Tài liệu Mô hình hóa trường nhiệt độ trong buồng dưỡng hộ ngói vật liệu xi măng cát cốt sợi polyme bằng hàm dạng

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN THỊNH MÔ HÌNH HÓA TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ TRONG BUỒNG DƯỠNG HỘ NGÓI VẬT LIỆU XI MĂNG -CÁT - CỐT SỢI POLYME BẰNG HÀM DẠNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã ngành: 7905218 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS: Đỗ Thế Vinh 2. PGS – TS Phạm Thành Long Thái Nguyên, 2020 1i MỤC LỤC Mục lục ................................................................................................................ ii Danh mục hình ảnh ........................................................................................... iv Danh mục bảng ................................................................................................... vi LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... vii LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ viii Chương 1 TỔNG QUAN ................................................Error! Bookmark not defined. 1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................9 1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ...............................................................................10 1.3 Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................11 1.4 Dự kiến kết quả đạt được ........................................................................................11 1.5 Sơ lược về ngói xi măng cát cốt sợi polyme ...........................................................11 1.5.1 Ngói và một số công nghệ làm ngói: ..................................................................11 1.5.2 Yêu cầu kỹ thuật của ngói dùng làm vật liệu xây dựng: .....................................13 1.5.3. Quy trình công nghệ sản xuất ngói xi măng cát cốt sợi polyme: ........................17 1.5.3 Buồng dưỡng hộ ngói và vận hành buồng dưỡng hộ: .........................................19 CHƯƠNG 2. HÀM DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA TRƯỜNG VÔ HƯỚNG .......................................................................................................................26 2.1 Mở đầu ....................................................................................................................26 2.3 Một số phương pháp nội suy ...................................................................................27 2.3.1 Phương pháp nội suy sử dụng hàm dạng lý thuyết ..............................................27 2.3.2 Phương pháp nội suy sử dụng hàm dạng thực nghiệm ........................................29 2.4 So sánh và lựa chọn hàm dạng phù hợp ..................................................................31 2.4.1 Mô tả thiết bị đo: ..................................................................................................31 2.4.2 So sánh và lựa chọn phương pháp nôi suy với bài toán trường nhiệt độ .............35 2.5 Bài toán thuận nghịch dựa trên mô hình trường .....................................................38 2.5.1 Bài toán thuận ......................................................................................................38 2.5.2 Bài toán nghịch ....................................................................................................38 2.5.3 Phương pháp GRG ...............................................................................................39 2ii 2.5.4 Trình tối ưu solver của Excel ...............................................................................43 Chương 3. XÁC ĐỊNH HÀM DẠNG TỐI ƯU TRONG BÀI TOÁN NỘI SUY NHIỆT ĐỘ VỚI HÀM DẠNG THỰC NGHIỆM ....................................................54 3.1 Đo khảo sát nhiệt độ tại buồng dưỡng hộ ngói .......................................................54 3.1.1 Đo và xử lý dữ liệu ...............................................................................................56 3.2 Bài toán thuận và bài toán nghịch trên mô hình trường nhiệt độ ............................72 3.2.1 Bài toán thuận ......................................................................................................72 3.2.2 Bài toán nghịch ....................................................................................................73 Chương 4. KẾT LUẬN ...............................................................................................77 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................79 3 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.2 Sản xuất ngói bằng dây chuyền cán ép liên tục .............................................13 Hình 1.3. Hình dạng và biên dạng ngói lợp xi măng theo TCVN 1453 : 1986 ............14 Hình 1.4 Mặt cắt ngang sản phẩm ngói ........................................................................16 Hình 1.5Quy trình sản xuất ngói xi măng cát cốt sợi polyme ......................................18 Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ thiết bị ngói xi măng cát cốt sợi polyme ...........................18 Hình 1.7 Biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và cường độ nén của ngói xi măng ...............21 Hình 1.8 Biểu đồ quy trình dững hộ nhiệt ẩm ngói xi măng .......................................21 Hình 2.1 Trọng số ảnh hưởng cường độ của các nguồn riêng biệt tới điểm khảo sát ..27 Hình 2.2 Hệ tọa độ ( r,s,t) cho các hàm định dạng........................................................28 Hình 2.4 Nguyên lý thanh lưỡng kim ...........................................................................32 Hình 2 .6 Nhiệt điện trở NTC .......................................................................................34 Hình 2.7 Mô hình đo buồng dưỡng hộ và đường khảo sát nhiệt độ 9 điểm phía trong 36 Bảng 2.1.Kết quả nội suy theo hai phương pháp và kết quả đo được...........................37 Hình 2.8 Kết quả nội suy theo hai phương pháp và kết quả đo đối chứng ..................37 Hình 2.9 Cài đặt bổ sung gói Solver cho ứng dụng tối ưu ............................................44 Hình 2.10 Giao diện bài toán để nhập số liệu ..............................................................44 Hình 2. 11 Nhập dữ liệu theo địa chỉ đã khởi tạo sẵn ..................................................45 Hình 2.12 khai báo hàm mục tiêu qua các địa chỉ f1 đến f6 .........................................46 Hình 2. 13 Hộp thoại Solver .........................................................................................46 Hình 2. 14 Chỉ định mục tiêu bằng chuột .....................................................................47 Hình 2. 15 Chỉ định các địa chỉ biến khớp bằng con trỏ ...............................................47 Hình 2. 16 Khai báo các loại ràng buộc với biến khớp .................................................48 Hình 2. 17: Khai báo các tùy chọn khác cho bài toán ...................................................48 Hình 2.18 Tùy chọn hiển thị kết quả .............................................................................52 Hình 3.1Sơ đồ cấp hơi buồng dưỡng hộ ngói ...............................................................54 Hình 3.2 Buồng dưỡng hộ gắn cảm biến nhiệt độ khảo sát phía trong và bộ thiết bị đo .... 55 Hình 3.3 Mô hình buồng dưỡng hộ gắn cảm biến nhiệt độ khảo sát phía trong ...........55 Hình 3.4 Tọa độ các điểm gắn cảm biến .......................................................................56 iv4 Hình 3.5 Biểu đồ nhiệt độ buồng dưỡng hộ sau 1/8 thời gian đẳng nhiệt ....................58 Hình 3.6 Biểu đồ nhiệt độ buồng dưỡng hộ sau 1/4 thời gian đẳng nhiệt ...................59 Hình 3.7 Biểu đồ nhiệt độ buồng dưỡng hộ sau 3/8 thời gian đẳng nhiệt ....................60 Hình 3.8 Biểu đồ nhiệt độ buồng dưỡng hộ sau 1/2 thời gian đẳng nhiệt ....................61 Hình 3.9 Biểu đồ nhiệt độ buồng dưỡng hộ sau 5/8 thời gian đẳng nhiệt ....................62 Hình 3.11 Biểu đồ nhiệt độ buồng dưỡng hộ sau 7/8 thời gian đẳng nhiệt ..................64 Hình 3.12 Biểu đồ nhiệt độ buồng dưỡng hộ kết thúc thời gian đẳng nhiệt .................65 Hình 3.13 Biểu đồ nhiệt của buồng dưỡng hộ qua hàm dạng thực nghiệm ..................71 Hình 3.3 Nhiệt độ nội suy và nhiệt độ đo thực tế tại các điểm khảo sát .......................73 Hình 3.4 Tọa độ một số điểm yêu cầu khi chạy trên solver với bài toán (10) ..............75 Hình 3.5 Giá trị giới hạn về nhiệt của miền khảo sát ....................................................75 v5 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Bảng kích thước ngói lợp xi măng cát theo TCVN 1453 : 1986 (đơn vị mm).....14 Bảng 1.2 Các khuyết tật cho phép của ngói lợp xi măng theo TCVN 1453 : 1986......15 Bảng 1.3 Yêu cầu về kích thước của ngói phẳng, ngói sóng ........................................15 Bảng 1.4 Đặc tính chống chịu của ngói phẳng và ngói sóng ........................................16 Bảng 1.5 Tóm tắt quy trình dưỡng hộ nhiệt ẩm ............................................................21 Bảng 2.1.Kết quả nội suy theo hai phương pháp và kết quả đo được ..........................37 Bảng 2. 2: Các thuật ngữ của công cụ Solver trên giao diện chương trình ..................49 Bảng 2.3: Ý nghĩa của tự chọn trong Option của công cụ Solver ................................51 Bảng 3.1: Kết quả khảo sát nhiệt tại thời điểm 1/8 thời gian đẳng nhiệt ......................58 Bảng 3.2: Kết quả khảo sát nhiệt tại thời điểm 1/4 thời gian đẳng nhiệt ......................59 Bảng 3.3: Kết quả khảo sát nhiệt tại thời điểm 3/8 thời gian đẳng nhiệt ......................60 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát nhiệt tại thời điểm 1/2 thời gian đẳng nhiệt ......................61 Bảng 3.5: Kết quả khảo sát nhiệt tại thời điểm 5/8 thời gian đẳng nhiệt ......................62 Bảng 3.6: Kết quả khảo sát nhiệt tại thời điểm 3/4 thời gian đẳng nhiệt ......................63 Bảng 3.7: Kết quả khảo sát nhiệt tại thời điểm 7/8 thời gian đẳng nhiệt ......................64 Bảng 3.8: Kết quả khảo sát nhiệt tại thời điểm cuối thời gian đẳng nhiệt ....................65 Bảng 3.9: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.1(1150,552,0).......................................66 Bảng 3.10: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.2(3450,1575,0)...................................66 Bảng 3.11: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.3(3450,1575,-1900) ...........................66 Bảng 3.12: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.4(1150,552,-1900) .............................67 Bảng 3.13: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.5(2300,1050,-1400) ...........................67 Bảng 3.14: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.6(2300,1050,-614.85) ........................67 Bảng 3.15: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.7(1533.364,1399.439,-1330) .............68 Bảng 3.16: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.8(3066.636,699.9825,-950) ...............68 Bảng 3.17: Kết quả khảo sát đẳng nhiệt tại P9.9(2300,1050,-950) .............................68 Bảng 3.18: Quan hệ giữa điểm khảo sát và hệ số ảnh hưởng ở trạng thái dừng ..........69 Bảng 3.19 Các hàm ảnh hưởng sau khi hồi quy ...........................................................70 Bảng 3.20 Cường độ ngẫu nhiên trong quá trình đẳng nhiệt ........................................70 Bảng 3.21. Cường độ nhiệt tại mỗi nguồn ....................................................................72 vi 6 LỜI CAM ĐOAN Học viên : Nguyễn Văn Thịnh Học viên: Lớp CHCK-K21, Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Nơi ở: Sơn Đông – Lập Thạch – Vĩnh Phúc Tên đề tài luận văn thạc sỹ: “Mô hình hóa trường nhiệt độ trong buồng dưỡng hộ ngói vật liệu xi măng-cát-cốt sợi polyme bằng hàm dạng”. Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã ngành: 7905218 Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn thực hiện đề tài luận văn thạc sỹ: “Mô hình hóa trường nhiệt độ trong buồng dưỡng hộ ngói vật liệu xi măng-cát-cốt sợi polyme bằng hàm dạng”. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo PGS-TS Phạm Thành Long, thầy giáo TS Đỗ Thế Vinh và sự nỗ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành. Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Học viên Nguyễn Văn Thịnh 7 vii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học và làm đề tài thạc sỹ, tôi đã nhận được tiếp thu về kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận của các giảng viên trong trường. Tôi cũng được quan tâm rất lớn của Nhà trường, khoa Cơ khí, các thầy cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên và các bạn cùng lớp. Để có thể hoàn thành luận thạc sỹ văn một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự cố gắng lỗ lực của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sỹ. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy giáo PGS-TS Phạm Thành Long, thầy giáo TS. Đỗ Thế Vinh, hai thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong khoa Cơ khí Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi hoàn thành đề tài luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Nguyễn Hữu Thắng – Giảng viên Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, anh Hoàng Anh Sơn Trưởng phòng Kỹ Thuật - Viện Cơ điện tử CIE (MICIE)- Thuộc Công ty CP Tập đoàn Xây dựng và thiết bị công nghiệp đã không ngừng hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 05 năm 2020 Học viên thực hiện Nguyễn Văn Thịnh viii 8 Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Ngói là vật liệu xây dựng phổ biến từ quá khứ đến hiện tại, nó phù hợp với nhiều kiểu kiến trúc từ bình dân đến các không gian sang trọng và đặc biệt được ưu thích bởi khả năng cách nhiệt tự nhiên. Với các công nghệ truyền thống, ở đó người ta sử dụng đất sét và nung ngói bằng các nguồn nhiệt sinh ra từ nhiên liệu hóa thạch hoặc vật liệu hữu cơ như than củi việc này vừa gây ổ nhiễm khí thải, nước thải và sử dụng tài nguyên. Ngày nay do nhu cầu vật liệu xây dựng gia tăng mạnh mẽ cộng với áp lực bảo vệ môi trường, các loại vật liệu xây dựng như gạch, ngói chuyển sang sử dụng các vật liệu và công nghệ không nung phi kiểu truyền thống. Tại Việt Nam theo phê duyệt của Thủ Tướng Chính Phủ về quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 (số 1469/QĐ-TTg ngày 22/8/2014): ngành vật liệu xây dựng sẽ được ưu tiên phát triển theo hướng ổn định bền vững trên cơ sở sử dụng tài nguyên hiệu quả, ứng dụng các công nghệ hiện đại tiết kiệm nguyên, nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao công suất, chất lượng sản phẩm. Trong quyết định này vật liệu xi măng cát được đặc biệt chú trọng vì nguồn nguyên liệu phong phú đồng thời đáp ứng được tiêu chí sản xuất xanh và sản phẩm phù hợp với đặc điểm khí hậu, tập quán xây dựng của Việt Nam. Đề tài độc lập cấp nhà nước tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo dây chuyền đồng bộ tự động cán ép liên tục ngói xi măng - cát- cốt sợi polyme” mã số tài: ĐTĐLCN.18/17 là một công trình có mục đích tạo ra một dây chuyền sản xuất ngói không nung với vật liệu là xi măng, cát và sợi polyme do Tổ chức Chủ trì: Viện Cơ điện tử CIE (MICIE)- Thuộc Công ty CP Tập đoàn Xây dựng và thiết bị công nghiệp Địa chỉ tổ chức: Tầng 19, Tòa nhà Gelex, số 52 Phố Lê Đại Hành - Quận Hai Bà Trưng -TP Hà Nội Chủ nhiệm Đề tài: KS Hoàng Anh Sơn thực hiện. Nội dung của đề tài này là nghiên cứu thiết kế, chế tạo dây chuyền sản xuất ngói không nung hoàn thiện từ khâu trộn tự động nguyên liệu, cán ép tạo hình, dưỡng hộ và tách lấy ngói. 9 Đề tài luận văn này là một phần của đề tài độc lập cấp nhà nước nói trên và chỉ tập trung nghiên cứu phương pháp xây dựng trường nhiệt độ trong buồng dưỡng hộ ngói qua đó điều khiển nguồn nhiệt cấp vào buồng dưỡng theo chế độ hợp lý , cụ thể là đo sự phân bố của trường nhiệt độ trong buồng dưỡng dựa trên kỹ thuật mô hình hóa bằng hàm dạng. Đây là khâu không chỉ đẩy nhanh quá trình rắn hóa vật liệu sau khi ép để tăng năng suất mà còn quyết định đến độ đồng đều của sản phẩm. Với những quan điểm như trên đề tài có tính cấp thiết không chỉ từ góc độ môi trường mà còn có quan hệ đến năng suất và chất lượng vật liệu xây dựng, yếu tố quyết định của việc được cấp phép đưa vào sản xuất và lưu hành sản phẩm. Nghiên cứu này là cơ sở cho biết việc thiết kế và bố trí sản phẩm trong buồng dưỡng đã đạt yêu cầu hay chưa, nó là cơ sở định lượng để điều chỉnh năng lượng tiêu hao cho nguyên công sấy đạt được hai chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đồng thời. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu đề xuất phương pháp đo và kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác trên cơ sở nội suy gián tiếp. Sử dụng các thiết bị đo có chi phí rẻ, xác định được phổ nhiệt độ trong không gian lớn nhanh và chính xác, thu thập dữ liệu liên tục làm cơ sở cho yêu cầu của buồng dưỡng hộ ngói xi măng. Về lý thuyết, luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp mô hình hóa trường nhiệt độ bằng phương pháp hàm dạng lý thuyết và hàm dạng thực nghiệm. So sánh sự phù hợp của hai phương pháp đó với tình huống thực tế đặt ra để chọn phương pháp phù hợp hơn với bài toán cần giải quyết. Trên cơ sở phương pháp đã chọn, học viên sẽ xây dựng mô hình trường nhiệt trong buồng dưỡng kiểm tra sự phân vùng nhiệt độ và chênh lệch cho phép giữa các vùng này so sánh với Chế độ cấp nhiệt theo thời gian của công đoạn dưỡng hộ ngói. Từ mô hình toán sẽ thiết lập ba bài toán: Điểm có nhiệt độ cao nhất; Điểm có nhiệt độ thấp nhất; Tìm nhiệt độ của điểm cho trước. 10 Về thực tiễn, các bài toán trên được gắn với điều kiện sản xuất ngói cụ thể tại công ty Cổ phần Xây Dựng và Thiết bị Công Nghiệp CIE1- Lô 22+23, khu công nghiệp Quang Minh, Mê Linh, Hà Nội và đưa ra các kết luận về chính mô hình này. 1.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp thống kê, so sánh - Phương pháp hồi quy và nội suy 1.4 Dự kiến kết quả đạt được - Về ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần xây dựng phương pháp xác định nhiệt độ gián tiếp, nội suy phổ nhiệt độ trong một không gian lò dưỡng hộ chính xác. Sự thành công trong lĩnh vực nhiệt độ là cơ sở để nghiên cứu và ứng dụng đối với các đại lượng tồn tại dưới dạng trường khác như độ ẩm, âm thanh, ánh sáng… - Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được sử dụng công nghiệp, luyện kim, và nông nghiệp. 1.5 Tổng quan về ngói xi măng cát cốt sợi polyme và công nghệ làm ngói 1.5.1 Ngói và một số công nghệ làm ngói: Trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay tồn tại 2 công nghê làm ngói như sau:  Ép thủy lực định hình trong khuôn: đươc sử dụng hạn chế và sử dụng trong tạo hình phụ kiện kèm theo ngói - Đặc điểm:  Sử dụng khuôn kín.  Sản phẩm có hình dạng bất kỳ  Vật liệu làm ngói: Bê tông độ sụt thấp, đất sét  Cường độ nén cao 11 Hình 1.1 Sản xuất ngói bằng máy ép thủy lực khuôn định hình Nhược điểm:  Kết cấu khuôn phức tạp, giá thành cao.  Năng suất rất thấp do mất nhiều thời gian phụ cho việc cấp vật liệu vào lòng khuôn và luân chuyển giữa các khâu. Hiện tại năng suất lớn nhất đạt được là 4 viên/ph.  Môi trường bị ô nhiễm do nước xi măng thất thoát ra ngoài trong quá trình ép.  Công nghệ cán ép liên tục được sử dụng phổ biến  Sản phẩm có một mặt là bề mặt trượt liên tục  Vật liệu làm ngói: bê tông ẩm, đất sét  Năng suất rất cao tới 120 viên/ph do áp dụng được tự động hoàn toàn quá trình sản xuất. 12 Hình 1.2 Sản xuất ngói bằng dây chuyền cán ép liên tục Nhược điểm:  Không sử dụng được cho các sản phẩm có hình dạng bất kỳ.  Sử dụng nhiều khuôn. 1.5.2 Yêu cầu kỹ thuật của ngói dùng làm vật liệu xây dựng: Tại Việt Nam các nhà sản xuất ngói lợp trong nước dựa theo 2 tiêu chuẩn phổ biến dưới đây để kiểm tra/ đánh giá chất lương sản phẩm. a. Tiêu chuẩn TCVN 1453 : 1986 về ngói có rãnh  Về Kiểu dáng và kích thước Với các yêu cầu về kích thước được thể hiện trong hình 1.3 và bảng 1.1. Ngoài ra còn một số các yêu cầu sau đây: - Chiều sâu rãnh ngói không nhỏ hơn 5(mm), chiều cao mấu không nhỏ hơn 15(mm). - Ngói phải có lỗ xâu dây thép và đường kính lỗ không nhỏ hơn 2(mm), ở khoảng cách 100(mm) kể từ rìa phía dưới của viên ngói. 13 Hình 1.3. Hình dạng và biên dạng ngói lợp xi măng theo TCVN 1453 : 1986  Yêu cầu về dung sai cho phép đối với ngói có rãnh Bảng 1.1. Bảng kích thước ngói lợp xi măng cát theo TCVN 1453 : 1986 (đơn vị mm) Kích thước đủ Chiều dài a Chiều dài b Chiều dài c Sai Sai Sai Kiểu ngói Kích thước có ích Chiều rộng d Chiều dày h Sai Sai Danh lệch Danh lệch Danh lệch Danh lệch Danh lệch nghĩa cho nghĩa cho nghĩa cho nghĩa cho nghĩa cho phép phép phép phép phép Ngói lợp có 380 ±5 240 ±3 330 rãnh b. Tiêu chuẩn theo khuyết tật hạng ngói 14 ±3 220 ±3 12 ±2 Ngói xi măng cát được phân làm hai hạng: hạng 1 và hạng 2 tùy theo mức sai lệch cho phép về khuyết tật hình dạng bên ngoài (bảng 1.2). Bảng 1.2 Các khuyết tật cho phép của ngói lợp xi măng theo TCVN 1453 : 1986 Mức cho phép Tên khuyết tật Độ vuông bề mặt, tính bằng mm, không lớn hơn... Vết sứt hoặc chỗ vỡ ở một góc hay trên chiều dài của một gờ, tính bằng mm, không lớn hơn... Vết sứt hoặc chỗ vỡ ở mấu, có kích thước không quá ¼ chiều cao mấu, tính theo số vết, không quá... Hạng 1 Hạng 2 2 3 8 12 1 2 - Ngói có thể có màu trên toàn bộ chiều dày hay chỉ trên bề mặt ngói. Chất màu dùng để chế tạo ngói màu phải đảm bảo bền đối với ảnh hưởng môi trường và không gây tác hại cho độ bền của viên ngói. Ngói trong cùng một lô phải có màu sắc đồng đều. Mỗi viên ngói phải có bề mặt nhẵn, mép phẳng và không được nứt. Các vết xước, xi măng thừa dính trên bề mặt và các hạt sạn nổi trong khoang rãnh úp không được phép cản trở việc ghép hoặc tháo dỡ ngói. - Đối với ngói đóng rắn trong điều kiện không khí ẩm thì tải trọng uốn gãy của viên ngói ở trạng thái không khí khô ở tuổi 28 ngày đêm, không nhỏ hơn 450(N). - Khối lượng một mét vuông mái lợp ở trạng thái bão hòa nước, không lớn hơn 50(kg). - Thời gian xuyên nước của ngói xi măng cát không sớm hơn 60 phút. Bảng 1.3 Yêu cầu về kích thước của ngói phẳng, ngói sóng Sai số kích thước Loại ngói Các thông số Dài và Chiều Số viên Chiều dài và Khối lượng trên rộng dày (mm) ngói trên rộng có ích 1(m2) (mm) Ngói phẳng +3 +2 9 15 một viên (kg) (mm) 364x303 4.5 Ngói sóng -1 -1 9 364x303 4.5 Hình 1.4 Mặt cắt ngang sản phẩm ngói  Yêu cầu về đặc tính chống chịu của ngói phẳng và ngói sóng - Các vấn đề như biến dạng, nứt phải được loại bỏ - Sản phẩm ngói phải vượt qua các đặc điểm kỹ thuật sau: Bảng 1.4 Đặc tính chống chịu của ngói phẳng và ngói sóng Tải trọng Độ hút Loại ngói bẻ gãy nước (N) (%) Ngói phẳng Ngói sóng Khả năng xuyên nước Bề mặt ướt không Không Không đáng kể và nhỏ hơn lớn hơn ráo nước ở 10% 1300 bề mặt phía trong 16 Khả năng chống lại băng giá và tan băng Khả năng chống chịu thời tiết Khả năng chống va đập Không có vết Không có sự Bề mặt nứt, phân lớp tác lớp trên bề thay đổi và màu sắc mặt ngoài không không thay cùng. Không đáng kể và đổi đáng kể phồng lên và không bị trên bề mặt hở ở bề mặt tách lớp lớp ngoài phía trong cùng 1.5.3. Quy trình công nghệ sản xuất ngói xi măng cát cốt sợi polyme: a. Vật liệu sản xuất ngói  Cát Cát là vật liệu dạng hạt nguồn gốc tự nhiên bao gồm các hạt đá và khoáng vật nhỏ và mịn. Khi được dùng như là một thuật ngữ trong lĩnh vực địa chất học, kích thước cát hạt cát theo đường kính trung bình nằm trong khoảng từ 0,0625 mm tới 2 mm. Qua nghiên cứu cấp phối thực nghiệm cát dùng để sản xuất ngói là loại cát vàng – cát song ít lẫn tạp chất và có kích cỡ hạt trung bình <2.5 mm. Đặc điểm của hỗn hợp vật liệu sau trộn tạo hình ngói xi măng cát là dạng hỗn hợp ẩm nên để có được đầu vào vật liệu đồng đều cát cũng cần được bảo quản trong nhà xưởng tránh ngậm nước.  Xi măng Xi măng là chất kết dính thủy lực, tồn tại ở dạng bột mịn màu đen xám, là sản phẩm nghiền mịn của Clinker xi măng với những phụ gia khác theo tỷ lệ thích hợp. Khi được trộn với nước và cát, đá, nó sẽ thiết lập và cứng như đá ngay lập tức, bền, chịu đựng các tác động từ bên ngoài rất tốt như: mài mòn, thời tiết, nhiệt, chấn động. Đặc trưng của xi măng khi có không khí xi măng vẫn cứng. Khi cho xi măng tiếp xúc với nước hoặc không gian gian cung cấp đủ độ ẩm, sẽ có phản ứng hóa học xảy ra. Chính vì tính chất đặc trưng này của xi măng quyết định đến chất lượng của sản phẩm nên đòi hỏi việc bảo quản phải trong môi trường được che chắn tốt chánh bị hút ẩm, vón cục.  Sợi polyme Sợi Polyme có độ chịu tải cao và độ co giãn dưới tải thấp, nhờ đó chúng có sức bền đem lại cho vật liệu tổng hợp sức chịu tải cao và bền va đâp. Với đặc tính bền hóa chất, chúng thích hợp dùng để chế tạo sản phẩm composit. Ở sản phẩm này, chúng thể hiện khả năng kết dính với xi măng tốt hơn những polyme hữu cơ. Trong công nghệ sản xuất ngói cán xi măng – cát – cốt sợi Polymer, loại sợi được dùng là Sợi PP được chọn làm cốt sợi Polymer bởi những tính ưu việt vượt trội của nó. Với hàm lượng thành phần thấp nhưng qua thực nghiệm nghiên cứu nó đã cho thấy việc cải tiến cơ tính đáng kể của sản phẩm cùng loại khi không sử dụng sợi gia cường. Ngoài 17 ra chúng còn có tác dụng làm giảm đáng kể khối lượng sản phẩm giúp tiết kiệm nguyên vật liệu sản xuất. Với loại vật liệu này đa phần được sản xuất và đóng gói dạng bao bì nên cũng cần được bảo quản tốt trong kho xưởng. b. Quy trình sản xuất Xi măng Cát Sợi Nước Định lượng Trộn Máy tạo hình liên tục sản phẩm Dưỡng hộ sản phẩm Tách ngói Sơn Đóng gói Phế phẩm Hình 1.5 Quy trình sản xuất ngói xi măng cát cốt sợi polyme Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ thiết bị ngói xi măng cát cốt sợi polyme Các vật liệu thích hợp cho sản xuất ngói được chuẩn bị trong các phễu chứa sau đó được định lượng và cấp vào máy trộn để làm đồng đều các thành phần. 18 Khi hỗn hợp đã đảm bảo yêu cầu sẽ được chuyển đến máy cán ép tạo hình, khuôn lót tạo hình mặt dưới, bộ phận cán ép tạo hình mặt trên ngói tiếp sau đó một hệ thống cắt đồng bộ sẽ cắt chính xác theo kích thước của khuôn lót để hình chiều dài viên ngói Sau khi tạo hình các viên ngói và khuôn được chuyển đến giá đỡ và giá đỡ được vận chuyển đến khu vực dưỡng hộ. Các điều kiện và thời gian cần thiết để đảm bảo bảo dưỡng tốt cho ngói là:  Độ ẩm tương đối trong buồng dưỡng: 95%  Nhiệt độ duy trì : 55 ° C trong (6-8)h Sau khi dưỡng hộ , ngói được tách khỏi khuôn lót bằng thiết bị tách chuyên dùng, ngói được chuyển tiếp đến khu vực sơn, đóng gói còn khuôn lót được vệ sinh để luân hồi quay lại máy tạo hình. 1.5.3 Buồng dưỡng hộ ngói và vận hành buồng dưỡng hộ: a. Quá trình dưỡng hộ ngói xi măng: Dưỡng hộ nhiệt ẩm cho ngói xi măng là phương pháp dưỡng hộ bằng cách cung cấp hơi nước ở nhiệt độ cao dưới áp suất thường cho ngói sau khi ép. Việc dưỡng hộ nhiệt ẩm sẽ giúp cho bê tông luôn duy trì độ ẩm, giảm thiểu việc bay hơi nước từ sản phẩm ngói nhằm đạt chỉ tiêu cường độ cao ở tuổi sớm của ngói xi măng. Việt Nam hiện chưa có quy định hay hướng dẫn liên quan đến quy trình dưỡng hộ nhiệt ẩm. Tuy nhiên, Hiệp hội kỹ sư Nhật Bản (JSCE) [1] và Hội Bê tông Hoa Kỳ (ACI) [2] đã đề cập các thông số cần lưu ý trong quy trình dưỡng hộ nhiệt ẩm bao gồm: Thời gian chờ tĩnh định, tốc độ tăng và giảm nhiệt, nhiệt độ dưỡng hộ tối đa và thời gian duy trì đẳng nhiệt ở nhiệt độ tối đa này. Thời gian chờ tĩnh định (x1) là thời gian tính từ khi cho nước vào xi măng trong quá trình trộn bê tông đến khi bắt đầu cung cấp hơi nước để dưỡng hộ nhiệt ẩm. JSCE kiến nghị tỉ lệ nước/ chất kết dính (N/CKD) càng cao thì thời gian chờ càng lớn, thông thường từ (2h ÷ 3h). ACI chỉ đề cập thời gian chờ không nên nhỏ hơn thời gian bắt đầu đông kết của bê tông. Thực tế, ở Việt Nam áp dụng thời gian chờ từ (1h ÷ 2h) đối với công nghệ ly tâm và (3h ÷ 5h) đối với công nghệ khác. Nhiệt độ dưỡng hộ tối đa (x2) theo JSCE kiến nghị nên nhỏ hơn 65oC trong khi theo 19 ACI có thể đến 82 oC. Theo nghiên cứu của ACI, nếu không tiếp tục bảo dưỡng trong môi trường ẩm, cường độ bê tông ở 28 ngày khi dưỡng hộ nhiệt ẩm ở (70oC ÷ 80oC) có giảm chút ít so với dưỡng hộ ở (48oC ÷ 50oC) và nếu thời gian chờ phù hợp, sự suy giảm cường độ này nằm trong khoảng 5% sau 28 ngày tuổi. Ở Việt Nam thường áp dụng nhiệt độ dưỡng hộ tối đa từ (55oC ÷ 85oC). Đối với thời gian duy trì ở nhiệt độ tối đa (đẳng nhiệt) (x3), JSCE không đề cập cụ thể còn ACI cho rằng thông thường thời gian này kết thúc khi nhiệt độ bên trong cấu kiện đạt đến nhiệt độ tối đa. ACI cũng cho rằng, cường độ bê tông sẽ tăng trong khoảng thời gian đẳng nhiệt từ (4h ÷ 10h) nhưng nếu kéo dài sau (10h ÷ 12h), cường độ sẽ có xu hướng giảm. Ở Việt Nam thường áp dụng thời gian đẳng nhiệt từ (2h ÷ 6h). Tốc độ tăng nhiệt khi dưỡng hộ nhiệt ẩm (x4) theo JSCE kiến nghị cần nhỏ hơn 20oC/h trong khi ACI cho rằng tốc độ tăng nhiệt có thể biến thiên từ (11oC/h ÷ 44oC/h) và nếu thời gian chờ thích hợp sẽ không ảnh hưởng đến cường độ sớm và cường độ lâu dài của bê tông. Ở Việt Nam thường áp dụng tốc độ tăng nhiệt từ (15oC/h ÷ 25oC/h), cá biệt có thể lên đến 30 oC/h. 20