Nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng calcium thấp để chế tạo be tông geopolymer

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĨNH PHƯỚC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY HÀM LƯỢNG CALCIUM THẤP ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG GEOPOLYMER Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Mã số: 605880 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Lê Anh Tuấn Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Mạnh Phát Cán chấm nhận xét 2: TS Trần Văn Miền Luân văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG, TP.HCM ngày 09 tháng 08 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Nguyễn Văn Chánh - Chủ tịch Hội đồng TS Vũ Quốc Hoàng – Thư ký Hội đồng PGS.TS Nguyễn Mạnh Phát – Ủy viên Phản biện TS Trần Văn Miền – Ủy viên Phản biện TS Lê Anh Tuấn – Ủy viên Hội đồng 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 XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ VĨNH PHƯỚC MSHV: 10190720 Ngày, tháng, năm sinh: 29/03/1986 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Mã số : 605880 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng calcium thấp để chế tạo bê tông geopolymer II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ thành phần dung dịch đóng rắn, ảnh hưởng hàm lượng vôi tự tro bay, tỉ lệ thành phần hóa ảnh hưởng đến cường độ mẫu geopolymer tro bay - Nghiên cứu vai trò, ảnh hưởng tro bay calcium thấp q trình geopolymer hóa - Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng vôi tro bay calcium thấp cường độ bê tơng Geopolymer - Nghiên cứu tính tốn thiết kế thành phần cấp phối bê tông tro bay - Nghiên cứu ảnh hưởng dung dịch chất đóng rắn đến cường độ với tỷ lệ nồng độ khác - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thời gian dưỡng hộ đến cường độ bê tông geopolymer - Nghiên cứu vai trị, ảnh hưởng bê tơng geopolymer có thêm thành phần SiO2 từ dung dịch kiềm hoạt hóa SiO2 từ silica fume - Sử dụng phân tích cấu trúc SEM XRD đế xác định trình ảnh hưởng thành phần III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : …………………… IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/6/2014 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ Lê Anh Tuấn Tp HCM, ngày 20 tháng năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS LÊ ANH TUẤN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG LỜI CÁM ƠN Trong trình thực Luận văn cao học, đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng calcium thấp để chế tạo bê tông geopolymer”, nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện thầy cô môn Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng, Khoa Xây dựng trường Đại học Bách Khoa, TPHCM Các thầy cô người giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức chuyên ngành suốt năm học đại học cao học vừa qua để tơi thực đề tài Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành giúp đỡ q báu thầy Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Anh Tuấn, người trực tiếp hướng dẫn, bảo cho kiến thức nghiên cứu khoa học, giúp cho tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Đại học luận văn cao học Bên cạnh đó, tơi xin ghi nhận cơng sức nhiệt tình em SV ngành giúp đỡ tơi việc thực thí nghiệm đề tài Những hỗ trợ, giúp đỡ em điều quan trọng giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cám ơn người thân gia đình, đặc biệt ba mẹ anh trai động viên, khích lệ giúp đỡ tơi suốt thời gian qua để tơi hồn tất chương trình học luận văn cao học TP HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN VĂN: LÊ VĨNH PHƯỚC TÓM TẮT NỘI DUNG Betong geopolymer vật liệu than thiện với mơi trường có khả thay cho vật liệu truyền thống Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng calcium tro bay cường độ bê tông Geopolymer nhằm đánh giá khả sử dụng điều kiện Việt Nam Thành phần cấp phối có tỷ lệ hàm lượng dung dịch kiềm hoạt hóa – tro bay 0.35, với tỉ lệ sodium hydroxit - sodium silicate 1-3 Nồng độ mol dung dịch thay đổi từ 8M, 10M 12M Betong geopolymer dưỡng hộ 600C Kết nghiên cứu cho thấy tỉ lệ calcium tro bay ảnh hưởng đáng kể đến việc phát triển cường độ bê tông geopolymer hàm lượng calcium tro bay nên mức 3.4% - 3.9%; hàm lượng calcium cao làm giảm hiệu trình hoạt hóa tro bay Đồng thời, nghiên cứu cịn nhận thấy ngồi ảnh hưởng calcium tro bay cịn có xuất ảnh hưởng SiO2, NaOH tro bay dung dịch hoạt hóa đến tính chất betong geopolymer Bên cạnh đó, nghiên cứu tiếp tục xem xét vai trị, ảnh hưởng SiO2 hoạt tính bổ sung từ silica fume với cường độ bê tông geopolymer Kết nghiên cứu cho thấy cường độ bê tơng tăng lên đến 40% so với chưa bổ sung SiO2 hoạt tính từ silica fume Hàm lượng SiO2 bổ sung tối ưu mức 29.41 kg/m3 đến 32.45kg/m3 Khi hàm lượng SiO2 bổ sung từ silica fume cao làm giảm q trình geopolymer hóa, làm giảm cường độ bê tông geopolymer ABSTRACT Geopolymer is an environmentally material and has potential to use instead of traditional material This thesis presents the effect of calcium content to compressive strength of fly ash-based geopolymer concrete for evaluation efficiency using under conditions of Vietnamese climate Mix specimens were prepared at alkaline solution/fly ash which is 0.35 The used activators are an equal mix of sodium hydroxide and silicate in the ratio of 1:3; concentration of sodium hydroxide were changed from 8M – 10M – 12M The specimens were cured at 600C in hours Test results indicate that calcium content effect significantly to compressive strength of geopolymer concrete and the optimal calcium content should be in range of 3.4% to 3.9%; however, higher content will interfere to activator processing of fly ash which decreases compressive strength Besides that, the research also found significant influence of silica (SiO2) and sodium hydroxide (NaOH) in fly ash and activating solution to properties of geopolymer concrete Moreover, this study also examines effect of activating silica (SiO2) which were added from silica fume to compressive of fly ash based geopolymer concrete Test results show that the compressive strength can increase ~40%, compare to species without silica fume The optima content of SiO2 from silica fume should be from 29.41kg/m3 to 32.45 kg/m3; higher content will have bad effect to compressive of strength LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Các đoạn trích dẫn số liệu sử dụng luận văn dẫn nguồn có độ xác cao phạm vi hiểu biết TP HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014 Tác giả luận văn LÊ VĨNH PHƯỚC MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU TỔNG HỢP GEOPOLYMER 1.1 Sự cần thiết đề tài nghiên cứu 1.2 Lịch sử phát triển ngành công nghệ vật liệu Geopolymer từ tro bay: 1.2.1 Lịch sử phát triển tình hình ứng dụng cơng nghệ Geopolymer giới 1.2.2 Tình hình ứng dụng công nghệ Geopolymer Việt Nam 13 1.3 Tổng quan bê tông Geopolymer 13 1.3.1 Tính bền vững lợi ích việc sử dụng bê tông Geopolymer 13 1.3.2 Các lĩnh vực ứng dụng 14 1.3.3 Những hạn chế sử dụng bê tông Geopolymer 16 1.4 Tổng quan nguyên vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông Geopolymer 16 1.4.1 Tro bay 18 1.4.2 Dung dịch đóng rắn 20 1.5 Mục tiêu đề tài 21 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC LÀM NỀN TẢNG CHẾ TẠO BÊ TÔNG GEOPOLYMER TRO BAY 22 2.1 Thành phần hóa học cấu trúc phân tử tro bay 22 2.2 Cơ chế đóng rắn bê tơng Geopolymer tro bay 23 2.2.1 Cơ sở hóa học cơng nghệ Geopolymer 23 2.2.2 Các sản phẩm thủy hóa q trình geopolymer hóa 28 2.2.3 Ảnh hƣởng tác nhân kiềm hoạt hóa tới q trình geopolymer hóa 29 2.2.4 Cơ chế hóa học cơng nghệ geopolymer tro bay 31 2.2.5 Cơ chế vật lý q trình Geopolymer hóa 32 CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 34 3.1 Tro bay 34 3.2 Dung dịch hoạt hóa 35 3.3 Cốt liệu 36 3.3.1 Cát 36 3.3.2 Đá 36 3.4 Nƣớc nhào trộn 36 3.5 Chế độ dƣỡng hộ 36 3.6 Thiết kế thành phần cấp phối 37 3.7 Phƣơng pháp tạo mẫu thí nghiệm 39 Trang 3.7.1 Phƣơng pháp tạo mẫu 39 3.7.2 Phƣơng pháp thí nghiệm 39 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 40 4.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng tro bay 40 4.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng Calcium tro bay đến trình geopolymer 41 4.3 Ảnh hƣởng tỉ lệ hàm lƣợng CaO tự tro bay với thành phần SiO2 Al2O3 44 4.3.1 Ảnh hƣởng tỉ lệ CaO tự với SiO2 dung dịch hoạt hóa 44 4.3.2 Ảnh hƣởng tỉ lệ CaO tự với SiO2 tro bay 46 4.3.3 Ảnh hƣởng tỉ lệ CaO tự với Al2O3 tro bay 47 4.4 Ảnh hƣởng tỉ lệ SiO2 dung dịch hoạt hóa với thành phần SiO2 & Al2O3 tro bay với NaOH dung dịch kiềm 49 4.5 Ảnh hƣởng dung dịch sodium hydroxit 53 4.6 Ảnh hƣởng điều kiện dƣỡng hộ 55 4.6.1 Ảnh hƣởng thời gian dƣỡng hộ 55 4.6.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ dƣỡng hộ 57 4.7 Nghiên cứu bê tông geopolymer tro bay bổ sung thêm silicafume vào thành phần cấp phối 60 4.7.1 Sự phát triển cƣờng độ bê tông geopolymer tro bay – silicafume theo thời gian 61 4.7.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng SiO2 đƣợc bổ sung từ silicafume đến cƣờng độ bê tông geopolymer tro bay 65 4.8 Ảnh hƣởng tỉ lệ SiO2 sau đƣợc bổ sung từ Silica fume với thành phần Al2O3 tro bay, SiO2 dung dịch hoạt hóa: 69 4.9 Phân tích cấu trúc mẫu geopolymer tro bay phƣơng pháp phân tích đại 73 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 79 5.1 Kết luận 79 5.2 Hƣớng phát triển đóng góp đề tài 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Trang DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1.1 Lịch sử kiện quan trọng chất kết dính kiềm hoạt h t nh ến năm 1999 Bảng 1.2 Các lĩnh vực ứng dụng geopolymer 14 Bảng 1.3 Thành phần tro bay theo ASTM – C618 – 94a 18 Bảng 1.4 Sản lượng tro bay sử dụng bê tông 18 Bảng 2.1 Thành phần hóa học tro bay nhà máy nhiệt iện Formosa 23 Bảng 2.2 Thành phần vật lý tro bay 23 Bảng 3.1 Thành phần hóa học tro bay Formosa 34 Bảng 3.2 Khảo sát tính chất vật lý tro bay Formosa 34 Bảng 3.3 Thành phần cấp phối với tỷ lệ sodium silicate – sodium hydroxit khác 37 Bảng 3.4 Thành phần cấp phối thí nghiệm với hàm lượng calcium khác 37 Bảng 3.5 Thành phần cấp phối sử dụng silicafume khác 38 Bảng 4.1 Cường ộ chịu nén sau 28 ngày betong geopolymer 40 Bảng 4.2 Cường ộ chịu nén bê tông geopolymer với hàm lượng C O th y ổi 41 Bảng 4.3 Mối quan hệ giữ cường ộ hàm lượng calcium khác 43 Bảng 4.4 Mối quan hệ thành phần hóa học 44 Bảng 4.5 Mối quan hệ giữ cường ộ tỉ lệ CaOtd/SiO2dd 46 Bảng 4.6 Mối quan hệ giữ cường ộ tỉ lệ CaOtd/SiO2dd 47 Bảng 4.7 Mối quan hệ giữ cường ộ tỉ lệ CaOtd/Al2O3 49 Bảng 4.8 Mối quan hệ giữ cường ộ hàm lượng SiO2 49 Bảng 4.9 Mối quan hệ giữ cường ộ tỉ lệ SiO2dd /SiO2tb 52 Bảng 4.10 Mối quan hệ giữ cường ộ tỉ lệ SiO2dd /Al2O3 53 Bảng 4.11 Mối quan hệ giữ cường ộ nồng ộ mol dung dịch NaOH 54 Trang CP x-8 (dd NaOH 8M) 24 CP x - 10 (dd NaOH 10M) CP x - 12 (dd NaOH 12M) Cường độ chịu nén (Mpa) 22 20 18 16 CP x - 12: y = -6.7039x2 + 12.772x + 16.157 R² = 0.8813 CP x - 10: y = -4.5666x2 + 9.3881x + 13.958 R² = 0.9166 CP x - 8: y = -4.113x2 + 8.6593x + 13.227 R² = 0.945 14 12 10 0.5 1.5 Tỉ lệ SiO2 SF/SiO2 dd Hình 4.24 Mối quan hệ tỉ lệ SiO2SF/SiO2dd với cường ộ chịu nén Trong Hình 4.22, tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb tăng từ 0.00 ến 0.179 từ 0.179 ến 0.284 ảnh hưởng ến tính chất cường ộ Khi tăng tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb từ 0.00 ến 0.179: cường ộ bê tông geopolymer tăng dần theo tỉ lệ thuận Ở tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb = 0.179; cường ộ bê tông ạt 18.3 MPa; 19.45 MPa 23.15 MP , tăng d o ộng 36% ~40% so với cường ộ ạt ược mức tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb = 0.00 (tỉ lệ tương ứng lúc chư bổ sung SiO2 từ silica fume) Khi tăng tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb từ 0.179 ến 0.284, Cường ộ chịu nén bê tông giảm dần theo tỉ lệ nghịch Ở tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb = 0.284; cường ộ bê tông ạt 15.82MPa; 16.41MPa 18 MPa; Mức giảm cường ộ cấp phối 15.82%, 16.41% 22.24% so với cường ộ tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb = 0.179 Hình 4.23 cho thấy tăng tỉ lệ SiO2SF/Al2O3 từ 0.00 ến 0.279: cường ộ bê tông geopolymer tăng dần theo tỉ lệ thuận Ở tỉ lệ SiO2SF/Al2O3 = 0.225; cường ộ bê tông ạt 18.3 MPa; 19.45 MPa 23.15 MP , tăng d o ộng 36% ~40% so với cường ộ ạt ược mức tỉ lệ SiO2SF/Al2O3 = 0.00 Trang 71 Khi tăng tỉ lệ SiO2SF/Al2O3 từ 0.279 ến 0.443: Cường ộ chịu nén bê tông giảm dần theo tỉ lệ nghịch Ở tỉ lệ SiO2SF/Al2O3 = 0.443; cường ộ bê tông ạt 15.82MPa; 16.41MPa 18 MPa; Mức giảm cường ộ cấp phối 15.82%, 16.41% 22.24% so với cường ộ tỉ lệ SiO2SF/Al2O3 = 0.279 Trong Hình 4.24, tỉ lệ SiO2SF/SiO2dd tăng từ 0.00 ến 1.141 từ 1.141 ến 1.711 ảnh hưởng ến tính chất cường ộ Khi tăng tỉ lệ SiO2SF/SiO2dd từ 0.00 ến 0.141: cường ộ bê tông geopolymer tăng dần theo tỉ lệ thuận Ở tỉ lệ SiO2SF/SiO2dd = 1.141; cường ộ bê tông ạt 18.3 MPa; 19.45 MPa 23.15 MPa, tăng d o ộng 36% ~40% so với cường ộ ạt ược mức tỉ lệ SiO2SF/SiO2dd = 0.00 Khi tăng tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb từ 1.141 ến 1.711, cường ộ chịu nén bê tông giảm dần theo tỉ lệ nghịch Ở tỉ lệ SiO2SF/SiO2dd = 1.711; cường ộ bê tông ạt 15.82MPa; 16.41MPa 18 MPa; Mức giảm cường ộ cấp phối 15.82%, 16.41% 22.24% so với cường ộ tỉ lệ SiO2SF/SiO2dd = 1.141 Mối quan hệ giữ cường ộ chịu nén tỉ lệ SiO2dd/SiO2tb, SiO2SF/Al2O3 SiO2SF/SiO2dd trình bày bảng 4.21, 4.22 4.23 Kí hiệu Mối quan hệ cƣờng độ nén với tỉ Tỉ lệ Cƣờng độ có lệ SiO2SF /SiO2tb SiO2SF thể đạt đƣợc /SiO2tb (MPa) tối ƣu CP x - CP x - 10 y = -157.58x2 + 54.221x + 13.249 0.172 17.91 y = -174.89x2 + 58.818x + 13.975 0.168 18.92 CP x - 12 y = -157.58x2 + 54.221x + 13.249 0.156 22.39 Bảng 4.21 Mối quan hệ giữ cường ộ tỉ lệ SiO2SF /SiO2tb Kí hiệu Mối quan hệ cƣờng độ nén với tỉ Tỉ lệ Cƣờng độ có lệ SiO2SF/Al2O3 SiO2SF/Al2 thể đạt đƣợc O3 tối ƣu (MPa) CP x - CP x - 10 y = -64.894x2 + 34.812x + 13.249 0.268 17.91 y = -72.023x2 + 37.766x + 13.976 0.262 18.92 CP x - 12 y = -104.5x2 + 50.998x + 16.178 0.244 22.39 Trang 72 Bảng 4.22 Mối quan hệ giữ cường ộ tỉ lệ SiO2SF /Al2O3 Kí hiệu Mối quan hệ cƣờng độ nén với Tỉ lệ Cƣờng độ tỉ lệ SiO2SF/SiO2dd SiO2SF/SiO2dd đạt đƣợc (MPa) tối ƣu CP x - CP x - 10 y = -4.113x2 + 8.6593x + 13.227 1.053 17.79 y = -4.5666x2 + 9.3881x + 13.958 1.028 18.78 CP x - 12 y = -6.7039x2 + 12.772x + 16.157 0.953 22.24 Bảng 4.23 Mối quan hệ giữ cường ộ tỉ lệ SiO2SF/ SiO2dd 4.9 Phân tích cấu trúc mẫu geopolymer tro bay phƣơng pháp phân tích đại Như phần lý thuyết ã trình bày, Geopolymer tro b y c cấu trúc vô ịnh hình [51] trộn lẫn cấu trúc zeolite [38] Cấu trúc mẫu thí nghiệm ược dự ốn chủ yếu cấu trúc tinh thể zeolite hydrosodalite kết hợp với cấu trúc vơ ịnh hình củ tro b y Các phương pháp phân t ch ược sử dụng phương pháp phân tích cấu trúc qua kính siêu hiển vi iện tử Sc nning Electron Microscope (SEM) ể nhận biết cấu trúc bề mặt, liên kết cấu trúc với ơn vị mircomet (μm) Ngoài ra, tác giả sử dụng thêm phương pháp chụp nhiễu xạ tia X hay gọi XRD ể xác ịnh xác tồn cấu trúc geopolymer vơ ịnh hình mẫu tạo thành Ở phạm vi giới hạn, ề tài dùng chủ yếu h i phương pháp ể chứng minh thực tế cấu trúc geopolymer ược tạo thành từ tro bay Quan sát hình 4.23, thấy rõ q trình hoạt hóa kiềm tro bay Hình thái ặc trưng b n ầu củ tro b y trước phản ứng, tinh thể hình cầu có k ch thước khác nhau, cấu trúc thường rỗng chứa hạt nhỏ (hình 4.23a) Hình 4.23b cho thấy th y ổi bề mặt cấu trúc củ tro b y tác dụng dung dịch kiềm thời gian nhiệt, ta thấy kết phản ứng xấu loại gel gốc Natri-Silicat hình thành qua trình ng rắn hạt tro bay dung dịch kiềm; gel hóa cứng, tạo thành cường ộ cho bê tơng geopolymer Q trình ng rắn, tạo cường ộ bê tông geopolymer khác với củ bê tông xi măng Portl nd thơng thường tạo thành khống C-S-H có hình sợi n xen vào nh u ể tạo cường ộ (hình 4.25) Trang 73 (a) (b) Hình 4.25 Tro b y trước sau bị kích hoạt kiềm dung dịc ng rắn Hình 4.26 Vi cấu trúc củ bê tông xi măng Portl nd t ông t ường bê tông geopolymer tro bay Trong phạm vi củ ề tài, nghiên cứu ảnh hưởng củ hàm lượng CaO tự tro b y ến cường ộ bê tông, hai mẫu cấp phối G1M8 (1% CaO) G5M8 (5%) ược thực chụp SEM, thể qua hình 4.27 4.28 Ở hình 4.27a, với tỉ lệ ph ng ại 1: 10,000 thấy cấu trúc bê tông geopolymer tro b y hàm lượng 1% C O ồng ều, tinh thể gắn vào nhau, nhiên hàm lượng tro bay chư ược hoạt hóa kiềm lỗ rỗng bên cấu trúc bê tơng Trang 74 (a) (b) Hình 4.27 Cấu trúc bê tông geopolymer tro b y àm lượng CaOtd 1% Quan sát góc nhìn khác cấu trúc bê tông G1M8 với tỉ lệ ph ng ại 1: 10,000 hình 4.27b, thấy bên cạnh khống gốc natri-silic t ơng ặc, có khống khác ược hình thành, nhiên ể tìm hiểu khống ược Trang 75 hình thành gì, có vai trị bê tơng cần có nghiên cứu sâu Hình 4.28 Cấu trúc bê tơng geopolymer tro b y àm lượng CaOtd 5% Khi hàm lượng CaO tự tăng lên 5% (hình 4.28), so sánh với cấu trúc mẫu c hàm lượng CaO 1% hình (4.27b) thấy hàm lượng lớn tro bay cấp phối G5M8 chư ược hoạt hóa kiềm, bên cạnh khối cấu trúc tương ối ồng ều từ gel gốc natri –silic t ơng ặc, cịn có tinh thể rời rạc cấu trúc, iều phù hợp với nghiên cứu Gourley (2003) có mặt calcium với hàm lượng lớn tro bay cản trở q trình polymer h th y ổi vi cấu trúc làm cường ộ phát triển thấp Bên cạnh việc phân tích vi cấu trúc mẫu cấp phối bên trên, phương pháp chụp nhiễu xạ ti X giúp chúng t hiểu rõ tồn cấu trúc geopolymer vô ịnh hình mẫu tạo thành Trang 76 Hình 4.29 Mơ hình XRD củ bê tơng Geopolymer tro b y ( àm lượng CaO 1%) Hình 4.30 Mơ hình XRD củ bê tông Geopolymer tro b y ( àm lượng CaO 5%) Trang 77 Qu n sát ối chiếu kết XRD thu ược với nghiên cứu trước , t thấy rõ có tương ồng góc hiển thị, chứng tỏ vật liệu tạo thành ã hình thành ược cấu trúc geopolymer củ ất sét tro bay Ngoài ra, từ kết thu ược ta cịn thấy số góc hiển thị có khống vật khác hình thành, nhiên cần tiến hành nghiên cứu sâu kết luận ược ch nh xác iều Tóm lại, tiến hành geopolymer hóa hệ ngun tro bay theo cơng nghệ geopolymer t thu ược kết hệ vật liệu mới, có cấu trúc bền hơn, cấu trúc ược tạo thành gồm zeolite, gel geopolymer bao bọc ng rắn với zeolite, vi hạt tro b y ã phản ứng với dung dịch kiềm Các hệ cấu trúc trộn lẫn với nhau, hình thành khối với hình dạng khơng xác ịnh rõ ràng Tuy nhiên, khối liên kết rắn với nhau, không tạo lỗ rỗng giúp vật liệu ạt ược cường ộ tốt Trang 78 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu chế tạo bê tông geopolymer tro b y c hàm lượng calcium thấp, không sử dụng xi măng, tận dụng phế thải công nghiệp nhiệt iện, ã áp dụng cơng nghệ geopolymer hóa ối với tro b y ã c ược kết thực nghiệm s u ây: Khi sử dụng cấp phối với thành phần tro b y th y ổi 408 kg/m3 350kg/m3; tỉ lệ thành phần dung dịch sodium silicate/sodium hydroxit thay ổi từ 1:1; 2:1 3:1, mẫu ược dưỡng hộ 600C 4h cường ộ bê tông ạt ược d o ộng từ 9.22 MP ến 13.41 MPa, mẫu ạt cường ộ thấp có hàm lượng tro bay 350kg tỉ lệ dung dịch 1:1; mẫu ạt cường ộ cao c hàm lượng tro bay 408 kg tỉ lệ dung dịch 3:1 Khi th y ổi hàm lượng CaO tự tro bay từ 1% – 9% iều kiện dưỡng hộ dung dịch hoạt hóa sử dụng cường ộ bê tơng tăng lên ến 24.5% mức C O 3%; ồng thời kết nghiên cứu dự oán hàm lượng CaO tối ưu từ 3.4% - 3.9% Khi th y ổi tỉ lệ CaO tự với SiO2 Al2O3 thành phần tro bay, SiO2 dung dịch hoạt h cường ộ bê tơng tăng 24.9% tỉ lệ CaOtd/SiO2dd = 0.395; CaOtd/SiO2tb = 0.019 CaOtd/Al2O3 = 0.029; qua nghiên cứu, dự oán tỉ lệ tối ưu C Otd/SiO2dd = 0.45 – 0.52; CaOtd/SiO2tb = 0.066 – 0.077 CaOtd/Al2O3 = 0.103 – 0.121 Khi th y ổi tỉ lệ SiO2 dung dịch hoạt hóa với SiO2 Al2O3 thành phần tro bay, NaOH dung dịch kiềm cường ộ bê tơng tăng lên ến 24.9% tỉ lệ SiO2dd/SiO2tb = 0.144; SiO2 dd/Al2O3 = 0.225 SiO2dd/NaOH = 1.938 Khi tăng nồng ộ mol dung dịch kiềm NaOH từ 8M – 10M – 12M, với iều kiện dưỡng hộ cường ộ cấp phối tăng dần, lên ến 18.92% Nghiên cứu cho thấy, iều kiện dưỡng hộ bê tông geopolymer, bao gồm nhiệt ộ thời gi n dưỡng hộ có ảnh hưởng lớn ến cường ộ bê tông geopolymer Cụ thể th y ổi nhiệt ộ dưỡng hộ từ 600C ến 1200C cường ộ bê tơng tăng lên ến 43.6%; tăng thời gi n dưỡng hộ từ 6h ến 12h, cường ộ bê tơng tăng lên 64% Khi bổ sung hàm lượng silicafume theo tỉ lệ – 10 – 15% thành phần tro bay nén mẫu ngày, 28 ngày, 60 ngày 90 ngày; nghiên cứu cho thấy cường ộ bê tông phát triển nhanh ngày ầu tiên Và từ 28 ngày trở i, cường ộ bê tông geopolymer tro bay có bổ sung silicafume phát triển chậm Trang 79 Hàm lượng SiO2 ược bổ sung từ silicafume có ảnh hưởng ến cường ộ bê tông geopolymer tro bay, cụ thể hàm lượng SiO2 ược bổ sung 35.37 kg/m3 (tương ứng hàm lượng Silica fume thay 10% tro bay), cường ộ bê tơng tăng 38.93% so với lúc không bổ sung silica fume; nhiên tăng hàm lượng SiO2 35.37 kg cường ộ bê tơng sụt giảm Ngồi kết nghiên cứu cịn r dự ốn hàm lượng SiO2 ược bổ sung từ silicafume tối ưu nên nằm mức từ 29.41 kg/m3 ến 32.45kg/m3 Khi th y ổi tỉ lệ SiO2 ược bổ sung từ silicafume với SiO2 Al2O3 thành phần tro bay, SiO2 dung dịch hoạt hóa cường ộ bê tơng tăng lên ến ~40% tỉ lệ SiO2SF/SiO2tb = 0.179; SiO2 SF/Al2O3 = 0.279 SiO2SF/ SiO2dd = 1.141 so với không bổ sung 10 Cấu trúc củ geopolymer tro b y tương ối ồng ều, nhiên cấu trúc lỗ rỗng xuất vật liệu Cấu trúc geopolymer tro bay trộn lẫn phối hợp cấu trúc sau: cấu trúc zeolite, cấu trúc củ gel geopolymer ng rắn bao bọc xung quanh tinh thể zeolite, cấu trúc vi hạt tro b y ã geopolymer hóa Các cấu trúc tạo thành khối có hình dạng khơng xác ịnh liên kết chặc chẽ nhau, tạo thành vật liệu c cường ộ tính chất tốt nhiều so với hệ nguyên vật liệu b n ầu 5.2 Hƣớng phát triển đóng góp đề tài - Nghiên cứu vận dụng cấp phối nguyên lý geopolymer ể chế tạo bê tông không sử dụng xi măng thông thường ể bảo vệ mơi trường Nguồn vật liệu chế tạo ngồi tro bay, bổ sung thêm nguyên liệu khác xỉ lò c o, ất sét …c nhiều nước ta Ngồi ra, kết nghiên cứu bê tơng geopolymer tro bay có bổ sung silicafume c thể nghiên cứu thêm việc sử dụng phụ gia siêu dẻo, dự oán làm tăng thêm cường ộ bê tông geopolymer tro bay Đề tài ã mở nhiều hướng nghiên cứu vật liệu geopolymer tro bay, mở rộng nhiều ngành cơng nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng không nung Nếu tiến hành nghiên cứu sâu hơn, khảo sát rõ trình hoạt hóa geopolymer ất ến tính chất mẫu tạo thành ta h ược nhiều nguyên liệu phế thải công nghiệp khác công nghệ geopolymer, từ mở thêm nhiều hướng chế tạo loại vật liệu xây dựng mới, phù hợp thân thiện với môi trường Trang 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Edward G.Nawy, editor in chief, Concrete Construction Engineering Handbook, CRP Press, Tailor & Francis Group, [2] Davidovits, J., Davidovits, R., and James, C (1999), The Proceeding of Geopolymer 99, 2nd International Conference on geopolymers, 368 pages [3] PGS TS Phạm Huy Kh ng Tro b y ứng dụng xây dựng ường ôtô sân b y iều kiện Việt N m [4] KS Phan Phùng Sanh Sự kỳ diệu tro bay (www.yeumoitruong.com) [5] Nguyễn Văn Chánh (2008), Recent Research Geopolymer Concrete The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA, số A.18 [6] Roy Della M Alkali-activated cements Opportunities and challenges Cement Concrete Res 1999, 29:249-54 [7] Purdon AO The action of alkalis on blast furnace slag J Soc Chem Ind 1940,59:191-202 [8] Feret R Slags for the manufacture of cement Rev Mater Constr Trav 1939 [9] Glukhovsky VD Soil silicates Kiev, USSR: Gostroiizdat Publish1959 [10] Malinowsky R Concretes and mortars in ancient aqueducts Concr Int 1979,1:66–76 [11] Davidovits J, Courtois L DTA detection of intra-ceramic geopoly meric setting in archaeological ceramics and mortars In: Abstracts of papers 21st symposium on archaeometry 1981, p 22 [12] Langton CA, Roy DM Longevity of borehole and shaft sealing materials: characterization of ancient cement-based building materials Sci Basis Nucl Waste Manage 1984,26:543-9 [13] Campbell DH, Folk RL The ancient Egyptian pyramids-concrete or rock Concr Int 1991, 29–44 [14] Granizo ML Activation alkaline metakaolin PhD thesis, University Autonoma of Madrid 1998 Trang 81 [15] Glukhovsky VD, Rostovskaja GS, Rumyna GV High strength slag alkaline cements In: Proceedings of the seventh international congress on the chemistry of cement, vol 3, 1980, p 164-8 [16] Glukhovsky VD Slag-alkali concretes produced from fine-grained aggregate Kiev: Vishcha Shkolay 1981 [17] Prof Dr Joseph Davidovits (2002), 30 Years of Successes and Failures in Geopolymer Applications, Market Trends and Potential Breakthroughs, Geopolymer 2002 Conference [18] Joseph Davidovits (1994), Properties of geopolymer cement, Proceding first International conference on Akaline cements and concretes, tr 131-149 [19] J Davidovits (1991), Geopolymers - Inorganic polymeric new materials, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, tr 1633 - 1656 [20] M.Y Khalil and E.Merz (1994), Immobilization of intermediate - level wastes in geopolymers, Journal of Nuclear Materials, tr 141 -148 [21] J.S.J van Deventer J.G.S van Jarsveld (1999), The potential use of geopolymeric materials to immobilize toxic metal, Minerals Engeneering, tr 75-91 [22] J Davidovits (2011), Geopolymer Chemistry and Applications, Saint-Quentin, France, Geopolymer Institute, 612 page [23] J Davidovits, Davidovits, R., and James, C (1999), The Proceeding of Geopolymer 99, 2nd International Conference on geopolymers, tr 368 [24] Catherine Anne Rees (2007), Mechanisms and kinetics of gel formation in geopolymers, A thesis of the degree of Doctor of Philosophy, (Department of Chemical and Biomolecular Engineering, The University of Melbourne) [25] H Xu and J.S.J van Deventer (2002), Geopolymerisation of multiple minerals, Minerals Engeneering, tr 1131-1139 [26] H Xu and J.S.J van Deventer (2002), Microstructural characterisation of geopolymers synthesised from kaolinite/stilbite mixtures using XRD, MAS-NMR, SEM/EDX, TEM/EDX and HREM, Cement and Concrete Research 32, tr 1705- 1716 [27] J.L Bel and M Gordon W.M.Kriven (2002), Microstruture and microchemistry of fully-reacted geopolymers and geopolymer matrix composites, Ceramic Transactions, số Advances in Ceramic Matrix Composites IX, tr 227-250 Trang 82 [28] H Xu and J.S.J van Deventer (2003), The effect of alkali metals on the formation of geopolymeric gels from akali-feldspars, Colloids and Surfaces, A Physicochemical and Engineering Aspects, tr 27-44 [29] Nguyễn Văn Chánh (2009), Tận dụng phế thải bùn ỏ từ quặng bơ xít ể sản xuất gạch ất sét không nung nhiệt ộ thấp, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh [30] Michael D.Stone and David Q Hunsucker, Construction and interim performance of a pyrament cement concrete bridge deck, Kentucky Transportation Center, College of Engineering University of Kentucky [31] Malhotra (2002), High-Performance High-Volume Fly Ash Concrete., ACI Concrete International 24 [32] Phạm Duy Hữu Phùng Văn Lự, Phan Khắc Trí (2002), Vật liệu xây dựng(NXB Giáo Dục) [33] D Hardjito (2005), Development and properties of low-calcium fly ash based geopolymer concrete, Curtin University of Technology Perth, Australia [34] Bakri (2010), Review on fly ash-based geopolymer concrete without Portland Cement, Journal of Engineering and Technology Research Vol [35] Phạm Huy Khang (2002), Tro bay Ứng dụng xây dựng ường ô tô sân bay iều kiện Vệt nam [36] Bùi Đăng Trung (2008), Nghiên cứu chế tạo bê tông bền vững không sử dụng xi măng Portland, Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, 103 trang [37] Duxson P., et al (2007) Geopolymer technology: the current state of the art Journal Materials Science Vol 42:2917–2933 [38] Pacheco-Torgal Fernando, Castro-Gomes João& Jalali Said (2008) Alkaliactivated binders: A review Part Historical background, terminology, reaction mechanisms and hydration products Construction and Building Materials Vol 22(2008):1305–1314 [39] Palomo A, Mw Grutzek& Mt Blanco (1999) Alkali-activated fly ashes A cement for the future Cement Concrete Research Vol 29:1323-1329 [40] Boutterin C.& Davidovits J (1988) Geopolymeric Cross-Linking (LTGS) and Building materials.Geopolymer ' 88 Vol.1:pp 79-88 [41] Lloyd N A.& Rangan B V (2010) Geopolymer Concrete with Fly Ash in 2nd Int Conf on Sustainable Construction Materials and Technologies, ed J Zachar P Claisse, T R Naik, E Ganjian (Università Politecnica delle Marche, Ancona, Italy.) Trang 83 [45] Chao Li, Sun Henghu& Li Longtu (2010) A review: The comparison between alkali-activated slag (Si+Ca) and metakaolin (Si +Al) cements Cement and Concrete Research Vol 40:1341–1349 [46] Fernandez Jimenez A& Palomo A (2003) Characterisation of fly ashes Potential reactivity as alkaline cements Fuel Vol 82:2259–2265 [47] Xie Zhaohu& Xi Yunping (2001) Hardening mechanisms of an alkaline-activated class F fly ash Cement Concrete Research Vol 31:1245–1249 [48] A Fernandez-Jimenez (2005), Microstructure development of alkali-activated fly ash cement: a descriptive model, Cement and Concrete Research 35 [49] F Katz A Microscopic study of alkali-activation fly ash Cem Concr Res 1998;28:197–208 [50] Criado M, Palomo A, Fernandez-Jimenez A Alkali activation of fly ashes Part 1: Effect of curing conditions on the carbonation of the reaction products Fuel 2005;84:2048–54 [51] John L Provis (2009), Geopolymers: Structure, processing, properties and industrial applications Trang 84 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Vĩnh Phước Ngày, tháng, năm sinh: 29/03/1986 Nơi sinh: TX Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên Địa liên lạc: Căn hộ D303, chung cư Man Thiện, nhà C1; phường Hiệp Phú, Q9, TP HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2004 – 2009: Học Đại học ngành Vật liệu & Cấu kiện XD khoa Xây dựng, trường ĐH Bách Khoa, TPHCM 2010 – 2014: Học Cao học ngành Vật liệu & Công nghệ vật liệu xây dựng khoa Xây dựng, trường ĐH Bách Khoa, TPHCM QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC: 6/2009 – 6/2010: Cơng ty CP Sản xuất Xây dựng Hưng Long Phước, KCN Hiệp Phước, Huyện Nhà Bè, TPHCM 7/2010 – 1/2013: Công ty TNHH Đầu tư dịch vụ Kiến Á, Phường An Phú, Q2, TPHCM 6/2013 – nay: Công ty Cổ phần Kiến Á, phường An Phú, Q2, TPHCM ... Nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng calcium thấp để chế tạo bê tông geopolymer II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ thành phần dung dịch đóng rắn, ảnh hưởng hàm lượng vôi tự tro. .. tro bay, tỉ lệ thành phần hóa ảnh hưởng đến cường độ mẫu geopolymer tro bay - Nghiên cứu vai trò, ảnh hưởng tro bay calcium thấp q trình geopolymer hóa - Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng vôi tro bay. .. BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG LỜI CÁM ƠN Trong trình thực Luận văn cao học, đề tài ? ?Nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng calcium thấp để chế tạo bê tông geopolymer? ??,