Tổng quan nghiên cứu

Gạch không nung là loại vật liệu xây dựng được sản xuất mà không cần nung qua nhiệt độ cao, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Tại Việt Nam, sản lượng gạch không nung đạt gần 6,17 tỷ viên vào năm 2016, chiếm khoảng 25% tổng lượng vật liệu xây dựng, với mục tiêu tăng lên 30-40% vào năm 2020 theo chương trình phát triển vật liệu xây không nung của Chính phủ. Tuy nhiên, nguyên liệu chính là cát đang ngày càng khan hiếm, gây áp lực lớn lên ngành sản xuất gạch không nung xi măng cốt liệu – loại gạch chiếm khoảng 75% thị phần.

Đồng bằng sông Cửu Long là vùng có nguồn vỏ trấu dồi dào, ước tính hơn 3 triệu tấn vỏ trấu thải ra mỗi năm, nhưng chỉ khoảng 10% được sử dụng hiệu quả. Vỏ trấu chứa thành phần hóa học chủ yếu là SiO2 (90,21%), có tiềm năng ứng dụng làm nguyên liệu thay thế hoặc bổ sung trong sản xuất gạch không nung. Việc nghiên cứu sử dụng vỏ trấu trong sản xuất gạch không nung nhằm giảm lượng cát sử dụng, tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, đồng thời cải thiện một số đặc tính cơ lý của gạch là rất cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định các đặc tính cơ lý của gạch không nung có sử dụng vỏ trấu trong thành phần cấp phối, bao gồm cường độ chịu nén, trọng lượng riêng, độ hút nước và khả năng dính bám của vữa xây. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thí nghiệm trong phòng lab với các nguyên liệu lấy từ Đồng bằng sông Cửu Long, thời gian nghiên cứu năm 2017-2018. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển vật liệu xây dựng thân thiện môi trường, giảm áp lực khai thác cát và thúc đẩy sản xuất gạch không nung tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật về vật liệu xây dựng không nung, đặc biệt là gạch xi măng cốt liệu. Hai mô hình nghiên cứu chính bao gồm:

  1. Mô hình cấp phối nguyên liệu gạch không nung xi măng cốt liệu: Thành phần chính gồm xi măng PCB 40, cát, mạt đá, nước và phụ gia. Vỏ trấu được nghiên cứu bổ sung thay thế một phần cát nhằm giảm trọng lượng và cải thiện tính chất vật liệu.

  2. Lý thuyết về đặc tính cơ lý của vật liệu xây dựng: Bao gồm cường độ chịu nén, độ hút nước, khối lượng thể tích, độ rỗng và khả năng chống thấm. Các chỉ tiêu này được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6477:2016, TCVN 6260:2009, TCVN 7572:2006 và các tiêu chuẩn liên quan.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm:

  • Cường độ chịu nén (MPa)
  • Độ hút nước (%)
  • Khối lượng thể tích xốp (g/cm³)
  • Độ rỗng (%)
  • Thành phần hạt nguyên liệu (kích thước hạt, hàm lượng bụi bùn sét)

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu vật liệu lấy tại Đồng bằng sông Cửu Long, gồm xi măng PCB 40, cát vàng Tân Châu, mạt đá Biên Hòa và vỏ trấu. Các mẫu gạch được sản xuất theo cấp phối thiết kế với tỷ lệ vỏ trấu thay thế 5% cát.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Thí nghiệm xác định đặc tính cơ lý của nguyên liệu: độ mịn, khối lượng riêng, thời gian đông kết xi măng; thành phần hạt, hàm lượng bụi bùn sét, khối lượng thể tích xốp, độ hút nước của cát, mạt đá và vỏ trấu.
  • Thí nghiệm sản xuất mẫu gạch không nung với vỏ trấu, xác định kích thước, độ rỗng, cường độ chịu nén ở các tuổi 3, 7, 14, 28 ngày, độ thấm nước, độ hút nước và khối lượng thể tích.
  • So sánh kết quả với tiêu chuẩn TCVN 6477:2016 và mẫu gạch không sử dụng vỏ trấu.

Cỡ mẫu thí nghiệm gồm 6 mẫu cho mỗi loại thử nghiệm, được chọn ngẫu nhiên từ lô sản xuất. Phương pháp chọn mẫu đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 6/2017 đến tháng 2/2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc tính nguyên liệu:
  • Xi măng PCB 40 đạt tiêu chuẩn với độ mịn 0,6% (dưới 10%), khối lượng riêng 3,08 g/cm³, thời gian đông kết bắt đầu 106 phút (>45 phút), kết thúc 206 phút (<420 phút), độ bền nén 28 ngày đạt 49,12 MPa (>40 MPa).
  • Cát vàng có mô đun độ lớn 1,64, hàm lượng bụi bùn sét 0,96% (<2%), khối lượng thể tích xốp 1,375 g/cm³, khối lượng riêng 2,646 g/cm³, đạt tiêu chuẩn TCVN 7572:2006.
  • Mạt đá có hàm lượng bụi bùn sét 0,75%, thành phần hạt phù hợp với tiêu chuẩn.
  • Vỏ trấu có khối lượng riêng 0,25 g/cm³, độ hút nước 150%, thể hiện tính xốp và nhẹ.
  1. Đặc tính gạch không nung có vỏ trấu:
  • Cường độ chịu nén sau 28 ngày đạt trung bình 7,8 MPa, vượt mức tối thiểu 3,5 MPa theo tiêu chuẩn TCVN 6477:2016, tăng khoảng 15% so với mẫu không sử dụng vỏ trấu.
  • Độ hút nước giảm xuống còn 10%, thấp hơn mức 12% của gạch không nung truyền thống, cải thiện khả năng chống thấm.
  • Khối lượng thể tích giảm khoảng 12%, từ 1,9 g/cm³ xuống còn 1,67 g/cm³, giúp giảm tải trọng công trình.
  • Độ rỗng tăng nhẹ, khoảng 38%, hỗ trợ khả năng cách âm, cách nhiệt.
  1. So sánh với gạch không sử dụng vỏ trấu:
  • Gạch có vỏ trấu có cường độ chịu nén cao hơn 10-15%, độ hút nước thấp hơn 2-3%, khối lượng thể tích giảm đáng kể, cho thấy vỏ trấu giúp cải thiện tính năng kỹ thuật và giảm trọng lượng sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Việc bổ sung vỏ trấu làm thành phần cấp phối đã giúp giảm trọng lượng riêng của gạch nhờ đặc tính xốp, nhẹ của vỏ trấu (khối lượng riêng 0,25 g/cm³ so với cát 2,646 g/cm³). Điều này làm giảm tải trọng công trình, phù hợp với các công trình nhà cao tầng và nền đất yếu. Cường độ chịu nén tăng có thể do vỏ trấu cải thiện cấu trúc vi mô, tạo liên kết tốt hơn với xi măng và mạt đá.

Độ hút nước giảm chứng tỏ vỏ trấu giúp làm giảm độ thấm nước, tăng khả năng chống thấm và bền vững cho gạch. Độ rỗng tăng nhẹ hỗ trợ khả năng cách âm, cách nhiệt, phù hợp với yêu cầu vật liệu xây dựng hiện đại.

Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trong ngành vật liệu xây dựng về việc sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguyên liệu thay thế, đồng thời góp phần giảm khai thác cát, bảo vệ môi trường. Các biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian, độ hút nước và khối lượng thể tích minh họa rõ sự cải thiện khi sử dụng vỏ trấu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường sử dụng vỏ trấu trong sản xuất gạch không nung
  • Động từ hành động: Áp dụng
  • Target metric: Giảm ít nhất 10% lượng cát sử dụng trong sản xuất gạch không nung
  • Timeline: Triển khai trong 2 năm tới
  • Chủ thể thực hiện: Các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, chính quyền địa phương
  1. Phát triển dây chuyền sản xuất gạch không nung tích hợp xử lý và tái chế vỏ trấu
  • Động từ hành động: Đầu tư, xây dựng
  • Target metric: Tăng công suất sản xuất gạch không nung có vỏ trấu lên 30%
  • Timeline: 3 năm
  • Chủ thể thực hiện: Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, các tổ chức tài chính hỗ trợ
  1. Nghiên cứu mở rộng tỷ lệ thay thế vỏ trấu trong cấp phối và ứng dụng các phụ gia cải thiện tính chất gạch
  • Động từ hành động: Nghiên cứu, thử nghiệm
  • Target metric: Tối ưu tỷ lệ vỏ trấu đạt cường độ > 8 MPa, độ hút nước < 10%
  • Timeline: 1-2 năm
  • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, trường đại học
  1. Tuyên truyền, đào tạo và hỗ trợ kỹ thuật cho các cơ sở sản xuất và người tiêu dùng
  • Động từ hành động: Tổ chức, đào tạo
  • Target metric: 80% cơ sở sản xuất gạch không nung được đào tạo về công nghệ sử dụng vỏ trấu
  • Timeline: 1 năm
  • Chủ thể thực hiện: Bộ Xây dựng, Sở Xây dựng các tỉnh, các tổ chức nghề nghiệp

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng
  • Lợi ích: Áp dụng công nghệ mới, giảm chi phí nguyên liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm
  • Use case: Thiết kế cấp phối gạch không nung sử dụng vỏ trấu để giảm giá thành và trọng lượng sản phẩm
  1. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành xây dựng
  • Lợi ích: Nghiên cứu phát triển vật liệu xanh, đào tạo sinh viên, mở rộng ứng dụng khoa học công nghệ
  • Use case: Tham khảo phương pháp thí nghiệm và kết quả để phát triển đề tài nghiên cứu tiếp theo
  1. Chính quyền địa phương và cơ quan quản lý xây dựng
  • Lợi ích: Xây dựng chính sách phát triển vật liệu xây không nung, bảo vệ môi trường, thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương
  • Use case: Lập kế hoạch hỗ trợ sản xuất và sử dụng gạch không nung có vỏ trấu trong các công trình công cộng
  1. Các nhà thầu xây dựng và kiến trúc sư
  • Lợi ích: Lựa chọn vật liệu xây dựng thân thiện môi trường, giảm tải trọng công trình, nâng cao hiệu quả thi công
  • Use case: Ứng dụng gạch không nung có vỏ trấu trong các dự án xây dựng nhà ở, công trình dân dụng

Câu hỏi thường gặp

  1. Vỏ trấu có ảnh hưởng như thế nào đến cường độ gạch không nung?
    Vỏ trấu giúp cải thiện cường độ chịu nén của gạch không nung khoảng 10-15% so với gạch không sử dụng vỏ trấu nhờ cấu trúc xốp và khả năng liên kết tốt với xi măng, tạo nên vật liệu nhẹ nhưng bền chắc.

  2. Tỷ lệ thay thế vỏ trấu trong cấp phối gạch là bao nhiêu?
    Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ thay thế 5% cát bằng vỏ trấu là phù hợp, đảm bảo cường độ và các chỉ tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đồng thời giảm trọng lượng gạch khoảng 12%.

  3. Gạch không nung có vỏ trấu có khả năng chống thấm nước tốt không?
    Độ hút nước của gạch có vỏ trấu giảm xuống còn khoảng 10%, thấp hơn mức 12% của gạch không nung truyền thống, giúp tăng khả năng chống thấm và bền vững trong môi trường ẩm ướt.

  4. Việc sử dụng vỏ trấu có giúp giảm chi phí sản xuất gạch không nung không?
    Có, vỏ trấu là nguyên liệu địa phương, giá thành thấp và thay thế một phần cát đắt đỏ, giúp giảm chi phí nguyên liệu đầu vào và giảm áp lực khai thác cát tự nhiên.

  5. Gạch không nung có vỏ trấu phù hợp với loại công trình nào?
    Loại gạch này phù hợp với các công trình dân dụng, nhà ở, công trình cao tầng và các khu vực có nền đất yếu nhờ trọng lượng nhẹ, cường độ cao và khả năng cách nhiệt, cách âm tốt.

Kết luận

  • Gạch không nung sử dụng vỏ trấu trong thành phần cấp phối đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về cường độ chịu nén, độ hút nước và khối lượng thể tích.
  • Vỏ trấu giúp giảm trọng lượng gạch khoảng 12%, cải thiện khả năng cách âm, cách nhiệt và chống thấm.
  • Việc sử dụng vỏ trấu góp phần giảm khai thác cát, tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, thân thiện với môi trường.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu xây dựng xanh, bền vững, phù hợp với xu hướng phát triển ngành xây dựng Việt Nam.
  • Đề xuất triển khai áp dụng công nghệ sản xuất gạch không nung có vỏ trấu trong các nhà máy, đồng thời tiếp tục nghiên cứu nâng cao hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các doanh nghiệp và cơ quan quản lý xây dựng phối hợp triển khai nghiên cứu ứng dụng, đào tạo kỹ thuật và phát triển thị trường cho sản phẩm gạch không nung sử dụng vỏ trấu nhằm thúc đẩy phát triển bền vững ngành vật liệu xây dựng.