Vật liệu xây dựng - Chương 3: Vật liệu gốm xây dựng

Moân hoïc: Vaät lieäu xaây döïng Please purchase a personal license. TP.HCM, Tháng 01 N ăm 2010 GẠCH XÂY – GẠCH TRANG TRÍ ĐẤ T SÉT GỐM TRANG TRÍ GẠCH ỐP LÁT NGÓI ĐẤ T SÉT Ngói 22 Ngói 20 Ngói âm d ươ ng Ngói m ũi hài Ngòi v ảy cá Ngói nóc 5 SÀNH S Ứ SỨ V Ệ SINH CHÉN NG ỌC TH ĂNG LONG CÚP H ỒN VI ỆT CÚP SEN VI ỆT CH ƯƠ NG 3 VẬT LI ỆU G ỐM XÂY D ỰNG I. KHÁI NI ỆM & PHÂN LO ẠI II. NGUYÊN LI ỆU CH Ế T ẠO III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG IV. NGÓI ĐẤ T SÉT NUNG 12 I. KHÁI NI ỆM & PHÂN LO ẠI 1. Khái ni ệm
Đị nh ngh ĩa:  là vật li ệu đá nhân tạo, đượ c sản xu ất từ nguyên li ệu chính là đấ t sét bằng cách tạo hình và nung ở nhi ệt độ cao
Ưu điểm  Bền, tu ổi th ọ cao  Nh ẹ (các sản ph ẩm gạch rỗng )  Công ngh ệ sx tươ ng đố i đơ n gi ản  Sử dụng nguyên li ệu đị a ph ươ ng  Sản ph ẩm đa dạng
Nh ượ c điểm  Giòn, dễ vỡ  Ô nhi ễm môi tr ườ ng 13 I. KHÁI NI ỆM & PHÂN LO ẠI 2. Phân lo ại
Theo cấu tạo:  Lo ại đặ c: độ hút nướ c Hp < 5%  Lo ại rỗng: H p > 5% Gạch không tráng men Sứ v ệ sinh 14 I. KHÁI NI ỆM & PHÂN LO ẠI 2. Phân lo ại
Theo công d ụng:  Vật li ệu xây: g ạch, block,  Vật li ệu l ợp: ngói  Vật li ệu lát: t ấm lát n ền, đườ ng, v ỉa hè,  Vật li ệu ốp: ốp bên trong nhà, ngoài nhà, c ầu thang,  Sứ v ệ sinh: ch ậu r ửa, b ồn t ắm,  Vật li ệu cách nhi ệt, cách âm: g ốm x ốp,.  Vật li ệu ch ịu l ửa: g ạch chamotte, g ạch cao nhôm,  Vật li ệu đặ c bi ệt: g ốm ch ịu acide, g ốm bán d ẫn, s ứ cách điện, 15 I. KHÁI NI ỆM & PHÂN LO ẠI 2. Phân lo ại
Theo ph ươ ng pháp s ản xu ất:  Gốm tinh: g ạch trang trí, s ứ v ệ sinh, Có men  Gốm thô: g ạch, ngói, t ấm lát, Không có men 16 II. NGUYÊN LI ỆU CH Ế T ẠO II. 1. Nguyên li ệu chính  Đấ t sét 2. Nguyên li ệu ph ụ ( ph ụ gia):  Ph ụ gia gầy  Ph ụ gia hạ nhi ệt độ nung (ch ất tr ợ dung)  Ph ụ gia cháy  Ph ụ gia tăng dẻo 3. Men 17 II.1. ĐẤ T SÉT 1. Ngu ồn gốc đấ t sét
Là đá tr ầm tích cơ học →Tạo thành do các lo ại đá thiên nhiên ch ứa nhi ều khoáng feldspar →Do quá trình phong hóa khoáng feldspar ta ọ thành khoáng aluminosilicate ng ậm nướ c (khoáng sét) mAl 2O3.nSiO 2.pH 2O- có th ể là kaolinit ho ặc monmorilonite:  Trong môi tr ườ ng ki ềm (pH = 7.3÷10)Tạo thành Montmorilonite →Độ phân tán cao , độ dẻo cao , kh ả năng hấp th ụ và tr ươ ng ph ồng lớn →Làm ph ụ gia tăng dẻo cho đấ t sét kém dẻo, ph ụ gia ch ống th ấm nướ c : K2O.Al 2O3.6SiO 2 + H2O + CO 2 → Al 2O3.4SiO 2.nH 2O + K2CO 3  Trong môi tr ườ ng acide yếu (pH = 6 ÷ 7), tạo thành kaolinite →Kh ả năng ch ịu lửa tốt K2O.Al 2O3.6SiO 2 + H2O + CO 2 → Al 2O3.2SiO 2.2H2O + K2CO 3+ +4SiO 2 18 2. Thành ph ần hoá h ọc c ủa đấ t sét SiO 2td SiO 2 Al 2O3 Fe 2O3 CaO MgO Mu ối ki ềm 15 – 30 40 – 60 8 – 22 1 – 7 0.5 – 1.5 0.5 – 3 1 – 3
SiO 2td : gi ảm co ngót khi s ấy, nung
Al 2O3 : quy ết đị nh tính d ẻo, kh ả n ăng ch ịu l ửa
Fe 2O3 : h ạ nhi ệt độ nung, ảnh h ưở ng màu s ắc s ản ph ẩm
CaO: làm s ản ph ẩm x ốp 19 3. Thành ph ần cỡ hạt của đấ t sét
Ba nhóm cỡ hạt:  Nhóm hạt sét: d < 0.005mm  Nhóm hạt bụi: d = 0.005 – 0.15mm  Nhóm hạt cát: d = 0.15 – 5mm
Các lo ại đấ t sét:  Đấ t sét tinh khi ết: thành ph ần hạt sét > 60%  Đấ t sét th ườ ng: thành ph ần hạt sét 30 – 60%  Đấ t sét pha: thành ph ần hạt sét 20 – 30%  Đấ t cát pha nhi ều sét: thành ph ần hạt sét 15 – 20%  Đấ t cát pha ít sét: thành ph ần hạt sét 10 – 15%  Đấ t cát: thành ph ần hạt sét 5 – 10%  Cát: thành ph ần hạt sét <5% 20 4. Các tính ch ất k ỹ thu ật c ủa đấ t sét a. Tính d ẻo
Kh ả n ăng bi ến d ạng khi ch ịu tác d ụng c ơ h ọc và gi ữ nguyên hình dáng sau khi không còn tác d ụng.
Ph ụ thu ộc:  Thành ph ần khoáng  Thành ph ần hạt → → ÷ →
Hệ s ố d ẻo Thí nghi ệm Đất sét + (17 30%) H 2O Tạo nh ững viên bi d = 4 – 6cm →Ép → Viên bi nứt có chi ều cao b → K = P.a (kG.cm) P – lực nén lên viên bi (kG) Đấ t sét để làm a – độ bi ến d ạng tuy ệt đố i gạch th ườ ng: d của viên bi (cm); a= d - b K = 3-3.5 kG.cm b 21 4. Các tính ch ất k ỹ thu ật c ủa đấ t sét a. Tính d ẻo
Phân lo ại đấ t sét theo tính d ẻo:  Đấ t sét r ất d ẻo: l ượ ng n ướ c yêu c ầu > 28%  Đấ t sét d ẻo: l ượ ng n ướ c yêu c ầu 20 - 28%  Đấ t sét kém d ẻo: l ượ ng n ướ c yêu c ầu < 20%
Bi ện pháp nâng cao độ d ẻo:  Lo ại tr ừ thành ph ần cát  Cho “ đấ t sét béo” vào “ đấ t sét g ầy”  Ngâm, ủ, nghi ền m ịn  Tr ộn thêm các ch ất h ữu c ơ: m ật đườ ng, keo n ướ c, 22 4. Các tính ch ất k ỹ thu ật c ủa đấ t sét b. Màu s ắc Hàm l ượ ng 0.8 1.3 2.7 4.2 5.5 8.5 10 Fe 2O3 (%) Màu s ản Tr ắng Vàng Hồng Nâu Tr ắng Vàng Hồng ph ẩm g ốm đụ c nh ạt nh ạt hồng 23 4. Các tính ch ất kỹ thu ật của đấ t sét c. Sự bi ến đổ i hoá lý
100 oC→Nướ c tự do bay hơi→Đấ t sét bị co
200 – 450 oC →Nướ c liên kết vật lý và các tạp ch ất hữu cơ bị cháy →Đấ t sét bị co đáng kể và tạo nhi ều lỗ rỗng nh ỏ
450 – 650 oC →Nướ c liên kết hóa học bay hơi →khoáng Kaolinit chuy ển thành Mêtakaolinit → Al 2O3.2SiO 2.2 H2O Al 2O3.2SiO 2 + 2H2O
650 –900 oC →Mạng lướ i tinh th ể của khoáng Mêtakaolinit hoàn toàn bị phá hủy →Tạo ra các Ôxyt riêng bi ệt: → Al 2O3.2SiO 2 Al 2O3 + 2SiO 2 24 4. Các tính ch ất kỹ thu ật của đấ t sét c. Sự bi ến đổ i hoá lý o → →
950 C Bắt đầ u có sự tái hợp gi ữa Al 2O3 và SiO 2 Tạo nên khoáng mới Sillimanite → Al 2O3 + SiO 2 Al 2O3.SiO 2 (silimanite) Các t ạp ch ất cácbonat c ũng b ị phân h ủy → ↑ CaCO 3 CaO + CO 2
1000-1200 oC→Giai đoạn ch ủ yếu cho sự tạo khoáng Sillimanite Cu ối nhi ệt độ này mới bắt đầ u hình thành khoáng Mullit do khoáng Sillimanite chuy ển hóa thành → 3(Al 2O3 . 2SiO 2) 3Al 2O3.2SiO 2 (mullite) + SiO2 25 4. Các tính ch ất kỹ thu ật của đấ t sét c. Sự bi ến đổ i hoá lý
Nếu nhi ệt độ ti ếp tục tăng Một b ộ ph ận đấ t sét ch ảy l ỏng → Quá trình k ết kh ối b ắt đầ u x ảy ra ↑ToC Lấp đầ y lỗ rỗng làm cho sản ph ẩm ch ắc đạ c hơn *S ự chuy ển hóa Sillimanite thành Mullit càng m ạnh Qúa trình chuy ển hóa SP gốm có nhi ều khoáng kết thúc 1380-1420 oC này thì ch ất lượ ng càng tốt *T o tăng cao →Sét ch ảy l ỏng nhi ều →SP b ị bi ến d ạng Nhi ệt độ nh ư th ế nào là phù h ợp? →Kho ảng nhi ệt độ k ết kh ối ∆T=? 26 4. Các tính ch ất kỹ thu ật của đấ t sét c. Sự bi ến đổ i hoá lý ∆
Kho ảng nhi ệt độ k ết kh ối: T = T k -Tb • → → Tb Nhi ệt độ bắt đầ u kết kh ối Là nhi ệt độ 1 bộ ph ận đấ t sét bắt đầ u ch ảy lỏng • → → Tk Nhi ệt độ kết thúc kết kh ối Là nhi ệt độ cao nh ất mà ph ần lớn đấ t sét ch ảy lỏng nh ưng sản ph ẩm ch ưa bị mất hình dạng ban đầ u Nu t sét có kho ng nhi t kt kh i rng →→→ Vi c sn xu t vt li u gm xây dng càng thu n li và ng ư c li. 27 4. Các tính ch ất k ỹ thu ật c ủa đấ t sét d. S ự bi ến đổ i th ể tích đấ t sét khi s ấy và nung
Khi s ấy, nung, đấ t sét b ị co, có th ể cong vênh, n ứt n ẻ.
Độ co khi s ấy, nung: l − l = 0 s ∆ls (%) x100% l0 l − l = 0 n ∆ln (%) x100% l0  l0 – chi ều dài đườ ng chéo tr ướ c khi s ấy (cm)  ls – chi ều dài đườ ng chéo sau khi s ấy (cm)  ln – chi ều dài đườ ng chéo sau khi nung (cm) 28 II. NGUYÊN LI ỆU CH Ế T ẠO II. 2. Nguyên li ệu ph ụ ( ph ụ gia):  Ph ụ gia gầy: cát mịn, đấ t sét nung non, các lo ại tro xỉ nhiên li ệu, bột gạch →Để tr ộn vào sét có độ dẻo cao →Gi ảm co khi sấy, nung  Ph ụ gia hạ nhi ệt độ nung (ch ất tr ợ dung) : fenspat, đôlômit, syênit→Là nh ững khoáng có nhi ệt độ nóng ch ảy th ấp→Để cải thi ện quá trình gia công nhi ệt sản ph ẩm →Hạ nhi ệt độ kết kh ối→Gi ảm chi phí nhiên li ệu  Ph ụ gia cháy: than bùn, mùn cưa, →Là nh ững ch ất có ngu ồn gốc hữu cơ →Bị cháy khi nung → Tăng độ rỗng  Ph ụ gia tăng dẻo: nướ c th ải, bã gi ấy, đấ t sét béo →Để tr ộn vào sét kém dẻo → Tạo hình đượ c thu ận lợi, ch ất lượ ng sản ph ẩm nâng cao 29 II. NGUYÊN LI ỆU CH Ế T ẠO II.3. Men  Một số lo ại vật li ệu gốm xây dựng cao cấp nh ư tấm ốp lát, thi ết bị sứ vệ sinh... đòi hỏi ph ải có lớp men ph ủ lên bề mặt của sản ph ẩm. Lớp men có tác dụng bảo vệ sản ph ẩm ch ống laoij sự phá ho ại của môi tr ườ ng, tăng cườ ng tính ch ống th ấm, tạo vẻ đẹ p cho sản ph ẩm cũng nh ư giúp cho vi ệc vệ sinh sản ph ẩm tốt hơn. 30 III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 1. Khai thác nguyên li ệu
Bằng th ủ công ho ặc b ằng máy
Lo ại b ỏ 30 ÷ 50cm l ớp đấ t bên trên tr ướ c khi khai thác để lo ại b ỏ rác, r ễ cây, s ỏi đá.
Ủ, đánh đố ng để độ ẩm đồ ng đề uĐấ t có độ d ẻo đồ ng đề u dễ t ạo hình, d ễ t ạo hình, ch ất l ượ ng s ản ph ẩm cao. 31 III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 2. Gia công đấ t (nhào tr ộn đấ t)
Tác d ụng  Nghi ền, nhào tr ộn đấ t sét  Tăng tính d ẻo, gi ảm độ co ngót  Màu s ặc và tính ch ất c ơ lý c ủa s ản ph ẩm đượ c đồ ng đề u, ch ất l ượ ng s ản ph ẩm đượ c nâng cao.
Trong giai đoạn này có th ể cho thêm ph ụ gia khi c ần thi ết. 32 III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 2. Gia công đấ t (nhào tr ộn đấ t) 33 III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 2. Gia công đấ t (nhào tr ộn đấ t) 34 III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 3. T ạo hình
Có 3 ph ươ ng pháp t ạo hình: bán khô, dẻo và ướ t a. PP bán khô: - Là PP hi ện đạ i để s ản xu ất các lo ại VL nh ư t ấm ốp, t ấm lát sàn, các s ản ph ẩm khác. - Ph ối li ệu d ạng b ột ẩm W =8-12% - cho vào khuôn - máy ép th ủy l ực – sản ph ẩm m ộc -Sản ph ẩm ít co ngót và có độ đặ c cao b. PP d ẻo: - Là PP đượ c s ử d ụng r ộng rãi để s ản xu ất các VL ph ổ thông nh ư: g ạch xây, ngói l ợp - Ph ối li ệu d ẻo có W=25% - máy ép đùn Lento – sản ph ẩm m ộc – thay đổ i mi ệng đùn khác nhau cho s ản ph ẩm khác nhau 35 III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 3. T ạo hình
Có 3 ph ươ ng pháp t ạo hình: bán khô, dẻo và ướ t c. PP ướ t: - Là PP dùng để s ản xu ất các trang thi ết b ị k ỹ thu ật v ệ sinh: ch ậu rửa, b ồn t ắm... - Ph ối li ệu d ạng bùn nhão có W > 50% - rót vào khuôn - PP này đòi h ỏi độ chính các và yêu c ầu k ỹ thu ật cao 36 III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 3. T ạo hình
Có 3 ph ươ ng pháp t ạo hình: bán khô, dẻo và ướ t Hình: máy ép đùn Lento 37 3. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 3.3 T ạo hình 38 III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 4. Ph ơi s ấy
Tác d ụng:  Tránh hi ện t ượ ng n ứt n ẻ do m ất n ướ c độ t ng ột  Tao c ườ ng độ ban đầ u cho s ản ph ẩm để khi x ếp nung không b ị bi ến d ạng  Tăng n ăng su ất lò nung, gi ảm hao phí n ăng l ượ ng, gi ảm ph ế ph ẩm trong lò nung
Th ời gian s ấy: tùy thu ộc vào t ự nhiên hay nhân t ạo:  10 – 15 ngày (n ếu ch ỉ s ấy t ự nhiên)  40 – 72 gi ờ (s ấy phòng), 15 – 40 gi ờ (s ấy tunnel)  5 – 10 ngày s ấy t ự nhiên và 16 – 20 gi ờ s ấy tunnel (*)
Độ ẩm sau khi s ấy: 5 – 8% 39 (*) Nhà máy g ạch ngói Sài Gòn - 2009