(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer cốt liệu nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH TƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NANO-SILICA ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TƠNG GEOPOLYMER CỐT LIỆU NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG - 60580208 SKC006671 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH TƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NANO-SILICA ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER CỐT LIỆU NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG-60580208 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH TƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NANO-SILICA ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TƠNG GEOPOLYMER CỐT LIỆU NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG-60580208 Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM ĐỨC THIỆN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2019 i ii iii iv v vi vii Ảnh hưởng hàm lượng Nano-silica - NS.09 đến cường độ chịu nén 30 30 28 28 28 26 25.35 24.92 24.15 24 22.21 22.96 22.58 22 20 Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu nén (MPa) 3.2 26.62 26 25.5 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 chịu nén mẫu mang xu hướng phát triển cường độ tăng tuyến tính Tăng hàm lượng NS.09 lên 5% cường độ chịu nén có xu hướng giảm cường độ so với 3% cực đại, giảm 9.43% 12.46% Với số liệu phân tích qua biểu đồ (hình 2a, 2b) cho thấy xu hướng phát triển cường độ bê tông Geopolymer sử dụng phụ gia NS.09 tương tự NS.32 Tại 3% NS.09 khảo sát thời gian dưỡng hộ 3.3 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén 30 nén (MPa) 28 26 chịu 24.31 Cường độ 24 22.45 22 20 Hàm lượng Nano-silica-NS (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 28 nén (MPa) Cường độ chịu nén (MPa) 30 24 Cường độ chịu 26 22 Hàm lượng Nano-silica (%) 20 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 so NS.09, điều làm ngăn cản trình đồng 3% khoảng chênh lệch cấp độ dẫn đến giảm cường độ mẫu mịn tăng theo trung bình 2.5% NS.09 nghiền siêu mịn nghiền mịn NS.32 Điều cho thấy chênh lệch cường độ chịu nén xét cấp độ mịn khác không đáng kể hàm lượng Nano từ 1% đến 3% kích cỡ hạt Nano nhỏ cấp độ mịn Nhưng với 4%, 5% chênh lệch cường độ rõ ràng hơn, điều giải thích hàm lượng Nano-silica lớn dẫn đến khó phân tán đồng đều, NS.32 có kích cỡ hạt lớn hình thành lỗ rỗng khoảng trống lớn Dựa kết thí nghiệm thay đổi hàm lượng phụ gia Nano-silica sử dụng độ mịn khác để khảo sát ảnh hưởng Với 3% hàm lượng Nano-silica cho kết tính chất học bê tơng cường độ chịu nén tốt hồn tồn hợp lí Geopolymer cốt liệu nhỏ Kết dựa vào sở lí thuyết nghiên cứu trước thu sử dụng 3% hàm lượng số liệu kết thí nghiệm phân tích NS.32, NS.09 cường độ chịu nén từ nghiên cứu trước H.M Khater bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ [10] dưỡng hộ nhiệt độ silica bê tông Geopolymer vật liệu tổng khoảng thời gian 10 hợp với việc thay đổi hàm lượng Nano-silica cho giá trị cực đại từ đến 8%, kết cho thấy cấp phối bê nghiên cứu tính chất lí Nano- tơng Geopolymer có 3% Nano-silica đạt cường độ chịu nén tốt 3.5 Ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến cường độ chịu kéo gián tiếp gián tiếp (MPa) Cường độ chịu kéo 1 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 tơng Geopolymer có 3% cường độ chịu nén bê tông 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 hàm lượng NS.32, NS.09 sử dụng 3% lần 3.35 (MPa) tăng 10.56% lượt 3.15, 3.35 (MPa) tăng 19.32% Với bê tơng Geopolymer có 3% NS.32, có 26.89% so 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 lượng Nano-silica tiến hành thay đổi tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát sử dụng 80:20 70:30 để khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu đến cường độ chịu nén cường độ chịu kéo gián tiếp sử dụng phụ gia Nano-silica Bảng Cấp phối thí nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ cốt liệu Ký hiệu CP3.1 CP3.2 CP4.1 CP4.2 Bảng Kết thí nghiệm cường Ký hiệu CP3.1 CP3.2 CP4.1 CP4.2 Cường độ chịu nén (MPa) nén(MPa) 3.6.1 Cường độ chịu nén Cườn độ g chịu Tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát (%) 22 30 8h 28 28 26 10h 24.32 21.21 23 20 22.36 80:20 75:25 25.35 (a) 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 tông 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 tơng Geopolymer có lệ cốt liệu 75:25 Bê tông Geopolymer NS.32 tỷ lệ cốt liệu 80:20 5.42% 4.87% có tỷ lệ cốt liệu 70:30 có cường độ nén tốt với bê tơng Geopolymer bê tơng Geopolymer có tỷ lệ cốt liệu 80:20 lần 75:25 11.80% 13.07% lượt 4.23% 3.71% với Tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát 75: 25 tỷ lệ hợp lý, bê tông Geopolymer 75:25 12.65% cát vừa đủ lấp lỗ rỗng đá mi tạo nên hỗn 14.12% 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 Geopolymer giảm 16.33% 17.17% (8 đặc dẫn đến giảm cường độ 3.6.2 Cường độ chịu kéo gián tiếp 8h 10h Cường độ chịu kéo gián tiếp (MPa) Cường độ chịu kéo gián tiếp (MPa) 3 80:20 75:25 80:20 70:30 75:25 70:30 Tỷ lệ cốt liệu đá mi : cát (%) 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 cường độ chịu nén bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ thay đổi tỷ lệ cốt liệu đá mi cát 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 dưỡng nhiệt) so với bê tông Gepolymer NS.32 lệ hợp lý, cát vừa đủ lấp lỗ rỗng đá mi tạo NS.09 có tỷ lệ cốt liệu 75:25 Bê tơng nên hỗn hợp đặc dẫn đến cường độ bê Geopolymer NS.32 NS.09 có tỷ lệ cốt liệu tơng Geopolymer đạt cường độ cao 70:30 có cường độ nén tốt bê tông KẾT LUẬN Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano-silica đến tính chất học bê tông Geopolymer cốt liệu nhỏ Qua trình nghiên cứu thực nghiệm đề tài rút kết luận: - Cường độ bê tông Geopolymer gần tăng tuyến tính với gia tăng hàm lượng Nano-silica giá trị cao ngưỡng 3% phụ gia Nanosilica 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 100 C 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 100 C 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 khơng 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 tơng 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 tông 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 kaolinitebased 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 Đơn vị: Điện thoại: 0932042069 Email:tdtuongxd@gmail.com ... 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 tơng 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. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG ĐÌNH TƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NANO- SILICA ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER CỐT LIỆU NHỎ NGÀNH: KỸ