Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -1- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN HỮU THÂN NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG HẠT NIX ĐÃ QUA SỬ DỤNG (XỈ ĐỒNG) THAY THẾ HẠT SỎI TRONG VẬT LIỆU BÊ TÔNG POLYMER Ngành: Kỹ thuật tàu thủy Mã số: CH07TT03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT TÀU THỦY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS QUÁCH ĐÌNH LIÊN Nha Trang – 2011 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -2- Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -3- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn “Nghiên cứu thử nghiệm khả năng ứng dụng hạt NIX đã qua sử dụng (xỉ đồng) thay thế hạt sỏi trong vật liệu bê tông polymer” là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực. Các số liệu có nguồn trích dẫn, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong các công trình nghiên cứu khác. Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy Cô trường Đại học Nha Trang đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong suốt những năm học ở trường. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Quách Đình Liên đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin chân thành cám ơn Liên hiệp khoa học sản xuất địa chất_Địa vật lý (GSP), Viện nghiên cứu hạt nhân TP Đà Lạt, Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy_trường Đại học Nha Trang, Trường Cao đẳng nghề Nha Trang đã tạo điều kiện cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn. Nha Trang, ngày 1 tháng 12 năm 2011 Tác giả luận văn Nguyễn Hữu Thân Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -4- LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay trên thế giới đã và đang ứng dụng bê tông polymer (mineral casting) dùng để thay thế vật liệu gang trong việc đúc các bệ máy tiện, phay vạn năng; máy tiện, phay CNC…. Thành phần cấu tạo của bê tông polymer bao gồm: nhựa EPOXY, cát hạt lớn, và hạt sỏi, được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định. Ứng dụng này đã mở ra cho ngành vật liệu một hướng đi mới vô cùng khả quan vì những tính năng mà bê tông polymer đạt được: Với nội dung “Nghiên cứu thử nghiệm khả năng ứng dụng hạt NIX đã qua sử dụng (xỉ đồng) thay thế hạt sỏi trong vật liệu bê tông polymer”. Luận văn của tôi gồm các phần sau: Chương 1: Tổng quan về bê tông polymer, hạt NIX, nhựa EPOXY. Chương 2: Quy hoạch thực nghiệm và chế tạo mẫu. Chương 3: Kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị. Sau một thời gian được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo - PGS.TS Quách Đình Liên, đến nay luận văn của tôi đã hoàn thành. Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo đã trực tiếp giảng dạy cũng như hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các kỹ sư Viện Nghiên Cứu Hạt Nhân, các anh chị tại thuộc chi nhánh Địa Chất_Địa Vật Lý Miền Trung, cũng như Bộ môn CTM&KNS_Trường Cao đẳng nghề Nha Trang đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn. Học viên: Nguyễn Hữu Thân Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -5- Mục lục Nội dung Trang Phụ bìa Lời cam đoan 3 Lời nói đầu 4 Mục lục 5 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt 7 Chương mở đầu 8 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu 3. Nội dung thực hiện CHƯƠNG 1: Tổng quan về bê tông polymer, hạt NIX, nhựa EPOXY. 10 1.1 Bê tông polymer (khoáng sản đúc) 10 1.1.1 Lịch sử hình thành bê tông polymer 10 1.1.2 Tìm hiểu về khoáng sản đúc 13 1.1.2.1 Thành phần 13 1.1.2.2. Chất kết dính 14 1.1.2.3 Phương pháp chế tạo vật liệu 16 1.1.2.4 Phản ứng tỏa nhiệt 19 1.1.2.5 Tiêu chuẩn 19 1.1.3 Đặc điểm khoáng sản đúc 20 1.1.3.1 Đặc điểm năng động 20 1.1.3.2 Giảm xóc 21 1.1.3.3 Giảm tiếng ồn 22 1.1.3.4 Quá trình nhiệt 22 1.1.3.5 Mô-đun đàn hồi 22 1.1.3.6 Chống rỉ 23 1.1.3.7 Môi trường 24 1.1.3.8 Độ dẫn điện 25 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -6- 1.1.3.9 Độ co rút 25 1.1.4 Tình hình nghiên cứu bê tông polyme ở trong và ngoài nước 26 1.2 Hạt NIX 29 1.2.1. Hạt Nix chưa qua sử dụng 29 1.2.2. Hạt Nix đã qua sử dụng (hạt Nix phế thải) 30 1.3 Nhựa EPOXY 32 1.3.1 Khái niệm 32 1.3.2 Tổng hợp nhựa Epoxy 32 1.3.3 Lý tính của nhựa Epoxy 35 1.3.4 Hóa tính của nhựa Epoxy 36 1.3.4.1. Phản ứng của nhóm epoxy 36 1.3.4.2. Khả năng phản ứng của nhóm hydroxyl 37 1.3.5. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy 38 1.3.5.1. Hệ đóng rắn nguội 39 1.3.5.2. Hệ đóng rắn nóng 42 1.3.6. Ứng dụng của nhựa epoxy 42 Chương 2: Quy hoạch thực nghiệm và chế tạo mẫu 44 2.1 Quy hoạch thực nghiệm lựa chọn kết cấu vật liệu 44 2.1.1 Chọn tỷ lệ vật liệu thành phần 44 2.1.2 Chọn vật liệu nền 45 2.1.3 Mục đích thực nghiệm tạo vật liệu bê tông polymer 46 2.1.4 Các loại mác bê tông. 50 2.1.5. Chọn áp lực thực nghiệm 51 2.2 Công nghệ chế tạo khuôn mẫu 52 2.3 Chế tạo mẫu bê tông polymer nguyên thủy ( không sử dụng hạt NIX) 54 2.4 Chế tạo mẫu bê tông polymer với 25% hạt Nix (thay thế hạt sỏi) 57 2.5 Chế tạo mẫu bê tông polymer với 50% hạt Nix (thay thế hạt sỏi) 58 2.6 Chế tạo mẫu bê tông polymer với 75% hạt Nix (thay thế hạt sỏi) 59 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -7- Chương 3. Kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị 61 3. Kết quả thực nghiệm 61 3.1 Cường độ nén 61 3.1.1 Máy thử cơ tính 61 3.1.2 Thí nghiệm mẫu 63 3.2 Độ dẫn điện 68 3.3 Độ phóng xạ 73 3.3.1 Phóng xạ tự nhiên và liều lượng bức xạ 73 3.3.2 Liều hiệu dụng trong nhà và tiêu chuẩn an toàn bức xạ đối với vật liệu xây dựng 74 3.3.2.1. Phương pháp xây dựng tiêu chuẩn 74 3.3.2.2. Tiêu chuẩn theo liều hiệu dụng chiếu ngoài 74 3.3.2.3. Tiêu chuẩn theo chỉ số hoạt độ chiếu ngoài và chiếu trong 75 3.3.2.4. Tiêu chuẩn đối với vật liệu khối và vật liệu lát bề mặt 76 3.3.2.5. Vai trò của bức xạ beta 77 3.3.2.6 Đánh giá thực tế độ phóng xạ của một số vật liệu xây dựng 77 3.4 Kiểm tra độ hấp thụ, trương nở trong nước biển và dầu DO 0,25S 79 3.4.1 Kiểm tra độ hấp thụ nước biển. 79 3.4.2 Kiểm tra độ hấp thụ dầu DO 0.25S 81 3.4.3. Kiểm tra độ trương nở trong môi trường nước biển và dầu DO 0.25S 83 3.5 Thí nghiệm độ cứng 83 3.6 Thí nghiệm uốn 85 3.7 Kết luận và kiến nghị 88 Tài liệu tham khảo 90 Phụ lục 93 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -8- CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Hiện nay trên thế giới đã và đang ứng dụng bê tông polymer dùng để thay thế vật liệu gang trong việc đúc các bệ máy tiện, phay vạn năng; máy tiện, phay CNC…. Thành phần cấu tạo của bê tông polymer bao gồm: nhựa EPOXY, cát hạt lớn, và hạt sỏi, được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định. Ứng dụng này đã mở ra cho ngành vật liệu một hướng đi mới vô cùng khả quan vì những tính năng mà bê tông polymer đạt được: + Dễ đúc + Không dẫn nhiệt + Cách điện (đảm bảo an toàn lao động cho người công nhân) + Giảm tải tài nguyên gang cho quốc gia. Hiện tại ở Việt Nam trong vài năm gần đây, các công ty sữa chữa và đóng mới tàu thủy phát triển với tốc độ rất nhanh ví dụ như: công ty TNHH Huyndai Vinashine Ninh Hòa, công ty đóng tàu Cam Ranh, công ty đóng tàu Nam Triệu…. Với công nghệ sữa chữa tàu thủy hiện nay là phải dùng hạt NIX để làm sạch bề mặt thân tàu trước khi sơn, chính công nghệ này đã tạo ra một khối lượng xỉ đồng không nhỏ tại các nhà máy. Vật liệu nền của Bê tông Polymer là nhựa EPOXY được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Ứng dụng hạt NIX thay thế hạt sỏi trong vật liệu Bê tông Polymer tạo ra một vật liệu mới là một vấn đề thực sự có ý nghĩa khoa học thực tiễn cấp thiết, chúng tôi cũng đã thu được kết quả nghiên cứu rất khả quan. Các nghiên cứu được tiến hành dưới sự chỉ đạo của PGS. TS Quách Đình Liên; các thí nghiệm trong phòng được tiến hành do tác giả và các cộng sự. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -9- 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu: - Mục đích: Thông qua việc nghiên cứu thành phần cấu tạo của bê tông polymer dẫn đến ứng dụng hạt NIX thay thế hạt sỏi đưa ra vật liệu mới với đầy đủ tính năng cần thiết.(độ nén cao, không dẫn điện và không nhiễm phóng xạ_ - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thử nghiệm các tính chất của vật liệu để có thể ứng dụng trong kỹ thuật. 3. Nội dung thực hiện: Chương 1: Tổng quan về bê tông polymer (mineral casting) , hạt NIX, nhựa EPOXY. Chương 2: Quy hoạch thực nghiệm, chế tạo mẫu. Chương 3: Kết quả thí nghiệm, kết luận và kiến nghị. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -10- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG POLYMER, HẠT NIX, NHỰA EPOXY. 1.1 Bê tông polymer (tác giả Volker Jackisch_người Đức trong cuốn “Khoáng sản đúc trong kỹ thuật cơ khí của nhà xuất bản công nghiệp”) 1.1.1 Lịch sử hình thành bê tông polymer Khoáng sản đúc được định nghĩa như sau: Sử dụng nguyên liệu khoáng tự nhiên (ví dụ, sỏi và cát thạch anh) làm vật liệu làm đầy, sử dụng nhựa epoxy như chất kết dính, khuấy động các vật liệu làm đầy và chất kết dính trong một khuôn, và cuối cùng hình dạng hỗn hợp trong khuôn. Khoáng sản đúc thường được gọi là bê tông nhựa và cũng có thể gọi là đá granite nhân tạo. So với gang (một máy cơ thể vật liệu truyền thống), khoáng sản đúc được đặc trưng bởi hiệu suất cao, hấp thụ tốt, cách nhiệt, dễ dàng chế tạo, thân thiện với môi trường, tiêu thụ điện năng và giá thành thấp. Đến một mức độ nhất định, khoáng sản đúc có thể thay thế gang thép. Khoáng sản đúc đã được áp dụng rộng rãi trong hơn 30 năm qua trong ngành công nghiệp. Thống kê cho thấy rằng trong những máy công cụ ở Châu Âu có sử dụng khoáng sản đúc như thân máy, nền móng máy, cột trụ đứng hoặc các bộ phận cơ khí khác…. Khoáng sản đúc được sử dụng trong nhiều ngành, đặc biệt có sự đầu tư vào ngành công nghiệp cơ khí, với nguyên liệu là khoáng sản và chất kết dính sẽ tạo ra phản ứng nhựa bê tông polymer. Phạm vi ứng dụng và hình dáng của sản phẩm phụ thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu và chất kết dính . Cát vàng và hạt sỏi là vật liệu đặc biệt quan trọng, nguyên liệu trong ngành công nghiệp xây dựng cũng như trong sản xuất máy móc. Vật liệu này được ứng dụng với nhựa epoxy trong ngành cơ khí. Dùng để gia cường vào khung của máy, do đó nó sẽ ảnh hưởng đến các cấu trúc, tính năng của máy (Hình 1.1). Các vật liệu khoáng sản công nghệ cao góp phần vào việc tạo khung máy, và nó sẽ mở rộng đến các ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác: [...]... kiện bê tông, sửa chữa cầu, sân bay • Sử dụng cho việc gắn dán các cấu kiện bê tông, thép với bê tông, chèn các bulong hoặc bệ máy đòi hỏi cường độ cao Tóm lại với vật liệu bê tông polymer cho ta thấy việc dùng nguyên vật liệu là cát vàng, hạt sỏi với nhựa EPOXY đã tạo ra vật liệu đủ khả năng thay thế cho vật liệu gang, thép… Các nguyên vật liệu để tạo ra bê tông polymer được tìm thấy dễ dàng tại Việt... Schlesinger, một người Đức đã tìm ra một vật liệu có thể thay thế được gang, thép đó là vật liệu bê tông polymer với thành phần là nguyên liệu truyền thống (cát hạt lớn và hạt sỏi) và các dung môi hỗ trợ (Hình 1.2) Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -12- Hình 1.2: Sản phẩm thay thế sắt đúc đầu tiên chiến tranh thế giới là giá đỡ máy công cụ với vật liệu được thay thế là bê tông polymer Ý tưởng này đã có gặp những phản... khuôn trong cơ khí cho việc đúc bê tông polymer thì đỡ tốn nguyên liệu so với gia công khuôn cho đúc gang vì phải tính tới độ cơ rút của gang Các biến dạng cũng như ảnh hưởng lực cơ học trong quá trình gia công có thể được giảm thiểu thông qua việc sử dụng bê tông polymer 1.1.4 Tình hình nghiên cứu bê tông polyme ở trong và ngoài nước Các nhà khoa học đã nghiên cứu tạo ra một loại bê tông mới thay thế. .. công nghệ này đã tạo ra một khối lượng xỉ đồng không nhỏ tại các nhà máy Vì thế chúng ta có thể tận dụng hạt Nix để thay thế cho hạt sỏi được hay không? Để giải được bài toán này đầu tiên chúng ta tìm hiểu thế nào là hạt Nix 1.2 Hạt Nix Hạt Nix là một loại vật liệu hạt hình thành từ sắt, đá vôi và silica trong quá trình luyện đồng Trong quá trình tinh luyện này, do đột ngột đông kết từ trạng thái nóng... Tiêu chuẩn Trong những năm qua có nhiều sản phẩm được đúc với nguyên liệu là khoáng sản và làm vật liệu thay thế cho gang, thép… được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí Sản phẩm khoáng sản đúc có tính năng như vật liệu kỹ thuật truyền thống như gang, thép về tất cả đặc tính cơ học nhiệt Vì thế các nhà máy lớn bắt đầu xây dựng các tiêu chuẩn cho bê tông polymer Cuối năm 70 thế kỷ 20 một tiêu chuẩn đã được soạn... công trình nghiên cứu mang tính sáng tạo về bê tông polyme (geopolymer), sử dụng những sản phẩm phụ từ những nhà máy điện vận hành bằng than đá Luận văn thạc sỹ kỹ thuật -27- Hình 1.16: Công trình nghiên cứu xi măng “xanh” đã cho ra đời công nghệ bê tông polyme mới Đây là khối xi măng 5000lb (453.6 grams = 1lbs) sử dụng “tro bay” Loại bê tông polyme tổng hợp này sử dụng chất kết dính tận dụng từ “tro... nhưng trong chiến tranh thế giới lần thứ II do sự thiếu hụt về sắt, gang nên vào năm 1944 các nhà máy bắt đầu lấy ý tưởng của Georg Schlesinger làm cơ sở để đúc các bệ máy bằng bê tông polymer Trong vật liệu này là sự kết hợp giữ nguyên liệu truyền thống trong bê tông xi măng là cát vàng và hạt sỏi với chất liên kết là nhựa, sau khi nén sẽ cho ra một khung máy hoàn chỉnh Các bê tông polymer đáp ứng. .. đồng (hạt Nix) là một loại sản phẩm phụ của quá trình luyện đồng - Nix chưa qua sử dụng là loại vật liệu hoàn toàn trơ và không phản ứng hoá học với nước mưa, nước biển, không khí và không có tác động xấu đến môi trường - Nix sau khi sử dụng sẽ có lẫn thêm một số các tạp chất khác trong quá trình làm sạch vỏ tàu như gỉ sét vỏ tàu, sơn, cặn hầm tàu v.v… Kết quả phân tích cho thấy hạt Nix qua sử dụng. .. cường bởi vật liệu bê tông polymer  Đảm bảo kiểu dáng của máy  Đảm bảo khả năng chịu lực Nói tóm lại bê tông polymer đảm bảo các tính năng cách nhiệt, cách âm thanh tối ưu ở trạng thái tĩnh cũng như ở trạng thái động Ngành công nghiệp của châu Âu vào đầu thế kỷ 20, là một trong số những ngành đặc trưng của xã hội lúc bấy giờ Bởi tầm quan trọng này cộng với sự giá thành tăng đột biến của vật liệu sắt... trường xung quanh quan trọng hơn bao giờ hết Tiếng ồn đã giảm đáng kể khi ta thay thế khung hình máy bằng vật liệu bê tông polymer, và thực tế đã chứng minh giảm khoảng 20% 1.1.3.4 Quá trình nhiệt Trong quá tình vận hành máy sẽ chịu ảnh hưởng của nguồn nhiệt bên ngoài và cũng như trong nội bộ máy, lúc đó sẽ xuất hiện các biến dạng nhiệt ảnh hưởng đến các thành phần máy Và những tác động bức xạ bên ngoài . Luận văn Nghiên cứu thử nghiệm khả năng ứng dụng hạt NIX đã qua sử dụng (xỉ đồng) thay thế hạt sỏi trong vật liệu bê tông polymer là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu trong luận. vì những tính năng mà bê tông polymer đạt được: Với nội dung Nghiên cứu thử nghiệm khả năng ứng dụng hạt NIX đã qua sử dụng (xỉ đồng) thay thế hạt sỏi trong vật liệu bê tông polymer . Luận. mẫu bê tông polymer với 25% hạt Nix (thay thế hạt sỏi) 57 2.5 Chế tạo mẫu bê tông polymer với 50% hạt Nix (thay thế hạt sỏi) 58 2.6 Chế tạo mẫu bê tông polymer với 75% hạt Nix (thay thế hạt sỏi)