Tài liệu Nghiên cứu sản xuất tấm vật liệu nhẹ chống cháy

BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI CẤP BỘ: Tên đề tài: “Nghiên cứu sản xuất tấm vật liệu nhẹ chống cháy” Chủ nhiệm đề tài: Ths. Nguyễn Tuấn Anh Hà Nội - 2011 1 BỘ CÔNG THƢƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN NC SÀNH SỨ THỦY TINH CN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ Đề tài: “Nghiên cứu sản xuất tấm vật liệu nhẹ chống cháy”” Chủ nhiệm đề tài: Ths. Nguyễn Tuấn Anh Cán bộ phối hợp: KS. Nguyễn Thu Dịu Cộng tác viên: Ths. Phạm Gia Huân Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp Đơn vị phối hợp: - Công ty Cổ phần Bê tông khí Viglacera - Trung tâm Polyme - Đại học Bách Khoa Hà Nội Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài 2 MỤC LỤC Mục lục 1 Các cụm từ viết tắt 3 Phần I - TỔNG QUAN 4 I.1. Yêu cầu chống cháy trong công trình xây dựng 4 I.2. Các khái niệm và tiêu chuẩn về vật liệu chống cháy 5 I.3. Giới thiệu các sản phẩm vật liệu chống cháy 7 I.4. Đặt vấn đề nghiên cứu 9 I.5. Nội dung đăng ký nghiên cứu 10 Phần II - CƠ SỞ KHOA HỌC 11 II.1 . Các lý thuyết vận dụng và kế thừa 11 II.1.1. Hệ liên kết xi măng Pooc lăng 11 II.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng chịu lựa chống cháy của vật liệu hệ xi măng Pooc lăng. 16 II.1.3. Dây chuyền sản xuất tấm xi măng theo công nghệ chƣng áp hiện có trên thế giới. 17 II.1.4. Các nguyên liệu trong sản xuất vật liệu nhẹ chống cháy 19 II.2. Phƣơng Pháp Nghiên Cứu 28 II.2.1. Xác định mẫu đối chứng 28 II.2.2. Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu 28 II.2.2. Xác định phƣơng pháp thử nghiệm các chỉ tiêu đã đăng ký 29 Phần II – THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU và KẾT QUẢ 31 III.1. Nghiên cứu khảo sát và lựa chọn nguyên liệu 31 III.2. Nghiên cứu cấp phối tấm vật liệu hệ liên kết xi măng 37 3 III.2.1. Đặt vấn đề nghiên cứu 37 III.2.2. Nghiên cứu đơn cấp phối cơ sở 38 III.3. Nghiên cứu nâng cao khả năng chống cháy của tấm vật liệu 41 III.4. Nghiên cứu cấp phối sử dụng cốt liệu nhẹ 44 III.5. Xác lập quy trình kỹ thuật cho chế thử sản phẩm 46 III.5.1. Lựa chọn phƣơng án tạo hình 48 III.5.2. Phƣơng án sản phẩm 49 III.5.3. Xây dựng quy trình và thuyết minh 50 III.5.4. Quy trình và thông số chế thử tại nhà máy 51 III.6.. Kiểm định chất lƣợng sản phẩm 54 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 59 Phụ lục 1: Hiển vi điện tử quét quan sát phân bố hạt sợi của mẫu sản phẩm Phụ lục 2: Mô hình dây chuyền sản xuất của hãng Taisyou – Đài loan Phụ lục 3: Tham khảo một số đặc tính sợi dùng trong sản xuất tấm xi măng Phụ lục 4: Tham khảo thông số kỹ thuật sản phẩm tấm UCO - Malaysia Phụ lục 5: Kết quả thử nghiệm tính chất cơ lý của mẫu sản phẩm đề tài Phụ lục 6: Kết quả thử nghiệm tính không cháy và chống cháy của mẫu sản phẩm đề tài Phụ lục 7: Kết quả phân tích thành phần hạt của các nguyên liệu sử dụng sản xuất thử nghiệm sản phẩm mẫu đề tài. Phụ lục 8: Kết quả phân tích nhiễu xạ XRD, xác định các khoáng trong vật liệu sau chƣng áp và sau thử nghiệm nung với sản phẩm mẫu của đề tài. 4 Các cụm từ viết tắt KCXD: Kết cấu xây dựng OPC: orginal porland cement XMPL: xi măng pooclang PCB: xi măng pooclang hỗn hợp AAC: autoclaved areate concrete - bê tông khí chƣng áp VLCC: vật liệu chống cháy VLCL: vật liệu chịu lửa TVLCC: tấm vật liệu chống cháy C: CaO A: Al2O3 S: SiO2 F: Fe2O3 5 PHẦN I: TỔNG QUAN I.1. Yêu cầu chống cháy trong các công trình xây dựng Trong những năm gần đây, yêu cầu về cách nhiệt, cách âm, chống cháy đã trở nên bức thiết. Sự cách nhiệt, cách âm đã tạo thành một nhân tố quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại vì nó giúp tạo nên một môi trƣờng nhiệt độ ổn định, một điệu kiện sống tiện nghi, an toàn cho con ngƣời. Các sản phẩm chống cháy, vật liệu xây dựng bao che kết cấu thép cho tòa nhà cao tầng và các vật liệu cách âm chống cháy dùng trong trang trí nội thất đang là vấn đề đặt ra với những nhà sản xuất vật liệu xây dựng Việt Nam. Bộ Xây Dựng hiện nay rất khuyến khích việc sản xuất sản phẩm vật liệu chống cháy mới tận dụng nguồn nguyên liệu trong nƣớc và đảm bảo yêu cầu an toàn và thân thiện với môi trƣờng. Thị trƣờng hiện nay có nhiều loại tấm vật liệu nhẹ, dễ ứng dụng và thƣờng dùng một cách đơn giản để cách nhiệt cho mái, vách nhà. Có nhiều vật liệu cách nhiệt, cách âm chuyên dụng trong các công trình nhà dân dụng, cao ốc, nhà xƣởng công nghiệp, hay công trình công cộng... Tuy nhiên, với các công trình cao cấp, vật liệu cách nhiệt, cách âm phải là loại chống cháy mới đảm bảo an toàn cao trong sử dụng. Tính chống cháy của sản phẩm đƣợc hiểu theo nghĩa là sản phẩm sẽ không bắt lửa ngọn và chậm co lại theo những khoảng thời gian nhất định khi bị cháy. Cho nên, các sản phẩm chống cháy thƣờng đƣợc xác định là chống cháy 1 tiếng, 2 tiếng...; ví dụ vật liệu gắn trong vách, cửa ở lối đi, khi có sự cố thì trong khoảng thời gian đó con ngƣời có thể thoát thân. Ở Nhật, đối với trƣờng hợp vật liệu xây dựng dân dụng, trang trí ở trần và tƣờng của các tòa nhà có tính công cộng đƣợc nhiều ngƣời sử dụng, dựa theo luật xây dựng về chống cháy có quy định rõ: phải sử dụng các chất không cháy trong các vật liệu trang trí nội thất. Với lý do đó, vật liệu gỗ tuy dễ gia công nhƣng lại dễ cháy nên rất khó sử dụng; còn với vật liệu thạch cao thì độ cứng thấp, khả năng chịu va đập kém nên dễ sinh khuyết tật với các thiết kế tinh tế, sắc nét. Vật liệu bao phủ chống cháy cột thép của các công trình dầu khí, các kho xăng dầu, chất đốt, vật liệu dễ cháy. Có nhầm lẫn rằng sắt-thép là vật liệu không cháy, nên vẫn giữ đƣợc cƣờng độ ở nhiệt độ cao khi có hỏa hoạn. Nhƣng thực tế, ở khoảng nhiệt độ 550℃, cƣờng độ của sắt-thép sẽ bi giảm đột ngột, dẫn đến nguy cơ công trình kết cấu thép thể bị sập đổ hoàn toàn ngay trong thời gian cần để dập tắt hỏa hoạn. Với lý do đó, thực hiện bao phủ-chống cháy cho các kết cấu thép là 1 việc làm mang tính cần thiết và cấp bách.Ví dụ, ở vụ hỏa hoạn tại tòa nhà Windsor, (Madrid– Tây Ban Nha, 2/2005), do không đƣợc bao phủ chống cháy triệt để nên ngọn lửa đã làm toà nhà sụp đổ. 6 I.2. Khái niệm và tiêu chuẩn về vật liệu chống cháy trong xây dựng I.2.1. Các khái niệm - Tính chịu lửa của cấu kiện xây dựng (CKXD) là sự bảo tồn khả năng chịu lực, ngăn cách và khả năng chống lại sự lan truyền ngọn lửa trên bề mặt.[15] - Dấu hiệu mất khả năng chịu lực: sập đổ hoặc biến dạng quá mức cho phép khiến cấu kiện không thể tiếp tục làm việc.[15] - Dấu hiệu mất khả năng ngăn cách: có tạo khe hở, vết nứt ở cấu kiện mà qua đó sản phẩm cháy hoặc ngọn lửa có thể lọt qua. [17] - Dấu hiệu mất khả năng cách nhiệt: nhiệt độ trên bề mặt không bị trực tiếp nung nóng đạt các giá trị: 140 oC (nhiệt độ trung bình của các điểm đo trên bề mặt),  180 oC ở một điểm bất kỳ so với nhiệt độ ban đầu hoặc  220 oC mà không phụ thuộc nhiệt độ ban đầu của cấu kiện. [17] Giới hạn chịu lửa của CKXD : là khoảng thời gian từ khi bắt đầu thử lửa theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn cho đến khi xuất hiện một trong các trạng thái giới hạn (đặc trƣng cho mất khả năng chịu lực, mất khả năng ngăn cách và mất khả năng cách nhiệt của cấu kiện).[15] Tính chịu lửa của nhà, công trình: là mức độ chống lại sự phá huỷ trong điều kiện cháy. Căn cứ vào tính chịu lửa, nhà, công trình đƣợc phân thành 5 bậc chịu lửa, ký hiệu I, II, III, IV, V, theo mức giảm dần về mức độ chống lại sự phá huỷ trong điều kiện cháy. Bậc chịu lửa là mức độ chịu lửa của nhà, công trình đƣợc xác định bởi giới hạn chịu lửa và nhóm cháy của các kết cấu xây dựng chính.[16] I.2.2. Các tiêu chuẩn kiểm nghiệm tính chống cháy của CKXD: - Tiêu chuẩn Anh, BS 476 - Tiêu chuẩn Đức, DIN 4102 - Tiêu chuẩn Úc, AS 1530 - Tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế, ISO - TCXDVN 386-2007, 334-2005, 342 ÷ 348-2005; TCXD 331:2004 Căn cứ theo tiêu chuẩn TCXD 331:2004, để xác định vật liệu xây dựng thuộc nhóm cháy hay không cháy cần dựa vào các tiêu chí đánh giá sau: - Sự tăng nhiệt độ lò trong quá trình thử; - Sự mất khối lƣợng của mẫu sau khi thử; - Thời gian mẫu cháy thành ngọn lửa liên tục trong quá trình thử. Vật liệu xây dựng thuộc nhóm không cháy phải thỏa mãn các giá trị sau: - Nhiệt độ lò tăng  500C - Khối lƣợng mẫu giảm  50% 7 - Thời gian mẫu cháy thành ngọn lửa liên tục  10 giây. Căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 348:2005 (ISO834-8), Tính cách nhiệt: là khoảng thời gian mà mẫu thử liên tục duy trì chức năng ngăn cách trong quá trình thử nghiệm mà không làm tăng nhiệt độ ở bề mặt không tiếp xúc với lửa, cụ thể là : - Làm tăng nhiệt độ trung bình lên hơn 140º C so với nhiệt độ trung bình ban đầu; - Làm tăng lên hơn 180º C so với nhiệt độ ban đầu tại bất cứ vị trí nào, kể cả nhiệt kế lƣu động (nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ trung bình của mặt không tiếp xúc với lửa vào thời điểm bắt đầu thực hiện phép thử). I.2.3. Các biện pháp làm tăng giới hạn chịu lửa cho CKXD Đối với cấu kiện bê tông - Sử dụng cốt liệu có khả năng chịu nhiệt cao hơn - Sử dụng cốt thép có khả năng chịu nhiệt cao hơn - Sử dụng phụ gia chịu lửa cho bê tông - Giảm bề mặt chịu tác động trực tiếp của nhiệt độ, nhất là đối với cấu kiện chịu uốn. - Ốp bên ngoài bằng vật liệu chống cháy (đặc biệt quan trọng đối với kết cấu của công trình ngầm hoặc kết cấu làm việc trong điều kiện độ ẩm cao). - Thay đổi biện pháp gá lắp. - Dùng sơn chống cháy Đối với cột thép: - Biện pháp truyền thống là xây ốp gạch bên ngoài. - Tạo một lớp vữa xi măng cát có cốt là lƣới thép bao bọc bên ngoài. - Tạo một lớp vữa chống cháy bảo vệ bên ngoài. - Sơn chống cháy. - Ốp bằng các tấm vật liệu không cháy có hệ số truyền nhiệt thấp. Đối với kết cấu kim loại chịu lực của mái hoặc sàn ngăn: tạo trần treo bằng vật liệu không cháy. Đối với vật liệu gỗ: Ngâm tẩm vật liệu và cấu kiện gỗ trong dung dịch chống cháy; Tạo lớp bảo vệ trên bề mặt bằng sơn hoặc vật liệu chống cháy Đối với vật liệu nhựa tổng hợp: Dùng phụ gia chống cháy trộn cùng. 8 I.3 . Một số loại sản phẩm vật liệu chống cháy Tấm sợi gốm chịu lửa (Refractory ceramic fiber board): Tấm phẳng cứng chắc, thƣờng chứa chất kết dính vô cơ hoặc hữu cơ, sản xuất bằng phƣơng pháp ƣớt. Tấm thạch cao chống cháy: phần lõi bao gồm hỗn hợp 100% thạch cao tự nhiên, phụ gia, bên ngoài là lớp giấy. Sản phẩm này dùng trong hệ thống vách ngăn, các hệ hoàn thiện bề mặt tƣờng và các hệ thống trần để tăng cƣờng khả năng chống cháy. Đƣợc làm từ thạch cao thiên nhiên, tấm chống cháy thạch cao đƣợc sản xuất nhằm thỏa mãn các tiêu chuẩn quốc tế. Đặc tính chống cháy lên tới 120 phút (tùy theo kết cấu công trình, độ dày của tấm vật liệu). + Vật liệu chống cháy cấp 1 về chỉ số lan cháy bề mặt (theo BS 476 phần 7). Không làm phát sinh chất nguy hại tổn hại đối với sức khỏe. Chống cháy đến 90 phút (theo BS 476 phần 22) + Hệ số cách nhiệt (R) từ 0.06-0.1 m2.oK/W (tùy theo độ dày) + Cƣờng độ kháng uốn của tấm ≤ 2 Mpa. Vữa Mandolite: là vật liệu vữa chịu lửa dạng mịn vô cơ, đƣợc sử dụng trong các môi trƣờng thời tiết khắc nghiệt có tính ăn mòn cao nhƣ: ngoài khơi, các công trình dầu khí, các cấu kiện thép cần chống cháy. Tính năng chống cháy, bảo vệ các cấu kiện thép ở các môi trƣờng biển, khi khô cứng sẽ trở thành nhƣ đá nguyên khối. Tỉ trọng trung bình: 550kg/m3. Độ bao phủ: 76m2/tấn ở độ dày 24mm. Tấm vật liệu nhẹ gốc Polyurethane: là loại tấm vật liệu đƣợc chế tạo và có nhiều ứng dụng trên thế giới với nhiều tính năng ƣu việt. Hiện nay, vật liệu này đƣợc sử dụng trong các công trình xây dựng cao cấp với ƣu thế vƣợt trội về trọng lƣợng siêu nhẹ (không quá 200 kg/m3) và khả năng tạo hình đa dạng. Sản phẩm đƣợc tạo ra từ việc phối trộn các dung dịch Polyol và Isocyanate cùng một số phụ gia chống cháy gốc phốt phát. Khi các nguyên liệu đƣợc trộn vào nhau thành một dung dịch và bơm vào khuôn định hình, các thành phần trong dung dịch sẽ nhanh chóng phản ứng với nhau sinh bọt và nở thể tích choán đầy khuôn, đóng cứng sau một vài phút. Tùy theo lƣợng nguyên liệu cho vào và thể tích khuôn mà sản phẩm tạo ra có khối lƣợng thể tích và cƣờng độ cơ học vật liệu khác nhau. Khối lƣợng thể tích nhẹ nhất có thế không quá 50 kg/m3. Cƣờng độ kháng uốn của tấm có khối lƣợng thể tích 200 kg/m3 có thể đạt đến 5 Mpa. Vật liệu calcium silicate cấu trúc Xonotlite: một công ty hàng đầu của nhật về vật liệu cách nhiệt chống cháy Japan Insulation Corporation (JIC) đã cho ra đời nhiều vật liệu trang trí nội thất cấu trúc khoáng Xonotlite, có màu trắng và có kết cấu hạt mịn và tính gia công cao. Tên gọi sản phẩm từ hệ vật liệu này là tấm new Taikalite , đƣợc sản xuất dƣới nhiều hình dạng khác nhau theo công nghệ chƣng áp.Chất lƣợng sản phẩm ổn định cao, đảm bảo tính năng chống cháy hơn hẳn 9 hình thức thi công dạng phun tại công trƣờng của các vật liệu khác. “New Taikalite” còn đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ vật liệu hoàn thiện dạng tấm đúc, qua đó rút ngắn đƣợc thời gian thi công. Tấm vật liệu Canxi Silicate chịu lửa chống cháy: Đây là loại tấm vật hệ canxi silicat kết hợp với sợi gia cƣờng là sợi gốm thủy tinh. Tấm vật liệu có thể làm việc lâu dài ở điều kiện đến 900 oC với độ co ngót không quá 1%. Đây là loại tấm vật liệu có tính năng chịu lửa, cách âm, cách nhiệt rất tốt.Với kích thƣớc khác nhau, tấm có thể đƣợc sử dụng làm vách ngăn, trần không chịu lực chống cháy. Do tính cách nhiệt và bền nhiệt lâu dài, tầm còn đƣợc sử dụng nhiều để xây phần bảo ôn cho các lò nung gốm, nấu ủ kim loại. Tuy nhiên cƣờng độ chịu lực kháng uốn của tấm tƣơng đối thấp và tính chịu nƣớc kém. Các tâm vật liệu canxi silicat với cốt sợi hiện có trên thị trƣờng đạt cƣờng độ kháng uốn không quá 2 Mpa. Tấm vật liệu xi măng sợi cellulose: Tấm Elephant Brand Smartboard Thái Lan, là tấm sợi xi măng đƣợc làm từ ximăng pooclăng, sợi xenluloca, và Silic đioxyt đặc biệt, không chứa chất amiăng là một phát minh mới của Elephant Brand. Tấm có ƣu điểm nhẹ, kháng nƣớc, cách âm, cách nhiệt, chống cháy và đặc biệt là cƣờng độ cơ học cao. Sản phẩm này còn sử dụng làm vách ngăn khá tiện lợi, cho phép dùng đinh treo móc, sơn phủ trang trí tƣơng đƣơng với tƣờng gạch truyền thống. Mối ghép giữa các tấm có ron cao su để vật liệu không co dãn theo thời tiết. Để đạt hiệu quả cách âm cách nhiệt và chống cháy cao nhất, vách ngăn sử dụng tấm Smartboard thƣờng có cấu tạo 2 lớp với khung cứng ở giữa. So sánh về trọng lƣợng theo diện tích tƣờng xây dựng: trên cùng diện tích tƣờng ngăn là 1220 x 2440 mm, 2 tấm Elephant smartboard dày 6 mm (26,6 kg/tấm) với cấu tạo 2 lớp, độ dày cả khung cứng ở giữa là 80 mm, có khối lƣợng vào khoảng 60 kg, nhẹ hơn so với trọng lƣợng 90 kg khi xây bằng gạch bê tông khí chƣng áp siêu nhẹ (400 kg/m3) cùng kích thƣớc. + + + + + Tấm có các đặc tính ƣu việt nhƣ sau: Chống thấm, ẩm, mối mọt, cong vênh, co ngót, giãn nở (theo JIS A5420) Không cháy (theo BS 476 ), thời gian chống cháy từ 1 -2 giờ. Chịu đƣợc tác động mạnh, có thể uốn cong (ASTM C1185) Tiết kiệm chi phí xây dựng so với hệ thống bê tông hay gạch trát vữa Lắp đặt nhanh chóng và có thể giảm chi phí nhân công. 10 I.4. Đặt vấn đề nghiên cứu I.4.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Trong những năm gần đây, ngoài những vật liệu nhẹ truyền thống nhƣ ván gỗ, ván ép, tấm thạch cao cốt sợi bông thủy tinh, tấm hệ canxi silicate với cốt liệu sợi- dăm gỗ...tấm xi măng sợi amiăng, thế giới đang quan tâm đến một loại tấm vật liệu hệ liên kết xi măng Pooc lăng với các loại cốt liệu sợi không amiăng, nhằm khắc phục đƣợc nhiều nhƣợc điểm của các tấm vật liệu trƣớc đó. Ƣu điểm của loại vật liệu này là nguồn nguyên liệu xi măng khá dồi dào, giá thành rẻ, đƣợc chế biến và sản xuất theo quy trình công nghệ đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững và thân thiện môi trƣờng. Vật liệu này lại cho phép đạt đƣợc tính tiện nghi khi sử dụng nhƣ: tuổi thọ vật liệu cao; cƣờng độ cơ học cao đáp ứng các yêu cầu sử dụng nhƣ treo móc, trang trí bề mặt; dễ thi công lắp đặt, phƣơng án xây dựng với vật liệu này giúp phát huy tối đa các đặc tính cách âm, cách nhiệt cho công trình. Đặc biệt, vật liệu này đáp ứng đƣợc yêu cầu về tính chống cháy và tính nhẹ trong các kết cấu công trình xây dựng. Vật liệu chống cháy hệ liên kết xi măng Pooc lăng đã đƣợc nghiên cứu và triển khai sản xuất ở nhiều nƣớc bao gồm Châu Âu, Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia... Nguyên liệu chính để sản xuất vật liệu này bao gồm xi măng Pooc lăng, cát nghiền, cốt sợi cellulose và một số phụ gia khác để nâng cao chất lƣợng vật liệu, tùy theo yêu cầu sử dụng. Để phát huy tính cách âm, cách nhiệt, chịu lửa chống cháy, các nhà sản xuất trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng của các nguyên liệu khác nhau đƣa vào trong cấp phối nhƣ: tỷ lệ xi măng/cát/sợi; phân bố thành phần hạt; bổ sung các cốt liệu nhẹ tự nhiên và nhân tạo nhƣ vermiculite, peclite, keramzite...; các phế thải silic hoạt tính của các ngành công nghiệp nhiệt điện nhƣ: tro bay, tro xỉ; công nghiệp sản xuất thép nhƣ: xỉ bông trắng, silicafume...; các khoáng vật tự nhiên và nhân tạo nhƣ: cao lanh, bentonite, metacaolinit...; các cốt sợi phụ khác nhƣ: sợi tổng hợp, sợi gốm, thủy tinh... Trên thế giới hiện nay, tấm vật liệu hệ liên kết XMPL đã có những hoàn thiện đáng kể. Thị trƣờng xuất hiện nhiều loại sản phẩm của Châu Âu, Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia... Tùy theo điều kiện nguyên liệu và yêu cầu chất lƣợng của mỗi nƣớc mà các sản phẩm có các đặc tính ƣu việt khác nhau. 11 I.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Cùng với sự phát triển của đời sống xã hội, vật liệu xây dựng ở nƣớc ta ngày càng phải đảm bảo nhiều yếu tố trong sản xuất và sử dụng nhƣ: phải đáp ứng điều kiện về phát triển sản xuất bền vững, nguyên vật liệu phải thân thiện môi trƣờng, khả năng tái sinh cao; sản phẩm xây dựng có nhiều tính năng cao, tạo sự tiện nghi thoải mái cho các căn hộ ( cách âm, cách nhiệt, điều hòa độ ẩm) cũng nhƣ đảm bảo tính an toàn trong sử dụng (vật liệu nhẹ, tính ngăn cháy, bảo vệ con ngƣời và tài sản khỏi sự cháy…). Ở Việt Nam hiện nay, ngoài tấm lợp amiăng, tấm vật liệu đi từ gỗ đƣợc sản xuất trong nƣớc thì các dòng vật liệu nhƣ tấm thạch cao cốt sợi thủy tinh, vật liệu tấm xi măng cốt sợi gốc cellulse, không chứa sợi amiăng chƣa có đơn vị nào nghiên cứu và sản xuất. Thị trƣờng trong nƣớc hoàn toàn bị chiếm bởi các sản phẩm nhập khẩu từ các hãng trong khu vực nhƣ tấm UCO của Malaysia, tấm Elephant Smart board của Thái Lan, và một số tấm vật liệu có xuất xứ Trung Quốc. Nhận thấy điều kiện nguyên liệu, con ngƣời và nhu cầu ngày càng lớn đối với sản phẩm vật liệu này, Viện nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp đã đề nghị và đƣợc Bộ Công Thƣơng đồng ý giao nhiệm vụ “Nghiên cứu sản xuất tấm vật liệu nhẹ chống cháy” theo hợp đồng số: 03.11.RD/HĐ-KHCN. I.5. Nội dung nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu các nội dung đã đăng ký như sau: - Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu thiên nhiên hoặc nhân tạo sẵn có trong nƣớc cho sản xuất vật liệu nhẹ chống cháy. - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nhẹ chống cháy với chất liên kết họ Silicat. - Nghiên cứu quy trình kỹ thuật và thông số công nghệ sản xuất tấm vật liệu. - Thử nghiệm sản xuất và kiểm định chất lƣợng sản phẩm. Các chỉ tiêu cần đạt được với tấm vật liệu nhẹ chống cháy: + Khối lƣợng thể tích: ≤ 1,5 g/cm3 + Cƣờng độ kháng uốn: ≥ 175 N/cm2 (1,75 MPa) + Độ hút nƣớc: ≤ 34% + Nhiệt độ chống cháy: ≤ 900oC 12 PHẦN II: CƠ SỞ KHOA HỌC II.1. CÁC LÝ THUYẾT ĐƢỢC VẬN DỤNG II.1.1. Hệ liên kết xi măng pooclang 1. Thành phần và tính chất xi măng Pooclang [1;2] Tính chất của xi măng do chất lƣợng clinke quyết định. Chất lƣợng clinke phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và công nghệ sản xuất. Thành phần hóa học của clinke biểu thị bằng hàm lƣợng (%) các oxyt có trong clinke, dao động trong giới hạn sau: CaO: 63 - 66%; Al2O3: 4 - 8%; SiO2: 21 - 24%; Fe2O3: 2 - 4%. Ngoài ra còn có một số oxyt khác nhƣ MgO; SO 3; K2O; Na2O; TiO2; Cr2O3; P2O5,... Chúng chiếm một tỷ lệ không lớn nhƣng đều ảnh hƣởng có hại cho xi măng. Trong Clinke xi măng có 4 khoáng vật chính nhƣ sau : - Alit : silicat canxi : 3CaO.SiO2 (C3S). Alit là khoáng quan trọng nhất của clinke, nó quyết định cƣờng độ và các tính chất khác của xi măng. Đặc điểm: Tốc độ rắn nhanh, cƣờng độ cao, tỏa nhiều nhiệt, dễ bị ăn mòn. - Bêlit : silicat canxi 2CaO.SiO2 (C2S). Bêlit là khoáng quan trọng thứ hai của clinke. Đặc điểm: Rắn chắc chậm nhƣng đạt cƣờng độ cao ở tuổi muộn, tỏa nhiệt ít, ít bị ăn mòn. - Aluminat canxi : 3CaO.Al2O3 (C3A ). Đặc điểm: Rắn chắc rất nhanh nhƣng cƣờng độ rất thấp, tỏa nhiệt rất nhiều và rất dễ bị ăn mòn. - Feroaluminat canxi : 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF ). Đặc điểm: Tốc độ rắn chắc, cƣờng độ trung bình, nhiệt lƣợng tỏa ra và khả năng chống ăn mòn đều trung bình. - Tính co ngót: ngoài các yếu tố liên quan đến phản ứng thủy hóa, tính co ngót của đá xi măng còn phụ thuộc vào điều kiện dƣỡng mẫu. Khi bảo dƣỡng nhiệt ẩm độ co ngót xảy ra mạnh và nhanh chóng hơn điều kiện thƣờng, nhƣng trị số cuối cùng lại nhỏ hơn so với điệu kiện thƣờng 10 ÷15%. Nhiệt độ chƣng hấp càng cao, độ co ngót càng nhỏ [2] - Khối lượng riêng: của đá xi măng ρa = 3,05 ÷ 3.15 g/cm3. Khối lƣợng thể tích có giá trị dao động khá lớn tùy thuộc vào độ lèn chặt, đối với bột xi măng ở trạng thái xốp tự nhiên ρv = 1100kg/m3, lèn chặt trong bình ρv= 1300 kg/m3, lèn chặt mạnh ρv= 1600kg/m3. [2] - Tính chịu nhiệt: Khi có nhiệt độ 250oC – 300oC tác dụng lâu dài, cƣờng độ đá xi măng giảm đi rõ rệt do nƣớc tự do, nƣớc liên kết trong đá xi măng bị tách ra làm cho đá xi măng co lại dẫn đến phá hoại cấu trúc. Khi nâng nhiệt độ đến 500 550oC hoặc cao hơn đá xi măng sẽ bị suy giảm cƣờng độ nhanh hơn.[2] 13 2. Các phản ứng hydrat hóa xảy ra khi đóng rắn xi măng Pooclang [1] a. Khi trộn xi măng vào nƣớc, giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng nhanh của khoáng Alit với nƣớc, và đạt độ bền cực đại ngay trong giai đoạn đầu của quá trình hydrat hóa xi măng. 2C3S + 6H2O → C3S2H 3 + 3Ca(OH) 2 b. Khi Ca(OH)2 đƣợc tách ra từ Alit, thì phản ứng thủy phân của khoáng Belit sẽ diễn ra chậm hơn, lƣợng Ca(OH)2 tách ra ít hơn. 2C2S + 4H2O → C3S2H 3 + Ca(OH)2 c. Aluminat canxi (C3A) bị hydrat hóa và phản ứng với CaSO4 tạo khoáng Ettringite dạng tinh thể hình kim với số lƣợng lớn lấp đầy các khoảng không gian rỗng trong đá xi măng và tạo cho đá xi măng có cƣờng độ cao. C3A + 6H2O → 3C3AH 6 (đóng rắn nhanh) C3A + CaSO4 .2H 2 O → 3CaO.Al2O3 .3CaSO4 .31H2O (Ettringite, kéo dài thời đóng rắn) d. Tetracalcium aluminoferrite (C4AF): thời gian bắt đầu đông kết của xi măng phụ thuộc vào hàm lƣợng pha ferrite trong xi măng. C4AF + CaSO4 .2H2 O + Ca(OH)2 → 3CaO(Al 2O3 ,Fe2O3 ).3CaSO 4 Đá xi măng có cấu trúc xít đặc với không gian trống đã đƣợc lấp đầy bởi Attrigite, hydroxyt sắt, hydroxyt nhôm, pha tạo gel của canxi silicat ngậm nƣớc. Mức thủy hóa cao và độ đặc chắc cao của xi măng làm tăng cƣờng độ của đá xi măng. 3. Quá trình hóa lý đóng rắn xi măng Pooc lăng [1] Thuyết Bai – Cốp cho rằng khi đóng rắn chất kết dính chia làm 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: Gọi là giai đoạn chuẩn bị, + Giai đoạn 2: Gọi là giai đoạn keo hoá hay chu kỳ ninh kết, + Giai đoạn 3: Gọi là giai đoạn kết tinh hay còn gọi là chu kỳ đóng rắn. Giai đoạn 1: Nƣớc tiếp xúc với các hạt xi măng và ngay lập tức tham gia phản ứng hoá học với vật chất trên lớp bề mặt của hạt. Những sản phẩm hoà tan của phản ứng kiềm (kiềm, vôi, thạch cao, khoáng clinker không bền bị phân hủy) ngay tức khắc chuyển vào dung dịch và các lớp tiếp theo của hạt xi măng lại tiếp tục phản ứng với nƣớc. Phản ứng xảy ra liên tục cho tới khi pha lỏng trở nên bão hoà bởi sản phẩm phản ứng. Giai đoạn 2: Là giai đoạn trực tiếp tạo thành sản phẩm phản ứng ở trạng thái rắn mà không cần thông qua sự hoà tan trung gian của các sản phẩm ban đầu. Sản phẩm phản ứng ở giai đoạn này nằm ở trạng thái rắn không thể bị hoà tan trong 14 pha lỏng đã bão hoà. Vì vậy, chúng trực tiếp tách ra sản phẩm dạng chất rắn có kích thƣớc hạt vô cùng nhỏ - trạng thái phân tán mịn tạo nên hệ keo dƣới dạng các gel. Trong suốt quá trình này, bản tính linh động của hồ nhão xi măng dần dần bị ninh kết nhƣng chƣa tạo cho hồ xi măng có cƣờng độ. Bởi vậy giai đoạn này còn đƣợc gọi là chu kỳ ninh kết, còn giai đoạn 1 gọi là chu kì hoá học. Giai đoạn 3: những hạt keo dạng gel dần dần mất nƣớc, sít đặc lại tạo thành vữa bắt đầu phát triển cƣờng độ nhƣng còn yếu. Từ gel mất nƣớc, hạt vật chất vô cùng nhỏ trở thành tâm của những mầm tinh thể vật chất mới bị kết tinh và phát triển kích thƣớc tạo nên vật liệu xi măng có cƣờng độ phát triển theo thời gian và sự kết tinh toàn khối vật liệu. Khi vật liệu kết tinh hết thì kết thúc quá trình đóng rắn làm cho xi măng hoá đá có độ bền rất cao 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao lên sự biến đổi cấu trúc của XMPL [5] Để làm sáng tỏ các quá trình lý- hoá xảy ra khi đốt nóng đá xi măng Pooc lăng, V.V.Coltunov trong các năm 1952-1954 đã tiến hành công tác nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ cao đến các khoáng riêng biệt của clanhke XMPL đóng rắn, tức là đến các khoáng C3A , C4AF , C3S và C2S.. Khoáng Alit - C3S Phân tích nhiệt của C3S đã thuỷ hoá thấy xuất hiện ba hiệu ứng nhiệt: - Ở khoảng nhiệt độ 490-540C, liên quan đến sự tách nƣớc từ Ca(OH)2; - Hiệu ứng thứ hai trong khoảng nhiệt độ 770-810C, cho đến giờ vẫn chƣa rõ; - Hiệu ứng thứ ba, ở nhiệt độ 855-950oC, gây ra bởi sự phân huỷ CaCO3- hình thành do sự cacbônat hoá Ca(OH)2 trong quá trình đóng rắn của C3S trong không khí. -Sự thay đổi cƣờng độ nén của C3S đã thuỷ hoá khi đốt nóng tới 200C, cƣờng độ nén tăng lên do tăng tốc các quá trình dehydrate hoá, tinh thể hoá một phần Ca(OH)2 và cộng thêm với sự lèn chặt cấu trúc do C 2SH2 mất nƣớc. Tuy nhiên ở nhiệt độ cao hơn (300-480C) các hạt xi măng chƣa dehydrate nở ra, gel C2SH2 tiếp tục co lại theo thể tích, gây nên ứng suất nội, làm cƣờng độ giảm đi 20-50%; và xảy ra mạnh ở nhiệt độ 550C. Ở nhiệt độ 540oC-580oC, sự phân hủy Ca(OH)2 xảy ra mạnh nhất, gây phá hủy cấu trúc làm cƣờng độ giảm mạnh. Nếu sau đó làm nguội nó trong không khí thì mẫu sẽ bị phá hủy do quá trình dehydrat hóa lần hai, CaO đƣợc tách ra khi Ca(OH)2 bị mất nƣớc. Còn nếu tiếp tục tăng nhiệt độ lên cao hơn 600oC-1200oC mẫu sẽ bị phá hủy. Nhƣ vậy, sự giảm đáng kể cƣờng độ và sự phá của C3S đã thủy hóa trong quá trình làm nguội và giữ nó trong không khí là do sự có mặt của CaO tự do( hình thành từ Ca(OH)2 bị mất nƣớc), CaO sẽ tham gia phản ứng tôi vôi bằng hơi ẩm của không khí làm tăng 15 đáng kể thể tích( khoảng 2,5 lần) gây nên phá hủy cấu trúc đá xi măng. Nếu trong trƣờng hợp, thể tích tăng lên này đƣợc bù lại bằng một lƣợng lỗ xốp nhất định hình thành trong quá trình tăng nhiệt độ thì sẽ hạn chế đƣợc sự phá hủy do giãn nở thể tích của CaO đƣợc thủy hóa. Khoáng Bêlit - C2S Khi đốt nóng C2S đã thủy hóa đến 900oC, trên biểu đồ nhiệt của nó không nhận thấy hiệu ứng nhiệt nào xảy ra. Điều này chứng tỏ rằng trong mẫu không chứa CaO tự do và gel hydrosilicat canxi tách ra trong khoảng nhiệt độ rộng nên không làm thay đổi cấu trúc của đá C2S. Cƣờng độ nén sau 28 ngày của các mẫu đối chứng từ C 2S đã thuỷ hoá ở điều kiện nhiệt độ thƣờng khá thấp và vào khoảng 80 kG/cm2. Tại nhiệt độ 100300C, theo C.A.Mironov, L.A.Malinhina [5] cƣờng độ các mẫu belit tăng gần 100% so với cƣờng độ ban đầu. Sự mất nƣớc của C 2SH2 ở các nhiệt độ này kéo theo sự lèn chặt và kết tinh của gel do đó cƣờng độ của mẫu tăng lên. Theo A.E.Nheikin độ co ngót của các gel xảy ra khi mất nƣớc tƣơng ứng với sự lèn chặt cấu trúc và sự phát triển cƣờng độ theo thời gian. G.D.Salmanov cho thấy trong khoảng nhiệt độ 200 - 400oC cƣờng độ mẫu tăng lên đạt 280%, ở 400oC600oC độ bền hầu nhƣ không thay đổi, từ 600oC-1000oC cƣờng độ có giảm đi nhƣng sau đó tăng so với cƣờng độ mẫu C2S không nung nóng. Theo V.V.Contunov sự giảm cƣờng độ ở nhiệt độ cao là do sự biến dạng nhiệt không đều giữa các gel C2SH2 và các tinh thể C2S chƣa kịp thủy hóa, cƣờng độ nhỏ nhất của mẫu C2S khi đốt nóng ở 760oC còn khoảng 53% so với ban đầu. Có thể giải thích do sự biến đổi thù hình của C2S. Khi tăng tiếp nhiệt độ lên 820 oC thì mẫu C2S đã thủy hóa cƣờng độ bằng khoảng 67% và ở 1200 oC cƣờng độ tăng gấp 5 lần. Sự biến dạng do nhiệt độ của đá C2S khi đốt nóng đến 240oC sẽ nở ra, sau đó đến nhiệt độ lớn hơn 240oC do có sự tách nƣớc mạnh mẽ của C2SH2 o o mẫu sẽ bị co lại nhất là từ 330 C-900 C , khoảng 0,68% so với kích thƣớc ban đầu. Tuy nhiên sự co ngót chỉ xảy ra khi đốt nóng lần thứ nhất còn sau khi nung lần thứ hai C2S sẽ nở ra. Aluminat bacanxi- C3A Theo V.A.Kind và S.D.O.korokov[5] phân tích biểu đồ nhiệt khi nung nóng mẫu đá C3A, có 3 hiệu ứng nhiệt: Hiệu ứng thứ nhất ở 260 oC-340oC tƣơng ứng với quá trình tách nƣớc của CAH, hiệu ứng thứ hai ở 550 oC-590oC có sự phân hủy của aluminat ngậm nƣớc có kèm theo giải phóng CaO tự do, hiệu ứng thứ ba ở 838oC-945oC cũng nhƣ khoáng C 3S là quá trình phân hủy CaCO3. Việc nung C3A đã thuỷ hoá ở nhiệt độ 230C kèm theo tăng cƣờng độ. Tiếp tục nâng 16 nhiệt tới 330C, thì ngƣợc lại, xảy ra giảm cƣờng độ ( khoảng 2 lần). Các nghiên cứu hiển vi mẫu C3A đã thuỷ hoá nung ở 330C cho thấy có các mảnh dị hƣớng của C3A chƣa thuỷ hoá bị bao bọc bởi các tinh thể mịn C5A3. Rõ ràng khi hydroaluminat bacanxi mất nƣớc lập tức xảy ra phân rã từng phần của nó thành CaO và C5A3. Điều này dẫn đến giảm cƣờng độ của nó. Khi nung hydrat aluminat bacanxi tới 590C thì nó phân rã hoàn toàn, giải phóng CaO tự do. Quá trình này phá huỷ mạng cấu trúc tinh thể của C 3A; cấu trúc đá trở thành xốp và cƣờng độ giảm đột ngột.Tiếp tục tăng nhiệt độ nung thì cƣờng độ C3A tăng và tại 1200C là 184% cƣờng độ ban đầu. C3A đã thuỷ hoá khi bị nung tới 190C thì nở ra, sau đó bắt đầu co, sự co này tăng đột ngột trong khoảng nhiệt độ 280oC-350C. Sự mất nƣớc của hydrat aluminat bacanxi xảy ra ở khoảng nhiệt độ 220oC-330C. Trong khoảng nhiệt độ này quan sát thấy sự chuyển từ nở sang co, tƣơng ứng với biến đổi cƣờng độ và biến dạng dài của mẫu. Alumoferrit bốncanxi- C4AF Theo số liệu của V.A. Kind, V.V. Coltunov [5] và các tác giả, thì biểu đồ phân tích nhiệt của C4AF đã thủy hóa ghi nhận hai hiệu ứng nhiệt: Sự tách nƣớc của CAH ở khoảng 265 oC-350oC và sự phân hủy C3AH thành CaO và C5A3 ở 545oC-590oC. Nhƣ vậy sự thay đổi của khoáng C 4AF ở nhiệt độ cao tƣơng tự sự thay đổi của C3A. Tuy nhiên cƣờng độ của C4AF sẽ bị giảm đi khi nhiệt độ càng cao, còn khoảng 10-20% so với mẫu không nung. Nhƣ đã biết, khi C 4AF thủy hóa sẽ tạo thành C3AH và hydroferit canxi(CFH). Khoáng C3AH sẽ bị giảm cƣờng độ khi nung ở nhiệt độ cao, nhƣng khoáng CFH khi nung nóng sẽ có tác dụng ngăn cản sự giảm độ bền của C3AH ở khoảng 300oC. Nghiên cứu C4AF sau khi nung nóng đến 550oC, thấy một lƣợng ôxyt Fe2O3 tan trong C5A3. Chính quá trình hòa tan là nguyên nhân làm phá hủy cấu trúc và giảm cƣờng độ của mẫu. Sự giãn nở dài của đá C4AF tăng cho đến 80oC, sau đó sự giãn nở dài sẽ giảm dần và đến 150oC-300oC mẫu đá bắt đầu có hiện tƣợng co và cuối cùng sự co ngót xảy ra mạnh trong khoảng 300oC - 450oC. Kết luận chung: - Khi đốt nóng từ 100oC đến 200oC mẫu đá XMPL (không sấy khô trƣớc) sẽ làm tăng cƣờng độ do sự tự chƣng hấp của các khoáng xi măng Pooc lăng. - Khi đốt nóng lên 200oC thì cƣờng độ bắt đầu giảm do sự mất nƣớc lý học, (nếu lƣợng C3A lớn thì sự giảm sẽ lớn hơn do phân hủy của hydrosunphua aluminatcanxi). 17 - Khi tiếp tục tăng nhiệt độ từ 400 oC- 500oC, xảy ra sự tách nƣớc của hydroxyt canxi tạo ra CaO gây phá vỡ cấu trúc và làm giảm cƣờng độ. - Khi nung nóng đến nhiệt độ 600oC - 900oC, sự tạo thành CaO từ C3S và các khoáng hydrat . Và khi nguội đi và giữ chúng trong không khí, sự thủy hóa lần hai của CaO gây nở thể tích dẫn đến mẫu bị phá hủy mạnh hơn. - Trong quá trình nung nóng đá XMPL xảy ra hiện tƣợng co ngót, phụ thuộc vào thành phần khoáng mà độ co đạt đến 1% và cao hơn. II.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lửa chống cháy của vật liệu hệ liên kết xi măng Pooclang Vật liệu sử dụng chất kết dính là xi măng Pooc lăng khi chịu tác động của nhiệt, các khoáng thủy hóa của xi măng sẽ nhanh chóng mất nƣớc làm rỗng xốp cấu trúc, co ngót thể tích, tạo ra CaO (đƣợc tách ra do tách nƣớc từ các khoáng , sản phẩm CaO sau đó bị thủy hóa bởi hơi ẩm trong không khí và tăng thể tích. Các yếu tố trên sẽ làm giảm mạnh cƣờng độ của vật liệu. Chính vì vậy khi sử dụng xi măng pooc lăng làm chất kết dính cho bê tông chịu lửa, ngƣời ta phải đƣa vào các phụ gia có khả năng tham gia phản ứng với các khoáng thủy hóa của xi măng, làm chậm quá trình mất nƣớc, giảm sự co ngót thể tích, dễ dàng tham gia phản ứng với CaO từ đó làm giảm bớt sự suy giảm cƣờng độ.[ 6] Nghiên cứu quá trình thủy hóa lần hai của CaO trong XMPL sau khi đốt nóng, G.M.Ruxuc đã kiến nghị đƣa vào trong XMPL các loại phụ gia khác. V.M.Moskvin và V.V.Contunov, C.D.Nhecrasov đã nghiên cứu tính tăng tính chất chịu nhiệt của XMPL cũng bằng cách sử dụng các phụ gia khoáng nghiền mịn nhằm tạo các hợp chất canxi aluminate và canxi silicate (CaOSiO2)mới. Tùy thuộc vào loại phụ gia, có thể nhận đƣợc chất kết dính chịu nhiệt với các tính chất khác nhau. [5] YU.M.But [5] đã nghiên cứu sử dụng cát quarzt và điatômit nghiền mịn để liên kết ôxyt canxi sau thủy hóa của đá xi măng khi giữ mẫu trong điều kiện tiêu chuẩn và sau khi chƣng áp. Trong quá trình chƣng áp, cát quarzt và điatômit nghiền mịn liên kết với hydroxyt canxi. Theo Y.E.Gurvytr và M.C. Agaphonop phản ứng giữa ôxyt silic vô định hình và ôxyt canxi ở trạng thái rắn xảy ra xảy ra mạnh ở 500oC-600oC, còn đối với quắc tinh thể nó chỉ bắt đầu ở 600 oC. Theo P.P.Budnhicop, V.Ph.Zuravlev thì phản ứng pha rắn giữa ôxyt silic và ôxyt canxi( khi tỉ lệ 1:1) xảy ra qua hợp chất trung gian không bền 2CaO.SiO 2 và 3CaO2SiO2 đến hợp chất cuối cùng là CaOSiO2 [4] . Tuy nhiên khi nung nóng, quarzt thể có sự biến đổi và nở thể tích, nên để sử dụng đƣợc quarzt thì phải tính toán để khi xảy ra quá trình nở thể tích của quart sẽ đƣợc bù lại bởi các khoảng trống đƣợc tạo sẵn do sự co lại của các chất 18 độn độc lập khác nhƣ các khoáng vật sét hoặc các cốt liệu sợi dễ phân hủy ở nhiệt độ cao, để lại những khoảng trống, nhƣ cellulose, sợi tổng hợp... V.V.Contunov và Z.M.Larionov[5] nghiên cứu tác động của các khoáng xi măng với phụ gia sa mốt mịn, hàm lƣợng từ 150-300% so với xi măng cho thấy: Lƣợng phụ gia đƣa vào càng lớn thì khả năng liên kết với CaO tự do xảy ra càng hoàn toàn, dẫn tới tăng độ bền của đá xi măng sau khi nung ở nhiệt độ 1200oC. Điều đó nói lên rằng không còn CaO trong đá xi măng sinh ra khi nung đá xi măng, chúng liên kết hoàn toàn hoàn toàn với SiO 2 và Al2O3 của sa mốt mịn, hình thành dạng khoáng mới là silicat và aluminat khan. Ở đây, nếu sử dụng các loại xi măng giàu nhôm (Secar 51, Secar71) hoặc các cốt liệu sa mốt mịn giàu nhôm sẽ đảm bảo tính ổn định kết cấu của vật liệu và hạn chế đƣợc sự suy giảm cƣờng độ do các nguyên nhân trên gây ra. Nhận đinh: - Để hạn chế sự suy giảm cƣờng độ do nhiệt trong xi măng cần hạn chế tác hại trƣơng nở thể tích khi thủy hóa lần 2 của CaO (bị tách ra do nhiệt) từ các khoáng hydrate. Các yếu tố giúp CaO và các thành phần khoáng kém bền nhiệt phản ứng chuyển thành khoáng bền nhiệt sẽ giúp toàn vật liệu bền nhiệt hơn. - Sử dụng bột samốt nghiền mịn, kích thƣớc hạt nhỏ hơn hạt xi măng, đƣa vào phối liệu có thể giúp làm tăng tính bền nhiệt cho vật liệu nhờ tham gia phản ứng với CaO tạo Canxialuminat (CA) bền nhiệt. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của samot là khối lƣợng riêng cao, chi phí gia công cao. - Sử dụng các nguyên liệu chứa Silic hoạt tính để tạo canxi silicate (CS) ở nhiệt độ cao, có tính bền nhiệt tốt. Các nguyên liệu nhƣ Silicafume, xỉ bông trắng lò nấu thép, tro bay lò nhiệt điện. - Sử dụng các nguyên liệu khối lƣợng nhẹ, bền nhiệt, cấu trúc vô định hình, giàu silic và nhôm nhƣ: Perlite, Vermiculite… - Sử dụng các hợp chất giàu nhôm nhƣ: Khoáng vật sét Cao lanh, metacaolinite… ở nhiệt độ cao có khả năng tạo liên kết với CaO. Đặc biệt nguyên liệu Metacaolinite, đƣợc sản xuất từ phân hủy nhiệt cao lanh có chứa Silic hoạt tính và Al2O2.2SiO2 hoạt tính, dễ phản ứng với các khoáng trong xi măng. 19 II.1.3. Dây chuyền sản xuất tấm xi măng theo công nghệ chưng áp hiện có trên thế giới 1. Công nghệ tạo tấm Hatscheck: Thuyết minh: Hồ sau khi phối trộn đƣợc bơm vào các bể xeo (1). Huyền phù trong các bể xeo đƣợc tang xeo (2) vớt lên và tạo thành một lớp màng bám lên băng dạ (3). Chăn xeo đi qua nhiều bể sẽ tạo đƣợc lớp chiều dày mong muốn.. Để chống hiện tƣợng tách lớp nhỏ và làm lớp vật liệu trên chăn chặt lại với độ ẩm mong muốn, băng dạ đƣợc cán bởi trục Gauss (4) và phải đi qua các vùng hút chân không (5), khoảng 30% lƣợng nƣớc công nghệ cũng đƣợc thu hồi. Lớp vật liệu tấm sau khi đã hình thành trên băng dạ, đƣợc hút tƣơng đối khô (độ ẩm còn ~30%) đƣợc đƣa qua con lăn nén chính (6) và tang định hình (7) để ép tấm. Trên tang (7) có bố trí dao cắt (8) để cắt tấm theo chiều dài thiết kế và bám sang băng tải (9). Điều cần chú ý là phải điều chỉnh độ song song của trục hai quả lô sao cho lớp tấm lợp bám sang đều, không rách, rỗ. Tốc độ của băng tải (9) phải nhanh hơn tốc độ máy xeo để tấm bị kéo sang, không bị nhăn. Hộp chân không (11) có vai trò làm khô băng dạ trƣớc khi thực hiện chu trình tuần hoàn tiếp theo nhờ hệ thống vận chuyển (10). 2. Công nghệ chưng áp tạo sản phẩm tấm xi măng Các nguyên liệu thô đƣợc định lƣợng và đƣa và máy khuấy trộn thành hồ, hồ sau đó đƣợc chuyển sang các bể xeo của công nghệ tạo tấm Hatschek. Tấm sau khi hình thành đƣợc xếp trồng và chuyển sang máy ép tạo sự xít chặt và độ phẳng cho tấm. Sau đó tấm đƣợc đƣa vào lò chƣng áp (với hơi bão hòa ở áp suất cao) để đẩy nhanh quá trình phát triển cƣờng độ của hệ đóng rắn thủy lực. Tấm ra khỏi lò chƣng áp đƣợc đƣa qua hệ thống sấy loại nƣớc dƣ lý học. Tiếp đó tấm đƣợc cắt thành các kích thƣớc sản phẩm mong muốn, qua công đoạn kiểm tra và đóng gói là thành phẩm. Sơ đồ quy trình công nghệ tiên tiến cho sản xuất tấm xi măng trên thế giới đƣợc đƣa tại phần phụ lục. 20