Nghiên cứu chế tạo gạch rỗng cách âm, cách nhiệt từ đất sét và vật liệu phế thải

nhỏ nhất là 0,966 g/cm3. Tuy nhiên cường độ chịu nén lại kém hơn viên gạch thông thường, cường độ cao nhất có thể đạt là 51 daN/cm2. 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 0100t C , nước tự do bay hơi, đất sét bị co - 0 0450 650t C  , nước liên kết bay hơi, tạp chất hữu cơ cháy, đất sét mất tính dẻo, caolinit chuyển thành mêtacaolinit ( 2 3 2.2Al O SiO ) 2 3 2 2 2 3 2 2.2 .2 .2 2Al O SiO H O Al O SiO H O  - 0 0700 900t C  , mêtacaolinit và đá vôi bị phân huỷ thành 2 3Al O và 2SiO 2 3 2 2 3 2.2 2Al O SiO Al O SiO  , 3 2CaCO CaO CO   - 0 0900 1100t C  , các oxít kết hợp lại tạo thành khoáng silimanit ( 2 3 2.2Al O SiO ) và khoáng mulit ( 2 2 23 .2Al O SiO ) 2 3 2 2 3 2.2Al O SiO Al O SiO  , 2 3 2 2 2 2. 3 2Al O SiO Al O SiO  Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 127 - 0 01100 1350t C  , 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. - 0 01350t C , 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 Phƣơng 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. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 128 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 lƣợng cấp phối (kg) Tỉ lệ đất sét (%) Tỉ lệ mùn trấu (%) Tỉ lệ mùn xốp (%) Khối lƣợng nƣớc (%) 1 35 70 4 26 2 35 70 6 24 3 35 70 8 22 e 35 70 2 28 f 35 70 4 26 t 35 70 6 24 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 lƣợng phế thải và khối lƣợng 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} Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 129 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 lƣợng phế thải và độ hút nƣớc pH - Khi % xốp,trấu tăng thì pH tăng, cụ thể là: + Khi trấu tăng từ 0% lên 4% thì pH tăng từ 12.289 lên 15.031 tăng 0.027 %, khi trấu tăng từ 4 % lên 6 % thì pH tăng từ 15.031 lên 15.469 tăng 0.00438 % , khi trấu tăng từ 6 % lên 8 % thì pH tăng từ 15.469 lên 15.985 tăng 0.0052 % {Hình c}. + Khi xốp tăng từ 0% lên 2% thì pH tăng từ 12.289 lên 13.95 tăng 0.017 % , khi xốp tăng từ 2% lên 4% thì pH tăng từ 13.95lên 14.4 tăng0.00052 % , khi xốp tăng từ 4% lên 6% thì pH 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 pH thải xốp với độ hút nước pH 4.3 Mối quan hệ giữa hàm lƣợng phế thải và Cƣờng độ nR - Khi % xốp,trấu tăng thì nR giảm, cụ thể là: + Khi trấu tăng từ 0% lên 4% thì nR giảm từ 51 xuống còn 27.599 giảm 0.234% , khi trấu tăng từ 4% lên 6% thì nR giảm từ 27.599 xuống 26.706 giảm 0.0089% , khi trấu tăng từ 6% lên 8% thì nR giảm từ 26.706 xuống 18.927 giảm 0.078% {Hình e} . + Khi xốp tăng từ 0% lên 2% thì nR giảm 51xuống còn 30.847 giảm 0.0019 % , khi xốp tăng từ 2% lên 4% thì nR giảm từ 30.847 xuống còn 26.233 giảm 0.0046, khi xốp tăng từ 4% lên 6% thì nR giảm từ 26.233 xuống còn 25.317 giảm 0.00092% {Hình f}. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 130 Hình e: BĐ mối quan hệ giữa % phế Hình f: BĐ mối quan hệ giữa % phế thải thải trấu với cường độ nén nR xốp với cường độ nén nR 5. Kết luận Sản phẩm có khối lượng nhỏ so với viên gạch thông thường 31.215 /v g cm  với mẫu 8% trấu thì 31.075 /v g cm  và 6% xốp thì 30.966 /v g cm  . 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 251 /nR daN cm . 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: 15,985%pH  , 6% xốp: 15,031%pH  so với mẫu thường 12,289%pH  nên tránh sử dụng tại các vị trí thường xuyên tiếp xúc với nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Văn Lự. Giáo trình vật liệu xây dựng. Nhà xuất bản giáo dục. [2] TS. Nguyễn Tấn Quý. Công nghệ vật liệu cách nhiệt. Nhà xuất bản xây dựng (2009).