2.1 Công nghệ Geopolymer
2.1.3 Cơ chế phản ứng
Trên rất nhiều cơ sở nghiên cứu chất kết dính kiềm kích hoạt (Alkali-activated Cement), có thểchấp nhận 2 khái niệm khác nhau là xỉ lị cao ngiền mịn kiềm kích hoạt(alkali activated GGBFS) và Geopolymer. Chất kiềm kích hoạt của GGBFS có kiểu (Ca+Si) và chất kết dính Geopolymer có kiểu kết dính (Al+Si) với metakaolin và tro bay làm vật liệu chính. Phân tích ảnh SEM cho thấy, trước khi hoạt hóa tro bay có dạng hình cầu với nhiều kích cỡ khác nhau và chứa tinh thể mulit và sắt. Sau khi hoạt hóa, một số hạt cầu chưa phản ứng và gel Aluminosilicate (có tỉ lệ mol Si/Al : 1.6-1.8 và Na/Al : 0.46-0.68) trong vữa chỉ chứa chất kích hoạt là NaOH. Khi chất kích hoạt có chứa nước thủy tinh thì sản phẩm cuối cùng đặc hơn với tỷ lệ mol Si/AL : 2.7 và Na/Al : 1.5 [1].
Cơ chế động học phản ứng tạo ra Geopolymer giải thích q trình đơng kết và rắn chắc của chất kết dính kiềm hoạt hóa vẫn cịn là một bí ẩn. Theo Glukhovsky, cơ chế q trình kiềm hoạt hóa bao gồm các phản ứng phân hủy nguyên liệu dạng cấu trúc ổn định thấp và phản ứng nội tại. Trước tiên là quá trình bẻ gảy các liên kết cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-Si khi nồng độ pH của dung dịch kiềm tăng lên cao. Vì thế những nhóm ngun tố này chuyển sang hệ keo, sau đó sảy ra sự tích tụ các sản phẩm bị phá hủy với phản ứng nội tại giữa chúng tạo ra cấu trúc ổn định thấp và cuối cùng là quá trình hình thành cấu trúc đơng đặc.
26
Granizo đã nghiên cứu chất kết dính Metakaolin hoạt hóa kiềm và cho rằng có 2 phản ứng khác nhau khi chất kiềm hóa chỉ là NaOH hoặc thủy tinh lỏng. Ở trường hợp thứ nhất, sau khi hòa tan một thời gian, các sản phẩm phá hủy bắt đầu tích tụ. Trong trường hợp thứ 2, ngay sau khi xảy ra sự hòa tan sẽ sảy ra quá trình trùng hợp [10].
Trong quá trình phản ứng tạo ra chất kết dính Geopolymer thì đồng thời cũng phát sinh ra nhiệt độ và tỏa nhiệt ra bên ngồi có thể gây mất nước dung dịch tồn cục. Theo kí hiệu hóa học của Geopolymer do Davidovist đề xuất thì dùng tên là “polysialates” mỗi “sialates” là một ký hiệu viết tắt của oxit kép aluminosilicate. Các mạng lưới sialates bao gồm cái anion tứ diện [SiO4]4- và [AlO4]5- chung nhau nguyên tử oxi và chúng cần các ion dương như Na+, K+, Li+, Ba2+, NH4+, H3O+để cân bằng điện tích của Al3+ trong khối tứ diện [11].
27
Palomo.et.al cũng có cùng quan điểm này khi cho rằng, có 2 kiểu hoạt tính kiềm có thể sảy ra, kiểu thứ nhất xảy ra khi chất kích hoạt của xỉ lị cao (Si+Ca) là dung dịch kiềm yếu, sản phẩm chủ yếu sẽ là CSH. Kiểu thứ 2 đối với chất hoạt hóa kiềm của Metakaolin là dung dich kiềm từ trung bình đến mạnh. Sản phẩm cuối cùng có dạng mạch trùng hợp và có cường độ cơ học cao.Với trường hợp đầu tương tự như q trình hình thành Zeoloite (khống Nhơm). Cịn với chất hoạt hóa kiềm của tro bay xảy ra sự tỏa nhiệt trong quá trình hịa tan, phân tách các liên kết cơng hóa trị O- Si-O và Al-O-Al. Nhìn chung các sản phẩm tùy thuộc vào sự phá vỡ cấu trúc của tro bay trong khoảng thời gian đầu và cuối cùng là quá trình ngưng kết tạo cấu trúc chuỗi một cách có trật tự tạo ra sản phẩm có cường độ cơ học cao [12].
Joseph Davidovist cho rằng dung dịch kiềm có thể sử dụng để phản ứng với Silic và Nhơm trong nguồn vật liệu khống hoặc trong vật liệu phế thải tro bay, tro trấu để chết tạo chất kết dính. Bởi vì phản ứng hóa học xảy ra trong trường hợp này là quá trình trùng hợp cho nên ơng gọi là Geopolymer.Thơng số chính quyết định đến tính chất và dạng sử dụng của một loại Geopolymer là tỷ lệ Si/Al, với vật liệu xây dựng tỷ lệ Si/Al khoảng xấp xỉ 2 [11].