Một trong những hướng chủ yếu phát triển kinh tế và xã hội của các nước trên Thế giới cũng như ở nước ta trong những năm cuối thế kỷ XX và những năm đầu của thế kỷ XXI là sự cần thiết tính toán để sử dụng một cách hợp lý, tiết kiệm và có hiệu quả cao nhất các loại tài nguyên, khoáng sản thiên nhiên, một nguồn lợi không phải vô tận, tận dụng vật liệu địa phương, nhanh chóng thực hiện công nghệ sản xuất không phế thải; sản xuất sạch vừa bảo vệ tài nguyên thiên nhiên vừa bảo vệ môi trường sống của con người; nghiên cứu các vật liệu thay thế nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nguyên vật liệu, năng lượng, sức lao động và vốn đầu tư trong các công trình xây dựng. Để thực hiện được mục tiêu trên, việc nghiên cứu và phát triển ngành công nghiệp tái chế, sử dụng nguồn nguyên liệu từ những phế thải công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng nói chung đang ngày càng được quan tâm phát triển. Một trong những loại vật liệu được nghiên cứu và sử dụng theo hướng này là gạch gốm cách nhiệt trang trí làm tường sử dụng các nguồn nguyên liệu địa phương và phế thải công nghiệp.
Các loại gạch gốm làm tường được dùng làm kết cấu bao che, ngăn cách và bảo vệ các kết cấu xây dựng khỏi bị tác dụng của môi trường và tạo dáng kiến trúc cho công trình. Để hoàn thiện mặt ngoài công trình người ta thường phải phủ các lớp vữa để trang trí hoàn thiện hay là ốp lát các loại vật liệu trang trí khác.
Người ta thấy rằng trên 1m2 diện tích ở cần có khoảng 1m2 vật liệu để ốp lát bề mặt công trình, thể tích ốp lát hoàn thiện bề mặt công trình chiếm khoảng 15% thể tích chung của tường, do vậy yêu cầu trang trí hoàn thiện bề mặt công trình rất lớn. Vì vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng của gạch làm tường, người ta nghiên cứu chế tạo các vật liệu gốm xây tường làm nhiệm vụ hoàn thiện trang trí bề mặt công trình.
Hiệu quả sử dụng của gạch xây tường trang trí hoàn thiện là chúng vừa thực hiện chức năng làm tường (bao che, ngăn cách) vừa làm nhiệm vụ trang trí mặt ngoài nhà (ốp lát mặt ngoài). Các sản phẩm này cần có độ hút nước thấp, không thấm nước, chịu lửa, có kích thước hình dạng chính xác, đạt được độ bền yêu cầu, có màu sắc trang trí theo yêu cầu quy định, chúng không bị thay đổi dưới tác dụng lâu dài của điều kiện khí hậu và của các tác nhân ăn mòn xâm thực bởi môi trường và vi sinh vật, có khả năng làm sạch bề mặt khỏi bị bụi bẩn, nấm mốc. Các sản phẩm gạch trang trí xây tường (dùng ở mặt công trình) về độ bền, tuổi thọ và tính chất mỹ thuật không thua kém các loại vật liệu ốp lát hoàn thiện trang trí khác và lại rẻ hơn nhiều khi đưa vào sử dụng trong công trình. Giá thành toàn bộ để hoàn thiện trang trí mặt nhà bằng gạch trang trí xây tường với thời gian sử dụng trên 50 năm thấp hơn 2÷2,5 lần so với xi măng mầu, rẻ hơn 1,1÷1,2 lần sản phẩm Silicát mầu, thấp hơn 1,8÷2 lần chất dẻo policlovinyl.
Việc nghiên cứu chế tạo các vật liệu gạch trang trí cách nhiệt xây tường có cấu trúc xốp cách nhiệt ở dạng các blốc có khối lượng thể tích thấp nhằm tăng khả năng cách nhiệt, cách âm và giảm khối lượng công trình (nhất là đối với nhà nhiều tầng), cũng như chúng có khả năng chống cháy chịu lửa cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, bảo vệ kết cấu xây dựng, tạo điều kiện môi trường sinh hoạt và làm việc tốt cho con người. Tất cả các tính chất nêu trên rất cần thiết đối với các công trình xây dựng cao cấp. Các loại vật liệu gốm với nhiều tính chất và chức năng như vậy, người ta gọi là vật gốm có hiệu quả cao.
Vật liệu gạch nhẹ trang trí cách nhiệt xây tường được sản xuất theo công nghệ chế tạo sản phẩm hai lớp bằng phương pháp tạo hình dẻo hoặc bán khô. Yêu cầu chủ yếu để chế tạo sản phẩm hai lớp là độ bền liên kết bền vững của hai lớp vật liệu có cấu trúc khác nhau: lớp chất phủ trang trí mặt ngoài ở trên các mặt ngang và mặt cạnh dọc sản phẩm (có cấu trúc đặc), với lớp chân ở dưới bên trong sản phẩm (có cấu trúc xốp) làm nhiệm vụ cách nhiệt. Lớp chất phủ trang trí mặt ngoài vừa làm nhiệm vụ trang trí hoàn thiện, vừa làm nhiệm vụ ngăn cách chống thấm nước, vừa có tác dụng gây ăn mòn xâm thực của môi trường khí hậu và vi sinh vật. Vì vậy lớp chất phủ cần có chiều dày nhất định, đồng đều và màu sắc đồng nhất theo yêu cầu.
Hiện nay các nước trên thế giới đang phát triển rộng rãi việc nghiên cứu chế tạo các sản phẩm gốm xây dựng trang trí hoàn thiện sử dụng nguồn nguyên liệu địa phương, tận dụng các loại phế liệu phế thải, cũng như áp dụng các phương pháp công nghệ mới nhằm giảm chi phí năng lượng, tự động hoá công nghệ sản xuất, đa dạng hoá và phát triển rộng rãi các chủng loại mặt hàng gốm xây dựng trang trí hoàn thiện với tính năng đa dạng có hiệu quả sử dụng cao.
Vì vậy việc nghiên cứu vật liệu gạch trang trí cách nhiệt từ các nguyên liệu địa phương và các phế thải, nghiên cứu các tính chất và yếu tố ảnh hưởng đến chúng, đặc điểm công nghệ sản xuất chúng trong điều kiện Việt Nam có ý nghĩa to lớn và cấp thiết.
Ở nước ta hiện nay chưa có cơ sở nghiên cứu và sản xuất nào đặt vấn đề công nghệ chế tạo loại gạch nhẹ trang trí cách nhiệt xây tường sử dụng cho các công trình xây dựng. Trong bài viết này tác giả giới thiệu những kết quả ban đầu của việc nghiên cứu sử dụng nguyên liệu địa phương và các phế liệu phế thải chế tạo sản phẩm gạch trang trí cách nhiệt xây tường cho các công trình xây dựng dân dụng.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
I. Kết quả nghiên cứu nguyên liệu sử dụng
1. Các kết quả nghiên cứu về đất sét
Đất sét dùng trong nghiên cứu là đất sét Phúc Thịnh (Đông Anh-Hà Nội) có các tính chất sau:
1.1. Thành phần hoá (%)
Cỡ hạt: SiO2-69,25; Al2O3-15,41; Fe2O3-6,15; CaO-0,8; MgO-0,5; Na2O-0,85; K2O-1,72; MKN-5,61
1.2. Thành phần hạt (%)
Cỡ hạt-mm: <0,005-21,2; 0,005÷0,01-27,52; 0,01÷0,05-29,5; 0,05÷0,1-18,7; 0,1÷0,25-1,6; 0,25÷0,5-0,5; 0,5÷1-0,6; 1÷2-0,3
1.3. Các chỉ tiêu tính chất khác
- Độ ẩm tự nhiên (Wtn) %:13,4
- Độ ẩm làm việc (Wlv) %: 17,15
- Độ ẩm tạo hình (Wth) %: 18
- Trị số dẻo(D): 14
- Khối lượng thể tích tự nhiên (ƴ0) g/cm3: 1,45
- Khối lượng riêng (ƴa) g/cm3: 2,54
- Độ ẩm giới hạn dưới độ lưu động (Wghd) %:31,24
Nhận xét: Qua kết quả phân tích, thí nghiệm cho thấy đất sét này thuộc loại đất sét dễ chảy, có khả năng tạo gạch trang trí cách nhiệt xây tường.
2. Kết quả nghiên cứu tro thải nhiệt điện Phả Lại
2.1. Thành phần hoá của tro thải nhiệt điện (%)
SiO2-54; Al2O3-16,4; Fe2O3-7; CaO-1,1; MgO-1,5; MKN-20
2.2. Thành phần hạt của tro thải
Cỡ hạt-mm: <0,01-68,2; 0,01÷0,05-15; 0,05÷0,1-8,4; 0,1÷0,25-6,9; 0,25÷0,5-1,5
2.3. Các tính chất khác của tro thải
- Độ ẩm tự nhiên (Wtn) %:14,5
- Khối lượng thể tích tự nhiên (ƴ0tn)-g/cm3: 1,8
- Độ mịn, sót sàng N008: 10÷14
- Khối lượng thể tích khô (ƴ0k) g/cm3: 0,81
- Khối lượng riêng (ƴa) g/cm3: 2,68
Nhận xét: Qua kết quả phân tích, thí nghiệm cho thấy có thể sử dụng tro thải nhiệt điện Phả Lại để chế tạo gạch trang trí cách nhiệt. Mặt khác tro thải là vật liệu không dẻo, có độ mịn lớn sẽ ảnh hưởng lớn đến tính chất tạo hình của phối liệu. Ngoài ra tro thải chứa lượng lớn than chưa cháy, nó đóng vai trò phụ gia cháy làm tăng sự kết khối và tạo xốp cho sản phẩm.
3. Kết quả nghiên cứu phụ gia tạo xốp rỗng (MC)
Phụ gia tạo xốp rỗng được sử dụng là phế thải mùn cưa khi gia công chế biến gỗ.
3.1. Thành phần hạt của phụ gia MC (%)
- Cỡ hạt: 0,6÷1,2-7,5÷14,8
- Cỡ hạt: 0,3÷0,6-50,5÷54,8
- Cỡ hạt: 0,15÷0,3-28,7÷29,6
- Cỡ hạt: <0,15-6÷8,1
3.2. Các tính chất khác của phụ gia mùn cưa
- Độ ẩm tự nhiên (Wtn) %: 16÷17,4
- Độ tro (A)%: 8÷8,3
- Khối lượng riêng (ƴa) g/cm3: 0,21÷0,25
- Độ hút nước và chứa nước (Hp)-%: 68÷72
- Nhiệt độ bắt lửa (tbl)oC: 300÷450
- Lượng mất khi nung (MKN)-%: 92÷91,7
- Nhiệt độ cháy hoàn toàn (tch)oC: 700÷750
Nhận xét: Qua các số liệu phân tích, thí nghiệm cho thấy phụ gia MC có thể sử dụng làm phụ gia tạo xốp rỗng chế tạo sản phẩm gạch trang trí, cách nhiệt. Tuy nhiên phụ gia MC cũng là vật liệu không dẻo có tính chất làm gầy, có nhiều đặc tính ảnh hưởng tới tính chất phối liệu: khối lượng thể tích, độ ẩm tạo hình, khả năng tạo hình….
(Còn nữa)
VLXD.org (TH/ Tạp chí KHCNXD)