Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN THÀNH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PANEL NHẸ TRÊN CƠ SỞ CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ HỖN HỢP VÀ BỘT GIẤY PHẾ THẢI Chuyên Ngành : Vật Liệu & Công Nghệ Vật Liệu Xây Dựng Mã Số Ngành : 2.15.06 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2006 Công trình hoàn thành tại: Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng - Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM - Đại Học Quốc Gia TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN VĂN CHÁNH – BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG – KHOA XÂY DỰNG – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Cán chấm nhận xét : PGS.TS PHAN XN HỒNG– BỘ MƠN VẬT LIỆU XÂY DỰNG – KHOA XÂY DỰNG – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Cán chấm nhận xét : TS TRỊNH HỒNG TÙNG – BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG – KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG – TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Ngày 04 tháng 09 năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN VĂN THÀNH Ngày, tháng, năm sinh : 30 – 08 – 1977 Phái : Nam Nơi sinh : Quãng Nam Chuyên ngành :VẬT LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY DỰNG MSHV : 01904225 I- TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PANEL NHẸ TRÊN CƠ SỞ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ HỖN HP VÀ BỘT GIẤY PHẾ THẢI II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu ximăng – sợi thực vật giới nước Nghiên cứu lý thuyết khoa học vật liệu ximăng gia cường sợi phân tán Nghiên cứu xác định thành phần cấp phối tối ưu Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ bền sợi độ bền vật liệu chế tạo từ chất kết dính vô bột giấy phế thải Nghiên cứu tính chất lý vật liệu Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06 – 02 – 2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN VĂN CHÁNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Văn Chánh CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH ThS Nguyễn Hùng Thắng Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày 06 tháng 07 năm 2006 TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài : “ Nghiên cứu chế tạo Panel nhẹ sở chất kết dính vô hỗn hợp bột giấy phế thải “ Tính cấp thiết đề tài Sử dụng bột giấy phế thải để sản xuất Panel nhẹ hữu dụng tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải, sản phẩm tạo có giá thành thấp, tính khả thi cao giải vấn đề môi trường Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Nhằm tận dụng nguồn bột giấy phế thải từ nhà máy giấy để sản xuất Panel nhẹ với giá thành rẻ để phục vụ cho việc kiên cố hóa nhà cho khu vực nông thôn vùng ĐBSCL Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Phân tích lý thuyết tương tác sợi cellulose vật liệu xi măng để lựa chọn thành phần vật liệu đánh giá tính chất kỹ thuật vật liệu xi măng gia cường sợi Nghiên cứu thực nghiệm cấu trúc vật liệu tính chất vật liệu thành phần & vật liệu xi măng gia cường sợi theo phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn phi tiêu chuẩn Những đóng góp luận văn Thông qua chương luận văn tổng quan tình hình nghiên cứu xi măng gia cường sợi thực vật nước giới Chương trình bày vấn đề sở khoa học loại vật liệu xi măng gia cường sợi thực vật Chương trình bày lựa chọn kiểm tra tính chất nguyên vật liệu thành phần Nghiên cứu phương pháp thiết kế thành phần cấp phối vật liệu xi măng – sợi bột giấy Chương nghiên cứu cấu trúc vi mô, tính chất lý vật liệu, chế phá hủy chịu tải trọng FRC ( trình chịu va đập, tính dẻo dai ) Chương xin đề xuất trình bày công nghệ chế tạo panel Đưa kết luận kết nghiên cứu kiến nghị cho phần nghiên cứu Cấu trúc luận văn Luận văn bao gồm : phần mở đầu, chương, phần kết luận tài liệu tham khảo Luận văn gồm 116 trang thuyết minh, 32 bảng biểu, 67 hình đồ thị MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn Thạc Só Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Thạc Só Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Lời mở đầu 12 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU XI MĂNG - SI THỰC VẬT 13 1.1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ SI THỰC VẬT 14 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN THẾ GIỚI 19 1.2.1 Tình hình nghiên cứu vật liệu xi măng - sợi Cellulose 20 1.2.2 Quy trình sản xuất sản phẩm dạng giới 32 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM 35 1.4 MỤC TIÊU VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 40 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 40 1.4.2 Định hướng nghiên cứu 40 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 1.5.1 Nghiên cứu lý thuyết 41 1.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm 41 CHƯƠNG : NHỮNG CƠ SỞ KHOA HỌC TIẾP CẬN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 42 2.1 MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG SI TRONG VẬT LIỆU 42 2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA 42 SI 2.2.1 Tính chất sợi 42 2.2.2 Cường độ đá xi măng 43 2.2.3 nh hưởng lực bám dính bề mặt phân giới sợi 43 2.2.4 Chiều dài hàm lượng sợi hữu hiệu 44 2.2.5 Sự phân tán sợi vật liệu 46 2.3 VÙNG TRUYỀN BỀ MẶT GIỮA SI VÀ NỀN ĐÁ XI MĂNG 46 2.4 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA SI CELLULOSE VÀ VẬT LIỆU NỀN 47 2.4.1 Truyền ứng suất vật liệu chưa bị nứt 49 2.4.2 Truyền ứng suất kéo tuột sợi vật liệu nứt 53 2.4.3 Sự hình thành phát triển vết nứt vật liệu xi măng – sợi thực vật ( cfrc ) chịu kéo 2.5.ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯNG SI ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO CỦA VẬT LIỆU TỔNG HP 2.6 ẢNH HƯỞNG CỦA MUN ĐÀN HỒI CỦA SI ĐẾN MUN ĐÀN HỒI CỦA VẬT LIỆU TỔNG HP 2.7 SỰ LÀM VIỆC CỦA VẬT LIỆU XI MĂNG – SI THỰC VẬT (CFRC) KHI CHỊU UỐN 2.8 ĐỘ BỀN CỦA SI TRONG MÔI TRƯỜNG KIỀM CỦA XI MĂNG 54 58 59 61 62 2.8.1 Cơ chế hư hại sợi 62 2.8.2 Giải pháp cải thiện nâng cao độ bền sợi 64 CHƯƠNG : THỰC NGHIỆM TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 67 3.1 XI MĂNG 67 3.2 BỘT GIẤY PHẾ THẢI 68 3.3 TRO BAY 72 3.4 BỘT ĐÁ VÔI 73 3.5 PHỤ GIA SIÊU DẺO 73 3.5.1 Khái niệm 74 3.5.2 Cơ chế tác dụng phụ gia siêu dẻo 74 3.6 PHỤ GIA POLYMER 77 3.7 THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI TỐI ƯU 77 3.7.1 Phương thức nhào trộn 77 3.7.2 Phương pháp dưỡng hộ 78 3.7.3 Thử độ bền theo chu kỳ nhiệt ẩm 78 3.7.4 Phương pháp thí nghiệm kiểm tra đặc trưng lý 78 3.7.5 Xác định thành phần cấp phối tối ưu phương pháp quy hoạch thực nghiệm 3.7.6 Tính chất lý chất kết dính hỗn hợp XFC 3.7.7 Cấu trúc hệ chất kết dính xi măng – tro bay – bột CaCO3 đóng rắn 3.8 NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA VIỆC XỬ LÝ SI CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 78 84 85 88 89 4.1 CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN 89 4.1.1 nh hưởng hàm lượng bột giấy 89 4.1.2 nh hưởng chu kỳ nhiệt ẩm 94 4.2 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN 95 4.2.1 nh hưởng hàm lượng bột giấy 95 4.2.2 nh hưởng chu kỳ nhiệt ẩm 97 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯNG SI ĐẾN MODULE ĐÀN 99 HỒI 4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯNG SI ĐẾN KHỐI LƯNG THỂ TÍCH 100 4.5 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯNG SI ĐẾN ĐỘ HÚT NƯỚC 102 4.6 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CỦA VẬT LIỆU 103 4.7 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO 105 4.7.1 Sơ đồ công nghệ chế tạo 105 4.7.2 Quy trình trộn hỗn hợp 106 4.7.3 Phương pháp tạo hình 106 4.7.4 Dưỡng hộ sản phẩm 106 KẾT LUẬN 108 KIẾN NGHỊ 109 BÁO CÁO KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 111 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học loại sợi thực vật 16 Bảng 1.2 Tính chất vật lý học sợi thực vật & sợi Polypropylen 16 Bảng 1.3 Thành phần hóa học số loại sợi thực vật Việt Nam Bảng 1.4 Kích thước tế bào số loại nguyên liệu thực vật 18 Bảng 1.5 Cường độ phá hoại bê tông gia cường sợi Sisal 20 Bảng 1.6 Giá trị B (Mpa) mẫu điều kiện dưỡng hộ (ii) 22 Bảng 1.7 Giá trị B (Mpa) mẫu điều kiện dưỡng hộ (i) 22 Bảng 1.8 Giá trị B (Mpa) mẫu điều kiện dưỡng hộ (iii) 22 Bảng 1.9 Giá trị B (Mpa) mẫu điều kiện dưỡng hộ (iv) 23 Bảng 1.10 Giá trị B (Mpa) mẫu thay phần xi măng điều kiện dưỡng hộ trời Bảng 1.11 Kết xử lý sợi sisal 23 Bảng 1.12 Tính chất vật lý học sơi sisal bột giấy 26 Bảng 1.13 Tính chất vật lý học vữa gia cường bột giấy Bảng 1.14 Thành phần cấp phối 26 Bảng 1.15 Các tính chất sợi lượng dùng 35 Bảng 1.16 Cường độ chịu uốn mẫu 36 Bảng 3.1 Các tính chất lý xi măng 67 Bảng 3.2 Tính chất lý tro bay 72 Bảng 3.3 Thành phần hóa học tro bay 72 Bảng 3.4 Kế hoạch thí nghiệm 79 Bảng 3.5 Thành phần vật liệu thực nghiệm 81 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm 82 Bảng 3.7 Tính chất lý hệ chất kết dính ( XFC) 85 Bảng 3.8 nh hưởng việc xử lý sợi đến cường độ chịu uốn 88 19 25 35 Bảng 4.1 Bảng kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu uốn Bảng 4.2 Bảng kết thí nghiệm ảnh hưởng chu kỳ nhiệt ẩm đến cường độ chịu uốn Bảng 4.3 Bảng kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén Bảng 4.4 Bảng kết thí nghiệm ảnh hưởng chu kỳ nhiệt ẩm đến cường độ chịu nén Bảng 4.5 Kết tính toán môđun đàn hồi 89 94 96 97 99 Bảng 4.6 Bảng khối lượng thể tích vật liệu 101 Bảng 4.7 Kết thí nghiệm độ hút nước 102 Bảng 4.8 Kết tính toán hệ số truyền nhiệt vật liệu 104 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình1.1 Cấu trúc thành tế bào gỗ 15 Hình 1.2 Hình dạng vi mô sợi sisal 17 Hình 1.3 Hình dạng sợi từ chuối 17 Hình 1.4 nh hưởng hàm lượng đường đến cường độ chịu uốn đá xi măng Hình 1.5 nh hưởng hàm lượng bột giấy đến thể tích rỗng vật liệu ( theo Coutts Warden ) Hình 1.6 nh hưởng hàm lượng bột giấy đến độ dẻo dai vật liệu ( theo Coutts Warden ) Hình 1.7 nh hưởng hàm lượng bột giấy đến cường độ chịu uốn vật liệu ( theo Coutts Warden ) Hình 1.8 Đường cong ứng suất – biến dạng uốn vật liệu, so sánh với sợi amiăng, ( theo Fordos Tram ) Hình 1.9 Đường cong lực – độ võng vật liệu gia cường bột giấy tẩy trắng không tẩy trắng ( theo Mail et al.) Hình 1.10 Cấu trúc dọc theo chiều dài sợi 17 28 Hình 1.11 Sợi bị kéo tuột khỏi vật liệu 31 Hình 1.12 Cấu trúc vi mô sợi bột giấy xi măng dưỡng hộ nhiệt độ phòng 31 27 27 30 30 31 97 chịu nén giảm Các hình thức dưỡng hộ khác nhằm khẳng định hình thức Cườn g độ chịu nén (KG/cm2) dưỡng hộ nhiệt ẩm cho kết cao nhaát 500 400 300 200 100 0 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10 Hàm lượn g sợi (% ) Dưỡn g hộ tự nhiên Dưỡn g hộ tr ong nước Dưỡn g hộ nhiệt ẩm Hình 4.10 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén 4.2.2 nh hưởng chu kỳ nhiệt ẩm Bảng kết thí nghiệm cường độ chịu nén qua chu kỳ nhiệt ẩm cho bảng sau : Bảng 4.4 nh hưởng chu kỳ nhiệt ẩm đến cường độ chịu nén Cường độ chịu nén (KG/cm2) Thành phần nguyên vật lieäu STT CKD (%) S (%) PG N (%) (%) Chu kỳ nhiệt ẩm 16 100 0 30 475.2 533.2 520.4 100 3.75 30 290.3 416.8 414.2 100 5.5 3.75 30 270.6 416.1 419.5 100 3.75 30 249.4 414.2 410.6 100 6.5 3.75 30 231.6 410.8 408.0 100 3.75 30 215.5 407.3 405.1 98 100 7.5 3.75 30 201.6 403.5 399.6 100 3.75 30 173.6 392.7 393.7 100 8.5 3.75 30 161.5 386.3 385.4 10 100 3.75 30 131.1 377.7 370.5 11 100 9.5 3.75 30 115.9 369.2 365.4 12 100 10 3.75 30 90.2 360.6 351.1 Từ kết thí nghiệm ta vẽ đồ thị thể mối quan hệ cường độ chịu nén chu kỳ nhiệt ẩm sau : Cườn g độ chịu nén (KG/cm2) 600 500 400 300 200 100 0 5 6 7 8 9 10 H a øm lư ïn g s ô ïi ( % ) ch u k yø ch u k yø 16 ch u k yø Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng chu kỳ nhiệt ẩm đến cường độ chịu nén Nhận xét : Qua đồ thị hình 4.11 ta thấy cường độ chịu nén sau 16 chu kỳ nhiệt ẩm cao nhiều so với mẫu không qua chu kỳ nhiệt ẩm cường độ chịu nén mẫu sau 16 chu kỳ không chênh lệch nhiều so với mẫu qua chu kỳ nhiệt ẩm Điều giải thích cho mẫu qua chu kỳ nhiệt ẩm trình hydrat hóa tiếp tục diễn vật liệu nền, khoáng 99 sinh lấp đầy lỗ rỗng vật liệu làm cho cấu trúc vật liệu đặc nên cường độ tăng cao so với mẫu không qua nhiệt ẩm 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯNG SI ĐẾN MODULE ĐÀN HỒI Trong nghiên cứu lý thuyết trình bày phương pháp tính môđun đàn hồi vật liệu gia cường sợi Theo công thức (19), mô đun đàn hồi vật liệu tổng hợp tính toán sau : E = EfVf + Em(1-Vf) Trong : E : môđun đàn hồi vật liệu Ef : mun đàn hồi sợi ( Ef = Gpa) Em : môđun đàn hồi ( Em = 14.2 Gpa) Vf : hàm lượng sợi gia cường (%) Kết tính toán môđun đàn hồi theo phương pháp nghiên cứu phần lý thuyết thể bảng 4.5 Bảng 4.5 Kết tính toán môđun đàn hồi Vf (%) Ef (Gpa) Em (Gpa) E (Gpa) 14.2 14.2 14.2 13.59 5.5 14.2 13.53 14.2 13.47 6.5 14.2 13.41 14.2 13.35 7.5 14.2 13.29 14.2 13.22 8.5 14.2 13.16 14.2 13.10 100 9.5 14.2 13.04 10 14.2 12.98 Từ kết bảng ta vẽ đồ thị biễu diễn quan hệ hàm lượng sợi môđun đàn hồi hình 4.12 Nhận xét : Từ hình vẽ thể mối quan hệ hàm lượng sợi môđun đàn hồi ta thấy hàm lượng sợi tăng lên môđun đàn hồi giảm xuống, biến dạng dài tăng lên Điều giải thích sợi có môđun đàn hồi nhỏ nên hàm lượng sợi tăng kéo theo môđun đàn hồi vật liệu gia cường sợi giảm xuống Mô đun đàn hồi (GPa) 15 12.5 10 7.5 2.5 0 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10 Hàm lượn g sợi (% ) Hình 4.12 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng sợi đến mun đàn hồi 4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯNG SI ĐẾN KHỐI LƯNG THỂ TÍCH Khối lượng thể tích thông số quan trọng để tính toán cường độ, trọng lượng, hệ số truyền nhiệt, độ ẩm vật liệu Mặt khác, khối lượng thể tích dùng để tính toán cấp phối chế tạo sản phẩm Khối lượng thể tích vật liệu ứng với thay đổi hàm lượng sợi khảo sát bảng 4.6 101 Bảng 4.6 nh hưởng hàm lượng sợi đến khối lượng thể tích vật liệu Thành phần cấp phối Khối lượng thể tích (kg/m3) STT CKD (%) S (%) P (%) N (%) 100 0 30 2620.1 100 3.75 30 1883.0 100 5.5 3.75 30 1721.4 100 3.75 30 1639.6 100 6.5 3.75 30 1557.9 100 3.75 30 1476.2 100 7.5 3.75 30 1394.5 100 3.75 30 1312.8 100 8.5 3.75 30 1231.1 10 100 3.75 30 1149.4 11 100 9.5 3.75 30 1067.7 12 100 10 3.75 30 986.2 Từ kết thực nghiệm trình bày bảng ta vẽ biểu đồ quan hệ hàm lượng sợi khối lượng thể tích hình 4.12 Nhận xét : Theo đồ thị hình 4.13 khối lượng thể tích vật liệu giảm dần theo gia tăng hàm lượng sợi sử dụng vật liệu tổng hợp, điều thân sợi có nguồn gốc thực vật nên có khối lượng thể tích nhẹ nhiều so với vật liệu nên sử dụng sợi vật liệu làm giảm khối lượng thể tích vật liệu Khối lượn g thể tích (T/m3) 102 2.5 1.5 0.5 0 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10 Hàm lượn g sợi (% ) Hình 4.13 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng sợi đến khối lượng thể tích 4.5 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯNG SI ĐẾN ĐỘ HÚT NƯỚC Khảo sát độ hút nước vật liệu để đánh giá cường độ, khả cách nhiệt trọng lượng vật liệu Kết khảo sát sau : Bảng 4.7 nh hưởng hàm lượng sợi đến độ hút nước vật liệu Thành phần cấp phối Độ hút nước (%) STT CKD (%) S (%) P (%) N (%) 100 0 30 12.16 100 3.75 30 19.73 100 5.5 3.75 30 20.69 100 3.75 30 21.66 100 6.5 3.75 30 22.62 100 3.75 30 23.58 100 7.5 3.75 30 24.55 100 3.75 30 25.52 100 8.5 3.75 30 26.47 10 100 3.75 30 27.44 103 11 100 9.5 3.75 30 28.04 12 100 10 3.75 30 29.36 Từ bảng kết thí nghiệm ta vẽ đồ thị thể mối quan hệ hàm lượng sợi sử dụng độ hút nước vật liệu hình 4.14 Độ hút nước (% ) 30 25 20 15 10 0 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10 Hàm lượn g sợi (% ) Hình 4.14 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng sợi đến độ hút nước Nhận xét : Bản thân sợi có cấu tạo rỗng xốp nên sử dụng sợi với hàm lượng cao độ hút nước vật liệu tăng Mặt khác, vật liệu tồn lỗ rỗng việc xử lý bột giấy góp phần hạn chế phần nước xâm nhập vào sợi không ngăn cản hoàn toàn 4.6 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CỦA VẬT LIỆU Theo lý thuyết nghiên cứu vật liệu có cấu trúc rỗng, xốp ( khối lượng thể tích nhỏ ) vật liệu dẫn nhiệt Đối với vật liệu xi măng – - sợi thực vật tính dẫn nhiệt phụ thuộc nhiều vào hàm lượng sợi, nhiệt độ độ ẩm Kết tính toán độ dẫn nhiệt cho bảng sau : Bảng 4.8 Kết tính toán hệ số truyền nhiệt vật liệu 104 Thành phần nguyên vật liệu Độ dẫn nhiệt (Kcal/m.h.độ) CKD (%) S (%) PG (%) N (%) 100 0 30 1.336 100 3.75 30 0.631 100 5.5 3.75 30 0.532 100 3.75 30 0.487 100 6.5 3.75 30 0.446 100 3.75 30 0.408 100 7.5 3.75 30 0.373 100 3.75 30 0.341 100 8.5 3.75 30 0.311 10 100 3.75 30 0.283 11 100 9.5 3.75 30 0.257 12 100 10 3.75 30 0.234 Độ dẫn nhiệt (Kcal/m.h.độ) STT 1.5 1.35 1.2 1.05 0.9 0.75 0.6 0.45 0.3 0.15 0 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 Haøm lượn g sợi (% ) Hình 4.15 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng sợi đến độ dẫn nhiệt 10 105 Từ kết tính toán ta vẽ đồ thị thể mối quan hệ hệ số truyền nhiệt vật liệu hàm lượng sợi sử dụng hình 4.14 Nhận xét : Theo đồ thị hình 4.14 độ dẫn nhiệt vật liệu giảm dần theo gia tăng hàm lượng sợi sử dụng Điều giải thích sau : hàm lượng sợi sử dụng tăng khối lượng thể tích vật liệu giảm thể tích rỗng tăng nên độ dẫn nhiệt giảm tương ứng 4.7 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PANEL 4.7.1 Sơ đồ công nghệ chế tạo Trong công nghệ chế tạo này, sử dụng phương pháp sản xuất panel theo quy trình trộn trước Theo phương pháp này, sợi Cellulose gia cường với hàm lượng 5-8% theo khối lượng chất kết dính Lượng nước để nhào trộn phương pháp tương đối lớn : N/X = 0.3 -0.6 Hỗn hợp sau nhào trộn có độ đồng lớn Dùng khuôn để tạo hình sản phẩm Phụ gia siêu dẻo cho vào làm tăng độ linh động vật liệu Qua trình nghiên cứu đề xuất công đoạn quy trình công nghệ sơ đồ sau : Xi măng Bột CaCO3 Phụ gia Khống Bột giấy Định lượng Hóa chất Phụ gia Xử lý sợi Máy trộn Định lượng Hỗn hợp Tạo hình Dưỡng hộ Sản phẩm Hình 4.15 Sơ đồ công nghệ sản xuất 4.7.2 Quy trình trộn hỗn hợp Nước 106 - Trộn hỗn hợp lần : hỗn hợp trộn gồm có bột giấy, phụ gia hữu nước Mục đích lần trộn nhằm tạo cho bột giấy có độ phân tán tốt dung dịch lỏng, từ bột giấy phân tán hỗn hợp có thêm chất kết dính - Hệ hỗn hợp trộn lần gồm có : chất kết dính hỗn hợp ( xi măng, bột đá vôi tro bay ) hỗn hợp trộn lần Dùng máy trộn cưỡng để tạo điều kiện cho hỗn hợp sau trộn có độ đồng cao 4.7.3 Phương pháp tạo hình Trong công nghệ chế tạo này, sử dụng ván khuôn để tạo hình cho sản phẩm Thiết bị tạo hình hoạt động sau : - Khuôn nhận hỗn hợp từ bồn chứa phân phối hỗn hợp theo chu kỳ với tốc độ phù hợp nhờ điều chỉnh lăn Hệ thống chạy đường ray bệ đúc sản phẩm - Trên mép sau bồn chứa hỗn hợp có gắn cánh gạt để làm phẳng bề mặt sản phẩm đươc tạo hình, tạo panel có chiều dày kích thước theo ý muốn - Hệ thống đầm rung đặt bệ đúc 4.7.4 Dưỡng hộ sản phẩm Trong quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm, phương pháp dưỡng hộ nhiệt ẩm nhằm mục đích chủ yếu làm tăng nhanh trình đóng rắn phát triển cường độ, từ quanh vòng ván khuôn nhanh, sản phẩm mau chóng đưa thị trường Sau thời gian ngắn dưỡng hộ nhiệt ẩm, sản phẩm đạt 50 – 70% cường độ thiết kế, tiết kiệm diện tích khu vực tạo hình sản phẩm, giảm số lượng khuôn cần dùng, rút ngắn thời gian lưu bãi sản phẩm nhanh đạt cường độ yêu cầu Dưỡng hộ nhiệt ẩm có tác dụng nâng cao cường độ cho sản phẩm so với dưỡng hộ tự nhiên (sản phẩm dễ bị nước dẫn đến thiếu nước cho 107 trình hydrat hóa khoáng) Dưỡng hộ nhiệt ẩm cần thiết phải có nước bão hòa nhiệt độ cao tạo điều kiện cho nước xuất sản phẩm Nhờ có nước sản phẩm thúc đẩy nhanh trình thủy hóa, thủy phân khoáng, tạo sản phẩm hydrat hóa Việc dưỡng hộ panel phải tiến hành sau tạo hình xong nhằm đảm bảo điều kiện nhiệt độ, độ ẩm thích hợp cho việc đóng rắn phát triển cường độ cho vật liệu Sản phẩm tháo khuôn 24h sau tạo hình, sau dưỡng hộ nhiệt ẩm áp suất thường, nhiệt độ khoảng 80oC, độ ẩm > 97%, nhiệt 12 – 16h Những panel dưỡng hộ xong làm phẳng máy mài Sau làm phẳng xử lý chống thấm bề mặt phụ gia chống thấm cắt thành sản phẩm 108 KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, ta đưa kết luận chung sau : Việc nghiên cứu sử dụng bột giấy phế thải, tro nhà máy nhiệt điện, để sản xuất sản phẩm dạng cần thiết tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải, tạo sản phẩm với chi phí thấp, phù hợp với nhu cầu nhà ở, giải vấn đề môi trường Nguyên vật liệu sử dụng nghiên cứu hệ chất kết dính vô hỗn hợp gồm xi măng, tro bay, bột đá vôi bột giấy phế thải Sản phẩm dưỡng hộ hình thức : dưỡng hộ tự nhiên, dưỡng hộ nước dưỡng hộ nhiệt ẩm Hình thức dưỡng hộ sản phẩm có tiêu lý tốt dưỡng hộ Autoclave Nhưng xét đến phạm vi nghiên cứu, yêu cầu sử dụng sản phẩm tính kinh tế phương pháp dưỡng hộ nhiệt ẩm tối ưu Với chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm, cường độ chịu uốn mẫu vật liệu chế tạo từ hệ chất kết dính hỗn hợp bột giấy phế thải 86.3 KG/cm2 Hàm lượng bột giấy phế thải thích hợp nằm khảng từ – 8% Sản phẩm làm có khối lượng thể tích dao động từ 1.39 – 1.88 g/cm3 Độ hút nước vật liệu từ 19 – 25% Bột giấy loại sợi thực vật nên không bền môi trường kiềm, dễ bị lão hóa Để tăng độ bền khả bám dính sợi với vật liệu nên luận án đề xuất phương pháp xử lý bột giấy loại phụ gia hóa học (PVA) đem lại hiệu tốt Công nghệ chế tạo đề xuất đơn giản, ứng dụng để sản xuất sản phẩm cách rộng rãi, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lựa chọn sản phẩm đáp ứng yêu cầu sử dụng có giá thành thấp, phục vụ cho công trình xây dựng nhà 109 KIẾN NGHỊ : - Mở rộng phạm vi nghiên cứu loại phế thải nông nghiệp : rơm, trấu, bã mía - Cần nghiên cứu đổi dây chuyền công nghệ đại, tiếp cận với công nghệ sản xuất tiên tiến giới - Cần nghiên cứu chế tạo thiết bị Autoclave có kích thước lớn để ứng dụng cho sản xuất sản phẩm có tính chất lý tốt BÁO CÁO KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyễn Văn Chánh, Nguyễn Văn Thành, “ Nghiên cứu dụng bột giấy phế thải để chế tạo gạch block nhẹ”, Hội nghị khoa học công nghệ gắn liền với thực tiễn, TP Hồ Chí Minh, tháng 07-2006 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí, “ Vật Liệu Xây Dựng “, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, năm 2003 [2] Nguyễn Văn Chánh, “ Công Nghệ Sản Xuất Tấm Tường Bằng Bê Tông Nhẹ Xây Dựng Nhà Lắp Ghép Giá Thành Thấp Vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long”, Người Xây Dựng số tháng 8-2004 [3] Nguyễn Văn Chánh, “ Bê tông nhẹ sở sợi hữu cho công trình xây dựng đất yếu vùng ĐBSCL”, Luận án Tiến Só, Trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội [4] Huỳnh Thị Hạnh, “ Luận Văn Cao Học”, Thư viện cao học, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM [5] Trần Văn Miền, “ Luận Văn Thạc Só ”, Thư viện cao học, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM [6] Trần Hữu Bằng, “ Luận n Tốt Nghiệp Kỹ Sư ”, Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM 110 [7] Cao Thị Nhung, “ Các Yếu Tố Công Nghệ Và Tính Chất Các Loại Giấy”, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2005 [8] Hồ Só Tráng, “ Cơ Sở Hóa Học Gỗ Và Xelluloza”, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 2005 [9] Arnon Bentur & Sidney Mindess, “ Fiber reinforced cementitious composite”, Elsevier Applied Science [10] A.M.Brandt, “ Cement based composites”, E & FN Spon, 1995 [11] Marie-Ange Arseøne, Holmer Savastano Jr., Seyed M Allameh, Khosrow Ghavami, Wole O Soboyejo, “ Cementitious Composites Reinforced With Vegetable Fibers” [12] Patricia Kim Nelson, Victor C Li, F.ASCE, Toshiro Kamada, “ Fracture Toughness of Microfiber Reinforced Cement Composites”, Journal of materials in civil engineering, 9/2002 [13] Romildo Dias Toleâdo Filho, Kuruvilla Joseph, Khosrow Ghavami, George Leslie England, “ The use of sisal fibre as reinforcement in cement based composites”, Revista Brasileira de Engenharia Agricola e Ambiental, v.3, p.245256, 1999 [14] R.A Parnam, “ Properties of fibrous raw materials and their preparation for pulping”, Pulp and paper manufacture, Vol 1, pp 3-9, Canadian Pulp and Paper Association [15] G.N Karam, “ Effect of fibre volume on tensile properties of real unidirectional fibre reinforced composites”, Composites vol 22, No March, pp 84-85, 1991 [16] P.Soroushian, S Marikunte, “ Reinforcement of cement based materials with cellulose fibers”, Composite, vol 18, 1987 111 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : NGUYỄN VĂN THÀNH Ngày, tháng, năm sinh : 30 – 08 – 1977 Nơi sinh : QUẢNG NAM Địa liên lạc : P.126 Chung cư Thanh Niên – Q Tân Bình – TP.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO STT Thời gian bắt đầu Thời gian kết thúc 09-1996 12-2001 09-2002 01-2004 Nơi học tập Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM Trường Đại Học Kinh Tế TP HCM QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC STT Thời gian bắt đầu Thời gian kết thúc 03-2002 Nay Nơi công tác Cty TNHH Thành Ngọc ... “ Nghiên cứu chế tạo Panel nhẹ sở chất kết dính vô hỗn hợp bột giấy phế thải “ Tính cấp thiết đề tài Sử dụng bột giấy phế thải để sản xuất Panel nhẹ hữu dụng tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải, ... LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY DỰNG MSHV : 01904225 I- TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PANEL NHẸ TRÊN CƠ SỞ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ HỖN HP VÀ BỘT GIẤY PHẾ THẢI II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan tình hình nghiên. .. phần vào việc giải vấn đề môi trường nên đề tài “ Nghiên cứu chế tạo panel nhẹ sở chất kết dính vô hỗn hợp bột giấy phế thải? ?? hình thành 1.4 MỤC TIÊU VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1.4.1 Mục tiêu nghiên