Giáo trình Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 6: Bê tông tổ ong cách nhiệt

ều và được ngăn cách nhau bằng những vách ngăn mỏng, chắc. I. Giới thiệu chung:  Bên trong bê tông tổ ong cách nhiệt bao gồm hai hệ thống cấu trúc rỗng:  Cấu trúc rỗng lớn được tạo nên từ các lỗ rỗng tổ ong nhân tạo nói trên.  Cấu trúc rỗng bé được tạo nên từ các lỗ rỗng gel (lỗ rỗng vi mô) và hệ thống mao quản nằm trong phần vách ngăn giữa các lỗ rỗng lớn. II. Phân loại bê tông tổ ong cách nhiệt:  1. Theo khối lượng thể tích và mục đích sử dụng: bê tông tổ ong được phân thành 3 loại (tương tự bê tông nhẹ cốt liệu rỗng)  Bê tông tổ ong cách nhiệt: được sử dụng với mục đích cách nhiệt, có khối lượng thể tích từ 500 ÷ 800 kg/m3. II. Phân loại bê tông tổ ong cách nhiệt:  Bê tông tổ ong chịu lực – cách nhiệt: được sử dụng với mục đích vừa chịu lực – vừa cách nhiệt, có khối lượng thể tích từ 800 ÷ 1000 kg/m3 và cường độ chịu nén tương ứng nằm trong khoảng 30 ÷ 100 kG/cm2.  Bê tông tổ ong chịu lực: được sử dụng với mục đích chịu lực, có khối lượng thể tích từ 1000 ÷ 1200 kg/m3 và cường độ chịu nén tương ứng nằm trong khoảng 100 ÷ 200 kG/cm2. II. Phân loại bê tông tổ ong cách nhiệt:  2. Theo phương pháp tạo rỗng: bê tông tổ ong cách nhiệt được chia thành hai loại  Bê tông khí: được chế tạo theo phương pháp tạo khí  Bê tông bọt: được chế tạo theo phương pháp tạo bọt II. Phân loại bê tông tổ ong cách nhiệt:  3. Theo chất kết dính và điều kiện rắn chắc: bê tông tổ ong được phân thành các loại như sau  Bê tông tổ ong rắn chắc trong điều kiện dưỡng hộ tự nhiên (áp suất thường, nhiệt độ thường) hay dưỡng hộ nhiệt ẩm (áp suất thường, nhiệt độ cao) loại bê tông tổ ong này thường sử dụng chất kết dính là xi măng portland và các chủng loại của xi măng. Loại bê tông được chế tạo trong trường hợp này có thể gọi là bê tông khí không chưng áp; bê tông bọt không chưng áp. II. Phân loại bê tông tổ ong cách nhiệt:  Bê tông tổ ong rắn chắc trong điều kiện dưỡng hộ chưng áp (áp suất cao, nhiệt độ cao) loại bê tông tổ ong này thường sử dụng chất kết dính hỗn hợp gồm vôi – cấu tử silic hoặc xi măng – [vôi + cấu tử silic với tỷ lệ nhiều hơn xi măng]. Loại bê tông được chế tạo trong trường hợp này có thể gọi là bê tông silicat khí chưng áp [hay bê tông khí chưng áp]; bê tông silicat bọt chưng áp [hay bê tông bọt chưng áp]. III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Nguyên vật liệu để chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt bao gồm chất kết dính, thành phần silic, chất tạo rỗng, nước và một số phụ gia cần thiết khác.  1. Chất kết dính:  2. Thành phần silic [cấu tử silic]:  3. Chất tạo rỗng:  4. Phụ gia khác:  5. Nước:  ... III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  1. Chất kết dính:  Trong chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt ta có thể sử dụng một trong các loại chất kết dính sau:  Xi măng portland và các chủng loại của nó.  Chất kết dính hỗn hợp vôi – cấu tử silic.  Chất kết dính hỗn hợp xi măng – [vôi + cấu tử silic].  Đối với bê tông tổ ong cách nhiệt cứng rắn trong điều kiện dưỡng hộ tự nhiên hay dưỡng hộ nhiệt ẩm thì ta thường dùng chất kết dính là xi măng portland.  Đối với bê tông tổ ong cách nhiệt cứng rắn trong điều kiện chưng áp trong autoclav thì ta thường dùng chất kết dính hỗn hợp vôi – cấu tử silic hay xi măng – [vôi + cấu tử silic] theo tỷ lệ 1:1. III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  2. Thành phần silic [cấu tử silic]:  Thành phần silic thường dùng trong chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt có thể là:  Cát thạch anh nghiền mịn: chủ yếu là nghiền ướt để tăng độ hoạt tính.  Tro bay nhiệt điện.  Xỉ hạt lò cao nghiền mịn...  Lưu ý: lượng dùng, loại và độ mịn của thành phần silic có ảnh hưởng lớn đến cường độ và các tính chất khác của bê tông tổ ong cách nhiệt, nhất là khi dùng chất kết dính hỗn hợp vôi – cấu tử silic. III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  3. Chất tạo rỗng: loại chất tạo rỗng thường dùng trong chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt là chất tạo bọt và chất tạo khí.  a. Chất tạo bọt: là các chất hoạt động bề mặt như chất tạo bọt xà phòng - keo nhựa thông, huyết thủy phân, nhựa saponin..  Bọt kỹ thuật được tạo ra từ các chất tạo bọt kể trên được đặc trưng bởi độ đàn hồi và tính ổn định của bọt [nghĩa là bọt không bị phá vỡ sau một khoảng thời gian nhất định]. III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Độ ổn định của bọt kỹ thuật được xác định thông qua việc đo độ sụt của cột bọt sau một khoảng thời gian nhất định.  Một số yêu cầu đối với chất tạo bọt:  Giữ được độ ổn định của bọt trong hỗn hợp tạo hình hay trong điều kiện sử dụng bột khoáng mịn để khoáng hóa bọt.  Không kéo dài thời gian đông kết của chất kết dính.  Không làm giảm cường độ của loại chất kết dính sử dụng chế tạo sản phẩm.  Không được phân hủy trong vận chuyển, bảo quản và không độc hại... III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  b. Chất tạo khí: loại chất tạo khí có thể đưa vào trong hỗn hợp tạo hình bê tông tổ ong cách nhiệt là peroxit hiđrô (H2O2), bột nhôm (Al)...  Khi sử dụng chất tạo khí là peroxit hiđrô trong hỗn hợp tạo hình thì quá trình phồng nở hỗn hợp diễn ra do sự phân hủy H2O2 ở ngay nhiệt độ thường thải ra khí O2. Phản ứng phân hủy H2O2 thải khí O2 như sau: 2H2O2 = 2H2O + O2↑ III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Lưu ý: quá trình thải khí diễn ra khi sử dụng chất tạo khí là peroxit hiđrô được gọi là quá trình tạo khí mà ở đó chất tạo khí không có tương tác với các thành phần tạo nên vật liệu.  Còn khi sử dụng chất tạo khí là bột nhôm trong hỗn hợp tạo hình thì quá trình phồng nở hỗn hợp diễn ra do sự tương tác giữa chất tạo khí bột nhôm với một trong các thành phần tạo nên vật liệu và cùng lúc thải ra khí H2 làm phồng nở hỗn hợp. III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Phương trình phản ứng thải khí làm phồng nở hỗn hợp vữa lỏng khi sử dụng chất tạo khí là bột nhôm (Al): 2Al + 3Ca(OH)2 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + 3H2↑  Lưu ý: bột nhôm là loại chất tạo khí diễn ra ở nhiệt độ thấp được sử dụng phổ biến hiện nay trong chế tạo bê tông khí cách nhiệt, cứ 1g bột nhôm có thể thải ra khoảng 1250cm3 khí hiđrô và nhiệt độ thích hợp của quá trình thải khí xấp xỉ 50oC. III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Một số yêu cầu đối với các chất tạo khí:  Quá trình thải khí phải diễn ra đồng đều.  Chất khí thải ra không độc hại và không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.  Có khả năng tạo ra một khối lượng khí lớn.  Cho phép kết hợp khoảng nhiệt độ thải khí tối đa với nhiệt độ mềm hóa vật liệu còn đang phồng nở.  Ổn định trong vận chuyển và bảo quản... III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  4. Phụ gia khác:  Phụ gia khoáng – thạch cao:  Thạch cao khi sử dụng trong chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt (đặc biệt là bê tông khí) cần có hàm lượng CaSO4 ≥ 70% và phải được nghiền tới độ mịn có lượng sót sàng 90μm không lớn hơn 15% [hay lượng sót trên sàng 918 lỗ/cm2 đối với thạch cao loại I không lớn hơn 25%, còn đối với loại II không lớn hơn 35%]. Có thể sử dụng một trong hai loại thạch cao sau: III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Thạch cao khan ngậm 0,5 ÷ 1,5 phân tử nước không những có tác dụng kích thích sự tạo khoáng tobermorite mà còn có tác dụng rút ngắn thời gian tháo khuôn. Loại này dùng phù hợp trong những dây chuyền sản xuất không có “hầm sấy” dưỡng hộ nhiệt ẩm (lưu ý: sản phẩm vẫn cứng rắn ở điều kiện chưng áp trong autoclav khi dùng chất kết dính hỗn hợp vôi – cấu tử silic hay xi măng – [vôi + cấu tử silic]). III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Thạch cao tươi hay đá thạch cao ngậm hai phân tử nước chỉ có tác dụng kích thích sự tạo khoáng tobermorite mà không có tác dụng thúc đẩy quá trình tháo khuôn. Loại này dùng phù hợp trong những dây chuyền sản xuất đã có “hầm sấy” dưỡng hộ nhiệt ẩm (lưu ý: sản phẩm vẫn cứng rắn ở điều kiện chưng áp trong autoclav khi dùng chất kết dính hỗn hợp vôi – cấu tử silic hay xi măng – [vôi + cấu tử silic]). III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Phụ gia hóa học – phụ gia rắn nhanh:  Trong chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt khi dùng chất kết dính xi măng portland (không chưng áp trong autoclav) để thúc đẩy quá trình rắn chắc của sản phẩm trong điều kiện dưỡng hộ tự nhiên hay dưỡng hộ nhiệt ẩm ta thường sử dụng thêm phụ gia rắn nhanh.  Một số loại phụ gia rắn nhanh có thể dùng được như: CaCl2.nH2O; Al2(SO4)3; [0,75CaCl2 + 0,25AlCl3] hoặc [0,75CaCl2 + 0,25FeCl3]... III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Còn khi dùng chất kết dính hỗn hợp là bột vôi sống nghiền mịn – cấu tử silic thì hỗn hợp vữa lỏng có thể đạt đến nhiệt độ gần 90oC dẫn đến có thể làm nứt sản phẩm mới thành hình. Do đó để giảm tốc độ tôi của bột vôi sống ta có thể cho thêm vào hỗn hợp vữa lỏng một trong các loại phụ gia sau đây: CaSO4.2H2O (đá thạch cao), thủy tinh lỏng hay bã rượu sunfit... III. Nguyên vật liệu chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  5. Nước:  Nước dùng để chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt phải không gây ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết của chất kết dính và sự tạo khoáng của quá trình phản ứng hóa học.  Loại nước có thể dùng được trong chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt là nước sinh hoạt, còn những loại nước có chứa ván dầu, mỡ, nước có chứa tạp chất hữu cơ vượt quá 15mg/l, nước có độ PH nhỏ hơn 4 và lớn hơn 12,5... Là những loại nước không nên dùng. IV. Một số tính chất kỹ thuật cơ bản của bê tông tổ ong cách nhiệt:  Độ dẫn nhiệt, khối lượng thể tích và cường độ chịu nén là ba chỉ tiêu quan trọng hàng đầu của bê tông tổ ong cách nhiệt.  Đối với bê tông tổ ong cách nhiệt, mác bê tông được xác định theo khối lượng thể tích, có giá trị nằm trong khoảng 500 ÷ 800 kg/m3, tương ứng có độ dẫn nhiệt từ 0,126 ÷ 0,186 w/m.oC. IV. Một số tính chất kỹ thuật cơ bản của bê tông tổ ong cách nhiệt:  Đối với bê tông tổ ong chịu lực và chịu lực – cách nhiệt, mác bê tông được xác định theo cường độ chịu nén có giá trị nằm trong khoảng 30 ÷ 200 kG/cm2 và khối lượng thể tích là 800 ÷ 1200kg/m3 tương ứng có độ dẫn nhiệt từ 0,186 ÷ 0,465 w/m.oC. IV. Một số tính chất kỹ thuật cơ bản của bê tông tổ ong cách nhiệt:  Ngoài ba chỉ tiêu trên, trong thực tế sử dụng bê tông tổ ong cách nhiệt ta cũng cần phải lưu ý đến một số chỉ tiêu khác nữa đó là độ co ngót, độ ẩm...  So với bê tông xi măng thông thường thì bê tông tổ ong cách nhiệt có giá trị độ co ngót khá lớn.  Đối với bê tông xi măng thông thường: giá trị độ co ngót khoảng 0,2 ÷ 0,35 mm/m. IV. Một số tính chất kỹ thuật cơ bản của bê tông tổ ong cách nhiệt:  Đối với bê tông tổ ong cách nhiệt chưng áp trong autoclav: giá trị độ co ngót khoảng 0,4 ÷ 0,6 mm/m.  Đối với bê tông tổ ong cách nhiệt không chưng áp trong autoclav: giá trị độ co ngót khoảng 1,5 ÷ 2,5 mm/m.  Trong thực tế sử dụng, ở môi trường không khí bê tông tổ ong cách nhiệt có độ ẩm khá cao và khi bị làm ẩm thường rất khó sấy khô – nhất là đối với loại có khối lượng thể tích nhỏ, chính điều này dẫn đến làm tăng khối lượng thể tích, giảm cường độ và kéo theo các tính chất nhiệt kỹ thuật cũng giảm theo. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  1. Công nghệ chế tạo bê tông khí cách nhiệt:  a. Cơ sở hóa lý của phương pháp tạo ra cấu trúc rỗng cho bê tông khí:  Phương pháp thường sử dụng để tạo rỗng cho bê tông khí được gọi là phương pháp tạo khí.  Cơ sở hóa lý của phương pháp tạo khí: theo phương pháp này, chất khí sinh ra trong khối tích vật liệu ở trạng thái nhớt dẻo có tác dụng phồng nở tạo ra cấu trúc rỗng. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  1. Công nghệ chế tạo bê tông khí cách nhiệt:  a. Cơ sở hóa lý của phương pháp tạo ra cấu trúc rỗng cho bê tông khí:  => Trong quá trình phồng nở, cấu trúc rỗng tổ ong được hình thành lúc này độ rỗng toàn phần của vật liệu phụ thuộc vào:  Khối lượng pha khí được tạo ra.  Khả năng giữ khí trong khối tích của vật liệu. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  1. Công nghệ chế tạo bê tông khí cách nhiệt:  b. Công nghệ chế tạo bê tông khí cách nhiệt: sử dụng chất tạo khí là bột nhôm (Al)  Bước 1: chuẩn bị phối liệu nghiền mịn  Xi măng và chất tạo khí bột nhôm (Al) có độ mịn lớn do đó không cần qua khâu nghiền.  Vôi cục và thành phần silic cần phải nghiền đến độ mịn cần thiết.  Phụ gia thạch cao (thạch cao khan hay đá thạch cao) cũng cần phải nghiền đến độ mịn cần thiết. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Bước 2: chuẩn bị hỗn hợp tạo hình  Định lượng các thành phần trong phối liệu gồm có xi măng, vôi – cấu tử silic, bột nhôm, phụ gia thạch cao, phụ gia hoạt động bề mặt [thủy tinh lỏng – nếu cần], phụ gia rắn nhanh [CaCl2.nH2O – nếu cần], nước [gia nhiệt lên 60oC – nếu cần].  Sau đó nhào trộn chung trong máy trộn vữa cho đến khi tạo ra được hỗn hợp vữa lỏng có độ đồng nhất cao với các tính chất kỹ thuật cần thiết.  Còn việc tạo rỗng cho hỗn hợp vữa lỏng được tiến hành trong giai đoạn thành hình sản phẩm. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Bước 3: thành hình sản phẩm  Hỗn hợp trên được rót vào khuôn và tại đây sẽ diễn ra quá trình phồng nở cho đến khi hết chất tạo khí bột nhôm [nghĩa là không còn chất khí thoát ra nữa, hỗn hợp hết phồng nở] và tiếp theo hỗn hợp vữa sau khi phồng nở bắt đầu rắn chắc => bộ khung chịu lực của sản phẩm dần hình thành, tạo ra sản phẩm bê tông khí cách nhiệt.  Phương trình phản ứng thải khí làm phồng nở hỗn hợp vữa lỏng khi sử dụng chất tạo khí là bột nhôm (Al):  2Al + 3Ca(OH)2 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + 3H2↑ V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  2. Công nghệ chế tạo bê tông bọt cách nhiệt:  a. Cơ sở hóa lý của phương pháp tạo ra cấu trúc rỗng cho bê tông bọt:  Phương pháp thường sử dụng để tạo rỗng cho bê tông bọt được gọi là phương pháp tạo bọt.  Cơ sở hóa lý của phương pháp tạo bọt: theo phương pháp này, hỗn hợp vữa lỏng được tạo rỗng bằng cách trộn lẫn với bọt kỹ thuật đã được chuẩn bị trước từ các chất tạo bọt [chất tạo bọt xà phòng – keo nhựa thông, huyết thủy phân, nhựa saponin] tạo ra hỗn hợp xốp có độ rỗng xác định. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Lưu ý: bọt kỹ thuật được đặc trưng bởi độ đàn hồi và tính ổn định của bọt, nghĩa là bọt không bị vỡ sau một khoảng thời gian nhất định.  => Như vậy, bọt kỹ thuật được chế tạo từ các chất tạo bọt nói trên phải đáp ứng được các yêu cầu dưới đây:  Độ sụt của cột bọt sau 1 giờ không quá 10mm.  Năng suất bọt tạo ra (của 1kg chất tạo bọt) không ít hơn 15lít/1kg chất tạo bọt.  Hệ số sử dụng bọt không nhỏ hơn 0,8. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  2. Công nghệ chế tạo bê tông bọt cách nhiệt:  b. Công nghệ chế tạo bê tông bọt cách nhiệt:  Bước 1: chuẩn bị phối liệu nghiền mịn  Xi măng có độ mịn lớn do đó không cần qua khâu nghiền.  Vôi cục và thành phần silic cần phải nghiền đến độ mịn cần thiết.  Phụ gia thạch cao (thạch cao khan hay đá thạch cao) cũng cần phải nghiền đến độ mịn cần thiết [nếu có]. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  Bước 2: chuẩn bị hỗn hợp tạo hình  Định lượng và chế tạo bọt kỹ thuật có độ ổn định cao từ dung dịch chất tạo bọt (trong máy đánh bọt).  Định lượng các thành phần trong phối liệu gồm có xi măng, vôi – cấu tử silic, phụ gia thạch cao, phụ gia hoạt động bề mặt [thủy tinh lỏng – nếu cần], phụ gia rắn nhanh [CaCl2.nH2O – nếu cần], nước.  Sau đó nhào trộn chung trong máy trộn vữa cho đến khi tạo ra được hỗn hợp vữa lỏng có độ đồng nhất cao với các tính chất kỹ thuật cần thiết. V. Công nghệ chế tạo bê tông tổ ong cách nhiệt:  => Cho bọt đã chuẩn bị sẵn trong máy đánh bọt vào thùng máy trộn vữa [đang chứa hỗn hợp vữa lỏng có độ đồng nhất cao với các tính chất kỹ thuật cần thiết] rồi trộn đều tạo ra hỗn hợp xốp có độ rỗng xác định.  Bước 3: thành hình sản phẩm  Hỗn hợp xốp có độ rỗng xác định được rót vào khuôn tạo thành sản phẩm bê tông bọt cách nhiệt và tại đây sẽ không diễn ra sự thay đổi nào nữa của hỗn hợp thành hình. CÂU HỎI LT CHƯƠNG 6: