Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế xi măng trong thành phần bê tông xi măng để xây dựng mặt đường ô tô ở miền nam Việt Nam

Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện dưỡng hộ và chất kết dính đến sự hình thành và phát triển cường độ bêtông Geopolymer từ tro bay.. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm bêtông Geopolymer

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ VINH TRIỀU

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY THAY THẾ XIMĂNG TRONG THÀNH PHẦN BÊTÔNG XIMĂNG

ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Ở MIỀN NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn: TS LÊ ANH TUẤN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN NINH THỤY

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngãi Chuyên ngành: Xây dựng Đường Ôtô và Đường Thành phố Mã số : 60.58.30

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY THAY THẾ XIMĂNG TRONG THÀNH PHẦN BÊTÔNG XIMĂNG ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Ở MIỀN NAM VIỆT NAM

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1 NHIỆM VỤ :

Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế xi măng tro thành phần bê tông xi măng để xây dựng mặt đường ô tô ở Miền Nam Việt Nam

2 NỘI DUNG :

Chương 1 : Tổng quan Chương 2 : Cơ sở khoa học Chương 3 : Nghiên cứu chế tạo Bê tông Geopolymer Chương 4 : Thực nghiệm và đánh giá kết quả

Chương 5 : Thực nghiệm Bê tông Geopolymer theo điều kiện thi công ở Miền

Nam Việt Nam Chương 6 : Kết luận và Hướng nghiên cứu phát triển của đề tài

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LÊ ANH TUẤN

Tp HCM, ngày tháng năm 2012

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu đang là những vấn đề đang được quan tâm nhiều và rất cấp bách hiện nay Công nghiệp sản xuất ximăng để phục vụ xây dựng lại là ngành tiêu thụ rất lớn nguồn tài nguyên khoáng sản, năng lượng và cũng chính là một trong những tác nhân thải ra một lượng lớn khí CO2 vào khí quyển làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu càng trở nên trầm trọng Việc nghiên cứu chế tạo và sử dụng bêtông Geopolymer từ tro bay để thay thế cho bêtông ximăng vừa hạn chế được việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên đồng thời giảm tối đa lượng khí thải CO2 vào không khí cũng như xử lý được lượng tro bay thải ra từ các nhà máy nhiệt điện đốt than

Luận văn tập trung nghiên cứu đến thành phần cấp phối bêtông Geopolymer Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện dưỡng hộ và chất kết dính đến sự hình thành và phát triển cường độ bêtông Geopolymer từ tro bay Đồng thời, nghiên cứu thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công thực tế

Kết quả thực nghiệm cho thấy, bê tông Geopolymer từ tro bay có thể đạt cường độ chịu nén là 21.57 MPa ở nhiệt độ dưỡng hộ 500C và tăng lên đến 37.22 MPa khi được dưỡng hộ ở nhiệt độ 1200

C Kết quả nghiên cứu thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công bằng phương pháp gia công nhiệt cốt liệu đá cho thấy bêtông Geopolymer có khả năng đạt đến 60% cường độ so với mẫu dưỡng hộ trong 10 giờ ở 1200C trong phòng thí nghiệm

ABSTRACT

Environmental pollution and climate change are one of the most urgent issues that are concerned now Cement industry for construction is an industry that largely consumes mineral , energy resources and is also one of the agents that eliminates a large amount of CO2 gas into the atmosphere That makes environmental pollution and climate change issues become more severe Reseaching , manufacturing and using Geopolymer concrete made from fly ash for cement concrete replacement not only limits using natural materials, minimizes a large amount of CO2 emission into the atmosphere, but also processes a large amount of fly ash eliminated from thermal power plants

This paper focuses on researching graded components of Geopolymer concrete, the impact of curing conditions and adhesives on the formation and development of Geopolymer concrete intensity from fly ash as well as study experimentally Geopolymer concrete under practical construction conditions

The experimental result shows that Geopolymer concrete made from fly ash can reach compressive strength 21.57 MPa at a curing temperature of 50 degrees Celsius and increase 37.22 MPa at a curing temperature of 120 degrees Celsius The result of experimental study on Geopolymer concrete under construction condition by thermal processing method of stone aggregate shows that Geopolymer concrete can be able to reach 60% of strenght compared with curing sample within 10 hours at a temperature of 120 degrees Celsius in the laboratory

3.2.2 Thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công ở

CHƯƠNG 4

4.1 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ bêtông Geopolymer 35

4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ đến cường độ bêtông Geopolymer 38

4.3 Ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay đến cường độ 41 bêtông Geopolymer

4.3.1 Trường hợp xét ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ 41 4.3.2 Trường hợp xét ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ 42 4.4 Ảnh hưởng tỷ lệ Thủy tinh lỏng – NaOH đến cường độ bêtông 44 Geopolymer

4.4.1 Trường hợp xét ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ 44 4.4.2 Trường hợp xét ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ 48 4.5 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và chịu uốn của bêtông Geopolymer 54

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hình 1.1 Phế thải tro bay tại Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 5

Hình 3.2 Dung dịch thủy tinh lỏng dùng trong nghiên cứu 20 Hình 3.3 Natri Hydoxit dạng vảy rắn dùng trong nghiên cứu 21 Hình 3.4 Cốt liệu lớn – đá dăm dùng trong nghiên cứu 21

Hình 3.6 Hỗn hợp bêtông Geopolymer sau khi nhào trộn 25

Hình 3.10 Mẫu bêtông Geopolymer được dưỡng hộ trong tủ sấy 27 Hình 3.11 Mẫu bêtông Geopolymer sau khi dưỡng hộ nhiệt 27

Hình 3.17 Đá sau khi sấy được nhào trộn với hỗn hợp vữa 31 Hình 3.18 Đá sau khi gia công nhiệt ẩm được nhào trộn với hỗn hợp vữa 32

Hình 3.20 Đổ bêtông Geopolymer sấy đá vào khuôn và đầm nén 33 Hình 4.1 Quan hệ giữa thời gian dưỡng hộ nhiệt và cường độ 36 chịu nén bêtông Geopolymer

Hình 4.2 Quan hệ giữa nhiệt độ dưỡng hộ và cường độ 39 chịu nén bê tông Geopolymer

dưỡng hộ đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch Thủy tinh lỏng -NaOH là 0.5 Hình 4.4 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay và thời gian 43 dưỡng hộ đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch Thủy tinh lỏng -NaOH là 0.5 Hình 4.5 Ảnh hưởng tỷ lệ Thủy tinh lỏng–NaOH và thời gian dưỡng hộ nhiệt đến 45

cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay là 0.35 Hình 4.6 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH và thời gian dưỡng hộ nhiệt đến 46 cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay là 0.40

Hình 4.7 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH và thời gian dưỡng hộ nhiệt 47 đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay là 0.45

Hình 4.8 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng - NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 49 đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay bằng 0.35

Hình 4.9 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 50 đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – NaOH bằng 0.40

Hình 4.10 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng - NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 51 đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH bằng 0.45

Hình 4.11 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và chịu uốn bêtông Geopolymer 54 Hình 5.1 Cường độ chịu nén dưới nhiệt độ dưỡng hộ 300C 57 Hình 5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy cốt liệu trước đến cường độ chịu nén của bêtông 59 Geopolymer dưỡng hộ ở điều kiện tự nhiên

Hình 5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đá trước đến cường độ chịu nén của bêtông 61 Geopolymer dưỡng hộ ở điều kiện tự nhiên

Hình 5.4 Ảnh hưởng gia công nhiệt ẩm đá đến cường độ chịu nén của bêtông 62

Geopolymer dưỡng hộ ở điều kiện tự nhiên Hình 5.5 So sánh ảnh hưởng nhiệt độ sấy cốt liệu, sấy đá và nấu đá đến cường độ 63 chịu nén của bê tông Geopolymer dưỡng hộ ở điều kiện tự nhiên

Bảng 1.1 Thành phần chính tro bay theo ASTM C618 3 Bảng 1.2 Sản lượng tro bay và sử dụng trong bê tông năm 2008 4

Bảng 1.4 Thành phần hoá học chính của tro bay nhiệt điện Phả lại 7 Bảng 3.1 Thành phần hóa học tro bay dùng trong nghiên cứu 19 Bảng 3.2 Các chỉ tiêu vật lý tro bay dùng trong nghiên cứu 20 Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý của đá dùng trong nghiên cứu 22 Bảng 3.4 Kết quả phân tích thành phần của đá dùng trong nghiên cứu 22

Bảng 3.6 Kết quả phân tích thành phần của cát dùng trong nghiên cứu 23

Bảng 4.1 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer 35 theo thời gian dưỡng hộ

Bảng 4.2 Kết quả tính toán thời gian dưỡng hộ nhiệt thích hợp và cường độ 37 Bảng 4.3 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer 38 theo nhiệt độ dưỡng hộ

Bảng 4.4 Kết quả tính toán nhiệt độ dưỡng hộ thích hợp và cường độ đạt được 40 Bảng 4.5 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén theo thời gian dưỡng hộ 44 khi tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay là 0.35

Bảng 4.6 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén theo thời gian dưỡng hộ 45 khi tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay là 0.40

Bảng 4.7 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén theo thời gian dưỡng hộ 46 khi tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay là 0.45

Bảng 4.8 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén theo nhiệt độ dưỡng hộ 49 khi tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay là 0.35

Bảng 4.9 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén theo nhiệt độ dưỡng hộ 50 khi tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay là 0.40

Bảng 4.10 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén theo nhiệt độ dưỡng hộ 51 khi tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay là 0.45

Bảng 4.11 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén và chịu uốn bê tông 54

Bảng 5.1 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng môi trường tự nhiên đến 56 cường độ chịu nén

Bảng 5.2 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ gia công cốt liệu đến 58 cường độ chịu nén

Bảng 5.3 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ gia công đá 60 đến cường độ chịu nén

Bảng 5.4 Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng gia công nhiệt ẩm đá đến 62 cường độ chịu nén

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU:

Bêtông là một trong các vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong các công trình xây dựng và công trình giao thông hạ tầng Trong đó, ximăng Portland đóng vai trò là chất kết dính trong việc sản xuất bêtông hiện nay Sản lượng ximăng sản xuất trên toàn thế giới không ngừng gia tăng dự kiến từ khoảng 1.5 tỷ tấn trong năm 1995 lên khoảng 2.2 tỷ tấn trong năm 2010 (Mehta 1999) [1] Tuy nhiên, Công nghiệp sản xuất ximăng lại là một trong các ngành tiêu thụ rất lớn nguồn tài nguyên khoáng sản (đá vôi và cốt liệu) và năng lượng (than, dầu, điện) cũng như có sự thải ra lượng khí CO2 lớn vào khí quyển Số liệu điều tra cho thấy lượng khí thải CO2 từ công nghiệp sản xuất ximăng xấp xỉ 1.35 tỷ tấn/năm chiếm khoảng 7% lượng khí thải CO2 trên toàn thế giới (Malhotra 2002) [2] Theo thống kê trung bình để sản xuất ra 1 tấn ximăng đòi hỏi 4 GJ nhiên liệu và sẽ thải ra 1 tấn CO2 vào khí quyển góp phần gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính làm cho Trái đất nóng dần lên (Roy 1999, Davidovits 2002) [3], [4]

Trước áp lực dân số thế giới ngày càng gia tăng, nhu cầu xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng giao thông sẽ trở nên cấp thiết hơn và đòi hỏi ngành công nghiệp sản xuất ximăng phải cung cấp sản lượng lớn dần theo, tăng khoảng 3% mỗi năm (McCaffrey 2002) [5] Nguồn tài nguyên khoáng sản và các nguyên liệu khác để sản suất bêtông ximăng sẽ được khai thác triệt để hơn và trở nên khan hiếm Đồng thời, lượng khí thải CO2 do quá trình sản xuất ximăng tiếp tục gia tăng sẽ làm khí hậu toàn cầu nóng dần lên gây ra những hệ quả khôn lường như : làm biến đổi khí hậu, tan băng…

Hiện nay, ở Việt Nam việc đầu tư xây dựng hệ thống đường giao thông đang diễn ra mạnh mẽ và là vấn đề ưu tiên cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội và làm cơ sở để phát triển kinh tế xã hội Sản lượng xi măng Portland để chế tạo bê tông

không ngừng gia tăng Tuy nhiên, trong tình trạng vấn đề biến đổi khí hậu được quan tâm nhiều như hiện nay, việc thay thế xi măng Portland bằng một chất kết dính khác ít sử dụng nguyên liệu tự nhiên, sản xuất ít tốn năng lượng, giảm tối đa lượng khí thải CO2 để chế tạo bê tông thân thiện với môi trường cần được quan tâm nghiên cứu

Do đó, Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế xi măng trong thành phần bê tông xi măng để xây dựng mặt đường ô tô ở Miền Nam Việt Nam đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật như có đủ khả năng chịu lực, đạt cường độ sớm, khả năng chịu nhiệt cao, ổn định với nước và thân thiện với môi trường là vấn đề cần thiết hiện nay

2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 2.1 Nghiên cứu về vật liệu tro bay (Fly Ash):

Tro bay (Fly Ash) là thành phần mịn nhất của tro xỉ than Gọi là tro bay vì người ta dùng các luồng khí để phân loại tro: Khi thổi một luồng khí nhất định thì hạt to sẽ rơi xuống trước và thành phần hạt nhỏ hơn sẽ bay xa hơn Theo ACI 116 thì tro bay được định nghĩa là phần phế thải thu được do việc đốt than ở nhà máy nhiệt điện và được chuyển từ buồng đốt qua nồi hơi bởi ống khói [6]

- Phân loại tro bay: theo tiêu chuẩn ASTM C618 tro bay được phân thành hai loại:

Tro bay loại C: thường chứa hơn 15% canxi oxit (CaO) hay còn gọi là tro bay giàu Canxi Loại này được sử dụng trong công nghiệp bê tông trong khoảng 20 năm trở lại đây Tro bay loại này không chỉ có tính puzzolan mà còn có khả năng tự đóng rắn Khi trộn nước với tro bay sẽ phản ứng tương tự như trong xi măng Portland Mức độ đóng rắn phụ thuộc vào canxi oxit tro bay Hàm lượng CaO cao nói chung mức độ đóng rắn của tro bay càng cao Hàm lượng cacbon chưa cháy trong tro tính theo lượng mất khi nung là ít hơn 1%

Tro bay loại F: là tro bay có hàm lượng canxi oxit trong thành phần ít hơn 6%, là loại tro ít canxi, có tính chất pozzolan và không có khả năng tự đóng rắn Mặt khác tro bay loại F cò hàm lượng cacbon chưa cháy lớn hơn 2% tính theo lượng mất sau khi nung, Thành phần khoáng chủ yếu có quartz, mulite và hematite Với sự có

mặt của nước, tro bay loại F sẽ tác dụng với đá vôi hay canxi hydroxit tạo thành hỗn hợp vữa tương tự như xi măng Portland Sử dụng tro bay loại F có thể làm giảm lượng nước cần sử dụng trong bê tông, ngoài ra tro bay loại này cũng được dùng để cải thiện khả năng chống ăn mòn sulfat và ion clo cho bê tông

Thành phần hóa học của hai loại tro bay loại F và C theo tiêu chuẩn ASTM

C618-94a được thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần chính tro bay theo ASTM C618 [7]

Min (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ) (%) 70,0 50,0

Một trong những rào cản đối với việc sử dụng các khối lượng lớn tro bay và

các phụ gia khoáng thay thế xi măng trong bê tông là yêu cầu kỹ thuật và các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan Tính lạc hậu của những yêu cầu kỹ thuật thể hiện ở giới hạn phần trăm (%) tối đa thay thế cho xi măng khi sử dụng Theo quy chuẩn ACI 318 giới hạn tỷ lệ phần trăm tối đa của Tro bay hay các phụ gia khoáng Puzzolan không quá 25% tổng lượng xi măng sử dụng cho bê tông [8] Tiêu chuẩn thi công mặt đường cứng (bản dự thảo lần cuối tháng 4/2008) cũng giới hạn tỷ lệ phần trăm tối đa của tro bay thay thế cho xi măng là 25% đối với loại F và 30% đối với loại C [9] Tuy nhiên bê tông với hàm lượng tro bay cao hay thay thế hoàn toàn cho xi măng cho thấy các yêu cầu kỹ thuật đã không còn thực sự phù hợp và cản trở trong việc sử dụng rộng rãi tro bay cũng như các phụ gia khoáng khác thay thế xi măng [10], [11], [12], [13], [14]

Sản lượng tro bay trên toàn thế giới có xu hướng tăng cao Đến năm 2010, sản lượng tro bay trên toàn thế giới tạo ra khoảng 780 triệu tấn (Molhotra 1999) Tỷ lệ

tro bay được sử dụng lại trong chế tạo bê tông chỉ chiếm khoảng 14%, lượng còn lại trở thành phế thải ảnh hưởng rất lớn đến môi trường

Bảng 1.2 Sản lượng tro bay và sử dụng trong bê tông năm 2008 [15]

Hình 1.2 Phế thải tro bay tại Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại [16] - Hình thái hạt tro bay:

Bằng phương pháp sử dụng kính hiển vi và phương pháp phân tích X-ray để nghiên cứu Mehta (1988), Joshi và Lam (1987) đã chứng minh được tro bay là những phần tử hình cầu có cấu trúc thủy tinh, rỗng và xốp Đôi khi bên trong cấu trúc rỗng đó lại chứa những phần tử tro bay hình cầu khác Bề mặt tro bay có hàm lượng canxi oxit thấp thì trơn nhẵn và rõ hơn so với loại tro bay giàu canxi oxit

Hình 1.3 Cấu trúc của tro bay loại C

Hình 1.4 Cấu trúc tro bay loại F

- Độ mịn tro bay: Độ mịn của tro bay là một trong những đặc trưng vật lý vật lý quan trọng của tro bay vì có liên quan mật thiết đến khả năng tham gia phản ứng pozzolan của tro bay Kích thước phân tử tro bay thay đổi từ 1- 120 μm Theo tiêu chuẩn ASTM C618, lượng tro bay tối đa giữ lại trên cỡ sàng 45 μm là 34%

Độ mịn của tro bay đặc trưng bởi đại lượng tỷ diện tích bề mặt xác định bằng phương pháp Blaine hoặc phương pháp hấp phụ Nito Tùy nguồn gốc mà tro bay sẽ có độ mịn khác nhau Tro bay thường có độ mịn từ 2400 – 4000 cm2/g

- Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của tro bay liên quan đến hình dạng, màu sắc cũng như thành phần hóa học của tro bay Đây là yếu tố gián tiếp quyết định đặc tính của tro bay tro bê tông Khối lượng riêng của tro bay dao động từ 1.3 – 4.8 tấn/m3 (Joshi 1968) Nếu trong tro bay tồn tại một khối lượng đáng kể các khoáng Maghetite và hematite (có màu nâu sáng đến tối) sẽ làm tăng khối lượng riêng của tro bay lên khoảng 3.6 – 4.8 tấn/m3 Mặt khác nếu lượng tinh thể quartz và mulite tăng thì khối lượng riêng của tro bay sẽ giảm (Joshi 1968, 1979)

Bảng 1.3 Thành phần vật lý của tro bay [12], [16]

(g/cm3)

Hàm lƣợng lọt sàng 0.05 mm (%)

- Tính chất hóa học của tro bay: Tro bay là một Puzzolan nhân tạo với các thành phần chính là các oxit SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3, Na2O, K2O và lượng cacbon chưa cháy hết (MKN) thường yêu cầu không được vượt quá 5% khối lượng tro bay [17], [18] Tổng hàm lượng SiO2 và Al2O3 chiếm khoảng 40%-80% hàm lượng tro bay

Bảng 1.4 Thành phần hoá học chính của tro bay nhiệt điện Phả lại [19]

Thành phần hoá học SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O MKN

- Khả năng pozzolane hóa của tro bay: Khả năng pozzolane hóa tro bay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất có thế kể đến như độ mịn, dạng tồn tại vô định hình, thành phần khoáng và thành phần hóa học, hàm lượng cacbon chưa cháy hết hay lượng mất khi nung của tro bay (Joshi 1979) Tro bay càng mịn thì khả năng pozzolane hóa cũng tăng lên đáng kể, tuy nhiên nếu tỷ diện tích bề mặt của tro bay lớn hơn 6000 cm2/g thì tác dụng của nó không đáng kể (Joshi và Marsh 1987)

Nếu xét đến thành phần hoá học thì Canxi oxit và lượng cacbon của tro bay là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng pozzolane hóa của tro bay Tro bay loại C có hàm lượng CaO cao thể hiện tính tự đóng rắn bên cạnh khả năng pozzolane hóa Lượng cacbon chưa cháy hết làm giảm khả năng pozzolane hóa của tro bay và làm phát sinh cỡ hạt có kích thước lớn hơn 45 μm Vì vậy, thường giới hạn hàm lượng mất khi nung từ 3% - 6% Đối với tro bay loại F, khi hàm lượng mất khi nung vượt quá 0.5% sẽ ảnh hưởng đến khả năng pozzolane hóa của tro bay (Joshi và Lohtia 1995)

- Ứng xử của tro bay tro sự hình thành Geopolymer: Khả năng phản ứng của tro bay phụ thuộc vào thành phần vô định hình tồn tại trong nó Ứng xử của tro bay trong môi trường kiềm như sau:

 Đầu tiên, phản ứng giữa thủy tinh silic với nước Khi đó, nước sẽ tán công liên kết Si-O trong thủy tinh Kết quả tạo thành là những nhóm OH và chúng không cố định Tiếp theo phân tử nước lại xâm nhập và bẻ gảy liên kết SiO trong những phần tử mới sinh ra đó Theo đó, một lượng lớn phân tử bị hòa tan và quá trình thủy phân chỉ chậm lại khi có sự hình thành Si(OH)4

 Sau đó, khi độ PH của dung dịch tăng lên và trong trường hợp này sự khuếch tán của phân tử nước không còn giữ vai trò chủ đạo nữa Khi đó ion OH- phản ứng với Si(OH)4

Thủy tinh lỏng là hỗn hợp của R2O, SiO2 và nước R2O có thể là Na2O hoặc K2O Công thức chung có thể viết là (R2O.nSiO2 )(R là Na thì n=2,5-3, R là Ka thì n=3-4) Nếu thủy tinh lỏng là 1 Geopolymer, nó có thể được diễn tả theo công thức: (Na, K)-(Si-O-Si-O)n Tính năng của thủy tinh lỏng có thể thay đổi theo mức độ polymer hóa và sự có mặt của nước Hai thông số quan trọng của thủy tinh lỏng đó là:

- Tỉ lệ khối lượng MR là tỷ lệ giữa khối lượng SiO2 và R2O - Tỉ lệ molar MR là tỉ số giữa số mol SiO2 và số mol R2O Tỉ lệ molar thường được sử dụng trong khoa học và công nghệ Geopolymer Bởi vì khối lượng phần tử Na2O (62) xấp xỉ bằng khối lượng phân tử SiO2 (60) ít có sự khác biệt giữa tỉ lệ molar và tỉ lệ khối lượng MR của thủy tinh tinh lỏng

2.2.2 Nghiên cứu về dung dịch hoạt hóa polymer

Dung dịch hoạt hóa polymer được sử dụng trong quá trình Polymer hóa là sự kết hợp của các dung dịch Natri hydroxyt (NaOH) hay Kali hydroxyt (KOH) với thủy tinh lỏng (R2O.nSiO2 )(R là Na thì n=2,5-3, R là Ka thì n=3-4) [19] Phụ thuộc vào nồng độ Mole dung dịch mà có thể ở dạng không màu đến màu hơi vàng Phản ứng diễn ra ở cường độ cao khi dung dịch hoạt hóa polymer chứa các thành phần hòa tan gồm Natri Silicate hay Kali Silicate

Palomo et al (1999) [20] trong nghiên cứu của mình kết luận rằng dung dịch hoạt hóa polymer đóng vai trò quan trọng trong quá trình Polymer hóa Tỉ lệ nồng độ mol SiO2 - Na2O của dung dịch hoạt hóa polymer đã được một số tác giả nghiên đề xuất Tuy nhiên các kết quả cho thấy vẫn còn sự khác biệt lớn giữa các tác giả khi lựa chọn tỷ lệ Thủy tinh lỏng – NaOH trong nghiên cứu Palomo et al (1999) [21] chọn tỷ lệ SiO2- Na2O từ 0.63 đến 1.23 Xu and Van Deventer (2000) [22] chọn tỷ lệ SiO2 - Na2O là 0.33 Barbosa et al (2000) [23] dựa trên những nghiên cứu trước đó của Davidovits (1982) đã đề xuất tỷ lệ Na2O-SiO2 từ 0.20 đến 0.48 Hardjito and Rangan (2004, 2005) [24], [25] đưa ra tỷ lệ dung dịch Thủy tinh lỏng – NaOH từ 0.4 đến 2.5 cho các cấp phối bê tông Geopolymer Bùi Đăng Trung (2008) [12] lựa chọn tỷ lệ khối lượng dung dịch hoạt hóa polymer -Puzzolan là 0.4

2.3 Nghiên cứu thành phần bêtông Geopolymer từ tro bay:

Davidovits (1982) [26] nghiên cứu về cường độ và độ bền của bê tông tro bay theo công nghệ Geopolymer đã kiến nghị tỷ lệ các thành phần như sau : với dung dịch chất đóng rắn thì tỷ lệ SiO2-Na2O là 1.85 và tỷ lệ giữa lượng nước - dung dịch hoạt hóa polymer : H2O -Na2O = 10-25 Palomo et al (1999) [20] trong nghiên cứu của mình đã đề xuất tỷ lệ giữa các thành phần lựa chọn cho các cấp phối như sau : tỷ lệ SiO2-Na2O trong dung dịch hoạt hóa polymer từ 0.63 – 1.23, tỷ lệ khối lượng giữa dung dịch hoạt hóa polymer - tro bay loại F thay đổi từ 0.25- 0.3 Cường độ chịu nén của mẫu kích thước 10x10x60mm dưỡng hộ ở 60oC trong 24 giờ đạt được là 60 MPa Barbosa et al (2000) [23] đã kết luận khi tỉ lệ NaO2-SiO2 trong dung dịch hoạt hóa polymer là 0.25, tỷ lệ giữa thành phần oxit SiO2-Al2O3 trong tro bay là 3.3 và tỷ lệ H2O-Na2O là 10, mẫu bêtông sẽ có khả năng chịu nén tốt nhất Nghiên cứu này cũng kết luận khi tỷ lệ H2O-Na2O là 25 thì cường độ bê tông phát triển rất chậm, đạt giá trị rất thấp Hardjito and Rangan (2005) [25] cũng đã đề xuất các tỷ lệ các thành phần nguyên vật liệu trong các cấp phối thí nghiệm như sau: tỷ lệ NaO2-SiO2 trong dung dịch hoạt hóa polymer thay đổi từ 0.4-2.5, nồng độ Mol dung dịch

kiềm thay đổi từ 8 mol đến 16 mol và tỷ lệ khối lượng giữa dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay là 0.35

Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ giữa các thành phần nguyên liệu trong cấp phối bê tông Geopolymer và môi trường dưỡng hộ đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển cường độ bê tông Hardjito and Rangan (2005) [25] khi nghiên cứu về ảnh hưởng môi trường dưỡng hộ đến cường độ bê tông Geopolymer đã kết luận, môi trường dưỡng hộ ở nhiệt độ 300C, bê tông Geopolymer đạt cường độ thấp và nhiệt độ dưỡng hộ từ 600C – 900C là điều kiện thích hợp để bê tông Gepolymer phát triển cường độ

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

- Nghiên cứu khả năng sử dụng tro bay, tận dụng phụ phẩm công nghiệp để thay thế xi măng trong thành phần bê tông xi măng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến tính chất và quy luật phát triển cường độ của bê tông Geopolymer từ tro bay

- Nghiên cứu thực nghiệm bê tông Geopolymer từ tro bay theo điều kiện thi công ở Miền Nam Việt Nam

- Nghiên cứu đề xuất vật liệu thân thiện môi trường

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

Thời gian nghiên cứu làm luận văn tốt nghiệp cao học khoảng 6 tháng, đề tài nghiên cứu không thể xét hết được các yếu tố như sự thay đổi tỷ lệ cốt liệu lớn – cốt liệu nhỏ, thay đổi tỷ lệ cốt liệu – tro bay, ảnh hưởng lượng nước và hàm lượng phụ gia thêm vào đến tính chất cơ lý của bê tông Geopolymer, quan hệ ứng suất biến dạng, …Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu những các vấn đề sau:

- Nghiên cứu vai trò hệ nguyên vật liệu (cát, đá, dung dịch hoạt hóa polymer, tro bay…)

- Nghiên cứu tính toán thiết kế thành phần cấp phối bê tông Geopolymer từ tro bay:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ thành phần đến cường độ bê tông Geopolymer từ tro bay:

 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ Cốt liệu (đá và cát) – Tro bay đến cường

độ bê tông Geopolymer từ tro bay

 Nghiên cứu ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa polymer đến cường độ bê

tông Geopolymer từ tro bay

 Nghiên cứu điều kiện dưỡng hộ (thời gian và nhiệt độ) đến cường độ

cường độ bê tông Geopolymer từ tro bay - Nghiên cứu thực nghiệm bê tông Geopolymer theo điều kiện thi công ở Miền Nam Việt Nam:

 Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường tự nhiên đến cường độ bê tông

Geopolymer từ tro bay

 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ gia công cốt liệu đến cường độ bê

tông Geopolymer từ tro bay

 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ gia công đá đến cường độ bê tông

Geopolymer từ tro bay

 Nghiên cứu ảnh hưởng gia công nhiệt ẩm đá đến cường độ bê tông

Geopolymer từ tro bay

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Xác định các chỉ tiêu cơ lý và thành phần hóa học của hệ nguyên vật liệu chế tạo bê tông Geopolymer

- Xác định thành phần nguyên vật liệu và thiết kế cấp phối bê tông Geopolymer từ tro bay

- Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo mẫu bê tông Geopolymer từ tro bay trong phòng thí nghiệm, dưỡng hộ mẫu theo yêu cầu và nén mẫu để tìm ra quan hệ giữa chế độ dưỡng hộ và cường độ bê tông Geopolymer từ tro bay

- Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo bê tông Geopolymer theo điều kiện thi công ở Miền Nam Việt Nam

6 KẾT QUẢ:

- Đề xuất cấp phối hiệu quả cho bê tông Geopolymer từ tro bay - Đề xuất chế độ về thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ hiệu quả để bê tông Geopolymer từ tro bay đạt cường độ tốt nhất

- Chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay đạt cường độ chịu nén lớn hơn 30 MPa và khả năng ứng dụng thực tế bê tông Geopolymer trong công trình giao thông ở Miền Nam Việt Nam

- Chế tạo vật liệu bê tông Geopolymer từ tro bay ít sử dụng nguyên liệu tự nhiên, giảm tối đa lượng khí thải CO2 và thân thiện với môi trường

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC

2.2 Cơ sở hóa học:

Davidovits (1978) đã giới thiệu thuật ngữ “Geopolymer” Đây là một Polymer được trùng hợp từ các khoáng vật thuộc nhóm Alumosilicate Thành phần chủ yếu là các nguyên tố silic và nhôm có nguồn gốc địa chất hoặc sản phẩm từ sản xuất (zeolite, tro bay ) Trong đề tài nghiên cứu này tro bay sẽ được sử dụng đóng vai trò cung cấp oxit silic và oxit nhôm Geopolymer thuộc lớp vật liệu polymer vô cơ Thành phần hoá của vật liệu Geopolymer này giống với Zeolite trong tự nhiên nhưng chúng biểu hiện là một cấu trúc vô định hình thay vì cấu trúc tinh thể như Zeolite

Quá trình Polymer hóa liên quan đến hàng loạt các phản ứng nhanh của nguyên liệu Si-Al trong môi trường dung dịch hoạt hóa polymer Kết quả tạo thành sản phẩm có cấu trúc dạng chuỗi hoặc vòng polymer Sản phẩm tổng hợp có cấu trúc vô định hình đến nửa tinh thể này được đặt tên là Geopolymer (Davidovits 1999) [20] Bao gồm những loại sau:

- Poly(sialate) (-Si-O-Al-O-); - Poly(sialate-siloxo) (-Si-O-Al-O-Si-O-); - Poly(sialate-disiloxo) (-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-) Những Geopolymer cơ bản dựa trên những Alumino-Silico là Polysialate Sialate là viết tắt của Silic – Oxy – Nhôm Các cầu nối -Si-O-Al- tạo thành các bộ

khung không gian vững chắc bên trong cấu trúc Khung Sialate bao gồm những tứ diện SiO4 và AlO4 được nối xen kẹp với nhau bằng các nguyên tố Oxy Những ion dương (Na+, K+, Li+, Ca++, Ba++, NH4+, H3O+) phải hiện diện trong các hốc của khung để cân bằng điện tích của Al3++

Công thức kinh nghiệm của poly(sialate) :

Mn{-(SiO2)z-AlO2}n wH2O

Trong đó : M – các cation kim loại kiềm hay kiềm thổ;

n - mức độ polymer hoá; z= 1,2,3

Ở nhiệt độ thấp hơn 100o

C, sự Polymer hoá khoáng vật là phản ứng hoá học giữa các Oxyt alumino-silicate với Polisilicate kiềm tạo thành một khung xương Si – O – Al Trạng thái vô định hình đến nửa kết tinh cấu trúc các Silico-Aluminate theo 3 chiều trong không gian là Polysialate, Polysialate – Siloxo và Polysialate –Disiloxo Với tiền thân của Polymer hoá khoáng Kaolinite, sự đa trùng ngưng bằng phương pháp thuỷ nhiệt ở 150oC trong môi trường kiềm, xảy ra trong vòng 20 giây theo sơ đồ sau:

Sự tạo thành Geopolymer có thể được diễn tả bằng hai phản ứng hóa học sau :

Hình 2.2 Sơ đồ cơ chế phản ứng [20]

Phương trình phản ứng trên chứng tỏ nước được sinh ra trong suốt quá trình hình thành Geopolymer Lượng nước này bị đẩy ra khỏi cấu trúc Geopolymer trong cả quá trình đổ khuôn cũng như dưỡng hộ nhiệt sau đó Khi đó, chúng để lại những lỗ rỗng liên tục trong cấu trúc tạo điều kiện Geopolymer hình thành Lượng nước trong hỗn hợp Geopolymer không có vai trò gì trong phản ứng hóa học nhưng nó tạo nên tính công tác cho hỗn hợp khi nhào trộn Điều này ngược với nước trong hỗn hợp xi măng Portland cần thiết cho quá trình hydrat hóa

Quá trình phản ứng trên có thể phân tích thành gồm 3 giai đoạn như sau [20]: - Giai đoạn tách thành phần Si và Al ra khỏi nguyên liệu ban đầu (tro bay) nhờ tác động của ion OH-

- Những phần tử trên di chuyển, định hướng và kết hợp thành những monomer

- Những monomer này tham gia phản ứng trùng ngưng tạo thành sản phẩm cấu trúc Geopolymer

Tổng hợp quá trình hình thành cấu trúc Geopolymer có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau:

Hình 2.3 Sơ đồ quá trình tạo thành Geopolymer [27]

2.3 Cơ sở vật lý: [19]

Các cấu tử của hỗn hợp bê tông được sắp xếp lại chặt chẽ hơn sau quá trình đầm nén, tro bay với các thành phần hoạt tính trong môi trường dung dịch chất đóng rắn ở môi trường nhiệt độ cao làm cấu trúc cho bê tông được hình thành Môi trường dưỡng hộ với thời gian và nhiệt độ cao hợp lý sẽ làm quá trình đóng rắn diễn ra nhanh chóng và bê tông sớm đạt cường độ Các sản phẩm mới được hình thành do sự trùng hợp từ các khoáng vật thuộc nhóm alumosilicate có cấu trúc không gian 3 chiều bền vững nên bê tông tro bay có độ bền và có thể đạt cường độ rất cao

Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần nguyên vật của bê tông Geopolymer , điều kiện nhiệt độ và thời gian dưỡng hộ, nồng độ dung dịch hoạt hóa polymer

2.4 Quá trình dưỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer từ tro bay:

Quá trình dưỡng hộ nhiệt cho bê tông Geopolymer nhằm thúc đẩy các phản

ứng hóa học xảy ra Nhiệt độ dưỡng hộ và thời gian dưỡng hộ đều ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ của bê tông Geopolymer

Thời gian dưỡng hộ nhiệt càng lâu sẽ thúc đẩy quá trình polymer hóa diễn ra, kết quả bê tông đạt cường độ cao hơn Tuy nhiên, bê tông Geopolymer phát triển nhanh cường độ khi thời gian dưỡng hộ dưới 24 giờ, nếu thời gian dưỡng hộ lâu hơn, cường độ bê tông Geopolymer tăng không đáng kể [24], [25] Bên cạnh đó, nhiệt độ dưỡng hộ càng cao thì cường độ bê tông đạt được càng lớn Trong phương pháp dưỡng hộ nhiệt độ có thể sử dụng nhiệt cung cấp từ hơi nước nóng hoặc khô Tuy nhiên, khi nhiệt độ dưỡng hộ từ 600C - 900C bê tông Geopolymer có tốc độ phát triển cường độ nhanh nhất [24], [25]

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG GEOPOLYMER

3.1 Thành phần nguyên liệu 3.1.1 Tro bay

Tro bay sử dụng trong nghiên cứu này có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện Formosa, Đồng Nai

Hình 3.1 Tro bay sử dụng trong nghiên cứu Đây là tro bay loại F, Phân tích thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý được thể hiện trong bảng 3.1 và bảng 3.2

Bảng 3.1 Thành phần hóa học tro bay dùng trong nghiên cứu

Thành phần hóa học SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O MgO SO3 MKN

Hàm lượng (%) 54.2 29.5 5.4 2.7 1.0 0.7 0.81 0.8 4.1

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu vật lý tro bay dùng trong nghiên cứu Khối lượng riêng Hàm lượng lọt sàng 0.05 mm

(g/cm3) (%)

Thành phần hóa học tro bay bao gồm các oxit : SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3 và lượng Cacbon chưa cháy hết (MNK) Theo kết quả phân tích bảng 3.1, tổng thành phần phần trăm (%) (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ) là 89.1% (> 70%); % CaO là 3.7% (<30%), % Na2O là 0.7% (1,5%) và lượng mất khi nung là 4.1% (<5%) phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C311, ASTM C618 Ngoài ra, kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý cho thấy tro bay có tỷ lệ lọt sàng 0.05mm là 94% (> 66%), lượng mất sau khi nung nhỏ hơn 5%, chỉ số hoạt tính rất lớn và tro bay có độ mịn cao Điều này chứng tỏ tro bay từ nguồn cung cấp này có thể dùng để nghiên cứu tốt

3.1.2 Thủy tinh lỏng (Natri silicat):

Thủy tinh lỏng là dung dịch trắng trong, sệt, có tổng hàm lượng Na2O và SiO2 từ 36-38% và tỷ trọng từ 1.42 0.01 g/ml

Hình 3.2 Dung dịch thủy tinh lỏng dùng trong nghiên cứu

3.1.3 Natri Hydroxit:

Natri Hydroxit dang vảy rắn, màu trắng đục, độ tinh khiết lớn hơn 90% Tỷ trọng trong dung dịch là 1.829 g/cm3

Hình 3.3 Natri Hydoxit dạng vảy rắn dùng trong nghiên cứu

3.1.4 Cốt liệu lớn (Đá dăm):

Hình 3.4 Cốt liệu lớn – đá dăm dùng trong nghiên cứu Cốt liệu lớn - đá sử dụng trong nghiên cứu có chỉ tiêu cơ lý và thành phần hạt phân tích được như bảng 3.3 và bảng 3.4

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý của đá dùng trong nghiên cứu

Dmax (mm) 20

Bảng 3.4 Kết quả phân tích thành phần của đá dùng trong nghiên cứu

trên sàng (g)

Lƣợng sót trên mỗi sàng (%)

Bảng 3.3 Chỉ tiêu của cát dùng trong nghiên cứu

- Ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ (về thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ) và chất kết dính đến cường độ của bê tông Geopolymer

- Thực nghiệm bê tông Geopolymer theo điều kiện thi công ở Miền Nam Việt Nam

3.2.1 Phương pháp thí nghiệm để xét ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ và chất kết dính đến cường độ bê tông Geopolymer:

3.2.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu:

- Đá và cát được rửa sạch, phơi khô và sàng đến cỡ hạt yêu cầu - Tro bay dạng hạt mịn chứa trong các bao được định lượng trước khi nhào trộn

- Dung dịch hoạt hóa polymer là hỗn hợp của dung dịch kiềm và thủy tinh lỏng Hòa tan NaOH dạng vảy rắn vào nước theo nồng độ Mol cho trước tạo ra dung dịch NaOH Sau đó, dung dịch NaOH được hòa trộn với dung dịch thủy tinh lỏng tạo thành dung dịch hoạt hóa polymer

3.2.1.2 Giai đoạn nhào trộn:

- Các thành phần nguyên liệu sau khi định lượng được nhào trộn bằng tay trong khoảng 3-4 phút để tạo thành hỗn hợp cát, đá, tro bay Sau đó, hỗn hợp dung dịch bao gồm dung dịch kiềm, thủy tinh lỏng và nước (nếu có) đã được chuẩn bị trước được đổ vào hỗn hợp bê tông khô và bắt đầu quá trình nhào trộn ướt trong khoảng 4-5 phút

Hình 3.6 Hỗn hợp bê tông Geopolymer sau khi nhào trộn

3.2.1.3 Đúc mẫu:

- Trước khi tiến hành đúc mẫu, hỗn hợp bê tông được kiểm tra độ sụt bằng

dụng cụ côn thử độ sụt

Hình 3.7 Thử độ sụt hỗn hợp bê tông Geopolymer - Hỗn hợp bê tông được đúc trong các khuôn hình trụ có đường kính đáy 10cm và chiều cao 20 cm Mỗi khuôn được đổ thành 3 lớp, mỗi lớp đầm 25 cái

- \

Hình 3.8 Đổ bê tông vào khuôn

Hình 3.9 Đầm bê tông trong khuôn

3.2.1.4 Giai đoạn dƣỡng hộ nhiệt:

- Mẫu được tĩnh định trong khuôn khoảng 1 ngày kể từ khi đổ mẫu để mẫu đạt được cường độ đủ chịu được trọng lượng bản thân Sau đó tháo mẫu ra khỏi khuôn và đưa vào tủ sấy bắt đầu quá trình dưỡng nhiệt

Hình 3.10 Mẫu bê tông Geopolymer được dưỡng hộ trong tủ sấy - Khi quá trình dưỡng hộ nhiệt kết thúc, mẫu được lấy ra khỏi tủ sấy và được đặt trong môi trường phòng thí nghiệm chờ ngày nén mẫu

3.2.1.5 Nén mẫu:

- Khi bê tông Geopolymer đủ tuổi nén (thường là 7 ngày), mỗi mẫu thử được xác định khối lượng bằng cân điện tử để tính toán được khối lượng thể tích bê tông Geopolymer

Hình 3.11 Mẫu bê tông Geopolymer sau khi dưỡng hộ nhiệt - Sau đó mẫu được đặt vào máy nén bê tông để xác định lực nén tác dụng lên mẫu bê tông và tính toán cường độ chịu nén và chịu uốn của mẫu bê tông

Hình 3.12 Nén mẫu bê tông Geopolymer

3.2.2 Thực nghiệm bê tông Geopolymer theo điều kiện thi công ở Miền Nam Việt Nam:

Thực nghiệm này nhằm đánh giá ảnh hưởng của môi trường ở miền Nam Việt Nam đến khả năng thi công bê tông Geopolymer Phương pháp thí nghiệm là

tạo nhiệt độ ban đầu trước cho cốt liệu (đá và cát) hoặc cốt liệu lớn (đá) bằng các

phương pháp sấy trước và phương pháp gia công nhiệt ẩm

3.2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu:

- Cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ được rửa sạch, phơi khô và sàng đến cỡ hạt yêu cầu Sau đó, tiến hành gia công nhiệt trước cho thành phần cốt liệu này với nhiệt độ

yêu cầu bằng các phương pháp:

+ Gia công nhiệt trước cho cốt liệu (đá và cát) bằng cách sấy đá và cát

trong tủ sấy đến nhiệt độ yêu cầu

+ Gia công nhiệt trước cho cốt liệu lớn (đá) bằng cách sấy đá trong tủ sấy

đến nhiệt độ yêu cầu

Hình 3.13 Đá được sấy trước

+ Gia công nhiệt ẩm cho cốt liệu lớn phương pháp nấu đá

Hình 3.14 Đá được nấu trước - Tro bay dạng hạt mịn chứa trong các bao được định lượng trước khi nhào trộn

- Dung dịch hoạt hóa polymer là hỗn hợp của dung dịch kiềm và thủy tinh lỏng Hòa tan NaOH dạng vảy rắn vào nước theo nồng độ Mol cho trước tạo ra dung dịch NaOH Sau đó, dung dịch NaOH được hòa trộn với dung dịch thủy tinh lỏng tạo thành dung dịch hoạt hóa polymer

3.2.2.2 Giai đoạn nhào trộn:

- Các thành phần nguyên liệu gồm: cát, tro bay, dung dịch hoạt hóa polymer sau khi định lượng được nhào trộn bằng tay trong khoảng 3-4 phút để tạo thành hỗn hợp vữa trước khi cho cốt liệu được gia công tạo nhiệt trước vào

- Cốt liệu khi đạt được nhiệt độ yêu cầu sẽ được cho vào hỗn hợp vữa để nhào trộn Yêu cầu thao tác nhào trộn phải nhanh khoảng 2 phút cho mỗi lần đổ 3 tổ mẫu nhằm giảm sự mất mát nhiệt độ

Hình 3.15 Hỗn hợp nguyên liệu tro bay và cát

Hình 3.16 Hỗn hợp vữa trước khi trộn đá