Vật liệu gốm xây dựng

Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

6-
1

Chương 6:
VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG
6.1. Khái niệm và phân loại
Vật liệu gốm xây dựng là loại vật liệu đá nhân tạo nung, được sản xuất bằng cách
tạo hình sản phẩm từ các loại đất sét (có thể cho thêm các phụ gia như phụ gia điều chỉnh
tính dẻo: samốt, đất sét nung non, cát...; phụ gia cháy : than cám, mùn cưa; phụ gia hạ
thấp nhiệt độ nung và men) rồi đem nung ở nhiệt độ cao.
Hiện nay xuất hiện nhiều lo
ại vật liệu gốm mới (gốm – kim loại, gốm-các oxit tinh
khiết) có thể khắc phục được những nhược điểm của gốm cổ truyền.
Vật liệu gốm xây dựng là vật liệu xây dựng có từ lâu đời, được dùng rộng rãi trong
nhiều bộ phận của công trình xây dựng. Trong xây dựng hiện đại vật liệu gốm được dùng
trong nhiều chi tiết của kết cấ
u nhà cửa, từ khối xây, ốp trang trí mặt ngoài và bên trong
nhà, lát nền, làm cốt liệu rỗng trong bê tông nhẹ, các sản phẩm sứ vệ sinh và đồ dùng gia
đình. Ngoài ra vật liệu gốm còn có mặt trong các ngành công nghiệp hóa học, luyện kim
và các ngành công nghiệp khác.
Ưu điểm chủ yếu của vật liệu gốm là có độ bền và tuổi thọ cao: từ nguyên liệu địa
phương có thể sản xuất ra các sản phẩm khác nhau thích hợp với các yêu cầ
u sử dụng và
yêu cầu thẩm mỹ, công nghệ sản xuất đơn giản và giá thành hạ. Nhưng vật liệu gốm có
các nhược điểm là dễ vỡ, giòn, tương đối nặng, khó cơ giới hoá xây dựng, đặc biệt là với
gạch và ngói lợp. Việc sản suất vật liệu gốm thu hẹp diện tích đất nông nghiệp.
Sản phẩm gốm xây dựng rất đa dạng: g
ạch xây, ngói lợp, tấm lát, tấm ốp, các sản
phẩm sứ vệ sinh, các sản phẩm cách nhiệt, cách âm, chịu lửa, chịu axit, sản phẩm ống

nước...
6.2 Nguyên liệu sản xuất và tính chất của nguyên liệu
Nguyên liệu chính để sản xuất sản phẩm gốm là đất sét. Ngoài ra, tuỳ thuộc theo
yêu cầu của sản phẩm, tính chất của đất mà có thể dùng thêm các loại phụ gia cho phù
hợp.
Đất sét là loạ
i đá trầm tích đa khoáng, khi nhào trộn với nước nó trở thành hỗn hợp
dẻo có thể tạo thành hình của các sản phẩm khác nhau, sau khi gia công nhiệt nó biến
thành trạng thái đá. Thành phần chính của đất sét là khoáng dẻo hay khoáng sét. Nếu đất
sét chỉ chứa kaolinit gọi là đất cao lanh (màu trắng).
Ngoài ra trong đất sét còn chứa các tạp chất vô cơ và hữu cơ. Các tạp chất vô cơ hay
gặp ở dạng thạch anh, cácbônat, các hợp chất sắt. T
ạp chất hữu cơ thì ở dạng than bùn
hoặc bitum
Đất sét gồm có nhiều hạt lớn như bụi (<0,14mm) ,mica và cát (0,14-5mm) làm cho
đất kém dẻo, giảm co, còn CaCO
3
, các hợp chất sắt, fensfat làm giảm nhiệt độ nóng chảy
của đất sét; CaO khi thuỷ hoá sẽ nở ra, làm cho sản phẩm dễ bị nứt.
Đất sét có các màu khác nhau từ trắng, nâu xanh, xám đến màu đen. Màu sắc do các
tạp chất hữu cơ quyết định.
Gạch đất sét là sản phẩm thông dụng nhất, kích thước phổ biến là 220x105x60mm.
Loại gạch này phải có chất lượng phù hợp với TCVN 1451 - 73.
Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

6-
2

Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của gạch : Khối lượng thể tích ở trạng thái khô : γ
o

k
= γ
o
tc

=1700 ÷1900 kG/m
3
, hệ số truyền nhiệt λ = 0,5 - 0,8 kCal/m.0C.h, độ hút nước H
p
= 8 -
25%, cường độ chịu nén R
n
= 50 - 150 kG/cm
2
. Khi đánh giá chất lượng gạch người ta
phân loại chúng dựa theo các chỉ tiêu kỹ thuật (TCVN 1451 - 73) ở bảng 6-1.
Bảng 6-1. Đánh giá chất lượng của gạch
Cường độ chịu nén
(kG/cm
2
)
Cường độ chịu uốn
(kG/cm
2
)
Loại gạch Mác gạch
Trung
bình
Bé nhất
Trung

bình
Bé nhất
Độ hút
nước
(%)
Đặc biệt 150 150 100 28 14 10
A 125 125 100 25 12 15
B 100 100 75 22 11 20
C 75 75 50 18 9 25
D 50 50 35 16 8 -
Gạch đất sét được chia ra làm 2 loại: gạch đặc và gạch rỗng.
Gạch đặc đất sét nung có 2 loại kích thước 220x105x60mm (GD60) và
190x90x45mm (GD45)
Sai lệch về kích thước viên gạch không được vượt quá quy định sau: theo chiều dài:
±6mm; theo chiều rộng: ±4mm; theo chiều dày ±3mm (đối với GD60) và ±2mm (đối với
GD45).
Theo cường độ chịu nén và uốn mác gạch rỗng được phân ra: 50, 75, 100, 125, 150,
200.
Ngoài gạch đặc thông thường còn có các loại gạch rỗng, gạch xố
p có cùng chiều
dài, chiều rộng, nhưng chiều cao có nhiều kích thước khác nhau.
Kích thước của gạch rỗng đất sét nung theo tiêu chuẩn TCVN 1450:1998 như Bảng
6.2.
Bảng 6.2 Kích thước viên gạch rỗng đất sét (mm)
Tên kiểu gạch Dài Rộng Dày
Gạch rỗng 60 220 105 60
Gạch rỗng 90 190 90 90
Gạch rỗng 105 220 105 105
Sai lệch về kích thước viên gạch không được vượt quá quy định sau: theo chiều dài:
±6mm; theo chiều rộng: ±4mm; theo chiều dày ±3mm.

Theo cường độ chịu nén và uốn mác gạch rỗng được phân ra: 35, 50, 75, 100, 125.
Gạch rỗng phải có dạng hình hộp chữ nhật, các khuyết tật về hình dáng bên ngoài
không được vượt quá các quy định.
Gạch rỗng thường dùng để xây tường và các bộ phận công trình có trát hoặc ốp bên
ngoài.
Ngoài gạch đặc và gạch rỗng ng
ười ta còn sản xuất gạch xốp. Đây là loại gạch nhẹ,
dẫn nhiệt kém, hút nước lớn và cường độ thấp.
Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

6-
3

6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng
6.3.1 Công nghệ sản xuất gạch
* Công nghệ sản xuất gạch xây gồm 5 giai đoạn:
Khai thác nguyên liệu: thường thực hiện bằng máy đào hoặc thủ công. Trước khi
khai thác cần loại bỏ 30-40cm đất trồng trọt ở bên trên để loại trừ cỏ rác, rễ cây và sỏi đá.
Đất thường khai thác gần nơi sản xuất để đỡ tốn công vận chuyển. Có thể vận chuyển
bằng xe goòng hoặc ô tô tự đổ.
Chu
ẩn bị phối liệu: đồng đều sẽ làm tăng tính dẻo, làm cho độ co ngót, màu sắc và
các tính chất cơ lí khác nhau của sản phẩm đồng đều, chất lượng của gạch tăng. Tuỳ theo
phương pháp sản xuất gạch là khan hay dẻo mà người ta sử dụng những thiết bị khác
nhau. Trong phương pháp dẻo đất được nhai trong máy nhai sau đó được trộn vào trong
máy trộn với độ ẩm 18 – 25% cho đến khi thành khối đồ
ng nhất

Tạo hình sản phẩm: nhằm tạo ra cho sản phẩm một hình dạng nhất định và cường
độ ban đầu. Để tạo hình gạch thường dùng phương phá dẻo và bán khô. Trong phương
pháp dẻo, đất đựơc trộn với độ ẩm 18-25% được ép với áp lực 30kG/cm
2
. Nhờ có buồng
hút chân không, không khí sẽ tách ra khỏi phối liệu, tăng độ chặt sít và cuối cùng tăng độ
bền sấy và cường độ của sản phẩm. Trong phương pháp bán khô: đất đựơc trộn với độ
ẩm 8-12% được ép với áp lực 200 - 300kG/cm
2
, phương pháp này cho sản phẩm có hình
dạng, kích thước chính xác, cường độ cao, có thể rút ngắn quá trình sấy và chu trình sản
xuất nói chung.
Sấy: là quá trình hạ thấp từ từ độ ẩm của gạch đến giới hạn cần thiết và tạo cho gạch
mộc có cường độ ban đầu để khi xếp vào thiết bị nung không bị biến dạng, tăng năng suất
của lò nung, giảm hao phí năng lượng. Quá trình sấy phụ
thuộc vào nhiều yếu tố: tính
chất của nguyên liệu, phương pháp gia công nguyên liệu, tạo hình sản phẩm và các thông
số của thiết bị sấy (nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của khí sấy). Để tăng cường quá trình sấy
người ta thường trộn thêm phụ gia gầy (tăng độ dẫn ẩm và giảm co ngót), làm ẩm phối
liệu bằng hơi nước nóng hoặc hút chân không phối liệ
u. Phối liệu thường đựơc sấy trong
các lò phòng hoặc lò tunen. Lò phòng làm việc gián đoạn, phân bố nhiệt không đều thời
gian sấy dài (40-47 giờ), khó cơ giới hoá và tự động hoá. Lò sấy tunen làm việc liên tục,

năng suất cao, sấy đều, nhanh (15-40giờ), dễ cơ giới hoá.

Hình 6.1 Máy nghiền đất và máy trộn đất

Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

6-
4




Hình 6.2. Lò sấy và lò nung gạch
Nung: đây là công đoạn quan trọng nhất, chất lượng của gạch chủ yếu đựơc quyết
định ở giai đoạn này. Chí phí trong giai đoạn nung chiếm đến 35-40%, còn phế phẩm
chiếm 10% sản phẩm. Gạch đựơc nung trong 2 loại lò: lò gián đoạn và lò liên tục.
Trong lò gián đoạn gạch được nung theo từng mẻ, loại lò này công suất bé, chất
lượng sản phẩm thấp.
Trong lò liên t
ục gạch có chất lượng cao. Lò liên tục gồm có 2 loại: lò Hốpman (lò
vòng) và lò tuynen. Lò Hốpman có hình bầu dục, có nhiều buồng ngăn, mỗi buồng đều
có cửa riêng để ra vào lò, có cửa thông nhau và kênh dẫn khói ra ngoài ống khói chung.
Nguyên tắc làm việc của lò là sản phẩm đứng yên, ngọn lửa di động. Lò có ưu điểm:
không tốn thiết bị xếp sản phẩm, dễ điều chỉnh nhiệt độ. Nhưng có nhược đ
iểm là khó cơ
giới hóa, (đặc biệt là khâu ra vào cửa lò), khó đều lửa. Lò tuy nen làm việc theo nguyên
tắc sản phẩm chuyển động còn nhiệt độ phân bố ổn định theo chiều dài lò. Ưu điểm của
lò này là nung nhanh hơn lò Hốpman, dễ dàng cơ giới hóa, có thể dùng nhiên liệu rắn
hoặc lỏng, nhưng tốn nhiên liệu hơn (nung cả toa goòng).
6.3.2 Công nghệ sản xuất ngói

Kỹ thuật sản xuất ngói cũng gần giống như sản xuất gạch nhưng do có hình dạng
phức tạp và lại khá mỏng, yêu cầu cao (không sứt mẻ, nứt vỡ, ít thấm...) nên quá trình sản
xuất ngói đòi hỏi nguyên liệu đầu vào và kỹ thuật cao hơn.
Nguyên liệu dùng loại đất sét có độ dẻo cao, dễ chảy. Đất không chứa các tạp chất
cacbonat. Trong sản xuất ngói có thể dùng 15-25% phụ gia cát, 10-20% phụ gia sam
ốt.
Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu được thực hiện chủ yếu theo phương
pháp dẻo và cũng có thể theo phương pháp bán khô và cả phương pháp ướt (khi trong
Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

6-
5

nguyên liệu có lẫn tạp chất). Gia công chuẩn bị phối liệu kỹ hơn làm nhằm cho độ ẩm
đồng đều hơn và phá vỡ tối đa cấu trúc nguyên liệu đất sét bằng cách ngâm ủ dài ngày
hơn.
Trước khi tạo hình phải tạo ra những viên gạch trên máy ép lentô, rồi ủ để độ ẩm
đồng đều. Sau đó mới tạo hình ngói từ những viên gạch đã ủ.
Ngói được sấy trong các nhà sấ
y tự nhiên (các nhà kho sấy có giá phơi) hay sấy
nhân tạo (trong các thiết bị sấy phòng, sấy tuynen, sấy băng truyền giá treo). Để tránh nứt
nẻ cho sản phẩm, ngói được sấy theo chế độ sấy dịu. Khi nung ngói, nhiệt được nâng lên
từ từ, nung lâu hơn, làm nguội chậm hơn.
Ngói đất sét có 2 loại chính như sau: Loại 22 viên/m
2
có kích thước
340x205x15mm, loại 13 viên/m
2
có kích thước 460x260x16mm. Theo TCVN 1452 - 73
ngói phải đạt các yêu cầu về ngoại hình, về các chỉ tiêu vật lý và cơ học : Khối lượng thể

tích 1800 - 2000 kG/m
3
, độ hút nước theo khối lượng ≤ 10%; độ thấm nước xác định theo
tiêu chuẩn : sau 3h nước không được thấm qua; về cường độ, ngói phải chịu được lực tác
dụng tập trung ở giữa 2 gối tựa ít nhất là 70kG.
6.4 Gạch gốm ốp lát
Gạch gốm ốp lát có độ xốp nhỏ, độ bền cơ học cao, chống mài mòn lớn, chịu được
tác động của môi trường xâm thự
c và có tính trang trí cao. Bề mặt gạch có phủ men, có
thể phẳng hay nhám hoặc có vân hoa, có thể có một màu hay có nhiều màu
Theo hình dáng có thể có các loại vuông, chữ nhật, tam giác, lục giác và bát giác
đều.
Các quy định về kích thước của sản phẩm tra bảng 6.3
Bảng 6.3 Kích thước cơ bản của gạch gốm ốp lát
Hình vuông Hình chữ nhật
100x100 150x75 300x200
150x150 200x100 115x60
200x200 200x150 240x60
300x300 250x150 130x65
Kích thước cạnh bên
danh nghĩa (axb)mm
400x400 300x150 260x65
Gạch gốm ốp lát dùng cho các công trình xây dựng như nhà công nghiệp, nhà ở, các
công trình văn hóa, xã hội...
6.5 Sản phẩm sành dạng đá
Sản phẩm sành dạng đá có cường độ cao, độ đặc lớn, cấu trúc hạt bé, chống mài
mòn tốt, chịu được tác dụng của axit. Chúng được dùng rộng rãi trong công trình công
nghiệp, hóa học và nông nghiệp. Loại sản phẩm thường gặp như: clinke, tấm lát nền, ống
nước và vật liệu b
ền axit.

* Gạch clinke
- Gạch clinke có nhiều loại: loại vuông (50x50x10, 100x100x10 và
150x150x13mm), loại chữ nhật (100x50x10;150x75x13mm), loại lục giác và bát giác.
- Gạch này có khối lượng thể tích lớn hơn gạch thường, cường độ chịu va đập và
chống mài mòn lớn, độ hút nước thấp. Gạch có 3 loại I, II, III.