Nghiên cứu chế tạo bêtông bền vững không sử dụng xi măng portland

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI ĐĂNG TRUNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG BỀN VỮNG KHÔNG SỬ DỤNG XI MĂNG PORTLAND Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mã số ngành: 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI BỘ MƠN VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: BÙI ĐĂNG TRUNG Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 18/09/1982 Nơi sinh : An Giang Chuyên ngành : VẬT LIỆU & CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mã số: 60.58.80 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG BỀN VỮNG KHÔNG SỬ DỤNG XI MĂNG PORTLAND” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Phân tích ảnh hưởng q trình sản xuất bêtơng xây dựng đến môi trường - Xây dựng sở khoa học cho loại chất kết dính xi măng Portland - Lựa chọn nghiên cứu tính chất nguyên vật liệu sử dụng - Nghiên cứu chất kết dính vơ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu - Nghiên cứu tính chất lý bêtơng sử dụng chất kết dính vơ Pozzolana thiên nhiên - Nghiên cứu độ bền chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên bêtông môi trường xâm thực khác - Kết luận kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/2008 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/11/2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PHỊNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Văn Chánh thầy cô giảng dạy Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức quý báu đến tác giả Trong suốt trình học tập làm luận văn cao học trường ĐH Bách Khoa TP.HCM, tác giả nhận giúp đỡ nhiệt tình ý kiến đóng góp đáng trân trọng bạn sinh viên chuyên nghành Vật Liệu Cấu Kiện Xây Dựng bạn học viên cao học Vật liệu Công Nghệ Vật Liệu Xây Dựng Khố 2006 cán cơng tác Phịng Thí Nghiệm Chun Sâu – ĐH Cần Thơ Theo tác giả, luận án tốt nghiệp cao học hoàn thành với tất phấn đấu nổ lực thân, thời gian kiến thức có hạn chế, luận văn cao học khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, kính mong q thầy cơ, q anh chị bạn đồng nghiệp có quan tâm đóng ý kiến để tác giả khắc phục nâng cao kiến thức Tác giả xin chân thành cảm ơn! HVTH: BÙI ĐĂNG TRUNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG BỀN VỮNG KHÔNG SỬ DỤNG XI MĂNG PORTLAND ” Tính cấp thiết đề tài: Với ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài nguyên thiên nhiên môi trường khí hậu việc chế tạo chất kết dính ximăng Portland nay, cho thấy cần nghiên cứu loại chất kết dính khơng phải chất kết dính ximăng Portland để chế tạo bêtông tận dụng nguồn tài nguyên bị bỏ quên loại chất thải công nghiệp để sản xuất bêtông xây dựng, giảm thiểu tác động xấu trình xây dựng đến tài nguyên môi trường, tạo điều kiện cho phát triển bền vững Mục tiêu phạm vi nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu chế trình hình thành cấu trúc vật liệu polymer vô Nghiên cứu chế tạo chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà RịaVũng Tàu ứng dụng để chế tạo bêtông Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tính chất kỹ thuật nguyên vật liệu theo thí nghiệm tiêu chuẩn phi tiêu chuẩn Nghiên cứu cấu trúc vật liệu vô tổng hợp phương pháp phân tích hóa lý đại SEM, XRAY Những đóng góp luận văn - Chương 1: Tổng quan đề tài - Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết khoa học chế trình hình thành cấu trúc vật liệu vô tổng hợp - Chương 3: Thực nghiệm tính chất nguyên vật liệu thành phần - Chương 4: Nghiên cứu tính chất chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu - Chương 5: Nghiên cứu ứng dụng chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu để chế tạo bêtông - Kết luận, kết nghiên cứu kiến nghị Cấu trúc luận văn Luận văn gồm phần mở đầu, chương, phần kết luận tài liệu tham khảo Luận văn gồm 119 trang thuyết minh, 52 hình vẽ, 40 bảng biểu 27 hình chụp ABSTRACT Geopolymer involes the silicates and aluminates of natural Pozzolana to undergo process of polymerization Silicon and aluminum atoms react to form molecules that are chemically and tructural comparable to those building natural rocks, such as Zeolite The hardening mechanism of alkali activated alumino silicate binder involves dissolution of Si or Al in the presence of alkaline-activated sodium silicate solution to makes 3-dimensional framework structure Comparing to Portland cement, the production of geopolymers has a relative higher strength, excellent volume stability, better durability Geopolymer based on natural pozzolana is a new material that does not presence of Portland cement as a binder This study presents the result of researching on materials, mixture compose, microstructure of Geopolymer, and parameters influencing on properties of geopolymer concrete It is environmantly friendly and need moderate energy to produce KEYWORDS: Geopolymer, natural pozzolana, microstructure, properties of concrete MỤC LỤC Trang phụ bìa…………………………………………………………………… Nhiệm vụ luận văn Thạc sĩ……………………………………………………… Lời cảm ơn……………………………………………………………………… Tóm tắt luận văn Thạc sĩ………………………………………………………… Mục lục…………………….…………………………………………………… Danh mục bảng biểu………………………………………………………… Danh mục hình vẽ đồ thị………………………………………………… Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt………………………………………… LỜI MỞ ĐẦU …………………….…………………………………………… CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Vấn đề bêtông môi trƣờng………………………………………… 1.2 Nghiên cứu liệu Pozzolana…………………… …………………… 1.3 Nghiên cứu dung dịch chất đóng rắn…….……………………… 1.1 Tình hình nghiên cứu chất kết dính vô tổng hợp ứng dụng chế bêtông………………… ……………………………………… ………… 1.2 Mục tiêu, phạm vi phƣơng pháp nghiên cứu đề tài…………… 15 tạo 17 26 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC 2.1 Lý thuyết q trình đóng rắn xi măng Portland………………… 29 2.2 Nhƣợc điểm xi măng Portland trình sử dụng………… 35 2.3 Cơ chế trình hình thành cấu trúc vật liệu polymer vô cơ… 36 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM TÍNH CHẤT NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHẾ TẠO CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ TỪ POZZOLANA THIÊN NHIÊN TẠI BÀ RỊA-VŨNG TÀU VÀ BÊTÔNG 3.1 Thực nghiệm tính chất lí nguyên vật liệu………………… 47 3.2 Phƣơng pháp nhào trộn, tạo mẫu, dƣỡng hộ mẫu……………………… 56 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ TỪ POZZOLANA THIÊN NHIÊN TẠI BÀ RỊA-VŨNG TÀU 4.1 Vai trò hệ nguyên vật liệu thiết kế thành phần cấp phối phục vụ mục đích thí nghiệm…………………………………………………… 59 4.2 Nghiên cứu xác định thời gian ninh kết tính ổn định thể tích……… 61 4.3 Nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ chịu nén…….68 4.4 Nghiên cứu khảo sát độ bền vữa chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu ………………………… …………………… 78 4.5 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu vô từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu ……………………………………………………………… 85 4.6 Kết luận ……….……………………………………………………… 91 CHƢƠNG 5: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẤT KẾT DÍNH VƠ CƠ TỪ POZZOLANA Ở BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỂ CHẾ TẠO BÊTÔNG 5.1 Vai trò hệ nguyên vật liệu………………………………………… 93 5.2 Pháp tính tốn thành phần ngun vật liệu cho bêtơng……………… 94 5.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ thành phần đến tính dẻo hỗn hợp bêtơng chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu …………….…………………………………………… ……… 95 5.4 Nghiên cứu tính chất lý bêtơng chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu ………………………… 99 5.5 Nghiên cứu độ bền bêtông chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu môi trƣờng xâm thực …….……….113 5.6 Kết luận ………………………………………………………………117 KẾT LUẬN CHUNG VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ………………….…………….118 DANH MỤC NHỮNG CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN TÀI LIỆU THAM KHẢO LÝ LỊCH TRÍCH NGANG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Kết tổng hợp thử nghiệm thành phần hoá Pozzolana Bảng 1.2 Trữ lượng Pozzolana Bà Rịa-Vũng Tàu Bảng 1.3 Hàm lượng % oxít loại Pozzolana 13 Bảng 1.4 Thành phần hố điển hình số loại Pozzolana 11 Bảng 1.5 Hàm lượng SiO2 hoạt tính tro ứng với thời gian nhiệt độ đốt khác (%) 13 Bảng 1.6 Bảng số liệu tỷ trọng tỷ diện tích ximăng tro trấu 14 Bảng 3.1 Các tiêu lý Pozzolana sử dụng 48 Bảng 3.2 Các tiêu thành phần hoá Pozzolana sử dụng 49 Bảng 3.3 Kết phân tích tiêu lý chất đóng rắn 51 Bảng 3.4 Chỉ tiêu lý cát dùng cho bêtơng 51 Bảng 3.5 Bảng phân tích rây sàng hạt cát 52 Bảng 3.6 Chỉ tiêu lý đá dùng cho bêtông 53 Bảng 3.7 Bảng phân tích thành phần hạt đá 54 Bảng 3.8 Các đặc tính phụ gia siêu dẻo Dynamon SP1 55 Bảng 4.1 Thành phần cấp phối nguyên vật liệu thực nghiệm 60 Bảng 4.2 Chỉ tiêu kỹ thuật dung dịch chất đóng rắn 62 Bảng 4.3 Độ dẻo hồ CKD vô tổng hợp 62 Bảng 4.4 Thời gian ninh kết hồ CKD vô từ Pozzolana thiên nhiên 65 Bảng 4.5 Cường độ chịu nén vữa CKD vô theo tỷ lệ CĐR/POZ 69 Bảng 4.6 Cường độ chịu nén vữa CKD vô theo cấp nhiệt độ dưỡng hộ 73 Bảng 4.7 Cường độ chịu nén vữa CKD vô theo thời gian dưỡng hộ nhiệt 75 Bảng 4.8 Cường độ chịu nén vữa CKD vô dưỡng hộ trời 76 Bảng 4.9 Độ hút nước vữa CKD vô từ Pozzolana thiên nhiên 78 Bảng 4.10 Cường độ vữa CKD vô môi trường nước 79 Bảng 4.11 Cường độ vữa CKD vô ngâm môi trường muối sunphát Na2SO4 5% sau 49 ngày 80 Bảng 4.12 Cường độ vữa CKD vơ mơi trường axít H2SO4 10% 84 Bảng 5.1 Thành phần cấp phối nguyên vật liệu thực nghiệm 95 Bảng 5.2 Độ sụt bêtông ứng với lượng nước thêm vào 96 Bảng 5.3 Độ sụt bêtông ứng với lượng phụ gia siêu dẻo thêm vào 98 Bảng 5.4 Cường độ chịu nén bêtông ứng với tỷ lệ CL/POZ 100 Bảng 5.5 Cường độ chịu nén bêtông ứng với lượng nước thêm vào 101 Bảng 5.6 Cường độ chịu nén bêtông ứng với lượng Pgsd thêm vào 103 Bảng 5.7 Cường độ chịu nén bêtông ứng với cấp nhiệt độ dưỡng hộ 105 Bảng 5.8 Thành phần cấp phối nguyên vật liệu thực nghiệm khảo sát cường độ Rn theo thời gian dưỡng hộ nhiệt 107 Bảng 5.9 Cường độ chịu nén bêtông theo thời gian dưỡng hộ nhiệt 107 Bảng 5.10 Cường độ chịu nén bêtông theo thời gian dưỡng hộ tự nhiên 109 Bảng 5.11 Độ hút nước bêtông 111 Bảng 5.12 Cường độ chịu nén bêtông ngâm nước 112 Bảng 5.13 Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm khảo sát thay đổi khối lượng bêtơng ngâm mơi trường axít H2SO4 10% 114 Bảng 5.14 Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm khảo sát thay đổi cường độ bêtơng ngâm mơi trường axít H2SO4 10% 115 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Khói thải từ nhà máy vào mơi trường khơng khí Hình 1.2 Khai thác chế biến Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa – Vũng Tàu Hình 1.3 Sơ đồ phân loại Pozzolana Hình 1.4 Hình ảnh SEM loại vật liệu Pozzolana Hình 1.5 Tro bay phế phẩm từ nhà máy nhiệt điện Hình 1.6 Hạt Tro bay Hình 1.7 Thành phần khống Tro bay Hình 1.8 Thành phần khống vật vật liệu metakaolanh xỉ Hình 1.9 Cấu trúc rỗng tro trấu 12 Hình 1.10 Biểu đồ ảnh hưởng nồng độ dd KOH đến cường độ chịu nén 16 Hình 1.11 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dd KOH đến thời gian ninh kết 16 Hình 1.12 Ảnh chụp SEM cấu trúc CKD polymer vô tro bay với nồng độ Ca(OH)2 0%, 8% 20% dưỡng hộ nhiệt độ phịng 16 Hình 1.13 Cường độ chịu nén vật liệu CKD vô từ tro bay 18 117 5.6 KẾT LUẬN  CKD vô từ PVT có khả dùng để chế tạo bêtơng vơ tổng hợp Ngồi CKD vơ từ PVT, thành phần cốt liệu lại cát đá lựa chọn tiêu chuẩn cho bêtông xi măng Phương pháp tạo hình bêtơng vơ tổng hợp nói chung giống bêtông xi măng  Hỗn hợp bêtông vô tổng hợp đạt độ sụt theo thiết kế cao hay thấp nhờ vào lượng nước nhào trộn hay lượng phụ gia siêu dẻo sử dụng thêm vào Với lượng nước nhào trộn khoảng 3.5% so với lượng pozzolana, tính cơng tác hỗn hợp bêtơng cải thiện đáng kể  Lượng phụ gia siêu dẻo thêm vào không nhiều 2% theo khối lượng Pozzolana thiên nhiên  Bêtơng vơ tổng hợp đóng rắn phát triển cường độ sớm dưỡng hộ nhiệt tuý, không cần ẩm Nhiệt độ dưỡng hộ thích hợp khoảng 80 -:- 1000C Loại bêtơng vơ tổng hợp cịn rắn phát triển cường độ môi trường tự nhiên  Ứng với cấp nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ sấy thích hợp cho bêtơng vơ tổng hợp từ 24 -:-60  Các tính chất lý hỗn hợp bêtông bêtông vô tổng hợp sau:  Hàm lượng CL/POZ vào khoảng -:- 3.75 cho bêtơng có cường độ tốt, 200 KG/cm2  Cường độ chịu nén ngày thứ có dưỡng hộ nhiệt đạt 230 -:- 290 kG/cm2 ( ứng với cấp phối CP2 CP4 dưỡng hộ nhiệt 1000C 48 giờ)  Cường độ chịu nén điều kiện dưỡng hộ tự nhiên đạt 190 kG/cm2 sau 28 ngày  Độ hút nước bêtông vô tổng hợp khoảng 5.1 -:- 5.7%  Bêtông vô tổng hợp bền mơi trường xâm thực axít Khối lượng mẫu bêtơng ngâm mơi trường xâm thực axít sau 49 ngày giảm 1.5%, cường độ mẫu giảm 17%  CKD vơ từ PVT có tiềm thay xi măng Portland để chế tạo bêtơng xây dựng Nó tận dụng nguồn Pozzolana thiên nhiên sẵn có, hao tốn lượng cho trình sản xuất giảm thiểu việc thải khí CO2 vào mơi trường khơng khí Nó có đặc tính xây dựng tốt có đặc tính vượt trội bêtơng xi măng Vì cần tiếp tục nghiên cứu phát triển loại bêtơng để ứng dụng vào thực tiễn 118 KẾT LUẬN CHUNG Dựa vào kết nghiên cứu thực nghiệm chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu, tác giả đưa kết luận sau: Đã nghiên cứu tổng quan có hệ thống khoa học chất kết dính vơ tổng hợp từ nguồn Pozzolana khác Đã nghiên cứu xây dựng sở khoa học làm tảng cho trình nghiên cứu chế trình hình thành cấu trúc vật liệu polymer vô Vật liệu Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu dùng làm ngun liệu cho chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Loại Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu có trữ lượng lớn, dễ khai thác sản xuất, hàm lượng oxít SiO2 Al2O3 tương đối cao, khoảng 55 -:- 60% tỉ lệ SiO2/Al2O33 Dung dịch chất đóng rắn có vai trị tạo mơi trường kích hoạt trì phản ứng trùng ngưng trình polymer hóa vật liệu vơ tổng hợp Nhờ có dung dịch chất đóng rắn, oxít SiO2 Al2O3 hoạt tính liên kết với tạo khung khơng gian, khung không gian giúp cho vật liệu vô từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu đóng rắn có cường độ Chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu có đặc tính sau:  Có khả đóng rắn phát triển cường độ dưỡng hộ trời Tuy nhiên, với cấp nhiệt độ dưỡng hộ tuý thời gian dưỡng hộ nhiệt tăng cường độ chất kết dính vơ tổng hợp phát triển nhanh cao  Nhiệt độ dưỡng hộ thích hợp khoảng 80 -:- 1000C thời gian dưỡng hộ từ 24 -:- 60  Cường độ chịu nén vữa chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu đạt Rn = 300 kG/cm2 Cường độ chịu uốn đạt Ru = 100 kG/cm2  Vữa chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu bền môi trường nước, mơi trường xâm thực sunphát mơi trường axít 119 Bêtơng chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu có tiềm thay bêtơng xi măng Portland tương lai, có đặc tính sau:  Phương pháp tạo hình cho loại bêtơng tương tự bêtơng xi măng Ngồi ra, ta dùng lượng nước thêm vào lượng phụ gia siêu dẻo để điều chỉnh tính cơng tác hỗn hợp bêtơng  Chế độ dưỡng hộ bêtông giống chế độ dưỡng hộ chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu  Cường độ chịu nén bêtơng đạt Rn = 250 kG/cm2  Loại bêtơng có ưu điểm bền mơi trường mà chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu bền, môi trường nước mơi trường xâm thực axít Cấu trúc vật liệu vô từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu gồm pha thuỷ tinh dạng vơ định hình, cầu nối –Si-O-Al- tạo thành khung không gian vững bên cấu trúc loại vật liệu vô NHỮNG KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu đề tài cho thấy, bêtơng chất kết dính vơ từ Pozzolana thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu có tiềm ứng dụng vào thực tế, có nhiều ưu điểm đặc tính xây dựng đáng ý Tuy nhiên, nên:  Cần tiếp tục mở rộng nghiên cứu đặc tính kỹ thuật xây dựng khác chất kết dính vơ tổng hợp từ nguồn Pozzolana khác  Ngoài ra, cần nghiên cứu tiếp tục sâu độ bền bêtông chất kết dính thiên nhiên Bà Rịa-Vũng Tàu DANH MỤC NHỮNG CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN  Nguyen Van Chanh (Assoc Professor PhD.) Bui Dang Trung, Dang Van Tuan ( Candidate M.E.), HCM University of Technology-Viet Nam,”Recent Research Geopolymer Concrete”, The 3rd ACF International conference ACF/VCA2008 on Sustainable Concrete Technology and Structures In Local Climate and Environment Conditions, 11-13/11/2008 HCM City, Viet nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Josehp Davidovits, “ Properties of Geopolymer Cements”, Geopolymer Institute, 1994 [2] Josehp Davidovits, “Global Warming Impact on Cement and Aggregates Industries” – World Resourc Review, Vol.6, No.2, P.263-:-278, 1994 [3] Josehp Davidovits, “Geopolymer: Man-made Rock Geosynthesis and The Resulting Development of The Very Early High Strength Cement”, 1994 [4] Drew ShinDell, “Report of The Global Warming”, Nasa [5] Van Jaarsveld, J.G.S., van Deventer, J.S.J & Lukey, G.C., “The Potential Use of Geopolymer Materials to Immobilise Toxic Metal”– Minerals Engineering, p.659-:-669, 2003 [6] Van Jaarsveld, J.G.S., van Deventer, J.S.J & Lukey, G.C.,“The Characterisation of Source Material In Fly-Ash Based Geopolymer “– Material Letters, P.1272-:-1280, 2003 [7] Zongjin Lia, Zhang Yungshengb, Sun Weib, “Preparation, Properties and Micristructure of Fly-Ash Based Geopolymer Concrete” [8] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí, “ Vật Liệu Xây Dựng”, Nhà xuất Giáo Dục, 1998 [9] PGS.TS Nguyễn Văn Chánh, Đỗ Đức Phúc, “ Giải Pháp Thay Thế Gạch Đất Sét Nung Bằng Gạch Silicat từ Nguyên Liệu Cát Biển”, Đề tài nghiên cứu khoa học - ĐH Bách Khoa TP.HCM, 2006 [10] TS Nguyễn Hữu Ninh, “ Intergovernment Panel on Climate Change”, IPCC, 2007 [11] Công ty Cổ phần khoáng sản Hiệp Lực, “Bảng Theo Dõi Kết Quả Thử Nghiệm Pozzolana năm 2006 2007”, trang 1-:-20, 2005 [12] Cơng ty TNHH Đầu Tư & Kinh Doanh Khống sản Vinaconex, “Năng lực sản xuất”, trang 3, 2007) [13] Hollis N Walker, D Stephen Lane, and Paul E Stutzman, Petrographic Methods of Examining hardened Concrete: A Petrographic Manual, Chapter 11 Cimentitious Materials, July 2006 [14] Sidney Mindness – J.Francis Young – David Daruin, “ Concrete Second Edition – Chapter 5: Mineral Admixtures and Blended Cement:, p 93-112 [15] A Buchwald, H.Hilbig, Ch Kaps, Alkali-activated metakaolin-slag blended – performance and structure in dependence of their composition, Springer Science + Media, LLC 2007 [16] K Dombrowski A Buchwald M.Weil, The influince of Calcium content on the structure and thermal perfomance of fly ash base Geopolymers, 30/12/2006, Springer science, LLC 2006 [17] PGS.TS Nguyễn Văn Chánh, Nghiên cứu chế tạo phụ gia họat tính tro trấu tính chất tro trấu, tạp chí phát triển khoa học cơng nghệ ĐHQG Tp HCM, tháng 5,6-2000, pp63-71 [18] Viện Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng, www.ibst.vn [19] Davidivits J Chemistry of geopolymeric system Terminology In Proceeding of 99 Conference, vol 1.1999 p 9-40 [20] Katz A.Microscope study of ankali-activation fly ash Cem conr res 1998,page 197-:-208 [21] D Hardjito and B.V Rangan, “ Developmant and Properties of Low-Calcium Fly Ash-Based geopolymer Concrete, Research report GC1, Falculty of Engineering, Curtin University of Technology Perth, Australia, p.19-78, 2005 [22] Palomo A Gruzek MW, Blanco MT, Ankali-activated fly ash A cement for the future Cem Concr Res 1999;29:1323-9 [23] Pinto AT Akali-activated metakaolin base binders, PhD Thesis University of Minho; 2004 [24] Palomo, A., M.W Grutzeck, & M.T.Blanco (1999) Alkali-activated fly ashes A cement for the future Cement and Concrete Research, 29(8), 1323-1329 [25] Djwantoro Hardjito-Senior Lecture, M.Z Tsen student , Curtin University of Technology- Malaisia,”Strength and Thermal Stability of Fly ash Based Geopolymer Motar”, The 3rd ACF International conference ACF/VCA-2008 on Sustainable Concrete Technology and Structures In Local Climate and Environment Conditions, 11-13/11/2008 HCM City, Viet nam [26] T Klabprasit, C Jaturapitakkul, W Chalee, P Chindaprasirt , S Songpiriyakij,“Influence of Si/Al ration on compressive strength of rice huskbark ashes and fly ash-based geopolymer paste”, The 3rd ACF International conference ACF/VCA-2008 on Sustainable Concrete Technology and Structures In Local Climate and Environment Conditions, 11-13/11/2008 HCM City, Viet Nam [27] Monita Olivia Monita Olivia- PhD Student; Hamid Nikraz- Professor; Prabir Sarker- Lecturer- Curtin University of Technology, “Improvements In The Strength and Penetrability of Low Calcium Fly Ash Based Geopolymer Concrete”, The 3rd ACF International conference ACF/VCA-2008 on Sustainable Concrete Technology and Structures In Local Climate and Environment Conditions, 11-13/11/2008 HCM City, Viet Nam [28] Davidovits, J (1988b) “Geopolymer Chemistry and Properties Paper presneted at the Geopolymer 88”, First European conference on Soft Mineralurgy, France [29] Song, X-J., Marosszeky, Brungs,M., & Munn, R Durability of fly ash-based geopolymer concrete against sulphuric acid attack Paper presented at the 10DBMC International Conference on Durability of Building Materials and Components, Lyon, France, 2005a, 17-20 Apri [30] Nguyen Van Chanh (Assoc Professor PhD.) Bui Dang Trung, Dang Van Tuan ( Candidate M.E.), HCM University of Technology-Viet Nam,”Recent Research Geopolymer Concrete”, The 3rd ACF International conference ACF/VCA-2008 on Sustainable Concrete Technology and Structures In Local Climate and Environment Conditions, 11-13/11/2008 HCM City, Viet nam [31] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí, “ Vật Liệu Xây Dựng”, Nhà xuất Xây Dựng, 1998 [32] R.Sathia- PhD Scholar, K Ganesh Babu- Professor, Manu SanthanamAssistant Professor,” Durability Study of Low Calcium Fly Ash Geopolymer Concrete”, Indian Institute of Technology Madras, Chennai, India [33] Sơn Hà, “ Nguy sụp đổ sinh thái tính dụng”, Báo Tuổi Trẻ ngày 30/10/2008 [34] Võ Đình Lương, “Bài Giảng Chất Kết Dính” [35] Divya Khale, Rubina Chaudhary, “Mechanism of Geopolymerization and Factors influencing its Development”, Springer Science 2007 The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA 2008 A.18 RECENT RESEARCH GEOPOLYMER CONCRETE Nguyen Van Chanh1- Assoc Professor PhD., Bui Dang Trung, Dang Van Tuan- Candidate M.E Faculty of Civil Engineering -University of Technology HCM City, Vietnam Geopolymer is a type of amorphous alumino-silicate cementitious material Geopolymer can be synthesized by polycondensation reaction of geopolymeric precursor, and alkali polysilicates Comparing to Portland cement, the production of geopolymers has a relative higher strength, excellent volume stability, better durability Geopolymer concrete based on pozzolana is a new material that does not need the presence of Portland cement as a binder This paper presents the results of studying materials ,mixture composite, microstructure of Geopolymer, and parameters affecting properties of geopolymer concrete ABSTRACT: KEYWORDS: Geopolymer, mixture composite, microstructure, properties of concrete 1- GENERAL An important ingredient in the conventional concrete is the Portland cement The production of one ton of cement emits approximately one ton of carbon dioxide to the atmosphere Moreover, cement production also consumes significant amount of natural resources Figure Cement production consumes a lot of limestone and emits carbon dioxide Figure A huge volume of fly ash is not effectively used On the other hand, already huge volume of fly ash is generated around the world; most of the fly ash is not effectively used, and a large part of it is disposed in landfills In Viet Nam, volumes of fly ash are generated about 600,000 tons, but 100,000 is used to produce concrete As the need for power increases, the volume of fly ash would increase It is necessary and significant to use fly ash as material to produce concrete without Portland cement 235 The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA 2008 2- THE POLYMERIZATION AND MICROSTRUCTURE 2.1 The chemical composition, polymerization of the geopolymer cement The polymerisation process involves a substantially fast chemical reaction under alkaline condition on Si-Al minerals, that results in a three dimensional polymeric chain and ring structure consisting of Si-O-Al-O bonds, as follows: Mn [-(SiO2) z–AlO2] n wH2O Where: M = the alkaline element or cation such as potassium, sodium or calcium; the symbol – indicates the presence of a bond, n is the degree of polycondensation or polymerisation; z is 1, 2, 3, or higher The schematic formation of geopolymer material can be shown as described by Equations (A) and (B) To date, the exact mechanism of setting and hardening of the geopolymer material is not clear However, most proposed mechanism consist The chemical reaction may comprise the following steps: - Dissolution of Si and Al atoms from the source material through the action of hydroxide ions - Transportation or orientation or condensation of precursor ions into monomers - Setting or polycondensation/polymerisation of monomers into polymeric structures However, these three steps can overlap with each other and occur almost simultaneously, thus making it difficult to isolate and examine each of them separately A geopolymer can take one of the three basic forms (Fig.3) Figure Three basic forms of geopolymer Figure Polymeric structures from polymerisation of monomers 236 The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA 2008 2.2 Microstructure of the geopolymer cement Unlike ordinary Portland/pozzolanic cements, geopolymer not form calciumsilicate-hydrates (CSHs) for matrix formation and strength, but utilize the polycondensation of silica and alumina precursors and a high alkali content to attain structural strength Composition of the geopolymer is similar to natural zeolitic materials, but the microstructure is amorphous instead of crystalline Fly ash particle: SEM was used to investigate the surface of fly ash, before and after reacting with NaOH NaOH reacted with fly ash particles resulted in the roughness of surface as shown in Figure 5, 6, Figure Fly ash before reacting with NaOH Figure Fly ash after reacting with NaOH Figure Fly ash after reacting with NaOH (x5000 and x30 000) 3- THE PROPERTIES OF GEOPOLYMER CEMENT 3.1 Materials Materials includes Fly ash (FA), sand Aggregates (SA), Alkaline Liquid (AL), water (W), Super plasticizer (SP) In the batches of fly ash, the molar Si-to-Al ratio was about 1-3 A combination of sodium silicate solution and sodium hydroxide solution was chosen as the alkaline liquid The sodium hydroxide (NaOH) solution was prepared by dissolving either the flakes or the pellets in water The mass of NaOH solids in a solution varied depending on the concentration of the solution expressed in terms of molar, M Sand is small Aggregates in geopolymer mortar To improve the workability of the fresh geopolymer mortar, Super plasticizer was used in most of the mixtures 3.2 Setting time and stable volume of geopolymer mortar Setting time of geopolymer mortar depends on many factors Such as types of fly ash, composition of alkaline liquid and ratio of alkaline liquid to fly ash by mass However, the curing 237 The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA 2008 temperature is the most important factor Figure shows the effect of curing temperature on setting time As the curing temperature increases, the setting time decreases The effect of curing temperature on initial setting and final setting time is similar to setting time Table Composition of Fly Ash (mass %) Oxides Oxides SiO2 (%) 52.0 Na2O (%) 0.27 Al2O3 (%) 33.9 MgO (%) 0.81 Fe2O3 (%) 4.0 SO3 (%) 0.28 CaO (%) 1.2 LOI (%) 6.23 K2O (%) 0.83 SiO2 /Al2O3 1.5 Figure Effect of curing temperature on setting time The stable volume of geopolymer mortar depends on many factors However, curing temperature and curing time are primary factors Geopolymer mortar specimen cakes are boiled in water about hours after curing at 600C for hours It is not cracked That means its volume is still stable 3.3 Compressive strength Table Mixture proportion AL W SP AL/FA W/AL (kg) Cp1 527 1586 157(18M) 40 5.27 0.3 0.25 Cp2 527 1586 182(18M) 46 5.27 0.35 0.25 Cp3 527 1586 211(18M) 52 0.4 0.25 Cp4 527 1586 237(18M) 59 0.45 0.25 Cp5 527 1586 192(14M) 48 Compressive strength depends on curing time and curing temperature As the curing time and curing temperature increase, the compressive strength increase Curing temperature in (600C900C), curing time in (24h-72h), compressive strength 400-500 kG/cm2 Kí hiệu FA SA Figure Effect of extra water on compressive strength Figure 10 Effect of curing time on compressive strength 238 The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA 2008 3.4 Resistance to corrosion Since no limestone is used as a material, geopolymer cement has excellent properties within both acid and salt environments It is especially suitable for tough environmental conditions Sea water can be used for the blending of the geopolymer cement This can be useful in marine environments and on islands short of fresh water (It is impossible to make Portland cement with sea water) Figure 11 The loss weight of samples put into 5% HCl Figure 12 Change compressive strength after putting into 5% HCl for weeks 4- THE PROPERTIES OF GEOPOLYMER CONCRETE 4.1 Materials Geopolymer cement, sand (SA) and coarse aggregates (CA), total Aggregates (A) Mix CA Table Mixture proportion SA FA AL W SP Cp1 Cp2 Cp3 Cp4 Cp5 kg 1050 1050 1050 1050 1050 595 595 595 595 595 329 365 411 498 538 132 147 165 199 210 0 0 5 4.2 Workability of the fresh geopolymer concrete Figure 13 Effect of extra water on slump 239 A/FA 4.5 3.5 The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA 2008 Extra water was added to improve the workability Figure 13 shows the variation of measured slump of fresh concrete with the ratio of extra water to fly ash, by mass 4.3 Compressive strength Figure 14 Effect of extra water on compressive strength Figure 15 Effect of curing temperature on compressive strength Figure 16 Effect of curing time on compressive strength Figure 17 The compressive strength of saturated water specimens Figure 14 shows as the extra water increases, the compress strength decreases Figure 15, 16 show as the curing time or curing temperature increases, the compressive strength increases 4.4 Resistance to corrosion The same geopolymer cement, geopolymer concrete has excellent properties within both acid and salt environments Figure 18 The loss weight of samples put into 5% HCl and 10% H2SO4 Figure 19 Change compressive strength after putting into 5% HCl and 10% H2SO4 for weeks 240 The 3rd ACF International Conference-ACF/VCA 2008 4- CONCLUSIONS Based on the the use of fly ash as a basic Si-Al ingredient of geopolymer was investigated The following conclusions are drawn As the curing temperature in the range of 60oC to 90oC increases, the compressive strength of fly ash-based geopolymer concrete also increases Longer curing time, in the range of 24 to 72 hours (4 days), produces higher compressive strength of fly ash-based geopolymer concrete However, the increase in strength beyond 48 hours is not significant The slump value of the fresh fly-ash-based geopolymer concrete increases with the increase of extra water added to the mixture The compressive strength of heat-cured fly ash-based geopolymer concrete does not depend on age Geopolymer concrete has excellent properties within both acid and salt environments Comparing to portland cement, the production of geopolymers have a relative higher strength, excellent volume stability, better durability REFERENCES Prof Joseph Davidovit (2000) Global warming impact on the cement and aggregates industries Joseph Davidovit (2002) Inorganic polymeric new material D Hardjito and B V Rangan (2005) Development and properties of low-calcium fly ashbased geopolymer concrete 241 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo - LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : Sinh ngày BÙI ĐĂNG TRUNG : 18/09/1982 Giới tính : Nam Nơi sinh : An Giang Địa thường trú : 2/10 Yết Kiêu, P.Mỹ Bình, TP Long Xuyên, Tỉnh An Giang Địa liên lạc : 243/6 Chu văn An, Phường 12, Quận Bình Thạnh, TP.HCM Q TRÌNH ĐÀO TẠO: - Từ năm 2001 -:- 2006: Sinh viên khoa Xây Dựng Trường ĐH Kiến Trúc TP.HCM Từ năm 2006 -:-2008: Học viên cao học lớp Vật liệu Công nghệ Vật Liệu Xây Dựng K2006, Bộ Môn Vật Liệu Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC: - Từ năm 2006 -:- 2007: Công tác Công ty FOSUP-VHP HOLDINGS Co ... phải xi măng Portland Lựa chọn nghiên cứu tính chất nguyên vật liệu sử dụng Nghiên cứu chất kết dính khơng phải xi măng Portland Nghiên cứu tính chất lý bêtơng sử dụng chất kết dính xi măng Portland... Đề tài: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG BỀN VỮNG KHÔNG SỬ DỤNG XI MĂNG PORTLAND ” Tính cấp thiết đề tài: Với ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài nguyên thiên nhiên môi trường khí hậu việc chế tạo chất... axit Đó lý đá xi măng Portland dễ bị hư hại bị phá huỷ nhanh môi trường xâm thực axit 2.2 Những nhƣợc điểm xi măng Portland trình sử dụng Xi măng sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực xây dựng Vì xi