Tiến Sĩ Nghiên cứu bê tông gốm hệ alumô-silicát sử dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao từ nguyên li

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 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 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
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG 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
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
CHƯƠNG 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
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 + Độ co sau khi nung ở 1300 oC ≤ 1 %
+ Độ bền nén nguội sau khi nung ở 1300 oC ≥ 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.