Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

Chương 6:

VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG

6.1. Khái niệm và phân loại

Vật liệu gốm xây dựng là loại vật liệu đá nhân tạo nung, được sản xuất bằng cách

tạo hình sản phẩm từ các loại đất sét (có thể cho thêm các phụ gia như phụ gia điều chỉnh

tính dẻo: samốt, đất sét nung non, cát...; phụ gia cháy : than cám, mùn cưa; phụ gia hạ

thấp nhiệt độ nung và men) rồi đem nung ở nhiệt độ cao.

Hiện nay xuất hiện nhiều loại vật liệu gốm mới (gốm – kim loại, gốm-các oxit tinh

khiết) có thể khắc phục được những nhược điểm của gốm cổ truyền.

Vật liệu gốm xây dựng là vật liệu xây dựng có từ lâu đời, được dùng rộng rãi trong

nhiều bộ phận của công trình xây dựng. Trong xây dựng hiện đại vật liệu gốm được dùng

trong nhiều chi tiết của kết cấu nhà cửa, từ khối xây, ốp trang trí mặt ngoài và bên trong

nhà, lát nền, làm cốt liệu rỗng trong bê tông nhẹ, các sản phẩm sứ vệ sinh và đồ dùng gia

đình. Ngoài ra vật liệu gốm còn có mặt trong các ngành công nghiệp hóa học, luyện kim

và các ngành công nghiệp khác.

Ưu điểm chủ yếu của vật liệu gốm là có độ bền và tuổi thọ cao: từ nguyên liệu địa

phương có thể sản xuất ra các sản phẩm khác nhau thích hợp với các yêu cầu sử dụng và

yêu cầu thẩm mỹ, công nghệ sản xuất đơn giản và giá thành hạ. Nhưng vật liệu gốm có

các nhược điểm là dễ vỡ, giòn, tương đối nặng, khó cơ giới hoá xây dựng, đặc biệt là với

gạch và ngói lợp. Việc sản suất vật liệu gốm thu hẹp diện tích đất nông nghiệp.

Sản phẩm gốm xây dựng rất đa dạng: gạch xây, ngói lợp, tấm lát, tấm ốp, các sản

phẩm sứ vệ sinh, các sản phẩm cách nhiệt, cách âm, chịu lửa, chịu axit, sản phẩm ống

nước...

6.2 Nguyên liệu sản xuất và tính chất của nguyên liệu

Nguyên liệu chính để sản xuất sản phẩm gốm là đất sét. Ngoài ra, tuỳ thuộc theo

yêu cầu của sản phẩm, tính chất của đất mà có thể dùng thêm các loại phụ gia cho phù

hợp.

Đất sét là loại đá trầm tích đa khoáng, khi nhào trộn với nước nó trở thành hỗn hợp

dẻo có thể tạo thành hình của các sản phẩm khác nhau, sau khi gia công nhiệt nó biến

thành trạng thái đá. Thành phần chính của đất sét là khoáng dẻo hay khoáng sét. Nếu đất

sét chỉ chứa kaolinit gọi là đất cao lanh (màu trắng).

Ngoài ra trong đất sét còn chứa các tạp chất vô cơ và hữu cơ. Các tạp chất vô cơ hay

gặp ở dạng thạch anh, cácbônat, các hợp chất sắt. Tạp chất hữu cơ thì ở dạng than bùn

hoặc bitum

Đất sét gồm có nhiều hạt lớn như bụi (<0,14mm) ,mica và cát (0,14-5mm) làm cho

đất kém dẻo, giảm co, còn CaCO3, các hợp chất sắt, fensfat làm giảm nhiệt độ nóng chảy

của đất sét; CaO khi thuỷ hoá sẽ nở ra, làm cho sản phẩm dễ bị nứt.

Đất sét có các màu khác nhau từ trắng, nâu xanh, xám đến màu đen. Màu sắc do các

tạp chất hữu cơ quyết định.

Gạch đất sét là sản phẩm thông dụng nhất, kích thước phổ biến là 220x105x60mm.

Loại gạch này phải có chất lượng phù hợp với TCVN 1451 - 73.

6-1

Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của gạch : Khối lượng thể tích ở trạng thái khô : ãok= ãotc

=1700 ÷1900 kG/m3, hệ số truyền nhiệt ë = 0,5 - 0,8 kCal/m.0C.h, độ hút nước Hp = 8 -

25%, cường độ chịu nén Rn = 50 - 150 kG/cm2. Khi đánh giá chất lượng gạch người ta

phân loại chúng dựa theo các chỉ tiêu kỹ thuật (TCVN 1451 - 73) ở bảng 6-1.

Bảng 6-1. Đánh giá chất lượng của gạch

Gạch đất sét được chia ra làm 2 loại: gạch đặc và gạch rỗng.

Gạch đặc đất sét nung có 2 loại kích thước 220x105x60mm (GD60) và

190x90x45mm (GD45)

Sai lệch về kích thước viên gạch không được vượt quá quy định sau: theo chiều dài:

±6mm; theo chiều rộng: ±4mm; theo chiều dày ±3mm (đối với GD60) và ±2mm (đối với

GD45).

Theo cường độ chịu nén và uốn mác gạch rỗng được phân ra: 50, 75, 100, 125, 150,

200.

Ngoài gạch đặc thông thường còn có các loại gạch rỗng, gạch xốp có cùng chiều

dài, chiều rộng, nhưng chiều cao có nhiều kích thước khác nhau.

Kích thước của gạch rỗng đất sét nung theo tiêu chuẩn TCVN 1450:1998 như Bảng

6.2.

Bảng 6.2 Kích thước viên gạch rỗng đất sét (mm)

Sai lệch về kích thước viên gạch không được vượt quá quy định sau: theo chiều dài:

±6mm; theo chiều rộng: ±4mm; theo chiều dày ±3mm.

Theo cường độ chịu nén và uốn mác gạch rỗng được phân ra: 35, 50, 75, 100, 125.

Gạch rỗng phải có dạng hình hộp chữ nhật, các khuyết tật về hình dáng bên ngoài

không được vượt quá các quy định.

Gạch rỗng thường dùng để xây tường và các bộ phận công trình có trát hoặc ốp bên

ngoài.

Ngoài gạch đặc và gạch rỗng người ta còn sản xuất gạch xốp. Đây là loại gạch nhẹ,

dẫn nhiệt kém, hút nước lớn và cường độ thấp.

6-2

Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng

6.3.1 Công nghệ sản xuất gạch

* Công nghệ sản xuất gạch xây gồm 5 giai đoạn:

Khai thác nguyên liệu: thường thực hiện bằng máy đào hoặc thủ công. Trước khi

khai thác cần loại bỏ 30-40cm đất trồng trọt ở bên trên để loại trừ cỏ rác, rễ cây và sỏi đá.

Đất thường khai thác gần nơi sản xuất để đỡ tốn công vận chuyển. Có thể vận chuyển

bằng xe goòng hoặc ô tô tự đổ.

Chuẩn bị phối liệu: đồng đều sẽ làm tăng tính dẻo, làm cho độ co ngót, màu sắc và

các tính chất cơ lí khác nhau của sản phẩm đồng đều, chất lượng của gạch tăng. Tuỳ theo

phương pháp sản xuất gạch là khan hay dẻo mà người ta sử dụng những thiết bị khác

nhau. Trong phương pháp dẻo đất được nhai trong máy nhai sau đó được trộn vào trong

máy trộn với độ ẩm 18 – 25% cho đến khi thành khối đồng nhất

Hình 6.1 Máy nghiền đất và máy trộn đất

Tạo hình sản phẩm: nhằm tạo ra cho sản phẩm một hình dạng nhất định và cường

độ ban đầu. Để tạo hình gạch thường dùng phương phá dẻo và bán khô. Trong phương

pháp dẻo, đất đựơc trộn với độ ẩm 18-25% được ép với áp lực 30kG/cm2. Nhờ có buồng

hút chân không, không khí sẽ tách ra khỏi phối liệu, tăng độ chặt sít và cuối cùng tăng độ

bền sấy và cường độ của sản phẩm. Trong phương pháp bán khô: đất đựơc trộn với độ

ẩm 8-12% được ép với áp lực 200 - 300kG/cm2, phương pháp này cho sản phẩm có hình

dạng, kích thước chính xác, cường độ cao, có thể rút ngắn quá trình sấy và chu trình sản

xuất nói chung.

Sấy: là quá trình hạ thấp từ từ độ ẩm của gạch đến giới hạn cần thiết và tạo cho gạch

mộc có cường độ ban đầu để khi xếp vào thiết bị nung không bị biến dạng, tăng năng suất

của lò nung, giảm hao phí năng lượng. Quá trình sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính

chất của nguyên liệu, phương pháp gia công nguyên liệu, tạo hình sản phẩm và các thông

số của thiết bị sấy (nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ của khí sấy). Để tăng cường quá trình sấy

người ta thường trộn thêm phụ gia gầy (tăng độ dẫn ẩm và giảm co ngót), làm ẩm phối

liệu bằng hơi nước nóng hoặc hút chân không phối liệu. Phối liệu thường đựơc sấy trong

các lò phòng hoặc lò tunen. Lò phòng làm việc gián đoạn, phân bố nhiệt không đều thời

gian sấy dài (40-47 giờ), khó cơ giới hoá và tự động hoá. Lò sấy tunen làm việc liên tục,

năng suất cao, sấy đều, nhanh (15-40giờ), dễ cơ giới hoá.

6-3

Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

Hình 6.2. Lò sấy và lò nung gạch

Nung: đây là công đoạn quan trọng nhất, chất lượng của gạch chủ yếu đựơc quyết

định ở giai đoạn này. Chí phí trong giai đoạn nung chiếm đến 35-40%, còn phế phẩm

chiếm 10% sản phẩm. Gạch đựơc nung trong 2 loại lò: lò gián đoạn và lò liên tục.

Trong lò gián đoạn gạch được nung theo từng mẻ, loại lò này công suất bé, chất

lượng sản phẩm thấp.

Trong lò liên tục gạch có chất lượng cao. Lò liên tục gồm có 2 loại: lò Hốpman (lò

vòng) và lò tuynen. Lò Hốpman có hình bầu dục, có nhiều buồng ngăn, mỗi buồng đều

có cửa riêng để ra vào lò, có cửa thông nhau và kênh dẫn khói ra ngoài ống khói chung.

Nguyên tắc làm việc của lò là sản phẩm đứng yên, ngọn lửa di động. Lò có ưu điểm:

không tốn thiết bị xếp sản phẩm, dễ điều chỉnh nhiệt độ. Nhưng có nhược điểm là khó cơ

giới hóa, (đặc biệt là khâu ra vào cửa lò), khó đều lửa. Lò tuy nen làm việc theo nguyên

tắc sản phẩm chuyển động còn nhiệt độ phân bố ổn định theo chiều dài lò. Ưu điểm của

lò này là nung nhanh hơn lò Hốpman, dễ dàng cơ giới hóa, có thể dùng nhiên liệu rắn

hoặc lỏng, nhưng tốn nhiên liệu hơn (nung cả toa goòng).

6.3.2 Công nghệ sản xuất ngói

Kỹ thuật sản xuất ngói cũng gần giống như sản xuất gạch nhưng do có hình dạng

phức tạp và lại khá mỏng, yêu cầu cao (không sứt mẻ, nứt vỡ, ít thấm...) nên quá trình sản

xuất ngói đòi hỏi nguyên liệu đầu vào và kỹ thuật cao hơn.

Nguyên liệu dùng loại đất sét có độ dẻo cao, dễ chảy. Đất không chứa các tạp chất

cacbonat. Trong sản xuất ngói có thể dùng 15-25% phụ gia cát, 10-20% phụ gia samốt.

Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu được thực hiện chủ yếu theo phương

pháp dẻo và cũng có thể theo phương pháp bán khô và cả phương pháp ướt (khi trong

6-4

Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

nguyên liệu có lẫn tạp chất). Gia công chuẩn bị phối liệu kỹ hơn làm nhằm cho độ ẩm

đồng đều hơn và phá vỡ tối đa cấu trúc nguyên liệu đất sét bằng cách ngâm ủ dài ngày

hơn.

Trước khi tạo hình phải tạo ra những viên gạch trên máy ép lentô, rồi ủ để độ ẩm

đồng đều. Sau đó mới tạo hình ngói từ những viên gạch đã ủ.

Ngói được sấy trong các nhà sấy tự nhiên (các nhà kho sấy có giá phơi) hay sấy

nhân tạo (trong các thiết bị sấy phòng, sấy tuynen, sấy băng truyền giá treo). Để tránh nứt

nẻ cho sản phẩm, ngói được sấy theo chế độ sấy dịu. Khi nung ngói, nhiệt được nâng lên

từ từ, nung lâu hơn, làm nguội chậm hơn.

Ngói đất sét có 2 loại chính như sau: Loại 22 viên/m2 có kích thước

340x205x15mm, loại 13 viên/m2 có kích thước 460x260x16mm. Theo TCVN 1452 - 73

ngói phải đạt các yêu cầu về ngoại hình, về các chỉ tiêu vật lý và cơ học : Khối lượng thể

tích 1800 - 2000 kG/m3, độ hút nước theo khối lượng ≤ 10%; độ thấm nước xác định theo

tiêu chuẩn : sau 3h nước không được thấm qua; về cường độ, ngói phải chịu được lực tác

dụng tập trung ở giữa 2 gối tựa ít nhất là 70kG.

6.4 Gạch gốm ốp lát

Gạch gốm ốp lát có độ xốp nhỏ, độ bền cơ học cao, chống mài mòn lớn, chịu được

tác động của môi trường xâm thực và có tính trang trí cao. Bề mặt gạch có phủ men, có

thể phẳng hay nhám hoặc có vân hoa, có thể có một màu hay có nhiều màu

Theo hình dáng có thể có các loại vuông, chữ nhật, tam giác, lục giác và bát giác

đều.

Các quy định về kích thước của sản phẩm tra bảng 6.3

Bảng 6.3 Kích thước cơ bản của gạch gốm ốp lát

Gạch gốm ốp lát dùng cho các công trình xây dựng như nhà công nghiệp, nhà ở, các

công trình văn hóa, xã hội...

6.5 Sản phẩm sành dạng đá

Sản phẩm sành dạng đá có cường độ cao, độ đặc lớn, cấu trúc hạt bé, chống mài

mòn tốt, chịu được tác dụng của axit. Chúng được dùng rộng rãi trong công trình công

nghiệp, hóa học và nông nghiệp. Loại sản phẩm thường gặp như: clinke, tấm lát nền, ống

nước và vật liệu bền axit.

* Gạch clinke

- Gạch clinke có nhiều loại: loại vuông (50x50x10, 100x100x10 và

150x150x13mm), loại chữ nhật (100x50x10;150x75x13mm), loại lục giác và bát giác.

- Gạch này có khối lượng thể tích lớn hơn gạch thường, cường độ chịu va đập và

chống mài mòn lớn, độ hút nước thấp. Gạch có 3 loại I, II, III.

6-5

Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

- Gạch clinke dùng để lát đường, làm móng, cuốn vòm và tường chịu lực.

* Tấm lát nền

- ở một số nước được sản xuất từ đất sét khó chảy và chịu lửa, chúng nhiều kích cỡ

khác nhau. Độ hút nước và độ cọ mòn không lớn.

- Tấm lát nền thường dùng lát nền nhà và các công trình dân dụng.

* Ống sành

- là các sản phẩm dạng sành đá có đường kính 50-125mm (đôi khi tới 600mm), dài

500-1200mm.

- Ống sành phải thỏa mãn các điều kiện: thẳng, không cong vênh, miệng ống vuông

góc với trục ống, tuyệt đối không có các vết nứt và lỗ rỗng xuyên qua thành ống, mặt

nhẵn, không lồi lõm, cường độ cao, độ hút nước theo khối lượng nhỏ hơn 8%, độ bền axit

lớn hơn 90%.

* Gạch chịu được axit

- Gạch chịu được axit được sản xuất theo 2 dạng: gạch khối và gạch tấm lát. Hình

dáng và kích thước của gạch như sau:

- Gạch khối:  230x113x65mm

- Gạch tấm lát: 100x100x11mm

150x450x11mm

- Gạch chịu được axit chia làm 3 loại: loại A dùng cho các công trình lâu dài, khó

sủa chữa và luôn tiếp xúc với hóa chất, loại B và C dùng cho các công trình dễ sửa chữa,

làm việc có tính chất liên tục.

- Gạch chịu được axit được dùng trong các công trình xây dựng công nghiệp, hóa

chất, điện, y dược, công nghệ thực phẩm và các ngành khác có liên quan đến sự ăn mòn

của các hóa chất mang tính axit.

* Vật liệu chịu lửa

- là loại vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của các tác nhân cơ học và hóa lí ở nhiệt

độ cao. Do vậy chúng phải thỏa mãn về thành phần khoáng hóa, độ chịu lửa, độ bền

nhiệt, cường độ và độ ổn định thể tích ở nhiệt độ cao. Tiêu chuẩn TCVN 5441:1991 chia

ra làm 3 loại:

- Chịu lửa (độ chịu lửa từ 15000C đến 17000C)

- Chịu lửa cao (độ chịu lửa từ 17700C đến 20000C)

- Chịu lửa rất cao (độ chịu lửa lớn hơn 20000C)

- Vật liệu chịu lửa có nhiều loại và được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác

nhau. Trong đó loại vật liệu chịu lửa từ đất sét phổ biến nhất là sản phẩm samốt.

- Vật liệu chịu lửa thường đựơc dùng để xây lò công nghiệp, ghi đốt, các công trình

chịu nhiệt.

Chương 6: ........................................................................................................ 1

6.1. Khái niệm và phân loại........................................................................................ 1

6.2 Nguyên liệu sản xuất và tính chất của nguyên liệu .............................................. 1

6-6

Chương 6. Vật liệu gốm xây dựng

6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng........................................... 3

6.4 Gạch gốm ốp lát .................................................................................................... 5

6.5 Sản phẩm sành dạng đá ......................................................................................... 5