Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên

39 trang ngocly 2680

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_vat_lieu_xay_dung_chuong_2_vat_lieu_da_thien_nhien.pdf

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên

Môn học: Vật liệu xây dựng 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
NGĨI ĐẤ T SÉT Ngĩi 22 Ngĩi 20 Ngĩi âm d ươ ng Ngĩi m ũi hài Ngịi v ảy cá Ngĩi nĩc 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. NGĨI 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 ) Cơng 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 Giịn, dễ vỡ Ơ nhi ễm mơi 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% Gạch khơng tráng men Sứ v ệ sinh 14
I. KHÁI NI ỆM & PHÂN LO ẠI 2. Phân lo ại Theo cơng d ụng: Vật li ệu xây: g ạch, block, Vật li ệu l ợp: ngĩi Vật li ệu lát: t ấm lát n ền, đườ ng, v ỉa hè, Vật li ệu ốp: ốp bên trong nhà, ngồi 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 nhơm, 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, Cĩ men Gốm thơ: g ạch, ngĩi, t ấm lát, Khơng cĩ 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 khống feldspar →Do quá trình phong hĩa khống feldspar ta ọ thành khống aluminosilicate ng ậm nướ c (khống sét) mAl 2O3.nSiO 2.pH 2O- cĩ th ể là kaolinit ho ặc monmorilonite: Trong mơi 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 mơi 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 hố 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 ngĩt 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 nhĩm cỡ hạt: Nhĩm hạt sét: d 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 khơng cịn tác d ụng. Ph ụ thu ộc: Thành ph ần khống 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 cĩ 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 hố 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 hĩa học bay hơi →khống 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 khống Mêtakaolinit hồn tồn bị phá hủy →Tạo ra các Ơxyt 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 hố lý o → → 950 C Bắt đầ u cĩ sự tái hợp gi ữa Al 2O3 và SiO 2 Tạo nên khống 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 khống Sillimanite Cu ối nhi ệt độ này mới bắt đầ u hình thành khống Mullit do khống Sillimanite chuy ển hĩa 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 hố 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 hĩa Sillimanite thành Mullit càng m ạnh Qúa trình chuy ển hĩa SP gốm cĩ nhi ều khống 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 hố 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 cĩ 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, cĩ 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 cĩ độ dẻo cao →Gi ảm co khi sấy, nung Ph ụ gia hạ nhi ệt độ nung (ch ất tr ợ dung) : fenspat, đơlơmit, syênit →Là nh ững khống cĩ nhi ệt độ nĩng ch ảy th ấp→Để cải thi ện quá trình gia cơng 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 cĩ 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 địi hỏi ph ải cĩ lớp men ph ủ lên bề mặt của sản ph ẩm. Lớp men cĩ tác dụng bảo vệ sản ph ẩm ch ống laoij sự phá ho ại của mơi 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 cơng 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 cĩ 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 cơng 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 ngĩt 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 cĩ th ể cho thêm ph ụ gia khi c ần thi ết. 32
III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 2. Gia cơng đấ t (nhào tr ộn đấ t) 33
III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 2. Gia cơng đấ t (nhào tr ộn đấ t) 34
III. G ẠCH ĐẤ T SÉT NUNG 3. T ạo hình Cĩ 3 ph ươ ng pháp t ạo hình: bán khơ, dẻo và ướ t a. PP bán khơ: - 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 khuơn - máy ép th ủy l ực – sản ph ẩm m ộc -Sản ph ẩm ít co ngĩt và cĩ 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 thơng nh ư: g ạch xây, ngĩi l ợp - Ph ối li ệu d ẻo cĩ 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 Cĩ 3 ph ươ ng pháp t ạo hình: bán khơ, 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 cĩ W > 50% - rĩt vào khuơn - PP này địi 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 Cĩ 3 ph ươ ng pháp t ạo hình: bán khơ, 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 khơng b ị bi ến d ạng Tăng n ăng su ất lị nung, gi ảm hao phí n ăng l ượ ng, gi ảm ph ế ph ẩm trong lị 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 phịng), 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 ngĩi Sài Gịn - 2009