Nghiên cứu sử dụng cát mịn từ đụn cát đề chế tạo gạch bê tông khí chưng áp (aac)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THẾ VINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT MỊN TỪ ĐỤN CÁT ĐỂ
CHẾ TẠO GẠCH BÊ TƠNG KHÍ CHƯNG ÁP (AAC)
Chun ngành: VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Mã số: 605880

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 6 năm 2015


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. VŨ QUỐC HOÀNG

Cán bộ chấm nhận xét 1: ....................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ....................................................................
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày….tháng….năm 2015
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1............................................................................
2............................................................................
3............................................................................
4............................................................................
5............................................................................

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trƣởng khoa quản
lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có)
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN THẾ VINH

MSHV: 11194675

Ngày, tháng, năm sinh: 9/7/1983

Nơi sinh: Long An

Chuyên ngành: Vật liệu và Công nghệ Vật liệu Xây dựng

Mã số: 605880

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT MỊN TỪ ĐỤN CÁT ĐỂ CHẾ
TẠO GẠCH BÊ TÔNG KHI CHƢNG ÁP (AAC).
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng quan tình hình nguồn cát từ đụn cát trên thế giới và Việt Nam.
- Tổng quan tình hình sử dụng cát từ đụn cát để sản xuất các sản phẩm vật liệu
xây dựng tại Việt Nam và thế giới.
- Nghiên cứu các tính chất của đụn cát.
- Nghiên cứu sử dụng đụn cát để chế tạo gạch bê tông khí chƣng áp và các sản
phẩm vật liệu xây dựng khác.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của đụn cát đến tính chất của vật liệu xây dựng.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:…………………………………………
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:………………………………
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. VŨ QUỐC HỒNG.
TP.HCM, ngày….tháng….năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG BỘ MƠN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG

1


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

ỜI CẢM

N

Luận văn tốt nghiệp của tơi đƣợc hồn thành đó là kết quả của một quá tr nh
r n luyện, học tập tích cực, trong đó có sự tiếp thu những kiến thức qu

áu về l

thuyết cũng nhƣ thực tiễn từ qu thầy, cô của trƣờng Đại học Bách Khoa TP. Hồ
Chí Minh. Tơi xin chân thành cảm ơn q thầy, cô Trƣờng Đại học Bách Khoa,
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - Bộ Môn Vật Liệu Xây Dựng đã tận t nh truyền đạt
kiến thức và hƣớng ẫn tôi trong thời gian qua, xin cảm ơn Công ty Cổ phần Vƣơng
Hải đã tạo điều kiện cho tôi sử ụng các máy móc, các thiết ị thí nghiệm để tơi
hồn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn toàn thể bạn

, đồng nghiệp, các m sinh vi n của

trƣờng Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh đã c ng tơi thực hiện nghi n cứu đề
tài trong thời gian qua.
Đặc biệt tôi xin cảm ơn sâu sắc đến thầy hƣớng ẫn tơi thực hiện luận văn là
TS. Vũ Quốc Hồng đã tận t nh hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi hồn thành luận văn này.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2015
Học vi n

Nguyễn Thế Vinh

2

Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Với tình trạng khai thác đất bừa bãi khơng theo quy hoạch của các lị gạch
đất sét nung, ảnh hƣởng đến môi trƣờng cũng nhƣ ảnh hƣởng diện tích đất nơng
nghiệp. Để hạn chế nhƣợc điểm trên của gạch đất sét nung thì cần phải có chiến
lƣợc phát triển gạch khơng nung, trong đó có gạch

tơng khí chƣng áp (gạch

AAC) là đều tất yếu.
Bên cạnh đó trữ lƣợng cát vàng đang khan hiếm dần, ở nƣớc ta nguồn đụn
cát cũng có trữ lƣợng khá lớn đang để hoang hóa, khơng sử dụng cho mục đích g ,
o đó cần thiết phải nghiên cứu ứng dụng loại cát này chế tạo gạch bê tơng khí
chƣng áp để mở rộng đƣợc nguồn tài nguyên sẵn có là rất cần thiết.
Xuất phát từ yêu cầu cấp thiết đã nói tr n, đề tài đã nghi n cứu sử dụng đụn
cát để chế tạo gạch AAC cũng nhƣ gạch

tơng khí không chƣng áp (Non – AAC).

Trong luận văn đã nghi n cứu so sánh các tính chất cơ l của cát nghiền lấy tại nhà
máy với đụn cát bằng các phƣơng pháp phân tích th o TCVN 7572:2006 và phƣơng
pháp phân tích XRF. Để đánh giá ảnh hƣởng của đụn cát đến tính chất cơ ản của
gạch AAC, trong luận văn sử dụng mẫu sử dụng cát nghiền tại nhà máy làm mẫu
đối chứng, sau đó cho thay thế cát nghiền bằng đụn cát với tỷ lệ từ 10%, 20%, 30%,
50%, 80% và 100%. Kiểm tra các tính chất của gạch AAC, gạch Non - AAC nhƣ:
độ hút nƣớc, khối lƣợng thể tích khơ, cƣờng độ chịu nén.
Kết quả nghiên cứu ghi nhận là khi tăng hàm lƣợng đụn cát th độ hút nƣớc

và khối lƣợng thể tích khơ của gạch AAC, gạch Non - AAC sẽ tăng, ngƣợc lại
cƣờng độ chịu nén của chúng sẽ giảm khi tăng hàm lƣợng đụn cát. Ở tỷ lệ đụn cát
không quá 30% thì ảnh hƣởng của đụn cát đến tính chất của gạch AAC, gạch Non AAC không thay đổi đáng kể. Từ tỷ lệ đụn cát 50% trở l n th độ hút nƣớc cũng
nhƣ khối lƣợng thể tích khơ tăng l n rất lớn và cƣờng độ chịu nén sẽ giảm sâu. Do
đó kiến nghị nên pha trộn đụn cát với cát nghiền từ 30% trở lại.
Trong luận văn cũng đề xuất các hƣớng nghiên cứu thêm về ảnh hƣởng của
đụn cát đến độ co khô của gạch AAC, nghiên cứu thêm về độ bền của gạch AAC
khi sử dụng đụn cát.
3


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

ỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan nội ung luận văn này là kết quả của sự nghi n cứu của tôi.
Học vi n

Nguyễn Thế Vinh

4


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................9

DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................11
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................13
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ T I ................................................................17
1.1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................17
1.1.1. Giới thiệu về đụn cát (dune sand) ................................................................17
1.1.2. Nguồn trữ lƣợng đụn cát trên thế giới và ở Việt Nam .................................17
1.1.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng đụn cát trên thế giới và Việt Nam ..............20
1.1.4. Giới thiệu về bê tông AAC (Autoclaved aerated concrete) .........................23
1.1.4.1. Ƣu điểm của gạch

tơng khí chƣng áp ...............................................24

1.1.4.2. Nhƣợc điểm của gạch
1.1.4.3. Ứng dụng của gạch

tơng khí chƣng áp .........................................25
tơng khí chƣng áp .............................................25

1.1.4.4. Cơ sở pháp lý của việc nghiên cứu và sử dụng gạch

tơng khí chƣng

áp ...............................................................................................................................25
1.2. Sự cần thiết nghiên cứu sử dụng cát mịn từ đụn cát để chế tạo gạch AAC .......27
1.3. Mục đích nghi n cứu của đề tài .........................................................................28
1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................29
1.5. Kết quả dự kiến đạt đƣợc: ..................................................................................29
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC...........................................................................30
2.1. Lý thuyết về quá tr nh đóng rắn của xi măng pooclăng .....................................30

2.1.1. Chất kết ính xi măng .................................................................................30
2.1.2. Thành phần khống của xi măng .................................................................30

5


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

2.1.3. Q trình hy rat hóa xi măng portlan ........................................................31
2.1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ hydrat hóa của xi măng ..........................35
2.2. Cơ sở khoa học của việc sử ụng đụn cát làm gạch AAC .................................37
2.2.1. Điều kiện rắn chắc của bê tông silicát .........................................................37
2.2.2. Các giai đoạn rắn chắc của bê tông silicát ...................................................37
2.2.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tính chất bê tơng silicát ...................................39
CHƢƠNG 3: HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...41
3.1. Đánh giá kết quả thí nghiệm các tính chất kỹ thuật của đụn cát và cát sông:....41
3.2. Nghiên cứu sử dụng đụn cát thay thế cát sơng cho gạch
gạch

tơng khí chƣng áp và

tơng khí khơng chƣng áp: ............................................................................46

3.2.1. Độ hút nƣớc .................................................................................................46
3.2.2. Khối lƣợng thể tích khơ ...............................................................................47
3.2.3. Cƣờng độ nén của gạch AAC ......................................................................47
3.2.4. Cƣờng độ nén của gạch Non – AAC ...........................................................49
3.3. Nghiên cứu điều kiện ƣỡng hộ nhiệt áp đến tính chất của gạch AAC .............50

3.3.1. Ảnh hƣởng của điều kiện ƣỡng hộ nhiệt áp đến cấu trúc của gạch AAC .50
3.3.2. Ảnh hƣởng của điều kiện ƣỡng hộ nhiệt áp đến sự hình thành các khống
của gạch AAC ........................................................................................................50
3.4. Tính chất của hệ nguyên vật liệu dùng trong nghiên cứu ..................................50
3.4.1. Xi măng........................................................................................................50
3.4.2. Cát ................................................................................................................51
3.4.2.1. Đụn cát ...................................................................................................51
3.4.2.2. Cát nghiền ..............................................................................................53
3.4.3. Nƣớc ............................................................................................................55
3.4.4. Vôi ...............................................................................................................55
6


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

3.4.5. Thạch cao .....................................................................................................55
3.4.6. Chất tạo khí ..................................................................................................55
CHƢƠNG 4: ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỤN CÁT ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA GẠCH BÊ
TƠNG KHÍ CHƢNG ÁP ..........................................................................................56
4.1. Thiết kế thành phần cấp phối .............................................................................56
4.1.1. Xác định cấp phối sơ ộ ..............................................................................56
4.1.2. Điều chỉnh cấp phối bằng thực nghiệm .......................................................60
4.2. Độ hút nƣớc và khối lƣợng thể tích khơ ............................................................62
4.2.1. Ảnh hƣởng của đụn cát đến độ hút nƣớc và khối lƣợng thể tích khơ của
gạch AAC ..............................................................................................................62
4.2.2. Ảnh hƣởng của đụn cát đến độ hút nƣớc và khối lƣợng thể tích khơ của
gạch Non – AAC....................................................................................................65
4.3. Cƣờng độ chịu n n .............................................................................................67

4.3.1. Ảnh hƣởng của đụn cát đến cƣờng độ chịu nén của gạch AAC ..................67
4.3.2. Ảnh hƣởng của đụn cát đến cƣờng độ chịu nén của gạch Non - AAC .......70
4.4. Ảnh hƣởng của điều kiện ƣỡng hộ nhiệt áp đến tính chất của gạch AAC .......72
4.4.1. Ảnh hƣởng của điều kiện ƣỡng hộ nhiệt áp đến cƣờng độ chịu nén của
gạch AAC ..............................................................................................................72
4.4.2. Ảnh hƣởng của điều kiện ƣỡng hộ nhiệt áp đến cấu trúc của gạch AAC .74
4.4.3. Ảnh hƣởng của điều kiện ƣỡng hộ nhiệt áp đến sự hình thành khoáng
trong gạch AAC .....................................................................................................75
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................81
5.1. Kết luận ..............................................................................................................81
5.2. Kiến nghị ............................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................83

7


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

PHỤ LỤC ..................................................................................................................84
1. Một số hình ảnh minh họa .....................................................................................84
2. Kết quả thí nghiệm XRF cát nghiền tại nhà máy và đụn cát (cát lấy tại Phan
Thiết, tỉnh Bình Thuận) .............................................................................................84
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .......................................................................................85

8


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAC

B tơng khí chƣng áp

MĐC

Mẫu đối chứng (khơng sử dụng đụn cát)

M10

Mẫu có thay thế 10% đụn cát

M20

Mẫu có thay thế 20% đụn cát

M30

Mẫu có thay thế 30% đụn cát

M50

Mẫu có thay thế 50% đụn cát

M80

Mẫu có thay thế 80% đụn cát

M100

Mẫu sử dụng 100% đụn cát

Non – AAC

B tơng khí khơng chƣng áp

SEM

Scanning l ctron microscop (Kính hiển vi điện tử qu t

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

XMP

Xi măng pooc lăng

XRD

X-Ray diffraction

XRF

Phát xạ huỳnh quang tia X

9


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Kết quả phân tích XRF thành phần hóa học cát thạch anh. ......................20
Bảng 2.1. Chế độ gia công nhiệt ẩm trong autoclav .................................................37
Bảng 3.1. Hệ số điều chỉnh ( cƣờng độ n n th o kích thƣớc mẩu thử..................49
Bảng 3.2. Bảng tính đổi (α cƣờng độ n n th o độ ẩm của viên mẫu .......................50
Bảng 3.3. Tính chất cơ l của xi măng .....................................................................51
Bảng 3.4. Tính chất cơ l của đụn cát .......................................................................51
Bảng 3.5. Hàm lƣợng ion Cl- của đụn cát .................................................................52
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm phản ứng kiềm cốt liệu của đụn cát ..........................53
Bảng 3.7. Tính chất của cát nghiền tại nhà máy .......................................................54
Bảng 3.8. Kết quả phân tích XRF cát nghiền của nhà máy và đụn cát .....................54
Bảng 3.9. Tính chất của vôi. .....................................................................................55
Bảng 4.1. Xác định sơ ộ cấp phối

tông silicát ....................................................56

Bảng 4.2. Xác định độ dẹt mẫu. ................................................................................57
Bảng 4.3. Thể tích riêng phần của hỗn hợp các thành phần rắn. ..............................58
Bảng 4.4. Bảng thành phần cấp phối của gạch AAC ...............................................61
Bảng 4.5. Bảng tính thành phần cấp phối theo tỷ lệ pha trộn đụn cát ......................62
Bảng 4.6. Độ hút nƣớc và khối lƣợng thể tích khơ th o tỷ lệ pha trộn đụn cát của
gạch AAC ..................................................................................................................63
Bảng 4.7. Độ hút nƣớc và khối lƣợng thể tích khơ th o tỷ lệ pha trộn đụn cát của

gạch Non - AAC........................................................................................................66
Bảng 4.8. Cƣờng độ chịu n n th o tỷ lệ pha trộn đụn cát của gạch AAC ................68
Bảng 4.9. Cƣờng độ chịu n n th o tỷ lệ pha trộn đụn cát của gạch Non-AAC ........71
Bảng 4.10. So sánh cƣờng độ chịu nén của gạch AAC và gạch Non - AAC ...........72

10


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
H nh 1.1. Cơ chế h nh thành đụn cát .........................................................................17
H nh 1.2. Đụn cát Quang Phú (Quảng Bình) ............................................................18
H nh 1.3. Đụn cát Phƣơng Mai (B nh Định) .............................................................19
H nh 1.4. Đụn cát Nam Cƣơng (Ninh Thuận)...........................................................19
H nh 1.5. Đụn cát Mũi N (Bình Thuận) ..................................................................19
Hình 1.6. Kích cỡ của khống tobermorite trong các thời gian autoclaved..............21
Hình 1.7. Tính chất của các mẫu sau thời gian chƣng áp .........................................21
H nh 1.8. So sánh các cấu trúc ề mặt tinh thể của Non - AAC và AAC.................22
H nh 1.9. Phân tích XRD mẫu Non – AAC và mẫu AAC ........................................23
H nh 1.10. Ảnh minh họa gạch AAC ........................................................................25
Hình 2.1. Hình ảnh mặt cắt ngang hạt clinker ..........................................................31
Hình 2.2. Khống C-S-H ...........................................................................................33
Hình 2.3. Khống ettringgite hình que ......................................................................33
Hình 2.4. Khống monosunfate hình bơng hoa hồng ..............................................34
Hình 2.5. Ảnh hƣởng của độ nghiền mịn và hàm lƣợng ...........................................40
Hình 3.1. Giản đồ phân vùng khả năng phản ứng kiềm siclíc của cốt liệu...............45
Hình 3.2. Giản đồ phản ứng kiềm cốt liệu của đụn cát .............................................53

H nh 4.1. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa độ hút nƣớc và khối lƣợng thể tích khơ theo
...................................................................................................................................63
H nh 4.2. Độ hút nƣớc và khối lƣợng thể tích khơ th o tỷ lệ pha trộn đụn cát của
gạch Non – AAC .......................................................................................................66
Hình 4.3. Ảnh minh họa q trình thực hiện và thí nghiệm gạch AAC ...................68
Hình 4.4. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa cƣờng độ chịu nén của gạch AAC và tỷ lệ
pha trộn đụn cát .........................................................................................................68
Hình 4.5. Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa cƣờng độ chịu nén của gạch Non-AAC và
tỷ lệ pha trộn đụn cát .................................................................................................71
Hình 4.6. Biểu đồ so sánh cƣờng độ chịu nén của gạch AAC và gạch Non – AAC 73
Hình 4.7. Cấu trúc bề mặt của mẫu Non AAC và AAC M10. ..................................75
Hình 4.8. Cấu trúc bề mặt của mẫu Non AAC và AAC M80. ..................................75
11


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

Hình 4.9. Mơ hình cấu trúc khống tobermorite bao gồm các ion silicat và nƣớc ...76
Hình 4.10. Phân tích Xray mẫu Non – AAC M10. ...................................................77
Hình 4.11. Phân tích Xray mẫu AAC M10. .............................................................77
Hình 4.12. Phân tích Xray mẫu AAC M80. .............................................................78
Hình 4.13. Chập phổ XRD của gạch Non – AAC và gạch AAC M10. ...................78
Hình 4.14. Chập phổ XRD của gạch Non – AAC và gạch AAC M80. ...................79
Hình 4.15. Chập phổ XRD mẫu nghiên cứu của nƣớc ngoài....................................79

12

Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

PHẦN MỞ ĐẦU
Với tình trạng khai thác đất bừa bãi khơng theo quy hoạch của các lò gạch
đất sét nung, ảnh hƣởng đến mơi trƣờng cũng nhƣ ảnh hƣởng diện tích đất nông
nghiệp. Để hạn chế nhƣợc điểm trên của gạch đất sét nung thì cần phải có chiến
lƣợc phát triển gạch khơng nung, trong đó có gạch AAC là đều tất yếu.
Việc nghiên cứu và sử dụng vật liệu không nung có những thuận lợi sau:
Thủ tƣớng Chính phủ đã có quyết định 115/2001 ngày 01/08/2001 trong đó
khẳng định chủ trƣơng “tiến tới xoá bỏ việc sử dụng gạch nung thủ công tại ven các
đô thị vào năm 2005 và tr n phạm vi toàn quốc vào năm 2010”. Đây là một cơ sở
pháp lý vô cùng quan trọng cho những ngƣời quan tâm nghiên cứu phát triển sản
xuất bê tông nhẹ tại Việt Nam.
Mới đây nhất, trong quyết định 121/2008 của Thủ tƣớng chính phủ về phê
duyệt tổng thể quy hoạch ngành vật liệu xây dựng ở Việt Nam, Chính phủ đã giao
Bộ xây dựng chủ trì xây dựng chƣơng tr nh phát triển vật liệu xây dựng không nung
đến năm 2020 trong đó có giải pháp thay thế từng ƣớc các loại vật liệu truyền
thống bằng vật liệu xây dựng mới nhằm mục đích ảo vệ mơi trƣờng sống cho
tƣơng lai. Trong đó, gạch bê tơng sản xuất bằng cơng nghệ khí chƣng áp là loại vật
liệu xây dựng khơng nung đƣợc Chính phủ Việt Nam chọn làm giải pháp thay thế
các sản phẩm vật liệu xây dựng bằng đất sét nung truyền thống vì những đặc tính ƣu
việt nổi trội của nó.
Nhà nƣớc đã và đang khuyến khích các nhà khoa học, các cán bộ nghiên cứu
trong việc đầu tƣ nghi n cứu phát triển bê tông nhẹ th o đúng tinh thần Nghị quyết
05 Bộ chính trị về phát triển khoa học - công nghệ, Quyết định 115 của Thủ tƣớng
chính phủ về định hƣớng phát triển ngành vật liệu xây dựng Việt Nam.
Nƣớc ta đang trong q tr nh đơ thị hố với tốc độ xây dựng cao và đƣợc
đánh giá là vẫn đang trong giai đoạn đầu của thời kỳ tăng trƣởng. Với tốc độ tăng

trƣởng kinh tế cao cùng tốc độ đô thị hố nhanh, nhu cầu về khơng gian xây dựng
đơ thị sẽ ngày một lớn và khiến cho nhu cầu về gạch xây dựng nói chung, gạch
khơng nung nói ri ng gia tăng th o.
13


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

Xuất phát từ những bất cập tr n, đồng thời để đáp ứng nhu cầu vật liệu xây
ngày một lớn, hạn chế sử dụng ruộng đất canh tác, giảm lƣợng tiêu thụ than, bảo vệ
môi trƣờng, an sinh xã hội, Thủ tƣớng chính phủ đã ra quyết định số 121/2008/QĐTTg ngày 29/8/2008 về việc phê duyệt quy hoạch tổng thể ngành vật liệu xây dựng
ở Việt Nam đến năm 2020, đồng thời Thủ tƣớng cũng đã ph

uyệt Chƣơng tr nh

phát triển vật liệu xây không nung đến năm 2020 tại Quyết định số 567/QĐ-TTg
ngày 22/4/2010. Gần đây, để tăng cƣờng sử dụng vật liệu xây không nung và hạn
chế sản xuất, sử dụng gạch đất sét nung Thủ tƣớng đã có Chỉ thị số 10/CT-TTg
ngày 16/4/2012, th o đó Thủ tƣớng chỉ đạo tăng cƣờng công tác tuyên truyền, phổ
biến và hƣớng dẫn thực hiện các chính sách của Chính phủ thuộc phạm vi quản lý
của từng Bộ, ngành, địa phƣơng, nhằm khuyến khích sản xuất và ƣu ti n sử dụng
vật liệu xây không nung, kể cả các sản phẩm tấm tƣờng thạch cao và tấm 3D. Hạn
chế sản xuất và sử dụng gạch đất sét nung, tiếp tục xây dựng lộ trình phù hợp với
từng địa phƣơng để sớm chấm dứt sản xuất gạch đất sét nung bằng lò thủ cơng, lị
thủ cơng cải tiến, lị vịng sử dụng nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí). Tiếp đó Bộ
Xây dựng cũng đã an hành Thông tƣ số 09/2012/TT-BXD ngày 28/11/2012 của
Bộ Xây dựng Quy định sử dụng vật liệu xây khơng nung trong cơng trình xây dựng;
trong đó quy định:

Các cơng trình xây dựng đƣợc đầu tƣ ằng nguồn vốn Nhà nƣớc theo quy
định hiện hành bắt buộc phải sử dụng vật liệu xây khơng nung theo lộ trình:
- Tại các đô thị loại 3 trở lên phải sử dụng 100% vật liệu xây không nung kể
từ ngày Thông tƣ này có hiệu lực.
- Tại các khu vực cịn lại phải sử dụng tối thiểu 50% vật liệu xây khơng nung
kể từ ngày Thơng tƣ này có hiệu lực đến hết năm 2015, sau năm 2015 phải sử dụng
100%.
Các cơng trình xây dựng từ 9 tầng trở lên khơng phân biệt nguồn vốn, từ nay
đến năm 2015 phải sử dụng tối thiểu 30% và sau năm 2015 phải sử dụng tối thiểu
50% vật liệu xây không nung loại nhẹ trong tổng số vật liệu xây (tính theo thể tích
khối xây).

14


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

Cát vàng đƣợc hình thành chủ yếu từ đá trầm tích. Do lƣợng trữ cát vàng ít,
phân bố khơng đều giữa các vùng miền nên nhiều nơi phải mua và vận chuyển xa,
giá thành cao. Hơn nữa do nhu cầu xây dựng tăng cao n n việc khai thác cát bừa bãi
thƣờng xảy ra tại nhiều nơi làm ảnh hƣởng đến môi trƣờng và cuộc sống của ngƣời
dân. Việc khai thác cát bừa bãi sẽ ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng. Trong khi đó ở
nƣớc ta nguồn đụn cát cũng có trữ lƣợng khá lớn đang để hoang hóa, khơng sử dụng
cho mục đích g , o đó cần thiết phải nghiên cứu ứng dụng loại cát này.
Xuất phát từ tính cấp thiết trên thực tế n u tr n đề tài “ Nghi n cứ sử dụng cát
mịn từ đụn cát để chế tạo gạch

tơng khí chƣng áp (AAC ” nhằm giải quyết tình

trạng khan hiếm cát vàng, cũng nhƣ nghi n cứu tận dụng đụn cát đang ỏ hoang và
ngày càng xâm lấn đất nông nghiệp để cải tạo môi trƣờng, nâng cao hiệu quả kinh tế
trong sản xuất gạch AAC,…
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Trữ lƣợng cát vàng đang khan hiếm dần, hiện nay các nhà khoa học đang
nghiên cứu tìm nguyên liệu thay thế, đồng thời cũng có nhiều hƣớng nghiên cứu cải
tạo các loại cát có tính chất xấu để phục vụ cho ngành xây dựng. Ở nƣớc ta nguồn
đụn cát cũng có trữ lƣợng khá lớn, tập trung tại các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận
đang để hoang hóa, khơng sử dụng cho mục đích g , o đó cần thiết phải nghiên cứu
ứng dụng loại cát này chế tạo gạch AAC và gạch Non - AAC để mở rộng đƣợc
nguồn tài nguyên sẵn có là rất cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Mục đích nghi n cứu của luận văn là
khí chƣng áp (AAC) và gạch

ng đụn cát để chế tạo gạch bê tơng

tơng khí khơng chƣng áp (Non – AAC).

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn là đụn cát lấy tại tỉnh Bình Thuận. Phạm
vi nghiên cứu

ng đụn cát thay thế cát sông từ 10% đến 100% để chế tạo gạch

AAC và gạch Non – AAC.
4. Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn:
Đối với việc chế tạo gạch AAC sử dụng chủ yếu chất kết dính vơi – silic, nó
có thể rắn chắc và tạo khả năng gắn kết trong điều kiện gia công nhiệt ẩm trong

15


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

autoclaved, chƣng áp với áp suất hơi nƣớc bảo hòa 9 ÷ 16 at và nhiệt độ tƣơng ứng
175 ÷ 205oC. Trong autoclaved khi nhiệt độ cao mà nƣớc trong hệ vẫn ở trạng thái
cân bằng lỏng – khí là điều kiện thuận lợi để xảy ra phản ứng hóa học giữa Ca(OH)2
và SiO2 nghiền mịn xảy ra triệt để tạo nên các thành phần khoáng dạng xi măng
CmSnHp trong bê tơng silicát có cƣờng độ.
5. Kết cấu của luận văn:
Luận văn đƣợc trình bày trên khổ giấy A4, gồm 5 chƣơng.
Chƣơng 1: Tổng quan về đề tài
Chƣơng 2: Cơ sở khoa học
Chƣơng 3: Hệ nguyên vật liệu và phƣơng pháp nghi n cứu
Chƣơng 4: Ảnh hƣởng của đụn cát đến các tính chất cơ l của gạch bê tơng khí
chƣng áp
Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

16


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

CHƯ NG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Đ t vấn đề:
1.1.1. Giới thiệu về đụn cát (dune sand):
Đụn cát đƣợc hình thành do sự phong hóa của đá hoặc đƣợc gió mang đến từ
biển bồi tụ ở nơi cao nhất mà sóng khơng thể đánh tới gần các bờ biển. Nó đƣợc gió
thổi và lắng đọng lại do sự cản trở của bụi cây, tảng đá, hoặc do gió mất hết năng
lƣợng làm cát rơi xuống… Càng nhiều cát lắng đọng thì đụn cát càng tăng l n về
kích thƣớc. Hình dạng của đụn cát thay đổi liên tục o tác động của gió và các tác
nhân

n ngồi mơi trƣờng [1].

Hình 1.1. Cơ chế hình thành đụn cát
1.1.2. Nguồn trữ lượng đụn cát trên thế giới và ở Việt Nam:
Một số đụn cát lớn đƣợc hình thành trên thế giới nhƣ:
- Đụn cát Tottori là hệ thống đụn cát độc nhất nằm gần thành phố Tottori
thuộc tỉnh Tottori, Honshu, Nhật Bản. Đây là hệ thống đụn cát lớn ở Nhật Bản, với
diện tích trên 30 km2.
- Cơng viên quốc gia và khu bảo tồn Great Sand Dunes là một công viên
quốc gia Hoa Kỳ nằm ở thung lũng San Luis, ở phần phía đơng của Quận Alamosa
và Quận Saguache, Colorado, Hoa Kỳ.

17


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

- Công viên quốc gia Médanos de Coro (Parque Nacional Los Médanos de

Coro) là công viên quốc gia của Venezuela nằm ở bang Falcón, gần thành phố
Coro nằm tr n con đƣờng dẫn đến Paraguana.
Tại Việt Nam, do những đặc điểm địa lí tự nhiên của lãnh thổ (nằm hồn
tồn trong vành đai nội chí tuyến, gió mùa, nóng ẩm quanh năm tạo điều kiện cho
các q trình phong hố tự nhiên trên lãnh thổ xảy ra đồng thời, nhanh chóng và
triệt để: cả về phong hố vật lí, phong hố học và phong hố sinh học. Trong đó q
trình phong hố vật lí đã xảy ra mãnh liệt trong một giai đoạn địa chất hết sức lâu
dài, phức tạp để hình thành các dạng địa hình – địa mạo khác biệt nhau phân bố trên
lãnh thổ nƣớc ta .
Với đƣờng bờ biển ài hơn 3200 km, tổng diện tích đất ven biển khoảng 3,2
triệu ha. Trữ lƣợng đụn cát của nƣớc ta khá lớn, có hơn 0,5 triệu ha đất cát tập trung
chủ yếu dọc theo vùng duyên hải miền Trung mà nhất là từ Quảng Bình - Quảng Trị
vào đến Ninh Thuận – Bình Thuận. Trữ lƣợng đụn cát có xu hƣớng ngày càng lớn
dần do sự phong hóa đất đai và sự biến đổi khí hậu làm cho đất đai ngày càng trở
nên khô hạn [2].
* Một số đụn cát lớn ở nƣớc ta:
- Đụn cát Quang Phú (Quảng Bình) nằm ở khu giáp ranh giữa xã Quang Phú (Đồng
Hới) và xã Nhân Trạch (Bố Trạch) (Hình1.2).

Hình 1.2. Đụn cát Quang Phú (Quảng Bình)
- Đụn cát Phƣơng Mai (B nh Định) nằm cạnh bãi biển Nhơn L , thuộc án đảo
Phƣơng Mai và cách trung tâm Quy Nhơn gần 20 km (Hình 1.3).

18


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

Hình 1.3. Đụn cát Phương Mai (Bình Định)
- Đụn cát Nam Cƣơng (Ninh Thuận) cách thành phố Phan Rang - Tháp Chàm
khoảng 7 km về hƣớng Đông Nam, nơi này thuộc thôn Tuấn Tú, xã An Hải, huyện
Ninh Phƣớc. Đụn cát có diện tích 700 ha (Hình 1.4).

Hình 1.4. Đụn cát Nam Cương (Ninh Thuận)
- Đụn cát Mũi N (B nh Thuận) nằm cách trung tâm thành phố Phan Thiết chừng 20
km th o hƣớng Đơng Bắc (Hình 1.5).

Hình 1.5. Đụn cát Mũi Né (Bình Thuận)

19


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

1.1.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng đụn cát trên thế giới và Việt Nam:
Đối với việc nghiên cứu thử nghiệm sử dụng đụn cát để chế tạo gạch bê tơng
khí chƣng áp (AAC) thì hiện nay vẫn chƣa t m thấy đƣợc cơng trình nghiên cứu nào
trên thế giới cũng nhƣ tại Việt Nam. Tuy nhi n, năm 1995 tại Nhật Bản có cơng
trình nghiên cứu về sự thay đổi tính chất vật l cũng nhƣ hóa học của gạch AAC khi
thay đổi kích cỡ hạt cát thạch anh sử dụng, nhóm nghi n cứu gồm Norifumi Isu,
Satoshi Teramura Hideki Ishida và Takeshi Mitsuda [3, 4] đã nghi n cứu sử ảnh
hƣởng của kích cỡ thành phần hạt cát thạch anh đến tính chất vật l và hóa học của
gạch AAC.
Để thực hiện quá tr nh nghi n cứu, nhóm nghi n cứu đã chọn ốn loại mẫu
cát thí nghiệm có kích cỡ hạt khác nhau đƣợc kí hiệu là A, B, C, D có cỡ hạt lần
lƣợt là 4,3 µm (1,65 m2/g), 7,5 µm (1,28 m2/g), 12,4 µm (0,91 m2/g), 32,3 µm (0,55

m2/g . Hàm lƣợng SiO2 khoảng 99,7%. Kết quả phân tích XRF th o thành phần hóa
học cát thạch anh ốn mẫu tr n đƣợc thể hiện ở Bảng 1.1 nhƣ sau:
Bảng 1.1. Kết quả phân tích XRF thành phần hóa học cát thạch anh[3].
Tên

SiO2

TiO2 Al2O3 Fe2O3

CaO

MgO

K2 O

Na2O

mẫu

Ig-

Tổng

loss

A

99,69

-

0,15

0,01

0,04

0,00

0,02

-

0,09

100

B

99,69

-

0,15

0,01

0,06

0,00

0,02

-

0,07

100

C

99,75

-

0,14

0,00

0,02

0,04

0,01

-

0,04

100

D

99,73

-

0,15

0,00

0,03

0,04

0,01

-

0,04

100

Tiến hành đúc mẫu thí nghiệm gạch AAC (kí hiệu là A, B, C, D kích cỡ
mẫu 300x300x300 mm, sử ụng từ ốn loại cát thạch anh lần lƣợt là A, B, C, D n u
tr n với tỷ lệ cấp phối 60,4 % cát, 20% xi măng, 15,6% vôi, 4% thạch cao,

ng

chất tạo khí là ột nhơm. Tỷ lệ phối trộn Ca/(Al+Si là 0,48, Al/(Al+Si là 0,02. Tỷ

lệ nƣớc pha trộn (W/S = 0,7 . Tất cả các mẫu đƣợc chƣng áp trong c ng điều kiện
nhiệt độ 180oC, áp suất ão hòa hơi nƣớc, tốc độ gia tăng nhiệt độ là 0,67 oC/phút.
Thời gian chƣng áp từ 1 đến 64 giờ.
Kết quả ghi nhận rằng, đối với mẫu sử ụng cát hạt thơ (mẫu D th khống
tobermorite (là khống CSH, đƣợc hình thành do phản ứng giữa SiO2 và Ca(OH)2
20


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

trong điều kiện chƣng áp có kích cỡ lớn hơn so với mẫu cát hạt mịn (mẫu A (H nh
1.6 , cƣờng độ chịu n n (H nh 1.7 , mô đun đàn hồi (H nh 1.7c) và khả năng
chống nứt (H nh 1.7

của mẫu sử ụng hạt thô cũng tốt hơn mẫu sử ụng cát hạt

mịn, tuy nhi n thời gian chƣng áp của mẫu sử ụng cát hạt thô sẽ lớn hơn mẫu sử
ụng cát hạt mịn.

Hình 1.6. Kích cỡ của khoáng tobermorite trong các thời gian autoclaved [4].

(c)

(d)

Autoclaving Time (h)

Autoclaving Time (h)

Hình 1.7. Tính chất của các mẫu sau thời gian chưng áp; khối lượng thể tích (a),
cường độ nén (b), môđul đàn hồi (c), fracture energy (d)[4]
Năm 2007, một nhóm nghi n cứu gồm Yothin Ungkoon, Cha chart Sittipunt,
Pichai Namprakai, Wanvisa Jetipattaranat, and Tawatchai Charinpanitkul và KyoSeon Kim [5] đã nghi n cứu phân tích cấu trúc và tính chất của gạch
khơng chƣng áp (Non – AAC và so sánh với gạch
Kết quả chỉ ra rằng đối với gạch

tơng khí

tơng khí chƣng áp (AAC .

tơng khí chƣng áp ƣới điều kiện nhiệt

độ và áp suất cao th Ca(OH 2 sẽ phản ứng với SiO2 tạo thành khoáng to rmorit

21


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

có cƣờng độ, trong khi đối với Non – AAC th khơng có sự xuất hiện của khống
này n n cƣờng độ chịu n n thấp hơn.
Phân tích kết quả chụp SEM Mẫu Non – AAC (hình 1.8a

ao gồm các hạt

canxi silicat thủy hóa thành các hạt g l CSH có ạng hạt phân ố không đều. Các

khối g l canxi silicat hy rat (CSH trong mẫu Non - AAC có kích thƣớc trung

nh

> 2 µm, các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 1 μm thƣờng tập hợp lại thành các khối hạt
với kích thƣớc trung

nh là 5 μm.

Quan sát ảnh SEM của mẫu AAC (hình 1.8

có thể thấy rõ các tinh thể CSH h nh

kim ài hơn 2 µm phân ố đều tr n ề mặt. Điều này làm cho cƣờng độ của AAC
cao hơn Non – AAC.

Hình 1.8. So sánh các cấu trúc bề mặt tinh thể của Non - AAC và AAC [5]
Để xác định thành phần khoáng nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích
XRD các mẫu gạch AAC và Non - AAC. Phổ XRD của các mẫu đƣợc thể hiện trên
hình 1.9 nhƣ sau:

22


Luận văn thạc sĩ khóa 2011

GVHD: TS. Vũ Quốc Hồng

Hình 1.9. Phân tích XRD mẫu (a) Non – AAC và mẫu (b) AAC [5]
(Q: Quartz; T: Tobermorite và C: calcite)

Trên hình 1.9 ta nhận thấy rằng mẫu a (Non – AAC) chỉ có tồn tại các khống
Quartz và Calcit . Trong khi đó mẫu b (AAC) có tồn tại các khống Quartz và
To rmorit (có cƣờng độ , điều này lý giải tại sao gạch AAC có cƣờng độ hơn
gạch Non - AAC.
1.1.4. Giới thiệu về bê tông AAC (Autoclaved aerated concrete):
B tơng khí chƣng áp (AAC là một loại bê tơng nhẹ kỹ thuật có khả năng
cách âm, cách nhiệt và chống ẩm tốt, tỷ trọng chỉ bằng khoảng 1/3 so với bê tông
thƣờng. Sản phẩm đƣợc sản xuất từ vật liệu xi măng, vôi, cát thạch anh nghiền mịn,
nƣớc và chất tạo khí hoặc tro bay. Hỗn hợp vật liệu đƣợc trộn đều, tạo hình bằng
khn thép. Trong thời gian bắt đầu đông kết, bột nhôm phản ứng với canxi
hy roxyt và nƣớc để tạo khí hy ro, phản ứng sinh khí tạo các lỗ rỗng kín làm cho
hỗn hợp

tơng trƣơng nở, nhờ đó

tơng có khối lƣợng thể tích thấp. Sau khi

đóng rắn sơ ộ, sản phẩm đƣợc tháo khn, cƣa thành từng blốc th o kích thƣớc
u cầu và đƣợc đƣa vào thiết bị hấp ƣới áp lực hơi nƣớc, khi nhiệt độ đạt đến
khoảng 180 C và áp lực đạt 8 đến 12 ar, thạch anh cát phản ứng với canxi
hy roxyt để tạo thành khoáng CSH làm tăng cƣờng độ.
Trên thực tế, có 2 nhóm bê tông nhẹ nhƣ sau:

23