Khả năng ứng dụng tro bay làm phụ gia trong vữa và bê tông trên nền geopolymer

Mục đích của nghiên cứu là quan sát sự ảnh hưởng của tro bay đến cơ tính của vữa và bê tông geopolymer. Cấu trúc của tro bay và geopolymer xi măng được thực hiện trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích nhiễu xạ tia X (EDX).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khả năng ứng dụng tro bay làm phụ gia trong vữa và bê tông trên nền geopolymer Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 1/2013 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRO BAY LÀM PHỤ GIA TRONG VỮA VÀ BÊ TÔNG TRÊN NỀN GEOPOLYMER POTENTIAL APPLICATIONS OF ADDING FLY ASH BASED GEOPOLYMER MORTAR AND CONCRETE Nguyễn Thắng Xiêm1 Ngày nhận bài: 11/10/2012; Ngày phản biện thông qua: 17/12/2012; Ngày duyệt đăng: 15/3/2013 TÓM TẮT Kể từ khi công thức hóa học của vật liệu geopolymer được tìm ra bởi giáo sư người Pháp Joseph Davidovits, nhiều nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu và tìm hiểu tất cả các tính chất của chúng nhằm áp dụng rộng rãi vật liệu này vào cuộc sống. Geopolymer nổi lên như là một vật liệu mới với các tính chất thích hợp để bảo vệ môi trường; và chúng cũng được xem như là một vật liệu mới dùng để phủ, là chất kết dính các sợi trong composite và xi măng mới trong bê tông. Geopolymer xi măng được tổng hợp từ bột xi măng của đá phiến sét sau khi nung trong lò quay (10 giờ ở nhiệt độ 7500C) theo tỷ lệ Si/Al = 2 và kết hợp với NaOH và Na2SiO3. Mục đích của nghiên cứu là quan sát sự ảnh hưởng của tro bay đến cơ tính của vữa và bê tông geopolymer. Cấu trúc của tro bay và geopolymer xi măng được thực hiện trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích nhiễu xạ tia X (EDX). Từ khóa: tro bay, xi măng, cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn, năng lượng va đập ABSTRACT Since the chemistry of geopolymer materials was discovered by Prof. Joseph Davidovits, many scientists have studied these new materials and investigated all properties of them that apply to our lives. Geopolymers have emerged as a promising new material with environmentally sustainable properties. And they also have promising as a new material for coatings and adhesives, a new binder for fiber composites, and new cement for concrete. Geopolymer cement was synthesized from cement powder of shale burnt in rotary kiln (for 10 hours at 750 oC) with Si/Al molar ratio of 2.0 and combination with sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na2SiO3). The purpose of this research is observing the influence of fly ash on mechanical properties of geopolymer mortar and concrete. Microstructural observations of fly ash and geopolymer cement have been carried out by means of scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray analysis (EDX). Keywords: fly ash, cement, compressive strength, flexural strength, impact energy I. ĐẶT VẤN ĐỀ Như chúng ta đã biết việc sản xuất xi măng Portland thường thải ra một lượng lớn khí CO2 vào bầu khí quyển, do quá trình phản ứng hóa học tạo ra CO2 từ việc nung đá vôi (canxi cacbonat - CaCO3) ở nhiệt độ rất cao (khoảng 1450 oC) với silic oxít (SiO2) theo phản ứng: 5CaCO3 + 2SiO2 → (3CaO,SiO2) + (2CaO,SiO2) + 5CO2 Quá trình sản xuất 1 tấn xi măng Portland sẽ thải ra khoảng 1 tấn khí CO2 vào bầu khí quyển (Davidovits, 2008). Sự thật là có khoảng 2,5 tỷ tấn 1 xi măng được sản xuất mỗi năm, nghĩa là mỗi người trên hành tinh này phải gánh chịu 0,3 tấn khí CO2. Đến năm 2050, sản lượng toàn cầu dự kiến sẽ đạt 5 tỷ tấn, nghĩa là sẽ thải ra khoảng 5 tỷ tấn CO2 vào khí quyển (Temuujin, 2009). Vì vậy nhu cầu cần tìm một loại chất kết dính thân thiện với môi trường nhằm thay thế xi măng truyền thống là một điều hết sức cần thiết. Gần đây, geopolymer đã nổi lên như là một vật liệu mới với các tính chất thích hợp để bảo vệ môi trường. Chúng thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học do tính chất chịu lửa tốt (lên đến 10000C), có cơ tính và độ bền lâu, có khả năng TS. Nguyễn Thắng Xiêm: Khoa Xây dựng - Trường Đại học Nha Trang TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 85 Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 1/2013 cố định các ion kim loại nặng và độ kháng axit (bao gồm cả nước biển), có độ co và dẫn nhiệt thấp (Shuzheng và cs, 2004; Hardjito và cs, 2005; Duxson và cs, 2007; Davidovits, 2008; Temuujin, 2009). Khả năng ứng dụng của vật liệu geopolymer được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, đặc biệt là cho các ứng dụng mà yêu cầu cần chịu nhiệt độ cao và cách nhiệt, gốm mới, xi măng, amiăng và vật liệu công nghệ cao (Davidovits, 1991; Malhotra, 1991; Davidovits, 2008). Geopolymer là tập hợp các chuỗi hay mạng lưới của các phân tử khoáng vô định hình liên kết với nhau thông qua các liên kết cộng hóa trị. Quá trình geopolymer hóa (là quá trình tổng hợp để tạo thành vật liệu Geopolymer) liên quan đến phản ứng hóa học của aluminosilicate oxit (Si2O5, Al2O2) với polysilicate kiềm nhằm dễ tạo ra phản ứng trùng ngưng polymer hình thành mối liên kết giữa Si-O-Al. Quá trình geopolymer hóa phụ thuộc vào tỷ lệ Si/Al, Davidovits đã phân biệt polysilicate thành bốn loại khác nhau là Poly(sialate) có dạng (-Si-O-Al-O-) với Si/Al = 1, Poly(sialate-siloxo) có dạng (-Si-O-Al-O-Si-O-) với Si/Al = 2, Poly(sialate-disiloxo) có dạng (-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-) với Si/Al = 3, Poly (sialate-multisiloxo) với Si/Al >> 3 (Shuzheng và cs, 2004; Hardjito và cs, 2005; Duxson và cs, 2007; Davidovits, 2008). Nói chung, bất kỳ đất sét khoáng chất có chứa hàm lượng SiO2 và Al2O3 cao đều có thể được pha loãng vào các dung dịch kiềm mạnh (như NaOH hoặc KOH) để tạo một chuỗi phản ứng tỏa nhiệt của quá trình ge polymer hóa tạo vật liệu geopolymer. Tro bay (fly ash) là sản phẩm của quá trình đốt cháy than nghiền tại các nhà máy nhiệt điện. Tro bay có kích thước hạt từ 1μm to 150μm và đa số là có hình cầu (mịn hơn so với xi măng Portland và vôi). Tùy thuộc vào nguồn và thành phần của than bị đốt cháy, thành phần hóa học của tro bay có thay đổi đáng kể. Tuy nhiên, thành phần chính của tất cả tro bay là tương tự nhau và có thành phần gần giống xi măng Portland như SiO2, Al2O3, Fe2O3 và CaO, trong khi Mg, K, Na, Ti, và S chiếm số lượng ít hơn. Tùy thuộc vào hàm lượng cacbon nhiều hay ít mà tro bay có màu xám hay đen. Nếu tro bay có màu sáng cho thấy hàm lượng cacbon thấp. Hàng năm, các nhà máy nhiệt điện đã thải ra một lượng lớn tro bay, do vậy tro bay đã tr ...