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

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.

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.