3.4.3 Xác định độ hút nƣớc của mẫu
Theo TCVN 3121-18:2003 Vữa xây dựng – phƣơng pháp thử, Xác định độ hút nƣớc của mẫu vữa đã đóng rắn. Độ hút nƣớc H(%) đƣợc tính theo cơng thức:
2 1 1 m m H .100 m Trong đó: 1
m : Khối lƣợng mẫu khô (g)
2
m : Khối lƣợng mẫu bão hịa nƣớc (g)
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
4.1 Kiểm tra trực quan
Mẫu thí nghiệm sau khi đúc xong đƣợc để tĩnh định ở nhiệt độ phịng trong 48 giờ, sau đó sẽ đƣợc tháo khn và dƣỡng hộ nhiệt trong 8 giờ ở 700C, tiếp theo mẫu đƣợc dƣỡng hộ tự nhiên trong 24 giờ và đem đi thí nghiệm.
Mẫu trụ 100x200mm đƣợc cân và đo lại kích thƣớc thực tế, xác định độ hút nƣớc và đƣợc nén để xác định cƣờng độ chịu nén trong các mơi trƣờng ăn mịn H2SO4, Na2SO4, NaCl theo từng mốc thời gian khác nhau.
Kiểm tra mẫu một cách trực quan cho thấy tất cả mẫu thí nghiệm đều có sự biến đổi về hình dạng, màu sắc, kích thƣớc nhất định sau q trình ngâm trong dung dịch ăn mịn. Nhƣng khác nhau về mức độ bị ăn mòn đối với các loại hóa chất khác nhau cũng nhƣ thời gian ngâm khác nhau.
Quan sát mẫu ở cấp phối D1 và D2 sau khi ngâm trong các dung dịch H2SO4, Na2SO4, NaCl sau 20 tuần.
Kết quả sau khi quan sát cho thấy mẫu vữa geopolymer hạt xốp EPS ngâm trong dung dịch H2SO4 có sự thay đổi về màu sắc, bên ngồi bề mặt mẫu đƣợc phủ một lớp màu vàng cam là sản phẩm của thạch cao (CaSO4.2H2O) , tƣơng tự nhƣ kết quả nghiên cứu của X.J.Song năm 2005 [5]. Ngồi ra về hình dáng bên ngồi khơng thấy biểu hiện của sự hƣ hại mẫu.
Hình 4.2 Mẫu ngâm trong Na2SO4 sau 20 tuần
Các mẫu đƣợc ngâm trong dung dịch Na2SO4 sau 20 tuần khơng thấy có sự thay đổi rõ rệt về màu sắc, hình dáng, kích thƣớc, bề mặt mẫu vẫn cứng.
Các mẫu đƣợc ngâm trong dung dịch NaCl sau 20 tuần cho thấy có sự thay đổi về màu sắc, một lớp tinh thể màu các hạt màu trắng nhỏ và mịn bám vào bề mặt mẫu, đây chính là các tinh thể muối natri clorua (NaCl) kết tủa trên bề mặt mẫu. Khơng nhận thấy có sự thay đổi về hình dạng và kích thƣớc mẫu.
Hình 4.3 Mẫu ngâm trong NaCl sau 20 tuần
4.2 Kiểm tra độ dƣ kiềm
Sử dụng dung dịch phenolphtalein 1% để kiểm tra độ dƣ kiềm bên trong mẫu sau thời gian ngâm hóa chất. Phenolphtalein có cơng thức hóa học C20H14O4 thƣờng đƣợc viết tắt là “HIn” hoặc “phph”. Để đƣợc 100ml dung dịch phenolphtalein 1% cần dùng 1g phenolphtalein nguyên chất ở dạng bột màu trắng pha với 90ml cồn 900 và 10ml nƣớc cất và khuấy đều.
Phenolphtalein đƣợc sử dụng nhƣ một chất chỉ thị axit hoặc bazơ. Phenolphtalein sẽ không màu nếu tiếp xúc với axit và sẽ có màu hồng hoặc tím nếu tiếp xúc với bazơ. Khả năng chỉ thị axit hoặc bazơ cho thấy phenolphtalein có thể dùng để thử nghiệm các dấu hiệu của phản ứng cacbonat hóa trong vữa hoặc bê tơng.
Hình 4.4 Cồn 900 và Phenolphtalein nguyên chất
Dung dịch phenolphtalein đƣợc phu lên bề mặt mẫu để xác định mức độ xâm nhập của hóa chất ăn mịn.
Hình 4.6 Mẫu ngâm Na2SO4 sau 4, 8, 12, 16 tuần ( từ trái sang phải)
Hình 4.7 Mẫu ngâm NaCl sau 4, 8, 12, 16 tuần ( từ trái sang phải)
Kết quả cho thấy tất cả các mẫu vữa đều chuyển sang màu tím sau khi đƣợc phun dung dịch phenolphtalein 1% cho thấy đƣợc bản chất môi trƣờng kiềm bên trong các mẫu vữa geopolymer xốp do trong thành phần của vữa geopolymer có dung dịch
tơng thơng thƣờng do hydroxide canxi hình thành khi xi măng portland phản ứng với nƣớc. Môi trƣờng kiềm trong mẫu vữa geopolymer xốp có thể đƣợc kiểm sốt trong q trình thiết kế cấp phối và quá trình bảo dƣỡng, nhiệt độ bảo dƣỡng càng cao thì lƣợng NaOH sẽ càng giảm do NaOH tham gia vào phản ứng trùng ngƣng tạo liên kết geopolymer. Các mẫu sau q trình ngâm trong các dung dịch ăn mịn vẫn giữ đƣợc tính kiềm, phần màu hồng sau khi phun phenolphtalein bị thu hẹp cách mép ngoài từ 0,5cm đến 1,5cm, sự ảnh hƣởng của các dung dịch ăn mịn là khơng nhiều.
4.3 Kiểm tra độ hút nƣớc
Các mẫu sau khi đƣợc dƣỡng hộ nhiệt và để tĩnh định ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ thì đƣợc kiểm tra độ hút nƣớc theo tiêu chuẩn TCVN 3121-18:2003 thu đƣợc kết quả trong bảng sau:
Bảng 4.1 Độ hút nƣớc trung bình của các cấp phối
Cấp phối Khối lƣợng thể tích (kg/m3) Khối lƣợng ban đầu (g) Khối lƣợng sau khi ngâm nƣớc (g) Độ hút nƣớc (%) C1 1035 1625 1690 3,82 C2 1092 1715 1779 3,60 C3 1094 1718 1792 4,14 D1 1176 1847 1890 2,40 D2 1251 1965 2002 1,83 D3 1300 2041 2074 1,61
Hình 4.8 Độ hút nƣớc của các cấp phối
Ở cấp phối D1 D2 D3 các mẫu có độ hút nƣớc theo xu hƣớng giảm, cao nhất là cấp phối D1 2,4% và thấp nhất là D3 1,61%. Ở các cấp phối C1 C2 C3 các mẫu có độ hút nƣớc tƣơng đối cao, lớn nhất là C3 4,14% và thấp nhất là C2 3,6%.
Kết quả thu đƣợc cho thấy các cấp phối D có độ hút nƣớc thấp hơn hẳn các cấp phối C là do hàm lƣợng xốp có sự chênh lệch giữa hai cấp phối. Các cấp phối D với hàm lƣợng xốp 45% nên có độ rỗng ít hơn nên hút nƣớc ít hơn các cấp phối C với 55% hàm lƣợng xốp.
4.4 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xốp đến độ thay đổi khối lƣợng theo thời gian ngâm.
Kết quả thí nghiệm về độ thay đổi khối lƣợng của mẫu theo phần trăm (%) sau khi ngâm trong các mơi trƣờng ăn mịn 20 tuần đƣợc thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4.2 Độ thay đổi khối lƣợng mẫu theo phần trăm trong các mơi trƣờng ăn
mịn(%)
Ngâm hóa chất H2SO4
Cấp phối Mẫu ngâm nƣớc 4 tuần 8 tuần 12 tuần 16 tuần 20 tuần
C1 4 4,6 8 9,6 9 8,8 C2 3,7 4,3 6,9 9 8,5 8,1 C3 4,3 4,9 10,5 12,9 10,5 9,8 D1 2,4 3,2 6,4 6,9 6,8 6,1 D2 1,9 2,5 5,6 6,3 6 5,9 D3 1,6 1,6 5 5,4 5,1 5,1 Ngâm hóa chất Na2SO4
Cấp phối Mẫu ngâm nƣớc 4 tuần 8 tuần 12 tuần 16 tuần 20 tuần C1 4 8 10,6 11,3 10,2 9,7 C2 3,7 6,8 10,4 10,8 10,5 10,1 C3 4,3 7,9 9,6 11,3 11 10,3 D1 2,4 5,1 7,7 8,6 8,6 7,9 D2 1,9 4,7 7,8 8,6 8,2 7,9 D3 1,6 4,4 6 7,7 7,5 7
Ngâm hóa chất NaCl
Cấp phối Mẫu ngâm nƣớc 4 tuần 8 tuần 12 tuần 16 tuần 20 tuần C1 4 8,5 11,2 11,3 10,8 10,8 C2 3,7 9,2 12,4 11,8 10,8 9,8 C3 4,3 10,1 11,7 12,7 11,5 11 D1 2,4 5,2 7,5 8,1 7,7 7,5 D2 1,9 4,7 7,6 8,1 7,4 7,5 D3 1,6 4,3 5,7 7,5 6,9 6,8
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