D. Hệ d−ỡng hộ sản phẩm
2.5.1.Vai trò của phụ gia và nguyên lý sử dụng
Bảng 2.2 liệt kê một số thông số kỹ thuật của sợi PVA điển hình Sợi PVA của Trung quốc, Nhật bản, Mỹ cùng với các tính chất cơ học và vật lý điển hình
2.5.1.Vai trò của phụ gia và nguyên lý sử dụng
Trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và tấm lợp nói riêng phụ gia và các chất phụ trợ không phải là thành phần chính nh− ximăng nh−ng đóng vai trò quan trọng, nhiều khi không thể thiếu. ở nhiều n−ớc, đặc biệt là V−ơng quốc Anh, khuynh h−ớng sử dụng phụ gia trong công nghiệp xây dựng ngày càng tăng. Lý do chính của việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ là khả năng cải thiện các tính chất cơ lý của sản phẩm cũng nh− giúp cho công nghệ sản xuất đ−ợc thuận tiện hơn. Ngoài ra tính kinh tế cũng là yếu tố quan trọng của việc sử dụng phụ gia.
Việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ đòi hỏi trình độ hiểu biết chuyên môn sâu. Nh− nhấn mạnh trong [24], việc sử dụng đúng cách và đúng tỷ lệ phụ gia và các chất phụ trợ đem lại lợi ích kinh tế và làm tăng các tính chất cơ lý của sản phẩm ximăng-sợi, nh−ng hiệu quả này không còn nếu sử dụng phụ gia kém chất l−ợng hoặc sử dụng không đúng
cách. Trên thực tế, phụ gia và chất phụ trợ chứa các thành phần hữu cơ hoặc vô cơ đ−ợc dùng với tỷ lệ không quá 10% so với khối l−ợng ximăng.
Với các tính chất hóa-lý −u việt của xơ sợi amiăng nh− trình bày trong mục 2.1, việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ không đóng vai trò quan trọng, thậm chí không cần thiết trong công nghệ sản xuất tấm lợp ximăng amiăng theo ph−ơng pháp xeo cán. Sợi amiăng với tính chất cơ lý vốn có và với tỷ trọng trong khoảng 2,2 tới 3,4 g/cm3 dễ dàng lơ lửng và phân tán đều trong dung dịch huyền phù ximăng-n−ớc. Thêm vào đó, với cấu trúc búi của mình và việc hình thành các ion khi tr−ơng nở trong môi tr−ờng kiềm, các sợi amiăng tạo ra một môi tr−ờng thuận lợi cho các hạt ximăng bám vào. Kết quả là việc xeo các chất rắn từ huyền phù n−ớc-ximăng-amiăng đ−ợc thực hiện dễ dàng và các sản phẩm ximăng-amiăng có các tính chất cơ lý rất cao.
Khi sử dụng sợi polyme, chẳng hạn sợi PVA, để thay thế sợi amiăng trong công nghệ xeo cán ta gặp rất nhiều khó khăn. Sợi PVA không có dạng búi, không tr−ơng nở trong n−ớc và có tỷ trọng thấp nên rất khó phân bố đều trong dung dịch n−ớc-ximăng. Thêm vào đó, với bề mặt trơn tru, các hạt ximăng rất khó bám vào sợi PVA. Hậu quả là hiệu suất xeo rất thấp và sản phẩm khó đạt đ−ợc các tiêu chuẩn cơ lý cần thiết.
Để khắc phục các khó khăn trên khi sản xuất tấm lợp xi măng không amiăng, bên cạnh các giải pháp cơ học nhằm xử lý xơ sợi, các chất phụ gia và chất phụ trợ thích hợp cũng th−ờng đ−ợc sử dụng nhằm tăng khả năng phân tán của sợi và độ bám dính của chúng với ma trận ximăng. Nh− vậy, trong việc sản xuất tấm lợp không amiăng theo công nghệ xeo cán phụ gia đ−ợc đ−a vào nhằm hai mục đích chính: (1) cải thiện tính chất của huyền phù nhằm trợ giúp cho quá trình xeo và nâng cao hiệu suất xeo; (2) nâng cao độ bền cơ lý của sản phẩm thông qua việc cải tiến độ bám dính của sợi PVA với ma trận và độ bền của chính ma trận.
Để đạt mục đích thứ nhất, một số phụ gia và chất phụ trợ đ−ợc đ−a vào nhằm làm chậm quá trình phân ly giữa pha lỏng và pha rắn của dung dịch huyền phù n−ớc-ximăng- sợi polyme. Quá trình phân ly sẽ diễn ra chậm hơn khi huyền phù có độ nhớt cao hơn. Nh− vậy, các hợp chất hữu cơ có khả năng hòa tan trong n−ớc hoặc khả năng thấm n−ớc cao mà không ảnh h−ởng tới độ bền của sợi cũng nh− quá trình thủy hóa của xi măng có thể đ−ợc sử dụng cho mục đích này. Chẳng hạn, bột giấy có tính thấm cao và khả năng phân tán tốt trong n−ớc, ngoài khả năng gia c−ờng còn rất tốt trong việc làm tăng độ nhớt của huyền phù cũng nh− việc giữ cho các sợi polyme đ−ợc lơ lửng trong n−ớc lâu
hơn. Một số hợp chất khác nh− bentonite hay sepiolit có khả năng làm tăng độ nhớt cho chất lỏng cũng có thể sử dụng để trợ giúp cho quá trình xeo cán.
Hình 2.9: Cấu trúc vi mô của vật liệu tổ hợp nền ximăng gia c−ờng sợi không có và có sử dụng silica fume
(Nguồn www.fibrecement.elkem.com)
Để tăng c−ờng độ bám dính giữa sợi và ma trân xi măng, việc sử dụng các phụ gia pozzolan cho ximăng có độ mịn cao nh− silica fume hoặc xỉ lò cao (slag - sản phẩm phụ của công nghệ luyện thép) đem lại hiệu quả cao hơn cả. Theo nghiên cứu của Elkem [25] - một trong các công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực phụ gia ximăng, độ bền uốn của vật liệu xi măng gia c−ờng sợi có thể tăng tới 40% khi sử dụng silica fume, tùy theo hàm l−ợng của cấp phối. Cơ chế tăng độ bền khi sử dụng silica fume đ−ợc giải thích bằng việc tăng mật độ của ma trận ximăng nh− minh họa trên Hình 2.9. Khi không sử dụng silica fume, sau quá trình thủy hóa ngoài các tinh thể xi măng, và hyđroxide calcium, ma trận xi măng còn chứa vô số các lỗ rỗng, hình thành chủ yếu do sự bay hơi của n−ớc. Quá trình phá hủy của vật liệu phát sinh từ các vết nứt, lỗ rỗng vốn tiềm ẩn trong vật liệu và vì thế các lỗ rỗng nói trên là lý do chính giải thích vì sao độ bền cơ học của vật liệu nền xi măng th−ờng thấp hơn các vật liệu khác. Các lỗ rỗng cũng là nguyên nhân chính của sự kém bám dính giữa sợi và ma trận của vật liệu tổ hợp nền xi măng gia c−ờng sợi.
Sử dụng silica fume với tỷ lệ thích hợp, hàm l−ợng lỗ rỗng trong vật liệu nền xi măng giảm rõ rệt. Với độ mịn cực cao (kích th−ớc hạt silica fume chỉ chừng 0,15 micron), các hạt silica fume len lỏi vào các lỗ rỗng của vật liệu nền xi măng và với bản chất pozzolan, sau quá trình thủy hóa silica fume hình thành các tinh thể lấp đầy lỗ rỗng
trong ma trận xi măng cũng nh− các lỗ rỗng giữa bề mặt sợi và ma trận (Hình 2.9). Hiệu quả là, ngoài việc giảm hàm l−ợng lỗ rỗng, kích th−ớc của lỗ rỗng cũng giảm đáng kể. Vật liệu xi măng gia c−ờng sợi sử dụng silica fume, vì thế có độ bền cơ lý cao hơn nhiều so với vật liệu không sử dụng silica fume. Nh− vậy việc sử dụng silica fume là một trong các giải pháp hữu hiệu để nâng cao độ bền của vật liệu tổ hợp nền xi măng nói chung và đặc biệt sản phẩm tấm lợp gia c−ờng bằng sợi PVA nói riêng.