Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -1-
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN HỮU THÂN NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG HẠT NIX ĐÃ
QUA SỬ DỤNG (XỈ ĐỒNG) THAY THẾ HẠT SỎI TRONG
VẬT LIỆU BÊ TÔNG POLYMER Ngành: Kỹ thuật tàu thủy
Mã số: CH07TT03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT TÀU THỦY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS QUÁCH ĐÌNH LIÊN



Nguyễn Hữu Thân

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -4-
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trên thế giới đã và đang ứng dụng bê tông polymer (mineral
casting) dùng để thay thế vật liệu gang trong việc đúc các bệ máy tiện, phay vạn
năng; máy tiện, phay CNC….
Thành phần cấu tạo của bê tông polymer bao gồm: nhựa EPOXY, cát hạt
lớn, và hạt sỏi, được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định.
Ứng dụng này đã mở ra cho ngành vật liệu một hướng đi mới vô cùng khả
quan vì những tính năng mà bê tông polymer đạt được:
Với nội dung “Nghiên cứu thử nghiệm khả năng ứng dụng hạt NIX đã qua sử
dụng (xỉ đồng) thay thế hạt sỏi trong vật liệu bê tông polymer”. Luận văn của tôi
gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan về bê tông polymer, hạt NIX, nhựa EPOXY.
Chương 2: Quy hoạch thực nghiệm và chế tạo mẫu.
Chương 3: Kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị.
Sau một thời gian được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo - PGS.TS Quách
Đình Liên, đến nay luận văn của tôi đã hoàn thành.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn và các

1.1.2 Tìm hiểu về khoáng sản đúc 13
1.1.2.1 Thành phần 13
1.1.2.2. Chất kết dính 14
1.1.2.3 Phương pháp chế tạo vật liệu 16
1.1.2.4 Phản ứng tỏa nhiệt 19
1.1.2.5 Tiêu chuẩn 19
1.1.3 Đặc điểm khoáng sản đúc 20
1.1.3.1 Đặc điểm năng động 20
1.1.3.2 Giảm xóc 21
1.1.3.3 Giảm tiếng ồn 22
1.1.3.4 Quá trình nhiệt 22
1.1.3.5 Mô-đun đàn hồi 22
1.1.3.6 Chống rỉ 23
1.1.3.7 Môi trường 24
1.1.3.8 Độ dẫn điện 25
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -6-
1.1.3.9 Độ co rút 25
1.1.4 Tình hình nghiên cứu bê tông polyme ở trong và ngoài nước 26
1.2 Hạt NIX 29
1.2.1. Hạt Nix chưa qua sử dụng 29
1.2.2. Hạt Nix đã qua sử dụng (hạt Nix phế thải) 30
1.3 Nhựa EPOXY 32
1.3.1 Khái niệm 32
1.3.2 Tổng hợp nhựa Epoxy 32
1.3.3 Lý tính của nhựa Epoxy 35
1.3.4 Hóa tính của nhựa Epoxy 36
1.3.4.1. Phản ứng của nhóm epoxy 36

3.3.2 Liều hiệu dụng trong nhà và tiêu chuẩn an toàn bức xạ đối với vật liệu
xây dựng 74
3.3.2.1. Phương pháp xây dựng tiêu chuẩn 74
3.3.2.2. Tiêu chuẩn theo liều hiệu dụng chiếu ngoài 74
3.3.2.3. Tiêu chuẩn theo chỉ số hoạt độ chiếu ngoài và chiếu trong 75
3.3.2.4. Tiêu chuẩn đối với vật liệu khối và vật liệu lát bề mặt 76
3.3.2.5. Vai trò của bức xạ beta 77
3.3.2.6 Đánh giá thực tế độ phóng xạ của một số vật liệu xây dựng 77
3.4 Kiểm tra độ hấp thụ, trương nở trong nước biển và dầu DO 0,25S 79
3.4.1 Kiểm tra độ hấp thụ nước biển. 79
3.4.2 Kiểm tra độ hấp thụ dầu DO 0.25S 81
3.4.3. Kiểm tra độ trương nở trong môi trường nước biển và dầu DO 0.25S 83
3.5 Thí nghiệm độ cứng 83
3.6 Thí nghiệm uốn 85
3.7 Kết luận và kiến nghị 88
Tài liệu tham khảo 90
Phụ lục 93

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -8-
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Hiện nay trên thế giới đã và đang ứng dụng bê tông polymer dùng để thay thế
vật liệu gang trong việc đúc các bệ máy tiện, phay vạn năng; máy tiện, phay
CNC….

polymer dẫn đến ứng dụng hạt NIX thay thế hạt sỏi đưa ra vật liệu mới với
đầy đủ tính năng cần thiết.(độ nén cao, không dẫn điện và không nhiễm phóng
xạ_
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thử nghiệm các tính chất của vật liệu để có
thể ứng dụng trong kỹ thuật.
3. Nội dung thực hiện:
Chương 1: Tổng quan về bê tông polymer (mineral casting) , hạt NIX, nhựa
EPOXY.
Chương 2: Quy hoạch thực nghiệm, chế tạo mẫu.
Chương 3: Kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
các ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác:
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -11-

Hình 1.1: Sản phẩm được gia cường bởi vật liệu bê tông polymer
 Đảm bảo kiểu dáng của máy
 Đảm bảo khả năng chịu lực.
Nói tóm lại bê tông polymer đảm bảo các tính năng cách nhiệt, cách âm
thanh tối ưu ở trạng thái tĩnh cũng như ở trạng thái động.
Ngành công nghiệp của châu Âu vào đầu thế kỷ 20, là một trong số những
ngành đặc trưng của xã hội lúc bấy giờ. Bởi tầm quan trọng này cộng với sự giá
thành tăng đột biến của vật liệu sắt thép đúc và sự khan hiếm của kim loại. Với
những nhu cầu bức thiết đó thì vào năm 1917 Georg Schlesinger, một người Đức đã
tìm ra một vật liệu có thể thay thế được gang, thép đó là vật liệu bê tông polymer
với thành phần là nguyên liệu truyền thống (cát hạt lớn và hạt sỏi) và các dung môi
hỗ trợ (Hình 1.2).
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -12-
bê tông polymer tạo ra trong nghành công nghiệp đúc đã áp dụng cho ngành công
nghiệp cơ khí, và số lượng của các sản phẩm khoáng sản đúc ở Đức tăng từng năm
và sẽ tăng gấp đôi dự kiến trong năm tiếp theo.
1.1.2 Tìm hiểu về khoáng sản đúc
1.1.2.1 Thành phần
Khoáng sản đúc chủ yếu là các chất kết dính và vật liệu (cát vàng và sỏi hạt
lớn), ngoài ra còn có các phụ gia khác. (Hình 1.5)

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -14-Hình 1.5: Khai thác khoáng sản để đúc với thành phần
là nhựa epoxy và khoáng sản

1.1.2.2. Chất kết dính
Tiêu chí lựa chọn cho chất kết dính là các sản phẩm sau khi chế tạo ra phải
có các tính năng sau:
• Mô đun đàn hồi cao
• Nén tốt
• Chống sốc cao
• Cách điện tốt
• Độ chính xác cao
• Thời gian xử lý nhanh
• Sinh học và các khía cạnh kinh tế
Yêu cầu quan trọng đối với khoáng sản đúc có mô đun đàn hồi cao và các
đặc tính giảm xóc tốt. Các nguyên vật liệu cũng được coi trọng, để không mất thời
gian đòi hỏi có một khuôn chính xác cao thì hệ số giãn nở nhiệt thấp (hệ số giãn nở

chất độn) cao để giảm thiểu tiêu thụ các chất kết dính
• Các khía cạnh sinh lý học và kinh tế
Diện tích tiếp xúc giữa các bề mặt của các hạt khác nhau thì ảnh hưởng đến
mật độ liên kết, phân bố kích thước hạt có thể làm giảm không gian sẽ được
điền vào đến mức tối thiểu (khoảng trống mà các hạt tạo ra) và khi đó các khoáng
sản đúc sẽ được tạo ra có chất lượng cao với lực nén nhỏ và chất kết dính ít nhất có
thể. Chính vì thế ta phải tối ưu mật độ liên kết giữa các hạt (Hình 1.6)
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -16-

Hình 1.6: Tối ưu mật độ bằng cách phối hợp các kích thước hạt
Kích thước hạt dùng cho khoáng sản đúc được sử dụng trong phạm vi như
sau:
- Dưới 0,1 mm đối với bột đá
- Khoảng 0,1-2 mm đối với cát
- Trong khoảng 2 đến 16mm đối với sỏi.
1.1.2.3 Phương pháp chế tạo vật liệu bê tông polymer
Ta chọn các thành phần và khối lượng của khoáng sản tùy theo từng sản
phẩm tạo thành hỗn hợp, sau đó ta đổ vào khuôn và đầm.
Để đạt được đặc tính vật liệu tái sản xuất, đặc biệt là các thành phần riêng lẻ
của các chất kết dính (nhựa và chất làm cứng) và nguyên liệu hỗn hợp với độ chính
xác cao, nhà sản xuất sẽ sử dụng hợp chất là khoáng sản có trọng lượng từ 90-93%

-18- Mục tiêu của quá trình nén nhằm tạo ra sản phẩm tốt nhất có thể của khoáng
sản đúc. Do có chuyển động tương đối của các hạt thành phần trong hỗn hợp pha
trộn khi bị nén nên ngành công nghiệp tuân thủ áp dụng hai nguyên tắc của việc nén
chặt khoáng sản đúc:
 Các khuôn mẫu được đặt dưới một máy nén
 Các khuôn mẫu được đặt trên một máy rung
Sự kết hợp của cả hai nguyên tắc là có thể. Đặc biệt là khi nén các sản phẩm
có khối lượng lớn, với các tấm nặng nén chặt sẽ cho kết quả tốt hơn sau khi đã qua
máy rung. (Hình 1.9)
Hình 9: Sản phẩm được nén sau khi đã qua máy rung
(kết hợp hai nguyên tắc)
Sự ảnh hưởng của các thông số như tần số, biên độ khi rung; lực và thời gian

thép, gang.
Đặc tính Đơn vị Khoáng sản đúc Gang Thép
Tỷ trọng kg/dm³ 2,1-2,4 7,2 7,8
Sức bền nén kN/mm² 15-55 90-110 210
Sức bền kéo N/mm² 10-30 200-800 350-1500
Độ rung 10³ kg/ms

0,02-0,04 0,003 0,002
Độ dẫn nhiệt W/mK 1,3-3 50 45
Công suất nhiệt kJ/kgK 0,9-1,3 0,5 0,45-0,5
Năng lượng tiêu hao MJ/dm³ 25 120 160
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -20-

1.1.3 Đặc điểm của khoáng sản đúc
1.1.3.1 Đặc điểm năng động
Thời gian hoàn thành sản phẩm nhanh, tỷ lệ nguyên vật liệu thay đổi dễ dàng
dẫn đến những thay đổi nhằm tăng cường về mặt cơ học và hình dáng cấu trúc máy.
Ngoài việc tạo hình dáng dễ dàng thì khả năng phục hồi và độ cứng của khoáng sản
đúc sẽ ảnh hưởng đáng kể đến chống rung của máy móc.
Khoáng sản đúc là vật liệu tạo thành các khung máy trong 20 năm qua
(Hình 1.10). Nó đóng góp quan trọng trong sự phát triển chế tạo các loại máy móc ở
các ngành khác: máy chế biến gỗ, xây dựng….và cũng như thống trị ở các lĩnh vực
khác như: bao bì, dệt may, năng lượng, điện tử, quang học…
Hình 1.10: Sản phẩm khoáng sản đúc ( làm các khung đỡ của máy)


1.1.3.3 Giảm tiếng ồn
Nhu cầu giảm và hạn chế tiếng ồn xuất phát từ các cơ sở sản xuất ảnh hưởng
môi trường xung quanh quan trọng hơn bao giờ hết. Tiếng ồn đã giảm đáng kể khi
ta thay thế khung hình máy bằng vật liệu bê tông polymer, và thực tế đã chứng minh
giảm khoảng 20%.
1.1.3.4 Quá trình nhiệt
Trong quá tình vận hành máy sẽ chịu ảnh hưởng của nguồn nhiệt bên
ngoài và cũng như trong nội bộ máy, lúc đó sẽ xuất hiện các biến dạng nhiệt ảnh
hưởng đến các thành phần máy. Và những tác động bức xạ bên ngoài lưu
thông trong không khí, và nhiệt độ trong phòng nhà máy đều có liên quan. Quá trình
nhiệt xác định bởi các đặc điểm của hệ số giãn nở nhiệt, dẫn nhiệt xác định cụ thể
theo bảng 1.3
Bảng 1.3: So sánh ảnh hưởng nhiệt của
khoáng sản đúc với các vật liệu gang, thép.

Với việc sử dụng đúc khoáng sản có thể sản xuất khung máy có độ dẫn nhiệt
rất thấp
1.1.3.5 Mô-đun đàn hồi
Các môđun đàn hồi tĩnh là một hằng số tỷ lệ giữa các va chạm cơ học bình
thường và biến dạng thích hợp của nó đã được xác định để khoáng sản đúc dưới áp
lực và chịu tải, các thí nghiệm nén (Bảng 1.4) có những giá trị cao hơn một chút
(khoảng 5%). Trong khoáng sản đúc thì vật liệu đúc với đường kính hạt lớn nhất
(16 mm) có được mô-đun đàn hồi lên đến gần 50kN/mm
2
. Đặc tính Đơn vị Thép Gang Khoáng sản đúc
Hệ số giãn nở nhiệt 10-6/K 12 10 9-18

Hệ số Poisson 0,3 0,2-0,3 0,25-0,3
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -24-

1.1.3.7 Môi trường
Sản xuất khoáng sản đúc có thể không cần nguồn cung cấp nhiệt trong khi
pha trộn, nếu so sánh năng lượng cần tiêu thụ để nấu chảy gang hoặc thép so với
khoáng sản đúc thì năng lượng tiêu thụ để làm ra một sản phẩm bê tông polymer ít
hơn từ 20 đến 40%. Các vật liệu trơ về mặt hóa học khi bê tông polymer xảy ra
trạng thái nứt hoặc bị phá vỡ, chính vì thế không có ảnh hưởng sức khỏe (Theo quy
định áp dụng tại Đức từ hiệp ước châu Âu 01/01/1999 cho các loại chất thải)
Ban công tác về chất thải (LAGA) dựa trên các luật và quy định các thông
số các chất gây ô nhiễm và xác định thành phần cấu tạo sản phẩm đã kết luận
khoáng sản đúc ở trong thể loại tái chế 1,2 .
Trên cơ sở đó các nhà chức trách đã thiết lập quy trình xử lý khoáng sản đúc
và tái sử dụng các khoáng sản vào việc xây dựng. Các khoáng sản đúc bị hư hỏng
được đưa vào bộ phận nghiền khoáng sản trong các nhà máy để tạo thành các hạt
nhỏ và lấy đó làm nguyên liệu tái sản xuất (hình 1.15).

Hình 1.15: Nghiền nhỏ các sản phẩm bê tông polymer thành các hạt nhỏ
Chính vì khả năng có thể tái sử dụng tạo ra cân bằng năng lượng (không
có nguồn cung cấp nhiệt bên ngoài), dễ dàng xây dựng và hỗ trợ tái chế vật liệu xây
dựng. Đối với vật liệu gang, thép chúng ta cần một lượng năng lượng rất lớn để nấu
chảy chúng nếu muốn tái sử dụng, còn khoáng sản đúc chỉ cần một phần năng lượng
để sử dụng máy nghiền, vì thế nó thân thiện với môi trường.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật