CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU
1.2.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo geopolyme tại Việt Nam
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 tơng chịu lửa khơng xi măng của nhóm nghiên cứu ở Viện Vật liệu Xây dựng.
NCS.ThS. Tống Tơn đã trình bày những thành tựu nổi bật, các mốc thời gian phát triển của chất kết dính hoạt hố kiềm, q trình hình thành cấu trúc bê tơng geopolymer, các đặc tính và ứng dụng của bê tơng geopolymer [14].
Vũ Huyền Trân và Nguyễn Thị Thanh Thảo đã giưới thiệu về quy trình chế tạo của loại vật liệu tổng hợp từ bùn đỏ và tro bay và đồng thời nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cảu các loại vật liệu này trên cơ sở geopolymer hoá tro bay và bùn đỏ [15].
Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn đã nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch hoạt hoá đến tính chất co ngót của bê tơng geopolymer [16].
Tác giả Phan Đức Hùng và cộng sự [17] tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng NaOH/Na2SiO3 đến cường độ chịu uốn và kéo gián tiếp của bê tông geopolyme. Trong nghiên cứu chỉ ra rằng tỷ lệ Na2SiO3/NaOH là 2,5 thì cường độ uốn, kéo gián tiếp của bê tông đạt 4,85 và 3,37 MPa với tỷ lệ kiềm hoạt hóa – tro bay là 0,6 sau 4 giờ dưỡng hộ. Cường độ chịu uốn và kéo gián tiếp tăng lên 20 – 40% sau thời gian dưỡng hộ 10 giờ do liên kết Si – O – Si tốt hơn. Cường độ chịu uốn và kéo gián tiếp của bê tông geopolyme giảm khi giảm tỷ lệ kiềm hoạt hóa – tro bay.
Tác giả Đinh Quốc Dân và cộng sự [18] nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhiệt điện làm vật liệu san lấp mặt bằng. Kết quả nghiên cứu cho thấy tro xỉ khi khơng được nén chặt đầy đủ, tro xỉ có tính chất cơ học yếu, lún nhiều, độ bền thấp, nhưng khi được nén chặt đủ (hệ số dầm chặt tối thiếu K ≥ 0,95) hoặc gia cường thâm chất kết dính như xi măng thì tính chất cơ học được cải thiện đáng kế đáp ứng với yêu cầu sử dụng như là vật liệu san lấp. Khi thêm chất kết dinh như xi măng thì cường độ, độ chặt, sức kháng cắt, biến dạng giảm với hàm lượng phần trăm xi măng càng cao thì càng được cải thiện, khuyến cáo sử dụng ít hơn 10% trọng lượng. Tác giả cho rằng tro xỉ nhiệt điện có đủ các đặc trưng địa kỹ thuật thỏa mãn làm vật liệu san lấp có thể thay thế vật liệu san lấp truyền thống.
Tác giả Vũ Hải Nam và cộng sự [19] nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay đến tính chất của bê tơng bọt. Tác giả chỉ ra rằng khi sử dụng tro bay,
silicafume, phụ gia dẻo làm giảm tỷ lệ N/CKD (nước/chất kết dính) đồng thời làm tăng cường độ nén cũng như cải thiện các tính chất khác của bê tơng bọt. Việc thay thế cốt liệu bằng tro bay với tỷ lệ TB/(C+TB) là 30%, 50% có tác dụng làm tăng cường độ nén của bê tông bọt so với trường hợp không sử dụng tro bay.
Tác giả Nguyễn Dương Định [20] nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay nhiệt điện đốt than phun tới các tính chất của gạch bê tông. Với tỷ lệ tro bay phối liệu gạch bê tông từ 0, 5, 10, 15 và 20% theo khối lượng. Kết quả cho thấy việc sử dụng tro bay làm tăng cường độ nén, giảm độ hút nước và tăng khả năng chống thấm của gạch bê tông, cường độ nén đạt giá trị cao nhất khi sử dụng tro bay 10%.
Tác giả Lê Việt Hùng [21] nghiên cứu lựu chọn chất kết dịch và phụ gia cho bê tơng có cốt gia cường sử dụng cát biển, nước biển. Sử dụng chất kết dính xi măng đa cấu tử trên cơ sở hỗn hợp xi măng – xỉ lò cao nghiền mịn, xi măng – xỉ hạt lò cao nghiền mịn – silica fume hoặc xi măng – xỉ hạt lò cao nghiền mịn – tro bay làm tăng tính năng của bê tơng và bê tơng cốt thép sử dụng cát biển, nước biển. Các mẫu nghiên cứu kết hợp với phụ gia siêu dẻo, phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép trên cơ sở canxi nitrit (Ca(NO2)2, mẫu bê tông nghiên cứu có khả năng bảo bệ cốt thép gần tương đương với bê tông sử dụng nước ngọt mơ phỏng trong phịng thí nghiệm và mơ phỏng tiếp xúc với mơi trường nước biển.
Có thể thấy geopolymer trên cơ sở chất kết dính tro bay và kiềm hoạt hóa là loại vật liệu xanh. Khi sử dụng bê tơng geopolyme có khả năng làm giảm hiệu ứng nhà kính 26 – 45% so với khi sử dụng bê tông xi măng thông thường. Vật liệu chế tạo từ tro, xỉ được ứng dụng trong một số lĩnh vực sau:
- Sử dụng làm tấm kết cấu gỗ chống cháy; - Sử dụng làm tấm tường và panel cách điện;
- Sản xuất đã nhân tạo trang trí; - Sản xuất tấm panel bọt cách nhiệt; - Vật liệu xây dựng thô;
- Sản xuất gạch không nung;
- Sử dụng làm kết cấu chống sốc nhiệt; - Ứng dụng làm khuôn đúc nhôm;
- Sản xuất bê tơng và chất kết dính geopolyme;
- Sử dụng để sản xuất vật liệu cản lửa và gia cố sửa chữa;
- Vật liệu chống chấy công nghệ cao dùng trong báy bay hoặc ô tô; - Vật liệu công nghệ cao.
Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng các loại chất thải, cũng như phối trộn các loại chất thải khác nhau để tạo ra geopolyme có các tính chất tốt phục vụ cho việc sản xuất cấu kiện bê tông đúc sẵn là rất cần thiết được đầu tư nghiên cứu. Các cán bộ nghiên cứu Viện Khoa học vật liệu đã khảo sát, phân tích đánh giá nguồn tro xỉ của nhà máy nhiệt điện than để sản xuất bê tông geopolyme. Đề tài do KS Lê Tuấn Minh làm chủ nhiệm tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất bê tông geopolymer chịu được môi trường biển nhằm ứng dụng kè bờ ven biển. Đề tài được triển khai nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế sẽ góp phần cải tạo môi trường, giảm bớt ảnh hưởng của biến đổi khí hậu do hiệu ứng nhà kính gây ra.
Hiện nay, sản phẩm chế tạo từ vật liệu geopolymer được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ gạch xây dựng, bê tông cường độ cao, tấm pano cách nhiệt, đến những sản phẩm composit chịu lửa, bền hóa học… Sản phẩm của đề tài là vật liệu geopolymer trên cơ sở xỉ thải có thể áp dụng trong các lĩnh vực sau:
Trong lĩnh vực xây dựng vật liệu geopolymer với tính rỗng xốp của cấu trúc, không thấm nước, các phân tử nước lớn không thể xâm nhập vào bên trong mặng lưới geopolyme thậm chí trong điều kiện chịu áp suất cao. Từ các
tính chất độc đáo của bê tơng geopolymer đóng vai trị quan trọng đối với các cơng trình ven biển và các cơng trình thường xuyên chịu tác động của mơi trường xâm thực. Mặt khác, do khơng có các liên kết canxi trong cấu trúc bê tơng geopolyme có tính bền sunfat và có khả năng kháng nhiều loại muối và axit. Vì vậy, bê tơng geopolymer được ứng dụng làm chất kết dính thay thế xi măng Pooclăng truyền thống, bê tông geopolyme được sản xuất từ xỉ thải có thể áp dụng cho những vùng phèn, mặn ở một số địa phương trong cả nước. Bê tơng geopolyme có tính năng bền hóa học, chịu nhiệt, chịu được sự khắc nhiệt của thời tiết;
Trong lĩnh vực vật liệu xây dựng vật liệu geopolymer trên cơ sở xỉ thải được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất các vật liệu xây dựng không nung như gạch xây dựng khơng nung, gạch lát nền khơng nung, ngói khơng nung, các tấm pano cách nhiệt và nhiều loại vật liệu không nung khác;
Trong lĩnh vực giao thông vật liệu geopolymer trên cơ sở xỉ thải sử dụng để làm đường bê tông geopolymer với độ bền và độ chịu tải cao;
Vật liệu geopolymer với nhiều tích chất đặc thù như chịu mặn, chịu axit có thể áp dụng kè biển, hải đảo và những nơi chịu nhiều ảnh hưởng của biến đổi khí hậu hiện đang là mối quan tâm lớn của Đảng và Nhà nước.