Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu công nghệ chế tạo hạt thủy tinh xốp để sản xuất tấm ốp cách âm, tiêu âm và chống cháy (03/03/2025)

Hiện nay, trên thị trường xây dựng Việt Nam, đặc biệt là các công trình văn hóa nghệ thuật như nhà hát, nhà hòa nhạc, các quán karaoke, các căn hộ, nhà ở dân dụng, các tòa nhà công nghiệp… đều sử dụng vật liệu cách âm, tiêu âm không có khả năng chống cháy. Chính vì vậy, rất nhiều vụ hỏa hoạn đã gây thương vong thậm chí tính mạng con người. Để nâng cao chất lượng cuộc sống, nâng cao chất lượng nơi ở, làm việc và hưởng thụ văn hóa ca nhạc an toàn, việc nghiên cứu tìm ra sản phẩm ốp tường và trần có khả năng cách âm, tiêu âm tốt và chống cháy cao là cần thiết.

Với tính chất ưu việt của các loại sản phẩm có nguồn gốc từ thải thủy tinh như có màu trắng, hồng, kích thước hạt đa dạng có thể coi như microsphere, có thể tạo màu trang trí cho sản phẩm dễ dàng, nhóm nghiên cứu thuộc Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội chủ trì thực hiện đề tài Nghiên cứu công nghệ chế tạo hạt thủy tinh xốp để sản xuất tấm ốp cách âm, tiêu âm và chống cháy, PGS.TS.Nguyễn Minh Ngọc chủ nhiệm.

Nghiên cứu tổng quan cho thấy, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu chế tạo thủy tinh tinh xốp (thủy tinh bọt) dạng tấm, dạng vụn,... từ phế thải thủy tinh và kính kết hợp với phụ gia tạo bọt (đá vôi, đá đôlômít) sử dụng cho việc cách nhiệt, cách âm cho các công trình. Tuy nhiên, các sản phẩm thủy tinh xốp này thường có cường độ thấp, độ hút nước khá cao, lên đến 20%. Ở Việt Nam, đã có một số tác giả thuộc Hội liên hiệp khoa học thủy tinh hay Viện Vật liệu xây dựng nghiên cứu chế tạo thủy tinh xốp dạng tấm, sử dụng phế thải thủy tinh và bột đá vôi, ứng dụng cho các kết cấu cách nhiệt nhưng khả năng ứng dụng không cao do cường độ chịu lực, chống thấm nước còn thấp. Do đó, việc nghiên cứu thủy tinh nhẹ dạng hạt từ phế thải kính và phụ gia có tính chất đạt yêu cầu sử dụng làm cốt liệu cho việc sản xuất tấm composite cách nhiệt trên nền vữa xi măng là hướng đi phù hợp. Sản phẩm có cường độ và độ hút nước hợp lý để sử dụng làm tấm ốp lát cách nhiệt cho sàn mái, đồng thời có khả năng trang trí.

Tạo hình tấm cách âm, tiêu âm sử dụng phương pháp tạo hốc rỗng thông nhau.

Nghiên cứu hạt thủy tinh xốp sử dung phụ gia than hoạt tính, mùn cưa với hàm lượng 3-5% làm tăng khả năng tạo hốc rỗng (lỗ rỗng hở) trên bề mặt hạt thủy tinh xốp, đặc tính và kích thước lỗ rỗng phụ thuộc vào kích thước hạt và thời gian nung hạt. Kết quả nghiên cứu cho thấy chế tạo được hạt thủy tinh xốp có hốc với khối lượng thể tích từ 250-300 kg/m³, kích thước hạt từ 5-10mm. Hệ số hấp thụ âm của hạt thủy tinh xốp có hốc trong khoảng 0,7-0,8 và phụ thuộc vào kích thước hạt thủy tinh. Nghiên cứu cũng cho thấy hạt có kích thước lớn có hệ số hấp thụ âm thấp hơn hạt có kích thước nhỏ, hạt từ 5-10mm là 0.7066 (2627Hz), hạt nhỏ dưới 5mm là 0.7255 (2317Hz). Các hạt to (màu đỏ) và hạt nhỏ (màu nõn chuỗi) đều có độ rỗng bên trong hạt và độ rỗng giữa các hạt gần giống nhau, hơn nữa chúng đều có hốc với đặc tính bề mặt tương tự nhau, nên kết quả thí nghiệm đo khả năng hấp thụ âm bằng ống trở kháng đều đạt tăng từ tần số 500 đến 1500Hz ( gần 0, 87), sau đó giảm xuống 0,58 ở tần số 3000 Hz (với hạt nhỏ, màu xanh giảm sâu hơn) và lại tăng đến 0,92 khi tần số đến 4300Hz cho cả 2 trường hợp là hạt to và bé. Trường hợp hạt lớn (màu tím) và hạt bé (màu vàng) được để tạo khoảng cách hở, không khí 15mm thì kết quả thí nghiệm đo khả năng hấp thụ âm bằng ống trở kháng đều đạt tăng từ tần số 500 đến 1000 Hz (gần 0,85-0,87), sau đó giảm xuống 0,3 ở tần số 2000Hz (với cả 2 loại hạt) và lại tăng đến 0,92 khi tần số đến 3300Hz cho cả 2 trường hợp là hạt to và bé. Nếu tần số lớn hơn 3300Hz, thì khi sử dụng không để sát tường vì khả năng hút âm sẽ giảm.

Các tấm ốp tiêu âm được gia công bề mặt, tăng khả năng tiêu âm, có khối lượng thể tích 5-15 kg/m².

Nghiên cứu sử dụng hạt thủy tinh xốp để chế tạo các tấm bê tông nhẹ cách âm, tiêu âm, chống cháy. Kết quả nghiên cứu đã xác định được thành phần vật liệu chế tạo bê tông nhẹ cách âm, tiêu âm, chống cháy gồm: hạt thủ tinh xốp, xi măng, thạch cao, nước và phụ gia. Nhóm nghiên cứu cũng xác định được phối liệu tối ưu để chế tạo các hạt thủy tinh xốp có khối lượng thể tích đổ đống từ 220-270 kg/m³, độ rỗng đến 85%; tỷ lệ hốc hở >15% gồm các nguyên liệu được tính theo % khối lượng (hàm lượng bột nhẹ trong phối liệu: 3,95%; hàm lượng bột thủy tinh, nghiền từ thủy tinh phế liệu: 86,73%; hàm lượng phụ gia cháy: 6- 9%; thời gian duy trì ở nhiệt độ nung 750-800^oC: 15 phút). Đề tài đã chế tạo được trên 200 kg hạt thủy tinh xốp và xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo hạt thủy tinh xốp với đặc tính bề mặt có hốc, trong chứa các lỗ rỗng; đồng thời biên soạn thành tài liệu “Quy trình công nghệ chế tạo hạt cốt liệu thủy tinh xốp có hốc, có khả năng tiêu âm”. Trong đó, Quy trình đạt các chỉ kỹ thuật đề ra, gồm: hệ số tiêu âm, trung bình: α =0,4 (mục tiêu đề tài đặt ra 0,2-0,3); giảm được độ ồn đô thị xuống 8-41dB hay giá trị cách âm - tiêu âm suy giảm còn 40-65 dB.

Đề tài cũng đã nghiên cứu, chế tạo các tấm tường, tấm trần cách âm, tiêu âm và chống cháy ứng dụng cho 3 quán karaoke, trong đó có 2 quán tại 118 La Thành, thị xã Sơn Tây, Hà Nội (với diện tích sử dụng các tấm tiêu âm là 165m²); 1 phòng karaoke tại 185 phố Quan Nhân với diện tích các tấm ốp tường, trần là 69m²; 1 phòng chống ồn đô thi, diện tích phòng 13m², diện tích các tấm ốp cách âm chống ồn 30m². Kết quả kiểm tra, đánh giá khả năng cách âm, tiêu âm của các công trình đã ứng dụng sản phẩm của đề tài cho thấy, khả năng cách âm chống ồn đô thị giảm xuống 8-41dB, kết quả tiếng ồn trong không gian công trình giáp mặt đường giao thông nhỏ hơn 60dB, thời gian âm vang do VOV Việt Nam kiểm định có kết quả giảm từ 1,2 giây xuống 0,2-0,3 giây.

Với kết quả nghiên cứu trên, nhóm tác giả đề tài đã làm chủ giải pháp công nghệ chế tạo hạt cốt liệu thủy tinh xốp, có hốc làm cốt liệu chế tạo sản phẩm tấm cách âm, chống cháy và trang trí; đưa ra được công nghệ chế tạo tấm ốp cách âm, tiêu âm trên nền hạt thủy tinh xốp có hốc.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin, Thống kê khoa học và công nghệ Hải Phòng./.