NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÊ TÔNG KHÍ KHÔNG CHƯNG ÁP TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

Đối tượng nghiên cứu Từ các loại nguyên vật liệu sử dụng, trong luận án tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của BTKKCA.. Phương pháp nghiên cứu Tro

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, nguồn khoáng sản, vật liệu tự nhiên ở nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang ngày càng cạn kiệt Trong khi đó, nguồn phế thải công nghiệp ngày càng tăng lên Vấn đề đặt ra,phải tìm ra loại vật liệu mới có thể tận dụng các nguồn phế thải, thay thế được các nguồn vật liệu có nguồn gốc thiên nhiên, đảm bảo vấn đề về kinh tế - kỹ thuật và môi trường Đứng trước thực tế đó, từ năm 2010 Nhà nước có quy định cấm sản xuất vật liệu nung bằng

lò nung thủ công, khuyến khích sử dụng vật liệu không nung để bảo vệ môi trường, tiết kiệm nguồn khoáng sản đang cạn kiệt, Do vâ ̣y, viê ̣c sử dụng vật liệu nhẹ trong xây dựng nói chung và xây dựng nhà cao tầng nói riêng đã trở thành yêu cầu bức thiết ở Việt Nam Bê tông khí không chưng áp (BTKKCA)

là loại vật liệu nhẹ có tiềm năng phát triển nhờ có khả năng cách âm, cách nhiệt tốt, quá trình sản xuất nhanh, rút ngắn thời gian thi công, Tuy nhiên, cho đến nay loại vật liệu này vẫn chưa được nghiên cứu và sử dụng nhiều do còn một số hạn chế như: cường độ thấp (cườ ng đô ̣ nén thường nhỏ hơn 5,0MPa với khối lượng thể tích 700-800 kg/m3), độ co ngót lớn, độ hút nước cao và chất lượng không ổn định, Việc nghiên cứu thiết kế và nâng cao chất lượng nhằm khắc phục một số hạn chế trên sẽ góp phần đưa loại vật liệu này vào sử dụng rộng rãi trong xây dựng ở Việt Nam Đây cũng chính là hướng nghiên cứu xuyên suốt của luận án

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài đặt ra là nghiên cứu nâng cao chất lượng BTKKCA sử dụng cho các vách ngăn, cách nhiệt mái nhà cao tầng và nhà công nghiệp

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Với mục tiêu đặt ra như trên, đề tài sẽ thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

- Tổng quan về tình hình nghiên cứu và sử dụng BTKKCA trên thế giới và

ở Việt Nam

- Cơ sở khoa học của nghiên cứu chế tạo bê tông khí

- Nghiên cứu và đánh giá khả năng sử dụng các nguyên vật liệu sẵn có ở Việt Nam để sản xuất BTKKCA

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và biện pháp nâng cao chất lượng của BTKKCA

- Nghiên cứu thiết kế tối ưu thành phần hỗn hợp BTKKCA

- Nghiên cứu thiết lập công nghệ sản xuất BTKKCA trong nhà máy và ứng dụng sản phẩm BTKKCA trong xây dựng

- Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của việc sử dụng BTKKCA

Header Page 1 of 148.

4 Đối tượng và phạm vi nhiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Từ các loại nguyên vật liệu sử dụng, trong luận án tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của BTKKCA Từ đó, tìm ra những cơ sở khoa học và biện pháp nâng cao chất lượng của BTKKCA, đề xuất dây chuyền công nghệ sản xuất gạch xây (blốc) và thi công lớp cách nhiệt mái nhà cao tầng và nhà công nghiệp ở Việt Nam

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận án: Nghiên cứu chế tạo BTKKCA sử dụng tro bay nhiệt điện và bột nhôm có:

- Khối lượng thể tích đạt 700 - 800 kg/m3

- Cường độ nén lớn hơn 5,0 MPa

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu, đề tài đã sử dụng hai phương pháp: phương pháp tiêu chuẩn

và phương pháp phi tiêu chuẩn, trong đó phương pháp tiêu chuẩn để xác định các tính chất của vật liệu sử dụng và xác định các tính chất của BTKKCA, và phương pháp phi tiêu chuẩn để xác định phương pháp tạo rỗng của hỗn hợp bê tông khí, thiết kế thành phần cấp phối BTKKCA và việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố thành phần đến tính chất của bê tông bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luâ ̣n án

Bê tông khí thường có cường độ thấp Cường độ BTKKCA phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ vách ngăn giữa các lỗ rỗng, hình dáng kích thước của lỗ rỗng và sự phân bố của lỗ rỗng trong bê tông Cường độ phần vữa tạo vách ngăn giữa các lỗ rỗng càng cao thì bê tông khí có cường độ càng cao Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của vách ngăn là nguyên liệu sử dụng (xi măng

và cấu tử silic trong tro bay), tỷ lệ nước trên rắn, chế độ đóng rắn sau khi tạo hình,… Bằng thuật toán quy hoạch thực nghiệm đề tài đã xác định được các nhân tố này ảnh hưởng đến tính chất và đặc biệt là đến cấu trúc vi mô của BTKKCA Những kết quả này thể hiện rõ ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

7 Những điểm mới của luâ ̣n án

Điểm mới của luâ ̣n án là đã sử dụng tro bay thay thế hoàn toàn cát trong chế tạo BTKKCA đạt được các yêu cầu đề ra

Đã xác lập được tỷ lệ tro bay/xi măng, độ mịn của tro bay và lượng phụ gia tạo khí (bột nhôm), loại và lượng phu ̣ gia siêu dẻo hợp lý làm tăng cường độ nén của BTKKCA từ 3,5 MPa lên trên 5,0 MPa trong khoảng KLTT 700-800 kg/m3

Header Page 2 of 148.

Những kết quả vững chắc của nghiên cứu đã làm cơ sở tin cậy cho việc triển khai ứng dụng có hiệu quả vào một số công trình xây dựng ở nước ta

8 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 5 chương, phần kết luận và kiến nghị, 59 tài liệu tham khảo và 4 phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÊ TÔNG KHÍ KHÔNG CHƯNG ÁP TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Kha ́ i niê ̣m về bê tông khí

Bê tông khí là một vật liệu đá nhân tạo không nung có chứa rất nhiều các lỗ rỗng gồm lỗ rỗng nhỏ, lỗ rỗng lớn và các dạng mao quản khác Đây là sản phẩm được hình thành do quá trình thủy hóa và đóng rắn của chất kết dính (có thể là hỗn hợp xi măng, chất kết dính hỗn hợp hay chất kết dính vôi – cát) được trộn với nước và chất tạo rỗng, cùng với các loại vi cốt liệu phân tán khác

Về khía cạnh cấu trúc, BTK là một loại bê tông nhẹ chứ a mô ̣t lượng lớn các lỗ rỗng nhỏ, kín có dạng hình cầu, có chứa khí hoặc hỗn hợp khí và hơi nước có kích thước từ 0,5 - 2 mm phân bố mô ̣t cách đồng đều và được ngăn cách nhau bằng những vách mỏng chắc Cấu trúc của BTK được mô tả ở hình 1.1

Hình 1.1 Cấu trúc bê tông khí (a) Ảnh chụp sa ̉ n phẩm nghiên cứu thực tế, (b) Ảnh minh họa

BTKKCA có ưu điểm là công nghệ đơn giản, dễ sản xuất, tốn ít năng lượng, tính chất của sản phẩm cơ bản thỏa mãn yêu cầu sử dụng Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng những loại sản phẩm này không tránh khỏi những nhược điểm như co ngót lớn (đến 2-4 mm/m) [3, 16, 60], độ hút ẩm lớn, kém ổn định Để giảm co ngót và cải thiện tính ổn định của BTKKCA người ta đã dùng các biện pháp để giảm lượng nước nhào trộn và bổ sung thêm vào hỗn hợp nguyên liệu thành phần hạt vi cốt liệu hợp lý Có nhiều tài liệu [48, 49, 58] chứng minh

mỏng chắc [1] Cấu trúc của BTK được mô tả ở hình 1.1

(a) Ảnh chụp thực tế (b) Ảnh minh họa

Lỗ rỗng

Vách ngăn

Header Page 3 of 148.

rằng, khi cho vào hỗn hợp bê tông khí một lượng tro bay thì độ co ngót và tính lưu biến của hỗn hợp bê tông khí không chưng áp giảm đi đến hơn 2 lần BTK chịu ảnh hưởng của các yếu tố có thể kể đến là [14]:

- Chất lượng của xi măng pooclăng, thành phần Silic (hàm lượng SiO2,

Al2O3, Fe2O3…)

- Tỷ lệ thành phần Silic (tro bay) và xi măng

- Đặc tính và lượng dùng của các chất tạo rỗng, cấu trúc vĩ mô mới xuất hiện

- Độ phân tán của các cấu tử thường được xác định theo tỷ diện tích và thành phần hạt của các cấu tử (lượng sót trên sàng 0,09 và 0,063, lượng lọt qua sàng 0,063)

- Tỷ lệ các cỡ hạt của hỗn hợp nguyên liệu, có các tỷ diện tích khác nhau và diện tích bề mặt của cấu trúc vĩ mô mới xuất hiện

- Tỷ lệ nước trên tổng lượng các chất rắn

- Chiều cao và kích thước của khuôn

- Nhiệt độ của khối khi bắt đầu và kết thúc quá trình nở phồng

- Chế độ công nghệ: khi trộn các cấu tử của hỗn hợp BTK (máy trộn trục đứng, turbin, chấn động ), khi vận chuyển từ vị trí tạo hình đến vị trí cắt đầu thừa,

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông khí trên thế giới

Công nghệ sản xuất BTKKCA được phát triển và đăng ký cấp bằng sáng chế đầu tiên cho tác giả Hoffman, Cộng hòa Séc năm 1889 Sau đó, năm 1914 người ta đã sử dụng Ca(OH)2 và bột nhôm làm chất tạo khí trong hỗn hợp xi măng do Aysworth và Dyer – người Mỹ phát minh

Năm 1917, một sáng chế khác của Hà Lan sử dụng chất tạo khí Các sáng chế sau này liên quan đến phản ứng giữa bột kẽm và các chất kiềm trong hỗn hợp xi măng, oxi già, natri hoặc canxi Hypochlorite- Ca(ClO)2 và tạo bọt khí

Năm 1919, bột kim loại sinh khí của Grosche - Đức phát minh Bột nhôm được xem như môi trường xúc tác phổ biến nhất, khí có thể kiểm soát từ việc sinh ra các bong bóng khí H2 có kích thước phù hợp

Tuy nhiên, việc sản xuất và sử dụng rộng rãi BTK chỉ bắt đầu vào những năm

1920 Năm 1922, người ta đề xuất tạo khí bằng ôxýt kép hyđrô H2O2

Năm 1923, ở Đan Mạch người ta bắt đầu sản xuất bê tông bọt

Năm 1924, ở Thụy Điển bắt đầu sản xuất bê tông khí bằng xi măng - vôi - cát

và dùng bột nhôm làm chất tạo khí

Năm 1933, các nhà khoa học Thụy Sỹ đã đưa ra công nghệ sản xuất bê tông khí bằng phương pháp chưng áp, sử dụng chất kết dính xi măng - vôi - cát nghiền Năm 1924, Tiến sĩ Erikson được cấp bằng sáng chế "bê tông khí chưng áp"

Header Page 4 of 148.

Năm 1928, Liên Xô cũ bắt đầu nghiên cứu triển khai sản xuất bê tông khí bằng phương pháp tạo khí đến nay đã đạt trình độ cao

Ngày nay, BTKCA được phát triển mạnh ở các nước công nghiệp phát triển như: Cộng hòa Liên bang Đức, Cộng hòa Séc, Mỹ, BaLan, Cộng hòa Liên bang Nga, Trình độ công nghệ đạt đến mức độ rất cao (Tự động, cơ giới hóa, điều khiển trung tâm ) với nguyên vật liệu là xi măng - vôi - tro xỉ nghiền mịn hoặc

xi măng - vôi - cát nghiền mịn

Theo thống kê năm 2011, đã có gần 50 nước sản xuất BTKCA được phân bố chủ yếu ở các vùng hàn đới, ôn đới và một số nước vùng nhiệt đới

1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông khí ở Việt Nam

Các đơn vị có nghiên cứu BTKKCAphải kể đến là Viện KHCN xây dựng, Viện VLXD, Viện NCTL, Viện GTVT, trường ĐHXD, trường ĐHBK Hà Nội, trường ĐHBK Tp HCM

Vào các năm 1988-1990 tại Viện KHCN xây dựng đã thiết kế và lắp đặt 1 dây chuyền sản xuất bê tông khí rắn chắc tự nhiên công suất 5000 m3/năm

Đến năm 2004, Viện KHCN xây dựng thực hiện đề tài nghiên cứu cấp Bộ [21]

về Nghiên cứu sử dụng vật liệu nhẹ cho nhà và công trình gồm 5 phần trong đó

có phần 1 là nghiên cứu sử dụng BTKKCA Viện đã sử dụng xi măng Nghi Sơn PCB40, chất tạo khí- bột nhôm AK-1, cát nghiền, vôi để chế tạo BTKKCA với cường độ nén đạt (2,65 – 3,30) MPa đối với KLTT = 700 kg/m3; (3,50 – 4,20) MPa đối với KLTT = 800 kg/m3; (6,00 – 7,30) MPa đối với KLTT =

1000 kg/m3

Ngoài các đơn vị nghiên cứu trên, đã có một số công ty đã đầu tư sản xuất BTK như Công ty cổ phần đầu tư và bê tông Thịnh Liệt, Công ty đầu tư phát triển nhà và khu công nghiệp Đồng Tháp, Công ty cổ phần sản xuất bê tông nhẹ và xây dựng Thiên Giang, Công ty Vĩnh Đức thuộc tập đoàn Thái Hưng

Hiện nay, cả nước có 11 nhà máy sản xuất BTKCA với tổng công suất 1.700

m3/năm

Ở Việt Nam, đã có một số đề tài nghiên cứu sản xuất BTKKCA, tuy nhiên cường độ sản phẩm vẫn còn hạn chế (khoảng 2,5-5,0 MPa) trong khi khối lượng thể tích còn tương đối lớn (khoảng 700 – 1000 kg/m3)

Vật liệu xây dựng không nung (chủ yếu là bê tông khí) đã được Bộ xây dựng định hướng phát triển từ những năm 90 của thế kỷ trước và dự kiến đến năm

2010 bê tông khí đạt 30% sản lượng vật liệu không nung Xong đến nay,BTK chỉ sản xuất được một khối lượng nhỏ (8%) [6] Để đẩy mạnh phát triển vật liệu xây dựng không nung tháng 6/2010 hội VLXD Việt Nam đã tổ chức hội thảo

“Vật liệu xây dựng không nung – Thời cơ, giải pháp, hiệu quả”

Header Page 5 of 148.

Để định hướng phát triển vật liệu xây dựng không nung Thủ tướng Chính phủ

đã ra quyết định số 567/QĐ-TTG ngày 28/4/2010 phê duyệt chương trình phát triển vật liệu xây dựng không nung đến 2020 [7] Quyết định của Thủ tướng chính phủ đã được các nhà đầu tư đặc biệt quan tâm

Kết luận chương 1

Qua phân tích tổng quan cho thấy, BTKCA đã và đang được đầu tư xây dựng, sản xuất mạnh mẽ ở Việt Nam trong thời gian tới Tuy vậy, loại bê tông này cũng tồn tại nhiều nhược điểm như vốn đầu tư ban đầu cao, sản phẩm có độ hút nước lớn, Từ đó cho thấy, việc nghiên cứu và chế tạo BTKKCA có tiềm năng rất lớn nhờ có khối lượng thể tích nhỏ, khả năng cách âm, cách nhiệt tốt, công nghệ sản xuất đơn giản, vốn đầu tư ban đầu thấp và tiết kiệm nguyên liệu Hiện nay, việc sản xuất và sử dụng loại vật liệu này ở Việt Nam vẫn còn một số hạn chế như cường độ thấp, độ co ngót lớn, độ hút nước cao và chất lượng kém ổn định, Do đó, việc nghiên cứu khắc phục những hạn chế trên giúp nâng cao hiệu quả sử dụng BTKKCA được đặt ra trong luận án này nhằm đưa loại vật liệu này vào sử dụng rộng rãi trong xây dựng ở Việt Nam là rất cần thiết

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG KHÍ 2.1 Cơ sở của sự hình thành cấu trúc rỗng trong bê tông khí

2.1.1 Phương pha ́ p ta ̣o rỗng cho bê tông khí

Để tạo rỗng cho BTK người ta dùng chất tạo khí trộn đều với hỗn hợp bê tông

đã được nhào trộn gồm chất kết dính (CKD), thành phần silic và một lượng nước cần thiết, sản phẩm khí tạo ra làm cho hỗn hợp bê tông nở phồng trong khuôn Sau khi kết thúc quá trình tạo khí hỗn hợp bê tông rỗng này rắn chắc lại, tạo thành BTK

Hiện nay, bột nhôm là chất tạo khí được dùng phổ biến nhất Bột nhôm ở dạng bột mịn gồm các hạt dạng vẩy có đường kính 20- 50 µm, dày 1 - 3 µm có độ nghiền mịn tương ứng S = 7000 ÷ 10000 cm2/g, được cách ly với không khí và

ẩm bằng một màng rất mỏng paraphin hoặc stearin bao phủ bề mặt ngay trong quá trình chế tạo

Để có cấu trúc rỗng hợp lý, tức là cấu trúc rỗng gồm các lỗ rỗng kín, không thông nhau, kích thước nhỏ và được phân bố đều khắp trong toàn bộ thể tích bê tông, để đảm bảo sao cho quá trình tạo khí và phồng nở xảy ra thuận lợi cần tạo

ra và duy trì nhiệt độ thích hợp, đảm bảo đủ các chất phản ứng, dùng bột nhôm

có độ phân tán cao và phân bố thật đồng đều các hạt bột nhôm trong hỗn hợp bê tông, đảm bảo cho hỗn hợp bê tông có độ lưu động phù hợp trong từng giai đoạn của quá trình tách khí

Header Page 6 of 148.

Khi các điều kiện khác đã đảm bảo được thì yếu tố quan trọng nhất để tạo nên cấu trúc rỗng tối ưu trong BTK là phải điều khiển được tính chất dẻo nhớt của hỗn hợp bê tông sao cho phù hợp với động học của quá trình tách khí và phồng

nở

2.1.2 Qua ́ trình thủy hóa và phát triển vi cấu trúc của hê ̣ xi măng – tro bay

Trong hệ xi măng - tro bay - nước, tro bay tham gia vào quá trình thủy hóa của

xi măng, đóng rắn và phát triển cường độ Xi măng thuỷ hoá tạo ra sản phẩm phụ canxi hydroxit Sản phẩm này phản ứng với các cấu tử có trong tro xỉ tạo thành sản phẩm có tính chất kết dính làm tăng cường độ của xi măng

Các sản phẩm thủy hóa được tạo thành đã làm tăng tỷ lệ rắn/lỏng trong hệ và tạo cho hệ xi măng- tro bay có cường độ dài ngày cao hơn so với mẫu xi măng Kết quả xác định mức độ phân bố các lỗ rỗng trong đá xi măng- tro bay cũng chứng minh điều này Trong hệ xi măng - tro bay, lượng các lỗ rỗng, nước tự

do và canxi hydroxit ít hơn nhiều so với xi măng thông thường Đây là nguyên nhân làm tăng tính bền vững của hê ̣ xi măng - tro bay ở tuổi dài ngày

Hoạt tính của tro bay phụ thuộc rất nhiều vào kích thước hạt tro bay sau khi nghiền mịn

Quá trình hình thành cấu trúc của xi măng xảy ra theo ba giai đoạn: hòa tan và thủy hóa, hóa keo và kết tinh Hình 2.1 và hình 2.2 thể hiện vi cấu trúc của hệ

xi măng và tro bay khi bắt đầu thủy hóa và khi xảy ra phản ứng giữa tro bay và

CH

Hình 2.1 Vi cấu trúc của hê ̣ xi măng –

tro bay khi bắt đầu thủy hóa

Hình 2.3 Vi cấu trúc của hệ xi măng và tro bay (FA), gồm các sản phẩm thủy hóa C-S-H và CH,

nên đặc chắc hơn Ngoài ra, theo chiều hướng này, khoảng không do nước chiếm chỗ ngày càng bị chia cắt bởi các sản phẩm thủy hóa và các hạt tro bay

và xi măng chưa thủy hóa Lượng các lỗ rỗng dài, thông nhau trong đá xi măng ngày càng giảm Đây chính là nguyên nhân làm cho hệ xi măng - tro bay ngày càng phát triển cường độ và có độ đặc chắc cao, có khả năng bền vững trong các môi trường xâm thực

2.2 Ca ́ c mô hình cấu trúc rỗng trong bê tông khí

Tài liệu [3] cho biết các loại lỗ rỗng cũng như sự phân bố của chúng đều có ảnh hưởng đến các chức năng và các tính chất của vật liệu cách âm, cách nhiê ̣t Thể tích lỗ rỗng đạt được có ảnh hưởng quyết định rất lớn đến cấu trúc tổ ong và vách ngăn giữa các lỗ rỗng

2.3 Các chỉ tiêu đặc trưng cho cấu trúc rỗng tối ưu của bê tông khí

- Phân bố đồng đều lỗ rỗng trong thể tích vật liệu

- Chiều dày vách ngăn giữa các lỗ rỗng

- Mật độ vách ngăn giữa các lỗ rỗng

- Hình dạng lỗ rỗng

- Đặc trưng bề mặt bên trong của lỗ rỗng

- Sự hình thành lỗ rỗng kín trong cấu trúc tổ ong

Kết luận chương 2

Việc nghiên cứu cơ sở tạo rỗng của chất tạo rỗng sử dụng trong quá trình sản xuất BTKKCA có ý nghĩa to lớn Nó cho phép lựa chọn được loại và lượng chất tạo rỗng phù hợp mang lại hiệu quả lớn nhất về kinh tế và kĩ thuật Bên cạnh đó, đề tài còn nghiên cứu, khảo sát sự ảnh hưởng của lượng dùng phụ gia siêu dẻo đến tính chất của BTKKCA Điều này là cơ sở khoa học và tiền đề quan trọng trong việc lựa chọn nguyên vật liệu đầu vào để sản xuất BTKKCA

Để tăng nâng cao chất lượng của BTKKCA trước tiên cần phải cải thiện cấu trúc rỗng tổ ong:

1 Cấu trúc tổ ong tối ưu là cấu trúc rỗng phân bố đồng đều trong toàn bộ thể

tích vật liệu ở dạng đa phân tán (về kích thước lỗ rỗng) gồm các lỗ rỗng hình cầu được ngăn cách nhau bằng các vách ngăn mỏng đặc chắc với bề dày  đồng đều, bề mặt trong (của các lỗ rỗng) nhẵn bóng

2 Tạo rỗng cho BTKKCA bằng phản ứng hóa sinh khí trong hồ xi măng có độ

nhớt thích hợp

3 Bề dày vách ngăn giữa các lỗ rỗng trong BTK phụ thuộc vào độ rỗng tổ ong

rto’ mật độ các hạt rắn và kích thước của chúng, cũng như vào phương pháp tạo rỗng

4 Độ đặc chắc của vách ngăn giữa các lỗ rỗng được xác định sau khi loại bỏ độ

rỗng mao quản, gel và độ rỗng giữa các hạt pha rắn Độ đặc của vách ngăn phụ

Header Page 8 of 148.

thuộc vào tỷ lệ N/R và lượng nước liên kết với chất kết dính trong quá trình thuỷ hoá Bên cạnh đó, đô ̣ đă ̣c này còn phụ thuộc vào thành phần hạt xi măng

và độ mịn của khoáng hoạt tính cũng như hình dạng và độ nhám, ráp bề mặt của chúng, vào tính chất của hỗn hợp phối liệu trong quá trình tạo hình và dưỡng hộ sản phẩm

5 Đặc tính bề mặt trong các lỗ rỗng là cần phải đặc chắc và nhẵn bóng Muốn vậy ở thời kỳ tạo rỗng trong phối liệu cần phải có sức căng bề mặt thấp Tác dụng của chấn động cũng gây ảnh hưởng có lợi tới bề mặt thành lỗ rỗng Tránh tạo rỗng quá nhanh và thay đổi thể tích các cấu tử trong khối phồng nở, vì nó sẽ làm tơi xốp bề mặt trong các lỗ rỗng

Để cho cấu trúc tổ ong phân bố đều, bề dày vách ngăn giữa các lỗ rỗng đồng đều bề mặt trong các lỗ rỗng đă ̣c chắc, nhẵn bóng trong quá trình gia công chế tạo cần phải áp dụng các biện pháp sau đây:

- Chọn loại XM có cường độ cao, ổn định thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết

- Chọn chất tạo khí bột nhôm có hàm lượng Al cao trên 85%

- Tính toán và sử dụng hàm lượng chất tạo khí phù hợp với KLTT thiết kế

- Sử dụng phụ gia siêu dẻo (PGSD) để giảm tỷ lệ N/R

- Sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính (Tro bay) thay cát nghiền có độ mịn cao, thành phần hạt hợp lý

- Áp dụng các chế độ công nghệ thích hợp

CHƯƠNG 3 NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nguyên vật liệu sản xuất bê tông khí

Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: Xi măng PC40 Bút Sơn, bột vôi sống, tro tuyển Phả Lại, chất tạo rỗng là bột nhôm và phụ gia siêu dẻo Tính chất kỹ thuật và thành phần hóa của vật liệu sử dụng được trình bày dưới đây

3.1.1 Chất kết dính

Đề tài lựa cho ̣n xi măng PC40 Bút Sơn làm CKD để nghiên cứu

Bảng 3.1 Tính chất kỹ thuật của xi măng PC40 Bu ́ t Sơn

Tính chất Đơn vị Kết quả Phương pháp thử

Thời gian bắt đầu đông kết Phút 100 TCVN 6017-1995 Thời gian kết thúc đông kết Phút 185 TCVN 6017-1995

Header Page 9 of 148.

Tính chất Đơn vị Kết quả Phương pháp thử

3.1.2 Thành phần silic (tro bay)

Đề tài lựa cho ̣n tro bay Phả La ̣i đóng vai trò là thành phần silic với 2 đô ̣ mi ̣n khác nhau (tro bay loa ̣i mi ̣n và tro bay loa ̣i thô) dùng để nghiên cứu, chế ta ̣o BTKKCA

Bảng 3.2 Thành phần hoá học của tro bay

Thành phần SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MKN Hàm lượng,% 58,38 25,12 7,01 0,84 0,70 0,30 3,28 5,29

Bảng 3.3 Tính chất kỹ thuật của tro bay Tính chất Đơn vị Kết quả Phương pháp thử

KLTT xốp (loại ha ̣t mi ̣n) kg/m3 948 TCVN 340 -1986 KLTT xốp (loại ha ̣t thô) kg/m3 960 TCVN 340 -1986

3.1.3 Chất tạo rỗng

Đề tài sử du ̣ng bô ̣t nhôm Trung Quốc để chế ta ̣o BTKKCA Đặc điểm, quy cách và chỉ tiêu kỹ thuật của bột nhôm Trung Quốc- loại bô ̣t nhôm phát khí theo tiêu chuẩn kỹ thuâ ̣t GB 2084-89

Bảng 3.4 Đặc điểm, quy cách và chỉ tiêu kỹ thuật của bột nhôm TQ

Header Page 10 of 148.

3.1.4 Phụ gia hóa học

3.1.4.1 Chất hoạt tính bề mặt (chất tẩy) theo TCVN 5455 - 1998

Sử dụng để làm sạch lớp dầu bảo quản trên bề mặt bột nhôm để bột nhôm dễ dàng phân tán trong hỗn hợp bê tông, liều lượng sử dụng bằng 1-5% trọng lượng bột nhôm, cộng với 25 - 30 phần nước trên một phần trọng lượng bột nhôm

3.1.4.2 Phụ gia siêu dẻo

Qua khảo sát, đề tài chọn loại PGSD Sika Viscocrete 3000-20, đây là chất siêu hoá dẻo công nghệ cao gốc polyme thế hệ thứ 3 Sika Viscocrete 3000-20 phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C 494 loại G Loại PGSD thế hệ mới của Sika này

có khả năng giảm nước cao qua thử nghiê ̣m không ảnh hưởng đến quá trình phồng nở của bê tông khí

3.1.5.Nước

Nước nhào trộn hỗn hợp bê tông phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 4506-2012

3.1.6 Vôi

Nguyên liệu vôi có tính chất kĩ thuật như bảng 3.6

Bảng 3.6 Tính chất kỹ thuật của vôi Tính chất Đơn vị Kết quả Phương pháp thử

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp tiêu chuẩn

Đề tài sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn để xác định các tính chất của vật liệu sử dụng và xác định KLTT, cường độ nén, cường độ uốn của BTKKCA (TCVN 9030:2011)

Ở Việt Nam, hiện nay chưa có đủ các tiêu chuẩn riêng để xác định độ hút nước bão hòa và hệ số hút nước mao dẫn của BTKKCA Do đó, tác giả sử dụng tiêu chuẩn TCVN 3113:1993 (tiêu chuẩn xác định độ hút nước của bê tông nặng) để xác định độ hút nước của BTKKCA và tiêu chuẩn TCVN 9028:2011 (tiêu chuẩn xác định hệ số hút nước mao dẫn của vữa sử dụng cho BTK) để xác định

hệ số hút nước mao dẫn của BTKKCA

Header Page 11 of 148.

3.2.2 Phương pháp phi tiêu chuẩn

Trong nghiên cứu, có ba phương pháp phi tiêu chuẩn chính được sử dụng đó là: (1) Phương pháp tạo rỗng trong hỗn hợp BTK, (2) Phương pháp thiết kế thành phần BTKKCA, (3) Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Kết luận chương 3:

Việc lựa chọn nguyên vật liệu dùng để nghiên cứu chế tạo sản xuất BTKKCA xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu cũng như cơ sở khoa học về BTKKCA Các nguyên vật liệu cơ bản đều có tiêu chuẩn về chất lượng kết quả nghiên cứu cho thấy các nguyên vật liệu đều đạt yêu cầu theo các tiêu chuẩn viện dẫn Phụ gia siêu dẻo giảm nước tầm cao theo chỉ dẫn của nhà sản xuất và kinh nghiệm nghiên cứu Chủ yếu các nguyên vật liệu có nguồn gốc trong nước, điều này cho phép chúng ta tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có góp phần thúc đẩy nền công nghiệp trong nước phát triển, bảo vệ môi trường, hạ giá thành mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật đặt ra đối với sản phẩm

Qua các thí nghiệm thì tỷ lệ phụ gia giảm nước cho cường độ sớm Chủng loại Viscocrete 3000-20 có thể giảm lượng nước nhào trộn đến 40% so với công nghệ sản xuất BTK theo phương pháp thông thường Rất phù hợp với công nghệ sản xuất BTKKCA dùng chất kết xi măng - vôi - tro bay và các nguyên vật liệu theo các tiêu chuẩn như đã đề cập ở phần trên để thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BTKKCA

Chất lượng BTKKCA thấp với cường đô ̣ nén nhỏ hơn 5,0MPa là do hỗn hợp bê tông nhào trô ̣n với lượng nước lớn (N/R khoảng 0,60) Đô ̣ chảy xòe D và đô ̣ nhớt của hỗn hợp bê tông không ổn đi ̣nh dẫn đến thời gian phồng nở kéo dài Cấu trúc lỗ rỗng không phân bố đều Cường đô ̣ vách ngăn thấp do chưa cải thiê ̣n được vi cấu trúc thành phần cấu ta ̣o vách ngăn Vì vâ ̣y để tăng cường đô ̣ vách ngăn cần phải giảm lượng nước nhào trô ̣n nhưng vẫn đảm bảo đô ̣ chảy xòe D và đô ̣ nhớt của hỗn hợp bê tông khí khi phồng nở để ổn đi ̣nh và đảm bảo cấu trúc rỗng phân bố đồng đều Sử du ̣ng tro bay có đô ̣ mi ̣n cao thay thế cát đóng vai trò thành phần Silic để tăng đô ̣ đă ̣c chắc của vách ngăn giữa các lỗ rỗng trong bê tông khí Trong chương này đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu thực nghiê ̣m để nâng cao chất lượng của BTKKCA thể hiê ̣n qua các phần: Xác đi ̣nh ảnh hưởng của PGSD đến đô ̣ chảy xòe của vữa, nghiên cứu ảnh hưởng của PGSD đến quá trình phản ứng, chế ta ̣o hỗn hợp tro bay có đô ̣ mi ̣n yêu cầu, phương pháp quy hoa ̣ch thực nghiê ̣m, nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố, cấp phối tối ưu chế ta ̣o BTKKCA, phân tích vi cấu trúc, ảnh hưởng của tỷ lệ

Header Page 12 of 148.

N/R đến cường độ nén, độ hút nước và KLTT của BTKKCA, hệ số dẫn nhiệt của BTKKCA

4.1 Nghiên cư ́ u ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo đến độ chảy xòe của vữa

Kết quả nghiên cứu cho thấy độ chảy xòe của vữa xi măng - tro tỷ lệ nghịch với

tỷ lệ T/X Đặc tính này vẫn được duy trì khi có mặt PGSD

Phần trăm PGSD cho vào để đạt hiệu quả hóa dẻo thì tỷ lệ nghịch với tỷ lệ N/R Khả năng hóa dẻo nhất của phụ gia vớ i hàm lượng dùng 0,6%- 0,7%- 0,8% tương ứng với vữa có tỷ lê ̣ là 0,35- 0,30- 0,25 Ở ba giá trị này, mức độ hóa dẻo giảm dần theo từng tỷ lệ N/R = 0,25- 0,30- 0,35

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo đến qua ́ trình thủy hóa của xi măng

Động học quá trình phản ứng giữa bột nhôm và các sản phẩm thủy hóa của xi măng trong hỗn hợp hồ xi măng-tro bay-phụ gia là quá trình rất phức tạp, tuân theo quy luật của động học quá trình dị thể, tức là xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa bột nhôm và pha lỏng, và các hyđrôxyt kim loại kiềm có trong thành phần hỗn hợp hồ xi măng sinh ra sản phẩm là 3CaO.Al2O3.6H2O và pha khí H2 Khi sử dụng PGSD thì quá trình toả nhiệt của xi măng tăng mạnh, thời gian đạt nhiệt độ phản ứng cao nhất được rút ngắn

Hình 4.8 Sự phát triển nhiệt độ theo thời gian của hỗn hợp bê tông khí,

(1) N/R = 0,25; (2) N/R = 0,35; (3) N/R = 0,45

Để xác định ảnh hưởng của PGSD đến N/R và thời gian phồng nở của hỗn hợp

bê tông, đề tài tiến hành thí nghiệm hỗn hợp bê tông ở các tỷ lệ nước/rắn (N/R)

là 0,25; 0,35 và 0,45 tương ứng với lượng dùng phụ (PG) theo chất kết dính là 0,8%; 0,6% và 0% Các số liệu thí nghiệm được ghi lại ở các hình 4.9 Có thể

Header Page 13 of 148.

thấy rằng, với sự có mặt của PGSD thì quá trình phồng nở đến Hmax tăng nhanh

giúp cho thời gian phồng nở được rút ngắn

Hình 4.9 Sư ̣ ảnh hưởng của phụ gia đến quá trình tạo khí

(1) N/R = 0,30; (2) N/R = 0,35; (3) N/R = 0,40 4.3 Chế tạo hỗn hợp tro bay có độ mịn yêu cầu

Việc tính toán hàm lượng phối hợp của 2 loại tro bay theo 1 tỷ diện tích cho trước có thể xác định như sau: Giả sử tỷ diện tích cần xác định là S, gọi x là hàm lượng của Tro bay (b), như vậy (1-x) sẽ là hàm lượng còn lại của Tro bay (a)

Bảng 4.6 Kết quả độ mịn của hỗn hợp tro bay theo tính toán và đo thực tế

Độ sai lệch giữa tính toán

và thực tế,

cm 2 /g

Độ sai lệch giữa tính toán

Thời gian bắt đầu đông kết

Header Page 14 of 148.