noi dung de tai hoan chinh

Mục lục I Tổng quan .3 I.1 Đặc tính bê tơng Geopolymer .5 I.2 Tính ứng dụng bê tơng Geopolymer I.3 Tính bền vững lợi ích việc sử dụng bê tông Geopolymer …………6 II Căn thực tiễn để lựa chọn đề tài III Thực nghiệm III.1 Nguyên liệu .8 III.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm III.3 Quy trình cơng nghệ III.3.1.Quy trình chế tạo thủy tinh lỏng III.3.1.1 Sơ đồ công nghệ III.3.1.2 Mô tả công nghệ 10 III.3.2.Quy trình chế tạo bê tơng Geopolymer ……………………………….10 III.3.2.1 Sơ đồ công nghệ 11 III.3.2.2 Cơ sở lựa chọn cấp phối .11 III.3.2.3 Công nghệ chế tạo 13 III.3.2.4 Đo tính chất bê tông geopolymer 13 IV Kết quả, đánh giá 14 V Kết luận 14 VI Tài liệu tham khảo 16 I TỔNG QUAN: Bê tông Geopolymer loại bê tông khơng sử dụng chất kết dính xi măng Pooc lăng thông thường mà sản phẩm phản ứng dung dịch kiềm loại vật liệu có chứa hàm lượng lớn hợp chất Silic Nhơm Chất kết dính gọi chất kết dính kiềm hoạt hóa Người phát loại chất kết dính Gluckhovsky [1] sử dụng cơng trình thời kỳ La Mã Ai Cập cổ đại có tính bền vững cao Thời đó, người ta gọi xi măng đất (Soil Cement) có thành phần từ hỗn hợp đất chứa AluminoSilicat phế thải giàu kiềm Có nhiều nghiên cứu chất kiềm hoạt hóa Người ta thống kê có tới loại Geopolymer khác loại có khả ứng dụng nhiều xây dựng loại vật liệu Alumino- Silicat Loại Geopolymer dựa vào trình nhiệt hoạt hóa sản phẩm cơng nghiệp tro bay, xỉ nhằm cung cấp nguồn Si Al với dung dịch kiềm kích hoạt sau thực trình trùng hợp tạo thành chuỗi phân tử tạo đá kết cứng [2] Cho đến chế động học phản ứng giải thích q trình đơng kết vật liệu Geopolymer chất kết dính kiềm hoạt hóa cịn bí ẩn Theo Glukhovsky [3] chế q trình kiềm kích hoạt trước tiên trình bẻ gẫy liên kết cộng hóa trị Si-O-Si Al-O-Si PH tăng lên Vì nhóm nguyên tố chuyển sang dạng hệ keo Sau xảy tích tụ sản phẩm bị phá hủy với phản ứng nội chúng tạo cấu trúc ổn định thấp Tiếp theo q trình hình thành cấu trúc đơng đặc (hình 1) Hình 1: Sơ đồ mơ hoạt hóa vật liệu AluminoSilicat Vật liệu Geopolymer từ Alumino Silicate (Silicat nhôm) tạo thành từ mạng lưới Polysialate sở tứ diện SiO4, AlO4 với công thức Mn [ -(SiO2)z – AlO2]n w H2O Trong M nguyên tố kiềm Na, K hay kiềm thổ Ca, n mức độ trùng hợp Z 1,2,3 Phụ thuộc vào tỷ lệ SiO / Al2O3 ta có loại mắt xích khác Hình 2: Cấu trúc Poli(sialates) I.1 Đặc tính bê tơng Geopolimer Bê tông Geopolymer bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa Trong q trình chế tạo, nước đóng vai trị tạo tính cộng tác, khơng tham gia tạo cấu trúc geopolimer, không tham gia phản ứng hóa học mà bị loại q trình bảo dưỡng sấy (không giống xi măng thường cần nước để thực q trình thủy hóa) Nhiều nghiên cứu giới cho bê tơng geopolymer có nhiều tính chất đặc biệt mà bê tơng xi măng thông thường không đáp ứng như:     Có thể tạo cường độ nén cao, co khơ ít, tư biến thấp, chịu ăn mịn sunfat, chịu mơi trường nước biển, chịu mơi trường axit ứng dụng lĩnh vực: xây dựng hạ tầng sở vùng ven biển, hải đảo, xây dựng nhà máy hóa chất [6,7] Khả chịu nhiệt cao ứng dụng thi cơng cấu kiện bê tơng chịu nhiệt [6,7] Về tính bền, bê tơng Geopolymer đạt cường độ sớm nhiều so với bê tông xi măng tiếp tục tăng dần theo thời gian làm giảm chi phí sản xuất tăng độ bền bê tông geopolymer [4] Khả gắn kết với cốt thép tương đương cao so với bê tông xi măng bền Sunfat [7] I.2 Tính ứng dụng Geopolymer Theo Davidovits [9] chất kết dính geopolymer có dạng ứng dụng sau: • • • • • • • • • • Tấm kết cấu chống cháy Tấm tường panel cách nhiệt Sản xuất đá nhân tạo trang trí Tấm panel bọt cách nhiệt Ứng dụng làm khuôn đúc Bê tông chất kết dính Vật liệu cản lửa gia cố sửa chữa Vật liệu xây thô Gạch nung Kết cấu chịu lửa • • - - - Kết cấu chống xốc nhiệt Vật liệu chống cháy Ở Mỹ ứng dụng chủ yếu chất kết dính Geopolymer sản xuất xi măng geopolymer đóng rắn nhanh ứng dụng san bay quân từ năm 1985, sửa chữa đường băng, sàn nhà công nghiệp, đường cao tốc, loại xi măng đạt cường độ 200kg/cm2 sau - 6h Năm 1997 công ty Zeotech thương mại hóa sản xuất Geopolymer bên axit cho nhà máy hóa chất thực phẩm Ở Úc bê tông Geopolymer ứng dụng thực tiễn tà vẹt đúc sẵn, đường ống cống loại cấu kiện bê tông đúc sẵn với yêu cầu phải cho cường độ cao tuổi sớm sau bảo dưỡng nước nhiệt [7, 10] Theo báo cáo bê tơng Geopolymer dễ dàng sản xuất công nghệ sản xuất bê tông xi măng thông thường mà không cần phải thay đổi lớn Hãng Ecrete Úc thương mại hóa nhiều sản phẩm Panel đúc sẵn, ống cống, cống hộp, bệ xí tự hoại, hố thu rác, gạch lát , trang trí, cách âm… Ở Việt Nam có loại sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ bê tơng geopolymer gạch đất không nung, nhiên chưa sử dụng rộng rãi Ngồi có số nghiên cứu bê tông chịu lửa sở geopolymer Viện vật liệu xây dựng Cơng trình nghiên cứu ứng dụng thực tế với lượng không nhiều Một số nghiên cứu sản xuất geopolymer từ hỗn hợp bùn đỏ tro bay sản xuất gạch Block bê tơng geopolymer có cường độ nén đạt 100kg/cm2 có giá thành rẻ gạch bê tơng xi măng thơng thường 10% I.3 Tính bền vững lợi ích việc sử dụng bê tơng geopolymer • Theo Davidoits [9], bê tơng geopolymer có khả giảm hiệu ứng nhà kính sản xuất xi măng thơng thường tạo 0.35 CO từ phản ứng phân hủy khoáng cacbonat với 0.42 CO2 đốt nhiên liệu than Cacbon Như xấp xỉ CO2 sinh sản xuất xi măng sản xuất chất kết dính Geopolymer sinh 0.18 CO từ đốt cháy nhiên liệu Như so với CO2 sinh sản xuất xi măng sản xuất chất kết dính geopolymer thấp lần • • Bên cạnh bê tơng geopolymer có sử dụng chất thải rắn cơng nghiệp tro bay từ nhà máy nhiệt điện than, tro trấu từ nhà máy nhiệt điện trấu mang lại nhiều lợi ích khác giảm thiểu ảnh hưởng đến mơi trường khơng khí, nước đất, đến sức khỏe người Hiện chất thải tồn đọng chiếm diện tích ao hồ bãi chứa lớn Khi sử dụng nguồn phế thải chi phí đầu tư chi phí sản xuất bê tông geopolymer giảm nhiều II CĂN CỨ THỰC TIỄN ĐỂ LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Như thấy bê tông geopolymer mặt tính chất có nhiều ưu điểm so với bê tông xi măng thông thường mặt môi trường coi loại bê tơng xanh thực tế chưa phổ biến nước ta, lý cho điều là: 1- Phần lớn nhà máy xi măng lo ngại sụt giảm lợi nhuận 2- Nguyên liệu để chế tạo geopolymer gồm thành phần Alumino silicat nhằm cung cấp Si Al có q trình Polymer hóa chất hoạt hóa kiềm dung dịch NaOH thủy tinh lỏng Na 2O4SiO2 nhằm tạo mơi trường kiềm thực phản ứng Polymer hóa Alumino silicat sử dụng loại phế thải nhà máy nhiệt điện than tro bay có hàm lượng SiO (58%) Al2O3 (28%) cao CaO thấp Cịn chất hoạt hóa kiềm NaOH dễ dàng mua thị trường, Natrisilicat Na 2O4SiO2 sản xuất quy mô công nghiệp chủ yếu từ nguyên liệu cát trắng dạng tinh thể thạch anh có cấu trúc bền vững, trở mặt hóa học, phản ứng với soda Na 2CO3 nung chảy 1400oC, trình sản xuất tiêu tốn nhiên liệu, giá thành sản xuất cao làm cho bê tông geopolymer khó có khả cạnh tranh thị trường so với bê tông xi măng thông thường Đây nguyên nhân tạo vắng mặt sản phẩm bê tông Geopolymer thị trường Việt Nam Nhằm khắc phục nguyên nhân nêu trên, đề tài dưa ý tưởng điều chế thủy tinh lỏng Na2O4SiO2 từ NaOH tro trấu Tro trấu (rice husk ash) loại phế thải phổ biến nước ta Nó chứa hàm lượng SiO lớn (>85%), đặc biệt SiO2 tro trấu lại dạng vô định hình, cấp hạt mịn, có hoạt tính cao dễ dàng phản ứng với dung dịch NaOH nhiệt độ thường Như biết Việt Nam nước có nơng nghiệp lúa nước phát triển với sản lượng 44 triệu lúa năm Vỏ trấu chiếm 20% tương đương 8,8 triệu tấn/năm Vỏ trấu đốt sinh 20% tro trấu tương đương với 1,76 triệu tấn/năm Do sử dụng tro trấu làm nguyên liệu cung cấp SiO cho trình sản xuất Na2OnSiO2 lúc đáp ứng mục tiêu: giảm chi phí lượng, giảm giá thành, khai thác có hiệu nguồn phế thải tro trấu khổng lồ làm giảm thêm khả gây ô nhiễm môi trường - Ý tưởng xuất phát từ kết nghiên cứu nhóm sinh viên trường đại học khoa học Huế gồm Hồ Phước Hiệp, Nguyễn Thị Huệ Giang Trần Thị Liên Phó giáo sư, Tiến sĩ Trần Ngọc Tuyền hướng dẫn năm 2014 Q trình thực nhóm nghiên cứu xây dựng quy trình điều chế thủy tinh lỏng từ tro trấu quy mơ phịng thí nghiệm tạo modun SiO 2/Na2O 2,32 Sản phẩm sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất vật liệu vi mao quản Zeolite Như nội dung đề tài nghiên cứu chế tạo bê tơng Geopolymer từ tro bay dung dịch kiềm hóa NaOH Na 2OnSiO2, Na2O4SiO2 tạo từ tro trấu dung dịch NaOH điều kiện phản ứng tốt chưng áp nhiệt độ 150oC (P = 5at) III THỰC NGHIỆM III.1 Nguyên liệu Tro bay lấy từ sản phẩm tro bay nhiệt điện Phả Lại ký hiệu SCL FLY ASH sản xuất bời công ty cổ phần Sông Đà Cao Cường từ nguồn phế thải tro xỉ nhiệt điện Phả Lại sau tuyển tách than chưa cháy hết Thành phần hóa học xuất sứ trình bày hình Đây hợp chất chứa 58% SiO 2, 28% Al2O3 than chưa cháy hết (MKN) nhỏ 6% có hoạt tính cao Tro trấu láy từ nguồn chất thải trình đốt trấu cấp nhiệt sấy tro bay công ty cổ phần vật tư xi măng Bắc Giang Hàm lượng SiO 85% (Hình 6) Natri Hydroxit dạng kỹ thuật mua thị trường với giá 10000d/kg (Hình 6) Cát vàng Φ < 2mm, đá Φ