Ảnh hưởng của thành phần hoạt hóa đến cường độ chịu uốn và kéo gián tiếp của bê tông geopolymer

Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần dung dịch hoạt hóa đến bê tông geopolymer bằng cách thay đổi tỷ lệ sodium silicate – sodium hydroxide. Tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay được sử dụng là 0.4, 0.5 và 0.6 theo khối lượng.

VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN HOẠT HÓA ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN VÀ KÉO GIÁN TIẾP CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER TS PHAN ĐỨC HÙNG Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh TS LÊ ANH TUẤN Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Tóm tắt: Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần dung dịch hoạt hóa đến bê tông geopolymer cách thay đổi tỷ lệ sodium silicate – sodium hydroxide Tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay sử dụng 0.4, 0.5 0.6 theo khối lượng Trong dung dịch hoạt hóa, tỷ lệ sodium silicate – sodium hydroxide 1, 2.5 Mẫu dưỡng hộ 600C thời gian 4, 6, 10 Kết nghiên cứu cho thấy tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay tỷ lệ sodium silicate – sodium hydroxide lớn cường độ chịu uốn chịu kéo gián tiếp bê tông geopolymer tăng Khi thời gian dưỡng hộ tăng lên làm tăng cường nghiên cứu trước xây dựng q trình hoạt hóa chuỗi polymer tổng hợp silicon hoạt tính từ vật liệu vô tự nhiên Nghiên cứu Joshi Kadu [4] đưa vai trò dung dịch hoạt hóa đến cường độ chịu nén vật liệu geopolymer Đồng thời, nghiên cứu đánh giá vai trò SiO2 Al2O3 đến tính chất cường độ chịu nén vữa bê tông geopolymer [5-6] Bên cạnh đó, thay đổi thành phần sodium silicate sodium hydroxide dung dịch hoạt hóa ảnh hưởng đến tính chất cường độ chịu nén geopolymer Đồng thời, ảnh hưởng thành phần hoạt hóa đến độ uốn kéo q trình hoạt hóa diễn triệt để tính chất khác vật liệu polymer cần xem xét Từ khóa: Sodium silicate, sodium hydroxide, cường độ chịu uốn, cường độ chịu kéo gián tiếp, bê tông geopolymer Bài báo nghiên cứu xác định ảnh hưởng yếu tố dung dịch hoạt hóa, thành phần tro bay, điều Đặt vấn đề kiện dưỡng hộ đến tính chất đặc tính chịu uốn kéo gián tiếp bê tông geopolymer Trên sở đó, xác Vật liệu geopolymer hình thành q trình hoạt hóa vật liệu alumino – silicate mơi trường dung dịch chứa kiềm Trong vật liệu alumino – silicate chứa thành phần hoạt tính silicon aluminum có tro bay, meta cao lanh, xỉ lò cao, tro trấu Q trình phản ứng mơi trường hoạt hóa tạo chuỗi Si-O-Si làm cho vật liệu có cường độ bền vững theo thời gian [1-3] Geopolymer coi phần lĩnh vực vật liệu, có tính chất vật liệu polymer Nhiều định ảnh hưởng trình geopolymer hóa đến khả chịu kéo, uốn bê tơng Nguyên vật liệu phương pháp thí nghiệm 2.1 Nguyên vật liệu a Tro bay Tro bay sử dụng loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618, khối lượng riêng 2500 kg/m3, độ mịn 94% lượng lọt qua sàng 0.08 mm Thành phần hóa học trình bày bảng Bảng Thành phần hóa học tro bay Thành phần hoá học % khối lượng SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 51,7 31,9 3,48 1,21 K2O + Na2O 1,02 MgO SO3 MKN(*) 0,81 0,25 9,63 (*) MKN : nung b Dung dịch hoạt hóa Dung dịch hoạt hóa kết hợp sodium hydroxide sodium silicate Dung dịch sodium hydroxide pha chế từ tinh thể rắn độ tinh khiết 90%, khối lượng riêng 2130 kg/m có nồng độ 34 18mol/l Dung dịch sodium silicate sử dụng với hàm lượng Na2O SiO2 dao động từ 36% đến 38%, tỷ trọng 1.42  0.01 g/ml Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG c Cốt liệu 2.2 Cấp phối Cát dùng sử dụng cát sơng, modun độ lớn 2.16, cỡ hạt trung bình Cát làm sấy Cấp phối bê tông Geopolymer sử dụng có sử dụng tro bay 420 kg, tỷ lệ dung dịch hoạt hóa - tro bay khơ trước đưa vào nhào trộn (DD/TB) 0.4, 0.5 0.6; tỷ lệ sodium silicate sodium hydroxide (SS/SH) thay đổi Thành phần cấp Đá dăm có Dmax 20 mm, khối lượng riêng 3 2730 kg/m , khối lượng thể tích 1450 kg/m phối trình bày bảng Bảng Cấp phối bê tông geopolymer (kg/m ) Đá (kg) 1080 1080 1080 1080 1080 Ký hiệu A1 A2 A3 A1B1 A1B2 Cát (kg) 710 735 760 710 710 Tro bay (kg) 420 420 420 420 420 DD/TB 0.6 0.5 0.4 0.6 0.6 SS/SH 2.5 2.5 2.5 2.3 Phương pháp thí nghiệm b Dưỡng hộ mẫu a Nhào trộn đúc mẫu Sau tạo hình, mẫu dưỡng hộ tĩnh định 24 tiến hành dưỡng hộ nhiệt 60oC 4, 6, 10 Các thí nghiệm xác định cường độ xác định ngày tuổi Nhào trộn khô thành phần nguyên liệu sau định lượng đá, cát, tro bay vòng phút máy trộn Hỗn hợp dung dịch hoạt hóa bao gồm sodium silicate sodium hydroxide chuẩn bị trước đổ vào hỗn hợp trộn khơ Q trình nhào trộn ướt khoảng phút máy, sau hỗn hợp bê tơng geopolymer tạo mẫu dưỡng hộ nhiệt 60oC Kết thí nghiệm Kết xác định cường độ chịu uốn theo tiêu chuẩn ASTM C78 cường độ kéo gián tiêu chuẩn ASTM C496-90 bê tong geppolymer trình bày bảng Bảng Kết thí nghiệm bê tơng geopolymer Ký hiệu A1 A2 A3 A1B1 A1B2 4.85 4.78 4.35 4.41 4.14 Cường độ chịu uốn, MPa giờ 5.45 5.89 5.27 5.48 4.93 5.11 4.80 5.11 4.45 4.84 10 6.42 6.15 5.86 5.47 5.42 Cường độ chịu kéo gián tiếp, MPa giờ 10 3.37 3.45 3.78 4.17 3.27 3.40 3.64 3.94 3.06 3.15 3.47 3.85 3.06 3.13 3.25 3.45 2.89 2.94 3.15 3.42 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng hoạt hóa đến cường độ uốn (a) (b) Hình Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch alkaline - tro bay (a) tỷ lệ sodium silicate - sodium hydroxide (b) đến cường độ chịu uốn bê tơng geopolymer Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 35 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG Kết thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu uốn silicate - sodium hydroxide sử dụng cường độ bê tông geopolymer thay đổi theo thay đổi hàm lượng dung dịch hoạt hóa thơng qua thay đổi tỷ lệ tăng 6.5 17.1% sử dụng tỷ lệ sodium silicate sodium hydroxide sử dụng 2.5 Tuy nhiên, dung dịch hoạt - tro bay (hình 1a) Khi dưỡng hộ giờ, giá trị cường độ chịu uốn đạt 4.35, 4.78 yếu tố giúp làm tăng cường độ chịu uốn bê tông geopolymer, tăng thời gian dưỡng hộ 4.85MPa tương ứng với tỷ lệ dung dịch hoạt - tro bay sử dụng 0.4, 0.5 0.6 Ngoài ra, thời gian phát triển cường độ chịu uốn có khuynh hướng tăng nhanh sử dụng tỷ lệ sodium silicate - sodium dưỡng hộ giúp q trình geopolymer hóa diễn triệt để giúp làm tăng cường độ chịu uốn bê tông hydroxide 2.5 so với hai tỷ lệ lại geopolymer, tăng khoảng 30% dưỡng hộ 10 so với dưỡng hộ mức nhiệt Thời gian dưỡng hộ dài q trình geopolymer hóa diễn mạnh mẽ giúp tổng hợp chuỗi monomer hoàn thiện dẫn đến cường độ chịu uốn bê tơng geopolymer tăng Hình 1b trình bày kết thí nghiệm giữ ngun tỷ lệ dung dịch hoạt - tro bay 0.6 thay đổi tỷ lệ sodium silicate - sodium hydroxide Kết thí nghiệm cho thấy, dưỡng hộ giờ, giá trị cường độ chịu uốn đạt 4.14, 4.41 4.85MPa tương ứng với tỷ lệ sodium silicate - sodium hydroxide sử dụng 1, 2.5 So với tỷ lệ sodium (a) 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng hoạt hóa đến cường độ kéo gián tiếp Kết thí nghiệm tương tự cường độ chịu uốn bê tông geopolymer thay đổi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa - tro bay ứng với tỷ lệ sodium silicate - sodium hydroxide 2.5 (hình 2a) thay đổi tỷ lệ sodium silicate - sodium hydroxide ứng với tỷ lệ dung dịch alkaline-tro bay 0.6 (hình 2b) Tuy nhiên mức độ chênh lệch cường độ chịu kéo gián tiếp bê tông geopolymer dưỡng hộ 10 có xu hướng thấp Do đó, vai trò q trình geopolymer hóa có khả tạo cho bê tơng có khả phát triển khả chịu uốn, đồng thời tính chất chịu kéo gia cường (b) Hình Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa-tro bay (a) tỷ lệ sodium silicate-sodium hydroxide (b) đến cường độ chịu kéo gián tiếp bê tông geopolymer 3.3 Ảnh hưởng thành phần dung dịch hoạt hóa Kết thí nghiệm thể hình 3a 3b cho thấy cấp phối A1 sử dụng tỷ lệ dung dịch alkaline - tro bay 0.6 tỷ lệ sodium silicate - sodium hydroxide dung dịch hoạt hóa 2.5 cho kết tốt cường độ chịu uốn chịu kéo gián tiếp bê tông geopolymer Sự chênh lệch 36 cường độ cấp phối so với cấp phối khác có chiều hướng gia tăng bê tông geopolymer dưỡng hộ thời gian dài Bên cạnh đó, ta nhận thấy tỷ lệ sodium silicate – tro bay tăng từ 0.29 đến 0.43 cấp phối A1, A2 A3 giá trị uốn kéo gián tiếp tăng theo Kết chứng tỏ hàm lượng sodium silicate so với hàm Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG lượng (Al2O3 + SiO2) có tro bay tăng cấp phối A1B1 A1B2 cao tỷ lệ 0.29 làm cho liên kết Si-O-Si bền hơn, làm tăng cường độ chịu uốn Điều có nhận xét tương tự 0.36 cấp phối A2 A3 cho giá trị cường độ thấp Điều cho thấy khơng vai trò sodium nghiên cứu trước xác định vai trò sodium silicate làm tăng độ đặc cấu trúc silicate làm tăng khả liên kết chuỗi geopolymer mà cần hỗ trợ thành phần sodium geopolymer, làm tăng cường độ chịu nén [5-7] Tuy nhiên tỷ lệ sodium silicate – tro bay 0.3 0.4 hydroxide phù hợp (a) (b) Hình Ảnh hưởng thành phần hoạt hóa đến cường độ chịu uốn (a) chịu kéo gián tiếp (b) bê tông geopolymer Bề mặt bê tơng phân tích phương pháp SEM hình cho thấy q trình hoạt hóa tạo thành cấu trúc vơ định hình Q trình tạo liên kết SiO-Si xảy phụ thuộc nhiều yếu tố làm cho hạt hình cầu tro bay tồn bề mặt chưa hoạt hóa Do đó, thành phần dung dịch hoạt hóa ảnh hưởng lớn đến trình phản ứng với vật liệu alumino - silicate Hình SEM bề mặt mẫu sau hoạt hóa, độ phóng đại 3000 lần Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 37 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG Kết luận and properties of low-calcium fly ash-based geopolymer Bài báo nghiên cứu trình phản ứng tro bay với thành phần sodium silicate, sodium hydroxide đến cường độ chịu uốn chịu kéo gián tiếp bê tông geopolymer concrete”, Research Report GC1 Faculty of Engineering Curtin University of Technology Perth, Australia Geopolymer cement and aggregates industries”, World resource review vol 6, No 2, pp.263 - 278 38 XU, J.S.J VAN of DEVENTER (2000), alumino-silicate The minerals, S SONGPIRIYAKIJ, T KUBPRASIT, C JATURAPITAKKUL and P CHINDAPRASIRT (2010), “Compressive strength and degree of reaction of biomass- and fly ash-based geopolymer” Construction and Building Materials, vol 24, pp 236-240 J DAVIDOVITS (2012), “Global warming impact on the of 247-266 TÀI LIỆU THAM KHẢO Journal International Journal of Mineral Processing, vol.59, pp chịu uốn kéo gián tiếp bê tông geopolymer giảm theo Application, 3rd edition, Geopolymer Institute H geopolymerisation - Khi giảm tỷ lệ (sodium silicate + sodium J DAVIDOVITS (2011), Geopolymer Chemistry and International pp.417-421 gián tiếp lên khoảng 20-40%; Concrete”, Enviromental Science and Development, vol.3 (5), bê tông đạt 4.85 3.37 MPa với tỷ lệ (sodium silicate + sodium hydroxide) – tro bay 0.6 sau dưỡng hydroxide) – tro bay giảm tỷ lệ sodium silicate thành phần dung dịch hoạt hóa cường độ S.V JOSHI and M.S KADU (2012), “Role of akaline activator in development of Eco-friendly fly ash based - Khi sử dụng tỷ lệ sodium silicate – sodium hydroxide 2.5 cường độ uốn, kéo gián tiếp hộ Tăng thời gian dưỡng hộ lên 10 liên kết SiO-Si tốt làm tăng giá trị chịu uốn kéo D HARDJITO and B.V RANGAN (2005), “Development P DE SILVA and K SAGOE-CRENSTIL, (2008), “Medium-term phase stability of Na2O-Al2O3-SiO2-H2O geopolymer systems” Cement and Concrete Research, vol 38, pp 870-876 Ngày nhận bài: 15/7/2015 Ngày nhận sửa lần cuối: 25/8/2015 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MƠI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG ĂN MỊN GẠCH TRONG KIẾN TRÚC CỔ TS TRẦN MINH ĐỨC Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Những cơng trình xây gạch cổ bị ăn mòn làm cho mủn gạch Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ trình ăn mòn làm phức tạp đánh giá khả phá hoại vật liệu gạch Từ kết khảo sát cơng trình di tích, đề xuất giới hạn hàm lượng nguy hiểm gạch tác nhân Sunphat Clo Di tích kiến trúc gạch chiếm phần đáng kể di sản dân tộc Nhiều hư hỏng di tích gạch phát hiện, thống kê, phân tích tìm ngun nhân cách khắc phục Trong khó vấn đề gạch mủn Đương nhiên kiến trúc cổ có gạch mủn khơng phải “cổ” Rất nhiều trường hợp gạch ngày nhanh chóng bị mủn sau vài tháng sử dụng Gần có nghiên cứu tượng [1,2,8] nghiên cứu tượng này, số giải pháp khắc phục lại Vậy đâu nguyên nhân, đâu giải pháp cho công trình cổ dự án trùng tu di tích? Vấn đề cần tổng kết để nhìn đắn cho nhà tham gia vào việc bảo tồn di sản xây cất cơng trình Có thể nhận thấy vai trò nước gạch: - Nước làm tăng tốc độ phản ứng nhóm nguyên nhân A nguyên liệu cho muối kết tinh nhóm nguyên nhân B; - Nước tác nhân làm lây lan hư hỏng từ nơi đến nơi khối xây gạch (hòa tan muối dịch chuyển khối xây; đặc biệt trường hợp ăn mòn mao dẫn) Ngồi ion âm nước, đương nhiên ion dương K+, Na+ có vai trò định, hình thành muối tan Ngồi ra, có tác dụng chất thải vi sinh vật vi nấm, vi khuẩn, với chế hóa học Và đương nhiên, kết hợp tất tác nhân nguyên nhân Khảo sát tượng ăn mòn khối xây gạch/đá có mục đích phát nguồn độc tố điều kiện ăn mòn Trong hàm lượng ion SO42- Clđáng quan tâm phá hoại gạch phổ biến chúng gây Nguyên nhân vai trò độc tố làm mủn gạch Nguồn độc tố đường xâm nhâp khối xây Cho đến nguyên nhân mủn gạch sáng tỏ: Các độc tố nhóm A thường phát sinh từ: A Do mơi trường ăn mòn hóa học, có tính axit, cụ thể có mặt ion Cl , NO3 yếu tố có phản ứng hóa học với khống chất gạch tạo sản phẩm bền so với chất ban đầu Chất ăn mòn dạng rắn tốc độ phản ứng khơng cao, song có nước trở thành dung dịch sức phá hoại tăng nhanh lên nhiều lần B Do tái kết tinh muối tan có gạch, điển hình CaSO4 (thạch cao) hay Na2SO4 (dehydrat sodium sunphat) Các muối gặp nước tạo thành tinh thể ngậm nước tăng thể tích lên từ vài lần (sunphat canxi) hay vài chục lần (sunphat nat’ri) Tinh thể muối lấp đầy lỗ rỗng, tăng mức phá vỡ thành lỗ rỗng làm gạch bị mủn (hóa bụi) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 - Các nhà máy hóa chất, hóa chất lỏng, khí rò rỉ làm mơi trường nhiễm (thường cụ thể mưa axit) Thường độc tố gần nguồn có nồng độ cao, đủ để hủy hoại gạch/đá với tốc độ lớn Một trường hợp tháp Khương Mỹ (Quảng Nam): lò sấy thịt bò khơ sát bên sinh số khí CO, Cl2, NH3 tác nhân làm gạch mủn [2]; - Khơng khí biển: nồng độ độc tố không cao, song thời gian dài có tích tụ thành lượng lớn Trong trường hợp tháp Po Nagar (Khánh Hòa) số liệu đo lượng muối sa lắng (qua lượng Cl-) 50,46 mg/m [4] Các muối tích tụ đến lúc đủ hình thành nồng độ nguy hiểm cho gạch, làm gạch bị mủn Ngồi ra, NaCl làm cho gạch bị ẩm mạnh, hóa mềm giảm cường độ (thí nghiệm dung dịch muối ăn 5% cho thấy mức giảm cường độ đạt tới 30% [2]) Nhiều đền tháp Chămpa gạch nằm 39 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MƠI TRƯỜNG gần biển, chịu tác động mơi trường khơng khí đất, nước mưa, nước giếng có tính axit, cụ thể: biển; số số liệu đo không khí nêu bảng số pH nước giếng 5,8 (hàm lượng Cl 35,5 mg/l; lượng muối hòa tan MHT 50,6mg/l; - 2- - Nước (nước giếng, nước nền): thường bị nhiễm độc nước thải mưa có hóa chất Trường hợp điển hình di tích Mộ cự thạch Hàng Gòn, phân tích mơi trường cho thấy - lượng SO4 6,5mg/l), nước mưa 4,6 (Cl = 42,6 mg/l; MHT = 62,0mg/l; SO42- < 5,0mg/l), nước chiết từ đất 5,3 [5] Bảng Nồng độ số tác nhân ăn mòn khơng khí Di tích Chiên Đàn Khương Mỹ Pơ Nagar Hòa Lai Pơ Rơmê Pơ Đam Pơ Sah Inư Hàng Gòn Gò Tháp SO2 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 NO2 0,1 - Nồng độ chất khí, ppm CO Cl2 H2S 10,0 9,0 9,0 4,0 1,0 5,0 3,0 1,0 - HCl 4,0 9,6 9,0 5,2 5,9 0,4 0,2 5,0 NO 5,0 1,0 2,0 0,1 2,0 Ghi chú: Thí nghiệm LAS – XD 578 Phân Viện KHCNXD Miền Trung thực máy đo khí đa tiêu mác MX21-Olman/IS Pháp - Đất: đất có độc tố nhóm A làm mủn gạch có trình ăn mòn Số liệu khảo sát nhà cổ Thanh Phú vùng nhiễm mặn chất thải cơng nghiệp rò rỉ, tháp Long (Long An) cho thấy tất loại vữa Mỹ Khánh ví dụ Tháp bị vùi lớp cát biển – m kết phân tích cho thấy gạch bị ngấm muối (xây, tô trau, trát) bị nhiễm SO3 với hàm lượng khác tùy theo lượng cát dùng vữa [6] tan Cl- [2] Khi khai lộ gạch bị mủn nhanh chóng (do cân trao đổi chất) Còn có nhiều đền Trong trường hợp mao dẫn cần để ý đến nguy mơi trường khơng đạt ngưỡng nguy hiểm Có thể giải tháp gạch bị vùi đất Mỹ Sơn, Cát Tiên Như tồn nguy hủy hoại gạch cơng thích điều qua hình Hóa chất bắt đầu gây hại nồng độ vượt ngưỡng cho phép [K]; trình chưa phát lộ Nguy vùng đất nhiễm mặn, nhiễm phèn ven biển đất, nước chất gây hại ngưỡng này: K1 < [K], K2 < [K] Tình trạng tưởng - Vi sinh vật: vi khuẩn, thực vật bậc thấp (vi nấm, vô hại, song thực tế nhiều cơng trình bị ăn mòn, chỗ bị hủy hoại nghiêm trọng vùng giáp ranh rêu, mốc ) sinh trưởng gạch, lấy “thức ăn” từ gạch (nhất gạch nung non) Trong trình sinh trưởng chúng thải số axit hữu vơ có hại, kể axit sunphuric hay axit nitric Các axit làm mủn gạch Các độc tố nhóm B thường phát sinh từ: - Vùng có khơng khí chứa muối: trường hợp tương tự nguyên nhân thuộc nhóm A, nhiên tốc độ ăn mòn khơng lớn (nhất mơi trường khơ) Tháp Po Nagar thuộc dạng - Vùng đất, nước nhiễm phèn muối: thơng thường ăn mòn làm mủn gạch thường xảy theo chế mao dẫn Vùng Đồng Tháp Mười nói riêng Tây Nam Bộ nói chung có nhiều gạch cổ thuộc văn hóa Oc Eo – Phù Nam Hàng năm có mùa nước nên gạch bị ngấm độc tố, cần gặp điều kiện thuận lợi (gặp nước, mặt thống khí ) xảy 40 khối xây nước/đất Cơ chế ăn mòn sau: Khối xây có phần nằm ngập đất/nước – thường phần móng Bản thân gạch vật liệu có độ rỗng kích thước nhỏ, liên thơng, hình thành hệ thống “ống dẫn vi mơ” Trong ống hình thành áp suất âm, kéo nước dâng lên bên Nước với muối bị hòa tan đưa lên cao mặt đất/nước (mặt hình vẽ) Tại có mặt thống (gạch gặp khơng khí), nước có điều kiện bay hơi, muối lại, làm tăng nồng độ hóa chất lỗ rỗng gạch Cứ hóa chất (muối) tích tụ lỗ rỗng Sau thời gian nồng độ muối vượt ngưỡng an toàn Trường hợp tương tự khuếch tán độc tố chênh lệch nồng độ - Vùng có mỏ sét nhiễm phèn nhiễm muối: vùng (thường ven biển); gạch làm từ sét (hoặc trộn nhào sét nước nhiễm phèn, nhiễm Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG mặn) chứa độc tố Các chất gây ăn mòn khơng dễ bay lượng mơi trường phù hợp số trình nung gạch khối xây chúng bắt đầu trình phá hủy gạch gặp nước cao tới mức gây hại thời gian ngắn, chưa hẳn xác) Đã có tiêu chuẩn quy định hàm - Trong thi công: công nghệ kỹ thuật xây công lượng độc tố đất sét làm gạch làm gốm: trình di tích có nhiều đặc điểm khác với cách xây đại Đền tháp Chămpa xây theo lối mài chập –  TCVN 4353:1986 Đất sét để sản xuất gạch ngói nung – Yêu cầu kỹ thuật mài gạch với nước; cơng trình người Việt sử dụng vữa vơi, nhiều nơi vơi có nguồn  TCVN 6300:1997 Nguyên liệu để sản xuất sản gốc biển: vôi hàu, vơi san hơ Nếu nước mài gạch có muối nước phèn nguy cho gạch - 2- Vơi có nguồn gốc biển thường chứa Cl , SO4 nguồn gây mủn gạch Như vậy, có mặt độc tố, nước khả xâm nhập vào khối xây điều kiện tiên để q trình ăn mòn khởi phát tăng tốc Nhưng cần tích tụ tác nhân ăn mòn gây hại (muối khống tan lúc có đất sét) Nồng độ gây hại hóa chất ăn mòn Thơng thường số diễn tả hàm lượng chất đất sét (nếu đánh giá qua hàm phẩm gốm xây dựng Đất sét – Yêu cầu kỹ thuật Tiêu chuẩn đầu quy định đất sét khơng chứa muối tan, quy định thêm: có muối tan phải sử lý cách rửa Như hiểu là: khơng phép có muối tan nguyên liệu sét Tiêu chuẩn thứ hai quy định khơng có muối tan sét, quy định thêm: hàm lượng sunphat tính theo SO3 khơng vượt 0,5% Cần hiểu rõ: Khi làm đồ gốm cần có cơng đoạn khuấy rửa , hàm lượng SO3 giảm xuống Tuy nhiên với gốm cấp thấp (gạch, ngói) khơng có cơng đoạn Vậy hàm lượng phèn (qua sổ SO3) cần hạ xuống mức nào? Hình Cơ chế ăn mòn mao dẫn Nhiều cơng trình gạch khảo sát để tìm hàm lượng độc tố có gạch mủn (bảng 2) Trong nêu số liệu gạch chưa/khơng mủn để so sánh Có vấn đề cần lưu ý: hàm lượng độc tố Cl , SO3 đất sét nguyên liệu gạch không thật đồng có vai trò muối tan việc làm mủn gạch, chưa tách rời Hơn nữa, cường độ gạch (quyết định đến độ vững Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 thành lỗ rỗng vi cấu trúc) đóng vai trò lớn hủy hoại chế chèn ép tinh thể muối Trường hợp nhà cổ phía tây thành Kèn (Biên Hòa, Đồng Nai): có mặt SO3 tất loại vữa (xây cuốn, lát ) song gạch (cổ) kết khối có chất lượng tốt, nên chí kể lượng SO3 lên đến 0,78% vữa gạch không bị hủy [7] Tuy nhiên, tranh chung tác động 41 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MÔI TRƯỜNG yếu tố CaSO4, Na2SO4 Cl- Lượng cháy nhiệt độ 600 – 7000C) Để xác định, nung xác định phân tích thành phần hóa học (theo TCVN 7131:2002), chưa phải lượng số trường hợp có làm phân tích nhiệt vi sai DTA nhiệt khối lượng TG, chí chụp vi cấu trúc nước tinh thể muối tan (thường nhiệt độ < 3000C); mà nước cấu trúc OH- bát Thành phần khống (tìm thạch cao dehydrat nat’ri sunphat) đo phương pháp nhiễu xạ Rơn ghen 3- diện Al(OH)6 cháy nốt chất hữu tồn dư nguyên liệu gạch vỏ trấu, tro trấu (sẽ theo hướng dẫn tiêu chuẩn sở Các phép đo hầu hết thực VILAS 003 Bảng Hàm lượng độc tố gạch bị mủn số di tích, % Tìm lượng muối tan Cơng trình Cl MKN - SO3 Nguồn MKN Thạch cao khan (*) Tháp Mỹ Khánh Mẫu VDE-MK3, V-MK1, R-MK1 MK-3, MK-4, MK-5, VG-MK3, R-MK2 Tháp Po Rome Bột gạch mủn Vữa xây gốc Gạch gốc không mủn Gạch phục chế chưa mủn Gạch phục chế chưa mủn Bột gạch phục chế mủn (lớp mặt) Bột gạch phục chế mủn (lớp mặt) Bột gạch phục chế mủn (lớp mặt) Tháp Po Nagar Chỗ bong rộp Bột gạch mủn Bột gạch mủn cũ Gạch gốc không mủn (2 mẫu) tháp A (6) Gạch phục chế chưa mủn (3 mẫu) Gạch phục chế cũ bị mủn, tháp B Tháp Khương Mỹ Gạch gốc bị mủn Gạch gốc chưa mủn Tháp Po Đam Bột gạch mủn (4 mẫu) Gạch không mủn (2 mẫu) Lõi đen gạch không mủn Gạch gốc mềm (màu nâu) Gạch gốc khơng mủn Tháp Bình Lâm Gạch gốc chưa mủn (4 mẫu) Bột gạch mủn Vữa Tháp Hòa lai Gạch p chế 1992 bị mủn (3 mẫu) Gạch p.chế 1992 chưa mủn (2 mẫu) Gạch cổ bị mủn (4 mẫu) Bột gạch bị mủn (chỗ mủn) Tháp Po SahInư Gạch mủn mặt tháp Gạch mủn mặt tháp Gạch mềm (cổ) Gạch cứng Nền gạch cổ gần Miếu bà chúa Xứ, Đồng Tháp Bột gạch mủn Gò Minh Sư Gạch già chưa mủn Gạch non chưa mủn 42 KXĐ 6,40-9,97 1,08-1,59 (*) (1) Hỗn hợp KXĐ 0,061 0,396 0,0 0,0 5,18 KXĐ 1,16 0,84 3,5 1,25 7,37 (10) 0,18 KXĐ KXĐ KXĐ NLK > 50% NLK > 75% KXĐ KXĐ KXĐ 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,16 (4) 0,12 0,00 0,00 0,00 0,00 1,64 0,11 ~3,0 ~1-2 0 0 (5) ~2 9,05 4,75 10,26 1,67-2,19 0,26-0,35 4,00 KXĐ KXĐ KXĐ KXĐ KXĐ NLK 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 24,33 0,15 0,24 0,00-0,08 0,00- 0,04 0,33 Nhiều Rất 0 0 8,23-9,60 10,00 KXĐ KXĐ 1,07-1,84 0,04 0,09-0,22 0,04 0 4,49-4,99 1,92-2,47 3,69 3,33 2,73 KXĐ NLK (7) Hỗn hợp KXĐ KXĐ 0,21-2,56 0,00 0,00 0,018 0,00 0,39-0,92 0,00 0,00 0,07 0,04 1,15-2,12 10,79 4,52 KXĐ KXĐ KXĐ 0,00 0,00 0,00 0,07-0,13 1,31 0,22 (5) ~2 13,17 KXĐ 0,986-1,069 0,036-0,047 0,238-0,648 0,0 0,244 0,244 0,34-0,50 (8) 12,86 (5) ~12-18 6,39 6,16 4,07 0,99 NLK > 90% NLK > 90% KXĐ KXĐ 0,0 0,0 0,0 0,0 0,03 0,44 0,06 0,07 (5) ~1 0 11,67 KXĐ 0,0 8,29 1,46 5,34 KXĐ KXĐ 0,0 0,0 0,03 0,68 0,00 0,00 (2) KXĐ KXĐ (3) (5) (5) ~1-2 0 0 (9) 0 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MƠI TRƯỜNG - Các số có khoảng biến động kết nhiều mẫu riêng biệt (2 – 4mẫu) - MKN = Mất nung; - KXĐ = Không xác định (không đo); - NLK = Nước liên kết (hấp phụ, tinh thể); - Hỗn hợp = Gồm nước liên kết + nước cấu trúc OH- hay chất hữu cháy = MKN * Số liệu nhỏ đo bề mặt – nơi muối bị nước mưa rửa trôi, tổng lượng muối đo được: 0,128 – 0,994% tùy theo vị trí lớp (lấy mẫu theo chiều sâu) (1) – Kết khơng đều, có vai trò MKN nước liên kết chất hữu tồn dư (ảnh vi cấu trúc thấy có lượng than gạch); mẫu có độ hút vơi cao mẫu khác chứng tỏ nung non (2) – Hàm lượng Sunphat nhỏ, dạng Magie Sunphat, có hại so với Canxi Sunphat (3) – Rất ít, chiếm 1-2% tinh thể muối tiết khỏi gạch dạng CaSO4.2H2O (4) – Vữa gồm vôi, bột gạch, dầu rái (dầu rái chiếm đến 70,0%) (5) – Đo dạng CaSO4.2H2O (6) – Nguồn đất sét có hàm lượng SO3 0,09% (7) – Hỗn hợp MKN gồm 60% nước liên kết 40% nước cấu trúc chất hữu chưa cháy hết (8) – SO3 tính quy từ S2(9) – Khơng thấy thạch cao, có khối lượng Na2SO4.10H2O cỡ 1% (10)– Gạch nung già số, thường 2,0% (còn loại trừ nước Nhận xét thảo luận mục 3: cấu trúc tồn dư chất hữu tìm phân Do điều kiện Dự án nên làm tất tích nhiệt số phải 1,0%) Vì thí nghiệm cần thiết mẫu gạch, thấy lượng MKN 2% cần nghĩ đến cần thiết thí nghiệm OTA, SEM khơng phải lúc thực phân tích DTA, TG để làm rõ vấn đề; được; số mẫu không xác định tiêu Đối với ngưỡng nguy hiểm Cl- qua lý mẫu gạch Do chủ yếu đánh giá dựa trường hợp tháp Mỹ Khánh, tháp Khương Mỹ số liệu thành phần khoáng vật thành phần hóa tháp Hòa Lai, giá trị 0,05% coi hàm lượng tới học gạch Ngoài ra, thấy hầu hết mẫu hạn mẫu có giá trị Cl- giá trị gạch nung non (là đặc điểm gạch cổ đền không mủn (bỏ qua giá trị 0,238% tháp Hòa Lai) tháp Chămpa), ngoại lệ có số mẫu phục chế Còn giá trị (tháp Mỹ Khánh, Khương Mỹ, Hòa Po Nagar, Po Sah Inư (mác 100); Lai) gạch mủn Hàm lượng 0,05% tương ứng với Nhìn tổng thể, hầu hết khơng gặp trường hợp hàm lượng muối ăn NaCl 0,126%; muối natri sunphat khan (chỉ có 01 mẫu Gò Đối với SO3 mẫu gạch mủn có hàm Tháp, Đồng Tháp) Trong nhiều mẫu gạch mủn có lượng SO3 < 0,5% có giá trị SO3 = 0,11 – 0,50%; mặt CaSO4 thành phần khoáng vật dạng mẫu có ảnh hưởng thêm ClCaSO4.2H2O với hàm lượng - - 3% (tương ứng (Khương Mỹ, Po Đam, Hòa Lai), loại bỏ với lượng SO3 = 0,47 - 0,94 - 1,41%); ngoại lệ có trường hợp khoảng giá trị 0,11 – 0,44% mẫu tháp Hòa Lai với lượng lớn (tại chỗ bong Như mức 0,11% gây mủn Tuy rộp) Những mẫu có hàm lượng thạch cao ngậm nhiên giá trị 0,11% lớp mặt (tháp Po Rome), nước giới hạn bị mủn Một số mẫu bị nghi vấn Cl- vữa gây cục Bây mủn không thấy thạch cao thành phần khống xét đến mẫu gạch khơng mủn có chứa (nhưng lại có SO3 thành phần hóa) lý giải SO3 0,0%, có SO3 = 0,03 – 0,24% (bỏ qua cục mẫu SO3 không nằm mẫu có giá trị 0,68% > 0,50% Gò Minh Sư), dạng thạch cao; đa phần 0,04 – 0,07% Những mẫu gạch Ngưỡng nguy hiểm lượng muối khơng có giá trị cao mà chưa mủn có điều kiện tan: việc xác định phức tạp, không dựa vào làm việc tốt (khô, khuất khối xây, nung hàm lượng MKN, kể biết lượng nước liên kết già ) Như tạm coi giá trị SO = khó xác định phụ thuộc nhiều vào dạng 0,05% ngưỡng an toàn; muối tan có sét Mặt khác có nhiều loại đất sét Bỏ qua q trình tích lũy độc tố từ mơi trường, với tính chất khác Xét trường hợp khơng coi ngưỡng nguy hiểm Cl- = 0,05% SO3 có, có yếu tác động Cl- SO3 gạch = 0,05% so với khối lượng gạch Tuy nhiên cần đánh không mủn hàm lượng MKN có giá trị giá ngưỡng nguy hiểm nguyên liệu (đất sét) Ghi chú: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 43 VẬT LIỆU XÂY DỰNG – MƠI TRƯỜNG Nói thêm giá trị 0,5% SO3 tiêu chuẩn - Nguyên nhân gây gạch mủn xác định, TCVN 6300:1997 dành cho đất sét làm gốm xây dựng Giá trị sử dụng điều kiện nguyên liệu song khó xác định ngưỡng nguy hiểm độc tố như: muối tan, phèn, ion Cl-, chưa xác định rõ cho lọc rửa có nung nhiệt độ cao tới 1200 C - 15000C (trong gạch cổ nung từ 6000C - 8000C) trường hợp gạch mới; chưa cho khả đánh giá tiềm ăn mòn gạch cổ cơng trình di tích kiến trúc; để làm sản phẩm cao cấp gạch (như sứ vệ sinh, ống sành thoát nước ) Trong điều kiện giá trị - Mặc dù hàm lượng độc tố đơn phương chưa xác định mức nguy hiểm, song yếu tố đóng vai trò định mủn gạch Qua kết khảo sát di tích kiến trúc gạch, hạn chế lượng độc tố sau (cho đất sét, nước nguyên liệu làm gạch lẫn gạch cơng trình): muối tan theo tiêu MKN < 1,5%, Cl- < 0,05%, SO3 < 0,05% Nếu điều kiện mơi trường làm việc có độc tố cần hạ mức xuống 0,01-0,00%, loại bỏ muối tan; đồng thời có biện pháp hạn chế độc tố nước xâm nhập vào gạch; SO3 thực tế đất sét sau rửa thấp 0,5% nhiều sản phẩm có cường độ vật liệu cao, vách lỗ rỗng cấu trúc cứng nên chịu áp lực tinh thể muối chèn ép; Xét đến khả biến đổi hàm lượng độc tố trình nung gạch: khống chứa SO3 có: anhydrit CaSO4 (thạch cao khan), ternadit Na2SO4, NaCl Khoáng chất bị phân tích 9500C thành CaO (khó tan) SO3 (bay hơi) Các chất sau bị phân nhiệt độ cao Với gạch nung non độc tố tồn gạch Như đánh giá mức nguy hiểm phải xét đến độ chín gạch Trong q trình nung: thể tích viên gạch nhỏ (làm tăng khối lượng thể tích) số chất bay (làm giảm khối lượng thể tích) Các trình bù trừ cho nhau, mức độ chưa thấy cơng bố kết nghiên cứu Do cần nghiên cứu bổ sung; Quy luật rõ ràng tìm ra: quan hệ lượng độc tố trước nung (đất sét) với hàm lượng độc tố sau nung (gạch) với chế độ nung khác nhau, quan hệ mác gạch Mg với hàm lượng độc tố MĐT, có hệ số ảnh hưởng cấu trúc, môi trường lên độ bền chống ăn mòn gạch Ngồi ra, cần xét đến yếu tố chủng loại nguyên liệu (sét) thành phần hiệu ứng nhiệt chúng khác Những mối quan hệ xác định thí nghiệm nghiên cứu quy mô, dài ngày; Tác động vi sinh vật đến việc mủn gạch (ăn mòn sinh học) phức tạp cần có nghiên cứu Kết luận - Ăn mòn gạch vấn đề nghiêm trọng chưa nghiên cứu thấu đáo bảo tồn di tích kiến trúc nước ta Hiện tượng gạch bị mủn xảy hầu hết cơng trình cổ, đền tháp Chămpa di tích văn hóa Cát Tiên, Oc Eo – Phù Nam, kể di tích khác cơng trình người Việt gạch xây dựng đại; 44 - Cần thiết nghiên cứu khoa học sâu vào đánh giá độ bền khối xây gạch điều kiện có ăn mòn có nguồn từ bên bên (kể ăn mòn sinh học); đồng thời đề xuất giải pháp ngăn chặn khắc phục tượng gạch mủn TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tiến Bình (2012), Nghiên cứu tượng gạch mủn tháp chămpa Hòa Lai tìm giải pháp khắc phục, báo cáo tổng kết đề tài tổng kết công nghệ cấp Viện Trần Minh Đức (2007), Nghiên cứu nguyên nhân hư hỏng gạch chămpa, báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện RDV-02/2007, Viện KHCN Xây dựng, Huế Phân Viện KHCNXD Miền Trung (2012), Hồ sơ khảo sát cơng trình tháp Khương Mỹ, Huế Phân Viện KHCNXD Miền Trung (2005), Hồ sơ khảo sát cơng trình tháp Po Nagar, Huế Phân Viện KHCNXD Miền Trung (2007), Hồ sơ khảo sát công trình mộ Cự thạch Hàng Gòn, Huế Phân Viện KHCNXD Miền Trung (2010), Hồ sơ khảo sát cơng trình nhà cổ Thanh Phú Long, Huế Phân Viện KHCNXD Miền Trung (2011), Hồ sơ khảo sát cơng trình thành Biên Hòa, Huế Инчик B.B (2001), Опыт обследования состояния кирпичных зданий сооржений и пмятников архитектуры, подвергшихся слевой коррозии (Kinh nghiệm khảo sát trạng tường nhà, cơng trình di tích kiến trúc bị ăn mòn muối), Nhà xuất Xây dựng, Matxcơva Ngày nhận bài: 22/4/2015 Ngày nhận sửa lần cuối: 23/9/2015 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2015 KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3+4/2013 45 ... chất chịu kéo gia cường (b) Hình Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa- tro bay (a) tỷ lệ sodium silicate-sodium hydroxide (b) đến cường độ chịu kéo gián tiếp bê tông geopolymer 3.3 Ảnh hưởng thành phần. .. hưởng thành phần hoạt hóa đến cường độ chịu uốn (a) chịu kéo gián tiếp (b) bê tông geopolymer Bề mặt bê tơng phân tích phương pháp SEM hình cho thấy q trình hoạt hóa tạo thành cấu trúc vơ định... tốt cường độ chịu uốn chịu kéo gián tiếp bê tông geopolymer Sự chênh lệch 36 cường độ cấp phối so với cấp phối khác có chiều hướng gia tăng bê tông geopolymer dưỡng hộ thời gian dài Bên cạnh đó,