NGHIÊN cứu THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG hạt NIX đã QUA sử DỤNG (xỉ ĐỒNG) THAY THẾ hạt sỏi TRONG vật LIỆU bê TÔNG POLYMER

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-1-
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NHA TRANG


NGUYỄN HỮU THÂN


NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG HẠT NIX ĐÃ
QUA SỬ DỤNG (XỈ ĐỒNG) THAY THẾ HẠT SỎI TRONG
VẬT LIỆU BÊ TÔNG POLYMER


Ngành: Kỹ thuật tàu thủy
Mã số: CH07TT03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT TÀU THỦY


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS QUÁCH ĐÌNH LIÊN

Nha Trang – 2011
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-2-
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-3-
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn “Nghiên cứu thử nghiệm khả năng ứng dụng
hạt NIX đã qua sử dụng (xỉ đồng) thay thế hạt sỏi trong vật liệu bê tông polymer”
là công trình nghiên cứu riêng của tôi.
Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực. Các số liệu có nguồn
trích dẫn, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong các công
trình nghiên cứu khác.
Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy Cô trường Đại học Nha Trang đã truyền
đạt cho tôi kiến thức trong suốt những năm học ở trường. Đặc biệt, tôi xin chân
thành cảm ơn PGS.TS Quách Đình Liên đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt
luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn Liên hiệp khoa học sản xuất địa chất_Địa vật lý
(GSP), Viện nghiên cứu hạt nhân TP Đà Lạt, Viện nghiên cứu chế tạo tàu
thủy_trường Đại học Nha Trang, Trường Cao đẳng nghề Nha Trang đã tạo điều kiện
cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn.

Nha Trang, ngày 1 tháng 12 năm 2011
Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Thân







Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-4-
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trên thế giới đã và đang ứng dụng bê tông polymer (mineral
casting) dùng để thay thế vật liệu gang trong việc đúc các bệ máy tiện, phay vạn
năng; máy tiện, phay CNC….
Thành phần cấu tạo của bê tông polymer bao gồm: nhựa EPOXY, cát hạt
lớn, và hạt sỏi, được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định.
Ứng dụng này đã mở ra cho ngành vật liệu một hướng đi mới vô cùng khả
quan vì những tính năng mà bê tông polymer đạt được:
Với nội dung “Nghiên cứu thử nghiệm khả năng ứng dụng hạt NIX đã qua sử
dụng (xỉ đồng) thay thế hạt sỏi trong vật liệu bê tông polymer”. Luận văn của tôi
gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan về bê tông polymer, hạt NIX, nhựa EPOXY.
Chương 2: Quy hoạch thực nghiệm và chế tạo mẫu.
Chương 3: Kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị.
Sau một thời gian được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo - PGS.TS Quách
Đình Liên, đến nay luận văn của tôi đã hoàn thành.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn và các

thầy cô giáo đã trực tiếp giảng dạy cũng như hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các kỹ sư Viện Nghiên Cứu Hạt
Nhân, các anh chị tại thuộc chi nhánh Địa Chất_Địa Vật Lý Miền Trung, cũng như
Bộ môn CTM&KNS_Trường Cao đẳng nghề Nha Trang đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn.

Học viên: Nguyễn Hữu Thân




Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-5-
Mục lục
Nội dung Trang
Phụ bìa
Lời cam đoan 3
Lời nói đầu 4
Mục lục 5
Danh mục ký hiệu chữ viết tắt 7
Chương mở đầu 8
1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu
3. Nội dung thực hiện
CHƯƠNG 1: Tổng quan về bê tông polymer, hạt NIX, nhựa EPOXY. 10
1.1 Bê tông polymer (khoáng sản đúc) 10
1.1.1 Lịch sử hình thành bê tông polymer 10

1.1.2 Tìm hiểu về khoáng sản đúc 13
1.1.2.1 Thành phần 13
1.1.2.2. Chất kết dính 14
1.1.2.3 Phương pháp chế tạo vật liệu 16
1.1.2.4 Phản ứng tỏa nhiệt 19
1.1.2.5 Tiêu chuẩn 19
1.1.3 Đặc điểm khoáng sản đúc 20
1.1.3.1 Đặc điểm năng động 20
1.1.3.2 Giảm xóc 21
1.1.3.3 Giảm tiếng ồn 22
1.1.3.4 Quá trình nhiệt 22
1.1.3.5 Mô-đun đàn hồi 22
1.1.3.6 Chống rỉ 23
1.1.3.7 Môi trường 24
1.1.3.8 Độ dẫn điện 25
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-6-
1.1.3.9 Độ co rút 25
1.1.4 Tình hình nghiên cứu bê tông polyme ở trong và ngoài nước 26
1.2 Hạt NIX 29
1.2.1. Hạt Nix chưa qua sử dụng 29
1.2.2. Hạt Nix đã qua sử dụng (hạt Nix phế thải) 30
1.3 Nhựa EPOXY 32
1.3.1 Khái niệm 32
1.3.2 Tổng hợp nhựa Epoxy 32
1.3.3 Lý tính của nhựa Epoxy 35
1.3.4 Hóa tính của nhựa Epoxy 36
1.3.4.1. Phản ứng của nhóm epoxy 36

1.3.4.2. Khả năng phản ứng của nhóm hydroxyl 37
1.3.5. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy 38
1.3.5.1. Hệ đóng rắn nguội 39
1.3.5.2. Hệ đóng rắn nóng 42
1.3.6. Ứng dụng của nhựa epoxy 42
Chương 2: Quy hoạch thực nghiệm và chế tạo mẫu 44
2.1 Quy hoạch thực nghiệm lựa chọn kết cấu vật liệu 44
2.1.1 Chọn tỷ lệ vật liệu thành phần 44
2.1.2 Chọn vật liệu nền 45
2.1.3 Mục đích thực nghiệm tạo vật liệu bê tông polymer 46
2.1.4 Các loại mác bê tông. 50
2.1.5. Chọn áp lực thực nghiệm 51
2.2 Công nghệ chế tạo khuôn mẫu 52
2.3 Chế tạo mẫu bê tông polymer nguyên thủy ( không sử dụng hạt NIX) 54
2.4 Chế tạo mẫu bê tông polymer với 25% hạt Nix (thay thế hạt sỏi) 57
2.5 Chế tạo mẫu bê tông polymer với 50% hạt Nix (thay thế hạt sỏi) 58
2.6 Chế tạo mẫu bê tông polymer với 75% hạt Nix (thay thế hạt sỏi) 59

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-7-
Chương 3. Kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị 61
3. Kết quả thực nghiệm 61
3.1 Cường độ nén 61
3.1.1 Máy thử cơ tính 61
3.1.2 Thí nghiệm mẫu 63
3.2 Độ dẫn điện 68
3.3 Độ phóng xạ 73
3.3.1 Phóng xạ tự nhiên và liều lượng bức xạ 73

3.3.2 Liều hiệu dụng trong nhà và tiêu chuẩn an toàn bức xạ đối với vật liệu
xây dựng 74
3.3.2.1. Phương pháp xây dựng tiêu chuẩn 74
3.3.2.2. Tiêu chuẩn theo liều hiệu dụng chiếu ngoài 74
3.3.2.3. Tiêu chuẩn theo chỉ số hoạt độ chiếu ngoài và chiếu trong 75
3.3.2.4. Tiêu chuẩn đối với vật liệu khối và vật liệu lát bề mặt 76
3.3.2.5. Vai trò của bức xạ beta 77
3.3.2.6 Đánh giá thực tế độ phóng xạ của một số vật liệu xây dựng 77
3.4 Kiểm tra độ hấp thụ, trương nở trong nước biển và dầu DO 0,25S 79
3.4.1 Kiểm tra độ hấp thụ nước biển. 79
3.4.2 Kiểm tra độ hấp thụ dầu DO 0.25S 81
3.4.3. Kiểm tra độ trương nở trong môi trường nước biển và dầu DO 0.25S 83
3.5 Thí nghiệm độ cứng 83
3.6 Thí nghiệm uốn 85
3.7 Kết luận và kiến nghị 88
Tài liệu tham khảo 90
Phụ lục 93




Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-8-
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Hiện nay trên thế giới đã và đang ứng dụng bê tông polymer dùng để thay thế
vật liệu gang trong việc đúc các bệ máy tiện, phay vạn năng; máy tiện, phay
CNC….

Thành phần cấu tạo của bê tông polymer bao gồm: nhựa EPOXY, cát hạt lớn,
và hạt sỏi, được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định.
Ứng dụng này đã mở ra cho ngành vật liệu một hướng đi mới vô cùng khả
quan vì những tính năng mà bê tông polymer đạt được:
+ Dễ đúc
+ Không dẫn nhiệt
+ Cách điện (đảm bảo an toàn lao động cho người công nhân)
+ Giảm tải tài nguyên gang cho quốc gia.
Hiện tại ở Việt Nam trong vài năm gần đây, các công ty sữa chữa và đóng
mới tàu thủy phát triển với tốc độ rất nhanh ví dụ như: công ty TNHH Huyndai
Vinashine Ninh Hòa, công ty đóng tàu Cam Ranh, công ty đóng tàu Nam
Triệu….
Với công nghệ sữa chữa tàu thủy hiện nay là phải dùng hạt NIX để làm sạch
bề mặt thân tàu trước khi sơn, chính công nghệ này đã tạo ra một khối lượng xỉ
đồng không nhỏ tại các nhà máy.
Vật liệu nền của Bê tông Polymer là nhựa EPOXY được sử dụng phổ biến ở
Việt Nam.
Ứng dụng hạt NIX thay thế hạt sỏi trong vật liệu Bê tông Polymer tạo ra một
vật liệu mới là một vấn đề thực sự có ý nghĩa khoa học thực tiễn cấp thiết, chúng tôi
cũng đã thu được kết quả nghiên cứu rất khả quan. Các nghiên cứu được tiến hành
dưới sự chỉ đạo của PGS. TS Quách Đình Liên; các thí nghiệm trong phòng được
tiến hành do tác giả và các cộng sự.


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-9-
2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu:
- Mục đích: Thông qua việc nghiên cứu thành phần cấu tạo của bê tông

polymer dẫn đến ứng dụng hạt NIX thay thế hạt sỏi đưa ra vật liệu mới với
đầy đủ tính năng cần thiết.(độ nén cao, không dẫn điện và không nhiễm phóng
xạ_
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thử nghiệm các tính chất của vật liệu để có
thể ứng dụng trong kỹ thuật.
3. Nội dung thực hiện:
Chương 1: Tổng quan về bê tông polymer (mineral casting) , hạt NIX, nhựa
EPOXY.
Chương 2: Quy hoạch thực nghiệm, chế tạo mẫu.
Chương 3: Kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị.

















Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

-10-

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG POLYMER, HẠT NIX, NHỰA EPOXY.

1.1 Bê tông polymer (tác giả Volker Jackisch_người Đức trong cuốn
“Khoáng sản đúc trong kỹ thuật cơ khí của nhà xuất bản công nghiệp”)
1.1.1 Lịch sử hình thành bê tông polymer
Khoáng sản đúc được định nghĩa như sau: Sử dụng nguyên liệu khoáng tự
nhiên (ví dụ, sỏi và cát thạch anh) làm vật liệu làm đầy, sử dụng nhựa epoxy như
chất kết dính, khuấy động các vật liệu làm đầy và chất kết dính trong một khuôn, và
cuối cùng hình dạng hỗn hợp trong khuôn.
Khoáng sản đúc thường được gọi là bê tông nhựa và cũng có thể gọi là đá
granite nhân tạo. So với gang (một máy cơ thể vật liệu truyền thống), khoáng sản
đúc được đặc trưng bởi hiệu suất cao, hấp thụ tốt, cách nhiệt, dễ dàng chế tạo, thân
thiện với môi trường, tiêu thụ điện năng và giá thành thấp. Đến một mức độ nhất
định, khoáng sản đúc có thể thay thế gang thép.
Khoáng sản đúc đã được áp dụng rộng rãi trong hơn 30 năm qua trong ngành
công nghiệp. Thống kê cho thấy rằng trong những máy công cụ ở Châu Âu có sử
dụng khoáng sản đúc như thân máy, nền móng máy, cột trụ đứng hoặc các bộ phận
cơ khí khác….
Khoáng sản đúc được sử dụng trong nhiều ngành, đặc biệt có sự đầu tư vào
ngành công nghiệp cơ khí, với nguyên liệu là khoáng sản và chất kết dính sẽ tạo ra
phản ứng nhựa bê tông polymer. Phạm vi ứng dụng và hình dáng của sản phẩm phụ
thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu và chất kết dính .
Cát vàng và hạt sỏi là vật liệu đặc biệt quan trọng, nguyên liệu trong ngành
công nghiệp xây dựng cũng như trong sản xuất máy móc. Vật liệu này được ứng
dụng với nhựa epoxy trong ngành cơ khí. Dùng để gia cường vào khung của máy,
do đó nó sẽ ảnh hưởng đến các cấu trúc, tính năng của máy (Hình 1.1). Các vật liệu
khoáng sản công nghệ cao góp phần vào việc tạo khung máy, và nó sẽ mở rộng đến

các ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác:
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-11-




Hình 1.1: Sản phẩm được gia cường bởi vật liệu bê tông polymer
 Đảm bảo kiểu dáng của máy
 Đảm bảo khả năng chịu lực.
Nói tóm lại bê tông polymer đảm bảo các tính năng cách nhiệt, cách âm
thanh tối ưu ở trạng thái tĩnh cũng như ở trạng thái động.
Ngành công nghiệp của châu Âu vào đầu thế kỷ 20, là một trong số những
ngành đặc trưng của xã hội lúc bấy giờ. Bởi tầm quan trọng này cộng với sự giá
thành tăng đột biến của vật liệu sắt thép đúc và sự khan hiếm của kim loại. Với
những nhu cầu bức thiết đó thì vào năm 1917 Georg Schlesinger, một người Đức đã
tìm ra một vật liệu có thể thay thế được gang, thép đó là vật liệu bê tông polymer
với thành phần là nguyên liệu truyền thống (cát hạt lớn và hạt sỏi) và các dung môi
hỗ trợ (Hình 1.2).



Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-12-

Hình 1.2: Sản phẩm thay thế sắt đúc đầu tiên chiến tranh thế giới là giá đỡ máy
công cụ với vật liệu được thay thế là bê tông polymer
Ý tưởng này đã có gặp những phản đối quyết liệt, nhưng trong chiến tranh
thế giới lần thứ II do sự thiếu hụt về sắt, gang nên vào năm 1944 các nhà máy bắt
đầu lấy ý tưởng của Georg Schlesinger làm cơ sở để đúc các bệ máy bằng bê
tông polymer. Trong vật liệu này là sự kết hợp giữ nguyên liệu truyền thống trong
bê tông xi măng là cát vàng và hạt sỏi với chất liên kết là nhựa, sau khi nén sẽ cho
ra một khung máy hoàn chỉnh . Các bê tông polymer đáp ứng mọi tính năng của các
vật liệu khác như gang, thép nhưng không ảnh hưởng đến độ chính xác của máy.
Vào những năm 70 của thế kỷ 20 ngành công nghiệp hóa chất đã phát triển
đột phá cho ra đời hệ thống nhựa lạnh (không cần yếu tố nhiệt độ vẫn đáp ứng các
yêu cầu liên kết giữa các phần tử). Hóa chất đột phá này đáp ứng các yêu cầu về độ
liên kết của vật liệu, chính điều này dẫn đến sản xuất được vật liệu bê tông
polymer cho độ chính xác cao.
Thực tế đã chứng minh, với sản phẩm là khung máy RTEU của công ty
Studer (Thụy Sĩ), EPUCRET (Đức), đã được Viện quản lý sản xuất công nghệ và
máy công cụ (PTW) và Đại học Công nghệ xác nhận rằng vật liệu này là phù hợp
(Hình 1.3).
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-13-



Hình 1.4: Khung máy RTEU

Sau đó đã thử nghiệm với loại nhựa phản ứng bão hòa polyester (UP-
methacrylate) và (MMA) có nhựa epoxy, mà ngày hôm nay là nhựa EP để sản xuất
các polymer đúc. Trong những năm thập niên 90 của thế kỷ 19 với những lợi ích mà

bê tông polymer tạo ra trong nghành công nghiệp đúc đã áp dụng cho ngành công
nghiệp cơ khí, và số lượng của các sản phẩm khoáng sản đúc ở Đức tăng từng năm
và sẽ tăng gấp đôi dự kiến trong năm tiếp theo.
1.1.2 Tìm hiểu về khoáng sản đúc
1.1.2.1 Thành phần
Khoáng sản đúc chủ yếu là các chất kết dính và vật liệu (cát vàng và sỏi hạt
lớn), ngoài ra còn có các phụ gia khác. (Hình 1.5)

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-14-


Hình 1.5: Khai thác khoáng sản để đúc với thành phần
là nhựa epoxy và khoáng sản

1.1.2.2. Chất kết dính
Tiêu chí lựa chọn cho chất kết dính là các sản phẩm sau khi chế tạo ra phải
có các tính năng sau:
• Mô đun đàn hồi cao
• Nén tốt
• Chống sốc cao
• Cách điện tốt
• Độ chính xác cao
• Thời gian xử lý nhanh
• Sinh học và các khía cạnh kinh tế
Yêu cầu quan trọng đối với khoáng sản đúc có mô đun đàn hồi cao và các
đặc tính giảm xóc tốt. Các nguyên vật liệu cũng được coi trọng, để không mất thời
gian đòi hỏi có một khuôn chính xác cao thì hệ số giãn nở nhiệt thấp (hệ số giãn nở

nhiệt của một vật liệu là một đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi kích thước
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-15-

của vật liệu đó khi nhiệt độ thay đổi).

Với đa số vật liệu, khi áp suất không đổi, thể
tích hay kích thước của vật liệu tăng khi nhiệt độ tăng, chính vì thế khi ta cần
nguyên liệu để tạo ra một vật liệu có kích thước thay đổi ít khi nhiệt độ tăng thì
nguyên liệu đó phải có hệ số nở nhiệt thấp.
Nhựa Epoxy thích hợp để đạt được các yêu cầu này tốt nhất. Trong một phản
ứng được hình thành mà không phân cắt của một hợp chất có trọng lượng phân tử
thấp là một mạng lưới ba chiều. Để khắc phục điều này thường khó khăn hơn với
một amin, một tỷ lệ trộn chính xác với các nhóm phản ứng của nhựa epoxy (epoxy
và các nhóm hydroxyl) phản ứng ở nhiệt độ phòng.
Hình dáng của chi tiết hay tính chất làm việc của nó thì cho các phản ứng
và các chất phụ gia khác nhau vì phải phụ thuộc vào việc cải thiện dòng chảy, độ
bám dính và lỗ thông hơi. Để tối ưu chất kết dính trong một hệ thống kỹ thuật nhằm
tạo điều kiện thuận lợi nhất để chế tạo các chi tiết đảm bảo hình dáng và tính năng
làm việc của chúng, ta có thể kết hợp hoặc sửa đổi các loại phản ứng đó.
Khoáng sản đúc áp dụng cho cơ khí dự kiến sẽ chủ yếu được thực hiện với
nguyên liệu là các chất khoáng vô cơ hoàn toàn (thạch anh) và đá (đá granit và đá
bazan). Tuy nhiên trong một số trường hợp ta cũng có thể dùng các vật liệu khác
như nhôm, cacbua silic, sắt bột hoặc hạt thủy tinh. Tiêu chí lựa chọn quan trọng
cho các chất độn là:
• Môđun đàn hồi và cường độ nén cao
• Chống thấm cao
• Mật độ liên kết (diện tích tiếp xúc giữa các bề mặt của cát vàng, sỏi và

chất độn) cao để giảm thiểu tiêu thụ các chất kết dính
• Các khía cạnh sinh lý học và kinh tế
Diện tích tiếp xúc giữa các bề mặt của các hạt khác nhau thì ảnh hưởng đến
mật độ liên kết, phân bố kích thước hạt có thể làm giảm không gian sẽ được
điền vào đến mức tối thiểu (khoảng trống mà các hạt tạo ra) và khi đó các khoáng
sản đúc sẽ được tạo ra có chất lượng cao với lực nén nhỏ và chất kết dính ít nhất có
thể. Chính vì thế ta phải tối ưu mật độ liên kết giữa các hạt (Hình 1.6)
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-16-







Hình 1.6: Tối ưu mật độ bằng cách phối hợp các kích thước hạt
Kích thước hạt dùng cho khoáng sản đúc được sử dụng trong phạm vi như
sau:
- Dưới 0,1 mm đối với bột đá
- Khoảng 0,1-2 mm đối với cát
- Trong khoảng 2 đến 16mm đối với sỏi.
1.1.2.3 Phương pháp chế tạo vật liệu bê tông polymer
Ta chọn các thành phần và khối lượng của khoáng sản tùy theo từng sản
phẩm tạo thành hỗn hợp, sau đó ta đổ vào khuôn và đầm.
Để đạt được đặc tính vật liệu tái sản xuất, đặc biệt là các thành phần riêng lẻ
của các chất kết dính (nhựa và chất làm cứng) và nguyên liệu hỗn hợp với độ chính
xác cao, nhà sản xuất sẽ sử dụng hợp chất là khoáng sản có trọng lượng từ 90-93%

và chất kết dính 7-10%.
Quá trình pha trộn diễn ra trong hai giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, kích
thước hạt được phân phối theo tỉ lệ nghiên cứu, các thành phần phụ gia khác và chất
kết dính trộn với nhau. Việc duy trì các tính năng tối ưu của vật liệu khoáng sản đúc
phụ thuộc mạnh vào việc bề mặt các hạt được làm ướt hoàn toàn bởi chất kết dính.
Kết quả sẽ tốt nhất nếu đáp ứng được các nguyên tắc sau đây có thể pha trộn:
• Hỗn hợp được trộn ở một máy trộn cưỡng bức
• Các máy trộn trục vít trộn liên tục.
Cả hai phương pháp đều cho kết quả tốt nhất đáp ứng các yêu cầu về
trộn và làm ướt các bề mặt tiếp xúc. Riêng đối với pha trộn tự động, thì khả năng đo
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-17-

kiểm và tỉ lệ pha trộn chính xác đem đến thuận lợi là ta có thể kiểm soát các quá
trình thực hiện. (Hình 1.7)


Hình 1.7: Pha trộn hỗn hợp tự động
Đối với chất kết dính là nhựa epoxy thì khoáng sản đúc được sử dụng sau
khoảng 12-16 giờ. Hỗn hợp pha trộn được đổ vào khuôn có thể làm bằng thủ công
hoặc trực tiếp từ máy trộn (Hình 1.8), sản phẩm có khối lượng lớn có thể mất nhiều
thời gian hơn trong việc hình thành, và thời gian chờ hình thành là khi đó trong
các polymer diễn ra các phản ứng kết dính với nhau.

Hình 1.8: Hỗn hợp pha trộn đổ vào khuôn trực tiếp từ máy trộn
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

-18-


Mục tiêu của quá trình nén nhằm tạo ra sản phẩm tốt nhất có thể của khoáng
sản đúc. Do có chuyển động tương đối của các hạt thành phần trong hỗn hợp pha
trộn khi bị nén nên ngành công nghiệp tuân thủ áp dụng hai nguyên tắc của việc nén
chặt khoáng sản đúc:
 Các khuôn mẫu được đặt dưới một máy nén
 Các khuôn mẫu được đặt trên một máy rung
Sự kết hợp của cả hai nguyên tắc là có thể. Đặc biệt là khi nén các sản phẩm
có khối lượng lớn, với các tấm nặng nén chặt sẽ cho kết quả tốt hơn sau khi đã qua
máy rung. (Hình 1.9)















Hình 9: Sản phẩm được nén sau khi đã qua máy rung
(kết hợp hai nguyên tắc)
Sự ảnh hưởng của các thông số như tần số, biên độ khi rung; lực và thời gian

nén chặt đến các thuộc tính khoáng sản đúc đã được nghiên cứu về mặt lý thuyết.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-19-

Trong thực tế các thông số này phụ thuộc với từng vật liệu, khối lượng, mức độ sử
dụng của khoáng sản đúc.
1.1.2.4 Phản ứng tỏa nhiệt
Khi trộn hỗn hợp pha trộn xảy ra các phản ứng tỏa nhiệt của chất kết
dính nhựa epoxy, sản phẩm khoáng sản đúc trong hệ thống có năng cao khi ở nhiệt
độ lý thưởng khoảng 45-50
0
C. Sau 12 đến 14 tiếng hoặc lâu hơn tùy theo khối
lượng của sản phẩm mà ta có thể tháo khuôn. Như vậy, mỗi ngày có thể cho ra một
mẻ sản phẩm.
1.1.2.5 Tiêu chuẩn
Trong những năm qua có nhiều sản phẩm được đúc với nguyên liệu là
khoáng sản và làm vật liệu thay thế cho gang, thép… được sử dụng trong kỹ thuật
cơ khí. Sản phẩm khoáng sản đúc có tính năng như vật liệu kỹ thuật truyền thống
như gang, thép về tất cả đặc tính cơ học nhiệt. Vì thế các nhà máy lớn bắt đầu xây
dựng các tiêu chuẩn cho bê tông polymer.
Cuối năm 70 thế kỷ 20 một tiêu chuẩn đã được soạn thảo bởi một ủy ban tiêu
chuẩn DIN, viện nghiên cứu và các ngành công nghiệp khoáng sản, các tiêu chuẩn
của vật liệu tiên tiến được ra đời. Tháng 5 năm 1991 đã cho ra đời một phương pháp
thử nghiệm thống nhất theo tiêu chuẩn DIN 51 290.
Đối với máy nhà xây dựng thì thử nghiệm và đánh giá mẫu đặc biệt quan
trọng, các mẫu được tạo ra phải có các thông số đặc tính với vật liệu thông thường
như thép, gang theo bảng 1.1.
Bảng 1.1: Đặc tính khoáng sản đúc so với vật liệu thông thường như

thép, gang.
Đặc tính Đơn vị Khoáng sản đúc Gang Thép
Tỷ trọng kg/dm³ 2,1-2,4 7,2 7,8
Sức bền nén kN/mm² 15-55 90-110 210
Sức bền kéo N/mm² 10-30 200-800 350-1500
Độ rung 10³ kg/ms

0,02-0,04 0,003 0,002
Độ dẫn nhiệt W/mK 1,3-3 50 45
Công suất nhiệt kJ/kgK 0,9-1,3 0,5 0,45-0,5
Năng lượng tiêu hao MJ/dm³ 25 120 160
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-20-

1.1.3 Đặc điểm của khoáng sản đúc
1.1.3.1 Đặc điểm năng động
Thời gian hoàn thành sản phẩm nhanh, tỷ lệ nguyên vật liệu thay đổi dễ dàng
dẫn đến những thay đổi nhằm tăng cường về mặt cơ học và hình dáng cấu trúc máy.
Ngoài việc tạo hình dáng dễ dàng thì khả năng phục hồi và độ cứng của khoáng sản
đúc sẽ ảnh hưởng đáng kể đến chống rung của máy móc.
Khoáng sản đúc là vật liệu tạo thành các khung máy trong 20 năm qua
(Hình 1.10). Nó đóng góp quan trọng trong sự phát triển chế tạo các loại máy móc ở
các ngành khác: máy chế biến gỗ, xây dựng….và cũng như thống trị ở các lĩnh vực
khác như: bao bì, dệt may, năng lượng, điện tử, quang học…



Hình 1.10: Sản phẩm khoáng sản đúc ( làm các khung đỡ của máy)

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-21-

1.1.3.2 Giảm xóc
Khoáng sản đúc được chế tạo ra theo tiêu chuẩn DIN 51 290 sẽ thỏa mãn các
vấn đề về chống rung, giảm xóc. (Bảng 1.2)
Do đó sản phẩm khoáng sản đúc là một vật liệu thay thế cho các bộ phận của
máy (đặc biệt là giá đỡ máy) và các thiết bị khác.
Bảng 1.2: So sánh độ giảm xóc của khoáng sản đúc với gang, thép.

Thực tế đã chứng minh máy công cụ sử dụng nguyên liệu khoáng sản đúc
cho các tính chất sau:
• Giảm tần số dao động
• Thay đổi của dải tần số
• Giảm biên độ dao động cộng hưởng
• Triệt tiêu dao động nhanh hơn (Hình 1.11)

Hình 1.11: a.Dao động Gang b.Dao động Khoáng sản đúc


Tính chất Đơn vị Thép Gang Khoáng sản đúc
Giảm xóc 10³ kg/ms 0,002 0,003 0,02-0,03
Cường độ uốn N/mm2 100-400 75-145 5-10
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-22-

1.1.3.3 Giảm tiếng ồn
Nhu cầu giảm và hạn chế tiếng ồn xuất phát từ các cơ sở sản xuất ảnh hưởng
môi trường xung quanh quan trọng hơn bao giờ hết. Tiếng ồn đã giảm đáng kể khi
ta thay thế khung hình máy bằng vật liệu bê tông polymer, và thực tế đã chứng minh
giảm khoảng 20%.
1.1.3.4 Quá trình nhiệt
Trong quá tình vận hành máy sẽ chịu ảnh hưởng của nguồn nhiệt bên
ngoài và cũng như trong nội bộ máy, lúc đó sẽ xuất hiện các biến dạng nhiệt ảnh
hưởng đến các thành phần máy. Và những tác động bức xạ bên ngoài lưu
thông trong không khí, và nhiệt độ trong phòng nhà máy đều có liên quan. Quá trình
nhiệt xác định bởi các đặc điểm của hệ số giãn nở nhiệt, dẫn nhiệt xác định cụ thể
theo bảng 1.3
Bảng 1.3: So sánh ảnh hưởng nhiệt của
khoáng sản đúc với các vật liệu gang, thép.

Với việc sử dụng đúc khoáng sản có thể sản xuất khung máy có độ dẫn nhiệt
rất thấp
1.1.3.5 Mô-đun đàn hồi
Các môđun đàn hồi tĩnh là một hằng số tỷ lệ giữa các va chạm cơ học bình
thường và biến dạng thích hợp của nó đã được xác định để khoáng sản đúc dưới áp
lực và chịu tải, các thí nghiệm nén (Bảng 1.4) có những giá trị cao hơn một chút
(khoảng 5%). Trong khoáng sản đúc thì vật liệu đúc với đường kính hạt lớn nhất
(16 mm) có được mô-đun đàn hồi lên đến gần 50kN/mm
2
.


Đặc tính Đơn vị Thép Gang Khoáng sản đúc
Hệ số giãn nở nhiệt 10-6/K 12 10 9-18

Độ dẫn nhiệt W/mK 50 50 1-3
Nhiệt dung kJ/(kgK) 0,49 0,45 0,7-1,3
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-23-

Bảng 1.4: So sánh mô đun đàn hồi giữa các vật liệu

1.1.3.6 Chống rỉ
Trong máy công cụ có hệ thống làm mát bao giờ cũng hiệu quả hơn khi dùng
dầu mỡ bôi trơn hoặc các chất lỏng khác. Trái ngược với vật liệu kim loại thông
thường, đế sẽ không gỉ khi làm bằng khoáng sản đúc. Vì vậy, có thể tiết kiệm cả hai
biện pháp bảo vệ chống ăn mòn, gây tốn kém và làm giá thành giảm xuống.
Trong xi măng xảy ra hiện tượng trương phồng do hấp thụ độ ẩm theo chu
kỳ và nhưng với các mao mạch ở trong nhựa epoxy thì không có khả năng hấp thụ.
Ngoài ra epoxy kỵ nước mạnh hơn đá tự nhiên, nên sản phẩm khoáng sản đúc được
sử dụng cho các tấm đo lường chính xác cao. Khoáng sản đúc có sức đề kháng hóa
chất cao với chất bôi trơn, làm mát, chất tẩy rửa, dầu thủy lực, chất điện môi, do
đó đáp ứng các yêu cầu về ổn định lâu dài và độ chính xác cao trong cơ khí (Hình
1.14).

Hình 1.14: Một sản phẩm có tính chống rỉ
Đặc tính Đơn vị Thép Gang Khoáng sản đúc
Mô-đun đàn hồi kN/mm
2
210 80-120 30-50
Khối lượng riêng g/cm
3
7,85 7,15 2,2-2,4

Hệ số Poisson 0,3 0,2-0,3 0,25-0,3
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật


-24-

1.1.3.7 Môi trường
Sản xuất khoáng sản đúc có thể không cần nguồn cung cấp nhiệt trong khi
pha trộn, nếu so sánh năng lượng cần tiêu thụ để nấu chảy gang hoặc thép so với
khoáng sản đúc thì năng lượng tiêu thụ để làm ra một sản phẩm bê tông polymer ít
hơn từ 20 đến 40%. Các vật liệu trơ về mặt hóa học khi bê tông polymer xảy ra
trạng thái nứt hoặc bị phá vỡ, chính vì thế không có ảnh hưởng sức khỏe (Theo quy
định áp dụng tại Đức từ hiệp ước châu Âu 01/01/1999 cho các loại chất thải)
Ban công tác về chất thải (LAGA) dựa trên các luật và quy định các thông
số các chất gây ô nhiễm và xác định thành phần cấu tạo sản phẩm đã kết luận
khoáng sản đúc ở trong thể loại tái chế 1,2 .
Trên cơ sở đó các nhà chức trách đã thiết lập quy trình xử lý khoáng sản đúc
và tái sử dụng các khoáng sản vào việc xây dựng. Các khoáng sản đúc bị hư hỏng
được đưa vào bộ phận nghiền khoáng sản trong các nhà máy để tạo thành các hạt
nhỏ và lấy đó làm nguyên liệu tái sản xuất (hình 1.15).

Hình 1.15: Nghiền nhỏ các sản phẩm bê tông polymer thành các hạt nhỏ
Chính vì khả năng có thể tái sử dụng tạo ra cân bằng năng lượng (không
có nguồn cung cấp nhiệt bên ngoài), dễ dàng xây dựng và hỗ trợ tái chế vật liệu xây
dựng. Đối với vật liệu gang, thép chúng ta cần một lượng năng lượng rất lớn để nấu
chảy chúng nếu muốn tái sử dụng, còn khoáng sản đúc chỉ cần một phần năng lượng
để sử dụng máy nghiền, vì thế nó thân thiện với môi trường.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

-25-

1.1.3.8 Độ dẫn điện
Khoáng sản đúc là một chất cách điện có điện trở khoảng 1,3-10
12

cm

. Hiệu quả cách điện được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật năng
lượng (Hình 1.16)

Hình 1.16: Băng máy phay vạn năng cách điện
1.1.3.9 Độ co rút
Khi ta đổ một lượng hỗn hợp đã pha trộn vào khuôn ta phải tính tới độ co của
vật chất. Việc giảm khối lượng của hỗn hợp xảy ra trong khoáng sản đúc do các
phản ứng trước và sau.
Đậu rót là điểm trước khi độ co rút có thể xảy ra của hỗn hợp, tuy nhiên độ
co rút không xảy ra do các khoáng sản đúc vẫn còn lỏng để đổ vào khuôn. Trong
trường hợp của nhựa epoxy, có sự sụt giảm về khối lượng nhưng rất thấp (0,02-
0,03% tính co rút trong đúc khoáng sản). Như vậy có thể tuân theo định luật bảo
toàn khối lượng vì 0,02-0,03% là rất nhỏ. Như vậy, thành phần khoáng sản đúc