Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit cho bê tông geopolymer

Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit cho bê tông geopolymer Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit cho bê tông geopolymer Nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến khả năng chống ăn mòn rong môi trường axit cho bê tông geopolymer

TĨM TẮT Luận văn nối tiếp cơng trình nghiên cứu trước nhằm hiểu rõ vật liệu geopolymer xanh có đặc tính kỹ thuật tốt, có khả chống ăn mịn theo thời gian môi trường axit, nano silica biết đến loại vật liệu có hoạt tính cao khả làm đặc vật liệu Qua đó, đề tài mong muốn góp phần xây dựng tảng vững để bê tông geopolymer phát triển mạnh mẽ sau Đề tài sử dụng năm cấp phối bê tơng geopolymer có hàm lượng nano silica từ đến 4% Các mẫu bê tông Geopolymer ngâm hóa chất H2SO4, HCl với nồng độ 5% 10%, nhằm đánh giá khả chống ăn mòn theo thời gian mốc ngày (chưa ngâm hóa chất), 30 ngày, 60 ngày, 90 ngày, 120 ngày Sau mốc thời gian ngâm, mẫu lấy đo lại kích thước, cân xác định khối lượng nén để xác định cường độ chịu nén mẫu theo thời gian tiếp xúc loại dung dịch hóa chất gây ăn mịn Cường độ chịu nén bê tông geopolymer sử dụng hàm lượng nano silica từ 1% đến 4% thay tro bay có khuynh hướng tăng Kết thí nghiệm sau 90 ngày ngâm mẫu cho thấy khả trì cường độ chịu nén cao so với bê tông geopolymer thơng thường Ngồi độ giảm khối lượng mẫu có sử dụng nano silica ngâm dung dịch có khuynh hướng giảm hơn, điều cho thấy nano silica thúc đẩy trình geopolymer hóa mạnh mẽ hơn, tạo sản phẩm có tính đặc cao hơn, ngăn chặn tác động mơi trường hóa chất ăn mịn Trong kết nghiên cứu, cấp phối bê tông geopolymer sử dụng 3% hàm lượng nano silica thay tro bay đạt cường độ độ giảm khối lượng tốt Kết nghiên cứu phù hợp cho công trình làm việc điều kiện khắc nghiệt ống cống, bể chứa nước thải cơng nghiệp,… nơi có tính ăn mòn cao xi ABSTRACT Study on the effects of nano silica on corrosion resistance in acid environments for Geopolymer concretes Dissertation is a continuation of previous studies and aims to better the understanding of a green geopolymer material with good technical properties, good corrosion resistance over time when being exposed to acid, as well as nano silica is known for its highly active materials and the ability to solidify substrates materials Thereby wishes to contribute to building a solid foundation for geopolymer concrete to flourish later The topic uses five graded geopolymer concrete with silica nano content from to 4% Geopolymer concrete samples were immersed in chemicals of H2SO4, HCl with concentrations of 5% and 10% respectively, to assess the ability to resist corrosion over time at 0-day landmarks (not soaked in chemicals), 30 days , 60 days, 90 days, 120 days After the timetines of 0-day (not soaked with chemicals), 30 days, 60 days, 90 days, 120 days, soaking samples with Geopolymer concrete chemicals were re-measured, weighed and compressed to identify the compressive strength of the sample over the time of contacting with corrosive chemical solutions The compressive strength of geopolymer concrete from to 4% nano silica substitutes for fly ash all tends to increase Experimental results after 90 days of immersion show that the ability to maintain compressive strength is higher than that of conventional geopolymer concrete In addition, the decrease in mass of samples using silica nano instead of fly ash when immersed in the above solutions tends to reduce less, this shows that geopolymer concrete using nano silica content to replace shaped fly ash The result is a geopolymerization process that produces products with a higher rigidity than those exposed to corrosive chemical xii environments In the results of the study, only geopolymer concrete using 3% of the nano silica content achieves the best strength and corrosion resistance The results of this study is very suitable for works in harsh conditions such as sewer pipes, industrial – agricultural waste water pipes, chemical storage tanks, fertilizer production plants xiii MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sự cần thiết đề tài nghiên cứu: 1.1.1 Ơ nhiễm mơi trường từ cơng nghiệp sản xuất xi măng 1.1.2 Bê tông geopolymer: 1.1.3 Ăn mịn bê tơng 1.1.4 Các giải pháp chống ăn mịn bê tơng 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Nghiên cứu giới 1.2.2 Nghiên cứu nước 1.3 Nhận xét tình hình nghiên cứu 1.4 Mục tiêu đề tài nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Tro bay 10 2.2 Dung dịch hoạt hóa (Alkaline) 11 2.3 Dung dịch sodium hydroxit (NaOH) 11 2.4 Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3) 12 2.5 Quá trình Geopolymer hóa 13 2.6 Ăn mịn bê tơng 16 2.6.1 Các mơi trường ăn mịn 16 2.6.2 Cơ chế q trình ăn mịn 17 2.7 Phụ gia Nano silica 19 xiv 2.7.1 Khái quát nano silica 19 2.7.2 Các đặc trưng lý hoá nano silica 19 2.7.3 Ứng dụng Nano-silica: 21 CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 23 3.1 Nguyên vật liệu 23 3.1.1 Tro bay 23 3.1.2 Dung dịch Sodium Hydroxyde (NaOH) 24 3.1.3 Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3) 24 3.1.4 Cốt liệu cát vàng 24 3.1.5 Cốt liệu đá 26 3.1.6 Nano silica 28 3.1.7 Hóa chất tạo mơi trường axit 29 3.2 Phương pháp thí nghiệm 29 3.2.1 Thành phần cấp phối 29 3.2.2 Quy trình thực 32 3.2.3 Phương pháp tạo mẫu 35 3.2.4 Nhào trộn đúc mẫu 36 3.2.5 Dưỡng hộ nhiệt ngâm dung dịch axit 37 3.2.6 Xác định cường độ chịu nén mẫu bê tông Geopolymer 40 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 43 4.1 Kiểm tra trực quan 43 4.2 Ảnh hưởng nano silica đến cường độ chịu nén 46 4.3 Ảnh hưởng thời gian ngâm mẫu đến cường đô chịu nén 47 4.4 Ảnh hưởng hàm lượng nano silica thay tro bay thời gian ngâm mẫu đến độ thay đổi khối lượng mẫu 52 4.5 So sánh cường độ chịu nén bê tông geopolymer dung dịch H2SO4 10% HCl 10% 58 xv 4.6 So sánh thay đổi khối lượng bê tông geopolymer dung dịch H2SO4 10% HCl 10% 60 4.7 So sánh ảnh hưởng nano silica silica fume đến cường độ chịu nén mẫu bê tông Geopolymer theo thời gian ngâm mẫu 62 4.8 So sánh ảnh hưởng nano silica silica fume đến độ thay đổi khối lượng mẫu bê tông Geopolymer theo thời gian ngâm mẫu 65 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 68 5.1 Kết luận 68 5.2 Hướng phát triển đề tài 69 xvi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Nhà máy xi măng xả khói gây nhiễm mơi trường [3] Hình 1.2: Bê tơng cốt thép bị ăn mịn [6] Hình 2.1: Phản ứng hóa học q trình polymer [23] 13 Hình 2.2: Sơ đồ mơ hoạt hóa vật liệu alumosilicate [25] 14 Hình 2.3: Sự tương tác tro bay dung dịch hoạt hóa kiềm [26] 15 Hình 2.4: Hình ảnh SEM trạng thái vi hạt tro bay [27] (a) Tro bay ban đầu (b) Tro bay hoạt hoá với NaOH (c) Tro bay hoạt hố với Na2SiO3 .16 Hình 2.5: Sự hình thành H2S q trình oxy hóa H2S thành H2SO4 [28] .18 Hình 6: Hình ảnh SEM vật liệu nano-silica [29] 21 Hình 3.1: Tro bay .23 Hình 3.2: Natri hydroxit dạng vảy rắn .24 Hình 3.3: Dung dịch thủy tinh lỏng 24 Hình 3.4: Cát sử dụng thí nghiệm 25 Hình 3.5: Biểu đồ đường thành phần cấp phối cát thí nghiệm 26 Hình 3.6: Đá 1x2 27 Hình 3.7: Biểu đồ đường thành phần cấp phối đá dùng thí nghiệm 28 Hình 3.8: Nano silica 29 Hình 3.9: Quy trình thí nghiệm 35 Hình 3.10: Khn tạo mẫu bê tơng Geopolymer .36 Hình 3.11: Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm 37 Hình 3.12: Các mẫu tháo khn chuẩn bị dưỡng hộ nhiệt 38 Hình 3.13: Cân mẫu trước ngâm dung dịch .39 Hình 3.14: Đặt mẫu vào thùng ngâm mẫu .40 xvii Hình 3.15: Cân mẫu sau ngâm 41 Hình 3.16: Nén mẫu bê tông Geopolymer .42 Hình 4.1: Mẫu bê tơng Geopolymer cấp phối CP0 (0%nS) sau ngâm dung dịch H2SO4 10% 120 ngày 43 Hình 4.2: Mẫu bê tơng Geopolymer cấp phối CP3 (3%nS) sau ngâm dung dịch H2SO4 10% 120 ngày 44 Hình 4.3: Mẫu bê tông Geopolymer cấp phối CP0 (0%nS) sau ngâm dung dịch HCl 10% 120 ngày 44 Hình 4.4: Mẫu bê tông Geopolymer cấp phối CP3 (3%nS) sau ngâm dung dịch HCl 10% 120 ngày .45 Hình 5: Mối quan hệ giữ cường chịu nén hàm lượng nano silica 47 Hình 6: Cường độ chịu nén theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 5% 49 Hình 4.7: Cường độ chịu nén theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 10% 50 Hình 4.8: Cường độ chịu nén theo thời gian ngâm mẫu dung dịch HCl 5% 50 Hình 4.9: Cường độ chịu nén theo thời gian ngâm mẫu dung dịch HCl 10% 51 Hình 4.10: Sự thay đổi khối lượng theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 5% 54 Hình 4.11: Sự thay đổi khối lượng theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 10% 55 Hình 4.12: Sự thay đổi khối lượng theo thời gian ngâm mẫu dung dịch HCl 5% 55 Hình 4.13: Sự thay đổi khối lượng theo thời gian ngâm mẫu dung dịch HCl 10% 56 Hình 4.14: Cường độ chịu nén cấp phối CP0 (0%nS) theo thời gian ngâm mẫu xviii dung dịch H2SO4 10% HCl 10% 59 Hình 4.15: Cường độ chịu nén cấp phối CP3 (3%nS) theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 10% HCl 10% 59 Hình 4.16: Độ thay đổi khối lượng cấp phối CP0 (0%nS) theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 10% HCl 10% 61 Hình 4.17: Độ thay đổi khối lượng cấp phối CP3 (3%nS) theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 10% HCl 10% 62 Hình 4.18: Cường độ chịu nén cấp phối sử dụng 3% nano silica cấp phối sử dung 10% silica fume theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 10% 64 Hình 4.19: Cường độ chịu nén cấp phối sử dụng 3% nano silica cấp phối sử dung 10% silica fume theo thời gian ngâm mẫu dung dịch HCl 10% .65 Hình 4.20: Độ thay đổi khối lượng cấp phối sử dụng 3% nano silica cấp phối sử dung 10% silica fume theo thời gian ngâm mẫu dung dịch H2SO4 10% 66 Hình 4.21: Độ thay đổi khối lượng cấp phối sử dụng 3% nano silica cấp phối sử dung 10% silica fume theo thời gian ngâm mẫu dung dịch HCl 10% .66 xix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thành phần tro bay theo ASTM C618-94a .10 Bảng 2.2: Thành phần hóa học tro bay loại F 11 Bảng 2.3: Đặc điểm kỹ thuật nano-silica 19 Bảng 3.1: Cấp phối thành phần hạt cát sử dụng thí nghiệm .25 Bảng 3.2: Thành phần hạt đá sử dụng thí nghiệm 27 Bảng 3.3: Thông số nano silica 28 Bảng 3.4: Cấp phối cho bê tông geopolymer (kg/m3) 31 Bảng 3.5: Bảng thống kê số lượng mẫu công việc thực 32 Bảng 4.1: Cường độ chịu nén cấp phối trước ngâm mẫu 46 Bảng 4.2: Kết thí nghiệm cường độ nén (MPa) .48 Bảng 4.3: Kết thí nghiệm thay đổi khối lượng mẫu 53 Bảng 4.4: Kết thí nghiệm cường độ chịu nén (MPa) 58 Bảng 4.5: Độ thay đổi khối lượng CP0 (0%nS), CP3 (3%nS) 60 Bảng 4.6: Bảng so sánh thông số cỡ hạt silica fume nano silica 63 Bảng 4.7: Kết thí nghiệm cường độ chịu nén (MPa) 63 Bảng 4.8: Độ thay đổi khối lượng mẫu sử dụng nano silica silica fume 65 xx [21] Phan Đức Hùng, Trương Thanh Hùng, Nghiên cứu tăng cường khả chống ăn mịn mơi trường axit cho bê tơng Geopolymer silica fume, Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp trường Đại học sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh năm 2019 tr 39 -74 [22] Phan Đức Hùng, Trần Trung Hậu, Nghiêm cứu xác định độ bền mơi trường ăn mịn gạch không nung sử dụng xỉ thép công nghệ Geopolymer, Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp trường Đại học sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh năm 2017 tr 67- 92 [23] J Davidovits “ Chemistry of Geopolymeric Systems Terminology” Proceedings of Geopolymer International Conference, pp.20-29, 1999 [24] H and Van Deventer Xu, “The Geopolymerisation of Alumino-Silicate Minerals” International Journal of Mineral Processing, Vol 59, pp 247266, 2000 [25] J Davidovits, Geopolymer Chemistry and Applications , Published by: Institut Geopolymer 16 rue Galile F-02100 Saint-Quentin France, pp.23, 2008 [Online] Available: www.geopolymer.org [26] A Fernández-Jiménez cộng sự, "Microstructure development of alkaliactivated fly ash cement: A descriptive model", Cement and Concrete Research, vol 35, pp 1204-1209, 2005 [27] J Davidovits “30 years of Successes and Failures in geopolymer Application”, Market Trends and Potential Breakthroughs 2002, pp.1-16 [28] T Đ Hạ, “Kiểm soát Sunfua hệ thống thoát nước đô thị” , 2018 [Online] Available: https://www.moitruongvadothi.vn/khoa-hoc-cong- nghe/nghien-cuu-trao-doi/kiem-soat-sunfua-trong-he-thong-thoat-nuoc-dothi-a27015.html [29] “Tổng hợp hạt nano silica từ tro vỏ trấu phương pháp kết tủa”, 2013 [Online] Available: http://trotrau.com/tong-hop-hat-nano-silica-tu-tro-votrau/ 72 [30] TCVN 7570:2006 cốt liệu cho bê tông vữa - yêu cầu kỹ thuật, Bộ Khoa học Công nghệ, 2006, tr -12 [31] TCVN 7572:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử, Bộ Khoa học Công nghệ, 2006, tr 1-6 [32] TCVN3118:1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén, Bộ Khoa học Công nghệ, 1993, tr 1-3 73 ... tông Geopolymer 1.4 Mục tiêu đề tài nghiên cứu Đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng nano silica đến khả chống ăn mịn mơi trường axit cho bê tông Geopolymer? ?? nhằm tăng cường khả chống ăn mịn cho bê tơng Geopolymer. .. [21] silica fume để tăng cường khả chống ăn mịn mơi trường axit cho bê tông Geopolymer Tuy nhiên, nghiên cứu nghiên cứu nano silica bê tông Geopolymer môi trường thơng thường chưa có nghiên cứu. .. giá ảnh hưởng nano silica bê tông Geopolymer mơi trường ăn mịn mạnh axit HCl, H2SO4, việc sử dụng nano silica có ưu điểm vượt trội silica fume hay không việc tăng cường khả chống ăn mòn cho bê tông