Nghiên cứu chế tạo gạch rỗng cách âm, cách nhiệt từ đất sét và vật liệu phế thải

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo một loại gạch xốp nhẹ bằng cách sử dụng các vật liệu phế thải và đất sét nung ở nhiệt độ cao.

Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 2-2015 126 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GẠCH RỖNG CÁCH ÂM, CÁCH NHIỆT TỪ ĐẤT SÉT VÀ VẬT LIỆU PHẾ THẢI Trần Thị Thanh Huyền, Phan Trọng Thủy, Trần Văn Hân Sinh viên lớp D12X4, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt: báo trình bày kết nghiên cứu chế tạo loại gạch xốp nhẹ cách sử dụng vật liệu phế thải đất sét nung nhiệt độ cao Sản phẩm thu có khối lượng nhỏ so với viên gạch thông thường, giá trị khối lượng thể tích nhỏ 0,966 g/cm3 Tuy nhiên cường độ chịu nén lại viên gạch thơng thường, cường độ cao đạt 51 daN/cm2 Do vậy, vật liệu sử dụng để làm vật liệu bao che, vách ngăn, không chịu tải trọng lớn kết cấu Từ khóa: Gạch xốp nhẹ, khối lượng thể tích, cường độ chịu nén, độ hút nước Giới thiệu Vật liệu gạch truyền thống có khối lượng lớn, gây áp lực nặng cho móng, kéo dài thời gian thi công, tốn khả cách âm cách nhiệt Việc sử dụng phế thải làm gạch xốp giúp làm giảm tải trọng tác dụng xuống móng, cách âm, cách nhiệt tốt, môi trường, bảo vệ sức khỏe người khỏi tác hại nguồn phế thải, tiết kiệm lượng đất sét Hơn nữa, gạch xốp không cần dùng đến nguyên liệu quý điatômit, trêpen, vermiculit nên giảm giá thành sản phẩm Nước ta nước nông nghiệp hàng năm thải lượng lớn đến hàng triệu chất phế thải mùn cưa, trấu, bã mía, vỏ hạt điều, vỏ lạc, rơm, vỏ cà phê Vì vậy, chúng em chọn đề tài nghiên cứu ― Nghiên cứu chế tạo gạch xốp từ đất sét vật liệu phế thải mùn cưa, xốp, vỏ trấu‖ nhằm mục đích tìm loại vật liệu cách âm cách nhiệt tận dụng phế thải phổ biến địa phương mùn cưa, vỏ trấu, xốp, phế thải Cơ sở khoa học 2.1 Q trình hóa lý nung đất sét [1] Những biến đổi hoá lý nung đất sét: Đất sét hệ đa khống, gia cơng nhiệt xảy nhiều q trình hoá lý phức tạp, tạo khoáng - t  1000 C , nước tự bay hơi, đất sét bị co - t  450  6500 C , nước liên kết bay hơi, tạp chất hữu cháy, đất sét tính dẻo, caolinit chuyển thành mêtacaolinit ( Al2O3.2SiO2 ) Al2O3 2SiO2 2H 2O  Al2O3 2SiO2  2H 2O - t  700  9000 C , mêtacaolinit đá vôi bị phân huỷ thành Al2 O3 SiO2 Al2O3 2SiO2  Al2O3  2SiO2 , CaCO3  CaO  CO2  - t  900 11000 C , oxít kết hợp lại tạo thành khoáng silimanit ( Al2O3 2SiO2 ) khoáng mulit ( Al2O2 2SiO2 ) Al2O3  SiO2  Al2O3 2SiO2 , Al2O3 SiO2  Al2O2  2SiO2 Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 2-2015 - t  1100 13500 C , số thành phần dễ chảy lấp vào lỗ rỗng làm sản phẩm đặc chắc, đất sét trạng thái dung kết, nhiệt độ thời điểm gọi nhiệt độ dung kết đất sét - t  13500 C , toàn đất sét chảy ra, sản phẩm bị biến dạng, nhiệt độ gọi nhiệt độ chảy đất sét * Những biến đổi thể tích sấy nung Khi sấy nung đất sét xảy tượng co ngót, độ co ngót lớn dễ gây tượng nứt nẻ, cong vênh, tạo khuyết tật cho sản phẩm Để hạn chế tượng này, yêu cầu trước tiên chọn lượng nước nhào trộn thích hợp trước nung, sản phẩm phơi, sấy đến độ ẩm phù hợp, tăng hay giảm nhiệt độ cần phải tăng giảm từ từ áp dụng biện pháp công nghệ phù hợp với sản phẩm, dây chuyền sản xuất v.v 2.2 Phƣơng pháp tạo rỗng phụ gia cháy [2] Phương pháp thường sử dụng để chế tạo vật liệu cách nhiệt sử dụng nhiệt độ cao hay vật liệu chịu lửa Chất kết dính ceramic từ đất sét khó chảy đất sét chịu lửa, cốt liệu rỗng sản phẩm diatomit, trepel nung Chất tạo rỗng phế thải, cháy để lại lỗ hổng lớn ăn thơng với Chất tạo rỗng có kích thước hạt định trộn lẫn với hỗn hợp tạo hình, sau sấy nung Nhiệt độ nung sản phẩm không thấp nhiệt độ cháy chất tạo rỗng Sản phẩm chế tạo theo phương pháp thường có kích thước hình dạng khơng đổi so với hình dạng ban đầu loại trừ khả phồng nở co ngót 127 lớn Do độ rỗng sản phẩm thể tích chất tạo rỗng đưa vào trước Độ rỗng tạo sử dụng chất phụ gia cháy dao động khoảng 60 – 65% phụ gia cháy thông thường 70 – 80% loại phụ gia cháy có hiệu tạo rỗng cao Phụ gia cháy cần thỏa mãn số yêu cầu như: cháy lượng chất khí thải không lớn gây phồng nở, giữ nguyên hình dạng ban đầu sản phẩm, khơng làm đặc sản phẩm sau tách chất tạo rỗng Những điều kiện nêu đáp ứng thơng qua việc lựa chọn loại phụ gia cháy Trong suốt thời gian dài phế thải dùng làm phụ gia cháy, nhiên sử dụng với khối lượng lớn, phế thải khó trộn đồng với thành phần Sau cháy hạt phế thải để lại hệ thống lỗ hổng mao quan lớn hình khe, ăn thông với gây ảnh hưởng xấu đến cường độ, khả cách nhiệt tính chất sử dụng khác vật liệu cách nhiệt so với cấu trúc tổ ong có độ rỗng Tuy nhiên ưu điểm hạt phế thải khí thải chạy dễ dàng, khơng gây phồng nở dù sử dụng lượng lớn phế thải không gây biến dạng, nứt nẻ sản phẩm Hiện pôlystyrol phồng nở hạt mịn dùng phổ biến cho phép tạo cấu trúc rỗng gồm lỗ hổng kín, hình cầu, có đường kính dao động khoảng rộng phụ thuộc vào thành phần hạt pôlystyrol Vật liệu thường sử dụng với khối lượng nhỏ, lượng khí thải khơng lớn nên khó gây phồng nở sản phẩm, cần tạo độ rỗng kín Thơng báo Khoa học Cơng nghệ * Số 2-2015 128 Q trình chế tạo: Các mẫu chế tạo theo cấp phối sau:Bảng 3.1 Cấp phối tỉ lệ đất sét, phế thải, nước Cấp phối Khối lƣợng cấp phối (kg) Tỉ lệ đất sét (%) Tỉ lệ mùn trấu (%) 35 70 26 35 70 24 35 70 22 e 35 70 28 f 35 70 26 t 35 70 24 Tỉ lệ mùn xốp (%) Khối lƣợng nƣớc (%) Sau tạo hình, mẫu phơi tự nhiên ngồi sân với thời gian phơi từ đến ngày nung nhiệt độ từ 700-900oC khoảng ngày Sản phẩm kiểm tra tiêu gồm: Cường độ chịu nén, độ hút nước, khối lượng thể tích Kết nghiên cứu 4.1 Mối quan hệ hàm lƣợng phế thải khối lƣợng thể tích - Khi % xốp,trấu tăng  v tăng, cụ thể là: + Khi trấu tăng từ 0% lên 4%  v giảm từ 1.215 xuống 1.118 giảm 0.004% , trấu tăng từ % lên %  v giảm từ 1.078 xuống 1.075 giảm 0.0097%, trấu tăng từ % lên %  v giảm từ 1.118 xuống 1.078 giảm 0.0004% {Hình b} 0.00003% {Hình a} + Khi xốp tăng từ 0% lên 2%  v giảm từ 1.215 xuống cịn 1.021 giảm 0.0019 %, xốp tăng từ 2% lên 4%  v giảm từ 1.021 xuống cịn 1.005 giảm 0.0016 , xốp tăng từ 4% lên %  v giảm từ 1.005 xuống cịn 0.966 giảm Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 2-2015 Hình a: BĐ Mối quan hệ % phế thải trấu với khối lượng thể tích  v 4.2 Mối quan hệ hàm lƣợng phế thải độ hút nƣớc H p - Khi % xốp,trấu tăng H p tăng, cụ thể là: + Khi trấu tăng từ 0% lên 4% H p tăng từ 12.289 lên 15.031 tăng 0.027 %, trấu tăng từ % lên % H p tăng từ 15.031 lên 15.469 tăng 129 Hình b: BĐ mối quan hệ % phế thải xốp với khối lượng thể tích  v H p tăng từ 15.469 lên 15.985 tăng 0.0052 % {Hình c} + Khi xốp tăng từ 0% lên 2% H p tăng từ 12.289 lên 13.95 tăng 0.017 % , xốp tăng từ 2% lên 4% H p tăng từ 13.95lên 14.4 tăng0.00052 % , xốp tăng từ 4% lên 6% H p 0.00438 % , trấu tăng từ % lên % tăng từ 14.47 lên 15.031 tăng 0.009% {Hình d} Hình c: BĐ mối quan hệ % phế thải trấu với độ hút nước H p Hình d: BĐ mối quan hệ % phế thải xốp với độ hút nước H p 4.3 Mối quan hệ hàm lƣợng phế thải Cƣờng độ Rn Rn giảm từ 26.706 xuống 18.927 giảm - Khi % xốp,trấu tăng Rn giảm, cụ thể là: + Khi trấu tăng từ 0% lên 4% Rn giảm từ 51 xuống cịn 27.599 giảm 0.078% {Hình e} + Khi xốp tăng từ 0% lên 2% Rn giảm 51xuống 30.847 giảm 0.0019 % , xốp tăng từ 2% lên 4% Rn giảm từ 30.847 xuống 26.233 0.234% , trấu tăng từ 4% lên 6% Rn giảm từ 27.599 xuống 26.706 giảm giảm 0.0046, xốp tăng từ 4% lên 6% Rn giảm từ 26.233 xuống 25.317 0.0089% , trấu tăng từ 6% lên 8% giảm 0.00092% {Hình f} Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 2-2015 Hình e: BĐ mối quan hệ % phế thải trấu với cường độ nén Rn Kết luận Sản phẩm có khối lượng nhỏ so với viên gạch thơng thường v  1.215g / cm3 với mẫu 8% trấu v  1.075 g / cm3 6% xốp v  0.966 g / cm Với tính chất gạch làm việc vật liệu cách âm cách nhiệt Tuy nhiên cường độ chịu nén viên gạch thơng 130 Hình f: BĐ mối quan hệ % phế thải xốp với cường độ nén Rn thường Rn  51 daN / cm Vậy nên sử dụng vật liệu bao che, vách ngăn, không chịu tải trọng lớn kết cấu Ngoài ra, độ hút nước tương H  15,985% đối cao 8% trấu: p , 6% H p  15, 031% xốp: so với mẫu H p  12, 289 % thường nên tránh sử dụng vị trí thường xuyên tiếp xúc với nước TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Văn Lự Giáo trình vật liệu xây dựng Nhà xuất giáo dục [2] TS Nguyễn Tấn Quý Công nghệ vật liệu cách nhiệt Nhà xuất xây dựng (2009)  ... vật liệu cách nhiệt sử dụng nhiệt độ cao hay vật liệu chịu lửa Chất kết dính ceramic từ đất sét khó chảy đất sét chịu lửa, cốt liệu rỗng sản phẩm diatomit, trepel nung Chất tạo rỗng phế thải, ... lấp vào lỗ rỗng làm sản phẩm đặc chắc, đất sét trạng thái dung kết, nhiệt độ thời điểm gọi nhiệt độ dung kết đất sét - t  13500 C , toàn đất sét chảy ra, sản phẩm bị biến dạng, nhiệt độ gọi nhiệt. .. khả cách nhiệt tính chất sử dụng khác vật liệu cách nhiệt so với cấu trúc tổ ong có độ rỗng Tuy nhiên ưu điểm hạt phế thải khí thải chạy dễ dàng, không gây phồng nở dù sử dụng lượng lớn phế thải