Sợi thủy tinh là chất vô cơ dẻo, không cháy, không mục nát, không thấm nước, bền với các axit. Chúng không đàn hồi hay giãn rộng, không dẫn nhiệt, không dẫn điện, không hút ẩm.
Thành phần gồm: silicon dioxide, ơxít nhơm, oxit canxi, bo oxit, oxit magiê, natri oxit…. Sợi thủy tinh được chế tạo bằng cách lấy thủy tinh cầu hoặc thủy tinh bỏ đi làm vật liệu nung nóng chảy ở nhiệt độ cao, kéo sợi, sợi xơ, dệt. Tạo nên nhiều hình dạng, nhiều đường kính, mỗi bó sợi xơ có hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn sợi đơn tạo thành, thơng thường dùng làm nguyên liệu đẩy mạnh trong vật liệu phức tạp, nguyên liệu chế tạo nguồn điện với vật liệu bảo ôn nhiệt, board mạch, phần mềm trong nhiều lĩnh vực.
Còn đối với vữa được gia cường cốt sợi thủy tinh có những ưu điểm như: hạn chế các vết nứt nhỏ, giúp cho bề mặt vữa kín, phẳng và mịn (khơng có những lỗ xốp),
34
ít chịu ăn mịn, giúp cho sản phẩm geopolymer được ổn định hơn, bền vững hơn. Đặc biệt cốt sợi thủy tinh hiệu quả trong điều kiện thời tiết thay đổi nhiều.
2.3.2 Công dụng sợi thủy tinh trong xây dựng
Sợi thủy tinh được ứng dụng trong xây dựng là vấn đề phổ biến nhất hiện nay. Việc ứng dụng sợi thủy tinh vào xây dựng nhằm nâng cao hiệu suất cách nhiệt, cải thiện tính chất cơ học của bê tơng vì lợi ích kinh tế và mơi trường. Các vật liệu cách nhiệt và điện cho ngành công nghiệp xây dựng là một trong những ứng dụng khả thi của sợi thủy tinh. Một số ứng dụng đang được quan tâm hiện nay như: Cốt vật liệu cho bê tông polymer, vữa polymer, gạch, nhựa đường, nhằm tạo sự thân thiện với mơi trường và tránh lãng phí tài nguyên.Việc gia cường sợi thủy tinh trong bê tông và vữa giúp tăng khả năng kháng nứt, tăng độ bền, độ chống chịu mài mòn của vật liệu, cũng như tăng cường khả năng chịu nén uốn [17].
Với tính chất kháng muối, axit và không bị ảnh hưởng bới hầu hết các loại hóa chất GFRP thích hợp cho các cơng trình ở mơi trường ơ nhiễm, xâm thực hay nhiễm mặn. Ở nước ta vật liệu này là mới nhưng có tiềm năng ứng dụng rất lớn bởi lẽ số lượng, quy mơ các cơng trình ở các vùng biển, đảo mới bắt đầu phát triển cũng như yếu tố lợi thế về giá thành GFRP trên thị trường Việt Nam quy đổi tương đương cốt thép có cùng khả năng chịu lực [7]. Tuy nhiên việc sử dụng vật liệu này trên thực tế còn rất hạn chế bởi nhiều lý do trong đó có sự quan ngại của chủ đầu tư về việc tăng giá trị dự toán khi dùng vật liệu mới. Sau khi thơng qua những nội dung phân tích kinh tế kỹ thuật của việc sử dụng cốt sợi GFRP thay thế cốt thép và kết quả tính tốn cụ thể ở một số cơng trình cho thấy những hiệu quả kinh tế mang lại là đáng kể.
Sự kết hợp giữa nhựa sợi thủy tinh vào bê tơng Geopolymer giúp giảm chi phí vật liệu giải quyết một số vấn đề chất thải rắn gây ra và tiết kiệm năng lượng. Hiện nay, hỗn hợp nhựa đường kết hợp sợi thủy tinh giúp tăng độ cứng của hỗn hợp, nâng cao độ kháng cự, chống lại sự biến dạng, tăng đáng kể độ bền [7]. Q trình sản xuất tiêu thụ ít năng lượng, không thải ra các chất ô nhiễm và tạo ra khơng chất thải.
Với những đặc tính nhiều ưu việt sợi thủy tinh được ứng dụng thành công trong ngành cơng nghiệp xây dựng. Với đặc tính khơng dẫn nhiệt, cách âm các nhà xây
35
dựng thường chọn cửa làm bằng vật liệu sợi thủy tinh để thực hiện giải pháp năng lượng cho ngôi nhà và cả những nhà xưởng. Với những lớp cửa làm bằng vật liệu sợi thủy tinh việc chống nóng, chống ồn rất hiệu quả.
Sợi thủy tinh cũng được dùng trong sơn tường để chống ẩm mốc, dễ lau chùi. Sợi thủy tinh được dùng làm vật liệu để sản xuất các loại cửa chống cháy trong những tòa nhà chung cư.
Sợi thủy tinh cũng được sử dụng trong các cơng trình xây dựng nhà cao tầng để nâng đỡ những vật liệu nặng lên những tầng cao mà vẫn an toàn trong lao động.
2.3.3 Nhược điểm của sợi thủy tinh
Đối với mỗi vật liệu đều có ưu điểm và nhược điểm riêng cho nó. Ngồi những đặc tính vượt trội nêu trên thì sợi thủy tinh cũng có nhược điểm riêng là có độc tính nhẹ, có thể gây ngứa da.
36
Chương 3
NGUYÊN VẬT LIỆU,PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Nguyên vật liệu
Sau khi tìm hiểu tổng quan và cơ sở lý thuyết về vữa Geopolymer đã được trình bày như ở trên, băt đầu tiến hành các bước chuẩn bị cho việc đúc mẫu và thí nghiệm mẫu. Để việc tiến hành phối trộn, đúc mẫu và tiến hành thí nghiệm đúng kỹ thuật, khoa học hợp lý, đảm bảo việc giữ vệ sinh chung cho phịng thí nghiệm và đặc biệt là để kết quả thu được là khách quan chính xác nhất, cần phải có kế hoạch cụ thể cho từng quá trình tiến hành, giai đoạn thực hiện cho thí nghiệm.
Ngồi ra, để thống nhất về kích thước mẫu vữa phục vụ cho việc thí nghiệm, u cầu cần phải tìm hiểu về tiêu chuẩn vữa xây dựng và một số phương pháp thí nghiệm vữa xây dựng. Nhằm đảm bảo kích thước mẫu đúc ra sau khi tháo khn đạt đúng kích thước đã lựa chọn thì việc lựa chọn vật liệu làm khuôn, cấu tạo khuôn đúc, cơ chế lắp ráp và tháo khuôn cũng rất quan trọng.
3.1.1 Chuẩn bị vật liệu
Trước khi tiến hành q trình chuẩn bị vật liệu thí nghiệm, cũng cần phải xem xét kỹ lưỡng những vật liệu có thể tận dụng để sử dụng trong phịng thí nghiệm, sắp xếp, tập kết vật liệu thí nghiệm đúng vị trí một cách hợp lí để phục vụ cho quá trình lấy vật liệu, cân đo đong đếm, quản lí, bảo quản thuận tiện nhất. Ngồi ra, cịn phải vệ sinh sạch sẽ phịng thí nghiệm, các máy móc và thiết bị phục vụ cho q trình pha trộn mẫu thí nghiệm và máy móc đo đạc số liệu thí nghiệm như cân điện tử, bình thủy tinh chứa dung dịch pha trộn, máy trộn, các dụng cụ để nhào trộn đầm nén, v.v.
Để tránh việc thiếu hụt vật liệu sử dụng pha trộn trong xun suốt q trình thí nghiệm, cần phải xác định trước cấp phối sơ bộ, lựa chọn tỉ lệ giữa các vật liệu trộn đầu vào, xác định số lượng thí nghiệm sẽ tiến hành từ đó xác định được số lượng mẫu sẽ thực hiện và khối lượng vật tư cần thiết cho thí nghiệm. Với việc dự trù trước khối lượng vật tư cần thiết cho thí nghiệm sẽ tránh được tình trạng sử dụng vật liệu pha
37
trộn có đặc tính khác nhau, vì vậy mà có thể so sánh kết quả thu được một cách khách quan thống nhất giữa các mẫu. Không những vậy, việc dự trù khối lượng vật liệu cần thiết cho các thí nghiệm sẽ làm cho q trình thí nghiệm diễn ra một cách trơi chảy, đảm bảo đúng tiến độ thí nghiệm để có thể thu được kết quả sớm nhất có thể.
Đối với những vật liệu khơng có sẵn trong phịng thí nghiệm,cần thiết phải liên hệ các cơ sở sản xuất, các cửa hàng mua bán vật liệu xây dựng để tiến hành đặt mua đủ theo khối lượng vật liệu đã dự kiến.
3.1.2 Chuẩn bị khuôn đúc mẫu
Song song với việc chuẩn bị về vật liệu thí nghiệm, thì đồng thời cũng chuẩn bị khn mẫu để khi q trình nhào trộn cốt liệu xong thì tiến hành đổ hỗn hợp vào khuôn ngay lập tức. Mặt khác, việc xác định trước kích thước khn mẫu đúc, vật liệu làm khn và dự trù trước số lượng khuôn cần thiết sẽ chủ động hơn trong q trình thí nghiệm.
Căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 3121 – 2003: Vữa xây dựng đã đưa ra một số kích thước mẫu vữa để thí nghiệm, từ đó ta lựa chọn khn mẫu vữa thí nghiệmnhư sau: Khn gồm 3 ngăn, có thể tháo lắp rời từng thanh, kích thước trong mỗi ngăn của khuôn là: chiều dài 160mm + 0,8mm, chiều rộng 40mm + 0,2mm, chiều cao 40mm + 0,1mm.
38
Đối với mỗi loại cốt liệucần xác định chính xác các chỉ tiêu cơ lý của chúng như khối lượng riêng, khối lượng thể tích xốp, thành phần hạt, môđun độ lớn, v.v. Để lựa chọn cốt liệu nhào trộn cho một mẻ trộn hợp lí nhất.
3.1.3 Cát
Hình 3.2. Cát vàng thí nghiệm
Dựa vào thành phần kích cỡ hạt cát được phân chia thành các lớp theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” như sau.
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu của cát theo mức nhóm cắt
STT Tên các chỉ tiêu Theo mức nhóm cắt
To Vừa Nhỏ Rất nhỏ
1 Môđun độ lớn 2.5 đến 3 Lớn hơn 2 đến 2.5 1 đến nhỏ hơn 2 0.7 đến nhỏ hơn 1
2 Khối lượng thể tích xốp (Kg/m3 ) không nhỏ hơn. 1400 1300 1200 1150 3 Lượng hạt nhỏ hơn 0.14 mm, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn 10 10 20 35
39
Các yêu cầu về đặc tính cơ lí của cát được quy định theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006. Hàm lượng hạt cát lớn hơn 5mm và hàm lượng bùn, bụi, sét bẩn trong cát được quy định khác hoặc theo các hợp đồng thỏa thuận. Cũng theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” có được bảng chỉ tiêu cát đối với vữa trong xây dựng.
Bảng 3.2 Đặc tính của cát dùng cho vữa xây dựng. STT Tên các chỉ tiêu STT Tên các chỉ tiêu
Mức theo mác vữa
Nhỏ hơn 75 Lớn hơn hoặc bằng 75
1 Môđun độ lớn không nhỏ hơn 7.5 1.5
2 Sét, á sét, các tạp chất khác ở
dạng cục. Không Không
3 Lượng hạt trên 5 mm Không Khơng
4 Khối lượng thể tích xốp, tính
bằng kg/m3, không nhỏ hơn 1150 1250
5
Hàm lượng muối gốc sunfat, sunfit tính ra SO3, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn.
2 1
6
Hàm lượng bùn, bụi, sét tính bằng % khối lượng cát , không lớn hơn.
10 3
7
Lượng hạt nhỏ hơn 0.14mm, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn.
35 20
8
Hàm lượng tạp chất hữu cơ thử theo phương pháp so mẫu, mẫu của dung dịch trên cát không sẫm hơn.
Mẫu số hai Mẫu chuẩn
Cát mịn chứa nhiều tạp chất như bụi, bùn, sét sẽ tạo nên một màng mỏng trên bề mặt cốt liệu ngăn cản sự tiếp xúc giữa xi măng và các thành phần cốt liệu sẽ làm giảm tính kết dính và sẽ làm giảm cường độ của vữa và bê tông. Đối với gạch bê tơng có cốt liệu từ cát và tro bay thì cũng chịu ảnh hưởng tương tự khi cát mịn lẫn nhiều tạp chất. Không nên sử dụng cát mịn, cát bị nhiễm mặn, nhiễm phèn, lẫn nhiều tạp
40
chất. Cát thơ có thành phần được quy định trong bảng sau thì được phép sử dụng để chết tạo bê tông và vữa (Theo TCVN 7570:2006).
Bảng 3.3 Thành phần của hạt cát
Kích thước lỗ sàn Lượng sót tích lũy trên sàn, đơn vị %
Cát thô Cát mịn 2.5mm Từ 0 đến 20 0 1.25mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15 630µm Từ 35 đến 70 Từ 0 đến 35 315µm Từ 65 đến 90 Từ 5 đến 65 140µm Từ 90 đến 100 Từ 65 đến 90 Lượng qua sàn 140µm không lớn hơn 10 35
Tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 quy định về thành phần tạp chất trong cát như sau.
Bảng 3.4 Hàm lượng tạp chất trong cát Tạp chất Tạp chất
Hàm lượng tạp chất. % khối lượng không lớn hơn Bê tông cấp cao
hơn B30 Bê tông cấp thấp hơn B30 Vữa Sét cục và các tạp chất dạng cục Khơng được có 0.25 0.5 Hàm lượng bùn, bụi, sét 1.50 3.00 10.00
Bảng 3.5 Hàm lượng ion CL- trong cát
Loại bê tông và vữa Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng không lớn hơn
Bê tông dùng cho các kết cấu bê tông
cốt thép ứng suất trước 0.01
Bê tông dung cho các kết cấu bê tông,
bê tông cốt thép và vữa thông thường 0.05
3.1.4 Tro bay
Tro bay chuẩn bị cho thí nghiệm được mua từ các cơ sở thu gom từ các nhà máy nhiệt điện hoặc các cơ sở đốt than đá. Để đảm bảo chất lượng và các chỉ tiêu đặc trưng của tro bay cần bảo quản tro bay một cách cẩn thận, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời, cũng như những nơi ẩm ướt có độ ẩm cao, chúng sẽ làm cho tro
41
bay bị hỏng và thay đổi tính chất. Tro bay trong các bao tải lớn được chia ra chứa trong nhiều bao ni-lông nhỏ và cất giữ vào thùng ngăn nắp hợp lí nhằm thuận tiện cho quá trình sử dụng trộn vữa.
Bảng 3.6 Phân loại tro(TCVN 10302 – 2014)
Loại tro Định nghĩa
Tro bay (Fly ash) Loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải của nhà máy nhiệt điện từ quá trình đốt than. Tro tuyển (Fly ash
selected)
Tro bay đã qua công nghệ xử lý tuyển khô hoặc tuyển ướt để loại bớt thành phần không mong muốn, nhằm nâng cao thành phần chất lượng hữu ích trong sử dụng.
Tro axit (Acid ash) - F Tro bay thu được từ đốt than nhà máy nhiệt điện, trong đó hàm lượng canxi oxitđến 10 %.
Tro bazơ (Basic ash) - C Tro bay thu được từ đốt than nhà máy nhiệt điện, trong đó hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10 %.
Theo thành phần hóa học tro bay được chia làm 2 loại bao gồm tro bay axit có hàm lượng canxi oxit đến 10% có ký hiệu F, tro bay bazơ có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10% có ký hiệu C.
Tro bay khi mua về, cất giữ trong phịng thí nghiệm cũng cần thiết phải xác định các chỉ tiêu cơ lý của tro bay như khối lượng riêng, thành phần tạp chất, .v.v. Từ đó ta có bảng thành phần phần trăm hàm lượng của các chất cấu thành nên tro bay như sau.
42
Bảng 3.7 Tỉ lệ thành phần tro bay Thành Thành
phần hóa học
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O
% trọng
lượng 53.2 24.2 6.38 2.17 0.44
Ngoài ra, căn cứ vào tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông và vữa xây phải đáp ứng các yêu cầu sau đây.
Bảng 3.8 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa
STT Chỉ tiêu Loại Tro bay Lĩnh vực sử dụng – Mức a b c d 1 Tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % khối lượng, không nhỏ hơn F C 70 45 2
Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO3, % khối lượng, khơng lớn hơn
F C 3 5 5 5 3 6 3 3 3
Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOtd, % khối lượng, không lớn hơn F C - 2 - 4 - 4 - 2 4
Hàm lượng mất khi nung MKN, % khối lượng, không lớn hơn F C 12 5 15 9 8* 7 5* 5 5
Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hịa tan), % khối lượng, không lớn hơn
F C 1.5 6 Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn F C 3 7 Lượng sót sàng 45µm, % khối lượng, khơng lớn hơn
F
C 25 34 40 18
8
Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng, %, không lớn hơn
F
43 9
Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng, không lớn hơn
F
C 0.1 - - 0.1
10
Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng
- Đối với cơng trình nhà ở và cơng cộng, khơng lớn hơn
- Đối với cơng trình cơng nghiệp, đường đô thị và khu dân cư, không lớn hơn
370
740
Khi đốt than Antraxit, có thể sử dụng tro bay với hàm lượng mất khi nung tương ứng: lĩnh vực c tới 12 %; lĩnh vực d tới 10 %, theo thỏa thuận hoặc theo kết quả thử nghiệm được chấp nhận.
Phương pháp xác định các thành phần cơ lý của tro bay tương tự như phương pháp xác định chỉ tiêu cơ lý của xi măng như phương pháp xác định khối lượng riêng, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đơng kết, v.v.
Vì tro bay là một loại bột rất mịn vì vậy chúng rất dễ hình thành các hạt bụi li ti lơ lững ngồi mơi trường, nên u cầu tiến hành các hoạt động với tro bay phải nhẹ nhàng, hợp lí hạn chế việc tro bay lan ra mơi trường khiến người thí nghiệm và người