Tài liệu Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu để sản xuất gạch không nung

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- LÊ PHONG NHÃ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- LÊ PHONG NHÃ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG Chuyên ngành: Mã số: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ KHÁNH TOÀN Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý Đào tạo, Khoa Sau đại học và các Giảng viên Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, Trường Đại học Trà Vinh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi nhất về cơ sở vật chất trong suốt quá trình học tập, giúp tôi hoàn thành Luận văn Thạc sĩ. Tôi xin chân thành cảm ơn đến TS. Lê Khánh Toàn – Giảng viên hướng dẫn trực tiếp, đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn Thạc sĩ. Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ trong Tiểu ban kiểm tra tiến độ đã nhiệt tình nhận xét, đánh giá và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn. Nhà máy sản xuất gạch không nung Nhật Anh thuộc Công ty TNHH Sản xuất Xây dựng - Thương mại Nhật Anh. Phòng thí nghiệm VLXD, mã số LAS-XD1294 thuộc Công ty Cổ phần Kiểm định Xây dựng Miền Tây. Sau cùng, tôi chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã hết lòng động viên, khuyến khích, chia sẻ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu nhằm giúp tôi hoàn thành Luận văn Thạc sĩ. Xin chân thành cảm ơn! Trà Vinh, ngày 19 tháng 02 năm 2018 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lê Phong Nhã LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Lê Phong Nhã MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1 1. Lý do lựa chọn đề tài............................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...........................................................................3 4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................3 5. Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài ............................................................ 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG ........................................4 1.1. GIỚI THIỆU VỀ GẠCH KHÔNG NUNG ............................................................ 4 1.1.1. Định nghĩa về gạch không nung ..........................................................................4 1.1.2. Một số ưu điểm, nhược điểm của gạch không nung. ...........................................4 1.1.2.1. Ưu điểm ............................................................................................................4 1.1.2.2. Nhược điểm .......................................................................................................4 1.1.2.3. So sánh với gạch đất nung ................................................................................5 1.1.3. Các loại gạch không nung tại Việt Nam .............................................................. 5 1.2. CÁC LOẠI VẬT LIỆU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG ................................ 9 1.2.1. Cát ......................................................................................................................10 1.2.2. Mạt đá ................................................................................................................10 1.2.3. Xi măng ..............................................................................................................10 1.2.4. Phụ gia ...............................................................................................................10 1.2.5. Nước ..................................................................................................................10 1.3. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG .................................10 1.3.1. Cường độ chịu nén của gạch không nung .......................................................... 10 1.3.2. Độ hút nước và khả năng chống thấm nước của gạch không nung ...................10 1.3.3. Khối lượng thể tích của gạch không nung .........................................................11 1.3.4. Vữa dùng cho gạch không nung ........................................................................11 1.4. QUY TRÌNH SẢN SUẤT GẠCH KHÔNG NUNG ............................................11 1.4.1. Công nghệ Polime hóa khoáng .........................................................................11 1.4.1.1. Nguyên liệu sản xuất .......................................................................................11 1.4.1.2. Cách phối trộn .................................................................................................12 1.4.1.3. Quy trình sản xuất ........................................................................................... 12 1.4.1.4. Ứng dụng và sản phẩm ...................................................................................12 1.4.2. Công nghệ sản xuất gạch xi măng cốt liệu .......................................................12 1.4.2.1. Nguyên liệu .....................................................................................................12 1.4.2.2. Cách phối trộn .................................................................................................13 1.4.2.3. Quy trình sản xuất ........................................................................................... 13 1.5. GIỚI THIỆU VỀ NGUỒN VỎ TRẤU ................................................................ 14 1.5.1. Định nghĩa và nguồn gốc của vỏ trấu ................................................................ 14 1.5.2. Hiện trạng vỏ trấu tại Việt Nam ........................................................................14 1.5.3. Các ứng dụng của vỏ trấu hiện nay ...................................................................15 1.5.3.1. Sử dụng làm chất đốt ......................................................................................15 1.5.3.2. Dùng vỏ trấu để lọc nước ................................................................................17 1.5.3.3. Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu ..................................................................17 1.5.3.4. Vỏ trấu làm sản phẩm mỹ nghệ ......................................................................18 1.5.3.5. Dùng trấu làm thiết bị khí hoá dầu .................................................................18 1.5.3.6. Vỏ trấu làm sản phẩm vật liệu xây dựng nhẹ không nung ............................. 19 1.5.3.7. Vỏ Trấu làm công trình giao thông nông thôn................................................19 1.5.3.8. Các ứng dụng khác của vỏ trấu .......................................................................20 1.6. KHẢ NĂNG CẢI THIỆN VÀ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA GẠCH KHÔNG NUNG CÓ SỬ DỤNG VỎ TRẤU LÀM THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ......20 1.6.1. Khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật ............................................................ 20 1.6.2. Khả năng cải thiện môi trường ..........................................................................21 1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG .......................................................................................21 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG ............................................................................................ 22 2.1. CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG .........................................................................22 2.2. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG .............................................................................................. 23 2.1.1. Xi măng ..............................................................................................................23 2.2.2. Cát ......................................................................................................................24 2.2.3. Mạt đá ................................................................................................................25 2.2.4. Nước ...................................................................................................................25 2.2.5. Vỏ trấu ...............................................................................................................27 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG ........................................................................................27 CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG CÓ SỬ DỤNG VỎ TRẤU TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ............28 3.1. ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG ....28 3.1.1. Thí nghiệm xi măng Holcim PCB 40 ................................................................ 28 3.1.1.1. Xác định độ mịn .............................................................................................. 28 3.1.1.2. Xác định khối lượng riêng ..............................................................................28 3.1.1.3. Xác định thời gian đông kết ............................................................................29 3.1.1.4. Xác định độ bền nén .......................................................................................29 3.1.2. Thí nghiệm cát ...................................................................................................31 3.1.2.1. Xác định thành phần hạt của cát .....................................................................31 3.1.2.2. Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét ...................................................................33 3.1.2.3. Xác định khối lượng thể tích xốp của cát .......................................................33 3.1.2.4. Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của cát ........................................34 3.1.3. Thí nghiệm mạt đá ............................................................................................. 36 3.1.3.1. Xác định thành phần hạt của mạt đá ............................................................... 36 3.1.3.2. Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét ...................................................................37 3.1.3.3. Xác định khối lượng thể tích xốp của mạt đá .................................................38 3.1.3.4. Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của mạt đá .......................................39 3.1.4. Thí nghiệm nước: ............................................................................................... 41 3.1.5. Thí nghiệm vỏ trấu ............................................................................................. 42 3.1.5.1. Xác định khối lượng thể tích xốp của vỏ trấu .................................................42 3.1.5.2. Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của vỏ trấu ......................................43 3.2. CẤP PHỐI GẠCH KHÔNG NUNG ....................................................................46 3.3. TẠO MẪU THÍ NGHIỆM ...................................................................................47 3.4. CÁC KẾT QUẢ KHẢO SÁT ...............................................................................49 3.4.1. Xác định kích thước, màu sắc và khuyết tật ngoại quan ...................................49 3.4.2. Xác định độ rỗng ................................................................................................ 51 3.4.3. Kết quả thí nghiệm cường độ nén ......................................................................53 3.4.4. Xác định độ thấm nước ......................................................................................57 3.4.5. Xác định độ hút nước. ........................................................................................58 3.4.6. Xác định khối lượng thể tích..............................................................................60 3.5. BÌNH LUẬN KẾT QUẢ ......................................................................................61 3.6. MỘT VÀI ĐÁNH GIÁ VỀ MẶT KỸ THUẬT, KINH TẾ VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CỦA GẠCH KHÔNG NUNG CÓ SỬ DỤNG VỎ TRẤU TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI.........................................................................................62 3.6.1. Về mặt kỹ thuật ..................................................................................................62 3.6.2. Về mặt kinh tế ....................................................................................................63 3.6.3. Tác động môi trường.......................................................................................... 64 3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG ........................................................................................64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................68 Tài liệu tiếng việt .........................................................................................................68 Tài liệu internet ............................................................................................................68 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI PHỤ LỤC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG Học viên: Lê Phong Nhã Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K32.XDD.TV Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Gạch không nung được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, với các công nghệ khác nhau nên về chủng loại cũng có rất nhiều. Trong giai đoạn vừa qua, hầu hết các vật liệu sử dụng để sản xuất gạch không nung phần lớn tập trung vào các loại vật liệu chủ yếu như: Cát, đá, sỏi, xỉ thải v.v.. kết hợp với xi măng và các chất phụ gia để phối trộn. Vỏ trấu, là nguồn phế phẩm nông nghiệp rất dồi dào ở đồng bằng sông Cửu Long, đã được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng, làm phụ gia trong sản xuất xi măng, v.v.. Còn lượng lớn vỏ trấu chưa được sử dụng. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu để sản xuất gạch không nung” đã trình bày khái quát các công nghệ sản xuất gạch không nung, các chỉ tiêu cơ lý vật liệu, đồng thời thiết kế cấp phối trộn vỏ trấu trong sản xuất gạch không nung, đã đưa ra được các đánh giá về cường độ và tiêu chuẩn khi sử dụng vỏ trấu làm thành phần cấp phối. Vì vậy, việc nghiên cứu sản xuất gạch không nung từ vỏ trấu là một trong những vấn đề cần thiết, ngoài việc tiết kiệm diện tích đất nông nghiệp, đây sẽ là nguồn nguyên liệu vô tận để tạo ra sản phẩm gạch cung cấp cho nhu cầu vật liệu xây dựng trong các công trình. Từ khóa – Vỏ trấu; gạch không nung; cường độ chịu nén của gạch không nung; trọng lượng riêng của gạch không nung, độ hút nước của gạch không nung. STUDY ON USING RICE HUSK TO MAKE ADOBE BRICKS Abstract - Adobe bricks have been produced by different materials, and with different technologies; therefore, they are diversified in category. During recent time, most of materials used for producing adobe bricks are sand, rock, pebble, waste slag, etc mixing with cement and additives. Rice husk, the plentiful agricultural waste in Mekong Delta Region, has been studied to apply for different fields, in which they have been used in constructing materials and additives for cement, etc. The remainig majority of them have not been used. The thesis "Study on using rice husk to produce adobe bricks" has presented the overview of techonologies producing adobe bricks, some physical targets of material, and designed the gradations of mixing rice husk in producing adobe bricks and given the evaluations of intensity and standard when using rice husk as one of the complements. Therefore, the study of using rice husk in producing adobe bricks is one of the essential work. Beside saving agricultural area, this is an endless material source to produce adobe bricks meeting the demand of materials for construction works. Key words– Rice hush, adobe bricks; compressible intensity of adobe bricks; specific weight of adobe bricks; absorbent of adobe bricks. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TCVN XMCL AAC VLXD CP Tiêu chuẩn Việt Nam Xi măng cốt liệu Gạch bê tông khí chưng áp Vật liệu xây dựng Cấp phối DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ Số hiệu bảng 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 Tên bảng So sánh gạch không nung với gạch đất nung Thành phần hóa học của vỏ trấu Các tiêu chuẩn xác định đặc trưng cơ lý của gạch không nung Các tiêu chuẩn xác định đặc trưng cơ lý của xi măng Xác định các đặc trưng cơ lý của cát Xác định các đặc trưng cơ lý của mạt đá Hàm lượng tối đa cho phép của muối hoà tan, ion sunfat, ion clo Giới hạn cho phép về thời gian ninh kết và cường độ chịu nén Xác định các đặc trưng cơ lý của vỏ trấu Kết quả thí nghiệm độ mịn của xi măng Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của xi măng Kết quả thí nghiệm thời gian đông kết của xi măng Kết quả thí nghiệm nén mẫu vữa xi măng 3 ngày tuổi Kết quả thí nghiệm nén mẫu vữa xi măng 28 ngày tuổi Tổng hợp kết quả thí nghiệm xi măng Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát Kết quả thí nghiệm hàm lượng bụi, bùn, sét của cát Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của cát Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng, độ hút nước của cát Tổng hợp kết quả thí nghiệm cát Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của đá mạt Kết quả thí nghiệm hàm lượng bụi, bùn, sét của mạt đá Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của mạt đá Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng, độ hút nước của mạt đá Tổng hợp kết quả thí nghiệm mạt đá Kết quả thí nghiệm nước Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của vỏ trấu Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng, độ hút nước của vỏ trấu Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm vỏ trấu Bảng thiết kế cấp phối thành phần nguyên liệu gạch không nung Bảng khối lượng riêng nguyên liệu lấy tại hiện trường Bảng cấp phối thành phần nguyên liệu ứng với 1 mẽ trộn Kết quả đo kích thước mẫu gạch Trang 5 14 22 23 24 25 26 27 27 28 29 29 30 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 41 43 44 44 46 46 47 50 Số hiệu bảng 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 Số hiệu biểu đồ 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Tên bảng Kết qủa độ công vênh, vết nứt, màu sắc mẫu gạch Khối lượng thể tích xốp của cát Kết quả xác định độ rỗng Kết quả thí nghiệm cường độ nén R3 của gạch không nung Kết quả thí nghiệm cường độ nén R7 của gạch không nung Kết quả thí nghiệm cường độ nén R14 của gạch không nung Kết quả thí nghiệm cường độ nén R28 của gạch không nung Kết quả thí nghiệm độ thấm nước Kết quả thí nghiệm độ hút nước Kết quả xác định khối lượng thể tích Bảng tính cấp phối gạch không sử dụng vỏ trấu Bảng tính cấp phối gạch sử dụng vỏ trấu thay thế 5% cát Tên biểu đồ Biểu đồ thành phần hạt cát Thành phần hạt mạt đá Biểu đồ độ rỗng gạch không nung Biểu đồ phát triển cường độ gạch theo thời gian Biểu đồ độ thấm nước của gạch không nung Biểu đồ độ hút nước của gạch không nung Biểu đồ khối lượng thể tích Trang 51 52 52 54 55 55 56 57 59 59 66 66 Trang 32 37 53 56 58 59 61 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 Tên hình Gạch không nung xi măng cốt liệu Nguyên liệu sản xuất gạch không nung Quy trình sản xuất gạch công nghệ Polime hóa khoáng Chi tiết dây chuyền sản xuất gạch xi măng cốt liệu Cây lúa và vỏ trấu Vỏ trấu thải bỏ bừa bãi xuống sông Lò đốt vỏ trấu dùng trong sinh hoạt ở các vùng Tây Nam Bộ Dùng vỏ trấu trong việc nung gạch Củi trấu thành phẩm Bình hoa, tượng làm từ vỏ trấu Công trình đường giao thông nông thôn sử dụng vỏ trấu tại ấp Đồng Tâm B, xã Tân Duyệt, Huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau Các loại hình dáng của khối cốt liệu Xác định thể tích xốp vỏ trấu Cân mẫu vỏ trấu Sấy mẫu vỏ trấu Cân mẫu trấu đã ngâm nước Cân vật liệu Cung cấp vật liệu Trộn vật liệu Băng chuyền nguyên liệu Máy ép mẫu Lấy mẫu gạch sau khi ép Mẫu gạch sau khi ép Bảo dưỡng mẫu gạch Xác định kích thước mẫu gạch không nung Xác định độ rỗng gạch không nung Làm phẳng bề mặt tiếp xúc Nén mẫu gạch không nung Sấy mẫu gạch không nung Ngâm nước gạch không nung Đo kích thước mẫu gạch Cân mẫu gạch Trang 8 9 12 13 14 15 16 16 17 18 20 35 43 43 44 44 47 47 48 48 48 48 49 49 50 52 54 54 58 58 60 60 1 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Ứng dụng vật liệu mới trong xây dựng, trong đó có gạch xây không nung luôn nhận được sự quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở các nước trên thế giới. Hiện nay, đưa gạch xây không nung vào các công trình xây dựng đang trở thành xu hướng tất yếu trong ngành xây dựng. Sở dĩ loại gạch này được kỳ vọng nhiều đến thế là vì chúng sẽ dần thay thế các loại gạch nung truyền thống, 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. Để định hướng phát triển vật liệu xây không nung, từng bước thay thế gạch nung truyền thống, hạn chế sử dụng đất sét và than, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 567/QĐ-TTg ngày 28/4/2010 về việc phê duyệt Chương trình phát triển vật liệu xây không nung đến năm 2020;[1] ngày 16/4/2012, Thủ tướng Chính phủ tiếp tục chỉ đạo việc tăng cường sử dụng vật liệu xây không nung tại Chỉ thị số 10/CT-TTg về việc tăng cường sử dụng vật liệu xây không nung và hạn chế sản xuất, sử dụng gạch đất sét nung;[2] cụ thể hóa chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ, tại Thông tư số 09/2012/TT-BXD ngày 28/11/2012, Bộ Xây dựng đã quy định việc sử dụng vật liệu xây không nung trong các công trình xây dựng.[3] Tại Trà Vinh, Ủy ban nhân dân tỉnh đã ban hành Quyết định số 251/QĐ–UBND ngày 26/02/2014 về việc Kế hoạch thực hiện Chương trình phát triển vật liệu xây không nung đến năm 2020 và lộ trình chấm dứt hoạt động sản xuất gạch đất sét nung bằng lò thủ công, thủ công cải tiến, lò đứng liên tục và lò vòng sử dụng nhiên liệu hóa thạch trên địa bàn tỉnh Trà Vinh, với mục tiêu sử dụng vật liệu xây không nung tại đô thị loại 3 trở lên phải sử dụng 100% kể từ năm 2014, các đô thị còn lại sử dụng 100% và các công trình xây dựng 09 tầng trở lên sử dụng 50% vật liệu xây không nung loại nhẹ kể từ năm 2015.[4] Như vậy nhu cầu sử dụng vật liệu xây không nung hiện nay rất lớn và là một chính sách của Đảng và Nhà nước ta. Trong các loại gạch không nung hiện nay sử dụng nhiều nhất là gạch không nung xi măng cốt liệu. Đây là loại gạch được khuyến khích sử dụng nhiều nhất và được ưu tiên phát triển mạnh nhất 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 của gạch không nung xi măng cốt liệu là cát, xi măng kèm một trong các phụ gia như xỉ than nhiệt điện, phế thải công nghiệp, nông nghiệp, phụ gia kết dính, v.v.. Tùy vào thành phần mà gạch không nung xi măng cốt liệu khá đa dạng với nhiều chủng loại, nhưng tất cả các loại gạch này phải phù hợp với các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành. Cùng với những ưu điểm như thời gian chế tạo ngắn, hao phí nhân công ít, kết cấu vững chắc với cường độ cao, khả năng cách nhiệt, cách âm, chống cháy tốt và thân thiện với môi trường, loại gạch này cũng có một số hạn chế như thấm nước nhanh, dễ gây nứt tường do co giãn nhiệt, trọng lượng 2 2 và giá thành vẫn còn cao (so với gạch nung). Vì vậy việc tiếp tục nghiên cứu, phát triển loại gạch này theo hướng phát huy ưu điểm, khắc phục hạn chế nhằm nâng cao hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, hướng đến sử dụng rộng rãi là một yêu cầu mang tính cấp thiết. [10] Hiện nay, cát là vật liệu không thể thiếu trong xây dựng. Tại Việt Nam, nhu cầu về cát để phục vụ cho san lấp, xây dựng công trình nhà ở, hạ tầng giao thông luôn ở mức cao, trong đó có sử dụng cát để sản xuất gạch không nung, điều đáng nói là khả năng cung ứng cát đang ngày càng khan hiếm, trong khi nhu cầu sử dụng lại không ngừng tăng lên. Hiện sản lượng cát thu được từ các hoạt động cho phép như nạo vét lòng sông và khai thác theo định mức kinh tế kỹ thuật không đáp ứng đủ nhu cầu, dẫn đến hoạt động khai thác cát trái phép gây nhiều thiệt hại về kinh tế và xã hội như sạt lở bờ sông, làm thay đổi dòng chảy, cạn kiện nguồn tài nguyên cát và thất thu cho ngân sách nhà nước,v.v..Trước tình hình khan hiếm cát như trên, trong khi một sản phẩm gạch không nung với cát là một trong những nguyên liệu chính, cần thiết phải nghiên cứu nguồn vật liệu khác thay thế hoặc kết hợp để làm giảm lượng cát sử dụng, tạo tiền đề cho sự phát triển bền vững loại vật liệu xây dựng mới này. Vật liệu thay thế hoặc kết hợp để làm giảm lượng cát sử dụng trước hết phải là loại vật liệu đáp ứng được yêu cầu về trữ lượng, trọng lượng và giá thành. [11] Việt Nam là nước nông nghiệp, một trong những nước xuất khấu gạo đứng hàng đầu thế giới, đồng bằng sông Cửu Long là vựa lúa lớn nhất cả nước cũng như các khu vực khác trong lưu vực sông Mê Kông, do đó nguồn vỏ trấu hết sức dồi dào. Tuy vậy, vỏ trấu là sản phẩm ít được sử dụng sau xay sát. Một vài ứng dụng từ vỏ trấu hiện nay mang lại hiệu quả cao như dùng làm chất đốt, lọc nước, than hoạt tính, gas sinh học, đặc biệt là ứng dụng của vỏ trấu trong sản xuất vật liệu xây dựng, thiết bị cách nhiệt, nguyên liệu làm phụ gia cho xi măng, v.v.. Thực tế hiện nay lượng trấu vẫn còn rất dồi dào, chưa được tận dụng hết thậm chí đem đi đốt hoặc thải bỏ bừa bãi xuống sông để tiêu hủy gây ô nhiễm môi trường nên việc nghiên cứu ứng dụng nguồn nguyên liệu này nhằm mở rộng sử dụng trấu trong sản xuất gạch không nung là rất cần thiết, vừa có khả năng cải thiện được một số tính chất cơ lí của gạch không nung, vừa tiết kiệm chi phí sản xuất, vừa tận dụng được nguồn vật liệu địa phương, góp phần giải quyết vấn đề cạn kiệt nguồn tài nguyên cát hiện nay, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học về gạch không nung, nhưng việc nghiên cứu sử dụng vỏ trấu để sản xuất gạch không nung chưa được nghiên cứu. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu để sản xuất gạch 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 địa phương, thân thiện với môi trường. Do đó đề tài rất có ý nghĩa thực tiễn và khoa học. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác định một số tính chất cơ lý của gạch không nung sử dụng vỏ trấu trong thành phần cấp phối theo những tỉ lệ nhất định. 3 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Gạch không nung có sử dụng vỏ trấu trong thành phần cấp phối. Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu cơ lí của gạch không nung có sử dụng vỏ trấu trong thành phần cấp phối như: cường độ chịu uốn; cường độ chịu nén; trọng lượng riêng; độ hút nước; khả năng dính bám của vữa xây. 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Khảo sát thực nghiệm - Tổng hợp, phân tích rút ra kết luận 5. Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài Mở đầu Chương 1: Tổng quan về gạch không nung Chương 2: Cơ sở khoa học xác định các đặc trưng cơ lý của gạch không nung Chương 3: Xác định một vài đặc trưng cơ lý của gạch không nung có sử dụng vỏ trấu trong thành phần cấp phối Kết luận và kiến nghị 4 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG 1.1. GIỚI THIỆU VỀ GẠCH KHÔNG NUNG 1.1.1. Định nghĩa về gạch không nung Nếu như trước đây, gạch nung được xem là loại gạch phổ biến nhất, được sử dụng nhiều nhất, thì hiện nay, với sự phát triển của nền khoa học - kỹ thuật, người ta có thể sản xuất ra loại gạch không cần phải nung, được gọi là gạch không nung. Gạch không nung là một loại gạch mà sau gia công định hình thì tự đóng rắn đạt các chỉ số về cơ học như cường độ nén, uốn, độ hút nước mà không cần qua nhiệt độ, không phải sử dụng nhiệt để nung nóng đỏ viên gạch nhằm tăng độ bền của viên gạch. Độ bền của viên gạch không nung được gia tăng nhờ lực ép hoặc rung hoặc cả ép lẫn rung lên viên gạch và thành phần kết dính của chúng. Gạch không nung ở Việt Nam còn được gọi là gạch block, gạch blốc, gạch bê tông, gạch block bê tông; có khoảng 300 tiêu chuẩn quốc tế khác nhau với kích cỡ viên gạch khác nhau. Sản phẩm gạch không nung có nhiều chủng loại trên một loại gạch để có thể sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ đến các công trình kiến trúc cao tầng. Gạch không nung có những ưu điểm vượt trội so với gạch nung truyền thống, tuy nhiên vẫn có những nhược điểm nhất định, điều quan trọng là phải nắm rõ những ưu điểm để phát huy và tìm cách khắc phục các khuyết điểm nhằm tiến tới sử dụng rộng rãi, dần thay thế gạch nung truyền thông. 1.1.2. Một số ưu điểm, nhược điểm của gạch không nung 1.1.2.1. 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. - Sản xuất với dây chuyền hiện đại, ít tốn nhân công. - Có cường độ cao, đáp ứng tối đa nhu cầu sử dụng. - 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. 1.1.2.2. 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. 5 5 - 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..[12] 1.1.2.3. So sánh với gạch đất nung So sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật sản xuất và sử dụng, gạch không nung có nhiều ưu điểm vượt trội hơn gạch đất nung.[13] Bảng 1.1. So sánh gạch không nung với gạch đất nung Chỉ tiêu Gạch không nung Gạch đất sét nung Nguyên liệu sản xuất Không dùng đất sét; nguyên vật liệu để sản xuất hết sức phong phú như cát vàng, xi măng, mạt đá, xỉ than, xỉ nhiệt điện, tro bay,v.v., tận dụng được phế thải công, nông nghiệp. Dùng đất sét để sản xuất gây mất đất canh tác. Năng lượng để sản xuất Không dùng than, củi. Sử dụng than, củi để đốt, nung. Sản phẩm Đa dạng, chất lượng cao, cách âm cách nhiệt tốt, cường độ chịu lực cao, kích thước lớn bằng 5-11 lần thể tích gạch nung truyền thống, giúp giảm chi phí trát vữa và đẩy nhanh tiến độ xây dựng. Ít kiểu dáng, chất lượng thấp hơn, kích thước nhỏ hơn. Năng suất lao động Cao: 2-4 người/1 triệu viên/năm, do các khâu hầu hết được tự động hoá. Thấp: 8-14 người/1 triệu viên/năm, chủ yếu thực hiện thủ công Suất đầu tư Thấp hơn. Cao hơn. Môi trường Tốt hơn, tận dụng chất thải công, nông nghiệp, không gây ô nhiễm môi trường. Gây ô nhiễm môi trường. 1.1.3. Các loại gạch không nung tại Việt Nam Gạch không nung hiện nay gồm có 3 loại chính, gồm: gạch xi măng cốt liệu (hay còn gọi là gạch block, gạch bê tông) chiếm khoảng 75% tổng lượng gạch không nung; gạch bê tông khí chưng áp chiếm 15%; gạch bê tông bọt (gạch nhẹ) chiếm 5%; gạch khác chiếm 5%. 6 6 - Gạch xi măng cốt liệu được tạo thành từ xi măng, cát, mạt đá và các phụ gia khác. Loại gạch này được sản xuất và sử dụng nhiều nhất trong các loại gạch không nung. Loại gạch này thường có cường độ chịu lực tốt (trên 80kg/m3, tỉ trọng lớn (1900kg/m3) nhưng những loại kết cấu lỗ thì có khối lượng thể tích nhỏ hơn (1800kg/m3). Đây là loại gạch được khuyến khích sử dụng nhiều nhất và được ưu tiên phát triển mạnh nhất. Nó đáp ứng rất tốt các tiêu chí về kỹ thuật, kết cấu, môi trường, thi công, v.v., ngoài ra nó có thể dùng vữa xây thông thường. - Gạch bê tông khí chưng áp (tên tiếng Anh là Autoclaved Aerated Concrete – gọi tắt là AAC) là hỗn hợp của cát hay tro bay với xi măng và vôi. Quá trình dưỡng bằng hơi nước ở áp suất cao trong nồi hấp làm cho sản phẩm ổn định cả về tính chất vật lý và hóa học. Bê tông khí chứa bong bóng khí rất nhỏ nằm tách biệt, chúng tạo cho bê tông khả năng cách âm, cách nhiệt tốt. - Gạch bê tông bọt: Sản suất bằng công nghệ bọt khí. Thành phành cơ bản: xi măng, tro bay nhiệt điện, cát mịn, phụ gia tạo bọt. Sản phẩm đã được kiểm định chất lượng đạt tiêu chuẩn về cường độ chịu nén đối với tỷ trọng D800. - Gạch khác (gạch không nung tự nhiên, gạch Silicat, gạch papanh, v.v..) + Gạch không nung tự nhiên: Từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá bazan. Loại gạch này chủ yếu sử dụng ở các vùng có nguồn puzolan tự nhiên, hình thức sản xuất tự phát, mang tính chất địa phương, quy mô nhỏ v.v.. + Gạch Silicat: Là gạch được sản xuất trên cơ sở vôi, cát hoặc các loại phế thải có hàm lượng ôxít silic cao (tro, xỉ than, phế thải công nghiệp), nước; được tạo hình bằng phương pháp ép bán khô, sau đó đóng rắn trong thiết bị hấp, với điều kiện hơi nước có áp suất 12 - 16 MPa, nhiệt độ khoảng 160 – 220 0C. + Gạch papanh: Được sản xuất từ phế thải công nghiệp như xỉ than, vôi bột, là các vật liệu có sẵn và từ lâu đời ở nước ta. Gạch có cường độ thấp từ 30 – 50 kg/cm2 chủ yếu dùng cho các loại tường ít chịu lực. 1.1.4. 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, vôi, puzolan, cốt liệu là đá mạt, xỉ nhiệt điện, cát, v.v. làm vật liệu xây tường, tuy nhiên năng lực sản xuất chỉ ở mức thủ công nhỏ lẻ, đáp ứng tiêu dùng cho một bộ phận dân cư trong các công trình phụ trợ. Đến đầu thập niên 80 một số dây chuyền sản xuất gạch gạch xi măng cốt liệu bê tông với quy mô công nghiệp đã được đầu tư xây dựng. Bước qua thập niên 90, nhiều dây chuyền được đầu tư xây dựng, 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. 7 7 Với những ưu điểm vượt trội so với gạch đất nung, gạch nung đang dần là một điểm yếu về công nghệ quan trọng trong công nghiệp xây dựng ở nước ta và rất cần được quan tâm. Chính vì vậy, 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 Viện vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng trình thủ tướng đã phê duyệt 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. Công văn số 2383/BXD – VLXD ngày 27/11/2008 của Bộ Xây dựng gửi các Sở xây dựng các tỉnh, thành phố phát triển vật liệu xây, gạch không nung thay thế cho gạch ngói nung để giảm ô nhiễm môi trường. Trước thực trạng sử dụng vật liệu nung ở Việt Nam vẫn còn chiếm tỉ lệ cao từ 90 - 95% có thể gây ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng đến diện tích đất canh tác, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chương trình phát triển vật liệu xây dựng không nung đến năm 2020 (Quyết định số 567/QĐ-TTg ngày 28/04/2010) nhằm khuyến khích và thúc đẩy sản xuất vật liệu không nung trong lĩnh vực xây dựng. Với mục tiêu cụ thể: phát triển sản xuất và sử dụng vật liệu xây không nung thay thế gạch đất sét nung đạt tỷ lệ 20 - 25% vào năm 2015, 30 - 40% vào năm 2020; hàng năm sử dụng khoảng 15 - 20 triệu tấn phế thải công nghiệp (tro xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao, v.v.) để sản xuất vật liệu xây không nung, tiết kiệm được khoảng 1.000 ha đất nông nghiệp và hàng trăm ha diện tích đất chứa phế thải; tiến tới xoá bỏ hoàn toàn các cơ sở sản xuất gạch đất sét nung bằng lò thủ công, lò tunnel. Chỉ thị số 10/CT-TTg ngày 16/4/2012 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường sử dụng vật liệu xây không nung và hạn chế sản xuất, sử dụng gạch đất sét nung, Thông tư số 09/2012/TT-BXD ngày 28/11/2012, Bộ Xây dựng đã quy định việc sử dụng vật liệu xây không nung trong các công trình xây dựng, quy định các công trình xây dựng bắt buộc sử dụng vật liệu xây không nung cụ thể như: - Các công trình xây dựng được đầu tư bằng nguồn vốn Nhà nước theo quy định hiện hành bắt buộc phải sử dụng vật liệu xây không nung theo lộ trình: + Tại các đô thị loại 3 trở lên phải sử dụng 100% vật liệu xây không nung kể từ ngày Thông tư này có hiệu lực. + Tại các khu vực còn lại phải sử dụng tối thiểu 50% vật liệu xây không nung kể 8 8 từ ngày Thông tư này có hiệu lực đến hết năm 2015, sau năm 2015 phải sử dụng 100%. - Các công trình xây dựng từ 9 tầng trở lên không phân biệt nguồn vốn, từ nay đến năm 2015 phải sử dụng tối thiểu 30% và sau năm 2015 phải sử dụng tối thiểu 50% vật liệu xây không nung loại nhẹ trong tổng số vật liệu xây (tính theo thể tích khối xây). Bên cạnh đó, nhiều chính sách khuyến khích hỗ trợ chuyển đổi đầu tư sản xuất vật liệu mới (gạch không nung) như được miễn giảm thuế thu nhập doanh nghiệp, được tranh thủ lãi suất ưu đãi của chương trình kích cầu của Chính phủ. Đến nay, hầu hết các địa phương đã nhận thức rõ ý nghĩa của chương trình đồng thời đề ra các biện pháp, kế hoạch và lộ trình cụ thể để phát triển vật liệu xây dựng không nung tiến tới hạn chế sản xuất và sử dụng gạch đất sét nung. Sau hơn 6 năm triển khai thực hiện chương trình phát triển vật liệu xây không nung theo Quyết định số 567/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, nhiều địa phương đã đạt được kết quả tốt. Hình 1.1. Gạch không nung xi măng cốt liệu (Nguồn ảnh: http://vatlieuxaydung.org.vn) Hết năm 2016, sản lượng vật liệu gạch xây dựng không nung đạt gần 6,17 tỷ viên/24,5 tỷ viên vật liệu xây dựng với tỉ lệ 25%, đạt chỉ tiêu đề ra. Trong 2 tháng đầu năm 2017, sản lượng gạch không nung bao gồm gạch nhẹ và gạch xi măng cốt liệu lần lượt là 0,11 tỷ viên, đạt 105% và o,95 tỷ viên đạt 102% so với cùng kỳ năm 2016. [14] Tuy nhiên, trên thực tế vật liệu thân thiện với môi trường trong đó có gạch không nung vẫn đang gặp khó khăn trên thị trường, đang rất vất vả cạnh tranh với gạch nung truyền thống. Tình hình này càng không khả quan ở thị trường nông thôn, vùng sâu vùng xa, v.v. Cụ thể tại Điện Biên, việc sử dụng gạch không nung chưa đúng lộ trình. Qua khảo sát tại các công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh hầu hết vẫn sử dụng vật liệu nung truyền thống (gạch đỏ, gạch tunnel), số lượng công trình sử dụng gạch không nung rất ít. Theo báo cáo của Sở Xây dựng thì đến thời điểm hiện tại, toàn tỉnh mới có 4 công