>> Bê tông tổ ong - Vật liệu hiệu quả trong tương lai (P1)
>> Bê tông tổ ong - Vật liệu hiệu quả trong tương lai (P2)
>> Bê tông tổ ong - Vật liệu hiệu quả trong tương lai (P3)

4. Công nghệ sản xuất

Sản phẩm bê tông tổ ong được sản xuất như thế nào? Sản phẩm bê tông tổ ong được sản xuất từ vật liệu xi măng, vôi, cát nghiền mịn, nước và chất tạo khí, tạo bọt, phụ gia, …Hỗn hợp vật liệu được trộn đều, tạo hình bằng khuôn. Sau khi đóng rắn sơ bộ sản phẩm được tháo khuôn, định hình thành từng block theo kích thước thiết kế yêu cầu và được đưa đi bảo dưỡng đảm bảo sản phẩm phát triển cường độ theo yêu cầu.

Dưới đây, tác giả sẽ giới thiệu mô hình hóa một dây chuyền sản xuất bê tông tổ ong theo công nghệ Nga với các thành phần hệ thống như sau:
 

1. Thiết bị cấp vào chất kết dính

2. Băng tải vận chuyển nguyên liệu,  phụ gia

3. Phếu chứa nguyên liệu, phụ gia

4. Phễu định lượng nguyên liệu, phụ gia

5. Hệ thống trộn đồng bộ tự động

6. Hệ thống điều khiển tự động dây chuyền

7. Tủ điều khiển hệ thống khí nén

8. Hệ thống chuẩn bị và định lượng vật liệu và chất tạo rỗng

9. Dây chuyền định hình block khối bê tông thành sản phẩm

10. Khuôn tạo hình block khối bê tông tổ ong

11. Thiết bị cấp khí

12. Động cơ

13. Phễu chứa hỗn hợp vữa bê tông

14. Tủ điều khiển động cơ.

Phạm vi sản phẩm bê tông tổ ong là rất rộng nên việc lựa chọn sản phẩm cũng như công nghệ sản xuất sẽ quyết định đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế đặt ra của dự án, minh họa so sánh có thể thấy qua bảng 3 bên dưới:
 
Bảng 3: So sánh công nghệ sản xuất bê tông bọt và bê tông khí chưng áp
   
Dưới đây là những nguyên liệu điển hình đuợc dùng trong công nghệ sản xuất bê tông tổ ong.

► Cát

Cát được dùng nhiều hơn cả là cát với hàm lượng silic điôxít không dưới 90%, sét không quá 5% và mica không quá 0,5%. Độ mịn của cát được xác định bằng tỷ diện tích bề mặt trên các dụng cụ PSKH – 2 của Tavarôp hay Blêin sau khi nghiền khô hay ướt, không được dưới 2000 – 3500cm²/g. Cát không nghiền có tỷ diện tích bề mặt 30 ÷ 190 cm²/g.

► Vôi và chất két dính vôi – cát

Để chế tạo hỗn hợp bê tông tổ ong người ta thường dùng bột vôi chứa ít MgO. Hàm lượng MgO không quá 5%. Theo các số liệu nghiên cứu, ở mức độ nào đó vôi nghiền mịn loại bỏ được ảnh hưởng độc hại của “vôi quá lửa’. Hàm lượng của các ôxít hoạt tính CaO + MgO trong vôi không được dưới 70%. Khi dùng vôi tôi nhanh, người ta thường cho thêm thạch cao, phụ gia tăng dẻo, thủy tinh lỏng... Vôi sống phải được nghiền riêng, nhưng có được kết quả tốt hơn khi nghiền chung với cát hay các cấu tử có chứa silic điôxít khác. Tốt hơn là chất kết dính vôi – cát nên có tỷ diện tích bề mặt  4500 – 5000cm²/g.

Vôi phải được nung tốt, đồng nhất, không chứa các hạt không tôi lớn. Khi thủy hóa 1kg CaO tỏa ra lượng nhiệt 1155,7 kJ (276 kCal). Trường hợp do bị đốt quá nóng, trong các cấu kiện đã tạo hình thường xuất hiện các vết nứt, để tránh sự tăng nhiệt độ như thế trong các cấu kiện, người ta thường trộn hỗn hợp với nước lạnh hay thay một phần vôi sống bằng vôi đã tôi.

► Ximăng poóclăng và các xi măng clinker khác

Để chế tạo hỗn hợp bê tông cứng rắn trong autoclave có thể dùng xi măng poóclăng, xi măng poóclăng puzôlan và xỉ mác M300 và M400. Để có thể tiết kiệm xi măng nên dùng để kết hợp với vôi và các chất có chứa thành phần silic điôxýt (cát, marxalít, tro, xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện...).

► Bùn nêfêlin và chất kết dính trên cơ sở của nó

Khi sản xuất nhôm từ bôxít, phế thải được tạo thành dưới dạng bùn nêfêlin. Trong bùn nêfêlin đã nung có chứa (%): SiO₂: 26,67; Al₂O₃: 4,24; Fe₂O₃: 3,85; CaO: 59,07; MgO: 1,8; SO₃: 0,56; K₂O: 0,82; P₂O₃: 0,08; K₂O + Na₂O ˂ 1,5.

Người ta dùng bùn nêfêlin này để sản xuất xi măng nêfêlin. Xi măng nêfêlin mác M150 ÷ M250 có được bằng cách dùng hàm lượng clinker 20 – 25% và bùn nêfêlin 80 – 75% (thay vì 4% bùn đôi khi người ta cho thạch cao vào) hay cấp phối (%) bùn nêfêlin: vôi: thạch cao = 85:15: 5 (khối lượng khô).

► Sản phẩm đồng hành của các nghành công nghiệp khác

- Tro bay của nhà máy nhiệt điện là một dạng nguyên liệu phổ biến. Nó rất đa dạng về thành phần hóa học, độ nghiền mịn và hàm lượng các chất vô cơ không cháy.

- Trong rất nhiều trường hợp xỉ lò cao ở dạng nghiền mịn là một trong những cấu tử cơ bản của nguyên liệu.

- Bụi của nhà máy xi măng có thể dùng như bộ phấn cấu thành của chất kết dính (từ 10 -  20 %).

- Người ta dùng trêpen và điatômít trong sản xuất vật liệu chưng hấp trong autoclave, cấp phối chế tạo hỗn hợp chứa (%): amiăng: điatômít: vôi tôi (tính đổi ra CaO hoạt tính): bột nhôm = 15: 65:20:0,03 và nước 180 ÷ 220. Ngoài ra, người ta cho đitaômít vào hỗn hợp khi chế  tạo vật liệu xốp không gia công nhiệt ẩm trong autoclave từ chất kết dính thạch cao puzôlan.

- Thạch cao hai nước được dùng với tư cách là phụ gia để nâng cao cường độ, phải có độ nghiền nhỏ, được đặc trưng bởi lượng sót trên sàng No 0,02 (900 lỗ/cm²) không quá 13%. Nên nghiền chung thạch cao với vôi đến tỷ diện tích bề mặt của hỗn hợp đạt 5000cm²/g để khi gia công nhiệt ẩm hai giai đoạn hoặc khi gia công nhiệt dưới áp suất thường có thể đạt được cường độ cần thiết để lấy cấu kiện ra khỏi khuôn và sau đó chất vào trong autoclave, người ta thường dùng thạch cao xây dựng.

► Phụ gia

Phụ gia thúc đẩy quá trình ninh kết và cứng rắn của bêtông tổ ong không chưng hấp dùng xi măng như CaCl₂, nhôm sulfat, nước ôxy già, nhôm clorua (hỗn hợp gồm từ CaCl₂ và AlCl₃) và thủy tinh lỏng.

Trong các hỗn hợp vôi – cát nghiền, thủy tinh lỏng đóng vai trò là chất làm chậm ninh kết. Trong canxi clorua hàm lượng của CaCl₂ tinh khiết phải không  dưới  67%. Trong  thủy  tinh  lỏng môđun (SiO₂: Na₂O) trong giới hạn 2,6 ÷ 3 và độ đặc 1,43 ÷ 1,55.

► Chất tạo bọt

Khi chế tạo bê tông tổ ong người thường dùng các chất tạo bọt như keo – nhựa thông, nhựa sapônin, cũng như chất tạo bọt huyết thủy phân... Yêu cầu chất tạo bọt là độ sụt sau 1 giờ không được quá 10mm, còn lượng nước tách ra không quá 80cm³. Sản lượng chất tạo bọt phải   đạt trên 15 lít trên 1kg chất tạo rỗng, còn hệ số   sử dụng Ksb ≥ 0,8. Chất tạo bọt được chế tạo với lượng dùng thỏa mãn những yêu cầu chỉ ra ở trên được coi tối ưu.

Lượng dùng khuyến cáo chất tạo bọt cho 1m³ bê tông với khối lượng thể tích 450 – 500kg/m³:

- Keo – nhựa thông (0,08 ÷ 0,14 kg), nhựa thông (0,07 ÷ 0,1) kg và kiềm natri 0,013 ÷ 0,017kg.

- Alumôsapônin – xà phòng = 0,42 ÷ 0,5 (kg).

- Chất tạo bọt – huyết thủy phân từ 1,4 ÷ 1,75 kg và FeSO  từ 0,035 ÷ 0,07 kg.
► Chât tạo khí

Hiện nay trong sản xuất bê tông tổ ong chất tạo khí thường hay sử dụng là bột nhôm. Phẩm chất của bột nhôm được xác định bằng cách xem xét cấu trúc của nó trong kính hiển vi với độ khuếch đại mạnh, thêm vào đó kích thước của các hạt bột nhôm tốt phải phủ kín diện tích 4600 ÷ 6000cm². Sự tách khí khi cho bột nhôm vào dung dịch xi măng hay vôi phải bắt đầu sau 1 ÷ 2 phút và kéo dài 15 ÷ 20 phút. Bột nhôm phải được bảo quan trong bì kín bằng kim loại, nó rất nguy hiểm do dễ gây cháy nổ.

► Chất ổn định

Chất ổn định của hỗn hợp bê tông tổ ong như là karbokcilmêtilsenlulôza (KMS), cũng như các chất hoạt tính bề mặt, thí dụ: muối đinatri của axít mônôalkilsunfôiantar gồm alkiđimêtilamin 0,5%, alkiđimêtilamin ôxýt 4,5% và sintanôl 95%. Phụ gia hỗn hợp này được cho vào với khối lượng 0,01% theo khối lượng của các cấu tử khô.

Để làm giảm độ nhớt dẻo người ta dùng xà phòng giặt và xà phòng nhựa thông, avirôl, sunfanôl, các chất tẩy rửa, để đẩy nhanh quá trình tách khí, NaOH và KOH (0,5% theo khối lượng lượng của thành phần rắn).

5. Kết luận

- Sự thay đổi độ ẩm  của bê  tông tổ  ong rất dễ thay đổi theo điều kiện môi trường. Thành phẩm block bê tông tổ ong vừa tạo hình xong tùy vào lượng nước nhào trộn có độ ẩm nằm trong khoảng 34 ÷ 42%. Độ ẩm của các lớp theo tiết diện cũng không đồng đều nhau: ở các lớp trên cùng thường cao hơn các lớp bên trong và các lớp dưới cùng. Nếu dưỡng hộ  trong autoclave ở 6 ÷ 8 giờ đầu độ ẩm của chúng có  thể đạt giá  trị lên tới 50 ÷ 60%. Sau đó giảm dần và sau một ngày độ ẩm trung bình có thể xuống tới khoảng 20 ÷ 25%. Vì vậy, vấn đề quan trọng là làm sao  giữ được độ ẩm của kết cấu tường bao che trong khoảng cho phép để đảm bảo điều kiện vi khí hậu công trình.

- Biến dạng của bê tông tổ ong xẩy ra không đồng đều theo thiết diện: lớp ngoài cùng biến dạng lớn hơn so với các lớp bên trong, do vậy, trong các kết cấu tường bao che xuất hiện ứng suất khá lớn và có thể xuất hiện vết nứt. Sự xuất hiện các vết nứt chỉ xẩy ra trong năm đầu sử dụng, có thể do các nguyên nhân như tác động nhiệt ẩm của môi trường xung quanh, sự cácbonát hoá và tải trọng tĩnh.

Nhiều công trình nghiên cứu chỉ ra rằng điều kiện vi khí hậu công trình xây dựng có kết cấu bao che bằng bê tông tổ ong tốt hơn hẳn so với các công trình xây bằng gạch đất sét nung. Tuy nhiên, cần lưu ý điều kiện thi công chúng. Trong thi công cần sử dụng vữa xây, trát chuyên dụng thay cho vữa xây dựng thông thường để bề dày mạch xây nhỏ. Mặt khác cần thay đổi quan niệm về vữa xây và trát, không nên dùng mác vữa xây và trát quá lớn, có độ co lớn.

- Để sử dụng hiệu quả bê tông tổ ong vào các công trình dân dụng và công nghiệp cần xem xét kỹ các tính chất cơ bản của chúng, yêu cầu kỹ thuật cần đạt được và công nghệ thi công cần áp dụng.

Ví dụ yêu cầu block bê tông tổ ong dưới  dạng bê tông khí không chưng áp và bê tông bọt theo TCXDVN 316:2004 có dạng khối hình hộp chữ nhật có kích thước dài 300÷400 mm, rộng 100÷200 mm, cao 150÷200 mm, khối lượng thể tích từ 400 kg/m³ đến 1000 kg/m³, tương ứng cường độ nén từ 1 MPa đến 10 Mpa. Theo TCVN 7959:2008 – block bê tông khí chưng áp (AAC) quy định block bê tông khí chưng áp có dạng khối hình hộp chữ nhật với kích thước chiều dài không lớn hơn1500 mm, chiều rộng không lớn hơn 1000 mm, khối lượng thể tích từ 400 kg/m³ đến 1000 kg/m³, tương ứng cường độ nén từ 2,5 MPa đến 10 MPa. Như vậy với quy cách chất lượng nêu trên, sản phẩm bê tông tổ ong sử dụng chủ yếu để xây các các kết cấu không chịu lực, tường ngoài hoặc tường trong các công trình xây  dựng.

Đối với các tường ngoài sử dụng bê tông bọt có lợi thế hơn do lỗ rỗng bọt khí của chúng kín, khả năng cách nước tốt hơn, cho nên khi bố trí lớp cách nước ngoài chúng bảo vệ kết cấu tường không bị làm ẩm. Tuy chưa có quy định và hướng dẫn cụ thể về lớp cách nước cho tường ngoài nhưng ở điều kiện nước ta phải hết sức thận trọng và cần có nghiên cứu cụ thể để tránh các hiện tượng đáng tiếc có thể xẩy ra do không thi công đúng.

Các nghiên cứu trên thế giới chỉ ra rằng chế độ ẩm của tường ngoài công trình ảnh hưởng trực tiếp đến vi khí hậu của ngôi nhà, các tính chất cách nhiệt, độ bền lâu của chúng. Do vậy phương án tốt nhất là dùng lớp bảo vệ tránh tường hút ẩm nhiều khi trời mưa cũng như tại các vị trí có ẩm lớn. Như vậy, đối với tường ngoài nên sử dụng bê tông bọt có khối lượng thể tích từ 900 ÷ 1100 kg/m³, với cường độ nén tương ứng từ 5 - 10 MPa, còn đối với bê tông khí chưng áp nên dùng loại có khối lượng thể tích từ 700 ÷ 900 kg/m³, với cường độ nén tương ứng từ 5 - 10 MPa. Đối với tường trong, vách ngăn có thể sử dụng bê tông khí chưng áp có khối lượng thể tích không nhỏ hơn 500 kg/m³ hoặc bê tông bọt có khối lượng thể tích không nhỏ hơn 700 kg/m³.

Ở nhiều nước trên thế giới, tường ngoài từ bê tông tổ ong được ốp bề mặt bằng vật liệu ốp chuyên dụng như tấm ốp gốm, đá tự nhiên. Kiểu lớp vật liệu ốp này giúp bảo vệ tốt bề mặt tường bao che tránh được các tác động của yếu tố môi trường như nắng, mưa... cũng như các tác động cơ học từ ngoài vào.