Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu về độ bền của hỗn hợp làm khuôn cát-nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn. Thành phần của hỗn hợp gồm cát thạch anh, nước thủy tinh natri, xi măng pooclang, chất hoạt tính bề mặt alkilsunphônat.
The strength of self-hardening silica-sand mixtuxe
Nguyễn Ngọc Hà
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TPHCM
Tóm tắt
Mục đích của công trình là khảo sát ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cát-nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn và thời gian đến độ bền của hỗn hợp. Đã xây dựng phương trình hồi quy với hàm mục tiêu là độ bền nén của hỗn hợp và các biến đầu vào là hàm lượng của nước thuỷ tinh, hàm lượng của xi măng và thời gian đông rắn. Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi thời gian đông rắn thay đổi từ 1 đến 48 giờ, độ bền của hỗn hợp luôn bảo đảm đủ cao. Điều đó tạo nên tính linh hoạt về thời gian của chu trình công nghệ khi sử dụng hỗn hợp này làm khuôn. Độ bền của hỗn hợp đạt giá trị cao nhất khi hỗn hợp chứa (6-8)% nước thuỷ tinh, 2% xi măng.
Abstract
In this article the strength of self-hardening silica sand mixture containing silica sand, natri waterglass, poocland cement and alkilsunphonat surface reactor has been reported, The impact of the mixture’s composition and the hardening time on its strength ha been through an equation decribing the dependence of the mixture strength waterglass content, cement content and hardening time. If the hardening time changes from one to forty eight hours, the mixture strength is still sufficiently high. It resulted in flexibility of cycle time when this mixture is used as mould materials. The mixture strength reaches the maximum value for the mixture of (6 – 8)% wt waterglass and 2 % wt cement.
1. Mở đầu
Thành phần của hỗn hợp cát-nước thuỷ tinh lỏng tự đông rắn (viết tắt: HHCLTĐR) bao gồm: vật liệu chịu nhiệt, nước thuỷ tinh (đóng vai trò là chất dính), chất phụ gia đông rắn, chất hoạt tính bề mặt (chất tạo bọt). HHCLTĐR có nhiều ưu điểm: không cần đầm chặt khuôn mà chỉ cần rung lèn chặt với chế độ rung phù hợp; dễ phá khuôn hơn nhiều so với hỗn hợp cát-nước thuỷ tinh truyền thống; độ thông khí của khuôn tốt, độ sinh khí thấp; không độc hại, ít ô nhiễm môi trường; giá thành khuôn thấp…
HHCLTĐR hiện đang sử dụng khá rộng rãi để chế tạo các vật đúc bằng gang và thép, có trọng lượng từ trung bình cho đến lớn. Hỗn hợp này cũng có thể sử dụng trong phương pháp đúc Shaw.
Mục tiêu của nghiên cứu là xem xét ảnh hưởng của thành phần HHCLTĐ và thời gian đến độ bền của hỗn hợp.
2. Thực nghiệm
2.1.Nguyên vật liệu
Vật liệu chịu lửa là cát thạch anh V5.5 của Vicosimex, tương đương với mác 2K0315B, có thành phần độ hạt cho ở bảng 1 (sử dụng bộ rây theo tiêu chuẩn DIN 4180).
Chất dính là nước thuỷ tinh natri có môđun M= 2,6; khối lượng riêng ρ = 1,40 kg/dm3
Xi măng pooclang Hà Tiên mác P300 dùng làm tác nhân đông rắn
Chất hoạt tính bề mặt là chất tạo bọt alkilsun- phonat, có công thức hoá học CnH2n+1 – SO3Na.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Hỗn hợp thử nghiệm được trộn như sau: trộn cát và xi măng 3 phút trong máy trộn con lăn; trộn nước thuỷ tinh và chất tạo bọt trong thùng khuấy trong 3 phút; trộn chung hai thành phần trong máy trộn cánh trong 1 phút và sau đó chế tạo mẫu thử ngay.
Mẫu thử có kích thước (50x50mm, được chế tạo bằng cách rung lèn chặt theo phương đứng với tần số 50Hz, biên độ 1mm, thời gian rung 60s. Sau khi rung, mẫu được dập một lần trên thiết bị dập mẫu tiêu chuẫn. Sau một khoảng thời gian xác định, mẫu thử được đo độ bền nén. Độ bền nén được thực hiện trên 3 mẫu, lấy giá trị trung bình; kết quả trung bình nhận được không được sai lệch quá 10% so với các mẫu thử.
Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, qua các thí nghiệm thăm dò, đã chọn các yếu tố đầu vào và miền nghiên cứu như sau:
Z1 – hàm lượng nước thuỷ tinh, (6-12)%
Z2 – hàm lượng xi măng, (2-6)%
Z3 – thời gian đông 0,75 (45 phút-48 giờ)
Z4 – hàm lượng chất tạo bọt, 0,2%
Z5 – hàm lượng cát, Z5= 100 – Z1 – Z2 – Z4
Z6 – nhiệt độ môi trường khi chế tạo mẫu thử: (25oC); khi để mẫu đông rắn tự nhiên ở 30oC
Như vậy, hàm mục tiêu là độ bền nén y chỉ phụ thuộc vào 3 biến độc lập: y= f(Z1, Z2, Z3).
Cũng qua các thí nghiệm thăm dò, đã chọn mô hình là đa thức có dạng:
y= b0 + b1Z1 + b2Z2 + b3Z3 + b12Z1Z2 + b13Z1Z3 + b23Z2Z3 (1)
Số các toạ độ thí nghiệm cần thực hiện là: N= 23 = 8.
3. Kết quả và thảo luận
| Kích thước mắt rây, mm% | 0,630 | 0,400 | 0,315 | 0,250 | 0,160 | 0,100 |
| khối lượng | 0 | 28,80 | 24,52 | 37,38 | 5,83 | 3.25 |
Bảng 1. Thành phần độ hạt của cát 5.5
| STT | Z1, % | Z2, % | Z3, giờ | Độ bền nén, KG/cm2 | |||
| Mẫu 1 | Mẫu 2 | Mẫu 3 | Trung bình | ||||
| 1 | 6 | 2 | 0,75 | 4,8 | 5,3 | 5,7 | 5,3 |
| 2 | 6 | 2 | 48 | 116,9 | 112,5 | 107,5 | 112,3 |
| 3 | 6 | 6 | 0,75 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| 4 | 6 | 6 | 48 | 7,8 | 7,1 | 8,2 | 7,7 |
| 5 | 12 | 2 | 0,75 | 3,9 | 4.2 | 3.6 | 3.9 |
| 6 | 12 | 2 | 48 | 82,2 | 82,9 | 79,9 | 81,7 |
| 7 | 12 | 6 | 0,75 | 10,7 | 10,2 | 11,3 | 10,7 |
| 8 | 12 | 6 | 48 | 62,6 | 55,5 | 54,0 | 57,4 |
Bảng 2. Độ bền nén của hỗn hợp
Các kết quả thực nghiệm được trình bày ở bảng 2.
