Trong các hệ thống sấy nông sản, đặc biệt là lò sấy lúa dạng đối lưu cưỡng bức, kết cấu chịu nhiệt đóng vai trò then chốt bảo đảm độ ổn định vận hành và tuổi thọ của thiết bị. Do đặc thù làm việc trong môi trường nhiệt – ẩm biến thiên, vật liệu bê tông thông thường không đáp ứng được các yêu cầu về khả năng chịu nhiệt, chống sốc nhiệt, chống ăn mòn và độ bền cơ học dài hạn. Vì vậy, việc xác định và lựa chọn hệ bê tông chịu nhiệt cho lò xấy lúa tối ưu cần dựa trên nguyên tắc phân khu nhiệt, đặc tính tải trọng, và mật độ chu kỳ vận hành của lò sấy.
Đặc trưng môi trường nhiệt trong lò sấy lúa
Hệ thống lò sấy thường bao gồm:
- Buồng đốt sinh khí nóng: Nhiệt độ điển hình 600–900°C, dao động mạnh theo phụ tải nhiên liệu.
- Ống dẫn và buồng hòa trộn khí nóng: Nhiệt độ 120–350°C, chịu dòng khí tốc độ cao và ăn mòn nhẹ.
- Khu vực buồng sấy: Nhiệt độ 60–120°C, độ ẩm cao, xảy ra chu kỳ nóng – lạnh liên tục.
- Kết cấu nền – móng: Chịu tải trọng cơ học cao, nhiệt độ không quá lớn nhưng chịu ảnh hưởng hơi ẩm và dẫn truyền nhiệt.
Đặc tính trên tạo ra các cơ chế phá hủy vật liệu như:
- Microcrack phát triển do gradient nhiệt
- Sốc nhiệt gây phá hủy biên hạt
- Phủi hạt (spalling) do áp suất hơi trong mao quản bê tông
- Ăn mòn hóa – cơ bởi khí thải và tro than
Do đó, lựa chọn bê tông phải đảm bảo độ bền cấu trúc – độ ổn định pha – tính bền môi trường.
Các tiêu chí kỹ thuật khi lựa chọn bê tông chịu nhiệt
Khả năng chịu nhiệt và ổn định pha
Bê tông làm việc ở 600–1200°C cần sử dụng các hệ binder chịu nhiệt như:
- Xi măng nhôm canxi (CAC – Calcium Aluminate Cement)
- Binders low-cement hoặc ultra-low-cement (LCC/ULCC castables)
- Hệ silicate hoặc phosphate cho các vùng nhiệt đặc thù
Khả năng chống sốc nhiệt
Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) thấp, độ bền uốn cao và cấu trúc hạt phân bố hợp lý là điều kiện cần để chống sốc nhiệt,
- Sợi thép chịu nhiệt
- Sợi ceramic
- Sợi polypropylene (giảm áp suất hơi nước giai đoạn đông kết)
Độ bền cơ
- Độ đặc chắc (low porosity)
- Khả năng chống xói mòn bởi dòng khí (erosion resistance)
- Khả năng kháng clorua – SO₂ – hơi axit nhẹ trong khói đốt
Phân loại và gợi ý sử dụng bê tông trong từng khu vực lò sấy
Buồng đốt – Vùng nhiệt độ cao nhất (600–900°C)
- Bê tông chịu nhiệt hệ cao cấp như BSC-15LCS, BSC-17LCS
- Thành phần cốt liệu: corundum, chamotte hoặc mullite
- Tỷ lệ xi măng thấp (2–8%) để tăng bền nhiệt và giảm porosity
Lý do: Hệ vật liệu này chống sốc nhiệt tốt, giới hạn chịu nén – chịu uốn ổn định và độ bền pha cao khi làm việc liên tục trong khí nóng.
Đường dẫn khí nóng
Vùng này không cần vật liệu ultra-high temperature nhưng yêu cầu chống mài mòn và chống nứt do dao động nhiệt nhanh.
- Bê tông chịu nhiệt trung cấp
- Hệ cốt liệu chamotte hoặc basalt chịu nhiệt
- Phụ gia giảm co ngót và sợi PP để kiểm soát nứt vi mô
Buồng sấy
Độ ẩm cao kết hợp nhiệt độ trung bình tạo áp lực hơi lớn, dễ gây phá hủy bề mặt nếu cấu trúc bê tông không đặc chắc.
- Bê tông mác cao (C30/37 – C40/50) bổ sung silica fume
- Phụ gia chống thấm – giảm nước
- Hệ sợi PP để giảm pressure spalling khi hơi nước tích tụ
Nền móng và kết cấu chịu tải
- Bê tông C35/45 – C40/50
- Hệ sợi thủy tinh hoặc steel fiber nếu cần tăng cường chịu uốn
- Lớp phủ chống thấm – chống mài mòn bề mặt
Lưu ý kỹ thuật trong chế tạo và thi công
Quy trình trộn và đổ bê tông chịu nhiệt
- Tuân thủ đúng tỷ lệ nước – chất kết dính (W/C hoặc W/B thấp)
- Tránh dư nước gây tăng porosity → giảm bền nhiệt
- Cần rung nhẹ, không rung mạnh gây phân tầng hạt
=>Xem thêm bài viết cách trộn bê tông chịu nhiệt đạt chuẩn
Quy trình bão dưỡng
- Bê tông chịu nhiệt yêu cầu dưỡng ẩm 24 giờ, tránh khô nhanh
- Giai đoạn sấy khởi động (Initial drying) phải theo curve tăng nhiệt chậm:
- 30–110°C: nâng chậm 10–20°C/giờ
- 110–350°C: duy trì để thoát nước liên kết
Kiểm soát ứng suất nhiệt trong vận hành
- Bố trí khe giãn nở nhiệt tại các vị trí chuyển tiếp
- Giảm gradient nhiệt bằng các lớp cách nhiệt nếu cần
- Tránh thay đổi nhiệt đột ngột khi khởi động lò
Kết luận
Việc lựa chọn bê tông cho lò sấy lúa không chỉ dựa vào cường độ mà phải xem xét toàn bộ cơ chế phá hủy nhiệt – ẩm – hóa học. Sử dụng hệ bê tông chịu nhiệt, cốt liệu ổn định pha cao, phụ gia chống nứt và quy trình gia nhiệt – dưỡng hộ đúng kỹ thuật sẽ tạo ra kết cấu có tuổi thọ vượt trội và khả năng vận hành ổn định trong điều kiện khắc nghiệt của lò sấy. Liên hệ Bảo Sơn để được nhận tư vấn chi tiết.