Nghiên cứu sử dụng cát biển làm vật liệu sản xuất gạch nhẹ không nung và tấm xốp cách nhiệt cách âm

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT BIỂN LÀM VẬT LIỆU SẢN XUẤT GẠCH NHẸ KHÔNG NUNG VÀ TẤM XỐP CÁCH NHIỆT, CÁCH ÂM LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: QUY HOẠCH, KIẾN TRÚC VÀ XÂY DỰNG CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG Mã số cơng trình: …………………………… (Phần BTC Giải thưởng ghi) MỤC LỤC TÓM TẮT MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng (nếu có) PHẦN 1: Tổng quan tài liệu PHẦN 2: Vật liệu - Phương pháp Phương pháp nghiên cứu .5 2.1 Vật liệu sử dụng .6 2.1.1 Cát biển .6 2.1.2 Nước 2.1.3 Xi măng .6 2.1.4 Phụ gia khử mặn 2.1.5 Phụ gia Eabasoc để tạo bọt 2.2 Thiết bị sử dụng .9 2.3 Chế tạo mẫu bảo dưỡng mẫu 10 PHẦN 3: Kết - Thảo luận 12 3.Phân tích đánh giá kết 12 3.1 Xác định cường độ mẫu 13 3.2 Sản phẩm chế tạo 21 PHẦN 4: Kết luận - Đề nghị 23 4.1 Kết luận 23 4.2 Kiến nghị 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 TÓM TẮT Hiện nay, nguồn cát nước đất sét bị khai thác mức để làm vật liệu xây dựng gây ảnh hưởng nặng nề đến mơi trường Trong đó, nguồn cát biển Việt Nam có trữ lượng lớn Tuy nhiên, cát biển bị nhiễm mặn, thành phần cấp phối xấu (hạt mịn chủ yếu) nên việc sử dụng chúng làm vật liệu xây dựng nhiều hạn chế Để nghiên cứu khả sử dụng cát biển làm vật liệu xây dựng, nhóm tác giả tiến hành xác định thành phần tỷ lệ loại vật liệu cát biển, nước biển, xi măng, phụ gia thích hợp để sản xuất gạch nhẹ không nung làm xốp cách nhiệt, cách âm Từ khóa: cát biển, gạch nhẹ khơng nung, phụ gia ACM – CSSB, xốp cách nhiệt ĐẶT VẤN ĐỀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Theo Thông tư số 13/2017/TT-BXD mà Bộ Xây dựng ban hành, 100% cơng trình xây dựng sử dụng vốn ngân sách Nhà nước Hà Nội TP Hồ Chí Minh phải sử dụng vật liệu xây khơng nung kể từ 1/2/2018 Theo đó, Thơng tư 13/2017/TT-BXD quy định việc sử dụng vật liệu xây không nung cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp để làm tường, vách ngăn khối xây [1] Để sản xuất gạch nhẹ không nung, nguồn vật liệu cát xây dựng khai thác từ sông suối không đủ cung cấp cho xây dựng gây tác động xấu đến mơi trường Chính việc nghiên cứu cát biển để thay nguồn cát sông sản xuất gạch nhẹ không nung xốp cách âm, cách nhiệt có ý nghĩa khoa học thực tiễn MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: Chế tạo gạch nhẹ không nung, cách âm cách nhiệt từ nguồn vật liệu phi tiêu chuẩn cát biển, nước biển Khẳng định khả thay nguồn cát nước cát biển lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng nhằm giảm thiếu tác hại đến môi trường ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Xác định cấp phối phù hợp để tạo gạch nhẹ không nung, cách âm cách nhiệt từ nguồn vật liệu phi tiêu chuẩn cát biển, nước biển PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Nhằm giới hạn phạm vi nghiên cứu theo mục tiêu đề ra, đề tài tập trung xem xét, phân tích, đánh giá yếu tố nằm phạm vi sau: - Địa điểm nghiên cứu: Phịng thí nghiệm trường Hoạt động nghiên cứu: tập trung nghiên cứu khả nặng chịu lực, cách âm, - cách nhiệt gạch… Đồng thời kết hợp so sánh với gạch không nung truyền thống để rút nhận xét khách quan - Thời gian nghiên cứu: 26/3/2018 – 24/5/2018 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN, QUY MÔ VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG: Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Thay dần nguồn cát nước cát biển lĩnh vực xây dựng Sản xuất gạch nhẹ không nung để thay gạch nung truyền thống nhằm giảm thiểu tác hại đến mơi trường - Có khả ứng dụng thực tế xây dựng địa phương vùng ven biển nguồn cát nước khan hiếm, áp dụng cho loại vật liệu phi tiêu chuẩn cát nhiễm mặn, cát hạt mịn lẫn nhiều bụi bùn sét - Gạch bọt bê tơng nhẹ có giá thành rẻ trọng lượng thấp so với vật liệu truyền thống nên áp dụng cơng tác xây dựng cho vùng dân cư ven biển Nam Bộ có cấu trúc đất yếu - Có thể áp dụng xây dựng cơng trình vùng hải đảo nguồn nước khan Phần 1: Tổng quan tài liệu Trong môi trường nước, muối NaCl phân ly thành Na+ Cl- Các khoáng vật xi măng Fe2O3, MgO, Al2O3 bị phân ly q trình thuỷ hố xi măng nên thành phần Fe3+, Al3+ Mg2+ hút ion Cl- tạo nên phức tan sắt Clorua, phức tan Nhôm Clorua Magie Clorua tác dụng với nước thành Hydroxid Fe(OH)3, Al(OH)3, Mg(OH)2 không bền, xốp trương nở nhiều lần nên vữa khô bị nứt, Na+ kết hợp với nước tạo thành NaOH cản trở đông kết vữa Cát ven biển thường bị nhiễm muối, thành phần cấp phối xấu (chủ yếu hạt mịn) Nước biển có chứa muối NaCl với hàm lượng từ 2,5-3,5% Để khắc phục nguyên nhân gây phá hoại vữa xi măng – cát dùng cát biển nước biển chế tạo vật liệu, việc sử dụng phụ gia CSSB cần thiết Cơ chế tác dung chất phụ gia CSSB q trình thuỷ hố ximăng giải thích sau: Nước muối NaCl cát nước biển bị phân ly thành Na+ , Cl- Na+ môi trường kiềm (OH) vữa ximăng kết hợp với acid hữu thành muối gốc hữu Ion Cl- phóng thích, điều kiện xúc tác thích hợp taọ thành Chloride acid hữu Muối hữu (carboxylate) lại kết hợp với Chloride acid hữu (Chloride cabrboxylic) thành phần hữu lớn đẩy NaCl dạng muối rắn không phân ly Cụ thể thành phần phụ gia có muối gốc acid hữu acid béo, muối tác dụng với chất xúc tác có phụ gia H 2SO4, H3PO4 để taọ muối trung tính [2] Như nguyên lý cuả trình hấp thụ muối điện ly nước biển để taọ thành chất muối hữu trung gian acid chloride hữu trung gian, hai chất trung gian kết hợp thành phân tử đẩy muối NaCl dạng kết tinh Giai đoạn cuối xảy ninh kết phát triển nhanh q trình đơng cứng vữa bêtơng Các kết nghiên cứu cho thấy tác động phụ gia khử cation cát đất Na+, Ca2+, Mg2+, Fe3+ điện hoá mạnh mẽ cố định Anion Cl-, SO42- thành hợp chất trơ Đồng thời tác động trao đổi ion làm kết tủa chất cát nước biển Phần 2: Vật liệu - Phương pháp Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu 2.1 Vật liệu sử dụng 2.1.1 Cát biển Lấy đồi cát Vũng Tàu Mẫu cát có hàm lượng muối 0.25% theo trọng lượng Khối lượng thể tích xốp 1.35 T/m3 Bảng Cấp phối cát biển Vũng Tàu Kích thước sàng Lượng sót sàng (%) Lượng sót tích lũy (%) 5.0 2.5 1.25 0.63 0 0 1.5 1.5 0.315 0.16 Mô đun M 14.5 81.0 1.14 16.0 97.0 2.1.2 Nước Trong đề tài sử dụng mẫu nước biển Vũng Tàu để trộn bê tơng bọt (hình 1) Trong nước biển có hàm lượng muối 27g/lít Hình 1: Nước biển lấy Vũng Tàu 2.1.3 Xi măng Sử dụng xi măng PCB40 Sài Gòn Bảng Chỉ tiêu kỹ thuật XM Sài Gòn Các tiêu Xi măng Porland hỗn hợp PCB40 Độ mịn (%) 9.0 Khối lượng thể tích xốp (T/m3) 1.15 Khối lượng riêng (T/m3) 3.02 Lượng nước tiêu chuẩn (%) 28 Thời gian bắt đầu đông kết (phút) 210 Thời gian kết thúc đông kết (phút) 315 Cường độ nén 28 ngày (Mpa) 432 2.1.4 Phụ gia khử mặn Sử dụng phụ gia ACM-CSSB để khử mặn (hình 2) Đây loại phụ gia dạng nước màu trắng sữa, nhớt có mùi hắc [2] Thành phần Polymer- LABS axit muối vơ Phụ gia có khả chuyển đổi vật liệu phi tiêu chuẩn địa phương nước biển, nước phèn, nước lợ, nước phù sa hay cát biển, cát lẫn phù sa sử dụng sản xuất vữa xây bê tơng gốc xi măng Hình 2: Phụ gia ACM-CSSB Công dụng: Phụ gia ACM-CSSB dùng trộn vữa xi măng bê tông dùng nguyên liệu: Cát nhiễm mặn, cát biển, nước phèn, nước nhiễm mặn, nước biển Tùy thuộc mục đích sử dụng, nguyên liệu sử dụng nhà sản xuất khuyến cáo sau: - Cát biển nước biển có hàm lượng muối 28-32%: 0.4-0.5 lít/m3 - Cát biển lẫn bùn hạt mịn – thơ nước biển: 0.35-0.45 lít/m3 - Cát biển hạt mịn – thô nước lẫn bùn phù sa có pH 4-6: 0.3-0.4 lít/m3 - Cát san lấp lẫn phù sa nước có pH 5-6: 0.3 – 0.35 lít/m3 2.1.5 Phụ gia Eabasoc để tạo bọt - Hỗn hợp hóa chất tổng hợp, màu vàng nhạt, không mùi - Tỷ trọng: 1.02 Tan nước - Có khả tự phân hủy, khơng độc hại, không gây ô nhiễm môi trường - Tỷ lệ sử dụng: Pha loãng nước tỷ lệ 2-3% theo khối lượng 2.2 Thiết bị sử dụng Sử dụng máy tạo bọt nhà máy khí Thủ Đức chế tạo để sản xuất bọt dùng cho bê tơng (hình 3) Máy nén khí: Sử dụng máy nén khí phịng Thí nghiệm Vật liệu xây dựng Khoa XD, trường đại học Hutech Hình 3: Máy tạo bọt phịng thí nghiệm 12 Hình 6: Mẫu sau bảo dưỡng Trên sở kết xác định cường độ kháng nén, kháng uốn mẫu, nhóm nghiên cứu đưa cấp phối quy trình chế tạo gạch nhẹ không nung xốp cách âm, cách nhiệt Đồng thời so sánh giá thành loại gạch với gạch nung truyền thống để đánh giá hiệu kinh tế- kỹ thuật sản phẩm Phần 3: Kết - Thảo luận 3.Phân tích đánh giá kết 13 3.1 Xác định cường độ mẫu Sau bảo dưỡng mẫu đủ 28 ngày tuổi, mẫu tiến hành nén uốn hệ thống máy nén uốn bê tơng xi măng tự động có độ xác cao hãng Matest (Italia) phịng thí nghiệm VLXD khoa XD, trường ĐH Cơng nghệ TP HCM Bảng Kết xác định cường độ mẫu TT Khối lượng thể tích khơ (T/m3) Rn (Mpa) Ru (Mpa) Tỷ lệ X/C M5 0.59 0.599 0.060 0.37 M6 0.77 1.363 0.145 0.50 M7 0.82 2.709 0.381 0.67 M8 0.95 5.109 1.631 1.00 M9 1.29 12.10 1.436 1,32 M10 0.90 4.762 0.582 14 Kết xác định cường độ mẫu M6 - M9 12,5 R (MPa) 10 7,5 Rn Ru 2,5 0 0,5 Khối lượng thể tích khơ (T/m3) Rn: CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN 1,5 Ru: CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN Kết xác định cường độ mẫu M6 - M9 12,5 R (MPa) 10 7,5 Rn Ru 2,5 0% 50% 100% Tỷ lệ X/C 150% 15 DEFORMATION (mm): ĐỘ BIẾN DẠNG STRENGHT: SỨC CHỊU TẢI (KN/mm2) MAXIMUM LOAD (KN): ỨNG SUẤT LỚN NHẤT TÍCH CHỊU TẢI (mm2) TIMES (s): THỜI GIAN LOAD: TẢI TRỌNG ỨNG SUẤT (KN) SECTION: DIỆN 16 17 DEFORMATION (mm): ĐỘ BIẾN DẠNG STRENGHT: SỨC CHỊU TẢI (KN/mm2) MAXIMUM LOAD (KN): ỨNG SUẤT LỚN NHẤT TÍCH CHỊU TẢI (mm2) TIMES (s): THỜI GIAN LOAD: TẢI TRỌNG ỨNG SUẤT (KN) SECTION: DIỆN 18 19 DEFORMATION (mm): ĐỘ BIẾN DẠNG STRENGHT: SỨC CHỊU TẢI (KN/mm2) MAXIMUM LOAD (KN): ỨNG SUẤT LỚN NHẤT TÍCH CHỊU TẢI (mm2) TIMES (s): THỜI GIAN LOAD: TẢI TRỌNG ỨNG SUẤT (KN) SECTION: DIỆN 20 DEFORMATION (mm): ĐỘ BIẾN DẠNG STRENGHT: SỨC CHỊU TẢI (KN/mm2) MAXIMUM LOAD (KN): ỨNG SUẤT LỚN NHẤT TÍCH CHỊU TẢI (mm2) TIMES (s): THỜI GIAN LOAD: TẢI TRỌNG ỨNG SUẤT (KN) SECTION: DIỆN 21 Hình 7: Kết thí nghiệm xác định kết cường độ mẫu Hình 8: Ảnh thí nghiệm Nhận xét: Căn vào kết thí nghiệm nêu thấy rằng: Khi tỷ lệ X/C tăng lên khối lượng thể tích cường độ kháng nén mẫu tăng lên Khi mẫu sử dụng xi măng phụ gia tạo bọt (không sử dụng cát) cường độ mẫu giảm so với mẫu có tỷ lệ X/C=1/1 Với cấp phối mẫu M8 sử dụng để làm vật liệu cách âm, cách nhiệt gạch không nung, vách cách âm, cách nhiệt Giá thành viên gạch bê tông bọt rẻ viên gạch nung 1,3 lần Khối lượng gạch bê tông bọt nhẹ 1,5 – 1.7 lần so với gạch nung truyền thống (khối lượng thể tích 1.6-1.9 T/m3) Tiến độ thi cơng gạch bê tông bọt nhanh so với gạch xây truyền thống có kích thước lớn nhẹ Độ hút nước gạch bê tông bọt đáp ứng yêu cầu TCVN (