Đang tải... (xem toàn văn)
Để thay thế ngói đất sét nung, tấm lợp xi măng các loại và để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội đối với vật liệu lợp một giải pháp hiệu quả là nghiên cứu sản xuất ngói lợp từ vật liệu xi măng, cốt sợi và các nguyên liệu sẵn có trong nước.
VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƢỜNG THÀNH PHẦN VẬT LIỆU XI MĂNG - CÁT - CỐT SỢI POLYME CHO SẢN XUẤT NGĨI LỢP TS NGUYỄN HÙNG MINH, KS HỒNG ANH SƠN, KS LƢU VĂN NAM Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Ngói lợp vật liệu xây a beveled roof dựng dân dụng Ngoài chức bao che, ngói loại vật liệu kiến trúc tạo dáng làm đẹp cho cơng trình, đặc biệt cơng trình nhà dạng biệt thự, nhà thấp tầng, chùa chiền, cơng trình kiến trúc, văn hóa khác có mái vát In order to replace baked clay tiles, the cement sand reinforced fiber tiles to meet the increasing demands of society, an effective solution is to research and produce roofing tiles from cement sand reinfoced fiber and materials available in the Để thay ngói đất sét nung, lợp xi măng loại để đáp ứng nhu cầu ngày tăng xã hội vật liệu lợp giải pháp hiệu nghiên cứu sản xuất ngói lợp từ vật liệu xi măng, cốt sợi nguyên liệu sẵn có nước country Nội dung khoa học công nghệ chuyên đề cần giải Cấu tạo ngói gồm lớp phủ bề mặt lớp thân ngói Chức lớp thân ngói đảm bảo Summury: Roofing tile is the basic material in khả chịu lực tồn viên ngói, Nghiên civil construction In addition to the function of cứu, lựa chọn vật liệu thành phần phù hợp với covering and tile, it is also an architectural material cơng nghệ tạo hình xác định (cán uốn liên tục) to shape and beautify the works, especially nội dung báo Ngói xi măng cần buildings of villas, low-rise houses, pagodas, đạt tiêu theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS A architectural and cultural constructions another has 5402 : 2002 trình bày bảng sau: Bảng Yêu cầu kỹ thuật ngói lợp (JIS A 5402) Số TT Chỉ tiêu kỹ thuật Phân loại Lực uốn gãy, [N] Độ hút nước, [%] Khả chống thấm nước Độ bền băng giá Độ bền khí hậu Độ chống va đập Khối lượng viên Yêu cầu Ngói phẳng ≥ 1300 ≤ 10 Không thấm thành giọt mặt đối diện Không bị tách lớp biến màu Không nứt, tách lớp, biến màu Không bong tách lớp phủ bề mặt; Không phồng mặt đối diện 4,1 ÷ 4,5 kg/viên Vật liệu yêu cầu kỹ thuật Vật liệu dùng cho lớp thân ngói xác định cơng nghệ cán ép liên tục xi măng, cát, cốt sợi polyme có yêu cầu kỹ thuật quy định JIS A 5402, cụ thể: - Xi măng, cốt liệu,… không chứa thành phần gây hại cho chất lượng ngói; - Nước trộn không chứa dầu, muối, tạp chất hữu gây hại cho chất lượng ngói; - Phụ gia không chứa dầu, muối, tạp chất hữu gây hại cho chất lượng ngói Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 Phƣơng pháp thử Ghi JIS A 5402 JIS A 5402 JIS A 5402 JIS A 1435 JIS A 1415 JIS A 1408 Mục Mục Mục JIS A 5402 Căn vào yêu cầu vật liệu nói nguồn nguyên vật liệu sẵn có Việt Nam, nguyên vật liệu cụ thể sau lựa chọn dùng nghiên cứu 2.1 Xi măng Xi măng dùng nghiên cứu chọn Bút Sơn PCB40 loại xi măng thơng dụng có tính chất đạt yêu cầu TCVN 6260: 2009 2.2 Cốt liệu cho lớp thân ngói Chiều dày viên ngói vị trí nhỏ khoảng mm, theo [3] kích thước hạt lớn cốt liệu là: mm/2 = 3,5 mm Trong 39 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƢỜNG sàng tiêu chuẩn kích thước mắt sàng gần thành phần hạt tối ưu nhỏ 3,5 mm sàng 2,5 mm Như cát dùng Hai loại cát sử dụng nghiên cứu lấy nghiên cứu lựa chọn cát vàng Sông mẫu theo TCVN 7572-1 : 2006 phân tích thử Lơ lọt qua sàng 2,5 mm nghiệm thành phần hạt theo TCVN 7572-2 : 2006 Ngoài có sử dụng thêm cát đen Sơng Hồng Kết thử nghiệm trình bày bảng với tỷ lệ thích hợp để phối trộn tạo thành cát có bảng Bảng Thành phần hạt cát qua sàng 2,5 mm Kích thước l sàng, mm 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 95%) Thành phần tro tuyển công ty Sông Đà Cao hãng Kuraray Nhật Bản (bảng 4) Đây loại sợi Cường dùng nghiên cứu đáp ứng yêu cầu bền kiềm chuyên dùng cho sản phẩm gốc xi tro loại F theo ASTM C618 sử dụng làm măng 40 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MƠI TRƢỜNG Bảng Các tính chất sợi KURALON RMH 182×4 Chỉ tiêu STT Mức chất lượng Dạng Sợi trắng Điểm nóng chảy Hơn 200 ℃ Khối lượng riêng 1,31 g/cm Phân hủy nhiệt độ Độ hòa tan Điểm bốc cháy Trên 200 ℃ Đường kính sợi μm Chiều dài sợi mm > 200 ℃ Khơng tan nước nhiệt độ phòng; Hòa tan dung dịch axit Clohiđric (20%) Ngồi vật liệu sử dụng nghiên cứu lớp thân ngói, vật liệu cho lớp phủ bề mặt có loại: Cát mịn; Bột màu; Phụ gia siêu dẻo phân bố theo hai hướng khơng bị vón thành búi trình trộn, cán ép 3.1 Lựa chọn thành phần cốt liệu Nghiên cứu lựa chọn thành phần cấp phối vật liệu cho lớp thân ngói Cốt liệu thành phần lớp thân ngói quan trọng Cát vàng tự nhiên thường khơng có thành Thành phần lớp thân ngói quan trọng phần hạt tối ưu, thường thiếu thành phần hạt mịn định đến tính chất lý, hình thức giá Để cải thiện tính chất dùng loại cát thô thành sản phẩm Đối với việc sản xuất ngói pha trộn với cát mịn để có thành phần hạt độ theo công nghệ cán ép liên tục nên thành phần cấp r ng theo yêu cầu Thí nghiệm xác định thành phần phối phải phù hợp cho viên ngói có độ đặc cốt liệu tối ưu trình bày bảng cao, cường độ chịu uốn, chịu nén cao cốt sợi Bảng Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến KLTT cát hỗn hợp Loại cát TT Đơn vị Tỷ lệ pha trộn cát Cát vàng qua sàng 2,5 mm % 100 90 80 70 60 Cát đen qua sàng mm % 10 20 30 40 Khối lượng thể tích xốp kg/m 1.479 1.489 1.494 1.484 1.479 Như h n hợp cát vàng cát đen với tỷ lệ măng Nước trộn xác định 32% tổng tương ứng CV: CĐ = 81,6 : 18,4 có KLTT cao hàm lượng chất kết dính (bao gồm tro xi có độ r ng tự nhiên thấp măng) Mẫu thí nghiệm 40x40x160 mm bảo 3.2 Xác định tỷ lệ tro dưỡng ẩm theo quy định nén tuổi ngày Trong nghiên cứu, tro bay cho vào thành phần xi măng với tỷ lệ khác 10%; 28 ngày Kết thí nghiệm trình bày bảng 15%; 25%; 30% 40% so với khối lượng xi Bảng Ảnh hưởng hàm lượng tro bay đến tính chất vữa Số TT Tên vật tư Đơn vị Tỷ lệ tro (% CKD) 10% 15% 20% 30% 40% Xi măng Bút Sơn PCB40 kg 1.386 1.302 1.219 1.055 895 Tro bay Phả Lại kg 154 230 305 452 597 Nước lít 493 490 487 482 477 Cường độ chịu nén (R7) MPa 34,6 36,1 35,0 34,0 30,1 Cường độ chịu nén (R28) MPa 46,1 47 46,3 43,6 42,1 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 41 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƢỜNG Kết cho thấy h n hợp vữa với tỷ lệ tro Cường độ chịu nén: 25 - 30 Mpa; 15% khối lượng xi măng có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày đạt giá trị cao 47 Mpa Độ lún côn: - cm (giá trị xác định sơ cho công nghệ cán ép liên tục); 3.3 Thiết kế thành phần vữa Nguyên vật liệu: CKD, Cát h n hợp có thành Thành phần vữa thiết kế theo ―Hướng dẫn phần xác định sử dụng cát mịn làm vữa‖ Các yêu cầu tính chất vữa làm lớp thân ngói sau: Thành phần vữa kết thí nghiệm trình bày bảng sau: Bảng Kết thí nghiệm xác định thành phần vữa Số TT Tên vật tư Thành phần cho m cát Đơn vị - 15% Xm TP Cơ sở +15 % Xm Xi măng Bút Sơn PCB40 kg 466 548 630 Tro bay Phả Lại kg 72 84 98 Cát h n hợp kg 1.494 1.494 1.494 Nước lít 335 350 366 Độ lún cm 7 Cường độ chịu nén (R7) Mpa 18,9 22,5 24,8 Cường độ chịu nén (R28) Mpa 26,2 30.0 32,0 Kết thí nghiệm cho thấy mẫu giảm 15% xi măng có cường độ 26,2 N/mm tuổi 28 ngày Như thành phần giảm 15% xi măng cho kết đạt yêu cầu cường độ chịu nén Kết thành phần vữa trình bày bảng dưới: Bảng Thành phần vữa cho lớp thân ngói Số TT Tên vật tư Đơn vị Cho m cát Cho m vữa đặc Theo % khối lượng Xi măng Bút Sơn PCB40 kg 466 431 22,9 Tro bay Phả Lại kg 72 66 3,5 Cát h n hợp kg 1.494 1.383 73,6 Nước lít 333 310 16,5 Tổng khối lượng VL khô: kg 2.032 1.880 100 Cường độ chịu nén R28 MPa 26 3.4 Xác định tỷ lệ sợi Để xác định tỷ lệ sợi hợp lý, cho sợi với tỷ lệ khác vào vữa có thành phần bảng Mẫu trộn máy trộn vữa chuyên dụng, đúc khuôn 100 x 18 x 400 mm, bảo dưỡng uốn theo BS EN 1170 : 1998 Part Kết trình bày bảng sau: Bảng Ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu uốn vữa Số TT 42 Tên vật tư Tỷ lệ sợi tổng chất rắn Đơn vị 0,5% 0,8% 1,2% 1,5% Xi măng Bút Sơn PCB40 kg 422 420 416 414 Tro bay Phả Lại kg 66 65 65 64 Cát vàng Sông Lô (< 0,63 mm) kg 1.125 1.119 1.110 1.104 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƢỜNG Số TT Tên vật tư Tỷ lệ sợi tổng chất rắn Đơn vị 0,5% 0,8% 1,2% 1,5% Cát đen kg 248 246 244 243 Sợi (PVA fiber) kg 15 22 28 Nước lít 308 307 304 303 Độ lún côn cm 6,0 3,0 1,0 - 1,8 2,8 2,4 2,0 28,8 27,5 22,7 18,7 Cường độ chịu uốn (Ruốn) Cường độ chịu nén (Rnén) MPa MPa Kết cho thấy vữa có tỷ lệ sợi từ 0,8% đến chịu uốn vữa (bảng 9) M i tỷ lệ sợi cụ thể 1,0% cho cường độ chịu uốn cao nhất, đạt phù hợp với công nghệ sản xuất định Việc khoảng 2,8 – 2,85 N/mm Với tỷ lệ sợi tăng cao sử dụng thành phần thí nghiệm vào sản xuất cho hơn, cường độ chịu uốn giảm dần độ đặc sản phẩm đạt yêu cầu khẳng định tính thực độ phân tán sợi không cao Điều tế kết nghiên cứu phòng thí thể rõ kết thí nghiệm cường độ nghiệm a) Uốn vữa cốt sợi b) Đo chiều dày vị trí uốn gãy Hình Hình ảnh thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn vữa cốt sợi theo BS EN 1170 : 1998 P.5 Thành phần vữa sử dụng cho sản xuất thử nghiệm xác định từ kết nghiên cứu với hàm lượng sợi 0,8% vật liệu khô, cụ thể sau: Bảng 10 Thành phần cấp phối vữa chế tạo lớp thân ngói Tên vật tư STT Đơn vị Khối lượng cho m Xi măng Bút Sơn PCB40 kg 419 Tro bay Phả Lại kg 65 Cát vàng Sông Lô (< 0,63 mm) kg 1.190 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 43 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƢỜNG Tên vật tư STT Đơn vị Khối lượng cho m Cát đen kg 246 Sợi (PVA fiber) kg 14.9 Nước lít 280 Độ lún cm 3,0 MPa Cường độ chịu uốn (Ruốn) 2,8 MPa Cường độ chịu nén (Rnén) 27,5 Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm Các viên ngói tạo hình bảo dưỡng ẩm (ngâm bể dưỡng hộ) kiểm tra 4.1 Sản xuất thử nghiệm thân ngói xác định độ hút nước, cường độ chịu uốn tuổi Sử dụng thành phần cấp phối vữa xi măng cho 28 ngày Ngói uốn theo sơ đồ hình lớp thân ngói bảng 13 để sản xuất thử nghiệm Kết xác định cường độ chịu uốn tồn viên viên ngói xi măng khuôn đơn theo công máy kéo uốn Shimadzu trình bày nghệ rung ép phòng thí nghiệm bảng sau: l 1 3 4 l1 l1 /3 /3 Trong đó: Trong đó: Vị trí gia tải Vị trí gia tải Tấm đệm đàn hồi; Tấm đệm cao su Chiều dày đệm: 10 ± mm & Vữa keeping Chiều rộng đệm cao su: ≥ 20 mm Hình Sơ đồ thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn viên ngói [8] Thí nghiệm uốn mẫu ngói chế tạo thử cách ngâm viên ngói (tổ mẫu viên) phòng thí nghiệm thực LASXD 1494 24h đến bão hòa nước Sau lấy lau Các thơng số sau: giẻ ẩm cân xác định khối lượng mẫu bão - Sơ đồ uốn: Uốn điểm hình 2; - Thiết bị sử dụng: Máy kéo uốn đa Shimadzu; - Khoảng cách gối uốn L = 300 mm; - Tốc độ gia tải: 100 N/s Độ hút nước mẫu ngói xác định 44 hòa (m bh) xác đến 1g Sau cân viên o ngói sấy tủ sấy nhiệt độ 100 ÷ C thời gian 24 h đến khơ hồn tồn Lấy mẫu ra, cân mẫu xác định khối lượng viên ngói trạng thái khơ hồn tồn (m kh) Độ hút nước ngói tính sau: W (%) = (m bh – m kh)/m kh x 100 Kết trình bày bảng 11 hình Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MƠI TRƢỜNG a) Mẫu ngói PTN b) Bộ gá uốn viên ngói c) Thí nghiệm uốn ngói d) Đo chiều dày viên ngói vị trí gãy Hình Ngói sản xuất thử nghiệm uốn ngói Bảng 11 Kết thí nghiệm uốn ngói xi măng cát (Uốn điểm) STT Yêu cầu (JIS A 5402) Chỉ tiêu kỹ thuật M1 M2 M3 400 330 12,9 1.046,7 8,9 2,7 4,0 400 330 13,5 1.250,3 9,7 2,6 4,35 400 330 13,8 802,3 11,2 2,5 4,39 Kích thước viên ngói Dài (mm): Rộng (mm): Dày (mm): Lực uốn gãy, [N] Độ hút nước, [%] Biến dạng lớn (mm) Khối lượng viên (kg/viên) ≥ 1.300 ≤ 10 4,1 ÷ 4,5 theo [8] Hình Biểu đồ uốn ngói Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 45 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MƠI TRƢỜNG Kết chế tạo mẫu ngói thử nghiệm cho thấy độ đặc thấp, dẫn đến tính chất lý ngói chưa đạt u cầu lực uốn gãy tồn viên, ngói khơng cao, hình thức khơng đạt u cầu độ hút nước theo yêu cầu JIS A 5402 4.2 Điều chỉnh thành phần cấp phối lớp thân ngói Quan sát cho thấy ngói sản xuất hình dáng Lượng nước điều chỉnh giảm lít/m Thành chuẩn, có nhiều bọt nước bề mặt Với phần cấp phối lớp thân ngói sau điều chỉnh cấu trúc nhiều l r bọt khí làm cho thân ngói có trình bày bảng 12 Bảng 12 Thành phần vữa dùng để sản xuất ngói xi măng sợi Tên vật tư STT Đơn vị Khối lượng Xi măng Bút Sơn PCB40 kg 419 Tro bay Phả Lại kg 65 Cát vàng Sông Lô qua sàng 2,5 mm kg 1.296 Cát đen (qua sàng mm) kg 246 Sợi (PVA fiber) kg 14.9 Nước lít 240 Các viên ngói sản xuất thử nghiệm bảo dưỡng nhiệt độ môi trường điều kiện 100% độ ẩm Sau 28 ngày viên ngói uốn theo hướng dẫn JIS A 5402 Sơ đồ uốn hình Kết thí nghiệm uốn viên ngói (5 viên) trình bày bảng 13 Bảng 13 Kết thí nghiệm uốn ngói xi măng cát Số TT Mẫu thí nghiệm Tải trọng phá hủy, N M1 M2 M3 M4 M5 Trung bình 2.280 2.740 2.413 2.570 2.465 2.493,6 Cường độ chịu uốn (N/mm ) 23.4 28.36 25.6 26.32 27.24 26,22 Biến dạng lớn (mm) 3,52 3.58 3.59 3.58 3.53 3,56 Hình Biểu đồ uốn ngói chế tạo theo cấp phối điều chỉnh 46 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƢỜNG Độ hút nước ngói xác định mẫu viên ngói Kết trình bày bảng sau: Bảng 14 Kết thí nghiệm độ hút nước ngói xi măng cát Trọng lượng, g Số TT Mẫu ngói MBH MKhơ Độ hút nước, % M1 4.450 4.140 7,49% M2 4.360 4.050 7,65% M3 4.390 4.060 8,13% M4 4.370 4.030 8,44% M5 4.310 3.980 8,29% Trung bình 4.376 4.052 8,0% Ghi Hình Thí nghiệm kiểm tra cường độ uốn gãy toàn viên 4.3 Đánh giá kết thử nghiệm tính chất ngói Kết tổng hợp thí nghiệm ngói trình bày bảng sau: Bảng 15 Tổng hợp kết kiểm tra chất lượng ngói xi măng cát Chỉ tiêu kỹ thuật STT Loại ngói Lực uốn gãy, [N] Độ hút nước, [%] Độ chống thấm nước Khối lượng viên Yêu cầu (JIS A 5402) phẳng ≥ 1.300 ≤ 10 Không thấm thành giọt 4,1 ÷ 4,5 kg/viên [8] Kết luận Mẫu điều chỉnh Nhận xét phẳng 2.493,6 8,10 Không thấm 4,15 kg Đạt Đạt Đạt Đạt ASTM C1492 - 03(2016), Standard Specification for Concrete Roof Tile Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng vữa xi măng cát gia cường cốt sợi PVA BS EN 490: 2011+ A1:2017, Concrete roofing tiles với thành phần vật liệu hợp lý để sản xuất ngói and fittings for roof covering and wall cladding công nghệ cán ép liên tục cho sản phẩm có Product specification chất lượng cao, đạt yêu cầu JIS JIS-A-5402: 2002; EN 13823: 2010, Reaction to fire tests for building products — Building products excluding floorings exposed to the thermal attack by a single burning item TÀI LIỆU THAM KHẢO TCVN 1453: 1986, Ngói xi măng - cát (YCKT & PPT) TCVN 9382: 2012, Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tơng sử dụng cát nghiền Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2019 JIS-A-5402: 2002, Pressed cement roof tiles Ngày nhận bài: 02/8/2019 Ngày nhận sửa lần cuối: 17/9/2019 47 ... Lựa chọn thành phần cốt liệu Nghiên cứu lựa chọn thành phần cấp phối vật liệu cho lớp thân ngói Cốt liệu thành phần lớp thân ngói quan trọng Cát vàng tự nhiên thường khơng có thành Thành phần lớp... khí làm cho thân ngói có trình bày bảng 12 Bảng 12 Thành phần vữa dùng để sản xuất ngói xi măng sợi Tên vật tư STT Đơn vị Khối lượng Xi măng Bút Sơn PCB40 kg 419 Tro bay Phả Lại kg 65 Cát vàng... Roof Tile Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng vữa xi măng cát gia cường cốt sợi PVA BS EN 490: 2011+ A1:2017, Concrete roofing tiles với thành phần vật liệu hợp lý để sản xuất ngói and fittings for