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.

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: bài báo 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 Sản

phẩm thu được có khối lượng nhỏ so với viên gạch thông thường, giá trị khối

lượng thể tích nhỏ nhất là 0,966 g/cm 3 Tuy nhiên cường độ chịu nén lại kém

hơn viên gạch thông thường, cường độ cao nhất có thể đạt là 51 daN/cm 2

Do vậy, vật liệu này chỉ có thể sử dụng để làm các vật liệu bao che, vách ngăn,

không chịu tải trọng lớn trong kết cấu

Từ khóa: Gạch xốp nhẹ, khối lượng thể tích, cường độ chịu nén, độ hút nước.

1 Giới thiệu

Vật liệu gạch truyền thống có khối

lượng lớn, gây áp lực rất nặng cho

móng, kéo dài thời gian thi công, rất tốn

kém và khả năng cách âm cách nhiệt

kém Việc sử dụng phế thải làm gạch

xốp sẽ giúp làm giảm tải trọng tác dụng

xuống móng, cách âm, cách nhiệt tốt,

sạch môi trường, bảo vệ sức khỏe con

người khỏi tác hại của các nguồn phế

thải, tiết kiệm được lượng đất sét Hơn

thế nữa, gạch xốp không cần dùng đến

các nguyên liệu quý hiếm như điatômit,

trêpen, vermiculit nên giảm được giá

thành sản phẩm

Nước ta là một nước nông nghiệp

và hàng năm thải ra một lượng lớn đến

hàng triệu tấn các chất phế thải như 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 và vật liệu phế thải

mùn cưa, xốp, vỏ trấu‖ nhằm mục đích

tìm ra loại vật liệu cách âm cách nhiệt

tận dụng phế thải phổ biến ở địa phương

là mùn cưa, vỏ trấu, xốp, phế thải

2 Cơ sở khoa học 2.1 Quá trình hóa lý khi nung đất sét [1]

Những biến đổi hoá lý khi nung đất sét:

Đất sét là một hệ đa khoáng, khi gia công nhiệt xảy ra nhiều quá trình hoá

lý phức tạp, tạo ra những khoáng mới

- 0 0

100

t  C, nước tự do bay hơi, đất sét bị co

450 650

t   C, nước liên kết bay hơi, tạp chất hữu cơ cháy, đất sét mất tính dẻo, caolinit chuyển thành mêtacaolinit (Al O2 3.2SiO2)

2 3.2 2.2 2 2 3.2 2 2 2

-

700 900

t   C, mêtacaolinit và

đá vôi bị phân huỷ thành Al O và 2 3 SiO 2

2 3.2 2 2 3 2 2

- t0  900 1100  0C, các oxít kết hợp lại tạo thành khoáng silimanit

(3Al O2 2.2SiO ) 2

2 3 2 2 3.2 2

2 3 2 3 2 2 2 2

- t0  1100 1350  0C, một số thành

phần dễ chảy lấp vào lỗ rỗng làm sản

phẩm đặc chắc, đất sét ở trạng thái đang

dung kết, nhiệt độ thời điểm đó được gọi

là nhiệt độ dung kết của đất sét

- t0  13500C, toàn bộ đất sét chảy

ra, sản phẩm bị biến dạng, nhiệt độ đó

gọi là nhiệt độ chảy của đất sét

* Những biến đổi thể tích khi sấy

nung

Khi sấy nung đất sét xảy ra hiện

tượng co ngót, nếu độ co ngót quá lớn dễ

gây ra hiện tượng nứt nẻ, cong vênh, tạo

những khuyết tật cho sản phẩm Để hạn

chế hiện tượng này, yêu cầu trước tiên là

chọn lượng nước nhào trộn thích hợp

trước khi nung, sản phẩm được phơi, sấy

đến độ ẩm phù hợp, khi tăng hay giảm

nhiệt độ cần phải tăng giảm từ từ áp dụng

những biện pháp công nghệ phù hợp với

sản phẩm, dây chuyền sản xuất v.v

2.2 Phương pháp tạo rỗng bằng phụ

gia cháy [2]

Phương pháp này thường được sử

dụng để chế tạo vật liệu cách nhiệt sử

dụng ở nhiệt độ cao hay vật liệu chịu

lửa Chất kết dính ceramic từ đất sét khó

chảy hoặc đất sét chịu lửa, cốt liệu rỗng

sản phẩm diatomit, trepel nung Chất tạo

rỗng là phế thải, khi cháy để lại các lỗ

hổng lớn ăn thông với nhau Chất tạo

rỗng có kích thước hạt nhất định được

trộn lẫn với hỗn hợp tạo hình, sau đó

được sấy và nung Nhiệt độ nung sản

phẩm không được thấp hơn nhiệt độ

cháy của chất tạo rỗng Sản phẩm chế

tạo theo phương pháp này thường có

kích thước và hình dạng không đổi so

với hình dạng ban đầu do loại trừ khả

năng phồng nở cũng như co ngót quá

lớn Do vậy độ rỗng của sản phẩm đúng bằng thể tích chất tạo rỗng được đưa vào trước đó Độ rỗng tạo ra khi sử dụng chất phụ gia cháy dao động trong khoảng 60 – 65% đối với các phụ gia cháy thông thường và 70 – 80% đối với các loại phụ gia cháy mới có hiệu quả tạo rỗng cao Phụ gia cháy cần thỏa mãn một số yêu cầu như: khi cháy lượng chất khí thải ra không quá lớn gây phồng nở, giữ nguyên hình dạng ban đầu của sản phẩm, không làm đặc chắc sản phẩm sau khi tách chất tạo rỗng

Những điều kiện nêu trên có thể được đáp ứng thông qua việc lựa chọn loại phụ gia cháy Trong suốt thời gian dài phế thải được dùng làm phụ gia cháy, tuy nhiên khi sử dụng với khối lượng lớn, phế thải rất khó được trộn đồng đều với thành phần chính Sau khi cháy hạt phế thải để lại hệ thống lỗ hổng mao quan lớn hình khe, ăn thông với nhau gây ảnh hưởng xấu đến cường độ, khả năng cách nhiệt cũng như các tính chất sử dụng khác của vật liệu cách nhiệt so với cấu trúc tổ ong có cùng độ rỗng Tuy nhiên

ưu điểm của hạt phế thải là khí thải khi chạy thoát ra dễ dàng, không gây phồng

nở và do vậy dù sử dụng lượng lớn phế thải vẫn không gây biến dạng, nứt nẻ sản phẩm Hiện nay pôlystyrol phồng nở hạt mịn được dùng khá phổ biến cho phép tạo ra cấu trúc rỗng gồm các lỗ hổng kín, hình cầu, có đường kính dao động trong khoảng rộng và phụ thuộc vào thành phần hạt của pôlystyrol Vật liệu này thường được sử dụng với khối lượng nhỏ,

do đó lượng khí thải ra không lớn nên khó gây phồng nở sản phẩm, ngay cả khi cần tạo ra độ rỗng kín

3 Quá trình chế tạo:

Các mẫu được chế tạo theo cấp phối trong bản sau:Bảng 3.1 Cấp phối tỉ lệ đất sét, phế

thải, nước

Cấp phối

Khối lượng cấp phối (kg)

Tỉ lệ đất sét (%)

Tỉ lệ mùn trấu (%)

Tỉ lệ mùn xốp (%)

Khối lượng nước (%)

Sau khi tạo hình, các mẫu được

phơi tự nhiên ngoài sân với thời gian

phơi từ 3 đến 4 ngày và được nung ở nhiệt độ từ 700-900oC khoảng 3 ngày

Sản phẩm được kiểm tra các chỉ

tiêu gồm: Cường độ chịu nén, độ hút

nước, khối lượng thể tích

4 Kết quả nghiên cứu

4.1 Mối quan hệ giữa hàm lượng phế

thải và khối lượng thể tích

- Khi % xốp,trấu tăng thì v tăng,

cụ thể là:

+ Khi trấu tăng từ 0% lên 4% thì

v

 giảm từ 1.215 xuống còn 1.118 giảm

0.0097%, khi trấu tăng từ 4 % lên 6 %

thì v giảm từ 1.118 xuống 1.078 giảm

0.004% , khi trấu tăng từ 6 % lên 8 % thì

v

 giảm từ 1.078 xuống 1.075 giảm 0.00003% {Hình a}

+ Khi xốp tăng từ 0% lên 2% thì

v

 giảm từ 1.215 xuống còn 1.021 giảm 0.0019 %, khi xốp tăng từ 2% lên 4% thì

v

 giảm từ 1.021 xuống còn 1.005 giảm 0.0016 , khi xốp tăng từ 4% lên 6 % thì

v

 giảm từ 1.005 xuống còn 0.966 giảm 0.0004% {Hình b}

Hình a: BĐ Mối quan hệ giữa % phế Hình b: BĐ mối quan hệ giữa % phế thải

thải trấu với khối lượng thể tích v xốp với khối lượng thể tíchv

4.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng phế

thải và độ hút nước H p

- Khi % xốp,trấu tăng thì H tăng, p

cụ thể là:

+ Khi trấu tăng từ 0% lên 4% thì

p

H tăng từ 12.289 lên 15.031 tăng

0.027 %, khi trấu tăng từ 4 % lên 6 % thì

p

H tăng từ 15.031 lên 15.469 tăng

0.00438 % , khi trấu tăng từ 6 % lên 8 %

thì H p tăng từ 15.469 lên 15.985 tăng 0.0052 % {Hình c}

+ Khi xốp tăng từ 0% lên 2% thì

p

H tăng từ 12.289 lên 13.95 tăng 0.017 % , khi xốp tăng từ 2% lên 4% thì

p

H tăng từ 13.95lên 14.4 tăng0.00052

% , khi xốp tăng từ 4% lên 6% thì H p

tăng từ 14.47 lên 15.031 tăng 0.009%

{Hình d}

Hình c: BĐ mối quan hệ giữa % phế thải Hình d: BĐ mối quan hệ giữa % phế

trấu với độ hút nước H thải xốp với độ hút nước p H p

4.3 Mối quan hệ giữa hàm lượng phế

thải và Cường độ R n

- Khi % xốp,trấu tăng thì R giảm, n

cụ thể là:

+ Khi trấu tăng từ 0% lên 4% thì

n

R giảm từ 51 xuống còn 27.599 giảm

0.234% , khi trấu tăng từ 4% lên 6% thì

n

R giảm từ 27.599 xuống 26.706 giảm

0.0089% , khi trấu tăng từ 6% lên 8% thì

n

R giảm từ 26.706 xuống 18.927 giảm 0.078% {Hình e}

+ Khi xốp tăng từ 0% lên 2% thì

n

R giảm 51xuống còn 30.847 giảm 0.0019 % , khi xốp tăng từ 2% lên 4%

thì R n giảm từ 30.847 xuống còn 26.233 giảm 0.0046, khi xốp tăng từ 4% lên 6%

thì R n giảm từ 26.233 xuống còn 25.317 giảm 0.00092% {Hình f}

Hình e: BĐ mối quan hệ giữa % phế Hình f: BĐ mối quan hệ giữa % phế thải

thải trấu với cường độ nén R xốp với cường độ nén n R n

5 Kết luận

Sản phẩm có khối lượng nhỏ so

với viên gạch thông thường

3 1.215 /

  với mẫu 8% trấu thì

3 1.075 /

thì

3 0.966 /

  Với tính chất này

thì gạch có thể làm việc như vật liệu

cách âm cách nhiệt Tuy nhiên cường

độ chịu nén kém hơn viên gạch thông

thường R n 51daN cm/ 2 Vậy chỉ nên

sử dụng như vật liệu bao che, vách ngăn, không chịu tải trọng lớn trong kết cấu Ngoài ra, độ hút nước tương đối cao 8% trấu:H p 15,985%, 6%

xốp: H p 15, 031%

so với mẫu thường H p 12, 289 %

nên tránh sử dụng tại các vị trí thường xuyên tiếp xúc với nước

TÀI LIỆU THAM KHẢO