Tối ưu hóa cường độ nén vữa geopolymer bằng phương pháp taguchi

Tối ưu hóa cường độ nén vữa Geopolymer phương pháp Taguchi Lâm Ngọc Trà My 2020 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý nghiên cứu tính cấp thiết đề tài Trong năm gần nhu cầu xây dựng tăng cao nước ta, sản lượng xi măng tiêu thụ ngày nhiều Cụ thể, năm 2018, tiêu thụ nước khoảng 65.08 triệu tấn, tăng 9% so với năm 2017; xuất sản phẩm xi măng đạt khoảng 31.65 triệu tấn, tăng 55% so với năm 2017 Theo Hiệp hội xi măng Việt Nam, năm 2019 tiêu thụ sản phẩm xi măng nước xuất đạt 95 triệu [1] Ngành cơng nghiệp xi măng mang lợi nhiều lợi ích kinh tế giá trị xuất vượt qua số tỷ USD Tuy nhiên, ngành công nghiệp mang lợi nhiều tác động xấu cho môi trường Ngành công nghiệp xi măng ngành công nghiệp chiếm đến 5% khí thải carbon dioxide (CO2) tồn cầu [2] Theo ước tính xi măng sản xuất có khoảng 1.89 khí carbon dioxide phát thải Sự gia tăng khí carbon dioxide khí khiến nhiệt độ trái đất tăng lên Hậu tượng hiệu ứng nhà kính làm biến đổi sinh thái cách sâu sắc sa mạc mở rộng, đất đai bị xói mịn, hạn hán nặng, v.v… Tìm biện pháp giảm lượng khí thải carbon dioxide q trình sản xuất xi măng đồng nghĩa với việc tìm kiếm loại xi măng Geopolymer loại chất kết dính mới, xem làm xi măng hệ thứ ba, sau vơi xi măng póoc lăng Geopolymer tạo cách kích hoạt aluminosilicate vơ định hình với hóa chất gốc kiềm sodium hydroxide (NaOH) sodium silicate (Na2SiO3) Các nguồn aluminosilicate vơ định hình từ tro bay – phế thải nhà máy nhiệt điện - nước ta lớn Tại trung tâm Điện Lực Vĩnh Tân, tỉnh Bình Thuận, ngày nhà máy (Vĩnh Tân 1, Vĩnh Tân 2, Vĩnh Tân 4) thải khoảng 11 ngàn tro bay, tương đương 3.8 triệu tấn/ năm Bãi chứa tro với diện tích 38.3 đạt cao trình +16 m, tải vào năm 2021 [3] Vì vậy, việc nghiên cứu để tái sử dụng nguồn tro bay khổng lồ vào sản xuất geopolymer mang tính cấp thiết Cường độ bê tông geopolymer phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ mơi trường hoạt hoát [4], tỷ lệ cốt liệu thành phần hạt [5], ảnh hưởng nhiệt độ [6] Phương pháp Taguchi phương pháp thiết kế thí nghiệm cho phép thiết kế số lượng thí nghiệm tiết kiệm số liệu đủ để đánh giá ảnh hưởng có yếu tố Đồng thời, phương pháp Taguchi đề xuất thành phần tối ưu yếu tố ảnh hưởng Vì vậy, việc nghiên cứu thành phần tối ưu cho cường độ geopolymer sử dụng tro bay phương pháp Taguchi cần thiết 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài nghiên cứu có mục tiêu chính: (1) Áp dụng phương pháp Taguchi để phân tích sư ảnh hưởng yếu tố gồm thành phần xi măng, nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt nhiệt độ bảo dưỡng ban đầu vữa geopolymer đến cường độ nén mẫu vữa ngày tuổi 28 ngày tuổi (2) Phân tích tỉ lệ đóng góp vào cường độ nén vữa geopolymer yếu tố ảnh hưởng Qua đó, đề xuất thành phần nguyên vật liệu tối ưu cho vữa geopolymer 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Cường độ nén mẫu vữa geopolymer xác định theo ASTM C109 mẫu chuẩn có kích thước 50 cm chế tạo chất kết dính geopolymer Chất kết dính geopolymer tạo tro bay kích hoạt dung dịch kiềm sodium hydroxit Tro bay thay phần xi măng póoc lăng Cường độ nén mẫu vữa geopolymer nghiên cứu ngày tuổi 28 ngày tuổi 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu Tro bay sử dụng để chế tạo geopolymer nghiên cứu phế thải nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân, tỉnh Bình Thuận Xi măng sử dụng xi măng póoc lăng thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 2682:2009 Dung dịch kích hoạt kiềm sử dụng dung dịch sodium hydroxide (NaOH) Cường độ nén mẫu vữa geopolymer nghiên cứu ngày tuổi 28 ngày tuổi CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Chất kết dính geopolymer Geopolymer Joseph Davidovits giới thiệu vào năm 1978 [7] để loại vật liệu vô tổng hợp từ vật liệu có nguồn gốc aluminosilicate Quá trình tổng hợp geopolymer từ vật liệu có nguồn gốc aluminosilicate nhờ dung dịch kiềm kích hoạt Nguyên liệu có nguồn gốc aluminosilicate cung cấp nguồn Si Al cho trình geopolymer Các nguyên liệu có nguồn gốc aluminosilicate thường sử dụng tro bay, metacaolanh, silicafume… Chất hoạt hóa kiềm sử dụng phổ biến dung dịch NaOH, KOH thủy tinh lỏng sodium silicate (Na2SiO3) nhằm tạo môi trường kiềm để phản ứng geopolymer hóa xảy Về chất, q trình geopolymer hóa q trình kiềm hóa loại vật liệu giàu SiO2 Al2O3 Từ đó, sản phẩm cuối tạo loại chất kết dính có cấu trúc mạng vơ định hình Poly-Sialate [7] với cơng thức hóa học sau: Mn[-(SiO2)z – AlO2]n.wH2O Trong : M : ion dương kiềm Ka, Na n : mức độ trùng ngưng phản ứng z : hệ số có giá trị 1,2,3 Các trình phản ứng tạo chất kết dính geopolymer diễn phức tạp, có nhiều trình phản ứng xảy đồng thời mà khó nhận biết Các bước phản ứng không diễn mà diễn lúc chồng lắp vào Theo số nghiên cứu cơng bố q trình tổng hợp geopolymer mơ tả thơng qua bước hình 2.2 [8] Hình 2.1 Cấu trúc Poly-Sialate theo giáo sư Davidovits [7] Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý trình phản ứng liên quan đến trình trùng hợp geopolymer [8] Geopolymer loại chất kết dính mới, xem xi măng hệ thứ ba, sau vôi xi măng póoc lăng Geopolymer sử dụng thay xi măng để chế tạo vật liệu xây dựng giảm phát thải khí CO2 tận dụng chất thải cơng nghiệp tro bay, v.v… để tạo nên phát triển bền vững cho ngành xây dựng nói riêng xã hội nói chung 2.2 Tình hình nghiên cứu 2.2.1 Trong nước Trong vòng năm gần đây, geopolymer loại xi măng xanh thân thiện với môi trường thu hút nghiên cứu phát triển nhà khoa học nước Geopolymer giới thiệu vào năm 1978 giáo sư Joseph Davidovits [9] Geopolymer vật liệu vô tạo phản ứng aluminosilicate vơ định hình mơi trường kiềm để tạo thành liên kết Si-O-Al-O Các nguồn aluminosilicate vơ định hình từ phế thải cơng nghiệp tro bay, tro trấu, xỉ thép, v.v… phong phú Trần với cộng chế tạo thành công bê tông geopolymer đạt cường độ nén 28 ngày tuổi 30 MPa, 40 MPa 50 MPa từ nguồn tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại [10] Trần với công chứng minh bê tơng geopolymer có cường độ chịu kéo uốn lớn so với cường độ chịu kéo uốn bê tông xi măng từ 1.07 đến 1.27 lần [10] Bên cạnh đó, Phan cộng nghiên cứu tính chất học bê tơng geopolymer có gia cường sợi poly – propylene [11] Sợi poly – propylene làm giảm độ linh động hỗn hợp bê tơng, tăng tính chất học bê tông geopolymer hàm lượng sợi sử dụng 5% Cường độ vữa geopolymer phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ như: thành phần dung dịch hoạt hóa, tỷ lệ cốt liệu thành phần hạt, điều kiện dưỡng hộ, v.v… Phan Lê tuyên bố tỷ lệ sodium silicate – sodium hydroxide tro bay 2.5 cường độ uốn, kéo gián tiếp bê tông đạt 4.85 MPa, cường độ chịu uốn kéo gián tiếp bê tông giảm giảm tỷ lệ sodium silicate + sodium hydroxide - tro bay [12] Đồng thời, nghiên cứu Phan Lê cho biết tăng thời gian dưỡng hộ mẫu thêm 10 cường độ chịu uốn kéo gián tiếp tăng lên khoảng 20 – 40% Ngoài ra, tỷ lệ cát – cốt liệu ảnh hưởng mạnh đến cường độ bê tông Tỷ lệ cát – cốt liệu đạt 0.4 cho giá trị cường độ tốt nghiên cứu Nguyễn Lê [13] Bên cạnh đó, phản ứng hoạt hóa geopolymer từ aluminosilicate xảy điều kiện dưỡng nhiệt Vì vậy, trình bảo dưỡng nhiệt ảnh hưởng mạnh đến tính chất học cấu trúc vi mô geopolymer Khi tăng nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt từ 60 0C đến 120 0C bê tơng có khả tăng đến 50 – 60% cường độ so với ban đầu [14] Ngồi cịn nhiều nghiên cứu khác bê tông sử dụng chất kết dính geopolymer cơng bố nước [15-18] Tuy nhiên, việc tối ưu cường độ chịu nén vữa geopolymer từ thành phần nguyên vật liệu chưa nhà khoa học nước quan tâm nghiên cứu Phương pháp Taguchi phương pháp thiết kế thí nghiệm phân tích hồi qui đa biến hiệu việc thiết kế tối ưu, ứng dụng nhiều ngành khí, điện, xây dựng, v.v…Lê Phan sử dụng phương pháp Taguchi để phân tích ảnh hưởng nồng độ dung dịch kiềm hoạt hóa, tỷ lệ dung dịch sodium silicate - dung dịch sodium hydroxide, tỷ lệ dung dịch hoạt hóa tro bay đến cường độ bê tông geopolymer [18] Để tiếp tục phân tích đánh giá yếu tố ảnh hưởng khác, nhiệt độ bảo dưỡng, hàm lượng xi măng pooc lăng đến cường độ vữa geopolymer đề xuất hàm lượng tối ưu mà nghiên cứu Lê Phan [18] chưa thực hiện, đề cương nghiên cứu đời 2.2.2 Ngoài nước Hiện nay, geopolymer sử dụng tro bay nghiên cứu nhiều giới Guo cộng chế tạo vữa geopolymer từ tro bay đạt cường độ 63.4 MPa 28 ngày tuổi bảo dưỡng mẫu 75 0C suốt [19] Bên cạnh đó, geopolymer tạo vữa cường độ siêu cao Vữa geopolymer đạt 120 MPa sử dụng dung dịch kích hoạt với 14% NaOH mẫu bảo dưỡng 115 0C 24h thí nghiệm Atis cộng [20] Ngồi ra, bê tơng geopolymer có trương nở, độ hút nước bê tơng xi măng Khi chịu ảnh hưởng môi trường xâm thực, bê tông geopolymer biểu tốt bê tông xi măng độ bền, ví dụ độ giảm khối lượng hao mịn [21] Panagiotopoulou cộng [22] sử dụng phương pháp Taguchi để phân tích ảnh hưởng yếu tố thuộc dung dịch kiềm hoạt hóa đến cường độ bê tơng sử dụng chất kết dính hoạt hóa kiềm Và, Mohebi cộng phân tích ảnh hưởng nhiệt độ bảo dưỡng, tỉ lệ dung dịch kiềm - hàm lượng xỉ, nồng độ dung dịch kiềm hoạt hóa, tỉ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide đến khả chịu mài mịn bê tơng sử dụng dung dịch kiềm hoạt hóa [23] Đồng thời, thiết kế bê tông geopolymer sử dụng xỉ nghiền mịn sử dụng phương pháp Taguchi Hadi cộng thực vào năm 2017 [24] Cường độ vữa hay bê tông yếu tố quan trọng định việc ứng dụng vữa/ bê tơng kết cấu cơng trình Nhiều nghiên cứu trước chứng minh cường độ chịu nén vữa geopolymer bê tông geopolymer phụ thuộc vào nguyên liệu aluminosilicate, nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt nhiệt độ trình bảo dưỡng Khi tro bay thay phần xi măng pooc lăng cường độ bê tơng geopolymer cải thiện [25 - 28] Cường độ vữa geopolymer khơng có xi măng pooc lăng đạt 18.3 Mpa 28 ngày tuổi Trong đó, vữa geopolymer có chứa 5%, 10% 15% xi măng pooc lăng đạt 32.4 Mpa, 45.0 Mpa 55 Mpa 28 ngày tuổi theo nghiên cứu Mehta Siddique [26] Sự gia tăng cường độ 10% tìm thấy bê tơng geopolymer có chứa 5% xi măng pooc lăng [27] Ngồi ra, việc sử dụng 5% xi măng pooc lăng tạo vữa geopolymer có cường độ 28 ngày tuổi 50 Mpa bảo dưỡng nhiệt độ phòng bê tơng geopolymer có cường độ 40 Mpa 28 ngày tuổi bảo dưỡng nhiệt độ phịng [28] Sự gia tăng cường độ bắt nguồn hình thành geopolymer khống C-S-H theo cơng bố Suwan Fan [29] Đồng thời, việc bổ sung xi măng pooc lăng thành phần geopolymer tạo mẫu bảo dưỡng nhiệt độ môi trường có cường độ cường độ mẫu geopolymer bảo dưỡng 40 oC [25] Bên cạnh đó, nhiệt độ bảo dưỡng đóng vai trị quan trọng trình trùng hợp Pangdaeng cộng [25] tuyên bố mẫu geopolymer bảo dưỡng 40 oC vịng 24 có cường độ chịu nén cao mẫu bảo dưỡng nhiệt độ môi trường Điều quan sát thấy nghiên cứu Rovnanik [29] mẫu bảo dưỡng 60 oC 80 oC vòng 24 Cường độ chịu nén mẫu nghiên cứu Rovnanik [29] cường độ chịu nén mẫu vữa xi măng 28 ngày tuổi Atis cộng [20] cho nhiệt độ bảo dưỡng cao mẫu có cường độ chịu nén cao Kết phản ứng trùng hợp geopolymer tăng nhiệt độ bảo dưỡng tăng Ngồi ra, số nghiên cứu tin tưởng có giá trị tối ưu nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt Nồng độ tối ưu dung dịch kiềm kích hoạt mang đến cường độ cực đại cho mẫu geopolymer [20, 31] Sự gia tăng nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt làm gia tăng hòa tan tro bay dẫn đến phản ứng trùng hợp diễn tốt [32] Tuy nhiên nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt vượt giá trị tối ưu dẫn đến giảm cường độ đơng tụ khống silicate [33] Qua phân tích nghiên cứu cơng bố giới vữa geopolymer, ta thấy chưa có nghiên cứu phân tích ảnh hưởng đề xuất thành phần tối ưu cho cường độ chịu nén vữa geopolymer chế tạo từ tro bay hoạt hóa dung dịch kiềm NaOH Vì vậy, đề tài đời cần thiết 2.3 Phƣơng pháp Taguchi Thiết kế thí nghiệm (Design of Experiment, DOE) giới thiệu giáo sư R A Fisher Anh năm 1920 [34] để nghiên cứu ảnh hưởng nhiều yếu tố can thiệp đồng thời Thiết kế thí nghiệm (DOE) truyền thống tập trung vào cách yếu tố thiết kế khác ảnh hưởng đến mức kết trung bình Vào năm 1940, Dr Genechi Taguchi (Nhật Bản) [35] đưa phương pháp thiết kế thí nghiệm thân thiện với người sử dụng (dễ áp dụng) phương pháp Taguchi giúp cải thiện chất lượng trình sản xuất sản phẩm Phương pháp Taguchi cách tiếp cận có cấu trúc để xác định tổ hợp đầu vào tốt (biến số quan trọng nhất) để sản xuất sản phẩm dịch vụ Vì vậy, việc áp dụng phương pháp Taguchi giúp kỹ sư, nhà khoa học giảm đáng kể thời gian cần thiết cho điều tra thử nghiệm Cụ thể, thiết kế giai thừa (factorial design) để phân tích ảnh hưởng m yếu tố can thiệp yếu tố can thiệp có L bậc tổng số mẫu N theo cơng thức (2.1) N  Lm (2.1) Phương pháp Taguchi xây dựng bảng trực giao (orthogonal arrays) để việc thiết kế thí nghiệm trở nên dễ dàng đồng Bảng 2.1 so sánh số lượng mẫu thí nghiệm thiết kế giai thừa thiết kế Taguchi [35] Một số bảng trực giao phổ biến phương pháp Taguchi giới thiệu bảng 2.2, bảng 2.3, bảng 2.4, bảng 2.5 bảng 2.6 theo G Taguchi and S Konishi [36] Bảng 2.1 So sánh số lượng mẫu thí nghiệm thiết kế giai thừa thiết kế Taguchi [35] Yếu tố can thiệp Cấp độ Số lượng mẫu thí nghiệm Thiết kế giai thừa Thiết kế Taguchi 2 (22) (23) 4 16 (24) 128 (27) 15 32768 (215) 16 81 (34) 9 Bảng 4.2 Phân tích SNR kết cường độ chịu nén ngày tuổi (R7) Số thứ tự Nhân tố can thiệp R7 SNR R7 (MPa) A B C 10 25 4.58 13.2173 10 10 60 8.84 18.9290 10 12 100 14.49 23.2214 20 60 6.79 16.6374 20 10 100 14.96 23.4986 20 12 25 9.67 19.7085 30 100 10.14 20.1208 30 10 25 9.04 19.1234 30 12 60 9.78 19.8068 Bảng 4.3 Giá trị SNR cường độ chịu nén ngày tuổi (R7) Cấp độ R7 (MPa) Factor A Factor B Factor C Cấp độ 18.46 16.66 17.35 Cấp độ 19.95 20.52 18.46 Cấp độ 19.68 20.91 22.28 Chênh lệch 1.49 4.25 4.93 Xếp hạng 24 Hình 4.2 Mối quan hệ yếu tố can thiệp SNR cường độ chịu nén ngày tuổi Hình 4.2 tiết lộ cường độ chịu nén ngày tuổi tăng tăng hàm lượng xi măng poóc lăng dùng hỗn hợp Việc sử dụng xi măng pc lăng dẫn đến hình thành khống (C-(A)-S-H), khống (N-A-S-H) khoáng C-S-H [29] Các khoáng tạo nên cải thiện cường độ Giá trị cường độ chịu nén lớn mẫu bảo dưỡng 70 oC Mpa Có giảm cường độ nhẹ lượng xi măng sử dụng vượt 20% Tình trạng tạo thành khống C-S-H làm cản trở sụ hình thành gel polymer [40] 25 Hình 4.3 Mối quan hệ yếu tố can thiệp cường độ chịu nén ngày tuổi Ngoài ra, điều kiện bảo dưỡng ảnh hưởng mạnh đến cường độ chịu nén Có thể thấy hình 4.3, thiếu bảo dưỡng nhiệt dẫn đến cường độ chịu nén thấp Nhiều nghiên cứu chứng minh nhiệt độ bảo dưỡng cao cường độ vữa geopolymer tốt [20, 25, 30] Cường độ ngày tuổi vữa geopolymer đạt từ 10 Mpa đến 12 Mpa mẫu bảo dưỡng 80 oC Cường độ ngày đạt 14 Mpa mẫu bảo dưỡng 100 oC Bên cạnh đó, việc tăng nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt dẫn đến việc tăng cường độ Nồng độ dung dịch kiềm kích 26 hoạt cao dẫn đến hòa tan nhiều tro bay nồng độ dung dịch thấp Vì trình trùng hợp geopolymer diễn tốt Các kết tương tự quan sát thấy nghiên cứu Guo cộng nghiên cứu Somna cộng [19,41] 4.2.2 Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi Hình 4.4 Mối quan hệ yếu tố can thiệp SNR cường độ chịu nén 28 ngày tuổi Theo hình 4.4 cường độ vữa geopolymer đạt giá trị cao chế tạo từ hỗn hợp bao gồm 30% xi măng poóc lăng kích hoạt dung dịch sodium hydroxide nồng độ 12 M bảo dưỡng 100 oC Theo bảng 4.5, nhân tố can thiệp ảnh hưởng lớn đến cường độ chịu nén vữa geopolymer nhiệt độ bảo dưỡng Xếp hạng nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt Và ảnh hưởng đến cường độ chịu nén hàm lượng xi măng sử dụng hỗn hợp 27 Bảng 4.4 Phân tích SNR kết cường độ chịu nén 28 ngày tuổi (R28) Số thứ tự Nhân tố can thiệp R28 SNR R28 (MPa) A B C 10 25 5.88 15.3875 10 10 60 11.73 21.3860 10 12 100 15.19 23.6312 20 60 9.60 19.6454 20 10 100 15.90 24.0279 20 12 25 10.72 20.6039 30 100 12.74 22.1034 30 10 25 12.43 21.8894 30 12 60 14.55 23.2573 Bảng 4.5 Giá trị SNR cường độ chịu nén 28 ngày tuổi (R28) Cấp độ R28 (MPa) Nhân tố A Nhân tố B Nhân tố C Cấp độ 20.13 19.05 19.29 Cấp độ 21.43 22.43 21.43 Cấp độ 22.42 22.50 23.25 Chênh lệch 2.28 3.45 3.96 Xếp hạng 28 Hình 4.5 Mối quan hệ yếu tố can thiệp cường độ chịu nén 28 ngày tuổi Hình 4.5 cho thấy nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt cao cường độ vữa cao Nồng độ dung dịch kiềm cao làm cho q trình hịa tan nguyên liệu aluminosilicate tăng dẫn đến phản ứng trùng hợp geopolymer diễn tốt, nâng cao cường độ [42,43] Bên cạnh đó, xi măng có vai trò việc gia tăng cường độ từ ngày lên 28 ngày tuổi trình hình thành khoáng C-S-H tiếp tục diễn theo thời gian 29 4.3 Phân tích ANOVA Phân tích ANOVA sử dụng để xác định mức độ đóng góp yếu tố can thiệp đến cường độ chịu nén vữa geopolymer Bảng 4.6 thể kết phân tích ANOVA Có thể thấy nhân tố can thiệp ảnh hưởng lớn đến cường độ chịu nén ngày tuổi 28 ngày tuổi nhiệt độ trình bảo dưỡng Đối với cường độ ngày tuổi, hàm lượng xi măng đóng góp 2.5%; nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt đóng góp 36.47%; nhiệt độ q trình bảo dưỡng đóng góp 60.49% Theo bảng 4.6, giá trị P nhân tố B (nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt) nhân tố C (nhiệt độ bảo dưỡng) nhỏ 0.05 Điều có nghĩa nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt nhiệt độ bảo dưỡng có ý nghĩa việc hình thành cường độ vữa geopolymer Đối với cường độ 28 ngày tuổi, hàm lượng xi măng đóng góp 10.30%; nồng độ dung dịch kiềm kích hoạt đóng góp 41.61%; nhiệt độ q trình bảo dưỡng đóng góp 47.20% Tương tự cường độ ngày tuổi, nhiệt độ bảo dưỡng nhân tố định đến cường độ chịu nén 28 ngày tuổi Trị số P hàm lượng xi măng lớn 0.05 có nghĩa hàm lượng xi măng khơng có nghĩa 4.4 Ƣớc lƣợng cƣờng độ chịu nén tối ƣu Công thức 4.1 công thức 4.2 đề xuất để ước lượng cường độ chịu nén tối ưu ngày tuổi 28 ngày tuổi R7opt  ( A2  TR )  ( B3  TR )  (C3  TR )  TR R28opt  ( A3  TR 28 )  ( B3  TR 28 )  (C3  TR 28 )  TR 28 (4.1) (4.2) Trong đó, A2, B3, C3 thể giá trị trung bình cấp độ tối ưu cường độ chịu nén ngày tuổi A3, B3, C3 thể giá trị trung bình cấp độ tối ưu cường độ chịu nén 28 ngày tuổi, liệt kê bảng 4.7 TR7 = 9.810 giá trị trung bình cộng kết thí nghiệm cường độ nén ngày tuổi; TR28 = 12.082 giá trị trung bình cộng kết thí nghiệm cường độ nén 28 ngày tuổi 30 Bảng 4.6 Kết phân tích ANOVA Nhân tố Bậc tự Tổng Qn bình phương góp (DF) phương (MS) (%) F P Tỉ lệ đóng (SS) Cường độ chịu nén ngày Hàm lượng xi măng 2.164 1.082 4.60 0.179 2.50 Nồng độ dung dịch kiềm 31.565 15.782 67.04 0.015 36.47 Nhiệt độ bảo dưỡng 52.362 26.181 111.20 0.009 60.49 Sai số 0.471 0.235 Tổng 86.561 Hàm lượng xi măng 7.981 3.991 11.56 0.080 10.30 Nồng độ dung dịch kiềm 32.240 16.120 46.71 0.021 41.61 Nhiệt độ bảo dưỡng 36.574 18.287 52.98 0.019 47.20 Sai số 0.690 0.345 Tổng 77.486 kích hoạt 0.54 Cường độ chịu nén 28 ngày kích hoạt 31 0.89 Bảng 4.7 Giá trị trung bình nhân tố can thiệp cường độ chịu nén ngày tuổi 28 ngày tuổi Cấp độ R7 (MPa) R28 (MPa) Nhân tố Nhân tố Nhân tố Nhân tố Nhân tố Nhân tố A B C A B C Cấp độ 9.303 7.170 7.763 10.933 9.407 9.677 Cấp độ 10.473 10.947 8.470 12.073 13.353 11.960 Cấp độ 9.653 11.313 13.197 13.240 13.487 14.610 Chênh lệch 1.170 4.143 5.433 2.307 4.080 4.933 3 Xếp hạng Tóm lại, kết tối ưu cường độ nén ngày tuổi ước lượng 15.363 Mpa Và kết tối ưu cường độ nén 28 ngày tuổi ước lượng 17.173 Mpa 4.5 Kiểm tra thực nghiệm Thực thí nghiệm để kiểm tra lại kết tối ưu cường độ chịu nén theo công thức ước lượng Bảng 4.8 thể giá trị dự báo cường độ vữa geopolymer giá trị mẫu thí nghiệm kiểm tra Có phù hợp tốt giá trị cường độ dự báo giá trị cường độ thực nghiệm kiểm tra Nói cách khác, kết thí nghiệm thực kiểm tra xác nhận thiết kế, phân tích đề xuất hỗn hợp vữa geopolymer tối ưu theo phương pháp Taguchi phù hợp Cường độ nén vữa geopolyme thời điểm ngày 28 ngày cải thiện nhiều thông qua phương pháp 32 Bảng 4.8 Giá trị dự báo cường độ theo phương pháp Taguchi kết thí nghiệm thực nghiệm kiểm tra Cấp độ Phương pháp Taguchi Giá trị thực nghiệm Giá trị dự báo Sai số (%) A2B3C3 (Tổ hợp tối ưu) 15.09 15.363 1.81 A1B2C3 (Tổ hợp chọn 13.53 13.827 2.19 A3B3C3 (Tổ hợp tối ưu) 16.62 17.173 3.33 A1B2C3 (Tổ hợp chọn 14.68 14.732 0.35 Cường độ chịu nén ngày tuổi ngẫu nhiên) Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi ngẫu nhiên) 33 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ kết nghiên cứu rút kết luận sau đây: (1) Phương pháp Taguchi phương pháp hiệu thiết kế thí nghiệm tối ưu cường độ chịu nén vữa geopolymer (2) Hàm lượng xi măng sử dụng thay tro bay hỗn hợp geopolymer nhân tố ảnh hưởng đến cường độ nén vữa Đối với cường độ chịu nén ngày tuổi, hàm lượng xi măng có tỉ lệ đóng góp 2.5% vào kết cường độ nén Sự diện xi măng hỗn hợp vữa geopolymer cải thiện cường độ nén theo thời gian Vì vậy, hàm lượng xi măng có tỉ lệ đóng góp 10.3% vào kết cường độ nén 28 ngày tuổi (3) Nhân tố ảnh hưởng lớn đến cường độ chịu nén vữa geopolymer nhiệt độ bảo dưỡng ban đầu Nhiệt độ bảo dưỡng đóng góp 60.49% vào việc hình thành cường độ nén ngày tuổi, đóng góp 47.20% vào việc hình thành cường độ nén 28 ngày tuổi (4) Hỗn hợp vữa geopolymer tạo giá trị cường độ nén tối ưu ngày tuổi hỗn hợp chế tạo với 80% tro bay kết hợp 20% xi măng kích hoạt dung dịch sodium hydroxide có nồng độ 12 M, mẫu bảo dưỡng nhiệt vòng 24 đầu 100 oC (5) Hỗn hợp vữa geopolymer tạo giá trị cường độ nén tối ưu 28 ngày tuổi hỗn hợp chế tạo với 70% tro bay kết hợp 30% xi măng kích hoạt dung dịch sodium hydroxide có nồng độ 12 M, mẫu bảo dưỡng nhiệt vòng 24 đầu 100 oC (6) Cường độ vữa geopolymer tăng nhẹ từ ngày tuổi đến 28 ngày tuổi 5.2 Kiến nghị (1) Nghiên cứu vi cấu trúc vữa geopolymer chế tạo từ tro bay kết hợp với xi măng nguồn nguyên liệu aluminosilicate để tìm hiểu khống tạo thành trình trùng hợp geopolymer (2) Ứng dụng phương pháp Taguchi để thiết kế thí nghiệm tối ưu cường độ chịu nén loại vữa sử dụng loại chất kết dính khác 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục tài liệu điện tử [1] Theo http://ximang.vn/bien-dong-thi-truong/thi-truong-xi-mang/nam-2019-du-baosan-luong-tieu-thu-xi-mang-dat-95-trieu-tan-11502.htm [2] Andrew, R.M., 2018 Global CO2 emissions from cement production , 1928 – 2017 Earth System Science Data, 10, pp.2213–2239 [3] Theo https://laodong.vn/doanh-nghiep-doanh-nhan/cac-nha-may-nhiet-dien-vinh-tano-binh-thuan-dau-dau-voi-hang-trieu-met-khoi-tro-xi-than-627994.ldo Danh mục tài liệu tham khảo tiếng Việt tiếng Anh [3] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn Ảnh hưởng mơi trường hoạt hóa điều kiện dưỡng hộ đến bê tông geopolymer cường độ cao Tạp chí Xây Dựng, số 5/2015 [4] Nguyễn Ninh Thụy, Lê Anh Tuấn Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu thành phần hạt thành phần bê tơng geopolymer Tạp chí Xây Dựng, số 12/2016 [5] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ cao đến tính chất lý vữa Geopolymer sử dụng tro bay Tạp chí KHCN Xây Dựng, số 6/2015 [6] Davidovits J Geopolymer chemistry and sustainable development The poly(sialate) terminology: a very useful and simple model for the promotion and understanding of green-chemistry In: Proceedings of 2005 geopolymere conference, vol 1; 2005 p 9–15 [7] Provis JL, Duxon P, Deventer JSJ, Lukey GC The role of mathematical modeling and gel chemistry in advancing geopolymer technology Chem Eng Res Des 2005;83:853–60 [8] Boutterin C.& Davidovits J Geopolymeric Cross-Linking (LTGS) and Building materials Geopolymer ' 88 Vol.1, pp 79-88, 1988 [9] Trần Việt Hưng, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đơng Nghiên cứu tính chất học bê tơng geopolymer tro bay Tạp chí GTVT, 2017 [10] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn Tính chất học bê tông geopolymer sử dụng tro bay gia cường sợi poly – propylene Tạp chí KHCN Xây Dựng, số 1/2016 35 [11] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn Ảnh hưởng thành phần hoạt hóa đến cường độ chịu uốn kéo gián tiếp bê tông geopolymer Tạp chí KHCN Xây Dựng, số 3/2105 [12] Nguyễn Ninh Thụy, Lê Anh Tuấn Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu thành phần hạt thành phần bê tơng geopolymer Tạp chí Xây Dựng, số 12/2016 [13] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn Ảnh hưởng trình gia nhiệt nguyên vật liệu đến trình geopolymer hóa vữa Tạp chí Xây Dựng, số 3/2015 [14] Nguyễn Mạnh Tuấn Nghiên cứu số tính chất kỹ thuật vữa bê tông sử dụng chất kết dính geopolymer [15] Lê Phương Thanh Thực nghiệm nghiên cứu chế tạo gạch khơng nung geopolymer tro bay Tạp chí khoa học trường Đại Học Hồng Đức, số 39/2018 [16] Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn Ảnh hưởng sợi thép poly-propylene đến bê tông geopolymer cho mặt đường giao thơng Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ, số 8/2015 [17] Lê Anh Tuấn, Phan Đức Hùng Phân tích ảnh hưởng thành phần dung dịch hoạt hóa đến cường độ bê tông geopolymer phương pháp Taguchi Tạp chí Xây Dựng, số 1/2016 [18] X Guo, H Shi, and W A Dick, “Compressive strength and microstructural characteristics of class C fly ash geopolymer,” Cem Concr Compos., 32 (2010) 142–147 [19] C.D Atis et al “Very high strength (120 MPa) class F fly ash geopolymer mortar activated at different NaOH amount, heat curing temperature and heat curing duration” Constr Build Mater., 96 (2015) 673–678 [20] M Olivia, H Nikraz “ Properties of fly ash geopolymer concrete designed by Taguchi method” Materials & Design, 36 (2012) 191-198 [21] C Panagiotopoulou, S Tsivilis, G Kakali “Application of the Taguchi approach for the composition optimization of alkali activated fly ash binders” Constr Build Mater., 91 (2015) 17–22 [22] Reza Mohebi, Kiachehr Behfarnia, Mohammad Shojaei “Abrasion resistance of alkali- activated slag concrete designed by Taguchi method” Constr Build Mater., 98 (2015) 792–798 36 [23] Muhammad N.S Hadi, Nabeel A Farhan, M Neaz Sheikh “Design of geopolymer concrete with GGBFS at ambient curing condition using Taguchi method” Constr Build Mater., 140 (2017) 424–431 [24] Pangdaeng S, Phoo-ngernkham T, Sata V, and Chindaprasirt P (2014) Influence of curing conditions on properties of high calcium fly ash geopolymer containing Portland cement as additive Materials and Design, 53: 269-274 [25] Mehta A and Siddique R (2017) Properties of low-calcium fly ash based geopolymer concrete incorporating OPC as partial replacement of fly ash Construction and Building Materials, 150: 792-807 [26] Nuaklong P, Sata V, Wongsa A, Srinavin K, and Chindaprasirt P (2018) Recycled aggregate high calcium fly ash geopolymer concrete with inclusion of OPC and nano-SiO2 Construction and Building Materials, 174: 244-252 [27] Nath P and Sarker PK (2015) Use of OPC to improve setting and early strength properties of low calcium fly ash geopolymer concrete cured at room temperature Cement and Concrete Composites, 55: 205-214 [28] Suwan T and Fan M (2014) Influence of OPC replacement and manufacturing procedures on the properties of self-cured geopolymer Construction and Building Materials, 73: 551- 561 [29] Rovnaník P (2010) Effect of curing temperature on the development of hard structure of metakaolin-based geopolymer Construction and Building Materials, 24(7): 1176-1183 [30] Atis CD, Görür EB, Karahan OKAN, Bilim C, İlkentapar SERHAN, and Luga E (2015) Very high strength (120 MPa) class F fly ash geopolymer mortar activated at different NaOH amount, heat curing temperature and heat curing duration Construction and Building Materials, 96: 673-678 [31] Görhan G and Kürklü G (2014) The influence of the NaOH solution on the properties of the fly ash-based geopolymer mortar cured at different temperatures Composites Part B: Engineering, 58: 371-377 [32] Alvarez-Ayuso E, Querol X, Plana F, Alastuey A, Moreno N, Izquierdo M, and Barra M (2008) Environmental, physical and structural characterisation of geopolymer matrixes synthesised from coal (co-) combustion fly ashes Journal of Hazardous 37 Materials, 154(1-3): 175-183 [33] Rattanasak U and Chindaprasirt P (2009) Influence of NaOH solution on the synthesis of fly ash geopolymer Minerals Engineering, 22(12): 1073-1078 [34] Box, JF (February 1980) "R A Fisher and the Design of Experiments, 1922– 1926" The American Statistician 34 (1): 1–7 doi:10.2307/2682986 JSTOR 2682986 [35] Roy R (1990) A primer on the Taguchi method Society of Manufacturing Engineers; 1st Edition, Dearborn, Michigan, USA [36] G Taguchi and S Konishi, Orthogonal Arrays and Linear Graphs, Dearborn, Michigan: American Supplier Insitute, Inc 1987 [37] Riahi, S et al., 2012 Compressive strength of ash-based geopolymers at early ages designed by Taguchi method Materials and Design, 37, pp.443–449 Available at: [38] Panagiotopoulou, C., Tsivilis, S & Kakali, G., 2015 Application of the Taguchi approach for the composition optimization of alkali activated fly ash binders Construction and Building Materials, 91, pp.17–22 Available at: [39] ASTM C109/C109M-08, Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in or [ 50-mm ] Cube Specimens) [40] Tailby, J & Mackenzie, K.J.D., 2010 Structure and mechanical properties of aluminosilicate geopolymer composites with Portland cement and its constituent minerals Cement and Concrete Research, 40(5), pp.787–794 Available at: [41] Somna, K et al., 2011 NaOH-activated ground fly ash geopolymer cured at ambient temperature Fuel, 90(6), pp.2118–2124 Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2011.01.018 [42] Mishra, A et al., 2008 Effect of concentration of alkaline liquid and curing time on strength and water absorption of geopolymer concrete ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(1), pp.14–18 [43] Wang, H., Li, H & Yan, F., 2005 Synthesis and mechanical properties of metakaolinite-based geopolymer Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng Aspects., 268, pp.1–6 38 ... hợp vữa geopolymer tối ưu theo phương pháp Taguchi phù hợp Cường độ nén vữa geopolyme thời điểm ngày 28 ngày cải thiện nhiều thông qua phương pháp 32 Bảng 4.8 Giá trị dự báo cường độ theo phương. .. Phương pháp Taguchi phương pháp hiệu thiết kế thí nghiệm tối ưu cường độ chịu nén vữa geopolymer (2) Hàm lượng xi măng sử dụng thay tro bay hỗn hợp geopolymer nhân tố ảnh hưởng đến cường độ nén. .. 4.1, cường độ chịu nén vữa geopolymer tiếp tục tăng nhẹ theo thời gian Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi mẫu MO3 tăng 4.83% so với cường độ chịu nén ngày tuổi Đối với mẫu MO5, cường độ chịu nén 28