(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu vai trò của cation kiềm đến cường độ của vữa geopolymer

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TIỀN NGÂN NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CATION KIỀM ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA VỮA GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP – 60580208 SKC005842 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TIỀN NGÂN NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CATION KIỀM ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CỦA VỮA GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP – 60580208 TP Hồ Chí Minh, tháng 5/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TIỀN NGÂN NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CATION KIỀM ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CỦA VỮA GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS.PHAN ĐỨC HÙNG TP Hồ Chí Minh, tháng 5/2018 i ii LÝ LỊCH KHOA HỌC LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ tên: Nguyễn Tiền Ngân Ngày/tháng/năm sinh: 15/11/1982 Quê quán: xã Mỹ Luông, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang Nơi cư trú: ấp An Lạc, xã An Thạnh Trung, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang Nơi cơng tác: Xí nghiệp mơi trường thị huyện Thoại Sơn - An Giang Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Email: nguyentienngan.1982@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Hệ đào tạo đại học: vừa học vừa làm Thời gian đào tạo: từ năm 2005 đến 2012 Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Xây dựng dân dụng công nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: Nhà hàng khách sạn Hịa Bình – thành phố Long Xuyên – tỉnh An Giang Ngày bảo vệ đồ án: tháng 5/2010 Nơi bảo vệ đồ án: Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: thầy Lê Hoàng Tuấn iii QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2 2013 - 2015 2016 đến iv LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 04 năm 2018 Nguyễn Tiền Ngân v LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn thạc sĩ này, tơi nhận giúp đỡ nhiều từ bạn bè quý Thầy Khoa xây dựng - Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM giảng dạy Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy Phan Đức Hùng tận tình hướng dẫn, cung cấp thơng tin nghiên cứu cần thiết bảo thời gian thực luận văn thạc sĩ Tôi chân thành biết ơn gia đình bạn bè động viên giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 04 năm 2018 Nguyễn Tiền Ngân vi TĨM TẮT Tìm hiểu ưu - nhược điểm loại cation kiềm So sánh để lựa chọn cation kiềm sử dụng rộng rãi rong thực tế phù hợp cho việc kết hợp với thủy tinh lỏng để tạo dung dịch alkaline Sau kết hợp với tro bay để tạo thành chất kết dính Geopolymer Nghiên cứu kết khoa học trước có sẵn nước giới, với việc sử dụng phương pháp thực nghiệm nhiều lần để có cấp phối tối ưu tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu Thay đổi nồng độ mol dung dịch cation kiềm, tỉ lệ thủy tinh lỏng dung dịch ankaline để đổ mẫu thay đổi thời gian dưỡng hộ Lấy kết nén mẫu để so sánh cường độ cation kiềm, từ nhận xét vai trị cation kiềm đến cường độ vữa geopolymer vii MPa KOH NaOH Biểu đồ 4.11: Kết thí nghiệm nén mẫu thời gian dưỡng hộ 10h sử dụng dung dịch ankaline có nồng độ 10M MPa TTL/Ankalin e KOH NaOH 0,71 17 23,976 Biểu đồ 4.12: Kết thí nghiệm nén mẫu thời gian dưỡng hộ 10h sử dụng dung dịch ankaline có nồng độ 12M 43 MPa KOH NaOH Biểu đồ 4.13: Kết thí nghiệm nén mẫu thờ dung dịch ankaline có nồng độ 14M MPa 30 KOH NaOH Biểu đồ 4.14: Kết thí nghiệm nén mẫu thờ dung dịch ankaline có nồng độ 16M 44 4.2.3 Ảnh hƣởng điều kiện dƣỡng hộ đến cƣờng độ chịu nén mẫu Thời gian dưỡng hộ; qua biểu đồ ta thấy, cấp phối thời gian dưỡng hộ tăng cường độ vữa tăng Thời gian dưỡng hộ lâu q trình geopolymer hóa hồn thiện giúp tổng hợp chuỗi monomer hoàn thiện dẫn đến cường độ vữa geopolymer tăng Kết chứng tỏ yếu tố nhiệt độ định đến phát triển cường độ vữa geopolymer Khi dưỡng hộ nhiệt, mức nhiệt cao cường độ chịu nén vật liệu geopolymer tăng Nhiệt độ cao thúc đẩy q trình kết hợp khống alumino silicate có tro bay dung dịch alkaline làm phản ứng trùng ngưng monomer xảy nhanh, thời gian nhiệt đủ dài điều làm phản ứng tạo chuỗi –O-Si-O-Al xảy triệt để 10 Biểu đồ 4.15: Kết thí nghiệm nén mẫu thời gian dưỡng hộ 8h 10h với tỉ lệ TTL/dd ankaline (NaOH) = 0,6 45 MPa 10 Biểu đồ 4.16: Kết thí nghiệm nén lệ TTL/dd ankaline (NaOH) = 0,67 MPa 10 Biểu đồ 4.17: Kết thí nghiệm nén lệ TTL/ dd ankaline (NaOH) = 0,71 46 MPa 10 Biểu đồ 4.18: Kết thí nghiệm nén mẫu thời gian dưỡng hộ 8h 10h với tỉ lệ TTL/ dd ankaline (KOH) = 0,6 MPa 10 Biểu đồ 4.19: Kết thí nghiệm nén mẫu thời gian dưỡng hộ 8h 10h với tỉ lệ TTL/ dd ankaline (KOH) = 0,67 47 MPa 10 Biểu đồ 4.20: Kết thí nghiệm nén mẫu thời gia lệ TTL/ dd ankaline (KOH) = 0,71 4.3 So sánh cƣờng độ chịu nén giá trị kinh tế cation kiềm Cƣờng độ chịu nén Cường độ chịu nén cation kiềm tổng hợp bảng sau đây: Bảng 4.3: So sánh cường độ chịu nén cation kiềm STT 48 STT Qua bảng so sánh cường độ chịu nén cation kiềm nhận thấy rằng: a) Khi tăng tỉ lệ thủy tinh lỏng/dd ankaline từ 1,5 -> 2,5 (NaOH nồng độ 10mol) cường độ chịu nén tổ mẫu tăng + 14,72% Cường độ tăng có chiều hướng tăng giảm dần (+7,54%) NaOH nồng độ 16mol b) Khi tỉ lệ thủy tinh lỏng/dd ankaline từ 0,6 -> 0,71 (KOH nồng độ 10mol) cường độ chịu nén tổ mẫu tăng + 16,66% Cường độ tăng có chiều hướng tăng giảm dần (+10,49%) KOH nồng độ 16mol c) Khi tăng nồng độ mol NaOH từ 10mol -> 16mol (tỉ lệ thủy tinh lỏng/dd ankaline = 0,6) cường độ chịu nén tổ mẫu tăng + 62,13% Cường độ 49 tăng có chiều hướng tăng giảm dần (+51,97%) tỉ lệ thủy tinh lỏng/dd ankaline = 0,71) d) Khi tăng nồng độ mol KOH từ 10mol -> 16mol (tỉ lệ thủy tinh lỏng/dd ankaline = 0,6) cường độ chịu nén tổ mẫu tăng + 80,9% Cường độ tăng có chiều hướng tăng giảm dần (+71,33%) tỉ lệ thủy tinh lỏng/dd ankaline = 0,71) e) Khi tăng thời gian dưỡng hộ nhiệt cường độ mẫu tăng không đáng kể 4.3.2 Giá trị kinh tế Trên thị trường tùy theo thời điểm cation kiềm có giá bán khác nhau, mua để làm thí nghiệm có sau: NaOH có giá bán = 12.000 đ / 1kg KOH có giá bán = 25.500 đ / 1kg 50 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Do KOH có giá thị trường cao 2,125 lần có cường độ chịu nén mẫu nhỏ so với NaOH, nên khuyến khích sử dụng NaOH Từ kết thí nghiệm mẫu ta thấy yếu tố ảnh hưởng đến cường độ mẫu vữa bao gồm tỷ lệ TTL/dd ankaline, nồng độ Mol, điều kiện dưỡng hộ thời gian dưỡng hộ phù hợp với kết nghiên cứu Thực nghiệm chịu ảnh hưởng sai sót khó kiểm từ q trình gia cơng, thí nghiệm Các lý thuyết tính tốn vữa Geoplymer sử dụng lý thuyết tính tốn vật liệu vữa xi măng theo tiêu chuẩn hành 5.2 Một số vấn đề tồn Tiêu chuẩn Việt Nam sử dụng tro bay chế tạo bê tông, vữa xây dựng chưa ban hành 5.3 Hƣớng p át triển đề tài Nghiên cứu thí nghiệm cấu kiện đúc sẵn ứng dụng thực tế để lắp ghép như: hoa văn trang trí, cấu kiện nhẹ….của vữa Geoplymer sử dụng tro bay điều kiện Việt Nam Nghiên cứu ứng dụng vật liệu sử dụng làm phụ gia tự gia nhiệt thay cho việc dưỡng hộ vữa geopolymer để sử dụng rộng rãi thực tế 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ xây dựng - TCVN 4314:2003 (Vữa xâu dựng - Yêu cầu kỹ thuật) Bộ xây dựng - TCVN 3121:2003 (Vữa xây dựng – Phương pháp thử) Cherdsak Suksiripattanapong, Suksun Horpibulsuk, Pimsin Chanprasert, Patimapon Sukmak, Arul Arulrajah (2015) "Compressive strength development in fly ash geopolymer masonry units manufactured from water treatment sludge", Construction and Building Materials, v82, p:20-30 Davidovits J (1972), “Process for the fabrication of sintered panels and panels resulting from the application of this process” Geopolymer chemistry and application Davidovits, J (1994), “Properties of geopolymer cement” Proceding first International conference on Akaline cements and concretes, p 131-149 Davidovits, J (2002), “Environmentally Driven Geopolymer Cement Applications’, Geopolymer 2002 Conference, Melbourne, Australia”, p:1-9 Hardjito., and Rangan, B.V (2005), “Development and properties of low calxium fly ash based Geopolymer Concrete”, Research Report GC-2, Faculty of Engineering and Computing Hardjit (2005), “Study on fly ash-based geopolymer concrete” Curtin University of Technology Perth, Australia Hardjito, et al (2005), “The stress-strain behavior of fly ash based Geopolymer concrete” Developments in mechanics of structure and materials 10 John L.Provis Jannie S J van Deventer (2014), “Conclusions and the Future of Alkali Activation Technology”, RILEM state art reports, V13, p381-388 11 Khương Văn Huân, Lê Minh (2009): “Đặc điểm môi trường nước chua phèn gây ăn mịn bê tơng cốt thép cơng trình thủy lợi sơng Cửu Long”, tạp chí KHKT Thủy lợi số 26, tr 30-36 52 12 Nguyễn Quang Phích cộng (2013): “Nứt nẻ bê tông xi măng, nguyên nhân số giải pháp phịng tránh, khắc phục”, tạp chí KTKT mỏ- địa chất số 42, tr 49-59 13 Nguyễn Văn Hoan (2002), “Nghiên cứu sản xuất vật liệu không nung từ phế thải tro bay xỉ lò cao sở chất kết dính Geopolymers”, tạp chí viện vật liệu xây dựng số 14 Nguyễn Văn Chánh (12-2003), “Nghiên cứu chế phá hủy cấu trúc bê tông môi trường muối sulphat”, tuyển tập báo cáo khoa học cố hư hỏng cơng trình xây dựng, Hà Nội 15 Purdon A.O (1940), “The action of alkalis on blast furnace slag” Journal of the Society of Chemical Industry, V59 (9), p 191-202 16 Palomo, A Grutzeck M.W & Blanco M.T (1999) Alkali-activated fly ash cement for furture Cement and concrete research, V29 (8), p.1323-1329 17 P.Duxson, A.Fernandez-Jimenez, J.L.Provis, G.C.Lukey, A.Palomo, J.S.J.van Deventer (2006) “Geopolymer technology: the current state of the art”, Geopolymer Science & Technology, V42 (9), p 2917-2933 18 Phan Duc Hung, Le Huu Quoc Phong, Le Trong Ton, Le Anh Tuan (2014), “Influence of fly ash and geopolymerization to strength of geopolymer concrete”, Proceedings of the nd international conference on green technology and sustainable development 19 Phạm Huy Khang (2015), “Tình hình nghiên cứu tượng hằn lún vệt bánh xe giải pháp khắc phục ban đầu Quốc lộ cảng hàng không Việt Nam – Hướng nghiên cứu tiếp theo” Tạp chí điện tử Bộ GTVT 20 Roy M (1999), “Alkali-activated cements: Opportunities and challenges” Cement and Concrete Research, V29 (2), p 249-254 21 Shankar H Sanni Khadiranaikar R.B (2012), “Performance of geopolymer concrete under severe environmental conditions” International Journal of Civil & Structural Engineering;2012, Vol Issue 2, p396 53 22 Trần Trung Hậu (2016), đề tài: “Xác định độ bền mơi trường ăn mịn gạch không nung sử dụng xỉ thép công nghệ Geopolymer”, trường ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH 23 Tống Tôn Kiên, Phạm Thị Vinh Lanh, Lê Trung Thành (3-2014), “Bê tơng geopolymer- thành tựu, tính chất khả ứng dụng Việt Nam”, Tạp chí Vật liệu xây dựng- Hội Vật liệu xây dựng Việt Nam, ISSN 1859-3011, trang 5055 24 U Rattanasak and P Chindaprasirt (2009), “Influence of NaOH solution on the synthesis of fly ash geopolymer” Miner Eng, V22 (12), p.1073-1078 25 Van Jaarsveld., J.G.S., Van Deventer J.S.J., & Lukey, G.C (2002), “The effect off composition and temperature on the properties of flt ash and kaolinitebased geopolymers” Chemical Engineering, V89 (1), p.63-73 26 Vũ Huyền Trân (12-2010), “Nghiên cứu chế tạo gạch không nung công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở” Tạp chí người xây dựng, số 230 54 ... ưu – nhược điểm cường độ vữa geopolymer đề tài “ng iên cứu vai trò CATION kiềm đến cường độ vữa geopolymer? ?? lựa chọn 1.2 Tình hình nghiên cứu đề tài 1.2.1 Khái niệm Geopolymer Geopolymer loại... có thêm nhiều nghiên cứu đặc tính - tính chất vật liệu geopolymer, có vật liệu vữa geopolymer 1.2.5 Vị trí đề tài ng iên cứu Đề tài ? ?nghiên cứu vai trò cation kiềm đến cƣờng độ vữa geopolymer? ??... dịch cation kiềm, tỉ lệ thủy tinh lỏng dung dịch ankaline để đổ mẫu thay đổi thời gian dưỡng hộ Lấy kết nén mẫu để so sánh cường độ cation kiềm, từ nhận xét vai trị cation kiềm đến cường độ vữa geopolymer