Phương pháp được sử dụng ở đây là phương pháp tạo hình ép bán khô. Ép bán khô sản phẩm có nhiều ưu điểm so với các phương pháp tạo hình khác: loại trừ được một số quá trình trong quá trình sản xuất gạch, giảm thời gian của chu trình sản xuất, sản phẩm có hình dạng, kích thước chính xác hơn… Các tính chất cơ lý – cấu trúc của sản phẩm được hình thành trong quá trình nén chặt bột ép và tăng dần cường độ theo thời gian. Sự nén chặt bột phối liệu khi ép gắn liền với sự khắc phục nội ma sát giữa các hạt và với sự cần thiết phải tách không khí ra ngoài vì lượng không khí này sẽ cản trở sự nén chặt và sự liên kết giữa các hạt khi độ ẩm của phối liệu tương đối thấp. Chính vì vậy, để có thể hiểu rõ và nghiên cứu các quy luật xác định tính chất của sản phẩm ép phụ thuộc vào các tính chất của bột ép cũng như điều kiện ép và chế độ ép, cần phải nắm vững những cơ sở lý thuyết ép bán khô sản phẩm.
Sự làm chặt bột liệu gắn liền với quá trình lý hóa xảy ra trong đó có sự tham gia của pha rắn, pha lỏng, pha khí. Ở giai đoạn đầu của quá trình ép các phần rắn chuyển dịch ở các hướng khác nhau, phá hủy các lỗ rỗng lớn được tạo thành từ các hạt trong quá trình khi đổ hỗn hợp cốt liệu vào khuôn, một phần không khí được tách ra. Bề mặt tiếp xúc giữa các hạt được tăng lên. Ở giai đoạn cuối của quá trình ép, sản phẩm bị ép chặt nhất, các bề mặt tiếp xúc tiếp tục phát triển. Khi tăng lực ép thì quá trình này xảy ra nhanh hơn, các hạt chèn ép lẫn nhau, điều này gây ra khó khăn cho việc điều chỉnh chúng. Chất lượng sản phẩm ép phụ thuộc vào tính chất hỗn hợp phối liệu, vào chế độ ép, vào những điều kiện đặt lực ép và trị số lực ép. Nếu lựa chọn thành phần hạt thích hợp thì đảm bảo lượng không khí trong bột sẽ là nhỏ nhất, khối lượng thể tích sản phẩm là lớn nhất và khi đó cường độ của chúng cao nhất. Độ rời của của cốt liệu cũng quyết định khả năng nhanh chóng lấp đầy khuôn dạng khác nhau. Độ linh động này phụ thuộc thành phần hạt của vật liệu, hình dạng các hạt,
khối lượng thể tích và sự có mặt của phụ gia trong phối liệu, vào độ ẩm, vào hàm lượng hạt bụi, vào độ nhám bề mặt các hạt và vào các lực liên kết.
Khi tăng lượng hạt cốt liệu lớn trong phối liệu, và sự có mặt của tro bay làm cho bột xỉ trở nên rời tơi hươn, dễ dàng tách khí ra trong quá trình ép, bột được nén chặt đồng đều hơn nhưng đòi hỏi cần có lực ép lớn. Nhưng không phải tất cả các cỡ hạt đều có sự linh động như nhau, các hạt bụi làm giảm độ linh động của bột, gây khó khăn cho quá trình ép, vì không khí thoát ra chậm làm cho nén không đồng đều, làm tăng sự không đồng đều về mật độ, khối lượng thể tích cũng như làm tăng khả năng gây ra phân lớp trong sản phẩm và xuất hiện vết nứt. Hình dạng hạt cũng ảnh hưởng nhiều đến sự linh động của phối liệu, những hạt tròn, nhẵn linh động hơn những hạt góc cạnh. Độ ẩm tăng cũng làm giảm tính linh động của phối liệu. Khi tăng mật độ các hạt thì tính linh động của hỗn hợp cũng tăng lên.
Có 03 phương pháp tạo hình cho gạch không nung là: phương pháp rung, phương pháp ép và phương pháp ép – rung kết hợp.
Phương pháp rung là một phương pháp tạo hình sản phẩm gạch không nung. Nguyên tắc của phương pháp này là cốt liệu ở trong khuôn và được rung trên máy rung có biên độ, tần số xác định trong một thời gian nhất định. Phối liệu trong khuôn được lèn chặt một cách tự nhiên theo trọng lượng của từng loại vật liệu. Phương pháp rung thích hợp tạo cho hỗn hợp phối liệu có độ ẩm lớn, khi đó vật liệu dễ dàng tự lèn chặt. Trong 03 phương pháp trên thì phương pháp rung cho hiệu quả kém nhất khi cường độ sản phẩm không cao do phối liệu không được lèn chặt thích hợp và khi rung thì phối liệu sẽ không được điền đầy vào nhau do có nhiều lỗ rỗng của không khí và nước.
Phương pháp rung-ép kết hợp là phương pháp tạo hình chất lượng sản phẩm gạch tốt nhất. Phương pháp này kết hợp cả 2 quá trình rung và ép phối liệu đồng thời. Phương pháp này thích hợp cho các hỗn hợp phối liệu có độ đồng đều cao, độ ẩm phối liệu thấp và tạo hình sản phẩm bằng phương pháp khô.
Dưỡng hộ nhiệt ẩm thường hay gia công nhiệt (GCN) ẩm thường là quá trình sử dụng hơi nước bão hòa tạo ra môi trường nhiệt ẩm thuận lợi cho quá trình đông cứng của sản phẩm. Quá trình gia công nhiệt ẩm được thực hiện trong môi trường hơi nước bão hòa có độ ẩm tương đối 97-100%, nhiệt độ từ 80-900C với xi măng pooc lăng thường, từ 90-950C với xi măng pooc lăng xỉ và xi măng puzơlan
Cơ sở khoa học chế độ gia công nhiệt ẩm
Khi đốt nóng bê tông, hơi trao nhiệt cho bê tông và ngưng tụ trên chúng. Khi đó sẽ thay đổi nhiệt độ cũng như làm ẩm bề mặt bê tông và môi trường. Các quá trình này được quyết định bằng sự trao đổi vật chất và trao đổi nhiệt bên ngoài. Tốc độ đốt nóng cấu kiện và mức độ làm ẩm bể mặt chúng cũng như trường nhiệt độ trong thiết bị phụ thuộc vào các điều kiện vừa kể trên. Khi chưa cấp hơi trong thiết bị chứa không khí ở áp suất khí quyển (Pkq). Sau khi cấp đầy hơi áp suất chung trong thiết bị bằng áp suất khí quyển và được cấu thành từ áp suất hơi của hơi nước P’h và áp suất hơi của không khí P’kk:
Pkq= P’h + P’kk = 0,1 MPa
Hơi bão hòa xâm nhập lên bề mặt lạnh hơn của vật liệu, ngưng tụ trên đó và hình thành nên màng nước đọng. Bề mặt của vật liệu được đốt nóng lên, nhiệt độ của chúng (t0
b.v) tăng và tiến tới nhiệt độ môi trường hơi không khí (t0
h.m).
Trên bề mặt của màng nước ngưng tụ áp suất hơi của hơi giảm đến P”h, còn áp suất hơi của không khí tăng đến P”kk.
Lúc này trên màng nước ngưng tụ kề với hỗn hợp hơi nước không khí, nhiệt độ của nước t0
n tiến tới nhiệt độ bão hòa t’bh ở áp suất hơi của hơi P”h. Với bề dày của màng nước ngưng tụ (δ) dòng nhiệt riêng (qn) hướng tới vật
liệu sẽ bằng: ( o. ) v b o n n t t q = − δ
λ , ở đây λ- độ dẫn nhiệt của màng nước ngưng tụ
Màng nước ngưng tụ trên bề mặt vật liệu làm giảm mạnh hệ số trao nhiệt và dòng nhiệt riêng từ hỗn hợp hơi không khí tới vật liệu.
Sau khoảng thời gian đốt nóng vật liệu bằng hơi dòng riêng của khối lượng hơi, mà lượng hơi này ngưng tụ lên bề mặt.
Qh=βm(P’h-P”h),
ở đây, βm – hệ số trao đổi vật chất khi ngưng tụ; P’h- áp suất hơi của hơi nước trong thiết bị
P”h- áp suất hơi của hơi nước trên bề mặt của cấu kiện.
Theo định luật trao nhiệt, dòng nhiệt riêng qn được cấu thành từ nhiệt hóa hơi, lượng nhiệt này được trao cho vật liệu từ môi trường do hiệu nhiệt độ giữa hỗn hợp hơi không khí và màng nước ngưng tụ.
Dòng nhiệt (qn.h), do hơi trao khi ngưng tụ qn.h=rqh=rβm(P’h-P”h), ở đây r- nhiệt hóa hơi
qh- khối lượng riêng của hơi ngưng tụ.
Sự dịch chuyển bổ sung của nhiệt từ hỗn hợp không khí hơi đến màng nước ngưng tụ, tức là dòng nhiệt riêng
Qn.m=αhh(to h.tb - to
n)
ở đây αhh- hệ số trao nhiệt từ hỗn hợp hơi không khí tới bề mặt của nước ngưng tụ
to
h.tb – nhiệt độ trung bình của hỗn hợp hơi không khí to
n – nhiệt độ của màng nước ngưng tụ hướng tới hỗn hợp hơi không khí. Giá trị, của hệ số trao đổi nhiệt đối với các điều kiện khác nhau dao động trong một khoảng rộng (từ 5-10 đối với không khí đến 3…5 ngàn đối với nước), vì vậy có thể nhận chúng đối với từng trường hợp cụ thể từ các sổ tay tra cứu nhiệt kỹ thuật. Ở quá trình hằng nhiệt đẳng nhiệt các lớp ở tâm vật liệu trong một khoảng thời gian nào đó tiếp tục được đốt nóng do năng lượng nhiệt của hơi ngưng tụ trên cấu kiện. Tuy nhiên đến cuối của quá trình hằng nhiệt đẳng nhiệt màng nước ngưng tụ từ bề mặt của vật liệu bay hơi hoàn toàn, còn chính vật liệu mất một số lượng ẩm.
Dòng riêng của khối lượng ẩm, mà lượng ẩm đó bay hơi từ bề mặt vật liệu ở quá trình hẳng đẳng nhiệt,
qa= αm(P’h-P”h)B0/B’,
ở đây, αm – hệ số trao đổi vật chất khi bay hơi; P’h – áp suất hơi của hơi nước trong thiết bị;
P”h – áp suất hơi của hơi nước trên bề mặt cấu kiện ở nhiệt độ nhiệt kế ẩm; B0 và B’ – tương ứng là áp suất khí áp ở điều kiện vật lý chuẩn và ở trong thiết bị.
Sự làm nguội các cấu kiện được thực hiện bằng cách cấp vào thiết bị không khí lạnh. Trong trường hợp này nhiệt độ của bề mặt vật liệu giảm và tiến tới nhiệt độ của chất làm nguội. Hàm ẩm bề mặt của vật liệu cũng giảm. Lượng ẩm bay hơi trong giai đoạn làm nguội bằng khoảng 10% lượng nước nhào trộn.
Sự trao đổi vật chất và trao đổi nhiệt bên ngoài khi gia công nhiệt ẩm bê tông tạo ra sự trao đổi nhiệt và vật chất bắt buộc ở bên trong cấu kiện (sự trao đổi vật chất và trao đổi nhiệt bên trong).
Xác định dòng nhiệt và dòng vật chất riêng là nhiệm vụ chủ yếu trong nghiên cứu sự trao đổi vật chất và trao đổi nhiệt bên trong. Dòng riêng của nhiệt bên trong vật liệu từ bề mặt đốt nóng và làm ẩm bổ sung:
qn = -λ∆T ± iqm ,
ở đây λ – độ dẫn nhiệt của vật liệu ẩm; ∆T – gradient nhiệt độ;
i-hàm nhiệt riêng của dòng vật chất; qm – mật độ của dòng riêng vật chất.
Bằng các nghiên cứu đã thiết lập được rằng tổng dòng vật chất trong vật liệu được cấu thành từ các dòng riêng, các dòng này được tạo nên do gradient hàm ẩm ∆U, nhiệt độ ∆T và áp suất ∆P.
Phương trình tổng quát của dòng vật chất ở trong vật liệu là tổng mật độ các dòng riêng (qm, qmt, qmp):
qm=am.ρ0∆U - amρ0δ∆T- am.ρ0∆P, ở đây am – hệ số dẫn thế năng;
ρ0 – tỷ trọng của vật liệu khô tuyệt đối;
δ – hệ số gradient nhiệt, hệ số này tính đến độ dẫn ẩm nhiệt của vật liệu. Khi tính đến sự dịch chuyển của vật chất phương trình dòng riêng của nhiệt có dạng:
qn = -λ∆T + iqm = - λ∆T + i(amρ0∆U + amρ0δ∆T - amρ0δp∆P)
ở đây δp – hệ số tính đến ảnh hưởng của sự giảm áp suất đến sự dịch chuyển vật chất.
Để phân tích phương trình trên xem xét hệ khép kín của quá trình gia công nhiệt ẩm. Thời gian của quá trình gia công nhiệt ẩm bê tông được xác định bằng thành phần của hỗn hợp bê tông, các thông số của chất tải nhiệt và các điều kiện tác động tương hỗ của chất tải nhiệt với hỗn hợp bê tông.
Các thông số đầu vào của hỗn hợp bê tông như sau: tỷ trọng ρ0, độ dẫn nhiệt λ0, nhiệt dung C0, hàm ẩm U0, nhiệt độ t0
0 , độ bền R0. Chất tải nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ t0
t và độ ẩm tương đối φt.
Các thông số đầu ra của hỗn hợp bê tông là: tỷ trọng ρb, độ dẫn nhiệt λb, nhiệt dung Cb, hàm ẩm Ub, nhiệt độ t0
b , độ bền Rb. Các thông số đầu ra của chất tải nhiệt được đặc trưng bởi nhiệt độ t0
t và độ ẩm tương đối φt.
Các điều kiện tác động qua lại của chất tải nhiệt với hỗn hợp bê tông được đặc trưng bằng các thông số: hệ số dẫn thế năng am, thời gian gia công nhiệt tg, đặc tính tính đến tỷ số giữa thể tích của cấu kiện và bề mặt hở của chúng, Rv= V/F.
Khi tính hết các thông số kể trên có thể thiết lập sơ đồ nghiên cứu gia công nhiệt ẩm. Ở giai đoạn đầu của việc nghiên cứu gia công nhiệt ẩm từ nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình tách ra các thông số chính, tức là chọn các thông số.
Ưu điểm cơ bản của quá trình gia công nhiệt ẩm
- Đảm bảo nhịp độ sản xuất, thời gian lưu giữ sản phẩm trong nhà máy - Cho phép sản xuất được các sản phẩm có chất lượng
- Có khả năng tạo ra những sản phẩm có cường độ cao từ chất kết dính có hoặc không có hoạt tính ngay ở điều kiện nhiệt độ thường
Các loại gia công nhiệt ẩm: theo nhiệt độ T và áp suất P của môi trường nhiệt ẩm người ta chia 2 chủng loại: gia công nhiệt ẩm ở áp suất thường (T=60-1000C) và trong avtoclav (chưng áp, P = 9-15 at, T=175-2050C). Gia công nhiệt ẩm có áp suất thường áp dụng cho các loại bê tông xi măng thường, còn chưng áp được áp dụng cho các loại bê tông dùng chất kết dính vôi –silic hoặc bê tông tổ ong.
Chính vì vậy, trong nghiên cứu đề tải sử dụng phương pháp gia công nhiệt ẩm ở áp suất thường.
Mô hình sơ đồ bể dưỡng hộ thí nghiệm thể hiện như hình vẽ 2.3, 2.4.
Hình 2.3 Sơ đồ bể dưỡng hộ thí nghiệm
1. Thiết bị đo nhiệt độ 2. Nắp bể dưỡng hộ 3. Thành bể dưỡng hộ 4. Đầu đo nhiệt độ trong bể 5. Mẫu thí nghiệm
7. Thiết bị đốt nóng bằng điện 8. Chân đế bể dưỡng hộ
Mô tả thiết bị dưỡng hộ: thiết bị thí nghiệm (bể dưỡng hộ thí nghiệm) gồm bể làm việc được cấu tạo từ tấm thép lá hàn cố định với nhau. Các thành bên của buồng 3 và 2 được bọc lớp cách nhiệt, vật liệu cách nhiệt là tấm Polystyron. Ở phần dưới của buồng bố trí hai thiết bị đốt nóng hơi nước được nuội bằng nguồn điện 220V xoay chiều. Thanh đốt được nhúng vào nước làm nước bay hơi tạo nên môi trường nhiệt ẩm trong bể. Nước đọng ngưng tụ bên trong bể được tháo ra ngoài qua đường ống có van bố trí dưới đáy bể. Phần trên của bể có ống thoát dưới dạng van thủy.
Hình 2.4 Bể dưỡng hộ nhiệt ẩm thực tế
Chế độ gia công nhiệt ở áp suất thường
Các thông số của chế độ gia công nhiệt gồm thời gian gia công nhiệt (T=Tn+Th+Thạ), nhiệt độ hằng nhiệt (Tmax) và độ ẩm của môi trường nhiệt ẩm φmt.
Khi tiến hành gia công nhiệt phải chọn được chế độ hợp lý để đảm bảo chất lượng sản phẩm, tránh làm tăng chi phí nhiệt và lượng dùng xi măng.
Giai đoạn nâng nhiệt: tăng nhiệt độ từ khoảng 500C đến 800C. Trong giai đoạn này cần tăng nhiệt chậm vì nếu tăng nhanh có thể phát sinh ứng suất làm nứt sản phẩm và phá vỡ sự tiếp xúc giữa xi măng và các hạt vật liệu khác.
Giai đoạn hằng nhiệt: Đây là giai đoạn chủ yếu để sản phẩm phát triển cường độ. Các thông số của chế độ hằng nhiệt là Tmax, th, φmt. Nhiệt độ hằng nhiệt Tmax được chọn phụ thuộc vào loại xi măng, người ta thường lấy Tmax≤80-850 đối với bê tông dùng xi măng pooclăng thường; = 90-950C hoặc hơn nữa đối với bê tông dùng xi măng pooclăng – puzơlan, xỉ, tức là các xi măng có phụ gia khoáng hoạt tính. Thường th =4-10h. Trong giai đoạn này, mẫu phát triển nhanh về cường độ để đạt cường độ xác định do quá trình thủy hóa xi măng làm đặc chắc sản phẩm.
Giai đoạn hạ nhiệt: lúc này mẫu được hạ nhiệt từ 80-1000C xuống 40- 500C. Khi hạ nhiệt độ do có sự chênh lệch nhiệt độ của các lớp bên trong và bên ngoài sản phẩm nên cũng xảy ra hiện tượng ứng suất nhiệt. Thời gian hạ