Vật liệu gốm xây dựng

vật liệu nung hay gốm xây dựng là loại vật liệu được sản xuất từ nguyên liệu chính là đất sét bằng cách tạo hình và nung ở nhiệt độ cao. Do quá trình thay đổi lý

Chương 6:

VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG

6.1 Khái niệm và phân loại

Vật liệu gốm xây dựng là loại vật liệu đá nhân tạo nung, được sản xuất bằng cách tạo hình sản phẩm từ các loại đất sét (có thể cho thêm các phụ gia như phụ gia điều chỉnh tính dẻo: samốt, đất sét nung non, cát ; phụ gia cháy : than cám, mùn cưa; phụ gia hạ thấp nhiệt độ nung và men) rồi đem nung ở nhiệt độ cao

Hiện nay xuất hiện nhiều loại vật liệu gốm mới (gốm – kim loại, gốm-các oxit tinh khiết) có thể khắc phục được những nhược điểm của gốm cổ truyền

Vật liệu gốm xây dựng là vật liệu xây dựng có từ lâu đời, được dùng rộng rãi trong nhiều bộ phận của công trình xây dựng Trong xây dựng hiện đại vật liệu gốm được dùng trong nhiều chi tiết của kết cấu nhà cửa, từ khối xây, ốp trang trí mặt ngoài và bên trong nhà, lát nền, làm cốt liệu rỗng trong bê tông nhẹ, các sản phẩm sứ vệ sinh và đồ dùng gia đình Ngoài ra vật liệu gốm còn có mặt trong các ngành công nghiệp hóa học, luyện kim và các ngành công nghiệp khác

Ưu điểm chủ yếu của vật liệu gốm là có độ bền và tuổi thọ cao: từ nguyên liệu địa phương có thể sản xuất ra các sản phẩm khác nhau thích hợp với các yêu cầu sử dụng và yêu cầu thẩm mỹ, công nghệ sản xuất đơn giản và giá thành hạ Nhưng vật liệu gốm có các nhược điểm là dễ vỡ, giòn, tương đối nặng, khó cơ giới hoá xây dựng, đặc biệt là với gạch và ngói lợp Việc sản suất vật liệu gốm thu hẹp diện tích đất nông nghiệp

Sản phẩm gốm xây dựng rất đa dạng: gạch xây, ngói lợp, tấm lát, tấm ốp, các sản phẩm sứ vệ sinh, các sản phẩm cách nhiệt, cách âm, chịu lửa, chịu axit, sản phẩm ống nước

6.2 Nguyên liệu sản xuất và tính chất của nguyên liệu

Nguyên liệu chính để sản xuất sản phẩm gốm là đất sét Ngoài ra, tuỳ thuộc theo yêu cầu của sản phẩm, tính chất của đất mà có thể dùng thêm các loại phụ gia cho phù hợp

Đất sét là loại đá trầm tích đa khoáng, khi nhào trộn với nước nó trở thành hỗn hợp dẻo có thể tạo thành hình của các sản phẩm khác nhau, sau khi gia công nhiệt nó biến thành trạng thái đá Thành phần chính của đất sét là khoáng dẻo hay khoáng sét Nếu đất sét chỉ chứa kaolinit gọi là đất cao lanh (màu trắng)

Ngoài ra trong đất sét còn chứa các tạp chất vô cơ và hữu cơ Các tạp chất vô cơ hay gặp ở dạng thạch anh, cácbônat, các hợp chất sắt Tạp chất hữu cơ thì ở dạng than bùn hoặc bitum

Đất sét gồm có nhiều hạt lớn như bụi (<0,14mm) ,mica và cát (0,14-5mm) làm cho đất kém dẻo, giảm co, còn CaCO3, các hợp chất sắt, fensfat làm giảm nhiệt độ nóng chảy của đất sét; CaO khi thuỷ hoá sẽ nở ra, làm cho sản phẩm dễ bị nứt

Đất sét có các màu khác nhau từ trắng, nâu xanh, xám đến màu đen Màu sắc do các tạp chất hữu cơ quyết định

Gạch đất sét là sản phẩm thông dụng nhất, kích thước phổ biến là 220x105x60mm Loại gạch này phải có chất lượng phù hợp với TCVN 1451 - 73

Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của gạch : Khối lượng thể tích ở trạng thái khô : γok= γotc

=1700 ÷1900 kG/m3, hệ số truyền nhiệt λ = 0,5 - 0,8 kCal/m.0C.h, độ hút nước Hp = 8 - 25%, cường độ chịu nén Rn = 50 - 150 kG/cm2 Khi đánh giá chất lượng gạch người ta phân loại chúng dựa theo các chỉ tiêu kỹ thuật (TCVN 1451 - 73) ở bảng 6-1

Bảng 6-1 Đánh giá chất lượng của gạch

Cường độ chịu nén (kG/cm2)

Cường độ chịu uốn (kG/cm2) Loại gạch Mác gạch

Trung

bình Bé nhất Trung bình Bé nhất

Độ hút nước

(%)

A 125 125 100 25 12 15 B 100 100 75 22 11 20 C 75 75 50 18 9 25 D 50 50 35 16 8 - Gạch đất sét được chia ra làm 2 loại: gạch đặc và gạch rỗng

Gạch đặc đất sét nung có 2 loại kích thước 220x105x60mm (GD60) và 190x90x45mm (GD45)

Sai lệch về kích thước viên gạch không được vượt quá quy định sau: theo chiều dài: ±6mm; theo chiều rộng: ±4mm; theo chiều dày ±3mm (đối với GD60) và ±2mm (đối với GD45)

Theo cường độ chịu nén và uốn mác gạch rỗng được phân ra: 50, 75, 100, 125, 150, 200

Ngoài gạch đặc thông thường còn có các loại gạch rỗng, gạch xốp có cùng chiều dài, chiều rộng, nhưng chiều cao có nhiều kích thước khác nhau

Kích thước của gạch rỗng đất sét nung theo tiêu chuẩn TCVN 1450:1998 như Bảng 6.2

Gạch rỗng thường dùng để xây tường và các bộ phận công trình có trát hoặc ốp bên ngoài

Ngoài gạch đặc và gạch rỗng người ta còn sản xuất gạch xốp Đây là loại gạch nhẹ, dẫn nhiệt kém, hút nước lớn và cường độ thấp

6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng

6.3.1 Công nghệ sản xuất gạch

* Công nghệ sản xuất gạch xây gồm 5 giai đoạn:

Khai thác nguyên liệu: thường thực hiện bằng máy đào hoặc thủ công Trước khi khai thác cần loại bỏ 30-40cm đất trồng trọt ở bên trên để loại trừ cỏ rác, rễ cây và sỏi đá Đất thường khai thác gần nơi sản xuất để đỡ tốn công vận chuyển Có thể vận chuyển bằng xe goòng hoặc ô tô tự đổ

Chuẩn bị phối liệu: đồng đều sẽ làm tăng tính dẻo, làm cho độ co ngót, màu sắc và các tính chất cơ lí khác nhau của sản phẩm đồng đều, chất lượng của gạch tăng Tuỳ theo phương pháp sản xuất gạch là khan hay dẻo mà người ta sử dụng những thiết bị khác nhau Trong phương pháp dẻo đất được nhai trong máy nhai sau đó được trộn vào trong máy trộn với độ ẩm 18 – 25% cho đến khi thành khối đồng nhất

Tạo hình sản phẩm: nhằm tạo ra cho sản phẩm một hình dạng nhất định và cường độ ban đầu Để tạo hình gạch thường dùng phương phá dẻo và bán khô Trong phương pháp dẻo, đất đựơc trộn với độ ẩm 18-25% được ép với áp lực 30kG/cm2 Nhờ có buồng hút chân không, không khí sẽ tách ra khỏi phối liệu, tăng độ chặt sít và cuối cùng tăng độ bền sấy và cường độ của sản phẩm Trong phương pháp bán khô: đất đựơc trộn với độ ẩm 8-12% được ép với áp lực 200 - 300kG/cm2, phương pháp này cho sản phẩm có hình dạng, kích thước chính xác, cường độ cao, có thể rút ngắn quá trình sấy và chu trình sản xuất nói chung

Sấy: là quá trình hạ thấp từ từ độ ẩm của gạch đến giới hạn cần thiết và tạo cho gạch mộc có cường độ ban đầu để khi xếp vào thiết bị nung không bị biến dạng, tăng năng suất của lò nung, giảm hao phí năng lượng Quá trình sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất của nguyên liệu, phương pháp gia công nguyên liệu, tạo hình sản phẩm và các thông số của thiết bị sấy (nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của khí sấy) Để tăng cường quá trình sấy người ta thường trộn thêm phụ gia gầy (tăng độ dẫn ẩm và giảm co ngót), làm ẩm phối liệu bằng hơi nước nóng hoặc hút chân không phối liệu Phối liệu thường đựơc sấy trong các lò phòng hoặc lò tunen Lò phòng làm việc gián đoạn, phân bố nhiệt không đều thời gian sấy dài (40-47 giờ), khó cơ giới hoá và tự động hoá Lò sấy tunen làm việc liên tục, năng suất cao, sấy đều, nhanh (15-40giờ), dễ cơ giới hoá

Hình 6.1 Máy nghiền đất và máy trộn đất

Hình 6.2 Lò sấy và lò nung gạch

Nung: đây là công đoạn quan trọng nhất, chất lượng của gạch chủ yếu đựơc quyết định ở giai đoạn này Chí phí trong giai đoạn nung chiếm đến 35-40%, còn phế phẩm chiếm 10% sản phẩm Gạch đựơc nung trong 2 loại lò: lò gián đoạn và lò liên tục

Trong lò gián đoạn gạch được nung theo từng mẻ, loại lò này công suất bé, chất lượng sản phẩm thấp

Trong lò liên tục gạch có chất lượng cao Lò liên tục gồm có 2 loại: lò Hốpman (lò vòng) và lò tuynen Lò Hốpman có hình bầu dục, có nhiều buồng ngăn, mỗi buồng đều có cửa riêng để ra vào lò, có cửa thông nhau và kênh dẫn khói ra ngoài ống khói chung Nguyên tắc làm việc của lò là sản phẩm đứng yên, ngọn lửa di động Lò có ưu điểm: không tốn thiết bị xếp sản phẩm, dễ điều chỉnh nhiệt độ Nhưng có nhược điểm là khó cơ giới hóa, (đặc biệt là khâu ra vào cửa lò), khó đều lửa Lò tuy nen làm việc theo nguyên tắc sản phẩm chuyển động còn nhiệt độ phân bố ổn định theo chiều dài lò Ưu điểm của lò này là nung nhanh hơn lò Hốpman, dễ dàng cơ giới hóa, có thể dùng nhiên liệu rắn hoặc lỏng, nhưng tốn nhiên liệu hơn (nung cả toa goòng)

6.3.2 Công nghệ sản xuất ngói

Kỹ thuật sản xuất ngói cũng gần giống như sản xuất gạch nhưng do có hình dạng phức tạp và lại khá mỏng, yêu cầu cao (không sứt mẻ, nứt vỡ, ít thấm ) nên quá trình sản xuất ngói đòi hỏi nguyên liệu đầu vào và kỹ thuật cao hơn

Nguyên liệu dùng loại đất sét có độ dẻo cao, dễ chảy Đất không chứa các tạp chất cacbonat Trong sản xuất ngói có thể dùng 15-25% phụ gia cát, 10-20% phụ gia samốt

Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu được thực hiện chủ yếu theo phương pháp dẻo và cũng có thể theo phương pháp bán khô và cả phương pháp ướt (khi trong

nguyên liệu có lẫn tạp chất) Gia công chuẩn bị phối liệu kỹ hơn làm nhằm cho độ ẩm đồng đều hơn và phá vỡ tối đa cấu trúc nguyên liệu đất sét bằng cách ngâm ủ dài ngày hơn

Trước khi tạo hình phải tạo ra những viên gạch trên máy ép lentô, rồi ủ để độ ẩm đồng đều Sau đó mới tạo hình ngói từ những viên gạch đã ủ

Ngói được sấy trong các nhà sấy tự nhiên (các nhà kho sấy có giá phơi) hay sấy nhân tạo (trong các thiết bị sấy phòng, sấy tuynen, sấy băng truyền giá treo) Để tránh nứt nẻ cho sản phẩm, ngói được sấy theo chế độ sấy dịu Khi nung ngói, nhiệt được nâng lên từ từ, nung lâu hơn, làm nguội chậm hơn

Ngói đất sét có 2 loại chính như sau: Loại 22 viên/m2 có kích thước 340x205x15mm, loại 13 viên/m2 có kích thước 460x260x16mm Theo TCVN 1452 - 73 ngói phải đạt các yêu cầu về ngoại hình, về các chỉ tiêu vật lý và cơ học : Khối lượng thể tích 1800 - 2000 kG/m3, độ hút nước theo khối lượng ≤ 10%; độ thấm nước xác định theo tiêu chuẩn : sau 3h nước không được thấm qua; về cường độ, ngói phải chịu được lực tác dụng tập trung ở giữa 2 gối tựa ít nhất là 70kG

6.4 Gạch gốm ốp lát

Gạch gốm ốp lát có độ xốp nhỏ, độ bền cơ học cao, chống mài mòn lớn, chịu được tác động của môi trường xâm thực và có tính trang trí cao Bề mặt gạch có phủ men, có thể phẳng hay nhám hoặc có vân hoa, có thể có một màu hay có nhiều màu

Theo hình dáng có thể có các loại vuông, chữ nhật, tam giác, lục giác và bát giác đều

Các quy định về kích thước của sản phẩm tra bảng 6.3

Bảng 6.3 Kích thước cơ bản của gạch gốm ốp lát

100x100 150x75 300x200 150x150 200x100 115x60 200x200 200x150 240x60 300x300 250x150 130x65 Kích thước cạnh bên

danh nghĩa (axb)mm

400x400 300x150 260x65 Gạch gốm ốp lát dùng cho các công trình xây dựng như nhà công nghiệp, nhà ở, các

công trình văn hóa, xã hội

6.5 Sản phẩm sành dạng đá

Sản phẩm sành dạng đá có cường độ cao, độ đặc lớn, cấu trúc hạt bé, chống mài mòn tốt, chịu được tác dụng của axit Chúng được dùng rộng rãi trong công trình công nghiệp, hóa học và nông nghiệp Loại sản phẩm thường gặp như: clinke, tấm lát nền, ống nước và vật liệu bền axit

- Gạch clinke dùng để lát đường, làm móng, cuốn vòm và tường chịu lực * Tấm lát nền

- ở một số nước được sản xuất từ đất sét khó chảy và chịu lửa, chúng nhiều kích cỡ khác nhau Độ hút nước và độ cọ mòn không lớn

- Tấm lát nền thường dùng lát nền nhà và các công trình dân dụng * Ống sành

- là các sản phẩm dạng sành đá có đường kính 50-125mm (đôi khi tới 600mm), dài 500-1200mm

- Ống sành phải thỏa mãn các điều kiện: thẳng, không cong vênh, miệng ống vuông góc với trục ống, tuyệt đối không có các vết nứt và lỗ rỗng xuyên qua thành ống, mặt nhẵn, không lồi lõm, cường độ cao, độ hút nước theo khối lượng nhỏ hơn 8%, độ bền axit lớn hơn 90%

* Gạch chịu được axit

- Gạch chịu được axit được sản xuất theo 2 dạng: gạch khối và gạch tấm lát Hình dáng và kích thước của gạch như sau:

- Gạch khối: 230x113x65mm - Gạch tấm lát: 100x100x11mm 150x450x11mm

- Gạch chịu được axit chia làm 3 loại: loại A dùng cho các công trình lâu dài, khó sủa chữa và luôn tiếp xúc với hóa chất, loại B và C dùng cho các công trình dễ sửa chữa, làm việc có tính chất liên tục

- Gạch chịu được axit được dùng trong các công trình xây dựng công nghiệp, hóa chất, điện, y dược, công nghệ thực phẩm và các ngành khác có liên quan đến sự ăn mòn của các hóa chất mang tính axit

* Vật liệu chịu lửa

- là loại vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của các tác nhân cơ học và hóa lí ở nhiệt độ cao Do vậy chúng phải thỏa mãn về thành phần khoáng hóa, độ chịu lửa, độ bền nhiệt, cường độ và độ ổn định thể tích ở nhiệt độ cao Tiêu chuẩn TCVN 5441:1991 chia ra làm 3 loại:

- Chịu lửa (độ chịu lửa từ 15000C đến 17000C) - Chịu lửa cao (độ chịu lửa từ 17700C đến 20000C) - Chịu lửa rất cao (độ chịu lửa lớn hơn 20000C)

- Vật liệu chịu lửa có nhiều loại và được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau Trong đó loại vật liệu chịu lửa từ đất sét phổ biến nhất là sản phẩm samốt

- Vật liệu chịu lửa thường đựơc dùng để xây lò công nghiệp, ghi đốt, các công trình chịu nhiệt

Chương 6: 1

6.1 Khái niệm và phân loại 1

6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng 3 6.4 Gạch gốm ốp lát 5 6.5 Sản phẩm sành dạng đá 5