Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thành phần, đặc tính cơ lý của bê tông geopolymer tro bay và ứng dụng cho kết cấu cầu hầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> <br /> Trần Việt Hưng<br /> <br /> NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, ĐẶC TÍNH CƠ LÝ<br /> CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER TRO BAY VÀ ỨNG<br /> DỤNG CHO KẾT CẤU CẦU HẦM<br /> Ngành:<br /> <br /> Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông<br /> <br /> Chuyên ngành: Xây dựng Cầu hầm<br /> Mã số:<br /> <br /> 62.58.02.05.03<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> Hà Nội, 2017<br /> <br /> CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> <br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:<br /> <br /> 1: PGS.TS. Đào Văn Đông<br /> 2: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long<br /> Phản biện 1:<br /> Phản biện 2:<br /> Phản biện 3:<br /> <br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Trường theo<br /> Quyết định Số<br /> <br /> /QĐ-ĐHGTVT ngày tháng<br /> <br /> năm 2017<br /> <br /> họp tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải,<br /> vào hồi 8h30 ngày<br /> <br /> tháng<br /> <br /> năm 2017<br /> <br /> Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện:<br /> 1. Thư viện Quốc gia<br /> 2. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải<br /> <br /> -1MỞ ĐẦU<br /> 1. Đặt vấn đề nghiên cứu<br /> Sản xuất xi măng poóclăng được cho là gây ô nhiễm nghiêm trọng do<br /> mức độ phát thải khí CO2 và bụi nhiều, tiêu tốn nhiều năng lượng và các<br /> nguồn tài nguyên thiên nhiên. Để từng bước hạn chế việc sử dụng xi măng<br /> poóclăng trong xây dựng, đồng thời tận dụng có hiệu quả chất thải công<br /> nghiệp tro bay nhiệt điện thì một loại chất kết dính mới đang được nghiên<br /> cứu và từng bước ứng dụng vào thực tế xây dựng. Chất kết dính đó sử dụng<br /> tro bay nhiệt điện kết hợp với một số hợp chất hoá học thông thường. Chất<br /> kết dính mới này được gọi là chất kết dính geopolymer.<br /> Đại học Curtin, Australia đã có các nghiên cứu sâu về sự phát triển, quá<br /> trình chế tạo, ứng xử và các ứng dụng của bê tông geopolymer (GPC). Các<br /> kết quả nghiên cứu cho thấy GPC đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật, giá<br /> cạnh tranh và nhất là tính thân thiện với môi trường so với bê tông xi măng<br /> truyền thống.<br /> Tuy nhiên, vấn đề này vẫn còn mới mẻ ở Việt Nam, đặc biệt là trong lĩnh<br /> vực vật liệu xây dựng và các ứng dụng trong các kết cấu. Kết cấu bê tông<br /> geopolymer cốt thép (RGPC) hiện vẫn chưa được đi sâu nghiên cứu. Vì vậy,<br /> việc nghiên cứu ứng xử của GPC vào các kết cấu chịu lực, trong đó có kết<br /> cấu dầm cầu chịu uốn là cần thiết.<br /> 2. Mục tiêu nghiên cứu<br /> •<br /> •<br /> •<br /> <br /> Xác định được thành phần của GPC có thể sử dụng được trong kết<br /> cấu cầu.<br /> Xác định được mô hình cơ học của vật liệu GPC dùng để tính toán<br /> chịu uốn kết cấu dầm cầu bê tông geopolymer cốt thép.<br /> Xác định sự phù hợp của mô hình tính toán với kết quả thí nghiệm<br /> ứng xử uốn của dầm bê tông geopolymer có cốt thép.<br /> <br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> Nghiên cứu lý thuyết để định hướng và dự kiến kết quả đạt được, dùng<br /> thực nghiệm để kiểm chứng.<br /> <br /> -24. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu<br /> • Nêu rõ được bản chất của chất kết dính geopolymer, ưu, nhược điểm<br /> của GPC cũng như khả năng sử dụng của vật liệu này trong xây dựng.<br /> • Đề xuất được phương pháp chế tạo bê tông geopolymer tro bay với các<br /> vật liệu Việt Nam.<br /> • Xác định được một số tính chất cơ lý quan trọng của các cấp bê tông<br /> geopolymer tro bay đã chế tạo.<br /> • Đề xuất được phương pháp xác định sức kháng uốn của mặt cắt dầm bê<br /> tông geopolymer tro bay cốt thép.<br /> • Cung cấp được bằng thực nghiệm khả năng chịu uốn của dầm bê tông<br /> geopolymer tro bay cốt thép.<br /> • Kiến nghị nguyên tắc thiết kế dầm bê tông geopolymer tro bay cốt thép.<br /> • Về thực tiễn: Đề xuất một giải pháp kỹ thuật mới để tận dụng vật liệu<br /> có nguồn gốc thải phẩm công nghiệp (tro bay nhiệt điện) để thay thế<br /> chất kết dính xi măng poóclăng truyền thống trong sản xuất vật liệu xây<br /> dựng ở Việt Nam. Trên cơ sở đó góp phần phát triển một thế hệ vật liệu<br /> xây dựng thân thiện với môi trường.<br /> Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT KẾT DÍNH GEOPOLYMER VÀ<br /> BÊ TÔNG GEOPOLYMER TRO BAY<br /> 1.1. Bê tông xi măng<br /> Sản xuất một tấn xi măng phát thải khoảng 1-1,2 tấn CO2, một loại khí nhà<br /> kính gây nóng lên toàn cầu. Hơn 7% sản lượng CO2 trên thế giới là do liên<br /> quan đến sản xuất xi măng [65]. Vì vậy, việc tìm kiếm chất kết dính mới thay<br /> thế xi măng poóclăng đáp ứng yêu cầu phát triển ngành công nghiệp xây<br /> dựng bền vững, thân thiện môi trường là cần thiết. Tuy nhiên, vật liệu chất<br /> kết dính mới cũng cần có cường độ đạt yêu cầu và tính chất độ bền ít nhất<br /> tương tự như xi măng truyền thống.<br /> “Geopolymer” đã được nghiên cứu và dần cho thấy nó có thể góp phần đa<br /> dạng hóa các giải pháp về chất kết dính, có thể thay thế một phần thị trường<br /> của xi măng. Ngoài ra, geopolymer còn tận dụng nguyên liệu là các chất thải<br /> công nghiệp như tro bay, tro trấu, xỉ lò cao… cho nên geopolymer còn đáp<br /> <br /> - 3ứng những yêu cầu về môi trường đối với chất kết dính xanh hơn và thân<br /> thiện hơn<br /> 1.2. Nghiên cứu về chất kết dính geopolymer trên thế giới<br /> Thuật ngữ “geopolymer” lần đầu tiên được giới thiệu với thế giới vào năm<br /> 1978 bởi nhà khoa học người Pháp Joseph Davidovits. Geopolymer là một<br /> trong các hợp chất polymer vô cơ. Thành phần hóa học của vật liệu<br /> geopolymer tương tự như các vật liệu zeolite tự nhiên, nhưng vi cấu trúc là<br /> vô định hình [72, 103]. Quá trình geopolymer hóa liên quan đến một phản<br /> ứng hóa học xảy ra nhanh giữa các oxit aluminosilicat và các silicat khác<br /> nhau trong điều kiện kiềm mạnh.<br /> Bất kỳ dung dịch kiềm mạnh nào cũng có thể được sử dụng để làm chất kích<br /> hoạt cho việc tạo ra geopolymer. Hiện nay, các dung dịch kiềm kích hoạt<br /> thường được sử dụng phổ biến nhất là NaOH hoặc KOH kết hợp với Na2SiO3<br /> hoặc K2SiO3.<br /> Bất kỳ nguyên liệu nào chứa oxit silic và oxit nhôm ở dạng vô định hình đều<br /> có thể được sử dụng để tạo ra geopolymer. Trong đó, geopolymer được tạo<br /> thành từ các nguyên liệu nung như metakaolanh, tro bay và xỉ có cường độ<br /> nén cao hơn khi so sánh với việc tổng hợp chúng từ các vật liệu không nung<br /> như đất sét, kao lanh và các khoáng tự nhiên [26]. Metakaolanh được đánh<br /> giá là nguyên liệu rất tinh khiết của nhôm và silic ở dạng vô định hình và rất<br /> thích hợp cho việc geopolymer hóa. Tuy nhiên, ứng dụng thương mại của<br /> geopolymer dựa trên metakaolanh thường bị hạn chế bởi chi phí tăng cao khi<br /> nung cao lanh và cường độ sản phẩm tạo ra thấp. Xỉ lò cao thường có thành<br /> phần hóa học phức tạp, không đồng nhất. Kích thước hạt xỉ thường lớn cho<br /> nên phải tốn chi phí nghiền nếu muốn sử dụng. Việc sử dụng xỉ làm nguyên<br /> liệu geopolymer sẽ gặp nhiều khó khăn do các nguyên nhân kể trên.<br /> Tro bay là nguyên liệu rất thích hợp cho geopolymer vì nó có chứa tinh thể<br /> aluminosilicat hoạt tính có kích thước hạt mịn, có lợi cho phản ứng hóa học.<br /> Điều này làm cho tro bay trở nên lý tưởng để thay thế metakaolanh do giảm<br /> được chi phí vật liệu đầu vào. Đồng thời, tro bay cũng là nguyên liệu phổ<br /> biến trên toàn thế giới do sự phát triển của ngành công nghiệp nhiệt điện,<br /> nhất là nhiệt điện chạy than. Geopolymer tro bay có tiềm năng thương mại<br /> rất lớn do tính kinh tế và đặc điểm vật chất của chúng. Hiện nay, một phần<br /> <br />