I. Tổng quan
Nghiên cứu về tro bay và bột xỉ thép trong bê tông geopolymer đã trở thành một chủ đề quan trọng trong ngành xây dựng hiện đại. Sự cần thiết của đề tài này xuất phát từ việc khai thác tài nguyên thiên nhiên đang diễn ra với tốc độ nhanh hơn khả năng tái tạo của chúng. Theo thống kê, sản xuất xi măng thải ra khoảng 1,35 tỷ tấn khí CO2 mỗi năm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Việc sử dụng tro bay và xỉ thép không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tận dụng nguồn phế phẩm từ các ngành công nghiệp. Đề tài này nhằm mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bột xỉ thép đến các tính chất cơ lý của bê tông geopolymer, từ đó phát triển các sản phẩm xây dựng bền vững.
1.1. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
Sự gia tăng tiêu thụ tài nguyên thiên nhiên và ô nhiễm môi trường đã đặt ra yêu cầu cấp thiết cho việc phát triển các vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường. Tro bay và xỉ thép là những phế phẩm có thể được sử dụng để sản xuất bê tông geopolymer, giúp giảm thiểu lượng chất thải và tiết kiệm nguyên liệu. Việc nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn mang lại lợi ích thực tiễn cho ngành xây dựng, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
1.2. Tình hình nghiên cứu
Nghiên cứu về bê tông geopolymer đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tro bay và xỉ thép có thể cải thiện tính chất cơ lý của bê tông geopolymer. Các tác giả như J. Davidovits và Rangan đã trình bày các phương pháp sản xuất và ứng dụng của bê tông geopolymer. Tại Việt Nam, công nghệ này cũng đã được áp dụng để tận dụng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện, cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển vật liệu xây dựng bền vững.
II. Cơ sở lý thuyết
Công nghệ geopolymer được phát triển dựa trên nguyên lý polymer hóa các nguyên liệu aluminosilicate trong môi trường kiềm. Tro bay và xỉ thép là hai nguyên liệu chính trong quá trình này. Tro bay cung cấp silica và alumina cần thiết cho phản ứng, trong khi xỉ thép không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn của bê tông geopolymer. Nghiên cứu này sẽ phân tích cơ chế phản ứng và ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ dung dịch NaOH và tỷ lệ xỉ/tro đến các tính chất cơ lý của bê tông geopolymer.
2.1. Công nghệ Geopolymer
Công nghệ geopolymer đã được giới thiệu lần đầu tiên bởi giáo sư Joseph Davidovits vào năm 1979. Theo ông, bất kỳ nguyên liệu nào chứa silica và alumina đều có thể được sử dụng để tạo ra vật liệu geopolymer. Quá trình này diễn ra trong môi trường kiềm, thường sử dụng dung dịch NaOH hoặc KOH. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tro bay trong bê tông geopolymer không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
2.2. Nguyên vật liệu
Nguyên liệu chính trong nghiên cứu này bao gồm tro bay và xỉ thép. Tro bay được thu thập từ các nhà máy nhiệt điện, trong khi xỉ thép được nghiền mịn để sử dụng trong bê tông geopolymer. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thay thế một phần tro bay bằng xỉ thép có thể cải thiện đáng kể cường độ chịu nén và độ bền của bê tông geopolymer. Việc sử dụng các nguyên liệu này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
III. Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ giữa tro bay và xỉ thép có ảnh hưởng lớn đến các tính chất cơ lý của bê tông geopolymer. Cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn và cường độ chịu kéo đều tăng khi tỷ lệ xỉ/tro được tối ưu hóa. Các mẫu bê tông được dưỡng hộ trong điều kiện nhiệt độ và thời gian khác nhau cũng cho thấy sự khác biệt rõ rệt về cường độ. Điều này chứng tỏ rằng việc nghiên cứu và điều chỉnh tỷ lệ nguyên liệu là rất quan trọng trong việc phát triển bê tông geopolymer chất lượng cao.
3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH
Nồng độ dung dịch NaOH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình geopolymer hóa. Kết quả cho thấy rằng nồng độ NaOH cao hơn giúp tăng cường khả năng phản ứng của tro bay và xỉ thép, từ đó cải thiện cường độ cơ học của bê tông geopolymer. Các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ NaOH 12 Mol mang lại kết quả tốt nhất về cường độ chịu nén và độ bền kéo.
3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ Xỉ Tro
Tỷ lệ xỉ/tro cũng có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ lý của bê tông geopolymer. Khi tỷ lệ xỉ tăng lên, cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn của mẫu bê tông cũng tăng theo. Tuy nhiên, cần phải tìm ra tỷ lệ tối ưu để đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả trong sản xuất. Các thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ 1:1 giữa xỉ và tro mang lại kết quả tốt nhất cho các chỉ tiêu cơ lý.
