Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế ximăng trong thành phần bêtông ximăng để xây dựng mặt đường ô tô ở miền nam việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VINH TRIỀU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY THAY THẾ XIMĂNG TRONG THÀNH PHẦN BÊTÔNG XIMĂNG ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƢỜNG Ô TÔ Ở MIỀN NAM VIỆT NAM Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô đường thành phố Mã số : 60.58.30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM Cán hƣớng dẫn: TS LÊ ANH TUẤN Cán chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN NINH THỤY Cán chấm nhận xét 2: TS LÊ ANH THẮNG Luận văn thạc sỹ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày tháng năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sỹ gồm: ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… Xác nhận Chủ tịch hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG 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 VINH TRIỀU MSHV: 09090314 Ngày, tháng, năm sinh: 04/11/1984 Ngãi Nơi sinh: Quảng Chun ngành: Xây dựng Đường Ơtơ Đường Thành phố Mã số : 60.58.30 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY THAY THẾ XIMĂNG TRONG THÀNH PHẦN BÊTÔNG XIMĂNG ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƢỜNG Ô TÔ Ở MIỀN NAM VIỆT NAM II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: NHIỆM VỤ : Nghiên cứu sử dụng tro bay thay xi măng tro thành phần bê tông xi măng để xây dựng mặt đường ô tô Miền Nam Việt Nam NỘI DUNG : Chương : Tổng quan Chương : Cơ sở khoa học Chương : Nghiên cứu chế tạo Bê tông Geopolymer Chương : Thực nghiệm đánh giá kết Chương : Thực nghiệm Bê tông Geopolymer theo điều kiện thi công Miền Nam Việt Nam Chương : Kết luận Hướng nghiên cứu phát triển đề tài III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày tháng năm 2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày tháng năm 2012 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS LÊ ANH TUẤN Tp HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN tháng năm 2012 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TÓM TẮT LUẬN VĂN Ơ nhiễm mơi trường biến đổi khí hậu vấn đề quan tâm nhiều cấp bách Công nghiệp sản xuất ximăng để phục vụ xây dựng lại ngành tiêu thụ lớn nguồn tài nguyên khoáng sản, lượng tác nhân thải lượng lớn khí CO2 vào khí làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường biến đổi khí hậu trở nên trầm trọng Việc nghiên cứu chế tạo sử dụng bêtông Geopolymer từ tro bay để thay cho bêtông ximăng vừa hạn chế việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên đồng thời giảm tối đa lượng khí thải CO2 vào khơng khí xử lý lượng tro bay thải từ nhà máy nhiệt điện đốt than Luận văn tập trung nghiên cứu đến thành phần cấp phối bêtông Geopolymer Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ chất kết dính đến hình thành phát triển cường độ bêtông Geopolymer từ tro bay Đồng thời, nghiên cứu thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công thực tế Kết thực nghiệm cho thấy, bê tơng Geopolymer từ tro bay đạt cường độ chịu nén 21.57 MPa nhiệt độ dưỡng hộ 500C tăng lên đến 37.22 MPa dưỡng hộ nhiệt độ 1200C Kết nghiên cứu thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công phương pháp gia công nhiệt cốt liệu đá cho thấy bêtông Geopolymer có khả đạt đến 60% cường độ so với mẫu dưỡng hộ 10 1200C phịng thí nghiệm ABSTRACT Environmental pollution and climate change are one of the most urgent issues that are concerned now Cement industry for construction is an industry that largely consumes mineral , energy resources and is also one of the agents that eliminates a large amount of CO2 gas into the atmosphere That makes environmental pollution and climate change issues become more severe Reseaching , manufacturing and using Geopolymer concrete made from fly ash for cement concrete replacement not only limits using natural materials, minimizes a large amount of CO2 emission into the atmosphere, but also processes a large amount of fly ash eliminated from thermal power plants This paper focuses on researching graded components of Geopolymer concrete, the impact of curing conditions and adhesives on the formation and development of Geopolymer concrete intensity from fly ash as well as study experimentally Geopolymer concrete under practical construction conditions The experimental result shows that Geopolymer concrete made from fly ash can reach compressive strength 21.57 MPa at a curing temperature of 50 degrees Celsius and increase 37.22 MPa at a curing temperature of 120 degrees Celsius The result of experimental study on Geopolymer concrete under construction condition by thermal processing method of stone aggregate shows that Geopolymer concrete can be able to reach 60% of strenght compared with curing sample within 10 hours at a temperature of 120 degrees Celsius in the laboratory MỤC LỤC Đề mục MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang i iii v CHƢƠNG TỔNG QUAN 1 Sự cần thiết đề tài nghiên cứu Tóm tắt nghiên cứu tổng quan 2.1 Nghiên cứu tro bay 2.2 Nghiên cứu dung dịch hoạt hóa polymer 2.3 Nghiên cứu bêtông Geopolymer từ tro bay 10 Mục tiêu nghiên cứu 11 Phạm vi nghiên cứu 11 Phương pháp nghiên cứu 12 Kết dự kiến 12 CHƢƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC 14 2.1 Cơ sở hóa học 14 2.2 Cơ sở vật lý 18 2.3 Quá trình dưỡng hộ nhiệt bêtông Geopolymer từ tro bay 18 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊTÔNG GEOPOLYMER 19 3.1 Thành phần nguyên vật liệu 19 3.1.1 Tro bay 19 3.1.2 Thủy tinh lỏng 20 3.1.3 Natri hydroxit 21 3.1.4 Cốt liệu lớn 21 3.1.5 Cốt liệu nhỏ 22 3.2 Phương pháp thí nghiệm 3.2.1 Phương pháp thí nghiệm để xét ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ 23 chất kết dính đến cường độ bêtông Geopolymer 24 3.2.2 Thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công Miền Nam Việt Nam 28 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 35 4.1 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ bêtông Geopolymer 35 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ đến cường độ bêtông Geopolymer 38 4.3 Ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay đến cường độ 41 bêtông Geopolymer 4.3.1 Trường hợp xét ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ 41 4.3.2 Trường hợp xét ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ 42 4.4 Ảnh hưởng tỷ lệ Thủy tinh lỏng – NaOH đến cường độ bêtông 44 Geopolymer 4.4.1 Trường hợp xét ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ 44 4.4.2 Trường hợp xét ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ 48 4.5 Quan hệ cường độ chịu nén chịu uốn bêtông Geopolymer 54 CHƢƠNG 56 THỰC NGHIỆM BÊTÔNG GEOPOLYMER THEO ĐIỀU KIỆN THI CÔNG Ở MIỀN NAM VIỆT NAM 5.1 Ảnh hưởng môi trường tự nhiên đến cường độ bêtông Geopolymer 56 5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ gia công cốt liệu đến cường độ bêtông Geopolymer 58 5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ gia công đá đến đến cường độ bêtông Geopolymer 60 5.4 Ảnh hưởng gia công nhiệt ẩm đá đến cường độ bêtông Geopolymer 62 CHƢƠNG 65 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận 65 6.2 Hướng nghiên cứu phát triển đề tài 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phế thải tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại Hình 1.2 Cấu trúc tro bay loại C Hình 1.3 Cấu trúc tro bay loại F Hình 2.1 Sơ đồ chế phản ứng 16 Hình 2.2 Sơ đồ trình tạo thành Geopolymer 17 Hình 3.1 Tro bay sử dụng nghiên cứu 19 Hình 3.2 Dung dịch thủy tinh lỏng dùng nghiên cứu 20 Hình 3.3 Natri Hydoxit dạng vảy rắn dùng nghiên cứu 21 Hình 3.4 Cốt liệu lớn – đá dăm dùng nghiên cứu 21 Hình 3.5 Cốt liệu nhỏ - cát dùng nghiên cứu 22 Hình 3.6 Hỗn hợp bêtơng Geopolymer sau nhào trộn 25 Hình 3.7 Thử độ sụt hỗn hợp bêtơng Geopolymer 25 Hình 3.8 Đổ bêtơng Geopolymer vào khn 26 Hình 3.9 Đầm bêtơng Geopolymer khn 26 Hình 3.10 Mẫu bêtơng Geopolymer dưỡng hộ tủ sấy 27 Hình 3.11 Mẫu bêtơng Geopolymer sau dưỡng hộ nhiệt 27 Hình 3.12 Nén mẫu bêtơng Geopolymer 28 Hình 3.13 Đá sấy trước 29 Hình 3.14 Đá nấu trước 29 Hình 3.15 Hỗn hợp nguyên liệu tro bay cát 30 Hình 3.16 Hỗn hợp vữa trước trộn đá 31 Hình 3.17 Đá sau sấy nhào trộn với hỗn hợp vữa 31 Hình 3.18 Đá sau gia công nhiệt ẩm nhào trộn với hỗn hợp vữa 32 Hình 3.19 Hỗn hợp bêtơng Geopolymer sấy đá 32 Hình 3.20 Đổ bêtơng Geopolymer sấy đá vào khn đầm nén 33 Hình 4.1 Quan hệ thời gian dưỡng hộ nhiệt cường độ 36 chịu nén bêtông Geopolymer Hình 4.2 Quan hệ nhiệt độ dưỡng hộ cường độ chịu nén bê tơng Geopolymer 39 Hình 4.3 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer-tro bay nhiệt độ 41 dưỡng hộ đến cường độ chịu nén tỷ lệ dung dịch Thủy tinh lỏng -NaOH 0.5 Hình 4.4 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay thời gian 43 dưỡng hộ đến cường độ chịu nén tỷ lệ dung dịch Thủy tinh lỏng -NaOH 0.5 Hình 4.5 Ảnh hưởng tỷ lệ Thủy tinh lỏng–NaOH thời gian dưỡng hộ nhiệt đến 45 cường độ chịu nén tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay 0.35 Hình 4.6 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH thời gian dưỡng hộ nhiệt đến 46 cường độ chịu nén tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay 0.40 Hình 4.7 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH thời gian dưỡng hộ nhiệt 47 đến cường độ chịu nén tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay 0.45 Hình 4.8 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng - NaOH nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 49 đến cường độ chịu nén tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay 0.35 Hình 4.9 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 50 đến cường độ chịu nén tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – NaOH 0.40 Hình 4.10 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng - NaOH nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 51 đến cường độ chịu nén tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH 0.45 Hình 4.11 Quan hệ cường độ chịu nén chịu uốn bêtơng Geopolymer 54 Hình 5.1 Cường độ chịu nén nhiệt độ dưỡng hộ 300C 57 Hình 5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy cốt liệu trước đến cường độ chịu nén bêtông 59 Geopolymer dưỡng hộ điều kiện tự nhiên Hình 5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đá trước đến cường độ chịu nén bêtông 61 Geopolymer dưỡng hộ điều kiện tự nhiên Hình 5.4 Ảnh hưởng gia cơng nhiệt ẩm đá đến cường độ chịu nén bêtông 62 Geopolymer dưỡng hộ điều kiện tự nhiên Hình 5.5 So sánh ảnh hưởng nhiệt độ sấy cốt liệu, sấy đá nấu đá đến cường độ chịu nén bê tông Geopolymer dưỡng hộ điều kiện tự nhiên 63 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần tro bay theo ASTM C618 Bảng 1.2 Sản lượng tro bay sử dụng bê tông năm 2008 Bảng 1.3 Thành phần vật lý tro bay Bảng 1.4 Thành phần hố học tro bay nhiệt điện Phả lại Bảng 3.1 Thành phần hóa học tro bay dùng nghiên cứu 19 Bảng 3.2 Các tiêu vật lý tro bay dùng nghiên cứu 20 Bảng 3.3 Chỉ tiêu lý đá dùng nghiên cứu 22 Bảng 3.4 Kết phân tích thành phần đá dùng nghiên cứu 22 Bảng 3.5 Chỉ tiêu cát dùng nghiên cứu 23 Bảng 3.6 Kết phân tích thành phần cát dùng nghiên cứu 23 Bảng 3.7 Cấp phối bê tông Geopolymer 34 Bảng 4.1 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén bê tông Geopolymer 35 theo thời gian dưỡng hộ Bảng 4.2 Kết tính tốn thời gian dưỡng hộ nhiệt thích hợp cường độ 37 Bảng 4.3 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén bê tông Geopolymer 38 theo nhiệt độ dưỡng hộ Bảng 4.4 Kết tính tốn nhiệt độ dưỡng hộ thích hợp cường độ đạt 40 Bảng 4.5 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén theo thời gian dưỡng hộ 44 tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay 0.35 Bảng 4.6 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén theo thời gian dưỡng hộ 45 tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay 0.40 Bảng 4.7 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén theo thời gian dưỡng hộ 46 tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay 0.45 Bảng 4.8 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén theo nhiệt độ dưỡng hộ 49 tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay 0.35 Bảng 4.9 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén theo nhiệt độ dưỡng hộ 50 tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay 0.40 Bảng 4.10 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén theo nhiệt độ dưỡng hộ 51 tỷ lệ dung dịch hoạt hoá – tro bay 0.45 Bảng 4.11 Kết thực nghiệm cường độ chịu nén chịu uốn bê tông 54 -60- Phương pháp gia công nhiệt ẩm cốt liệu đá đến 1200C giúp bê tông Geopolymer có khả đạt gần 50% cường độ so với điều kiện sấy liên tục Hình 5.5 cho thấy nhiệt độ gia công cho cốt liệu 1200C, bê tông Geopolymer điều kiện dưỡng hộ tự nhiên phương pháp gia cơng nhiệt cốt liệu đá cho cường độ tốt phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay Vật liệu bê tơng Geopolymer có khả tạo cường độ 30 MPa tùy theo nhiệt độ, thời gian hàm lượng dung dịch hoạt hóa polymer Bằng phương pháp gia công nhiệt cho thành phần cốt liệu vật liệu có khả đạt cường độ 17 Mpa môi trường tự nhiên CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI -61- 6.1 Kết luận: Từ kết nghiên cứu chương chương 5, ta rút kết luận sau: - Bê tông Geopolymer từ tro bay chế tạo theo phương thức bê tông xi măng Portland Tuy nhiên, muốn bê tông Geopolymer đạt cường độ chịu nén yêu cầu phải dưỡng hộ nhiệt độ - Khi tăng nhiệt độ dưỡng hộ cường độ chịu nén bê tơng Geopolymer tăng theo Cường độ chịu nén bê tông Geopolymer phát triển nhanh nhiệt độ dưỡng hộ tăng từ 500C đến 900C Nhiệt độ dưỡng hộ thích hợp để bê tông Geopolymer đạt cường độ tối ưu từ 1320C đến 1560C - Khi thời gian dưỡng hộ nhiệt tăng từ đến 10 cường độ chịu nén bê tông Geopolymer phát triển nhanh Thời gian dưỡng hộ nhiệt thích hợp để bê tơng Geopolymer đạt cường độ tối ưu từ 12 đến 14 Cường độ bê tông Geopolymer phát triển chậm thời gian dưỡng hộ nhiệt lớn 14 - Cấp phối Geopolymer có tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay cao có cường độ chịu nén cao - Trong cấp phối có tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay cấp phối có tỷ lệ dung dịch Thủy tinh lỏng – NaOH 1.0 cường độ tốc độ phát triển cường độ cao - Bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt độ 300C nhiệt độ môi trường tự nhiên Miền Nam Việt Nam cho cường độ thấp, đạt khoảng 30% so với mẫu dưỡng hộ 10 1200C tủ sấy - Cường độ chịu nén bê tông Geopolymer tăng theo chiều tăng nhiệt độ sấy cốt liệu trước tăng nhanh khoảng nhiệt độ từ 1200C đến 1600C Khi nhiệt độ gia công cốt liệu đến 2000C cường độ chịu nén bê tơng Geopolymer đạt đến 55% so mẫu dưỡng hộ 10 1200C Ảnh -62- hưởng nhiệt độ đến cường độ Geopolymer chế tạo môi trường tự nhiên đáng kể so với ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch - Cường độ chịu nén bê tông Geopolymer tăng từ 150% đến 450% tăng nhiệt độ sấy cốt liệu đá từ 600C đến 1200C Phương pháp gia công nhiệt cho cốt liệu đá đến 1200C có khả đạt đến 60% cường độ so với mẫu dưỡng hộ 10 1200C Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch đáng kể sử dụng biện pháp sấy cốt liệu đá - Phương pháp gia công nhiệt ẩm cốt liệu đá đến 1200C giúp bê tông Geopolymer có khả đạt gần 50% cường độ so với điều kiện sấy liên tục Tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer ảnh hưởng đáng kể đến cường độ vật liệu Geopolymer - Vật liệu bê tơng Geopolymer có khả tạo cường độ 30 MPa tùy theo nhiệt độ, thời gian hàm lượng dung dịch hoạt hóa polymer Bằng phương pháp gia cơng nhiệt cho thành phần cốt liệu vật liệu có khả đạt cường độ 17 Mpa môi trường tự nhiên 6.2 Hƣớng nghiên cứu phát triển đề tài: - Nghiên cứu ảnh hưởng trình khai thác sử dụng đến ứng xử bê tông Geopolymer - Nghiên cứu biện pháp tổ chức triển khai thi công ngồi cơng trường bê tơng Geopolymer -63- TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Mehta, P.K (1999), “Concrete Technology for Sustainable Development”, Vol.21, No.11, pp 47-52 [2] Malhotra, V.M (2002), “Introduction : Sustainable Development and Concrete Technology”, ACI Concrete International, Vol.24, No.7, 22 page -64- [3] Roy, D.M (1999), “Alkali – Activated Cements, Opportunities and Challenges”, Cement and Concrete Research, Vol.23, No.03, pp 25-34 [4] Davidovits, J (2002), “Environmentally Driven Geopolymer Cement Applications”, Geopolymer 2002 Conference, Melbourne, Australia, page [5] McCaffrey, R (2002), “Climate Change and the Cement Industry”, Global Cement and Lime Magazine, pp 15-19 [6] ACI 232 (2004), “ Use of Fly Ash in Concrete”, Farminton Hills Michigan, USA, American Concrete Institute, page 41 [7] ASTM C618-94a (1994), “Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan Use as A Mineral Admixture in Portland Cement Concrete”, page [8] ACI 318 [9] Tiêu chuẩn thi công mặt đường cứng (bản thảo cuối cùng) (2008), Bộ Giao Thông Vận Tải, 105 trang [10] Davidovits, J (2008), “Geopolymer Chemistry and Applications”, SaintQuentin, France, Geopolymer Institute, 612 page [11] Harddjito, D., and Ragan, V.B (2005), “Development and Properties of Low Calcium Fly ash-Based Geopolymer Concrete”, Research of Report GC1, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology Perth, Austraulia, 94 page [12] 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 [13] Công ty Cổ phần Xây dựng 47 (2007), “Kết sử dụng phụ gia tro bay chế tạo RCC đập Bình Định Những kinh nghiệm rút từ thực tế”, Báo cáo chuyên đề, Báo cáo tham luận thi công bê tông đầm lăn 2007, Quy Nhơn, Bình Định, 14 trang [14] Wallah, E.S., and Ragan, V.B (2006), “Low Calcium Fly ash-Based Geopolymer Concrete: Long – Term Properties”, Research of Report GC2, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology Perth, Austraulia, 97 page [15] Tạ Minh Hồng (2009), “Bê tơng bền vững kỷ 21”, trang [16] Phạm Huy Khang , “Tro bay Ứng dụng xây dựng đường Ơtơ Sân bay điều kiện Việt Nam”, trang -65- [17] Davidovits, J (1994), “ Properties of Geopolymer Cements”, The Proceeding First International Conference on Akaline Cements and Concretes, Kiev State Technical University, Ukraine, pp 131-149 [18] Provis, J.L., and Van Deventer, J.S.J (2009), “Geopolymer Structure, Processing, Properties and Industrial applications”, Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC, 454 page [19] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu Phan Khắc Trí (2002),“Vật liệu xây dựng”, NXB Giáo dục, 348 trang [20] Davidovits, J., Davidovits, R., and James, C (1999), “The Proceeding of Geopolymer 99”, 2nd International Conference on geopolymers, 368 page [21] Palomo, A., Grutzeck, M.W., and Blanco, M.T (1999), “ Alkali – Activated Fly Ashes, A Cement for the Future, Cement and Concrete Research, Vol.9, No.08, pp 1323-1329 [22] Xu, H., and Van Daventer, J.S.J (2000), “The Geopolymerisation of AluminoSilicate Mineral”, International Journal of Mineral Processing, Vol.59, No.03, pp 247-266 [23] Barbosa, V.F.F., MacKenzie, K.J.D., and Thaumaturgo, C (2000), “Synthesis and Characterisation of Material Based on Inorganic Polymers of Alumina and Silica: Sodium Polysialate Polymers”, International Journal of Inorganic Mineral, Vol.2, No.4, pp 309-317 [24] Harddjito, D., Wallah, E.S., Sumajouw, M.J.D., and Ragan, V.B (2005), “Fly Ash - Based Geopolymer Concrete”, Australian Journal of Structural Engineering, Vol.6, No.1, pp 1-10 [25] Harddjito, D., Wallah, E.S., Sumajouw, M.J.D., and Ragan, V.B (2004), “On the development of Fly Ash – Based Geopolymer Concrete”, ACI Material Journal, Vol.101, No.6, pp 467-472 [26] Davidovits, J (1982), “Mineral Polymers and Methods of Making Them”, United States Patent 4349386, USA [27] Duxson, P., Lukey, G.C., Van Deventer, J.S.J (2006), “Geopolymer technology : the current state of the art”, J Mater Sci, No 42, pp 2917-2933 -66- -67- The 5th ASEAN Civil Engineering Conference (ACEC) & the 5th ASEAN Environmental Engineering Conference (AEEC) and the 3rd Seminar on Asian Water Environment “Civil and Environmental Engineering for Sustainable Development” 25-26 October, 2012 Windsor Plaza Hotel, Ho Chi Minh City, Vietnam STUDY ON THE EFFECT OF LOW CALCIUM FLY ASH ON POPERTIES OF GREEN CONCRETE MATERIALS HUNG DUC PHAN1, VINH TRIEU LE2, VIET HUY CUONG NGUYEN2, TUAN ANH LE2 Department of Civil Engineering & Applied Mechanics, University of Technical Education Ho Chi Minh City - Vietnam Department of Civil Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology – Vietnam Corresponding author: phandhung@yahoo.com ABSTRACT Geopolymer concrete is known as green materials with low carbon dioxide production emissions to compare to normal concrete In this research, the mix proportions with ratio of sodium hydroxide-water glass 0.5, and 2, ratio of alkaline-fly ash 0.35, 0.4 and 0.45 are used The curing conditions on 50, 70, 90, 120 degree Celsius with varying curing time are investigated The results show that the strength of geopolymer concrete is belonging to high alkaline-fly ash ratio The sodium hydroxide-water glass ratio is equal to observe high strength of materials Keywords Geopolymer concrete, alkaline liquid, sodium hydroxide, water glass, strength INTRODUCTION Global warming is the most serious problem in the world and portland cement industry is one of the factors which causes by emitting CO2 Therefore, alternative cement technologies have become an interesting field and geopolymer technology is one of the revolutionary developments related to novel materials as an alternative to the portland cement The development of geopolymer concrete is an important achievement It suits the modern trends as low-cost and environmentally friendly Geopolymer concrete can use fly ash, furnace slag or which are waste materials of industry.[1-7] Geopolymer is the mineral polymers resulting from geochemistry or geosynthesis Davidovits developed and patented binder obtained from the alkali-activation of metakaolin and -68termed it as geopolymer since 1978 According to that investigation, pyramid blocks were not made of calcium fossilized layers as it happens in natural stones, but oriented in a random manner as in an artificial binder However, an amorphous material composed of aluminosilicates and a zeolite like material (Na2O·Al2O·4SiO2·2H2O) were also found [8-11] On the other hand, previous research was indicated that geopolymer concrete with fly ash could be used [12-15] In this research, the effect of low calcium fly ash activation with alkaline solution and different curing conditions on strength of geopolymer concrete is investigated The solution with sodium hydroxide and water glass is used The mix proportions with ratio of sodium hydroxidewater glass 0.5, and 2, ratio of alkaline-fly ash 0.35, 0.4 and 0.45 are used MATERIALS AND METHODS 2.1-Fly ash Fly ash is one of the most important source materials for making geopolymers and containing a reasonable amount of silica and alumina The chemical composition of fly ash with low calcium is presented in Table Table 1– Chemical properties of fly ash Oxide SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O MgO SO3 LOI Content (%) 51.7 31.9 3.48 1.21 1.02 0.81 0.25 9.63 LOI: Loss of Ignition Figure Fly ash 2 Alkaline Liquid: The alkaline liquid combination of sodium solution and sodium hydroxide solution is used The sodium silicate solution (water glass) included Na2O and SiO2 about 36 – 38% is mixed to 10 M sodium hydroxide The mix proportion is shown in Table Table Mix Proportion of Geopolymer concrete Mix proportion Aggregate Coast Fly ash Fine (kg) Sodium hydroxide solution (NaOH) Water glass (kg) -69(kg) (kg) (kg) Mix 950 700 500 117 58 Mix 950 700 500 87.5 87.5 Mix 950 700 500 58 117 RESULTS AND DISCUSSION 3.1-Effect of curing time and alkaline solution on strength -The mix proportions of geopolymer concrete are investigated by ratio of sodium hydroxide and water glass from 0.5 to and ratio of alkaline solution and fly ash from 0.35 to 0.45 Specimens are cured by oven at 50 degree Celsius from to 10 hours The effect of curing time on strength is shown in Fig 2, and below Fig Behavior between strength curing time with ratio alkaline – fly ash of 0.35 Fig Behavior between strength curing time with ratio alkaline – fly ash of 0.4 -70- Fig Behavior between strength curing time with ratio alkaline – fly ash of 0.45 The strength of geopolymer concrete rose up with increasing curing time, as seen in Fig With ratio alkalie –fly ash of 0.35, the strength of Mix was changed 41.54% from 9.34 Mpa to 13.22 Mpa for curing time from to 10 hours, respectively On the other hand, the strengths were increased from 10.5 Mpa and 6.12 MPa to 15.14 Mpa and 9.25 Mpa for Mix and Mix 3, respectively Mix was shown the strength higher than another mix proportions From hours to hours, the values of compressive strength of geopolymer concrete increased faster than the values from hours to 12 hours As curing temperature, longer curing time resulted in higher compressive strength Longer curing time will facilitate for extending chemical reaction As seen in Fig and 4, the behavior between strength and curing time were shown the same relationship but higher strength The increasing curing time can be increased higher strength It was indicated that the strength of geopolymer was belong to curing time ratio of sodium hydroxide-water glass 3.2 Effect of curing condition on strength -The effect of curing condition on strength is investigated by increasing oven temperature from 50 to 120 degrees Celsius on 10-hour continue The results are shown on Fig 5, and below Fig Behavior between strength and temperature with ratio alkaline – fly ash of 0.35 -71- Fig Behavior between strength and temperature with ratio alkaline – fly ash of 0.4 Fig.7 Behavior between strength and temperature with ratio alkaline – fly ash of 0.45 When temperature was increased from 50oC to 120oC, all of specimens had larger value of compressive strength, as seen in Fig The speed of increasing compressive strength of three mix proportions was different Mix increased fastest and Mix did lowest In the Mix 1, the strength rose up 52.11% from 13.22 Mpa to 20.11 Mpa during the heat curing from 50 to 1200C, respectively At the temperature 1200C, the strength of Mix and Mix could be 26.45 Mpa and 16.33 Mpa, respectively It was indicated that higher curing temperature resulted in larger compressive strength Temperature of environment is higher which is easy for polycondensation to occur Fig and were shown the behavior between strength and temperature curing with varying alkaline- fly ash ratio The strength of concrete rose up 72% with increasing in heat curing The highest strength was 30.45 Mpa and 37.22 Mpa in Fig.6 and 7, respectively It was indicated that the strength of geopolymer concrete was depended on range of temperature and alkaline liquid content 3.3 Effect of alkaline solution on strength -72The experiment results were shown that the alkaline solution and sodium hydroxide content The relationship between strength, alkaline liquid and sodium hydroxide solution was shown in Fig and Fig Behavior between strength and alkaline liquid at 500C on 10-hour Fig Behavior between strength and alkaline liquid at 1200C on 10-hour At the same curing time, the mix proportion having 0.5 ratio of NaOH-water glass was shown the highest strength with ratio of alkaline-fly ash equal 0.45, as seen in Fig.8 The ratio between sodium hydroxide and sodium silicate equal was shown highest strength On the other hand, the increasing alkaline liquid from 0.35 to 0.45 was shown higher strength line At 1200C curing on 10 hours, the strength line was also shown the same behavior with varying sodium silicate solution and alkaline liquid, as seen in Fig However, the ratio of sodium hydroxide and sodium silicate equal was shown strictly better strength to compare to other ratio -73- Fig 10 Behavior between flexural strength and alkaline liquid At 500C curing on 10 hours in Fig 10, the flexural strengths of 0.35 alkaline-fly ash ratio mixture were 1.83 Mpa, 2.15 Mpa and 1.24 Mpa for Mix 1, and 3, respectively The ratio of sodium hydroxide and sodium silicate equal was also shown best value when alkaline-fly ash ratio rose up from 0.35 to 0.45 It was known that the compressive and flexural strength of geopolymer concrete were belonging to curing time, curing condition, alkaline liquid content with equal between sodium hydroxide and sodium silicate CONCLUDING REMARKS The research on effect of low calcium fly ash with different in curing conditions, alkaline ration and time curing on geopolymer concrete has some results as: -The compressive strength can be increased up to 50% with increasing in curing time from hours to 10 hours and up to 72% with increasing in heating curing from 500C to 1200C -During the same curing condition, curing time and alkaline liquid, the mix proportion with ratio between sodium hydroxide and sodium silicate solution in equal was shown best strength -In mix proportion, the increasing in alkaline content can be increased strength up to 40% during the same experiment condition References McCaffrey, R (2002) Climate Change and the Cement Industry Global Cement and Lime Magazine, 15-19 Davidovits, J (1994) Global Warming Impact on the Cement and Aggregates Industries World Resource Review, 6(2), 263-278 Malhotra VM (2004) Role of Supplementary Cementing Materials and Superplasticizers in Reducing Greenhouse Gas Emissions Proceedings of ICFRC International Conference on Fiber Composites, High-Performance Concrete, and Smart Materials, Chennai, India, p 489-499 Hardjito D, and Rangan BV (2005) Development and Properties of Low-Calcium Fly ash based Geopolymer Concrete, Research report GC-1, Curtin University of Technology, Perth, Australia -745 Malhotra VM (2004) Role of Supplementary Cementing Materials and Superplasticizers in Reducing Greenhouse Gas Emissions Proceedings of ICFRC International Conference on Fiber Composites, High-Performance Concrete, and Smart Materials, Chennai, India, 489-499 Rangan BV (2008) Fly Ash-Based Geopolymer Concrete Research Report GC-4, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth, Australia Duxson P, Provis JL, Lukey GC, and van Deventer JSJ (2007) The role of inorganic polymer technology in the development of green concrete Cement and Concrete Research, 37(12), 1590–1597 Davidovits J (1979) Synthesis of new high temperature geopolymers for reinforced plastics/composites SPE PACTEC 79, Society of Plastic Engineers, Brookfield Center, 151–154 Davidovits J (1987) Ancient and modern concretes: what is the real difference Concrete International, 12, 23–25 10 Davidovits J (2011) Geopolymer chemistry and Applications, 3rd edition, Institut Geopolymer, Saint-Quentin, France 11 Davidovits J (1999) Chemistry of Geopolymeric Systems, Terminology Proceeding of Geopolymer ’99 International Conference, Saint-Quentin, France 12 Duxson P (2005) Effect of Alkali cations on Aluminum incorporation in Geopolymeric gels Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(4), 832 13 Hardjito D, and Rangan BV (2005) Development and Properties of Low-Calcium Fly ash based Geopolymer Concrete Research report GC-1, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth, Australia 14 Glukhovsky VD (1981) Slag-alkali concretes produced from fine-grained aggregate Kiev: Vishcha Shkolay 15 Duxson P, Fernandez-Jimenez A, Provis JL, Lukey GC, Palomo A and Van Deventer JSJ (2007) Geopolymer Technology: the current state of the art Journal of Materials Science, 42(9), 2917–2933 ... ngành: Xây dựng Đường Ơtơ Đường Thành phố Mã số : 60.58.30 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY THAY THẾ XIMĂNG TRONG THÀNH PHẦN BÊTÔNG XIMĂNG ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƢỜNG Ô TÔ Ở MIỀN NAM VIỆT NAM. .. CO2 để chế tạo bê tông thân thiện với môi trường cần quan tâm nghiên cứu Do đó, Nghiên cứu sử dụng tro bay thay xi măng thành phần bê tông xi măng để xây dựng mặt đường ô tô Miền Nam Việt Nam. .. : Nghiên cứu sử dụng tro bay thay xi măng tro thành phần bê tông xi măng để xây dựng mặt đường ô tô Miền Nam Việt Nam NỘI DUNG : Chương : Tổng quan Chương : Cơ sở khoa học Chương : Nghiên cứu