Vật liệu geopolymer được tạo thành từ tro bay

Mục lục Chương 1: Tổng quan về polymer vô cơ. 1.1 Giới thiệu về Geopolymer. 1.1.1 Geopolymer 1.1.2 Sự phát triền của vật liệu geopolymer 1.1.3 Quá trình hình thành cấu trúc của geopolymer 1.1.4 Lợi ích của việc sử dụng Geopolymer 1.2 Thành phần của Geopolymer. 1.2.1 Dung dịch NaOH 1.2.2 Tro bay 1.2.3 Dung dịch Na2SiO3 1.3 Đặc tính của Geopolymer 1.3.1 Đặc tính 1.3.2 Độ bền và khả năng chịu lực 1.3.3 Tận dụng phế thải công nghiệp 1.3.4 Nhược điểm 1.4 Ứng dụng Chương 2: Phương pháp tiến hành. 2.1 Nguyên liệu 2.2 Dụng cụ 2.3 Phương pháp 2.3.1 phương pháp thực hiện 2.3.2 Tạo mẫu và dưỡng mẫu Chương 3: Kết quả và đánh giá 3.1 Mẫu 1(tác nhân phản ứng NaOH) 3.1.1 Test 1 3.1.2 Test 2 3.1.3 So sánh kết quả 2 Test 3.2 Mẫu 2(tác nhân phản ứng Na2SiO3NaOH) 3.2.1 Test 1 3.2.2 Test 2 3.2.3 So sánh kết quả 2 Test Chương 4: Kết luận

Mục lụcChương 1: Tổng quan về polymer vô cơ.

1.1 Giới thiệu về Geopolymer

1.1.1 Geopolymer1.1.2 Sự phát triền của vật liệu geopolymer1.1.3 Quá trình hình thành cấu trúc của geopolymer1.1.4 Lợi ích của việc sử dụng Geopolymer

1.2 Thành phần của Geopolymer

1.2.1 Dung dịch NaOH1.2.2 Tro bay

1.2.3 Dung dịch Na2SiO31.3 Đặc tính của Geopolymer

1.3.1 Đặc tính1.3.2 Độ bền và khả năng chịu lực1.3.3 Tận dụng phế thải công nghiệp1.3.4 Nhược điểm

3.1 Mẫu 1(tác nhân phản ứng NaOH)

3.1.1 Test 13.1.2 Test 23.1.3 So sánh kết quả 2 Test3.2 Mẫu 2(tác nhân phản ứng Na2SiO3/NaOH)

3.2.1 Test 13.2.2 Test 23.2.3 So sánh kết quả 2 TestChương 4: Kết luận

Tổng quan

Tro bay (fly ash - FA) là những hạt tro rất nhỏ bị cuốn theo khí từ ống khói của cácnhà máy nhiệt điện do đốt nhiên liệu than Loại phế thải này nếu không được thu gom,tận dụng sẽ không chỉ là một sự lãng phí lớn mà còn là một hiểm họa đối với môi trường-nhất là trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp hiện nay Chính vìvậy, việc nghiên cứu, xử lý, tận dụng tro bay trong các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật đã vàđang được các nhà khoa học, công nghệ trong và ngoài nước quan tâm đặc biệt

Tro bay có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống kỹ thuật, các ứng dụngcủa tro bay được chia thành ba nhóm: ứng dụng công nghệ thấp, ứng dụng công nghệtrung bình và ứng dụng công nghệ cao Các ứng dụng công nghệ thấp như sử dụng trobay trong san lấp, làm đê kè, vỉa hè và nền đường, ổn định lớp móng, cải tạo đất, Cácứng dụng công nghệ trung bình như sử dụng tro bay trong xi măng, cốt liệu nhẹ, các loại

bê tông đúc sẵn/bê tông đầm lăn, gạch, đá ốp lát,… Các ứng dụng công nghệ cao liênquan đến việc sử dụng tro bay làm nguyên liệu để thu hồi kim loại, chất độn chocompozit nền kim loại, compozit nền polyme và làm chất độn cho một số ứng dụng khác.Việc sử dụng tro bay như vật liệu thay thế xi măng thông thường còn góp phần giảmthiểu lượng khí thải CO2, tận dụng được nguồn nguyên liệu thải từ các nhà máy nhiệtđiện góp phần giải bài toán tồn chứa, xử lý, sử dụng

Thực nghiệm này chỉ ra sự ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến sức chịu nén của vật liệugeopolymer được tạo thành từ tro bay Mục đích của nghiên cứu thực hiện với các nồng

độ khác nhau của NaOH để đạt được sức chịu nén cao nhât

Bài viết gồm 4 chương

• Chương 1 : tổng quan về geopolymer

• Chương 2 : phương pháp tiến hành

• Chương 3 : kết quả và đánh giá

• Chương 4 : kết luận

Nồng độ của NaOH được khống chế từ 8M đến 16M Với mỗi nồng độ của dungdịch NaOH sẽ được trộn với Na2SiO3 ,sau đó trộn với tro bay để tạo mẫu Mẫu được để ởnhiệt độ phòng một ngày và được bảo dưỡng ở nhiệt độ 60oC trong 3 ngày

Chương 1: Tổng quan về Geopolymer

1.1 Giới thiệu về Geopolymer

và một số quốc gia phát triển khác Chất kết dính geopolymer được tạo ra từ những phảnứng của dung dịch kiềm với các chất có chứa hàm lượng lớn hợp chất Silic và Nhôm.Chất kết dính này còn được gọi với một cái tên khác là chất kết dính kiềm hóa

Geopolemer là một loại vật liệu rắn tổng hợp từ nguyên liệu aluminosilicate với mộtdung dịch kiềm để tạo ra sản phẩm có sức bền và chịu nén có cường độ cao Như vậy,nguyên liệu để chế tạo vật liệu geopolymer gồm hai thành phần chính là nguyên liệu banđầu và chất hoạt hóa kiềm Nguyên liệu ban đầu thường ở dạng aluminosilicate nhằmcung cấp nguồn Si và Al cho quá trình geopolymer hóa Chất hoạt hóa kiềm phổ biếnnhất là các dung dịch NaOH, KOH và thủy tinh lỏng natri silicat nhằm tạo môi trườngkiềm và thực hiện phản ứng geopolymer hóa Vật liệu geopolymer từ aluminosilicate tạothành từ mạng lưới polysialate trên cơ sở các các tứ diện SiO4 và AlO4 với công thức:Mn[-(SiO2)z-AlO2]n.wH2O Trong đó M là nguyên tố kiềm Na, K hay kiềm thổ Ca; n làmức độ đa trùng ngưng; z là 1, 2, 3 hoặc lớn hơn Phụ thuộc vào tỉ lệ SiO2/Al2O3 ta có baloại đơn vị mắt xích cơ sở khác nhau: -Si-O-Al-O-, polysialate (PS), SiO2/Al2O3 = 2,tương ứng với tỉ lệ Si/Al =1; -Si-O-Al-O-Si-O-, polysialate-siloxo (PSS), SiO2/Al2O3 = 4,tương ứng với tỉ lệ Si/Al = 2; -Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-, polysialate-disiloxo (PSDS),SiO2/Al2O3 = 6, tương ứng với tỉ lệ Si/Al = 3 Như vậy, vật liệu geopolymer được chế tạonhờ vào quá trình polymer hóa nguyên liệu aluminosilicat trong môi trường kiềm ở nhiệt

độ thường, vật liệu có cấu trúc vô định hình đến nửa tinh thể

1.1.2 Sự phát triền của vật liệu Geopolymer

Năm 1978, Davidovits đã giới thiệu cụm từ “geopolymer” được mô tả giống như vật liệu

có đặc tính giống với xi măng Công nghệ geopolymer hạn chế khoảng 80% lượng nhiệtbởi vì quá trình sản xuất không yêu cầu sử dụng nhiệt độ cao để nung giống như xi măng

geopolymer cũng bộc lộ những đặc tính chịu được lửa và nhiệt độ cao giống như ximăng Vật liệu này sử dụng rất ít các nguyên liệu có nguồn gốc từ tự nhiên, yêu cầu rất ítnăng lượng, và có rất ít khí CO2 thải ra môi trường Tro bay được xem như một loại hợpchất vô cơ là sản phẩm thải ra của quá trình đốt than đá trong các lò nhiệt Tro bay nếuphát tán ra môi trường mà không có biện pháp thu xử lí thì sẽ rất gây ô nhiểm đến môitrường geopolymer là một vật liệu nhân tạo ngoài những đặc tính giống với xi măng thìcòn có thể chứa được các chất thải độc hại Dung dịch kiềm tác dụng với silic và nhôm cótrong các khoáng tự nhiên Việc sử dụng bê tông geopolymer kết dính tro bay có thể làmgiảm hiện tượng nóng lên của trái đất hạn chế hiệu ứng nhà kính từ 25 – 46 (%) so với bêtông xi măng thông thường.

Khái niệm chất kết dính geopolymer và vật liệu Polyme thường gắn liền với nguồn gốchữu cơ như keo epoxy, chất dẻo tổng hợp Trước những năm 80 của thế kỷ trước, kháiniệm polymer vô cơ còn khá mới mẻ và ít được thừa nhận Tuy nhiên, khi đi sâu vào việcphân tích hóa lý cho thấy quá trình hút nhau giữa các điện tích trái dấu ở một số vật liệuphù hợp sẽ hình thành nên các mạch Polyme đa phân tử rất dài với bộ xương là các

khoáng vật liệu bền vững Các Polymer thu được có những tính chất hóa học, lý học và

cơ học bền vững, có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Các nghiên cứu về chất kếtdính polymer vô cơ và vật liệu polymer vô cơ đã được triển khai ở một số nước trên thếgiới và đã đạt được nhiều thành tựu khả quan Tuy nhiên, vấn đề này ở nước ta vẫn cònkhá mới mẻ, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng

Ở Mỹ, ứng dụng chủ yếu của chất kết dính geopolymer là sản xuất xi măng geopolymerđóng rắn nhanh (Pyrament Blended Cement – PBC) PBC được nghiên cứu sản xuất vàứng dụng trong các sân bay quân sự từ năm 1985 Sau đó PBC được dùng nhiều trongsửa chữa đường băng máy bay làm từ bê tông, sàn nhà công nghiệp, đường cao tốc, loại

xi măng này có thể đạt được cường độ 20 MPa chỉ sau 4 - 6 h đóng rắn Một loại xi mănggeopolymer khác cũng được nghiên cứu sử dụng là xi măng geopolymer bền axit Năm

1997, công ty Zeo tech corp đã thương mạu hóa sản phẩm bê tông geopolymer bền axit.Sản phẩm này được dùng nhiều trong các nhà máy hóa chất và thực phẩm

Ở Úc, bê tông geopolymer đã và đang ứng dụng trong thực tiễn như các thanh tà vẹt đúcsẳn, đường ống cống và các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn khác trong xây dựng Với cácđặc tính tốt nhất của các cấu kiện đúc sẳn là cho cường độ tuổi sớm cao sau khi bảodưỡng hơi nước hoặc dưỡng hộ nhiệt Trong báo cáo về quá trình sản xuất các thanh tàvẹt bê tông geopolymer trên cơ sở geopolymer tro bay, Palomo et al cho rằng các kếtcấu bê tông geopolymer có thể dễ dàng được sản xuất bằng những công nghệ sản xuất bêtông hiện tại mà không cần phải có những thay đổi lớn nào Mốt số nghiên cứu khác cũng

đã sản xuất các sản phẩm ống cống bê tông geopolymer cốt thép đúc sẵn có đường kính

từ 375-1800mm, các cống hơp bê tông geopolymer cốt thép có kích thước1200x600x1200mm Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng chịu môi trường ăn mòn nhưnước thải xâm thực rất tốt và tương đương các sản phẩm bê tông xi măng

Bê tông geopolymer có hoạt tính kiềm cũng được thương mại hóa ở Úc với nhãn hiệukinh doanh E-Crete™ E-Crete được tái chế từ tro bay và xỉ lò cao cùng với các chất hoạttính kiềm thích hợp và hiện có sẳn ở dạng đúc sẵn và trộn sẵn Các sản phẩm đúc sẳn củaE-Crete chủ yếu như các tấm Panel đúc sẵn, các ống nắp và đấy cống, công hộp, bể xí tựhoại, hố thu rác, gạch lát vĩa hè, tấm ốp lát trang trí hoặc cách âm

Ở Việt Nam, vật liệu geopolymer chưa được sử dụng rộng rãi trong các công trình xâydựng Đã có một số nghiên cứu bước đầu về bê tông geopolymer như bê tông chịu lửakhông xi măng của nhóm nghiên cứu ở Viện Vật liệu Xây dựng Bê tông cốt liệu không

xi măng dựa trên liên kết alumina có tên thương mại là alphabond 300, bê tông cốt liệu ít

xi măng là công nghệ chế tạo đơn giản, thời gian sử dụng của vật liệu này tăng, tính chất

cơ nhiệt tốt như tăng nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng và tăng đô bền uốn ở nhiệt độ cao

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công bê tông cốt liệu không xi măng ứng dụng vàothực tế Một nghiên cứu khác về ứng dụng chất kết dính geopolymer là sản xuất vật liệukhông nung từ phế thải tro bay và xỉ lò cao cũng được thực hiện vào năm 2011 Kết quảnghiên cứu đã xây dựng được quy trình sản xuất vật liệu gạch block bê tông geopolymer

có cường độ nén đạt trên 10MPa, có giá thành rẻ hơn gạch block bê tông xi măng cốt liệukhoảng 15%

Chất kết dính geopolymer là một loại chất kết dính mới có thể thay thế cho xi măngtruyền thống Nguồn vật liệu sử dụng cho các phản ứng là các vật liệu chứa nhiều nguyên

tố Nhôm(Al) và Silic(Si) có trong đất sét, mê ta cao lanh hay là tro bay,… Hầu hết cácnghiên cứu tiến hành đến nay chủ yếu là sử dụng dung dịch alkaline silicate để hòa tan vàkích hoạt phản ứng phân tử geopolymer Sản phẩm phản ứng tùy thuộc vào cả chất kíchhoạt và vật liệu ban đầu Với vật liệu có chứa Si+Ca thì sản phẩm chủ yếu là gel CSH,còn với vật liệu có chứa Si+Al thì sản phẩm tạo ra là Zeolite giống như Polymer

1.1.3 quá trình hình thành cấu trúc của vật liệu geopolyme

Cơ chế phản ứng của chất kết dính Geopolymer

Trên rất nhiều cơ sở nghiên cứu chất kết dính kiềm kích hoạt (alkaline- activated

Cement), có thể chấp nhận 2 khái niệm khác nhau là xỉ lò cao ngiền mịn kiềm kích hoạt (alkaline activated GGBFS) và geopolymer Chất kiềm kích hoạt của GGBFS có kiểu (Ca+Si) và chất kết dính geopolymer có kiểu kết dính (Al+Si) với metakaolin và tro bay làm vật liệu chính như Hình 1.2 Phân tích ảnh SEM cho thấy, trước khi hoạt hóa tro bay

có dạng hình cầu với nhiều kích cỡ khác nhau và chứa tinh thể mulit và sắt Sau khi hoạt hóa, một số hạt cầu chưa phản ứng và gel Aluminosilicate (có tỉ lệ mol Si/Al : 1.6-1.8 và Na/Al : 0.46-0.68) trong vữa chỉ chứa chất kích hoạt là NaOH Khi chất kích hoạt có chứa nước thủy tinh thì sản phẩm cuối cùng đặc hơn với tỷ lệ mol Si/AL : 2.7 và Na/Al : 1.5

Hình 1.2 metakaolin (a) và tro bay (b) với NaOH

Cơ chế động học phản ứng tạo ra geopolymer giải thích quá trình đông kết và rắn chắc của chất kết dính kiềm hoạt hóa vẫn còn là một bí ẩn Theo Glukhovsky, cơ chế quá trìnhkiềm hoạt hóa bao gồm các phản ứng phân hủy nguyên liệu dạng cấu trúc ổn định thấp vàphản ứng nội tại Trước tiên là quá trình bẻ gảy các liên kết cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-

Si khi nồng độ pH của dung dịch kiềm tăng lên cao Vì thế những nhóm nguyên tố này chuyển sang hệ keo, sau đó sảy ra sự tích tụ các sản phẩm bị phá hủy với phản ứng nội tạigiữa chúng tạo ra cấu trúc ổn định thấp và cuối cùng là quá trình hình thành cấu trúc đông đặc

Granizo đã nghiên cứu chất kết dính Metakaolin hoạt hóa kiềm và cho rằng có 2 phản ứng khác nhau khi chất kiềm hóa chỉ là NaOH hoặc thủy tinh lỏng Ở trường hợp thứ nhất, sau khi hòa tan một thời gian, các sản phẩm phá hủy bắt đầu tích tụ Trong trường hợp thứ 2, ngay sau khi xảy ra sự hòa tan sẽ sảy ra quá trình trùng hợp

Trong quá trình phản ứng tạo ra chất kết dính geopolymer thì đồng thời cũng cục Theo kíhiệu hóa học của geopolymer do Davidovist đề xuất thì dùng tên là “polysialates” mỗi

“sialates” là một ký hiệu viết tắt của oxit kép aluminosilicate Các mạng lưới phát sinh ranhiệt độ và tỏa nhiệt ra bên ngoài có thể gây mất nước dung dịch toàn sialates bao gồm cái anion tứ diện [SiO4]4- và [AlO4]5- chung nhau

nguyên tử oxi và chúng cần các ion dương như Na+, K+, Li+, Ba2+, NH4 , H3O+ để

cân bằng điện tích của Al3+ trong khối tứ diện

Hình 1.3 Sự hoạt hóa vật liệu alumo-silicat Palomo.et.al cũng có cùng quan điểm này khi cho rằng, có 2 kiểu hoạt tính kiềm có thể sảy ra, kiểu thứ nhất xảy ra khi chất kích hoạt của xỉ lò cao (Si+Ca) là dung dịch kiềm yếu, sản phẩm chủ yếu sẽ là CSH Kiểu thứ 2 đối với chất hoạt hóa kiềm của Metakaolin

là dung dich kiềm từ trung bình đến mạnh Sản phẩm cuối cùng có dạng mạch trùng hợp

và có cường độ cơ học cao Với trường hợp đầu tương tự như quá trình hình thành Zeoloite (khoáng Nhôm) Còn với chất hoạt hóa kiềm của tro bay xảy ra sự tỏa nhiệt trong quá trình hòa tan, phân tách các liên kết công hóa trị O-Si-O và Al-O-Al Nhìn chung các sản phẩm tùy thuộc vào sự phá vỡ cấu trúc của tro bay trong khoảng thời gian đầu và cuối cùng là quá trình ngưng kết tạo cấu trúc chuỗi một cách có trật tự tạo ra sản phẩm có cường độ cơ học cao

Joseph Davidovist cho rằng dung dịch kiềm có thể sử dụng để phản ứng với Silic và Nhôm trong nguồn vật liệu khoáng hoặc trong vật liệu phế thải tro bay, tro trấu để chết tạo chất kết dính Bởi vì phản ứng hóa học xảy ra trong trường hợp này là quá trình trùng hợp cho nên ông gọi là geopolymer Thông số chính quyết định đến tính chất và dạng sử dụng của một loại geopolymer là tỷ lệ Si/Al, với vật liệu xây dựng tỷ lệ Si/Al khoảng xấp

xỉ 2

Hình 1.4 mô tả phản ứng tro bay với dung dịch kiềmHình 1.4 chỉ ra rằng quá trình tan rã của Nhôm và Silic sảy ra khi dung dịch kiềm hóa được cho vào tro bay Sau đó, các phân tử ngưng tụ thành dạng Gel Dung dịch kiềm hóa tấn công vào vào bề mặt tro bay tạo thành các hố lớn trên bề mặt, sau đó lan ra các hố khác trên bề mặt tro bay Quá trình phản ứng từ bên trong và bên ngoài của hạt tro bay

Quá trình kiềm hóa

Quá trình tan rã của Silic và Nhôm sảy ra khi tro bay được cho vào dung dịch kiềm hoàn toàn Các tinh thể bắt đầu động đặc và tạo thành dạng Gel, dung dịch kiềm sẽ bao bọc bề

mặt các hạt tro bay và mở rộng ra các lỗ rổng giữa các hạt tro bay rồi đến các hạt nhỏ và các lỗ rỗng khác Quá trình phản ứng kiềm hòa diễn ra từ bê trong lẫn bên ngoài vì vậy hầu hết các hạt tro bay được tan rã trong dung dịch kiềm Quá trình phản ứng của

Alumino-silicat trong môi trường kiềm mạnh được mô tả như sau : đầu tiên là quá trình

bẻ gảy liên kết của Si-O-Si, các pha mới bắt đầu xuất hiện, cơ chế này là quá trình hòa tan Tiếp theo là sự xâm nhập của nguyên tố Nhôm(Al) vào cấu trúc phân tử Si-O-Si, đây

là quá trình đặc trưng nhất của phản ứng kiềm Gel Alumino-silicat được hình thành, hợp chất được tạo thành từ phản ứng có công thức học học đặc trưng như sau : Mn[-(Si-O)z-Al-O]n.wH2O Các pha C-S-H và C-A-H được tạo thành phụ thuộc vào các nguồn vật liệu ban đầu, điều kiện phản ứng và lượng nước trong quá trình phản ứng

Quá trình hình thành cấu trúc phân tử

Quá trình hình thành cấu trúc phân tử geopolymer về căn bản là các phản ứng của các khoáng Nhôm và Silic trong điều kiện dung dịch kiềm cùng với dung dịch thủy tinh lỏng,kết quả là phản ứng tạo ra cấu trúc không gian 3 chiều chứa các nguyên tử Si-O-Al-O, có thể viết lại công thức hóa học của phân tử geopolymer như sau :

Mn[ (SiO2)z AlO2 ]nwH2O Trong đó:

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

• n : là mức độ trùng ngưng của phản ứng

• z : có giá trị 1, 2, 3

Các quá trình phản ứng tạo ra chất kết dính geopolymer diễn ra khá phức tạp, có rất nhiều quá trình phản ứng sảy ra đồng thời mà rất khó có thể nhận biết được, theo một số nghiên cứu trước thì quá trình tổng hợp geopolymer có thể được mô tả bằng những phương trình phản ứng như sau :

n(Si2O5, Al2O3) + 2nSiO2 +4nH2O + NaOH/KOH  Na+, K+ +

n(OH)3 –Si – O – Al - O – Si – (OH)3 (1)

n(OH)3 –Si – O – Al - O – Si – (OH)3 + NaOH/KOH 

(Na+, K+) – (Si—O–Al—O—Si—O) + 4nH2O (2)

Từ 2 phương trình phản ứng tổng hợp chất kết dính geopolymer được trình bày bên trên

Có thể thấy rằng, ở phương trình thứ nhất có thể tạm gọi là quá trình tan rã các nguyên tố

Si và Al vào trong dung dịch kiềm, từ đó sản phẩm tạo ra sẽ tiếp tục tác dụng với dung

dịch kiềm ở phương trình thứ hai để tạo ra cấu trúc xương sống của phân tử geopolymer Các phân tử riêng lẻ là cấu trúc xương sống chất kết dính geopolymer này sẽ tiếp tục thực hiện quá trình đa trùng ngưng tạo thành chuỗi vô hạn liên kết với nhau tạo ra chất kết dính geopolymer hay là polymer Qua quan sát dưới kính viển vi điện tử, có thể nhậnbiết rằng biết rằng cấu trúc của tinh thể geopolymer là cấu trúc vô định hình, không có hướng xác định và có tính kết dính vật liệu khác

Các sản phẩm thủy hóa

Các sản phẩm phản ứng tùy thuộc vào cả chất kích hoạt và vật liệu ban đầu Với vật liệu

có chứa (Si+Ca) thì sản phẩm chủ yếu là gel CSH Còn với vật liệu có (Si+Al) thì sản phẩm phản ứng là zeolite giống như polyme Sản phẩm thủy hóa của GGBFS hoạt hóa kiềm được khống chế bởi thành phần của xỉ, loại chất kích hoạt và PH của môi trường Nhiều tác giả nhận ra rằng sản phẩm của mê ta cao lanh với dung dịch NaOH là gel N-A-S-H có tính chất cơ học tốt Điều này được khẳng định qua kết quả FTIR và 27Al, 29Si MAS-NMR, có cấu trúc mạng 3 chiều [Q4(Al)] gồm SiO4 và AlO4 liên kết với nhau bằng cách chung nguyên tử O Công thức chung của sản phẩm phản ứng là 2SiO2.Al2O3.2H2O Khi chất kích hoạt là hỗn hợp NaOH và nước thủy tinh, vật liệu được tạo ra có dạng vô định hình và có tính kết dính, nhưng cấu trúc và thành phần của chúng khác so với sản phẩm được tạo khi sử dụng chất kích hoạt chỉ là NaOH Bên cạnh đó, các gel N-A-S-H

vô định hình có thành phần hóa học giống như vật liệu khoáng zeolite tự nhiên nhưng không có cấu trúc tinh thể zeolite lớn Theo ký hiệu hóa học của geopolymer do

Davidoits đề xuất thì dùng tên “polysialates”, mỗi sialate là một ký hiệu viết tắt của oxit kép aluminosilicat Mạng lưới sialate bao gồm các anion tứ diện [SiO4]4- và [AlO4]5-

chung nhau nguyên tử oxy và chúng cần các ion dương như (Na+, K+, Li+, Ba2+, NH4+,

H3O+) để cân bằng điện tích của Al3+ trong khối tứ diện Polysialate có thể viết tắt theo công thức: Mn{-SiO2)z-AlO3}n.wH2O, trong đó n là mức độ trùng hợp, z là 1, 2 hoặc 3 và

M là ion dương kiềm như Kali, Natri Các dạng kết hợp khác nhau của poly(sialate) đượcnêu trong hình 1.5tắt theo công thức: Mn{-SiO2)z-AlO3}n.wH2O, trong đó n là mức độ trùng hợp, z là 1, 2 hoặc 3

Hình 1.5 cấu trúc poly(sialates) theo Davidovits

Theo Fernandez-Jimenez and Palomo , từ kết quả XRD của chất kết dính tro bay hoạt hóakiềm cho thấy pha tinh thể gốc không thay đổi theo phản ứng của chất kích hoạt Một số pick cho thấy xuất hiện khoáng thạch anh nhiều có thể do thành phần hạt cát còn lại ở mẫu Thành phần zeolite cũng xuất hiện ở kết quả XRD dưới dạng khoáng

hydroxysodalite (Na4Al3Si3O12OH) và herschelite (NaAlSi2O6.3H2O) Khi phân tích ảnh SEM cho thấy trước khi hoạt hóa, tro bay có dạng hình cầu với kích thước khác nhau và chứa tinh thể mulit và sắt Sau khi hoạt hóa, có một số hạt cầu chưa phản ứng và gel aluminosilicat (có tỷ lệ mol Si/Al=1.6-1.8 và Na/Al=0.46-0.68) trong vữa chỉ chứa chất kích hoạt là NaOH Khi chất kích hoạt có chứa nước thủy tinh thì sản phẩm cuối đặc hơn với tỷ lệ mol Si/Al=2.7 và Na/Al=1.5

Xie và Xi đã nghiên cứu tro bay sử dụng chất kiềm kích hoạt là hỗn hợp NaOH và thủy tinh nước, qua kết quả phân tích ảnh SEM cho thấy lượng lớn pha thủy tinh tìm thấy chưaphản ứng với thủy tinh nước và vẫn đang được kết tinh Theo kết quả phân tích XRD, có rất ít pick cho thấy sản phẩm phản ứng của tro bay Krivenko và Kovalchuk , cũng cho rằng phản ứng hoạt hóa của NaOH và thủy tinh nước với tro bay có hình thành một số loại khoáng zeolite giống như analcine và hydroxysodalite ở tỷ lệ mol cao SiO2/ Al= 4.5-

5

1.1.4 Lợi ích của việc sự dụng Geopolymer

Việc sử dụng geopolymer trên cơ cở chất kết dính tro bay kiềm hoạt hóa có khả năng gópphần giảm hiện tượng nóng dần của trái đất Bê tông geopolymer có khả năng gây hiệuứng nhà kính giảm 26-45% so với bê tông xi măng thông thường

Bên cạnh đó, chất kết dính geopolymer cũng tận dụng các phế thải của quá trình sản xuấtcông nghiệp như tro bay của nhà máy nhiệt điện; xỉ lò cao của nhà máy luyện gang,thép; Cho nên việc sử dụng bê tông geopolymer trong công nghiệp xây dựng còn có thểmang lại nhiều lợi ích khác như: giảm nguy cơ chất thải công nghiệp và diện tích bãichứa chất thải, cải thiện chất lượng ở tuổi dài ngày của bê tông(co ngót khô rất thấp, từbiến thấp, khả năng chống ăn mòn sunphat và axit rất tốt), từ đó giảm chi phí đầu tư vàbảo trì các kết cấu sử dụng bê tông geopolymer,

Về mặt kinh tế, giá thành của 1 tấn tro bay/xỉ chỉ bằng một phần nhỏ so với giá của 1 tấn

xi măng Vì vậy sau khi tính cả giá của dung dịch kiềm kích hoạt thì giá của bê tônggeopolymer tro bay sẽ thấp hơn khoảng 10-30% so với giá của bê tông xi măng

1.2 Thành phần của Geopolymer

1.2.1 Dung dịch sodium hydroxyde (NaOH)

Dung dịch NaOH được sử dụng chủ yếu để làm chất hoạt hóa kiềm pha với dung dịchthủy tinh lỏng như Natri silicat (Na2SiO3) hoặc Kali silicat (K2SiO3) Hỗn hợp này đóngmột vai trò cực kì quan trọng trong phản ứng kiềm hóa và có tác dụng làm tan rã cácthành phần khoáng của hạt tro bay Chức năng tách ion Al3+ và Si4+ trong dung dịch natrihydroxite (NaOH) cũng tương tự như trong dung dịch kali hydroxite (KOH) Do đó dungdịch kiềm có nhiệm vụ khử Nhôm và Silic trong các hạt tro bay ban đầu và từ đó quyếtđịnh đặc tính độ cứng của geopolymer Có thể nói rằng, sự có mặt của dung dịch NaOHtrong các phản ứng giúp tăng tốc độ phản ứng và làm Gel tạo ra sẽ dẻo hơn Gel đượcxem như sản phẩm của việc trộn hỗn hợp dụng dịch kiềm và thủy tinh lỏng, vì vậy trongGel sinh ra sẽ chứa rất nhiều nguyên tố Na và Al

1.2.2 Tro bay

Định nghĩa

Tro bay hay còn gọi là “tro nguyên liệu phun” bao gồm các loại bột mịn thu được từ việcđốt than trong các nhà máy nhiệt điện công nghiệp và có đường kính cỡ hạt khác nhau.Tro bay được phân chia thành 2 cấp đó là F và C theo ASTM Thành phần hóa học củatro bay là các khoáng có trong các quặng thang đá và có đặc tính phụ thuộc vào tỉ lệ

thành phần khoáng cấu thành nên Trong đó, thành phần khoáng silicate (SiO2) chiếmkhoảng từ 40 – 60% và khoáng Nhôm(Al) chiếm từ 20– 30 (%), còn lại là hàm lượng Sắtthay đổi không xác định Quá trình hoạt hóa tro bay trong dung dịch kiềm rất phức tạp

mà không thể đánh giá được đựa trên hàm lượng cũng như là phần trăm tỷ lệ Kali/Natri

Hình 1.6 Cấu trúc SEM của vi hạt tro bayMột trong những lý do lớn nhất để sử dụng tro bay trong bê tông geopolymer nhằm tăngcường độ của bê tông trong quá trình ninh kết và tăng độ bền liên kết trong quá trình sửdụng Trong quá trình hydrat hóa tro bay, tro bay sẽ tác dụng với canxi hydroxite để tạothành Canxi silicat và Canxi aluminat làm giảm đi hiện tượng thấm canxi hydroxite(Ca(OH)2) trong bê tông và tăng khả năng chống thấm của bê tông Tro bay có cấu trúcphân tử tinh vi hình cầu vì vậy nó sẽ cải thiện và tăng độ bền của bê tông vì tỷ lệ nướctrên chất kết dính sẽ giảm

Phân loại

Ở một số nước, tùy vào mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay theo các loạikhác nhau Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, trobay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay có hàm lượngcanxi cao Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự do trên 1%)

là loại tro bay có hàm lượng canxi cao Do đó, CaO trong tro bay hoặc CaO tự do được

sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp.Theo cách phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu hơi vàng trong khi

đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu hơi xám

Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại :

• Loại F: Hàm lượng CaO ít hơn 8%

• Loại CI: Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%

• Loại C: Hàm lượng CaO lớn hơn 20%

Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618 Theo cáchphân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được phân làm hailoại là loại C và loại F

Bảng 1.1 tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618

Các yêu cầu theo tiêu

chuẩn ASTM C618

Đơ

n

Lớn nhất /nhỏ nhất

Nhóm F

Nhóm C

Yêu cầu hóa học

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % nhỏ nhất 70 50

Yêu cầu hóa học không bắt buộc

Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng % lớn nhất 5 5

Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn % lớn nhất 5 5

Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM:

- Tro bay là loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%

- Tro bay là loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%.

Thành phần hóa học

Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá [5] Thông thường, tro ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn, Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện

Bảng 1.2 thành phần tro bay theo vùng miền

Thàn

h

phần

Khoảng (% khối lượng)

SiO2 28,5-59,7 37,8-58,5 35,6-57,2 50,2-59,7 48,8-66,0

Al2O3 12,5-35,6 19,1-28,6 18,8-55,0 14,0-32,4 17,0-27,8 Fe2O3 2,6-21,2 6,8-25,5 2,3-19,3 2,7-14,4 1,1-13,9 CaO 0,5-28,9 1,4-22,4 1,1-7,0 0,6-2,6 2,9-5,3 MgO 0,6-3,8 0,7-4,8 0,7-4,8 0,1-2,1 0,3-2,0 Na2O 0,1-1,9 0,3-1,8 0,6-1,3 0,5-1,2 0,2-1,3 K2O 0,4-4,0 0,9-2,6 0,8-0,9 0,8-4,7 1,1-2,9 P2O5 0,1-1,7 0,1-0,3 1,1-1,5 0,1-0,6 0,2-3,9 TiO2 0,5-2,6 1,1-1,6 0,2-0,7 1,0-2,7 1,3-3,7

Bảng 1.3 thành phần hóa học tro bay ở Balan từ các nguyên liệu khác nhau

Loại tro bay

Tình hình sử dụng tro bay

Hiện nay tro bay đã và đang được nghiên cứu để sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp Tuy nhiên do nhiều yếu tố khách quan mà các nhà đầu tư, các công ty vẫn chưa đưa tro bay vào sử dụng một cách phổ biến tro bay chỉ được sử dụng ở trông một số lĩnh vực nhất định để thay thế xi măng truyền thống

Bảng 1.4 sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước

TT Nước

sản xuất

Sản lượng tro bay hàng năm (triệu tấn)

2010 là 4.250 MW [16] và dự kiến vào năm 2020 sẽ là 7.240 MW

Bảng 1.5 tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030

suất, MW

Tiêu thụ than, triệu tấn/năm

Lượng tro bay, triệu tấn/năm

Với suất tiêu hao than trung bình khoảng 500 g/kWh, tổng lượng than sử dụng cho nhiệt

điện và lượng tro bay tạo thành được trình bày trong bảng 1.5

Tro bay đã được sử dụng rất thành công trong ngành công nghiệp bê tông trên thế giới hơn 50 năm qua Ở Mỹ có hơn 6 triệu tấn và ở châu Âu là hơn 9 triệu tấn đã được sử dụng trong xi măng và bê tông Có nhiều dự án lớn trong thời gian gần đây sử dụng bê tông tro bay, bao gồm các đập ngăn nước, các nhà máy điện, các công trình ngoài biển, các đường hầm dưới biển, đường cao tốc, sân bay, các tòa nhà thương mại hay dân cư, cầu, các đường ống dẫn,

Đến năm 2008, tổng lượng các sản phẩm từ đốt than đá của nhà máy nhiệt điện ở Châu

Âu là 58 triệu tấn, trong đó tro bay chiếm gần 68% tương đương khoảng 39 triệu tấn Khoảng 18 triệu tấn tro bay được sử dụng trong công nghiệp xây dựng và san lấp hầm

mỏ Phần lớn tro bay làm phụ gia bê tông, kết cấu đường và làm vật liệu để sản xuất clinke xi măng Tro bay cũng được sử dụng trong xi măng trộn, bê trong khối và làm chấtđiền lấp

Cũng như nhiều quốc gia trên thế giới, hàng trăm nhà máy nhiệt điện trên khắp lãnh thổ Trung Quốc thải ra hàng trăm triệu tấn tro bay mỗi năm Do vậy, chính phủ Trung Quốc rất khuyến khích phát triển các công nghệ liên quan đến việc sử dụng tro bay Một vài thành phố đã sử dụng rất tốt tro bay trong những năm gần đây như thành phố Nam Ninh Năm 2005, lượng tro bay được sử dụng ở thành phố này đã vượt qua cả lượng tro bay được tạo ra Tuy nhiên, Nam Ninh chỉ là một trường hợp ngoại lệ Tro bay ở Trung Quốc được sử dụng trong các lĩnh vực chủ yếu sau: Các sản phẩm bê tông (phụ gia cho xi măng, vữa, bê tông, gạch, ); Xây dựng đường giao thông; Xây dựng cảng; Cải tạo đất trồng; Xử lý ô nhiễm nước; Sử dụng để lấp các mỏ hay các vùng đất lớn hơn dọc theo bờ biển Ngoài ra, tro bay còn được sử dụng cho một vài ứng dụng khác như tổng hợp zeolit,chất gia cường cho cao su

Tại Ấn Độ, Chính phủ nước này đã có nhiều quy định để nâng cao nhận thức về lợi ích của việc sử dụng tro bay cho các sản phẩm khác nhau Tro bay là một nguyên liệu tiềm năng tuyệt vời cho sản xuất vật liệu xây dựng như xi măng pha trộn , gạch tro bay , gạch

ố p lát và các khối rỗng trong xây dựng Chúng được ứng dụng một lượng lớn để rải đường, xây dựng kè, và san lấp hầm mỏ Sản phẩm tro bay có nhiều lợi thế hơn so với các sản phẩm thông thường Lượng xi măng sử dụng trong sản xuất sản phẩm xây dựng

có thể giảm bằng cách thay thế bằng tro bay và lượng tro bay thay thế có thể lên đến 50% Những sản phẩm chứa tro bay có độ bền cao, hiệu quả hơn và tiết kiệm đáng kể nguyên liệu Việc sử dụng tro bay ở Ấn Độ đã tạo ra công ăn việc làm cho khoảng 3.000 lao động

Ở nước ta do nhiều yếu tố khác quan khác nhau mà tro bay vẫn chưa được đưa vào sử dụng phổ biến, mới chỉ sử dụng được một phần nhỏ trên tổng sản lượng tro bay sản xuất

ra mỗi năm từ các nhà máy nhiệt điện

• và ứng dụng trong một số ngàng công nghiệp khác

Tính ưu việt của tro bay

1 TĂNG MÁC BÊ TÔNG:

Bê tông là một loại đá nhân tạo được làm chủ yếu bằng xi măng portland Trải qua hơn 3 thế kỷ với kỹ thuật cải tiến không ngừng, xi măng đã được đem ra kết hợp với một silic mịn như là một chất xúc tác để nâng cao chất lượng và độ bền của bê tông Đây là một công nghệ mới, giúp xi măng quy ước có sức mạnh vượt trội, chất xúc tác ưu việt đó chính là tro bay Tro bay khi trộn với xi măng portland và cát sạch sẽ tạo ra được bê tông portland có mác 300 hay 400 Hơn nữa, thêm một ưu điểm của tro bay là nếu được sấy khô trong 12 giờ trở lại (gọi là lưu hóa) thì bê tông có trộn tro bay sẽ đạt mác 500 hay caohơn nữa

2 GIẢM KHẢ NĂNG XÂM THỰC CỦA NƯỚC, CHỐNG CHUA MẶN:

Trụ thép nơi bê tông portland hay bê tông polyme thường bị nước mặn xâm thực qua khe nứt hay lỗ châm kim Nước mặn có Clo gặm mòn cốt thép, làm hỏng công trình Phương pháp khắc phục là trộn tro bay với với xi măng để trám bít khe nứt hoặc chỗ châm kim của bê tông Đây là một giải pháp vừa hiệu quả, vừa kinh tế nhất là các công trình ở vùngnước mặn và vùng biển

3 CHỐNG RẠN NỨT, GIẢM CO GÃY, CẢI THIỆN BỀ MẶT SẢN PHẨM VÀ CÓ TÍNH CHỐNG THẤM CAO:

Tính cực mịn của tro bay có hàm lượng silic cao hay silic nano tạo ra được tính dẻo của

xi măng portland trong quá trình làm ra bê tông Chẳng những tính dẻo giúp cho việc tạo hình, giải phóng khuôn nhanh chóng mà còn giúp cho sản phẩm được tạo ra không bị rạn nứt, không cong vênh, có tính chống thấm cao và bền chắc hơn là chỉ làm bằng xi măng

thông thường Quy luật cơ học còn giúp ta hiểu được tro bay có khả năng làm chất xúc tác để tạo ra các sản phẩm cứng hơn và bền hơn.

4 TÍNH CHỊU LỰC CAO CỦA BÊ TÔNG TỰ NÉN VỚI TRO BAY: PHÁT TRIỂN VÀỨNG DỤNG:

Xi măng portland được trộn với cát và nước tạo ra được một bê tông không nung ở cấp trung bình và tự nén trong thời gian khoảng 03 ngày, đó là điều đang được thực hiện trong ngành công nghiệp xây dựng Tuy nhiên, nếu trộn thêm tro bay vào vữa hồ thì bê tông sẽ có tính chịu lực cao Điều này xảy ra vì các hạt silic nano đã len vào khe hổng của

bê tông và cùng lúc tạo ra một SiO3 nhờ độ pH kiềm của xi măng Đó là một kết quả vừa được công bố của của một công nghệ mới và tiên tiến của thế kỷ 21 Tro bay là một silic

ưu việt, cần được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng

5 CHỐNG ĐƯỢC SỰ XÂM NHẬP CỦA ACID SULFURIC CỦA BÊ TÔNG HIỆN ĐẠI:

Khi khói của các nhà máy bay lên thì có lẫn cặn SO2 Cặn này trộn lẫn với hơi nước của mây tạo thành H2SO4 (Acid Sulfuric), khi mưa sẽ có một lượng nước mưa có vị chua, gọi là mưa acid Mưa này làm cho bê tông portland bị rỗ mặt và sau đó bị rạn nứt theo thời gian Nếu là bê tông cốt thép thì lượng thép nằm bên trong sẽ bị hen gỉ Để chống lại hiện tượng này, dùng tro bay trộn vào bê tông portland, các hạt nhỏ li ti sẽ lấp đầy các khe nứt và chống được sự xâm nhập của H2SO4 có thể phá hỏng cốt thép

6 HIỆU QUẢ CỦA VIỆC XỬ LÝ BỀN VỮNG CỦA BÊ TÔNG BẰNG TRO BAY:

Bê tông của xi măng porland sẽ tăng thêm hiệu quả khi được xử lý với tro bay để có tính bền vững cao Tro bay gặp xi măng portland sẽ nhường CaO cho cặn SiO3 để trở thành một SiO3 không nung, tốt hơn nhiều so với CaO độc lập trong bụi SiO3 có nung (còn gọi

là clinker) Nhờ đó, xi măng có tính bền vững hơn và mức độ chịu tải cũng tốt hơn nhờ

có Silic của tro bay

7 TẠO TÍNH BỀN SULFAT CHO BÊ TÔNG CỦA XI MĂNG PORTLAND:

Xi măng portland trộn với cát và nước ngọt tạo ra một bê tông có độ bền đến 50 năm, nhưng khi trộn với nước mặn, độ bền lại không quá 5 năm Vì khi nung xi măng portland bằng đá vôi và đất sét, bao giờ cũng có một lượng CaO tự do chiếm khoảng 6% trong xi măng Đất vôi này gặp nước lợ hay nước mặn có gốc sulfat, gốc này kết hợp với vôi để tạo ra một muối thạch cao có cơ tính đặc biệt là hút nước và trương nở Sự trương nở đó làm khối bê tông portland rạn nứt theo thời gian, và cuối cùng, phá tan cơ cấu bê tông

Muốn cho cơ cấu bê tông portland chống lại sự rạn nứt ấy, gọi là chống sulfat hay bền sulfat, cần pha tro bay nghèo vôi vào với một tỉ lệ rất thấp Nhờ đó, có thể dùng nước mặn để trộn với xi măng Portland đề làm vữa hồ và khi bêtông đông cứng, có thể ngâm trong nước mặn vẫn được.

8 TÁC DỤNG CỦA TRO BAY ĐẾN VẤN ĐỀ HẠ NHIỆT CHO BÊ TÔNG:

Khi thi công các công trình bê tông khối lớn một vấn đề cấp thiết luôn được đặt ra là làm thế nào để giảm được nhiệt độ trong lòng bê tông Nhiệt độ trong lòng bê tông có thể lớn hơn 400C gây nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt Nên rất cần giản xi măng và bổ xung một lượng chất độn mịn là tro bay để đảm bảo tính công tác, tính chống thấm và cường độ RCC Như vậy việc sử dụng tro bay làm chất độn cho RCC đạt được 3 mục đích: Giảm được lượng nhiệt sinh ra trong lòng bê tông; giảm giá thành bê tông một cách đáng kể; đảm bảo tính dễ thi công và cường độ bê tông

Qua kinh nghiệm của một số nước trên thế giới thì hàm lượng dùng tro bay thay thế xi măng trong bê tông đầm lăn có phạm vi từ 30 – 60%

9 Một số ứng dụng nổi bật của tro bay:

- Tận dụng giá thành thấp của tro bay, thay thế từ 5% - 15% lượng xi măng đang sử dụng trong phối trộn bê tông làm giảm giá thành sản phẩm

- Bê tông có sử dụng tro bay làm phụ gia sẽ làm tăng cường độ lên từ 1,5-2 lần;

Làm tăng độ trơn của vữa giúp giảm chi phí bơm bê tông lên các tầng cao của công trình

và làm cho bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng hơn;

- "Khử vôi tự do CaO" trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây "nổ" làm giảm chất lượng bê tông trong môi trường nước; đặc biệt trong việc đổ những khối bê tông cực lớn

ở các công trình thủy điện, khi có phụ gia tro bay có thể đổ bê tông gián đoạn mà không phải đổ liên tục như bê tông thường;

- Khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ công trình, giá thành có thể rẻ hơn đến 30%, giảm 10% nước trộn bê tông

- Tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng bền sulfat, phụ gia cho bê tông tự lèn đối với công trình đòi hỏi chịu lực cao;

- Với vữa trát tường có thể thay thế 30%-35% xi măng, tạo bề mặt mịn, tốt, chống thấm;

- Sản xuất gạch block có sử dụng tro bay còn có thể giảm lượng xi măng nhiều hơn nữa;

- Đặc biệt là trong công nghệ bê tông đầm lăn không thể thiếu phụ gia tro bay Bê tông sửdụng phụ gia tro bay sẽ tạo thành bê tông bền sulfat chịu được chua, mặn, tăng độ bền của cốt thép

1.2.3 Dung dịch sodium silicate (Na2SiO3)

Dung dịch sodium silicate (Thủy tinh lỏng) là dung dịch có màu trắng đục, có đăc tính sệt, sánh, dễ dàng hòa tan trong nước Thủy tinh lỏng là một dung dịch có khả năng tác dụng với nhiều chất ở dạng rắn, lỏng, khí Thủy tinh lỏng dễ bị các axít phân hủy ngay

cả axít cácboníc và tách ra kết tủa keo đông tụ axít silicsic

Dung dịch sodium silicate dùng trong thí nghiệm có tỷ trọng 1.42 0.01 g/ml và có hàmlượng Na2O và SiO2 dao động từ 36 – 38 (%)

Bê tông geopolymer là bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa (chất kết dính

geopolymer) Trong quá trình chế tạo, nước chỉ đóng vai trò tạo tính công tác, không tham gia tạo cấu trúc Geopolymer, không tham gia phản ứng hóa học mà có thể bị loại ra trong quá trình bảo dưỡng và sấy (không giống như xi măng cần nước để thủy hóa) Nhiều nghiên cứu cho rằng, bảo dưỡng nhiệt cho bê tông geopolymer sử dụng tro bay có hàm lượng vôi thấp sẽ tạo cường độ cao, co khô ít, từ biến thấp, chịu ăn mòn sunphat, chịu axit tốt và có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng cơ sở hạ tầng

1.3.2 độ bền và khả năng chịu lực

Vật liệu geopolymer có thể chịu được tác động của nhiệt tốt ngay cả trong điều kiện môi trường thường hay và khắc nghiệt, có khả năng chịu ăn mòn hóa học cực tốt đặc biệt là khả năng chịu ăn mòn axit và muối

Khả năng gắn kết cốt thép của vật liệu geopolymer được nghiên cứu và so sánh tương đương hoặc cao hơn so với bê tông xi măng Sunfat Bê tông geopolymer cho cường độ cao sau vài giờ phản ứng kiềm (60 – 70 MPa sau 24 giờ)

1.3.3 tận dụng phế thải công nghiệp

Cũng giống như bê tông geopolymer, gạch geopolymer tận dụng các phế thải của quá trình sản xuất công nghiệp như tro bay của các nhà máy nhiệt điện công nghiệp, xỉ lò cao của các nhà máy luyện gang thép, nên việc sử dụng gạch geopolymer có thể giảm nguy

cơ chất thải công nghiệp, tốn kém về diện tích bãi chứa và giảm thiểu tối ra lượng nhiệt, khí thải thải ra ngoài môi trường

1.3.4 nhược điểm

Ngoài các ưu điểm trình bày bên trên thì vật liệu geopolymer cũng có những nhược điểm

mà chưa phổ biến ngoài thị trường Hầu hết các nhà máy sản xuất lo ngại về nguy cơ sụt giảm giá trị khi đầu tư vào loại vật liệu này Trên những quan điểm về công nghệ vật liệu xây dựng, khái niệm xi măng xanh mới chỉ được đề cập như một khái niệm chưa được chứng minh bằng thực tiễn công nghệ Vẫn còn nhiều tranh cãi về khả năng thải khí CO2

và tính kinh tế khi xem xét giá thành Rõ ràng rằng sự nguy hiểm nhất định khi sử dụng dung dịch kiềm mạnh và dung dịch kiềm mạnh cũng đòi hỏi quá trình sản xuất bê tông phức tạp hơn

Trên thực tế thì còn khá ít các thí nghiệm về tính chất vật lý của vật liệu geopolymer Quátrình phản ứng Polymer hóa chịu ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt độ và đòi hỏi phải bảo dưỡng ở nhiệt độ cao và sự kiểm soát ngiêm ngặt nhiệt độ Ngoài ra, đối với bê tông geopolymer thì việc trộn trực tiếp ngoài công trình thì còn nhiều khó khăn và hạn chế và không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, gạch geopolymer cũng chỉ có thể sản xuất từ trong các xưởng sản xuất và nhà máy

• bê tông và chất kết dính geopolyme

• vật liệu chốn cháy công nghệ cao dùng trong máy bay hoặc ô tô

• vật liệu nhựa công nghệ cao

• vật liệu cản lửa và gia cố/sửa chữa