“TRU 'ÙNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHĨ HỖ CHÍ MINH
VÕ LINH PHƯƠNG
NGHIEN CUU SU DUNG PHE THAI TRO BAY CUA
NHA MAY NHIET DIEN DUNG CHE TAO BE TONG BANG CONG NGHE GEOPOLYMER
Chuyén nganh : Xây dựng Cơng trình dân dụng va Cơng nghiệp Mã số chuyên ngành : 60 58 02 08 TRƯỜNG ĐẠI HOC MO TP.HCM THU ViệM
LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG
Người hướng dẫn khoa học:
TS LÊ ANH TUẦN
TP Hồ Chí Minh, Năm 2014
Trang 2TOM TAT
Ngành cơng nghiệp sản xuất xi măng là một trong các ngành tiêu thụ rất lớn nguồn tài nguyên khống sản và năng lượng cũng thải ra lượng khí CO2 lớn vào
khí quyển Số liệu điều tra cho thấy lượng khí thải CO2 từ cơng nghiệp sản xuất xỉ
măng chiếm khoảng 7% lượng khí thải CO2 trên tồn thế giới, trung bình để sản
xuất ra 1 tấn xi măng địi hỏi 4GI nhiên liệu và sẽ thải ra 1 tấn CO2 vào khí
quyển làm cho vấn đề ơ nhiễm mơi trường và biến đổi khí hậu ngày càng trở nên trầm trọng Việc nghiên cứu chế tạo và sử dụng bê tơng Geopolymer từ tro bay để thay thế cho bê tơng xi măng, nhằm giảm sử dụng nguyên liệu tự nhiên đồng thời giảm được lượng lớn khí thải CO; vào khơng khí cũng như xử lý được lượng tro bay thải ra từ các nhà máy nhiệt điện đốt than là hết sức cần thiết
Luận văn tập trung nghiên cứu đến ảnh hưởng của các điều kiện dưỡng hộ, tỷ lệ dung dịch hoạt hố polymer-tro bay đến sự hình thành và phát triển cường độ
của bê tơng Geopolymer Đồng thời, nghiên cứu tính chất cơ lý của đầm bê tơng
Geopolymer trong điều kiện sản suất tại Việt Nam
Trang 3Trang Giây xác nhận vi Lời cam đoan Lời cảm ơn “Tĩm tẾT, 2+S22222422221212.7 1.0001.02.0.01.T111111111trrrrrie Mục lục Danh mục hình và đồ thị Danh mục bảng -.- «5< 5+2 2239138249321 010000 010001010141 1116 Xi Danh mục từ ViẾt tắt . 5< ©tTH.HHnHHH 00111000001/1411113.1111100111 re xiii 1.4 Mục tiêu nghiên cứu - e5 s<5<+sserexetererrtrrrrrrrrrrrrrrrrriee 1.5 Quy mơ nghiên cứu 1.5.1 Nghiên cứu vai trị hệ nguyên vật liệu
Trang 41.5.6 Kết luận và đưa ra các kiến nghị -c ceccee 7 Chương 2 CƠ SƠ LÝ THUYẾTT -sreetrrerrrerrierrree §
2.1 Cơ chế Pozzolan hố của tro bay -+-©25ce+2cceetrtrxrrrrrrrrrrree 8
2.2 Cơ chế đĩng rắn Geopolymer Vơ Cơ - -¿-+e+cc+errrxeerrrreee 10
2.3 Cơ Sở vật |ý c1 11 1111.rrrkrrrre 15
Chương 3 NGHIÊN CỨU CHE TAO BE TONG BANG CONG NGHỆ
GEOPOLYMER LH tt tt ng re
3.1 Nghiên cứu về vật liệu tro bay (Fly Ash) 3.2 Nghiên cứu về dung dịch hoạt hố polymer
3.3 Nghiên cứu cấp phối bê tơng tro bay theo cơng nghệ geopolymer Chuong 4 NGHIEN CU'U ANH HUONG CUA DIEU KIEN DUONG HO
vA TY LE CAP PHOI VAT LIEU DEN CUONG DO BE
TONG GEOPOLYMER 0.0 0 ccscccesceseeeeeeeeseeseereseseeeseeneeenes 27 4.1 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ bê tơng geopolymer 28 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đưỡng hộ đến cường độ chịu nén bê tơng
€ODỌyIM€T ¿Sen tt HH01711121111121111111110101.111 32
4.3 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch hoạt hĩa polymer-tro bay đến cường độ bề
tơng Ø€ODỌIN€T +5 S22 2222221111111 36
4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ dưỡng hộ
4.3.2 Trường hợp xét ảnh hưởng thời gian đưỡng hộ 39
4.4 Ảnh hưởng ty 1é Sodium silicat/Sodium hydroxit dén cường độ bê tơng
G€ỌDTN€T 5 522539 E21912212122121211.101 1.1.1 ren 41
4.4.1 Trường hợp xét ảnh hưởng của thời gian đưỡng hộ nhiệt 4I
4.4.1.1 Trường hợp (tỷ lệ dung dịch hoạt hố polymer/tro bay)=0,4 41 4.4.1.2 Trường hợp (tỷ lệ dung dịch hoạt hố polymer/tro bay)=0,45 44 4.4.1.3 Trường hợp (tỷ lệ dung dịch hoạt hoa polymer/tro bay)=0,5 47
Trang 54.4.2.1 Trường hợp (tỷ lệ dung dịch hoat hoa polymer/tro bay)=0,4 50 4.4.2.2 Trường hợp (tỷ lệ dung dịch hoạt hố polymer/tro bay)=0,45 52 4.4.2.3 Trường hợp (tỷ lệ dung dịch hoạt hố polymer/tro bay)=0,5 55
Chương 5 NGHIÊN CỨU DO BEN VA BO VONG NUT CUA DAM BE
TONG GEOPOLYMER COT THÉP -:::::-ccccccs+ 58
5.1 Thực nghiệm dam bé tơng GeopoÏyImer 5c csc+ sec 58
5.2 Lý thuyết tính tốn -22222+222222222trrvEEtrtrrrrrrrrrrrrrrrree 63
5.2.1 Giai đoạn dầm chưa xuất hiện vết nứt bêtơng, - 64 5.2.2 Giai đoạn xuất hiện và phát triển vết nứt -cse- 65 5.2.3 Giai đoạn sau TIỨC ¿c1 3t 1E v21 1 131 1 nàng rưy 67 5.2.4 Kết quả đường quan hệ giữa (P-Á) của đầm theo lý thuyết L1 051 6101 67 5.3 Mơ phỏng Ansys - cành n2 111111121111 tr 68 5.3.1 Xây dựng mơ hình 5.3.2 Kết quả chuyển vị và mơ phỏng về nứt trong Ansys 5.4 Kết quả và kết luận 5.4.1 So sánh kết quả chuyển vị dầm giữa thực nghiệm, mơ phỏng và
tính tốn lý thuyết theo ACI 318 .- : c -c:.« 7Ể
5.4.2 So sánh vết nứt đầm giữa thực hiện và mơ phơng Ansys 80
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIÊN CỦA ĐÈ TÀI 83
Kết luận chung -2-22-©2++2E2++2E+92312273127112711272121117112111 221 83
Trang 6DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỊ THỊ
Trang,
Hình 2.1 Sơ đồ cơ chế phản ứng . 2©2+++££EY+rreExxeettrkertrrkerrrrkerrre 12
Hình 2.2 Sơ đồ quá trình tạo thành Geopolymer -s¿-©c5seccccrrrrrerrrr 15
Hình 3.1 Tro bay tại Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại .- -+ 20
Hình 3.2 Cấu trúc của Tro bay se — Ơ 20
Hình 3.4 Vi anh hạt tro bay
Hình 3.5 Mẫu hình trụ thí nghiệm cường độ chịu nén
Hình 3.6 Thí nghiệm nén mẫu bê tơng
Hình 4.1 Quan hệ giữa cường độ theo thời gian dưỡng hộ khi tỷ lệ sodium
hydroxit-sodium silicat là 1-l -+-ssessrerrerrrersrrrrree 30
Hình 4.2 Quan hệ giữa thời gian dưỡng hộ nhiệt và cường độ chịu nén khi tỷ lệ sodium hydroxit — sodium silieat lä Í- -++-++xe +se+ 31
Hình 4.3 Quan hệ giữa cường độ với nhiệt độ dưỡng hộ khi ty 1¢ sodium hydroxit- sodium silicat 14 1-1 34
Hình 4.4 Quan hệ giữa nhiệt độ dưỡng hộ và cường độ chịu nén khi tỷ lệ sodium hydroxit — sodium silicat là Í~1 -. 5- c5c5xsssstseerseterseeerrrree 35 Hình 4.5 Quan hệ giữa cường độ theo nhiệt độ dưỡng hộ khi tỷ lệ sodium hydroxit-
nh 3117180580 10 37
Hình 4.6 Quan hệ giữa nhiệt độ dưỡng hộ và cường độ chịu nén khi tỷ lệ sodium hydroxit-sodium silicaf là Ư,5- 1 :+c++csscserseerierirrrrrrrrrer 38 Hình 4.7 Quan hệ giữa cường độ với thời gian dưỡng hộ khi tỷ lệ sodium hydroxit-
C00851 051 39 Hình 4.8 Quan hệ giữa thời gian dưỡng hộ nhiệt và cường độ chịu nén khi tỷ lệ
sodium hydroxit — sodium silicat 14 0,5-0,5 .40
Hình 4.9 Quan hệ giữa cường độ với thời gian dưỡng hộ khi (tỷ lệ dung dich hoat
Trang 7
Hình 4.10 Ảnh hưởng tỷ 1é Sodium silicat/Sodium hydroxit và thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén
Hình 4.11 Ảnh hưởng tỷ lệ Sodium silica/Sodium hydroxit và thời gian dưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén
Hình 4.12 Ảnh hưởng tỷ lệ Sodium silica/Sodium hydroxit và thời gian dưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén
Hình 4.13 Ảnh hưởng tỷ lệ Sodium silicat/Sodium hydroxit và thời gian đưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén
Hình 4.14 Ảnh hưởng tỷ lệ Sodium silicat/Sodium hydroxit và thời gian dưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén
Hình 4.15 Ảnh hưởng tỷ lệ Sodium silicat/Sodium hydroxit và nhiệt độ dưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén
Hình 4.16 Ảnh hưởng tỷ lệ Sodium silicat/Sodium hydroxit và thời gian dưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén . s- <5 scs sen rrererrree 51
Hình 4.17 Ảnh hưởng t 1é Sodium silicat/Sodium hydroxit và nhiệt độ dưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén
Hình 4.18 Ảnh hưởng tỷ lệ Sodium silicat/Sodium hydroxit và thời gian đưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén :
Hinh 4.15 Anh hưởng tỷ lệ Sodium silicat/Sodium hydroxit và nhiệt độ dưỡng hộ
nhiệt đến cường độ chịu nén
Hình 4.16 Ảnh hưởng tỷ lệ Sodium silicat/Sodium hydroxit và thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén Hình 5.1 Hình ảnh mẫu nén kiểm chứng Hình 5.2 Chỉ tiết dầm Geopolymer cốt thép Hình 5.3 Hình ảnh ván khuơn và cốt thép đầm
Hình 5.4 Hình ánh đúc bê tơng dầm Geopolymer . -ccc-.cee 59 Hình 5.5 Mơ hình gia tải và bố trí dụng cụ đo đạc . ccccx.xceer 61
Trang 8Hinh 5.7 Đường quan hệ giữa (P-A) tai vị trí giữa nhịp của thí nghiệm uén dam 63
Hình 5.8 Đường quan hệ giữa (P-A) tại vi trí giữa nhịp của đầm theo ACI 318 68
Hình 5.9 Sơ đồ phân tích đầm bê tơng trong ANSYS . .c-.ceecccee 68
Hình 5.10 Các phân tử sử dụng để phân tích -‹-©-©ccsescrrxeerrrrreerrre 69
Hình 5.11 Mơ hình đầm bê tơng Geopolymer cốt thép trong Ansys 72
Hình 5.12.Cốt thép đầm trong Ansys -++22++eeecrkkrrrrttkrrrrirrkrrrrre 72
Hình 5.13.Tải tác dung én dam trong Ansys "
Hình 5.14 Đường quan hệ giữa (P-A) tại vị trí giữa nhịp của dầm trong Ansys 74
Hình 5.15 Chuyển vị giữa dam tai tai SOKN trong Ansys -‹. -scs.ee 75
Hình 5.16 Vết nứt chưa phát triển khi tải 7,5Kn -.eceeeeerrrrrrrrrr 75
Hình 5.17 Vết nứt thẳng đứng phát triển khi tái 10kN . cc.-e 76
Hình 5.18 Vết nứt xiên phát triển khi tải 17,5kN . +sc«cccrreeerrrke 71
Hình 5.19 Vết nứt xiên phát triển khi tải 20KN Hình 5.20 Vết nứt xiên phát triển khi tải 30KN
mơ phỏng Ansys và thực nghiệm . - +55 s++xsxseersrsrersex 79
Hình 5.22 Vết nứt dầm thực nghiệm
Hình 5.23 Vết nứt đầm mơ phỏng trong Ansys
Hình 5.24 So sánh vết nứt thẳng đứng trên đầm giữa Ansys va thực nghiệm 81
Hình 5.26 So sánh vết nứt xiên trên đầm giữa Ansys và thực nghiệm 81
Trang 9DANH MUC BANG
Bang 3.1 Thanh phan chinh tro bay theo ASTM C618-94a csssssccssssesceesseeseeees 18 Bang 3.2 San lugng tro bay
Bang 3.3.Thanh phan hố học của tro bay Nhà máy nhiệt điện Phả lại
Bảng 3.4.Thành phần hố học của tro bay Nhà máy nhiệt điện Formosa Bang 3.5 Thanh phan vật lý của tro bay Geopolymer
Bảng 4.2 Cường đơ chịu nén của bê tơng geopolymer theo thời gian ở 700C Bảng 4.3 Quan hệ giữa cường độ với thời gian khí tỷ lệ sodium hydroxit-sodiun
SỈlicaf là 1-1 .o s5 S5 <2 2tr H0101411011101010111111 01 29 Bảng 4.4 Mối quan hệ giữa cường độ và thời gian dưỡng hộ .- 32 Bảng 4.5 Cường đơ chịu nén của bê tơng geopolymer theo nhiệt độ ở thời gian đưởng hộ 10 giờ Bảng 4.6 Quan hệ giữa cường độ với nhiệt độ khi tỷ lệ sodium hydroxit-sodium silicat là 1-1
Bảng 4.7 Phương trình quan hệ giữa cường độ chịu nén và nhiệt độ đưỡng hộ Bảng 4.8 Quan hệ giữa cường độ với nhiệt độ khi tỷ lệ sodium hydroxit-sodium
silicat 14 0,5-1
polymer/tro bay)=0,4
Trang 10hoat hod polymer/tro bay)=0,5 .sssesessseseseeeseceseeessenecetseeseseseneneseneecees 47 Bảng 4.13 Quan hệ giữa cường độ với nhiệt độ khi (tỷ lệ dung dịch hoạt hố polymer/tro bay)=0,4 Bảng 4.14 Quan hệ giữa cường độ với nhiệt độ khi (tỷ lệ dung địch hoạt hố polymer/tro bay)=0,45 polymer/tro bay)=0,Š -«-s- c1 1e 54 Bang 5.1 Kết quả cấp phối mẫu kiểm chứng °++ee+tvvvzxeserrke 58 Bang 5.2 Thơng số dầm triển khai đúc mẫu Bang 5.3 Kết quả chuyển vị giữa đầm ứng với từng cấp tải - 62
Bang 5.4 Quan hệ giữa (P-A) của dầm theo lý thuyết AIC 318 67
Bang 5.5 Thơng số vật liệu bê tơng Geopolymer đưa vao phan mém Ansys 69
Bảng 5.6 Thơng số vật liệu thép đưa vào phần mềm Ansys . - 70
Bảng 5.7 Đường cong ứng suất-biến dạng +++cccverrrtrrrrrrrrrrrie 7I
Bảng 5.8 So sánh với chuyên vị dầm theo lý thuyết thuyết ACI 318, mơ phơng
Trang 11TCVN TCXDVN BTCT XM VL TPHCM CL TB Pg L.T.G.S
DANH MUC TU VIET TAT Tiêu chuẩn Việt Nam
Trang 12Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1 Giới thiệu chung:
Bê tơng là một trong các vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong các cơng trình xây dựng và cơng trình giao thơng hạ tầng Trong đĩ, xi măng Portland đĩng vai trị
là chất kết dính trong việc sản xuất bê tơng hiện nay Sản lượng xi măng sản xuất
trên tồn thế giới khơng ngừng gia tăng dự kiến từ khoảng 1,5 tỷ tấn trong năm 1995 lên khoảng 2,2 tỷ tấn trong năm 2010 (Mehta, 1999) Tuy nhién, Céng nghiép san
¡ xuất xỉ măng lại là một trong các ngành tiêu thụ rất lớn nguồn tài nguyên khống sản
(đá vơi và cốt liệu) và năng lượng (than, dau, điện) cũng như cĩ sự thải ra lượng khí
CO2 lớn vào khí quyền Số liệu điều tra cho thấy lượng khí thải CO2 từ cơng nghiệp
sản xuất xi măng xấp xỉ 1,35 tỷ tấn /năm chiếm khoảng 7% lượng khí thải CO2
trên tồn thế giới (Malhotra, 2002) Theo thống kê trung bình để sản xuất ra 1 tấn xi măng địi hỏi 4 GJ nhiên liệu và sẽ thải ra 1 tấn CO2 vào khí quyển gĩp phan gây
nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính làm cho Trái đất nĩng dần lên (Roy, 1999;
Davidovits, 2002)
Trước áp lực dân số thế giới ngày càng gia tăng, nhu cầu xây dựng và phát
triển cơ sở hạ tầng giao thơng sẽ trở nên cấp thiết hơn và địi hỏi ngành cơng nghiệp sản xuất xi măng phải cung cấp sản lượng lớn dan theo, tăng khoảng 3% mỗi năm (McCaffrey, 2002) Nguồn tài nguyên khống sản và các nguyên liệu khác để sản suất bê tơng xi măng sẽ được khai thác triệt để hơn và trở nên khan hiếm Đồng thời,
lượng khí thải CO2 do quá trình sản xuất xi măng tiếp tục gia tăng sẽ làm khí hậu tồn cầu nĩng dần lên gây ra những hệ quả khơn lường như : làm biến đổi khí hậu, tan bang
Sản lượng xi ming Portland san xuất hang năm tăng nhanh ở các nước đang phát triển điển hình là Ấn Độ, Trung Quốc và cĩ xu hướng khơng đổi tại các nước phát
triển như Mỹ và châu Âu Vào năm 1975, Trung Quốc và Mỹ cĩ sản lượng xi măng tương đương nhau nhưng đến năm 2000, sản lương xi măng của Trung Quốc đã gấp
10 lần sản lượng xi măng của Mỹ Năm 2005, Trưng Quốc sản xuất 800 triệu tấn xi
măng, chiếm 33% sản lượng xi măng trên tồn thế giới
Trang 13lượng khí CO2 thải vào mơi trường ngày càng nhiều Năm 2008, lượng khi thai CO2
do sản xuất xi măng tại châu Âu là 2900 triệu tấn và dự đốn đến năm 2015 là 3500
triệu tấn bằng với lượng khí thải CO› tổng cộng của cả ba ngành năng lượng, cơng
nghiệp và giao thơng vận tải năm 1990
Trong tình trạng vấn đề biến đổi khí hậu được quan tâm nhiều như hiện nay, việc thay thế xi măng Portland đề chế tạo bê tơng bằng một chất kết dính thân thiện với mơi trường là điều rất cần thiết Để chế tạo một loại bê tơng thân thiện với mơi
trường, nhà khoa học Mehta (2002) đề nghị chất kết đính phải sử dụng ít nguyên liệu
„tự nhiên, sản xuất ít tốn năng lượng và giảm tối đa lượng khí thải CO› MeCaffrey (2002) cho rằng chúng ta cĩ thể giảm lượng khí thải CO; bằng cách giảm lượng
nguyên liệu trong sản xuất xi măng, giảm lượng xi măng trong bê tơng và giảm số lượng cơng trình sử dụng xi măng
Tro bay là phế thải của ngành cơng nghiệp nhiệt điện Khí thải từ lị đốt trước khi ra ngồi mơi trường sẽ đi qua hệ thống lọc bụi, bụi được thu hồi chính là tro bay
Hàng năm lượng tro bay được tạo ra ở Mỹ khoảng 68 triệu tấn Trong đĩ chỉ 32 % lượng tro bay được sử dụng, chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng (ACAA, 2003) Tương
tự, năm 2000 sản lượng tro bay tại Úc là khoảng 12 triệu tấn nhưng chỉ khoảng 5,5
triệu tấn được sử dụng (Heidrich, 2002) Lượng tro bay trên tồn thế giới năm 1998
hơn 390 triệu tấn, phần lớn được tạo ra tại Trung Quốc và Án Độ Và lượng tro bay
được sử dụng chỉ chiếm khoảng 14%, lượng cịn lại trở thành rác thải ảnh hưởng đến mơi trường (Malhotra, 1999) Đến năm 2010, tồn thế giới tạo ra khoảng 780 triệu tắn
(Malhotra, 1999) Nếu ta sử dụng được nguồn tro bay lớn này vào lĩnh vực chế tạo bê
tơng thì sẽ đạt được lợi ích lớn về mơi trường, tăng độ bền của bê tơng, tiết kiệm được
năng lượng, giảm lượng khí thải, chất thải tro bay và tiết kiệm được nguồn nguyên
liệu tự nhiên (ACAA, 2003)
Mặt khác, chế tạo chất kết dính Geopolymer từ tro bay giảm được lượng khí thải CO2¿ rất nhiều lần so với xi măng Porfland Theo khảo sát, sản xuất 1 tấn chất kết dính
Geopolymer từ tro bay chỉ tao ra 0,09 tấn khí COz (Davidovits, 2002), giảm được
Trang 141.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo bê tơng bằng cơng nghệ Geopolymer trên thế giới:
Cơng nghệ Geopolymer ra đời từ những năm 1960, nhưng được quan tâm và
nghiên cứu nhiều hơn từ những năm 1972 đến nay Hiện tại, đã cĩ rất nhiều bằng sáng
chế, nghiên cứu và ứng dụng Geopolymer vào các ngành cơng nghệ vật liệu hiện đại
(vật liệu cách nhiệt, vật liệu chống cháy, chất kết đính vơ cơ, cơng nghệ xử lý chất
thải ) được giới thiệu độc quyền thuộc khu vực châu âu, châu mỹ Khởi đầu bằng
việc Viện Geopolymer được thành lập tại Pháp năm 1972 Joseph Davidovits đã phát
hiện ra hệ nguyên liệu bao gồm đất sét, cao lanh cĩ thể tương tác với dung dịch kiềm
'NaOH ở 100 ~ 150 độ C để tạo ra hợp chất mới là Hydrosodialte:
SiOs, Ala(OH} + NaOH => Na(-Si-O-Al-O)n
Kaolinite Hydrosodalite
Điều này là tiền đề cho việc nghiên cứu và phát triển của cơng nghệ vật liệu
tổng hợp Geopolymer đến sau này (Davidovits, 2002)
Cơng nghệ Geopolymer được ứng dụng và chế tạo thành cơng gạch nung ở nhiệt độ thấp, cịn gọi là gạch L.T.G.S (Low Temperature Geopolymeric Setting)
Gạch này được thực hiện bằng cách trộn phối liệu đất sét cao lanh trong dung dịch
kiểm cĩ độ hoạt tính cao, hỗn hợp tương tác và hình thành chuỗi M-Polysiliate (M là
kim loại kiềm cĩ hoạt tính cao, thường là Na hoặc K) Gạch L.T.G.S cĩ khả năng chịu
được nhiệt độ tối đa là 1000%C, cĩ khả năng bền hĩa học và độ hút nước thấp Sản
phẩm này đã được cơng nhận và cấp bằng sáng chế ở nhiều nước Châu Âu
(Davidovits, 2002)
Trên cơ sở lý thuyết Geopolymer của Joseph Davidovits, Lone Star (một cty
sản xuất xi măng hàng đầu của Mỹ) đã nghiên cứu và chế tạo thành cơng một loại xi măng mới, bằng cách kết hợp nguyên liệu sét và dung dịch kiểm hoạt tính cao, tạo
thành chất kết dính vơ cơ mới cĩ khả năng đĩng rắn nhanh và cho cường độ ban đầu
rất tốt với tên gọi là xi măng polymer Cơng nghệ này nhanh chĩng được phát triển
rộng rải trên tồn thế giới, và dang dần dần cĩ ưu thé hon xi mang portland do cé uu
Trang 15thấy ứng dựng trong nhiều ngành kỹ thuật như : Hàng khơng, xây dựng, cơng nghiệp chất đẻo, kim loại Kết quả nghiên cứu cho thấy xi măng mới này đĩng rắn nhanh
với nhiệt độ phịng, cường độ chịu nén cĩ thể đạt tới 20 MPa sau 4 giờ ở nhiệt độ
200°C va cé thể đạt từ 70 — 100 MPa sau khi bảo dưỡng 28 ngày (Davidovits, 1999), Lần đầu xuất bản năm 2008, Geopolymer chemistry and application đã khái
quát tồn bộ kiến thức tổng thể về cơng nghệ Geopolymer Các ứng dụng của cơng , nghệ này đã được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trên tồn thế giới
Trước giáo sư Davidovifs, nhà khoa học Purdon đã chứng minh vật liệu xây
dựng cĩ thể được tổng hợp bằng hỗn hợp dung dịch alkali và vật liệu khơng phải từ xi
măng Portland (sử dụng xỉ lị cao giàu canxi) vào năm 1940 Chất kết đính được hoạt
héa tir dung dich alkali đã được giới thiệu trong nhiều bài nghiên cứu (Malone và ctg,
1985; Krivenko, 1994; Roy? 1999: Krivenko, 2002) Phần lớn những cơng trình đĩ chủ yếu nĩi về dùng dung dịch alkali hoạt hĩa xỉ lị cao Trong trường hợp này, sản phẩm
tao thanh 14 gel canxi silicat hydrat (Richardson va ctg, 1994; Wang va Scrivener,
1995; Shi va ctg, 2006)
Từ phát hiện của giáo sư Davidovits năm 1972 tại phịng thí nghiệm Cordi-
Geopolymere, Saint-Quentin, Pháp đến cuối năm 2006, hàng trăm bài nghiên cứu đã được phổ biến đề cập đến khoa học và cơng nghệ Geopolymer Ngày 31 tháng 8 năm
2005, viện Geopolymer, Pháp đã tự hào thơng báo từ năm 1997 đã cĩ 80.000 tài liệu
tại trang web của họ được tải xuống bởi 15.000 nhà khoa học trên khắp thế giới Nhiều hội nghị lớn về Geopolymer trên thế giới chứng tỏ ngày càng cĩ nhiều sự quan tâm đến loại vật liệu này Tại Pháp, hội nghị đầu tiên của châu Âu được tổ chức bởi viện
Geopolymer tại trường đại học cơng nghệ Compiegne năm 1988 Năm 1992, Palomo
và Glasser đã xuất bản ấn bản khoa học đầu tiên vé Geopolymer tir meta cao lanh, tao
tiền đề cho tác phẩm rất cĩ giá trị của Rahier (năm 1996 và 1997) Những tác phẩm
này đã đặt nền tảng cho những cơng trình khoa học về Geopolymer từ meta cao lanh như của Granizo và Blanco, Alonso và Palomo tại Tây Ban Nha; Kaps và Buchwald tại Đức; Yip và van Devender, Duxson, Perera, tại Úc; Năm 1999, viện
Trang 16thơng tin rất cĩ giá trị về sự phát triển cơng nghệ và các cơng trình nghiên cứu trong giai đoạn đĩ Hội nghị thứ 3 Geopolymer 2002 tại nước Úc tháng 10 năm 2002, được tổ chức bởi đại hoe Melbourne và do giáo sư J.S.J van Deventer chủ trì Geopolymer từ tro bay cũng tạo được sự chú ý bằng chứng là cĩ nhiều bài nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu đĩ từ cơng trình của Wastiels năm 1993 cho đến nay
Từ năm 2003, nhiều viện nghiên cứu quốc gia và quốc tế đã tổ chức những buổi hội thảo về Geopolymer Hội nghị quốc tế về Geopolymer năm 2005 đã kĩ niệm
26 năm sự kiện giáo sư Davidovits sang lập viện Geopolymer Chủ đề chính của hội
nghị là: Geopolymer-hĩa học và sự phát triển Hội nghị gồm 2 sự kiện diễn ra tại 2
nơi: hội nghị quốc tế lần thứ tư của viện Geopolymer tại Saint-Quentin, Pháp và hội thảo về chất kết đính và bê tơng Geopolymer tại Perth, nước Áo được tổ chức bởi đại
học cơng nghệ Curtin, Perth, đại học Alabama, Mỹ Hội nghị và hội thảo xoay quanh
vấn đề khoa học và ứng dụng của Geopolymer với sự cĩ mặt của hơn 200 nhà khoa
học và 85 viện nghiên cứu, ra mắt 75 bài nghiên cứu Họ bàn luận về hĩa học
Geopolymer, phế thải cơng nghiệp, tài nguyên thiên nhiên, chất kết dính và bê tơng
Geopolymer (bao gồm bê tơng Geopolymer từ tro bay), ứng dụng trong vật liệu xây
dựng, vật liệu cơng nghệ cao, vật liệu chịu lửa Năm 2009, họ đồng ý mỗi năm diễn ra
2 sự kiện quốc tế: thứ nhất là hội nghị chuyên đề về Geopolymer vào tháng 1 tai bai
biển Daytona, Florida, Mỹ, thứ hai là trại hè Geopolymer vào thang bay tại Saint-
Quentin, Pháp, được tổ chức bởi viện Geopolymer Hiện nay nhu cầu về phát triển ứng
dụng Geopolymer luơn tăng cao, đến nỗi đã cĩ trên đưới 60 phịng thí nghiệm trên
tồn thế giới triển khai các dự án nghiên cứu về Geopolymer, nhất là tại Úc và New
Zealand
Ở Châu Á, cơng nghệ Geopolymer đất sét được ứng dụng nhiều vào ngành cơng nghiệp vận tải, trong việc chế tạo nhựa nền đường mới Ở Việt nam đã cĩ khá
nhiều để tài khoa học nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ này, cơng nghệ được ứng
dụng vào việc chế tạo đường giao thơng (Davidovits, 1994) ơn định, xử lý và tận dụng
chất thải boxite từ các quặng khai thác nhơm để làm gạch khơng nung, đĩng rắn làm
Trang 171.3 Tình hình nghiên cứu chế tạo bê tơng bằng cơng nghệ Geopolymer ở Việt Nam:
Đất nước ta đang trong thời kỳ chuyển biến mạnh mẽ, chúng ta đang tập trung sức lực, tiền của và trí tuệ để xây dựng cơ sở hạ tầng cho định hướng đến năm 2020 trở thành một đất nước cơng nghiệp Trong cuộc kiến thiết đĩ khơng thé thực hiện được nếu chỉ trơng cậy vào nguồn tiến vay, vào nguồn tài nguyên cĩ hạn của nước ta
Trong điều kiện đĩ, chúng ta phải biết phát huy mọi nguồn lực Một trong những vấn
đề đĩ là nghiên cứu tận dụng phế thải của ngành cơng nghiệp điện (các nhà máy phát „ điện) thải ra để sân xuất một loại tro bay để chế tạo bê tơng dùng trong xây dựng
Đây là một vấn đề đã được triển khai cĩ hiệu quả, đang được áp dụng thử
nghiệm ở nước ta
Trước khi dùng tro bay ở các dự án, các phịng thí nghiệm đều phải thiết kế thành phần bê tơng tro bay Cũng cĩ một số đề tài nghiên cứu bê tơng mác cao, bê
tơng đầm cán, bê tơng nhựa dùng tro bay nhiệt điện Phả Lại, tuy nhiên trong nghiêm
cứu chỉ mới quan tâm đến độ dẻo, cường độ và tính năng chống thấm của bê tơng
“Ở Việt Nam lượng điện sản xuất từ các nhà máy điện đốt bằng than Hàng
năm, các nhà máy nhiệt điện Việt Nam tiêu thụ gần 14 triệu tấn than và thải ra 4,5
triệu tấn tro xi phế thải Và trong vài năm tới, theo sơ đồ phát triển điện lực mới thì
Việt Nam sẽ cĩ thêm nhiều nhà máy nhiệt điện than Đến năm 2030 tổng cơng suất
nhiệt điện đốt than 77.000MW thì lượng than tiêu thụ khoảng 176 triệu tấn, lượng tro
xi thải sẽ đạt 35 triệu tấn/năm Lúc này, chắc chăn sẽ tốn rất nhiều diện tích đất dé
chơn lắp tro xỉ nhiệt điện khổng lồ này” (Davidovits va ctg, 1999, trang 368) Vi vay, việc nghiên cứu sử dung tro bay thay thế xi măng làm chất kế đính trong bê tơng là vấn đề cấp thiết
Tại Việt Nam, Geopolymer mới được chú ý đến trong những năm gần đây
Đến nay đã cĩ nhiều bài nghiên cứu khoa học về loại vật liệu này, điển hình là cơng
Trang 18~ Nghiên cứu sử dụng phế thải tro bay của nhà máy nhiệt điện dùng chế tạo bê tơng bằng cơng nghệ Geopolymer thay thé cho bê tơng xi măng truyền thống trong cơng trình dân đụng và cơng nghiệp
~ Nghiên cứu độ bền và độ võng nứt của đầm bê tơng Geopolymer cốt thép 1.5 Quy mơ nghiên cứu:
1.5.1 Nghiên cứu vai trị hệ nguyên vật liệu (cát, đá, nước, dung dịch hoạt hố
polymer, tro bay ) ‘
1.5.2 Nghiên cứu tính tốn thiết kế thành phần cấp phối bê tơng Geoplymer: - Thiết kế thành phần cấp phối cho bê tơng Geopolymer cấp độ bền B15
1.5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ thành phần đến cường độ bê tơng
Geopolymer:
a) Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ (dung dịch hoạt hố polymer/tro bay) đến cường độ:
- Tỷ lệ (dung dịch hoạt hố polymer/tro bay) = 0,5; ~ Tỷ lệ (dung dịch hoạt hố polymer/tro bay)= 1; - Ty lệ (dung dịch hoạt hố polymer/tro bay)= 2;
b) Nghiên cứu ảnh hưởng dung địch hoạt hố polymer đến cường độ:
- Ty 1é dung dich Sodium hydroxit/sodium silicat=0,5; - Ty 1é dung dich Sodium hydroxit/sodium silicat= 1; - Ty 1é dung dich Sodium hydroxit/sodium silicat= 2;
1.5.4 Nghiên cứu điều kiện dưỡng hộ (thời gian, nhiệt độ) đến cường độ: - Dưỡng hộ mẫu ở nhiệt độ 70°C trong 4 giờ, 6 giờ, 8 giờ và 10 giờ; - Dưỡng hộ mẫu ở nhiệt độ 90°C trong 4 giờ, 6 giờ, 8 giờ và 10 giờ; - Dưỡng hộ mẫu ở nhiệt độ 110°C trong 4 giờ, 6 giờ, 8 giờ và 10 giờ;
1.5.6 Nghiên cứu độ bền và độ võng nứt đầm bê tơng Geopolymer cốt trong điều
kiện Việt Nam
Trang 19-Chuong 2 CO SO LY THUYET 2.1 Cơ chế Pozzolan hố của tro bay:
Các phần tử tro bay được tạo thành hầu như cùng một cách mà núi lửa tạo ra tro Cả hai loại này đều được xếp vào nhĩm phụ gia vơ cơ hoạt tính (theo ACI) và cĩ
khả năng puzzolane hĩa Cũng giống như tro núi lửa, tro bay sẽ phản ứng với canxi
oxit trong mơi trường cĩ nước sẽ tạo thành sản phẩm khơng tan trong nước và cĩ tính kết dính cao
Khả năng puzzolane hĩa của tro bay phụ thuộc vào nhiễu yếu tố, quan trọng nhất
cĩ thể kế đến như độ mịn, dạng tồn tại vơ định hình, thành phần khống và hĩa học,
lượng cacbon chưa cháy hay lượng mắt khi nung của tro bay (Joshi, 1979) Nhiều nhà nghiên cứu chỉ ra rằng khi tro bay được nghiền tăng độ mịn thì khả năng puzzolane hĩa của nĩ cũng tăng lên đáng kể Tuy nhiên nếu ta tăng tỷ diện tích bề mặt của tro
bay hơn 6000 cm2/g thì tác dụng của nĩ khơng đáng ké (Joshi và Marsh, 1987)
Nếu xét đến thành phần hĩa học thì canxi oxit và lượng cacbon của tro bay là hai
yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng puzzolane hĩa của tro bay Tro bay loại C với
hàm lượng CaO cao thể hiện tính chất tự đĩng rắn bên cạnh khả năng puzzolane
Lượng cacbon hay cacbon khơng cháy làm giảm khả năng puzzolane hĩa của tro bay
và làm phát sinh cỡ hạt lớn hơn cỡ sàng 45um Vì thế nhiều tổ chức chỉ rõ tro bay muốn dùng như một chất puzzolane thì phải giới hạn lượng mắt khi nung từ 3 đến 6
% Đối với tro bay loại F khi lượng mất khi nung vượt quá 0,5% xem như ảnh hưởng đến khả năng puzzolane của tro bay (Joshi và Lohtia, 1995) Ảnh hưởng của oxit sắt
đối với khả năng puzzolane của tro bay khơng đáng kể khi tồn tại hàm lượng SiO2
cao
- Ứng xử của tro bay trong sự hình thành Geopolymer:
Sự hịa tan của khống vật và thủy tính đặc biệt là vật liệu silicat, alumo silicat
trong điều kiện kiềm cao Sự khác biệt giữa vật liệu đạng tỉnh thể kết tinh và vật liệu
vơ định hình thể hiện rõ khi chúng hịa tan trong mơi trường này Như ta biết, tro bay chứa một số thành phần kết tinh tỉnh thể như quartz, mullite, Khả năng phản ứng của những thành phần này rất chậm so với thành phần vơ định hình tồn tại trong tro
Trang 20thiy tinh silic hon 45 lần so với phản ứng của quartz thậm chi trong điều kiện kiềm
mạnh (theo Iler năm 1979) Điều đĩ phụ thuộc vào cấu trúc của từng loại vật liệu:
+ Đối với những chất kết tỉnh tỉnh thể: được tạo bởi sự lặp lại của đơn vị cấu
trúc là đa diện phối trí SiO Trong đĩ, một nguyên tử oxy liên kết với hai nguyên tử
silic trong cầu trúc ba chiều thuộc về trực tự xa
+ Khi vật liệu silicat nĩng chảy được làm lạnh nhanh sẽ tạo thành vật liệu silicat
dạng thủy tính, cũng được cấu tạo bởi các đa diện phối trí SiOa Trong cấu trúc này,
trực tự gần được bảo tồn (đa diện phối trí SiOx) và cĩ sự khác biệt trong gĩc Si-O-Sĩ
di đa diện kế cận Bên cạnh đĩ, đa diện phối trí này cĩ thể xoay quanh nút nguyên tử
oxy nối đa diện phối trí và quanh đường thẳng nối nguyên tử oxy với silic (theo
Hemmings và Berry năm 1987; Shelby năm 2005) Do đĩ vật liệu vơ định hình khơng
giữ được trực tự xa cĩ được ở mạng tỉnh thể vật liệu kết tỉnh Theo Shelby, trong cấu
trúc vật liệu vơ định hình, tồn tại những liên kết chịu ứng xuất, khuyết tật thiếu
nguyên tử oxy (Si-Si) hoặc Si-O-O-Si trong một vùng nào đĩ Điều đĩ làm cấu trúc
nay kém bén trong nước và đặc biệt trong mơi trường kiểm ree Oo @ oO S of Soể +O oo got 2 of PO,04 oF Soể +O Tê of 2 o4 of 3 2 >©% ° 5 o.o* sẽ r +O of sof fo ge ¿ „O+s Q os? Soy 5 "3o SS 08° oO fog oO œ- Ệ 3 ° Or, ? 9 of Soổ”9% ° eo b9 oO o*o* & viof So oOo O¢ 2 pg ~ ọ ở ao oo 0 0 OS oo Đ ^O- 5% ở cˆo £ Š Oo (a) (b) ® x
Do tồn tại thành phần vơ định hình trong tro bay, nên nĩ dễ tham gia phản ứng
trong dung dịch kiềm Ứng xử của nĩ trong mơi trường kiềm như sau:
+ Đầu tiên, phản ứng giữa thủy tỉnh silic với nước Khi đĩ, nước sẽ tấn cơng liên
Trang 21I | | | 0 0 0 0 | J | | —0O—Si—O—Si—O—+ H,0 == —O—Si—0OH HO—Si—O— | | : | | 0 0 0 oO ] ] I ]
Kết quả là tạo thành những phẩn tử cĩ nhĩm OH và chúng khơng cố định Tiếp theo, phân tử nước lại xâm nhập và bẻ gẫy liên kết Si-O trong những phần tử mới sinh
ra đĩ Theo đĩ, một lượng lớn phân tử bị hịa tan và quá trình thủy phân chỉ chậm lại
khi cĩ sự tạo thành Si(OH)s :
: + Sau đĩ, khi độ pH của dung dịch tăng lên và trong trường hợp này sự khuếch tán của phân tử nước khơng cịn giữa vai trị chủ đạo nữa Khi đĩ ion OH' phản ứng với Si(OH)4:
Si(OH)s+OH = Si(OH);0°+ 0
Ta thấy liên kết Si-O vẫn tổn tại, do đĩ đễ bị tấn cơng bời phân tử nước và sự
hịa tan nhanh chĩng xảy ra
2.2 Cơ chế đĩng rắn Geopolymer vơ cơ
Davidovits (1978) đã giới thiệu thuật ngữ “Geopolymer” Đây là một polymer
được trùng hợp từ các khống vật thuộc nhĩm alumosilicate Thành phần chủ yếu là
các nguyên tố silic và nhơm cĩ nguồn gốc địa chất hoặc sản phẩm từ sản xuất (zeolite,
tro bay ) Thành phần hố của vật liệu geopolymer này giống với zeolite, nhưng
chúng biểu hiện là một cấu trúc vơ định hình thay vì cấu trúc tinh thể như Zeolite
Trong đề tài nghiên cứu này tro bay sẽ được sử dụng đĩng vai trị cung cấp oxit silic
và oxit nhơm Geopolymer thuộc lớp vật liệu polymer vơ cơ
Quá trình Polymer hĩa liên quan đến hàng loạt các phản ứng nhanh của nguyên liệu Si-AI trong mơi trường dung dịch hoạt hĩa polymer Kết quả tạo thành sản phẩm
cĩ cấu trúc dạng chuỗi hoặc vịng polymer Sản phẩm tổng hợp cĩ cấu trúc vơ định
Trang 22viết tắt của Silic - Oxy - Nhơm Khung sialate bao gồm những tứ diện SiO¿ và AlOx được nối xen kẹp với nhau bằng các nguyên tố Oxy Những ion duong (Nat, K+, Lit,
Cat+, Bat+, NHs+, H3O+) phai hiện điện trong các hốc của khung để cân bằng điện
tich cha Als**
- Céng thirc kinh nghiém cua poly(sialate) :
Mn{-(SiO2)z-A102}n, wH2O
Trong đĩ: M- các cation kim loại kiểm hay kiềm thổ
n - mức độ polymer hoa’
z- 12,3 ‘
Ở nhiệt độ thấp hơn 100°C, su polymer hố khống vật là phản ứng hố học giữa
các oxyt alumino-silicate với polisilicate kiềm tạo thành một khung xương Si — O — AI; trạng thái vơ định hình đến nửa kết tinh cấu trúc các silico-aluminate theo 3 chiều
trong khơng gian là polysialate, polysialate — siloxo va polysialate —disiloxo
Với tiền thân của polymer hố khống kaolinite, sự đa trùng ngưng bằng phương
pháp thuỷ nhiệt ở 150°c/5-10 MPa trong mơi trường kiểm, xây ra trong vịng 20 giây
Trang 23KOH.Na0H @ (Si2Os,AbO›)n +nH2O —›> n(OH)3 -Si-O-Al-(OH)3 @ KORNAOE lo n(OH)3-Si -O-Al-(OH)3 — (Na,K)(- “$0 PAP -O-)n + 3nH20 O ị orthosialate (Na.K)-poly(sialate) KOH,NaOH (Si2Os,AlO›)n +nSiO› + nHìO —> n(OH)s-Si-O- A -O-Si-(OH)› (OH) XOHAN:OH ol Í níOR)SiO-AI- -O-Si-(OH)3 > (Na KC $ oO: “AL -O-Si-O-)n +nH2O 1 (OH)2 b Ỏ orfho(sialate-siloxo (Na.K)-poly(sialate-siloxo)
(SiO, AlO?)n thu duge khi nung kaolinite
Hình 2.1 Sơ đồ cơ ché phan img (Davidovits va ctg, 1999)
Sản phẩm tổng hợp theo cơ chế này khơng cĩ sự hiện diện của nước trong cấu trúc phân tử, mặc dù mơi trường nước là cân thiết trong quá trình phản ứng Điều này
trái với cơ chế đĩng rắn bằng xi măng Portland
Quá trình phản ứng trên cĩ thể phân tích thành gồm 3 giai đoạn như sau :
- Qúa trình tách nguyên tử Si và Al ra khỏi nguồn nguyên liệu ban đầu từ tro bay nhờ tác động của ion OH“
- Khi nhào trộn nguyên liệu tro bay chứa thành phần Si, Al với đung dich kiềm
alkali làm độ pH của mơi trường hỗn hợp tăng lên Khi đĩ ion OH' của dung dịch xâm
nhập vào hạt tro bay, làm liên kết Si-O-Si bi bé gay tạo thành Si(OH)aO- Al(OH}
được tạo thành tương tự theo phương trình phản ứng sau:
AI-Si (thanh phan ran) + OH: = Al(OH)s + “OSi(OH)s
- Sự cĩ mặt của kim loại kiềm sẽ tham gia trung hịa điện tích của các sản phẩm
tạo thành, do tạo thành -Si-O-Na+ Sản phẩm này ổn định trong mơi trường kiềm, tạo
điều kiện thuận lợi cho quá trình di chuyển và keo tụ của những sản phẩm phản ứng
trên Do đĩ, các cation này giữ vai trị là chất xúc tác phân ứng, đuy trì lực liên kết ion và bằng cách này tham gia vào quá trình biến đổi liên kết thành những phần tử dạng
keo -
Trang 24Mt + AKOH); @ M*OAI(OH); + H20
Qúa trình di chuyén, dinh hudng và kết hợp của những sản phẩm giai đoạn trên
tạo thành monomer: `
~ Trong giai đoạn này, xảy ra sự keo tụ của những sản phẩm riêng rẽ sinh ra trong
giai đoạn đầu Thanh phần 'OSi(OH)a kết hợp với nhau hoặc với Al(OH)¿ tạo thành
những monome
- Phản ứng hĩa học trên được xúc tác bởi ion OH Trong khi ở giai đoạn đầu kim loại kiếm đĩng vai trị là chất xúc tác thì trong giai đoạn này nĩ tham gia vào thành
phần cấu trúc cùa các monome Một vài dạng monome được biểu điển bởi hình sau: oH OH oR ? H HO— SI — 5} —O— si — —O : Heo BN ge RO Ho—si—0—Al—on HO— „ = Salo xt OH OH OH SH HO OH ortho-sialate orthofsialate-sitoxo) ortho{sialate-siloxo) 1 2 3 ‘ CH oR HO— Si —O—Si—OH So, 2 SH St eo AI —5I—0— ro} okt HO ; ° Alon ; ro HO—§i —oH HO— si—o—si—ou OH oh dà ortho(sialate-disiloxo) ortho(sialate-disiloxo) 4 5
Quá trình phản ứng trùng ngưng giữa các monomer tao thanh san phẩm cĩ cầu
trúc polymer: các monomer định hướng và kết hợp với nhau Đúng hơn đĩ là sự kết
Trang 26Aluminosilicate Source + Dissolution Maa 4— 1,0 Ha Aluminate & Silicate Gelation Reorganization ? ) ? ) Polymerization and Hardening Hình 2.2 Sơ đồ quá trình tạo thành Geopolymer (Davidovits và ctg, 1999) 2.3 Cơ sở vật lý
Các cấu tử của hỗn hợp bê tơng được sắp xếp lại chặt chế hơn sau quá trình đầm
nén, tro bay với các thành phần hoạt tính trong mơi trường dung dịch chất đĩng rắn ở
mơi trường nhiệt độ cao làm cấu trúc cho bê tơng được hình thành Mơi trường đưỡng hộ với thời gian và nhiệt độ cao hợp lý sẽ làm quá trình đĩng rắn diễn ra nhanh chĩng và bê tơng sớm đạt cường độ Các sản phẩm mới được hình thành đo sự trùng hợp từ
các khống vật thuộc nhĩm alumosilicate cĩ cấu trúc khơng gian 3 chiều bền vững
nên bê tơng tro bay cĩ độ bền và cĩ thể đạt cường độ rất cao
Sử dụng tro bay và dung dịch polymer hĩa làm chất kết dính, tỉ lệ thành phần trong dung địch polymer hĩa và tính chất của các thành phần nguyên liệu cấu tạo ảnh
hưởng đến cường độ và tính cơng tác của bê tơng geopolymer
Trang 27sodium silicat chtra SiO› oxit silic và nước MaO cĩ thể là NaaO, KaO hay LiaO Cơng
thức chung cĩ thể viết là xSiOa.M2O.zHzO Trong đĩ x là mức độ polymer hĩa, z là số phần tử nước
Tỉ lệ nước trên tro bay từ trong đĩ, lượng nước là tổng khối lượng nước cĩ trong
sodium silicat, dung dich sodium hydroxit và lượng nước thêm vào để cải thiện tính
cơng tác của hỗn hợp bê tơng Khối lượng của Geopolymer rắn chính là tổng khối lượng của tro bay, sodium hydroxyt rắn và khối lượng phần rắn trong sodium hydroxit
( khối lượng của NaaO va SiOz) Tỷ lệ này ảnh hưởng đến cường độ và tính cơng tác
, của bê tơng geopolymer Khi tỷ lệ nước trên geololymer rắn tăng thì tính cơng tác của hỗn hợp tăng cịn cường độ của mẫu bê tơng giảm Điều đĩ tương tự như trong bê tơng xi măng Portland
Geopolymer betong được tạo hình và lèn chặt theo cách thức của bê tơng xi măng
Portland Quá trình vật lý bằng cách dưỡng hộ nhiệt sẽ thúc đẩy các phân ứng hĩa học
xảy ra trong chất kết đính Geopolymer tạo thành cầu trúc polymer Cả nhiệt độ đưỡng
hộ lẫn thời gian dưỡng hộ nhiệt đều ảnh hưởng đến cường độ của bê tơng
Geopolymer, mẫu bê tơng cĩ thể được dưỡng hộ nhiệt trong nhiều điều kiện khác
nhau
Thời gian dưỡng hộ nhiệt càng lâu sẽ thúc đây quá trình polymer héa diễn ra, kết quả là cho cường độ bê tơng cao cường độ bê tơng phát triển nhanh khi được dưỡng
hộ nhiệt dưới 24 giờ, nếu lâu hơn, sự phát triển cường độ chậm lại Nhiệt độ dưỡng hộ
cũng ảnh hưởng đến cường độ bê tơng geopolymer, nhiệt độ càng cao thì cường độ bê
tơng càng lớn, yêu cầu về chế độ dưỡng hộ nhiệt cĩ thể được đều tiết cho phù hợp với
ứng dụng thực nghiệm
Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ của bê tơng phụ thuộc
vào thành phần của bê tơng, nhiệt độ, nồng độ dung dịch chất đĩng rắn và phụ gia hố
Trang 28Chương 3 NGHIÊN CỨU CHE TAO BE TONG BANG CONG NGHE GEOPOLYMER
Xi măng Portland 1a thanh phần quan trọng nhất, đĩng vai trị là chất kết đính để tạo nên sản phẩm bê tơng Tuy nhiên những tác động đến mơi trường và chỉ phí để
sản xuất bê tơng xi măng cường độ cao làm kết cấu mặt đường hiện nay khá lớn
Cũng như yêu cầu thời gian bảo dưỡng khá lâu trước khí đưa vào sử dụng.Việc
nghiên cứu tìm ra một chất kết đính vơ cơ tổng hợp cĩ thể thay thế xi măng để chế tạo bê tơng đã được nghiên cứu và ứng dụng trong những năm gần đây ở một số “Quốc gia trên thế giới cũng như ở Việt Nam Sử dụng các loại phế thải cơng nghiệp như : tro bay, xỉ lị cao dé thay thế một phan hay tồn bộ xỉ măng trong việc sản xuất bê tơng đã được một số tác giả trong nước nghiên cứu thành cơng đề xuất Tuy
nhiên, nghiên cứu về bê tơng khơng sử dụng xi măng trong cơng trình dân dụng
chưa được quan tâm nghiên cứu cụ thẻ
Do đĩ, Nghiên cứu sử dụng tro bay để thay thế hồn tồn cho xi măng trong
cơng trình đân dụng ở Việt Nam đắp ứng được những yêu cầu kỹ thuật như cĩ đủ khả năng chịu lực, đạt cường độ sơm, khả năng chịu nhiệt cao, ổn định với nước và thân
thiện với mơi trường là vấn đề cần thiết hiện nay
Bê tơng Geopolymer cĩ thành phần nguyên vật liệu gồm: Cốt liệu (đá và cát)
(CL), Tro bay (TB), dung dịch hoạt hố polymer gồm Thủy tỉnh lỏng (TTL) và dung dịch xút NaOH, nước thêm vào và phụ gia siêu dẻo (Pg) Cốt liệu thơ cho bê tơng
Geopolymer là đá đăm với Dmax =20mm, cịn cốt liệu nhỏ là cát
3.1 Nghiên cứu về vật liệu tro bay (Fly Ash)
Tro bay (Fly Ash) là thành phần mịn nhất của tro xỉ than Gọi là tro bay vì người ta dùng các luồng khí để phân loại tro: Khi thổi một luồng khí nhất định thì hạt to sẽ rơi xuống trước và thành phần hạt nhỏ hơn sẽ bay xa hơn Theo ACI 116 thì tro bay
được định nghĩa là phần phế thải thu được đo việc đốt than ở nhà máy nhiệt điện và
được chuyển từ buồng đốt qua nồi hơi bởi ống khĩi (Phạm Huy Khang, 2002)
Trang 29Tro bay loại F: là tro bay được sinh ra từ than anthracite hay bitum, hàm lượng
canxi oxit (CaO ) trong thành phần hĩa ít hơn 6%, là loại tro ít canxi, cĩ tính chất của
puzzolan và khơng cớ khả năng tự đĩng rắn Mặt khác tro bay loại F cĩ lượng carbon
chưa cháy hơn 2% tính theo lượng mất khi nung Thành phần khống chủ yếu cĩ quartz, mullite và hematite Tro bay loại này điển hình như tro bay từ miến trung, tây
nước Mỹ và từ Canada Với sự cĩ mặt của nước, tro bay loại F sẽ tác dụng với đá vơi
hay canxi hydrixit tạo thành hỗi hợp xi măng tương tự như xi măng Portland Nhiều
bài nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng tro bay loại F cĩ thể thay thế từ 15 đến 30 % lượng xi măng trong bê tơng Sử dụng tro bay loại F cĩ thể giảm lượng cần nước trong
bê tơng từ đĩ giảm đi lượng nhiệt sinh ra do quá trình thủy hĩa Ngồi ra, tro bay loại này cũng được đùng cải thiện khá năng chống ăn mịn sulfat và ion clo cho bê tơng
Tro bay loại C: thường chứa hơn 15% canxi oxit (CaO) hay cịn gọi là tro bay giàu canxi Nĩ được sử dụng trong cơng nghiệp bê tơng khoảng 20 năm trở lại đây Tro bay loại này khơng chỉ cĩ tính puzzolan mà cịn cĩ khả năng tự đĩng rắn Khi trộn nước tro bay sẽ phản ứng tương tự như trong xi măng Portland Mức độ tự đĩng
rắn phụ thuộc vào canxi oxit ( CaO ) trong tro bay Hàm lượng CaO cao nĩi chưng
mức độ đĩng rắn của tro bay càng cao Hàm lượng carbon chưa cháy trong tro tính
theo lượng mất khi nung là ít hơn 1% Thành phần khống chủ yếu là anhydride,
tricanxi aluminat, đá vơi, quartz, periclase, mullite, merwinite và ferrite
Thành phần hĩa học của hai loại tro bay loại F và C theo tiêu chuẩn ASTM
C618-94a được thể hiện trong bảng
Thành phần hố học (%) Loại F Loại C
Min (SiOz+ AlaOs + FezO: ) (%) 70,0 50,0
Max (SiO3)(%) 5,0 5,0
Max (lượng mất sau khi nung) (%) 5,0 5,0
Max (CaO)(%) 30,0 _ 40,0
Trang 30
Một trong những rào cản đối với việc sử dụng các khối lượng lớn tro bay và các
phụ gia khống thay thế xi măng trong bê tơng là yêu cầu kỹ thuật và các tiêu chuẩn
kỹ thuật liên quan Tính lạc hậu của những yêu cầu ký thuật thể hiện ở giới hạn phần
trăm tối đa thay thế cho xi măng khi sử đụng Theo quy chuẩn ACI 318 giới hạn tỷ lệ phan trim téi đa của Tro bay hay các phụ gia khống Puzzolan khơng quá 25% tổng
lượng xi măng sử dụng cho bê tơng Tuy nhiên bê tơng với hàm lượng tro bay cao hay
thay thế hồn tồn cho xi măng cho thấy các yêu cầu kỹ thuật đã khơng cịn thực sự
phù hợp và cản trở trong việc sử đụng rộng rãi tro bay cũng như các phụ gia khống
khác thay thế xi măng (Davidovits, 2008; Harddjito, 2005; ACI 318, 2008)
_ §ản lượng tro bay trên tồn thế giới cĩ xu hướng tăng cao Đến năm 2010, sản lượng tro bay trên tồn thế giới tạo ra khoảng 780 triệu tấn (Molhotra 1999) Tỷ lệ tro bay được sử dụng lại trong chế tạo bê tơng chỉ chiếm khoảng 14% lượng cịn lại trở thành phế thải ảnh hưởng rất lớn đến mơi trường Nước Sản lượng (triệu tấn) Trung Quơc >600 An độ >110 Mỹ >60 Nga > 60 Đức >33 Anh >10 Bảng 3.2 Sản lượng tro bay (Tạ Minh Hồng, 2009)
Tại Việt Nam, Tro bay cĩ nguồn từ các nhà máy nhiệt điện ở như : Nhà máy
nhiệt điện Phả lại, Formosa đều thuộc loại E Trung bình hàng năm, các Nhà máy nhiệt điện trong cả nước thải ra khoảng 1,3 triệu tấn tro bay Trong năm 2010, cĩ
khoảng 2,3 triệu tro bay thải ra Theo số liệu thu thập mỗi ngày, Nhà máy nhiệt điện
Phả Lại 2 thải ra khoảng 3.000 tn tro xi, trong đĩ 30% là than chưa cháy hết, cịn lại
là tro bay rất mịn Do hàm lượng than dư này khơng cao nên khĩ tận thu làm nhiên
liệu đốt mà thường được thải thẳng ra hồ chứa Cùng với lượng tro xỉ tương đương cả
Nhà máy Nhiệt điện Phả lại 1 thì mỗi ngày hai nhà máy này đang xả lượng chất thải
Trang 31
Hình 3.1 Tro bay tại Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại
- Hinh thai hat tro bay:
Tro bay là những phần tử hình cầu cĩ cấu trúc thủy tỉnh, rồng, xĩp Hình dạng
tạt và đặt trưng bề mặt của tro bay đã được tìm hiệu bởi nhiều nhà khoa học như đehta (năm 1984 và 1988), Diamond (nam 1985), Joshi va Lam ( năm 1987) Họ sử
lụng kính hiển vi điện tử và phương pháp phân tích X-ray dé nghiên cứu Tro bay là
thững phần tử hình cầu rỗng và rất nhẹ, cĩ thể nỗi trên mặt nước Đơi khi bên trong, ấu trúc rồng đĩ lại chứa những phần tử tro bay hình cầu khác
Trang 32- Do min cua tro bay:
Độ mịn là một trong những đặc trưng vật lý quan trọng của tro bay vì nĩ liện quan mật thiết đến khả năng tham gia phản ứng puzzolane của tro bay Tiêu chuẩn ASTMC 618 quy định lượng tro bay tối đa giữ lại trên cỡ sàng 45um là 34 %
Độ mịn của tro bay đặc trưng bởi đại lượng tỷ diện tích bề mặt xác định bằng
phương pháp Blaine hoặc phương pháp hấp phụ Nito Tùy thuộc vào nguồn gốc mà tro bay cĩ độ mịn khác nhau Điền hình hầu hết tro bay Canada cĩ tỷ điện tích bề mặt từ 1700 đến 5900 cm2/g Trong khi đĩ tỷ diện tích của tro bay từ Mỹ cĩ giá trị từ
1579 đến 5550 eml/g Diện tích bề mặt cao như vậy là do tồn tại một lượng lớn
những phân tử khống rỗng, xốp trong than hoặc tổn tại một lượng lớn những phần tử cacbon rỗng Báo cáo 226 của ACI năm 1987 nhận định phương pháp thấm xuyên khí là phương pháp thử nhanh chỉ ra sự khác nhau của tro bay Khi điện tích bề mặt tro
bay tăng thì trong nhiều trường hợp làm tăng chất lượng tro bay từ cùng một nguồn
“Tro bay là một loại Puzzolan nhân tạo là tro đốt của than cám nên bản thân nĩ
đã rất mịn, cỡ hạt từ I m - 20 tím” (Davidovits, 2008, trang 612) ‘St 2 ya
flyash
Hinh 3.4 Vi anh hat tro bay (Davidovits va Ragan, 2005, trang 94) - Thanh phan hĩa học của tro bay:
Trang 33(SiOz), xit nhém (AlaO›), oxit sắt (FeaO3), canxi oxit (CaO), magie oxit (MgO) Hàm
lượng các thành phần này phụ thuộc vào loại than sử dụng ban đầu, và tất nhiên màu
sắc của tro bay cũng phụ thuộc vào hàm lượng các hợp chất cĩ trong tro bay Tro bay
càng mịn càng tốt Đường kính của phần lớn các hạt nằm trong khoảng lụm đến
20um và hàm lượng than chưa cháy (MKN) thường yêu cầu khơng được vượt quá 5% khối lượng tro bay (Cục Đường bộ Liên bang Mỹ - FHWA, nd) Thành phần hố học Si02 | AbOs Fe203 CaO Na2O % khối lượng 53,2 | 24,2 6,38 2,17 0,44 Bang 3.3 Thành phần hố học của tro bay Nhà máy nhiệt điện Phả lại [21] Thành phần hố học | SiOz | AlO› Fe203 CaO NaO % khối lượng 539 | 34,5 4,0 1,0 0,3
Bang 3.4 Thành phần hố học của tro bay Nhà máy nhiệt điện Formosa (Wallah và Ragan, 2006, trang 97)
Từ kết quả thí nghiệm (%) thành phần hố học: tổng thành phan phan trăm (%) của
02+ AbO3+ Fe203) > 70%, % CaO <30% và % Na2O <1,5% Điều này phù hợp với
¡ cầu tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C311, ASTM C618-94a và chứng tỏ tro bay từ hai
tồn cung cấp này cĩ hoạt tính cao cĩ thể dùng nghiên cứu tốt
- _ Khối lượng riêng của tro bay:
Khối lượng riêng của tro bay liên quan đến hình đạng, màu sắc cũng như thành
shan hĩa học của tro bay Đây là yếu tơ gián tiếp quyết định đặc tính của tro bay trong
3 tơng
Nĩi chung, khối lượng riêng của tro bay dao động từ 1,3 đến 4,8 (tan/m3) (theo
Trang 34hematite (cĩ màu từ nâu sang đến tối) sẽ làm tăng khối lượng riêng của tro bay lên khoảng 3,6 đến 4,8 tấn/m3 Mặt khác nếu lượng tinh thé quartz và mullite tang thi khối lượng riêng của tro bay giảm Khi tro bay bị nghiền sẽ giải phĩng lượng khí chứa
bên trong Điều này làm tăng khối lượng riêng đồ đống của tro bay (Joshi, 1968; 1979)
"hành phần vật | Khối lượng Hàm lượng lọt sàng Chỉ số hoạt tính lý thí nghiệm riêng (g/cm3) ` 0,05 mm (%) cường độ sau 28 ngày
'iêu chuẩn áp ASTM C311, ASTM C311, ung’ TCVN 4030-86 TCVN 6016-95 TCVN 6016-95 ‘ro bay Pha lại 2,74 88 85 ro bay ormosa 2,4 93,5 90,7 x À A rà ? LÁ £ ^ &
Tinh ph sity | Chis mat nhcuing | Le mle] 9 yn an
Tiêu chuẩn áp dụng ASTM C311, ASTMC311, | ASTM C311,
: TCVN 6016-95 TCVN 141-98 | TCVN 6016-95
Tro bay Pha lai 78,5 4,76
Tro bay Formosa 79,6 1
Bảng 3.5 Thành phân vật lý của tro bay (Wallah và Ragan, 2006, trang 97)
Kết quả thí nghiệm thành phần vật lý cho thấy tro bay Phả lại và Formosa cĩ tỷ lệ
lot sàng 0,05mm lớn hơn 66%, lượng mất sau khi nung <5%, chỉ số hoạt tính rất lớn và tro bay cĩ độ mịn cao
3.2 Nghiên cứu về dung dịch hoạt hố polymer:
Trang 35kết luận rằng dung dịch hoạt hố polymer đĩng vai trị quan trọng trong quá trình polymer héa Ti lệ nồng độ mol SiO2/Na2O của dung dịch hoạt hố polymer đã một
số tác giả nghiên đề xuất : Palomo và ctg, (1999) chọn tỷ lệ SiOz/NazO từ 0,63 đến
1,23 Xu and Van Deventer (2000) chọn tỷ lệ SiOz/NazO =0,33 Barbosa va ctg
(2000) dựa trên những nghiên cứu trước đĩ của Davidovits (1982) đã đề xuất tỷ lệ
Na›O/SiO; từ 0,20 đến 0,48 Hardjito và Rangan (2005) đưa ra tỷ lệ NazO/SiO› từ
0,4 đến 2,5 và đề xuất lực chọn giá trị NazO/SiOa =2,5 cho hầu hết các thành phan cấp phối Bùi Đăng Trung (2008) lựa ‘chon tỷ lệ khối lượng dung địch hoạt hố
polymer/puzzolan là 0,4 và nồng độ dung dich hoat hoa polymer 1a 18M 3.3 Nghiên cứu cấp phối bê tơng tro bay theo cơng nghệ geopolymer:
Davidovits (1982) nghiên cứu về cường độ và độ bền của bê tơng tro bay theo
cơng nghệ geopolymer đã kiến nghị tỷ lệ các thành phần như sau : với dung địch hoạt hố polymer thì tỷ lệ SiOz/NaaO = 1,85; với tro bay tỷ lệ về khối lượng các thành
phần : S§iO2/AlaOs = 3,5-4,5, NaOz/SiO¿ = 0,2-0,48, NaOz /AlsOa = 0,8-1,6 và tỷ lệ
giữa lượng nước và dung dịch hoạt hố polymer HaO/NazO = 10-25 Palomo va ctg
(1999) trong nghiên cứu của mình đã đề xuất tỷ lệ giữa các thành phần lựa chọn cho các cấp phối như sau : SiOz/NaaO = 0,63 — 1,23, SiOz/AlzO: =1,81 và tỷ lệ khối lượng giữa dung dịch hoạt hố polymer với tro bay loại F thay đổi từ 0,25 đến 0,3 Cường
độ chịu nén của mẫu kích thước 10x10x60mm dưỡng hộ ở 60°c trong 24 giờ đạt được
là 60 MPa Barbosa và ctg (2000) đã kết luận khi tỉ lệ NaOz/SiOs= 0,25, SiOz/AlzOs
= 3,3, HoO/Na20 = 10 mẫu bê tơng sẽ cĩ khả năng chịu nén tốt nhất Trường hợp với
cấp phối cĩ tỷ lệ HaO/NazO = 20 thì cường độ bê tơng phát triển rất chậm, đạt giá trị
thấp Hardjito and Rangan (2005) cũng đã thiết kế các cấp phối thí nghiệm với tỷ lệ
như sau : NaOz/SiOa= 0,4-2,5, nồng độ dung dịch hoạt hố polymer từ 8M-16M và tỷ
lệ khối lượng giữa dung dịch hoạt hố polymer với tro bay loại F là 0,35
Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ giữa các thành phân thiết kế cấp phối và mơi trường dưỡng hộ đĩng vai trị rất quan trọng trong việc phát triển cường độ bê tơng
Mơi trường dưỡng hộ ở nhiệt độ 60°c trong 24 giờ mẫu bê tơng chịu nén kích thước
Trang 36- Thanh phan nguyên vật liệu
+ Đá dăm (Ð):
Đá đăm sử dụng-loại Dmax=20mm cho bê tơng thoả mãn yêu cầu kỹ thuật
theo tiêu chuẩn TCVN 7570: 2006 -“Cốt liệu cho bê tơng và vữa”:
+ Cát (C):
Cát sử dụng cho bê tơng thoả mãn yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn
TCVN 1770: 86- Cát xây dựng + Tro bay (TB):
, Nguồn tro bay sử dụng nghiên cứu trong đề tài này lấy từ nhà máy Nhiệt điện
Formosa đáp ứng các chỉ tiêu hĩa ly theo: TCVN 7131-2002, TCVN 141-98, ICVN 4030-86, TCVN 6016-95 và ASTM C311
+ Dung địch hoạt hố polymer:
~ Thuỷ tỉnh lỏng (TTL): Na2O=14,7%, SiO2=29,4%, Nước =55,9% ;
~ Dung địch xút NaOH với nồng độ Mol: 12M;
+ Nước (N):
Nước để chế tạo bê tơng phải cĩ đủ phẩm chất để khơng ảnh hưởng xấu đến hời gian ninh kết và rắn chắc của bê tơng Nước dùng cho bê tơng phải tuân theo iêu chuân TCXDVN 302:2004; “Nước trộn bê tơng và vữa — Yêu cầu kỹ thuật”
- Tỷ lệ giữa lượng nước và dung dịch hoạt hố polymer : H2O/Na20 =10, 15 - Mơi trường dưỡng hộ:
Cấp nhiệt mơi trường dưỡng hộ đĩng vai trị quan trọng nhất để bê tơng 3eoplymer phát triển cường độ Đề tài này sẽ nghiên cứu đánh giá sự phát triển
zường độ của bê tơng Geoplymer trong điều kiện dưỡng hộ ở các cấp nhiệt khác
nhau
Cu thé, bê tơng Geoplymer sau khi được tạo hình sẽ được đưỡng hộ trong các
liều kiện như sau:
+ Dưỡng hộ ở cấp nhiệt độ: 700C, 90°C va 110°C, thoi gian đưỡng hộ 4
410, 6 giờ, 8 giờ và 10 giờ;
~ Phương pháp tạo mẫu:
Trang 37)max=20mm, các tơ mẫu cĩ kích thước như sau:
+ Mẫu vật liệu hình lăng trụ vật liệu hình lăng trụ với kích thước 100 x 200 am cho thí nghiệm cường độ chịu nén; Hình 3.5 Mẫu hình trụ thi nghiệm cường độ chịu nén ~ Phương pháp thí nghiệm: Xác định các tính chất cơ lý: cường độ chịu nén cho vật liệu bê tơng Geoplymer:
+ Tạo mẫu, dưỡng hộ như trên, sau đĩ tiến hành thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tơng Geoplymer sau: 4 giờ, 6 giờ, 8 giờ và 10 giờ
Trang 38CHUONG 4
NGHIÊN CỨU.ẢNH HUONG CUA DIEU KIEN DUONG HO VA TY LE CAP PHOI VAT LIEU DEN CUONG
DO BE TONG GEOPOLYMER
Tiến hành thiết kế cấp phối cát, đá, tro bay, tỷ lệ dung dich hoạt hố polymer/tro
, ty lệ Sodium hydroxiVSodium Silicat vš triển khai đúc mẫu hình trụ kích thước
x200 (mm), tiếp theo bảo dưỡng mẫu nén ở nhiệt độ 70°C, 90%C, 1100C trong thời
14 giờ, 6 giờ, 8 giờ và 10 giờ Ta được kết quả như bảng đưới
Cốt liệu (CL) (kg) Tro Deve ach Thuy
ấp bay | CL/ a tinh | NaOH | DD | DD/
Trang 39Nhiệt độ dưỡng hộ | 70 | 70 | 70 | 70 | 90 | 110 5 (dg C) Cap Tỷ lệ Tỷ lệ Phơi DD/TB NaOH/TTL Thời gian dưỡnghộ| 4 6 8 10 | 10 | 10 (giị) AIPI 0,4 0,5 10,5 | 12,5 | 14,3 | 15,8 | 18,5 | 21,0 AIP2 0,4 1 , 13,7 | 15,5 | 16,3 | 17,5 | 23,5 | 28,0 => s AIP3 0,4 2 = 8,4 | 9,2 | 10,5 | 11,0 | 14,8 | 16,9 S \IPI 0,45 0,5 3 13,1 | 14,6 | 16,6 | 18,0 | 22,0 | 24,5 5 \IP2 0,45 1 8 |160|19,5 |22,5 | 23,7 | 28,0 | 31,0 Oo IIP3 0,45 2 % | 10,0] 12,0 | 13,5 | 14,9 | 16,8 | 18,0 TIPI 0,5 0,5 5 14,5 | 16,9 | 17,5 | 19,0 | 23,0 | 25,5 © IIP2 0,5 1 16,5 | 21,0 | 24,5 | 26,5 | 30,5 | 33,0 IIP3 0,5 2 11,0 | 14,5 | 16,0 | 18,5 | 20,0 | 22,0
¡ng 4.1 Kết quả thí nghiệm phục vụ nghiên cứu tính chất cơ học của bê tơng Geoplymer
| Anh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ bê tơng geopolymer:
Vật liệu bê tơng geopolymer được tạo thành từ thành phần cấp phối cốt liệu nhỏ, cốt
u lớn, tro bay và dung dịch hoạt hĩa polymer Quá trình polymer hĩa được thực
hiệm ở nhiệt độ 70°C với thời gian dưỡng hộ thay đổi từ 4, 6, 8 và 10 giờ trong thiết bị
Trang 40
Thời gian dưỡng hộ ở 70°C 4 giờ 6giờ 8giờ 19 giờ
Cấp phối Cường độ chịu nén (MPa) AIPI ` 10,5 12,5 14,3 15,8 AIP2 13,7 15,5 16,3 17,5 AIP3 8,4 9,2 10,5 11,0 AIIPI 13,1 14,6 16,6 18,0 AIIP2 16,0 19,5 22,5 23,7 AIIP3 10,0° 12,0 13,5 14,9 , AIIPI 14,5 16,9 17,5 19,0 AIIP2 16,5 21,0 24,5 26,5 AIIP3 11,0 14,5 16,0 18,5 Bang 4.2 Cường đơ chịu nén của bê tơng geopolymer theo thời gian 6 70°C
Trong quá trình dưỡng hộ 4 giờ ở nhiệt độ 70°C, cường độ của bê tơng
geopolymer của cấp phối AIP1 đạt khoảng 10 MPa khi tỷ lệ sodium hydroxit — sodium silicat là 0,5-1 Cường độ của cấp phối AIP2 và AIP3 đạt được 8- 13 MPa Ta nhận thấy,
nhiệt độ ở 70°C cĩ khả năng tạo ra cường độ cho vật liệu geopolymer Kết quả trong
bảng trên cũng cho thấy các cấp phối khác cũng cho cường độ từ 10 — 16 MPa sau 4 giờ
dưỡng hộ nhiệt
Ở nhiệt độ 70%, thoi gian dưỡng hộ ảnh hưởng đến tính chất cường độ khi cĩ cùng
tỷ lệ sodium hydroxit và sodium silicat trong thành phần cấp phối Quan hệ giữa cường
độ được trình bày trong bảng
Bảng 4.3 Quan hệ giữa cường độ với thời gian khi tỷ lệ
sodium hydroxit-sodium silicat là 1-1
Thời gian (giị) 6 8 10