Lời nói đầu Gạch bê tông khí chưng áp là một loại vật liệu mới đảm bảo sự phát triển bền vững của xây dựng Gạch bê tông khí chưng áp được biết đến đã hơn 80 năm, nhưng tại Việt Nam thì đây là một loại vật liệu khá mới, mặc dù vậy loại vật liệu này ngày càng thể hiện những tính năng nổi trội đảm bảo phát triển xây dựng bền vững Vì vậy nhóm chúng em xin chọn đề tài về gạch bê tông khí chưng áp_ một loại vật liệu mới đáp ứng nhu cầu phát triển xây dựng bền vững Vì đây là một chủ đề mới nên về sự hiểu biết còn bị hạn chế Trong tương lai gạch bê tông khí chưng áp sẽ còn tiếp tục phát triển mạnh mẽ Vì thế nên bài báo cáo còn nhiều hạn chế, mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến Bài báo cáo sử dụng một số hình ảnh từ internet, thông tin từ các hội thảo về vật liệu xây dựng, diễn đàn, webside của một số nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng và bài giảng Các giải pháp kĩ thuật xây dựng bền vững NHÓM 7: NGUYỄN TIẾN THÀNH NGUYỄN BÁ NAM ĐÀO XUÂN NAM BÙI QUANG THẠCH VÕ VĂN MẾN TRẦN XUÂN LỘC 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GẠCH BÊ TÔNG KHÍ CHƯNG ÁP I LỊCH SỬ HÌNH THÀNH GẠCH BÊ TÔNG KHÍ CHƯNG ÁP Được biết đến trên toàn cầu với tên gọi AAC (Autoclaved Aerated Concrete) và được phát minh vào năm 1923 bởi kiến trúc sư Thụy Điển Johan Axel Eriksson với thành phần chủ yếu là cát, vôi, xi măng, bột nhôm, tro bay và nước nên gạch bê tông khí chưng áp được đánh giá cao về tỷ trọng nhẹ, cường độ chịu nén cao thích hợp cho việc xây tường bao và chống rung lắc trong động đất, cũng như khả năng cách nhiệt làm giảm sự lan tỏa của đám cháy Chính vì thế, gạch bê tông khi chưng áp đã đánh dấu một bước tiến mới trong thời kỳ của công nghệ vật liệu xây dựng đa năng và thân thiện môi trường khi nó giảm 5 lần lượng khí thải CO2 trong quá trình sơ chế nguyên liệu đến xử lý chất thải Trong hơn 80 năm được dùng, gạch bê tông khí chưng áp đã chứng minh được các ưu điểm nổi bật so với gạch đất sét nung Tại nhiều nước, Gạch AAC chiếm tới trên 70% tổng khối lượng gạch sử dụng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp 2 Tại Việt Nam, các loại vật liệu xây dựng công nghệ cao này còn tương đối mới mẻ, nhưng với tốc độ phát triển của ngành xây dựng khá nhanh như hiện nay thì các loại vật liệu xây dựng xanh thân thiện môi trường chắc chắn sẽ có cơ hội rất lớn để phát triển Trong Quyết định 567/QĐ-TTg ngày 28/04/2010 của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt tổng thể quy hoạch ngành vật liệu xây dựng ở Việt Nam, gạch bê tông khí chưng áp được Chính phủ Việt Nam chọn làm giải pháp từng bước thay thế vật liệu xây dựng bằng đất sét nung truyền thống nhằm mục đích bảo vệ môi trường sống II KHÁI NIỆM VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT GẠCH BÊ TÔNG KHÍ CHƯNG ÁP 1 Khái niệm Gạch bê tông khí chưng áp (gạch AAC- viết tắt của Autoclaved Aerated Concrete) là một loại vật liệu xây dựng không nung được tạo hình bằng phương pháp đổ rót, đúc bê tông, cắt định hình bằng máy cắt tự động và được dưỡng hộ cưỡng bức trong lò chưng hấp áp suất cao Thành phành cơ bản: Xi măng, tro bay nhiệt điện, cát mịn, phụ gia tạo bọt hoặc khí, vôi, Để sản xuất AAC, xi măng Portland được trộn với vôi, cát thạch anh, hay tro bay tái chế (sản phẩm từ các nhà máy nhiệt điện đốt than), nước, và bột nhôm-chất tạo khí (có thể thay thế cát bằng các khoáng silic hoạt tính như xỉ bazow dưới dạng nghiền mịn) Phản ứng thứ nhất giữa nhôm và hỗn hợp bê tông (cụ thể là với Ca(OH)2) tạo ra những bong bóng cỡ vi mô chứa H2, tạo ra lỗ rỗng trong bê tông, gia tăng thể tích của bê tông lên tới 5 lần so với bê tông thường Sau khi hiđrô bay hơi sẽ để lại các lỗ rỗng kín, sau đó bê tông khí chưng áp sẽ được đổ vào khuôn tạo hình hoặc cắt thành hình dạng thiết kế Sản phẩm này tiếp tục được đưa vào nồi hấp (khí chưng áp), nơi phản ứng thứ hai diễn ra Dưới nhiệt độ và áp suất cao bên trong nồi Ca(OH) 2 phản ứng với cát thạch anh để hình thành hydrat silica canxi, đó là một cấu trúc tinh thể cứng tạo cường độ cao Quá trình này có thể mất đến 12 giờ, trong đó áp suất có thể 3 đạt đến 12 bar, trong khi nhiệt độ luôn đạt đến 1800 oC Sau lúc này, vật liệu gạch bê tông khí chưng áp đã sẵn sàng để sử dụng 2 Quy trình sản xuất 2.1 Công đoạn xử lý nguyên liệu: Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gạch ACC bao gồm: cát silic (hoặc tro bay hàm lược SiO2 cao), vôi, thạch cao, xi măng và bột nhôm,… được xử lý như sau: a Xử lí nguyên liệu cát: Cát được chuyển vào trong phễu chứa thông qua băng tải, sau đó chuyển qua hệ thống máy nghiền bi ướt để nghiền mịn Sau đó hồ cát sau nghiền được chuyển đến thùng tạo hồ, tại đây cần kiểm soát nồng độ đậm đặc dung dịch và tự động điều chỉnh tỷ lệ nước phù hợp Tại công đoạn này, các phế liệu thu được trong quá trình sản xuất gồm: vữa rơi vãi rót khuôn, vữa thừa sau cắt, gạch vụn bể vỡ, nước sau khi chưng áp cũng được thu hồi vào một bồn chứa và phân bổ làm nguyên liệu đầu vào máy nghiền bi ướt Các thông số kĩ thuật: + Độ mịn của cát sau nghiền: < 0,09mm + Độ linh động đo qua ống 5cm: 35 cm - 40cm + Trọng lượng sau nghiền đạt: 1,65 - 1,7kg/ lít + Lượng sót sàng lỗ 0,09mm khoảng 15% - 20% + Tỉ lệ phế liệu pha trộn cho phép: 10% - 20% b Xử lí vôi bột: Vôi cục được đưa qua hệ thống máy nghiền khô để nghiền mịn như xi măng và bơm lên thùng chứa trên giàn hệ thống trộn định lượng Độ mịn phải đạt < 0,08mm Sau đó vôi bột được tiếp liệu đến thùng phối trộn rót khuôn (kiểm soát lượng vôi bằng cân định lượng theo tỉ lệ cài đặt) Các thông số kĩ thuật: 4 + Độ mịn của vôi sau nghiền: < 0,08mm + Hàm lượng CaO hoạt tính: > 65% + Hàm lượng CaO thành phần: > 75% + Thời gian tôi: > 3 phút + Nhiệt độ tôi: 65 độ - 80 độ C c Xử lí thạch cao Đối với thạch cao khan, bột thạch cao được chuyển từ thùng chứa (silô) tới phễu chứa bột thạch cao thông qua hệ thống tiếp liệu khí Thông qua băng tải trục vít, bột thạch cao được chuyển đến hệ thống cân định lượng và chuyển vào thùng trộn rót khuôn theo tỉ lệ đã được cài đặt Đối với thạch cao ngậm nước , có thể đưa vào máy nghiền bị nghiền cùng với cát hoặc vôi theo tỉ lệ 8 - 10% vật liệu cát hoặc vôi d Xi măng: Xi măng được chuyển từ thùng chứa (Silô) tới phễu chứa bột thạch cao thông qua hệ thống tiếp liệu khí Thông qua băng tải trục vít, Xi măng được chuyển đến hệ thống cân định lượng và chuyển vào thùng trộn rót khuôn theo tỉ lệ đã được cài đặt Các thông số kĩ thuật: + Xi măng PCB 40 theo TCVN + Thời gian ninh kết: kết thúc 120 - 180 phút e Bột nhôm: Bột nhôm được pha loãng tự động bởi thiết bị chứa đựng bột nhôm (trên giàn đổ khuôn) Kem bột nhôm ở giai đoạn này là thành phần rất quan trọng, nó tạo ra phản ứng tạo bọt khí với các nguyên liệu từ silic, canxi (vôi) Dung dịch bột nhôm pha loãng được chuyển đến đĩa cân bột nhôm và tự động chuyển 5 đến thùng phối trộn (trong vòng 50 giây, bột nhôm phải được đưa vào kết thúc quá trình phối trộn và rót Nếu không sẽ bị đông kết hỏng) Các thông số kĩ thuật: + Thời gian phản ứng hết : < 30 phút 2.2 Công đoạn phối trộn rót khuôn: Bước 1: Cát sau khi được nghiền mịn bằng máy nghiền bi, được chuyển vào thùng trộn, bắt đầu qui trình trộn phối liệu Bước 2: Cũng định lượng tương tự như ximăng, đá vôi, thạch cao, nước sẽ tự động vào trong thùng trộn hồ để trộn Bước 3: Xe chở khuôn tìm đúng vị trí vòi rót để đổ dung dịch hồ phối trộn vào khuôn Bước 4: Khi kết thúc thời gian phối trộn, bột nhôm tự động xả vào thùng trộn hồ, trong vòng 50 giây khuấy trộn, toàn bộ dung dịch phối trộn sẽ được rót vào khuôn Bước 5: Trong vòng 120 giây, xe rót phải chuyển khuôn đã đổ phải được chuyển vào buồng tịnh dưỡng Trong công đoạn này, tất cả các hoạt động được kiểm soát chặt chẽ bởi công thức đã được cài đặt, các thiết bị định lượng, tiếp liệu được kiểm soát chặt chẽ, chu kỳ thời gian thích hợp được cài đặt và hoạt động đồng bộ kết thúc cùng thời điểm Do đó các bước làm việc trong công đoạn này được cài đặt khoảng 4 - 8 phút - Các thông số kĩ thuật: + Nhiệt độ rót khuôn: 40 - 50 độ C + Thời gian xả khuấy bột nhôm: 35 - 50 giây + Thời gian khuôn đã đổ đi vào buồng dưỡng phải ổn định: < 120 giây 2.3 Công đoạn đông kết: Sau khi rót khuôn xong, xe chuyên chở tìm đến đúng vị trí và đẩy hộp khuôn vào 6 buồng đông kết Ở công đoạn này, khuôn gạch vừa được rót xong đang trong quá trình phản ứng hoá học tạo khí làm trương nở hồ vữa đã phối trộn (tạo khí), vì vậy hộp khuôn chứa gạch được chuyển vào trong buồng để tránh rung động gây hỏng gạch Các thông số kĩ thuật: + Tốc độ trương nở đầy khuôn: 30 - 45 phút + Nhiệt độ phát triển thể tích: 55- 60 độ C + Thời gian đông kết có thể cắt: 120 - 180 phút, tốt nhất ngay sau khi kết thúc thời gian ninh kết của xi măng, các phản ứng hoá học tạo "gen" đã hoàn thành thì việc cắt không gây ảnh hưởng đến chất lượng gạch 2.4 Công đoạn cắt viên: Bước 1: Quay lật khuôn và dỡ khuôn - Khuôn gạch sau khi hết thời gian tiền lưu hoá đã đông kết, thông qua hệ thống băng tải tự động được đưa ra hệ thống cầu trục quay lật 90 độ và được đưa vào hệ thống dỡ khuôn - Sau đó hộp khuôn được được đưa tới hệ thống gá lắp khuôn và quét phụ gia chống dính bên trong (dầu nhớt) và được đưa trở lại hệ thống rót khuôn thông qua hệ thống ray vận chuyển Bước 2: Cắt gạch: - Khối gạch sau khi đã dỡ khuôn được chuyển đến máy cắt chuyên dụng kiểu dây rung động kết hợp với xe dịch chuyển biến tần Chức năng chính của hệ thống cắt là tạo ra kích thước viên gạch theo qui cách đã được định trước - Khối gạch được nằm trên bệ đỡ của máy cắt định vị chính xác, máy bắt đầu cắt ngang, sau đó khối gạch được chuyển sang cắt đứng, có hệ thống thu hồi phế liệu cắt để tái sử dụng làm nguyên liệu - Khi hoàn thành công đoạn cắt gạch thành viên, cả khối gạch đã cắt được hệ thống nâng dịch chuyển đến hệ thống xe nồi hấp 7 2.5 Công đoạn hấp cao áp (chưng áp): Lò chưng áp là thiết bị có tác dụng thúc đẩy chế phẩm silicat tiến hành quá trình phản ứng hóa, đạt được tính năng lực học vật lý Nó được sử dụng trong dây chuyền sản xuất gạch block ACC, có tác dụng quan trọng trong việc gia cường sản phẩm Bản chất nồi chưng áp chỉ là thiết bị để chứa gạch, chịu áp lực và nhiệt độ theo yêu cầu kỹ thuật riêng biệt, do đó, bên cạnh nồi chưng áp phải có nồi hơi để cung cấp nhiệt độ và áp suất cho nồi chưng áp Thông qua hệ thống nâng, khối gạch đã cắt được chuyển từ khu vực cắt sang khu vực tập kết trên xe nồi hấp để chuẩn bị đưa vào hệ thống nồi hấp cao áp Sau khi hấp xong, khối gạch được chuyển tới khu vực dỡ liệu và đóng kiện Thời gian chuyển toàn bộ các khối gạch vào trong nồi chưng áp và chuyển ra ngoài mất khoảng 15 phút, thời gian đóng cửa nồi khoảng 10 phút, thời gian lưu hoá từ 8 – 11 giờ Tính chung là mất 12 giờ/ mẻ chưng áp, trung bình mỗi ngày 24 giờ thực hiện được 2 mẻ/ nồi - Các thông số kĩ thuật: + Nhiệt độ chưng áp: 170-190 độ C, điều kiện tốt nhất để phát triển khoáng thể tobemorite + Áp suất nồi chưng áp: 1- 1.2Mpa + Thời gian chưng áp : 6h - 8h 2.6 Đóng kiện và giao hàng: Sau khi công đoạn chưng áp kết thúc, khối gạch trên xe từ nồi hấp được chuyển tới khu vực xếp hàng và đóng gói Hệ thống nâng vận chuyển khối gạch tới băng tải máy xếp gạch và bộ phận gắp, xếp theo kích thước tuỳ theo qui cách trên tấm đế 8 pallet Thành phẩm đã đóng kiện được xe nâng chuyển lên xe tải chuyển đi giao hàng Phương thức đóng gói và giao hàng này đảm bảo gạch không bị bể vỡ III NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GẠCH BÊ TÔNG KHÍ CHƯNG ÁP 1 Lựa chọn nguyên liệu a Nguồn nguyên liệu cung cấp SiO2 Nguồn nguyên liệu này chủ yếu là cát thạch anh, tro bay, đá granite siêu axit, Chất lượng nguồn nguyên liệu này được đánh giá qua tổng hàm lượng 2 ôxit chính SiO2 và Al2O3 có trong nó như bảng 1 Bảng 1.1 Yêu cầu kĩ thuật nguồn nguyên liệu SiO2 (đơn vị:%) Thành phần SiO2 + Al2O3 ≥ Cl- ≤ Mica ≤ Tạp chất sét ≤ K2O + Na2O ≤ Mức Tốt 85 0.02 0.5 3 1.5 Trung bình 75 0.03 0.5 5 3 Thấp 65 0.03 1.0 8 5 Tổng hàm lượng 2 ôxit chính SiO2 và Al2O3 càng cao sẽ cho tỉ lệ cường độ nén trên khối lượng thể tích cao (khi các điều kiện khác giữ nguyên) Khi nguồn nguyên liệu có SiO2 + Al2O3 ở mức thấp cần tăng tỉ lệ X/R Nếu phải sử dụng nguồn nguyên liệu có SiO 2 + Al2O3 thấp hơn quy định trên thì cần có các nghiên cứu riêng để điều chỉnh tỉ lệ phối liệu nhằm nâng cao tính chất sản phẩm Phế thải công nghiệ loại tro xỉ nhiệt điện từ công nghệ đốt tầng sôi có tổng hàm lượng SiO2 + Al2O3 chỉ nhỏ hơn 50% 9 b Nguồn nguyên liệu cung cấp CaO Nguyên liệu này là vôi tôi với các mức chất lượng như bảng 2 Bảng 1.2 Yêu cầu kĩ thuật nguồn nguyên liệu CaO (đơn vị: %) Thành phần CaO + MgO ≥ MgO ≤ SiO2 ≤ Hạt không tôi ≤ c Xi măng Mức Tốt 90 2 2 5 Trung bình 75 5 5 10 Thấp 65 8 8 15 Nên sử dụng các loại xi măng PC hoặc PCB đạt chất lượng theoTCVN 2682:1999 hoặc TCVN 6260: 2000 d Thạch cao Thạch cao cần có hàm lượng CaSO4 ≥ 70% Khi sử dụng làm nguyên liệu sản xuất AAC, thạch cao phải được nghiền tới độ mịn sót (sàng 90 mm) không lớn hơn 15% Có thể sử dụng 1 trong 2 loại thạch cao: - Thạch cao khan (ngậm 0,5 – 1,5 phân tử nước): ngoài cung cấp SO 3kích thích tạo khoáng Tobermorite còn có tác dụng rút ngắn thời gian tháo khuôn Nên dùng với những dây chuyền sản xuất không có hầm sấy dưỡng hộ nhiệt - Thạch cao tươi (ngậm 2 phân tử nước): chỉ có tác dụng cung cấp SO3kích thích tạo khoáng Tobermorite Nên dùng với những dây chuyền sản xuất đã có hầm sấy dưỡng hộ nhiệt e Bột nhôm Hàm lượng Al: 90 – 95% Độ mịn: Lượng sót sàng 45 mm không lớn hơn 20 - 50% Độ mịn cao sẽ cho lỗ rỗng mịn Kích thước hạt trung bình: 20 – 45 mm Lượng axit béo: không lớn hon 1,5% 2 Các cách phối liệu cơ bản Theo nhiều tài liệu của các nhà sản xuất ở nước ngoài thường sử dụng phối liệu cho hai loại khối lượng thể tích cơ bản là 500 kg/m 3 và 600 kg/m3 như sau: Bảng 1.3 Một số cách phối liệu của các nhà sản xuất nước ngoài 10 4 5.0 Từ ≥750-850 800 Từ ≥750-850 Từ ≥850-950 1000 8.0 Từ ≥650-750 900 10.0 Từ ≥750-850 800 8 Từ ≥650-750 700 6.0 Từ ≥550-650 800 7.5 600 700 6 4.0 Từ ≥950-1050 Gạch bê tông khí chưng áp chủ yếu được sử dụng cho các tấm tường, sàn và mái Từ những năm 1980, vật liệu này đã được sử dụng phổ biến ở các nước phát triển Loại vật liệu này được quan tâm sản xuất ở Việt Nam từ những năm 1990, tuy nhiên phải đến sau năm 2010 nó mới được các nhà thầu tư nhân quan tâm và sử dụng Hiện nay, ở Việt Nam đã có các đơn vị sản xuất loại vật liệu này, và nó ngày càng có ưu thế trên thị trường vật liệu xây dựng bởi tính đảm bảo phát triển bền vững trong xây dựng của nó Theo tính toán, khi sử dụng gạch bê tông nhẹ khí chưng áp thay thế cho gạch đất sét nung có thể giảm được tĩnh tải công trình, giảm chiều sâu móng, qua đó tiết kiệm chi phí kết cấu của công trình từ 10 đến 12%, hoặc tang chiều cao của công trình Hệ số dẫn nhiệt của gạch bê tông khí chưng áp vào khoảng 0.11- 0.22 W/m oK, chỉ bằng 1/4- 1/5 hệ số dẫn nhiệt của gạch đất sét nung, và bằng 1/6 hệ số dẫn nhiệt của bê tông thường Với điều kiện khí hậu nhiệt đới, gạch bê tông khí chưng áp sẽ làm giảm tới 40% chi phí điện năng tiêu thụ cho việc làm mát công trình Dưới đây là bảng so sánh một số chỉ tiêu kĩ thuật của gạch bê tông khí chưng áp và gạch đất sét nung: Bảng 2.3 So sánh chỉ tiêu kĩ thuật của gạch AAC và gạch đất sét nung STT 1 Nội dung Gạch đất nung 3 Tỷ trọng (kg/m ) Gạch AAC So sánh 1800( gạch đặc) 400-800 Nhẹ hơn, giảm kc nền móng 0.814 0.10-0.20 Cách nhiệt tốt 40-47 Cách âm tốt 1500(gạch 2 lỗ) 2 Hệ số dẫn (W/moK) nhiệt 3 Độ cách âm (db) 28 4 Nguyên liệu và CN sản xuất Đất sét, tạo hình và Phối liệu xi, cát, Không gây ô nhiễm nung trong than vôi, nước… môi trường 15 không nung 5 Cường độ chịu nén (MPa) 4-12.5 3-7.5 Đảm bảo đủ yêu cầu tường chịu lực và tường ngăn 6 Số viên/m3 570 83(600x200x100 ) Rút ngắn thời gian thi công 42(600x200x200) 7 Độ chính xác về kích thước (dài, (mm) rộng, ±6, ±4, ±3 ±4, ±3, ±3 Giảm tiêu hao vữa xây và trát Không tiêu chuẩn