2.1 Công nghệ Geopolymer
2.1.1 Lịch sử ra đời chất kết dính Geopolymer
Vào năm 1978, Joseph Davidovits [11] đã giới thiệu ra tồn thế giới về một loại vật liệu có tên làGeopolymer được mơ tả là một chất kết dính các vật liệu khác có đặc tính tương tự như xi măng truyền thống nhưng có ngun liệu và q trình sản xuất tận dụng nguồn vật liệu phế thải cơng nghiệp và rất ít có ảnh hưởng xấu đến mơi trường. Sau đó, chất kết dính Geopolymer tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng tại các nước châu Âu, Mỹ, Úc và một số quốc gia phát triển khác. Chất kết dính Geopolymer được tạo ra từ những phản ứng của dung dịch kiềm với các chất có chứa hàm lượng lớn hợp chất Silic và Nhơm. Chất kết dính này cịn được gọi với một cái tên khác là chất kết dính kiềm hóa.
Vật liệu Geopolymer vơ cơ là loại vật liệu mới nhận được từ hỗn hợp bao gồm chất kết dính Polyme vơ cơ và các thành phần chất độn.Sau khi nhào trộn, đầm nén, tạo hình và dưỡng hộ sản phẩm phát triển cường độ và đạt tới các tính chất kỹ thuật cần thiết.Q trình phát triển cường độ của sản phẩm phụ thuộc vào q trình Polymer hóa các hợp chất vơ cơ của chất kết dính Polyme vơ cơ.
Khái niệm chất kết dính Geopolymer và vật liệu Polyme thường gắn liền với nguồn gốc hữu cơ như keo epoxy, chất dẻo tổng hợp.Trước những năm 80 của thế kỷ trước, khái niệm polymer vơ cơ cịn khá mới mẻ và ít được thừa nhận.Tuy nhiên, khi đi sâu vào việc phân tích hóa lý cho thấy q trình hút nhau giữa các điện tích trái dấu ở một số vật liệu phù hợp sẽ hình thành nên các mạch Polyme đa phân tử rất dài với bộ xương là các khoáng vật liệu bền vững. Các Polyme thu được có những tính chất hóa học, lý học và cơ học bền vững, có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.Các nghiên cứu về chất kết dính Polyme vơ cơ và vật liệu Polymer vô cơ đã được triển khai ở một số nước trên thế giới và đã đạt được nhiều thành tựu khả quan.Tuy nhiên, vấn đề này ở nước ta vẫn còn khá mới mẻ, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng. Ở Mỹ, ứng dụng chủ yếu của chất kết dính Geopolymer là sản xuất xi măng Geopolymer đóng rắn nhanh (Pyrament Blended Cement – PBC). PBC được nghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong các sân bay quân sự từ năm 1985. Sau đó PBC được dùng nhiều trong sửa chữa đường băng máy bay làm từ bê tông, sàn nhà công nghiệp,
đường cao tốc, loại xi măng này có thể đạt được cường độ 20 MPa chỉ sau 4-6h đóng rắn.Một loại xi măng Geopolymer khác cũng được nghiên cứu sử dụng là xi măng Geopolymer bền axit. Năm 1997, công ty Zeo tech corp đã thương mại hóa sản phẩm bê tơng Geopolymer bền axit. Sản phẩm này được dùng nhiều trong các nhà máy hóa chất và thực phẩm [11].
Ở Úc, bê tông Geopolymer đã và đang ứng dụng trong thực tiễn như các thanh tà vẹt đúc sẵn, đường ống cống và các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn khác trong xây dựng. Với các đặc tính tốt nhất của các cấu kiện đúc sẵn là cho cường độ tuổi sớm cao sau khi bảo dưỡng hơi nước hoặc dưỡng hộ nhiệt. Trong báo cáo về quá trình sản xuất các thanh tà vẹt bê tông Geopolymer trên cơ sở Geopolymer tro bay, Palomo et al. cho rằng các kết cấu bê tơng Geopolymer có thể dễ dàng được sản xuất bằng những công nghệ sản xuất bê tông hiện tại mà không cần phải có những thay đổi lớn nào.Một số nghiên cứu khác cũng đã sản xuất các sản phẩm ống cống bê tơng Geopolymer cốt thép đúc sẵn có đường kính từ 375-1800mm, các cống hơp bê tơng Geopolymer cốt thép có kích thước 1200x600x1200mm. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng chịu mơi trường ăn mịn như nước thải xâm thực rất tốt và tương đương các sản phẩm bê tông xi măng [14].
Ở Việt Nam, vật liệu Geopolymer chưa được sử dụng rộng rãi trong các cơng trình xây dựng. Đã có một số nghiên cứu bước đầu về bê tông Geopolymer như bê tông chịu lửa khơng xi măng của nhóm nghiên cứu ở Viện Vật liệu Xây dựng. Bê tông cốt liệu khơng xi măng dựa trên liên kết alumina có tên thương mại là alphabond 300, bê tơng cốt liệu ít xi măng là cơng nghệ chế tạo đơn giản, thời gian sử dụng của vật liệu này tăng, tính chất cơ nhiệt tốt như tăng nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng và tăng độ bền uốn ở nhiệt độ cao. Nhóm ngiên cứu đã chế tạo thành công bê tông cốt liệu không xi măng ứng dụng vào thực tế. Một nghiên cứu khác về ứng dụng chất kết dính Geopolymer là sản xuất vật liệu không nung từ phế thải tro bay và xỉ lò cao cũng được thực hiện vào năm 2011. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được quy trình sản xuất vật liệu gạch block bê tơng Geopolymer có cường độ nén đạt trên 10MPa, có giá thành rẻ hơn gạch block bê tông xi măng cốt liệu khoảng 15% [1].
Chất kết dính Geopolymer là một loại chất kết dính mới có thể thay thế cho xi măngtruyền thống. Nguồn vật liệu sử dụng cho các phản ứng là các vật liệu chứa nhiều nguyên tố Nhơm(Al) và Silic(Si)có trong đất sét, mê ta cao lanh hay là tro bay,…. Hầu hết các nghiên cứu tiến hành đến nay chủ yếu là sử dụng dung dịch Alkali Silicate để hịa tan và kích hoạt phản ứng phân tử Geopolymer. Sản phẩm phản ứng tùy thuộc vào cả chất kích hoạt và vật liệu ban đầu. Với vật liệu có chứa Si+Ca thì sản phẩm chủ yếu là gel CSH, cịn với vật liệu có chứa Si+Al thì sản phẩm tạo ra là Zeolite giống như Polyme [1].