Nghiên cứu các tính chất cơ học của bê tông geopolymer tro bay

Geopolymer (GP) là loại vật liệu dính kết polymer (P) vô cơ, được phát triển từ những năm 1970. Phản ứng GP hóa là một phản ứng hóa học diễn ra giữa các oxit của nhôm và silic với dung dịch có tính kiềm mạnh tạo ra các mạch có cấu trúc 3 chiều rắn chắc chứa các liên kết SiOAl, Phản ứng GP hóa diễn ra dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ dưới 1000C. Sản phẩm GP cuối cùng được tạo ra sẽ được đặc trưng bởi nhiều yếu tố liên quan đến thành phần hóa học của các nguyên liệu và dung dịch kiềm kích hoạt.

Trang 1

TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG

GEOPOLYMER TRO BAY

GVHD:

Thực hiện:

•Đỗ Anh Vũ

Trang 2

NỘI DUNG

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

2 CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN

HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4 KẾT LUẬN

Trang 3

TÓM TẮT

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu các tính chất cơ học của bê tông geopolymer tro bay Ba hỗn hợp bê tông geopolymer cấp 30, 40, 50 Mpa đã được chuẩn bị Quá trình nghiên cứu thực nghiệm xác định cường độ nén, mô-đun đàn hồi, cường độ kéo uốn được thực hiện theo các tiêu chuẩn ASTM KQ thí nghiêm được xử lý và đánh giá theo phương pháp thống kê Giá trị mô-đun đàn hồi và cường độ kéo uốn đặc trưng của bê tông geopolyme sẽ so sánh với giá trị tính toán theo các lý thuyết hiện hành dành cho bê tông XM cùng cường độ

Trang 4

• Geopolymer (GP) là loại vật liệu dính kết polymer (P) vô cơ, được phát triển từ những năm 1970 Phản ứng GP hóa là một phản ứng hóa học diễn ra giữa các oxit của nhôm và silic với dung dịch có tính kiềm mạnh tạo ra các mạch có cấu trúc 3 chiều rắn chắc chứa các liên kết Si-O-Al,

• Phản ứng GP hóa diễn ra dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ dưới 1000C Sản phẩm GP cuối cùng được tạo ra sẽ được đặc trưng bởi nhiều yếu tố liên quan đến thành phần hóa học của các nguyên liệu và dung dịch kiềm kích hoạt

Trang 5

Hình 1.1: Mô hình lý

thuyết của quá trình GP

hóa

• Nguyên liệu giàu nhôm và silic được sử dụng cho phản ứng GP hóa là phế thải CN như tro bay, xỉ thép, lò cao Trong đó tro bay

là nguyên liệu phù hợp về kích thước hạt và thành phần hóa học

• Bê tông geopolyme (GPC) từ tro bay được nghiên cứu sử dụng cho các công trình xây dựng dân dụng, đường bộ, mặt đường sân bay

• Việc đánh giá các tính chất cơ học: cường

độ nén, mô-đun đàn hồi, cường độ kéo uốn

là cần thiết

Trang 6

2 CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY

2.1 Vật liệu và tỷ lệ thành phần

2.1.1 Cốt liệu lớn:

Cốt liệu lớn sử dụng cho BT thí nghiệm là

đá dăm mua từ mỏ đá Hóa Thạch – Hà

Nội Đá được sàng theo kích cở sàng và

được phối trộn lại để thỏa mãn thành

phần hạt theo TC ASTM C136-01 (Hình

2.1 và 2.2)

Hình 2.1: Thành phần hạt của đá sau sàng

Hình 2.2: Biểu đồ cấp phối hạt của đá

Trang 7

2.1.2 Cốt liệu nhỏ:

Cốt liệu nhỏ sử dụng thí nghiệm là cát sông Lô Các cở hạt

>5mm được loại bỏ bằng sàng Cát có mô-đun hạt Mk=2,55, đáp ứng được các yêu cầu để sử dụng cho BT theo TC

ASTM C136-01 (Hình 2.3)

Hình 2.3: Biểu đồ cấp phối hạt của cát

Trang 8

2.1.3 Tro bay (FA):

Tro bay sử dụng trong thí nghiệm của đề tài được mua từ nhà máy tro bay Vina F&C được lấy từ tro thải của nhiệt điện Phả Lại, Hải Dương được kiểm tra tại Viện Vật liệu Xây dựng (Bảng 2.1) đạt yêu cầu của tro bay loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618 – 03

Trang 9

2.1.4 Dung dịch kiềm kích hoạt (AAS – Alkaline Activator Solution)

AAS là hỗ hợp của dung dịch kiềm mạnh (NaOH) và thủy tinh lỏng (Na2O/SiO3) Dung dịch xút được điều chế từ NaOH dạng vảy khô (độ tinh khiết 98%) pha với nước để đạt nồng

độ mol yêu cầu Thủy tinh lỏng Na2SiO3 sử dụng sản phẩm của nhà máy hóa chất Việt Trì có tỷ lệ Na2O/SiO2/H2O tương ứng là 11,8/28,5/59,7% theo khối lượng Lựa chọn pha trộn dung dịch kiềm kích hoạt theo tỉ lệ khối lượng

Na2O/SiO3/NAOH=2,5

Trang 10

2.2 Thành phần cấp phối bê tông geopolymer tro bay

Trang 11

Tương ứng với mỗi hỗn hợp GPC, tiến hành đúc 30 mẫu hình trụ 15x30cm để xác định cường độ nén và mô-đun đàn hồi,

18 mẫu lăng trụ 15x15x60cm để xác định cường độ kéo uốn Xác định cường độ chịu nén theo TC ASTM C39-01, cường

độ chịu kéo khi uốn theo TC ASTM C78-02, mô-đun đàn hồi nén tĩnh theo TC ASTM C469-02

2.3 Kế hoạch thí nghiệm

Trang 12

GPC tro bay có thể chế tạo bằng kỹ thuật thông thường trong sản xuất BTXM, sau 2 ngày mẫu được tháo khuôn cho vào tủ sấy dưỡng hộ ở nhiệt độ 600C/24 giờ Sau khi bão dưỡng nhiệt, các mẫu được lưu trong phòng thí nghiệm đến 28 ngày

tuổi (Hình 2.4) rồi đem thí nghiệm xác định các tính chất cơ học (Hình 2.5)

2.4 Chế tạo mẫu thử

Hình 2.4: Các mẫu thử tại phòng TN Hình 2.5: TN xác định các tính chất cơ học của GPC

Trang 13

Sau khi có kết quả thí nghiệm của từng mẫu thử, các phân tích thống kê và đánh giá kết quả với xác xuất đảm bảo 99%

đã được tiến hành theo chỉ dẫn của ACI 214.R-02 Kết quả thí nghiệm xác định cường độ nén, mô-đun đàn hồi và cường độ kéo uốn của các mẫu thí nghiệm được trình bày như sau

3.1 Kết quả thí nghiệm

Chỉ tiêu Hỗnhợp

GPC

Số mẫu

Trung bình mẫu (Mpa)

Độ lệch chuẩn S (Mpa)

Hệ số biển sai

Cv (%)

Giá trị đặc trưng (Mpa)

Cường độ nén

G_30 G_40 G_50

30 30 30

39,46 49,86 59,81

3,34 4,03 3,33

8,48 8,09 5,56

31,68 40,46 52,07

Mô-đun đàn hồi

G_30 G_40 G_50

30 30 30

30424 31497 33650

2305 2197 2790

7,58 6,97 8,29

25061 26387 27159

Cường độ kéo uốn G_30G_40

G_50

18 18 18

4,93 6,29 0,53

0,49 0,50 0,53

9,88 7,98 7,38

3,798 5,02 5,80

Trang 14

Kết quả thí nghiệm đo mô-đun đàn hồi thu được, tác giả xây dựng biểu đồ quan hệ giữa mô-đun đàn hồi và cường độ chịu nén đặc trưng Kết quả thí nghiệm của GPC được so sánh với quan hệ mô đun đàn hồi – cường độ nén của bê tông xi măng OPC tính toán theo TC ACI363-11 TC AASHTO 2012 và công thức thực nghiệm của Hardjito và cộng sự cho GPC tro bay

3.2 Mô-đun đàn hồi

Trang 15

Kết quả so sánh Hình 3.1 cho thấy, mô-đun đàn hồi của GPC tro

bay có giá trị bé hơn so với mô-đun đàn hồi của BTXM OPC có cùng cấp, tính toán theo TC ACI 363-11 là từ 2-4% và thấp hơn nhiều so với tính toán theo TC AASHTO 2012 là 10 – 30% Nguyên nhân do GPC sử dụng hỗn hợp GP tro bay làm chất kết dính khác hoàn toàn XM trong BTXM

Hình 3.1: Mô-đun đàn hồi của GPC

Trang 16

Kết quả này có thể do thành phần các chất trong chất kết dính tro bay mô-đun đàn hồi của đá gốc của cốt liệu khác nhau Kết quả này cho thấy GPC có mô-đun đàn hồi thấp hơn OPC sẽ dẫn đến khả năng biến dạng khi chịu tác dụng của tải trọng của GPC lớn hơn so với OPC có cùng cường độ nén

Hình 3.1: Mô-đun đàn hồi của GPC

Khi cường độ GPC tăng càng cao

thì mức chênh lệch này càng lớn

Tuy nhiên, giá trị mô-đun đàn hồi

của GPC thu được lại cao hơn so

với mô-đun đàn hồi của GPC chế

tạo ở Australia theo kết quả của

Hardjito

Trang 17

Kết quả thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn GPC được so sánh với cường độ kéo uốn của bê tông xi măng cùng cấp theo quy định trong tiêu chuẩn của Viện bê tông Hoa kỳ ACI 318-11

Công thức xác định cường độ kéo uốn của bê tông OPC theo ACI 318-11:

3.3 Cường độ kéo uốn

Hình 3.2: Cường độ kéo uốn của GPC

Trang 18

Kết quả so sánh trên Hình 3.2 cho thấy, cường độ kéo uốn

của GPC lớn hơn so với cường độ kéo uốn tính toán cho bê tông

xi măng có cùng cường độ nén Giá trị này lớn hơn khoảng từ 1,07-1,27 lần Kết quả này cho thấy đây là ưu điểm của GPC so với OPC Cường độ kéo uốn lớn sẽ làm giảm vết nứt trên bê tông, giảm lượng cốt thép vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn

3.3 Cường độ kéo uốn

Hình 3.2: Cường độ kéo uốn của GPC

Trang 19

Từ kết quả thực nghiệm trong nghiên cứu này, các kết luận và kiến nghị sau có thể được rút ra:

•GPC tro bay được đúc mẫu và bảo dưỡng trong điều kiện phòng thí nghiệm có mức phân tán thấp trong các kết quả thí nghiệm

•So với BTXM có cùng cường độ ở mức 30-50Mpa thì mô-đun đàn hồi của GPC thấp hơn so với tính toán theo các tiêu chuẩn dành cho BTXM, do khác nhau về chất kết dính trong bê tông

•Cường độ kéo uốn của GPC cao hơn khoảng 7-27% so với tính toán theo TC ACI 318-11

•KQ nghiên cứu các đặc trưng cơ học của GPC có ý nghĩa quan trọng trong việc định hướng nghiên cứu ứng dụng GPC trong lĩnh vực xây dựng

4 KẾT LUẬN

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	2,2 MB