Quy trình thiết kế kết cấu cột, dầm, sàn bằng revit kết hợp robot

- Sử dụng vật liệu bột đá granite để giảm hàm lượng xi măng cũng như các chất độn khác có trong sản phẩm.. Do vậy cần phải tìm ra các giải pháp công nghệ xử lý, tái sử dụng chất thải này

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

VÕ BÁ TÁNH

Mã số sinh viên: 55131573

LỜI MỞ ĐẦU

-£¥£ - Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ

dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác

Trong suốt thời gian khi bắt đầu ở giảng đường đại học còn khá nhiều bỡ ngỡ, rụt rè, ít nói Những tháng đầu tôi sống không có hoài bão và mục đích gì cả Để trở thành con người như hôm nay chín chắn hơn, tự tin và mạnh mẽ hơn thì không thể không cảm ơn công trời bể của các thầy cô, các bạn đã tận tình chỉ bảo và tiếp lửa cho em Đến năm 3 thầy TS Nguyễn Thắng Xiêm đã thắp sáng ước mơ nguyên cứu khoa học trong em

Nhìn vào sự ô nhiễm càng ngày càng tăng ở các xí nghiệp khai thác và chế biến đá granite hiện nay, nhiều vấn đề về phế thải bột đá được người dân phản ánh mà chưa có hướng giải quyết cụ thể nào, chỉ có một số nơi đã ứng dụng làm các vật liệu xanh sạch từ các phế thải bột đá nhưng chưa được nhân rộng trong nước Cho nên đề tài này em muốn tìm ra các giải pháp hữu ích để chế tạo ra các sản phẩm mới mà có thể được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, tiết kiệm kinh phí trong khâu chế tạo và chất lượng được đảm bảo cho người tiêu dùng Cảm ơn các Thầy cô Trường Đại học Nha Trang nói chung và các Thầy ở Khoa Xây Dựng nói riêng đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập tại Trường Cảm ơn Trung tâm thực thí nghiệm thực hành (Thầy Vũ Văn Duẩn) – đã tạo điều kiện để em làm được đề tài như ngày hôm nay Nhưng không thể không nhắc đến sự đặc biệt của một người thầy TS Nguyễn Thắng Xiêm - Phó Khoa Xây Dựng là người giúp em học tập được rất nhiều điều và bước được trên con đường nguyên cứu khoa học Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo trong nguyên cứu khoa học mà em còn nhiều bỡ ngỡ, thiếu sót Thầy là người trực tiếp chỉ dạy và hướng dẫn để em thực hiện được ước mơ nguyên cứu của mình Một lần nữa, em cảm ơn thầy rất nhiều

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU

VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

I DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1 TS Nguyễn Thắng Xiêm – BM Cơ sở Xây dựng, Khoa Xây dựng – Trường Đại học Nha Trang

2 SV Võ Bá Tánh – Khoa Xây dựng – Trường Đại học Nha Trang

3 KS Vũ Văn Duẩn – Trung tâm Thí nghiệm, Thực hành – Trường Đại học Nha

Trang

4 TS Phan Vĩnh Thịnh – Bộ môn Công nghệ kỹ thuật hóa học – Trường Đại học

Nha Trang

5 KS Nguyễn Thái Tuấn – Giám đốc công ty TNHH Vật liệu mới Asia 96

II ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

1 Trung tâm Thí nghiệm, Thực hành – Trường Đại học Nha Trang

2 Viện NC Chế tạo tàu thủy Nha Trang – Trường Đại học Nha Trang

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU i

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ii

VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH ii

I DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM G IA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ii

II ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ix

1 THÔNG TIN CHUNG ix

2 MỤC TIÊU ix

3 TÍNH MỚI VÀ SÁNG TẠO ix

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ix

5 HIỆU QUẢ, PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GIAO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG x

MỞ ĐẦU xi

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI xi

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI xiii

3 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU xiii

3.1 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu xiii

3.2 Trình tự nghiên cứu xiii

3.3 Phạm vi nghiên cứu xiv

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU xiv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI .1

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 1

1.2 KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ VỀ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM TRONG SẢN XUẤT ĐÁ GRANITE TẠI CÁC NHÀ MÁY THUỘC TỈNH KHÁNH HÒA 2

1.2.1Các công ty sản xuất đá granite thuộc tỉnh Khánh Hòa 2

1.2.2Mức độ ô nhiễm trong sản xuất đá granite tại các nhà máy thuộc tỉnh Khánh

Hòa 4

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 6

2.1.1Bột đá granite 6

2.1.2Cơ sở chọn đối tượng nghiên cứu 11

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

2.3 MỘT SỐ VẬT LIỆU, CHẤT KẾT DÍNH VÀ PHỤ GIA 12

2.3.1Vật liệu cát 12

2.3.2CKD hữu cơ 14

2.3.3CKD vô cơ 15

2.3.4Sikament R4 16

2.3.5Chất nền Vinylester 17

2.3.6Chất nền Polyurethane (PU) 18

2.3.7Chất đóng rắn Epoxy 20

2.3.8Bột dạ quang 21

2.4 NHỮNG CÔNG VIỆC VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 23

2.4.1Thí nghiệm sự liên kết của chất kết dính và bột đá 24

2.4.2Thí nghiệm sự liên kết của xi măng, bột đá, cát và phụ gia 25

2.4.3Các bước tiến hành tại phòng thí nghiệm 26

2.4.4Xác định cường độ chịu uốn và nén của mẫu 29

2.1 MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM 31

2.5.1Máy nén xi măng tự động Matest E160-01 31

2.5.2Cân kỹ thuật Ohau max 150kg 31

2.5.3Cân kỹ thuật Ohau max 3kg 32

2.5.4Tủ sấy 33

2.5.5Máy trộn bằng tay Xiyi II5 34

2.5.6Bàn dằn tạo mẫu xi măng Xiyi ZS-15 –Trung Quốc 34

2.5.7Kính hiển vi điển tử quét TESCAN VEGA 3XM 35

2.5.8Máy ép SACMI – PH1600 36

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGUYÊN CỨU 38

3.1 Độ ẩm của bột đá mài granite dùng trong phối trộn 38

3.2 Độ hút nước của bột đá mài granite dùng trong phối trộn 39

3.3 Kết quả phân tích mẫu nước dùng trong thí nghiệm tại nhà máy 40

3.4 Kết quả phân tích bột đá mài granite 42

3.5 Kết quả thu được sau thí nghiệm mẫu 43

3.5.1Kết quả thí nghiệm mẫu giữa xi măng với bột đá 43

3.5.2Kết quả thí nghiệm mẫu giữa xi măng, bột đá, cát và phụ gia 49

3.5.3Kết quả thí nghiệm mẫu giữa Vinylester, bột đá, cát, chất đông rắn 53

3.5.4Kết quả thí nghiệm mẫu giữa Polyurethane, bột đá, cát và Epoxyl 55

3.5.5Kết quả thí nghiệm xác định mức độ ảnh hưởng của môi trường 58

3.5.6So sánh kết quả với các sản phẩm trên thị trường 60

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 62

4.1 KẾT LUẬN 62

4.2 ĐỀ XUẤT 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 67

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Hình ảnh khai thác đá tản granite - xii

Hình 2: Hình ảnh bột đá granite thải bừa bãi ra môi trường - xii

Hình 3: Chi nhánh công ty CPVLXD Khánh Hòa - Xí nghiệp granite Khánh Hòa - KC - 3

Hình 4: Công ty TNHH Đại Hữu Khánh Hòa - 3

Hình 5: Bột đá granite đổ bừa bãi gây ô nhiễm môi trường - 4

Hình 6: Bột đá granite thải ra gây ô nhiễm môi trường nước - 5

Hình 7: Hình ảnh gia công cắt đá tại nhà máy - 7

Hình 8: Hình ảnh mài bóng đá granite tại nhà máy - 7

Hình 9: Hình ảnh bột đá mài trộn lẫn với nước - 8

Hình 10: Bột đá granite - 8

Hình 11: Bột CaCO3 -8

Hình 12: Phần trăm phân bố của các hạt bột đá vôi CaCO3 - 9

Hình 13: Phần trăm phân bố của các hạt bột đá granite - 10

Hình 14: Ảnh SEM của bột đá vôi phóng đại (a) 63 lần và (b) 60 lần - 10

Hình 15: Ảnh SEM của bột đá granite phóng đại (a, b) 180 lần - 10

Hình 16: Hình ảnh bột đá granite sau khi mài - 11

Hình 17: Cát được chụp với diện tích bề mặt 1-2 cm2 - 14

Hình 18: Ảnh SEM của cát với độ phóng đại 180 lần - 14

Hình 19: Hình ảnh xi măng - 15

Hình 20: Ảnh SEM của xi măng - 16

Hình 21: Sikament R4 - 17

Hình 22: Vinylester - 18

Hình 23: Ảnh SEM của vinylester - 18

Hình 24: Polyurethane (PU) - 19

Hình 25: Ảnh SEM của polyurethane - 19

Hình 26: Chất đóng rắn Epoxy - 21

Hình 27: Ảnh SEM của epoxy - 21

Hình 28: Một số loại màu bột dạ quang - 23

Hình 29: Các bước tiến hành tạo mẫu - 26

Hình 30: Hình ảnh khuôn mẫu kích thước (40x40x160) mm - 27

Hình 31: Sấy mẫu - 28

Hình 32: Hình ảnh bảo dưỡng mẫu - 28

Hình 33: Nén mẫu - 29

Hình 34: Uốn mẫu - 29

Hình 35: Sơ đồ đặt mẫu uốn - 30

Hình 36: Mẫu nén - 30

Hình 37: Sơ đồ đặt mẫu nén - 31

Hình 38: Máy nén mẫu - 31

Hình 39: Cân kỹ thuật 150kg - 32

Hình 40: Cân kĩ thuật 3kg - 33

Hình 41: Tủ sấy vật liệu - 33

Hình 42: Máy trộn bằng tay Xiyi II5 - 34

Hình 43: Bàn dằn tạo mẫu xi măng Xiyi ZS-15 - 35

Hình 44: Kính hiển vi điển tử quét TESCAN VEGA 3XM - 35

Hình 45: Quy trình sản xuất gạch bằng máy ép tĩnh song động - 36

Hình 46: Thí nghiệm xác định độ ẩm của bột đá mài granite - 38

Hình 47: Thí nghiệm xác định độ hút nước của bột đá mài granite - 39

Hình 48: Nước mặt tự nhiên tại địa bàn thực nghiệm tích tụ nhờ mưa - 41

Hình 49: Nước mưa dẫn vào hồ chứa tại địa bàn thực nghiệm - 41

Hình 50: Đường cong phân bố kích thước hạt và ảnh SEM của bột đá mài granite - 42

Hình 51: Nhiễu xạ tia X của bột đá granite - 42

Hình 52: Bề mặt mẫu TH1 - 44

Hình 53: Bề mặt mẫu TH2 - 44

Hình 54: Bề mặt mẫu TH3 - 44

Hình 55: Bề mặt mẫu TH4 - 45

Hình 56: Bề mặt mẫu TH5 - 45

Hình 57: Cường độ chịu uốn của mẫu - 46

Hình 58: Cường độ chịu nén của mẫu - 46

Hình 59: Bề mặt mẫu TH1 bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 47

Hình 60: Bề mặt mẫu TH2 bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 47

Hình 61: Bề mặt mẫu TH3 bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 48

Hình 62: Bề mặt mẫu TH4 bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 48

Hình 63: Bề mặt mẫu TH5 bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 48

Hình 64: Bề mặt mẫu V1 - 50

Hình 65: Bề mặt mẫu V2 - 50

Hình 66: Bề mặt mẫu V3 - 50

Hình 67: Cường độ chịu uốn của mẫu - 51

Hình 68: Cường độ chịu nén của mẫu - 51

Hình 69: Bề mặt mẫu V1 bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 52

Hình 70: Bề mặt mẫu V2 bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 52

Hình 71: Bề mặt mẫu V3 bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 53

Hình 72: Bề mặt mẫu K - 53

Hình 73: Kết quả uốn mẫu K - 54

Hình 74: Kết quả nén mẫu K - 54

Hình 75: Bề mặt mẫu K bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 55

Hình 76: Mẫu nén được đổ vào lọ 50ml - 55

Hình 77: Bề mặt mẫu uốn M - 56

Hình 78: Bề mặt mẫu nén M - 56

Hình 79: Kết quả mẫu uốn M - 57

Hình 80: Kết quả mẫu nén M - 57

Hình 81: Bề mặt mẫu M bình thường (trái) và phóng to 24x (phải) - 58

Hình 82: Hình ảnh mẫu sau khi đỗ - 59

Hình 83: Hình ảnh mẫu V1 trước (trái) và sau (phải) khi thí nghiệm - 59

Hình 84: Hình ảnh mẫu V2 trước (trái) và sau (phải) khi thí nghiệm - 59

Hình 85: Hình ảnh mẫu V3 trước (trái) và sau (phải) khi thí nghiệm - 60

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Kích thước hạt của cát - 12

Bảng 2: Thành phần khoáng vật của xi măng Portland - 16

Bảng 3: Bảng quy hoạch số lượng mẫu thí nghiệm giữ xi măng và bột đá mài - 24

Bảng 4: Thành phần cốt liệu phối trộn cho 1 tổ hợp 3 mẫu, hệ số an toàn 1.1 - 24

Bảng 5: Bảng quy hoạch mẫu giữa xi măng, bột đá, cát và phụ gia - 25

Bảng 6: Thành phần cốt liệu phối trộn cho 1 tổ hợp 2 mẫu, hệ số an toàn 1.1 - 25

Bảng 7: Thành phần cốt liệu cho 1 tổ hợp 3 mẫu, hệ số an toàn 1.1 - 27

Bảng 8: Lấy mẫu cốt liệu - 38

Bảng 9: Lấy mẫu cốt liệu - 39

Bảng 10: Thành phần hóa học của mẫu nước tại địa bàn thực nghiệm (%) - 40

Bảng 11: Thành phần hóa học của bột đá granite - 42

Bảng 12: Thành phần tỷ lệ khác nhau của mẫu xi măng với bột đá - 43

Bảng 13: Cường độ chịu uốn của mẫu - 43

Bảng 14: Cường độ chịu nén của mẫu - 43

Bảng 15: Thành phần tỷ lệ phối trộn khác nhau của từng loại mẫu - 49

Bảng 16: Cường độ chịu uốn của mẫu V - 49

Bảng 17: Cường độ chịu nén của mẫu V - 49

Bảng 18: Thành phần tỷ lệ phối trộn cho 1 mẫu - 53

Bảng 19: Thành phần tỷ lệ phối trộn cho 1 mẫu nén - 55

Bảng 20: Thành phần tỷ lệ phối trộn cho 1 mẫu uốn - 56

Bảng 21: Thành phẩn tỷ lệ phối trộn mẫu - 58

Bảng 22: Kích thước cơ bản của gạch ốp lát - 61

Bảng 23: Thông số kỹ thuật - 61

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BỘT ĐÁ GRANITE TRONG SẢN XUẤT ĐÁ ỐP TƯỜNG VÀ GẠCH PHÁT QUANG

- Chủ nhiệm: SV Võ Bá Tánh

- Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thắng Xiêm

- Cơ quan chủ trì: Khoa Xây dựng – Trường Đại học Nha Trang

2 MỤC TIÊU

- Nghiên cứu sử dụng bột đá như chất độn để tạo ra sản phẩm vật liệu xây không nung

có chất lượng tốt nhất: làm gạch trang trí, gạch phát quang có màu sắc đẹp

- Tận dụng được nguồn vật liệu thải này (khoảng 20 % trong tổng khối lượng) thành sản phẩm có ích cho xã hội

- Giúp giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường quanh khu vực nhà máy sản xuất, chế biến đá granite

- Sử dụng vật liệu bột đá granite để giảm hàm lượng xi măng cũng như các chất độn khác có trong sản phẩm

- Kết hợp giữa vật liệu bột đá granite với một số phụ gia khác để tạo ra sản phẩm mới

có độ bền cao và đảm bảo được tính kinh tế cho sản phẩm

- Làm gạch có khả năng phát quang

- Khảo sát về mức độ ô nhiễm trong sản xuất đá granite tại các nhà máy thuộc tỉnh Khánh Hòa

- Nghiên cứu và tìm hiểu một số công nghệ ở trong nước và quốc tế khi tái sử dụng bột đá

- Nghiên cứu chế tạo các loại sản phẩm gạch ốp tường, gạch phát quang từ vật liệu

bột đá granite nhằm giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường và làm giảm giá thành sản phẩm

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG

+ Hiệu quả:

- Ðề tài góp phần nâng cao kỹ năng nghiên cứu khoa học của sinh viên

- Hiện nay với nhu cầu sử dụng vật liệu đá trang trí, đá ốp lát ở nước ta đang tăng cao đặc biệt là vật liệu đá granite, vì thế đã có rất nhiều doanh nghiệp khai thác đá granite được thành lập nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng Có thể nhận thấy rằng, hầu hết các doanh nghiệp khai thác đá đều thải ra môi trường một lượng lớn chất thải từ bột đá granite sau quá trình gia công mà chưa có biện pháp khắc phục, với lượng lớn chất thải từ bột đá granite sẽ làm ô nhiễm môi trường xung quanh và làm ảnh hưởng đến đời sống của người dân Do vậy cần phải tìm ra các giải pháp công nghệ xử lý, tái

sử dụng chất thải này để làm giảm đi một lượng lớn chất thải ra môi trường, có thể tận dụng nguồn vật liệu thải từ đá granite để tạo ra các sản phẩm trang trí chất lượng cao, giá thành sản phẩm thấp có thể cạnh tranh trên thị trường

- Giúp tiết kiệm ngân sách nhà nước hằng năm

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện cả nước có trên 1000 doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực sản xuất, chế biến đá granite Việc khai thác chế biến đá granite là một trong những khoáng sản có tiềm năng lớn và quan trọng trong nền công nghiệp Việt Nam đang được chú trọng từng ngày Chế biến đá granite là một trong những ưu thế lớn ở nước ta với trữ lượng đá lên đến 700 triệu m3, với nhiều loại đá khác nhau, đá quý hiếm phân bố ở các vùng khác nhau trên đất nước làm cho đa dạng và phong phú về mẫu mã, nhãn hiệu nhờ đó mà danh tiếng đá granite được nâng tầm cao mới, lượng tiêu thụ ngày càng được mở rộng

Việc chế biến đá granite cũng đang tồn tái rất nhiều vấn đề hạn chế cần được giải quyết và khắc phục triệt để Sản xuất với khối lượng càng lớn thì đối mặt với vấn đề trữ lớn phế thải bột đá granite không tiêu hủy được, có ảnh hưởng đến môi trường và bột đá gây nguy hại đến sức khỏe con người gây ra các bệnh về phổi Hiện nay phế thải bột đá tồn tại có rất nhiều mà chưa có hướng giải quyết, công nghệ ở Việt Nam còn chưa phát triển so với thế giới nên chưa có hướng xử lý và đa phần là các doanh nhiệp vừa và nhỏ khai thác và chế biến nên chưa có điều kiện để đầu tư giả quyết vấn đề chất thải, còn với các công ty lớn thì cũng chưa có thể giải quyết được vấn đề này

Theo Bộ Tài nguyên và môi trường, hiện hạ tầng kỹ thuật phục vụ việc lưu chứa, xử

lý tái sử dụng chất thải rắn từ quá trình chế biến đá của cả nước chưa hoàn thiện, có nơi chưa đầu tư Do vậy, hầu hết các công ty chế biến đá granite đều gặp khó khăn trong vấn

đề xử lý chất thải bột đá, dẫn đến việc đổ thải bừa bãi gây ô nhiễm môi trường Việc tìm

ra giải pháp và biện pháp xử lý triệt để đối với lượng chất thải bột đá phát sinh trong quá trình hoạt động của các nhà máy, chế biến đá granite thật sự là cần thiết trong bối cảnh hiện nay

Hình 1: Hình ảnh khai thác đá tản granite

Hình 2: Hình ảnh bột đá granite thải bừa bãi ra môi trường

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu sử dụng bột đá như chất độn để tạo ra sản phẩm vật liệu xây không nung

có chất lượng tối ưu nhất: làm gạch trang trí, gạch lót đường có độ cứng cao

- Tận dụng được nguồn vật liệu thải này (khoảng 20 % trong tổng khối lượng) thành sản phẩm có ích cho xã hội

- Giúp giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường quanh khu vực nhà máy sản xuất, chế biến đá granite

3 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tiếp cận các nội dung nghiên cứu của đề tài theo trình tự như sau: Bước 1: Khảo sát và đánh giá về mức độ ô nhiễm trong sản xuất đá granite tại các nhà máy thuộc tỉnh Khánh Hòa

Bước 2: Phân tích cấu trúc, thành phần lý hóa của bột đá mài granite và nghiên cứu hàm lượng tạp chất có trong bột đá mài granite dùng cho phối trộn

Bước 3: Nghiên cứu độ ẩm và độ hút nước của bột đá mài granite

Bước 4: Đưa ra các giải pháp công nghệ cho việc tái sử dụng bột đá mài granite Bước 5: Tối ưu hóa quy trình và hàm lượng bột đá mài granite có trong các sản phẩm Bước 6: Kiểm tra và so sánh cơ tính sản phẩm từ bột đá mài granite với các sản phẩm thông thường khác

Bước 7: Đánh giá tuổi thọ sản phầm theo thời gian

Bước 8: Chế tạo sản phẩm từ bột đá mài granite

3.2 Trình tự nghiên cứu

- Kiểm tra các tính chất vật lý của các cốt liệu dùng trong phối trộn

- Phân tích thành phần hóa học và tính chất vật lý của các phụ gia dùng trong phối trộn

- Xác định cường độ chịu uốn và chịu nén của mẫu thí nghiệm (40 x 40 x 160) mm theo TCVN 6016-1995: Tiêu chuẩn xác định độ bền [1]

- So sánh với sản phẩm thực tế và đánh giá tuổi thọ của sản phẩm

- Đánh giá kết quả, kết luận và đề xuất

3.3 Phạm vi nghiên cứu

- Đưa ra các giải pháp công nghệ

- Kiểm tra cơ tính, độ liên kết và khả năng bền vững của sản phẩm trong môi trường

tự nhiên

- Chế tạo đá ốp tường và gạch phát quang áp dụng trong ngành xây dựng

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Hình ảnh về cấu trúc của bột đá mài granite dùng trong phối trộn và của mẫu thí nghiệm (40 x 40 x 160) mm

- Đo cường độ chịu uốn và chịu nén của mẫu thí nghiệm (40 x 40 x 160) mm

- Tối ưu bột đá mài granite dùng trong phối trộn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA

ĐỀ TÀI

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trong những năm gần đây, một lượng lớn chất thải đá được tạo ra từ các nhà máy làm đá

tự nhiên và đá nhân tạo đã tác động đáng kể đến môi trường Bởi nó là một chất thải không phân hủy thường gây ra các bệnh về phổi cho người dân sống xung quanh hít phải và nước thải từ quá trình mài đá xả ra môi trường có thể thâm nhập vào mạch nước ngầm, theo đường tiêu hóa có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người Chất thải đá có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau như dạng bột, từ hạt nhỏ đến hạt to, dạng tấm hoặc dạng khối do quá trình cắt, mài và đánh bóng tạo ra Để giải quyết vấn đề, chất thải đá đã được ứng dụng trong ngành xây dựng nói riêng và trong các ngành công nghiệp khác như làm giấy, làm gốm sứ, sơn, nhựa

và polyme, thủy tinh, cao su, vải dệt may cũng như trong các sản phẩm như xà phòng, dược phẩm [2-17] Tuy nhiên, các đề tài chưa nghiên cứu để chế tạo ra các sản phẩm gạch làm trang trí hay gạch phát quang nhằm phục vụ ngành xây dựng

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện tại, theo tìm hiểu trong nước có luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu quy trình xử lý và tái

sử dụng chất thải từ quá trình mài đá trong sản xuất đá nhân tạo” tại Công ty Cổ phần Vicostone Công ty đã thải ra một lượng lớn bột đá thải từ quá trình mài sản phẩm đá ốp lát trong đó khoảng 4800 m3 nước thải/ngày và khoảng 30 m3 bột đá thải/ngày Thành phần chủ yếu của bột đá thải là thạch anh có kích thước hạt mịn, nếu không được xử lý có thể thâm nhập vào môi trường không khí ở dạng bụi hoặc các chất khí được phân hủy từ các hợp chất hữu cơ như: CO2, CO, CH4 ….sẽ theo đường hô hấp đi vào cơ thể con người và sinh vật

Đề tài đã sử dụng bột đá thải từ quá trình mài đá ốp lát để làm gạch bê tông bọt, đề tài tập trung nghiên cứu và tìm ra quy trình xử lý bột đá thải phù hợp trước khi đưa vào sản xuất gạch

bê tông bọt đó là phương pháp đánh tơi bằng thiết bị khuấy với các độ ẩm đầu vào khác nhau [18]

Như chúng ta đã biết bột đá được thải ra từ quá trình gia công đá granite là rất khác so với quá trình gia công đá nhân tạo về thành phần hóa học và kích thước hạt Hơn nữa tác giả sẽ tập trung nghiên cứu tái sử dụng nguồn vật liệu thải này để làm các sản phẩm giống đá granite, gạch trang trí và gạch lót đường có thể sử dụng được trong thực tế

1.2 KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ VỀ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM TRONG SẢN XUẤT ĐÁ GRANITE TẠI CÁC NHÀ MÁY THUỘC TỈNH KHÁNH

HÒA

1.2.1 Các công ty sản xuất đá granite thuộc tỉnh Khánh Hòa

Hiện nay với nhu cầu sử dụng đá ốp lát ngày càng cao nên có rất nhiều xí nghiệp khai thác chế biến đá ốp lát đã có mặt ở nhiều địa phương, nổi bật nhất là tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Bình Định, Khánh Hoà, PhúYên và một số tỉnh miền Đông Nam Bộ,…[19]

Trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa thủ tướng chính phủ vừa có văn bản đồng ý cấp phép thăm

dò đá granite đối với 4 mỏ đá ở huyện Diên Khánh và 1 mỏ đá ở huyện Vạn Ninh (Khánh Hòa)

Cụ thể, 4 mỏ đá ở Diên Khánh gồm: mỏ đá granite xã Suối Tiên (cấp phép cho Công ty trách nhiệm hữu hạn Kỹ thuật Địa chấn An Bình thăm dò); mỏ đá granite Hòn Chuông 3, xã Diên Lộc (Công ty trách nhiệm hữu hạn Sản xuất và Thương mại Diên Thạch); mỏ đá granite Hòn Chuông, xã Suối Tiên (Công ty trách nhiệm hữu hạn Granite Đại Thành); mỏ đá granite Đảnh Thạnh, xã Diên Lộc (Công ty trách nhiệm hữu hạn Sản xuất và Thương mại Diên Thạch) Mỏ đá granite tảng lăn Tân Dân 2, xã Vạn Khánh, huyện Vạn Ninh giao cho Công ty

Cổ phần Thuận Đức thăm dò và còn một số công ty khác thuộc địa bàn huyện Vạn Ninh như: công ty TNHH Thương Mại Sơn Phát, công ty cổ phần Phú Tài

Thủ tướng yêu cầu Bộ Xây dựng thẩm định công nghệ chế biến sâu của các dự án nêu trên làm cơ sở để Bộ Tài nguyên và Môi trường xem xét cấp giấy phép hoạt động khoáng sản theo đúng quy định của Luật Khoáng sản Đối với việc thăm dò nâng cấp trữ lượng mỏ đá granite tảng lăn Tân Dân, Thủ tướng Chính phủ giao Bộ Xây dựng bổ sung đầy đủ thông tin của các

mỏ, báo cáo Thủ tướng Chính phủ xem xét, quyết định [20]

Hình 3: Chi nhánh công ty CPVLXD Khánh Hòa - Xí nghiệp granite Khánh Hòa - KC

Hình 4: Công ty TNHH Đại Hữu Khánh Hòa

1.2.2 Mức độ ô nhiễm trong sản xuất đá granite tại các nhà máy thuộc tỉnh Khánh Hòa

Hiện nay những doanh nghiệp đang khai thác đá trên địa bàn huyện Vạn Ninh đã đưa nhiều máy móc chuyên dùng để khai thác đá lên các quả núi và cho xây dựng các nhà máy sản xuất

án ngữ ngay dưới chân núi Việc khai thác đá granite đã làm ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn nước tại khu vực này, quá trình khai thác đá diễn ra thường xuyên với quy mô lớn khiến cuộc sống của người dân ít nhiều bị đảo lộn

Đặc biệt là tiếng ồn và bụi bặm mà các cơ sở sản xuất đá granite gây ra Bên cạnh đó, nguy

cơ về sạt lở đá luôn tiềm ẩn khả năng xảy ra khiến người dân xung quanh hết sức lo ngại [21]

Hình 5: Bột đá granite đổ bừa bãi gây ô nhiễm môi trường

Hình 6: Bột đá granite thải ra gây ô nhiễm môi trường nước

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Bột đá granite

Đá granite là loại đá tự nhiên được hình thành do sự biến chất của các loại đá vôi, đá carbonate hay đá dolomite Quá trình biến chất tái tinh thể hóa các loại đá trầm tích này để thành các vân tinh thể đá xen kẽ lẫn nhau Vì kết cấu tinh thể đá granite có độ cứng cao, ít thấm nước, có thể lát ở các vị trí chịu xước, mài mòn như cầu thang bộ, sàn nhà, mặt tiền…Đá granite có giá thành thấp, dễ thi công vì ít gãy, mẻ nên nhìn chung đá granite thường được sử dụng rộng rãi Việt Nam rất nổi tiếng với các mỏ đá ở miền Trung Khí hậu ở đây nóng nên

đá granite ở đây có độ bền về cơ học, màu sắc rất cao ngay cả với các công trình chịu nắng gió So với các loại đá granite ở các nước khác, điển hình là Trung Quốc thì chất lượng vượt trội về độ cứng, bền màu và được các nước trên thế giới đánh giá cao [22]

Trong những năm gần đây, Việt Nam là một nước xuất khẩu khoáng sản lớn ở Châu Á, đặc biệt là xuất khẩu đá vôi, quặng sắt, than, đá granite và các sản phẩm đá xanh Tuy nhiên, để sản xuất ra những sản phẩm này thì hầu hết các nhà máy ở Việt Nam đều thải ra một lượng lớn chất thải Một trong những chất thải là bột đá granite Trong số các tỉnh, thành phố ở Việt Nam, tỉnh Khánh Hoà có trữ lượng đá này khá lớn Chất thải bột đá granite được gia công từ các mỏ đá bằng cách sử dụng các loại kỹ thuật cắt khác nhau; các khối đá thô được cắt thành các tấm theo kích thước yêu cầu (xem hình 7), có độ dày khác nhau và vận chuyển đến các nhà máy chế biến gần đó [23] Sau đó đá được tiến hành các công đoạn như cưa và đánh bóng (được mô tả ở hình 8), cuối cùng thành sản phẩm đá trang trí Trong quá trình gia công này, bột đá mịn và nước trộn lẫn với nhau và trở thành một chất thải Sau đó, các bột này được chôn ở những bãi thải, thời gian sau hàm lượng nước trong bột giảm đáng kể và chất thải trở thành bùn khô (bột khô rất mịn) khi gặp gió sẽ bay vào không khí gây nguy hại cho môi trường

và sức khỏe người dân sống xung quanh bãi thải, điển hình là gây ra bệnh phổi [24-26]

Hình 7: Hình ảnh gia công cắt đá tại nhà máy

Hình 8: Hình ảnh mài bóng đá granite tại nhà máy

Hình 9: Hình ảnh bột đá mài trộn lẫn với nước Hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại bột đá với nhiều màu sắc và kích thước hạt khác nhau như: bột đất sét, bột cẩm thạch, bột tacl, bột đá vôi CaCO3, bột đá granite, Trong đó bột đá vôi được sử dụng rộng rãi hơn vì có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống và trong sản xuất

do tính phổ biến và giá thành rẻ Bột đá CaCO3 được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp xây dựng như đá xây dựng, cẩm thạch hoặc là thành phần cấu thành của xi măng và từ nó sản xuất ra vôi Trong bột đá vôi thường có cả magie Carbonate Bột đá CaCO3 còn một số ứng dụng khác như: sản xuất sơn, ống nhựa PVC, dây cáp điện, màng nhựa thoát hơi, chất xử lý môi trường,…Ngoài bột

đá CaCO3 thì bột đá granite cũng được ứng dụng trong sản xuất một số sản phẩm nhân tạo như:

bê tông bột, đá nhân tạo,…

Hình 10: Bột đá granite Hình 11: Bột CaCO3

Các thành phần khoáng học của hai chất độn (bột đá vôi và granite) được xác định bằng phương pháp phân tích bán định lượng bằng cách sử dụng huỳnh quang tia X, đo hạt bằng laze góc thấp, kính hiển vi điện tử quét, các bài kiểm tra độ mềm, các phép thử thâm nhập và các chất kết dính tổng hợp-asphalt và các bài kiểm tra kết dính mastic Các kết quả cho thấy các xu hướng hội tụ, chỉ ra rằng hoạt tính hoạt động của các chất độn trong công thức mastic không liên quan đến kích thước của các hạt, mà là cho hình dạng của chúng, kết cấu bề mặt, diện tích

bề mặt cụ thể và tính chất khoáng vật học, cho phép khái niệm hoạt động phụ được chia thành hai thành phần: vật lý (cứng) và hóa học (bám dính) Kết quả thu được mô tả dưới đây

Các thành phần bột đá granite bao gồm thạch anh (35,0%), albite (33,0%), zinnwaldit (12,0%), microclinium (18,0%) và caulinit (2,0%) Tất cả các khoáng chất được xác định trong phân tích bán định lượng đều có hàm lượng silica cao, do đó chúng có điện âm và được phân loại là khoáng chất felsic hoặc axit

Các mẫu bột đá vôi gồm có canxit (90,0%), dolomite (6,0%) và thạch anh (4,0%) Calcite có một trong những khoáng chất phổ biến nhất, bao gồm canxi cacbonat (CaCO3), thường trắng hoặc không màu, nhưng đôi khi màu xám, đỏ, xanh, xanh hoặc vàng Dolomite là một canxi cacbonat kép (CaMg (CO3)2) gồm tinh thể rhombohedric có thể là hoa hồng, trắng, xám, xanh, nâu, đen hoặc không màu (Dpm / Unesp 2012) Từ mô tả này có thể suy ra rằng calcite có liên quan với điện tích dương (điện dương) và do đó bột đá vôi cũng được sử dụng làm chất độn

Để xác định sự phân bố phần trăm của các hạt (bột đá vôi và granite) với độ chính xác cao hơn, phân tích bằng phương pháp hạt nhân bằng các phép thử phát xạ laze góc thấp được thực hiện và các kết quả được cho trong hình 12 và 13

Hình 12: Phần trăm phân bố của các hạt bột đá vôi CaCO3

Hình 13: Phần trăm phân bố của các hạt bột đá granite Hình dạng và kết cấu của các hạt chất độn (bột đá vôi và granite) được xác định bằng việc phân tích các hình ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) (hình 14 và 15)

Hình 14: Ảnh SEM của bột đá vôi phóng đại (a) 63 lần và (b) 60 lần

Hình 15: Ảnh SEM của bột đá granite phóng đại (a, b) 180 lần

2.1.2 Cơ sở chọn đối tượng nghiên cứu

Có thể nhận thấy rằng, các chất độn (bao gồm loại cốt liệu nhỏ và lớn) được thêm vào hỗn hợp

bê tông để lấp đầy các lỗ rỗng, để tăng sự liên kết giữa các hạt và cũng để tăng khả năng chịu nén của hỗn hợp bê tông Khi tiến hành phân tích kỹ thuật khuếch tán thì hầu hết các yếu tố ảnh hưởng đến các phản ứng này đã chỉ ra rằng tham số quan trọng nhất đó là kích thước hạt của chất độn [27] Để lấp đầy được các lỗ rỗng thì các hạt cốt liệu phải nhỏ, các hạt càng nhỏ thì càng tăng độ cứng và độ bền nén cho các hỗn hợp [28] Mặt khác, một số nhà nghiên cứu khác đã phát hiện ra rằng các hạt của chất độn có kích thước dưới 37μm và đặc biệt là dưới 20μm [29], thì chúng trở nên có tính dẻo khi được trộn với các chất kết dính như xi măng, nhựa đường, polymer, do chúng hấp thụ một phần các thành phần, làm tăng độ nhớt của chất kết dính và do đó cải thiện độ cứng của các hỗn hợp [30] Với kích thước bột đá granite nhỏ và mịn nên việc sử dụng bột đá làm chất độn trong hỗn hợp phối trộn tạo ra sản phẩm mới là rất tốt

Trong việc nghiên cứu tái sử dụng bột đá granite chúng tôi sử dụng nguyên liệu bột đá từ các nguồn khác nhau ở các bãi thải ở tỉnh Khánh Hòa Với Al2O3 và SiO2 là thành phần chính, bột

đá có tiềm năng lớn như là nguồn nguyên liệu để làm chất độn cần thiết trong sản xuất gạch ốp tường và gạch phát quang Việc sử dụng vật liệu này có thể cải thiện cấu trúc vi mô, tính chất

cơ học và độ bền của sản phẩm Mục đích của nghiên cứu này giúp làm giảm chi phí của sản phẩm bằng cách sử dụng bột đá granite làm chất độn để giảm hàm lượng xi măng nhưng tính chất cơ học (độ bền uốn và nén) của sản phẩm vẫn còn tốt để đáp ứng các yêu cầu thiết của ngành công nghiệp

Bột đá granite được chọn để nghiên cứu được lấy từ công ty TNHH Đại Hữu Khánh Hòa,tỉnh Khánh Hòa

Hình 16: Hình ảnh bột đá granite sau khi mài

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp tiếp cận các nội dung nghiên cứu của đề tài theo trình tự như sau:

- Bước 1: Khảo sát và đánh giá về mức độ ô nhiễm trong sản xuất đá granite tại các nhà máy thuộc tỉnh Khánh Hòa (bằng phương pháp khảo sát thực địa)

- Bước 2: Phân tích cấu trúc, thành phần lý hóa của bột đá mài granite dùng cho phối trộn (sử dụng máy kính hiển vi điện tử và phân tích ảnh SEM)

- Bước 3: Nghiên cứu độ ẩm và độ hút nước của bột đá (TCVNXD 7570 – 2006)

- Bước 4: Tối ưu hóa hàm lượng bột đá mài granite có trong các sản phẩm

- Bước 5: Kiểm tra và so sánh cơ tính sản phẩm từ bột đá mài granite với các sản phẩm thông thường khác

- Bước 6: Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của môi trường tới sản phẩm

- Bước 7: Chế tạo sản phẩm từ bột đá mài granite

2.3 MỘT SỐ VẬT LIỆU, CHẤT KẾT DÍNH VÀ PHỤ GIA

2.3.1 Vật liệu cát

Cát là vật liệu dạng hạt có nguồn gốc từ tự nhiên bao gồm các hạt đá, khoáng vật nhỏ và mịn Khi được dùng như là một thuật ngữ trong lĩnh vực địa chất học, kích thước các hạt cát theo đường kính trung bình nằm trong khoảng từ 0,0625 mm tới 2 mm (thang Wentworth sử dụng tại Hoa Kỳ) hay từ 0,05 mm tới 1 mm (thang Kachinskii sử dụng tại Nga và Việt Nam hiện nay) Một hạt vật liệu tự nhiên nếu có kích thước nằm trong các khoảng này được gọi là hạt cát Lớp kích thước hạt nhỏ hơn kế tiếp trong địa chất học gọi là đất bùn (Mỹ) với các hạt có đường kính nhỏ hơn 0,0625 mm cho tới 0,004 mm hoặc bụi (Nga) với các hạt có đường kính nhỏ hơn 0,05 mm cho tới 0,001 mm Lớp kích thước hạt lớn hơn kế tiếp là sỏi/cuội với đường kính hạt nằm trong khoảng từ 2 mm tới 64 mm (Mỹ) hay từ 1 tới 3 mm (Nga)

Bảng 1: Kích thước hạt của cát

Kích thước

(mm) 0.0625÷0.125 0.125 ÷ 0.25 0.25 ÷ 0.5 0.5 ÷ 1 1 ÷ 2 Thang đo

Wentworth Cát rất mịn Cát mịn Cát trung bình Cát thô Cát rất thô Thang đo

Kachiskii 0.05 ≤ cát mịn ≤ 0.25 Cát trung bình Cát thô -

Thành phần phổ biến nhất của cát tại các môi trường đất liền trong lục địa và các môi trường không phải duyên hải khu vực nhiệt đới là silica (điôxít silic hay SiO2), thường ở dạng thạch anh, là chất với độ trơ về mặt hóa học cũng như do có độ cứng đáng kể, nên có khả năng chống phong hóa khá tốt

Tuy nhiên, thành phần hợp thành của cát có sự biến động lớn phụ thuộc vào các nguồn

đá và các điều kiện khác tại khu vực Các loại cát trắng tìm thấy ở các vùng duyên hải nhiệt đới và cận nhiệt đới là đá vôi bị xói mòn và có thể chứa các mảnh vụn từ san hô hay mai (vỏ) của động vật cùng các vật liệu hữu cơ hay có nguồn gốc hữu cơ khác Các đụn cát thạch cao ở di tích quốc gia White Sands tại bang New Mexico (Hoa Kỳ) nổi tiếng vì màu trắng chói của nó Acco (arkose) là cát hay sa thạch với hàm lượng fenspat đáng kể, có nguồn gốc

từ quá trình phong hóa và xói mòn của đá granite Một vài loại cát còn chứa manhếtit, chlorit, glauconit hay thạch cao Cát giàu manhếtit có màu từ sẫm tới đen, giống như cát có nguồn gốc từ đá bazan núi lửa và opxidian (obsidian) Cát chứa chlorit-glauconit thông thường có màu xanh lục (còn được gọi là cát lục), như cát có nguồn gốc từ bazan (dung nham) với hàm lượng olivin lớn Nhiều loại cát, đặc biệt cát ở Nam Âu, chứa các tạp chất sắt trong các tinh thể thạch anh của cát, tạo ra cát có màu vàng sẫm Cát trầm lắng tại một số khu vực chứa ngọc hồng lựu và một số khoáng vật có sức kháng phong hóa tốt, bao gồm một lượng nhỏ các loại đá quý

Cát được gió và nước vận chuyển đi và trầm lắng thành các dạng bãi biển, bãi sông, cồn cát, đụn cát, bãi cát ngầm…

Cát được ứng dụng trong thực tế như sau:

- Cát được sử dụng trong xây dựng và làm đường giao thông như là vật liệu tạo nền móng

và vật liệu xây dựng trong dạng vữa (cùng vôi tôi hay xi măng)

- Một vài loại cát (như cát vàng) là một trong các thành phần chủ yếu trong sản xuất bê tông

- Cát tạo khuôn là cát được làm ẩm bằng nước hay dầu và sau đó tạo hình thành khuôn

để đúc khuôn cát Loại cát này phải chịu được nhiệt độ và áp suất cao, đủ xốp để thoát khí và

có kích thước hạt nhỏ, mịn, đồng nhất, không phản ứng với kim loại nóng chảy

- Là một trong các thành phần chủ yếu để sản xuất thủy tinh

- Cát đã phân loại bằng sàng lọc cũng được dùng như là một vật liệu mài mòn trong đánh bóng bề mặt bằng phun cát áp lực cao hay trong các thiết bị lọc nước

- Các xí nghiệp sản xuất gạch ngói có thể dùng cát làm phụ gia để trộn lẫn với đất sét và

các vật liệu khác trong sản xuất gạch

- Cát đôi khi được trộn lẫn với sơn để tạo ra bề mặt ráp cho tường và trần cũng như sàn chống trượt trong xây dựng

- Các loại đất cát thích hợp cho một số loại cây trồng như dưa hấu, đào, lạc cũng như là vật liệu được ưa thích trong việc tạo nền móng cho các trang trại chăn nuôi bò sữa vì khả năng thoát nước tốt của nó

- Cát được sử dụng trong việc tạo cảnh quan như tạo ra các ngọn đồi và núi nhỏ

- Các bao cát được dùng để phòng chống lũ lụt và chống đạn

Hình 17: Cát được chụp với diện tích bề mặt 1-2 cm2

Hình 18: Ảnh SEM của cát với độ phóng đại 180 lần

2.3.2 CKD hữu cơ

- CKD hữu cơ là hỗn hợp gồm các CKD hữu cơ cao phân tử ở thể rắn, dẻo hay lỏng Được sản xuất từ các sản phẩm có nguốn gốc hữu cơ như dầu mỏ, than đá, phiến thạch cháy, than bùn Sau khi gia công lý - hóa tạo thành CKD hữu cơ

- CKD hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, có khả năng trộn lẫn và dính kết các vật liệu khoáng tạo thành vật liệu đá nhân tạo có những tính chất vật lý, cơ học phù hợp

để xây dựng lớp phủ đường ô tô, vật liệu lợp, vật liệu cách nước [31, 32]

+ CKD rắn trong nước: là loại CKD có khả năng rắn chắc và phát triển cường độ cả trong môi trường nước và môi trường không khí như: vôi thủy, CKD hỗn hợp, xi măng La

cơ trơ Kích thước hạt xi măng từ (10 ÷ 100) μm [33-37]

Hình 19: Hình ảnh xi măng

Hình 20: Ảnh SEM của xi măng

Bảng 2: Thành phần khoáng vật của xi măng Portland Tên khoáng vật Công thức hóa học Viết tắt % có trong clinker

Silicate tricalcite 3CaO.SiO2 C3S 45÷60

Silicate bicalcite 2CaO.SiO2 C2S 20÷30

Aluminate tricalcite 3CaO.Al2O3 C3A 4÷12

Fero aluminate tetra

calcite

4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 10÷12

Aluminate calci 5CaO.Al2O3 - < 1

Fero aluminate calci 8CaO.3Al2O3.Fe2O3 - < 1

Ferit calci 2CaO.Fe2O3 - < 1

- Xi măng Portland có nhiều ưu điểm như:

- Tỷ lệ trộn:

+ Liều lượng: 0.6 – 1.6 lít/100 kg xi măng

+ Liều lượng điển hình: 0.8 – 1.2 lít /100 kg xi măng

- Ưu điểm:

+ Sikament R4 có đặc tính sau như là một chất siêu hóa dẻo hiệu quả cao mà không cần tăng tỷ lệ nước/xi măng hoặc rủi ro bị phân tầng

+ Duy trì độ sụt của bê tông lâu dài

+ Không gây phản tác dụng lên cường độ cuối cùng

+ Cường độ ban đầu và cường độ cuối cùng tăng một cách đáng kể

+ Cho phép giảm đáng kể lượng xi măng so với bê tông thường

+ Đặc biệt thích hợp với khí hậu nóng

+ Không làm gia tăng sự cuốn khí

+ Giảm hiện tượng co ngót

+ Cải thiện bề mặt hoàn thiện

+ Tăng khả năng chống thấm

Hình 21: Sikament R4

2.3.5 Chất nền Vinylester

Vinylester có cấu trúc tương tự như polyester, nhưng có điểm khác biệt của nó với polyester là vị trí phần ứng, thường là ở cuối mạch phân tử do vinylester chỉ có liên kết đôi C=C ở hai đầu mạch mà thôi Toàn bộ chiều dài mạch phân tử đều sẵn chịu tải, nghĩa là vinylester dai và đàn hồi hơn polyester Vinylester có ít nhóm ester hơn polyester, nhóm ester rất dễ bị thủy phân, tức là vinylester kháng nước tốt hơn các polyester khác, do vậy nó thường được ứng dụng làm ống dẫn và bồn chứa hoá chất, hoặc lớp ăn mòn hóa chất cao, tàu thuyền cao tốc, bọc lining cho các công trình chống ăn mòn

Khi so sánh với polyester thì số nhóm ester trong vinylester ít hơn, nghĩa là vinyl ester ít

bị ảnh hưởng bởi phản ứng thủy phân Thường dùng vật liệu này như là lớp phủ bên ngoài

cho sản phẩm ngập trong nước, như là vỏ ngoài của tàu, thuyền Cấu trúc đóng rắn của vinylester có khuynh hướng dai hơn polyester, mặc dù để đạt tính chất này, nhựa cần nhiệt độ cao sau đóng rắn

- Các thông số của Vinylester:

+ Màu sắc: màu vàng nhạt

+ Độ nhớt bình quân: 450-600 cps @ 2500C

- Nhựa Vinylester cho các ứng dụng đặc biệt:

+ Vinylester dùng cho hút chân không hoặc RTM: có độ nhớt thấp

+ Vinylester dung chịu ăn mòn hóa chất mạnh: HCL, H2SO4

được hình thành từ thành phần disocyanate Các đoạn mềm được hình thành từ thành phần polyol Các đoạn cứng được nối với nhau bằng liên kết hydro đề hình thành pha cứng Mạch chính thẳng, không phân nhánh, liên kết chặt không trượt lên nhau giúp PU có mô-đun đàn hồi cao PU có độ bền, tính kháng mài mòn, tính kháng tác động môi trường (thời tiết, oxy hóa, ozone) vượt trội so với các loại cao su thông thường Hơn nữa, PU có khả năng kháng nhiều loại hóa chất vô cơ và hóa chất hữu cơ

Tính chất của PU như sau:

- Chất kết dính: polyisocyanate hoặc polyols biến tính có sẵn nhóm chức isocyante chưa kích hoạt (cho loại một thành phần), polyols hoặc polyester polyols (cho loại 2 thành phần 2K – PU)

- Chất đóng rắn (chỉ dành cho loại 2 thành phần PU): MDI, polyisocyanate…

- Hệ dung môi là các dung môi vô hoạt có tác dụng hòa tan, pha loãng chất kết dính và chất đông rắn Dung mỗi cũng vẫn có yêu cầu không có hoạt tính với isocyanate – tức không

có chứa nhóm hydroxyl hoạt động

Hình 24: Polyurethane (PU)

Hình 25: Ảnh SEM của polyurethane

2.3.7 Chất đóng rắn Epoxy

- Epoxy được chia thành 2 dạng là: epoxy resin – keo epoxy, epoxy curing egents – đống rắn

- Epoxy resin có tính cơ lý: nhựa epoxy thường tồn tại dưới 3 dạng: liquid epoxy resin, solid epoxy resin, solution epoxy resin tùy theo trọng lượng phân tử của nhựa

- Do cấu trúc mạch phân tử epoxy có các vòng aromatic và được liên kết ether có khả năng chịu được môi trường hóa chất cao, chống ăn mòn

- Sự hiện diện của nhóm hydroxyl phân cực dọc theo mạch phân tử làm gia tăng khả năng bám dính trên nhiều loại bề mặt vật liệu

- Bên cạnh đó, sự quay tự do của 2 nhóm methyl trong thành phần bisphenol A bị ép giữa

2 vòng aromatic mang đến cho nhựa epoxy đặc tính vừa cứng nhưng lại mềm dẻo (flexible)

- Nhựa epoxy có khả năng tương hợp tốt với nhiều lọai nhựa khác nhau, bao gồm : UF,

MF, PF, nhựa alkyd, nitrocellulose, polyester

- Nhựa epoxy hòa tan tốt trong nhiều lọai dung môi hữu cơ khác nhau như acetone, ester, chlorinated solvents ., nhựa có trọng lượng phân tử thấp tan dễ dàng trong alcohols, nhựa epoxy phân tử lượng lớn thường tan tốt trong các aromatic hydrocarbon solvents (Toluene, Xylene, Sovesso 100 - 150 )

- Nhựa epoxy chuyển sang cấu trúc mạng lưới không gian 3 chiều khi tham gia vào phản ứng đóng rắn với các chất epoxy curing agents (sẽ được đề cập chi tiết phần dưới) kèm theo hiện tượng co ngót 0.5 - 2% tùy theo bản chất và hàm lượng chất đóng rắn sử dụng

Tính chất hóa học Epoxy resin : Do trong công thức tổng quát của nhựa Epoxy có sự hiện diện của các nhóm Epoxy ở cuối mạch phân tử và các nhóm Hydroxyl dọc mạch phân tử nên nhựa Epoxy có đầy đủ các phản ứng đặc trưng của 2 nhóm này

- Phản ứng giữa nhóm Epoxy với các nhóm Amino, Acid Carboxylic, Mercaptan

- Phản ứng giữa nhóm Hydroxyl với các nhóm Methylol, Anhydride, Isocyanate

- Phản ứng giữa các nhóm Epoxy với nhau (copolymerization)

Epoxy curing egents - đống rắn có rất nhiều lọai khác nhau như amidoamines, polyamides, aliphatic amines, adducts, mannich base, cycloaliphatics, ketamines, novolac, amino resin, isocyanate, mecarptan, polyester resin, anhydride, dicyandiamide với từng đặc tình - ứng dụng cụ thể khác nhau

- Căn cứ vào cơ chế đóng rắn mà người ta phân loại epoxy 1 hoặc 2 thành phần

- Loại bạn có thể tìm thấy tại thị trường bán lẻ là polyamine - T.E.T.A (trắng, giá thành cao, trong hàm lượng sử dụng với epoxy ít, phản ứng cực nhanh => khó thao tác & đòi hỏi

thợ phải có tay nghề cao, sản phẩm thường giòn ) hoặc polyamide (màu vàng đậm đến nâu, lượng sử dụng với epoxy nhiều, độ mùi cao, phản ứng chậm, sản phẩm more flexible, giá thấp hơn )

Đặc tính của Epoxy:

- Độ bền cao, độ bám dính tốt

- Tính chất cơ học tốt, chịu mài mòn, cứng nhưng mền dẻo

- Chống ăn mòn, chịu dầu mỡ tốt

- Chịu hóa chất, chịu nước, nước biển tốt

các electron ở một số trạng thái lượng tử có mức năng lượng cao nhưng bền trong phân tử để sau đó electron chậm chạp rơi về trạng thái lượng tử ở mức năng lượng thấp hơn, và giải phóng một phần năng lượng trở lại ở dạng các photon

Lân quang khác với huỳnh quang ở chỗ việc electron trở về trạng thái cũ, kèm theo nhả ra photon, là rất chậm chạp Trong huỳnh quang, sự rơi về trạng thái cũ của electron gần như tức thì khiến photon được giải phóng ngay Các chất lân quang hoạt động như những bộ dự trữ ánh sáng: thu nhận ánh sáng và chậm chạp nhả ra ánh sáng sau đó

Sở dĩ có sự trở về trạng thái cũ chậm chạp của các electron là do một trong số các trạng thái kích thích khá bền: chuyển hóa từ trạng thái này về trạng thái cơ bản bị cấm bởi một số quy tắc lượng tử Việc xảy ra sự trở về trạng thái cơ bản chỉ có thể được thực hiện khi dao động nhiệt đẩy electron sang trạng thái không bền gần đó, để từ đó nó rơi về trạng thái cơ bản Điều này khiến hiện tượng lân quang phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng lạnh thì trạng thái kích thích càng được bảo tồn lâu hơn

Các chất lân quang được ứng dụng để tạo ra nguồn sáng cho các tình huống tạm thời thiếu ánh sáng nhưng không cần tiêu thụ năng lượng để nuôi Năng lượng phát sáng đã được tích trữ từ lúc chất này được chiếu sáng tự nhiên Ví dụ như chúng được gắn trên mặt đồng hồ đeo tay giúp đọc thời giờ trong bóng tối, gắn trên kim chỉ la bàn để xác định phương hướng trong bóng đêm hoặc gắn trên công tắc đèn điện cho biết vị trí công tắc đèn khi chưa bật đèn Chúng cũng được dùng để làm đồ trang trí, chế tạo mực phát sáng (tuy rằng các loại mực phát sáng hay dùng chất huỳnh quang hơn)

Việc chế tạo laser cũng có thể sử dụng các chất lân quang Lý do là các electron có thể tồn tại trên trạng thái kích thích lâu, đủ để đợi các photon khác đi qua và gây ra phát xạ kích thích đồng pha

Các chất lân quang cũng đã được dùng trong màn hình tia âm cực Sau khi dòng electron đập lên một điểm ảnh của màn hình, điểm này chứa các chất lân quang bị kích thích và tiếp tục phát sáng một thời gian ngắn sau đó Tuy nhiên các vật liệu huỳnh quang cũng có thể được dùng nhờ vào hiệu ứng lưu ảnh trên võng mạc

Tương tự như màn hình tia âm cực, màn hình ghi nhận các dòng hạt (electron, tia

X, neutron, ) năng lượng cao cũng có thể chứa các chất lân quang dù rằng các chất huỳnh quang cũng có thể được dùng

Các vật liệu lân quang thường là hợp chất hóa học của kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm Chúng thường được pha trộn thêm các hoạt chất từ một chất nền Chất nền có thể

là ôxít, sunfua, selenua, silicat của kẽm, cadmi, mangan, nhôm, silic, hay các kim loại đất hiếm Các hoạt chất giúp gia tăng thời gian phát sáng có thể là các kim loại như đồng, bạc Nếu pha thêm niken có thể làm giảm thời gian phát sáng

Sulfua kẽm (ZnS) với 5 ppm đồng thường được dùng làm đồ chơi lân quang Hỗn hợp sulfua kẽm và sulfua cadmi (CdS) có thể tạo ra màu sắc tùy theo nồng độ trộn và có thể phát sáng từ 1 đến 10 giờ SrAlO3 pha với Eu là lân quang xanh sáng lâu Hỗn hợp CaS SrS pha thêm Bi có thể sáng 12 tiếng đồng hồ Các chất này có thể được trộn cùng vật liệu chế tạo đồ vật hay pha vào mực hoặc sơn in

Loại chất phát quang do hai chất tạo thành: kẽm sunfua, hoặc CaS và chất phóng xạ Để ánh sáng có thể phát ra liên tục người ra thêm vào đó một ít chất phóng xạ như C 14, S 35,

Sr 90, Tl 204, Ra hoặc đồng vị Po

Bột dạ quang có rất nhiều màu sắc khác nhau điển hình là có 8 loại màu phổ biến nhất như: xanh lá, xanh dương, cam, hồng, vàng, tím, xanh ngọc, xanh chuối

Hình 28: Một số loại màu bột dạ quang

2.4 NHỮNG CÔNG VIỆC VÀ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN

- Thu thập mẫu bột đá mài granite tại nhà máy

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ chất kết dính đến các cốt liệu dùng trong phối trộn bằng phương pháp tạo mẫu thí nghiệm trong phòng (40x40x160) mm

2.4.1 Thí nghiệm sự liên kết của chất kết dính và bột đá

Nguyên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ chất kết dính đến các cốt liệu trong phối trộn giữa xi măng và bột đá bằng phương pháp tạo mẫu trong phòng thí nghiệm (40x40x160) mm qua quy hoạch thự nghiệm mẫu ở bảng 3

Bảng 3: Bảng quy hoạch số lượng mẫu thí nghiệm giữ xi măng và bột đá mài

Tỉ lệ phối trộn theo thành phần giữa bột đá và xi măng được xác định ở bảng 4

Bảng 4: Thành phần cốt liệu phối trộn cho 1 tổ hợp 3 mẫu, hệ số an toàn 1.1

Thành phần

Tỷ lệ Tổ hợp Xi măng (X)

[Kg]

Bột đá (BĐ) [Kg]

Nước [Lít]

2.4.2 Thí nghiệm sự liên kết của xi măng, bột đá, cát và phụ gia

Nguyên cứu sự liên kết của thành phần cốt liệu xi măng, bột đá, cát và phụ gia để đánh giá sự liên kết của các cốt liệu dùng trong phối trộn và đưa ra tỷ lệ phối trộn hợp lý bằng phương pháp tạo mẫu trong phòng thí nghiệm (40x40x160) mm qua quy hoạch thự nghiệm, số lượng mẫu thí nghiệm được thể hiện ở bảng 5

Bảng 5: Bảng quy hoạch mẫu giữa xi măng, bột đá, cát và phụ gia

Tỉ lệ phối trộn theo thành phần giữa bột đá, xi măng, cát và phụ gia được xác định ở bảng 6

Bảng 6: Thành phần cốt liệu phối trộn cho 1 tổ hợp 2 mẫu, hệ số an toàn 1.1

Tổ hợp Xi măng

[kg]

Bột đá [kg]

Cát [kg]

Nước [ml]

Phụ gia [ml]

V1 0.504 0.216 2.55 394.2 8.64

V2 0.576 0.144 2.55 394.2 8.64

V3 0.648 0.072 2.55 394.2 8.64