Chương 1 : Tổng quan Chương 2 : Cơ sở khoa học Chương 3 : Nghiên cứu chế tạo Bê tông Geopolymer Chương 4 : Thực nghiệm và đánh giá kết quả Chương 5 : Thực nghiệm Bê tông Geopolymer theo điều kiện thi công ở Miền Nam Việt Nam Chương 6 : Kết luận và Hướng nghiên cứu phát triển của đề tài III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày tháng năm 2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày tháng năm 2012 V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS.
LÊ ANH TUẤN. HCM, ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TÓM TẮT LUẬN VĂN Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu đang là những vấn đề đang được quan tâm nhiều và rất cấp bách hiện nay. Công nghiệp sản xuất ximăng để phục vụ xây dựng lại là ngành tiêu thụ rất lớn nguồn tài nguyên khoáng sản, năng lượng và cũng chính là một trong những tác nhân thải ra một lượng lớn khí CO2 vào khí quyển làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu càng trở nên trầm trọng. Việc nghiên cứu chế tạo và sử dụng bêtông Geopolymer từ tro bay để thay thế cho bêtông ximăng vừa hạn chế được việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên đồng thời giảm tối đa lượng khí thải CO2 vào không khí cũng như xử lý được lượng tro bay thải ra từ các nhà máy nhiệt điện đốt than.
Luận văn tập trung nghiên cứu đến thành phần cấp phối bêtông Geopolymer. Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện dưỡng hộ và chất kết dính đến sự hình thành và phát triển cường độ bêtông Geopolymer từ tro bay. Đồng thời, nghiên cứu thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công thực tế. Kết quả thực nghiệm cho thấy, bê tông Geopolymer từ tro bay có thể đạt cường độ chịu nén là 21.57 MPa ở nhiệt độ dưỡng hộ 500C và tăng lên đến 37.22 MPa khi được dưỡng hộ ở nhiệt độ 1200C.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công bằng phương pháp gia công nhiệt cốt liệu đá cho thấy bêtông Geopolymer có khả năng đạt đến 60% cường độ so với mẫu dưỡng hộ trong 10 giờ ở 1200C trong phòng thí nghiệm. ABSTRACT Environmental pollution and climate change are one of the most urgent issues that are concerned now. Cement industry for construction is an industry that largely consumes mineral , energy resources and is also one of the agents that eliminates a large amount of CO2 gas into the atmosphere. That makes environmental pollution and climate change issues become more severe.
Reseaching , manufacturing and using Geopolymer concrete made from fly ash for cement concrete replacement not only limits using natural materials, minimizes a large amount of CO2 emission into the atmosphere, but also processes a large amount of fly ash eliminated from thermal power plants. This paper focuses on researching graded components of Geopolymer concrete, the impact of curing conditions and adhesives on the formation and development of Geopolymer concrete intensity from fly ash as well as study experimentally Geopolymer concrete under practical construction conditions. The experimental result shows that Geopolymer concrete made from fly ash can reach compressive strength 21.57 MPa at a curing temperature of 50 degrees Celsius and increase 37.22 MPa at a curing temperature of 120 degrees Celsius. The result of experimental study on Geopolymer concrete under construction condition by thermal processing method of stone aggregate shows that Geopolymer concrete can be able to reach 60% of strenght compared with curing sample within 10 hours at a temperature of 120 degrees Celsius in the laboratory.
MỤC LỤC Đề mục Trang MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu 1 2. Tóm tắt nghiên cứu tổng quan 2 2. Nghiên cứu về tro bay 2 2.
Nghiên cứu về dung dịch hoạt hóa polymer 8 2. Nghiên cứu bêtông Geopolymer từ tro bay 10 3. Mục tiêu nghiên cứu 11 4. Phạm vi nghiên cứu 11 5.
Phương pháp nghiên cứu 12 6. Kết quả dự kiến 12 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC 14 2. Quá trình dưỡng hộ nhiệt bêtông Geopolymer từ tro bay 18 CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊTÔNG GEOPOLYMER 19 3. Thành phần nguyên vật liệu 19 3.
Thủy tinh lỏng 20 3. Cốt liệu lớn 21 3. Cốt liệu nhỏ 22 3. Phương pháp thí nghiệm 23 3.
Phương pháp thí nghiệm để xét ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ và chất kết dính đến cường độ bêtông Geopolymer 24 3. Thực nghiệm bêtông Geopolymer theo điều kiện thi công ở Miền Nam Việt Nam 28 CHƢƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 35 4. Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ đến cường độ bêtông Geopolymer 35 4. Ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ đến cường độ bêtông Geopolymer 38 4.
Ảnh hưởng dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay đến cường độ 41 bêtông Geopolymer 4. Trường hợp xét ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ 41 4. Trường hợp xét ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ 42 4. Ảnh hưởng tỷ lệ Thủy tinh lỏng – NaOH đến cường độ bêtông 44 Geopolymer 4.
Trường hợp xét ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ 44 4. Trường hợp xét ảnh hưởng nhiệt độ dưỡng hộ 48 4. Quan hệ giữa cường độ chịu nén và chịu uốn của bêtông Geopolymer 54 CHƢƠNG 5 56 THỰC NGHIỆM BÊTÔNG GEOPOLYMER THEO ĐIỀU KIỆN THI CÔNG Ở MIỀN NAM VIỆT NAM 5. Ảnh hưởng môi trường tự nhiên đến cường độ bêtông Geopolymer 56 5.
Ảnh hưởng nhiệt độ gia công cốt liệu đến cường độ bêtông Geopolymer 58 5. Ảnh hưởng nhiệt độ gia công đá đến đến cường độ bêtông Geopolymer 60 5. Ảnh hưởng của gia công nhiệt ẩm đá đến cường độ bêtông Geopolymer 62 CHƢƠNG 6 65 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6. Hướng nghiên cứu phát triển đề tài 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phế thải tro bay tại Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 5 Hình 1.2 Cấu trúc của tro bay loại C 5 Hình 1.3 Cấu trúc tro bay loại F 6 Hình 2.1 Sơ đồ cơ chế phản ứng 16 Hình 2.2 Sơ đồ quá trình tạo thành Geopolymer 17 Hình 3.1 Tro bay sử dụng trong nghiên cứu 19 Hình 3.2 Dung dịch thủy tinh lỏng dùng trong nghiên cứu 20 Hình 3.3 Natri Hydoxit dạng vảy rắn dùng trong nghiên cứu 21 Hình 3.4 Cốt liệu lớn – đá dăm dùng trong nghiên cứu 21 Hình 3.5 Cốt liệu nhỏ - cát dùng trong nghiên cứu 22 Hình 3.6 Hỗn hợp bêtông Geopolymer sau khi nhào trộn 25 Hình 3.7 Thử độ sụt hỗn hợp bêtông Geopolymer 25 Hình 3.8 Đổ bêtông Geopolymer vào khuôn 26 Hình 3.9 Đầm bêtông Geopolymer trong khuôn 26 Hình 3.10 Mẫu bêtông Geopolymer được dưỡng hộ trong tủ sấy 27 Hình 3.11 Mẫu bêtông Geopolymer sau khi dưỡng hộ nhiệt 27 Hình 3.12 Nén mẫu bêtông Geopolymer 28 Hình 3.13 Đá được sấy trước 29 Hình 3.14 Đá được nấu trước 29 Hình 3.15 Hỗn hợp nguyên liệu tro bay và cát 30 Hình 3.16 Hỗn hợp vữa trước khi trộn đá 31 Hình 3.17 Đá sau khi sấy được nhào trộn với hỗn hợp vữa 31 Hình 3.18 Đá sau khi gia công nhiệt ẩm được nhào trộn với hỗn hợp vữa 32 Hình 3.19 Hỗn hợp bêtông Geopolymer sấy đá 32 Hình 3.20 Đổ bêtông Geopolymer sấy đá vào khuôn và đầm nén 33 Hình 4.1 Quan hệ giữa thời gian dưỡng hộ nhiệt và cường độ 36 chịu nén bêtông Geopolymer Hình 4.2 Quan hệ giữa nhiệt độ dưỡng hộ và cường độ 39 chịu nén bê tông Geopolymer Hình 4.3 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer-tro bay và nhiệt độ 41 dưỡng hộ đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch Thủy tinh lỏng -NaOH là 0.4 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer – tro bay và thời gian 43 dưỡng hộ đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch Thủy tinh lỏng -NaOH là 0.5 Ảnh hưởng tỷ lệ Thủy tinh lỏng–NaOH và thời gian dưỡng hộ nhiệt đến 45 cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay là 0.6 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH và thời gian dưỡng hộ nhiệt đến 46 cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay là 0.7 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH và thời gian dưỡng hộ nhiệt 47 đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay là 0.8 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng - NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 49 đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay bằng 0.9 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 50 đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – NaOH bằng 0.10 Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng - NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt 51 đến cường độ chịu nén khi tỷ lệ thủy tinh lỏng – NaOH bằng 0.11 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và chịu uốn bêtông Geopolymer 54 Hình 5.
Cường độ chịu nén dưới nhiệt độ dưỡng hộ 300C 57 Hình 5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy cốt liệu trước đến cường độ chịu nén của bêtông 59 Geopolymer dưỡng hộ ở điều kiện tự nhiên Hình 5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đá trước đến cường độ chịu nén của bêtông 61 Geopolymer dưỡng hộ ở điều kiện tự nhiên Hình 5.4 Ảnh hưởng gia công nhiệt ẩm đá đến cường độ chịu nén của bêtông 62 Geopolymer dưỡng hộ ở điều kiện tự nhiên Hình 5.5 So sánh ảnh hưởng nhiệt độ sấy cốt liệu, sấy đá và nấu đá đến cường độ 63 chịu nén của bê tông Geopolymer dưỡng hộ ở điều kiện tự nhiên DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần chính tro bay theo ASTM C618 3 Bảng 1.2 Sản lượng tro bay và sử dụng trong bê tông năm 2008 4 Bảng 1.3 Thành phần vật lý của tro bay 7 Bảng 1.4 Thành phần hoá học chính của tro bay nhiệt điện Phả lại 7 Bảng 3.1 Thành phần hóa học tro bay dùng trong nghiên cứu 19 Bảng 3.2 Các chỉ tiêu vật lý tro bay dùng trong nghiên cứu 20 Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý của đá dùng trong nghiên cứu 22 Bảng 3.4 Kết quả phân tích thành phần của đá dùng trong nghiên cứu 22 Bảng 3.5 Chỉ tiêu của cát dùng trong nghiên cứu 23 Bảng 3.6 Kết quả phân tích thành phần của cát dùng trong nghiên cứu 23 Bảng 3.7 Cấp phối bê tông Geopolymer 34 Bảng 4.1 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer 35 theo thời gian dưỡng hộ Bảng 4.2 Kết quả tính toán thời gian dưỡng hộ nhiệt thích hợp và cường độ 37 Bảng 4.3 Kết quả thực nghiệm cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer 38 theo nhiệt độ dưỡng hộ Bảng 4.4 Kết quả tính toán nhiệt độ dưỡng hộ thích hợp và cường độ đạt được 40 Bảng 4.
