ đó mà triệt tiêu phần lớn ứng suất kéo bên ngoài có thể gây nứt bề mặt chịu uốn

Bên cạnh đó, sự làm việc của sợi và nền còn phụ thuộc nhiều vào bề mặt phân cách giữa chúng Khi đó bề mặt phân cách biểu hiện bằng sự dính bám tương hỗ giữa vật liệu sợi với vật liệu nền hay sự dính bám các lớp lên bề mặt lẫn nhau Ứng suất cục bộ trong vật liệu thường đạt đến giá trị lớn nhất trên bề mặt phân cách, nơi chủ yếu xảy ra quá trình phá hủy vật liệu Vì vậy, bề mặt phân cách phải đảm bảo sự truyền tải trọng từ vật liệu nền vào sợi hay từ lớp này sang lớp vật liệu kia tốt nhất, đồng thời

phải đảm bảo liên kết trên bề mặt sợi và nền không bị phá hoại do quá trình co ngót do nhiệt hay đóng rắn

II.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỆ NGUYÊN LIỆU II.2.1 Xi măng

Vật liệu xi măng là dạng vật liệu khi tác dụng với nước tạo ra các phản ứng thủy hóa tạo chất kết dính liên kết tất cả các thành phần cấu thành khác Sau một thời gian bảo dưỡng trong một điều kiện nhất định vật liệu nhận được ở dạng rắn có các tính chất cơ học (cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, ) hay tính chất vật lý (tính thấm, độ đặc chắc ) đặc trưng

Xi măng là vật liệu thông dụng trong ngành xây dựng vì những ưu điểm nổi bật như: cường độ cao, dính kết cốt liệu tạo hỗn hợp đặc chắc khi khô cứng, đặc biệt có thể kết hợp với cốt thép tạo ra sản phẩm vừa chịu kéo, vừa chịu uốn Trong xi măng có 4 thành phần khoáng chất chủ yếu là 3CaO.SiO2 (C3S), 2CaO.SiO2 (C2S), 4CaO.Al2O3Fe2O3 (C4AF), 3CaO.Al2O3 (C3A) Mỗi thành phần có tính chất khác nhau chẳng hạn C3S tỏa nhiệt lớn, cường độ cao, C2S cường độ thấp ,đông cứng chậm nhưng đảm bảo sự phát triển lâu dài của cường độ Trong khi đó, C3A có cường độ thấp, đông cứng nhanh, nhiệt thủy hóa lớn còn C4AF có cường độ trung bình, đông cứng nhanh và phát triển về sau

Các tính chất đặc trưng của xi măng hiện nay được quy định trong TCVN 2682 – 2009, trong đó quan trọng nhất là cường độ và độ nghiền mịn của xi măng Xi măng cường độ càng cao thì khi rắn chắc sẽ cho sản phẩm càng đặc chắc Độ nghiền mịn của xi măng càng lớn thì khả năng tiếp xúc và phản ứng thủy hóa của xi măng với nước càng nhiều, hơn nữa độ mịn của xi măng giúp tạo được hỗn hợp đồng nhất, xi măng dễ thấm nhập vào cốt liệu (do bột giấy Kraft cũng ở dạng bột mịn)

Mặt khác xi măng sử dụng phải phù hợp với tiêu chuẩn TCXD 167-1989: xi măng Portland dùng dùng cho sản xuất tấm sóng – yêu cầu kỹ thuật [27] Tiêu chuẩn này đòi hỏi tấm sóng phải sản xuất từ xi măng PC40, có thành phần C3A không lớn hơn 10%

nhằm tăng thời gian đông cứng, giúp phản ứng thủy hóa triệt để hơn và giảm hiện tượng nứt, co ngót nhiệt để bề mặt sản phẩm đồng đều hơn

Bảng 2.1 cường độ của xi măng theo TCXD 167-1989

Bảng 2.2 Tính chất của xi măng theo TCXD 167-1989

Xi măng dùng để sản xuất tấm lợp AC theo tiêu chuẩn TCXD 167-1989 phải

dùng loại PC40 có độ bền uốn và nén lần lượt phải lớn hơn 5,5 N/mm2 và 40 N/mm2 khi bảo dưỡng ở thời gian 28 ngày Bên cạnh đó hàm lượng SO3 không được vượt quá 3,5% , hàm lượng oxit khi phân tích thành phần khoáng của MgO và CaO tự do không quá 5% và 1% theo khối lượng clinker

Bảng 2.3 thành phần khoáng của xi măng theo TCXD 167-1989

II.2.2 Bột giấy Kraft II.2.2.1 Cấu trúc và thành phần của bột giấy Kraft

Bột giấy là nguồn nguyên liệu có tính chất sợi dùng để làm giấy Các nhà máy làm bột giấy và gấy hiện đại sử dụng nguồn nguyên liệu cơ bản là gỗ, xơ sợi thực vật mà thành phần chính là xenlulo, trong đó chủ yếu là alpha xenlulo Alpha xenlulo là tên gọi carbonhydrat có khối lượng phân tử cao nhất có trong bột hóa, không hòa tan trong dung dịch Na(OH)2 17,5 %, có độ trùng hợp của mạch xenlulo từ 200 mắc xích trở lên [6] Alpha xenlulo là thành phần chính quyết định độ bền cơ lý của bột nhờ những mạch xenlulo liên tục

Nếu coi thành phần alpha xenlulo là toàn bộ 100% lượng xenlulo trong bột thì điều này chỉ tương đối vì trong xenlulo ngoài alpha xenlulo khoảng 90% thì bao giờ cũng chứa khoảng 10% hemixenlulo Hemixenlulo là thành phần đóng vai trò quan trọng trong bột hóa: nó làm mềm xơ sợi xenlulo, giúp cho quá trình chổi hóa xơ sợi sễ dàng hơn, do vậy nó góp phần làm tăng sự liên kết giữa các sơ sợi trong trong quá trình sản xuất [7] Tuy nhiên, nếu hàm lượng hemixenlulo trong bột giấy nhiều quá thì cũng ảnh hưởng xấu đến độ bền cơ lý của giấy bởi vì khi lượng hemixenlulo cao thì hàm

lượng alpha xenlulo giảm mà thành phần alpha xenlulo mới là yếu tố chính tạo nên độ bền cơ lý của giấy

Hình 2.1 Cấu trúc xenlulô: dạng lập thể (a), dạng rút gọn (b), công thức xenlulô

theo Haworth (c), công thức theo Mill (d) [12]

Trong bột giấy, ngồi alpha xenlulo và hemixenlulo thì vẫn cịn tồn tại một thành tố khác là lignin và một hàm lượng ít chất vơ cơ Lingin là một loại nhựa dẽo, mềm đi

dưới tác dụng của nhiệt độ và bị hòa tan trong một số chất hóa học Trong sợi gỗ, bản thân lignin có màu trắng Lignin có cấu trúc phức tạp và là một loại polyphenol có mạng không gian mở Thành phần của nó thay đổi theo loại gỗ và vị trí của nó trong cấu trúc gỗ [12]

Hình 2.2 cấu trúc của Lignin [12]

Lignin là thành phần có hại đối với tính chất của bột giấy, vì nó làm cứng xơ sợi, hạn chế sự trương nở của xơ sợi, gây khó khăn cho quá trình nghiền, làm cho xơ sợi dễ bị cắt ngắn, hạn chế sự chổi hóa của xơ sợi, kết quả là làm giảm liên kết giữa các các xơ sợi, giảm độ bền cơ lý của bột giấy Bột giấy có thể được sản xuất từ gỗ, sợi bông , giấy tái sinh, vải và rơm, rạ, cỏ, lanh, gai, đay, bã mía, , được nấu bằng phương pháp cơ học, phương pháp hóa học và phương pháp nửa hóa học

Như vậy, trong bột giấy Kraft thì 3 thành phần chính chỉ có Lignin là có hại cần phải loại bỏ trong quá trình nấu Alpha xenlulo đóng vai trò quyết định độ dẽo dai, chịu kéo, bền trong môi trường kềm và được hỗ trợ bởi hemixenlulo

Bảng 2.4 Bảng liệt kê các thành phần của một số loại bột giấy [7]

Bảng 2.4 liệt kê một số thành phần chính của bột giấy, trong đó loại bột nấu bằng phương pháp Sulphat (bột Kraft) là loại thích hợp để thực hiện nghiên cứu vì nó loại bỏ hẳn gần như hoàn toàn hàm lượng lignin nguy hại đồng thời giữ được lượng anpha xenlulo cao nhất và cho cường độ cao hơn hẳn các loại bột khác

Ngoài ra, các nghiên cứu về độ bền đứt (độ bền zero) của xơ sợi xenlulo cho ta kết quả sau : Độ bền đứt của bột sợi bông khoảng 28000m, bột lanh 52000m, bột sulphat từ gỗ mềm 46000m, trong khi đó độ bền đứt của cao su là 4400m, gang là 5100m, thép chỉ 25000m [7] Điều này có nghĩa là độ bền đứt của các sợi xenlulo không thua kém gì so với sợi thép Từ những kết quả phân tích trên cho thấy việc sử dụng bột Kraft thay thế Amiang là hoàn toàn có cơ sở do những tính chất phù hợp về cường độ và nồng độ của các chất tạo nên nó

II.2.2.2 Các tính chất cơ bản của bột giấy Kraft

Bột giấy Kraft là loại bột giấy có độ bền cao sử dụng trong những sản phẩm chịu lực, ví dụ trong các bao bì cac tông , vỏ bao xi măng…Quá trình tạo thành giấy, các

loại gỗ được nghiền và nấu theo nhiều biện pháp khác nhau Bột giấy Kraft thu được từ quá trình nghiền và nấu bằng phương pháp Sulphat Quá trình nấu sử dụng dung dịch kiềm NaOH và Na2S ở nhiệt độ cao đã làm mất đi một lượng lớn lignin từ cấu trúc sợi và tạo một huyền phù bột giấy trong nước Để đáp ứng yêu cầu chịu lực, bột giấy Kraft phải có những tính chất sau :

Chiều dài sợi trung bình trọng lượng hay sự phân bố sợi của một mẫu bột giấy được xác định bằng phương pháp kính hiển vi hoặc bằng phương pháp phân loại qua sàng Chiều dài sợi ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu xé của vật liệu, bên cạnh đó chiều dài sợi còn ảnh hưởng đến sự phân bố thành phần, hàm lượng sợi trong hỗn hợp Đồng thời chiều dài sợi còn làm thay đổi tật tự sắp xếp của sợi trong hỗn hợp, nếu sợi dài quá thì sẽ dể bị trùng lập, rối và phân bố không đều dễ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

- Độ thoát nước (CFS) và độ nghiền ( 0SR)

Độ thoát nước được định nghĩa là sự cản trở của lớp đệm sợi đến sự chảy của dòng nước CFS (Canadian standard freeness) hay “ độ tự do tiêu chuẩn Canada” [6] CFS được định nghĩa là số ml nước chảy tích tụ từ một lỗ thoát bên hông một thiết bị đo chuẩn hóa của huyền phù bột có nồng độ 0.3% ở 200C Đặc trưng cho khả năng thoát nước chậm chạp của sợi gọi là 0SR hay còn được gọi là độ nghiền là phương pháp phổ biến sử dụng ở các phòng thí nghiệm Châu Âu Vậy 0SR và CFS biến thiên ngược chiều nhau Độ thoát nước là một chỉ tiêu quan trọng nhằm đánh giá khả năng thích ứng của bột giấy đối với quá trình tạo hình trên máy xeo

Theo [7], các nhà nghiên cứu phân tích các tính chất của nhiều loại bột giấy theo độ nghiền, ở độ nghiền 250 SR các loại bột giấy nấu từ những phương pháp khác nhau có tính chất cơ lý thấp hơn so với so với độ nghiền 450 SR Cùng một loại gỗ thì bột giấy được chế tạo từ phương pháp sulphat bao giờ cũng cho tính chất cơ lý cao hơn so với bột nấu bằng phương pháp sulphit