CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG pdf

Khái niệm chung 3.1.1.1 Khái niệm Vật liệu gốm xây dựng là loại vật liệu đá nhân tạo nung, được sản xuất từ nguyên liệu chính là đất sét, qua quá trình gia công cơ học, gia công nhiệt

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG

3.1 Khái niệm chung và phân loại

3.1.1 Khái niệm chung

3.1.1.1 Khái niệm

Vật liệu gốm xây dựng là loại vật liệu đá nhân tạo nung, được

sản xuất từ nguyên liệu chính là đất sét, qua quá trình gia công cơ học, gia công nhiệt làm biến đổi cấu trúc và thành phần khoáng, làm xuất hiện những đặc tính phù hợp với yêu cầu sử dụng trong xây dựng

3.1.1.2.Ưu, nhược điểm của vật liệu gốm

a/ Ưu điểm:

- Có độ bền và tuổi thọ cao

- Từ nguồn nguyên liệu địa phương sẵn có, rẻ tiền

- Công nghệ sản xuất đơn giản, dễ thi công,giá thành hạ

b/ Nhược điểm:

- Giòn, dễ vỡ, tương đối nặng

- Khó cơ giới hoá xây dựng

- Thu hẹp diện tích đất nông nghiệp, ảnh hưởng ko tốt đến môi trường (khai thác đất, đốt nhiên liệu, )

3.1.2 Phân loại

3.1.2.1 Theo công dụng

- Vật liệu xây: Gạch đặc; Gạch rỗng (2 lỗ, 4 lỗ )

- Vật liệu lợp: Các loại ngói

- Vật liệu ốp: ốp tường nhà, cầu thang, ốp trang trí

- Vật liệu lát: Tấm lát nền, lát đường , lát vỉa hè, lát sàn

- Vật liệu đặc biệt:

+ Sản phẩm sứ vệ sinh: Chậu rửa, bồn tắm, bệ xí

+ Sản phẩm cách nhiệt, cách âm: gốm xốp

+ Sản phẩm chịu lửa: gạch samốt, gạch đinat

+ Sản phẩm gốm tinh: gốm lọc nước, gốm cách điện

3.1.2.2 Theo cấu tạo vật liệu gốm

- Gốm đặc: có Hp< 5% : có loại không tráng men (gạch clanhke, tấm lát nền), loại tráng men (sứ vệ sinh, ống thoát nước)

- Gốm rỗng: có Hp> 5%: có loại không tráng men (gạch xây các loại),

có loại tráng men (các loại tấm ốp)

3.1.2.3 Theo phương pháp sản xuất

- Gốm tinh: có cấu trúc xương hạt mịn, sản xuất phức tạp: gạch trang trí, sứ vệ sinh

- Gốm thô: có cấu trúc xương hạt lớn, sản xuất đơn giản: tấm lát, gạch, ngói

3.2 Nguyên liệu sản xuất vật liệu Gốm xây dựng

3.2.1 Nguyên liệu chính (đất sét dễ chảy)

3.2.1.1 Khái niệm

Đất sét là lớp đất khoáng hay nham thạch khi trộn với nước

cho hỗn hợp có độ dẻo (vữa dẻo), khi khô giữ nguyên hình dạng và dưới tác dụng gia công nhiệt sấy nung được sản phẩm đá cứng có cường độ, bền với môi trường và một số tính chất yêu cầu khác

3.2.1.2 Phân loại

- Dựa vào khả năng chịu nhiệt

+ Đất sét chịu nhiệt, t0> 15800C

+ Đất sét khó chảy, t0= 1350 ÷ 15800C

+ Đất sét dễ chảy, t0< 13500C

- Dựa theo điều kiện hình thành

+ Đất sét ổn định (đất sét tại chỗ)

+ Đất sét không ổn định (đất phù sa)

3.2.1.3 Thành phần khoáng hoá của đất sét

- Khoáng chủ yếu là: Caolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O), Môntmôrilôit (4SiO

2.Al2O3.nH2O), Mica quyết định tính chất quan trọng của đất sét là độ dẻo và độ co

- Ngoài ra trong đất sét còn chứa các tạp chất hữu cơ như cát (SiO2), hợp chất cácbonat (MgCO3, CaCO3), hợp chất sắt (Fe2O3, FeS2), than bùn đều ảnh hưởng đến tính chất của đất sét

Bảng 1: Thành phần hoá học của đất sét

Oxít SiO2 lk Al2O3 Fe2O3 SiO2 tự

% 40 ÷

60 8 ÷ 22 1 ÷ 7 15 ÷ 30 0,5 ÷ 4,5 0,5 ÷ 3,5 0,5 ÷ 3

3.2.1.4 Màu sắc của đất sét

Tuỳ theo hàm lượng tạp chất chứa trong đất sét mà nó có màu sắc khác khau:

+ Nếu ít tạp chất: đất sét có màu trắng →Đất sét Caolinit

+ Nếu chứa nhiều tạp chất: đỏ hung, xám xanh, nâu

3.2.1.5 Các tính chất chủ yếu của đất sét

Tính chất chủ yếu của đất sét bao gồm: Tính dẻo khi nhào trộn với nước, sự co thể tích dưới tác dụng của nhiệt và sự biến đổi hoá lí khi nung

a/ Thành phần hạt

- Hạt sét, d < 0,005 mm

- Hạt bụi, d = 0,005 ÷ 0,14 mm

- Hạt cát, d = 0,14 ÷ 5 mm

b/ Độ dẻo

Tính dẻo là tính chất khi nhào trộn với nước cho một hỗn hợp có khả năng tạo ra hình

dáng dưới tác dụng của ngoại lực và giữ nguyên hình dạng đó khi loại bỏ ngoại lực

- Nguyên nhân chủ yếu tạo ra tính dẻo cho đất sét là bản thân đất sét

có cấu tạo dạng lớp, có khả năng trao đổi ion và hấp phụ nước

- Tính dẻo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Thành phần hạt, mức độ phân tán, loại khoáng và hàm lượng của nó, tạp chất, lượng nước nhào trộn cũng như thời gian nhào trộn v.v…

*/ Xác định độ dẻo:

Độ dẻo được xác định bằng hệ số dẻo K

Đất sét khô được nhào trộn với nước đến độ ẩm từ 17 ÷ 30

%, tạo hình đất sét thành những viên bi có kích thước 4 ÷ 6 cm Tiến hành ép bởi lực ép P (kG) Sau đó đo độ biến dạng của viên bi (a, cm) Xác định hệ số K theo công thức:

K = P.a (3-1)

Độ dẻo thích hợp là K = 3 ÷ 3,5

- Ngoài ra, độ dẻo còn được xác định dựa vào lượng nước yêu cầu (Nyc) dùng để nhào trộn, tạo ra đất sét có độ dẻo tiêu chuẩn

và độ co trong không khí Đất sét càng dẻo thì

Nyc càng cao và độ co càng lớn

- Xác định độ dẻo của đất sét thông qua trị số dẻo D (%)

D = Wch - Wlv (3-2)

Trong đó: Wch - Độ ẩm ngăn cách giữa trạng thái dẻo và trạng thái chảy nhão, %

Wlv - Độ ẩm giới hạn giữa trạng thái giòn và trạng thái dẻo, %

c/ Những biến đổi hoá lý khi nung đất sét

Đất sét là một hệ đa khoáng, khi gia công nhiệt xảy ra nhiều quá trình hoá lý phức tạp, tạo ra những khoáng mới

+ t0≥ 1000C, nước tự dobay hơi, đất sét bị co

+ t0= 450 ÷ 6500C, nước liên kết bay hơi, tạp chất hữu cơ cháy, đất sét mất tính dẻo, caolinit chuyển thành mêtacaolinit (Al2O3.2SiO2 )

Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O + t0= 700 ÷ 9000C, mêtacaolinit và đá vôi bị phân huỷ thành Al2O3

và SiO2

Al2O3.2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2

CaCO3 → CaO + CO2↑

+ t0= 900 ÷ 11000C, Các oxít kết hợp lại tạo thành khoáng silimanit (Al2O3.SiO2) và khoáng mulit (3Al2O3.2SiO2)

Al2O3 + SiO2 → Al2O3.SiO2 Al2O3.SiO2 → 3Al2O3.2SiO2 + t0= 1100 ÷ 13500C, một số thành phần dễ chảy lấp vào lỗ rỗng làm sản phẩm đặc chắc, đất sét ở trạng thái đang dung kết, nhiệt độ thời điểm đó được gọi là nhiệt độ dung kết của đất sét

+ t0> 13500C, toàn bộ đất sét chảy ra, sản phẩm bị biến dạng, nhiệt

độ đó gọi là nhiệt độ chảy của đất sét

d/ Những biến đổi thể tích khi sấy nung

- Khi sấy nung đất sét xảy ra hiện tượng co ngót, nếu độ co ngót quá lớn dễ gây ra hiện

tượng nứt nẻ, cong vênh, tạo những khuyết tật cho sản phẩm

- Để hạn chế hiện tượng này, yêu cầu trước tiên là chọn lượng nước nhào trộn thích hợp; trước khi nung, sản phẩm được phơi, sấy đến độ

ẩm phù hợp; khi tăng hay giảm nhiệt độ cần phải tăng giảm từ từ; áp dụng những biện pháp công nghệ phù hợp với sản phẩm, dây chuyền sản xuất v.v…

3.1.3 Nguyên liệu phụ (phụ gia và men)

a/ Nguyên liệu gầy: nhằm giảm độ dẻo, giảm co khi sấy, co khi nung,

thường dùng là samốt, đất sét nung non, cát, tro xỉ nhiệt điện

b/ Nguyên liệu tăng dẻo: làm tăng độ dẻo của phối liệu (cao lanh)

c/ Nguyên liệu cháy: làm tăng độ xốp cho sản phẩm, làm đồng đều

quá trình GCN: mùn cưa, than, tro nhiệt điện

d/ Nguyên liệu trợ dung: hạ nhiệt độ kết khối, nhiệt độ sản phẩm và

độ đặc: Phensphat, pecmatit, canxit, đôlômit, trường thạch

e/ Men: là lớp thuỷ tinh mỏng 0,1 ÷ 0,3 mm được phủ lên bề mặt sản

phẩm vừa bảo vệ xương gốm, làm nhẵn bề mặt, giảm độ hút nước, vừa có tác dụng trang trí cho sản phẩm

Chất lượng men phụ thuộc vào thành phần, hàm lượng oxít có trọng men; còn màu sắc men phụ thuộc vào oxít tạo màu

3.3 Sơ lược quá trình công nghệ sản xuất gạch ngói

Khai thác nguyên liệu →Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu →

Tạo hình →Phơi sấy →Nung →KCS

3.3.1 Sản xuất gạch

a/ Khai thác nguyên liệu

- Bóc loại bỏ lớp đất màu (0,3÷0,5) m

- Dùng máy ủi, máy đào, máy cạp để khai tác vận chuyển đất sét

- Đất sét sau khi khai thác cho vào kho để ngâm ủ, nhằm làm tăng tính dẻo và đồng đều nguyên liệu đất sét

b/ Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu

- Sẽ làm tăng thêm tính dẻo và đồng đều cho đất sét, giúp cho việc tạo hình dễ dàng

- Dùng các máy cán thô, cán mịn, máy nhào trộn (1 trục, 2 trục)

c/ Tạo hình

- Dùng máy đùn ruột gà (máy ép lentô) Để tăng độ đặc, cường độ của gạch người ta còn dùng thiết bị hút chân không

d/ Phơi sấy

- Để giảm độ ẩm, giúp sản phẩm mộc có cường độ cần thiết →phơi sấy

- Phơi gạch: nhà giàn hoặc sân phơi với thời gian từ 8 đến 15 ngày.

- Sấy gạch trong các lò sấy từ (18 ÷24)h, Wspm ≤ 8%

- Ưu, nhược điểm của sấy nhân tạo so với sấy tự nhiên:

+ Ưu điểm:

• Quá trình sản xuất được liên tục →Tăng năng suất

• Điều kiện làm việc của công nhân được cải thiện

• Chất lượng sản phẩm được đảm bảo

+ Nhược điểm:

• Vốn đầu tư lớn

• Tốn nhiên liệu

e/ Nung gạch

Quyết định đến chất lượng sản phẩm

- Gồm có 3 giai đoạn: Đốt nóng, nung và làm nguội

- Thiết bị: là nung gián đoạn và liên tục

3.3.2 Sản xuất ngói

Kỹ thuật sản xuất ngói gần giống như sản xuất gạch nhưng do ngói

có hình dáng phức tạp, mỏng, đòi hỏi chất lượng cao nên kỹ thuật sản xuất ngói có thêm 1 số yêu cầu khác như:

+ Nguyên liệu: Đất sét phải có độ dẻo cao, dễ chảy, không lẫn các tạp chất cacbonat, dùng (20÷25) % phụ gia cát, (15 ÷25) % phụ gia samốt

+ Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu chủ yếu theo phương pháp dẻo và cần được gia công kỹ hơn nhằm làm cho độ ẩm đồng đều hơn và phá vỡ tối đa cấu trúc nguyên liệu bằng cách ngâm ủ dài ngày hơn

+ Phải tạo ra các viên galet trên máy ép lentô trước rồi ủ để độ ẩm đồng đều rồi mới tạo hình ngói từ các viên gạch galet đó

+ Khi nung ngói: Nhiệt độ được nâng từ từ, nung lâu hơn, làm nguội chậm hơn

Tuy nhiên hiện nay, người ta kết hợp nung cả gạch và ngói

3.4 Các sản phẩm gốm xây dựng

3.4.1 Gạch đất sét nung

3.4.1.1 Gạch xây (gạch chỉ, gạch đặc tiêu chuẩn)

a/ Kích thước: 220 × 105 × 60 (mm)

Theo TCVN: gạch đặc phải đạt những yêu cầu sau được gọi là Gạch xây đạt loại A

+ Ngoại hình phải vuông vắn, đúng kích thước quy định, nếu có sai

số phải trong phạm vi cho phép chiều dài ±7mm, chiều rộng ±5mm, chiều dày ±3mm; không sứt mẻ, cong vênh; cong ở mặt đáy không quá 4mm, ở mặt trên không quá 5mm Trên mặt gạch không quá 5 đường nứt, mỗi đường dài không quá 15mm và sâu không quá 1mm; bên cạnh không có quá 3 đường nứt và dài không quá 10mm, sâu không quá 1mm

Khi gõ phải trong thanh, không đe (dùng búa kim loại m = 250g, gõ nhẹ)

+ Các chỉ tiêu vật lý:

v

ρ = 1700 ÷ 1900kg/m3;ρ = 2,5 ÷ 2,7g/cm3; λ= 0,5 ÷ 0,8 kCal/m.0C.h;

Hp = (8÷16)%; Rn= (50÷150) kG/cm2; (200 kG/cm2)

b/ Mác gạch

Gạch đặc có các mác là M50, M75, M100, M125, M150, M200

*/ Xác định mác gạch

- Mác gạch: là cường độ nén trung bình của 5 mẫu gạch thí nghiệm

ở điều kiện tiêu chuẩn t0 = (25±2)0C, W ≥ 90%

- Cách xác định mác:

+ Trong 1 lô 10.000 viên gạch, lấy bất kỳ ra 20 viên, trong 20 viên lấy

10 viên, trong 10 viên lấy 5 viên

+ Lấy gạch đi sấy khô ở t0= (105 ÷ 110)0C, đem cưa đôi và ngâm vào nước 5phút thì vớt ra

+ Gắn 2 nửa viên của cùng 1viên gạch cắt ra (gắn tráo đầu đuôi) bằng vữa xi măng M300 hoặc vữa xi măng cát tỉ lệ C X = 31; X N = 0,5

Bề dày mạch vữa gắn là 3mm đối với vữa ximăng, 5mm đối với vữa

xi măng cát

+ Hai mặt mẫu (trên và dưới) cũng được trát vữa ximăng hoặc vữa ximăng + cát, với chiều dày như trên

+ Để bảo dưỡng mẫu tự nhiên trong không khí 72h thì đem nén và lấy kết quả trung bình của 5 mẫu:

Cưa đôi viên gạch Xác định R n mẫu gạch

Hình 3.1: Mô hình xác định mác gạch c/ Công dụng: Dùng để xây các công trình dân dụng.

3.4.1.2 Gạch xây rỗng (gạch lỗ)

- Kích thước: 220 × 105 × 60 (mm); ρv < 1600 kg/m3

- Lỗ rỗng tròn: Φ25; vuông 18 x 18; 20 x 20

- Có 2,4,6 lỗ rỗng; Hp > 25%; λ< 0,5 kCal/m0.C.h

- Mác gạch rỗng: 35, 50, 75, 100, 125

- Dùng để xây tường, cột, móng v.v

3.4.1.3 Gạch lá nem

- Kích thước: 200 x 200 x 20 (mm); 150 x 150 x 50 (mm)

- Tính chất: đặc chắc, chống thấm tốt, chịu co mòn tốt

- Công dụng: lát hành lang, lát sân thượng

3.4.1.4 Gạch lá dừa

- Kích thước: 200 x 100 x 43 (mm); 160 x 160 x 40 (mm)

- Tính chất: bề mặt có vết khía, đặc chắc hơn gạch chỉ ρ =1900÷

2100 kg/m3

- Công dụng: lát vỉa hè, lát nền nhà tắm

3.4.1.5 Gạch nhẹ

Rn=F P (3-3) RTB=

5

5

2

,

- Chế tạo bằng cách thêm vào 1 số phụ gia dễ cháy: mùn cưa, than bùn, than cám

- ρv= 1200kg/m3; λ=0,4 kCal/m.0C.h

- Công dụng: Xây tường cách nhiệt, chống nóng

3.4.1.6 Gạch chịu lửa

- Theo thành phần hoá học:

+ Gạch chịu lửa tính axit (gạch đinat)

+ Gạch chịu lửa tính kiềm (gạch crôm manhêgi)

- Theo độ chịu lửa:

+ Gạch chịu lửa TB: t0 = 1580 ÷ 1770 0C

+ Gạch chịu lửa cao: t0= 1770 ÷ 2000 0C

+ Gạch chịu lửa cao: t0> 20000C

⇒ Gạch Samôt các loại

3.4.2 Ngói đất sét

3.4.2.1 Phân loại ngói

a/ Ngói vẩy cá: có kích thước nhỏ, khi lợp viên nọ chồng lên viên kia b/ Ngói gờ và ngói úp: 3 loại: 13 viên/m2 (420 x 260 mm); 16 viên/m2

(420 x 205 mm); 22 viên/m2(340 x 205 mm)

3.4.2.2 Yêu cầu kỹ thuật: Theo TCVN

- Ngói phải có màu sắc đồng đều, khi dùng búa kim loại gõ nhẹ có tiếng kêu trong và chắc, bề mặt ngói nhẵn, không có vết rạn nứt

- Sai lệch về chiều dài và chiều rộng không quá ±2mm

- Có ρv = 1800 ÷ 2000 kg/m3; ρ = 2,5 ÷ 2,7 g/cm3, Hp < 10%

- Phải đạt yêu cầu về độ chống thấm:

Đổ đầy nước vào ống thuỷ tinh Φ25mm, h = 150 mm gắn trên vị trí mỏng nhất của viên ngói trong 3h nước không được thấm qua

- Lực uốn chính giữa niên ngói không nhỏ hơn 70 Kg với khoảng cách 2 gối tựa là 330 mm

Hình 3.2: Sản phẩm ngói 22 viên/m2

3.4.3 Các sản phẩm khác từ đất sét nung

1.Sản phẩm sành dạng đá: gạch clanke, gạch chịu axit

2.Kezamzit, Alôporit

3.Sản phẩm sứ vệ sinh