Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật vật liệu: Nghiên cứu tổng hợp Geopolymer từ xỉ lò điện

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Khảo sát các thông số thành phần hóa, khoáng, hạt của nguyên liệu xỉ thép để xem chúng có phải là loại vật liệu có thể tái sử dụng được hay không, và chúng có tí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Đỗ Quang Minh

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Minh Viễn

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Trung Kiên

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 15 tháng 08 năm 2014

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 TS Nguyễn Khánh Sơn - Chủ tịch

2 TS Phạm Trung Kiên - Thư ký 3 TS Nguyễn Trung Kiên - Ủy viên 4 TS Lê Minh Viễn - Ủy viên 5 PGS.TS Đỗ Quang Minh - Ủy viên Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và TrưởngKhoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập -Tự do -Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Võ Huy Hùng MSHV: 11030690 Ngày, tháng, năm sinh: 20/01/1986 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu Vô Cơ Mã số : 605290

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp geopolymer từ xỉ lò điện II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Khảo sát các thông số thành phần hóa, khoáng, hạt của nguyên liệu xỉ thép để xem chúng có phải là loại vật liệu có thể tái sử dụng được hay không, và chúng có tính chất gì đặc biệt có thể tạo thành geopolymer hay không

 Khảo sát các thông số hàm lượng rắn-lỏng, nhiệt độ sấy, thời gian sấy, hàm lượng thủy tinh lỏng/ hàm lượng NaOH, hàm lượng tro bay ảnh hưởng đến cường độ nén của mẫu để chọn ra các điều kiện tối ưu nhất tạo thành geopolymer

 Phân tích cấu trúc, thành phần khoáng của vật liệu sau khi geopolymer hóa bằng các phân tích XRD, IR, SEM để đánh giá quá trình hình thành cấu trúc của vật liệu tạo thành

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bài luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đỗ Quang Minh Thầy đã hết lòng hướng dẫn trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài vừa qua

Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong trường Đại học Bách Khoa và đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Silicat đã truyền đạt kiến thức và chỉ dạy tận tình trong suốt thời gian qua

Xin cảm ơn các em sinh viên ngành Silicat đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn

Xin cảm ơn ban giám đốc, các cô chú, anh chị của Công Ty Cổ Phần Phát Triển Sài Gòn (SDC) đã tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành bài luận văn này

Cuối cùng xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài thực hiện nghiên cứu tổng hợp geopolymer từ xỉ lò điện, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén của geopolymer như: hàm lượng rắn-lỏng, nhiệt độ sấy, thời gian sấy, hàm lượng thủy tinh lỏng/ hàm lượng NaOH, hàm lượng tro bay Sản phẩm sau khi geopolymer hóa được xác định cường độ nén cũng như phân tích vi cấu trúc, thành phần khoáng bằng các phân tích nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi điện tử quét (SEM) để đánh giá quá trình hình thành cấu trúc của vật liệu tạo thành Kết quả cho ta cường độ của geopolymer xỉ lò điện là 45.48MPa sau 7 ngày và 71.58MPa sau 90 ngày, cường độ nén của geopolymer có thay thế 10% xỉ bằng tro bay là 52.33MPa sau 7 ngày và 85.73 MPa sau 90 ngày dưỡng hộ trong không khí Kết quả phân tích cấu trúc cho ta thấy rằng cường độ của mẫu có được là do quá trình geopolymer hóa

ABSTRACT

The thesis study geopolymer synthesis from Electric Arc Furnace Slag, examines factors affecting the compressive strength of geopolymer products such as solid-liquid content, drying temperature, drying time, water glass/ NaOH content, fly ash content Geopolymeric products measured compressive strength and microstructure analysis, mineral composition by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy (SEM) analysis to evaluate the geopolymeric structures of products The results for the compressive strength of the electric arc furnace slag geopolymer is 45.48MPa after 7 days and 71.58MPa after 90 days of curing in air, the compressive strength of geopolymer which 10 percent electric arc furnaceslag replaced by fly ash is 52.33MPa after 7 days and 85.73MPa after 90 days of curing in air Results of structural analysis show that compressive strength of products is due to geopolymerization process

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của bản thân Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng và kết quả trình bày trong luận văn được thu thập được trong quá trình nghiên cứu là trung thực

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1. Đặt vấn đề: 1

1.2. Tính cấp thiết của đề tài: 2

1.3. Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài: 3

2.2. Nguyên liệu d ng để chế tạo geopolymer: 8

2.2.1. Nguyên liệu cung cấp alumino silicate: 8

2.2.1.1. Tự nhiên 8

2.2.1.2. Nhân tạo: 9

2.2.1.2.1. Metakaolanh(MK): 9

2.2.1.2.2 Tro bay: 9

2.2.1.2.3. Tro trấu (RHA): 10

2.2.1.2.4. Silicafume ( muội silic): 11

2.2.1.2.5. Xỉ lò cao: 11

2.2.1.3. Chất hoạt hóa: 12

2.3. Tổng quan về xỉ lò điện (EAF): 13

2.3.1. Sơ lược về xỉ lò điện 13

2.4.2 Các nghiên cứu liên quan: 17

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 25

3.1 Sơ đồ thí nghiệm 25

3.2. Các phương pháp thực nghiệm sử dụng trong nghiên cứu 29

3.2.1. Xác định thành phần hóa (XRF) 29

3.2.2 Xác định thành phần khoáng bằng nhiễu xạ tia X (XRD) 29

3.2.3 Xác định liên kết bằng phổ hồng ngoại (IR) 29

3.2.4 Quan sát bề mặt vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 30

3.2.5 Xác định thành phần hạt 30

3.2.6 Xác định độ hút vôi, TCVN 3735 – 1982 30

3.2.7 Xác định độ bền nén của vật liệu, ASTM C109 30

3.2.8 Tiêu chuẩn ngành, 64 TCN 38 – 86 30

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN 31

4.1. Khảo sát nguyên liệu: 31

4.1.1 Xỉ thép: 31

4.2. Kết quả thí nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén: 41

4.2.1. Khảo sát tỷ lệ rắn (xỉ)/dung dịch lỏng(thuỷ tinh lỏng+ dd NaOH6M) ảnh hưởng đến cường độ nén của mẫu: 41

4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian sấy đến cường độ nén của mẫu: 45

4.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thuỷ tinh lỏng và nồng độ dung dịch NaOH đến cường độ nén của mẫu: 47

4.3. Kết quả phân tích XRD, IR, SEM của mẫu 60

4.3.1. Kết quả phân tích mẫu A2: 60

4.3.1.1. Phổ XRD: 60

4.3.1.2. Phổ IR: 63

4.3.1.3. Ảnh SEM: 66

4.3.2. Kết quả phân tích mẫu E2: 67

4.3.3.2 So sánh Phổ IR của mẫu A2-90, DC-90 và xỉ 76

4.3.3.3 So sánh kết quả chụp SEM của các mẫu A2-90, E2-90, DC-90 77

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

5.1. Kết luận: 78

5.2. Kiến nghị: 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 84

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Các liên kết phối trí đặc trưng trong Geopolymer [13] 6

Hình 2.2. Cấu trúc và ảnh SEM của RHA 11

Hình 2.3. Quy trình sản xuất thép lò điện hồ quang 13

Hình 2.10. Thời gian bắt đầu ninh kết với nồng độ Na2O 23

Hình 2.11 Thời gian kết thúc ninh kết với nồng độ Na2O 23

Hình 2.12. Cường độ nén sau 2 ngày với nồng độ Na2O 24

Hình 4.6 Phổ IR của tro bay 38

Hình 4.7 Mẫu A1, A2, A3, A4 43

Hình 4.8 Phổ XRD của mẫu A2-7 60

Hình 4.9 Phổ XRD của mẫu A2-28 61

Hình 4.10 Phổ XRD của mẫu A2-90 61

Hình 4.11 So sánh phổ XRD của xỉ thép và mẫu A2 - 90 62

Hình 4.12 Phổ IR của mẫu A2-7 63

Hình 4.13 Phổ IR của mẫu A2-28 63

Hình 4.14 Phổ IR của mẫu A2-90 64

Hình 4.15 So sánh phổ IR của xỉ thép và mẫu A2-90 64

Hình 4.16 Ảnh SEM mẫu A2-90 với độ phóng đại x 5000 66

Hình 4.17 Ảnh SEM mẫu A2-90 với độ phóng đại x20000 66

Hình 4.18 Ảnh SEM mẫu A2-90 với độ phóng đại x30000 67

Hình 4.19 Phổ XRD của mẫu E2-7 67

Hình 4.20 Phổ XRD của mẫu E2-28 68

Hình 4.21 Phổ XRD của mẫu E2-90 68

Hình 4.22 So sánh phổ XRD của xỉ thép, tro bay với mẫu E2-90 69

Hình 4.23 Phổ IR của mẫu E2-7 70

Hình 4.24 Phổ IR của mẫu E2-28 71

Hình 4.25 Phổ IR của mẫu E2-90 71

Hình 4.26 Phổ IR của xỉ, tro bay, E2-90 72

Hình 4.27 Ảnh SEM mẫu E2-90 với độ phóng đại x5000 74

Hình 4.28 Ảnh SEM mẫu E2-90 với độ phóng đại x10000 74

Hình 4.29 Ảnh SEM mẫu E2-90 với độ phóng đại x30000 75

Hình 4.30 Phổ XRD của mẫu A2-90 và DC-90 77Hình 4.31 Phổ IR của mẫu A2-90, DC-90 và Xỉ 77 Hình 4.32 Ảnh SEM mẫu A2-90, E2-90, DC90 77

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Đặc tính và ứng dụng của geopolymer [24] 8

Bảng 2.2. Yêu cầu hóa học của tro bay (ASTM C 618 2005) 10

Bảng 2.3. Thành phần hóa của RHA tiêu biểu 11

Bảng 2.4. Cường độ nén (MPa) của mẫu trụ với tỉ lệ Chất hoạt hóa/tro bay 18

Bảng 2.5 Thành phần phối liệu tạo mẫu 18

Bảng 2.6. Cường độ chịu uốn và nén 19

Bảng 2.7. Cấp phối trộn mẫu hồ GGBFS hoạt hóa kiềm 20

Bảng 2.8. Cường độ nén của hồ GGBFS hoạt hóa kiềm 21

Bảng 2.9. Độ chảy và thời gian ninh kết của hồ GGBFS hoạt hóa kiềm 22

Bảng 3.1. Số sóng đặc trưng trong phổ IR của Geopolymer.[28] 30

Bảng 4.1. Kết quả thành phần hóa của xỉ thép Đồng Tiến 31

Bảng 4.2. Kết quả phân tích IR của mẫu xỉ thép 33

Biểu đồ 4.1: Thành phần hạt của xỉ 34

Bảng 4.3.Kết quả phân tích độ hút vôi của xỉ 35

Bảng 4.4. Kết quả thành phần hóa tro bay 36

Bảng 4.5. Bảng kết quả IR tro bay 38

Biểu đồ 4.2 Thành phần hạt của tro bay 39

Bảng 4.6. Kết quả độ hút vôi của tro bay 40

Bảng 4.7. Bảng Phối liệu khảo sát tỷ lệ rắn (xỉ)/dd lỏng (thuỷ tinh lỏng+ dd NaOH) 41

Bảng 4.8 Kết quả cường độ nén mẫu khảo sát rắn(xỉ) /dung dịch lỏng (thuỷ tinh lỏng + dd NaOH 6M) 42

Biểu đồ 4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn (xỉ)/dd lỏng (thuỷ tinh lỏng+ dd NaOH) đến

cường độ nén 42

Bảng 4.9 Phối liệu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 44

Bảng 4.10. Kết quả cường độ nén mẫu khảo sát nhiệt độ 44

Biểu đồ 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ nén 45

Bảng 4.11. Bảng phối liệu khảo sát ảnh hưởng của thời gian sấy 46

Bảng 4.12. Kết quả cường độ nén khảo sát ảnh hưởng của thời gian sấy: 46

Biểu đồ 4.5 Ảnh hưởng của thời gian sấy đến cường độ sấy 47

Bảng 4.13. Phối liệu của mẫu khảo sát hàm lượng thuỷ tinh lỏng/nồng độ dung dịch NaOH 47

Bảng 4.14 Kết quả cường độ nén mẫu khảo sát hàm lượng thuỷ tinh lỏng/nồng độ dung dịch NaOH 48

Biểu đồ 4.6 Ảnh hưởng của hàm lượng thuỷ tinh lỏng và nồng độ dung dịch NaOH 50

Bảng 4.15. Phối liệu của mẫu khảo sát hàm lượng tro bay 52

Bảng 4.16. Kết quả cường độ nén mẫu khảo sát hàm lượng tro bay 52

Biểu đồ 4.7 Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ nén của mẫu 53

Bảng 4.17. Phối liệu mẫu A2 ở 7, 14, 28, 60, 90 ngày tuổi 54

Bảng 4.18. Kết quả cường độ nén mẫu A2 ở 7, 14, 28, 60, 90 ngày tuổi 54

Bảng 4.19. Phối liệu mẫu E2 ỏ 7, 14, 28, 60, 90 ngày tuổi 55

Bảng 4.20. Kết quả cường độ nén mẫu E2 ở 7, 14, 28, 60, 90 ngày tuổi 55

Bảng 4.21. Phối liệu mẫu xỉ đối chứng 56

Bảng 4.22. Kết quả cường độ nén mẫu xỉ đối chứng 57

Bảng 4.23. Phối liệu mẫu xỉ/ tro bay đối chứng 57

Bảng 4.24. Kết quả cường độ nén của mẫu xỉ/tro bay đối chứng 58

Biểu đồ 4.8 Sự phát triển cường độ nén ở 7, 14, 28, 60, 90 ngày của các mẫu A2, E2, DC, DCT 59

Bảng 4.25. So sánh phổ XRD của xỉ với mẫu A2 62

Bảng 4.26. Kết quả phân tích IR của xỉ với mẫu C64 65

Bảng 4.27. So sánh phổ XRD của xỉ với mẫu E2 70

Bảng 4.28. Kết quả phân tích IR của xỉ, tro bay với mẫu E2 ở 7, 28, 90 ngày 72

D43: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 4M là 4/6 D44: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 4M là 6/4 D61: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 0/10 D62: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 2/8 D63: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 4/6 A2: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 6/4 D81: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 8M là 0/10 D82: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 8M là 2/8 D83: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 8M là 4/6 D84: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 8M là 6/4 E1: Mẫu khảo sát với tỷ lệ tro bay/xỉ= 0/10 % khối lượng

E2: Mẫu khảo sát với tỷ lệ tro bay/xỉ= 1/9 % khối lượng E3: Mẫu khảo sát với tỷ lệ tro bay/xỉ= 2/8 % khối lượng A2-7: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 6/4 ở 7 ngày tuổi

A2-14: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 6/4 ở 14 ngày tuổi

A2-28: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 6/4 ở 28 ngày tuổi

A2-60: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 6/4 ở 60 ngày tuổi

A2-90: Mẫu khảo sát ở hàm lượng thuỷ tinh lỏng/dung dịch kiềm NaOH 6M là 6/4 ở 90 ngày tuổi

DC7: Mẫu xỉ đối chứng ở 7 ngày tuổi DC14: Mẫu xỉ đối chứng ở 14 ngày tuổi

DC28: Mẫu xỉ đối chứng ở 28 ngày tuổi DC60: Mẫu xỉ đối chứng ở 60 ngày tuổi DC90: Mẫu xỉ đối chứng ở 90 ngày tuổi E2-7: Mẫu khảo sát với tỷ lệ tro bay/xỉ= 1/9 % khối lượng ở 7 ngày tuổi E2-14: Mẫu khảo sát với tỷ lệ tro bay/xỉ= 1/9 % khối lượng ở 14 ngày tuổi E2-28: Mẫu khảo sát với tỷ lệ tro bay/xỉ= 1/9 % khối lượng ở 28 ngày tuổi E2-60: Mẫu khảo sát với tỷ lệ tro bay/xỉ= 1/9 % khối lượng ở 60 ngày tuổi E2-90: Mẫu khảo sát với tỷ lệ tro bay/xỉ= 1/9 % khối lượng ở 90 ngày tuổi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề:

Sự thay đổi khí hậu và sự nóng lên của trái đất là một vấn đề môi trường được quan tâm nhiều nhất trong những thập niên vừa qua Nguyên nhân của vấn đề này là do sự phát thải các chất khí độc vào khí quyển gây hiệu ứng nhà kính từ các hoạt động của con người Trong các chất khí này thì CO2 chiếm khoảng 5 McCa rey, 2002), trong đó công nghiệp xi măng chiếm khoảng 4 vì cứ mỗi tấn clinker xi măng poóclăng sản xuất ra thì s thải khoảng 1 tấn khí CO2 ra ngoài khí quyển Tuy nhiên, bê tông vẫn là vật liệu được sử dụng nhiều thứ hai trên thế giới sau nước và xi măng poóc lăng là chất kết dính chính để sản xuất bê tông

Bên cạnh đó, theo báo cáo về độ bền của bê tông sử dụng xi măng poóclăng của nhiều công trình bê tông đặc biệt trong những môi trường ăn mòn thì bê tông bị phá hoại sau 20 - 30 năm mặc d chúng được thiết kế tuổi thọ hơn 50 năm (Mehta and Burrows, 2001)

Đây là những vấn đề mà cả thế giới đang tìm cách giải quyết nhằm hướng đến “Phát triển bền vững”, “Sản xuất xanh” Trước tình hình đó, trong lĩnh vực vật liệu xây dựng cần :

 Hạn chế sử dụng xi măng hay các vật liệu nung kết khối vì d ng nhiều xi măng đồng nghĩa với việc gián tiếp hủy hoại môi trường bởi việc khai thác nguyên liệu và quá trình sản xuất lại thải ra một lượng lớn khí CO2 vào khí

quyển

 Tái chế và sử dụng phế thải công nghiệp làm phụ gia khoáng hoạt tính để cải thiện một số tính chất của xi măng cũng như cho bê tông về độ đặc chắc, tăng

cường độ và độ bền

 Nghiên cứu chế tạo chất kết dính mới thân thiện với môi trường hơn nhằm

thay thế xi măng cũng như tận dụng các phế thải công nghiệp

Từ những yêu cầu đó, tôi chọn đề tài là nghiên cứu tổng hợp geopolymer từ xỉ thép và quan trọng hơn nữa là s góp phần giải quyết phế phẩm công nghiệp, bảo vệ môi trường

1.2 T n ấ đề :

Hiện nay, tại Việt Nam ngành công nghiệp luyện thép lò điện đang thải ra một lượng xỉ phế phẩm cực lớn mà nếu không được xử lý nó s gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Khu vực phía Nam, điển hình như tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu nơi được xem như là trung tâm luyện kim của cả nước với sản lượng phôi thép khoảng 3,75 triệu tấn/năm, khối lượng xỉ thép được dự báo khoảng 412.000 – 562.500 tấn xỉ/năm Đây là nguồn chất thải công nghiệp khổng lồ, nếu giải quyết nó bằng cách chôn lấp s gây tốn kém hơn 10 triệu USD mỗi năm Điều này vừa gây tốn quỹ đất, lãng phí nguồn tài nguyên vừa gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, xử lý nguồn chất thải rắn công nghiệp luyện kim là một vấn đề lớn

Ngoài ra sự phát triển của đô thị kéo theo nhu cầu sử dụng xi măng tăng trong những năm gần đây, theo quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng được Chính phủ phê duyệt lượng xi măng tiêu thụ trên cả nước vào năm 2020 ước tính đạt mức xấp xỉ 70 triệu tấn Khi sản xuất xi măng đạt sản lượng như ước tính s đồng thời thải ra một lượng lớn khí CO2 tương đương gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Với ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài nguyên thiên nhiên và môi trường khí hậu trong việc chế tạo chất kết dính xi măng pooc lăng và thép như hiện nay, đã cho thấy chúng ta cần nghiên cứu một loại chất kết dính không phải xi măng pooc lăng và tận dụng nguồn tài nguyên bị bỏ quên cũng như các loại chất thải công nghiệp để sản xuất vật liệu xây dựng, giảm thiểu tác đông xấu của quá trình xây dựng đến tài nguyên và môi trường, tạo điều kiện phát triển vững bền

1.3 Mụ êu v ý ng ĩ đề tài: 1.3.1 Mục tiêu:

 Giải quyết vấn đề môi trường do xỉ thép  Nghiên cứu tổng hợp và quá trình hình thành cấu trúc của vật liệu geopolymer

từ xỉ thép  Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của geopolymer xỉ thép

1.3.2 Ý ng ĩ : 1.3.2.1 Ý ng ĩ k o ọc:

 Tạo ra một hướng ứng dụng khác của xỉ thép, tạo tiền đề cho các đề tài tiếp theo nhằm tìm ra cường độ tốt hơn và cách chế tạo vật liệu geopolymer hiệu quả hơn

 Thúc đẩy những nghiên cứu về vật liệu “xanh” nhằm giảm những tác hại của việc sử dụng vật liệu truyền thống Góp phần vào các nghiên cứu nhằm giảm phát thải khí CO2 vào trong môi trường

1.3.2.2 Ý ng ĩ xã ội:

 Xỉ thép nếu không xử lý hợp lý s gây ô nhiễm môi trường, tốn diện tích chôn lấp, lãng phí tài nguyên Vì vậy nghiên cứu chế tạo geopolymer từ xỉ thép s góp phần giải quyết các vấn đề của xỉ thép, bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên quốc gia

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN

2.1.1 Địn ng ĩ :

Geopolymer là thuật ngữ được nhà khoa học người Pháp Davidovits d ng vào năm 1979 để nói về polimer vô cơ mà đơn vị cấu trúc của nó là các tứ diện SiO4 và AlO4, chúng có thành phần hóa học giống eoolite nhưng có cấu trúc vô định hình (Palomo et al 1999)

Quá trình tr ng hợp là phản ứng hóa học nhanh chóng của khoáng alumina silicate dưới điều kiện kiềm, kết quả là tạo thành cấu trức không gian ba chiều gồm các liên kết Si-O-Al-O như sau Davidovits 1999):

Mn [-(SiO2)z–AlO2] n wH2O Trong đó: M: cation hoặc nguyên tố kiềm như Kali, natri, canxi

n: là mức độ tr ng ngưng hoặc tr ng hợp : là 1,2,3, hoặc cao hơn có thể lên đến 32

ứng phức tạp của ion hydroxyl hoàn thành theo cách này trong quá trình hòa tan Sự hòa tan Si và Al từ vật liệu ban đầu có thể được mô tả bởi phương trình hóa học (1) :

Trong đó: M là Na hoặc K Trong dung dịch, sự hòa tan hóa học của khoáng Al-Si và vật liệu aluminosilicate nói chung thuận lợi khi ở trong khoảng gịá trị pH cao, tỉ lệ hòa tan của các vật liệu này tăng đáng kể khi pH dung dịch tăng Ngoài ra tỉ lệ hòa tan của vật liệu aluminosilicate phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt và diện tích bề mặt riêng của các hạt vì nó liên quan đến phản ứng hóa học dị thể đặc trưng

Giai đoạn 2 :Tạo thành các oligomer Si-Si hoặc Si-Al trong pha lỏng:

Khi nồng độ của Si và Al trong pha lỏng tăng dần những phản ứng hóa học nào đó xảy ra giữa các phức hydroxyl Kết quả của những phản ứng này tạo thành các tiền chất geopolymer là những dạng oligomer đa vòng hydroxyl phức hợp) bao gồm các liên kết polymer của Si-O-Si và Si-O-Al, được diễn tả bằng phương trình hóa học (2), (4):

Si(OH)4 + Si(OH)4 ↔ (OH)3Si-O-Si(OH)3 (2) Si(OH)4 + Al (OH)3Si-O-Al(OH)3- (3) 2Si(OH)4 + Al (OH)3Si-O-Al-(OH)2- -O-Si(OH)3 +2H2O (4) Sự tồn tại của các silicate hòa tan trong dung dịch kiềm của hệ polymer tăng cường thêm sự tạo thành các dạng oligomer Silicate hòa tan trong pha lỏng làm tăng nồng độ Si dịch chuyển chủ yếu ở phương trình 2) theo hướng hình thành nhóm Si-O-Si cũng như phương trình 3) và 4) theo hướng hình thành các nhóm oligomer Si-O-Al Vì vậy silicat kiềm được sử dụng trong tổng hợp geopolymer cung cấp các hệ oligomer cần thiết cho sự phát triển khung mạng geopolymer

Giai đoạn 3 :Quá trình đa trùng ngưng các oligomer tạo thành khung mạng

aluminosilicat 3 chiều:

Sự tăng nồng độ các oligomer trong pha lỏng ảnh hưởng đến sự đa tr ng ngưng của chúng, do đó dẫn đến sự phát triển của một khung mạng 3 chiều của tứ diện SiO4, AlO4 được liên kết luân phiên bằng các ion oxy, được mô tả bằng phương trình hóa học (5a) và (5b):

Phản ứng đa tr ng ngưng tạo liên kết hóa học trong các tiền chất geopolymer bằng cách loại bỏ đồng thời các phân tử nước Quá trình này được gọi là sự trùng ngưng Các oligomer có thể phản ứng với mỗi nhóm ion hydroxyl tạo thành các chuỗi phân tử hoặc các vòng phân tử và kết quả là tạo ra khung mạng không gian 3 chiều Sự tham gia của ion Al3+ vào trong mạng geopolymer bằng bốn phối trí với oxy phương trình 4) và 5)) tạo ra sự mất cân bằng điện tích Do đó sự hấp thụ các ion ( Na+, K+, Li+, Ca2+, Ba2+, NH4+, H3O+,…) trong các lỗ hổng cấu trúc gần khu vực các ion Al3+ để cân bằng điện tích trong mạng

Hình 2.1 Các liên kết phối trí đặc trưng trong Geopolymer [7]

(5a)

(5b)

Giai đoạn 4:Liên kết các hạt rắn vào mạng geopolymer và đóng rắn toàn bộ hệ

thống trong cấu trúc polymer rắn cuối cùng

Khi cấu trúc polymer được phát triển trong pha lỏng, nó đi qua các bề mặt hoạt hóa của các hạt rắn nơi có thể tạo liên kết với các hạt không hòa tan trong cấu trúc polymer cuối c ng theo phương trình hóa học (6) :

Trong đó: T là Si hoặc Al Các vị trí bề mặt họat hóa của các rắn, nơi có nhóm >T-OH trong phương trình ), đó là nhóm silanol >Si-OH) và aluminol (>Al-OH) Nó có thể là các chuỗi phân tử hoặc các vòng phân tử lớn trong cấu trúc polymer tạo nên loại liên kết >Si-O-Si hoặc >Si-O-Al ở các vị trí này, liên kết các hạt không tan trong mạng polymer Sau đó, đóng rắn mạng lưới polymer, lượng nước thừa xuất hiện được loại bỏ từ các mạng polymer trong suốt quá trình bảo dưỡng, dẫn đến sự bền và cứng của vật liệu

2.1.3 Ưu đ ểm c a vật liệu Geopolymer :

 Nguồn nguyên liệu phong phú: vì bất cứ hợp chất nào có hoạt tính po olanic hoặc nguồn silic hay alumosilicat đều dễ dàng hòa tan vào các dung dịch kiềm  Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường: Geopolymer không tiêu thụ năng

lượng lớn và thải ra ít hơn 0-90 lượng khí CO2 so với quá trình sản xuất xi măng poóc lăng

 Sản xuất dễ dàng : Geopolymer được sản xuất bằng cách trộn hỗn hợp dung dịch kiềm mạnh với các hợp chất nhôm silicat ở nhiệt độ phòng, trong một thời gian ngắn thì hỗn hợp s tạo ra cường độ ban đầu nhanh

 Độ bền cao với môi trường ăn mòn  Kháng cháy cao và dẫn nhiệt thấp: Geopolymer có khả năng kháng nhiệt cao lên

đến 1000-1200oC khi tiếp xúc với lửa mà không bị phá hoại,độ dẫn nhiệt thấp từ 0.24 - 0.3 w/mk

(6)

1:1

Mạng 3D

Gạch ốp lát, ceramic, vật liệu chịu lửa

2:1

Xi măng, bê tông, vật liệu hấp thụ chất phóng xạ và chất độc

3:1

Liên kết ngang 2D

Thiết bị đúc, sợi composite thủy tinh chịu lửa

Dụng cụ trong ngành hàng không, composite chịu lửa

nghiệp

Dụng cụ trong ngành hàng không

lửa và nhiệt

2.2 Ngu ên ệu ng để ạo g o o r:

Nguyên liệu chính d ng để chế tạo geopolymer gồm:  Nguyên liệu cung cấp alumino silicate

 Chất hoạt hóa kiềm

2.2.1 Ngu ên ệu ung ấ u no : 2.2.1.1 Tự n ên

Là các khoáng sản được tạo thành trong tự nhiên, có nguồn gốc từ núi lửa hoặc trầm tích gồm: tro núi lửa, tu núi lửa, đá bọt, đá ba an phong hóa, đá silic… thuộc nhóm vật liệu khoáng vô cơ có hoạt tính po olanic Thành phần hóa học và khoáng vật trong đá dao động rất lớn, gồm các pha thủy tinh và các pha kết tinh Trong đó, pha thủy tinh và các oxít silic hoạt tính là thành phần cơ bản làm cho đá có hoạt tính pozzolanic

2.2.1.2 N n ạo:

Metacaolanh là alumosilicat hoạt tính hình thành do nung caolanh tinh khiết hoặc đất sét caolinhit trong khoảng nhiệt độ hợp lý (khoảng 650 – 8000C) và nghiền đến độ mịn cao Metacaoanh có thể liên kết với Ca(OH)2 để hình thành các sản phẩm hydrat, vì vậy góp phần làm tăng các đặc tính của hỗn hợp vữa và bê tông

Độ hoạt tính của MK phụ thuộc vào thành phần sử dụng, điều kiện nung luyện như nhiệt độ nung và phương pháp nung, độ nghiền mịn Độ mịn của MK khoảng 12 – 15 m2/g nhưng cũng có thể đạt đến 20 m2

/g Thành phần hạt chủ yếu là loại 2 - 5 µm và loại < 16 µm chiếm đến 99%

2.2.1.2.2 Tro bay:

Tro bay là phế phẩm trong quá trình cháy của than Nhìn chung tro bay gồm các oxit axit như Al2O3, SiO2 và Fe2O3 Hầu hết tro bay từ quá trình cháy của than là một hỗn hợp không đồng nhất của thủy tinh aluminosilicate và silica cùng với lượng nhỏ ở dạng tinh thể gồm mullite, quartz, hematite and magnetite

Phân bố thành phần hạt và độ mịn của hạt là thông số vật lý ảnh hưởng quan trọng nhất đến hoạt tính của tro bay Sự hiện diện của silica hoạt tính cao trong tro bay làm tăng khả năng hình thành gel aluminosilicate gel đóng góp lớn vào cường độ của geopolymers Ngoài đặc điểm này, khả năng hoạt hóa kiềm của tro bay còn chịu ảnh hưởng của một số yếu tố khác như: phần trăm của phần chưa cháy hết trong tro bay như các hạt trơ làm tăng tỉ lệ lỏng/rắn và thành phần của pha thủy tinh, những hạt tro phụ thuộc vào phương pháp đốt than đá

Fernandez-Jimenez et al thấy rằng tro bay với thành SiO2 và Al2O3 cao và tỉ lệ Si/Al lớn hơn 2.0 cho hoạt tính kiềm lớn nhất

Sản phẩm cuối cùng của tro bay hoạt hóa kiềm là cấu trúc vô định hình đến bán tinh thể tương tự như eolite Quá trình hoạt hóa và mức độ phản ứng trong vữa geopolymer có quan hệ trực tiếp với hàm lượng pha thủy tinh trong tro Sản phẩm geopolymer tro bay với các tính chất kết dính tối ưu được nêu rõ bỡi Ferndandez-Jimenez sử dụng nguyên liệu tro bay với các tính chất sau: nhỏ hơn 5% phần chưa cháy; thấp hơn 10 Fe2O3, hàm lượng CaO thấp, 40–50 % silica hoạt tính, 80–90% hạt với đường kính nhỏ hơn 45 µm, và pha thủy tinh nhiều Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào loại than Đặc tính vật lí và hóa lý phụ thuộc vào phương pháp đôt, nguồn gốc than và hình dạng hạt có 3 loại tro bay dược định nghĩa bởi ASTM C618: loại N, F, C sự khác nhau cơ bản giữa các loại là hàm lượng calcium, silica, alumina, và iron trong tro

Bảng 2.2 Yêu cầu hóa học của tro bay (ASTM C 618 2005)

Loại N Loại F Loại C Silicon dioxide (SiO2) + aluminum oxide

(Al2O3) + iron oxide (Fe2O3), min, % 70 70 50

2.2.1.2.3 Tro trấu (RHA):

Trấu là vỏ bọc ngoài các hạt gạo, là là phế phẩm thu được từ quá trình xác gạo Tro trấu thu được sau khi đốt vỏ

Lúa được trồng ở hầu hết các châu lục và chiếm trên 1% diện tích bề mặt trái đất để tạo ra nguồn lượng thực nuôi sống hàng tỷ người, chỉ đứng sau lúa mì cả về diện tích và sản lượng

Theo các nghiên cứu thì lượng trấu chiếm khoảng 20% so với lượng thóc lúa và lượng tro thu được khoảng 18% RHA nhẹ và có độ xốp cao với diện tích bề mặt rất lớnvà hàm lượng SiO2 cao (khoảng 90 - 95 % )

Hình 2.2 Cấu trúc và ảnh SEM của RHA Bảng 2.3 Thành phần hóa của RHA tiêu biểu

2.2.1.2.4 Silicafume ( muội silic):

Silicafume là sản phẩm của quá trình sản xuất silicon hoặc hợp kim fero silicon Chủ yếu chứa các SiO2 hoạt tính ở pha thuỷ tinh và có cở hạt rất mịn dạng hình cầu Trong quá trình nấu chảy phối liệu và khử thạch anh ở nhiệt độ trên 18000C tạo thành silic dạng khí, khi làm nguội chúng và có tiếp xúc với không khí chúng oxi hóa đến SiO2 và ngưng tụ ở dạng hạt cực nhỏ SiO2 Hàm lượng SiO2trong silicafume khoảng 85 -9 Silica ume có kích thước hạt nhỏ ( 0.1 – 0.5 µm) và bề mặt riêng cao ( 18 – 25 m2/g)

2.2.1.2.5 o:

Xỉ luyện kim lò cao hay xỉ lò cao là phế phẩm trong quá trình sản xuất kim loại từ quặng sắt khai thác ở mỏ hay quá trình tinh chế kim loại không nguyên chất Xỉ lò cao được nấu chảy ở nhiệt độ 1400 –15000

C Ở nhiệt độ này các hợp chất nóng chảy hoàn toàn Khối lượng riêng của các hợp chất nóng chảy này nhỏ hơn so với gang nên nổi lên trên Người ta tháo ra ngoài và gọi là xỉ

Thành phần hoá chính của xỉ lò cao gồm các oxit CaO, MgO, SiO2 và Al2O3 với tổng hàm lượng là 90 – 95 Hàm lượng các oxit dao động trong phạm vi rộng vì phụ thuộc vào thành phần hoá của quặng sắt và tro nhiên liệu CaO = 30 ÷ 50%, SiO2= 28÷38%, Al2O3 = 8 ÷ 24%, MgO = 1 ÷ 18% và S = 1 ÷ 2.5%

Tuỳ thuộc vào chế độ và tốc độ làm lạnh mà xỉ lò cao có các thành phần khoáng khác nhau Nếu xỉ được làm lạnh chậm thì thành phần khoáng chủ yếu là : Ghilenit (2CaO.Al2O3 SiO2, CaO SiO2, 2CaO SiO2) Ngoài ra còn có Monticelit (CaO.MgO SiO2), Akemanit (2CaO.MgO.2SiO2), Merwinit(3CaO.MgO.2SiO2), Anorthit (CaO Al2O3.2SiO2), Spinel (MgO Al2O3), Fortenit (2MgO SiO2) và các Aluminate canxi (CaO Al2O3, 12CaO.7 Al2O3)

Nếu xỉ được làm lạnh nhanh thì các hợp chất phụ từ pha nóng chảy chuyển sang pha thuỷ tinh Có các khoáng CaO SiO2, 2CaO SiO2, CaO Al2O3 và 12CaO.7Al2O3 có khả năng hydrat hoá nhưng cho cường độ không cao

2.2.1.3 C ấ oạ :

Theo sự phân loại của tác nhân hoạt hóa ta có các nhóm sau Ở đây M: ion kiềm

(Pacheco-Torgal et al.):

• Alkalis: MOH • Muối của axit yếu: M2CO3, M2SO3, M3PO4, MF • Silicates: M2O * nSiO3

• Aluminates, M2O * nAl2O3• Aluminosilicates: M2O * nAl2O3 * (2-6)SiO2• Muối của axit mạnh: M2SO4

Tuy nhiên chất hoạt hóa được d ng phổ biến nhất là: KOH, NaOH, Na2SiO3, K2SiO3, NaCO3, Na2SO4 Chất hoạt hóa thông dụng nhất là dung dịch của NaOH với Na2SiO3

2.3 Tổng quan về x đ ện (EAF): 2.3.1 Sơ ược về x đ ện

Công nghệ luyện thép bằng lò điện hồ quang sử dụng nguyên liệu đầu vào là sắt, thép phế liệu để luyện thép Để tách các tạp chất có trong thép phế liệu đầu vào, sử dụng vôi và một số chất trợ dung đưa vào lò luyện, quá trình nóng chảy ở nhiệt độ 1600oC xỉ s nổi lên trên, thép lỏng nằm ở lớp phía dưới Lớp xỉ được tháo ra khỏi lò, được làm nguội và chuyển sang trạng thái rắn Khi nguội, xỉ được đưa tới bãi chứa và chuyển đến nhà máy xử lý, tái chế thành các sản phẩm có ích, phần thép trong lò được đúc thành phôi

Hình 2.3 Quy trình sản xuất thép lò điện hồ quang

Thành phần hóa xỉ EAF: Các thành phần hóa học chính của xỉ EAF là Ôxít Canxi CaO, Sắt FexOy, Magiê MgO, Mangan MnO2, Silic SiO2 và Nhôm Al2O3,…ở các phức bền vững, trong đó thành phần chính là CaO, SiO2 và FexOy chiếm đến 0 trọng lượng của xỉ lò

Thành phần khoáng xỉ EAF: Các phân tích của nhiều nghiên cứu khoa học cho thấy xỉ EAF có chứa nhiều khoáng chất, chiếm đa số là Wustite FeO), DiCalcium và TriCalcium Silicates (2CaO.SiO2, C2S và 3CaO.SiO2, C3S), Brownmillerite

(Ca2(Al,Fe)2O5, C4AF) và Mayenite (12CaO.7Al2O3, C12A7) và CaO, MgO tự do

2.3.2 Các ng dụng c a x thép:

Hơn 100 năm qua tại Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản, xỉ thép đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, phát triển giao thông, xỉ thép nếu đã qua quá trình xử lý, tái chế, s là sản phẩm thay thế cho các vật liệu tự nhiên để làm đường bê tông asphalt, làm vật liệu trải đường hoặc làm móng các công trình giao thông; làm cốt liệu cho đổ bê tông làm nền nhà xưởng, kho bãi; xỉ thép thay thế cho đá để chống sạt lở các công trình đê, kè biển; do tính chất hóa lý đặc biệt, xỉ thép còn được sử dụng làm vật liệu để xử lý nước thải nhiễm Phốt pho, nhiễm axít, xử lý nước mưa nhiễm bẩn hoặc lọc nước thải có chứa nhiều chất bẩn và kim loại nặng Ngoài ra, do hàm lượng đá vôi có nhiều trong xỉ thép và chứa một số khoáng chất đặc biệt nên nó còn có thể dùng làm phân bón, cải tạo đất hoặc phục hồi hệ sinh thái đáy biển, đáy sông bị tàn phá do các hoạt động nạo vét luồng tàu để làm cảng biển, cảng sông,… Với những tính chất như trên, xỉ thép được xem như là một sản phẩm có ích, thân thiện với môi trường, không phải là chất thải cần phải loại bỏ hoặc đem chôn lấp

Thành phần của xỉ thép chủ yếu là các khoáng chất CS, CA, CAF là những khoáng chất chính có trong thành phần của xi măng Portland nên có thể làm phụ gia cho quá trình sản xuất xi măng

Để giải quyết vấn đề khan hiếm cát trong xây dựng, các loại đá phế thải trong ngành khai thác đá khoáng sản được thu hồi và nghiền nhỏ và thay thế cho cát Xỉ thép cũng là một loại vật liệu đầu vào để sản xuất cát nhân tạo

Sử dụng gạch không nung là xu hướng chung của thế giới và của Việt Nam Xỉ thép sau khi qua nghiền, sàng là nguyên liệu chính để sản xuất các sản phẩm thân thiện với môi trường như gạch không nung, tấm dan, bó vỉa ,…

Hình 2.5 Bản đồ sự phát triển về số lượng những phòng thí nghiệm

nghiên cứu về geopolymer, từ 1999 đến 2010 Số lượng các báo cáo khoa học về khoa học và công nghệ geopolymer đang chỉ ra sự tăng trưởng theo hàm số mũ Biểu đồ chỉ ra sự phát triển về số lượng báo cáo khoa học đã được xuất bản từ 1991 đến 2013 [32]

Hình 2.6 Biểu đồ chỉ ra sự phát triển về số lượng báo cáo khoa học đã được

xuất bản từ 1991 đến 2013

2.4.1.2 Việt Nam:

Ngày 12 tháng 5 năm 2010, Viện Vật liệu xây dựng đã tổ chức hội nghị chuyên đề về vật liệu geopolymer và ứng dụng của geopolymer trong lĩnh vực vật liệu xây dựng.Vật liệu geopolymer được nghiên cứu với mục tiêu tạo ra quá trình sản xuất thân thiện với môi trường, giảm khí thải CO2, tận dụng các chất thải công nghiệp như tro xỉ, b n đỏ… thành các sản phẩm có tính năng sử dụng cao Trên thế giới các ứng dụng của vật liệu đã được sử dụng trong sản xuất xi măng đặc biệt như xi măng đóng rắn nhanh, xi măng bền axit, sản xuất gạch và gốm không nung, ứng dụng trong vật liệu công nghệ cao như vật liệu composite chống cháy, xử lý phế thải độc hại và chất thải phóng xạ, ứng dụng trong vật liệu composite chịu nhiệt, ứng dụng trong khảo cổ học và mỹ thuật

Chuyên đề về ứng dụng gạch bê tông đất ép Geopolymer cũng được các nghiên cứu viên rất quan tâm Nhóm báo cáo đã đưa ra một số kết quả khảo sát thí nghiệm gạch bê tông đất ép so với gạch bê tông và gạch đất sét nung Loại sản phẩm này phù hợp cho xây dựng nhà xưởng, trường học, tường rào, bể chứa nước… bằng cách sử dụng các nguồn nguyên liệu rộng rãi tại chỗ như đất sét, đất sét pha cát, sỏi, đất laterit, các loại đất đồi…

2.4.2 Các nghiên u liên quan:

- Theo Palomo et al [24], tổng hợp geopolymer từ tro bay loại F với các chất hoạt hóa khác nhau: dung dịch 1 là NaOH 12M, dung dịch 2 là KOH 1 M, dung dịch 3 là NaOH dạng vẫy) + Na2SiO3 với SiO2/Na2O là 1.23, dung dịch 4: KOH dạng viên) + K2SiO3 với SiO2/K2O là 0 3 tỉ lệ chất hoạt hóa/tro bay là 0.25, mẫu được dưỡng hộ ở 5 và 85oC 2h, 5h, 24h và đo cường độ nén

Kết quả đạt được: Dung dịch chất hoạt hóa gồm NaOH và Na2SiO3 với tỉ lệ SiO2/Na2O 1.23) cho ta cường độ cao nhất là 68.7MPA Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến cường độ, dưỡng hộ ở 85oC cho ta cường độ cao hơn ở nhiệt độ 65oC với mọi chất hoạt hóa Nồng độ của dung dịch chất hoạt hóa cúng tác động lớn đến cường độ của geopolymer

Bảng 2.4 Cường độ nén (MPa) của mẫu trụ với tỉ lệ Chất hoạt hóa/tro bay

Chất hoạt hóa

Nhiệt độ dưỡng hộ

0.0 22.0

21.2 34.6

0.0 9.2

1.8 9.6

17.3 23.4 Dung dịch 2 65

85

0.0 1.4

0.0 9.4

8.7 23.3

0.0 2.6

0.0 16.4

3.9 27.3 Dung dịch 3 65

85

4.3 39.8

31.7 48.2

52.7 54.5

0.0 31.6

30.0 57.4

62.6 68.7 Dung dịch 4 65

85

0.0 7.7

9.5 34.3

38.7 63.0

0.0 16.0

10.2 31.6

39.0 35.9 - Theo Fernandez-Jimenez and Palomo [12] nghiên cứu về geopolymer tro bay loại F) với một số chất hoạt hóa khác nhau, thành phần Na2O thay đổi từ 5 đến 15 Họ đã kết luận rằng: Tỉ lệ mol SiO2/Na2O cũng như tỉ lệ nước/chất kết dính ảnh hưởng lớn đến cường độ nén Họ chỉ ra rằng sử dụng thành phần Na2O là 5.5 theo khối lượng tro bay dẫn đến độ pH rất thấp ảnh hưởng đến sự phát triển phản ứng làm giảm độ bền cơ và cho rằng tăng thành phần Na2O dẫn đến tăng cường độ nén Sử dụng dung dịch chất hoạt hóa gồm NaOH và Na2SiO3) làm tăng độ bền nén, cụ thể sử dụng 14% Na2O theo trọng lượng tro bay và tỉ lệ SiO2/Na2O 0,11 cho ta cường độ cao nhất là 91.6MPA

Bảng 2.5 Thành phần phối liệu tạo mẫu

Chất hoạt hóa Kí hiệu

mẫu

Tỉ lệ lỏng/ tro

bay

Na2O (%)

SiO2(%)

CO32(%)

-SiO2/Na2O (%) NaOH

FAN12 FAN8 FAN6

0.35 0.35 0.35

13.67 8.68 6.51

- - -

- - -

- - -

NaOH + thủy tinh lỏng

FAW8 FAW75 FAW20 FAW15 FAW10 FAW5

0.35 0.35 0.4 0.4 0.4 0.4

7.74 5.55 13.00 14.09 14.28 14.90

9.52 7.14 2.22 1.67 1.11 0.56

- - -

1.23 1.28 0.17 0.118 0.078 0.037

Bảng 2 Cường độ chịu uốn và nén

Hình 2.7 Ảnh hưởng của nồng độ KOH đến thời gian ninh kết tại

nhiệt độ phòng