CHƯƠNG VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG 3.1 Khái niệm chung phân loại 3.1.1 Khái niệm chung 3.1.1.1 Khái niệm Vật liệu gốm xây dựng loại vật liệu đá nhân tạo nung, sản xuất từ nguyên liệu đất sét, qua trình gia công học, gia công nhiệt làm biến đổi cấu trúc thành phần khoáng, làm xuất đặc tính phù hợp với yêu cầu sử dụng xây dựng 3.1.1.2.Ưu, nhược điểm vật liệu gốm a/ Ưu điểm: - Có độ bền 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 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, 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 H p < 5% : có loại không tráng men (gạch clanhke, lát nền), loại tráng men (sứ vệ sinh, ống thoát nước) - Gốm rỗng: có H p > 5%: có loại không tráng men (gạch xây loại), có loại tráng men (các loại ốp) 24 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: lát, gạch, ngói 3.2 Nguyên liệu sản xuất vật liệu Gốm xây dựng 3.2.1 Nguyên liệu (đất sét dễ chảy) 3.2.1.1 Khái niệm Đất sét lớp đất khoáng hay nham thạch trộn với nước cho hỗn hợp có độ dẻo (vữa dẻo), khô giữ nguyên hình dạng tác dụng gia công nhiệt sấy nung sản phẩm đá cứng có cường độ, bền với môi trường số tính chất yêu cầu khác 3.2.1.2 Phân loại - Dựa vào khả chịu nhiệt + Đất sét chịu nhiệt, t > 1580 C + Đất sét khó chảy, t = 1350 ÷ 1580 C + Đất sét dễ chảy, t < 1350 C - Dựa theo điều kiện hình thành + Đất sét ổn định (đất sét chỗ) + Đất sét không ổn định (đất phù sa) 3.2.1.3 Thành phần khoáng hoá đất sét - Khoáng chủ yếu là: Caolinit (Al O 2SiO 2H O), Môntmôrilôit (4SiO Al O nH O), Mica định tính chất quan trọng đất sét độ dẻo độ co - Ngoài đất sét chứa tạp chất hữu cát (SiO ), hợp chất cácbonat (MgCO , CaCO ), hợp chất sắt (Fe O , FeS ), than bùn ảnh hưởng đến tính chất đất sét Bảng 1: Thành phần hoá học đất sét Oxít SiO lk % Al O 40 ÷ 60 ÷ 22 Fe O SiO tự ÷ 15 ÷ 30 CaO MgO 0,5 ÷ 4,5 0,5 ÷ 3,5 Tp khác 0,5 ÷ 25 3.2.1.4 Màu sắc đất sét Tuỳ theo hàm lượng tạp chất chứa đất sét mà có màu sắc khác khau: + Nếu 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 đất sét Tính chất chủ yếu đất sét bao gồm: Tính dẻo nhào trộn với nước, co thể tích tác dụng nhiệt biến đổi hoá lí nung a/ Thành phần hạt - Hạt sét, d < 0,005 mm - Hạt bụi, d = 0,005 ÷ 0,14 mm - Hạt cát, d = 0,14 ÷ mm b/ Độ dẻo Tính dẻo tính chất nhào trộn với nước cho hỗn hợp có khả tạo hình dáng tác dụng ngoại lực giữ nguyên hình dạng loại bỏ ngoại lực - Nguyên nhân chủ yếu tạo tính dẻo cho đất sét thân đất sét có cấu tạo dạng lớp, có khả trao đổi ion hấp phụ nước - Tính dẻo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Thành phần hạt, mức độ phân tán, loại khoáng hàm lượng nó, tạp chất, lượng nước nhào trộn thời gian nhào trộn v.v… */ Xác định độ dẻo: Độ dẻo xác định hệ số dẻo K Đất sét khô nhào trộn với nước đến độ ẩm từ 17 ÷ 30 %, tạo hình đất sét thành viên bi có kích thước ÷ cm Tiến hành ép lực ép P (kG) Sau đo độ biến dạng viên bi (a, cm) Xác định hệ số K theo công thức: K = P.a (3-1) Độ dẻo thích hợp K = ÷ 3,5 - Ngoài ra, độ dẻo xác định dựa vào lượng nước yêu cầu (Nyc) dùng để nhào trộn, tạo đất sét có độ dẻo tiêu chuẩn độ co không khí Đất sét dẻo Nyc cao độ co lớn 26 Xác định độ dẻo đất sét thông qua trị số dẻo D (%) D = Wch - Wlv (3-2) Trong đó: Wch - Độ ẩm ngăn cách trạng thái dẻo trạng thái chảy nhão, % Wlv - Độ ẩm giới hạn trạng thái giòn trạng thái dẻo, % - c/ Những biến đổi hoá lý nung đất sét Đất sét hệ đa khoáng, gia công nhiệt xảy nhiều trình hoá lý phức tạp, tạo khoáng + t ≥ 100 C, nước tự dobay hơi, đất sét bị co + t = 450 ÷ 650 C, nước liên kết bay hơi, tạp chất hữu cháy, đất sét tính dẻo, caolinit chuyển thành mêtacaolinit (Al2O3.2SiO2 ) Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O + t = 700 ÷ 900 C, mêtacaolinit đá vôi bị phân huỷ thành Al2O3 SiO2 Al2O3.2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 CaCO3 → CaO + CO2↑ 0 + t = 900 ÷ 1100 C, Các oxít kết hợp lại tạo thành khoáng silimanit (Al2O3.SiO2) khoáng mulit (3Al2O3.2SiO2) Al2O3 + SiO2 → Al2O3.SiO2 Al2O3.SiO2 → 3Al2O3.2SiO2 0 + t = 1100 ÷ 1350 C, số thành phần dễ chảy lấp vào lỗ rỗng làm sản phẩm đặc chắc, đất sét trạng thái dung kết, nhiệt độ thời điểm gọi nhiệt độ dung kết đất sét + t > 1350 C, toàn đất sét chảy ra, sản phẩm bị biến dạng, nhiệt độ gọi nhiệt độ chảy đất sét d/ Những biến đổi thể tích sấy nung - Khi sấy nung đất sét xảy tượng co ngót, độ co ngót lớn dễ gây tượng nứt nẻ, cong vênh, tạo khuyết tật cho sản phẩm - Để hạn chế tượng này, yêu cầu trước tiên chọn lượng nước nhào trộn thích hợp; trước nung, sản phẩm phơi, sấy đến độ ẩm phù hợp; tăng hay giảm nhiệt độ cần phải tăng giảm từ từ; áp dụng biện pháp công nghệ phù hợp với sản phẩm, dây chuyền sản xuất v.v… 27 3.1.3 Nguyên liệu phụ (phụ gia men) a/ Nguyên liệu gầy: nhằm giảm độ dẻo, giảm co sấy, co nung, thường dùng samốt, đất sét nung non, cát, tro xỉ nhiệt điện b/ Nguyên liệu tăng dẻo: làm tăng độ dẻo phối liệu (cao lanh) c/ Nguyên liệu cháy: làm tăng độ xốp cho sản phẩm, làm đồng trình GCN: mùn cưa, than, tro nhiệt điện d/ Nguyên liệu trợ dung: hạ nhiệt độ kết khối, nhiệt độ sản phẩm độ đặc: Phensphat, pecmatit, canxit, đôlômit, trường thạch e/ Men: lớp thuỷ tinh mỏng 0,1 ÷ 0,3 mm 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; màu sắc men phụ thuộc vào oxít tạo màu 3.3 Sơ lược trình công nghệ sản xuất gạch ngói Khai thác nguyên liệu → Gia công nguyên liệu 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 khai thác cho vào kho để ngâm ủ, nhằm làm tăng tính dẻo đồng nguyên liệu đất sét b/ Gia công nguyên liệu chuẩn bị phối liệu - Sẽ làm tăng thêm tính dẻo đồng cho đất sét, giúp cho việc tạo hình dễ dàng - Dùng máy cán thô, cán mịn, máy nhào trộn (1 trục, trục) c/ Tạo hình - Dùng máy đùn ruột gà (máy ép lentô) Để tăng độ đặc, cường độ gạch người ta dùng thiết bị hút chân không d/ Phơi sấy - Để giảm độ ẩm, giúp sản phẩm mộc có cường độ cần thiết → phơi sấy 28 - Phơi gạch: nhà giàn sân phơi với thời gian từ đến 15 ngày - Sấy gạch lò sấy từ (18 ÷ 24)h, W spm ≤ 8% - Ưu, nhược điểm sấy nhân tạo so với sấy tự nhiên: + Ưu điểm: • Quá trình sản xuất liên tục → Tăng suất • Điều kiện làm việc công nhân cải thiện • Chất lượng sản phẩm đảm bảo + Nhược điểm: • Vốn đầu tư lớn • Tốn nhiên liệu e/ Nung gạch Quyết định đến chất lượng sản phẩm - Gồm có giai đoạn: Đốt nóng, nung làm nguội - Thiết bị: nung gián đoạn liên tục 3.3.2 Sản xuất ngói Kỹ thuật sản xuất ngói gần giống sản xuất gạch ngói có hình dáng phức tạp, mỏng, đòi hỏi chất lượng cao nên kỹ thuật sản xuất ngói có thêm số yêu cầu khác như: + Nguyên liệu: Đất sét phải có độ dẻo cao, dễ chảy, không lẫn tạp chất cacbonat, dùng (20 ÷ 25) % phụ gia cát, (15 ÷ 25) % phụ gia samốt + Gia công nguyên liệu chuẩn bị phối liệu chủ yếu theo phương pháp dẻo cần gia công kỹ nhằm làm cho đ ộ ẩm đ ồng phá vỡ tối đa cấu trúc nguyên liệu cách ngâm ủ dài ngày + Phải tạo viên galet máy ép lentô trước ủ để độ ẩm đồng tạo hình ngói từ viên gạch galet + Khi nung ngói: Nhiệt độ nâng từ từ, nung lâu hơn, làm nguội chậm Tuy nhiên nay, người ta kết hợp nung gạch 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) 29 a/ Kích thước: 220 × 105 × 60 (mm) Theo TCVN: gạch đặc phải đạt yêu cầu sau gọi Gạch xây đạt loại A + Ngoại hình phải vuông vắn, kích thước quy định, có sai số phải phạm vi cho phép chiều dài ± 7mm, chiều rộng ± 5mm, chiều dày ± 3mm; không sứt mẻ, cong vênh; cong mặt đáy không 4mm, mặt không 5mm Trên mặt gạch không đường nứt, đường dài không 15mm sâu không 1mm; bên cạnh đường nứt dài không 10mm, sâu không 1mm Khi gõ phải thanh, không đe (dùng búa kim loại m = 250g, gõ nhẹ) + Các tiêu vật lý: ρ v = 1700 ÷ 1900kg/m ; ρ = 2,5 ÷ 2,7g/cm ; λ = 0,5 ÷ 0,8 kCal/m C.h; Hp = (8 ÷ 16)%; R n = (50 ÷ 150) kG/cm ; (200 kG/cm ) b/ Mác gạch Gạch đặc có mác M50, M75, M100, M125, M150, M200 */ Xác định mác gạch - Mác gạch: cường độ nén trung bình mẫu gạch thí nghiệm điều kiện tiêu chuẩn t = (25 ± 2) C, W ≥ 90% - Cách xác định mác: + Trong lô 10.000 viên gạch, lấy 20 viên, 20 viên lấy 10 viên, 10 viên lấy viên + Lấy gạch sấy khô t = (105 ÷ 110) C, đem cưa đôi ngâm vào nước 5phút vớt + Gắn nửa viên 1viên gạch cắt (gắn tráo đầu đuôi) vữa xi măng M300 vữa xi măng cát tỉ lệ X C = 3; N X = 0,5 Bề dày mạch vữa gắn 3mm vữa ximăng, 5mm vữa xi măng cát + Hai mặt mẫu (trên dưới) trát vữa ximăng vữa ximăng + cát, với chiều dày + Để bảo dưỡng mẫu tự nhiên không khí 72h đem nén lấy kết trung bình mẫu: P Rn = F (3-3) R TB = ) R1 + R2 + + R 5 , (kG/cm (3-4) 30