Hình 4.11 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xốp đến khối lƣợng vữa với cát/tro=1,9 Kết quả thí nghiệm đƣợc thể hiện trên hình cho thấy các mẫu vữa sau khi ngâm Kết quả thí nghiệm đƣợc thể hiện trên hình cho thấy các mẫu vữa sau khi ngâm trong các dung dịch có khuynh hƣớng tăng khối lƣợng nhiều nhất ở tuần 8 và tuần 12, sau đó giảm khối lƣợng dần ở các tuần tiếp theo. Các cấp phối C1, C2, C3 với hàm lƣợng xốp 55% tăng khối lƣợng từ 9% – 12,9% sau 12 tuần ngâm và từ 8,1% – 11% sau 20 tuần ngâm trong hóa chất. Các cấp phối D1, D2, D3 với hàm lƣợng xốp 45% tăng khối lƣợng từ 5,4% – 8,6% sau 12 tuần ngâm và từ 5,1% – 7,9% sau 20 tuần ngâm trong hóa chất. Mẫu vữa 55% xốp có độ rỗng lớn, sự tiếp xúc giữa các hạt xốp EPS và geopolymer nhiều hơn nên khi ngâm trong các dung dịch sẽ xảy ra hiện tƣợng mao dẫn lớn hơn nên có sự tăng khối lƣợng lớn hơn so với các mẫu vữa 45% xốp. Các mẫu vữa ngâm trong Na2SO4 và NaCl có mức tăng khối chênh lệch nhau không nhiều và cao hơn khoảng 2% so với mẫu ngâm trong H2SO4.
4.5 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xốp đến cƣờng độ nén theo thời gian ngâm.
Kết quả thí nghiệm về cƣờng độ chịu nén (MPa) của mẫu sau khi ngâm trong các mơi trƣờng ăn mịn 20 tuần đƣợc thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4.3 Cƣờng độ chịu nén (MPa) của mẫu sau 20 tuần ngâm trong các mơi trƣờng
ăn mịn
Ngâm hóa chất H2SO4
Cấp phối Nén lúc đầu 4 tuần 8 tuần 12 tuần 16 tuần 20 tuần C1 3,91 3,43 4,19 4,00 3,94 3,72 C2 4,27 4,25 4,56 4,34 4,13 3,86 C3 3,05 2,90 2,92 2,32 2,35 2,19 D1 5,01 5,00 5,52 4,99 4,93 4,75 D2 5,68 5,64 5,86 5,65 5,44 5,28 D3 6,15 6,09 6,33 6,04 5,82 5,70 Ngâm hóa chất Na2SO4
Cấp phối Nén lúc đầu 4 tuần 8 tuần 12 tuần 16 tuần 20 tuần C1 3,91 4,54 4,76 4,42 4,30 3,98 C2 4,27 4,49 5,06 4,52 4,45 4,22 C3 3,05 3,46 3,56 3,18 2,70 2,42 D1 5,01 5,23 5,71 5,39 5,16 5,03 D2 5,68 5,75 6,04 5,86 5,64 5,53 D3 6,15 6,15 6,51 6,44 6,17 5,92
Ngâm hóa chất NaCl
Cấp phối Nén lúc đầu 4 tuần 8 tuần 12 tuần 16 tuần 20 tuần C1 3,91 4,00 4,87 4,26 4,06 3,98 C2 4,27 4,41 4,96 4,47 4,23 3,98
C3 3,05 3,13 3,07 3,00 2,46 2,29 D1 5,01 5,30 5,48 5,22 5,17 4,78 D2 5,68 5,66 5,98 5,64 5,62 5,35 D3 6,15 6,14 6,49 6,37 6,08 5,76
Hình 4.13 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xốp đến cƣờng độ nén của vữa cát/tro=1,6
Kết quả thí nghiệm đƣợc biểu diễn trên hình cho thấy các mẫu vữa sau 8 tuần ngâm trong các dung dịch có khuynh hƣớng tăng cƣờng độ nén và bắt đầu giảm nhẹ ở các tuần tiếp theo. Các mẫu ngâm trong Na2SO4 và NaCl sau 20 tuần ngâm giảm cƣờng độ ít hơn so với mẫu ngâm trong H2SO4.
Sau 8 tuần ngâm mẫu trong hóa chất, các cấp phối vữa C1, C2, C3 với hàm lƣợng xốp 55% tăng cƣờng độ từ 0,8% – 24,6% so với ban đầu, riêng cấp phối C3 ngâm trong H2SO4 bị giảm cƣờng độ 4,2%. Các cấp phối D1, D2, D3 với hàm lƣợng xốp 45% tăng cƣờng độ từ 3% – 13,9%. Sau 20 tuần ngâm hóa chất, cấp phối C1, C2 có cƣờng độ nén dao động từ -9,5% đến +1,8%, riêng cấp phối C3 giảm mạnh 20,5% – 28,1%. Các mẫu vữa của cấp phối D1, D2, D3 giảm cƣờng độ nén ít và ổn định hơn, dao động từ -7,4% đến +0,5%.
Các mẫu vữa xốp 45% có mức độ giảm cƣờng độ sau q trình ngâm ăn mịn ít hơn khơng nhiều (khoảng 2%) so với mẫu vữa xốp 55% nhƣng có biên độ dao động ổn định hơn nhiều. Cấp phối C3 giảm cƣờng độ lớn và có thể mất khả năng mất cƣờng độ hoàn toàn nếu đƣợc tiếp xúc lâu hơn trong mơi trƣờng ăn mịn. Qua đó, các mẫu vữa với lƣợng xốp 45% có độ đặc chắc cao hơn nên ít bị xâm thực so với mẫu vữa xốp 55%. Theo kết quả cƣờng độ nén của mẫu vữa 0% xốp Bảng 4.4 cho thấy cấp phối B3 với tỉ lệ cát/tro 1,9 có cƣờng độ cao nhất, so sánh với vữa xốp 45% cũng đạt cƣờng độ cao nhất với cát/tro 1,9 và giữ cƣờng độ ổn định trong suốt quá trình ngâm, nhƣng với mẫu vữa xốp 55% với tỉ lệ cát/tro 1,9 sẽ bị mất cƣờng độ nhiều hơn và có khả năng mất hản cƣờng độ nén nếu đƣợc ngâm trong thời gian dài hơn. Qua đó cho thấy lƣợng xốp tối đa là 55% với tỉ lệ cát/tro 1,6 sẽ có khả năng tạo vữa với cƣờng độ đạt yêu cầu để chế tạo gạch chịu đƣợc tác động của sự ăn mòn.
Bảng 4.4 Kết quả cƣờng độ nén của mẫu vữa 0% xốp Cấp Cấp phối Na2SiO3/ NaOH Dung dịch/tro Cát/tro Dung dịch/ cốt liệu khơ Khối lƣợng thể tích (Kg/m3) Cƣờng độ nén (MPa) B1 2,5 0,6 1,3 2,6 2105 38,93 B2 2,5 0,6 1,6 2,3 2173 44,96 B3 2,5 0,6 1,9 2,1 2245 50,07
4.6 Ảnh hƣởng của tỷ lệ cát/ tro đến cƣờng độ nén theo thời gian ngâm.
Hình 4.16 Ảnh hƣởng của cát/tro đến cƣờng độ nén của vữa ngâm Na2SO4
Kết quả thí nghiệm nén mẫu ban đầu trƣớc khi ngâm mẫu cho thấy ở vữa xốp 55%, cấp phối C1 có cƣờng độ nén thấp hơn 9,2% so với C2 và cao hơn 22% so với C3. Ở loại vữa xốp 45%, cấp phối D1 có cƣờng độ nén thấp hơn 13,4% so với D2 và thấp hơn 22,7% so với D3. Qua đây có thể nhận thấy sự ảnh hƣởng của tỉ lệ cát/tro đến cƣờng độ của vữa xốp geopolymer. So sánh với các cấp phối vữa có hàm lƣợng xốp 0% theo Bảng 4.4 cho thấy cƣờng độ của vữa xốp tăng dần theo các tỉ lệ cát/tro là 1,3, 1,6, 1,9 nhƣng riêng với cấp phối C3 có hàm lƣợng xốp 55% có cƣờng độ thấp hơn do tỉ lệ dung dịch/ cốt liệu khô (cát+tro) thấp nên khơng đủ để tạo liên kết geopolymer và khó trong q trình thao tác tạo mẫu.
Kết quả thí nghiệm cho thấy sau 8 tuần ngâm hóa chất, các mẫu vữa có xu hƣớng tăng cƣờng độ nén so với ban đầu. Đối với vữa xốp 55%, cấp phối C1 tăng từ 7,1% – 24,6%, cấp phối C2 tăng từ 6,8% – 18,5% , cấp phối C3 thay đổi từ -4,2% đến +16,7%. Đối với vữa xốp 45%, cấp phối D1 tăng từ 9,3% – 13,9%, cấp phối D2 tăng từ 3,1% – 6,3%, cấp phối D3 tăng từ 3% – 5,9%.
Sau 20 tuần ngâm, các mẫu vữa giảm cƣờng độ dần và ổn định hơn. Đối với vữa xốp 55%, cấp phối C1 thay đổi từ -4,7% đến +1,8% so với ban đầu, cấp phối C2 giảm từ 1,1% – 9,5% , riêng cấp phối C3 giảm mạnh từ 20,5% – 28,1%. Đối với vữa 45% xốp , cấp phối D1 thay đổi từ -5,2% đến +0,5% so với ban đầu, cấp phối D2 giảm từ 2,7% – 7,1%, cấp phối D3 giảm từ 3,7% – 7,4%. Sau 20 tuần, cƣờng độ nén của cấp phối C1 thấp hơn từ 0% – 6,1% so với C2 và cao hơn từ 39,1% – 42,6% so với C3, cƣờng độ nén của cấp phối D1 thấp hơn từ 9,9% – 11,9% so với D2 và thấp hơn từ 17,6% – 20,5% so với D3.
Qua đây có thể thấy đối với tỉ lệ cát/tro lớn thì vữa geopolymer xốp sẽ đạt cƣờng độ ban đầu cao hơn (cƣờng độ của vữa có tỉ lệ cát/tro 1,6 và 1,9 cao hơn lần lƣợt
khoảng 11% và 19% so với vữa tỉ lệ cát/tro 1,3 sau 20 tuần ngâm trong dung dịch ăn mòn), nhƣng riêng với cấp phối C3 có hàm lƣợng xốp 55% có cƣờng độ thấp hơn và giảm cƣờng độ mạnh sau khi ngâm, có thể mất hẳn cƣờng độ nén nếu đƣợc ngâm lâu hơn do tỉ lệ dung dịch/ cốt liệu khô (cát+tro) thấp nên không đủ để tạo liên kết geopolymer và khó trong q trình thao tác tạo mẫu.
4.7 Ảnh hƣởng của thời gian ngâm giữa các dung dịch hóa chất.
Hình 4.19 Sự thay đổi cƣờng độ nén so với ban đầu sau 8 tuần ngâm
Hình 4.21 Sự thay đổi cƣờng độ nén so với ban đầu sau 16 tuần ngâm
Kết quả thí nghiệm cho thấy với nồng độ dung dịch 5% khơng có sự chênh lệch cƣờng độ lớn giữa các hóa chất sau thời gian ngâm. Các hóa chất đều có khuynh hƣớng làm tăng cƣờng độ mẫu cho đến tuần thứ 8 và giảm dần ở các tuần tiếp theo. Các mẫu ngâm trong H2SO4 giảm cƣờng độ mạnh hơn so với Na2SO4 và NaCl. Sau 8 tuần ngâm, các mẫu trong dung dịch H2SO4 tăng cƣờng độ từ 3% – 10,2%, riêng cấp phối C3 giảm 4,2%, mẫu ngâm trong Na2SO4 tăng cƣờng độ mạnh từ 5,9% – 21,7%, mẫu ngâm trong NaCl cũng tăng từ 0,8% – 24,6%, các cấp phối 55% xốp tăng cƣờng độ nhiều và kém ổn định hơn cấp phối 45% xốp. Sau 20 tuần ngâm, các mẫu trong dung dịch H2SO4 giảm cƣờng độ từ 4,7% – 9,6% so với ban đầu, mẫu ngâm Na2SO4 thay đổi từ -3,7% đến +1,8%, mẫu ngam NaCl thay đổi từ -6,8% đến +1,8% so với ban đầu. Riêng cấp phối C3 trong các dung dịch đều giảm mạnh từ 20,7% – 28,2% và có thể mất cƣờng độ ở những tuần tiếp theo. Kết quả cho thấy sự ảnh hƣởng của dung dịch acid H2SO4 tác dụng mạnh và làm mất cƣờng độ vữa geopolymer xốp nhiều hơn khoảng từ 3% – 6% so với muối NaCl và Na2SO4. Kết quả cũng cho thấy sự ảnh hƣởng của NaCl gây mất cƣờng độ lớn hơn khoảng 3% so với Na2SO4 , các ion clorua (Cl-) tác động mạnh hơn ion sulfate (SO42-) do có kích thƣớc phân tử nhỏ hơn nhiều so với ion sulfate tƣơng tự nhƣ nhận định của Frantisek Skvara [4].
4.8 Độ thay đổi khối lƣợng và cƣờng độ của mẫu gạch theo thời gian ngâm
Kết quả thí nghiệm về độ thay đổi khối lƣợng và cƣờng độ nén của mẫu gạch đƣợc đúc từ cấp phối D2 với tỷ lệ cát/tro là 0,6; Na2SiO3/NaOH là 2,5; cát/tro là 1,6.
Bảng 4.5 Kết quả cƣờng độ nén của gạch cấp phối D2
Hóa chất Nén lúc đầu 4 tuần 8 tuần 12 tuần 16 tuần 20 tuần H2SO4 5,58 5,53 5,80 5,61 5,32 5,21 Na2SO4 5.58 5,64 5,97 5,81 5,50 5,48 NaCl 5,58 5,61 5,88 5,58 5,46 5,33
Hình 4.23 Cƣờng độ chịu nén của gạch D2
Kết quả thu đƣợc tƣơng tự nhƣ mẫu vữa trụ, mẫu gạch tăng cƣờng độ cho đến tuần thứ 8 và giảm dần ở các tuần tiếp theo. Ở tuẩn thứ 8 mẫu trong dung dịch H2SO4 tăng 3,9%; mẫu ngâm Na2SO4 tăng 5,4%; mẫu ngâm NaCl tăng 7% so với ban đầu. Sau 20 tuần ngâm, mẫu trong H2SO4 giảm -6,6%; mẫu ngâm Na2SO4 giảm 1,8%; mẫu ngâm NaCl giảm 4,5% so với ban đầu. Mẫu ngâm trong môi trƣờng axit bi giảm cƣờng độ nhiều hơn nhƣng khơng có mẫu nào bị phá hoại.
Bảng 4.6 Độ thay đổi khối lƣợng gạch sau khi ngâm (%)
Hóa chất 4 tuần 8 tuần 12 tuần 16 tuần 20 tuần H2SO4 2,7 5,4 6,3 5,7 5,3 Na2SO4 4,8 7,5 8,4 8,1 7,7 NaCl 4,7 7,9 8 7,2 7,3
Hình 4.24 Độ thay đổi khối lƣợng gạch D2
Kết quả tƣơng tự nhƣ mẫu vữa hình trụ, khối lƣợng mẫu tăng dần cho đến tuần thứ 12 và giảm dần vào các tuần tiếp theo nhƣng sau 20 tuần khối lƣợng vẫn cao hơn so với ban đầu từ 5,3% đến 7,7%.
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI TÀI
5.1 Kết luận
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định độ bền trong các mơi trƣờng ăn mịn của vữa geopolymer có sử dụng hạt xốp để tạo độ rỗng nhằm áp dụng vào chế tạo gạch nhẹ. Từ kết quả thực nghiệm rút ra đƣợc một số kết luận sau:
- Cƣờng độ chịu nén của mẫu vữa geopolymer sử dụng hạt xốp sau 20 tuần ngâm trong các dung dịch ăn mòn giảm nhiều nhất 9,6% so với ban đầu. Riêng cấp phối C3 giảm đến 28,2% so với ban đầu và không đạt yêu cầu để chế tạo gạch nhẹ.
- Tỷ lệ cát/tro cao hơn cho kết quả cƣờng độ nén ban đầu tốt hơn. Cấp phối với cát/tro là 1,9 có cƣờng độ chịu nén cao hơn khoảng 12% so với cấp phối cát/tro 1,6 và cao hơn khoảng 22% so với cấp phối cát/tro 1,3. Tỷ lệ cát/tro cao hơn cho kết quả chống ăn mòn kém hơn từ 1% – 3%. Sau 20 tuần ngâm trong hóa chất cấp phối với cát/tro 1,9 có cƣờng độ nén cao hơn khoảng 11% so với cấp phối cát/tro 1,6 và cao hơn khoảng 19% so với cấp phối cát/tro 1,3.
- Vữa có hàm lƣợng xốp 45% cho kết quả cƣờng độ nén ban đầu cao hơn từ 28% - 33% và giảm cƣờng độ sau q trình ngâm ít hơn khơng nhiều ( khoảng 2%) so với vữa có hàm lƣợng xốp 55%.
- Với cùng tỷ lệ cát/tro 1,9. Cấp phối D3 với 45% xốp tạo ra mẫu vữa có cƣờng độ ban đầu cao nhất và ít giảm cƣờng độ sau quá trình ngâm. Cấp phối C3 với 55% xốp tạo ra mẫu vữa có cƣờng độ ban đầu thấp nhất và mất cƣờng độ nhiều nhất sau quá trình ngâm mẫu. Nguyên nhân là do độ rỗng cao và lƣợng dung dịch thấp không đủ để tạo liên kết cho cấp phối. Lƣợng xốp tạo độ rỗng càng cao thì tỷ lệ cát/tro phải phù hợp để đảm bảo lƣợng geopolymer đủ tạo liên kết.
Với vữa geopolymer xốp 55% thì tỷ lệ cát/tro 1,6 và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa/cốt liệu khơ (cát+tro) 2,3 là phù hợp để chế tạo gạch.
- Môi trƣờng kiềm vẫn tồn tại trong mẫu sau quá trình ngâm giúp hạn chế sự xâm nhập của các hóa chất ăn mịn thơng qua sự chỉ thị màu của dung dịch phenolphtalein.
- Kết quả cho thấy sự ảnh hƣởng của dung dịch acid H2SO4 tác dụng mạnh và làm mất cƣờng độ vữa geopolymer xốp nhiều hơn khoảng 3% so với muối NaCl và 6% so với Na2SO4.
5.2 Hƣớng phát triển và đóng góp của đề tài
Kết quả cho thấy vữa geopolymer xốp có khả năng chống xâm thực tốt trong các mơi trƣờng ăn mịn và có thể phát triển để ứng dụng thực tiễn.
Để có thể dự đốn mức độ chống ăn mịn ở thời gian lâu hơn cũng nhƣ khả năng chống chịu trƣớc nhiều tác động từ môi trƣờng bên ngồi, đề tài có thể tiếp tục phát triển thêm mảng mô phỏng và sử dụng thêm các loại hóa chất khác nhau để kiểm tra. Ngồi ra có thể kết hợp thử độ ăn mịn của các loại gạch nhẹ khác ngoài thị trƣờng để tiến hành kiểm tra đối chứng với gạch vữa xốp geopolymer.
Nghiên cứu tối ƣu lƣợng dung dịch để phù hợp với các mức độ rỗng khác nhau nhằm giảm khối lƣợng thể tích vữa và vẫn đảm bảo cƣờng độ của vữa. Thay đổi các kích thƣớc của hạt xốp trong vữa để tối ƣu cấp phối. Có thể thêm cốt liệu đá hoặc thay đổi thành phần cốt liệu nhƣ dùng xỉ đen để phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] J.Davidovits, 1991, Geopolymers – Inorganic polymeric new materials, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry
[2] Hardjito, Djwantoro, 2005, Studies of fly ash-based geopolymer concrete. Ph.D.Curtin University of Technology, Dept. of Civil Engineering.
[3] Ali Allahverdi, Frantisek Skvara, 2005, Sulfuric acid attack on hardened paste of Geopolymer cements – Part 1, Part 2.
[4] Frantisek Skvara, Tomas Jilek, Lubomir Kopecky, 2005, Geopolymer materials based on fly ash.
[5] X.J.Song, M.Marosszeky, M.Brungs, R.Munn, 2005, Durability of fly ash based