zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Nghiên cứu kỹ thuật bê tông geopolymer từ tro bay không sử dụng xi măng portland

Chia sẻ: ViJakarta2711 ViJakarta2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

46
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tro bay là chất thải của công nghiệp năng lượng rất phổ biến trên thế giới cũng nhà ở Việt Nam. Sử dụng tro bay để thay thế xi măng OPC góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường và chi phí.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu kỹ thuật bê tông geopolymer từ tro bay không sử dụng xi măng portland

THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 58 NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BÊ TÔNG GEOPOLYMER TỪ TRO BAY KHÔNG SỬ DỤNG XI MĂNG PORTLAND ThS. Vũ Huyền Trân Khoa x y d ng, tr ng i học X y d ng Miền Trung Tóm tắt: Tro bay là chất thải của công nghiệp năng l ợng rất phổ biến trên thế giới cũng nh ở Việt Nam. Sử dụng tro bay để thay thế xi măng OPC góp phần làm giảm ô nhiễm môi tr ng và chi phí. Trong tro bay có chứa nhiều oxit nhôm và oxit silic vô định hình nên khi tác dụng với kiềm sẽ sinh ra gel aluminosilicate đóng vai trò chất kết dính trong bê tông geopolymer. Tính chất của bê tông geopolymer bị ảnh h ởng bởi nhiều yếu tố nh thành phần của tro bay, bản chất và nồng độ của chất ho t hóa kiềm, l ợng n ớc nhào trộn, th i gian và nhiệt độ d ỡng hộ,… Bài báo này tác giả tổng kết các tính chất của bê tông geopolymer để nêu lên những u điểm của lo i vật liệu mới này so với bê tông xi măng. 1. Giới thiệu ứng hết t o thành bê tông geopolymer [1]. Năm 1972 bắt đầu xuất hiện vật liệu Phản ứng sinh ra gel aluminosilicate phụ alumino silicate (kaolinite) đ ợc biến đổi ở thuộc vào một số yếu tố nh thành phần hóa, nhiệt độ thấp trong một th i gian ngắn thành l ợng pha thủy tinh của tro bay, nồng độ và tecto-aluminosilicate ba chiều. Phản ứng bản chất của chất ho t hóa. Bên c nh đó quá t ơng t nh quá trình đa trùng ng ng của trình d ỡng hộ cũng có ảnh h ởng lớn đến chất hữu cơ. Cơ chế này đã đ ợc ứng dụng s hình thành cấu trúc và tính chất cơ lý của vào lĩnh v c tổng hợp zeolite. Quá trình này bê tông geopolymer về sau. còn t o ra những vật liệu silico- aluminate ba 2. Chất kiềm hoạt hóa chiều có cấu trúc từ vô định hình tới bán tinh Hầu hết chất kiềm ho t hóa là hỗn thể hay còn gọi là geopolymer và thuật ngữ hợp của NaOH và KOH với thủy tinh lỏng “geopolymer” này đ ợc đ a ra vào năm (nSiO2.Na2O). C ng độ cơ học của 1978 bởi Davidovits. Mặc dù kỹ thuật geopolymer sẽ tăng khi nồng độ của chất geopolymer khá mới hiện nay nh ng nó đã ho t hóa kiềm tăng [4]. Tuy nhiên, đối với có nguồn gốc cổ x a và đ y cũng là vật liệu tro bay đ ợc ho t hóa kiềm, Palomo A., đ ợc sử dụng để x y kim t tháp cũng nh Grutzek M.W. và Blanco M.T. [5] đã nghiên các công trình cổ x a khác [2]. cứu và chứng tỏ rằng chất ho t hóa với nồng Bê tông geopolymer là lo i bê tông có độ kiềm 12M sẽ cho kết quả tốt hơn 18M. c ng độ cao, bền axit, bền sunphat, bền Chindaprasirt [3] báo cáo rằng tỷ lệ thích nhiệt và ít co ngót hơn so với bê tông hợp giữa natri silicate và natri hydroxit là từ th ng. Chất kết dính đ ợc sử dụng là tro 0,67-1 khi nồng độ kiềm từ 10-20M. Theo bay giàu SiO2 và Al2O3 vô định hình mà các tác giả khác, việc sử dụng thủy tinh lỏng d ới tác dụng của chất kiềm ho t hóa sẽ t o với mođun silic từ 1-1,5 thì cho c ng độ thành gel aluminosilicate. Gel này sẽ liên kết cao hơn và nếu sử dụng d ng bột thì c ng các h t cốt liệu và các h t tro bay ch a phản độ sẽ thấp hơn d ng lỏng.
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 59 3. Quá trình dƣỡng hộ dụng phụ gia siêu dẻo thông th ng cải thiện D ỡng hộ nhiệt làm cho các phản ứng rất ít tính thi công của hỗn hợp bê tông trong vữa geopolymer xảy ra nhanh hơn. Cả nh ng l i làm hỏng c ng độ của ma trận nhiệt độ và th i gian d ỡng hộ đều ảnh geopolymer. h ởng đến c ng độ chịu nén của bê tông geopolymer [6]. Khi d ỡng hộ nhiệt, 24 gi đầu c ng độ tăng rất nhanh, sau đó thì tốc độ tăng c ng độ chậm l i [7]. Do đó th i gian d ỡng hộ không cần thiết phải quá 24 gi . D ỡng hộ nhiệt có thể là d ỡng hộ nhiệt ẩm hoặc d ỡng hộ nhiệt không có hơi n ớc. C ng độ chịu nén khi d ỡng hộ nhiệt không có hơi n ớc cao hơn 15% so với khi d ỡng hộ nhiệt ẩm [7]. Hình 1 – Ảnh h ởng của l ợng n ớc thêm 4. Tính chất của bê tông geopolymer vào đối với độ sụt 4.1 Tính thi công của bê tông tƣơi Giống nh trong bê tông thông 4.2 Cƣờng độ chịu nén th ng, n ớc cũng đóng vai trò quan trọng C ng độ chịu nén là tính chất quan đối với bê tông geopolymer. N ớc làm tăng trọng đối với bê tông geopolymer và th ng tính thi công nh ng cũng làm tăng độ rỗng phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh : do n ớc bốc hơi để l i [9]. Chindaprasirt P, - Nhiệt độ và th i gian d ỡng hộ: Chareerat T và Siricicatnanon V [3] nhận nhiệt độ và th i gian d ỡng hộ tăng thì thấy rằng khi tăng nồng độ natri silicate và c ng độ chịu nén tăng (Hình 2, Hình 3). natri hydroxit thì tính dẻo của bê tông giảm. Tuy nhiên nếu nhiệt độ quá cao sẽ g y nên ể tăng tính thi công thì có thể sử các vết nứt và ảnh h ởng xấu tới tính chất bê dụng phụ gia siêu dẻo hoặc thêm n ớc vào. tông geopolymer; Khi l ợng n ớc thêm vào càng nhiều thì độ sụt của bê tông geopolymer càng tăng (Hình 1) [6]. Tuy nhiên, nếu sử dụng phụ gia siêu dẻo trên 2% l ợng tro bay để giảm n ớc thì sẽ g y tác động xấu đến c ng độ bê tông geopolymer. Trong tr ng hợp sử dụng n ớc để tăng tính thi công thì c ng độ của bê tông sẽ cao hơn khi dùng phụ gia siêu dẻo [8]. Daniel L.Y. Kong và Jay G. Sanjayan Hình 2 – Ảnh h ởng của nhiệt độ d ỡng hộ [14] đã thí nghiệm và đ a ra kết luận: sử đối với c ng độ chịu nén
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 60 thấy rằng, khi l ợng n ớc sử dụng càng tăng thì c ng độ bê tông càng giảm [11]. - Tuổi của bê tông geopolymer: các phản ứng hóa học sinh ra gel geopolymer diễn ra nhanh chóng nên c ng độ của bê tông geopolymer không khác nhau nhiều ở các ngày tuổi, điều này trái ng ợc với bê tông xi măng th ng [11]. Hình 3 – Ảnh h ởng của th i gian d ỡng hộ - C ng độ của chất kết dính gel đối với c ng độ chịu nén aluminosilicate: gel aluminosilicate đóng vai - L ợng n ớc nhào trộn: trong bê trò liên kết các cốt liệu và các vật liệu không tông xi măng, n ớc tham gia vào các phản phản ứng t o nên c ng độ cho bê tông ứng thủy hóa với xi măng t o thành chất kết geopoloymer, do đó c ng độ của nó đóng dính để liên kết cốt liệu thô và cốt liệu mịn một phần rất quan trọng. C ng độ của gel l i với nhau (sinh ra các sản phẩm phản ứng aluminosilicate đ ợc quyết định bởi nhiều t o c ng độ cho bê tông), (nh ng trong) đối yếu tố nh : với hỗn hợp bê tông geopolymer n ớc không + Tỷ số Si/Al; tham gia vào các phản ứng hóa học vì quá + ộ mịn của tro bay; trình hóa học chính t o nên chất kết dính là + Hàm l ợng pha vô định hình trong tro bay; geopolymer. ối với geopolymer, tro bay + Thành phần và nồng độ của chất tham gia phản ứng với chất kiềm ho t hóa kiềm ho t hóa; t o thành gel aluminosilicate, gel này đóng Hàm l ợng Si và Al của tro bay hòa tan vai trò là chất kết dính, và trong tr ng hợp trong kiềm. này n ớc không tham gia vào phản ứng hóa học. Tuy nhiên, nghiên cứu của Barbosa [10] cho thấy l ợng n ớc trong bê tông geopolymer có ảnh h ởng quan trọng đến tính chất của bê tông t ơi cũng nh bê tông rắn. ể xác định l ợng n ớc có trong hỗn Hình 4 – Ảnh h ởng của l ợng n ớc nhào hợp bê tông geopolymer, tỷ lệ H2O/Na2O trộn đối với c ng độ chịu nén [11] đ ợc tính theo tỷ lệ mol của các oxit trong 4.3 Khả năng chống ăn mòn chất kiềm ho t hóa và trong tro bay. C ng Rất nhiền các thí nghiệm đã chứng độ chịu nén t i 7 ngày tuổi của ba hỗn hợp minh đ ợc rằng, vật liệu geopolymer từ tro có tỷ lệ H2O/Na2O khác nhau đ ợc d ỡng bay có khả năng chống ăn mòn đối với môi hộ ở 30, 45, 75 và 90 0C đ ợc thể hiện trong tr ng axit và sunphat. Với u điểm này, bê hình 4. Ph n tích biểu đồ quan hệ giữa l ợng tông geopolymer từ tro bay có thể đ ợc sử n ớc sử dụng có trong hỗn hợp và c ng độ dụng để x y d ng các công trình biển và chế chịu nén của geopolymer (hình 4) cho ta
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 61 t o các kết cấu x y d ng để sử dụng trong ion canxi trong khung hòa tan vào dung dịch môi tr ng có tính ăn mòn cao. axit và anion sunphat hòa tan theo h ớng Khi ng m bê tông geopolymer từ tro ng ợc l i dẫn đến s hình thành tinh thể bay trong axit HCl 5%, độ mất khối l ợng th ch cao trong lớp x m th c. Ở nồng độ của mẫu t i 50 ngày là 2% (Hình 5), còn độ thấp hơn của axit sunphruic (pH  2), b ớc mất c ng độ là 80% (Hình 6). Sathia [9] đầu tiên cũng là s trao đổi ion và l c hút cũng tiến hành ng m mẫu trong axit sulfuric, điện tử của proton axit tấn công các liên kết độ hao hụt khối l ợng của bê tông Si-O-Al, quá trình này tiếp diễn cho đến khi geopolymer trong axit chỉ có 0,5% trong khi dẫn đến s hình thành các vết nứt do co bê tông xi măng là 3%. ngót. Khi vết nứt đủ s u, các anion trên bề Ali Allahverdi [15] đã nghiên cứu cơ chế ăn mặt khuếch tán vào vết nứt dẫn đến s hình mòn vữa geopolymer đã đóng rắn trong môi thành và lắng đọng của các tinh thể th ch tr ng axit sunphuric. Ở nồng độ axit t ơng cao. Với axit sulfuric với nồng độ t ơng đối đối cao (pH  1), cơ chế ăn mòn gồm hai thấp (pH  3) và th i gian ng m mẫu giới h n b ớc: B ớc một bắt đầu với s trao đổi ion (90 ngày), cơ chế ăn mòn đơn giản chỉ là s giữa Na+, Ca2+, H+ hoặc H3O+ trong dung tách các cation tích điện và tứ diện nhôm mà dịch với các liên kết Si-O-Al. L c hút điện không có s lắng đọng của tinh thể th ch cao tử của proton axit làm cho tứ diện nhôm tách [16]. ra khỏi bộ khung aluminasilicate; B ớc hai, Hình 5 – ộ mất khối l ợng khi ng m Hình 6 – ộ mất c ng độ khi ng m mẫu trong dung dịch HCl 15%, 7 tuần mẫu trong dung dịch HCl 5% S hình thành gel aluminosilicate nhận ra bằng mắt th ng. Bề mặt mẫu và cũng rất quan trọng đối với độ bền của quá trình ăn mòn chỉ có thể đ ợc quan sát geopolymer. Vật liệu geopolymer có cấu bằng kính hiển vi quang học. Kết quả về độ trúc tinh thể càng nhiều thì bền với s x m hao hụt khối l ợng trong nghiên cứu này cho th c môi tr ng axit sulfuric và axit acetic thấy vữa geopolymer có khả năng chịu ăn hơn geopolymer có cấu trúc vô định hình. mòn tốt hơn vữa xi măng OPC. T i 18 tuần Thokchom [12] ng m mẫu vữa geopolymer tuổi, các mẫu vữa geopolymer đ ợc lo i bỏ trong axit sulfuric 10% sau 18 tuần thì các kiềm hoàn toàn bởi axit sulfuric (Hình 7) mẫu không có bất kỳ s thay đổi nào có thể nh ng vẫn còn độ bền nén đáng kể. iều này
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 62 chứng tỏ khả năng chịu ăn mòn đối với môi tr ng axit [12]. Hình 7 – Mẫu geopolymer tr ớc và sau khi ng m trong dung dịch axit sulfuric 10% Thokchom [12] cũng khảo sát ảnh - ộ mất khối l ợng diễn ra nhanh h ởng của hàm l ợng NaOH đối với độ bền chóng cho tới 300 0C, sau đó thì khối l ợng của geopolymer trong axit sulfuric. Các mẫu thay đổi không đáng kể; với hàm l ợng kiềm khác nhau cho thấy - C ng độ còn l i của các mẫu có mức độ phá hủy khác nhau khi ng m trong khuynh h ớng t ơng t nhau. Tuy nhiên, axit sulfuric. Khi quan sát bằng mắt th ng mẫu có hàm l ợng Na2O cao nhất có độ mất thì không có dấu hiệu phá hủy cấu trúc c ng độ lớn nhất khi đặt trong nhiệt độ cao. nh ng d ới kính hiển vi quang học thì bề Cũng nghiên cứu về tính bền nhiệt độ mặt phá hủy đ ợc thấy rõ ràng và nó th ng của bê tông geopolymer, Daniel L.Y. Kong xuất hiện ở những mẫu có hàm l ợng kiềm và Jay G. Sanjayan [14] cho rằng c ng độ ở thấp. Mẫu đ ợc chế t o với hàm l ợng kiềm nhiệt độ cao phụ thuộc vào kích th ớc của cao có độ mất c ng độ thấp hơn so với mẫu mẫu vữa geopolymer do s chênh lệch nhiệt có hàm l ợng kiềm thấp tuy rằng độ mất độ giữa bề mặt và lõi g y nứt vì nhiệt. Kích khối l ợng nhiều hơn. th ớc cốt liệu cũng là nh n tố quan trọng để 4.4 Tính bền nhiệt độ xác định biểu hiện của geopolymer ở nhiệt Tính chất chịu lửa của bê tông là một độ cao. Cốt liệu có kích th ớc nhỏ (10 mm) thì Thokchom và Mithun Roy [13] đã tiến hành bền hơn ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, tính bền nghiên về tính chất của geopolymer ở nhiệt nhiệt của bê tông geopolymer có sử dụng độ cao và đ a ra kết luận rằng: phụ gia siêu dẻo rất kém, do đó sử dụng phụ - Màu sắc của mẫu geopolymer trong gia siêu dẻo là không có lợi đối với bê tông điều kiện nhiệt độ cao thay đổi dần từ xám geopolymer làm việc ở nhiệt độ cao. S sang n u nhẹ; chênh lệch nhiệt độ giữa cấu trúc - ộ co thể tích xuất hiện đột ngột từ geopolymer và thành phần cốt liệu gần nh 600-900 0C; là nguyên nh n của s suy giảm c ng độ của bê tông geopolymer ở nhiệt độ cao. iều
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 63 này đ ợc minh chứng bằng việc so sánh hai ph ơng diện nh c ng độ chịu nén cao, bền bê tông geopolymer đ ợc làm từ hai cốt liệu với ăn mòn của môi tr ng, có khả năng làm khác nhau có tính chất giãn nở nhiệt khác việc trong môi tr ng nhiệt độ cao. Với nhau. Mẫu có s chênh lệch lớn hơn thì s những đặc tính u việt trên, bê tông suy giảm c ng độ nhiều hơn. Tỷ lệ giãn nở geopolymer hoàn toàn có thể thay thế bê nhiệt của cốt liệu là yếu tố có tính ảnh h ởng tông xi măng OPC. Ngoài ra, việc ứng dụng đến tính chất của bê tông geopolymer ở nhiệt vật liệu này giúp tận dụng phế thải tro bay độ cao [14]. và góp phần bảo vệ môi tr ng. Vì vậy, có 5. Kết luận thể nói bê tông geopolymer là bê tông của Vật liệu geopolymer từ tro bay có tính t ơng lai. năng tốt hơn bê tông thông th ng ở nhiều TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Wallah S.E. (2009). Drying Shrinkage of Heat-Cured Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. Modern Appl. Sci., 3: 12. [2]. Davidovits, J. 2008. Geopolymer Chemistry and Applications. Institut Géopolymère, Saint-Quentin, France. [3]. Chindaprasirt P, Chareerat T, Siricicatnanon V (2007). Workability and strength of coarse high calcium fly ash geopolymer. Cement Concrete Compos., 29: 224-229. [4]. F Katz A. Microscopic study of alkali-activation ﬂy ash. Cem Concr Res 1998;28: 197– 208. [5]. Palomo A, Grutzek MW, Blanco MT. Alkali-activated ﬂy ashes. A cement for the future. Cem Concr Res 1999; 29:1323–9. [6]. Chanh NV, Trung BD, Tuan DV (2008). Recent research geopolymer concrete. The 3rd ACF International Coference –ACF/VCA. [7]. Hardjito, D. and Rangan, B. V. (2005), Development and Properties of Low-Calcium Fly Ash-based Geopolymer Concrete, Research Report GC1, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth [8]. Djwantoro Hardjito. Studies on Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. PhD Thesis Curtin University of Technology, November 2005. [9]. Sathia R, Babu KG, Santhanam M (2008). Durability study of low calcium fly ash geopolymer concrete. The 3rd ACF International Coference –ACF/VCA. [10]. Barbosa, V.F.F., MacKenzie K.J.D., and Thaumaturgo C., Synthesis and Characterisation of Materials Based on Inorganic Polymers of Alumina and Silica: Sodium Polysialate Polymers. International Journal of Inorganic Materials, 2000. 2(4): pp. 309-317. [11]. Djwantoro Hardjito, Steenie E. Wallah, Dody M.J. Sumajouw, and B.V. Rangan. Factors influencing the compressive strength of fly ash-based geopolymer concrete. Civil engineering dimension, Vol. 6, No. 2, 88–93, September 2004, ISSN 1410-9530

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2430 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.