Mục Lục

Lời mở đầu......................................................................................................................3

Chương 1 Giới thiệu chung về polymer và hợp chất cao phân tử..............................4

1.1 Polymer và hợp chất cao phân tử....................................................................4

1.2 Phân loại polymer............................................................................................5

Chương 2 Polymer vô cơ.................................................................................................6

2.1 Lịch sử phát hiện và nghiên cứu về polymer vô cơ..............................................6

2.2 Cơ chế polymer vô cơ...........................................................................................7

2.2.1 Trực tiếp.............................................................................................................7

2.2.2 Gián tiếp.............................................................................................................8

2.2.3 Cơ chế polymer hóa các chất vô cơ và cơ sở tạo ra chất kết dính polymer

vô cơ............................................................................................................................9

Chương 3 Công nghệ hóa đá nhân tạo..........................................................................10

3.1 Vật liệu vô cơ và sự hóa đá...................................................................................10

3.1.1 Chất kết tinh......................................................................................10

3.1.2 Chất polymer.....................................................................................11

3.1.3 Cơ chế polymer hóa vô cơ................................................................12

3.2 Cơ chế của sự hóa đá nhân tạo..............................................................................13

3.3 Công nghệ sản xuất gạch không nung bằng phương pháp Polymer hóa khoáng

(đất hóa đá).................................................................................................................16

1

3.3. 1 Công nghệ gạch không nung của thế giới........................................16

3.3.2 Nhu cầu gạch xây nước ta và một số vấn đề xung quanh công tác sản

xuất gạch xây bằng phương pháp nung......................................................17

3.3.3 Gạch không nung là gì?.....................................................................18

3.3.4 Thành phần sản xuất gạch không nung.............................................19

3.4 Ứng dụng công nghệ hóa đá-phương pháp thay thế hữu hiệu..............................19

Kết luận...........................................................................................................................21

Phụ lục

Một số hình ảnh về ứng dụng của công nghệ đất hóa đá ở Việt Nam.

Tài liệu tham khảo..........................................................................................................25

2

LỜI MỞ ĐẦU

Polymer vô cơ là một polymer hẳn còn mới lạ với chúng ta so với các loại polymer

hữu cơ khác. Thực ra polymer vô cơ được Thế giới biết đến từ thập niên bảy mươi của

thế kỷ 20. Ở nước ta polymer vô cơ mới chỉ thực sự được chú ý đến cách đây chừng

mười năm. Đó là một điều đáng tiếc bởi giá trị của polymer vô cơ là vô cùng to lớn. Như

hiện nay nó đặc biệt có giá trị trong ngành xây dựng, đó là công nghệ hóa đá nhân tạo.

Trong tương lai không xa, với công nghệ hóa đá nhân tạo vùng nông thôn sẽ có những

con đường sạch đẹp mà chi phí bỏ ra so với lợi ích nó đem lại là rất nhỏ.

Vì thấy polymer vô cơ giá trị to lớn như vậy nên nhân cơ hội được học tập môn Hóa học

hóa lý polymer tôi xin tìm hiểu về polymer vô cơ và ứng dụng của nó trong công nghệ

hóa đá nhân tạo. Với hy vọng một ngày nào đó với công nghệ này chúng ta sẽ làm được

nhiều việc có ích cho đất nước

Vì đây là một công nghệ mới nên về sự hiểu biết bị hạn chế và giới hạn. Trong tương lai

polymer vô cơ sẽ còn tiếp tục phát triển mạnh mẽ. Vì thế nên bài tiểu luận còn hạn chế

về nội dung. Mong Cô và các bạn đóng góp ý kiến.

Sinh viên

Nguyễn Lương Thiện

3

Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ POLYMER VÀ HỢP CHẤT CAO

PHÂN TỬ

1.1 Polymer và hợp chất cao phân tử.

Các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn thường được gọi là những hợp

chất cao phân tử hay polymer, đã tạo ra thành trong thiên nhiên ngay từ những ngày

đầu tồn tại của trái đất. Chẳng hạn xenlulozơ-thành phần chủ yếu của của tế bào

sống-đều là những hợp chất cao phân tử quan trọng trong đời sống loài người.

Từ thời xưa người ta đã biết sử dụng các vật liệu polymer tự nhiên như sợi

bông , tơ tằm, sợi gai, sợi len làm quần áo, da sinh vật để làm giày, giấy da để viết.

Người Ai Cập đã biết dung giấy polymer để viết thư cho đến khi tìm ra phương

pháp điều chế hợp chất cao phân tử mới là giấy. Công trình này đã mở đầu cho các

quá trình gia công các vật liệu polymer thiên nhiên và bắt đầu nghiên cứu về các

hợp chất polymer.

Polyme (tiếng Anh: "polymer") là khái niệm được dùng cho các hợp chất có khối

lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những

mắt xích cơ bản. Các phân tử tương tự nhưng có khối lượng thấp hơn được gọi là

các oligome.

Danh từ hợp chất cao phân tử hay có khi gọi là polymer cao phân tử, chỉ

chung cho những hợp chất có khối lượng phân tử lớn của mạch phân tử, bởi vì

những phân tử có khối lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp nhưng không phải do

lặp đi lặp lại những đơn vị cấu tạo monomer thường không được gọi là polymer.

Monome: là những hợp chất thấp phân tử chứa lien kết ngắn hoặc là những

hợp chất vòng không bền, hoặc là những chất chứa những nhóm chức có khả năng

4

phản ứng cao(không ít hơn hai nhóm chức). Các hợp chất này tạo thành polymer

bằng phản ứng trùng hợp, trùng ngưng hoặc những dạng phản ứng khác.

1.2 Phân loại Polymer.

Polymer được phân loại theo nhiều cách khác nhau.

- Theo nguồn gốc: có polymer thiên nhiên( như xenlulozơ, cao su, tinh bột,

protit…) và polymer tổng hợp.

- Theo thành phần hóa học của mạch chính phân tử polymer: như polymer mạch

carbon, polymer dị mạch, polymer vô cơ.

- Theo cấu trúc mạch: đầu-đuôi, đuôi-đuôi, đầu-đầu.

Trong bài tiểu luận này chúng ta cùng tìm hiểu về polymer vô cơ.

5

Chương 2

POLYMER VÔ CƠ

1.1 Lịch sử phát hiện và nghiên cứu về polymer vô cơ.

Polymer vô cơ đã được thế giới biết đến từ thập niên 70 của thế kỷ 20, khi con

người đã biết được vài thứ khoáng như pyroxen, hay vài thứ đá thiên nhiên như đá vỏ

chai, đều là các polymer, tức cao phân tử, chứ không phải phân tử cơ bản của tinh thể

khoáng vật. Một pôlime vô cơ như vậy gồm những phân tử dài đến 10.000 lần một

phân tử khoáng vật. Pôlime vô cơ còn có xương sống làm bằng phân tử silic, khác

với pôlime hữu cơ, cô lập từ quặng dầu hoả, đã được dùng từ sau Thế Chiến Thứ II,

có xương sống làm bằng nguyên tố C.

Hình 1: polymer vô cơ

Năm 1970, thế giới mới thật sự làm một polymer vô cơ, bằng cách nung bột lưu

huỳnh (S) bở rời thành sợi dài, sợi polymer, bằng cách đun bột lưu huỳnh lên 140 độ

C. Đó là công đóng góp đầu tiên của các nhà bác học Hoa Kỳ, tạo ra một cuộc cách

6

mạng trong giới hoá học, mà quan niệm cổ điển là không bao giờ con người làm

được polymer vô cơ.

Đến thập niên 1990, GS. Plattfort của khoa Địa chất Đại học Bruxelles (Bỉ) đã

sang Việt Nam giới thiệu công trình nghiên cứu của ông, là biến sét cao lanh thành

đá vô cùng cứng rắn. Bằng cách thêm xút vào với tỷ lệ thích hợp, ông biến các tinh

thể khoáng kaolinit thành những hạt nam châm chỉ có bề dài 10A0. Cát hạt nam châm

này hút nhau, thành các sợi polymer dài ngoằn ngoèo, làm cho đất sét cứng thành đá,

thành bêtông.

Cuối thập niên 90 của thế kỷ 20, và trong các năm đầu của thập niên 1 của thế

kỷ 21, nhiều phát minh mới về polymer vô cơ, khiến cho người ta chia ra hai hướng:

hướng vô cơ trực tiếp, như ta đã thấy nơi hạt lưu huỳnh (đơn nguyên tử) hay kaolinit

(đơn phân tử) không có cầu nối nào khác hơn là nguyên tử và phân tử ròng một thứ;

hướng gián tiếp có một hạt bé với một cầu nối, như hạt đất sét kết với hạt vôi và một

hạt đất sét thứ hai.

Cơ chế kết nối vật liệu là dựa trên luật âm dương, với một lực rất mạnh, gọi là

từ lực. Một vật liệu âm dính chặt với vật liệu dương như đất sét (lực âm) dính với vôi

(lực dương), làm ra một polymer. Cát là vật liệu trơ, không có lực âm, nên không làm

ra polymer với vôi được. Từ lực có một tương lai to lớn, sáng chói mà chúng ta chưa

sờ đến được, vì polymer vô cơ chỉ được biết mươi năm trở lại đây, một tụt hậu rất

đáng kể.

1.2 Cơ chế polymer vô cơ.

1.2.1 Trực tiếp

Từ trước 5000 năm, người ta gọi thủy tinh, pha lê là một chất rắn trong suốt mà

con người chế tạo được. Vào thế kỷ 19 khi kính hiển vi phân cực ra đời, soi thủy tinh

lên kính, nó là vật thể không kết tinh, gọi là vô định hình. Mãi đến khi có kính hiển

vi điện tử rọi lớn trên 10000 lần, mới thấy thủy tinh là sự bện chặt của những sợi dây

7

mà sau đó được xác định là polymer. Vậy, nhờ nung nóng, cát trở thành thủy tinh,

cứng, trong và là một polymer vô cơ cao nhiệt ( 1200 độ C – 1400 độ C).

Vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20, các nhà khoa học Mỹ biến bột lưu huỳnh (S) thành

sợi nhờ nung nóng nó ở 1400C, thay vì ở 14000C như thủy tinh. Đây là lần đầu tiên

con người tạo polymer vô cơ ở nhiệt độ thường. Sau này, cuối thập kỷ 90, nhà khoa

học Plattfort tạo được các hạt nam châm tí hon bằng cách trộn cao lanh với sođa.

Chúng hít mạnh với nhau và biến cao lanh thành đá. Đó là một polymer trực tiếp. Rồi

còn nhiều phát minh nữa ở dạng như vậy, khiến cho vật liệu xây dựng trở nên dồi

dào hơn, và nhất là rẻ hơn. Đó là cốt lỏi của cuộc cách mạng hóa học ở thế kỷ 21 :

khoa hóa học của các chất nano.

1.2.2 Gián tiếp.

Trong thập niên 50 của thế kỷ 20, các nhà khoa học lập lại sự kết cứng của vôi

tôi với đất sét. Họ nhận thấy rằng dưới kính hiển vi điện tử, đất sét hóa đá nhờ bên

trong đất sét hiện ra những sợi cực mảnh, đan bện nhau, mà họ gọi là entolime. Về

sau, vào thế kỷ 21, ta mới nhận ra đó là những sợi polymer đất sét –vôi -đất sét-vôi

dài độ 10000 lần phân tử đất sét. Sự hóa cứng là một sự polymer hóa vô cơ ở nhiệt

độ thường. Nó xảy ra trong suốt 300 ngày nhào trộn và chỉ xuất hiện polymer đầu

tiên khi sét bị đẩy đi hết nước tẩm bên trong. Nó chấm dứt với sét khô gỏ bon bon

như ngói và không hề hóa nhão trong nước nữa. Vậy sự polymer hóa của đất sét

ngược lại với sự kết tinh hóa của ximăng CPA là : polymer hóa đẩy nước đi ra ngoài,

còn sự kết tinh hoá hút nước vào làm nước kết tinh bên trong.

Vậy đẩy nước tẩm xảy ra làm sao? Giữa hạt sét và hạt vôi, có hai màng mỏng

nước dày 0,2 micromet. Khi màng mỏng nước này bị vứt đi, hạt đất sét và hạt vôi

vốn là từ tính âm (đất) và từ tính dương (vôi), kết dính lại nhau thêm 30% sức mạnh

nữa, làm thành polymer (entroline).

Muốn đẩy nước tẩm đi khỏi hạt bé, cần có lực nén (cao chừng nào tốt chừng ấy) và

có việc phơi khô hay sấy.8

1.2.3 Cơ chế polymer hóa các chất vô cơ và cơ sở tạo ra chất kết dính polymer

vô cơ.

Quá trình polyme hoá vô cơ (hay còn gọi là polymer hoá khoáng vật) là phản

ứng hoá học (phản ứng thế) diễn ra rất nhanh trong các môi trường kiềm của các

khoáng vật silic – nhôm. Kết quả của phản ứng là mạch polymer ba chiều và cấu trúc

chuỗi bao gồm bộ khung Si-O-Al-O. Thành phần hoá học của polyme vô cơ tương tự

như các vật liệu zeolit tự nhiên, nhưng cấu trúc của chúng lại ở dạng vô định hình.

Cho đến nay, cơ chế chính xác của quá trình ninh kết và rắn chắc của chất kết dính

polymer vô cơ vẫn chưa được làm sáng tỏ. Tuy nhiên, sự hình thành sản phẩm

polyme vô cơ có thể được giải thích bằng công thức sau :

Như vậy, hai thành phần chủ yếu để chế tạo chất kết dính polyme vô cơ là các

vật liệu khoáng giàu silíc (Si) và nhôm (Al) và các loại dung dịch kiềm. Các vật liệu

khoáng giàu Si-Al có thể là kaolanh, các loại đất sét, thậm chí các loại chất thải như

tro bay nhiệt điện, muội silic, xỉ, tro trấu, v.v... Các dung dịch kiềm có thể được sử

dụng là hydroxit của natri hoặc kali. Để đạt hiệu quả polyme hoá cao NaOH hoặc

KOH thường được kết hợp sử dụng với Na2SiO3 hoặc K2SiO3.

Trong quá trình polyme hoá và rắn chắc, chất kết dính polyme vô cơ có tính dính và

có khả năng liên kết các vật liệu chất độn rời rạc thành một khối rắn chắc.

9

Chương 3

CÔNG NGHỆ HÓA ĐÁ NHÂN TẠO

3.1 Vật liệu vô cơ và sự hóa đá.

3.1.2 Chất kết tinh:

Từ 300 năm đến nay, người ta kết dính vật liệu bở rời thành đá bằng một chất

liên kết thuỷ lực, mang tên là xi măng CPA (ví dụ: xi măng Hà Tiên). Chất đó được

nung trong lò đến 14500C, kết hợp 90% đá vôi với 10 % đất sét, thành các thỏi

clinker. Đem nghiền clinker thành bột, trộn với cát sạch, với nước lã, nó khiến cho

bụi vôi nung, kết dính với bụi đất sét nung, làm hoá cứng vữa hố với cát. Sau khi

phơi khô 28 ngày (thực tế là 3 ngày), một thứ đá cát được hình thành, gọi là bê tông.

Sự hoá đá này được làm bằng một cơ chế, gọi là sự kết dính. Tuỳ tỷ lệ pha xi

măng CPA với cát sạch, ta có độ cứng gọi là mác: 1 xi măng/ 3cát là mác cứng chắc

nhất, tạo bê tông mác 300; 1 xi măng/ 6 cát là mác mềm nhất, thường dùng cho công

trình cấp thấp, thuộc mác 100. Sự kết dính tạo ra 3 loại khoáng vật, thuộc nhóm

silicat vôi, gọi là: alite (1 calcit), belite (2 calcit) và celite (3 calcit). Càng nhiều calcit

chừng nào bêtông càng cứng chừng ấy. Sự kết tinh của silicat vôi hút nước rất nhiều.

Đó là một đặc tính của sự hoá đá.

Đá vôi chỉ tập trung ở miền bắc việt nam. Đó là thiên đàng của các nhà máy xi

măng CPA. Nhưng cát sạch lại hiếm, càng ngày càng ít đi. Ta phải tiết kiệm cát sạch

và xi măng CPA cho xây dựng đô thị và cần tìm ra một kiểu hoá đá cho nông thôn.

Đó là lập một công nghệ nông thôn, hợp 4 điều kiện thành một.

- Có cơ sở khoa học vững chắc,

- Dễ làm, có chất lượng chấp nhận được, không va chạm môi trường,

- Có vật liệu sẵn ở nông thôn (đất tạp),

- Và rẻ hơn xi măng CPA (để dành cho đô thị).

10

Nếu được một công nghệ như thế hỗ trợ, nhà nông sẽ phát triển nông thôn tạo

môi trường vệ sinh, giúp nông thôn có bề mặt sạch đẹp và trật tự. Đó là ước mơ của

chúng ta vào cuối thế kỷ 20, mà đến đầu thế kỷ 21 ta mới bắt tay vào việc.

3.1.2 Chất polymer.

- Loại hữu cơ.

Từ khi ngành dầu mỏ xuất hiện trên trái đất, thì ngành hoá dầu cũng xuất

hiện. Chất plastic (dẻo) được ra đời, nhờ biết tận dụng phế liệu của cặn dầu thô.

Phế liệu này tạo ra các cao phân tử, gọi là polymer, rút ra được trong chất cặn

đó. Trước hết các cao phân tử tạo ra keo, rồi sợi, là những phân tử khổng lồ

được nối kết với nhau. Từ các vật liệu thô đó, người ta làm ra sản phẩm tinh vi

hơn, tràn ngập thị trường, thay cho kim loại, gỗ, kính và nhiều thứ khác. Cộng

với các chất cứng rắn, chịu tải, chịu ma sát mạnh, polymer làm thành composit

gốc hữu cơ.

- Loại vô cơ.

Từ năm 1960, người ta đã khám phá ra một vài chất vô cơ đã được thiên

nhiên pôlime hoá, thông qua nguồn nhiệt cực lớn. Đó là đá thuỷ tinh (obsidian)

trong núi lửa, và ngọc (kiểu cẩm thạch) của nhóm huy khoáng (pyroxene). Từ

đó, suy ra thuỷ tinh nhân tạo, gọi là kính, cũng là một thứ đá thuỷ tinh (nhân

tạo) qua xử lý nhiệt. Xương và gỗ của sinh vật cũng là polymer, một cái có

nguồn vô cơ (xương) và một cái có nguồn hữu cơ (gỗ), không thông qua xử lý

nhiệt. Đến năm 1970, Hoa Kỳ là nước tạo ra polymer lưu huỳnh (S), bằng cách

nung lưu huỳnh đến 1400C. Từ đó sự polymer hoá vô cơ được khoa học khẳng

định. Đó là một cuộc cách mạng của địa hoá học, vì cho tới ngày đó, sự

polymer hoá chỉ dành cho vật liệu hữu cơ mà thôi. Sự polymer hoá vô cơ ngày

càng tạo ra sản phẩm đa dạng.

Từ năm 1970 trở về sau, nhiều phương pháp điều chế chất kết dính bằng

pôlime hoá vô cơ đã ra đời. Nhiều phương pháp chế ra được pôlime vô cơ, như

thuỷ tinh, trước còn mơ hồ, nay ai cũng biết đó là sự pôlime hoá vô cơ cao

11

nhiệt. Ở việt nam các hoá chất biến đất thành đá cũng được giới thiệu, nhưng

giá thành cao nên không phổ biến được.

3.1.3 Cơ chế polymer hóa vô cơ.

- cơ chế trực tiếp:

Đó là một cơ chế dựa trên từ tính của vật liệu. Gs. Plattfort đã biến khoáng

vật sét kaolinite thành hạt nam châm.

Vì kaolinite có cấu trúc hai lá, mỗi lá đều có từ tính âm (-). Nếu dùng một

dung dịch xút và đun một chất caolanh thì một trong hai lá ấy sẽ có tính dương

(+). Vì vậy, khoáng vật sét kaolinite thành một nam châm tí hon, với một đầu

âm và một đầu dương. Chúng kết dính lại với nhau, và với đất trộn trơ chung

quanh, thành đá. Đó là một composit vô cơ.

Lượng xút chiếm tỷ lệ 4%, còn lượng kaolinite trong đất chiếm tỷ lệ 25%.

Đó là một phương pháp có cơ chế từ tính toàn diện và trực tiếp, ta gọi đó là sự

polymer hóa trực tiếp.

- cơ chế gián tiếp:

Đất mịn hạt và vật liệu mịn hạt như đất sét trở xuống chỉ có điện tích âm

trên toàn hạt, đó là các anion thiên nhiên. Nếu đưa vào đó các điện tích dương

kim loại, gọi là cation, thì cation sẽ nối các anion lại với nhau, và đất bở rời hóa

đá. Cùng lúc, nó tạo ra sự kết dính bằng cách thu nạp thêm các cation thô hơn

vào. Chuỗi anion-cation-anion… là một polyme vô cơ hay tổng hợp ( vô cơ +

hữu cơ).

Cation kim loại rẽ nhất là vôi Ca2+. Ta có thể thay vôi bằng Mg2+, hay Fe3+,

Al3+… với điều kiện chịu tăng giá thành. Các hạt gỗ của con mối, sau khi tiêu

hóa hết chất cenluloz, cũng là các cation cực mạnh, nhưng có nguồn hữu cơ.

Hạt gỗ và vôi được xem như cation tổng hợp, làm ra polymer tổng hợp hay

composite tổng hợp giá rất thấp.

12

3.2 Cơ chế của sự hóa đá nhân tạo.

- Xi măng và bê tông Portland.

Vào đầu thập kỷ 5 của thế kỷ 17 vừa qua người Anh đã phát minh ra một chất

kết dính vô cơ là xi măng Portland bằng cách nung 10% đất sét với 90% đá vôi

CaCO3 để tạo ra một chất Chinker ở 14500C với công thức SiO3Ca. Chinker đem

nghiền mịn, cộng với cát sạch xây dựng, hóa cứng để tạo ra bê tông Portland là một

đá cát dùng cho xây dựng cho tới ngày hôm nay.

Ximăng Portland hóa cứng trong môi trường bão hòa nước, cứng dưới nước,

nên cần nước để kết tinh. Ta gọi đó là sự kết tinh trong môi trường ướt. Khi nó đang

cứng trong 1 ngày, ta bão dưỡng nó bằng cách tưới thêm nước cho đủ 28 ngày mới

đạt 100% sự kết tinh.

- Xi măng và bê tông polymer.

Vào cuối thập kỷ 90 của thế kỷ 20 vừa qua, một phát minh làm chấn động giới

khoa học của vật liệu mới. GS Plattfort của Đại học Bluxelles của Bỉ đã tạo ra một xi

măng vô cơ, như xi măng Portland, bằng đất sét với sét, một chất kết dính SiO3Na2,

mà không cần nung đến 14500C: chỉ trộn nguội hai thứ vật liệu với nhau trong thời

gian qui ước là 28 ngày như xi măng Portland.

Một điều lạ là ximăng Polymer này tạo ra các phân tử, gọi là polymer trong môi

trường khô (độ ẩm = 0%). Càng khô bao nhiều càng cứng bấy nhiêu, không rả trong

nước nữa.

Vì công thức của nó không chứa vôi Ca nên một đặc điếm đáng ghi nhớ là nó

chấp nhận nước mặn và làm với vật liệu mặn (cát cồn gió bờ biển, cát giống, cát cửa

sông, có lượng rất lớn ở nước ta), gọi là bến Aulfat, mà xi măng Portland không tạo

được.

Plattfort gọi đó là MIP (mineral polymer) vì thời đó chưa có khái niệm “khoa

học nano” để giải thích như ngày nay, mặc dù ông dùng vật liệu nano như đất sét và

các dung dịch hóa chất như xút NaOH để lấy ra các ion Na, bêtông polymer là tương

đương với Composite, một chất keo dính hữu cơ, rút từ chất cặn của dầu khí mà loài

người phát minh từ năm 1920 của thế kỷ trước và xây dựng ngành chất dẻo vĩ đại.

13

Cũng như bêtông polymer, composit đi từ cái cực nhỏ đến việc tạo sản phẩm

cực lớn, trái với một dòng chế tạo khoa học khác, đi từ cái cực lớn đến cái cực nhỏ

(từ transister đến con chip).

- Nguyên lý của xi măng polymer.

Với nước lã chiếm đến 70% ximăng khô ta trộn xút NaOH (một ví dụ) với đất

sét mịn. Dùng máy trộn giống như với ximăng Portland là đủ. Đất sét ở đây là sét cao

lanh (sét 2 lá) và phải dè dặt có sét bentônit (sét 3 lá) lẫn vào.

Sét cao lanh được thử như sau: lấy một muỗng sét mịn đổ vào một ly nước

mưa hay nước tinh khiết rồi lắc mạnh. Mười phút sau nước sẽ có một trong 2 dạng;

nước sẽ trong, sét sẽ lắng xuống đáy ly, cho thấy sét là loại cao lanh; hoặc nước sẽ

đục như sữa, cho thấy sét là loại bentônit, phải xử lý.

Sau khi quậy xút và đất cao lanh ta có một ximăng pôlime, sẵn sàng pha với

cát hay một vật thô nào khác, như bụi đá, sỏi (đường kính dưới 20mm) để làm ra

bêtông.

Công thức làm ximăng pôlime được tóm tắt như sau:

           X = M + m

Trong đó X là ximăng pôlime M là xút (phần dương) và m là đất xét (phần âm). M

kết với m là tự lực (lực nam châm) của 2 thứ.

- Nguyên lý của bê tông với polymer.

Ximăng polymer, trộn nguội với những vật liệu vô cơ trơ (vì mất từ tính của

vật liệu nano) như cát, sạn, đá dặm bụi, thì sẽ tạo ra bêtông polymer, như ximăng

portland pha cát sạch tạo ra bêtông Portland. Công thức của nó còn đòi hỏi thêm 3

tính vật liệu khác là trộn, nén và phơi.

B = (X + Q) tnp              (2)

Trong đó B là bêtông polymer, X là xi măng polymer, Q là vật liệu trơ, t là

trộn đều, n là nén và p là phơi nắng. Bê tông portland cũng đòi hỏi một qui trình như

vậy.

Trộn: Làm cho hóa chất và sét (hoặc tương đương) nằm cạnh bên nhau và hít

lẫn nhau khi hít lẫn nhau, các vật liệu có từ tính âm dương sẽ kết các vật liệu vô cơ

trơ vào nhau, hóa ra một bê tông khi môi trường trở nên khô ráo.

14

  Nén: làm cho nước tẩm xuất đi, kể cả nước bao vật liệu, dầy 0,2 micromet, mà vật

liệu ướt thường có, tạo môi trường khô để hóa cứng. Sức nén đi từ nhỏ nhất, bằng 2

đầu ngón tay bóp lại, đến cả ngàn kilogam/cm2. Tại sao phải có lực nén nhỏ như vậy?

Là vì trộn x nén x phơi là cấp số nhân với nhau, nếu một cái triệt tiêu thì sẽ làm 2 cái

khác cũng triệt tiêu luôn.

Phơi: Làn nước tẩm mau xuất đi, tạo điều kiện cứng nhanh. Nhiệt độ tối

ưu là giữa 420C và 600C, không hơn không kém, đủ cho nước tẩm bốc hơi mà không

gây cong vênh, nứt nẻ. Thời gian phơi là 28 ngày, nhưng dùng gấp chỉ là 7 ngày.

Trong sản xuất có khuynh hướng dùng sản phẩm 7 ngày; trong thực tế, sản phẩm chỉ

bán sau 28 ngày vì không bán nhanh do nhu cầu thấp.

- Nguyên lý của sản phẩm.

Bêtông polymer là một cái phôi. Nó cần đưa vào một cái khuôn khi phôi còn

ướt, mềm, tức là chưa thành đá.

Khuôn tạo hình có 2 loại. Loại khuôn bằng gỗ hay nhựa dẻo dùng cho cách

tạo hình là máy rung nhẹ, gọi là bàn rung. Đó là một cái bàn 1x2m bề mặt, rung một

lần 10 hay 20 cái khuôn nhựa có chứa đầy phôi bêtông pôlime chỉ cần rung 10 phút

(rung là nén nhẹ) là đủ. Sau đó đưa khuôn nhựa đi phơi 7 ngày là giải phóng khuôn.

Có nhiều thỉa thuật mau cứng trong 1 hay 2 ngày, gọi là hybride (tổng hợp) sẽ

bàn sau.

Với khuôn giải phóng nhanh, nhà sản xuất sẽ có nhiều lợi thế tài chính, vì ít

hao khuôn.

Loại tạo hình thứ hai là máy nén nhỏ hay lớn, máy nén nhỏ dùng con đội xe

tải, loại 3-5 tấn, tạo hình sản phẩm từ 10cm bề cạnh trở lại. Máy nén lớn dùng con

đội là cầu thủy lực, thường thấy nơi xe ben. Phải có thợ chuyên ráp các máy nén thủy

lực nầy để tạo các viên gạch ngói có đường cạnh dài đến 30 x 30 x 3cm. Khi sản

xuất, sẽ bàn về các loại máy nén nhỏ và lớn này.

Có rất nhiều dòng sản phẩm được sản xuất từ các thiết bị nêu trên với bê tông

polymer, từ vật liệu xây dựng (gạch ngói), đến lòng đường (bêtông nhựa) đến đê

chắn sóng bờ biển. Sẽ bàn về từng loại sản phẩm đó. Chúng đều có giá bán cạnh

tranh cao, so với bêtông portland.

15

3.3 Công nghệ sản xuất gạch không nung bằng phương pháp Polymer hóa

khoáng(Đất hóa đá)

3.3.1Công nghệ gạch không nung của thế giới.

Cách đây khoảng 5000 năm Công nghệ Polymer đã được ứng dụng để

xây dựng Kim Tự Tháp Ai Cập nổi tiếng thế giới, một công trình tuyệt tác

trường tồn với thời gian đến ngày nay. Ngày nay, các nhà khoa học đã nghiên

cứu tổng hợp và hệ thống cơ chế đóng rắn này thành công nghệ hiện đại để sản

xuất loại sản phẩm gạch không nung.

Để phát triển kinh tế và nâng cao mức sống, loài người đã nghiên cứu,

sáng tạo ra nhiều chủng loại vật tư, vật liệu. Trong trào lưu khoa học công nghệ

phát triển vào những năm 70 của thế kỷ 20, các nhà khoa học trên thế giới đã

nghiên cứu, ứng dụng nhiều loại sản phẩm trong ngành xây dựng dưới dạng xi

măng hay keo kết dính, được giới thiệu với những thương hiệu độc quyền thuộc

khu vực Châu Âu, Châu Mỹ. Các sản phẩm này được sử dụng trong lĩnh vực

như: Gạch xây dựng, bê tông cường độ cao, tấm Pano cách nhiệt đến những sản

phẩm Composit chịu lửa bền hóa học.

Năm 1978 Davidovit (nhà khoa học người Pháp) giới thiệu một loại vật

liệu Polymer được tổng hợp từ các khoáng Aluminosilicate thành phần của vật

liệu này giống với zeolite, nhưng về cấu trúc biểu hiện là một cấu trúc vô định

hình đến nửa kết tinh trong suốt quá trình tổng hợp lại với nhau tạo thành một

khối cứng rắn như khối đá tự nhiên.

Trên các nước đang phát triển, công nghệ Polymer được ứng dụng rộng rãi

vào phát triển giao thông, thủy lợi xây dựng… các loại Gạch không nung loại

bê tông siêu nhẹ bằng công nghệ phối bọt hoặc sinh khí loại gạch thứ hai là

dựng vật liệu từ đất và …..sạn sỏi, tro bay…ở Ấn Độ, Pháp, Mỹ, Đức, Bỉ, Nam

Phi

Đặc biệt công nghệ Polymer đã phát triển tới tầm cao dùng làm một số bộ

phận có tính chịu lực trong các thiết bị máy móc (máy bay của hãng Boing)

16

Cho đến nay sản phẩm Polymer dưới nhiều dạng khác nhau đã được giới

thiệu và ứng dụng trong các ngành xây dựng và công nghiệp gốm sứ ở nhiều

nước trên khắp các châu lục.

Ở Đức đã phát minh ra công nghệ RRP, là một hợp chất của Axits Sunfuro

phối trộn vào đất tạo ra một sự liên kết giữa các ion âm của đất với cation Na +,

K+,Mg2+, Fe2+. Quá trình phối trộn ….đạt tới K95, K98 rồi thành con đường

hoàn hảo, tốt đẹp có sự liên kết bền chắc.

Ở Mỹ đã có hợp chất SA44/LS 40, cũng tương tự như hợp chất RRP ở

Đức. Hợp chất SA44/SL 40 đã được đưa vào sử dụng ứng dụng làm đường. Ở

một số nước phát triển trên thế giới như: Pháp,Mỹ, Đức, Bỉ và Nam phi đã sử

dụng khoảng 70% - 80% nhu cầu gạch xây dựng của họ bằng công nghệ này.

3.3.2Nhu cầu gạch xây nước ta và một số vấn đề xung quanh công tác sản

xuất gạch xây bằng phương pháp nung.

Gạch xây là một bộ phận cấu thành quan trọng của ngôi nhà hoặc một

công trình kiến trúc. Một năm, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng,

cả nước ta tiêu thụ từ 20-22 (tỉ viên), nếu cứ với đà phát triển này, đến năm

2020 lượng gạch cần cho xây dựng là hơn 40 tỉ viên, một số lượng khổng lồ, để

đạt được mức này, lượng đất sét phải tiêu thụ vào khoảng 600 triệu m3 đất sét

tương đương với 30.000 ha đất canh tác. Không những vậy, gạch nung còn tiêu

tốn rất nhiều năng lượng: Than, củi, đặc biệt là than đá, quá trình này thải vào

bầu khí quyển của chúng ta cơ bản là khí độc không chỉ ảnh hướng tới môi

trường sức khỏe của con người mà còn làm giảm tới năng suất của cây trồng,

vật nuôi. Có thể lấy một ví dụ điển hình về một làng nghề chuyên sản xuất gạch

ngói nung ở huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc để chúng ta có thể thấy sự tàn

phá thiên nhiên của nghề nung gạch ngói này.

Với những vấn đề trên, gạch nung đang dần là một điểm yếu về công nghệ

quan trọng trong công nghiệp xây dựng ở nước ta và rất cần được quan tâm.

Chính vì vậy theo Quyết định số 115/2001/QĐ-TTg về việc quy hoạch tổng thể

ngành công nghiệp vật liệu xây dựng đến năm 2020 và định hướng đến 2020 đã

được thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 01/08/2001, phải phát triển gạch

17

không nung thay thế gạch đất nung từ 10 đến 15% vào năm 2005 và 25% đến

30% vào năm 2010, xóa bỏ hoàn toàn gạch đất nung thủ công vào năm 2020.

Nghị định 121/2008-TTG của Viện vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng trình

thủ tướng đã phê duyệt đưa ra lộ trình đưa gạch không nung vào thay thế vật

liệu nung quy hoạch tới năm 2020.

Công văn 2383/BXD – VLXD ngày 27/11/2008 của Bộ xây dựng gửi các

Sở xây dựng các tỉnh thành phố phát triển vật liệu xây, gạch không nung thay

thế cho gạch ngói nung để giảm ô nhiễm môi trường.

3.3.3Gạch không nung là gì?

Gạch không nung là loại gạch xây sau khi được tạo hình thì tự đóng rắn

đạt các chỉ số về cơ học: Cường độ nén, uốn, độ hút nước ... mà không cần qua

nhiệt độ. Có nhiều loại gạch không nung hiện nay đang sử dụng như: Gạch

papanh: Gạch không nung được sản xuất từ phế thải công nghiệp: Xỉ than, vôi

bột được sử dụng lâu đời ở nước ta. Gạch có cường độ thấp từ 30-50kg/cm2 chủ

yếu dùng cho các loại tường ít chịu lực. Gạch Block: Gạch được hình thành từ

đá vụn, cát, xi măng có cường độ chịu lực cao có thể xây nhà cao tầng. Nhược

điểm của loại gạch này là nặng, to, khó xây, chưa được thị trường chấp nhận

rộng rãi. Gạch xi măng - cát: Gạch được tạo thành từ cát và xi măng: Gạch

không nung tự nhiên: Từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá banzan.

Loại gạch này chủ yếu sử dụng ở các vùng có nguồn puzolan tự nhiên, hình

thức sản xuất tự phát, mang tính chất địa phương, quy mô nhỏ ...

Như vậy, gạch không nung hiện nay có nhiều chủng loại, nhưng vẫn chưa

đưa vào thực tế một cách rộng rãi do các nguyên nhân.

Để sản xuất gạch không nung từ đất. Theo công nghệ "đất hóa đá" nguồn

đất để sản xuất gạch chiếm 50-70% phần nguyên liệu, sử dụng đa dạng các loại

đất từ miền núi, đồng bằng, trung du và các vùng hải đảo ... đồng thời tận dụng

được các nguồn phế thải xây dựng và công nghiệp góp phần cải thiện môi

trường xanh, sạch, đẹp.

Trên cơ sở những vấn đề trên Công ty Cổ Phần Công nghệ thương mại

Huệ Quang thuộc Viện nghiên cứu hỗ trợ phát triển nông thôn đã đưa ra dự án:

18

"Ứng dụng công nghệ sản xuất gạch không nung bằng công nghệ "đất hóa đá",

từ nguyên liệu là các loại đất và phế thải công nghiệp, xây dựng được hình

thành.

3.3.4 Thành phần nguyên liệu sản xuất gạch không nung.

Nguyên vật liệu chủ yếu là tất cả các loại đất (trừ đất mùn), tận dụng các

nguồn đất xấu,ít có giá trị kinht tế như đất đồi (các loại) tại các vùng trung du

và miền núi, các loại đất sen pha ven sông, đất tải từ cá công trình đào móng

nhà, hầm lò, ao hồ, các loại đất, đá phế phẩm tại các công trường khai thác

quặng ...

Sử dụng vật liệu độn bằng các vật liệu trơ từ các nguồn phế thải rắn (không độc)

như vật liệu xây dựng như bê tông, gạch vỡ, át, đá sỏi, xỉ lò, các bã thải

quặng ... bê tông hóa rác thải.

Nguyên liệu đầu vào: Đất hỗn hợp, cát, phế liệu xây dựng sử dụng để sản

xuất: phế thải rắn trong trong xây dựng, đất đồi trung du-miền núi, tro bay.

3.4 Ứng dụng công nghệ hóa đá-phương pháp thay thế hữu hiệu.

Sản xuất gạch không nung từ nguyên liệu đất và phế liệu công nghiệp là một

công nghệ xanh được áp dụng trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng tại nước ta

trong thời kỳ hội nhập. Phương pháp này giúp những người sản xuất tận dụng được

nguồn đất ít có giá trị kinh tế như đất đồi cằn cỗi tại các vùng trung du, đất sét pha

ven sông, đất thải từ các công trình đào móng nhà, hầm lò, ao hồ, các loại đất, đá tại

các công trường khai thác quặng,… Công nghệ “đất hóa đá” cũng giúp chủ đầu tư sử

dụng các nguồn phế thải rắn như bê tông, gạch vỡ, cát, đá sỏi, xỉ lò, các bã quặng bô

xít… Sử dụng công nghệ này sẽ tận dụng triệt để nguồn phế liệu tại chỗ, giảm thiểu

chi phí vận chuyển, bỏ hoàn toàn sự nung đốt, không thải khí CO2 ra môi trường.

So với phương pháp sản xuất gạch bằng lò nung thủ công thì công nghệ “đất

hóa đá” đạt bước tiến mới về quy mô và tác phong sản xuất công nghiệp – thay từ “lò

gạch” thành “nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng”. Đầu tư cho một nhà máy công

suất 2 vạn viên/1 ca ( có thể làm 2 ca để đạt năng suất 4 vạn viên/ngày), sản xuất trên

diện tích 1ha với số vốn đầu tư chỉ bằng 2/3 tiền đầu tư một lò gạch kiểu đứng liên

19

tục. Điều đặc biệt, độ cứng của viên gạch không nung gần gấp 2 lần viên gạch nung,

các chỉ tiêu về kỹ thuật và an toàn vật liệu đều đạt và vượt TCVN, giá thành mỗi viên

gạch không nung bằng công nghệ “đất hóa đá” chỉ bằng 2/3 viên gạch nung thủ công.

Viên gạch không nung được ép với máy thủy lực trên 150 tấn nên bề mặt viên gạch

nhẵn và đồng đều tuyệt đối, từ đó công xây dựng giảm, có thể không cần vữa trát

tường, xây đến đâu hoàn thiện đến đó nên giảm một khoản chi phí đáng kể đối với

một căn nhà. Rõ ràng, bài toán kinh tế có lợi cho người tiêu dùng khi sử dụng gạch

không nung bằng công nghệ “đất hóa đá”.

Theo ước tính, mỗi năm nước ta tiêu thụ khoảng 20 tỉ viên gạch. Với đà phát

triển này, đến năm 2020, lượng gạch cần cho xây dựng là hơn 40 tỉ viên. Để đạt

được mức đó, lượng đất sét phải tiêu thụ tương đương với 30.000 ha đất canh tác.

Điều này ảnh hưởng lớn tới vấn đề an ninh lương thực trong tương lai. Với những

ưu điểm của mình, phương pháp sản xuất gạch không nung bằng công nghệ “đất

hóa đá” sẽ thay thế lò gạch thủ công, là lời giải cho bài toán thực hiện Quyết định

số 115/2001/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, xóa bỏ hoàn toàn lò gạch thủ

công vào năm 2020.

20

KẾT LUẬN

Qua bài tiểu luận trên có thể thấy Polymer vô cơ nói chung và công nghệ đất hóa đá

nói riêng có một tiềm năng vô cùng to lớn tới sự phát triển cơ sở hạ tầng của nước ta.

Với polymer vô cơ có thể tận dụng các vật liệu có sẵn ở nước ta: phế thải rắn trong xây

dựng, tro bay nhiệt điện, các loại đất có sẵn…để làm vật liệu xây dựng với chất lượng

cao.

Vật liệu polymer vô cơ có giá trị về nhiều mặt:

- Kinh tế:giá đầu tư và giá thành rẻ, nhà máy không đòi hỏi tài chính lớn, vì không

phải xây lò nung, vật liệu tự hóa rắn mà không cần nung.

- Bảo vệ môi trường: Dùng hóa chất dễ xử lý và ít độc hại, thân thiện với môi

trường, bảo vệ môi trường.

- Chất lượng cao: Có những tính chất của vật liệu xây dựng thông thường và thêm

nhiều tính chất tốt mà vật liệu thường không có.

- Tiện dụng: Dùng nơi nào cũng được, sử dụng nguyên liệu tại chỗ.

Các nghiên cứu về chất kết dính polymer vô cơ và vật liệu polymer vô cơ đã được

triển khai ở một số nước trên thế giới và đã đạt được những thành tựu khả quan. Tuy

nhiên polymer vô cơ là một đề tài còn khá mới mẻ ở Việt Nam, đặc biệt là trong lĩnh vực

xây dựng. Vì vậy cần có sự quan tâm đúng mức để hoàn thiện công nghệ sản xuất và

tiến tới ứng dụng rộng rãi vật liệu polymer vô cơ ở Việt Nam trong thời gian tới.

21

Phụ lục

Một số hình ảnh về ứng dụng của công nghệ đất hóa đá ở Việt Nam

Hình 2-Gạch lát nền pôlime vô cơ từ đất tạp được sử dụng lót sân cho một vila ở Thủ Dầu Một - Bình Dương.

Hình 3-Sử dụng lát nền Đế Quan Miếu (chùa Ông) - thị trấn Lái Thiêu, Bình Dương22

 

Hình 4-Trụ tiêu làm bằng đất được triển khai áp dụng ở một hộ trồng tiêu thuộc ấp Lộc Hoà, xã Bình Giã huyện Châu Đức - Bà Rịa Vũng Tàu.

Hình 5-Gạch trang trí - được chế tác bằng công nghệ pôlime vô cơ hiện đại.

23

Hình 6-Một địa chỉ triển khai đường giao thông làm từ đất bằng công nghệ đất hóa đá tại chỗ tại Khu phố 5 phường Trung Mỹ Tây, quận 12, tp. Hồ Chí Minh.

Hình 7-Mặt đường sau khi được bêtông pôlime hóa đất tại chỗ, chất lượng tương đương với bêtông làm bằng ximăng Portland.

24

Tài liệu tham khảo

1. PGS.TS Thái Doãn Tĩnh-Hóa học các hợp chất cao phân tử, nxb Khoa học và Kỹ thuật.

2. http://www.inorganicpolymer.com 3. http://sieuthixaydung.com.vn/modules.php?

name=News&opcase=detailsnews&mid=1340&mcid=204&menuid=4. http://tuoitredonghoa.com/forum/thao-luan-chung/3443-mot-cong-nghe-nong-

thon-dat-hoa-da.html

5. huequang.vn

6. GS.TS. TRẦN KIM THẠCH VS Viện Hàn Lâm Khoa Học NewYork (Nguồn tài

liệu: nhantai.thv.vn).

7. Đào Văn Đông (2009). Vật liệu “xanh” và bền vững – xu hướng để phát triển xây

dựng, Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng.

25