Tài liệu Nghiên cứu tận dụng nguồn xỉ sắt để sản xuất gạch xi măng không nung

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI QUỐC DUNG NGHI N C U T N D NG NGUỒN Ỉ S T ĐỂ SẢN UẤT GẠCH I M NG KH NG NUNG LU N V N THẠC SĨ KỸ THU T ÂY DỰNG C NG TRÌNH DÂN D NG VÀ C NG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI QUỐC DUNG NGHI N C U T N D NG NGUỒN Ỉ S T ĐỂ SẢN UẤT GẠCH I M NG KH NG NUNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN Mã số: 60.58.02.08 LU N V N THẠC SĨ KỸ THU T ÂY DỰNG C NG TRÌNH DÂN D NG VÀ C NG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ KHÁNH TOÀN Đà Nẵng – Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin 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 B i Quốc Dung ii NGHI N C U T N D NG NGUỒN Ỉ S T ĐỂ SẢN UẤT GẠCH I M NG KHÔNG NUNG Học viên: i uốc ung Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa:32 Trường Đại học ách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Gạch không nung đƣợc 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 nhƣ: Cát, đá, sỏi, xỉ thải, v.v. kết hợp với xi măng và các chất phụ gia để phối trộn. Xỉ sắt là phế phẩm sinh ra trong quá trình luyện thép tại các nhà máy thép có trữ lƣợng rất lớn và là một nguồn thải rắn nguy hại gây ô nhiễm môi trƣờng. Đề tài “Nghiên cứu tận dụng nguồn xỉ sắt làm thành phần cấp phối cho sản xuất gạch không nung” đã nghiên cứu thành phần cấp phối vật liệu chế tạo gạch không nung có sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối, qua đó tiến hành các thí nghiệm để xác định một số đặc trƣng cơ lí quan trọng của gạch nhƣ: cƣờng độ, tốc độ phát triển cƣờng độ, khối lƣợng riêng, khả năng thấm, hút nƣớc. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm thu đƣợc từ nghiên cứu là cơ sở quan trọng để phát triển hƣớng nghiên cứu này cho việc áp dụng sản xuất gạch không nung sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối để ứng dụng vào thực tế sản xuất, nhằm góp phần xử lí xỉ sắt, giảm tác động có hại của xỉ sắt đến môi trƣờng. Từ khóa - gạch không nung, xỉ sắt, sản xuất gạch không nung, RESEARCH ON UTILIZING THE SOURCE OF IRON SLAG AS THE DISTRIBUTION COMPONENT FOR THE PRODUCTION OF NON-BAKED BRICK Summary- Adobe brick are made from a variety of materials, with different technologies, so there are many categories. In the past period, most of the materials have been used for the production of adobe brick generally focused on the main materials such as sand, stone, slag, etc. combined with cement and other additives for mixing. Ferrous slag is the waste produced during the steelmaking process at steel mills with large reserves and a source of hazardous waste causing environmental pollution. The topic of " Research on utilizing the source of iron slag as the distribution component for the production of non-baked bricks" studied the composition of non-baked brick materials using iron slag in the grading component, thereby conducting experiments to identify some important mechanical properties of bricks such as strength, Development speed, density, suction capacity, water absorption. The empirical results obtained from the study are an important basis for developing this research direction for the application of non-baked bricks using slag in the mix to apply to production practices. , in order to contribute to the treatment of slag, reduce the harmful effects of iron slag on the environment. Keywords - Adobe bricks, iron slag, manufacturing the Adobe bricks iii M CL C TRANG PH BÌA LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i M C L C .................................................................................................................... iii DANH M C CÁC BẢNG............................................................................................vi DANH M C CÁC HÌNH ......................................................................................... viii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................................2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................3 4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 3 5. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................3 6. Nội dung của luận văn............................................................................................. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KH NG NUNG VÀ NGHI N C U NG D NG Ỉ S T ĐỂ SẢN UẤT GẠCH KH NG NUNG ............................... 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG ............................................................ 5 1.1.1. Tổng quan..........................................................................................................5 1.1.2. Phân loại và các yếu tố kỹ thuật của gạch không nung .....................................6 1.2. CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ L C A GẠCH KHÔNG NUNG ....................................7 1.2.1. Cƣờng độ chịu nén ............................................................................................ 7 1.2.2. Độ ngậm nƣớc và khả năng chống thấm nƣớc ..............................................7 1.2.3. Khối lƣợng thể tích của gạch xi măng cốt liệu..................................................8 1.3. CÁC THÀNH PHẦN VẬT LIỆU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG .................8 1.3.1. Xi măng .............................................................................................................8 1.3.2. Cát .....................................................................................................................9 1.3.3. Đá mạt ...............................................................................................................9 1.3.4. Nƣớc ..................................................................................................................9 1.3.5. Các chất phụ gia, chất độn ................................................................................9 1.4. TỔNG QUAN VỀ XỈ SẮT VÀ NG NG XỈ SẮT TRONG X Y NG ......9 1.4.1. Tổng quan về xỉ sắt ...........................................................................................9 1.4.2. ng dụng xỉ sắt trong xây dựng ......................................................................11 1.4.2.1. Nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép trên thế giới .........................................12 1.4.2.2. Nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép tại Việt Nam ........................................13 1.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG .......................................................................................... 14 iv CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC ÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ L C A GẠCH KH NG NUNG - ÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ L C A CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ..............................................................................15 2.1. CÁC TÀI LIỆU, TI U CHUẨN LI N QUAN ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ L C A GẠCH KHÔNG NUNG ..................................................15 2.1.1. Kích thƣớc và mức sai lệch .............................................................................15 2.1.2. Yêu cầu về tính chất cơ lí ................................................................................15 2.1.2.1. Độ rỗng và độ hút nƣớc ...........................................................................15 2.1.2.2. Cƣờng độ, khối lƣợng riêng và độ hút nƣớc ............................................16 2.2. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ L C A CÁC THÀNH PHẦN CẤP PH I ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH XI M NG KHÔNG NUNG ......................16 2.2.1. Xi măng ...........................................................................................................16 2.2.2. Cát ...................................................................................................................17 2.2.3. Đá mạt .............................................................................................................18 2.2.4. Nƣớc ................................................................................................................18 2.2.5. Xỉ sắt ...............................................................................................................19 2.3. TH NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ LÝ C A CÁC THÀNH PHẦN CẤP PH I CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG ..............................................20 2.3.1. Xi măng ...........................................................................................................20 2.3.2. Cát ...................................................................................................................23 2.3.3. Đá mạt .............................................................................................................28 2.3.4. Xỉ sắt ...............................................................................................................30 2.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG .......................................................................................... 32 CHƯƠNG 3. TH NGHIỆM ÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ L C A GẠCH KH NG NUNG C S D NG Ỉ S T LÀM THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ............................................................................................................................. 33 3.1. THIẾT KẾ CẤP PH I SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG .............................. 33 3.2. TẠO MẪU TH NGHIỆM .....................................................................................34 3.3. CÁC KẾT QUẢ TH NGHIỆM .............................................................................35 3.3.1. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén của gạch không nung ................................ 35 3.3.2. Xác định độ rỗng gạch xi măng cốt liệu .........................................................40 3.3.3. Xác định độ hút nƣớc của gạch xi măng cốt liệu ............................................43 3.3.4. Khối lƣợng thể tích của gạch không nung ......................................................45 3.4. NH LUẬN KẾT QUẢ ........................................................................................45 3.5. HIỆU QUẢ VỀ KỸ THUẬT VÀ MÔI TRƢỜNG C A GẠCH KHÔNG NUNG ............................................................................................................................ 46 v 3.5.1. Hiệu quả về kỹ thuật ........................................................................................46 3.5.2. Hiệu quả về môi trƣờng..................................................................................46 3.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG .......................................................................................... 47 K T LU N VÀ KI N NGHỊ .....................................................................................48 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 50 QUY T ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LU N V N (bản sao) vi DANH M C CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng 2.1. 2.1. Thành phần hóa học của xỉ sắt tại một số quốc gia (tính theo %) Kích thƣớc và mức sai lệch kích thƣớc của viên gạch bê tông (mm) Trang 11 15 2.2. Quy định về quan sát ngoại quan của viên gạch 15 2.3. Độ rỗng và độ thấm nƣớc của gạch không nung 16 2.4. Cƣờng độ chịu nén, khối lƣợng riêng và độ hút nƣớc 16 2.5. Các tiêu chuẩn xác định đặc trƣng cơ lý của xi măng 17 2.6. Xác định các đặc trƣng cơ lý của cát 17 2.6. Xác định các đặc trƣng cơ lý của đá mạt 18 2.7. Hàm lƣợng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nƣớc trộn bê tông và vữa 19 2.8. Xác định các đặc trƣng cơ lý của xỉ sắt 19 2.9. Kết quả thí nghiệm độ mịn của xi măng PC 40 Đồng Lâm 20 2.10. Kết quả thí nghiệm nén mẫu vữa xi măng 3 ngày tuổi 21 2.11. Kết quả thí nghiệm thời gian đông kết của xi măng 22 2.12. Kết quả thí nghiệm khối lƣợng riêng của xi măng 23 2.13. Kết quả thí nghiệm khối lƣợng riêng, độ hút nƣớc của cát 25 2.14. Kết quả thí nghiệm khối lƣợng thể tích xốp của cát 25 2.15. Kết quả thí nghiệm hàm lƣợng bụi, bùn, sét của cát 26 2.16. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát 27 2.17. Kết quả thí nghiệm khối lƣợng riêng, độ hút nƣớc của đá mạt 28 2.18. Kết quả thí nghiệm khối lƣợng thể tích xốp của đá mạt 29 2.19. Kết quả thí nghiệm hàm lƣợng bụi, bùn, sét của đá mạt 29 2.20. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của đá mạt 29 2.18. Kết quả thí nghiệm khối lƣợng riêng, độ hút nƣớc của xỉ sắt 30 2.21. Kết quả thí nghiệm khối lƣợng thể tích xốp của xỉ sắt 31 2.22. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của xỉ sắt 31 2.1. Cấp phối cho vữa để sản xuất gạch không nung M50(400 viên) 33 3.2. ảng các cấp phối cho 400 viên gạch với tỉ lệ % xỉ sắt thay thế đá mạt 33 vii Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.3. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén R3 của gạch không nung 36 3.4. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén R7 của gạch không nung 36 3.5. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén R14 của gạch không nung 37 3.6. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén R28 của gạch không nung 37 3.7. Kết quả thí nghiệm độ rỗng gạch không nung 42 3.8. Kết quả thí nghiệm độ hút nƣớc của gạch không nung 44 3.9. ảng khối lƣợng thể tích của gạch không nung 45 viii DANH M C CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1. Gạch không nung đƣợc sản xuất dây chuyền tại nhà máy 6 1.2. Một số vật liệu sản xuất gạch xi măng không nung 8 1.3. 1.4. 1.5. ãi chứa xỉ sắt tại nhà máy thép Đà Nẵng Mẫu bê tông cốt liệu xỉ thép Mẫu gạch không nung có một trong những thành phần cấp phối là xỉ thép 10 12 13 2.1. Đúc mẫu vữa xi măng 21 2.2. Ép xác định cƣờng độ vữa XM 21 2.3. Thí nghiệm thời gian đông kết của xi măng 22 2.4. Cân bình mẫu và nƣớc 23 2.5. Xác định khối lƣợng riêng của XM 23 2.6. Các loại hình dáng của khối cốt liệu 24 2.7. Thí nghiệm thể tích xốp của cát 25 2.8. Xác định thành phần hạt của cát 27 2.9. iểu đồ thành phần hạt của cát 28 2.10. iểu đồ thành phần hạt của đá mạt 30 2.11. iểu đồ thành phần hạt của xỉ sắt 32 3.1. Khuôn đúc mẫu 34 3.2. Máy đúc mẫu gạch 34 3.3. Gạch sau khi đúc mẫu 34 3.4. Nén mẫu gạch không nung 35 3.5. iểu đồ phát triển cƣờng độ của cấp phối CP1 theo thời gian 38 3.6. iểu đồ phát triển cƣờng độ của cấp phối CP2 theo thời gian 38 3.7. iểu đồ phát triển cƣờng độ của của cấp phối CP3 theo thời gian 39 3.8. iểu đồ phát triển cƣờng độ của cấp phối CP4 theo thời gian 39 3.9. iểu đồ phát triển cƣờng độ của cấp phối CP5 theo thời gian 39 3.10. iểu đồ phát triển cƣờng độ gạch của các cấp phối theo thời gian 40 3.11. Tiến hành đo mẫu gạch 41 3.12. Cân mẫu gạch không nung 41 3.13. iểu đồ độ rỗng gạch không nung 42 ix Số hiệu hình 3.14. 3.15. Tên hình Ngâm mẫu gạch không nung iểu đồ độ hút nƣớc của gạch không nung Trang 43 44 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hàng năm, ngành công nghiệp sản xuất thép thải ra môi trƣờng hàng triệu tấn xỉ sắt. Lƣợng phế thải này là nguyên nhân dẫn đến những tác động bất lợi nhƣ: đòi hỏi diện tích bãi chứa rất lớn, dẫn đến chiếm nhiều diện tích canh tác nông nghiệp; lƣợng xỉ sắt thải ra gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, môi trƣờng không khí làm ảnh hƣởng đến sản xuất nông nghiệp, ảnh hƣởng đến đời sống của nhân dân. Tận thu, xử lí các phế thải công nghiệp, trong đó có xỉ sắt từ quá trình sản xuất giúp giảm thiểu tác động đến môi trƣờng là một trong những chủ trƣơng cũng nhƣ ƣu tiên hàng đầu mà chính phủ, các cấp, các ngành hết sức quan tâm. ộ Xây dựng đã có Tờ trình số 18/Ttr- X ngày 31/3/2014 gửi Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt cơ chế thực hiện xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hóa chất để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng giai đoạn 2014 – 2020, định hƣớng đến năm 2030. Việc sử dụng nguồn phế thải của quá trình sản xuất để chế tạo vật liệu xây dựng sẽ làm giảm việc khai thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên nhƣ đất làm gạch xây dựng, cát để sản xuất gạch xi măng không nung, v.v.. Điều đó sẽ tạo điều kiện để các ngành sản xuất điện, phân bón, thép và sản xuất vật liệu xây dựng phát triển bền vững và thân thiện với môi trƣờng. ng dụng vật liệu mới trong xây dựng, trong đó có gạch xây không nung luôn nhận đƣợc sự quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở các nƣớc trên thế giới. Hiện nay, đƣa gạch xây không nung vào các công trình xây dựng đang trở thành xu hƣớng tất yếu trong ngành xây dựng. Sở dĩ loại gạch này đƣợc 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 ô nhiễm môi trƣờng, giảm hao phí các nguồn tài nguyên liên quan và thân thiện với môi trƣờng. Nguyên liệu đƣợc sử dụng trong sản xuất gạch không nung là các phụ phẩm gạch nhẹ, bê tông xốp, cát, đất đồi, chất thải công nghiệp, bột đá từ các nhà máy sản xuất đá tràng thạch, đá lỗi của các nhà máy gạch hay chất thải tro bay, xỉ sắt từ các nhà máy nhiệt điện, v.v.. Trên thế giới, tại các quốc gia phát triển, luôn khuyến khích sử dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện trong xây dựng đƣờng xá và đôi khi là điều kiện bắt buộc. Đơn cử nhƣ tại Pháp có đến 99% lƣợng tro xỉ thải ra đƣợc tái sử dụng, tại Nhật ản, con số 2 này là 80%, tại Hàn Quốc là 85%. Ở nhiều nƣớc khác, tro bay chủ yếu đƣợc sử dụng để sản xuất gạch không nung. Sản xuất gạch từ nguyên liệu này tiết kiệm năng lƣợng đến hơn 85% so với việc sản xuất gạch nung truyền thống từ đất sét. Theo số liệu của bốn tổ chức W /UNEP/UNI O/WHO, sản xuất một tấn thép thành phẩm sẽ sản sinh ra khoảng từ 300-500kg chất thải rắn. Tại Ấn Độ, số liệu trung bình từ bốn nhà máy luyện gang thép thải ra khoảng 500kg/1 tấn thép. Giai đoạn từ năm 2010-2011, họ đã thải ra môi trƣờng từ 35 đến 40 triệu tấn chất thải rắn để sản xuất ra 70 triệu tấn thép. Những chất thải rắn bao gồm các oxit kim loại, silica và kim loại nặng. Một số công ty trên thế giới tái sử dụng khoảng 65% chất thải rắn này phục vụ cho các ngành vật liệu xây dựng hoặc bông khoáng. Tại các nhà máy SX thép trong nƣớc, nguồn xỉ sắt thải ra rất lớn; cụ thể nhƣ: Tại Khu CN Phú Mỹ ( à Rịa-Vũng Tàu), Nhà máy thép Việt, Nhà máy thép miền Nam, v.v. lƣợng xỉ sắt thải ra môi trƣờng lên đến 451.000 tấn/năm. Khai thác, sử dụng nguồn xỉ sắt là vấn đề cần thiết, có tính cấp bách trong bối cảnh vấn đề ô nhiễm môi trƣờng, khai thác cạn kiệt các nguồn tài nguyên khoáng sản có hạn trong tự nhiên đang đƣợc các cấp, các ngành và toàn xã hội quan tâm. Nhƣng để khai thác và ứng dụng có hiệu quả xỉ sắt trong sản xuất gạch không nung thì phải có sự nghiên cứu, thẩm định, đánh giá một cách toàn diện. Đề tài “Nghiên cứu tận dụng nguồn xỉ sắt để sản xuất gạch xi măng không nung” đƣợc thực hiện nhằm nghiên cứu xây dựng thành phần cấp phối hợp lí và xác định một số đặc trƣng cơ lí chính của viên gạch không nung có xử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối thông qua thực nghiệm, đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, có tính thời sự cao. XỈ SẮT TẠI NHÀ MÁY SX THÉP- CÔNG TY CP THÉP ĐÀ N NG 2. Mục tiêu c a đề tài 3 - Nghiên cứu xây dựng thành phần cấp phối có sử dụng xỉ sắt để sản xuất gạch không nung; - Xác định một số đặc trƣng cơ lý của gạch xi măng không nung sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối: cƣờng độ, độ hút nƣớc, khối lƣợng riêng của viên gạch. 3. Đối tư ng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: gạch xi măng không nung. Phạm vi nghiên cứu: xác định một số đặc trƣng cơ lí trong phòng thí nghiệm của gạch xi măng không nung sử dụng xỉ sắt phế thải từ một số nhà máy sản xuất thép tại Đà Nẵng trong thành phần cấp phối. 4. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan về gạch xi măng không nung. - Tổng quan về nguồn xỉ sắt hiện nay tại các nhà máy sản xuất thép tại Đà Nẵng. ng dụng của xỉ sắt trong xây dựng. - Nghiên cứu cơ sở khoa học trong việc xác định các đặc trƣng cơ lí của vật liệu và của gạch không nung. - Thí nghiệm, đo đạc một số đặc trƣng cơ lý, hóa học của vật liệu xây dựng để sản xuất gạch xi măng không nung, trong đó có xỉ sắt. - Xác định các đặc trƣng cơ lý của gạch xi măng không nung sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối. - Đánh giá tính khả thi của việc sử dụng xỉ sắt trong sản xuất gạch xi măng không nung. 5. Phư ng ph p nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết. - Khảo sát thực nghiệm. - Tổng hợp, phân tích rút ra kết luận. 6. Nội dung c a luận văn MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 2. Mục tiêu của đề tài 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4. Nội dung nghiên cứu 5. Phƣơng pháp nghiên cứu 6. Nội dung của luận văn 4 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ GẠCH KH NG NUNG VÀ NGHI N C U NG D NG Ỉ S T ĐỂ SẢN UẤT GẠCH KH NG NUNG 1.1. Tổng quan về gạch không nung 1.2. Các đặc trƣng cơ lí của gạch không nung 1.3. Các thành phần vật liệu chế tạo gạch không nung 1.4. Tổng quan về xỉ sắt và ứng dụng xỉ sắt trong xây dựng 1.5. Kết luận chƣơng. Chư ng 2 - CƠ SỞ KHOA HỌC ÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ L C A GẠCH KH NG NUNG - ÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ L C A CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI 2.1. Các tài liệu, tiêu chuẩn liên quan đến việc xác định các đặc trƣng cơ lý của gạch không nung. 2.2. Phƣơng pháp xác định các đặc trƣng cơ lí của gạch không nung. 2.3. Thí nghiệm xác định các đặc trƣng cơ lí của các thành phần cấp phối chế tạo gạch không nung. 2.4. Kết luận chƣơng Chư ng 3 – TH NGHIỆM ÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ C A GẠCH KHÔNG NUNG C S D NG Ỉ S T LÀM THÀNH PHẦN CẤP PHỐI 3.1. Thiết kế cấp phối sản xuất gạch không nung 3.2. Tạo mẫu thí nghiệm 3.3. Kết quả thí nghiệm. 3.4 ình luận kết quả 3.5. Hiệu quả về kỹ thuật và môi trƣờng của gạch không nung 3.6. Kết luận chƣơng K T LU N VÀ KI N NGHỊ 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GẠCH KH NG NUNG VÀ NGHI N C U D NG Ỉ S T ĐỂ SẢN UẤT GẠCH KH NG NUNG NG 1.1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KH NG NUNG 1.1.1. Tổng quan Gạch không nung hay gạch block là một loại gạch mà sau khi đƣợc tạo hình từ hỗn hợp vữa, đƣợc cấp phối thành phần theo những tỉ lệ nhất định, thì tự đóng rắn và đạt các chỉ số về cơ học nhƣ cƣờng độ nén, uốn, độ hút nƣớc, v.v. mà không cần qua nhiệt độ để viên gạch đạt đƣợc những chỉ tiêu và tính chất theo yêu cầu thiết kế. Độ bền của viên gạch không nung đƣợc gia tăng nhờ lực ép hoặc rung hoặc cả ép lẫn rung lên viên gạch và thành phần kết dính của chúng. Về bản chất của sự liên kết tạo hình của gạch không nung khác hẳn gạch đất nung. Quá trình sử dụng gạch không nung, do các phản ứng hoá đá của nó trong hỗn hợp tạo gạch sẽ tăng dần độ bền theo thời gian. Tất cả các tổng kết và thử nghiệm trên đã đƣợc cấp giấy chứng nhận: độ bền, độ rắn viên gạch không nung tốt hơn gạch đất sét nung và đã đƣợc kiểm chứng ở tất cả các nƣớc trên thế giới: Mỹ, Đức, Trung Quốc, Nhật ản, v.v.. Mặc dù gạch không nung đƣợc dùng phổ biến trên thế giới nhƣng ở Việt Nam gạch không nung vẫn chiếm tỉ lệ thấp do bởi thói quen, tập quán ƣa sử dụng gạch nung truyền thống cũng nhƣ những đòi hỏi kỹ thuật khi xây gạch không nung để đảm bảo chất lƣợng khối xây. Gạch nung có khoảng từ 70 đến 100 tiêu chuẩn quốc tế khác nhau, với kích thƣớc tiêu chuẩn khác nhau. Gạch nung thƣờng đƣợc chế tạo từ đất sét, khai thác từ thiên nhiên. Tại Việt Nam, gạch nung truyền thống đƣợc sản xuất theo hai cách: i) chế tạo thủ công và nung tại các lò thủ công, đốt bằng than hoặc củi; ii) chế tạo tại nhà máy và nung bằng lò tunnel (sản xuất công nghiệp), đốt nóng bởi việc điều khiển nhiệt độ của dòng khí đi qua lò. Gạch nung có nhiều kích thƣớc khác nhau, đặc điểm cấu tạo khác nhau: gạch đặc, gạch lỗ, kích thƣớc phổ biến với gạch lỗ là 210x100x60mm. Gạch không nung hiện có khoảng 300 tiêu chuẩn quốc tế khác nhau với kích cỡ viên gạch khác nhau, sức chịu nén viên gạch không nung tối đa có thể đạt 35 MPa. 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, giá thành phù hợp với từng công trình. Có nhiều loại dùng để xây tƣờng, lát 6 nền, kè đê, trang trí, v.v.. Hiện nay, gạch không nung đã khẳng định chỗ đứng vững chắc trong các công trình, nó đang dần trở lên phổ biến hơn và đƣợc ƣu tiên phát triển. Có rất nhiều công trình sử dụng gạch không nung, từ công trình nhỏ lẻ, phụ trợ cho đến các công trình dân dụng, đình chùa, nhà hàng, sân gôn, khu nghỉ dƣỡng, cao ốc, v.v.. Một số công trình điển hình nhƣ: Keangnam Hà Nội Landmard Tower (đƣờng Phạm Hùng, Hà Nội), Habico Tower (đƣờng Phạm Văn Đồng, Hà Nội), khách sạn Horinson (Hà Nội), Hà Nội Hotel Plaza (đƣờng Trần uy Hƣng, Hà Nội), Sông Giá resort (Hải Phòng), sân vận động Mỹ Đình (Hà Nội), làng Việt Kiều châu u (Hà Đông, Hà Nội), v.v.. Để định hƣớng phát triển vật liệu xây không nung, từng bƣớc thay thế gạch nung truyền thống, hạn chế sử dụng đất sét và than, Thủ tƣớng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 567/QĐ-TTg ngày 28/4/2010 về việc phê duyệt Chƣơng trình phát triển vật liệu xây không nung đến năm 2020 [1]; ngày 16/4/2012, Thủ tƣớng Chính phủ tiếp tục chỉ đạo việc tăng cƣờng sử dụng vật liệu xây không nung tại Chỉ thị số 10/CT-TTg về việc tăng cƣờng sử dụng vật liệu xây không nung và hạn chế sản xuất, sử dụng gạch đất sét nung; cụ thể hóa chỉ đạo của Thủ tƣớng Chính phủ, tại Thông tƣ số 09/2012/TT- X ngày 28/11/2012, ộ Xây dựng đã quy định việc sử dụng vật liệu xây không nung trong các công trình xây dựng. Nhƣ vậy nhu cầu sử dụng vật liệu xây không nung hiện nay rất lớn và là một chính sách của Đảng và Nhà nƣớc ta. Hình 1.1. Gạch không nung được sản xuất dây chuyền tại nhà máy 1.1.2. Phân loại và c c yếu tố kỹ thuật c a gạch không nung Gạch xi măng cốt liệu hay còn gọi là gạch bê tông, gạch block: loại gạch này đƣợc cấu thành từ mạt đá, tro bay và liên kết bằng xi măng (khoảng 10%). Gạch xi măng cốt liệu có kết cấu vững chắc, hình thành cƣờng độ theo nguyên lý hình thành cƣờng độ của bê tông xi măng. 7 Gạch bê tông khí chƣng áp (AAC) [10]: đƣợc sản xuất từ cát vàng (hoặc tro bay), xi măng, thạch cao, vôi, bột nhôm. Quá trình tạo cƣờng độ cuối cùng đƣợc thực hiện bằng lò hơi (lò chƣng áp). Ngoài hai dòng sản phẩm chính nêu trên, gạch bê tông bọt [11, 12], gạch đất hóa đá cũng đƣợc liệt kê vào nhóm gạch không nung. Đối với gạch xi măng cốt liệu, nguyên liệu chính để sản xuất là xi măng PC, cát và mạt đá. Gạch xi măng cốt liệu có cƣờng độ chịu nén cao, khả năng chống thấm tốt và mức độ đồng đều lớn hơn hẳn các loại gạch khác. Gạch xi măng cốt liệu rất đa dạng về mẫu mã. Công nghệ sản xuất gạch xi măng cốt liệu có thể tạo ra những sản phẩm có kích thƣớc lớn, hệ số rỗng cao, thành vách mỏng, tỷ trọng thấp. Gạch xi măng cốt liệu có độ chống thấm tốt do đặc điểm chế tạo sử dụng công nghệ rung và ép với lực ép đủ lớn đảm bảo cho các thành phần trong viên gạch sắp xếp chặt chẽ, ít khoảng trống. Kết hợp với quá trình thủy hóa và phát triển cƣờng độ của xi măng giúp cho viên gạch có khả năng chống thấm tốt, độ hút nƣớc nhỏ. Tƣờng xây bằng gạch xi măng cốt liệu có cƣờng độ cao, có khả năng chịu lực lớn, có độ bền vững, an toàn, hầu nhƣ không bị rêu mốc. Đây chính là điểm khác nhau căn bản của gạch xi măng cốt liệu so với gạch nung. 1.2. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ L C A GẠCH KH NG NUNG 1.2.1. Cường độ chịu nén o đƣợc chế tạo từ xi măng và các thành phần cốt liệu nhƣ cát, mạt đá, một số chất độn, phụ gia và nƣớc nên cƣờng độ chị nén của gạch xi măng không nung cao, thông thƣờng lớn hơn 50kg/cm2. Tùy theo các yêu cầu sử dụng, gạch xi măng không nung thƣờng có cƣờng độ chịu nén bằng hoặc lớn hơn gạch nung đất sét, trong nhiều trƣờng hợp, cƣờng độ chịu nén của gạch xi măng không nung cao hơn nhiều lần so với gạch nung truyền thống. Có thể chế tạo đƣợc gạch xi măng không nung có cƣờng 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. Cƣờng độ chịu nén của viên gạch không nung phát triển theo thời gian và đạt đƣợc cƣờng độ thiết kế sau khoảng thời gian bảo dƣỡng nhất định (cƣờng độ 28 ngày). Có thể tăng nhanh tốc độ phát triển cƣờng độ của gạch xi măng không nung nếu áp dụng hiệu quả chế độ bảo dƣỡng thích hợp. 1.2.2. Độ ngậm nước và khả năng chống thấm nước Độ ngậm nƣớc của gạch xi măng không nung rất thấp, đạt dƣới 8% trong khi gạch đất sét nung có độ ngậm nƣớc từ 14% đến 18%. Khả năng chống thấm nƣớc của gạch xi măng không nung tốt do bởi quá trình 8 tạo khuôn cho viên gạch sử dụng công nghệ rung ép, tạo ra độ kín, khít và không có lỗ thông nhau, viên gạch đạt độ chống thấm tốt. 1.2.3. Khối lư ng thể tích c a gạch xi măng cốt liệu o có cốt liệu chính là mạt đá, cát nên gạch xi măng không nung có khối lƣợng thể tích đặc khoảng 2.050kg/m3. Công nghệ sản xuất hiện đại đã cho ra thị trƣờng các loại gạch xi măng cốt liệu có lỗ rỗng lớn, thành vách mỏng. Tỷ lệ rỗng so với thể tích của viên gạch có thể đạt từ 35% đến 50% tùy vào từng mẫu gạch, nên khối lƣợng thể tích gạch xi măng không nung có lỗ rỗng chỉ từ 1.050kg/m3 đến 1.365kg/m3. Khối lƣợng thể tích tƣơng 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. 1.3. CÁC THÀNH PHẦN V T LIỆU CH TẠO GẠCH KH NG NUNG Những vật liệu chính cho việc sản xuất gạch xi măng không nung đó là: xi măng, cát, đá mạt, các chất độn nhƣ: xỉ than, tro bay, các phế phẩm khác (nếu có). Hình 1.2. Một số vật liệu sản xuất gạch xi măng không nung 1.3.1. i măng Là chất kết dính trong viên gạch xi măng không nung. Đây cũng là thành phần quyết định đến 50% – 70% giá thành một viên gạch. Thƣờng sử dụng xi măng PC trong sản xuất. Tùy theo yêu cầu cƣờng độ chịu nén của viên gạch mà tỉ lệ thành phần xi măng trong cấp phối tạo gạch có thể khác nhau. 9 1.3.2. Cát Thƣờng là cát núi, cát sông, cát nhân tạo cũng có thể đƣợc sử dụng hoặc cát thải từ công nghiệp nghiền đá, v.v.. Cát phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu kỹ thuật nhƣ sau: cát thô, kích thƣớc hạt tƣơng đối đồng nhất, đƣờng kính hạt nhỏ hơn 0.75cm. Tùy theo yêu cầu cƣờng độ chịu nén của viên gạch mà tỉ lệ thành phần cát trong cấp phối tạo gạch có thể khác nhau. 1.3.3. Đ mạt Là thành phần quan trọng trong cấp phối chế tạo gạch xi măng không nung. Đá mạt là phế phẩm sinh ra từ quá trình khai thác và sản xuất đá xây dựng (sử dụng để chế tạo bê tông). Mạt đá có ở rất nhiều vùng miền của Việt Nam, đặc biệt là ở những tỉnh có các mỏ khai thác đá xây dựng lớn nhƣ Hà Nam, Ninh ình, Hòa ìnhĐồng Nai, ình ƣơng, Vũng Tàu, v.v. Tỉ lệ thành phần cấp phối của đá mạt cũng thay đổi tùy thuộc vào loại gạch xi măng không nung cần chế tạo nhƣng cũng phải tuân thủ theo các yêu cầu nhất định để đảm bảo cƣờng độ, độ láng bề mặt hay màu sắc của viên gạch. 1.3.4. Nước Nƣớc sạch dùng để chế tạo bê tông cũng là loại nƣớc đƣợc sử dụng trong chế tạo gạch xi măng không nung. Mức nƣớc thích hợp làm cho gạch có cƣờng độ tốt nhất theo mác thiết kế, đồng thời tạo ra tính công tác hợp lí, thuận tiện cho việc tạo khuôn. 1.3.5. C c chất phụ gia, chất độn Phụ gia, chất độn đƣợc đƣa vào trong thành phần cấp phối để cải thiện một số tính chất của viên gạch nhƣ: tăng khả năng chống thấm, chống rêu mốc. Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu đƣa thêm xỉ than, tro bay của quá trình sản xuất công nghiệp khác vào trong thành phần cấp phối chế tạo gạch không nung. 1.4. TỔNG QUAN VỀ Ỉ S T VÀ NG D NG Ỉ S T TRONG ÂY DỰNG 1.4.1. Tổng quan về xỉ sắt Xỉ sắt (hay còn gọi là xỉ thép) là phế phẩm sinh ra trong quá trình luyện thép tại các nhà máy. Đây là loại chất thải rắn đƣợc xếp vào chất thải rắn nguy hại. Các chất lẫn trong nguyên, nhiên vật liệu (đất, cát, bùn, v.v.) của quặng sắt; nguyên liệu kim loại bị oxi hóa tạo thành các oxít; tƣờng lò bị ăn mòn trong điều kiện nhiệt độ cao và tro của nhiên liệu đốt lò. Thành phần hóa học của xỉ thép bao gồm nhiều loại oxít khác nhau nhƣ: CaO, MgO, MnO, FeO, NiO, SiO2, P2O5. Ngoài ra còn có các hợp chất khác nhƣ: CaS, FeS, CaS2, v.v.. Thành phần của xỉ thép phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào, các chất đƣợc sử dụng trong quá trình luyện thép và công nghệ luyện thép.