NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO TRẤU TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG

8/19/2019 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO TRẤU TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-su-dung-tro-trau-trong-quy-trinh-san-xuat-gach-khong 1/75

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨ U

SỬ DỤNG TRO TR ẤU TRONG QUY

TRÌNH SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG

CÁN BỘ HƢỚ NG DẪN SINH VIÊN THỰ C HIỆN

TS. Hồ Quốc Phong Huỳnh Diệp Hải Đăng

TS. Bùi Lê Anh Tuấn MSSV: 2102337

Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 36

Tháng 12/2014

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM

WW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

óng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú



PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆPCHO SINH VIÊN NĂM HỌC: 2014-2015

1. Họ và tên cán bộ hƣớng dẫn: TS.Hồ Quốc Phong , TS.Bùi Lê Anh Tuấn

2. Tên đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tro trấu trong quy trình sản xuất gạch khôngnung”

3. Địa điểm thực hiện:

- Phòng thí nghiệm Công Nghệ Hoá Học, Khoa Công nghệ, Trƣờng Đại HọcCần Thơ.

- Phòng thí nghiệm Vật Liệu Xây Dựng, Khoa Công nghệ, Trƣờng Đại HọcCần Thơ.

4. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Diệp Hải Đăng MSSV: 2102337

5. Mục đích của đề tài: tạo ra đƣợ c vật liệu xây dựng (VLXD) có giá thành thấ p, tận

dụng đƣợ c nguồn phế phẩm tro tr ấu thải ra từ các nhà máy và giải quyết vấn đề ô

nhiễm môi trƣờ ng từ tro tr ấu gây ra, đồng thờ i mang lại hiệu quả kinh tế cao cho

các chủ thể trong ngành xây dựng (chủ đầu tƣ, nhà sản xuất VLXD và ngƣờ i dân ở địa phƣơng).

6. Nội dung chính

Phần I: Tổng hợp chất phụ gia thủy tinh lỏng

Phần II: Thiết kế thí nghiệm và tối ƣu hóa điều kiện sản xuất gạch không nung

+ Yếu tố hàm lƣợng tro trấu

+ Yếu tố hàm lƣợng phụ gia

+ Yếu tố tỉ lệ nƣớc/xi măng

+ Tối ƣu hóa cƣờng độ gạch

7. Các yêu cầu hỗ trợ: kinh phí, hoá chất và dụng cụ thí nghiệm. 8. Kinh phí dự trù thực hiện đề tài (dự trù chi tiết đính kèm): 2.000.000 đồng.

DUYỆT CỦA BỘ MÔN CÁN BỘ RA ĐỀ TÀI

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014







NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚ NG DẪN

1. Cán bộ hƣớ ng dẫn: TS. Hồ Quốc Phong, TS. Bùi Lê Anh Tuấn

2. Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tro trấu trong quy trình sản xuất gạch không nung”

3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Diệ p Hải Đăng

4. Lớ p: Công nghệ hóa học K36

5. Nội dung nhận xét:

a. Nhận xét về hình thức:

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

...................................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn (Đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ)

* Các nội dung và công việc đã đạt đƣợ c (so với đề cƣơng luận văn):

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

* Những vấn đề còn hạn chế:

.................................................................................................................................................

......................................................................................................................................










......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

c. Nhận xét đối với từng sinh viên thực hiện đề tài:

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

d. Kết luận và đề nghị:

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

......................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

6. Điểm đánh giá:


Cán bộ hƣớng dẫn

TS. Hồ Quốc Phong







NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

1. Cán bộ phản biện: …………………………………………………………...……..

2. Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tro trấu trong quy trình sản xuất gạch không nung”

3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Diệ p Hải Đăng

4. Lớ p: Công nghệ hóa học K36

5. Nội dung nhận xét:

a. Nhận xét về hình thức:

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

...................................................................................................................................... b. Nhận xét về nội dung của luận văn (Đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ)

* Các nội dung và công việc đã đạt đƣợ c (so với đề cƣơng luận văn):

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

* Những vấn đề còn hạn chế:

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................



Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2014







.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

c. Nhận xét đối với từng sinh viên thực hiện đề tài:

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

d. Kết luận và đề nghị:

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

......................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................

6. Điểm đánh giá:


Cán bộ phản biện

………………………..







Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 i

LỜ I CẢM ƠN

Trƣớ c hết em xin gửi lờ i cảm ơn sâu sắc đến thầy Hồ Quốc Phong. Ngƣời đã đi

cùng em từ khi bắt đầu đến khi hoàn thành luận văn này. Thầy đã hết lòng, tận tâmhƣớ ng dẫn cho em trong suốt quá trình làm luận văn. Thầy đã không quản khó khăn

luôn tìm ra hƣớ ng tốt nhất và vạch ra đƣờng đi tốt nhất cho em trong việc nghiên cứu

và tìm hiểu tài liệu. Em cảm ơn thầy luôn an ủi, động viên em khi gặ p vấn đề bế tắc và

thầy đã mở ra hƣớng sáng để em yên tâm tiế p tục công việc. Em chân thành cảm ơn

thầy!

Bên cạnh đó, em cũng sẽ không thể hoàn thành tốt phần nghiên cứu của mình nếu

không có sự giúp đỡ của thầy Bùi Lê Anh Tuấn, thầy Tr ần Đức Trung và thầy NgôVăn Ánh, bộ môn Vật Liệu Xây Dựng, khoa Công Nghệ, trƣờng Đại học Cần Thơ.

Thầy đã tạo điều kiện để em đƣợ c tham gia nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Vật liệu

xây dựng. Thầy cũng thƣờng xuyên đóng góp ý kiến và chia sẻ kinh nghiệm cho em

những lúc cần thiết. Em xin cảm ơn thầy!

Em xin cảm ơn thầy Đoàn Văn Hồng Thiện và cô Huỳnh Liên Hƣơng đã tạo điều

kiện cho em nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ, khoa Công Nghệ.

Bên cạnh đó, tôi xin cảm ơn các bạn trong nhóm nghiên cứu khoa học tại phòng thí

nghiệm Công nghệ Hóa Học, thuộc bộ môn Công nghệ Hóa Học đã hỗ tr ợ tôi trong

suốt quá trình thực hiện đề tài.

Cuối cùng tôi xin gửi lờ i cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, những ngƣời đã

quan tâm giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thờ i gian thực hiện đề tài này.


Huỳnh Diệ p Hải Đăng







Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 ii

TÓM TẮT

Trong giớ i hạn thờ i gian và kinh phí thực hiện đề tài luận văn “Nghiên cứ u sử d ụng

tro tr ấ u trong quy trình sản xuấ t g ạch không nung”, đƣợ c thực hiện vớ i những mục

tiêu sau: (i) tổng hợp “Phụ gia thủy tinh lỏng – Na2SiO3” bằng phƣơng phƣơng pháp

nung hệ mở sử dụng nguyên liệu từ tro tr ấu và xút; (ii) chế tạo “gạch không nung”

bằng phƣơng phƣơng pháp polymer hóa, đồng thờ i tạo ra đƣợ c vật liệu xây dựng

(VLXD) có giá thành thấ p; (iii) tận dụng đƣợ c nguồn phế phẩm tro tr ấu thải ra từ các

nhà máy và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờ ng từ tro tr ấu gây ra.

Để thực hiện các mục tiêu trên tôi phải thực hiện hai giai đoạn sau:

Giai đoạn (I) tổng hợ p phụ gia: đƣợ c tiến hành bằng cách cho hỗn hợ p NaOH(tinh thể), tro tr ấu và nƣớ c vào bình cầu thủy tinh để thực hiện phản ứng vớ i nhiệt độ

lên tớ i 110 °C trong khoảng 1 giờ, sau đó ta thu dung dịch sau phản ứng đem đi lọc,

sản phẩm cuối cùng ta thu đƣợ c là chất phụ gia. Chất phụ gia đƣợc đem phân tích để

xác đinh các chỉ tiêu chất lƣợng nhƣ: ngoại quan, khối lƣợng riêng, hàm lƣợ ng Na2O,

hàm lƣợ ng SiO2 và module silic.

Giai đoạn (II) chế tạo gạch: tiến hành tr ộn chất phụ gia vừa tổng hợ p vớ i tro

tr ấu, xi măng và đá mi bụi để tạo thành vữa và đổ hỗn hợ p vữa vào khuôn để thực hiệnquá trình đóng rắn. Sau khoảng thời gian đóng rắn 28 ngày ta đo cƣờng độ gach.

Qua thờ i gian thực hiện nghiên cứu, ta thu đƣợ c k ết quả nhƣ sau:

Tổng hợp đƣợ c thủy tinh lỏng (Na2SiO3) và ứng dụng trong sản xuất gạch không

nung. Chất phụ gia có màu vàng rơm, lỏng sánh và có module bằng 1,03, đồng thờ i

chất phụ gia này cũng phù hợ p một số chỉ tiêu theo tiêu chuẩn TCCS 05:2010.

Sản xuất đƣợ c vật liệu có khả năng thay thế gạch đất nung truyền thống, với ƣu

điểm vƣợ t tr ội là khối lƣợ ng nhẹ đồng thời cƣờng độ cao, ứng dụng trong ngành vật

liệu xây dựng. Xây dựng đƣợ c mô hình hồi quy từ các yếu tố hàm lƣợ ng RHA, hàm

lƣợ ng phụ gia, tỉ lệ w/c đến cƣờng độ nén và khối lƣợ ng thể tích của viên gạch. Kiểm

định và tối ƣu hóa mô hình bằng phƣơng pháp bề mặt đáp ứng xây dựng trên ngôn ngữ

phần mềm Statgraphics. Qua đấy thu đƣợc điều kiện tối ƣu tại hàm lƣợ ng RHA bằng

48%, hàm lƣợ ng phụ gia bằng 1% và tỉ lệ w/c bằng 0,56 khi đó gạch không nung đƣợ c

tạo thành có cƣờng độ là 51,03 daN.cm-2

, độ hút nƣớ c bằng 10,3% và khối lƣợ ng thể tích bằng 1259,99 kg.cm-3.







LVTN ĐH – 12/2014 Nghiên cứu sử dụng tro tr ấu trong quy trình sản xuất gạch không nung

Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... i

TÓM TẮT ................................................................................................................ iiMỤC LỤC ............................................................................................................... iii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... vi

DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................... vii

DANH SÁCH BẢ NG .............................................................................................. ix

DA NH SÁCH CÁC PHƢƠNG TRÌNH ................................................................... x

CHƢƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................. 1

1.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................... 11.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 2

1.2.1 Mục tiêu đề tài ................................................................................................ 2

1.2.2 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2

CHƢƠNG II: LƢỢ C KHẢO TÀI LIỆU ............................................................. 3

2.1 Tổng quan về tr ấu và tro tr ấu ......................................................................... 3

2.1.1 Hiện tr ạng tr ấu và tro tr ấu .............................................................................. 3

2.1.2 Thành phần hóa học của tr ấu .......................................................................... 4

2.1.3 Thành phần hóa học của tro tr ấu .................................................................... 6

2.2 Các loại phụ gia dùng trong xây dựng ............................................................ 6

2.2.1 Phụ gia khoáng hóa tính .................................................................................. 6

2.2.2 Ứ ng dụng phụ gia tro tr ấu trong vật liệu xây dựng ........................................ 7

2.3 Tổng quan về thủy tinh lỏng ........................................................................... 8

2.3.1 Sơ lƣợ c về thủy tinh lỏng ............................................................................... 82.3.2 Chỉ tiêu chất lƣợ ng của thủy tinh lỏng ........................................................... 9

2.3.3 Ứ ng dụng thủy tinh lỏng ................................................................................. 9

2.4 Gạch không nung ........................................................................................... 11

2.5 Công nghệ tổng hợ p gạch Geopolymer ......................................................... 12

2.6 Quy hoạch thực nghiệm trong hóa học .......................................................... 16

2.6.1 Khái niệm về quy hoạch thực nghiệm ........................................................... 16

2.6.2 Các bƣớ c quy hoạch thực nghiệm cực tr ị ...................................................... 20








Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 iv

2.6.3 Tối ƣu hóa ...................................................................................................... 24

CHƢƠNG III: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U ......... 26

3.1 Dụng cụ và hóa chất ...................................................................................... 26

3.1.1 Hóa chất ......................................................................................................... 263.1.2 Dụng cụ .......................................................................................................... 26

3.2 Quy trình điều chế chất phụ gia thủy tinh lỏng ............................................. 27

3.3 Quy trình chế tạo gạch không nung ............................................................... 28

3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu thô và xử lí sơ bộ ........................................................ 28

3.3.2 Chuẩn bị khuôn đúc mẫu ............................................................................... 29

3.3.3 Xác đinh khối lƣợ ng riêng tro tr ấu ................................................................ 29

3.3.4 Xác đinh khối lƣợng riêng xi măng ............................................................... 30

3.3.5 Xác đinh khối lƣợng riêng đá mi bụi ............................................................. 30

3.4 Quá trình đỗ mẫu ........................................................................................... 30

3.5 Thiết k ế thí nghiệm và tối ƣu hóa điều kiện sản xuất gạch bằng mô hình

Box Behnken Designs (BBD) ........................................................................ 31

3.6 Phƣơng pháp xác định tính chất gạch ............................................................ 32

3.6.1 Xác định cƣờng độ bền nén ........................................................................... 32

3.6.2 Xác định độ hút nƣớ c .................................................................................... 33

3.6.3 Xác định khối lƣợ ng thể tích ......................................................................... 33

3.7 Phân tích thống kê ......................................................................................... 33

CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN .............................. 34

4.1 Thành phần hóa học của tro tr ấu nguyên liệu ............................................... 34

4.2 Tổng hợ p phụ thủy tinh lỏng từ tro tr ấu ........................................................ 35

4.3 Cƣờng độ nén của gạch ................................................................................. 364.3.1 Ảnh hƣở ng của các nhân tố đến cƣờng độ gạch không nung ........................ 39

4.3.2 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia .............. 40

4.3.3 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ nƣớc/xi măng ............. 41

4.3.4 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng RHA và tỉ lệ nƣớc/xi măng ............... 43

4.4 Khối lƣợ ng thể tích gạch ............................................................................... 45

4.4.1 Ảnh hƣở ng của các nhân tố đến khối lƣợ ng thể tích gạch không nung ........ 48

4.4.2 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia .............. 49








Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 v

4.4.3 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ nƣớc/xi măng ............. 50

4.4.4 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng RHA và tỉ lệ nƣớc/xi măng ............... 52

4.5 Điều kiện tối ƣu hóa quá trình chế tạo gạch từ tro tr ấu ................................. 53

4.6 K ết quả tính chất gạch tại điểm tối ƣu ........................................................... 56CHƢƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 57

5.1 K ết luận .......................................................................................................... 57

5.2 Kiến nghị ....................................................................................................... 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 58








Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 vi

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

VLXD: Vật liệu xây dựng

RHA: Tro trấu CRH: Vỏ trấu đƣợc carbon hóa

PGKHT: Phụ gia khoáng hoạt tính

SF: Silicafume

GM-F và GM-P: Vữa tự chảy – không co

BBD: Mô hình Box Behnken Design

ANOVA: Phân tích phƣơng sai

XRD: Phân tích X-ray

Diffraction








Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 vii

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2-1: Một số hình ảnh về vỏ tr ấu . ................................................................... 5

Hình 2-2: Thủy tinh lỏng đƣợ c dùng làm phụ gia trong gạch không nung ........... 10Hình 2-3: Cấu trúc poly(sialates) ........................................................................... 13

Hình 2-4: Sơ đồ tích hợ p của hai cơ chế đóng rắn trong cùng một hệ thống ........ 14

Hình 2-5: Sơ đồ mô phỏng sự hoạt hóa vật liệu alumosilicat ............................... 15

Hình 2-6: Sơ đồ đối tƣợ ng nghiên cứu .................................................................. 16

Hình 2-7: Sơ đồ đối tƣợ ng nghiên cứu vớ i nhiễu e nhiều tính cộng ..................... 17

Hình 2-8: Thiết k ế thí nghiêm 3 yếu tố theo mô hình Box Behnken Design ......... 22

Hình 3-1: Quy trình tổng hợ p thủy tinh lỏng ......................................................... 27Hình 3-2: Quy trình chế tạo và xác định tính chất gạch không nung .................... 28

Hình 3-3: Tro tr ấu và đá mi bụi trƣớ c (a) và sau khi xử lý (b) .............................. 29

Hình 3-4: Khuôn đúc mẫu gạch ............................................................................. 29

Hình 3-5: Quá trình chế tạo gạch ........................................................................... 31

Hình 4-1: Phân tích X-ray của tro tr ấu từ nguồn công ty Đông Nam ................... 34

Hình 4-2: Quá trình tổng hợ p thủy tinh lỏng ......................................................... 35

Hình 4-3: Thủy tinh lỏng thu đƣợ c sau quá trình tổng hợ p ................................... 36

Hình 4-4: So sánh cƣờng độ nén của gạch ở thực nghiệm vớ i giá tr ị phỏng đoán

từ mô hình xây dựng ............................................................................. 38

Hình 4-5: Mức độ ảnh hƣở ng của các nhân tố đến cƣờng độ nén của gạch .......... 39

Hình 4-6: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợng RHA, hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ w/c bằng

0,35 lên cƣờng độ nén của gạch ............................................................ 40

Hình 4-7: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợng RHA, hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ w/c bằng0,55 lên cƣờng độ nén của gạch ............................................................ 40


0,75 lên cƣờng độ nén của gạch ............................................................ 41

Hình 4-9: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợ ng phụ gia, tỉ lệ w/c và hàm lƣợ ng RHA bằng

0% lên cƣờng độ nén của gạch .............................................................. 42


25% lên cƣờng độ nén của gạch ............................................................ 42








Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 viii



Hình 4-12: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợ ng RHA, tỉ lệ w/c và hàm lƣợ ng phụ gia bằng

0% lên cƣờng độ nén của gạch .............................................................. 44 Hình 4-13: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợ ng RHA, tỉ lệ w/c và hàm lƣợ ng phụ gia bằng

5% lên cƣờng độ nén của gạch .............................................................. 44



Hình 4-15: Khối lƣợ ng thể tích gạch thực nghiệm so với mô hình đƣợ c xây dựng 47

Hình 4-16: Mức độ ảnh hƣở ng của các nhân tố đến khối lƣợ ng thể tích gạch ....... 48


0,35 lên khối lƣợ ng thể tích gạch .......................................................... 49






0% lên khối lƣợ ng thể tích gạch ............................................................ 51


25% lên khối lƣợ ng thể tích gạch .......................................................... 51




0% lên khối lƣợ ng thể tích gạch ............................................................ 52 Hình 4-24: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợ ng RHA, tỉ lệ w/c và hàm lƣợ ng phụ gia bằng

5% lên khối lƣợ ng thể tích gạch ............................................................ 53



Hình 4-26: Ảnh hƣởng hàm lƣợ ng RHA, phụ gia và tỉ lệ bằng 0,56 lên cƣờng độ

và khối lƣợ ng thể tích gạch ................................................................... 54








Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 ix

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1-1: Lƣợng đất sét sử dụng và khí CO2 thải ra môi trƣờ ng trong quá trình

sản xuất gạch đất nung .......................................................................... 2Bảng 2-1: Thành phần hữu cơ của vỏ tr ấu .............................................................. 5

Bảng 2-2: Thành phần hóa học của vỏ tr ấu ............................................................ 5

Bảng 2-3: Các thành phần oxit có trong tro tr ấu ..................................................... 6

Bảng 2-4: Chỉ tiêu chất lƣợ ng của natrisilicate ...................................................... 9

Bảng 2-5: Thiết k ế thí nghiệm 3 yếu tố theo mô hình Box Behnken Design ......... 23

Bảng 2-6: Số thí nghiệm tƣơng ứng vớ i các số yếu tố ........................................... 23

Bảng 3-1: Phạm vi biến đổi các nhân tố trong quá trình chế tạo gạch ................... 32Bảng 4-1: K ết quả phân tích hóa lý của tro tr ấu, xi măng và xà bần ...................... 34

Bảng 4-2: K ết quả phân tích natrisilicate đƣợ c tổng hợ p ....................................... 36

Bảng 4-3: K ết quả cƣờng độ nén của các mẫu gạch không nung ........................... 37

Bảng 4-4: So sánh giá tr ị thực và giá tr ị phỏng đoán về cƣờng độ nén theo mô

hình ........................................................................................................ 37

Bảng 4-5: K ết quả phân tích ảnh hƣở ng của các nhân tố mã hóa đớ i vớ i mô hình

hồi quy ................................................................................................... 39

Bảng 4-6: K ết quả thí nghiệm xác định khối lƣợ ng thể tích gạch không nung ..... 46

Bảng 4-7: So sánh giá tr ị thực và giá tr ị phỏng đoán về khối lƣợ ng thể tích theo

mô hình. ................................................................................................... 46

Bảng 4-8: K ết quả phân tích ảnh hƣở ng của các nhân tố mã hóa đớ i vớ i mô hình

hồi quy. .................................................................................................... 48

Bảng 4-9: Ảnh hƣởng hàm lƣợng RHA đến cƣờng độ nén và khối lƣợ ng thể tích ......................................................................................................... 55

Bảng 4-10: Ảnh hƣởng hàm lƣợ ng phụ gia đến cƣờng độ nén và khối lƣợ ng thể

tích. ........................................................................................................ 55

Bảng 4-11: Ảnh hƣởng hàm lƣợ ng phụ gia đến cƣờng độ nén và khối lƣợ ng thể

tích. ........................................................................................................ 56

Bảng 4-12: K ết quả phân tích tính chất gạch không nung ...................................... 56








Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 x

DANH SÁCH CÁC PHƢƠNG TRÌNH

Phƣơng trình 2-1: Mô hình hồi quy tổng quát theo Box Behnken Design ........... 18

Phƣơng trình 2-2: Công thức tính giá tr ị X j .......................................................... 19 Phƣơng trình 2-3: Công thức tính giá tr ị ΔZ j ........................................................ 19

Phƣơng trình 2-4: Công thức tính giá tr ị mã hóa x j .............................................. 19

Phƣơng trình 2-5: Công thức tính giá tr ị biến thiên Δx j ........................................ 19

Phƣơng trình 2-6: Mô hình bậc hai tuyến tính ...................................................... 21

Phƣơng trình 2-7: Mô hình bậc hai phi tuyến tính ................................................ 21

Phƣơng trình 2-8: Công thức tính số thí nghiệm theo mô hình BBD ................... 23

Phƣơng trình 2-9: Mô hình toán học của thiết k ế thí nghiệm ............................... 23 Phƣơng trình 3-1: Công thức tính cƣờng độ chịu nén ........................................... 32

Phƣơng trình 3-2: Công thức tính độ hút nƣớ c ..................................................... 33

Phƣơng trình 3-3: Công thức tính khối lƣợ ng thể tích gạch xây .......................... 33

Phƣơng trình 4-1: Phƣơng trình hồi quy dạng mã hóa của cƣờng độ nén ............ 38

Phƣơng trình 4-2: Phƣơng trình hồi quy dạng thực của cƣờng độ nén ................. 38

Phƣơng trình 4-3: Phƣơng trình hồi quy dạng mã hóa của khối lƣợ ng thể tích ... 47

Phƣơng trình 4-4: Phƣơng trình hồi quy dạng mã thực của khối lƣợ ng thể tích .. 47








Huỳnh Diệ p Hải Đăng - 2102337 1

CHƢƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Đặt vấn đề

Sản xuất gạch đất nung là một nghề truyền thống ở Việt Nam. Làng nghề này đãgiải quyết việc làm cho hàng triệu lao động phổ thông, nhất là các lao động ở nông

thôn. Tuy nhiên, làng nghề này đã và đang gây ra những ô nhiễm môi trƣờ ng r ất

nghiêm tr ọng về không khí (bở i CO2, HF, bụi,…), nƣớ c và cạn kiệt nguồn tài nguyên

đất (xem ở bảng 1-1) (Đ.Vinh, 2006). Mặc khác, việc ô nhiễm bở i tro tr ấu (nguồn gốc

tạo bụi và làm thay đổi giá tr ị pH của nƣớc) đƣợ c tạo ra từ quá trình nung gạch cũng là

một vấn đề r ất đáng quan tâm. Hiện tại, ở Việt Nam hầu nhƣ chƣa có biện pháp hữu

hiệu để xử lý cũng nhƣ tận dụng nguồn chất thải này. Mặc dù, bên trong tro tr ấu cóchứa một số thành phần hóa học r ất hữu ích (SiO2, Al2O3...) cho các ngành công

nghiệp nhƣ: công nghiệ p thép, công nghiệp xi măng, vật liệu xây dựng nhẹ, v.v...(Bộ

Tài Nguyên & Môi trƣờ ng, 2009). Bên cạnh vấn đề ô nhiễm môi trƣờ ng từ việc sản

xuất gạch nung, thì ô nhiễm môi trƣờ ng do phế phẩm tro tr ấu đang là vấn đề đƣợ c

quan tâm trong thờ i gian hiện nay. Để tận dụng nguồn tro tr ấu từ các nhà máy, lò đốt

và các ngành nông nghiệ p thì có r ất nhiều phƣơng pháp, trong đó phƣơng pháp sản

xuất silic oxit (SiO2) đƣợ c ứng dụng khá hiệu quả (Thắng, 2003). Tuy nhiên, hiện nay

sản lƣợ ng tro tr ấu khoảng 3,6 triệu tấn/năm, thì phƣơng pháp sản xuất silic oxit không

có giải quyết k ị p thời đƣợc lƣợ ng phế phẩm cao đến thế.

Bên cạnh đó, nhà nƣớc cũng đƣa ra nhiều chủ trƣơng nhƣ: chủ trƣơng của Thủ

tƣớng: “Chƣơng trình 567”; “Chỉ thị số 10” và “Thông tƣ 09” của Bộ Xây dựng, nhằm

hạn chế việc sản xuất, sử dụng gạch đất nung, thay vào đó là phát triển gạch không

nung, góp phần làm giảm thiểu những ảnh hƣớ ng xấu đến môi trƣờ ng (Bộ Xây Dựng,2010). Gạch không nung có những tính chất đặc trƣng ƣu việt hơn so vớ i gạch đất

nung nhƣ thân thiện với môi trƣờng, độ cứng cao, cách nhiệt tốt, kích thƣớ c chuẩn xác

v.v.... Do đó, việc nghiên cứu tận dụng tro tr ấu làm chất độn trong việc sản xuất gạch

không nung sẽ giải quyết đƣợ c hai vấn đề: (i) ô nhiễm môi trƣờ ng do quá trình sản

xuất gạch nung truyền thống; (ii) vừa tận dụng đƣợ c nguồn phế phẩm – tro tr ấu trong

các ngành nông nghiệ p, vừa giải quyết vấn đề xử lý phế phẩm tro tr ấu hiện nay.









Bảng 1-1: Lƣợng đất sét sử dụng và khí CO2 thải ra môi trƣờ ng trong quá trình sản

xuất gạch đất nung (Bộ Xây Dựng, 2010).

Nguyên liệu Sản lƣợng

Hàng năm Năm 2020 Đất sét (m3) 36 triệu 60 triệu Than đốt (tấn) 3,6 6Khí thải CO2 (tấn) 12 20Gạch đất nung (viên) 24 tỷ 40 tỷ

1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứ u

1.2.1 Mục tiêu đề tài

Đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro tr ấu trong quy trình sản xuất gạch không nung”

đƣợ c thực hiện vớ i những mục tiêu sau:

Tổng hợ p chất phụ gia thủy tinh lỏng từ tro tr ấu và NaOH bằng phƣơng pháp

nung hệ mở .

Sản xuất “Gạch không nung” bằng phƣơng phƣơng pháp polymer hóa, đồng

thờ i tạo ra đƣợ c vật liệu xây dựng có giá thành thấ p.

Tận dụng đƣợ c nguồn phế phẩm tro tr ấu thải ra từ các nhà máy và giải quyết

vấn đề ô nhiễm môi trƣờ ng từ tro tr ấu gây ra.1.2.2 Phạm vi nghiên cứ u

Phạm vi nghiên cứu đƣợ c giớ i hạn trong các lĩnh vực sau: Nguồn tro tr ấu đƣợ c lấy

từ công ty Thủy sản Đông Nam (KCN Trà Nóc, Cần Thơ). Tiến hành thực hiện tổng

hợ p phụ gia và sản xuất gạch không nung từ tro tr ấu, không nghiên cứu làm các loại

vật liệu xây dựng khác.









CHƢƠNG II: LƢỢ C KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về trấu và tro trấu

Lúa là một trong năm loại cây lƣơng thực chính của thế giớ i, cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lƣợ ng calo tiêu thụ bởi con ngƣờ i. Nó là loại thực vật sống một năm, có thể cao tớ i

1-1,8 m, đôi khi cao hơn, vớ i các lá mỏng, hẹ p bản (2-2,5 cm) và dài 50-100 cm. Các

hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay r ủ xuống, dài

30-59 cm. Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) khi non có

màu xanh, chín có màu vàng, dài 5-12 mm và dày 2-3 mm. Cây lúa non đƣợ c gọi là

mạ. Sau khi ngâm ủ ngƣờ i ta có thể gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa

đã đƣợ c cày, bừa k ỹ hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một thờ i gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính. Sản phẩm thu

đƣợ c từ cây lúa là thóc. Sau khi xay xát bỏ lớ p vỏ ngoài thu đƣợ c sản phẩm chính là

gạo và các phụ phẩm là cám và tr ấu.

Tr ấu là lớ p vỏ ngoài cùng của hạt lúa và đƣợ c tách ra trong quá trình xay xát. Tr ấu

chiếm 20% hạt thóc, có màu vàng, nhẹ xốp và có kích thƣớ c trung bình khoảng

8-10 mm chiều dài, còn chiều r ộng từ 2-3 mm và dày 0,2 mm. Khối lƣợ ng thể tích của

tr ấu khi nén khoảng 122 kg.m-3. Khi đốt 1 kg tr ấu sinh ra nhiệt lƣợ ng khoảng

300 kcal và 0,2 kg tro tr ấu (Dƣơng & Yến, 2010).

2.1.1 Hiện trạng trấu và tro trấu

Tr ấu tậ p trung chủ yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng.

Theo số liệu thống kê của Viện Nghiên cứu phát triển đồng bằng sông Cửu Long, chỉ

tính riêng Đồng bằng sông Cửu Long có trên 4 triệu tấn tr ấu mỗi năm. Mỗi tấn vỏ tr ấu

khi đốt cháy tỏa ra nhiệt lƣợ ng lớ n tới 3.400.000 kcal, đồng thờ i tạo ra khoảng 200 kgtro tr ấu.

Tuy nhiên, hiện nay nguồn tro tr ấu đang gây ra ô nhiễm môi trƣờ ng. Tro tr ấu thải

ra từ các nhà máy xay xát không nơi tiêu thụ, không kho bãi chứa chỉ còn cách tuồn

thẳng xuống kênh r ạch, sông ngòi. Hậu quả làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớ c và mùi hôi

làm ảnh hƣởng đến sinh hoạt của ngƣời dân. Trong khi đó trên thế giớ i, nhiều nƣớ c

nông nghiệp đã tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có này phục vụ cho các lĩnh vực nhƣ









vật liệu, xây dựng và một số nƣớc đang áp dụng là Trung Quốc, Ấn Độ, Mông Cổ…

hàng năm đã sản xuất hàng loạt các sản phẩm từ tro tr ấu.

Đã hàng loạt những công trình nghiên cứu, tận dụng nguồn tro tr ấu khổng lồ của

vựa lúa lớ n nhất nƣớ c làm nguyên liệu để phục vụ sản xuất, đờ i sống đƣợ c triển khaithực tế. Và nhiều doanh nghiệp, cơ sở sản xuất, ngƣời dân đã làm giàu từ nguồn phế

phẩm này. Song vẫn không tiêu thụ hết đƣợ c, vì khối lƣợ ng tro tr ấu phát sinh ra quá

lớn. Thêm vào đấy, nông nghiệp nƣớ c ta còn mang tính nhỏ lẻ nên gặp khó khăn trong

việc thu gom. Vì vậy, tro tr ấu thải ra vẫn cứ tồn tại nhƣ một loại chất độc, đe dọa từng

ngày cuộc sống và môi trƣờ ng vẫn diễn ra ở Đồng bằng sông Cửu Long.

2.1.2 Thành phần hóa học của trấu

Thành phần hóa học của tr ấu thay đổi theo loại thóc, mùa vụ canh tác, thổ nhƣỡ ng

của từng vùng miền. Nhƣng hầu hết trong tr ấu chứa trên 75% chất hữu cơ dễ bay hơi

sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Các chất hữu cơ

của tr ấu là các mạch polycarbohydrat r ất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử

dụng tr ực tiếp đƣợc, nhƣng các thành phần này lại r ất dễ cháy nên có thể dùng làm

chất đốt. Sau khi đốt, tro tr ấu có chứa trên 80% là silic oxit, đây là thành phần đƣợ c sử

dụng trong r ất nhiều lĩnh vực.









Hình 2-1: Một số hình ảnh về tr ấu.

(Nguồn: http://www.pioneerstar.com.vn/Pages/About_Products.aspx?Type=1&ID=25)

Bảng 2-1: Thành phần hữu cơ của tr ấu.

Thành phần hữu cơ Tỷ lệ theo khối lƣợ ng (%)α-cellulose 35-40

Lignin 25-30Hemi-cellulose 20-30 Nitơ và vô cơ 10

(Nguồn: http://www.energyefficiencyasia.org/)

Bảng 2-2: Thành phần hóa học của tr ấu.

Thành phần hữu cơ Tỷ lệ theo khối lƣợ ng (%)

Carbon 41,44Hydro 4,94

Oxi 37,32 Nitơ 0,57Tro 15,73

(Nguồn http://cgpl.iisc.ernet.in/site/Portals/0/Technologies/PrecipitatedSilica.pdf)

Tr ấu Đốt cháy tr ấu

Tro tr ấu (RHA) Tr ấu đƣợ c carbon hóa (CRH)









2.1.3 Thành phần hóa học của tro trấu

Tr ấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa các thành

phần oxit kim loại. Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lƣợ ng cao nhất trong

tro chiếm khoảng 80-90%. Các thành phần oxit có trong tro đƣợ c thể hiện qua bảng bên dƣớ i (bảng 2-3). Và chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống cây lúa, điều kiện

khí hậu, đất đai của từng vùng miền. Hàm lƣợ ng SiO2 trong tro tr ấu r ất cao, và nó

đƣợ c sử dụng trong đờ i sống sản xuất r ất phổ biến. Nếu tận dụng đƣợ c nguồn SiO2 có

ý nghĩa rất lớn đối với nƣớc ta. Làm đƣợc điều này ta sẽ không cần nhậ p khẩu SiO2 và

vấn đề ô nhiễm môi trƣờ ng do tr ấu và tro tr ấu cũng đƣợ c cải thiện.

Bảng 2-3: Các thành phần oxit có trong tro tr ấu.

Thành phần oxit Tỷ lệ theo khối lƣợ ng (%)SiO2 80-90Al2O3 1-2,5K 2O 0,2CaO 1-2

Na2O 0,2-0,5

(Nguồn http://cgpl.iisc.ernet.in/site/Portals/0/Technologies/PrecipitatedSilica.pdf)

2.2 Các loại phụ gia dùng trong xây dự ng

Hóa chất hay nguyên liệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào nghiền chung vớ iclinker xi măng nhằm mục đích cải thiện công nghệ nghiền, nung hay tính chất của sản

phẩm đƣợ c gọi chung là phụ gia. Ngoài ra còn góp phần hạ giá thành sản phẩm và tăng

sản lƣợ ng (Thảo & Tuấn, 2010).

2.2.1 Phụ gia khoáng hóa tính (PGKHT)

Phụ gia khoáng hoạt tính là những phụ gia sử dụng trong xi măng Portland làm

tăng một số tính chất của quá trình đóng rắn xi măng hoặc có hoạt tính puzơlan, hoặc

có cả 2 tính chất trên.

Thí dụ PGKHT puzơlan là những vật liệu chứa SiO2 vô định hình hoặc Al2O3 hoạt

tính khi có mặt ẩm. Bản thân phụ gia puzơlan không có khả năng gắn chắc trong nƣớ c

nhƣng trong môi trƣờ ng có nồng độ vôi nhất định thì nó sẽ tƣơng tác vớ i vôi tạo thành

hợ p chất mớ i có khả năng r ắn chắc đƣợc trong nƣớ c.

Ca(OH)2 + SiO2 = (0,8-1,5)CaO.SiO2.nH2O

Ca(OH)2 + Al

2O

3 = CaO.Al

2O

3.nH

2O









Ngoài ra C3A (Aluminat Canxi) thủy hóa tạo ra C3AH6 sẽ tác dụng vớ i SiO2 vô

định hình theo phản ứng:

C3AH6 + SiO2 = 3CaO.Al2O3.SiO2.nH2O

Ngoài ra còn có PGKHT xỉ lò cao là sản phẩm tạo thành ngành công nghệ luyệnkim. Thành phần chủ yếu là SiO2 vô định hình và các alumosilicat của CaO. Kích

thƣớ c hạt của xỉ thƣờ ng < 45 µm. Xỉ có thể là chất k ết dính độc lậ p. Có diện tích bề

mặt riêng 400-600 m3.kg-1 và khối lƣợ ng riêng 2,85-2,95 g.cm-3

2.2.2 Ứ ng dụng phụ gia tro trấu trong vật liệu xây dự ng

Hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm bê tông và vữa tính năng cao trong xây

dựng ngày càng tăng, vì vậy việc sử dụng tro tr ấu mang lại hiệu quả r ất lớ n cả về kinh

tế, k ỹ thuật và bảo vệ môi tƣờ ng.

Tiến sĩ Trần Bình đã thành công trong việc chế tạo vật liệu mới Vinasilic và đăng

ký sáng chế tại Cục Sở hữu Trí Tuệ Việt Nam 2007. Loại vật liệu này sản xuất từ

nguồn tr ấu. K ết quả thực nghiệm cho thấy: mẫu bê tông đƣợ c tr ộn phụ gia vinasilic có

cƣờng độ chịu nén tối thiểu là 1200 kg.cm-2. Chỉ cần pha tr ộn một lƣợ ng vinalilic bằng

khoảng 10% hàm lƣợng xi măng (Hải & Long, 2008).

Viện Khoa học-Công nghệ Xây dựng đã nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng thành

công hai loại vữa chảy và vữa bơm không co cƣờng độ cao là GM-F và GM-P, có sử

dụng phụ gia tro tr ấu trên cơ sở sử dụng silicafume của Tây úc (Nam, 2013).

Thạc sĩ Nguyễn Tiến Trung-Viện Thủy công đã nghiên cứu thành công bê tông

giảm độ thấm ion clo vớ i phụ gia thay thế xi măng về khối lƣợ ng là tro tr ấu 5% và tro

bay 10%. Không những giảm đƣợc độ thấm ion clo (tác nhân gây ăn mòn cốt thép bê

tông) xuống hai cấ p so vớ i mẫu đối chứng mà cƣờng độ nén cũng hơn so vớ i mẫu đối

chứng.Tiến s ĩ Tr ần Bá Việt, Viện khoa học Công nghệ Xây dựng đã nghiên cứu dùng tro

tr ấu làm phụ gia tăng cƣờng độ cho bê tông chất lƣợng cao, lƣợ ng phụ gia khoảng

10% đƣợ c xem là tối ƣu. Kết quả nghiên cứu cho thấy tro tr ấu hoàn toàn có thể thay

thế silicafume (SF) dạng nén, bê tông đạt cƣờng độ nén sau 28 ngày là 600 daN/cm2

(Dƣơng & Yến, 2010).

Tro tr ấu không những đƣợ c áp dụng trong công trình xây dựng, còn đƣợ c sử dụng

làm chất phụ gia trong ngành sản xuất thép.









Hiện tại, việc ứng dụng phụ gia tro tr ấu trong xây dựng ở nƣớc ta chƣa đƣợ c phổ

biến, đa phần chỉ đƣợ c áp dụng trên quy mô thực nghiệm. Việt Nam vẫn chƣa sản xuất

đƣợ c phụ gia tro tr ấu, còn phải nhậ p khẩu từ các nƣớ c Trung Quốc, Ấn Độ, v.v…

2.3 Tổng quan về thủy tinh lỏng2.3.1 Sơ lƣợ c về thủy tinh lỏng

Thủy tinh lỏng là dung dịch đậm đặc của sodium silicate trong nƣớ c. Thủy tinh

lỏng là một hóa chất đƣợ c sử dụng r ất nhiều trong công nghiệp, đặc biệt là trong các

nghành công nghiệ p giấy và bột giấy, công nghiệ p chất tẩy r ửa, công nghiệ p gốm sứ

và cả trong lĩnh vực vật liệu composite,…(Phƣớ c & Em, 2012).

Cho đến nay, thủy tinh lỏng đã đƣợ c biết đến nhƣ là một nguyên liệu trong ngành

công nghiệ p chất tẩy r ửa. Bở i vì chúng có thể cung cấ p một lƣợ ng kiềm lớ n và khả

năng đệm pH r ất tốt. Một số loại còn có thể hỗ tr ợ cho việc tổng hợ p chất tẩy r ửa vớ i

khả năng chống keo tụ và ngăn ngừa sự lắng đọng trong dung dịch keo. Các loại khác

có thể tác động tr ực tiếp nhƣ là chất làm mềm nƣớc và đáp ứng các tiêu chuẩn trong

công nghiệ p chất tẩy r ửa. Một tính chất quan tr ọng khác là khả năng ăn mòn thủy tinh

và các kim loại trong quá trình r ửa và làm sạch. Trong quá trình sản xuất chất tẩy r ửa,

chúng đƣợ c xem là chất hỗ tr ợ xử lý quan tr ọng trong quá trình tích tụ của các hạt chất

tẩy r ửa, điều chỉnh mật độ số lƣợ ng bột chất tẩy r ửa.

Đặc trƣng của thủy tinh lỏng là tỷ lệ SiO2/Na2O theo khối lƣợ ng. Giá tr ị đặc trƣng

này thƣờng đƣợ c gọi là module. Tỷ lệ SiO2/Na2O cũng có thể đƣợ c thể hiện trên cơ sở

phân tử. Việc chuyển đổi giữa module và tỷ lệ phân tử có thể đƣợ c chuyển đổi bằng

tr ọng lƣợ ng công thức phân tử tƣơng ứng. Trong trƣờ ng hợ p của sodium silicate,

module đã đƣợ c nhân vớ i hệ số chuyển đổi 1,032 để có đƣợ c tỷ lệ phân tử.

Trong thƣơng mại, sodium silicate là loại hóa chất quan tr ọng nhất trong số cácsilicate kim loại kiềm. Chúng là loại hóa chất đƣợ c sử dụng vớ i nhiều dạng, mức độ và

thành phần khác nhau. Sodium silicate đƣợ c bán trên thị trƣờ ng không chỉ dƣớ i dạng

dung dịch mà còn ở dạng bột mịn và dạng hạt vớ i số lƣợ ng lớ n. Dạng r ắn thì đƣợ c sử

dụng từ dạng vô định hình tớ i dạng tinh thể và từ khan cho tớ i các loại ngậm nƣớ c.









2.3.2 Chỉ tiêu chất lƣợ ng của thủy tinh lỏng

Bảng 2-4: Chỉ tiêu chất lƣợ ng của Natrisilicate (TCCS 05:2010/HCVT).

Stt Tên chỉ tiêu Đơn vị Mứ c chất lƣợ ng1 Ngoại quan Chất lỏng trong, đồng nhất2 Khối lƣợ ng riêng (25 °C) g.ml- 1,40÷1,453 Hàm lƣợ ng Na2O % 9÷134 Hàm lƣợ ng SiO2 % 28÷335 Mô đun Silic 2,50÷3,00

Chỉ tiêu chất lƣợ ng silicate cụ thể:

Sodium silicate lỏng loại module cao:

- Ngoại quan: chất lỏng đồng nhất, sánh, trong suốt, cho phép có màu tr ắng

đục hoặc ngà vàng.- Hàm lƣợng Na2O: ≥ 10%

- Hàm lƣợng SiO2: ≥ 26%

- Tỷ tr ọng ở 20 °C: 1,4-1,6 g.ml-1

- Cặn không tan: ≤ 0,5%

- Module: 2,3-2,7

Sodium silicate lỏng loại module thấp:

-

Ngoại quan: chất lỏng đồng nhất, sánh, trong suốt, cho phép có màu tr ắng

đục hoặc ngà vàng

- Hàm lƣợng Na2O: ≥ 13%

- Hàm lƣợng SiO2: ≥ 20%

- Tỷ tr ọng ở 20 °C: 1,4-1,7 g.ml-1

- Cặn không tan: ≤ 0,5%

-

Module: 1,5-1,72.3.3 Ứ ng dụng thủy tinh lỏng

Thủy tinh lỏng đƣợ c sử dụng r ộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp nhƣ chất bịt

kín trong các khuôn đúc kim loại, chất gắn, chất chống k ết bông, chất tạo nhủ và chất

đệm. Đặc biệt là trong các ngành công nghiệ p giấy và bột giấy vớ i ngành công nghiệ p

chất tẩy r ửa. Ngoài ra thủy tinh lỏng đƣợ c sử dụng làm vật liệu chống thấm trong xây

dựng, vật liệu chịu nhiệt, cách âm, chất cách điện, chất bọc que hàn điện vật liệu xây

dựng, keo dán, chất độn, giấy carton, các điện cực dƣơng kim loại nhẹ, các chất không









thấm khí, chất độn hoặc sử dụng ở dạng tấm làm vật liệu chống ăn mòn và là thành

phần chính trong đơn cấ p phối sản xuất Bê tông chịu acid ...

Hình 2-2: Thủy tinh lỏng đƣợ c dùng làm phụ gia trong gạch không nung

(Nguồn: http://gachtanoi.com/tin-tuc/gach-polymer-tanoi-la-gi/k8)

Trong công nghiệ p giấy và bột giấy thủy tinh lỏng có nhiệm vụ vận chuyển các ion

kim loại, đệm pH, làm chất ổn định, là tác nhân hoạt động bề mặt, làm chất tr ợ lọc và

hạn chế sự ăn mòn. Nó có thể giữ các nhóm peroxide để làm cho bột giấy tr ắng hơn.

Trong công nghiệ p chất tẩy r ửa, nó làm nhiệm vụ phân tán đều hỗn hợ p huyền phù,

tạo môi trƣờ ng kiềm giúp tăng cƣờ ng hiệu quả giặt tẩy, chất nhũ hóa các hệ dầu mỡ

hữu cơ, hạn chế sự ăn mòn kim loại trong quá trình hoạt động và vệ sinh thiết bị.

Những vật liệu gồm nhiều thành phần khi k ết khối lại đòi hỏi một chất k ết dính để

đạt đƣợ c lực liên k ết giữa các thành phần đủ lớ n. Và nhìn chung chất k ết dính có thể

đƣợ c chia thành ba nhóm: dạng matrix, dạng film và chất k ết dính hóa học. Sodium

silicate là độc đáo ở chỗ nó có thể đáp ứng đƣợ c cả ba khả năng trên. Ví dụ, nhƣ là

một chất k ết dính matrix, sodium silicate sẽ đƣợ c sử dụng cùng với xi măng Portland

hoặc xi măng puzơlan để tăng thêm cƣờng độ cho chúng.

Film hình thành chất k ết dính nhƣ keo do sự bay hơi của nƣớ c hoặc các dung môi.Sodium silicate thƣơng mại sẵn có chứa 45-65% nƣớ c theo tr ọng lƣợ ng. Mất một phần

nhỏ của nƣớ c này, ngay cả trong điều kiện môi trƣờng bình thƣờng cũng có thể tạo

thành film thủy tinh mạnh mẽ và cứng nhắc. Thời gian phơi khô sẽ phụ thuộc vào

module, nồng độ, độ nhớt, độ dày màng của thủy tinh lỏng cũng nhƣ nhiệt độ và độ ẩm

của không khí. Có đôi khi ngƣờ i ta làm khô màng thông qua việc bổ sung nhiệt.

Chất k ết dính hóa học có chức năng phản ứng vớ i vật liệu thành phần hoặc làm cho

các vật liệu thành phần phản ứng với nhau để tạo thành một khối vững chắc. Ví dụ rõ









nhất là việc sử dụng của sodium silicate hòa tan vớ i một nguồn canxium. Phản ứng sẽ

sinh ra các hydrate của canxium silicate. Đây là một chất k ết dính r ất tốt, thƣờ ng gặ p

nhất là trong bê tông cốt thép.

Một lĩnh vực mới đƣợ c nghiên cứu gần đây đó là ứng dụng của thủy tinh lỏngtrong công nghệ chế tạo silica aerogel. Silica aerogel có giá bán trên thị trƣờ ng r ất đắt

bở i vì nguyên liệu để sản xuất nó là các hợ p chất alkoxide, những hợ p chất này vốn có

giá r ất đắt trên thị trƣờng nên khi dùng nó để sản xuất aerogel thì giá của silica aerogel

càng đắt hơn nữa. Do vậy thủy tinh lỏng là một hƣớng đi mới đầy triễn vọng để hạ giá

thành của silica aerogel.

2.4 Gạch không nung

Gạch không nung là loại gạch xây sau khi đƣợ c tạo hình thì tự đóng rắn đạt các chỉ

số về cơ học: cƣờng độ nén, uốn, độ hút nƣớc…mà không cần qua nhiệt độ (Minh,

2011). Có nhiều loại gạch không nung hiện đang sử dụng:

Gạch papanh: gạch không nung đƣợ c sản xuất từ phế thải công nghiệ p: xỉ,

than, vôi bột đƣợ c sử dụng lâu đờ i ở nƣớ c ta. Gạch có cƣờng độ thấ p từ

30-50 kg.cm-2 chủ yếu dùng cho các loại tƣờ ng ít chịu lực.

Gạch block: gạch đƣợ c hình thành từ đá vụn, cát, xi măng có cƣờ ng độ chịu

lực cao có thể xây nhà cao tầng. Nhƣợc điểm của loại gạch này là nặng, to, khó

xây và chƣa đƣợ c thị trƣờ ng chấ p nhận r ộng rãi.

Gạch xi măng-cát: gạch đƣợ c tạo thành từ cát và xi măng.

Gạch không nung: từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá bazan. Loại

gạch này chủ yếu sử dụng ở các vùng có nguồn puzơlan tự nhiên, hình thức sản

xuất tự phát, mang tính chất địa phƣơng, quy mô nhỏ.

Ở nƣớ c ta, tỷ lệ sử dụng gạch không nung r ất thấp, đến thời điểm này tỷ lệ gạchkhông nung mớ i chiếm 4-5% sản lƣợ ng gạch toàn quốc – mặc khác tỷ lệ gạch không

nung thủ công lại chiếm tớ i 70-100% tùy theo từng địa phƣơng. Nguyên nhân chủ yêu

nhƣ sau:

- Quan điểm gạch nung để xây tƣờng nhà đã có từ ngàn đờ i, việc loại bỏ nó ra

khỏi đờ i sống nhân dân là một vấn đề xã hội r ất khó khăn.









- Các dây chuyền gạch không nung đƣa vào nƣớ c ta phần lớ n là thiết bị quá đắt,

công nghệ phức tạ p, làm cho giá thành viên gạch không nung tr ở thành một

loại hàng “xa xỉ” trong nhân dân và nhƣ vậy gạch nung vẫn thắng thế.

-

Điều quan tr ọng nhất là chƣa có công nghệ sản xuất gạch không nung từ nhữngvật liệu đơn giản, r ẻ tiền, ít ảnh hƣởng đến đất canh tác mà còn làm sạch môi

trƣờng nhƣng giá thành hợ p lý xây dựng cùng thiết bị dây chuyền sản xuất vớ i

năng suất cao, nhƣng giá thành hợ p lý cho ra sản phẩm, r ẻ phù hợ p vớ i nền

kinh tế của nƣớ c ta hiện nay.

Nhƣ vậy, gạch không nung hiện nay có nhiều chủng loại, nhƣng vẫn chƣa đƣa vào

thực tế một các r ộng rãi do các nguyên nhân đã đƣa ra ở phần trên.

2.5 Công nghệ tổng hợ p gạch Geopolymer

Davidovits đã giớ i thiệu thuật ngữ “Geopolymer” vào năm 1978. Đây là một

polymer vì có sự chuyển biến thù hình, polymer hóa và đóng rắn ở nhiệt độ thấ p.

Thành phần chủ yếu là các nguyên tố silic và nhôm có nguồn gốc địa chất hoặc sản

phẩm từ sản xuất (zeolite, tro bay...). Thành phần hoá của vật liệu geopolymer này

giống với zeolite, nhƣng chúng biểu hiện là một cấu trúc vô định hình (Heah et al.,

2012)

Sản phẩm tổng hợ p có cấu trúc vô định hình đến nửa tinh thể đƣợc đặc tên là

“Geopolymer”. Bao gồm những loại sau:

Poly(sialate) (-Si-O-Al-O-),

Poly(sialate-siloxo) (-Si-O-Al-O-Si-O-),

Poly(sialate-disiloxo) (-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-).

Những geopolymer cơ bản dựa trên những alumino-silico là polysialate. Sialate là

viết tắt của Silic-Oxy-Nhôm. Khung sialate bao gồm những tứ diện SiO4 và AlO4 đƣợ cnối xen k ẹ p vớ i nhau bằng các nguyên tố oxy. Những ion dƣơng (Na+, K +, Li+, Ca2+,

Ba2+, NH4+, H3O

+) phải hiện diện trong các hốc của khung để cân bằng điện tích của

Al3+ trong khối tứ diện.

Polysialate có thể viết tắt theo công thức: Mn{-(SiO2)z-AlO2}n. wH2O

Trong đó: M: các cation kim loại kiề m hay kiề m thổ .

n: mức độ polymer hoá

z: 1,2,3









Các dạng k ết hợ p khác nhau của poly(sialate) đƣợ c nêu trong hình 2-4.

Hình 2-3: Cấu trúc poly(sialates) theo Davidovits.

(Nguồn: http://www.memoireonline.com/09/10/3929/m_Reticulation-geopolymerique-a-basse-

temperature-de-quelques-aluminosilicates4.html)

Ở nhiệt độ thấp hơn 100 °C, sự polymer hoá khoáng vật là phản ứng hoá học giữa

các oxit alumino-silicate vớ i polisilicate kiềm tạo thành một khung xƣơng Si-O-Al;

tr ạng thái vô định hình đến nửa k ết tinh cấu trúc các silico-aluminate theo 3 chiều

trong không gian là polysialate, polysialate-siloxo, và polysialate-disiloxo.

Vớ i tiền thân của polymer hoá khoáng kaolinite, sự đa trùng ngƣng bằng phƣơng

pháp thuỷ nhiệt ở 150 °C/5-10 Mpa trong môi trƣờ ng kiềm, xảy ra trong vòng 20 giây

theo hình 2-5.Sản phẩm tổng hợp theo cơ chế này không có sự hiện diện của nƣớ c trong cấu trúc

phân tử, mặt dù môi trƣờng nƣớ c là cần thiết trong quá trình phản ứng. Điều này trái

với cơ chế đóng rắn bằng xi măng portland.

S ự k ế t hợ p của hai cơ chế đóng rắ n trong cùng một hệ thố ng:

Thực nghiệm cho thấy nếu k ết hợp hai cơ chế đóng rắn này cùng trong một hệ

thống thì k ết quả chất lƣợng cao hơn, thời gian đóng rắn nhanh hơn, và thời gian đạt

cƣờng độ cũng sớm hơn.

Si:Al=1 Poly(sialate)

-Si-O-Al-O-

Si:Al=2 Poly(sialate-siloxo)

-Si-O-Al-O-Si-O

Si:Al=2 Poly(sialate-disiloxo)

-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-

Si:Al>3 Sialate-link









Đi từ những vật liệu truyền thống là xi măng, cát và các loại khoáng có hoạt tính

cao nhƣ kaolinite, meta kaolinite, tro bay, muội silic, và một số các thành phần khoáng

khác, k ết hợ p vớ i phụ gia polymer gốc hữu cơ vừa làm chất phân tán, vừa làm tác nhân

giữ nƣớc, tăng tính dẽo cho hỗn hợ p, hình thành nên một hỗn hợ p có tính thi công dễ dàng.

Hình 2-4: Sơ đồ tích hợ p của hai cơ chế đóng rắn trong cùng một hệ thống.

(Nguồn: http://www.geopolymer.org/science/portland-cement-chemistry-vs-geopolymer-chemistry)

Khi k ết hợ p với nƣớ c, một phần CaO có trong xi măng tạo thành môi trƣờ ng kiềm,

hòa tan một phần silic có trong các khoáng aluminosilicate tạo thành gel – tiền thân

của polymer sau khi mất nƣớc. Trong điền kiện thủy nhiệt, vớ i nhiệt độ thích hợ p

(từ 20-40 °C) xuất hiện sự trùng ngƣng của các polymer, với khung xƣơng chủ yếu làSi-O-Al, theo không gian 3 chiều. Quá trình này giải phóng một phần nƣớ c.

Nƣớ c trong hệ thống ngoài vai trò làm môi trƣờ ng phản ứng trùng ngƣng tạo

polymer còn tham gia vào quá trình ninh k ết (hydrat hóa) các canxi – silicate có trong

linke. Nhƣ vậy, trong hệ thống có sự hiện diện của hai cơ chế:

Cơ chế polymer hóa vô cơ từ các khoáng hoạt tính trong môi trƣờ ng kiềm.

Cơ chế hydrat hóa các khoáng canxi - silicate có trong xi măng Portland.









Trong hệ thống tồn tại đồng thờ i 2 quá trình vừa hổ tr ợ và vừa cộng hƣở ng cho

nhau, thúc đẩy quá trình đóng rắn của hỗn hợ p xảy ra trong thờ i gian ngắn. Thờ i gian

ninh k ết có thể bắt đầu trong 15 phút sau khi đổ khuôn và k ết thúc sớm hơn 12 giờ .

Thông thƣờ ng, nếu theo phƣơng pháp đóng rắn truyền thống, thành phần phối liệuchỉ có cát và xi măng, thì việc tạo hình sản phẩm theo phƣơng pháp ép bán khô cực

khó, vì hỗn hợ p vữa xi măng – cát hút hết nƣớ c tr ở thành bở r ờ i, không k ết dính. Việc

k ết hợp hai cơ chế đóng rắn làm cho vữa có độ dẻo cao, vì thế có thể tạo hình sản

phẩm theo mong muốn. Sản phẩm ít bị khuyết tật do sứt mẻ.

Hình 2-5: Sơ đồ mô phỏng sự hoạt hóa vật liệu alumosilicat.

(Nguồn: http://civilenggseminar.blogspot.com/2011_11_01_archive.html)

Vật liệu aluminosilicate

Aluminate & Silicate

Hòa tan

Quá trình cân bằng

Gel hóa

Sắp xếp lại

Ngƣng tụ và đóng rắn









2.6 Quy hoạch thự c nghiệm trong hóa học

2.6.1 Khái niệm về quy hoạch thự c nghiệm

Quy hoạch thực nghiệm là cơ sở phƣơng pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm

hiện đại. Đó là phƣơng pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữa vai tròtích cực. Cơ sở toán học nền tảng của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là toán học xác

suất thống kê vớ i hai lĩnh vực quan tr ọng là phân tích phƣơng sai và phân tích hồi quy.

- Định nghĩa quy hoạch thự c nghiệm: quy hoạch thực nghiệm là tậ p hợ p các tác

động nhằm đƣa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn k ết thúc

của quá trình nghiên cứu đối tƣợ ng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo ra mô

hình toán, xác định các điều kiện tối ƣu), trong điều kiện đã hoặc chƣa hiểu biết đầy đủ

về cơ chế của đối tƣợ ng.

- Đối tƣợ ng của quy hoạch thự c nghiệm trong các ngành công nghệ: Là một

quá trình hoặc hiện tƣợng nào đó có những tính chất, đặc điểm chƣa biết cần nghiên

cứu. Ngƣờ i nghiên cứu có thể chƣa hiểu biết đầu đủ về đối tƣợng, nhƣng đã có một số

thông tin tiên nghiệm dù chỉ là sự liệt kê sơ lƣợ c những thông tin biến đổi, ảnh hƣở ng

đến tính chất đối tƣợ ng. Có thể hình dung chúng nhƣ một “hộp đen” trong hệ thống

điều khiển gồm các tín hiệu đầu vào và đầu ra, nhƣ ở hình 2-7.

Hình 2-6: Sơ đồ đối tƣợ ng nghiên cứu.

HỘP ĐEN (Quá trình làm

việc của hệthống)

Z

E

Y

T









Hình 2-7: Sơ đồ đối tƣợ ng nghiên cứu vớ i nhiễu e nhiều tính cộng.

Các tín hiệu đầu vào đƣợ c chia thành ba nhóm:

- Các biến kiểm tra đƣợ c và điều khiển đƣợ c, mà ngƣờ i nghiên cứu có thể điều

chỉnh theo dự định, biểu diễn bằng vectơ :

Z = [Z1, Z2, ..., Zk ]

-

Các biến kiểm tra đƣợc nhƣng không điều khiển đƣợ c, biểu diễn bằng vectơ: T = [T1, T2, ..., Th]

- Các biến không kiểm tra đƣợc và không điều khiển đƣợ c, biểu diễn bằng

vectơ:

E = [E1, E2, ..., Ef ]

Các tín hiệu đầu ra dùng để đánh giá đối tƣợ ng là vectơ Y = (y1, y2,...,yq). Chúng

thƣờ ng đƣợ c gọi là các hàm mục tiêu. Biểu diễn hình học của hàm mục tiêu đƣợ c gọi

là mặt đáp ứng (bề mặt biểu diễn).

Phƣơ ng pháp tóan học trong xử lý số liệu từ k ế hoạch thực nghiệm là phƣơ ng pháp

thống kê. Vì vậy các mô hình biểu diễn hàm mục tiêu chính là các mô hình thống kê

thực nghiệm. Các mô hình này nhận đƣợ c khi có công tính nhiễu ngẫu nhiên. Cấu trúc

mô hình thống kê thực nghiệm có dạng nhƣ hình 2-8.

Trong tậ p hợ p các mô hình thống kê khác nhau, mô hình đƣợ c quan tâm nhiều nhất

trong thực tế là mô hình của phân tích hồi quy. Mô hình hồi quy đƣợ c biểu diễn bằng

quan hệ tổng quát:

ĐỐI TƢỢNGNGHIÊN CỨU

T

e

X









Y = φ (Z1, Z2, ..., Zk ; T1, T2, ..., Th ; β1, β2,..., βk ) + e = φ [(Z, T) ; β] + e (2-1)

Trong đó β = (β1, β2,..., βk ) là vectơ tham số của mô hình.

Dạng hàm φ đƣợ c ấn định tr ƣớ c, còn các hệ số β là chƣa biết, cần xác định từ thực

nghiệm.Để xác định các tham số của mô tả thống kê thực nghiệm ta phải làm các thực

nghiệm theo k ế hoạch thực nghiệm. Đối tƣợ ng nghiên cứu chính của lý thuyết quy

hoạch thực nghiệm là các thực nghiệm tích cực. Đó là các thực nghiệm chỉ bao gồm

các yếu tố đầu vào thuộc nhóm Z, ngƣờ i thực nghiệm chủ động thay đổi chúng theo k ế

hoạch thực nghiệm đã vạch sẵn.

Các phƣơng pháp quy hoạch thự c nghiệm:

Thực nghiệm sàng lọc: là thực nghiệm mà nhiệm vụ của nó là tách những yếu tố

ảnh hƣở ng đáng k ể ra khỏi những yếu tố đầu vào để tiế p tục nghiên cứu chúng trong

các thực nghiệm cần thiết.

Thực nghiệm mô phỏng: là thực nghiệm liên quan tớ i việc mô phỏng hiện tƣợ ng

cần nghiên cứu. Có nhiều dạng mô phỏng, ở đây chỉ quan tâm đến dạng thực nghiệm

đƣợ c hoàn tất bằng mô hình hồi quy đa thức.

Thực nghiệm cực tr ị: là thực nghiệm đƣợ c phát triển từ thực nghiệm mô phỏng.

Nhiệm vụ của nó là xây dựng mô hình toán thực nghiệm, theo đó xác định giá tr ị tối

ƣu của hàm mục tiêu và các tọa độ tối ƣu của hàm. Nói cách khác là xác định bộ k ết

hợ p giá tr ị các yếu tố mà tại đó hàm mục tiêu đạt cực tr ị.

K ế hoạch thự c nghiệm:

Đối vớ i các thực nghiệm tích cực, miền tác động là miền các giá tr ị có thể có của

các yếu tố Z trong thực nghiệm. Trong miền tác động có miền quy hoạch - miền giá tr ị

của các yếu tố vào Z - trong đó chứa vừa đủ các điểm thí nghiệm của thực nghiệm. Nóicách khác, đó là miền tạo bở i phạm vị thay đổi các yếu tố Z theo k ế hoạch thực

nghiệm xác định. K ế hoạch thực nghiệm bao gồm các điểm thí nghiệm gọi là điểm của

k ế hoạch. Đó là một bộ (còn gọi là phƣơ ng án) k ết hợ p các giá tr ị cụ thể của các yếu tố

vào Z, ứng vớ i điều kiện tiến hành một thí nghiệm trong tậ p hợ p các thí nghiệm của

thực nghiệm. Tại điểm thứ i của k ế hoạch, bộ k ết hợ p các giá tr ị Z ji bao gồm giá tr ị cụ

thể của k yếu tố đầu vào :

Z ji = [Z1i, Z2i, ..., Zkj]









Trong đó:

i (i= 1, 2,..., N): là điểm thí nghiệm thứ i của k ế hoạch thứ N (là số điểm thí

nghiệm của k ế hoạch).

j = 1, 2,..., k là yếu tố thứ j; k là số yếu tố đầu vào. Các mứ c yếu tố:

Các giá tr ị cụ thể của yếu tố vào Z đƣợ c ấn định tại các điểm k ế hoạch gọi là các

mức yếu tố. Khái niệm mức yếu tố đƣợ c sử dụng khi mô tả các điểm đặc tr ƣng trong

miền quy hoạch: mức trên, mức dƣớ i, mức cơ sở , mức sao “*”.

Mức cơ sở Z0 j của các yếu tố là điều kiện thí nghiệm đƣợ c quan tâm đặc biệt.

Thông thƣờ ng vectơ các yếu tố đầu vào tại mức cơ sở Z0 = [Z0 j, Z

0 j,...,Z

0 j] chỉ ra trong

không gian yếu tố một điểm đặc biệt nào đó gọi là tâm k ế hoạch, mà trong vùng quanh

nó phân bố toàn bộ các điểm k ế hoạch. Các tọa độ Z0 j của vectơ Z0 đƣợ c chọn theo

công thức:

(2-2)

(2-3)

Giá trị mã hóa: để tiện tính các hệ số thực nghiệm của mô hình hồi quy toán họcvà tiến hành các bƣớ c xử lý số liệu khác, trong k ế hoạch thực nghiệm ngƣờ i ta sử dụng

các mức yếu tố theo giá tr ị mã hóa. Giá tr ị mã hóa của yếu tố là đại lƣợ ng không thứ

nguyên, quy đổi chuẩn hóa từ các mức giá tr ị thực của yếu tố nhờ quan hệ:

(2-4)

Trong tài liệu này chúng ta giữ nguyên các ký hiệu: Z j là giá tr ị thực của yếu tố (gọi

là biến thực); x j là giá tr ị mã hóa của yếu tố (gọi là biến mã). Nhƣ vậy, theo tỉ lệ quychuẩn, mức cơ sở mã hóa của yếu tố đầu vào là: x0

j = 0. Gốc tọa độ của các x j trùng

vớ i tâm thực nghiệm, bƣớ c thay đổi của các biến mã x j ứng vớ i các bƣớ c x j chính là

một đơ n vị.

(2-5)

Ma trận k ế hoạch thự c nghiệm: là dạng mô tả chuẩn các điều kiện tiến hành thí

nghiệm (các điểm thí nghiệm) theo bảng chữ nhật, mỗi hàng là một thí nghiệm (còngọi là phƣơ ng án k ết hợ p các yếu tố đầu vào), các cột ứng vớ i các yếu tố đầu vào.









Trong ma tr ận k ế hoạch Z có thể có một số hàng mà mọi thông số vào đều giống

nhau, ví dụ, có một số hàng mà mọi thông số vào đều ở mức cơ sở , mọi Z0 j.

Ma tr ận k ế hoạch thực nghiệm X là ma tr ận chỉ gồm toàn các biến mã x j. Các cột

biến mã hoàn toàn khác nhau.2.6.2 Các bƣớ c quy hoạch thự c nghiệm cự c trị

2.6.2.1 Chọn thông số nghiên cứ u

Phân loại các yếu tố ảnh hƣở ng lên đối tƣợ ng thành các nhóm Z, T và E. Một mặt

đƣa ra những biện pháp tích cực để hạn chế tác động của các nhóm yếu tố T và E, mặt

khác phải phân tích để chọn từ Z các yếu tố ảnh hƣở ng chính, loại bớ t những yếu tố

không cần thiết, nhằm đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của thực nghiệm

Lựa chọn chỉ tiêu (mục tiêu) đánh giá đối tƣợ ng, sao cho các chỉ tiêu này vừa đáp

ứng các yêu cầu của phƣơ ng pháp quy hoạch thực nghiệm, vừa đại diện nhất cho các

điều kiện tối ƣu của đối tƣợ ng nghiên cứu.

Căn cứ vào số yếu tố ảnh hƣở ng chính, chỉ tiêu đánh giá, mục đích, nhiệm vụ thực

nghiệm, ngƣờ i nghiên cứu phải biết nhóm các yếu tố vào theo k ế hoạch thực nghiệm,

vì tính hiệu quả và khả năng làm việc của các mô hình hồi quy phụ thuộc nhiều vào

k ết quả xác định yếu tố vào của chúng.

Trong giai đoạn này, miền quy hoạch và số mức thay đổi của các yếu tố ảnh hƣở ng

phải đƣợ c xác định sơ bộ.

2.6.2.2 Lập k ế hoạch thự c nghiệm

Chọn đƣợ c dạng k ế hoạch thí nghiệm phù hợ p vớ i điều kiện tiến hành thí nghiệm

và vớ i đặc điểm các yếu tố của đối tƣợ ng.

Mỗi dạng k ế hoạch đặc tr ƣng bở i các chuẩn tối ƣu và tính chất khác nhau. Nên

quan tâm nhiều đến điều kiện thí nghiệm và đặc điểm đo đạc, nhận giá tr ị của mụctiêu.

2.6.2.3 Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin

Sử dụng các phƣơ ng pháp riêng cho từng đối tƣợ ng.

Sử dụng một số phƣơ ng pháp xử lý số liệu, kiểm tra một số giả thiết thống kê. Việc

xử lý nhanh các thông tin ngay trong quá trình nhận chúng có tác dụng tích cực, giúp

xác minh k ị p thờ i những thí nghiệm cần bổ sung khi điều kiện thí nghiệm còn đang









cho phép vớ i các phép kiểm tra đồng nhất phƣơ ng sai, tính liên thuộc của số liệu bị

nghi ngờ , mức độ ảnh hƣở ng của các yếu tố.

2.6.2.4 Xây dự ng và kiểm tra mô hình thự c nghiệm

Sử dụng phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất và các nội dung phân tích hồi quy, phân tích phƣơng sai để xác định giá tr ị của các hệ số trong mô hình hồi quy đa thức,

kiểm tra mô hình theo độ tƣơ ng thích và khả năng làm việc. Tùy theo loại thực nghiệm

mà mô hình là tuyến tính hay phi tuyến. Ví dụ các dạng phƣơ ng trình hồi quy:

- Mô hình bậc hai tuyến tính:

∑ ∑

(2-6)

-

Mô hình bậc hai phi tuyến: ∑

∑

∑

(2-7)

Các hệ số hồi quy B = [b0, b1, b2 ..., bk , b11, b12,..., b jj] đƣợ c xác định theo công thức

tổng quát dƣớ i dạng ma tr ận :

B = [X*X]-1X*Y

Trong đó, X* là ma tr ận chuyển vị của ma tr ận k ế hoạchMô hình thống kê thực nghiệm chỉ có thể sử dụng sau khi đã thỏa mãn các tiêu

chuẩn thống kê (Student và Fisher).

2.6.2.5 Các phƣơng pháp kế hoạch hóa thự c nghiệm cự c trị chủ yếu

K ế hoạch bậc một hai mức tối ƣu

Nếu không có thông tin tiên nghiệm cho biết hệ đang ở vùng dừng (vùng phi tuyến,

vùng cực tr ị) thì để mô tả quá trình nên dùng hàm tuyến tính và không có các số hạng

bình phƣơ ng. Để xác định các tham số của nó, nên dùng k ế hoạch bậc một hai mức tối

ƣu của Box-Wilson là k ế hoạch toàn phần (2k ) hoặc trong tr ƣờ ng hợ p cần tiết kiệm

thờ i gian dùng k ế hoạch bán phần (2k-i).









K ế hoạch bậc hai

Khi mô hình tuyến tính bậc một không tƣơ ng hợ p thì chứng tỏ là vùng thực nghiệm

đã ở vùng phi tuyến, ta phải dùng hàm phi tuyến, có các số hạng bình phƣơ ng để mô

tả.Có các dạng k ế hoạch bậc hai cơ bản:

K ế hoạch tr ực giao của Box-Wilson

K ế hoạch bậc hai tâm xoay của Box – Behnken

K ế hoạch bậc hai tối ƣu của Kiefer

2.6.2.6 Mô hình Box-Behnken

Box và Behnken (1960) đƣa ra mô hình thiết k ế thí nghiệm bằng cách k ết hợ p một

phần của thiết k ế nhân tố 3k để ƣớc lƣợ ng có hiệu quả chuẩn các hệ số bậc nhất và bậc

hai. Các mức của các nhân tố đƣợc coi là cách điều do đó đƣợ c chuẩn hóa thành

-1, 0, +1 (Aslan & Cebeci, 2007; Montgomery, 2008).

Hình 2-8: Thiết k ế thí nghiêm 3 yếu tố theo mô hình Box-Behnken.

(Nguồn: http://www.hindawi.com/journals/ame/2010/362406/fig2/)

Thiết k ế đƣợ c tạo ra bằng cách phối hợ p giữa thiết k ế 2k

nhân tố và mô hình phứchợ p tại tâm (tại 3 điểm trung tâm).

Bảng 2-5 biểu diễn thiết k ế thí nghiệm theo mô hình Box-Behnken ở 3 yếu tố (X1,

X2, X3) tại 3 mức.









Bảng 2-5: Thiết k ế thí nghiệm 3 yếu tố theo mô hình Box-Behnken.

Số thínghiệm

Thiết kế thí nghiệm theo mô hình Box Behnken Design

X1 X2 X3

01 -1 -1 002 +1 -1 003 -1 +1 004 +1 +1 005 -1 0 -106 +1 0 -107 -1 0 +108 +1 0 +109 0 -1 -110 0 +1 -1

11 0 -1 +112 0 +1 +113 0 0 014 0 0 015 0 0 0

Số thí nghiệm đƣợ c tính theo công thức sau:

N = 2k.(k-1) + Co (2-8)

Trong đó:

k: số yế u t ố ảnh hưở ng

C o: số thí nghiệm trung tâm (thườ ng mô hình 3 yế u t ố ta chọn số thí nghiệm

trung tâm là 3)

Ngoài ra Box và Behnken đƣa ra danh sách 10 thiết k ế cho k = 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10,

11, 12 và 16 và ta có thể tính đƣợ c số thí nghiệm tƣơng ƣng nhƣ bảng sau.

Bảng 2-6: Số thí nghiệm tƣơng ứng vớ i các số yếu tố.

Số yếu tố (k) Số thí nghiệm 3 154 275 436 63

Mô hình toán học của thiết k ế thí nghiệm này đƣợ c dựa theo công thức sau:

Y = B0 + B1X1 + B2X2 + B3X3 + B12X1X2 + B13X1X3 + B23X2X3 + B123X1X2X3

+ B11X12 + B22X2

2 + B33X32 + ε (2-9)









Trong đó:

B1 X 1 + B2 X 2 + B3 X 3: nhóm tác động chính

B12 X 1 X 2 + B13 X 1 X 3 + B23 X 2 X 3: nhóm tương tác giữ a các yế u t ố

B11 X 12

+ B22 X 22

+ B33 X 32

: tương tác giữ a chính yế u t ố vớ i nhauε: sai số của mô hình thiế t k ế vớ i thự c t ế

2.6.3 Tối ƣu hóa

2.6.3.1 Khái niệm

Là quá trình tìm kiếm điều kiện tốt nhất (điều kiện tối ƣu) của hàm số đƣợ c nghiên

cứu (Kim Liên, 2009).

Là quá trình xác định cực tr ị của hàm hay tìm điều kiện tối ƣu tƣơ ng ứng để thực

hiện một quá trình cho tr ƣớ c.

Để đánh giá điểm tối ƣu cần chọn chuẩn tối ƣu (là các tiêu chuẩn công nghệ).

2.6.3.2 Cách biểu diễn bài toán tối ƣu

Giả sử một hệ thống công nghệ đƣợ c biểu diễn dƣớ i dạng sau:

Y = F(x1,x2,...xk )

x1,x2,xk : k thành phần của vecto thông số đầu vào.

Hàm mục tiêu: I = I (x1,x2,…xk )

Bài toán đƣợ c biểu diễn Iopt = opt I(x1,x2,…xk ) = I(x1opt,x2

opt,…xk )

hoặc Iopt = max I ( x1,x2,…xk ) : đối vớ i bài toán max.

Iopt = min I (x1,x2,…xk ): đối vớ i bài toán min.

Iopt: hiệu quả tối ƣu.

x1opt,x2

opt,…xk nghiệm tối ƣu hoặc phƣơ ng án tối ƣu.

2.6.3.3 Thành phần cơ bản của bài toán

Hàm mục tiêuLà hàm phụ thuộc, đƣợ c lậ p ra trên cơ sở tiêu chuẩn tối ƣu đã đƣợ c lựa chọn.

Hàm mục tiêu là hàm thể hiện k ết quả mà ngƣờ i thực hiện phải đạt đƣợ c là tiêu

chuẩn tối ƣu ở dạng hàm, phụ thuộc vào yếu tố đầu vào, giá tr ị của nó cho phép đánh

giá chất lƣợ ng của một nghiên cứu.









Quan hệ giữa các đại lƣợ ng

Các biểu thức toán học mô tả các mối quan hệ giữa tiêu chuẩn tối ƣu hoá (hàm mục

tiêu) và các thông số ảnh hƣở ng (thông số cần tối ƣu) đến giá tr ị tiêu chuẩn tối ƣu hoá

này.Các quan hệ này thƣờ ng đƣợ c biểu diễn bằng phƣơ ng trình cơ bản hoặc mô hình

thống kê thực nghiệm (phƣơ ng trình hồi quy).

Quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣở ng vớ i nhau đƣợ c biểu diễn bằng đẳng thức hoặc

bất đẳng thức.

Các điều kiên ràng buộc

Để bài toán công nghệ có ý nghĩa thực tế, các biểu thức mô tả điều kiện ràng buộc

bao gồm:

- Điều kiện biên

- Điều kiện ban đầu

Các bƣớ c giải bài toán tối ƣu:

Đặt vấn đề công nghệ : xem xét công nghệ cần đƣợ c giải quyết là công nghệ gì

và chọn ra những yếu tố ảnh hƣở ng chính Chỉ ra đƣợ c hàm mục tiêu Y:

Y→Max, hoặc Y→Min.

Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣở ng và hàm mục tiêu theo quy

luật biết trƣớ c hoặc mô hình thống kê thực nghiệm.

Tìm thuật giải: là phƣơng pháp để tìm nghiệm tối ƣu của các bài toán công nghệ

trên cơ sở các mô tả toán học tƣơng thích đã đƣợ c thiết lập. Đa số dẫn đến tìm

cực tr ị của các hàm mục tiêu.

Phân tích và đánh giá kết quả thu đƣợ c

- Nếu phù hợp → kiểm chứng bằng thực nghiệm- Nếu không phù hợp→ xem lại từng bƣớ c hoặc làm lại từ việc đặt vấn đề.









CHƢƠNG III: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁPNGHIÊN CỨ U

3.1 Dụng cụ và hóa chất3.1.1 Hóa chất

NaOH (>90%), Trung Quốc

Tro tr ấu, Công ty Thủy sản Đông Nam, Trà Nóc, Cần Thơ

Nƣớ c cất, Phòng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ

Dầu gia nhiệt, Cần Thơ

Xi măng (PCB 40), Holcim

Đá mi bụi (75-5000 µm), Cần Thơ

Than hoạt tính, Trung Quốc

3.1.2 Dụng cụ

Bình cầu, Đức

Bộ chiết Soxhlet, Đức

Bình lọc chân không, Đức

Cân k ỹ thuật Sartorius, Đức

Tủ sấy Memmert, Đức

Bếp điện

Nhiệt k ế 300 °C, Đức

Máy nén bê tông (ADR 2000)

Cân 12 kg (± 50 g), Việt Nam

Khuôn đúc gạch (40x80x180 mm)

Dụng cụ đỗ vữa









3.2 Quy trình điều chế chất phụ gia thủy tinh lỏng (Na2SiO3)

Quy trình tổng hợ p phụ gia đƣợ c mô tả sơ bộ qua hình 3-1, quy trình đƣợ c tiến

hành bằng cách cho hỗn hợ p NaOH (80 g), tro tr ấu (67 g) và nƣớ c (500 ml) vào bình

cầu thủy tinh để thực hiện phản ứng vớ i nhiệt độ lên tớ i 110 °C trong khoảng 1 giờ ,sau đó ta thu dung dịch sau phản ứng đem đi lọc, r ửa sản phẩm cuối cùng ta thu đƣợ c

là chất phụ gia thủy tinh lỏng (Na2SiO3) (Kalapathy et al., 2000). Chất phụ gia đƣợ c

đem phân tích để xác đinh các chỉ tiêu chất lƣợng nhƣ: ngoại quan, khối lƣợ ng riêng,

hàm lƣợ ng Na2O, hàm lƣợ ng SiO2 và module silic.

Hình 3-1: Quy trình tổng hợ p thủy tinh lỏng.

RHA 67 gram

NaOH 80 gram

Phản ứng (110 °C, 1 h, 1 Lít)

LỌC (Hỗn hợp gồm có

Na2SiO

3, chất không

tan trong nƣớc, chấtkhông phản ứng)

Na2SiO3

H2O

500 ml









3.3 Quy trình chế tạo gạch không nung

Quy trình chế tạo gạch đƣợ c mô tả sơ bộ qua hình 3-2. Nguyên liệu (tro tr ấu, xà

bần) sau khi đƣợ c xử lí, sẽ đƣợ c phối tr ộn với xi măng và phụ gia. Hỗn hợp đƣợc đổ

vào khuôn để thực hiện quá trình đóng rắn. Sản phẩm đƣợc đem đi xác định cƣờng độ (Chao-Lung et al., 2011).

Hình 3-2: Quy trình chế tạo và xác định tính chất gạch không nung.

3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu thô và xử lí sơ bộ

Nguyên liệu đƣợ c sử dụng trong nghiên cứu này là tro tr ấu (đƣợ c cung cấ p từ nhà

máy thủy sản Đông Nam, Cần Thơ) và đá mi bụi (đƣợ c mua tại cửa hàng vật liệu xâydựng tại Thành phố Cần Thơ). Để đảm bảo nguyên liệu có tính chất đồng nhất. Tro

tr ấu phải đƣợ c xử lý sơ bộ, sau đó đƣợ c nghiền mịn với kích thƣớ c dmax < 75 µm và

sấy khô ở 105 °C trong khoảng thờ i gian 3-5 giờ. Còn đá mi bụi đƣợ c xử lý sơ bộ, r ửa

sạch và đƣợ c sàng qua máy sàng rây với kích thƣớ c 75 µm < d < 5000 µm và sấy khô

ở 105 °C khoảng 3-5 giờ . Nguyên liệu đƣợ c bảo quản ở nhiệt độ thƣờng để sử dụng.

Tro trấu,đá mi

Xi măng,phụ gia

Xác định tính chấtcủa vật liệu Gạch không nung

Phân tích mô hình vàxác định tối ƣu hóa

Đổ vào khuôn

Tr n với nƣớc

28 ngày









Hình 3-3: Tro tr ấu và đá mi bụi trƣớ c (a) và sau khi xử lý (b).

3.3.2 Chuẩn bị khuôn đúc mẫu

Khuôn đúc có kích thƣớ c theo tiêu chuẩn gạch đặc đất sét nung là 40x80x180 mm.

Hình 3-4: Khuôn đúc mẫu gạch.

3.3.3 Xác đinh khối lƣợ ng riêng tro trấu

Cân 45 g tro tr ấu đã sấy khô ở nhiệt độ 110 – 115 °C khoảng 2 h, sàng qua sàng

0,14 mm (< 0,63 mm). Cho dầu vào bình đến vạch số 0, r ồi đặt vào chậu nƣớ c có

tº

= 25 °C (duy trì trong suốt thờ i gian thí nghiệm). Cho tro tr ấu từ từ vào bình, sau đó

Trƣớ c xử lý

Sau xử lý

a) Tro tr ấu b) Đá mi bụi









xoay nhẹ bình cho bọt khí thoát hết ra ngoài (khoảng 10 phút) và nhiệt độ cân

bằng.Vạch dầu dâng lên chính là thể tích của tro tr ấu Va (cm3) (Kim Mai, 2013).

Khối lƣợ ng riêng của tro tr ấu đƣợc xác định theo công thức sau:

3.3.4 Xác đinh khối lƣợng riêng xi măng

Cân 65 g xi măng đã sấy khô ở nhiệt độ 110 – 115 °C khoảng 2 h, sàng qua sàng

0,14 mm (< 0,63 mm). Cho dầu vào bình đến vạch số 0, r ồi đặt vào chậu nƣớ c có

tº = 25 °C (duy trì trong suốt thờ i gian thí nghiệm) Cho xi măng từ từ vào bình, sau đó

xoay nhẹ bình cho bọt khí thoát hết ra ngoài (khoảng 10 phút) và nhiệt độ cân bằng.

Vạch dầu dâng lên chính là thể tích của xi măng Va (cm3

) (Kim Mai, 2013).Khối lƣợ ng riêng của tro tr ấu đƣợc xác định theo công thức sau:

3.3.5 Xác đinh khối lƣợng riêng đá mi bụi

Cân 60 g đá mi đã sấy khô ở nhiệt độ 110 –115 °C. Sau đó nghiền mịn phá vỡ k ết

cấu lỗ r ổng và cho vào bình tỷ tr ọng k ế (có chứa nƣớc) ta xác định đƣợ c Va (cm3),

chính bằng thể tích nƣớ c dời đi khi cho bột bê tông vào (Kim Mai, 2013).Khối lƣợ ng riêng của đá mi đƣợc xác định theo công thức sau:

Ta tiến hành thí nghiệm trên 3 mẫu đặc trƣng lấy k ết quả trung bình của 3 mẫu sai

lệch << 0,02 g.cm-3.

3.4 Quá trình đỗ mẫu

Cho hỗn hợ p tro tr ấu, xi măng, đá mi bụi và phụ gia tr ộn với nƣớc ta đƣợ c vữa xây.Sau đó hỗn hợ p vữa đƣợc đổ vào khuôn với kích thƣớ c mỗi viên gạch là

40x80x180 mm. Để quá trình đóng rắn xảy ra, sau khoảng 24 h gạch không nung đƣợ c

tạo thành. Gạch đƣợc đem bảo dƣỡng và đợ i khoảng thời gian 28 ngày thì đem xác

đinh cƣờng độ.









Hình 3-5: Quá trình chế tạo gạch.

3.5 Thiết k ế thí nghiệm và tối ƣu hóa điều kiện sản xuất gạch bằng mô hình Box-

Behnken designs (BBD)

Sau khi tiến hành thí nghiệm thăm dò, ta chọn đƣợ c các yếu tố và cùng khảo sát

trong quá trình sản xuất gạch không nung nhƣ sau:

Hàm lƣợ ng tro tr ấu (thay thế xi măng): 0-50%

Hàm lƣợ ng phụ gia: 0-10% Tỉ lệ nƣớc/xi măng: 0,35-0,75 g.g-1

Đây là bài toán tối ƣu và đƣợ c giải theo mô hình Box-Behnken của phƣơng pháp

bề mặt đáp ứng. Các phạm vi biến đổi của các nhân tố đƣợ c trình bày trong

bảng 3-1.

1. Trộn nguyên liệu 2.Đỗ vữa vào khuôn

3. Cho vữa vào đầy khuôn

4. Quá trình đóng rắn 5. Gạch không nung









Bảng 3-1: Phạm vi biến đổi các nhân tố trong quá trình chế tạo gạch.

Nhân tố Nhân tố

đƣợ c mã hóaĐơn vị

Mứ c nghiên cứ u-1 0 +1

Hàm lƣợ ng tro tr ấu X1 % (wt) 0 25 50

Hàm lƣợ ng phụ gia X2 % (wt) 0 5 10Tỉ lệ nƣớc/xi măng X3 g/g 0,35 0,55 0,75Sau khi tiến hành thí nghiệm và đo giá trị cƣờng độ thực nghiệm ta sẽ xác định

đƣợc phƣơng trình hồi quy thực nghiệm và xác định điều kiện tối ƣu hóa sản xuất gạch

đồng thờ i tìm ra giá tr ị khối lƣợng và cƣờng độ tối ƣu.

3.6 Phƣơng pháp xác định tính chất gạch

3.6.1 Xác định cƣờng độ bền nén (TCVN 6355-1:1998)

Đo mẫu thử bằng thƣớ c kim loại vớ i sai số các cạnh không lớn hơn 1 mm. giá trị mỗi kích thƣớ c dài của mẫu đƣợ c tính bằng trung bình cộng giá tr ị của ba lần đo: hai

lần đo các cạnh bên song song trên cùng một mặt và một lần đo đƣờ ng thẳng nằm giữa

cùng ở trên mặt đo ấy.

Đặt mẫu thử lên trên mặt ép.

Cho máy chạy từ từ để mặt ép trên tiếp xúc đều trên toàn mặt mẫu thử sao đó tăng

tải tr ọng một cách đều đặn và liên tục vớ i tốc độ 2÷3 daN.cm-2.s-1 cho tớ i khi mẫu thử

bị phá vỡ hoàn toàn, tức là khi kim đồng hồ đo áp lực quay tr ở lại.Cƣờng độ chịu nén của từng mẫu thử (R n) đƣợ c tính bằng công thức:

Trong đó:

P n: t ải tr ọng phá hoại mẫ u khi nén, daN

F n: diện tích mặt cắ t ngang của mẫ u thử khi nén, cm2

Diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử tính bằng trung bình cộng giá tr ị diện tích mặt

trên và mặt dƣớ i mẫu thử đã đo.

Cƣờng độ chịu nén của mẫu gạch tính chính xác đến 1%, là trung bình cộng của 5

k ết quả trên các mẫu thử.

(3-1)









3.6.2 Xác định độ hút nƣớ c (TCVN 6355-3:1998)

Đặt mẫu thử vào thùng ngâm theo chiều thẳng đứng, mực nƣớ c trong thùng cao

hơn mặt mẫu thử không nhỏ hơn 20 mm. Ngâm mẫu thử trong khoảng 24-48 giờ .

Sau đó vớ t mẫu, lau ráo mặt ngoài bằng khăn khô rồi cân ngay.Độ hút nƣớ c theo khối lƣợ ng của viên gạch (H p) đƣợ c tính theo công thức:

Trong đó:

mk : khối lượ ng của mẫ u thử đã sấy khô đế n khối lượng không đổ i, g

mu: khối lượ ng của mẫ u thử đã ngấm đầy nướ c, g

Độ hút nƣớ c của gạch là giá tr ị trung bình của 5 k ết quả thử.3.6.3 Xác định khối lƣợ ng thể tích gạch xây (TCVN 6355-5:1998)

Đo chiều dài, chiều r ộng và chiều dày của mẫu thử bằng thƣớ c kim loại chính xác

đến 0,5 mm. khi đo kích thƣớ c viên gạch, thì đo 3 lần ở 3 vị trí khác nhau (ở đầu và

giữa 1 mặt mẫu thử). K ết quả trung bình cộng của 3 lần đo.

Cân mẫu đã sấy khô để xác định khối lƣợ ng của mẫu, cân chính xác đến 0,1 g.

Khối lƣợ ng thể tích của mẫu thử (ρv) tính theo công thức:

Trong đó:

m: khối lượ ng của mẫ u g ạch ở tr ạng thái khô hoàn toàn, g

V v: thể tích t ự nhiên của mẫ u g ạch, cm3

Khối lƣợ ng thể tích của mẫu gạch lấy giá tr ị trung bình số học k ết quả của 5 mẫu

thử.

3.7 Phân tích thống kê

Tất cả các thí nghiệm đƣợ c lặ p lại 3 lần và ghi nhận giá tr ị trung bình. Các số liệu

thực nghiệm đƣợ c tính toán, xử lý bằng các chức năng chuyên dùng của phần mềm

Statgraphics Centurion XV.I (Mỹ). Phần mềm này còn đƣợc dùng để phân tích phƣơng

sai (ANOVA), phân tích hồi quy các k ết quả thực nghiệm và tìm ra giá tr ị tối ƣu của

thực nghiệm.

(3-2)

(3-3)









CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN

4.1 Thành phần hóa học của tro trấu nguyên liệu

Hàm lƣợ ng SiO2 trong tro tr ấu đƣợc xác định bằng phƣơng pháp phân tích XRDcho thấy hàm lƣợ ng SiO2 trong tro tr ấu chiếm hơn 90% (hình 4-1). Sau khi xác định

khối lƣợ ng riêng của từng nguyên liệu ta có k ết quả trong bảng 4-1.

Bảng 4-1: K ết quả phân tích hóa lý của tro tr ấu, xi măng và xà bần.

Thông số phân tích Hàm lƣợ ng (%) Tro trấu Xi măng Đá mi bụi

Khối lƣợ ng riêng (kg.m-3) 1974 2995 1690

Thành phần hóa học SiO2 90,44 23,31 ---------

P2O5 2,84 0,12K 2O 2,50 0,39CaO 1,49 63,59MgO 1,04 0,26Al2O3 0,56 3,96SO3 0,43 2,53Fe2O3 0,26 4,32

Na2O 0,10 0,20

Hình 4-1: Phân tích X-ray của tro tr ấu từ nguồn công ty Đông Nam.









4.2 Tổng hợ p phụ gia thủy tinh lỏng từ tro trấu

Để tổng hợ p thủy tinh lỏng, nguyên liệu gồm có NaOH, tro tr ấu và nƣớc đƣợ c cho

vào bình cầu với hàm lƣợng tƣơng ứng là 80 g, 67 g và 500 ml. Phản ứng đƣợ c tiến

hành trong hệ thống đƣợ c thiết k ế nhƣ hình 4-2, ở điều kiện nhiệt độ là110 °C và trong 1 giờ .

Hình 4-2: Quá trình tổng hợ p thủy tinh lỏng.

Sau phản ứng thu đƣợ c hỗn hợ p gồm dung dịch thủy tinh lỏng, bã r ắn và các chất

không tham gia phản ứng. Dung dịch hỗn hợp này đƣợ c lọc chân không để loại bỏ bã

r ắn. Sau khi r ửa sạch dung dịch sau khi lọc bằng than hoạt tính và nƣớ c cất ta thu đƣợ c

chất phụ gia (thủy tinh lỏng) có màu vàng rơm, dạng chất lỏng sánh (xem hình 4-3),

đồng thời ta đem sản phẩm đi phân tích các chỉ tiêu khác theo tiêu chuẩn Việt Nam.









Hình 4-3: Thủy tinh lỏng thu đƣợ c sau quá trình tổng hợ p.

K ết quả phân tích đƣợ c trình bày trong bảng 4-2. Thủy tinh lỏng đƣợ c tổng hợ p có

module bằng 1,03, hàm lƣợng Na2O và hàm lƣợ ng SiO2 bằng nhau vớ i giá tr ị là

9,30%. Ngoài ra khối lƣợ ng riêng của nó bằng 1,42. So sánh vớ i các chỉ tiêu theo tiêu

chuẩn TCCS 05:2010 thì chất phụ gia tổng hợ p từ nghiên cứu này cơ bản phù hợ p vớ i

các chỉ tiêu đƣa ra. Bên cạnh đó, có sự chênh lệch của các chỉ tiêu nhƣ hàm lƣợ ng

SiO2 và module silic thì chúng ta vẫn có thể chấ p nhận đƣợ c giá tr ị này vì trong quá

trình tổng hợ p gạch thì phụ gia cũng đƣợ c khảo sát hàm lƣợng, đồng thờ i có sử dụngmột số thành phần có chứa thành phần SiO2 nên có thể nói r ằng để đánh giá những chỉ

tiêu này trong nghiên này chúng ta dựa vào k ết quả cƣờng độ gạch tạo thành để kiểm

chứng sự phù hợ p này.

Bảng 4-2: K ết quả phân tích natrisilicate đƣợ c tổng hợ p.

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị K ết quả nghiên cứ u

1 Ngoại quan Chất lỏng màu vàng rơm, đồng nhất

2 Khối lƣợ ng riêng (25 °C) g.ml-1 1,423 Hàm lƣợ ng Na2O % 9,304 Hàm lƣợ ng SiO2 % 9,305 Mô đun Silic 1,03

*K ế t quả trên đượ c phân tích t ại sở khoa học và công nghệ Tp. HCM – CASE.

4.3 Cƣờng độ nén của gạch

K ết quả thí nghiệm cho thấy r ằng, cƣờng độ nén của các mẫu thí nghiệm 1 đến 15

sau khi bảo dƣỡng 28 ngày cƣờng độ đạt từ 160,45 đến 61,56 daN.cm-2 (bảng 4-3).









Bảng 4-3: K ết quả cƣờng độ nén của các mẫu gạch không nung.

Từ k ết quả trên ta lậ p bảng so sánh giá tr ị thực nghiệm và giá tr ị phỏng đoán về

cƣờng độ nén của gạch theo mô hình Box Behnken Design (giá tr ị phỏng đoán đƣợ c

tính toán bằng phần mềm thống kê Statgraphics) (xem bảng 4-4).

Bảng 4-4: So sánh giá tr ị thực và giá tr ị phỏng đoán về cƣờng độ nén theo mô hình.

Mẫu Giá trị mã hóa Giá trị thực Cƣờng độ nén (daN.cm-2)X1 X2 X3 X1 X2 X3 Thực nghiệm Phỏng đoán

01 -1 -1 0 0 0 0,55 160,45 154,2902 +1 -1 0 50 0 0,55 72,54 77,4503 -1 +1 0 0 10 0,55 73,56 77,3104 +1 +1 0 50 10 0,55 74,75 72,2505 -1 0 -1 0 5 0,35 95,86 97,1106 +1 0 -1 50 5 0,35 90,34 92,7507 -1 0 +1 0 5 0,75 51,77 49,36

08 +1 0 +1 50 5 0,75 53,10 51,8509 0 -1 -1 25 0 0,35 53,64 56,1410 0 +1 -1 25 10 0,35 20,98 16,0711 0 -1 +1 25 0 0,75 21,57 17,8212 0 +1 +1 25 10 0,75 43,36 49,5213 0 0 0 25 5 0,55 61,64 61,5814 0 0 0 25 5 0,55 61,53 61,5815 0 0 0 25 5 0,55 61,56 61,58

Mẫu Mứ c Chất lƣợ ngTCVN 1451 - 1998

Cƣờng độ nén ở 28 ngày (daN.cm-2)

01

Min 50 [Trung bình cho 5 mẫu]

160,45

02 72,5403 73,5604 74,7505 95,8606 90,3407 51,7708 53,1009 53,6410 20,9811 21,57

12 43,3613 61,6414 61,5315 61,56









Hình 4-4: So sánh cƣờng độ nén của gạch ở thực nghiệm vớ i giá tr ị phỏng đoán

từ mô hình xây dựng.

Phân tích ảnh hƣở ng của các yếu tố đến phƣơng trình hồi quy (ANOVA)

Từ k ết quả thực nghiệm theo phƣơng án đã thiết k ế, bằng chƣơng trình

Statgraphics Centurion XV tiến hành loại bỏ các hệ số hồi quy không phù hợ p tức là

hệ số F và kiểm tra sự phù hợ p của mô hình bằng chuẩn Fisher (bảng 4-5). Mô hìnhtoán học mô tả quá trình nghiên cứu nhƣ sau:

Dạng mã hóa:

Y = 61,5767 – 60,4375X1 – 44,3275X2 + 094X3 – 4,13167X12 + 37,71X1X2 +

+ 0,805X1X3 + 47,0783X22 – 3,425X2X3 - 24,6967X3

2 (4-1)

Dạng thự c:

Y = 56,0082 – 1,84196X1 – 16,6775X2 + 348,479X3 – 0,00330533X12 +

+ 0,15084X1X2 + 0,0805X1X3 + 0,941567X22 – 1,7125X2X3 – 308,708X3

2 (4-2)

Độ tƣơng quan giữa cƣờng độ gạch thu đƣợ c từ thực nghiệm và cƣờng độ gạch tính

toán từ phƣơng trình hồi quy là 98,85% (hình 4-4). Nhƣ vậy có thể k ết luận r ằng mô

hình hồi quy đã mô tả đúng các kết quả thực nghiệm. Hệ số tƣơng quan cho biết

98,85% sự biến đổi của khối lƣợ ng thể tích là do ảnh hƣở ng của các biến độc lậ p X1,

X2, X3 và chỉ có 1,15% sự thay đổi là do các yếu tố không xác định gây ra.

y = 0,9885x + 0,7615R² = 0,9885

0

50

100

150

200

0 50 100 150 200









4.3.1 Ảnh hƣở ng của các nhân tố đến cƣờng độ gạch không nung

Bảng 4-5: K ết quả phân tích ảnh hƣở ng của các nhân tố mã hóa đớ i vớ i mô hình hồi

quy.

Nhân tố Tổng bìnhphƣơng

Bậc tự do Phƣơng sai Tỷ số F Tỷ số P Hệ số hồi quy

b0 56,0082X1 7305,38 1 7305,38 203,4 0 -1,84196X2 3929,85 1 3929,85 109,42 0,0001 -16,6775X3 1,7672 1 1,7672 0,05 0,8332 348,479X1

2 15,7575 1 15,7575 0,44 0,5370 -0,00330X1X2 1422,04 1 1422,04 39,59 0,0015 0,15084X1X3 0,648025 1 0,648025 0,02 0,8984 0,08050X2

2 2045,88 1 2045,88 56,96 0,0006 0,94157

X2X3 11,7306 1 11,7306 0,33 0,5924 -1,71250X3

2 563,008 1 563,008 15,68 0,0108 -308,708Sai số 179,58 5 35,916

R2 = 0,9885; Adj-R

2 = 0,9679

Phƣơng trình hồi quy trên cho thấy cƣờng độ nén chịu ảnh hƣở ng bậc 1, bậc 2 của

hàm lƣợ ng tro tr ấu, hàm lƣợ ng phụ gia, tỉ lệ w/c và chịu ảnh hƣởng đồng thờ i của các

cặp hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia. Chỉ có ảnh hƣở ng bậc 2 của hàm lƣợ ng

phu gia và ảnh hƣởng đồng thờ i của cặp hàm lƣợ ng phụ gia và hàm lƣợ ng RHA là ảnh

hƣở ng tiêu cực đến cƣờng độ nén của gạch còn nhân tố còn lại ảnh hƣở ng tích cực đến

cƣờng độ nén (hình 4-5).

Hình 4-5: Mức độ ảnh hƣở ng của các nhân tố đến cƣờng độ nén của gạch.

Mức độ ảnh hƣở ng của các nhân tố bậc 1 và bậc 2 với cƣờng độ nén đƣợ c xế p theo

thứ tự sau: hàm lƣợ ng tro tr ấu, hàm lƣợ ng phụ gia, tỉ lệ w/c. Nhƣ vậy hàm lƣợ ng tro

0 3 6 9 12 15

AC

C:Ti le

BC

AA

CC

AB

BB

B:Phu gia

A:RHA+

-









tr ấu ảnh hƣở ng lớ n nhất đối với cƣờng độ của gạch đối vớ i bậc 1, còn ảnh hƣở ng của

hàm lƣợ ng phụ gia đối vớ i bậc 1 và bậc 2 thì thấp hơn.

4.3.2 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia

K ết quả khảo sát ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ giađến cƣờng độ gạch ở điều kiện cố định tỉ lệ nƣớc/xi măng, đƣợ c trình bày ở hình bên

dƣớ i. Dễ dàng nhận thấy ở hàm lƣợng RHA thay đổi từ khoảng 0 đến 50% ảnh hƣở ng

nhiều đến cƣờng độ nén, còn việc thay đổi hàm lƣợ ng phụ gia từ 0-10% không ảnh

hƣở ng nhiều đến cƣờng độ nén của gạch.

Hình 4-6: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợng RHA, hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ w/c bằng 0,35 lên cƣờng độ nén của gạch.

Hình 4-7: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợng RHA, hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ w/c

bằng 0,55 lên cƣờng độ nén của gạch.









Hình 4-8: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợng RHA, hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ w/c

bằng 0,75 lên cƣờng độ nén của gạch.

Từ các đồ thì trên ta thấy: với hàm lƣợ ng RHA từ 0 đến 50%, cƣờng độ nén của

gạch càng giảm đồng thờ i với hàm lƣợ ng phụ gia càng thấp. Điều này là do ảnh hƣở ng

tƣơng tác đồng thờ i của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia làm tăng độ r ỗng bên

trong cấu trúc vật liệu nên độ khít chặt của vật liệu giảm, nên làm giảm cƣờng độ của

gạch đáng kể.

4.3.3 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ nƣớc/xi măng

K ết quả khảo sát ảnh hƣởng đồng thời hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ nƣớc/xi măng

đến cƣờng độ nén ở điều kiện cố định hàm lƣợng RHA, đƣợ c trình bày ở hình bên

dƣớ i. Ở hàm lƣợ ng phụ gia thấ p khoảng 0% thì cƣờng độ nén của gạch trong vùng tỉ lệ

nƣớc/xi măng khảo sát không khác biệt nhiều. Có sự khác biệt đáng kể về cƣờng độ

khi tăng hàm lƣợ ng phụ gia từ 0% đến 10%. Cƣờng độ nén thấp hơn khi ở tỉ lệ w/c và

hàm lƣợ ng phụ gia cao. Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ w/c tại

giá tr ị cao là do quá trình đóng rắn và hình thành lỗ xố p không xảy ra hoàn toàn nên

cƣờng độ nén của viên gạch chƣa thay đổi đáng kể.









Hình 4-9: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợ ng phụ gia, tỉ lệ w/c và hàm lƣợ ng

RHA bằng 0% lên cƣờng độ nén của gạch.



0,340,44

0,540,64

0,740,84

0,340,44

0,540,64

0,740,84











4.3.4 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng RHA và tỉ lệ nƣớc/xi măng

K ết quả khảo sát ảnh hƣởng đồng thời hàm lƣợ ng RHA và tỉ lệ w/c đến cƣờng độ

nén của viên gạch ở điều kiện cố định hàm lƣợ ng phụ gia, đƣợ c trình bày trong hình

bên dƣớ i. Ở hàm lƣợ ng RHA cao (50%), tỉ lệ w/c tăng từ 0,34 đến 0,84 cho cƣờng độ

gạch không thay đổi nhiều. Khi hàm lƣợ ng RHA giảm từ 50-0%, đồng thờ i vớ i tỉ lệ

w/c tăng từ khoảng 0,35-0,75 thì làm cƣờng độ viên gạch tăng đáng kể từ 40-160 daN.cm-2. K ết quả này là do hàm lƣợng RHA càng cao thì độ r ỗng của vật liệu

càng tăng, còn tỉ lệ w/c sẽ làm cho quá trình đóng rắn và lỗ r ỗng bên trong diễn ra sớ m

và ít khi ở tỉ lệ thấ p.

0,340,44

0,540,64

0,740,84









Hình 4-12: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợ ng RHA, tỉ lệ w/c và hàm lƣợ ng phụ gia bằng 0% lên cƣờng độ nén của gạch.

Hình 4-13: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợ ng RHA, tỉ lệ w/c và hàm lƣợ ng

phụ gia bằng 5% lên cƣờng độ nén của gạch.

0,440,54

0,640,74

0,84

0,34

0,440,54

0,640,74

0,84

0,34










phụ gia bằng 10% lên cƣờng độ nén của gạch.

Điều kiện tối ƣu cƣờng độ nén

Từ phƣơng trình hồi quy ở trên, điều kiện tối ƣu để đạt đƣợc cƣờng độ nén đạt tiêu

chuẩn TCVN 1451-1998 là cƣờng độ nhỏ nhất bằng 50 daN.cm-2, tức là cƣờng độ nhỏ

nhất của viên gạch phải từ 50 daN.cm-2 tr ở lên. Từ k ết quả tối ƣu đƣợc đƣa ra thì giá trị

cƣờng độ đạt cao nhất tại 154,35 daN.cm-2 và có các hàm lƣợ ng thành phần nhƣ sau:

hàm lƣợ ng RHA là 2,59x10-7%, hàm lƣợ ng phụ gia là 3,63x10-8% và tỉ lệ của nƣớ c

và xi măng là 0,56. Tuy nhiên do mục tiêu đề tài muốn hƣớng đến là viên gạch tạo ra

vừa có cƣờng độ gạch đạt tiêu chuẩn, vừa có khối lƣợ ng thể tích hợ p lý nhất. Vì vậy,

đề tài này còn nghiên cứu tiế p phần tối ƣu hóa khối lƣợ ng thể tích gạch không nung

tạo thành để tìm ra giá tr ị tối ƣu về khối lƣợng và cƣờng độ thích hợ p.

4.4 Khối lƣợ ng thể tích gạch

Sau khi các mẫu đƣợc đo độ dài để xác định thể tích của mỗi viên gạch ta tính đƣợ c

khối lƣợ ng thể tích của gạch từ 1234-1941 (kg.m-3

). K ết quả thí nghiệm đƣợ c chotrong bảng 4-6.

0,440,54

0,640,74

0,84

0,34









Bảng 4-6: K ết quả thí nghiệm xác định khối lƣợ ng thể tích gạch không nung.

Mẫu Kích thƣớc (cm) Thể tíchVv (cm3)

Khối lƣợngm (g)

Khối lƣợng thể tíchρv (kg.cm-3) Dài Rộng Cao

01 18,00 8,07 4,22 613,0 1190 1941

02 18,14 8,06 4,17 609,7 1150 188603 18,04 8,10 4,10 599,1 1150 192004 18,06 8,08 4,24 618,7 1200 193905 18,16 8,01 4,13 600,8 1000 166506 18,05 8,02 4,23 612,3 1050 171507 18,12 8,05 4,15 605,3 1000 165208 18,07 8,02 4,17 604,3 1150 190309 18,00 8,04 4,20 607,8 750 123410 18,11 8,06 4,23 617,4 800 129611 18,05 8,09 4,16 607,5 800 1317

12 18,09 8,08 4,12 602,2 850 141113 18,01 8,02 4,13 596,5 960 160914 18,10 8,03 4,16 604,6 960 158815 18,07 8,01 4,25 615,1 960 1561

Từ k ết quả trên ta lậ p bảng so sánh giá tr ị thực nghiệm và giá tr ị phỏng đoán về

khối lƣợ ng thể tích gạch theo mô hình Box Behnken Design (xem bảng 4-7).

Bảng 4-7: So sánh giá tr ị thực và giá tr ị phỏng đoán về khối lƣợ ng thể tích theo mô

hình.

Mẫu Giá trị mã hóa Giá trị thực Khối lƣợng thể tích ρv (kg.cm-3)X1 X2 X3 X1 X2 X3 Thực nghiệm Phỏng đoán

01 -1 -1 0 0 0 0,55 1941 193602 +1 -1 0 50 0 0,55 1886 185503 -1 +1 0 0 10 0,55 1920 196104 +1 +1 0 50 10 0,55 1939 193405 -1 0 -1 0 5 0,35 1665 170106 +1 0 -1 50 5 0,35 1715 167907 -1 0 +1 0 5 0,75 1652 168808 +1 0 +1 50 5 0,75 1903 186709 0 -1 -1 25 0 0,35 1234 123910 0 +1 -1 25 10 0,35 1296 132711 0 -1 +1 25 0 0,75 1317 127612 0 +1 +1 25 10 0,75 1411 141613 0 0 0 25 5 0,55 1609 158614 0 0 0 25 5 0,55 1588 158615 0 0 0 25 5 0,55 1561 1586









Hình 4-15: Khối lƣợ ng thể tích gạch thực nghiệm so với mô hình đƣợ c xây dựng.

Phân tích ảnh hƣở ng của các yếu tố đến phƣơng trình hồi quy (ANOVA)

Từ k ết quả thực nghiệm theo phƣơng án đã thiết k ế, bằng chƣơng trình

Statgraphics Centurion XV tiến hành loại bỏ các hệ số hồi quy không phù hợ p tức là

hệ số F và kiểm tra sự phù hợ p của mô hình bằng chuẩn Fisher (Bảng 4-8). Mô hình

toán học mô tả quá trình nghiên cứu nhƣ sau:

Dạng mã hóa:

Y = 1586.0 – 607,0 X1 + 87,5X2 – 78,5X3 – 83,75X12 + 89,5X1X2 + 27,5X1X3 +

+ 174,25X22 – 100,5X2X3 + 121,25X3

2 (4-3)

Dạng thự c:

Y = 2401,79 – 12,0925X1 – 7,4125X2 – 1680,94X3 – 0,067X12 + 0,358X1X2 +

+ 2,75X1X3 + 3,485X22 – 50,25X2X3 + 1515,62X3

2 (4-4)

Độ tƣơng quan giữa khối lƣợ ng thể tích thu đƣợ c từ thực nghiệm và khối lƣợ ng thể

tích tính toán từ phƣơng trình hồi quy là 98,61% (Hình 4-20). Nhƣ vậy có thể k ết luậnr ằng mô hình hồi quy đã mô tả đúng các kết quả thực nghiệm. Hệ số tƣơng quan cho

biết 98,06% sự biến đổi của khối lƣợ ng thể tích là do ảnh hƣở ng của các biến độc lậ p

X1, X2, X3, X4 và chỉ có 1,36% sự thay đổi là do các yếu tố không xác định gây ra.

y = 0,9861x + 22,853R² = 0,9861

500

1000

1500

2000

2500

1000 1200 1400 1600 1800 2000









4.4.1 Ảnh hƣở ng của các nhân tố đến khối lƣợ ng thể tích gạch không nung

Bảng 4-8: K ết quả phân tích ảnh hƣở ng của các nhân tố mã hóa đớ i vớ i mô hình hồi

quy.

Nhân tố Tổng bìnhphƣơng Bậc tự do Phƣơng sai Tỷ số F Tỷ số P Hệ số hồi quy

b0 1586,0X1 277513 1 277513 230,30 0,0000 -607,0X2 5512,5 1 5512,5 4,57 0,0854 87,5X3 5000,0 1 5000,0 4,15 0,0972 -78,5X1

2 1298,08 1 1298,08 1,08 0,3469 83,75X1X2 2025,0 1 2025,0 1,68 0,2515 89,5X1X3 0,0 1 0,0 0,00 1,0000 27,5X2

2 11682,7 1 11682,7 9,70 0,0264 174,25

X2X3 2500,0 1 2500,0 2,07 0,2093 -100,5X3

2 4205,77 1 4205,77 3,49 0,1207 121,25Sai số 6025,0 5 1205,0

4 R2 = 0,9860; Adj-R

2 = 0,9610

Phƣơng trình hồi quy trên cho thấy khối lƣợ ng thể tích chịu ảnh hƣở ng bậc 1, bậc 2

của hàm lƣợ ng tro tr ấu và hàm lƣợ ng phụ gia. Chỉ có hàm lƣợ ng phu gia ảnh hƣở ng

tiêu cực đến khối lƣợ ng thể tích gạch còn nhân tố hàm lƣợ ng tro tr ấu ảnh hƣở ng tích

cực đến khối lƣợ ng thể tích (hình 4-21).

Hình 4-16: Mức độ ảnh hƣở ng của các nhân tố đến khối lƣợ ng thể tích gạch.

Mức độ ảnh hƣở ng của các nhân tố bậc 1 và bậc 2 vớ i khối lƣợ ng thể tích đƣợ c xế p

theo thứ tự sau: hàm lƣợ ng tro tr ấu, hàm lƣợ ng phụ gia. Nhƣ vậy hàm lƣợ ng tro tr ấu

ảnh hƣở ng lớ n nhất đối vớ i khối lƣợ ng thể tích gạch đối vớ i bậc 1, còn ảnh hƣở ng của

hàm lƣợ ng phụ gia đối vớ i bậc 2 thì thấp hơn.

0 3 6 9 12 15 18

AC AA

AB

BC

C:Ti le

CC

B:Phu gia

BB

A:RHA+

-









4.4.2 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia

K ết quả khảo sát ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia

đến khối lƣợ ng gạch ở điều kiện cố định tỉ lệ nƣớc/xi măng, đƣợ c trình bày ở hình bên

dƣớ i. Dễ dàng nhận thấy ở hàm lƣợng RHA thay đổi từ khoảng 0 đến 50% ảnh hƣở ngnhiều đến khối lƣợ ng gạch, còn việc thay đổi hàm lƣợ ng phụ gia từ 0-10% không ảnh

hƣở ng nhiều đến khối lƣợ ng gạch.

Hình 4-17: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợng RHA, hàm lƣợ ng phụ gia và

tỉ lệ w/c bằng 0,35 lên khối lƣợ ng gạch.


tỉ lệ w/c bằng 0,55 lên khối lƣợ ng gạch.










tỉ lệ w/c bằng 0,75 lên khối lƣợ ng gạch.Từ các đồ thì trên ta thấy: với hàm lƣợ ng phụ gia từ 0 đến 50%, khối lƣợ ng gạch

càng giảm đồng thời hàm lƣợ ng xúc tác càng thấp. Điều này là do ảnh hƣởng tƣơng

tác đồng thờ i của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia làm tăng độ r ỗng bên trong

cấu trúc vật liệu nên làm giảm khối lƣợ ng gạch đáng kể.

4.4.3 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ nƣớc/xi măng

K ết quả khảo sát ảnh hƣởng đồng thời hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ nƣớc/xi măng

đến khối lƣợ ng gạch ở điều kiện cố định hàm lƣợng RHA, đƣợ c trình bày ở hình bên

dƣớ i. Ở hàm lƣợ ng phụ gia thấ p khoảng 0% thì khối lƣợ ng gạch trong vùng tỉ lệ

nƣớc/xi măng khảo sát không khác biệt nhiều. Có sự khác biệt đáng kể về khối lƣợ ng

khi tăng hàm lƣợ ng phụ gia từ 0% đến 10%. Khối lƣợ ng gạch thấp hơn khi ở tỉ lệ w/c

và hàm lƣợ ng phụ gia ở mức trung bình. Ảnh hƣởng đống thờ i của hàm lƣợ ng phụ gia

và tỉ lệ w/c ở mức trung bình làm quá trình đóng rắn và hình thành lỗ xố p không xảy

ra hoàn toàn nên khối lƣợ ng viên gạch chƣa thay đổi đáng kể.









Hình 4-20: Ảnh hƣở ng của hàm lƣợ ng phụ gia, tỉ lệ w/c và hàm lƣợ ngRHA bằng 0% lên khối lƣợ ng gạch.


RHA bằng 25% lên khối lƣợ ng gạch.

0,440,54

0,640,74

0,84

0,34

0,440,54

0,640,74

0,84

0,34










RHA bằng 50% lên khối lƣợ ng gạch.

4.4.4 Ảnh hƣởng đồng thờ i của hàm lƣợ ng RHA và tỉ lệ

K ết quả khảo sát ảnh hƣởng đồng thời hàm lƣợ ng RHA và tỉ lệ w/c đến khối lƣợ ng

gạch ở điều kiện cố định hàm lƣợ ng phụ gia, đƣợc trình bày trong hình bên dƣớ i. ở

hàm lƣợ ng RHA cao (50%), tỉ lệ w/c tăng từ 0,34 đến 0,84 cho khối lƣợ ng gạch không

thay đổi nhiều. Khi hàm lƣợ ng RHA giảm từ 50-0%, đồng thờ i vớ i tỉ lệ w/c tăng từ

khoảng 0,35-0,75 thì làm khối lƣợ ng viên gạch tăng đáng kể từ 1200-2080 g. K ết quả

này là do hàm lƣợng RHA càng cao thì độ r ỗng của vật liệu càng tăng, còn tỉ lệ w/c sẽ

làm cho quá trình đóng rắn và lỗ r ỗng bên trong diễn ra sớ m và ít khi ở tỉ lệ thấ p.


phụ gia bằng 0% lên khối lƣợ ng gạch.

0,440,54

0,640,74

0,84

0,34

0,440,54

0,640,74

0,84

0,34













4.5 Điều kiện tối ƣu hóa quá trình chế tạo gạch từ tro trấu

Để tìm giá tr ị tối ƣu của bài toán trong nghiên cứu là cƣờng độ gạch đạt theo tiêu

chuẩn TCVN 1451-1998 và khối lƣợ ng thể tích hợ p lý nhất để khối lƣợ ng có thể thấ p

nhất. Vớ i các k ết quả ở trên, ta dùng phƣơng pháp thử sai để giải bài toán tối ƣu hóa.

- Giả sử: ta chọn giá tr ị tỉ lệ w/c tối ƣu là 0,56 (lấy theo giá tr ị tối ƣu trong cƣờ ng

độ), sau đó ta vẽ đồ thì ảnh hƣở ng của hàm lƣợng RHA và hàm lƣợ ng phụ gia lên

cƣờng độ và khối lƣợ ng thể tích gạch tại tỉ lệ là 0,56 (xem hình 4-26).

0,440,54

0,640,74

0,84

0,34

0,440,54

0,640,740,84

0,34









Hình 4-26: Ảnh hƣởng hàm lƣợ ng RHA, phụ gia và tỉ lệ bằng 0,56 lên cƣờng độ

và khối lƣợ ng thể tích gạch.

- Từ đồ thị trên ta k ết luận r ằng: hàm lƣợ ng RHA ảnh hƣởng đáng kể vừa cả

cƣờng độ gạch và vừa cả khối lƣợ ng thể tích gạch, còn hàm lƣợ ng phụ gia ảnh hƣở ng

không đáng đến cƣờng độ và khối lƣợ ng thể tích của gạch. Từ đó ta chọn đƣợ c hàm

lƣợ ng phụ gia bằng 1%, do tính kinh tế và khối lƣợ ng thể tích gạch thích hợ p nhất.

- Vớ i k ết quả phƣơng trình hồi quy ở trên, ta thế hai giá tr ị vừa tìm đƣợ c là hàm

lƣợ ng phụ gia bằng 1% và tỉ lệ w/c bằng 0,56 vào hai phƣơng trình hồi quy để tìm giá

tr ị cƣờng độ và khối lƣợ ng thể tích tƣơng ứng, vớ i khoảng giá tr ị hàm lƣợ ng RHA từ

45% đến 50%. Ta đƣợ c k ết quả trong bảng 4-9









Bảng 4-9: Ảnh hƣởng hàm lƣợng RHA đến cƣờng độ nén và khối lƣợ ng thể tích.

Hàm lƣợ ng RHA (%)

Cƣờng độ nén (daN.cm-2)

Khối lƣợ ng thể tích (kg.cm-3)

45 56,88 1309,2646 54,938 1292,9747 52,98 1276,5548 51,025 1259,9949 49,058 1243,2950 47,08 1226,469

Dựa vào bảng k ết quả trên ta chọn đƣợc hàm lƣợ ng RHA cần tìm là 48%, do giá tr ị

đạt theo tiêu chuẩn, đồng thờ i khối lƣợ ng thể tích của viên gạch là thấ p nhất.

- Ta có giá tr ị hàm lƣợ ng RHA bằng 48%, ta tiế p tục lặ p lại các bƣớ c tính toán

trên để kiểm tra các giá tr ị hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ, tiến hành nhƣ sau: ta cố địnhhàm lƣợ ng RHA bằng 48% và tỉ lệ w/c bằng 0,56, đồng thời thay đổi giá tr ị hàm lƣợ ng

phụ gia từ 0 đến 6%. K ết quả thu đƣợ c chứng minh giá tr ị hàm lƣợ ng phụ gia bằng 1%

là tối ƣu, đúng nhƣ giả thuyết ban đầu (xem bảng 4-10).

Bảng 4-10: Ảnh hƣởng hàm lƣợ ng phụ gia đến cƣờng độ nén và khối lƣợ ng thể tích.

Hàm lƣợ ng phụ gia (%)



0 60,47 12741 51,03 12592 43,45 12523 37,76 12514 33,96 12575 32,04 12706 31,99 1290

- Tƣơng tự nhƣ trên, ta tiế p tục kiểm tra tỉ lệ w/c bằng các cố định hai giá tr ị hàm

lƣợ ng RHA bằng 48% và hàm lƣợ ng phụ gia bằng 1%, đồng thờ i giá tr ị tỉ lệ thay đổi

từ 0,54 đến 0,59, k ết quả đƣợ c trình bày trong bảng và giá tr ị tối ƣu đƣa ra ban đầu là

hợ p lý (xem bảng 4-11).









Bảng 4-11: Ảnh hƣởng hàm lƣợ ng phụ gia đến cƣờng độ nén và khối lƣợ ng thể tích.

K ết Luận: giá tr ị tối ƣu của cƣờng độ nén là 51,03 daN.cm-2 và khối lƣợ ng thể tích

gạch là 1259,99 kg.cm-3 tƣơng ứng vớ i các thành phần phối liệu là hàm lƣợ ng RHA,

hàm lƣợ ng phụ gia và tỉ lệ w/c lần lƣợ t là 48%, 1% và 0,56.4.6 K ết quả tính chất gạch tại điểm tối ƣu

K ết quả cho thấy r ằng ngoài giá tr ị cƣờng độ và khối lƣợng đạt giá tr ị tiêu chuẩn

thì độ hút nƣớc cũng đạt tiêu chuẩn của gạch xây (bảng 4-12).

Bảng 4-12: K ết quả phân tích tính chất gạch không nung.

Tên chỉ tiêu Mức chất lƣợng

TCVN 1451-1998Kết quả kiểm nghiệm

28 ngày

1.

Kích thƣớc cơ bản - Chiều dài, mm - Chiều rộng, mm - Chiều dày, mm

180 ± 680 ± 440 ± 2

180,480,6

40,142. Độ hút nƣớc, % <16 10,33. Khối lƣợng thể tích, kg.cm- Min 1600 1259,94. Độ bền nén cho 1 mẫu, daN.cm-2 Min 35 - 50 51,03

Hàm lƣợ ng phụ gia (%)



0,54 50,80 1258,63

0,55 50,95 1259,150,56 51,03 1259,990,57 51,03 1261,120,58 50,99 1262,560,59 50,89 1264,30









CHƢƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1 K ết luận

Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, k ết quả đạt đƣợc nhƣ sau: (i) tổng hợp đƣợ cthủy tinh lỏng và ứng dụng trong sản xuất gạch không nung. Chất phụ gia có màu vàng

rơm, lỏng sánh và có module bằng 1,03, đồng thờ i chất phụ gia này cũng phù hợ p một

số chỉ tiêu theo tiêu chuẩn TCCS 05:2010; (ii) sản xuất đƣợ c vật liệu có khả năng thay

thế gạch đất nung truyền thống, với ƣu điểm vƣợ t tr ội là khối lƣợ ng nhẹ đồng thờ i

cƣờng độ cao, ứng dụng trong ngành vật liệu xây dựng. Khảo sát đƣợ c ảnh hƣở ng các

yếu tố hàm lƣợ ng tro tr ấu (RHA), hàm lƣợ ng phụ gia, tỉ lệ nƣớc/xi măng (w/c), đặc

biệt tìm ra giá tr ị tối ƣu về cƣờng độ và khối lƣợ ng thể tích gạch; (iii) tìm hiểu đƣợ c

ứng dụng của quy hoạch thực nghiệm trong ngành công nghệ hóa học vào trong

nghiên cứu này; (iv) xây dựng đƣợ c mô hình hồi quy từ các yếu tố hàm lƣợ ng RHA,

hàm lƣợ ng phụ gia, tỉ lệ w/c đến cƣờng độ nén và khối lƣợ ng thể tích của viên gạch.

Kiểm định và tối ƣu hóa mô hình bằng phƣơng pháp bề mặt đáp ứng xây dựng trên

ngôn ngữ phần mềm Statgraphics Centurion XV.I. Qua đấy thu đƣợc điều kiện tối ƣu

tại hàm lƣợ ng RHA bằng 48%, hàm lƣợ ng phụ gia bằng 1% và tỉ lệ w/c bằng 0,56, khi

đó gạch không nung đƣợ c tạo thành có cƣờng độ là 51,03 daN.cm-2, độ hút nƣớ c bằng

10,3% và khối lƣợ ng thể tích bằng 1259,99 kg.cm-3.

5.2 Kiến nghị

Mặc dù k ết quả nghiên cứu khá ấn tƣợ ng, tuy nhiên do tình hình trang thiết bị dùng

cho nghiên cứu còn khá thiếu thốn nên việc tổng hợ p phụ gia và gia đoạn nghiền

nguyên liệu và dụng cụ đúc mẫu gặ p nhiều khó khăn. Nếu có thể đƣa ra ngoài sản xuất

vớ i quy mô lớn, thì dùng phƣơng pháp nén để tạo gạch làm cho quá trình sản xuất sẽ

tr ở nên dễ dàng và thuận lợi hơn.

Trong tƣơng lai, em kiến nghị sẽ tiế p tục nghiên cứu sử dụng các nguồn phụ phẩm

khác nhƣ đá không canh tác, cát, sơ dừa, mùn cƣa… làm phong phú thêm nguồn

nguyên liệu sử dụng cho quá trình sản xuất gạch không nung ở địa phƣơng nói riêng

và của vùng Đồng bằng Sông Cửu Long nói chung làm môi trƣờ ng sinh thái tốt đẹ p

hơn.









TÀI LIỆU THAM KHẢO

Aslan, N. and Y. Cebeci, 2007. Application of Box – Behnken design and response

surface methodology for modeling of some Turkish coals. Fuel, 86(1 – 2): 90-97.

Bộ xây dựng, 2010. Chƣơng trình phát triển vật liệu xây không nung đến năm 2010.

www. dmcgroup.vn , ngày 01/02/2010.

Bộ Tài Nguyên - Môi trƣờ ng, 2009. Nguyên liệu xây dựng sạch trong tƣơng lai.

www.tmmt.gov.vn, ngày 06/10/2009.

Chao-Lung, H., B.L. Anh-Tuan and C. Chun-Tsun, 2011. Effect of rice husk ash onthe strength and durability characteristics of concrete. Construction andBuilding Materials, 25(9): 3768-3772.

Calabria A, J., W.L. Vasconcelos, D.J. Daniel, R. Chater, D. McPhailA.R. Boccaccini,2010. Synthesis of sol – gel titania bactericide coatings on adobe brick.Construction and Building Materials, 24(3): 384-389.

Đ.Vinh, 2006. Ô nhiễm môi trƣờ ng từ sản xuất gạch ngói. www.vietbao.vn, ngày21/12/2006.

Freidin, K.E. Erell, 1995. Bricks made of coal fly-ash and slag, cured in the open air.Cement & Concrete Composites, 17(4): 289-300.

Hải, H. and H. Long, 2008. Tri Thức Công nghệ: “Lên đờ i-bê tông bằng nội lực”.

www.sggp.org.vn, ngày 10/08/2008.

Heah, C.Y., H. Kamarudin, A.M. Mustafa Al Bakri, M. Bnhussain, M. Luqman, I.

Khairul Nizar, C.M. Ruzaidi and Y.M. Liew, 2012. Study on solids-to-liquid

and alkaline activator ratios on kaolin-based geopolymers. Construction and

Building Materials, 35(0): 912-922.

Kalapathy, U., A. Proctor and J. Shultz, 2000. A simple method for production of pure

silica from rice hull ash. Bioresource Technology, 73(3): 257-262.Le, V.H., C.N.H. ThucH.H. Thuc, 2013. Synthesis of silica nanoparticles from

Vietnamese rice husk by sol – gel method. Nanoscale Research Letters, 8(1): 58-58.

Mai, K., 2013. Giáo trình thí nghiệm vật liệu xây dựng. www.doc.edu.vn/, ngày01/10/2014.

Millogo, Y., M. HajjajiR. Ouedraogo, 2008. Microstructure and physical properties oflime-clayey adobe bricks. Construction and Building Materials, 22(12): 2386-

2392.





http://www.gachkhangminh.vn/

http://www.tmmt.gov.vn/

http://www.sggp.org.vn/

http://www.doc.edu.vn/

http://www.doc.edu.vn/

http://www.sggp.org.vn/

http://www.tmmt.gov.vn/





Minh, K., 2011. Gạch không nung là gì?. www.gachkhangminh.vn, ngày 01/10/2011.

Montgomery, D.C., 2008. Design and Analysis of Experiments. 7th ed. Wiley,

John&Sons.

Nguyễn Thị Dƣơng và Vũ Hải Yến, 2010. Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máynhiệt điện Đình Hải làm vật liệu xây dựng. Đại hoc. Trƣờng Đại học Cần Thơ.

Nam, T., 2013. Công nghệ sản xuất gạch polimer.

Phƣớ c, L.T. and L.T. Em, 2012. Nghiên cứu điều chế thủy tinh lỏng từ soda và cát.

Đại học. Cần Thơ.

Silva, P.D., K. Sagoe-CrenstilV. Sirivivatnanon, 2007. Kinetics of geopolymerization:Role of Al2O3 and SiO2. Cement and Concrete Research, 37(4): 512-518.

Swamy, G.J., A. SangamithraV. Chandrasekar, 2014. Response surface modeling and process optimization of aqueous extraction of natural pigments from Betavulgaris using Box – Behnken design of experiments. Dyes and Pigments,111(0): 64-74.

Tang, Q.T. Wang, 2005. Preparation of silica aerogel from rice hull ash bysupercritical carbon dioxide drying. The Journal of Supercritical Fluids, 35(1):91-94.

Thắng, V., 2003. Sử dụng tro tr ấu sản xuất oxyt silic.

Thảo, N.T. and P.C. Tuấn, 2010. Chuyên đề phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măngPortland. Đại học. Trƣờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng.

TCVN 6355-1:1998 Gạch xây - Phƣơng pháp thử - Xác định cƣờng độ nén.

TCVN 6355-3:1998 Gạch xây - Phƣơng pháp thử - Xác định độ hút nƣớ c.

TCVN 6355-5:1998 Gạch xây - Phƣơng pháp thử - Xác định khối lƣợ ng thể tích.

TCVN 1451:1998 Gạch đặc đất sét nung.

TCVN 6476:1999 Gạch bê tông tự chèn.

TCCS 05:2010/HVVT áp dụng cho sản phẩm thủy tinh lỏng.

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHONWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM




Documents

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO TRẤU TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG