NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER SỬ DỤNG CÁT BIỂN

Ngoài ra, việc thay thế xi măng bằng chất kết dính geopolymer sử dụng tro bay giúp tiêu thụ một lượng lớn phế phẩm công nghiệp để ứng dụng vào công trình xây dựng như chế tạo “bê tông xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ THANH TRIẾT

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG

GEOPOLYMER SỬ DỤNG CÁT BIỂN

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG

VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ THANH TRIẾT

CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 11 năm 2016

Trần Thị Thanh Triết

Tôi chân thành biết ơn gia đình, bạn bè, Ban giám đốc Công ty Điện lực Cà Mau và các đồng nghiệp đã luôn thông cảm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn.

Xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 11 năm 2016

Trần Thị Thanh Triết

TÓM TẮT

Việc tăng sản lượng xi măng đáp ứng nhu cầu xây dựng hiện nay làm tăng hàm lượng khí thải CO2 vào khí quyển trong quá trình sản xuất, góp phần gây hiệu ứng nhà kính và làm trái đất nóng dần lên Do đó, các công trình xây dựng hướng đến việc giảm bớt việc sử dụng xi măng truyền thống, thay thế bằng vật liệu xanh

và thân thiện với môi trường ngày càng trở nên cấp thiết

Vật liệu geopolymer được tổng hợp từ những khoáng vật thuộc nhóm aluminosilicate do nhà khoa học Davidovits công bố như một trong những giải pháp

để giải quyết vấn đề trên Với thành phần gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 và được cấu tạo bởi những tinh cầu tròn, siêu mịn, tro bay được xem là một loại “puzzolan" nhân tạo chất lượng cao Ngoài ra, việc thay thế xi măng bằng chất kết dính geopolymer sử dụng tro bay giúp tiêu thụ một lượng lớn phế phẩm công nghiệp để ứng dụng vào công trình xây dựng như chế tạo “bê tông xanh – bê tông Geopolymer

Báo cáo này chỉ hạn chế ở việc sử dụng cát biển làm nguyên liệu thay thế cát truyền thống để xác định đặc tính cơ lý của bê tông geopolymer Từ đó đánh giá ảnh hường của cát biển đến sự phát triển cường độ Ngoài ra, sự ảnh hưởng này còn kể đến yếu tố: hàm lượng dung dịch hoạt hóa akaline và thời gian hoạt hóa (tuổi bê tông) Kết quả nghiên cứu, chỉ ra sự thay đổi tính chất cơ lý bêtông Geopolymer khi

sử dụng cốt liệu cát biển thay thế cho cốt liệu nhỏ truyền thống (cát sông, cát núi, ) Ngoài ra tỉ lệ khối lượng dung dịch Akaline/Tro-bay (AL/FA) và Sodium-hydroxide/Sodium-silicate (SH/SS) cũng làm ảnh hưởng tính chất cơ lý của bêtông Geopolymer, đồng thời đề xuất được các cấp phối tối ưu để sản phẩm đạt cường độ cao nhất

The increase in cement production which respond current construction, make to increase the amount of emission into the atmosphere Manufacturing process that contribute to the greenhouse effect, make the earth warmer Therefore, the construction reduce to use of traditional cement and replace by green materials

of environmentally friendly It is becoming more urgent

Geopolymer which is synthesized from minerals of aluminosilicate group, is announced by scientists Davidovits Geopolymer is one of the solutions to solve the problem above Fly ash is considered a kind of "puzzolan" artificial quality It include SiO2, Al2O3, Fe2O3, which is formed by the circular planet, super smooth In addition, the replacement of cement binder by using fly ash geopolymer help to consume a large amount of industrial waste products

This report limit using sea sand to replace traditional sand in order to determine the mechanical properties of geopolymer concrete Beside, This report assess effectively sea sand to the strength development Furthermore, the study illustrate influence factors such as: activation solution concentration and time akaline activation (concrete age) The research results indicate that a changes of the physical properties of geopolymer concrete which use sea sand to replace river sand The study results showed the effects of mass ratio of Akaline to Fly-ash (AL / FA) and mass ratio of Sodium-silicate to Sodium-hydroxide (SS / SH) to the physical properties of geopolymer concrete Beside, the study proposed the optimum mixture proportions to attain product of the highest strengh

MỤC LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI……….

XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN……….

LÝ LỊCH KHOA HỌC……… i

CAM ĐOAN … iii

LỜI CẢM ƠN ……… iiv

TÓM TẮT ………… v

ABSTRACT ………… vi

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 6

1.2.1 Ngoài nước 6

1.2.2 Trong nước 8

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 9

1.4 Phương pháp nghiên cứu 9

1.5 Tính mới của đề tài 9

1.6 Phạm vi nghiên cứu 9

Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC 10

2.1 Quá trình Geopolyme hoá 10

2.2 Cơ chế hóa học của công nghệ Geopolymer tro bay 13

2.3 Thành phần của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay 15

2.4 Các nghiên cứu liên quan đến bê tông cát biển 16

Chương 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 19

3.1 Nguyên vật liệu 19

3.1.1 Tro bay 19

3.1.2 Dung dịch đóng rắn 21

3.1.3 Cát 22

3.1.4 Đá dăm 24

3.1.5 Nước nhào trộn 25

3.2 Điều kiện dưỡng hộ nhiệt 25

3.3 Thiết kế cấp phối, tính toán thành phần nguyên vật liệu 26

3.4 Phương pháp tạo mẫu và thí nghiệm 28

3.4.1 Phương pháp tạo mẫu 28

3.4.2 Phương pháp thí nghiệm 30

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO THUẬN 33

4.1 Ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa Alkaline 33

4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hoạt hóa 40

4.3 Ảnh hưởng thời gian đến cường độ bê tông Geopolymer 43

4.4 Ảnh hưởng của loại cát sử dụng 48

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 51

5.1 Kết luận 51

5.2 Hướng phát triển đề tài 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC ……… ……… 56

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1:Thành phần chính tro bay theo ASTM C618-94a 20

Bảng 3.2:Thành phần hóa học tro bay Nhà máy nhiệt điện Formosa [30] 20

Bảng 3.3:Thành phần vật lý của tro bay [29, 30] 21

Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm cát biển 23

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm cát thường (để đối chứng) 23

Bảng 3.6: Thành phần hạt cốt liệu nhỏ (cát) 24

Bảng 3.7: Thành phần hạt đá 25

Bảng 3.8:Thành phần cấp phối dùng cho thí nghiệm (kg/m3) 27

Bảng 4.1: Kết quả nén mẫu sau 28 ngày 34

Bảng 4.2: Kết quả kéo gián tiếp mẫu sau 28 ngày 36

Bảng 4.3: Kết quả uốn mẫu sau 28 ngày 38

Bảng 4.4: Kết quả nén mẫu sau 28 ngày 40

Bảng 4.5: Kết quả kéo gián tiếp mẫu sau 28 ngày 41

Bảng 4.6: Kết quả uốn mẫu sau 28 ngày 42

Bảng 4.7: Kết quả nén mẫu sau 7 ngày và 28 ngày 44

Bảng 4.8: Kết quả kéo gián tiếp mẫu sau 7 ngày và 28 ngày 46

Bảng 4.9: Kết quả uốn mẫu sau 7 ngày và 28 ngày 47

Bảng 4.9: Kết quả nén mẫu bê tông cát biển và cát thường 48

Bảng 4.10: Kết quả kéo gián tiếp mẫu bê tông cát biển và cát thường 49

Bảng A.1: Bảng tính toán xử lý số liệu với thí nghiệm nén và kéo gián tiếp mẫu bê tông geopolymer cát biển 56

Bảng A.2: Bảng tính toán xử lý số liệu với thí nghiệm nén và kéo gián tiếp mẫu bê tông geopolymer cát thường 59

Bảng A.2:Bảng tính toán xử lý số liệu với thí nghiệm uốn mẫu bê tông geopolymer

61

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Tình trạng khai thác đá quá mức ở Kiên Giang 2

Hình 1.2: Khai thác cát lậu trên sông Đồng Nai 3

Hình 1.3: Xỉ than gây ô nhiễm môi trường 5

Hình 2.1: Sơ đồ mô phỏng sự hoạt hóa vật liệu alumosilicate 12

Hình 2.2:Hình ảnh SEM các trạng thái vi hạt của tro bay 13

Hình 2.3: Mô hình quá trình hoạt hóa của dung dịch kiềm Alkali đối với tro bay 14 Hình 2.4: Ảnh hưởng cốt liệu mịn trong bê tông geopolymer và bê tông OPC Hình 2.5: Ảnh hưởng thời gian trong bê tông geopolymer cát biển chưa xử lý 17

Hình 2.6: Ảnh hưởng thời gian trong bê tông geopolymer cát biển đã xử lý 18

Hình 3.1: Tro bay 19

Hình 3.2: Natri hydroxit dạng vảy nến 21

Hình 3.3: Dung dịch thủy tinh lỏng 22

Hình 3.4: Cát biển 22

Hình 3.5: Đồ thành phần hạt cát 24

Hình 3.6: Đá dăm 24

Hình 3.7: Đồ thị thành phần hạt đá 25

Hình 3.8: Tủ sấy và mẫu sau khi được dưỡng hộ nhiệt 26

Hình 3.9: Mẫu trụ sau khi đúc 28

Hình 3.10: Mẫu hình chữ nhật sau khi đúc 29

Hình 3.11: Mẫu sau khi tháo khuôn 29

Hình 3.12: Sơ đồ thực nghiệm 30

Hình 3.13: Quy trình trộn mẫu bê tông và mẫu sau khi đúc 31

Hình 3.14: Hình dạng mẫu trụ sau khi phá hoại 31

Hình 3.15: Mẫu sử dụng phương pháp ép chẻ để xác định cường độ chịu kéo 32

Hình 3.16: Thiết bị thí nghiệm cường độ chịu uốn và mẫu sau khi uốn 32

Hình 4.1: Mẫu C1 ở 28 ngày tuổi sau khi nén 33

Hình 4.2: Ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa đến cường độ chịu nén 34

Hình 4.3: Mẫu T5 ở 28 ngày tuổi sau khi ép chẻ 36

Hình 4.4: Ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa đến cường độ chịu kéo 37

Hình 4.5: Mẫu B5 ở 28 ngày tuổi sau khi uốn 39

Hình 4.6: Ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa đến cường độ chịu uốn 39

Hình 4.7: Ảnh hưởng của hàm lượng hoạt hóa đến cường độ chịu nén 41

Hình 4.8: Ảnh hưởng của hàm lượng hoạt hóa đến cường độ chịu nén 42

Hình 4.9: Ảnh hưởng của hàm lượng hoạt hóa đến cường độ chịu nén 43

Hình 4.8: Ảnh hưởng thời gian đến cường độ chịu nén 44

Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuổi bê tông và cường độ chịu nén 45

Hình 4.10: Ảnh hưởng thời gian đến cường độ chịu kéo 46

Hình 4.11: Ảnh hưởng thời gian đến cường độ chịu uốn 47

Hình 4.12: Ảnh hưởng của loại cát sử dụng đến cường độ chịu nén 49

Hình 4.13: Ảnh hưởng loại cát sử dụng đến cường độ chịu kéo 50

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Ngành công nghiệp xây dựng và bê tông đã và đang sử dụng lượng lớn nguồn tài nguyên và năng lượng Bê tông xi măng còn là một trong các dạng vật liệu được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng và công trình giao thông hạ tầng Trong

đó, xi măng pooc lăng đóng vai trò là chất kết dính trong việc sản xuất bê tông hiện nay Sản lượng xi măng sản xuất trên toàn thế giới không ngừng gia tăng vào khoảng 1,5 tỷ tấn trong năm 1995 lên khoảng 2,2 tỷ tấn trong năm 2010 (Malhotra, 1999) [1]

Bê tông là vật liệu được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các loại vật liệu xây dựng, chất kết dính thông thường được sử dụng để sản xuất bê tông là xi măng pooc lăng Tuy nhiên quá trình sản xuất xi măng đòi hỏi khai thác nguồn tài nguyên thiên thiên không thể tái tạo như đá vôi và đất sét cũng như tiêu thụ năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau như than đá, dầu, điện Năng lượng để sản xuất xi măng chỉ đứng thứ ba sau sản xuất thép và nhôm [2]

Sản lượng xi măng pooc lăng trên toàn thế giới hiện tại vượt qua ngưỡng 2,6 tỷ tấn một năm và hàng năm tăng trung bình 5%, sự thay đổi khí hậu toàn cầu hiện nay

là một vấn đề được cả nhân loại quan tâm Tuy nhiên, công nghiệp sản xuất xi măng 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

xi măng xấp xỉ 1,35 tấn/năm chiếm khoảng 7% lượng CO2 trên toàn thế giới (Malhotra) [3]

Hình 1.1: Tình trạng khai thác đá quá mức ở Kiên Giang [4]

Hiện nay, ở Việt Nam việc đầu tư nâng cấp xây mới các dự án xây dựng đang diễn ra mạnh mẽ là vấn đề ưu tiên cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội và làm cơ

sở để phát triển nền kinh tế Bê tông xi măng truyền thống luôn là loại vật liệu chủ yếu để thi công kết cấu chính do những ưu điểm hơn về tuổi thọ, khả năng chịu lực cao và rất ổn định với nước Tuy nhiên, chi phí đầu tư khá cao, những hệ quả trong quá trình sản và sử dụng bê tông xi măng như phân tích ở trên cần được quan tâm

Để sản xuất bê tông, theo quy trình hiện hành và theo thói quen truyền thống người ta dùng cát vàng thỏa mãn các tiêu chuẩn theo quy định Tuy nhiên, do nhu cầu xây dựng ngày càng phát triển, nguồn cát vàng ngày càng khan hiếm và không phải nơi nào cũng có nguồn cát vàng, đó là một vấn đề đặt ra cho tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Vì vậy để phục vụ công tác xây dựng, cát vàng thường phải được vận chuyển từ sông Đồng Nai về với cự ly vận chuyển rất lớn làm cho giá thành cát vàng đến chân công trình là rất cao và tốn kém Trong khi đó, cát biển có tại các bãi trước, sau, Hồ Cóc, Đồi Nhái…, trữ lượng vô tận nên việc nghiên cứu sử dụng cát biển thay thế cát vàng để chế tạo bê tông geopolymer có ý nghĩa rất lớn trong vấn

đề giảm giá thành xây dựng, đảm bảo tiến độ thi công, giảm khó khăn trong khâu khai thác và vận chuyển đối với vùng sâu, vùng xa, không làm cạn kiệt tài nguyên

môi trường Các công trình nghiêm cứu trên thế giới và trong nước đều đã cho thấy khả năng sử dụng cát biển để chế tạo bê tông, tuy nhiên số lượng không nhiều và thiếu hệ thống do vậy các kết quả nghiên cứu vẫn chưa được đưa vào tiêu chuẩn quốc gia Trên thế giới đã có một số nước như Anh, Hà Lan, Đan Mạch … cho phép khai thác cát biển để chế tạo bê tông [5].

Hình 1.2: Khai thác cát lậu trên sông Đồng Nai [6]

Bê tông Geopolymer là loại bê tông không sử dụng xi măng pooc lăng thông thường mà là bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa (chất kết dính geopolymer), nó là sản phẩm của phản ứng giữa dung dịch kiềm và các loại vật liệu

có chứa hàm lượng lớn hợp chất silic và nhôm Geopolymer là sản phẩm của quá trình phản ứng giữa vật liệu có nguồn gốc silic và nhôm với dung dịch kiềm

Hiện nay Geopolymer đã và đang được nghiên cứu rộng rãi và cho thấy khả năng là vật liệu xanh hơn thay thế bê tông xi măng trong một số ứng dụng do bê tông Geopolymer vừa có các tính chất kỹ thuật tốt, đồng thời giảm khả năng gây hiệu ứng nhà kính

Lượng tro bay ở nước ta khá nhiều, hàng năm ước tính các nhà máy nhiệt điện trên cả nước thải ra khoảng 1,3 triệu tấn tro bay, đến năm 2010 sẽ là 2,3 triệu

tấn/năm [1] Theo thống kê đến thời điểm năm 2014, các Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) ở Việt Nam thải ra khoảng khoảng 5 triệu tấn tro xỉ/năm Tro bay có thể

sử dụng thay thế 20-30% lượng xi măng cho sản xuất bê tông thông thường hoặc bê tông yêu cầu sử dụng trong môi trường xâm thực mạnh, bê tông công trình biển Bê tông đầm lăn, bê tông khối lớn lượng dùng tro bay có thể lên đến hơn 200 kg/m3 bê tông Hàng loạt lò cao ở các khu gang thép sử dụng nhiên liệu là than sẽ thải ra lượng tro bay tương đối lớn [3]

Phần lớn lượng tro bay thải ra hiện vẫn còn nằm ở các bãi chứa, lấp các hồ nước, bãi sông, đất ruộng, chiếm nhiều diện tích và gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp xử lý và sử dụng tro bay nhiệt điện để giảm tối

đa khối lượng cần phải tồn chứa và những ảnh hưởng xấu của chúng đến môi trường đất, nước, không khí và sức khoẻ con người là rất cần thiết Với mục đích là tận dụng phế thải, bảo vệ môi trường, đến nay, các nhà khoa học nước ta đã đạt được những kết quả nhất định trong nghiên cứu sử dụng tro bay trong sản xuất xi măng, bê tông, vật liệu xây dựng nhưng việc ứng dụng còn rất hạn chế

Tro bay của Việt Nam có nhược điểm là hàm lượng than chưa cháy cao, hoạt tính thuỷ lực thấp… nên trên thực tế chưa có nhà máy nào sử dụng tro bay trong sản xuất xi măng trừ các nhà máy xi măng liên doanh, nhưng lại sử dụng tro bay nhập ngoại Hiện nay, tro bay của các nhà máy nhiệt điện dùng than trừ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại được khai thác, xử lý chủ yếu là để làm nhiên liệu nung vôi, gạch… với khối lượng không lớn Tuy nhiên tro bay mới được sử dụng như là phụ gia trong

xi măng, bê tông chiếm tỷ lệ không lớn (10-30%)

Việc sử dụng bê tông Geopolymer trên cơ sở chất kết dính tro bay kiềm hoạt hóa

có khả năng góp phần giảm hiện tượng nóng dần của trái đất Bên cạnh đó còn tận dụng được nguồn phế thải mịn thu được từ việc đốt cháy than cám ở các nhà máy nhiệt điện, thành phần chủ yếu là các oxit của silic, nhôm, sắt, canxi, magie và lưu huỳnh Ngoài ra còn có một lượng than chưa cháy, không vượt quá 6% khối lượng tro bay – một phụ phẩm công nghiệp vô cùng dồi dào – làm một chất thay thế xi

măng pooc lăng Chất kết dính và vật liệu polyme vô cơ – một loại vật liệu mới được nghiên cứu ở một số nước phát triển trong khoảng 30 năm gần đây, tuy nhiên còn khá mới mẻ ở Việt Nam

Hình 1.3: Xỉ than gây ô nhiễm môi trường [7]

Vật liệu polyme vô cơ sử dụng chất kết dính polyme vô cơ, loại chất kết dính được polyme hóa trong môi trường kiềm của các vật liệu khoáng vật giàu Si – Al, không chỉ đạt được các tính chất tương tự hoặc tốt hơn so với các vật liệu có sử dụng các chất kết dính truyền thống, mà còn là một giải pháp hữu hiệu trong tận dụng chất thải và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Do đó, việc sử dụng bê tông Geoplymer trong công nghệp xây dựng còn mang lại nhiều lợi ích như giảm nguy

cơ chất thải công nghiệp và diện tích bải chứa chất thải, cải thiện chất lượng ở tuổi dài ngày của bê tông (co ngót khô rất thấp, từ biến thấp, khả năng chống ăn mòn sunphat và axit rất tốt), từ đó giảm chi phí đầu tư và bảo trì các kết cấu sử dụng bê tông Geopolymer

1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố

1.2.1 Ngoài nước

Joseph Davidovits [8] đã nghiên cứu và chế tạo thành công một loại xi măng mới bằng cách kết hợp nguyên liệu sét và dung dịch kiềm hoạt tính cao, tạo thành chất kết dính vô cơ mới có khả năng đóng rắn nhanh và cho cường độ ban đầu rất tốt với tên gọi xi măng polymer Công nghệ này nhanh chống được phát triển trên toàn thế giới và đang dần dần có ưu thế hơn xi măng pooc lăng do có ưu điểm về nguyên liệu sản xuất và phương pháp sản xuất thân thiện với môi trường

Từ những tiền đề trên, Geopolymer được xem như là một loai vật liệu xanh và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ và xây dựng Bê tông Geopolymer được xem như một loại vật liệu thể hiện các đặc tính cơ lý có thể thay thế được bê tông xi măng truyền thống Và từ đó, hàng loạt những nghiên cứu về tính chất cơ lý của bê tông Geopolymer đã được thực hiện

Mo Bing-hui và cộng sự, nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ đến cường độ bê tông geopolymer, qua đó cho thấy cả thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ đều ảnh hưởng đến cường độ bê tông Nhiệt độ thích hợp để quá trình polymer hóa diễn ra nhanh là từ 600C đến 1000C Ngoài ra nhiệt độ dưỡng hộ cao (1000C) còn có tác dụng khử ion Clorua trong bê tông, làm giảm đến tối thiểu ảnh hưởng bất lợi của yếu tố này đến tính chất của bê tông [9]

Hình 1.4: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến cường độ bê tông [9]

Van Jaarsveld và cộng sự [10] nghiên cứu về những đặc tính của Geopolymer ảnh hưởng bởi sự hòa tan không hoàn toàn của những vật liệu phức tạp trong quá trình Geopolymer hóa cho rằng hàm lượng nước, thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ ảnh hưởng đến đặc tính của Geopolymer, đặc biệt là điều kiện dưỡng hộ và nhiệt độ gia nhiệt ảnh hưởng đến cường độ

Theo D.Hardjito and B.V.Rangan [11], khi nghiên cứu về Quá trình phát triển

và những đặc tính của bê tông geopolymer sử dụng tro bay đã có những nhận xét về những tính chất ảnh hưởng đến cường độ của bê tông geopolymer

Trong nghiên cứu về Cường độ chịu nén và vùng tiếp xúc bề mặt ITZ của bê tông Geopolymer [12], Muhd Fadhil Nuruddin đã khẳng định rằng sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer phụ thuộc vào điều kiện dưỡng hộ Điều kiện dưỡng hộ thích hợp đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc của Geopolymer

Theo Mustafa Al Bakri [13], cường độ chịu nén và đăc tính cấu trúc của geopolymer sử dụng tro bay đã được tổng hợp để tạo nên cường độ cao cho geopolymer

Theo Zejak [14], cho rằng cường độ chịu nén của hồ Geopolymer tăng khi có thêm hàm lượng cát Ông còn cho thấy rằng Module đàn hồi của vữa Geopolymer

có tương quan với cường độ chịu nén Cả Module đàn hồi và cường độ chịu nén của vữa Geopolymer tăng khi tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxide tăng

Trong nghiên cứu về các đặc tính liên quan đến độ bền của bê tông Geopolymer

sử dụng tro bay hàm lượng Canxi thấp được thực hiện bởi Monita Olivia [15], cho rằng cường độ nén bửa và cường độ chịu uốn của bê tông Geopolymer cao hơn bê tông truyền thống Giá trị của cường độ chịu uốn cao hơn so với bê tông thường khi được so sánh dựa theo AS3600

Theo D.Hardjito and B.V.Rangan [11] cho rằng hệ số Poission của bê tông Geopolymer sử dụng trong bay từ 0,12 đến 0,16 đối với cường độ chịu nén từ 40 đến 90MPa, kết quả này tương tự với bê tông xi măng truyền thống Với báo cáo trên, ông cũng cho rằng Module đàn hồi tăng khi cường độ tăng Giá trị của Module đàn hồi của bê tông Geopolymer cũng gần đúng với bê tông xi măng truyền thống.Theo Prabir SARKER [16] khi Nghiên cứu về Mô hình hóa mẫu cho bê tông Geopolymer, đề ra các công thức thực nghiệm tính toán Module đàn hồi Ecdựa vào cường độ chịu nén của bê tông ( '

1.2.2 Trong nước

Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở vùng cao nguyên Việt Nam của nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Bách Khoa TPHCM 2010

Vữa và bê tông sử dụng chất kết dính polymer vô cơ của nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội 2011

Bê tông chịu lửa và gạch không nung sử dụng chất kết dính Geopolymer của các nghiên cứu ở Viện Vật liệu xây dựng 2012

Vũ Huyền Trân và Nguyễn Thị Thanh Thảo đã giới thiệu về quy trình chế tạo của loại vật liệu tổng hợp từ bùn đỏ và tro bay đồng thời ngiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của loại vật liệu này trên cơ sở Geopolymer hóa tro bay và bùn

đỏ

Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn đã nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa đến tính chất co ngót của bê tông geopolymer

Dựa vào những nghiên cứu đó, đã có một số ứng dụng vào thực tiễn ở Việt Nam

mà nổi bật nhất là sản phẩm gạch không nung một dạng sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ bê tông Geopolymer Tuy nhiên chưa được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng Kết quả nghiên 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 liệu khoảng 15% [20]

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cát biển tro bay chế tạo bê tông Geopolymer, xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông Geopolymer như:

- Cường độ chịu nén và cường độ chịu nén bửa

- Cường độ chịu uốn

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết nhằm có cái nhìn tổng quan về sự tạo thành và biến đổi của cát biển để chế tạo bê tông Geopolymer

- Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các chỉ tiêu cơ học của vật liệu Trong khi thực nghiệm có đúc mẫu đối chứng để so sánh một số chỉ tiêu của bê tông Geopolymer dùng cát biển và bê tông Geopolymer dùng cát vàng thông thường

1.5 Tính mới của đề tài

Nghiên cứu sử dụng nguyên vật liệu có sẵn ở địa phương và để cải thiện nguồn cát hiện có tại tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, không làm cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên

1.6 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ học của cát biển Vũng Tàu, ứng dụng cát này để chế tạo bê tông geopolymer không cốt thép dùng trong xây dựng

Chương 2

CƠ SỞ KHOA HỌC2.1 Quá trình Geopolyme hoá

Có nhiều nghiên cứu về chất kiềm hoạt hóa sau kết quả nghiên cứu của người

Pháp Davidovits [21] Ông đã nghiên cứu phát triển và được nhận bằng sáng chế về

chất kết dính Mêta cao lanh sử dụng kiềm hoạt, sau này gọi là Geopolymer vào năm

1978 Theo Davidovits, geopolymer là loại polymer vì có sự chuyển biến hình thù,

polymer hóa và đóng rắn ở nhiệt độ thấp Nhưng chúng cũng là chất vô cơ, cứng và

ổn định ở nhiệt độ cao đồng thời không bị cháy, có chính loại geopolymer khác

nhau, nhưng loại có khả năng ứng dụng nhiều nhất trong xây dựng là loại vật liệu

aluminosilicat Những loại geopolymer này dựa vào quá trình nhiệt hoạt hóa các vật

liệu tự nhiên (như Mê ta cao lanh) hoặc sản phẩm của công nghiệp (như tro bay, xỉ)

nhằm cung cấp nguồn vật liệu silic (Si) và nhôm (Al) sẽ được hòa tan với dung dịch

kiềm kích hoạt rồi sau đó thực hiện quá trình trùng hợp tạo thành chuỗi phân tử tạo

đá chất kết dính

Cấu trúc vô định hình của Geopolymer cơ bản được tạo thành từ lưới cấu trúc

của những Alumino-Silico hay còn gọi là Poly-sialate 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+, Ca2+,

Ba2+, NH4+, H3O-) phải hiện diện trong các hốc của khung để cân bằng điện tích của

Quá trình Geopolymer hóa liên quan đến hàng loạt 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 hay dạng vòng Sản phẩm tổng hợp có cấu trúc từ vô

định hình đến bán tinh thể được gọi là Geopolymer

Những geopolymer cơ bản dựa trên hệ aluminosilico Các cầu nối Si-O-Al tạo

bộ khung không gian vững chắc bên trong cấu trúc Dựa vào quá trình hoạt hóa

kiềm của metakaolinite (SiO2O5Al2O2)n, Davidovits đã đề xuất toàn bộ các phản

ứng hóa học thông qua ha phản ứng hóa học sau tuy cơ chế chính xác vẫn chưa rõ

ràng: [21]

Theo hai phản ứng trên, các vệt liệu Si-Al hoạt tính phải trở thành nguồn nguyên

liệu chính cho quá trình geopolymer hóa Cơ chế đóng rắn của geopolymer bao gồm

sự hòa tan, biến đổi và định hướng Muối kim loại kiềm hay hidroxit kiềm là cần

thiết cho quá trình hòa tan oxit silic và nhôm cũng như xúc tác cho phản ứng trùng

ngưng

Quá trình geopolymer hóa bắt đầu với sự hòa tan của Al và Si từ vật liệu Si – Al

trong dung dịch kiềm tạo ra các sản phẩm phản ứng hydrat với NaOH và KOH tạo

thành gel [Mx(AlO2)y,(SiO2)z.nMOH.mH2O] Sau một thời gian ngắn, gel sẽ hóa

cứng thành gopolymer

Theo D.Hardjito (2005) [22], quá trình phản ứng hóa học tạo thành geopolymer

có thể được phân ra thành các bước chính sau :

n(Si 2 O 3 Al 2 O 2 )+2nSiO 2 +4nH 2 O+NaOH or KOH → Na+,K++n(OH) 3 -Si-O-Al+-O-Si-(OH) 3

(OH)2 (Geopolymer precursor) (Geopolymer precursor)

| | | n(OH) 3 -Si-O-Al+-O-Si-(OH) 3 + NaOH or KOH → (Na+,K+)-(-Si-O-Al+-O-Si-O-)+4nH 2 O

(Geopolymer backbone)

Hòa tan các phân tử Si và Al trong nguyên liệu nhờ vào các ion hydroxide trong dung dịch.

Định hướng lại các ion trong dung dịch tạo thành các monomer

Đóng rắn các monomer thông qua các phản ứng trùng ngưng polymer để tạo thành các cấu trúc polymer vô cơ

Hình 2.1: Sơ đồ mô phỏng sự hoạt hóa vật liệu alumosilicate

Cơ chế động học phản ứng giải thích quá trình đông kết và rắn chắc của chất kết dính kiềm hoạt hóa vẫn là một bí ẩn, mặc dù người ta cho rằng nó sẽ phụ thuộc vào vật liệu ban đầu và chất kiềm hoạt Theo Glukhovshy [23], cơ chế quá trình kiềm hoạt hóa bao gồm các phản ứng phân hủy nguyên liệu thành dạng cấu trúc ổn định thấp và phản ứng nội tại Trước tiên là quá trình bẻ gãy các liên kết cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-Si khi pH của kiềm tăng lên Vì thế những nhóm nguyên tố này được chuyển sang dạng keo, sau đó xảy ra sự tích tụ các sản phẩm bị phá hủy với phản ứng nội tại giữa chúng tạo cấu trúc ổn định thấp, tiếp theo ở giai đoạn thứ 3 là quá trình hình thành cấu trúc đông đặc, hình 2.1

Ông cho rằng dung dịch kiềm có thể được sử dụng để phản ứng với silic và nhôm trong nguồn vật liệu khoáng hoặc trong vật liệu phế thải như tro bay, tro trấu

để chế tạo chất kết dính Bởi vì phản ứng hóa học xảy ra trong trường hợp này là quá trình trùng hợp nên nên Ông gọi là geopolymer Thông số quyết định đến tính chất và dạng sử dụng của một loại geopolymer là tỷ lệ Si/Al Với vật liệu xây dựng Si/Al khoảng xấp xỉ 2

2.2 Cơ chế hóa học của công nghệ Geopolymer tro bay

Theo định nghĩa về công nghệ của Davidovits, bất kỳ một nguyên vật liệu nào trong đó có chứa dioxide silic và oxide nhôm đều có thể sử dụng để tạo ra vật liệu geopolymer [21] Cơ chế đóng rắn của tro bay cũng tuân theo quy luật và các phản ứng công nghệ geopolyer được trình bày ở trên

Trong công nghệ geopolymer tro bay thì tốc độ phản ứng kích hoạt cũng như các vi cấu trúc và thành phần hóa học của các sản phẩn phản ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cụ thể là sự phân bố kích thước hạt và thành phần khoáng chất của tro bay ban đầu, dung dịch kích hoạt và thời gian hằng nhiệt [24]

Hình 2.2:Hình ảnh SEM các trạng thái vi hạt của tro bay

(a) Tro bay ban đầu(b) Tro bay được kích hoạt với NaOH(c) Tro bay được kích hoạt với Na2SiO3 [25]

Quan sát hình 2.2 ta thấy hình ảnh vi cấu trúc của tro bay được thể hiện rõ qua phương pháp SEM Hình 2.2a thể hiện hình thái đặc trưng ban đầu của tro bay trước phản ứng, là những tinh thể hình cầu có kích thước khác nhau, cấu trúc thường rỗng

và có thể chứa những hạt nhỏ hơn trong nó Hình 2.2b và 2.2c là những thay đổi trong vi cấu trúc của tro bay dưới tác dụng của dung dịch kiềm và thời gian hằng nhiệt, ta thấy kết quả phản ứng là một loại gel Natri-Silicat mới hình thành qua quá trình đóng rắn các hạt tro bay và dung dịch kiềm Tuy nhiên phản ứng không xảy ra hoàn toàn nhanh chóng, vẫn còn một số thành phần tro bay phản ứng chậm

Hình 2.3: Mô hình quá trình hoạt hóa của dung dịch kiềm Alkali đối với tro bay

[26]

Theo Fernandez-Jimenez and Palomo [26] phân tích: phản ứng hóa học này đầu tiên xảy ra tại một điểm trên bề mặt của hạt tro bay, sau đó mở rộng ra tạo thành những lỗ lớn hơn trên bề mặt làm lộ cấu trúc bên trong hạt tro bay: rỗng hoặc một phần chứa những phần tử nhỏ hơn Từ đó, sự tác động của dung dịch kiềm Alkaline theo hai chiều: từ ngoài vào trong và từ trong ra ngoài Do đó, sản phẩm của phản ứng này được sinh ra cả bên trong lẫn bên ngoài lớp vỏ của hạt tro bay Cùng lúc

đó, dung dịch kiềm Alkaline cũng đi vào cấu trúc rỗng của hạt tro và phản ứng với những phần tử nhỏ hơn bên trong hạt tro lớn Kết quả là không gian rỗng bên trong

Kết quả của quá trình tích tụ sản phẩm phản ứng là tạo thành lớp sản phẩm bao bọc một phần những hạt tro bay Lớp sản phẩm này ngăn cản phần tro bay bên trong tiếp xúc với dung dịch Alkaline Các phản ứng kế tiếp tạo thành sản phẩm kết nối lớp sản phẩm trên, xảy ra đồng thời với tác động của môi trường pH qua lớp sản phẩm của tro bay đã phản ứng Phần tro bay nằm dưới lớp sản phẩm trên có thể không bị tác động bởi môi trường pH cao, điều này liên quan phụ thuộc vào chất hoạt hóa được sử dụng Trong trường hợp này, sự hoạt hóa bị chi phối bởi cơ chế khuếch tán, các mức độ phản ứng ở nhiều thời điểm khác nhau tạo thành sản phẩm

có độ thấm khác nhau

Tuy nhiên, quá trình được mô tả trên không đồng nhất trong toàn bộ gel tạo thành sẽ khác biệt tại điểm này so với điểm khác trong cấu trúc, phụ thuộc vào kích thước phần tử phản ứng và thành phần hóa học ở điểm phản ứng Các hình thái cấu trúc có thể cùng tồn tại: các phần tử chưa phản ứng, phần tử đã bị tấn công bởi dung dịch Alkaline nhưng vẫn giữ nguyên hình dạng cầu và sản phẩm của quá trình phản ứng

Điều đáng nói ở đây là sự có mặt của oxit silic hòa tan trong dung dịch hoạt hóa giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển của cấu trúc vi mô Khi tiến hành hoạt hóa tro bay bằng dung dịch hoạt hóa là natri silicate thì sản phẩm sau phản ứng cũng có cấu trúc là pha thủy tinh, không có lổ rỗng, đồng nhất và không có hình dạng xác định Cấu trúc này chỉ bị gián đoạn khi có mặt của những phần tử tro bay chưa phản ứng và những hạt tro hình cầu, trong trường hợp này thì thành phần Na

và Si trong cấu trúc này thường nhiều hơn khi chỉ được hoạt hóa bởi NaOH Tuy nhiên, cấu trúc vi mô tạo ra khi có mặt của thủy tinh lỏng thường tương tự cấu trúc được hoạt hóa bởi dung dịch NaOH và dưỡng hộ trong thời gian lâu hơn

2.3 Thành phần của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay

Bê tông là vật liệu có cấu trúc phức tạp, được tạo nên bởi ba thành phần sau: cốt liệu, chất kết dính và hệ thống mao quản Với bê tông công trình có cấu tạo toàn khối liện tục, trong đó hạt cốt liệu lớn, cốt liệu mịn và chất kết dính được phân bố

tương đối đồng đều, ngoài ra còn chứa một lượng lớn không khí Cốt liệu lớn và cốt liệu mịn chiếm khoảng 70-80% thể tích của hỗn hợp bê tông Các tính chất cốt liệu thực sự ảnh hưởng đến tính chất của bê tông [25] Hàm lượng cốt liệu ảnh hưởng đến độ bền và khả năng chống ăn mòn của bê tông, thực tế cho thấy quá trình ăn mòn thường xảy ra trên vữa của chất kết dính.

Khối lượng cốt liệu của bê tông Geopolymer được sử dụng cũng giống như hỗn hợp bê tông truyền thống khoảng 60-75% Khác với bê tông xi măng truyền thống,trong hỗn hợp bê tông Geopolymer tỉ lệ cốt liệu/tro bay chỉ là một yếu tố quyết định đến đặc tính về cường độ của bê tông Nó còn ảnh hưởng bởi tỉ lệ các thành phần cấu tạo như tỉ lệ alkaline/tro bay, tỉ lệ sodium silicate/ sodium hydroxide Hàm lượng cốt liệu lớn trong hỗn hợp làm cho bê tông ít co ngót, ít mất nước và lỗ rỗng nhỏ hơn [15] Trái ngược với bê tông truyền thống, bê tông Geopolymer không tồn tại sự tương quan giữa hàm lượng cốt liệu và cường độ tối ưu Sự gia tăng hàmlượng cốt liệu trong bê tông Geopolymer thường hiệu quả với một lượng nhỏ hỗn hợp alkaline phản ứng với tro bay Tuy nhiên, không có hiệu tượng giảm cường độ

cơ học về sau

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 dưỡng hộ và sấy

Có thể thấy rằng, có một sự liên kết tốt giữa cốt liệu và vữa Geopolymer làmbiên độ bề mặt tiếp xúc (ITZ) trong vi cấu trúc Geopolymer Một sự hòa tan riêng biệt trên bề mặt cốt liệu với gel của Geopolymer là nguyên nhân dẫn đến vùng tiếp xúc (ITZ) không tồn tại, đặc biệt khi Geopolymer phản ứng với thủy tinh lỏng [27].Một điểm cần lưu ý với hỗn hợp khi với một lượng nhỏ alkaline cùng với hàm lượng cốt liệu lớn làm cho hỗn hợp có tính công tác và khả năng tự chảy thấp

2.4 Các nghiên cứu liên quan đến bê tông cát biển

Kết quả nghiên cứu B.H.Shinde [17] cho rằng bê tông sử dụng cát biển chưa qua

xử lý có ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ của bê tông geopolymer Nguyên nhân của sự giảm cường độ này được tác giả giải thích bởi hàm lượng muối và chloride

có trong cát biển Bên cạnh đó nghiên cứu còn sử dụng cát biển đã xử lý thay thế cho cát sông trong thành phần cốt liệu bê tông geopolymer, kết quả chỉ ra rằng cường độ của cả 2 loại bê tông này là như nhau

Hình 2.4: Ảnh hưởng cốt liệu mịn trong bê tông geopolymer và bê tông truyền

thống [17]

Theo Mohd.Akram Khan [18] bê tông sử dụng cát biển có tiềm năng to lớn trong việc thay thế cát truyền thống Thông qua các kết quả thí nghiệm, tác giả cho thấy do khả năng kháng muối và chloride trong cát biển của chất kết dính geopolymer, nên khả năng ứng dụng cát biển trong bê tông geopolymer là khả thi

và các tính toán trong nghiên cứu cho thấy cường độ của bê tông sử dụng cát biển ở vùng biển Puri trong khoảng 18 MPa đến 30 Mpa

Hình 2.5: Ảnh hưởng thời gian trong bê tông geopolymer cát biển chưa xử lý [18]

Kết quả nghiên cứu của Mohd.Akram Khan (hình 2.5) cho thấy khi sử dụng cát biển chưa xử lý thay thế cát truyền thống Với cùng 1 cấp phối, trong điều kiện dưỡng hộ nhiệt và không dưỡng hộ nhiệt không có sự khác biệt nhiều, cường độ tương đối thấp, sau thời gian 28 ngày cường độ trong khoảng 12 MPa đến 18 MPa

Hình 2.6: Ảnh hưởng thời gian trong bê tông geopolymer cát biển đã xử lý [18]

Cũng trong kết quả nghiên cứu của Mohd.Akram Khan [18] bê tông sử dụng cát biển có sự phát triển cường độ theo thời gian giống với bê tông sử dụng cát truyền thống Do không dưỡng hộ nhiệt, cường độ bê tông tăng tương đối chậm Sau thời gian 28 ngày cường độ tăng khoảng 35% so với thời gian 7 ngày Tuy vậy cường độ này vẫn thích hợp cho việc sử dụng bê tông cát biển để xây dựng Nên để phù hợp với thời gian thực hiện báo cáo, bê tông sau khi tháo khuôn được dưỡng hộ nhiệt ngay sau đó, để có số liệu đưa vào công tác xử lý, đánh giá

Chương 3 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM3.1 Nguyên vật liệu

3.1.1 Tro bay

Tro bay là thành phần mịn nhất của tro xỉ than là sản phẩm phế thải được tạo ra trong quá trình đốt cháy than ở các nhà máy nhiệt điện Tro bay được thu thập và phân loại bằng các luồng khí phân loại, những hạt to rơi xuống đáy, và những thành phần hạt nhỏ hơn sẽ được thu gom ở cuối đường ống khói Tro bay là một loại Puzzolan nhân tạo, là tro đốt của than cám nên bản thân nó đã rất mịn, cỡ hạt từ

Class C : có tính chất gần giống như trong bay class F nhưng là sản phẩm thu được từ việc than non (lignit) bị đốt cháy, hàm lượng than chưa cháy thường ít hơn 2% Hàm lượng CaO trong loại này thường lớn hơn 10% Loại tro bay này chất lượng cao nhưng khó sản xuất.

Công nghệ Geopolymer dùng chủ yếu 2 loại tro bay : class F và class C

Bảng 3.1:Thành phần chính tro bay theo ASTM C618-94a Thành phần hóa học (%) Loại N Loại F Loại C

Bảng 3.2:Thành phần hóa học tro bay Nhà máy nhiệt điện Formosa [30]

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

Từ kết quả thí nghiệm (%) thành thần hóa học : tổng thành phần phần trăm (%) của (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3)>70%, %CaO<30% và %Na2O<1,5% Điều này phù hợp theo yêu cầu tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618-94a và chứng tỏ tro bay từ hai nguồn cung cấp này có hoạt tính cao có thể dùng nghiên cứu tốt

Bảng 3.3:Thành phần vật lý của tro bay [29, 30]

Thành phần

vật lý thí

nghiệm

Khối lượng riêng (g/cm3)

Hàm lượng lọt sàng 0.05mm (%)

Chỉ số hoạt tính cường độ sau 28 ngày (%)

Chỉ số hoạt tính cường

độ sau 7 ngày (%)

Lượng mất sau khi nung (g)

Tiêu chuẩn

áp dụng

TCVN 4030-86

ASTM C311,TCVN 6016-95

ASTM C311,TCVN 6016-95

ASTM C311,TCVN 6016-95

ASTM C311,TCVN141-98

Tro bay

Kết quả thí nghiệm thành phần vật lý cho thấy tro bay Formosa có tỷ lệ lọt sàng 0,05mm lớn hơn 66%, lượng mất sau khi nung <5% chỉ số hoạt tính rất lớn và tro bay có độ mịn cao

là 16M

Hình 3.2: Natri hydroxit dạng vảy nến

Dung dịch thủy tinh lỏng dùng trong thí nghiệm có thành phần hóa học như sau: Na2O = 11,9%, SiO2 = 29,7%, hàm lượng cặn không tan trong nước 0,02% còn lại là H2O = 58,4%, modul silic là 2,57, dung dịch có tỷ trọng là 1,48g/ml, thủy tinh lỏng có màu trắng trong suốt không mùi

Hình 3.3: Dung dịch thủy tinh lỏng 3.1.3 Cát

Cát dùng cho nghiên cứu phải thỏa mãn các yêu cầu của TCVN 7572:2006 “ Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật”

Cát được sử dụng là cát sạch, cỡ hạt thô Cát tính chất cơ lý như khối lượng riêng, khối lượng thể tích, thành phần hạt… cũng được thí nghiệm theo TCVN Cát đã được làm sạch và sấy khô trước khi đưa vào sử dụng

Hình 3.4: Cát biển

Các đặt tính kỹ thuật của cát được thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 cốt liệu cho bê tông và vữa – phương pháp thử Các tính chất kỹ thuật cát biển theo bảng 3.4

Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm cát biển

5 Hàm lượng ion clo (Cl-) % 0,007 TCVN7572-15:2006

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm cát thường (để đối chứng)

STT Chỉ tiêu kiểm tra Đơn vị Kết quả Phương pháp thử

Hình 3.5: Đồ thành phần hạt cát 3.1.4 Đá dăm

Cốt liệu lớn sử dụng đá dăm được khai thác từ Mỏ đá Tân Đông Hiệp, xã

Tân Đông Hiệp, huyện Dĩ An, Bình Dương Đá có hình dạng tròn, ít hạt dẹt và ít

góc cạnh cở hạt lớn nhất Dmax là 20 mm, khối lượng riêng 2,73 g/cm3, khối lượng thể tích 1.62 g/cm3

Hình 3.6: Đá dăm Bảng 3.7: Thành phần hạt đá

Kích thước lỗ sàn vuông (mm) 20 10 5

Lượng sót sàn riêng biệt (g) 21,58 496,34 561,08Lượng sót tích lũy (%) 2 48 98

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Giới hạn thành phần hạt cát dùng trong XD theo TCVN 7576:2005