Nghiên cứu các đặc tính cơ học của bê tông geopolymer sử dụng cát biển

Nội dung text: Nghiên cứu các đặc tính cơ học của bê tông geopolymer sử dụng cát biển

1. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER SỬ DỤNG CÁT BIỂN STUDY THE MECHANICAL PROPERTIES OF GEOPOLYMER CONCRETE USING SEA SAND Trần Thị Thanh Triếta, Phan Đức Hùnga, Phạm Đức Thiệna a Trường ư Tp.HCM. Tóm tắt: Nghiên cứu thực nghiệm này khảo sát sự thay đổi tính chất cơ lý của Bê tông Geopolymer khi sử dụng cát biển thay thế cho cốt liệu nhỏ truyền thống (cát sông, cát núi). Kết quả nghiên cứu còn chỉ ra ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng Akali/Tro-bay (AL/FA) và Sodium- silicate/Sodium-hydroxide (SS/SH) đến tính chất cơ lý của Bêtông Geopolymer đồng thời đề xuất được các cấp phối tối ưu để sản phẩm đạt cường độ cao nhất. ABSTRACT: Experimental study survey changes of the physical properties of geopolymer concrete which use sea sand to replace river sand. The study results showed the effects of mass ratio of Akaline to Fly-ash (AL / FA) and mass ratio of Sodium-silicate to Sodium-hydroxide (SS / SH) to the physical properties of geopolymer concrete. Beside, the study proposed the optimum mixture proportions to attain product of the highest strengh. Từ khóa: Bêtông Geopolymer, Cát biển, Tro bay, Sodium hydroxide, Sodium silicate, Akali. 1. GIỚI THIỆU Ngày nay, cát vàng được sử dụng rất phổ biến để chế tạo bê tông do đặc tính kỹ thuật phù hợp với các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành. Tuy nhiên, do nhu cầu xây dựng ngày càng phát triển, cát vàng ngày một trở nên khan hiếm. Mặt khác, nguồn tài nguyên cát vàng chỉ có giới hạn ở một số địa phương nhất định, việc vận chuyển cát vàng từ nơi khai thác đến nơi sử dụng xa làm tăng cao giá thành sản xuất bê tông. Đây là một vấn đề gây khó khăn cho nhiều địa phương, nhất là các tỉnh ven biển, hải đảo thiếu nguồn tài nguyên này. Trong khi ở nước ta, với lợi thế bờ biển rất dài, trữ lượng cát biển vô cùng lớn nhưng hầu như chưa được nghiên cứu sử dụng. Việc nghiên cứu sử dụng cát biển thay thế cát vàng truyền thống để sản xuất bê tông có ý nghĩa rất lớn
2. làm giảm giá thành sản phẩm, đảm bảo tiến độ thi công, giảm khó khăn trong khâu khai thác và vận chuyển đối với vùng xa, hải đảo; hạn chế làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên. Ở một khía cạnh khác, việc ứng dụng chất kết dính Geopolymer thay thế xi măng truyền thống trong sản xuất bê tông đã được minh chứng góp phần giảm hiện tượng ô nhiễm môi trường do lượng phát thải khí CO2 và các chất thải độc hại khác. Số liệu điều tra cho thấy lượng khí thải CO2 từ công nghiệp sản xuất xi măng xấp xỉ 1,35 tấn/năm chiếm khoảng 7% lượng CO2 trên toàn thế giới, khi sử dụng vật liệu mới với chi phí thấp, giảm khả năng gây hiệu ứng nhà kính từ 26-45% so với bê tông xi măng thông thường (Malhotra). Bê tông Geopolymer còn có các đặc tính ưu việt như chịu nhiệt, chống ăn mòn tốt, sớm đạt cường độ thiết kế so với bê tông xi măng truyền thống, trong khi vẫn đảm bảo cường độ và tuổi thọ cho công trình. Khái niệm Geopolymer được sử dụng rất sớm từ những năm 1970 bởi giáo sư Joseph Davidovits [1-4]. Các nghiên cứu của ông chỉ ra rằng bất kể vật liệu nào giàu Aluminosilicate đều có thể tạo chất kết dính Geopolymer từ việc polymer hóa tạo gel kết dính trong môi trường kiềm. Vật liệu giàu Aluminosilicate mà nghiên cứu này tận dụng là tro bay, một phế phẩm của ngành công nghiệp nhiệt điện, có trữ lượng lớn trong nước. Cho đến nay, chưa có tiêu chuẩn trong nước nào đề cập đến công tác thiết kế cũng như thành phần cấp phối sản xuất bê tông geopolymer, do đó cần có thêm nhiều nghiên cứu tích lũy. Nguyên liệu sản xuất chất kết dính Geopolymer bao gồm hai thành phần chính là các nguyên liệu giàu Aluminosilicate và chất hoạt hóa kiềm. Nguyên liệu aluminosilicate nhằm cung cấp nguồn silic (Si) và nhôm (Al) cho quá trình Geopolymer hóa, thường dùng là tro bay, metakaolin, silicafume Chất hoạt hóa được sử dụng phổ biến nhất là các dung dịch NaOH, KOH và thủy tinh lỏng Na2SiO3 nhằm tạo môi trường kiềm và tham gia vào các phản ứng Geopolymer hóa [1-4]. Quy trình phản ứng tạo ra chất kết dính Geopolymer được giới thiệu chi tiết trong Hình 1 [5].
3. Hình 1 – Quy trình phản ứng t o chất kết dính Geopolymer. Trong nghiên cứu này, các mẫu bê tông Geopolymer cát biển có cùng cấp phối với bê tông Geopolymer cát sông được thí nghiệm để khảo sát sự khác biệt về các chỉ tiêu cơ lý cơ bản như: cường độ chịu nén, chịu kéo và khối lượng thể tích. Kết quả thực nghiệm còn chỉ ra ảnh hưởng của các yếu tố: tỷ lệ khối lượng dung dịch hoạt hóa Akaline/tro bay (AL/FA) và tỷ lệ khối lượng dung dịch sodium-silicate/sodium-hydroxide (SS/SH) đến tính chất cơ lý của bê tông Geopolymer cát biển. Nghiên cứu còn đề xuất cấp phối thực nghiệm tối ưu để bê tông Geopolymer cát biển đạt cường độ cao nhất. 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1. Nguyên vật liệu 2.1.1. Cốt liệu nhỏ Cát biển trong phạm vi nghiên cứu (sau đây gọi tắt là cát biển) được khai thác từ khu vực ven bờ vùng biển Hồ Cốc, Tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu (Hình 2). Cát biển có độ ẩm khá lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế cấp phối bê tông. Hơn nữa, cát biển có lẫn nhiều tạp chất từ nước biển. Do hạn chế của nghiên cứu không thể xem xét hết sự ảnh hóa lý của tạp chất trong cát biển tự nhiên, nên cát biển được sấy khô trước khi được sử dụng trong thí nghiệm.
4. Thành phần hạt của cát biển và cát sông được trình bày trong Bảng 1 và Hình 3. Cát biển có môdul độ lớn là Mdl=2,104 và lượng sót sàn tích lũy A0.63=21,95 % thuộc cát hạt trung bình – nhỏ. Các đặc tính cơ bản của cát biển khá tương đồng với loại cát sông phổ biến trên thị trường được cùng sử dụng trong các thí nghiệm này (xem Bảng 2). Hình 2 – Cát biển Hồ Cốc. Bảng 1 - Thành phần h t của cát Kích thước lỗ sàn vuông (mm) 5 1,25 0,63 0,315 0,14 Lượng sót tích lũy cát sông (%) 0,78 18,75 38,04 77,74 97,44 Lượng sót tích lũy cát biển (%) 0,02 0,61 21,95 89,51 98,82 Bảng 2 – ặc tính của cát thí nghiệm. Khối lượng thể Khối lượng thể Môđun độ lớn Loại cát A Cỡ hạt 3 3 0.63 tích (g/cm ) tích (g/cm ) Mdl Cát biển 2,67 1,55 2,14 21,95 Trung bình-nhỏ Cát sông 2,16 1,46 2,03 38,04 Trung bình 0 20 40 Cát biển 60 Cát sông Giới hạn thành phần hạt cát dùng trong XD theo TCVN 7576:2005 Lƣợng Lƣợng sót tích lũy (%) 80 100 0 1 2 3 4 5 Kích thƣớc lỗ sàng (mm) Hình 3 – Biể đồ thành phần h t của cát biển 2.1.2. Cốt liệu lớn
5. Cốt liệu lớn sử dụng đá dăm được khai thác từ Mỏ đá Tân Đồng Hiệp, xã Tân Đông Hiệp, huyện Dĩ n, B nh Dương. Đá dăm đa số có dạng khối cầu, ít hạt dẹt và ít góc cạnh. Cở 3 3 hạt đá lớn nhất Dmax = 20 mm, khối lượng thể tích 2,73 g/cm , khối lượng thể tích 1,62 g/cm . Thành phần hạt của đá dăm được trình bày trong Bảng 2 và Hình 4. Bảng 3 - Thành phần h đá ă . Kích thước lỗ sàng vuông (mm) 40 20 10 5 Lượng sót sàn riêng biệt (g) 0 2190,4 2388,8 193,8 Lượng sót tích lũy (%) 0,00 45,71 95,56 99,6 0 20 40 60 Đá dăm 80 Giới hạn thành phần hạt cát dùng Lƣợng sót tích lũy (%) trong XD theo TCVN 7576:2005 100 5 10 15 20 25 Kích thƣớc lỗ sàng (mm) Hình 4 – Biể đồ thành phần h t của đá ă . 2.1.3. Tro bay Tro bay dùng trong thí nghiệm là phế phẩm từ việc đốt cháy than cám, được lấy từ nhà máy nhiệt điện Formosa Đồng Nai. Cho đến nay, chưa có tiêu chuẩn trong nước quy định về thành phần hóa học của tro bay trong chế tạo bê tông Geopolymer. Dựa theo tiêu chuẩn ASTM C618, tro bay từ nhiệt điện Formosa được xếp loại F có khối lượng thể tích 2,5 g/cm3, độ mịn 94 % lượng lọt sàng 0,08 mm.
6. Hình 5 – Tr b à á đ ện Formosa Thành phần hóa học của tro bay được giới thiệu trong Bảng 3. Kết quả thí nghiệm cho thấy tổng hàm lượng của (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) đạt trên 70 %, hàm lượng CaO nhỏ hơn 30 % và hàm lượng Na2O nhỏ hơn 1,5 %. Các chỉ tiêu này đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618-94a và chứng tỏ tro bay có hoạt tính cao. Bảng 3 – Thành phần hóa h c của tro bay nhà máy nhiệ đ ện Formosa Na2O Thành phần hoá học SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 MKN(*) + K2O % khối lượng 55,26 16,58 12,31 5,25 1,33 4,25 0,211 2 (*) M N : ấ k 2.1.4. Dung dịch ho t hóa Dung dịch hoạt hóa là sự kết hợp giữa sodium hydroxide (NaOH) và sodium silicate (Na2SiO3). Dung dịch kiềm NaOH được pha từ NaOH dạng khan với nước, NaOH khan có dạng vảy, màu trắng, độ tinh khiết 97-98 %, khối lượng thể tích 2,130 g/cm3. Khi pha với nước, dung dịch kiềm tỏa nhiệt rất mạnh, khối lượng NaOH rắn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch NaOH sử dụng. Trong thí nghiệm sử dụng 1 loại dung dịch kiềm là 16 M. Dung dịch NaOH được pha với nước theo công thức (2.1) để thu được nồng độ dung dịch cần thiết cho quá trình thì nghiệm. CV 40 100 mg M () (2.1) 1000 p
7. Trong đó: m: khối lượng cân chất rắn CM: nồng độ mol/l V: thể tích cần pha (ml) p: độ tinh khiết của hóa chất Dung dịch thủy tinh lỏng (Na2SiO3) dùng trong thí nghiệm có thành phần hóa học bao gồm Na2O 11,9 %, SiO2 29,7 %, hàm lượng cặn không tan trong nước 0,02 %, còn lại là H2O 58,4 %. Trong đó, dung dịch thủy tinh lỏng có modul silic là 2,57 và tỷ trọng là 1,48 g/ml, có màu trắng trong suốt không mùi. 2.2. Cấp phối bê tông Thành phần cho 1 m3 bê tông Geopolymer trong đó cốt liệu thô chiếm 71 % khối lượng. Trong thành phần dung dịch hoạt hóa có SS/SH lần lượt là 2 và 2,5, nồng độ của sodium hydroxide là 16 mol/l, AL/FA lần lượt là 0,55; 0,6; 0,65. Thành phần cấp phối được trình bày trong Bảng 4.Bảng 4 – Cấp phối các mẫu bê tông Geopolymer DD Tro DD DD Cấp Đá Cát Alkaline bay Na SiO NaOH AL / FA SS / SH phối (kg/m3) (kg/m3) 2 3 (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) 1 1079 593 254,280 423,8 169,5 84,8 0,6 2 2 1079 593 259,680 432,8 181,6 72,6 0,6 2,5 3 1079 593 267,085 410,9 178,1 89,0 0,65 2 4 1079 593 267,085 410,9 190,8 76,3 0,65 2,5 5 1079 593 240,570 437,4 160,4 80,2 0,55 2 2.3. Phƣơng pháp thí nghiệm Các thành phần nguyên liệu sau khi định lượng như cát, đá và tro bay được nhào trộn trong khoảng 2 phút tạo thành hỗn hợp khô. Hỗn hợp dung dịch sodium hydroxide, sodium silicate và nước đã chuẩn bị trước được đổ vào hỗn hợp khô bắt đầu quá trình 1 phút. Quá trình nhào trộn ướt trong khoảng 3 phút bằng máy trộn. Bê tông được đúc thành mẫu trụ 100 x 200 mm theo tiêu chuẩn ASTM C780. Sau khi đổ khuôn, các mẫu bê tông được dưỡng hộ trong điều kiện tự nhiên trong 24 giờ đầu và sau đó dưỡng hộ nhiệt ở 1000C trong 9 giờ. Mục đích của dưỡng hộ nhiệt là để đẩy nhanh quá trình polymer hóa và làm bay hơi hoàn toàn lượng nước thừa
8. trong bê tông, lượng nước thừa này không tham gia vào các phản ứng tạo liên kết mà chỉ có tác dụng trong thi công nhào trộn. Cường độ của bê tông được xác định ở tuổi 7 ngày và 28 ngày trong điều kiện thí nghiệm tĩnh định ở nhiệt độ phòng. 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông được xác định từ thí nghiệm nén mẫu bằng máy nén thủy lực. Cường độ chịu kéo được xác định thông qua thí nghiệm ép chẻ (xem Hình 5). Kết quả thực nghiệm xác định cường độ của bê tông được trình bày chi tiết trong Bảng 5. Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất của bê tông Geopolymer được trình bày chi tiết ở các mục bên dưới. Thí nghiệm nén mẫu Thí nghiệm ép chẻ Hình 6 – Các thí nghiệm th c hiệnBảng 5a – Cườ độ chịu nén của bê tông (BT) cát biển và cát sông Cường độ (MPa) Khối lượng thể tích (kg/m3) Cấp phối BT cát biển BT cát biển BT Cát sông BT cát biển BT Cát sông 7 ngày tuổi 28 ngày tuổi 28 ngày tuổi 28 ngày tuổi 28 ngày tuổi 1 35,193 35,983 37,589 2592,104 2711,151 2 33,812 33,924 35,372 2607,382 2580,644 3 33,541 34,216 34,533 2468,599 2521,651
9. 4 31,877 33,072 33,791 2639,638 2624,147 5 33,863 34,040 37,523 2599,531 2680,594 Bảng 5b – Cườ độ chịu kéo của bê tông (BT) cát biển và cát sông Cường độ (MPa) Cấp phối BT cát biển BT cát biển BT Cát sông 7 ngày tuổi 28 ngày tuổi 28 ngày tuổi 1 3,686 4,578 4,749 2 4,135 4,495 4,753 3 4,026 4,183 4,186 4 4,570 4,909 4,545 5 4,145 4,471 5,000 3.1. Ảnh hƣởng của cát biển đến tính chất bê tông Geopolymer Kết quả thực nghiệm cho thấy, bê tông Geopolymer cát biển có cường độ chịu nén thấp hơn so với bê tông Geopolymer cát sông, tuy nhiên mức chênh lệch này rất nhỏ, dao động từ 1,3 % – 8 % (xem Hình 7). Cát biển sử dụng có lượng cát hạt nhỏ tương đối nhiều, điều này làm ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu nén của bê tông, đặt tính này hoàn toàn tương đồng với bê tông OPC. Khi lượng cát hạt nhỏ tương đối nhiều, nó sẽ tạo nên màng mỏng trên bề mặt cốt liệu đá, ngăn sự tiếp xúc giữa chất kết dính và đá, làm giảm sự liên kết, dẫn đến giảm cường độ của bê tông. Bê tông Geopolymer cát biển đạt cường độ chịu nén lớn nhất 35,983 MPa tại cấp phối 1, điều này tương đồng với bê tông Geopolymer cát sông khi cũng đạt cường độ lớn nhất ở cùng cấp phối. Khối lượng thể tích (KLR) của bê tông Geopolymer cát biển lớn hơn rất ít so với bê tông Geopolymer cát sông (1% – 5 %), do bản thân cát biển có khối lượng thể tích chênh lệch với cát sông. Do đó, xét tương quan khả năng chịu lực và trọng lượng bản thân, với cùng một cấp phối thiết kế, bê tông Geopolymer cát biển hơi kém hơn bê tông Geopolymer cát sông, tuy nhiên sự chênh lệch này không đáng kể, ta hoàn toàn có thể xem khả năng chịu lực của 2 loại bê tông là tương đồng.
10. 38,0 3000 ) 3 Cường độ BT cát 37,0 2500 sông 36,0 2000 Cường độ BT cát biển 35,0 1500 KLR BT cát sông 34,0 1000 lƣợng riêng bê tông (kg/m tông bê riêng lƣợng Cƣờng độ chịu nén (MPa) nén chịu độ Cƣờng 33,0 500 KLR BT cát biển Khối 32,0 0 1 2 3 4 5 Cấp phối Hình 7 – Ả ưởng của cát biển đế ườ độ chịu nén. Cường độ chịu kéo của các cấp phối bê tông Geopolymer cát biển dao động từ 4,1 – 4,9 MPa (Hình 8). Cường độ này chênh lệch rất nhỏ so với bê tông Geopolymer cát sông (1 – 9 %) chứng tỏ sự tương đồng về khả năng chịu kéo 5,5 Cường độ BT cát sông Cường độ BT cát biển 5,0 4,5 4,0 3,5 Cƣờng độ chịu kéo (MPa) kéo chịu độ Cƣờng 3,0 1 2 3 4 5 Cấp phối của 2 loại bê tông. Hình 8 – Ả ưởng của cát biển đế ườ độ chịu kéo. 3.2. Ảnh hƣởng của dung dịch hoạt hóa đến tính chất bê tông Geopolymer cát biểnCường độ chịu nén của bê tông Geopolymer cát biển chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi tỷ lệ khối lượng AL/FA (Hình 9). Khi tỷ lệ AL/FA tăng từ 0,55 lên 0,6 th cường độ chịu nén tăng 5,39 % (từ 34,04 MPa lên 35,98 MPa). Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng khối lượng dung dịch lkaline để tỷ lệ AL/FA đạt 0,65 th cường độ chịu nén của bê tông có xu hướng giảm. Một cách tương đối, ta
11. có thể nội suy quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tông geopolymer và tỷ lệ AL/FA theo phương tr nh bên dưới. Cường độ chịu nén của bê tông geopolymer sẽ đạt giá trị lớn nhất khi tỷ lệ AL/FA xấp xỉ 0,6. ( ) (2) Khối lượng thể tích của bê tông sấp xỉ 2500 kg/m3. Cường độ bê tông càng cao thì khối lượng thể tích càng lớn. Được giải thích khi tăng dung dịch alkaline để AL/FA thích hợp, làm tăng thêm môi trường chứa sodium silicate và sodium hudroxide để phản ứng với alumino silicate trong tro bay. Kết quả quá tr nh trùng ngưng trong phản ứng polimer hóa diễn ra mạnh mẻ, mà bản chất của quá trình này là sự kết hợp nhiều monomer thành chuỗi polimer, làm khối bê tông trở nên đặc chắc, dẫn đến cường độ cao. Cường độ Khối lượng 38,0 3000 ) 3 37,0 2500 g/m k 36,0 2000 riêng ( riêng 35,0 1500 34,0 1000 33,0 500 Khối lƣợng Khối Cƣờng độ chịu nén (MPa) nén chịu độ Cƣờng 32,0 0 0,55 0,6 0,65 AL/FA Hình 9 – Ả ưởng của tỉ lệ AL/FA đế ườ độ chịu nén BT Geopolymer cát biển (SS/SH=2).Mức độ ảnh hưởng của dung dịch hoạt hóa đến cường độ chịu kéo của bê tông Geopolymer cát biển được thể hiện trong Hình 10. Cường độ chịu kéo của bê tông có xu hướng thay đổi cùng chiều với sự tăng giảm khả năng chịu nén của nó. Tuy nhiên, so với cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo của bê tông biến thiên ít hơn khi tỷ lệ L/F thay đổi và được biểu thị bằng mối quan hệ: ( ) (3)
12. Từ phương tr nh, ta có thể chỉ ra được rằng bê tông sẽ đạt cường độ chịu kéo lớn nhất khi tỷ lệ AL/FA xấp xỉ 0,586. Kết quả này khá tương đồng với trường hợp cường độ chịu nén. Ở một khía cạnh khác, kết quả thực nghiệm cho thấy tỷ lệ SS/SH tăng làm cho cường độ chịu kéo của bê tông tăng, tuy nhiên mức tăng tương đối ít, khi tỷ lệ SS/SH tăng 25 % cường độ chịu kéo chỉ tăng khoảng 0,5%. 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 Cƣờng độ chịu kéo (MPa) kéo chịu độ Cƣờng 3,0 0,55 0,6 0,65 AL/FA Hình 10 - Ả ưởng củ AL/FA đế ườ độ chịu kéo bê tông Geopolymer (SS/SH=2) 3.3. Ảnh hƣởng của tuổi bê tông đến cƣờng độ Không giống như bê tông OPC có cường độ tăng theo thời gian, các nghiên cứu trước đã chỉ ra rằng bê tông geopolymer từ tro bay có cường độ hầu như không phụ thuộc vào thời giancố kết, nghĩa là cường độ tăng không đáng kể theo thời gian sau khi bê tông được dưỡng hộ nhiệt. Kết quả thực nghiệm đối với bê tông geopolymer cát biển cho thấy điều tương tự (Hình 11 và 12).
13. 38 Cường độ 7 ngày tuổi Cường độ 28 ngày tuổi 36 34 32 30 28 26 24 Cƣờng độ chịu nén (MPa) nén chịu độ Cƣờng 22 20 4 2 5 3 1 Tên cấp phối Hình 11 - Ả ưởng của thời gian đế ườ độ chịu nén. Hình 11 trình bày kết quả thí nghiệm việc đánh giá đặc tính cường độ của bê tông theo độ tuổi. Bê tông 28 ngày tuổi có cường độ chịu nén lớn hơn so với bê tông 7 ngày tuổi, sự chênh lệch từ 0,3 MPa đến 4 MPa. Bê tông 7 ngày tuổi sớm đạt được cường độ 90 %. Cấp phối 1 ở 7 ngày tuổi đạt cường độ nén cao nhất 35,193 MPa, sau 28 ngày đạt cường độ 35,98 MPa tăng 2,19 %. 6 Cường độ 7 ngày tuổi Cường độ 28 ngày tuổi 5 4 3 2 1 Cƣờng độ chịu kéo (MPa) kéo chịu độ Cƣờng 0 4 2 5 3 1 Tên cấp phối Hình 12 - Ả ưởng của thời gian đế ườ độ chịu kéo. Cường độ chịu kéo của các cấp phối bê tông geopolymer cát biển nằm trong khoản 4,2 – 4,9 MPa. Cấp phối 4 ở 28 ngày tuổi có cường độ chịu kéo lớn nhất đạt 4,9 MPa. Hầu
14. như sau khi dưỡng hộ nhiệt, cường độ chịu kéo tăng không đáng kể, do phản ứng polymer hóa vẫn diễn ra nhưng với tốc độ rất chậm ở nhiệt độ b nh thường. Việc cường độ (chịu nén và chịu kéo) của bê tông geopolymer tăng rất chậm từ 7 đến 28 ngày tuổi có thể được giải thích do quá tr nh dưỡng hộ nhiệt. Nhiệt độ cao đã đóng vai trò tác nhân quan trọng của phản ứng polymer hóa, làm cho bê tông geopolymer đạt gần 90 % cường độ thiết kế sau dưỡng hộ. Đặc điểm của bê tông Geopolymer khi có sự dưỡng hộ nhiệt độ cao sẽ tạo môi trường thuận lợi cho quá trình geopolymer hóa diễn ra nhanh và triệt để, dẫn đến việc bê tông đạt cường độ sớm ngay sau quá tr nh dưỡng hộ. Sau khi dưỡng hộ, quá trình geopolymer hóa vẫn tiếp tục diễn ra nhưng với tốc độ tương đối chậm, nhưng cũng giúp cho tổng hợp các chuỗi monomer – O-Si-O-AL hoàn thiện hơn. Do đó, thời gian sau dưỡng hộ càng dài càng làm tăng cường độ bê tông. Cấp phối 1 và 3 có lượng dung dịch alkaline tương đối hợp lý, nên cường độ sẽ tăng theo thời gian tương đối nhanh, mức tăng này là khá cao, có thể lên đến 4 MPa. 3. KẾT LUẬN Bài báo trình bày nghiên cứu sự ảnh hưởng của cát biển thay thế cát sông, sự thay đổi của tỷ lệ sodium-silicate/sodium-hidroxideđến tính chất cơ lý của bê tông Geopolymer. Ngoài ra nghiên cứu còn xem xét sự thay đổi tính chất của bê tông theo thời gian. Kết quả thực nghiệm dẫn đến các kết luận sau: Với cùng cấp phối thiết kế, bê tông geopolymer cát biển có khả năng chịu nén và chịu kéo gần như tương đương với bê tông geopolymer cát sông. Cường độ chịu kéo của bê tông geopolymer cát biển có xu hướng thay đổi cùng chiều với sự tăng giảm khả năng chịu nén của nó. Khối lượng thể tích của 2 loại bê tông cũng khá tương đồng. Cường độ chịu nén của bê tông geopolymer cát biển chịu ảnh trực tiếp bởi thành phần dung dịch hoạt hóa, khi lượng dung dịch hoạt hóa trong bê tông vừa đủ sẽ cho ra sản phẩm có cường độ tối ưu nhất. Bê tông geopolymer cát biển có cường độ rất ít phụ thuộc vào thời gian cố kết, nghĩa là cường độ tăng không đáng kể theo thời gian sau khi bê tông được dưỡng hộ nhiệt. Qua các kết quả có được, có thể thấy bê tông geopolymer cát biển có các chỉ tiêu cơ lý rất tương đồng với bê tông geopolymer cát sông và hoàn toàn có thể được sản xuất thay thế cát sông, góp phần mang lại hiệu quả về mặt kinh tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J.L. Provis et al. (2009), Valorisation of fly ash by Geopolymerisation, Global NEST
15. Journal, vol.11(2), pp. 147-154. [2] A. M. Mustafa AL Bakri et al. (2011), Microstructure of different NAOH molarity of fly ash-based green polymeric cement, Journal of Engineering and Technology Research, vol. 3, pp. 44-49. [3] J.L. Provis et al. (2009), Geopolymer: Structure, processing, properties and industrial applications, Woodhead Publishing, Abingdon UK. [4] J. Davidovits (1994), Properties of Geopolymer cement, Proceding first International conference on Akaline cements and concretes, pp. 131-149. [5] D. Hardjito and B.V. Rangan (2005), “Development and properties of low-calcium fly ash-based Geopolymer concrete”, Research Report GC1 Faculty of Engineering Curtin University of Technology Perth, Australia. [6] J. Davidovits (2011), Geopolymer Chemistry and Application, 3rd edition, Geopolymer Institute. [7] V. Bhikshma, M. Koti Reddy and T. Srinivas Rao (2012), “ n experimental investigation on properties of Geopolymer concrete (no cement concrete)”, sian Journal of Civil Engineering (Building and Housing) vol. 13, no. 6, pp.841- 853. [8] J. Davidovits (2012), “Global warming impact on the cement and aggregates industries”, World resource review vol. 6, no. 2, pp.263 - 278.
16. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ