Nghiên cứu tổng hợp geopolymer từ xỉ lò điện

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ HUY HÙNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GEOPOLYMER TỪ XỈ LỊ ĐIỆN Chun ngành: Cơng nghệ vật liệu vơ Mã số: 605290 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP.HCM, NĂM 2014 ii Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Đỗ Quang Minh Cán chấm nhận xét 1: TS Lê Minh Viễn Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Trung Kiên Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 15 tháng 08 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: TS Nguyễn Khánh Sơn - Chủ tịch TS Phạm Trung Kiên - Thư ký TS Nguyễn Trung Kiên - Ủy viên TS Lê Minh Viễn - Ủy viên PGS.TS Đỗ Quang Minh - Ủy viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập -Tự -Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Võ Huy Hùng MSHV: 11030690 Ngày, tháng, năm sinh: 20/01/1986 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu Vô Cơ Mã số : 605290 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp geopolymer từ xỉ lò điện II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Khảo sát thông số thành phần hóa, khống, hạt ngun liệu xỉ thép để xem chúng có phải loại vật liệu tái sử dụng hay khơng, chúng có tính chất đặc biệt tạo thành geopolymer hay không  Khảo sát thông số hàm lượng rắn-lỏng, nhiệt độ sấy, thời gian sấy, hàm lượng thủy tinh lỏng/ hàm lượng NaOH, hàm lượng tro bay ảnh hưởng đến cường độ nén mẫu để chọn điều kiện tối ưu tạo thành geopolymer  Phân tích cấu trúc, thành phần khống vật liệu sau geopolymer hóa phân tích XRD, IR, SEM để đánh giá trình hình thành cấu trúc vật liệu tạo thành III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đỗ Quang Minh Tp HCM, ngày tháng … năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU (Họ tên chữ ký) iv LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đỗ Quang Minh Thầy hết lòng hướng dẫn suốt thời gian nghiên cứu đề tài vừa qua Em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô trường Đại học Bách Khoa đặc biệt thầy cô môn Silicat truyền đạt kiến thức dạy tận tình suốt thời gian qua Xin cảm ơn em sinh viên ngành Silicat giúp đỡ trình thực luận văn Xin cảm ơn ban giám đốc, cô chú, anh chị Công Ty Cổ Phần Phát Triển Sài Gòn (SDC) tạo điều kiện tốt giúp em hoàn thành luận văn Cuối xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ trình thực luận văn v TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài thực nghiên cứu tổng hợp geopolymer từ xỉ lò điện, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén geopolymer như: hàm lượng rắn-lỏng, nhiệt độ sấy, thời gian sấy, hàm lượng thủy tinh lỏng/ hàm lượng NaOH, hàm lượng tro bay Sản phẩm sau geopolymer hóa xác định cường độ nén phân tích vi cấu trúc, thành phần khống phân tích nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi điện tử quét (SEM) để đánh giá trình hình thành cấu trúc vật liệu tạo thành Kết cho ta cường độ geopolymer xỉ lò điện 45.48MPa sau ngày 71.58MPa sau 90 ngày, cường độ nén geopolymer có thay 10% xỉ tro bay 52.33MPa sau ngày 85.73 MPa sau 90 ngày dưỡng hộ khơng khí Kết phân tích cấu trúc cho ta thấy cường độ mẫu có q trình geopolymer hóa vi ABSTRACT The thesis study geopolymer synthesis from Electric Arc Furnace Slag, examines factors affecting the compressive strength of geopolymer products such as solid-liquid content, drying temperature, drying time, water glass/ NaOH content, fly ash content Geopolymeric products measured compressive strength and microstructure analysis, mineral composition by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy (SEM) analysis to evaluate the geopolymeric structures of products The results for the compressive strength of the electric arc furnace slag geopolymer is 45.48MPa after days and 71.58MPa after 90 days of curing in air, the compressive strength of geopolymer which 10 percent electric arc furnace slag replaced by fly ash is 52.33MPa after days and 85.73MPa after 90 days of curing in air Results of structural analysis show that compressive strength of products is due to geopolymerization process vii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu thân Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng kết trình bày luận văn thu thập trình nghiên cứu trung thực viii MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Tính cấp thiết đề tài: 1.3 Mục tiêu ý nghĩa đề tài: 1.3.1 Mục tiêu: 1.3.2 Ý nghĩa: 1.3.2.1 Ý nghĩa khoa học: 1.3.2.2 Ý nghĩa xã hội: CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan geopolymer: 2.1.1 Định nghĩa: .4 2.1.2 Cơ chế tổng hợp Geopolymer: 2.1.3 Ưu điểm vật liệu Geopolymer : 2.1.4 Các ứng dụng geopolymer: 2.2 Nguyên liệu d ng để chế tạo geopolymer: 2.2.1 Nguyên liệu cung cấp alumino silicate: 2.2.1.1 Tự nhiên 2.2.1.2 Nhân tạo: 2.2.1.2.1 Metakaolanh(MK): 2.2.1.2.2 Tro bay: .9 2.2.1.2.3 Tro trấu (RHA): .10 2.2.1.2.4 Silicafume ( muội silic): 11 ix 2.2.1.2.5 Xỉ lò cao: 11 2.2.1.3 Chất hoạt hóa: 12 2.3 Tổng quan xỉ lò điện (EAF): 13 2.3.1 Sơ lược xỉ lò điện .13 2.3.2 Các ứng dụng xỉ thép: 14 2.4 Tình hình nghiên cứu geopolymer nước giới: 15 2.4.1 Triển vọng phát triển: 15 2.4.1.1 Thế giới: .15 2.4.1.2 Việt Nam: 17 2.4.2 Các nghiên cứu liên quan: 17 CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 25 3.1 Sơ đồ thí nghiệm .25 3.2 Các phương pháp thực nghiệm sử dụng nghiên cứu 29 3.2.1 Xác định thành phần hóa (XRF) 29 3.2.2 Xác định thành phần khoáng nhiễu xạ tia X (XRD) 29 3.2.3 Xác định liên kết phổ hồng ngoại (IR) .29 3.2.4 Quan sát bề mặt vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 30 3.2.5 Xác định thành phần hạt 30 3.2.6 Xác định độ hút vôi, TCVN 3735 – 1982 30 3.2.7 Xác định độ bền nén vật liệu, ASTM C109 30 3.2.8 Tiêu chuẩn ngành, 64 TCN 38 – 86 30 CHƯƠNG : KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN 31 4.1 Khảo sát nguyên liệu: 31 4.1.1 Xỉ thép: 31 x 4.1.1.1 Thành phần hóa 31 4.1.1.2 Thành phần khoáng 32 4.1.1.3 Phổ IR .33 4.1.1.4 Thành phần hạt .34 4.1.1.5 Độ hút vôi .34 4.1.2 Tro bay 36 4.1.2.1 Thành phần hóa 36 4.1.2.2 Thành phần khoáng 37 4.1.2.3 Phổ IR .38 4.1.2.4 Thành phần hạt: 39 4.1.2.5 Độ hút vôi .39 4.1.3 Thủy tinh lỏng (mNa2O nSiO2) 41 4.1.4 NaOH 41 4.2 Kết thí nghiệm yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén: 41 4.2.1 Khảo sát tỷ lệ rắn (xỉ)/dung dịch lỏng(thuỷ tinh lỏng+ dd NaOH6M) ảnh hưởng đến cường độ nén mẫu: 41 4.2.1.1 Bảng phối liệu 41 4.2.1.2 Kết cường độ nén .42 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến cường độ nén mẫu: 44 4.2.2.1 Bảng phối liệu 44 4.2.2.2 Kết cường độ nén .44 4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian sấy đến cường độ nén mẫu: .45 4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng thuỷ tinh lỏng nồng độ dung dịch NaOH đến cường độ nén mẫu: 47 ... Cơ Mã số : 605290 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp geopolymer từ xỉ lò điện II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Khảo sát thông số thành phần hóa, khống, hạt ngun liệu xỉ thép để xem chúng có phải loại... trình thực luận văn v TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài thực nghiên cứu tổng hợp geopolymer từ xỉ lò điện, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén geopolymer như: hàm lượng rắn-lỏng, nhiệt độ sấy, thời... ix 2.2.1.2.5 Xỉ lò cao: 11 2.2.1.3 Chất hoạt hóa: 12 2.3 Tổng quan xỉ lò điện (EAF): 13 2.3.1 Sơ lược xỉ lò điện .13 2.3.2 Các ứng dụng xỉ thép: