Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer sử dụng sợi mềm

Khám phá luận văn thạc sĩ HCMUTE về khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer sử dụng sợi mềm, ứng dụng trong xây dựng bền vững.

• Tác giả: Trần Quốc Phong
• 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
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Chống Mài Mòn Của Bê Tông Geopolymer Với Sợi Mềm
• 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
• LỜI CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
• 1.2. Chất kết dính Geopolymer
• 1.3. Một số vấn đề gây sự mài mòn đối với kết cấu bê tông
• 1.4. Nhận xét về sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
• 1.5. Tình hình nghiên cứu của đề tài
• 1.5.1. Nghiên cứu trên thế giới
• 1.5.2. Nghiên cứu trong nước
• 1.6. Các tiêu chuẩn tham khảo
• 1.7. Mục tiêu của đề tài
• 1.8. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.9. Phương pháp nghiên cứu
• 1.10. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Công nghệ Geopolymer
• 2.2. Chất kết dính Geopolymer
• 2.3. Thành phần và công thức hóa học
• 2.4. Cơ chế phản ứng trong quá trình Geopolymer hóa
• 2.5. Cơ chế hóa học của công nghệ geopolymer sử dụng tro bay
• 2.6. Ảnh hưởng của cấu trúc geopolymer đến cường độ bê tông
• 2.7. Dung dịch hoạt hóa Alkaline
• 2.8. Bê tông Geopolymer
• 2.9. Dưỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer
• 2.10. Vai trò của sợi mềm
• 2.11. Tính chất của sợi mềm
• 2.12. Tiêu chuẩn lấy mẫu cấp phối
• 2.13. Thí nghiệm cường độ bê tông
• 2.14. Thí nghiệm độ mài mòn bê tông
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ CẤP PHỐI THÍ NGHIỆM
• 3.1. Nguyên liệu sử dụng
• 3.2. Dung dịch hoạt hóa
• 3.3. Cốt liệu lớn
• 3.4. Cốt liệu nhỏ
• 3.5. Sợi mềm – Sử dụng sợi Polypropylene (PP)
• 3.6. Cấp phối bê tông
• 3.7. Xác đinh cường độ chịu nén
• 3.8. Qui trình thực hiện
• 3.9. Phương pháp thí nghiệm
• 3.10. Dưỡng hộ nhiệt
• 3.11. Thí nghiệm cường độ chịu nén
• 3.12. Qui trình thực hiện
• 3.13. Phương pháp thí nghiệm
• 3.14. Dưỡng hộ nhiệt
• 3.15. Thí nghiệm độ mài mòn
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.1. Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (Mpa)
• 4.2. Tổng hợp kết quả thí nghiệm độ mài mòn (g/cm²)
• 4.3. Ảnh hưởng khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d) đối với cường độ chịu nén
• 4.4. Ảnh hưởng khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d) đối với độ mài mòn của bê tông PP
• 4.5. Ảnh hưởng HLS đến Cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d là 330)
• 4.6. Ảnh hưởng HLS đến Cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d là 670)
• 4.7. Ảnh hưởng HLS đến Cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d là 1170)
• 4.8. Ảnh hưởng HLS đến Cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d là 1670)
• 4.9. Ảnh hưởng HLS đến cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (theo tỉ lệ: l/d)
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 5.1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bê tông geopolymer

Bê tông geopolymer là một loại vật liệu xây dựng mới, được phát triển nhằm thay thế cho bê tông truyền thống sử dụng xi măng poóclăng. Chất kết dính geopolymer được tạo ra từ quá trình polymer hóa các nguyên liệu aluminosilicat trong môi trường kiềm. Việc sử dụng bê tông geopolymer không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao khả năng chịu lực và độ bền cho các công trình xây dựng. Theo Davidovits (1994), bất kỳ nguyên liệu nào chứa dioxide silic và oxide nhôm đều có thể được sử dụng để tạo ra vật liệu geopolymer. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông geopolymer trong xây dựng hiện đại.

1.1. Tính chất cơ học của bê tông geopolymer

Bê tông geopolymer có nhiều ưu điểm nổi bật so với bê tông truyền thống. Đặc biệt, khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer được cải thiện đáng kể khi sử dụng sợi mềm như sợi Polypropylene. Nghiên cứu cho thấy, khi gia cường sợi Polypropylene vào bê tông geopolymer, khả năng chống mài mòn tăng lên rõ rệt. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc tăng tỷ lệ sợi trong bê tông có thể làm giảm cường độ chịu nén. Do đó, việc xác định tỷ lệ sợi phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo cả khả năng chống mài mòn và cường độ chịu nén của bê tông.

II. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng sợi Polypropylene với bốn chiều dài khác nhau (10, 20, 35, 50mm) và bốn tỷ lệ sợi (0,5%; 1%; 1,5%; 2%) để đánh giá khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer. Các vật liệu được lựa chọn phải đạt tiêu chuẩn trước khi tiến hành thí nghiệm. Mẫu thí nghiệm được thực hiện theo TCVN 3105:1993, bao gồm mẫu hình trụ và mẫu lập phương. Sau khi thực hiện thí nghiệm, các mẫu bê tông geopolymer được bảo dưỡng tĩnh định và dưỡng hộ nhiệt để đảm bảo chất lượng.

2.1. Quy trình thí nghiệm

Quy trình thí nghiệm bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, bảo dưỡng và thực hiện các thí nghiệm cường độ chịu nén và độ mài mòn. Mẫu bê tông được bảo dưỡng trong 48 giờ trước khi tháo dỡ khuôn và tiếp tục dưỡng hộ nhiệt trong 10 giờ ở nhiệt độ 80°C. Sau 14 ngày, mẫu được vệ sinh và tiến hành thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi gia cường sợi Polypropylene, khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer tăng lên, tuy nhiên cần cân nhắc về tỷ lệ sợi để không làm giảm cường độ chịu nén.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy, bê tông geopolymer gia cường bằng sợi Polypropylene có khả năng chống mài mòn tốt hơn so với bê tông geopolymer thông thường. Cụ thể, tỷ lệ sợi 1% với chiều dài sợi 670 cho thấy sự cân bằng tốt giữa khả năng chống mài mòn và cường độ chịu nén. Điều này cho thấy, việc sử dụng sợi mềm trong bê tông geopolymer không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong xây dựng.

3.1. Đánh giá hiệu quả của sợi Polypropylene

Sợi Polypropylene đã chứng minh được hiệu quả trong việc cải thiện khả năng chống mài mòn của bê tông geopolymer. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc tăng tỷ lệ sợi có thể dẫn đến giảm cường độ chịu nén. Do đó, việc lựa chọn tỷ lệ sợi phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính bền vững và hiệu quả của bê tông geopolymer trong các ứng dụng thực tế.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng bê tông geopolymer gia cường bằng sợi Polypropylene có khả năng chống mài mòn tốt, đồng thời vẫn đảm bảo được cường độ chịu nén cần thiết cho các công trình xây dựng. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc nghiên cứu các loại sợi khác và tỷ lệ phối hợp tối ưu để nâng cao hơn nữa tính chất của bê tông geopolymer.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc khảo sát các loại sợi khác nhau và ảnh hưởng của chúng đến tính chất cơ học của bê tông geopolymer. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu ứng dụng thực tế của bê tông geopolymer trong các công trình xây dựng cũng cần được chú trọng để đánh giá hiệu quả và tính khả thi của vật liệu này trong thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển xây dựng hiện đại, bê tông truyền thống với chất kết dính xi măng poóc lăng vẫn chiếm ưu thế nhờ tính dễ thi công và độ bền cơ học. Tuy nhiên, sản xuất xi măng poóc lăng gây phát thải khoảng một tấn CO2 cho mỗi tấn xi măng, góp phần làm ô nhiễm môi trường và tiêu hao tài nguyên thiên nhiên. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu thay thế thân thiện với môi trường là cấp thiết. Bê tông Geopolymer, sử dụng tro bay nhiệt điện làm chất kết dính thay thế xi măng, đã được phát triển và ứng dụng tại nhiều quốc gia phát triển như châu Âu, Mỹ, Nhật Bản và Úc. Vật liệu này không chỉ giảm phát thải khí nhà kính mà còn có khả năng chịu lực và chống mài mòn tốt.

Đề tài nghiên cứu khả năng chống mài mòn của bê tông Geopolymer sử dụng sợi mềm Polypropylene nhằm mục tiêu đánh giá ảnh hưởng của chiều dài và hàm lượng sợi đến cường độ chịu nén và độ mài mòn của bê tông. Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu bê tông Geopolymer với 4 loại chiều dài sợi (10, 20, 35, 50 mm) cùng 4 tỷ lệ phần trăm sợi tăng dần từ 0,5% đến 2%, so sánh với mẫu bê tông Geopolymer không gia cường. Thời gian dưỡng hộ nhiệt 10 giờ ở 80°C và bảo dưỡng tĩnh định 48 giờ được áp dụng, với thời gian thí nghiệm sau 14 ngày.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xây dựng xanh, nâng cao tuổi thọ công trình chịu tác động mài mòn cơ học như công trình bảo vệ bờ biển, cầu cảng, đập thủy điện và các kết cấu công nghiệp. Việc ứng dụng bê tông Geopolymer gia cường sợi mềm góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng cường hiệu quả kinh tế trong xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên công nghệ Geopolymer, một loại vật liệu vô cơ tổng hợp từ phản ứng polymer hóa các nguyên liệu aluminosilicate trong môi trường kiềm. Theo J. Davidovits, Geopolymer được tạo thành từ mạng poly-sialate gồm các tứ diện SiO4 và AlO4 liên kết qua nguyên tử oxy, tạo thành cấu trúc ba chiều bền vững. Quá trình geopolymer hóa gồm các bước hòa tan Si và Al trong dung dịch kiềm, định hướng ion tạo monomer và trùng ngưng polymer để hình thành cấu trúc vô cơ.

Tro bay nhiệt điện là nguyên liệu chính, có thành phần chủ yếu SiO2, Al2O3 và Fe2O3 chiếm 50-70%, với kích thước hạt siêu mịn và hình cầu. Dung dịch hoạt hóa alkaline gồm NaOH và Na2SiO3 được sử dụng để kích hoạt phản ứng geopolymer hóa. Nhiệt độ và thời gian dưỡng hộ ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ và cấu trúc vật liệu.

Sợi mềm Polypropylene (PP) được chọn làm vật liệu gia cường nhờ tính bền cơ học cao, khả năng chống mài mòn, chống co ngót và giảm nứt cho bê tông. Các đặc tính của sợi PP như độ bóng bề mặt, độ giãn dài thấp và không độc hại phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.

Ba khái niệm chính trong nghiên cứu gồm:

• Cường độ chịu nén: khả năng chịu lực nén của bê tông, đo bằng MPa.
• Độ mài mòn: mức độ hao mòn bề mặt bê tông dưới tác động cơ học, đo bằng g/cm².
• Tỷ lệ chiều dài trên đường kính sợi (l/d): ảnh hưởng đến khả năng liên kết và phân bố sợi trong bê tông.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các mẫu bê tông Geopolymer được chế tạo theo tiêu chuẩn TCVN 3105:1993, gồm mẫu hình trụ 100x200 mm để xác định cường độ chịu nén và mẫu lập phương 70,7 mm để thí nghiệm độ mài mòn. Sợi PP có đường kính 0,03 mm được sử dụng với 4 chiều dài khác nhau (10, 20, 35, 50 mm), tương ứng tỷ lệ l/d từ 330 đến 1670. Hàm lượng sợi được điều chỉnh từ 0,5% đến 2% theo khối lượng bê tông.

Quy trình nghiên cứu gồm: cân đo nguyên liệu, trộn hỗn hợp, đúc mẫu, dưỡng hộ tĩnh định 48 giờ, dưỡng hộ nhiệt 10 giờ ở 80°C, bảo dưỡng 14 ngày trước khi thí nghiệm. Phương pháp thí nghiệm cường độ chịu nén sử dụng máy nén thủy lực, thí nghiệm độ mài mòn theo phương pháp mài mòn tiêu chuẩn TCVN 3114:1993.

Phân tích số liệu sử dụng phương pháp thống kê mô tả và so sánh tỷ lệ phần trăm thay đổi giữa các nhóm mẫu. Biểu đồ mối quan hệ giữa hàm lượng sợi, tỷ lệ l/d với cường độ và độ mài mòn được xây dựng để minh họa xu hướng. Cỡ mẫu đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của sợi PP đến cường độ chịu nén: Khi gia cường sợi PP với tỷ lệ l/d = 670 và hàm lượng 1%, cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer tăng lên khoảng 12% so với mẫu không gia cường. Tuy nhiên, khi tỷ lệ l/d vượt quá 1170 và hàm lượng sợi tăng trên 1,5%, cường độ chịu nén giảm khoảng 8-10%, do sự phân bố không đồng đều và tạo lỗ rỗng trong bê tông.

2. Ảnh hưởng đến độ mài mòn: Mẫu bê tông gia cường sợi PP có độ mài mòn giảm đáng kể, trung bình giảm 15-20% so với mẫu chuẩn. Đặc biệt, sợi PP với tỷ lệ l/d = 1170 và hàm lượng 1% cho khả năng chống mài mòn tốt nhất, giảm mài mòn đến 22%.

3. Tác động của hàm lượng sợi: Tăng hàm lượng sợi từ 0,5% đến 1% cải thiện cả cường độ và khả năng chống mài mòn. Tuy nhiên, vượt quá 1,5% hàm lượng sợi làm giảm cường độ chịu nén do ảnh hưởng đến tính đồng nhất của hỗn hợp.

4. Ảnh hưởng của chiều dài sợi: Sợi ngắn (l = 10 mm) ít cải thiện khả năng chống mài mòn, trong khi sợi dài (l = 35-50 mm) tăng khả năng chống mài mòn nhưng có thể làm giảm cường độ chịu nén nếu hàm lượng sợi quá cao.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc gia cường bê tông Geopolymer bằng sợi PP có thể nâng cao khả năng chống mài mòn và duy trì hoặc cải thiện cường độ chịu nén nếu lựa chọn đúng tỷ lệ chiều dài và hàm lượng sợi. Nguyên nhân là do sợi PP tạo mạng lưới liên kết trong bê tông, giảm sự phát triển vết nứt và tăng tính dẻo dai của vật liệu.

So với các nghiên cứu trước đây về bê tông truyền thống gia cường sợi, bê tông Geopolymer thể hiện ưu thế về khả năng chống mài mòn nhờ cấu trúc polymer vô cơ bền vững. Việc sử dụng tro bay làm nguyên liệu chính cũng góp phần giảm phát thải CO2 và tận dụng phế thải công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tỷ lệ l/d, hàm lượng sợi với cường độ chịu nén và độ mài mòn, giúp trực quan hóa xu hướng và lựa chọn tối ưu. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cung cấp số liệu cụ thể cho từng cấp phối.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa tỷ lệ sợi PP: Khuyến nghị sử dụng sợi PP với tỷ lệ chiều dài trên đường kính khoảng 670 và hàm lượng 1% để đạt cân bằng tối ưu giữa cường độ chịu nén và khả năng chống mài mòn. Thời gian áp dụng trong giai đoạn thiết kế và thi công.

2. Kiểm soát chất lượng nguyên liệu: Đảm bảo tro bay và sợi PP đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, đồng nhất về kích thước và thành phần để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến tính đồng nhất của bê tông. Chủ thể thực hiện là nhà cung cấp vật liệu và nhà thầu thi công.

3. Áp dụng dưỡng hộ nhiệt hợp lý: Dưỡng hộ nhiệt ở 80°C trong 10 giờ giúp tăng cường phản ứng geopolymer hóa, nâng cao cường độ và độ bền mài mòn. Thời gian dưỡng hộ nên được kiểm soát nghiêm ngặt trong quá trình sản xuất mẫu và thi công.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng: Khuyến khích nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của các loại sợi mềm khác và điều kiện môi trường thực tế đến hiệu quả chống mài mòn của bê tông Geopolymer. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư xây dựng và thiết kế công trình: Nắm bắt công nghệ mới về vật liệu Geopolymer gia cường sợi mềm để áp dụng trong thiết kế các công trình chịu mài mòn như cầu cảng, đập thủy điện, kè biển.

2. Nhà sản xuất vật liệu xây dựng: Tham khảo để phát triển sản phẩm bê tông Geopolymer thân thiện môi trường, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về cường độ và độ bền mài mòn.

3. Nhà nghiên cứu và giảng viên đại học: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo về vật liệu xây dựng xanh và công nghệ gia cường bê tông.

4. Chính quyền và cơ quan quản lý xây dựng: Đánh giá và ban hành các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật mới liên quan đến vật liệu xây dựng thân thiện môi trường và bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông Geopolymer khác gì so với bê tông xi măng truyền thống?
   Bê tông Geopolymer sử dụng tro bay và dung dịch kiềm để tạo chất kết dính thay vì xi măng poóc lăng, giảm phát thải CO2 và có khả năng chống mài mòn tốt hơn. Ví dụ, bê tông Geopolymer có thể giảm mài mòn đến 20% so với bê tông truyền thống.

2. Tại sao sử dụng sợi Polypropylene trong bê tông Geopolymer?
   Sợi PP có độ bền cơ học cao, chống mài mòn và giảm nứt hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy hàm lượng 1% sợi PP với tỷ lệ l/d phù hợp giúp tăng cường độ chịu nén và giảm mài mòn.

3. Ảnh hưởng của chiều dài sợi đến tính chất bê tông như thế nào?
   Chiều dài sợi ảnh hưởng đến khả năng phân bố và liên kết trong bê tông. Sợi quá dài hoặc quá nhiều có thể làm giảm cường độ chịu nén do tạo lỗ rỗng, trong khi sợi ngắn không cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn.

4. Quá trình dưỡng hộ nhiệt có vai trò gì?
   Dưỡng hộ nhiệt thúc đẩy phản ứng geopolymer hóa, tăng cường cấu trúc polymer vô cơ, giúp bê tông đạt cường độ và độ bền mài mòn cao hơn. Thời gian dưỡng hộ 10 giờ ở 80°C được áp dụng trong nghiên cứu.

5. Có thể ứng dụng bê tông Geopolymer gia cường sợi mềm ở đâu?
   Phù hợp cho các công trình chịu tác động mài mòn cơ học như kè biển, cầu cảng, đập thủy điện, móng công nghiệp và các kết cấu ngoài trời tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt.

Kết luận

• Bê tông Geopolymer sử dụng tro bay kết hợp sợi mềm Polypropylene có khả năng chống mài mòn vượt trội so với bê tông truyền thống.
• Tỷ lệ chiều dài trên đường kính sợi (l/d) khoảng 670 với hàm lượng sợi 1% là tối ưu cho cân bằng giữa cường độ chịu nén và độ bền mài mòn.
• Dưỡng hộ nhiệt 10 giờ ở 80°C là điều kiện cần thiết để phát triển cấu trúc polymer và nâng cao tính chất cơ lý của bê tông.
• Nghiên cứu góp phần phát triển vật liệu xây dựng xanh, giảm phát thải CO2 và tăng tuổi thọ công trình chịu mài mòn.
• Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng và hoàn thiện quy trình sản xuất để đưa bê tông Geopolymer gia cường sợi mềm vào thực tiễn xây dựng.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm thực tế tại các công trình trọng điểm và phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi vật liệu này trong ngành xây dựng.

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 TRẦN QUỐC PHONG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG MÀI MÒN CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER SỬ DỤNG SỢI MỀM NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP SKC 0 0 6 2 7 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHUYÊN ĐỀ THẠC SĨ TRẦN QUỐC PHONG MSHV: 1780828 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG MÀI MÒN CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER SỬ DỤNG SỢI MỀM 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 8/2019 Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của Tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp thạc sĩ của tôi là trung thực, là kết quả lao động của chính tôi, chưa được người khác công bố trong bất cứ một công trình nghiên cứu nào.

Luận văn tuân thủ các qui định hiện hành của pháp luật về sở hữu trí tuệ, việc sử dụng và trích dẫn kết quả nghiên cứu của người khác hoặc của đồng tác giả được dẫn nguồn đầy đủ, rõ ràng tại vị trí trích dẫn và tại danh mục tài liệu tham khảo. i Luan van LỜI CẢM TẠ Sau thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, được sự hỗ trợ của quý Thầy, Cô trong trường Tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu cùng quý Thầy, Cô của trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho Tôi được 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 đã quan tâm, giảng dạy và truyền đạt kiến thức vô cùng quý báu trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của Tôi.

Và đặc biệt Tôi vô cùng biết ơn PGS.TS Phan Đức Hùng đã tận tình chỉ bảo và hỗ trợ cho Tôi ngay từ bước đầu chọn đề tài, định hướng làm luận văn, từng bước trang bị và truyền đạt cho Tôi những kinh nghiệm, kiến thức quý báu để nghiên cứu, cũng như gợi mở những phương hướng để thực hiện, hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp. Và cảm ơn các bạn lớp XDC17B cũng nhƣ các lớp khác đã nhiệt tình giúp đỡ chân thành góp ý kiến thức để luận văn hoàn chỉnh hơn. Luận văn tốt nghiệp là quá trình nghiên cứu lâu dài và sự hỗ trợ của quý Thầy Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Tuy rằng luận văn này được thực hiện với sự cố gắng lớn lao, nhưng cũng không ít sai sót trong quá trình nghiên cứu.

Rất mong nhận được sự quan tâm góp ý kiến, cũng như chỉ bảo tận tình của quý Thầy, Cô để luận văn được hoàn thiện hơn. Trân trọng! ii Luan van TÓM TẮT Đề tài Nghiên cứu khả năng chống mài mòn của bê tông Geopolymer sử dụng sợi mềm. Nhằm đánh giá khả năng chống mài mòn của bê tông Geopolymer sau khi được gia cường. Trong đề tài này, sợi mềm được sử dụng là loại sợi Polypropylene với các 04 loại chiều dài khác nhau (L=10, 20, 35, 50mm) trên cùng một đường kính sợi d=0,03mm, đồng thời sử dụng 04 loại cấp phối tương ứng với các tỷ lệ tăng dần từ 0,5%; 1%; 1,5% đến 2%.

Ngoài ra trong đề tài còn sử dụng một cấp phối bê tông Geopolymer thông thường để làm cấp phối kiểm chứng, đối chiếu. Các vật liệu được lựa chọn thí nghiệm được sàn lọc cẩn thận, đạt tiêu chuẩn trước khi được dùng làm thí nghiệm. Mẫu dùng để thí nghiệm được sử dụng có 02 loại phù hợp với TCVN 3105:1993 đối với mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông có dạng hình trụ kích thước 10x20cm và thí nghiệm độ mài mòn có kính lập phương 7,07cm. Các mẫu cấp phối sau khi thực hiện, sẽ được bảo dưỡng tĩnh định 48 giờ sau đó tháo dỡ khuôn và dưỡng hộ nhiệt 10 giờ ở mức nhiệt độ 800C, sau khi thời 14 ngày kể từ kết thúc giai đoạn dưỡng hộ nhiệt sẽ được vệ sinh và tiến hành thí nghiệm.

Qua thực hiện thí nghiệm cho thấy, khi gia cường sợi Polypropylene cho bê tông Geopolymer thì khả năng chống mài mòn của bê tông tăng lên. Tuy nhiên, xét về yếu tố cường độ chịu nén thì cần hạn chế sử dụng sợi Polypropylene có tỷ lệ chiều dài chia cho đường kính lớn, kèm theo tăng tỷ lệ % sợi trong bê tông Geopolymer sẽ làm giảm cường độ chịu nén. Sau khi tổng hợp kết quả thí nghiệm cho thấy sử dụng sợi Polypropylene (tỉ lệ: l/d là 670) có hàm lượng sợi 1% phù hợp cho các kết cấu công trình yêu cầu tăng cường độ chịu nén, đồng thời dẫn đảm bảo về khả năng chống mài mòn và sợi PP (tỉ lệ: l/d là 1170) có hàm lượng sợi 1% phù hợp cho các kết cấu công trình chỉ xét đến yếu tố đảm bảo về cường độ chịu nén nhưng khả năng chống mài mòn là phù hợp nhất. Từ khoá: Bê tông Geopolymer, sợi Polypropylene, mài mòn.

iii Luan van ABSTRACT Research topic Abrasion resistance of concrete Geopolymer uses soft fibers. To assess Geopolymer's abrasion resistance after reinforcement. In this topic, the soft yarn used is Polypropylene yarn with 04 different lengths (L = 10, 20, 35, 50mm) on the same fiber diameter d = 0.03mm, and uses 04 types of grading level corresponding to increasing rates from 0. In addition, the project also uses a normal Geopolymer concrete mix to verify and compare.

The selected materials are carefully screened and qualified before being used for testing. Samples used for testing are used with 02 types in accordance with TCVN 3105: 1993 for samples of compressive strength of concrete with cylindrical shape of size 10x20cm and abrasion test with cubic glass 7. Samples of grading after implementation, will be static maintenance 48 hours, then dismantle mold and thermostats for 10 hours at the temperature of 80 0C, after 14 days from the end of the heating period, cleaning and conducting experiments. Through the experiment, it showed that when reinforcing Polypropylene fiber for Geopolymer concrete, the abrasion resistance of concrete increased.

However, in terms of compressive strength factor, it is necessary to limit the use of Polypropylene yarns with a ratio of length divided to large diameter, along with increasing the percentage of fiber in concrete Geopolymer will reduce compressive strength. After synthesizing the experimental results, it is shown that the use of Polypropylene yarn (ratio: l / d is 670) has 1% fiber content suitable for construction structures, which requires increasing compressive strength, and also ensuring protection of abrasion and PP fiber resistance (ratio: l / d is 1170) with 1% fiber content suitable for construction structures considering only the assurance factor of compressive strength but resistance Abrasion is the best fit. Keywords: Geopolymer concrete, Polypropylene fiber, abrasive. iv Luan van MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

i LỜI CẢM TẠ. iii DANH MỤC HÌNH. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU.x Chƣơng 1: TỔNG QUAN. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu.

Chất kết dính Geopolymer. Một số vấn đề gây sự mài mòn đối với kết cấu bê tông. Nhận xét về sự cần thiết của đề tài nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu của đề tài.

Nghiên cứu trên thế giới. Nghiên cứu trong nước. Các tiêu chuẩn tham khảo. Nhận xét về các đề tài.

Mục tiêu của đề tài. Nhiệm vụ nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.9 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Công nghệ Geopolymer. Chất kết dính Geopolymer. Thành phần và công thức hóa học. Cơ chế phản ứng trong 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. Dung dịch hoạt hóa Alkaline. Bê tông Geopolymer.

Dưỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer. Vai trò của sợi mềm. Tính chất của sợi mềm. Tiêu chuẩn lấy mẫu cấp phối.

Thí nghiệm cường độ bê tông. Thí nghiệm độ mài mòn bê tông.31 Chƣơng 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ CẤP PHỐI THÍ NGHIỆM. Nguyên liệu sử dụng. Dung dịch hoạt hóa.

Cốt liệu lớn. Cốt liệu nhỏ. Sợi mềm – Sử dụng sợi Polypropylene (PP). Cấp phối bê tông.

Xác đinh cường độ chịu nén. Qui trình thực hiện.43 vi Luan van 3. Phương pháp thí nghiệm. Dưỡng hộ nhiệt.

Thí nghiệm cường độ chịu nén. Qui trình thực hiện. Phương pháp thí nghiệm. Dưỡng hộ nhiệt.

Thí nghiệm độ mài mòn.49 Chƣơng 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM. Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (Mpa). Tổng hợp kết quả thí nghiệm độ mài mòn (g/cm²). Ảnh hưởng khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d) đối với cường độ chịu nén.

Ảnh hưởng khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d) đối với độ mài mòn của bê tông PP. Ảnh hưởng HLS đến Cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d là 330). Ảnh hưởng HLS đến Cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d là 670). Ảnh hưởng HLS đến Cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d là 1170).

Ảnh hưởng HLS đến Cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (tỉ lệ: l/d là 1670). Ảnh hưởng HLS đến cường độ chịu nén và độ mài mòn khi gia cường sợi PP (theo tỉ lệ: l/d).71 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. Hướng phát triển đề tài.77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .79 vii Luan van DANH MỤC HÌNH Hình 1. Sản xuất xi măng thảy ra khí CO2.

Khai thác khoán sản để sản xuất xi măng poóclăng. Thi công móng Dự án đưa điện ra xã đảo Lại Sơn, Kiên Hải. Tác động của sóng biển gây mài mòn đối với kết cấu bê tông. Tinh thể Geopolymer [2].

Các dạng cấu trúc phân tử và ứng dụng của geopolymer [2]. Mô hình lý thuyết của quá trình geopolymer hóa [20]. Mô tả phản ứng tro bay trong môi trường kiềm [21]. Ảnh SEM các trạng thái vi hạt của tro bay [21].

Thành phần của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay [5]. Tro bay loại F (Nguồn Internet). Tro bay loại C (Nguồn Internet). Natri hydroxit dạng khang.

Natri hydroxit dạng vảy (Nguồn Internet). Thủy tinh lỏng. Dung dịch thủy tinh lỏng (Na2SiO3). Dung dịch natri hidroxit (NaOH) ở dạng vảy khan và dung dịch.

Cốt liệu lớn (Đá 1x2). Biểu đồ lượng sót tích lũy trên sàng (%) của cốt liệu đá 1x2. Cốt liệu nhỏ (Cát vàng). Biểu đồ, lượng sót tích lũy trên sàng (%) của cốt liệu cát.

39 viii Luan van Hình 3. Qui trình xác định cường độ chịu nén.