BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

PHẠM THÁI

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU

GEOPOLYMER CỐT SỢI POLY-PROPYLEN

ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH

NGÀNH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG

CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

PHẠM THÁI

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU

GEOPOLYMER CỐT SỢI POLY-PROPYLEN

ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH

NGÀNH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG

CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP – 60580208

Hướng dẫn khoa học : TS. PHAN ĐỨC HÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2016

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả, bảng biểu trình bày trong luận văn là trung thực, và chưa

từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng ... năm 201..

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẠM THÁI

iii

LỜI CẢM TẠ

Sau thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật Tp.

Hồ Chí Minh, được sự quan tâm hướng dẫn chỉ bảo của các thầy trong và ngoài

trường tôi đã hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm Ban giám hiệu nhà

trường cùng các quý thầy cô đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập nâng cao trí

thức và lối sống.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban chủ nhiệm khoa Xây dựng & Cơ học ứng

dụng cùng các thầy cô Bộ môn đã quan tâm, giảng dạy, truyền đạt những kiến

thức vô cùng quý báu trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện

luận văn tốt nghiệp này.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Phan Đức Hùng đã tận tình hướng dẫn,

giúp đỡ, hỗ trợ tôi từng bướt hoàn thành luận văn. Thầy đã trang bị và truyền đạt

cho tôi những kinh nghiệm và kiến thức quý báu để nghiên cứu và gợi ý những

hướng để tôi phát triển và hoàn thiện đề tài này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn lớp XDC 2015A và các bạn

nhóm nghiên cứu về đề tài vật liệu xây dựng đã động viên, tư vấn, giúp đỡ và đưa

ra những lời khuyên giúp cho tôi hoàn thành luận văn này.

Luận văn này là một quá trình nghiên cứu lâu dài tại trường Đại học sư phạm

kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Dù đã cố gắng nghiên cứu, hoàn thiện luận văn một cách

tốt nhất nhưng không khỏi tránh những sai sót trong quá trình thực hiện. Rất mong

nhận được sự quan tâm, góp ý từ các quý thầy để luận văn này được hoàn thiện

hơn.

Trân trọng !

Tp. HCM, ngày 20 tháng 09 năm 2016

Học viên thực hiện

Phạm Thái

iv

TÓM TẮT

Nhằm hạn chế lượng khí thải CO2 từ các ngành công nghiệp sản xuất gạch đất

sét nung và sản xuất xi măng, đồng thời tận dụng nguồn phế phẩm tro bay thu được

từ các nhà máy nhiệt điện, công nghệ geopolymer có thể được áp dụng để chế tạo

gạch không nung thân thiện với môi trường. Ngoài ra, sợi polypropylene loại siêu

mảnh được thêm vào vữa geopolymer để cải thiện khả năng chịu uốn, chịu phá hoại

giòn, giảm độ co ngót,… Kết quả thực nghiệm trình bày trong nghiên cứu này cho

thấy sự ảnh hưởng rõ rệt của chiều dài và hàm lượng sợi polypropylene đến cường

độ chịu nén và uốn của vữa geopolymer trong các điều kiện dưỡng hộ khác nhau,

trong đó lưu ý hạn chế dưỡng hộ ở nhiệt độ cao.

v

ABSTRACT

In order to limit the emissions of CO2 from clay brick and cement industrial

productions, as well utilizing the by-products like fly ash obtained from thermal

power plants, geopolymer technology can be applied to manufacture

environmentally friendly un-fired bricks. In addition, the micro polypropylene

fibers were added to geopolymer mortar to improve the bending resistance, brittle

fracture resistant, shrinkage,... The experimental results presented in the paper show

the influence of the length and content of polypropylene fibers to the compressive

and flexural strength of geopolymer mortar in various curing conditions, whereas

restriction of curing in high temperature.

vi

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii

LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................ iii

TÓM TẮT ................................................................................................................. iv

ABSTRACT ................................................................................................................ v

MỤC LỤC ................................................................................................................. vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ x

DANH MỤC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ ....................................................................... xi

Chương 1 TỔNG QUAN ............................................................................................1

1.1 Tính chất cấp thiết của đề tài nghiên cứu ............................................................. 1

1.1.1 Vấn đề về môi trường ........................................................................................ 1

1.1.2 Vấn đề vật liệu xây dựng mới trong tương lai. ................................................. 1

1.1.3 Thực trạng sử dụng gạch không nung trên thị trường hiện nay ........................ 3

1.2 Tình hình nghiên cứu đề tài trong và ngoài nước ................................................. 5

1.2.1 Những nghiên cứu trong nước ........................................................................... 5

1.2.2 Những nghiên cứu ngoài nước .......................................................................... 6

1.2.3 Nhận xét về các đề tài ........................................................................................ 6

1.3 Mục đích nghiên cứu ............................................................................................ 7

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................ 7

1.5 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 8

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................................9

2.1 Công nghệ geopolymer ......................................................................................... 9

vii

2.1.1 Lịch sử ra đời chất kết dính geopolymer ........................................................... 9

2.1.2 Thành phần và công thức hóa học ................................................................... 12

2.1.3 Cơ chế phản ứng .............................................................................................. 14

2.1.4 Tro bay (Fly Ash) ............................................................................................ 17

2.1.5 Quá trình kiềm hóa (alkaline activation) ......................................................... 18

2.1.6 Dung dịch sodium hydroxyde (NaOH) ........................................................... 18

2.1.7 Dung dịch sodium silicate (Na2SiO3) .............................................................. 19

2.2 Đặc điểm của vật liệu geopolymer ..................................................................... 19

2.2.1 Vật liệu thân thiện với môi trường .................................................................. 19

2.2.2 Đa dạng về ứng dụng thực tiễn........................................................................ 20

2.2.3 Độ bền và khả năng chịu lực ........................................................................... 20

2.2.4 Tận dụng phế thải công nghiệp ....................................................................... 20

2.2.5 Nhược điểm ..................................................................................................... 20

2.3 Giới thiệu về sợi polypropylene kỹ thuật ( PP ) ................................................. 21

2.3.1 Đặc tính của sợi polypropylene ....................................................................... 22

2.3.2 Công dụng sợi polypropylene đối với cuộc sống ............................................ 22

2.3.3 Nhược điểm của sợi polypropylene ................................................................. 23

2.3.4 Sự làm việc của sợi polypropylene trong vật liệu nền .................................... 23

Chương 3 NGUYÊN VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ..................24

3.1 Nguyên liệu tạo mẫu ........................................................................................... 24

3.1.1 Cát .................................................................................................................... 25

3.1.2 Tro bay............................................................................................................. 27

3.1.3 Dung dịch sodium hydroxide (NaOH) ............................................................ 30

3.1.4 Dung dịch sodium silicate (Na2SiO3) .............................................................. 31

viii

3.1.5 Sợi polypropylene (PP) ................................................................................... 31

3.2 Cấp phối .............................................................................................................. 31

3.3 Phương pháp thí nghiệm ..................................................................................... 32

3.3.1 Khuôn tạo mẫu ................................................................................................ 32

3.3.2 Cân đo nguyên vật liệu .................................................................................... 34

3.3.3 Nhào trộn và đúc mẫu ..................................................................................... 34

3.3.4 Dưỡng hộ mẫu ................................................................................................. 35

3.4 Phương pháp thí nghiệm xác định cường độ ...................................................... 36

3.4.1 Xác định cường độ chịu nén của vữa gạch bê tông ......................................... 36

3.4.2 Xác đinh cường độ chịu uốn của gạch xây...................................................... 37

3.4.3 Xác định cường độ chịu nén của gạch xây ...................................................... 37

3.4.4 Xác định khối lượng thể tích ........................................................................... 38

3.4.5 Xác định độ hút nước gạch xây ....................................................................... 38

Chương 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM........................................................................39

4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ Tro bay – Cát đến cường độ chịu nén mẫu vữa. ..................... 39

4.2 Ảnh hưởng hàm lượng sợi polypropylene đối với cường độ chịu nén và cường

độ chịu uốn. ............................................................................................................... 40

4.3 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide đến

cường độ chịu nén ..................................................................................................... 46

4.4 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén và cường độ chịu

uốn ............................................................................................................................. 47

4.5 Ảnh hưởng kích thước sợi polypropylene đến cường độ chịu nén và cường độ

chịu uốn ..................................................................................................................... 51

4.6 So sánh cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn giữa mẫu thêm sơi

polypropylene và không thêm sợi polypropylene ..................................................... 56

ix

4.7 So sánh với đặc tính một số loại gạch khác ........................................................ 59

Chương 5 KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI....................................61

5.1 Kết luận ............................................................................................................... 61

5.1.1 Cấp phối tối ưu từ kết quả thực nghiệm .......................................................... 61

5.1.2 Lợi ích và giá thành ......................................................................................... 63

5.2 Hướng phát triển và đóng góp của đề tài ............................................................ 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 65

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu của cát theo mức nhóm cắt .................................................... 25

Bảng 3.2 Nhóm cát .................................................................................................... 25

Bảng 3.3 Đặc tính của cát dùng cho vữa xây dựng ................................................... 25

Bảng 3.4 Thành phần của hạt cát .............................................................................. 26

Bảng 3.5 Hàm lượng tạp chất trong cát .................................................................... 27

Bảng 3.6 Hàm lượng ion Cl- trong cát ...................................................................... 27

Bảng 3.7 Phân loại tro(TCVN 10302 – 2014) .......................................................... 28

Bảng 3.8 Tỉ lệ thành phần tro bay (đơn vị : % khối lượng) ...................................... 29

Bảng 3.9 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa ................................ 29

Bảng 3.10 Tỉ lệ thành phần dung dịch thủy tinh lỏng ............................................... 31

Bảng 3.11 Thông số sợi polypropylene .................................................................... 31

Bảng 3.12 Tỷ lệ phối trộn và thành phần cấp phối cho 1 m3 vữa ............................. 32

Bảng 4.1 Cường độ chịu nén mẫu vữa geopolymer xét đên thay đổi tỷ lệ tro bay –

cát. ............................................................................................................................. 39

Bảng 4.2 Cường độ chịu nén mẫu vữa geopolymer xét hàm lượng sợi polypropylene

................................................................................................................................... 41

Bảng 4.3 Cường độ chịu uốn mẫu vữa geopolymer xét hàm lượng sợi

polypropylene ............................................................................................................ 41

Bảng 4.4 Cường độ chịu nén xét tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium

hydroxide. .................................................................................................................. 46

Bảng 4.5 Cường độ chịu nén xét đến nồng độ dung dich NaOH và kích thước sợi

polypropylene. ........................................................................................................... 47

Bảng 4.6 Cường độ chịu uốn xét ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH .................. 48

Bảng 4.7 Ảnh hưởng kích thước sợi đến cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn 52

Bảng 4.8 Cường độ chịu nén và uốn của mẫu vữa có và không có sợi .................... 57

Bảng 4.9 So sánh thông số các loại gạch. ................................................................. 60

xi

Bảng 5.1 Cấp phối chuẩn thu được từ kết quả thực nghiệm. .................................... 61

Bảng 5.2 Giá một viên gạch geopolymer cốt sợi polypropylene .............................. 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Một số hình dáng của gạch không nung tiêu chuẩn [16] .............................. 4

Hình 1.2 Một số loại gạch không nung dùng để lát và trang trí [24] ............................ 5

Hình 2.1 Tinh thể geopolymer [25] ............................................................................... 9

Hình 2.2 Cấu trúc poly(sialates) theo Davidovist [1] ................................................. 12

Hình 2.3 Metakaolin(a) và tro bay(b) với NaOH 8M [13] .......................................... 14

Hình 2.4 Sự hoạt hóa vật liệu alumo-silicat [1] .......................................................... 15

Hình 2.5 Mô tả phản ứng tro bay trong dung dịch kiềm [9] ....................................... 16

Hình 2.6 Cấu trúc SEM của vi hạt tro bay [25] ........................................................... 17

Hình 2.7 Sợi polypropylene [22] ................................................................................. 22

Hình 3.1 Biểu đồ thành phần hạt cát ......................................................................... 27

Hình 3.2 Tro bay dùng để thí nghiệm ....................................................................... 28

Hình 3.3 Kích thước khuôn thí nghiệm..................................................................... 33

Hình 3.5 Khuôn gạch thực tế đúc mẫu ...................................................................... 33

Hình 3.6 Cân điện tử và máy trộn vữa thí nghiệm .................................................... 34

Hình 3.7 Vữa geopolymer thêm sợi polypropylene .................................................. 34

Hình 3.8 Mẫu vữa geopolymer được đưa vào khuôn mẫu trụ .................................. 35

Hình 3.9 Mẫu gạch tháo khuôn và dưỡng hộ nhiệt ................................................... 36

Hình 3.10 Sơ đồ thí nghiệm nén mẫu gạch geopolymer ........................................... 37

Hình 4.1 Mối quan hệ giữa tỷ lệ tro bay - cát và cường độ chịu nén vữa geopolymer

................................................................................................................................... 40

Hình 4.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi polypropylene đến và cường độ chịu nén

mẫu vữa geopolymer ................................................................................................. 42

Hình 4.3 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi polypropylene đến và cường độ chịu uốn

và khối lượng thể tích mẫu vữa geopolymer ............................................................. 43

xii

Hình 4.4 Mẫu vữa geopolymer trụ sau khi bị phá hoại ............................................. 44

Hình 4.5 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn - hàm lượng sợi

polypropylene ............................................................................................................ 45

Hình 4.6 Mối quan hệ giữa tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium

hydroxide và cường độ chịu nén ............................................................................... 46

Hình 4.7 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ và nồng độ dd NaOH đến cường độ chịu

nén ............................................................................................................................. 48

Hình 4.8 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ và kích thước sợi đến khả năng chịu nén 49

Hình 4.9 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ mẫu đến cường độ chịu uốn .................... 50

Hình 4.10 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH đến cường độ chịu uốn ............... 50

Hình 4.11 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và chịu uốn theo thời gian dưỡng hộ

................................................................................................................................... 51

Hình 4.12 Ảnh hưởng kích thước sợi polypropylene đến cường độ chịu nén .......... 53

Hình 4.13 Mẫu trụ vữa geopolymer cốt sợi polypropylene sau khi bị phá hoại ....... 54

Hình 4.14 Ảnh hưởng kích thước sợi polypropylene đến cường độ chịu uốn .......... 54

Hình 4.15 Mẫu gạch geopolymer bị phá loại uốn ..................................................... 55

Hình 4.16 Ảnh hưởng cường độ chịu nén và uốn mẫu gạch khi thay đổi kích thước

sợi polypropylene. ..................................................................................................... 56

Hình 4.17 So sánh cường độ chịu nén mẫu trụ có sợi và không sợi polypropylene . 58

Hình 4.18 So sánh cường độ chịu uốn của mẫu gạch có sợi và không sợi

polypropylene. ........................................................................................................... 59

1

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tính chất cấp thiết của đề tài nghiên cứu

1.1.1 Vấn đề về môi trường

Vấn đề môi trường là một trong những đề tài nhứt nhối đối với cuộc sống ngày

nay, sự nóng lên toàn cầu do hiệu ứng nhà kính gây ra kéo theo đó là các hiện tượng

biến đổi khí hậu toàn cầu. Không những thế, việc khai thác các nguồn nguyên liệu

hóa thạch để phục vụ cho hoạt động công nghiệp và năng lượng đang làm cạn kiệt

dần tài nguyên, và trong một tương lai không xa thì nguồn tài nguyên tự nhiên này

sẽ không còn có sẵn để khai thác nữa.

Nước ta là một trong những nước nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề

nhất của ô nhiễm môi trường và hiện tượng nóng lên toàn cầu và là một trong

những nước chịu tác động mạnh mẻ nhất của các hiện tượng biến đổi khí hậu như :

mực nước biển dâng lên cao, hạn hán cục bộ, các hiện tượng lũ quét, sạt lỡ đất từ

các hoạt động khai thác tài nguyên, khoáng sản, … Lượng khí thải CO2 từ các hoạt

động sản xuất công nghiệp, đặc biệt là trong đó có ngành công nghiệp sản xuất vật

liệu xây dựng, lượng chất thải độc hại từ các hoạt động này có thể gây ra ô nhiểm

môi trường, phá hủy hệ sinh thái tự nhiên, lượng khí thải có thể gây ra thủng tầng

ozon, từ đó gây ra các hiện tượng hiệu ứng nhà kính và nóng lên toàn cầu.

1.1.2 Vấn đề vật liệu xây dựng mới trong tương lai.

Như đã biết, các công trình xây dựng trên thế giới nói chung và trên nước ta nói

riêng thì hiện nay vẫn sử dụng nguyên liệu chủ yếu là bê tông cốt thép truyền thống

để làm bộ khung chịu lực chính cho công trình và sử dụng gạch đất sét nung để làm

kết cấu tường chắn, vách bao che ngăn cách giữa các phòng có chức năng khác

nhau. Ngành công nghiệp sản xuất bê tông và gạch đất sét nung truyền thống sử

dụng các nguồn nguyên liệu chủ yếu là đất sét khai thác từ các mỏ đất sét tự nhiên,

các núi đá vôi, sau đó cần một lượng nhiệt để nung các nguyên liệu được khai thác

2

này, sử dụng nguồn nước từ tự nhiên để trộn vữa xi măng và các loại chất phụ gia

có thành phần hóa và đặc tính khác nhau. Các nguồn nguyên liệu sản xuất nên vật

liệu xây dựng này thì không có khả năng tái tạo lại được và được xem là nguồn

nguyên liệu hóa thạch. Hơn thế nữa, lượng khí thải từ việc nung các nguyên liệu

ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề ô nhiểm môi trường, lượng khí CO2 thải ra môi

trường, chưa kể đến là các khí thải độc hại và các chất thải từ quá trình sản xuất

công nghiệp.

Sản lượng điện tiêu thụ của nước ta hàng năm chủ yếu vẫn phụ thuộc vào các

nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn năng lượng nhiệt đốt từ nguồn nguyên liệu than

đá khai thác được. Theo các tính toán sơ bộ cho thấy, một nhà máy nhiệt điện chạy

than công suất 1200 MW hằng ngày thải ra khoảng 4000 tấn xỉ tro bay, trong đó

85% là tro bay [22]. Nếu lượng tro bay này không có biện pháp xử lý mà thải ra tự

nhiên, dần dần theo thời gian sẽ là gây ra ô nhiễm lớn đối với môi trường sống, mỹ

quan khu vực lân cận, tác động đến hệ sinh thái, hệ động thực vật và ảnh hưởng đến

sức khỏe con người.

Từ những vấn đề được nêu ở bên trên, cấp bách cần có những giải pháp mới

nhằm hạn chế tác động xấu của hoạt động sản xuất vật liệu xây dựng đối với môi

trường, cũng như có biện pháp để khắc phục vấn đề thải phẩm của các nhà máy

nhiệt điện, tận dụng chúng để tạo ra một vật liệu mới. Không những thế, ngành vật

liệu xây dựng còn phải dần dần tìm ra cách thức sản xuất vật liệu xây dựng mới

nhằm thay thế cho phương thức sản xuất truyền thống, hạn chế sử dụng nguồn

nguyên liệu tự nhiên, giảm tải ô nhiểm môi trường. Từ mục đích chung này, cần

thiết tạo ra một loại gạch mới dùng trong xây dựng mà chủ yếu là sử dụng nguyên

liệu từ các sản phẩm thải bỏ ra có giá thành rẻ như là tro bay thải ra từ việc đốt than

trong các nhà máy nhiệt điện cùng với một số chất phụ gia khác thông dụng và phổ

biến cộng với không cần dùng nhiệt độ để nung tạo độ cứng như các loại gạch xây

truyền thống từ đó giúp tiết kiệm nguyên liệu và thân thiện với môi trường.

Các loại gạch không nung thông thường thì có những đặc điểm nổi bật như khả

năng chịu lực ở mức trung bình, khả năng cách âm tốt, cách nhiệt và chống thấm

3

cao, khả năng chống chịu hư hại do va đập, chống chịu hư hại do mài mòn, ăn mòn

bởi hóa chất, độ co ngót thấp,… Bên cạnh đó thì gạch không nung cũng có những

đặc điểm tương tự như của gạch đất sét nung truyền thống như là khả năng chịu lực

chưa cao, khả năng chịu nén, chịu uốn còn hạn chế, bộ bền va đập và chịu mài mòn

ở mức trung bình nến không sử dụng vật liệu gia cường [24]. Các loại gạch không

nung thông thường có đặc tính là giòn và khá dễ vỡ khi chịu va đập khi vận chuyển

hoặc thi công.

Để giải quyết các nhược điểm của gạch không nung thông thường như đã nêu ở

trên thì đề xuất biện pháp có thể sản xuất gạch không nung từ công nghệ gạch

geopolymer sản xuất từ nguyên liệu cơ bản như tro bay trộn với hỗn hợp thủy tinh

lỏng (liquid sodium silicate) và dung dịch kiềm (liquid sodium hydroxite) cùng với

một số chất phụ gia dẻo ở một tỉ lệ cấp phối hợp lí để không chế cường độ của gạch

cũng như tiết kiệm chi phí vật liệu. Hỗn hợp vữa geopolymer này có thể được trộn

thêm với sợi polypropylene (PP) có quy cách nhất định nhằm tăng khả năng chịu

lực, đặc biệt là khả năng chịu uốn và độ bền khi mài mòn, va đập hay trong quá

trình thi công.

Sợi polypropylene là một loại sợi hữu cơ dẻo có đặc tính cơ học rất tốt, có

nguồn nguyên liệu để sản xuất sợi dồi dào, chi phí thấp. Có thể sử dụng cốt sợi

polypropylene nhằm mục đích khắc phục những nhược điểm của gạch bê tông như :

tăng khả năng chịu uốn, giảm độ co ngót, tăng khả năng chống mài mòn va đập,

giảm khả năng bị nứt, … [14,22]

1.1.3 Thực trạng sử dụng gạch không nung trên thị trường hiện nay

Gạch không nung là các loại gạch xây, gạch lát vỉa hè,… có kích thước, quy

cách như gạch đất sét nung nhưng không sử dụng nhiệt độ để nung cứng hay tăng

độ rắn chắc như gạch đất sét nung truyền thống. Trên thế giới, tỉ lệ sử dụng gạch

không nung trong các công trình công cộng, dân dụng là khá phổ biến và rộng rải,

nhưng ở nước ta thì tỉ lệ sử dụng gạch không nung này còn khá thấp. Gạch không

nung có khoảng 300 tiêu chuẩn quốc tế và kích thước khác nhau, sức nén tối đa của

một viên gạch không nung đạt khoảng 35 MPa [22].

4

Sản phẩm gạch không nung có nhiều chủng loại, nên gạch không nung có thể

sử dụng rộng rải, từ những công trình phụ trợ nhỏ cho đến những công trình kiến

trúc cao tầng, giá thành phù hợp với từng loại công trình. Có nhiều loại dùng để xây

tường, lát nền, kề đê và trang trí, … Hiện nay, gạch không nung đã khẳng định được

chổ đứng vững chắc trong công trình dân dụng và công cộng và đang dần dần được

phổ biến, thay thế cho gạch truyền thống và được ưu tiên phát triển xa hơn trong

tương lai. Có rất nhiều công trình sử dụng gạch không nung, từ công trỉnh nhỏ lẻ,

công trình phụ trợ cho đến các công trình dân dụng, đình chùa, nhà hàng, sân gôn,

khu nghỉ dưỡng, cao ốc, … Một số công trình điển hình như: Keangnam Hà Nội

Landmard Tower (đường Phạm Hùng, Hà Nội), Habico Tower (đường Phạm Văn

Đồng, Hà Nội), Khách sạn Horinson (Hà Nội), Hà Nội Hotel Plaza (đường Trần

Duy Hưng, Hà Nội), Sông Giá resort (Hải Phòng), Sân vận động Mỹ Đình (Hà

Nội), Làng Việt Kiều Châu Âu (Hà Đông, Hà Nội), ...[24]

Với việc gạch không nung đa dạng về cũng loại mẫu mã sản phẩm thì có thể

chia các loại gạch không nung ra làm các loại như : gạch không nung xi măng cốt

liệu, gạch không nung bê tông chưng khí áp – ACC, gạch không nung bê tông bọt,

gạch silicate, gạch Babanh,… Các loại vật liệu không nung khác như : tấm thạch

cao, 3D panel, …[17] Theo tiêu chuẩn về gạch không nung bê tông 6477:2011 thì

có thể phân loại gạch không nung theo kích thước, mục đích sử dụng, theo cường

độ chịu nén.

Hình 1.1 Một số hình dáng của gạch không nung tiêu chuẩn [16]

Ngoài các loại gạch như Hình 1.1 còn có các loại gạch kích thước tương tự như

gạch đất sét nung.

Ngoài các loại gạch không nung còn được sản xuất nhằm mục đích để lát nền,

lát sân, lát đường đi, trang trí, …

5

Hình 1.2 Một số loại gạch không nung dùng để lát và trang trí [24]

Có thể thấy rằng các loại gạch không nung như Hình 1.2 có màu sắc, hình dáng

đẹp không thua kém gì so với các loại gạch trang trí hiện hành.

1.2 Tình hình nghiên cứu đề tài trong và ngoài nước

Vật liệu mới geopolymer đã được nghiên cứu từ rất sớm trên thế giới vào

những năm 70 của thế kỷ XX. Đối với nước ta thì vật liệu geopolymer chưa được sử

dụng rộng rải và phổ biến. Nhưng cũng đã có khá nhiều những nghiên cứu, bài báo

khoa học trong và ngoài nước về loại vật liệu geopolymer này. Một số nghiên cứu

và bài báo khoa học về vật liệu geopolymer như.

1.2.1 Những nghiên cứu trong nước

Tống Tôn Kiên [1] và các cộng sự đã nghiên cứu về đề tài “Bê tông

geopolymer – những thành tựu, tính chất và ứng dụng”. Các tác giả đã trình bày

những thành tựu nổi bật, các mốc thời gian phát triển của chất kết dính hoạt hóa

kiềm, quá trình hình thành cấu trúc bê tông geopolymer, các đặc tính và cũng như

ứng dụng của bê tông geopolymer.

Vũ Huyền Trân và Nguyễn Thị Thanh Thảo [2] đã nghiên cứu về đề tài có tên

là “Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công nghệ geopolymer sử dụng tro

bày và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở”. Các tác giả đã giới thiệu về quy trình

chế tạo của loại vật liệu tổng hợp từ bùn đỏ và tro bay và đồng thời nêu lên các tính

chất cơ lí của chúng và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của loại vật

6

liệu này trên cơ sở geopolymer hóa tro bay và bùn đỏ, đồng thời các tác giả đã sử

dụng nguyên liệu và đúc mẫu thử nghiệm và cho ra các kết quả.

Trần Anh Tiến [3] đã trình bày nghiên cứu về đề tài “Nghiên cứu sản xuất

geopolymer từ hỗn hợp bùn đỏ và tro bay”. Tác giả đã trình bày về lịch sử phát triển

của vật liệu geopolymer, nguyên liệu để chế tạo mẫu, phương pháp để xác định tính

chất của vật liệu và nhận xét kết quả.

Phan Đức Hùng và các cộng sự [5] đã nghiên cứu đề tài “Ảnh hưởng của sợi

micro poly – propylene đến tính chất cơ lý của bê tông geopolymer”. Các tác giả đã

giới thiệu về công nghệ vật liệu “Geopolymer” và đặc tính của sợi micro poly –

propylene, sau đó các tác giả đánh giá ảnh hưởng của sợi đến cường độ chịu nén,

chịu uốn và độ co ngót của dầm bê tông geopolymer và rút ra kết luận.

1.2.2 Những nghiên cứu ngoài nước

Hardjito, Djwantoro [6] đã nghiên cứu về đề tài có tên là “Fly ash-based

geopolymer concrete”. Tác giả đã trình bày quá trình để sản xuất bê tông

geopolymer sử dụng tro bay, cách sản xuất và thí nghiệm mẫu, các số liệu thu thập

được.

L.Krishnan và các cộng sự [7] đã nghiên cứu về đề tài có tên là “Geopolymer

concrete an Eco–friendly construction material”. Các tác giả đã giới thiệu công thức

của vật liệu geopolymer, đặc tính của geopolymer và cách thức tiến hành thí

nghiệm.

N.A.Lloyd và B.V.Rangan [8] đã nghiên cứu về đề tài có tên là “Geopolymer

Concrete with Fly Ash”. Tác giả đã trình bày đặc tính hỗn hợp bê tông geopolymer,

cách thiết kế một mẻ bê tông Gepolymer, về các sản phẩm bê tông đúc sẳn, sự đóng

góp của bê tông geopolymer đối với phát triển.

A.M.Mustafa Al Bakri và các cộng sự [9] đã nghiên cứu về đề tài có tên là

“Mechanism and Chemical Rection of Fly Ash geopolymer cement”. Các tác giả đã

giới thiệu về công thức hóa học cấu thành, quy luật hình thành, đặc tính của từng

loại nguyên liệu pha trộn đầu vào, và các tác giả kết luận.

1.2.3 Nhận xét về các đề tài

7

Các bài báo, đề tài nghiên cứu và các báo cáo khoa học trên trình bày rất tổng

quan và chi tiết về vật liệu geopolymer, về lịch sử ra đời, công thức tạo mẫu, lý

thuyết thí nghiệm, cũng như là những ưu điểm và nhược điểm của vật liệu

geopolymer này. Nhưng chưa có đề tài nào nói rõ về gạch không nung được sử

dụng vật liệu geopolymer bao gồm tro bay, cát, dung dịch kiềm, thủy tinh lỏng và

pha thêm cốt sợi gia cường cho gạch geopolymer để khắc phục các nhược điểm của

gạch truyền thống.

1.3 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng chất kết dính

geopolymer từ tro trên thế giới cũng như trong nước có thể thấy việc nghiên cứu áp

dụng công nghệ geopolymer vào sản xuất gạch không nung cốt sợi polypropylene là

một đề tài có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Mẫu gạch geopolymer tạo ra cần đáp ứng tốt

các yêu cầu về kỹ thuật liên quan, thân thiện với môi trường, đặc biệt là khả năng

chịu nhiệt, khả năng chịu nén, chịu uốn, kháng hóa chất, độ bền chống chịu va đập,

khả năng làm việc được trong môi trường ăn mòn, v.v.

Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ geopolymer cũng như gạch không nung

geopolymer như nguồn gốc, sự phát triển, đặc tính cơ lý, cơ chế phản ứng tạo thành,

v.v.

Nhận xét được ảnh hưởng của sợi polypropylene đối với các chỉ tiêu cơ lý của

vữa cũng như gạch geopolymer, ảnh hưởng của tỉ lệ thành phần pha trộn cốt liệu

đến cường độ cũng như đặc tính của vữa cũng như mẫu gạch geopolymer từ đó vẽ

biểu đồ ảnh hưởng và rút ra được kết luận.

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Từ những kiến thức, nghiên cứu đã có về công nghệ geopolymer, gạch không

nung công nghệ geopolymer và kiến thức sợi polypropylene, tiến hành đúc trộn mẫu

vữa cũng như gạch geopolymer pha sợi polypropylene thí nghiệm thực tiễn từ các

cốt liệu như tro bay, cát, dung dịch NaOH, dung dịch thủy tinh lỏng với các tỉ lệ pha

trộn được xác định trước. Từ các tiêu chuẩn về gạch không nung trong và ngoài

8

hiện hành, xác định kích thước mẫu gạch phù hợp với thực tế và nắm bắt được các

chỉ tiêu thí nghiệm cần thiết cho gạch không nung công nghệ geopolymer.

Nắm vững các yêu cầu kỹ thuật về cách pha trộn hỗn hợp vữa gạch

geopolymer, cách thức cân đo vật liệu, lấy mẫu, bảo dưỡng mẫu và yêu cầu kỹ thuật

đối với việc thí nghiệm mẫu. Các yêu cầu kỹ thuật đối với nguyên vật liệu trộn mẫu

gạch geopolymer. Các tiêu chuẩn thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu.

Ngoài ra, cần nắm vững các thông số cũng như cách sử dụng đối với các dụng cụ và

thiết bị thí nghiệm.

Thu thập, ghi chép số liệu thí nghiệm một cách khách quan và chuẩn xác. Vẽ

biểu đồ và nhận xét kết quả thu được. So sánh được sự khác nhau giữa các tỉ lệ

thành phần pha trộn cũng như các mẫu vữa gạch và gạch đối chứng với nhau.

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Tiến hành nghiên cứu gạch geopolymer pha sợi polypropylene từ lý thuyết có

sẳn trong và ngoài nước. Từ những lý thuyết thu thập được về công nghệ vật liệu

geopolymer và gạch geopolymer cũng như sợi polypropylene, sự kết hợp giữ vữa

gạch geopolymer và sợi polypropylene, kết hợp với các số liệu thu thập được từ đúc

mẫu thí nghiệm thực tế và số liệu thu thập được từ các mẫu đối chứng. Tiến hành so

sánh, nhận xét, biểu diễn bằng biểu đồ các kết quả thu thập được.

9

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Công nghệ geopolymer

Vật liệu xây dựng “xanh” có thể được định nghĩa là các vật liệu được sử dụng

theo các phương pháp thân thiện với môi trường. Để áp ứng tiêu chí đó thì quá trình

sản xuất vật liệu xanh phải được nghiên cứu sao cho kết hợp sử dụng chất thải từ

các ngành khác tạo ra. Đây là xu thế mới đang được hầu hết các nước trên thế giới

quan tâm.

2.1.1 Lịch sử ra đời chất kết dính geopolymer

Vào năm 1978, Joseph Davidovits đã giới thiệu ra toàn thế giời về một loại vật

liệu có tên là “Geopolymer” được mô tả là một chất kết dính các vật liệu khác có

đặc tính tương tự như xi măng truyền thống nhưng có nguyên liệu và quá trình sản

xuất tận dụng nguồn vật liệu phế thải Công nghiệp và rất ít có ảnh hưởng xấu đến

môi trường [15]. Sau đó, chất kết dính geopolymer tiếp tục được nghiên cứu và ứng

dụng tại các nước châu Âu, Mỹ, Úc và một số quốc gia phát triển khác. Chất kết

dính geopolymer được tạo ra từ những phản ứng của dung dịch kiềm với các chất có

chứa hàm lượng lớn hợp chất Silic và Nhôm. Chất kết dính này còn được gọi với

một cái tên khác là chất kết dính kiềm hóa [1].

Hình 2.1 Tinh thể geopolymer [25]

10

Từ Hình 2.1 các hạt tro bay được bao phủ bởi dung dịch hoạt hóa kiềm tạo

thành một thể thống nhất với nhau.

Vật liệu geopolymer vô cơ là loại vật liệu mới nhận được từ hỗn hợp bao gồm

chất kết dính Polymer vô cơ và các thành phần chất độn. Sau khi nhào trộn, đầm

nén, tạo hình và dưỡng hộ sản phẩm phát triển cường độ và đạt tới các tính chất kỹ

thuật cần thiết. Quá trình phát triển cường độ của sản phẩm phụ thuộc vào quá trình

Polymer hóa các hợp chất vô cơ của chất kết dính Polymer vô cơ [12].

Khái niệm chất kết dính geopolymer và vật liệu Polyme thường gắn liền với

nguồn gốc hữu cơ như keo epoxy, chất dẻo tổng hợp. Trước những năm 80 của thế

kỷ trước, khái niệm polymer vô cơ còn khá mới mẻ và ít được thừa nhận. Tuy

nhiên, khi đi sâu vào việc phân tích hóa lý cho thấy quá trình hút nhau giữa các điện

tích trái dấu ở một số vật liệu phù hợp sẽ hình thành nên các mạch Polyme đa phân

tử rất dài với bộ xương là các khoáng vật liệu bền vững. Các Polymer thu được có

những tính chất hóa học, lý học và cơ học bền vững, có khả năng ứng dụng trong

nhiều lĩnh vực. Các nghiên cứu về chất kết dính polymer vô cơ và vật liệu polymer

vô cơ đã được triển khai ở một số nước trên thế giới và đã đạt được nhiều thành tựu

khả quan. Tuy nhiên, vấn đề này ở nước ta vẫn còn khá mới mẻ, đặc biệt là trong

lĩnh vực xây dựng.

Ở Mỹ, ứng dụng chủ yếu của chất kết dính geopolymer là sản xuất xi măng

geopolymer đóng rắn nhanh (Pyrament Blended Cement – PBC). PBC được nghiên

cứu sản xuất và ứng dụng trong các sân bay quân sự từ năm 1985. Sau đó PBC

được dùng nhiều trong sửa chữa đường băng máy bay làm từ bê tông, sàn nhà công

nghiệp, đường cao tốc, loại xi măng này có thể đạt được cường độ 20 MPa chỉ sau 4

- 6 h đóng rắn. Một loại xi măng geopolymer khác cũng được nghiên cứu sử dụng là

xi măng geopolymer bền axit. Năm 1997, công ty Zeo tech corp đã thương mạu hóa

sản phẩm bê tông geopolymer bền axit. Sản phẩm này được dùng nhiều trong các

nhà máy hóa chất và thực phẩm [1].

Ở Úc, bê tông geopolymer đã và đang ứng dụng trong thực tiễn như các thanh

tà vẹt đúc sẳn, đường ống cống và các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn khác trong xây

11

dựng. Với các đặc tính tốt nhất của các cấu kiện đúc sẳn là cho cường độ tuổi sớm

cao sau khi bảo dưỡng hơi nước hoặc dưỡng hộ nhiệt. Trong báo cáo về quá trình

sản xuất các thanh tà vẹt bê tông geopolymer trên cơ sở geopolymer tro bay,

Palomo et al. cho rằng các kết cấu bê tông geopolymer có thể dễ dàng được sản xuất

bằng những công nghệ sản xuất bê tông hiện tại mà không cần phải có những thay

đổi lớn nào. Mốt số nghiên cứu khác cũng đã sản xuất các sản phẩm ống cống bê

tông geopolymer cốt thép đúc sẵn có đường kính từ 375-1800mm, các cống hơp bê

tông geopolymer cốt thép có kích thước 1200x600x1200mm. Kết quả nghiên cứu

cho thấy khả năng chịu môi trường ăn mòn như nước thải xâm thực rất tốt và tương

đương các sản phẩm bê tông xi măng [1].

Bê tông geopolymer có hoạt tính kiềm cũng được thương mại hóa ở Úc với

nhãn hiệu kinh doanh E-Crete™. E-Crete được tái chế từ tro bay và xỉ lò cao cùng

với các chất hoạt tính kiềm thích hợp và hiện có sẳn ở dạng đúc sẵn và trộn sẵn. Các

sản phẩm đúc sẳn của E-Crete chủ yếu như các tấm Panel đúc sẵn, các ống nắp và

đấy cống, công hộp, bể xí tự hoại, hố thu rác, gạch lát vĩa hè, tấm ốp lát trang trí

hoặc cách âm [1].

Ở Việt Nam, vật liệu geopolymer chưa được sử dụng rộng rãi trong các công

trình xây dựng. Đã có một số nghiên cứu bước đầu về bê tông geopolymer như bê

tông chịu lửa không xi măng của nhóm nghiên cứu ở Viện Vật liệu Xây dựng. Bê

tông cốt liệu không xi măng dựa trên liên kết alumina có tên thương mại là

alphabond 300, bê tông cốt liệu ít xi măng là công nghệ chế tạo đơn giản, thời gian

sử dụng của vật liệu này tăng, tính chất cơ nhiệt tốt như tăng nhiệt độ biến dạng

dưới tải trọng và tăng đô bền uốn ở nhiệt độ cao. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành

công bê tông cốt liệu không xi măng ứng dụng vào thực tế. Một nghiên cứu khác về

ứng dụng chất kết dính geopolymer là sản xuất vật liệu không nung từ phế thải tro

bay và xỉ lò cao cũng được thực hiện vào năm 2011. Kết quả nghiên cứu đã xây

dựng được quy trình sản xuất vật liệu gạch block bê tông geopolymer có cường độ

nén đạt trên 10MPa, có giá thành rẻ hơn gạch block bê tông xi măng cốt liệu

khoảng 15% [1].

12

Chất kết dính geopolymer là một loại chất kết dính mới có thể thay thế cho xi

măng truyền thống. Nguồn vật liệu sử dụng cho các phản ứng là các vật liệu chứa

nhiều nguyên tố Nhôm(Al) và Silic(Si) có trong đất sét, mê ta cao lanh hay là tro

bay,…. Hầu hết các nghiên cứu tiến hành đến nay chủ yếu là sử dụng dung dịch

alkaline silicate để hòa tan và kích hoạt phản ứng phân tử geopolymer. Sản phẩm

phản ứng tùy thuộc vào cả chất kích hoạt và vật liệu ban đầu. Với vật liệu có chứa

Si+Ca thì sản phẩm chủ yếu là gel CSH, còn với vật liệu có chứa Si+Al thì sản

phẩm tạo ra là Zeolite giống như Polymer [1].

2.1.2 Thành phần và công thức hóa học

Chất kết dính geopolymer có thể được tổng hợp từ phản ứng đa trùng ngưng

giữa các khoáng alumino silicate oxides và dung dịch alkaline metal silicate trong

điều kiện môi trường kiềm cao. Cấu trúc phân tử của geopolymer bao gồm các phân

tử có các nguyên tố đó là Si–O–Al và Si–O–Si được sinh ra từ phản ứng được đề

cập ở trên. Vật liệu Polymer từ alumino silicate tạo thành từ mạng lưới

“polysialate” trên cơ sở các tứ diện SiO4 và AlO4 như Hình 2.2. Josheph Davidovist

cho rằng, các phản ứng tổng hợp geopolymer thì chủ yếu phụ thuộc vào các ion

Nhôm(Al), nồng độ kiềm trong dung dịch mà nó khiến cho cấu trúc tinh thể

geopolymer và phản ứng hóa học thay đổi theo, trong cấu trúc silicate đóng vai trò

xương sống cho phân tử [11].

Hình 2.2 Cấu trúc poly(sialates) theo Davidovist [1]

13

Quá trình hình thành cấu trúc phân tử geopolymer về căn bản là các phản ứng

của các khoáng Nhôm và Silic trong điều kiện dung dịch kiềm cùng với dung dịch

thủy tinh lỏng, kết quả là phản ứng tạo ra cấu trúc không gian 3 chiều chứa các

nguyên tử Si-O-Al-O, có thể viết lại công thức hóa học của phân tử geopolymer như

sau :

[9]

Trong đó :

▫ M : là các ion dương kiềm như Ka, Na

▫ n : là mức độ trùng ngưng của phản ứng

▫ z : có giá trị 1,2,3

Các quá trình phản ứng tạo ra chất kết dính geopolymer diễn ra khá phức tạp,

có rất nhiều quá trình phản ứng sảy ra đồng thời mà rất khó có thể nhận biết được,

theo một số nghiên cứu trước thì quá trình tổng hợp geopolymer có thể được mô tả

bằng những phương trình phản ứng như sau :

2

2

(Si, Al matertials)

2 5 2 2 2 2

3 3( )

Geopolymer precusor

3 3( )

( , ) 2 4 / ,( ) ( ) (1)

( ) ( ) / ( , )

( )(G

OH

OH

O O

O O

n Si O Al O nSiO nH O NaOH KOH Na Kn OH Si O Al O Si OH

n OH Si O Al O Si OH NaOH KOH Na Ka

Si O Al O Si OO

2 2 ,2 2

als)

K2 4 / ,4 /2 222 K

3( ) 3((

3 / ( , )3

Geopolymer precusor( ) / ( ,( ) / ( ,3 )

)(G 2eopolymer Backbone) 4 (2)nH O

(Si

( 2 5( 2 5n( ,2 55n(n( )3( )3( )3n( )3

( )3( )3n( )3n( )

OO

( 24 22((O

(

[9]

Từ 2 phương trình phản ứng tổng hợp chất kết dính geopolymer được trình bày

bên trên. Có thể thấy rằng, ở phương trình thứ nhất có thể tạm gọi là quá trình tan rã

các nguyên tố Si và Al vào trong dung dịch kiềm, từ đó sản phẩm tạo ra sẽ tiếp tục

tác dụng với dung dịch kiềm ở phương trình thứ hai để tạo ra cấu trúc xương sống

của phân tử geopolymer. Các phân tử riêng lẻ là cấu trúc xương sống chất kết dính

geopolymer này sẽ tiếp tục thực hiện quá trình đa trùng ngưng tạo thành chuỗi vô

hạn liên kết với nhau tạo ra chất kết dính geopolymer hay là polymer [9,15]. Qua

quan sát dưới kính viển vi điện tử, có thể nhận biết rằng biết rằng cấu trúc của tinh

2 2 2[ ( ) ] .n z nM SiO AlO wH O2 22( 2 222 wH( ) ] .)2 22( 2 222

14

thể geopolymer là cấu trúc vô định hình, không có hướng xác định và có tính kết

dính vật liệu khác.

2.1.3 Cơ chế phản ứng

Trên rất nhiều cơ sở nghiên cứu chất kết dính kiềm kích hoạt (alkaline-

activated Cement), có thể chấp nhận 2 khái niệm khác nhau là xỉ lò cao ngiền mịn

kiềm kích hoạt (alkaline activated GGBFS) và geopolymer. Chất kiềm kích hoạt của

GGBFS có kiểu (Ca+Si) và chất kết dính geopolymer có kiểu kết dính (Al+Si) với

metakaolin và tro bay làm vật liệu chính như Hình 2.3. Phân tích ảnh SEM cho

thấy, trước khi hoạt hóa tro bay có dạng hình cầu với nhiều kích cỡ khác nhau và

chứa tinh thể mulit và sắt. Sau khi hoạt hóa, một số hạt cầu chưa phản ứng và gel

Aluminosilicate (có tỉ lệ mol Si/Al : 1.6-1.8 và Na/Al : 0.46-0.68) trong vữa chỉ

chứa chất kích hoạt là NaOH. Khi chất kích hoạt có chứa nước thủy tinh thì sản

phẩm cuối cùng đặc hơn với tỷ lệ mol Si/AL : 2.7 và Na/Al : 1.5 [1].

Hình 2.3 Metakaolin(a) và tro bay(b) với NaOH 8M [13]

Cơ chế động học phản ứng tạo ra geopolymer giải thích quá trình đông kết và

rắn chắc của chất kết dính kiềm hoạt hóa vẫn còn là một bí ẩn. Theo Glukhovsky,

cơ chế quá trình kiềm hoạt hóa bao gồm các phản ứng phân hủy nguyên liệu dạng

cấu trúc ổn định thấp và phản ứng nội tại. Trước tiên là quá trình bẻ gảy các liên kết

cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-Si khi nồng độ pH của dung dịch kiềm tăng lên cao

[1]. Vì thế những nhóm nguyên tố này chuyển sang hệ keo, sau đó sảy ra sự tích tụ

các sản phẩm bị phá hủy với phản ứng nội tại giữa chúng tạo ra cấu trúc ổn định

thấp và cuối cùng là quá trình hình thành cấu trúc đông đặc.

15

Granizo đã nghiên cứu chất kết dính Metakaolin hoạt hóa kiềm và cho rằng có

2 phản ứng khác nhau khi chất kiềm hóa chỉ là NaOH hoặc thủy tinh lỏng. Ở trường

hợp thứ nhất, sau khi hòa tan một thời gian, các sản phẩm phá hủy bắt đầu tích tụ

[1]. Trong trường hợp thứ 2, ngay sau khi xảy ra sự hòa tan sẽ sảy ra quá trình trùng

hợp.

Trong quá trình phản ứng tạo ra chất kết dính geopolymer thì đồng thời cũng

phát sinh ra nhiệt độ và tỏa nhiệt ra bên ngoài có thể gây mất nước dung dịch toàn

cục. Theo kí hiệu hóa học của geopolymer do Davidovist đề xuất thì dùng tên là

“polysialates” mỗi “sialates” là một ký hiệu viết tắt của oxit kép aluminosilicate.

Các mạng lưới sialates bao gồm cái anion tứ diện [SiO4]4- và [AlO4]5- chung nhau

nguyên tử oxi và chúng cần các ion dương như Na+, K+, Li+, Ba2+, NH4+, H3O+ để

cân bằng điện tích của Al3+ trong khối tứ diện [1].

Hình 2.4 Sự hoạt hóa vật liệu alumo-silicat [1]

16

Palomo.et.al cũng có cùng quan điểm này khi cho rằng, có 2 kiểu hoạt tính

kiềm có thể sảy ra, kiểu thứ nhất xảy ra khi chất kích hoạt của xỉ lò cao (Si+Ca) là

dung dịch kiềm yếu, sản phẩm chủ yếu sẽ là CSH. Kiểu thứ 2 đối với chất hoạt hóa

kiềm của Metakaolin là dung dich kiềm từ trung bình đến mạnh. Sản phẩm cuối

cùng có dạng mạch trùng hợp và có cường độ cơ học cao. Với trường hợp đầu

tương tự như quá trình hình thành Zeoloite (khoáng Nhôm). Còn với chất hoạt hóa

kiềm của tro bay xảy ra sự tỏa nhiệt trong quá trình hòa tan, phân tách các liên kết

công hóa trị O-Si-O và Al-O-Al [1]. Nhìn chung các sản phẩm tùy thuộc vào sự phá

vỡ cấu trúc của tro bay trong khoảng thời gian đầu và cuối cùng là quá trình ngưng

kết tạo cấu trúc chuỗi một cách có trật tự tạo ra sản phẩm có cường độ cơ học cao.

Joseph Davidovist cho rằng dung dịch kiềm có thể sử dụng để phản ứng với

Silic và Nhôm trong nguồn vật liệu khoáng hoặc trong vật liệu phế thải tro bay, tro

trấu để chết tạo chất kết dính. Bởi vì phản ứng hóa học xảy ra trong trường hợp này

là quá trình trùng hợp cho nên ông gọi là geopolymer. Thông số chính quyết định

đến tính chất và dạng sử dụng của một loại geopolymer là tỷ lệ Si/Al, với vật liệu

xây dựng tỷ lệ Si/Al khoảng xấp xỉ 2.

Hình 2.5 Mô tả phản ứng tro bay trong dung dịch kiềm [9]

17

Hình 2.5 chỉ ra rằng quá trình tan rã của Nhôm và Silic sảy ra khi dung dịch

kiềm hóa được cho vào tro bay. Sau đó, các phân tử ngưng tụ thành dạng Gel. Dung

dịch kiềm hóa tấn công vào vào bề mặt tro bay tạo thành các hố lớn trên bề mặt, sau

đó lan ra các hố khác trên bề mặt tro bay. Quá trình phản ứng từ bên trong và bên

ngoài của hạt tro bay.

2.1.4 Tro bay (Fly Ash)

Tro bay hay còn gọi là “tro nguyên liệu phun” bao gồm các loại bột mịn thu

được từ việc đốt than trong các nhà máy nhiệt điện công nghiệp và có đường kính

cỡ hạt khác nhau. Tro bay được phân chia thành 2 cấp đó là F và C theo ASTM.

Thành phần hóa học của tro bay là các khoáng có trong các quặng thang đá và có

đặc tính phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần khoáng cấu thành nên. Trong đó, thành phần

khoáng silicate (SiO2) chiếm khoảng từ 40 – 60% và khoáng Nhôm(Al) chiếm từ 20

– 30 (%), còn lại là hàm lượng Sắt thay đổi không xác định. Quá trình hoạt hóa tro

bay trong dung dịch kiềm rất phức tạp mà không thể đánh giá được đựa trên hàm

lượng cũng như là phần trăm tỷ lệ Kali/Natri [9].

Hình 2.6 Cấu trúc SEM của vi hạt tro bay [25]

Một trong những lý do lớn nhất để sử dụng tro bay trong bê tông geopolymer

nhằm tăng cường độ của bê tông trong quá trình ninh kết và tăng độ bền liên kết

trong quá trình sử dụng. Trong quá trình hydrat hóa tro bay, tro bay sẽ tác dụng với

canxi hydroxite để tạo thành Canxi silicat và Canxi aluminat làm giảm đi hiện

tượng thấm canxi hydroxite (Ca(OH)2) trong bê tông và tăng khả năng chống thấm

18

của bê tông. Tro bay có cấu trúc phân tử tinh vi hình cầu vì vậy nó sẽ cải thiện và

tăng độ bền của bê tông vì tỷ lệ nước trên chất kết dính sẽ giảm.

2.1.5 Quá trình kiềm hóa (alkaline activation)

Quá trình tan rã của Silic và Nhôm sảy ra khi tro bay được cho vào dung dịch

kiềm hoàn toàn. Các tinh thể bắt đầu động đặc và tạo thành dạng Gel, dung dịch

kiềm sẽ bao bọc bề mặt các hạt tro bay và mở rộng ra các lỗ rổng giữa các hạt tro

bay rồi đến các hạt nhỏ và các lỗ rỗng khác. Quá trình phản ứng kiềm hòa diễn ra từ

bê trong lẫn bên ngoài vì vậy hầu hết các hạt tro bay được tan rã trong dung dịch

kiềm.

Quá trình phản ứng của Alumino-silicat trong môi trường kiềm mạnh được mô

tả như sau : đầu tiên là quá trình bẻ gảy liên kết của Si-O-Si, các pha mới bắt đầu

xuất hiện, cơ chế này là quá trình hòa tan. Tiếp theo là sự xâm nhập của nguyên tố

Nhôm(Al) vào cấu trúc phân tử Si-O-Si, đây là quá trình đặc trưng nhất của phản

ứng kiềm. Gel Alumino-silicat được hình thành, hợp chất được tạo thành từ phản

ứng có công thức học học đặc trưng như sau : Mn[-(Si-O)z-Al-O]n.wH2O. Các pha

C-S-H và C-A-H được tạo thành phụ thuộc vào các nguồn vật liệu ban đầu, điều

kiện phản ứng và lượng nước trong quá trình phản ứng [9].

2.1.6 Dung dịch sodium hydroxyde (NaOH)

Dung dịch NaOH được sử dụng chủ yếu để làm chất hoạt hóa kiềm pha với

dung dịch thủy tinh lỏng như Natri silicat (Na2SiO3) hoặc Kali silicat (K2SiO3). Hỗn

hợp này đóng một vai trò cực kì quan trọng trong phản ứng kiềm hóa và có tác dụng

làm tan rã các thành phần khoáng của hạt tro bay. Chức năng tách ion Al3+ và Si4+

trong dung dịch natri hydroxite (NaOH) cũng tương tự như trong dung dịch kali

hydroxite (KOH) [9]. Do đó dung dịch kiềm có nhiệm vụ khử Nhôm và Silic trong

các hạt tro bay ban đầu và từ đó quyết định đặc tính độ cứng của geopolymer. Có

thể nói rằng, sự có mặt của dung dịch NaOH trong các phản ứng giúp tăng tốc độ

phản ứng và làm Gel tạo ra sẽ dẻo hơn. Gel được xem như sản phẩm của việc trộn

hỗn hợp dụng dịch kiềm và thủy tinh lỏng, vì vậy trong Gel sinh ra sẽ chứa rất

nhiều nguyên tố Na và Al.

19

2.1.7 Dung dịch sodium silicate (Na2SiO3)

Theo Palomo el all. (1999) đã kết luận rằng dung dịch thủy tinh lỏng (sodium

silicate) đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phản ứng tổng hợp chất kết

dính geopolymer. Tốc độ sảy ra phản ứng sẽ cao khi dung dịch kiềm kích hoạt chứa

các ion silicate hòa tan trong dung dịch. Xu and Van Deventer(2000) chỉ ra rằng khi

cho dung dịch thủy tinh lỏng vào dung dịch NaOH thì sảy ra hiện tượng phản ứng

và sự trộn lẫn hai dung dịch lại với nhau. Tempest el al (2009) đã phát biểu rằng,

dung dịch thủy tinh lỏng trong dung dịch kiềm kích hoạt sẽ giúp quá trình tan rã các

hạt tro bay sẽ diễn ra nhanh chóng hơn [9].

2.2 Đặc điểm của vật liệu geopolymer

“Geopolymer” là một chất kết dính kiềm kích hoạt hóa. Trong quá trình chế

tạo, nước chỉ đóng vai trò tạo tính công tác, không tham gia vào cấu trúc

geopolymer, không tham gia vào phản ứng hóa học và có thể loại ra trong quá trình

bảo dưỡng. Nhiều nghiên cứu cho rằng, bảo dưỡng nhiệt cho bê tông geopolymer sử

dụng tro bay có hàm lượng vôi thấp sẽ tạo cường độ cao, co khô ít, từ biến thấp,

chịu ăn mòn sunphat, ăn mòn axit tốt và có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng cơ sở

hạ tầng.

2.2.1 Vật liệu thân thiện với môi trường

Năm 1978, Davidovits đã giới thiệu cụm từ “geopolymer” được mô tả giống

như vật liệu có đặc tính giống với xi măng. Công nghệ geopolymer hạn chế khoảng

80% lượng nhiệt bởi vì quá trình sản xuất không yêu cầu sử dụng nhiệt độ cao để

nung giống như xi măng. geopolymer cũng bộc lộ những đặc tính chịu được lửa và

nhiệt độ cao giống như xi măng. Vật liệu này sử dụng rất ít các nguyên liệu có

nguồn gốc từ tự nhiên, yêu cầu rất ít năng lượng, và có rất ít khí CO2 thải ra môi

trường. Tro bay được xem như một loại hợp cất vô cơ là sản phẩm thải ra của quá

trình đốt than đá trong các lò nhiệt. Tro bay nếu phát tán ra môi trường mà không có

biện pháp thu xử lí thì sẽ rất gây ô nhiểm đến môi trường. geopolymer là một vật

liệu nhân tạo ngoài những đặc tính giống với xi măng thì còn có thể chứa được các

chất thải độc hại. Dung dịch kiềm tác dụng với silic và nhôm có trong các khoáng tự

20

nhiên. Việc sử dụng bê tông geopolymer kết dính tro bay có thể làm giảm hiện

tượng nóng lên của trái đất hạn chế hiệu ứng nhà kính từ 25 – 46 (%) so với bê tông

xi măng thông thường [1].

2.2.2 Đa dạng về ứng dụng thực tiễn

Vật liệu geopolymer có rất nhiều ứng dụng khác nhau như : tấm gỗ kết cấu

chồng cháy, tấm tường và panel cách điện, sản xuất đá nhân tạo trang trí, tấm panel

bọt cách nhiệt, vật liệu xây dựng thô, gạch không nung, kết cấu chịu lửa, kết cấu

chống sốc nhiệt, ứng dụng làm khuôn đúc nhôm, bê tông và chất kết dính

geopolymer, vật liệu cản lửa gia cố và sửa chửa, vật liệu chống cháy công nghệ cao

dùng cho máy bay và ô tô, vật liệu nhựa công nghệ cao.

2.2.3 Độ bền và khả năng chịu lực

Vật liệu geopolymer có thể chịu được tác động của nhiệt tốt ngay cả trong điều

kiện môi trường thường hay và khắc nghiệt, có khả năng chịu ăn mòn hóa học cực

tốt đặc biệt là khả năng chịu ăn mòn axit và muối.

Khả năng gắn kết cốt thép của vật liệu geopolymer được nghiên cứu và so sánh

tương đương hoặc cao hơn so với bê tông xi măng Sunfat. Bê tông geopolymer cho

cường độ cao sau vài giờ phản ứng kiềm (60 – 70 MPa sau 24 giờ).

2.2.4 Tận dụng phế thải công nghiệp

Cũng giống như bê tông geopolymer, gạch geopolymer tận dụng các phế thải

của quá trình sản xuất công nghiệp như tro bay của các nhà máy nhiệt điện công

nghiệp, xỉ lò cao của các nhà máy luyện gang thép, nên việc sử dụng gạch

geopolymer có thể giảm nguy cơ chất thải công nghiệp, tốn kém về diện tích bãi

chứa và giảm thiểu tối ra lượng nhiệt, khí thải thải ra ngoài môi trường.

2.2.5 Nhược điểm

Ngoài các ưu điểm trình bày bên trên thì vật liệu geopolymer cũng có những

nhược điểm mà chưa phổ biến ngoài thị trường. Hầu hết các nhà máy sản xuất lo

ngại về nguy cơ sụt giảm giá trị khi đầu tư vào loại vật liệu này. Trên những quan

điểm về công nghệ vật liệu xây dựng, khái niệm xi măng xanh mới chỉ được đề cập

như một khái niệm chưa được chứng minh bằng thực tiễn công nghệ. Vẫn còn nhiều

21

tranh cải về khả năng thải khí CO2 và tính kinh tế khi xem xét giá thành. Rõ ràng

rằng sự nguy hiểm nhất định khi sử dụng dung dịch kiềm mạnh và dung dịch kiềm

mạnh cũng đòi hỏi quá trình sản xuất bê tông phức tạp hơn.

Trên thực tế thì còn khá ít các thí nghiệm về tính chất vật lý của vật liệu

geopolymer. Quá trình phản ứng Polymer hóa chịu ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt độ

và đòi hỏi phải bảo dưỡng ở nhiệt độ cao và sự kiểm soát ngiêm ngặt nhiệt độ.

Ngoài ra, đối với bê tông geopolymer thì việc trộn trực tiếp ngoài công trình thì còn

nhiều khó khăn và hạn chế và không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, gạch geopolymer

cũng chỉ có thể sản xuất từ trong các xưởng sản xuất và nhà máy.

2.3 Giới thiệu về sợi polypropylene kỹ thuật ( PP )

Đặc tính của các loại bê tông hay gạch đất sét nung đó là khả năng chịu uốn rất

kém, đối với gạch geopolymer thì cũng không ngoại lệ. Vì khả năng chịu uốn kém

nên gạch geopolymer sẽ bị nứt và dẫn đến phá hoại. Để hạn chế vấn đề này có thể

sử dụng cốt sợi polypropylene vào gạch geopolymer để tăng khả năng chịu uốn của

gạch, hạn chế được vết nứt và phá hoại khi gạch geopolymer chịu uốn.

Sợi polypropylene là sản phẩm phụ của dầu mỏ tinh chế propylen làm nguyên

liệu thu được isotactic polypropylene sợi nhân tạo tên thương mại Trung Quốc (còn

được gọi là sợi polypropylene), nó được thực hiện từ quá trình trùng hợp của

propylene làm nguyên liệu bột giấy kéo sợi chảy [15]. Polypropylene chính thức bắt

đầu được biết đến vào năm 1957 trong sản xuất công nghiệp, là một ngôi sao đang

lên trong các sợi tổng hợp từ polypropylene với quá trình sản xuất đơn giản, sản

phẩm rẻ tiền, độ bền cao, mật độ sợi dày, v.v. Do đó, polypropylene phát triển

nhanh chóng. polypropylene hiện là sợi tổng hợp lớn thứ tư, là một sợi hóa học phổ

biến sợi nhẹ nhất.

22

Hình 2.7 Sợi polypropylene [22]

Hình 2.7 thấy rằng sợi polypropylene rất mảnh, nhẹ và có kích thước được cắt

sẵn. Sợi PP sử dụng thí nghiệm có màu trắng, óng ánh, mềm và mượt.

2.3.1 Đặc tính của sợi polypropylene

Sợi PP có rất nhiều ưu điểm vượt trội trong phù hợp trong việc làm cốt sợi vào

gạch geopolymer như : Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng

vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi.

Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ.

Trong suốt, độ bóng bề mặt cao, nét in rõ. Sợi PP không màu, không mùi, không vị,

không độc. Sợi PP cháy sang với với ngọn lửa màu xanh nhạt, có dòng cháy dẻo.

Sợi PP chịu được nhiệt độ cao hơn 100oC, khả năng chống thấm với O2, hơi nước,

dầu mỡ và các khí khác. Sợi PP có đặc tính không dẫn điện, dẫn nhiệt [17].

Sợi polypropylene theo những nghiên cứu thì không gây hại đến sức khỏe con

người, an toàn lao động khi sử dụng. Khi bị đốt cháy, sợi PP có thể gây mùi khó

chịu đối với con người.

Còn đối với bê tông được cốt sợi polypropylene có những ưu điểm như : hạn

chế các vết nứt nhỏ cho bê tông, giúp cho bề mặt bê tông kín, phẳng và mịn ( không

có những lổ xốp), ít chịu ăn mòn, giúp cho sản phẩm bê tông được ổn định hơn, bền

vững hơn. Đặc biệt cốt sợi PP hiệu quả trong điều kiện thời tiết thay đổi nhiều.

2.3.2 Công dụng sợi polypropylene đối với cuộc sống

Với những đặc tính và ưu điểm của sợi PP được nêu bên trên, sợi PP có rất

nhiều công dụng thiết thực đối với đời sống như : sử dụng PP làm bao bì bảo vệ

23

thực phẩm mà không yêu cầu chống oxi hóa một cách ngiêm ngặc, tạo thành sợi dệt

thành bao bì đựng ngủ cốc và lượng thực lớn, PP cũng được sản xuất dạng màng

phủ ngoài đối với màng nhiều lớp để tăng tính chống thấm khí, hơi nước, tạo khả

năng in ấn cao, và dễ xé rách để mở bao bì (do có tạo sẵn một vết đứt) và tạo độ

bóng cao cho bao bì, dùng làm chai đựng nước, bình sữa cho bé, hộp bảo quản thực

phẩm, một số sản phẩm làm từ nhựa PP có khả năng chịu nhiệt tốt dùng được trong

lò vi sóng [17].

Trong xây dựng, sợi PP được trộn vào hỗn hợp vật liệu sau cùng, sau khi các

vậy liệu khác đã được trộn với nhau. Sợi PP được trộn vào hỗn hợp vật liệu nhằm

tăng khả năng kháng nứt, tăng độ bền, độ chống chịu mài mòn của vật liệu, cũng

như tăng cường khả năng chịu nén uốn.

2.3.3 Nhược điểm của sợi polypropylene

Đối với mỗi vật liệu đều có ưu điểm và nhược điểm riêng cho nó. Ngoài những

đặc tính vượt trội nêu trên thì sợi polypropylene cũng có những nhược điểm riêng

như là khả năng bám dính với bê tông kém, bị biến đổi tính chất khi gặp nhiệt độ

cao. Không những vậy sợi PP rất dễ bị phá hoại tính chất khi tiếp xúc với tia cực

tím, tiếp xúc trực tiếp của ánh sáng mặt trời [17].

2.3.4 Sự làm việc của sợi polypropylene trong vật liệu nền

Khi mẫu bê tông và vữa chịu nén, các sợi polypropylene đóng vai trò liên kết

các vật liệu nền, tránh hiện tường vỡ giòn thành từng mẫu vụn nhỏ.

Khi mẫu bê tông và vữa chịu uốn, vết nứt đầu tiên xuất hiện, sợi polypropylene

đóng vai trò bắt cầu đến các vết nứt tiếp theo. Bề mặt sợi xuất hiện lực lực kéo nên

khả năng chịu uốn của cấu kiện sẽ tăng. [5]

Hơn nữa, sợi polypropylene còn làm giảm độ co ngót hay sự mất nước trong

quá trình cấu kiện sử dụng chất kết dính geopolymer đóng rắn nên mức độ biến

dạng của cấu kiện sẽ ít hơn không thêm sợi polypropylene.

24

Chương 3

NGUYÊN VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP

THÍ NGHIỆM

3.1 Nguyên liệu tạo mẫu

Trước khi tiến hành quá trình chuẩn bị vật liệu thí nghiệm, cũng cần phải xem

xét kỹ lưỡng những vật liệu có thể tận dụng để sử dụng trong phòng thí nghiệm, sắp

xếp, tập kết vật liệu thí nghiệm đúng vị trí một cách hợp lí để phục vụ cho quá trình

lấy vật liệu, cân đo đong đếm, quản lí, bảo quản thuận tiện nhất. Ngoài ra, còn phải

chuẩn bị các loại máy móc và thiết bị phục vụ cho quá trình pha trộn mẫu thí

nghiệm và máy móc đo đạc số liệu thí nghiệm như cân điện tử, bình thủy tinh chứa

dung dịch pha trộn, máy trộn bê tông, các dụng cụ để nhào trộn đầm nén, v.v.

Để tránh việc thiếu hụt vật liệu sử dụng pha trộn trong xuyên suốt quá trình thí

nghiệm, cần phải xác định trước cấp phối sơ bộ, lựa chọn tỉ lệ giữa các vật liệu trộn

đầu vào, xác định số lượng thí nghiệm sẽ tiến hành từ đó xác định được số lượng

mẫu sẽ thực hiện và khối lượng vật tư cần thiết cho thí nghiệm. Với việc dự trù

trước khối lượng vật tư cần thiết cho thí nghiệm sẽ tránh được tình trạng sử dụng

vật liệu pha trộn có đặc tính khác nhau, vì vậy mà có thể so sánh kết quả thu được

một cách khách quan thống nhất giữa các mẫu. Không những vậy, việc dự trù khối

lượng vật liệu cần thí cho các thí nghiệm sẽ làm cho quá trình thí nghiệm diễn ra

một cách trôi chảy, đảm bảo đúng tiến độ thí nghiệm để có thể thu được kết quả

sớm nhất có thể.

Đối với những vật liệu không có sẵn trong phòng thí nghiệm, cần thiết phải liên

hệ các cơ sở sản xuất, các cửa hàng mua bán vật liệu xây dựng để tiến hành đặt mua

đủ theo khối lượng vật liệu đã dự kiến.

Đối với mỗi loại cốt liệu cần xác định chính xác các chỉ tiêu cơ lí của chúng

như khối lượng riêng, khối lượng thể tích xốp, thành phần hạt, môđun độ lớn, v.v.

Để lựa chọn cốt liệu nhào trộn thành vữa geopolymer thí nghiệm hợp lí nhất.

25

3.1.1 Cát

Dựa vào thành phần kích cỡ hạt cát được phân chia thành các lớp theo tiêu

chuẩn TCVN 1770-1986 như sau.

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu của cát theo mức nhóm cắt

STT Tên các chỉ tiêu Theo mức nhóm cắtTo Vừa Nhỏ Rất nhỏ

1 Môđun độ lớn Lớn hơn 2.5 đến 3 2 đến 2.5 1 đến nhỏ

hơn 20.7 đến nhỏ

hơn 1

2Khối lượng thể tíchxốp (kg/m3 ) không nhỏ hơn.

1400 1300 1200 1150

3

Lượng hạt nhỏ hơn 0.14 mm, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn

10 10 20 35

Tùy theo nhóm cát mà ta có đường biểu diễn thành phần hạt nằm trong vùng

gạch của bảng sau.

Bảng 3.2 Nhóm cát

To Vừa Nhỏ Rất nhỏVùng 1 Vùng 2 Vùng 3 Vùng 4

Các yêu cầu về đặc tính cơ lí của cát được quy định theo tiêu chuẩn TCVN

1770-1986. Hàm lượng hạt cát lớn hơn 5mm và hàm lượng bùn, bụi, sét bẩn trong

cát được quy định khác hoặc theo các hợp đồng thỏa thuận. Cũng theo tiêu chuẩn

TCVN 1770-1986 có được bảng chỉ tiêu cát đối với vữa trong xây dựng.

Bảng 3.3 Đặc tính của cát dùng cho vữa xây dựng

STT Tên các chỉ tiêu Mức theo mác vữaNhỏ hơn 75 Lớn hơn hoặc bằng 75

1 Môđun độ lớn không nhỏ hơn 7.5 1.5

2 Sét, á sét, các tạp chất khác ởdạng cục. Không Không

3 Lượng hạt trên 5 mm Không Không

26

4 Khối lượng thể tích xốp, tính bằng kg/m3, không nhỏ hơn 1150 1250

5Hàm lượng muối gốc sunfat, sunfit tính ra SO3, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn.

2 1

6 Hàm lượng bùn, bụi, sét tính bằng % khối lượng cát , không lớn hơn. 10 3

7Lượng hạt nhỏ hơn 0.14mm, tính bằng % khối lượng cát, không lớnhơn.

35 20

8

Hàm lượng tạp chất hữu cơ thửtheo phương pháp so mẫu, mẫucủa dung dịch trên cát không sẫmhơn.

Mẫu số hai Mẫu chuẩn

Cát mịn chứa nhiều tạp chất như bụi, bùn, sét sẽ tạo nên một màng mỏng trên

bề mặt cốt liệu ngăn cản sự tiếp xúc giữa xi măng và các thành phần cốt liệu sẽ làm

giảm tính kết dính và sẽ giàm giảm cường độ của vữa và bê tông. Đối với gạch bê

tông có cốt liệu từ cát và tro bay thì cũng chịu ảnh hưởng tương tự khi cát mịn lẫn

nhiều tạp chất. Không nên sử dụng cát mịn, cát bị nhiễm mặn, nhiễm phèn, lẫn

nhiều tạp chất. Cát thô có thành phần được quy đinh trong bảng sau thì được phép

sử dụng để chết tạo bê tông và vữa ( theo TCVN 7570:2006)

Bảng 3.4 Thành phần của hạt cát

Kích thước lỗ sàn Lượng sót tích lũy trên sàn, đơn vị %Cát thô Cát mịn

2.5mm Từ 0 đến 20 01.25mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15630µm Từ 35 đến 70 Từ 0 đến 35315µm Từ 65 đến 90 Từ 5 đến 65140µm Từ 90 đến 100 Từ 65 đến 90

Lượng qua sàn 140µmkhông lớn hơn 10 35

Tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 quy định về thành phần tạp chất trong cát như

sau.

27

Bảng 3.5 Hàm lượng tạp chất trong cát

Tạp chấtHàm lượng tạp chất. % khối lượng không lớn hơn

Bê tông cấp cao hơn B30

Bê tông cấp thấphơn B30 Vữa

Sét cục và các tạpchất dạng cục Không được có 0.25 0.5

Hàm lượng bùn, bụi, sét 1.50 3.00 10.00

Bảng 3.6 Hàm lượng ion Cl- trong cát

Loại bê tông và vữa Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng không lớn hơn

Bê tông dùng cho các kết cấu bê tông cốtthép ứng suất trước 0.01

Bê tông dung cho các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép và vữa thông thường 0.05

Cát sử dụng trong suốt quá trình thí nghiệm có khối lượng riêng γd = 2560

kg/m3 và khối lượng thể tích xốp γxốp = 1491 kg/m3. Cát được rửa sạch, sấy khô, sàn

qua sàn 5mm có lượng sót tích lũy như hình vẽ.

Hình 3.1 Biểu đồ thành phần hạt cát

Hình 3.1 thấy rằng cát sử dụng thí nghiệm nằm trong đường chuẩn theo quy

định của tiêu chuẩn hiện hành.

3.1.2 Tro bay

28

Tro bay chuẩn bị cho thí nghiệm được mua từ các cơ sở thu gom từ các nhà

máy nhiệt điện hoặc các cơ sở đốt than đá. Để đảm bảo chất lượng và các chỉ tiêu

đặc trưng của tro bay cần bảo quản tro bay một cách cẩn thận, tránh tiếp xúc trực

tiếp với ánh nắng mặt trời, cũng như những nơi ẩm ướt có độ ẩm cao, chúng sẽ làm

cho tro bay bị hỏng và thay đổi tính chất. Tro bay trong các bao tải lớn được chia ra

chứa trong nhiều bao ni-lông nhỏ và cất giữ vào thùng ngăn nắp hợp lí nhằm thuận

tiện cho quá trình sử dụng nhào trộn vữa gạch.

Hình 3.2 Tro bay dùng để thí nghiệm

Bảng 3.7 Phân loại tro(TCVN 10302 – 2014)

Loại tro Định nghĩa

Tro bay (Fly ash) Loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụikhí thải của nhà máy nhiệt điện từ quá trình đốt than.

Tro tuyển (Fly ash selected)

Tro bay đã qua công nghệ xử lý tuyển khô hoặc tuyểnướt để loại bớt thành phần không mong muốn, nhằmnâng cao thành phần chất lượng hữu ích trong sử dụng.

Tro axit (Acid ash) - F Tro bay thu được từ đốt than nhà máy nhiệt điện, trong đó hàm lượng canxi oxit đến 10%.

Tro bazơ (Basic ash) - C Tro bay thu được từ đốt than nhà máy nhiệt điện, trong đó hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10%.

Theo thành phần hóa học tro bay được chia làm 2 loại bao gồm tro bay axit có

hàm lương canxi oxit đến 10% có ký hiệu F, tro bay bazơ có hàm lượng canxi oxit

lớn hơn 10% có ký hiệu C.

Tro bay khi mua về, cất giờ trong phòng thí nghiệm cũng cần thiết phải xác

định các chỉ tiêu cơ lí của tro bay như khối lượng riêng, thành phần tạp chất, .v.v.

29

Tro bay dùng trong thí nghiệm loại F, có khối lượng riêng γtrobay = 2500 kg/m3,

với độ mịn 94% lọt qua sàn 0.08 mm. Tro bay được thí nghiệm theo tiêu chuẩn

TCVN 7131 : 2002 có thành phần hóa học như sau.

Bảng 3.8 Tỉ lệ thành phần tro bay (đơn vị : % khối lượng)

MKN SiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P2O5 SO3

2.39 55.26 16.58 0.124 12.31 5.25 4.25 0.62 0.71 1.206 0.129 0.211

Ngoài ra, căn cứ vào tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 tro bay dùng cho bê tông

và vữa xây phải đáp ứng các yêu cầu sau đây.

Bảng 3.9 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa

STT Chỉ tiêuLoạiTrobay

Lĩnh vực sử dụng – Mức

a b c d

1Tổng hàm lượng ôxit SiO2+ Al2O3 + Fe2O3, % khốilượng, không nhỏ hơn

FC

7045

2

Hàm lượng lưu huỳnh,hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO3, % khốilượng, không lớn hơn

FC

35

55

36

33

3Hàm lượng canxi ôxit tựdo CaOtd, % khối lượng, không lớn hơn

FC

-2

-4

-4

-2

4Hàm lượng mất khi nung MKN, % khối lượng, không lớn hơn

FC

125

159

8*7

5*5

5Hàm lượng kiềm có hại(kiềm hòa tan), % khốilượng, không lớn hơn

FC 1.5

6 Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn

FC 3

7Lượng sót sàng 45µm, % khối lượng, không lớnhơn

FC 25 34 40 18

8Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng, %, không lớn hơn

FC 105 105 100 105

9 Hàm lượng ion Cl-, % F 0.1 - - 0.1

30

khối lượng, không lớnhơn

C

10

Hoạt độ phóng xạ tựnhiên Aeff, (Bq/kg) củatro bay dùng

- Đối với công trình nhà ở và công cộng,không lớn hơn

- Đối với công trình công nghiệp, đường đô thịvà khu dân cư, không lớnhơn

370

740

Khi đốt than Antraxit, có thể sử dụng tro bay với hàm lượng mất khi nung tương ứng: lĩnh vực c tới 12 %; lĩnh vực d tới 10 %, theo thỏa thuận hoặc theo kết quả thửnghiệm được chấp nhận.

Phương pháp xác định các thành phần cơ lí của tro bay tương tự như phương

pháp xác định chỉ tiêu cơ lí của xi măng như phương pháp xác định khối lượng

riêng, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết, v.v.

Vì tro bay là một loại bột rất mịn vì vậy chúng rất dễ hình thành các hạt bụi li ti

lơ lững ngoài môi trường, nên yêu cầu tiến hành các hoạt động với tro bay phải nhẹ

nhàng, hợp lí hạn chế việc tro bay lan ra môi trường khiến người thí nghiệm và

người xung quanh hít phải. Bụi của tro bay gây ảnh hưởng rất lớn đối với sức khỏe

khi bị hít phải.

3.1.3 Dung dịch sodium hydroxide (NaOH)

Đối với việc sử dụng dung dịch NaOH, yêu cầu độ sạch của dung dịch NaOH

phải đạt mức 98%. Yêu cầu cần phải xác định trước nồng độ dung dịch cần thiết để

từ đó pha trộn dung dịch với nồng độ Mol đúng nhất từ công thức xác định nồng độ

Mol, từ đó suy ra được khối lượng NaOH khan cần pha trộn vào dung dịch như sau.

dd 1001000

MNaOH

C M VmP

dd 100M Vd

100MCM M

P

Trong đó :

▫ MNaOH là khối lượng NaOH khan cần cho vào

▫ M là khối lượng Mol của NaOH (M = 40)

31

▫ Vdd là thể tích dung dịch ta cần pha trộn

▫ P là độ tinh khuyết của dung dịch NaOH lấy bằng 99%

Dung dịch sodium hydroxide sử dụng cho thí nghiệm có nồng độ Mol lần lượt

là 14M và 12M.

3.1.4 Dung dịch sodium silicate (Na2SiO3)

Dung dịch sodium silicate (Thủy tinh lỏng) là dung dịch có màu trắng đục, có

đăc tính sệt, sánh, dễ dàng hòa tan trong nước. Thủy tinh lỏng là một dung dịch có

khả năng tác dụng với nhiều chất ở dạng rắn, lỏng, khí. Thủy tinh lỏng dễ bị các

axít phân hủy ngay cả axít cácboníc và tách ra kết tủa keo đông tụ axít silicsic.

Dung dịch sodium silicate dùng trong thí nghiệm có tỷ trọng 1.42 0.01 g/ml

và có hàm lượng Na2O và SiO2 dao động từ 36 – 38 (%).

Bảng 3.10 Tỉ lệ thành phần dung dịch thủy tinh lỏng

Thành phần Tỉ lệ khối lượng (%)Na2O 13.7SiO2 23.4H2O 62.9

3.1.5 Sợi polypropylene (PP)

Sợi polypropylene sử dụng theo tiêu chuẩn ASTM C1116 với kích thược được

cắt sẵn từ nhà – nơi cung cấp.

Bảng 3.11 Thông số sợi polypropylene

Đường kính(μm)

Cường độ bềnkéo (MPa)

Trọng lượng riêng (g/cm3)

Nhiệt độ chảy(oC)

Chiều dài(cm)

12 700 1.38 252 0.9,1.6,1.9,2.5

3.2 Cấp phối

Các mẻ vữa trộn đúc cho mẫu trụ và mẫu gạch thí nghiệm được thay đổi tỉ lệ

phối trộn khác nhau với nồng độ dung dịch sodium hydroxide 12M và 14M. Tỉ lệ

tro bay – cát lần lượt là 0.9, 1, 1.2, 1.4. Tỉ lệ dung dịch sodium silicate – sodium

hydroxide lần lượt 0.9, 1, 1.2. Hàm lượng sợi polypropylene lần lượt 0, 0.2, 0.4, 0.5,

0.8 (%) với kích thước sợi lần lượt 0.9, 1.9, 2.5 (cm).

32

Bảng 3.12 Tỷ lệ phối trộn và thành phần cấp phối cho 1 m3 vữa

Kí hiệu

Tro sodium silicate Tro

Sợi PP Lsợi Tro

bay Cát sodium hydroxide

sodium silicate

Sợi

PPCát sodium hydroxide

Dung dịch % cm

M-1 0.9 1 2 0.4 0.9 843 936 210 (14M) 210 9M-2 1 1 2 0.4 0.9 879 879 221 (14M) 221 9M-

3,11,13 1.2 1 2 0.4 0.9 943 786 236 (14M) 236 9

M-4 1.4 1 2 0.4 0.9 994 709 248 (14M) 248 9M-5,9 1.2 1 2 0.2 0.9 943 786 236 (14M) 236 4M-6 1.2 1 2 0.5 0.9 943 786 236 (14M) 236 11M-7 1.2 1 2 0.8 0.9 943 786 236 (14M) 236 18M-8 1.2 0.9 2 0.2 0.9 943 786 248 (14M) 223 4

M-10 1.2 1.2 2 0.2 0.9 943 786 214 (14M) 257 4M-12 1.2 1 2 0 … 943 786 236 (14M) 236 0M-14 1.2 1 2 0.4 1.9 628 524 157 (14M) 157 6M-15 1.2 1 2 0.4 2.5 628 524 157 (14M) 157 6M-16 1.2 1 2 0.4 0.9 943 786 236 (12M) 236 9M-17 1.2 1.2 2 0.4 0.9 943 786 214 (14M) 257 9M-18 1.2 1.2 2 0.5 0.9 943 786 214 (14M) 257 9M-19 1.2 1 2 0.4 1.9 943 786 214 (12M) 257 9M-20 1.2 1 2 0.4 2.5 943 786 214 (12M) 257 9

Ghi chú : Hàm lượng sợi PP thêm vào vữa theo phần trăm khối lượng

3.3 Phương pháp thí nghiệm

Phương pháp cân đọng nhào trộn và lấy mẫu tương tự như phương pháp cân

đong và nhào trộn vữa hồ xi măng thông thường.

3.3.1 Khuôn tạo mẫu

Cùng với việc chuẩn bị về vật liệu thí nghiệm, đồng thời cũng chuẩn bị khuôn

mẫu để khi quá trình nhào trộn cốt liệu xong thì tiến hành đổ hỗn hợp vào khuôn

ngay lập tức. Mặt khác, việc xác định trước kích thước khuôn mẫu đúc, vật liệu làm

khuôn và dự trù trước số lượng khuôn cần thiết sẽ chủ động hơn trong quá trình thí

nghiệm.

33

Hình 3.3 Kích thước khuôn thí nghiệm

Căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 6477 – 2011: Gạch bê tông (Concrete brick) đã

đưa ra một số kích thước mẫu gạch thông dụng ngoài thị trường, từ đó lựa chọn

mẫu gạch có kích thước 220x105x65 mm và kích thước khuôn mẫu trụ là

100x200mm như hình bên trên. Ngoài ra, còn cần phải lựa chọn vật liệu để làm

khuôn, cơ chế đóng tháo khuôn hợp lí để tránh việc phá hoại mẫu sau khi tháo

khuôn và đảm bảo kích thước đúng với mẫu gạch tiêu chuẩn đã lựa chọn. Với rất

nhiều phương án lựa chọn, quyết định chọn vật liệu làm khuôn là vật liệu gỗ, khuôn

được ghép lại từ cách nhiều tấm đỗ được cắt theo đúng kích thước và được giữ bằng

cách bắng ốc vít cố định vào các tấm thép lá bẻ vuông góc. Các khuôn gỗ này được

đặt đo cắt và lắp ghép trực tiếp tại xưởng thực tập gỗ trường Đại học sư phạm kỹ

thuật thành phố Hồ Chí Minh như Hình 3.4.

Hình 3.4 Khuôn gạch thực tế đúc mẫu

34

3.3.2 Cân đo nguyên vật liệu

Sau khi xác định thành phần cấp phối, khối lượng nguyên vật liệu cần sử dụng

cho một mẻ thí nghiệm, tiến hành cân đo khối lượng nguyên liệu sử dụng.

Hình 3.5 Cân điện tử và máy trộn vữa thí nghiệm

3.3.3 Nhào trộn và đúc mẫu

Bồn máy trộn được làm sạch và ẩm nước để tránh sự hút nước của thành bồn

trộn lên hỗn hợp vựa geopolymer.

Hình 3.6 Vữa geopolymer thêm sợi polypropylene

Nhào trộn khô các thành phần nguyên liệu sau khi được định lượng như cát, tro

bay trong vòng 2 phút bằng máy trộn, sau đó sợi polypropylene được cho vào bồn

máy trộn và tiếp tục trộn thêm khoảng 3 phút. Hỗn hợp dung dịch hoạt hóa bao gồm

35

dung dịch sodium silicate và dung dịch sodium hydroxide đã chuẩn bị trước được

đổ vào hỗn hợp đã trộn khô. Quá trình nhào trộn ướt trong khoảng 3 phút bằng máy

trộn bê tông.

Hình 3.7 Mẫu vữa geopolymer được đưa vào khuôn mẫu trụ

Hỗn hợp vữa đổ ra khỏi bồn máy trộn và được cho vào khuôn mẫu trụ và khuôn

mẫu gạch thành 3 lớp, mỗi lớp được đầm 16 lần và dùng búa cao su gõ nhẹ vào

thành khuôn 9 lần.

3.3.4 Dưỡng hộ mẫu

Sau khi tạo hình, các mẫu được dưỡng hộ tĩnh định 48 giờ rồi tiến hành tháo

khuôn, dưỡng hộ nhiệt trong 4, 6, 8 giờ ở nhiệt độ 100oC. Các mẫu còn lại được

dưỡng hộ trong 4 giờ ở 60oC. Các thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cường độ được

thực hiện khi mẫu đã đạt 7 ngày tuổi.

36

Hình 3.8 Mẫu gạch tháo khuôn và dưỡng hộ nhiệt

3.4 Phương pháp thí nghiệm xác định cường độ

Các mẫu sau khi dưỡng hộ và để tĩnh định bắt đầu thí nghiệm xác định các chỉ

tiêu cơ lý. Đối với mẫu trụ 100x200 mm vữa geopolymer đem cân xác định khối

lượng sau đó đem nén lấy giá trị cường độ chịu nén, đối với mẫu gạch 220x105x65

mm vữa geopolymer đem cân xác định khối lượng sau đó đem uốn xác định cường

độ chịu uốn.

3.4.1 Xác định cường độ chịu nén của vữa gạch bê tông

Xác định cường độ chịu nén của vữa gạch bê tông để đánh giá Mác và chất

lượng của gạch theo TCVN 6476 – 1999. Cường độ chịu nén mẫu vữa gạch bê tông

xác định theo công thức.

2n

nn

P daNR cmFaNnP da

F

Trong đó:

▫ Pn - Lực nén phá huỷ mẫu, tính bằng .

▫ Fn - Diện tích má ép, tính bằng mm2.

▫ α - Hệ số phụ thuộc chiều cao mẫu thử.

Tính trung bình cộng các kết quả thử. Loại bỏ giá trị có sai lệch lớn hơn 15% so

với giá trị trung bình. Kết quả cuối cùng là giá trị trung bình cộng của các giá trị

hợp lệ còn lại, chính xác tới 0,1N/mm2.

37

3.4.2 Xác đinh cường độ chịu uốn của gạch xây

Trong khối xây nhiều khi gạch chịu uốn và bị phá hoại, chỉ tiêu này cũng dùng

để đánh giá chất lượng của gạch và xác định mác gạch theo TCVN 6355:2 – 1998.

Cường độ chịu uốn của từng mâu gạch thử Ru được xác định theo công thức.

22

3. .2. .

uu

P l daNR cmb h2

3. .2

u l. db h

Trong đó :

▫ Pu: Tải trọng phá hoại mẫu khi uốn, daN.

▫ l: Khoảng cách giữa các đường tâm gối đỡ, cm.

▫ b: Chiều rộng mẫu thử, cm.

▫ h: Chiều cao mẫu thử, cm.

Hình 3.9 Sơ đồ thí nghiệm nén mẫu gạch geopolymer

Khi thử các mẫu của gạch, nếu một mẫu có kết quả thử vượt quá 50% giá trị

trung bình cường độ chịu uốn của tất cả các mẫu thử, thì kết quả này loại bỏ. Khi đó

cường độ chịu uốn của gạch là trung bình cộng của các mẫu còn lại.

3.4.3 Xác định cường độ chịu nén của gạch xây

Gạch xây dùng cho kết cấu thường chịu nén là chủ yếu, cường độ chịu nén

cũng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mác và chất lượng của gạch, chỉ tiêu

này được xác định theo TCVN 6355:1 – 2009.

38

Mẫu gạch được cắt ra làm đôi, sau đó chồng lên nhau và liên kết với nhau bằng

1 lớp hồ xi măng hoặc chất kết dính. Công thức xác đinh cường độ chịu nén của

gạch xây như sau.

2n

nn

P daNR cmFnP daN

F

Trong đó :

▫ Pn : Tải trọng phá hoại mẫu khi nén, daN.

▫ Fn : Diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử khi nén, cm2.

Diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử tính bằng trung bình cộng giá trị diện tích

mặt trên và mặt dưới mẫu thử đã đo.

3.4.4 Xác định khối lượng thể tích

Chỉ tiêu khối lượng thể tích xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6355-5:2009, giá

trị khối lượng thể tích thì độ rỗng càng lớn và ngược lại.

Khối lượng thể tích được xác định theo công thức :

vv

mVvmV

Trong đó :

▫ m : Khối lượng của gạch ở trạng thái khô hoàn toàn, g

▫ Vv : Thể tích tự nhiên của mẫu gạch, cm3

3.4.5 Xác định độ hút nước gạch xây

Chỉ tiêu xác định độ hút nước gạch xây theo tiêu chuẩn TCVN 6355-3:1998.

Đặt mẫu thử vào thùng ngâm theo chiều thẳng đứng, mực nước trong thùng cao hơn

mặt mẫu thử không nhỏ hơn 20mm. Ngâm mẫu thử trong 48 giờ, sau đó vớt mẫu

lau ráo mặt ngoài mẫu và tiến hành cân. Độ hút nước xác định theo công thức sau :

.100(%)u kp

m mHm

100(mu kmu km

Trong đó :

▫ mk : Khối lượng mẫu thử đã sấy khô đến khối lượng không đổi (g).

▫ mu : Khối lượng mẫu thử đã ngầm đầy nước (g).

39

Chương 4

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Các mẫu sau khi dưỡng hộ và để tĩnh định bắt đầu thí nghiệm xác định các chỉ

tiêu cơ lý. Các mẫu được đem cân xác định khối lượng. Mẫu trụ 100x200 mm đem

nén xác định cường độ chịu nén, mẫu gạch 220x105x65 mm được uốn xác định khả

năng chịu uốn.

4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ Tro bay – Cát đến cường độ chịu nén mẫu vữa.

Thành phần tỷ lệ giữa tro bay – cát thay đổi lần lượt 0.9, 1, 1.2, 1.4 và hàm

lượng sợi polypropylene cho thêm vào là 0.4% với kích thước 0.9cm, tỷ lệ dung

dịch sodium silicate – sodium hydroxide bằng 1 và tỷ lệ tro bay – dung dịch

alkaline bằng 2. Sau đó đem dưỡng hộ nhiệt ở 60oC trong 4 giờ và xác định cường

độ chịu nén.

Bảng 4.1 Cường độ chịu nén mẫu vữa geopolymer xét đên thay đổi tỷ lệ tro bay –cát.

Cấp phối Tro bay - Cát Cường độ chịu nén (MPa)

N1-10.9

8.53N1-2 7.33N1-3 6.54N2-1

17.82

N2-2 5.84N2-3 8.74N3-1

1.29.38

N3-2 9.71N3-3 9.19N4-1

1.422.09

N4-2 23.4N4-3 24

Tổng hợp dữ liệu kết quả cường độ nén thu được từ Bảng 4.1 xét đến ảnh

hưởng giữ tỷ lệ tro bay – cát thay đổi từ 0.9 – 1.4 thu được biểu đồ như Hình 4.1.

40

Hình 4.1 Mối quan hệ giữa tỷ lệ tro bay - cát và cường độ chịu nén vữa geopolymer

Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ chịu nén của mẫu vữa 100x200 mm tăng

khi tỷ lệ phối trộn cấp phối tro bay – cát tăng từ 0.9 – 1.4. Cấp phối N4 cho khả

năng chịu nén của mẫu vữa geopolymer cao tăng đến 145.6% khi tỷ lệ tro bay – cát

tăng từ 1.2 – 1.4.

Ở tỷ lệ tro bay – cát từ 0.9 – 1.2 cường độ chịu nén tăng chậm từ 7.47 – 9.43

MPa tăng 26.31%. Với tỷ lệ này lượng tro bay không đủ cho phản ứng hoạt hóa và

không thể bao bọc trọn vẹn bề mặt hạt cát, vì thế cường độ chịu nén mẫu vữa thấp

hơn khi tỷ lệ tro bay – cát đạt 1.4. Với tỷ lệ tro bay – cát là 1.4 hàm lượng Gel sinh

ra từ phản ứng giữa tro bay và dung dich alkaline bao bọc trọn vẹn hạt cát tạo ra lực

liên kết cao từ đó khiến cường độ chịu nén tăng.

Cường độ chịu nén mẫu vữa geopolymer ảnh hưởng riêng biệt phụ thuộc vào tỷ

lệ phối trộn cấp phối giữa tro bay và cát. Đối với vữa làm gạch không cần yêu cầu

cường độ cao (dưới 10 MPa) có thể lựa chọn tỷ lệ phối trộn hợp lí thuận tiện cho

quá trình nhào trộn và mục đích sử dụng. Độ nhão của hỗn hợp geopolymer pha sợi

polypropylene tăng lên khi tỷ lệ tro bay – cát tăng nên tính công tác của vữa tăng.

Đối với vữa geopolymer chế tạo gạch, lựa chọn tỷ lệ tro bay – cát bằng 1.2 là phù

hợp.

4.2 Ảnh hưởng hàm lượng sợi polypropylene đối với cường độ chịu nén và

cường độ chịu uốn.

7.47 7.829.43

23.16

5

10

15

20

25

30

0.9 1 1.2 1.4

Cườ

ng đ

ộ ch

iu n

én (M

Pa)

Tỉ lệ Tro bay/Cát

41

Hàm lượng sợi polypropylene thay đổi lần lượt 0.2, 0.4, 0.5 và 0.8 lựa chọn có

kích thước 0.9 cm với tỷ lệ tro bay – cát bằng 1.2, tỷ lệ dung dịch sodium silicate –

dung dịch sodium hydroxide lần lượt là 1, 1.2 và tỷ lệ tro bay – dung dịch alkaline

bằng 2. Kết quả được trình bày trong Bảng 4.2.

Bảng 4.2 Cường độ chịu nén mẫu vữa geopolymer xét hàm lượng sợi polypropylene

Cấp phối Hàm lượng

sợi PPdd sodium silicate

Cấp phốidd sodium silicate

dd sodium hydroxide dd sodium hydroxide(%) 1 1.2

N5-10.2

13.24 N10-1 12.51N5-2 12.96 N10-2 13.01N5-3 13.52 N10-3 13.63N3-1

0.49.38 N17-1 9.25

N3-2 9.71 N17-2 8.97N3-3 9.19 N17-3 8.87N6-1

0.59.03 N18-1 7.22

N6-2 8.37 N18-2 9.12N6-3 7.62 N18-3 8.56N7-1

0.84.58

N7-2 8.75N7-3 6.05

Kết quả ảnh hưởng hàm lượng sợi polypropylene đến cường độ chịu uốn của

mẫu gạch geopolymer với tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium

hydroxide bằng 1, hàm lượng sợi lần lượt 0.2, 0.4, 0.5 và 0.8 có kích thước 0.9 cm.

Kết quả được trình bày trong Bảng 4.3.

Bảng 4.3 Cường độ chịu uốn mẫu vữa geopolymer xét hàm lượng sợi polypropylene

Cấp phối Hàm lượng sợi PP (%) Cường độ chịu uốn (MPa) Khối lượng thể tích (kg/m3)

U5-10.2

5.72 1998.00U5-2 5.63 2014.65U5-3 5.81 2008.33U3-1

0.46.86 2031.97

U3-2 6.75 2060.27U3-3 6.82 2060.94U6-1 0.5 7.03 2029.97

42

U6-2 6.15 2008.66U6-3 7.46 2032.63U7-1

0.87.6 2071.21

U7-2 7.6 2059.22U7-3 8.35 2063.31

Tổng hợp dữ liệu từ Bảng 4.2 thu được biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng sợi

polypropylene kích thước 0.9 cm tới cường độ chịu nén mẫu vữa geopolymer với tỷ

lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide lần lượt 1, 1.2. Ảnh

hưởng của hàm lượng sợi polypropylene được trình bày trong Hình 4.2.

Hình 4.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi polypropylene đến và cường độ chịu nén

mẫu vữa geopolymer

Giá trị cường độ chịu uốn mẫu gạch geopolymer xét đến ảnh hưởng hàm lượng

sợi polypropylene thu được từ Bảng 4.3, vẽ được biểu đồ quan hệ cường độ chịu

uốn mẫu gạch khi thay đổi hàm lượng sợi lần lượt 0.2, 0.4, 0.5, 0.8 (%) như Hình

4.3.

13.249.43 8.34

6.0513.059.03 8.35

10

15

20

25

30

0.2 0.4 0.5 0.8Cườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

Phần trăm sợi polypropylene dài 0.9 cm (%)

Sodium Silicate - Sodium Hidroxite : 1

Sodium Silicate - Sodium Hidroxite : 1.2

43

Hình 4.3 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi polypropylene đến và cường độ chịu uốn

và khối lượng thể tích mẫu vữa geopolymer

So sánh cường độ chịu nén mẫu vữa geopolymer giảm không đáng kể từ 13.24

– 13.05 (MPa) khi tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide

tăng từ 1 – 1.2 (giảm 1.43%) khi sợi polypropylene kích thước 0.9cm có hàm lượng

0.2%. Tương tự khi sợi polypropylene kích thước 0.9 cm có hàm lượng lần lượt 0.4,

0.5 cường độ chịu nén giảm lần lượt là 4.4% (9.43 MPa – 9.03 MPa) và 0.5% (8.34

MPa – 8.3 MPa). Ở hàm lượng sợi 0.8% thu được cường độ chịu nén thấp nhất đạt

6.05 MPa. Cường độ chịu nén giảm khi hàm lượng sợi tăng lên. Với tỷ lệ dung dịch

sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide bằng 1 dung dịch alkaline tạo ra từ

phản ứng vừa đủ với tro bay để tao ra Gel liên kết các hạt cát với nhau, độ đặc chắc

cốt liệu tăng nhờ đó cường độ chịu nén mẫu tốt hơn so với tỷ lệ dung dịch sodium

silicate – dung dịch sodium hydroxide bằng 1.2. Ở tỷ lệ dung dịch sodium silicate -

dung dịch sodium hydroxide bằng 1.2, độ nhão trong vữa tăng lên nên cường độ

giảm ít.

2006.99 2051.06

2023.75 2064.53

5.72 6.81 6.88

7.85

2

4

6

8

10

1900

1950

2000

2050

2100

0.2 0.4 0.5 0.8

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu u

ốn (M

Pa)

Khố

i lư

ợng

thể

tích

(kg/

m3 )

Phần trăm sợi PP với độ dài 0.9 cm

KL thể tích (kg/m³) Cường độ chịu uốn (MPa)

44

Hình 4.4 Mẫu vữa geopolymer trụ sau khi bị phá hoại

Hàm lượng sợi polypropylene 0.2% với tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung

dịch sodium hydroxide bằng 1 cho cường độ chịu nén tương đối 13.24 MPa. Hàm

lượng sợi polypropylene ở 0.4, 0.5, 0.8 cường độ chịu nén mẫu vữa trụ geopolymer

100x200 (mm) giảm khá ít 35.8% (từ 9.43 – 6.05 (MPa)). Sợi polypropylene làm

giảm cường độ vữa geopolymer, các sợi polypropylene thêm vào sẽ hạn chế sự liên

kết giữa các cốt liệu và độ đặc chắc của vữa geopolymer khiến cho chúng dễ bị mất

liên kết khi chịu nén. Tăng hàm lượng sợi polypropylene không giúp tăng khả năng

chịu nén cho mẫu vữa geopolymer. Tương tự đối với tỷ lệ dung dịch sodium silicate

– dung dịch sodium hydroxide ở 1.2, đường biểu diễn khả năng chịu nén mẫu vữa

giảm từ 13.05 – 8.3 (MPa) khi hàm lượng sợi tăng từ 0.2 - 0.5 (%).

Biều đồ quan hệ giữa cường độ chịu uốn và khối lượng thể tích – hàm lượng

sợi polypropylene như Hình 4.3. Nhận thấy cường độ chịu uốn mẫu gạch

220x105x65 (mm) tăng tương đối từ 5.72 – 7.85 (MPa) khi hàm lượng sợi

polypropylene tăng từ 0.2 - 0.8 (%) tăng 37.2% và khối lượng thể tích của mẫu gạch

geopolymer tăng từ 2006.99 kg/m3 – 2064.58 kg/m3 tăng 2.87%.

Cường độ chịu uốn mẫu gạch geopolymer tăng khi hàm lượng sợi

polypropylene kích thước 0.9 cm tăng. Sợi polypropylene làm giảm phá hoại giòn

khi mẫu vữa trụ 100x200 (mm) chịu nén và gạch geopolymer chịu uốn và giúp tăng

độ bền chống chịu va đập cho mẫu gạch geopolymer. Khi chịu uốn phần thớ dưới

của mẫu gạch geopolymer chịu kéo, sợi polypropylene có vai trò gia cường liên kết

các thớ vật liệu lại sẽ tăng khả năng chịu kéo cho phần thớ dưới của mẫu gạch.

45

Đồng thời, các sợi polypropylene ở thớ trên mẫu gạch có tác dụng giảm tác động

của lực uốn lên vị trí đặt lực và phân bố lực ra xung quanh mẫu gạch tăng cường độ

chịu uốn cho mẫu.

Hàm lượng sợi polypropylene cho vào mẫu vữa cũng làm hạn chế co ngót cho

gạch, mẫu vữa geopolymer có chứa sợi polypropylene trở nên đặc, sệt hơn so với

mẫu vữa geopolymer không có sợi polypropylene, từ đó khối lượng thể tích của

mẫu tăng dần theo hàm lượng sợi polypropylene thêm vào.

Hình 4.5 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn - hàm lượng sợi

polypropylene

Khuynh hướng phát triển của cường độ chịu nén và chịu uốn thay đổi trái

ngược nhau khi hàm lượng sợi polypropylene tăng từ 0.2 – 0.8 (%). Quá trình tăng

cường độ chịu uốn ổn định và đều đặn hơn quá trình giảm của cường độ chịu nén

khi thay đổi hàm lượng sợi. Cụ thể khi hàm lượng sợi tăng từ 0.2 – 0.5 (%) cường

độ chịu uốn tăng 5.72 – 6.88 MPa (20.3%) và cường độ chịu nén giảm 13.24 – 8.34

MPa (37%).

Sợi polypropylene làm giảm cường độ chịu nén của mẫu vữa trụ geopolymer

100x200 (mm), nhưng lại làm tăng khả năng chịu uốn của mẫu gạch geopolymer

220x105x65 (mm). Từ kết quả thí nghiệm, có thể lựa chọn được một tỷ lệ hàm

lượng sợi polypropylene phù hợp ở mức cân bằng vừa tăng khả năng chịu uốn mà

vẫn đảm bảo khả năng chịu nén.

5.726.81 6.88

7.85

13.24

9.43 8.346.05

2

4

6

8

10

5

10

15

20

25

30

0.2 0.4 0.5 0.8

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu u

ốn (M

Pa)

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

Hàm lượng sợi polypropylene kích thước 0.9 cm (%)

Cường độ chịu uốn (MPa) Cường độ chịu nén (MPa)

46

4.3 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide

đến cường độ chịu nén

Thành phần tỷ lệ giữa dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide

lần lượt là 0.9, 1, 1.2. Hàm lượng sợi polypropylene 0.2%, tỷ lệ tro bay – cát 1.2, tỷ

lệ tro bay – dung dịch alkaline 2. Mẫu trụ 100x200 (mm) vữa geopolymer được

dưỡng hộ ở 100oC trong 8 giờ, sau đó đem nén lấy số liệu cường độ chịu nén.

Bảng 4.4 Cường độ chịu nén xét tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide.

Cấp phốidd sodium silicate Cường độ chịu nén

(MPa)dd sodium hydroxideN8-1

0.913.03

N8-2 14.56N8-3 12.52N9-1

124.32

N9-2 22.22N9-3 26.00N10-1

1.224.44

N10-2 23.10N10-3 23.05

Giá trị cường độ chịu nén của mẫu trụ vữa geopolymer thu được từ Bảng 4.4 vẽ

được biểu đồ ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của mẫu vữa trụ khi thay đổi tỷ lệ

dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide như Hình 4.6.

Hình 4.6 Mối quan hệ giữa tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium

hydroxide và cường độ chịu nén

13.37

24.18 23.53

5

10

15

20

25

30

0.9 1 1.2Cườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

Tỉ lệ dd Thủy tinh lỏng/ dd NaOH

47

Cường độ chịu nén mẫu trụ 100x200 mm tăng từ 13.37 – 24.18 (MPa) khi tỷ lệ

dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide tăng từ 0.9, 1 tăng 80.9%.

Cường độ chịu nén giảm không đáng kể từ khi tỷ lệ dung dịch sodium silicate –

dung dịch sodium tăng từ 1, 1.2 giảm từ 24.18 MPa còn 23.53 MPa giảm 2.7%. Ở

tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide bằng 1 dung dịch

alkaline tác dụng vừa đủ với tro bay để cho ra cường độ chịu nén tốt nhất. Dung

dịch sodium silicate có tác dụng làm cho hỗn hợp vữa geopolymer nhão, thời gian

đóng rắn dài hơn. Với tỷ lệ dung dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide

bằng 0.9 hỗn hợp vữa geopolymer khô nhanh, thời gian sảy ra quá trình kiềm hóa

giữa tro bay của dung dịch alkaline quá nhanh, lượng Gel tạo ra ít nên không thể

gắn kết cốt liệu bền chắc với nhau làm cho cường độ chịu nén mẫu bị giảm. Với tỷ

lệ dung dịch sodium silicate - dung dịch sodium hydroxide bằng 0.9, lượng dung

dịch sodium silicate tạo môi trường phản ứng và độ nhão cho vữa không đủ nên thời

gian đóng rắn nhanh, thực tế thí nghiệm mẫu vữa khô khá nhanh.

4.4 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén và cường độ

chịu uốn

Mẫu vữa trụ 100x200 mm và mẫu vữa gạch 220x105x65 mm sau khi được tháo

khuôn tiến hành dưỡng hộ nhiệt ở 100oC ở 2, 4, 8 giờ. Dung dịch sodium hydroxide

được sử dụng có nồng độ lần lượt là 12M và 14M. Tỷ lệ tro bay – cát 1.2, tỷ lệ dung

dịch sodium silicate – dung dịch sodium hydroxide bằng 1, tỷ lệ tro bay – dung dịch

alkaline bằng 2 và hàm lượng sợi polypropylene là 0.4%.

Bảng 4.5 Cường độ chịu nén xét đến nồng độ dung dich NaOH và kích thước sợipolypropylene.

Cấp phối Kích thước sợi polypropylene

Nồng độ dung dịch NaOH

Cường độ chịu nén (MPa)2 giờ 4 giờ 8 giờ

N11-1,4,70.9 cm 14 M

12.72 15.34 19.35N11-2,5,8 11.98 17.47 11.01N11-3,6,9 12.02 10.76 22.52N16-1,4,7

0.9 cm 12 M10.22 12.56 17.3

N16-2,5,8 12.02 13.42 15.62N16-3,6,9 9.35 14.34 15.02

48

N14-1,4,71.9 cm 14 M

13.24 15.22 22.20N14-2,5,8 12.98 16.13 19.56N14-3,6,9 13.41 15.30 22.44

Kết quả thí nghiệm khả năng chịu uốn của gạch geopolymer trong điều kiện

dưỡng hộ nhiệt 100oC ở 2, 4, 8 giờ, với nồng độ dung dịch NaOH lần lượt là 12M

và 14M và chiều dài sợi polypropylene 1.9 cm.

Bảng 4.6 Cường độ chịu uốn xét ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH

Cấp phốiKích

thước sợi PP

Nồng độ

dungdich

NaOH

Cường độ chịu uốn (MPa)

Khối lượng thể tích (kg/m3)

2h 4h 8h 2h 4h 8h

U11-1,4,7

1.9 cm

14 M6.01 6.29 6.15 1994.01 1960.7 1940.1

U11-2,5,8 7.02 5.97 6.15 2059.61 1969.2 1912.1U11-3,6,9 5.33 6.43 6.06 2026.81 2006.7 1865.9U19-1,4,7

12M4.96 5.1 5.98

U19-2,5,8 5.22 4.96 5.46U19-3,6,9 5.18 5.63 5.24

Từ kết quả thí nghiệm của Bảng 4.5 vẽ được biểu đồ ảnh hưởng thời gian

dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén của mẫu vữa trụ với nồng độ dung dịch

NaOH 12M và 14M.

Hình 4.7 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ và nồng độ dd NaOH đến cường độ chịu

nén

12.2415.34

19.35

10.5313.44

15.98

5

10

15

20

25

30

2h 4h 8hCườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

Thời gian dưỡng hộ nhiệt ở 100oC (Giờ)

0.9 cm, NaOH 14M 0.9 cm, NaOH 12M

49

Ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ đến cường độ chịu nén mẫu vữa khi kích

thước sợi polypropylene lần lượt là 0.9 cm, 1.9 cm.

Hình 4.8 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ và kích thước sợi đến khả năng chịu nén

Cường độ chịu nén của mẫu vữa trụ geopolymer tăng khi thời gian dưỡng hộ

nhiệt tăng ở 100oC. Với nồng độ dung dịch sodium hydroxide 14M cường độ chịu

nén tăng từ 12.24 MPa lên 19.35 MPa tăng 58%. Trong thời gian dưỡng hộ nhiệt từ

2h – 4h, cường độ chịu nén tăng từ 12.24 MPa lên 15.34 MPa tăng 25.3%. Thời

gian dưỡng hộ từ 4h – 8h cường độ chịu nén tăng từ 15.34 MPa lên 19.35 MPa tăng

26.14%. Như vậy thấy được rằng cường độ chịu nén mẫu vữa trụ geopolymer tăng

nhanh khi được dưỡng hộ nhiệt.

Thời gian dưỡng hộ 2,4,8 giờ ở 100oC khi so sánh giữa nồng độ dung dịch

NaOH 12M và 14M nhận thấy rằng cường độ chịu nén của mẫu vữa với nồng độ

dung dịch NaOH 14M cao hơn nồng độ dung dịch NaOH 12M. Nồng độ dung dịch

NaOH cao dẫn đến số lượng phản ứng kiềm hóa nhiều, lượng Gel tạo ra nhiều hơn

nên đem lại cường độ chịu nén cao hơn, dung dịch NaOH có nồng độ lớn sẽ tạo ra

một môi trường kiềm hóa cao giúp cho phản ứng giữa dung dịch hoạt hóa và tro bay

sảy ra mạnh mẽ hơn và cho cường độ cao hơn. Biểu đồ phát triển cường độ chịu nén

mẫu vữa với nồng độ dung dịch NaOH 12M tương tự như trên mẫu vữa nồng độ

dung dịch NaOH 14M. Mức độ tăng cường độ chịu nén mẫu có nồng độ dung dịch

NaOH 14M so với nồng độ dung dịch NaOH 12M ở 2 giờ, 4 giờ và 8 giờ lần lượt là

16.23, 14.13 và 21.1 (%).

12.2415.34

19.3513.2115.55

21.4

5

10

15

20

25

30

2h 4h 8h

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

Thời gian dưỡng hộ nhiệt ở 100oC (giờ)

Sợi PP dài 0.9 cm 1.9 cm, NaOH 14M

50

Theo thời gian dưỡng hộ nhiệt ở 100oC mẫu vữa sử dụng sợi polypropylene có

kích thước 1.9 cm cho cường độ cao hơn mẫu vữa sử dụng kích thước 0.9 cm như

Hình 4.10. Cụ thể, sau 2 giờ dưỡng hộ cường độ chịu nén đạt 13.21 MPa và sau 8

giờ dưỡng hộ mẫu cường độ đạt 21.4 MPa. Thời gian dưỡng hộ nhiệt càng tăng thì

cường độ chịu nén càng cao, lượng nước bên trong mẫu vữa geopolymer thoát ra

làm tăng độ đặc chắc và sự liên kết của các cốt liệu. Để đạt được cường độ cao sớm

thì vữa geopolymer cần được dưỡng hộ nhiệt.

Từ kết quả thí nghiệm khả năng chịu uốn của mẫu gạch geopolymer từ Bảng

4.6 vẽ được biểu đồ ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu uốn như

Hình 4.9.

Hình 4.9 Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ mẫu đến cường độ chịu uốn

Từ kết quả Bảng 4.6 vẽ được biểu đồ ảnh hưởng cường độ chịu uốn mẫu gạch

theo thời gian dưỡng hộ nhiệt ở nồng độ dung dịch NaOH là 12 M và 14 M.

Hình 4.10 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH đến cường độ chịu uốn

2026.81 1978.85

1906.06

6.12 6.23 6.15

2

4

6

8

10

1900

1950

2000

2050

2100

2h 4h 8h

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu u

ốn (M

Pa)

Khố

i lư

ợng

thể

tích

(k

g/m

3 )

Thời gian dưỡng hộ nhiệt ở 100oC

KL thể tích (kg/m³) Cường độ chịu uốn (MPa)

6.12 6.23 6.15

5.12 5.23 5.56

2

4

6

8

10

2h 4h 8h

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu u

ốn (M

Pa)

Thời gian dưỡng hộ nhiệt ở 100oC

NaOH 14M NaOH 12M

51

Cường độ chịu uốn mẫu gạch geopolymer không tăng trong điều kiện dưỡng hộ

nhiệt từ 2 – 8 giờ từ 6.12 – 6.15 (MPa), ngược lại khối lượng thể tích mẫu gạch

giảm theo thời gian dưỡng hộ nhiệt khi lượng nước được thoát ra theo thời gian

dưỡng hộ mẫu.

Cường độ chịu uốn của gạch geopolymer sử dụng dung dịch NaOH có nồng độ

12M thấp hơn đôi chút so với nồng độ 14M khoảng 1 MPa. Tương tự mẫu gạch sử

dụng dung dịch NaOH có nồng độ 14M, mẫu gạch sử dụng dung dịch NaOH 12M

không tăng khả năng chịu uốn theo thời gian dưỡng hộ ở mức từ 5.12 – 5.56 (MPa).

So sánh cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn của mẫu vữa trụ và mẫu gạch

khi đem dưỡng hộ nhiệt với nồng độ dung dịch NaOH 14M và kích thước sợi

polypropylene là 1.9 cm được biểu đồ sau.

Hình 4.11 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và chịu uốn theo thời gian dưỡng

hộ

Dưỡng hộ nhiệt ở 100oC trong 2, 4, 8 giờ chỉ giúp tăng khả năng chịu nén mà

không cải thiện thêm khả năng chịu uốn của vữa geopolymer. Mẫu gạch

220x105x65 mm khi được dưỡng hộ nhiệt ở 100oC bị mất nước sẽ tạo ra nhiều lỗ

rỗng, khi lực uốn tác dụng vào mặt trên của gạch ngay lập tức phần thớ chịu kéo

của gạch sẽ bị nứt và phá hoại ngay.

4.5 Ảnh hưởng kích thước sợi polypropylene đến cường độ chịu nén và cường

độ chịu uốn

13.2115.55

21.4

6.12 6.23 6.15

2

4

6

8

10

2h 4h 8h5

10

15

20

25

30

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu u

ốn (M

Pa)

Thời gian dưỡng hộ nhiệt ở 100oC (Giờ)

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu uốn (MPa)

52

Vữa geopolymer được cho thêm sợi polypropylene hàm lượng 0.4% với kích

thước sợi lần lượt là 0.9cm, 1.9cm, 2.5cm. Tỷ lệ tro bay – cát là 2, tỷ lệ tro bay –

dung dịch alkaline bằng 2, tỷ lệ dung dịch sodium silicate - dung dịch sodium

hydroxide bằng 1. Sau khi tháo khuôn, dưỡng hộ nhiệt ở 4 giờ 60oC, tiến hành thí

nghiệm xác định cường độ chịu nén và chịu uốn.

Bảng 4.7 Ảnh hưởng kích thước sợi đến cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn

Cấp phối

Mẫu trụ Mẫu gạchCường độ chịu

nén (MPa)Cường độ chịu

uốn (MPa)Cường độ chịu

nén (MPa)Khối lượng thể

tích (kg/m3)M3 -1 9.38 8.35 12.56 2031.97M3 -2 9.71 8.07 11.92 2060.27M3 -3 9.19 6.22 12.99 2060.94M14-1 11.88 8.09 18.24 2082.25M14-2 15.89 7.74 20.04 2079.59M14-3 11.34 9.32 17.31 2031.3M15-1 16.52 8.76 22.14 2079.59M15-2 14.05 9.3 22.98 2068.27M15-3 13.66 9.79 21.96 2037.96M16-1 8.96M16-2 9.15M16-3 9.04M19-1 11.37M19-2 10.25M19-3 11.02M20-1 12.34M20-2 12.56M20-3 8.34

Số liệu thu thập được từ Bảng 4.7 vẽ được biểu đồ ảnh hưởng bởi kích thước

sợi polypropylene đến cường độ chịu nén mẫu vữa với nồng độ dung dịch NaOH

lần lượt 12M và 14M.

53

Hình 4.12 Ảnh hưởng kích thước sợi polypropylene đến cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén mẫu vữa geopolymer tăng khi kích thước sợi polypropylene

tăng. Với nồng độ dung dịch NaOH ở 12M cường độ chịu nén tăng khi kích thước

sợi tăng lần lượt là 9.05 MPa, 10.88 MPa, 12.45 MPa khi kích thước sợi lần lượt là

0.9 cm, 1.9 cm và 2.5 cm. Với nồng độ dung dịch NaOH 14M cho ra cường độ cao

hơn mẫu vữa trụ sử dụng nồng độ dung dịch NaOH 12M, chứng tỏ nồng độ dung

dịch không ảnh hưởng đến tính chất của sợi polypropylene và không gây phá hoại

sợi polypropylene. Sợi polypropylene có thể làm việc được trong môi trường kiềm

cao mà không bị thay đổi tính chất cơ lý của chúng.

Với kích thước sợi polypropylene từ dưới 2.5 cm và ở hàm lượng hợp lý sẽ

giúp cải thiện cường độ chịu nén của vữa geopolymer. Các sợi sẽ liên kết các hạt

cốt liệu mẫu vữa trụ, giữ cho chúng hạn chế sự bung hông khi chịu nén từ trên

xuống. Hàm lượng sợi polypropylene vừa đủ để không làm phá hoại cấu trúc liên

kết của mẫu vữa trục geopolymer mà thay vào đó lại kết dính chúng với nhau nhờ

khả năng chịu kéo của sợi polypropylene. Sợi polypropylene còn hạn chế phá hoại

giòn khi mẫu chịu nén. Sợi polypropylene đóng vai trò tương tự như cốt thép trong

kết cấu bê tông.

9.4311.88

14.74

9.0510.88

12.45

5

10

15

20

25

30

0.9 cm 1.9 cm 2.5 cm

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

Chiều dài sợi PP với hàm lượng 0.4% (cm)

NaOH 14M NaOH 12M

54

Hình 4.13 Mẫu trụ vữa geopolymer cốt sợi polypropylene sau khi bị phá hoại

Thực tế thí mẫu bị phá hoại Hình 4.13 các sợi polypropylene liên kết chắc khít

các các hoạt cốt liệu lại với nhau, khi chịu nén mẫu trụ không bị vỡ vụn thành cốt

liệu nhỏ nhờ sợi polypropylene giữ lại. Có thể thấy, sợi polypropylene còn có chức

năng giảm sự phá hoại mẫu khi chịu nén cũng như chịu rơi vỡ hay va đập hoặc mài

mòn.

Biều đồ biểu diễn ảnh hưởng của sợi polypropylene có kích thước lần lượt là

0.9, 1.9, 2.5 (cm) đến cường độ chịu uốn của mẫu gạch geopolymer với nồng độ

dung dịch NaOH 14M.

Hình 4.14 Ảnh hưởng kích thước sợi polypropylene đến cường độ chịu uốn

2051.06 2064.38 2061.94

6.81 7.92

9.28

2

4

6

8

10

1900

1950

2000

2050

2100

0.9 cm 1.9 cm 2.5 cm

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu u

ốn (M

Pa)

Khố

i lư

ợng

thể

tích

(kg/

m3 )

Chiều dài sợi PP với hàm lượng 0.4%

KL thể tích (kg/m³) Cường độ chịu uốn (MPa)

55

Cường độ chịu uốn tăng khi kích thước sợi polypropylene tăng. Cụ thể, với

kích thước sợi là 0.9 cm thì cường độ chịu uốn mẫu gạch đạt 7.55 MPa, cường độ

chịu uốn này tăng lên khi kích thước sợi ở 1.9 cm là 7.92 MPa tăng 4.9%. So với

cường độ chịu uốn mẫu gạch ở kích thước sợi 1.9 cm, cường độ chịu uốn mẫu gạch

khi sợi có kích thước 2.5 cm là 9.28 MPa tăng 17.2%. Như vậy, trong 3 kích thước

sợi được lựa chọn thí nghiệm, sợi 2.5 cm cho kết quả cường độ chịu uốn tốt nhất.

Khối lượng riêng của mẫu gạch geopolymer ở 3 kích thước sợi không đều tùy

thuộc vào sự phân bố sợi trong mẫu vữa, quá trình nhào trộn cốt liệu và quá trình

đầm rung mẫu trước khi quá trình ninh kết.

Hình 4.15 Mẫu gạch geopolymer bị phá loại uốn

Sợi polypropylene giúp cải thiện khả năng chịu uốn của gạch geopolymer, hạn

chế sự phá hoại giòn khi mẫu gạch chịu cắt như Hình 4.15. Kích thước sợi

polypropylene tăng làm cho diện tích bề mặt tiếp xúc giữa sợi với vữa khô

geopolymer tăng nên lực bám dính giữa sợi và vữa tăng nên cường độ chịu uốn tăng

lên. Khi kích thước sợi 2.5 cm sẽ giúp cho khả năng chịu biến dạng khi chịu uốn

cao hơn so với sợi kích thước 0.9 cm và 1.9 cm.

Các mẫu gạch được cắt thành đôi có kích thước 110x105x65 (mm), sau đó

chồng 2 mẫu lên nhau được liên kết bằng một lớp vữa mỏng sau đó tiến hành nén

lấy kết quả nén vẽ được biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén và chịu uốn của

mẫu gạch.

56

Hình 4.16 Ảnh hưởng cường độ chịu nén và uốn mẫu gạch khi thay đổi kích thước

sợi polypropylene.

Tương tự như sự tăng cường độ chịu nén mẫu vữa trụ khi thay đổi kích thước

sợi, cường độ chịu nén mẫu gạch cũng tăng. Cường độ chịu nén mẫu gạch và mẫu

trụ tăng tỷ lệ thuận với cường độ chịu uốn và kích thước sợi polypropylene ở hàm

lượng 0.4%. Cường độ chịu nén mẫu gạch tăng từ 21.14 MPa lên 31.36 MPa tăng

48.3% khi kích thước sợi lần lượt là 0.9 cm và 1.9 cm. Ở kích thước sợi 2.5 cm

cường độ chịu nén mẫu gạch là 37.85 MPa tăng 20.7% so với cường độ chịu nén

mẫu gạch khi sợi có kích thước 1.9 cm.

4.6 So sánh cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn giữa mẫu thêm sơi

polypropylene và không thêm sợi polypropylene

Để so sánh vai trò của sợi polypropylene đối với các chỉ tiêu cơ lý của vữa và

gạch geopolymer, tiến hành pha trộn 1 tỷ lệ cấp phối được cho thêm sợi và không

sợi sau đó dưỡng hộ mẫu và thí nghiệm. Cấp phối lựa chọn có tỷ lệ tro bay – cát

1.2, tỷ lệ dung dịch sodium silicate - dung dịch sodium hydroxide là 1, tỷ lệ tro bay

– dung dịch alkaline bằng 2. Một nữa vữa trộn được cho thêm sợi polypropylene

chiều dài 0.9 cm đối với mẫu trụ và 1.9 cm đối với mẫu gạch. Mẫu vữa được thêm

sợi và không thêm sợi được dưỡng hộ nhiệt ở 2 khung nhiệt độ là 60oC và 100oC

trong 4 giờ, sau đó để tĩnh định rồi thí nghiệm xác đinh cường độ.

12.49 18.53

22.36

6.81 7.92

9.28

2

4

6

8

10

5

10

15

20

25

30

0.9 cm 1.9 cm 2.5 cm

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu u

ốn (M

Pa)

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

Chiều dài sợi PP với hàm lượng 0.4%

Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu uốn (MPa)

57

Bảng 4.8 Cường độ chịu nén và uốn của mẫu vữa có và không có sợi

Cấp phối

Mẫu trụ 100x200 mm Mẫu gạch 220x105x65 mm

(%) Sợi

Khối lượng thể tích (kg/m3)

Cường độ chịu nén (MPa)

Khối lượng thể tích (kg/m3)

Cường độ chịu uốn (MPa)

60oC 100oC 60oC 100oC 60oC 100oC 60oC 100oCM12-1,4,7 2048.2 2035.2 14.89 24.83 1959.0 1931.4 4.86 6

0M12-2,5,8 2062.1 2020.9 15.99 28.9 1947.0 1954.0 5.62 6.3

M12-3,6,9 2057.1 2043.8 7.56 14.01 1992.3 1948.3 7.23 6

M3-1,4,7 2139.2 2053.9 9.38 15.34

0.4

M3-2,5,8 2126.9 2060.1 9.71 17.47

M3-3,6,9 2167.7 2093.3 9.19 10.76

M14-1,4,7 2082.2 1960.7 8.09 6.29

M14-2,5,8 2079.5 1969.2 7.74 5.97

M14-3,6,9 2031.3 2006.7 9.32 6.43

Từ Bảng 4.8 tiến hành so sánh sự thay đổi đặc tính cơ lý của mấu vữa trụ và

gạch geopolymer ở điều kiện cho thêm và không cho thêm sợi polypropylene, với

nhiệt độ dưỡng hộ mẫu là 60oC và 100oC trong 4 giờ. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ

giữa ảnh hưởng của sợi polypropylene cũng như điều kiện dưỡng hộ đến cường độ

chịu nén và cường độ chịu uốn của mẫu.

58

Hình 4.17 So sánh cường độ chịu nén mẫu trụ có sợi và không sợi polypropylene

Khối lượng thể tích mẫu không thêm sợi thấp hơn mẫu thêm sợi lần lượt ở 4h

60oC và 4h 100oC là 2055.84 kg/m3 và 2033.33 kg/m3, so với mẫu thêm sợi là

2144.63 kg/m3 và 2069.13 kg/m3. Ngược lại, cường độ chịu nén mẫu không thêm

sợi lần lượt là 14.89 MPa và 24.83 MPa cao hơn so với mẫu thêm sợi có cường độ

chịu nén lần lượt là 9.43 MPa và 15.43 MPa. Ở điều kiện dưỡng hộ 4 giờ 60oC là

14.89 MPa của mẫu không thêm sợi so với cường độ chịu nén mẫu thêm sợi là 9.43

MPa giảm 36.7%. Ở điều kiện dưỡng hộ 4 giờ 100oC mẫu không sợi có cường độ

chịu nén là 24.83 MPa so với mẫu có sợi là 15.43 giảm 37.9%. Hàm lượng sợi

polypropylene làm giảm đi khả năng chịu nén của mẫu trụ nhưng lại cải thiện khả

năng chịu nén khi kích thước sợi lựa chọn hợp lý. Sợi polypropylene giảm sự co

ngót và giảm sự phân tầng vật liệu cho vữa geopolymer trong giai đoạn ninh kết.

Từ thực tế thí nghiệm thu được từ Bảng 4.8 vẽ được biểu đồ so sánh khả năng

chịu uốn giữa mẫu thêm sợi và không thêm sợi ở 2 điều kiền dưỡng hộ mẫu.

Không sợi, 14.89

Có sợi, 9.43

Không sợi, 24.83

Có sợi, 15.43

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

5

10

15

20

25

30

Không sợi Có sợi

Khố

i lượ

ng th

ể tíc

h (k

g/m

3 )

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu n

én (M

Pa)

4h 60°C 4h 100°C 4h 60°C 4h 100°C

59

Hình 4.18 So sánh cường độ chịu uốn của mẫu gạch có sợi và không sợi

polypropylene.

So sánh cường độ chịu uốn của mẫu gạch geopolymer khi không thêm sợi

polypropylene và thêm sợi polypropylene ở điều kiện dưỡng hộ 4 giờ 60oC và 4 giờ

100oC. Ở điều kiện dưỡng hộ 4 giờ 60oC, khi thêm sợi polypropylene làm cho

cường độ chịu uốn tăng từ 5.25 MPa lên 7.92 MPa tăng 50.9%. Ở điều kiện dưỡng

hộ 4 giờ 100oC cường độ chịu nén mẫu gạch tăng không đáng kể giữ không thêm

sợi và thêm sợi polypropylene lần lượt là 6.1 MPa và 6.23 MPa. Khối lượng thể tích

của mẫu gạch khi có sợi cao hơn không sợi, lần lượt là 1966.14 – 2064.38 (kg/m3) ở

điều kiện dưỡng hộ 4 giờ 60oC và lần lượt là 1944.61 – 1978.85 (kg/m3) ở điều kiện

dưỡng hộ 4 giờ 100oC.

Nhiệt độ dưỡng hộ càng cao khiến cho lượng nước thoát ra nhiều hơn nên khối

lượng thể tích thấp hơn so với điều kiện dưỡng hộ nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn. Nhưng

ở điều kiện dưỡng hộ nhiệt 4 giờ 100oC cường độ chịu nén mẫu gạch không tăng,

chứng tỏ nhiệt độ đã ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của sợi polypropylene, khiến

cho sợi giòn và dễ bị đứt khi chịu kéo nên sợi mất đi vai trò tăng cường độ chịu uốn

cho mẫu gạch. Từ thực tế kết quả thí nghiệm thu được nhận thấy rằng nhiệt độ

dưỡng hộ ở 60oC sẽ giữ được đặc tính cơ lý của sơi polypropylene.

4.7 So sánh với đặc tính một số loại gạch khác

1966.14

2064.38

1944.61 1978.85

Không sợi, 5.25

Có sợi , 7.92

Không sợi, 6.1 Có sợi , 6.23

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1900

1950

2000

2050

2100

Không sợi Có sợi

Cườ

ng đ

ộ ch

ịu u

ốn (M

Pa)

Khố

i lư

ợng

thể

tích

(kg/

m3 )

4h60°C 4h100°C 4h60°C 4h100°C

60

Từ những kết quả nghiên cứu của Ibrahim [12] và một số loại gạch thị trường,

có thể so sánh đặc tính các loại gạch với gạch geopolymer cốt sợi polypropylene

như sau:

Bảng 4.9 So sánh thông số các loại gạch.

Gạch đất sét nung

Gạch xi măngGạch

geopolymer

Gạch geopolymer

cốt sợi polypropylene

Cường độ chịu nén(MPa)

4.5 – 8 [12,26] 2 – 5 [12,26] 5 – 25 [12] 5 - 20

Cường độ chịu uốn (MPa)

6 < 6 < 6 – 7.5 6 - 10

Khối lượng thể tích (kg/m3)

1750 – 1900 [12]

1800 – 1900 [12]

1800 – 1950 [12]

1900 - 2000

Độ hút nước (%)

5 – 15 [12] 5 – 10 [12] 3.5 – 7 [12] 3.5 – 7

Vật liệu chế tạo

đất sét, nung nhiệt [26]

xi măng, cát, nước, bột đá xoay, phụ gia

[26]

tro bay, cát, dung dịch hoạt

hóa

tro bay, cát, dung dịch hoạt hóa, sợi poly

propylen

Có thể nhận thấy rằng gạch geopolymer cốt sợi poplypropylen có những đặc

tính tương đương với gạch đất sét nung và gạch xi măng. Ưu điểm của gạch

gepolymer cốt sợi polypropylene so với các loại gạch còn lại đó là có cường độ cao

và tận dụng được phế phẩm tro bay.

61

Chương 5

KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

5.1 Kết luận

Đề tài áp dụng công nghệ vật liệu geopolymer từ phế thải tro bay để chế tạo

gạch cho thêm sợi polypropylene nhằm cải thiện những điểm yếu của gạch đất sét

nung cũng như gạch block bê tông thông thường như : sử dụng đất sét, đá vôi để sản

xuất gạch hoặc xi măng Portland gây ô nhiểm môi trường khả năng chịu uốn thấp,

giòn dễ vỡ, độ co ngót cao, khả năng chịu mài mòn thấp,… Từ kết quả nghiên cứu

có thể rút ra những nhận xét và kết luận như sau.

5.1.1 Cấp phối tối ưu từ kết quả thực nghiệm

Từ kết quả thí nghiệm thu được, đề tài nghiên cứu này đề xuất cấp phối chuẩn

cho vữa geopolymer cốt sợi polypropylene như sau.

Bảng 5.1 Cấp phối chuẩn thu được từ kết quả thực nghiệm.

Tro bay -Cát

SS –SH

Tro bay – dung dịch

Hàm lượng sợi(% : Khối

lượng)

Kích thướcsợi

(cm)1.2 1 2 0.8 2.5

Ghi chú : SS : dung dịch sodium silicate ; SH : dung dịch sodium hidroxite

- Cường độ chịu nén của vữa geopolymer ảnh hưởng rất lớn bởi hàm lượng tỷ lệ

phối trộn giữa tro bay – cát. Để hạn chế sử dụng cát là nguồn nguyên liệu tự nhiên,

hạn chế các vấn đề sạt lỡ đất ven sông khu vực lấy cát có thể tăng hàm lượng tro

bay và giảm hàm lượng cát. Tỷ lệ tro bay – cát khống chế tùy thuộc vào mục đích

người trộn, độ sệt của vữa, độ co ngót, tính công tác của vữa mà người trộn mong

muốn. Để hạn chế phần nào sử dụng cát và tăng sử dụng tro bay, trong đề tài này sử

dụng tỷ lệ tro bay – cát bằng 1.2.

- Tương tự như vữa xi măng Portland, hàm lượng dung dịch cho vào hỗn hợp cốt

liệu khô trong quá trình nhào trộn là rất quan trọng. Trong đề tài này, tỷ lệ tro bay –

dung dịch alkaline lựa chọn là 2, tỷ lệ dung dịch sodium silicate - dung dịch sodium

62

hydroxide lựa chọn là 1. Nhận thấy với tỷ lệ này, hỗn hợp vữa geopolymer cho

cường độ như mong muốn với mục đích chế tạo gạch với yêu câu không cần cường

độ chịu nén cao (dưới 10 MPa). Tính công tác của mẫu vữa tốt, thời gian khô vữa

đủ để cho vữa vào khuôn mà không mất đi tính chất của chúng như ban đầu. Dung

dịch sodium silicate (thủy tinh lỏng) vừa đóng vai trò kết hợp với dung dịch sodium

hydroxide tạo thành dung dịch alkaline, vừa đóng vai trò tạo môi trường để quá

trình hoạt hóa tro bay diễn ra trong phản ứng kiềm hóa. Để giảm chi phí sản xuất

gạch geopolymer, trong đề tài này đề xuất tỷ lệ tro bay – dung dịch kiềm hóa bằng

với tỷ lệ này sẽ hạn chế sử dụng dung dịch vì giá thành cao, đảm bảo tính công tác

của vữa và hạn chế dung dịch dư thừa thoát ảnh hưởng xấu đến môi trường.

- Vật liệu geopolymer có đặc tính tăng cường độ chịu nén nhanh khi được dưỡng

hộ nhiệt theo thời gian. Kết quả nghiên cứu trong đề tài này cho thấy cường độ chịu

nén tăng khi nhiệt độ dưỡng hộ mẫu và thời gian dưỡng hộ nhiệt tăng. Cường độ

chịu uốn không cải thiện đáng kể khi tăng thời gian dưỡng hộ nhiệt, nhưng tăng nhẹ

khi tăng nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt từ 60oC lên 100oC ở trạng thái không cho thêm sợi

polypropylene. Vì không yêu cầu cường độ chịu nén cao đối với gạch geopolymer

nên trong đề tài này lựa chọn lựa chọn thời gian dưỡng hộ nhiệt chủ đạo là 4 giờ ở

60oC nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình dưỡng hộ mẫu.

- Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của sợi polypropylene đến chỉ tiêu cơ lý của vữa

và gạch geopolymer. Hàm lượng sợi polypropylene ảnh hưởng đến cường độ chịu

nén của mẫu trụ vữa geopolymer. Hàm lượng sợi càng ít cường độ chịu nén càng

cao và cao nhất là không sử dụng sợi. Sợi polypropylene ở một làm lượng hợp lý sẽ

làm tăng cường độ chịu nén khi kích thước sợi tăng từ 0.9 – 1.9 – 2.5 (cm). Sợi

polypropylene giúp tăng cường độ chịu uốn mẫu gạch khoảng 2 MPa so với không

sử dụng sợi. Ở nhiệt độ 100oC tính bền kéo của sợi bị mất khi chịu tác dụng nhiệt

làm cho cường độ chịu uốn không tăng nhưng không ảnh hưởng đến cường độ chịu

nén. Sợi polypropylene làm cho tính lưu động của vữa geopolymer giảm, từ đó

giảm độ chảy của vữa, giảm tính co ngót khi đóng rắn. Từ đề tài nghiên cứu này

thấy rằng, cấp phối vữa thêm sợi cần có hàm lượng dung dịch cao hơn so với cấp

63

phối vữa không dùng sợi. Nhiệt độ dưỡng hộ ở 60oC là phù hợp để không làm phá

hoại đặc tính cơ lý của sợi polypropylene.

- Sợi polypropylene có nguồn gốc từ quá trình sản xuất dầu mỏ, sợi

polypropylene không độc hại như sợi thủy tinh, giá thành rẻ hơn nhiều so với sợi

thép, dễ dàng nhào trộn và tạo hình. Sợi polypropylene tận dụng được các phế phẩm

từ dầu mỏ, có đặc tính tốt khi chịu ăn mòn, làm việc trong điều kiện nhiệt độ môi

trường, chịu được tác động của hóa chất, khả năng chịu kéo cao,… Nghiên cứu từ

đề tài thấy rằng 1 m3 vữa có thể thêm vào 1 kg sợi polypropylene là tốt nhất.

5.1.2 Lợi ích và giá thành

- Lợi ích lớn nhất của vữa gạch geopolymer cốt sợi polypropylene so với gạch

đất sét nung và gạch block bê tông chính là không sử dụng nhiệt độ để nung cứng

đất sét hay nung đá vôi tạo ra xi măng làm chất kết dính. Thay vào đó, vữa

geopolymer tận dụng tro bay, quá trình chế tạo không sử dụng nhiệt độ.

- Kết quả tính toán sơ bộ giá thành 1 viên gạch có kích thước 220x110x65 mm sử

dụng vữa geopolymer cốt sợi polypropylene như sau:

Bảng 5.2 Giá một viên gạch geopolymer cốt sợi polypropylene

Tro bay Cát Dd NaOH Dd thủy tinh lỏng Sợi PPKhối lượng

(Kg) 1.41 1.18 0.35 0.35 0.0264

Giá thành(VND) 0 117 1250 1570 2640

Tổng (VND) 5577

Giá đề xuất trên tính toán dựa theo thí nghiệm vật liệu mua lẻ nên giá tăng, nếu

gạch được sản xuất đại trà với điều kiện cung ứng vật liệu sỉ và tìm được nguồn

cung ứng vật liệu rẻ thì giá sẽ thấp hơn nhiều. Giá một viên gạch geopolymer cốt

sợi polypropylene có thể chỉ bằng hoặc cao hơn không nhiều so với gạch block bê

tông.

5.2 Hướng phát triển và đóng góp của đề tài

Về mặt khoa học, kết quả thực nghiệm của đề tài đã có thể triển khai được công

nghệ geopolymer để chế tạo gạch xây không nung, không sử dụng nhiệt để nung đất

64

và đá vôi tạo ra khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính ô nhiễm đến môi trường. Nguồn

nguyên liệu chính để sản xuất gạch geopolymer chính là tro bay, một loại phế phẩm

dồi dào mà nếu không tái sử dụng sẽ gây ảnh hưởng lớn đến môi trường xung

quanh. Đề tài đã đề xuất được cấp phối phù hợp cho quá trình sản xuất gạch không

nung công nghệ geopolymer. Sự thay đổi tính chất cơ lý của vữa geopolymer khi

thay đổi tỷ lệ thành phần phối trộn. Hơn nữa, việc sử dụng sợi polypropylene thêm

vào vữa geopolymer nhằm khắc phục những hạn chế cố hữu của gạch đất sét truyền

thống và gạch block bê tông thông thường. Khả năng chịu uốn của gạch và những

yếu tố khác được cải thiện khi thêm sợi polypropylene vào hỗn hợp vữa

geopolymer.

Vật liệu geopolymer còn rất mới mẻ ở Việt Nam, thông qua đề tài này thấy

rằng việc chế tạo gạch bằng công nghệ geopolymer không phức tạp hơn so với gạch

đất sét nung và gạch block bê tông thông thường. Một số yêu cầu an toàn đối với

việc chế tạo vữa xi măng và vữa geopolymer là tương tự nhau. Đối với vật liệu

geopolymer cần đảm bảo an toàn với dung dịch hoạt hóa vì chúng có thể gây hại

cho người sản xuất nếu tiếp xúc vào da tay. Để đạt cường độ và độ đặc chắc tốt thì

vữa geopolymer cần được sấy khô trong tủ sấy, gạch xây chủ yếu chế tạo tại nhà

máy vì thế có thể dưỡng hộ nhiệt tại nhà máy trước khi được sử dụng.

Đề tài này cũng thấy rằng, hoàn toàn có thể áp dụng các tiêu chuẩn của vật liệu

xi măng truyền thống để áp dụng cho gạch sử dụng công nghệ geopolymer.

Đề tài này đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho vật liệu geopolymer thêm

sợi polypropylene để chế tạo gạch. Nghiên cứu sâu hơn về gạch geopolymer cốt sợi

polypropylene có thể sử dụng các phần mềm phương pháp phần tử hữu hạn như

Abaqus, CAST3M, MSC Nastran,… để mô phỏng quá trình làm việc của cốt liệu,

sơi polypropylene khi chịu tác dụng ngoại lực từ đó đánh giá ảnh hưởng của mức độ

phân bố sợi polypropylene trong mẫu thí nghiệm và các vật liệu nền khác.

65

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Danh mục tài liệu Tiếng việt

[1] Tống Tôn Kiên và các cộng sự (2013), Bê tông geopolymer – những thành tựu,

tính chất và ứng dụng, Hội nghị khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập

Viện KHCN xây dựng.

[2] Nguyễn Thị Thanh Thảo và các cộng sự (2011), Tận dụng phế thải bùn đỏ từ

quặng Bauxite để sản xuất gạch đất xét nung ở nhiệt độ thấp.

[3] Trần Anh Tiến (2012), Nghiên cứu sản xuất geopolymer từ hỗn hợp bùn đỏ - tro

bay, Tuyển tập báo cáo hội nghị sinh viện nghiên cứu khoa học lần thứ 8 đại

học Đà Nẵng.

[4] Nguyễn Văn Chánh và cộng sự (2008), Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi trên

nền vật liệu xây dựng địa phương, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh, Việt

Nam.

[5] Phan Đức Hùng và các cộng sự (2015), Ảnh hưởng của sợi micro poly-

propylene đến tính chất cơ lý của bê tông geopolymer, Tạp chí Người Xây

Dựng, V.281&282, pp.50-53.

Danh mục tài liệu tiếng anh

[6] Hardjito, Djwantoro (2005), Studies of fly ash-based geopolymer concrete, pp.

47-65.

[7] L.Krishnan et al (2014), geopolymer concrete an eco-friendly construction

material. vol. 3, pp. 164-167.

[8] N A Lloyd, B V Rangan (2010), Geopolymer Concrete with fly ash.

[9] M. M. A. Abdullah et al (2011), Mechanism and Chemical Reaction of Fly Ash

geopolymer Cement, Vol. 6(1), pp. 35-44.

[10] R Satish et al (2012), Production of fly-ash brick, pp. 37-43.

[11] S D Muduli et al (2013), Effect of NaOH concentration in Manufacture of

geopolymer Fly Ash Building Brick, vol. 3(6), pp. 204-211.

66

[12] W M W Ibrahim et al (2014), Processing and Characterization of Fly Ash-

Based geopolymer Bricks, V.65(11),pp. 1340-1345.

[13] P. Duxson and et al (2006), geopolymer technology: the current state of the

art, Vol. 42, pp. 2917-2933.

[14] W.N. Ota et al (2005), Studies on the combined effect of injection temperature

and fiber content on the properties of polypropylene-glass fiber composites,

Composites Science and Technology, V.65(6), pp.873–881.

[15] J. Davidovits (1994), Properties of Geopolymer cement, Proceding first

International conference on Akaline cements and concretes, pp. 131-149.

Danh mục Tiêu chuẩn tham khảo

[16] Tiêu chuẩn TCVN 6477-2011 Gạch bê tông.

[17] Tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa – yêu cầu kỹ thuật.

[18] Tiêu chuẩn TCVN 8262:2009 Tro bay – phương pháp phân tích hóa học.

[19] Tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa

xây và xi măng.

[20] Tiêu chuẩn TCVN 6355:2009 Gạch xây – phương pháp thử.

[21] Tiêu chuẩn TCVN 1772:1987 Sỏi – phương pháp xác định hàm lượng tạp chất

trong sỏi.

Danh mục tài liệu điện tử

[22] https://vi.wikipedia.org/wiki/Wikipedia

[23] http://vibm.vn

[24] http://gachnhekhongnung.net

[25] http://www.google.com/patents/US20130061776

[26] http:// www.navisbrick.com