Luận văn thạc sĩ về phụ gia cải thiện khả năng hút nước cho gạch block AAC

Chuyên đề phụ gia cải thiện khả năng hút nước cho gạch block AAC, tiếp cận liên ngành, kết quả nghiên cứu có giá trị ứng dụng cao trong chuyên ngành

• Tác giả: Nguyễn Lê Thanh Quãng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Khánh Sơn
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu
• Đề tài: Nghiên cứu phụ gia cải thiện khả năng hút nước cho gạch block AAC
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• SUMMARY
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN
• MỤC LỤC HÌNH ẢNH
• MỤC LỤC BẢNG
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GẠCH BLOCK AAC
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Khái quát lịch sử phát triển
• 1.3. Những ưu điểm của gạch block AAC trong sử dụng
• 1.4. Nguyên liệu và công nghệ chế tạo
• 1.4.1. Nguyên liệu sản xuất gạch block AAC
• 1.4.2. Phối liệu và sơ đồ công nghệ
• 1.5. Tiêu chuẩn về các yêu cầu chỉ tiêu kĩ thuật sản phẩm
• 1.5.1. Tiêu chuẩn TCVN 7959: 2011
• 1.5.2. Các chỉ tiêu kĩ thuật cơ bản của sản phẩm
• 2. CHƯƠNG 2: VI CẤU TRÚC RỖNG VÀ HỆ QUẢ HÚT NƯỚC CỦA GẠCH BLOCK AAC
• 2.1. Thành phần khoáng sản phẩm và quá trình hình thành vi cấu trúc của vật liệu bê-tông khí chưng áp AAC
• 2.1.1. Hình thành thành phần khoáng sản phẩm
• 2.1.2. Hình thành vi cấu trúc rỗng
• 2.2. Phân tích đặc tính hút nước của gạch block AAC
• 2.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.4. Phụ gia chống thấm Polydimethyl Siloxane (PDMS) và cơ chế chống thấm nhờ phản ứng kết hợp
• 2.5. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.5.1. Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu
• 2.5.2. Phạm vi giới hạn của nội dung nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 3.1. Cơ sở xây dựng quy trình thực nghiệm
• 3.2. Sơ đồ quy trình và thuyết minh
• 3.3. Các phương pháp tiến hành và thiết bị phân tích vật liệu
• 3.3.1. Thí nghiệm đo độ hút nước của gạch block AAC
• 3.3.2. Thí nghiệm đo cường độ chịu nén và khối lượng thể tích
• 3.3.3. Thí nghiệm độ bám dính của vữa tô với gạch block AAC
• 3.3.4. Phân tích vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.3.5. Phân tích phổ hấp phụ bằng hồng ngoại (FTIR)
• 3.3.6. Phân tích thành phần khoáng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả đo độ hút nước
• 4.2. Phổ phân tích thành phần khoáng XRD
• 4.3. Ảnh chụp vi cấu trúc rỗng (SEM)
• 4.4. Phổ phân tích hồng ngoại FTIR
• 4.5. Chỉ tiêu khối lượng thể tích khô
• 4.6. Chỉ tiêu cường độ chịu nén
• 4.7. Kết quả thử nghiệm độ bám dính của gạch AAC và vữa
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Đánh giá khả năng giảm thiểu độ hút nước của gạch block AAC khi dùng phụ gia Polydimethyl Siloxane (PDMS)
• 5.2. Đánh giá sự ảnh hưởng của phụ gia hữu cơ Polydimethyl Siloxane (PDMS) đối với chỉ tiêu cơ lý của gạch thành phẩm
• 5.3. Đánh giá khả năng bám dính của gạch block AAC sử dụng phụ gia chống thấm hữu cơ PDMS với vữa xây, tô thông dụng

Tóm tắt

I. Tổng quan về gạch block AAC

Gạch block AAC (Autoclaved Aerated Concrete) là một loại vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường, được sản xuất từ hỗn hợp xi măng Portland, vôi, cát và chất tạo khí. Gạch này có nhiều ưu điểm, bao gồm trọng lượng nhẹ, khả năng cách nhiệt tốt và khả năng chịu nén cao. Tuy nhiên, một trong những nhược điểm lớn nhất của gạch block AAC là khả năng hút nước cao, điều này có thể dẫn đến tăng tải trọng công trình và giảm cường độ. Việc cải thiện khả năng hút nước cho gạch block AAC là một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu và phát triển vật liệu xây dựng hiện đại.

1.1. Lịch sử phát triển gạch block AAC

Gạch block AAC đã được phát triển từ những năm đầu thế kỷ 20, với nhiều sáng chế và cải tiến công nghệ. Từ những năm 1920, công nghệ sản xuất gạch AAC đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều nước châu Âu và hiện nay, gạch AAC đã trở thành một giải pháp xây dựng phổ biến trên toàn thế giới. Sự phát triển của gạch AAC không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn đáp ứng nhu cầu xây dựng bền vững trong bối cảnh hiện đại.

1.2. Tính năng và ứng dụng của gạch block AAC

Gạch block AAC có nhiều tính năng vượt trội, bao gồm tính nhẹ, tính cách nhiệt và tính bền. Những đặc điểm này giúp gạch AAC được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà ở, cao ốc và các công trình công nghiệp. Tuy nhiên, để phát huy tối đa hiệu quả sử dụng, việc cải thiện khả năng hút nước của gạch AAC là điều cần thiết. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng phụ gia như polydimethyl siloxane (PDMS) có thể giúp cải thiện đáng kể độ hút nước của gạch AAC mà không làm giảm các tính chất kỹ thuật khác.

II. Phụ gia polydimethyl siloxane PDMS và cơ chế hoạt động

Phụ gia PDMS là một loại silicone hữu cơ, có khả năng chống thấm và cải thiện khả năng hút nước cho gạch block AAC. Khi được thêm vào trong quá trình sản xuất, PDMS tạo ra một lớp bảo vệ bên trong cấu trúc gạch, ngăn cản nước xâm nhập và giúp duy trì độ bền của sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng PDMS không chỉ cải thiện độ hút nước mà còn tăng cường khả năng liên kết với vữa xây tô, từ đó nâng cao hiệu quả thi công.

2.1. Cơ chế hoạt động của PDMS

Cơ chế hoạt động của PDMS chủ yếu dựa vào khả năng tạo thành lớp màng chống thấm bên trong cấu trúc gạch. Các phân tử PDMS có khả năng tạo liên kết với các thành phần khác trong gạch, từ đó hình thành một mạng lưới bền vững, ngăn cản sự xâm nhập của nước. Kết quả phân tích bằng các phương pháp như FTIR và SEM cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong cấu trúc của gạch khi có mặt của PDMS, chứng minh tính hiệu quả của phụ gia này trong việc cải thiện khả năng hút nước.

2.2. Ứng dụng thực tiễn của PDMS trong sản xuất gạch

Việc ứng dụng PDMS trong sản xuất gạch block AAC không chỉ giúp cải thiện khả năng hút nước mà còn nâng cao độ bền và tính ổn định của sản phẩm. Các thử nghiệm thực tế cho thấy gạch AAC sử dụng PDMS có khả năng chống thấm tốt hơn so với gạch thông thường, từ đó giảm thiểu các vấn đề liên quan đến độ hút nước trong quá trình thi công. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các loại vật liệu xây dựng bền vững và hiệu quả hơn.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng PDMS có tác động tích cực đến khả năng hút nước của gạch block AAC. Kết quả thí nghiệm cho thấy gạch AAC có sử dụng PDMS giảm đáng kể độ hút nước so với gạch không có phụ gia. Điều này không chỉ cải thiện tính năng sử dụng của gạch mà còn giúp nâng cao chất lượng công trình xây dựng. Các kết quả phân tích XRD, SEM và FTIR đều cho thấy sự thay đổi tích cực trong cấu trúc gạch khi có mặt của PDMS.

3.1. Đánh giá hiệu quả của PDMS

Các kết quả thử nghiệm cho thấy rằng gạch AAC sử dụng PDMS có khả năng hút nước giảm xuống dưới mức cho phép theo tiêu chuẩn TCVN 7959: 2011. Điều này chứng tỏ rằng PDMS không chỉ cải thiện khả năng hút nước mà còn giúp sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng cao hơn, góp phần nâng cao tính cạnh tranh của gạch AAC trên thị trường. Hơn nữa, việc sử dụng PDMS cũng giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến thi công, như nứt vữa hay giảm độ bám dính giữa gạch và vữa.

3.2. Tác động đến ngành xây dựng

Việc áp dụng PDMS trong sản xuất gạch block AAC có thể tạo ra bước đột phá trong ngành xây dựng. Không chỉ cải thiện khả năng hút nước, mà còn nâng cao tính bền vững của công trình. Gạch AAC với PDMS có thể đáp ứng tốt hơn các yêu cầu về chất lượng và hiệu suất, từ đó thúc đẩy sự phát triển của vật liệu xây dựng không nung và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển nhanh chóng của các công trình xây dựng hiện đại đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc chuyển đổi sang các dòng vật liệu xanh thân thiện với môi trường. Tại các quốc gia tiên tiến, gạch bê tông khí chưng áp (Autoclaved Aerated Concrete - AAC) đã khẳng định vị thế vượt trội khi chiếm tới 80% thị phần tại Nhật Bản, 60% tại Đức và 40% tại Anh. Ở Việt Nam, thực hiện Quyết định số 567/TTg ngày 28/4/2010 của Thủ tướng Chính phủ về việc phát triển vật liệu xây dựng không nung thay thế gạch đất sét nung, gạch block AAC đã được đầu tư mạnh mẽ với gần 30 doanh nghiệp triển khai dây chuyền công suất từ 100.000 đến 200.000 m³/năm.

Mặc dù sở hữu tỷ trọng nhẹ (500 - 600 kg/m³) và khả năng cách nhiệt tối ưu (hệ số dẫn nhiệt 0,15 W/m.K), gạch AAC thông thường tồn tại rào cản kỹ thuật lớn là độ hút nước rất cao, dao động từ 50% đến 60% sau 24 giờ ngâm nước. Hiện tượng hút nước quá mức làm tăng tải trọng công trình, suy giảm cường độ chịu nén và khiến lớp vữa xây trát thông thường theo tiêu chuẩn TCVN 6016:1995 bị mất nước nhanh, dẫn đến nứt nẻ và bong tróc.

Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Lê Thanh Quãng tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết triệt để vấn đề này. Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng phụ gia hữu cơ polydimethyl siloxane (PDMS) đưa trực tiếp vào công đoạn phối trộn tạo hình tại nhà máy E-block Tân Kỷ Nguyên trong năm 2016. Kết quả thực nghiệm cho thấy phụ gia PDMS giúp hạ độ hút nước 24 giờ của gạch từ 56,71% xuống chỉ còn 8,27%, đáp ứng trọn vẹn tiêu chuẩn TCVN 7959:2011 mà vẫn duy trì cấp cường độ nén B3.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết phát triển vi cấu trúc khoáng thủy nhiệt và cơ chế phản ứng kỵ nước bề mặt trong vật liệu silicat:

• Quá trình hình thành khoáng Calcium Silicate Hydrate (C-S-H): Dưới điều kiện chưng áp ở nhiệt độ 180°C và áp suất hơi bão hòa 1,20 MPa, phản ứng giữa vôi sống (CaO), cát thạch anh nghiền mịn (SiO₂) và xi măng tạo nên các pha khoáng tobermorite 11 Å ($C_5S_6H_5$) dạng tấm và xonotlite ($C_6S_6H$) dạng hình kim, đóng vai trò tạo khung chịu lực chính cho gạch AAC.
• Mô hình hệ thống lỗ rỗng ba cấp: Cấu trúc gạch AAC gồm lỗ rỗng bọt khí nhân tạo (kích thước 50 - 500 µm do bột nhôm sinh khí hydro tạo ra), lỗ rỗng mao dẫn macro (50 nm - 50 µm) và lỗ rỗng vi mao dẫn micro (< 50 nm) phân bố xen kẽ giữa các tinh thể C-S-H.
• Cơ chế liên kết của polyme siloxan: Phụ gia PDMS với công thức tổng quát $CH_3[Si(CH_3)_2O]_nSi(CH_3)_3$ chứa các nhóm silanol tham gia liên kết hóa học với pha nền khoáng silicat, hướng các nhóm alkyl $-CH_3$ kỵ nước ra ngoài bề mặt mao quản, ngăn chặn hiện tượng thấm mao dẫn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm đồng bộ trên dây chuyền sản xuất công nghiệp và phòng thí nghiệm chuyên sâu:

• Quy mô và phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu ngẫu nhiên từ khối bê tông thể tích 4,7 m³/khuôn tại nhà máy. Cấp phối tối ưu sử dụng 11,5 kg phụ gia PDMS kết hợp cùng 591 kg xi măng, 180 kg vôi, 1970 kg vữa cát, 46,5 kg thạch cao, 3,58 kg bột nhôm và 1612 kg nước. Số lượng mẫu thử nghiệm gồm 6 nhóm mẫu lập phương kích thước 40 x 40 x 40 mm và 100 x 100 x 100 mm cho từng phép đo đối chứng.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích:
  • Đo độ hút nước: Thực hiện ngâm mẫu ngập sâu dưới nước 50 mm theo các mốc 24 giờ và 72 giờ nhằm xác định chính xác động học thẩm thấu.
  • Kiểm tra cơ lý: Xác định khối lượng thể tích khô và cường độ nén trên máy nén thủy lực với tốc độ tăng tải chuẩn 1,5 kN/s theo tiêu chuẩn TCVN 6477:2011; đo độ bám dính vữa xây trát theo TCVN 3121-12:2003 với tốc độ kéo 0,5 kN/s.
  • Phân tích cấu trúc vật liệu: Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM S4800 (Hitachi) giúp quan sát sự che phủ của phụ gia trên thành vách mao quản; phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) xác định tín hiệu dao động liên kết $-CH_3$; nhiễu xạ tia X (XRD D8-ADVANCED, điện áp 40 kV, dòng 40 mA, quét $2\theta$ từ 3° đến 50°) nhằm kiểm soát tính ổn định của khoáng tobermorite.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Khả năng giảm độ hút nước vượt bậc: Gạch AAC có phụ gia PDMS đạt độ hút nước trung bình sau 24 giờ là 8,27 ± 0,44%, giảm tới 85,42% so với gạch AAC thương mại thông thường (56,71 ± 0,47%). Sau 72 giờ ngâm nước liên tục, độ hút nước của mẫu dùng PDMS chỉ đạt 18,90 ± 0,68%, trong khi gạch thông thường đạt mức bão hòa 60,37 ± 0,53%.
• Duy trì cấp cường độ chịu nén tiêu chuẩn: Mẫu gạch AAC bổ sung 11,5 kg PDMS đạt cường độ nén trên 3,0 MPa, thỏa mãn hoàn toàn cấp cường độ B3 theo TCVN 7959:2011, đảm bảo khả năng chịu tải của kết cấu tường bao che.
• Bảo toàn khối lượng thể tích khô: Khối lượng thể tích khô của mẫu chống thấm dao động trong dải 500 - 600 kg/m³, không làm tăng tải trọng tĩnh của công trình xây dựng.
• Bảo toàn vi cấu trúc tinh thể: Phổ XRD xác nhận các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của khoáng tobermorite 11 Å và xonotlite vẫn xuất hiện rõ nét, chứng minh PDMS không cản trở quá trình thủy hóa và kết tinh khoáng lực học trong buồng hấp autoclave.

Thảo luận kết quả

Cơ chế giảm hút nước được minh chứng rõ rệt qua phân tích phổ FTIR và ảnh chụp FE-SEM. Trên phổ FTIR của mẫu gạch dùng PDMS, sự xuất hiện của các dải hấp thụ đặc trưng của nhóm methyl $-CH_3$ tại số sóng xung quanh 2960 cm⁻¹ khẳng định phụ gia đã gắn kết bền vững vào khung silicat. Ảnh chụp SEM chỉ ra rằng lớp màng mỏng kỵ nước hữu cơ đã bao phủ kín thành các lỗ rỗng vi mao dẫn (< 50 nm) và mao dẫn macro (50 nm - 50 µm), tạo góc tiếp xúc lớn ngăn nước xâm nhập dưới tác động của áp suất mao dẫn.

Dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa thông qua biểu đồ cột so sánh động học hút nước theo thời gian, cho thấy đường cong hút nước của gạch PDMS có độ dốc thấp và đạt trạng thái kháng nước ổn định. Bảng tổng hợp đối chiếu chỉ tiêu cơ lý khẳng định việc bổ sung PDMS ở tỷ lệ 0,26% tổng khối lượng chất kết dính không làm suy giảm độ bám dính giữa gạch và vữa tô thông dụng theo tiêu chuẩn TCVN 3121-12:2003. So với các giải pháp quét chất chống thấm bề mặt ngoại vi vốn dễ bị nứt vỡ khi chịu thời tiết, phương pháp tích hợp phụ gia khối PDMS mang lại độ bền chống thấm vĩnh cửu theo tuổi thọ công trình.

Đề xuất và khuyến nghị

• Chuẩn hóa tỷ lệ phối trộn PDMS trong sản xuất công nghiệp: Các nhà máy sản xuất gạch AAC cần tích hợp định lượng 11,5 kg PDMS dạng lỏng trên một mẻ trộn 4,7 m³ vữa (khoảng 0,2% - 0,3% tổng khối lượng phối liệu khô). Mục tiêu duy trì độ hút nước 24 giờ dưới 10%. Thời gian triển khai thử nghiệm diện rộng trong 3 tháng tại bộ phận QA/QC và công đoạn trộn liệu.
• Kiểm soát chặt chẽ chế độ chưng áp nhiệt dịch: Duy trì áp suất buồng autoclave ở mức 1,20 MPa và nhiệt độ 180°C trong suốt 18 giờ liên tục. Mục tiêu đạt độ kết tinh khoáng tobermorite 11 Å cực đại và kích hoạt hoàn toàn phản ứng liên kết chéo của gốc siloxan. Đội ngũ kỹ sư công nghệ cần hoàn thành việc hiệu chỉnh thông số vận hành trong vòng 6 tháng.
• Xây dựng tiêu chuẩn thi công và sử dụng vữa tương thích: Phòng R&D của các doanh nghiệp cần phối hợp ban hành hướng dẫn kỹ thuật sử dụng vữa xây trát thông thường cho gạch AAC chống thấm, bảo đảm cường độ bám dính kéo uốn đạt tối thiểu 0,5 MPa theo TCVN 3121-12:2003. Kế hoạch triển khai hoàn tất trong 12 tháng.
• Mở rộng nghiên cứu phụ gia kỵ nước thế hệ mới: Các viện nghiên cứu và trường đại học cần hợp tác với doanh nghiệp vật liệu xây dựng để thử nghiệm các biến tính siloxan chuỗi dài nhằm tối ưu chi phí nguyên liệu. Mục tiêu hạ giá thành sản xuất phụ gia từ 15% đến 20% trong lộ trình 2 năm tới do các chủ nhiệm đề tài vật liệu phụ trách.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Doanh nghiệp sản xuất bê tông khí chưng áp AAC: Ban giám đốc kỹ thuật và kỹ sư vận hành tại các đơn vị như Viglacera, E-block Tân Kỷ Nguyên, Licogi 16 cần tài liệu chuẩn để cải tiến công nghệ, giải quyết triệt để lỗi thấm nước của sản phẩm thương mại.
• Kỹ sư thiết kế kết cấu và tư vấn giám sát: Các chuyên gia xây dựng công trình dân dụng và nhà cao tầng (như tháp Bitexco 67 tầng hay Vincom Center) có cơ sở dữ liệu tin cậy để tính toán tải trọng tường nhẹ 500 - 600 kg/m³ và chỉ định vật liệu chống thấm cho tường ngoài trời.
• Nhà thầu thi công xây dựng: Đội ngũ chỉ huy trưởng công trường và kỹ thuật viên thi công nắm bắt được tính chất vật lý của gạch AAC biến tính, từ đó áp dụng vữa xây trát thông thường hiệu quả, giảm thiểu chi phí phát sinh cho các loại vữa chuyên dụng đắt tiền.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Vật liệu: Các nhà nghiên cứu chuyên ngành Silicat và Vật liệu xây dựng tìm thấy khung tham chiếu phương pháp luận chuẩn xác về phân tích phổ XRD, FE-SEM và FTIR trong nghiên cứu tương tác polyme - khoáng vô cơ chưng áp.

Câu hỏi thường gặp

• Phụ gia PDMS cải thiện khả năng chống thấm của gạch block AAC theo cơ chế nào? Phụ gia PDMS dạng lỏng liên kết hóa học với mạng lưới calcium silicate hydrate (C-S-H) trong buồng chưng áp 180°C, đưa các nhóm methyl $-CH_3$ kỵ nước phủ kín thành lỗ rỗng mao dẫn kích thước từ 50 nm đến 50 µm, triệt tiêu lực hút mao dẫn nước vào khối bê tông.

• Việc bổ sung 11,5 kg phụ gia PDMS có làm giảm cường độ chịu nén của gạch B3 không? Thực nghiệm nén mẫu lập phương trên thiết bị chuẩn với tốc độ 1,5 kN/s chứng minh gạch AAC chứa PDMS vẫn duy trì cường độ nén trên 3,0 MPa, đạt cấp cường độ B3 theo đúng tiêu chuẩn TCVN 7959:2011 mà không làm thay đổi tỷ trọng khô 500 - 600 kg/m³.

• Gạch AAC có phụ gia PDMS có tương thích tốt với vữa trát thông thường không? Thử nghiệm độ bám dính theo TCVN 3121-12:2003 cho thấy vữa xi măng thông thường đạt độ bám dính tốt trên bề mặt gạch PDMS, do gạch không còn hút cạn nước trộn của vữa quá nhanh, giúp vữa ninh kết đủ nước và hạn chế tối đa rạn nứt bề mặt.

• Chi phí sản xuất gạch AAC có tăng đáng kể khi ứng dụng công nghệ này không? Hàm lượng PDMS sử dụng chỉ chiếm khoảng 0,26% tổng lượng vật liệu trong khuôn 4,7 m³. Chi phí phụ gia tăng thêm được bù đắp hoàn toàn nhờ việc loại bỏ công đoạn quét sơn chống thấm chuyên dụng bên ngoài và tiết kiệm chi phí vữa lớp mỏng đắt tiền trong thi công.

• Các thông số chưng áp tối ưu để phụ gia phát huy hiệu quả là gì? Quá trình dưỡng hộ thủy nhiệt bắt buộc phải đạt nhiệt độ 180°C, áp suất bão hòa 1,20 MPa trong thời gian 18 giờ. Điều kiện này cung cấp đủ động học nhiệt để các nhóm silanol trong PDMS phản ứng ghép nối bền chặt với khoáng tobermorite 11 Å.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chế tạo thành công gạch block AAC chống thấm khối bằng cách phối trộn trực tiếp 11,5 kg phụ gia hữu cơ PDMS vào quy trình sản xuất thực tế tại nhà máy.
• Độ hút nước của gạch sau 24 giờ giảm mạnh 85,42% (từ 56,71% xuống 8,27%), giải quyết dứt điểm nhược điểm lớn nhất của bê tông khí chưng áp tại Việt Nam.
• Toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng như cấp cường độ nén B3 (≥ 3,0 MPa), khối lượng thể tích khô (500 - 600 kg/m³) và độ co khô đều thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 7959:2011.
• Cơ chế kỵ nước mao quản được chứng minh rõ nét qua việc bảo toàn pha tinh thể tobermorite 11 Å trên phổ XRD và lớp màng methyl $-CH_3$ trên ảnh SEM cùng phổ FTIR.
• Giải pháp kỹ thuật mở ra hướng đi đột phá giúp gạch AAC thay thế hoàn toàn gạch đất sét nung theo định hướng vật liệu xanh quốc gia.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là hoàn thiện cơ chế phản ứng ghép nối siloxan trong môi trường thủy nhiệt, mang lại giải pháp chống thấm nội vi vĩnh cửu cho vật liệu xây dựng nhẹ. Các doanh nghiệp sản xuất gạch block AAC cần khẩn trương phối hợp triển khai thử nghiệm công nghệ này trên dây chuyền công nghiệp trong lộ trình 6 đến 12 tháng tới để nâng cao năng lực cạnh tranh và thúc đẩy các công trình xây dựng bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GẠCH BLOCK AAC 1.1 Giới thiệu Vật liệu bê tông khí chưng áp (Autoclave Aerated Concrete) viết tắt “AAC” là sản phẩm đóng rắn của quá trình chưng áp trong môi trường hơi nước bão hòa (nhiệt độ và áp suất cao của buồng autoclave) hỗn hợp các nguyên liệu: Xi măng Portland, vôi sống, cát nghiền mịn, nước, và chất tạo khí thường là bột nhôm. Trong đó vai trò của phản ứng sinh khí là tạo các lỗ rỗng vĩ mô kín dày đặc làm trương nở toàn bộ khối bê tông định hình ban đầu, nhờ đó mà bê tông có khối lượng thể tích thấp, thường nhẹ và nổi trên mặt nước. Vai trò của vôi, SiO2 và điều kiện nhiệt độ áp suất nhằm tạo cường độ chụi lực cho viên gạch thông qua phản ứng hóa học tạo khoáng bền giữa chúng.1 Gạch block bê tông khí chưng áp AAC Sự ra đời của block AAC đánh dấu một bước quan trọng trong ngành vật liệu xây dựng, đưa ra một giải pháp thay thế gạch đất sét nung truyền thống có mức phát thải khí CO2 cao gây ô nhiễm mội trường và giảm diện tích đất nông nghiệp. Trong 80 năm qua gạch AAC đã chứng minh được các ưu điểm nổi bật so với gạch đất sét nung trong sản xuất và ứng dụng đặc biệt ở các nước phát triển.1 thống kê % gạch block AAC sử dụng trong xây dưng dân dụng và công nghiệp ở các nước.2 Thị phần (%) gạch block AAC ở một số thị trường các nước phát triển Ở Việt Nam, tốc độ phát triển của ngành xây dựng đang diễn ra rất nhanh nhằm đáp ứng cơ sở hạ tầng kinh tế thời kì mở cửa hội nhập hiện nay và thực hiện quyết định 567/TTg ngày 28/4/2010 của Thủ Tướng Chính Phủ về việc phát triển và sản xuất vật liệu xây dựng không nung thay thế gạch đất sét nung đến năm 2020.

Nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững, việc đầu tư sản xuất vật liệu xây dựng không nung gạch block bê tông khí chưng áp AAC đã được các nhà đầu tư đặc biệt quan tâm. Các hãng cung cấp thiết bị, công nghệ đến từ CHLB Đức Ytong Xella, các hãng đến từ Trung Quốc: SanDong DongYue, Teeyer, Thiên Tân, Sơn Đông… đã nhanh chóng thâm nhập vào thị trường Việt Nam. Hiện nay trên toàn quốc đã có gần 30 doanh nghiệp lập dự án đầu tư, các dây chuyền được đầu tư có công suất từ 100.1: Danh sách các doanh nghiệp sản xuất bê tông khí chưng áp AAC trên toàn quốc hiện nay.1 Danh sách các doanh nghiệp sản xuất bê tông khí chưng áp AAC trên toàn quốc Địa điểm CS (1.000 Hãng cung cấp Thời gian TT Tên doanh nghiệp xây dựng m3/năm) thiết bị vào sản xuất Khu vực phía I Nam Công ty CP Tân Tháng 6/ 1 Kỷ Nguyên E- Long An 150 Teeyer 2010 block Công ty CP SanDong Tháng 2/ 2 Đồng Nai 100 Vương Hải DongYue 2010 Công ty bê tông SanDong Tháng 1/ 3 Lâm Đồng 100 nhẹ Vinh Đức DongYue 2010 Công ty CP Licogi Tháng 4 Long An 150 SureMaker 16 10/2011 Khu vực phía II Bắc Công ty bê tông Tháng 1 Bắc Ninh 200 Sơn Đông khí Viglacera 12/2010 Công ty CP VLM SanDong Tháng 3/ 2 Hà Nam 150 Vinema DongYue 2010 Công ty Sông Đà Hải Tháng 3 200 Teeyer Cao Cường Dương 1/2011 Công ty CP Gạch SanDong Tháng 4 Hòa Bình 150 nhẹ Phúc Sơn DongYue 10/2010 Các công trình nhà cao tầng sử dụng gạch bê tông khí chưng áp:  Tại Hà Nội: Tòa nhà cao ốc Indochine - Plaza, tòa cao ốc Tổ hợp văn phòng chung cư tại số 671 đường Hoàng Hoa Thám của Tổng công ty Viglacera, tòa nhà Trung tâm thương mại và căn hộ cao cấp trên đường Lê Văn Lương…  Tại Thành phố Hồ Chí Minh: Tòa nhà Bitexco 67 tầng tại Quận 1, cao ốc Richland Emeral 116, Bãi Sậy, Phường 1, Quận 6, Trung tâm thương mại Vincom 72 Lê Thánh Tôn, Quận 1.2 Khái quát lịch sử phát triển Công nghệ sản xuất vật liệu bê tông khí chưng áp ban đầu dựa trên cơ sở các bằng sáng chế đầu tiên về công nghệ chưng áp bão dưỡng và công nghệ tạo bọt khí trong lòng khối bê tông. Cụ thể:  Năm 1880 – Sáng chế và dưỡng hộ bằng hơi nước của Vandec Burgh (Anh).

 Năm 1886 - Sáng chế và dưỡng hộ bằng hơi nước của Michaelis (Đức).  Năm 1889 - Sáng chế về bê tông xốp với CO2 của Hoffman (CH Séc).  Năm 1910 – Sáng chế về trộn đá vôi Sparry với bột mịn kim loại cùng với xi măng Portland của Axel Eriksson (Thụy Điển).  Năm 1914 – Sáng chế về sử dung Ca(OH)2 và bột nhôm làm chất tạo khí trong hỗn hợp xi măng của Aysworth và Dyer (Hoa Kỳ).

 Năm 1919 – Sáng chế về bột kim loại sinh khí của Grosche (Đức).  Năm 1923 – Công nghệ dưỡng hộ bê-tông tổ ong bằng hơi nước đạt kết quả tốt lần đầu tiên tại Trường Đại học công nghệ Hoàng Gia Thụy Điển đã thúc đẩy quá trình nghiên cứu loại vật liệu xây bao che thay thế vật liệu gỗ tự nhiên thường được dùng rất nhiều ở Thụy Điển.  Năm 1923 – Sáng chế về công nghệ bê tông bọt của E.  Năm 1924 – Sáng chế đầu tiên về công nghê bê-tông khí chưng áp AAC của Axel Erisson (Thụy Điển).

Sau đó, công ty Yxhult Stenhuggeri Aktiebolag của Thụy Điển mua bản quyền sử dụng bằng sáng chế dưỡng hộ hơi nước của Erisson và ngày 8/11/1929, sản phẩm bê tông khí dưỡng hộ hơi nước đầu tiên trên thế giới đã được sản xuất ở nhà máy phía Bắc Yxhult. Thương hiệu của sản phẩm là Ytong dựa trên nền vôi và bột nhôm và 5 năm sau đó sản phẩm Siporex dựa trên nền xi măng Portland và bột nhôm.  Năm 1929 – Sáng chế về sử dụng nước oxy già và Na hoặc Ca- hypochlorite làm chất tạo khí của Adolf và Pohl (Hoa Kỳ). 9 10  Năm 1931 – Sáng chế về sử dụng nguyên liệu tro bay làm nguyên liệu cung cấp SiO2 trong công nghệ bê-tông khí chưng áp AAC của Lindeman (Hoa Kỳ).

 Năm 1937 – Sáng chế về sử dụng cát mịn làm nguyên liệu cung cấp SiO2 trong công nghệ bê tông khí của Sahlberg (Hoa Kỳ).  Năm 1943 – Nhà máy sản xuất bê-tông khí chưng áp Hebel đầu tiên được xây dựng bởi Josef Hebel Munich (Đức). Bắt đầu từ 1948, kỹ sư Josef Vogele đã cải tiến quá trình công nghệ sản xuất và đã được cấp bản quyền quốc tế đầu tiên vào năm 1960.  Theo thống kê của Teoreanu (1977), từ những năm 60 ở Châu Âu có các công nghệ khác nhau về sản xuất bê tông khí chưng áp AAC có điểm chung là dùng bột nhôm làm chất tạo khí.2 Bảng một vài công nghệ sản xuất gạch block AAC trên thế giới Công nghệ Nước xuất xứ Nguyên liệu sử dụng Vật liệu tổng hợp Vật liệu gắn kết Ytong Thụy Điển Cát và tro bay Vôi và xi măng Portland Siporex Thụy Điển Cát Xi măng Portland Đan Mạch Cát và tro bay Bê tông khí Gdansk Vôi hoặc xi măng Portland Habalit Áo Cát Xi măng Portland Celcon Anh Tro bay Xi măng Portland Sicel Pháp Cát , tro bay Xi măng Portland Calsilox Hà Lan Cát Vôi và Xi măng Portland Hebel Đức Tro bay và cát Xi măng Portland và vôi Tro bay hoặc cát Unipol Ba Lan Cát hoặc tro bay Vôi + xi măng Portland  Vào năm 1966, thỏa thuận sử dụng bản quyền của Hebel với công ty Asahi của Nhật Bản cho phép việc áp dụng công nghệ của Hebel cho các nước Đông Á.

Nhật Bản trở thành nước đầu tiên trong khu vưc châu Á áp dụng công nghệ này và liên tục phát triển cho đến nay đạt sản lượng hằng năm khoảng 2 triệu m³ gạch block AAC. 10 11  Từ khi ra đời, vật liệu bê-tông khí chưng áp AAC được xem là giải pháp tối ưu cho các nước Châu Âu giải quyết nhu cầu cấp thiết xây nhà ở không vướng những vấn đề về nguyên liệu tự nhiên và tiêu thụ năng lượng. Hiện nay, Ytong và Hebel vẫn là 2 nhà cung cấp sản phẩm gạch block AAC lớn nhất với cơ sở ở khắp các châu lục.  Vào năm 2002, Hebel và Ytong hợp nhất và hiện nay vận hành trực thuộc tập đoàn Xella - nhà cung cấp sản phẩm gạch block AAC và các sản phẩm liên quan lớn nhất trên thế giới.

 Sau thời kỳ phát triển gạch block AAC đã khẳng định chỗ đứng ở các nước phát triển như chiếm tới 80% thị trường Nhật Bản, 60% thị trường Đức, 40% thị trường Anh… Vật liệu gạch block AAC đang trong giai đoạn bùng nổ khắp vùng Trung Đông, Trung Quốc và các nước Đông Nam Á.3 Những ưu điểm của gạch block AAC trong sử dụng Nhìn chung, tùy theo mức độ gạch block AAC có thể sử dụng xây trong công trình các bộ phận tường, vách chịu tải và không chịu tải. Chúng kết hợp với các tính năng cách âm, cách nhiệt, nhẹ…Gạch block AAC hoàn toàn phù hợp các tiêu chí của một loại vật liệu xây dựng xanh: bắt đầu từ khi sản xuất cho tới khi xây dựng, bằng việc phá dỡ và tái sử dụng vật liệu đạt được lượng phế thải xây dựng bằng 0. Cụ thể các phế liệu này có thể được đem nghiền và tái sử dụng làm chất độn. Thống kê các ưu điểm đáng kể của gạch block AAC là:  Tính nhẹ Vật liệu gạch block AAC nhẹ gấp 5 lần so với vật liệu bê tông thường và có tỷ trọng khô phổ biến từ 300- 700 kg/m3 tùy thuộc vào nhà sản xuất và phạm vi sử dụng.

 Tính bền chịu nén Độ bền chịu nén của gạch block AAC liên quan trực tiếp đến tỷ trọng của nó và thông thường tăng khi tỷ trong tăng lên, tức gạch nặng lên. Cụ thể theo tiêu chuẩn ASTM C1386 các khoảng giá trị tỉ trọng 350-450 kg/m3 thì cường độ chịu nén tương ứng của gạch là 1.8 MPa, từ 450-550 kg/m3 thì tương ứng là 2.4 MPa và 550-650 kg/m3 thì tương ứng là 2. 11 12  Tính cách nhiệt Gạch block AAC là loại vật liệu cách nhiệt tốt. Nó làm cho nhà mát trong mùa hè và ấm vào mùa đông, tiết kiệm điện do không dùng điều hòa nóng – lạnh.

Khả năng cách nhiệt hiệu quả của AAC góp phần đáng kể bảo vệ môi trường do giảm rõ nhu cầu sưởi ấm và làm mát tòa nhà. Nhìn chung, độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào tỷ trọng, hàm lượng ẩm và bản chất các thành phần cuả AAC. Đồng thời sự phân bố của lỗ rỗng cũng có ý nghĩa quan trọng đối với khả năng cách nhiệt. Lỗ rỗng càng nhỏ khả năng cách nhiệt càng tốt.

Khoảng giá trị hệ số dẫn nhiệt của gạch block AAC thường dao động từ 0.