Ảnh hưởng của sợi gia cường đến tính chất và khả năng chống nứt của vữa geopolymer

TỔNG QUAN

Tính chất cấp thiết của đề tài nghiên cứu

1.1.1 Vấn đề về môi trường

Vấn đề môi trường hiện nay đang trở thành một trong những mối quan tâm lớn nhất, với sự nóng lên toàn cầu do hiệu ứng nhà kính dẫn đến biến đổi khí hậu nghiêm trọng Bên cạnh đó, việc khai thác nguồn nguyên liệu hóa thạch để phục vụ cho công nghiệp và năng lượng đang dần làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, và nếu không có biện pháp kịp thời, trong tương lai gần, nguồn tài nguyên này sẽ không còn sẵn có để khai thác.

Hình 1.1 Việc tận thu đang khiến tài nguyên ngày càng cạn kiệt

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất bởi ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu và hiện tượng nóng lên toàn cầu Các vấn đề như mực nước biển dâng, hạn hán cục bộ, lũ quét và sạt lở đất đang gia tăng do các hoạt động khai thác tài nguyên và khoáng sản Đặc biệt, lượng khí thải CO2 từ ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng cùng với chất thải độc hại từ các hoạt động này đang góp phần nghiêm trọng vào tình trạng ô nhiễm môi trường.

Ô nhiễm môi trường không chỉ phá hủy hệ sinh thái tự nhiên mà còn gia tăng lượng khí thải, dẫn đến tình trạng thủng tầng ozon Hậu quả của điều này là hiện tượng hiệu ứng nhà kính và sự nóng lên toàn cầu ngày càng nghiêm trọng.

Hình 1.2 Nhà máy sản xuất xi măng gây ô nhiễm môi trường

1.1.2 Vấn đề vật liệu xây dựng mới trong tương lai

Ngành xây dựng hiện nay chủ yếu sử dụng bê tông cốt thép truyền thống làm bộ khung chịu lực và xi măng để hoàn thiện công trình Nguyên liệu sản xuất xi măng chủ yếu từ thiên nhiên như đá vôi và đá sét, nhưng quá trình nung các nguyên liệu này tạo ra lượng khí thải lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến ô nhiễm môi trường, đặc biệt là khí CO2 và các chất thải độc hại từ sản xuất công nghiệp.

Trong những năm gần đây, công nghệ Geopolymer đã trở thành một giải pháp phổ biến trong việc cải thiện tính năng của vữa và bê tông trong xây dựng Việc sử dụng tro bay để thay thế xi măng không chỉ giúp giảm lượng khí thải CO2 trong sản xuất mà còn tận dụng hiệu quả phế phẩm công nghiệp, góp phần vào việc phát triển vật liệu xanh Công nghệ này được Giáo sư Joseph Davidovits giới thiệu lần đầu tiên vào những năm 1970, mở ra hướng đi mới cho ngành vật liệu xây dựng.

Vữa Geopolymer là sản phẩm được tạo ra từ khả năng phản ứng của các vật liệu Aluminosilicate trong môi trường kiềm, mang lại tính chất và cường độ vượt trội Tro bay, một phụ phẩm từ công nghiệp nhiệt điện chứa nhiều oxit nhôm và oxit silic vô định, đã được lựa chọn làm nguyên liệu chính để chế tạo chất kết dính Geopolymer.

Geopolymer là vật liệu xanh và thân thiện với môi trường, có khả năng thay thế xi măng Portland truyền thống nhờ vào độ bền, tính chất cơ học và khả năng chịu nhiệt cao Tuy nhiên, tính giòn của geopolymer, cùng với các hiện tượng từ biến, co ngót, mỏi, và tác động của tải trọng cũng như sự xâm thực từ môi trường, có thể làm giảm khả năng chịu lực của các kết cấu công trình.

Việc ứng dụng sợi trong cấu trúc Geopolymer đã chứng minh là một giải pháp hiệu quả để cải thiện độ bền uốn và bền va đập Các loại sợi ngắn phân tán được nghiên cứu nhằm củng cố vật liệu, giúp biến đổi từ tính giòn sang tính dẻo dai hơn Sợi không chỉ ảnh hưởng đến các tính chất cơ học mà còn nâng cao khả năng ổn định của vật liệu.

Phân tích bề mặt cấu trúc của vật liệu Geopolymer cho thấy sự xuất hiện của vết nứt, cho thấy rằng sợi có khả năng tạo ra hiệu ứng chuyển tiếp qua các lỗ rỗng.

Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng sợi thủy tinh đến khả năng chống nứt của vữa Geopolymer là rất cần thiết Việc này giúp xác định hàm lượng và hình dạng sợi phù hợp, từ đó cải thiện các đặc tính có lợi và giảm thiểu nhược điểm của vật liệu Geopolymer.

Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng vữa Geopolymer làm vật liệu nền, kết hợp với sợi thủy tinh có tỷ lệ chiều dài trên đường kính khác nhau Mục tiêu là đánh giá ảnh hưởng của sợi đến các tính chất cơ học chính của vữa Geopolymer.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Vật liệu Geopolymer, được nghiên cứu từ những năm 1970, vẫn chưa phổ biến tại Việt Nam, mặc dù đã có nhiều nghiên cứu và bài báo khoa học trong và ngoài nước về loại vật liệu này Những nghiên cứu này đã chỉ ra tiềm năng ứng dụng của Geopolymer trong xây dựng và các lĩnh vực khác.

1.2.1 Những nghiên cứu trong nước

Tống Tôn Kiên và các cộng sự đã nghiên cứu sâu về bê tông Geopolymer, tập trung vào những thành tựu, tính chất và ứng dụng của nó Bài viết trình bày rõ ràng các thành tựu nổi bật và mốc thời gian phát triển của chất kết dính hoạt hóa kiềm, đồng thời phân tích quá trình hình thành cấu trúc bê tông Geopolymer cùng các đặc tính nổi bật và ứng dụng thực tiễn của loại bê tông này.

Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn đã tiến hành nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép và polypropylene đến cường độ của bê tông Geopolymer Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông khi có sự bổ sung sợi thép và polypropylene.

Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn đã nghiên cứu ảnh hưởng của tro trấu và silicafume đến cường độ của vữa Geopolymer Nghiên cứu này đánh giá việc sử dụng tro trấu và silicafume như một phần thay thế cho tro bay trong chế tạo vữa Geopolymer, nhằm tận dụng phế thải từ ngành công nghiệp và nông nghiệp Kết quả nghiên cứu cung cấp những thông tin quan trọng về khả năng cải thiện cường độ của vữa Geopolymer khi sử dụng các loại phụ gia này.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích 16 ảnh hưởng của các thành phần hoạt tính từ tro trấu và silicafume khi kết hợp với tro bay, nhằm đánh giá tác động của chúng đến tính chất cường độ của vữa trong điều kiện thường và ở nhiệt độ cao Kết quả cho thấy sự kết hợp này không chỉ cải thiện độ bền của vữa mà còn tăng khả năng chống chịu nhiệt, mang lại những lợi ích rõ rệt cho ứng dụng trong xây dựng.

Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn đã nghiên cứu ứng xử của bê tông Geopolymer tro bay sử dụng sợi Hook, tập trung vào ảnh hưởng của sợi thép đến khả năng ứng dụng thực tế của bê tông Nghiên cứu xác định rằng bê tông Geopolymer đạt tính chất cơ học tốt nhất khi có 1% hàm lượng sợi Hook Kết quả thực nghiệm cho thấy giá trị biến dạng của bê tông sử dụng sợi dao động từ 0,0024 đến 0,0028, với giá trị mô đun đàn hồi từ 25 đến 30 GPa và hệ số Poisson đạt từ 0,013 đến 0,016.

Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép và sợi polypropylene đến cường độ bê tông Geopolymer Kết quả cho thấy, bê tông Geopolymer bổ sung sợi polypropylene có cường độ nén giảm 2,8% và cường độ chịu uốn tăng không đáng kể (0,9%) Ngược lại, cường độ chịu nén và chịu uốn của bê tông Geopolymer tăng đáng kể với hàm lượng sợi thép, đạt mức tăng 41,1% cho cường độ chịu nén và 60,2% cho cường độ chịu uốn khi sử dụng 1,5% sợi thép.

Nguyễn Quang Phú đã nghiên cứu việc sử dụng cốt sợi thủy tinh để thiết kế bê tông có cường độ kháng uốn cao cho các công trình thủy lợi Kết quả cho thấy, khi sử dụng 1,5% cốt sợi thủy tinh so với lượng chất kết dính, cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ nén của các mẫu thí nghiệm tăng từ 15% đến 30%.

1.2.2 Những nghiên cứu ngoài nước

L.Krishnan và các cộng sự [8] đã nghiên cứu về đề tài có tên là“Geopolymer concrete an Eco–friendly construction material” Các tác giả đã giới thiệu công thức của vật liệu Geopolymer, đặc tính của Geopolymer và cách thức tiến hành thí nghiệm

A.M.Mustafa Al Bakri và các cộng sự [9] đã nghiên cứu về đề tài có tên là

The authors discuss the chemical composition and formation processes of fly ash geopolymer cement, detailing the characteristics of each input material They conclude that the desired properties of the cement can be achieved through careful selection and combination of these materials.

17 sản phẩm geopolymer từ tro bay trong các giải pháp kiềm có thể cải thiện độ bền cơ học, khả năng làm việc và khả năng chống lại các điều kiện môi trường khắc nghiệt Sự cải thiện này phụ thuộc vào việc kiểm soát tỷ lệ chất phản ứng và điều kiện phản ứng.

N.A.Lloyd và B.V.Rangan [10] đã nghiên cứu về đề tài có tên là “Geopolymer Concrete with Fly Ash” Tác giả đã trình bày đặc tính hỗn hợp bê tông Geopolymer, cách thiết kế một mẻ bê tông Gepolymer, về các sản phẩm bê tông đúc sẵn, sự đóng góp của bê tông Geopolymer đối với sự phát triển toàn cầu

J Davidovits [11] đã nghiên cứu về đề tài có tên là “Properties of Geopolymer cement” Tác giả đã nghiên cứu ra vật liệu Geopolymer và trình bày về các tính chất của bê tông Geopolymer

Nghiên cứu của Zhang và cộng sự [12] chỉ ra rằng sợi polypropylene có khả năng cải thiện đáng kể độ bền kéo của vật liệu geopolymer Sự hình thành vết nứt trong bê tông geopolymer cho thấy rằng các sợi này có thể tạo ra hiệu ứng chuyển tiếp qua các lỗ rỗng và khuyết tật, đồng thời thay đổi cách mà các vết nứt mở rộng.

Nghiên cứu của Van Jarsveld, van Deventer và Lukey chỉ ra rằng các đặc tính của Geopolymer bị ảnh hưởng bởi sự hòa tan không hoàn toàn của các vật liệu phức tạp trong quá trình Geopolymer hóa Cụ thể, hàm lượng nước, thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ có tác động quan trọng đến cường độ của Geopolymer Việc gia nhiệt ở 70°C trong 24 giờ giúp tăng cường đáng kể cường độ, và thời gian dưỡng hộ càng dài thì cường độ của Geopolymer càng cao.

Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu và ứng dụng chất kết dính Geopolymer từ tro bay đang trở thành xu hướng nổi bật trên thế giới và tại Việt Nam Việc áp dụng Geopolymer trong sản xuất vữa, đặc biệt khi kết hợp với sợi thủy tinh, không chỉ giúp tăng cường khả năng chống nứt mà còn mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành xây dựng.

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứuảnh hưởng của sợi thủy tinh gia cường đến tính chất và khả năng chống nứt của vữa Geopolymer.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Thiết kế thành phần cấp phối của vữa Geopolymer sử dụng sợi thủy tinh bao gồm việc lựa chọn nguyên liệu sợi thủy tinh dựa trên chủng loại, kích thước và hàm lượng sợi phù hợp.

Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định các đặc trưng cơ lý của vữa Geopolymer có sử dụng sợi thủy tinh Bài viết cũng phân tích sự chênh lệch và biến đổi cường độ chịu nén, uốn của vữa khi thay đổi cấp phối Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng của sợi gia cường đến khả năng chống nứt của vữa Geopolymer.

So sánh cường độ của vữa Geopolymer với vữa xi măng Đưa ra cấp phối Geopolymer sử dụng sợi thủy tinh phù hợp với mục đích nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về GPM bao gồm tổng hợp tài liệu và tiêu chuẩn liên quan, nhằm xác định các thí nghiệm cần thiết để đo cường độ và khả năng chống nứt Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống nứt của GPM và khoảng giới hạn cho các gia số thí nghiệm.

Nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành để xác định tính chất, cường độ và khả năng chống nứt của GPM gia cường sợi thủy tinh thông qua các thí nghiệm cụ thể.

- Thí nghiệm nén, xác định cường độ chịu nén của GPM và PCM tham chiếu

- Thí nghiệm uốn, xác định cường độ chịu uốn khi nén của GPM và PCM tham chiếu

- Xác định giá trị lực gây nứt của các cấp phối vữa, ứng xử khi nứt của vữa và dạng phá hoại của vữa

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Công nghệ Geopolymer

Vật liệu xây dựng "xanh" là những vật liệu được sản xuất theo phương pháp thân thiện với môi trường, kết hợp sử dụng chất thải từ các ngành khác Xu hướng này đang thu hút sự quan tâm của hầu hết các quốc gia trên thế giới.

2.1.1 Lịch sử ra đời chất kết dính Geopolymer

Vào năm 1978, Joseph Davidovits đã giới thiệu Geopolymer, một loại vật liệu kết dính tương tự như xi măng truyền thống nhưng sử dụng nguyên liệu từ phế thải công nghiệp, giúp giảm thiểu tác động xấu đến môi trường Geopolymer đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại châu Âu, Mỹ, Úc và nhiều quốc gia phát triển khác Chất kết dính này được hình thành từ phản ứng giữa dung dịch kiềm và các chất chứa hàm lượng cao silic và nhôm, còn được gọi là chất kết dính kiềm hóa.

Vật liệu Geopolymer vô cơ là một loại vật liệu mới được tạo ra từ sự kết hợp giữa chất kết dính Polyme vô cơ và các thành phần chất độn Sau khi thực hiện các bước như nhào trộn, đầm nén, tạo hình và dưỡng hộ, sản phẩm sẽ phát triển cường độ và đạt các tính chất kỹ thuật cần thiết Quá trình phát triển cường độ của sản phẩm phụ thuộc vào quá trình Polymer hóa các hợp chất vô cơ trong chất kết dính Polyme vô cơ.

Chất kết dính Geopolymer và vật liệu Polyme thường liên quan đến nguồn gốc hữu cơ như keo epoxy và chất dẻo tổng hợp Trước những năm 80 của thế kỷ trước, khái niệm polymer vô cơ còn mới mẻ và ít được công nhận Tuy nhiên, qua phân tích hóa lý, quá trình tương tác giữa các điện tích trái dấu trong một số vật liệu đã hình thành các mạch Polyme đa phân tử dài với bộ xương là khoáng vật liệu bền vững Các Polyme này sở hữu tính chất hóa học, lý học và cơ học bền vững, có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Nghiên cứu về chất kết dính Polyme vô cơ đã đạt nhiều thành tựu ở một số quốc gia, nhưng vẫn còn mới mẻ ở Việt Nam, đặc biệt trong ngành xây dựng Tại Mỹ, Geopolymer chủ yếu được ứng dụng trong sản xuất xi măng Geopolymer đóng rắn nhanh (Pyrament Blended Cement – PBC), được nghiên cứu và ứng dụng từ năm 1985 trong các sân bay quân sự và sau đó trong sửa chữa đường băng máy bay, sàn nhà công nghiệp.

Hình 2.1 Tinh thể Geopolymer [11]

Xi măng Geopolymer có thể đạt cường độ 20 MPa chỉ sau 4-6 giờ đóng rắn, trong đó một loại xi măng bền axit đã được thương mại hóa từ năm 1997 bởi Zeo tech corp và được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy hóa chất và thực phẩm Tại Úc, bê tông Geopolymer đã được sử dụng cho các sản phẩm như thanh tà vẹt đúc sẵn và ống cống, nhờ vào khả năng đạt cường độ tuổi sớm cao sau khi bảo dưỡng Nghiên cứu cho thấy các cấu kiện bê tông Geopolymer có thể sản xuất dễ dàng bằng công nghệ hiện tại mà không cần thay đổi lớn Các sản phẩm ống cống bê tông Geopolymer cốt thép cũng đã được sản xuất với đường kính từ 375-1800mm và cho thấy khả năng chống ăn mòn tốt tương đương với bê tông xi măng Tuy nhiên, tại Việt Nam, vật liệu Geopolymer vẫn chưa được áp dụng rộng rãi, mặc dù đã có một số nghiên cứu ban đầu về bê tông Geopolymer, đặc biệt là bê tông chịu lửa không xi măng mang tên thương mại alphabond.

Bê tông cốt liệu ít xi măng là công nghệ chế tạo đơn giản, giúp tăng thời gian sử dụng và cải thiện tính chất cơ nhiệt, như tăng độ bền uốn ở nhiệt độ cao Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo bê tông cốt liệu không xi măng ứng dụng thực tiễn Năm 2011, một nghiên cứu khác về ứng dụng chất kết dính Geopolymer đã được thực hiện, nhằm sản xuất vật liệu không nung từ phế thải tro bay và xỉ lò cao Kết quả cho thấy quy trình sản xuất gạch block bê tông Geopolymer đạt cường độ nén trên 10MPa và có giá thành rẻ hơn khoảng 15% so với gạch block bê tông xi măng cốt liệu.

Chất kết dính Geopolymer là một giải pháp thay thế cho xi măng truyền thống, được tạo ra từ các nguyên liệu chứa nhiều nhôm (Al) và silic (Si) như đất sét, mê ta cao lanh và tro bay Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu sử dụng dung dịch alkali silicate để kích hoạt phản ứng Geopolymer Sản phẩm cuối cùng phụ thuộc vào loại chất kích hoạt và nguyên liệu ban đầu; với nguyên liệu chứa Si và Ca, sản phẩm chủ yếu là gel CSH, trong khi nguyên liệu chứa Si và Al sẽ tạo ra zeolite giống như polyme.

2.1.2 Thành phần và công thức hóa học

Chất kết dính Geopolymer được tổng hợp từ phản ứng đa trùng ngưng giữa khoáng aluminosilicate oxides và dung dịch alkali metal silicate trong môi trường kiềm cao Cấu trúc phân tử của Geopolymer bao gồm các liên kết Si–O–Al và Si–O–Si, hình thành từ phản ứng này Vật liệu Polymer từ alumino silicate tạo ra mạng lưới polysialate dựa trên các tứ diện SiO4 và AlO4 Theo Josheph Davidovist, quá trình tổng hợp Geopolymer phụ thuộc chủ yếu vào ion Nhôm (Al) và nồng độ kiềm trong dung dịch, điều này ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể và phản ứng hóa học của Geopolymer, trong khi cấu trúc silicate đóng vai trò xương sống cho phân tử.

Hình 2.2 Cấu trúc poly(sialates) theo Davidovist [11]

Quá trình hình thành cấu trúc phân tử Geopolymer chủ yếu diễn ra qua các phản ứng giữa khoáng nhôm và silic trong môi trường dung dịch kiềm kết hợp với dung dịch thủy tinh lỏng Kết quả của những phản ứng này là sự hình thành cấu trúc không gian ba chiều chứa các nguyên tử Si-O-Al-O Công thức hóa học của phân tử Geopolymer có thể được diễn đạt như sau:

▫ M : là các ion dương kiềm như Ka, Na

▫ n : là mức độ trùng ngưng của phản ứng

Quá trình phản ứng tạo ra chất kết dính Geopolymer rất phức tạp, với nhiều phản ứng diễn ra đồng thời, khó nhận biết Theo một số nghiên cứu trước, quá trình tổng hợp Geopolymer có thể được mô tả qua các phương trình phản ứng.

O O n Si O Al O nSiO nH O NaOH KOH Na K n OH Si O Al O Si OH n OH Si O Al O Si OH NaOH KOH Na Ka

Từ 2 phương trình phản ứng tổng hợp chất kết dính Geopolymer được trình bày bên trên.Có thể thấy rằng, ở phương trình thứ nhất có thể tạm gọi là quá trình tan rã các nguyên tố Si và Al vào trong dung dịch kiềm, từ đó sản phẩm tạo ra sẽ tiếp tục tác dụng với dung dịch kiềm ở phương trình thứ hai để tạo ra cấu trúc xương sống của phân tử Geopolymer Các phân tử riêng lẻ là cấu trúc xương sống chất kết dính Geopolymer này sẽ tiếp tục thực hiện quá trình đa trùng ngưng tạo thành chuỗi vô hạnliên kết với nhau tạo ra chất kết dính Geopolymer hay là polymer Qua quan sát dưới kính hiển vi điện tử,có thể nhận biết rằng biết rằng cấu trúc của tinh thể

Geopolymer là cấu trúc vô định hình, không có hướng xác định và có tính kết dính vật liệu khác

Nghiên cứu về chất kết dính kiềm kích hoạt (Alkali-activated Cement) cho thấy có hai khái niệm chính: xỉ lò cao nghiền mịn kiềm kích hoạt (alkali activated GGBFS) và Geopolymer Chất kiềm kích hoạt của GGBFS có thành phần chủ yếu là (Ca+Si), trong khi Geopolymer chủ yếu dựa vào (Al+Si) với metakaolin và tro bay Phân tích SEM cho thấy tro bay trước khi hoạt hóa có hình dạng cầu với kích thước đa dạng và chứa các tinh thể mulit cùng sắt Sau khi hoạt hóa, một số hạt cầu vẫn chưa phản ứng, trong khi gel Aluminosilicate xuất hiện với tỉ lệ mol Si/Al từ 1.6-1.8 và Na/Al từ 0.46-0.68 trong vữa chỉ sử dụng NaOH Khi sử dụng chất kích hoạt có chứa nước thủy tinh, sản phẩm cuối cùng sẽ đặc hơn với tỉ lệ mol Si/Al là 2.7 và Na/Al là 1.5.

Cơ chế động học phản ứng tạo ra Geopolymer vẫn là một bí ẩn, đặc biệt trong quá trình đông kết và rắn chắc của chất kết dính kiềm hoạt hóa Theo Glukhovsky, quá trình này bao gồm các phản ứng phân hủy nguyên liệu có cấu trúc ổn định thấp và phản ứng nội tại Đầu tiên, nồng độ pH cao trong dung dịch kiềm dẫn đến việc bẻ gãy các liên kết cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-Si Các nhóm nguyên tố này sau đó chuyển sang hệ keo, dẫn đến sự tích tụ các sản phẩm bị phá hủy Cuối cùng, các phản ứng nội tại giữa chúng tạo ra cấu trúc ổn định thấp và hình thành cấu trúc đông đặc.

Hình 2.3 Metakaolin(a) và tro bay(b) với NaOH 8M [1]

Granizo đã nghiên cứu chất kết dính Metakaolin hoạt hóa kiềm và cho rằng có

Khi sử dụng chất kiềm hóa như NaOH hoặc thủy tinh lỏng, có hai phản ứng khác nhau diễn ra Trong trường hợp đầu tiên, sau một thời gian hòa tan, các sản phẩm phá hủy bắt đầu tích tụ Ngược lại, trong trường hợp thứ hai, quá trình trùng hợp xảy ra ngay sau khi hòa tan.

Trong quá trình phản ứng tạo ra chất kết dính Geopolymer, nhiệt độ tăng cao và tỏa nhiệt ra bên ngoài, điều này có thể dẫn đến mất nước trong dung dịch Theo ký hiệu hóa học do Davidovits đề xuất, Geopolymer được gọi là

Đặc điểm của vật liệu Geopolymer

Geopolymer là một loại chất kết dính kiềm được kích hoạt bằng hóa học, trong đó nước chỉ đóng vai trò tạo tính công tác mà không tham gia vào cấu trúc hay phản ứng hóa học của Geopolymer Nghiên cứu cho thấy rằng việc bảo dưỡng nhiệt cho bê tông Geopolymer từ tro bay có hàm lượng vôi thấp mang lại cường độ cao, ít co ngót, từ biến thấp và khả năng chống ăn mòn sunphat, axit tốt, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong cơ sở hạ tầng.

2.2.1 Vật liệu thân thiện với môi trường

Vào năm 1978, Davidovits đã giới thiệu khái niệm "Geopolymer", một vật liệu có đặc tính tương tự như xi măng nhưng sản xuất với nhiệt độ thấp, giúp giảm tới 80% lượng nhiệt tiêu thụ Geopolymer không chỉ có khả năng chịu lửa và nhiệt độ cao mà còn sử dụng ít nguyên liệu tự nhiên, tiêu tốn ít năng lượng và thải ra lượng khí CO2 rất thấp Tro bay, sản phẩm phụ từ quá trình đốt than, nếu không được xử lý có thể gây ô nhiễm môi trường Geopolymer, với khả năng chứa đựng chất thải độc hại, được tạo ra từ phản ứng giữa dung dịch kiềm với silic và nhôm trong khoáng tự nhiên Việc sử dụng Geopolymer kết hợp với tro bay có thể giảm thiểu hiện tượng nóng lên toàn cầu, hạn chế hiệu ứng nhà kính từ 25% đến 46% so với bê tông xi măng truyền thống.

2.2.2 Đa dạng về ứng dụng thực tiễn

Vật liệu Geopolymer có nhiều ứng dụng đa dạng, bao gồm tấm gỗ kết cấu chống cháy, tấm tường và panel cách điện, cũng như sản xuất đá nhân tạo trang trí Ngoài ra, nó còn được sử dụng để tạo ra tấm panel bọt cách nhiệt, vật liệu xây dựng thô, gạch không nung, và các kết cấu chịu lửa, chống sốc nhiệt Geopolymer cũng đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng như khuôn đúc nhôm, bê tông và chất kết dính Hơn nữa, vật liệu này còn được ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ cao, như vật liệu cản lửa gia cố và sửa chữa cho máy bay và ô tô, cũng như vật liệu nhựa công nghệ cao.

2.2.1 Độ bền và khả năng chịu lực cao

Vật liệu Geopolymer nổi bật với khả năng chống chịu nhiệt tốt trong cả điều kiện môi trường bình thường và khắc nghiệt Ngoài ra, nó còn có khả năng chống ăn mòn hóa học vượt trội, đặc biệt là đối với axit và muối.

Khả năng gắn kết cốt thép của bê tông Geopolymer được nghiên cứu cho thấy tương đương hoặc vượt trội hơn so với bê tông xi măng Sunfat Đặc biệt, bê tông Geopolymer đạt cường độ cao từ 60 đến 70 MPa chỉ sau 24 giờ phản ứng kiềm.

2.2.2 Tận dụng phế thải công nghiệp

Vữa Geopolymer, tương tự như bê tông Geopolymer, tận dụng phế thải từ quá trình sản xuất công nghiệp như tro bay từ nhà máy nhiệt điện và xỉ lò cao từ nhà máy luyện gang thép Việc sử dụng vữa Geopolymer không chỉ giúp giảm thiểu chất thải công nghiệp mà còn tiết kiệm diện tích bãi chứa, đồng thời giảm thiểu đáng kể lượng nhiệt và khí thải ra môi trường.

Mặc dù vật liệu Geopolymer có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại những nhược điểm khiến nó chưa phổ biến trên thị trường Các nhà máy sản xuất lo ngại về khả năng sụt giảm giá trị khi đầu tư vào loại vật liệu này Khái niệm xi măng xanh vẫn chỉ là lý thuyết chưa được kiểm chứng qua thực tiễn công nghệ, và có nhiều tranh cãi liên quan đến khả năng thải khí CO2 cũng như tính kinh tế của nó Hơn nữa, việc sử dụng dung dịch kiềm mạnh trong sản xuất bê tông không chỉ tiềm ẩn nguy hiểm mà còn yêu cầu quy trình sản xuất phức tạp hơn.

Hiện nay, số lượng thí nghiệm về tính chất vật lý của vật liệu Geopolymer vẫn còn hạn chế Quá trình phản ứng polymer hóa rất nhạy cảm với nhiệt độ, yêu cầu bảo dưỡng ở mức cao và cần kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ Hơn nữa, việc trộn bê tông Geopolymer trực tiếp tại công trình gặp nhiều khó khăn, hạn chế và không đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết.

Tổng quan về sợi thủy tinh

Vữa Geopolymer, giống như các loại bê tông và vữa khác, có đặc tính chịu kéo kém, dẫn đến nguy cơ nứt và phá hoại Để cải thiện khả năng chịu kéo cho vữa Geopolymer, việc sử dụng cốt sợi thủy tinh là một giải pháp hiệu quả, giúp tăng cường độ bền và độ ổn định của vữa.

Sợi thủy tinh là một vật liệu phi kim với nhiều ưu điểm nổi bật, mặc dù thủy tinh tự nhiên dễ vỡ Qua quá trình gia nhiệt, thủy tinh được kéo thành những sợi mảnh hơn cả sợi tóc, trở nên mềm mại như tơ và có độ bền vượt trội so với sợi gang không gỉ cùng kích thước Chính vì vậy, sợi thủy tinh được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Sợi thủy tinh là vật liệu gia cường nổi bật nhờ vào những đặc điểm vượt trội, giúp tăng cường khả năng sử dụng và phát triển hơn so với các loại sợi khác Các tính chất ưu việt của sợi thủy tinh bao gồm độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và trọng lượng nhẹ, điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và xây dựng.

- Cường độ kéo căng cao, độ giãn dài ít (3%)

- Độ đàn hồi cao, độ cứng tốt

- Là sợi vô cơ, không gây cháy, tính chịu hóa chất cao

- Kích thước định hình, khả năng chịu nhiệt cao

- Gia công thuận lợi, có thể đặt nhiều thành phầm với hình thái khác nhau như: sợi, bó, nỉ, vải

- Đã được nghiên cứu cùng tiên tiến chất xử lý bề mặt bảo đảm sự xúc tiếp với nhựa

Vữa gia cường cốt sợi thủy tinh mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng hạn chế nứt nhỏ, tạo ra bề mặt kín, phẳng và mịn mà không có lỗ xốp Loại vữa này có độ bền cao, ít chịu ảnh hưởng của ăn mòn, giúp sản phẩm geopolymer trở nên ổn định và bền vững hơn, đặc biệt hiệu quả trong điều kiện thời tiết thay đổi.

Hình 2.7 Sợi thủy tinh 2.3.1 Đặc tính của sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh là một loại chất vô cơ có tính dẻo, không cháy, không mục nát và không thấm nước Chúng bền vững với các axit, không có tính đàn hồi hay giãn nở, đồng thời không dẫn nhiệt, không dẫn điện và không hút ẩm.

Sợi thủy tinh được chế tạo từ các thành phần như silicon dioxide, ôxít nhôm, ôxít canxi, bo ôxít, ôxít magiê và natri ôxít Quá trình sản xuất bắt đầu bằng việc nung chảy thủy tinh cầu hoặc thủy tinh bỏ đi ở nhiệt độ cao, sau đó kéo thành sợi và dệt thành các hình dạng và đường kính khác nhau Mỗi bó sợi xơ có thể chứa hàng trăm hoặc hàng ngàn sợi đơn, thường được sử dụng làm nguyên liệu trong vật liệu phức tạp, chế tạo nguồn điện, vật liệu bảo ôn nhiệt, và bo mạch trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Vữa gia cường bằng cốt sợi thủy tinh mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng hạn chế các vết nứt nhỏ, đồng thời tạo ra bề mặt vữa kín, phẳng và mịn mà không có lỗ xốp.

Sản phẩm geopolymer có khả năng chống ăn mòn tốt, mang lại sự ổn định và bền vững hơn Đặc biệt, cốt sợi thủy tinh rất hiệu quả trong các điều kiện thời tiết thay đổi.

2.3.2 Công dụng sợi thủy tinh trong xây dựng

Sợi thủy tinh đang trở thành một giải pháp phổ biến trong ngành xây dựng nhờ vào khả năng nâng cao hiệu suất cách nhiệt và cải thiện tính chất cơ học của bê tông, mang lại lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường Các ứng dụng của sợi thủy tinh trong vật liệu cách nhiệt và điện cho ngành xây dựng đang được chú trọng, như cốt vật liệu cho bê tông polymer, vữa polymer, gạch và nhựa đường Việc gia cường sợi thủy tinh trong bê tông và vữa không chỉ giúp tăng khả năng kháng nứt, mà còn cải thiện độ bền, khả năng chống chịu mài mòn, cùng với khả năng chịu nén và uốn của vật liệu.

GFRP là vật liệu kháng muối, axit và không bị ảnh hưởng bởi hầu hết các hóa chất, rất phù hợp cho các công trình ở môi trường ô nhiễm, xâm thực và nhiễm mặn Mặc dù GFRP còn mới mẻ tại Việt Nam, nhưng tiềm năng ứng dụng của nó là rất lớn, nhất là khi số lượng và quy mô các công trình ở vùng biển, đảo đang phát triển Giá thành của GFRP trên thị trường Việt Nam tương đương với cốt thép có cùng khả năng chịu lực, tuy nhiên, việc ứng dụng vật liệu này vẫn hạn chế do lo ngại về việc tăng giá trị dự toán của chủ đầu tư Phân tích kinh tế kỹ thuật cho thấy việc sử dụng cốt sợi GFRP thay thế cốt thép mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể trong một số công trình cụ thể.

Sự kết hợp giữa nhựa sợi thủy tinh và bê tông Geopolymer không chỉ giúp giảm chi phí vật liệu mà còn giải quyết vấn đề chất thải rắn và tiết kiệm năng lượng Hỗn hợp nhựa đường kết hợp sợi thủy tinh gia tăng độ cứng, khả năng kháng cự và độ bền của hỗn hợp Hơn nữa, quá trình sản xuất tiêu thụ ít năng lượng, không thải ra chất ô nhiễm và không tạo ra chất thải.

Sợi thủy tinh đã chứng tỏ được nhiều ưu điểm vượt trội, trở thành vật liệu quan trọng trong ngành công nghiệp xây dựng Với khả năng không dẫn nhiệt và cách âm hiệu quả, sợi thủy tinh giúp cải thiện chất lượng công trình và mang lại sự thoải mái cho người sử dụng.

Nhiều người thường lựa chọn cửa làm bằng vật liệu sợi thủy tinh để tối ưu hóa giải pháp năng lượng cho ngôi nhà và các nhà xưởng Cửa sợi thủy tinh không chỉ giúp chống nóng hiệu quả mà còn giảm tiếng ồn, mang lại không gian sống và làm việc thoải mái hơn.

Sợi thủy tinh được sử dụng trong sơn tường để chống ẩm mốc và dễ dàng lau chùi Ngoài ra, sợi thủy tinh còn là vật liệu quan trọng trong việc sản xuất cửa chống cháy cho các tòa nhà chung cư.

Sợi thủy tinh đóng vai trò quan trọng trong xây dựng nhà cao tầng, giúp nâng đỡ các vật liệu nặng một cách an toàn và hiệu quả.

NGUYÊN VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Nguyên vật liệu

Sau khi tìm hiểu về vữa Geopolymer, cần tiến hành chuẩn bị cho việc đúc và thí nghiệm mẫu Để đảm bảo quy trình phối trộn, đúc mẫu và thí nghiệm diễn ra đúng kỹ thuật và khoa học, đồng thời giữ vệ sinh cho phòng thí nghiệm, cần lập kế hoạch cụ thể cho từng giai đoạn của thí nghiệm Điều này sẽ giúp đảm bảo kết quả thu được là khách quan và chính xác nhất.

Để đảm bảo kích thước mẫu vữa thí nghiệm chính xác, cần tìm hiểu về tiêu chuẩn và phương pháp thí nghiệm vữa xây dựng Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn, cấu tạo khuôn đúc, cũng như cơ chế lắp ráp và tháo khuôn là rất quan trọng để đảm bảo mẫu đúc đạt kích thước đã chọn.

Trước khi bắt đầu chuẩn bị vật liệu thí nghiệm, cần xem xét kỹ lưỡng các vật liệu có thể tận dụng và sắp xếp chúng hợp lý để thuận tiện cho quá trình lấy và quản lý Đồng thời, việc vệ sinh phòng thí nghiệm và các thiết bị như cân điện tử, bình thủy tinh, máy trộn là rất quan trọng Để đảm bảo không thiếu hụt vật liệu trong suốt quá trình thí nghiệm, cần xác định cấp phối sơ bộ, lựa chọn tỉ lệ giữa các vật liệu đầu vào và số lượng thí nghiệm sẽ tiến hành Việc dự trù khối lượng vật tư cần thiết sẽ giúp tránh tình trạng thiếu hụt vật liệu trong quá trình pha trộn.

Việc trộn 37 mẫu có đặc tính khác nhau cho phép so sánh kết quả một cách khách quan và thống nhất Đồng thời, việc dự trù khối lượng vật liệu cần thiết cho các thí nghiệm giúp quá trình diễn ra suôn sẻ và đảm bảo đúng tiến độ, từ đó thu được kết quả sớm nhất Đối với các vật liệu không có sẵn trong phòng thí nghiệm, cần liên hệ với các cơ sở sản xuất và cửa hàng vật liệu xây dựng để đặt mua đủ khối lượng theo dự kiến.

3.1.2 Chuẩn bị khuôn đúc mẫu

Trong quá trình chuẩn bị thí nghiệm, bên cạnh việc chuẩn bị vật liệu, cần thiết lập khuôn mẫu để đổ hỗn hợp ngay sau khi nhào trộn xong Việc xác định kích thước khuôn, chọn vật liệu làm khuôn và dự trù số lượng khuôn cần thiết sẽ giúp quá trình thí nghiệm diễn ra hiệu quả hơn.

Theo tiêu chuẩn TCVN 3121 – 2003, vữa xây dựng quy định kích thước mẫu vữa thí nghiệm với khuôn 3 ngăn, có thể tháo lắp từng thanh Kích thước trong mỗi ngăn được quy định như sau: chiều dài 160mm ± 0,8mm, chiều rộng 40mm ± 0,2mm, và chiều cao 40mm ± 0,1mm.

Hình 3.1 Khuôn đúc mẫu vữa

Để lựa chọn cốt liệu nhào trộn hợp lý cho một mẻ trộn, cần xác định chính xác các chỉ tiêu cơ lý của từng loại cốt liệu, bao gồm khối lượng riêng, khối lượng thể tích xốp, thành phần hạt và môđun độ lớn.

Hình 3.2 Cát vàng thí nghiệm

Dựa vào thành phần kích cỡ hạt cát được phân chia thành các lớp theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” như sau

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu của cát theo mức nhóm cắt

STT Tên các chỉ tiêu Theo mức nhóm cắt

To Vừa Nhỏ Rất nhỏ

1 Môđun độ lớn Lớn hơn

2.5 đến 3 2 đến 2.5 1 đến nhỏ hơn 2 0.7 đến nhỏ hơn 1

Khối lượng thể tích xốp (Kg/m 3 ) không nhỏ hơn

0.14 mm, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn

Các yêu cầu về đặc tính cơ lí của cát được quy định theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 Tiêu chuẩn này xác định hàm lượng hạt cát lớn hơn 5mm cùng với hàm lượng bùn, bụi, sét bẩn trong cát, có thể điều chỉnh theo các hợp đồng thỏa thuận Ngoài ra, TCVN 7572:2006 cũng cung cấp bảng chỉ tiêu cát đối với vữa trong xây dựng, đảm bảo chất lượng cho các công trình.

Bảng 3.2 Đặc tính của cát dùng cho vữa xây dựng

STT Tên các chỉ tiêu

Nhỏ hơn 75 Lớn hơn hoặc bằng 75

1 Môđun độ lớn không nhỏ hơn 7.5 1.5

2 Sét, á sét, các tạp chất khác ở dạng cục Không Không

3 Lượng hạt trên 5 mm Không Không

4 Khối lượng thể tích xốp, tính bằng kg/m 3 , không nhỏ hơn 1150 1250

Hàm lượng muối gốc sunfat, sunfit tính ra SO3, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn

Hàm lượng bùn, bụi, sét tính bằng % khối lượng cát , không lớn hơn

Lượng hạt nhỏ hơn 0.14mm, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn

Hàm lượng tạp chất hữu cơ thử theo phương pháp so mẫu, mẫu của dung dịch trên cát không sẫm hơn

Mẫu số hai Mẫu chuẩn

Cát mịn chứa tạp chất như bụi, bùn và sét tạo ra một lớp màng ngăn cản sự tiếp xúc giữa xi măng và cốt liệu, dẫn đến giảm tính kết dính và cường độ của vữa và bê tông Gạch bê tông làm từ cát và tro bay cũng bị ảnh hưởng tương tự khi cát mịn có nhiều tạp chất Do đó, không nên sử dụng cát mịn, cát nhiễm mặn, nhiễm phèn hoặc cát lẫn nhiều tạp chất.

40 chất Cát thô có thành phần được quy định trong bảng sau thì được phép sử dụng để chết tạo bê tông và vữa (Theo TCVN 7570:2006)

Bảng 3.3 Thành phần của hạt cát

Kích thước lỗ sàn Lượng sót tích lũy trên sàn, đơn vị %

1.25mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15

630àm Từ 35 đến 70 Từ 0 đến 35

315àm Từ 65 đến 90 Từ 5 đến 65

140àm Từ 90 đến 100 Từ 65 đến 90

Lượng qua sàn 140àm không lớn hơn 10 35

Tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 quy định về thành phần tạp chất trong cát như sau

Bảng 3.4 Hàm lượng tạp chất trong cát

Hàm lượng tạp chất % khối lượng không lớn hơn

Bê tông cấp cao hơn B30

Bê tông cấp thấp hơn B30 Vữa

Sét cục và các tạp chất dạng cục Không được có 0.25 0.5

Hàm lượng bùn, bụi, sét 1.50 3.00 10.00

Bảng 3.5 Hàm lượng ion CL - trong cát

Loại bê tông và vữa Hàm lượng ion Cl - , % khối lượng không lớn hơn

Bê tông dùng cho các kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước 0.01

Bê tông dung cho các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép và vữa thông thường 0.05

Tro bay được thu thập từ các nhà máy nhiệt điện hoặc cơ sở đốt than đá cần được bảo quản cẩn thận để đảm bảo chất lượng và các chỉ tiêu đặc trưng Việc tránh tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và các khu vực ẩm ướt có độ ẩm cao là rất quan trọng, vì điều này có thể ảnh hưởng đến tính chất của tro bay.

Tro bay có thể bị hỏng và thay đổi tính chất, vì vậy cần được bảo quản cẩn thận Để thuận tiện cho việc trộn vữa, tro bay trong các bao tải lớn được chia thành nhiều bao ni-lông nhỏ và cất giữ gọn gàng trong thùng.

Bảng 3.6 Phân loại tro(TCVN 10302 – 2014)

Tro bay (Fly ash) Loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải của nhà máy nhiệt điện từ quá trình đốt than

Tro tuyển (Fly ash selected)

Tro bay được xử lý qua công nghệ tuyển khô hoặc tuyển ướt nhằm loại bỏ các thành phần không mong muốn, từ đó nâng cao chất lượng của thành phần hữu ích cho việc sử dụng.

Tro axit (Acid ash) - F Tro bay thu được từ đốt than nhà máy nhiệt điện, trong đó hàm lượng canxi oxitđến 10 %

Tro bazơ (Basic ash) - C Tro bay thu được từ đốt than nhà máy nhiệt điện, trong đó hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10 %

Tro bay được phân loại thành hai loại dựa trên thành phần hóa học: tro bay axit, với hàm lượng canxi oxit không vượt quá 10% và được ký hiệu là F, và tro bay bazơ, có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10% và được ký hiệu là C.

Khi mua tro bay và lưu trữ trong phòng thí nghiệm, việc xác định các chỉ tiêu cơ lý như khối lượng riêng và thành phần tạp chất là rất quan trọng Dựa trên những thông số này, chúng ta có thể lập bảng thành phần phần trăm hàm lượng của các chất cấu thành trong tro bay.

Bảng 3.7 Tỉ lệ thành phần tro bay

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O

Ngoài ra, căn cứ vào tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông và vữa xây phải đáp ứng các yêu cầu sau đây

Bảng 3.8 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa

Lĩnh vực sử dụng – Mức a b c d

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % khối lượng, không nhỏ hơn

Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO3, % khối lượng, không lớn hơn

Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOtd, % khối lượng, không lớn hơn

Hàm lượng mất khi nung

MKN, % khối lượng, không lớn hơn

Hàm lượng kiềm có hại

(kiềm hòa tan), % khối lượng, không lớn hơn

6 Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn

Lượng sút sàng 45àm, % khối lượng, không lớn hơn

Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng, %, không lớn hơn

Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng, không lớn hơn

Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng

- Đối với công trình nhà ở và công cộng, không lớn hơn

- Đối với công trình công nghiệp, đường đô thị và khu dân cư, không lớn hơn

Khi đốt than Antraxit, tro bay có thể được sử dụng với hàm lượng mất khi nung tương ứng, cụ thể là lĩnh vực c tối đa 12% và lĩnh vực d tối đa 10%, tùy theo thỏa thuận hoặc kết quả thử nghiệm được chấp nhận.

Cấp phối

Các mẻ vữa trộn cho mẫu thí nghiệm được điều chỉnh tỉ lệ phối trộn khác nhau, sử dụng dung dịch sodium hydroxide 14M Tỉ lệ giữa dung dịch sodium silicate và sodium hydroxide là 1:1 và 1:2 Hàm lượng sợi thủy tinh cũng được thay đổi tương ứng.

0, 0.2, 0.4, 0.5, 0.8 (%) với kích thước sợi lần lượt là 50, 30, 15 (mm)

Bảng 3.10 Tỷ lệ phối trộn cho 1m 3 vữa Geopolymer

Ký hiệu Tro/Cát TTL/

Tro bay Cát NaOH TTL

(%) (mm) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg/m 3 )

Bảng 3.11 Tỷ lệ phối trộn cho 1m 3 vữa xi măng

Ký hiệu Xi Măng Cát % KL Sợi thủy tinh KL Sợi Thủy

Phương pháp thí nghiệm

3.3.1 Cân đo nguyên vật liệu

Sau khi xác định thành phần, khối lượng nguyên vật liệu cần sử dụng cho một mẻ thí nghiệm, tiến hành cân đo khối lượng nguyên liệu sử dụng

3.3.2 Nhào trộn và đúc mẫu

Trộn khô các nguyên liệu như cát và tro bay trong 2 phút bằng máy trộn, sau đó thêm sợi thủy tinh và trộn đều trong 3 phút Tiếp theo, đổ dung dịch hoạt hóa gồm sodium silicate và sodium hydroxide đã chuẩn bị vào hỗn hợp khô Quá trình nhào trộn ướt sẽ diễn ra ngay sau đó.

3 phút bằng máy, sau đó hỗn hợp vữa Geopolymer được tạo mẫu và dưỡng hộ nhiệt ở 100 0 C

Hình 3.5 Máy trộn vữa 3.3.3 Dưỡng hộ mẫu

Sau khi tạo hình, các mẫu được giữ trong điều kiện tĩnh trong 24 giờ trước khi tiến hành quá trình dưỡng hộ nhiệt ở 100 độ C trong 7 giờ Cường độ của các mẫu sẽ được xác định sau 7 ngày tuổi.

3.4 Thí nghiệm xác định cường độ mẫu vữa

Cường độ mẫu vữa được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3121:2003 về phương pháp thử vữa xây dựng Kích thước mẫu vữa thí nghiệm được lựa chọn là: chiều dài 160mm ± 0,8mm, chiều rộng 40mm ± 0,2mm, và chiều cao 40mm ± 0,1mm.

Máy HUMBOLDT INTERNATIONAL HDR-2000 là thiết bị lý tưởng để thực hiện thí nghiệm uốn, với khả năng chịu tải lên đến 5 KN và sai số tối đa không vượt quá 2% Thiết bị này cho phép điều chỉnh tốc độ tăng tải từ 10N/s đến 50N/s, mang lại sự chính xác và hiệu quả trong các thử nghiệm.

Hình 3.7 Thí nghiệm nén mẫu vữa

Sơ đồ nguyên lý thử uốn thể hiện trên Hình 3.8

Kích thước tính bằng milimét

3.4.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn mẫu vữa

Mẫu sau khi bảo dưỡng và tĩnh định sẽ được lắp vào bộ khuôn gá uốn, như thể hiện trong Hình 3.8 Hai mặt tiếp xúc của mẫu với các gối uốn là hai mặt bên tiếp xúc với thành khuôn trong quá trình tạo mẫu Quá trình uốn mẫu được thực hiện với tốc độ tăng tải từ 10N/s đến 50N/s cho đến khi mẫu bị phá hủy, và cần ghi lại tải trọng phá hủy lớn nhất.

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý thử cường độ uốn

Hình 3.9 Khuôn thí nghiệm uốn mẫu vữa

3.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén mẫu vữa Đặt tấm nén vào giữa thớt nén dưới của máy nén, sau đó đặt mẫu vào bộ tấm nén, sao cho hai mặt mẫu tiếp xúc với tấm nén là 2 mặt tiếp xúc với thành khuôn khi tạo mẫu Nén mẫu với tốc độ tăng tải từ 100N/s – 300N/s cho đến khi mẫu bị phá huỷ Ghi lại tải trọng phá huỷ lớn nhất

Hình 3.10 Khuôn thí nghiệm nén mẫu vữa 3.5 Xử lý kết quả thí nghiệm

3.5.1 Cường độ uốn của mỗi mẫu thử (Ru), tính bằng N/mm 2 , chính xác đến 0,05 N/mm 2 , theo công thức:

- Pu là lực uốn gãy, tính bằng Niutơn;

- l là khoảng cách giữa hai gối uốn, tính bằng milimét (10mm);

Chiều rộng và chiều cao của mẫu thử được định nghĩa là b và h, lần lượt đo bằng milimét (40mm x 40mm) Kết quả thử nghiệm được tính là giá trị trung bình cộng của ba mẫu thử, với độ chính xác đến 0,1N/mm² Nếu có một kết quả nào đó sai lệch hơn 10% so với giá trị trung bình, kết quả đó sẽ bị loại bỏ Cuối cùng, kết quả thử nghiệm sẽ là giá trị trung bình cộng của hai mẫu còn lại.

3.5.2 Cường độ nén của mỗi mẫu thử (Rn), tính bằng N/mm 2 , chính xác đến 0,05N/mm 2 , theo công thức: n n

- Pn là lực nén phá huỷ mẫu, tính bằng Niutơn;

- A là diện tích tiết diện nén của mẫu, tính bằng milimét vuông

Kết quả thử nghiệm được tính bằng giá trị trung bình cộng của 6 mẫu thử, với độ chính xác đến 0,1 N/mm² Nếu một mẫu có kết quả sai lệch lớn hơn 15% so với giá trị trung bình, kết quả của mẫu đó sẽ bị loại bỏ Kết quả cuối cùng sẽ là giá trị trung bình cộng của các mẫu còn lại.

Xử lý kết quả thí nghiệm

3.5.1 Cường độ uốn của mỗi mẫu thử (Ru), tính bằng N/mm 2 , chính xác đến 0,05 N/mm 2 , theo công thức:

- Pu là lực uốn gãy, tính bằng Niutơn;

- l là khoảng cách giữa hai gối uốn, tính bằng milimét (10mm);

Chiều rộng và chiều cao của mẫu thử được xác định bằng milimét, cụ thể là 40mm x 40mm Kết quả thử nghiệm sẽ được tính là giá trị trung bình cộng của ba mẫu thử, với độ chính xác đến 0,1N/mm² Nếu một trong các kết quả có sai lệch lớn hơn 10% so với giá trị trung bình, kết quả đó sẽ bị loại bỏ Kết quả cuối cùng sẽ là giá trị trung bình cộng của hai mẫu còn lại.

3.5.2 Cường độ nén của mỗi mẫu thử (Rn), tính bằng N/mm 2 , chính xác đến 0,05N/mm 2 , theo công thức: n n

- Pn là lực nén phá huỷ mẫu, tính bằng Niutơn;

- A là diện tích tiết diện nén của mẫu, tính bằng milimét vuông

Kết quả thử nghiệm được tính bằng giá trị trung bình cộng của 6 mẫu thử, với độ chính xác đạt 0,1 N/mm² Nếu một mẫu có kết quả sai lệch lớn hơn 15% so với giá trị trung bình, kết quả của mẫu đó sẽ bị loại bỏ Kết quả cuối cùng sẽ là giá trị trung bình cộng của các mẫu còn lại.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi thủy tinh và kích thước sợi đến cường độ chịu nén của vữa Geopolymer

Thay đổi tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh và kích thước sợi trong các cấp phối vữa Geopolymer và vữa xi măng có ảnh hưởng đến tính chất cơ học của mẫu Sau khi dưỡng hộ nhiệt ở 100 độ C trong 6 giờ, mẫu được đặt tĩnh định trong 24 giờ tiếp theo Phương pháp uốn và nén được áp dụng để xác định cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén của các mẫu này.

Bảng 4.1 Cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer sử dụng sợi thủy tinh kích thước 50 mm theo tỷ lệ khối lượng sợi

Tên mẫu Loại vữa Chiều dài sợi

Cường độ chịu nén (MPa)

Hình 4.1 Cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer sử dụng sợi thủy tinh kích thước 50 mm theo tỷ lệ khối lượng sợi

Tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh trong cấp phối có ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu nén của các loại cấp phối Cường độ chịu nén đạt giá trị cao nhất khi hàm lượng sợi tăng lên 0,4%, với các mức lần lượt là 19,92 MPa cho cấp phối X1, 28,89 MPa cho cấp phối G1 và 33,42 MPa cho cấp phối G2, tương ứng với mức tăng 7,44%, 10,73% và 7,88% so với cấp phối không có sợi thủy tinh Tuy nhiên, khi tỷ lệ sợi được nâng lên 0,8%, cường độ nén của cả ba cấp phối đều giảm.

Tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh trong cấp phối ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu nén của các loại cấp phối Cường độ chịu nén đạt cao nhất khi hàm lượng sợi tăng đến 0,4%, với giá trị lần lượt là 22,064 MPa cho cấp phối X1, 31,49 MPa cho cấp phối G1, và 37,5 MPa cho cấp phối G2, tương ứng với mức tăng 19%, 20,7%, và 21% so với cấp phối không có sợi thủy tinh Tuy nhiên, khi tỷ lệ sợi tăng từ 0,4% lên 0,8%, cường độ nén của cả ba cấp phối đều giảm.

Tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh trong các cấp phối 50 mm và 30 mm ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu nén Cường độ chịu nén đạt cao nhất khi hàm lượng sợi đạt 0,4%, với giá trị lần lượt là 18,997 MPa cho cấp phối X1, 29,99 MPa cho G1 và 35,18 MPa cho G2, tương ứng với mức tăng 2%, 14,95% và 13,56% so với cấp phối không có sợi thủy tinh Tuy nhiên, khi tỷ lệ sợi tăng từ 0,4% lên 0,8%, cường độ nén của cả ba cấp phối đều giảm.

Thay đổi hàm lượng sợi thủy tinh trong vữa ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của nó, với tỷ lệ tối ưu là 0,4% để đạt được cường độ cao nhất Khi tăng tỷ lệ sợi lên 0,5% và 0,8%, cường độ chịu nén sẽ giảm do sợi thủy tinh góp phần tăng cường khả năng liên kết giữa các thành phần như cát và tro bay, tạo ra mẫu vữa đặc chắc hơn Tuy nhiên, nếu hàm lượng sợi thủy tinh quá cao, nó sẽ hút nước mạnh, làm giảm tính công tác và tính đặc chắc của hỗn hợp vữa.

Bảng 4.4 Cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,2% khối lượng sợi thủy tinh theo từng loại kích thước sợi

Hình 4.4 Cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,2% khối lượng sợi thủy tinh theo từng loại kích thước sợi

Bảng 4.5 Cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,4% khối lượng sợi thủy tinh theo từng loại kích thước sợi

Hình 4.5 Cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,4% khối lượng sợi thủy tinh theo từng loại kích thước sợi

Chiều dài sợi ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén của vữa, với cấp phối G2 sử dụng sợi 30 mm đạt cường độ cao nhất là 37,5 MPa, tăng 49% so với cấp phối X1 với sợi 15 mm chỉ đạt 18,97 MPa Việc sử dụng sợi thủy tinh dài 50 mm trong mẫu vữa kích thước 40×40×160 mm dẫn đến phân bố không đồng đều, làm giảm cường độ chịu nén Ngược lại, sợi thủy tinh 30 mm và 15 mm có kích thước ngắn hơn giúp phân bố và sắp xếp đồng đều trong hỗn hợp vữa, không gây hiện tượng vón cục.

Bảng 4.6 trình bày cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng, sử dụng sợi thủy tinh kích thước 50 mm, theo từng loại tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi Các dữ liệu này cho thấy sự ảnh hưởng của tỷ lệ sợi thủy tinh đến khả năng chịu nén của vữa, cung cấp thông tin quan trọng cho việc tối ưu hóa công thức vữa trong xây dựng.

Cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng được cải thiện khi sử dụng sợi thủy tinh kích thước 50 mm, với các tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi khác nhau Kết quả cho thấy sự ảnh hưởng rõ rệt của tỷ lệ sợi đến tính chất cơ học của vữa.

Bảng 4.7 trình bày cường độ chịu nén của các loại vữa Geopolymer và xi măng khi sử dụng sợi thủy tinh kích thước 30 mm, được phân loại theo các tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi khác nhau.

Hình 4.7 trình bày cường độ chịu nén của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng khi sử dụng sợi thủy tinh kích thước 30 mm, được phân tích theo từng loại tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi.

Bảng 4.8 trình bày cường độ chịu nén của các loại vữa Geopolymer và xi măng, được gia cố bằng sợi thủy tinh có kích thước 15 mm, theo từng tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi khác nhau.

Hình 4.8 trình bày cường độ chịu nén của các loại vữa Geopolymer và xi măng khi sử dụng sợi thủy tinh kích thước 15 mm, tùy thuộc vào tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi khác nhau.

Tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh trong cấp phối có tác động trực tiếp đến cường độ chịu nén của ba loại cấp phối Đặc biệt, các cấp phối sử dụng sợi thủy tinh với kích thước phù hợp sẽ cải thiện đáng kể khả năng chịu nén của chúng.

Khi tăng tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi thủy tinh từ 0% đến 0,4%, cường độ chịu nén của cấp phối vữa Geopolymer và vữa xi măng đều tăng Cụ thể, cường độ chịu nén ở cấp phối Geopolymer G1.L50 và G2.L50 tăng 7%, trong khi cấp phối xi măng X1.L50 tăng 5% Giá trị cường độ chịu nén cao nhất đạt 33,42 MPa, tương ứng với 107% ở cấp phối G2.L50 khi hàm lượng sợi thủy tinh là 0,4% Các cấp phối còn lại cũng đạt giá trị cường độ chịu nén cao nhất khi hàm lượng sợi là 0,4%.

Cấp phối sử dụng sợi thủy tinh kích thước 30 mm cho cường độ chịu nén tốt hơn so với sợi 50 mm và 15 mm, với giá trị cao nhất đạt 37,5 MPa, tương ứng 121% ở cấp phối G2.L30.04 với hàm lượng 0,4% sợi thủy tinh Sợi thủy tinh không chỉ tăng cường khả năng liên kết giữa các thành phần cốt liệu như cát và tro bay mà còn giúp mẫu vữa trở nên đặc chắc hơn, từ đó nâng cao khả năng chịu lực cho mẫu vữa.

Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi thủy tinh và kích thước sợi đến cường độ chịu uốn của vữa Geopolymer

Bảng 4.9 Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer sợi thủy tinh 50 mm theo tỷ lệ khối lượng sợi

Mẫu Loại vữa Chiều dài sợi Tỷ lệ sợi Cường độ chịu uốn

Hình 4.9 Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer sử dụng sợi thủy tinh kích thước 50 mm theo tỷ lệ khối lượng sợi

Tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh trong cấp phối ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu uốn Cường độ chịu uốn đạt cao nhất khi hàm lượng sợi tăng đến 0,4%, với giá trị lần lượt là 0,66 MPa cho cấp phối X1, 0,7 MPa cho cấp phối G1 và 0,8 MPa cho cấp phối G2, tương ứng với mức tăng 20%, 9,3% và 17,6% so với cấp phối không có sợi thủy tinh Tuy nhiên, khi tỷ lệ sợi tiếp tục tăng từ 0,4% đến 0,8%, cường độ chịu uốn của cả ba cấp phối đều giảm.

Bảng 4.10 Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer sợi thủy tinh

30 mm theo tỷ lệ khối lượng sợi

Mẫu Loại vữa Chiều dài sợi

Cường độ chịu uốn (MPa)

Tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh trong cấp phối ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu uốn của các cấp phối Cường độ chịu uốn đạt tối đa khi hàm lượng sợi tăng đến 0,4%, với giá trị lần lượt là 0,75 MPa cho cấp phối X1, 0,85 MPa cho cấp phối G1 và 0,94 MPa cho cấp phối G2, tương ứng với mức tăng 36%, 32,8% và 0,38% so với cấp phối không có sợi thủy tinh Tuy nhiên, khi tỷ lệ sợi tăng từ 0,4% lên 0,8%, cường độ nén của cả ba cấp phối đều giảm.

Bảng 4.11 Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer sợi thủy tinh

15 mm theo tỷ lệ khối lượng sợi

Tỷ lệ khối lượng sợi thủy tinh trong các cấp phối 50 mm và 30 mm có ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu nén của cả ba cấp phối.

Cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông đạt cao nhất khi tỷ lệ hàm lượng sợi được tăng lên 0,4%, với giá trị lần lượt là 0,68 MPa cho cấp phối X1, 0,99 MPa cho cấp phối G1 và 1,08 MPa cho cấp phối G2, tương ứng với mức tăng 25%, 54% và 25% so với cấp phối không có sợi thủy tinh Tuy nhiên, khi tỷ lệ sợi được tăng từ 0,4% lên 0,8%, cường độ nén của cả ba cấp phối đều giảm.

Bảng 4.12 Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,2% khối lượng sợi thủy tinh theo từng loại kích thước sợi

Hình 4.12 Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,2% khối lượng sợi thủy tinh theo từng loại kích thước sợi

Cường độ chịu uốn của vữa sử dụng sợi thủy tinh thay đổi theo chiều dài và cấp phối vữa Cụ thể, ở cả hai cấp phối vữa geopolymer, cường độ chịu uốn tăng khi chiều dài sợi thủy tinh giảm từ 50 mm xuống 30 mm và 15 mm Đặc biệt, với cấp phối G1, việc sử dụng sợi thủy tinh có chiều dài khác nhau ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ chịu uốn của vữa.

Cường độ chịu uốn lớn nhất đạt được với sợi có kích thước 15 mm, đạt 0,87 MPa, tăng 26% so với sợi thủy tinh dài 50 mm trong cấp phối đầu tiên Tương tự, cấp phối G2 cũng cho cường độ chịu uốn lớn nhất là 1,03 MPa khi sử dụng sợi 15 mm, tăng 39% so với sợi 50 mm Đối với cấp phối vữa xi măng, cường độ chịu uốn cao nhất ghi nhận được là với sợi 30 mm, tuy nhiên, sự khác biệt về cường độ giữa các cấp phối không rõ ràng.

Bảng 4.13 Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,4% khối lượng sợi thủy tinh theo từng loại kích thước sợi

Hình 4.13 Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,4% khối lượng sợi thủy tinh theo từng loại kích thước sợi

Sử dụng sợi thủy tinh với tỷ lệ 0,4% khối lượng trong cấp phối vữa, cường độ chịu uốn của vữa đạt mức cao nhất khi sợi có chiều dài 15 mm Cụ thể, ở cấp phối G1, cường độ chịu uốn tối đa đạt 0,99 MPa, tăng 40% so với cấp phối sử dụng sợi thủy tinh ngắn hơn.

Chiều dài sợi 72 mm và 50 mm cho thấy cường độ chịu uốn lớn nhất ở cấp phối G2 khi sử dụng sợi kích thước 15 mm đạt 1,08 MPa, tăng 34% so với sợi thủy tinh 50 mm Đối với cấp phối vữa xi măng, cường độ chịu uốn cao nhất đạt được với sợi kích thước 30 mm, tuy nhiên, không có sự thay đổi rõ rệt giữa các cấp phối.

Qua 2 biều đồ so sánh cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng tỷ lệ 0,2% và 0,4% khối lượng sợi thủy tinh ta có thể thấy được cường độ chịu uốn của vữa sử dụng cấp phối G2 và sử dụng sợi có chiều dài 15 mm là lớn nhất và ổn định nhất

Bảng 4.14 trình bày cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng có sử dụng sợi thủy tinh kích thước 50 mm, phân loại theo tỷ lệ phần trăm khối lượng của sợi.

Cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng sử dụng sợi thủy tinh kích thước 50 mm được phân tích theo từng loại tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi.

Bảng 4.15 trình bày cường độ chịu uốn của các loại vữa Geopolymer và xi măng có sử dụng sợi thủy tinh kích thước 30 mm, phân loại theo tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi khác nhau.

Hình 4.15 trình bày cường độ chịu uốn của các loại vữa Geopolymer và xi măng khi sử dụng sợi thủy tinh kích thước 30 mm, được phân loại theo tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi khác nhau.

Khi kích thước sợi thủy tinh được thay đổi lên 30 mm, cường độ chịu uốn của các cấp phối tăng đáng kể, với mức tăng cao nhất đạt 38% ở cấp phối G2.L30, từ 0,68 MPa lên 0,94 MPa Sự gia tăng này tương ứng với hàm lượng sợi thủy tinh tăng từ 0% đến 0,4% Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng hàm lượng sợi thủy tinh, cường độ chịu uốn của tất cả các cấp phối đều giảm mạnh, cụ thể G1.L30 giảm 24%, G2.L30 giảm 13%, và cấp phối xi măng X1.L30 giảm 22%.

Bảng 4.16 trình bày cường độ chịu uốn của các cấp phối vữa Geopolymer và xi măng có sử dụng sợi thủy tinh kích thước 15 mm, được phân loại theo từng tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi khác nhau.

Ứng xử nứt khi uốn

Trong quá trình thực hiện thí nghiệm uốn, tất cả các mẫu vữa đều nứt và gãy nhanh chóng, cho thấy hiện tượng nứt và gãy xảy ra đồng thời, không phân biệt giữa mẫu có và không có gia cường sợi Do đó, tải trọng phá hoại mẫu có thể được xem như là tải trọng gây nứt Chúng tôi sẽ sử dụng tải trọng này để đánh giá khả năng chống nứt của vữa geopolymer có gia cường sợi thủy tinh.

Hình 4.18 Thí nghiệm uốn mẫu vữa

Hình 4.19 Mẫu vữa bị nứt gãy khi uốn

Hình 4.20 Biểu đồ mối tương quan giữa giá trị lực uốn và chuyển vị khi uốn

Biểu đồ mối tương quan giữa giá trị lực uốn và chuyển vị uốn cho thấy lực uốn tăng gần như tuyến tính, và sau khi đạt giá trị tối đa (tải phá hoại), lực giảm đột ngột về 0, cho thấy mẫu có ứng xử phá hoại giòn Hình 4.19 minh chứng rõ ràng cho dạng nứt gãy của mẫu, xác nhận nhận định về tính giòn của vật liệu.

Khi gia cường từ 0,2% đến 0,8% sợi, lực chống nứt tăng từ 17,2% đến 32,6%

Và độ võng khi uốn giảm (1,7 mm đến 1,12 mm), chứng tỏ mẫu gia cường sợi có độ cứng lớn hơn và giòn hơn mẫu không gia cường sợi

Hình 4.21 Biểu đồ lực gây nứt của các cấp phối vữa Geopolymer sử dụng sợi thủy tinh kích thước 50 mm theo tỷ lệ khối lượng sợi

Hình 4.22 Biểu đồ lực gây nứt của các cấp phối vữa Geopolymer sử dụng sợi thủy tinh kích thước 30 mm theo tỷ lệ khối lượng sợi

Biểu đồ lực gây nứt của các cấp phối vữa Geopolymer sử dụng sợi thủy tinh kích thước 15 mm cho thấy mối tương quan giữa lực gây nứt và tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi thủy tinh (TLPTKL) Khi TLPTKL tăng từ 0% lên 0,4%, lực gây nứt tăng lên, nhưng sau đó giảm khi TLPTKL tiếp tục tăng từ 0,4% đến 0,8% Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng hàm lượng sợi 0,4% là tối ưu cho vật liệu vữa geopolymer Mức chênh lệch giữa lực gây nứt lớn nhất (TLPTKL=0,4%) và nhỏ nhất (không sử dụng sợi) của cấp phối G2 với kích thước sợi 15 mm đạt trung bình 20,8%.

Sự tăng tuyến tính lực gây nứt khi TLPTKL tăng từ 0% lên 0,4% có thể được lý giải bởi việc mẫu chịu uốn, trong đó năng lượng gây nứt được một phần hấp thụ bởi sợi, làm tăng khả năng kháng nứt của mẫu Hơn nữa, mật độ sợi trong môi trường hợp lý đã phát huy hiệu ứng cầu nối của sợi, giúp vữa và sợi làm việc đồng thời, từ đó gia tăng lực gây nứt.

Khi tỷ lệ phụ gia tăng từ 0,1% lên 0,4%, cường độ chịu nén của vữa có ảnh hưởng rõ rệt đến lực gây nứt, thể hiện qua cả ba kích thước sợi Cụ thể, cường độ chịu nén của OPC đạt 18 MPa, tương ứng với lực gây nứt trung bình 2,62 kN Mẫu vữa cấp phối G1 có cường độ chịu nén đạt 26 MPa, với lực gây nứt trung bình là 3,28 kN Đặc biệt, mẫu vữa cấp phối G2 đạt cường độ chịu nén 30 MPa, cho lực gây nứt lớn nhất gần 3,628 kN.

Biểu đồ so sánh lực gây nứt của các cấp phối cùng tỷ lệ sợi 0,4%

Hình 4.24 Biểu đồ ảnh hưởng chiều dài sợi đến lực gây nứt vữa (TLPTKL=0.4%)

Chiều dài sợi ảnh hưởng đáng kể đến lực gây nứt vữa, với vữa Geopolymer cho thấy lực gây nứt cao hơn so với vữa OPC Cụ thể, tại chiều dài sợi 15 mm, lực gây nứt của vữa Geopolymer đạt trên 4 kN, trong khi vữa OPC chỉ đạt 2,93 kN, chênh lệch lên đến 26,75%.

Với cùng một cấp phối và loại bê tông, lực gây nứt lớn nhất đạt được ở chiều dài sợi 15mm, nhưng khi tăng chiều dài sợi lên 50mm, lực gây nứt giảm Cụ thể, với cấp phối G1, lực gây nứt đạt đỉnh 4,61 kN, chênh lệch với lực gây nứt thấp nhất là 1,18 kN (khoảng 25,6%) Nhìn chung, đối với cấp phối vữa sử dụng công nghệ Geopolymer, khi chiều dài sợi tăng từ 2 đến 3 lần, lực gây nứt giảm tương ứng từ 13,5% đến 17%.

Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng kháng nứt bao gồm không chỉ yếu tố hấp thụ năng lượng gây nứt mà còn mức độ khuếch tán của sợi vào môi trường Khi hàm lượng và chiều dài sợi vượt quá ngưỡng cho phép, khả năng làm việc đồng thời của sợi và vữa bị suy giảm, dẫn đến sự phá vỡ đồng chất của mẫu và cản trở sự liên kết giữa các thành phần trong vữa Hơn nữa, phản ứng polymer hóa sản sinh nước, một phần bị sợi hấp thụ, làm giảm hiệu suất của chuỗi phản ứng tạo ra sản phẩm hoàn thiện.

Hình 4.25 Hình ảnh SEM mẫu vữa Geopolymer hàm lượng sợi nhiều [20]

Sợi được giữ trong vữa nhờ lực ma sát bề mặt, nhưng khi số lượng sợi quá nhiều, chúng có thể kéo bó sợi ra khỏi vữa, dẫn đến sự liên kết kém với vật liệu vữa geopolymer Hình 4.26 minh họa rõ ràng vấn đề này.

Hình 4.26 Hình ảnh SEM mẫu vữa Geopolymer sau thí nghiệm uốn [20]

Do loại sợi vô cơ có độ mềm dẻo cao, trong quá trình đông rắn, sợi bị xoắn lại và sắp xếp ngẫu nhiên với mật độ cao, gây cản trở sự bay hơi của bọt khí Kết quả là một lượng bọt khí ngưng tụ trên bề mặt sợi hoặc không thể thoát ra khỏi hỗn hợp vữa Nghiên cứu của Rui M Novais [20] đã chỉ ra điều này Hình 4.27 minh họa kết quả từ nghiên cứu, bao gồm: a) mẫu vữa không sử dụng sợi, b) mẫu vữa có hàm lượng sợi hợp lý, c) mẫu vữa có hàm lượng sợi nhiều và d) bề mặt mẫu thực tế.

Hình 4.27 Hình ảnh SEM mẫu vữa Geopolymer có sử dụng sợi và không sử dụng sợi theo Rui M Novais [20] và mẫu thực tế của thí nghiệm

Tiêu đề	Ảnh hưởng của sợi gia cường đến tính chất và khả năng chống nứt của vữa geopolymer
Tác giả	Lê Quốc Thái
Người hướng dẫn	TS Phạm Đức Thiện
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	6,53 MB