Luận văn thạc sĩ về tối ưu hóa thời gian chế tạo gạch block AAC

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật cơ khí tối ưu thời gian chế tạo gạch block aac block, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Minh Cảm
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Quang Trung
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Tối ưu hóa thời gian chế tạo gạch AAC trong kỹ thuật cơ khí
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. CÁC LOẠI GẠCH KHÔNG NUNG, ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM
• 1.1.1. Các loại gạch không nung
• 1.1.2. Gạch bê tông khí chưng áp (AAC)
• 1.2. NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH GẠCH AAC
• 1.2.1. Phân tích vấn đề tồn đọng của máy cắt
• 1.2.2. Phương án của Máy cắt đứng (Vertical cutting machine)
• 1.2.3. Khái niệm về độ nhám bề mặt
• 1.2.4. Yêu cầu về độ nhám bề mặt của gạch AAC
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY ĐỨNG
• 2.1. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT
• 2.1.1. Đặc điểm kết cấu
• 2.1.2. Yêu cầu kỹ thuật
• 2.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC
• 2.2.1. Lực căng dây
• 2.2.2. Vận tốc cắt và bước tiến khung cắt
• 2.2.3. Tính toán cylinder
• 2.2.4. Cam và tay biên
• 2.2.5. Tính toán công suất động cơ
• 2.2.6. Thiết kế bộ phận truyền động rung
• 2.2.7. Kết cấu tay quay con trượt
• 2.2.8. Kết cấu bộ phận căng dây
• 2.2.9. Kết cấu di chuyển lên xuống
• 2.2.10. Kết cấu canh chỉnh dây cắt
• 3. CHƯƠNG 3: TỐI ƯU THỜI GIAN CHẾ TẠO GẠCH BLOCK AAC
• 3.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐO
• 3.1.1. Giới thiệu các phương pháp đo
• 3.1.2. Lựa chọn phương pháp đo phù hợp với vật liệu gạch AAC
• 3.2. THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM
• 3.2.1. Thiết kế công cụ đo độ cứng
• 3.2.2. Thiết kế thực nghiệm
• 3.2.3. Thông số thí nghiệm
• 3.2.4. Phân tích thí nghiệm
• 3.2.5. Phương trình hồi quy
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về gạch AAC

Gạch AAC (Autoclaved Aerated Concrete) là một sản phẩm xây dựng nhẹ, bền và có khả năng cách nhiệt cao. Sản phẩm này đang ngày càng trở nên phổ biến tại Việt Nam nhờ vào những ưu điểm nổi bật so với gạch đất nung. Gạch AAC được sản xuất từ các nguyên liệu phổ biến như vôi, cát, xi măng và nước, cùng với một lượng nhỏ chất tạo khí. Quá trình sản xuất gạch AAC bao gồm việc trộn các nguyên liệu, đúc khuôn và sau đó cắt thành các khối gạch nhỏ hơn bằng dây thép. Đặc biệt, khi cắt gạch AAC, yêu cầu về độ nhám bề mặt và kích thước chính xác rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Theo nghiên cứu, gạch AAC nhẹ hơn gạch đỏ đến ba lần và có khả năng chịu tải tốt, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian trong xây dựng.

1.1 Quy trình chế tạo gạch AAC

Quy trình chế tạo gạch AAC bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, nguyên liệu được trộn đều và đưa vào khuôn. Sau khi đúc, gạch sẽ được hấp chưng áp để đạt được tính chất vật lý mong muốn. Sau đó, khối gạch lớn sẽ được cắt thành các khối nhỏ hơn bằng máy cắt. Độ nhám bề mặt và kích thước của gạch sau khi cắt là yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm. Để đạt được độ nhám yêu cầu, cần phải cải thiện tình trạng của máy cắt hiện tại, điều này sẽ được phân tích và đề xuất giải pháp trong nghiên cứu này.

II. Tối ưu hóa thời gian chế tạo

Tối ưu hóa thời gian chế tạo gạch AAC là một vấn đề quan trọng trong ngành công nghiệp xây dựng hiện nay. Việc giảm thiểu thời gian sản xuất không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian chế tạo, bao gồm thời gian cắt, độ cứng của gạch thành phẩm và tỷ lệ phế phẩm. Bằng cách áp dụng các phương pháp đo lường chính xác và thực hiện thí nghiệm, nghiên cứu sẽ xác định được thời gian tối ưu cho từng công đoạn trong quy trình sản xuất gạch AAC. Đặc biệt, việc lựa chọn phương pháp đo độ cứng phù hợp sẽ giúp xác định thời điểm thích hợp để cắt gạch, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

2.1 Phân tích các thông số ảnh hưởng

Các thông số ảnh hưởng đến thời gian chế tạo gạch AAC bao gồm thời gian chờ trước khi cắt, độ cứng của gạch và tỷ lệ phế phẩm. Việc phân tích mối quan hệ giữa các thông số này sẽ giúp xác định được thời gian tối ưu cho từng giai đoạn của quy trình sản xuất. Thí nghiệm sẽ được thực hiện để thu thập dữ liệu và đánh giá hiệu suất của từng thông số. Kết quả thu được sẽ được sử dụng để xây dựng các mô hình hồi quy, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến quy trình sản xuất, nhằm nâng cao hiệu quả và giảm thiểu thời gian chế tạo gạch AAC.

III. Ứng dụng công nghệ trong sản xuất gạch AAC

Công nghệ sản xuất gạch AAC đang ngày càng được cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng các công nghệ mới trong quy trình sản xuất không chỉ giúp giảm thiểu thời gian chế tạo mà còn nâng cao độ chính xác trong cắt gạch. Sự phát triển của các máy móc hiện đại, như máy cắt đứng và hệ thống đo lường tự động, đã giúp cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt gạch. Những cải tiến này không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn phù hợp với các tiêu chuẩn chất lượng quốc tế. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của các công nghệ mới trong sản xuất gạch AAC, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến quy trình sản xuất.

3.1 Cải tiến công nghệ cắt gạch

Công nghệ cắt gạch hiện tại gặp nhiều khó khăn trong việc đạt được độ nhám và kích thước chính xác. Nghiên cứu này sẽ phân tích các vấn đề tồn tại của máy cắt và đề xuất các giải pháp cải tiến. Việc cải tiến máy cắt không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm. Các giải pháp sẽ được xây dựng dựa trên các nghiên cứu trước đây và kết quả thực nghiệm, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất gạch AAC một cách hiệu quả nhất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường xây dựng Việt Nam ghi nhận nhu cầu tiêu thụ vật liệu xây khoảng 20 tỉ đến 40 tỉ viên gạch mỗi năm. Để giải quyết áp lực khai thác đất nông nghiệp và giảm thiểu khí thải từ các lò nung thủ công, Quyết định số 1469/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ đã đặt mục tiêu đưa tỷ trọng vật liệu xây không nung đạt từ 30% đến 40%. Trong các dòng sản phẩm hiện đại, gạch bê tông khí chưng áp (Autoclaved Aerated Concrete - AAC) nổi bật với trọng lượng nhẹ bằng 1/3 gạch đất sét nung, hệ số dẫn nhiệt chỉ khoảng 0,22 W/mK và khả năng cách âm đạt 40 đến 47 dB.

Tuy nhiên, rào cản lớn trong dây chuyền sản xuất AAC tại các nhà máy hiện nay nằm ở công đoạn cắt phôi. Máy cắt truyền thống rung lắc mạnh, lực căng dây không đều dẫn đến bề mặt phôi thô ráp và sai lệch kích thước. Thêm vào đó, việc thiếu công cụ đo lường độ cứng phôi đúc trước khi cắt khiến thời gian chờ lưu hóa bị kéo dài quá mức cần thiết, gây lãng phí năng lượng và giảm năng suất chế tạo.

Nghiên cứu này tập trung vào hai mục tiêu trọng tâm: tái thiết kế cơ cấu máy cắt đứng nhằm khử rung động và xác định chính xác thời điểm phôi đạt độ cứng tối ưu để tiến hành cắt. Toàn bộ quá trình khảo sát và thực nghiệm được tiến hành trực tiếp trên dây chuyền sản xuất của Công ty Cổ phần Vương Hải (V-Block) tại tỉnh Đồng Nai từ tháng 9 năm 2022 đến tháng 5 năm 2023. Giải pháp kỹ thuật hướng tới việc kiểm soát sai số kích thước trong khoảng ±1 mm, giảm độ nhám bề mặt xuống dưới 160 µm nhằm đáp ứng tiêu chuẩn sơn trực tiếp không cần trát vữa, đồng thời duy trì chu kỳ cắt ổn định ở mức 5 phút cho mỗi mẻ gạch kích thước 4000 x 600 x 1000 mm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng đồng thời ba nền tảng lý thuyết chuyên ngành cơ khí chế tạo và vật liệu xây dựng:

Thứ nhất, thuyết cắt gọt vật liệu xốp: Quá trình phân tách phôi bê tông khí chưng áp chưa lưu hóa hoàn toàn đòi hỏi sự phối hợp chính xác giữa vận tốc cắt dao động và bước tiến dao tịnh tiến xuống dưới. Việc kiểm soát vận tốc cắt cực đại ở mức 0,5 m/s cùng bước tiến 20 m/phút giúp tối ưu hóa tỷ lệ bóc tách vật liệu (MRR), triệt tiêu hiện tượng sụt lún hoặc nứt vỡ chân mép gạch.

Thứ hai, nguyên lý động lực học máy và cân bằng cơ cấu: Nghiên cứu ứng dụng mô hình cơ cấu tay quay con trượt sử dụng hệ cam lệch tâm kép bố trí đối xứng hai bên. Khi trục khuỷu quay với vận tốc góc 30 vòng/phút, các mômen xoắn ngược chiều sẽ tự động triệt tiêu lẫn nhau, triệt tiêu dao động ngang của khung cắt mang tải trọng 40 sợi dây thép.

Thứ ba, cơ chế đóng rắn và hình thành cấu trúc tinh thể của AAC: Hỗn hợp cát nghiền mịn, vôi, xi măng, nước và bột nhôm trải qua phản ứng sinh khí hydro để tạo ra mạng lưới bọt khí tổ ong chiếm 80% thể tích. Quá trình ủ nhiệt ở 50°C trong 3 giờ giúp phôi định hình đạt độ cứng xanh trước khi đưa vào nồi hấp áp suất 1,3 MPa ở nhiệt độ 200°C liên tục 12 giờ.

Các khái niệm then chốt bao gồm: độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi dưới 160 µm), ứng suất uốn cho phép của khung kim loại (250 MPa) và độ đàn hồi của lò xo lá chịu ứng suất 350 MPa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ 20 mẻ cắt kích thước lớn (4000 x 600 x 1000 mm) tại nhà máy Vương Hải. Nghiên cứu áp dụng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng tại các vị trí biên và tâm khối phôi để đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ lô sản xuất.

Để đo độ cứng tức thời của phôi trước khi cắt, tác giả lựa chọn phương pháp thử va chạm bi rơi (Ball Impact Test). Bằng việc thả viên bi thép tiêu chuẩn từ độ cao xác định và đo đường kính vết lõm thu được, hệ thống đo lường cho phép xác định độ cứng chính xác trong vài giây mà không phá hủy kết cấu mẫu.

Dữ liệu thực nghiệm được xử lý thông qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố và phân tích phương sai (ANOVA) trên phần mềm Minitab. Phương pháp này được lựa chọn vì khả năng mô hình hóa mối tương quan phi tuyến giữa thời gian lưu hóa, độ cứng phôi, thời gian cắt và tỷ lệ phế phẩm, từ đó tìm ra điểm cân bằng tối ưu toàn cục. Tiến trình nghiên cứu được chia làm 3 giai đoạn: khảo sát động lực học (tháng 9 đến tháng 12 năm 2022), chế tạo thử nghiệm cơ cấu (tháng 1 đến tháng 3 năm 2023) và đo đạc tối ưu hóa (tháng 4 đến tháng 5 năm 2023).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán động lực học và thực nghiệm thu thập dữ liệu đã mang lại bốn kết quả nổi bật:

Thứ nhất, tính toán tải trọng và phân tích bền khung cắt: Lực căng đo đạc thực tế của mỗi sợi dây thép là 150,08 N với góc võng 1,9 độ, tương ứng lực căng ngang 150 N và lực đứng 4,976 N. Khi bố trí đồng thời 40 sợi dây cắt sole, tổng lực kéo ngang tác dụng lên khung máy là 6003,3 N và lực đứng là 199,04 N. Ứng suất uốn cục bộ cực đại sinh ra trên kết cấu khung máy đạt 218,5 MPa, thấp hơn 12,6% so với giới hạn ứng suất bền cho phép của vật liệu thép làm khung là 250 MPa.

Thứ hai, lựa chọn thông số động cơ truyền động rung: Công suất tiêu thụ tính toán dựa trên nguyên lý di chuyển khả dĩ đạt 0,29 kW. Đề tài đã lựa chọn động cơ điện công suất 0,75 kW, số vòng quay định mức 1440 vòng/phút, kết hợp hộp giảm tốc tỷ số truyền 1:60. Hệ thống vận hành ổn định ở tốc độ góc 30 vòng/phút, cho vận tốc cắt 0,5 m/s và bước tiến nâng hạ khung 20 m/phút.

Thứ ba, cải thiện chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước: Độ nhám bề mặt sau khi cắt giảm xuống mức dưới 160 µm, sai lệch kích thước khối gạch được khống chế chặt chẽ trong biên độ ±1 mm so với tiêu chuẩn cũ cho phép sai số ±3 mm đến ±4 mm.

Thứ tư, tối ưu hóa thời gian sản xuất: Việc xác định chính xác độ cứng phôi thông qua đường kính vết lõm bi rơi giúp cắt giảm từ 15% đến 20% thời gian chờ đợi không cần thiết trước khi cắt, duy trì năng suất 5 phút cho mỗi chu kỳ cắt toàn bộ khối phôi lớn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi giúp bề mặt gạch đạt độ mịn dưới 160 µm nằm ở kết cấu cam lệch tâm đối xứng hai bên. Trong các dòng máy cắt cũ, việc truyền động rung từ một phía tạo ra mômen xoắn không cân bằng, làm dây cắt bị dao động lắc ngang bất thường và cào xước bề mặt phôi. Thiết kế mới với hai bộ truyền động rung ngược pha đã triệt tiêu hoàn toàn mômen xoắn xoay chiều, giữ cho 40 sợi dây chuyển động thẳng đứng tuyệt đối.

Dữ liệu tối ưu hóa từ phần mềm Minitab được minh họa trực quan qua biểu đồ hồi quy đa biến và đồ thị biến thiên mômen xoắn theo thời gian. Đường cong hồi quy chỉ ra rằng khi độ cứng phôi đạt điểm tới hạn tương ứng với đường kính vết lõm tiêu chuẩn, tỷ lệ phế phẩm do nứt vỡ giảm từ mức trên 8% xuống dưới 2%. Đồng thời, lò xo lá giữ dây với ứng suất tới hạn 350 MPa giúp duy trì lực căng ổn định suốt chu kỳ cắt, ngăn ngừa tình trạng chùng dây gây sai lệch kích thước. Bảng ma trận thực nghiệm chứng minh sự đồng thuận cao giữa mô hình toán học và kết quả đo đạc thực tế tại nhà máy.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế, bốn giải pháp cụ thể được đề xuất:

Thứ nhất, chuẩn hóa thiết bị đo độ cứng nhanh: Bộ phận kỹ thuật tại các nhà máy cần trang bị dụng cụ thử bi rơi (Ball Impact Test) tại khu vực khuôn đúc trong quý 3 năm 2023. Kỹ thuật viên đo đường kính vết lõm định kỳ 15 phút một lần sau 2,5 giờ ủ nhiệt, chuyển phôi vào máy cắt ngay khi đạt độ cứng chuẩn thay vì chờ đợi cố định 3,5 giờ như trước đây.

Thứ hai, cải tiến hệ thống căng dây cắt: Phòng cơ điện tiến hành thay thế toàn bộ cụm gá dây cũ bằng bộ kẹp lò xo lá đàn hồi cao kết hợp rãnh trượt chữ T trong vòng 6 tháng. Giải pháp này giúp công nhân căn chỉnh khoảng cách dây nhanh chóng theo từng đơn hàng và tăng tuổi thọ dây thép lên 25%.

Thứ ba, kiểm soát chế độ cắt tự động: Tích hợp biến tần điều khiển tốc độ bước tiến khung nâng hạ ở dải 15 đến 20 m/phút và duy trì tốc độ quay trục cam ở 30 vòng/phút, hoàn thành thiết lập trong tháng 8 năm 2023 nhằm đảm bảo dung sai sản phẩm luôn nằm trong ngưỡng ±1 mm.

Thứ tư, nâng cấp hệ thống dẫn hướng cơ khí: Ban giám đốc nhà máy cần chỉ đạo thay thế ray dẫn hướng bằng hệ thống kết hợp một bên con trượt vuông tuyến tính và một bên con lăn tỳ tự lựa, giải quyết triệt để hiện tượng kẹt khung do biến dạng nhiệt trong quá trình sản xuất liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị ứng dụng cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm kỹ sư cơ khí chế tạo máy: Tài liệu cung cấp công thức tính toán động lực học chi tiết cho cơ cấu tay quay con trượt chịu tải đa điểm, phương pháp tính chọn công suất động cơ 0,75 kW và giải pháp khử mômen quán tính bằng kết cấu đối xứng.

Cán bộ quản lý sản xuất tại các nhà máy bê tông khí chưng áp: Tiếp cận quy trình kiểm soát chất lượng phôi đúc theo thời gian thực, giúp rút ngắn chu kỳ chế tạo 1 mẻ gạch xuống 5 phút và giảm tỷ lệ phế phẩm xuống dưới 2%.

Các nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành vật liệu xây dựng: Bổ sung nguồn tài liệu tham khảo thực chứng về tương quan giữa chế độ lưu hóa ở 50°C, phản ứng tạo bọt khí của bột nhôm và phương pháp thử độ cứng cơ học nhanh cho vật liệu nhẹ.

Các kiến trúc sư và nhà thầu thi công công trình xanh: Nắm rõ các chỉ số kỹ thuật về độ nhám dưới 160 µm và khả năng cách nhiệt 0,22 W/mK để xây dựng biện pháp thi công sơn bả trực tiếp không cần trát vữa, tiết kiệm tới 30% chi phí hoàn thiện tường bao.

Câu hỏi thường gặp

Độ nhám bề mặt gạch AAC dưới 160 µm mang lại lợi ích gì trong thi công xây dựng? Độ nhám bề mặt dưới 160 µm cho phép người thợ thực hiện trực tiếp công tác bả matit và sơn nước lên tường gạch AAC sau khi xây mà không cần trải qua công đoạn trát lớp vữa dày từ 1 đến 2 cm. Quy trình này giúp giảm đáng kể thời gian thi công, giảm tải trọng tĩnh lên móng và tiết kiệm khoảng 30% chi phí vật liệu xây tô cho toàn bộ công trình.

Cơ cấu tay quay con trượt đối xứng hai bên có vai trò gì trong việc khử rung động máy cắt? Cơ cấu cam lệch tâm đối xứng bố trí cân bằng ở hai bên khung máy tạo ra hai chuyển động dao động có mômen xoắn ngược chiều nhau. Hai thành phần mômen này triệt tiêu lẫn nhau trong quá trình vận hành ở vận tốc góc 30 vòng/phút, giúp khung cắt di chuyển tịnh tiến êm ái, bảo vệ 40 sợi dây cắt không bị đứt và ngăn ngừa hiện tượng vỡ góc cạnh viên gạch.

Phương pháp Ball Impact Test kiểm tra độ cứng phôi đúc hoạt động như thế nào? Phương pháp thả bi rơi sử dụng một viên bi thép có khối lượng tiêu chuẩn thả rơi tự do từ độ cao cố định xuống bề mặt khối phôi AAC sau giai đoạn ủ nhiệt 50°C. Bằng cách đo đường kính vết lõm d tính bằng milimét, nhân viên kiểm soát chất lượng xác định chính xác thời điểm phôi đạt cường độ nén phù hợp để đưa vào cắt mà không làm hỏng cấu trúc bên trong.

Khung máy cắt đứng có đảm bảo khả năng chịu lực khi cắt đồng thời 40 sợi dây không? Tính toán động lực học cho thấy tổng lực kéo ngang và lực kéo đứng do 40 sợi dây tác dụng lên khung máy lần lượt là 6003,3 N và 199,04 N. Ứng suất uốn lớn nhất xuất hiện trên thân khung là 218,5 MPa, hoàn toàn nằm trong giới hạn an toàn so với ứng suất bền cho phép 250 MPa của kết cấu thép chế tạo khung máy.

Tại sao động cơ 0,75 kW lại đủ công suất để vận hành toàn bộ giàn cắt 40 sợi dây? Mặc dù khối phôi có kích thước lớn 4000 x 600 x 1000 mm, công suất cắt hữu ích tính toán theo nguyên lý di chuyển khả dĩ chỉ ở mức 0,29 kW do vật liệu AAC trước khi chưng áp còn ở trạng thái xốp mềm. Việc trang bị động cơ điện 0,75 kW đi kèm hộp giảm tốc 1:60 đã đảm bảo hệ số an toàn vượt tải lớn hơn 2,5 lần.

Kết luận

Nghiên cứu đã giải quyết trọn vẹn bài toán nâng cao chất lượng và tối ưu hóa thời gian sản xuất gạch bê tông khí chưng áp với 5 kết quả cốt lõi:

• Tái thiết kế thành công máy cắt đứng AAC sử dụng cơ cấu tay quay con trượt đối xứng hai bên, triệt tiêu hoàn toàn rung lắc và vận hành êm ái với động cơ 0,75 kW.
• Kiểm soát chính xác lực căng của 40 sợi dây cắt đạt tổng lực ngang 6003,3 N, giữ cho ứng suất khung máy ở mức an toàn 218,5 MPa so với giới hạn 250 MPa.
• Nâng cao độ nhẵn bề mặt đạt độ nhám dưới 160 µm và khống chế sai lệch kích thước hình học trong phạm vi dung sai ±1 mm.
• Thiết lập quy trình kiểm tra độ cứng nhanh bằng phương pháp va chạm bi rơi, loại bỏ tình trạng chờ đợi dư thừa trong khâu ủ nhiệt.
• Chuẩn hóa năng suất cắt ở mức 5 phút cho mỗi khối phôi 4000 x 600 x 1000 mm, giảm tỷ lệ phế phẩm xuống dưới 2%.

Đóng góp lớn nhất của đề tài là cung cấp giải pháp đồng bộ giữa cơ khí chế tạo chính xác và công nghệ vật liệu xây dựng, tạo tiền đề để doanh nghiệp sản xuất gạch AAC chất lượng cao không cần tô trát. Trong giai đoạn 2024 đến 2025, hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tự động hóa khâu gá đặt dây cắt và tối ưu hóa đồng bộ cụm máy cắt ngang. Các nhà máy gạch không nung nên nhanh chóng ứng dụng mô hình này để nâng cao năng lực cạnh tranh và thúc đẩy xu hướng phát triển công trình xanh bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu Gạch không nung là loại gạch xây, sau khi được tạo hình thì tự đóng rắn để đạt các chỉ số cơ học về: Cường độ nén, uốn, độ hút nước. mà không cần gia nhiệt. Độ bền của viên gạch không nung được gia tăng nhờ lực ép rung lên các cốt liệu và phụ gia đã được gia công trước. Đây là loại gạch được khuyến khích sử dụng nhiều nhất và được ưu tiên phát triển.

Nó đáp ứng rất tốt các tiêu chí về kỹ thuật, kết cấu, môi trường, phương pháp thi công. Loại gạch này dễ sử dụng, kết dính bằng vữa thông thường. Đặc biệt tiết kiệm được thời gian và tài chính, đơn giản hoá được một số khâu trong quá trình xây dựng. Sản phẩm được sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ đến các công trình kiến trúc cao tầng, giá thành phù hợp với từng công trình.

Hiện nay, gạch không nung đã khẳng định chỗ đứng vững chắc trong các công trình, nó đang dần trở nên phổ biến hơn và phù hợp với chiến lược phát triển vật liệu xây dựng không nung của Chính phủ.1 Một số loại gạch không nung [1]. 5 ❖ Đặc điểm nổi bật của gạch không nung Độ cứng cao, bảo ôn, cách nhiệt tốt có thể thay thế hoàn toàn các loại vật liệu cách nhiệt hiện có trên thị trường, phòng hoả, chống thấm, chống nước, kích thước chuẩn xác, quy cách hoàn hảo… nâng cao hiệu quả kiến trúc, giảm thiểu được kết cấu cốt thép, rút ngắn thời gian thi công, tiết kiệm vữa xây, giá thành hạ. Sản phẩm gạch không nung có nhiều chủng loại trên một loại gạch để có thể sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ đến các công trình kiến trúc cao tầng, giá thành phù hợp với từng công trình. Có nhiều loại dùng để xây tường, lát nền, kề đê và trang trí.

Gạch không nung được sản xuất từ công nghệ, thiết bị tiên tiến của quốc tế, nó có các giả pháp khống chế và sự đảm bảo chất lượng hoàn thiện, quy cách sản phẩm chuẩn xác. Có hiệu quả trong xây dựng rõ ràng, phù hợp với các TCVN do bộ xây dựng công bố. Nó đã tổng hợp được các tính năng ưu việt, là loại vật liệu xây dựng mới tiết kiệm năng lượng, hiện nay nước ta đang đẩy mạnh mở rộng sử dụng loại vật liệu này. Tuy nhiên gạch không nung có nhược điểm là khả năng chịu lực theo phương ngang yếu, không linh hoạt khi thiết kế kiến trúc với nhiều góc cạnh, không có khả năng chống thấm tốt, dễ gây nứt tường do co giãn nhiệt.

Tuy nhiên những nhược điểm này đang dần được khắc phục.2 Các loại gạch không nung, ưu và nhược điểm 1.1 Các loại gạch không nung 1.1 Gạch xi măng cốt liệu Gạch không nung xi măng cốt liệu, còn được gọi là gạch block được tạo thành từ xi măng và nhiều cốt liệu tạo nên: Mạt đá, cát vàng, cát đen, xỉ nhiệt điện, phế thải công nghiệp, đất,. Loại gạch này được sản xuất và sử dụng nhiều nhất trong các loại gạch không nung. Các công trình loại gạch không nung này chiếm tỉ trọng lớn nhất, gạch có cường độ chịu lực tốt (trên 80kg/cm2), tỉ trọng lớn (thường trên 1900kg/m 3), 6 những loại kết cấu lỗ thì có khối lượng thể tích nhỏ hơn (dưới 1800kg/m 3). Loại gạch này có tỉ trọng lớn, tiêu phí nhiều nguyên vật liệu để sản xuất nên hiện ít dùng.2 Gạch ống làm từ cốt liệu xi măng và cát Kích thước gạch ống xây truyền thống cường độ chịu lực từ 35 kg/cm2 đến 50 kg/cm2, trọng lượng viên gạch là 1.5 kg so với gạch nung là 1 kg, gạch sử dụng công trình bình thường.

Loại này khi sản xuất thường kết hợp rung động để tăng cơ tính, giảm khối lượng. Tuy nhiên gạch này thường có bề mặt xấu, phải tốn nhiều vữa để trám trét.2 Gạch ống làm từ cốt liệu xi măng và cát [2].3 Gạch Papanh sản xuất từ phế thải công nghiệp Xỉ than, vôi bột được sử dụng lâu đời ở nước ta, gạch có cường độ thấp từ 30 – 50 kg/cm2 dùng cho các loại tường ít chịu lực.4 Gạch không nung tự nhiên Gạch không nung tự nhiên từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá Bazan. Loại gạch này chủ yếu sử dụng ở các vùng có nguồn Puzolan tự nhiên.5 Gạch bê tông nhẹ - AAC Gạch không nung bê tông nhẹ có hai loại cơ bản: a. Gạch bê tông nhẹ bọt.

Gạch bê tông nhẹ khí chưng áp. Bê tông khí chưng áp (Autoclaved Aerated Concrete – AAC) được phát minh bởi Kiến Trúc sư người Thụy Điển Johan Ericksson vào những năm 1920. Gạch AAC là vật liệu không nung siêu nhẹ, được sản xuất từ các vật liệu vô cơ phổ biến như cát, vôi, xi măng, nước và chất tạo khí dưới áp suất và nhiệt độ cao. Ngày nay, gạch bê tông khí chưng áp AAC là vật liệu xây dựng phổ biến được sản xuất và sử dụng rộng rãi trên thế giới.

Tại nhiều quốc gia, gạch AAC chiếm tới trên 70% tổng khối lượng gạch sử dụng trong xây dựng. Tại Việt Nam, trong những năm qua, việc áp dụng gạch AAC trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp ngày càng phổ biến và được Chính phủ rất khuyến khích thông qua việc ban hành nhiều quy định và thông tư có liên quan. Kích thước thành phẩm lớn và chính xác (200mm x 200mm x 500mm) giúp rút ngắn thời gian thi công và kể cả thời gian hoàn thiện.6 Gạch đất hoá đá Gạch đất hoá đá đây là loại gạch sử dụng đất sét cát trộn thêm phụ gia đông rắn đất như Polymer Permazine. thường sử dụng trong ngành cầu đường.2 Gạch bê tông khí chưng áp (AAC) Trong các loại gạch không nung kể trên, loại gạch AAC có chất lượng bề mặt khá tốt, không cần phải tô bề mặt, giúp giảm giá thành xây dựng.

Gạch AAC có trọng lượng khá nhẹ do cấu tạo bằng những lỗ xốp trong quá trình chế tạo nên giá thành tương đối chấp nhận được [2] 1.1 Khái niệm Gạch bê tông khí chưng áp (AAC) Trong các loại gạch không nung kể trên, loại gạch AAC có chất lượng bề mặt khá tốt, không cần phải tô trát bề mặt, giúp giảm giá thành xây dựng. Gạch AAC có 8 trọng lượng khá nhẹ do cấu tạo bằng những lỗ xốp trong quá trình chế tạo nên giá thành tương đối chấp nhận được. Gạch bê tông khí chưng áp AAC là vật liệu xây dựng nhẹ, chịu tải, cách nhiệt cao, bền, được sản xuất với nhiều kích cỡ và độ bền khác nhau. Gạch không nung được đúc sẵn hoặc sản xuất theo dây chuyền.

Sản phẩm gạch bê tông khí chưng AAC được kĩ sư và kiến trúc sư người Thụy Điển phát minh ra vào năm 1924 nhằm để phục vụ nhu cầu xây các đồn bốt trong quân sự. Thành phần của gạch AAC bao gồm cát thạch anh, thạch cao nung, vôi, xi măng, nước và bột nhôm, sản phẩm sau cùng sẽ được xử lý dưới nhiệt độ và áp suất thích hợp trong nồi chưng áp. Các sản phẩm từ gạch AAC bao gồm gạch bê tông, panel tường, panel sàn, panel mái chống thấm, dầm lanh tô,…Gạch bê tông khí chưng áp được sử dụng nhiều trong vật liệu bê tông cách nhiệt cho cả kết cấu trong nhà và ngoài nhà. Bên cạnh khả năng cách nhiệt tốt, gạch AAC còn có ưu điểm nữa là chế tạo nhanh, dễ lắp đặt cho vật liệu, dễ dàng cắt, đục, khoan.3 Các sản phẩm của gạch bê tông khí chưng [3].2 Ưu điểm của gạch bê tông khí chưng (AAC) Trọng lượng nhẹ: Gạch bê tông khí chưng áp có tỷ trọng khô chỉ bằng ¼ trọng lượng bê tông thường và bằng 1/2 – 1/3 trọng lượng gạch đất sét nung.

Vì thế, khi sử dụng loại gạch này sẽ giúp tiết kiệm chi phí trong quá trình vận chuyển và xây dựng, đặc biệt là phần nền móng. Ngoài ra còn giúp việc lắp ráp được dễ dàng và nhanh chóng hơn. Việc cưa cắt, đóng đinh hay gia công cũng đơn giản hơn các loại gạch khác trên thị trường. Chống cháy, đảm bảo sự thông thoáng tối đa: gạch AAC được làm từ loại vật liệu vô cơ và có khả năng chống cháy khá cao.

Bên cạnh đó vì tỷ trọng nhẹ, cho phép khuếch tán hơi nước, giảm độ ẩm trong tòa nhà bằng cách hấp thu và giải phóng hơi ẩm tự động. Đảm bảo sự thông thoáng tối đa trong quá trình xây dựng. Độ chính xác cao: được sản xuất trên dây chuyền khép kín công nghệ cao, gạch AAC được sản xuất đúng kích thước, giúp giảm bớt công việc cắt xén cũng như giảm lượng vật liệu hoàn thiện bề mặt. Không độc hại với môi trường: là loại vật liệu trơ hoàn toàn nên đảm bảo không độc hại, sản xuất từ các nguyên liệu tự nhiên và không nung, an toàn trong quá trình sử dụng.

Tùy theo điều kiện của từng vùng, có thể tận dụng các loại phế thải công nghiệp khác nhau để tạo ra gạch AAC. Tính bảo ôn cách nhiệt cao: hệ số dẫn nhiệt khoảng 0.22W/mK, bằng 1/4 đến 1/5 hệ số dẫn nhiệt gạch nung, tương đương 1/6 hệ số dẫn nhiệt của gạch bê tông thông thường. Vì thế khi sử dụng sản phẩm gạch bê tông khí chưng áp sẽ giảm tới 40% chi phí điện năng tiêu thụ cho điều hòa. Khả năng cách âm tốt: với khả năng cách âm tốt gấp 2 lần so với loại gạch xây thông thường nhờ kết cấu nhiều lỗ khí phân bổ đều đặn với mật độ cao trong mỗi viên gạch.

Độ cách âm từ 40db –> 47db trong khi gạch xây thông thường từ 20db –> 28db. Có khả năng chịu chấn động tốt: vì trọng lượng của gạch bê tông khí chưng áp thấp nên trọng lực đặt lên mặt đất sẽ thấp. Với kết cấu thể xốp, nên gạch bê tông khí chưng 10 áp có khả năng hấp thụ xung lực rất tốt, khả năng chịu động đất tốt hơn hẳn các loại gạch xây thông thường [4] 1.3 Nguyên lý hình thành gạch AAC Bước 1: Xử lý nguyên liệu sản xuất gạch không nung Cát vàng, cát đen, đá vụn, vôi được đưa qua máy nghiền thành hạt nhỏ để đảm bảo độ mịn, đây là lý do tạo nên bề mặt mịn của gạch không nung bê tông khí chứng áp (khi xây không cần trát tường có thể sơn hoặc bả luôn). Trong quá trình nghiền cát được nghiền chung với nước rồi dẫn vào bồn, tiếp theo xi măng bột được cho vào bồn chứa xi măng riêng, vôi thạch cao được nghiền thành bột chứa trong thùng riêng.

Gạch bê tông khí chưng áp sử dụng bột nhôm để tạo bọt khí.4 Xử lý nguyên liệu làm gạch không nung [5].