Nghiên cứu chế tạo panel nhẹ trên cơ sở chất kết dính vô cơ hỗn hợp và bột giấy phế thải

Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Phân tích lý thuyết tương tác giữa sợi cellulose và vật liệu nền xi măng để lựa chọn thành phần vật liệu và đánh giá các tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN THÀNH

ĐỀ TÀI:

Chuyên Ngành : Vật Liệu & Công Nghệ Vật Liệu Xây Dựng Mã Số Ngành : 2.15.06

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2006

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PANEL NHẸ TRÊN CƠ SỞ CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ HỖN HỢP VÀ BỘT GIẤY

PHẾ THẢI

Công trình được hoàn thành tại:

Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng - Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng,

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM - Đại Học Quốc Gia TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN VĂN CHÁNH – BỘ MƠN VẬT LIỆU XÂY DỰNG – KHOA XÂY DỰNG – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS PHAN XUÂN HỒNG– BỘ MƠN VẬT LIỆU XÂY DỰNG – KHOA XÂY DỰNG – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS TRỊNH HỒNG TÙNG – BỘ MƠN VẬT LIỆU XÂY DỰNG – KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG – TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM

Ngày 04 tháng 09 năm 2006

Tp HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh : 30 – 08 – 1977 Nơi sinh : Quãng Nam Chuyên ngành :VẬT LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY DỰNG MSHV : 01904225 I- TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PANEL NHẸ TRÊN CƠ SỞ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ HỖN HỢP VÀ BỘT GIẤY PHẾ THẢI

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu và chế tạo vật liệu ximăng – sợi thực vật trên thế giới và trong nước

2 Nghiên cứu lý thuyết khoa học của vật liệu ximăng gia cường sợi phân tán

3 Nghiên cứu xác định thành phần cấp phối tối ưu

4 Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ bền của sợi và độ bền của vật liệu được chế tạo từ chất kết dính vô cơ và bột giấy phế thải

5 Nghiên cứu tính chất cơ lý của vật liệu

6 Kết luận và kiến nghị

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06 – 02 – 2006

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN

TS Nguyễn Văn Chánh ThS Nguyễn Hùng Thắng

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày 06 tháng 07 năm 2006

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tên đề tài : “ Nghiên cứu chế tạo Panel nhẹ trên cơ sở chất kết dính vô cơ hỗn hợp

và bột giấy phế thải “

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sử dụng bột giấy phế thải để sản xuất các tấm Panel nhẹ là hữu dụng vì tận dụng được nguồn nguyên liệu phế thải, sản phẩm tạo ra có giá thành thấp, tính khả thi cao và giải quyết được các vấn đề về môi trường

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Nhằm tận dụng nguồn bột giấy phế thải từ các nhà máy giấy để sản xuất ra tấm Panel nhẹ với giá thành rẻ để phục vụ cho việc kiên cố hóa nhà ở cho khu vực nông thôn vùng ĐBSCL

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

Phân tích lý thuyết tương tác giữa sợi cellulose và vật liệu nền xi măng để lựa chọn thành phần vật liệu và đánh giá các tính chất kỹ thuật của vật liệu xi măng gia cường sợi

Nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc của vật liệu và các tính chất của vật liệu thành phần & vật liệu xi măng gia cường sợi theo những phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn

4 Những đóng góp của luận văn

Thông qua chương 1 của luận văn tổng quan tình hình nghiên cứu tấm xi măng gia cường sợi thực vật trong nước và trên thế giới

Chương 2 trình bày về vấn đề cơ sở khoa học của loại vật liệu xi măng gia cường sợi thực vật

Chương 3 trình bày sự lựa chọn và kiểm tra các tính chất của nguyên vật liệu thành phần Nghiên cứu phương pháp thiết kế thành phần cấp phối của vật liệu xi măng – sợi bột giấy

Chương 4 nghiên cứu cấu trúc vi mô, tính chất cơ lý của vật liệu, cơ chế phá hủy khi chịu tải trọng của FRC ( quá trình chịu va đập, tính dẻo dai )

Chương 5 xin đề xuất và trình bày công nghệ chế tạo panel

Đưa ra những kết luận về kết quả nghiên cứu và kiến nghị cho phần nghiên cứu tiếp theo

5 Cấu trúc luận văn

Luận văn bao gồm : phần mở đầu, 5 chương, phần kết luận và tài liệu tham khảo Luận văn gồm 116 trang thuyết minh, 32 bảng biểu, 67 hình và đồ thị

MỤC LỤC

Nhiệm vụ luận văn Thạc Sĩ

Lời cảm ơn

Tóm tắt luận văn Thạc Sĩ

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ

CHƯƠNG 2 : NHỮNG CƠ SỞ KHOA HỌC TIẾP CẬN NHIỆM VỤ

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA 42

SỢI

2.2.3 Aûnh hưởng của lực bám dính tại bề mặt phân giới giữa sợi và nền 43

2.4.2 Truyền ứng suất và kéo tuột sợi trong vật liệu khi nền đã nứt 53 2.4.3 Sự hình thành và phát triển vết nứt trong vật liệu xi măng – sợi

2.5.ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG SỢI ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU

2.6 ẢNH HƯỞNG CỦA MOĐUN ĐÀN HỒI CỦA SỢI ĐẾN MOĐUN

2.7 SỰ LÀM VIỆC CỦA VẬT LIỆU XI MĂNG – SỢI THỰC VẬT

2.8 ĐỘ BỀN CỦA SỢI TRONG MÔI TRƯỜNG KIỀM CỦA XI

CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN VẬT

3.3 TRO BAY 72

3.7.5 Xác định thành phần cấp phối tối ưu bằng phương pháp quy hoạch

3.7.7 Cấu trúc của hệ chất kết dính xi măng – tro bay – bột CaCO3 đã

CHƯƠNG 4 : NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ

4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG SỢI ĐẾN MODULE ĐÀN 99

HỒI

4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG SỢI ĐẾN KHỐI LƯỢNG THỂ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của các loại sợi thực vật 16Bảng 1.2 Tính chất vật lý và cơ học của sợi thực vật & sợi

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của một số loại sợi thực vật ở Việt

Bảng 1.4 Kích thước tế bào của một số loại nguyên liệu thực vật 19

Bảng 1.10 Giá trị B (Mpa) của mẫu đã thay thế một phần xi măng

Bảng 1.12 Tính chất vật lý và cơ học của sơi sisal và bột giấy 26Bảng 1.13 Tính chất vật lý và cơ học của nền vữa gia cường bột

Bảng 4.1 Bảng kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi

Bảng 4.2 Bảng kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chu kỳ nhiệt ẩm

Bảng 4.3 Bảng kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng sợi

Bảng 4.4 Bảng kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chu kỳ nhiệt ẩm

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.4 Aûnh hưởng của hàm lượng đường đến cường độ chịu uốn

Hình 1.5 Aûnh hưởng của hàm lượng bột giấy đến thể tích rỗng của

Hình 1.6 Aûnh hưởng của hàm lượng bột giấy đến độ dẻo dai của

Hình 1.7 Aûnh hưởng của hàm lượng bột giấy đến cường độ chịu uốn

Hình 1.8 Đường cong ứng suất – biến dạng khi uốn của vật liệu, so

Hình 1.9 Đường cong lực – độ võng của vật liệu gia cường bột giấy

Hình 1.12 Cấu trúc vi mô của sợi bột giấy trong nền xi măng dưỡng

Hình 1.13 Cấu trúc vi mô của sợi bột giấy trong nền xi măng dưỡng

Hình 1.29 Aûnh hưởng của việc xử lý sợi đến sự phát triển cường độ

Hình 2.3 Mô tả sự phát triển vết nứt tại bề mặt tiếp xúc yếu 47Hình 2.4 Mô hình kéo tuột sợi tại bề mặt liện kết giữa sợi và vật

Hình 2.5 Sơ đồ minh họa vùng ứng suất và biến dạng của khu vực

Hình 2.7 Ứng suất trượt phân bố dọc theo sợi khi nền đã bị nứt 53Hình 2.8 Hình dạng sợi bị mất bám dính một phần và ứng suất trượt

Hình 2.9 Đường cong phân bố ứng suất – biến dạng mở rộng vết nứt 55

Hình 4.3 Các sản phẩm hydrat hóa hình thành và bám dính xung

Hình 4.7 Khoáng Ettringite hình thành và lấp đầy bên trong cấu trúc

Hình 4.8 Sự hình thành khoáng Tobermulite trong cấu trúc của vật

Hình 4.9 Đồ thị ảnh hưởng của chu kỳ nhiệt ẩm đến cường độ uốn 95Hình 4.10 Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ nén 97Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng của chu kỳ nhiệt ẩm đến cường độ nén 98Hình 4.12 Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến mô đun đàn hồi 100Hình 4.13 Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến khối lượng thể

Hình 4.14 Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến độ hút nước 103Hình 4.15 Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến độ dẫn nhiệt 104

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ASTM : American Society of Testing and Material

bl : Bề rộng ảnh hưởng của mặt tiếp xúc

CFRC : Vật liệu xi măng – sợi thực vật

E : Môđun đàn hồi của vật liệu

Ec : Mođun đàn hồi của vật liệu gia cường sợi

Ef : Mođun đàn hồi của sợi

Em : Môđun đàn hồi của nền

L

E : Module đàn hồi dọc trục

Gm : Mođun chống cắt của nền tại mặt tiếp xúc

Hp : Độ hút nước

l : Chiều dài sợi nằm trong nền

lc : Chiều dài hữu hiệu của sợi

ML : Lớp liên kết giữa các tế bào

no : Số thí nghiệm ở tâm

N : Số thí nghiệm cần thực hiện

NA : Dưỡng hộ nhiệt ẩm

NN : Dưỡng hộ ngâm nước

N/CKD : Tỉ lệ nước trên chất kết dính

P : Lớp sơ cấp

PG : Phụ gia polymer

r : Bán kính sợi

R : Bán kính của nền xung quanh sợi

Ru : Cường độ chịu uốn

Rn : Cường độ chịu nén

Rk : Cường độ chịu kéo

SEM : Kính hiển vi điện tử quét

Sf : Diện tích chịu kéo của sợi

Sm : Diện tích chịu kéo vật liệu nền

S1 : Phân lớp thứ nhất của lớp thứ cấp

S2 : Phân lớp thứ hai của lớp thứ cấp

S3 : Phân lớp thứ ba của lớp thứ cấp

T : Tro bay

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TN : Dưỡng hộ tự nhiên

m

V : Thể tích của vật liệu nền

Vf : Thể tích của sợi

Vcr : Hàm lượng sợi hữu hiệu

W : Màng từ các hạt nhỏ

XTC : Hệ chất kết dính gồm xi măng, tro bay và bột CaCO3

a

γ : Khối lượng riêng

γ : Khối lượng thể tích

σ : Cường độ của vật liệu gia cường sợi

Δ : Độ độ dãn dài

ε : Biến dạng tương đối dọc trục

MỞ ĐẦU

Đồng Bằng Sông Cửu Long ( ĐBSCL ) đóng một vai trò rất rất quan trọng đối với vấn đề an ninh lương thực của quốc gia Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng và vật chất nơi đây còn rất nghèo nàn, lạc hậu, chưa tạo điều kiện tốt cho đầu tư và phát triển

Thực trạng nhà ở hiện nay ở ĐBSCL hầu hết là tạm bợ, đối phó Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề nhà ở cho vùng ĐBSCL, Đảng và Nhà Nước ta đã có những chủ trương, chính sách cụ thể để giải quyết nhu cầu về nhà

ở cho nhân dân Trong quá trình thực hiện, nhiệm vụ đặt ra cho các nhà khoa học và các doanh nghiệp sản xuất là phải xây dựng một chiến lược về vật liệu xây dựng nhà ở cho người dân sao cho phù hợp với các yếu tố tự nhiên, kinh tế và xã hội vùng ĐBSCL

Cho đến nay, tấm vách vẫn là cấu kiện chủ yếu trong xây dựng nhà ở cho vùng ĐBSCL, yêu cầu của loại cấu kiện này là nhẹ, cách nhiệt, bền, dễ lắp đặt

vùng ĐBSCL đang sử dụng Việc phát triển sản xuất tấm vách bằng vật liệu nhẹ với giá thành rẻ là rất cần thiết Chính vì vậy đề tài : “ Nghiên cứu chế tạo Panel

thành

Sử dụng bột giấy phế thải để sản xuất các tấm Panel nhẹ là hữu dụng vì tận dụng được nguồn nguyên liệu phế thải, sản phẩm tạo ra có giá thành thấp, tính khả thi cao và giải quyết được các vấn đề về môi trường

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nhằm tận dụng nguồn bột giấy phế thải từ các nhà máy giấy để sản xuất ra tấm Panel nhẹ với giá thành rẻ để phục vụ cho việc kiên cố hóa nhà ở cho khu vực nông thôn vùng ĐBSCL

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO VẬT

LIỆU XI MĂNG - SỢI THỰC VẬT

Hiện nay, nhu cầu của thế giới về nhà ở rất lớn, điều này đã kích thích rộng rãi việc nghiên cứu & ứng dụng vật liệu tổng hợp Không như sợi tổng hợp, sợi tự nhiên sẵn có với giá rất rẻ và khả năng ứng dụng cao, sử dụng sợi tự nhiên làm vật liệu xây dựng sẽ giảm được giá thành của công trình Từ trước tới nay công nghiệp xây dựng vẫn là khách hàng chính của ngành năng lượng, mà nhu cầu về năng lượng chính là nguyên nhân hàng đầu gây ra xung đột, mất ổn định về kinh tế và chính trị trên thế giới Hơn nữa, lượng khí CO2 trong bầu khí quyển trái đất do công nghiệp sản xuất xi măng thải ra rất lớn, điều này thúc đẩy sự nỗ lực nghiên cứu để tìm những vật liệu thay thế nhằm làm giảm lượng khí CO2 và các khí độc hại khác thải ra môi trường

Vì lý do đó, với mục tiêu đề ra là phải hạn chế việc sử dụng năng lượng để sản xuất vật liệu xây dựng đã định hướng rộng rãi việc nghiên cứu vật liệu thay thế nhằm làm giảm giá thành và sự tác động tới môi trường Một hướng đi để giải quyết vấn đề này là sử dụng sợi làm cốt cho vật liệu nền vô cơ tạo nên một loại vật liệu tổng hợp với các tính năng nổi bật về cường độ, độ cứng, độ dẻo dai và độ bền

Trong phạm vi vấn đề này, sợi được sử dụng có thể là các loại sợi tổng hợp như : polypropylene, rayon, nylon, polyester và sợi cacbon Tuy nhiên, hầu hết các loại sợi này không sẵn có hoặc nếu có thì lại quá đắt tiền, không thích hợp để dùng sản xuất vật liệu xây dựng cho nhà ở Do đó, việc nghiên cứu sử dụng các loại sợi tự nhiên từ các loại cây như : tre, sisal, mía, dừa, chuối và gỗ Hầu hết các cố gắng ban đầu đều tập trung cho việc thay thế các sản phẩm nguy hiểm có nguồn gốc từ sợi amiăng bằng sợi tự nhiên luôn có sẵn trong nông nghiệp hay phế thải công nghiệp Việc đưa các loại sợi tự nhiên vào trong xi

măng và các vật liệu trên cơ sở xi măng đã tạo ra một tiềm năng cho sự phát triển các loại vật liệu xây dựng có giá thành rẻ dùng cho nhà ở Tuy nhiên, có nhiều trở ngại phải vượt qua trước khi sử dụng sợi tự nhiên trong sản xuất vật liệu xây dựng

Đầu tiên, những kiến thức về sợi tự nhiên và vật liệu composite phải được phổ biến trong hệ thống giáo dục và các tài liệu kỹ thuật phải sẵn có tại các nước phát triển và đang phát triển Việc thiếu hay hạn chế các thông tin về vật liệu mới sẽ làm duy trì việc sử dụng những vật liệu xây dựng truyền thống và làm nảy sinh các vấn đề ở trên Vì thế, một trong những mục tiêu của luận văn này là để cung cấp một cái nhìn tổng quan về sợi tự nhiên, các hệ gia cường sợi tự nhiên và tiềm năng ứng dụng loại vật liệu này trong xây dựng cơ sở hạ tầng

Thứ hai, hầu hết các sợi thực vật trong tự nhiên có chứa lignin, hemicelulose và cellulose mà các chất này lại phản ứng hóa học với môi trường của vật liệu nền Cụ thể, phản ứng giữa vật liệu nền xi măng và lignin có thể dẫn đến sự giảm sút nghiêm trọng cường độ của vật liệu composite Cho nên yêu cầu được đặt ra là phải tách bỏ lignin hoặc phủ lên sợi một lớp màng mỏng nhằm hạn chế phản ứng xảy ra

Sau đây là một số vấn đề cần biết trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu sợi tự nhiên vào công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng

1.1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ SỢI THỰC VẬT

Nguyên liệu sợi thực vật dùng cho sản xuất vật liệu xây dựng bao gồm : gỗ lá kim, gỗ lá rộng, tre nứa, rơm rạ, bã mía, đay, cỏ

Những cây được dùng lấy sợi gồm 2 loại chính là gỗ cứng và gỗ mềm Sợi cellulose có nguồn gốc từ gỗ mềm cho sợi có chiều dài thay đổi từ 2.5-7 mm, trung bình là khoảng 3-5mm Sợi gỗ mềm có đường kính lớn thay đổi từ 15-80 micron, thường là từ 30-40 micron

Gỗ hình thành từ các tế bào Các tế bào gỗ không phải tồn tại rời rạc mà được liên kết với nhau bởi một hợp chất cao phân tử có đặc tính thơm là lignin Các tế bào cũng có cấu tạo đặc biệt giúp cho cây thích nghi với thiên nhiên để tồn tại và phát triển

Hình1.1 Cấu trúc thành tế bào gỗ

P : lớp sơ cấp; ML : lớp liên kết giữa các tế bào;

Thành tế bào gồm 2 lớp Lớp ngoài chỉ là một màng mỏng (0.1-0.2 micrômét) gọi là lớp sơ cấp vì tạo thành trước Lớp ngoài không phân chia thành phân lớp Lớp trong dày hơn được gọi là lớp thứ cấp vì được tạo ra muộn hơn Lớp trong có 3 phân lớp S1, S2, S3 xếp từ ngoài vào trong (hình 1.1)

Phân lớp S1 dày 0.2-0.3 micrômét Phân lớp S2 là phần chủ yếu của lớp thứ cấp với chiều dày 1-5 micrômét Phân lớp S3 với độ dày 0.1 micrômét

Xơ sợi được tạo thành từ gỗ bằng 2 phương pháp cơ học và hóa học Phương pháp cơ học là mài thân cây gỗ bằng đá mài hoặc nghiền các dăm gỗ nhỏ sau khi đã được ngâm rữa bằng hóa chất bằng máy nghiền đĩa Phương pháp hóa học để sản xuất sợi bằng cách nấu dăm gỗ với hóa chất để hòa tan lignin, giữ lại Cellulose và một phần Hemicellulose

Các nguyên liệu khác như vụn bông, vỏ lanh, gai, cỏ, lá cũng được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới

Việt Nam có tiềm năng lớn về nguyên liệu thực vật Ngoài các nguyên liệu đã kể ở trên như : gỗ lá kim, gỗ lá rộng, tre nứa, bã mía và rơm rạ, các nguyên liệu khác như xơ vỏ, xơ lá, cỏ bàng cũng đang được nghiên cứu để sử dụng ở quy mô công nghiệp

Về nguyên tắc, các loại nguyên liệu thực vật đều có thể sử dụng được Vấn đề quan trọng là vùng nguyên liệu phải tập trung, trữ lượng đủ lớn, các chất thải ít ảnh hưởng tới môi trường, hiệu quả kinh tế cao

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của các loại sợi thực vật [11]

Loại sợi Lignin (%) Cellulose (%) Hemicellulose (%) Chất chiết (%) Tro (%)

Bảng 1.2 Tính chất vật lý và cơ học của sợi thực vật & sợi Polypropylen [11]

Tính chất KL riêng (kg/m3) nước (% Độ hút

TL)

Độ giãn dài (%)

Cường độ chịu kéo (Mpa)

Mođun đàn hồi (Gpa) Sisal 1370 110 4.3 458 15.2

Đay 1500 126 19 217 3.2 Bông 1409 182.2 5.2 160 17.4

Theo bảng 1.2, các loại sợi thực vật có các thông số về tính chất vật lý và

cơ học hơn hẳn sợi Polypropylen, mặt khác với sự sẵn có, giá thành rẻ và giải quyết các vấn đề về môi trường cho nên đây là một sự lựa chọn tốt nhất hiện nay

Nhìn chung, trong thành phần hóa học của sợi thực vật đều có chứa một lượng đường nhất định nên sẽ ảnh hưởng đến các tính chất của vật liệu tổng hợp Theo Danderman và Bneden : nếu hàm lượng đường trong hệ xi măng lớùn hơn 0,125% khối lượng xi măng, thì tốc độ ninh kết và cứng rắn cũng như cường độ xi măng giảm đi rõ rệt

Khi hàm lượng đường lên tới 0,255% khối lượng xi măng thì vữa xi măng mất hoàn toàn khả năng kiên kết và cứng rắn, đá xi măng mất cường độ

Hình 1.2 Hình dạng của sợi có

nguồn gốc từ cây chuối

Hình 1.3 Hình dạng của sợi có nguồn gốc từ cây Sisal

Hình 1.4 Aûnh hưởng của hàm lượng đường đến cường độ chịu uốn của đá xi

măng

Khi bị oxy hóa, chất lignin dễ dàng bị phân hủy trong môi trường kiềm và chuyển sang màu tím vàng nâu Lignin bắt đầu mềm đi ở 70-80oC ở 120oC một phần sẽ chuyển sang thành chất lỏng

Tóm lại theo Nixon cho rằng nguyên nhân cơ bản của sự thay đổi tính chất của sợi thực vật có trong vữ a xi măng là do sự phân hủy hóa học của lignin và hemicellulose Tính kiềm trong đá xi măng sẽ làm hoà tan lignin và hemicellulose dẫn tới phá vỡ liên kết giữa các tế bào sợi riêng lẽ

Như vậy để tránh sự phân hủy sợi cần tạo cho sợi môi trường có pH thấp hơn môi trường đá xi măng ( pH <11.5 )

Sợi thực vật có vai trò nâng vao độ dai của vật liệu Hàm lượng sợi càng lớn, độ dai của vật liệu càng cao Nhưng nếu tăng nhiều quá sẽ làm giảm cường độ, tăng độ xốp và độ hút nước của vật liệu

Hỗn hợp có hàm lượng sợi cao rất khó trộn đều, một khi sợi phân tán kém sẽ tạo ra các túi kén trong vật liệu Đó chính là các trung tâm xuyên thấm nước, là những điểm phát sinh vết nứt, gãy dưới tác động của tải trọng

Bảng 1.3 Kích thước tế bào của một số loại nguyên liệu thực vật [8]

Nguyên liệu thực vật Chiều dài trung bình của

xơ sợi, mm

Đường kính trung bình của sợi, micromet Gỗ lá kim

Gỗ lá rộng

30 6-20 2.5

25 1-1.8

20-40 14-40

15

20 8-10

20

22

20

20 10-20

Cỏ esparto 1.5 12

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của một số loại sợi thực vật ở Việt Nam [8]

21-24 22-24 30-32 14-15 21-22 27-29

16-17 19-20 17-18 14-15 20-21 19-20

1.5-2.1 2-3 0.3-0.4 5-6 3-4 0.4-0.5 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN THẾ GIỚI

Để cải thiện tính dòn và khả năng chịu kéo của xi măng, cán nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra nhiều phương pháp nghiên cứu và một trong những hướng nghiên cứu phổ biến hiện nay là sử dụng xi măng có gia cường sợi

Sợi là loại vật chất có hình dạng mãnh, chiều dài hơn đường kính nhiều lần Hiện nay, trên thế giới người ta sử dụng phổ biến là sợi thủy tinh trung tính, sợi bazan, sợi amiăng…Tuy nhiên các loại sợi này khó chế tạo, qui trình công nghệ khá phức tạp, giá thành cao cho nên việc áp dụng còn hạn chế Riêng sợi amiăng qua quá trình sử dụng có ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe, cho nên một số nước đã cấm sử dụng loại sợi này

Sợi thực vật nói chung được cấu tạo chủ yếu bởi chất cellulose Mỗi loại sợi có những tính chất khác nhau nhưng nói chung đều dễ bị phân hủy bởi môi trường axít hay kiềm, bởi nhiệt độ, độ ẩm, nấm mốc và các tác nhân khác Trong tự nhiên, sợi thực vật có chứa một độ ẩm nhất định tương ứng với độ ẩm của không khí Đây là tác nhân thường xuyên tác động tới sợi thực vật, độ ẩm trong sợi cao làm cho giảm độ bền, và thúc đẩy các quá trình phá hủy của nấm mốc, vi sinh vật

Trong một số loại sợi thực vật có chứa nhiều thành phấn axít hữu cơ, đường…Các chất này thường làm chậm quá trình hydrát-hoá của xi măng, nếu

hàm lượng lớn có thể làm ngưng quá trình này Mặt khác, sợi thực vật vốn không bền trong môi trường kiềm nên khi sử dụng chúng với xi măng portland phải có biện pháp xử lý hóa học hoặc có biện pháp bảo vệ sợi lâu dài

Xét về phương diện kinh tế, vật liệu dùng sợi thực vật được xếp vào loại vật liệu xây dựng rẻ tiền, nguyên liệu chế tạo có sẵn ở địa phương, công nghệ sản xuất đơn giản, vốn đầu tư ít

Những sản phẩm được chế tạo từ xi măng, sợi thực vật kết hợp với phụ gia vô cơ đã được nghiên cứu và ứng dụng để tạo ra những sản phẩm dạng tấm như : tấm lợp, tấm vách và một số ứng dụng khác như sản xuất panel, gạch block phục vụ cho nhà lắp ghép

Một yếu tố quan trọng khác là những sản phẩm có nguồn gốc từ xi măng và sợi thực vật có giá thành rẻ hơn so với những sản phẩm cùng đặc tính kỹ thuật khi chế tạo từ sợi bazal, sợi amiăng

1.2.1 Tình hình nghiên cứu vật liệu xi măng - sợi Cellulose

Việc nghiên cứu sử dụng sợi thực vật trong vật liệu bê tông và xi măng bắt đầu vào những năm 70 ở Thụy Điển, sợi được cắt ngắn với kích thước 10-30mm và cho vào hỗn hợp bê tông để đúc cấu kiện dầm, kết quả là cường độ chịu uốn của dầm tăng lên rõ rệt so với dầm không có sợi

Bảng 1.5 Cường độ phá hoại của bê tông gia cường sợi Sisal

( Theo Swift & Smith, 1978 )

(%)

CD (mm)

TG

CĐPH (Mpa) 1:1.8:2.4:0.57

3.70 3.80 4.80 3.70

1:3:0:0.50 1 50 28 80x80x300 3.30 Trong đó :

TL : tỉ lệ thành phần nguyên vật liệu ( xi măng : cát : đá : nước/xi măng)

HL : hàm lượng sợi sử dụng

CD : chiều dài sợi

TG : thời gian dưỡng hộ

KTM : kích thước mẫu

CĐPH : cường độ phá hoại mẫu

Theo kết quả nghiên cứu dùng sợi Sisal gia cường cho hồ xi măng và bê tông của Swift và Smith (1977), cường độ chịu uốn ( bảng 1.5) và độ dẻo dai của dầm đúc từ hồ xi măng tăng lên khi sử dụng sợi với hàm lượng và kỹ thuật trộn hỗn hợp thích hợp Họ cũng kết luận rằng khả năng chống va đập của vật liệu được cải thiện khi thêm sợi Sisal vào

Theo Persson và Skarendh (1980), khi hàm lượng sợi Sisal không đổi, nếu chất lượng của vật liệu nền tăng lên thì cường độ chịu uốn của vật liệu tổng hợp tăng lên

Bessell và Mutuli (1982) đã nghiên cứu lực dính bề mặt giữa sợi Sisal và nền hồ xi măng bằng thí nghiệm kéo tuột Lực dính bề mặt đã được tính toán từ

46 mẫu và lực dính trung bình là 0.6Mpa với độ lệch chuẩn 0.26Mpa

Gram (1983) và Bergstron (1984) đã nghiên cứu sự tụt giảm độ dẻo dai của vật liệu vữa xi măng gia cường sợi Sisal Trong nghiên cứu của họ, mẫu được dưỡng hộ trong 4 điều kiện khác nhau : (i) dưỡng hộ trong nước, (ii) dưỡng hộ trong phòng thí ngiệm ở nhiệt độ phòng 20oC và độ ẩm 50%, (iii) dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm và (iv) dưỡng hộ ngoài trời Mẫu có kích thước 55x200x8mm, thí nghiệm uốn 3 điểm, tỉ lệ thành phần giữa xi măng:cát:nước là : 1:2:0.5 Thông số

B đặc trưng cho tính dẻo dai của vật liệu được xác định từ đường cong lực-độ

võng tại thời điểm biến dạng 1% Kết quả cho thấy rằng mẫu trong điều kiện dưỡng hộ (i) và (ii) tính dẻo dai gần như không thay đổi trong ít nhất 2 năm sau Mẫu trong dưỡng hộ trong điều kiện (iii) và (iv) bị tụt giảm tính dẻo dai trong vòng 1-2 năm (bảng 1.6,1.7,1.8,1.9)

Bảng 1.6 Giá trị B (Mpa) của mẫu trong điều kiện dưỡng hộ (i)

2.6 2.3

2.8 3.5

2.3 2.2

3.0 1.4

Bảng 1.7 Giá trị B (Mpa) của mẫu trong điều kiện dưỡng hộ (ii)

3.5 2.2 2.4 2.8 2.5

-

- 2.9

- 3.1

-

- 1.7

- 2.1

2.1

- 1.4 1.1 1.4

Bảng 1.8 Giá trị B (Mpa) của mẫu trong điều kiện dưỡng hộ (iii)

2.4 2.5

3.5 2.2

1.5 2.4

0.4 0.5

Bảng 1.9 Giá trị B (Mpa) của mẫu trong điều kiện dưỡng hộ (iv)

( Theo Gram, 1983)

Thời gian (ngày) và B

Vị trí

28 91 365 730 1460 Bangkok

Stockholm

Addis Ababa

Dar es Salaam

10.5 30.7 15.0 12.5

- 6.9 1.4 0.3

0.5

- 1.9

-

- Việc xử lý để làm giảm tính kiềm của vật liệu nền cũng được Gram nghiên cứu, vật liệu nền có thể là xi măng cao nhôm hoặc thay thế một phần xi măng Port Land bằng silica fume, xỉ, tro bay, tro trấu, đá bọt và điatomite Kết quả khảo sát sự dẻo dai của việc thay thế một phần xi măng được trình bày trên bảng 1.10

Bảng 1.10 Giá trị B (Mpa) của mẫu đã thay thế một phần xi măng và trong

điều kiện dưỡng hộ ngoài trời ( Theo Gram, 1983)

Thời gian (ngày) và B (Mpa)

35.6 30.8 24.0 32.0 23.0 24.4 12.3 12.1 7.5

12.1 10.6 12.7 24.6

-

- 11.6 10.9 6.0

-

-

-

- 8.9 17.0

-

-

-

- 9.6 8.7

Xỉ

Điatomite

Tro trấu

Addis Ababa Addis Ababa Bangkok

12.2 9.1 22.7

14.0 6.3

-

11.8 7.5 12.4

14.4 8.2 8.3

-

- 9.6

-

-

- Canovas et al (1990,1992) đã nghiên cứu độ bền của vữa xi măng gia cường sợi sisal Trong nghiên cứu đã dùng nhựa thông, tannin để cho vào nền vữa

xi măng Aûnh hưởng của các chất này đến độ rỗng, độ hút nước, cường độ chịu uốn và nén của vật liệu cũng được nghiên cứu và so sánh với mẫu đối chứng Kết quả là độ hút nước và độ rỗng giảm đến 70% so với mẫu đối chứng Tùy thuộc vào hàm lượng sợi cho vào mà tính chất cơ học có thể giảm hoặc tăng 0-20%

Việc ngâm tẩm sợi với các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ gỗ như : nhựa thông, tannin và dầu thực vật cũng được nghiên cứu Theo tác giả thì các hợp chất này có đặc điểm kết dính và kỵ nước, do đó có thể gia cường cho các liên kết yếu, giúp cho sợi ít hút nước và lấp đầy các lỗ rỗng trong sợi

Tannin là hợp chất không tan, thành phần chủ yếu là muối kim loại, không phân hủy và không thấm nước Nó có khả năng kết hợp với các carbohydrate có trong sợi tạo thành một lớp màng mỏng phủ bên ngoài nên sợi không bị thấm nước Nhựa thông không tan trong nước nhưng tan trong chất béo và dung môi hữu cơ Thành phần của nhựa thông có đến 90% axít resinic Dầu thực vật cũng là hợp chất không tan trong nước

Ngâm tẩm sợi theo chu kỳ nóng – lạnh Môi trường nóng có nhiệt độ từ 80-100oC và lạnh là ngâm ở điều kiện nhiệt độ phòng Sự lặp lại chu kỳ này sẽ giúp cho không khí dễ dàng thoát ra ngoài và không gian trống được lấp đầy bởi tác nhân xử lý Bảng 1.11 cho thấy tính chất của sợi sisal được xử lý bằng các tác nhân khác nhau

Bảng 1.11 Kết quả xử lý sợi sisal ( Canovas et al.,1990)

Tác nhân hóa học Tỉ lệ thành

phần

Cường độ kéo (Mpa)

Độ hút nước (%)

Đối chứng Nhựa thông Dầu thực vật+xylene+alcohol+nhựa

thông Tannin+alcohol+xylane

-

-

13:3:1:30 1:30:1

Savastano và Agopyan (1992) đã nghiên cứu vùng tiếp xúc giữa sợi sisal và nền hồ xi măng đã rắn chắc Aûnh hưởng của tỉ lệ nước – xi măng (0.3-0.46) và độ tuổi của vật liệu (180 ngày) đến đặc điểm của vùng tiếp xúc cũng được nghiên cứu Kết quả cho thấy vùng tiếp xúc giữa sợi sisal và hồ xi măng có cấu trúc xốp, dày và nhiều tinh thể Portlandite

Chatveera và Nimityongskul (1987) cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc thêm phụ gia tro trấu đến sự biến đổi các tính chất cơ lý và độ bền của vật liệu nền vữa gia cường bột giấy từ cây sisal Kết quả này được so sánh với vật liệu tổng hợp dùng bột giấy có nguồn gốc từ cây tre và cây thông (bảng 1.12, 1.13)

Bảng 1.12 Tính chất vật lý và cơ học của sơi sisal và bột giấy

(Chatveera và Nimityongskul, 1987)

cây sisal

Bột giấy từ cây tre

Bột giấy từ cây thông

Bảng 1.13 Tính chất vật lý và cơ học của nền vữa gia cường bột giấy

(Chatveera và Nimityongskul, 1987)

sấy trong lò ở nhiệt độ 105oC trong 30 phút Sau 48 chu kỳ, mođun phá hoại của vật liệu trên nền vữa xi măng gia cường bột giấy sisal thấp hơn so với mẫu đối chứng Kết quả này cũng cho thấy việc sử dụng bột giấy và tro trấu trong nền vữa

xi măng làm gia tăng độ bền của vật liệu

25 27.5 30 32.5 35 37.5

Hình 1.5 Aûnh hưởng của hàm lượng bột giấy đến thể tích rỗng của vật

liệu ( theo Coutts và Warden, 1992 )

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Hình 1.6 Aûnh hưởng của hàm lượng bột giấy đến độ dẻo dai của vật liệu

( theo Coutts và Warden, 1992 )

0 5 10 15 20 25 30 35

Hình 1.7 Aûnh hưởng của hàm lượng bột giấy đến cường độ chịu uốn vật

liệu ( theo Coutts và Warden, 1992 )

Theo Coutts, Andonian và Morissey, đã báo cáo kết quả kiểm tra cường độ chịu uốn của mẫu xi măng gia cường sợi Cellulose Mẫu thí nghiệm đem kiểm tra sau 24 giờ dưỡng hộ trong khuôn, sau đó dưỡng hộ ngoài trời ở độ ẩm 50% ở

22oC hoặc dưỡng hộ trong autoclave trong 8 giờ ở áp suất 0.86Mpa Kết quả kiểm tra cường độ chịu uốn của mẫu được sản xuất theo phương pháp tách nước ( tách nước bằng phương pháp hút chân không ở áp suất 127mm Hg ), kết quả thấy rằng ảnh hưởng của sợi đến cường độ chịu uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu nền và điều kiện dưỡng hộ Mẫu được dưỡng hộ trong autoclave có cường độ chịu uốn cao hơn mẫu dưỡng hộ trong không khí Cường độ chịu uốn lớn nhất khi hàm lượng sợi khoảng 8% so với khối lượng xi măng, cường độ chịu uốn tương ứng có thể trên 30Mpa

P.Soroushian và S.Marikunte đã nghiên cứu sợi Cellulose gia cường cho xi măng bằng phương pháp nhào trộn với thành phần và loại sợi khác nhau Sợi Cellulose sử dụng để nghiên cứu là Southern Softwood Kraft ( SSK ), Northern Hardwood Kraft ( NHK ) và bột giấy chưa qua xử lý hoá học Hàm lượng sợi thay đổi từ 1-2 %, xi măng loại I theo tiêu chuẩn ASTM

Hỗn hợp sợi-ximăng tươi được kiểm tra độ chảy dẻo theo ASTM C-230 tại thời gian 1 phút, 5 phút và 10 phút sau khi nhào trộn Hàm lượng không khí trong hỗn hợp vữa theo ASTM C 185, thời gian ninh kết theo tiêu chuẩn ASTM C 403

Các mẫu sau khi tạo hình được bọc trong túi nhựa trong 24 giờ, sau đó tháo khuôn và dưỡng hộ ẩm trong 7 ngày trước khi dưỡng hộ trong không khí đến 28 ngày thì kiểm tra

Kết quả cho thấy xi măng gia cường bột giấy cơ học có thời gian ninh kết cao hơn so với bột thô vì trong bột giấy cơ học có một số thành phần làm chậm thời gian ninh kết Khi hàm lượng sợi tăng thì độ hút nước, độ va đập, chỉ số dẻo dai tăng lên Tuy nhiên, module đàn hồi, cường độ chịu nén giảm

Cường độ chịu uốn được kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM C-1018 và JCM – SF4 Độ võng đo dược khoảng 0.762mm, cường độ chịu uốn của sợi Cellulose gia cường cho xi măng cao hơn bột giấy cơ học Hàm lượng sợi Cellulose ở 2% theo khối lượng xi măng thì cường độ tăng hơn 5 lần so với vật liệu nền Có một sự giảm nhẹ cường độ chịu nén và tính chảy của vật liệu tổng hợp khi gia cường sợi

K.D.Vinson và Danien đã nghiên cứu sử dụng sợi Cellulose và bột giấy sản xuất bằng phương pháp cơ học, tạo hình theo phuơng pháp tách nước, lực ép khoảng 8300Kpa được giữ trong 3 phút làm nước dư thoát ra ngoài kéo theo hạt

xi măng Đối với bột giấy tinh chế tỉ lệ mất hạt xi măng từ 1-2.6%, với bột giấy chưa qua tinh chế thì khoảng 18%

Mẫu thí nghiệm sau khi đóng rắn trong vòng 4h được mang đi dưỡng hộ ở độ ẩm 100% và 23oC trong vòng 7 ngày sau đó đưa đi dưỡng hộ ở 23oC và độ ẩm 50% cho đến ngày kiểm tra Kết quả kiểm tra cường độ chịu uốn nhận thấy rằng sợi Cellulose đã qua tinh chế cho kết quả tốt nhất, cường độ chịu uốn có thể đạt 30Mpa khi hàm lượng sợi gia cường là 2%

0 5 10 15 20 25

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Biến dạng uốn (% )

Hình 1.8 Đường cong ứng suất – biến dạng khi uốn của vật liệu, so sánh

với sợi amiăng, ( theo Fordos và Tram )

Sự ảnh hưởng của việc tẩy trắng sợi cellulose cũng được nghiên cứu bởi Mai Et Al Sự tẩy trắng dẫn đến làm gia tăng cường độ chịu uốn và module đàn hồi nhưng làm giảm sự dẻo dai

0 40 80 120

Hình 1.9 Đường cong lực – độ võng của vật liệu gia cường bột giấy tẩy

trắng và không tẩy trắng ( theo Mail et al.)

Ronal W.Wolfe và Agron Gjinolli đã nghiên cứu sợi Cellulose gia cường cho xi măng với hàm lượng thay đổi từ 0 -4% Kết quả kiểm tra cường độ chịu

uốn nhận thấy rằng mẫu có cường độ chịu uốn thay đổi từ 15-22Mpa Khi tăng hàm lượng sợi thì Module đàn hồi giảm xuống

Theo phân tích cấu trúc của Akers và Studinka đối với vật liệu chế tạo từ

xi măng và bột giấy thì cho rằng vùng lân cận sợi của vật liệu dưỡng hộ trong điều kiện nhiệt độ phòng thì xốp hơn so với khi dưỡng hộ trong autoclaved, điều này dẫn tới các tính chất cơ lý của vật liệu dưỡng hộ trong autoclaved hơn hẳn so với vật liệu dưỡng hộ trong điều kiện nhiệt độ phòng ( hình 1.10 - 1.15)

Hình 1.10 Cấu trúc của nền dọc

theo chiều dài sợi ( vật liệu được

dưỡng hộ ở điều kiện bình thường

)

Hình 1.11 Sợi bị kéo tuột khỏi vật liệu nền ( vật liệu được dưỡng hộ ở điều kiện nhiệt độ phòng)

Hình 1.12 Cấu trúc vi mô của sợi

trong nền xi măng dưỡng hộ ở nhiệt

độ phòng trong điều kiện môi trường

Hình 1.13 Cấu trúc vi mô của sợi trong nền xi măng dưỡng hộ ở nhiệt độ phòng trong điều kiện môi trường bình thường

1.2.2 Quy trình sản xuất sản phẩm panel trên thế giới

Hiện nay trên thế giới thường sử dụng hai phương pháp công nghệ để sản xuất tấm panel

Trong phương pháp này, sợi Cellulose được sử dụng để cho vào hỗn hợp với hàm lượng từ 4-8% theo khối lượng chất kết dính Lượng nước để nhào trộn trong phương pháp này tương đối lớn : N/X = 0.38 -0.55 Hỗn hợp được nhào trộn bằng máy trộn cưỡng bức, sau khi trộn hỗn hợp độ đồng nhất tương đối lớn, dùng khuôn để tạo hình sản phẩm Phụ gia siêu dẻo cho vào làm tăng độ linh động của vật liệu nền

Trong phương pháp này lượng nước được sử dụng với tỷ lệ 90-95% so với

xi măng, hàm lượng sợi sử dụng khoảng 2%, sợi có thể kết hợp chặc chẽ với vật liệu nền xi măng và phân tán tốt trong hồ xi măng khi đầm rung và lượng nước được giảm bằng cách sử dụng phương pháp hút chân không Sản phẩm cuối cùng có tỉ lệ N/X nhỏ và có sự lèn tốt

Hình 1.15 Cấu trúc của nền sau khi sợi bị kéo tuột ( vật liệu được dưỡng hộ ở điều kiện autoclaved )

Hình 1.14 Cấu trúc của nền xung

quanh sợi ( vật liệu được dưỡng hộ

ở điều kiện autoclaved )

GIỚI THIỆU HÌNH ẢNH CỦA QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TẤM

PANEL TRÊN THẾ GIỚI

Hình 1.16 Kho chứa xi măng

Hình 1.19 Trộn hỗn hợpHình 1.18 Phụ gia hữu cơ và nước

Hình 1.20 Cán hỗn hợp tạo sự

Hình 1.22 Tạo hình sản phẩm Hình 1.23 Cắt sản phẩm theo

kích thước cho trước

Hình 1.24 Giai đoạn dưỡng hộ

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM

Việt Nam là vùng có khí hậu nhiệt đới ẩm nên nguồn xơ sợi thực vật vô

cùng phong phú và đa dạng Những loại sợi có sản lượng lớn như : sợi gỗ, rơm,

trấu, bã mía, xơ dừa, đay, mùn cưa cho nên hướng nghiên cứu vật liệu sử dụng

sợi thực vật để tận dụng được nguồn sợi sẳn có là hướng kinh tế nhất

Theo nghiên cứu của TS Nguyễn Văn Chánh, sợi thực vật, xi măng và

phụ gia dẻo dạng bột được trộn trước Hỗn hợp khô sau đó được cho vào nước

trong một cối trộn ( theo ASTM C109 ) Hồ dẻo được trộn với tốc độ thấp trong

thời gian 30 giây đối với sợi đã được xử lý và trong 1 phút đối với sợi chưa qua

xử lý Sau khi cạo vét thành cối trộn, hồ dẻo được trộn tiếp với tộc độ trung bình

trong thời gian 1 phút Mẫu ( kích thước 25.4x25.4x127mm hoặc hình lập phương

cạnh 25.4mm ) được để trong khuôn 24 giờ sau đó được dưỡng hộ trong nước ở

nhiệt độ xác định cho đến thời điểm kiểm tra Cường độ chịu uốn được xác định

theo ASTM C1018

Bảng 1.14 Thành phần cấp phối dùng trong nghiên cứu

Bảng 1.15 Các tính chất của sợi dùng gia cường cho hệ xi măng

Liều lượng dùng Loại sợi Tỉ số đặc trưng Khối lượng thể tích

0.9 0.06

1.5 0.1 0.9 0.06

Hỗn hợp bê tông sử dụng có các tính chất sau : độ sụt 25-50mm (sau khi

thêm sợi vào), hàm lượng cuốn khí 3-8%, cường độ chịu nén nhỏ nhất là

27.8Mpa Hỗn hợp mẫu đối chứng gồm xi măng Portland loại 1, cốt liệu lớn là đá

Composite 67.38 26.95 4.24 1.43

vôi kích thước tối đa 25.4mm, cốt liệu mịn là cát tự nhiên, phụ gia cuốn khí và giảm nước Hỗn hợp gồm có : nước : xi măng : cốt liệu lớn : cốt liệu nhỏ với tỷ lệ như sau : 0.45:1.00:3.16:2.74 Phụ gia cuốn khí và giảm nước được dùng theo liều lượng của nhà sản xuất Sự thay đổi liều lượng tùy theo tính chất của sợi trong nghiên cứu này được thể hiện ở bảng 1.15 Tỉ lệ thành phần bê tông không thay đổi trong suốt quá trình kiểm tra Lượng dùng của mỗi loại sợi được giới hạn trong khoảng độ linh động của hỗn hợp với độ phân tán của sợi đồng nhất khi trộn theo phương pháp truyền thống

Kết quả thể hiện trong bảng 1.16 được dùng để so sánh cường độ chịu uốn của vật liệu gia cường sợi gỗ có nguồn gốc tái chế, sợi nguyên thủy, sợi chưa xử lý và mẫu đối chứng Bảng 1.16 cho thấy ảnh hưởng của loại sợi đến sự phát triển cường độ chịu uốn của vật liệu Mẫu được dưỡng hộ ở 38oC và độ ẩm cao

Bảng 1.16 Cường độ chịu uốn của mẫu (MPa)

0 5 10 15 20

Hình 1.28 Sự phát triển cường độ chịu uốn theo thời gian