(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính chất của bê tông geopolymer tự lèn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ DUY PHÚC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER TỰ LÈN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG S K C0 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ DUY PHÚC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG GEOPOLYMERTỰ LÈN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM ĐỨC THIỆN Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2020 Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van MỤC LỤC LÝ LỊCH CÁ NHÂN i LỜI CAM ĐOAN ii CẢM TẠ……………… ……………iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iv ABSTRACT…… vi DANH SÁCH CÁC BẢNG viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.2.1 Nghiên cứu giới 1.2.2 Nghiên cứu nước 1.3 NHẬN XÉT VỀ ĐỀ TÀI 1.4 VỊ TRÍ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.5 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 10 1.8 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 10 1.8.1 Thiết kế thành phần cấp phối 10 1.8.2 Các tiêu đo đạc thí nghiệm 10 1.8.3 Các thí nghiệm dự kiến thực 10 CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 CÔNG NGHỆ GEOPOLYMER 11 2.1.1 Tổng quan vật liệu Geopolymer 11 2.1.2 Q trình geopolymer hóa 11 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 15 16 17 Statista Inc., Global Cement Production from 1990 to 2030, New York: Statista, Inc., 2018 Edward G.Nawy and editor in chief, Comcrete Constrution Engineering Handbook, CRP Press, Tailor & Francis Group VM., M., Role of supplementary cementing materials and superplasticizers in reducing greenhouse gas emissions In: Proceedings of ICFRC International Conference on Fiber Composites, High-Performance Concrete, and Smart Materials Chennai, India;, 2004 Sathawane SH, Vairagade VS, and Kene KS., Combine effect of rice husk ash and fly ash on concrete by 30% cement replacement Procedia Eng 2013 Memon SA, Shaikh MA, and A H., Utilization of rice husk ash as viscosity modifying agent in self compacting concrete Construct Build Mater, 2011 Internet, N.t., https://moitruong.com.vn/moi-truong-cong-luan/do-tro-trauxuong-song-5154.htm Rangan BV, et al., Studies on fly ash-based geopolymer concrete In: Davidovits J, editor Geopolymer: Green Chemistry and Sustainable Development Solutions Saint-Quentin, France: Geopolymer Institute, 2005 Chindaprasirt P, Chareerat T, and Sirivivatnanon V, Workability and strength of coarse high calcium fly ash geopolymer Cement Concr Compos 2007 Boukendakdji O, Kadri EH, and K S, Effects of granulated blast furnace slag and superplasticizer type on the fresh properties and compressive strength of selfcompacting concrete Cement Concr Compos 2012 EFNARC, Specification and Guidelines for Self-compacting Concrete Surrey, UK: European Federation of Specialist Construction Chemicals and Concrete Systems, 2002 Saha S and Rajasekaran C, Enhancement of the properties of fly ash based geopolymer paste by incorporating ground granulated blast furnace slag Construct Build Mater 2017 Hadi MNS, Farhan NA, and S MN, Design of geopolymer concrete with GGBFS at ambient curing condition using Taguchi method Construct Build Mater, 2017 Nath P and Sarker PK, Effect of GGBFS on setting, workability and early strength properties of fly ash geopolymer concrete cured in ambient condition Construct Build Mater 2014 Rangan et al, "Development and Properties of Low-calcium fly ash based Geopolymer concrete" Australia, 2005 Ali Allahverdi and Frantisek Skvara, Sulfuric acid attack on hardened paste of Geopolymer cements – Part 1, Part 2005 Hardjito and Djwantoro, Studies of fly ash-based geopolymer concrete Ph.D.Curtin University of Technology, Dept of Civil Engineering, 2005 N.A.Lloyd, B.V.R., Geopolymer Concrete with Fly Ash, 2010 61 Luan van 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 A.M.Mustafa Al Bakri, H.K., M.Bnhussain, I Khairul Nuzar, W.I.W Mastura., Mechanism and chemical reaction of Fly ash Geopolymer cement 2011 Suresh.G.Patil and Manojkumar, Factors influencing compressive strength of Geopolymer concrete IJRET : Inetrnational Journal of Research in Engineering and Technology, 2013 Faiz U.A Shaikh, Effects of alkali solutions on corrosion durability of geopolymer concrete 2010 Chyanee Tippayasam et al., “ Effect of Thai Kaolin on properties of agricultural ash blended geopolymer, “ Contruction and Building Materials.” al., Y.Y.K.e., “ Strength and Durability Performance of Alkali- Activated Rice Husk Ash Geopolymer Mortar, “ The Scientific World Journal.” M Fadhil Nuruddin, Samuel Demie, M Fareed Ahmed, and Nasir Shafiq, Effect of Superplasticizer and NaOH Molarity on Workability, Compressive Strength and Microstructure Properties of Self-Compacting Geopolymer Concrete, 2011 Tiến, T.A., Nghiên cứu sản xuất Geopolymere từ hỗn hợp bùn đỏ - tro bay Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, 2012 Tống Tôn Kiên, P.T.V.L., Lê Trung Thành, Bê tơng Geopolymer - thành tựu, tính chất ứng dụng Nguyễn Văn Dũng, Nghiên cứu chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay 2014 Phan Đức Hùng Lê Anh Tuấn, Nghiên cứu ảnh hưởng tro trấu silicafume đến cường độ vữa Geopolymer, 2015 Phan Đức Hùng Lê Anh Tuấn, Ứng xử bê tông Geopolymer tro bay sử dụng sợi Hook, 2015 Ngọ Văn Toản., “ Nghiên cứu ảnh hưởng tro trấu phu gia siêu dẻo tới tính chất hồ, vữa bê tơng' “ Tạp chí Kho hoạc Cơng nghệ Xây dựng", 2013 Võ Thế Ân, “ Ảnh hưởng tro bay đến cường độ đất yếu khu vực đồng song Cửu Long ứng dụng công nghệ Geopolymer”, Luận văn thạc sĩ, ĐHBK TP Hồ Chí Minh, Việt Nam 2015 Kiều Thị Kim Hịa nghiên cứu bê tơng tự lèn cốt liệu EPS để ứng dụng công trình xây dựng Luận văn thác sĩ, ĐHBK TP Hồ Chí Minh, Việt Nam,, 2015 Ngơ Duy Long nghiên cứu tính chất kỹ thuật bê tơng tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt Luận văn thác sĩ, ĐHBK TP Hồ Chí Minh, Việt Nam, , 2015 J.Davidovits, D., R., and James, , The Proceeding of Geopolmer 99 2nd International Conference on Geopolymers, 1999 Dacidovits, P.D.J., Geopolymer Chemistry&Applications, ed J 3th edition2011, Institut Géopolymère 630 Duxson P., e.a., Geopolymer technology: the current state of the art Journal Materials Science Vol 42:2917–2933 2007 Sameuel Demie, M.F.N., Nasir Shafiq, Effects of micro – structure characteristics of interfacial transition zone on the comoressive strength of self-compacting geopolymer concrete.Duxson P., et al, 2007 Geopolymer technology: the current sate of the art Journal Materials Science Vol 42:2917-2933 62 Luan van 37 http://www.tapchigiaothong.vn/anh-huong-cua-tro-bay-nha-may-nhiet-dienduyen-hai-den-mot-so-tinh-chat-cua-be-tong-xi-mang-lam-mat-duong-o-tod82755.html 38 Nguyễn Minh Tuân (2018), nghiên cứu Gia cường cấu kiện dầm Geopolymer CFRP 39 F.U.A Shaikh, S.W.M Supit,P.K Sarker A study on the effect of nano silica on compressive strength of high volume fly ash mortars and concretes Materials and Design Vol 60, pp 433-442, 2014 40 Trương Đình Tường (2019), nghiên cứu ảnh hưởng nano – Silica đến tính chất học bê tơng Geopolymer cốt liệu nhỏ 63 Luan van NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER TỰ LÈN EFFECTS OF GRADATION COMPOSITION ON SELF-COMPACTING GEOPOLYMER CONCRETE PROPERTIES PHẠM ĐỨC THIỆN a, NGUYỄN LÊ DUY PHÚC b a Khoa Xây dựng, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, Việt Nam b Học viên cao học, Đại học Sư phạm Kỹ thuậ Tp.HCM, Việt Nam TÓM TẮT Bê tông Geopolymer tự lèn ngày ứng dụng phổ biến cho cơng trình xây dựng Ngồi nguyên vật liệu tro bay, cát, đá , dung dịch Alkaline phụ gia siêu dẻo (phụ gia Roadcon – SR 5000F, Phụ gia MasterPozzolith R132) sử dụng để chế tạo bê tông Geopolymer tự lèn Trong báo này, Phụ gia siêu dẻo sử dụng để nghiên cứu cường độ chịu nén cường độ chịu kéo bê tông Geopolymer tự lèn Kết thí nghiệm cho thấy: Khi thay đổi hàm lượng phụ gia Roadcon – SR 5000F từ 0.5% đến 2.5% làm tăng đáng kể tính cơng tác đồng thời làm tăng cường độ chịu nén chịu kéo bê tông tư lèn Phụ gia MasterPozzolith R132 chủ yếu ảnh hưởng đến tính tự lèn bê tơng mà khơng ảnh hưởng đến cường độ vật liệu Từ khóa: Tro bay, cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo gián tiếp, bê tông geopolymer, tự lèn ABSTRACT Self-compacting Geopolymer concrete is increasingly popular for construction projects In addition to the basic materials such as fly ash, sand, stone, Alkaline solution and superplasticizer (Roadcon additive - SR 5000F, Additive MasterPozzolith R132) is used to make selfcompacting Geopolymer concrete In this paper, Superplasticizer is used to study compressive strength and tensile strength of self-compacting Geopolymer concrete The test results show that: When changing the additive content Roadcon - SR 5000F from 0.5% to 2.5%, it significantly increases the workability and increases the compressive strength and tensile strength of the private concrete MasterPozzolith R132 additive mainly affects the selfcompacting of concrete without affecting the strength of the material Keywords: Fly ash, compressive strength, indirect tensile strength, geopolymer concrete, selfcompacting Luan van GIỚI THIỆU Để đáp ứng nhu cầu phát triển cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngành xây dựng phát triển nhanh việc sử dụng bê tông xi măng ngày tăng lên Tổng sản lượng xi măng giới đến năm 2030 dự kiến vào khoảng 4800 Mt [1] Tuy nhiên, công nghệ sản xuất xi măng lại ngành tiêu thụ lớn nguồn tài nguyên khoáng sản (đá vôi, cốt liệu) lượng (than, dầu, điện) lượng khí thải CO2 lớn vào khí Do đó, cần phải sử dụng vật liệu xanh, thân thiện với môi trường mà đảm bảo yếu tố bền vững làm giảm nhiễm khơng khí, nhiễm đất giảm suy thối tài ngun thiên nhiên Trong cơng đại hóa, cơng nghiệp hóa giới ngành xây dựng có phát triển vượt bậc Vì vậy, cần phải có lượng lớn vật liệu xây dựng để đáp ứng nhu cầu Bê tông tự lèn loại bê tơng có đặc tính ưu việc so với loại bê tông thông thường đặc tính như: có khả điền đầy đầm chặt vào khe hay vị trí cốt thép dày mà không cần đầm rung, dễ dàng đổ bê tông vị trí phần bị hạn chế, cải thiện độ bền độ tin cậy kết cấu bê tông, rút ngắn thời gian thi công [2, 3] Tử ưu điểm nêu bê tơng geopolymer bê tơng tự lèn mang lại nhiều lợi ích cho ngành ngành xây dựng Vì vậy, khuyến khích sản xuất loại bê tông để thay việc sử dụng xi măng Porland Bài báo nghiên cứu bê tông Geopolymer tự lèn để thay bê tông xi măng mà chất lượng không thua loại bê tơng thơng thường Ngồi cịn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng mặt kinh tế lẫn khoa học vừa xử lý chất thải gây nhiễm vừa tạo vật liệu có nhiều ứng dụng công nghiệp NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI 2.1 Nguyên vật liệu 2.1.1 Tro bay Tro bay sử dụng từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải Trà Vinh Tro bay thí nghiệm sử dụng loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618 có khối lượng riêng 2,5 g/cm3, độ mịn 66 % lượng lọt qua sàng có cở sàng 0,05 mm Thành phần hóa học tro bay trình bày Bảng Luan van Bảng Thành phần hóa học tro bay loại F Thành phần hóa học % khối lượng SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO SO3 MKN 51,92 29,44 4,41 2,07 0,11 6,45 2.1.2 Cốt liệu mịn 2.1.2.1 Cát sông Cát sông sử dụng từ nguồn cát sơng Đồng Tháp thí nghiệm thỏa mãn yêu cầu TCVN 7572:2006 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” Thành phần hạt cát sông trình bày Bảng Bảng Thành phần hạt cát sơng Kích thước sàng, mm 5.00 2.5 1.25 0.63 0.315 0.14 Đáy Lượng sót sàn (g) 28.9 80.3 247.6 569.3 905.1 999.8 100 97.11 91.97 75.24 43.07 9.49 0.02 Phần trăm thành phần hạ (lọt qua), % 2.1.2.2 Cát nghiền Cát nghiền sử dụng từ nguồn cát nghiền từ mỏ đá Tân Cang thí nghiệm thỏa mãn yêu cầu TCVN 7572:2006 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” Thành phần hạt cát nghiền trình bày Bảng Bảng Thành phần hạt cát nghiền Kích thước sàng, mm 5.00 2.5 1.25 0.63 0.315 0.14 Đáy Lượng sót sàn (g) 2.2 190.4 334.1 549.3 829.3 900.4 999.7 99.78 80.96 65.59 45.07 17.07 9.96 0.03 Phần trăm thành phần hạ (lọt qua), % 2.1.3 Đá Thí nghiệm chế tạo với cốt liệu lớn sử dụng loại Dmax = 20 mm thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tơng vữa” Thành phần hạt đá trình bày Bảng Luan van Bảng Thành phần hạt đá Kích thước sàng, mm 40 20 10