Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng nghiên cứu sử dụng tro trấu dùng cho cọc đất ở khu vực đồng bằng sông cửu long bằng công nghệ geopolymer

Nghiên cứu ứng dụng tro trấu trong cọc đất khu vực đồng bằng sông Cửu Long bằng công nghệ geopolymer trong luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Tân Nô
• Người hướng dẫn: TS. Lê Anh Tuấn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng tro trấu dùng cho cọc đất ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long bằng công nghệ geopolymer
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ GEOPOLYMER
• 1.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới
• 1.2. Các công trình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về vật liệu geopolymer
• 2.2. Cơ sở hoá học tạo thành vật liệu geopolymer đất yếu và tro trấu
• 2.3. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
• 3.1. Vật liệu
• 3.2. Xi măng Portland
• 3.3. Dung dịch hoạt hoá
• 3.4. Môi trường dưỡng hộ
• 3.5. Thiết kế thành phần cấp phối
• 3.6. Phương pháp tạo mẫu và phương pháp thí nghiệm
• 3.6.1. Phương pháp tạo mẫu
• 3.6.2. Phương pháp thí nghiệm
• 3.7. Kết quả thí nghiệm
• 3.7.1. Ảnh hưởng của thời gian bảo dưỡng đến cường độ chịu nén, module biến dạng của đất gia cố
• 3.7.2. Ảnh hưởng của hàm lượng dung dịch hoạt hoá đến cường độ chịu nén, module biến dạng của đất gia cố
• 3.7.3. Ảnh hưởng của hàm lượng tro trấu đến cường độ chịu nén, module biến dạng của đất gia cố
• 3.7.3.1. Khi hàm lượng tro trấu chiếm 30% theo khối lượng
• 3.7.3.2. Khi hàm lượng tro trấu chiếm 40% theo khối lượng
• 3.7.3.3. Khi hàm lượng tro trấu chiếm 50% theo khối lượng
• 3.7.4. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ chịu nén, module biến dạng của đất gia cố
• 3.7.5. Đánh giá cường độ chịu nén, module biến dạng của mẫu đất được xử lý bằng công nghệ geopolymer tổng hợp từ tro trấu và phương pháp đất trộn xi măng
• 3.7.6. Phân tích kết quả thí nghiệm
• 3.7.6.1. Theo vật liệu đầu vào
• 3.7.6.2. Theo hình dạng vết nứt khi mẫu phá hoại
• 3.7.6.3. Theo kết quả phân tích cấu trúc mẫu geopolymer bằng phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR
• 3.7.6.4. Theo kết quả phân tích cấu trúc bề mặt bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.8. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 4.1. Kết luận
• 4.2. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• A. Kết quả thí nghiệm mẫu đất nguyên dạng
• B. Kết quả thí nghiệm mẫu geopolymer tổng hợp từ 30% RHA
• C. Kết quả thí nghiệm mẫu geopolymer tổng hợp từ 40% RHA
• D. Kết quả thí nghiệm mẫu geopolymer tổng hợp từ 50% RHA
• E. Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu ứng dụng tro trấu trong cọc đất bằng công nghệ geopolymer tại đồng bằng sông Cửu Long

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng tro trấu trong việc gia cố cọc đất bằng công nghệ geopolymer tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Tro trấu, một phụ phẩm nông nghiệp, được sử dụng như một vật liệu thay thế xi măng trong việc tạo ra geopolymer, một vật liệu xây dựng bền vững và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu nhằm giải quyết vấn đề xử lý đất yếu trong khu vực, nơi mà lớp đất sét yếu dày đặc gây khó khăn cho các công trình xây dựng.

1.1. Sự cần thiết của nghiên cứu

Khu vực đồng bằng sông Cửu Long có đặc điểm địa chất phức tạp với lớp đất yếu dày, gây ra nhiều thách thức cho các kỹ sư xây dựng. Việc sử dụng công nghệ geopolymer từ tro trấu không chỉ giúp cải thiện nền móng mà còn giảm thiểu tác động môi trường so với các phương pháp truyền thống như sử dụng xi măng. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý đất yếu bằng vật liệu thân thiện môi trường.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm xác định cấp phối tối ưu của tro trấu trong công nghệ geopolymer để đạt được cường độ chịu nén và module biến dạng tốt nhất. Các yếu tố ảnh hưởng như thời gian bảo dưỡng, hàm lượng dung dịch hoạt hóa, và tỷ lệ tro trấu được khảo sát kỹ lưỡng. Kết quả nghiên cứu sẽ được so sánh với phương pháp truyền thống sử dụng xi măng để đánh giá hiệu quả.

II. Công nghệ geopolymer và ứng dụng trong xử lý đất yếu

Công nghệ geopolymer là một phương pháp tiên tiến trong xử lý đất yếu, sử dụng các vật liệu thay thế xi măng như tro trấu, tro bay, và silica fume. Geopolymer được hình thành từ phản ứng hóa học giữa các vật liệu giàu silica và alumina với dung dịch kiềm. Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo ra geopolymer từ tro trấu, một vật liệu dồi dào tại đồng bằng sông Cửu Long, nhằm cải thiện nền móng và giảm thiểu tác động môi trường.

2.1. Cơ sở lý thuyết của geopolymer

Geopolymer được hình thành từ phản ứng hóa học giữa các vật liệu giàu silica và alumina với dung dịch kiềm như NaOH hoặc KOH. Tro trấu, với hàm lượng silica cao, là nguyên liệu lý tưởng để tạo ra geopolymer. Quá trình này không chỉ tạo ra vật liệu có cường độ chịu nén cao mà còn giảm thiểu lượng khí thải CO2 so với sản xuất xi măng truyền thống.

2.2. Ứng dụng geopolymer trong xử lý đất yếu

Geopolymer được sử dụng để gia cố cọc đất trong các khu vực có đất yếu như đồng bằng sông Cửu Long. Phương pháp này giúp cải thiện nền móng bằng cách tăng cường độ chịu nén và module biến dạng của đất. Nghiên cứu này cũng so sánh hiệu quả của geopolymer với phương pháp truyền thống sử dụng xi măng, cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ geopolymer trong xử lý đất yếu.

III. Kết quả nghiên cứu và đánh giá

Nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm để đánh giá cường độ chịu nén và module biến dạng của cọc đất được gia cố bằng geopolymer từ tro trấu. Kết quả cho thấy, với tỷ lệ tro trấu và dung dịch hoạt hóa tối ưu, geopolymer đạt được cường độ chịu nén cao hơn so với phương pháp truyền thống sử dụng xi măng. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của công nghệ geopolymer trong xử lý đất yếu tại đồng bằng sông Cửu Long.

3.1. Ảnh hưởng của thời gian bảo dưỡng

Thời gian bảo dưỡng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cường độ chịu nén và module biến dạng của geopolymer. Kết quả thí nghiệm cho thấy, sau 28 ngày bảo dưỡng, cường độ chịu nén của geopolymer đạt mức tối ưu, cao hơn so với mẫu đất trộn xi măng. Điều này chứng tỏ geopolymer có khả năng phát triển cường độ theo thời gian.

3.2. So sánh với phương pháp truyền thống

Nghiên cứu so sánh hiệu quả của geopolymer với phương pháp truyền thống sử dụng xi măng. Kết quả cho thấy, geopolymer từ tro trấu không chỉ đạt được cường độ chịu nén cao hơn mà còn giảm thiểu tác động môi trường. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý đất yếu bằng vật liệu bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đất yếu tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là một thách thức lớn đối với ngành xây dựng do đặc tính cơ lý kém, ảnh hưởng đến độ bền và ổn định công trình. Theo khảo sát, đất sét yếu chiếm khoảng 45% thành phần hạt, với cường độ chịu nén đơn qu khoảng 21 kPa và module biến dạng 840 kPa. Trước đây, các phương pháp cải tạo nền đất yếu như cọc đất trộn xi măng, bơm hút chân không, gia tải trước đã được áp dụng nhưng vẫn tồn tại nhiều hạn chế về môi trường và hiệu quả kinh tế.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ geopolymer tổng hợp từ tro trấu hoạt hóa để gia cố đất yếu tại ĐBSCL, nhằm giảm thiểu tác động môi trường so với xi măng Portland truyền thống. Mục tiêu chính là khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian bảo dưỡng, hàm lượng dung dịch hoạt hóa và tỷ lệ tro trấu đến cường độ chịu nén và module biến dạng của đất gia cố. Phạm vi nghiên cứu thực hiện trong năm 2015 tại Trường Đại học Bách Khoa, TP. Hồ Chí Minh, với mẫu đất lấy từ độ sâu 10 m tại ĐBSCL.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xanh, thân thiện môi trường, đồng thời nâng cao hiệu quả xử lý nền đất yếu, góp phần thúc đẩy xây dựng bền vững. Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu cụ thể về khả năng gia cố đất bằng geopolymer tro trấu, mở rộng ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Vật liệu geopolymer là polymer vô cơ được tổng hợp từ các nguyên liệu aluminosilicate như tro bay, tro trấu, kaolin, metakaolin, hoạt hóa bằng dung dịch kiềm như NaOH, KOH, Ca(OH)₂. Quá trình geopolymer hóa bao gồm hòa tan các phân tử Si và Al trong môi trường kiềm, tạo thành các monomer silicate và aluminate, sau đó trùng hợp thành mạng lưới poly(sialate) bền vững về mặt cấu trúc và cơ học.

Tro trấu hoạt hóa được xem là nguyên liệu có độ hoạt tính cao, cung cấp nguồn SiO₂ phong phú (khoảng 82.57% theo khối lượng), tham gia tích cực vào phản ứng geopolymer hóa. Các phản ứng hóa học chính được mô tả qua các phương trình tạo monomer và polymer hóa, tạo thành cấu trúc mạng lưới liên kết Si-O-Al-O bền vững.

Ba khái niệm chính trong nghiên cứu gồm:

• Cường độ chịu nén đơn qu (qu): Lực lớn nhất mẫu đất chịu được trên đơn vị diện tích trước khi phá hoại.
• Module biến dạng (Eso): Độ dốc của đường cong ứng suất-biến dạng, phản ánh độ cứng của mẫu đất.
• Tỷ lệ dung dịch hoạt hóa (L/(RHA+SSs)): Tỷ lệ khối lượng dung dịch kiềm so với tổng khối lượng tro trấu và đất, ảnh hưởng đến quá trình geopolymer hóa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là mẫu đất lấy từ khu vực ĐBSCL, có thành phần hạt gồm 45% sét, 41% cát, 14% sỏi, với cường độ chịu nén ban đầu khoảng 21 kPa. Tro trấu được thu thập, đốt cháy, nghiền mịn và phân tích thành phần hóa học. Xi măng Portland PCB40 được sử dụng làm đối chứng.

Phương pháp thí nghiệm bao gồm:

• Chuẩn bị mẫu đất trộn tro trấu hoạt hóa theo tỷ lệ 30%, 40%, 50% theo khối lượng.
• Dung dịch hoạt hóa gồm NaOH 14 mol/lít và Na₂SiO₃ theo tỷ lệ 1:1.
• Tỷ lệ dung dịch hoạt hóa so với hỗn hợp tro trấu và đất thay đổi từ 0 đến 0.5.
• Mẫu được bảo dưỡng trong thùng xốp ở nhiệt độ 27°C ± 2°C trong các khoảng thời gian 7, 14, 28 ngày.
• Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén theo tiêu chuẩn ASTM D2166, sử dụng máy nén CBR với tốc độ nén 1.27 mm/phút.
• Module biến dạng được tính từ độ dốc đường cong ứng suất-biến dạng.

Cỡ mẫu hình trụ đường kính 40 mm, chiều cao 80 mm, được tạo mẫu và bảo dưỡng theo quy trình chuẩn. Phương pháp chọn mẫu và phân tích nhằm 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 thời gian bảo dưỡng:
   Với mẫu đất gia cố 30% tro trấu, tỷ lệ dung dịch hoạt hóa L/(RHA+SSs) = 0.4, cường độ chịu nén tăng từ 313 kPa (7 ngày) lên 801 kPa (28 ngày), tương đương tăng 15 lần đến 38 lần so với mẫu nguyên dạng (21 kPa). Module biến dạng tăng từ 2705 kPa lên 6959 kPa, gấp 3 đến 8 lần mẫu gốc. Biến dạng phá hoại cũng tăng từ 4% lên khoảng 15-20%.

2. Ảnh hưởng của hàm lượng dung dịch hoạt hóa:
   Khi tăng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa từ 0.4 lên 0.5, cường độ chịu nén và module biến dạng giảm rõ rệt. Ví dụ, ở 7 ngày bảo dưỡng, qu giảm từ 313 kPa xuống 91 kPa, Eso giảm từ 2705 kPa xuống 844 kPa. Điều này cho thấy tỷ lệ dung dịch hoạt hóa tối ưu là khoảng 0.4 để đạt hiệu quả gia cố tốt nhất.

3. Ảnh hưởng của hàm lượng tro trấu:
   Tăng hàm lượng tro trấu từ 30% lên 40% làm tăng đáng kể cường độ chịu nén và module biến dạng. Ở 7 ngày bảo dưỡng, mẫu 40% tro trấu đạt qu 1036 kPa, tăng 3.5 lần so với mẫu 30% tro trấu và gần 50 lần so với mẫu nguyên dạng. Module biến dạng đạt 6983 kPa, tăng 2.5 lần so với mẫu 30%. Tuy nhiên, biến dạng phá hoại cũng tăng lên 22%, cao hơn so với 15% của mẫu 30%.

4. So sánh với phương pháp đất trộn xi măng:
   Mẫu đất gia cố bằng geopolymer tro trấu có cường độ chịu nén và module biến dạng vượt trội so với mẫu đất trộn xi măng cùng điều kiện bảo dưỡng 28 ngày. Cường độ chịu nén của mẫu geopolymer tăng gấp 38 lần, module biến dạng tăng gấp 8 lần so với mẫu đất nguyên dạng, trong khi đất trộn xi măng có mức tăng thấp hơn.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy công nghệ geopolymer tổng hợp từ tro trấu hoạt hóa có khả năng gia cố đất yếu hiệu quả, vượt trội so với phương pháp truyền thống sử dụng xi măng. Sự tăng cường cường độ chịu nén và module biến dạng là do quá trình geopolymer hóa tạo thành mạng lưới poly(sialate) bền vững, làm tăng liên kết giữa các hạt đất.

Tuy nhiên, biến dạng phá hoại tăng theo cường độ, cho thấy mẫu đất gia cố có tính dẻo hơn, có thể hấp thụ năng lượng biến dạng lớn hơn trước khi phá hoại. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vật liệu geopolymer, cho thấy tính linh hoạt và khả năng chịu biến dạng tốt.

Việc tăng hàm lượng dung dịch hoạt hóa vượt quá mức tối ưu làm giảm hiệu quả gia cố, có thể do dư thừa dung dịch gây ra hiện tượng phân tách pha hoặc làm giảm liên kết mạng lưới polymer. Do đó, việc kiểm soát tỷ lệ dung dịch hoạt hóa là yếu tố quan trọng trong thiết kế vật liệu geopolymer.

Biểu đồ ứng suất-biến dạng và bảng số liệu chi tiết minh họa rõ sự phát triển cường độ và module biến dạng theo thời gian bảo dưỡng và tỷ lệ thành phần, giúp định hướng tối ưu hóa cấp phối vật liệu trong ứng dụng thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu tỷ lệ dung dịch hoạt hóa:
   Khuyến nghị sử dụng tỷ lệ L/(RHA+SSs) khoảng 0.4 để đạt hiệu quả gia cố tối ưu, đảm bảo cường độ chịu nén và module biến dạng cao nhất. Chủ thể thực hiện: các nhà nghiên cứu và kỹ sư thiết kế vật liệu, thời gian áp dụng: ngay trong các dự án nghiên cứu và thi công.

2. Điều chỉnh hàm lượng tro trấu:
   Sử dụng tro trấu hoạt hóa chiếm 30-40% theo khối lượng hỗn hợp để cân bằng giữa cường độ và biến dạng phá hoại, phù hợp với đặc tính đất yếu tại ĐBSCL. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và tư vấn thiết kế, thời gian áp dụng: trong giai đoạn chuẩn bị vật liệu.

3. Áp dụng công nghệ geopolymer trong xử lý nền đất yếu:
   Khuyến khích triển khai rộng rãi công nghệ geopolymer tổng hợp từ tro trấu hoạt hóa thay thế xi măng truyền thống nhằm giảm phát thải CO₂ và tăng tính bền vững công trình. Chủ thể thực hiện: các cơ quan quản lý xây dựng, doanh nghiệp xây dựng, thời gian áp dụng: trung hạn 2-3 năm.

4. Nghiên cứu mở rộng và thử nghiệm thực địa:
   Tiến hành các nghiên cứu bổ sung về ảnh hưởng của điều kiện môi trường thực tế, tuổi thọ vật liệu và khả năng chịu tải lâu dài. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu, trường đại học, thời gian áp dụng: dài hạn 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư địa kỹ thuật và xây dựng:
   Hưởng lợi từ các dữ liệu thực nghiệm về vật liệu geopolymer tro trấu, giúp thiết kế và thi công nền móng đất yếu hiệu quả, giảm chi phí và tăng độ bền công trình.

2. Nhà nghiên cứu vật liệu xây dựng:
   Có cơ sở khoa học để phát triển vật liệu xanh, thân thiện môi trường, mở rộng ứng dụng geopolymer trong các lĩnh vực khác như bê tông, vữa, gia cố đất.

3. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng:
   Tham khảo để phát triển sản phẩm geopolymer mới, tận dụng nguồn nguyên liệu tro trấu sẵn có, giảm phát thải khí nhà kính, nâng cao giá trị sản phẩm.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách:
   Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các chính sách khuyến khích sử dụng vật liệu xanh, giảm thiểu tác động môi trường trong ngành xây dựng, thúc đẩy phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Geopolymer là gì và tại sao lại thân thiện với môi trường?
   Geopolymer là vật liệu polymer vô cơ được tổng hợp từ nguyên liệu aluminosilicate và dung dịch kiềm. Quá trình sản xuất thải ra lượng CO₂ thấp hơn xi măng Portland khoảng 6 lần, giúp giảm hiệu ứng nhà kính.

2. Tại sao chọn tro trấu làm nguyên liệu chính?
   Tro trấu có hàm lượng SiO₂ cao (~82.57%), có độ hoạt tính tốt, sẵn có tại Việt Nam, giúp tạo vật liệu geopolymer có cường độ cao và thân thiện môi trường.

3. Ảnh hưởng của thời gian bảo dưỡng đến cường độ vật liệu như thế nào?
   Cường độ chịu nén và module biến dạng tăng theo thời gian bảo dưỡng, đặc biệt trong 28 ngày đầu, do quá trình geopolymer hóa diễn ra mạnh mẽ, tạo mạng lưới liên kết bền vững.

4. Tỷ lệ dung dịch hoạt hóa ảnh hưởng ra sao đến hiệu quả gia cố?
   Tỷ lệ dung dịch hoạt hóa tối ưu khoảng 0.4 so với tổng khối lượng tro trấu và đất. Vượt quá tỷ lệ này, cường độ và module biến dạng giảm do hiện tượng phân tách pha và giảm liên kết polymer.

5. So sánh hiệu quả giữa công nghệ geopolymer và đất trộn xi măng?
   Geopolymer tro trấu cho cường độ chịu nén và module biến dạng cao hơn đáng kể, đồng thời giảm phát thải CO₂, phù hợp với xu hướng phát triển vật liệu xanh trong xây dựng.

Kết luận

• Luận văn đã xác định được cấp phối tối ưu cho vật liệu geopolymer tổng hợp từ tro trấu hoạt hóa, với tỷ lệ dung dịch hoạt hóa L/(RHA+SSs) khoảng 0.4 và hàm lượng tro trấu 30-40%.
• Cường độ chịu nén của đất gia cố tăng lên đến 38 lần, module biến dạng tăng 8 lần so với đất nguyên dạng sau 28 ngày bảo dưỡng.
• Công nghệ geopolymer tro trấu vượt trội hơn so với phương pháp đất trộn xi măng truyền thống về cả hiệu quả kỹ thuật và thân thiện môi trường.
• Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu xanh trong xử lý nền đất yếu tại ĐBSCL và các vùng đất yếu khác.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng, thử nghiệm thực địa và ứng dụng công nghệ trong thực tế xây dựng nhằm thúc đẩy phát triển bền vững ngành xây dựng Việt Nam.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai thử nghiệm thực địa, đồng thời phát triển sản phẩm geopolymer tro trấu thương mại hóa, góp phần giảm phát thải và nâng cao chất lượng công trình xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu 4 L3 Phuong pháp nghiên cứu Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cơ chế hình thành cường độ của dat gia cô khi sử dụng công nghệ geopolymer tổng hợp từ tro trâu hoạt hoá. Phương pháp thí nghiệm: chế bị mẫu thử và thí nghiệm để giải quyết mục tiêu của dé tài. I4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nghiên cứu như là một hướng phát triển của ứng dụng vật liệu geopolymer trong xử lý nền đất yếu. Nhằm đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng là sản xuất ra vật liệu xanh, thân thiện với môi trường nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật.

Qua nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn về sự phát triển cường độ chịu nén, module biến dang của vật liệu geopolymer được tổng hợp từ tro trâu hoạt hoá, khi ứng dung dé xử lý nền đất yếu trong điều kiện địa chất khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long. Nội dung nghiên cứu 5 PHAN II. NOI DUNG NGHIEN CUU Tổng quan 6 CHUONG 1.1 Tinh hình nghiên cứu và phát trién công nghệ geopolymer 1.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới M. Karim et at.

( 2015) [4] đã nghiên cứu mẫu vữa thay thé xi măng bang các nguyên vật liệu: xỉ thép ( 40%, 50%, 55%, 60%, 70% theo khối lượng nguyên vật liệu), tro bay (20%, 30%, 35%, 40% theo khối lượng nguyén vật liệu), tro trâu ( 0%, 10%, 20%, 30% theo khối lượng nguyên vật liệu) và sử dụng các dung dịch hoạt hoá gôm: NaOH, Ca(OH)2, KOH ( có nông độ mol thay đôi: 1. Mẫu được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng 25 + 20C và thời gian nén mẫu là 3 ngày, 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày. Kết quả cường độ chịu nén lớn nhất của mẫu lập phương 50 mm x 50 mm x 50 mm theo tiêu chuẩn ASTM C109 đạt 42.24 MPa với thành phần nguyên vật liệu là 40% xỉ thép, 30% tro bay, 30% tro trâu, 2.5 mol/lít dung dich NaOH và ở 28 ngày bảo dưỡng. Chayanee Tippayasam et at.

( 2014) [5] nghiên cứu cường độ vật liệu geopolymer kaolin khi sử dung kaolin ( K), metakaolin ( MK - được nung từ kaolin ở nhiệt độ cao: 600°C, 700°C, 800°C, với thời gian nung là 2 giờ, và 6 giờ), tro trâu ( RHA), bagasse ash ( BA) và dung dịch kiểm kích hoạt Na2SiO3/NaOH= 3:2, trong đó nồng độ mol của dung dịch NaOH là 10 mol/lít. Kích thước mẫu: 25 mm x 25 mm x 25 mm, mẫu được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng, và được nén sau 7, 14, 21, 28, và 91 ngày. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng sau 7 ngày mẫu MK geopolymer đạt cường độ lớn nhất ( 40.75 MPa) khi nung kaolin ở 600°C trong thời gian 6 giờ. Cường độ chịu nén của mẫu geopolymer 100%K (29.6 MPa - Đặc biệt mẫu này yêu cau bảo dưỡng ở 80°C trong thời gian 24h sau đó bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng) xấp xỉ cường độ chịu nén của mẫu geopolymer 100% MK ( 30.9 MPa) sau 91 ngày nén.

Vì vậy có thé sử dung kaolin thay thé metakaolin trong tong hợp vật liệu geopolymer, nhăm tiết kiệm năng lượng, Tổng quan 7 cũng như giảm lượng lớn khí thải COa. Bên cạnh đó nghiên cứu cũng chỉ ra rằng ứng với mẫu geopolymer gồm 80% K và 20% RHA cho kết quả cường độ chịu nén lớn nhất 16.2 MPa ở 28 ngày và 21.3 MPa ở 91 ngày nén. Yun Yong Kim et at. ( 2014) [6] tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng, nông độ dung dịch kiềm hoạt hoá đến cường độ của mẫu vữa geopolymer.

Dong thời so sánh với mẫu vữa sử dụng xi măng Portland. Mẫu vữa geopolymer sử dụng tro trau với dung dịch hoạt hoá sodium hydroxide ( NaOH có nông độ mol thay đối 7, 8, 9, 10 mol/lit) và sodium silicate ( Na2SiO3 được lay theo tỷ lệ Na2SiO3 /NaOH= 2.5/1), tỷ lệ tro trâu/cát= 1:2. Mau vữa geopolymer được bảo dưỡng ở hai điều kiện là nhiệt độ phòng và bảo dưỡng ở 60°C trong vòng 24 giờ sau đó ở nhiệt độ phòng. Và mẫu vữa xi măng Podtland có tỷ lệ giữa nước/xi măng = 0.45, được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng.

Kết quả cường độ chịu nén của mẫu (mẫu có kích thước 100 mm x 100 mm x 100 mm) tăng theo thời gian bảo dưỡng mau là 7 ngày, 14 ngày, 28 ngày và dat giá trị lớn nhất 45 MPa khi mẫu có bảo dưỡng 24 giờ ở 60°C và 40.7 MPa với mẫu bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng sau 28 ngày, với NaOH = 10 mol/lít, trong khi mẫu vữa xi măng Portland đạt giá trị 25 MPa. Nuno Cristelo ef at. Khao sát với tỷ lệ phan trăm theo khối lượng của đất + tro bay là 20%, 30%, 40%, tương ứng tỷ lệ giữa tro bay/đất = 0. Ty lệ Na2Si0O3/NaOH = 2, với nông độ mol dung dịch NaOH là 10.

Mẫu B có: tỷ lệ nudc/xi mang= 0.25 va phan trăm xi măng theo khối lượng mẫu là 20%, 30%, 40%. Tất cả các mẫu được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ở mẫu A cường độ chịu nén của mẫu tăng khi ty lệ dung dịch hoạt hoá/tro bay giảm và đạt giá tri lớn nhất là 43.4 MPa sau 365 ngày bảo dưỡng. Bên cạnh đó, cường độ chịu nén của mẫu ở 28 ngày tương đối giống giữa mẫu A và mẫu B.

Tuy nhiên từ kết quả thí nghiệm mẫu A, cường độ chịu nén của mẫu A ở 28 ngày đạt khoảng 20 — 40 % cường độ chịu nén lớn nhất ở 365 ngày, trong khi mẫu B được dự báo theo công thức tính toán của Eurocode 2 ( 1992) đạt khoảng 80 — 85 % cường độ chịu nén lớn nhất ở 365 ngày. Dayakar Babu et at. ( 2013) [8] trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của phan tram vật liệu geopolymer tro trâu ( 0%, 5%, 10%, 15%) đến các đặc trưng sức chống cắt ( lực dính và góc ma sát trong) của đất cát, đất yếu và hỗn hợp đất yếu trộn đất cát. Với mục dich là tận dụng nguồn nguyên vật liệu có sẵn, giảm lượng khí thải CO› dựa trên công nghệ geopolymer để cải tạo nên đất đất yếu.

Tác giả sử dụng vật liệu geopolymer gôm tro trau, 8 mol/lít dung dịch NaOH ( 25.2% NaOH ran và 74.8% nước), dung dịch NazSiO3 được tạo thành từ: NazO= 14.9% theo khối lượng. Khuôn đúc mẫu có đường kính 100 mm và cao 200 mm, và khuôn có khả năng tách đôi dọc thân mẫu để tiễn hành thí nghiệm cắt 3 trục ( theo tiêu chuẩn I. Mẫu được thí nghiệm cắt 3 trục sau 7 ngày bảo dưỡng. Kết quả nghiên cứu cho thấy: sức chống cắt của đất có xu hướng tăng khi phần trăm vật liệu geopolymer tăng.

Khi mẫu có phân trăm đất yếu lớn hơn so với dat cát, sức chống cắt của mẫu tăng nhẹ khi phan trăm vật liệu geopolymer tăng và ngược lại khi mẫu có phan trăm dat cát lớn hơn so với đất yếu. Jian He et at. ( 2013) [9] nghiên cứu sử dụng bùn đỏ ( RM), tro trâu ( RHA) và dung dịch hoạt hoá NaOH dé tong hợp vật liệu geopolymer. Mẫu thí nghiệm có đường kính 20 mm và cao 50 mm và bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng.

Thí nghiệm A: Khảo sát thời gian bảo dưỡng 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49 ngày đến cường độ chịu nén của mẫu geopolymer tổng hợp từ RHA/RM = 0.4, dung dịch NaOH = 4 mol/lít. Kết quả thí nghiệm: Cường độ chịu nén của mẫu tăng ( of), biến dạng giảm ( £r), và Young’s modulus ( E) tăng theo thời gian bảo dưỡng, giá trị đạt được sau 49 ngày nén mẫu tương ứng là: 11. Thí nghiệm B: thí nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ Si/Al = 1.35 bằng cách thay đổi tương ứng ty lệ RHA/RM = 0.6 đến cường độ chịu nén của mẫu geopolymer. Kết quả chỉ ra rằng: or, er, E tăng khi tỷ lệ Si/AI tăng từ 1.

er, E lớn nhất tương ứng: 20. Thí nghiệm C: đánh giá sự thay doi của dung dịch NaOH = 2, 4,6 mol/lit đến cường độ chịu nén của mẫu geopolyer sau 60 ngày bảo dưỡng. Kết quả cho thay: giá trị of lớn nhất ( 15.23 MPa), tương ứng ef lớn nhất ( 2.62%) và giá trị E bang 0.89 khi NaOH = 2 mol/lít. Thí nghiệm D: Khảo sát ảnh hưởng của kích cỡ hạt RHA ( hạt bình thường va hat min) dén cường độ chịu nén cua mẫu geopolymer, khi Tổng quan 9 NaOH băng 4 mol/lít.

Kết quả cho thay kích cỡ hạt min cho giá tri of, er, E lớn hon tuong tng: 16. Nuno Cristelo et at. ( 2011) [10] đã nghiên cứu vé SỬ dung dung dich kiém hoat hóa sodium hydroxide ( NaOH) dé tong hop geopolymer từ tro bay dé gia cố đất yếu. Bang thí nghiệm trong phòng, tác giả xác định cường độ chịu nén khi trộn tro bay với đất với mẫu thí nghiệm đường kính 38 mm và cao 76 mm, và mẫu thí nghiệm lấy từ hiện trường có đường kính 69 mm, cao trung bình khoảng 96 mm.

Kết quả so sánh trong điều kiện: thời gian bảo dưỡng 90 ngày, nồng độ dung dịch NaOH là 12.5 mol/lít, phần trăm theo khối lượng của tro bay: 30%, 40%, điều kiện bảo dưỡng: “bảo dưỡng bình thường — mát” và “bảo dưỡng kín — mát”. Kết quả so sánh tương quan cường độ chịu nén của mẫu hiện trường/trong phòng là 1.32 tương ứng với mau K ( 30% FA), G ( 40% FA), va C (40% FA). Với kết quả cường độ chịu nén của mẫu ngoài hiện trường của loại K, G, C tương ứng là: 6. Ali Nazari et at.

( 2011) [11] nghiên cứu anh hưởng kích thước cỡ hạt ( f-hat min và c-hạt thô) của hỗn hợp tro bay ( FA/F — Fly ash) và tro trâu ( RHBA/R — Rice husk bark ash), và dung dịch kích hoạt NaOH ( 4, 8, 12 mol/lít) với điều kiện bảo dưỡng khác nhau ( ở nhiệt độ phòng khoảng 25°C và sau 36 giờ bảo dưỡng ở các nhiệt 40, 60, 80, 90°C) đến cường độ chịu nén của mẫu geopolymer sau 7 và 28 ngày bảo dưỡng. Thí nghiệm trên các mẫu geopolymer fF — fR với sự thay doi nồng độ mol dung dịch NaOH, cho kết quả cường độ chịu nén của mẫu lớn nhất khi NaOH băng 12 mol/lít và nhiệt độ bảo dưỡng trong 36 giờ là 80°C. Với dung dịch NaOH băng 12 mol/lít, tiếp tục thí nghiệm trên các mẫu geopolymer. Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ chịu nén của mẫu tăng khi nhiệt độ bảo dưỡng mẫu trong 36 giờ tăng ( đạt giá trị lớn nhất ở 80°C) và khi thời gian bảo dưỡng mẫu tăng.

Sau 7 ngày, mẫu geopolymer fF (70%) — fR ( 30%) ( tương ứng tỷ lệ Si02/Al203 = 2.99) cho cường độ chịu nén lớn nhất đạt 44 MPa.