Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công nghệ geopolymer sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở vùng cao nguyên Việt Nam

Bài viết này giới thiệu kết quả nghiên cứu về quy trình chế tạo của loại vật liệu tổng hợp từ bùn đỏ và tro bay đồng thời nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của loại vật liệu này trên cơ sở quá trình geopolymer hóa tro bay và bùn đỏ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công nghệ geopolymer sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở vùng cao nguyên Việt Nam Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 109 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG BẰNG CÔNG NGHỆ GEOPOLYMER SỬ DỤNG TRO BAY VÀ PHẾ THẢI BÙN ĐỎ ĐỂ XÂY DỰNG NHÀ Ở VÙNG CAO NGUYÊN VIỆT NAM ThS. Vũ Huyền Trân Khoa Xây dựng, trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu về quy trình chế tạo của loại vật liệu tổng hợp từ bùn đỏ và tro bay đồng thời nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của loại vật liệu này trên cơ sở quá trình geopolymer hóa tro bay và bùn đỏ. Kết quả cho thấy loại geopolymer này có các tính chất hoàn toàn phù hợp để làm vật liệu xây dựng nhà ở Tây Nguyên Việt Nam. 1. Đặt vấn đề: được sản xuất từ bùn đỏ và tro bay nhằm Theo Tập đoàn Công nghiệp Than - góp phần giải quyết các vấn đề trên. Khoáng sản Việt Nam (TKV), nước ta có trữ 1.1 Bùn đỏ: lượng Bauxite nguyên khai khoảng 5,5 tỷ tấn Bùn đỏ là chất thải không hòa tan sau và theo quy hoạch phát triển bauxite ở Tây quá trình hòa tách với NaOH ở nhiệt độ và Nguyên, sau 50 năm nữa thì sẽ thải ra 1,15 áp suất thích hợp. Đó là hỗn hợp của các hợp tỷ tấn bùn đỏ [1]. Thêm vào đó, một loại phế chất có trong các khoáng gốc, bauxite, sút dư thải khác của các nhà máy nhiệt điện là tro và các hợp chất được tạo thành trong quá bay cũng đang có trữ lượng đáng kể và sẽ trình Bayer. còn tăng hơn nữa khi nhiều nhà máy nhiệt Trong bùn đỏ, hàm lượng các chất rắn điện ra đời trong tương lai. Bên cạnh đó, có từ 10 đến 30%, pH khoảng 13-14 và lực chính phủ đang khuyến khích sử dụng các hút ion cao. Bề mặt riêng khoảng 10m2/g loại vật liệu không nung để giảm thiểu ô (100.000 cm2/g), 90% hạt có kích thước nhiễm môi trường và bảo vệ nguồn tài dưới 75µm. Đây là một trở ngại cho việc tái nguyên đất nông nghiệp. Do đó, tôi đã sử dụng bùn đỏ [2]. nghiên cứu về một loại vật liệu không nung Hình 1. Bùn đỏ ở nhà máy hóa chất Tân Bình dạng lỏng và dạng bột 1.2 Tro bay: Các hạt tro bay có dạng hình cầu, rất mịn, Tro bay (Hình 2) là một loại puzzolan kích thước 10 đến 100 m . nhân tạo, có hoạt tính cao, bao gồm silic Tro bay được sản xuất từ việc đốt than oxit, nhôm oxít, canxi oxit, mange oxit, lưu đá ở dạng bột mịn trong lò hơi đốt than của huỳnh oxít và một lượng than chưa cháy hết. nhà máy nhiệt điện. Những hạt bụi được đưa ra qua các đường ống khói sau đó được thu Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 110 hồi bằng phương pháp kết sương tĩnh điện pháp lốc xoáy [3]. hoặc máy thu chuyên dụng bắng phương Hình 2. Tro bay Từ đặc tính của bùn đỏ là có chứa hàm xây dựng nhà ở cho người dân có thu nhập lượng oxit nhôm và kiềm cao, còn tro bay thì thấp ở Tây Nguyên. có nhiều oxit nhôm và oxit silic vô định hình 2. Quá trình đóng rắn geopolymer của vật nên chúng tôi chọn hướng geopolymer hóa liệu tổng hợp từ tro bay - bùn đỏ: hai loại vật liệu này nhằm tạo ra một loại Geopolymer là loại vật liệu silico- vật liệu đóng rắn mà không cần nung để làm aluminate ba chiều có cấu trúc từ vô định gạch xây dựng nhà, thay thế một phần gạch hình tới bán tinh thể, cấu tạo bao gồm các đất sét nung. Đặc biệt, loại gạch xây này vì chuỗi tứ diện silic và nhôm liên kết với nhau đã tận dụng được các loại vật liệu phế thải bằng các nguyên tử oxi. tại địa phương nên rất thích hợp với nhu cầu Hình 3. a) Công thức cấu tạo geopolymer loại Na-poly(sialate-siloxo) của Barbosa (2000) b) Cấu trúc của geopolymer: x-tro bay chưa phản ứng hết, y-gel geopolymer Thuật ngữ Geopolymer được đặt ra vào - Geopolymer còn có thể được xem năm 1978 bởi Davidovits để gọi tên cho chất như là một kỹ thuật xử lý chất thải độc hại. kết dính alumino silicate mà ông đã tìm ra. - Geopolymer thể hiện các tính chất Các vật liệu geopolymer rất có lợi cho môi của một vật liệu tối ưu hơn xi măng. trường vì: Có thể nói geopolymer có một tiềm - Giảm đi lượng xi măng gây hiệu ứng năng to lớn đối với ngành ceramic, vật liệu nhà kính và có thể sử dụng 100% tro bay hay xây dựng cũng như vật liệu chịu lửa. Từ các xỉ trong khi xi măng chỉ có thể sử dụng 30% vật liệu rắn ban đầu để trở thành vật liệu tro bay hay xỉ. geopolymer thì phải trải qua các quá trình sau: Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 111 Vật liệu Vật liệu geopolymer aluminosilicate Phụ gia hoạt hóa Hòa tan Hoá keo Đông đặc Đông cứng Trong quá trình này, các vật liệu alumino cũng như xúc tác cho phản ứng trùng ngưng. silicate hoạt tính chính lànguồn cho quá trình Một cách ngắn gọn, quá trình geopolymer geopolymer hóa và phụ gia hoạt hóa thì cần hóa được thể hiện theo hai phản ứng thành thiết cho quá trình hòa tan oxit silic và nhôm phần (A) và (B) như sau [4]: 3. Kết quả ...