Tài liệu Xử lý rơm rạ thành gạch cách nhiệt

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT XUÂN ĐỈNH - BẮC TỪ LIÊM- HÀ NỘI ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 – 2015) Đề tài: XỬ LÍ RƠM RẠ THÀNH GẠCH CÁCH NHIỆT NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG, GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Lĩnh vực: Công nghệ sinh học NGƯỜI HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ: ThS. Phùng Thị Việt Hà 1.Trần Minh Phúc. Lớp 11A5. Trường THPT Xuân Đỉnh Trường THPT Xuân Đỉnh 2. Nguyễn Tâm Anh . Lớp 11A5. Trường THPT Xuân Đỉnh Hà Nội tháng 12 năm 2014 MỤC LỤC Nội dung Trang 1. Lí do chọn đề tài ……………………………………………………… 1 I. Giới thiệu chung 2. Mục đích nghiên cứu đề tài …………………………………………… 1 1 3. Phạm vi và điểm mới của đề tài ……………………………………… 1 4. Giả thuyết khoa học …………………………………………………… 1 5. Phương pháp nghiên cứu ………………………………………………. 2 II. Nội dung: 2 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn ………………………………………… 2 1.1. Tình hình nguồn rơm rạ ở Việt Nam hiện nay ………………….. 2 1.2. Nhu cầu tạo nhà ở cách nhiệt của con người ……………………. 3 1.3. Đặc điểm của các loại gạch đang sử dụng phổ biến hiện nay 5 1.4. Đặc tính của rơm rạ và một số ứng dụng của rơm rạ hiện nay 7 2. Qui trình tạo gạch không nung cách nhiệt của đề tài …………….. 7 2.1. Nguyên liệu tạo gạch không nung cách nhiệt …………………….. 8 2.2. Qui trình tạo gạch ………………………………………………..... 9 2.3. Mô hình cấu trúc loại gạch cách nhiệt …………………………. 10 2.4. Tiến hành thực nghiệm ……………………………………………. 13 2.5. Kết quả thực nghiệm ……………………………………………….. 16 2.6. Phân tích – Nhận xét 19 III. Kết luận …………………………………………………………………… Tài liệu tham khảo ……………………………………………………….. 20 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1 . Lí do chọn đề tài : Hiện nay việc đốt than đá, dầu mỏ trong các nhà máy sản xuất điện ngày càng tăng khiến cho nguồn tài nguyên này ngày càng cạn kiệt, môi trường ngày càng ô nhiễm nặng. Chiến lược sử dụng điện tiết kiệm là khẩu hiệu kêu gọi của toàn quốc gia. Mặt khác, thực tế ở Việt Nam và nhiều nước, tình trạng đốt rơm rạ xảy ra phổ biến sau mỗi vụ thu hoạch góp phần đáng kể làm tăng lượng khí nhà kính và lãng phí tài nguyên. Theo Cơ quan khí tượng học thế giới (WMO) thông báo: Tháng Tư vừa qua, nồng độ khí CO2 trung bình trong khi quyển lần đầu tiên đã vượt mức 400 phần triệu ở bán cầu Bắc. WMO cho biết thêm nồng độ CO2 trung bình trên toàn cầu sẽ vượt ngưỡng 400 phần triệu vào năm 2015 hoặc 2016, so với 393,1 phần triệu trong năm 2012, và so với 278 phần triệu trong thời kỳ tiền Cách mạng công nghiệp. Sự thay đổi trên cho thấy tính cấp bách của các nỗ lực hạn chế lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính làm Trái Đất nóng lên. Theo người đứng đầu WMO Michel Jarraud cảnh báo thế giới không còn nhiều thời gian để ngăn chặn chiều hướng này gia tăng. Vì vậy việc nghiên cứu tận dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, để thay thế cho nguồn tài nguyên cạn kiệt, và việc tái tạo chúng thành các sản phẩm giúp con người giảm khả năng tiêu thụ điện quốc gia và giảm ô nhiễm môi trường là vô cùng cần thiết. Do đó nhóm chúng em quyết định chọn đề tài :“ Xử lí rơm rạ thành gạch cách nhiệt nhằm tiết kiệm năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường 2. Mục đích nghiên cứu đề tài : Tìm ra giải pháp giúp tiết kiệm năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường. 3. Phạm vi và điểm mới của đề tài : Tận dụng lượng phế thải nông nghiệp ( Rơm rạ) để tạo ra loại gạch xây tường mới cách nhiệt tốt hơn, chịu được lực, nhẹ hơn, và giảm giá thành hơn dùng để thay thế cho gạch đất nung truyền thống. 4. Giả thuyết khoa học : Nếu xử lí được rơm rạ thành gạch cách nhiệt chắc chắn sẽ tiết kiệm được năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. 5. Phương pháp nghiên cứu: - Lý thuyết: nghiên cứu các tài liệu có liên quan làm cơ sở khoa học cho đề tài - Thực nghiệm : Đưa ra qui trình tạo gạch cách nhiệt và làm thực nghiệm để chứng minh cho giả thuyết 1 Phần II. NỘI DUNG 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài: 1.1. Tình hình nguồn rơm rạ ở Việt Nam hiện nay: Việt Nam là nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới. Rơm rạ là nguồn tài nguyên sẵn có và dồi dào. Hàng năm Việt Nam sản xuất ra 51 triệu tấn rơm rạ nhưng hầu như chưa được sử dụng hợp lí. Rơm rạ được chất đống hay vứt bừa trên đường gây cản trở giao thông. Đa số lại đem rơm rạ đốt ngay trên đồng ruộng gây khói bụi mù mịt , làm ô nhiễm môi trường và hỏng kết cấu đất trồng, và ảnh hưởng đến sức khỏe con người . Trong những năm gần đây, ở những vùng ven đô Hà Nội , lượng rơm rạ bị đốt bỏ đi chiếm 60% - 90%, từ đó góp phần tăng nồng độ khí CO 2 lên ngưỡng mới làm trái đất nóng dần lên và biến đổi khí hậu. Theo ước tính của các nhà chuyên môn: đốt 1ha (trung bình 7 tấn rơm rạ) sẽ phát thải 9,1 tấn CO2; 798kg khí CO; 398kg các chất hữu cơ độc hại và 12kg tro bụi. Thực trạng việc xử lí rơm rạ ở nông thôn hiện nay Vì vậy cần phải có biện pháp để giảm tình trạng đốt rơm rạ gây ô nhiễm môi trường như hiện nay. 1.2. Nhu cầu tạo nhà ở cách nhiệt của con người: Từ xa xưa ông cha ta đã biết tạo dựng những ngôi nhà cách nhiệt. Đó là những ngôi nhà lợp mái rơm và tường đất rơm. Vào những ngôi nhà đó chắc chắn ta thấy mát hơn về mùa hè và ấm hơn về mùa đông so với các ngôi nhà bê tông thời hiện đại. Thế nhưng độ bền của những ngôi nhà đó chưa cao. Thực tế ngày nay những gia đình có điều kiện họ đã xây tường nhà cách nhiệt bằng cách: xây hai lớp gạch nung hoặc đổ 2 lớp bê tông và ở giữa có lớp xốp để cách nhiệt. Cách này đã tạo ra ngôi nhà cách nhiệt tốt nhưng thi công khó khăn, công đoạn kéo dài và rất tốn kém nguyên liệu làm nhà . 2 Việc sử dụng các vật liệu cách nhiệt chính là cách tiết kiệm lớn nhất cho ngôi nhà bởi giữ cho ngôi nhà cách nhiệt tốt chính là đang gìn giữ những thứ bên trong ngôi nhà, bao gồm cả vật dụng gia đình cũng như nội thất, đồ trang trí... tránh được nguy cơ hỏng sớm. Một ngôi nhà cách nhiệt tốt sẽ không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn sẽ cắt giảm hóa đơn tiền điện đáng kể cho hệ thống điều hòa, thông gió, máy sưởi nhất là vào những ngày nắng nóng hoặc giá lạnh. Ngay cả trường hợp sử dụng máy điều hòa, việc làm mát từ 33-34 độ xuống 25 ocũng sẽ tiết kiệm hơn nhiều so với làm mát một căn nhà 39-40 độ. Những phần cần nhất trong việc cách nhiệt của cho ngôi nhà chính là các bức tường, cửa sổ, mái nhà, nền nhà. Sử dụng các vật liệu cách nhiệt cho ngôi nhà chính là cách tiết kiệm lớn nhất. Do đó chúng em nghĩ cần phải tạo ra gạch cách nhiệt tốt hơn để xây được những bức tường cách nhiệt vừa bền, vừa đẹp mà không tốn kém như hiện nay. 1.3. Đặc điểm chính của các loại gạch đang sử dụng phổ biến hiện nay: 1.1.1. Gạch đất sét nung: Nguyên liệu tạo gạch là đất sét và nước, được đóng thành khuôn và đem nhiệt nung. Kích thước viên gạch là 21 x 10 x 6 cm , Loại gạch đặc 2,2 kg/ 1 viên, tỉ trọng 1800 kg/ m3. Loại gạch lỗ 1,4 kg/ 1 viên, tỉ trọng 1400 kg/m3 Hiện nay loại gạch đất sét nung vẫn đang được dùng phổ biến vì nó là loại gạch truyền thống lâu đời, mẫu mã đẹp, có giá trị vĩnh cửu, chống cháy tốt. Tuy nhiên việc sản xuất gạch do phải nung đốt nên gây ô nhiễm môi trường, mặt khác sử dụng đất sét nên làm mất dần diện tích đất nông nghiệp và đến một lúc nào đó nguồn nguyên liệu làm loại gạch này sẽ không còn. 3 Gạch đặc chịu lực tốt, song tỉ trọng lớn làm nặng tường, nhiệt trở đối với xây tường đơn chưa đạt theo “ quy chuẩn Việt Nam” qui định. Gạch lỗ làm tường nhẹ hơn, song chịu lực kém, nhiệt trở đối với xây tường đơn cao hơn gạch đặc song vẫn chưa đạt theo “ quy chuẩn Việt Nam” qui định. 1.3.2.Gạch không nung: Gạch không nung là một loại gạch mà sau nguyên công định hình thì tự đóng rắn đạt các chỉ số về cơ học: Cường độ nén, uốn, độ hút nước… mà không cần phải dùng 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. 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 được cấp giấy chứng nhận: Độ bền, độ rắn viên gạch không nung tốt hơn gạch đất sét nung đỏ và đã được kiểm chứng ở tất cả các nước trên thế giới: Mỹ, Đức, Trung Quốc, Nhật Bản. Gạch không nung nhân tạo gồm 2 loại chính: - Gạch Block hay gạch xi măng cốt liệu: Đây là loại gạch được sử dụng nhiều nhất ( tới 75%) trong các loại gạch không nung. Gạch này được tạo thành từ xi măng, mạt đá và các phụ gia khác với công nghệ máy ép thủy lực. Loại gạch này thường có cường độ chịu lực tốt ( trên 80kg/m3 ), tỉ trọng (1900kg/m3 ), những loại kết cấu lỗ thì khối lượng thể tích nhỏ hơn (1400kg/m3). Gạch đặc kích thước tương đương với gạch đất nung truyền thống, gạch rỗng 2 lỗ và 3 lỗ tương ứng với các loại tường 100, 150 và 200 mm.Đáp ứng rất tốt các tiêu chí về kỹ thuật, kết cấu, môi trường, thi công … Nguyên liệu tạo gạch sẵn có, giá thành rẻ hơn, ngoài ra nó có thể dùng vữa xây thông thường. Tuy nhiên tỉ trọng còn lớn, nhiệt trở đối với xây tường đơn chưa đạt theo “ quy chuẩn Việt Nam” qui định. - Gạch bê tông nhẹ: Có hai loại cơ bản là gạch bê tông nhẹ bọt và gạch bê tông nhẹ khí chưng áp. Sản suất bằng công nghệ tạo bọt, khí trong kết cấu nên tỷ trọng 4 viên gạch giảm đi nhiều . Thành phành cơ bản: Xi măng, tro bay nhiệt điện, cát mịn, phụ gia tạo bọt hoặc khí, vôi,.. Ưu điểm: Nhẹ hơn, cách nhiệt,cách âm tốt hơn gạch xi măng cốt liệu , xong giá thành cao hơn, chịu lực kém hơn và không dùng được vữa xây thông thường, nhiệt trở đối với xây tường đơn chưa đạt theo “ quy chuẩn Việt Nam” qui định. Như vậy, trong tương lai việc sử dụng gạch không nung thay thế cho gạch đất nung chắc chắn là tất yếu. Hàng năm, khoảng 15-20 triệu tấn phế thải công nghiệp (tro xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao...) sẽ được sử dụng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung. Việc sử dụng vật liệu xây không nung để thay thế gạch đất sét nung có tác dụng tiết kiệm đất nông nghiệp, nhiên liệu than giảm thiểu khí phát thải gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy cần phải tạo ra loại gạch không nung mới với nhiều đặc tính như vừa trọng lượng nhẹ hơn gạch đặc, khả năng cách nhiệt cao hơn các loại gạch, chống, tiết kiệm vật liệu và chi phí đầu tư để khắc phục nhược điểm của các loại gạch hiện nay. Do đó chúng em đã tận dụng rơm rạ làm nguồn nguyên liệu để tạo gạch không nung cách nhiệt có các đặc điểm trên. 1.4. Đặc tính của rơm rạ và một số ứng dụng của rơm rạ hiện nay: Theo nghiên cứu về hệ số dẫn nhiệt của rơm rạ là 0,09, của gạch đất sét nung là 0,93; của bê tông xỉ là 0,4 – 0,7; của cát khô là 0,56; xủa xỉ lò là 0,29. Như vậy rơm rạ là loại vật liệu cách nhiệt rất tốt. Ngày nay người ta đã tạo ra những tấm ván ép cách nhiệt và chịu nhiệt từ rơm. Chúng ta có thể dùng nó để ốp trần, lát sàn, hay làm vách ngăn trong nhà để cách nhiệt. Những tấm ván ép từ rơm 5 Thành phần chính của rơm rạ là Lienoxenluloza và Hemicellulose, khó phân hủy về mặt sinh học, có độ bền về thời gian, nên việc tận dụng nguồn phế thải rơm rạ tạo vật liệu xây dựng cách nhiệt ( Gạch xây tường , ván ép ốp trần, 5 tấm lát sàn, Vách ngăn phòng ) giúp xây dựng những ngôi nhà ở tiết kiệm điện: Mát về mùa hè, ấm về mùa đông và thân thiện với môi trường là rất khả thi trong cuộc sống, từ đó giảm lượng khai thác than đá, dầu mỏ và lượng khí thải ra môi trường cho việc sản xuất điện hiện nay và giảm bớt tình trạng ô nhiễm do đốt rơm rạ trong thực tế, ngoài ra còn có thể tăng thêm thu nhập cho người nông dân. Ngày 31/3/2011 sản phẩm gạch không nung từ phế phẩm nông nghiệp thân thiện với môi trường của tiến sỹ Vũ Duy Thoại đã được cấp bằng sáng chế số 9198 do Cục sở hữu trí tuệ và được Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội cấp giấy chứng nhận Doanh nghiệp Khoa học và Công nghệ. Tiến sĩ Vũ Duy Thoại cho biết quy trình sản xuất loại gạch này rất đơn giản, từ những phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, cỏ cây được nghiền nhỏ, sau đó trộn với tro bay là phế phẩm của nhà máy nhiệt điện rồi trộn với nước và ximăng theo một tỷ lệ nhất định tạo thành một hỗn hợp và được cho vào khuôn, dưới tác dụng của lực nén chúng sẽ được ép lại, sau đó mang phơi và bảo quản trong vòng một tuần là có thể sử dụng như một viên gạch bình thường. Nhưng theo chúng em, tuy việc sản xuất loại gạch này rất đơn giản, nhưng vì rơm rạ là hợp chất hữu cơ nên chúng cũng sẽ bị phân hủy theo thời gian do sự tác động của các yếu tố môi trường như nước, nhiệt độ, vi sinh vật, do đó độ bền của viên gạch này vẫn chưa cao. Vì vậy chúng em sẽ tạo ra loại gạch cách nhiệt mới bằng cách xử lí rơm rạ thành khối rồi cho vào trong lõi viên gạch không nung nhằm làm cho viên gạch cách nhiệt tốt hơn và có độ bền cao hơn so với các viên gạch đã có. Ngày nay với thiết bị máy móc hiện đại, ngoài những tấm ván ép cách nhiệt từ rơm ,người ta còn đã dùng rơm chế biến thành nhiều vật liệu có giá trị khác như củi nhân tạo từ rơm, viên than nén từ rơm, bánh rơm ép khối,... Dưới đây là những hình ảnh về loại máy có thể ép được rơm thành khối 6 Các kỹ sư Nhà máy Thông tin Điện tử Z-755 thuộc Bộ Quốc Phòng cũng đã chế tạo thành công máy làm rơm ép đóng cứng. Máy có thể ép rơm rời, cỏ khô, cây đậu phộng thành từng bó vuông vắn với nhiều loại kích thước khác nhau , chặt hay lỏng tuỳ theo ý muốn . Vì vậy chúng ta có thể tận dụng rơm rạ để ép rơm thành khối có kích thước (21 x 9 x 6 cm) bằng các máy ép khối đã có như máy ép mùn cưa, ép trấu, ép bã mía thành khối hoặc ép bằng máy thủy lực ép gạch chỉ cần tạo thêm bộ khuôn có kích thước như khối rơm. Khối rơm ép dùng làm lõi cho các loại gạch không nung xi măng cốt liệu nhằm giảm nguyên liệu gạch, làm gạch nhẹ hơn so với gạch đặc, cách nhiệt tốt hơn cho nhà ở và giảm chi phí giá thành sản phẩm, đồng thời tăng thêm thu nhập cho nông dân 2. Qui trình tạo gạch không nung cách nhiệt: 2.1. Nguyên liệu tạo gạch không nung cách nhiệt: Là những nguyên liệu dễ kiếm và sẵn có, tận dụng từ nguồn phế thải của các nhà máy nhiệt điện hoặc trong nông nghiệp. Gồm: . Xi măng và một hoặc nhiều các cốt liệu sau: Xỉ than , Xỉ quặng , Cát, Đất thải , Bột đá… . Rơm rạ ép khối Trong đề tài của mình, chúng em sử dụng công thức cho 1 viên gạch như sau: . Xi măng: 10 – 15% để làm chất kết dính . Cát: 55 – 60% để làm chất đệm và làm giảm độ co ngót của viên gạch . Xỉ than: 30% để tận dụng phế thải làm viên gạch nhẹ hơn và cách nhiệt tốt . Rơm rạ: Ép thành khối kích thước 21x 9 x 6 cm để tận dụng phế thải,làm gạch nhẹ, và cách nhiệt cao hơn. . Nước: Vừa đủ. 2.2. Qui trình tạo gạch: Tẩm hóa chất chống Rơm khô phân hủy và phơi khô Máy cắt ngắn rơm Máy Ép rơm thành khối 7 GACH THANH PHÂM May ep gach Xi măng Si lô đinh lương May trôô ô n êliêô u Cat Xi than May nghiêên xi than Nươc Bước 1: Tạo khối rơm ép: Rơm rạ phơi khô , và sẽ được tẩm hóa chất bảo quản TimberGuard CC để chắc chắn rơm rạ không bị nấm,mục phân hủy. TimberGuard CC là hỗn hợp của các hóa chất thân thiện với môi trường được dùng trong ngâm tẩm các loại gỗ do công ty Tarzin Chemicals(TZ)(Tây Ban Nha) nghiên cứu và phát triển. Cho vào máy cắt ngắn rơm rạ. Rồi cho rơm rạ vào máy ép rơm với lực ép bằng lực ép của viên gạch tạo khối rơm có kích thước 21 x 9 x 6 cm .Hoặc có thể 8 sử dụng luôn máy ép thủy lực ép gạch không nung để ép rơm thành khối bằng cách tạo một khuôn đúc rơm theo kích thước như trên. Bước 2: Cân các nguyên liệu theo tỉ lệ: Cát sông 55% - 60%; xỉ than ( hoặc xỉ quặng) 30%; ximăng 10% - 15% Bước 3: Cho vào máy nghiền nhỏ các vật liệu tạo gạch, độ mịn với kích cỡ <3mm Bước 4: Cho vào maý trộn đều các nguyên liệu theo tỉ lệ với nước vừa đủ tạo thành hỗn hợp của gạch không nung. Bước 5: Đổ 1 nửa lượng hỗn hợp vào khuôn Bước 6: Đặt khối rơm ép vào giữa khuôn Bước 7: Đổ lượng hỗn hợp còn lại vào khuôn Bước 8: Đưa khuôn vào máy ép gạch với lực nén 25 Mpa để ép chặt hỗn hợp vào xung quanh khối rơm ép Bước 9: Đưa gạch ra khỏi khuôn và hong khô tự nhiên 1 tuần. 2.3. Mô hình cấu trúc loại gạch cách nhiệt : Phần có độ dày 2cm là vỏ gạch không nung . Còn phần bên trong là rơm ép. Kích thước viên gạch dài x rộng x cao = ( 25cm x 13 cm x 10 cm) Phân tích mô hình: Khi nhiệt độ ngoài trời nóng hơn, hay lạnh hơn nhiệt độ trong nhà thì do rơm có tính cách nhiệt nên nhiệt độ ngoài trời khó truyền sang mặt gạch phía trong nhà. Do đó nhiệt độ trong ngôi nhà mùa hè giảm hơn ( mát hơn ) , mùa đông nhiệt độ trong ngôi nhà tăng hơn ( ấm hơn ) so với ngôi nhà xây bằng gạch không có lõi rơm . Từ đó giảm bớt việc sử dụng điện cho máy điều hòa hoặc máy sưởi nên tiết kiệm điện lưới và giảm bớt việc sư dụng năng lượng hóa thạch để sản xuất điện. Những lõi rơm được nén rất chặt bằng lực nén của viên gạch không nung nên không cho khí oxy lọt vào vì thế đây là loại vật liệu rất khó bốc cháy, và chịu lực được. Bên ngoài khối rơm ép được bao bọc bởi chất liệu của gạch không nung , đây là hỗn hợp của các chất trơ và chất vô cơ , được nén chặt bằng máy thủy lực nên 9 không thấm nước và bảo quản cho lõi rơm bên trong làm viên gạch bền hơn theo thời gian so với viên gạch trộn lẫn rơm với hỗn hợp vữa bao ngoài. Quá trình tạo liên kết cho viên gạch nhờ sự ép nén chặt của máy ép thủy lực nên độ chịu lực của viên gạch tốt hơn . Nguyên liệu từ rơm rạ sẵn có, rẻ tiền và không mất nhiên liệu nung nên giá thành viên gạch thấp hơn. 2.4. Tiến hành thực nghiệm: Chúng em đã làm thử 2 cặp gạch (Mỗi cặp gồm 1viên gạch đặc làm đối chứng, 1 viên gạch có lõi rơm làm thí nghiệm ) như sau: Bước 1: chuẩn bị các nguyên liệu và dụng cụ để làm 2 viên gạch Xi măng đen 15% (1,1kg) Nhiệt kế điện tử Xỉ than 30% ( 2,4kg) Cát 55% (4,4kg) - 2 chiếc khuôn: - Cân định lượng Khuôn ngoài kích thước: dài x rộng x cao = 25 cm x 13cm x 10cm. Khuôn lõi kích thước : dài x rộng x cao = 21cm x 9 cm x 6 cm 10 Bước 2: Tạo khối rơm ép: Cắt ngắn rơm, cho đầy rơm vào khuôn lõi và nén rơm thành khối trên máy ép thủy lực. Bước 3: Trộn hỗn hợp xi măng, cát và xỉ than theo tỉ lệ với nước vừa đủ Bước 4: Đổ 1/2 hỗn hợp vào khuôn và Đặt khối rơm đã ép chặt vào giữa khuôn . Bước 5: Đổ tiếp hỗn hợp vào phần trống còn lại của khuôn , rồi nén chặt lại trên máy ép thủy lực. 11 Bước 6: Làm thêm một viên gạch đặc không có lõi rơm cùng kích thước, cùng hỗn hợp để đối chứng Bước 7: Để khoảng 1 tuần cho 2 viên gạch ổn định liên kết . Bước 8: Cân và Đo nhiệt độ bề mặt mỗi viên gạch lúc chưa nung ( tương ứng nhiệt độ môi trường ) . Ghi lại số liệu. Bước 9: Xây gạch thành khối kín và thắp đèn sáng 200W ở giữa khối theo mô hình sau. Gạch lõi rơm cặp 1 Gạch đặc cặp 2 Gạch đất sét nung đặc Gạch lõi rơm cặp 2 Gạch đặc cặp 1 12 Bước 10: Đo nhiệt độ bề mặt gạch phía bên ngoài hình khối của các viên gạch ở những khoảng thời gian thắp đèn sáng khác nhau và ghi lại số liệu để so sánh. Nhiệt độ bề mặt gạch có lõi rơm Nhiệt độ bề mặt gạch đặc Bước 11: Lấy đèn ra ngoài, Để cho các viên gạch nguội đến nhiệt độ môi trường Bước 12: Cho nước đá vào trong lòng khối gạch kín Bước 13: Đo nhiệt độ bề mặt gạch phía bên ngoài hình khối của các viên gạch ở những khoảng thời gian ngâm nước đá khác nhau và ghi lại số liệu để so sánh. 2. 5. Kết quả thực nghiệm : Cặp gạch 1: - Viên gạch lõi rơm: kích thước ( 25 x 13x10 cm ) , khối lượng 3,4 kg → Tỉ trọng 1046kg/m3 Viên gạch đặc : kích thước ( 25 x 13 x10 cm ) , Khối lượng 4,6 kg Cặp gạch 2: - Viên gạch lõi rơm: kích thước ( 25 x 13x10 cm ) , khối lượng 3,7 kg → Tỉ trọng 1138kg/m3 Viên gạch đặc : kích thước ( 25 x 13 x10 cm ) , Khối lượng 4,8 kg Bảng 1: Nhiệt độ bề mặt ngoài khối gạch khi thắp đèn sáng giữa khối: Lần Khoảng Nhiệt độ bề mặt đo thời gian cặp gạch 1 Viên gạch Viên lõi thắp đặc 1 rơm 1 sáng o 1 0h 23,6 23,6o 13 Nhiệt độ bề mặt cặp gạch 2 Viên gạch Viên gạch đặc 2 lõi rơm 2 o 23,6 23,6o Nhiệt độ bề mặt gạch đất sét nung 23,6o 2 3 4 5 29,1o 29,6o 33,3o 37,8o 1h 2h 3h 5h 24,8o 25,8o 26,7o 28,9o 31,8o 33,5o 38,7o 41,6o 27,7o 28,8o 33,6o 34,3o 36o 37o 42,2o 44,3o Đồ thị 1: Nhiệt độ bề mặt không thắp đèn sáng 50 45 40 35 30 Viên gach đặc 1 Viên gach lõi rơm 1 Viên gach đặc 2 Viên gach lõi rơm 2 Viên gach đấấ t set nung 25 20 15 10 5 0 0h 1h 2h 3h 5h Bảng 2: Nhiệt độ bề mặt ngoài khối gạch khi ngâm nước đá trong khối: Lần Khoảng Nhiệt độ bề mặt đo thời gian cặp gạch 1 Viên gạch Viên gạch thắp đặc 1 lõi rơm 1 sáng o 1 0h 24,4 24,4o 2 1h 16o 22,7o 3 2h 13,3o 22,1o 14 Nhiệt độ bề mặt cặp gạch 2 Viên gạch Viên gạch đặc 2 lõi rơm 2 o 24,4 24,4o 14,7o 22,5o 12,9o 21,8o Nhiệt độ bề mặt gạch đất sét nung 24,4o 21,1o 20,8o 4 5 13,1o 12,7o 3h 3h30 phút 21,9o 21,2o 11,2o 10,9o 21,1o 20,4o 20,7o 20o Đồ thị 2: Nhiệt độ bề mặt không ngâm nước đá 30 25 20 Viên gach đặc 1 Viên gach lõi rơm 1 Viên gach đặc 2 Viên gach lõi rơm 2 Viên gach đấấ t set nung 15 10 5 0 0h 1h 2h 3h 3h30' 2.6. Phân tích - Nhận xét: - Chứng minh khả năng cách nhiệt qua thực nghiệm: + Qua bảng số liệu 1 ta thấy : Nhiệt độ bề mặt không thắp sáng của gạch lõi rơm thấp hơn gạch không nung đặc ở cùng thời điểm từ 4 - 9 o , và thấp hơn gạch đất sét nung ở cùng thời điểm từ 9 - 15o Và qua đồ thị 1 ta thấy: Đồ thị nhiệt độ bề mặt không thắp sáng của gạch lõi rơm luôn nằm dưới gạch không nung đặc và gạch đất sét nung ở cùng thời điểm. Chứng tỏ tốc độ truyền nhiệt từ bề mặt bị nóng sang bề mặt không bị nóng của của gạch lõi rơm chậm hơn của gạch đặc không nung và gạch đất sét nung. 15 Như vậy gạch lõi rơm cách nhiệt tốt hơn nên làm cho ngôi nhà mát hơn về mùa hè so với gạch đặc 4 - 9o , vì vậy giảm bớt tiêu thụ điện cho máy điều hòa. + Qua bảng số liệu 2 ta thấy : Nhiệt độ bề mặt không ngâm nước đá của gạch lõi rơm cao hơn gạch không nung đặc và gạch đất sét nung ở cùng thời điểm từ 4 – 9 o. Và qua đồ thị 2 ta thấy: Đồ thị nhiệt độ bề mặt không ngâm nước đá của gạch lõi rơm luôn nằm trên gạch không nung đặc và gạch đất sét nung ở cùng thời điểm. Chứng tỏ tốc độ truyền nhiệt từ bề mặt không bị ngâm nước đá sang bề mặt bị ngâm nước đá của của gạch lõi rơm cũng chậm hơn của gạch không nung đặc và gạch đất sét nung. Như vậy gạch lõi rơm cách nhiệt tốt hơn nên làm cho ngôi nhà ấm hơn về mùa đông so với gạch đặc 4– 9 o, vì vậy giảm bớt việc sử dụng điện cho máy sưởi. - Tính toán theo lý thuyết khả năng cách nhiệt của gạch cách nhiệt: * Theo công thức tính nhiệt trở (Ro) của gạch : n Ro ¿ 1 bi 1 + ∑ + Ra+ h N k=1 λi ht trong đó: hN, ht, lần lượt là hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài và bề mặt trong của kết cấu bao che, W/m2.K ; bi - bề dày của lớp vật liệu thứ i, m; λi - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu lớp thứ i trong KCBC, W/m.K ; n- số lượng các lớp vật liệu trong KCBC; Ra - Nhiệt trở của lớp không khí bên trong KCBC, nếu có, m2.K/W . Ta tính nhiệt trở đối với tường đơn gạch không nung lõi rơm ép như sau: Cấu trúc tường theo mặt cắt ngang từ ngoài vào trong gồm 5 lớp: + vữa trát xi măng lớp ngoài : b1 = 15mm, Hệ số dẫn nhiệt λ1 =0.93 + Gạch bê tông xỉ lớp ngoài : b2 = 20mm, Hệ số dẫn nhiệt λ2 = 0.70 + Rơm rạ lớp giữa : b3 = 90mm, Hệ số dẫn nhiệt λ3 = 0.09. + Gạch bê tông xỉ lớp trong : b4 = 20mm, Hệ số dẫn nhiệt λ4 = 0.70 + vữa trát xi măng lớp trong : b5 = 15mm, Hệ số dẫn nhiệt λ5 =0.93 16 Các hệ số hN = 25, Ht = 7692 (Bảng A.3 - Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt của kết cấu bao che h, W/m2.K - theo TCVN 298:2003 và ISO 6946:1996, QCVN 09:2013/BXD) Nhiệt trở lớp không khí Ra tham khảo bảng A.4. Ra , m2.K/W (theo TCVN 298:2003 và ISO 6946:1996). Do không có lớp không khí giữa tường nên Ra = 0. Từ đó ta tính được n Ro ¿ 1 bi 1 + ∑ + Ra+ h N k=1 λi ht = 1/25 + 0,015/0,93 + 0,02/0,70 + 0.09/0,09 +0,02/0,70 + 0,015/0,93 + 1/7,692= 1.13 m2.K/W Trong khi nhiệt trở đối với một số tường xây bằng loại gạch khác: Theo TCVN 298:2003 và ISO 6946:1996, QCVN 09:2013/BXD), người ta đã tính được: + Nhiệt trở tường đơn gạch đặc đất sét nung : Ro = 0, 332 m2.K/W. + Nhiệt trở tường đơn gạch rỗng đất sét nung : Ro = 0.404 m2.K/W. + Nhiệt trở tường đơn blốc bê tông bọt: Ro = 0.486 m2.K/W. Mà theo quy chuẩn Việt Nam: Ro ≥ 0,56 m2.K/W là đạt yêu cầu. → So sánh Ro của gạch không nung lõi rơm ép với quy chuẩn Việt Nam , ta thấy gạch không nung lõi rơm ép đạt và vượt xa yêu cầu nên là loại gạch cách nhiệt rất tốt. - Tính tỉ trọng của gạch: Từ khối lượng và kích thước mỗi viên gạch ta tính được: Tỉ trọng của gạch không nung lõi rơm là: 1046 kg/m3 - 1138 kg/m3 Tỉ trọng của gạch đặc không nung là : 1900 kg/m3. Tỉ trọng của gạch đặc đất sét nung là : 1800 kg/m3. So sánh tỉ trọng của các loại gạch, ta thấy gạch lõi rơm nhẹ hơn gạch không nung và nhẹ hơn gạch đất sét nung, nên tường nhẹ hơn, việc thi công sẽ dễ dàng hơn, giảm bớt chi phí gia cố móng và kết cấu khung nhà. - Độ chịu lực của gạch: Gạch lõi 17 rơm có độ chịu lực tốt hơn gạch lỗ đất sét nung và gạch lỗ không nung vì gạch được ép chặt bằng máy ép thủy lực đồng thời lõi rơm cũng được ép chặt bằng máy ép với lực ép bằng lực ép của viên gạch nên chắc chắn gạch có tính chịu lực tốt. -Tính toán giá thành (1 viên gạch không nung lõi rơm): + Đơn giá vật liệu: Xi măng giá 140 000đ / 1 tạ Rơm rạ 900 đ / kg Cát đen giá 140 000đ/ 1 m3 Hóa chất chống phân hủy : 11500đ / kg + Chi phí sản xuất 1 viên gạch: Xi măng : 0,4 - 0,5 kg x 1400đ = 600 - 700 đ. Cát đen : 0,001m3 x 140000đ = 140 đ Xỉ than : (tận dụng phế thải, giá rẻ): 30đ Rơm : (tận dụng phế thải , giá rẻ): 20-30 đ Hóa chất chống phân hủy : 11500đ : 100 viên = 115 đ. Nhân công: 150đ → Tổng chi phí cho 1 viên gạch cách nhiệt lõi rơm khoảng 1200đ. So với gạch đất sét nung và gạch không nung hiện nay giá thành giảm hơn. Như vậy gạch không nung lõi rơm có những ưu điểm nổi bật mà các loại gạch thông thường không có là: - Khả năng cách nhiệt cao nhất, nhẹ hơn gạch đặc nhưng vẫn chịu lực tốt, tận dụng được nguồn phế thải nông nghiệp( rơm rạ) nên giá thành thấp. - Đặc điểm ưu việt của quy trình sản xuất gạch không nung lõi rơm ép là thiết bị hoàn toàn dựa trên dây chuyền sản xuất gạch không nung đã có. Việc chuyển đổi công nghệ đối với những doanh nghiệp đang sản xuất gạch không nung, không tốn thêm nhiều chi phí đầu tư thiết bị ban đầu. Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, nhân lực thủ công nhiều nên có thể chỉ cần tự động hóa một số khâu quyết định chất lượng sản phẩm, còn một số khâu có thể sử dụng nhân công thủ công để giảm mức đầu tư ban đầu và tạo việc làm cho người dân. 18