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.
TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TƠNG GEOPOLYMER TRO BAY GVHD: Thực hiện: •Đỗ Anh Vũ NỘI DUNG ĐẶT VẤN ĐỀ CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN TÓM TẮT Bài báo trình bày kết nghiên cứu tính chất học bê tông geopolymer tro bay Ba hỗn hợp bê tông geopolymer cấp 30, 40, 50 Mpa chuẩn bị Quá trình nghiên cứu thực nghiệm xác định cường độ nén, mô-đun đàn hồi, cường độ kéo uốn thực theo tiêu chuẩn ASTM KQ thí nghiêm xử lý đánh giá theo phương pháp thống kê Giá trị mô-đun đàn hồi cường độ kéo uốn đặc trưng bê tông geopolyme so sánh với giá trị tính tốn theo lý thuyết hành dành cho bê tông XM cường độ 1 ĐẶT VẤN ĐỀ • Geopolymer (GP) loại vật liệu dính kết polymer (P) vơ cơ, phát triển từ năm 1970 Phản ứng GP hóa phản ứng hóa học diễn oxit nhơm silic với dung dịch có tính kiềm mạnh tạo mạch có cấu trúc chiều rắn chứa liên kết Si-O-Al, • Phản ứng GP hóa diễn áp suất khí nhiệt độ 1000C Sản phẩm GP cuối tạo đặc trưng nhiều yếu tố liên quan đến thành phần hóa học nguyên liệu dung dịch kiềm kích hoạt 1 ĐẶT VẤN ĐỀ • Ngun liệu giàu nhơm silic sử dụng cho phản ứng GP hóa phế thải CN tro bay, xỉ thép, lò cao Trong tro bay nguyên liệu phù hợp kích thước hạt thành phần hóa học • Bê tơng geopolyme (GPC) từ tro bay nghiên cứu sử dụng cho cơng trình xây dựng dân dụng, đường bộ, mặt đường sân bay • Việc đánh giá tính chất học: cường Hình 1.1: Mơ hình lý thuyết q trình GP hóa độ nén, mơ-đun đàn hồi, cường độ kéo uốn cần thiết 2 CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.1 Vật liệu tỷ lệ thành phần 2.1.1 Cốt liệu lớn: Cốt liệu lớn sử dụng cho BT thí nghiệm đá dăm mua từ mỏ đá Hóa Thạch – Hà Nội Đá sàng theo kích cở sàng phối trộn lại để thỏa mãn thành phần hạt theo TC ASTM C136-01 (Hình Hình 2.1: Thành phần hạt đá sau sàng 2.1 2.2) Hình 2.2: Biểu đồ cấp phối hạt đá CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.1 Vật liệu tỷ lệ thành phần 2.1.2 Cốt liệu nhỏ: Cốt liệu nhỏ sử dụng thí nghiệm cát sơng Lơ Các cở hạt >5mm loại bỏ sàng Cát có mơ-đun hạt Mk=2,55, đáp ứng u cầu để sử dụng cho BT theo TC ASTM C136-01 (Hình 2.3) Hình 2.3: Biểu đồ cấp phối hạt cát CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.1 Vật liệu tỷ lệ thành phần 2.1.3 Tro bay (FA): Tro bay sử dụng thí nghiệm đề tài mua từ nhà máy tro bay Vina F&C lấy từ tro thải nhiệt điện Phả Lại, Hải Dương kiểm tra Viện Vật liệu Xây dựng (Bảng 2.1) đạt yêu cầu tro bay loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618 – 03 CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.1 Vật liệu tỷ lệ thành phần 2.1.4 Dung dịch kiềm kích hoạt (AAS – Alkaline Activator Solution) AAS hỗ hợp dung dịch kiềm mạnh (NaOH) thủy tinh lỏng (Na2O/SiO3) Dung dịch xút 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 nhà máy hóa chất Việt Trì có tỷ lệ Na2O/SiO2/H2O tương ứng 11,8/28,5/59,7% theo khối lượng Lựa chọn pha trộn dung dịch kiềm kích Na2O/SiO3/NAOH=2,5 hoạt theo tỉ lệ khối lượng CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.2 Thành phần cấp phối bê tông geopolymer tro bay CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.3 Kế hoạch thí nghiệm Tương ứng với hỗn hợp GPC, tiến hành đúc 30 mẫu hình trụ 15x30cm để xác định cường độ nén 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 uốn theo TC ASTM C78-02, mô-đun đàn hồi nén tĩnh theo TC ASTM C469-02 CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.4 Chế tạo mẫu thử GPC tro bay chế tạo kỹ thuật thông thường sản xuất BTXM, sau ngày mẫu tháo khuôn cho vào tủ sấy dưỡng hộ nhiệt độ 600C/24 Sau bão dưỡng nhiệt, mẫu lưu phòng thí nghiệm đến 28 ngày tuổi (Hình 2.4) đem thí nghiệm xác định tính chất học (Hình 2.5) Hình 2.4: Các mẫu thử phòng TN Hình 2.5: TN xác định tính chất học GPC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết thí nghiệm Sau có kết thí nghiệm mẫu thử, phân tích thống kê đánh giá kết với xác xuất đảm bảo 99% tiến hành theo dẫn ACI 214.R-02 Kết thí nghiệm xác định cường độ nén, mô-đun đàn hồi cường độ kéo uốn mẫu thí nghiệm trình bày sau Chỉ tiêu Cường độ nén Mô-đun đàn hồi Cường độ kéo uốn Hỗn hợp GPC G_30 G_40 G_50 G_30 G_40 G_50 G_30 G_40 G_50 Số mẫu Trung bình mẫu (Mpa) Độ lệch chuẩn S (Mpa) Hệ số biển sai Cv (%) Giá trị đặc trưng (Mpa) 30 30 30 30 30 30 18 18 18 39,46 49,86 59,81 30424 31497 33650 4,93 6,29 0,53 3,34 4,03 3,33 2305 2197 2790 0,49 0,50 0,53 8,48 8,09 5,56 7,58 6,97 8,29 9,88 7,98 7,38 31,68 40,46 52,07 25061 26387 27159 3,798 5,02 5,80 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.2 Mô-đun đàn hồi Kết thí nghiệm đo mơ-đun đàn hồi thu được, tác giả xây dựng biểu đồ quan hệ mô-đun đàn hồi cường độ chịu nén đặc trưng Kết thí nghiệm GPC so sánh với quan hệ mô đun đàn hồi – cường độ nén bê tông xi măng OPC tính tốn theo TC ACI363-11 TC AASHTO 2012 công thức thực nghiệm Hardjito cộng cho GPC tro bay 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.2 Mơ-đun đàn hồi Hình 3.1: Mơ-đun đàn hồi GPC Kết so sánh Hình 3.1 cho thấy, mơ-đun đàn hồi GPC tro bay có giá trị bé so với mô-đun đàn hồi BTXM OPC có cấp, tính tốn theo TC ACI 363-11 từ 2-4% thấp nhiều so với tính tốn theo TC AASHTO 2012 10 – 30% Nguyên nhân GPC sử dụng hỗn hợp GP tro bay làm chất kết dính khác hồn tồn XM BTXM 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.2 Mô-đun đàn hồi Khi cường độ GPC tăng cao mức chênh lệch lớn Tuy nhiên, giá trị mô-đun đàn hồi GPC thu lại cao so với mô-đun đàn hồi GPC chế tạo Australia theo kết Hardjito Hình 3.1: Mơ-đun đàn hồi GPC Kết thành phần chất chất kết dính tro bay mơ-đun đàn hồi đá gốc cốt liệu khác Kết cho thấy GPC có mơ-đun đàn hồi thấp OPC dẫn đến khả biến dạng chịu tác dụng tải trọng GPC lớn so với OPC có cường độ nén 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.3 Cường độ kéo uốn Kết thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn GPC so sánh với cường độ kéo uốn bê tông xi măng cấp theo quy định tiêu chuẩn Viện bê tông Hoa kỳ ACI 318-11 Công thức xác định cường độ kéo uốn bê tông OPC theo ACI 318-11: Hình 3.2: Cường độ kéo uốn GPC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.3 Cường độ kéo uốn Hình 3.2: Cường độ kéo uốn GPC Kết so sánh Hình 3.2 cho thấy, cường độ kéo uốn GPC lớn so với cường độ kéo uốn tính tốn cho bê tơng xi măng có cường độ nén Giá trị lớn khoảng từ 1,07-1,27 lần Kết cho thấy ưu điểm GPC so với OPC Cường độ kéo uốn lớn làm giảm vết nứt bê tông, giảm lượng cốt thép vùng chịu kéo cấu kiện chịu uốn 4 KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm nghiên cứu này, kết luận kiến nghị sau rút ra: •GPC tro bay đúc mẫu bảo dưỡng điều kiện phòng thí nghiệm có mức phân tán thấp kết thí nghiệm •So với BTXM có cường độ mức 30-50Mpa mơ-đun đàn hồi GPC thấp so với tính tốn theo tiêu chuẩn dành cho BTXM, khác chất kết dính bê tơng •Cường độ kéo uốn GPC cao khoảng 7-27% so với tính tốn theo TC ACI 318-11 •KQ nghiên cứu đặc trưng học GPC có ý nghĩa quan trọng việc định hướng nghiên cứu ứng dụng GPC lĩnh vực xây dựng ... THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN TĨM TẮT Bài báo trình bày kết nghiên cứu tính chất học bê tơng geopolymer tro bay Ba hỗn hợp bê tông geopolymer cấp 30,... KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.2 Thành phần cấp phối bê tông geopolymer tro bay CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG GEOPOLYME TRO BAY 2.3 Kế hoạch thí nghiệm... thước hạt thành phần hóa học • Bê tông geopolyme (GPC) từ tro bay nghiên cứu sử dụng cho cơng trình xây dựng dân dụng, đường bộ, mặt đường sân bay • Việc đánh giá tính chất học: cường Hình 1.1: Mơ