BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

LÊ TRỌNG

Nghiên cứu chế tạo bờ tụng chịu nhiệt – cách nhiệt
sử dụng tro thải nhiệt điện

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

LÊ TRỌNG

Nghiên cứu chế tạo bờ tụng chịu nhiệt – cách nhiệt
sử dụng tro thải nhiệt điện

Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu xây dựng
Mó số : 60.52.03.09

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS TS. VŨ MINH ĐỨC
Hà Nội 2013

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
I. Tính cấp thiết của đề tài: .....................................................................................1
II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................1
III. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài .....................................................1
III.1. Mục tiêu .........................................................................................................1
III.2. Nội dung nghiên cứu .....................................................................................2
IV. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................2
V. Ý nghĩa của đề tài ..............................................................................................2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BÊ
TÔNG CHỊU NHIỆT .................................................................................................3
I. Tình hình nghiên cứu bê tông chịu nhiệt .............................................................3
II. Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt ................................................................6
II.1. Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt trên thế giới .........................................6
II. Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt ở Việt Nam.............................................8
CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT
CÁCH NHIỆT .............................................................................................................9
I. Chất kết dính chịu nhiệt sử dụng cho bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt................9
I.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến thành phần và cấu trúc đá xi măng ............11
I.2. Cơ sở lý thuyết – thực nghiệm nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt ..............13
II Chất tạo rỗng cho bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt ............................................26
II.1 Nghiên cứu sự hình thành cấu trúc rỗng của vật liệu cách nhiệt ..................26
II.2 Các phương pháp tạo rỗng ............................................................................29
CHƯƠNG III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................32
I. Các phương pháp nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt .....................................32
I.1 Xác định cường độ nén của chất kết dính chịu nhiệt ......................................32
I.2 Xác định độ co thể tích của đá chất kết dính chịu nhiệt ..................................33
II. Phương pháp nghiên cứu bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt . ..............................33
II.1. Phương pháp xác định độ chảy của hỗn hợp dùng chế tạo bê tông khí........33
II.2. Phương pháp tính toán thiết kế thành phần cấp phối BTCN -CN ................34

II.3. Xác định cường độ nén. ................................................................................34
II.4. Xác định độ co thể tích và khối lượng thể tích. ............................................35
II.5. Xác định hệ số dẫn nhiệt. ..............................................................................35
II.6. Xác định độ bền nhiệt . ..................................................................................35
III Phương pháp tính toán xây dựng mô hình thực nghiệm..................................35
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU...............................................................38
I.Các kết quả nghiên cứu về nguyên vật liệu sử dụng ..........................................38
I.1. Các kết quả nghiên cứu về xi măng pooclăng PC và PCB ............................38
I.2. Các kết quả nghiên cứu về phụ gia sử dụng ..................................................40
II. Nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt ...............................................................40


II.1. Nghiên cứu tính chất của chất kết dính chịu nhiệt ở nhiệt độ thường ..........40
II.2. Khảo sát ảnh hưởng của lượng dùng phụ gia đến cường độ nén của đá
CKDCN ở các cấp nhiệt độ ..................................................................................44
II.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng dùng phụ gia đến khối lượng thể tích của đá
CKDCN ở các cấp nhiệt độ ..................................................................................50
II.4. Khảo sát ảnh hưởng của lượng dùng phụ gia đến độ co của đá CKDCN ở
các cấp nhiệt độ .....................................................................................................52
II.5. Quy hoạch thực nghiệm cường độ chất kết dính chịu nhiệt .........................53
III. Nghiên cứu hỗn hợp bê tông và bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt ....................56
III.1. Thiết kế cấp phối dùng cho BTCN -CN mác γo= 700 kg/m 3.......................56
III.2. Nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt .......57
III.3 Nghiên cứu các t ính chất của bê tông cách nhiệt chịu nhiệt .........................63
CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO..................................................................80
I. Đặc điểm và sơ đồ dây chuyền công nghệ ........................................................80
II. Chuẩn bị và định lượng nguyên vật liệu ..........................................................81
II.1. Chuẩn bị xi măng ..........................................................................................82
II.2. Phụ gia khoáng ..............................................................................................82
II.3. Chất tạo khí và chất hoạt hóa tạo khí ............................................................82

II.4. Nước ..............................................................................................................82
III. Chế tạo hỗn hợp bê tông khí ...........................................................................83
IV. Tạo hình và dưỡng hộ sản phẩm ....................................................................83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................84
I. Kết luận .............................................................................................................84
II.Kiến nghị ...........................................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................87
PHỤ LỤC ..................................................................................................................88


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

-

Bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt
Bê tông chịu nhiệt
Chất kết dính
Chất kết dính chịu nhiệt
Cường độ nén
Độ chảy loang
Độ co toàn phần
Độ dẫn nhiệt
Độ rỗng
Khối lượng thể tích
Nước
PC40 Bút Sơn
PCB30 Hoàng Thạch
Phụ gia khoáng nghiền mịn
Tro Phả Lại
Tỷ lệ xi măng và phụ gia

Tỷ lệ nước và chất rắn
Xi măng pooclăng
Xi măng pooclăng hỗn hợp
3CaO.SiO2
2CaO.SiO2
3CaO.Al2O3
4CaO.Al2O3.Fe2O3
3CaO.2SiO2
5CaO.3Al2O3
3CaO.Al2O3.6H2O

-

BTCN-CN
BTCN
CKD
CKDCN
Rn
d
CTP
λ
r
KLTT – γo
N
PC40 BS
PCB30 HT
PGKNM
Tr.P
XM/PG
N/R

XMPL
PCB
C3 S
C2 S
C3 A
C4AF
C3S2
C 5 A3
C3AH6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

Trang

Bảng 1:Sự liên kết của oxit Canxi với phụ gia

22

Bảng 2: Hàm lượng CaO tự do (%) phụ thuộc vào nhiệt độ và lượng PG

24

Bảng 3: Các giá trị giới hạn độ rỗng của lỗ rỗng tổ ong và mật độ trung
bình của vật liệu với lỗ rỗng hình cầu không bị biến dạng

28

Bảng 4:Thành phần hóa của xi măng


38

Bảng 5: Thành phần khoáng của xi măng

39

Bảng 6: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PC40 Bút Sơn

39

Bảng 7: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB30 Hoàng Thạch

39

Bảng 8: Thành phần hóa của phụ gia

40

Bảng 9: Một số tính chất cơ lý của phụ gia sử dụng

40

Bảng 10: Tính chất của hỗn hợp và đá CKDCN ở 25 OC

41

Bảng 11: Cường độ nén của đá CKDCN ở các cấp nhiệt độ

44


Bảng 12: Ảnh hưởng của lượng dùng phụ gia đến KLTT

50

Bảng 13: Ảnh hưởng của lượng dùng phụ gia đến độ co của đá CKDCN

52

Bảng 14: Bảng nhân tố quy hoạch thực nghiệm CKDCN

53

Bảng 15: Bảng mã hóa QHTN cường độ CKDCN dùng xm PC40 Bút Sơn

54

Bảng 16: Bảng ma trận QHTN cường độ CKDCN dùng xi măng PC40 BS

54

Bảng 17: Bảng mã hóa QHTN cường độ CKDCN dùng xm PCB30 Hoàng
Thạch

55

Bảng 18: Bảng ma trận QHTN cường độ CKDCN dùng xm PCB30 Hoàng
Thạch

55


Bảng 19: Bảng cấp phối BTCN-CN ở các cấp nhiệt độ

57
0

Bảng 20: Bảng Mã hóa QHTN cấp phối BTCN -CN ở 800 C, γo= 700
kg/m3

58

Bảng 21: Bảng Mã hóa QHTN cấp phối BTCN-CN ở 10000C, γo= 700
kg/m3

58

Bảng 22: Cấp phối BTCN-CN ở 8000C sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn
với phụ gia tro nhiệt điện Phả Lại

59

Bảng 23: Cấp phối BTCN-CN ở 800 0C sử dụng xi măng PCB30 Hoàng
Thạch với phụ gia tro nhiệt điện Phả Lại

60

Bảng 24: Cấp phối BTCN-CN ở 10000C sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn
với phụ gia tro nhiệt điện Phả Lại

61


Bảng 25: Cấp phối BTCN-CN ở 10000C sử dụng xi măng PCB30 Hoàng

62


Thạch với phụ gia tro nhiệt điện Phả Lại
Bảng 26: Khối lượng thể tích và độ co của BTCN – CN dùng xm PC40
Bút Sơn ở 800oC

64

Bảng 27: Khối lượng thể tích và độ co của BTCN – CN dùng xm PC40
Bút Sơn ở 1000oC

65

Bảng 28: Khối lượng thể tích và độ co của BTCN – CN dùng xm PCB30
Hoàng Thạch ở 800oC

66

Bảng 29: Khối lượng thể tích và độ co của BTCN – CN dùng xm PCB30
Hoàng Thạch ở 1000oC

67

Bảng 30: Cường độ của BTCN – CN dùng xm PC40 Bút Sơn ở cấp phối
800oC


69

Bảng 31: Cường độ của BTCN – CN dùng xm PC40 Bút Sơn ở cấp phối
1000oC

70

Bảng 32: Cường độ của BTCN – CN dùng xm PCB30 HT ở cấp phối
800oC

71

Bảng 3 3: Cường độ của BTCN – CN dùng xm PCB30 HT ở cấp phối
1000oC

72

Bảng 34: Giá trị tối ưu cấp phối BTCN-CN ở các cấp nhiệt độ

78

Bảng 35: Tính chất của BTCN -CN ở các cấp nhiệt độ

78


DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên hình

Trang


Hình 1: Các sơ đồ kết khối

19

Hình 2: Sự thay đổi cường độ đá xi măng (Rn) khi đốt nóng phụ thuộc
loại PG (K.D. Nhecrasov)

25

Hình 3: Đặc trưng sắp xếp chặt chẽ khối lỗ rỗng hình cầu một đường kính

26

Hình 4: Sự phân bố sắp xếp hệ thống lỗ rỗng có đường kính khác nhau

27

Hình 5: Cấu trúc tổ ong

29

Hình 6: Chế độ nung mẫu tới 1000OC

33

Hình 7: Mô hình toán

36


Hình 8: Biểu đồ lượng nước tiêu chuẩn của CKDCN

42

Hình 9: Biểu đồ thời gian bắt đầu và kết thúc ông kết của CKDCN ở nhiệt
độ thường

42

Hình 10: Biểu đồ cường độ nén của CKDCN ở nhiệt độ thường

44

Hình 11: Đồ thị khối lượng thể tích của CKDCN ở nhiệt độ thường

44

Hình 12: Biểu đồ cường độ nén của đá CKDCN sử dụng xi măng PC40
Bút Sơn và tro Phả Lại ở các cấp nhiệt độ

47

Hình 13: Biểu đồ cường độ nén của đá CKDCN sử dụng xi măng PCB30
Hoàng Thạch và tro Phả Lại ở các cấp nhiệt độ

47

Hình 14: Đồ thị cường độ nén của đá CKDCN sử dụng xi măng PC40 Bút
Sơn và tro Phả Lại ở các cấp nhiệt độ


48

Hình 15: Đồ thị cường độ nén của đá CKDCN sử dụng xi măng PCB30
Hoàng Thạch và tro Phả Lại ở các cấp nhiệt độ

49

Hình 16: Biểu đồ KLTT của đá CKDCN sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn và
tro Phả Lại ở các cấp nhiệt độ ( OC)

51

Hình 17: Biểu đồ KLTT của đá CKDCN sử dụng xi măng PCB30 Hoàng
Thạch và tro Phả Lại ở các cấp nhiệt độ ( OC)

51

Hình 18: Biểu đồ độ co của đá CKDCN sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn và
tro Phả Lại ở các cấp nhiệt độ ( OC)

53

Hình 19: Biểu đồ độ co của đá CKDCN sử dụng xi măng PCB30 Hoàng
Thạch và tro Phả Lại ở các cấp nhiệt độ ( OC)

53

Hình 20: Đồ thị các hàm cường độ CKDCN theo hàm lượng phụ gia của
XM PC40 Bút Sơn


54

Hình 21: Đồ thị các hàm cường độ CKDCN theo hàm lượng phụ gia của
XM PCB30 Hoàng Thạch

55

Hình 22: Đồ thị biểu diễn KLTT BTCN-CN sử dụng xm PC40 Bút Sơn

73


Hình 23: Đồ thị biểu diễn độ co BTCN -CN sử dụng xm PC40 Bút Sơn

74

Hình 24: Đồ thị biểu diễn Rn BTCN-CN sử dụng xm PC40 Bút Sơn

74

Hình 25: Đồ thị biểu diễn KLTT BTCN-CN sử dụng xm PCB30 Hoàng
Thạch

75

Hình 26: Đồ thị biểu diễn độ co BTCN -CN sử dụng xm PCB30 Hoàng
Thạch

76


Hình 27: Đồ thị biểu diễn cường độ BTCN -CN dùng xm PCB30 Hoàng
Thạch

76

Hình 28: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất BTCN -CN

81


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:

Trong thực tế sử dụng, nhiều công trình xây dựng, nhiều thiết bị nhiệt phải
làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao và thay đổi. Trong điều kiện làm việc này, vấn đề
cách nhiệt giảm sự chênh lệch nhiệt độ, giảm thất thoát nhiệt là một vấn đề đóng vai
trò vô cùng quan trọng. Để giải quyết vấn đề này người ta phải dùng các vật liệu
cách nhiệt, nếu sử dụng các vật liệu quý hiếm như vermiculit, peclit, diatomit ... thì
hiệu quả kinh tế không cao. Mặt khác nếu sử dụng vật liệu bê tông nhẹ thông
thường thì ở nhiệt độ cao , môi trường làm việc khắc nghiệt như vậy chúng sẽ bị
biến đổi các tính chất cơ lý và có thể bị phá hoại hoàn toàn. Nguyên nhân của sự
phá hoại này là sự phân hủy thành phần đá xi măng trong bê tông nhẹ thông thường.
Sự phân hủy đá xi măng này xảy ra do mấ t nước liên kết hóa học của các sản
phẩm thủy hóa trong đó thành phần Ca(OH) 2 mất nước tạo nên CaO, sau đó CaO
này lại hấp thụ hơi nước trong môi trường không khí, tiến hành thủy hóa lần hai. Để
khắc phục sự phá hoại này, nâng cao tính chịu nhiệt cho bê tông, một biện pháp có
hiệu quả là sử dụng các loại phụ gia khoáng nghiền mịn để cải thiện tính chịu nhiệt
của XMPL. Chính vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng bê tông cách nhiệt – chịu nhiệt
(BTCN-CN) sử dụng nguyên vật liệu địa phương dùng cho các công trình có điều
kiện làm việc khắc nghiệt như trên là vô cùng cấp thiết.

II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt sử dụng nguyên liệu
địa phương và phế thải công nghiệp gồm có: Xi măng PC40 Bút Sơn, xi măng
PCB30 Hàng Thạch và tro thải nhiệt điện Phả Lại.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu và chế tạo loại bê tông chịu nhiệt – cách
nhiệt có khối lượng thể tích 700 – 800 kg/m3 làm việc ở 800OC đến 1000OC.
III. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài:

III.1. Mục tiêu
Thực tế ở nước ta đã có những nghiên cứu và ứng dụng về BTCN-CN sử
dụng phụ gia đơn là Samot, và phế thải gạch đỏ hay sử dụng phụ gia kép Samot và
phế thải gạch đỏ, hiện nay chưa có các đề tài nghiên cứu sử dụng phụ gia tro nhiệt
điện tại các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam để chế tạo BTCN-CN. Vì vậy đề tài này
đặt ra mục tiêu quan trọng là: nghiên cứu chế tạo bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt sử
dụng nguyên liệu địa phương: xi măng pooclang PC40, PCB30 với phụ gia phế liệu
phế thải công nghiệp ở đây là tro Phả Lại và ứng dụng loại bê tông này cho các
công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp.
Với điểm mới của đề tài là: Chế tạo bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt sử
dụng xi măng pooclang và tro thải nhiệt điện.
Đề tài đặt ra mục tiêu chế tạo được BTCN -CN với các tính chất như sau:
- Khối lượng thể tích: 700 – 800 kg/m3.
- Độ bền nhiệt: trên 10 chu kỳ sốc nhiệt.
- Tính chất cơ lý: Đủ khả năng chịu lực làm các kết cấu bao che, cách
nhiệt.


III.2. Nội dung nghiên cứu
Đề tài trên tập trung nghiên cứu các nội dung khoa học sau:
- Nghiên cứu các nguyên vật liệu địa phương sử dụng là: xi măng pooclang
PC40, PCB30, và phụ gia tro Phả Lại.

- Nghiên cứu thành phần, tính chất của chất kết dính chịu nhiệt dùng xi măng
pooclang PC40 Bút Sơn, PBC30 Hoàng Thạch và phụ gia tro Phả Lại ở các cấp
nhiệt độ.
- Nghiên cứu tính toán thành phần bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt dùng xi măng
pooclang (PC và PCB) và phụ gia tro Phả Lại với các tính chất của nó.
- Đề xuất sơ đồ công nghệ chế tạo bê tông chịu nhiệt – cách nhiệt dùng xi măng
pooclang (PC và PCB) với các phụ gia.
IV. Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu, đề tài đã tiến hành phân tích, tổng hợp tài liệu;
đã sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp thực nghiệm; sử dụng các
phương pháp tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn để nghiên cứu đánh giá nguyên liệu,
nghiên cứu chất kết dính chịu nhiệt, nghiên cứu bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt.
Ngoài ra đề tài còn sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để nghiên
cứu thành phần chất kết dính chịu nhiệt, thành phần bê tông chịu nhiệt - cách nhiệt;
nghiên cứu các tính chất ảnh hưởng đến chất kết dính chịu nhiệt và bê tông chịu
nhiệt – cách nhiệt.
V. Ý nghĩa của đề tài

Bê tông cách nhiệt-chịu nhiệt đã được nghiên cứu và thực nghiệm sản xuất
tại một số cơ sở sản xuất tại Việt Nam, tuy nhiên việc nghiên cứu và chế tạo còn
nhiều hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông chịu nhiệt-cách nhiệt sử
dụng chất kết dính là XMPL nói chung và xi măng PC40, PCB30 nói riêng có ý
nghĩa vô cùng to lớn về mặt khoa học kỹ thuật, kinh tế, cũng như về mặt xã hội.
- Về mặt khoa học kỹ thuật: nó mở ra một hướng phát triển mới trong khoa
học kỹ thuật về vật liệu chịu nhiệt-cách nhiệt dần dần thay thế các vật liệu cách
nhiệt truyền thống như vemiculit, peclit, điatomit... BTCN -CN có công nghệ sản
xuất đơn giản hơn vật liệu cách nhiệt khác, không phải trải qua công đoạn sấy nung
phức tạp, có thể chế tạo với block lớn với hình dạng bất kỳ giúp cho quá trình thi
công các công trình nhanh chóng và đạt hiệu quả cao.
- Về mặt kinh tế: vì nguyên liệu sử dụng là nguyên liệu địa phương: xi măng,

các phụ gia và không phải trải qua giai đoạn sấy nung nên đã giảm chi phí cho quá
trình sản xuất, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, tận dụng được
nguồn nguyên liệu địa phương, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Về mặt môi trường và xã hội: việc nghiên cứu và đưa BTCN -CN vào thực
tiễn sản xuất đã tận dụng được nguồn phế thải tại địa phương, giải quyết vấn đề môi
trường, tạo công ăn việc làm cho người lao động .


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ
DỤNG BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT
I. Tình hình nghiên cứu bê tông chịu nhiệt

Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp: năng lượng,
luyện kim, hóa dầu, hóa chất,…bê tông được sử dụng nhiều trong các kết cấu xây
dựng chị u tác động lâu dài của nhiệt độ cao và biến động. Do bị đốt nóng, bê tông
thường bị giảm khả năng chịu lực, tăng độ võng của các kết cấu và công trình trong
một số trường hợp còn xảy ra phá hủy hoàn toàn.
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về bê tông chịu tác đ ộng của nhiệt độ, nhưng
còn chưa xét đầy đủ ảnh hưởng c ủa sự đốt nóng kéo dài và lặp lại đến các tính chất
cơ lý của bê tông.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về bê tông chịu tác động của nhiệt độ,
nhưng còn chưa xét đầy đủ ảnh hưởng của sự đốt nóng ké o dài và lặp lại đến các
tính chất cơ lý của bê tông.
Thực tế, ở Nga (Liên Xô cũ) việc nghiên cứu về bê tông và bê tông cốt thép
chịu nhiệt đã được tiến hành từ năm 1942 ở Trung tâm nghiên cứu khoa học các
trường đại học, Viện nghiên cứu các công trình côn g nghiệp và ở Viện nghiên cứu
khoa học bê tông và bê tông cốt thép. Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm các nhà
khoa học Nga đã tiến hành khảo sát các loại bê tông chịu nhiệt (BTCN) khác nhau
với nhiệt độ từ 200÷1800 0C rất sớm [2, 3, 5].
BTCN là loại vật liệu đá nhân tạo không nung có các tính chất cơ lý chủ yếu

được bảo toàn dưới tác dụng lâu dài 250 0C trở lên. Bản thân nó vừa mang tính chất
của bê tông vừa mang tính chất của vật liệu chịu lửa. Như vậy BTCN là sự kết hợp
giữa hai loại vật liệu là bê tông và vật liệu chịu lửa.
Khi sử dụng BTCN đã thể hiện được ưu điểm của hai loại vật liệu bê tông và
vật liệu chịu lửa, đó là khả năng dễ chế tạo, có thể thi công toàn khối hoặc lắp ghép,
đẩy mạnh tiến độ thi công xây dựng, tăng khả năng làm việc của công trình, có khả
năng chịu nhiệt cao (có thể tới 18000C) lâu dài và thay đổi, sử dụng nguyên vật liệu
địa phương và không phải qua khâu nung [2, 3, 5, 8, 10].
Thành phần của BTCN gồm chất kết dính chịu nhiệt và cốt liệu chịu nhiệt.
BTCN (nặng và nhẹ) được phân ra nhiều loại theo các dấu hiệu khác nhau:
- Theo khối lượng thể tích phân ra [13]:
+ Bê tông nặng chịu nhiệt: γ 0 ≥ 1800 kg/m3
+ Bê tông nhẹ chịu nhiệt: γ 0 < 1800 kg/m3
- Theo mức độ chịu lửa phân ra các loại [4]:
+ Bê tông chịu lửa cao, nhiệt độ sử dụng đến 1770 0C
+ Bê tông chịu nhiệt, nhiệt độ sử dụng đến 1200 0C
+ Bê tông chịu nhiệt- cách nhiệt và bê tông kết cấu nhẹ với nhiệt độ
sử dụng 1100 ÷12000C (Theo GOST 4385-48 của Nga).
- Theo loại chất kết dính sử dụng BTCN được chia ra [1, 2, 3, 5, 8, 10]:
+ Bê tông chịu nhiệt dùng xi măng alumin và cao alumin
+ Bê tông chịu nhiệt dùng XMPL hay XMPL xỉ.
+ Bê tông chịu nhiệt dùng xi măng Periclaz.


+ Bê tông chịu nhiệt dùng chất kết dính xỉ .
+ Bê tông chịu nhiệt dùng thủy tinh lỏng
- Theo điều kiện sử dụng phân ra các loại sau [2, 3, 5, 8, 10]:
+ Bê tông chịu nhiệt sử dụng trong điều kiện nhiệt độ cao chịu tải
trọng lớn (lò luyện kim,lò khí hóa …)
+ Bê tông chịu nhiệt đồng thời chịu tác động của các môi trường ăn

mòn, xâm thực, chịu tác động của hơi và khí, chịu tác động của ẩm và chất hóa
học.
Ngoài ra còn có cấu kiện bê tông nhẹ, bê tông khí chịu nhiệt, chúng có đặc
điểm cách nhiệt và chịu nhiệt. Bê tông nhẹ chịu nhiệt – cách nhiệt còn được phân
loại theo các dấu hiệu :
- Theo công dụng phân ra [13]:
+ Bê tông nhẹ chịu lực – chịu nhiệt.
+ Bê tông nhẹ chịu nhiệt – cách nhiệt.
- Theo cấu trúc bê tông phân ra hai loại [12, 13]:
+ Bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng cốt liệu rỗng, ví dụ: bê tông Keramzit,
bê tông aglôpôrit… loại bê tông có cường độ cao có thể làm cấu kiện chịu lực trong
các thiết bị nhiệt.
+ Bê tông tổ ong chịu nhiệt, loai bê tông chịu nhiệt này chủ yếu sử
dụng với mục đích cách nhiệt cho các thiết bị nhiệt. Trong bê tô ng tổ ong gồm có
hai loại được phân biệt qua phương pháp tạo rỗng là : Bê tông bọt chịu nhiệt cách
nhiệt và bê tông khí chịu nhiệt cách nhiệt.
Bê tông chịu nhiệt có thể sử dụng nhiều loại chất kết dính khác nhau, tùy
thuộc vào yêu cầu mức độ chịu nhiệt. K hi sử dụng XMPL làm chất kết dính thì ở
nhiệt độ cao bê tông sẽ bi phá hủy do các khoáng thủy hóa của đá xi măng không
bền nhiệt. Năm 1952 -1954 V.V.Contunov đã tiến hành nghiên cứu ở nhiệt độ cao
đối với các khoáng riêng biệt của Clanke XMPL khi rắn chắc, ảnh hưởng của nhiệt
độ đến sự thủy hóa của C 3S, C2S, C3A, C4AF. Cùng với V.V.Contunov còn có nhiều
nhà nghiên cứu khác cũng tiến hành nghiên cứu tác động của nhiệt độ đến các tính
chất của đá xi măng như : S.A.Myronov, L.A.Malynhina, N.A.Moanski,
G.D.Salmanov, V.A.Kynd và S.D.Ocorokov, A.E.Xeikin… Qua nghiên cứu ảnh
hưởng của nhiết độ cao đến các tính chất của Klanker XMPL với các thành phần
hóa học khác nhau, các tác giả đã cho thấy: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, độ bền
của đá xi măng sau khi đốt nóng ph ụ thuộc vào thành phần khoáng của nó và bê
tông thường không nên sử dụng lâu dài ở nhiệt độ lớn hơn 250 0C [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9,
10].

Sự giảm cường độ và phá hoai bê tông khi tăng nhiệt độ do mất nước liên
kết, phá hoại cấu trúc của bê tông, đồng thời d o sự thủy hóa lần hai của CaO (do
phản ứng phân hủy Ca(OH)2 tạo ra CaO tự do) bằng hơi nước trong không khí.
Nghiên cứu quá trình thủy hóa lần hai của CaO trong đá XMPL sau khi đốt nóng,
G.M.Ruxuc đã kiến nghị đưa vào trong XMPL các phụ gia khác nhau.
V.N.Moskvin, V.V.Contunov, C.D.Nhecraso năm 1957 cũng đã nghiên cứu tăng
tính chất nhiệt của XMPL bằng cách sử dụng các PGKNM khác nhau. Khi đưa
PGKNM vào xi măng pooclăng người ta được hỗn hợp CKDCN. Tùy thuộc vào


phụ gia có thể nhận được CKDCN với các tính chất khác nhau [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9,
10].
Y.U.But đã nghiên cứu cát quắc và điatômit nghiền mịn để liên kết Ca(OH) 2
thủy hóa của đá xi măng khi giữ mẫu ở điều kiện tiêu chuẩn và sau khi chưng áp.
Trong quá trình chưng áp, cát quắc và điatômit nghiền mịn liên kết với CaO tự do.
TheoY.E.Gurvytr và M.C.Agaphonop phản ứng giữ SiO 2 vô định hình và CaO ở
trạng thái rắn xảy ra mạnh ở nhiệt độ 500 0C÷6000C; còn ở quắc tinh thể nó chỉ bắt
đầu ở 600 0C. Theo P.P.Budnhicop, V.Ph.Zuravlev phản ứng pha rắn giữa SiO 2 và
CaO (khi tỉ lệ là 1:1) xảy ra qua hợp chất trung gian không bền 2CaO.SiO 2 và
3CaO.SiO2 đến hợp chất cuối cùng là CaO.SiO 2, tuy nhiên khi đốt nóng SiO 2 có sự
biến đổi thù hình không ổn định thể tích, nên không sử dụng nó với tính chất phụ
gia cho XMPL với tính chất chịu nhiệt [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10].
V.V.Contunov và Z.M.Larionov nghiên cứu tác động của các khoáng xi
măng chủ yếu với các phụ gia samôt mịn, hàm lượng 150% và 300% khối lượng
XMPL cho thấy: lượng phụ gia đưa vào càng lớn thì khả năng liên kết v ới CaO tự
do xảy ra càng hoàn toàn dẫn tới tăng độ bền của đá xi măng sau khi đốt nóng ở
12000C. Điều đó nói nên rằng không có CaO tự do trong đá xi măng sinh ra khi đốt
nóng đá xi măng, chúng được liên kết hoàn toàn với SiO 2 và Al2O3 của samôt mịn
hình thành dạng khoáng mới là silicat và aluminat khan. Tuy nhiên khi tăng lượng
phụ gia sẽ ảnh hưởng đến các tính chất khác của đá xi măng như tỉ lệ

nước/CKDCN, cường độ nén … Tuy vậy tỷ lệ xi măng với phụ gia khác nhau còn
chưa được nghiên cứu cụ thể [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10].
Khi sử dụng xỉ lò cao làm phụ gia trong XMPL, các nghiên cứu thấy rằng:
khi ở nhiệt độ cao từ 750 0C÷8000C, khả năng liên kết với CaO lớn hơn ở 600 0C và
sự liên kết của xỉ nhỏ hơn của samôt.
Để tăng các tính chất chịu lửa của XMPL, G.D.S almanov đã sử dụng phụ gia
mịn crômmit đưa vào sẽ liên kết với CaO của đá XMPL, tăng độ chịu lửa và nhiệt
độ biến dạng dưới tải trọng 2kG/cm 2 của bê tông.
Ngoài bê tông nặng còn có bê tông nhẹ chịu nhiệt theo B.G.Skramtaep, cốt
liệu tốt nhất sử dụng cho bê tông nhẹ chịu nhiệt là vật liệu xốp: xỉ, peclit, xỉ bọt,
tup, keramzit, vermiculit. Các tác giả C.D.Nhecrasov, S.C.Lisienc nghiên cứu bê
tông khí chịu nhiệt (bê tông chịu nhiệt-cách nhiệt ) dùng XMPL với các phụ gia
khác nhau là: samôt, xỉ lò cao , tro xỉ, keramzit, trên cơ sở dùng phụ gia mịn để liên
kết với CaO tự do.
Năm 1966-1968 Trung tâm nghiên cứu khoa học và xây dựng (CHLB NgaVNYYS) đã tiến hành nghiên cứu bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng XMPL với phụ gia
samốt nghiền mịn và cốt liệu là sỏi keramzit, dăm aglopoirit. Đặc biệt trong những
năm gần đây đã có những công trình nghiên cứu về bê tông nhẹ chịu nhiệt dùng cốt
liệu xốp nhân tạo và các loại phụ gia khác nhau.
Hiện nay trung tâm nghiên cứu bê tông và bê tông cốt thép (của CHLB NgaNYYZB) đã và đang nghiên cứu BTCN dùng chất kết dính photphat với các cốt liệu
alumôsilicat khác nhau: mảnh vụn samốt, samốt và samốt cao lanh.
Ngoài các loại chất kết dính trên người ta còn nghiên cứu loại chất kết dính
từ thủy tinh lỏng và phụ gia có ch ứa silicat một canxi để chế tạo BTCN. Để nâng
cao tính chịu lửa của chất kết dính (CKD) người ta sử dụng một số loại phụ gia mịn:
samốt, vật liệu chịu lửa cao nhôm [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10].


Ở một số nước khác: Trung Quốc, Anh, CHLB Đức đều sử dụng xi măng
alumin, cao alumin với lượng Al2O3 lớn để xây dựng các công trình chịu tác động
của nhiệt độ cao.
Ở Việt Nam việc nghiên cứu BTCN cũng đã bắt đầu được tiến hành: Năm

1977, bộ môn Công nghệ vật liệu xây dựng – Trường Đại học xây dựng và Viện kỹ
thuật xây dựng Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm BTCN dùng XMPL với
phụ gia mịn samốt. Năm 1988 -1991, Bộ môn công nghệ vật liệu đã tiến hành
nghiên cứu chế tạo BTCN sử dụng phụ gia xỉ nhiệt điện và hỗn hợp phụ gia samôt xỉ nhiệt điện để chế tạo CKDCN; đã t iến hành nghiên cứu tính toán thành phần hạt
cốt liệu dùng cho bê tông nhiệt. Năm 1993, Bộ môn công nghệ vật liệu xây dựng
đã tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông khí chịu nhiệt (loại BTCN -CN) dùng
XMPL với các phụ gia samốt, xỉ nhiệt điện. Năm 1996 -1998, Bộ môn công nghệ
vật liệu xây dựng đã tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ chịu nhiệt XMPL với
phụ gia keramzit, gạch vỡ và cốt liệu rỗng keramzit. Năm 2005 -2006, Bộ môn
Công nghệ vật liệu đã tiến hành nghiên cứu chế tạo vữa (bê tông hạt nhỏ) chịu
nhiệt, chống cháy sử dụng cốt liệu samốt, gạch vỡ với chất kết dính XMPL PCB và
đã thu được kết quả khả quan [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10].
Tóm lại, để tăng tính chịu nhiệt cho bê tông (bê tông nặng và bê tông nhẹ)
cần sử dụng các loại CKDCN, các loại CKDCN này phần lớn đều sử dụng phụ gia
nghiền mịn. Đối với XMPL, các phụ gia nghiền mịn khi ở nhiệt độ cao chúng sẽ tác
dụng với thành phần khoáng thủy hóa của XMPL tạo nên những hợp chất mới nâng
cao tính chịu nhiệt. Tuy nhiên tỷ lệ phụ gia và XMPL, sự hình thành c ác khoáng
mới,… đặc điểm công nghệ chế tạo và sử dụng chúng cần được tiến hành nghiên
cứu đầy đủ.
II. Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt

Bê tông chịu nhiệt được sử dụng ngày càng rộng rãi để xây dựng các công
trình chịu tác động của nhiệt độ cao. Việc sử dụng bê tông thay thế cho các vật liệu
chịu lửa có nhiều ưu điểm, mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, đó là cho phép
xây dựng công trình theo phương pháp công nghiệp hóa, đổ toàn khối hoặc lắp ghép
từ các cấu kiện kích thước lớn chế tạo sẵn ở các nhà máy bê tông, tăng khả năng
làm việc của công trình nhờ giảm số mạch xây, không phải qua gia công nhiệt…
Các công trình BTCN có thể đổ toàn khối hay lắp ghép được sử dụng rộng
rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Luyện kim đen và màu, công nghiệp
hóa chất, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp năng lượng, chế biến dầu

mỏ…
II.1. Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt trên thế giới
1. Bê tông chịu nhiệt sử dụng trong các công trình luyện kim đen [2, 3, 5, 8,
10]
a. Làm tháp đốt nóng không khí:
b. Làm nền móng lò cao, ống khói và kênh dẫn:
c. Làm buồng lắng xỉ và buồng tích nhiệt của lò Máctanh:
2. Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp luyện nhôm
Nhà máy luyện nhôm Cadalacski (Nga) đã tiến hành thực nghiệm thay thế
các vòng kim loại của lò điện phân bằng BTCN lắp ghép từ XMPL với phụ gia, cốt


liệu samốt, cho phép giảm chi phí thép, giảm giá thành do tăng mức độ lắp ghép cực
catot của lò điện phân. Ngoài ra ở nhà máy luyện nhôm Vongarad đã tiến hành
nghiên cứu sử dụng BTCN làm đáy lò điện phân luyện nhôm [2, 3, 5, 8, 10].
3. Bê tông chịu nhiệt dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ
a. Làm Thiết bị đốt nóng:
Lò buồng dùng để đốt nóng ống, chế biến nguyên liệu dầu mỏ. Lần đầu tiên
lò được xây dựng bằng BTCN ở các nhà máy chế biến dầu mỏ Angarse (CHLB
Nga) với nhiệt độ làm việc là 760 0C. Các kênh dẫn, tường, vòm, nền lò đều được
làm từ BTCN dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu là samốt, dùng xi măng alumin
với cốt liệu samốt và dùng chất kết dính silicat natri với cốt liệu samốt [2, 3, 5, 8,
10].
b. Xây các lò bức xạ nhiệt:
BTCN dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu samốt đã và đang được sử dụng
để xây các lò bức xạ nhiệt, đóng vai trò lớp lót và lớp chịu lực ở Noovoquybusav,
Grozenski, Vongagrad và các nhà máy chế biến dầu mỏ khác ở Nga.
Ngoài ra còn có một số nhà máy chế biến dầu mỏ đã được sử dụng các loại
BTCN khác nhau để xây dựng lò ống chịu áp lực với nhiệt độ sử dụng từ 600 12000C. Ở phần trên của lò có nhiệt độ từ 600 -12000C, được xây bằng BTCN dùng
XMPL với cốt liệu agloporit và BTCN dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu samốt,

phần dưới lò có nhiệt độ 1000 0C được xây bằng BTCN dùng XMPL với phụ gia và
cốt liệu samốt [2, 3, 5, 8, 10].
4. Sử dụng trong chế tạo máy
Năm 1959, phân xưởng rèn nhà máy Kirovski ở Xanh Peterbua (CHLB Nga)
đã xây dựn g lò gia công nhiệt các chi tiết. Lò được xây dựng từ các block BTCN
sản xuất từ XMPL với phụ gia và cốt liệu samốt, có nhiệt độ làm việc đến 1200 0C.
Việc sử dụng BTCN cho các lò có chế độ làm việc gián đoạn là rất hợp lý vì chúng
làm việc không kém gì so với làm từ vật liệu chịu lửa đơn chiếc. Ở Tiệp Khắc,
BTCN còn được sử dụng làm các khuôn đúc gang với nhiệt độ làm việc là 1230 0C
trong thời gian 1 phút, sử dụng được 10 chu kỳ [2, 3, 5, 8, 10].
5. Dùng trong công nghiệp năng lượng
Từ năm 1958, ở Đức đã b ắt đầu nghiên cứu và sử dụng BTCN trong thiết bị
nồi hơi của trạm lớn ở Trattendorph. Ba nồi hơi được lót bằng các tấm BTCN chế
tạo từ XMPL với cốt liệu samốt, chịu được nhiệt độ từ 800 -10000C.
Năm 1959, trạm phát điện Biolen (Đức) cũng đã sử dụng các block BTCN
lót lớp bề mặt đốt nóng nồi hơi số 6. Các block BTCN dùng XMPL với cốt liệu
samốt ở nhiệt độ làm việc 600 0C, thời gian sử dụng sau 17 tháng vẫn không có vết
nứt. Việc sử dụng các block BTCN này rút ngắn được 25% thời gian xây dựng [2,
3, 5, 8, 10].
6. Dùng trong công nghiệp vật liệu xây dựng [2, 3, 5, 8, 10]
a. Làm lò tuynen nung gạch:
b. Làm lò vòng nung gạch:


Ngoài ra BTCN còn được sử dụng trong công nghiệp hóa chất, trong các
tháp tổng hợp axit H 2SO4. BTCN được chế tạo từ silicat natri với chất ổn định là
Na2SiF6 và cốt liệu crômmit.
II.2. Tình hình sử dụng bê tông chịu nhiệt ở Việt Nam
Ở Việt Nam việc sử dụng BTCN vẫn còn hạn chế do việc nghiên cứu chưa
đầy

đủ và toàn diện. Ở một số nơi đã sử dụng BTCN như: nhà máy nhiệt điện
ợc
đư
Phả Lại đã sử dụng BTCN dùng xi măng alumin với cốt liệu samôt. Nhà máy kính
Đáp Cầu sử dụng BTCN từ XMPL với phụ gia lò cao và cốt liệu samôt. Bộ môn
Công nghệ VLXD Trường Đại học xây dựng và Viện Kỹ thuật xây dựng Hà Nội đã
nghiên cứu BTCN dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu samôt, xây kênh khí nóng lò
tuynen nhà máy gạch Phúc Thịnh Hà Nội. Bộ môn Công nghệ vật liệu và nh à máy
sứ Thanh Trì Hà Nội chế tạo BTCN làm lớp lát goòng nung sứ dùng XMPL với phụ
gia samôt xỉ và hỗn hợp samốt-xỉ, cốt liệu samốt. Bộ môn Công nghệ vật liệu xây
dựng – ĐHXD và nhà máy xi măng Hệ Dưỡng – Ninh Bình đã nghiên cứu chế tạo
và sử dụng bê tông cốt thép chịu nhiệt dùng XMPL với phụ gia và cốt liệu samôt
làm chóp lò đứng nung clanke xi măng làm việc ở nhiệt độ 1000 0C. Bộ môn Công
nghệ vật liệu – ĐHXD và công ty sản xuất – kinh doanh VLXD thành phố Thái
Bình đã chế tạo BTCN dùng XMPL xây các bộ ph ận của lò nung tuynen nung gạch:
kênh dẫn khí nóng, ống rót nhiên liệu, lớp lót vagông nung; đã chế tạo BTCN -CN
dùng làm lớp cách nhiệt cho vagông lò nung.
Nhìn chung các vấn đề nghiên cứu và sử dụng BTCN, BTCN -CN từ các
nguyên liệu trong nước tới các đặc điểm công nghệ sản xuất trong điều kiện của
nước ta có ý nghĩa to lớn và cấp thiết.