CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Công nghệ Geopolymer
2.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ geopolymer
Chất kết dính Geopolymer được tổng hợp từ phản ứng đa trùng ngưng giữa các khoáng aluminosilicate oxides và dung dịch alkali metal silicate trong điều kiện môi trường kiềm cao. Davidovist cho rằng, các phản ứng tổng hợp Geopolymer thì chủ yếu phụ thuộc vào các ion Nhơm (Al), nồng độ kiềm trong dung dịch mà nó khiến cho cấu trúc tinh thể Geopolymer và phản ứng hóa học thay đổi theo, trong cấu trúc silicate đóng vai trị xương sống cho phân tử. 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 là 2.
Sản phẩm tổng hợp từ các aluminosilicate là những polymer vơ cơ, có xương là các nguyên tố Si - O - Al, có cấu trúc vơ định hình đến nửa kết tinh, cơ bản có những loại như Hình 2.2.
9
Hình 2.2: Cấu trúc Poly (Sialates) theo Davidovits [1].
Vật liệu polymer từ alumino silicate tạo thành từ mạng lưới polysialate trên cơ sở các tứ diện SiO4 và AlO4 được nối xen kẹp với nhau bằng các nguyên tố oxy. Những ion dương Na+, K+, Li+, Ca++, Ba++, NH4+, H3O+ hiện diện trong các hốc của khung để cân bằng điện tích của Al+.
Cơng thức kinh nghiệm của polysialate:
Mn[-(SiO)2z - AlO2]n.wH2O
Trong đó: M – các ion kim loại kiềm hay kiềm thổ. n – mức độ trùng ngưng của phản ứng. z – có giá trị 1,2,3.
w – số phân tử nước.
Q trình đơng rắn của Geopolymer cũng dựa trên phản ứng này. Khác với cơ chế đóng rắn của xi măng pooc lăng là quá trình kết tinh trong nước của các silicate canxi với kích thước phân tử SiO3Ca, Geopolymer với cơ chế đóng rắn là q trình polymer hóa với kích thước phân tử dài bằng 10.000 lần phân tử SiO3Ca của xi măng pooc lăng.
Quá trình tổng hợp Geopolymer có thể được mô tả thông qua những bước như Hình 2.3.
Hình 2.3: Q trình hoạt hóa vật liệu Aluminosilicate [1].
Theo Glukhovsky, cơ chế động học giải thích q trình đơng kết và rắn chắc của chất kết dính 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 gãy các liên kết cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-Si khi nồng độ pH của dung dịch kiềm tăng lên. Vì thế những nhóm nguyên tố này chuyển sang hệ keo, sau đó xảy ra sự tích tụ các sản phẩm bị phá hủy với phản ứng nội tại giữa chúng, tạo ra một cấu trúc ổn định và cuối cùng là q trình hình thành cấu trúc đơng đặc.
Nhìn chung các sản phẩm được tạo ra trong q trình Geopolymer hóa tùy thuộc vào sự phá vỡ cấu trúc của tro bay trong khoảng thời gian đầu. Cuối cùng là quá trình ngưng kết, tạo nên cấu trúc chuỗi có trật tự tạo ra sản phẩm có cường độ cơ học cao.
Các quá trình phản ứng tạo ra chất kết dính Geopolymer diễn ra khá phức tạp, có rất nhiều q trình phản ứng xảy ra đồng thời mà rất khó có thể nhận biết được. Các bước phản ứng khơng diễn ra theo trình tự mà hầu như diễn ra cùng lúc và chồng lắp vào nhau.
11