BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG LÊ TRỌNG Nghiên cứu chế tạo bờ tụng chịu nhiệt – cách nhiệt sử dụng tro thải nhiệt điện LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG LÊ TRỌNG Nghiên cứu chế tạo bờ tụng chịu nhiệt – cách nhiệt sử dụng tro thải nhiệt điện Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu xây dựng Mó số : 60.52.03.09 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS VŨ MINH ĐỨC Hà Nội 2013 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 I Tính cấp thiết đề tài: .1 II Đối tượng phạm vi nghiên cứu III Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài .1 III.1 Mục tiêu III.2 Nội dung nghiên cứu .2 IV Phương pháp nghiên cứu V Ý nghĩa đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT I Tình hình nghiên cứu bê tông chịu nhiệt .3 II Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt II.1 Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt giới II Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt Việt Nam CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT CÁCH NHIỆT .9 I Chất kết dính chịu nhiệt sử dụng cho bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt I.1 Ảnh hưởng nhiệt độ cao đến thành phần cấu trúc đá xi măng 11 I.2 Cơ sở lý thuyết – thực nghiệm nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt 13 II Chất tạo rỗng cho bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt 26 II.1 Nghiên cứu hình thành cấu trúc rỗng vật liệu cách nhiệt 26 II.2 Các phương pháp tạo rỗng 29 CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 I Các phương pháp nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt .32 I.1 Xác định cường độ nén chất kết dính chịu nhiệt 32 I.2 Xác định độ co thể tích đá chất kết dính chịu nhiệt 33 II Phương pháp nghiên cứu bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt 33 II.1 Phương pháp xác định độ chảy hỗn hợp dùng chế tạo bê tông khí 33 II.2 Phương pháp tính toán thiết kế thành phần cấp phối BTCN -CN 34 II.3 Xác định cường độ nén 34 II.4 Xác định độ co thể tích khối lượng thể tích 35 II.5 Xác định hệ số dẫn nhiệt 35 II.6 Xác định độ bền nhiệt 35 III Phương pháp tính toán xây dựng mô hình thực nghiệm 35 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .38 I.Các kết nghiên cứu nguyên vật liệu sử dụng 38 I.1 Các kết nghiên cứu xi măng pooclăng PC PCB 38 I.2 Các kết nghiên cứu phụ gia sử dụng 40 II Nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt .40 II.1 Nghiên cứu tính chất chất kết dính chịu nhiệt nhiệt độ thường 40 II.2 Khảo sát ảnh hưởng lượng dùng phụ gia đến cường độ nén đá CKDCN cấp nhiệt độ 44 II.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng dùng phụ gia đến khối lượng thể tích đá CKDCN cấp nhiệt độ 50 II.4 Khảo sát ảnh hưởng lượng dùng phụ gia đến độ co đá CKDCN cấp nhiệt độ .52 II.5 Quy hoạch thực nghiệm cường độ chất kết dính chịu nhiệt 53 III Nghiên cứu hỗn hợp bê tông bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt 56 III.1 Thiết kế cấp phối dùng cho BTCN -CN mác γo= 700 kg/m .56 III.2 Nghiên cứu tính chất hỗn hợp bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt .57 III.3 Nghiên cứu t ính chất bê tông cách nhiệt chịu nhiệt 63 CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 80 I Đặc điểm sơ đồ dây chuyền công nghệ 80 II Chuẩn bị định lượng nguyên vật liệu 81 II.1 Chuẩn bị xi măng 82 II.2 Phụ gia khoáng 82 II.3 Chất tạo khí chất hoạt hóa tạo khí 82 II.4 Nước 82 III Chế tạo hỗn hợp bê tông khí 83 IV Tạo hình dưỡng hộ sản phẩm 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 I Kết luận .84 II.Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 88 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT - Bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt Bê tông chịu nhiệt Chất kết dính Chất kết dính chịu nhiệt Cường độ nén Độ chảy loang Độ co toàn phần Độ dẫn nhiệt Độ rỗng Khối lượng thể tích Nước PC40 Bút Sơn PCB30 Hoàng Thạch Phụ gia khoáng nghiền mịn Tro Phả Lại Tỷ lệ xi măng phụ gia Tỷ lệ nước chất rắn Xi măng pooclăng Xi măng pooclăng hỗn hợp 3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3.Fe2O3 3CaO.2SiO2 5CaO.3Al2O3 3CaO.Al2O3.6H2O - BTCN-CN BTCN CKD CKDCN Rn d CTP λ r KLTT – γo N PC40 BS PCB30 HT PGKNM Tr.P XM/PG N/R XMPL PCB C3 S C2 S C3 A C4AF C3S2 C A3 C3AH6 DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1:Sự liên kết oxit Canxi với phụ gia 22 Bảng 2: Hàm lượng CaO tự (%) phụ thuộc vào nhiệt độ lượng PG 24 Bảng 3: Các giá trị giới hạn độ rỗng lỗ rỗng tổ ong mật độ trung bình vật liệu với lỗ rỗng hình cầu không bị biến dạng 28 Bảng 4:Thành phần hóa xi măng 38 Bảng 5: Thành phần khoáng xi măng 39 Bảng 6: Các tiêu lý xi măng PC40 Bút Sơn 39 Bảng 7: Các tiêu lý xi măng PCB30 Hoàng Thạch 39 Bảng 8: Thành phần hóa phụ gia 40 Bảng 9: Một số tính chất lý phụ gia sử dụng 40 Bảng 10: Tính chất hỗn hợp đá CKDCN 25 OC 41 Bảng 11: Cường độ nén đá CKDCN cấp nhiệt độ 44 Bảng 12: Ảnh hưởng lượng dùng phụ gia đến KLTT 50 Bảng 13: Ảnh hưởng lượng dùng phụ gia đến độ co đá CKDCN 52 Bảng 14: Bảng nhân tố quy hoạch thực nghiệm CKDCN 53 Bảng 15: Bảng mã hóa QHTN cường độ CKDCN dùng xm PC40 Bút Sơn 54 Bảng 16: Bảng ma trận QHTN cường độ CKDCN dùng xi măng PC40 BS 54 Bảng 17: Bảng mã hóa QHTN cường độ CKDCN dùng xm PCB30 Hoàng Thạch 55 Bảng 18: Bảng ma trận QHTN cường độ CKDCN dùng xm PCB30 Hoàng Thạch 55 Bảng 19: Bảng cấp phối BTCN-CN cấp nhiệt độ 57 Bảng 20: Bảng Mã hóa QHTN cấp phối BTCN -CN 800 C, γo= 700 kg/m3 58 Bảng 21: Bảng Mã hóa QHTN cấp phối BTCN-CN 10000C, γo= 700 kg/m3 58 Bảng 22: Cấp phối BTCN-CN 8000C sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn với phụ gia tro nhiệt điện Phả Lại 59 Bảng 23: Cấp phối BTCN-CN 800 0C sử dụng xi măng PCB30 Hoàng Thạch với phụ gia tro nhiệt điện Phả Lại 60 Bảng 24: Cấp phối BTCN-CN 10000C sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn với phụ gia tro nhiệt điện Phả Lại 61 Bảng 25: Cấp phối BTCN-CN 10000C sử dụng xi măng PCB30 Hoàng 62 Thạch với phụ gia tro nhiệt điện Phả Lại Bảng 26: Khối lượng thể tích độ co BTCN – CN dùng xm PC40 Bút Sơn 800oC 64 Bảng 27: Khối lượng thể tích độ co BTCN – CN dùng xm PC40 Bút Sơn 1000oC 65 Bảng 28: Khối lượng thể tích độ co BTCN – CN dùng xm PCB30 Hoàng Thạch 800oC 66 Bảng 29: Khối lượng thể tích độ co BTCN – CN dùng xm PCB30 Hoàng Thạch 1000oC 67 Bảng 30: Cường độ BTCN – CN dùng xm PC40 Bút Sơn cấp phối 800oC 69 Bảng 31: Cường độ BTCN – CN dùng xm PC40 Bút Sơn cấp phối 1000oC 70 Bảng 32: Cường độ BTCN – CN dùng xm PCB30 HT cấp phối 800oC 71 Bảng 3: Cường độ BTCN – CN dùng xm PCB30 HT cấp phối 1000oC 72 Bảng 34: Giá trị tối ưu cấp phối BTCN-CN cấp nhiệt độ 78 Bảng 35: Tính chất BTCN -CN cấp nhiệt độ 78 DANH MỤC CÁC HÌNH Tên hình Trang Hình 1: Các sơ đồ kết khối 19 Hình 2: Sự thay đổi cường độ đá xi măng (Rn) đốt nóng phụ thuộc loại PG (K.D Nhecrasov) 25 Hình 3: Đặc trưng xếp chặt chẽ khối lỗ rỗng hình cầu đường kính 26 Hình 4: Sự phân bố xếp hệ thống lỗ rỗng có đường kính khác 27 Hình 5: Cấu trúc tổ ong 29 Hình 6: Chế độ nung mẫu tới 1000OC 33 Hình 7: Mô hình toán 36 Hình 8: Biểu đồ lượng nước tiêu chuẩn CKDCN 42 Hình 9: Biểu đồ thời gian bắt đầu kết thúc ông kết CKDCN nhiệt độ thường 42 Hình 10: Biểu đồ cường độ nén CKDCN nhiệt độ thường 44 Hình 11: Đồ thị khối lượng thể tích CKDCN nhiệt độ thường 44 Hình 12: Biểu đồ cường độ nén đá CKDCN sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn tro Phả Lại cấp nhiệt độ 47 Hình 13: Biểu đồ cường độ nén đá CKDCN sử dụng xi măng PCB30 Hoàng Thạch tro Phả Lại cấp nhiệt độ 47 Hình 14: Đồ thị cường độ nén đá CKDCN sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn tro Phả Lại cấp nhiệt độ 48 Hình 15: Đồ thị cường độ nén đá CKDCN sử dụng xi măng PCB30 Hoàng Thạch tro Phả Lại cấp nhiệt độ 49 Hình 16: Biểu đồ KLTT đá CKDCN sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn tro Phả Lại cấp nhiệt độ ( OC) 51 Hình 17: Biểu đồ KLTT đá CKDCN sử dụng xi măng PCB30 Hoàng Thạch tro Phả Lại cấp nhiệt độ ( OC) 51 Hình 18: Biểu đồ độ co đá CKDCN sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn tro Phả Lại cấp nhiệt độ ( OC) 53 Hình 19: Biểu đồ độ co đá CKDCN sử dụng xi măng PCB30 Hoàng Thạch tro Phả Lại cấp nhiệt độ ( OC) 53 Hình 20: Đồ thị hàm cường độ CKDCN theo hàm lượng phụ gia XM PC40 Bút Sơn 54 Hình 21: Đồ thị hàm cường độ CKDCN theo hàm lượng phụ gia XM PCB30 Hoàng Thạch 55 Hình 22: Đồ thị biểu diễn KLTT BTCN-CN sử dụng xm PC40 Bút Sơn 73 Hình 23: Đồ thị biểu diễn độ co BTCN -CN sử dụng xm PC40 Bút Sơn 74 Hình 24: Đồ thị biểu diễn Rn BTCN-CN sử dụng xm PC40 Bút Sơn 74 Hình 25: Đồ thị biểu diễn KLTT BTCN-CN sử dụng xm PCB30 Hoàng Thạch 75 Hình 26: Đồ thị biểu diễn độ co BTCN -CN sử dụng xm PCB30 Hoàng Thạch 76 Hình 27: Đồ thị biểu diễn cường độ BTCN -CN dùng xm PCB30 Hoàng Thạch 76 Hình 28: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất BTCN -CN 81 MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài: Trong thực tế sử dụng, nhiều công trình xây dựng, nhiều thiết bị nhiệt phải làm việc lâu dài nhiệt độ cao thay đổi Trong điều kiện làm việc này, vấn đề cách nhiệt giảm chênh lệch nhiệt độ, giảm thất thoát nhiệt vấn đề đóng vai trò vô quan trọng Để giải vấn đề người ta phải dùng vật liệu cách nhiệt, sử dụng vật liệu quý vermiculit, peclit, diatomit hiệu kinh tế không cao Mặt khác sử dụng vật liệu bê tông nhẹ thông thường nhiệt độ cao , môi trường làm việc khắc nghiệt chúng bị biến đổi tính chất lý bị phá hoại hoàn toàn Nguyên nhân phá hoại phân hủy thành phần đá xi măng bê tông nhẹ thông thường Sự phân hủy đá xi măng xảy mấ t nước liên kết hóa học sản phẩm thủy hóa thành phần Ca(OH) nước tạo nên CaO, sau CaO lại hấp thụ nước môi trường không khí, tiến hành thủy hóa lần hai Để khắc phục phá hoại này, nâng cao tính chịu nhiệt cho bê tông, biện pháp có hiệu sử dụng loại phụ gia khoáng nghiền mịn để cải thiện tính chịu nhiệt XMPL Chính việc nghiên cứu ứng dụng bê tông cách nhiệt – chịu nhiệt (BTCN-CN) sử dụng nguyên vật liệu địa phương dùng cho công trình có điều kiện làm việc khắc nghiệt vô cấp thiết II Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt sử dụng nguyên liệu địa phương phế thải công nghiệp gồm có: Xi măng PC40 Bút Sơn, xi măng PCB30 Hàng Thạch tro thải nhiệt điện Phả Lại - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo loại bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt có khối lượng thể tích 700 – 800 kg/m3 làm việc 800OC đến 1000OC III Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài: III.1 Mục tiêu Thực tế nước ta có nghiên cứu ứng dụng BTCN-CN sử dụng phụ gia đơn Samot, phế thải gạch đỏ hay sử dụng phụ gia kép Samot phế thải gạch đỏ, chưa có đề tài nghiên cứu sử dụng phụ gia tro nhiệt điện nhà máy nhiệt điện Việt Nam để chế tạo BTCN-CN Vì đề tài đặt mục tiêu quan trọng là: nghiên cứu chế tạo bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt sử dụng nguyên liệu địa phương: xi măng pooclang PC40, PCB30 với phụ gia phế liệu phế thải công nghiệp tro Phả Lại ứng dụng loại bê tông cho công trình xây dựng dân dụng công nghiệp Với điểm đề tài là: Chế tạo bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt sử dụng xi măng pooclang tro thải nhiệt điện Đề tài đặt mục tiêu chế tạo BTCN -CN với tính chất sau: - Khối lượng thể tích: 700 – 800 kg/m3 - Độ bền nhiệt: 10 chu kỳ sốc nhiệt - Tính chất lý: Đủ khả chịu lực làm kết cấu bao che, cách nhiệt III.2 Nội dung nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu nội dung khoa học sau: - Nghiên cứu nguyên vật liệu địa phương sử dụng là: xi măng pooclang PC40, PCB30, phụ gia tro Phả Lại - Nghiên cứu thành phần, tính chất chất kết dính chịu nhiệt dùng xi măng pooclang PC40 Bút Sơn, PBC30 Hoàng Thạch phụ gia tro Phả Lại cấp nhiệt độ - Nghiên cứu tính toán thành phần bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt dùng xi măng pooclang (PC PCB) phụ gia tro Phả Lại với tính chất - Đề xuất sơ đồ công nghệ chế tạo bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt dùng xi măng pooclang (PC PCB) với phụ gia IV Phương pháp nghiên cứu Trong trình nghiên cứu, đề tài tiến hành phân tích, tổng hợp tài liệu; sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp thực nghiệm; sử dụng phương pháp tiêu chuẩn phi tiêu chuẩn để nghiên cứu đánh giá nguyên liệu, nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt, nghiên cứu bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt Ngoài đề tài sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu thành phần chất kết dính chịu nhiệt, thành phần bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt; nghiên cứu tính chất ảnh hưởng đến chất kết dính chịu nhiệt bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt V Ý nghĩa đề tài Bê tông cách nhiệt-chịu nhiệt nghiên cứu thực nghiệm sản xuất số sở sản xuất Việt Nam, nhiên việc nghiên cứu chế tạo nhiều hạn chế Vì việc nghiên cứu ứng dụng bê tông chịu nhiệt-cách nhiệt sử dụng chất kết dính XMPL nói chung xi măng PC40, PCB30 nói riêng có ý nghĩa vô to lớn mặt khoa học kỹ thuật, kinh tế, mặt xã hội - Về mặt khoa học kỹ thuật: mở hướng phát triển khoa học kỹ thuật vật liệu chịu nhiệt-cách nhiệt thay vật liệu cách nhiệt truyền thống vemiculit, peclit, điatomit BTCN -CN có công nghệ sản xuất đơn giản vật liệu cách nhiệt khác, trải qua công đoạn sấy nung phức tạp, chế tạo với block lớn với hình dạng giúp cho trình thi công công trình nhanh chóng đạt hiệu cao - Về mặt kinh tế: nguyên liệu sử dụng nguyên liệu địa phương: xi măng, phụ gia trải qua giai đoạn sấy nung nên giảm chi phí cho trình sản xuất, tiết kiệm lượng, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu kinh tế - Về mặt môi trường xã hội: việc nghiên cứu đưa BTCN -CN vào thực tiễn sản xuất tận dụng nguồn phế thải địa phương, giải vấn đề môi trường, tạo công ăn việc làm cho người lao động CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT I Tình hình nghiên cứu bê tông chịu nhiệt Hiện với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp: lượng, luyện kim, hóa dầu, hóa chất,…bê tông sử dụng nhiều kết cấu xây dựng chị u tác động lâu dài nhiệt độ cao biến động Do bị đốt nóng, bê tông thường bị giảm khả chịu lực, tăng độ võng kết cấu công trình số trường hợp xảy phá hủy hoàn toàn Mặc dù có nhiều nghiên cứu bê tông chịu tác đ ộng nhiệt độ, chưa xét đầy đủ ảnh hưởng c đốt nóng kéo dài lặp lại đến tính chất lý bê tông Trên giới có nhiều nghiên cứu bê tông chịu tác động nhiệt độ, chưa xét đầy đủ ảnh hưởng đốt nóng ké o dài lặp lại đến tính chất lý bê tông Thực tế, Nga (Liên Xô cũ) việc nghiên cứu bê tông bê tông cốt thép chịu nhiệt tiến hành từ năm 1942 Trung tâm nghiên cứu khoa học trường đại học, Viện nghiên cứu công trình côn g nghiệp Viện nghiên cứu khoa học bê tông bê tông cốt thép Trên sở nghiên cứu thực nghiệm nhà khoa học Nga tiến hành khảo sát loại bê tông chịu nhiệt (BTCN) khác với nhiệt độ từ 200÷1800 0C sớm [2, 3, 5] BTCN loại vật liệu đá nhân tạo không nung có tính chất lý chủ yếu bảo toàn tác dụng lâu dài 250 0C trở lên Bản thân vừa mang tính chất bê tông vừa mang tính chất vật liệu chịu lửa Như BTCN kết hợp hai loại vật liệu bê tông vật liệu chịu lửa Khi sử dụng BTCN thể ưu điểm hai loại vật liệu bê tông vật liệu chịu lửa, khả dễ chế tạo, thi công toàn khối lắp ghép, đẩy mạnh tiến độ thi công xây dựng, tăng khả làm việc công trình, có khả chịu nhiệt cao (có thể tới 18000C) lâu dài thay đổi, sử dụng nguyên vật liệu địa phương qua khâu nung [2, 3, 5, 8, 10] Thành phần BTCN gồm chất kết dính chịu nhiệt cốt liệu chịu nhiệt BTCN (nặng nhẹ) phân nhiều loại theo dấu hiệu khác nhau: - Theo khối lượng thể tích phân [13]: + Bê tông nặng chịu nhiệt: γ ≥ 1800 kg/m3 + Bê tông nhẹ chịu nhiệt: γ < 1800 kg/m3 - Theo mức độ chịu lửa phân loại [4]: + Bê tông chịu lửa cao, nhiệt độ sử dụng đến 1770 0C + Bê tông chịu nhiệt, nhiệt độ sử dụng đến 1200 0C + Bê tông chịu nhiệt- cách nhiệt bê tông kết cấu nhẹ với nhiệt độ sử dụng 1100 ÷12000C (Theo GOST 4385-48 Nga) - Theo loại chất kết dính sử dụng BTCN chia [1, 2, 3, 5, 8, 10]: + Bê tông chịu nhiệt dùng xi măng alumin cao alumin + Bê tông chịu nhiệt dùng XMPL hay XMPL xỉ + Bê tông chịu nhiệt dùng xi măng Periclaz + Bê tông chịu nhiệt dùng chất kết dính xỉ + Bê tông chịu nhiệt dùng thủy tinh lỏng - Theo điều kiện sử dụng phân loại sau [2, 3, 5, 8, 10]: + Bê tông chịu nhiệt sử dụng điều kiện nhiệt độ cao chịu tải trọng lớn (lò luyện kim,lò khí hóa …) + Bê tông chịu nhiệt đồng thời chịu tác động môi trường ăn mòn, xâm thực, chịu tác động khí, chịu tác động ẩm chất hóa học Ngoài có cấu kiện bê tông nhẹ, bê tông khí chịu nhiệt, chúng có đặc điểm cách nhiệt chịu nhiệt Bê tông nhẹ chịu nhiệt – cách nhiệt phân loại theo dấu hiệu : - Theo công dụng phân [13]: + Bê tông nhẹ chịu lực – chịu nhiệt + Bê tông nhẹ chịu nhiệt – cách nhiệt - Theo cấu trúc bê tông phân hai loại [12, 13]: + Bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng cốt liệu rỗng, ví dụ: bê tông Keramzit, bê tông aglôpôrit… loại bê tông có cường độ cao làm cấu kiện chịu lực thiết bị nhiệt + Bê tông tổ ong chịu nhiệt, loai bê tông chịu nhiệt chủ yếu sử dụng với mục đích cách nhiệt cho thiết bị nhiệt Trong bê tô ng tổ ong gồm có hai loại phân biệt qua phương pháp tạo rỗng : Bê tông bọt chịu nhiệt cách nhiệt bê tông khí chịu nhiệt cách nhiệt Bê tông chịu nhiệt sử dụng nhiều loại chất kết dính khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu mức độ chịu nhiệt K hi sử dụng XMPL làm chất kết dính nhiệt độ cao bê tông bi phá hủy khoáng thủy hóa đá xi măng không bền nhiệt Năm 1952 -1954 V.V.Contunov tiến hành nghiên cứu nhiệt độ cao khoáng riêng biệt Clanke XMPL rắn chắc, ảnh hưởng nhiệt độ đến thủy hóa C 3S, C2S, C3A, C4AF Cùng với V.V.Contunov có nhiều nhà nghiên cứu khác tiến hành nghiên cứu tác động nhiệt độ đến tính chất đá xi măng : S.A.Myronov, L.A.Malynhina, N.A.Moanski, G.D.Salmanov, V.A.Kynd S.D.Ocorokov, A.E.Xeikin… Qua nghiên cứu ảnh hưởng nhiết độ cao đến tính chất Klanker XMPL với thành phần hóa học khác nhau, tác giả cho thấy: Dưới tác dụng nhiệt độ cao, độ bền đá xi măng sau đốt nóng ph ụ thuộc vào thành phần khoáng bê tông thường không nên sử dụng lâu dài nhiệt độ lớn 250 0C [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10] Sự giảm cường độ phá hoai bê tông tăng nhiệt độ nước liên kết, phá hoại cấu trúc bê tông, đồng thời d o thủy hóa lần hai CaO (do phản ứng phân hủy Ca(OH)2 tạo CaO tự do) nước không khí Nghiên cứu trình thủy hóa lần hai CaO đá XMPL sau đốt nóng, G.M.Ruxuc kiến nghị đưa vào XMPL phụ gia khác V.N.Moskvin, V.V.Contunov, C.D.Nhecraso năm 1957 nghiên cứu tăng tính chất nhiệt XMPL cách sử dụng PGKNM khác Khi đưa PGKNM vào xi măng pooclăng người ta hỗn hợp CKDCN Tùy thuộc vào phụ gia nhận CKDCN với tính chất khác [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10] Y.U.But nghiên cứu cát quắc điatômit nghiền mịn để liên kết Ca(OH) thủy hóa đá xi măng giữ mẫu điều kiện tiêu chuẩn sau chưng áp Trong trình chưng áp, cát quắc điatômit nghiền mịn liên kết với CaO tự TheoY.E.Gurvytr M.C.Agaphonop phản ứng giữ SiO vô định hình CaO trạng thái rắn xảy mạnh nhiệt độ 500 0C÷6000C; quắc tinh thể bắt đầu 600 0C Theo P.P.Budnhicop, V.Ph.Zuravlev phản ứng pha rắn SiO CaO (khi tỉ lệ 1:1) xảy qua hợp chất trung gian không bền 2CaO.SiO 3CaO.SiO2 đến hợp chất cuối CaO.SiO 2, nhiên đốt nóng SiO có biến đổi thù hình không ổn định thể tích, nên không sử dụng với tính chất phụ gia cho XMPL với tính chất chịu nhiệt [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10] V.V.Contunov Z.M.Larionov nghiên cứu tác động khoáng xi măng chủ yếu với phụ gia samôt mịn, hàm lượng 150% 300% khối lượng XMPL cho thấy: lượng phụ gia đưa vào lớn khả liên kết v ới CaO tự xảy hoàn toàn dẫn tới tăng độ bền đá xi măng sau đốt nóng 12000C Điều nói nên CaO tự đá xi măng sinh đốt nóng đá xi măng, chúng liên kết hoàn toàn với SiO Al2O3 samôt mịn hình thành dạng khoáng silicat aluminat khan Tuy nhiên tăng lượng phụ gia ảnh hưởng đến tính chất khác đá xi măng tỉ lệ nước/CKDCN, cường độ nén … Tuy tỷ lệ xi măng với phụ gia khác chưa nghiên cứu cụ thể [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10] Khi sử dụng xỉ lò cao làm phụ gia XMPL, nghiên cứu thấy rằng: nhiệt độ cao từ 750 0C÷8000C, khả liên kết với CaO lớn 600 0C liên kết xỉ nhỏ samôt Để tăng tính chất chịu lửa XMPL, G.D.S almanov sử dụng phụ gia mịn crômmit đưa vào liên kết với CaO đá XMPL, tăng độ chịu lửa nhiệt độ biến dạng tải trọng 2kG/cm bê tông Ngoài bê tông nặng có bê tông nhẹ chịu nhiệt theo B.G.Skramtaep, cốt liệu tốt sử dụng cho bê tông nhẹ chịu nhiệt vật liệu xốp: xỉ, peclit, xỉ bọt, tup, keramzit, vermiculit Các tác giả C.D.Nhecrasov, S.C.Lisienc nghiên cứu bê tông khí chịu nhiệt (bê tông chịu nhiệt-cách nhiệt ) dùng XMPL với phụ gia khác là: samôt, xỉ lò cao , tro xỉ, keramzit, sở dùng phụ gia mịn để liên kết với CaO tự Năm 1966-1968 Trung tâm nghiên cứu khoa học xây dựng (CHLB NgaVNYYS) tiến hành nghiên cứu bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng XMPL với phụ gia samốt nghiền mịn cốt liệu sỏi keramzit, dăm aglopoirit Đặc biệt năm gần có công trình nghiên cứu bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng cốt liệu xốp nhân tạo loại phụ gia khác Hiện trung tâm nghiên cứu bê tông bê tông cốt thép (của CHLB NgaNYYZB) nghiên cứu BTCN dùng chất kết dính photphat với cốt liệu alumôsilicat khác nhau: mảnh vụn samốt, samốt samốt cao lanh Ngoài loại chất kết dính người ta nghiên cứu loại chất kết dính từ thủy tinh lỏng phụ gia có ch ứa silicat canxi để chế tạo BTCN Để nâng cao tính chịu lửa chất kết dính (CKD) người ta sử dụng số loại phụ gia mịn: samốt, vật liệu chịu lửa cao nhôm [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10] Ở số nước khác: Trung Quốc, Anh, CHLB Đức sử dụng xi măng alumin, cao alumin với lượng Al2O3 lớn để xây dựng công trình chịu tác động nhiệt độ cao Ở Việt Nam việc nghiên cứu BTCN bắt đầu tiến hành: Năm 1977, môn Công nghệ vật liệu xây dựng – Trường Đại học xây dựng Viện kỹ thuật xây dựng Hà Nội tiến hành nghiên cứu thử nghiệm BTCN dùng XMPL với phụ gia mịn samốt Năm 1988 -1991, Bộ môn công nghệ vật liệu tiến hành nghiên cứu chế tạo BTCN sử dụng phụ gia xỉ nhiệt điện hỗn hợp phụ gia samôt xỉ nhiệt điện để chế tạo CKDCN; t iến hành nghiên cứu tính toán thành phần hạt cốt liệu dùng cho bê tông nhiệt Năm 1993, Bộ môn công nghệ vật liệu xây dựng tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông khí chịu nhiệt (loại BTCN -CN) dùng XMPL với phụ gia samốt, xỉ nhiệt điện Năm 1996 -1998, Bộ môn công nghệ vật liệu xây dựng tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ chịu nhiệt XMPL với phụ gia keramzit, gạch vỡ cốt liệu rỗng keramzit Năm 2005 -2006, Bộ môn Công nghệ vật liệu tiến hành nghiên cứu chế tạo vữa (bê tông hạt nhỏ) chịu nhiệt, chống cháy sử dụng cốt liệu samốt, gạch vỡ với chất kết dính XMPL PCB thu kết khả quan [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10] Tóm lại, để tăng tính chịu nhiệt cho bê tông (bê tông nặng bê tông nhẹ) cần sử dụng loại CKDCN, loại CKDCN phần lớn sử dụng phụ gia nghiền mịn Đối với XMPL, phụ gia nghiền mịn nhiệt độ cao chúng tác dụng với thành phần khoáng thủy hóa XMPL tạo nên hợp chất nâng cao tính chịu nhiệt Tuy nhiên tỷ lệ phụ gia XMPL, hình thành c ác khoáng mới,… đặc điểm công nghệ chế tạo sử dụng chúng cần tiến hành nghiên cứu đầy đủ II Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt Bê tông chịu nhiệt sử dụng ngày rộng rãi để xây dựng công trình chịu tác động nhiệt độ cao Việc sử dụng bê tông thay cho vật liệu chịu lửa có nhiều ưu điểm, mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật cao, cho phép xây dựng công trình theo phương pháp công nghiệp hóa, đổ toàn khối lắp ghép từ cấu kiện kích thước lớn chế tạo sẵn nhà máy bê tông, tăng khả làm việc công trình nhờ giảm số mạch xây, qua gia công nhiệt… Các công trình BTCN đổ toàn khối hay lắp ghép sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác Luyện kim đen màu, công nghiệp hóa chất, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp lượng, chế biến dầu mỏ… II.1 Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt giới Bê tông chịu nhiệt sử dụng công trình luyện kim đen [2, 3, 5, 8, 10] a Làm tháp đốt nóng không khí: b Làm móng lò cao, ống khói kênh dẫn: c Làm buồng lắng xỉ buồng tích nhiệt lò Máctanh: Bê tông chịu nhiệt dùng công nghiệp luyện nhôm Nhà máy luyện nhôm Cadalacski (Nga) tiến hành thực nghiệm thay vòng kim loại lò điện phân BTCN lắp ghép từ XMPL với phụ gia, cốt liệu samốt, cho phép giảm chi phí thép, giảm giá thành tăng mức độ lắp ghép cực catot lò điện phân Ngoài nhà máy luyện nhôm Vongarad tiến hành nghiên cứu sử dụng BTCN làm đáy lò điện phân luyện nhôm [2, 3, 5, 8, 10] Bê tông chịu nhiệt dùng công nghiệp chế biến dầu mỏ a Làm Thiết bị đốt nóng: Lò buồng dùng để đốt nóng ống, chế biến nguyên liệu dầu mỏ Lần lò xây dựng BTCN nhà máy chế biến dầu mỏ Angarse (CHLB Nga) với nhiệt độ làm việc 760 0C Các kênh dẫn, tường, vòm, lò làm từ BTCN dùng XMPL với phụ gia cốt liệu samốt, dùng xi măng alumin với cốt liệu samốt dùng chất kết dính silicat natri với cốt liệu samốt [2, 3, 5, 8, 10] b Xây lò xạ nhiệt: BTCN dùng XMPL với phụ gia cốt liệu samốt sử dụng để xây lò xạ nhiệt, đóng vai trò lớp lót lớp chịu lực Noovoquybusav, Grozenski, Vongagrad nhà máy chế biến dầu mỏ khác Nga Ngoài có số nhà máy chế biến dầu mỏ sử dụng loại BTCN khác để xây dựng lò ống chịu áp lực với nhiệt độ sử dụng từ 600 12000C Ở phần lò có nhiệt độ từ 600 -12000C, xây BTCN dùng XMPL với cốt liệu agloporit BTCN dùng XMPL với phụ gia cốt liệu samốt, phần lò có nhiệt độ 1000 0C xây BTCN dùng XMPL với phụ gia cốt liệu samốt [2, 3, 5, 8, 10] Sử dụng chế tạo máy Năm 1959, phân xưởng rèn nhà máy Kirovski Xanh Peterbua (CHLB Nga) xây dựn g lò gia công nhiệt chi tiết Lò xây dựng từ block BTCN sản xuất từ XMPL với phụ gia cốt liệu samốt, có nhiệt độ làm việc đến 1200 0C Việc sử dụng BTCN cho lò có chế độ làm việc gián đoạn hợp lý chúng làm việc không so với làm từ vật liệu chịu lửa đơn Ở Tiệp Khắc, BTCN sử dụng làm khuôn đúc gang với nhiệt độ làm việc 1230 0C thời gian phút, sử dụng 10 chu kỳ [2, 3, 5, 8, 10] Dùng công nghiệp lượng Từ năm 1958, Đức b đầu nghiên cứu sử dụng BTCN thiết bị nồi trạm lớn Trattendorph Ba nồi lót BTCN chế tạo từ XMPL với cốt liệu samốt, chịu nhiệt độ từ 800 -10000C Năm 1959, trạm phát điện Biolen (Đức) sử dụng block BTCN lót lớp bề mặt đốt nóng nồi số Các block BTCN dùng XMPL với cốt liệu samốt nhiệt độ làm việc 600 0C, thời gian sử dụng sau 17 tháng vết nứt Việc sử dụng block BTCN rút ngắn 25% thời gian xây dựng [2, 3, 5, 8, 10] Dùng công nghiệp vật liệu xây dựng [2, 3, 5, 8, 10] a Làm lò tuynen nung gạch: b Làm lò vòng nung gạch: Ngoài BTCN sử dụng công nghiệp hóa chất, tháp tổng hợp axit H 2SO4 BTCN chế tạo từ silicat natri với chất ổn định Na2SiF6 cốt liệu crômmit II.2 Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt Việt Nam Ở Việt Nam việc sử dụng BTCN hạn chế việc nghiên cứu chưa đầy đủ toàn diện Ở số nơi sử dụng BTCN như: nhà máy nhiệt điện ợc đư Phả Lại sử dụng BTCN dùng xi măng alumin với cốt liệu samôt Nhà máy kính Đáp Cầu sử dụng BTCN từ XMPL với phụ gia lò cao cốt liệu samôt Bộ môn Công nghệ VLXD Trường Đại học xây dựng Viện Kỹ thuật xây dựng Hà Nội nghiên cứu BTCN dùng XMPL với phụ gia cốt liệu samôt, xây kênh khí nóng lò tuynen nhà máy gạch Phúc Thịnh Hà Nội Bộ môn Công nghệ vật liệu nh máy sứ Thanh Trì Hà Nội chế tạo BTCN làm lớp lát goòng nung sứ dùng XMPL với phụ gia samôt xỉ hỗn hợp samốt-xỉ, cốt liệu samốt Bộ môn Công nghệ vật liệu xây dựng – ĐHXD nhà máy xi măng Hệ Dưỡng – Ninh Bình nghiên cứu chế tạo sử dụng bê tông cốt thép chịu nhiệt dùng XMPL với phụ gia cốt liệu samôt làm chóp lò đứng nung clanke xi măng làm việc nhiệt độ 1000 0C Bộ môn Công nghệ vật liệu – ĐHXD công ty sản xuất – kinh doanh VLXD thành phố Thái Bình chế tạo BTCN dùng XMPL xây ph ận lò nung tuynen nung gạch: kênh dẫn khí nóng, ống rót nhiên liệu, lớp lót vagông nung; chế tạo BTCN -CN dùng làm lớp cách nhiệt cho vagông lò nung Nhìn chung vấn đề nghiên cứu sử dụng BTCN, BTCN -CN từ nguyên liệu nước tới đặc điểm công nghệ sản xuất điều kiện nước ta có ý nghĩa to lớn cấp thiết [...]... nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt, nghiên cứu bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt Ngoài ra đề tài còn sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu thành phần chất kết dính chịu nhiệt, thành phần bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt; nghiên cứu các tính chất ảnh hưởng đến chất kết dính chịu nhiệt và bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt V Ý nghĩa của đề tài Bê tông cách nhiệt- chịu nhiệt đã được nghiên cứu. .. tế, ở Nga (Liên Xô cũ) việc nghiên cứu về bê tông và bê tông cốt thép chịu nhiệt đã được tiến hành từ năm 1942 ở Trung tâm nghiên cứu khoa học các trường đại học, Viện nghiên cứu các công trình côn g nghiệp và ở Viện nghiên cứu khoa học bê tông và bê tông cốt thép Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm các nhà khoa học Nga đã tiến hành khảo sát các loại bê tông chịu nhiệt (BTCN) khác nhau với nhiệt độ từ... cấu kiện bê tông nhẹ, bê tông khí chịu nhiệt, chúng có đặc điểm cách nhiệt và chịu nhiệt Bê tông nhẹ chịu nhiệt – cách nhiệt còn được phân loại theo các dấu hiệu : - Theo công dụng phân ra [13]: + Bê tông nhẹ chịu lực – chịu nhiệt + Bê tông nhẹ chịu nhiệt – cách nhiệt - Theo cấu trúc bê tông phân ra hai loại [12, 13]: + Bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng cốt liệu rỗng, ví dụ: bê tông Keramzit, bê tông aglôpôrit…... aglôpôrit… loại bê tông có cường độ cao có thể làm cấu kiện chịu lực trong các thiết bị nhiệt + Bê tông tổ ong chịu nhiệt, loai bê tông chịu nhiệt này chủ yếu sử dụng với mục đích cách nhiệt cho các thiết bị nhiệt Trong bê tô ng tổ ong gồm có hai loại được phân biệt qua phương pháp tạo rỗng là : Bê tông bọt chịu nhiệt cách nhiệt và bê tông khí chịu nhiệt cách nhiệt Bê tông chịu nhiệt có thể sử dụng nhiều... + Bê tông chịu lửa cao, nhiệt độ sử dụng đến 1770 0C + Bê tông chịu nhiệt, nhiệt độ sử dụng đến 1200 0C + Bê tông chịu nhiệt- cách nhiệt và bê tông kết cấu nhẹ với nhiệt độ sử dụng 1100 ÷12000C (Theo GOST 4385-48 của Nga) - Theo loại chất kết dính sử dụng BTCN được chia ra [1, 2, 3, 5, 8, 10]: + Bê tông chịu nhiệt dùng xi măng alumin và cao alumin + Bê tông chịu nhiệt dùng XMPL hay XMPL xỉ + Bê tông. .. nghiên cứu bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng XMPL với phụ gia samốt nghiền mịn và cốt liệu là sỏi keramzit, dăm aglopoirit Đặc biệt trong những năm gần đây đã có những công trình nghiên cứu về bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng cốt liệu xốp nhân tạo và các loại phụ gia khác nhau Hiện nay trung tâm nghiên cứu bê tông và bê tông cốt thép (của CHLB NgaNYYZB) đã và đang nghiên cứu BTCN dùng chất kết dính photphat với. .. tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ chịu nhiệt XMPL với phụ gia keramzit, gạch vỡ và cốt liệu rỗng keramzit Năm 2005 -2006, Bộ môn Công nghệ vật liệu đã tiến hành nghiên cứu chế tạo vữa (bê tông hạt nhỏ) chịu nhiệt, chống cháy sử dụng cốt liệu samốt, gạch vỡ với chất kết dính XMPL PCB và đã thu được kết quả khả quan [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10] Tóm lại, để tăng tính chịu nhiệt cho bê tông (bê tông nặng... công nghệ vật liệu đã tiến hành nghiên cứu chế tạo BTCN sử dụng phụ gia xỉ nhiệt điện và hỗn hợp phụ gia samôt xỉ nhiệt điện để chế tạo CKDCN; đã t iến hành nghiên cứu tính toán thành phần hạt cốt liệu dùng cho bê tông nhiệt Năm 1993, Bộ môn công nghệ vật liệu xây dựng đã tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông khí chịu nhiệt (loại BTCN -CN) dùng XMPL với các phụ gia samốt, xỉ nhiệt điện Năm 1996 -1998, Bộ... Lại với các tính chất của nó - Đề xuất sơ đồ công nghệ chế tạo bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt dùng xi măng pooclang (PC và PCB) với các phụ gia IV Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu, đề tài đã tiến hành phân tích, tổng hợp tài liệu; đã sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp thực nghiệm; sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn để nghiên cứu đánh giá nguyên liệu, nghiên. .. cốt liệu tốt nhất sử dụng cho bê tông nhẹ chịu nhiệt là vật liệu xốp: xỉ, peclit, xỉ bọt, tup, keramzit, vermiculit Các tác giả C.D.Nhecrasov, S.C.Lisienc nghiên cứu bê tông khí chịu nhiệt (bê tông chịu nhiệt- cách nhiệt ) dùng XMPL với các phụ gia khác nhau là: samôt, xỉ lò cao , tro xỉ, keramzit, trên cơ sở dùng phụ gia mịn để liên kết với CaO tự do Năm 1966-1968 Trung tâm nghiên cứu khoa học và xây