TRONG SỐ NÀY

NGHIÏN CÛÁU VAÂ PHAÁT TRIÏÍN VÊÅT LIÏåU XÊY DÛÅNG >> 1

>> Tin trong nûúác

TRONG SỐ NÀYSỐ 3,42019

4 Tin trong nước

15 Nghiên cứu khoa học giai đoạn 2015-2019 và định hướng đến 2030 của Viện Vật liệu xây dựngTS. Lê Trung Thành - Viện trưởng Viện Vật liệu xây dựng

22 Nghiên cứu rà soát, bổ sung, hoàn thiện các văn bản quy phạm pháp luật điều tiết về tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuậtTS. Lê Trung Thành, ThS. Hà Văn Lân,ThS. Nguyễn Minh Quỳnh, TS. Phùng Thị Mai Phương Viện Vật liệu xây dựng

28 Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp thúc đẩy ứng dụng vật liệu tiết kiệm năng lượng phù hợp cho các công trình xây dựng ở Việt NamThS. Nguyễn Thị Tâm, KS. Lê Cao Chiến, ThS. Khổng Thị Giang, ThS. Ngô Thị Bích - Trung tâm Thiết bị, Môi trường và An toàn lao động, Viện Vật liệu xây dựng

36 Nghiên cứu chế tạo thủy tinh bọtThS. Nguyễn Văn Minh - Trung tâm Gốm sứ - Thủy tinh, Viện Vật liệu xây dựng

41 Bê tông chịu lửa sử dụng Nano Silica làm chất kết dính TS. Vũ Văn Dũng, ThS. Trần Thị Minh Hải, ThS. Nguyễn Thị Kim - Trung tâm Vật liệu Chịu lửa và Chống cháy, Viện vật liệu xây dựng

52 Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng xúc tác Zeolit HSO3-ZSM-5TS. Phan Huy Hoàng - Trường Đại Học Bách Khoa Hà NộiKS. Nguyễn Văn Liễu - Viện Vật liệu xây dựng

62 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Silica trong dung dịch Acid Silicic và sự biến tính bề mặt Silica Gel đến tính chất của Silica AerogelTS. Nguyễn Thị Hải, TS. Mai Ngọc Tâm - Phân viện Vật liệu xây dựng Miền Nam

69 Nghiên cứu sử dụng phế thải công nghiệp chế tạo vật liệu gia cố nền đất theo công nghệ CDM ThS. Tạ Văn Luân, ThS. Lê Việt Hùng, ThS. Trịnh Thị Châm, KS. Vũ Văn Linh - Trung tâm Xi măng và Bê tông, Viện Vật liệu xây dựng

77 Nghiên cứu sử dụng thạch cao FGD làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch caoThS. Trịnh Thị Châm, ThS. Tạ Văn Luân - Trung tâm Xi măng và Bê tông, Viện Vật liệu xây dựng

83 Sử dụng tro bay chế tạo vật liệu phủ chống phát tán ô nhiễm cho các bãi chứa chất thải rắn công nghiệpThS. Lê Văn Quang, KS. Dương Ngọc Phụng, ThS. Phạm Đức Nhuận, KS. Nguyễn Ngọc Nam - Phân viện Vật liệu xây dựng miền Nam, Viện Vật liệu xây dựng

VIỆN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Viện trưởngTS. Lê Trung Thành

Phó Viện trưởngTS. Mai Ngọc Tâm

ThS. Nguyễn Văn HuynhTS. Lưu Thị Hồng

Hội đồng khoa họcTS. Tạ Ngọc DũngTS. Vũ Văn DũngTS. Bùi Danh Đại

TS. Trịnh Minh ĐạtThS. Nguyễn Văn Đoàn

TS. Lưu Thị HồngThS. Nguyễn Văn Huynh

ThS. Trần Thị Thu HàPGS. TS. Lương Đức LongTS. Phùng Thị Mai PhươngThS. Nguyễn Minh QuỳnhThS. Phùng Trọng Quyền

PGS. TSKH. Bạch Đình ThiênTS. Lê Trung ThànhTS. Mai Ngọc Tâm

ThS. Nguyễn Thị TâmThS. Lê Đức Thịnh

ThS. Nguyễn Thị Hải Yến

Biên tậpThS. Phùng Trọng Quyền

Thiết kế và chế bảnNhà xuất bản Xây Dựng

Tòa soạn và trị sự235 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

Tel: 024 3 8582217 Fax: 024 3 8581112

E-mail: [email protected]: http://www.vibm.vn

Giấy phép xuất bản: Số 175/ GP - BTTTTngày 16 tháng 2 năm 2011

2 >> NGHIÏN CÛÁU VAÂ PHAÁT TRIÏÍN VÊÅT LIÏåU XÊY DÛÅNG

>> Tin trong nûúác

CONTENTSVol. 3,42019

VIETNAM INSTITUTE FOR BUILDING MATERIALS

PresidentDr. Le Trung Thanh

Vice PresidentDr. Mai Ngoc Tam

MSc. Nguyen Van HuynhDr. Luu Thi Hong

Science CouncilDr. Ta Ngoc DungDr. Vu Van DungDr. Bui Danh Dai

Dr. Trinh Minh DatMSc. Nguyen Van Doan

Dr. Luu Thi HongMSc. Nguyen Van Huynh

MSc. Tran Thi Thu HaAssoc. Prof. Dr. Luong Duc Long

Dr. Phung Thi Mai PhuongMSc. Nguyen Minh QuynhMSc. Phung Trong Quyen

Assoc. Prof. Dr. Bach Dinh ThienDr. Le Trung ThanhDr. Mai Ngoc Tam

MSc. Nguyen Thi TamMSc. Le Duc Thinh

MSc. Nguyen Thi Hai Yen

EditorMSc. Phung Trong Quyen

Designed and Published by:Construction Publishing House

Address235 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi

Tel: +8424 38582217; Fax: +8424 38581112Email: [email protected]

Website: http://www.vibm.vnLicense No. 175/ GP - BTTTT 16.2.2011

4 Vietnam news

15 Scientific research results of VIBM during the period from 2015 to 2019 and the orientation to 2030Dr. Le Trung Thanh President of Vietnam Institute for Building Materials

22 Analysis, evaluation and modification proposal to the system of legal documents that regulate the construc-tion standards and national technical regulationsDr. Le Trung Thanh, MSc. Ha Van Lan, MSc. Nguyen Minh Quynh, Dr. Phung Thi Mai Phuong - VIBM

28 Assessing the current status and proposal solutions to promote the application of energy-saving materials for construction works in VietnamMSc. Nguyen Thi Tam, Eng. Le Cao Chien, MSc. Khong Thi Giang, MSc. Ngo Thi Bich - Center for Equipment, En-vironment & Labour Safety, VIBM

36 Research on manufacturing foam glassMSc. Nguyen Van Minh - Center for Ceramics and Glass, VIBM

41 Castable refractory using nano silica as a binderDr. Vu Van Dzung, MSc. Tran Thi Hai, MSc. Nguyen Thi KimCenter for Refractory and Fireproof Materials, VIBM

52 Synthesis and characterization of HSO3-ZSM-5 zeolite catalystsDr. Phan Huy Hoang - Hanoi University of Science and TechnologyEng. Nguyen Van Lieu - Center for Ceramics and Glass, VIBM

62 Investigation on the effect of silica content and surface mod-ification on the characteristics of silica aerogel particlesMSc. Nguyen Thi Hai, Dr. Mai Ngoc Tam - South Vietnam Institute for Building Materials, VIBM

69 Research on using industrial wastes in soil stabilisa-tion with cement deep mixingMSc. Ta Van Luan, MSc. Le Viet Hung, MSc. Trinh Thi Cham, Eng. Vu Van Linh - Center for Cement and Concrete, VIBM

77 Research on using fgd gypsum as raw material for pro-duction of gypsum boardsMSc. Trinh Thi Cham, MSc. Ta Van Luan - Center for Ce-ment and Concrete, VIBM

83 Research on producing covering material based on fly ash in order to prevent pollution of industrial solid waste fieldsMSc. Le Van Quang, Eng. Duong Ngoc Phung, MSc. Pham Duc Nhuan, Eng. Nguyen Ngoc NamSouth Vietnam Institute for Building Materials, VIBM


50 NÙM THAÂNH LÊÅP VIÏÅN VÊÅT LIÏÅU XÊY DÛÅNG

THƯ CHÚC MỪNGCỦA ĐỒNG CHÍ PHẠM HỒNG HÀ

ỦY VIÊN BCH TRUNG ƯƠNG ĐẢNG, BỘ TRƯỞNG BỘ XÂY DỰNG

Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2019

Kính gửi: Các đồng chí lãnh đạo và toàn thể cán bộ, viên chức, người lao động Viện Vật liệu xây dựng qua các thời kỳ.

Nhân dịp kỷ niệm 50 năm xây dựng và phát triển của Viện Vật liệu xây dựng, thay mặt Ban Cán sự Đảng, Lãnh đạo Bộ Xây dựng, tôi xin gửi tới các đồng chí lãnh đạo và toàn thể cán bộ, viên chức, người lao động Viện Vật liệu xây dựng qua các thời kỳ những lời chúc mừng tốt đẹp nhất.

Trải qua 50 năm xây dựng và phát triển, tập thể cán bộ, viên chức, người lao động của Viện Vật liệu xây dựng qua các thời kỳ đã không ngừng nỗ lực, phấn đấu, hăng say lao động, sáng tạo, đổi mới, kiên trì vượt qua nhiều khó khăn thử thách và giành được những thành tựu lớn, hình thành và vun đắp lên truyền thống tốt đẹp, đóng góp quan trọng vào việc hoàn thành nhiệm vụ quản lý nhà nước của Bộ Xây dựng và cho sự hình thành và phát triển của ngành công nghiệp vật liệu xây dựng Việt Nam. Đến nay, Viện đã trở thành một tổ chức nghiên cứu khoa học công nghệ lớn, có đội ngũ cán bộ đông đảo hầu hết đều có trình độ đại học, trên đại học, nhiều tiến sỹ, thạc sỹ, kỹ sư; cơ sở vật chất, thiết bị được từng bước đầu tư theo hướng hiện đại, tiên tiến; đã và đang khẳng định được uy tín, vai trò và vị thế của một Viện nghiên cứu chuyên ngành hàng đầu của ngành Xây dựng và cả nước.

Trước yêu cầu đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa của ngành và cả nước, tôi mong muốn và tin tưởng rằng các cán bộ, viên chức, người lao động của Viện Vật liệu xây dựng sẽ tiếp tục cống hiến tâm huyết, trí tuệ, tài năng cho sự phát triển của Viện; xây dựng và cập nhật, bổ sung chiến lược phát triển dài hạn; chú trọng công tác cán bộ, xây dựng tập thể đoàn kết, nhất trí, với đội ngũ cán bộ khoa học, chuyên gia có đủ năng lực, trình độ, tiếp cận kịp thời với các tiến bộ khoa học công nghệ của thế giới; tiếp tục đầu tư nâng cấp cơ sở vật chất, trang thiết bị, tiến tới tự chủ hoàn toàn và xây dựng Viện trở thành một Trung tâm nghiên cứu và phát triển vật liệu xây dựng hàng đầu của ngành và cả nước, từng bước theo kịp với khu vực và thế giới.

Chúc các đồng chí lãnh đạo và toàn thể cán bộ, viên chức, người lao động Viện Vật liệu xây dựng qua các thời kỳ dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và thành công.

Thân ái!

Phạm Hồng Hà

ỦY VIÊN BCH TRUNG ƯƠNG ĐẢNG BỘ TRƯỞNG BỘ XÂY DỰNG



LỄ KỶ NIỆM 50 NĂM THÀNH LẬP VIỆN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Ngày 04/11/2019, Viện Vật liệu xây dựng (VIBM) đã long trọng tổ chức Lễ kỷ niệm 50 năm thành lập và đón nhận Bằng khen của Thủ tướng Chính phủ. Buổi lễ là dịp ôn lại những kỷ niệm lịch sử đầy ý nghĩa trên chặng đường phát triển của VIBM, đồng thời cũng là dịp để tri ân công lao to lớn của các cán bộ hưu trí của VIBM và tôn vinh những thành quả mà VIBM đạt được trong chặng đường 50 năm xây dựng và phát triển.

Tham dự buổi lễ có ông Phạm Hồng Hà - Ủy viên Trung ương Đảng, Bộ trưởng Bộ Xây dựng; ông Nguyễn Hồng Quân - nguyên

Ủy viên Trung ương Đảng, nguyên Bộ trưởng Bộ Xây dựng; lãnh đạo Bộ Xây dựng; cùng sự có mặt của các đồng chí nguyên lãnh đạo Bộ Xây dựng, đại diện các cơ quan, ban ngành trung ương, đại diện Công đoàn Xây dựng Việt Nam, đại điện BCH Đảng bộ, BCH Công đoàn, BCH Đoàn TNCSHCM Bộ Xây dựng, đại diện các Cục, Vụ, Viện trực thuộc Bộ Xây dựng, đại diện các Hội, Hiệp hội, các cơ quan nghiên cứu, các trường đại học - cao đẳng, các doanh nghiệp, các cơ quan truyền thông và các thế hệ lãnh đạo, cán bộ của VIBM.

Phát biểu mở đầu buổi lễ, TS. Lê Trung Thành - Viện trưởng VIBM đã ôn lại những dấu mốc quan trọng trên chặng đường lịch sử 50 năm của VIBM. Tiền thân là Viện Nghiên cứu khoa học kỹ thuật và Thiết kế Silicat thành lập ngày 04/11/1969 với cơ sở vật chất còn nhiều hạn chế do chiến tranh, nhưng VIBM đã bắt tay ngay vào công tác nghiên cứu để giải quyết những vấn đề bức thiết lúc bấy giờ liên quan đến vật liệu xây dựng (VLXD).

Bước qua những thăng trầm và biến đổi của lịch sử, VIBM luôn chú trọng công tác quản lý Nhà nước, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ, thiết kế công

Thừa ủy quyền của Thủ tướng Chính phủ, Bộ trưởng Phạm Hồng Hà trao Bằng khen của Thủ tướng Chính phủ cho Viện Vật liệu xây dựng.

Bộ trưởng Phạm Hồng Hà phát biểu tại buổi lễ

Viện trưởng Lê Trung Thành phát biểu tại buổi lễ



trình, tư vấn lập dự án, thí nghiệm, kiểm định và chứng nhận hợp chuẩn, hợp quy. Ngoài ra, VIBM cũng không ngừng hội nhập quốc tế một cách sâu rộng về lĩnh vực VLXD. Đồng thời, VIBM cũng mang những công trình nghiên cứu đến gần hơn với công chúng thông qua các ấn phẩm khoa học phát hành định kỳ và hàng trăm hội thảo, hội nghị, lớp tập huấn, triển lãm.

Trong chuỗi sự kiện kỷ niệm 50 năm ngày thành lập, VIBM đã tổ chức thành công Hội thảo quốc tế về VLXD với chủ đề Khoa học và Công nghệ vì sự phát triển bền vững ICBM 2019 với sự tham gia của 300 học giả, nhà khoa học, chuyên gia, nhà hoạch định chính sách nổi tiếng đến từ 15 quốc gia trên thế giới.

Với những nỗ lực không ngừng trong suốt 50 năm, nhiều công trình nghiên cứu của VIBM được trao giải thưởng VIFOTEC, Bằng độc quyền giải pháp hữu ích, Bằng độc quyền sáng chế được ứng dụng trong đời sống thực tiễn. Ghi nhận những đóng góp của VIBM, Đảng và Nhà nước đã tặng thưởng cho VIBM nhiều

Thừa ủy quyền của Thủ tướng Chính phủ, Bộ trưởng Phạm Hồng Hà trao Bằng khen của Thủ tướng Chính

phủ cho Viện Vật liệu xây dựng

Thừa ủy quyền của Thủ tướng Chính phủ, Bộ trưởng Phạm Hồng Hà trao Bằng khen của Thủ tướng Chính

phủ cho Phó Viện trưởng Nguyễn Văn Huynh

Thay mặt lãnh đạo Bộ Xây dựng, Thứ trưởng Nguyễn Văn Sinh vinh danh các tác giả, chủ nhiệm đề tài có nhiều đóng góp trong công tác nghiên cứu khoa học

của Viện Vật liệu xây dựng

danh hiệu cao quý: Huân chương lao động hạng Ba (1977; 1995); Huân chương Lao động hạng Nhì (1982; 1985); Huân chương Lao động hạng Nhất (1999); Huân chương Độc lập hạng Ba (2004), Huân chương Độc lập hạng Nhì (2009); Huân chương Độc lập hạng Nhất (2014) và Bằng khen của Thủ tướng Chính phủ (2019).

Thay mặt toàn thể CBNV của VIBM, Viện trưởng Lê Trung Thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự quan tâm và chỉ đạo của các đồng chí lãnh đạo Đảng và Nhà nước, các đồng chí lãnh đạo Bộ Xây dựng đương nhiệm và qua các thời kỳ. Đồng thời, gửi lời cảm ơn tới các Bộ ngành, chính quyền các địa phương, các đối tác trong và ngoài nước, các nhà khoa học, các cơ quan truyền thông đã giúp đỡ, cộng tác với chúng tôi trong suốt 50 năm qua. Đặc biệt, bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến các đồng chí lãnh đạo và toàn thể cán bộ viên chức qua các thời kỳ trước của VIBM đã lãnh đạo, tổ chức thực hiện nhiều công trình, dự án nghiên cứu KHCN có ý nghĩa thực tiễn và đã nỗ lực hoạt động,

Nhân kỷ niệm 50 năm Ngày thành lập Viện, Viện trưởng Lê Trung Thành tặng quà tri ân các lãnh đạo,

cán bộ viên chức Viện qua các thời kỳ



phấn đấu không ngừng để VIBM được Đảng và Nhà nước trao tặng nhiều phần thưởng cao quý trong suốt 50 năm qua.

Hiện nay, hoạt động của VIBM đang có nhiều thuận lợi nhưng cũng có không ít những khó khăn thách thức. Thuận lợi là ngành xây dựng nước ta ngày càng phát triển, trong đó lĩnh vực VLXD có vai trò quan trọng và đóng góp hiệu quả kinh tế xã hội cho đất nước. Năm 2018 doanh thu từ các hoạt động sản xuất, thương mại VLXD lên đến gần 20 tỷ USD, chiếm gần 8% GDP của đất nước. Các sản phẩm VLXD trên thị trường ngày càng đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dân về xây dựng nhà ở và các công trình công cộng và hạ tầng kỹ thuật của đất nước. Các hoạt động phát triển lĩnh vực VLXD nói chung và các hoạt động chuyên môn của Viện VLXD nói riêng luôn được Lãnh đạo Đảng và Nhà nước, trực tiếp là lãnh đạo Bộ Xây dựng quan tâm chỉ đạo kịp thời. Cơ sở vật chất, hệ thống trang thiết bị, tài liệu KHCN của Viện ngày càng được nâng cao. Viện VLXD đã và đang vận hành theo cơ chế tự chủ của tổ chức khoa học và công nghệ công lập và đạt mức tự đảm bảo chi thường xuyên. Tinh thần đoàn kết, ham học hỏi của các cán bộ viên chức và người lao động trong toàn Viện luôn được tăng cường, củng cố và phát triển và đã kết nối với doanh nghiệp để gắn các nghiên cứu KHCN của mình với thị trường VLXD.

Tuy nhiên, hoạt động của Viện VLXD cũng đối mặt với không ít thách thức, đó là phát triển VLXD nước ta ngày càng chịu nhiều tác động của biến đổi khí hậu, đòi hỏi các nghiên cứu phải gắn chặt với tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Đồng thời, Việt Nam nằm ở vị trí chịu nhiều tác động về phát triển VLXD của các nước trong khu vực và thế giới; các nước hiện nhập khẩu VLXD của Việt Nam cũng đang tăng dần sản lượng VLXD để giảm dần nhập khẩu.

Trong các năm tới, Cách mạng công nghiệp lần thứ tư bao gồm dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo và internet kết nối vạn vật chắc chắn sẽ tác động vào năng suất và chất lượng công việc nghiên cứu KHCN, tư vấn dịch vụ và sản xuất VLXD. Đứng trước xu thế phát triển KHCN và nhu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm VLXD và để đáp ứng phát triển kinh tế xã hội, tập thể lãnh đạo và toàn thể cán bộ viên chức Viện VLXD ngày càng phải tự nâng cao năng lực nghiên cứu, năng lực ngoại ngữ, kỹ năng làm việc năng động với thị trường VLXD, hòa nhập với thế giới để tránh tình trạng thiếu việc làm, mất dần vị thế chuyên gia về KHCN và dẫn đến giảm sút doanh thu từ nguồn nghiên cứu và dịch vụ KHCN.



khác; môi trường xây dựng; phát triển bền vững; và chính sách, chiến lược phát triển VLXD.

Đến nay, TS. Lê Trung Thành đã chủ trì và tham gia công bố 46 bài báo trong nước và quốc tế. Một số bài báo đã được đăng trên các tạp chí ISI với chỉ số Impact factor cao trong ngành xây dựng như: (1) Flexural performance of fibre reinforced concrete made with steel and synthetic fibres - Construction and Build-ing Materials Journal. Chỉ số ảnh hưởng Impact factor của tạp chí là 4.046. Chỉ số trích dẫn của bài báo tính đến tháng 11/2019 theo GoogleScholar là 161. (2) Mix design and fresh properties for high-performance print-ing concrete - RILEM Materials & Structures Journal.

Phát biểu tại biểu lễ, Bộ trưởng Phạm Hồng Hà đã biểu dương và đánh giá cao những nỗ lực và thành tựu mà VIBM đã đóng góp cho nền xây dựng Việt Nam trong suốt 50 năm qua. Ngoài ra, Bộ trưởng yêu cầu VIBM cần tiếp tục quán triệt và tổ chức thực hiện một cách hiệu quả các Nghị quyết của Đảng, các chương trình, kế hoạch phát triển KHCN của Chính phủ, của Bộ Xây dựng; rà soát, bổ sung các chiến lược phát triển dài hạn, trung hạn và kế hoạch hoạt động từng năm; chú trọng đầu tư cơ sở vật chất kỹ thuật và trang thiết bị; thực hiện đổi mới cơ chế, mô hình hoạt động của đơn vị sự nghiệp khoa học, tiến tới tự chủ hoàn toàn, đồng thời xây dựng VIBM trở thành một trung tâm nghiên cứu và phát triển VLXD đầu ngành và của cả nước. Đồng thời, Bộ trưởng

Phạm Hồng Hà cũng đề nghị VIBM phải chú trọng phát triển đội ngũ chuyên gia có trình độ cao, đảm bảo tiếp nhận hiệu quả các tiến bộ KHCN của thế giới; nâng cao hơn nữa vai trò hạt nhân của tổ chức Đảng, kết hợp với vai trò của các đoàn thể, đẩy mạnh các phong trào thi đua trong thời gian tới.

Tiếp nối những thành công và truyền thống lịch sử 50 năm xây dựng và phát triển, VIBM sẽ tiếp tục phát huy thế mạnh của mình, không ngừng sáng tạo, nâng cao năng lực, tích cực và chủ động hội nhập quốc tế để giữ vững vị trí đầu ngành trong lĩnh vực VLXD trong nước và tiến tới trở thành trung tâm khoa học công nghệ tiên tiến trong khu vực và thế giới.

>> Nguồn: Viện Vật liệu xây dựng

NGHIÊN CỨU VIÊN CHÍNH CỦA VIỆN VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐƯỢC HỘI ĐỒNG GIÁO SƯ NHÀ NƯỚC CÔNG NHẬN ĐẠT

TIÊU CHUẨN CHỨC DANH PHÓ GIÁO SƯ NĂM 2019

TS. Lê Trung Thành được Hội Đồng Giáo Sư Nhà Nước công nhận đạt tiêu chuẩn chức danh Phó Giáo sư đã góp phần xây dựng đội

ngũ các nhà khoa học, chuyên gia đầu ngành của VIBM ngày càng vững mạnh. Xây dựng và củng cố nguồn nhân lực chất lượng cao và chuyên gia về các chuyên môn vật liệu xây dựng (VLXD) là một trong các nội dung quan trọng nhất trong Chiến lược phát triển nguồn nhân lực của VIBM trong giai đoạn đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2035.

TS. Lê Trung Thành tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành xây dựng tại Đại học tổng hợp Liverpool, Vương quốc Anh năm 2008 với nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ bê tông cốt sợi siêu tính năng (Ultra high performance fibre reinforced concrete - UHPFRC).

Từ năm 2009 đến năm 2011, TS. Lê Trung Thành tiếp tục nghiên cứu Sau Tiến sĩ về chủ đề công nghệ in bê tông 3D (high-performance 3D printing concrete) tại Đại học tổng hợp Loughborough, Vương quốc Anh. Các chủ đề nghiên cứu chính của TS. Lê Trung Thành bao gồm các loại bê tông cốt sợi, cường độ cao và các loại VLXD

Ngày 27/11/2019, Hội Đồng Giáo Sư Nhà Nước đã ban hành Quyết định số 68/QĐ-HĐGSNN về việc "Công nhận đạt tiêu chuẩn chức danh Giáo sư, Phó Giáo sư năm 2019". Theo đó, TS. Lê Trung Thành, nghiên cứu viên chính của Viện Vật liệu xây dựng (VIBM), đã được công nhận đạt tiêu chuẩn chức danh Phó Giáo sư ngành xây dựng, chuyên ngành vật liệu và cấu kiện xây dựng.



Chỉ số ảnh hưởng Impact factor của tạp chí là 2.548. Chỉ số trích dẫn của bài báo tính đến tháng 11/2019 theo

GoogleScholar là 294. (3) Hardened properties of high-performance printing concrete - Cement and Concrete Research Journal. Chỉ số ảnh hưởng Impact factor của tạp chí là 5.618. Chỉ số trích dẫn của bài báo tính đến tháng 11/2019 theo GoogleScholar là 243.

TS. Lê Trung Thành đã chủ trì và tham gia xuất bản 04 cuốn sách chuyên ngành về bê tông và vật liệu cho bê tông. Đồng thời, TS. Lê Trung Thành đã hướng dẫn 03 học viên bảo vệ thành công luận văn Thạc sĩ, 01 nghiên cứu sinh bảo vệ thành công luận án Tiến sĩ. Hiện nay, TS. Lê Trung Thành đồng thời là giảng viên thỉnh giảng tại trường Đại học Xây dựng và đang tiếp tục hướng dẫn 04 nghiên cứu sinh Tiến sĩ về lĩnh vực vật liệu và công nghệ bê tông.


VIBM THAM GIA SỰ KIỆN KỶ NIỆM 60 NĂM THÀNH LẬP BỘ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

Tại buổi lễ, Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc cùng nhiều lãnh đạo cấp cao đã cắt băng khai mạc triển lãm 60 năm thành tựu khoa học và công

nghệ. Bộ trưởng Khoa học và Công nghệ Chu Ngọc Anh báo cáo 60 năm hoạt động của Bộ và ngành nhằm đề cập đến những thành tựu to lớn, những đóng góp thiết thực và trọng yếu của ngành KHCN trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc.

Hưởng ứng cùng ngành KHCN, Viện vật liệu xây dựng (VIBM) đã đưa các sản phẩm nghiên cứu thí nghiệm của mình về vật liệu xây dựng (VLXD) trưng bày tại triển lãm. Các sản phẩm, nghiên cứu của VIBM được rất nhiều khách tham quan chú ý quan tâm và đánh giá cao.

Tại sự kiện, Lãnh đạo VIBM gửi lẵng hoa chúc mừng những thành tựu Bộ KH&CN đạt được trong suốt chặng đường phát triển 60 năm và vui mừng khi những nỗ lực của Bộ KH&CN được Đảng và Nhà nước ghi nhận, trao tặng Huân chương Độc lập Hạng Nhất nhờ những đóng góp hiệu quả về KHCN đối với sự nghiệp phát triển kinh tế đất nước.


Ngày 29-30/11/2019, tại Trung Tâm Hội nghị Quốc gia Hà Nội, Bộ Khoa học Công nghệ (KHCN) long trọng tổ chức Lễ kỷ niệm 60 năm thành tựu khoa học công nghệ Việt Nam. Buổi lễ có sự tham dự của các đồng chí Lãnh đạo Đảng, Nhà nước; Lãnh đạo các Bộ, ban, ngành cơ quan Trung ương và địa phương; các tổ chức quốc tế, các doanh nghiệp, tập đoàn trong và ngoài nước cùng Lãnh đạo.



THÔNG CÁO BÁO CHÍ: HỘI THẢO QUỐC TẾ VỀ “KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

XÂY DỰNG VÌ SỰ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG” NĂM 2019

Hà Nội, ngày 31/10/2019 - Viện Vật liệu xây dựng Việt Nam (VIBM) phối hợp với Chương trình Phát triển Liên hợp quốc (UNDP), Viện Hàn lâm khoa học vật liệu xây dựng Trung Quốc (CBMA), École Polytechnique Fédérale de Lausanne University (EPFL) cùng các đối tác trong nước và quốc tế tổ chức Hội thảo quốc tế về “Khoa học và công nghệ vật liệu xây dựng vì sự phát triển bền vững”. Hội thảo được tổ chức với sự bảo trợ của Bộ Xây dựng Việt Nam.

Hội thảo là diễn đàn với nhiều chủ đề trao đổi, thảo luận và tìm hiểu những bài học kinh nghiệm tốt nhất, những giải pháp sáng tạo

được phát triển gần đây và sự phát triển trong tương lai của ngành khoa học và công nghệ vật liệu xây dựng (VLXD) nhằm phát triển hơn nữa ngành công nghiệp xây dựng mang tính bền vững ở Việt Nam và các quốc gia trên thế giới.

Tham dự Hội thảo có ông Nguyễn Văn Sinh, Thứ trưởng Bộ Xây dựng Việt Nam, lãnh đạo và đại diện các đơn vị tổ chức & đồng tổ chức, Bộ Khoa học và Công nghệ, các đại sứ quán, viện/học viện, hiệp hội ngành nghề, doanh nghiệp, cơ quan thông tấn báo chí trong nước và quốc tế.

VLXD đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng, nhà ở, tòa nhà và tất cả các loại công trình xây dựng khác. Ngành công nghiệp sản xuất và thương mại vật liệu xây dựng ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc gia cũng như toàn cầu, môi trường và xã hội.

Phát biểu tại Hội thảo, TS. Lê Trung Thành - Viện trưởng VIBM Việt Nam cho biết “Việc phát triển VLXD

Thứ trưởng Nguyễn Văn Sinh phát biểu tại Hội thảo

chắc chắn đòi hỏi phải áp dụng khoa học và công nghệ để giảm thiểu sử dụng tài nguyên khoáng sản, tối đa hóa sử dụng phụ phẩm công nghiệp, tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và tạo ra các sản phẩm VLXD bền vững hơn. Điều này thậm chí còn rất cần thiết khi Việt Nam là một trong những quốc gia có sản lượng VLXD lớn nhất thế giới.

TS. Lê Trung Thành - Viện trưởng VIBM phát biểu tại Hội thảo

Bà Caitlin Wiesen - Trưởng đại diện thường trú của UNDP tại Việt Nam phát biểu tại Hội thảo



Toàn cảnh Hội thảo

Năm 2018, công suất sản xuất các loại VLXD chính đạt gần 100 triệu tấn xi măng, 706 triệu m2 gạch men, 16 triệu sản phẩm vệ sinh, 260 triệu m2 sản phẩm kính/thủy tinh, 18 tỷ viên gạch đất sét nung, 8 tỷ khối xây xi măng không nung, 200.000 tấn sản phẩm chịu lửa, 250 triệu lít sơn, v.v... Các ngành sản xuất xi măng và gốm có sản lượng lớn thứ tư trên thế giới.

Ngành xây dựng sử dụng khoảng một phần ba năng lượng trên toàn cầu và phát thải khoảng 35 đến 40% tổng lượng khí nhà kính trên toàn thế giới, sử dụng hơn một phần ba nguồn nguyên liệu trên toàn cầu. Những thách thức này đang trở nên rõ nét hơn ở các nước đang phát triển nơi có mức độ xây dựng dự kiến sẽ tăng gấp đôi vào năm 2030. Phần lớn lượng khí thải phát sinh là do sản xuất xi măng và sắt thép, tiếp đó là nhôm, kính/thủy tinh và vật liệu cách nhiệt.

Bà Caitlin Wiesen, Trưởng đại diện thường trú của UNDP tại Việt Nam nhấn mạnh “Việc phát triển lĩnh vực xây dựng bền vững là rất quan trọng trong bối cảnh

biến đổi khí hậu và đô thị hóa nhanh chóng”. Bà cũng cho biết “Chính phủ cần có hành động để tạo ra các khung chính sách cho phép hình thành thị trường để các doanh nghiệp có thể sản xuất các loại vật liệu bền vững cho ngành xây dựng đồng thời khuyến khích việc thiết



kế, kích cầu người tiêu dùng trực tiếp sử dụng các sản phẩm bền vững”.

Hội thảo sẽ diễn ra từ ngày 31/10 đến ngày 2/11/2019 bao gồm 1 phiên toàn thể và 7 phiên theo chủ đề dưới sự điều hành của các ban chủ toạ riêng biệt. Các chủ đề chính bao gồm: Xi măng, bê tông, gốm, kính/thủy tinh, vật liệu chịu lửa, vật liệu chống cháy, vật liệu cách nhiệt, sơn, kiểm soát chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và tái chế chất thải để phát triển bền vững vật liệu xây dựng và ngành xây dựng. Nội dung Hội thảo bao gồm các bài trình bày của các diễn giả hàng đầu và đây cũng là một diễn đàn có nhiều chủ đề với sự tham dự của 300 nhà nghiên cứu, học giả, chuyên gia và nhà hoạch định chính sách trong nước và quốc tế đến từ khoảng 15 quốc gia trên thế giới.

Hội thảo này cũng là một sự kiện chính thức gắn liền với Lễ kỷ niệm 50 năm thành lập Viện Vật liệu xây dựng Việt Nam.




NGHIỆM THU CÁC DỰ THẢO TCVN DO VIỆN VẬT LIỆU XÂY DỰNG CHỦ TRÌ THỰC HIỆN

Ngày 18/11/2019, Hội đồng KHCN chuyên ngành Bộ Xây dựng đã họp nghiệm thu 02 dự thảo tiêu chuẩn do Viện Vật liệu xây dựng thực hiện. Phó Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu, TS. Nguyễn Quang Hiệp – Phó Vụ trưởng Vụ Vật liệu xây dựng chủ trì cuộc họp.

Tại Hội đồng, Ths. Vũ Ngọc Quí chủ nhiệm dự án biên soạn Dự thảo TCVN: “Vật liệu làm phẳng sàn - Tính chất và yêu cầu kỹ thuật”,

mã số TC 15-17 đã báo cáo nội dung và thuyết minh dự thảo. Báo cáo cho biết, hiện nay ở Việt Nam, các công trình đã và đang sử dụng các vật liệu phủ sàn để hoàn thiện bề mặt với diện tích lớn từ hàng trăm đến hàng nghìn mét vuông do các đặc điểm ưu việt mà vật liệu này mang lại so với vật liệu lát nền như: thi công nhanh, độ san phẳng cao, độ chịu uốn, nén, độ mài mòn và bám dính cao. Vật liệu phủ sàn có nhiều gốc khác nhau như nhựa tổng hợp, nhựa đường, xi măng… chủ yếu được nhập khẩu và một số được sản xuất trong nước. Tuy được sử dụng tại Việt Nam nhiều năm nay nhưng hiện chưa có tiêu chuẩn cụ thể để kiểm soát chất lượng của loại vật liệu này. Do đó, việc biên soạn tiêu chuẩn là cần thiết nhằm giúp kiểm soát chất lượng các sản phẩm và tạo cơ sở pháp lý giúp các chủ đầu tư lựa chọn được các loại sản phẩm tốt giúp nâng cao chất lượng công trình.

Tiêu chuẩn “Vật liệu làm phẳng sàn - Tính chất và yêu cầu kỹ thuật đã được nhóm biên soạn nghiên cứu xây dựng dựa trên tiêu chuẩn Châu Âu EN 13813:2002. Tiêu chuẩn này quy định yêu cầu kỹ thuật cho vật liệu làm phẳng sàn sử dụng cho cả sàn trong nhà và ngoài trời đối với vật liệu làm phẳng sàn gốc xi măng. Tiêu chuẩn này không sử dụng để cung cấp các tiêu chí và khuyến nghị cho việc thiết kế và thi công.

Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn “Vật liệu làm phẳng sàn - Phương pháp thử” mã số TC 16-17 có nội dung được chuyển dịch dựa trên cơ sở tham khảo tiêu chuẩn EN 13892:2002. Tiêu chuẩn này áp dụng cho vật liệu làm phẳng sàn vữa gốc xi măng, canxi sunfat, magnesit và nhựa tổng hợp.

Dự thảo TCVN “Vật liệu làm phẳng sàn - Phương pháp thử” bao gồm 9 phần. Phần 1: Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử; Phần 2: Phương pháp xác định cường độ chịu uốn và chịu nén; Phần 3: Phương pháp xác định độ chịu mài mòn - Bohme; Phần 4: Phương

Toàn cảnh cuộc họp hội đồng nghiệm thu

pháp xác định độ chịu mài mòn - BCA; Phần 5: Xác định độ chịu mài mòn bánh xe của lớp vật liệu làm phẳng sàn bị mài mòn; Phần 6: Phương pháp xác định độ cứng bề mặt; Phần 7: Xác định độ chịu mài mòn bánh xe của vật liệu làm phẳng sàn có lớp phủ sàn; Phần 8: Phương pháp xác định cường độ bám dính; Phần 9: Xác định độ co và độ nở.

Tại cuộc họp, ý kiến của hai ủy viên phản biện là ThS. Đỗ Thị Lan Hoa - Phó Giám đốc Viện chuyên ngành Bê tông (Viện Khoa học công nghệ xây dựng) và TS. Văn Viết Thiên Ân - Phó trưởng khoa Vật liệu xây dựng (Đại học Xây dựng) cùng các thành viên của Hội đồng đánh giá hai dự thảo tiêu chuẩn TCVN nói trên đã được nhóm tác giả biên soạn công phu, cẩn thận. Với nội dung dài và nhiều thuật ngữ chuyên môn mới, phức tạp nhưng đã được chuyển dịch tốt. Về cơ bản cả hai dự thảo đã phản ánh đúng nội dung của tiêu chuẩn gốc, tuy nhiên vẫn còn một số lỗi nhỏ trong chuyển dịch và trình bày.

Cả hai dự thảo tiêu chuẩn TCVN đã được Hội đồng nghiệm thu thông qua, đạt loại Khá.

>> Nguồn: Bộ Xây dựng



NGHIỆM THU CÁC DỰ THẢO TCVN DO HỘI BÊ TÔNG VIỆT NAM VÀ VIỆN VẬT LIỆU XÂY DỰNG BIÊN SOẠN

Ngày 11/11/2019, Hội đồng KHCN chuyên ngành Bộ Xây dựng đã họp nghiệm thu các dự thảo tiêu chuẩn TCVN "Bê tông - Thuật ngữ và định nghĩa" và TCVN "Thanh trong khung thép không chịu lực - Yêu cầu kỹ thuật". Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu - PGS.TS. Vũ Ngọc Anh chủ trì cuộc họp.

Báo cáo tại Hội đồng, đại diện nhóm nghiên cứu biên soạn dự thảo TCVN: “Bê tông - thuật ngữ và định nghĩa” (Hội Bê tông Việt

Nam) - TS. Trần Bá Việt cho biết, năm 1996, lần đầu tiên các thuật ngữ và định nghĩa đối với bê tông và vật liệu bê tông được quy định trong tiêu chuẩn xây dựng TCXD 191:1996. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này sau đó chưa được chuyển đổi thành tiêu chuẩn Việt Nam. Mặt khác, từ đó đến nay, ngành bê tông đã có bước phát triển đáng kể, nhiều khái niệm mới, nhiều chủng loại vật liệu mới ra đời, do đó, việc biên soạn tiêu chuẩn này là cần thiết để thống nhất các khái niệm và thuật ngữ.

Dự thảo TCVN “Bê tông - Thuật ngữ và định nghĩa” gồm các nội dung chủ yếu về thuật ngữ và định nghĩa, từ vật liệu chế tạo, phân loại, đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và công nghệ chế tạo.

Theo các chuyên gia của Hội đồng nghiệm thu, TCVN “Bê tông - Thuật ngữ và định nghĩa” là một tiêu chuẩn quan trọng, đồng thời đề nghị nhóm biên soạn cần rà soát, tham khảo các thuật ngữ trong TCXD 191:1996 và các thuật ngữ trong các TCVN hiện hành có liên quan, lược bỏ hoặc bổ sung những thuật ngữ mới cho phù hợp với điều kiện hiện nay; thuyết minh cần chỉ rõ các tiêu chuẩn trong nước và nước ngoài tham chiếu và sự tương thích với tiêu chuẩn nước ngoài cho các thuật ngữ. Phần dịch thuật ngữ ra tiếng Anh cần đối chiếu với các khái niệm tương ứng trong hệ Anh ngữ, nhất là với các khái niệm đặc thù ở Việt Nam.

Về dự thảo TCVN “Thanh trong khung thép không chịu lực - Yêu cầu kỹ thuật” do Viện Vật liệu Xây dựng thực hiện, chủ nhiệm nhiệm vụ - ThS. Thái Duy Đức cho biết, thời gian gần đây, việc sử dụng các sản phẩm xây dựng như trần treo, vách ngăn được cấu tạo từ tấm thạch cao, tấm silicate,… lắp đặt trên hệ xương thép tương đối phổ biến ở Việt Nam. Để kiểm tra đánh giá tổng thể những bộ phận công trình này cũng như các vật tư thành phần nhìn chung vẫn thực hiện theo tiêu chuẩn của nước ngoài mà chưa có các tiêu chuẩn quốc gia tương ứng, do đó việc xây dựng tiêu chuẩn TCVN

Toàn cảnh cuộc họp hội đồng nghiệm thu

về thanh trong khung thép không chịu lực là cần thiết và đáp ứng nhu cầu thực tế.

Dự thảo TCVN “Thanh trong khung thép không chịu lực - Yêu cầu kỹ thuật” được chuyển dịch từ tiêu chuẩn Mỹ ASTM C645-18, áp dụng cho thanh trong khung thép không chịu lực được thi công lắp đặt bên trong nhà.

Đóng góp ý kiến cho Dự thảo TCVN và Báo cáo thuyết minh, các thành viên Hội đồng nghiệm thu đề nghị nhóm tác giả rà soát các lỗi biên tập, chỉnh sửa một số thuật ngữ và đoạn văn dịch cho chính xác.

Phát biểu kết luận cuộc họp, Phó Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu,TS. Nguyễn Quang Hiệp - Phó Vụ trưởng Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng) tổng hợp các ý kiến đóng góp của Hội đồng và đề nghị nhóm biên soạn tiếp thu, hoàn thiện hồ sơ theo quy định.

Cả hai dự thảo tiêu chuẩn TCVN đã được Hội đồng nghiệm thu thông qua, đạt loại Khá.

>> Nguồn: Bộ Xây dựng



VIBM TỔ CHỨC TẬP HUẤN GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN VIỆT NAM VÀ CHỈ DẪN KỸ THUẬT TRONG LĨNH VỰC

VẬT LIỆU XÂY DỰNG NĂM 2019

Để cán bộ của các cơ quan quản lý Nhà nước, địa phương, các đơn vị sự nghiệp, doanh nghiệp toàn quốc có cái nhìn tổng thể, nắm bắt được nội dung quan trọng của quy chuẩn Việt Nam (QCVN), tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và chia sẻ các vấn đề chỉ dẫn kỹ thuật (CDKT) trong lĩnh vực vật liệu xây dựng (VLXD) từ đó áp dụng vào công tác của mình, vừa qua, Viện Vật liệu xây dựng (VIBM) đã tổ chức 02 lớp tập huấn tại TP.HCM (21,22/11/2019) và Hà Nội (28, 29/11/2019).

Lớp tập huấn đã thu hút được sự quan tâm của hàng trăm chuyên gia, kỹ sư, kỹ thuật viên,… giữ các trọng trách giám đốc, phó giám đốc,

chánh thanh tra, trưởng, phó các cơ quan quản lý Nhà nước (Viện Khoa học Công nghệ xây dựng, Sở Xây dựng, Sở Giao thông Vận tải - Xây dựng, Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Trung tâm Kiểm định Chất lượng Công trình Xây dựng, Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường, doanh nghiệp (sản xuất xi măng, kính, gạch ốp lát, sơn,…) và Ban Quản lý dự án tại hầu hết các tỉnh thành trên cả nước.

VIBM đã tiếp đón số lượng học viên tăng gần 20% so với năm 2018. Trong suốt hai khoá tập huấn năm 2019, giảng viên đã tích cực chia sẻ, phổ biến, trả lời những vướng mắc về kỹ thuật, công nghệ các công trình xây dựng; áp dụng các TCVN, QCVN và CDKT trong lĩnh vực vật liệu xây dựng,… vào thực tiễn hoạt động của học viên.

Ngoài ra, lớp tập huấn cũng là diễn đàn để các cơ quan quản lý Nhà nước, địa phương, các đơn vị sự nghiệp, doanh nghiệp có thể tham gia đóng góp ý kiến vào việc rà soát, bổ sung, hoàn thiện TCVN, QCVN trong lĩnh vực VLXD mà VIBM đang tiến hành thực hiện để từ đó VIBM có thể xây dựng TCVN, QCVN đảm bảo đáp ứng đúng thực tiễn hiện nay tại Việt Nam.

Sau khóa tập huấn, VIBM đã nhận được nhiều phản hồi tích cực từ phía học viên, 100% đánh giá nội dung tập huấn là hữu ích, thiết thực và đánh giá đã lĩnh hội được hầu hết những kiến thức của lớp tập huấn. Khóa tập huấn TCVN, QCVN trong lĩnh vực xây dựng năm 2019 ở cả hai miền đã kết thúc thành công. VIBM mong rằng sẽ tiếp tục nhận được sự hợp tác, chia sẻ kinh nghiệm của các đơn vị, học viên trong thời gian tới.


Toàn cảnh lớp tập huấn

Viện trưởng Lê Trung Thành phát biểu tại Lớp tập huấn



NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIAI ĐOẠN 2015 - 2019 VÀ ĐỊNH HƯỚNG ĐẾN 2030 CỦA VIỆN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

TS. Leâ Trung Thaønh Vieän tröôûng Vieän Vaät lieäu xaây döïng

TOÙM TAÉT

Nghieân cöùu khoa hoïc laø chöùc naêng vaø nhieäm vuï quan troïng haøng ñaàu cuûa Vieän Vaät lieäu xaây döïng (VLXD). Trong giai ñoaïn 2015-2019, Vieän Vaät lieäu xaây döïng ñaõ trieån khai 221 ñeà taøi, döï aùn nghieân cöùu taäp trung vaøo caùc nhoùm nhieäm vuï bao goàm: nghieân cöùu xaây döïng caùc quy hoaïch phaùt trieån VLXD; nghieân cöùu khaûo saùt, ñieàu tra phuïc vuï coâng taùc quaûn lyù nhaø nöôùc; nghieân cöùu xaây döïng, bieân soaïn caùc tieâu chuaån, quy chuaån; nghieân cöùu khoa hoïc vaø phaùt trieån coâng ngheä saûn xuaát caùc saûn phaåm VLXD vaø nghieân cöùu chuyeån giao coâng ngheä saûn xuaát VLXD.

Caùc nghieân cöùu cuûa Vieän Vaät lieäu xaây döïng ñaõ baùm saùt Chieán löôïc phaùt trieån khoa hoïc coâng ngheä Vieät Nam giai ñoaïn 2011-2020 theo Quyeát ñònh soá 418/QÑ-TTg ngaøy 11/4/2012 vaø Chieán löôïc phaùt trieån khoa hoïc vaø coâng ngheä ngaønh xaây döïng ñeán naêm 2020, taàm nhìn 2030 theo Quyeát ñònh soá 527/QÑ-TTg ngaøy 29/5/2013, vaø ñoàng thôøi tieäm caän vôùi caùc xu theá phaùt trieån khoa hoïc coâng ngheä veà VLXD trong khu vöïc vaø treân theá giôùi.

Caùc keát quaû nghieân cöùu khoa hoïc cuûa Vieän Vaät lieäu xaây döïng ñaõ goùp phaàn quan troïng, laøm cô sôû ñeå Boä Xaây döïng, Chính phuû vaø caùc chính quyeàn ñòa phöông ban haønh nhieàu quyeát ñònh, ñeà aùn, chính saùch, tieâu chuaån, quy chuaån veà VLXD trong coâng taùc chæ ñaïo, ñieàu haønh cuûa Nhaø nöôùc vaø chính quyeàn caùc caáp. Ñoàng thôøi, caùc keát quaû nghieân cöùu cuûa Vieän Vaät lieäu xaây döïng cuõng ñaõ goùp phaàn vaøo söï phaùt trieån saûn xuaát vaø söû duïng caùc saûn phaåm VLXD bao goàm xi maêng, caùt, ñaù, beâ toâng, vaät lieäu oáp laùt, söù veä sinh, kính, vaät lieäu xaây, vaät lieäu lôïp, voâi, sôn,… Caùc nghieân cöùu khoa hoïc vaø coâng ngheä cuûa Vieän ñaõ taäp trung vaøo caùc giaûi phaùp söû duïng nguyeân lieäu taùi cheá, chaát thaûi cuûa caùc ngaønh coâng nghieäp, noâng nghieäp ñeå laøm nguyeân lieäu, thay theá nhieân lieäu, tieát kieäm taøi nguyeân thieân nhieân, tieát kieäm naêng löôïng, baûo veä moâi tröôøng trong saûn xuaát, giaùn tieáp ñaõ xöû lyù caùc loaïi raùc thaûi, chaát thaûi vaø ñoàng thôøi naâng cao tính naêng cho caùc saûn phaåm VLXD.

ABSTRACT

Scientific research is the most important function and task of Vietnam Institute for Building Materials (VIBM). During the period from 2015 to 2019, Vietnam Institute for Building Materials has implemented 221 topics and research projects focusing on task groups including: research and establishment on the devepopment plants of construction materials; research, survey and investigation to serve the state management; researching and developing standards and regulations; scientific research and technology development for production of construction materials products and research on technology transfer of construction materials production.

Additionally, VIBM’s investigations have closely followed the Vietnam Science and Technology Devel-opment Strategy for the period of 2011-2020 under Decision No. 418 / QD-TTg of April 11, 2012 and the Science Development Strategy and technology of construction industry to 2020, vision to 2030 according to Decision No. 527 / QD-TTg dated May 29, 2013, and at the same time approaching the propensity of science and technology development on construction materials in the world.

The scientific research results of VIBM have made an important contribution, serving as a basis for the Ministry of Construction, the Government and local governments to issue many decisions, schemes, policies and standards. regulations on construction materials in the direction and administration work of the State and authorities at all levels. Beside that, the research results of VIBM also contributed to the

Nhận bài ngày 5/10/2019, chấp nhận đăng ngày 4/11/2019



development of production and application of construction materials products including cement, sand, stone, concrete, paving materials, sanitary ware, glass, construction materials, roofing materials, lime, paint, etc. Scientific and technological researches of VIBM have focused on the solutions in using recycled materials and wastes from industries and agriculture that become raw materials to replace fuels, save natural resources, save energy, protect the environment in production, it is not only indirectly treat almost contruction waste, but also improves characteristics of building materials.

I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIAI ĐOẠN 2015 - 2019

Trong giai đoạn 2015-2019, triển khai bám sát các chương trình phát triển khoa học công nghệ quốc gia và ngành xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng đã thực hiện nhiều nghiên cứu khảo sát, điều tra, đánh giá cũng như các đề tài khoa học công nghệ về vật liệu xây dựng để đóng góp tích cực, hiệu quả đến sự phát triển của ngành xây dựng cũng như sự phát triển chung về kinh tế - xã hội, nâng cao chất lượng môi trường, đảm bảo an ninh quốc gia. Tổng số 221 đề tài nghiên cứu đã được thực hiện, bao gồm: 04 đề tài cấp Nhà nước, 71 đề tài cấp Bộ, 38 đề tài thực hiện theo hợp đồng với doanh nghiệp, 108 dự án tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật.

1. Nghiên cứu phục vụ xây dựng các quy hoạch, chiến lược, chính sách phát triển vật liệu xây dựng quốc gia và địa phương

Các nghiên cứu xây dựng Quy hoạch phát triển VLXD trong giai đoạn này đã tập trung vào quy hoạch phát triển công nghiệp vôi và công nghiệp xi măng; cũng như công tác quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm VLXD chủ yếu và xi măng. Cụ thể như sau:

- Quy hoạch phát triển công nghiệp vôi đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, đã được Bộ trưởng Bộ Xây dựng, thừa ủy quyền của Thủ tướng Chính phủ, phê duyệt theo Quyết định số 507/QĐ-BXD, ngày 27/04/2015.

- Quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm VLXD chủ yếu ở Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035. Giai đoạn thực hiện 2016-2017.

- Quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng Việt Nam đến năm 2025 và định hướng đến năm 2035. Giai đoạn thực hiện 2017-2018.

- Quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm xi măng ở Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035. Giai đoạn thực hiện 2017-2018.

Các kết quả nghiên cứu nêu trên đã được hoàn thiện, tổng hợp xây dựng tờ trình, dự thảo QĐ TTg và đã trình TTg Chính phủ xem xét phê duyệt. Tuy nhiên, do quy định mới của Luật QH, các quy hoạch phát triển ngành

VLXD không còn hiệu lực, kể từ ngày 01/01/2019. Vì vậy, theo chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ và Lãnh đạo Bộ Xây dựng, Viện VLXD đã tiếp tục kế thừa các kết quả nghiên cứu này, phục vụ cho công tác nghiên cứu xây dựng Chiến lược phát triển VLXD thời kỳ 2021-2030, định hướng đến năm 2050 trong giai đoạn hiện nay (2018-2019); cũng như chuẩn bị đề cương nghiên cứu nhiệm vụ Quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm VLXD ở Việt Nam thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050. Dự kiến thực hiện trong giai đoạn 2020-2021.

Cũng trong giai đoạn 2015-2019, Viện VLXD đã tiến hành nghiên cứu phục vụ xây dựng các quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng cho các địa phương, trên khắp các vùng miền toàn quốc, bao gồm: Cao Bằng, Bắc Kạn, Sơn La, Lạng Sơn, Hòa Bình, Hải Phòng, Hà Nam, Thanh Hóa, Nghệ An, Đà Nẵng, Quảng Trị, Phú Yên, Gia Lai, Đồng Nai, Tp Hồ Chí Minh, Tây Ninh và Hậu Giang. Đối với công tác nghiên cứu Quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm VLXD thông thường, Viện đã thực hiện nghiên cứu cho các địa phương: Sơn La, Hòa Bình và Hải Phòng.

Các kết quả nghiên cứu phục vụ xây dựng các quy hoạch, chiến lược, chính sách phát triển vật liệu xây dựng quốc gia và tại một số địa phương của Viện VLXD trong thời gian vừa qua đã có những đóng góp nhất định, định hình cho sự phát triển ngành VLXD nói chung, cũng như công tác Quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm VLXD nói riêng.

2. Nghiên cứu xây dựng hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật lĩnh vực vật liệu xây dựng

Trong giai đoạn 2015-2019, Viện đã xây dựng tổng cộng 106 TCVN bao trùm các loại sản phẩm VLXD: xi măng, bê tông, kính, gạch ốp lát, vật liệu chịu lửa, sơn xây dựng, thạch cao, phụ gia hóa học cho bê tông, phế thải công nghiệp và các phương pháp thử về lĩnh vực: chống cháy, tính năng nhiệt của sản phẩm, hạ tầng kỹ thuật,…

Về xi măng và bê tông, các tiêu chuẩn được nghiên cứu biên soạn, soát xét tập trung vào yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với xi măng poóc lăng, xi măng



poóc lăng hỗn hợp, xi măng poóc lăng trắng, xi măng alumin, xi măng xỉ lò cao, vữa xây dựng, gạch bê tông tự chèn, vữa cho bê tông nhẹ…

Về kính xây dựng, các tiêu chuẩn chuẩn được ng-hiên cứu biên soạn, soát xét tập trung vào yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với kính gương, phương pháp thử xác định độ xuyên quang, độ phản quang…

Về vật liệu ốp lát và sứ vệ sinh, các tiêu chuẩn được nghiên cứu biên soạn, soát xét tập trung vào yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với gạch gốm ốp lát, gạch gốm ốp lát đùn dẻo, đá tự nhiên lát ngoài trời, đá tự nhiên lát vỉa hè, sứ vệ sinh…

Về vật liệu chịu lửa, các tiêu chuẩn được nghiên cứu biên soạn, soát xét tập trung vào yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với vật liệu chịu lửa định hình, vật liệu chịu lửa định hình sít đặc, vật liệu chịu lửa cách nhiệt định hình, vật liệu chịu lửa không định hình, vữa chịu lửa, gạch chịu axit…

Về sơn xây dựng, các tiêu chuẩn được nghiên cứu biên soạn, soát xét đối với sơn alkyd, sơn tường dạng nhũ tương; xây dựng mới các tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử: sơn phản xạ năng lượng mặt trời, sơn hữu cơ dạng bột cho thép mạ kẽm, sơn bột gốc xi măng, sơn sàn, sơn sần, sơn nhôm, lớp phủ chống cháy cho kim loại…

Về thạch cao và các vật liệu xây dựng hữu cơ khác, các tiêu chuẩn được nghiên cứu biên soạn, soát xét tập trung vào yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử của tấm thạch cao; xây dựng mới các tiêu chuẩn về khung trần treo cho tấm thạch cao, vật liệu chống thấm, tấm trang trí từ nhựa nhiệt rắn, chất dẻo xốp, vật liệu làm phẳng sàn, vật liệu xử lý mối nối thạch cao, chất biến tính polyme…

Về phế thải công nghiệp, các tiêu chuẩn và chỉ dẫn kỹ thuật được nghiên cứu biên soạn tập trung vào việc sử dụng tro bay, xỉ gang và xỉ thép làm vật liệu xây dựng.

Về hạ tầng kỹ thuật, các tiêu chuẩn nghiên được ng-hiên cứu biên soạn, soát xét tập trung vào yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử: hệ thống hố thu nước cho tòa nhà, hệ thống ống cấp thoát nước, hệ thống sen vòi…

Ngoài ra, Viện còn xây dựng các phương pháp thử mới trong lĩnh vực chống cháy gồm: khả năng bắt cháy của vật liệu xây dựng khi chịu tác động trực tiếp của ngọn lửa; thử tính không cháy; tính cháy lan của ngọn lửa; tốc độ giải phóng nhiệt, sinh khói và mất khối lượng; tổng lượng nhiệt khi cháy; đánh giá tính độc hại của khói thải… Một số phương pháp thử mới về tính năng nhiệt của vật liệu xây dựng như: tính toán đặc trưng nhiệt của cửa sổ, cửa đi và kết cấu che nắng, truyền nhiệt bằng bức xạ…

Trong giai đoạn này, Viện đã hai lần thực hiện soát xét QCVN 16/BXD Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về sản phẩm, hàng hóa vật liệu xây dựng vào các năm 2017 và 2019, góp phần quan trọng vào việc quản lý chất lượng sản phẩm hàng hóa VLXD được sản xuất và lưu thông trên thị trường.

3. Nghiên cứu khoa học công nghệ phát triển các sản phẩm vật liệu xây dựng

Viện đã triển khai hàng loạt nghiên cứu phát triển các sản phẩm VLXD phù hợp với thị trường xây dựng trong nước và phù hợp với xu thế phát triển VLXD của thế giới. Các nhóm nghiên cứu của Viện đã thực hiện trong giai đoạn 2015-2019 như sau.

- Xi măng: Viện đã tiếp tục nghiên cứu và tư vấn chuyển giao công nghệ sản xuất các loại xi măng bền sun phát, xi măng ít tỏa nhiệt, xi măng chịu mặn, xi măng đóng rắn nhanh, xi măng alumin, xi măng giếng khoan. Trong giai đoạn 2015-2019, Viện đã thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu cấp Bộ và 01 dự án cấp Nhà nước về việc sử dụng phế thải công nghiệp làm nguyên liệu cho sản xuất xi măng và chất kết dính, nghiên cứu chế tạo các loại xi măng đặc biệt, cụ thể như: Nghiên cứu công nghệ sử dụng tro bay nhiệt điện có hàm lượng mất khi nung cao làm nguyên liệu thay thế đất sét để sản xuất xi măng (2015). Đề tài đã nghiên cứu sử dụng tro bay thay sét đến 100% tuỳ thuộc vào chất lượng từng loại tro bay, tuy nhiên cần giới hạn hàm lượng các bon trong phối liệu nhỏ hơn 1,88% để tránh hiện tượng tạo ra CO trong khí thải lò nung. Nghiên cứu sử dụng xi măng hàm lượng clanhke thấp (<60%) cho bê tông trong môi trường xâm thực và nước biển (2017). Đề tài đã xây dựng hướng dẫn sử dụng xi măng hàm lượng clanhke < 60% cho chế tạo bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực. Nghiên cứu chế tạo xi măng đóng rắn nhanh cường độ cao để sửa chữa các công trình cầu, đường, sân bay, bến cảng (2018). Kết quả nghiên cứu đã chế tạo được xi măng đóng rắn nhanh trên cơ sở xi măng sunphua alumi-anat và xi măng alumin từ nguồn nguyên liệu trong nước có cường độ nén 6 giờ đạt trên 20 MPa, 1 ngày trên 35 MPa, 28 ngày trên 60 MPa. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sử dụng bùn thải nhà máy nhôm tấm làm nguyên liệu sản xuất xi măng alumin CA50 (2018). Dự án đã hoàn thiện được công nghệ sản xuất xi măng alumin CA50 từ nguồn bùn thải nhà máy sản xuất nhôm tấm, oxit nhôm chất lượng thấp của nhà máy alumin, đã sản xuất thành công 120 tấn xi măng alumin có chất lượng thỏa mãn TCVN 7569:2007 và sản phẩm thử nghiệm được đánh giá có chất lượng tốt hơn xi măng CA50 nhập khẩu từ Trung Quốc. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sử dụng tro bay thay thế đất sét trong sản xuất clanhke xi măng



(cấp Nhà nước, 2019). Dự án đã phối hợp cùng Công ty XM Hoàng Thạch sản xuất 50.000 tấn clanhke với hàm lượng tro bay thay sét lớn hơn 50% và hoàn thiện quy trình sản xuất clanhke xi măng có sử dụng tro bay thay sét để phổ biến áp dụng cho các nhà máy xi măng. Các nghiên cứu này đã góp phần xử lý và tái sử dụng các loại phế thải công nghiệp, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên trong sản xuất VLXD, các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng trong thực tiễn sản xuất tại doanh nghiệp, đáp ứng nhu cầu trong nước hiện nay.

- Bê tông: Viện đã tập trung nghiên cứu sử dụng các loại các loại phế thải công nghiệp như tro nhiệt điện, xỉ thép để chế tạo bê tông, góp phần tái xử lý và sử dụng phế thải công nghiệp làm vật liệu xây dựng, bảo vệ môi trường; nghiên cứu sử dụng vật liệu tại chỗ cát biển và nước biển cho chế tạo bê tông, góp phần giải quyết khó khăn về nguồn nguyên liệu chế tạo bê tông tại các vùng ven biển và hải đảo; nghiên cứu giải quyết các vấn đề kỹ thuật (thấm, nứt) phát sinh trong thực tế sử dụng vật liệu xây không nung trong công trình xây dựng. Trong giai đoạn 2015 - 2019, Viện đã thực hiện nhiều đề tài cấp Bộ và 01 đề tài cấp Nhà nước về bê tông, cụ thể như: Nghiên cứu chế tạo tấm tường bê tông nhẹ tính năng cao (cấp Nhà nước, 2015). Đề tài đã chế tạo được tấm tường đúc sẵn kích thước 2700 × 400 × 100mm, sử dụng bê tông bọt có khối lượng thể tích 1000 kg/m3, chịu được các tác động của tải trọng bản thân, áp lực gió cấp IIB và lực va đập. Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính và phụ gia cho chế tạo bê tông sử dụng cát biển, nước biển (2017). Đề tài đã lựa chọn được loại chất kết dính phù hợp và các đánh giá ban đầu về khả năng sử dụng cát biển, nước biển để chế tạo bê tông. Điều tra, đánh giá tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép vùng biển và đề xuất giải pháp nâng cao độ bền công trình tại vùng biển Việt Nam. Nghiên cứu giải pháp công nghệ tăng khả năng chống thấm nước của gạch bê tông (2017). Đề tài đã đưa ra được các giải pháp công nghệ và sử dụng vật liệu hợp lý để nâng cao khả năng chống thấm nước của gạch bê tông, đáp ứng mức yêu cầu tiêu chuẩn quy định. Nghiên cứu giải pháp tổng thể khắc phục hiện tượng thấm, nứt của các công trình xây dựng sử dụng vật liệu xây không nung (2018). Đề tài đã làm rõ được nguyên nhân của hiện tượng thấm, nứt khối xây sử dụng vật liệu xây không nung và đề xuất được các giải pháp về vật liệu, biện pháp thi công để khắc phục hiện tượng thấm, nứt khối xây. Nghiên cứu, sử dụng tro bay nhiệt điện chế tạo vật liệu và giải pháp thi công lớp phủ chống phát tán ô nhiễm và cứng hóa cho các bãi chứa chất thải rắn công nghiệp (2018). Đề tài đã chế tạo được vữa phủ sử dụng vật liệu tại chỗ để thi công lớp phủ chống phát tán bụi cho các bải thải tro xỉ khô của các nhà máy nhiệt điện.

Nghiên cứu sử dụng xỉ luyện gang thép làm cốt liệu cho bê tông xi măng (2019). Đề tài đã đưa ra được các biện pháp xử lý, sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cốt liệu tự nhiên cho chế tạo bê tông, xây dựng tiêu chuẩn TCVN cho loại cốt liệu xỉ thép. Nghiên cứu chế tạo cấu kiện bê tông sử dụng tro xỉ nhiệt điện và vật liệu tại chỗ - cát biển, cát nhân tạo (2019). Đề tài đã nghiên cứu sử dụng được các vật liệu tại chỗ để chế tạo các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép sử dụng cho công trình dân dụng vùng ven biển và gia cố, kè đê biển. Điều tra khảo sát tình hình sản xuất và sử dụng cát nghiền thay thế cát tự nhiên trên phạm vi cả nước, đề xuất các giải pháp tăng cường sử dụng cát nghiền thay thế cát tự nhiên (2019). Các kết quả nghiên cứu này đã đưa ra các tiêu chuẩn, hướng dẫn kỹ thuật để sử dụng phế thải công nghiệp và vật liệu tại chỗ cho chế tạo bê tông, các giải pháp để nâng cao chất lượng khối xây trong công trình xây dựng.

Trong lĩnh vực xử lý phế thải công nghiệp, trong giai đoạn 2015 - 2019 Viện còn thực hiện một số đề tài, dự án về xử lý và sử dụng phế thải làm vật liệu xây dựng, cụ thể như: Điều tra, khảo sát các nguồn phế thải công nghiệp làm vật liệu xây dựng (2015). Nghiên cứu sử dụng phế thải công nghiệp chế tạo vật liệu gia cố nền đất yếu theo công nghệ CDM cho khu vực ven biển (2016). Đề tài đã nghiên cứu sử dụng các loại phế thải tro bay, xỉ lò cao, thạch cao phosphogypsum thay thế được hơn 50% xi măng để chế tạo vật liệu gia cố nền đất yếu có chất lượng tốt, bền trong môi trường xâm thực, môi trường biển. Xây dựng tài liệu hướng dẫn sử dụng các loại phế thải chứa năng lượng làm nhiên liệu thay thế trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng (2016). Nghiên cứu sử dụng thạch cao từ các nhà máy phân bón hoá chất và nhiệt điện để chế tạo tấm trần, tấm tường (2017). Kết quả nghiên cứu cho thấy thạch cao FGD và phosphogypsum nếu được xử lý hoàn toàn có thể đáp ứng các yêu cầu làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao, xây dựng được chỉ dẫn kỹ thuật sử dụng thạch cao phospho và FGD làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao. Xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật xỉ gang và xỉ thép sử dụng làm vật liệu xây dựng (2017).

Viện đã tích cực thực hiện nhiều nghiên cứu từ nguồn vốn doanh nghiệp phục vụ trực tiếp cho hoạt động sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp, cụ thể như: Nghiên cứu sử dụng thạch cao phosphogypsum làm vật liệu san lấp cho Công ty DAP Vinachem. Kết quả nghiên cứu cho thấy thạch phosphogypsum nếu được phối trộn với một số thành phần như vôi, xi măng, tro bay thì có thể sử dụng làm vật liệu san lấp, đắp nền và ở tỷ lệ tối ưu thì có thể làm được base, subbase cho đường giao thông. Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm vật liệu cho đường giao thông và vật liệu san lấp cho Công ty gang



thép Formosa Hà Tĩnh. Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm vật liệu xây dựng Công ty gang thép Hoà Phát. Nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện Formosa thay thế sét cho sản xuất xi măng tại Công ty xi măng Nghi Sơn. Nghiên cứu sử dụng xỉ hạt lò cao nghiền mịn làm xi măng cho Công ty Tài nguyên CHC Việt Nam. Nghiên cứu sử dụng cát biển qua xử lý làm cốt liệu cho bê tông và tư vấn lập hệ thống quản lý chất lượng cát biển tại Công ty TNHH Quan Minh tại Quảng Ninh. Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng tro xỉ nhiệt điện Na Dương sản xuất gạch không nung tại Công ty Cổ phần Non Nước Lạng Sơn.

- Gốm sứ và thủy tinh: Viện đã thực hiện nghiên cứu chế tạo gốm màng lọc sử dụng cho lọc nước uống tính khiết (2016). Kết quả đề tài đã chế tạo được gốm màng lọc gồm 3 cấp lọc có kích thước lỗ như sau: Màng cấp 1 có đường kính lỗ xốp: D1 ≤ 10 µm, Màng cấp 2 có đường kính lỗ xốp: D2 ≤ 0,1 µm, Màng cấp 3 có đường kính lỗ xốp: D3 ≤ 0,005 µm. Chế tạo được quả lọc ba cấp, có chất lượng tương đương với sản phẩm nhập hãng Geyser nano ceramic của Singapore. Nghiên cứu chế tạo thủy tinh bọt cách nhiệt (2017). Kết quả đề tài đã chế tạo được tấm thủy tinh bọt kích thước 600 × 600 × 10mm có các chỉ tiêu như: độ thấm nước, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng thể tích và cường độ nén đạt theo tiêu chuẩn ASTM C205. Nghiên cứu sử dụng xúc tác đã qua sử dụng của phân xưởng cracking dầu mỏ làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ (2017). Kết quả đề tài đã ứng dụng thay thế được cao lanh trong sản xuất gạch ốp lát. Nghiên cứu chế tạo sợi thủy tinh bền kiềm dùng để sản xuất các tấm, thanh hoặc sợi chịu ăn mòn môi trường kiềm (môi trường vữa xi măng, bê tông, các thanh cốt sợi thay thế thép sử dụng trong công trình xây dựng ở biển, hải đảo) (2017). Kết quả đề tài đã chế tạo thành công sợi thủy tinh bền kiềm có tính chất tương đương với hàng ngoại nhập, đáp ứng được các chỉ tiêu như: Hàm lượng oxit zirconia (ZrO2); khối lượng thể tích; đường kính sợi; mất khi nung; cường độ kéo đạt theo tiêu chuẩn ASTM C1666. Hiện nay, Viện đang tích cực triển khai nghiên cứu chế tạo tấm kê trụ đỡ cho lò nung gốm sứ trên nền gốm cordierite-zircon và nghiên cứu chế tạo mực in kỹ thuật số cho gạch gốm ốp lát.

- Vật liệu chịu lửa và chống cháy: Viện đã triển khai các đề tài nghiên cứu chuyên sâu thuộc lĩnh vực gồm các đề tài “Nghiên cứu sản phẩm bê tông chịu lửa chứa các bon cho công nghiệp luyện kim”. Kết quả sản phẩm đạt được là bê tông chịu lửa chứa các nguyên liệu như SiC, các bon có độ bền xỉ, chịu mài mòn tốt hơn so với bê tông chịu lửa cao cấp không chứa các bon. Sản phẩm bê tông chịu lửa chứa các bon của đề tài được ứng dụng xây lớp lót rãnh ra gang lỏng của Công ty cổ phần thép Hòa Phát, thời gian làm việc tương đương với sản phẩm

nhập ngoại. Đề tài “Nghiên cứu bê tông chịu lửa mật độ cao chống bám dính cho công nghiệp luyện kim màu” đã nghiên cứu sản phẩm BTCL mật độ cao chống bám dính được nghiên cứu và sản xuất thử có những tính chất cơ lý, nhiệt, vượt trội. Sản phẩm đã sử dụng trong lò ủ nhôm tại Công ty HonDa Việt Nam, Yamaha cho kết quả tốt, đảm bảo thời gian làm việc theo yêu cầu của công ty. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng nano silica (SiO2) làm chất kết dính chế tạo bê tông chịu lửa, bền hóa cao cấp”. Kết quả nghiên cứu đã chế tạo thành công loại bê tông chịu lửa LC sử dụng 8% nano silica giúp bê tông có mật độ cao, cường độ cơ học sau nung cao hơn đáng kể so với mẫu sử dụng xi măng alumin 5%, có khối lượng thể tích sau sấy cao hơn 0,05 g/cm3, độ bền nén sau nung 1000oC cao hơn 8 MPa. Nghiên cứu chế tạo sản phẩm chịu lửa định hình hệ Cacbua Silic (SiC) liên kết Nitrua Silic (Si3N4) dùng cho lò công nghiệp. Kết quả nghiên cứu khẳng định hàm lượng Si3N4 của sản phẩm chế tạo đạt được 22%, cường độ nén nguội đạt 154.7 MPa, khối lượng thể tích là 2,61 g/cm3. Đề tài “Nghiên cứu xử lý và sử dụng phế thải vật liệu chịu lửa của ngành công nghiệp luyện thép để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu chịu lửa và vật liệu xây dựng” đã thử nghiệm thành công phế thải vật liệu chịu lửa trong luyện thép để tái chế sản xuất các loại vật liệu xây dựng khác nhau và tổng kết, hướng dẫn sử dụng vật liệu chịu lửa tái chế.

- Vật liệu xây dựng hữu cơ và hóa phẩm xây dựng: Viện đã nghiên cứu và cải tiến phụ gia siêu dẻo cao cấp chậm đông kết đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 8826:2011 Phụ gia hóa học cho bê tông để cung cấp cho nhiều công trình sử dụng bê tông tính năng cao; Cải tiến và cung cấp phụ gia tạo bọt đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 10633:2015 chất tạo bọt cho bê tông bọt sử dụng chống nóng cho phần mái của tòa nhà công trình Nhà Quốc hội và nhiều công trình khác; Nghiên cứu ứng dụng các loại phụ gia polyme tái phân tán và polyme dạng latex trong chế tạo các chủng loại vữa khô trộn sẵn đáp ứng yêu cầu thực tiễn như vật liệu chống thấm gốc xi măng-polyme đáp ứng tiêu chuẩn BS EN 14891, vữa dán gạch gốc xi măng chất lượng cao C1T và C2T đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 7899-1:2008; Nghiên cứu chế tạo vật liệu mới như vật liệu chèn, bít kín tự san phẳng trên cơ sở silicon ứng dụng cho mặt đường bê tông sân bay, mặt đường bê tông cao tốc. Sản phẩm silicon tự san phẳng chế tạo được là loại 2 thành phần, thi công nguội, có chất lượng đáp ứng tiêu chuẩn ASTM 5893-16; Năm 2018, Viện đã được giao nhiệm vụ nghiên cứu thay thế sợi amiăng trắng bằng các loại sợi vô vơ hoặc/và sợi hữu cơ tổng hợp trong sản xuất tấm lợp/tấm phẳng xi măng-sợi. Kết quả xác định tải trọng uốn gãy theo chiều dọc tấm nhận được ban đầu trong phòng thí nghiệm và



thử nghiệm sản xuất thăm dò khi thay thế hoàn toàn sợi amiang bằng sợi PVA hoặc sợi bazan hoặc thay thế bằng hỗn hợp sợi PVA/bazan tương đương so với mẫu sử dụng amiang, đáp ứng được mức tải trọng quy định trong tiêu chuẩn TCVN 4434:2000. Trong hướng xử lý nguồn phế thải công nghiệp làm vật liệu xây dựng, năm 2018 Viện đã nghiên cứu thành công việc sử dụng phế thải bitum cốc hóa và phế thải lưu huỳnh của nhà máy lọc hóa dầu để chế tạo vật liệu chèn khe co giãn mặt đường bê tông xi măng và mặt đường bê tông nhựa asphalt đáp ứng tiêu tiêu chuẩn TCVN 9974:2013.

II. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA VIỆN VLXD ĐẾN NĂM 2030

Định hướng đến năm 2030, sản xuất vật liệu xây dựng đòi hỏi ngày càng cao về tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, tăng cường sử dụng phế thải, phế liệu của các ngành công nghiệp, nông nghiệp, rác thải sinh hoạt đô thị để làm nguyên liệu, nhiên liệu, đồng thời phải tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Cách mạng công nghiệp lần thứ tư với các giải pháp về dữ liệu lớn, kỹ thuật số, trí tuệ nhân tạo, internet kết nối vạn vật sẽ can thiệp mạnh mẽ vào quá trình công nghệ sản xuất để tăng năng suất lao động, giảm nhân công và nâng cao chất lượng sản phẩm VLXD. Đồng thời, các công trình xây dựng ngày càng được chú trọng đến độ bền chịu lực, độ bền theo thời gian, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí sản xuất và xây lắp và đặc biệt phải thích ứng với khí hậu tại nơi xây dựng công trình.

Vì vậy, một số định hướng chính về nghiên cứu phát triển vật liệu xây dựng trong giai đoạn tới bao gồm cả chiến lược, chính sách, tiêu chuẩn, quy chuẩn và ng-hiên cứu khoa học công nghệ cần tập trung đối với các chủng loại VLXD như sau.

- Xi măng: tiếp tục hướng nghiên cứu sử dụng các loại nhiên liệu thay thế cho sản xuất xi măng từ phế thải các ngành công nghiệp như khai thác khoáng sản, da giày, dệt may, chế biến thực phẩm, cao su, các loại chất thải như lốp cao su, rác thải sinh hoạt, nông nghiệp; nghiên cứu sử dụng các loại tro, xỉ công nghiệp làm phụ gia khoáng và nguyên liệu thay thế trong sản xuất clanhke xi măng; nghiên cứu chế tạo các loại xi măng, chất kết dính sử dụng hàm lượng clanhke thấp hoặc không dùng clanhke xi măng, chất kết dính geopolymer để ứng dụng sản xuất bê tông cốt thép, bê tông trong môi trường xâm thực và biển đảo, cọc xi măng-đất, gia cố nền đường; đồng thời tiếp tục hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹ thuật cho sản xuất, đánh giá chất lượng sản phẩm xi măng, chất kết dính dùng cho xây dựng.

- Cát, đá xây dựng: Nghiên cứu hiện đại hóa công nghệ sản xuất cát, đá xây dựng theo hướng sản xuất

xanh, sạch, tiết kiệm nguyên liệu và năng lượng, kết hợp với nâng cao chất lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường; loại bỏ các dây chuyền sản xuất cát, đá xây dựng đang sử dụng công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu sử dụng chất thải xây dựng, công nghiệp (bê tông công trình cũ, tro nhiệt điện, xỉ gang, thép,…) làm nguyên liệu sản xuất cát nhân tạo, tái chế. Nghiên cứu sử dụng cát nước lợ, cát mịn, cát biển hiệu quả trong các loại hình công trình xây dựng.

- Bê tông: Nghiên cứu tiến tới không sử dụng bê tông trộn tại công trình, nhằm đảm bảo chất lượng bê tông và vệ sinh môi trường đô thị. Khuyến khích nghiên cứu phát triển các loại bê tông mới, bê tông mác cao, bê tông cốt thép ứng lực trước, bê tông tự đầm, bê tông có tính năng đặc biệt, bền môi trường biển và các dạng bê tông mới. Tăng cường sử dụng phế thải công nghiệp, nông nghiệp làm nguyên liệu sản xuất bê tông. Phát triển các loại phụ gia cho bê tông để nâng cao khả năng dễ thi công và các tính năng sử dụng khác. Phát triển sản xuất các loại vật liệu xây dựng khác theo nhu cầu của xã hội.

Một xu thế mới, vật liệu bê tông thích ứng với công nghệ in bê tông cũng cần được quan tâm vì ngành xây dựng đang tiếp tục phát triển theo hướng tự động hóa để giảm nhân lực, giảm thời gian xây dựng trên công trường, tránh các rủi ro về mất an toàn lao động, giảm chi phí sản xuất và tăng tính tự do trong sáng tác thiết kế kiến trúc, mỹ thuật.

Công nghệ in bê tông sẽ khắc phục được các hạn chế về phương pháp chế tạo cấu kiện bê tông của ngành xây dựng truyền thống, nó sẽ tạo điều kiện để các cấu kiện, thậm chí là các ngôi nhà có hình dạng kiến trúc khác nhau sẽ được tạo ra vì máy in có thể in bất cứ hình dạng nào của cấu kiện miễn là vật liệu bê tông dùng để in có các tính chất cơ lý phù hợp. Từ đó, các ý tưởng thiết kế của các kiến trúc sư sẽ ngày càng được tự do, mở rộng không gian sáng tác, không quá bị hạn chế vào các phương pháp xây dựng, chế tạo cấu kiện truyền thống. Đồng thời, các lợi ích mà công nghệ in bê tông đem lại còn là khả năng tiết kiệm thời gian và vật liệu chế tạo do chỉ có rất ít vật liệu thừa. Đặc biệt là công nghệ in bê tông sẽ loại bỏ được khuôn và ván khuôn trong quá trình chế tạo. Tuy nhiên, công nghệ in bê tông cũng phải đối mặt với các thách thức về tốc độ in, độ chính xác, chất lượng các vật liệu sử dụng, mức độ hoàn thiện bề mặt kết cấu.

- Vật liệu ốp lát: Nghiên cứu phát triển các loại sản phẩm gạch gốm ốp lát kích thước lớn, chiều dày nhỏ, đa dạng về chủng loại, mầu sắc, có khả năng chống mài mòn cao, màu sắc hoa văn trang trí đẹp, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng trong nước và xuất khẩu. Nghiên cứu phát triển các cơ sở chế biến



nguyên liệu tập trung, phát triển sản xuất các sản phẩm đá ốp lát nhân tạo có tính năng chống bám bẩn, tự làm sạch, ngăn rêu mốc, bền màu. Nghiên cứu hiện đại hóa công nghệ khai thác đá tự nhiên để chế tạo sản phẩm chất lượng cao, tăng tỷ lệ xuất khẩu thành phẩm từ đá tự nhiên. Sản xuất các loại vật liệu kết hợp từ gốm, đá tự nhiên, vật liệu hữu cơ.

- Sứ vệ sinh: Tiếp tục nghiên cứu hiện đại hóa công nghệ sản xuất sứ vệ sinh nhằm giảm mức tiêu hao nguyên liệu, nhiên liệu và giảm phát thải vào môi trường. Nghiên cứu các sản phẩm chống bám bẩn, tự diệt khuẩn, tiết kiệm nước và có chức năng tự động hóa cao. Nghiên cứu phát triển các cơ sở chế biến nguyên liệu tập trung.

- Kính xây dựng: Nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất theo hướng hiện đại hóa, nâng cao chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu chế tạo các sản phẩm kính cho sản xuất pin mặt trời, kính kỹ thuật, các loại kính tiết kiệm năng lượng, kính cách âm, cách nhiệt, kính tự làm sạch,... Phát triển công nghệ sản xuất kính có kích thước và độ dày đặc biệt (kính dày > 20 mm và kính mỏng <1 mm), Nghiên cứu sản xuất các loại bông sợi thủy tinh làm nguyên liệu chế tạo các loại vật liệu bảo ôn, cách âm, cách nhiệt và các mục đích khác. Nghiên cứu sử dụng nhiệt thải từ sản xuất kính để phát điện hoặc tận thu năng lượng cho sản xuất công nghiệp hoặc phục vụ đời sống.

- Vật liệu xây, lợp: Tiếp tục nghiên cứu phát triển các loại vật liệu xây không nung, vật liệu nhẹ, vật liệu tiết kiệm năng lượng, vật liệu tái chế. Nghiên cứu sử dụng các loại nguyên liệu không phải đất sét để sản xuất gạch nung, tăng kích thước và độ rỗng của gạch đất sét nung và sản xuất các loại gạch đất sét nung có giá trị cao. Cải tiến công nghệ gia công, tạo hình và nung để tiết kiệm nguyên liệu, nhiên liệu đạt các chỉ tiêu tiêu hao ở mức tiên tiến của thế giới. Phát triển sản xuất các chủng loại vật liệu lợp nhẹ, bền, có khả năng chống nóng, chống ồn, không bị rêu mốc, ăn mòn bởi thời tiết; các loại vật liệu lợp thông minh có khả năng lấy ánh sáng mặt trời. Nghiên cứu giảm dần tiến tới chấm dứt việc sử dụng sợi amiăng chrysotile trong sản xuất vật liệu lợp đáp ứng các tiêu chí an toàn về vệ sinh, môi trường.

- Vật liệu chịu lửa và chống cháy: Tiếp tục nghiên cứu chế tạo nguyên liệu có độ tinh khiết cao, nguyên liệu nhân tạo, tái chế các vật liệu chịu lửa đã qua sử dụng từ ngành công nghiệp luyện kim, ngành công nghiệp xi măng sử dụng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu chịu lửa, nghiên cứu chế tạo các sản phẩm có tính năng cao, vật liệu chịu lửa tiết kiệm năng lượng. Tăng cường tập trung nghiên cứu chế tạo nguyên liệu từ nguồn ôxit nhôm trong nước, nguyên liệu MgO và các nguyên liệu khác từ phế thải công nghiệp luyện kim; nghiên cứu

chế tạo vật liệu chịu lửa cao cấp, các loại vật liệu có độ tinh khiết cao cho ngành công nghiệp luyện kim và công nghiệp xi măng; vật liệu chịu lửa compozit (vật liệu thông minh) kết hợp các oxit, nitrat, cacbua silic, v.v; vật liệu chịu lửa liên kết Sialon; nghiên cứu ứng dụng nano cacbon cho vật liệu chịu lửa chứa cacbon; nghiên cứu vật liệu chịu lửa không định hình có khả năng sấy nhanh và cường độ cao ở nhiệt độ thấp; nghiên cứu tăng khả năng chống rão cho vật liệu chịu lửa; nghiên cứu vật liệu chống cháy thân thiện với môi trường.

- Vật liệu hữu cơ và hóa phẩm xây dựng: Nghiên cứu phát triển các loại sơn tường nội ngoại thất có độ bóng và độ bền màu cao, có khả năng chống thấm, diệt khuẩn và nấm mốc, dễ cọ rửa bằng nước, bền lâu trong môi trường khí hậu biển đảo; sơn nội thất có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VOCs, Formalde-hyde, các chất từ khí thải của động cơ xăng, dầu; sơn có khả năng chịu nhiệt, cách nhiệt; sơn chống cháy và sơn chậm cháy; sơn nền công nghiệp có khả năng chịu mài mòn, bền trong các môi trường nước ngọt, nước mặn, dầu, hóa chất, môi trường axit hoặc môi trường kiềm.

Tiếp tục tập trung nghiên cứu phát triển các sản phẩm chống thấm có độ đàn hồi cao gốc polyurethane và gốc silicone; các chủng loại phụ gia hóa học cho bê tông và vữa tính năng cao; xốp dán tường 3D thay thế cho vật liệu dán tường, xốp cách nhiệt có tính năng chống cháy; vật liệu phủ sàn, ván gỗ nhân tạo có độ chịu ẩm cao, tính thẩm mỹ cao; tấm thạch cao, tấm xi măng sợi, các loại khung vách, trần treo, các loại sản phẩm từ chất dẻo thân thiện môi trường hoặc các loại vật liệu lai tạo (vật liệu tổ hợp) để nâng cao về độ bền và các yêu cầu kỹ thuật cao cho công trình.

- VLXD thông minh, tiết kiệm năng lượng, thân thiện môi trường: Nghiên cứu phát triển các loại VLXD này đang trở thành xu thế tất yếu và là mục tiêu hướng tới của ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng. Để đạt được mục tiêu này, các sản phẩm vật liệu xây dựng phải đáp ứng được hai yêu cầu: Tiêu tốn ít năng lượng hơn cho việc tạo ra nó và giúp tiết kiệm được năng lượng tiêu thụ cho công trình xây dựng khi đưa vào sử dụng. Các vật liệu như xốp cách nhiệt; tấm lợp sinh thái; gạch bê tông nhẹ, kính tiết kiệm năng lượng Low E, tấm ốp đất sét nung, ngói tráng men; gỗ ốp tường “xanh”; xi măng “xanh”; gạch ốp lát tái chế, sơn thích ứng khí hậu,... được xem là vật liệu thông minh, tiết kiệm năng lượng, thân thiện môi trường. Tiềm năng sử dụng chúng trong các công trình xây dựng ở Việt Nam để tiết kiệm năng lượng, thân thiện môi trường là rất lớn để hạn chế các mặt trái của khí hậu nóng ẩm, đồng thời nâng cao chất lượng công trình xây dựng./.



NGHIÊN CỨU RÀ SOÁT, BỔ SUNG, HOÀN THIỆN CÁC VĂN BẢN QUY PHẠM PHÁP LUẬT ĐIỀU TIẾT VỀ TIÊU CHUẨN,

QUY CHUẨN KỸ THUẬT

TS. Leâ Trung Thaønh, ThS. Haø Vaên Laân, ThS. Nguyeãn Minh Quyønh, TS. Phuøng Thò Mai Phöông

TOÙM TAÉT

Heä thoáng tieâu chuaån, quy chuaån kyõ thuaät xaây döïng coù vai troø raát quan troïng ñoái vôùi söï phaùt trieån chung cuûa ngaønh xaây döïng hôn 60 naêm qua. Tieâu chuaån, quy chuaån kyõ thuaät xaây döïng ñaõ ngaøy caøng trôû thaønh coâng cuï ñaéc löïc phuïc vuï coâng taùc quaûn lyù nhaø nöôùc vaø laø chuaån möïc ñeå giaûi quyeát caùc tranh chaáp thöông maïi, phaân ñònh traùch nhieäm, giaûi phaùp kyõ thuaät quan troïng cho doanh nghieäp ngaønh xaây döïng caûi tieán coâng ngheä, ñaûm baûo chaát löôïng vaø naâng cao khaû naêng caïnh tranh, ñaëc bieät trong giai ñoaïn chuyeån ñoåi, xaây döïng neàn kinh teá thò tröôøng ñònh höôùng xaõ hoäi chuû nghóa.

Coâng taùc bieân soaïn, thaåm ñònh, coâng boá tieâu chuaån, quy chuaån kyõ thuaät xaây döïng vaø vai troø cuûa caùc Boä, ngaønh, toå chöùc, caù nhaân thöïc hieän coâng taùc naøy theo thôøi gian cuõng ñaõ coù ñieàu chænh ñeå ñaùp öùng vôùi thöïc tieãn veà quaûn lyù nhaø nöôùc vaø heä thoáng luaät phaùp lieân quan. Tuy nhieân, heä thoáng phaùp luaät, cuøng vôùi caùc quy ñònh quaûn lyù nhaø nöôùc thöïc teá cho thaáy caàn phaûi luoân caäp nhaät, ñoåi môùi, ñaùp öùng coâng taùc hoaøn thieän theå cheá ñeå thöïc söï laø moät khaâu ñoät phaù quan troïng trong tieán trình phaùt trieån ñaát nöôùc, ñuùng nhö chæ ñaïo cuûa Ñaûng vaø Nhaø nöôùc taïi caùc Nghò quyeát veà phaùt trieån kinh teá - xaõ hoäi.

Nghieân cöùu naøy trình baøy caùc keát quaû phaân tích ñaùnh giaù veà heä thoáng caùc vaên baûn quy phaïm phaùp luaät ñieàu tieát veà tieâu chuaån, quy chuaån kyõ thuaät xaây döïng vaø ñeà xuaát ñieàu chænh moät soá noäi dung trong caùc Luaät, Nghò ñònh, Thoâng tö coù lieân quan ñeå höôùng tôùi söï phuø hôïp, hieäu quaû trong coâng taùc bieân soaïn, thaåm ñònh, coâng boá tieâu chuaån, quy chuaån kyõ thuaät xaây döïng.

ABSTRACT

The system of standards and national technical regulations plays an important role in the development of construction industry in Viet Nam over the last 60 years. Standards and national technical regulations have become very effective tools in state management to solve commercial conflicts, clarify responsi-bilities, give out solutions for construction enterprises in upgrading technologies, ensuring quality and improving capabilities, particularly in the transformation period to build up a market economy in Vietnam.

The procedures of preparation, assessment and publication of standards, national technical regula-tions, also the functions and duties of Ministries and other parties have been modified following with time to comply with the practical development on state management and regarded legal documents. However, the legal system together with state management regulations really need to be upgraded, renewed regu-larly to become one of the most efficient tools promoting the development of the country, following the directions of the Government.

This paper presents the results on analysing and evaluating the system of legal documents that regulate and guide the ways to prepare, review, assess and publish construction standards and national technical regualtions. From these analyses, a number of modifications and additions in Laws, Decrees and Circulars are proposed to improve the compliance and efficiency in the procedures of preparation, assess-ment and publication of construction standards and national technical regulations.




1. Hệ thống các văn bản quy phạm pháp luật điều tiết Tiêu chuẩn, Quy chuẩn kỹ thuật hiện hành

- Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật số 68/2016/QH11 ngày 29/6/2006 (Luật 68).

- Nghị định 127/2017/NĐ-CP ngày 01/8/2007 Quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật (Nghị định 127).

- Thông tư số 23/2007/TT-BKHCN ngày 28/9/2007 “Hướng dẫn về xây dựng và áp dụng quy chuẩn kỹ thuật” (Thông tư 23).

- Thông tư số 30/2011/TT-BKHCN sửa đổi, bổ sung, bãi bỏ một số quy định của Thông tư số 23/2007/TT-BKHCN ngày 28/9/2007 của Bộ trưởng bộ Khoa học và Công nghệ hướng dẫn xây dựng, thẩm định và ban hành quy chuẩn kỹ thuật (Thông tư 30).

- Thông tư 21/2007/TT-BKHCN ngày 28/9/2007 Hướng dẫn về xây dựng và áp dụng tiêu chuẩn (Thông tư 21).

- Thông tư 29/2011/TT-BKHCN sửa đổi, bổ sung một số quy định của Thông tư số 21/2007/TT-BKHCN ngày 28/9/2007 củ Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ hướng dẫn xây dựng và áp dụng tiêu chuẩn (Thông tư 29).

- Thông tư liên tịch số 145/2009/TTLT-BKHCN-BTC ngày 17/7/2009 về Hướng dẫn quản lý và sử dụng kinh phí xây dựng tiêu chuẩn quốc gia và quy chuẩn kỹ thuật.

- Thông tư 18/2010/TT-BXD ngày 15/10/2010 Quy định việc áp dụng Quy chuẩn, tiêu chuẩn trong hoạt động xây dựng.

- Nghị định 78/2018/NĐ-CP ngày 16/5/2018 Sửa đổi bổ sung một số điều của Nghị định 127/2007/NĐ-CP ngày 01/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều Luật tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật.

Bộ Khoa học và Công nghệ quản lý toàn bộ hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia trong đó có mảng tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật ngành xây dựng được quy hoạch, quản lý thuận tiện sử dụng.

Bộ xây dựng quản lý, điều tiết hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật toàn ngành xây dựng, chỉ đạo tổ chức xây dựng, thẩm định, ban hành, trình ban hành theo thẩm quyền các TCVN, QCVN về xây dựng, bao gồm:

+ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về Quy hoạch xây dựng đô thị và nông thôn, số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng, nguyên tắc phân loại, phân cấp công trình xây dựng, Nhà và công trình; An toàn trong xây dựng; Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng

hiệu quả và những quy chuẩn kỹ thuật xây dựng khác theo các lĩnh vực quản lý nhà nước được Chính phủ phân công.

+ Tiêu chuẩn về các vấn đề liên quan đến quá trình quy hoạch xây dựng đô thị và nông thôn; quá trình khảo sát, thiết kế, thi công, nghiệm thu, bảo trì, sửa chữa cho các công trình xây dựng chuyên ngành, bao gồm: Công trình dân dụng, công trình công nghiệp, vật liệu xây dựng, công trình công nghiệp nhẹ; các công trình hạ tầng kỹ thuật trong đó có công trình giao thông trong đô thị (trừ công trình đường sắt, công trình cầu vượt sông và đường quốc lộ); công trình biển và các công trình đặc biệt theo yêu cầu của Chính phủ.

Bộ Giao thông vận tải, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Công thương, Bộ Công an, Bộ Quốc phòng quản lý các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật, các công trình xây dựng chuyên ngành thuộc trách nhiệm quản lý nhà nước của Bộ; Chỉ đạo tổ chức xây dựng và ban hành, trình ban hành theo thẩm quyền tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật xây dựng cho các vấn đề liên quan đến quá trình khảo sát, thiết kế, thi công, nghiệm thu, bảo trì, sửa chữa các công trình thuộc trách nhiệm quản lý nhà nước của Bộ theo quy hoạch tổng thể hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật ngành xây dựng và thống nhất ý kiến với Bộ Xây dựng.

2. Một số vấn đề bất cập chính

Hiện nay, Luật 68 và các văn bản dưới Luật không quy định rõ cơ quan nào chịu trách nhiệm thẩm định sâu về nội dung TCVN. Các bộ chuyên ngành chỉ đóng vai trò là cơ quan đầu mối kiểm tra tính đầy đủ, hợp lệ của hồ sơ TCVN và chuyển Bộ KHCN thẩm định, thể hiện tại các quy đinh:

a) Luật 68 quy định tại Điều 11: “Trách nhiệm xây dựng, thẩm định, công bố tiêu chuẩn” và Điều 17: “Trình tự, thủ tục xây dựng, thẩm định, công bố tiêu chuẩn quốc gia”:

- Các Bộ/ngành: Tổ chức triển khai xây dựng dự thảo tiêu chuẩn quốc gia; tổ chức lấy ý kiến của tổ chức, cá nhân. Lập hồ sơ dự thảo và chuyển cho Bộ Khoa học và Công nghệ đề nghị thậm định và công bố tiêu chuẩn quốc gia.

- Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức thẩm định dự thảo tiêu chuẩn quốc gia theo quy định tại Điều 18 Luật TCQCKT và công bố tiêu chuẩn quốc gia.

“Điều 18: Nội dung thẩm định dự thảo tiêu chuẩn quốc gia.



+ Sự phù hợp của tiêu chuẩn với tiến bộ khoa học và công nghệ, điều kiện và nhu cầu phát triển kinh tế xã hội.

+ Sự phù hợp của tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật, quy định của pháp luật, cam kết quốc tế có liên quan, yêu cầu hài hòa với tiêu chuẩn quốc tế.

+ Tính thống nhất, đồng bộ trong hệ thống tiêu chuẩn quốc gia, việc tuân thủ nguyên tắc đồng thuận và hài hòa lợi ích của các bên có liên quan.

+ Việc tuân thủ các yêu cầu nghiệp vụ, trình tự, thủ tục xây dựng tiêu chuẩn quôc gia.”

Như vậy: Theo quy định tại Luật TCQCKT thì việc thẩm định nội dung TCVN của Bộ Khoa học và Công nghệ là không rõ ràng. Nội dung thẩm định về “sự phù hợp” có thể có liên quan đến nội dung quy định tại dự thảo TCVN.

b) Thông tư 29 bổ sung Thông tư 21, quy định: Các Bộ/ngành là cơ quan đầu mối tổ chức việc thẩm tra hồ sơ dự thảo TCVN để xem xét tính đầy đủ và hợp lệ của hồ sơ dự thảo TCVN theo quy định tại khoản 1 Điều 5 Nghị định 127.

Như vậy, Bộ/ngành chỉ là cơ quan đầu mối không có chức năng thẩm định nội dung TCVN thuộc quản lý nhà nước lĩnh vực ngành.

c) Về các Ban Kỹ thuật tiêu chuẩn:

Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia (Ban KTTCQG): Luật tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật quy định tại Điều 16:

+ Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia là tổ chức tư vấn kỹ thuật do Bộ Khoa học và Công nghệ thành lập cho từng lĩnh vực tiêu chuẩn.

+ Thành viên ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia bo gồm đại diện cơ quan nhà nước, tổ chức khoa học và công nghệ, hội, hiệp hội, doanh nghiệp, các tổ chức khác có liên quan, người tiêu dùng và các chuyên gia.

+ Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia có các nhiệm vụ sau đây:

a) Đề xuất quy hoạch, kế hoạch, phương án, giải pháp xây dựng tiêu chuẩn quốc gia.

b) Biên soạn dự thảo tiêu chuẩn quốc gia trên cơ sở dự thảo do tổ chức, cá nhân đề nghị, trực tiếp xây dựng dự thảo tiêu chuẩn quốc gia, tham gia biên soạn, góp ý kiến về dự thảo tiêu chuẩn quôc tế, dự thảo tiêu chuẩn khu vực, tham gia thẩm định dự thảo tiêu chuẩn quốc gia do bộ, cơ quan ngang bộ, cơ quan thuộc Chính phủ xây dựng.

c) Tham gia hoạt động tư vấn, phổ biến tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn khác.

d) Tham gia xây dựng dự thảo quy chuẩn kỹ thuật được yêu cầu.

Như vậy, Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia là tổ chức do Bộ Khoa học và Công nghệ thành lập và sẽ có cơ chế hoạt động do Nhà nước đầu tư theo quy định tai Luật TCQCKT: “Điều 7: Chính sách của Nhà nước về phát triển hoạt động trong lĩnh vực tiêu chuẩn và lĩnh vực quy chuẩn kỹ thuật.

+ Chú trọng đầu tư xây dựng cơ sở vật chất - kỹ thuật, đào tạo nguồn nhân lực phục vụ quản lý nhà nước về hoạt động trong lĩnh vực tiêu chuẩn và lĩnh vực quy chuẩn kỹ thuật.

+ Hỗ trợ, thúc đẩy nghiên cứu, ứng dụng khoa học và phát triển công nghệ phục vụ hoạt động trong lĩnh vực tiêu chuẩn và lĩnh vực quy chuẩn kỹ thuật.

+ Khuyến khích tổ chức, cá nhân trong nước, tổ chức, cá nhân nước ngoài, người Việt Nam định cư ở nước ngoài tham gia xây dựng, áp dụng tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật, đầu tư phát triển hoạt động trong lĩnh vực tiêu chuẩn và lĩnh vực quy chuẩn kỹ thuật tại Việt Nam, đào tạo kiến thức về tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật cho các ngành kinh tế kỹ thuật”.

Theo quy định trên, Bộ KHCN vừa có chức năng thẩm định, vừa có thể tự soạn thảo và tự ban hành TCVN thuộc các lĩnh vực quản lý nhà nước của các Bộ/ngành khác thông qua Ban KTTCQG.

- Ban kỹ thuật tiêu chuẩn chuyên ngành (Ban KTTCCN): Thông tư số 21/2007/TT-BKHCN quy định tại “điểm 3.1: Bộ, ngành chỉ định cơ quan, tổ chức khoa học và công nghệ trực thuộc hoặc thành lập ban kỹ thuật tiêu chuẩn chuyên ngành (sau đây gọi tắt là Tổ chức biên soạn) để thực hiện việc biên soạn dự thảo tiêu chuẩn quốc gia.”

Như vậy, Các Bộ/ngành giao các tổ chức khoa học trực thuộc (viện nghiên cứu, trường đại học…) hoặc thành lập Ban KTTCCN để xây dựng dự thảo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật.

- Toàn bộ việc quy hoạch hệ thống, thẩm định TCVN và có thể là xây dựng TCVN cho các ngành kỹ thuật thuộc chức năng của Bộ KHCN thông qua Ban Kỹ thuật tiêu chuẩn quôc gia.

- Các Bộ/ngành chỉ đóng vai trò là cơ quan đầu mối giao các tổ chức khoa học công nghệ trực thuộc hoặc thành lập Ban kỹ thuật tiêu chuẩn chuyên ngành để



xây dựng dự thảo TCVN. Sau đó kiểm tra tính đầy đủ của hồ sơ chuyển Bộ Khoa học và Công nghệ thẩm định. Tuy nhiên, nội dung thẩm định của Bộ KHCN quy định tại Điều 18 Luật TCQCKT cũng chưa thể đảm bảo chất lượng nội dung kỹ thuật của TCVN đối với ngành xây dựng, bao gồm các Bộ chuyên ngành: Bộ Xây dựng, Bộ Giao thông vận tải, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Công thương, Bộ Công an, Bộ Quốc phòng.

- Kinh phí biên soạn TCVN, QCVN tại thông tư liên tịch số 145/2009/TTLT-BKHCN-BTC ngày 17/7/2009 về Hướng dẫn quản lý và sử dụng kinh phí xây dựng tiêu chuẩn quốc gia và quy chuẩn kỹ thuật cũng cần phải được xem xét sửa đổi theo hướng: Định mức kinh phí theo thông tư này đã quá thấp so với chi phí thực tế và định mức cũng không phù hợp với độ phức tạp của từng loại tiêu chuẩn.

Chính vì vậy, cần rà soát điều chỉnh lại các quy định tại Luật tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật 2006; Nghị định số 127/2007/NĐ-CP Quy định chỉ tiêu chi tiết một số điều của luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và các văn bản pháp luật có liên quan, theo hướng phân công nhiệm vụ cho các Bộ/ngành xây dựng, phù hợp với công tác xây dựng, thẩm định, công bố TCVN, QCVN ngành xây dựng.

3. Các đề xuất điều chỉnh bổ sung

Qua kết quả khảo sát gửi Ủy ban Nhân dân các địa phương, các hội, hiệp hội, các Viện nghiên cứu và các nhà khoa học, Viện Vật liệu xây dựng tổng hợp ý kiến và đưa ra đề xuất điều chỉnh bổ sung đối với các văn bản quy phạm pháp luật điều tiết về Tiêu chuẩn, Quy chuẩn kỹ thuật như sau:

- Ý kiến về sửa đổi, bổ sung luật 68/2006/QH11.

Stt Quy định trong luật Kiến nghị sửa đổi

1 Khoản 1 Điều 16: Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia là tổ chức tư vấn kỹ thuật do Bộ Khoa học và Công nghệ thành lập cho từng lĩnh vực tiêu chuẩn

Khoản 1 Điều 16: Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp với các Bộ chuyên ngành thành lập Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia cho từng lĩnh vực tiêu chuẩn. Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia là tổ chức tư vấn kỹ thuật cho từng lĩnh vực tiêu chuẩn tương ứng.

2 Điểm a khoản 1 Điều 17. Căn cứ kế hoạch xây dựng tiêu chuẩn quốc gia đã được phê duyệt, Bộ, cơ quan ngang Bộ, cơ quan thuộc Chính phủ triển khai xây dựng dự thảo tiêu chuẩn quốc gia

Căn cứ kế hoạch xây dựng tiêu chuẩn quốc gia đã được phê duyệt, Bộ, cơ quan ngang Bộ, cơ quan thuộc Chính phủ lựa chọn giao tổ chức phù hợp triển khai xây dựng dự thảo tiêu chuẩn quốc gia

3 Điểm e khoản 1 Điều 17. Trong trường hợp ý kiến thẩm định không nhất trí với dự thảo tiêu chuẩn quốc gia, Bộ Khoa học và Công nghệ gửi ý kiến thẩm định cho Bộ, cơ quan ngang Bộ, cơ quan thuộc Chính phủ xây dựng dự thảo tiêu chuẩn quốc gia để hoàn chỉnh. Sau khi nhận được dự thảo đã được hoàn chỉnh, Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tiêu chuẩn quốc gia theo quy định tại điểm đ khoản này. Trường hợp không đạt được sự nhất trí giữa hai bên, Bộ Khoa học và Công nghệ báo cáo Thủ tướng Chính phủ xem xét, quyết định

Điểm e, khoản 1 Điều 17. Trong trường hợp ý kiến thẩm định không nhất trí với dự thảo tiêu chuẩn quốc gia, Bộ Khoa học và Công nghệ gửi ý kiến thẩm định cho Bộ, cơ quan ngang Bộ, cơ quan thuộc Chính phủ xây dựng dự thảo tiêu chuẩn quốc gia để hoàn chỉnh. Sau khi nhận được dự thảo đã được hoàn chỉnh, Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tiêu chuẩn quốc gia theo quy định tại điểm đ khoản này. Trường hợp không đạt được sự nhất trí của các bên liên quan thì không ban hành. Thanh lý nhiệm vụ và quyết toán kinh phí theo quy định hiện hành.

4 Điểm a khoản 1 Điều 27:Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang bộ tổ chức xây dựng và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia trong phạm vi ngành, lĩnh vực được phân công quản lý;

Điểm b khoản 1 Điều 27:Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức thẩm định dự thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia;

Điểm a khoản 1 Điều 27:Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang Bộ lựa chọn giao tổ chức phù hợp triển khai xây dựng dự thảo QCKT,chủ trì thẩm định và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia trong phạm vi ngành, lĩnh vực được phân công quản lý;Điểm b khoản 1 Điều 27:Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang bộ phối hợp với Bộ KH&CN tổ chức thẩm định dự thảo tiêu chuẩn quốc gia;

5 Khoản 2 Điều 27. Trách nhiệm xây dựng, ban hành quy chuẩn kỹ thuật địa phương...

Bỏ khoản 2 Điều 27



- Ý kiến về sửa đổi Nghị định 127/2007/NĐ-CP và Nghị định 78/2018/NĐ-CP sửa đổi, bổ sung một số điều của Nghị định 127/2007/NĐ-CP

Stt Quy định trong Nghị định Kiến nghị sửa đổi

Nghị định 127/2007/NĐ-CP

1 Khoản 1 Điều 9Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang Bộ tổ chức xây dựng và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia theo quy định tại Điều 27 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.Khoản 2 Điều 9:Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức thẩm định dự thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

Khoản 1 Điều 9:Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang bộ lựa chọn giao tổ chức phù hợp triển khai xây dựng dự thảo QCKT,chủ trì thẩm định và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia trong phạm vi ngành, lĩnh vực được phân công quản lý;Khoản 2 Điều 9:Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang Bộ phối hợp với Bộ KH&CN tổ chức thẩm định dự thảo tiêu chuẩn quốc gia;

2 Điều 18. Chỉ định tổ chức thực hiện thử nghiệm, hiệu chuẩn, giám định phục vụ mục đích quản lý chuyên ngành

Bỏ điều 18

Nghị định 78/2018

1 Mục 3 khoản 3 Điều 4a Sau khi hoàn thiện dự thảo, tổ biên soạn báo cáo Bộ, cơ quan ngang Bộ để gửi dự thảo tiêu chuẩn lấy ý kiến rộng rãi các cơ quan, tổ chức, cá nhân liên quan và thành viên ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia tương ứng; thông báo về việc lấy ý kiến trên Cổng thông tin điện tử của bộ, cơ quan ngang bộ, tổ chức liên quan.…

Khoản 3 Điều 4a Mục 3Sau khi hoàn thiện dự thảo, tổ biên soạn báo cáo Bộ, cơ quan ngang Bộ để gửi dự thảo tiêu chuẩn lấy ý kiến rộng rãi các cơ quan, tổ chức, cá nhân liên quan và ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia tương ứng; thông báo về việc lấy ý kiến trên Cổng thông tin điện tử của bộ, cơ quan ngang bộ, tổ chức liên quan.…

2 Mục 5. Sửa đổi khoản 2 điều 9 như sau:“2/ Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức thẩm định dự thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia theo quy định tại Điều 33 Luật tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật.…

Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang Bộ phối hợp với Bộ KH&CN tổ chức thẩm định dự thảo tiêu chuẩn quốc gia theo quy định tại Điều 33 Luật tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật.…

- Ý kiến về sửa đổi các thông tư hướng dẫn thi hành Luật và Nghị định


Thông tư 145/2009/TT-BTC

1 Khoản 4 Điều 2:…Đối với các khoản kinh phí tài trợ, hỗ trợ của tổ chức cá nhân, các nguồn thu hợp pháp phục vụ cho việc xây dựng TCVN, QCKT cũng được quản lý, sử dụng và quyết toán theo quy định của Thông tư này và các quy định khác của nhà tài trợ (nếu có)

Khoản 4 Điều 2:…Đối với các khoản kinh phí tài trợ, hỗ trợ của tổ chức cá nhân, các nguồn thu hợp pháp phục vụ cho việc xây dựng TCVN, QCKT cũng được quản lý, sử dụng và quyết toán theo quy định của Thông tư này. Khung mức chi cho việc xây dựng TCVN, QCKT được thỏa thuận cùng nhà tài trợ (nếu có)

2 Điều 4. Khung mức chi cho việc xây dựng TCVN, QCKT Tăng các định mức chi cho xây dựng TCVN, QCKT, chuyên gia tư vấn, họp hội thảo… Trong đó, các nội dung nghiên cứu, khảo sát, thí nghiệm… giao cho Bộ chuyên ngành quyết định trên cơ sở thẩm định thuyết minh, dự toán của từng nhiệm vụ như đề tài nghiên cứu khoa học. Cần có cơ chế và chính sách khuyến khích đối với các tổ chức biên soạn TCVN có đầu tư chế tạo thiết bị thử nghiệm đạt chuẩn.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật số 68/2016/QH11 ngày 29/6/2006 “Luật 68”.

[2]. Nghị định 127/2017/NĐ-CP ngày 01/8/2007 Quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật (Nghị định 127).

[3]. Thông tư số 23/2007/TT-BKHCN ngày 28/9/2007 “Hướng dẫn về xây dựng và áp dụng quy chuẩn kỹ thuật” (Thông tư 23).


Thông tư 18/2010/TT-BXD

1 Điều 8 Trách nhiệm của các cơ quan quản lý Bổ sung mục 2 Điều 8Ủy ban nhân dân tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương chịu trách nhiệm tập huấn Tiêu chuẩn, Quy chuẩn kỹ thuật cho các tổ chức cá nhân hoạt động xây dựng tại địa phương.

Sau khi Luật 68, các Nghị định và Thông tư được điều chỉnh, các văn bản quy phạp pháp luật khác có liên quan cần được điều chỉnh cho phù hợp.

Kết luận: Qua kết quả ra soát và khảo sát lấy ý kiến về hệ thống các văn bản quy phạm pháp luật điều tiết về tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật. Đa phần các tổ chức, cá nhân đồng ý với những vướng mắc được nêu và thống nhất điều chỉnh lại một số nội dung của các văn bản quy phạm pháp luật điều tiết về tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật cho phù hợp thực tế./.

[4]. Thông tư số 30/2011/TT-BKHCN sửa đổi, bổ sung, bãi bỏ một số quy định của Thông tư số 23/2007/TT-BKHCN ngày 28/9/2007 của Bộ trưởng bộ Khoa học và Công nghệ hướng dẫn xây dựng, thẩm định và ban hành quy chuẩn kỹ thuật (Thông tư 30).

[5]. Thông tư 21/2007/TT-BKHCN ngày 28/9/2007 Hướng dẫn về xây dựng và áp dụng tiêu chuẩn (Thông tư 21).

[6]. Thông tư 29/2011/TT-BKHCN sửa đổi, bổ sung một số quy định của Thông tư số 21/2007/TT-BKHCN ngày 28/9/2007 củ Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ hướng dẫn xây dựng và áp dụng tiêu chuẩn (Thông tư 29).

[7]. Thông tư liên tịch số 145/2009/TTLT-BKHCN-BTC ngày 17/7/2009 về Hướng dẫn quản lý và sử dụng kinh phí xây dựng tiêu chuẩn quốc gia và quy chuẩn kỹ thuật.

[8]. Thông tư 18/2010/TT-BXD ngày 15/10/2010 Quy định việc áp dụng Quy chuẩn, tiêu chuẩn trong hoạt động xây dựng.

[9]. Nghị định 78/2018/NĐ-CP ngày 16/5/2018 Sửa đổi bổ sung một số điều của Nghị định 127/2007/NĐ-CP ngày 01/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều Luật tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật.



NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THÚC ĐẨY ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG PHÙ HỢP CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM

ThS. Nguyeãn Thò Taâm, KS. Leâ Cao Chieán, ThS. Khoång Thò Giang, ThS. Ngoâ Thò Bích Trung taâm Thieát bò Moâi tröôøng & An toaøn Lao ñoäng, Vieän Vaät lieäu xaây döïng

TOÙM TAÉT

Vaät lieäu coù tính daãn nhieät thaáp ñaõ vaø ñang ñöôïc söû duïng trong caùc coâng trình xaây döïng bôûi nhieàu öu ñieåm nhö giaûm toån thaát nhieät vaøo muøa ñoâng, tieát kieäm naêng löôïng laøm maùt vaøo muøa heø vaø giaûm chi phí vaät tö cho keát caáu chòu löïc. Thaùng 11/2005, Boä tröôûng Boä Xaây döïng ñaõ kyù quyeát ñònh ban haønh QCVN 09/2005-BXD “Quy chuaån kyõ thuaät quoác gia veà caùc coâng trình xaây döïng söû duïng naêng löôïng hieäu quaû” vaø ñaõ ñöôïc söûa ñoåi baèng phieân baûn QCVN09/2017-BXD. Ñeå coù cô sôû thöïc hieän quyeát ñònh, baøi baùo naøy thaûo luaän veà caùc tieâu chí ñaùnh giaù vaät lieäu tieát kieäm naêng löôïng, thaát thoaùt nhieät qua voû coâng trình vaø moät soá vaät lieäu tieát kieäm naêng löôïng ñang ñöôïc saûn xuaát vaø söû duïng trong nöôùc. Giaûi phaùp thuùc ñaåy öùng duïng vaät lieäu tieát kieäm naêng löôïng trong caùc coâng trình xaây döïng cuõng ñöôïc ñeà xuaát.

Töø khoùa: Vaät lieäu tieát kieäm naêng löôïng, QCVN 09:2017/BXD, caùch nhieät, heä soá daãn nhieät.

ABSTRACT

Low-thermal conductivity materials are widely used in civil construction because of their advantages such as low heat losses in winter, saving heat in summer and low cost of raw materials in load-bearing structures. In November 2005, Minister of Construction had decided to publish Vietnamese regulation QCVN 09/2005-BXD named “Energy Efficiency Building Code (EEBC)” and it was replaced by QCVN 09/2017-BXD version. In order to perform regulation 09/2017-BXD, the evaluation evaluating criteria of energy-saving materials and heat losses through boundary were discussed. Some domestic energy-efficient building materials were also mentioned. A solution for the application of energy-saving materials in buildings was proposed.

Keywords: Energy-saving material, QCVN 09:2017/BXD, low thermal conductivity.

1. Khái niệm về vật liệu tiết kiệm năng lượng

Khái niệm Vật liệu tiết kiệm năng lượng được sử dụng để mô tả các loại vật liệu khi sử dụng trong công trình xây dựng có cùng dạng kết cấu như khi sử dụng các loại vật liệu khác giúp công trình sử dụng tiết kiệm năng lượng nhưng vẫn đảm bảo những yêu cầu về tiện nghi sử dụng và các chức năng hoạt động theo yêu cầu.

2. Các tiêu chí đánh giá vật liệu tiết kiệm năng lượng

a) Tính dẫn nhiệt (λ)

Tính dẫn nhiệt của vật liệu đặc trưng bằng độ dẫn nhiệt. Độ dẫn nhiệt được xác định bằng nhiệt lượng

(tính bằng w) truyền qua một đơn vị diện tích vật liệu trong một đơn vị thời gian, dưới gradient của nhiệt độ.

Tính dẫn nhiệt là một thuộc tính quan trọng của vật liệu, hệ số dẫn nhiệt λ có các thứ nguyên W/(m.°C) hoặc kCal/(m.°C.h).

b) Nhiệt dung (C)

Nhiệt dung là nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của một vật có khối lượng nào đó lên 1°C.

Nhiệt dung riêng của một chất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng nhiệt lượng cần truyền cho một đơn vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ lên 1°C.

Thứ nguyên của nhiệt dung riêng là J/(kg.°K) hay J/(kg.°C).




c) Độ rỗng

Độ rỗng của vật liệu là tỷ lệ phần trăm pha khí có trong khổi thể tích của vật liệu.

Độ rỗng hở của vật liệu bao gồm các lỗ rỗng thấm nước. Do vậy có thể xác định độ rỗng hở bằng phương pháp xác định độ hút nước bão hoà.

Độ rỗng toàn phần của vật liệu phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần pha rắn. Thành phần này đóng vai trò quyết định đến tính chất cơ lý và tính chất sử dụng của vật liệu. Do đó khi tăng độ rỗng toàn phần của vật liệu sẽ làm giảm cường độ cơ học và làm tăng biến dạng.

d) Khối lượng thể tích (γ)

Trên thực tế, khối lượng thể tích được xác định dễ dàng hơn so với độ rỗng. Do vậy để so sánh khả năng cách nhiệt của các sản phẩm chế tạo từ một loại vật liệu, thường so sánh khối lượng thể tích của chúng.

e) Cường độ

Cường độ của vật liệu là khả năng của chúng chịu được các ứng suất (nén, kéo, uốn) đạt đến giá trị nhất định mà không bị phá hoại.

f) Độ hút nước

Độ hút nước của vật liệu không những làm giảm tính chất cách nhiệt mà giảm cường độ và tuổi thọ của công trình.

g) Độ ổn định nhiệt

Là tính chất của vật liệu giữ được tính chất của nó khi chịu tác dụng của nhiệt độ thay đổi.

h) Độ thấm khí và thấm hơi nước

Các vật liệu có độ rỗng lớn vì vậy độ thấm khí, thấm hơi khá cao. Độ thấm khí của vật liệu cần được tính toán khi xây dựng.

3. Thất thoát nhiệt qua vỏ bao che công trình

Phần nhiệt truyền qua tường và qua kính chiếm tỉ lệ rất lớn. Kết quả đánh giá tổn thất nhiệt trong công trình tại miền Bắc, miền Nam được tổng hợp trong Bảng 1, 2.

a) Tỷ lệ các thành phần nhiệt trong tổng nhiệt thừa các công trình khu vực miền Nam

Tỷ lệ các thành phần nhiệt của các công trình được thể hiện trong Bảng 1.24 và Hình 1.27, Hình 1.28.

Bảng 1. Tỷ lệ các thành phần nhiệt khu vực miền Bắc

HệQua kính Qua mái Qua vách Qua nền

Q11 Q21 Q22 Q23% % % %

Chung cư 16 - 33 0 - 3 25 - 40 0 - 1Văn phòng 12 - 40 0 - 1 10 - 23 0,6 - 6

Hình 1. Tỷ lệ các thành phần nhiệt hệ chung cư khu vực miền Bắc

Hình 2. Tỷ lệ các thành phần nhiệt hệ văn phòng khu vực miền Bắc

Bảng 2. Tỷ lệ các thành phần nhiệt khu vực miền Nam

HệQua kính Qua trần Qua vách Qua nền

Q11 Q21 Q22 Q23% % % %

Chung cư 20 - 44 0 – 3 20 - 32 0 - 1Văn phòng 13 - 43 0 – 2 6 - 18 0,2 – 2,5



Hình 3. Tỷ lệ các thành phần nhiệt hệ chung cư khu vực miền Nam

Hình 4. Tỷ lệ các thành phần nhiệt hệ văn phòng khu vực miền Nam

4. Một số loại vật liệu tiết kiệm năng lượng dùng trong công trình xây dựng

4.1 Kính tiết kiệm năng lượng

• Kính phủ phản quang

Kính phủ phản quang là loại kính được phủ lên trên bề mặt của tấm kính một loại hóa chất đặc biệt có tính năng phản xạ ánh sáng, tia tử ngoại làm hại con người, cách nhiệt lý tưởng, nhưng vẫn đảm bảo độ sáng tối đa và độ thấu quang cho căn phòng. Có nhiều dạng kính phản quang (kính phản quang thường, tôi, dán...) và màu sắc phong phú (xanh lá, xanh nước biển, xám,...).

• Kính Solar Control

Kính này có tính chất giảm nhiệt lượng từ bên ngoài vào trong nhà để giảm thiểu chi phí sử dụng cho điều hòa làm mát căn phòng.

• Kính low E

Đảm bảo phần lớn lượng ánh sáng mặt trời mà mắt thường có thể nhìn thấy để chiếu sáng phía bên trong nhà và chống thất thoát nhiệt từ phía trong nhà ra môi trường bên ngoài.

Với đặc điểm khí hậu phân vùng: Bắc, Trung, Nam như ở Việt Nam, kính tiết kiệm năng lượng phải đáp ứng được cả hai loại khí hậu là nóng và lạnh, vì thế cơ cấu sản phẩm phải bao gồm cả 2 loại kính là Solar Control và Low - E.

Hình 5. Sơ đồ mô tả cấu trúc lớp phủ điển hình của kính Solar control

Hình 6. Sơ đồ mô tả cấu trúc lớp phủ điển hình của kính Single Low - E

• Kính hộp gắn kín cách nhiệt

Kính hộp cách âm cách nhiệt được cấu tạo bởi hai hoặc nhiều lớp kính ghép lại với nhau, ngăn cách giữa các lớp kính là thanh đệm có chứa hạt hút ẩm bên trong, được liên kết bịt kính bằng lớp keo Silicone. Các hạt hút ẩm có tác dụng hút ẩm lớp không khí bên trong và tạo thành một lớp không khí khô và là bức tường hiệu quả đối với sự truyền nhiệt.

• Phim cách nhiệt dán kính

Phim chống nắng, phim cách nhiệt dùng cho kính là sản phẩm công nghệ cao, dạng màng mỏng, trong suốt được tráng phủ nhiều lớp kim loại tạo nên tính năng chống nắng, cách nhiệt. Phim được dán trực tiếp lên bề mặt kính bằng một lớp keo dán đặc biệt.

Phim chống nắng, phim cách nhiệt dùng cho kính có nhiều màu sắc đa dạng, có thể loại bỏ tới 99% tia cực tím, 80% tia hồng ngoại, cản được từ 50 - 90% sức nóng của ánh nắng mặt trời. Sử dụng dán phim cách nhiệt cho nhà kínhcho phép tiết kiệm từ 30% - 40% lượng điện sử dụng cho các thiết bị làm mát do sức nóng, nhiệt lượng từ ánh nắng mặt trời được tiết giảm đáng kể.

4.2 Bê tông khí chưng áp (AAC)

Bê tông khí chưng áp AAC là loại vật liệu xây dựng chất lượng cao được sản xuất từ cát, đá mạt nghiền mịn



(phế liệu của ngành khai thác đá xây dựng) kết hợp với xi măng, vôi, thạch cao, hợp chất nhôm và nước. Một số phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình sản xuất và chưng áp làm cho gạch ACC có trọng lượng siêu nhẹ và có độ bền cao hơn so với thông thường.

Bê tông khíchưng áp có tính chất:

- Siêu nhẹ: tỷ trọng 500 - 700kg/m3, tương đương 1/2 gạch đất sét nung, có thể giảm tải trọng công trình.

- Bảo ôn: hệ số dẫn nhiệt là 0,11 - 0,16W/mok, tính năng cách nhiệt gấp hơn 5 lần so với gạch đất sét nung, có thể giảm thiểu chi phí tiêu thụ điện năng trong sử dụng máy điều hòa.

- Chống cháy: sản phẩm là vật liệu vô cơ và không bắt cháy, kết cấu nhiều lỗ khí nhỏ không dẫn nhiệt, do đó chống cháy tốt.

- Cách âm: do kết cấu có nhiều lỗ khí nên có khả năng hút âm, giảm đáng kể ô nhiễm tiếng ồn.

- Cường độ cao: cường độ chịu nén từ 4,0 - 5,0 MPa cấp 4 với tỉ trọng 700kg/m3, tương đương với gạch tuynel đất sét nung chất lượng cao hiện nay.

4.3 Bê tông bọt

Bê tông bọt là bê tông nhẹ chứa một số lượng lớn các lỗ rỗng nhân tạo, phân bố một cách đồng đều trong khối sản phẩm, được hình thành bằng phương pháp tạo bọt; được chế tạo từ hỗn hợp vật liệu: xi măng poóc lăng, nước, chất tạo bọt, có hoặc không có cốt liệu, phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia hóa học.

Hiện nay ở Việt Nam có 40 cơ sở sản xuất bê tông bọt, với tổng công suất thiết kế khoảng 496.000m³/năm tương đương 357 triệu viên QTC/năm.

4.4 Gạch chống nóng

- Gạch rỗng có độ rỗng từ 15 đến 52% trong đó yêu cầu thành ngoài dày nhỏ nhất 10mm và thành trong dày nhỏ nhất 8mm.

- Ngói đất sét nung.

Hình 7. Gạch chống nóng

Gạch chống nóng dùng cho mái Ngói chống nóng cho mái

4.5 Gạch ngoại thất dạng panel

Các tấm có kích thước 100 × 300 cm và độ dày 3,5mm. Các tấm này được neo trực tiếp vào mặt ngoài của tòa nhà.

Hình 8. Gạch ngoại thất dạng panel

4.5 Gạch trấu

Còn gọi là Gạch thông minh - iBRICK. Sản phẩm do Công tyTNHH SX XD Trọng Danh nghiên cứu sản xuất; một loại vật liệu xây dựng mới từ các phế phẩm nông - công nghiệp như trấu, nhựa (chủ yếu là vỏ trấu và nhựa PP); được sản xuất theo công nghệ ép áp lực song song quá trình gia nhiệt.

Sản phẩm có nhiều ưu điểm nổi bật như: Siêu nhẹ, bền vững, cách âm, cách nhiệt, khả năng chống thấm nước cao, kết cấu, liên kết ngàm chắc chắn không cần vữa xây trát, lắp ghép và vận chuyển dễ dàng, có khả năng tái sử dụng cao và đặc biệt là được sản xuất theo công nghệ “xanh”, thân thiện với môi trường.

Tuy nhiên, do sản phẩm mới, chưa có tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN) cho sản phẩm và giá thành sản phẩm còn cao nên chưa sử dụng nhiều trên thị trường.

4.6 Sơn chống nóng

Sơn phản xạ nhiệt là loại sơn hệ nước một thành phần, được chế tạo từ chất tạo màng có khả năng chịu khí hậu nóng bức, liên kết với phụ gia phản quang có cấu trúc tinh thể xếp lớp, có khoảng trống bên trong, ngăn cản truyền nhiệt và phản xạ ánh sáng, tạo thành thể đồng nhất, bám chặt lên bề mặt các kết cấu như mái tôn, tường ngăn đa dạng của các công trình như mái tôn, nhà xưởng, khu công nghiệp, nhà kho,…

• Các tính chất của sơn như sau:

Chống nóng theo quy luật phản xạ ánh sáng và cách nhiệt, làm giảm nhiệt độ bề mặt vật liệu giúp tăng chênh lệch nhiệt độ trong nhà và ngoài nhà (nhiệt độ càng cao thì độ chênh lệch càng lớn).

Khi nắng nóng đỉnh điểm, nhiệt độ mái tôn có thể lên đến 600oC, nếu dùng sơn chống nóng có thể giúp làm



giảm nhiệt độ mái tôn từ 12 ÷ 200oC, còn khi nhiệt độ mái tôn vào khoảng 450oC có thể giúp làm giảm nhiệt độ từ 5 ÷ 80oC.

Chống rêu mốc, không gây rỉ tôn, tăng độ bền cho mái, giảm âm thanh trên mái tôn khi trời mưa.

Giúp tiết kiệm năng lượng làm mát, giảm chi phí tăng tuổi thọ cho các thiết bị, máy móc vật liệu lưu kho.

4.7 Tấm thạch cao

Tấm có trọng lượng nhẹ, khoảng (6,5 - 9,5) kg/m2, không làm ảnh hưởng đến kết cấu chung của công trình khi lắp đặt.

4.8 Tấm tường

• Tấm tường Acotec

Tấm tường Acotec là cấu kiện xây dựng, được sản xuất từ hỗn hợp bê tông cứng, cốt liệu mịn (thành phần chủ yếu xi măng + cát hoặc mạt đá + nước) theo công nghệ đùn ép bán khô; có chất lượng theo TCVN 11524:2016; dùng để lắp ghép các kết cấu tường trong các công trình xây dựng.

• Tấm tường BACOTEC

Tấm tường BACOTEC có hình dạng tương tự tấm ACOTEC, dạng tấm với các lỗ rỗng theo chiều dọc của tấm. Bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ là các hạt Kezamzit. Nguyên liệu chính được sử dụng để chế tạo bê tông bao gồm: xi măng, cốt liệu kezamzit, và nước. Tấm được chế tạo theo phương pháp đùn ép.

• Panel Cửu Long

Tấm panel Cửu Long là vật liệu nhẹ dạng panel kẹp gồm 2 lớp mặt bằng thép lá, giữa là tấm xốp EPS được gắn kết với nhau bằng keo tổng hợp.

Do phải sử dụng các nguyên liệu cao cấp như tôn lá, khung thép, xốp EPS, keo dán tổng hợp nên giá thành sản phẩm cao, chưa phù hợp với sức mua của nhân dân nông thôn ở ĐBSCL hiện tại.

• Tấm EVG 3D

Tấm EVG-3D là vật liệu nhẹ do Công ty EVG - ENT-WICKLUNGS UND VERWERTUNGSGESELLSCHFT M.B.H của Cộng Hòa Áo sáng chế và được chuyển giao công nghệ cho nhiều nước trên thế giới. Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường Việt Nam đã cấp bằng độc quyền sáng chế cho cấu kiện xây dựng EVG 3D Panels (số N0 468 ngày 02/06/1993).

• Tấm ADAGE - 620. Panel - 620 có 2 dạng:

Hình 9. Tấm panel LC

+ Dạng rỗng: không có cốt thép;

+ Dạng đặc có lưới thép hàn từ các sợi thép Ф 3mm.

• Tấm TBK

Nguyên liệu để sản xuất panel TBK gồm: xi măng, cát nghiền mịn, chất tạo bọt, sợi dừa, phụ gia siêu dẻo.

• Tấm PAROVA

Panel PAROVAđược cấu tạo 3 lớp, lớp lõi là xốp polystyren, 2 lớp ngoài là ván xi măng sợi rơm được liên kết bằng keo hữu cơ.

• Tấm panel LC

Tấm có kích thước 1200 × 600 × 50 mm, lắp dựng tạo thành vách rỗng tương tự như vách thạch cao, phần rỗng bên trong có thể nhồi thêm bông khoáng hoặc đổ bê tông bọt để tạo thành panel kẹp.

• Tấm panel TGC

Sản phẩm được cấu thành trên cơ sở bê tông nhẹ cốt liệu rỗng keramzit gia cường thêm lưới thép. Ngoài việc sử dụng cho kết cấu tường, panel TGC còn sử dụng cho kết cấu sàn, mái.

• Panel V-lite

Tấm panel V-linecó các kích thước D × R × C là 1200 × (600, 500, 400) × (200, 150, 100), các lỗ rỗng có đường kính 60, 90 mm sử dụng bê tông bọt có cường độ nén từ 3,5 MPa đến 5,0 MPa. Khối lượng một tấm dao động từ 46 kg đến 82 kg.

4.9 Bông thủy tinh cách nhiệt (Glasswool)

Có tính năng cách nhiệt, cách âm, cách điện cao, không cháy, mềm mại và có tính đàn hồi tốt.

4.10 Bông khoáng (rockwool)

Được sản xuất từ 2 thành phần chính là đá Basalt và Dolomite tự nhiên nung chảy và quay ly tâm thành sợi nhỏ.Tỷ trọng từ 40kg/m³ đến 180kg/m³.



Hình 10. Bông khoáng

4.11 Túi khí cách nhiệt

Với cấu tạo từ lớp màng nhôm nguyên chất, bề mặt được xử lý oxi hóa phủ lên tấm nhựa tổng hợp Polyeth-ylen chứa túi khí. Túi khí cách nhiệt ngăn được 95-97% nhiệt bức xạ bên ngoài, ngăn chặn quá trình hấp thụ nhiệt vào mùa hè và thoát nhiệt vào mùa đông. Đây là loại vật liệu mỏng, nhẹ, dễ thi công, có thể dán trực tiếp lên tường, vách bằng keo.

4.12 Tấm mút xốp PE - OPP, XPS, EPS

Được cấu tạo bởi lớp PE thổi bọt khí, bề mặt dán màng OPP (màng nhôm).

Hình 11. Tấm mút xốp PE - OPP

Hình 12. Tấm XPS cách nhiệt

Hình 13. Xốp EPS

4.13 Nhựa UPVC

Nhựa UPVC giảm thiểu bức xạ nhiệt bên ngoài, vật liệu này được sử dụng thay thế cửa sổ, cửa đi, vách ngăn bằng gỗ, nhôm tại các khu vực trực tiếp hứng chịu ánh sáng trong ngôi nhà.

4.14 Tấm lợp chống nóng

Tấm lợp chống nóng bao gồm lớp tôn, lớp xật liệu cách nhiệt. Với đặc tính cách nhiệt, cách âm tốt, trọng lượng nhẹ và bền nên đây là một trong những loại vật liệu chống nóng hiệu quả cho công trình.

Hình 14. Tấm lợp sinh thái Onduline

4.15 Tấm polynum cách nhiệt

Tấm polynum dày 0,5 cm, cấu tạo từ nhựa, chứa các túi khí nhỏ như những hạt nút, trên bề mặt phủ một hay hai lớp nhôm mỏng nguyên chất để cách nhiệt bức xạ mặt trời theo phương pháp phản nhiệt.

Hình 15. Tấm polynum cách nhiệt

4.16 Tôn nhựa sợi thủy tinh

Được gia cố thêm những sợi thủy tinh bền chắc nên có độ bền cao với mọi điều kiện thời tiết, cách điện khitrời giông sét, không hút ẩm, không bị rỉ sét… Ngoài khả năng cách âm, cách nhiệt, tôn có khả năng lấy ánh sáng làm sáng ngôi nhà.

Hình 16. Tôn nhựa sợi thủy tinh



4.17 Tấm cách nhiệt kim loại

- Tôn mát: Thành phần bao gồm tôn, phủ một lớp PU cách nhiệt. Ngoài ra, tôn chống nóng còn có khả năng cách âm, ngăn tiếng ồn từ bên ngoài.

Hình 17. Tôn mát

+ Tấm cách nhiệt kim loại: Thành phần bao gồm lớp phủ màng nhôm trên lớp nhựa polyethylene chứa túi khí.

Hình 18. Tấm cách nhiệt kim loại

5. Kết luận

5.1 Tỉ lệ nhiệt tổn thất qua tường, vách kính

Kết quả khảo sát cho thấy, tỉ lệ tổn thất nhiệt qua tường, vách kính rất lớn phụ thuộc vào mức chệnh lệch nhiệt độ trong, ngoài công trình và kết cấu vật liệu xây dựng. Đối với khu vực miền Bắc, các tòa nhà chung cư tổn thất nhiệt qua vách kính từ 16 - 33%, qua tường từ 25 40%; các tòa nhà văn phòng tổn thất nhiệt qua vách kính từ 12 - 40%, qua tường từ 10 - 23%. Đối với khu vực miền Nam, các tòa nhà chung cư tổn thất nhiệt qua vách kính từ 20 - 44%, qua tường từ 20 - 32%; các tòa nhà văn phòng tổn thất nhiệt qua vách kính từ 13 - 43%, qua tường từ 6 - 18%.

5.2 Những loại vật liệu tiết kiệm năng lượng đang được sản xuất tại Việt Nam

- Kính tiết kiệm năng lượng: Kính hộp, kính low - E; kính solar control. Tổng công suất các nhà máy gia công sản phẩm kính tiết kiệm năng lượng là: 4,34 triệu m2/năm;

- Bê tông khí chưng áp: có 13 cơ sở sản xuất bê tông khí chưng áp, với tổng công suất thiết kế 2,2 triệu m³/năm, tương đương 1.586 triệu viên QTC/năm;

- Bê tông bọt: có 40 cơ sở sản xuất bê tông bọt, với tổng công suất thiết kế khoảng 496.000 m³/năm, tương đương 357 triệu viên QTC/năm;

- Sơn phản xạ nhiệt, sơn phát quang: 6 công ty sản xuất theo nhu cầu;

- Tấm trần thạch cao: 3 đơn vị sản xuất, tổng công suất thiết kế 71,6 triệu m2/năm;

- Tấm tường: Tấm tường có nhiều loại, chưa được ứng dụng rộng rãi. Hiện chỉ có tấm acotec Xuân Mai đang dần được ứng dụng rỗng rãi, tổng công suất thiết của Acotec Xuân Mai là 0,9 triệu m2 tường/năm;

- Tấm lợp: Có nhiều loại. Các tấm lợp cách nhiệt sử dụng lớp cách nhiệt là EPS, XPS, bông thủy tinh, túi khí... kết hợp lớp kim loại và lớp nhôm.

Các sản phẩm đều được các công ty cung cấp các thông số kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng.

5.3. Các loại vật liệu tiết kiệm năng lượng đang được sử dụng trong các công trình xây dựng

- Vật liệu tường bao, vách ngăn:

+ Kính tiết kiệm năng lượng: Kính low E, kính solar control, kính hộp gắn kín cách nhiệt. Vật liệu được sản xuất trong nước và nhập khẩu;

+ Phim cách nhiệt: Vật liệu được nhập khẩu từ Trung Quốc, Hàn Quốc, Brazin;

+ Gạch nung thành mỏng, có độ rỗng lớn: Sản xuất trong nước;

+ Bê tông khí chưng áp (AAC): Vật liệu được sản xuất trong nước;

+ Bê tông bọt: Vật liệu được sản xuất trong nước;

+ Sơn cách nhiệt/sơn phản xạ nhiệt: Sản phẩm được sản xuất trong nước và nhập khẩu;

+ Tấm trần, tường thạch cao: Sản xuất trong nước và nhập khẩu.

- Vật liệu mái: Tấm lợp chống nóng, có nhiều loại, do các đơn vị trong nước sản xuất, sử dụng các nguyên liệu nhập khẩu: Bông thủy tinh, túi khí cách nhiệt, xốp, màng phản xạ nhiệt...



- Phần lớn các công trình sử dụng loại tường là gạch đặc và gạch rỗng (chiếm khoảng 64%), gạch nhẹ (chiếm khoảng 16%), khoảng 10% là tường kính.

- Công trình sử dụng mái bê tông cốt thép với lớp gạch lát phía trên chiếm khoảng 68%, công trình sử dụng mái được che bằng các tấm lợp chống nóng chiếm khoảng 30%, khoảng 2% là mái ngói dốc truyền thống.

- Hệ thống cửa kính trong các công trình, chủ yếu là kính trong suốt một lớp có chiều dày từ 5-10 mm, chiếm khoảng 85 - 90%. Một số công trình xây mới hiện nay (chủ yếu là các công trình tòa nhà thương mại, tổ hợp công sở đa năng…) đã bắt đầu sử dụng một số loại kính khác có tác dụng giảm bớt lượng bức xạ mặt trời xâm nhập vào tòa nhà (kính hấp thụ nhiệt, kính đổi màu, kính solar control…).

5.4 Các tồn tại

- Chất lượng sản phẩm chưa ổn định, chưa đầy đủ các nguyên liệu phụ trợ. Giá thành cao. Chưa dánh giá độ bền lâu và đầy đủ các vấn đề có thể xảy ra khi ứng dụng vào công trình.

- Chưa thực hiện nghiệm các quy định của nhà nước sử dụng vật liệu tiết kiệm năng lượng.

- Chưa có cơ chế chính sách hỗ trợ các cơ sở sản xuất và đơn vị sử dụng vật liệu tiết kiệm năng lượng

Các chuyên gia tư vấn thiết kế, thẩm tra thực hiện QCVN 09 còn ít hoặc năng lực còn hạn chế.

6. Kiến nghị

6.1 Các đơn vị sản xuất

- Chủ động tiếp cận, đáp ứng yêu cầu của thị trường;

- Nghiên cứu nâng cao chất lượng và tính thông dụng của sản phẩm.

- Nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm phụ trợ kèm theo các vật liệu. Hiện nay chưa đầy đủ, đồng bộ, gây khó khăn khi thi công, sử dụng;

6.2 Các cơ quan quản lý, đơn vị nghiên cứu

- Hoàn thiện cơ chế chính sách để thúc đẩy ứng dụng VLTKNL:

+ Xây dựng định mức sử dụng VLTKNL: Gạch AAC, kính TKNL...

+ Xây dựng cơ chế hỗ trợ các đơn vị sản xuất, sử dụng VLTKNL;

+ Xây dựng, bổ sung nhận thức, thiết kế, sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả trong các trường học.

- Xây dựng tiêu chí, lộ trình dán nhãn nhận biết năng lượng cho sản phẩm VLTKNL để nâng cao tính cạnh tranh sản phẩm, tạo thuận lợi cho việc giám sát thi công công trình.

- Giao, hỗ trợ các đơn vị nghiên cứu, đánh giá toàn diện, lâu dài. Đây là sản phẩm mới, chưa có đánh giá độ bền lâu khi sử dụng, nên chưa đánh giá được hết các vấn đề có thể xảy ra ảnh hưởng đến chất lượng công trình.

- Nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm phụ trợ kèm theo các vật liệu. Hiện nay chưa đầy đủ, đồng bộ, gây khó khăn khi thi công, sử dụng;

- Tiếp tục thử nghiệm, cập nhật tính năng nhiệt của vật liệu làm cơ sở để các nhà thiết kế, quản lý sử dụng, kiểm tra, giám sát khi sử dụng./.


[1]. R. Gellert, FIW München, Inorganic mineral materials for insulation in buildings, Germany.

[2]. TS. Nguyễn Như Quý, Giáo trình Công nghệ vật liệu: Phần 1.

[3]. Tiêu chuẩn TCVN 7194:2002 (2002) - Vật liệu, phân loại.[4]. QCVN 2009:2017/BXD (2009), Công trình sử dụng

năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.[5]. McChesney, Cox-Smith, I., BRANZ Ltd; Amitrano, L.,

BRANZ Ltd, “Thermal insulation in New Zealand homes: A Status Report” (2007), Foundation research science & tech-nology.

[6]. M. R. Hall, “Materials for energy effciency and ther-mal comfort in buildings”, University of Nottingham, UK and D. alliNsoN, loughborough University, UK.



NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THỦY TINH BỌT

ThS. Nguyeãn Vaên Minh Trung taâm Goám söù - Thuûy tinh, Vieän Vaät lieäu xaây döïng

TOÙM TAÉT

Thuûy tinh boät caùch nhieät, hay coøn goïi laø Cellular Glass hoaëc Foam Glass, laø vaät lieäu cöùng, nheï coù tyû leä loã roãng cao (goàm caû loã roãng kín vaø loã roãng hôû). Do vaäy, loaïi vaät lieäu naøy coù daûi nhieät ñoä söû duïng roäng vaø ñöôïc söû duïng trong nhieàu lónh vöïc töø daân duïng ñeán coâng nghieäp. Trong baøi baùo naøy, taùc giaû böôùc ñaàu nghieân cöùu löïa choïn caùc loaïi phuï gia taïo boït ñeå taïo caáu truùc loã roãng kín hoaëc hôû, cheá ñoä gia coâng nhieät ñeå kieåm soaùt caáu truùc loã roãng.

Töø khoùa: Thuûy tinh boït, Cellular Glass, Foam Glass.

ABSTRACT

Heat resistance foam glass, sometimes called Cellular Glass or Foam Glass are hardness material, soft and high porous ratio (tight or open). Therefore, Foam Glass has a huge working temperature range and was used in civilian and industrial building. This research is the first investigation that used foam making addition to establish close or open porous structure with thermal process to control porous structure.

Keywords: Cellular glass, foam glass.

1. Đặt vấn đề

Thuỷ tinh bọt cách nhiệt, hay còn gọi là Cellular Glass hoặc Foam Glass, là vật liệu cứng, nhẹ có tỷ lệ lỗ rỗng kín cao. Cấu trúc lỗ rỗng đặc biệt này làm cho thuỷ tinh bọt không thấm nước và hơi nước (không hấp thụ các chất lỏng dễ cháy hoặc hơi dễ cháy). Nó cũng không bị ảnh hưởng bởi hóa chất thông dụng và hầu hết các môi trường ăn mòn.

Trong cách nhiệt đặc biệt là nhiệt độ thấp, hệ số dẫn nhiệt và độ bền ẩm có liên hệ chặt chẽ. Sự suy giảm hệ số dẫn nhiệt do sự hấp thụ độ ẩm là nguyên nhân duy nhất gây suy giảm hiệu quả cách nhiệt lạnh. Trong thực tế, độ ẩm chỉ 4% khối lượng có thể làm giảm hiệu suất nhiệt đi 70%. Điều này lý giải vì sao trong cách nhiệt nhiệt độ thấp, chi phí cho việc cách ẩm chiếm tỷ lệ lớn. Với nhiều tính chất được kết hợp trong cùng một sản phẩm nên trên thế giới, sản phẩm thuỷ tinh bọt (đặc biệt sản phẩm FOAMGLASS của hãng Pittsburgh Corning) được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như xây dựng dân dụng có những sản phẩm như tấm cách nhiệt tường nội ngoại thất, trần, mái, cách nhiệt nền… Trong lĩnh vực công nghiệp, sản phẩm được sử dụng trong

bảo ôn lạnh đường ống (đường ống dẫn tác nhân lạnh, đường ống dẫn dầu ngoài biển), thiết bị và thùng chứa nhiệt độ thấp. Bảo ôn đường ống và thiết bị nhiệt độ trung bình và cao, thùng chứa dầu nóng, thùng lưu trữ asphalt. Bảo ôn hệ thống dòng chảy truyền nhiệt nóng, hệ thống xử lý hoá học, bảo ôn hệ thống ống dẫn hơi trên, dưới mặt đất và hệ thống ống dẫn cho tháp giải nhiệt chiller. Bảo ôn ống dẫn gió trong hệ thống điều hoà không khí…

Công nghệ sản suất thuỷ tinh bọt đã có thời gian phát triển tương đối dài với nhiều những nghiên cứu, sáng chế được công bố chủ yếu xoay quanh nguyên liệu, nhiên liệu, phụ gia và phương pháp điều khiển cấu trúc lỗ rỗng phù hợp theo mục đích và yêu cầu. Về mặt sử dụng nguyên liệu, phần lớn các nghiên cứu tập trung vào sử dụng các nguồn nguyên liệu phế thải để làm nguyên liệu. Trong công nghệ sản xuất thuỷ tinh bọt của nhà máy Pittsburgh Corning sử dụng 60% phế thải thủy tinh, nói cách khác, phế thải thuỷ tinh là nguyên chính để sản xuất thuỷ tinh bọt.

Ví dụ, trong nghiên cứu Hussein Abdel [7], tác giả đã sử dụng bùn có hàm lượng chì 7,5 mg/L chế tạo thủy




tinh bọt theo phương pháp kết khối tại nhiệt độ 750oC, thời gian lưu mẫu 30 phút thu được sản phẩm có khối lượng thể tích 0.485 g/cm3, độ xốp 84.6%, cường độ nén 2.21 MPa và hệ số dẫn nhiệt là 0.051 W/m. K, chất lượng tương đương với sản phẩm thương mại. Trong nghiên cứu sử dụng SiC dẫn đến tăng độ xốp và giảm khối lượng thể tích, cường độ nén và độ dẫn nhiệt. Ngược lại, việc bổ sung bột đá granite làm giảm độ rỗng thủy tinh bọt và làm tăng khối lượng thể tích, cường độ nén và hệ số dẫn nhiệt. Từ đó có thể kết luận rằng khi chế tạo loại thủy tinh bọt có hệ số dẫn nhiệt thấp thì sử dụng SiC, khi sử dụng thủy tinh bọt cần cường độ nén cao thì sử dụng bột đá granite. Trong những nghiên cứu Yigit Attila [6], các tác giả đã tập trung làm rõ diễn biến quá trình hình thành và các ảnh hưởng đến tính chất của nhiệt độ, hàm lượng phế thải của thuỷ tinh xây dựng tại khoảng nhiệt độ từ 750 đến 950oC, hệ số nở 600% đến 700%, hệ số dẫn nhiệt 0,048 và 0,079 W/K m.

Theo hướng nghiên cứu sử dụng phế thải, trong nghiên cứu N.Stiti [5], các tác giả tập trung nghiên cứu sử dụng phế thải để chế tạo vật liệu xây dựng nhẹ, kết quả thu được mẫu có độ xốp đến 85%, độ hút nước 73%, độ dẫn nhiệt 0,031 W/mºC, hệ số cách âm 15 dB, loại thủy tinh bọt này phù hợp cho cách nhiệt nóng (nhiệt độ trên 25oC) và cách âm. Mặt khác, Arjen Christian Steiner [3] đã nghiên cứu sử dụng tro bay rác thải để chế tạo thủy tinh bọt. Kết quả đạt được tương tự như trong nghiên cứu của N.Stiti, sản phẩm là vật liệu xây dựng nhẹ cách âm cách nhiệt. Đối với rác thải đô thị, quá trình xử lý phức tạp hơn như làm sạch, giảm các chất độc hại… nhưng kết quả đem lại mang hiệu quả môi trường. Sử dụng phế thải của đá granite trong chế tạo thuỷ tinh bọt cũng được N. M. Bobkova [4] nghiên cứu với kết quả đạt được là những sản phẩm sử dụng trong lĩnh vực xây dựng với hệ số dẫn nhiệt cao hơn.

Trong lĩnh vực công nghệ, Petersen [8] đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt đến quá trình hình thành thuỷ tinh bọt, kết quả cho thấy độ nhớt tốt nhất để đạt được cấu trúc tối ưu là 104 đến 105 Pas. Liên quan đến quá trình đồng nhất cấu trúc, Hans Strauven [9] đã tính toán phân bố nhiệt độ trong quá trình làm lạnh, ứng suất nhiệt trong quá trình chuyển pha thuỷ tinh, ứng suất dư và kiểm tra ứng suất phá vỡ. Những nghiên cứu này có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình công nghệ giúp kiểm soát quá trình điều khiển cấu trúc của thủy tinh bọt theo mong muốn.

Như vậy: Thủy tinh bọt có dải nhiệt độ sử dụng rộng, với những tính chất đặc biệt,́ chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ dân dụng đến công nghiệp. Những nghiên cứu nước ngoài tập trung vào sử dụng những loại nguyên liệu thay thế, điều khiển công nghệ sản xuất để nhận được những tính chất mong muốn.

2. Cơ sở khoa học

Điểm cơ bản trong chế tạo thủy tinh bọt là chất tạo khí, tương tác của chất tạo khí với thủy tinh khi nung và tính chất của độ rỗng tạo ra. Các nghiên cứu cho thấy có sự tương tác hóa học chất tạo khí với thủy tinh trong thời gian nung phối liệu thủy tinh, quá trình bắt đầu ở 600oC, có thể xảy ra khá mãnh liệt tại khoảng nhiệt độ nung 750 - 900oC. Dưới đây là một số những chất tạo khí và tính chất của lỗ rỗng do chúng tạo ra.

Tùy theo những yêu cầu về tính chất sản phẩm, tính chất lỗ rỗng mà có thể lựa chọn phụ gia phù hợp. Những nghiên cứu về sự tương tác của các phụ gia gồm đá vôi, than antraxit, cốc carbid silic, carbid canxi và grafit đều cho thấy sự hình thành bọt diễn ra trong khoảng nhiệt độ từ 770 ~ 880oC. Bên cạnh đó các nghiên cứu cũng cho thấy có sự tương tác giữa các chất tạo khí với phối

Bảng 1. Tính chất các chất tạo khí cho thủy tinh bọt

Chất tạo khí Nhiệt độ nung, ⁰C Lượng chất tạo khí, % Cấu trúc bọt thủy tinh

bọtMàu thủy tinh bọt

Piroliuzit 680-720 3-5 Kín một phần Tím

Natri nitric 720 3-5 Thông nhau Trắng, xám

Đá vôi 760-775 0,5-1,0 Chủ yếu thông nhau Trắng

Canxi carbid 750-760 1-1,5 Chủ yếu kín Trắng

Antraxit 770-780 2-3 Kín một phần Vàng-Xám

Cốc 790-800 2-3 Kín Hồng-đen

Grafit ≥ 850 1-2 Kín Xám-đen

Silic carbid ≥ 850 1-3 Kín Xám



liệu thủy tinh. Dưới góc độ công nghệ, các phản ứng tương tác giữa chất tạo khí với phối liệu thủy tinh có thể chia làm hai nhóm gồm nhóm thúc đẩy hình thành khí phân bố đều và nhóm phá hủy cấu trúc cân bằng của thủy tinh bọt. Tùy theo yêu cầu của sản phẩm tạo ra cần lựa chọn phụ gia phù hợp.

Vai trò quyết định trong quá trình hình thành bọt không chỉ từ phối liệu thủy tinh mà còn là chất tạo khí. Sự hình thành bọt ở độ nhớt cao của phối liệu thủy tinh chỉ xảy ra trong trường hợp nếu áp suất của các sản phẩm phân hủy của chất tạo khí có khả năng tạo bọt thủy tinh lỏng. Các chất tạo khí được nghiên cứu phân hủy trong thủy tinh trạng thái lỏng ở nhiệt độ cao khác với phân hủy chúng tại nhiệt độ thường trong không khí.

3. Một số kết quả thực nghiệm

3.1 Nguyên vật liệu sử dụng

Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu gồm: thuỷ tinh phế thải từ kính xây dựng than cốc và sô đa.

a) Phế thải kính xây dựng

Kính xây dựng phế thải từ quá trình gia công và cắt kính trước khi gia công nhiệt hoặc dán tại một số nhà máy gia công kính. Khối lượng thể tích 2,5 g/cm3.

b) Các tác nhân tạo khí

Các tác nhân tạo khí sử dụng trong nghiên cứu gồm sô đa có Na2CO3 đạt 99,38% và than cốc có hàm lượng cácbon đạt 89.49%.

Bảng 2. Ảnh hưởng của (Phụ gia tạo bọt sôđa), nhiệt độ đến tính chất của thủy tinh bọt

Ký hiệu mẫuNhiệt độ Thành phần

(%)Khối lượng

thể tích Khối lượng biểu kiến

Độ xốp Độ hút nước

Cường độ nén

(oC) Sô đa (g/cm3) (%) (%) (MPa)

SD40-1 750

1

0,77 0,31 69,20 5,57 6,32

SD40-5 770 0,61 0,24 75,60 6,43 3,14

SD40-9 790 0,41 0,16 83,60 7,11 2,21

SD40-2 750

2

0,7 0,28 72,00 6,24 6,11

SD40-6 770 0,49 0.20 80,40 7,05 2,03

SD40-10 790 0,34 0,14 86,40 7,34 1,16

SD40-3 750

3

0,54 0,22 78,40 6,89 4,15

SD40-7 770 0,32 0,13 87,20 7,56 1,17

SD40-11 790 0,26 0,10 89,60 7,84 0,87

SD40-4 750

4

0,41 0,16 83,60 7,09 2,89

SD40-8 770 0,25 0,10 90,00 7,72 0,91

SD40-12 790 0,21 0,09 91,20 8,11 0,62

3.2. Chuẩn bị nguyên liệu

Phế thải thủy tinh được làm sạch, sau đó được nghiền để đạt kích thước cỡ hạt dưới 40µm.

Than cốc được nghiền mịn với kích cỡ hạt tương ứng với thuỷ tinh.

3.3. Chuẩn bị mẫu

Trong nghiên cứu sử dụng hai phương pháp

Phương pháp 1: Trộn bột thủy tinh, tro bay, tác nhân tạo bọt và sử dụng lực ép để tạo hình viên có kích thước tròn đường kính 2,5 cm, lực ép 15MPa.

Phương pháp 2: Trộn bột thủy tinh, tác nhân tạo, nước theo các tỷ lệ khác nhau.

3.5. Kết quả nghiên cứu

a) Ảnh hưởng của nhiệt độ, hàm lượng chất tạo bọt đến tính chất của thủy tinh bọt.

- Khi nhiệt độ nung tăng từ 750oC đến 790oC, tại cùng điều kiện gia công nhiệt, cùng cỡ hạt bột thủy tinh, khi sử dụng tổ hợp chất tạo bọt sôđa và thủy tinh lỏng, tính chất của thủy tinh bọt có sự thay đổi cụ thể: khối lượng thể tích giảm từ 0,77 g/cm3 đến 0,22 g/cm3, độ xốp tăng từ 69,2% đến 91,2%, độ hút nước tăng từ 5,57% đến 8,11% và cường độ uốn thay đổi từ 0,62MPa đến 6,32MPa.

- Khi thay đổi hàm lượng chất phụ gia, tại cùng nhiệt độ nung, tính chất của thủy tinh bọt có sự thay đổi cụ



thể: khối lượng thể tích giảm, độ xốp và độ hút nước tăng, cường độ giảm.

- Cấu trúc lỗ rỗng gồm có cả lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở (độ hút nước trên 5%).

- Hệ số dẫn nhiệt của mẫu dao đạt giá trị nhỏ nhất 0,067W/m.oC khi có hàm lượng sôđa 4%.

- Nếu theo tiêu chí khối lượng thể tích, và hệ số dẫn nhiệt thì mẫu có tỷ lệ sôđa 4% được nung tại nhiệt độ 790oC lưu tại nhiệt độ lớn nhất 30 phút có khối lượng thể tích 0,22 g/cm3, độ hút nước 8,11%, cường độ nén 0,62 MPa.

- Khi nhiệt độ nung tăng từ 750oC đến 810oC, tại cùng điều kiện gia công nhiệt, cùng cỡ hạt bột thủy tinh, khi sử dụng tổ hợp chất tạo bọt than cốc và thủy tinh lỏng, tính chất của thủy tinh bọt có sự thay đổi.

- Khi thay đổi hàm lượng chất phụ gia, tại cùng nhiệt độ nung, tính chất của thủy tinh bọt có sự thay đổi cụ thể: khối lượng thể tích giảm, độ xốp và độ hút nước tăng, cường độ giảm.

- Cấu trúc lỗ rỗng gồm có cả lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở (độ hút nước trên 5%).

- Hệ số dẫn nhiệt của mẫu đạt 0,056 W/moC tại 10oC.

Bảng 2. Ảnh hưởng của (Phụ gia tạo bọt than cốc), nhiệt độ đến tính chất của thủy tinh bọt

Ký hiệu mẫuNhiệt độ Thành phần

(%)Khối lượng

thể tích Khối lượng biểu kiến

Độ xốp Độ hút nước

Cường độ nén

(oC) Than cốc (g/cm3) (%) (%) (MPa)

TC40-1 750 1 1,38 0,55 44,80 3,26 15,42

TC40-5 770 1,14 0,46 54,40 3,54 14,97

TC40-9 790 0,87 0,35 65,20 4,82 11,36

TC40-13 810 0,49 0,20 80,40 4,49 7,63

TC40-2 750 2 1,24 0,50 50,40 3,34 14,78

TC40-6 770 1,02 0,41 59,20 3,63 13,87

TC40-10 790 0,73 0,29 70,80 3,91 11,03

TC40-14 810 0,41 0,16 83,60 4,52 7,52

TC40-3 750 3 1,19 0,48 52,40 3,47 13,89

TC40-7 770 0,95 0,38 62,00 3,59 12,78

TC40-11 790 0,59 0,24 76,40 4,03 8,76

TC40-15 810 0,21 0,08 91,60 4,61 4,22

TC40-4 750 4 1,03 0,41 58,80 3,59 12,78

TC40-8 770 0,91 0,36 63,60 3,69 11,98

TC40-12 790 0,44 0.18 82.40 4,5 6,92

TC40-16 810 0,12 0,06 94,40 4,58 1,56

- Nếu theo tiêu chí khối lượng thể tích, và hệ số dẫn nhiệt thì mẫu có tỷ lệ than cốc 4% được nung tại nhiệt độ 810oC lưu tại nhiệt độ lớn nhất 30 phút có khối lượng thể tích 0,12 g/cm3, độ hút nước 4,58%, cường độ nén 1,56…

b) Kết quả sản xuất thử nghiệm

Bảng 3. Kết quả thử nghiệm tính chất của thủy tinh bọt

Stt Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Kết quả

1 Khối lượng thể tích g/cm3 124

2 Độ hút nước % 4,05

Độ thấm nước, thể tích % 0,523

3 Cường độ nén MPa 1,95

4 Hệ số dẫn nhiệt, tại 10oC W/m.oC 0,053

Nhận xét:

So với kết quả thí nghiệm, mẫu có khối lượng thể tích và độ hút nước thấp hơn khi thí nghiệm. Khối lượng thể tích và cường độ nén đạt theo tiêu chuẩn ASTM C205.

Độ thấm nước tính theo % thể tích đạt 0,523%. Hệ số dẫn nhiệt đạt 0,053W/moC.



4. Kết luận

- Đề tài đã đạt được tất các yêu cầu trong mục tiêu đề ra. Kết quả thử nghiệm làm được 30 tấm có kích thước 600×600×10mm, mẫu có khối lượng thể tích và độ hút nước thấp hơn khi thí nghiệm. Độ thấm nước tính theo % thể tích đạt 0,523%, hệ số dẫn nhiệt đạt 0,053W/moC, khối lượng thể tích và cường độ nén đạt theo tiêu chuẩn ASTM C205. Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất tấm thủy tinh bọt theo hướng hiện đại sản xuất liên tục quy mô 20.000 m3/năm.

- Khi sử dụng chất tạo bọt sôđa đã chế tạo được mẫu có nhiệt độ nung từ 750oC đến 790oC, nhiệt độ nung tối ưu 790oC. Khối lượng thể tích nhỏ nhất đạt được là 0,22 g/cm3, độ xốp 91,2%, độ hút nước 8,11% và cường độ uốn 0,62MPa. Cấu trúc lỗ rỗng gồm có cả lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở. Hệ số dẫn nhiệt đạt 0,067 W/moC tại 10oC.

- Khi sử dụng chất tạo bọt than cốc đã chế tạo được mẫu có nhiệt độ nung từ 750oC đến 810oC, nhiệt độ nung tối ưu 810oC. Khối lượng thể tích nhỏ nhất đạt được là 0,12 g/cm3, độ xốp 94,4%, độ hút nước 4,58% và cường độ nén 1,56MPa. Cấu trúc lỗ rỗng chủ yếu lỗ rỗng kín. Hệ số dẫn nhiệt đạt 0,056 W/m.oC tại 10oC.

- Giá thành sản xuất cho 1m3 thủy tinh bọt là 395.640 đồng./.


[1]. http://www.engineeringtoolbox.com/insulation-tem-peratures-d_922.html.

[2]. www.foamglasinsulation.com.[3]. Arjen Christian Steiner, Foam glass production from

vitrified municipal waste fly ash, 2006.[4]. N. M. Bobkova, S. E. Barantseva, and E. E. Trusova,

Production of foam glass with granite siftings from the mikha-shevichi deposit, Glass and Ceramics Vol. 64, Nos. 1 - 2, 2007.

[5]. N. STITI,, A. AYADI, Y. LERABI, F. BENHAOUA, R. BENZERGA và L. LEGENDRE, Preparation and Character-ization of Foam Glass Based Waste, Asian Journal of Chem-istry; Vol. 23, No. 8 (2011), 3384-3386.

[6]. Yigit Attila, Mustafa Guden, Alper Tasdemirci, Foam glass processing using a polishing glass powder residue, Ceramics International 39 (2013) 5869-5877.

[7]. Hussein abdel Fattah Mohamed Ramadan elkersh, Innovative cleaner production technique: Foam glass pro-duction from lead crystal glass Sludge, B.Sc. Mechanical Power Engineering, The American university in Cairo, 2014.

[8]. Petersen, Rasmus Rosenlund; König, Jakob; Smed-skjær, Morten Mattrup; Yue, Yuanzheng, Viscous Control of the Foam Glass Process, Aalborg Universitet, 2014.

[9]. Hans Strauven, The annealing of cellular glass, Glass International December/January 2016.



BÊ TÔNG CHỊU LỬA SỬ DỤNG NANO SILICA LÀM CHẤT KẾT DÍNH

TS. Vuõ Vaên Duõng, ThS. Traàn Thò Minh Haûi, ThS. Nguyeãn Thò Kim Trung taâm Vaät lieäu chòu löûa vaø choáng chaùy, Vieän vaät lieäu xaây döïng

TOÙM TAÉT

Beâ toâng chòu löûa söû duïng chaát keát dính keo nano silica ñaõ ñöôïc nghieân cöùu thaønh coâng qua vieäc khaûo saùt aûnh höôûng cuûa thaønh phaàn, haøm löôïng cuûa chaát keát dính, caùc loaïi phuï gia gel hoùa, phuï gia ñieàu chænh ñeán tính chaát cô lyù, nhieät cuûa saûn phaåm nhö: ñoä chaûy, cöôøng ñoä chòu neùn, ñoä chòu maøi moøn, ñoä beàn xæ,… Ngoaøi ra, saûn phaåm nghieân cöùu coøn ñöôïc ñaùnh giaù qua caùc phöông phaùp nhö phaân tích X-ray, SEM vaø thaønh phaàn hoùa. Maãu saûn phaåm nghieân cöùu söû duïng 8% khoái löôïng keo nano silica ñaït muïc tieâu yeâu caàu cuûa ñeà taøi ñeà ra nhö cöôøng ñoä neùn nguoäi ñaït 132,5Mpa, ñoä chòu maøi moøn ñaït 3,2 cm3 vaø coù ñoä beàn hoùa (beàn xæ) vöôït troäi khi so saùnh vôùi saûn phaåm beâ toâng söû duïng chaát keát dính thuûy hoùa truyeàn thoáng.

Töø khoùa: Beâ toâng chòu löûa; chòu; nano silica.

ABSTRACT

Castable refractory using colloidal was nano silica as a binder, was successfully studied by the inves-tigation of the composition and content of the binder, gelizated and adjusted additives on the physical-mechanical and thermal properties such as flow, cold crushing strength, abrasion, slag resistance,… Besides, research samples were examined by chemical, X-ray and SEM analyses. Sample using 8wt% of colloidal nano silica achieved requirements with the CCS of 132,5MPa, the abrasion resistance of 3,2 g/cm3 and having a remarkable smelting slag resistance compared to that of the castable refractory using the traditional hydrable binder type, respectively.

Keywords: Castable refractory; nano silica.

1. Giới thiệu

Những năm gần đây, việc thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch (than đá) bằng các loại nhiên liệu thay thế khác từ rác thải công, nông nghiệp (chai hộp nhựa, lốp cao su thải, xơ dừa, vỏ hạt điều, trấu, bã mía, rác thải sinh hoạt,...) mang lại hiệu quả kinh tế và góp phần bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, vật liệu chịu lửa truyền thống xây lò quay nung clinker xi măng sử dụng nhiên liệu thay thế hoặc xây lò đốt rác thải (lò đốt rác sinh hoạt, y tế) và lò hỏa táng,... nhanh chóng bị phá hủy do môi trường kiềm, khí sulphur, phốt pho hay chlorine. Để khắc phục những nhược điểm trên, bê tông chịu lửa sử dụng chất kết dính nano silica là lựa chọn thích hợp, đang được tập trung nghiên cứu ứng dụng nhằm thay thế BTCL truyền thống.

Bê tông chịu lửa có thể được phân loại dựa trên các khía cạnh khác nhau bao gồm hàm lượng CaO, loại chất kết dính, thành phần hóa học, độ cứng, mật độ

khối lượng, lượng nước,... Trong bê tông chịu lửa hệ chất kết dính đóng một vai trò có liên đến các bước xử lý khác nhau: khả năng thi công, quá trình sấy và hiệu suất sử dụng. Do đó, mọi nỗ lực được tiến hành để cải thiện các chất lượng pha liên kết. Các chất liên kết khác nhau được phát triển trong suốt nhiều năm bắt đầu từ liên kết thủy lực, trong đó sử dụng xi măng aluminat canxi (CAC) với hàm lượng cao, gần đây là các chất kết dính đông tụ như keo silica hoặc keo alumina. Bê tông chịu lửa liên kết thủy lực sử dụng CAC là loại bê tông chịu lửa phổ biến nhất do tính chất lưu biến phù hợp và cường độ mộc cao. Tuy nhiên, có một số nhược điểm liên quan đến việc sử dụng CAC trong các hệ bê tông có chứa microsilica hoặc magie, khi sự hiện diện của CaO kết hợp với các ôxit khác dẫn đến sự hình thành pha điểm nóng chảy thấp ở nhiệt độ cao. Hơn nữa quá trình đóng rắn, sấy cũng phải được tiến hành cẩn thận để giảm khả năng vỡ nổ. Để giảm thiểu những hạn chế này, các tính chất của bê tông chịu lửa được cải




thiện bằng cách giảm hàm lượng xi măng, tạo ra sự dịch chuyển từ bê tông chịu lửa xi măng thông thường sang bê tông chịu lửa ít xi măng (LCC), bê tông chịu lửa siêu ít xi măng (ULCC) và gần đây là bê tông chịu lửa không có xi măng sử dụng hydrat nhôm (HA), keo silica (CS) và keo alumina (CA) [1,2].

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ nano trong những năm gần đây đã nghiên cứu và ứng dụng keo silica (silica sol/ colloidal silica) trong sản xuất bê tông chịu lửa, chủ yếu để cải thiện chất lượng pha liên kết và độ bền của vật liệu chịu lửa ở nhiệt độ thiêu kết thấp hơn [3]. Hoạt tính phản ứng của nano SiO2 trong keo silica cao, các hạt keo nano silica này hấp thụ trên bề mặt của các α-Al2O3 hoạt tính, điền đầy khoảng trống và làm giảm nhiệt độ hình thành khoáng mullit với mật độ thích hợp ở khoảng 1100oC.

2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1 Nguyên vật liệu

2.1.1 Cốt liệu chịu lửa

Cốt liệu chịu lửa sử dụng cho nghiên cứu là loại bô xít nung (calcined bauxite) của Trung Quốc được phân làm nhiều cấp hạt khác nhau từ 0-5mm có các chỉ tiêu kỹ thuật chính trong Bảng 1.

Bảng 1. Chỉ tiêu kỹ thuật của bô xít nung

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả

1 Al2O3 % 81,3

2 Fe2O3 % 1,2

3 Khối lượng thể tích g/cm3 3,06

4 Độ hút nước % 3,5

5 Độ chịu lửa oC >1750

2.1.2 Chất kết dính keo nano silica

Keo nano silica thay thế chất kết dính thủy hóa (xi măng chịu nhiệt), trong thành phần keo chứa 40-50% khối lượng là các hạt nano SiO2 vô định hình có đường kính từ 8-15nm. Qua khảo sát nhóm đề tài đã lựa chọn sản phẩm keo nano silica thương mại của Công ty Hu-bei Jinwei New Material Co., Ltd - Trung Quốc.

2.1.3 Nguyên liệu hoạt tính siêu mịn

Bột chịu lửa hoạt tính siêu mịn (MAS) sử dụng trong thành phần bê tông chịu lửa sử dụng là các ôxít Al2O3 (MAS I) và ôxít SiO2 (MAS II) hoạt tính siêu mịn. Tác

Bảng 2. Chỉ tiêu kỹ thuật của keo silica JN- 40

STT Tính chất Đơn vị Giá trị

1 pH - 9,4

2 Tỷ trọng g/cm3 1,291

3 Độ nhớt (25oC) cPs 9,66

4 SiO2 % 40

5 Na2O % 0,32

6 Bề mặt riêng m2/g 252

7 Cỡ hạt nm 13

dụng chính của bột hoạt tính siêu mịn làm tăng độ chảy, giảm lượng nước trộn, cải thiện các tính chất cơ lý, hóa của bê tông chịu lửa. Các phản ứng giữa các phần tử siêu mịn silica (SiO2) với alumina (Al2O3) ở nhiệt độ cao tạo ra khoáng mulit trong pha liên kết làm cho cấu trúc đặc chắc và chặt chẽ hơn và tăng cường độ ở nhiệt độ cao (tăng độ bền rão nhiệt). Từ thực tiễn sản xuất bê tông chịu lửa tại Viện vật liệu xây dựng và xu hướng tận dụng nguồn nguyên vật liệu sẵn có trong nước. Đề tài đã lựa chọn sử dụng phụ gia MAS I là sản phẩm sản xuất thử nghiệm của đề tài nghiên cứu chế tạo bột ô xít nhôm hoạt tính RA của Viện vật liệu xây dựng [4]. MAS II là sản phẩm thương mại của hãng Elkem ( Microsilica Grade 955 U) [5].

2.1.4 Phụ gia gel hóa

Phụ gia gel hóa đưa vào trong thành phần bê tông với tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình đóng rắn của bê tông, tạo cường độ cơ học sớm cho bê tông. Hai loại phụ gia gel hóa được sử dụng chính cho bê tông chịu lửa chứa nano silica là xi măng cao alumin và magiê ô xít. Các cation Mg+ hoặc Ca+ tích điện dương sẽ kết hợp với các anion tích điện trái dấu O2 - trên bề mặt hạt silica có trong nano silica giúp tạo liên kết qua đó thúc đẩy quá trình gel hóa [6].

Đề tài sử dụng 2 loại phụ gia gel hóa là bột man-hêdi thiêu kết (MgO, 95%; D50 = 35,59μm) và xi măng CA50, đây là nguồn nguyên vật liệu đễ kiếm và sẵn có trong nước. Bột ô xít thiêu kết MgO có thể tận dụng từ gạch chịu lửa MgO phế thải từ nhà máy luyện kim (gạch chịu lửa manhêdi, bột đầm lò, gạch kiềm tính xây lò quay nung clinker xi măng,..). Phụ gia xi măng CA50 là sản phẩm đề tài nghiên cứu và dự án sản xuất thử nghiệm sản xuất xi măng CA50 của Viện Vật liệu xây dựng [7].



2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tiêu chuẩn: TCVN 6530:1999 (1,3); TCVN6530:2003 (8); TCVN 6533:1999; JIS R2554; ISO 1927-4; TCVN 6530:2007 (11).

Phương pháp phi tiêu chuẩn:

+ Phân tích thành phần hạt bằng thiết bị Lazer.

+ Phân tích thành phần pha: Bằng nhiễu xạ tia X trên máy D8 advance của hãng Brucker (Đức).

+ Phân tích hình ảnh bằng kính hiển vi điện tử quét SEM.

3. Thực nghiệm, kết quả và thảo luận

3.1 Lựa chọn thành phần cấp phối

Cấp phối hạt tối ưu với hàm lượng hạt siêu mịn đủ để điền đầy các lỗ trống giữa các hạt mịn trong pha kết dính. Tác động phân tán các cấp hạt siêu mịn (< 5 µm) và mịn (5 đến 80 µm) một cách đồng đều trong tổng thể cấu trúc với cốt liệu thô nhằm mục tiêu đảm bảo các yêu cầu sau:

- Tạo được mật độ cấu trúc cao nhất để đảm bảo lượng nước trộn thấp nhất cho phối liệu BTCL.

- Đảm bảo độ linh động, độ chảy tốt nhất của phối liệu bê tông chịu lửa.

Cấp phối cỡ hạt của bê tông chịu lửa đã được nghiên cứu tuân thủ mô hình cấp phối của Dinger&Funk [8].

Dinger và Funk đưa ra phương trình Andreasen sửa đổi sau:

PFT = ( )( )

q qm

q qm

d d

D d

−

− *100

Trong đó các thông số:

CPFT: Phần trăm sót sàng tích lũy

d: Kích cỡ hạt

dm: Kích thước hạt tối thiểu

D: Kích thước hạt lớn nhất

q: Hệ số phân bố

Giá trị q có thể thay đổi từ 0,21-0,37 tùy theo yêu cầu tính chất làm việc của bê tông. Nếu q tăng thì tỷ lệ hạt thô trong vật liệu tăng, ngược lại q giảm thì tỷ lệ pha mịn tăng. Căn cứ vào tính chất của nguyên vật liệu và phương pháp thi công, cấp phối được lựa chọn nghiên cứu có D = 6mm, dmin = 0,0025 mm, q = 0,27 (Bảng 3).

Từ kết quả tính toán đề tài chọn ra được loại cấp phối cỡ hạt: cỡ hạt 1-6 mm là 44%, 0,08-1 mm là 22%,

Bảng 3. Thành phần cấp phối bê tông chịu lửa

TT Dải cỡ hạt, mm % theo khối lượng (q=0,27)

1 Cốt liệu chịu lửa 3-6 20



4 Cốt liệu chịu lửa mịn (<0,088mm) 19

5 MAS (I+II) 15

Hình 1. Đường cong phân bố cỡ hạt

pha mịn là 34% trong đó MAS chiếm 15% để đảm bảo độ chảy và mật độ tối đa cho bê tông chịu lửa theo các nghiên cứu công bố và theo thực tế sản xuất bê tông chịu lửa. Đường cong phân bố cỡ hạt liên tục biểu thị là một đường cong trơn và đều (H.1).

3.2 Lựa chọn chất phân tán

a) Lựa chọn chất phân tán

Phụ gia phân tán được lựa chọn để nghiên cứu là D1: gốc cacboxylate, D2 gốc polyphosphate và phụ gia phân tán ADS (D3) của hãng Almatis [9]. Khảo sát hàm lượng phụ gia từ 0,2% đến 1,2%. Bê tông chịu lửa có tính công tác tốt khi độ chảy > 50%. Độ chảy của bê tông được xác định theo tiêu chuẩn ISO 1927:4.

Bảng 4. Thành phần mẫu bê tông chịu lửa thí nghiệm

TT Nguyên liệu Tỷ lệ Khối lượng

1 Cốt liệu chịu lửa, cỡ hạt 1-6 mm % 44

2 Cốt liệu chịu lửa, cỡ hạt 0-1mm % 22

3 Cốt liệu chịu lửa, cỡ hạt <0,08 mm % 19

4 MAS (I+II) % 15

5 Keo nanosilica % 9



Hình 2. Ảnh hưởng của chủng loại, hàm lượng phụ gia lên độ chảy của bê tông

Từ kết quả cho thấy rằng phụ gia phân tán D1 tác dụng phân tán khá tốt trong phạm vi hàm lượng từ 0,6-1,2% khối lượng.

Khi tăng hàm lượng chất phân tán, độ chảy của bê tông đều tăng lên, tuy nhiên khi tăng hàm lượng D1 từ 1,0-1,2 %, bê tông có hiện tượng tách nước ra khỏi bê tông, lượng pha mịn có xu hướng nổi lên trên nên chất lượng của pha liên kết bị giảm khi kết khối ở nhiệt độ cao. Đây có thể là nguyên nhân làm cho khối lượng thể tích và cường độ của mẫu giảm. Cường độ nén sau sấy có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng D1.

c) Ảnh hưởng của phụ gia phân tán lên khả năng duy trì độ chảy của hỗn hợp bê tông theo thời gian

Một trong những đặc tính quan trọng của hỗn hợp bê tông chịu lửa là cần phải đảm bảo ổn định trong khoảng thời gian nhất định. Đối với bê tông chịu lửa thì thời gian thi công phù hợp là từ 30 phút đến 100 phút. Đề tài tiến hành khảo sát khả năng duy trì độ chảy của mẫu bê tông sử dụng 0,8% D1. Hình 3 cho thấy mẫu bê tông sử dụng 0,8 % D1 đáp ứng yêu cầu thực tế sử dụng (độ chảy của hỗn hợp bê tông cần đảm bảo > 50% trong khoảng thời gian thi công từ 30 đến 100 phút).

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia gel hóa

Các hạt nanosilica có thể được liên kết với qua các cơ chế đóng rắn sau: gel hóa và đông tụ tạo cường độ

Bảng 5. Ảnh hưởng hàm lượng sử dụng phụ gia D1 lên khối lượng thể tích và cường độ sấy nung của mẫu bê tông chịu lửa

TT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vịHàm lượng D1, %

0,6 0,8 1,0 1,2

1 Khối lượng thể tích sau sấy 110oC g/cm3 2,61 2,65 2,63 2,63

2 Cường độ nén sau sấy 110oC, 24h MPa 68 75 76 78

3 Cường độ nén sau nung 1.000oC, 3h MPa 80 140 135 130

4 Cường độ nén sau nung 1.400oC, 3h MPa 130 154 150 147

Hình 3. Độ chảy của bê tông theo thời gian

ban đầu cho bê tông chịu lửa. Đối với bê tông chịu lửa sử dụng chất kết dính keo nanosilica đóng rắn chậm do vậy việc sử dụng phụ gia gel hóa là cần thiết [6,10]. Theo các nghiên cứu đã công bố, hai loại phụ gia gel hóa được sử dụng cho bê tông chịu lửa chứa keo nano silica là calcium aluminate với hàm lượng 0,5% hoặc bột MgO thiêu kết với hàm lượng từ 0,3-0,6% so với lượng keo nanosilica. Đề tài tiến hành khảo sát ảnh hưởng của 2 loại phụ gia gel hóa này đến một số tính chất cơ lý của bê tông chịu lửa.

Bảng 6. Bảng cấp phối bê tông chịu lửa sử dụng phụ gia gel hóa

TT Nguyên liệu Tỷ lệ MO MM MA

1 Cốt liệu chịu lửa, cỡ hạt 1-6 mm % 44 44 44

2 Cốt liệu chịu lửa, cỡ hạt 0-1mm % 22 22 22

3 Cốt liệu chịu lửa, cỡ hạt <0,08 mm % 19 19 19

4 MAS (I+II) % 15 15 15

5 Xi măng CA50 % 0 0 0,5

6 Bột MgO % 0 0,1 0

7 Keo nanosilica % 9 9 9

8 Phụ gia D1 % 0,8 0,8 0,8



a) Ảnh hưởng của phụ gia gel hóa đến độ chảy và sự duy trì độ chảy

- Khi không sử dụng phụ gia gel hóa, độ chảy của hỗn hợp bê tông MO giảm ổn định, sau 160 phút vẫn đạt độ chảy >50%.

- Mẫu bê tông MM bị mất độ chảy nhanh, sau khoảng 60 phút, độ chảy của bê tông chỉ còn 40%.

- Mẫu bê tông MA cho độ chảy ban đầu tốt và duy trì độ chảy của bê tông tốt hơn so với mẫu MM. Với việc duy trì thời gian chảy trong khoảng 120 phút, mẫu bê tông (MA) chứa CA50 đáp ứng thời gian thi công trong thực tế cũng như đảm bảo thời gian tháo khuôn (dỡ cốp pha) phù hợp.

Hình 4. Ảnh hưởng của phụ gia gel hóa lên độ chảy của bê tông theo thời gian

Bảng 7. Tính chất cơ lý của mẫu bê tông sử dụng phụ gia gel hóa

Tên chỉ tiêu Đơn vị MO MA MM

Độ chảy % 110 105 105

Cường độ nén Sau tháo khuôn 1 ngày Sau sấy 110oC, 24h Sau nung 1000oC, 3h Sau nung 1400oC, 3h

MPa12,575,0

135,0154,0

28,079,4

145,0155,0

25,478,0

142,0148,0

Khối lượng thể tích g/cm3 2,66 2,67 2,65

Độ co, nở sau nung 1400oC % 0,32 0,30 0,29

b) Ảnh hưởng của phụ gia gel hóa lên tính chất cơ lý của mẫu bê tông

Mẫu không chứa phụ gia gel hóa sau 24h khi tháo khuôn có hiện tượng dính khuôn, mẫu có cường độ thấp. Các mẫu có chứa phụ gia khi quan sát mẫu cứng, đanh và dễ tháo khuôn.

Cường độ nén sau 1 ngày tháo khuôn của mẫu chứa phụ gia gel hóa cao gấp 2 lần so với mẫu không chứa phụ gia. Nguyên nhân chính là do các phụ gia gel hóa đưa vào cung cấp các cation (Mg2+, Ca2+, Al3+) tạo thành cầu nối với các nhóm siloxan, do vậy kích thích quá trình đóng rắn và tăng cường độ mộc của bê tông.

Cường độ sau sấy, nung của các mẫu bê tông có và không có phụ gia gel hóa đều tương đương nhau cho thấy phụ gia gel hóa đưa vào không ảnh hưởng đến cường độ của mẫu mà chỉ ảnh hưởng đến cường độ của mẫu sau tháo khuôn.

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng keo nanosilica

Keo silica là chất kết dính sử dụng chế tạo bê tông chịu lửa nên việc lựa chọn hàm lượng keo silica phù hợp sẽ tạo cho bê tông có độ chảy phù hợp, cường độ cơ học cao, giảm được chi phí sản xuất. Để khảo sát hàm

Bảng 8. Cấp phối bê tông chịu lửa với hàm lượng CKD khác nhau

TT Nguyên liệu Tỷ lệ CS6 CS7 CS8 CS9 CS10 CS11

1 Cốt liệu chịu lửa 1-6mm % 44

2 Cốt liệu chịu lửa 0-1mm % 22

3 Cốt liệu chịu lửa <0,08mm % 19

4 MAS (I+II) % 15

5 Xi măng CA50 % 0,5

6 Keo nanosilica % 6 7 8 9 10 11

7 Phụ gia D1 % 0,8



lượng keo silica hợp lý, nhóm đề tài tiến hành nghiên cứu với hàm lượng keo silica từ 6 đến 11 % khối lượng.

a) Độ chảy

Nhìn chung độ chảy của mẫu bê tông tăng lên khi hàm lượng keo tăng lên do lượng nước tăng lên mang vào từ keo. Đối với các mẫu chứa 6% và 7% keo nano-silica khi thử nghiệm bê tông cần phải bổ sung thêm nước trộn để hỗn hợp bê tông đạt độ chảy. Mẫu sử dụng 8% và 9% keo cho bê tông có độ chảy tốt, mẫu bê tông chảy dẻo. Khi thử nghiệm độ chảy theo phương pháp “ball in hand” [11], mặt bê tông ánh và chảy dẻo. Mẫu chứa ≥10% keo silica có độ chảy cao nhưng bê tông có hiện tượng tách nước.

Hình 5. Độ chảy của bê tông với hàm lượng keo silica khác nhau

Hình 6. Độ chảy của bê tông theo thời gian

Đề tài cũng tiến hành khảo sát độ chảy của các mẫu bê tông với hàm lượng keo silica theo thời gian.

Khi tăng hàm lượng keo silica, độ chảy của bê tông theo thời gian có xu hướng được cải thiện. Ảnh hưởng này là do sự phân tán của các hạt nano silica và do lượng chất lỏng trong hỗn hợp bê tông tăng lên. Như vậy có thể thấy mẫu chứa từ 8% keo silica có khả năng thi công tốt trong khoảng thời gian dưới 90 phút.

b) Các chỉ tiêu cơ lý

Nhìn chung khối lượng thể tích tăng khi hàm lượng keo tăng. Mẫu chứa hàm lượng keo >10% có xu hướng

giảm khối lượng thể tích nguyên nhân chính là do lượng nước mang vào trong keo tăng lên, khi sấy để lại cấu trúc xốp cho bê tông, ngoài ra còn do hiện tượng thừa nước nên một phần nhỏ nước bị tách. Mẫu chứa 8% keo silica có khối lượng thể tích cao nhất do lượng keo đưa vào hợp lý vừa đảm bảo độ chảy của bê tông tươi, vừa đảm bảo khả năng đúc mẫu bằng phương pháp đầm rung. Khi tăng nhiệt độ nung thì khối lượng thể tích của các mẫu không thay đổi nhiều và có xu hướng tăng nhẹ ở nhiệt độ 1400oC. Nguyên nhân chính là do keo silica không xảy ra quá trình thủy hóa, nên không có quá trình mất nước giống như các khoáng xi măng ở nhiệt độ cao.

Hình 7. Khối lượng thể tích của bê tông với hàm lượng keo khác nhau

Cường độ chịu nén: Từ kết quả trên cho thấy khi tăng hàm lượng keo nanosilica lên làm khối lượng thể tích cũng như cường độ chịu nén sau sấy, nung của mẫu bê tông giảm. Khi tăng nhiệt độ nung, cường độ của các mẫu bê tông đều tăng đặc biệt tăng mạnh ở nhiệt độ 1000oC, điều này có xu hướng ngược với một số loại bê tông chịu lửa sử dụng CKD xi măng alumin, cường độ thường bị giảm ở khoảng nhiệt độ 1000oC do sự mất nước của xi măng gây ra phá hủy liên kết của các khoáng xi măng. Cường độ của mẫu bê tông sau nung của bê tông sử dụng keo nanosilica cao, nên khả năng chịu mài mòn của nó cao hơn so với bê tông chịu lửa chứa xi măng.

Cường độ của mẫu có xu hướng giảm khi tăng hàm lượng keo lên là do ảnh hưởng của lỗ xốp. Lượng nước từ keo mang vào khi đúc mẫu làm quá trình sấy tạo ra độ xốp cao trong mẫu. Ở nhiệt độ 1400oC cường độ của mẫu tăng mạnh do hình thành liên kết gốm và hình thành khoáng mới như khoáng mulit.

Mẫu sử dụng 8 % keo nanosilica sử dụng lượng keo, có chỉ tiêu kỹ thuật đạt yêu cầu của đề tài.



Hình 8. Cường độ nén của mẫu sau khi xử lý nhiệt tại các nhiệt độ khác nhau

Bảng 9. Độ co, nở của mẫu sau nung 1000oC, 1400oC

Tên chỉ tiêu MS2 MS3 MS4 MS5 MS6

Độ co sau nung 1000oC, 3h -0,25 -0,25 -0,19 -0,18 -0,18

Độ co sau nung 1400oC, 3h 0,19 0,21 0,34 0,35 0,35

Độ co nở sau nung: Các mẫu sau nung 1000oC có hiện tượng co, tuy nhiên khi tăng nhiệt độ lên 1400oC, mẫu có xu hướng nở do số lượng cũng như kích thước của các tinh thể mulit tăng lên.

3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng MAS II đến tính chất của bê tông chịu lửa

Vai trò chính của bột mịn microsilica (MAS II) là các hạt silica có kích thước micro mét. Các hạt này điền đầy vào các chỗ trống giữa các hạt cốt liệu tăng độ linh động và độ xít đặc của bê tông. Ở nhiệt độ cao, các hạt SiO2

tác dụng với Al2 O3 tạo thành khoáng mulit tăng cường độ cơ học, độ bền hóa của bê tông chịu lửa. Tuy nhiên nếu hàm lượng SiO2 dư trong bê tông gây ra điểm nóng

Bảng 10. Cấp phối bê tông chịu lửa sử dụng hàm lượng microsilica khác nhau

TT Nguyên liệu Tỷ lệ CS-S2 CS-S3 CS-S4 CS-S5 CS-S6

1 Cốt liệu chịu lửa 1-6 mm % 44 44 44 44 44

2 Cốt liệu chịu lửa 0-1mm % 22 22 22 22 22

3 Cốt liệu chịu lửa <0,08mm % 22 21 20 19 18

4 MAS II % 2 3 4 5 6

MAS I % 10 10 10 10 10

5 Xi măng CA50 % 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

7 Keo nanosilica % 8 8 8 8 8

8 Phụ gia D1 % 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

chảy ở nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến các tính chất của bê tông khi sử dụng ở nhiệt độ cao. Do vậy phải khảo sát hàm lượng microsilica đưa vào hợp lý. Đề tài tiến hành khảo sát hàm lượng từ 2 đến 6% khối lượng trong thành phần phối liệu (từ CS-S2 đến CS-S6).

Mẫu bê tông có xu hướng nở ra khi nung ở nhiệt độ 1400oC và độ nở tăng nhẹ khi tăng hàm lượng MAS II. Nguyên nhân là do tổng hàm lượng và kích thước tinh thể mulit tăng lên gây ra sự giãn nở về thể tích (H.9).

Hình 9. Độ co, nở của mẫu bê tông sau nung

Khối lượng thể tích sau sấy và nung: Khối lượng thể tích của mẫu liên quan đến độ chảy của mẫu bê tông, khi tăng hàm lượng microsilica độ chảy tăng lên do vậy bê tông có độ linh động và khả năng điền đầy tốt nên mật độ của bê tông tăng lên.

Hình 10. Khối lượng thể tích mẫu sử dụng hàm lượng MAS II khác nhau



Cường độ sau tháo khuôn và sau sấy của mẫu tăng khi tăng hàm lượng MAS II. Trong quá trình đóng rắn, nhóm hydroxyl trên bề mặt hạt keo và hạt microsilica tạo liên kết siloxan (Si-O-Si), thúc đẩy quá trình đông tụ của keo silica. Liên kết hóa học –Si-O-Si- và –Si-O-Ca-O-Si- hình thành thông qua phản ứng ngưng tụ khi sử dụng xi măng CA50 làm phụ gia gel hóa. Cường độ được tăng cường là do tổng hàm lượng SiO2 hoạt tính giữa các hạt có kích thước nano và micro hình thành mạng lưới ba chiều.

Cường độ mẫu sau nung 1400oC có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng microsilica. Tuy nhiên hàm lượng tăng đến 5% cường độ của mẫu bắt đầu giảm nhẹ. Bột microsilica chứa một số tạp chất như kiềm (R2O), Fe2O3, MgO, CaO. Các tạp chất này hình thành điểm nóng chảy thấp khi nung ở nhiệt độ cao do vậy làm giảm độ xốp của bê tông và tạo thuận lợi cho sự hình thành khoáng mulit. Tuy nhiên lượng pha lỏng lớn ảnh hưởng không tốt đến các tính chất cơ học của mẫu ở nhiệt độ cao. Với hàm lượng microsilica 4% bê tông chịu lửa có các chỉ tiêu đạt yêu cầu đề tài và cường độ của mẫu sau nung cao.

Hình 11. Ảnh hưởng hàm lượng MAS II lên cường độ nén của mẫu bê tông sau sấy, nung

3.6 Nghiên cứu khả năng sấy nung của bê tông chịu lửa sử dụng CKD nano silica

Theo các nghiên cứu của tác giả M.R. Ismael và các cộng sự [12] cho thấy tốc độ sấy của mẫu bê tông chứa

keo silica cao hơn hẳn các mẫu khác, nguyên nhân chủ yếu là do bê tông chứa nano silica không xảy ra quá trình thủy hóa mà chỉ chứa nước lý học. Ngoài ra do độ thẩm thấu của bê tông chứa keo silica cũng cao hơn khi gel hóa [6,10]. Một nghiên cứu khác về khả năng sấy của bê tông chứa keo silica (CS), keo silica + hydrat nhôm (CS+HA), hydrat nhôm (HA) cũng nhận được kết quả tương tự [13]: Quá trình mất nước của bê tông chịu lửa thường chia làm hai giai đoạn: Trong giai đoạn đầu liên quan đến bốc hơi nước tự do từ nhiệt độ thường đến 100oC, giai đoạn 2 > 100oC và từ 250-300oC là giai đoạn sôi phụ thuộc vào chất liên kết sử dụng. Giai đoạn 3 liên quan đến sự phá hủy liên kết hydrate để hình thành pha mới. Như vậy bê tông sử dụng CKD keo nano silica có thể gia nhiệt rất nhanh ở giai đoạn <150oC, nguyên nhân do có độ xốp lớn hơn và độ thấm cao hơn.

Để khảo sát quá ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt khi sấy nung bê tông, nhóm đề tài đã thực hiện thí nghiệm với các mẫu bê tông chịu lửa sử dụng CKD keo silica và BTCL sử dụng CKD xi măng truyền thống (LC).

Đối với BTCL sử dụng CKD thủy hóa, thường phải sử dụng phụ gia sợi polypropylene để phòng ngừa, hạn chế khả năng nứt nổ của bê tông chịu lửa khi gia nhiệt [14]. Các phụ gia này thường cháy và phân hủy ở khoảng nhiệt độ từ 150-250oC tạo thành mạng lưới các kênh thoát nước siêu nhỏ giúp hơi nước thoát ra nhanh tránh hiện tượng nứt bê tông do ứng suất tạo ra.

Mẫu bê tông sử dụng CKD keo nanosilica (CS-S4) không sử dụng phụ gia PP và bê tông chịu lửa sử dụng CKD xi măng (LC) sử dụng phụ gia PP từ 0 - 0,1% khối lượng. Tạo mẫu BTCL kích thước 100 × 100 × 100 mm sau khi sấy 110oC đưa vào lò đang được đốt nóng ở 1000oC với tốc độ nâng nhiệt 5oC/ phút, sau đó ngắt điện làm nguội tự nhiên trong lò, lấy mẫu quan sát ngoại quan đánh giá.

Như vậy có thể thấy khi không sử dụng sợi PP, mẫu CS-S4 vẫn không có hiện tượng nứt tương đương với mẫu LC sử dụng 0,1% sợi PP.

Bảng 11. Đánh giá ngoại quan các mẫu bê tông chịu lửa

TT Ký hiệu mẫu Hàm lượng PP (% khối lượng) Ngoại quan Cường độ nén,

1.000oC×3h (MPa)

1 CS-S4 0 Mẫu bình thường, không phát hiện vết nứt 140,5

2 LC 0 Vết rạn nứt mảnh, dài ~0,8cm 120

3 LC 0,1 Mẫu bình thường 125,5



3.7 So sánh tính chất của bê tông chịu lửa nano-silica và bê tông chịu lửa sử dụng chất kết dính xi măng (loại ít xi măng - LC)

Để so sánh đánh giá tính chất của mẫu bê tông chịu lửa sử dụng CKD nanosilica và mẫu bê tông chịu lửa ít xi măng, để tài thử nghiệm song song hai mẫu bê tông có thành phần cấp phối như bảng sau:

Bảng 12. Thành phần cấp phối của bê tông sử dụng keo nanosilica (CS) và xi măng alumin (LC)

TT Nguyên liệu Tỷ lệ CS LC

1 Cốt liệu chịu lửa1-6 mm % 44 44

2 Cốt liệu chịu lửa 0-1mm % 20 20

3 Cốt liệu chịu lửa <0,08 mm % 22 16

4 MAS (I+II) % 14 15

5 Xi măng CA14M % - 5

6 CA50 % 0,5 -

7 Keo nanosilica % 8 0

8 Nước trộn % 0 5,5

Bảng 13. Kết quả thử nghiệm mẫu CS và LC

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị CS LC

1 Độ chảy % 75 85

2

Khối lượng thể tích:- Sau sấy 110oC, 24h- Sau nung 1000oC, 3h- Sau nung 1400oC, 3h

g/cm32,692,662,69

2,642,632,59

3

Cường độ nén:- Sau sấy 110oC, 24h- Sau nung 1000oC, 3h- Sau nung 1400oC, 3h

MPa77,5

132,5154,0

92,5125,0130,8

4Độ co sau nung tại:- 1000oC, 3h- 1400oC, 3h

% -0,250,34

-0,20-0,60

Ở nhiệt độ thường do sự có mặt của các hạt keo nanosilica nên sự sắp xếp và phân bố hỗn hợp bê tông được đồng đều và sít đặc hơn nên khối lượng thể tích của mẫu CS cao hơn mẫu LC. Ở khoảng nhiệt độ cao, mẫu bê tông chứa keo silica không có sự thay đổi lớn về giá trị khối lượng thể tích do không có quá trình hydrate hóa. Mặt khác khối lượng thể tích cũng tăng nhẹ theo nhiệt độ do các hạt nano hoạt tính có diện tích bề mặt

cao (khoảng 200m2/g) phản ứng với MAS và hình thành các khoáng mới (khoáng mulit) ở nhiệt độ cao.

Cường độ sau sấy tại nhiệt độ 110oC, 24h, mẫu LC cao hơn so với mẫu CS do bản chất cơ chế đóng rắn của hai loại chất kết dính khác nhau.

Tốc độ phát triển cường độ của mẫu bê tông CS cao hơn mẫu LC khi gia nhiệt đặc biệt là khoảng nhiệt độ 1000oC. Trong khoảng nhiệt độ này, các sản phẩm hydrate hóa của chất kết dính xi măng bị phân hủy và bắt đầu hình thành liên kết gốm mới trong khi chất kết dính keo nanosilica sẩy ra hàng loạt các quá trình hóa lý khác như gel hóa kết hợp với các phản ứng pha rắn ở vùng nhiệt độ thấp hơn.

Về độ co nở sau nung, trong thành phần của bê tông CS chỉ có quá trình mất nước vật lý nên kích thước của mẫu không thay đổi nhiều. Đặc biệt bê tông CS do không có chứa các khoáng thủy hóa của xi măng nên độ co không đáng kể. Ở nhiệt độ 1400oC, mẫu bê tông CS có hiện tượng nở, còn mẫu bê tông LC bị co, nguyên nhân có thể do sự hình thành khoáng mulit nhiều hơn, khoáng này có kích thước tinh thể lớn và nở thể tích.

Độ chịu mài mòn: Mẫu thử có kích thước 114×114×30 mm được đúc từ 2 mẫu bê tông CS và LC. Kiểm tra, so sánh độ chịu mài mòn của mẫu sau khi nung 1000oC, 3h.

Hình 12. Mẫu bê tông sau khi thử nghiệm độ chịu mài mòn bê tông LC =5,6 cm3 (a); CS = 3,2 cm3 (b)

Bê tông CS sử dụng chất kết dính nano silica có khối lượng thể tích cao hơn, cường độ cao ở nhiệt độ cao do vậy có khả năng chịu mài mòn tốt hơn hẳn so với chủng loại bê tông sử dụng chất kết dính xi măng cao alumin LC.

- Phản ứng tạo khoáng mới, vi cấu trúc

Mẫu bê tông chịu lửa sau nung 1400oC được ng-hiên cứu thành phần khoáng bằng phương pháp Rong-hen và chụp SEM. Kết quả chụp XRD cho thấy, khoáng chính trong mẫu bê tông chứa keo silica là khoáng mulit chiếm 52% sau đó là khoáng corindon chiếm 28%. Đối



với mẫu bê tông chịu lửa LC khi nung ở nhiệt độ 1400oC tạo ra ít khoáng mulit. Hình ảnh chụp SEM và XRD của mẫu bê tông sử dụng CKD keo nanosilica đều dày đặc tinh thể mulit hình kim. Chứng tỏ việc sử dụng CKD keo nanosilica vào kích thích quá trình tạo khoáng mulit.

Hình 13. Hình ảnh SEM của mẫu bê tông sử dụng CKD CS (a) và mẫu bê tông LC (b)

(a) (b)

Hình 14. Hình ảnh XRD của mẫu bê tông CS (a) và mẫu LC (b) sau nung 1400oC, 3h

(a)

(b)

Bảng 14. Kết quả phân tích thành phần khoáng sau nung 1400oC, 3h

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị

Kết quảCS LC

1 Mullite: Al6Si2O13 % ~52 ~282 Corundum: Al2O3 % ~29 ~423 Microline: KAlSi3O8 % 0 ~64 Albite: NaAlSi3O8 % 0 ~55 Pha vô định hình % ~19 ~19

Độ bền hóa là một chỉ tiêu quan trọng của bê tông chịu lửa đặc biệt khi lớp lót bê tông chịu lửa tiếp xúc trực tiếp với xỉ nóng chảy, kim loại nóng chảy hoặc với môi trường khí ăn mòn ( khí Cl-, SO3

2-,..). Bê tông chịu lửa sẽ bị ăn mòn, phá hủy nhanh hơn khi làm việc trong các môi trường này. Vì vậy mẫu bê tông chịu lửa khi sử dụng trong các môi trường trên cần có khả năng bền hóa càng cao càng tốt. Để so sánh mức độ bền hóa của bê tông chịu lửa, sử dụng phương pháp thử độ bền xỉ của mẫu được xác định theo phương pháp tĩnh. Đề tài sử dụng mẫu xỉ lò cao của Công ty CP. thép Hòa Phát để nghiên cứu [14].

Mẫu kích thước 100×100×100 mm được sấy khô và tạo lỗ tròn đường kính 50mm. Đổ cùng một lượng xỉ đã được nghiền đến kích thước dưới 0,2 mm vào trong 2 mẫu bê tông, gia nhiệt lò nung tới nhiệt độ 1450oC, lưu 3h. Các mẫu sau nung được làm nguội tự nhiên sau đó cắt mẫu, quan sát, đo diện tích thấm xỉ để so sánh độ bền xỉ của các mẫu. Kết quả độ bền xỉ của các mẫu được so sánh trong Hình 15. Kết quả cho thấy mẫu bê tông LC bị thấm xỉ, ăn mòn nhiều hơn so với mẫu bê tông CS.

Hình 15. Mẫu bê tông chịu lửa LC (a) và mẫu CS (b) sau khi thử độ bền xỉ

4. Kết luận

Trên cơ sở nguyên vật liệu, nhóm đề tài đã lựa chọn ra các nguyên liệu đầu vào phù hợp để chế tạo ra sản phẩm BTCL sử dụng CKD nanosilica. Thành phần cấp phối được lựa chọn trên cơ sở đường cong tối ưu đảm bảo cho BTCL có mật độ và độ chảy cao nhất.

Mẫu BTCL sử dụng phụ gia D1 với hàm lượng > 0,6% cho bê tông chịu lửa có độ chảy và có khả năng duy trì độ chảy của bê tông theo thời gian phù hợp với yêu cầu thực tế.

Phụ gia gel hóa CA50 với hàm lượng chỉ 0,5% khối lượng, bê tông chịu lửa vừa đảm bảo độ chảy, cường độ mộc và các tính năng cơ lý nhiệt của bê tông.

Sử dụng keo nanosilica làm CKD cho bê tông chịu lửa giúp bê tông có mật độ cao, cường độ cơ học sau nung tăng đáng kể. Với hàm lượng keo 8% khối lượng,



mẫu bê tông đảm bảo mục tiêu của đề tài đặt ra. Tăng hàm lượng keo bê tông có xu hướng giảm khối lượng thể tich, cường độ sau sấy và nung.

Các kết quả đánh giá độ bền xỉ, chỉ tiêu cơ lý của mẫu bê tông của đề tài đều cao hơn mẫu bê tông chịu lửa truyền thống sử dụng xi măng alumin cùng cấp độ. Đặc biệt bê tông sử dụng CKD keo nanosilica có độ chịu mài mòn và độ bền hóa vượt trội so với bê tông chịu lửa sử dụng CKD xi măng alumin./.


[1]. TS. Nguyễn Đình Nghị và cộng tác viên, “Nghiên cứu sản xuất bê tông chịu lửa cao cho công nghiệp xi măng” RD (1999).

[2]. Roland Krischanitz, Innovative Refractory Materials for Alternative Fuel Fired Kilns- AFCM 2015 Symposium Pro-ceedings.

[3]. M. Nouri-Khezrabad, M.A.L.Braulio, V.C.Pandolfelli, F.Golestani-Fard, H.R. Rezaie, Nano-bonded refractory cast-ables, Ceramics International 39 (2013) 3479-3497.

[4]. Vũ Văn Dũng và cộng tác viên, “Nghiên cứu chế tạo bột ô xít nhôm hoạt tính cho ngành gốm sứ và vật liệu chịu lửa” RD (2012).

[5]. www.elkem.com

[6]. R.Sarkar, “Nanotechnology in Refractory Castables” - An Overview Interceram- International Ceramic Review ( 2019), Vol.45, 19-29.

[7]. Lưu Thị Hồng và các cộng tác viên, “ Nghiên cứu chế tạo xi măng alumin CA50 từ nguồn nguyên liệu trong nước” RD (2013).

[8]. R. Sarkar, “Particle Size Distribution for Refractory Castables”: A Review-Interceram (2016), Vol. 65, 82–86.

[9]. www.almatis.com[10]. Jia Quanli, Zhang Ju, Zhou Ying, Jia Gaoyang, Liu

Xinhong, “ Effect of microsilica addition on the properties of colloidal silica bonded bauxite-andalusite based castables, Ceramics International 44 (2018) 3064-3068.

[11]. ASTM C860, Standard Test Method for Determin-ing the Consistency of Refractory Castable Using the Ball-In-Hand Test.

[12]. M.R.Ismael, R.D.Anjos, R.Salomao, V.C.Pandolfelli, “Colloidal silica as a anostructured binder for refractory cast-ables” Refractories Application (11)-2006, 16-20

[13]. Rafael Salomão, Victor C Pandolfelli, “Refractory Castables Based on Colloidal Silica and Hydratable Alumina” American Ceramic Society Bulletin 86 (9)-2007, 58-61.

[14]. Hoàng Lê Anh và cộng sự, “Nghiên cứu chế tạo bê tông chịu lửa không xi măng cho ngành luyện kim” RD (2012).



NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC ZEOLIT HSO3-ZSM-5

TS. Phan Huy Hoaøng - Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Haø Noäi KS. Nguyeãn Vaên Lieãu - Vieän Vaät lieäu xaây döïng

TOÙM TAÉT

Nhö ñaõ bieát, zeolit ZSM-5 ñöôïc söû duïng raát roäng raõi vaø phoå bieán laøm xuùc taùc trong caùc quaù trình hoùa hoïc. Nhôø coù caáu truùc loã xoáp ñaëc tröng taïo ra tính choïn loïc cao, deã daøng thay ñoåi tính axit vaø taâm xuùc taùc maø ZSM-5 ñaõ trôû thaønh xuùc taùc hieäu quaû vaø öa thích cho quaù trình chuyeån hoùa höõu cô. Tính axit cuûa zeolit (soá löôïng vaø ñoä maïnh cuûa taâm axit) cuõng nhö kích thöôùc haït coù aûnh höôûng lôùn ñeán tính chaát xuùc taùc cuûa chuùng. Nhaèm taêng ñoä axit, naâng cao hoaït tính xuùc taùc vaø tính choïn loïc cuûa zeolit ZSM-5, ngöôøi ta coù theå gaén theâm caùc nhoùm chöùc coù tính axit cao vaøo trong mao quaûn hoaëc leân beà maët cuûa zeolit.

Do ñoù taùc giaû ñaõ löïa choïn “Nghieân cöùu toång hôïp vaø ñaëc tröng xuùc taùc zeolit HSO3-ZSM-5” nhaèm thu nhaän vaät lieäu xuùc taùc môùi baèng caùch sunpho hoùa zeolit ZSM-5 ñeå ñính theâm nhoùm chöùc HSO3 - coù tính axit maïnh vaø hoaït tính cao leân zeolit ZSM-5. Beân caïnh ñoù, vaät lieäu zeolit môùi ñöôïc öùng duïng laøm xuùc taùc cho phaûn öùng thuûy phaân sinh khoái ñeå ñaùnh giaù hoaït tính xuùc taùc cuûa vaät lieäu môùi toång hôïp ñöôïc).

Töø khoùa: Zeolit, loã xoáp, hoaït tính xuùc taùc, tính choïn loïc, xuùc taùc zeolit, sunfo hoùa, vaät lieäu toång hôïp, biomass.

ABSTRACT

As known, zeolite ZSM-5 is widely used as a catalyst in chemical processes. Thanks to its charac-teristic porous pore structure, it is hightly seleactive and easy to change acidity and catalytic properties. ZSM-5 has become an effective and preferred catalyst for organic metabolism. The acidity of the zeolite (number and strength of the acid center) as well as particile size have a great influence on their catalytic properties. In order to increase the acidity, improve the catalytic activity and selectivity of ZSM-5 zeolite, it is possible to attach more acidic functional groups to the capillary or to the surface of the zeolite. The author then chose the subject “Synthesis and characterization of HSO3-ZSM-5 zeolite catalysts” to obtain new catalyst materials by sulfurizing zeolite ZSM-5 to attach HSO3 - Strong and highly active zeolite ZSM-5. In addition, the new zeolite material is applied as a catalyst for the hydrolysis of the biomass to evaluate the catalytic of the newly synthesized material.

Keywords: Zeolite; porous; catalytic activity; selectivity; zeolite catalysts; sulfurizing; material synthe-

sized; biomass.

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, trong công nghệ hóa học thường sử dụng hai loại xúc tác là xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể nhằm thúc đẩy các quá trình phản ứng hóa học. Xúc tác đồng thể có ưu điểm là độ chọn lọc cao, khả năng khuếch tán trong dung dịch lớn nhưng nó có nhiều nhược điểm như khó khăn trong khả năng tách loại, thu hồi và tái sinh, tuổi thọ xúc tác thấp, giá thành cao, điều kiện phản ứng phức tạp, tạo ra chất thải độc hại hơn xúc tác dị thể. Xúc tác dị thể lại có ưu điểm là dễ tách loại và

tái sinh, tuổi thọ xúc tác cao, giá thành rẻ, điều kiện thực hiện phản ứng đơn giản, không tạo ra chất thải độc hại. Do vậy, ngày nay xúc tác dị thể được dùng nhiều trong công nghệ hóa học. Trong những năm gần đây, các vật liệu rây phân tử đã được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ, đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp, nổi bật nhất là zeolit.

Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và sử dụng zeo-lit làm xúc tác phổ biến trong nhiều ứng dụng. Zeolit với những tính chất ưu việt như diện tích bề mặt lớn, độ




axit mạnh, đã được sử dụng nhiều trong công nghiệp làm chất trao đổi ion, chất hấp phụ, phân tách và chất xúc tác cho các phản ứng hóa học. Trong đó, zeolit ZSM-5 được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến. Nhờ có cấu trúc lỗ xốp đặc trưng tạo ra tính chọn lọc cao, dễ dàng thay đổi tính axit và tâm xúc tác mà ZSM-5 đã trở thành xúc tác hiệu quả và ưa thích cho quá trình chuyển hóa hữu cơ. Tính axit của zeolit (số lượng và độ mạnh của tâm axit) cũng như kích thước hạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất xúc tác của chúng. Nhằm tăng độ axit, nâng cao hoạt tính xúc tác và tính chọn lọc của zeolit ZSM-5, người ta có thể gắn thêm các nhóm chức có tính axit cao vào trong mao quản hoặc lên bề mặt của zeolit.

Việc “Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng xúc tác zeolit HSO3-ZSM-5” nhằm thu nhận vật liệu xúc tác mới bằng cách sunpho hóa zeolit ZSM-5 để đính thêm nhóm chức HSO3 - có tính axit mạnh và hoạt tính cao lên zeo-lit ZSM-5. Xúc tác mới thu nhận được nghiên cứu ứng dụng trong phản ứng thủy phân sinh khối nhằm đánh giá hoạt tính và hiệu quả của xúc tác đã thu được.

2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Nguyên liệu sử dụng

Các nguyên liệu được sử dụng cho nghiên cứu là các hóa chất tinh khiết PA của Sigma-Aldrich và Trung Quốc (TQ): Tetraetylocthosilica-TEOS (Sigma), Tetra propyl ammoni-TPAOH (Sigma), KOH, NaAlO2 (Sigma), CTAB-C19H42BrN, Cetyl trimethylammonium bromide (Sigma), H2O2 (TQ), 3-mercaptopropyl trimethoxysilane-MPTS (Sigma).

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp ZSM-5

Tổng hợp zeolit ZSM-5 theo phương pháp sử dụng chất tạo cấu trúc, bên cạnh đó có sử dụng chất hoạt động bề mặt CTAB (C19H42BrN, Cetyl trimethylammo-nium bromide) nhằm thu nhận xúc tác zeolit cấu trúc xốp với mao quản trung bình. NaAlO2 được hòa tan vào nước cất đã khử ion để thu được dung dịch trong suốt, sau đó dung dịch được bổ sung TPAOH là chất tạo cấu trúc và KOH. Dung dịch này được khuấy trên máy khuấy từ trong thời gian 1 giờ cho đến khi hòa tan hoàn toàn. Tiếp đến bổ sung TEOS và CTAB vào dung dịch trên để thu được một dung dịch đồng nhất có tỷ lệ mol tương ứng là:

TEOS/TPAOH/NaAlO2/KOH/H2O/CTAB = 8/1,05/0,1/0,85/64/500/5.

Dung dịch này được khuấy liên tục trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong khoảng thời gian nhất định. Sau đó chuyển hỗn hợp thu được vào autoclave có thể tích 1 lít đóng chặt và đặt trong lò nưng ở nhiệt độ 175oC, trong khoảng thời gian 24 giờ (sơ đồ dưới). Sau khi kết thúc phản ứng sản phẩm là các hạt chất rắn kích thước micro hoặc nano được tách ra bằng máy li tâm và rửa nhiều lần bằng nước cất. Tiếp đó, các hạt zeolit ZSM-5 được sấy khô ở 100oC, và nung ở 550oC trong 3 giờ để thu được Na-ZSM-5. Mục đích của quá trình sấy và nung này nhằm loại bỏ nước, chất tạo cấu trúc. Để có thể loại bỏ hoàn toàn chất tạo cấu trúc còn nằm trong mao quản đòi hỏi nhiệt độ được nâng lên một cách từ từ tránh việc tạo thành cốc bám dính trên bề mặt mao quản, ngăn cản quá trình thoát ra tiếp theo của chất tạo cấu trúc và làm giảm chất lượng của xúc tác thu được.

Sơ đồ quy trình tổng hợp zeolit ZSM-5:

Sản phẩm thu được được phân tích bằng các phương pháp phân tích hiện đại như phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD), phương pháp hiển vị điện tử quét (SEM), phương pháp phổ hồng ngoại (IR) để kiểm tra độ tinh thể và xác định cấu trúc của vật liệu.

2.2.2 Nghiên cứu tổng hợp xúc tác zeolit sunpho hóa HSO3-ZSM-5

Sau khi thu nhận được ZSM-5, tiến hành phản ứng để gắn các gốc -HS vào cấu trúc tinh thể của zeolit, đây là công đoạn trung gian, trước khi oxi hóa các gốc -HS này thành gốc -HSO3 trong sản phẩm cuối cùng.

Tiến hành như sau:

Giai đoạn 1: Cân một lượng xúc tác zeolit (mZ) cho vào cốc, sau đó bổ sung một lượng MPTS với tỷ lệ xác định (tỷ lệ zeolit: MPTS lần lượt là 1:1; 1:1,5; 1:2; 1:2,5 và 1:3) đồng thời bổ sung một lượng dung môi Toluen. Hỗn hợp thu được mang đi khuấy từ gia nhiệt ở nhiệt độ nhất định trong vòng 6h. Kết thúc thời gian trên, lọc rửa bằng máy ly tâm để thu hồi chất rắn (rửa bằng cồn 2-3 lần sau đó rửa bằng nước cất 2-3 lần), rửa sạch để xúc tác trắng trở lại. Sau rửa thu hồi xúc tác và sấy ở 90oC để loại bỏ nước.



Hình 3.1. Phổ XRD của vật liệu zeolit ZSM-5 mao quản trung bình thu được (màu đen), so sánh với phổ chuẩn

(màu đỏ)

Hình 3.2. Hình ảnh SEM của vật liệu zeolit ZSM-5 mao quản trung bình

Giai đoạn 2: Xúc tác lúc này đã được gắn các gốc -HS, tiến hành oxi hóa để tạo sản phẩm cuối cùng bằng cách bổ sung H2O2 (30%) khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 12h, tỷ lệ rắn/lỏng của hỗn hợp là 1/10. Khuấy hỗn hợp trên trong vòng 12-15h, sau khoảng thời gian trên, đem đi lọc rửa ly tâm bằng nước cất 3-4 lần cho sạch. Sau đó mang đi sấy khô ở 90oC để loại bỏ nước, tới khối lượng không đổi. Sản phẩm thu được cuối cùng là zeolit đã sunpho hóa.

3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.1. Tổng hợp zeolit ZSM-5

Zeolit ZSM-5 được tổng hợp theo phương pháp thủy nhiệt, có sử dụng chất tạo cấu trúc TPAOH và CTAB để thu nhận cấu trúc mao quản trung bình. Dung dịch phản ứng với tỷ lệ mol là:

T E O S / T PA O H / N a A l O 2 / K O H / H 2O / C TA B = 8/1,05/0,1/0,85/64/500/5 được khuấy liên tục trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng. Sau đó dung dịch phản ứng được chuyển sang autoclave, đặt trong lò nung ở nhiệt độ 175oC trong khoảng thời gian 24 giờ. Kết thúc thời gian phản ứng, sản phẩm zeolit thu được là các hạt chất rắn kích thước nhỏ được tách ra bằng máy ly tâm và rửa sạch bằng nước cất. Các hạt vật liệu được sấy khô ở 100oC, sau đó đem đi nung ở 550oC trong 3 giờ để loại bỏ chất tạo cấu trúc nhằm thu nhận vật liệu zeolit ZSM-5 mao quản trung bình. Sản phẩm thu được đem đi phân tích cấu trúcvà các tính chấtbằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD) và chụp ảnh SEM. Kết quả phân tích được đưa ra trong các hình 3.1 và 3.2.

Từ phổ XRD trong hình 3.1 nhận thấy phổ đặc trưng XRD của vật liệu zeolit ZSM-5 thu được (phổ màu đen) trùng khớp với phổ zeolit ZSM-5 chuẩn (phổ màu đỏ lấy từ ngân hàng dữ liệu phổ XRD). Chứng tỏ đã thu nhận

được zeolit ZSM-5 bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt ở nhiệt độ 175oC, trong khoảng thời gian phản ứng là 24 giờ. Cũng từ kết quả trong hình 3.1, nhận thấy sản phẩm zeolit đã kết tinh hoàn toàn và thể hiện rõ nét ở phổ XRD với các pic đặc trưng ở góc 2q = 7 ÷ 10 và 2q = 22 ÷ 25 (đây là pic đặc trưng cho tinh thể ZSM-5), cấu trúc của họ zeolit MFI với tinh thể cơ bản dạng orthorhombic [1,2,5]. Bên cạnh đó, cũng từ phổ XRD thấy rằng sản phẩm zeolit thu được (với công thức cấu tạo là Na-ZSM-5) có độ kết tinh cao, có cấu trúc tinh thể. Kết quả thu được từ phổ đặc trưng XRD này cũng phù hợp và được bổ sung bởi kết quả thu được từ phân tích ảnh SEM.

Từ ảnh SEM của hạt vật liệu zeolit ZSM-5 thu được trong hình 3.2,ta thấy sản phẩm zeolit ZSM-5 đã kết tinh hoàn toàn, cấu trúc tinh thể hình dạng hạt và kích thước các hạt đồng nhất. Các hạt vật liệu zeolit có hình dạng đặc trưng của vật liệu zeolit ZSM-5 với cấu hình ortho-rhombic, kích thước hạt đồng đều khoảng 400-450 nm. Điều này chứng tỏ là đã tổng hợp, thu nhận được vật liệu zeolit ZSM-5 bằng phương pháp thủy nhiệt sau 24h ở 175oC. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết cũng như với kết quả phân tích từ phổ XRD.

Bên cạnh đó, với mục đích xác định diện tích bề mặt riêng và phân bố kích thước lỗ xốp (mao quản) của hạt vật liệu xúc tác zeolit, đã tiến hành phân tích bằng phương pháp hấp thụ vật lý (phương pháp đo BET). Kết quả phân tích được đưa ra trong hình 3.3 và 3.4.

- Diện tích bề mặt riêng: Sr = 460 m2/gam

- Kích thước mao quản trung bình theo phương pháp BJH: d = 37Ǻ và 45Ǻ.

- Sự phân bố kích thước mao quản theo phương pháp BJH được thể hiện trong hình 3.4. Theo đó, kích



thước mao quản phân bố trong khoảng 30 Ǻ đến 50Ǻ và tập trung trong khoảng hai khoảng là 37Ǻ và 45Ǻ.

Kết quả thu được này chứng tỏ rằng, bằng việc sử dụng chất hoạt động bề mặt CTAB, đã tổng hợp thu nhận được vật liệu zeolit mao quản trung bình, với mao quản khoảng 3,7-4,5 nm. Vật liệu thu được cũng có diện tích bề mặt riêng khá lớn (460 m2/gam), phù hợp làm xúc tác cho các phản ứng tổng hợp hữu cơ.

Vật liệu xúc tác zeolit ZSM-5 mao quản trung bình thu được ở trên sẽ được biến tính bề mặt bằng tác nhân sunpho hóa để tổng hợp vật liệu zeolit ZSM-5 sunpho hóa (HSO3-ZSM-5).

3.2. Nghiên cứu tổng hợp xúc tác HSO3-ZSM-5

3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sunpho hóa

Sau khi thu nhận được zeolit ZSM-5 mao quản trung bình, đã tiến hành sunpho hóa theo phương pháp sử dụng tác nhân là MPTS để xử lý bề mặt zeolit, gắn nhóm HSO3 lên bề mặt của zeolit. Nhiệt độ là yếu tố có ảnh hưởng đến bất kỳ quá trình phản ứng hóa học nào, do đó đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình sunpho hóa bằng cách thay đổi nhiệt độ xử lý trong khi giữ nguyên các điều kiện thí nghiệm khác, cụ thể như sau:

- Tỷ lệ zeolit: MPTS = 1:1

- Dung môi: Toluen

- Thời gian phản ứng với MPTS: 6h

- Nhiệt độ phản ứng thay đổi: 40oC, 60oC và 80oC.

Sản phẩm zeolit HSO3-ZSM-5 thu được được phân tích thành phần nguyên tố bằng phương pháp phân tích

Hình 3.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của ZSM-5 mao quản trung bình

Hình 3.4. Đường cong phân bố kích thước mao quản của vật liệu zeolit

EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) để xác định hàm lượng nguyên tố S (của nhóm HSO3) đính vào hạt vật liệu zeolit ZSM-5. Kết quả phân tích được đưa ra trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Thành phần S của zeolit HSO3-ZSM-5 thu được

Mẫu Tỷ lệ MPTS:zeolit

Thời gian, Giờ

Nhiệt độ, oC

Thành phần S, %

M1 1:1 6 40 0,1

M2 1:1 6 60 0,6

M3 1:1 6 80 0,5

Từ kết quả thu được trong bảng 3.1 ta thấy, khi tăng nhiệt độ từ 40oC lên 60oC thì hàm lượng thành phần S trong sản phẩm thu được tăng, từ 0,1% lên 0,6%. Điều này hoàn toàn hợp lý vì nhiệt độ tăng giúp cho phản ứng diễn ra theo chiều hướng thuận lợi hơn, tác nhân MPTS gắn được lên bề mặt của zeolit nhiều hơn. Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ lên 80oC thì hàm lượng thành phần S trong sản phẩm thu được không tăng, ngược lại còn giảm nhẹ xuống còn 0,5%. Điều này có thể giải thích vì nhiệt độ cao làm bay hơi nhiều dung môi (toluen), không thuận lợi cho phản ứng vì giảm khả năng tiếp xúc của tác nhân với bề mặt zeolit. Chính vì vậy, nhiệt độ phản ứng thích hợp được lựa chọn là 60oC.

3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng tác nhân MPTS

Như đã biết, mức dùng tác nhân ảnh hưởng lớn đến sản phẩm thu nhận được. Do đó, đã tiến hành nghiên



cứu ảnh hưởng của mức sử dụng tác nhân MPTS đến hiệu quả quá trình sunpho hóa. Quá trình thực nghiệm được tiến hành bằng cách thay đổi lượng MPTS sử dụng trong khi giữ nguyên các điều kiện thí nghiệm khác, cụ thể:

- Dung môi: Toluen.

- Thời gian phản ứng với MPTS: 6h.

- Nhiệt độ phản ứng: 60oC.

- Tỷ lệ zeolit: MPTS thay đổi: 1:1; 1:1,5; 1:2; 1:2,5 và 1:3.

Sản phẩm zeolit HSO3-ZSM-5 thu được được xác định hàm lượng thành phần S (của nhóm HSO3) đính vào hạt vật liệu zeolit ZSM-5 bằng phương pháp phân tích thành phần nguyên tố EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy). Kết quả phân tích được đưa ra trong bảng 3.2.

Bảng 3.2. Thành phần S của zeolit HSO3-ZSM-5 thu được

Mẫu Tỷ lệ MPTS:zeolit

Thời gian, Giờ

Nhiệt độ, oC

Thành phần S, %

M2 1:1 6 60 0,6

M4 1,5:1 6 60 0,9

M5 2:1 6 60 1,2

M6 2,5:1 6 60 1,7

M7 3:1 6 60 1,4

Kết quả phân tích trong bảng 3.2 cho thấy, khi tăng mức sử dụng tác nhân MPTS (tăng tỷ lệ MPTS:zeolit) thì hàm lượng thành phần S có trong sản phẩm zeo-lit HSO3-ZSM-5 tăng lên. Cụ thể là với mức sử dụng MPTS bằng với zeolit (tỷ lệ 1:1) thì thu được sản phẩm có hàm lượng thành phần S khoảng 0,6%. Khi tăng mức sử dụng MPTS tăng lên gấp đôi, tỷ lệ MPTS:zeolit = 2:1 thì hàm lượng nguyên tố S trong sản phẩm thu được khoảng 1,2%. Hàm lượng S trong zeolit HSO3-ZSM-5 cao nhất là 1,7% khi sử dụng lượng MPTS gấp 2,5 lần so với lượng zeolit. Điều này là đúng theo lý thuyết động học phản ứng, khi tăng nồng độ (mức sử dụng) tác nhân phản ứng thì sẽ tăng tốc độ cũng như hiệu quả của phản ứng. Tuy nhiên, khi tăng mức sử dụng MPTS lên gấp 3 lần (tỷ lệ MPTS:zeolit = 3:1) thì hàm lượng nguyên tố S trong sản phẩm thu được lại giảm xuống 1,4%. Do khi phản ứng đã cân bằng và đạt hiệu suất cao nhất, mà tiếp tục thêm tác nhân thì sẽ làm phản ứng theo chiều ngược lại. Chính vì vậy, mức sử dụng tác nhân MPTS

thích hợp là với lượng gấp 2,5 lần zeolit, tức là tỷ lệ MPTS:zeolit = 2,5:1.

3.2.3. Điều kiện thích hợp cho quá trình sunpho hóa

Giai đoạn 1: Giai đoạn gắn nhóm chức MPTS

- Dung môi: Toluen

- Thời gian phản ứng với MPTS: 6h

- Nhiệt độ phản ứng: 60oC

- Tỷ lệ zeolit:MPTS thay đổi: 1:2,5

Giai đoạn 2: Giai đoạn xử lý bằng H2O2

- Tỷ lệ zeolit: H2O2 = 1:10 (1g xúc tác: 10ml H2O2 30%)

- Thời gian: 15h (khuấy trộn bằng khuấy từ)

Sản phẩm thu được là zeolit đã sunpho hóa (HSO3-ZSM-5) được phân tích phổ IR để xác định cấu trúc và tính chất sản phẩm. Kết quả được thể hiện trong hình 3.6.

Hình 3.5. Phổ EDS của mẫu zeolit ZSM-5-HSO3 sau sunpho hóa

Hình 3.6. Phổ hồng ngoại (IR) của zeolit ZSM-5 và zeolit HSO3-ZSM-5 tổng hợp được



Từ kết quả phổ IR thu được nhận thấy, mẫu vật liệu mang đầy đủ các phổ dao động đặc trưng của cấu trúc zeolit như: phổ ở 1100 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết nội phân tử trong nhóm SiO4 hoặc AlO; phổ ở 1229 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết ngoại phân tử của nhóm SiO4 hoặc AlO; phổ ở vị trí 452 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-O-Si [13,21]. Sau quá trình sunpho hóa để gắn nhóm chức axit sunphonic lên hạt vật liệu, các pick mới xuất hiện ở 2932 cm-1 và 693 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết S=O và S-O trong nhóm HSO3. Điều này chứng tỏ nhóm chức sunphonic axit đã được gắn thành công lên bề mặt hạt vật liệu xúc tác zeolit ZSM-5 để thu được xúc tác HSO3-ZSM-5.

Bên cạnh đó, cũng đã tiến hành phân tích mẫu zeolit HSO3-ZSM-5 tổng hợp đuợc bằng phương pháp hấp thụ vật lý (phương pháp đo BET) để xác định diện tích bề mặt riêng và phân bố kích thước lỗ xốp (mao quản) của hạt vật liệu. Kết quả thu được là, diện tích bề mặt riêng: Sr= 446 m2/gam và kích thước mao quản trung bình theo phương pháp BJH: d = 3,6 nm và 4,2 nm. Các kết quả này có thấp hơn một ít so với diện tích bề mặt riêng và kích thước mao quản của vật liệu zeolit ZSM-5 ban đầu. Chứng tỏ rằng các nhóm chức axit HSO3 đã đính thành công lên bề mặt và trong mao quản của zeolit ZSM-5 để thu nhận zeolit ZSM-5 sunpho hóa. Do đó làm cho diện tích bề mặt riêng cũng như kích thuớc mao quản của zeolit sau quá trình sunpho hóa có giảm đi so với zeolit ban đầu.

3.3. Nghiên cứu ứng dụng của ZSM-5-HSO3 cho phản ứng thủy phân sinh khối

Để xác định hoạt tính xúc tác của zeolit HSO3-ZSM-5 tổng hợp được, đã ứng dụng vật liệu xúc tác này cho quá trình thủy phân lõi ngô thay thế xúc tác thông thường là axit vô cơ và enzyme. Đã tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến việc thủy phân lõi ngô có sử dụng xúc tác rắn zeolit HSO3-ZSM-5 như: nhiệt độ, thời gian, tỷ dịch, mức dùng xúc tác.

3.3.1. So sánh hiệu quả các xúc tác

Đầu tiên, nghiên cứu so sánh hiệu quả.

Mức dùng xúc tác: 100% so với sinh khối.

Bảng 3.4. So sánh hiệu quả các xúc tác

Loại xúc tác M2 M4 M5 M6 M7

Hàm lượng thành phần S trong xúc tác, % 0,6 0,9 1,2 1,7 1,4

Hiệu suất đường khử, % 49,3 51,4 52,8 54,1 53,2

Tỷ dịch: 1:20 (gam nguyên liệu/gam nước).

Thời gian phản ứng: 6h.

Điều kiện nhiệt độ: 120oC.

Xúc tác: zeolit ZSM-5 sunpho hóa có hàm lượng thành phần S khác nhau là M2, M4, M5, M6, M7.

Từ kết quả trong bảng 3.4 trên ta thấy rõ được ảnh hưởng của hàm luợng thành phần S (hàm luợng nhóm HSO3 gắn vào hạt vật liệu ZSM-5) có trong xúc tác zeolit ZSM-5 sunpho hóa tới hiệu suất phản ứng thủy phân sinh khối. Khi hàm lượng thành phần S trong xúc tác tăng lên thì hiệu suất đường khử thu đuợc cũng tăng. Cụ thể là khi hàm lượng thành phần S trong xúc tác xúc tác tăng từ 0,6% đến 1,7% thì hiệu suất đường khử cũng tăng từ 49,3% đến 54,1%, và khi hàm lượng thành phần S trong xúc tác là 1,7% thì hiệu suất đường khử là cao nhất (54,1%). Điều này hoàn toàn hợp lý vì khi hàm luợng thành phần S trong xúc tác tăng, nghĩa là hàm luợng nhóm HSO3 được gắn vào xúc tác zeolit ZSM-5 tăng lên, độ axit của xúc tác zeolit ZSM-5 sunpho hóa tăng. Khi độ axit tăng thì sẽ cho hiệu quả thủy phân liên kết glycosit trong sinh khối tăng lên. Do đó ta lựa chọn mẫu M6 (có hàm luợng thành phần S trong xúc tác là 1,7%) làm xúc tác cho quá trình thủy phân sinh khối trong các nghiên cứu tiếp theo.

3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Theo lý thuyết động học xúc tác thì nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả quá trình phản ứng. Thông thường khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất của phản ứng cũng tăng do tốc độ phản ứng tăng lên. Đã tiến hành thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng thủy phân lõi ngô thu nhận dịch đường, đã lựa chọn các điều kiện thí nghiệm như sau:



Thời gian phản ứng: 6h

Điều kiện nhiệt độ thay đổi: 100oC, 110oC, 120oC, 130oC.

Kết quả được thể hiện ở đồ thị hình 3.7.



Từ kết quả trong đồ thị hình 3.7 trên ta thấy, khi nhiệt độ thủy phân tăng từ 100oC lên đến 130oC hiệu suất thủy phân của lõi ngô tăng, với hiệu suất đường khử thu đượctăng từ 19,3% lên đến 54,9%. Hiệu suất đường khử cao nhất thu được là 54,9% ở nhiệt độ 130oC. Khi tăng nhiệt độ từ 120oC lên 130oC thì khả năng thủy phân thu dịch đường có tăng cao hơn nhưng không nhiều (từ 54,1% lên đến 54,9%), và ở 120oC thì hiệu suất thu đường khử cũng đạt mức cao là 54,1%. Cho nên, tùy theo mục đích có thể tiến hành thủy phân thu dịch đường trong khoảng nhiệt độ 120 - 130oC. Tuy nhiên, khi nâng nhiệt độ lên 10oC mà mức tăng hiệu suất không nhiều chỉ khoảng 0,8% do đó ta có thể lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho phản ứng thủy phân lõi ngô là 120oC (xét đến hiệu quả kinh tế và các yếu tố công nghệ trong quá trình phản ứng).

Vì vậy, lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho quá trình thủy phân lõi ngô sử dụng xúc tác zeolit HSO3-ZSM-5 là 120oC.

3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian

Như đã biết, hiệu quả quá trình phản ứng bất kỳ phụ thuộc vào rất yếu tố, và một trong những yếu tố đó là thời gian phản ứng. Thông thuờng, kéo dài thời gian của phản ứng sẽ giúp thu được hiệu suất phản ứng cao hơn, tuy nhiên cũng sẽ tùy vào từng phản ứng cụ thể sẽ có sự khác nhau. Do đó, đã tiến hành nghiên cứu ảnh huởng của thời gian thủy phân tới hiệu suất thu đuờng khử với các điều kiện cụ thể thí nghiệm như sau:

Mức dùng xúc tác: 100% so với sinh khối


Cùng điều kiện nhiệt độ: 120oC.

Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất đường khử

Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất đường khử

Thời gian phản ứng thay đổi: 4h, 5h, 6h, 8h.

Kết quả quá trình phản ứng được tổng hợp trong đồ thị hình 3.8.

Từ kết quả thu được trên đồ thị hình 3.8 ta thấy, ở cùng các điều kiện phản ứng như: nhiệt độ, mức dùng xúc tác và tỷ dịch thì nhìn chung hiệu suất phản ứng tăng lên khi thời gian phản ứng tăng. Ở các thời gian phản ứng khác nhau là 4h, 5h, 6h và 8h thì hiệu suất đường khử thu được tuơng ứng là 35,5%; 46,2%;54,1% và 50,5%. Tuy nhiên, khi thời gian phản ứng tăng từ 6h đến 8h thì hiệu suất đường khử thu đuợc không tăng lên mà lại còn giảm nhẹ từ 54,1% xuống 50,5%. Điều này có thể là do khi kéo dài thời gian phản ứng thủy phân thì một phần sản phẩm đuờng khử trong dung dịch bị phân hủy và chuyển hóa thành các chất khác [15,21]. Do vậy để tránh lãng phí và thu sản phẩmvới hiệu suất cao nhất thì lựa chọn thời gian thích hợp để thực hiện phản ứng thủy phân là 6h.

3.3.4. Ảnh hưởng của tỷ dịch

Bên cạnh yếu tố thời gian, nhiệt độ thì tỷ dịch là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến tốc độ và mức độ của quá trình phản ứng thủy phân thu nhận dịch đường. Tiến hành thủy phân lõi ngô với các tỷ dịch khác nhau trong cùng các điều kiện thực nghiệm khác, cụ thể như sau:




Tỷ dịch thay đổi: 1:10; 1:20; 1:30 (gam nguyên liệu/gam nước).



Kết quả thu được của phản ứng thu nhận dịch đường được trình bày trong đồ thị hình 3.9.

Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất đường khử

Hình 3.10. Ảnh hưởng của mức dùng xúc tác đến hiệu suất đường khử

Từ kết quả thể hiện trong đồ thị hình 3.9 ở trên ta có thể thấy rằng: trong cùng điều kiện nhiệt độ, thời gian phản ứng và mức dùng xúc tác như nhau thì thay đổi tỷ dịch cũng làm ảnh hưởng đến quá trình thủy phân. Khi tăng tỷ dịch từ 1:10 lên 1:20 thì hiệu suất thủy phân tăng lên, hiệu suất đường khử tăng từ 49,6% lên đến 54,1%. Tuy nhiên khi tăng tỷ dịch lên tới 1:30 thì hiệu suất thủy phân lại giảm từ 54,1% xuống 45,7%. Điều này có thể đuợc giải thích như sau: khi tăng tỷ dịch lên quá cao luợng nuớc trong hệ phản ứng nhiều tạo điều kiện cho các hạt xúc tác lắng xuống đáy, không bám lên bề mặt nguyên liệu sinh khối dẫn đến khả năng tiếp xúc với nguyên liệu giảm đi, quá trình thủy phân kém hơn. Tỷ dịch 1:20 được coi là tốt nhất khi với tỷ dịch này xúc tác được phân bố đều và dễ dàng tiếp xúc với nguyên liệu để diễn ra quá trình thủy phân. Vì vậy lựa chọn tỷ dịch tối ưu là 1:20 cho các quá trình tiếp theo.

3.3.5. Ảnh hưởng của mức dùng xúc tác

Như chúng ta đã biết, mức dùng xúc tác cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến tốc độ của phản ứng hóa học, bên cạnh các yếu tố thời gian, nhiệt độ.Khi tăng mức sử dụng xúc tác sẽ làm tăng tốc độ và mức độ của quá trình phản ứng. Vì vậy đã nghiên cứu ảnh huởng của mức sử dụng xúc tác đến quá trình thủy phân thu nhận dịch đường. Tiến hành thủy phân lõi ngô với các mức dùng xúc tác khác nhau trong cùng điều kiện nhiệt độ và thời gian phản ứng, cụ thể như sau:




Mức dùng xúc tác thay đổi: 0%, 50%,100% và150% so với sinh khối.

Kết quả thu được của phản ứng thu nhận dịch đường được trình bày trong đồ thị hình 3.10.

Từ kết quả trên đồ thị hình 3.10 ta thấy mức dùng xúc tác có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của phản ứng thủy phân thu đuờng khử. Cụ thể, khi không sử dụng xúc tác thì hiệu suất đường khử khoảng 21,4%. Như vậy có một lượng nguyên liệu bị thủy phân, đó chính là hàm lượng chất tan trong nước nóng, chủ yếu là chất trích ly và pentozan bị thủy phân một phần. Đây chủ yếu là đuờng C5 thu đuợc sau quá trình thủy phân luợng pentozan dễ bị thủy phân có trong sinh khối. Khi sử dụng xúc tác với mức dùng 50% so với luợng sinh khối thì hiệu suất đuờng khử thu đuợc sau thủy phân đã tăng lên gần gấp đôi so với khi không sử dụng xúc tác, khoảng 39,8%. Lúc này ngoài các polysacarit dễ thủy phân thì còn có một lượng lớn các polysacarit khó thủy phân (phần pen-tozan còn lại trong sinh khối và xenluloza) duới tác dụng của xúc tác axit rắn cũng bị thủy phân tạo ra đuờng khử. Chính vì vậy mà hàm luợng đuờng khử tăng lên rõ rệt. Tiếp tục tăng mức sử dụng xúc tác lên 100% và 150% so với luợng sinh khối thì hiệu suất đuờng khử tiếp tục tăng, tuơng ứng là 54,1% và 55%. Tuy nhiên, khi tăng mức dùng xúc tác từ 100% lên 150% thì hiệu suất đuờng khử có tăng nhưng không nhiều (hiệu suất tăng từ 54,1% lên 55%). Do vậy, đã lựa chọn mức dùng xúc tác axit rắn zeolit HSO3-ZSM-5 thích hợp cho phản ứng thủy phân sinh khối là 100% so với sinh khối, tức là với tỷ lệ 1:1 (mức dùng xúc tác: sinh khối).

3.3.6. Quá trình thủy phân lõi ngô sử dụng xúc tác rắn zeolit HSO3-ZSM-5

Từ các thí nghiệm cùng các kết quả được phân tích, đánh giá đã đưa ra được điều kiện công nghệ thích hợp khi sử dụng xúc tác axit rắn HSO3-ZSM-5 để thủy phân lõi ngô như sau:



- Nhiệt độ thủy phân: 120oC.

- Thời gian thủy phân: 6h.

- Tỷ dịch: 1:20.

- Mức dùng xúc tác: 1:1.

Khi thủy phân lõi ngô ở điều kiện trên đã thu được hiệu suất thu đường khử là 54,1% cao hơn khi thủy phân sử dụng một số xúc tác khác. Cụ thể như tác giả D. Lai và cộng sự [10] đã sử dụng Fe3O4-SBA-SO3H cho thủy phân ở điều kiện nhiệt độ 150oC, thời gian 3h, mức dùng xúc tác 1:1, tỷ dịch 1:10 thu được hiệu suất thu đường 45%. Kết quả của nghiên cứu cũng cao hơn kết quả thu được trong công bố sử dụng xúc tác axit H2SO4 nồng độ 141mM để thủy phân lõi ngô trong điều kiện thủy phân 121oC trong thời gian 1h với tỷ dịch 1:10 thu được dịch đường với hiệu suất 48% đã được ông Jaruwan. S cùng cộng sự nghiên cứu [16].

Sau khi thu được dịch đường đã phân tích HPLC của mẫu dịch đường thủy phân ở điều kiện thủy phân thích hợp đã thiết lập ở trên: nhiệt độ 120oC trong 6h với tỷ dịch 1:20 và mức dùng xúc tác là 100%, kết quả thu được được thể hiện trên hình 3.11.

Hình 3.11. Phổ HPLC dịch đường sau thủy phân ở 120oC, 6h, tỷ dịch 1:20, mức xúc tác dùng 100%

Từ kết phân tích phổ HPLC và thể tích dịch đường đã xác định được hàm lượng đường thu được khi thủy phân ở điều kiện trên là glucose 188,5 mg/g; galactose 46,8 mg/g; xylose 239,2 mg/g; arabinose 59,7 mg/g.

4. Kết luận

Kết quả nghiên cứu, phân tích, khảo sát cho các kết quả như sau:

1. Đã nghiên cứu tìm hiểu và đưa ra điều kiện công nghệ thích hợp cho quá trình sunfo hóa zeolit ZSM-5 nhằm thu nhận vật liệu xúc tác zeolit SO3H-ZSM-5. Cụ thể là:

Giai đoạn 1: Giai đoạn gắn nhóm chức MPTS.

- Dung môi: Toluen.

- Thời gian phản ứng với MPTS: 6h.

- Nhiệt độ phản ứng: 60oC.

- Tỷ lệ zeolit: MPTS thay đổi: 1:2,5.

Giai đoạn 2: Giai đoạn xử lý bằng H2O2.

- Tỷ lệ zeolit: H2O2 = 1:10 (1g xúc tác: 10ml H2O230%).

- Thời gian: 15h (khuấy trộn bằng khuấy từ).

Sản phẩm cuối cùng thu được là xúc tác zeolit SO3H-ZSM-5.

2. Đặc trưng của xúc tác zeolit SO3H-ZSM-5 thu được như sau:

Thành phần nguyên tố: 51,1% Si; 46,5% O; 1,7% S; 0,6% Al.

Diện tích bề mặt riêng: Sr = 446 m2/gam.

Kích thước mao quản trung bình theo phương pháp BJH: d = 3,6 nm và 4,2 nm.

Xúc tác rắn SO3H-ZSM-5 thu được có hoạt tính cao và hiệu quả cao khi sử dụng trong phản ứng thủy phân sinh khối.

3. Đã nghiên cứu ứng dụng xúc tác zeolit SO3H-ZSM-5 trong phản ứng thủy phân lõi ngô với điều kiện thích hợp như sau:

- Nhiệt độ thủy phân: 120oC.

- Thời gian thủy phân: 6h.

- Tỷ dịch: 1:20.

- Mức dùng xúc tác: 1:1.

Ở điều kiện này, hiệu suất đường khử thu được sau thủy phân là tương đối cao, khoảng 54%./.


[1]. Nguyễn Xuân Bách, 2015, Nghiên cứu ứng dụng zeo-lit ZSM-5 cho phản ứng sắp xếp lại epoxode để tổng hợp andehit, Luận văn thạc sỹ, Đại học Bách khoa Hà Nội.

[2]. Nguyễn Thị Nhung, 2016, Nghiên cứu tổng hợp zeolit Cr-ZSM-5 ứng dụng cho phản ứng cắt ngắn mạch nối đôi của axit béo,Luận văn thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Hà Nội.

[3]. Hồ Sỹ Thoảng, 2006, Giáo trình xúc tác dị thể, TP. Hồ Chí Minh.

[4]. Hồ Sỹ Tráng, 2005, Cơ sở hóa học gỗ và xenluloza, Tập 1,2, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.

[5]. Mai Tuyên, Xúc tác zeolit trong hóa dầu, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2002.



[6]. A. Cauvel, D. Brunel, F. Di Renzo, P. Moreau, F. Fa-jula, 1995, Chem Stud. Surf. Sci. Catal, 94,286-293.

[7]. A. Onda, T. Ochi, K. Yanagisawa, 2008, Producing Fuels and Fine Chemicals from Biomass Using Nanomateri-als, Green Chem, 10, 1033–1037.

[8]. B.A. Holmberg, S.J. Hwang, M.E.Davis, Y. Yan, 2005,Preparation and properties of hydrocarbon dispersible HSM-5 nanocrystals for quasi-homogeneous catalytic crack-ing of n-dodecane, Micropor. Mesopor. Mat, 80, 347-356.

[9]. Charles E. Wyman, Stephen R. Decker, John W. Brady, Liisa Viikari, and Michael E. Himmel (2004), Hydroly-sis of cellulose and hemicelluloses., Polysaccharides: Struc-tural Diversity and Functional Versatility, Second Edition, Taylor & Francis., 1. 39-59.

[10]. D. Lai, Li Deng, Qing-xiang Guo and Yao Fu, 2011, Energy Environ. Sci.,4, 3552.

[11]. G. Akiyama, R. Matsuda, H. Sato, M. Takata, S. Kitagawa, 2011, Cellulose Hydrolysis by a New Porous Co-ordination Polymer Decorated with Sulfonic Acid Functional Groups, Adv. Mater., 23, 3294–3297.

[12]. Halimaton Hamdan, Zeolite and Nanostructured Laboratory, 2012, Faulti Sains, Amphiphilic Nanoncompos-ite proton Conducting Membrane, Universiti Teknologi Ma-laysia. , Vol. Number 78098.

[13]. H. Nur, G.L. Kee, H. Hamdan, T.M. Indra Mahlia, J. Efendi, H.S.Cornelis Metselaar, 2012, International Journal of Hydrogen Energy, 37, 12513-12521.

[14]. H. M. Lang, Zeolits and their application zeolits,2008, West Virginia University., 32-58.

[15]. H. Sato N. Ishiik. Hirose S. Nakamura. 2015, Jour-nal of Fuel Chemistry and Technology: Some Catalytic Ap-plications of ZSM-5 Zeolit, Journat of Materials Chemistry A.,Issue 36,2015.

[16]. Jaruwan.S,Natchanun. L, Teerapatr.S, 2008, Annals of Microbiology, 58 (2) 219-225.

[17]. M. Keller, A. Sani Souna Sido, P. Pale, J. Sommer (2009), Copper(I)-Zeolits as New Heterogeneous and Green Catalysts for Organic Synthesis, Chem. Eur. J., 15, 2810.

[18]. Norikazu Nishiyama, Korekazu Ueyama, Masahiko Matsukata. Synthesis of defect-free zeolite-alumina compos-ite membranes by a vapor-phase transport method.Micropo-rous Materials, Volume 7, Issue 6, Science Direct.

[19]. P. H. Hoang, L. Q. Dien, 2015, Chem. Eng. J., 262, 140-145.

[20]. Scherzer Julius, Dctane -Enhancing, Zeolit FCC catalysisscientific and technical aspets, Catal. Rew. Sei.Eng,215-354 (1989).

[21]. Silverstein RM, Bassler GC, Morrill TC (1991). Spectrometric identification of organic compounds. 5th ed. New York: Wiley, No. of page 430.

[21]. Tao Wu Gui - Mei YuanSheng - LiChen Yang Xue Shu - JuanLi, 2017, Synthesis of ZSM-5 and its application in butylenes catalytic cracking, Journal of Fuel Chemistry and Technology, 45(2), 182-188.4.

[22]. V. Felice, S. Ntais, A.C. Tavares, 2013, Micropor. Mesopor. Mat., 169, 128-136.

[23]. W. J. Liu, K. Tian, H. Jiang, H. Q. Yu, 2013, Scientific Reports, 3, 2419.

[24]. Wolfgang Schmidt, Dr. rer. nat Max-Planck,2000, Properties, preparation and application of zeolits, University of Augsburg, 1996-2001.

[25]. Yamamoto K, Sakata y, Nohara Y, Takahashi Y, Tat-sumi T. 2005. Organic-inorganic hybrid zeolites containing organic frameworks. Materials Science – Zeolites go organ-ic, Chem, Mater.,17(15), PP 3913-3920.

[26]. Y.F.Yeong, A.Z.Abdullah, A.L.Ahmad, S. Bhatia,2008, Reactive Seperation of Organic Mixtures Using Functional-ized Zeolite Membranes, J. Eng. Sci. Tech.,3,87-96.

[27]. Y. Wu, Z. Fu, D. Yin., Q Xu, F. Liu, C. Lu, L. Mao (2010), Biomass Surgaras for Non-Fuels Applications, Green Chem., 12, 696-700.



NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG HÀM LƯỢNG SILICA TRONG DUNG DỊCH ACID SILICIC VÀ SỰ BIẾN TÍNH BỀ MẶT

SILICA GEL ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA SILICA AEROGEL

TS. Nguyeãn Thò Haûi, TS. Mai Ngoïc Taâm Phaân vieän Vaät lieäu xaây döïng Mieàn Nam

TOÙM TAÉT

Trong nghieân cöùu naøy, dung dòch thuûy tinh loûng noäi ñòa ñöôïc söû duïng laøm nguoàn nguyeân lieäu voâ cô ñeå saûn xuaát silica aerogel. Ñoàng thôøi, phöông phaùp saáy khoâ dung moâi taïi aùp suaát khí quyeån ñöôïc aùp duïng ñeå giuùp giaûm thieåu chi phí saûn xuaát silica aerogel. Nghieân cöùu taäp trung vaøo vieäc khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng silica (SiO2) trong dung dòch acid silicic ñöôïc ñieàu cheá töø thuûy tinh loûng vaø tæ leä mol trimethyl chlorosilane/nöôùc trong gel ñöôïc duøng ñeå bieán tính beà maët silica gel ñeán caùc tính chaát cuûa silica aerogel bao goàm khoái löôïng theå tích, ñoä xoáp vaø dieän tích beà maët rieâng cuûa silica aerogel.

Töø khoùa: Silica aerogel, acid silicic, thuûy tinh loûng, trimethyl chlorosilane (TMCS), dieän tích beà maët rieâng.

ABSTRACT

In this study, domestic water glass solution was used as a source of inorganic materials to produce silica aerogel. The solvent drying method at atmospheric pressure is applied to help minimize the cost of silica aerogel production. The study focused on investigating the effect of silica content (SiO2) in acid silicic solution prepared from water glass and molar trimethyl chlorosilane/water ratio in silica gel to silica aerogel characteristics including the density, porosity and specific surface area.

Keywords: Silica aerogel, acid silicic, water glass, trimethyl chlorosilane (TMCS), specific surface area.

1. Giới thiệu

Silica aerogel (SA) là một vật liệu có khối lượng riêng cực nhỏ, độ xốp lớn lên đến 98% và diện tích bề mặt riêng rất cao (600-1000m2/g), chính vì thế, chúng thường được sử dụng như một vật liệu siêu cách nhiệt, vật liệu mang xúc tác và vật liệu hấp phụ… Một ưu điểm nữa của SA giúp nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau hơn so với những vật liệu có tính chất tương tự khác đó là khoảng nhiệt độ làm việc rộng từ -200oC đến 1000oC và hầu như không thải khí thải độc hại [1]. SA được sản xuất thương mại dưới nhiều dạng như bột, hạt hoặc composite dạng tấm… Hiện nay, composite SA dạng tấm chiếm lĩnh 85% thị trường tiêu thụ của SA trên thế giới, chủ yếu ứng dụng cách nhiệt cho đường ống dẫn dầu và các bồn chứa dầu tại các nước ôn đới [2]. SA dạng hạt và bột có được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực vật liệu cách nhiệt như lớp phủ cách nhiệt, kính cách nhiệt…, ngoài ra còn

có một số ít sản phẩm composite dạng tấm cũng được sản xuất từ SA dạng bột.

Quy trình tổng hợp SA bao gồm hai bước chính là quá trình sol-gel để hình thành silica gel và quá trình làm bay hơi dung môi trong hệ gel. Trong quá trình sol-gel, silica gel được hình thành bởi các phản ứng ngưng tụ các hạt silica sol [3]. Tiền chất sử dụng để tổng hợp SA được chia làm hai nhóm chính. Đầu tiên phải kể đến là hợp chất hữu cơ silicon alkoxide, được sử dụng phổ biến nhất là tetraethyl orthosilicate (TEOS), cho ra sản phẩm SA có độ tinh khiết và độ truyền sáng rất cao. Tuy nhiên, hầu hết tiền chất hữu cơ silicon alkoxide có giá thành rất cao khiến cho sản phẩm SA cũng có giá thành cao. Trong khi đó, thủy tinh lỏng (natri silicate) là một nguồn tiền chất muối silicate vô cơ được xem là sự thay thế hợp lý vì giá thành của chúng thấp hơn so với tiền chất hữu cơ. Tuy nhiên sản phẩm SA thu được có các tính chất về độ xốp, độ truyền suốt, diện tích bề mặt




riêng kém hơn so SA từ tiền chất hữu cơ, nguyên nhân là sự có mặt của muối natri trong cấu trúc. Việc loại bỏ muối natri ra khỏi mạng lưới SA sẽ giúp nâng cao được chất lượng của SA. Nghiên cứu của Pradip B. Sarawade [4], silica gel sau quá trình sol-gel được rửa nhiều lần bởi nước cất để loại bỏ muối natri trong gel, mặc dù quá trình rửa gel có thể loại đến hơn 90% muối natri nhưng quá trình rửa gây giảm năng suất sản xuất SA, đồng thời khó có thể loại bỏ hoàn toàn muối natri. Để loại bỏ được ion natri, phương pháp sắc kí trao đổi ion với dung dịch thủy tinh lỏng được xem là một phương pháp hiệu quả, năng suất và được áp dụng nhiều hiện nay, sản phẩm của quá trình trao đổi ion là acid silicic với hàm lượng ion natri còn lại dưới 0,1%. Trong quá trình bay hơi dung môi khỏi mạng lưới silica gel, nếu dung môi trong gel được sấy thông thường, cấu trúc sản phẩm thu được sẽ có sự ngót đáng kể về thể tích do áp suất mao quản lớn tạo nên từ sức căng bề mặt giữa nước và lỗ xốp silica gel. Phương pháp cổ điển thường được áp dụng trong giai đoạn này để sản xuất SA là trích ly dung môi tại điểm siêu lỏng tới hạn nhờ CO2 (SCD), phương pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành thiết bị cao, đồng thời tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây nổ khi vận hành [1,5]. Phương pháp sấy khô dung môi khỏi hệ gel tại áp suất khí quyển (APD) được sáng chế sau phương pháp SCD nhưng đã được nghiên cứu phát triển để có thể thay thế phương pháp SCD, từ đó giúp giảm chi phí sản xuất SA xuống một cách đáng kể. Trong phương pháp APD, bề mặt silica gel được biến tính bởi các nhóm chức mang tính kị nước, từ đó giúp giảm áp suất mao quản giữa dung môi trong gel và bề mặt lỗ xốp của gel, vì thế dung môi có thể đi ra khỏi hệ gel mà không gây đứt gãy cấu trúc gel. Việc biến tính bề mặt của silica gel trong phương pháp APD cũng là một giai đoạn cần thực hiện trong quá trình sản xuất SA bằng phương pháp SCD, chính vì thế, không hề xảy ra sự bất tiện hay phát sinh chi phí quá mức cho phương pháp APD. Tại Việt Nam, chưa có bất cứ nghiên cứu nào tổng hợp SA từ nguồn nguyên liệu thủy tinh lỏng.

Trong nghiên cứu này, nguồn nguyên liệu thủy tinh lỏng nội địa được sử dụng để nghiên cứu kết hợp cùng với phương pháp APD sản xuất silica aerogel. Nghiên cứu sử dụng dung môi TMCS làm dung môi biến tính bề mặt silica gel để hình thành các nhóm chức mang tính kị nước trên bề mặt lỗ xốp của gel. Hai tác nhân bao gồm hàm lượng silica có trong dung dịch acid silicic và tỉ lệ mol TMCS/nước trong gel (nTMCS/nH2O) được khảo sát và phân tính kỹ lưỡng để thấy được cơ chế và nguyên nhân ảnh hưởng của chúng đến tính chất của SA thu được.

2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất

- Thủy tinh lỏng (Natri silicate), Nhà máy hóa chất Biên Hòa với module SiO2:Na2O = 2.4;

- Hạt nhựa trao đổi ion H + C100H, Purolite, Anh;

- Trimethyl chlorosilane (TMCS) Richest Group Ltd., Trung Quốc;

- Acid chlorohydric 35% (HCl), Xilong Scientific Co., Ltd Trung Quốc;

- Ethanol 98% (C2H5OH), Xilong Scientific Co., Ltd Trung Quốc;

- Isopropanol (C3H7OH, IPA), Xilong Scientific Co., Ltd Trung Quốc;

- Dung dịch Amoniac 24% (NH4OH), Xilong Scientific Co., Ltd Trung Quốc;

- n-hexan 98% (C6H6), Xilong Scientific Co., Ltd Trung Quốc;

- Nước cất.

2.2 Phương pháp phân tích, thử nghiệm

- Phân tích diện tích bề mặt riêng SA dựa vào tiêu chuẩn ASTM D3663-03 (2008) Standard Test Method for Surface Area of Catalysts and Catalyst Carriers bằng phương pháp Brunauer-Emmett-Teller (BET), sử dụng thiết bị Nova 1000e-Quantachrome Instruments (USA);

- Xác định hàm lượng Na2O, SiO2 trong thủy tinh lỏng và hàm lượng SiO2 trong dung dịch acid silicic theo tiêu chuẩn ngành 64TCN 38:1986 - Natri silicate;

- Khối lượng thể tích của SA được tính toán dựa trên khối lượng của một đơn vị thể tích SA;

- Độ xốp của SA được tính toán theo công thức độ xốp (%) = (1 − ρ/ρs) × 100 với ρ là khối lượng thể tích của SA và ρs là khối lượng thể tích của silica gel khô (~ 2,2g/cm3);

- Phương pháp FT-IR được sử dụng để nhận diện các nhóm chức kị nước trên bề mặt của SA, thực hiện trên thiết bị Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer - Thermo Scientific (USA);

- Góc thấm ướt của SA với nước được đo trên thiết bị OCA 20 - DataPhysics (Germany);

- Hình ảnh vi cấu trúc của SA được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên thiết bị JSM-IT200 (JEOL Ltd., Nhật Bản).



2.3 Quy trình thí nghiệm

SA được tổng hợp theo quy trình được miêu tả như trong Hình 1, bao gồm các bước sau:

Bước 1: Loại ion Na+ trong dung dịch thủy tinh lỏng đã được pha loãng (12%wt SiO2) bằng cách cho dung dịch thủy tinh lỏng qua cột hạt nhựa trao đổi ion H+ để thu được dung dịch acid silicic, pH: 2,5~3,5;

Bước 2: Tạo gel, nhỏ từ từ dung dịch NH4OH 10% vào dung dịch acid silicic cho đến khi đạt pH 5 để tạo silica gel;

Bước 3: Già hóa silica gel trong nước 12h, trong quá trình này cấu trúc hệ gel sẽ được củng cố bằng việc tăng cường các phản ứng ngưng tụ. Sau đó, silica gel được ngâm trong ethanol 12h, nước trong hệ gel sẽ được thay thế một phần bằng dung môi ethanol, việc này giúp cho phản ứng biến tính diễn ra nhẹ nhàng hơn, tránh gây phá vỡ cấu trúc gel;

Bước 4: Trao đổi dung môi/biến tính bề mặt silica gel bằng hỗn hợp bao gồm TMCS, IPA và n-hexan. Sau quá trình biến tính, các nhóm –OH (Si-OH) trên bề mặt lỗ xốp silica gel sẽ được thay thế bằng cách nhóm –CH3

(-Si-CH3);

Bước 5: Lọc rửa silica gel sau biến tính với hỗn hợp n-hexan/IPA 3 lần;

Bước 6: Làm khô gel sau khi biến tính ở nhiệt độ phòng trong 24h, sau đó sấy ở 80oC trong 2h, 150oC trong 1,5h và 250oC trong vòng 1h để thu được sản phẩm silica aerogel.

Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng hàm lượng SiO2

trong acid silicic lên tính chất aerogel thu được dải hàm lượng SiO2 4-5-6-7-8-9%; pH tạo gel là 5; tỉ lệ nTMCS/nH2 O = 0,3; VIPA = VTMCS và Vhexane = 10VIPA được sử dụng trong quá trình biến tính. Khảo sát ảnh hưởng của

Hình 1. Minh họa tóm tắt quy trình tổng hợp aerogel từ thủy tinh lỏng

Bảng 1. Ảnh hưởng của nồng độ SiO2 trong dung dịch acid silicic lên tính chất aerogel

Kí hiệu mẫu VRT* Thể tích SA (ml)

Khối lượng thể tích (g/ml) Độ xốp (%) Diện tích bề mặt

riêng (m2/g) η* (%)

SA4 5,75 10,2 0,146 93,36 628,5 34%

SA5 7,25 13,2 0,145 93,41 646,7 44%

SA6 17,75 22,7 0,101 95,41 791,6 76%

SA7 22,50 31,2 0,085 96,16 914,4 104%

SA8 23,50 29,5 0,108 95,09 690,0 98%

SA9 23,75 29,2 0,112 94,91 647,6 98%

tỉ lệ nTMCS/nH2 O đến tính chất SA thu được với dải nTMCS/nH2 O từ 0,3-0,4-0,5-0,6-0,7; sử dụng dung dịch acid silicic thích hợp đã khảo sát; tỉ lệ VIPA = VTMCS và Vhexane = 10VIPA được sử dụng trong quá trình biến tính.

3. Kết quả nghiên cứu

3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng silica trong dung dịch acid silicic đến tính chất của silica aerogel

SA thường có mật độ rắn dưới 10%, chính vì thế, nghiên cứu này khảo sát hàm lượng silica trong acid silicic trong dải từ 4-9% về khối lượng. Khối gel ban đầu có thể tích 30ml, SA thu được dạng hạt có kích thước vào khoảng 1-5mm.

* VRT là thể tích của silica aerogel sau 24 giờ bay hơi dung môi tự nhiên ở nhiệt độ phòng và η là độ phục hồi thể tích của silica aerogel so với silica gel ban đầu



Kết quả khảo sát thu được thể hiện trong Bảng 1 cho thấy rằng khi hàm lượng silica trong acid silicic tăng lên từ 4%-7% (mẫu SA4, SA5, SA6, SA7) sẽ dẫn đến việc tăng lên của diện tích bề mặt riêng các mẫu SA thu được từ 628,5 m2/g đến 914,4 m2/g, tuy nhiên nếu tiếp tục tăng hàm lượng silica trong acid silicic lên 8% (mẫu SA8) và 9% (mẫu SA9) thì diện tích bề mặt riêng của SA có xu hướng giảm xuống chỉ còn lần lượt là 690,0 m2/g và 647,6 m2/g. Trong quá trình tổng hợp SA sau quá trình biến tính SA bởi TMCS và quá trình để dung môi bay hơi tự nhiên ra khỏi silica gel ở nhiệt độ phòng trong 24h khiến cho silica gel bị giảm thể tích một cách đáng kể. Nguyên nhân là do trong quá trình biến tính, các sản phẩm phản ứng và nước còn lại trong gel sẽ đi từ lỗ xốp ra ngoài và n-hexan đi vào thay thế, gây áp suất mao quản, dẫn đến sự co ngót của silica gel. Quá trình bay hơi dung môi n-hexan tự nhiên ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ cũng khiến cho cấu trúc SA co ngót do lúc này bề mặt của silica gel đã được thay thế bởi các nhóm –CH3

kị nước. Tuy nhiên, khi bắt đầu được sấy từ 50oC, SA dần trương nở và phục hồi thể tích ban đầu của mẫu silica gel, hiện tượng này được minh họa tóm tắt trong Hình 2. Hiện tượng phục hồi thể tích quan sát được trên cả 6 mẫu, là do sự đàn hồi của chuỗi mắt xích polymer trong SA nhờ vào có mặt của các nhóm chức kị nước –CH3, độ phục hồi sẽ khác nhau phụ thuộc vào hàm lượng silica trong từng mẫu.

Hình 2. Minh họa sự thay đổi thể tích khối silica gel ướt và aerogel trong quá trình tổng hợp silica aerogel

Cụ thể, mẫu SA4 và SA5 được ghi nhận có sự co ngót rất mạnh về thể tích sau quá trình biến tính và quá trình bay hơi dung môi tự nhiên ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ chỉ còn 5,75ml và 7,25ml. Sau quá trình sấy nhiều giai đoạn, thể tích của hai mẫu tăng lên 10,2ml và 13,2ml, đạt 33% và 44% so với thể tích silica gel lúc ban đầu. Điều này là do cấu trúc silica gel của SA4 và SA5 chứa lượng silica thấp chỉ 4% và 5% về khối lượng, mật độ phân bố các hạt sol thấp, khiến cho các cầu nối Si-O-Si giữa những hạt silica sol trong cấu trúc của silica gel dễ đứt gãy do co ngót. Khi sự đứt gãy xảy ra, mạng lưới polymer trở nên kém đàn hồi, từ đó giảm khả năng

phục hồi nhờ sự trương nở thể do gia nhiệt. Điều này cũng khiến cho độ xốp của hai mẫu SA4 và SA5 thấp chỉ đạt 93,36% và 93,41%. Mẫu SA6 và SA7 cũng thể hiện sự co ngót về thể tích sau quá trình biến tính và bay hơi dung môi tại nhiệt độ phòng, chỉ đạt 17,75ml và 22,5ml, nhưng cao hơn hẳn hai mẫu SA4 và SA5. Mẫu SA6 và SA7 thể hiện sự trương nở mạnh mẽ sau quá trình sấy nhiều bước, cụ thể SA6 với thể tích là 22,7ml đạt 76% thể tích silica gel ban đầu, SA7 với thể tích 31,25ml đạt 104% thể tích silica gel ban đầu. Quan sát hiện tượng xảy ra cho thấy, các mẫu SA6 và SA7 có mạng lưới silica gel dễ dàng phục hồi lại thể tích ban đầu do mật độ sol silica phân bố trong cấu trúc cao hơn, khiến cho liên kết giữa các hạt sol không bị phá hủy sau quá trình co ngót. Cũng vì nguyên nhân đó, khi tăng hàm lượng silica trong silica gel lên 8% và 9%, mẫu SA8 và SA9 thể hiện sự co ngót thấp hơn lần lượt đạt 23,5ml và 23,75ml. Tuy nhiên, sự tăng lên của hàm lượng silica trong SA8 và SA9 so với SA7 silica dẫn đến sư tăng mật độ rắn nên đã làm giảm diện tích bề mặt riêng của mẫu SA8 và SA9. Nghiên cứu của Qingge Feng vào năm 2018 [6] trên dung dịch thủy tinh lỏng đi từ tro trấu cũng cho kết quả tương tự với sự tăng lên của silica trong dung dịch acid silicic cũng giúp tăng cường diện tích bề mặt riêng cũng như độ xốp của SA, tuy nhiên sự gia tăng quá cao hàm lượng silica có thể gây hiệu ứng ngược lại. Nghiên cứu của Sung-Woo Hwang công bố năm 2007 [7] cho kết quả với sự tăng lên của hàm lượng silica trong acid từ 4-8% thì SA thu được sẽ dần có sự tăng lên về độ bền cấu trúc của SA thu được so với silica gel ban đầu, tuy nhiên nghiên cứu trên không nêu rõ kết quả về diện tích bề mặt riêng cũng như độ xốp của các mẫu SA thu được. Nghiên cứu của In-Keun Jung [8] cũng thể hiện xu hướng ảnh hưởng tương tự của hàm lượng silica đối với SA tuy nhiên tiền chất được sử dụng trong nghiên cứu là TEOS.

Hình 3 thể hiện hình ảnh vi cấu trúc của mẫu SA7 với các độ phóng đại khác nhau, có thể cho ta thấy được cấu trúc dạng cụm hạt phân bố đều với các hạt hình cầu được gọi là silica sol. Cấu trúc dạng cụm hạt dẫn đến sự hình thành của các lỗ xốp có kích thước nano và kích thước micro.

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ mol TMCS/ nước trong gel (nTMCS/nH2O) tới tính chất silica aerogel

Từ kết quả khảo sát phía trên, hàm lượng SiO2 trong acid silicic được lựa chọn là 7% cho khảo sát này. Kết quả được thể hiện chi tiết trong Bảng 2 và được tóm



Hình 3. Hình ảnh chụp SEM của mẫu SA7 với các độ phóng đại khác nhau

Bảng 2. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol nTMCS/nH2O đến tính chất của silica aerogel

Kí hiệu mẫu nTMCS/nH2OThể tích SA

(ml)Khối lượng

thể tích (g/ml) Độ xốp (%) Diện tích bề mặt riêng (m2/g) η*(%)

SA7-1 0,1 22,25 0,106 95,17 816,8 74%

SA7-2 0,2 25,25 0,098 95,56 851,7 84%

SA7-3 0,3 31,25 0,085 96,16 914,4 104%

SA7-4 0,4 31,25 0,085 96,14 924,1 104%

SA7-5 0,5 28,75 0,092 95,80 830,1 96%

SA7-6 0,6 27,50 0,096 95,62 802,7 92%

* η là độ phục hồi thể tích của silica aerogel so với silica gel ban đầu

lược trong Hình 4, với sự tăng lên của tỉ lệ nTMCS/nH2O từ 0,1-0,3 (mẫu SA7-1; SA7-2 và SA7-3, có thể nhận thấy sự tăng lên đáng kể của diện tích bề mặt riêng của sản phẩm SA thu được từ 816,8m2/g đến 914,4m2/g). Quan sát khối lượng thể tích có thể nhận thấy sự giảm dần khối lượng thể tích của các mẫu từ đó dẫn đến độ xốp của SA cũng tăng dần từ 95,17% lên đến 96,16%. Nguyên nhân của sự tăng dần diện tích bề mặt riêng cũng như giảm dần của khối lượng thể tích aerogel do sự tăng dần của độ phục thể tích SA thu được so với thể tích khối gel ban đầu. Mẫu SA7-1 có tỉ lệ phục hồi chỉ đạt 74%, mẫu SA7-2 đạt 84% và mẫu SA7-3 đạt độ phục hồi đến 104%. Việc tăng lượng TMCS trong dung dịch biến tính giúp cho quá trình biến tính được diễn ra một cách đồng đều và triệt để, từ đó giúp giảm sức căng bề mặt giữa lỗ xốp của gel và dung môi, thông qua quá trình sấy, khối gel được trương nở về thể tích ban đầu. Tuy nhiên, khi tăng tỉ lệ nTMCS/nH2O lên 0,4 (mẫu SA7-4), nhận thấy diện tích bề mặt riêng (924,1m2/g ) cũng như độ xốp (96,14%) tăng lên không đáng kể so

với mẫu SA7-3. Nguyên nhân có thể được giải thích là do với lượng TMCS sử dụng để biến tính mẫu SA7-3, hầu hết các nhóm -Si-OH trên bề mặt silica gel đã được biến tính trở thành nhóm -Si-(CH3)3 nên khi tăng lượng TMCS thì không còn giúp tăng hiệu quả biến tính. Khi tiếp tục tăng tỉ lệ nTMCS/nH2O sử dụng lên 0,5 và 0,6 (mẫu SA7-5 và SA-6) thì xảy ra hiện tượng giảm diện tích bề mặt riêng và độ xốp của SA thu được với mẫu SA7-5 đạt diện tích bề mặt riêng 830,1 m2/g, độ xốp 95,8% và mẫu SA7-6 đạt diện tích bề mặt riêng 802,7 m2/g, độ xốp 95,62%. Hiện tượng giảm diện tích bề mặt riêng của SA7-5 và SA7-6 được lý giải do sự có mặt một lượng TMCS quá mức cần thiết, phản ứng giữa TMCS và nước trong gel trở nên mãnh liệt, từ đó các sản phẩm phụ sản sinh ra rất nhanh, thoát ra khỏi lỗ xốp của gel một cách nhanh chóng, gây phá vỡ liên kết polymer vốn có của gel, điều này gây giảm độ phục hồi của SA sau quá trình sấy ở nhiệt độ cao. Hình 4 cho thấy sự tương quan giữa diện tích bề mặt riêng và độ phục hồi của silica aerogel với những tỉ lệ nTMCS/nH2O khác nhau.

Hình 4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nTMCS/nH2O đến diện tích bề mặt riêng và hiệu suất phục hồi của

silica aerogel



Nghiên cứu của Hwang năm 2008 và 2010 [9, 10] công bố kết quả tương tự, khi sử dụng tỉ lệ nTMCS/nH2O lớn hơn 0,45 trong quá trình biến tính silica gel, mẫu SA thu được nứt vỡ mạnh và trở thành xerogel. Các nghiên cứu của Hwang tổng hợp aerogel dạng khối với đường kính dưới 3cm với diện tích bề mặt riêng lớn nhất đạt được là 730m2/g độ xốp 95%.

Mẫu SA7-3 được sử dụng để đánh giá đối chứng với mẫu silica gel được sấy khô thông thường mà không thông qua biến tính trong phép đo phân tích dịch chuyển nhóm chức FT-IR, để thấy được sự tồn tại một số nhóm chức trên bề mặt SA so với silica gel. Hình 5 cho thấy có sự xuất hiện peak tại bước sóng 460cm-1 và 1870cm-1 là phổ hấp thu của liên kết Si-O-Si đối với cả hai mẫu silica gel và SA, vì liên kết Si-O-Si là bộ khung xương trong cấu trúc của cả hai mẫu trên. Tuy nhiên, sự xuất hiện của peak Si-C tại bước sóng 1256cm-1 and 846cm-

1; và peak hấp phụ của C-H tại bước sóng 2964cm-1 chỉ được thấy ở phổ của SA, điều này là do bề mặt của SA có các nhóm -Si-(CH3)3, giúp cho quá trình sấy gia nhiệt không những không làm sụp cấu trúc SA mà còn giúp phục hồi về thể tích ban đầu. Ngoài ra, sự xuất hiện của các nhóm –OH trong liên kết Si-OH tại bước sóng 2964 cm-1 chỉ xuất hiện ở mẫu silica gel mà không xuất hiện tại mẫu SA do bề mặt của silica gel. Tuy nhiên, peak của O-H tự do tại 3440cm-1 và 1630cm-1 đều được quan sát thấy ở cả hai mẫu silica gel và SA là do trong cả hai mẫu trên đều có tồn tại hơi ẩm trong lỗ xốp của chúng. Việc chứa các nhóm -Si-(CH3)3 trên bề mặt SA giúp cho SA có tính kị nước cao, hoàn toàn khác biệt với silica gel với một lượng lớn nhóm Si-OH trên bề mặt.

Hình 5. Hình ảnh phổ FT-IR của mẫu silica gel và silica aerogel

Hình 6 là hình ảnh chụp góc tiếp xúc với nước của mẫu SA7-3 được gia công trên mặt phẳng. Cho thấy rằng, góc tiếp xúc của SA với nước trong môi trường không khí là 144,1o với thể tích giọt mẫu 12µl. Với góc tiếp xúc này, SA là một vật liệu kị nước. Nhờ tính kị nước trên mà khi bảo quản ở điều kiện thông thường với hơi ẩm trong không khí, cấu trúc SA sẽ không bị tổn hại cũng như lĩnh vực ứng dụng của SA trở nên phong phú hơn.

Hình 6. Góc tiếp xúc với nước mẫu silica aerogel

4. Kết luận

Hàm lượng SiO2 trong dung dịch acid silicic quyết định mật độ rắn của cấu trúc silica aerogel. Khi cùng một giá trị pH tạo gel là 5, hàm lượng SiO2 trong acid càng tăng thì khối gel càng được củng cố vững chắc với mạng lưới polymer, giúp cho gel chịu được sự co ngót sau quá trình biến tính và đủ khả năng trương nở lại sau quá trình sấy. Hàm lượng SiO2 trong acid tăng từ 4%-7% cho SA thu được với độ xốp và diện tích bề mặt riêng tăng dần. Tuy nhiên, khi hàm lượng SiO2 trong acid tăng đến 8% và 9% khiến cho mật độ rắn tăng, dẫn đến các tính chất của silica aerogel bị suy giảm. Silica aerogel tổng hợp được từ dung dịch acid silicic chứa 7% SiO2 đạt các tính chất tốt nhất với diện tích bề mặt riêng 914,424m2/g và độ xốp 96,49%. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy lượng TMCS sử dụng trong quá trình biến tính có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng của silica aerogel tạo thành. Sự tăng dần tỉ lệ nTMCS/nH2O từ 0,1-0,3 giúp tăng diện tích bề mặt riêng của silica aerogel do sự biến tính được thực hiện triệt để. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng lượng TMCS sử dụng lên 0,4 so với lượng nước trong gel thì diện tích bề mặt riêng của aerogel tăng không đáng kể do hầu hết bề mặt lỗ xốp trong đã được biến tính hoàn toàn tại tỉ lệ 0,3. Và khi tiếp tục tăng lượng nTMCS/nH2O thì xảy ra sự giảm rõ rệt đối với diện tích bề mặt riêng cũng như độ xốp của aerogel, do một phần các liên kết giữa các



hạt silica sol trong mạng lưới polymer của gel đã bị phá vỡ bởi sự thoát ra đột ngột của các sản phẩm phụ cũng như dung môi nước trong quá trình phản ứng biến tính. Do đó lượng nTMCS/nH2O thích hợp dùng để biến tính silica gel là 0,3.

Silica aerogel tổng hợp được có độ kị nước cao với góc tiếp xúc với nước trong không khí lên đến 144,1o, rất thích hợp cho nhiều ứng dụng trong việc chế tạo vật liệu cách nhiệt như sơn, lớp phủ hệ nước do không gây phá hủy cấu trúc aerogel./.


[1]. Alain C. Pierre (2002), “Chemistry of Aerogels and Their Applications”, Chem. Rev., 102, pp. 4243;

[2]. Sarah Clark (2014), Aerogel Market by Raw Mate-rial (Silica, Carbon, Alumina), Form (Blanket, Particle/Pow-der, Block, Panel) and Application (Building insulation, Oil & Gas, Apparel, Electronics) - Global Opportunity Analysis and Industry Forecast, 2014 - 2021, Allied Market Research, United State;

[3]. M. A. Aegerter (2011), Advances in Sol-Gel Derived Materials and Technologies: Aerogels Handbook, Springer;

[4]. Pradip B. Sarawade (2011), “Synthesis of sodium silicate-based hydrophilic silica aerogel beads with superior properties: Effect of heat-treatment”, Journal of Non-Crystal-line Solids, 357, pp. 2156;

[5]. Yu. K. Akimov (2003), “Fields of Application of Aero-gels (Review)”, Instruments and Experimental Techniques, 46, pp. 287;

[6]. Qingge Feng (2018), “Synthesis of high specific sur-face area silica aerogel from rice husk ash via ambient pres-sure drying”, Colloids and Surfaces A, 539, pp. 399-406;

[7]. Sung-Woo Hwang (2007), “Effective preparation of crack-free silica aerogels via ambient drying”, J Sol-Gel Sci Techn, 41, pp. 139;

[8]. In-Keun Jung (2012), “The properties of silica aero-gels hybridized with SiO2 nanoparticles by ambient pressure drying”, Ceramics International, 38S, pp. S105;

[9]. Sung-Woo Hwang (2008), “Optimization of instan-taneous solvent exchange/surface modification process for ambient synthesis of monolithic silica aerogels”, Journal of Colloid and Interface Science, 322, pp. 224;

[10]. Sung-Woo Hwang (2010), “Effect of surface modifi-cation conditions on the synthesis of mesoporous crack-free silica aerogel monoliths from waterglass via ambient-drying”, Microporous and Mesoporous Materials, 130, pp. 295.



NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI CÔNG NGHIỆP CHẾ TẠO VẬT LIỆU GIA CỐ NỀN ĐẤT THEO CÔNG NGHỆ CDM

ThS. Taï Vaên Luaân, ThS. Leâ Vieät Huøng, ThS. Trònh Thò Chaâm, KS. Vuõ Vaên Linh Trung taâm Xi maêng vaø Beâ toâng, Vieän Vaät lieäu xaây döïng

TOÙM TAÉT

Baøi baùo trình baøy toùm taét keát quaû nghieân cöùu söû duïng pheá thaûi coâng nghieäp (xæ loø cao nghieàn mòn, tro bay, thaïch cao phoát pho) ñeå cheá taïo vaät lieäu gia coá neàn ñaát yeáu ôû khu vöïc ven bieån. Cöôøng ñoä neùn nôû hoâng cuûa ñaát gia coá ñöôïc nghieân cöùu vôùi söï thay ñoåi cuûa thaønh phaàn chaát keát dính; haøm löôïng chaát keát dính (200,300,400 kg/m3 ñaát); tyû leä nöôùc/chaát keát dính thay ñoåi 60,80,100%. Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy, cöôøng ñoä neùn nôû hoâng cuûa ñaát ñöôïc gia coá baèng chaát keát dính söû duïng pheá thaûi coâng nghieäp cao hôn 1,5 ñeán 2 laàn so vôùi ñaát ñöôïc gia coá baèng xi maêng thoâng thöôøng tuøy thuoäc vaøo loaïi chaát keát dính, loaïi ñaát vaø haøm löôïng chaát keát dính.

Töø khoùa: Gia coá neàn ñaát, xi maêng gia coá ñaát, xi maêng-ñaát, coâng ngheä CDM.

ABSTRACT

This paper presents summary of research results on use industry waste (ground granulated blast furnace slag, fly ash, phosphogypsum) for made materials stabilization soft soil in coastal areas. Uncon-fined compressive strength of stabilized soils were studied in variation of ratios of ingredent materials in adhesive; content of adhesive varied from 200, 300, 400 kg/cubic meter of soil; water/adhesive ratios var-ied from 60,80,100%. Research results show that unconfined compressive strength of solidified soils by adhesive using industry waste higher than that of normal Portland cement, from 1.5 to twofold, depending on adhesive type, soil type and adhesive content.

Keywords: Soil stabilization, cement-based stabilizer, soil-cement agent, cement deep mixing.

1. Giới thiệu

Phương pháp trộn sâu là một kỹ thuật gia cố đất dưới sâu tại chỗ sử dụng vôi, xi măng hoặc các hỗn hợp đặc biệt dựa trên cơ sở vôi và xi măng. So sánh với các kỹ thuật cải thiện nền đất khác thì phương pháp trộn sâu có ưu thế là cường độ tăng nhanh trong khoảng một tháng, ít tác động xấu tới môi trường và có khả năng ứng dụng cao với bất kỳ loại đất nào nếu loại và lượng chất kết dính được lựa chọn chính xác.

Ở Mỹ, kỹ thuật trộn đất lần đầu tiên được phát triển bởi Intrusion - prepakt, liên doanh của Cleveland Ohio vào những năm 1950 (Liver et al., 1954). Vào cuối những năm 1960 và đầu những năm 1970 người Thụy Điển đã sử dụng quy trình gia cố vôi trộn tại chỗ (Ryan et al., 1989). Tới cuối những năm 1980, trộn sâu đã được phát triển và thực hiện ở Nhật và các nước Bắc Âu. Đến những năm 1990 trộn sâu đã lan rộng phổ biến ở Đông Nam Á, Mỹ và trung tâm Châu Âu [1].

Để nâng cao sự trao đổi quốc tế về thông tin của công nghệ, hội thảo chuyên môn quốc tế đầu tiên về trộn sâu đã được đồng tổ chức bởi Hiệp hội địa kỹ thuật Nhật và ISSMGE TC-17 vào năm 1996 tại Tokyo. Hội thảo này sau đó đã được tiếp tục bởi một loạt các hội thảo chuyên môn khác vào năm 1999 Stockholm, 2000 Helsinki, 2002 Tokyo, 2003 New Orleans, 2005 Stock-holm và 2009 Okinawa.

Tại Việt Nam, cơ quan nghiên cứu phương pháp đất-vôi-xi măng đầu tiên là bộ môn Đường trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Vào những năm 1966-1967 vấn đề nghiên cứu gia cố đất-vôi-xi măng được tiến hành nhưng chỉ là gia cố nông, chủ yếu áp dụng cải tạo cho nền đường giao thông. Những năm tiếp theo thì chỉ có Viện kỹ thuật giao thông còn tiếp tục nghiên cứu và dừng lại vào những năm 1970.

Đến năm 1980 phòng Địa kỹ thuật thuộc Viện Khoa học - kỹ thuật Xây dựng (Bộ Xây dựng) hợp tác với Viện




địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) đã nghiên cứu một cách chi tiết hơn và hệ thống phương pháp cọc đất vôi và đất-xi măng-vôi [2].

Gần đây, vào năm 2002 một nghiên cứu về cọc đất - xi măng - vôi đã được Viện Khoa học và Công nghệ Xây dựng (IBST) thực hiện. Nghiên cứu này tập trung vào các tính chất cơ lý của đất đã gia cố bởi hỗn hợp xi măng-vôi trong phòng thí nghiệm.

Trường đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh cũng đã thực hiện một nghiên cứu sử dụng vôi, xi măng, hỗn hợp xi măng - vôi để cải thiện đất yếu ở quận 9, thành phố Hồ Chí Minh [3].

Việc sử dụng phế thải công nghiệp để thay thế một phần xi măng dùng trong gia cố đất không hoàn toàn mới. Ở Nhật đã sử dụng thông dụng xi măng xỉ lò cao loại B làm vật liệu gia cố trong phương pháp trộn sâu [1]. Năm 2014, Viện Vật liệu xây dựng đã phối hợp với Tập đoàn xi măng Taiheiyo của Nhật Bản để nghiên cứu sử dụng loại xi măng gia cố thích hợp với các loại đất ở Việt Nam [3].

Hiện nay, với lượng phế thải tro xỉ, thạch cao nhân tạo thải ra hàng năm lên tới hàng triệu tấn, áp lực về diện tích bãi chứa chất thải là rất lớn. Nghiên cứu sử dụng phế thải tro xỉ, thạch cao nhân tạo trong nước để chế tạo vật liệu gia cố nền đất yếu đem lại hiệu quả tích cực cả về mặt bảo vệ môi trường và hiệu quả kinh tế kỹ thuật.

2. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm

2.1 Vật liệu thí nghiệm

2.1.1 Xi măng pooc lăng

Nghiên cứu này đã sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn (BS). Tính chất cơ lý của xi măng PC40 BS thỏa mãn các yêu cầu quy định trong TCVN 2682:2009.

Bảng 1. Thành phần hóa xỉ lò cao HP

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả

1 Mất khi nung (LOI) % 0,34

2 SiO2 % 37,76

3 Fe2O3 % 1,12

4 Al2O3 % 10,83

5 CaO % 39,20

6 MgO % 7,86

7 SO3 % 0,21

8 K2O % 1,25

9 Na2O % 0,15

10 TiO2 % 0,30

Bảng 2. Tính chất cơ lý của xỉ hạt lò cao HP nghiền mịn

STT Tên chỉ tiêu Kết quả Phương pháp thử

1 Khối lượng riêng, g/cm3 2.89 TCVN 4030: 2003

2 Bề mặt riêng, cm2/g 4870 TCVN 4030:2003

3 Lượng sót sàng, %45 µm 1,34

TCVN 4030:200380 µm 0,00

4 Chỉ số hoạt tính cường độ, %

3 ngày 70,7

TCVN 4316:20077 ngày 87,47

28 ngày 97,2

91 ngày 132,97

2.1.2 Xỉ lò cao

Nghiên cứu sử dụng xỉ lò cao Hòa Phát (HP) nghiền mịn, thành phần hóa học của xỉ lò cao được thể hiện trong Bảng 1, một số tính chất cơ lý thể hiện trong Bảng 2, thành phần hạt xỉ lò cao nghiền mịn thể hiện trong Hình 1.

Hình 1. Phân bố cỡ hạt của xỉ hạt lò cao HP nghiền mịn

2.1.3 Tro bay

Nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh (QN), thành phần hóa học của tro bay



được thể hiện trong Bảng 3, đánh giá chất lượng tro bay theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 được thể hiện trong Bảng 4.

Bảng 3. Thành phần hóa tro bay QN


1 Mất khi nung (LOI) % 7,48

2 SiO2 % 57,60

3 Fe2O3 % 4,63

4 Al2O3 % 21,66

5 CaO % 1,12

6 MgO % 1,40

7 SO3 % 0,14

8 K2O % 4,29

9 Na2O % 0,06

10 TiO2 % 0,32

Bảng 4. Đánh giá tính chất tro bay QN theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014


1 Tổng hàm lượng các oxit (SiO2, Al2O3, Fe2O3) % 83,89

2 Hàm lượng kiềm quy đổi, Na2Otd % 2,88

3 Độ ẩm % 1,2

4 Hàm lượng MKN % 7,48

5 Khối lượng riêng g/cm3 2,28

6 Độ mịn trên sàng 45mm % 23,20

7Chỉ số hoạt tính cường độ:- Ở tuổi 7 ngày- Ở tuổi 28 ngày

% 79,285,4

8 Lượng nước yêu cầu % 95

9

Hàm lượng khoáng:- Quarzt: SiO2

- Mulite: Al6Si2O13

- Hemalite: Fe2O3

- Pha vô định hình

CóCóCóCó

~7~1,6

-~91

2.1.4 Thạch cao phốt pho (PG)

Nghiên cứu sử dụng thạch cao PG từ nhà máy DAP Đình Vũ, thành phần hóa học thạch cao PG nguyên khai được thể hiện trong Bảng 5, hình dạng hạt thạch cao PG được thể hiện trong Hình 2. Thạch cao PG được làm khan trước khi sử dụng.

Bảng 5. Thành phần hóa học của thạch cao PG nguyên khai

Mẫu MKN SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O H2Olk

PG nguyên khai 19,12 10,20 0,069 0,12 28,28 0,20 39,21 0,20 0,01 15,54

Hình 2. Ảnh chụp SEM thạch cao PG



2.1.5 Đất

Nghiên cứu sử dụng 2 loại đất được lấy từ khu vực cầu Tiên Cựu, huyện An Lão và khu vực sân bay Cát Bi, quận Hải An, Hải Phòng. Thành phần hóa, tính chất cơ lý của các mẫu đất được thể hiện trong Bảng 6, Bảng 7, theo thứ tự.

Bảng 5. Thành phần hóa các mẫu đất

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Sét xám Cát Bi

Cát vàng Tiên Cựu

1 MKN (LOI) % 7,74 0,94

2 SiO2 % 58,68 88,90

3 Fe2O3 % 6,54 1,11

4 Al2O3 % 17,52 4,72

5 CaO % 1,12 0,56

6 MgO % 2,80 0,80

7 SO3 % 0,00 0,00

8 K2O % 3,27 1,72

9 Na2O % 1,21 0,23

10 TiO2 % 0,23 0,19

11 pH 7,7 7,8

Bảng 6. Tính chất cơ lý của các mẫu đất

Tên chỉ tiêu Đơn vị Sét xám Cát Bi Cát vàng Tiên Cựu

Thành phần hạt, cỡ sàng, mm5 > d > 12 > d > 11 > d > 0,50,5 > d > 0,250,25 > d > 0,080,08 > d > 0,060,06 > d > 0,010,01 > d > 0,0020,002 > d

%

---

2,11,3

23,229,339,74,4

6,60,32,0

42,310,71,0

19,83,9

13,4

Khối lượng riêng, ρ g/cm3 2,70 2,72

Độ ẩm, Wo % 48,56 17,02

Khối lượng thể tích ẩm, γw g/cm3 1,73 -

Khối lượng thể tích khô, γc g/cm3 1,16 -

Giới hạn chảy, LL % 42,3 15,89

Giới hạn dẻo, PL % 27,11 13,08

2.2 Phương pháp thí nghiệm

2.2.1 Phương pháp tiêu chuẩn

+ TCVN 141:2008 Xi măng. Phương pháp phân tích hóa học.

+ TCVN 4030:2008 Xi măng. Phương pháp xác định độ mịn.

+ TCVN 8262:2009 Tro bay - Phương pháp phân tích hóa học.

+ TCVN 10302:2014 Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa và xi măng.

+ TCVN 4316:2007 Xi măng pooc lăng xỉ lò cao.

+ TCVN 8654:2011 Thạch cao và sản phẩm thạch cao - Phương pháp xác định hàm lượng nước liên kết và hàm lượng sunfua trioxit tổng số.

+ TCVN 7131:2002 Đất sét - Phương pháp phân tích hóa học.

+ TCVN 4198:2014 Đất xây dựng - Phương pháp phân tích thành phần hạt trong phòng thí nghiệm.

+ TCVN 4196:2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ ẩm và độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm.

+ TCVN 4202:2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định khối lượng thể tích trong phòng thí nghiệm.



Tên chỉ tiêu Đơn vị Sét xám Cát Bi Cát vàng Tiên Cựu

Chỉ số dẻo, PI % 15,19 2,81

Độ sệt, LI 1,412 1,402

Độ bão hòa, S % 99,40 -

Độ rỗng, n % 57,04 -

Hệ số rỗng, eo 1,319 -

Phân loại theo TCVN 5747:1993 ML SM

Bảng 6. (tiếp theo)

+ TCVN 4195:2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định khối lượng riêng trong phòng thí nghiệm.

+ TCVN 4197:2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định giới hạn dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm.

+ TCVN 5747:1993 Đất xây dựng - Phân loại.

2.2.2 Phương pháp phi tiêu chuẩn

+ Xác định pH của đất, thành phần hóa học xỉ lò cao theo QTPT VLXD.

+ Xác định cường độ nén nở hông (UCS) của mẫu đất đã gia cố theo ASTM D2166, tuy nhiên tốc độ tăng tải được cố định là 1,27 %/min.


3.1 Ảnh hưởng của thành phần vật liệu đến cường độ nén nở hông của đất đã gia cố

Nghiên cứu sử dụng 5 loại vật liệu gia cố (VLGC) như sau:

- VLGC 0: xi măng PC40 BS (mẫu đối chứng);

- VLGC 1: xi măng PC40 BS + thạch cao PG;

- VLGC 2: xi măng PC40 BS + thạch cao PG + xỉ lò cao HP;

- VLGC 3: xi măng PC40 BS + thạch cao PG + tro bay QN;

- VLGC 4: xi măng PC40 BS + thạch cao PG + xỉ lò cao HP + tro bay QN.

3.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ lò cao

Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ lò cao đến cường độ nén nở hông của đất gia cố được biểu diễn trong đồ thị hình 3.

Từ kết quả trên, ta thấy: khi sử dụng xỉ lò cao nghiền mịn thay thế cho xi măng có tác dụng cải thiện cường

Hình 3. Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ lò cao

Hình 4. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay

độ nén của đất, xu hướng chung là các mẫu sử dụng xỉ đều có cường độ cao hơn mẫu 0 ở tất cả các ngày tuổi. Khi hàm lượng xỉ lò cao tăng thì cường độ nén nở hông của mẫu đất tăng, cường độ đạt cao nhất tại hàm lượng thay thế 45%, đạt 3,29 Mpa tại tuổi 91 ngày, gấp khoảng 2 lần so với mẫu không sử dụng xỉ.

3.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay

Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến cường độ nén nở hông của đất gia cố được biểu diễn trong đồ thị hình 4.



Hình 5. Ảnh hưởng của các loại VLGC khác nhau

Nhìn vào đồ thị ta có thể thấy, xu hướng chung là các mẫu sử dụng tro bay có cường độ thấp hơn mẫu 0 ở tất cả các ngày tuổi, hàm lượng tro bay tăng thì mức độ giảm cường độ tăng, ngoại trừ tại hàm lượng 20% tro bay có cường độ 91 ngày cao hơn mẫu 0.

3.1.3 Ảnh hưởng của các loại VLGC khác nhau

Cường độ nén nở hông của đất gia cố sử dụng các loại VLGC khác nhau được cho trong hình 5.

Từ đồ thị ta có thể nhận thấy rằng, hai loại VLGC2 và VLGC4 thể hiện ảnh hưởng đến cường độ nén tốt hơn hẳn các loại VLGC còn lại.

3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu gia cố đến cường độ nén nở hông của đất gia cố

Nghiên cứu tiến hành ở 3 hàm lượng vật liệu gia cố là 200; 300; 400 kg/m3 đối với loại đất ML. Ảnh hưởng của hàm lượng VLGC đến cường độ nén nở hông của đất gia cố ở các độ tuổi khác nhau được thể hiện trong các hình sau:

Hình 6. Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu gia cố tới cường độ nén ở tuổi 3 ngày



Từ các kết quả trên, ta thấy:

- Hầu hết các mẫu đất gia cố có cường độ nén tăng lên theo thời gian bảo dưỡng, xu hướng này cũng đã được báo cáo trong các nghiên cứu trước đó [1,4,5,6].

- Ở cùng một độ tuổi, xu hướng chung là hàm lượng vật liệu gia cố tăng thì cường độ nén nở hông của mẫu




đất tăng, mức độ tăng của các vật liệu gia cố khác nhau thì khác nhau. Tuy nhiên, vẫn có một số mẫu có cường độ nén không tăng theo đúng quy luật trên, ví dụ ở tuổi 7 ngày, ở các cấp phối S(X)-5; 15; 17; 18; 19 (Hình 7).

Hình 10. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/vật liệu gia cố tới cường độ nén tuổi 3 ngày


Hiện tượng này có thể do trong quá trình tạo mẫu, có một số mẫu không được đầm kỹ và trộn không đều gây ra khuyết tật cho mẫu dẫn tới cường độ nén thấp hơn so với những mẫu còn lại. Điều này cũng đã được quan sát thấy bởi [7].

3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/vật liệu gia cố đến cường độ nén nở hông của đất gia cố

Nghiên cứu tiến hành ở 3 tỷ lệ w/c = 100, 80, 60% đối với loại đất SM. Ảnh hưởng của tỷ lệ w/c đến cường độ nén nở hông của đất gia cố ở các độ tuổi khác nhau được thể hiện trong các hình sau:

Nhận xét:

- Ở cùng một độ tuổi, nhìn chung khi tỷ lệ nước/vật liệu gia cố giảm thì cường độ nén của đất gia cố tăng, nhưng mức độ tăng không hoàn toàn tuyến tính. Tuy nhiên, ta có thể quan sát thấy ở một số cấp phối có kết quả cường độ nén không tuân theo quy luật trên.





- Ở tuổi 28 ngày, mức độ chênh lệch của cường độ nén đất gia cố sử dụng các tỷ lệ w/c khác nhau có xu hướng ít đi, ngoại trừ tỷ lệ 60% của cấp phối S(X)-5; S(X)-6; S(X)-16; S(X)-17 và S(X)-19 có sự chênh lệch khá lớn so với tỷ lệ 80% và 100%.

4. Kết luận

- Có thể sử dụng các phế thải công nghiệp như xỉ lò cao, tro bay, thạch cao nhân tạo để chế tạo vật liệu gia cố nền đất yếu theo công nghệ CDM.

- Vật liệu gia cố được chế tạo từ các loại phế thải trên cho thấy ảnh hưởng tích cực hơn so với khi gia cố bằng xi măng pooc lăng thông thường, gấp 1,5 đến 2 lần. Hàm lượng sử dụng xỉ lò cao dao động từ 35÷45%, tro bay dao động từ 10÷20%, thạch cao nhân tạo từ 5÷10%./.


[1]. Masaki Kitazume, Masaaki Terashi (2012), The deep mixing method.

[2]. Phạm Minh Tuấn (2001), Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng hữu cơ đến khả năng cải tạo đất yếu bằng xi măng, chuyên ngành địa chất công trình, ĐH mỏ - địa chất.

[3]. ThS. Lê Việt Hùng, TS. Lương Đức Long, TS. Lưu Thị Hồng, Yoshifumi Ohgi, Hiroyuki Obata (2014), Nghiên cứu vật liệu gia cố nền đất trên cơ sở xi măng đa cấu tử, Tuyển tập các công trình nghiên cứu KHCN VLXD 2010-2014, Viện Vật liệu Xây dựng.

[4]. Nguyễn Văn Cường (2011), Phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén nở hông của cọc xi măng đất tại công trình đường liên cảng Cái Mép - Thị Vải và đánh giá hiệu quả của phụ gia muội silic, Khoa kỹ thuật địa chất và dầu khí, Đại học Bách khoa TP.HCM.

[5]. Đậu Văn Ngọ (2009), Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng đất, Science & Technology Development, Vol 12, No.05.

[6]. Cai Chengqiu, Li Xin, Zhang Jun and Guo Qingsong (2012), Study on influence factors of cement-stabilized soil compressive strength, Global Geology, Vol 15(2), pp.130-134.

[7]. Mai Anh Phương, Nguyễn Bình Tiến, Trương Đắc Châu, Trần Nguyễn Hoàng Hùng (2014), Nghiên cứu ứng xử của đất ở An Giang trộn xi măng bằng công nghệ trộn ướt và trộn sâu, Tạp chí địa kỹ thuật, số 2.



NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THẠCH CAO FGD LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT TẤM THẠCH CAO

ThS. Trònh Thò Chaâm, ThS. Taï Vaên Luaân Trung taâm Xi maêng vaø Beâ toâng, Vieän Vaät lieäu xaây döïng

TOÙM TAÉT

Thaïch cao FGD (vieát taét cuûa cuïm töø Flue Gas Desulfurization) laø saûn phaåm cuûa quaù trình khöû SOx thaûi ra ôû oáng khoùi nhaø maùy nhieät ñieän coù haøm löôïng löu huyønh (S) lôùn baèng caùch söû duïng ñaù voâi hoaëc voâi boät ñaõ ñöôïc nghieàn mòn ôû daïng hoà loûng... Thaïch cao FGD coù haøm löôïng CaSO4.2H2O cao (> 90%) neân coù theå ñöôïc söû duïng laøm phuï gia cho xi maêng, laøm nguyeân lieäu saûn xuaát taám thaïch cao. Tuy nhieân taïi Vieät Nam chaát löôïng FGD khoâng oån ñònh, coù chöùa nhieàu thaønh phaàn gaây aûnh höôûng tôùi chaát löôïng cuûa taám thaïch cao nhö: H clorua, canxi sunfit vaø muoái hoøa tan. Baøi vieát naøy trình baøy veà nghieân cöùu caùch loaïi boû caùc thaønh phaàn gaây haïi cuûa FGD ñeå coù theå söû duïng nó laøm nguyeân lieäu saûn xuaát taám thaïch cao.

Töø khoùa: FGD, thaïch cao, taám thaïch cao.

ABSTRACT

FGD gypsum is a synthetic product derived from flue gas desulfurization (FGD) systems at electric power plants. Sulfur dioxide emission control systems used in coal-fired power plants remove sulfur from combustion gases by adding milk of limestone or lime in scrubbers. The main component of FGD gypsum is CaSO4.2H2O (> 90%) so it can be used in cement and gypsum boards. However, quality of FGD gypsum in Vietnam is not stable, it has a lot of impurities that affect on the quality of wallboard, such as chloride, calcium sulfite and dissolved salt. This paper discusses how to treat the harmful components of FGD for used in the production of gypsum boards.

Keywords: FGD, gypsum, gypsum boards.

1. Giới thiệu

Thạch cao FGD là sản phẩm của quá trình khử SOx

thải ra ở ống khói nhà máy nhiệt điện có hàm lượng lưu huỳnh lớn bằng cách sử dụng bột đá vôi hoặc vôi bột siêu mịn ở dạng hồ lỏng để hấp thụ khí SOx .

Trên thế giới, thạch cao FGD được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực vật liệu xây dựng đặc biệt làm phụ gia xi măng và chế tạo thạch cao tấm. Với việc sử dụng hệ thống khử SOx hiện đại, thạch cao FGD thu được từ nhà máy nhiệt điện có hàm lượng CaSO4.2H2O khá cao (khoảng 85-95%). Tập đoàn Saint - Gobain sử dụng 4,5 triệu tấn thạch cao FGD/năm trong đó trên 36% được sử dụng trong sản xuất tấm thạch cao. Tại Mỹ lượng thạch cao FGD tái chế làm vật liệu xây dựng là 7,5 triệu tấn/năm, tại Đức là 2 triệu tấn/năm, Pháp, Nhật. Tại Hàn Quốc, thạch cao FGD là nguồn nguyên liệu chính cho sản xuất tấm thạch cao (chiếm 50%), làm phụ gia cho ngành sản xuất xi măng (chiếm 46%).[1]

Tuy nhiên, tùy vào công nghệ và nguồn gốc than sử dụng mà thạch cao FGD có chất lượng khác nhau. Ở một số nhà máy, FGD sau khi thu có chứa nhiều thành phần gây hại tới chất lượng của tấm thạch cao

1.1 Ảnh hưởng của các thành phần gây hại có mặt trong thạch cao FGD tới công nghệ sản xuất tấm thạch cao [2]

Trong thạch cao FGD có rất nhiều thành phần có khả năng gây ảnh hưởng xấu tới công nghệ sản xuất tấm thạch cao, cụ thể:

* Độ ẩm

Thạch cao có hàm lượng ẩm lớn thường dễ bị dính trên các thiết bị vận chuyển.

* Clorua

Loại và lượng tạp chất Clorua có ảnh hưởng lớn tới việc sử dụng của thạch cao FGD, do:




- Làm giảm khả năng nung;

- Giảm nhiệt độ nung;

- Ảnh hưởng tới tỷ lệ nước trộn.

* Canxi/Magie cacbonat

Phần đá vôi chưa phản ứng là tạp chất chủ yếu trong thạch cao FGD, đá vôi sẽ mài mòn các thiết bị sản xuất, dễ vón cục, ảnh hưởng tới thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của thạch cao

* Tro bay

Sự có mặt của tro bay có lẫn trong FGD có thể ảnh hưởng đến sự kết dính giữa giấy và lõi trong quá trình sản xuất tấm thạch cao. Tro bay chứa silic oxit và sắt làm tăng sự mài mòn của thiết bị.

* SiO2

Silic oxit có thể nằm trong tạp tro bay và quartz. Hàm lượng lớn SiO2 ở dạng có thể hít phải (0 - 4µm) có thể gây ra vấn đề về vệ sinh công nghiệp.

Silic oxit tinh thể hoặc quartz rất cứng (7 Mohs). Ngay cả lượng nhỏ (1-2%) có thể tăng mạnh mài mòn thiết bị sản xuất.

* Canxi sunphit (CaSO3.0,5H2O)

Hệ thống FGD có thể tạo ra thạch cao chưa oxi hóa hoặc canxi sunphit. Canxi sunphit là tạp chất có hại. Nó ảnh hưởng tới định lượng nguyên liệu và các vấn đề về sản xuất khác. Canxi sunphit ở dạng hạt mịn sẽ gây các vấn đề về rửa trôi và tách nước của bánh thạch cao.

* Muối hòa tan

Các tạp muối hòa tan là các nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới các tính chất vật lý của tấm thạch cao.

Thạch cao FGD có thể chứa lượng lớn các muối ma-gie. Các muối hòa tan ngay khi thạch cao trộn với nước và các phụ gia khác trong máy trộn tấm. Trong quá trình sấy tấm thạch cao trong lò, các muối di chuyển tới bề mặt tiếp giáp giữa giấy và lõi, làm ảnh hưởng sự gắn kết

giữa giấy và lõi. Bốn ion muối hòa tan phổ biến là Mg2+, K+, Na+, Cl-.

* Các nguyên tố vết

Các nguyên tố vết và pH liên quan tới vấn đề vệ sinh công nghiệp. Các nguyên tố vết là các tạp chất không mong muốn. Chúng có mặt trong thạch cao FGD là từ tro bay, chúng làm tăng sự mài mòn các thiết bị sản xuất. Các nguyên tố vết cũng có thể từ đá vôi tồn dư lẫn trong thạch cao FGD.

* Hàm lượng lưu huỳnh dễ bay hơi (S8)

Khi tiếp xúc với nhiệt độ, độ ẩm hoặc cả hai yếu tố trên, tấm thạch cao có chứa hàm lượng S8 lớn hơn 10 ppm có thể phát tán lượng hợp chất sulfur dễ bay hơi gây ra hiện tượng ăn mòn trên hệ thống dây điện, ống dẫn nước, đường khí nhiên liệu, thiết bị thông gió hoặc bất kỳ thành phần nào được nêu trên. Do đó, cần khống chế hàm lượng lưu huỳnh dễ bay hơi trong nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao.

* Kích thước hạt

Thạch cao FGD là các hạt tinh thể monolitic có kích thước trung bình (40-60) µm, gây những trở ngại cho các thiết bị sản xuất tấm tường. Các hạt to (có diện tích bề mặt nhỏ) sẽ dễ dàng tách nước. Nhìn chung, thạch cao FGD thường có các đặc tính tách nước kém, có độ ẩm bề mặt cao và có diện tích bề mặt lớn.

* Khối lượng thể tích

Các hạt thạch cao FGD có kích thước đồng nhất lớn thường sẽ có khối lượng thể tích cao. Điều này có thể gây khó khăn trong việc lựa chọn thiết bị vận hành phù hợp.

1.2 Yêu cầu kỹ thuật của thạch cao FGD làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao

Theo các tài liệu [1-4], đề tài đã tổng hợp các yêu cầu kỹ thuật của FGD cần thỏa mãn để làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao như Bảng 1 dưới đây.

Bảng 1. Tổng hợp yêu cầu kỹ thuật của thạch cao FGD khi sử dụng làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao

STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu

1 CaSO4.2H2O, %, không nhỏ hơn 93*

2 Độ ẩm, %, không lớn hơn 10

3 Hàm lượng (CaCO3 + MgCO3), %, không lớn hơn 2,5

4 pH 5 - 9



STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu

5 Cl-, %, không lớn hơn 0,1

6 Na2O, %, không lớn hơn 0,06

7 MgO hòa tan, %, không lớn hơn 0,10

8 CaSO3.1/2H2O, %, không lớn hơn 0,50

9 Độ trắng, %, không nhỏ hơn 60**

10 Tổng hàm lượng (Al2O3 + Fe2O3), %, không lớn hơn 1,5

11 SiO2, %, không lớn hơn 3

12 Mùi Trung tính

Chú thích:(*) Hàm lượng CaSO4.2H2O có thể giảm khi có các thành phần trơ thì vẫn có thể được sử dụng. Mức giảm tối đa là 90%;(**) Độ trắng có thể thấp hơn tùy theo việc sử dụng và sản phẩm cuối cùng.

Bảng 1. (tiếp theo)

2. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm

2.1 Vật liệu thí nghiệm

2.1.1 Thạch cao FGD Nghi Sơn 1

Mẫu thạch cao FGD lấy tại kho chứa thạch cao của nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn 1 (gọi tắt là FGD NS1). Mẫu được lấy tại các vị trí khác nhau của kho chứa. Mẫu sau khi lấy về được đồng nhất, rồi cất vào bao. Hình ảnh mẫu thạch cao FGD NS1 trong Hình 1, biểu đồ thành phần khoáng trong Hình 2 và thành phần hóa được đưa ra trong Bảng 2.

Hình 1. Hình ảnh của FGD Nghi Sơn 1 Hình 2. Biểu đồ thành phần khoáng của FGD Nghi Sơn

Bảng 2. Thành phần hóa của thạch cao FGD Nghi Sơn (% KL)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 K2O Na2O Cl- MKN H2Olk CKT

0,73 0,08 0,06 31,92 0,30 43,73 0,00 0,06 0,02 479.10-3 21,18 17,86 0,56

2.1.2. Thạch cao Lào

Thạch cao tự nhiên để làm mẫu đối chứng trong việc xác định các tính chất cơ lý của chất kết dính thạch cao và đúc thử nghiệm tấm thạch cao là thạch cao Lào có thành phần hóa như Bảng 3.

2.1.3. Thạch cao FGD Knauf

Mẫu thạch cao FGD được lấy từ kho chứa thạch cao FGD của nhà máy sản xuất tấm thạch cao Knauf được nhập khẩu về từ Indonesia. Biểu đồ thành phần khoáng của FGD Knauf trong Hình 3 và thành phần hóa được đưa ra trong Bảng 4.



Bảng 3. Thành phần hóa của thạch cao Lào (% KL)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 K2O Na2O MKN

5,25 0,94 0,29 30,66 0,4 40,07 0,08 0,23 0,24 20,88

Bảng 4. Thành phần hóa của thạch cao FGD Knauf

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Cl- TiO2 K2O Na2O MKN

1,02 0,17 0,17 31,08 0,1 42,22 <10 ppm 0,02 0,04 0,0 20,88

Hình 3. Biểu đồ thành phần khoáng của thạch cao Knauf

2.2. Phương pháp thí nghiệm

Các phương pháp thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu như sau:

• Phân tích thành phần hóa của thạch cao (trừ SO3, nước liên kết) theo TCVN 9191:2012;

• Xác định hàm lượng SO3, nước liên kết theo TCVN 8654:2011;

• Xác định độ trắng của thạch cao theo TCVN 5691:2000;

• Xác định lượng nước yêu cầu, thời gian đông kết, cường độ nén, cường độ uốn và cường độ bám dính của chất kết dính thạch cao theo BS EN 13279-2:2014 Gyp-sum binders and gypsum plasters - Part 2 Test methods;

• Phân tích thành phần khoáng của thạch cao bằng phương pháp nhiễu xạ tia X XRD.


3.1 Xác định thành phần cần nghiên cứu xử lý của FGD NS 1

Để xác định các yếu tố cần nghiên cứu xử lý, đề tài đã thử nghiệm và tổng hợp các chỉ tiêu cần quan tâm khi sử dụng FGD NS1 so với các yêu cầu của các đơn vị sản xuất tấm thạch cao đã được tổng hợp ở Bảng 1.

Bảng 6. Tổng hợp các chỉ tiêu cần quan tâm khi sử dụng FGD Nghi Sơn làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả thí nghiệm Yêu cầu

1 CaSO4.2H2O % 94 ≥93

2 Độ ẩm % <10 ≤10

3 CaCO3 + MgCO3 % 2,0 ≤2,5

4 pH 7,2 5 đến 9

5 Cl- % 0,479 ≤0,1

6 Na2O % 0,02 ≤0,06

7 MgO hòa tan % - ≤0,10

8 CaSO3.1/2 H2O % - ≤0,50

9 Độ trắng % 62,3 ≥60

10 Al2O3 + Fe2O3 % 0,14 ≤ 1,5

11 SiO2 % 0,73 ≤3

12 Mùi Trung tính Trung tính



Từ bảng tổng hợp trên, đề tài nhận thấy rằng, thạch cao FGD cần xử lý để làm giảm hàm lượng của Cl- xuống dưới 0,1%.

3.2 Xử lý thạch cao FGD NS 1

Để xử lý Cl- có mặt trong thạch cao FGD NS1 thì đề tài đã sử dụng dung dịch axit loãng pH =5.

Quy trình xử lý như sau: Thạch cao FGD NS1 được trộn cùng với dung dịch axit loãng có pH = 5 và khuấy trong thiết bị khuấy có khả năng điều chỉnh được tốc độ khuấy và được trang bị bộ phận gia nhiệt. Sau khi khuấy, thạch cao được lọc, tách phần chất rắn 1 và nước thải 1. Phần chất rắn này được bổ sung thêm nước, tiếp tục khuấy và lọc để tách phần chất rắn 2 và nước thải 2. Nước thải 1 và nước thải 2 thu hồi để xử lý để đảm bảo các yêu cầu theo QCVN 40:20011/BTNMT. Chất rắn 2 sau khi lọc, được làm khô tới độ ẩm yêu cầu, thu được thạch cao đã xử lý.

Đề tài đã khảo sát và đưa ra được các yếu tố tối ưu như sau:

- Tỷ lệ R/L (thạch cao FGD/dung dịch axit loãng) = 1/1;

- Tốc độ khuấy tối ưu: 400 vòng/phút;

- Thời gian khuấy tối ưu: 30 phút;

- Nhiệt độ khuấy tối ưu là: 30oC.

Sau khi khảo sát được các giá trị tối ưu, đề tài sử dụng các thử nghiệm ở các giá trị tối ưu này để lọc tách thạch cao FGD trong thiết bị pilot. Kết quả thành phần hóa của FGD sau khi lọc tách như sau:

Từ các kết quả phân tích thành phần hóa của thạch cao FGD NS 1 sau xử lý có thể thấy đã thỏa mãn các yêu cầu được nêu ra ở Bảng 1.

3.3 Đánh giá tính chất cơ lý của chất kết dính thạch cao

Đề tài đã khảo sát tính chất cơ lý của chất kết dính thạch cao chế tạo từ thạch cao FGD NS1 đã xử lý, thạch cao FGD Knauf và thạch cao Lào để so sánh đánh giá khả năng sử dụng làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao.

Cách chế tạo chất kết dính thạch cao:

Thạch cao FGD sau xử lý, thạch cao FGD Knauf, thạch cao tự nhiên được sấy ở 45oC trong 24 giờ và sau

Bảng 7. Thành phần hóa của thạch cao FGD sau xử lý

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 K2O Na2O Cl- MKN

0,79 0,07 0,09 31,26 0,30 43,76 0,00 0,05 0,01 <10 ppm 21,51

đó được đem nung ở nhiệt độ 160oC trong thời gian là 2h. Sau đó xác định lượng nước yêu cầu, thời gian đông kết theo BS EN 13279-2:2014. Lượng nước yêu cầu được xác định theo phương pháp rắc, thời gian đông kết xác định theo phương pháp dùng dao (Hình 4).

Kết quả thử nghiệm xác định lượng nước yêu cầu và thời gian đông kết của các mẫu thạch cao được đưa ra trong Bảng 9.

Hình 4. Thử nghiệm xác định thời gian đông kết của các mẫu chất kết dính thạch cao theo phương

pháp dùng dao

Các chất kết dính thạch cao được tiếp tục thử nghiệm cường độ nén, cường độ uốn và cường độ bám dính theo tiêu chuẩn BS EN 13279-2:2014. Kết quả thí nghiệm thể hiện ở Bảng 10.

Từ kết quả ở Bảng 9 và Bảng 10 nhận thấy rằng chất lượng của chất kết dính FGD NS1 đã xử lý của đề tài có tính chất tương tự như thạch cao tự nhiên và thạch cao Knauf. Do đó, có thể thấy rằng mẫu thạch cao FGD NS 1 xử lý theo công nghệ của đề tài có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao.

4. Kết luận

- Thạch cao FGD Nghi Sơn 1 có thành phần chủ yếu là CaSO4.2H2O. Tuy nhiên, nếu sử dụng làm nguyên liệu sản xuất tấm thạch cao thì xử lý Clorua xuống dưới 0,1% (theo khối lượng).

- Công nghệ xử lý thạch cao FGD của đề tài đề xuất đã đáp ứng các yêu cầu làm nguyên liệu sản xuất tấm



Bảng 9. Kết quả lượng nước yêu cầu và thời gian đông kết của các mẫu chất kết dính thạch cao

STT Tên mẫuLượng nước yêu cầu

Tỷ lệ N/TC, %

TG đông kết

Khối lượng thạch cao (g)

Thể tích nước (ml)

BĐĐK phút - giây

KTĐK phút - giây

1 FGD đã xử lý 140,83 100 71,0 6-20 16-20

2 Mẫu thạch cao FGD Knauf 142,35 100 70,25 6-50 15-10

3 Mẫu thạch cao Lào 151,68 100 65,92 7-35 18-30

Bảng 10. Cường độ nén, cường độ uốn và cường độ bám dính của các mẫu chất kết dính thạch cao

STT Tên mẫu R nén, MPa R uốn, MPa R bám dính, MPa

1 FGD đã xử lý 7,34 4,18 0,25

2 Mẫu FGD Knauf 7,64 4,22 0,26

3 Mẫu thạch cao Lào 7,89 4,24 0,28

thạch cao. Tính chất của chất kết dính thạch cao FGD NS 1 đã xử lý có thành phần khoáng, hóa và tính chất cơ lý tương tự với chất kết dính thạch cao FGD Knauf, thạch cao Lào./.


[1]. Tận thu thạch cao nhân tạo từ các nhà máy nhiệt điện và hóa chất để sản xuất vật liệu xây dựng và bảo vệ môi trường (2011), Hội thảo quốc tế.

[2]. P.J.Henkels, J.C Gaynor (1996), Characterizing syn-thetic gypsum for wallboard manufacture, USG corpoatation research center and united states gypsum company.

[3]. Mineral Resources Department synthetic gypsum specification (2010), Saint-Gobain Gyproc.

[4]. FGD Gypsum, quality criteria and analysis methods, Eurogypsum.

[5]. BS EN 13279-2:2014: Gypsum binders and gypsum plasters - Part 2 Test methods.



SỬ DỤNG TRO BAY CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHỦ CHỐNG PHÁT TÁN Ô NHIỄM CHO CÁC BÃI CHỨA CHẤT THẢI RẮN CÔNG NGHIỆP

ThS. Leâ Vaên Quang, KS. Döông Ngoïc Phuïng, ThS. Phaïm Ñöùc Nhuaän, KS. Nguyeãn Ngoïc Nam

Phaân vieän Vaät lieäu xaây döïng mieàn Nam, Vieän Vaät lieäu xaây döïng

TOÙM TAÉT

Baøi baùo naøy trình baøy caùc nghieân cöùu cheá taïo vaät lieäu phuû goác xi maêng pooc laêng, söû duïng ñeå phuû caùc baõi chaát thaûi raén coâng nghieäp, choáng phaùt taùn oâ nhieãm. Thaønh phaàn cheá taïo vaät lieäu phuû chuû yeáu söû duïng tro bay nhieät ñieän leân tôùi 94%, coøn laïi laø chaát keát dính xi maêng vôùi caùc loaïi phuï gia, coát sôïi phaân taùn choáng nöùt. Vaät lieäu phuû ñaït tính linh ñoäng cao ñeå thi coâng bôm vôùi caùc tính chaát ñaït ñöôïc veà cöôøng ñoä neùn ôû tuoåi 28 ngaøy töø 0,3÷1,4 MPa, thôøi gian baét ñaàu ñoâng keát nhoû hôn 5 giôø, ñoä co ngoùt nhoû hôn 0,05%. Saûn phaåm ñöôïc söû duïng laøm lôùp phuû taïm thôøi, hoaëc laâu daøi cho caùc baõi chöùa chaát thaûi raén coâng nghieäp. Ñoàng thôøi coù theå aùp duïng ñeå hoùa cöùng beà maët cho moät soá caùc öùng duïng khaùc trong xaây döïng, giao thoâng, thuûy lôïi hoaëc vaän chuyeån caùc chaát thaûi raén treân caùc phöông tieän chuyeân chôû khaùc.

Töø khoùa: Tro bay, vaät lieäu phuû, baõi chaát thaûi raén.

ABSTRACT

This paper presents the research on the covering material based on Portland cement, which is used to cover industrial solid waste fields. Composition of covering material is mainly made from fly ash-the waste of thermal powder plant-up to 94%, cement, adhesives, anti-crack dispersant fiber. This material has some special characteristics such as: high flexibility; compressive strength at 28 days is from 0,3 to 1,4 MPa; initial setting time is less than 5 hours, the shrinkage is less than 0,05%. The product is used as a temporary or permanent covering layer for industrial solid waste fields. In addition, it can be used in others field as: construction, transpotation, irrigation...

Keywords: Fly ash, covering material, solid waste field.

1. Giới thiệu

Hiện nay ở nước ta chất thải rắn (CTR) công nghiệp thường phát sinh từ các nguồn như: Các khu công nghiệp, khu chế xuất, khu công nghệ cao. Chất thải từ hoạt động khai thác khoáng sản, khai thác than, khai thác bô xít và khai thác khoáng sản khác. Chất thải từ các ngành công nghiệp khác như hoạt động ngành dầu khí, chất thải rắn từ hoạt động của ngành đóng mới, sửa chữa và phá dỡ tàu biển, chất thải rắn từ công nghiệp nhiệt điệt, CTR ngành công nghiệp rượu, bia, nước giải khát, chất thải rắn từ hoạt động nhập khẩu phế liệu.

Trong các nguồn phát sinh CTR nói trên thì hiện nay chất thải rắn từ công nghiệp nhiệt điện đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu do sự tăng nhanh về khối lượng, khả năng phát tán vào không khí dễ dàng… Theo quy hoạch điện VII (điều chỉnh năm 2016), tổng

lượng tro xỉ phát thải thực tế năm 2016 khoảng 12,5 triệu tấn [1]. Quy hoạch ngành điện đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 (gọi tắt là Quy hoạch điện VII) dự báo đến năm 2030 lượng tro xỉ phát thải khoảng 38,3 triệu tấn [1]. Hiện nay việc sử dụng, tái chế, xử lý nguồn chất thải rắn này còn rất hạn chế. Vì thế trên thực tế các nhà máy này đều thiết kế một quỹ đất dành riêng cho việc tồn trữ tại các bãi chứa chất thải rắn. Nếu không được quản lý vận hành cũng như bảo quản tốt sẽ phát tán bụi, các chất độc hại có trong chất thải ra môi trường bên ngoài ảnh hưởng tới sức khỏe con người, cũng như ô nhiễm môi trường.

Các loại vật liệu được nghiên cứu và sử dụng trên thế giới để phủ các bãi chứa chất thải rắn công nghiệp thường được nghiên cứu theo các hướng sau: Sử dụng đất làm vật liệu phủ [2-5], tuy nhiên việc sử dụng đất




để san lấp các bãi CTR gây lãng phí tài nguyên đất và bị nước mưa thấm qua. Sử dụng bọt phủ [6-8] vật liệu composite được sản xuất chủ yếu từ ureformandehyde, có thể thi công dễ, đóng rắn nhanh, nhược điểm khó thi công ở điều kiện có gió lớn hoặc mưa, không bền vững khi chịu tác động lu lèn phía trên. Sử dụng vật liệu phủ gốc cellulo polymer [9] thành phần chứa đến 95÷99% là nước và thành phần rắn chủ yếu là cellulosic polymer chiếm 0,5÷5%, đóng rắn nhờ phản ứng polymer-acid nước. Dễ dàng phun phủ lên bề mặt của các bãi CTR ngăn phát tán bụi, loại này phù hợp với lớp phủ tạm thời. Sử dụng bạt phủ polymer, bạt plastic như màng chống thấm HDPE được sử dụng nhiều tại các bãi tích trữ phế thải tro xỉ của nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện gang thép, giúp tránh phát tán bụi vào không khí. Nhược điểm không thể sử dụng đơn lẻ khi phủ mà cần sử dụng cùng với đất hoặc đá nhằm cố định nó lên lớp mặt phủ vì bạt dễ dàng bị thổi bay do gió hoặc dễ bị rách khi chịu tác động cơ học như lu lèn, vật sắc nhọn và dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ [4]. Vật liệu phủ gốc xi măng portland kết hợp với các thành phần khác như vôi, đất sét, tro bay, phụ gia siêu dẻo, sợi phân tán. Trên thế giới, một số hãng lớn đã đưa sản phẩm này ra thị trường trong đó có cả thị trường Việt Nam như sản phẩm Posi-Shell® Base Slurry của hãng LSC Environmental Products với thành phần chính là xi măng kết hợp với đất sét và sợi phân tán [10,11], hoặc sản phẩm sử dụng tro bay để thay thế đến 90% xi măng [11] và một số sản phẩm của các hãng khác như ConCover®, Concover® 180 và ProGuard® SB của hãng OCS Environmental [12], Topcoat® của PROFILE Products LLC [13]. Vật liệu phủ từ phế thải, sử dụng nguyên liệu là các phế thải của ngành công nghiệp khác như giấy hoặc giấy phế liệu nghiền [14-19]. Vỏ lốp xe nghiền cũng được sử dụng làm vật liệu phủ [20-22], hay các phế thải của các ngành công nghiệp khác [23,24].

Sử dụng tro xỉ nhiệt điện là thành phần chính để chế tạo vật liệu phủ trên cơ sở hỗn hợp của xi măng, tro bay, phụ gia, sợi gia cố..; hàm lượng tro bay nhiệt điện lên tới 94% trong thành phần hỗn hợp. Để tạo ra sản phẩm vật liệu phủ đạt tính chất: cường độ nén đạt 0,3-1,4 MPa; thời gian ninh kết không lớn hơn 5 giờ; độ co ngót khô nhỏ hơn 0,05% và độ chảy lớn hơn 200 mm. Vật liệu

Bảng 2.1. Thành phần hoá học của tro bay

TP hóa học MKN SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O TiO2

(%) 6,83 56,04 5,27 21,51 1,54 1,31 0,39 4.67 0.08 0.83

được đóng bao trộn sẵn khi thi công được trộn với nước thành dạng vữa chảy lỏng được phun phủ lên bề mặt của các bãi tồn trữ phế thải.

2. Nguyên vật liệu và phương pháp

2.1. Nguyên vật liệu

Xi măng: Sử dụng xi măng Hà tiên PCB 40 để chế tạo vật liệu phủ.

Tro bay: tro bay được sử dụng trong nghiên cứu là tro bay của Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 - Trà Vinh. Tro bay có các tính chất như: độ ẩm tự nhiên 0,16%; khối lượng riêng 2,31 g/cm3; tỷ diện Blaine 2110 cm2/g; độ mịn sót sàng 0,08 mm là 2,03 %. Thành phần hóa tro bay được thể hiện trong Bảng 2.1.

Thành phần khoáng: Quartz: SiO2; Mulite: Al6Si2O13; Hematite: Fe2O3; Cristobalite: SiO2 và pha vô định hình. Chỉ số hoạt tính của tro bay ở tuổi 28 ngày là 82,91%; tuổi 28 ngày đạt 81,95 % và đều lớn hơn 75 % nên tro bay Duyên Hải 1 được xếp vào loại có hoạt tính mạnh.

Phụ gia siêu dẻo: Phụ gia gốc Naphthalene sulpho-nate (NS). Phụ gia đóng rắn nhanh: chọn phụ gia đóng rắn nhanh không chứa gốc clorua SC1 của hãng Denka phù hợp với yêu cầu của phụ gia đóng rắn nhanh ASTM C494 type C. Sợi phân tán gia cường cho lớp phủ: sợi PVA được nhập khẩu từ Nhật Bản, một số đặc tính của sợi như: Đường kính, 26 µm; Cường độ chịu kéo, 1.590 MPa; Mô đun đàn hồi, 32 GPa; Khối lượng riêng, 1,3 g/cm3; Độ giãn dài, 7,2%; Chiều dài sợi, 4 mm. Phụ gia biến tính độ nhớt, phụ gia chống rửa trôi: phụ gia gốc xenlulô là hydroxyl etyl metyl xenlulo (HEMC) của nhập khẩu từ Trung Quốc có thông số như sau: Bột màu trắng; pH: 5÷8; Độ nhớt 35.000 ÷ 47.000 mPa.s (dung dịch 2% ở 20oC).

2.2. Phương pháp nghiên cứu

Xác định cường độ nén vữa xi măng theo tiêu chuẩn ASTM C109; Thời gian ninh kết (đông kết) của hỗn hợp vữa được tham khảo theo tiêu chuẩn ASTM C191; Xác định độ linh động của hỗn hợp vữa theo tiêu chuẩn ASTM C230, không dằn mẫu ASTM C230; Xác định độ co ngót khô (sự thay đổi chiều cao của mẫu vữa) theo tiêu chuẩn ASTM C1090.



Phương pháp xác định độ rửa trôi của hỗn hợp bê tông và vữa, theo tiêu chuẩn của US Army Corps of Engineers CRD-C 61-89A.

3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.1 Nghiên cứu thành phần cấp phối chế tạo vật liệu phủ

3.1.1 Khảo sát tỉ lệ Nước/ Bột và hàm lượng chất giữ nước tối thiểu

Để đảm bảo cường độ làm việc của vật liệu phủ ta cần khảo sát lượng xi măng hợp lý đưa vào và tỷ lệ nước/ tro bay + xi măng (N/B). Sử dụng tro bay vừa là phụ gia khoáng hoạt tính, vừa là cốt liệu siêu mịn trong thành phần của vật liệu phủ, tăng tính công tác cũng như giảm được độ co ngót và cải thiện được một số tính chất khác của vữa. Tỷ lệ cấp phối và kết quả được thể hiện trong Bảng 3.1.

Trong quá trình khảo sát, chất giữ nước chống phân tầng tách nước HEMC được thêm vào ở các tỷ lệ khác nhau để đạt được tính đồng nhất của hỗn hợp vữa. Qua các cấp phối thử nghiệm như trên ta lựa chọn được hàm lượng chất giữ nước tối thiểu HEMC là 0,025% trên tổng lượng bột khô (xi măng + tro bay).

Ảnh hưởng của tỷ lệ N/B đến độ chảy xòe của hỗn hợp vữa tươi được thể hiện trên Hình 3.1. Kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng xi măng thì độ chảy xòe (tính linh động) của hỗn hợp vữa giảm khi ở cùng một tỷ lệ

Bảng 3.1. Cấp phối và kết quả thí nghiệm cường độ nén của vữa

Ký hiệu Tỷ lệ N/BXM Tỷ lệ dùng % Độ xòe Cường độ nén (MPa)

(kg) XM Tro bay (mm) R7 R28

DH1 0,350

40 4

96 235 0,54 0,73

DH2 0,325 96 190 0,59 0,79

DH3 0,300 96 155 0,79 1,02

DH4 0,275 96 125 0,95 1,37

DH5 0,350

60 6

94 220 0,79 0,95

DH6 0,325 94 180 1,08 1,27

DH7 0,300 94 145 1,18 1,42

DH8 0,275 94 115 1,22 1,75

DH9 0,350

80 8

92 215 0,95 1,22

DH10 0,325 92 175 1,31 1,58

DH11 0,300 92 140 1,28 1,89

DH12 0,275 92 112 1,56 2,02

N/B. Độ chảy của vữa tăng tỷ lệ thuận với lượng N/B trong hỗn hợp.

Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ N/B đến độ chảy xòe vữa

Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ N/B đến cường độ nén vữa



Kết quả cường độ nén ở 28 ngày (R28) của vữa thể hiện trên Hình 3.2. Khi tăng tỷ lệ N/B cường độ nén của vữa đều giảm, cường độ nén tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng sử dụng trong hỗn hợp khi có cùng một tỷ lệ N/B. Để đáp ứng yêu cầu đề ra về độ chảy và cường độ của vữa, đề tài lựa chọn một số cấp phối để khảo sát tỷ lệ sử dụng phụ gia siêu dẻo trong hỗn hợp, như trong Bảng 3.2.

Bảng 3.2. Cấp phối được lựa chọn để khảo sát lượng dùng phụ gia siêu dẻo

Ký hiệu Tỷ lệ N/BTỷ lệ dùng %

Xi măng Tro bay

DH1 0,350 4 96

DH2 0,325 4 96

DH5 0,350 6 94

DH6 0,325 6 94

3.1.2. Khảo sát tỷ lệ phụ gia siêu dẻo

Mục đích tìm điểm bão hòa của phụ gia siêu dẻo, không bị phân tầng tách nước, đạt tính công tác. Các cấp phối thí nghiệm sử dụng hàm lượng chất giữ nước (chất biến tính độ nhớt) HEMC là 0,025% trên tổng lượng bột khô (xi măng + tro bay). Kết quả thử nghiệm phụ gia gốc Naphthalene sulphonate (NS) thể hiện trên Hình 3.3.

Hình 3.3. Xác định điểm bão hòa phụ gia siêu dẻo (NS)

Kết quả cho thấy rằng hàm lượng phụ gia siêu dẻo tối ưu trong hỗn hợp vữa tỷ lệ nghịch với N/B, tỷ lệ N/B càng lớn thì điểm bão hòa phụ gia siêu dẻo đến càng sớm (hay hàm lượng phụ gia siêu dẻo tối ưu càng nhỏ). Từ biểu đồ Hình 3.3 lựa chọn được cấp phối sử dụng phụ gia siêu dẻo (NS) hợp lý được trình bày trong Bảng 3.3 sau:

Bảng 3.3. Cấp phối sử dụng phụ gia (NS) được lựa chọn

KH mẫu N/B XM % Tro bay %

Tỷ lệ phụ gia/ (XM +

Tro bay) (%)

DH1-NS 0,350 4 96 0,075

DH2-NS 0,325 4 96 0,100

DH5-NS 0,350 6 94 0,075

DH6-NS 0,325 6 94 0,100

3.2. Nghiên cứu lựa chọn sợi gia cố lớp phủ

Để cải thiện tính chất co ngót khô của lớp phủ đề tài đã lựa chọn sợi PVA để giảm tính co ngót của vật liệu, đồng thời có tác dụng chống nứt cho lớp vật liệu phủ sau khi thi công. Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên Hình 3.4 cho thấy, độ co ngót khô tỷ lệ nghịch với hàm lượng sợi có trong hỗn hợp. Độ co ngót khô giảm khi tỷ lệ N/B giảm, ở mẫu đối chứng tỷ lệ N/B là 0,35 cho độ co ngót khô lớn nhất có giá trị là 0,15% tương ứng với hàm lượng xi măng trong hỗn hợp là 6%. Hàm lượng xi măng sử dụng càng lớn thì độ co ngót khô càng tăng, cấp phối sử dụng nhiều tro bay cho độ co ngót khô giảm.

Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi tới độ co ngót khô của vữa

Để đạt được tính chất về độ co ngót của vữa <0,05% đề tài chọn hàm lượng sợi và các thành phần vật liệu được đưa ra trong Bảng 3.4 như sau:

3.3. Nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp vữa phủ

Sau khi đã lựa chọn tỷ lệ phụ gia siêu dẻo hợp lý, hàm lượng sợi tối ưu. Đề tài lựa chọn một số cấp phối điển hình để lựa chọn hàm lượng phụ gia đóng rắn nhanh, hàm lượng chất chống rửa trôi cho hỗn hợp vữa phủ.



Bảng 3.4. Cấp phối sử dụng sợi PVA được lựa chọn

KH mẫu N/B Xi măng (%) Tro bay (%) Tỷ lệ PGSD/ tổng bột (%)

Hàm lượng sợi (%)

DH1-NS-S4 0,350 4 96 0,075 0,04

DH2- NS-S4 0,325 4 96 0,100 0,04

DH5- NS-S4 0,350 6 94 0,075 0,04

DH6- NS-S4 0,325 6 94 0,100 0,04

3.3.1. Thời gian ninh kết của hỗn hợp vật liệu phủ

Thí nghiệm khảo sát thời gian ninh kết và hàm lượng sử dụng phụ gia đóng rắn nhanh SC1. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia đóng rắn nhanh đến thời gian bắt đầu ninh kết của hỗn hợp vữa được trình bày trên Hình 3.5 và Hình 3.6.

Kết quả thể hiện trên Hình 3.5 và Hình 3.6 cho thấy mẫu vữa đóng rắn rất chậm khi không sử dụng phụ gia

Hình 3.5. Ảnh hưởng phụ gia SC1 đến thời gian bắt đầu ninh kết

Hình 3.6. Ảnh hưởng phụ gia SC1 đến thời gian kết thúc ninh kết

đóng rắn nhanh. Thời gian ninh kết nhanh nhất ở mẫu (có ký hiệu DH6-NS-S4-0 tại tỷ lệ N/B 0,325 hàm lượng dùng xi măng 6%) đạt được là 7 giờ - bắt đầu đông kết và 9h30’ - kết thúc đông kết.

Hàm lượng dùng xi măng cũng ảnh hưởng lớn đến thời gian ninh kết của mẫu vữa. Đối với vật liệu phủ chế tạo với tỷ lệ xi măng trong thành phần cấp phối là rất nhỏ, chiếm 4% và 6% so với tổng lượng (Xi măng + Tro bay). Do đó khi không dùng phụ gia đông kết nhanh thì mẫu có thể không đủ lượng xi măng đóng rắn nhanh như hỗn hợp vữa thông thường.

Tỷ lệ N/B, hay lượng nước nhào trộn có ảnh hưởng lớn đến thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của mẫu vữa. Tỷ lệ N/B càng lớn thì thời gian ninh kết của mẫu vữa càng lớn, ngược lại tỷ lệ N/B càng nhỏ thì mẫu đóng rắn nhanh hơn. Vì vậy việc lựa chọn tính công tác và hàm lượng nước nhào trộn cũng rất quan trọng, nó sẽ ảnh hưởng lớn đến thời gian đông kết của mẫu vữa.

Trên biểu đồ Hình 3.5 và Hình 3.6 cũng thể hiện rõ khi sử dụng hàm lượng phụ gia đóng rắn nhanh SC1 với tỷ lệ từ 0,2÷0,5% so với hỗn hợp (Xi măng + Tro bay). Thời gian đông kết của mẫu vữa giảm nhanh, mẫu đóng rắn nhanh hơn và tăng dần theo tỷ lệ phụ gia sử dụng.

Theo yêu cầu kỹ thuật của vật liệu phủ đã đặt ra trong nghiên cứu, đề tài chọn cấp phối có tính chất đạt yêu cầu về thời gian ninh kết, tỷ lệ phụ gia đóng rắn nhanh SC1 là 0,31% so với tổng lượng (xi măng + tro bay) để chế tạo vật liệu phủ, lựa chọn cấp phối số DH5-NS-S4-3 làm cấp phối để chế tạo vật liệu phủ chống rửa trôi và xác định các tính chất của mẫu vữa khi so sánh với mẫu đối chứng.

Cấp phối vật liệu phủ cơ bản được sản xuất theo dạng vật liệu khô trộn sẵn đóng bao, quy về 1 tấn (1000 kg) vật liệu khô, được đề xuất trong Bảng 3.5.

3.3.2. Thí nghiệm độ chống rửa trôi của vật liệu phủ.

Từ cấp phối được lựa chọn trong Bảng 3.5 (cấp phối vật liệu phủ cơ bản), sử dụng cấp phối này để khảo sát



Bảng 3.5. Cấp phối đề xuất cho vật liệu phủ bãi CTR công nghiệp

TT Tỷ lệ các vật liệuVật liệu phủ cơ bản (VLPCB)

(kg) (%)

1 Xi măng Hà Tiên PCB 40, kg 59,73 5,97

2 Tro bay Duyên Hải 1, kg 935,8 93,58

3 Phụ gia siêu dẻo NS, kg 0,747 0,075

4 Phụ gia rắn nhanh SC1, kg 3,111 0,311

5 PG chống phân tầng, HEMC, kg 0,249 0,025

6 Sợi, kg 0,398 0,040

Tổng 1.000 100

đánh giá độ chống rửa trôi của hỗn hợp vữa khi sử dụng phụ gia HEMC. (Phụ gia giữ nước tối thiểu để hỗn hợp không phần tầng tách nước và phụ gia chống rửa trôi trong đề tài dùng chung 1 loại HEMC).

Cấp phối thí nghiệm khảo sát độ chống rửa trôi và kết quả được trình bày trong Bảng 3.6. Các tỷ lệ hàm lượng phụ gia HEMC thêm vào tính theo % so với lượng vật liệu khô của cấp phối vật liệu phủ cơ bản - VLPCB.

Kết quả về tương quan giữa độ rửa trôi với độ chảy xòe của hỗn hợp vật liệu phủ khi thay đổi hàm lượng

Bảng 3.6. Cấp phối và kết quả độ chống rửa trôi của hỗn hợp vữa

Diễn giảiTỷ lệ sử dụng phụ gia chống rửa trôi HEMC (%)

0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Độ rửa trôi (%) 92,5 65,3 30,6 14,5 4,8 1,8 0,3

Độ chảy xòe (mm) 290 275 245 215 205 175 150

Hình 3.7. Ảnh hưởng của phụ gia HEMC tới độ rửa trôi và độ linh động của hỗn hợp vật liệu phủ

phụ gia chống rửa trôi HEMC được trình bày trên Hình 3.7 như sau:

Biểu đồ thể hiện trên Hình 3.7 cho thấy, hàm lượng HEMC được thêm vào sử dụng làm chất chống rửa trôi cho hỗn hợp vữa có ảnh hưởng rất lớn đến độ linh động của vữa.

Độ rửa trôi của mẫu đối chứng ban đầu là rất lớn lên tới 92,5 % (khi chưa thêm phụ gia chống rửa trôi). Độ rửa trôi của hỗn hợp vữa giảm dần khi hàm lượng HEMC tăng dần theo quy luật đường cong logarit. Ban đầu tác dụng của chất chống rửa trôi là có giá trị lớn thể hiện ở độ dốc của đường cong, sau đó tác dụng có xu hướng giảm dần khi đạt đến một giá trị tối ưu ở tỷ lệ 0,15% đến 0,20%.

Hàm lượng sử dụng phụ gia chống rửa trôi cũng đồng thời làm thay đổi các tính chất của vữa. Độ linh động bị giảm dần, hỗn hợp vữa có tính chất đặc quánh, có tính dính bết với nhau khi tỷ lệ phụ gia tăng. Độ linh động của hỗn hộp vữa giảm dần từ 290 mm của mẫu đối chứng về chỉ còn 150 mm ở tỷ lệ 0,3% phụ gia.

Trong phạm vi được khảo sát, yêu cầu cần đạt được tính chất chống rửa trôi, nhưng đồng thời phải đạt được độ linh động độ chảy xòe >200 mm để đảm bảo tính công tác cho thi công bơm phun.

Tham khảo tiêu chuẩn US Army Corps of Engineers CRD-C 61-89A về bê tông chống rửa trôi, đề tài lựa



chọn tỷ lệ phụ gia HEMC tối ưu là 0,20%. Ở tỷ lệ này hỗn hợp vữa vừa đạt được tính chống rửa trôi và độ linh động như sau:

- Với độ rửa trôi là: 4,8 % <10 %;

- Độ linh động (chảy xòe) là: 205 mm > 200 mm.

Tổng hợp lại các kết quả nghiên cứu trên, nhóm ng-hiên cứu đề xuất 2 cấp phối sử dụng để làm vật liệu phủ được trình bày trong Bảng 3.7. Các tỷ lệ được quy về lượng sử dụng để chế tạo cho 1 tấn (1000 kg) vật liệu phủ, vữa khô trộn sẵn.

4. Kết luận

Đề tài đã chế tạo được vật liệu phủ gốc xi măng, với thành phần chủ yếu là tro bay nhiệt điện chiếm tới 93,58% trong hỗn hợp để tận dụng tối đa nguồn chất thải tro xỉ, các thành phần còn lại là xi măng pooc lăng, phụ gia siêu dẻo, phụ gia đóng rắn nhanh, chống rửa trôi và sợi PVA. Vật liệu phủ này có các tính chất như độ linh động chảy lỏng cao, cường độ thấp, nguyên liệu sử dụng tại chỗ, có sẵn tại địa phương, dễ dàng thi công phun một lớp mỏng có chiều dày từ 3 mm đến lớn hơn 10 mm lên trên bề mặt các bãi chứa chất thải rắn.

Tùy theo mục đích sử dụng có thể để làm lớp phủ tạm thời (độ dày lớp phủ từ 3÷10mm) hay lớp phủ lâu dài (độ dày lớp phủ >10mm). Với các tính chất đạt được của lớp phủ như: thời gian ninh kết nhỏ hơn 5 giờ, cường độ nén tuổi 28 ngày đạt từ 0,3÷1,4 MPa, dễ dàng phá bỏ lớp phủ khi muốn khai thác bãi chứa chất thải rắn. Độ co ngót nhỏ hơn 0,05 %, bề mặt sau khi thông công không nứt và bong tróc với lớp nền của bãi chất thải rắn. Vật liệu phủ có khả năng chống rửa trôi, có thể thi công ngay cả trong điều kiện trời mưa.

Bảng 3.7. Cấp phối đề xuất cho vật liệu phủ bãi CTR công nghiệp

TT Tỷ lệ các vật liệuVật liệu phủ cơ bản Vật liệu phủ chống rửa trôi

(kg) (%) (kg) (%)

1 Xi măng Hà Tiên PCB 40, kg 59,73 5,97 59,73 5,97

2 Tro bay Duyên Hải 1, kg 935,8 93,58 935,8 93,58

3 Phụ gia siêu dẻo NS, kg 0,747 0,075 0,747 0,075

4 Phụ gia rắn nhanh SC1, kg 3,111 0,311 3,111 0,311

5 PG chống phân tầng, HEMC, kg 0,249 0,025 0,249 0,025

6 Sợi, kg 0,398 0,040 0,398 0,040

Tổng 1.000 100

7 PG chống rửa trôi, HEMC thêm vào 2,0 0,2

Thành phần nguyên liệu chính để chế tạo hỗn hợp vữa phủ đi từ tro bay, sử dụng chất kết dính vô cơ xi măng portland có sẵn tại địa phương. Hàm lượng chất kết dính rất ít nên giá thành nguyên liệu rẻ hơn nhiều so với các giải pháp khác như sử dụng bạt ni lông (PE), sử dụng lưới làm, hay đặc biệt sử dụng sản phẩm tương tự có sẵn nhập từ Mỹ là Posi-Shell® của hãng USA Landfill cover systems.

Trong thành phần của vật liệu phủ chiếm chủ yếu là tro bay, nên việc sử dụng vữa phủ để che phủ sẽ giải quyết vấn đề chất thải rắn gây ô nhiễm môi trường, góp phần cải thiện được vấn đề ô nhiễm môi trường.

Hơn nữa khi khai thác các bãi tro xỉ, hay thậm chí các bãi chứa clinker xi măng… hoàn toàn không cần tách lọc loại bỏ lớp vật liệu phủ này, mà coi chúng như là một thành phần vật liệu trơ về mặt hóa học tham gia vào cấu tử của nguyên liệu đó, mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng sử dụng của tro xỉ hay clinker xi măng…/.


[1]. Quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030.

[2]. Devinder Mahajan (2015), “Effective landfill gas man-agement strategies for methane control and reuse technol-ogy”, Journal of renewable and sustainable energy (2015), 7 (4) pp 276.

[3]. Michael Cook. “Finding reusability in landfill gas”. Burns & Mcdonnell. https://www.burnsmcd.com/. Ngày truy cập 11/2017.

[4]. Landfill gas primer: on overview for environmental health professionals. United states. Agency for toxic sub-stances and disease registry, ATSDR, 2001.



[5]. Municipal solid waste management in Asia and the Pacific Islands: challenges and strategic solutions. Singa-pore: Springer, 2013.

[6]. Guidance for landfill operators and environment agency staff on the issues associated with using landfill cov-er materials, Environment agency 2014. https://www.gov.uk/government/publications/guidance-on-using-landfill-cover-materials-lfe6. Ngày truy cập 11/2017.

[7]. Landfill foam, http://www.rusmarinc.com/landfill-foam-technology. Ngày truy cập 11/2017.

[8]. Landfill foam, http://www.alliedfoamtech.com/Applan-fil.htm. Ngày truy cập 11/2017.

[9]. David L. Hansen (2009). “Builk materias cover composition and methods for applying”, Patent No.: US 7,544,243 B2.

[10]. David L. Hansen. Synthetic cover for waste. (1994) Patent No. 5,275,508.

[11]. David L. Hansen. Synthetic bulk material cover and method of using the same. 1996 Patent No. 5,525,009.

[12]. Alternative daily cover. http://odourcontrol.co.nz/alternative-daily-cover/proguard-iib/. Ngày truy cập 11/2017.

[13]. Topcoat. http://landfillcover.profileproducts.com/top-coat.php. Ngày truy cập 11/2017.

[14]. D.A.Carson. “Municipal solid waste landfill daily cover alternatives” Geotextiles and geomembranese (1992) 11(4-6):629-635.

[15]. Valerie Joosten. “Alternate daily cover for municipal solid waste landfills”, Waste and materials management pro-gram (2014).

[16]. Olita Medne (2015), “Composition of alternative daily cover materials with a perspective of use of latvian local resources”, Material science and applied chemistry.

[17]. Caoimhin Nolan & Regina Campbell. “Guidance note on MSW landfill daily and intermediate cover”. Environ-mental protection agency (2011) Ireland.

[18]. Carsten h. Floess. “A municipal landfill cover with a paper sludge barrier layer”, Proceedings: fourth international conference on case histories in geotechnical engineering, St. Louis, Missouri (1998).

[19]. Landfill and the pulp and paper industry. P40 ‘hol-men and its world’, corporate publication (2005).

[20]. M.a. Warith. “Suitability of shredded tires for use in landfill leachate collection systems”, Waste management 24 (2004) 967-979.

[21]. David H. Penoyer, “Use of tire chips in landfill gas extraction applications”, Proceedings of swana’s 29th annual landfill gas symposium (2006).

[22]. C. Visvanathan and J. Trankler. Municipal solid waste management in asia: a comparative analysis. (2003).

[23]. Kelvin t.w. Ng and irene m.c. Lo. “Mechanical be-haviors of a synthetic paste of tire chips and paper sludge in msw landfill daily cover applications”, Canadian geotechnical journal (2007) 44(8): 928-941.

[24]. Green roads. Tire-derived aggregate. http://www.calrecycle.ca.gov/tires/greenroads/tda.htm. Ngày truy cập 11/2017.

Documents

TRONG SỐ NÀY