Nghiên cứu biến tính quặng cao lanh chế tạo chất kết dính geopolymer

Trong bối cảnh toàn cầu ngày càng chú trọng đến phát triển bền vững và giảm thiểu tác động môi trường từ các ngành công nghiệp truyền thống, sự phát triển các vật liệu xây dựng mới là vô cùng cấp thiết. Chất kết dính geopolymer nổi lên như một giải pháp thay thế tiềm năng cho xi măng Portland, hứa hẹn giảm đáng kể lượng khí thải CO2 và tận dụng hiệu quả các nguồn nguyên liệu tái chế, góp phần bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng geopolymer sở hữu những đặc tính vượt trội về cường độ cơ học, khả năng chịu lửa và độ bền hóa học trong môi trường ăn mòn, mở rộng tiềm năng ứng dụng không chỉ trong xây dựng mà còn trong các lĩnh vực khác. Nghiên cứu này tập trung vào quá trình biến tính quặng cao lanh thành metacaolanh để chế tạo chất kết dính geopolymer, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và khai thác triệt để giá trị của loại vật liệu đầy hứa hẹn này.

Nghiên cứu sinh, giảng viên, và chuyên gia trong lĩnh vực khoa học vật liệu, kỹ thuật hóa học, kỹ thuật xây dựng quan tâm đến vật liệu xanh và chất kết dính geopolymer.

Nghiên cứu này trình bày một cuộc khảo sát toàn diện về quá trình biến tính khoáng chất cao lanh thành metacaolanh và sau đó hoạt hóa metacaolanh bằng dung dịch kiềm để chế tạo chất kết dính geopolymer. Mục tiêu chính là xác định các điều kiện tối ưu nhằm đạt được các đặc tính cơ học vượt trội cho vật liệu. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung và thời gian nung quặng cao lanh để tạo metacaolanh, sau đó là nghiên cứu tỷ lệ chất hoạt hóa kiềm (NaOH) để đạt được cường độ nén tối ưu cho chất kết dính geopolymer. Các mẫu vật liệu được đánh giá thông qua cường độ nén theo các tiêu chuẩn TCVN 3118-1993 và TCVN 6017-2015. Kết quả cho thấy các điều kiện tối ưu để biến tính và hoạt hóa cao lanh là nung ở 600°C trong 2 giờ, sau đó hoạt hóa bằng 5% khối lượng NaOH so với cao lanh đã nung. Dưới các điều kiện này, chất kết dính geopolymer đạt cường độ nén ấn tượng lên đến 150,772 MPa. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tăng quá mức nhiệt độ, thời gian nung hoặc nồng độ NaOH có thể gây ra hiện tượng phá vỡ cấu trúc hoặc xuất hiện vết sùi trên bề mặt mẫu, làm giảm hiệu quả của vật liệu. Những phát hiện này không chỉ cung cấp quy trình tối ưu để sản xuất chất kết dính geopolymer từ cao lanh mà còn nhấn mạnh tiềm năng to lớn của vật liệu này như một giải pháp bền vững trong ngành xây dựng, góp phần giảm thiểu lượng khí thải CO2 và tận dụng phế thải công nghiệp, hướng tới một nền kinh tế tuần hoàn và bền vững.