Bê tông nhẹ – Công nghệ của tương lai

Tháng Mười Một 27, 2019 #vatlieu

Bê tông nhẹ – Công nghệ của tương lai

Hiện nay trên thế giới phổ biến có 2 loại công nghệ bê tông nhẹ đó là: bê tông khí chưng áp (Autoclaved Aerated Concrete – AAC) và bê tông bọt khí (Cellular Lightweight Concrete – CLC). Cả hai công nghệ này đều dựa trên nguyên lý đưa bọt khí vào vữa nhằm làm giảm trọng lượng đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.Sự khác biệt giữa bê tông khí chưng áp và bê tông bọt khí nằm trong phương thức tạo ra bọt khí.

A. Giới thiệu các công nghệ sản xuất bê tông nhẹ

1. Công nghệ bê tông khí chưng áp ( Autoclaved Aerated Concrete- AAC)

Bê tông khí chưng áp, cũng được biết đến bằng tên gọi tắt của nó – AAC được phát minh tại châu Âu vào những năm 1920 để phục vụ nhu cầu của ngành công nghiệp kết cấu đồn bốt chiến tranh. Một vật liệu xây dựng nhẹ, đúc sẵn có thể được sản xuất trên quy mô lớn được chứng minh là giải pháp lý tưởng trong thời gian này. Nguyên liệu sản xuất AAC thường bao gồm cát thạch anh (nghiền mịn), vôi, thạch cao, xi măng, nước và bột nhôm. Chất tạo khí điển hình là bột nhôm được sử dụng khoảng 0,39kg cho tỷ trọng 600kg/m3.

Sau khi trộn các nguyên liệu thô, một số phản ứng hóa học diễn ra. Đầu tiên, bột nhôm phản ứng với Ca(OH)2 và nước. Kết quả Phản ứng này là hình thành khí H2 nó đóng vai trò như chất tạo bọt khí hỗn hợp. Tại vùng phản ứng diễn ra, ngày càng nhiều khí được giải phóng, làm cho hỗn hợp dần dần tăng thể tích lên. Cuối cùng, mẻ trộn có thể làm tăng thể tích của nó lên đến 5 lần tùy thuộc vào lượng bột nhôm thêm vào. Giai đoạn này của quá trình sản xuất kết thúc với việc H2 được thay thế bởi khoảng không giống như nó thoát vào trong khí quyển.

Phản ứng thứ hai diễn ra muộn hơn vào trong quá trình này. Sau khi nguyên liệu đã được trộn và đạt thể tích cuối cùng nó trở nên cứng và được cắt thành các khối bằng cách sử dụng một lưỡi cắt dây. Sau đó nó được đặt trong một nồi hấp, nơi phản ứng thứ hai diễn ra. Dưới nhiệt độ và áp suất cao bên trong nồi Ca(OH)2 phản ứng với cát thạch anh để hình thành hydrat silica canxi, đó là một cấu trúc tinh thể cứng tạo cường độ cao. Quá trình này có thể mất đến 12 giờ, trong đó áp suất có thể đạt đến 12 bar, trong khi nhiệt độ luôn đạt đến 1800 0C. Sau lúc này, vật liệu đã sẵn sàng để sử dụng.

Đặc điểm sản phẩm: thường có màu trắng, tỷ trọng từ 400-800kg/m3, cường độ nén 4-6 N/mm2, độ hút nước 30-35%, giá thành sản phẩm khoảng 1,2- 1,3 triệu đồng/m3.

Đặc điểm dây chuyền thiết bị: dây chuyền tốt nhất hiện nay phải nói đến CHLB Đức, nhưng ở Việt Nam hiện nay dây chuyền AAC chủ yếu được nhập khẩn ở Trung Quốc.

– Dây chuyền nhỏ nhất là 200m3/ ngày có thể nâng cấp lên 400m3/ ngày có giá khoảng 2,5 triệu USD.

– Dây chuyền lớn hơn là 350m3/ ngày có thể nâng cấp lên 900m3/ ngày có giá khoảng 5 triệu USD.

Giá trên chỉ bao gồm phần thiết bị chưa kể đến cơ sở hạ tầng và công trình phụ.

Đây là một công nghệ khá phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao nên phải có dây chuyền thiết bị tiên tiến đồng bộ.

2. Công nghệ bê tông bọt khí (Cellular Lightweight Concrete – CLC)

Bê tông bọt khí được phát minh tại châu Âu vào những năm 1960 một công nghệ khá đơn giản và linh động có thể sản xuất bất cứ ở đâu với bất cứ ai với yêu cầu chỉ cần có chất tạo bọt, xi măng, cát, nước là đủ. Do đó nó đã được sử dụng phổ biến khắp thế giới vào rất nhiều ứng dụng khác nhau. Công nghệ sản xuất bê tông bọt khác biệt đáng kể so với công nghệ sản xuất bê tông khí AAC.

Thành phần quan trọng nhất là bọt, nó quyết định chi phí sản xuất của vật liệu. Loại bọt cần thiết để sản xuất bê tông bọt phổ biến hiện nay là dạng dung dịch có 2 loại:

– Loại thứ nhất là loại gốc Protein động vật thân thiện với môi trường, 1 lít nguyên liệu tạo được khoảng 500 lít bọt, loại này cho ra sản phẩm có cường độ nén cao thích hợp cho sản xuất gạch nhẹ.

– Loại thứ hai là loại gốc tổng hợp (synthetic), loại này hiệu suất tạo bọt cao hơn, 1 lít nguyên liệu tạo được đến 800 lít bọt, tuy nhiên loại này cho ra sản phẩm có cường độ nén không cao chỉ phù hợp để sản xuất loại tỷ trọng trên 1200kg/m3 (Ở các nước Âu, Mỹ họ dùng loại này để tôn cao nền nhà, nền đường, lắp các lỗ rỗng… vì sử dụng tỷ trọng trên 1200kg/m3 ).

Chất tạo bọt được pha cùng với nước theo tỷ lệ khoảng 2,5% đến 3% và cấp cho một máy tạo bọt tạo ra một dạng bọt giống như bọt xà phòng có mật độ khoảng 50-80g/lít hoặc nói cách khác 50-80kg/m3. Khi xi măng, cát, nước và bọt được trộn lẫn trong máy trộn chuyên dụng sẽ tạo ra hỗn hợp nhẹ, chảy loãng cao sau đó đúc khuôn tạo hình sản phẩm.

Ưu điểm chính của bê tông bọt là nó không yêu cầu các thiết bị lớn, đắt tiền cho quy trình sản xuất. Trong thực tế, nó thường được sản xuất trực tiếp tại công trường xây dựng sử dụng thiết bị tương đối đơn giản, trong khi AAC chỉ có thể được sản xuất trong điều kiện phương tiện xây dựng cố định (sản xuất tại nhà máy).

Đặc điểm sản phẩm: thường có màu xám do chứa nhiều xi măng, tỷ trọng 600-1000kg/m3, cường độ nén theo tiêu chuẩn 20 -35N/mm2(theo cấp phối của Đất Việt sẽ đạt được cường độ tương ứng là 40-70N/mm2).

Đặc điểm dây chuyền: do công nghệ khá đơn giản, rất dể dàng kiểm soát chất lượng nên dây chuyền thiết bị đơn giản gọn nhẹ, có thể sản xuất thủ công với 1 máy tạo bọt, 1 máy trộn, và một ít khuôn tạo hình cho đến dây chuyền sản xuất hoàn toàn tự động.

B. Lịch sử phát triển của bê tông nhẹ

Từ năm 1960 đến nay có 3 phương pháp sản xuất chính:

1. Đúc khuôn thủ công từng viên(từ năm 1960)

– Viên gạch được tạo hình trong khuôn , tháo khuôn bằng tay.

– Kích thước viên gạch không thay đổi được.

– Bề mặt tiếp xúc với khuôn đẹp, bề mặt trên tức mặt rót liệu vào khuôn xấu.

– Thời gian tháo khuôn tối thiểu 16 giờ (ở môi trường 27-30oC), năng suất thấp tốn nhiều công nhân.

– Cần dùng nhiều dầu tháo khuôn, chống dính từng viên. Vách tường xây bằng loại gạch này thường xuyên bị nứt vì lớp dầu tách khuôn bám trên viên gạch có tác dụng như lớp ngăn cách mối liên kết giữa các viên gạch với nhau.
2. Đúc khuôn kem và tháo khuôn tự động(từ năm 1970)

– Từ những năm 1970 Liên Xô đã sử dụng công nghệ khuôn kem và tháo khuôn bằng thủy lực. Mặc dù họ có lợi thế về kích thước viên gạch lớn 200 X 300 X 600 mm nên trong 1m3 gạch hệ số ma sát khi tháo khuôn thấp hơn nhiều lần so với kích thước viên gạch ở thị trường Việt Nam, nhưng công nghệ này vẫn bộc lộ rất nhiều hạn chế của nó:

– Viên gạch được tạo hình trong khuôn , tháo khuôn bằng máy thủy lực.

– Kích thước viên gạch không thay đổi được.

– Viên gạch có hình côn tức đầu lớn đầu nhỏ để dể tháo gạch, rất khó xây với keo dán gạch do sai số của viên gạch.

– Bề mặt tiếp xúc với khuôn đẹp, bề mặt trên tức mặt rót liệu vào khuôn xấu.

– Thời gian tháo khuôn tối thiểu 24 giờ (ở môi trường 27-30oC) do đó nếu sản xuất 3 ca/ngày thì số khuôn đầu tư phải nhân lên 3 lần, thời gian tháo khuôn sẽ kéo dài đến 2 ngày vào mùa lạnh (ở môi trường 10-15oC), tỷ lệ gạch bị vở đến 40% trong quá trình dùng máy thủy lực ép gạch ra khỏi khuôn. Cần dùng nhiều khuôn loại độ chính xác phải cao nếu không ép ra gạch sẽ bị vỡ vụn, loại khuôn này rất đắt tiền và lãng phí.

– Dùng nhiều dầu tháo khuôn, giá thành sản phẩm tăng. Vách tường xây bằng loại gạch này thường xuyên bị nứt vì lớp dầu tách khuôn bám trên viên gạch có tác dụng như lớp ngăn cách mối liên kết giữa các viên gạch với nhau.
3. Đúc khuôn khối lớn và cắt bằng máy cắt dây tự động (từ năm 1980)