Nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông geopolymer trong môi trường axit

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

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.

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