BÀI BÁO KHOA H C<br />
<br />
NGHIÊN C U NH HƯ NG C A V T LI U NANO SiO2<br />
I U CH T TRO TR U<br />
N KH NĂNG<br />
CH NG TH M ION CLO C A BÊ TÔNG XI MĂNG<br />
ng Th Thanh Lê1<br />
Tóm t t: Nano-SiO2 i u ch t tro tr u (di n tích b m t 258,3 m2/g, kích thư c h t 10 n 15<br />
nm) làm tăng ã làm tăng kh năng ch ng th m ion clo c a bê tông. Kh năng ch ng th m ion clo<br />
c a các lo i bê tông xi măng tăng theo hàm lư ng nano SiO2 s d ng. Khi hàm lư ng nano SiO2 s<br />
d ng là 2,5%, kh năng ch ng th m ion clo c a bê tông xi măng t t nh t, gi m ư c 30,4% i n<br />
lư ng (mác M60) và 26% i n lư ng (mác M70) so v i bê tông xi măng không s d ng nano SiO2.<br />
T khóa: nano SiO2, tro tr u, bê tông xi măng, th m ion clo c a bê tông.<br />
1. GI I THI U1<br />
Nano SiO2 ư c s d ng trong nhi u ngành<br />
công nghi p như: nh a, ch t o sơn và ch t ph<br />
b m t, s n xu t hóa m ph m, công nghi p hóa<br />
ch t, công nghi p cao su, phân bón và r t nhi u<br />
lĩnh v c khác. Hi n nay, các nhà khoa h c trên<br />
th gi i ang nghiên c u s d ng nano SiO2 làm<br />
ph gia<br />
tăng kh năng ch ng th m c a bê<br />
tông xi măng (Rishav Garg, et al. 2016 and M.J.<br />
Pellegrini-Cervantes, et al. 2013). Kh năng<br />
ch ng th m ion clo c a bê tông là m t trong<br />
nh ng y u t quan tr ng<br />
ánh giá<br />
b nc a<br />
bê tông c bi t là trong môi trư ng ch a nhi u<br />
ion clo (nư c bi n). Khi ion clo th m qua l p bê<br />
tông b o v chúng s ăn mòn c t thép gây<br />
trương n th tích d n n n t bê tông. i u<br />
này s làm gi m kh năng ch u l c c a bê tông<br />
c t thép, gây hư h ng và gi m tu i th c a công<br />
trình. Vì v y bê tông có kh năng ch ng th m<br />
ion clo t t s<br />
mb o<br />
b n lâu c a công trình<br />
(Ph m Duy H u, 2010). Vi t Nam là nư c nông<br />
nghi p có s n lư ng lúa l n, lư ng v tr u th i<br />
ra hàng năm r t nhi u. Gi i pháp s d ng nano<br />
SiO2 i u ch t tro tr u nh m làm tăng ch t<br />
lư ng c a bê tông xi măng s mang l i hi u qu<br />
1<br />
<br />
B môn K thu t Hóa h c,<br />
<br />
i h c Th y l i.<br />
<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
cao. nh hư ng c a hàm lư ng nano SiO2 i u<br />
ch t tro tr u n kh năng ch ng th m ion clo<br />
c a bê tông xi măng nhi u tro bay mác M40 28<br />
ngày tu i ã ư c nghiên c u ( ng Th Thanh<br />
Lê, nnk. 2017). Trong bài báo này, chúng tôi<br />
nghiên c u nh hư ng c a hàm lư ng nano<br />
SiO2 i u ch t tro tr u n kh năng ch ng<br />
th m ion clo c a bê tông mác M60 và M70 28<br />
ngày tu i.<br />
2. TH C NGHI M VÀ K T QU<br />
2.1. V t li u thí nghi m<br />
Nano SiO2 i u ch t tro tr u d ng b t,<br />
màu tr ng r t m n; hàm lư ng SiO2 trên 99,9%;<br />
pH ~ 7;<br />
m nh hơn 0,5%; di n tích b m t<br />
riêng ~ 258,3 m2/gam, kích thư c h t 10 n 15<br />
nm ( ng Th Thanh Lê, nnk. 2017).<br />
Xi măng PC40 c a Bút Sơn v i thành ph n<br />
khoáng ch t: C3S (3CaO.SiO2) 51,74%; C2S<br />
(2CaO.SiO2) 24,20%; C3A (3CaO.Al2O3) 8,16%;<br />
C4AF (4CaO.Al2O3. Fe2O3) 10,35%. Các ch tiêu<br />
ch t lư ng c a xi măng Bút Sơn PC40 ư c nhà<br />
s n xu t ưa ra phù h p v i tiêu chu n qui nh<br />
yêu c u kĩ thu t c a xi măng TCVN 2682: 2009.<br />
C t li u l n ư c s d ng là á dăm Kim B ng<br />
(Hà Nam) có kh i lư ng riêng 2,65 g/cm3; kh i<br />
lư ng th tích 1,65 g/cm3;<br />
m 0,6 %; Dmax = 19<br />
mm. C t li u nh ư c s d ng là cát Sông Lô có<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
83<br />
<br />
kh i lư ng riêng 2,66 g/cm3; kh i lư ng th tích<br />
1,47 g/cm3. Hai lo i c t li u dùng trong nghiên<br />
c u u t yêu c u kĩ thu t c t li u cho bê tông<br />
và v a theo tiêu chu n TCVN 7570: 2006.<br />
Nư c s d ng<br />
ch t o và b o dư ng bê<br />
tông là nư c s ch, áp ng tiêu chu n TCVN<br />
4506:2012.<br />
Ph gia siêu d o dùng lo i Visconcrete V3000 - 20M c a hãng Sika, áp ng tiêu chu n<br />
qui nh ph gia hóa h c cho bê tông theo<br />
TCVN 8826:2011.<br />
<br />
2.2. Thành ph n ch t o bê tông<br />
Thành ph n bê tông g c v i cư ng<br />
ch u<br />
nén 60 MPa và 70 MPa ư c thi t k sơ b<br />
theo tiêu chu n ACI 211.4R - 08 (M ). Có 2<br />
lo i bê tông ư c dùng<br />
nghiên c u tương<br />
ng v i mác bê tông 60 MPa và 70 MPa. V i<br />
m i lo i ti n hành úc m u v i hàm lư ng<br />
nano SiO2 là 0%, 1%, 2% và 2,5% theo kh i<br />
lư ng xi măng ban u. Thành ph n các v t<br />
li u trong h n h p bê tông ư c ưa ra b ng<br />
1 và b ng 2.<br />
<br />
B ng 1. Thành ph n c p ph i bê tông 60MPa s d ng nano SiO2 (tính cho 1m3 bê tông)<br />
Lo i bê tông<br />
% nano<br />
Kí hi u<br />
SiO2<br />
0,0<br />
60NS0<br />
1,0<br />
60NS1<br />
2,0<br />
60NS2<br />
2,5<br />
60NS2.5<br />
<br />
Nano<br />
SiO2 (kg)<br />
<br />
Xi măng<br />
(kg)<br />
<br />
Cát<br />
(kg)<br />
<br />
á<br />
(kg)<br />
<br />
Nư c<br />
(lit)<br />
<br />
Ph gia<br />
(lit)<br />
<br />
Nư c/Xi<br />
<br />
0,00<br />
4,76<br />
9,52<br />
11,90<br />
<br />
476,00<br />
471,24<br />
466,48<br />
464,10<br />
<br />
782<br />
782<br />
782<br />
782<br />
<br />
1133<br />
1133<br />
1133<br />
1133<br />
<br />
142,8<br />
142,8<br />
142,8<br />
142,8<br />
<br />
4,76<br />
4,76<br />
4,76<br />
4,76<br />
<br />
0,3<br />
0,3<br />
0,3<br />
0,3<br />
<br />
B ng 2. Thành ph n c p ph i bê tông 70MPa s d ng nano SiO2 (tính cho 1m3 bê tông)<br />
Lo i bê tông<br />
% nano<br />
Kí hi u<br />
SiO2<br />
0,0<br />
70NS0<br />
1,0<br />
70NS1<br />
2,0<br />
70NS2<br />
2,5<br />
70NS2.5<br />
<br />
Nano<br />
SiO2 (kg)<br />
<br />
Xi măng<br />
(kg)<br />
<br />
Cát<br />
(kg)<br />
<br />
á<br />
(kg)<br />
<br />
Nư c<br />
(lit)<br />
<br />
Ph gia<br />
(lit)<br />
<br />
Nư c/Xi<br />
<br />
0,00<br />
5,30<br />
10,60<br />
13,25<br />
<br />
530,00<br />
524,70<br />
519,40<br />
516,75<br />
<br />
737<br />
737<br />
737<br />
737<br />
<br />
1133<br />
1133<br />
1133<br />
1133<br />
<br />
142,8<br />
142,8<br />
142,8<br />
142,8<br />
<br />
6,36<br />
6,36<br />
6,36<br />
6,36<br />
<br />
0,3<br />
0,3<br />
0,3<br />
0,3<br />
<br />
2.3. Tr n và úc m u bê tông<br />
Vi c l y m u h n h p bê tông, tr n, úc, b o<br />
dư ng và ch n kích thư c<br />
làm m u th ư c<br />
ti n hành theo tiêu chu n ASTM C192.<br />
th m<br />
ion clo c a bê tông 28 ngày tu i ư c xác nh<br />
theo tiêu chu n ASTM C1202 hay tiêu chu n<br />
TCVN 9337, 2012.<br />
Bê tông ư c tr n trong máy tr n cư ng b c<br />
nhi t<br />
phòng là 30oC. Nano SiO2 ư c tr n<br />
u vào trong nư c b ng máy tr n v a t c<br />
cao, sau ó<br />
vào trong pha khô ( á, cát, xi<br />
măng) ã ư c tr n u và ti n hành tr n trong<br />
vòng 1 phút. Ti p theo thêm ph gia siêu d o vào<br />
và tr n trong vòng t 1-2 phút n khi h n h p<br />
bê tông ng u. Sau ó ti n hành úc m u hình<br />
84<br />
<br />
tr kích thư c 100x200 mm xác nh<br />
th m<br />
ion clo.<br />
Các m u bê tông sau khi úc ư c ph l p<br />
v i trên b m t tránh m t nư c trong vòng 24<br />
gi , sau ó tháo khuôn và ưa vào b b o dư ng<br />
cho n khi ti n hành các thí nghi m ti p theo.<br />
2.4. Xác nh kh năng th m ion clo c a<br />
bê tông<br />
Kh năng ch ng th m ion clo c a bê tông là<br />
m t trong nh ng y u t quan tr ng<br />
ánh giá<br />
b n c a bê tông c bi t là trong môi trư ng<br />
ch a nhi u ion clo. Bê tông có kh năng ch ng<br />
th m ion clo t t s áp ng ư c<br />
b n lâu c a<br />
công trình (Ph m Duy H u, 2010).<br />
Kh năng th m ion clo c a bê tông 28 ngày<br />
<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
tu i ư c o trên máy th m nhanh ion clo A<br />
PROOVE’it c a hãng GERMANN,<br />
c. M i<br />
lo i bê tông ti n hành thí nghi m 3 m u, m i<br />
m u bê tông có ư ng kính 100 mm chi u dày<br />
50 mm. Các m u này ư c c t ra t m u tr<br />
100x200 mm và ã lo i b phía trên và dư i m u<br />
m i u là 10 mm. Các m u thí nghi m th m ion<br />
clo ư c sơn ch ng th m, hút chân không và<br />
ngâm trong nư c như i u ki n trong tiêu chu n<br />
TCVN 9337, 2012. Các thí nghi m ư c ti n<br />
hành t i Phòng Thí nghi m V t li u Xây d ng,<br />
Trư ng i h c Giao thông V n t i. Thí nghi m<br />
ư c ti n hành theo nguyên t c áp dòng i n<br />
<br />
m t chi u i n th 60V vào hai m t c a m u<br />
th , m t m t ti p xúc v i dung d ch natri clorua<br />
3% n i v i c c âm, m t kia ti p xúc v i dung<br />
d ch natri hydroxit n i v i c c dương. Kh năng<br />
th m ion clo qua bê tông ư c xác nh thông<br />
qua giá tr t ng i n lư ng truy n qua m u th<br />
trong th i gian 6h, ư c chia thành các m c:<br />
cao, trung bình, th p, r t th p, không th m<br />
(TCVN 9337, 2012).<br />
K t qu thí nghi m th m nhanh ion clo c a<br />
các lo i bê tông 28 ngày tu i ư c trình bày<br />
trong b ng 3. Bi u<br />
k t qu thí nghi m th m<br />
nhanh ion clo ư c th hi n hình 1.<br />
<br />
B ng 3. K t qu thí nghi m th m nhanh ion clo<br />
Nano<br />
SiO2 (%)<br />
0.0<br />
1.0<br />
2.0<br />
2.5<br />
<br />
K t qu<br />
M u1<br />
1871.8<br />
1740.3<br />
1532.6<br />
1400.5<br />
<br />
Mác M60<br />
M u2<br />
M u3<br />
1975.2<br />
2025.8<br />
1699.5<br />
1736.2<br />
1546.1<br />
1588.8<br />
1308.4<br />
1381.3<br />
<br />
TB<br />
1957.6<br />
1725.3<br />
1555.8<br />
1363.4<br />
<br />
K t qu thí nghi m b ng 3 cho th y các<br />
lo i bê tông ư c th nghi m u cho i n<br />
lư ng i qua m c th p (1000 - 2000 cu lông)<br />
(TCVN 9337, 2012). Quan sát hình 1 có th<br />
th y s i n lư ng m ư c t l ngh ch v i<br />
hàm lư ng nano SiO2 s d ng. Như v y nano<br />
SiO2 ã làm gi m s khuy ch tán c a ion clo<br />
trong bê tông, do v y ã làm tăng m c<br />
ch ng<br />
th m ion clo c a bê tông.<br />
<br />
Hình 1. Bi u<br />
<br />
o i n lư ng (cu lông)<br />
TB<br />
1690.5<br />
1477.4<br />
1297.7<br />
1251.0<br />
<br />
gi m<br />
th m ion clo c a các lo i bê tông<br />
có s d ng nano SiO2 so v i bê tông không s<br />
d ng nano SiO2 ư c ưa ra b ng 4 và hình 2.<br />
B ng 4.<br />
gi m<br />
th m ion clo c a các lo i<br />
bê tông có s d ng nano SiO2 (so v i bê tông<br />
không s d ng nano SiO2)<br />
gi m<br />
th m ion clo (%)<br />
Nano<br />
SiO2 (%) Bê tông mác M60 Bê tông mác M70<br />
1.0<br />
11.9<br />
12.6<br />
2.0<br />
20.5<br />
23.2<br />
2.5<br />
30.4<br />
26.0<br />
<br />
k t qu thí nghi m th m nhanh<br />
ion clo<br />
<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
M u1<br />
1785.8<br />
1381.8<br />
1305.7<br />
1186.5<br />
<br />
Mác M70<br />
M u2<br />
M u3<br />
1687.7<br />
1600.1<br />
1492.1<br />
1558.4<br />
1237.0<br />
1350.3<br />
1265.8<br />
1300.6<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
Hình 2. Bi u<br />
gi m<br />
th m ion clo<br />
c a các lo i bê tông<br />
85<br />
<br />
Các k t qu trên ã cho th y nano SiO2 i u<br />
ch t tro tr u có tác d ng làm gi m kh năng<br />
th m ion clo. Bê tông mác M60 khi s d ng<br />
2,5% nano SiO2 ã gi m ư c 30,4% i n<br />
lư ng m ư c so v i bê tông không s d ng<br />
nano SiO2. Bê tông mác M70 khi s d ng 2,5%<br />
nano SiO2 ã gi m ư c 26% i n lư ng m<br />
ư c so v i bê tông không s d ng nano SiO2.<br />
i u này giúp làm tăng<br />
b n c a bê tông khi<br />
ng d ng làm các k t c u trong môi trư ng xâm<br />
th c ion clo. K t qu này tương t k t qu<br />
công trình ( ng Th Thanh Lê, nnk. 2017) khi<br />
nghiên c u nh hư ng c a nano SiO2 i u ch<br />
t tro tr u n kh năng ch ng th m ion clo c a<br />
bê tông xi măng nhi u tro bay mác M40 28<br />
ngày tu i.<br />
Theo các tài li u (T. Ji 2005 and B.H. Green<br />
2006), nano SiO2 có kích thư c r t nh (nh<br />
hơn kích thư c xi măng kho ng 100 l n) nên có<br />
th l p y các l tr ng trong bê tông xi măng,<br />
giúp cho bê tông xi măng ch t hơn; nano SiO2<br />
tham gia vào ph n ng puzolan t o ra C-S-H v i<br />
r n cao hơn; nano SiO2 óng vai trò như các<br />
tâm t o nhân cho phép hình thành các c m C-SH, thúc y hơn s hydrat hóa. Như v y nano<br />
SiO2 ã l p y các l tr ng trong bê tông xi<br />
măng, giúp cho bê tông xi măng ch t hơn, và<br />
<br />
t o ra C-S-H b n v ng v i<br />
r n cao hơn, làm<br />
cho kh i bê tông c ch c hơn, do v y ã làm<br />
gi m s khuy ch tán c a ion clo và làm tăng<br />
kh năng ch ng th m ion clo c a bê tông.<br />
3. K T LU N<br />
ã kh o sát nh hư ng c a v t li u nano<br />
SiO2 i u ch t tro tr u n kh năng ch ng<br />
th m ion clo c a bê tông xi măng mác M60 và<br />
M70. K t qu cho th y:<br />
Vi c s d ng nano SiO2 i u ch t tro tr u<br />
trong bê tông xi măng ã làm tăng kh năng<br />
ch ng th m ion clo c a bê tông mác M60 và<br />
M70. Kh năng ch ng th m ion clo c a các lo i<br />
bê tông xi măng tăng theo hàm lư ng nano SiO2<br />
s d ng.<br />
Khi hàm lư ng nano SiO2 s d ng là 2,5%,<br />
kh năng ch ng th m ion clo c a bê tông xi<br />
măng t t nh t, gi m ư c 30,4% i n lư ng<br />
(mác M60) và 26% i n lư ng (mác M70) so v i<br />
bê tông xi măng không s d ng nano SiO2.<br />
Như v y, nano SiO2 i u ch t tro tr u khi<br />
cho vào bê tông xi măng ã làm tăng kh năng<br />
ch ng th m ion clo c a bê tông, góp ph n h n<br />
ch s ăn mòn. T nh ng k t qu trên chúng tôi<br />
cho r ng, v t li u nano SiO2 i u ch t tro tr u<br />
có tri n v ng nghiên c u ng d ng c a chúng<br />
trong ngành v t li u xây d ng.<br />
<br />
TÀI LI U THAM KH O<br />
Ph m Duy H u (2010). Công ngh bê tông và k t c u bê tông, Nhà xu t b n Giao thông V n t i,<br />
Hà N i.<br />
ng Th Thanh Lê, Vương ng Lê Mai, Vũ Vi t Cư ng, Hoàng Anh Tu n (2017). Nghiên c u<br />
nh hư ng c a v t li u nano SiO2 i u ch t tro tr u n kh năng ch ng th m ion clo c a bê<br />
tông xi măng nhi u tro bay. T p chí Hóa h c, 55(3): 298-302.<br />
TCVN 9337:2012. Bê tông n ng - Xác nh th m ion clo b ng phương pháp o i n lư ng.<br />
ACI 211.4R-08 (2008). Guide for Selecting Proportions for High-Strength Concrete Using<br />
Portland Cement and Other Cementitious Materials. American Concrete Institute, Farmington<br />
Hills, MI 48331 U.S.A.<br />
ASTM C192 (2006). Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the<br />
Laboratory. American Concrete Institute, Farmington Hills, MI 48331 U.S.A<br />
ASTM C1202 (2012). Standard test method for electrical indication of concrete's ability to resist<br />
chloride ion penetration.<br />
Rishav Garg, Manjeet Bansal, and Yogesh Aggarwal (2016). Strength, Rapid Chloride Penetration<br />
and Microstructure Study of Cement Mortar Incorporating Micro and Nano Silica. Int. J.<br />
Electrochem. Sci., 11, 3697 - 3713.<br />
86<br />
<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
B.H. Green (2006). Development of a high-density cementitious rock-maching grout using nanoparticles. Proceedings of ACI Session on Nanotechnology of Concrete: Recent Developments<br />
and Future Perspectives, November 7, Denver, USA, pp 119-130.<br />
T. Ji (2005). Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete<br />
incorporating nano-SiO2. Cement and Concrete Research 35, pp 1943-1947.<br />
M.J. Pellegrini-Cervantes, F. Almeraya-Calderon, F.J. Baldenebro-Lopez, R.E. Nuñez Jaquez, G.<br />
Fajardo-San-Miguel, J.G. Chacón-Nava, C.P. BarriosDurstewitz, A. Martinez-Villafañe (2013).<br />
Chloride Penetration in mortars with replacements of rice husk Ash and nano-SiO2. IOSR<br />
Journal of Engineering (IOSRJEN). Vol. 3, Issue 12, PP 24-30.<br />
Abstract:<br />
STUDY THE EFFECT OF NANO SiO2 PREPARED FROM RICE HUSK ASH<br />
ON THE CHLORIDE RESISTANCE OF CEMENT CONCRETE<br />
Nano-SiO2 prepared from rice husk ash (large specific surface area 258.3 m2/g, particle size 10 to<br />
15 nm) increased the chloride resistance of cement concrete. The ability to resist chloride<br />
penetration increases with the content of nano-SiO2 used. When nano-SiO2 content used is 2.5%,<br />
the chloride ion-resistance ability of concrete is the best, 30.4% reduction of charge passed for<br />
grade M60 and 26% reduction for grade M70 compared to concrete not using nano-SiO2.<br />
Keywords: nano-SiO2, rice husk ash, cement concretes, chloride resistance of concrete.<br />
<br />
Ngày nh n bài:<br />
10/8/2017<br />
Ngày ch p nh n ăng: 08/9/2017<br />
<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
87<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
