(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu vai trò của cation kiềm đến cường độ bê tông GEOPOLYMER

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng 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 cơng trình nào khác.
TP. Hồ Chí Minh, ngày …. Tháng …. Năm 2018

Phan Phú Lộc


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô, đặc biệt là thầy Phan Đức Hùng trong
thời gian qua đã tận tình hướng dẫn tơi trong việc hồn thành chun đề.
Tơi cũng xin trân trọng cám ơn sự giúp đỡ của q thầy cơ, q bạn trường đại học
Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh - Trường đại học An Giang đã tạo điều kiện thuận
lợi trong suốt thời gian tơi thực hiện đề cương này.
Vì thời gian làm bài cịn nhiều hạn chế và với trình độ khả năng có hạn nên khơng
thể tránh khỏi sai sót. Tơi kính mong q thầy cơ chỉ dẫn thêm để tơi hồn thành tốt đề
cương của mình.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng

Phan Phú Lộc

năm 2018


TÓM TẮT
Bài báo sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
so sánh và đánh giá kết quả so sánh với thí nghiệm được cơng bố. Nội dung của bài
báo là nghiên cứu vai trò của cation kiềm khi thay đổi tỷ lệ thủy tinh lỏng với
cation kiềm, thay đổi nồng độ mol của dung dịch Cation kiềm và thay đổi thời gian
dưỡng hộ bê tông Geopolymer từ tỷ lệ và nồng độ trước đó ảnh hưởng như thế nào

đến cường độ chịu nén.
Từ khóa: Geopolymer, Bê tông Geopolymer, Cation kiềm, NaOH, KOH.

ABSTRACT

This paper uses theoretical research methodology combined with
comparative experiments and results evaluation compared with published
experiments. The content of the paper is to study the role of alkaline cations when
changing the ratio of liquid glass to alkaline cation, changing the molar
concentration of alkaline solution and changing the time of concrete cure
Geopolymer from proportions and concentrations How does the previous degree
affect the Compressive strength?
Key words: Geopolymer, Geopolymer Concrete, Alkaline Cation, NaOH, KOH.


MỤC LỤC
Lý lịch khoa học .......................................................................................................... 2
Lời cam đoan ............................................................................................................... 3
Lời cảm ơn .................................................................................................................. 4
Mục lục ........................................................................................................................ i
Danh mục hình ảnh ................................................................................................... iii
Danh mục bảng .......................................................................................................... iv
Danh mục biểu đồ ....................................................................................................... v
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ...................................................................................... 6
1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu......................................................................... 6
1.2 Tình hình nghiên cứu ............................................................................................ 8
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước ...................................................................... 8
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................... 11
1.3 Nhận xét về các đề tài ......................................................................................... 13
1.4 Vị trí của đề tài nghiên cứu ................................................................................. 13

1.5 Mục tiêu đề tài nghiên cứu ................................................................................. 13
1.6 Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu ............................................................................... 14
1.7 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 14
1.8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. .......................................................... 14
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................ 15
2.1 Công nghệ Geopolymer ...................................................................................... 15
2.1.1 Lịch sử ra đời chất kết dính Geopolymer......................................................... 15
2.1.2 Cơ chế phản ứng trong q trình Geopolymer hóa .......................................... 17
2.2 Nguyên vật liệu ................................................................................................... 21
2.2.1 Tro bay ............................................................................................................. 21
2.2.2 Thủy tinh lỏng và quá trình tạo thành thủy tinh lỏng....................................... 24
2.2.2.1 Thủy tinh lỏng ............................................................................................... 24
2.2.2.2 Quá trình tạo thành thủy tinh lỏng ................................................................ 25

i


2.2.2.3 Dung dịch Cation kiềm ................................................................................. 25
2.3 Bê tông Geopolymer ........................................................................................... 25
2.3.1 Xác định cấp phối bê tông Geopolymer từ tro bay .......................................... 25
2.3.2 Chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay ........................................................... 27
2.3.3 Dưỡng hộ nhiệt bê tông Geopolymer từ tro bay .............................................. 27
CHƢƠNG 3 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ....... 30
3.1 Nguyên vật liệu ................................................................................................... 30
3.1.1 Tro bay ............................................................................................................. 30
3.1.2 Dung dịch thủy tinh lỏng (Na2SiO3) ................................................................ 31
3.1.3 Dung dịch NaOH.............................................................................................. 32
3.1.4 Dung dịch KOH .............................................................................................. 33
3.1.5 Cát .................................................................................................................... 34
3.1.6 Cốt liệu lớn (Đá dăm)....................................................................................... 35

3.1.7 Thành phần cấp phối ........................................................................................ 36
3.2 Quy trình thí nghiệm mẫu ................................................................................... 36
CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 42
4.1 Kết quả ................................................................................................................ 42
4.2 Kết quả so sánh theo thời gian dưỡng hộ nhiệt ................................................... 42
4.3 So sánh cường độ chịu nén của NaOH và KOH cùng nồng độ và cùng thời gian
dưỡng hộ nhiệt........................................................................................................... 45
4.4. So sánh cường độ khi thay đổi nồng độ mol. ..................................................... 47
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI....................... 50
5.1 Kết luận ............................................................................................................... 50
5.2 Một số vấn đề tồn tại ........................................................................................... 51
5.3 Hướng phát triển đề tài........................................................................................ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 53

ii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Khói bụi tại nhà máy sản xuất xi măng [nguồn internet] ............................. 6
Hình 2.1 Tinh thể Geopolymer ................................................................................ 16
Hình 2.2 Cấu trúc Poly (Sialates) theo Davidovits .................................................. 18
Hình 2.3 Q trình Geopolymar hóa ......................................................................... 19
Hình 2.4 Mơ hình q trình họat hóa của dung dịch kiềm Alkali đối vơi tro bay… 17
Hình 2.5 Vi cấu trúc của tro bay .............................................................................. 21
Hình 2.6 Tro Bay....................................................................................................... 22
Hình 2.7 Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch ankali/tro bay và nhiệt độ dưỡng hộ đến cường
độ chịu nén của bê tơng geopolymer ....................................................................... 26
Hình 2.8 Ảnh hưởng tỷ lệ Na2SiO3/NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ đến cường độ chịu
nén của bê tơng geopolymer .................................................................................... 27
Hình 2.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian dưỡng hộ nhiệt ............................... 28

Hình 3.1 Tro bay loại F ............................................................................................. 30
Hình 3.2 Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3) ....................................................... 32
Hình 3.3 NaOH dạng khan ....................................................................................... 33
Hình 3.4 NaOH dạng dung dịch ................................................................................ 33
Hình 3.5 Kali hydroxit 90% – KOH - Potassium hydroxit[nguồn internet] ............ 34
Hình 3.6 Cát .............................................................................................................. 34
Hình 3.7 Biểu đồ thành phần hạt cát sử dụng ........................................................... 35
Hình 3.8 Cốt liệu lớn ................................................................................................. 36
Hình 3.9 Nguyên vật liệu sử dụng đúc mẫu .............................................................. 37
Hình 3.10 Cân đong ngun vật liệu......................................................................... 38
Hình 3.11 Khn đúc mẫu 100x200 mm .................................................................. 38
Hình 3.12 nhào trộn và đúc mẫu ............................................................................... 39
Hình 3.13 Tủ dưỡng hộ nhiệt .................................................................................... 40
Hình 3.14 Mẫu bê tơng trước khi nén mẫu ............................................................... 40
Hình 3.15 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén .................................................. 41

iii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Thành phần vật lý của tro bay ................................................................... 24
Bảng 3.1 Thành phần hóa của tro bay ....................................................................... 31
Bảng 3.2 Thành phần hạt của đá ............................................................................... 35
Bảng 3.3 Cấp phối bê tông Geopolymer (1m3) ......................................................... 36
Bảng 4.1 Kết quả nén mẫu thí nghiệm khi thay đổi nồng độ mol với thời gian bảo
dưỡng là 8 giờ. .......................................................................................................... 42
Bảng 4.2 Kết quả nén mẫu thí nghiệm khi thay đổi nồng độ mol với thời gian bảo
dưỡng là 10 giờ. ........................................................................................................ 42

iv

DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 4.1 So sánh cường độ khi thay đổi thời gian dưỡng hộ nhiệt của cation kiềm
NaOH cùng nồng độ là 14M ..................................................................................... 43
Biểu đồ 4.2 So sánh cường độ khi thay đổi thời gian dưỡng hộ nhiệt của cation kiềm
NaOH cùng nồng độ là 16M ..................................................................................... 44
Biểu đồ 4.3 So sánh cường độ khi thay đổi thời gian dưỡng hộ nhiệt của cation kiềm
KOH cùng nồng độ là 14M ....................................................................................... 44
Biểu đồ 4.4 So sánh cường độ khi thay đổi thời gian dưỡng hộ nhiệt của cation kiềm
KOH cùng nồng độ là 16M ....................................................................................... 45
Biểu đồ 4.5 So sánh cường độ của dung dịch NaOH và dung dịch KOH, cùng nồng
độ là 14 M và cùng thời gian bảo dưỡng là 8 giờ ..................................................... 45
Biểu đồ 4.6 So sánh cường độ của dung dịch NaOH và dung dịch KOH, cùng nồng
độ là 14 M và cùng thời gian bảo dưỡng là 10 giờ ................................................... 46
Biểu đồ 4.7 So sánh cường độ của dung dịch NaOH và dung dịch KOH cùng nồng
độ là 16 M và cùng thời gian bảo dưỡng là 8 giờ ..................................................... 46
Biểu đồ 4.8 So sánh cường độ của dung dịch NaOH và dung dịch KOH, cùng nồng
độ là 16 M và cùng thời gian bảo dưỡng là 10 giờ ................................................... 47
Biểu đồ 4.9 So sánh cường độ khi thay đổi nồng độ của dung dịch dung dịch kiềm
NaOH cùng tỷ lệ và cùng thời gian bảo dưỡng là 8 giờ ........................................... 47
Biểu đồ 4.10 So sánh cường độ khi thay đổi nồng độ của dung dịch dung dịch kiềm
KOH cùng tỷ lệ và cùng thời gian bảo dưỡng là 8 giờ ............................................. 48
Biểu đồ 4.11 So sánh cường độ khi thay đổi nồng độ của dung dịch dung dịch kiềm
NaOH cùng tỷ lệ và cùng thời gian bảo dưỡng là 10 giờ ......................................... 48
Biểu đồ 4.12 So sánh cường độ khi thay đổi nồng độ của dung dịch dung dịch kiềm
KOH cùng tỷ lệ và cùng thời gian bảo dưỡng là 10 giờ ........................................... 49

v

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
Ước tính hàng năm có khoảng 25 tỷ tấn bê tơng được sản xuất trên tồn thế giới,
và sản lượng bê tơng vẫn tiếp tục có xu hướng tăng lên. Năm 2010 có khoảng 3.300 triệu
tấn xi măng được sản xuất trên toàn thế giới, và lượng xi măng này tiếp tục tăng lên
khoảng 3.585 triệu tấn (năm 2011) và 3.736 triệu tấn (năm 2012). Các nước ở Châu Á đã
tiêu thụ lượng xi măng lớn, trong đó Việt Nam tiêu thụ 60,3 triệu tấn theo số liệu thống
kê đến tháng 12 năm 2016 [1]. Theo tính tốn, để sản xuất ra một tấn xi măng thì nhà
máy sẽ thải ra mơi trường sấp xỉ một tấn CO2, khí này gây hiệu ứng nhà kính, góp phần
làm trái đất nóng lên. Khí CO2 thải ra từ cơng nghiệp sản xuất xi măng chiếm khoảng 7%
lượng CO2 trên toàn thế giới. Bên cạnh đó, với tình hình hiện nay của ngành sản xuất xi
măng Portland đang ở mức đáng quan tâm.
Vì lý do đó, một số nước trên thế giới đã khuyến khích phát triển một loại chất kết
dính mới có thể thay thế xi măng portland truyền thống đó là chất kết dính Geopolymer
hoặc chất kết dính kiềm hoạt hóa.

H nh 1.1 Khói bụi tại nhà máy sản xuất xi măng [nguồn internet]
Khái niệm Geopolymer lần đầu tiên được sử dụng bởi giáo sư Joseph Davidovits
từ những năm 1970. Nguyên lý chế tạo vật liệu Geopolymer dựa trên khả năng phản
ứng của các vật liệu aluminosilicate trong môi trường kiềm để tạo ra sản phẩm có các
6


tính chất và cường độ tốt hơn. Nguyên liệu để chế tạo vật liệu Geopolymer bao gồm
hai thành phần chính là các nguyên liệu ban đầu và chất hoạt hóa kiềm.
So sánh với xi măng thơng thường bêtơng polymer có nhiều tính năng tốt hơn:
+ Làm tăng độ bền của các cơng trình xây dựng nhờ vào khả năng chống ăn
mòn, chịu nhiệt, chịu nén, độ bền kéo, sự co ngót…
+ Làm giảm nhu cầu năng lượng trong tương lai.

Nguyên liệu aluminosilicate nhằm cung cấp nguồn Si và Al cho q trình
Geopolymer hóa xảy ra (thường dùng là tro bay, metacaolanh, silicafume…)
Tro bay là một loại khống hoạt tính Pozzolan dùng làm phụ gia cho chế tạo bê
tông cường độ cao. Tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt
cháy nhiên liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện chạy than, là phế thải thốt ra từ
buồng đốt qua ống khói nhà máy. Tro bay được tận thu từ ống khói qua hệ thống nồi hơi
tinh luyện loại bỏ bớt các thành phần than (cacbon) chưa cháy hết. Thành phần của tro
bay thường chứa các ơxít silic, ơxít nhơm, ơxít canxi, ơxít sắt, ơxít manhe và ơxít lưu
huỳnh, ngồi ra có thể chứa một lượng than chưa cháy. Cũng giống như các phụ gia
khống hoạt tính cho bê tơng khác như muội silic, tro bay là một loại puzzolan nhân tạo
với thành phần chính tạo hiệu ứng puzzolan là các ơxit silic, ôxit nhôm chứa trong tro bay.
Hàm lượng than chưa cháy hết trong tro bay phải < 6%, nếu lượng chất cháy chưa hết
trong tro bay > 6% phải có biện pháp tinh lọc để loại than chưa cháy hết khỏi tro bay.
Hàm lượng các chất ơxit nhơm, ơxit si-líc và ôxit sắt trong tro bay phải > 70%.
Dung dịch hoạt hóa Alkaline là sự kết hợp giữa dung dịch kiềm và thủy tinh lỏng.
Trong đó dung dịch kiềm có thể là: LiOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2, NaOH...
Hydroxit liti (cơng thức hóa học: LiOH) là một hiđroxit kiềm có tính ăn mịn. Nó
là một chất rắn kết tinh màu trắng, ưa ẩm. Nó hịa tan trong nước và hịa tan nhẹ
trong etanol. Nó có sẵn ở quy mơ thương mại dưới dạng khan hay ngậm một phân tử
nước (monohydrat) [2].
Bari Hydroxit Ba(OH)2 chủ yếu được sử dụng làm chất phụ gia cho dầu bôi trơn
của động cơ đốt trong, Ba(OH)2 là nguyên liệu nhựa và tơ nhân tạo hịa tồn có thể được
sử dụng như nhựa ổn định PVC [3].
7


Canxi hydroxit là một hợp chất hóa học với cơng thức hóa học Ca(OH)2. Nó là
một chất dạng tinh thể không màu hay bột màu trắng, và thu được khi cho Canxi
ơxít (tức vơi sống) tác dụng với nước (gọi là tơi vơi). Nó cũng có thể kết tủa xuống khi
trộn dung dịch chứa Canxi clorua (CaCl2) với dung dịch chứa Natri hiđroxit (NaOH) [4].

Canxi Hydroxit Ca(OH)2 ăn mòn bê tơng cốt thép dạng hịa tan, ăn mịn do tác
dụng với axit có gốc sunfat gây ra ứng suất nội làm cho cấu trúc bê tông bị phá hủy [5].
Canxi Hydroxit Ca(OH)2 gay nên hiện tượng trắng mặt trong bê tơng [6]. Kali
hydroxit (cơng thức hóa học: KOH) là một kiềm mạnh có tính ăn mịn, tên thơng dụng là
potash ăn da. Nó là một chất rắn kết tinh màu trắng, ưa ẩm và dễ hòa tan trong nước.
Phần lớn các ứng dụng của chất này do độ phản ứng của nó đối với axit và tính ăn mịn
[7].
Tuy nhiên do các dung dịch Ca(OH)2, LiOH, Ba(OH)2 có tính chất đặc thù riêng
nên đề tài không sử dụng mà sử dụng chỉ sử dụng 2 dung dịch phổ biến là NaOH và
KOH kết hợp với thủy tinh lỏng nhằm tạo môi trường kiềm và tham gia vào các phản ứng
Geopolymer hóa.
Vì vậy nghiên cứu vai trị cation kiềm ( NaOH, KOH) đến cường độ chịu nén của
bê tông Geopolymer là vấn đề cần được nghiên cứu.
1.2 T nh h nh nghiên cứu
1.2.1 T nh h nh nghiên cứu ngoài nƣớc
Ngành công nghiệp vật liệu Geopolymer ra đời từ những năm 1960, đến năm 1972
nhà hoá học người Pháp Joseph Davidovits chế tạo thành công chủng loại vật liệu được
gọi là “Geopolymer” theo một quy trình tổng hợp polyme từ các khoáng chất [8]. Phát
minh trên xuất phát từ ý tưởng thúc bách trước một thực tế là vật liệu polyme hữu cơ
ln có tính “bắt lửa” cao. Bằng cách hồ trộn đất sét, vốn được cấu tạo chủ yếu từ
dioxide silic và oxide nhôm – vào dung dịch alkali silicates có nồng độ kiềm cao (hỗn
hợp này có chất nền là oxide silic, xút và kali).
Si2O5,Al2(OH)4 + NaOH => Na(-Si-O-Al-O)n
Kaolinite

Hydrosodalite
8


Joseph Davidovits có được một hợp chất ở dạng gel. Hợp chất này sẽ đóng rắn ở

nhiệt độ thường chỉ sau vài giờ và trở nên rất cứng khi được dưỡng hộ nhiệt. Đề cập kết
quả nghiên cứu này, tác giả cho biết: “Bất kỳ một nguyên vật liệu nào trong đó có chứa
dioxide silic và oxide nhơm đều có thể sử dụng để tạo ra vật liệu Geopolymer”. Và chính
ơng đã thành lập viện Geopolymer và sau đó là một cơng ty tư nhân có tên CordiGéopolymère nhằm nghiên cứu, triển khai và quảng bá sâu rộng hơn các sản phẩm từ loại
vật liệu tổng hợp này. Joseph Davidovits giải thích: “Ban đầu Geopolymer được ứng
dụng rất giới hạn, chỉ dùng để chế tạo các sản phẩm thuộc dạng cao cấp như các khuôn
đúc và dụng cụ cho ngành hàng không. Nhưng càng về sau, đặc biệt là vào đầu thập niên
1990, khi con người đã ý thức được mối đe doạ từ khí thải CO2, vật liệu Geopolymer mới
dần được quan tâm nhiều hơn và từ đó nó đã trở thành một loại vật liệu xây dựng thay thế
tốt nhất cho các loại xi măng truyền thống. Do nhu cầu về phát triển ứng dụng
Geopolymer luôn tăng cao nên hiện nay đã có đến trên dưới 60 phịng thí nghiệm trên thế
giới triển khai các dự án nghiên cứu về Geopolymer, nhất là tại Úc và New Zealand”.
Hiện tại đã có rất nhiều bằng sáng chế, nghiên cứu và ứng dụng Geopolymer vào
các ngành công nghệ vật liệu hiện đại (tấm kết cấu gỗ chống cháy, tấm sườn và panel
cách điện, sản xuất đá nhân tạo trang trí, tấm panel bọt cách nhiệt, vật liệu xây dựng thô,
gạch không nung, kết cấu chịu lửa, kết cấu chống sốc nhiệt, ứng dụng làm khuôn đúc
nhôm, bê tông và chất kết dính Geopolymer, vật liệu cản lửa và gia cố/ sửa chữa, vật liệu
chống cháy công nghệ cao dùng trong máy bay hoặc ô tô, vật liệu nhựa công nghệ cao...)
được giới thiệu và ứng dụng trên toàn thế giới.
Trên cơ sở lý thuyết Geopolymer của Joseph Davidovits, Lone Star (một công ty
sản xuất xi măng hàng đầu của Mỹ) đã nghiên cứu và chế tạo thành công một loại xi
măng mới bằng cách kết hợp nguyên liệu sét và dung dịch kiềm hoạt tính cao, tạo thành
chất kết dính vơ cơ mới có khả năng đóng rắn nhanh và cho cường độ ban đầu rất tốt với
tên gọi xi măng polymer. Cơng nghệ này nhanh chóng được phát triển trên tồn thế giới
và đang có ưu thế hơn xi măng protland do có ưu điểm về nguyên liệu sản xuất và
phương pháp sản xuất thân thiện với môi trường.
Lần đầu tiên xuất bản năm 2008, Geopolymer chemistry and Application đã khái
qt tồn bộ kiến thức về cơng nghệ Geopolymer [9]. Các ứng dụng của công nghệ này
9

đã được nghiên cứu và phát triển rộng rãi. Nghiên cứu đã tập trung vào thành phần và
nồng độ của dung dịch kiềm để thúc đẩy nhanh quá trình Geopolymer hóa.
Thuật ngữ “Geopolymer” được giới thiệu bởi Davidovits vào năm 1978 để mơ tả
chất kết dính với thành phần hóa học tương tự với zeolite nhưng có vi cấu trúc vơ định
hình. Ơng đề xuất thuật ngữ “poly(sialate)” cho thiết kế hóa học của Geopolymer dựa
trên siloco-aluminate. [10].
Từ những tiền đề trên, Geopolymer được xem như là một loại vật liệu xanh và
được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ và xây dựng. Bê tông Geopolymer
được xem như một loại vật liệu thể hiện các đặc tính cơ lý tốt có thể thay thế được bê
tơng xi măng truyền thống. Và từ đó, hàng loạt những nghiên cứu về tính chất cơ lý của
bê tơng Geopolymer đã được thực hiện nhằm đánh giá và so sánh với bê tông OPC.
Palomo, Grutzeck, and Blanco [11], nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ dưỡng
hộ, thời gian dưỡng hộ và tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay đến cường độ của bê tơng
geopolymer và nhóm đã nhận xét rằng thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ đều ảnh hưởng đến
cường độ bê tông. Việc kết hợp giữa Sodium hydroxide (NaOH) và Sodium silicate
(Na2SiO3) tạo nên cường độ cao nhất đến 60 MPa khi gia nhiệt ở 850C kéo dài trong 5
giờ.
Van Jarsveld, van Deventer và Lukey [12] nghiên cứu về Những đặc tính của
Geopolymer ảnh hưởng bởi sự hịa tan khơng hồn tồn của những vật liệu phức tạp
trong q trình Geopolymer hóa cho rằng hàm lượng nước, thời gian và nhiệt độ dưỡng
hộ ảnh hưởng đến đặc tính của Geopolymer, đặc biệt là điều kiện dưỡng hộ và nhiệt độ
gia nhiệt ảnh hưởng đến cường độ. Khi gia nhiệt ở 700C trong 24 giờ, cường độ tăng
đáng kể. Thời gian dưỡng hộ càng dài, cường độ của Geopolymer càng tăng.
Qua những kết quả trong nghiên cứu về Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê
tông Geopolymer sử dụng tro bay của D.Hardjito [13] thấy rằng thời gian dưỡng hộ dài
sẽ phát triển q trình polymer hóa trong bê tơng, cường độ chịu nén không bị ảnh hưởng
bởi ngày tuổi của bê tông.
Theo D.Hardjito và B.V.Rangan [14] , khi nghiên cứu về Q trình phát triển và
những đặc tính của bê tơng Geopolymer sử dụng tro bay đã có những nhận xét về những

10


tính chất ảnh hưởng đến cường độ của bê tơng Geopolymer như: Nồng độ Mole của dung
dịch NaOH, tỉ lệ thủy tinh lỏng/dung dịch NaOH, nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ.
Suresh.G.Patil [15], nghiên cứu về Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tơng
Geopolymer. Ơng đã thử nghiệm với nồng độ NaOH khác nhau, tỉ lệ alkaline/tro bay và
Na2SiO3/NaOH để đánh giá và so sánh tỉ lệ nào đạt cường độ cao nhất và thấp nhất.
Trong nghiên cứu về Cường độ chịu nén và vùng tiếp xúc bề mặt ITZ của bê tông
Geopolymer [16], Muhd Fadhil Nuruddin đã khẳng định rằng sự phát triển cường độ chịu
nén của bê tông Geopolymer phụ thuộc vào điều kiện dưỡng hộ. Điều kiện dưỡng hộ
thích hợp đóng vai trị quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc của Geopolymer.
Mustafa Al Bakri [17], nghiên cứu về Cường độ chịu nén và đặc tính cấu trúc của
Geopolymer sử dụng tro bay, cường độ của bê tông Geopolymer phụ thuộc vào tỉ lệ dung
dịch alkaline/tro bay và Na2SiO3/NaOH, sự hòa tan SiO2 và Al2O3 trong q trình
Geopolymer hóa, nhiệt độ dưỡng hộ khơng nên quá cao góp phần tạo cường độ cao cho
bê tông Geopolymer.
Theo Zejak [18], cho rằng cường độ chịu nén của Geopolymer tăng khi có thêm
hàm lượng cát. Ơng đã chỉ ra Module đàn hồi của vữa Geopolymer có tương quan với
cường độ chịu nén, module đàn hồi và cường độ chịu nén của vữa Geopolymer tăng khi tỉ
lệ sodium silicate/sodium hydroxide tăng. Hàm lượng cát cho thêm vào vữa Geopolymer
làm tăng cường độ chịu nén do sự thay đổi cấu trúc trong q trình Geopolymer hóa và
tính chất cơ lý tốt của hạt cát làm cho cường độ của vữa Geopolymer tăng.
Trong quyển “Geopolymer chemistry and application” của Joshep Davidovits cho
rằng cường độ chịu kéo gián tiếp của bê tơng Geopolymer có giá trị cao hơn so với bê
tơng OPC.
Trong nghiên cứu về Các đặc tính liên quan đến độ bền của bê tông Geopolymer
sử dụng tro bay hàm lượng Calci thấp được thực hiện bởi Monita Olivia [19], cho rằng
cường độ nén bửa và cường độ chịu uốn của bê tông Geopolymer cao hơn bê tông OPC.
1.2.2 T nh h nh nghiên cứu trong nƣớc

11


Ở Việt nam, từ những năm 2008 đã có khá nhiều đề tài khoa học nghiên cứu và
ứng dụng công nghệ này. Lần đầu tiên công nghệ Geopolymer được ứng dụng chủ yếu là
để tận dụng nguồn phế phẩm công nghiệp là tro bay của các nhà máy nhiệt điện, tro bay
được thiết kế trong thành phần của bê tông, được ứng dụng vào công nghệ chế tạo các
loại mặt đường cứng (đường ơ tơ, đường sân bay…). Ngồi ra, cơng nghệ Geopolymer
cịn được sử dụng để ổn định, xử lý và tận dụng chất thải boxite từ các quặng khai thác
nhơm để chế tạo gạch khơng nung và đóng rắn nền đường.
Hiện nay công nghệ Geopolymer đang là đề tài được rất nhiều giáo viên và sinh
viên ở các trường đại học quan tâm và nghiên cứu, tạo nên nhiều sản phẩm hữu ích vừa
có giá trị kinh tế vừa góp phần bảo vệ mơi trường bền vững hơn.
Phan Đức Hùng và cộng sự nghiên cứu về ảnh hưởng của thành phần hoạt hóa đến
cường độ chịu uốn và kéo gián tiếp của bê tông Geopolymer. [20] Kết quả nghiên cứu
cho thấy tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay và tỷ lệ sodium silicate – sodium hydroxide
càng lớn thì cường độ chịu uốn và chịu kéo gián tiếp của bê tông Geopolymer càng tăng.
Khi thời gian dưỡng hộ tăng lên cũng làm tăng cường độ uốn và kéo do q trình hoạt
hóa diễn ra triệt để.
Trịnh Ngọc Duy [21] Nghiên cứu tính chất của vữa Polymer để chế tạo gạch nhẹ, t
ỷ lệ cát – tro bay trong cấp phối tăng làm tăng cường độ chịu nén của vữa geoolymer, tỷ
lệ dung dịch alkaline – tro bay bằng 0.6 cho kết quả tốt hơn, trong đó tỷ lệ dung dịch
sodium silicate – sodium hydroxide bằng 2,5 cho tạo độ đặc chắc hơn cho vữa geoolymer
nên khối lượng thể tích và cường độ chịu nén cao;
Tống Tơn Kiên [22] và các cộng sự đã nghiên cứu về đề tài bê tơng Geopolymer –
những thành tựu, tính chất và ứng dụng. Các tác giả đã trình bày những thành tựu nổi bật,
các mốc thời gian phát triển của chất kết dính hoạt hóa kiềm, q trình hình thành cấu
trúc bê tơng Geopolymer, các đặc tính và cũng như ứng dụng của bê tông Geopolymer.
Nguyễn Văn Dũng [23] nghiên cứu chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay, xác

định cường độ của bê tông Geopolymer và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ
của bê tông Geopolymer.

12


Nghiên cứu gần đây của Nguyễn Văn Chánh và cộng sự về bê tông Geopolymer
cho kết quả nghiên cứu vật liệu hỗn hợp, vi cấu trúc của Geopolymer và các thơng số ảnh
hưởng đến tính chất của bê tơng Geopolymer [24].
Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến
cường độ của vữa Geopolymer cũng như ảnh hưởng của chất xúc tác sinh nhiệt đến q
trình Geopolymer hóa của vữa [25].
1.3 Nhận xét về các đề tài
Các bài báo, đề tài nghiên cứu và các báo cáo khoa học trên trình bày tổng quan và
chi tiết về vật liệu Geopolymer, về lịch sử ra đời, cơng thức tạo mẫu, lý thuyết thí
nghiệm, cũng như là những ưu điểm và nhược điểm của vật liệu Geopolymer này.
Nhưng chưa có đề tài nào nói rõ khi thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với
NaOH, thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với KOH, thay đổi thời gian dưỡng hộ,
thay đổi nồng độ

ảnh hưởng như thế nào đến cường độ chịu nén của bê tơng

Geopolymer.

1.4 Vị trí của đề tài nghiên cứu
Đề tài “Nghiên cứu vai trò cation kiềm đến cƣờng độ bê tơng geopolymer” đã
và đang tiếp nối q trình nghiên cứu về công nghệ Geopolymer sử dụng các phế phẩm
công nghiệp để tạo ra các loại sản phẩm xây dựng thân thiện với môi trường.
Nội dung của đề tài là nghiên cứu sự thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với
NaOH, thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với KOH, thay đổi thời gian dưỡng hộ,

thay đổi nồng độ

ảnh hưởng như thế nào đến cường độ chịu nén của bê tơng

Geopolymer.
Qua đó có thể so sánh đánh giá về tính ứng dụng vào các cơng trình thực tế của
sản phẩm này.
1.5 Mục tiêu đề tài nghiên cứu
13


Ứng dụng thành phần tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với KOH, tỷ lệ dung dịch thủy
tinh lỏng với NaOH có nồng độ và thời gian dưỡng hộ như thế nào cho hợp lý trong bê
tông Geopolymer vào chế tạo bê tơng ứng dụng trong các cơng trình xây dựng.
Xác định cường độ chịu nén, của bê tông Geopolymer dựa trên những tiêu chuẩn
đã có trong nước cũng như nước ngoài.
1.6 Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu
Nghiên cứu vai trò của cation kiềm khi:
Thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với cation kiềm;
Thay đổi thời gian dưỡng hộ;
Thay đổi nồng độ mol của dung dịch cation kiềm.
ảnh hưởng như thế nào đến cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer.

1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm sau đó tiến hành so sánh và đánh
giá kết quả .
Sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định cường độ chịu nén của bê tông
geopolymer khi thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với cation kiềm, thay đổi thời gian
dưỡng hộ, thay đổi nồng độ ảnh hưởng như thế nào đến cường độ chịu nén của bê tông
Geopolymer.

Nghiên cứu khả năng chịu lực của từng mẫu tương ứng so sánh với các kết quả thí
nghiệm đã được cơng bố.
1.8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Bổ sung và hoàn chỉnh thêm kiến thức lý thuyết về công nghệ Geopolymer. Bên
cạnh đó cịn làm phong phú thêm các sản phẩm xây dựng sử dụng công nghệ này.
Kết quả nghiên cứu là vai trò của cation kiềm (khi thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy
tinh lỏng với NaOH, thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với KOH, thay đổi thời gian
dưỡng hộ, thay đổi nồng độ) đến cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer để tạo các
14


sản phẩm xây dựng có thể góp phần giảm thiểu trữ lượng phế thải công nghiệp, tiết kiệm
tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường.

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Dựa trên cơ sở lý thuyết về công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay xem xét tính
chất: cường độ chịu nén khi thay đổi tỷ lệ dung dịch thủy tinh lỏng với NaOH, thay đổi tỷ
lệ dung dịch thủy tinh lỏng với KOH, thay đổi thời gian dưỡng hộ, thay đổi nồng độ đối
với sản phẩm của công nghệ này.
2.1 Công nghệ Geopolymer
Đây là công nghệ chế tạo ra sản phẩm xây dựng “xanh”, nghĩa là các vật liệu được
sử dụng, chế tạo theo những phương pháp thân thiện với mơi trường. Đây cũng chính là
một trong những xu hướng phát triển trong ngành vật liệu xây dựng trên thế giới nói
chung hiện nay.
2.1.1 Lịch sử ra đời chất kết dính Geopolymer
Khởi đầu bằng việc Viện Geopolymer được thành lập tại Pháp năm 1972. Xuất
phát từ ý tưởng phải tìm ra vật liệu vơ cơ có khả năng chống cháy và chịu được nhiệt độ
cao, Joseph Davidovits đã phát hiện ra hệ nguyên liệu bao gồm đất sét, cao lanh có thể
tương tác với dung dịch kiềm NaOH ở 100 – 1500C để tạo ra hợp chất mới.
Si2O5, Al2(OH)4 + NaOH

Kaolinite

Na(-Si-O-Al-O)n
Hydrosodalite
15


Đây chính là tiền đề cho việc nghiên cứu và phát triển của công nghệ vật liệu tổng
hợp Geopolymer sau này.
Vào năm 1978, Joseph Davidovits đã giới thiệu ra toàn thế giới về một loại vật
liệu có tên là Geopolymer được mơ tả là một chất kết dính các vật liệu khác có đặc tính
tương tự như xi măng truyền thống nhưng có nhiều ưu điểm nổi trội hơn. Đó chính là
ngun liệu và q trình sản xuất của vật liệu này có thể tận dụng tốt nguồn vật liệu phế
thải cơng nghiệp và rất ít ảnh hưởng đến mơi trường tự nhiên. Chất kết dính Geopolymer
được tạo ra từ những phản ứng của dung dịch kiềm với các chất có chứa hàm lượng lớn
hợp chất Silic và Nhơm.

H nh 2.1 Tinh thể Geopolymer [nguồn internet]
Công nghệ Geopolymer được quan tâm nghiên cứu rất nhiều tại Pháp, với ứng
dụng lần đầu tiên vào năm 1973 -1976 để chế tạo các tấm panel gỗ cách nhiệt bằng cách
phủ hai bề mặt của tấm panel gỗ bằng hợp chất silic-aluminosiliate sau khi xử lý qua q
trình gia nhiệt (Cơng ty A.G.S và Saint-Gobain, Pháp). Năm 1977 -1978, công nghệ
Geopolymer tiếp tục được ứng dụng vào ngành công nghiệp sản xuất gốm sứ khi cơng ty
A.G.S tiếp tục nghiên cứu và tìm ra hợp chất nano composite mới (cấu trúc phân tử -(NaPS)-(SiO2)n-(Na-PS)-(SiO2)n-, tại điểm nhiệt độ 14600C, tạo thành hợp chất gốm có khả
năng bền nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt rất thấp).
Trên cơ sở lý thuyết Geopolymer của Joseph Davidovits, Lone Star (một công ty
sản xuất xi măng hàng đầu của Mỹ) đã nghiên cứu và chế tạo thành công một loại xi
măng mới, bằng cách kết hợp nguyên liệu sét và dung dịch kiềm hoạt tính cao, tạo thành
chất kết dính vơ cơ mới có khả năng đóng rắn nhanh và cho cường độ ban đầu rất tốt với
tên gọi là xi măng polymer. Cơng nghệ này nhanh chóng được phát triển rộng rải trên

16


tồn thế giới, và đang dần dần có ưu thế hơn xi măng portland do có ưu điểm về nguyên
liệu sản xuất và phương pháp sản xuất thân thiện với môi trường. Một nghiên cứu khác
về xi măng Geopolymer (High – Akali – Poly) đã cho thấy ứng dụng đa dạng trong nhiều
ngành kỹ thuật như: hàng không, xây dựng, công nghiệp chất dẻo, kim loại…Kết quả
nghiên cứu cho thấy loại xi măng này đóng rắn nhanh với nhiệt độ phịng, cường độ chịu
nén có thể đạt tới 20 MPa sau 4 giờ ở nhiệt độ 2000C và có thể đạt từ 70 – 100 MPa sau
khi bảo dưỡng 28 ngày.
Lần đầu xuất bản năm 2008, Geopolymer chemistry and application đã khái qt
tồn bộ kiến thức tổng thể về cơng nghệ Geopolymer. Các ứng dụng của công nghệ này
đã được nghiên cứu và phát triển rộng rãi trên toàn thế giới. Nghiên cứu đã tập trung vào
thành phần và nồng độ của dung dịch kiềm để thúc đẩy nhanh quá trình Geopolymer hóa.
Những năm sau đó, đã có nhiều thay đổi được áp dụng trong nghiên cứu công
nghệ Geopolymer. Nhiều phương pháp phân tích hiện đại được áp dụng để làm sáng tỏ
các tác động của các thành phần khác nhau trong vật liệu Geopolymer. Nhiều nguyên vật
liệu mới được quan tâm nghiên cứu như bột silicat nhôm tổng hợp, khống albite, khống
stilbite, sợi bazan, kiềm fenspat, xỉ lị cao … Vật liệu geopolymer trở nên phong phú và
đa dạng về nguồn nguyên vật liệu tạo thành, tuy nhiên việc lựa chọn nguyên liệu chủ yếu
vẫn dựa vào sự tác động đến môi trường khi tạo thành vật liệu mới, công nghệ
Geopolymer ưu tiên nghiên cứu để giảm thiểu các chất thải công nghiệp và giúp môi
trường ngày càng bền vững hơn.
Ở Việt Nam, tuy chưa được sử dụng rộng rãi trong các cơng trình xây dựng nhưng
đã có khá nhiều nghiên cứu bước đầu về các sản phẩm từ công nghệ Geopolymer như bê
tông chịu lửa không xi măng của nhóm nghiên cứu ở Viện vật liệu xây dựng và các
nghiên cứu khác.
2.1.2 Cơ chế phản ứng trong quá tr nh Geopolymer hóa
Q trình tổng hợp để tạo thành vật liệu Geopolymer được gọi là q trình
Geopolymer hóa các nguyên vật liệu Aluminosilicate ban đầu nhờ vào các dung dịch hoạt

hóa kiềm. Q trình hoạt hóa kiềm cho các vật liệu Aluminosilicate là một quá trình phức
tạp và đến nay vẫn chưa được mô tả một cách rõ ràng
17


Về bản chất, q trình Geopolymer hóa là q trình kiềm hóa các loại vật liệu giàu
SiO2 và Al2O3. Từ đó, sản phẩm cuối cùng được tạo ra là một loại chất kết dính có cấu
trúc mạng vơ định hình Poly-Sialate với cơng thức hóa học như sau:
Mn[-(SiO2)z – AlO2]n.wH2O
Trong đó :
M : là các ion dương kiềm như Ka+, Na+
n : là mức độ trùng ngưng của phản ứng Z: hệ số có giá trị 1,2,3
Đặc biệt, vật liệu Geopolymer khác với vật liệu polymer thông thường ở cấu trúc
mạng khơng gian vơ định hình.

H nh 2.2 Cấu trúc Poly (Sialates) theo Davidovits [27]
Theo Glukhovsky, cơ chế động học giải thích q trình đơng kết và rắn chắc của
chất kết dính kiềm hoạt hóa bao gồm các phản ứng phân hủy nguyên liệu dạng cấu trúc
ổn định thấp và phản ứng nội tại. Trước tiên là quá trình bẻ gãy các liên kết cộng hóa trị
Si-O-Si và Al-O-Si khi nồng độ pH của dung dịch kiềm tăng lên. Vì thế những nhóm
nguyên tố này chuyển sang hệ keo, sau đó xảy ra sự tích tụ các sản phẩm bị phá hủy với
phản ứng nội tại giữa chúng, tạo ra một cấu trúc ổn định và cuối cùng là quá trình hình
thành cấu trúc đơng đặc.
Các q trình phản ứng tạo ra chất kết dính Geopolymer diễn ra khá phức tạp, có
rất nhiều q trình phản ứng xảy ra đồng thời mà rất khó có thể nhận biết được. Các bước
phản ứng không diễn ra tuần tự mà hầu như diễn ra cùng lúc và chồng lắp vào nhau. Theo
18


một số nghiên cứu trước thì quá trình tổng hợp Geopolymer có thể được mơ tả thơng qua

những bước như sau:

H nh 2.3 Q trình Geopolymer hóa [28]
Nhìn chung các sản phẩm được tạo ra trong q trình Geopolymer hóa tùy thuộc
vào sự phá vỡ cấu trúc của tro bay trong khoảng thời gian đầu. Cuối cùng là quá trình
ngưng kết, tạo nên cấu trúc chuỗi có trật tự. Từ đó tạo ra sản phẩm có cường độ cơ học
cao.
Davidovist cho rằng dung dịch kiềm có thể sử dụng để phản ứng với Silic và
Nhơm trong nguồn vật liệu khống hoặc trong vật liệu phế thải tro bay, tro trấu để chiết
tạo chất kết dính. Bởi vì phản ứng hóa học xảy ra trong trường hợp này là quá trình trùng
19


hợp nên ơng gọi là Geopolymer. Thơng số chính quyết định đến tính chất và dạng sử
dụng của Geopolymer là tỷ lệ Si/Al, với vật liệu xây dựng tỷ lệ Si/Al khoảng xấp xỉ là 2.
Bắt đầu bằng sự kiềm hóa một điểm nhỏ trên bề mặt của hạt tro bay, sau đó dần
lan rộng tạo thành lỗ lớn, rồi tiếp tục phản ứng với những hạt nhỏ hơn ở bên trong (hình
2.4a). Phản ứng tiếp tục được duy trì và phát triển nhanh hơn theo hai chiều từ ngoài vào
trong và ngược lại (hình 2.4b). Phản ứng tiếp tục xảy ra cho đến khi hạt tro bay được
kiềm hóa hồn tồn (hình 2.4c). Cơ chế của phản ứng ở giai đoạn này là cơ chế hòa tan,
gắn kết các hạt nhỏ hơn bên trong các hạt lớn hơn, gắn kết với nhau tạo thành ma trận
dày đặc. Quá trình được mô tả là không thống nhất giữa các gel tạo thành, tùy thuộc và
sự phân bố kích thước hạt và nồng độ của dung dịch tại từng vị trí.[35]

H nh 2.4 Mơ hình q trình họat hóa của dung dịch kiềm Alkali đối vơi tro bay [29]

Trong công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay thì tốc độ phản ứng cũng như các vi
cấu trúc và thành phần hóa học của các sản phẩm phản ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Điển hình như sự phân bố kích thước hạt và thành phần khống của tro bay, dung dịch
kích hoạt và thời gian hằng nhiệt, v.v…

20


a) ban đầu

b)được kích hoạt NaO

c) được kích Na2SiO3

H nh 2.5 Vi cấu trúc của tro bay [nguồn internet]
Hình ảnh vi cấu trúc của tro bay được thể hiện rõ ràng qua phương pháp SEM
(Scanning Electron Microscope). Hình 2.5a, thể hiện hình thái đặc trưng ban đầu của tro
bay trước phản ứng, là những tinh thể hình cầu có kích thước khác nhau, cấu trúc thường
rỗng và có thể chứa những hạt nhỏ hơn trong nó. Hình 2.5b và Hình 2.5c, là những thay
đổi trong vi cấu trúc của tro bay dưới tác dụng của dung dịch kiềm và thời gian hằng
nhiệt, ta thấy kết quả của phản ứng là một loại gel gốc Natri-Silicat mới hình thành qua
quá trình đóng rắn các hạt tro bay và dung dịch kiềm. Tuy nhiên phản ứng khơng xảy ra
hồn tồn nhanh chóng, vẫn còn một số thành phần tro bay phản ứng rất chậm.
2.2 Nguyên vật liệu
2.2.1 Tro bay
Theo Hội KH&KT Xây dựng TP. HCM, tro bay là loại phụ gia khoáng, hoạt tính
nhân tạo, là các sản phẩm phụ hoặc phế thải thu được trong các q trình sản xuất cơng
nghiệp, bao gồm silicafum, tro xỉ nhiệt điện, xỉ hạt lò cao… Trước đây tro bay chỉ được
coi là rác thải, tuy nhiên khi con người đã nghiên cứu ứng dụng trong thực tế và thấy
được lợi ích của nên xem như nguồn thu tiềm năng. Chất lượng của tro bay phụ thuộc
nhiều vào chất lượng than và công nghệ đốt than: đốt than phun; đốt than tầng sơi tuần
hồn; đốt than tầng sơi áp lực và cơng nghệ khí hóa than. Do đó, kích thước và chất
lượng tro bay sẽ có khác nhau, cấp phối bê tơng sử dụng tro bay từ các nguồn cung cấp
cũng khác nhau, nên cần có sự điều chỉnh để đạt được chất lượng tốt nhất.

Tính chất vật lý: Tro bay là những tinh cầu tròn, siêu mịn, độ lọt sàn từ 0,05 – 50
nanomet (1 nanomet = 1x10-9m) tỉ diện 300 – 600m2/kg.
21


Thành phần hóa học của tro bay bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 (thành phần chủ yếu
chiếm tối thiểu 50-70%, ví dụ tro bay Phả Lại chiếm tỷ lệ lên tới 84%) và Cao, MgO,
Na2O, K2O, TiO2, Mn2O3, SO3, LOI.
Dùng tro bay làm phụ gia bê tông sẽ làm tăng cường độ bê tông; làm tăng độ nhớt
của vữa giúp bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng.
Đặc biệt, trong việc đổ những khối bê tông cực lớn ở các cơng trình thủy điện, khi
có phụ gia tro bay, ta có thể đổ bê tơng gián đoạn mà khơng phải đổ liên tục như bê tông
thường.
Tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng bền sulfat cho xây dựng công trình ở các
vùng nước lợ, nước mặn, cơng trình biển đảo.
Sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất xi măng (ví dụ trong bay Phả Lại dùng
trong sản xuất xi măng Hồng Thạch với tỷ lệ trộn 14%, Sơng Gianh 18%). Tro bay cũng
được ứng dụng trong xây dựng công trình giao thơng, thủy lợi, dân dụng như vữa xây,
trát,… và phụ gia khống để sản xuất
bê tơng đầm lăn.

H nh 2.6 Tro Bay
.
Phân loại tro bay
Theo tiêu chuẩn ASTM C618-94a [30], tro bay được phân thành hai loại sau:

22