Tài liệu Nghiên cứu sử dụng cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng để sản xuất gạch xi măng không nung

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------- TRẦN DUY CẢNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU NHỎ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI XÂY DỰNG ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH XI MĂNG KHÔNG NUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------- TRẦN DUY CẢNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU NHỎ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI XÂY DỰNG ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH XI MĂNG KHÔNG NUNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN Mã ngành: 60580208 LUẬN VĂN THẠC SĨ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ KHÁNH TOÀN Đà Nẵng - Năm 2018 ỜI C M ĐO N T i in m o n l ng tr nh nghi n u riêng tôi. C s li u kết qu t nh to n n u trong lu n v n l trung th v h t ng i ng trong t k ng tr nh n o kh T c ả uậ vă Trần Duy Cảnh MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................... 2 2. Mục tiêu của đề t i.......................................................................................................... 2 3. ối tƣ ng v phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 2 4. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 2 5. Phƣơng pháp nghiên cứ u ....................................................................................... 3 6. Nội dung của luận văn............................................................................................ 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG VÀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI XÂY DỰNG TRONG XÂY DỰNG .............................................. 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG .............................................................. 5 1.1.1. ịnh nghĩa v phân loại gạch không nung ....................................................... 5 1.1.2. Các th nh phần cấp phối chế tạo gạch xi măng cốt liệu .................................. 6 1.1.3. Một số đặc trƣng cơ lý của gạch xi măng cốt liệu ........................................... 8 1.1.4. Ƣu nhƣ c điểm của gạch xi măng không nung cốt liệu ................................ 10 1.1.5. Tình hình sản xuất, sử dụng v hƣớng phát triển của gạch không nung ở Việt Nam ................................................................................................................ 11 1.2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI XÂY DỰNG TRONG XÂY DỰNG ............................................................................................................. 13 1.2.1. Tổng quan về phế thải xây dựng .................................................................... 13 1.2.2. Nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng trong xây dựng ................................ 14 1.3. KÊT LUẬN CHƢƠNG ........................................................................................... 17 1.3.1. CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỦA GẠCH KHÔNG NUNG .......................................................................... 18 2.1. PHƢƠNG PHÁP XÁC ỊNH CÁC ẶC TRƢNG CƠ LÝ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHẾ TẠO GẠCH XI MĂNG KHÔNG NUNG ............................. 18 2.1.1. Một số yêu cầu v tiêu chuẩn áp dụng ................................................................. 18 2.1.2. Kết quả xác định các đặc trƣng cơ lý của các th nh phần cấp phối ..................... 21 2.2. PHƢƠNG PHÁP XÁC ỊNH CÁC ẶC TRƢNG CƠ LÍ CỦA GẠCH XI MĂNG KHÔNG NUNG .......................................................................................... 33 2.2.1. Kích thƣớc v độ sai lệch ..................................................................................... 33 2.2.2. Yêu cầu về đặc trƣng cơ lý ................................................................................... 33 2.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG ........................................................................................... 34 CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NHỎ TÁI CHẾ TỪ PHẾ PHẨM XÂY DỰNG TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ......................................................................... 35 3.1. THIẾT KẾ CẤP PHỐI ............................................................................................ 35 3.2. TẠO MẪU THÍ NGHIỆM ...................................................................................... 36 3.3. XÁC ỊNH CÁC ẶC TRƢNG CƠ LÝ ................................................................36 3.3.1. X ác định cƣờng độ chịu nén ...................................................................... 37 3.3.2. Xác định độ rỗng theo TCVN 6477:2016 .................................................. 41 3.3.3. Xác định độ hút nƣớc theo TCVN 6355 - 4: 2009 ................................... 42 3.3.4. Xác định khối lƣ ng thể tích. .................................................................... .44 3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG ....................................................................................... 46 KẾ T LUÂN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... .....47 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU NHỎ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI XÂY DỰNG ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH XI MĂNG KHÔNG NUNG Học viên: Trần Duy Cảnh; Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08; Khóa: 32 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Gạch xi măng không nung là sản phẩm hiện đang được sử dụng nhằm thay thế gạch xây truyền thống bằng đất nung. Các thành phần cấp phối để sản xuất gạch không nung gồm chất kết dính là xi măng, cát, mạt đá, và một số chất độn khác như xỉ than, tro bay, v.v.. Tuy nhiên, thực tế cho thấy nguồn tài nguyên cát, mạt đá (là nguồn vật liệu chính) để sản xuất gạch xi măng không nung ngày càng cạn kiệt do sự khai thác và sử dụng với khối lượng lớn, thiếu qui hoạch và kiểm soát chặt chẽ. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng để sản xuất gạch xi măng không nung” được thực hiện nhằm nghiên cứu khả năng sử dụng phế thải xây dựng thay thế thành phần mạt đá để sản xuất gạch xi măng không nung. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm nhằm xác định một số đặc trưng cơ lí của gạch xi măng không nung sử dụng cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng thay thế mạt đá trong thành phần cấp phối của gạch xi măng không nung hiện có tại Quảng Ngãi. Từ khóa - Gạch xi măng không nung, đá mạt, phế thải xây dựng, cốt liệu tái chế, đặc trưng cơ lí của gạch xi măng không nung. STUDY ON USING SMALL AGGREGATE RECYCLED FROM CONSTRUCTION REFUSE TO PRODUCT CONCRETE BRICK Abstract - Concrete Brick is currently used to replace with traditional brick. Mixture proportioning for the production of concrete brick include cement, sand, chippings, and other fillers such as coal slag, fly ash, v.v.. However, the reality is sand, chippings (the main material) to product concrete brick increasingly depleted due to extraction and use with large volume, lack of planning and tigh control. The subject “Study on using small aggregate recycled from construction refuse to product concrete brick” is carried out for researching construction refuse replacement with chippings to product concrete brick. The research was is carried out at the laboratory to determine some mechanical properties of concrete brick using small aggregate recycled from construction refuse to replace chippings in mixture proportioning of concrete brick. Key words - Concrete Brick, chippings, construction refuse, recycled aggregate, mechanical property of concrete brick. DANH MỤC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang bảng 2.1 Các yêu cầu kỹ thuật của xi măng 18 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với cát 19 2.3 Các yêu cầu kỹ thuật đối với đá mạt 19 H m lƣ ng tối đa cho phép của muối hoà tan, ion sunfit, ion clorua 2.4 20 v cặn không tan trong nƣớc trộn bê tông v vữa (mg/l) 2.5 Kết quả thí nghiệm độ mịn của xi măng chinfon PCB 40 21 22 23 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 Kết quả thí nghiệm độ bền nén của xi măng chinfon PCB 40 Kết quả thí nghiệm độ đông kết của xi măng chinfon Kết quả thí nghiệm xác định khối lƣ ng của xi măng chinfon PCB 40 Xác định khối lƣ ng riêng v độ hút nƣớc của cát Khối lƣ ng thể tích xốp của cát Kết quả thí nghiệm h m lƣ ng bụi, bùn, sét trong cát Kết quả thí nghiệm th nh phần hạt của cát Kết quả thí nghiệm khối lƣ ng riêng, độ hút nƣớc của đá mạt 2.14 Kết quả thí nghiệm khối lƣ ng thể tích xốp của đá mạt 28 2.15 2.16 Kết quả thí nghiệm h m lƣ ng bụi, bùn, sét của đá mạt Kết quả thí nghiệm th nh phần hạt của đá mạt Kết quả thí nghiệm khối lƣ ng riêng, độ hút nƣớc của phế phẩm xây dựng tái chế Kết quả thí nghiệm khối lƣ ng thể tích xốp của phế phẩm xây dựng tái chế 29 29 2.19 Kết quả thí nghiệm th nh phần hạt của phế phẩm xây dựng tái chế 31 2.20 Kích thƣớc v mức sai lệch kích thƣớc của viên gạch bê tông (mm) 33 2.21 Qui định về quan sát ngoại quan của viên gạch bê tông Cƣờng độ chịu nén, khối lƣ ng riêng v độ hút nƣớc của viên gạch bê tông 33 2.6 2.7 2.8 2.17 2.18 2.22 2.23 3.1 3.2 ộ rỗng, độ hút nƣớc của viên gạch bê tông ịnh mức cấp phối cho 1m3 vữa để sản xuất gạch không nung tại nh máy gạch Nghĩa Lâm Xanh, mác gạch 5,0 ịnh mức cấp phối cho 1 viên gạch không nung mác M5,0 24 25 26 27 27 28 30 31 34 34 35 36 Số hiệu bảng 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Tên bảng Trang ịnh mức cấp phối cho 1m3 vữa có sử dụng cốt liệu nhỏ tái chế từ phế phẩm dựng cƣờng thay cho Kết quả thíxây nghiệm độ đá nénmạt của gạch 3 ng y tuổi Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén của gạch 7 ng y tuổi Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén của gạch 14 ng y tuổi Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén của gạch 28 ng y tuổi 36 37 38 39 39 3.8 Kết quả thí nghiệm độ rỗng của viên gạch theo các cấp phối 41 3.9 Kết quả thí nghiệm độ hút nƣớc của viên gạch theo các cấp phối 44 3.10 Kết quả tính toán khối lƣ ng thể tích của gạch theo các cấp phối 45 DANH MỤC HÌNH Số hiệu hình 1.1. Tên hình Các th nh phần cấp phối chế tạo gạch xi măng cốt liệu Trang 8 1.2. Dây chuyền nghiền phế thải xây dựng đầu tiên triển khai tại Hà Nội 15 2.1 Thí nghiệm xác định độ mịn của xi măng chinfon PCB 40 21 2.2 Thí nghiệm xác định thời gian đông kết của xi măng chinfon PCB 40 22 2.4 Thí nghiệm xác định khối lƣ ng riêng của xi măng chinfon PCB 40 23 2.5 Hình dạng khối cốt liệu 24 2.6 Hình ảnh thí nghiệm xác định khối lƣ ng riêng v độ hút nƣớc của cát 25 2.7 Thí nghiệm xác định khối lƣ ng thể tích xốp của cát 26 2.8 Biểu đồ thành phần hạt của cát 28 2.9 Hình ảnh th nh phần hạt của đá mạt 29 2.10 Biểu đồ thành phần hạt của đá mạt 30 2.11 Phế phẩm xây dựng 30 2.12 Hình ảnh thí nghiệm thể tích xốp của phế phẩm xây dựng tái chế 31 2.13 Biểu đồ thành phần hạt của phế thải xây dựng 32 2.14 Một số hình ảnh xác định th nh phần hạt của phế phẩm xây dựng tái chế 32 3.1 Dây chuyền sản xuất gạch không nung 35 3.2 Biểu đồ phát triển cƣờng độ chịu nén của gạch các cấp phối theo thời gian 40 3.3 Biểu đồ độ hút nƣớc của gạch theo cấp phối 44 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Gạch xây là một bộ phận cấu thành quan trọng của ngôi nhà hoặc một công trình kiến trúc. Gạch xây sử dụng trong nước hiện nay chủ yếu là gạch đất nung, sử dụng đất sét để chế tạo và qua quá trình nung đốt để tạo ra viên gạch nung có cường độ và các đặc trưng cơ lí phù hợp trong xây dựng. Sản xuất gạch đất nung đang làm cạn kiện nguồn tài nguyên đất mà chủ yếu là đất nông nghiệp. Quá trình nung đốt sử dụng các nguyên liệu khác nhau phục vụ cho việc nung gạch như than đá, củi, v.v. nên không chỉ tiêu tốn các nguồn tài nguyên này mà còn gây ra những hệ lụy xấu cho môi trường sinh thái, gây ô nhiễm môi trường. Gạch không nung là sản phẩm có đầy đủ các đặc trưng cơ lí đáp ứng các yêu cầu xây dựng, có thể thay thế hoàn toàn gạch đất nung truyền thống. Hiện nay, đưa gạch xây không nung vào các công trình xây dựng đang trở thành xu hướng tất yếu trong ngành xây dựng. Sử dụng gạch không nung thay thế gạch đất nung truyền thống sẽ góp phần giảm thiểu thời gian chế tạo, giảm hao phí nhân công, giảm hao phí các nguồn tài nguyên liên quan và thân thiện với môi trường. Gạch không nung có nhiều chủng loại khác nhau trên thị trường. Trong đó, đang sử dụng nhiều nhất là gạch không nung xi măng - cốt liệu. Đây là loại gạch được ưu tiên khuyến khích sử dụng vì nó đáp ứng rất tốt các tiêu chí về kỹ thuật, kết cấu, môi trường, phương pháp thi công, v.v.. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gạch không nung xi măng cốt liệu là cát, xi măng. Ngoài ra, tùy theo các yêu cầu cụ thể mà trong thành phần cấp phối có bổ sung một một số thành phần khác như: đá mạt, xỉ than nhiệt điện, phế thải công nghiệp, nông nghiệp, phụ gia kết dính, v.v.. Gạch không nung xi măng - cốt liệu được chế tạo phổ biến hiện nay với thành phần chính gồm xi măng, cát vàng và đá mạt, được phối liệu với nhau theo những tỉ lệ nhất định để tạo ra sản phẩm gạch không nung có những đặc trưng cơ lí khác nhau đáp ứng các yêu cầu xây dựng. Vấn đề đặt ra là có thể thay thế cát hay đá mạt trong thành phần cấp phối chế tạo gạch không nung xi măng - cốt liệu bằng một loại vật liệu khác để tạo ra một loại gạch không nung xi măng - cốt liệu vừa đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật vừa thân thiện với môi trường, giảm lượng tiêu thụ cát, đá mạt hay không? Các nghiên cứu [1-4] cho thấy: có thể sử dụng cốt liệu tái chế từ các phế thải của quá trình xây dựng (các kết cấu bê tông phá dỡ, tường xây đập bỏ, v.v.) để sản xuất bê tông xi măng. Vậy có thể sử dụng cốt liệu tái chế từ các phế thải của quá trình xây dựng để sản xuất gạch xi măng không nung hay không? Theo [5], tại Việt Nam, với tốc độ đô thị hóa cao ở hầu hết các tỉnh thành trên cả nước, hàng loạt các công trình xây dựng và cơ sở hạ tầng được xây mới, được cải tạo 2 nâng cấp, hay được phá dỡ do hết tuổi thọ, do hư hỏng, v.v. đã phát sinh lượng lớn phế thải xây dựng, đặc biệt là tại các thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, v.v.. Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011, tổng lượng phế thải xây dựng trên cả nước năm 2009 xấp xỉ 2 triệu tấn, chiếm khoảng 10 - 15 phần trăm tổng lượng chất thải rắn hàng năm [6]. Tiềm năng phát triển trong lĩnh vực xây dựng sẽ còn rất cao trong thời gian tới, điều này dẫn đến lượng phế thải xây dựng sẽ còn tiếp tục tăng mạnh. Với lượng phế thải xây dựng rất lớn như vậy sẽ là vấn đề lớn đối với môi trường, yêu cầu diện tích bãi chứa phế thải rất lớn, cần xử lí như thế nào? Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng để sản xuất gạch xi măng không nung” kì vọng sẽ mở ra hướng nghiên cứu mới nhằm tạo ra sản phẩm gạch không nung đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, tận dụng được nguồn vật liệu thải bỏ của quá trình xây dựng tại địa phương, thân thiện với môi trường, có thể giảm một cách đáng kể nguồn nguyên liệu hiện tại sử dụng trong sản xuất gạch xi măng không nung hiện nay, góp phần bảo vệ môi trường, phát triển xây dựng bền vững. Do đó, đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, có tính ứng dụng cao. 2. Mục tiêu của đề tài - Xây dựng thành phần cấp phối hợp lí sử dụng cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng để sản xuất gạch xi măng không nung. - Xác định một số đặc trưng cơ lý của gạch xi măng không nung sử dụng nguồn cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng trong thành phần cấp phối. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Gạch không nung có sử dụng nguồn cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng trong thành phần cấp phối. - Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm xác định một số đặc trưng cơ lí của gạch không nung có sử dụng nguồn cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng để thay thế đá mạt theo những tỉ lệ nhất định. 4. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan về gạch xi măng không nung và nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng trong xây dựng. - Cơ sở khoa học xác định các đặc trưng cơ lí của gạch không nung. - Thí nghiệm, đo đạc một số đặc trưng cơ lý, hóa học của vật liệu xây dựng để sản xuất gạch xi măng không nung, trong đó có sử dụng nguồn cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng. - Thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý của gạch xi măng không nung có sử dụng nguồn cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng trong thành phần cấp phối. 3 - Đánh giá tính khả thi của việc sử dụng nguồn cốt liệu nhỏ tái chế từ phế thải xây dựng trong sản xuất gạch xi măng không nung. 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết - Khảo sát thực nghiệm - Tổng hợp, phân tích rút ra kết luận 6. Nội dung của luận văn MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 2. Mục tiêu của đề tài 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4. Nội dung nghiên cứu 5. Phương pháp nghiên cứu 6. Nội dung của luận văn Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG VÀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI XÂY DỰNG TRONG XÂY DỰNG 1.1. Tổng quan về gạch không nung 1.2. Tổng quan nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng trong xây dựng 1.3. Kết luận chương Chương 2 - XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VÀ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG 2.1. Phương pháp xác định các đặc trưng cơ lí của các thành phần cấp phối 2.2. Phương pháp xác định các đặc trưng cơ lí của gạch không nung. 2.3. Kết quả thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lí của các thành phần cấp phối chế tạo gạch không nung. 2.4. Kết luận chương Chương 3 - XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU NHỎ TÁI CHẾ TỪ PHẾ THẢI XÂY DỰNG TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI 3.1. Thiết kế cấp phối sản xuất gạch không nung 3.2. Tạo mẫu thí nghiệm 4 3.4. Kết quả thí nghiệm 3.5. Một số đánh giá liên quan 3.6. Kết luận chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5 Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG VÀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI XÂY DỰNG TRONG XÂY DỰNG 1.1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG 1.1.1. Định nghĩa và phân loại gạch không nung Gạch không nung có thể là các loại gạch xây, gạch lát vỉa hè, v.v. được tạo hình và qua quá trình đóng rắn và phát triển cường độ cho đến khi đạt các chỉ số cơ lý đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật như: cường độ, độ hút nước, độ thấm nước, v.v. mà không qua nung đốt bằng than, điện hay các nguồn năng lượng khác. Trong tự nhiên, có một vài loại gạch không nung được sản xuất từ nguồn tự nhiên, gạch đá ong là một ví dụ, loại gạch này còn gọi gạch đất hóa đá do bởi sau khai thác và tạo hình một thời gian, viên gạch thuần túy là đất tự nhiên sẽ biến đổi về chất và hóa đá, có những đặc trưng cơ lí đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật trong xây dựng, gạch này không sử dụng một tỷ lệ vật liệu nào qua nung. Trong thực tế, các loại gạch không nung trên thị trường hiện nay vẫn sử dụng một phần vật liệu đã qua nung để làm vật liệu liên kết (xi măng). Riêng gạch bê tông khí chưng áp (AAC) vẫn dùng than (hoặc điện) để đốt lò hơi làm đóng rắn sản phẩm, nhưng mức độ tiêu hao năng lượng thấp hơn gạch đất sét nung truyền thống. Tùy thuộc vào loại gạch không nung mà tỉ lệ xi măng so với các thành phần cấp phối khác để sản xuất gạch có thể khác nhau, có những đặc trưng cơ lí không giống nhau: - Gạch xi măng cốt liệu: thành phần cấp phối chính gồm xi măng, dùng từ 8% đến 10% khối lượng cấp phối, cùng với cát, đá mạt và một số chất độn (nếu có). Đây là loại gạch không nung sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay cho mục đích xây dựng (chiếm khoảng 75% tổng lượng gạch không nung dùng trên thị trường). Loại gạch này thường có cường độ chịu nén tốt, có thể đạt đến 20MPa, phổ biến là từ 50MPa đến 75MPa tùy theo yêu cầu. Loại gạch không nung này có khối lượng thể tích khá lớn (đến 1900kg/m3), tuy nhiên, quá trình chế tạo thường tạo lỗ nhằm giảm nhẹ trọng lượng và cải thiện một số tính chất cơ lí như: tăng khả năng cách âm, cách nhiệt, khi đó khối lượng thể tích của gạch nhỏ hơn 1400kg/m3. - Gạch Papanh, gạch Bi: được sản xuất với nguyên liệu từ xỉ than, vôi bột và ít xi măng (lượng dùng dưới 8%), được trộn đều bằng máy hoặc thủ công. Gạch Papanh được đóng bằng tay hoặc máy công suất nhỏ với áp lực nén thấp, do đó gạch Papanh có cường độ chịu lực nhỏ, độ hút nước cao. Gạch thường có cường độ thấp từ 3,0 MPa đến 5,0 MPa, chủ yếu dùng để xây các loại tường ít chịu lực, tường ngăn, v.v.. và dùng phù hợp với từng vùng miền, ít phổ biến hơn so với gạch xi măng cốt liệu. - Gạch bê tông nhẹ: với lượng dùng xi măng trên 20% để liên kết. Loại này có hai loại cơ bản là gạch bê tông nhẹ bọt và gạch bê tông nhẹ khí chưng áp. 6 + Gạch bê tông nhẹ bọt: sản suất bằng công nghệ tạo bọt khí trong viên gạch nên trọng lượng bản thân viên gạch giảm đi nhiều, đặc điểm này là tính ưu việt nhất của loại gạch này. Thành phần cấp phối cơ bản: xi măng, tro bay nhiệt điện, cát mịn, phụ gia tạo bọt hoặc khí, vôi, v.v.. Gạch bê tông nhẹ bọt có cường độ nén từ 3 đến 4 MPa, khối lượng thể tích khoảng 700kg/m3. Do phơi khô tự nhiên (28 đến 30 ngày), nên cần sử dụng sân bãi với diện tích lớn nếu như công suất sản xuất lớn, cần ánh sáng và thời tiết khô ráo cũng như tưới nước để tránh nứt vỡ nên gạch bê tông bọt phụ thuộc khá nhiều vào thời tiết. + Gạch bê-tông khí chưng áp: (tên tiếng Anh: Autoclaved Aerated Concrete, viết tắt: AAC), được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng rộng rãi do có rất nhiều ưu điểm như: thân thiện với môi trường, siêu nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng hóa thạch do không phải nung đốt truyền thống, bảo ôn, chống cháy, cách âm, cách nhiệt, chống thấm rất tốt so với vật liệu đất sét nung. Nó còn được gọi là gạch bêtông siêu nhẹ vì tỷ trọng chỉ bằng 1/2 hoặc thậm chí là chỉ bằng 1/3 so với gạch đất nung thông thường. Công trình xây dựng sẽ giảm tải, giảm chi phí xử lý nền móng và hệ thống kết cấu, góp phần giảm mức đầu tư xây dựng công trình từ 7- 10%, đẩy nhanh tiến độ thi công và hoàn thiện phần bao che của công trình lên 2 - 5 lần. Ngoài ra, khả năng cách âm và cách nhiệt của bê tông nhẹ rất cao, làm cho nhà ấm về mùa đông, mát về mùa hè, tiết kiệm điện năng sưởi hoặc điều hòa nhiệt độ, v.v.. Kích thước thành phẩm lớn và chính xác (thường là 100mm x 200mm x 600mm) giúp rút ngắn thời gian thi công và thời gian hoàn thiện. Với thành phần cấu tạo là vật liệu trơ và các chất vô cơ, gạch bê-tông siêu nhẹ này hoàn toàn không độc hại, có độ bền rất cao và không bắt lửa. Ngoài ra, với cấu trúc thông thoáng, nó còn có thể tự khuếch tán hơi nước, giải phóng độ ẩm và loại trừ các vấn đề liên quan đến nẩm mốc, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết nắng nóng của khí hậu vùng nhiệt đới, vùng biển và vùng có độ ẩm cao như ở khu vực miền Bắc Việt Nam. Do gạch xi măng cốt liệu được sản xuất và sử dụng phổ biến, dưới đây sẽ trình bày các loại vật liệu chính trong thành phần cấp phối chế tạo gạch xi măng cốt liệu. 1.1.2. Các thành phần cấp phối chế tạo gạch xi măng cốt liệu Những thành phần cấp phối để chế tạo gạch xi măng cốt liệu gồm: xi măng, cát, đá mạt và một số chất độn khác như xỉ than hay tro bay nhiệt điện. 1.1.2.1. Xi măng Là chất kết dính chính trong thành phần cấp phối, sự hình thành và phát triển cường độ của gạch xi măng cốt liệu phụ thuộc vào sự hình thành và phát triển cường độ của xi măng. Xi măng cũng là thành phần quyết định ảnh hưởng từ 50% đến 70% giá thành giá 7 thành một viên gạch. Việc tối ưu được tỉ lệ pha trộn xi măng sẽ giải quyết được bài toán kinh tế đối với mỗi nhà sản xuất. Tỉ lệ pha trộn xi măng trong thành phần cấp phối tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của viên gạch. Xi măng sử dụng là các loại xi măng PCB có trên thị trường hiện nay. 1.1.2.2. Cát Thường là cát sông hoặc cát nhân tạo được nghiền từ đá, sỏi cuội. Cát sử dụng trong thành phần cấp phối phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật sau: cát thô, kích thước hạt tương đối đồng nhất, đường kính hạt không quá 3.5 mm, đảm bảo yêu cầu vệ sinh, tránh lẫn lộn tạp chất, bùn sét, v.v.. Cũng như xi măng, tỷ lệ pha trộn cát trong thành phần cấp phối tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của viên gạch. Với tỉ lệ pha trộn hợp lí sẽ giúp cho viên gạch được mịn hơn, tăng độ thẩm mĩ, đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật. Không sử dụng cát biển hay cát nhiễm mặn trong thành phần cấp phối. 1.1.2.3. Đá mạt Trước đây, thành phần cấp phối chính để sản xuất gạch xi măng cốt liệu chủ yếu là xi măng và cát. Hiện nay, trong thành phần cấp phối có thêm thành phần đá mạt với những tỉ lệ phối trộn các thành phần hạt khác nhau, giúp tiết kiệm lượng cát trong thành phần cấp phối. Đá mạt có đường kính nhỏ trong quá trình phối trộn sẽ lấp kín các lỗ trống giữa các hạt cát, giúp viên gạch đặc chắc, tăng khả năng chống thấm. Hiện nay, có một số nhà sản xuất chỉ sử dụng xi măng và đá mạt trong thành phần cấp phối, giúp tiết kiệm tối đa lượng cát, tuy nhiên viên gạch có cường độ không cao, hình thức xù xì, độ thấm nước lớn. Do đó, người ta thường sử dùng đá mạt với tỉ lệ phối liệu khác nhau cùng với cát để cải thiện các tính chất cơ lí của viên gạch. Đá mạt là một sản phẩm có giá trị khá thấp, được tạo ra trong quá trình khai thác và chế biến đá ở các mỏ khai thác đá hay cơ sở sản xuất đá xây dựng. Trước đây nó thường bị bỏ đi hoặc không được quan tâm sử dụng, nhưng hiện nay là nguyên liệu phổ biến để sản xuất gạch không nung hoặc sử dụng để tôn nền nhà. Đá mạt có ở rất nhiều vùng miền của Việt Nam, đặc biệt là ở những tỉnh có các mỏ khai thác đá xây dựng lớn như Hà Nam, Ninh Bình, Hòa Bình ,Thanh Hóa, Lạng Sơn, Đồng Nai, Bình Dương, Vũng Tàu, v.v., do đó là nguồn nguyên liệu khá dồi dào. Tuy vậy, hiện nay nó cũng trở nên hiếm, có giá trị và có giá thành khá cao. 1.1.2.4. Nước Nước là thành phần không thể thiếu để chế tạo gạch xi măng cốt liệu. Chất lượng nước yêu cầu tương tự như chất lượng nước để trộn bê tông, vữa. Lượng nước hòa trộn hợp lí giúp cho viên gạch sau khi tạo hình sẽ hình thành, phát triển cường độ và có cường độ tối ưu nhất. Ngoài ra, lượng nước hợp lí sẽ tạo ra tính công tác tốt nhất, thuận tiện cho quá trình tạo khuôn, bảo dưỡng. Tỉ lệ nước tùy thuộc vào thành phần cấp phối và 8 loại cấp phối sử dụng, có thể khác nhau mặc dù lượng xi măng có thể giống nhau. 1.2.2.5. Các phụ gia, chất độn Phụ gia, chất độn được đưa vào trong thành phần cấp phối để cải thiện một số tính chất của viên gạch như: tăng khả năng chống thấm, chống rêu mốc. Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu đưa thêm xỉ than, tro bay của quá trình sản xuất công nghiệp khác vào trong thành phần cấp phối chế tạo gạch không nung. Nguồn cung xỉ than, tro bay khá dồi dào từ các nhà máy nhiệt điện lớn trên cả nước, cần được nghiên cứu ứng dụng giúp tận dụng tốt nguồn thải ảnh hưởng đến môi trường. Việc sử dụng phụ gia sẽ tối ưu hóa được giá thành và chi phí sản xuất gạch xi măng cốt liệu. Hình 1.1. Các thành phần cấp phối chế tạo gạch xi măng cốt liệu 1.1.3. Một số đặc trưng cơ lí của gạch xi măng cốt liệu 1.1.3.1. Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén là chỉ tiêu cơ lí quan trọng nhất của viên gạch. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng của viên gạch mà cường độ chịu nén yêu cầu phải đáp ứng một giá trị tối thiểu, chẳng hạn như gạch xi măng cốt liệu dùng để xây tường, có thể là tường ngăn, tường bao che, có thể là tường vừa làm tường bao che, vừa làm tường ngăn, vừa là tường chịu lực. Tuy nhiên, dù sử dụng cho mục đích nào của tường, cường độ chịu nén của viên gạch không được nhỏ hơn cường độ của vữa xây. Do được chế tạo từ xi măng và các thành phần cốt liệu như cát, mạt đá, một số chất độn, phụ gia và nước nên cường độ chị nén của gạch xi măng không nung có thể rất cao, tùy thuộc vào tỉ lệ cấp phối, tối thiểu đạt được từ 3,5MPa trở lên. Tùy theo các yêu cầu sử dụng, gạch xi măng không nung thường có cường độ chịu nén bằng hoặc lớn hơn gạch nung đất sét, trong nhiều trường hợp, cường độ chịu nén của gạch xi măng không 9 nung cao hơn nhiều lần so với gạch nung truyền thống. Theo [7], cường độ chịu nén của gạch xi măng cốt liệu ứng với mác như quy định như sau: - Mác M3,5 - cường độ chịu nén không nhỏ hơn 3,5 MPa; - Mác M5,0 - cường độ chịu nén không nhỏ hơn 5,0 MPa; - Mác M7,5 - cường độ chịu nén không nhỏ hơn 5,0 MPa; - Mác M10,0 - cường độ chịu nén không nhỏ hơn 5,0 MPa; - Mác M12,5 - cường độ chịu nén không nhỏ hơn 12,5 MPa; - Mác M15,0 - cường độ chịu nén không nhỏ hơn 15,0 MPa; - Mác M20,0 - cường độ chịu nén không nhỏ hơn 20,0 MPa; Có thể chế tạo được gạch xi măng không nung có cường độ chịu nén khác nhau tùy theo yêu cầu sử dụng. Đây là lợi thế kỹ thuật của gạch xi măng không nung so với gạch nung. Cường độ chịu nén của viên gạch không nung phát triển theo thời gian và đạt được cường độ thiết kế sau khoảng thời gian bảo dưỡng nhất định (cường độ 28 ngày). Có thể tăng nhanh tốc độ phát triển cường độ của gạch xi măng không nung nếu áp dụng hiệu quả chế độ bảo dưỡng thích hợp. 1.1.3.2. Khối lượng thể tích Gạch xi măng cốt liệu có khối lượng thể tích khá lớn, lớn hơn so với gạch đất nung truyền thống. Đối với viên gạch hoàn toàn đặc, khối lượng thể tích có thể đạt đến 2050 kg/m3. Khối lượng thể tích lớn là một bất lợi, làm tăng giá trị tải trọng bản thân đối với tường xây, làm tăng tải trọng tác dụng lên kết cấu công trình nhất là các công trình nhiều tầng sử dụng gạch xi măng cốt liệu làm tường chịu lực, bao che hay làm vách ngăn. Hiện nay, người ta đã chế tạo gạch xi măng cốt liệu có nhiều lỗ rỗng như gạch nung truyền thống giúp giảm nhẹ trọng lượng bản thân của viên gạch. Tỷ lệ thể tích lỗ rỗng so với thể tích của viên gạch có thể đạt từ 35% đến 50%, không vượt quá 65%, tùy vào từng mẫu gạch khác nhau. Do đó, khối lượng thể tích của viên gạch xi măng cốt liệu có lỗ rỗng giảm đi khá nhiều, đạt từ 1.050kg/m3 đến 1.365kg/m3. Khối lượng thể tích tương đối nhỏ của gạch xi măng không nung có lỗ rỗng hoàn toàn phù hợp với các công trình xây dựng, kể cả nhà cao tầng. 1.1.3.3. Độ hút nước Độ hút nước là khả năng hút và chứa nước vào trong viên gạch, được tính bằng tỉ lệ phần trăm khối lượng nước và khối lượng toàn viên gạch hoặc tỉ lệ phần trăm thể tích nước mà viên gạch hút vào so với thể tích tự nhiên của toàn viên gạch. Độ hút nước của gạch xi măng cốt liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc tính của lỗ rỗng và thành phần của vật liệu tạo nên viên gạch. Độ hút nước càng lớn thì làm tăng khối lượng của viên gạch 10 trong điều kiện ẩm ướt, do đó làm tăng tải trọng bản thân. Bên cạnh đó, độ hút nước càng cao, làm giảm khả năng chịu lực của viên gạch khi hút nước, giảm khả năng cách nhiệt. Theo [7], độ hút nước của gạch xi măng cốt liệu không lớn hơn 14% (với gạch mác M35 và M50) và không lớn hơn 12% đối với gạch có mác từ M75 trở lên. 1.1.3.4. Độ thấm nước Độ thấm nước được tính bằng thể tích nước thấm qua một đơn vị diện tích bề mặt của viên gạch tiếp xúc với nước (ml/m2.h.). Gạch có độ thấm nước càng nhỏ, khả năng chống thấm càng cao. Theo [7], độ thấm nước của gạch xi măng cốt liệu không vượt quá 350 ml/m2.h. Nhìn chung, gạch xi măng cốt liệu có khả năng chống thấm cao hơn các loại gạch đất nung truyền thống. Cũng như độ hút nước, độ thấm nước của viên gạch xi măng cốt liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc tính của lỗ rỗng và thành phần của vật liệu tạo nên viên gạch. 1.1.3.5. Độ rỗng Độ rỗng của viên gạch xi măng cốt liệu là tỷ lệ phần trăm của thể tích lỗ rỗng so với thể tích của viên gạch. Gạch có độ rỗng càng lớn thì khối lượng thể tích càng nhỏ. Độ rỗng của viên gạch cũng có ảnh hưởng lớn đến độ hút nước và độ thấm nước của viên gạch. Theo [7], độ rỗng của viên gạch xi măng cốt liệu không được vượt quá 65%. Quy định độ rỗng tối đa để đảm bảo khả năng chịu lực của viên gạch. 1.1.4. Ưu nhược điểm của gạch xi măng không nung xi măng cốt liệu 1.1.4.1. Ưu điểm - Tiết kiệm được nhiên liệu, năng lượng (than, củi, v.v.) để đốt, nung, tránh được tình trạng chặt phá rừng và ô nhiễm môi trường. - Nguyên vật liệu sản xuất phong phú, sản phẩm đa dạng, phân bố hầu như ở tất cả các vùng miền trên cả nước. - Sản xuất với dây chuyền hiện đại, ít tốn nhân công. - Có cường độ cao, đáp ứng theo các nhu cầu sử dụng khác nhau. - Khả năng cách âm, cách nhiệt tốt. - Có kích thước lớn nên rút ngắn thời gian thi công, tiết kiệm vữa xây. - Khi cần có thể dễ dàng thay đổi kiểu dáng và kích thước trong thi công (đặc biệt gạch vỉa hè), trong quá trình sử dụng có thể tháo gỡ viên gạch cũ để xây dựng gạch mới một cách nhanh chóng. - Hình dáng và màu sắc các viên gạch đa dạng. - Quá trình sản xuất không quá phụ thuộc vào thời tiết nắng mưa. 11 1.1.4.2. Nhược điểm - Sử dụng cát làm nguyên liệu nên làm cho nhu cầu khai thác cát tăng cao. - Có giá thành cao hơn so với gạch nung truyền thống. - Trong quá trình sản xuất và thi công không gây ô nhiễm nhưng lại sử dụng rất nhiều những nguyên liệu thứ phẩm gây ô nhiễm như xi măng, bột nhôm, bột đá, v.v.. - Không linh hoạt khi thiết kế kiến trúc với nhiều góc cạnh, không có khả năng chống thấm tốt, dễ gây nứt tường do co giãn nhiệt, v.v.. 1.1.5. Tình hình sản xuất, sử dụng và hướng phát triển của gạch không nung ở Việt Nam Từ những năm 60, Việt Nam đã sản xuất và sử dụng nhiều loại gạch xi măng cốt liệu trên cơ sở chất kết dính vôi - xỉ nhiệt điện, puzơlan, cốt liệu là đá mạt, cát, v.v. làm vật liệu xây tường, tuy nhiên chỉ sản xuất ở mức thủ công nhỏ lẻ, yêu cầu kĩ thuật không cao, lượng sản xuất chỉ đáp ứng tiêu dùng cho một bộ phận dân cư trong các công trình có qui mô không quá lớn. Đến những thập niên 80, 90 một số dây chuyền sản xuất gạch gạch xi măng cốt liệu với quy mô công nghiệp đã được đầu tư xây dựng. Đến năm 1998 cả nước có tổng số 23 dây chuyền theo công nghệ thiết bị của Italia, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Cộng hoà liên bang Đức, Nhật, Pháp được đưa vào sản xuất với tổng công suất 281 triệu viên không kể các cơ sở sản xuất thủ công, nhỏ lẻ ở các địa phương khoảng 45 triệu viên. Với những ưu điểm vượt trội so với gạch đất nung truyền thống, gạch không nung đang dần là một điểm mạnh về công nghệ trong công nghiệp xây dựng ở nước ta đã và đang rất được quan tâm. Cụ thể, theo Quyết định số 115/2001/QĐ-TTg về việc Quy hoạch tổng thể ngành công nghiệp vật liệu xây dựng đến năm 2010 và định hướng đến 2020 đã được thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 01/08/2001, phải phát triển gạch không nung thay thế gạch đất nung từ 10 đến 15% vào năm 2005 và 25% đến 30% vào năm 2010, xóa bỏ hoàn toàn gạch đất nung thủ công vào năm 2020. Quyết định số 121/2008/QĐ-TTg của thủ tướng chính phủ đã đưa ra lộ trình đưa gạch không nung vào thay thế vật liệu nung quy hoạch tới năm 2020. Theo lộ trình đã được điều chỉnh cho phù hợp với tình hình thực tế, tỷ lệ vật liệu xây không nung trên tổng số vật liệu xây vào các năm 2010 sẽ là 10% để đến năm 2015 tăng lên từ 20 - 25% và bứt phá vào năm 2020 với 30 đến 40%; ứng dụng các công nghệ mới trong sản xuất vật liệu xây dựng, các sản phẩm vật liệu mới tiết kiệm năng lượng, thân thiện môi trường và phát triển bền vững. Ngày 27/11/2008, Bộ Xây dựng gửi công văn số 2383/BXD - VLXD đến các Sở xây dựng các tỉnh, thành phố yêu cầu phát triển vật liệu xây, gạch không nung thay thế