LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… (Ký tên và ghi rõ họ tên) MAI TUẤN VŨ iii CẢM TẠ Sau thời gian học tập và rèn luyện tại trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đƣợc sự chỉ hỗ trợ cuả quý thầy trong trƣờng. Tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu cùng quý thầy của trƣờng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập nâng cao cả tri thức và lối sống. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Chủ Nhiệm Khoa cùng các Thầy Cô khoa Xây Dựng và Cơ Học Ứng Dụng đã quan tâm, giảng dạy và truyền đạt kiến thức vô cùng quý báo trong quá trình học tập cũng nhƣ trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của tôi. Và đặc biệt tôi vô cùng biết ơn Thầy Phạm Đức Thiện đã tận tình giúp đỡ và hỗ trợ chỉ bảo tôi ngay từ bƣớc đầu làm luận văn; trang bị và truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm, kiến thức quý báo để nghiên cứu, cũng nhƣ gợi mở những phƣơng hƣớng thực hiện, hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp. Và cảm ơn các bạn lớp XDC2016B cũng nhƣ các lớp khác đã nhiệt tình giúp đở và chân thành góp ý kiến để luận văn hoàn chỉnh hơn.
Luận văn tốt nghiệp là quá trình nghiên cứu lâu dài và sự hỗ trợ quý Thầy Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Tuy rằng luận văn này đƣợc thực hiện với sự cố gắng lớn lao, nhƣng cũng không ít sai sót trong quá trình nghiên cứu. Rất mong nhận đƣợc sự quan tâm góp ý kiến, cũng nhƣ chỉ bảo thật nhiều của quý thầy để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Trân trọng! Thành Phố Hồ Chính Minh,ngày 24 tháng 09 năm 2017 Học viên thực hiện MAI TUẤN VŨ Lớp XDC 2016B iv TÓM TẮT Nhằm mục đích giảm chi phí xử lý phụ phẩm trong các ngành công nghiệp (xỉ thép, tro bay,…) và việc khai thác tài nguyên thiên nhiên để phục vụ ngành công nghiệp xây dựng (cát, đất sét, đá vôi…), công nghệ geopolymer có thể đƣợc sử dụng để chế tạo bê tông Geopolymer bằng cách kết hợp xỉ thép (thay thế cát), tro bay và dung dịch kiềm hoạt hóa.
Thực nghiệm xác định sự phát triển cƣờng độ của bê tông Geopolymer khi sử dụng cốt liệu sợi thủy tinh. Kết hợp lý thuyết và tiến hành thí nghiệm với cách thức thay đổi về kích thƣớc sợi, hàm lƣợng sợi trong thành phần cấp phối, so sánh kết quả thu đƣợc với cấp phối bê tông xi măng và cấp phối Geopolymer cốt sợi thép. Kết quả cho thấy cốt liệu sợi thủy tinh có thể tăng cƣờng đƣợc khả năng chịu nén, uốn, kéo và khả năng chống nứt của bê tông Geopolymer. Tuy nhiên, hàm lƣợng, kích thƣớc sợi cần đƣợc chọn lựa một cách hợp lý đáp ứng yêu cầu thiết kế và hiệu quả kinh tế.
v ABSTRACT Aims to reduce the cost of processing the by-products of the industry (steel slag, fly ash, .) and the exploitation of natural resources to serve the construction industry (sand, clay, limestone, .), geopolymers technology can be used to create equal Geopolymers concrete combining slag steel (replaces sand), flying ash and alkaline activation. Experiments determined the development of Geopolymers concrete intensity when using fiber glass aggregates. Combined theory and experiment with how to change in size of fibers, fiber concentrations in composition, compare the results obtained with level concrete mixing cement and Geopolymers steel reinforced fibre levels. The results showed that fiber glass aggregates can enhance are resistant to compression, flexion, drag and resistance to cracking of concrete Geopolymers.
However, the size of the yarn should be chosen in a reasonable manner meet the design requirements and economic efficiency. vi MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI. i XÁC NHẠN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN. ii LÝ LỊCH KHOA HỌC.
iii LỜI CAM ĐOAN. iv LỜI CẢM ƠN. vii MỤC LỤC .viii DANH MỤC HÌNH ẢNH. ix DANH MỤC BẢNG BIỂU.
x CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu .1 Thực trạng môi trường tự nhiên .2 Thực trạng sản xuất vật liệu xây dựng .3 Phương hướng phát triển vật liệu xây dựng .2 Tình hình nghiên cứu .1 Bê tông geopolymer .2 Nứt và giải pháp kháng nứt cho bê tông.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước .4 Tình hình nghiên cứu trong nước .3 Nhận xét các đề tài.4 Vị trí của đề tài nghiên cứu .5 Mục tiêu của đề tài.6 Phƣơng pháp nghiên cứu .7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 11 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Công nghệ geopolymer .2 Cơ chế hóa học của công nghệ geopolymer tro bay .3 Ảnh hƣởng của thành phần hoạt hóa đến cƣờng độ chịu uốn và kéo gián tiếp của GPC.4 Những ƣu khuyết điểm của GPC .5 Giới thiệu về sợi thủy tinh (Fiber reinforced plastic) .1 Lược sử công nghệ sử dụng công nghệ sợi thủy tinh composite (GFRP ) nói chung .2 Các loại cốt sợi thủy tinh .3 Tính chất của sợi thủy tinh .4 Ứng dụng của sợi thủy tinh trong xây dựng.26 CHƢƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .1 Nguyên vật liệu .2 Dung dịch hoạt hóa .5 Nước pha dung dịch NaOH .6 Sợi thủy tinh .2 Tính toán cấp phối GPC sử dụng sợi thủy tinh .3 Số lƣợng mẫu thí nghiệm .4 Quy trình chế tạo mẫu thí nghiệm .5 Thí nghiệm xác định cƣờng độ bê tông .1 Thí nghiệm nén.2 Thí nghiệm uốn .3 Thí nghiệm ép chẻ .42 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .1 Ảnh hƣởng của sợi gia cƣờng đến cƣờng độ chịu nén của bê tông .1 Ảnh hưởng của sợi thủy tinh đến cường độ chịu nén của GPC và OPC .2 Ảnh hưởng của sợi thủy tinh và sợi thép đến cường độ chịu nén của GPC và OPC .2 Ảnh hƣởng của sợi gia cƣờng đến cƣờng độ chịu uốn của bê tông .1 Ảnh hưởng của sợi thủy tinh đến cường độ chịu uốn của GPC và OPC.2 Ảnh hưởng của sợi thủy tinh và sợi thép đến cường độ chịu uốn của GPC và OPC .3 Ảnh hƣởng của sợi gia cƣờng đến cƣờng độ chịu kéo của bê tông .1 Ảnh hưởng của sợi thủy tinh đến cường độ chịu kéo của GPC và OPC .2 Ảnh hưởng của sợi thủy tinh và sợi thép đến cường độ chịu kéo của GPC và OPC .4 Ứng xử nứt khi uốn. 63 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .2 Hƣớng phát triển của đề tài. 66 ix DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Khói bụi gây ô nhiễm môi trƣờng [3].
2 Hình 1-2: Nứt bê tông. 5 Hình 1-3: Bê tông ứng lực trƣớc. 6 Hình 2-1: Cấu trúc vô định hình của GPC [22]. 12 Hình 2-2: Phản ứng hóa học của quá trình GPC [24],[25].
13 Hình 2-3: Sơ đồ mô phỏng sự hoạt hóa vật liệu alumosilicate [27]. 14 Hình 2-4: Hình ảnh SEM các trạng thái vi hạt của tro bay [28]. 15 Hình 2-5: Mô hình miêu tả kích hoạt kiềm tro [29]. 16 Hình 2-6: Cấu trúc polymer từ quá trình tổng hợp các monomer.
18 Hình 2-7: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng hoạt hóa đến cƣờng độ uốn [18]. 19 Hình 2-8: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng hoạt hóa đến cƣờng độ kéo gián tiếp [18]. 20 Hình 2-9: Ảnh hƣởng của thành phần hoạt hóa đến cƣờng độ chịu uốn (a) và chịu kéo gián tiếp (b) của GPC [18]. 21 Hình 2-10: SEM của bề mặt mẫu sau khi hoạt hóa, độ phóng đại 3000 lần [18].
21 Hình 3-1: Tro bay sử dụng tại phòng thí nghiệm. 28 Hình 3-2: Dung dịch thủy tinh lỏng Na2SiO3. 30 Hình 3-3: NaOH khan và dung dịch NaOH đƣợc pha theo từng loại nồng độ. 30 Hình 3-4: Cát vàng thí nghiệm.
31 Hình 3-5 : Biểu đồ thành phần hạt cát. 32 Hình 3-6: Đá cho thí nghiệm. 33 Hình 3-7: Biểu đồ thành phần hạt đá dăm. 34 Hình 3-8: Nƣớc sạch dùng cho thí nghiệm pha loãng NaOH khan.
34 Hình 3-9: Sợi thủy tinh. 35 Hình 3-10: Sợi thép. 36 Hình 3-11: Bê tông sau khi nhào trộn. 39 Hình 3-12: Các mẫu bê tông sau khi nhào trộn.
40 Hình 3-13: Các mẫu bê tông sau khi dƣỡng hộ nhiệt. 40 Hình 3-14: Thí nghiệm nén mẫu bê tông. 41 Hình 3-15: Thí nghiệm uốn mẫu bê tông. 42 x Hình 3-16: Thí nghiệm ép chẻ bê tông.
42 Hình 4-1: Cƣờng độ chịu nén của cấp phối GPC và OPC sử dụng sợi thủy tinh kích thƣớc 5cm. 44 Hình 4-2: Cƣờng độ chịu nén của cấp phối GPC và OPC sử dụng sợi thủy tinh kích thƣớc 3 cm. 45 Hình 4-3: Cƣờng độ chịu nén của cấp phối GPC và OPC sử dụng sợi thủy tinh kích thƣớc 3 cm. 46 Hình 4-4: Hình ảnh so sánh tƣơng quan thể tích sợi thủy tinh so với thể tích mẫu.
46 Hình 4-5: Cƣờng độ chịu nén của cấp phối GPC sợi thủy tinh kích thƣớc 5cm và GPC sợi thép. 47 Hình 4-6: Cƣờng độ chịu nén của cấp phối GPC sợi thủy tinh kích thƣớc 3cm và GPC sợi thép. 48 Hình 4-7: Cƣờng độ chịu nén của cấp phối GPC sợi thủy tinh kích thƣớc 5 cm và OPC sợi thép. 49 Hình 4-8: Cƣờng độ chịu uốn của cấp phối GPC và OPC sợi thủy tinh kích thƣớc 5 cm.
51 Hình 4-9: Cƣờng độ chịu uốn của cấp phối GPC và OPC sợi thủy tinh kích thƣớc 3 cm. 52 Hình 4-10: Cƣờng độ chịu uốn của cấp phối GPC của sợi thủy tinh kích thƣớc 5 cm và 3 cm. 53 Hình 4-11: Cƣờng độ chịu uốn của cấp phối GPC sợi thủy tinh kích thƣớc 5cm và GPC sợi thép. 54 Hình 4-12: Cƣờng độ chịu uốn của cấp phối GPC sợi thủy tinh kích thƣớc 3 cm và OPC sợi thép.
55 Hình 4-13: Cƣờng độ chịu uốn của cấp phối GPC sợi thủy tinh kích thƣớc 5cm và OPC sợi thép. 56 Hình 4-14: Cƣờng độ chịu kéo của cấp phối GPC và OPC của sợi thủy tinh kích thƣớc 5 cm. 58 Hình 4-15: Cƣờng độ chịu uốn của cấp phối GPC và OPC của sợi thủy tinh kích thƣớc 3 cm. 59 xi Hình 4-16: Cƣờng độ chịu kéo của cấp phối GPC sử dụng sợi thủy tinh kích thƣớc 5 cm và 3 cm.
60 Hình 4-17: Cƣờng độ chịu kéo của cấp phối GPC sợi thủy tinh kích thƣớc 5cm và GPC sợi thép. 61 Hình 4-18: Cƣờng độ chịu kéo của cấp phối GPC sợi thủy tinh kích thƣớc 3 cm và GPC sợi thép .