Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu nhỏ

Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu nhỏ Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu nhỏ Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu nhỏ Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu nhỏ Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu nhỏ Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu nhỏ

TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu nối tiếp cơng trình nghiên cứu trước nhằm tìm hiểu rõ bê tông Geopolymer kết hợp với phụ gia Nano-silica để tạo nên hỗn hợp bê tơng có nhiều đặc tính học bật Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến tính chất học bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ Kết cho thấy sử dụng hàm lượng 3% phụ gia Nano-silica – NS.32 nghiền mịn giúp bê tơng Geopolymer cốt liệu nhỏ tăng cường độ chịu nén 17.03% cường độ chịu kéo gián tiếp tăng 19.32% so với không sử dụng phụ gia dưỡng hộ nhiệt 1000C 10 liền Đối với phụ gia Nano-silica nghiền siêu mịn NS.09 giúp tăng cường cường độ chịu nén cường độ chịu kéo gián tiếp ứng với 3% hàm lượng thay tro bay, giá trị cường độ chịu nén tăng 18.34% 26.89% cho cường độ chịu kéo gián tiếp dưỡng hộ nhiệt 1000C 10 liền Thành phần hạt Nano-silica nghiền cấp độ mịn khác ảnh hưởng đến phát triển cường độ mẫu bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ Nhưng với 3% cho kết tốt Khi hàm lượng vượt q 3% ảnh phụ gia Nano-silica khơng đáng kể có xu hướng giảm hàm lượng tăng lên cao phân tán hạt Nano-silica không đồng cấu trúc hỗn hợp bê tông dẫn đến q trình hydrat hóa bị ngăn cản, hình thành lỗ rỗng giảm giá trị cường độ mẫu Thay đổi tỷ lệ thành phần cốt liệu để tìm cấp phối tốt cho mẫu bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ sử dụng phụ gia Nano-silica Với tỷ lệ thành phần cốt liệu đá mi: cát 75: 25 cho thấy cân hạt cốt liệu hỗn hợp bê tông kết hợp với 3% hàm lượng phụ gia Nano-silica thay tro bay tạo cấp phối tốt đề tài nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến tính chất học bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ xiii ABSTRACT The reseach topic is a continuation of previous studies and aims to better understand Geopolymer concrete when combined with Nano-silica additives to create a concrete mixture with many oustanding mechanical properties A study the effect of Nanosilica filler on the mechanical properties of fine aggregate Geopolymer concrete The results showes that when using the content of 3% Nano-silica – NS.32 admixture, finely ground, the fine aggregate Geopolymer concrete increased the compressive strength of 17.03% and the tensile strength increased by 19.32% compared to zero additive and cured at 1000C for 10 hour For super fine grinding Nano-silica- NS.09, it also enhances both compressive strength and tensile strength by 3% for fly ash replacement content, the compressive strength value increases by 18.34% and 26.89% for tensile strength when cured at 1000C for straight 10 hours The composition of Nano-silica granules at different fineness levels affects the strength development of fine aggregate Geopolymer concrete samples With 3% for the best results When the content exceeds 3% the Nano-silica additive image is insignificant and tends to decrease when the content increases high due to the non-uniform dispersion of Nano-silica particles in the concrete mixture structure This leads the hydration process is prevented, forming pores and reducing the intensity value of the sample The proportion of aggregate components is change to find the best gradation for fine aggregate Geopolymer concrete samples when using Nano-silica additives The ratio of composition of aggregate crushed stone:sand 75:25 shows the balance between aggregate particles in concrete mixture combined with 3% content of Nanosilica additive to repalce fly ash created best in the effect of Nano-silica additives on the mechanical properties of fine aggregate Geopolymer concrete xiv MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN Tính cấp thiết đề tài Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT Công nghệ Geopolymer 2.1.1 Lịch sử đời chất kết dính Geopolymer 2.1.2 Cơ chế phản ứng q trình Geopolymer hóa Công nghệ Nano bê tông 12 Các nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano-silica cấu trúc bê tông 14 Chương NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 17 Nguyên vật liệu 17 3.1.1 Tro bay 17 3.1.2 Dung dịch hoạt hóa 18 3.1.2.1 Dung dịch Sodium Silicate 18 3.1.2.2 Sodium Hydroxide 19 3.1.3 Cốt liệu đá mi 21 xv 3.1.4 Cốt liệu cát 22 3.1.5 Phụ gia Nano-silica 23 Điều kiện dưỡng hộ nhiệt 24 Thành phần cấp phối phương pháp thí nghiệm 25 3.3.1 Thiết kế cấp phối mẫu bê tông 25 3.3.2 Thành phần cấp phối 25 3.3.3 Phương pháp tạo mẫu thử 27 3.3.4 Phương pháp thí nghiệm 31 3.3.4.1 Cường độ chịu nén 31 3.3.4.2 Cường độ chịu kéo gián tiếp 33 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 34 Tổng hợp kết thí nghiệm 34 Ảnh hưởng hàm lượng phụ gia Nano-silica - NS.32 đến cường độ chịu nén …………………………………………………………………………….36 Ảnh hưởng hàm lượng phụ gia Nano-silica - NS.09 đến cường độ chịu nén …………………………………………………………………………….39 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén 41 Ảnh hưởng độ mịn phụ gia Nano-silica đến cường độ chịu nén 43 Ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến cường độ chịu kéo gián tiếp 46 Ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu đến cường độ mẫu sử dụng phụ gia Nano-silica …………………………………………………………………………….47 4.7.1 Cường độ chịu nén 48 4.7.2 Cường độ chịu kéo gián tiếp 51 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 53 xvi Kết luận 53 Hướng phát triển đóng góp đề tài 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 58 xvii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Thành phần hóa học tro bay 18 Bảng 3.2 Thành phần cấp phối hạt đá mi 21 Bảng 3.3 Thành phần cấp phối hạt cát 22 Bảng 3.4 Thành phần tính chất vật lí Nano-silica 23 Bảng 3.5 Cấp phối dùng cho thí nghiệm 26 Bảng 4.1 Tổng hợp kết thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu 34 Bảng 4.2 Tổng hợp kết thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp mẫu 35 Bảng 4.3 Cấp phối thí nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu 48 Bảng 4.4 Tổng hợp kết thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu 48 Bảng 4.5 Tổng hợp kết thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp mẫu ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu 51 Bảng A.1: Kết phân tích phân bố kích thước hạt Nano-silica – NS.09 phương pháp BT-9300ST laser cung cấp từ nhà sản xuất 58 Bảng A2: Kết phân tích phân bố kích thước hạt Nano-silica – NS.32 phương pháp BT-9300ST laser cung cấp từ nhà sản xuất 60 xviii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Khói bụi từ nhà máy Xi Măng Hạ Long ( xã Thống Nhất, Hoàng Bồ) bao phủ khu vực [2] Hình 2.1 Tinh thể Geopolymer [19] Hình 2.2 Quá trình tạo thành cấu trúc Geopolymer [19] 10 Hình 2.3 Mơ hình q trình hoạt hóa dung dịch kiềm Alkali tro bay [23] 11 Hình 2.4 Hình ảnh SEM (a) tro bay ban đầu, (b) tro bay kích hoạt với NaOH (c) tro bay kích hoạt với Na2SiO3 [24] 12 Hình 2.5 Tỷ lệ hydrat hóa theo thời gian mật độ Gel C-S-H thấp cao [27] 13 Hình 2.6 Hình ảnh SEM cấu trúc Nano-silica [13] 14 Hình 2.7 Hình ảnh SEM (a) mẫu đối chứng, (b) mẫu chứa 40% hàm lượng tro bay, (c) mẫu chứa % Nano-silica, (d) mẫu chứa 38% tro bay 2% Nano-silica [13] 14 Hình 2.8 Hình ảnh BSE (a) mẫu đối chứng, (b) mẫu chứa 40% tro bay, (c) mẫu chứa 60% tro bay, (d) mẫu chứa 2% Nanosilica, (e) mẫu chứa 38% tro bay 2% Nanosilica (f) mẫu chứa 58% tro bay 2% Nano-silica 15 Hình 3.1 Tro bay loại F sử dụng thí nghiệm 17 Hình 3.2 Dung dịch thủy tinh lỏng dùng thí nghiệm 19 Hình 3.3 Natri Hydroxide dạng vảy 20 Hình 3.4 Natri Hydroxide dạng dung dịch 21 Hình 3.5 Cốt liệu đá mi sử dụng thí nghiệm 22 Hình 3.6 Cốt liệu cát sử dụng thí nghiệm 23 Hình 3.7 Hình ảnh phụ gia Nano silica sử dụng thí nghiệm 24 Hình 3.8 Tủ dưỡng hộ nhiệt 25 xix Hình 3.9 Khn đúc mẫu 100×200(mm) 27 Hình 3.10 Máy trộn cân nguyên liệu 28 Hình 3.11 Q trình đầm hỗn hợp bê tơng mẫu sau đổ khn 28 Hình 3.12 Mẫu bê tông sau đổ khuôn đánh số 29 Hình 3.13 Mẫu bê tông đặt tủ dưỡng hộ nhiệt 30 Hình 3.14 Mẫu bê tơng trước nén mẫu 30 Hình 3.15 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén mẫu 32 Hình 3.16 Thí nghiệm xác định cường độ kéo gián tiếp mẫu 33 Hình 4.1 Biểu đồ ảnh hưởng hàm lượng phụ gia Nano-silica – NS.32 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ nhiệt 36 Hình 4.2 Biểu đồ ảnh hưởng hàm lượng phụ gia Nano-silica – NS.32 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ nhiệt 10 37 Hình 4.3 Hình ảnh SEM (b) mẫu chứa 40% hàm lượng tro bay, (d) mẫu chứa 38% tro bay 2% Nano-silica [13] 38 Hình 4.4 Biều đồ ảnh hưởng hàm lượng phụ gia Nano-silica – NS.09 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ nhiệt 39 Hình 4.5 Biều đồ ảnh hưởng hàm lượng phụ gia Nano-silica – NS.09 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ nhiệt 10 40 Hình 4.6 Biểu đồ ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén mẫu theo phụ gia Nano-silica-NS.32 41 Hình 4.7 Biểu đồ ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén theo phụ gia Nano-silica-NS.09 42 Hình 4.8 Biểu đồ ảnh hưởng độ mịn hạt Nano-silica NS.32 NS.09 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ xuyên suốt 43 xx Hình 4.9 Biểu đồ ảnh hưởng độ mịn hạt Nano-silica NS.32 NS.09 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ xuyên suốt 10 44 Hình 4.10 Cường độ nén mẫu Geopolymer kiềm hoạt hóa pha trộn với hàm lượng Nano-silica khác [31] 46 Hình 4.11 Biểu đồ ảnh hưởng phụ gia Nano-silica-NS.32 đến cường độ chịu kéo gián tiếp 46 Hình 4.12 Biểu đồ ảnh hưởng phụ gia Nano-silica-NS.09 đến cường độ chịu kéo gián tiếp 47 Hình 4.13 Ảnh hưởng thành phần tỷ lệ cốt liệu sử dụng phụ gia Nano-silica – NS.32 đến cường độ chịu nén mẫu 49 Hình 4.14 Ảnh hưởng thành phần tỷ lệ cốt liệu sử dụng phụ gia Nano-silica – NS.09 đến cường độ chịu nén mẫu 50 Hình 4.15 Ảnh hưởng thành phần tỷ lệ cốt liệu sử dụng phụ gia Nano-silica – NS.32 đến cường độ chịu kéo gián tiếp mẫu 51 Hình 4.16 Ảnh hưởng thành phần tỷ lệ cốt liệu sử dụng phụ gia Nano-silica – NS.09 đến cường độ chịu kéo gián tiếp mẫu 52 xxi Chương TỔNG QUAN Tính cấp thiết đề tài Ơ nhiễm mơi trường rác thải, khí thải tượng trái đất nóng dần hệ hiệu ứng nhà kính vấn đề cấp thiết toàn xã hội quan tâm Một nguyên nhân sinh lượng CO2 vào bầu khí ngành công nghiệp sản xuất xi măng truyền thống Việc sản xuất xi măng Portland đồng nghĩa với việc thải khí CO2 [1] Hình 1.1 Khói bụi từ nhà máy Xi Măng Hạ Long ( xã Thống Nhất, Hoàng Bồ) bao phủ khu vực [2] Ngành công nghiệp xây dựng bê tông sử dụng lượng lớn tài nguyên lượng Bê tơng xi măng cịn dạng vật liệu sử dụng rộng rãi công trình xây dựng cơng trình giao thơng hạ tầng Trong đó, xi măng Portland đóng vai trị chất kết dính việc sản xuất bê tơng Sản lượng bê tơng sản xuất tồn giới không ngừng gia tăng vào khoảng 1.56 tỷ năm 1999 [3] lên khoảng 3.3 tỷ năm 2010 [4] đến năm 2018 4.1 tỷ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA NANO-SILICA ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC BÊ TÔNG GEOPOLYMER CỐT LIỆU NHỎ A STUDY THE EFFECT OF NANO- SILICA FILLER ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF FINE AGGREGATE GEOPOLYMER CONCRETE TS Phạm Đức Thiện1, KS.Trương Đình Tường2 1Trường 2Học Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM viên cao học, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM TĨM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến tính chất học bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ Phụ gia Nano-silica sử dụng với cấp độ mịn NS.32 NS.09 với tỷ lệ đến 5% Mẫu dưỡng hộ 1000C khoảng thời gian 10 Kết nghiên cứu cho thấy cường độ bê tơng Geopolymer gần tăng tuyến tính với gia tăng hàm lượng Nano-silica giá trị cao ngưỡng 3% phụ gia Nano-silica Thành phần hạt Nano-silica nghiền cấp độ mịn khác ảnh hưởng đến phát triển cường độ mẫu bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ với 3% hàm lượng phụ gia NS.09 nghiền siêu mịn cho cường độ cao so với Nano-slica NS.32 nghiền mịn Thay đổi tỷ lệ thành phần cốt liệu để tìm cấp phối tốt cho mẫu bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ sử dụng 3% hàm lượng phụ gia Nano-silica Với tỷ lệ thành phần cốt liệu đá mi: cát 75: 25 cho thấy cân hạt cốt liệu hỗn hợp bê tông kết hợp với 3% hàm lượng phụ gia Nano-silica thay tro bay tạo cấp phối tốt đề tài nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nanosilica đến tính chất học bê tơng Geopolymer cốt liệu nhỏ Từ khóa: Bê tơng Geopolymer, Nano-silica, Bê tơng cốt liệu nhỏ, cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo ABSTRACT The paper presents the study the effect of Nano-silica filler on the mechanical properties of fine aggregate Geopolymer concrete Nano-silica additives are used with two fine levels NS.32 and NS.09 with the ratio of to 5% Samples were cured at 100 ° C for and 10 hours Research results showed that the strength of Geopolymer concrete almost increased linearly with the increase of Nano-silica content and the highest value at the threshold of 3% of nano-silica additives The composition of nano-silica granules at different fine levels affects the strength development of fine aggregate Geopolymer concrete samples and with 3% of the super fine NS.09 grinding content will give high intensity than the Nano-slica NS.32 finely ground Change the proportion of aggregate components is change to find the best gradation for fine aggregate Geopolymer concrete samples when using 3% Nano-silica additives The ratio of composition of aggregate crushed stone:sand 75:25 shows the balance between aggregate particles in concrete mixture combined with 3% content of Nano-silica additive to repalce fly ash created best in the effect of Nano-silica additives on the mechanical properties of fine aggregate Geopolymer concrete Key words: Geopolymer concrete, Nano-silica, fine aggregate concrete, compressive strength, tensile strength ĐẶT VẤN ĐỀ báo cáo công bố, nhà nghiên cứu Vật liệu Geopolymer xem loại sử dụng nhiều vật liệu Nano khác để vật liệu thể đặc tính lý thay kiểm tra hoạt động chúng bê tông bê tông xi măng truyền thống Nano-silica ý nhiều đặc tính Từ đó, có nhiều nghiên cứu về: Pozzolanic [5] chế phản ứng hóa học xi măng Geopolymer từ tro bay [1] giới thiệu cơng thức hóa học, đặc tính, vai trị ứng dụng cấu trúc vật liệu xi măng Geopolymer từ tro bay Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần nhiệt độ đến tính chất Geopolymer sản xuất từ tro bay kaolinite [2], đặc tính Geopolymer ảnh hưởng hòa tan vật liệu phức tạp q trình Geopolymer hóa, đặc biệt điều kiện dưỡng hộ nhiệt độ gia nhiệt ảnh hưởng đến đặc tính Geopolymer; nghiên cứu điều kiện dưỡng hộ tỷ lệ dung dịch ankali/ tro bay đến cường độ [3]; nghiên cứu hiệu suất Geopolymer môi trường khắc nhiệt [4] Công nghệ Nano với việc sử dụng vật liệu phạm vi 100 nanometer cho thấy số hiệu ứng tốt bê tông [5] Những F.U.A Shaikh cộng [6] nghiên cứu ảnh hưởng Nano-silica đến cường độ chịu nén vữa bê tông với khối lượng lớn tro bay (HVFA: High Volume Fly Ash) Theo kết nghiên cứu cho thấy hàm lượng Nanosilica 2% thêm vào vữa bê tông HVFA cải thiện cường độ chịu nén vữa có chứa 40% 50% tro tương ứng 5% 7% Về phụ gia Nano-silica có nhiều báo, đề tài nghiên cứu ngồi nước cơng bố trước chủ yếu kết hợp phụ gia Nano-silica với bê tông khối lượng xỉ lớn, bê tơng có hàm lượng cao tro bay hay kết hợp nhiều vật liệu Nano với bê tông Geopolymer nghiên cứu rộng rải phổ biến [6-8] Các nghiên cứu nước phụ gia Nanosilica kết hợp với bê tông thường nghiên cứu [9] ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến bê tông Geopolymer chưa nghiên cứu, ứng dụng nhiều Chính đề tài nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến tính chất học bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ tiến hành NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG a Tro bay Tro bay sử dụng loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618 khối lượng riêng 2500 kg/m3, độ mịn 94% lượng lọt qua sàn 0.08mm Thành phần hóa học tro bay trình bày bảng PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1.Ngun vật liệu Bảng Thành phần hóa học tro bay Thành phần hóa học SiO2 Al2O3 % khối lượng 51.7 31.9 K2O + Fe2O3 CaO 3.48 1.21 Na2O 1.02 MgO SO3 0.81 MKN(*) 0.25 9.63 (*) MKN: nung b Dung dịch hoạt hóa c Cốt liệu Dung dịch hoạt hóa kết hợp Đá mi có Dmax 5mm, khối lượng riêng sodium hydroxide (NaOH) sodium 2730 silicate (Na2SiO3) Dung dịch sodium 1450kg/m3 hydroxide pha chế từ tinh thể rắn độ kg/m3, khối lượng thể tích d Phụ gia Nano-silica tinh khiết 90%, khối lượng riêng 2130 Nano-silica sử dụng cấp độ nghiền mịn kg/m3 có nồng độ 14 mol/l Dung nghiền siêu mịn Thành phần tính chất dịch sodium silicate sử dụng với hàm vật lí Nano-silica trình bày lượng Na2O SiO2 dao động từ 36-38%, bảng tỷ trọng 1.42±0.01g/ml Bảng Tính chất vật lí Nano-silica Tên mẫu NS.32 Đặc điểm mẫu Nghiền mịn NS.09 Nghiền mịn Trọng Kích thước hạt Độ ẩm lượng riêng D(10) D(50) D(90) pH SiO2 Hàm lượng (%) (g/ml) (µm) (µm) (µm) (%) 4.67 0.117 3.067 7.627 31.88 99.6 4.67 0.105 3.175 5.554 9.598 99.6 2.2 Cấp phối Cấp phối bê tông Geopolymer CP0, CP1, CP2 (kg/m3), dung dịch SH: 75.78 (kg/m3) hàm sử dụng cho thí nghiệm có tỷ lệ đá mi: cát lượng phụ gia Nano-silica thay tro bay: 1, 75:25 với khối lượng đá mi: 1200.07 (kg/m3), 2, 3, 5% Các thành phần cấp phối cát: 399.967 (kg/m3), dung dịch SS: 132.615 trình bày bảng Bảng Cấp phối dùng cho thí nghiệm Ký hiệu Đá mi Cát Tro bay SS SH (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (%) (kg/m3) (%) (kg/m3) 75.78 - - - - CP0.0 1200.07 399.967 347.215 132.615 NS.32 NS.09 CP1.1 343.743 3.472 - CP1.2 340.271 6.944 - 10.416 - CP1.3 1200.07 399.967 336.799 132.615 75.78 CP1.4 333.326 13.889 - CP1.5 329.854 17.361 - CP2.1 343.743 - 3.472 CP2.2 340.271 - 6.944 - 10.416 CP2.3 1200.07 399.967 336.799 132.615 75.78 CP2.4 333.326 - 13.889 CP2.5 329.854 - 17.361 Mẫu sau đúc khuôn tĩnh KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM định nhiệt độ phịng 24h sau Kết thí nghiệm cường độ chịu nén, đem dưỡng hộ nhiệt độ 1000C cường độ chịu kéo gián tiếp trình bày thời gian 10 Các thí bảng nghiệm thực sau mẫu dưỡng hộ 1- ngày Bảng Kết thí nghiệm cường độ mẫu Ký hiệu Tỷ lệ đá mi: cát CP0.0 Hàm lượng Nano-silica NS.32 NS.09 75:25 - - CP1.1 75:25 1% - CP1.2 75:25 2% - CP1.3 75:25 3% - CP1.4 75:25 4% - CP1.5 75:25 5% - CP2.1 75:25 - 1% CP2.2 75:25 - 2% CP2.3 75:25 - 3% CP2.4 75:25 - 4% CP2.5 75:25 - 5% Thời gian dưỡng hộ nhiệt Cường độ chịu nén (Mpa) Cường độ chịu kéo gián tiếp (Mpa) 8h 22.21 2.42 10h 23.66 2.64 8h 22.45 2.43 10h 24.31 2.67 8h 23.95 2.65 10h 25.22 2.92 8h 25.06 2.84 10h 27.69 3.15 8h 24.3 2.70 10h 26.1 2.94 8h 22.38 2.46 10h 24.02 2.62 8h 22.58 2.44 10h 24.51 2.68 8h 24.15 2.78 10h 25.5 3.01 8h 25.35 3.03 10h 28 3.35 8h 24.92 2.85 10h 26.62 3.04 8h 22.96 2.46 10h 24.51 2.64 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng Nano-silica - NS.32 đến cường độ chịu nén 30 Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu nén (MPa) 30 28 26 25.06 24.3 23.95 24 22.21 22.45 22.38 22 27.69 28 26.1 26 25.22 24.31 24 24.02 23.66 22 20 20 0 Hàm lượng Nano-silica-NS.32 (%) Hàm lượng Nano-silica-NS.32 (%) (a) (b) Hình Biểu đồ ảnh hưởng hàm lượng phụ gia Nano-silica NS.32 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ nhiệt (a) 10 (b) Kết thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu nén bê tông Geopolymer thay đổi theo thay đổi hàm lượng Nano-silica NS.32 Khi thay đổi hàm lượng NS.32 từ lên 3% cường độ chịu nén trung bình mẫu tăng 12.83% 17.03% (8 10 dưỡng hộ dưỡng hộ nhiệt 10 cho kết cường độ chịu nén tốt tương ứng 25.06 (MPa) 27.69 (MPa) Tăng tỷ lệ NS.32 thêm vào lên 4%, 5% cường độ bê tông Geopolymer giảm 22.38 (MPa) 24.02 (MPa) nhiệt) Với hàm lượng 1, 3% cường độ Kết phân tích cho thấy hàm lượng chịu nén mẫu xu hướng phát triển cường Nano- silica vừa đủ lấp đầy lỗ rỗng độ tăng tuyến tính Tăng hàm lượng NS.32 lên cấu trúc bê tông Geopolymer giúp 5% cường độ chịu nén có hướng giảm cường độ đặc dẫn đến tăng cường cường độ so với 3% cực đại, giảm 10.7% độ Ngược lại thừa hàm lượng Nano-silica, 13.25% Phân tích số liệu qua biểu đồ (hình cấu trúc hỗn hợp bê tơng Geopolymer hình 1a) (hình 1b) cho thấy sử dụng phụ gia thành túi chứa Nano-silica, điều Nano-silica thông qua thay đổi hàm lượng dẫn đến làm giảm độ đặc cường độ bê NS.32 thay tro bay ảnh hưởng đến tông Geopolymer giảm trình phát triển cường độ chịu nén mẫu cấp phối Với 3% NS.32 khảo sát thời gian 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng Nano-silica - NS.09 đến cường độ chịu nén 30 Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu nén (MPa) 30 28 26 25.35 24.92 24.15 24 22.21 22.96 22.58 22 20 28 28 26.62 25.5 26 24.51 24 24.51 23.66 22 20 Hàm lượng Nano-silica-NS.09 (%) (a) Hàm lượng Nano-silica-NS.09 (%) (b) Hình Biểu đồ ảnh hưởng hàm lượng phụ gia Nano-silica NS.09 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ nhiệt (a) 10 (b) Cường độ hỗn hợp bê tông Geopolymer thay đổi hàm lượng NS.09 từ lên 3% cường độ chịu nén trung bình mẫu tăng 14.14% 18.34% (8 10 dưỡng hộ nhiệt) Với hàm lượng 1, 3% cường độ nhiệt 10 cho kết cường độ chịu nén tốt tương ứng 25.35 (MPa) 28 (MPa) Tăng tỷ lệ NS.09 thêm vào lên 4%, 5% cường độ chịu nén mẫu giảm so với giá trị cực đại 3% chịu nén mẫu mang xu hướng phát triển Xu hướng tăng giảm cường độ tương tự cường độ tăng tuyến tính Tăng hàm lượng sử dụng phụ gia NS.32 Cường độ hỗn NS.09 lên 5% cường độ chịu nén có xu hợp bê tơng Geopolymer tăng hàm hướng giảm cường độ so với 3% cực đại, giảm lượng Nano-silica thay tro bay vừa đủ với 9.43% 12.46% Với số liệu phân tích qua nghiên cứu 3% NS Khi hàm lượng NS biểu đồ (hình 2a, 2b) cho thấy xu hướng phát thay tro bay nhiều 4,5% làm cường triển cường độ bê tông Geopolymer sử độ bê tông Geopolymer giảm kết dụng phụ gia NS.09 tương tự NS.32 Tại thí nghiệm thể qua biểu đồ hình 3% NS.09 khảo sát thời gian dưỡng hộ 3.3 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén 8h 8h 30 10h 27.69 28 26.1 25.22 26 24.31 23.95 25.06 24.3 24.02 24 22.45 22.38 22 Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu nén (MPa) 30 10h 28 28 26.62 25.5 26 24.51 24 25.35 24.92 24.15 24.51 22.96 22.58 22 20 20 Hàm lượng Nano-silica-NS.32 (%) Hàm lượng Nano-silica-NS.09 (%) (a) (b) Hình Biểu đồ ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén mẫu theo phụ gia Nano-silica-NS.32 (a), phụ gia Nano-silica-NS.09(b) Khi tăng thời gian dưỡng hộ từ lên 10 dưỡng hộ nhiệt 10 cho cường độ chịu cường độ bê tơng Geopolymer có 3% nén bê tơng Geopolymer lớn so NS.32 tăng từ 25.06 (MPa) đến 27.69 (MPa) với dưỡng hộ tăng 10.5% Bê tơng Geopolymer có 3% Điều cho thấy thời gian dưỡng hộ nhiệt NS.09 tăng tương ứng từ 25.35 (MPa) đến 28 dài trình Geopolymer hóa diễn (MPa) tăng 10.45% mạnh mẽ giúp tổng hợp chuỗi monomer Với bê tông Geopolymer có 3% NS.32, có hồn thiện dẫn đến cường độ chịu nén gia tăng cường độ cao 12.83% bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ sử dụng phụ 17.03%, tương ứng 3% NS.09 có gia tăng gia Nano-silica tăng lên đáng kể cường độ cao 14.14% 18.34% xét Cường độ chịu nén tốt mẫu cấp phối 10 dưỡng hộ so với bê tông dưỡng hộ nhiệt 1000C xuyên suốt Geopolymer không sử dụng Nano-silica 10 Quan sát (hình 3a, 3b) cho thấy thời gian 3.4 Ảnh hưởng độ mịn phụ gia Nano-silica đến cường độ chịu nén 30 NS.09 30 28 NS.32 25.35 26 24.15 24 24.92 25.06 22.58 22.45 22 22.96 24.3 23.95 22.38 Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu nén (MPa) NS.09 NS.32 28 28 26.62 25.5 26 27.69 26.1 24.51 24.51 25.22 24 24.31 24.02 22 20 20 Hàm lượng Nano-silica (%) Hàm lượng Nano-silica (%) (a) (b) Hình Biểu đồ ảnh hưởng độ mịn hạt Nano-silica NS.32 NS.09 đến cường độ chịu nén dưỡng hộ xuyên suốt (a) 10 (b) Khi hàm lượng Nano-silica tăng lên vượt khác để khảo sát ảnh hưởng tính chất 3% khoảng chênh lệch cấp độ mịn học bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ Kết tăng theo trung bình 2.5% NS.09 nghiền thu sử dụng 3% hàm lượng siêu mịn nghiền mịn NS.32 Điều cho NS.32, NS.09 cường độ chịu nén bê thấy chênh lệch cường độ chịu nén tông Geopolymer cốt liệu nhỏ dưỡng hộ xét cấp độ mịn khác không đáng nhiệt độ khoảng thời gian kể hàm lượng Nano từ 1% đến 3% kích 10 cho giá trị cực đại cỡ hạt Nano nhỏ cấp độ mịn Với 3% hàm lượng Nano-silica cho kết Nhưng với 4%, 5% chênh lệch cường độ rõ cường độ chịu nén tốt hồn tồn hợp lí ràng hơn, điều giải thích hàm dựa vào sở lí thuyết nghiên cứu trước lượng Nano-silica lớn dẫn đến khó phân số liệu kết thí nghiệm phân tích tán đồng đều, NS.32 có kích cỡ hạt lớn từ nghiên cứu trước H.M Khater hình thành lỗ rỗng khoảng trống [10] lớn so NS.09, điều làm ngăn cản nghiên cứu tính chất lí Nano- silica bê tơng Geopolymer vật liệu tổng trình đồng dẫn đến giảm cường độ hợp với việc thay đổi hàm lượng Nano-silica mẫu từ đến 8%, kết cho thấy cấp phối bê tơng Dựa kết thí nghiệm thay đổi hàm Geopolymer có 3% Nano-silica đạt cường độ lượng phụ gia Nano-silica sử dụng độ mịn chịu nén tốt Ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến cường độ chịu kéo gián tiếp Cường độ chịu kéo gián tiếp (MPa) 8h 10h 3.15 2.94 2.92 2.62 2.67 2.84 2.65 2.7 2.43 2.46 Cường độ chịu kéo gián tiếp (MPa) 3.5 8h 3.35 2.68 10h 3.04 3.01 2.64 3.03 2.78 2.85 2.44 2.46 1 Hàm lượng Nano-silica NS.32 (%) Hàm lượng Nano-silica NS.09 (%) (a) (b) Hình Biểu đồ ảnh hưởng phụ gia Nano-silica-NS.32 (a) Nano-silica-NS.09 (b) đến cường độ chịu kéo gián tiếp Khi tăng thời gian dưỡng hộ từ lên 10 Kết thí nghiệm tương tự cường độ bê tông Geopolymer có 3% cường độ chịu nén bê tơng Geopolymer cốt NS.32 tăng từ 2.84 (MPa) đến 3.15 (MPa) liệu nhỏ thay đổi hàm lượng Nano-silica tăng 10.92% Bê tơng Geopolymer có 3% Cường độ chịu kéo gián tiếp đạt cực đại với NS.09 tăng tương ứng từ 3.03 (MPa) đến 3.35 hàm lượng NS.32, NS.09 sử dụng 3% (MPa) tăng 10.56% 3.15, 3.35 (MPa) tăng 19.32% 26.89% so Với bê tơng Geopolymer có 3% NS.32, có với cấp phối đối chứng gia tăng cường độ cao 7.57% Do phụ gia Nano-silica có khả phát 19.32%, tương ứng 3% NS.09 có gia tăng triển cường độ chịu nén đồng thời cường độ cường độ cao 14.78% 26.89% xét chịu kéo gián tiếp tăng cường 10 dưỡng hộ so với bê tông Geopolymer không sử dụng Nano-silica 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu đến cường độ mẫu sử dụng phụ gia Nano-silica Từ cấp phối tốt sử dụng 3% hàm khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu đến cường độ lượng Nano-silica tiến hành thay đổi tỷ lệ cốt chịu nén cường độ chịu kéo gián tiếp sử liệu đá mi : cát sử dụng 80:20 70:30 để dụng phụ gia Nano-silica Bảng Cấp phối thí nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu Ký Đá mi Cát Tro bay SS SH Tỷ lệ NS.32 NS.09 hiệu (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) đá mi : cát (%) (%) 1280.09 319.941 336.799 132.615 75.78 80:20 - - 1120.04 479.993 336.799 132.615 75.78 70:30 - - CP3.1 CP3.2 CP4.1 CP4.2 Bảng Kết thí nghiệm cường độ mẫu ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu Ký hiệu Tỷ lệ đá mi : cát NS.32 NS.09 CP3.1 80:20 3% - CP3.2 80:20 - 3% CP4.1 70:30 3% - CP4.2 70:30 - 3% Thời gian dưỡng nhiệt Cường độ chịu nén (Mpa) Cường độ chịu kéo gián tiếp (Mpa) 8h 21 2.68 10h 22.93 2.9 8h 21.21 2.81 10h 23.19 2.94 8h 21.89 2.75 10h 23.78 2.97 8h 22.36 2.91 10h 24.32 3.12 3.6.1 Cường độ chịu nén 30 30 Cường độ chịu nén (MPa) 27.69 28 26 24 10h 25.06 23.78 22.93 21.89 22 21 20 Cường độ chịu nén (MPa) 8h 8h 28 25.35 26 24.32 24 23.19 22.36 22 21.21 20 80:20 75:25 70:30 Tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát (%) (a) 10h 28 80:20 75:25 70:30 Tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát (%) (b) Hình Biểu đồ ảnh hưởng thành phần tỷ lệ cốt liệu sử dụng phụ gia Nano-silica NS.32 (a), NS.09 (b) đến cường độ chịu nén mẫu Khi thay đổi tỷ lệ cốt liệu (đá mi: cát) thành 10 dưỡng nhiệt) so với bê tông 80:20, cường độ chịu nén bê tông Geopolymer Gepolymer NS.32 có tỷ lệ cốt liệu 75:25 Bê giảm 16.2% 17.2% ( 10 dưỡng tơng Geopolymer NS.32 có tỷ lệ cốt liệu 70:30 nhiệt) so với bê tơng Gepolymer NS.32 có tỷ có cường độ nén tốt bê tông Geopolymer lệ cốt liệu 75:25 Bê tơng Geopolymer NS.32 có tỷ lệ cốt liệu 80:20 5.42% 4.87% có tỷ lệ cốt liệu 70:30 có cường độ nén tốt với bê tông Geopolymer bê tông Geopolymer có tỷ lệ cốt liệu 80:20 lần 75:25 11.80% 13.07% lượt 4.23% 3.71% với bê tông Geopolymer 75:25 12.65% 14.12% Tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát 75: 25 tỷ lệ hợp lý, cát vừa đủ lấp lỗ rỗng đá mi tạo nên hỗn hợp đặc dẫn đến cường độ cao, tỷ lệ Với NS 09, thay đổi tỷ lệ cốt liệu (đá mi: 80:20 nhiều đá, không đủ cát lấp đầy lỗ rỗng cát) thành 80:20, cường độ chịu nén bê tông 70:30 thừa cát, tạo túi chứa cát không đặc Geopolymer giảm 16.33% 17.17% (8 dẫn đến giảm cường độ 8h Cường độ chịu kéo gián tiếp (MPa) Cường độ chịu kéo gián tiếp (MPa) 3.6.2 Cường độ chịu kéo gián tiếp 10h 3.15 2.9 2.84 2.68 2.97 2.75 80:20 75:25 70:30 Tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát (%) 3.35 2.94 2.81 8h 10h 3.12 3.03 2.91 80:20 75:25 70:30 Tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát (%) (a) (b) Hình Biểu đồ ảnh hưởng thành phần tỷ lệ cốt liệu sử dụng phụ gia Nano-silica NS.32 (a), NS.09 (b) đến cường độ chịu kéo gián tiếp mẫu Kết thí nghiệm tương tự liệu nhỏ thay đổi tỷ lệ cốt liệu đá mi cát cường độ chịu nén bê tông Geopolymer cốt Cường độ chịu kéo gián tiếp đạt cực đại với tỷ lệ cốt liệu 75:25 với 3% hàm lượng NS.32, Geopolymer có tỷ lệ cốt liệu 80:20 NS.09 sử dụng Với tỷ lệ cốt liệu (đá mi: 2.41% 6.12% với bê cát) 80:20, cường độ chịu nén bê tông tông Geopolymer 75:25 5.71% Geopolymer giảm 7.94% 12.24% (10 6.86% Tỷ lệ cốt liệu (đá mi: cát) 75: 25 tỷ lệ dưỡng nhiệt) so với bê tông Gepolymer NS.32 hợp lý, cát vừa đủ lấp lỗ rỗng đá mi tạo nên NS.09 có tỷ lệ cốt liệu 75:25 Bê tông hỗn hợp đặc dẫn đến cường độ bê tông Geopolymer NS.32 NS.09 có tỷ lệ cốt liệu Geopolymer đạt cường độ cao 70:30 có cường độ nén tốt bê tơng KẾT LUẬN Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến tính chất học bê tơng Geopolymer cốt liệu nhỏ Qua q trình nghiên cứu thực nghiệm đề tài rút kết luận: - Cường độ bê tông Geopolymer gần tăng tuyến tính với gia tăng hàm lượng Nanosilica giá trị cao ngưỡng 3% phụ gia Nano-silica Sử dụng 3% hàm lượng Nanosilica nghiền mịn NS.32 giúp phát triền cường độ mẫu bê tông Geopolymer tăng lên đáng kể so với mẫu đối chứng không thêm phụ gia Cường độ chịu nén mẫu đạt 27.69 ( Mpa) tăng 17.03% cường độ chịu kéo gián tiếp đạt 3.15 (Mpa) tăng 19.32% dưỡng hộ nhiệt nhiệt độ 1000C 10 - Sử dụng Nano-silica nghiền siêu mịn NS.09 giúp phát triển cường độ tốt so với phụ gia nghiền mịn NS.32, hàm lượng 3% cho kết tốt cường độ So với mẫu cấp phối đối chứng không sử dụng phụ gia mẫu cấp phối thêm 3% phụ gia NS.09 giúp cường độ chịu nén đạt 28 (Mpa) tăng 18.34% cường độ chịu kéo gián tiếp đạt 3.35 (MPa) tăng 26.89% dưỡng hộ nhiệt độ 1000C 10 - Thành phần hạt Nano-silica nghiền cấp độ mịn khác ảnh hưởng đến phát triển cường độ mẫu bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ Giá trị phát triển cường độ tăng tuyến tính từ cấp phối đối chứng không sử dụng phụ gia lên giá trị cường độ cực đại sử dụng 3% phụ gia NS Từ giá trị cực đại cường độ có xu hướng giảm lại cực tiểu tăng hàm lượng phụ gia mức 4%, 5% Từ cho thấy hàm lượng tốt cho mẫu cấp phối sử dụng phụ gia Nano-silica giúp tăng cường cường độ bê tông Geopolymer 3% hàm lượng - Cường độ bê tông Geopolymer sử dụng phụ gia 3% NS.09 đạt cường độ nén 28 (MPa) tăng 1.12% so với NS.32 đạt 27.69% (10 dưỡng hộ nhiệt ) 3.35 (MPa) cường độ chịu kéo gián tiếp tăng 6.35% so với NS.32 đạt 3.15% Cùng hàm lượng phụ gia thay tro bay kích cỡ hạt Nano-silica mịn phát triển cường độ bê tông Geopolymer tốt - Thời gian dưỡng hộ qua nghiên cứu cho thấy, cấp phối thời gian dưỡng hộ nhiệt tăng dẫn đến cường độ bê tông Geopolymer tăng Thời gian dưỡng hộ dài q trình Geopolymer hóa hồn thiện giúp tổng hợp chuỗi monomer hoàn thiện dẫn đến cường độ tăng - Tỷ lệ cốt liệu đá mi:cát 75:25 cho thấy cân thành phần hạt cốt liệu hỗn hợp bê tông với kết hợp 3% hàm lượng phụ gia Nano-silica thay tro bay tạo cấp phối tốt để phát triển tính chất học bê tơng Geopolymer cốt liệu nhỏ đề tài nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A M Mustafa Al Bakri, H.Kamarudin, M.Bnhussain, I.Khairul Nizar, and W I W Mastura, "Mechanism and Chemical Reaction of Fly ash Geopolymer Cement – A Review," Asian Journal of Scientific Research, pp 1-10, 2011 [2] J G S van Jaarsveld, J S J van Deventer, and G C Lukey, "The effect off composition and temperature on the properties of fly ash - and kaolinite-based geopolymers," Chemical Engineering, vol 89, pp 63-73, 2002 [3] A Palomo, M.W Grutzeck, and M T Blanco, "Alkali-activated fly ashes A cement for the future.," Cement and Concrete Research, vol 29, pp 1323–1329, 1999 [4] S H Sanni and R B Khadiranaikar, "Performance of geopolymer concrete under severe environmental conditions," International Journal of Civil and Structural Engineering, vol 3, pp 396-407, 2012 [5] R M Hlihor and M Gavrilescu, "Book review of nanomaterials: An introduction to synthesis, properties and application by Dieter Vollath," Environmental Engineering and Management Journal, vol 7, pp 865-870, 2008 [6] F.U.A Shaikh, S.W.M Supit, and P K Sarker, "A study on the effect of nano silica on compressive strength of high volume fly ash mortars and concretes," Materials and Design vol 60, pp 433-442, 2014 [7] M H Zhang, J Islam, and S Peethamparan, "Use of nano-silica to increase early strength and reduce setting time of concretes with high volumes of slag," Cement & Concrete Composites, vol 34, pp 650-662, 2012 [8] S Naskar and A K Chakraborty, "Effect of nano materials in geopolymerconcrete," Perspectives in Science, vol 8, pp 273-275, 2016 [9] Đoàn Duy Khánh and Lê Anh Tuấn, "Nghiên cứu ảnh hưởng hạt Nano-silica sợi Polymer kết cấu bê tơng," Tập chí khoa học công nghệ Lâm Nghiệp vol 6, 2017 [10] H M Khater, "Physicomechanical properties of nano-silica effect on geopolymer composites " Journal of Building Material and Structural, 2016 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Trương Đình Tường Xác nhận giáo viên hướng dẫn (ký & ghi rõ họ tên) Đơn vị: Điện thoại: 0932042069 Email:tdtuongxd@gmail.com TS Phạm Đức Thiện ... học bê tơng Geopolymer cốt liệu nhỏ tiến hành Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano- silica đến tính chất học bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ Nhiệm vụ nghiên cứu Xác định ảnh hưởng. .. Nano- silica kết hợp với bê tông thường nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano- silica đến bê tông Geopolymer chưa nghiên cứu, ứng dụng nhiều Chính đề tài nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano- silica đến tính. .. đặc tính học vữa Geopolymer Nhưng vấn đề xét đến ảnh hưởng phụ gia nhằm thay đổi đặc tính học cấu trúc Geopolymer chưa đề cập rộng rãi đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng Nano - silica đến tính chất học