Nghiên cứu tăng cường khả năng chống ăn mòn cho bê tông geopolymer bằng silicafume

Luận văn thạc sĩ môi trường nghiên cứu hcmute nghiên cứu tăng cường khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit cho bê tông geopolymer, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Trương Thanh Hùng
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Đức Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Tăng Cường Khả Năng Chống Ăn Mòn Trong Môi Trường Axit Cho Bê Tông Geopolymer Bằng Silicafume
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
• 1.2. Ảnh hưởng môi trường
• 1.3. Bê tông geopolymer
• 1.4. Các giải pháp chống ăn mòn bê tông
• 1.5. Tình hình nghiên cứu
• 1.5.1. Nghiên cứu trên thế giới
• 1.5.2. Nghiên cứu trong nước
• 1.5.3. Nhận xét tình hình nghiên cứu
• 1.6. Nội dung của đề tài nghiên cứu
• 1.7. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.8. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.9. Phương pháp nghiên cứu
• 1.10. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Dung dịch hoạt hóa (Alkaline)
• 2.1.1. Dung dịch sodium hydroxit (NaOH)
• 2.1.2. Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3)
• 2.1.3. Nước pha dung dịch NaOH
• 2.2. Quá trình Geopolymer hóa
• 2.2.1. Cơ chế hóa học của công nghệ geopolymer sử dụng tro bay
• 2.2.2. Ảnh hưởng của cấu trúc geopolymer đến cường độ bê tông
• 2.3. Các môi trường ăn mòn
• 2.3.1. Cơ chế của quá trình ăn mòn
• 2.3.1.1. Ăn mòn bê tông trong nước có chứa ion sulfate
• 2.3.1.2. Sự xâm nhập của ion clorua
• 2.3.2. Ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển
• 2.3.3. Ăn mòn của nước thải công nghiệp
• 2.4. Phụ gia Silica fume
• 2.4.1. Khái quát quá trình hình thành
• 2.4.2. Các đặc trưng lý hoá của silica fume
• 2.4.3. Cơ chế của quá trình hoạt động
• 2.4.4. Ảnh hưởng của silica fume đến các tính chất của bê tông
• 2.4.5. Ưu điểm việc sử dụng Silicafume trong bê tông
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• 3.1. Nguyên vật liệu
• 3.2. Dung dịch Sodium Hydroxyde (NaOH)
• 3.3. Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3)
• 3.4. Cốt liệu cát vàng
• 3.5. Thành phần cấp phối
• 3.5.1. Thành phần cấp phối
• 3.5.2. Phương pháp xác định thành phần cấp phối
• 3.6. Phương pháp thí nghiệm
• 3.6.1. Phương pháp tạo mẫu
• 3.6.2. Nhào trộn và đúc mẫu
• 3.6.3. Dưỡng hộ nhiệt và ngâm hóa chất
• 3.6.4. Cường độ chịu nén bê tông
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Kiểm tra tổng thể bằng trực quan
• 4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng silicafume đến cường độ chịu nén
• 4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng silicafume thay thế tro bay và thời gian ngâm mẫu đến cường độ chịu nén của mẫu
• 4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng silicafume thay thế tro bay và thời gian ngâm mẫu đến độ thay đổi khối lượng của mẫu
• 4.5. Cường độ chịu nén của cấp phối CP1, CP3 theo thời gian ngâm trong môi trường dung dịch H2SO4 và HCl 10%
• 4.6. Độ thay đổi khối lượng của cấp phối CP1 (0%SF), CP3 (10%SF) theo thời gian ngâm trong môi trường dung dịch H2SO4 và HCl 10%
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển đề tài
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bê tông geopolymer

Bê tông geopolymer là một loại vật liệu xây dựng không sử dụng xi măng Portland mà thay vào đó là chất kết dính kiềm hoạt hóa từ các nguồn nguyên liệu có chứa silic và nhôm. Vật liệu này được phát triển từ những năm 1970 và đã chứng minh được khả năng chống ăn mòn tốt trong môi trường axit. Việc sử dụng bê tông geopolymer không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tận dụng các phế phẩm công nghiệp như tro bay, góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên. Đặc biệt, nghiên cứu cho thấy bê tông geopolymer có khả năng duy trì cường độ chịu nén cao hơn so với bê tông truyền thống khi tiếp xúc với các dung dịch axit như H2SO4 và HCl.

1.1. Tính chất của bê tông geopolymer

Bê tông geopolymer có nhiều ưu điểm nổi bật như khả năng chống ăn mòn, độ bền cao và tính thân thiện với môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi sử dụng silicafume trong thành phần bê tông geopolymer, khả năng chống ăn mòn của vật liệu này được cải thiện đáng kể. Cụ thể, bê tông geopolymer với hàm lượng silicafume từ 5% đến 15% cho thấy cường độ chịu nén tăng lên trong các dung dịch axit, cho thấy sự hình thành các sản phẩm khó bị tác động bởi hóa chất. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng bê tông geopolymer trong các công trình xây dựng chịu tác động của môi trường khắc nghiệt.

II. Tác động của môi trường axit đến bê tông

Môi trường axit là một trong những yếu tố chính gây ra sự ăn mòn bê tông. Khi bê tông tiếp xúc với các dung dịch axit như H2SO4 và HCl, các phản ứng hóa học xảy ra làm giảm cường độ và độ bền của vật liệu. Khả năng chống ăn mòn của bê tông geopolymer được cải thiện nhờ vào cấu trúc hóa học đặc biệt của nó, giúp tạo ra các liên kết Si-O-Al bền vững. Nghiên cứu cho thấy rằng, bê tông geopolymer có thể duy trì cường độ chịu nén tốt hơn so với bê tông truyền thống trong môi trường axit, nhờ vào việc sử dụng silicafume như một phụ gia. Điều này chứng tỏ rằng việc cải thiện khả năng chống ăn mòn cho bê tông geopolymer là một giải pháp hiệu quả cho các công trình xây dựng trong điều kiện khắc nghiệt.

2.1. Cơ chế ăn mòn trong môi trường axit

Ăn mòn bê tông trong môi trường axit diễn ra qua nhiều cơ chế khác nhau. Khi bê tông tiếp xúc với axit, các ion H+ từ dung dịch axit xâm nhập vào cấu trúc bê tông, làm phá hủy các liên kết hóa học giữa các thành phần trong bê tông. Điều này dẫn đến sự suy giảm cường độ và độ bền của bê tông. Nghiên cứu cho thấy rằng, bê tông geopolymer có khả năng chống lại sự xâm nhập của các ion này tốt hơn nhờ vào cấu trúc mạng lưới bền vững của nó. Việc sử dụng silicafume không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn tạo ra một lớp bảo vệ cho bê tông, giúp giảm thiểu tác động của môi trường axit.

III. Giải pháp nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông geopolymer

Để nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông geopolymer, việc tối ưu hóa thành phần vật liệu là rất quan trọng. Sử dụng silicafume với tỷ lệ phù hợp trong hỗn hợp bê tông có thể tạo ra các sản phẩm geopolymer hóa có khả năng chống lại sự xâm nhập của hóa chất. Nghiên cứu cho thấy rằng, bê tông geopolymer với 10% silicafume có khả năng chống ăn mòn tốt nhất, duy trì cường độ chịu nén cao hơn so với các cấp phối khác. Điều này cho thấy rằng việc cải tiến thành phần vật liệu là một trong những phương pháp hiệu quả để nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông geopolymer trong môi trường axit.

3.1. Phương pháp cải tiến vật liệu

Phương pháp cải tiến vật liệu bao gồm việc điều chỉnh tỷ lệ các thành phần trong hỗn hợp bê tông geopolymer. Việc sử dụng các phụ gia như silicafume không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ học mà còn tăng cường khả năng chống ăn mòn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa tỷ lệ silicafume trong bê tông geopolymer có thể tạo ra một sản phẩm có độ bền cao hơn, phù hợp cho các công trình xây dựng trong môi trường khắc nghiệt. Điều này không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại hóa, ngành xây dựng tại Việt Nam phát triển nhanh chóng, kéo theo nhu cầu sử dụng xi măng tăng cao. Ước tính đến năm 2020, tiêu thụ xi măng của cả nước đạt khoảng 95 triệu tấn/năm. Tuy nhiên, quá trình sản xuất xi măng truyền thống gây ra lượng lớn khí thải CO2, chiếm khoảng 7% tổng lượng CO2 toàn cầu, đồng thời tiêu hao năng lượng và tài nguyên thiên nhiên đáng kể. Bên cạnh đó, các nhà máy nhiệt điện than thải ra khoảng 29 triệu tấn tro xỉ mỗi năm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lý hiệu quả.

Trước thực trạng này, bê tông geopolymer được nghiên cứu như một giải pháp vật liệu xanh thay thế xi măng Portland truyền thống. Bê tông geopolymer sử dụng các phụ phẩm công nghiệp như tro bay làm nguyên liệu chính, không sử dụng xi măng, giúp giảm phát thải khí nhà kính và tận dụng nguồn phế thải công nghiệp. Tuy nhiên, bê tông geopolymer cũng chịu ảnh hưởng bởi các tác nhân ăn mòn trong môi trường axit, đặc biệt là trong các công trình tiếp xúc với hóa chất như ống cống, bể chứa hóa chất, nhà máy xử lý nước thải.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tăng cường khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit HCl và H2SO4 cho bê tông geopolymer bằng cách sử dụng phụ gia silicafume thay thế một phần tro bay. Nghiên cứu tập trung vào đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng silicafume (từ 0 đến 15%) đến cường độ chịu nén và khả năng chống ăn mòn của bê tông geopolymer trong các dung dịch axit với nồng độ 5% và 10%. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2019, với các mẫu bê tông kích thước 100x200 mm được dưỡng hộ nhiệt và ngâm trong dung dịch axit theo các mốc thời gian 0, 30, 60, 90 và 120 ngày.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xây dựng thân thiện môi trường, nâng cao tuổi thọ công trình trong điều kiện khắc nghiệt, đồng thời góp phần giảm thiểu lượng phế thải công nghiệp và khí thải gây hiệu ứng nhà kính.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết về bê tông geopolymer, một loại vật liệu kết dính vô cơ tổng hợp từ các nguyên liệu giàu oxit silic và oxit nhôm như tro bay, được kích hoạt bằng dung dịch kiềm (sodium hydroxide NaOH và sodium silicate Na2SiO3). Quá trình geopolymer hóa diễn ra qua các bước hòa tan, định hướng và đóng rắn các ion Si4+ và Al3+ trong môi trường kiềm, tạo thành mạng lưới polymer vô định hình Si-O-Al có cấu trúc ba chiều bền vững.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Tro bay (Fly Ash): Phế phẩm từ nhà máy nhiệt điện than, chứa các hạt aluminosilicate có kích thước nhỏ, là nguyên liệu chính cho bê tông geopolymer.
• Dung dịch hoạt hóa kiềm: Hỗn hợp NaOH và Na2SiO3 dùng để kích hoạt phản ứng geopolymer hóa.
• Silicafume: Phụ gia công nghiệp có kích thước hạt rất nhỏ, chứa SiO2 cao, giúp tăng mật độ và cải thiện khả năng chống ăn mòn của bê tông.
• Ăn mòn bê tông trong môi trường axit: Quá trình phá hủy cấu trúc bê tông do tác động của các ion H+, SO42-, Cl- trong dung dịch axit, làm giảm cường độ và độ bền của vật liệu.

Lý thuyết về cơ chế ăn mòn bê tông trong môi trường axit được xem xét kỹ lưỡng, trong đó ion H+ và các ion sunfat gây phá hủy liên kết polymer, tạo ra các vết nứt và làm giảm khả năng chịu lực của bê tông. Silicafume được sử dụng nhằm lấp đầy các lỗ rỗng, tăng cường cấu trúc vi mô, từ đó nâng cao khả năng chống ăn mòn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, sử dụng các nguyên vật liệu chính gồm tro bay loại F, dung dịch sodium hydroxide (NaOH), dung dịch sodium silicate (Na2SiO3), cốt liệu cát vàng và phụ gia silicafume với hàm lượng thay thế tro bay từ 0% đến 15%.

• Cỡ mẫu: Mẫu bê tông hình trụ kích thước 100x200 mm.
• Phương pháp chọn mẫu: Các cấp phối bê tông geopolymer được chuẩn bị với tỷ lệ silicafume thay thế tro bay lần lượt là 0%, 5%, 10%, 15%.
• Quy trình tạo mẫu: Sau khi trộn, mẫu được đúc và tĩnh định 48 giờ, sau đó dưỡng hộ nhiệt ở 80°C trong 10 giờ và tiếp tục tĩnh định 24 giờ.
• Phương pháp thí nghiệm: Mẫu được ngâm trong dung dịch axit H2SO4 và HCl với nồng độ 5% và 10% trong các khoảng thời gian 0, 30, 60, 90, 120 ngày. Sau mỗi mốc thời gian, mẫu được đo kích thước, cân khối lượng và thử cường độ chịu nén.
• Phân tích dữ liệu: Sử dụng phương pháp so sánh cường độ chịu nén và thay đổi khối lượng giữa các cấp phối và thời gian ngâm để đánh giá khả năng chống ăn mòn. Các kết quả được biểu diễn qua biểu đồ cường độ và khối lượng theo thời gian.

Phương pháp phân tích được lựa chọn nhằm đánh giá chính xác ảnh hưởng của silicafume đến khả năng chống ăn mòn của bê tông geopolymer trong môi trường axit, đồng thời đảm bảo tính khách quan và khả năng áp dụng thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của hàm lượng silicafume đến cường độ chịu nén:
   Bê tông geopolymer có hàm lượng silicafume từ 5% đến 15% thay thế tro bay đều cho thấy xu hướng tăng cường độ chịu nén trong môi trường axit H2SO4 và HCl với nồng độ 5% và 10%. Cường độ chịu nén của mẫu chứa 10% silicafume đạt mức cao nhất, tăng khoảng 12-15% so với mẫu đối chứng không có silicafume sau 90 ngày ngâm.

2. Khả năng duy trì cường độ theo thời gian ngâm:
   Sau 90 ngày ngâm trong dung dịch axit, mẫu bê tông geopolymer có silicafume duy trì cường độ chịu nén cao hơn từ 8% đến 10% so với mẫu không sử dụng phụ gia. Điều này chứng tỏ silicafume giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn và giữ vững tính cơ học của bê tông trong môi trường axit.

3. Thay đổi khối lượng mẫu theo thời gian:
   Mẫu bê tông geopolymer chứa silicafume có mức giảm khối lượng thấp hơn đáng kể so với mẫu đối chứng khi ngâm trong dung dịch H2SO4 và HCl 10%. Sau 120 ngày, khối lượng mẫu chứa 10% silicafume giảm khoảng 3%, trong khi mẫu không có silicafume giảm tới 6%, cho thấy khả năng chống xâm thực tốt hơn.

4. Hiệu quả tối ưu của hàm lượng silicafume 10%:
   Kết quả tổng hợp cho thấy hàm lượng silicafume 10% là mức tối ưu để tăng cường khả năng chống ăn mòn và duy trì cường độ chịu nén của bê tông geopolymer trong môi trường axit. Hàm lượng cao hơn 15% không mang lại cải thiện đáng kể và có thể ảnh hưởng đến tính đồng nhất của hỗn hợp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tăng cường khả năng chống ăn mòn là do silicafume có kích thước hạt rất nhỏ, giúp lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu trúc bê tông geopolymer, làm tăng mật độ và giảm sự xâm nhập của các ion H+, SO42-, Cl- gây ăn mòn. Quá trình geopolymer hóa tạo ra các sản phẩm gel aluminosilicate bền vững, khó bị phân hủy trong môi trường axit.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của các nhà khoa học quốc tế về vai trò của silicafume trong việc cải thiện tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của bê tông. Đồng thời, nghiên cứu cũng bổ sung thêm bằng chứng thực nghiệm trong điều kiện môi trường axit với nồng độ cao, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự thay đổi cường độ chịu nén và khối lượng mẫu theo thời gian ngâm trong các dung dịch axit, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của silicafume trong việc bảo vệ bê tông geopolymer.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hàm lượng silicafume 10% trong sản xuất bê tông geopolymer:
   Khuyến nghị các nhà sản xuất vật liệu xây dựng sử dụng silicafume thay thế 10% tro bay để tối ưu hóa khả năng chống ăn mòn và tăng cường độ chịu nén, đặc biệt cho các công trình tiếp xúc với môi trường axit. Thời gian áp dụng dự kiến trong vòng 1-2 năm.

2. Phát triển công nghệ dưỡng hộ nhiệt phù hợp:
   Đề xuất áp dụng quy trình dưỡng hộ nhiệt ở 80°C trong 10 giờ và tĩnh định 24 giờ để đảm bảo quá trình geopolymer hóa diễn ra hiệu quả, nâng cao chất lượng sản phẩm bê tông geopolymer. Chủ thể thực hiện là các nhà máy sản xuất bê tông.

3. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng trong các công trình công nghiệp:
   Khuyến khích các đơn vị thi công và quản lý công trình áp dụng bê tông geopolymer có silicafume trong các công trình như ống cống, bể chứa hóa chất, nhà máy xử lý nước thải nhằm tăng tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì. Thời gian triển khai trong 3-5 năm tới.

4. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ:
   Đề xuất tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo về công nghệ bê tông geopolymer và vai trò của silicafume cho kỹ sư xây dựng, nhà quản lý dự án nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng áp dụng vật liệu xanh này. Chủ thể thực hiện là các trường đại học và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng:
   Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về vật liệu bê tông geopolymer, cơ chế chống ăn mòn và ứng dụng silicafume, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển vật liệu xây dựng xanh.

2. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình:
   Thông tin về khả năng chống ăn mòn và cường độ chịu nén của bê tông geopolymer giúp kỹ sư lựa chọn vật liệu phù hợp cho các công trình làm việc trong môi trường axit hoặc hóa chất.

3. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng:
   Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển sản phẩm bê tông geopolymer thân thiện môi trường, nâng cao chất lượng và tính cạnh tranh trên thị trường.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách:
   Luận văn góp phần định hướng phát triển vật liệu xây dựng xanh, giảm phát thải khí nhà kính và xử lý phế thải công nghiệp, hỗ trợ xây dựng các chính sách phát triển bền vững ngành xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông geopolymer là gì và khác gì so với bê tông truyền thống?
   Bê tông geopolymer là loại bê tông không sử dụng xi măng Portland mà dùng chất kết dính vô cơ polymer hóa từ nguyên liệu giàu oxit silic và nhôm như tro bay, kích hoạt bằng dung dịch kiềm. Nó thân thiện môi trường hơn do giảm phát thải CO2 và tận dụng phế thải công nghiệp.

2. Tại sao sử dụng silicafume trong bê tông geopolymer?
   Silicafume có kích thước hạt rất nhỏ và hàm lượng SiO2 cao, giúp lấp đầy các lỗ rỗng trong bê tông, tăng mật độ, cải thiện cường độ chịu nén và khả năng chống ăn mòn, đặc biệt trong môi trường axit.

3. Khả năng chống ăn mòn của bê tông geopolymer có tốt hơn bê tông xi măng không?
   Theo nghiên cứu, bê tông geopolymer có khả năng chống ăn mòn tốt hơn bê tông xi măng truyền thống, đặc biệt khi sử dụng phụ gia silicafume, giúp duy trì cường độ và giảm mất khối lượng khi tiếp xúc với axit.

4. Ứng dụng thực tế của bê tông geopolymer có silicafume là gì?
   Vật liệu này phù hợp cho các công trình làm việc trong môi trường khắc nghiệt như ống cống, bể chứa hóa chất, nhà máy xử lý nước thải công nghiệp và nông nghiệp, nhà máy sản xuất phân bón.

5. Quy trình dưỡng hộ nhiệt ảnh hưởng thế nào đến chất lượng bê tông geopolymer?
   Dưỡng hộ nhiệt ở 80°C trong 10 giờ giúp tăng tốc quá trình geopolymer hóa, tạo cấu trúc mạng polymer chắc chắn, nâng cao cường độ và khả năng chống ăn mòn của bê tông.

Kết luận

• Bê tông geopolymer sử dụng phụ gia silicafume thay thế tro bay từ 5% đến 15% cải thiện đáng kể cường độ chịu nén và khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit H2SO4 và HCl.
• Hàm lượng silicafume 10% được xác định là mức tối ưu cho hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.
• Quá trình dưỡng hộ nhiệt ở 80°C trong 10 giờ và tĩnh định 24 giờ là điều kiện lý tưởng để phát triển cấu trúc geopolymer bền vững.
• Kết quả nghiên cứu phù hợp ứng dụng trong các công trình công nghiệp chịu tác động hóa chất như ống cống, bể chứa hóa chất, nhà máy xử lý nước thải.
• Đề xuất triển khai áp dụng và nghiên cứu mở rộng trong 1-5 năm tới nhằm phát triển vật liệu xây dựng xanh, bền vững và thân thiện môi trường.

Luận văn góp phần bổ sung kiến thức khoa học về vật liệu geopolymer, đồng thời cung cấp giải pháp thực tiễn cho ngành xây dựng và bảo vệ môi trường. Các đơn vị nghiên cứu, sản xuất và quản lý công trình được khuyến khích áp dụng kết quả để nâng cao hiệu quả và tuổi thọ công trình trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG THANH HÙNG NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CHO BÊ TÔNG GEOPOLYMER BẰNG SILICAFUME NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP SKC006278 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢƠNG THANH HÙNG MSHV: 1780817 NGHIÊN CỨU TĂNG CƢỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN TRONG MÔI TRƢỜNG AXIT CHO BÊ TÔNG GEOPOLYMER BẰNG SILICAFUME NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hƣớng dẫn khoa học: PGS. PHAN ĐỨC HÙNG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢƠNG THANH HÙNG MSHV: 1780817 NGHIÊN CỨU TĂNG CƢỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN TRONG MÔI TRƢỜNG AXIT CHO BÊ TÔNG GEOPOLYMER BẰNG SILICAFUME NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hướng dẫn khoa học: PGS. PHAN ĐỨC HÙNG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6/2019 Luan van i Luan van ii Luan van iii Luan van iv Luan van v Luan van vi Luan van vii Luan van viii Luan van 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 chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.HCM, ngày 17 tháng 6 năm 2019 Trƣơng Thanh Hùng ix Luan van CẢM TẠ Sau hai năm học tập và nghiên cứu luận văn Thạc sĩ ngành kỹ thuật xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, được sự tận tình quan tâm, giảng dạy của quý Thầy , Cô giúp cho tác giả có được kiến thức để hoàn thành luận văn như ngày hôm nay. Trước tiên, tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, phòng Đào tạo sau đại học cùng toàn thể quý Thầy, Cô của khoa Xây dựng và Cơ học Ứng dụng đã rất tâm huyết giảng dạy, truyền đạt những kiến thức vô cùng quý giá trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Đặc biệt là Thầy PGS. Phan Đức Hùng, tác giả vô cùng biết ơn sâu sắc.

Vì Thầy đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo tôi xây dựng ý tưởng của đề tài ngay từ buổi ban đầu, để từ đó định hướng tên đề tài nghiên cứu cho phù hợp. Trong quá trình thực hiện Thầy thường xuyên quan tâm, giúp đỡ, hỗ trợ và truyền đạt hết tất cả những kinh nghiệm, những kiến thức trong và ngoài nước để làm hành trang cho tôi hoàn thành luận văn này. Quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn rất kỹ lưỡng, cùng sự hỗ trợ hướng dẫn của quý Thầy, tuy nhiên luận văn không tránh những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự góp ý kiến của quý Thầy, Cô để luận văn tôi hoàn thiện tốt hơn.HCM, ngày 17 tháng 6 năm 2019 Trƣơng Thanh Hùng x Luan van TÓM TẮT Luận văn là sự nối tiếp các công trình nghiên cứu trước đây và nhằm hiểu rõ hơn về một vật liệu geopolymer xanh có đặc tính kỹ thuật rất tốt, có khả năng chống ăn mòn theo thời gian khi tiếp xúc với axit bằng silicafume và mong muốn nó sẽ là vật liệu phát triển mạnh mẽ sau này.

Ngoài tính thân thiện với môi trường do không sử dụng xi măng để làm nguyên vật liệu mà sử dụng các phụ phẩm của ngành công nghiệp như tro bay từ nhà máy nhiệt điện. Đề tài sử dụng bốn cấp phối bê tông geopolymer có hàm lượng silicafume từ 0 đến 15%. Các cấp phối bê tông Geopolymer được đúc với kích thước 100x200mm, sau khi tĩnh định 48 giờ sẽ được tháo khuôn và dưỡng hộ nhiệt ở 800C trong 10 giờ và tĩnh định trong 24 giờ tiếp theo. Các mẫu được đo kích thước và cân lấy số liệu ban đầu trước khi ngâm hóa chất H2SO4, HCl với nồng độ lần lượt là 5% và 10%, nhằm thực hiện các chỉ tiêu để đánh giá khả năng chống ăn mòn theo thời gian.

Sau các mốc thời gian 0 ngày (chưa ngâm hóa chất), 30 ngày, 60 ngày, 90 ngày, 120 ngày, ngâm mẫu với hóa chất bê tông Geopolymer được lấy ra đo lại kích thước, cân xác định khối lượng và nén để xác định cường độ chịu nén của mẫu theo thời gian tiếp xúc các loại dung dịch hóa chất gây ăn mòn. Cường độ chịu nén của bê tông geopolymer hàm lượng từ 5 đến 15% silicafume thay thế tro bay đều có khuynh hướng tăng trong các dung dịch axit H2SO4 5%, H2SO4 10%, HCl 5%, HCl 10%. Kết quả thí nghiệm sau 90 ngày ngâm mẫu cho thấy khả năng duy trì cường độ chịu nén cao hơn so với bê tông geopolymer thông thường và khối lượng của mẫu bê tông geopolymer hàm lượng từ 5 đến 15% silicafume thay thế tro bay khi ngâm trong các dung dịch trên đều có khuynh hướng giảm ít hơn, điều này cho thấy bê tông geopolymer sử dụng hàm lượng silicafume thay thế tro bay hình thành dựa trên quá trình geopolymer hóa tạo ra các sản phẩm khó bị tác động bởi hóa chất. Trong các kết quả nghiên cứu, chỉ có bê tông geopolymer sử dụng 10% hàm lượng silicafume đạt cường độ và khả năng chống ăn mòn tốt hơn.

Kết quả nghiên cứu này rất phù hợp cho các công trình làm việc trong điều kiện khắc xi Luan van nghiệt như ống cống, ống nước thải công – nông nghiệp, bể chứa hóa chất, nhà máy sản xuất phân bón. xii Luan van ABSTRACT The current thesis is a continuation of previous studies and aims to better the understanding of a green geopolymer material with good technical properties, good corrosion resistance over time when being exposed to acid by silicafume and it is also expected to be a well-perfomed material in the future. In addition to being environmentally friendly and not using cement to make materials, instead industrial by-products such as fly ash from a thermal power plant are used. The topic uses four levels of geopolymer concrete with silicafume content containing from 0 to 15%.

Geopolymer concrete mixtures are molded in 100x200mm dimensions, and after 48 hours static, the mold will be removed and thermally cured at 800C for 10 hours and fixed for the next 24 hours. Samples were measured in size and weighed to take the initial data before soaking H2SO4, HCl with concentrations of 5% and 10%, in order to carry out the criteria to evaluate the corrosion resistance over time. After the timetines of 0-day (not soaked with chemicals), 30 days, 60 days, 90 days, 120 days, soaking samples with Geopolymer concrete chemicals were re-measured, weighed and compressed to identify the compressive strength of the sample over the time of contacting with corrosive chemical solutions. The compressive strength of geopolymer concrete from 5 to 15% silicafume substitutes for fly ash all tends to increase in 5% H2SO4, 10% H2SO4, 5% HCl, 10% HCl.

Experimental results after 90 days of immersion show that the ability to maintain compressive strength is higher than that of conventional geopolymer concrete and the volume of geopolymer concrete samples containing from 5 to 15% of silicafume replacing fly ash when soaking all of these solutions tend to decrease less, suggesting that geopolymer concrete uses silicafume substitutes for fly ash based on geopolymerization to produce products that are difficult to be affected by chemicals. In the results of the study, only geopolymer concrete using 10% of the silica content achieves the best strength and corrosion resistance. The results of this study is very xiii Luan van suitable for works in harsh conditions such as sewer pipes, industrial - agricultural waste water pipes, chemical storage tanks, fertilizer production plants. xiv Luan van MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ix CẢM TẠ. xi MỤC LỤC. i MỤC LỤC HÌNH. v MỤC LỤC BẢNG.

vii Chƣơng 1: TỔNG QUAN. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu. Ảnh hưởng môi trường. Bê tông geopolymer:.

Các giải pháp chống ăn mòn bê tông .2 Tình hình nghiên cứu. Nghiên cứu trên thế giới.2 Nghiên cứu trong nước .3 Nhận xét tình hình nghiên cứu .4 Nội dung của đề tài nghiên cứu .5 Mục tiêu nghiên cứu .6 Nhiệm vụ nghiên cứu .7 Phương pháp nghiên cứu .8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu. 11 i Luan van Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Dung dịch hoạt hóa (Alkaline) .1 Dung dịch sodium hydroxit (NaOH) .2 Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3).

Nước pha dung dịch NaOH. Quá trình Geopolymer hóa. Cơ chế hóa học của công nghệ geopolymer sử dụng tro bay. Ảnh hưởng của cấu trúc geopolymer đến cường độ bê tông .1 Các môi trường ăn mòn.2 Cơ chế của quá trình ăn mòn.1 Ăn mòn bê tông trong nước có chứa ion sulfate .2 Sự xâm nhập của ion clorua .3 Ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển .4 Ăn mòn của nước thải công nghiệp.

Phụ gia Silica fume .1 Khái quát quá trình hình thành .2 Các đặc trưng lý hoá của silica fume. 30 ii Luan van 2.3 Cơ chế của quá trình hoạt động.4 Ảnh hưởng của silica fume đến các tính chất của bê tông .5 Ưu điểm việc sử dụng Silicafume trong bê tông. 33 Chƣơng 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .1 Nguyên vật liệu .2 Dung dịch Sodium Hydroxyde (NaOH) .3 Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3) .4 Cốt liệu cát vàng .2 Thành phần cấp phối .1 Thành phần cấp phối .2 Phương pháp xác định thành phần cấp phối .3 Phương pháp thí nghiệm .1 Phương pháp tạo mẫu.2 Nhào trộn và đúc mẫu .3 Dưỡng hộ nhiệt và ngâm hóa chất .4 Cường độ chịu nén bê tông. 49 Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Kiểm tra tổng thể bằng trực quan.

51 iii Luan van 4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng silicafume đến cường độ chịu nén .3 Ảnh hưởng của hàm lượng silicafume thay thế tro bay và thời gian ngâm mẫu đến cường độ chịu nén của mẫu .4 Ảnh hưởng của hàm lượng silicafume thay thế tro bay và thời gian ngâm mẫu đến độ thay đổi khối lượng của mẫu .5 Cường độ chịu nén của cấp phối CP1, CP3 theo thời gian ngâm trong môi trường dung dịch H2SO4 và HCl 10% .6 Độ thay đổi khối lượng của cấp phối CP1 (0%SF), CP3 (10%SF) theo thời gian ngâm trong môi trường dung dịch H2SO4 và HCl 10%. 70 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .2 Hướng phát triển đề tài. 74 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 76 iv Luan van MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Nhà máy xi măng Vạn Ninh trong một lần xả khói bụi [1] .2 Khí thải từ các nhà máy nhiệt điện than gây ô nhiễm môi trường [2] .3 Ăn mòn bê tông cốt thép [4] .1 Sơ đồ hình thành Geopolymer 17 Hình 2.