CHÍNH SÁCH PHÁT TRIỂN NGUỒN NHÂN LỰC TRẺ VÙNG TÂY BẮC HIỆN NAY [TOÀN VĂN]

i
LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả
nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình
nghiên cứu nào khác.

Hà Nội, tháng 4 năm 2015
Tập thể hƣớng dẫn



Nghiên cứu sinh
PGS.TS Đào Xuân Phái
TS. Tạ Ngọc Dũng
Nguyễn Thành Đoàn

ii
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo
sau đại học, Viện Kỹ thuật Hóa học và Bộ môn Công nghệ Vật liệu silicat đã cho
phép em thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Viện
Đào tạo sau đại học và Viện Kỹ thuật Hóa học về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt
quá trình tôi thực hiện nội dung luận án.
Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đào Xuân Phái và TS Tạ Ngọc Dũng đã
hướng dẫn hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để em thực hiện và hoàn
thành luận án.
Xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Công nghệ Vật liệu silicat –
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và tạo điều kiện một cách thuận lợi
nhất để hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Sành sứ thủy tinh
Công nghiệp - Bộ Công thương đã tạo điều kiện giúp đỡ để tôi được sử dụng các
thiết bị phân tích thực hiện đề tài nghiên cứu, qua đó hoàn thành luận án này.
Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, Lãnh
đạo Khoa Công nghệ hóa học cùng các đồng nghiệp Bộ môn Công nghệ Hóa silicat
đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu.
Xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng
chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và đóng góp ý kiến để em có thể hoàn chỉnh luận
án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người thân, bạn bè - những

người đã luôn động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực
hiện công trình này.

Nghiên cứu sinh


Nguyễn Thành Đoàn

iii
MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ x
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Tổng quan về bê tông chịu lửa 3
1.1.1. Khái niệm 3
1.1.2. Phân loại bê tông chịu lửa 3
1.1.3. Bê tông chịu lửa thông thường 4
1.1.4. Bê tông chịu lửa ít xi măng (LCC) và siêu ít xi măng (ULCC) 5
1.1.5. Bê tông chịu lửa không xi măng sử dụng chất kết dính ρ-Al
2
O
3
6
1.1.6. Bê tông gốm 7
1.2. Các xu hướng nghiên cứu, phát triển bê tông chịu lửa hiện tại và trong tương
lai 9

1.2.1. Bê tông chịu lửa ít xi măng tính năng cao. 9
1.2.2. Bê tông chịu lửa chứa các bon 9
1.2.3. Bê tông chịu lửa công nghệ nano 11
1.2.4. Bê tông gốm tính năng cao 12
1.3. Cơ sở lý thuyết chế tạo HCBS và bê tông gốm 13
1.3.1. Thành phần và cấu trúc bê tông gốm 13
1.3.2. Chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao 15
1.3.3. Tính toán cấp phối và tạo hình bê tông gốm 33
1.3.4. Gia cường bán thành phẩm 36
1.4. Các công trình nghiên cứu về HCBS và bê tông gốm đã công bố 38
1.5. Những vấn đề cần tiếp tục được nghiên cứu làm rõ về bê tông gốm 45
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47
2.1. Các phương pháp tiêu chuẩn. 47
2.2. Các phương pháp phi tiêu chuẩn 47
2.2.1. Phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu, vật liệu 47
2.2.2. Xác định độ bền uốn ở nhiệt độ thường của mẫu nghiên cứu 47
2.2.3. Xác định tỷ trọng của HCBS 48
2.2.4. Xác định độ nhớt của HCBS 49

iv
2.2.5. Xác định pH của HCBS 49
2.2.6. Phân tích thành phần hạt HCBS bằng phương pháp tán xạ lazer 50
2.2.7. Xác định vi cấu trúc của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM )50
2.2.8. Đo độ chảy của bê tông 51
2.2.9. Phân tích mẫu bằng phổ hồng ngoại IR 51
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53
3.1. Lựa chọn nguyên liệu và phụ gia 53
3.1.1. Nguyên liệu để chế tạo HCBS 53
3.1.2. Cốt liệu chịu lửa 54
3.1.3. Phụ gia 54

3.1.4. Phụ gia keo tán 55
3.1.5. Vật liệu ngâm tẩm 56
3.2. Nghiên cứu quá trình đóng rắn và phát triển cường độ của HCBS từ thạch
anh điện chảy 56
3.3. Nghiên cứu giải pháp công nghệ chế tạo HCBS 61
3.3.1. Chế tạo HCBS gốc từ mullite – thạch anh điện chảy 61
3.3.2. So sánh tính chất của HCBS từ mullite-thạch anh điện chảy với đất sét 76
3.4. Nghiên cứu bê tông gốm dựa trên HCBS 82
3.4.1. Tính chất của HCBS từ mullite – thạch anh nóng chảy 82
3.4.2. Tính cấp phối bê tông 82
3.4.3. Độ chảy của bê tông 83
3.4.4. Tính chất cơ lý của bê tông sau sấy và sau nung 84
3.4.5. Nghiên cứu vi cấu trúc của bê tông gốm 87
3.5. Nghiên cứu, so sánh các tính chất của bê tông gốm với bê tông chịu lửa ít xi
măng. 88
3.6. Tăng bền bán thành phẩm 92
KẾT LUẬN 100
NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO 102
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 111
PHỤ LỤC 113



v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1.
Chữ viết tắt

A

Al
2
O
3

BTCL
Bê tông chịu lửa

C
CaO

CMOR
Độ bền uốn ở nhiệt độ thường

CAC
Xi măng cao nhôm

CCS
Độ bền nén nguội

F
Fe
2
O
3


FG
Graphit vảy

FV
Độ chảy khi rung bê tông

H
H
2
O

HCBS
Kết dính huyền phù gốm nồng độ cao

HMOR
Độ bền uốn ở nhiệt độ cao

IP
Thế ion

IR
Phổ hồng ngoại

KLTT
Khối lượng thể tích

LCC
Bê tông chịu lửa ít xi măng

MS
Silica fume hoặc microsilica

PCE

Poly Carboxylate Ethers

RC
Bê tông chịu lửa thông thường

RKB
Bô xít nung bằng lò quay

RUL
Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng

S
SiO
2

SHMP
Sodium Hexametaphosphate

STPP
Sodium Tripolyphosphate

SEM
Kính hiển vi điện tử quét

vi

UNITECR
Hội nghị quốc tế về vật liệu chịu lửa

ULCC

Bê tông chịu lửa siêu ít xi măng

XRD
Nhiễu xạ tia X

XRF
Huỳnh quang tia X



2.
Ký hiệu

C
v
Hệ số nồng độ thể tích pha rắn trong hệ phân tán

Cv
cr
Hệ số nồng độ thể tích pha rắn tới hạn trong hệ phân tán

C
w
Hệ số nồng độ thể tích pha lỏng trong hệ phân tán

Cw
k

Nồng độ thể tích của môi trường phân tán động

Cw
s
Nồng độ thể tích của môi trường liên kết động


Cw
f

Nồng độ thể tích của môi trường liên kết lý - hóa

Cw
m

Nồng độ thể tích của môi trường liên kết cơ học

d
Tỷ trọng của nước thủy tinh

σ
u
Độ bền uốn



Tốc độ cắt

L
c

Độ co dài sau khi sấy

c
v
L

Độ co thể tích sau khi sấy

η
Độ nhớt

min


Độ nhớt nhỏ nhất của HCBS

η
ω

Độ nhớt của HCBS tại tốc độ khuấy trộn ω

ρ
d
Tỷ trọng của HCBS

ρ
s

Khối lượng riêng của pha rắn trong HCBS

w



Tỷ trọng của môi trường phân tán

ρ
rel

Độ đặc tương đối của vật liệu sau khi sấy khô

ρ
cast

Độ rỗng của vật liệu sau khi sấy khô

ρ-Al
2
O
3

Rho - alumina

vii

P
Ứng suất trượt

P
cast
Độ xốp

τ
Thời gian nghiền HCBS

τ
n

Thời gian khuấy trộn

T
bđ
Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới tải trọng

T
4
Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng 4%

ω
Tốc độ quay khi ổn định HCBS bằng khuấy trộn

V
d
Thể tích pha rắn trong HCBS

V
w
Thể tích pha lỏng trong HCBS

w

Độ ẩm tương đối

X
bk
Độ xốp biểu kiến














viii
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Phân loại các nhóm HCBS 18
Bảng 1.2: Nguyên liệu, phương pháp sản xuất và tính chất của HCBS dựa trên vật
liệu silic 21
Bảng 1.3: Nguyên liệu, phương pháp sản xuất và tính chất của HCBS dựa trên vật
liệu hệ aluminosilicate 22
Bảng 1.4: Sự thay đổi của các thông số HCBS trong quá trình nghiền ướt 24
Bảng 1.5: Đặc tính của các vật liệu gốm không nung và bê tông gốm 38
Bảng 1.6: Tóm lược các giai đoạn nghiên cứu và phát triển HCBS và bê tông gốm
41

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn cần xác định và phương pháp thử 47
Bảng 3.1: Thành phần và tính chất của thạch anh điện chảy 53
Bảng 3.2: Thành phần và tính chất của mullite tổng hợp 54
Bảng 3.3: Thành phần và tính chất của microsilica 55
Bảng 3.4: Loại và nguồn gốc phụ gia keo tán 55
Bảng 3.5: Tính chất của thủy tinh lỏng 56
Bảng 3.6: Tính chất và thành phần hạt của huyền phù thạch anh điện chảy 57
Bảng 3.7: Phối liệu chế tạo HCBS mullite - thạch anh điện chảy 62
Bảng 3.8: Tính chất huyền phù sau 28 h nghiền với các phụ gia khác nhau 63
Bảng 3.9: Tính chất của HCBS mullite – thạch anh điện chảy sau 28 h nghiền 65
Bảng 3.10: Thành phần hạt ứng với phối liệu M90Q10 sau 12h nghiền 66
Bảng 3.11: Thành phần hạt ứng với phối liệu M90Q10 sau 18h nghiền 67
Bảng 3.12: Thành phần hạt ứng với phối liệu M90Q10 sau 28h nghiền 68
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của phụ gia PCE đến độ nhớt và pH của HCBS 70
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của phụ gia SHMP đến độ nhớt và pH của HCBS 71
Bảng 3.15: Tính chất của HCBS mullite – thạch anh điện chảy theo phối liệu
M90Q10 76
Bảng 3.16: Thành phần hạt của đất sét Trúc Thôn 77
Bảng 3.17: Yêu cầu và các kết quả đạt được khi nghiên cứu chế tạo HCBS 81
Bảng 3.18: Thành phần của bê tông nghiên cứu sử dụng cốt liệu mullite 82
Bảng 3.19: Độ bền nén nguội của bê tông cốt liệu mullite 84
Bảng 3.20: Độ xốp biểu kiến, khối lượng thể tích và độ co của mẫu 32 % HCBS
theo nhiệt độ nung 86

ix
Bảng 3.21: Thành phần hóa học của bê tông gốm và bê tông ít xi măng 89
Bảng 3.22: Độ bền nén nguội (CCS) của bê tông gốm và bê tông chịu lửa ít xi
măng 89
Bảng 3.23: Kết quả thử tính chất cơ nhiệt ở nhiệt độ cao 91
Bảng 3.24: Độ bền uốn theo thời gian ngâm tẩm mẫu tại các mật độ thủy tinh lỏng

khác nhau 93
Bảng 3.25: Độ bền nén theo thời gian ngâm tẩm mẫu tại các mật độ thủy tinh lỏng
khác nhau 93
Bảng 3.26: Độ xốp của mẫu nghiên cứu 97
Bảng 3.27: Độ tăng khối lượng Δm của mẫu theo thời gian tại các mật độ 98
Bảng 3.28: Độ co của mẫu sau sấy và sau nung 99
Bảng 3.29: Độ bền cơ học của bê tông gốm sau khi gia cường 99

x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Các nhóm cấu trúc của bê tông gốm 13
Hình 1.2: Sơ đồ hình thành vùng tiếp xúc trong bê tông gốm với cốt liệu xốp 14
Hình 1.3: Mối liên hệ giữa độ ẩm w; tỷ trọng của huyền phù ρ
d
với hệ số C
v
16
Hình 1.4: Mô hình trạng thái và các chỉ số cơ bản của HCBS trong trạng thái chảy
sệt, nồng độ tới hạn, và trạng thái mộc sau sấy khô 16
Hình 1.5: Các miền chỉ số theo thể tích của HCBS (Cv, Cv
cr
, n
v
, Cw
k
) đối với các
vật liệu; 17
Hình 1.6: Mối liên hệ giữa thời gian nghiền với hệ số nồng độ thể tích pha rắn C
v

và độ nhớt η của HCBS 23
Hình 1.7: Quy luật biến đổi của các chỉ số nạp khối lượng của máy nghiền; lượng
sót sàng trên 63 µm; Độ xốp và độ bền uốn khi thu HCBS bằng phương pháp nạp
liệu bán liên tục 26

Hình 1.8: Sự phụ thuộc của η
ω
vào thời gian khuấy trộn cơ học τ
n
của HCBS thủy
tinh thạch anh 27
Hình 1.9: Sự ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn τ
n
tới độ nhớt tối thiểu η
min
28
Hình 1.10: Sự phụ thuộc của các chỉ số pH, độ nhớt riêng của HCBS thủy tinh
thạch anh 29
Hình 1.11: Thế năng tương tác của các hạt theo thuyết DLVO 30
Hình 1.12: Mô hình trao đổi ion trên lớp điện kép 31
Hình 1.13: Công thức và cấu trúc của phụ gia PCE 32
Hình 1.14: Đường cong cấp phối hạt lý thuyết của Furnas theo kích thước hạt lớn
nhất 33
Hình 1.15: Mô hình phân bố cỡ hạt theo công thức Adreasen và Adreasen sửa đổi
34
Hình 1.16: Các mô hình rung ép 35
Hình 1.17: So sánh phương pháp tạo hình rung ép và ép tĩnh cho bê tông gốm thạch
anh. Mối liên hệ giữa độ xốp P
c
và tải trọng p 36
Hình 1.18: Ảnh hưởng của tỷ trọng và nồng độ của dung dịch thủy tinh lỏng và sô
đa tới pH và độ bền uốn của gốm thạch anh không nung được gia cường bời các chế
độ khác nhau 37
Hình 3.1: Phân bố cỡ hạt của huyền phù thạch anh điện chảy sau 3h nghiền 57
Hình 3.2: Phổ IR của huyền phù thạch anh điện chảy 59

Hình 3.3: Phổ IR của huyền phù thạch anh điện chảy sau khi sấy khô ở 110
o
C 60

xi
Hình 3.4: Phổ IR của huyền phù thạch anh điện chảy sau khi gia nhiệt ở 500
o
C 61
Hình 3.5: Mối liên hệ giữa thời gian nghiền và hệ số nồng độ thể tích pha rắn C
v

ứng với phối liệu M90Q10 64
Hình 3.6: Phân bố hạt ứng với phối liệu M90Q10 sau 12h nghiền 66
Hình 3.7: Phân bố hạt ứng với phối liệu M90Q10 sau 18h nghiền 67
Hình 3.8: Phân bố hạt ứng với phối liệu M90Q10 sau 28h nghiền 68
Hình 3.9: Đường cong lũy tiến kích thước hạt của HCBS mullite-thạch anh điện
chảy sau khi nghiền ở các thời gian khác nhau 69
Hình 3.10: Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia PCE và SHMP đến độ nhớt biểu
kiến và pH của HCBS ứng với phối liệu M90Q10 sau 28h nghiền 72
Hình 3.11: Minh họa cơ chế phân tán của phụ gia PCE 73
Hình 3.12: Mô hình cơ chế phân tán kép của phụ gia PCE 73
Hình 3.13: Mô hình phân tán của PCE đối với hệ chứa SiO
2
74
Hình 3.14: Ảnh SEM của HCBS sau nung ở 1200
o
C 75
Hình 3.15: Phổ XRD của HCBS sau nung ở 1200
o
C 75

Hình 3.16: Phân bố cỡ hạt của đất sét Trúc Thôn 77
Hình 3.17: Cường độ uốn của HCBS và đất sét sau khi sấy, nung ở các nhiệt độ 78
Hình 3.18: Ảnh SEM của HCBS và đất sét sau khi sấy ở 110
o
C 79
Hình 3.19: Ảnh SEM của HCBS và đất sét sau khi nung ở 400
o
C/1h 79
Hình 3.20: Ảnh SEM của HCBS và đất sét sau khi nung ở 600
o
C/1h 80
Hình 3.21: Ảnh SEM của HCBS và đất sét sau khi nung ở 1000
o
C/1h 80
Hình 3.22: Độ chảy của bê tông với thành phần HCBS khác nhau 83
Hình 3.23: Độ bền nén của bê tông gốm cốt liệu mullite sau sấy và sau nung 85
Hình 3.24: Ảnh hưởng của hàm lượng HCBS đến độ xốp và độ bền nén của sản
phẩm bê tông gốm sau nung ở 1000
o
C 86
Hình 3.25: Độ xốp biểu kiến, khối lượng thể tích của mẫu bê tông với 32% HCBS
theo nhiệt độ nung 87
Hình 3.26: Độ co của mẫu bê tông với 32% HCBS theo nhiệt độ nung 87
Hình 3.27: Ảnh SEM của mẫu bê tông gốm với 32 % HCBS sau sấy ở 110
o
C và
sau nung ở 1200
o
C 88
Hình 3.28: Độ bền nén nguội ở các nhiệt độ khác nhau của bê tông gốm và bê

tôngchịu lửa ít xi măng 90
Hình 3.29: Ảnh SEM của bê tông chịu lửa ít xi măng và bê tông gốm sau nung ở
1000
o
C 91

xii
Hình 3.30: Độ bền uốn theo thời gian tẩm mẫu tại các mật độ thủy tinh lỏng khác
nhau 94
Hình 3.31: Độ bền nén theo thời gian tẩm mẫu tại các mật độ thủy tinh lỏng khác
nhau 94
Hình 3.32: Ảnh kính hiển vi điện tử của mẫu nghiên cứu 96
Hình 3.33: Độ xốp của mẫu nghiên cứu 97



1
MỞ ĐẦU
Trong họ vật liệu chịu lửa không định hình, bê tông chịu lửa là một nhóm
lớn, nó phát triển và tăng trưởng đáng kể trong suốt hơn 40 năm qua. Ban đầu từ
những hỗn hợp được pha trộn đơn giản, bê tông chịu lửa ngày nay là hỗn hợp được
pha trộn khá phức tạp và có nhiều tính năng kỹ thuật cao. Hiện nay bê tông chịu lửa
đã chiếm được nhiều thị phần và trong nhiều trường hợp, đã thay thế gạch chịu lửa
định hình [98]. Trong năm 2007, nhu cầu vật liệu chịu lửa trên thế giới đã đạt 38,1
triệu tấn, trị giá 22,9 tỷ đô la Mỹ, các con số tương ứng cho năm 2012 vào khoảng
45,2 triệu tấn, trị giá 28,5 tỷ đô la Mỹ, trong đó tỷ lệ vật liệu chịu lửa không định
hình dao động trong khoảng 43-45 %. Khu vực châu Á-Thái Bình Dương chiếm
khoảng 45 % tổng trọng lượng trong năm 2007, thị phần vào năm 2012 tăng lên đến
khoảng 69 % [13].
Các dữ liệu ở trên cho thấy vật liệu chịu lửa không định hình mà phần lớn là

bê tông chịu lửa chiếm một tỷ trọng lớn sản phẩm vật liệu chịu lửa. Xu hướng
nghiên cứu, phát triển và sử dụng bê tông chịu lửa chất lượng cao luôn được các
nhà nghiên cứu và khách hàng quan tâm trong những năm tiếp theo.
Bê tông chịu lửa chất lượng cao ngày càng được cải thiện với các điểm nhấn
là thiết kế thành phần phối liệu tối ưu, có tuổi thọ khi sử dụng cao. Trong những
năm gần đây đã có hai xu hướng chính trong việc phát triển và ứng dụng bê tông
chịu lửa. Xu hướng thứ nhất là phát triển bê tông chịu lửa ít xi măng (LCC) và bê
tông chịu lửa siêu ít xi măng (ULCC) tính năng cao. Xu hướng thứ hai là phát triển
công nghệ bê tông gốm, một công nghệ còn mới tại Việt Nam. Từ các nhận định
trên, đề tài luận án được lựa chọn là: "Nghiên cứu bê tông gốm hệ alumô-silicát sử
dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao từ nguyên liệu mulít và thạch anh
điện chảy".
Nhiệm vụ của luận án:
- Lựa chọn nguyên liệu và đưa ra giải pháp công nghệ chế tạo chất kết dính
huyền phù gốm nồng độ cao (HCBS)
- Tính toán cấp phối và chế tạo bê tông gốm đạt các chỉ tiêu:
+ Cường độ nén ở nhiệt độ thường sau khi bảo dưỡng ≥ 30 MPa

2
+ Độ co sau khi nung ở 1300
o
C ≤ 1 %
+ Độ bền nén nguội sau khi nung ở 1300
o
C ≥ 80 MPa
Những vấn đề luận án cần tập trung giải quyết
 Xác định cơ chế đóng rắn tạo cường độ của chất kết dính huyền phù nồng độ
cao từ nguyên liệu đầu là thạch anh điện chảy.
 Nghiên cứu giải pháp công nghệ chế tạo chất kết dính HCBS đi từ nguyên
liệu đầu là mullite kết hợp thạch anh điện chảy bằng máy nghiền bi ướt gián

đoạn dung tích 150-200 lít ở quy mô bán công nghiệp, đạt được các chỉ số
huyền phù có nồng độ pha rắn cao, độ ẩm thấp, độ nhớt thấp, HCBS có độ
linh động cao để xả ra khỏi máy nghiền dễ dàng.
 Nghiên cứu cơ chế ổn định HCBS bằng phụ gia keo tán polycarboxylate
ethers (PCE).
 Nghiên cứu giải pháp công nghệ tạo hình bê tông gốm với các block đúc sẵn
bằng phương pháp rung với phối liệu bê tông ở dạng chảy, linh động.
 Nghiên cứu, kiểm chứng các tính chất cơ nhiệt của bê tông gốm sử dụng cốt
liệu chịu lửa mullite trên nền chất kết dính HCBS đã ổn định ở nhiệt độ
thường và nhiệt độ cao, kiểm chứng phương pháp tăng cường độ của bê tông
gốm ở nhiệt độ thường trong dung dịch thủy tinh lỏng có mật độ thấp.
Bố cục chính của luận án gồm có:
 Chương 1: Tổng quan về công nghệ chế tạo HCBS và bê tông gốm. Giới
thiệu các loại bê tông chịu lửa, xu hướng phát triển bê tông chịu lửa hiện
nay, các tính chất, công nghệ của HCBS và bê tông gốm.
 Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu. Giới thiệu các phương pháp phân
tích cơ, lý, hóa, được sử dụng trong quá trình nghiên cứu
 Chương 3: Kết quả và thảo luận. Trình bày quá trình nghiên cứu chế độ
nghiền ướt chế tạo HCBS, phương pháp ổn định HCBS, các tính chất của bê
tông gốm từ chất kết dính HCBS, phương pháp tăng cường độ bê tông gốm.
 Phần kết luận: Trình bày các kết quả của luận án.

3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về bê tông chịu lửa
1.1.1. Khái niệm
Bê tông chịu lửa (BTCL) là hỗn hợp được trộn kết hợp của các hạt cốt liệu
chịu lửa, chất liên kết và các phụ gia. Khi sử dụng, BTCL được trộn với chất lỏng
(nước hoặc keo) và hỗn hợp này được đầm rung, ép rung, bơm phun hoặc tự chảy
vào vị trí thi công để tạo thành vật liệu chịu lửa có hình dạng và cấu trúc, sau đó

hỗn hợp trở nên cứng do đóng rắn thủy lực hoặc đóng rắn hóa học [98].
1.1.2. Phân loại bê tông chịu lửa
Vật liệu chịu lửa không định hình bao gồm: Bê tông chịu lửa, hỗn hợp đầm,
hỗn hợp vá lò công nghiệp, BTCL là một nhóm lớn trong họ vật liệu chịu lửa
không định hình, trong đó bê tông chịu lửa alumino-silicate là phổ biến nhất, chúng
được phân loại bằng nhiều cách khác nhau, theo tài liệu [98], bê tông chịu lửa
alumino-silicate được phân loại như sau:
a. Theo thành phần hóa học (hoặc thành phần khoáng): Dựa vào hàm lượng Al
2
O
3

trong BTCL (ví dụ: mullite có Al
2
O
3
= 62-76 %, mullite-corundum có Al
2
O
3
= 76-
90 %, corundum có Al
2
O
3
> 90 %,…).
b. Theo tỷ trọng: Chia làm 3 loại
 Loại nặng: tỷ trọng > 1,92 g/cm
3

 Loại trung bình: 1,6 ≤ tỷ trọng ≤ 1,92 g/cm
3

 Loại nhẹ: tỷ trọng < 1,6 g/cm
3

c. Theo hàm lượng xi măng (thông qua hàm lượng % CaO): Chia làm 4 loại
 BTCL truyền thống (CaO > 2,5 %)
 BTCL ít xi măng (1,0 % < CaO ≤ 2,5 %)
 BTCL siêu ít xi măng (0,2 % < CaO ≤ 1,0 %)
 BTCL không xi măng (CaO ≤ 0,2 %)
d. Theo phương pháp thi công: Chia làm 3 loại

4
 Đầm rung
 Tự chảy
 Bơm phun
Dựa theo chất liên kết, BTCL được chia thành các loại khác nhau [9, 31, 98]
đó là:
 Liên kết thủy lực (Tác nhân liên kết là xi măng cao alumin,…): Đây là liên
kết phổ biến nhất của BTCL, nó đóng rắn và phát triển cường độ ở nhiệt độ
thường.
 Liên kết gốm ( Huyền phù gốm nồng độ cao HCBS, keo silica,…): Với quá
trình đóng rắn khi gia tăng nhiệt độ.
 Liên kết hóa học (keo hữu cơ, phốt phát,…): Đóng rắn bằng phản ứng hóa
học ở nhiệt độ thường (nhưng không phải là liên kết thủy lực) hoặc ở nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ kết khối.
Cần chú ý rằng các liên kết trong bê tông chịu lửa là liên kết phức hợp [31], đó
là: thủy lực + gốm, hóa học + gốm, thủy lực + hóa học + gốm,…Ví dụ bê tông chịu
lửa ít xi măng là liên kết phức hợp, ngoài xi măng cao alumin (liên kết thủy lực),

các thành phần hoạt tính tăng độ bền cơ học của bê tông ở nhiệt độ 800-1100
o
C
(liên kết gốm) còn có các phụ gia phân tán gốc hữu cơ-vô cơ (liên kết hóa học).
1.1.3. Bê tông chịu lửa thông thƣờng
Là bê tông có chứa xi măng chịu nhiệt, trong đó hàm lượng xi măng trong bê
tông từ 15-30%, loại bê tông này không chứa phụ gia phân tán [98].
Đặc điểm của loại bê tông này là suy giảm cường độ ở khoảng 800-1000
o
C
[98], nguyên nhân là do sự mất nước của C-A-H trong cấu trúc bê tông làm tăng
hàm lượng của lỗ xốp. Ở nhiệt độ trên 1000
o
C cường độ tăng do sự tương tác của
canxi aluminat xi măng (CAC) với các thành phần cốt liệu tạo nên các khoáng mới.
Do hàm lượng CaO trong bê tông này cao nên hình thành các khoáng có độ chịu lửa
thấp, làm giảm chất lượng BTCL. Ngoài ra lượng nước trộn của loại bê tông này
khá cao, điều này làm ảnh hưởng một loạt tới các tính chất của bê tông như thời
gian đóng rắn kéo dài, cường độ thấp, độ xốp cao, độ co lớn,…

5
1.1.4. Bê tông chịu lửa ít xi măng (LCC) và siêu ít xi măng (ULCC)
Loại bê tông này được giảm hàm lượng xi măng cao alumin xuống còn từ 2-
10 %, thay vào đó sự có mặt thành phần siêu mịn trong bê tông như silicafume, ô
xít nhôm hoạt tính [98], tổng 2 thành phần này trong BTCL dao động từ 10-20 %.
Trong thành phần của bê tông có chứa một hàm lượng nhỏ phụ gia phân tán
[98] (hàm lượng < 1 %) để làm giảm lượng nước trộn và tăng tính chảy của bê tông,
tùy theo chủng loại xi măng sử dụng đóng rắn nhanh hay chậm mà nó còn được
thêm phụ gia chậm đông hoặc phụ gia đóng rắn nhanh bê tông.
Sự có mặt của thành phần siêu mịn làm cho bê tông tăng cường độ ở khoảng

800-1000
o
C, tuy nhiên sự có mặt của silicafume chỉ làm cho bê tông phát triển
cường độ ở nhiệt độ < 1400
o
C, ở nhiệt độ cao hơn bê tông mất dần cường độ [98].
Do trong thành phần bê tông LCC và ULCC có xi măng cao alumin nên nó
đóng rắn thủy lực, các khoáng chính trong xi măng cao alumin là CA và CA
2
, cơ
chế đóng rắn ở nhiệt độ thường diễn ra như sau [98]:
Ở nhiệt độ < 24
o
C: (CA, CA
2
) + H
2
O → CAH
10
+ AH
X
(x < 3)
Từ 24-35
o
C: (CA, CA
2
) + H
2
O → C
2

AH
8
+ AH
X
+ AH
3
Khi nhiệt độ > 35
o
C: (CA, CA
2
) + H
2
O → C
3
AH
6
+ AH
3

Tuy nhiên việc biến đổi ở trên để trở thành dạng khoáng ngậm nước ổn định
thì có một số pha bị thay đổi thể tích dẫn đến suy yếu hoặc phá vỡ cấu trúc, khi gia
nhiệt lần đầu các sản phẩm thủy hóa sẽ trải qua quá trình đề hydrat hóa trong
khoảng nhiệt độ 210-370
o
C [98], trong đó AH
3
tách nước ở 230
o
C và C
3

AH
6
ở 315
o
C, nếu gia nhiệt quá nhanh sẽ làm nổ bê tông, để chống nổ bê tông thì các phụ gia
sợi polypropylene, polyester được sử dụng, các sợi này có chiều dài từ 3-10 mm và
đường kính từ 15-40 µm, khi cháy nó để lại các mao dẫn để nước thoát ra ngoài.
Bê tông chịu lửa LCC và ULCC chỉ ra các ưu điểm là tính năng thi công dễ
dàng, tuy nhiên điểm hạn chế của nó là giảm các tính chất cơ nhiệt ở nhiệt độ cao
[31].

6
1.1.5. Bê tông chịu lửa không xi măng sử dụng chất kết dính ρ-Al
2
O
3

Xi măng cao alumin là chất liên kết được dùng phổ biến nhất trong sản xuất
bê tông chịu lửa [98], tuy nhiên xi măng cao alumin chứa thành phần CaO có xu
hướng tạo thành các hợp chất có nhiệt độ nóng chảy thấp trong BTCL có chứa SiO
2

như gehlenite (C
2
AS) nhiệt độ nóng chảy 1590
o
C, anorthite (CAS
2
) nhiệt độ nóng
chảy 1550

o
C [100], những pha này sẽ làm giảm độ chịu lửa, giảm độ bền hóa học
cũng như giảm tuổi thọ của vật liệu chịu lửa, vì vậy phải giảm lượng CaO có trong
thành phần của bê tông chịu lửa. Trong những năm gần đây một loại chất liên kết
dùng cho bê tông chịu lửa không chứa xi măng được nghiên cứu và sử dụng khá
phổ biến đó là ρ-Al
2
O
3
(rho-alumina), ρ-Al
2
O
3
là dạng hình thái đạt được khi gia
nhiệt cực nhanh gibbsite - Al(OH)
3
trong khoảng nhiệt độ 600-900
o
C, cơ chế thủy
hóa của nó như sau [32,98]:
ρ-Al
2
O
3
+ H
2
O → Al
2
O
3

.(1-2)H
2
O (gel)
Quá trình đóng rắn trên là đóng rắn thủy lực, tuy nhiên việc tạo gel rất chậm
và cường độ ban đầu rất thấp [98]. Dạng thương phẩm của chất kết dính ρ-Al
2
O
3

được tập đoàn Alcoa chế tạo có tên là Alphabond (series 100, 200, 300, 500) đã
được biến tính [100].
Bê tông chịu lửa dựa trên Alphabond khi thủy hóa ở nhiệt độ < 18
o
C thì quá
trình đóng rắn rất khó khăn, điều đó được chứng minh bằng thực nghiệm bởi vì nếu
trộn bê tông ở nhiệt độ thấp liên kết thủy lực không đủ mạnh để các tinh thể phát
triển, vì vậy việc trộn bê tông với nước ấm là cần thiết, ngược lại nếu thủy hóa ở
nhiệt độ > 38
o
C cũng nên tránh bởi vì bê tông đóng rắn nhanh và không đủ thời
gian thi công [100].
Cường độ của bê tông phát triển nhanh khi nó được gia nhiệt ở nhiệt độ 66-
93
o
C, khi gia nhiệt từ 93-276
o
C thì đòi hỏi phải rất cẩn thận vì có thể gây ra hiện
tượng nứt, vỡ bê tông, nước thoát ra mạnh nhất ở 150
o
C, vì vậy phải bổ sung các

phụ gia sợi có nhiệt độ cháy nhỏ hơn 150
o
C để quá trình thấm khí được dễ dàng và
tránh nổ. Theo tài liệu [100] thì sợi polypropylene là sợi phù hợp và nhiệt độ cháy
của nó là 127 ºC.

7
Một lợi thế rất quan trọng của bê tông chịu lửa dựa trên liên kết ρ-Al
2
O
3
so
với bê tông chịu lửa ít xi măng là tăng nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng, ví dụ bê
tông chịu lửa cùng cốt liệu 62-64 % Al
2
O
3
với liên kết ρ-Al
2
O
3
và liên kết xi măng
cao alumin (chứa 2,7 % CaO) cho nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng tương ứng là
1550 và 1175
o
C [32].
Ở các nhiệt độ khác nhau 1000, 1200, 1371, 1500
o
C có pha tinh thể duy nhất
tồn tại đó là α-Al

2
O
3
[100], các tinh thể này tạo ra cường độ cơ học bền sốc nhiệt,
bền xỉ cho vật liệu.
Bê tông chịu lửa sử dụng liên kết ρ-Al
2
O
3
được sử dụng ở những vị trí có
nhiệt độ rất cao trong các lò luyện thép bởi vì nó có độ bền cơ học, bền sốc nhiệt,
bền xỉ rất cao, đó là các vị trí: Khối nắp lò hồ quang, gạch bệ thấu khí lò tinh luyện,
vách ngăn, ụ đỡ thùng trung gian,
Như vậy có thể thấy rằng bê tông chịu lửa dựa trên ρ-Al
2
O
3
là trung gian
giữa bê tông chịu lửa ít xi măng và bê tông gốm, nó có những nhược điểm của bê
tông liên kết thủy lực (nứt, nổ khi gia nhiệt lần đầu) và những ưu điểm của bê tông
gốm (nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao).
1.1.6. Bê tông gốm
Bê tông chịu lửa LCC và ULCC được cấp bằng sáng chế độc quyền vào năm
1976 [98] bởi hãng Lafarge (Pháp), cũng trong năm 1976 các báo cáo về bê tông
gốm của tác giả Yu.E.Pivinskii được trình bày tại hội nghị toàn Liên Bang Xô Viết
về vật liệu chịu lửa [33]. Như vậy, đồng thời và độc lập, xuất hiện 2 khái niệm rất
khác nhau về các giải pháp cho cùng một vấn đề, đó là sản xuất bê tông chịu lửa
mới. Trong giai đoạn đầu của sự phát triển bê tông gốm, tác giả cho rằng cơ chế
đóng rắn là sự có mặt của một hàm lượng nhỏ phụ gia (1-2 % xi măng cao alumin,
thạch cao,…), tuy nhiên những nghiên cứu sâu hơn cho thấy hiệu quả của các phụ

gia ảnh hưởng tới tính chất của bê tông gốm không thuận lợi, ví dụ sự có mặt của
một hàm lượng nhỏ xi măng cao alumin, thậm chí chỉ 0,5 % cũng làm giảm nhiệt độ
biến dạng dưới tải trọng của vật liệu từ 50-60
o
C [33].
Sau này việc phát triển bê tông gốm dựa trên chất kết dính huyền phù gốm
nồng độ cao (Highly Concentrated Ceramic Binding Suspensions: HCBS) là bê

8
tông không chứa xi măng, tính chất liên kết của nó được giải thích ở khía cạnh hóa
keo [34-37]. Đến nay công nghệ bê tông gốm do Viện sĩ Hàn lâm Liên Bang Nga,
Giáo sư Yuri Efimovich Pivinskii đặt nền móng nghiên cứu trong những năm 70
của thế kỷ trước đã được ông cùng các cộng sự phát triển và nó được sử dụng rất
phổ biến ở các nhà máy luyện kim của Liên bang Nga [7].
Bê tông gốm là vật liệu tổ hợp dị thể nhiều pha đa phân tán, bao gồm cốt liệu
gầy chịu lửa (chiếm 50-80 % thể tích) dạng hạt thô đến hạt nhỏ, mịn gốc gốm với
thành phần hạt hợp lý nhằm đảm bảo sắp xếp khung cấu trúc xít đặc nhất, trong đó
không gian rỗng giữa các hạt cốt liệu gầy được lấp đầy bằng chất kết dính gốm phân
tán tinh với lực liên kết lớn làm tăng độ bền cơ học của bê tông khi đóng rắn [38].
Kết cấu của các vật liệu này “giống bê tông” nhưng được gia cố bằng chất liên kết
gốm có cùng hoặc khác biệt hẳn về bản chất với cốt liệu gầy (về thành phần hóa
học, biến tính cấu trúc vi mô, thành phần pha,…) song giữ được cường độ kết cấu
và tính chất chịu lửa tốt khi sử dụng ở nhiệt độ cao. Cốt liệu gầy có thể có độ xốp
khác nhau hoặc xít đặc cao, đơn hoặc đa cỡ hạt. Bê tông gốm có thể là vật liệu
không định hình (như bê tông chịu lửa, hỗn hợp đầm,…) hoặc là vật liệu định hình
[38].
Nguyên tắc cơ bản của công nghệ bê tông gốm là sử dụng chất kết dính
huyền phù gốm nồng độ cao (HCBS). HCBS thu được nhờ một công nghệ đặc biệt,
đó là quá trình nghiền ướt vật liệu silica, alumino-silicat hoặc các vật liệu dạng
huyền phù với nồng độ cao của các pha rắn [39], tính chất liên kết của HCBS thông

qua số lượng nhất định các hạt keo, các hạt này được hình thành trực tiếp trong quá
trình nghiền [40].
HCBS có khả năng phân tán cao nhờ sử dụng các phụ gia ổn định và được
khuấy trộn cơ học trước khi đem trộn với cốt liệu chịu lửa [41]. Theo công nghệ này
nhận được bê tông chịu lửa chất lượng cao mà không sử dụng xi măng cao alumin.
Đối với HCBS lưu trữ kéo dài sẽ gây ra sự đông tụ, do vậy HCBS được ổn định
bằng cách khuấy trộn cơ học kết hợp với các phụ gia pha loãng, khi đó trên bề mặt
HCBS có lực đẩy điện ly lẫn nhau và làm giảm độ nhớt của chúng ở độ ẩm thấp.

9
Các tính chất cơ lý của vật liệu được quyết định bởi thành phần của môi
trường phân tán, trạng thái bề mặt và độ phân tán của các hạt chất rắn đặc biệt là
hàm lượng các chất keo trong HCBS [42].
Trong chất kết dính gốm, các tính chất liên kết phụ thuộc vào nồng độ pha
rắn cao trong khi các chất kết dính thủy lực được quyết định bởi sự thủy hóa kèm
theo sự có mặt một số lượng đáng kể của chất lỏng [34].
1.2. Các xu hƣớng nghiên cứu, phát triển bê tông chịu lửa hiện tại và
trong tƣơng lai
Trong những năm gần đây đã có nhiều hướng mới trong việc nghiên cứu và
phát triển bê tông chịu lửa. Hiện tại đã phát triển các sản phẩm bê tông chịu lửa ít xi
măng tính năng cao dạng thương phẩm sử dụng cho các lò công nghiệp đặc biệt là
các lò luyện thép, các hướng nghiên cứu khác như bê tông chịu lửa chứa các bon, bê
tông chịu lửa công nghệ nano, bê tông gốm còn đang được tiếp tục.
1.2.1. Bê tông chịu lửa ít xi măng tính năng cao.
Bê tông chịu lửa ít xi măng tính năng cao là bê tông chịu lửa có độ bền hoá,
bền nhiệt và độ bền cơ học rất cao, trong thành phần của nó gồm có:
 Xi măng cao alumin thế hệ mới, tăng hàm lượng Al
2
O
3

đến 80 %, giảm
hàm lượng CaO, trong đó hàm lượng CaO chỉ còn từ 17-19 % (như
SECAR 80 của Lafarge; CA-25 của Almatis) thay vì CaO = 25-30 % (như
CA-14 của Almatis; SECAR 71 Lafarge) như trước đây [6].
 Thành phần hoạt tính (như reactive alumina) được biến thể từ dạng đơn
kích thước (mono-modal) sang dạng đa kích thước (multi-modal) [6], làm
giảm lượng nước trộn, tăng mật độ của bê tông.
 Cốt liệu chịu lửa có độ tinh khiết cao như Tabular có Al
2
O
3
> 99,5 %,
spinel tổng hợp, SiC tổng hợp,…
 Các phụ gia phân tán thê hệ mới gốc hữu cơ [22-24, 99], giảm lượng nước
trộn bê tông, thậm chí lượng nước trộn bê tông < 4 %.
1.2.2. Bê tông chịu lửa chứa các bon
Sự phát triển thành công của gạch chịu lửa ô xít – các bon sử dụng cho các lò
luyện kim (như MgO-C, Al
2
O
3
-C, Al
2
O
3
-SiC-C, Al
2
O
3
-ZrO

2
-C và Al
2
O
3
-MgO-C)

10
trong những năm 1970 bằng cách thêm graphite vào trong thành phần của gạch làm
nâng cao độ bền sốc nhiệt, tăng độ bền hóa, chống bám xỉ,… [27].
Ý tưởng sử dụng graphite cho bê tông chịu lửa là không mới, nhưng tới nay
có rất ít sản phẩm bê tông chịu lửa chứa các bon có mặt trên thị trường, bởi vì một
số vấn đề công nghệ khi sử dụng graphite đó là [27]:
 Graphite thấm ướt rất kém dẫn tới độ phân tán, độ chảy kém, lượng
nước trộn cao
 Sự khác nhau lớn giữa tỷ trọng của graphite và cốt liệu gầy dẫn tới sự
phân lớp, phân bố không đều
 Thiếu sự kết dính giữa graphite và cốt liệu tạo ra sự giảm cường độ
 Bị ô xy hóa ở nhiệt độ cao
Bê tông chịu lửa chứa graphite khi trộn với lượng nước yêu cầu thì các cấu
tử phải thấm ướt tốt và có độ chảy (linh động) nhất định. Tuy nhiên graphite vảy
(FG) lại thấm ướt rất kém, do vậy phải biển tính FG để tăng độ thấm ướt bằng các
kỹ thuật khác nhau. Có 3 phương phương pháp biến tính graphite [27]:
a) Phủ bề mặt graphite lớp màng mỏng chứa SiO
2
, TiO
2
, Al
2
O

3
bằng phương
pháp sol-gel, công nghệ này khá phức tạp và tốn kém, mặc dù có một số nhược
điểm song kỹ thuật lớp phủ sol-gel được chứng minh là có hiệu quả trong việc cải
thiện thấm ướt graphite, với màng phủ Al
2
O
3
độ thấm ướt và độ bền ô xy hóa được
cải thiện song tính chảy của bê tông chưa thỏa đáng, còn với màng phủ TiO
2
thì độ
thấm ướt và độ chảy của bê tông tuyệt vời, hơn nữa nó cũng cải thiện rất lớn độ bền
ô xy hóa.
b) Phủ SiC lên bề mặt graphite bằng phương pháp va đập tốc độ cao (high
speed impact method), ý tưởng của phương pháp này phủ lớp SiC lên bề mặt
graphite để phân tán và thấm ướt tốt hơn, theo đó graphite vảy kích thước < 150 µm
được trộn với bột SiC kích thước < 5 µm với tỷ lệ 10:3 sau đó được tác động với tốc
độ cao, khi đó SiC được bao phủ lên bề mặt graphite, hơn nữa graphite sau khi tác
động có dạng hình cầu nhỏ nên tăng độ phân tán, ưu điểm của phương pháp này là
có thể sản xuất hàng loạt với chi phí thấp. Tuy nhiên trong quá trình trộn bê tông

11
lớp màng này có thể bị phá hủy bởi vì lực liên kết giữa SiC và graphite chỉ là lực
vật lý.
c) Tạo viên graphite (micropelleted graphite hoặc briquetted graphite):
Phương pháp tạo viên graphite được sử dụng khá rộng do công nghệ đơn giản hơn.
Hạt graphite được chèn vào với bột Al
2
O

3
, MgO, với mục đích là:
 Kết tụ graphite để làm giảm bề mặt riêng
 Tăng mật độ trong hỗn hợp chứa graphite
 Biến tính bề mặt của graphite bằng cách hình thành lớp phủ thấm
nước, tăng độ phân tán của graphite trong bê tông
 Sử dụng chất chống oxy hóa thích hợp để ức chế quá trình oxy hóa
của graphite.
Trong gạch chịu lửa chứa các bon, làm giảm sự ô xy hóa của các bon bằng
cách sử dụng chất chống oxy hóa như kim loại (hay hợp kim) và cacbua [27]. Trong
số này bột Al kim loại được sử dụng rộng rãi dạng thương mại. Tuy nhiên, nó
không được sử dụng trực tiếp trong bê tông chịu lửa chứa các bon do có xu hướng
hydrat hóa mà nó thường được phủ một lớp màng SiC hoặc SiO
2
[27]
Gần đây, những tiến bộ trong việc nghiên cứu đã phát triển một loạt chất
chống ô xy hóa mới sử dụng trong bê tông chịu lửa chứa các bon có khả năng chống
hydrat hóa [27] gồm có: Al
4
SiC
4
, Al
4
O
4
C, B
4
C, ZrB
2
,…

Đến nay bê tông chịu lửa chứa các bon đã đạt được những thành công nhất
định đó là chế tạo được graphite có độ thấm ướt cao, phát triển và tổng hợp một loạt
các phụ gia chống ô xy hóa bền nước và bền ô xy hóa cao, tuy nhiên giá thành bê
tông chịu lửa chứa các bon còn khá cao, hơn nữa nó còn có một số tính chất còn
kém so với gạch định hình như độ xốp cao, mật độ thấp, do vậy khả năng sử dụng
của nó thay thế vật liệu chịu lửa định hình còn hạn chế.
1.2.3. Bê tông chịu lửa công nghệ nano
Gần đây các nhà nghiên cứu đã phát triển bê tông chịu lửa chất lượng cao
bằng cách đưa vào thành phần của bê tông vật liệu kích thước nano, đó là: bột ô xít

12
nhôm kích thước nano [30], keo silica [25,26] và các hạt keo trong chất kết dính
huyền phù gốm nồng độ cao (HCBS) [43-48].
S. Otroj và các tác giả [30] chỉ ra rằng thêm bột ô xít nhôm nano (kích thước
trung bình 43 nm) vào trong bê tông chịu lửa ô xít nhôm-spinel làm tăng độ chảy
của bê tông, hơn nữa nhiệt độ kết khối được hạ thấp xuống từ 100-200
o
C và cường
độ cơ học được tăng lên, kết quả thu được tốt nhất là với 1,5 % Al
2
O
3
nano.
M.R.Ismael và các cộng sự [25,26] nghiên cứu bê tông chịu lửa corundum
dựa trên keo nano silica (kích thước trung bình 3,03 nm) chỉ ra rằng nó có nhiều
điểm thuận lợi so với bê tông LCC đó là thời gian trộn ngắn, không phải bảo dưỡng
mẫu, có độ thấm khí cao ngăn chặn bê tông nứt vỡ khi gia nhiệt và tăng khả năng
kết khối của bê tông, tuy nhiên bê tông có độ xốp cao và cường độ thấp hơn nhiều
so với bê tông LCC ở nhiệt độ < 1000
o

C.
Nghiên cứu của H.S.Badiee và S. Otroj [8] cũng chỉ ra các kết quả tương tự
khi sử dụng keo nano silica trong bê tông chịu lửa corundum, trong đó hàm lượng
keo silica được sử dụng trong bê tông từ 10-11 %, khi nung trên 1000
o
C thì hoàn
thành việc mất nước của các nhóm hydroxyl (-OH) nên độ xốp giảm dần, cường độ
được tăng lên.
1.2.4. Bê tông gốm tính năng cao
Phát triển song hành cùng các loại bê tông khác là bê tông gốm tính năng
cao, đặc biệt là bê tông gốm dựa trên HCBS cao alumin đi từ nguyên liệu đầu là sa
mốt cao nhôm, mullite, bauxite, corundum với hàm lượng của Al
2
O
3
dao động từ
60-93 % có bổ sung 5-30 % huyền phù silica [49]. Cường độ nén của bê tông đạt
giá trị rất cao khi gia nhiệt đến 1500
o
C, cụ thể bê tông gốm cao nhôm từ bauxite
được chuẩn bị bằng cách trộn 30-40 % HCBS cùng với 50-70 % cốt liệu từ 0-3 mm,
thu được phối liệu có độ ẩm 4,0-5,2 %, sau khi sấy khô có độ bền nén từ 8-12 MPa,
khi xử lý nhiệt ở 1000
o
C độ bền nén 80-120 MPa và ở 1200

C, 1500
o
C độ bền nén
tương ứng là 140-180 MPa và 200-300 MPa [49].

Một ưu điểm nữa của bê tông gốm là có nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng
(RUL) cao hơn bê tông chịu lửa chứa xi măng, bởi vì bê tông xi măng chứa thành
phần CaO làm hạ thấp nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng. Bê tông với 62-64 %

13
Al
2
O
3
và 31-32 % SiO
2
chứa xi măng cao nhôm (CaO=2,7 %) có RUL=1175
o
C;
trong khi đó bê tông gốm đạt RUL=1550
o
C, ngay cả khi có mặt một lượng nhỏ xi
măng cao nhôm (0,4 % xi măng cao alumin) trong bê tông chịu lửa (Al
2
O
3
=76 %)
cũng làm giảm RUL từ 1620
o
C xuống 1550
o
C [32].
1.3. Cơ sở lý thuyết chế tạo HCBS và bê tông gốm
1.3.1. Thành phần và cấu trúc bê tông gốm
Theo nguyên lý chế tạo có thể khái quát phân loại bê tông gốm thành 4 nhóm

cấu trúc [38] được thể hiện trong Hình 1.1. Mỗi loại trong số đó có thể có cấu trúc
biến tính.

Hình 1.1: Các nhóm cấu trúc của bê tông gốm ( Nguồn [38])
I) Khung liên kết chặt: a) Cốt liệu xít đặc; b) Cốt liệu xốp;
II) Khung liên kết chặt thêm hạt nhỏ: a) Cốt liệu xít đặc; b) Cốt liệu xốp;
III) Khung liên kết lỏng lẻo: a) Cốt liệu xít đặc; b) Cốt liệu xít đặc thêm hạt
trung gian; c) Cốt liệu xốp; d) Cốt liệu xốp thêm hạt trung gian;
IV) Bê tông xốp: a) Khung liên kết chặt của cốt liệu độ xốp cao + bọt và chất
kết dính, b) Tương tự a) nhưng với khung liên kết lỏng lẻo; c) Tương tự a)
nhưng chất kết dính có độ xốp cao.