Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 3 - TS. Vũ Quốc Hoàng

CHƯƠNG III
VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG

Khái niệm chung
Ở chương II, chúng ta đã nghiên cứu vật liệu đá
thiên nhiên là những loại vật liệu qua q trình gia
cơng đơn thuần về cơ học mà có, do vậy, tính chất
của loại vật liệu đó hồn tồn giống như loại đá gốc
ban đầu.
Vật liệu đá thiên nhiên có những nhược điểm: o >
 hệ số truyền nhiệt   nặng nề  chi phí đầu
tư nền móng  kinh phí vận chuyển lớn.

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

1


1. Nguyên liệu để chế tạo


Nguyên liệu chủ yếu để chế tạo gốm xây dựng gồm:






GV. VŨ QUỐC HOÀNG

1. Nguyên liệu để chế tạo

1.1 Đất sét
Sự thành tạo dưới 2 dạng:
 Trầm tích cơ học:


Trầm tích hóa học:

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

2


1. Nguyên liệu để chế tạo
1.1 Đất sét


Đất sét cao lanh:



Đất sét:

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

1. Nguyên liệu để chế tạo
1.2 Thành phần hóa học của đất sét
dùng chế tạo sản phẩm gốm


Được đặc trưng bằng hàm lượng các Oxit (%) có

trong đất sét. Bảng III-1:



Ở Việt Nam thành phần hóa học của đất sét dao
động trong một phạm vi khá rộng ở các vùng
khác nhau, thậm chí ở các khu vực khác nhau.
GV. VŨ QUỐC HOÀNG

3


1. Nguyên liệu để chế tạo
1.2 Thành phần hóa học của đất sét
dùng chế tạo sản phẩm gốm
+ Tác dụng của từng Oxít đến chất lượng sản phẩm:
 Al2O3 :



SiO2 :

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

1. Nguyên liệu để chế tạo
1.2 Thành phần hóa học của đất sét
dùng chế tạo sản phẩm gốm
+ Tác dụng của từng Oxít đến chất lượng sản phẩm:
 Fe2O3 :



CaO, MgO :

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

4


1. Nguyên liệu để chế tạo
1.2 Thành phần hóa học của đất sét
dùng chế tạo sản phẩm gốm
+ Tác dụng của từng Oxít đến chất lượng sản phẩm:
 K2O và Na2O :



SiO2 td :

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

1. Nguyên liệu để chế tạo
1.3 Thành phần cỡ hạt của đất sét


Trong đất sét có nhiều loại cở hạt khác nhau nhưng
người ta chia ra làm 3 nhóm chủ yếu sau đây:
 Nhóm hạt sét: d < 0,005 mm
 Nhóm hạt bụi : d = 0,005  0,15 mm
 Nhóm hạt cát: 0,15  5 mm

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

5


1. Nguyên liệu để chế tạo
1.3 Thành phần cỡ hạt của đất sét
Người ta dựa
vào tỉ lệ % hàm
lượng nhóm hạt
sét mà chi đất sét
ra làm các loại
với các tên gọi
như sau:
Bảng III-2

Tên đất
-

Đất sét tinh khiết
Đất sét
Đất sét pha
Đất cát pha nhiều sét
Đất cát pha ít sét
Đất cát
Cát

Tỷ lệ % hàm
lượng hạt sét

> 60
30-60
20-30
15-30 %
10-15
5-10
<5%

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.1 Tính thấm nước




GV. VŨ QUỐC HOÀNG

6


2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.1

GV. VŨ QUỐC HỒNG

2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.1




Ở thí nghiệm a: dưới tác dụng của dung dịch NaCl
làm cho các thành phần keo trong đất sét co lại, tạo
thành các mao quản bên trong  nước chui qua
được  mơi trường có NaCl thì đất sét khơng
chống thấm được.
Ở thí nghiệm b: dưới tác dụng của nước làm các
hạt sét nở ra và bịt kín các lỗ nhỏ lại, nước khơng
chui qua được. Cho nên, ở trong mơi trường này thì
đất sét khơng thấm nước  đất sét có thể làm vật
liệu chống thấm.
GV. VŨ QUỐC HOÀNG

7


2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.2



Tính dẻo phụ thuộc vào:
+
+
+
+

GV. VŨ QUỐC HỒNG

2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.2
Để xác định độ dẻo của đất sét thì có nhiều phương
pháp, nhưng hiện nay người ta thường sử dụng 2
phương pháp chủ yếu sau đây:
a/ Xác định độ dẻo qua độ co ngót của đất sét nhuyễn
trong kk ứng với lượng nước nhào trộn được xác
định.
b/ Nén các bi đất sét: (D = 4-6 cm)



GV. VŨ QUỐC HOÀNG

8


2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.2
a/ Xác định độ dẻo qua độ co ngót của đất sét
nhuyễn trong kk ứng với lượng nước nhào trộn
được xác định.
Theo phương pháp này chia làm 3 mức độ:
 Đất sét có độ dẻo cao.
 Đất sét có độ dẻo vừa.
 Đất sét có độ dẻo kém dẻo.

GV. VŨ QUỐC HỒNG

2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét

2.2
a/ Xác định độ dẻo qua độ co ngót của đất sét nhuyễn trong
kk ứng với lượng nước nhào trộn được xác định.
+ Người ta đem nhào trộn đất sét khơ với > 28 % lượng nước
thì độ co ngót của sản phẩm trên 10%
+ Người ta đem nhào trộn đất sét khô với 20  28 % lượng
nước thì độ co ngót của sản phẩm trên 610%
+ Người ta đem nhào trộn đất sét khô với < 20 % lượng nước
thì độ co ngót của sản phẩm trên < 6 %
Căn cứ vào cơng nghệ tạo hình hoặc trang thiết bị của nhà máy
mà người ta sẽ lựa chọn cách nào.
GV. VŨ QUỐC HOÀNG

9


2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.2





b/ Nén các bi đất sét: (D = 4-6 cm)
Người ta nhào trộn đất sét khô với 17  30 % nước,
sau đó dùng máy nén chuyên dùng, lực 500 gf, 700
gf, 1000 gf  xuất hiện vết nứt.
Công thức:
Kd = P  a
 P: lực nén gf, Kgf

 a: độ biến dạng của bi (cm)
 Kd = 3  3,5 Kgf.cm
GV. VŨ QUỐC HỒNG

2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.2
Hình III.1:
Máy nén chuyên dùng
1. Mâm nén dưới
2. Viên bi sắt
3. Mâm nén trên
4. Trục di động thẳng đứng
5. Phần trục khắc độ
6. Mâm đặt tải trọng
7. Gương phát hiện vết nứt
GV. VŨ QUỐC HOÀNG

10


2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.3


Tuỳ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ % Fe2O3 có trong
nguyên liệu. Bảng III-3

Hàm lượng
Fe2O3 (%)
Màu sản phẩm

sau khi nung




0,8

1,3

2,7

4,2

5,5

8,5

10

Trắng

Trắng
đục

Vàng
nhạt

Vàng

Hồng

nhạt

Hồng

Nâu
hồng

Bảng III-3 là điều kiện cần (%Fe2O3 )
Điều kiện đủ là nhiệt độ nung phải phù hợp với tính
chất nguyên liệu đó.
GV. VŨ QUỐC HỒNG

2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.4


Khi gặp nhiệt độ trong lò nung tăng dần:








GV. VŨ QUỐC HOÀNG

11

2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.4 Q trình biến đổi lý hóa của đất sét


Khi gặp nhiệt độ trong lò nung tăng dần:







GV. VŨ QUỐC HỒNG

2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.4 Q trình biến đổi lý hóa của đất sét




GV. VŨ QUỐC HOÀNG

12


2. Các tính chất cơ học chủ yếu của đất sét
2.4 Q trình biến đổi lý hóa của đất sét
+ Đo gián tiếp:
 Chế tạo dụng cụ nón cụt tiêu chuẩn (cơne tiêu chuẩn)
 Ngun liệu:

• Đất sét cao lanh
• Oxit nhơm
• Cát thạch anh
• Một số chất trợ dung khác
 nghiền  sàng qua sàng 900 lỗ/m2
 phối hợp tỷ lệ khác  nón cụt có nhiệt độ chảy khác.
Ban đầu, to = 600oC, 620 oC,640 oC,….2000 oC
GV. VŨ QUỐC HỒNG

3. Gạch đất sét nung


Quy trình cơng nghệ sản xuất gồm các bước sau:






GV. VŨ QUỐC HOÀNG

13


3. Gạch đất sét nung
3.1
Căn cứ vào công suất nhà máy  chọn phương tiện:
hoàn toàn cơ giới, bán cơ giới.
 Dùng máy xúc bóc vỏ lớp đất canh tác: 20-30 cm.
 Chọn các phương tiện: băng chuyền bằng cao su, xe

tự đổ.
 Nhà máy gần nguồn nguyên liệu, khoảng cách vận
chuyển là ngắn nhất  giảm chi phí.


GV. VŨ QUỐC HỒNG

3. Gạch đất sét nung
3.2
Mục đích:
Để đồng nhất về độ ẩm và về thành phần hóa học
-> tạo hình dễ dàng, màu sắc đồng nhất.


GV. VŨ QUỐC HOÀNG

14


3. Gạch đất sét nung
3.3


Thiết bị: máy đùn có vít xoắn (máy ép Lento).

Hình III.2: Sơ đồ máy ép Lento: 1. Cửa ra; 2. Đầu
ép; 3. Xi lanh ép; 4. Cánh vít xoắn; 5. Phễu nạp liệu
GV. VŨ QUỐC HỒNG

3. Gạch đất sét nung

3.4






Phơi nhiều nhược điểm
Ảnh hưởng của thời tiết
Sử dụng lực lượng công nhân đông
Thời gian phơi lâu: 8-15 ngày  W=5-8%
Chất lượng sản phẩm không đều.

GV. VŨ QUỐC HOÀNG

15


3. Gạch đất sét nung
3.4
Sấy: dùng phương pháp nhân tạo
 Sấy bằng lị sấy tunnel. Ưu:
+ Có cơng suất lớn
+ Chất lượng sản phẩm đều, chất lượng cao.
+ Thời gian sấy nhanh, 3-4 ngày
+ Giảm lực lượng lao động  hồn tồn cơ giới hố.
(Sơ đồ mặt cắt dọc lị sấy tunnel)
* Nguyên lý làm việc:
 Sản phẩm di chuyển, nguồn nhiệt cố định.
 Sản phẩm di chuyển ngược chiều với sự di chuyển của

nguồn nhiệt.
GV. VŨ QUỐC HOÀNG

3. Gạch đất sét nung
3.5
Lò nung gián đoạn
 Lò nung liên tục
 Lị vịng Hốp-man (Hoffmann):
 Có thể hoạt động 4 động tác cùng một lúc: sấy khô- nung
trước-nung- làm nguội.
 Ưu:
+ có cơng suất lớn
+ Hiệu quả sử dụng nhiệt cao.
 Nhược:
+ Khơng cơ giới hóa được khâu vào lị và ra lị
+ Điều khiển nhiệt phức tạp
+ Khơng cải thiện được điều kiện làm việc của công nhân.


GV. VŨ QUỐC HOÀNG

16


3. Gạch đất sét nung
3.5
Lò vòng Hốp-man (Hoffmann):
 Nguyên lý làm việc:
Sản phẩm cố định, nguồn
nhiệt di động

1. Vùng xếp gạch mộc vào lị
2. Vùng sấy khơ
3. Vùng nung trước
Hình III.3: Sơ đồ mặt cắt
4. Vùng nung
ngang lò nung Hoffmann
5. Vùng làm nguội
6. Ra lò (ra sản phẩm)
7. Chuẩn bị vào lị.
GV. VŨ QUỐC HỒNG

3. Gạch đất sét nung
3.5
Lị nung tunnel:
Ưu:
+ Có cơng suất lớn
+ Chất lượng sản phẩm tốt, đều
+ Hồn tồn cơ giới hố
+ Hiệu quả kinh tế cao nhất
Nguyên lý làm việc:
Sản phẩm di chuyển, nguồn nhiệt cố định,
nhiệt độ đầu vào 90oC
GV. VŨ QUỐC HOÀNG

17


3. Gạch đất sét nung
3.5 Nung

Hình III.4: Sơ đồ lị sấy tunen:
1. Truyền chất tải nhiệt; 2. Toa goòng chở gạch mộc; 3. Thu chất
tải nhiệt; 4. Kênh trung tâm để chuyển chất tải nhiệt vào lò sấy.
 Sự chuyển động của toa gng; ---- sự chuyển động của khí.
GV. VŨ QUỐC HỒNG

3. Gạch đất sét nung
NGĨI ĐẤT SÉT NUNG




GV. VŨ QUỐC HOÀNG

18


3. Gạch đất sét nung
NGÓI ĐẤT SÉT NUNG
+

+

+
+
GV. VŨ QUỐC HOÀNG

19