Chất kết dính trong xây dựng sản xuất từ phản ứng của chất kiềm hoạt tính với tro trấu

Nghiên cứu "Chất kết dính trong xây dựng sản xuất từ phản ứng của chất kiềm hoạt tính với tro trấu" sử dụng vỏ tro trấu, đã trải qua quá trình nung nóng, tác dụng với chất kiểm hoạt tính, cho ra sản phẩm chất kết dính trong xây dựng, có tiềm năng thay thế xi măng. Chất kết dính này khi được sử dụng rộng rãi sẽ giúp cắt giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính mà ngành công nghiệp sản xuất xi măng gây ra. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chất kết dính trong xây dựng sản xuất từ phản ứng của chất kiềm hoạt tính với tro trấu . 243 CHẤT KẾT DÍNH TRONG XÂY DỰNG SẢN XUẤT TỪ PHẢN ỨNG CỦA CHẤT KIỀM HOẠT TÍNH VỚI TRO TRẤU Nguyễn Hoàng Minh* Trường Đại học Kiến trúc Thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt Nghiên cứu này sử dụng vỏ tro trấu, đã trải qua quá trình nung nóng, tác dụng với chất kiềm hoạt tính, cho ra sản phẩm chất kết dính trong xây dựng, có tiềm năng thay thế xi măng. Chất kết dính này khi được sử dụng rộng rãi sẽ giúp cắt giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính mà ngành công nghiệp sản xuất xi măng gây ra. Ngoài ra, việc sử dụng vỏ trấu cũng giúp tận dụng phế phẩm nông nghiệp, hạn chế lượng chất thải nông nghiệp đối với môi trường, đặc biệt là với một quốc gia có sản lượng lúa gạo lớn như Việt Nam. Trong nghiên cứu này, chất kết dính sản xuất từ phản ứng của chất kiềm hoạt tính với vỏ trấu sẽ được đúc vào các khuôn mẫu có kích thước 3 x 3 x 3 (cm). Các mẫu này sau đó sẽ được thử cường độ nén. Thông qua thí nghiệm, có thể tìm ra được chất kết dính này có cường độ tối ưu khi hỗn hợp vỏ trấu, cát được trộn với dung dịch có hệ số W/B là 0,2, khối lượng vỏ trấu đầu vào để nung tối ưu là 100 (g). Thông qua các thí nghiệm, cũng có thể thấy rằng cường độ chịu nén các mẫu có kích thước 3 x 3 x 3 (cm) tại thời điểm 30 giờ sau khi đúc có lúc đạt đến 500kg/cm2, hoàn toàn đủ khả năng để trở thành vật liệu xây dựng. Từ khóa: Vỏ tro trấu, kiềm hoạt tính, chất kết dính trong xây dựng. 1. Đặt vấn đề Quá trình xay xát lúa gạo luôn tạo ra rất nhiều phế phẩm nông nghiệp, đó là vỏ trấu. Thông thường, trong hạt lúa, khoảng 78% trọng lượng là hạt gạo mà chúng ta sử dụng làm lương thực, 22% còn lại là vỏ trấu. Với một quốc gia nông nghiệp có sản lượng lúa gạo vô cùng lớn như Việt Nam, hằng năm, có một lượng lớn vỏ trấu được tạo ra và bỏ đi. Do đó, rất cần thiết có một phương pháp khoa học để tận dụng lượng vỏ trấu khổng lồ trên. Trong khi đó, xi măng vẫn là một thành phần vô cùng quan trọng trong ngành xây dựng của Việt Nam. Tuy nhiên, ngành công nghiệp xi măng lại đòi hỏi trữ lượng lớn đá vôi, thứ tài nguyên có hạn, và có thể cạn kiệt trong tương lai. Nghiêm trọng hơn, ngành công nghiệp xi măng là một trong những nguồn gây khí thải hiệu ứng nhà kính lớn của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung, Cụ thể hơn, hai tác giả Humphreys và Mahasenan đã đề cập trong nghiên cứu của mình rằng: trung bình để tạo ra 1kg xi măng portland, có đến 0,87kg CO2 được tạo ra. Sản lượng xi măng vào năm 2000 là 1,57 tỷ tấn. Vì lý do trên, rất nhiều nhà khoa học đã rất nỗ lực để tạo ra vật liệu mới để thay thế xi măng. Chất kết dính xây dựng sản xuất từ phản ứng của chất kiềm hoạt tính với tro trấu nổi lên như một phương án hợp lý, bởi vì nó giúp giảm sự phụ thuộc vào xi măng, cũng như tận dụng được lượng vỏ trấu khổng lồ tại Việt Nam. Để làm ra vật liệu này, phản ứng hóa học được thúc đẩy bởi chất kiềm hoạt tính đối với vật liệu chứa hàm lượng lớn silica (SiO2) và nhôm oxit (Al2O3), kết quả của phản ứng là các phân tử có dạng chuỗi -Si-O-Al-O-Si- (các chuỗi có dạng khác nhau tùy * Ngày nhận bài: 12/3/2022 ; Ngày phản biện: 04/4/2022 ; Ngày chấp nhận đăng: 10/4/2022 * Tác giả liên hệ: Email: minh.nguyenhoang@uah.edu.vn 244 thuộc vào tỷ lệ của SiO2 và Al2O3 trong nguyên liệu đầu vào). Sản phẩm của phản ứng hóa học này tạo thành một khối thống nhất, có thể chịu lực được. Đã có rất nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới về sử dụng tro bay, bột thủy tinh để tạo ra chất kết dính từ kiềm hoạt tính. Tuy nhiên, vẫn chưa có nghiên cứu chính thức nào về việc áp dụng vỏ trấu vào loại vật liệu này. Về phần vỏ trấu, vật liệu này chứa một hàm lượng lớn SiO2, cùng với một lượng Al2O3 nhất định. Tuy nhiên, trước khi được cho vào phản ứng, vỏ trấu cần được xử lý bằng cách nung. Mục đích của quá trình nung và cách thực hiện sẽ được đề cập trong những phần sau. 2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu 2.3. Quá trình nung vỏ trấu Để tối đa hóa phản ứng hóa học trong quá trình tạo ra chất kết dính từ tro trấu và kiềm hoạt tính, cần phải nâng cao hàm lượng của SiO2 và Al trong nguyên liệu đầu vào. Thành phần chính của vỏ trấu gồm có: Bảng 1. Thành phần hóa học của vỏ trấu theo thí nghiệm XRF Chất hóa học Thành phần phần trăm (%) Cellulose (C6H10O5) 50 Lignin (C31H34O11) 25 - 30 Silica 15 - 20 Thành phần khác 0 - 10 Từ bảng trên, ta có thể thấy được Cellulose và Lignin, các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ trọng rất lớn trong vỏ trấu. Thật không may là những thành phần này không tham gia vào quá trình của phản ứng hóa học mà ta mong muốn. Trên thực tế, hai thành phần bao gồm Cellulose và Lignin, với cấu trúc rất vững chắc, lại góp phần ngăn chặn sự tiếp xúc của silica (SiO2) và nhôm oxit (Al2O3) với ion OH-, khiến cho mức độ phản ứng kém hơn. Để loại bỏ hai thành phần trên và nâng cao mức độ phản ứng, ta nung vỏ trấu ở nhiệt độ cao để đốt cháy Cellulose và Lignin theo phản ứng hóa học (1) và (2) dưới đây: C6H10O5 + 6O2 → 6CO2 + 5H2O (1) C13H34O11 + 34O2 → 31CO2 + 17H2O (2) Sản phẩm của hai phản ứng hóa học trên là nước và khí CO2, khí CO2 sẽ thoát ra khỏi hỗn hợp, nước cũng sẽ bị bốc hơi dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong lò nung (thường là hơn 100oC). Do đó, có thể nói rằng quá trình nung sẽ loại bỏ Cellulose và Lignin ra khỏi vỏ trấu. Theo Della, Kuhn và Hotza, sau khi nung, vỏ trấu sẽ còn lại những thành phần hóa học như sau: Bảng 2. Thành phần hóa học của vỏ trấu sau khi nung theo thí nghiệm ...