ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

B I QU C DUNG

NGHI N C U T N D NG NGU N Ỉ S T
ĐỂ SẢN UẤT GẠCH I

Chuyên ngành:

NG

H NG NUNG

ỹ thuật ây dựng công trình DD&CN
ã số : 60.58.02.08

TÓ

T T LU N V N THẠC SĨ

Ỹ THU T

ÂY DỰNG C NG TRÌNH DÂN D NG VÀ C NG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


thải ra gây ô nhiễm môi trường nước, môi trường không khí làm
ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, ảnh hưởng đến đời sống của
nhân dân.
Tận thu, xử lí các phế thải công nghiệp, trong đó có xỉ sắt từ
quá trình sản xuất giúp giảm thiểu tác động đến môi trường là một
trong những chủ trương cũng như ưu tiên hàng đầu mà chính phủ,
các cấp, các ngành hết sức quan tâm. Bộ Xây dựng đã có Tờ trình số
18/Ttr-BXD ngày 31/3/2014 gửi Thủ tướng Chính phủ phê duyệt cơ
chế thực hiện xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt
điện, nhà máy hóa chất để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây
dựng giai đoạn 2014 – 2020, định hướng đến năm 2030.
Việc sử dụng nguồn phế thải của quá trình sản xuất để chế
tạo vật liệu xây dựng sẽ làm giảm việc khai thác các nguồn tài
nguyên thiên nhiên như đất làm gạch xây dựng, cát để sản xuất gạch
xi măng không nung, v.v.. Điều đó sẽ tạo điều kiện để các ngành sản
xuất điện, phân bón, thép và sản xuất vật liệu xây dựng phát triển bền
vững và thân thiện với môi trường.
Ứng dụng vật liệu mới trong xây dựng, trong đó có gạch xây
không nung luôn nhận được sự quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn
ở các nước trên thế giới. Hiện nay, đưa gạch xây không nung vào các
công trình xây dựng đang trở thành xu hướng tất yếu trong ngành xây
dựng. Sở dĩ loại gạch này được kỳ vọng nhiều đến thế là vì chúng sẽ dần
thay thế các loại gạch nung truyền thống, góp phần giảm thiểu thời gian


2
chế tạo, giảm hao phí nhân công, giảm ô nhiễm môi trường, giảm hao
phí các nguồn tài nguyên liên quan và thân thiện với môi trường.
Nguyên liệu được sử dụng trong sản xuất gạch không nung là
các phụ phẩm gạch nhẹ, bê tông xốp, cát, đất đồi, chất thải công nghiệp,

được các cấp, các ngành và toàn xã hội quan tâm. Nhưng để khai
thác và ứng dụng có hiệu quả xỉ sắt trong sản xuất gạch không nung
thì phải có sự nghiên cứu, thẩm định, đánh giá một cách toàn diện.
Đề tài “Nghiên cứu tận dụng nguồn ỉ s t để sản uất
gạch i măng không nung” được thực hiện nhằm nghiên cứu xây
dựng thành phần cấp phối hợp lí và xác định một số đặc trưng cơ lí
chính của viên gạch không nung có xử dụng xỉ sắt trong thành phần
cấp phối thông qua thực nghiệm, đề tài có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn, có tính thời sự cao.
2.

ục tiêu c đề tài
- Nghiên cứu xây dựng thành phần cấp phối có sử dụng xỉ sắt
để sản xuất gạch không nung;
- Xác định một số đặc trưng cơ lý của gạch xi măng không
nung sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối: cường độ, độ hút nước,
khối lượng riêng của viên gạch.
3. Đối t

ng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: gạch xi măng không nung.
Phạm vi nghiên cứu: xác định một số đặc trưng cơ lí trong
phòng thí nghiệm của gạch xi măng không nung sử dụng xỉ sắt phế
thải từ một số nhà máy sản xuất thép tại Đà Nẵng trong thành phần
cấp phối.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về gạch xi măng không nung.
- Tổng quan về nguồn xỉ sắt hiện nay tại các nhà máy sản
xuất thép tại Đà Nẵng. Ứng dụng của xỉ sắt trong xây dựng.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học trong việc xác định các đặc

chúng.
1.1.2. Phân loại và c c yếu tố kỹ thuật c gạch không nung
Gạch xi măng cốt liệu hay còn gọi là gạch bê tông, gạch
block: loại gạch này được cấu thành từ mạt đá, tro bay và liên kết
bằng xi măng khoảng 10%). Gạch xi măng cốt liệu có kết cấu vững
chắc, hình thành cường độ theo nguyên lý hình thành cường độ của


5
bê tông xi măng.
Gạch bê tông khí chưng áp AAC): được sản xuất từ cát
vàng hoặc tro bay), xi măng, thạch cao, vôi, bột nhôm. Quá trình tạo
cường độ cuối cùng được thực hiện bằng lò hơi lò chưng áp).
Ngoài hai dòng sản phẩm chính nêu trên, gạch bê tông bọt,
gạch đất hóa đá cũng được liệt kê vào nhóm gạch không nung.
1.2. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ L C A GẠCH H NG NUNG
1.2.1. C ờng độ chịu nén
Do được chế tạo từ xi măng và các thành phần cốt liệu như
cát, mạt đá, một số chất độn, phụ gia và nước nên cường độ chị nén
của gạch xi măng không nung cao, thông thường lớn hơn 50kg/cm2.
hối l ng thể t ch c gạch i măng cốt liệu
Do có cốt liệu chính là mạt đá, cát nên gạch xi măng không
nung có khối lượng thể tích đặc khoảng 2.050kg/m3.
1.2.2.

1.3. CÁC THÀNH PHẦN V T LIỆU CHẾ TẠO GẠCH
KHÔNG NUNG
Những vật liệu chính cho việc sản xuất gạch xi măng không
nung đó là: xi măng, cát, đá mạt, các chất độn như: xỉ than, tro bay,
các phế phẩm khác nếu có).

của nhiên liệu đốt lò. Thành phần hóa học của xỉ thép bao gồm nhiều
loại oxít khác nhau như: CaO, MgO, MnO, FeO, NiO, SiO2, P2O5.
Ngoài ra còn có các hợp chất khác như: CaS, FeS, CaS 2, v.v.. Thành
phần của xỉ thép phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào, các chất được
sử dụng trong quá trình luyện thép và công nghệ luyện thép.
ng dụng ỉ s t trong ây dựng
Thành phần hóa học trong xỉ thép ở một số nước trên thế
giới được trình bày trong Bảng 1.1. Ở Việt Nam, mẫu xỉ thép được
lấy để phân tích và báo cáo trong Bảng 2.1 được lấy tại Công ty
TNHH Vật Liệu Xanh với Dự án đầu tư nhà máy sản xuất vật liệu
xây dựng từ xỉ lò điện hồ quang tại Khu công nghiệp Phú Mỹ I,
huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu.
1.4.2.


7
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của xỉ sắt tại một số quốc gia (tính
theo %)
Quốc
Việt
Australia
Trung Quốc Ấn Độ
gia
Nam
Thành
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu
Mẫu
phần
CaO
41

5
5,7
2-6
5-10
Al2O3
14
3
5,5
1-5
10-18 9,15
7,1
TiO2
1
1
0,5
K2O
0,3
0,02
0,1
Cr2O3
mô đun đàn hồi của xỉ thép trong môi trường ẩm khá cao đến
500MPa), cao hơn đá dăm tự nhiên: xỉ thép đã được sử dụng cho nền
đường ở nhiều nước như Mỹ, Trung Quốc, Úc, v.v.. Trung Quốc đã
có tiêu chuẩn về sử dụng xỉ thép cho nền đường vào năm 1990.
1.4.2.2. Nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép tại Việt Nam
Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về việc sử dụng xỉ
thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm trong bê tông nhựa, sử dụng xỉ
thép làm phụ gia khoáng thay thế xi măng trong bê tông xi măng.
Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới chỉ dừng ở mức độ thí nghiệm
trong phòng, còn các thử nghiệm ngoài hiện trường vẫn đang trong
giai đoạn kiểm tra và còn quá sớm để đưa ra các kết luận chắc chắn.
Nghiên cứu của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh cho thấy, xỉ
thép có độ cứng, độ ma sát và khả năng chống mài mòn cao, chỉ số
bong tróc thấp hơn nhiều so với đá. Bề mặt của xỉ thô, nhám và độ
pH cao, dao động từ 10 - 11 nên có độ dính bám tốt với nhựa đường.
Tuy nhiên, xỉ thép có khối lượng riêng lớn hơn 20% so với đá và khả
năng hút nước cao hơn đá.
1.5.

ẾT LU N CHƯƠNG


9
Nghiên cứu tổng quan cho thấy rằng thành phần hóa học của
xỉ sắt gồm rất nhiều các loại ô xít, nhất là FeO và Fe2O3, đặc biệt,
nghiên cứu cũng cho thấy xỉ thép có chứa thành phần hóa học tương
tự như xi măng Portland, mặc dù tỷ lệ các chất khác nhau. Chính vì
vậy, xỉ thép có thể được sử dụng trong xi măng Portland và trong bê
tông. Thành phần lưu huỳnh, một trong những chất có ảnh hưởng lớn
đến môi trường, có hàm lượng rất nhỏ. Từ đây có thể khẳng định

(l)
phép

390

±2

ức
sai
Chiều
Chiều
lệch
rộng
cao
cho
(b)
(h)
phép

80÷200

± 2 60÷190

ức
sai
lệch
cho
phép

±3

2
1

2.1.2. Yêu cầu về t nh chất c l
2.1.2.1. Độ rỗng và độ hút nước
Độ r ng, độ thấm nước của viên gạch được quy định trong
Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Độ rỗng và độ thấm nước của gạch không nung
TT
1
2

C c chỉ tiêu
Độ r ng viên gạch, %, không lớn hơn khối lượng
viên gạch, kg, không lớn hơn
Độ thấm nước của gạch xây tường không trát,
ml/m2.h, không lớn hơn

2.1.2.1. Cường độ, khối lượng riêng và độ hút nước

Yêu cầu
kỹ thuật
65
350


11
Cường độ chịu nén, khối lượng riêng và độ hút nước của
viên gạch xi măng không nung được quy định như trong Bảng 2.4.
Bảng 2.4. Cường độ chịu nén, khối lượng riêng và độ hút nước


7,5

6,7

M10,0

10,0

9,0

M12,5

12,5

11,2

M15,0

15,0

13,5

M20,0

20,0

18,0

14

2.3.1. Xi măng

a. Xác định độ mịn
b. Xác định độ bền nén
c. Xác định thời gian đông kết
d. Xác định khối lượng riêng
2.3.2. C t
a. Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của cát
b. Xác định khối lượng thể tích xốp của cátc. Xác định thành
phần hạt của cát
2.3.3. Đ mạt

a.
b.
c.
d.

Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của đá mạt
Xác định khối lượng thể tích xốp của đá mạt
Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét
Xác định thành phần hạt của đá mạt

2.3.4. Xỉ s t
a) Xác định khối lượng riêng, độ hút nước của xỉ sắt
Độ ngậm nước của gạch xi măng không nung rất thấp, đạt
dưới 8% trong khi gạch đất sét nung có độ ngậm nước từ 14% đến
18%.
Khả năng chống thấm nước của gạch xi măng không nung
tốt do bởi quá trình tạo khuôn cho viên gạch sử dụng công nghệ rung
ép, tạo ra độ kín, khít và không có l thông nhau, viên gạch đạt độ

2,5

95.6

10.6

0 - 20

Đạt

1,25

79.3

19.5

15 - 45

Đạt

0,63

187.3

40.3

35 -70

Đạt


Yêu cầu kỹ
thuật

ết luận

ẾT LU N CHƯƠNG
Trong chương này, dựa vào các tiêu chuẩn, tác giả đã trình
bày các tiêu chuẩn và các yêu cầu kỹ thuật qui định liên quan đến các
đặc trưng cơ lí của các thành phần cấp phối và của gạch xi măng
không nung. Đồng thời, tác giả cũng đã trình bày các kết quả thu
được từ thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lí của các thành phần
cấp phối chế tạo gạch không nung và của xỉ sắt. Các kết quả cho
thấy, các chỉ tiêu cơ lí của các thành phần cấp phối đáp ứng các yêu
cầu kỹ thuật được qui định trong các tiêu chuẩn. Đây là cơ sở quan
trọng để tác giả tiến hành, trong chương 3, xác định các chỉ tiêu cơ lí
của gạch không nung có sử dụng xỉ sắt trong thành phần cấp phối
thay thế hàm lượng nhất định mạt đá.
2.4.


14
CHƯƠNG 3:
TH NGHIỆ
ÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ L C A
GẠCH H NG NUNG CÓ SỬ D NG Ỉ S T LÀM THÀNH
PHẦN CẤP PH I
Trong chương này, tác giả tiến hành các thí nghiệm xác định
đặc trưng cơ lí của của gạch xi măng không nung có xỉ sắt trong
thành phần cấp phối. Dựa trên cấp phối chuẩn ban đầu tham khảo từ
một nhà máy sản xuất gạch xi măng không nung tại Quảng Ngãi, tác


M50

Để đánh giá khả năng sử dụng xỉ sắt thay đá mạt, trong
khuôn khổ nghiên cứu của luận văn, tác giả sẽ thay thế mạt đá bằng
xỉ sắt theo những tỉ lệ % tương ứng là 3%, 5%, 7% và 10%. Căn cứ
vào khối lượng riêng của bột đá và xỉ sắt, tiến hành qui đổi sẽ được
bảng cấp phối thí nghiệm ứng với tỉ lệ % xỉ sắt thay thế đá mạt theo
khối lượng như trong Bảng 3.2.


15
Bảng 3.2. Bảng các cấp phối cho 400 viên gạch với tỉ lệ % xỉ sắt
thay thế đá mạt
CẤP PH I

I

NG

CÁT

ĐÁ

ẠT

Ỉ S T NƯỚC

CP1 (0%)


35 (kg)

54 lít

CP4 (7%)

100 (kg)

200 (kg)

651 (kg)

49 (kg)

56 lít

CP5 (10%)

100 (kg)

200 (kg)

630 (kg)

70 (kg)

58 lít

Khi đưa xỉ sắt vào thay thế đá mạt, vữa trở nên khô hơn, gây
khó khăn cho quá trình chế tạo gạch, ảnh hưởng đến quá trình thủy


Tiết
diện mẫu Lực ph
hoại (N)
(mm2)

95x135x185

24975

CP2
(3%)

95x135x185

24975

CP3
(5%)

95x135x185

24975

CP4
(7%)

95x135x185

24975


3

3

3

C ờng độ C ờng độ
từng viên trung bình
(MPa)
(MPa)
2.51
2.26
2.14
2.21
1.66
1.72
2.23
2.03
2.1
2.25
2.18
1.75
2.28
3.25
2.75

2,303

1,863

24975

CP3 (5%)

95x135x185

24975

CP4 (7%)

95x135x185

24975

CP5 (10%)

95x135x185

24975

101140
105530
104130
71410
73140
65870
86050
71590
79880
85420

2.83
3.02
2.94
3.07
3.65
3.65
3.72

C ờng
độ
trung
bình (MPa)
3,67

2,483

2,803

3,01

3,673


17
Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm cường độ nén R14 của gạch không
nung
Tiết
diện mẫu
2
(mm )

24975

CP5

95x135x185

24975

Lực
Phá
hoại (N)
121490
122540
123160
95450
106720
95490
102390
103390
119660
115890
111050
107760
13115
12833
12689

Tuổi
mẫu
(ngày)

3.81
4.64
4.54
4,556
4.49

Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm cường độ nén R28 của gạch không nung
Cấp
phối

ô tả mẫu
(mm)

Tiết
diện
mẫu
2
(mm )

CP1
(0%)

95x135x185

24975

CP2
(3%)

95x135x185

113250
129090
110390
139860
133350
135130
146090
151690
146060
152990
158700
168600

Tuổi
mẫu
(ngày)
28

28

28

28

28

C ờng
C ờng
độ
độ

06
05
04
03

Cấp phối 1

02
01
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
NGÀY TUỔI(NGÀY)

Hình 3.5. Biểu đồ phát triển cường độ của cấp phối CP1 theo thời gian
BIỂU Đ SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ C A GẠCH THEO THỜI GIAN

CƯỜNG ĐỘ (Mpa)

06
05
04
03

Cấp phối 2

02
01
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
NGÀY TUỔI(NGÀY)

Hình 3.6. Biểu đồ phát triển cường độ của cấp phối CP2 theo thời gian


02
01
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
NGÀY TUỔI(NGÀY)

Hình 3.8. Biểu đồ phát triển cường độ của cấp phối CP4 theo thời gian
BIỂU Đ SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ C A GẠCH THEO THỜI GIAN

CƯỜNG ĐỘ (Mpa)

06
05
04
03

Cấp phối 5

02
01
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
NGÀY TUỔI(NGÀY)

Hình 3.9. Biểu đồ phát triển cường độ của cấp phối CP5 theo thời

CƯỜNG ĐỘ (Mpa)

BIỂU Đ SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ C A GẠCH THEO THỜI GIAN

06

cấp phối từ CP2-CP5 thì cấp phối số 5 với tỉ lệ xỉ sắt là 70 kg) đã đạt
được cường độ ổn định và tốt nhất, vượt qua giới hạn cường độ yêu
cầu của đề tài. Ở ngày tuổi 7, cấp phối số 5 đã đạt gần đến mác 40,
vượt trên so với các cấp phối còn lại, từ ngày 7 cho đến ngày 14, cấp
phối 5 vượt qua mác 40 trong khi các cấp phối 3 và 4 vẫn chưa đạt
đến mác 40. Từ ngày 21 - 28 cấp phối 5 đã vượt qua mác 50, vượt
qua yêu cầu của đề tài.
3.3.2. c định độ rỗng gạch i măng cốt liệu
Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm độ rỗng gạch không nung.

ẫu số

Mẫu 1
(0%)
Mẫu 2
(3%)
Mẫu 3
(5%)
Mẫu 4
(7%)
Mẫu 5
(10%)

ô tả mẫu
(cm)
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185

1.379
645.1
1.379
637.2
1.379
629.5
1.379
626.3
1.379
644.5
1.379
634.6
1.379
646.3
1.379
633.9
1.379
641.2
1.379

Độ
rỗng
từng
viên
(%)
19.8
20.2
19.0
20.0
19.6


19.8

≤ 65

Đạt

19.5

≤ 65

Đạt

19.4

≤ 65

Đạt

19.6

≤ 65

Đạt


21
BIỂU ĐỒ ĐỘ RỖNG

ĐỘ RỖNG CUẢ GẠCH

Mẫu 1
(0%)
Mẫu 2
(3%)
Mẫu 3
(5%)
Mẫu 4
(7%)
Mẫu 5
(10%)

Mơ tả mẫu
(cm)

Khối lượng
mẫu sau
khi sấy
(g)

95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185
95x135x185

từng viên
luận
(%)
nước 24h
bình
(%)
(g)
(%)

4155.3
4194.6
3923.4
4276.0
4242.0
4029.8
4336.6
4134.5
3898.9
4163.3
4306.3
4190.9
3937.8
4014.3
4172.3

7.7
8.0
10.3
9.9
8.4


≤ 14

Đạt

12.2

≤ 14

Đạt


22

ĐỘ HÚT NƯỚC CUẢ GẠCH

14,00%

BIỂU ĐỒ ĐỘ HÚT NƯỚC

12,00%
10,00%
8,00%
6,00%
4,00%
2,00%
0,00%

1


CP1
95X135X185

2372,63

CP2

95X135X185

2372,63

CP3

95X135X185

2372,63

CP4

95X135X185

2372,63

CP5

95X135X185

2372,63

KL

1.561
1.426
1.545
1.617
1.577
1.462
1.518
1.575

L thể
tích trung
ết
bình
luận
3
(g/cm )
1.588

Đạt

1.575

Đạt

1.554

Đạt

1.580


GẠCH H NG NUNG
3.5.1. Hiệu quả về kỹ thuật: Gạch không nung khi sử dụng xỉ sắt làm
thành phần cấp phối thay thế hàm lượng nhất định bột đá có cường độ
đạt yêu cầu đối với loại gạch xây. Trong thí nghiệm, với tỉ lệ thay thế 70
kg) khối lượng bột đá, cường độ 28 ngày của viên gạch đạt cao hơn so
với viên gạch chuẩn không sử dụng xỉ sắt - CP1).
3.5.2 Hiệu quả về môi tr ờng: Khi sử dụng xỉ sắt làm thành phần
cấp phối cho sản xuất gạch không nung đã giải quyết được vấn đề về
môi trường, giảm thiểu lượng xỉ thải từ các nhà máy sản xuất thép.
Tiết kiệm nguồn tài nguyên đất nông nghiệp.
3.6. ẾT LU N CHƯƠNG
Dựa vào cấp phối chuẩn của nhà máy gạch Nghĩa Lâm Xanh.