Tài liệu Nghiên cứu thử nghiệm sản xuất gạch không nung từ nguồn phế liệu của nhà máy xi măng trung sơn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------ HOÀNG CẦM NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG TỪ NGUỒN PHẾ LIỆU CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG TRUNG SƠN – LƯƠNG SƠN – HÒA BÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS ĐỒNG KIM LOAN Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa môi trường trường ĐH Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã giảng dạy, tạo điều kiện trong quá trình học tập và hoàn thành Luận văn thạc sĩ. Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn đến PGS. TS Đồng Kim Loan, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành Luận văn này. Dưới sự hướng dẫn của cô, tôi đã tiếp thu được thêm nhiều kiến thức bổ ích và học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho bản thân trong quá trình học tập và công tác sau này. Tôi xin cảm ơn sự ủng hộ, hỗ trợ kinh phí và tạo điều kiện được đi điều tra, khảo sát, lấy thông tin và mẫu nghiên cứu từ một số cơ sở Khai thác và Chế biến đá xây dựng tại Lương Sơn – Hòa Bình của Dự án Hợp tác song phương Việt – Đức “Quản lý khai thác tài nguyên khoáng sản tỉnh Hòa Bình – Một đóng góp cho phát triển bền vững tại Việt Nam” Xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ, công nhân viên nhà máy xi măng Trung Sơn, các cán bộ làm việc tại Viện Vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu. Trong quá trình tính toán và lựa chọn các phương án đề suất, do còn hạn chế về kiến thức cũng như hiểu biết về kiến thức thực tế còn hạn hẹp, Luận văn không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy cô giáo giúp cho Luận văn được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12/01/2017 Học viên Hoàng Cầm MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................3 DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................6 DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3 1.1. KHÁI QUÁT VỀ GẠCH KHÔNG NUNG ...................................................3 1.1.1. Phân loại gạch không nung ........................................................................3 1.1.2. Vai trò của gạch không nung trong xây dựng ...........................................5 1.1.3. Thực trạng sản xuất gạch không nung trên Thế giới và Việt Nam............6 1.1.4. Những ưu điểm và hạn chế của gạch không nung hiện nay ......................9 1.2. NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG .11 1.2.1. Chất kết dính ............................................................................................11 1.2.2. Cốt liệu.....................................................................................................12 1.2.3. Phụ gia khoáng ........................................................................................14 1.2.4. Các nguồn vật liệu khác ...........................................................................15 1.2.5. Nước cho sản xuất gạch không nung .......................................................15 1.3. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG ...................16 1.3.1. Công nghệ sản xuất gạch bê tông bọt ......................................................16 1.3.2. Công nghệ sản xuất gạch bê tông khí chưng áp ......................................18 1.3.3. Sản xuất gạch không nung từ đất đá thải .................................................19 1.3.4. Sản xuất gạch không nung từ đá mạt .......................................................20 1.3.5. Sản xuất gạch không nung tự dưỡng .......................................................20 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................21 2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ..........................................21 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................................................21 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu ..................................................................21 2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế ................................................22 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm .......................................................................22 2.2.4. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu ...................................................26 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................27 3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC ĐÁ VÔI VÀ SẢN XUẤT XI MĂNG CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG TRUNG SƠN ..........................27 3.1.1. Sơ lược về Nhà máy xi măng Trung Sơn, Lương Sơn, Hòa Bình ...........27 3.1.2. Quy trình công nghệ khai thác mỏ đá vôi Lộc Môn ................................28 3.1.3. Quy trình công nghệ sản xuất xi măng ....................................................31 3.1.4. Kết quả xác định các thành phần thải trong quá trình khai thác và quá trình sản xuất xi măng ................................................................................................34 3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM GẠCH KHÔNG NUNG TỪ NGUỒN PHẾ THẢI CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG TRUNG SƠN ..36 3.2.1. Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M1 ...................38 3.2.2. Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M2 ...................39 3.2.3. Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M3 ...................40 3.2.4. Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M4 ...................41 3.2.5. Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M5 ...................41 3.2.6. Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M6 ...................42 3.3. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG CHO NHÀ MÁY XI MĂNG TRUNG SƠN – LƯƠNG SƠN – HÒA BÌNH .........................43 3.3.1. Quy trình sản xuất gạch không nung từ phế thải chứa đất ......................43 3.3.2. Quy trình sản xuất gạch không nung từ đá mạt .......................................47 3.4. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ .............................................................50 3.4.1. Tính chi phí sản xuất cho 1 viên gạch không nung theo cấp phối M2 ....50 3.4.2. Tính chi phí sản xuất cho 1 viên gạch không nung theo cấp phối M5 ....52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................56 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 – Bảng tỉ lệ cấp phối thành phần nguyên liệu (% khối lượng) ..................23 Bảng 3.1 – Bảng kết quả sản xuất thử nghiệm gạch không nung sau 28 ngày .........36 Bảng 3.2 – Quy định cường độ nén và độ hút nước theo TCVN 6477:2011 – Gạch bê tông và TCVN 6355:2009 – Gạch xây – Phương pháp thử ......................................37 Bảng 3.3 - Tương quan giữa cấp độ bền chịu nén của bê tông và mác bê tông theo cường độ chịu nén – TCVN 5574:2012 – Kết cấu bê tông và cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế .......................................................................................................................37 Bảng 3.4 – Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M1 ..................38 Bảng 3.5 – Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M2 ..................39 Bảng 3.6 – Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M3 ..................40 Bảng 3.7 – Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M4 ..................41 Bảng 3.8 – Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M5 ..................42 Bảng 3.9 – Kết quả chế tạo thử nghiệm gạch không nung cấp phối M6 ..................42 Bảng 3.10 – Cấp phối cho gạch không nung từ phế thải chứa đất............................45 Bảng 3.11 – Cấp phối cho gạch không nung bê tông cốt liệu từ đá mạt ..................49 Bảng 3.12 – Danh mục đầu tư cơ sở vật chất............................................................51 Bảng 3.13 – Chi phí sản xuất cho 1 viên gạch không nung theo cấp phối M2 .........51 Bảng 3.14 – Chi phí sản xuất cho 1 viên gạch theo cấp phối M5 .............................53 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.1 – Vị trí Nhà máy xi măng Trung Sơn .......................................................27 Hình 3.2 – Sơ đồ quy trình khai thác mỏ đá vôi Lộc Môn .......................................29 Hình 3.3 – Mỏ đá vôi Lộc Môn.................................................................................30 Hình 3.4 - Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy xi măng Trung Sơn .........................31 Hình 3.5 – Một phần nhà máy xi măng Trung Sơn ..................................................34 Hình 3.6 – Quy trình sản xuất gạch không nung từ phế thải chứa đất cho nhà máy xi măng Trung Sơn ........................................................................................................44 Hình 3.7 – Quy trình sản xuất gạch không nung từ đá mạt cho nhà máy xi măng Trung Sơn.............................................................................................................................47 DANH MỤC KÝ HIỆU & TỪ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh học BXD Bộ xây dựng COD Nhu cầu oxy hóa học QĐ Quyết định QTVLXD Quy trình vật liệu xây dựng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VIBM Viện Vật liệu xây dựng MỞ ĐẦU Theo ước tính, mỗi năm nước ta tiêu thụ khoảng 20 tỉ viên gạch. Với đà phát triển này, đến năm 2020, lượng gạch cần cho xây dựng là hơn 40 tỉ viên/năm. Việc sử dụng đất nung làm nguyên liệu làm mất rất nhiều đất canh tác, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh lương thực và phải sử dụng một lượng than hóa thạch khổng lồ; kèm theo đó là lượng củi đốt rất lớn dẫn đến chặt phá rừng, mất cân bằng sinh thái, hậu họa của thiên tai và nghiêm trọng hơn nữa là gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến môi trường vật nuôi, sức khỏe con người và hậu quả để lại lâu dài. Khi sử dụng gạch đất sét, chúng ta phải sử dụng nguồn đất khai thác từ đất ruộng, đất phù sa, … tức là nguồn tài nguyên rất quý hiếm của một quốc gia. Hiện nay, nguồn tài nguyên này đã bắt đầu cạn kiệt và với đà này chắc chắn sẽ không còn nhiều trong tương lai. Lượng đất sét này chúng ta có thể dùng vào việc sản xuất các sản phẩm cao cấp hơn, thẩm mỹ hơn, mang lại giá trị kinh tế hơn thay cho việc sản xuất gạch xây thông thường. Mặt khác, quá trình nung gạch làm từ đất sét gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường xung quanh. Đứng trước nguy cơ cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như ô nhiễm môi trường và an ninh lương thực mà các lò gạch đất sét nung mang lại, các cơ quan quản lý nhà nước đã có lộ trình đưa vật liệu tương ứng vào thay thế. Để hạn chế việc sử dụng gạch đất sét nung, đặc biệt là giảm thiểu ô nhiễm, Bộ xây dựng đã đề nghị Chính phủ cũng như Quốc hội tăng thuế tài nguyên đối với nguyên liệu đất sét; đã đề nghị các các tỉnh, thành có biện pháp để nhanh chóng xóa bỏ các lò gạch thủ công. Các tỉnh thành trong cả nước đều đã có những biện pháp quản lý chặt chẽ hơn về đất làm gạch. Nhiều tỉnh đã có những chế tài nghiêm khắc trong việc quản lý đất đai, đã xóa bỏ hoàn toàn các lò gạch thủ công. Theo quyết định số 1469/QĐ – TTg ngày 22/08/2014 của Thủ tướng Chính phủ về việc “Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030” đã đưa ra lộ trình sử dụng vật liệu xây 1 không nung thay thế gạch đất sét nung là: năm 2010: 10 – 15%, năm 2015: 20 – 25%, năm 2020: 30 – 40% và giao Bộ Xây dựng xây dựng chương trình phát triển vật liệu không nung đến năm 2020. Định hướng này là một phần của chương trình và được dựa trên cơ sở kết quả khảo sát, điều tra về tình hình sản xuất sử dụng và nguồn nguyên liệu làm vật liệu xây dựng không nung. Đây là nội dung cơ bản nhất của dự án: "Điều tra, khảo sát, đánh giá tình hình sản xuất và sử dụng vật liệu không nung ở Việt Nam và một số nước trong khu vực để xây dựng Chương trình phát triển vật liệu không nung đến 2020 và định hướng đến 2030" [7]. Sử dụng công nghệ gạch không nung sẽ khắc phục được những nhược điểm trên, đem lại công việc ổn định cho người lao động, phù hợp với chủ trương chính sách của Đảng, nhà nước và nguyện vọng của nhân dân, tiết kiệm được thời gian và tiền bạc, đem lại lợi ích cho xã hội. Quá trình sản xuất gạch không nung không sinh ra chất gây ô nhiễm, không tạo ra chất phế thải hoặc chất thải độc hại. Năng lượng sử dụng trong quá trình sản xuất gạch không nung tốn ít hơn so với quá trình sản xuất các vật liệu khác. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, việc chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thử nghiệm sản xuất gạch không nung từ nguồn phế liệu của nhà máy xi măng Trung Sơn, Lương Sơn, Hòa Bình” là cần thiết và có ý nghĩa thực tế. Mục tiêu của đề tài nhằm:  Xác định các chất thải rắn trong khai thác quá trình khai thác mỏ đá vôi Lộc Môn và hoạt động sản xuất của nhà máy xi măng Trung Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình.  Chế tạo thử nghiệm gạch không nung từ các chất thải rắn của quá trình khai thác nguyên liệu và sản xuất xi măng của nhà máy.  Tính toán chi phí và đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sản xuất gạch không nung từ nhà máy. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ GẠCH KHÔNG NUNG Gạch không nung là loại gạch xây dựng mà sau khi gia công định hình không cần phải sử dụng nhiệt nung nóng đỏ viên gạch cũng tự đóng rắn đạt để các chỉ số về cơ học như cường độ nén, uốn, độ hút nước ... 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. Bản chất của sự liên kết tạo hình trong gạch không nung là do các phản ứng hoá đá xảy ra trong hỗn hợp tạo gạch, nhờ đó sẽ làm tăng dần độ bền của gạch theo thời gian. Gạch không nung ở Việt Nam đôi khi còn được gọi là gạch block/blốc, gạch bê tông, gạch block bê tông ...; tuy nhiên với cách gọi này thì không phản ánh đầy đủ khái niệm về gạch không nung. Mặc dù gạch không nung được dùng phổ biến trên thế giới nhưng hiện ở Việt Nam gạch không nung vẫn chiếm tỉ lệ thấp. 1.1.1. Phân loại gạch không nung Hiện nay trên thị trường trong nước, gạch không nung thường được phân loại và gọi tên riêng chủ yếu dựa vào nguồn nguyên liệu và phụ gia chính sử dụng cũng như công nghệ ép viên. Theo đó, có những loại gạch không nung sau [7]:  Gạch xi măng cốt liệu: Gạch xi măng cốt liệu còn gọi là gạch blốc (block), được tạo thành từ xi măng và một trong số hoặc nhiều các cốt liệu sau đây: mạt đá, cát vàng, cát đen, xỉ nhiệt điện, phế thải công nghiệp, đất ... Loại gạch này thường có cường độ chịu lực tốt (trên 80 kg/cm²), khả năng chống thấm và cách âm cách nhiệt tốt, tỉ trọng lớn (thường trên 1.900 kg/m³, nhưng nếu tạo kết cấu lỗ thì sẽ có thể cho khối lượng thể tích nhỏ hơn 1.400 kg/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, phương pháp thi công. Loại gạch này dễ sử dụng, có thể dùng vữa thông thường để gắn kết các viên gạch với nhau. 3 Gạch xi măng cốt liệu có tỉ trọng cao thường được sử dụng trong xây dựng công trình cao tầng vì lý do chính là tạo đối trọng, kết cấu vững chắc với cường độ cao. Với những công trình không cần đối trọng lớn, có thể dùng gạch xi măng cốt liệu kết cấu lỗ có khối lượng thể tích nhỏ mà vẫn đảm bảo được độ bền, không nặng và sự vững chãi cho công trình. Ví dụ: Những công trình cần sản phẩm gạch có cường độ 75 kg/cm² với gạch đất nung phải dùng loại đặc tỷ trọng 1.800 kg/m³, nhưng nếu dùng gạch không nung xi măng cốt liệu chỉ cần dùng loại kết cấu lỗ rỗng tỷ trọng 1.400 kg/m³ cường độ có thể đạt trên 100 kg/cm².  Gạch không nung bê tông nhẹ: Có hai dòng sản phẩm hình thành khi sản xuất gạch không nung bê tông nhẹ tùy thuộc vào quy trình sản xuất và nguyên liệu, đó là gạch bê tông nhẹ bọt (CLC - Cellular Lightweight Concrete) và gạch bê tông khí chưng áp (AAC - Autoclaved Aerated Concrete). + Gạch bê tông nhẹ bọt (CLC): Sản suất bằng công nghệ tạo bọt, khí trong kết cấu nên tỷ trọng viên gạch giảm đi nhiều (từ 350 kg/m3 có khả năng cách ly nhiệt hoàn toàn đến 800 kg/m3), nên nó đã trở thành đặc điểm ưu việt nhất của loại gạch này. Thành phành cơ bản: Xi măng, tro bay nhiệt điện, cát mịn, phụ gia tạo bọt hữu cơ hoặc vô cơ [14, 15]. Một số sản phẩm CLC của Việt Nam đã được kiểm định chất lượng vượt TCXDVN: 2004 về cường độ chịu nén đối với tỷ trọng 800 kg/m3 (D800). + Gạch bê tông khí chưng áp (AAC): Được rất nhiều nước trên thế giới ứng dụng rộng rãi với 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 bê tông siêu nhẹ vì tỷ trọng chỉ bằng 1/2 hoặc thậm chí là chỉ bằng 1/3 so với gạch đất nung thông thường do kết cấu khí chiếm 80% thể tích viên gạch đó là lý do nó có thể nổi trên mặt nước, cách âm vượt trội và cách nhiệt hay chống cháy tốt. Do bề mặt viên gạch khá mịn nên khi xây xong tường thường không phải trát vữa mà bả sơn luôn. Thành phành cơ bản của AAC cũng bao gồm: Xi măng, tro bay nhiệt điện, cát mịn, vôi, nước và phụ gia tạo bọt [16]. 4 Về độ chịu lực của gạch không nung bê tông bọt với gạch bê tông khí nếu có cùng cường độ chịu lực (Mác) gạch bê tông bọt nặng 1000kg thì bê tông khí chưng áp là 800kg. Gạch bê tông nhẹ được sử dụng khá nhiều ở các công trình dân sự xây nhà hay xây thêm tầng. Các loại gạch không nung khác: Nguồn nguyên liệu để tạo ra các loại gạch không nung khác sử dụng trong dân gian thường là xỉ than, đất đồi núi chất lượng thấp, phế thải công nghiệp, phế thải xây dựng ... và phụ gia là vôi bột để tạo sự đông kết, đóng rắn. Trong thực tế và tùy điều kiện kinh tế, người ta cũng có thể bổ sung thêm xi măng để tăng độ bền cơ học của gạch. Công nghệ tạo viên thường là thủ công, đổ khuôn và nén bằng tay hoặc nện chày gỗ nên các loại gạch này có độ chịu lực yếu, lực nén thấp và độ hút nước cao. Ngoài ra, cũng có thể trực tiếp sử dụng một số đá khoáng có sẵn trong tự nhiên để làm gạch như từ đá chẻ, đá ong, đá silicat … 1.1.2. Vai trò của gạch không nung trong xây dựng Theo Quyết định 1469/QĐ-TTg ngày 22/08/2014 về việc Phê duyệt Quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, việc đầu tư dây chuyền công nghệ sản xuất vật liệu xây không nung nói chung và gạch không nung nói riêng có mức độ cơ giới hóa và tự động hóa cao, tiết kiệm năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường. Định hướng đầu tư vật liệu không nung: Tiếp tục đầu tư mới và mở rộng các cơ sở sản xuất vật liệu không nung để có tổng công suất thiết kế trên toàn quốc đạt khoảng 6 tỷ viên quy tiêu chuẩn/năm. Giai đoạn 2016 – 2020, tiếp tục đầu tư mới và mở rộng các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng không nung để đạt tổng công suất thiết kế trên toàn quốc đạt khoảng 13 tỷ viên quy tiêu chuẩn/năm. Gạch không nung, gạch nhẹ, có khả năng chống thấm, chống nóng, chống ồn, không bị rêu mốc, ăn mòn bởi thời tiết. Quá trình sản xuất gạch không nung ít thải ra khí độc hại, sử dụng ít nguyên liệu mà chủ yếu dùng phế thải làm nguyên liệu, giảm chi phí, tiết kiệm nguyên liệu than. 5 Một trong những lợi thế lớn nhất của loại gạch này là nó cho phép người xây dựng có thể thu nhỏ trước khi chúng được đặt lên tường. Nguy cơ co rút, nứt rất thấp và có khả năng chịu nước tốt, giúp tăng năng suất ngành xây dựng. So với gạch nung truyền thống, gạch không nung ưu việt hơn rất nhiều vì vốn đầu tư ban đầu chỉ bằng 30 – 40% so với gạch nung lò tuynel và mặt bằng để phục vụ sản xuất hoặc lưu kho chỉ bằng 1/5 so với gạch nung truyền thống (Trích “Vật liệu không nung – Yếu tố cơ bản của ngành xây dựng xanh”, Báo Kinh tế và Dự báo – Báo điện tử của Bộ kế hoạch và Đầu tư). Thời gian từ lúc viên gạch được sản xuất và đưa vào sử dụng chỉ bằng 1/3 so với gạch nung. Điều quan trọng là yếu tố tiết kiệm năng lượng và hiệu suất sử dụng dây chuyền thiết bị của gạch không nung cao hơn hẳn. Được tích hợp nhiều yếu tố thuận lợi cộng với những nghiên cứu, thử nghiệm dây chuyền công nghệ ngày càng được cải tiến nên giá thành sản xuất có thể cạnh tranh so với gạch nung thông thường. Gạch không nung được ưu đãi về thuế và các chính sách của Nhà nước. Đặc biệt, việc lắp đặt, tháo dỡ dây chuyền, thiết bị sản xuất cực kỳ năng động, tiện dụng và nhanh gọn, có thể lắp đặt và sản xuất ở bất cứ đâu, gần công trình xây dựng – từ đó giảm tối đa thời gian sản xuất và chi phí vận chuyển. Dây chuyền, thiết bị sản xuất có thể lắp đặt ngay trong khu dân cư vì không ô nhiễm môi trường và có thể sản xuất liên tục 3 ca/ngày. Viên gạch không nung có độ đồng nhất cao và không biến dạng do không trải qua khâu nung nên tiết kiệm thời gian và nâng cao năng suất lao động cho nhà thầu (giảm 1/3 thời gian, diện tích dây dựng và giảm chi phí vật liệu gắn kết). 1.1.3. Thực trạng sản xuất gạch không nung trên Thế giới và Việt Nam a. Xu hướng phát triển gạch không nung trên thế giới Hiện nay các nước đã và đang phát triển đều xem sản xuất và sử dụng vật liệu không nung là xu hướng tất yếu của xây dựng trong tương lai. Rất nhiều quốc gia trên Thế giới đã có những chính sách riêng nhằm hỗ trợ cho việc phát triển loại vật liệu thân thiện này dần thay thế vật liệu nung truyền thống. 6 Tại châu Âu và các nước phát triển ở châu Á, từ thập niên 60 của thế kỷ trước, ngành sản xuất vật liệu không nung đã phát triển mạnh, đến nay đã gần thay thế hoàn toàn gạch đất sét nung. Vật liệu không nung chiếm thị phần ngày càng lớn do chính phủ nhiều quốc gia sớm có những chính sách hỗ trợ để loại vật liệu này có thể cạnh tranh với vật liệu nung. Điển hình như Trung Quốc đã ban hành lệnh cấm sản xuất, sử dụng gạch đất sét nung ở 170 thành phố từ năm 2003. Thái Lan không ban hành chính sách khuyến khích vật liệu không nung, nhưng quản lý chặt việc sử dụng đất đai, do đó vật liệu nung có giá cao hơn rất nhiều vật liệu không nung. Bên cạnh đó, yếu tố thị trường điều tiết khiến công nghiệp vật liệu không nung ở Thái Lan rất phát triển, như bê tông nhẹ đã có cách đây 10 năm. Tại Ấn Độ, gạch không nung đang có xu hướng trở thành vật liệu phổ biến thứ hai sau gạch nung, chiếm khoảng 24% tổng vật liệu xây dựng. Tại các nước phát triển, vật liệu không nung chiếm khoảng 60% tổng vật liệu xây dựng, gạch đất sét nung chỉ chiếm khoảng 10 – 15%. Tại Mỹ, những chương trình xây dựng xanh đang có chiều hướng tăng với tốc độ đáng kể do chính sách ưu đãi và khuyến khích của chính quyền địa phương và liên bang, có tới 1/3 các công trình xây dựng thương mại mới là các công trình xanh, hoàn toàn xây dựng bởi vật liệu thân thiện với môi trường như vật liệu không nung. Trong 5 năm tới, hoạt động xây dựng xanh của khu vực thương mại dự kiến tăng gấp 3 lần, trị giá tới 120 – 145 tỷ USD trong xây dựng mới (Trích “Vật liệu không nung: Cần thay đổi thói quen sử dụng”, Báo xây dựng – Báo điện tử Bộ xây dựng). b. Nhu cầu vật liệu không nung ở Việt Nam Theo thống kê của Vụ Vật liệu xây dựng, Bộ Xây dựng, sau 4 năm thực hiện chương trình theo Quyết định số 1469/QÐ-TTg (trước đây là 567/QĐ-TTg) về việc Phê duyệt Quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, tổng công suất thiết kế vào ba loại sản phẩm chính, gồm: Gạch xi măng cốt liệu, gạch bê tông khí chưng áp (AAC) và gạch bê tông bọt đạt 6 tỷ viên quy tiêu chuẩn (QTC), trong đó có 13 nhà máy sản xuất AAC, 17 nhà máy sản xuất 7 bê tông bọt, hơn 1.000 dây chuyền sản xuất gạch xi măng cốt liệu công suất hơn 10 triệu viên QTC/năm và một số chủng loại VLXKN khác. Để có được kết quả đó, trong thời gian qua, nhiều địa phương, doanh nghiệp, cơ sở sản xuất gạch ngói đã có nhiều nỗ lực trong việc chuyển đổi mô hình sản xuất và thực hiện các dự án VLXKN. Ví dụ, trên địa bàn huyện Tây Sơn – Bình Định đã có 191 lò gạch, ngói nung thủ công tháo dỡ, chấm dứt hoạt động (gồm 190 lò có công suất dưới 650 ngàn viên/năm; 1 lò có công suất trên 650 ngàn viên/năm); trong đó có 147 lò nằm trong khu dân cư, 44 lò nằm trong khu sản xuất tập trung và trong cụm công nghiệp … Tính đến thời điểm hiện tại, ở Bình Định đã có 16 dự án sản xuất gạch không nung với tổng công suất hơn 250 triệu viên/năm, tổng vốn đăng ký đầu tư gần 50 tỉ đồng. Trong số này đã có 3 nhà máy đi vào hoạt động, 12 dự án đang giải phóng mặt bằng và triển khai xây dựng … Theo kế hoạch, đến hết ngày 31/12/2016 sẽ chấm dứt hoàn toàn hoạt động của các lò nung thủ công trên địa bàn tỉnh Bình Định. Tại Quảng Ninh, một số công trình nhà chung cư cũng đang được doanh nghiệp sử dụng khoảng 30% là vật liệu gạch không nung. Tòa nhà thương mại cao 18 tầng do Công ty LICOGI 18.1 (Bộ Xây dựng) thiết kế và thi công ở Thành phố Hạ Long, theo các kỹ sư, từ tầng thứ 3 trở lên, đơn vị đã sử dụng toàn bộ vật liệu ngăn tường bằng gạch không nung. Nhiều hộ dân ở huyện Đông Triều – Quảng Ninh cũng đang có xu hướng xây nhà có sử dụng gạch không nung. Gạch không nung hiện nay đã hiện hữu trên rất nhiều công trình trọng điểm, điển hình như Keangnam Hà Nội, Landmard Tower, Habico Tower, Khách sạn Horison, Hà Nội Hotel Plaza, sân vận động Mỹ Đình, làng Việt kiều Châu Âu, … Trước đó, các văn bản của Chính phủ, Bộ Xây dựng cũng quy định rõ, các công trình xây dựng từ nguồn vốn ngân sách đều phải sử dụng gạch không nung. Khu đô thị loại 3, các công trình cao 9 tầng trở lên đều được khuyến cáo sử dụng ít nhất 30% gạch không nung. 8 Với kết cấu nhẹ, chống thấm tốt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và hiện trạng không có nguồn nguyên liệu đất sét để sản xuất gạch nung như hiện nay thì gạch không nung có những ưu điểm không hề nhỏ so với gạch nung truyền thống. (Theo “Tình hình sản xuất và sử dụng vật liệu xây không nung tại một số địa phương”, Trung tâm thông tin – Viện Vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng (VIBM)). 1.1.4. Những ưu điểm và hạn chế của gạch không nung hiện nay Gạch không nung là sản phẩm hiện đại và ngày càng được sử dụng nhiều trong xây dựng để thay thế cho những loại gạch thông thường khác. Gạch không nung có nhiều ưu điểm vượt trội hơn gạch nung thông thường. Ở trên thế giới gạch không nung được sử dụng rất nhiều, nhưng ở Việt Nam, từ năm 2014 trở lại đây, gạch không nung mới bắt đầu nở rộ và dần khẳng định vị trí của mình trong ngành xây dựng. a. Ưu điểm của gạch không nung. Khi sản xuất gạch không nung, nguyên liệu không sử dụng đất nông nghiệp, do đó không ảnh hưởng đến diện tích đất nông nghiệp để canh tác. Ngoài ra, quy trình sản xuất gạch không nung không trải qua giai đoạn nung đốt, nên sẽ không sử dụng đến nhiên liệu đốt, vì thế nên tiết kiệm được nhiên liệu, tránh được tình trạng phá rừng tràn lan và không gây ô nhiễm môi trường. Nguyên liệu để sản xuất gạch không nung hết sức phong phú, đa dạng như đất, mạt đá, bột đá, cát vàng, xi măng, ... là nguồn nguyên liệu có ở hầu hết các tỉnh thành trong cả nước. Dây chuyền sản xuất gạch sử dụng ít công nhân, do các khâu hầu hết được tự động hoá, điều này tiết kiệm được chi phí nhân công. Khả năng chịu lực có thể đáp ứng theo nhu cầu sử dụng lớn. Gạch không nung có thể chịu được lực với cường độ từ 30 – 40MPa trở lên (trong đó gạch nung chỉ đạt ≤ 10MPa). Đối với những công trình hoặc những vùng tường không yêu cầu cường độ, việc sản xuất gạch không nung có thể thay đổi để giảm bớt lượng xi măng nhằm giảm chi phí. 9 Gạch không nung có khả năng cách âm tốt, cách nhiệt tốt và chống thấm cao. Điều này hoàn toàn phù hợp vào kết cấu của viên gạch và cấp phối vữa bê tông. Kích thước gạch không nung có nhiều loại, tùy vào nhu cầu của khách hàng để có thể sản xuất, có những viên có kích thước lớn, làm cho việc xây dựng trở nên nhanh hơn, giảm được chi phí nhân công nhưng vẫn đạt được tiến độ nhanh hơn cho công trình. Có nhiều chủng loại, đa dạng về kích thước, nhưng khi sử dụng thì sử dụng một kích thước chính và những chi tiết phụ, làm cho công trình đạt được tính thẩm mỹ cao. Ngoài ra, sử dụng gạch không nung thông thường để lát vỉa hè mang lại hiệu quả cao. Trong quá trình thi công vỉa hè, dùng gạch lát không nung không cần phải trát mạch, tiết kiệm được vật liệu, nhân công và giảm thời gian thi công cho công trình, ngoài ra việc thoát nước cũng dễ dàng hơn. Vỉa hè sau khi lát gạch xong có thể sử dụng được ngay lập tức mà không cần đợi. Lát vỉa hè bằng gạch này có thể thi công được ở mọi thời tiết, kể cả trời mưa. Kiểu dáng, hoa văn, màu sắc viên gạch rất đa dạng, tính thẩm mỹ cao. b. Nhược điểm của gạch không nung. Một số loại gạch không nung có tỷ trọng cao hơn so với gạch đất nung. Do sử dụng một phần nguyên liệu là cát, đá làm nguyên liệu khiến cho nhu cầu khai thác cát và đá tăng cao. Tuy trong quá trình sản xuất và thi công ít ô nhiễm nhưng các nguyên liệu thứ phẩm như xi măng, bột nhôm, ... cũng ảnh hưởng tới môi trường. Giá thành sản xuất một số loại gạch không nung vẫn cao hơn so với gạch nung truyền thống. Hiện tại, gạch không nung mới gia nhập thì trường Việt Nam chưa lâu, người dân chưa quen dùng. Trên đây là một số ưu điểm và nhược điểm của gạch không nung, nhưng qua đó ta thấy, gạch không nung chủ yếu mang lại nhiều ưu điểm hơn nhược điểm, vì thế 10 sử dụng gạch không nung sẽ là một lựa chọn tất yếu của vật liệu xây dựng cho tương lai. 1.2. NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG Về cơ bản, nguyên liệu cho gạch không nung có thể chia thành các loại: chất kết dính, cốt liệu lớn (hạt có kích thước > 5mm), cốt liệu nhỏ (cát), phụ gia khoáng (dạng bột), phụ hoa hóa học và nước [13]. 1.2.1. Chất kết dính Xi măng là loại chất kết dính phổ biến và được dùng nhiều nhất cho sản xuất gạch không nung. Ngoài xi măng thì gạch không nung có thể sử dụng chất kết dính hỗn hợp như xi măng – vôi, xi măng – tro bay, xi măng puzolan, … [13]. Tại Việt Nam, loại xi măng chủ yếu được sử dụng cho sản xuất gạch không nung là xi măng poóclăng hỗn hợp PC30 và PC40. Nếu sử dụng PC40 thì lượng xi măng sẽ giảm và có thể tăng thêm các thành phần vật liệu khác như phụ gia khoáng, cốt liệu. Sử dụng PC30 thì phải tăng lượng xi măng, nhưng phù hợp với các cấp phối mà thành phần bột mịn ít, điều này làm tăng khả năng chống thấm của sản phẩm. Ngoài ra loại xi măng PC40 cũng là loại xi măng thích hợp cho sản xuất gạch không nung. Ưu điểm của xi măng PC40 là không bị pha trộn phụ gia khoáng trong quá trình sản xuất nên mác xi măng thường cao, đặc biệt là thuận tiện khi thêm các thành phần phụ gia khoáng, phụ gia hóa học khi thiết kế thành phần cấp phối vật liệu cho bê tông. Xi măng sử dụng cho gạch không nung cần đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Xi măng poóclăng hỗn hợp PC30 và PC40 phù hợp TCVN 6260:2009 và xi măng poóclăng phù hợp tiêu chuẩn TCVN 2682:2009, … Khi sử dụng xi măng dạng bao cần có biện pháp lưu kho phù hợp với tiêu chuẩn để xi măng không bị xuống cấp, làm giảm chất lượng sản phẩm. Tại một số nơi, chất kết dính cho sản xuất gạch không nung sử dụng xi măng – vôi hoặc vôi – tro xỉ. Vôi sử dụng cần đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo quy định (ví 11 dụ theo TCVN 2231), không nên sử dụng dạng vôi cục già lửa vì loại vôi này thường có quá trình thủy hóa chậm nên dễ gây hiện tượng nở thể tích, làm nứt hoặc biến dạng viên gạch [13]. 1.2.2. Cốt liệu Do giới hạn về kích thước và chiều dày của thành vách viên gạch nên các cơ sở sản xuất gạch không nung sử dụng cốt liệu có Dmax thường nhỏ hơn 10mm, phổ biến là 7mm, kích thước này tương đương với kích thước mạt đá thông thường. Về nguyên tắc thiết kế cấp phối, cốt liệu cho gạch không nung cần được phối trộn cốt liệu lớn (3 – 10mm) và cốt liệu nhỏ (cát nghiền hoặc cát tự nhiên) để hỗn hợp cốt liệu có dải hạt liên tục [13]. a. Cốt liệu lớn Về nguyên tắc, yêu cầu cốt liệu lớn cho gạch không nung cũng tương tự đối với cốt liệu cho sản xuất gạch bê tông. Như vậy, theo TCVN thì cốt liệu lớn cho sản xuất gạch không nung đáp ứng theo TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa xây dựng”. Dưới đây là một số nguồn vật liệu sử dụng làm cốt liệu lớn, hoặc hỗn hợp cốt liệu lớn và nhỏ cho sản xuất gạch không nung.  Đá dăm: Trên thực tế, sản xuất gạch không nung thì cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ không thể tách rời nhau. Các cơ sở sản xuất thường sử dụng đá mạt có cấp hạt nằm trong khoảng 0 – 7mm. Đá mạt là loại vật liệu có cấp hạt nhỏ nhất thu được trong quá trình sản xuất các sản phẩm đá dăm cho chế tạo bê tông. Nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm gạch, các cơ sở thường nghiền đá mạt để có kích thước đồng đều.  Xỉ gang và xỉ thép: Xỉ gang và xỉ thép là nguồn vật liệu có thể làm cốt liệu cho gạch không nung. Xỉ gang và xỉ thép là thải phẩm trong quá trình sản xuất gang và thép tương ứng. Do đặc tính của xỉ gang và xỉ thép khác nhau, nên xỉ gang là loại vật liệu phù hợp hơn cho việc sử dụng làm cốt liệu gạch không nung. Xỉ gang và xỉ thép khi được 12 tạo ra dưới dạng xỉ tảng khi muốn sử dụng làm cốt liệu cho bê tông cần qua quá trình nghiền sàng để tạo ra cỡ gạt mong muốn. Đối với xỉ thép, do trong thành phần có thể có chứa thành phần gây nở nên cần lưu ý kiểm soát chất lượng khi sử dụng. Chất lượng xỉ gang và xỉ thép theo TCVN 7570:2006 và bổ sung them các chỉ tiêu đánh giá về độ nở của cốt liệu khi sử dụng xỉ thép.  Phế thải xây dựng: Phế thải xây dựng (PTXD) là các loại vật liệu từ phá dỡ, sửa chữa, cải tạo các công trình xây dựng. Chúng chủ yếu bao gồm các loại vật liệu sau: bê tông, thép, các loại gạch, vữa, kính, sứ vệ sinh, gỗ, nhựa, thạch cao, … Trong PTXD thường lẫn các tạp chất làm giảm chất lượng của bê tông xi măng đó là gỗ, nhựa, kim loại, vật liệu bảo ôn, sơn, thạch cao, các loại vật liệu mềm, nhẹ, chất có hại,… Qua quá trình xử lý, tái chế với các công đoạn chủ yếu là nghiền, sàng, loại bỏ các tạp chất, tạo ra cốt liệu tái chế có thành phần cốt liệu tương tự như cốt liệu nghiền sàng từ đá tự nhiên. Do đó, PTXD thường được sử dụng làm cốt liệu thay thế một phần hoặc toàn bộ cốt liệt đá dăm, cát cho sản xuất gạch không nung. Tuy nhiên, khi thay thế toàn bộ cốt liệu tự nhiên thì cường độ sản phẩm sẽ giảm (khoảng 10 – 25%) tùy thuộc vào chất lượng của cốt liệu tái chế. Do vậy, lượng xi măng sẽ tăng so với dùng cốt liệu tự nhiên. b. Cốt liệu nhỏ  Cát nghiền và cát tự nhiên: Cát nghiền hoặc cát tự nhiên được sử dụng làm cốt liệu nhỏ cho sản xuất gạch không nung. Tương tự bê tông thông thường, cát vàng có mô đun độ lớn từ 2,5 – 3,0 là loại tốt nhất cho gạch không nung. Tuy vậy, do hạn chế về nguồn cát, giá thành cao nên loại cát vàng cho bê tông đang dần không còn được sử dụng trong nhiều cơ sở sản xuất gạch không nung. Thay vào đó, các loại cát có mô đun độ lớn < 2,5 đang là sự lựa chọn cho nhiều cơ sở sản xuất. Đặc điểm thuận lợi cho việc sử dụng cát hạt 13