Nghiên cứu sản xuất tấm vật liệu nhẹ chống cháy

1
BỘ CÔNG THƢƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP





BÁO CÁO TỔNG KẾT
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

ĐỀ TÀI CẤP BỘ:
Tên đề tài: “Nghiên cứu sản xuất tấm vật liệu nhẹ chống cháy”


Chủ nhiệm đề tài: Ths. Nguyễn Tuấn Anh



Hà Nội - 2011

2
BỘ CÔNG THƢƠNG
VIỆN NC SÀNH SỨ THỦY TINH CN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Đề tài: “Nghiên cứu sản xuất tấm vật liệu nhẹ chống cháy””

Chủ nhiệm đề tài: Ths. Nguyễn Tuấn Anh
Cán bộ phối hợp: KS. Nguyễn Thu Dịu
Cộng tác viên: Ths. Phạm Gia Huân
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp
Đơn vị phối hợp: - Công ty Cổ phần Bê tông khí Viglacera
- Trung tâm Polyme - Đại học Bách Khoa Hà Nội

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài





3
MỤC LỤC
Mục lục
1
Các cụm từ viết tắt
3
Phần I - TỔNG QUAN
4
I.1. Yêu cầu chống cháy trong công trình xây dựng
4
I.2. Các khái niệm và tiêu chuẩn về vật liệu chống cháy

5
I.3. Giới thiệu các sản phẩm vật liệu chống cháy
7
I.4. Đặt vấn đề nghiên cứu
9
I.5. Nội dung đăng ký nghiên cứu
10
Phần II - CƠ SỞ KHOA HỌC
11
II.1 . Các lý thuyết vận dụng và kế thừa
11
II.1.1. Hệ liên kết xi măng Pooc lăng
11
II.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng chịu lựa chống cháy của vật liệu hệ
xi măng Pooc lăng.
16
II.1.3. Dây chuyền sản xuất tấm xi măng theo công nghệ chƣng áp hiện có trên
thế giới.
17
II.1.4. Các nguyên liệu trong sản xuất vật liệu nhẹ chống cháy
19
II.2. Phƣơng Pháp Nghiên Cứu
28
II.2.1. Xác định mẫu đối chứng
28
II.2.2. Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu
28
II.2.2. Xác định phƣơng pháp thử nghiệm các chỉ tiêu đã đăng ký
29
Phần II – THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU và KẾT QUẢ

31
III.1. Nghiên cứu khảo sát và lựa chọn nguyên liệu
31
III.2. Nghiên cứu cấp phối tấm vật liệu hệ liên kết xi măng
37

4
III.2.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
37
III.2.2. Nghiên cứu đơn cấp phối cơ sở
38
III.3. Nghiên cứu nâng cao khả năng chống cháy của tấm vật liệu
41
III.4. Nghiên cứu cấp phối sử dụng cốt liệu nhẹ
44
III.5. Xác lập quy trình kỹ thuật cho chế thử sản phẩm
46
III.5.1. Lựa chọn phƣơng án tạo hình
48
III.5.2. Phƣơng án sản phẩm
49
III.5.3. Xây dựng quy trình và thuyết minh
50
III.5.4. Quy trình và thông số chế thử tại nhà máy
51
III.6 Kiểm định chất lƣợng sản phẩm
54
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
56
TÀI LIỆU THAM KHẢO

57
PHỤ LỤC
59
Phụ lục 1: Hiển vi điện tử quét quan sát phân bố hạt sợi của mẫu sản phẩm

Phụ lục 2: Mô hình dây chuyền sản xuất của hãng Taisyou – Đài loan

Phụ lục 3: Tham khảo một số đặc tính sợi dùng trong sản xuất tấm xi măng

Phụ lục 4: Tham khảo thông số kỹ thuật sản phẩm tấm UCO - Malaysia

Phụ lục 5: Kết quả thử nghiệm tính chất cơ lý của mẫu sản phẩm đề tài

Phụ lục 6: Kết quả thử nghiệm tính không cháy và chống cháy của mẫu sản
phẩm đề tài

Phụ lục 7: Kết quả phân tích thành phần hạt của các nguyên liệu sử dụng
sản xuất thử nghiệm sản phẩm mẫu đề tài.

Phụ lục 8: Kết quả phân tích nhiễu xạ XRD, xác định các khoáng trong vật
liệu sau chƣng áp và sau thử nghiệm nung với sản phẩm mẫu của đề tài.



5
Các cụm từ viết tắt
KCXD: Kết cấu xây dựng
OPC: orginal porland cement
XMPL: xi măng pooclang
PCB: xi măng pooclang hỗn hợp

AAC: autoclaved areate concrete - bê tông khí chƣng áp
VLCC: vật liệu chống cháy
VLCL: vật liệu chịu lửa
TVLCC: tấm vật liệu chống cháy
C: CaO
A: Al
2
O
3

S: SiO
2

F: Fe
2
O
3

6
PHẦN I: TỔNG QUAN
I.1. Yêu cầu chống cháy trong các công trình xây dựng
Trong những năm gần đây, yêu cầu về cách nhiệt, cách âm, chống cháy đã trở
nên bức thiết. Sự cách nhiệt, cách âm đã tạo thành một nhân tố quan trọng không
thể thiếu trong cuộc sống hiện đại vì nó giúp tạo nên một môi trƣờng nhiệt độ ổn
định, một điệu kiện sống tiện nghi, an toàn cho con ngƣời.
Các sản phẩm chống cháy, vật liệu xây dựng bao che kết cấu thép cho tòa nhà
cao tầng và các vật liệu cách âm chống cháy dùng trong trang trí nội thất đang là
vấn đề đặt ra với những nhà sản xuất vật liệu xây dựng Việt Nam. Bộ Xây Dựng
hiện nay rất khuyến khích việc sản xuất sản phẩm vật liệu chống cháy mới tận
dụng nguồn nguyên liệu trong nƣớc và đảm bảo yêu cầu an toàn và thân thiện với
môi trƣờng.
Thị trƣờng hiện nay có nhiều loại tấm vật liệu nhẹ, dễ ứng dụng và thƣờng dùng
một cách đơn giản để cách nhiệt cho mái, vách nhà. Có nhiều vật liệu cách nhiệt,
cách âm chuyên dụng trong các công trình nhà dân dụng, cao ốc, nhà xƣởng công
nghiệp, hay công trình công cộng Tuy nhiên, với các công trình cao cấp, vật
liệu cách nhiệt, cách âm phải là loại chống cháy mới đảm bảo an toàn cao trong
sử dụng.
Tính chống cháy của sản phẩm đƣợc hiểu theo nghĩa là sản phẩm sẽ không bắt
lửa ngọn và chậm co lại theo những khoảng thời gian nhất định khi bị cháy. Cho
nên, các sản phẩm chống cháy thƣờng đƣợc xác định là chống cháy 1 tiếng, 2
tiếng ; ví dụ vật liệu gắn trong vách, cửa ở lối đi, khi có sự cố thì trong khoảng
thời gian đó con ngƣời có thể thoát thân.
Ở Nhật, đối với trƣờng hợp vật liệu xây dựng dân dụng, trang trí ở trần và tƣờng

của các tòa nhà có tính công cộng đƣợc nhiều ngƣời sử dụng, dựa theo luật xây
dựng về chống cháy có quy định rõ: phải sử dụng các chất không cháy trong các
vật liệu trang trí nội thất. Với lý do đó, vật liệu gỗ tuy dễ gia công nhƣng lại dễ
cháy nên rất khó sử dụng; còn với vật liệu thạch cao thì độ cứng thấp, khả năng
chịu va đập kém nên dễ sinh khuyết tật với các thiết kế tinh tế, sắc nét.
Vật liệu bao phủ chống cháy cột thép của các công trình dầu khí, các kho xăng
dầu, chất đốt, vật liệu dễ cháy. Có nhầm lẫn rằng sắt-thép là vật liệu không cháy,
nên vẫn giữ đƣợc cƣờng độ ở nhiệt độ cao khi có hỏa hoạn. Nhƣng thực tế, ở
khoảng nhiệt độ 550℃, cƣờng độ của sắt-thép sẽ bi giảm đột ngột, dẫn đến nguy
cơ công trình kết cấu thép thể bị sập đổ hoàn toàn ngay trong thời gian cần để
dập tắt hỏa hoạn. Với lý do đó, thực hiện bao phủ-chống cháy cho các kết cấu
thép là 1 việc làm mang tính cần thiết và cấp bách.Ví dụ, ở vụ hỏa hoạn tại tòa
nhà Windsor, (Madrid– Tây Ban Nha, 2/2005), do không đƣợc bao phủ chống
cháy triệt để nên ngọn lửa đã làm toà nhà sụp đổ.



7
I.2. Khái niệm và tiêu chuẩn về vật liệu chống cháy trong xây dựng
I.2.1. Các khái niệm
- Tính chịu lửa của cấu kiện xây dựng (CKXD) là sự bảo tồn khả năng chịu lực,
ngăn cách và khả năng chống lại sự lan truyền ngọn lửa trên bề mặt.[15]
- Dấu hiệu mất khả năng chịu lực: sập đổ hoặc biến dạng quá mức cho phép
khiến cấu kiện không thể tiếp tục làm việc.[15]
- Dấu hiệu mất khả năng ngăn cách: có tạo khe hở, vết nứt ở cấu kiện mà qua đó
sản phẩm cháy hoặc ngọn lửa có thể lọt qua. [17]
- Dấu hiệu mất khả năng cách nhiệt: nhiệt độ trên bề mặt không bị trực tiếp nung
nóng đạt các giá trị: 140
o
C (nhiệt độ trung bình của các điểm đo trên bề mặt), 

180
o
C ở một điểm bất kỳ so với nhiệt độ ban đầu hoặc  220
o
C mà không phụ
thuộc nhiệt độ ban đầu của cấu kiện. [17]
Giới hạn chịu lửa của CKXD : là khoảng thời gian từ khi bắt đầu thử lửa theo
chế độ nhiệt tiêu chuẩn cho đến khi xuất hiện một trong các trạng thái giới hạn
(đặc trƣng cho mất khả năng chịu lực, mất khả năng ngăn cách và mất khả năng
cách nhiệt của cấu kiện).[15]
Tính chịu lửa của nhà, công trình: là mức độ chống lại sự phá huỷ trong điều
kiện cháy. Căn cứ vào tính chịu lửa, nhà, công trình đƣợc phân thành 5 bậc chịu
lửa, ký hiệu I, II, III, IV, V, theo mức giảm dần về mức độ chống lại sự phá huỷ
trong điều kiện cháy. Bậc chịu lửa là mức độ chịu lửa của nhà, công trình đƣợc
xác định bởi giới hạn chịu lửa và nhóm cháy của các kết cấu xây dựng chính.[16]
I.2.2. Các tiêu chuẩn kiểm nghiệm tính chống cháy của CKXD:
- Tiêu chuẩn Anh, BS 476
- Tiêu chuẩn Đức, DIN 4102
- Tiêu chuẩn Úc, AS 1530
- Tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế, ISO
- TCXDVN 386-2007, 334-2005, 342 ÷ 348-2005; TCXD 331:2004
Căn cứ theo tiêu chuẩn TCXD 331:2004, để xác định vật liệu xây dựng thuộc
nhóm cháy hay không cháy cần dựa vào các tiêu chí đánh giá sau:
- Sự tăng nhiệt độ lò trong quá trình thử;
- Sự mất khối lƣợng của mẫu sau khi thử;
- Thời gian mẫu cháy thành ngọn lửa liên tục trong quá trình thử.
Vật liệu xây dựng thuộc nhóm không cháy phải thỏa mãn các giá trị sau:
- Nhiệt độ lò tăng  50
0
C

- Khối lƣợng mẫu giảm  50%

8
- Thời gian mẫu cháy thành ngọn lửa liên tục  10 giây.
Căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 348:2005 (ISO834-8), Tính cách nhiệt: là khoảng
thời gian mà mẫu thử liên tục duy trì chức năng ngăn cách trong quá trình thử
nghiệm mà không làm tăng nhiệt độ ở bề mặt không tiếp xúc với lửa, cụ thể là :
- Làm tăng nhiệt độ trung bình lên hơn 140º C so với nhiệt độ trung bình ban
đầu;
- Làm tăng lên hơn 180º C so với nhiệt độ ban đầu tại bất cứ vị trí nào, kể cả
nhiệt kế lƣu động (nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ trung bình của mặt không
tiếp xúc với lửa vào thời điểm bắt đầu thực hiện phép thử).
I.2.3. Các biện pháp làm tăng giới hạn chịu lửa cho CKXD
Đối với cấu kiện bê tông
- Sử dụng cốt liệu có khả năng chịu nhiệt cao hơn
- Sử dụng cốt thép có khả năng chịu nhiệt cao hơn
- Sử dụng phụ gia chịu lửa cho bê tông
- Giảm bề mặt chịu tác động trực tiếp của nhiệt độ, nhất là đối với cấu kiện chịu
uốn.
- Ốp bên ngoài bằng vật liệu chống cháy (đặc biệt quan trọng đối với kết cấu
của công trình ngầm hoặc kết cấu làm việc trong điều kiện độ ẩm cao).
- Thay đổi biện pháp gá lắp.
- Dùng sơn chống cháy
Đối với cột thép:
- Biện pháp truyền thống là xây ốp gạch bên ngoài.
- Tạo một lớp vữa xi măng cát có cốt là lƣới thép bao bọc bên ngoài.
- Tạo một lớp vữa chống cháy bảo vệ bên ngoài.
- Sơn chống cháy.
- Ốp bằng các tấm vật liệu không cháy có hệ số truyền nhiệt thấp.
Đối với kết cấu kim loại chịu lực của mái hoặc sàn ngăn: tạo trần treo bằng vật

liệu không cháy.
Đối với vật liệu gỗ: Ngâm tẩm vật liệu và cấu kiện gỗ trong dung dịch chống
cháy; Tạo lớp bảo vệ trên bề mặt bằng sơn hoặc vật liệu chống cháy
Đối với vật liệu nhựa tổng hợp: Dùng phụ gia chống cháy trộn cùng.







9
I.3 . Một số loại sản phẩm vật liệu chống cháy
Tấm sợi gốm chịu lửa (Refractory ceramic fiber board): Tấm phẳng cứng chắc,
thƣờng chứa chất kết dính vô cơ hoặc hữu cơ, sản xuất bằng phƣơng pháp ƣớt.
Tấm thạch cao chống cháy: phần lõi bao gồm hỗn hợp 100% thạch cao tự nhiên,
phụ gia, bên ngoài là lớp giấy. Sản phẩm này dùng trong hệ thống vách ngăn, các
hệ hoàn thiện bề mặt tƣờng và các hệ thống trần để tăng cƣờng khả năng chống
cháy. Đƣợc làm từ thạch cao thiên nhiên, tấm chống cháy thạch cao đƣợc sản
xuất nhằm thỏa mãn các tiêu chuẩn quốc tế. Đặc tính chống cháy lên tới 120 phút
(tùy theo kết cấu công trình, độ dày của tấm vật liệu).
+ Vật liệu chống cháy cấp 1 về chỉ số lan cháy bề mặt (theo BS 476 phần
7). Không làm phát sinh chất nguy hại tổn hại đối với sức khỏe. Chống cháy đến
90 phút (theo BS 476 phần 22)
+ Hệ số cách nhiệt (R) từ 0.06-0.1 m
2
.
o
K/W (tùy theo độ dày)
+ Cƣờng độ kháng uốn của tấm ≤ 2 Mpa.

Vữa Mandolite: là vật liệu vữa chịu lửa dạng mịn vô cơ, đƣợc sử dụng trong các
môi trƣờng thời tiết khắc nghiệt có tính ăn mòn cao nhƣ: ngoài khơi, các công
trình dầu khí, các cấu kiện thép cần chống cháy. Tính năng chống cháy, bảo vệ
các cấu kiện thép ở các môi trƣờng biển, khi khô cứng sẽ trở thành nhƣ đá
nguyên khối. Tỉ trọng trung bình: 550kg/m
3
. Độ bao phủ: 76m
2
/tấn ở độ dày
24mm.
Tấm vật liệu nhẹ gốc Polyurethane: là loại tấm vật liệu đƣợc chế tạo và có nhiều
ứng dụng trên thế giới với nhiều tính năng ƣu việt. Hiện nay, vật liệu này đƣợc sử
dụng trong các công trình xây dựng cao cấp với ƣu thế vƣợt trội về trọng lƣợng
siêu nhẹ (không quá 200 kg/m
3
) và khả năng tạo hình đa dạng. Sản phẩm đƣợc
tạo ra từ việc phối trộn các dung dịch Polyol và Isocyanate cùng một số phụ gia
chống cháy gốc phốt phát. Khi các nguyên liệu đƣợc trộn vào nhau thành một
dung dịch và bơm vào khuôn định hình, các thành phần trong dung dịch sẽ nhanh
chóng phản ứng với nhau sinh bọt và nở thể tích choán đầy khuôn, đóng cứng sau
một vài phút. Tùy theo lƣợng nguyên liệu cho vào và thể tích khuôn mà sản phẩm
tạo ra có khối lƣợng thể tích và cƣờng độ cơ học vật liệu khác nhau. Khối lƣợng
thể tích nhẹ nhất có thế không quá 50 kg/m
3
. Cƣờng độ kháng uốn của tấm có
khối lƣợng thể tích 200 kg/m
3
có thể đạt đến 5 Mpa.
Vật liệu calcium silicate cấu trúc Xonotlite: một công ty hàng đầu của nhật về vật
liệu cách nhiệt chống cháy Japan Insulation Corporation (JIC) đã cho ra đời

nhiều vật liệu trang trí nội thất cấu trúc khoáng Xonotlite, có màu trắng và có kết
cấu hạt mịn và tính gia công cao. Tên gọi sản phẩm từ hệ vật liệu này là tấm new
Taikalite , đƣợc sản xuất dƣới nhiều hình dạng khác nhau theo công nghệ chƣng
áp.Chất lƣợng sản phẩm ổn định cao, đảm bảo tính năng chống cháy hơn hẳn

10
hình thức thi công dạng phun tại công trƣờng của các vật liệu khác. “New
Taikalite” còn đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ vật liệu hoàn thiện dạng tấm đúc, qua
đó rút ngắn đƣợc thời gian thi công.
Tấm vật liệu Canxi Silicate chịu lửa chống cháy: Đây là loại tấm vật hệ canxi
silicat kết hợp với sợi gia cƣờng là sợi gốm thủy tinh. Tấm vật liệu có thể làm
việc lâu dài ở điều kiện đến 900
o
C với độ co ngót không quá 1%. Đây là loại tấm
vật liệu có tính năng chịu lửa, cách âm, cách nhiệt rất tốt.Với kích thƣớc khác
nhau, tấm có thể đƣợc sử dụng làm vách ngăn, trần không chịu lực chống cháy.
Do tính cách nhiệt và bền nhiệt lâu dài, tầm còn đƣợc sử dụng nhiều để xây phần
bảo ôn cho các lò nung gốm, nấu ủ kim loại. Tuy nhiên cƣờng độ chịu lực kháng
uốn của tấm tƣơng đối thấp và tính chịu nƣớc kém. Các tâm vật liệu canxi silicat
với cốt sợi hiện có trên thị trƣờng đạt cƣờng độ kháng uốn không quá 2 Mpa.
Tấm vật liệu xi măng sợi cellulose: Tấm Elephant Brand Smartboard -
Thái Lan, là tấm sợi xi măng đƣợc làm từ ximăng pooclăng, sợi xenluloca, và
Silic đioxyt đặc biệt, không chứa chất amiăng là một phát minh mới của Elephant
Brand. Tấm có ƣu điểm nhẹ, kháng nƣớc, cách âm, cách nhiệt, chống cháy và đặc
biệt là cƣờng độ cơ học cao. Sản phẩm này còn sử dụng làm vách ngăn khá tiện
lợi, cho phép dùng đinh treo móc, sơn phủ trang trí tƣơng đƣơng với tƣờng gạch
truyền thống. Mối ghép giữa các tấm có ron cao su để vật liệu không co dãn theo
thời tiết. Để đạt hiệu quả cách âm cách nhiệt và chống cháy cao nhất, vách ngăn
sử dụng tấm Smartboard thƣờng có cấu tạo 2 lớp với khung cứng ở giữa.
So sánh về trọng lƣợng theo diện tích tƣờng xây dựng: trên cùng diện tích

tƣờng ngăn là 1220 x 2440 mm, 2 tấm Elephant smartboard dày 6 mm (26,6
kg/tấm) với cấu tạo 2 lớp, độ dày cả khung cứng ở giữa là 80 mm, có khối lƣợng
vào khoảng 60 kg, nhẹ hơn so với trọng lƣợng 90 kg khi xây bằng gạch bê tông
khí chƣng áp siêu nhẹ (400 kg/m
3
) cùng kích thƣớc.
Tấm có các đặc tính ƣu việt nhƣ sau:
+ Chống thấm, ẩm, mối mọt, cong vênh, co ngót, giãn nở (theo JIS A5420)
+ Không cháy (theo BS 476 ), thời gian chống cháy từ 1 -2 giờ.
+ Chịu đƣợc tác động mạnh, có thể uốn cong (ASTM C1185)
+ Tiết kiệm chi phí xây dựng so với hệ thống bê tông hay gạch trát vữa
+ Lắp đặt nhanh chóng và có thể giảm chi phí nhân công.






11
I.4. Đặt vấn đề nghiên cứu
I.4.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Trong những năm gần đây, ngoài những vật liệu nhẹ truyền thống nhƣ ván
gỗ, ván ép, tấm thạch cao cốt sợi bông thủy tinh, tấm hệ canxi silicate với cốt
liệu sợi- dăm gỗ tấm xi măng sợi amiăng, thế giới đang quan tâm đến một loại
tấm vật liệu hệ liên kết xi măng Pooc lăng với các loại cốt liệu sợi không amiăng,
nhằm khắc phục đƣợc nhiều nhƣợc điểm của các tấm vật liệu trƣớc đó. Ƣu điểm
của loại vật liệu này là nguồn nguyên liệu xi măng khá dồi dào, giá thành rẻ,
đƣợc chế biến và sản xuất theo quy trình công nghệ đáp ứng yêu cầu phát triển
bền vững và thân thiện môi trƣờng. Vật liệu này lại cho phép đạt đƣợc tính tiện
nghi khi sử dụng nhƣ: tuổi thọ vật liệu cao; cƣờng độ cơ học cao đáp ứng các yêu

cầu sử dụng nhƣ treo móc, trang trí bề mặt; dễ thi công lắp đặt, phƣơng án xây
dựng với vật liệu này giúp phát huy tối đa các đặc tính cách âm, cách nhiệt cho
công trình. Đặc biệt, vật liệu này đáp ứng đƣợc yêu cầu về tính chống cháy và
tính nhẹ trong các kết cấu công trình xây dựng.
Vật liệu chống cháy hệ liên kết xi măng Pooc lăng đã đƣợc nghiên cứu và
triển khai sản xuất ở nhiều nƣớc bao gồm Châu Âu, Nhật, Hàn Quốc, Trung
Quốc, Thái Lan, Malaysia Nguyên liệu chính để sản xuất vật liệu này bao gồm
xi măng Pooc lăng, cát nghiền, cốt sợi cellulose và một số phụ gia khác để nâng
cao chất lƣợng vật liệu, tùy theo yêu cầu sử dụng.
Để phát huy tính cách âm, cách nhiệt, chịu lửa chống cháy, các nhà sản
xuất trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng của các nguyên liệu khác
nhau đƣa vào trong cấp phối nhƣ: tỷ lệ xi măng/cát/sợi; phân bố thành phần hạt;
bổ sung các cốt liệu nhẹ tự nhiên và nhân tạo nhƣ vermiculite, peclite,
keramzite ; các phế thải silic hoạt tính của các ngành công nghiệp nhiệt điện
nhƣ: tro bay, tro xỉ; công nghiệp sản xuất thép nhƣ: xỉ bông trắng, silicafume ;
các khoáng vật tự nhiên và nhân tạo nhƣ: cao lanh, bentonite, metacaolinit ; các
cốt sợi phụ khác nhƣ: sợi tổng hợp, sợi gốm, thủy tinh
Trên thế giới hiện nay, tấm vật liệu hệ liên kết XMPL đã có những hoàn
thiện đáng kể. Thị trƣờng xuất hiện nhiều loại sản phẩm của Châu Âu, Nhật, Hàn
Quốc, Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia Tùy theo điều kiện nguyên liệu và yêu
cầu chất lƣợng của mỗi nƣớc mà các sản phẩm có các đặc tính ƣu việt khác nhau.




12
I.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Cùng với sự phát triển của đời sống xã hội, vật liệu xây dựng ở nƣớc ta
ngày càng phải đảm bảo nhiều yếu tố trong sản xuất và sử dụng nhƣ: phải đáp
ứng điều kiện về phát triển sản xuất bền vững, nguyên vật liệu phải thân thiện

môi trƣờng, khả năng tái sinh cao; sản phẩm xây dựng có nhiều tính năng cao,
tạo sự tiện nghi thoải mái cho các căn hộ ( cách âm, cách nhiệt, điều hòa độ ẩm)
cũng nhƣ đảm bảo tính an toàn trong sử dụng (vật liệu nhẹ, tính ngăn cháy, bảo
vệ con ngƣời và tài sản khỏi sự cháy…).
Ở Việt Nam hiện nay, ngoài tấm lợp amiăng, tấm vật liệu đi từ gỗ đƣợc
sản xuất trong nƣớc thì các dòng vật liệu nhƣ tấm thạch cao cốt sợi thủy tinh, vật
liệu tấm xi măng cốt sợi gốc cellulse, không chứa sợi amiăng chƣa có đơn vị nào
nghiên cứu và sản xuất. Thị trƣờng trong nƣớc hoàn toàn bị chiếm bởi các sản
phẩm nhập khẩu từ các hãng trong khu vực nhƣ tấm UCO của Malaysia, tấm
Elephant Smart board của Thái Lan, và một số tấm vật liệu có xuất xứ Trung
Quốc.
Nhận thấy điều kiện nguyên liệu, con ngƣời và nhu cầu ngày càng lớn đối
với sản phẩm vật liệu này, Viện nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp đã
đề nghị và đƣợc Bộ Công Thƣơng đồng ý giao nhiệm vụ “Nghiên cứu sản xuất
tấm vật liệu nhẹ chống cháy” theo hợp đồng số: 03.11.RD/HĐ-KHCN.
I.5. Nội dung nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu các nội dung đã đăng ký như sau:
- Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu thiên nhiên hoặc nhân tạo sẵn có trong nƣớc
cho sản xuất vật liệu nhẹ chống cháy.
- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nhẹ chống cháy với chất liên kết họ Silicat.
- Nghiên cứu quy trình kỹ thuật và thông số công nghệ sản xuất tấm vật liệu.
- Thử nghiệm sản xuất và kiểm định chất lƣợng sản phẩm.
Các chỉ tiêu cần đạt được với tấm vật liệu nhẹ chống cháy:
+ Khối lƣợng thể tích: ≤ 1,5 g/cm
3

+ Cƣờng độ kháng uốn: ≥ 175 N/cm
2
(1,75 MPa)
+ Độ hút nƣớc: ≤ 34%

+ Nhiệt độ chống cháy: ≤ 900
o
C





13
PHẦN II: CƠ SỞ KHOA HỌC
II.1. CÁC LÝ THUYẾT ĐƢỢC VẬN DỤNG
II.1.1. Hệ liên kết xi măng pooclang
1. Thành phần và tính chất xi măng Pooclang [1;2]
Tính chất của xi măng do chất lƣợng clinke quyết định. Chất lƣợng clinke phụ
thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học và công nghệ sản xuất. Thành phần
hóa học của clinke biểu thị bằng hàm lƣợng (%) các oxyt có trong clinke, dao
động trong giới hạn sau: CaO: 63 - 66%; Al
2
O
3
: 4 - 8%; SiO
2
: 21 - 24%; Fe
2
O
3
: 2
- 4%. Ngoài ra còn có một số oxyt khác nhƣ MgO; SO
3
; K

2
O; Na
2
O; TiO
2
;
Cr
2
O
3
; P
2
O
5
, Chúng chiếm một tỷ lệ không lớn nhƣng đều ảnh hƣởng có hại
cho xi măng.
Trong Clinke xi măng có 4 khoáng vật chính nhƣ sau :
- Alit : silicat canxi : 3CaO.SiO
2
(C
3
S). Alit là khoáng quan trọng nhất của
clinke, nó quyết định cƣờng độ và các tính chất khác của xi măng. Đặc điểm: Tốc
độ rắn nhanh, cƣờng độ cao, tỏa nhiều nhiệt, dễ bị ăn mòn.
- Bêlit : silicat canxi 2CaO.SiO
2
(C
2
S). Bêlit là khoáng quan trọng thứ hai của
clinke. Đặc điểm: Rắn chắc chậm nhƣng đạt cƣờng độ cao ở tuổi muộn, tỏa nhiệt

ít, ít bị ăn mòn.
- Aluminat canxi : 3CaO.Al
2
O
3
(C
3
A ). Đặc điểm: Rắn chắc rất nhanh nhƣng
cƣờng độ rất thấp, tỏa nhiệt rất nhiều và rất dễ bị ăn mòn.
- Feroaluminat canxi : 4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
(C
4
AF ). Đặc điểm: Tốc độ rắn chắc,
cƣờng độ trung bình, nhiệt lƣợng tỏa ra và khả năng chống ăn mòn đều trung
bình.
- Tính co ngót: ngoài các yếu tố liên quan đến phản ứng thủy hóa, tính co ngót
của đá xi măng còn phụ thuộc vào điều kiện dƣỡng mẫu. Khi bảo dƣỡng nhiệt ẩm
độ co ngót xảy ra mạnh và nhanh chóng hơn điều kiện thƣờng, nhƣng trị số cuối
cùng lại nhỏ hơn so với điệu kiện thƣờng 10 ÷15%. Nhiệt độ chƣng hấp càng
cao, độ co ngót càng nhỏ [2]
- Khối lượng riêng: của đá xi măng ρ
a
= 3,05 ÷ 3.15 g/cm

3
. Khối lƣợng thể tích
có giá trị dao động khá lớn tùy thuộc vào độ lèn chặt, đối với bột xi măng ở trạng
thái xốp tự nhiên ρv = 1100kg/m
3
, lèn chặt trong bình ρ
v
= 1300 kg/m
3
, lèn chặt
mạnh ρ
v
= 1600kg/m
3
. [2]
- Tính chịu nhiệt: Khi có nhiệt độ 250
o
C – 300
o
C tác dụng lâu dài, cƣờng độ đá
xi măng giảm đi rõ rệt do nƣớc tự do, nƣớc liên kết trong đá xi măng bị tách ra
làm cho đá xi măng co lại dẫn đến phá hoại cấu trúc. Khi nâng nhiệt độ đến 500 -
550
o
C hoặc cao hơn đá xi măng sẽ bị suy giảm cƣờng độ nhanh hơn.[2]

14
2. Các phản ứng hydrat hóa xảy ra khi đóng rắn xi măng Pooclang [1]
a. Khi trộn xi măng vào nƣớc, giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng nhanh của
khoáng Alit với nƣớc, và đạt độ bền cực đại ngay trong giai đoạn đầu của quá

trình hydrat hóa xi măng.
2C
3
S + 6H
2
O → C
3
S
2
H
3
+ 3Ca(OH)
2

b. Khi Ca(OH)2 đƣợc tách ra từ Alit, thì phản ứng thủy phân của khoáng Belit sẽ
diễn ra chậm hơn, lƣợng Ca(OH)2 tách ra ít hơn.
2C
2
S + 4H
2
O → C
3
S
2
H
3
+ Ca(OH)
2

c. Aluminat canxi (C

3
A) bị hydrat hóa và phản ứng với CaSO
4
tạo khoáng
Ettringite dạng tinh thể hình kim với số lƣợng lớn lấp đầy các khoảng không
gian rỗng trong đá xi măng và tạo cho đá xi măng có cƣờng độ cao.
C
3
A + 6H
2
O → 3C
3
AH
6
(đóng rắn nhanh)
C
3
A + CaSO
4
.2H
2
O → 3CaO.Al
2
O
3
.3CaSO
4
.31H
2
O (Ettringite, kéo dài

thời đóng rắn)
d. Tetracalcium aluminoferrite (C
4
AF): thời gian bắt đầu đông kết của xi măng
phụ thuộc vào hàm lƣợng pha ferrite trong xi măng.
C
4
AF + CaSO
4
.2H
2
O + Ca(OH)
2
→ 3CaO(Al
2
O
3
,Fe
2
O
3
).3CaSO
4

Đá xi măng có cấu trúc xít đặc với không gian trống đã đƣợc lấp đầy bởi
Attrigite, hydroxyt sắt, hydroxyt nhôm, pha tạo gel của canxi silicat ngậm
nƣớc. Mức thủy hóa cao và độ đặc chắc cao của xi măng làm tăng cƣờng độ
của đá xi măng.
3. Quá trình hóa lý đóng rắn xi măng Pooc lăng [1]
Thuyết Bai – Cốp cho rằng khi đóng rắn chất kết dính chia làm 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Gọi là giai đoạn chuẩn bị,
+ Giai đoạn 2: Gọi là giai đoạn keo hoá hay chu kỳ ninh kết,
+ Giai đoạn 3: Gọi là giai đoạn kết tinh hay còn gọi là chu kỳ đóng rắn.
Giai đoạn 1: Nƣớc tiếp xúc với các hạt xi măng và ngay lập tức tham gia phản
ứng hoá học với vật chất trên lớp bề mặt của hạt. Những sản phẩm hoà tan của
phản ứng kiềm (kiềm, vôi, thạch cao, khoáng clinker không bền bị phân hủy)
ngay tức khắc chuyển vào dung dịch và các lớp tiếp theo của hạt xi măng lại tiếp
tục phản ứng với nƣớc. Phản ứng xảy ra liên tục cho tới khi pha lỏng trở nên bão
hoà bởi sản phẩm phản ứng.
Giai đoạn 2: Là giai đoạn trực tiếp tạo thành sản phẩm phản ứng ở trạng thái rắn
mà không cần thông qua sự hoà tan trung gian của các sản phẩm ban đầu. Sản
phẩm phản ứng ở giai đoạn này nằm ở trạng thái rắn không thể bị hoà tan trong

15
pha lỏng đã bão hoà. Vì vậy, chúng trực tiếp tách ra sản phẩm dạng chất rắn có
kích thƣớc hạt vô cùng nhỏ - trạng thái phân tán mịn tạo nên hệ keo dƣới dạng
các gel. Trong suốt quá trình này, bản tính linh động của hồ nhão xi măng dần
dần bị ninh kết nhƣng chƣa tạo cho hồ xi măng có cƣờng độ. Bởi vậy giai đoạn
này còn đƣợc gọi là chu kỳ ninh kết, còn giai đoạn 1 gọi là chu kì hoá học.
Giai đoạn 3: những hạt keo dạng gel dần dần mất nƣớc, sít đặc lại tạo thành vữa
bắt đầu phát triển cƣờng độ nhƣng còn yếu. Từ gel mất nƣớc, hạt vật chất vô
cùng nhỏ trở thành tâm của những mầm tinh thể vật chất mới bị kết tinh và phát
triển kích thƣớc tạo nên vật liệu xi măng có cƣờng độ phát triển theo thời gian và
sự kết tinh toàn khối vật liệu. Khi vật liệu kết tinh hết thì kết thúc quá trình đóng
rắn làm cho xi măng hoá đá có độ bền rất cao
4. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao lên sự biến đổi cấu trúc của XMPL [5]
Để làm sáng tỏ các quá trình lý- hoá xảy ra khi đốt nóng đá xi măng Pooc lăng,
V.V.Coltunov trong các năm 1952-1954 đã tiến hành công tác nghiên cứu ảnh
hƣởng của nhiệt độ cao đến các khoáng riêng biệt của clanhke XMPL đóng rắn,
tức là đến các khoáng C

3
A , C
4
AF , C
3
S và C
2
S
Khoáng Alit - C
3
S
Phân tích nhiệt của C
3
S đã thuỷ hoá thấy xuất hiện ba hiệu ứng nhiệt:
- Ở khoảng nhiệt độ 490-540C, liên quan đến sự tách nƣớc từ Ca(OH)
2
;
- Hiệu ứng thứ hai trong khoảng nhiệt độ 770-810C, cho đến giờ vẫn chƣa rõ;
- Hiệu ứng thứ ba, ở nhiệt độ 855-950
o
C, gây ra bởi sự phân huỷ CaCO
3
- hình
thành do sự cacbônat hoá Ca(OH)
2
trong quá trình đóng rắn của C
3
S trong không
khí.
-Sự thay đổi cƣờng độ nén của C

3
S đã thuỷ hoá khi đốt nóng tới 200C, cƣờng độ
nén tăng lên do tăng tốc các quá trình dehydrate hoá, tinh thể hoá một phần
Ca(OH)
2
và cộng thêm với sự lèn chặt cấu trúc do C
2
SH
2
mất nƣớc. Tuy nhiên ở
nhiệt độ cao hơn (300-480C) các hạt xi măng chƣa dehydrate nở ra, gel C
2
SH
2

tiếp tục co lại theo thể tích, gây nên ứng suất nội, làm cƣờng độ giảm đi 20-50%;
và xảy ra mạnh ở nhiệt độ 550C. Ở nhiệt độ 540
o
C-580
o
C, sự phân hủy Ca(OH)2
xảy ra mạnh nhất, gây phá hủy cấu trúc làm cƣờng độ giảm mạnh. Nếu sau đó
làm nguội nó trong không khí thì mẫu sẽ bị phá hủy do quá trình dehydrat hóa lần
hai, CaO đƣợc tách ra khi Ca(OH)2 bị mất nƣớc. Còn nếu tiếp tục tăng nhiệt độ
lên cao hơn 600
o
C-1200
o
C mẫu sẽ bị phá hủy. Nhƣ vậy, sự giảm đáng kể
cƣờng độ và sự phá của C

3
S đã thủy hóa trong quá trình làm nguội và giữ nó
trong không khí là do sự có mặt của CaO tự do( hình thành từ Ca(OH)2 bị mất
nƣớc), CaO sẽ tham gia phản ứng tôi vôi bằng hơi ẩm của không khí làm tăng

16
đáng kể thể tích( khoảng 2,5 lần) gây nên phá hủy cấu trúc đá xi măng. Nếu trong
trƣờng hợp, thể tích tăng lên này đƣợc bù lại bằng một lƣợng lỗ xốp nhất định
hình thành trong quá trình tăng nhiệt độ thì sẽ hạn chế đƣợc sự phá hủy do giãn
nở thể tích của CaO đƣợc thủy hóa.
Khoáng Bêlit - C
2
S
Khi đốt nóng C
2
S đã thủy hóa đến 900
o
C, trên biểu đồ nhiệt của nó không
nhận thấy hiệu ứng nhiệt nào xảy ra. Điều này chứng tỏ rằng trong mẫu không
chứa CaO tự do và gel hydrosilicat canxi tách ra trong khoảng nhiệt độ rộng nên
không làm thay đổi cấu trúc của đá C
2
S.
Cƣờng độ nén sau 28 ngày của các mẫu đối chứng từ C
2
S đã thuỷ hoá ở
điều kiện nhiệt độ thƣờng khá thấp và vào khoảng 80 kG/cm
2
. Tại nhiệt độ 100-
300C, theo C.A.Mironov, L.A.Malinhina [5] cƣờng độ các mẫu belit tăng gần

100% so với cƣờng độ ban đầu. Sự mất nƣớc của C
2
SH
2
ở các nhiệt độ này kéo
theo sự lèn chặt và kết tinh của gel do đó cƣờng độ của mẫu tăng lên. Theo
A.E.Nheikin độ co ngót của các gel xảy ra khi mất nƣớc tƣơng ứng với sự lèn
chặt cấu trúc và sự phát triển cƣờng độ theo thời gian. G.D.Salmanov cho thấy
trong khoảng nhiệt độ 200 - 400
o
C cƣờng độ mẫu tăng lên đạt 280%, ở 400
o
C-
600
o
C độ bền hầu nhƣ không thay đổi, từ 600
o
C-1000
o
C cƣờng độ có giảm đi
nhƣng sau đó tăng so với cƣờng độ mẫu C
2
S không nung nóng. Theo
V.V.Contunov sự giảm cƣờng độ ở nhiệt độ cao là do sự biến dạng nhiệt không
đều giữa các gel C
2
SH
2
và các tinh thể C
2

S chƣa kịp thủy hóa, cƣờng độ nhỏ nhất
của mẫu C
2
S khi đốt nóng ở 760
o
C còn khoảng 53% so với ban đầu. Có thể giải
thích do sự biến đổi thù hình của C
2
S. Khi tăng tiếp nhiệt độ lên 820
o
C thì mẫu
C
2
S đã thủy hóa cƣờng độ bằng khoảng 67% và ở 1200
o
C cƣờng độ tăng gấp 5
lần.
Sự biến dạng do nhiệt độ của đá C
2
S khi đốt nóng đến 240
o
C sẽ nở ra, sau
đó đến nhiệt độ lớn hơn 240
o
C do có sự tách nƣớc mạnh mẽ của C
2
SH
2

mẫu sẽ bị co lại nhất là từ 330

o
C-900
o
C , khoảng 0,68% so với kích thƣớc ban
đầu. Tuy nhiên sự co ngót chỉ xảy ra khi đốt nóng lần thứ nhất còn sau khi nung
lần thứ hai C
2
S sẽ nở ra.
Aluminat bacanxi- C
3
A
Theo V.A.Kind và S.D.O.korokov[5] phân tích biểu đồ nhiệt khi nung
nóng mẫu đá C
3
A, có 3 hiệu ứng nhiệt: Hiệu ứng thứ nhất ở 260
o
C-340
o
C tƣơng
ứng với quá trình tách nƣớc của CAH, hiệu ứng thứ hai ở 550
o
C-590
o
C có sự
phân hủy của aluminat ngậm nƣớc có kèm theo giải phóng CaO tự do, hiệu ứng
thứ ba ở 838
o
C-945
o
C cũng nhƣ khoáng C

3
S là quá trình phân hủy CaCO
3
. Việc
nung C
3
A đã thuỷ hoá ở nhiệt độ 230C kèm theo tăng cƣờng độ. Tiếp tục nâng

17
nhiệt tới 330C, thì ngƣợc lại, xảy ra giảm cƣờng độ ( khoảng 2 lần). Các nghiên
cứu hiển vi mẫu C
3
A đã thuỷ hoá nung ở 330C cho thấy có các mảnh dị hƣớng
của C
3
A chƣa thuỷ hoá bị bao bọc bởi các tinh thể mịn C
5
A
3
. Rõ ràng khi
hydroaluminat bacanxi mất nƣớc lập tức xảy ra phân rã từng phần của nó thành
CaO và C
5
A
3
. Điều này dẫn đến giảm cƣờng độ của nó.
Khi nung hydrat aluminat bacanxi tới 590C thì nó phân rã hoàn toàn, giải
phóng CaO tự do. Quá trình này phá huỷ mạng cấu trúc tinh thể của C
3
A; cấu

trúc đá trở thành xốp và cƣờng độ giảm đột ngột.Tiếp tục tăng nhiệt độ nung thì
cƣờng độ C
3
A tăng và tại 1200C là 184% cƣờng độ ban đầu.
C
3
A đã thuỷ hoá khi bị nung tới 190C thì nở ra, sau đó bắt đầu co, sự co
này tăng đột ngột trong khoảng nhiệt độ 280
o
C-350C. Sự mất nƣớc của hydrat
aluminat bacanxi xảy ra ở khoảng nhiệt độ 220
o
C-330C. Trong khoảng nhiệt độ
này quan sát thấy sự chuyển từ nở sang co, tƣơng ứng với biến đổi cƣờng độ và
biến dạng dài của mẫu.
Alumoferrit bốncanxi- C
4
AF
Theo số liệu của V.A. Kind, V.V. Coltunov [5] và các tác giả, thì biểu đồ
phân tích nhiệt của C
4
AF đã thủy hóa ghi nhận hai hiệu ứng nhiệt: Sự tách nƣớc
của CAH ở khoảng 265
o
C-350
o
C và sự phân hủy C
3
AH thành CaO và C
5

A
3
ở
545
o
C-590
o
C. Nhƣ vậy sự thay đổi của khoáng C
4
AF ở nhiệt độ cao tƣơng tự sự
thay đổi của C
3
A. Tuy nhiên cƣờng độ của C
4
AF sẽ bị giảm đi khi nhiệt độ càng
cao, còn khoảng 10-20% so với mẫu không nung. Nhƣ đã biết, khi C
4
AF thủy
hóa sẽ tạo thành C
3
AH và hydroferit canxi(CFH). Khoáng C
3
AH sẽ bị giảm
cƣờng độ khi nung ở nhiệt độ cao, nhƣng khoáng CFH khi nung nóng sẽ có tác
dụng ngăn cản sự giảm độ bền của C
3
AH ở khoảng 300
o
C.
Nghiên cứu C

4
AF sau khi nung nóng đến 550
o
C, thấy một lƣợng ôxyt Fe
2
O
3
tan
trong C
5
A
3
. Chính quá trình hòa tan là nguyên nhân làm phá hủy cấu trúc và
giảm cƣờng độ của mẫu.
Sự giãn nở dài của đá C
4
AF tăng cho đến 80
o
C, sau đó sự giãn nở dài sẽ
giảm dần và đến 150
o
C-300
o
C mẫu đá bắt đầu có hiện tƣợng co và cuối cùng sự
co ngót xảy ra mạnh trong khoảng 300
o
C - 450
o
C.
Kết luận chung:

- Khi đốt nóng từ 100
o
C đến 200
o
C mẫu đá XMPL (không sấy khô trƣớc) sẽ làm
tăng cƣờng độ do sự tự chƣng hấp của các khoáng xi măng Pooc lăng.
- Khi đốt nóng lên 200
o
C thì cƣờng độ bắt đầu giảm do sự mất nƣớc lý học, (nếu
lƣợng C
3
A lớn thì sự giảm sẽ lớn hơn do phân hủy của hydrosunphua
aluminatcanxi).

18
- Khi tiếp tục tăng nhiệt độ từ 400
o
C- 500
o
C, xảy ra sự tách nƣớc của hydroxyt
canxi tạo ra CaO gây phá vỡ cấu trúc và làm giảm cƣờng độ.
- Khi nung nóng đến nhiệt độ 600
o
C - 900
o
C, sự tạo thành CaO từ C
3
S và các
khoáng hydrat . Và khi nguội đi và giữ chúng trong không khí, sự thủy hóa lần
hai của CaO gây nở thể tích dẫn đến mẫu bị phá hủy mạnh hơn.

- Trong quá trình nung nóng đá XMPL xảy ra hiện tƣợng co ngót, phụ thuộc vào
thành phần khoáng mà độ co đạt đến 1% và cao hơn.
II.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lửa chống cháy của vật liệu
hệ liên kết xi măng Pooclang
Vật liệu sử dụng chất kết dính là xi măng Pooc lăng khi chịu tác động của
nhiệt, các khoáng thủy hóa của xi măng sẽ nhanh chóng mất nƣớc làm rỗng xốp
cấu trúc, co ngót thể tích, tạo ra CaO (đƣợc tách ra do tách nƣớc từ các khoáng ,
sản phẩm CaO sau đó bị thủy hóa bởi hơi ẩm trong không khí và tăng thể tích.
Các yếu tố trên sẽ làm giảm mạnh cƣờng độ của vật liệu. Chính vì vậy khi sử
dụng xi măng pooc lăng làm chất kết dính cho bê tông chịu lửa, ngƣời ta phải đƣa
vào các phụ gia có khả năng tham gia phản ứng với các khoáng thủy hóa của xi
măng, làm chậm quá trình mất nƣớc, giảm sự co ngót thể tích, dễ dàng tham gia
phản ứng với CaO từ đó làm giảm bớt sự suy giảm cƣờng độ.[ 6]
Nghiên cứu quá trình thủy hóa lần hai của CaO trong XMPL sau khi đốt nóng,
G.M.Ruxuc đã kiến nghị đƣa vào trong XMPL các loại phụ gia khác.
V.M.Moskvin và V.V.Contunov, C.D.Nhecrasov đã nghiên cứu tính tăng tính
chất chịu nhiệt của XMPL cũng bằng cách sử dụng các phụ gia khoáng nghiền
mịn nhằm tạo các hợp chất canxi aluminate và canxi silicate (CaOSiO
2
)mới. Tùy
thuộc vào loại phụ gia, có thể nhận đƣợc chất kết dính chịu nhiệt với các tính chất
khác nhau. [5]
YU.M.But [5] đã nghiên cứu sử dụng cát quarzt và điatômit nghiền mịn
để liên kết ôxyt canxi sau thủy hóa của đá xi măng khi giữ mẫu trong điều kiện
tiêu chuẩn và sau khi chƣng áp. Trong quá trình chƣng áp, cát quarzt và điatômit
nghiền mịn liên kết với hydroxyt canxi. Theo Y.E.Gurvytr và M.C. Agaphonop
phản ứng giữa ôxyt silic vô định hình và ôxyt canxi ở trạng thái rắn xảy ra xảy ra
mạnh ở 500
o
C-600

o
C, còn đối với quắc tinh thể nó chỉ bắt đầu ở 600
o
C. Theo
P.P.Budnhicop, V.Ph.Zuravlev thì phản ứng pha rắn giữa ôxyt silic và ôxyt
canxi( khi tỉ lệ 1:1) xảy ra qua hợp chất trung gian không bền 2CaO.SiO
2
và
3CaO
2
SiO
2
đến hợp chất cuối cùng là CaOSiO
2
[4] .
Tuy nhiên khi nung nóng, quarzt thể có sự biến đổi và nở thể tích, nên để
sử dụng đƣợc quarzt thì phải tính toán để khi xảy ra quá trình nở thể tích của
quart sẽ đƣợc bù lại bởi các khoảng trống đƣợc tạo sẵn do sự co lại của các chất

19
độn độc lập khác nhƣ các khoáng vật sét hoặc các cốt liệu sợi dễ phân hủy ở nhiệt
độ cao, để lại những khoảng trống, nhƣ cellulose, sợi tổng hợp
V.V.Contunov và Z.M.Larionov[5] nghiên cứu tác động của các khoáng
xi măng với phụ gia sa mốt mịn, hàm lƣợng từ 150-300% so với xi măng cho
thấy: Lƣợng phụ gia đƣa vào càng lớn thì khả năng liên kết với CaO tự do xảy ra
càng hoàn toàn, dẫn tới tăng độ bền của đá xi măng sau khi nung ở nhiệt độ
1200
o
C. Điều đó nói lên rằng không còn CaO trong đá xi măng sinh ra khi nung
đá xi măng, chúng liên kết hoàn toàn hoàn toàn với SiO

2
và Al
2
O
3
của sa mốt
mịn, hình thành dạng khoáng mới là silicat và aluminat khan. Ở đây, nếu sử dụng
các loại xi măng giàu nhôm (Secar 51, Secar71) hoặc các cốt liệu sa mốt mịn
giàu nhôm sẽ đảm bảo tính ổn định kết cấu của vật liệu và hạn chế đƣợc sự suy
giảm cƣờng độ do các nguyên nhân trên gây ra.
Nhận đinh:
- Để hạn chế sự suy giảm cƣờng độ do nhiệt trong xi măng cần hạn chế tác hại
trƣơng nở thể tích khi thủy hóa lần 2 của CaO (bị tách ra do nhiệt) từ các
khoáng hydrate. Các yếu tố giúp CaO và các thành phần khoáng kém bền
nhiệt phản ứng chuyển thành khoáng bền nhiệt sẽ giúp toàn vật liệu bền nhiệt
hơn.
- Sử dụng bột samốt nghiền mịn, kích thƣớc hạt nhỏ hơn hạt xi măng, đƣa vào
phối liệu có thể giúp làm tăng tính bền nhiệt cho vật liệu nhờ tham gia phản
ứng với CaO tạo Canxialuminat (CA) bền nhiệt. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của
samot là khối lƣợng riêng cao, chi phí gia công cao.
- Sử dụng các nguyên liệu chứa Silic hoạt tính để tạo canxi silicate (CS) ở nhiệt
độ cao, có tính bền nhiệt tốt. Các nguyên liệu nhƣ Silicafume, xỉ bông trắng lò
nấu thép, tro bay lò nhiệt điện.
- Sử dụng các nguyên liệu khối lƣợng nhẹ, bền nhiệt, cấu trúc vô định hình,
giàu silic và nhôm nhƣ: Perlite, Vermiculite…
- Sử dụng các hợp chất giàu nhôm nhƣ: Khoáng vật sét Cao lanh,
metacaolinite… ở nhiệt độ cao có khả năng tạo liên kết với CaO. Đặc biệt
nguyên liệu Metacaolinite, đƣợc sản xuất từ phân hủy nhiệt cao lanh có chứa
Silic hoạt tính và Al
2

O
2
.2SiO
2
hoạt tính, dễ phản ứng với các khoáng trong xi
măng.




20
II.1.3. Dây chuyền sản xuất tấm xi măng theo công nghệ chưng áp hiện có
trên thế giới
1. Công nghệ tạo tấm Hatscheck:

Thuyết minh:
Hồ sau khi phối trộn đƣợc bơm vào các bể xeo (1). Huyền phù trong các bể xeo
đƣợc tang xeo (2) vớt lên và tạo thành một lớp màng bám lên băng dạ (3). Chăn
xeo đi qua nhiều bể sẽ tạo đƣợc lớp chiều dày mong muốn Để chống hiện tƣợng
tách lớp nhỏ và làm lớp vật liệu trên chăn chặt lại với độ ẩm mong muốn, băng
dạ đƣợc cán bởi trục Gauss (4) và phải đi qua các vùng hút chân không (5),
khoảng 30% lƣợng nƣớc công nghệ cũng đƣợc thu hồi. Lớp vật liệu tấm sau khi
đã hình thành trên băng dạ, đƣợc hút tƣơng đối khô (độ ẩm còn ~30%) đƣợc đƣa
qua con lăn nén chính (6) và tang định hình (7) để ép tấm. Trên tang (7) có bố trí
dao cắt (8) để cắt tấm theo chiều dài thiết kế và bám sang băng tải (9). Điều cần
chú ý là phải điều chỉnh độ song song của trục hai quả lô sao cho lớp tấm lợp
bám sang đều, không rách, rỗ. Tốc độ của băng tải (9) phải nhanh hơn tốc độ
máy xeo để tấm bị kéo sang, không bị nhăn. Hộp chân không (11) có vai trò làm
khô băng dạ trƣớc khi thực hiện chu trình tuần hoàn tiếp theo nhờ hệ thống vận
chuyển (10).

2. Công nghệ chưng áp tạo sản phẩm tấm xi măng
Các nguyên liệu thô đƣợc định lƣợng và đƣa và máy khuấy trộn thành hồ, hồ sau
đó đƣợc chuyển sang các bể xeo của công nghệ tạo tấm Hatschek. Tấm sau khi
hình thành đƣợc xếp trồng và chuyển sang máy ép tạo sự xít chặt và độ phẳng
cho tấm. Sau đó tấm đƣợc đƣa vào lò chƣng áp (với hơi bão hòa ở áp suất cao) để
đẩy nhanh quá trình phát triển cƣờng độ của hệ đóng rắn thủy lực. Tấm ra khỏi
lò chƣng áp đƣợc đƣa qua hệ thống sấy loại nƣớc dƣ lý học. Tiếp đó tấm đƣợc cắt
thành các kích thƣớc sản phẩm mong muốn, qua công đoạn kiểm tra và đóng gói
là thành phẩm. Sơ đồ quy trình công nghệ tiên tiến cho sản xuất tấm xi măng
trên thế giới đƣợc đƣa tại phần phụ lục.

21
II.1.4. Giới thiệu các nguyên liệu trong sản xuất vật liệu nhẹ chống cháy
1. Xi măng Pooc lăng
Xi măng sử dụng trong công nghệ chƣng áp vừa đóng vai trò là chất kết dính
vừa đóng vai trò trực tiếp tới cƣờng độ sản phẩm, chất lƣợng sản phẩm và đồng
thời ảnh hƣởng tới các giai đoạn trung gian của quá trình sản xuất. Chính vì vậy
để có chất lƣợng tốt cần có nguyên liệu tốt đảm bảo chất lƣợng sản phẩm, tỷ lệ
thành phẩm và sử dụng tối ƣu nguyên liệu. Xi măng có cƣờng độ, chất lƣợng
càng cao, ít các phụ gia độn thì cho chất lƣợng sản phẩm càng tốt. Do vậy loại xi
măng sản xuất thích hợp là loại xi măng PC (hay OPC – orginal portland
cement).
Với loại xi măng pooc lăng hỗn hợp – PCB, vẫn có thể sản xuất theo công
nghệ chƣng áp nhƣng chất lƣợng sản phẩm không cao và thƣờng xuất hiện các
hiện tƣợng, lỗi trong quá trình sản xuất. Gây ảnh hƣởng tới chất lƣợng, tiến độ
và tỷ lệ phế phẩm của quá trình sản xuất. Ngoài ra, loại xi măng này khi chịu tác
dụng của nhiệt độ cao, thành phần bị phân hủy và mất khối lƣợng cao, dẫn đến
kém đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật chống cháy so với xi măng OPC.
Đối với xi măng để sản xuất gạch bê tông khí AAC (autoclaved areated
concrete) hiệu quả cần đảm bảo các tiêu chí: C

3
S > 50%; C
3
A: 7-10%; C
4
AF <
10%; Na
2
O+K
2
O < 2%
2. Xi măng chịu lửa Secar
- Các xi măng chịu lửa hệ Calcium aluminate đều tạo các tính chất về chịu lửa
và đóng rắn nhanh khi đƣợc sử dụng đơn lẻ nhƣ một chất kết dính thủy lực. Tính
chất đóng rắn nhanh và có cƣờng độ cao thƣờng có đƣợc khi sử dụng kết hợp với
các khoáng khác nhƣ canxi sulphate và/hoặc cùng xi măng pooclang. Ngoài ra,
sự kết hợp này còn làm giảm sự co ngót của vật liệu qua sự tạo thành ettringite –
Ca
6
Al
2
(SO
4
)
3
(OH)
12
·26H
2
O.

- Các xi măng chịu lửa này đƣợc đƣa vào với mục đích hạn chế sự suy giảm
cƣờng độ của vật liệu khi gặp điều kiện cháy, nhằm đảm bảo tính nguyên khối,
chông nứt vỡ cấu kiện công trình. Thông qua đó, tấm vật liệu sẽ đảm bảo hiệu
quả chống cháy, chống sự lây lan tấn công của lửa qua các khu vực khác, đảm
bảo đủ thời gian cho con ngƣời thoát hiểm…
a. Secar51 (A51)
- Thành phần khoáng Secar51:
+ Thành phần chính: Calcium Aluminate – CA
+ Thành phần phụ: C
2
AS
+ Không chứa tinh thể SiO
2
và bất kỳ phụ gia nào

22
Bảng 1 : Đặc tính kỹ thuật xi măng Secar51 [Tiêu chuẩn nhà cung cấp]
TT
Tên đặc tính kỹ thuật
Đơn vị
Giá trị
Tiêu chuẩn
1
Thành phần hóa
%
Al
2
O
3
≥ 50; CaO ≤ 39,5; SiO

2

≤ 6,0; Fe
2
O
3
≤ 3,0
XRF Chemistry
2
Độ mịn, Blainfiness
cm
2
/g
3600 - 4400
ASTM C204
3
Tính chảy sau 30 phút
%
≥ 40
ASTM C1437
4
Thời gian đông kết
+Bắt đầu đông kết
+Kết thúc kết thúc
phút

≥ 160
≤ 300
Vikat – 1000g;
1,16mm

5
6
Cƣờng độ kháng nén
+ sau 6 h
+ sau 24h
MPa

≥ 15,0
≥ 53,8
ASTM C309
7
Khối lƣợng thể tích
g/cm
3

1,07 – 1,26
-
8
Trọng lƣợng riêng
g/cm
3

~ 3,04
-
9
Sót sàng lỗ 90 µm
%
≤ 5
-
10

Độ bền nhiệt
o
C
Đến 1410
ASTM C24
- Secar 51 với thành phần chủ yếu là khoáng calcium aluminate có thể đƣợc sử
dụng nhƣ một chất liên kết đơn lẻ hoặc kết hợp với các khoáng hoạt tính khác.
Secar51 là xi măng chịu lửa thƣờng sử dụng trong vữa và bê tông hoạt động
trong điều kiện nhiệt độ cao. Secar51 đƣợc ƣa dùng với các loại vật liệu chịu
nhiệt ở mức trung bình, do giảm hàm lƣợng Fe
2
O
3
trong thành phần.
- Với các cấp phối của sản phẩm vật liệu xây dựng, Secar51 có thể đƣợc phối
trộn với các khoáng hoạt tính khác để tạo chất kết dính với nhiều thành phần, ví
dụ nhƣ: các sản phẩm phủ sàn tự cân bằng, các sản phẩm vá nhanh, các loại vữa
không co, các loại keo dán gạch ốp tƣờng.
- Secar51 khi thêm vào xi măng Pooclang sẽ làm tăng tính chịu lửa nhƣng cũng
đồng thời tốc độ đóng rắn ban đầu của xi măng. Do vậy, trong các điều kiện thi
công nhất định, cần phải sử dụng phụ gia làm chậm tốc độ đóng rắn của hỗn hợp.
Ngoài phụ gia siêu dẻo, có thể dùng mật gỉ đƣờng (đƣờng sacarose)…
- Secar51 không giải phóng Ca(OH)
2
, khi đƣợc sử dụng nhƣ là một chất liên kết
duy nhất. Nhờ vậy, nó mang lại một tính chất chịu lửa tốt, bền hóa học và không
tạo các muối của hydrat canxi trên bề mặt sản phẩm.
- Với vai trò là một chất liên kết, Secar51 phản ứng với hầu hết các phụ gia
khoáng hóa và hữu cơ để đạt đƣợc tính chảy rất tốt.

23
b. Secar 71 (A71)
Xi măng Secar 71 là chất kết dính đa tác dụng, với hàm lƣợng Al
2
O
3
xấp xỉ 70%,
với nhiệt độ làm việc chỉ định trên 1400
o
C. Xi măng Secar71 với tính lƣu động
tốt cho phép áp dụng với nhiều loại kỹ thuật tạo hình đặc biệt là kỹ thuật đúc rót
hoặc phun phụt.
Thành phần khoáng Secar71:
+ Thành phần chính: CA; CA
2

+ Thành phần phụ: C
12
A
7
, A
α

Bảng 2: Đặc tính kỹ thuật xi măng Secar71 [Tiêu chuẩn nhà cung cấp]

TT
Tên đặc tính kỹ thuật

Đơn vị
Giá trị
Tiêu chuẩn
1
Thành phần hóa
%
Al
2
O
3
≥ 68,5; CaO < 31,0;
SiO
2
< 0,8; Fe
2
O
3
< 0,4
EN196 - 2
2
Độ mịn, Blainfiness
cm
2
/g
3800 - 4400
EN196 - 6
3
Tính chảy sau 30 phút
%
≥ 60

ASTM C230
4

Thời gian đóng rắn:
+Bắt đầu đóng rắn
+Kết thúc đóng rắn
phút

190 -240
≤ 300
Vikat, E196 -4
NF P15-431
5
Cƣờng độ kháng nén
+ sau 6 h
+ sau 24h
MPa

15,0 - 30,0
40,0 - 55,0
E196 -3
6
Khối lƣợng thể tích
g/cm
3

0,90
-
7
Trọng lƣợng riêng

g/cm
3

2,90 – 3,05
-
8
Sót sàng lỗ 90 µm
%
≤ 5
EN196 -6
9
Độ bền nhiệt
o
C
1590 - 1620
ASTM C24
Các thống số test dựa trên vữa có thành phần tuân theo tiêu chuẩn E196-1,
Xi/Cát/Nước = 450/1350/225 (g).
3. Cát
Khác với bê tông, trong công nghệ sản xuất AAC cát là một cấu tử tham gia phản
ứng hóa học tạo ra khoáng torbemorlit nên cần quan tâm tới thành phần hóa học
của cát, đặc biệt là hàm lƣợng SiO2 trong cát. Theo khuyến cáo và thực tế sản
xuất thì để có chất lƣợng của gạch cao cát cần có hàm lƣợng SiO2 lớn hơn 80%.
Trong tự nhiên SiO2 chiếm một khối lƣợng khá lớn trên bề mặt của võ trái đất,
tuy nhiên cát tự nhiên thích hợp cho sản xuất AAC thƣờng là các loại cát sông,
quazit, là cát thạch anh hoặc thạch anh chủ yếu.
Bảng 3: Phân loại cát theo kích thƣớc hạt

24
Kích thƣớc (mm)

0,0625 – 0,125
0,125 – 0,25
0,25 – 0,5
0,5 - 1
1 - 2
Thang đo Wentworth
Cát rất mịn
Cát mịn
Cát trung
bình
Cát thô
Cát rất thô
Thang đo Kachinskii
0,05 ≤ cát mịn ≤ 0,25
Cát trung
bình
Cát thô
-
Bảng 4: Yêu cầu kỹ thuật nguồn nguyên liệu SiO
2
Đơn vị tính: %
Thành phần
Mức
Tốt
Trung bình
Thấp
SiO
2
+ Al
2

O
3
≥
85
75
65
Cl
-
≤
0,02
0,03
0,03
Mica ≤
0,5
0,5
1,0
Tạp chất sét ≤
3
5
8
K
2
O + Na
2
O ≤
1,5
3
5
4. Vôi
Vôi đƣợc sử dụng ở hai dạng vôi chín và bột vôi sống.

- Vôi chín: Là vôi đƣợc tôi trƣớc khi dùng, khi cho vôi vào nƣớc quá trình tôi sẽ
xảy ra theo phản ứng : CaO + H
2
O = Ca(OH)
2
+ Q . Tùy thuộc vào lƣợng nƣớc
cho tác dụng với vôi sẽ có 3 dạng vôi chín thƣờng gặp
- Bột vôi chín: Đƣợc tạo thành khi lƣợng nƣớc vừa đủ để phản ứng với vôi. Tính
theo phƣơng trình phản ứng thì lƣợng nƣớc đó là 32,14% so với lƣợng vôi, nhƣng
vì phản ứng tôi vôi là tỏa nhiệt nên nƣớc bị bốc hơi do đó thực tế lƣợng nƣớc này
khoảng 70%. Vôi bột có khối lƣợng thể tích 400 - 450 kg/m
3
.
- Vôi nhuyễn: Đƣợc tạo thành khi lƣợng nƣớc tác dụng cho vào nhiều hơn đến
mức sinh ra một loại vữa sệt chứa khoảng 50% là Ca(OH)
2
và 50% là nƣớc
tự do. Vôi nhuyễn có khối lƣợng thể tích 1200 - 1400 kg/m
3
.
- Vôi sữa : Đƣợc tạo thành khi lƣợng nƣớc nhiều hơn so với vôi nhuyễn, có
khoảng ít hơn 50% Ca(OH)2 và hơn 50% là nƣớc.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng vôi
+ Độ hoạt tính của vôi: Độ hoạt tính của vôi đƣợc đánh giá bằng chỉ tiêu tổng
hàm lƣợng CaO và MgO, khi hàm lƣợng CaO và MgO càng lớn thì sản lƣợng vôi
vữa càng nhiều và ngƣợc lại.
+ Nhiệt độ tôi : Là nhiệt độ cao nhất trong quá trình tôi.
+ Tốc độ tôi (thời gian tôi) : Là thời gian tính từ lúc vôi tác dụng với nƣớc
đến khi đạt đƣợc nhiệt độ cao nhất khi tôi.

25
+ Lƣợng hạt sạn: Hạt sạn là những hạt vôi chƣa tôi đƣợc trong vôi vữa. Hạt
sạn có thể là vôi già lửa, non lửa hoặc bã than v.v Lƣợng hạt sạn là tỷ số giữa
khối lƣợng hạt sạn so với khối lƣợng vôi sống (các hạt còn lại trên sàng 124 lỗ
/cm
2
, tính bằng %). Lƣợng hạt sạn liên quan đến nhiệt độ tôi và và sản lƣợng vôi
vữa, khi lƣợng hạt sạn càng lớn thì phần vôi tác dụng với nƣớc càng ít đi do đó
nhiệt độ tôi và sản lƣợng vôi vữa càng nhỏ.
+ Độ mịn: Bột vôi sống càng mịn càng tốt vì nó sẽ thủy hóa với nƣớc càng
nhanh và càng triệt để, nhiệt độ tôi và tốc độ tôi càng lớn sản lƣợng vữa vôi càng
nhiều.
Bảng 5: Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lƣợng của vôi đƣợc quy định theo
TCVN 2231 – 1989.

5. Cốt liệu sợi
Vai trò chính của sợi là cải tiến các tính chất cơ học, đặc biệt là độ bền kéo thấp
và tính giòn cao vốn có của ma trận xi măng. Sự kết hợp giữa sợi và ma trận xi-
măng tạo thành loại composite có độ bền tốt, giá thành rẻ, có khả năng ứng dụng
thực tiễn cao. Do tính chất độc hại của loại sợi amiang (loại sợi trƣớc đây đƣợc
sử dụng phổ biến vì mang lại các tính chất bền cơ, nhiệt rất tốt cho vật liệu tấm)
ngƣời ta có thể sử dụng các loại sợi nhƣ: nhóm có nguồn gốc silic (sợi thủy tinh,
sợi bazan), nhóm có nguồn gốc nhựa polyme tổng hợp (sợi PP, PE, PVA, …)
hay sợi cellulose.
Sợi cellulose tự nhiên:
Các sợi tự nhiên gốc cellulose có thể đem lại cho vật liệu tấm có tính bền dai cao,
cho tỷ lệ khối lƣợng riêng thấp. Hơn nữa sợi cellulose dễ kiếm từ các nguồn phụ