Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Vai trò của cation kiềm đến cường độ vữa geopolymer

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu vai trò của cation kiềm trong việc cải thiện cường độ vữa geopolymer, mang lại ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Tiền Ngân
• 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 Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Vai Trò Của Cation Kiềm Đến Cường Độ Của Vữa Geopolymer
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu của đề tài
• 1.2.1. Khái niệm về Geopolymer
• 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2.4. Nhận xét các đề tài đã nghiên cứu
• 1.2.5. Vị trí của đề tài đang nghiên cứu
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu và phân loại tro bay
• 2.1.1. Giới thiệu tro bay
• 2.1.2. Phân loại tro bay
• 2.2. Công nghệ Geopolymer
• 2.2.1. Thủy tinh lỏng
• 2.2.2. Quá trình Geopolymer hóa
• 2.2.3. Cấu trúc vi mô của Geopolymer từ tro bay
• 2.3. Vật liệu Geopolymer
• 2.3.1. Xác định cấp phối vữa Geopolymer từ tro bay
• 2.3.2. Chế tạo vữa Geopolymer từ tro bay
• 2.3.3. Dưỡng hộ nhiệt vữa Geopolymer từ tro bay
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• 3.1. Nguyên liệu sử dụng
• 3.2. Dung dịch hoạt hóa
• 3.3. Cốt liệu nhỏ
• 3.4. Phương pháp thí nghiệm cấp phối mẫu vữa
• 3.4.1. Tính toán lựa chọn cấp phối
• 3.4.2. Quy trình thí nghiệm mẫu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả thí nghiệm
• 4.2. Phân tích số liệu
• 4.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ thủy tinh lỏng/dd ankaline đến cường độ chịu nén của mẫu
• 4.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ankaline đến cường độ chịu nén của mẫu
• 4.2.3. Ảnh hưởng của điều kiện dưỡng hộ đến cường độ chịu nén của mẫu
• 4.2.4. So sánh về cường độ chịu nén và giá trị kinh tế của các cation kiềm
• 4.3. Về cường độ chịu nén
• 4.4. Về giá trị kinh tế
• 5. CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Một số vấn đề tồn tại
• 5.3. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu

Nghiên cứu vai trò của cation kiềm trong cường độ của vữa geopolymer là một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh hiện nay. Ngành xây dựng đang đối mặt với nhiều thách thức về ô nhiễm môi trường và sự bền vững của vật liệu xây dựng. Việc sản xuất xi măng truyền thống thải ra một lượng lớn khí CO2, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Do đó, việc phát triển các loại vật liệu thay thế như vữa geopolymer từ tro bay không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có. Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu các loại cation kiềm khác nhau và ảnh hưởng của chúng đến cường độ vữa. Điều này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn trong việc phát triển các sản phẩm xây dựng thân thiện với môi trường.

II. Tình hình nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu về geopolymer đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới từ những năm 1970. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cation kiềm có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển cường độ của vữa geopolymer. Các tác giả như Joseph Davidovits đã chứng minh rằng việc sử dụng dung dịch alkali có thể tạo ra các sản phẩm có cường độ cao. Tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để ứng dụng geopolymer trong xây dựng, đặc biệt là việc sử dụng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều khoảng trống trong việc nghiên cứu ảnh hưởng của các loại cation kiềm khác nhau đến cường độ của vữa geopolymer. Đề tài này sẽ tiếp tục khai thác và làm rõ những vấn đề này.

III. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định vai trò của cation kiềm đến cường độ của vữa geopolymer. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc thay đổi nồng độ của dung dịch cation kiềm, tỷ lệ giữa thủy tinh lỏng và dung dịch ankaline, cũng như thời gian dưỡng hộ. Phương pháp nghiên cứu sẽ bao gồm các thí nghiệm thực nghiệm để thu thập dữ liệu về cường độ chịu nén của các mẫu vữa geopolymer. Kết quả sẽ được phân tích và so sánh để đưa ra những nhận xét về ảnh hưởng của các loại cation kiềm đến cường độ của vữa geopolymer. Điều này sẽ giúp xác định được loại cation kiềm tối ưu cho ứng dụng trong xây dựng.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng cường độ chịu nén của vữa geopolymer có sự khác biệt rõ rệt khi sử dụng các loại cation kiềm khác nhau. Các mẫu sử dụng NaOH cho thấy cường độ cao nhất, trong khi các mẫu sử dụng KOH có cường độ thấp hơn. Điều này cho thấy rằng cation kiềm không chỉ ảnh hưởng đến quá trình geopolymer hóa mà còn đến cấu trúc vi mô của vữa geopolymer. Các yếu tố như tỷ lệ thủy tinh lỏng và thời gian dưỡng hộ cũng có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho việc phát triển vữa geopolymer mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong ngành xây dựng.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu vai trò của cation kiềm đến cường độ của vữa geopolymer đã chỉ ra rằng việc lựa chọn loại cation kiềm phù hợp có thể nâng cao đáng kể cường độ của sản phẩm. Các kết quả thu được từ nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thực tiễn để phát triển các sản phẩm xây dựng bền vững và thân thiện với môi trường. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về các loại cation kiềm khác và ảnh hưởng của chúng đến các tính chất khác của vữa geopolymer. Điều này sẽ góp phần làm phong phú thêm kiến thức về geopolymer và mở rộng ứng dụng của nó trong ngành xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính đang là những vấn đề cấp thiết toàn cầu, trong đó ngành sản xuất xi măng truyền thống đóng góp lượng lớn khí CO2, khoảng 1 tấn CO2 phát thải cho mỗi tấn xi măng Portland sản xuất. Tại Việt Nam, sản lượng tro bay thải ra từ các nhà máy nhiệt điện đốt than ước tính khoảng 4,8 triệu tấn mỗi năm, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe và môi trường. Trước thực trạng này, việc phát triển vật liệu xây dựng thân thiện môi trường như vữa geopolymer từ tro bay được xem là giải pháp bền vững, vừa tận dụng phế thải công nghiệp, vừa giảm phát thải khí nhà kính.

Vữa geopolymer là chất kết dính vô cơ được tổng hợp từ tro bay giàu silic và nhôm kết hợp với dung dịch alkaline gồm thủy tinh lỏng và cation kiềm. Nghiên cứu tập trung vào vai trò của các cation kiềm khác nhau (Na⁺, K⁺) trong dung dịch hoạt hóa đến cường độ chịu nén của vữa geopolymer. Mục tiêu chính là xác định ảnh hưởng của nồng độ mol, tỷ lệ thủy tinh lỏng trên dung dịch alkaline và thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ vữa, từ đó đề xuất cấp phối tối ưu cho ứng dụng thực tế.

Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2015-2018, sử dụng tro bay loại F với thành phần SiO₂ chiếm 51,2%, Al₂O₃ 28,3%, CaO 3,2%. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ cơ chế hoạt hóa kiềm và thực tiễn trong sản xuất vật liệu xây dựng thân thiện môi trường, góp phần giảm thiểu phát thải CO₂ và xử lý phế thải tro bay hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết geopolymer hóa, trong đó vật liệu geopolymer là polymer vô cơ được tổng hợp từ các khoáng chất giàu silic và nhôm (tro bay) với dung dịch alkaline (NaOH hoặc KOH kết hợp thủy tinh lỏng Na₂SiO₃). Quá trình geopolymer hóa gồm ba giai đoạn chính: tách giải phóng Si và Al từ nguyên liệu, di chuyển và kết hợp thành monomer, sau đó trùng ngưng tạo thành mạng polymer vô cơ có cấu trúc tương tự zeolit nhưng ở dạng vô định hình.

Hai mô hình phản ứng chính được áp dụng:

• Khi tỷ lệ Si/Al = 1, tạo thành poly(sialate) với cấu trúc mạng liên kết Si–O–Al.
• Khi tỷ lệ Si/Al = 2, tạo thành poly(sialate-siloxo) với cấu trúc phức tạp hơn.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Tro bay loại F: tro bay ít canxi, có tính puzzolan, không tự đóng rắn.
• Dung dịch alkaline: hỗn hợp NaOH hoặc KOH với thủy tinh lỏng (Na₂SiO₃).
• Thủy tinh lỏng: nguồn cung cấp oxit silic, ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô và cường độ geopolymer.
• Cường độ chịu nén: chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng vữa geopolymer.
• Dưỡng hộ nhiệt: quá trình gia nhiệt thúc đẩy phản ứng geopolymer hóa, ảnh hưởng đến cường độ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm vật liệu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Cỡ mẫu gồm 12 tổ mẫu, mỗi tổ 12 mẫu hình trụ tròn kích thước 100x200 mm, được đúc từ hỗn hợp tro bay loại F, cát, dung dịch alkaline (NaOH hoặc KOH) và thủy tinh lỏng.

Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn cấp phối dựa trên các tỷ lệ mol dung dịch kiềm (10M, 12M, 14M, 16M), tỷ lệ thủy tinh lỏng trên dung dịch alkaline (0,6; 0,67; 0,71) và thời gian dưỡng hộ nhiệt (8 giờ, 10 giờ) ở 100°C. Các mẫu được dưỡng hộ nhiệt sau 5 ngày bảo dưỡng ở điều kiện thường, sau đó tiến hành thí nghiệm nén mẫu để xác định cường độ chịu nén.

Phân tích số liệu sử dụng phương pháp so sánh trực tiếp cường độ chịu nén giữa các tổ mẫu, đánh giá ảnh hưởng của từng yếu tố (cation kiềm, nồng độ mol, tỷ lệ thủy tinh lỏng, thời gian dưỡng hộ) đến kết quả. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2015 đến 2018, bao gồm giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thiết kế cấp phối, thực hiện thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của loại cation kiềm đến cường độ vữa geopolymer: Mẫu sử dụng dung dịch NaOH cho cường độ chịu nén cao hơn so với KOH trong cùng điều kiện mol và tỷ lệ thủy tinh lỏng. Ví dụ, ở nồng độ 14M, tỷ lệ TTL/alkaline = 0,67, cường độ mẫu NaOH đạt khoảng 45 MPa, trong khi mẫu KOH chỉ đạt khoảng 38 MPa, tương đương chênh lệch 18%.

2. Ảnh hưởng nồng độ mol dung dịch kiềm: Cường độ chịu nén tăng theo nồng độ mol dung dịch kiềm từ 10M đến 14M, nhưng giảm nhẹ khi tăng lên 16M. Cụ thể, với NaOH, cường độ tăng từ 35 MPa (10M) lên 48 MPa (14M), sau đó giảm còn 44 MPa (16M).

3. Ảnh hưởng tỷ lệ thủy tinh lỏng trên dung dịch alkaline: Tỷ lệ TTL/alkaline = 0,67 cho kết quả cường độ cao nhất, vượt trội hơn so với 0,6 và 0,71. Ví dụ, ở 12M NaOH, cường độ mẫu với tỷ lệ 0,67 đạt 42 MPa, trong khi tỷ lệ 0,6 và 0,71 lần lượt là 38 MPa và 40 MPa.

4. Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt: Dưỡng hộ 10 giờ tại 100°C giúp tăng cường độ chịu nén trung bình 10-15% so với dưỡng hộ 8 giờ. Ví dụ, mẫu NaOH 14M, TTL/alkaline 0,67 có cường độ 52 MPa sau 10 giờ, so với 45 MPa sau 8 giờ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt cường độ giữa NaOH và KOH là do kích thước ion và khả năng hoạt hóa tro bay khác nhau. Ion Na⁺ nhỏ hơn ion K⁺, giúp tăng khả năng khuếch tán và phản ứng với các hạt tro bay, tạo mạng polymer liên kết chắc chắn hơn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế trước đây, cho thấy NaOH thường cho cường độ geopolymer cao hơn KOH trong điều kiện tương tự.

Nồng độ mol dung dịch kiềm ảnh hưởng đến độ hoạt hóa của tro bay, tuy nhiên khi vượt quá 14M, nồng độ quá cao gây hiện tượng kết tủa và giảm hiệu quả phản ứng, làm giảm cường độ. Tỷ lệ thủy tinh lỏng tối ưu tại 0,67 giúp cung cấp đủ oxit silic để tạo mạng liên kết polymer ổn định, tránh hiện tượng dư thừa hoặc thiếu hụt thủy tinh lỏng làm giảm cường độ.

Thời gian dưỡng hộ nhiệt kéo dài giúp hoàn thiện quá trình geopolymer hóa, tăng mật độ mạng liên kết và giảm lỗ rỗng trong cấu trúc vi mô, từ đó nâng cao cường độ chịu nén. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cường độ theo mol dung dịch kiềm và tỷ lệ TTL/alkaline, cũng như bảng so sánh cường độ giữa các loại cation kiềm và thời gian dưỡng hộ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ưu tiên sử dụng dung dịch NaOH với nồng độ mol 14M trong hoạt hóa tro bay để đạt cường độ vữa geopolymer tối ưu, nhằm nâng cao chất lượng vật liệu xây dựng thân thiện môi trường. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm.

2. Điều chỉnh tỷ lệ thủy tinh lỏng trên dung dịch alkaline ở mức 0,67 để cân bằng giữa khả năng hoạt hóa và cung cấp oxit silic, giúp tăng cường độ và tính ổn định của vữa geopolymer. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất vật liệu xây dựng.

3. Áp dụng chế độ dưỡng hộ nhiệt 10 giờ ở 100°C trong quy trình sản xuất để đảm bảo hoàn thiện phản ứng geopolymer hóa, nâng cao cường độ chịu nén và độ bền của sản phẩm. Thời gian áp dụng: trong quy trình sản xuất công nghiệp.

4. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng về các loại cation kiềm khác như LiOH, Ba(OH)₂ để đánh giá tiềm năng ứng dụng trong các điều kiện đặc thù, góp phần đa dạng hóa nguồn nguyên liệu và ứng dụng geopolymer. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng, vật liệu xây dựng: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và cơ sở lý thuyết về geopolymer, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng thân thiện môi trường: Áp dụng kết quả để tối ưu hóa quy trình sản xuất vữa geopolymer, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí xử lý phế thải.

3. Cơ quan quản lý và tư vấn xây dựng: Sử dụng làm tài liệu tham khảo trong việc đánh giá, phê duyệt các công trình sử dụng vật liệu geopolymer, góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng.

4. Các tổ chức môi trường và phát triển bền vững: Tham khảo để thúc đẩy ứng dụng công nghệ xanh, giảm phát thải CO₂ và xử lý hiệu quả tro bay từ các nhà máy nhiệt điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Vữa geopolymer là gì và có ưu điểm gì so với vữa xi măng truyền thống?
   Vữa geopolymer là vật liệu kết dính vô cơ được tổng hợp từ tro bay và dung dịch alkaline. Ưu điểm gồm cường độ sớm, khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt cao và thân thiện môi trường do giảm phát thải CO₂ so với xi măng Portland.

2. Tại sao chọn NaOH và KOH làm cation kiềm trong nghiên cứu?
   NaOH và KOH là hai loại cation kiềm phổ biến, có tính ăn mòn thấp hơn so với các loại khác, dễ dàng pha chế dung dịch hoạt hóa và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp geopolymer.

3. Ảnh hưởng của nồng độ mol dung dịch kiềm đến cường độ vữa geopolymer như thế nào?
   Cường độ tăng khi nồng độ mol tăng đến mức tối ưu (khoảng 14M), sau đó giảm do hiện tượng kết tủa và giảm hiệu quả phản ứng, làm giảm cường độ chịu nén.

4. Tỷ lệ thủy tinh lỏng trên dung dịch alkaline ảnh hưởng ra sao đến chất lượng vữa?
   Tỷ lệ này ảnh hưởng đến lượng oxit silic cung cấp cho phản ứng geopolymer hóa. Tỷ lệ tối ưu khoảng 0,67 giúp tạo mạng polymer ổn định, tăng cường độ và độ bền của vữa.

5. Thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ có vai trò gì trong quá trình geopolymer hóa?
   Dưỡng hộ nhiệt thúc đẩy phản ứng polymer hóa, tăng mật độ mạng liên kết và giảm lỗ rỗng, từ đó nâng cao cường độ chịu nén. Thời gian dưỡng hộ 10 giờ ở 100°C được khuyến nghị để đạt hiệu quả tối ưu.

Kết luận

• Vữa geopolymer sử dụng dung dịch NaOH với nồng độ 14M và tỷ lệ thủy tinh lỏng trên dung dịch alkaline 0,67 cho cường độ chịu nén cao nhất, đạt khoảng 52 MPa sau 10 giờ dưỡng hộ nhiệt.
• Cation kiềm Na⁺ có vai trò quan trọng hơn K⁺ trong việc tăng cường độ vữa geopolymer do kích thước ion nhỏ và khả năng hoạt hóa tốt hơn.
• Thời gian dưỡng hộ nhiệt kéo dài giúp hoàn thiện phản ứng geopolymer hóa, nâng cao chất lượng vật liệu.
• Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ chế hoạt hóa kiềm và đề xuất cấp phối tối ưu, hỗ trợ ứng dụng thực tiễn vật liệu xây dựng thân thiện môi trường.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu với các loại cation kiềm khác và ứng dụng quy mô công nghiệp, kêu gọi các đơn vị sản xuất và nghiên cứu phối hợp phát triển.

Hãy áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển vật liệu xây dựng bền vững, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế trong ngành xây dựng hiện đại.

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 NGUYỄN TIỀN NGÂN NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CATION KIỀM ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA VỮA GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208 S K C0 0 5 8 4 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TIỀN NGÂN NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CATION KIỀM ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CỦA VỮA GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208 TP. Hồ Chí Minh, tháng 5/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TIỀN NGÂN NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CATION KIỀM ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CỦA VỮA GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: PGS.PHAN ĐỨC HÙNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 5/2018 Luan van i Luan van ii Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC 1.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Nguyễn Tiền Ngân Giới tính: Nam Ngày/tháng/năm sinh: 15/11/1982 Nơi sinh: An Giang Quê quán: xã Mỹ Luông, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang. Dân tộc: Kinh Nơi cư trú: ấp An Lạc, xã An Thạnh Trung, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang Nơi công tác: Xí nghiệp môi trường đô thị huyện Thoại Sơn - An Giang Điện thoại cơ quan: 02963.879360 Điện thoại nhà riêng: 0919. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Hệ đào tạo đại học: vừa học vừa làm Thời gian đào tạo: từ năm 2005 đến 2012 Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Ngành học: Xây dựng dân dụng và công nghiệp.

Tên đồ án tốt nghiệp: Nhà hàng khách sạn Hòa Bình – thành phố Long Xuyên – tỉnh An Giang. Ngày bảo vệ đồ án: tháng 5/2010. Nơi bảo vệ đồ án: Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: thầy Lê Hoàng Tuấn iii Luan van 3.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2010 - 2011 Công ty cổ phần An Thịnh Cán bộ kỹ thuật 2011 - 2013 Công ty TNHH Kiến thiết 2345 Cán bộ kỹ thuật 2013 - 2015 Ban công trình công cộng huyện Thoại Sơn Cán bộ kỹ thuật 2016 đến nay Xí nghiệp môi trường đô thị huyện Thoại Sơn Cán bộ kỹ thuật iv Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 04 năm 2018 Nguyễn Tiền Ngân v Luan van LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ bạn bè và quý Thầy trong Khoa xây dựng - Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM đã giảng dạy. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy Phan Đức Hùng đã tận tình hướng dẫn, cung cấp các thông tin nghiên cứu cần thiết và chỉ bảo tôi trong thời gian tôi thực hiện luận văn thạc sĩ.

Tôi chân thành biết ơn gia đình cùng bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn. Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 04 năm 2018 Nguyễn Tiền Ngân vi Luan van TÓM TẮT Tìm hiểu ưu - nhược điểm của các loại cation kiềm hiện nay. So sánh để lựa chọn ra những cation kiềm sử dụng rộng rãi rong thực tế và phù hợp cho việc kết hợp với thủy tinh lỏng để tạo ra dung dịch alkaline.

Sau đó kết hợp với tro bay để tạo thành chất kết dính Geopolymer. Nghiên cứu các kết quả khoa học đi trước có sẵn ở trong nước và trên thế giới, cùng với việc sử dụng phương pháp thực nghiệm nhiều lần để có được cấp phối tối ưu tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu. Thay đổi nồng độ mol của dung dịch cation kiềm, tỉ lệ thủy tinh lỏng trên dung dịch ankaline để đổ mẫu và thay đổi thời gian khi dưỡng hộ. Lấy kết quả nén mẫu để so sánh cường độ giữa các cation kiềm, từ đó nhận xét vai trò của cation kiềm đến cường độ vữa geopolymer.

vii Luan van DANH MỤC HÌNH Hn Khói bụi tại nhà máy sản xuất xi măng Cẩm Phả. 2 Hn Khói bụi tại nhà máy sản xuất xi măng Kiên Lương. 2 Hn Mẫu vữa geopolymer trong dung dich axit sulphuaric 45 ngày .4: Mẫu vữa geopolymer trong dung dich mangesium sulphate 45 ngày. 3 Hn Thành phần vật liệu chế tạo vữa hay bê tông geopolymer.

4 Hn Các dạng biến đổi tinh thể geopolymer. 5 Hn Natri hydroxyt dạng vảy .1: Tro bay loại C và loại F (nguồn internet). 12 Hn 2: Thủy tinh lỏng .3: Qúa trình Geopolymer hóa .4: Hình ảnh SEM .5: Cấu trúc vi mô của Geopolymer .6: Cấu trúc vi mô của Geopolymer dưới kính hiển vi (Ubolluk Rattanasak, 2009).7: Nguyên vật liệu sử dụng đúc mẫu. 22 Hn Tro bay sử dụng trong thí nghiệm.

25 Hn Dung dịch Ankaline .3: KOH dạng khang. 27 Hn Cốt liệu nhỏ .5: Nguyên vật liệu sử dụng đúc mẫu .6: Nhào trộn và đúc mẫu .8: Thí nghiệm nén mẫu.9: Quy trình thí nghiệm. 33 viii Luan van DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Thành phần hóa của tro bay .2: Thành phần hạt của cát .3: Cấp phối vữa Geopolymer (1m3) .1: Kết quả thí nghiệm nén cấp phối mẫu vữa Geopolymer (Mpa) .2: Kết quả trung bình thí nghiệm nén cấp phối tổ mẫu vữa Geopolymer (Mpa) .3: So sánh cường độ giữa các Cation kiềm. 48 ix Luan van DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 2.1: Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch ankali/tro bay và nhiệt độ dưỡng hộ đến cường độ chịu nén của vữa geopolymer .2: Ảnh hưởng tỷ lệ Na2SiO3/NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ đến cường độ chịu nén của vữa geopolymer .3: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian dưỡng hộ nhiệt .1: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và tỉ lệ TTL/ dd ankaline = 0,6 .2: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và tỉ lệ TTL/ dd ankaline = 0,67 .3: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và tỉ lệ TTL/ dd ankaline =0,71 .4: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 10h và tỉ lệ TTL/ dd ankaline = 0,6 .5: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 10h và tỉ lệ TL/ dd ankaline = 0,67 .6: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 10h và tỉ lệ TTL/ dd ankaline = 0,71 .7: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và sử dụng cation kiềm có nồng độ 10M .8: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và sử dụng cation kiềm có nồng độ 12M .9: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và sử dụng cation kiềm có nồng độ 14M .10: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và sử dụng cation kiềm có nồng độ 16M.

42 x Luan van Biểu đồ 4.11: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 10h và sử dụng cation kiềm có nồng độ 10M .12: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 10h và sử dụng cation kiềm có nồng độ 12M .13: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 10h và sử dụng cation kiềm có nồng độ 14M .14: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 10h và sử dụng cation kiềm có nồng độ 16M .15: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và 10h với tỉ lệ TTL/dd ankaline (NaOH) = 0,6 .16: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và 10h với tỉ lệ TTL/dd ankaline (NaOH) = 0,67 .17: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và 10h với tỉ lệ TTL/dd ankaline (NaOH) = 0,71 .18: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và 10h với tỉ lệ TTL/dd ankaline (KOH) = 0,6 .19: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và 10h với tỉ lệ TTL/dd ankaline (KOH) = 0,67 .20: Kết quả thí nghiệm nén mẫu ở thời gian dưỡng hộ 8h và 10h với tỉ lệ TTL/dd ankaline (KOH) = 0,71. 48 xi Luan van MỤC LỤC Quyết định giao đề tài. i Xác nhận của giáo viên hướng dẫn. ii Lý lịch khoa học.

iii Lời cam đoan .vii Danh mục hình. viii Danh mục bảng. ix Danh mục biểu đồ. x - xi CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu .2 Tình hình nghiên cứu của đề tài .1 Khái niệm về Geopolymer .2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước .3 Tình hình nghiên cứu trong nước .4 Nhận xét các đề tài đã nghiên cứu .5 Vị trí của đề tài đang nghiên cứu .3 Mục tiêu đề tài .4 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu .2 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài .5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

10 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 11 xii Luan van 2.1 Giới thiệu và phân loại tro bay .1 Giới thiệu tro bay .2 Phân loại tro bay .2 Công nghệ Geopolymer .1 Thủy tinh lỏng .2 Quá trình Geopolymer hóa .3 Cấu trúc vi mô của Geopolymer từ tro bay .3 Vật liệu Geopolymer .1 Xác định cấp phối vữa Geopolymer từ tro bay .2 Chế tạo vữa Geopolymer từ tro bay .3 Dưỡng hộ nhiệt vữa Geopolymer từ tro bay. 22 CHƢƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 25 3.1 Nguyên liệu sử dụng .2 Dung dịch hoạt hóa .3 Cốt liệu nhỏ .2 Phương pháp thí nghiệm cấp phối mẫu vữa .1 Tính toán lựa chọn cấp phối .2 Quy trình thí nghiệm mẫu. 29 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .1 Kết quả thí nghiệm .2 Phân tích số liệu .1 Ảnh hưởng của tỉ lệ thủy tinh lỏng/dd ankaline đến cường độ chịu nén của mẫu .2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ankaline đến cường độ chịu nén của mẫu .3 Ảnh hưởng của điều kiện dưỡng hộ đến cường độ chịu nén của mẫu.3 So sánh về cường độ chịu nén và giá trị kinh tế của các cation kiềm.

48 xiii Luan van 4.1 Về cường độ chịu nén .2 Về giá trị kinh tế. 50 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .2 Một số vấn đề tồn tại .3 Hướng phát triển đề tài. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 52 - 54 xiv Luan van CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.