Đất sét được coi là chất kết dính gốm tự nhiên phổ biến nhất, khi trộn với nước đất sét có tính dẻo, nung đến kết khối đất sét cứng lại và phát triển cường độ do hình thành liên kết gốm. So sánh HCBS (chất kết dính gốm nhân tạo) với đất sét thông qua cường độ và cấu trúc của chúng để đánh giá sự khác nhau giữa 2 loại kết dính này. Sử dụng HCBS theo bài phối liệu M90Q10 để nghiên cứu, tính chất của HCBS được thể hiện ở Bảng 3.15.
Bảng 3.15: Tính chất của HCBS mullite – thạch anh điện chảy theo phối liệu
M90Q10
STT Các tính chất Giá trị
1 ρd, g/cm3 2,25
2 Độ ẩm tương đối, % 16,7
3 pH 6,55
4 Độ nhớt biểu kiến, Pa.s 0,55
5 ρs, g/cm3 2,94
6 Cv 0,64
7 Cvcr 0,72
8 nv 0,89
Đúc rót HCBS thành các mẫu dạng thanh kích thước 10 x 10 x 70 mm bằng khuôn thạch cao, sau 4h tách khuôn, sấy khô ở 110 oC.
Bột đất sét Trúc Thôn, thêm nước thành hồ có độ ẩm 35 %, khuấy trộn hồ sau đó cho qua sàng 0,063mm, lọc hồ đất sét thu được bánh đất sét có độ ẩm 17,8 %. Kiểm tra thành phần hạt của đất sét. Thành phần hóa học và phân bố hạt của đất sét được thể hiện ở Bảng 3.16 và Hình 3.16.
77
Bảng 3.16:Thành phần hạt của đất sét Trúc Thôn
D50 (Median) 3,5975 (µm)
Kích thước hạt trung bình (Mean) 4,0372 (µm) Mật độ hạt tập trung (Mode) 3,6564 (µm)
Lũy tiến kích thước hạt
(1) 5 (%) 1,4474 (2) 10 (%) 1,7795 (3) 20 (%) 2,2944 (4) 30 (%) 2,7311 (5) 40 (%) 3,1561 (6) 60 (%) 4,0872 (7) 70 (%) 4,6755 (8) 80 (%) 5,4738 (9) 90 (%) 6,8106 (10) 95 (%) 8,1934 Thành phần hóa học (1) Al2O3 (%) 24,56 (2) SiO2 (%) 66,79 (3) Na2O (%) 0,58 (4) MgO (%) 0,69 (5) CaO (%) 0,83 (6) Fe2O3 (%) 0,92 (7) K2O (%) 0,31 (8) MKN 5,32
Nhận xét: Đất sét Trúc Thôn có phân bố kích thước hạt gần giống với HCBS, trong đó hạt có độ mịn < 5 µm là 74,28 %, mịn hơn so với HCBS
Tạo hình đất sét Trúc Thôn thành mẫu có kích thước 10 x 10 x 70 mm
Sau đó tiến hành sấy, nung mẫu HCBS và đất sét Trúc Thôn sau khi tạo hình ở 110 oC/5h, 400 oC/1h, 600 oC/1h; 1000 oC/1h; Kiểm tra cường độ uốn và cấu trúc của các mẫu sau khi sấy và sau khi nung. Giá trị cường độ uốn của HCBS và đất sét Trúc Thôn được thể hiện ở Hình 3.17.
Hình 3.17: Cường độ uốn của HCBS và đất sét sau khi sấy, nung ở các nhiệt độ Nhận xét:
+ Cường độ uốn của HCBS sau sấy và sau nung đều cao hơn đất sét
+ Ở nhiệt độ sấy 110 oC, giá trị cường độ uốn của HCBS và đất sét có chênh lệch nhưng không nhiều
+ Khi nung ở các nhiệt độ, cường độ của đất sét phát triển chậm ở 400 o
C, 600 oC trong khi HCBS có giá trị cường độ tăng cao hơn
+ Sau khi nung ở 1000 oC, cường độ của đất sét tăng lên + Các giá trị cường độ của HCBS tăng dần theo nhiệt độ nung
Hình 3.18 thể hiện ảnh dưới kính hiển vi điện tử quét của HCBS và đất sét Trúc Thôn sau khi sấy khô ở 110 oC, thấy rằng HCBS có cấu trúc xít đặc, trên bề
79
chặt chẽ với các hạt HCBS tạo ra cường độ ban đầu của HCBS. Trong khi đó đất sét Trúc Thôn sau khi sấy có nhiều lỗ xốp hơn (Hình 3.18b), lỗ xốp là do đất sét bị tách nước lý học sau khi sấy, hơn nữa ở đất sét không có lớp màng bao bọc các hạt, vì vậy cường độ của đất sét có thấp hơn của HCBS sau khi sấy.
Hình 3.18: Ảnh SEM của HCBS (a) và đất sét (b) sau khi sấy ở 110oC
Sau khi sấy ở 400 o
C, 600 oC (Hình 3.19; hình 3.20) trên bề mặt HCBS đã xuất hiện các lỗ xốp do sự tách nước trong cấu trúc của HCBS, lớp màng vẫn còn liên kết với các hạt và cho HCBS cường độ 4,96 – 6,74MPa, trong khi đó ở nhiệt độ này cường độ của đất sét chỉ tăng nhẹ so với sau khi sấy.
Hình 3.20: Ảnh SEM của HCBS (e) và đất sét (f) sau khi nung ở 600o C/1h
Khi nung đến 1000 oC, lúc này đã có hiện tượng kết khối của đất sét và HCBS (Hình 3.21) cường độ của đất sét và HCBS tăng lên. So sánh các tính chất của HCBS và đất sét thấy rằng có mối liên hệ giữa cường độ và cấu trúc của HCBS:
+ Cường độ của HCBS tăng dần khi gia nhiệt đến 1000 oC, ở nhiệt độ 400
o
C, 600 oC cường độ của HCBS tăng do lớp màng liên kết các hạt, trong khi đất sét không có lớp màng liên kết nên cường độ thấp và tăng chậm.
+ Khi nung đến nhiệt độ kết khối, cường độ của đất sét đạt 5,29 MPa, giá trị cường độ này chỉ tương đương với cường độ của HCBS nung ở nhiệt độ 400-600 o
C
81
3.3.3. Kết luận về giải pháp chế tạo HCBS và ổn định HCBS
+ Để chế tạo HCBS bằng máy nghiền bi ướt nạp liệu gián đoạn thì cần thực hiện là phải qua ít nhất 2 bước nạp liệu, trong đó từ bước nạp liệu thứ 2 phải bổ sung phụ gia keo tán để huyền phù linh động, nếu không thêm phụ gia, huyền phù có độ nhớt cao sẽ bị bết dính vào thành máy nghiền và bi nghiền, khi đó sẽ không xả được huyền phù.
+ Thời gian nghiền là 28 h để huyền phù đạt được độ mịn cần thiết.
+ Đối với hệ nguyên liệu mullite – thạch anh điện chảy phải sử dụng phụ gia keo tán thích hợp để đảm bảo độ ẩm của HCBS thấp (16,7 %) mà độ linh động vẫn cao.
+ Phụ gia PCE là phụ gia keo tán hiệu quả nhất để giảm độ nhớt của HCBS (độ nhớt đạt 0,55 Pa.s), trong khi sử dụng các phụ gia khác như STPP, SHMP đều cho huyền phù có độ nhớt cao hơn. Sử dụng phụ gia PCE để chế tạo và ổn định HCBS là một phát hiện thú vị, với cơ chế phân tán kép, phụ gia PCE hiệu quả hơn các phụ gia SHMP, STPP đã sử dụng.
+ Các giá trị độ nhớt, thành phần hạt của HCBS nghiên cứu đã đạt được các chỉ tiêu đặt ra. (Bảng 3.17).
Bảng 3.17: Yêu cầu và các kết quả đạt được khi nghiên cứu chế tạo HCBS
STT Các chỉ tiêu Yêu cầu
[40] HCBS mullite- thạch anh điện chảy 1 Mức nồng độ tương đối nv > 0,86 0,89 2 Độ nhớt, Pa.s 0,5 – 1,5 Pa.s 0,55 Pa.s 3 Độ mịn HCBS < 5 µm 20 – 45 % 41,8 %
+ Giải pháp công nghệ đưa ra đã thành công khi chế tạo HCBS bằng máy nghiền bi ướt nạp liệu gián đoạn, xả được huyền phù nồng độ cao ra khỏi máy nghiền, các tính chất của huyền phù đều đạt yêu cầu. Đối với các máy nghiền bi có
dung tích lớn hơn, bằng giải pháp công nghệ này, có thể chế tạo được huyền phù nồng độ cao ở quy mô công nghiệp.
3.4. Nghiên cứu bê tông gốm dựa trên HCBS