Nghiên cứu tận dụng nguồn xỉ sắt để sản xuất gạch xi măng không nung
1. Lý do chọn đề tài
Hàng năm, ngành công nghiệp sản xuất thép thải ra môi trường hàng triệu tấn xỉ sắt. Lượng phế thải này là nguyên nhân dẫn đến những tác động bất lợi như: đòi hỏi diện tích bãi chứa rất lớn, dẫn đến chiếm nhiều diện tích canh tác nông nghiệp; lượng xỉ sắt thải ra gây ô nhiễm môi trường nước, môi trường không khí làm ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, ảnh hưởng 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 trường là một trong những chủ trương cũng như ưu tiên hàng đầu mà chính phủ, các cấp, các ngành hết sức quan tâm. Bộ Xây dựng đã có Tờ trình số 18/Ttr-BXD ngày 31/3/2014 gửi Thủ tướng 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 hướng 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 như 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 trường.
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 ô nhiễm môi trường, giảm hao phí các nguồn tài nguyên liên quan và thân thiện với môi trường.
Nguyên liệu được 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 đường xá và đôi khi là điều kiện bắt buộc. Đơn cử như tại Pháp có đến 99% lượng tro xỉ thải ra được tái sử dụng, tại Nhật Bản, con số này là 80%, tại Hàn Quốc là 85%. Ở nhiều nước khác, tro bay chủ yếu được sử dụng để sản xuất gạch không nung. Sản xuất gạch từ nguyên liệu này tiết kiệm năng lượng đến hơn 85% so với việc sản xuất gạch nung truyền thống từ đất sét.
Theo số liệu của bốn tổ chức WB/UNEP/UNIDO/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 trường 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 nước, nguồn xỉ sắt thải ra rất lớn; cụ thể như: Tại Khu CN Phú Mỹ (Bà Rịa-Vũng Tàu), Nhà máy thép Việt, Nhà máy thép miền Nam, v.v. lượng xỉ sắt thải ra môi trường 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 trường, khai thác cạn kiệt các nguồn tài nguyên khoáng sản có hạn trong tự nhiên đang được các cấp, các ngành và toàn xã hội quan tâm. Nhưng 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” được thực hiện nhằm nghiên cứu xây dựng thành phần cấp phối hợp lí và xác định một số đặc trưng 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.
2. Mục tiêu của đề tài
– Nghiên cứu xây dựng thành phần cấp phối có sử dụng xỉ sắt để sản xuất gạch không nung;
– Xác định một số đặc trưng cơ lý của gạch xi măng không nung sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối: cường độ, độ hút nước, khối lượng riêng của viên gạch.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: gạch xi măng không nung.
Phạm vi nghiên cứu: xác định một số đặc trưng 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. Ứng dụng của xỉ sắt trong xây dựng.
– Nghiên cứu cơ sở khoa học trong việc xác định các đặc trưng cơ lí của vật liệu và của gạch không nung.
– Thí nghiệm, đo đạc một số đặc trưng cơ lý, hóa học của vật liệu xây dựng để sản xuất gạch xi măng không nung, trong đó có xỉ sắt.
– Xác định các đặc trưng 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. Phương pháp nghiên cứu
– Nghiên cứu lí thuyết.
– Khảo sát thực nghiệm.
– Tổng hợp, phân tích rút ra kết luận.
TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG VÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỈ SẮT ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG
1.1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG
Gạch không nung hay gạch block là một loại gạch mà sau khi được tạo hình từ hỗn hợp vữa, được cấp phối thành phần theo những tỉ lệ nhất định, thì tự đóng rắn và đạt các chỉ số về cơ học như cường độ nén, uốn, độ hút nước, v.v. mà không cần qua nhiệt độ để viên gạch đạt được những chỉ tiêu và tính chất theo yêu cầu thiết kế. 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.
1.1.2. Phân loại và các yếu tố kỹ thuật của gạch không nung
Gạch xi măng cốt liệu hay còn gọi là gạch bê tông, gạch block: loại gạch này được 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 cường độ theo nguyên lý hình thành cường độ của bê tông xi măng.
Gạch bê tông khí chưng áp (AAC): được sản xuất từ cát vàng (hoặc tro bay), xi măng, thạch cao, vôi, bột nhôm. Quá trình tạo cường độ cuối cùng được thực hiện bằng lò hơi (lò chưng áp).
Ngoài hai dòng sản phẩm chính nêu trên, gạch bê tông bọt, gạch đất hóa đá cũng được liệt kê vào nhóm gạch không nung.
1.2. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦ A GẠCH KHÔNG NUNG
Do được chế tạo từ xi măng và các thành phần cốt liệu như cát, mạt đá, một số chất độn, phụ gia và nước nên cường độ chị nén của gạch xi măng không nung cao, thông thường lớn hơn 50kg/cm2.
1.2.2. Khối lượng thể tích của gạch xi măng cốt liệu
Do có cốt liệu chính là mạt đá, cát nên gạch xi măng không nung có khối lượng thể tích đặc khoảng 2.050kg/m3.
1.3. CÁC THÀNH PHẦN VẬT LIỆU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG
Những vật liệu chính cho việc sản xuất gạch xi măng không nung đó là: xi măng, cát, đá mạt, các chất độn như: xỉ than, tro bay, các phế phẩm khác (nếu có).
Là chất kết dính trong viên gạch xi măng không nung. Đây cũng là thành phần quyết định đến (50-70)% giá thành viên gạch.
Thường là cát núi, cát sông, cát nhân tạo cũng có thể được sử dụng hoặc cát thải từ công nghiệp nghiền đá, v.v..
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).
Nước sạch dùng để chế tạo bê tông cũng là loại nước được sử dụng trong chế tạo gạch xi măng không nung. Mức nước thích hợp làm cho gạch có cường 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. Các chất phụ gia, chất độn
Phụ gia, chất độn được đưa vào trong thành phần cấp phối để cải thiện một số tính chất của viên gạch như: tăng khả năng chống thấm, chống rêu mốc.
1.4. TỔNG QUAN VỀ XỈ SẮT VÀ ỨNG DỤNG XỈ SẮT TRONG XÂY DỰNG
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 được 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; tường 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 như: CaO, MgO, MnO, FeO, NiO, SiO2, P2O5. Ngoài ra còn có các hợp chất khác như: CaS, FeS, CaS2, v.v.. Thành phần của xỉ thép phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào, các chất được sử dụng trong quá trình luyện thép và công nghệ luyện thép.
1.4.2. Ứng dụng xỉ sắt trong xây dựng
Thành phần hóa học trong xỉ thép ở một số nước trên thế giới được trình bày trong Bảng 1.1. Ở Việt Nam, mẫu xỉ thép được lấy để phân tích và báo cáo trong Bảng 2.1 được lấy tại Công ty TNHH Vật Liệu Xanh với Dự án đầu tư nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng từ xỉ lò điện hồ quang tại Khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của xỉ sắt tại một số quốc gia (tính theo %)
| Quốc gia | Australia | Trung Quốc | Ấn Độ | Việt Nam | |||
| Thành phần | Mẫu 1 | Mẫu 2 | Mẫu 3 | Mẫu 1 | Mẫu 2 | Mẫu | Mẫu |
| CaO | 41 | 40 | 35 | 45-60 | 30-50 | 37,7 | 24 |
| SiO2 | 35 | 12 | 14 | 10-15 | 11-20 | 37,14 | 15,358 |
| FeO | – | – | – | 7-20 | 8-22 | – | – |
| Fe2O3 | 0,7 | 20 | 29 | 3-9 | 5-6 | 1,05 | 34,7 |
| MgO | 6,5 | 9 | 7,7 | 3-13 | 8-13 | 11,7 | 5,09 |
| MnO | 0,45 | 5 | 5,7 | 2-6 | 5-10 | – | – |
| Al2O3 | 14 | 3 | 5,5 | 1-5 | 10-18 | 9,15 | 7,1 |
| TiO2 | 1 | 1 | 0,5 | – | – | – | – |
| K2O | 0,3 | 0,02 | 0,1 | – | – | – | – |
| Cr2O3 | <0,005 | 0,1 | 1 | – | – | – | – |
| P2O5 | – | – | – | 1-4 | 2-5 | – | – |
| V2O5 | <0,05 | 1,4 | 0,3 | – | – | – | – |
| S | 0,6 | 0,07 | 0,1 | – | – | – | – |
| SO3 | – | – | – | – | – | 0,37 | – |
Có thể nhận thấy thành phần các chất hóa học trong xỉ sắt ở một số quốc gia nêu trên tương đối giống nhau, hàm lượng các chất chênh lệch không nhiều. Thành phần Fe2O3 ở Việt Nam và Australia khá nhiều. Tạp chất gây nguy hại cho môi trường có trong xỉ sắt như lưu huỳnh là khá nhỏ, dưới 0,1%. Đây là chỉ tiêu khá quan trọng cho thấy, xỉ sắt không chứa các hợp chất độc hại, do đó có thể tái sử dụng trọng các lĩnh vực khác nhau, trong đó có lĩnh vực xây dựng, mà cụ thể là vật liệu xây dựng. Chính vì thế, xỉ sắt đã được nghiên cứu ứng dụng trong khá đa dạng. Dưới đây sẽ trình bày một số ứng dụng chủ yếu đã và đang được nghiên cứu.
1.4.2.1. Nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép trên thế giới
Nhiều nước trên thế giới đã xem xỉ thép không còn là chất thải nguy hại nếu xỉ thép được tái chế và qua xử lí. Các sản phẩm xỉ đã qua xử lý gồm: xỉ đã được nghiền thành hạt, xỉ đã được hóa rắn thành dạng viên hoặc tấm, xỉ được nghiền, đập, sàng, xay đến kích thước nhất định sẽ được sử dụng vào nhiều mục đích xây dựng, giao thông, nông nghiệp và công nghiệp xử lý chất thải. Xỉ thép thay thế cốt liệu cho bê tông xi măng: tùy vào ứng dụng cụ thể, hàm lượng xỉ sắt thay thế trong xi măng Portland có thể đạt từ 20 – 50%. Sử dụng xỉ thép trong bê tông có ưu điểm: làm cho bê tông tăng tính ổn định nhiệt, kháng sulfate, nước biển và clo và các tính chất này khó có thể tìm thấy được khi dùng xi măng Portland; bê tông xỉ thép có độ thấm nước thấp và chống mài mòn cao.
– Xỉ thép được dùng làm vật liệu nền, móng và mặt đường do mô đun đàn hồi của xỉ thép trong môi trường ẩm khá cao (đến 500MPa), cao hơn đá dăm tự nhiên: xỉ thép đã được sử dụng cho nền đường ở nhiều nước như Mỹ, Trung Quốc, Úc, v.v.. Trung Quốc đã có tiêu chuẩn về sử dụng xỉ thép cho nền đường vào năm 1990.
1.4.2.2. Nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép tại Việt Nam
Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về việc sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm trong bê tông nhựa, sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng thay thế xi măng trong bê tông xi măng. Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới chỉ dừng ở mức độ thí nghiệm trong phòng, còn các thử nghiệm ngoài hiện trường vẫn đang trong giai đoạn kiểm tra và còn quá sớm để đưa ra các kết luận chắc chắn.
Nghiên cứu của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh cho thấy, xỉ thép có độ cứng, độ ma sát và khả năng chống mài mòn cao, chỉ số bong tróc thấp hơn nhiều so với đá. Bề mặt của xỉ thô, nhám và độ pH cao, dao động từ 10 – 11 nên có độ dính bám tốt với nhựa đường. Tuy nhiên, xỉ thép có khối lượng riêng lớn hơn 20% so với đá và khả năng hút nước cao hơn đá.
Nghiên cứu tổng quan cho thấy rằng thành phần hóa học của xỉ sắt gồm rất nhiều các loại ô xít, nhất là FeO và Fe2O3, đặc biệt, nghiên cứu cũng cho thấy xỉ thép có chứa thành phần hóa học tương tự như xi măng Portland, mặc dù tỷ lệ các chất khác nhau. Chính vì vậy, xỉ thép có thể được sử dụng trong xi măng Portland và trong bê tông. Thành phần lưu huỳnh, một trong những chất có ảnh hưởng lớn đến môi trường, có hàm lượng rất nhỏ. Từ đây có thể khẳng định rằng: có thể sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối để sản xuất các loại vật liệu xây dựng như: bê tông xi măng, bê tông nhựa, gạch gốm hay gạch xi măng không nung, v.v..
CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG – XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI
2.1. CÁC TÀI LIỆU, TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6477:2016 – Gạch bê tông [2] là Tiêu chuẩn áp dụng cho gạch bê tông được sản xuất từ hỗn hợp bê tông cứng dùng trong các công trình xây dựng. Các yêu cầu cụ thể của gạch bê tông được thể hiện dưới đây
2.1.1. Kích thước và mức sai lệch
Yêu cầu kích thước của các loại gạch và mức sai lệch cho phép được quy định trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1 – Kích thước và mức sai lệch kích thước của viên gạch bê tông (mm)
| Chiều dài (l) | Mức sai lệch cho phép | Chiều rộng (b) | Mức sai lệch cho phép | Chiều cao (h) | Mức sai lệch cho phép | Chiều dày thành ở vị trí nhỏ nhất, t, không nhỏ hơn | |
| Gạch block sản xuất theo công nghệ rung ép | Gạch ống sản xuất theo công nghệ ép tĩnh | ||||||
| 390 | ± 2 | 80÷200 | ± 2 | 60÷190 | ±3 | 20 | 10 |
Quy định về quan sát khuyết tật ngoại quan của viên gạch như trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Quy định về quan sát ngoại quan của viên gạch
| Các chỉ tiêu | Yêu cầu kỹ thuật |
Khuyết tật ngoại quan cho phép:
| 3 2 1 |
2.1.2. Yêu cầu về tính chất cơ lí
2.1.2.1. Độ rỗng và độ hút nước
Độ rỗng, độ thấm nước của viên gạch được quy định trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Độ rỗng và độ thấm nước của gạch không nung
| TT | Các chỉ tiêu | Yêu cầu kỹ thuật |
| 1 | Độ rỗng viên gạch, %, không lớn hơn khối lượng viên gạch, kg, không lớn hơn | 65 |
| 2 | Độ thấm nước của gạch xây tường không trát, ml/m2.h, không lớn hơn | 350 |
2.1.2.1. Cường độ, khối lượng riêng và độ hút nước
Cường độ chịu nén, khối lượng riêng và độ hút nước của viên gạch xi măng không nung được quy định như trong Bảng 2.4.
Bảng 2.4. Cường độ chịu nén, khối lượng riêng và độ hút nước
| Mác gạch | Cường độ chịu nén, MPa | Khối lượng viên gạch, kg, không lớn hơn | Độ hút nước, % khối lượng, không lớn hơn | |
| Trung bình cho ba mẫu thử, không nhỏ hơn | Nhỏ nhất cho một mẫu thử | |||
| M3,5 | 3,5 | 3,1 | 20 | 14 |
| M5,0 | 5,0 | 4,5 | ||
| M7,5 | 7,5 | 6,7 | 12 | |
| M10,0 | 10,0 | 9,0 | ||
| M12,5 | 12,5 | 11,2 | ||
| M15,0 | 15,0 | 13,5 | ||
| M20,0 | 20,0 | 18,0 | ||
2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI GẠCH XI MĂNG KHÔNG NUNG
Các thành phần cấp phối của gạch xi măng không nung gồm: xi măng, cát, đá mạt, nước.
Tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 [8] quy định các yêu cầu đối với xi măng.
Tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 [9] quy định các yêu cầu đối với cát.
2.2.3. Đá mạt
Đá mạt dùng trong cấp phối có chất lượng phù hợp với TCVN 7572:2006 [9].
2.2.4. Nước
Nước có chất lượng phù hợp với TCVN 4506:2012
2.2.5. Xỉ sắt
Xỉ sắt dùng để thay thế một phần bột đá trong cấp phối, do đó yêu cầu chất lượng theo yêu cầu chất lượng của bột đá và phù hợp với TCVN 7572:2006 [9].
2.3. THÍ NGHIỆM CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG
- Xác định độ mịn
- Xác định độ bền nén
- Xác định thời gian đông kết
d. Xác định khối lượng riêng
a. Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của cát
b. Xác định khối lượng thể tích xốp của cátc. Xác định thành phần hạt của cát
- Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của đá mạt
- Xác định khối lượng thể tích xốp của đá mạt
- Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét
- Xác định thành phần hạt của đá mạt
a) Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của xỉ sắt
Độ ngậm nước của gạch xi măng không nung rất thấp, đạt dưới 8% trong khi gạch đất sét nung có độ ngậm nước từ 14% đến 18%.
Khả năng chống thấm nước của gạch xi măng không nung tốt do bởi quá trình 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.
b) Xác định khối lượng thể tích xốp của xỉ sắt
c) Xác định thành phần hạt của xỉ sắt
Áp dụng tiêu chuẩn xác định thành phần hạt như của cát, ứng với trường hợp hạt có đường kính nhỏ. Kết quả như trong Bảng 2.22.
Bảng 2.22. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của xỉ sắt
| Cỡ sàng (mm) | Lượng sót trên từng sàng (g) | % Lượng sót tích lũy trên sàng (%) | Yêu cầu kỹ thuật | Kết luận |
| 5 | 0 | 0 | 0 | Đạt |
| 2,5 | 95.6 | 10.6 | 0 – 20 | Đạt |
| 1,25 | 79.3 | 19.5 | 15 – 45 | Đạt |
| 0,63 | 187.3 | 40.3 | 35 -70 | Đạt |
| 0,315 | 225.1 | 65.3 | 65 – 90 | Đạt |
| 0,14 | 224.5 | 90.3 | 90 – 100 | Đạt |
| <0,14 | 87.2 | 100.0 | <10 | Đạt |
Trong chương này, dựa vào các tiêu chuẩn, tác giả đã trình bày các tiêu chuẩn và các yêu cầu kỹ thuật qui định liên quan đến các đặc trưng cơ lí của các thành phần cấp phối và của gạch xi măng không nung. Đồng thời, tác giả cũng đã trình bày các kết quả thu được từ thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lí của các thành phần cấp phối chế tạo gạch không nung và của xỉ sắt. Các kết quả cho thấy, các chỉ tiêu cơ lí của các thành phần cấp phối đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật được qui định trong các tiêu chuẩn. Đây là cơ sở quan trọng để tác giả tiến hành, trong chương 3, xác định các chỉ tiêu cơ lí của gạch không nung có sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối thay thế hàm lượng nhất định mạt đá.
THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA
GẠCH KHÔNG NUNG CÓ SỬ DỤNG XỈ SẮT LÀM THÀNH PHẦN CẤP PHỐI
Trong chương này, tác giả tiến hành các thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lí của của gạch xi măng không nung có xỉ sắt trong thành phần cấp phối. Dựa trên cấp phối chuẩn ban đầu tham khảo từ một nhà máy sản xuất gạch xi măng không nung tại Quảng Ngãi, tác giả sẽ đưa xỉ sắt vào trong thành phần cấp phối theo tỉ lệ nhất định thay thế mạt đá. Tiến hành đúc mẫu thí nghiệm theo các tiêu chuẩn và quy phạm hiện hành, đã trình bày trong chương 2 và thực hiện thí nghiệm. Căn cứ vào kết quả sẽ tiến hành bình luận kết quả và rút ra những nhận xét, kết luận.
3.1. THIẾT KẾ CẤP PHỐI SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG
Trong khuôn khổ luận văn, dự tính thiết kế gạch mác M50. Ứng với gạch không nung mác M50, tham khảo cấp phối thông thường được sản xuất tại nhà máy gạch Nghĩa Lâm Xanh, thành phần cấp phối cho 400 viên gạch như trong Bảng 3.1.
Bảng 2.1. Cấp phối cho vữa để sản xuất gạch không nung M50(400 viên)
| Xi măng (kg) | Cát (kg) | Đá mạt (kg) | Nước (lít) | Ghi chú |
| 100 | 200 | 700 | 50 | M50 |
Để đánh giá khả năng sử dụng xỉ sắt thay đá mạt, trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn, tác giả sẽ thay thế mạt đá bằng xỉ sắt theo những tỉ lệ % tương ứng là 3%, 5%, 7% và 10%. Căn cứ vào khối lượng riêng của bột đá và xỉ sắt, tiến hành qui đổi sẽ được bảng cấp phối thí nghiệm ứng với tỉ lệ % xỉ sắt thay thế đá mạt theo khối lượng như trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Bảng các cấp phối cho 400 viên gạch với tỉ lệ % xỉ sắt thay thế đá mạt
| CẤP PHỐI | XI MĂNG | CÁT | ĐÁ MẠT | XỈ SẮT | NƯỚC |
| CP1 (0%) | 100 (kg) | 200 (kg) | 700 (kg) | 0 (kg) | 50 lít |
| CP2 (3%) | 100 (kg) | 200 (kg) | 679 (kg) | 21 (kg) | 52 lít |
| CP3 (5%) | 100 (kg) | 200 (kg) | 665 (kg) | 35 (kg) | 54 lít |
| CP4 (7%) | 100 (kg) | 200 (kg) | 651 (kg) | 49 (kg) | 56 lít |
| CP5 (10%) | 100 (kg) | 200 (kg) | 630 (kg) | 70 (kg) | 58 lít |
Khi đưa xỉ sắt vào thay thế đá mạt, vữa trở nên khô hơn, gây khó khăn cho quá trình chế tạo gạch, ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa của xi măng. Điều này có thể giải thích là do bởi xỉ sắt có khả năng hút nước mạnh hơn mạt đá(7,34% > 095%). Do đó khi tiến hành tạo vữa, sẽ tiến hành điều chỉnh một lượng nước nhất định nhằm giúp cho vữa đảm bảo tính công tác, thuận lợi cho chế tạo và đủ nước cho quá trình thủy hóa.
Tại nhà máy Nghĩa Lâm Xanh, viên gạch thí nghiệm là loại 6 lỗ có kích thước 95x135x185, với các cấp phối trộn từ CP1 (0%), CP2 (3%), CP3 (7%) và CP4 (10%). Tiến hành đúc mẫu để đo cường độ ở tuổi tương ứng là 3 ngày, 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày. Mỗi cấp phối đúc 3 viên, ở mỗi độ tuổi đã nêu, tiến hành thí nghiệm ép 03 mẫu để xác định cường độ của gạch ứng với độ tuổi.
Sau khi chế tạo mẫu xong, tiến hành dán tem đánh dấu, bảo dưỡng trong điều kiện không khí mát, ẩm.
3.3.1. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của gạch không nung
Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ nén R3 của gạch không nung
| Cấp phối | Mô tả mẫu (mm) | Tiết diện mẫu (mm2) | Lực phá hoại (N) | Tuổi mẫu (ngày) | Cường độ từng viên (MPa) | Cường độ trung bình (MPa) |
| CP1 (0%) | 95x135x185 | 24975 | 70410 | 3 | 2.51 | 2,303 |
| 63320 | 2.26 | |||||
| 59990 | 2.14 | |||||
| CP2 (3%) | 95x135x185 | 24975 | 62450 | 3 | 2.21 | 1,863 |
| 46770 | 1.66 | |||||
| 48710 | 1.72 | |||||
| CP3 (5%) | 95x135x185 | 24975 | 63110 | 3 | 2.23 | 2,133 |
| 57490 | 2.03 | |||||
| 60510 | 2.1 | |||||
| CP4 (7%) | 95x135x185 | 24975 | 63510 | 3 | 2.25 | 2,06 |
| 61250 | 2.18 | |||||
| 49490 | 1.75 | |||||
| CP5 (10%) | 95x135x185 | 24975 | 64390 | 3 | 2.28 | 2,76 |
| 91820 | 3.25 | |||||
| 77820 | 2.75 |
Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm cường độ nén R7 của gạch không nung
| Cấp phối | Mô tả mẫu (mm) | Tiết diện mẫu (mm2) | Lực phá hoại (N) | Tuổi mẫu (ngày) | Cường độ từng viên (MPa) | Cường độ trung bình (MPa) |
| CP1 (0%) | 95x135x185 | 24975 | 101140 | 7 | 3.58 | 3,67 |
| 105530 | 3.74 | |||||
| 104130 | 3.69 | |||||
| CP2 (3%) | 95x135x185 | 24975 | 71410 | 7 | 2.53 | 2,483 |
| 73140 | 2.59 | |||||
| 65870 | 2.33 | |||||
| CP3 (5%) | 95x135x185 | 24975 | 86050 | 7 | 3.05 | 2,803 |
| 71590 | 2.53 | |||||
| 79880 | 2.83 | |||||
| CP4 (7%) | 95x135x185 | 24975 | 85420 | 7 | 3.02 | 3,01 |
| 82990 | 2.94 | |||||
| 86790 | 3.07 | |||||
| CP5 (10%) | 95x135x185 | 24975 | 103120 | 7 | 3.65 | 3,673 |
| 103230 | 3.65 | |||||
| 105110 | 3.72 |
Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm cường độ nén R14 của gạch không nung
| Cấp phối | Mô tả mẫu (mm) | Tiết diện mẫu (mm2) | Lực Phá hoại (N) | Tuổi mẫu (ngày) | Cường độ từng viên (MPa) | Cường độ trung bình (MPa) |
| CP1 (0%) | 95x135x185 | 24975 | 121490 | 14 | 4.3 | 4,33 |
| 122540 | 4.34 | |||||
| 123160 | 4.36 | |||||
| CP2 | 95x135x185 | 24975 | 95450 | 14 | 3.38 | 3,513 |
| 106720 | 3.78 | |||||
| 95490 | 3.38 | |||||
| CP3 | 95x135x185 | 24975 | 102390 | 14 | 3.62 | 3,84 |
| 103390 | 3.66 | |||||
| 119660 | 4.24 | |||||
| CP4 | 95x135x185 | 24975 | 115890 | 14 | 4.1 | 3,946 |
| 111050 | 3.93 | |||||
| 107760 | 3.81 | |||||
| CP5 | 95x135x185 | 24975 | 13115 | 14 | 4.64 | 4,556 |
| 12833 | 4.54 | |||||
| 12689 | 4.49 |
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm cường độ nén R28 của gạch không nung
| Cấp phối | Mô tả mẫu (mm) | Tiết diện mẫu (mm2) | Lực Phá hoại (N) | Tuổi mẫu (ngày) | Cường độ từng viên (MPa) | Cường độ trung bình (MPa) |
| CP1 (0%) | 95x135x185 | 24975 | 149350 | 28 | 5,29 | 5,036 |
| 168650 | 5,97 | |||||
| 165390 | 5,85 | |||||
| CP2 (3%) | 95x135x185 | 24975 | 113250 | 28 | 4.0085 | 4,162 |
| 129090 | 4.57 | |||||
| 110390 | 3.91 | |||||
| CP3 (5%) | 95x135x185 | 24975 | 139860 | 28 | 4.95 | 4,817 |
| 133350 | 4.719 | |||||
| 135130 | 4.783 | |||||
| CP4 (7%) | 95x135x185 | 24975 | 146090 | 28 | 5.17 | 5,236 |
| 151690 | 5.37 | |||||
| 146060 | 5.17 | |||||
| CP5 (10%) | 95x135x185 | 24975 | 152990 | 28 | 5.42 | 5,67 |
| 158700 | 5.62 | |||||
| 168600 | 5.97 |
Hình 3.5. Biểu đồ phát triển cường độ của cấp phối CP1 theo thời gian
Hình 3.6. Biểu đồ phát triển cường độ của cấp phối CP2 theo thời gian
Hình 3.7. Biểu đồ phát triển cường độ của của cấp phối CP3 theo thời gian
Hình 3.8. Biểu đồ phát triển cường độ của cấp phối CP4 theo thời gian
Hình 3.9. Biểu đồ phát triển cường độ của cấp phối CP5 theo thời gian
Hình 3.10. Biểu đồ phát triển cường độ gạch của các cấp phối theo thời gian
* Nhận xét: Qua biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian, ta nhận thấy: Với cấp phối số 1 là cấp phối của nhà máy, so với các cấp phối từ CP2-CP5 thì cấp phối số 5 với tỉ lệ xỉ sắt là 70(kg) đã đạt được cường độ ổn định và tốt nhất, vượt qua giới hạn cường độ yêu cầu của đề tài. Ở ngày tuổi 7, cấp phối số 5 đã đạt gần đến mác 40, vượt trên so với các cấp phối còn lại, từ ngày 7 cho đến ngày 14, cấp phối 5 vượt qua mác 40 trong khi các cấp phối 3 và 4 vẫn chưa đạt đến mác 40. Từ ngày 21 – 28 cấp phối 5 đã vượt qua mác 50, vượt qua yêu cầu của đề tài.
3.3.2. Xác định độ rỗng gạch xi măng cốt liệu
Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm độ rỗng gạch không nung.
| Mẫu số | Mô tả mẫu (cm) | Khối lượng cát trong các lỗ rỗng (g) | Khối lượng thể tích của cát (g/cm3) | Độ rỗng từng viên (%) | Độ rỗng trung bình (%) | Yêu cầu kỹ thuật (%) | Kết luận |
| Mẫu 1 (0%) | 95x135x185 | 647.7 | 1.379 | 19.8 | 19.7 | ≤ 65 | Đạt |
| 95x135x185 | 662.4 | 1.379 | 20.2 | ||||
| 95x135x185 | 620.0 | 1.379 | 19.0 | ||||
| Mẫu 2 (3%) | 95x135x185 | 653.2 | 1.379 | 20.0 | 19.8 | ≤ 65 | Đạt |
| 95x135x185 | 640.1 | 1.379 | 19.6 | ||||
| 95x135x185 | 653.5 | 1.379 | 20.0 | ||||
| Mẫu 3 (5%) | 95x135x185 | 645.1 | 1.379 | 19.7 | 19.5 | ≤ 65 | Đạt |
| 95x135x185 | 637.2 | 1.379 | 19.5 | ||||
| 95x135x185 | 629.5 | 1.379 | 19.2 | ||||
| Mẫu 4 (7%) | 95x135x185 | 626.3 | 1.379 | 19.1 | 19.4 | ≤ 65 | Đạt |
| 95x135x185 | 644.5 | 1.379 | 19.7 | ||||
| 95x135x185 | 634.6 | 1.379 | 19.4 | ||||
| Mẫu 5 (10%) | 95x135x185 | 646.3 | 1.379 | 19.8 | 19.6 | ≤ 65 | Đạt |
| 95x135x185 | 633.9 | 1.379 | 19.4 | ||||
| 95x135x185 | 641.2 | 1.379 | 19.6 |
Hình 3.15. Biểu đồ độ rỗng gạch không nung
* Nhận xét: Nhìn vào biểu đồ, ta thấy: So với CP1 là cấp phối của nhà máy, thì tỉ lệ độ rỗng của các cấp phối chênh lệch không nhiều, từ 19,4% – 19,8%.
3.3.3. Xác định độ hút nước của gạch xi măng cốt liệu
Bảng 3.8. Kết quả thí nghiệm độ hút nước của gạch không nung
| Mẫu số | Mô tả mẫu (cm) | Khối lượng mẫu sau khi sấy (g) | Khối lượng mẫu sau khi ngâm nước 24h (g) | Độ hút nước từng viên (%) | Độ hút nước trung bình (%) | Yêu cầu kỹ thuật (%) | Kết luận |
| Mẫu 1 (0%) | 95x135x185 | 3859.3 | 4155.3 | 7.7 | 8.6 | ≤ 14 | Đạt |
| 95x135x185 | 3883.6 | 4194.6 | 8.0 | ||||
| 95x135x185 | 3558.6 | 3923.4 | 10.3 | ||||
| Mẫu 2 (3%) | 95x135x185 | 3889.1 | 4276.0 | 9.9 | 11.0 | ≤ 14 | Đạt |
| 95x135x185 | 3914.7 | 4242.0 | 8.4 | ||||
| 95x135x185 | 3517.6 | 4029.8 | 14.6 | ||||
| Mẫu 3 (5%) | 95x135x185 | 3983.2 | 4336.6 | 8.9 | 11.9 | ≤ 14 | Đạt |
| 95x135x185 | 3704.6 | 4134.5 | 11.6 | ||||
| 95x135x185 | 3384.1 | 3898.9 | 15.2 | ||||
| Mẫu 4 (7%) | 95x135x185 | 3666.5 | 4163.3 | 13.5 | 12.6 | ≤ 14 | Đạt |
| 95x135x185 | 3836.6 | 4306.3 | 12.2 | ||||
| 95x135x185 | 3742.6 | 4190.9 | 12.0 | ||||
| Mẫu 5 (10%) | 95x135x185 | 3468.1 | 3937.8 | 13.5 | 12.2 | ≤ 14 | Đạt |
| 95x135x185 | 3600.6 | 4014.3 | 11.5 | ||||
| 95x135x185 | 3737.2 | 4172.3 | 11.6 |
Hình 3.18. Biểu đồ độ hút nước của gạch không nung
* Nhận xét: Độ hút nước của gạch không nung khoảng từ 8.6% – 12.6% là khá thấp so với độ hút nước của gạch nung (khoảng 10 – 18%). Với độ hút nước này, gạch không nung có khả năng chống thấm tốt hơn gạch nung.
3.3.4. Khối lượng thể tích của gạch không nung
Bảng 3.9. Bảng khối lượng thể tích của gạch không nung
| Cấp phối | Mô tả mẫu | Thể tích mẫu | KL mẫu | KL thể tích của mẫu | KL thể tích trung bình | Kết luận |
| (cm) | (cm3) | (g) | (g/cm3) | (g/cm3) | ||
| CP1 | 95X135X185 | 2372,63 | 3859.3 | 1.627 | 1.588 | Đạt |
| 3883.6 | 1.637 | |||||
| 3558.6 | 1.500 | |||||
| CP2 | 95X135X185 | 2372,63 | 3889.1 | 1.639 | 1.575 | Đạt |
| 3914.7 | 1.650 | |||||
| 3517.6 | 1.483 | |||||
| CP3 | 95X135X185 | 2372,63 | 3983.2 | 1.679 | 1.554 | Đạt |
| 3704.6 | 1.561 | |||||
| 3384.1 | 1.426 | |||||
| CP4 | 95X135X185 | 2372,63 | 3666.5 | 1.545 | 1.580 | Đạt |
| 3836.6 | 1.617 | |||||
| 3742.6 | 1.577 | |||||
| CP5 | 95X135X185 | 2372,63 | 3468.1 | 1.462 | 1.518 | Đạt |
| 3600.6 | 1.518 | |||||
| 3737.2 | 1.575 |
* Nhận xét: Nhìn vào bảng khối lượng thể tích của gạch không nung, ta thấy: So với CP1 là cấp phối của nhà máy, thì khối lượng thể tích của các cấp phối có sử dụng xỉ sắt đa số nhẹ hơn. Như vậy khi sử dụng xỉ sắt làm thành phần cấp phối, khối lượng thể tích của gạch không nung có sử dụng xỉ sắt nhẹ hơn so với gạch không nungkhông sử dụng xỉ sắt.
Qua các kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu cơ lý vật liệu, thí nghiệm về cường độ phát triển của gạch, độ rỗng, độ hút nước. Ta nhận thấy, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đều đạt được các yêu cầu về kỹ thuật. Độ rỗng của các cấp phối chênh lệch không nhiều, từ 19,4% – 19,8%. Độ hút nước của gạch không nung khoảng từ 8,6% – 12,2% là khá thấp so với độ hút nước của gạch nung (khoảng 10 – 18%). Với độ hút nước này, gạch không nung có khả năng chống thấm tốt hơn gạch nung. Về cường độ phát triển của gạch theo thời gian, so sánh với cấp phối của nhà máy CP1, ta thấy cấp phối số 5 đạt được cường độ cũng độ ổn định nhất so với cấp phối của nhà máy và các cấp phối còn lại. Ở cấp phối số 5, cường độ phát triển của viên gạch từ ngày 3 đến ngày 7 phát triển mạnh nhất, từ ngày 7 đến ngày 14 và 28 cường độ viên gạch phát triển đều, vượt qua yêu cầu về cường độ của đề tài.
3.5. HIỆU QUẢ VỀ KỸ THUẬT VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA GẠCH KHÔNG NUNG
3.5.1. Hiệu quả về kỹ thuật: Gạch không nung khi sử dụng xỉ sắt làm thành phần cấp phối thay thế hàm lượng nhất định bột đá có cường độ đạt yêu cầu đối với loại gạch xây. Trong thí nghiệm, với tỉ lệ thay thế 70 (kg) khối lượng bột đá, cường độ 28 ngày của viên gạch đạt cao hơn so với viên gạch chuẩn (không sử dụng xỉ sắt – CP1).
3.5.2 Hiệu quả về môi trường: Khi sử dụng xỉ sắt làm thành phần cấp phối cho sản xuất gạch không nung đã giải quyết được vấn đề về môi trường, giảm thiểu lượng xỉ thải từ các nhà máy sản xuất thép. Tiết kiệm nguồn tài nguyên đất nông nghiệp.
Dựa vào cấp phối chuẩn của nhà máy gạch Nghĩa Lâm Xanh. Tác giả đã thay thế lượng xỉ sắt thay cho đá mạt từ 21 kg cho đến 70 kg. Sau khi thiết kế các cấp phối, đúc mẫu thí nghiệm tại nhà máy. Tác giả tiến hành quy trình dưỡng hộ tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm, xác định khối lượng riêng, nén mẫu để đánh giá tốc độ phát triển cường độ, cường độ của gạch, xác định độ rỗng, độ hút nước của gạch không nung.
1. KẾT LUẬN: Luận văn đã nêu nổi bật được tính cần thiết, ý nghĩa thực tiễn của đề tài, tác giả đề xuất giải pháp tận dụng nguồn xỉ sắt tại các nhà máy sản xuất thép làm thành phần cấp phối cho sản xuất gạch không nung, nhằm đảm bảo vừa tiết kiệm tài nguyên, vừa giải quyết bài toán về môi trường.
Giới hạn nghiên cứu của đề tài là sử dụng xỉ sắt làm thành phần cấp phối cho sản xuất gạch không nung. Quan sát thực nghiệm cho thấy, khi sử dụng xỉ sắt trong sản xuất gạch không nung với cấp phối phù hợp, cho ra những viên gạch đạt chất lượng và tiêu chuẩn.
Đề tài chỉ mới thay đổi thành phần cấp phối xỉ sắt thay cho đá mạt, vẫn chưa nghiên cứu xỉ sắt thay thế hoàn toàn cho đá mạt, thay thế một lượng cát, hay điều chỉnh giảm lượng xi măng có thể để đạt được cường độ theo yêu cầu. Nghiên cứu đánh giá mức độ độc hại của xỉ sắt để xử lí trước khi đưa vào làm thành phần cấp phối chưa được thực hiện. Đây chính là triển vọng, cũng là những định hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài này nhằm đánh giá một cách toàn diện khả năng ứng dụng của xỉ sắt trong sản xuất gạch không nung.
Hiện nay, trong sản xuất gạch không nung sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Do vậy, cần có những nghiên cứu chuyên sâu hơn để tận dụng nguồn xỉ sắt dồi dào tại các nhà máy sản xuất thép, nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất gạch không nung, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của gạch không nung và góp phần trong tiết kiệm các nguồn tài nguyên đất, cát, bảo vệ môi trường.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LY LUAN VA PHUONG PHAP DẠY HOC VAT LY\XAY DUNG CONG TRINH DD&DN\BUI QUOC DUNG\TOM TAT
