(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính chất của bê tông Geopolymer Tự Lèn

MỤC LỤC
LÝ LỊCH CÁ NHÂN ................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
CẢM TẠ………………. ...................................................................... ……………iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ......................................................................... iv
ABSTRACT…… ..................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...................................................................................... ix
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ..................................................................... 1
1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ........................................... 1
1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI................................... 4
1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới ............................................................................... 4
1.2.2 Nghiên cứu trong nước ................................................................................. 7
1.3 NHẬN XÉT VỀ ĐỀ TÀI.................................................................................. 9
1.4 VỊ TRÍ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU............................................................ 9
1.5 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................... 9
1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 9
1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .......................... 10
1.8 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU ......................................................................... 10
1.8.1 Thiết kế thành phần cấp phối. .................................................................. 10
1.8.2 Các chỉ tiêu đo đạc thí nghiệm................................................................... 10
1.8.3 Các thí nghiệm dự kiến sẽ thực hiện. ........................................................ 10
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................... 11
2.1 CÔNG NGHỆ GEOPOLYMER ................................................................... 11
2.1.1 Tổng quan về vật liệu Geopolymer ........................................................... 11
2.1.2 Q trình geopolymer hóa.......................................................................... 11


2.1.3 Cơ sở hóa học của cơng nghệ Geopolymer sử dụng tro bay ................... 14
2.2 ĐẶC TÍNH BÊ TƠNG GEOPOLYMER .................................................... 16
2.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TƠNG TỰ LÈN ................... 17

2.3.1. Ðặc điểm của bê tơng tự lèn ...................................................................... 17
2.3.2. Vật liệu chế tạo bê tông tự lèn .................................................................. 18
2.3.3 Yêu cầu kỹ thuật bê tông tự lèn. ............................................................... 19
a. Tính năng chảy dẻo cao:.................................................................................. 19
b. Tính năng tự lèn: ............................................................................................. 19
CHƯƠNG 3:NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM...... 20
3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU. ................................................................................... 20
3.1.1 Tro bay. ........................................................................................................ 20
3.1.2 Cốt liệu mịn. ................................................................................................ 21
3.1.3 Đá….. ............................................................................................................ 23
3.1.4 Dung dịch Alkaline. .................................................................................... 25
3.1.5 Phụ gia. ........................................................................................................ 26
3.2 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VÀ PHƯƠNG PHÁP TẠO
MẪU .................................................................................................................... 30
3.2.1 Thiết kế thành phần cấp phối. ................................................................... 30
3.3.2 Phương pháp tạo mẫu ................................................................................ 32
3.4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM.................................................................. 36
3.4.1 Cường độ chịu nén. ..................................................................................... 38
3.4.1 Cường độ chịu kéo gián tiếp. ..................................................................... 40
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ................................................ 41
4.1 TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ...................................................... 41
4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KIỂM TRA BÊ TƠNG GEOPOLYMER TỰ
LÈN ...................................................................................................................... 44
4.2.1 Thí nghiệm xác định độ chảy xịe. ............................................................. 44
4.2.2 Thí nghiệm xác định thời gian chảy qua phễu V................................ 47


4.2.3 Thí nghiệm xác định khả năng chảy qua hộp chữ L .......................... 49
4.3 ẢNH HƯỞNG HÀM LƯỢNG PHỤ GIA ROADCON-SR 5000F ĐẾN
CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN. .................................................................................. 51

4.4 ẢNH HƯỢNG HÀM LƯỢNG PHỤ GIA MASTERPOZZOLITH R132
ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN. ........................................................................ 53
4.5 ẢNH HƯỞNG HÀM LƯỢNG PHỤ GIA ROADCON-SR 5000F ĐẾN
CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO GIÁN TIẾP............................................................. 55
4.6 ẢNH HƯỢNG HÀM LƯỢNG PHỤ GIA MASTERPOZZOLITH R132
ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO GIÁN TIẾP. .................................................. 57
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...................... 59
5.1 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 59
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. ................................................................. 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 61


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: NGUYỄN LÊ DUY PHÚC
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 14/04/1994
Nơi sinh: Đồng Tháp
Quê quán: Mỹ Xương, Cao Lãnh, Đồng Tháp
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: xã Mỹ Xương, huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp
Điện thoại: 0834.820.920
Điện thoại nhà riêng:
Email:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ năm 2012 đến năm 2017
Nơi học: Trường Đại học Xây dựng Miền Tây, thành phố Vĩnh Long
Ngành học: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 08/2017. Trường Đại học Xây

dựng Miền Tây
Người hướng dẫn: ThS Lâm Văn Ánh.
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
Từ Tháng
10/2017 đến nay

Nơi công tác

Công việc đảm
nhiệm

Trung tâm Đầu tư và Khai thác hạ tầng
Cán bộ kỹ thuật
thuộc Ban Quản lý Khu kinh tế Đồng Tháp

i


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 30 tháng 09 năm 2020

Nguyễn Lê Duy Phúc

ii

CẢM TẠ
Trước tiên, tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Phạm Đức
Thiện là người đã giúp tôi xây dựng ý tưởng của đề tài, mở ra những hướng đi trên con
đường tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học. Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp
q báu và giúp đỡ tơi rất nhiều trong thời gian qua.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy ở Khoa Xây dựng Trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tơi trong
suốt khóa Cao học.
Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện, nhưng luận văn có thể khơng
tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý kiến của quý Thầy cô và
bạn bè.
Tp. HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2020

Nguyễn Lê Duy Phúc

iii


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn là sự tiếp nối của các cơng trình nghiên cứu trước nhằm hiểu rõ hơn
về vật liệu geopolymer và mong muốn nó sẽ là vật liệu phát triển mạnh mẽ hơn nữa ở
Việt Nam. Bởi được biết đến trên thế giới nó như là một vật liệu xanh, thân thiện với
môi trường và đồng thời có nhiều đặc tính kỹ thuật tốt. Một cách tổng quát, vật liệu
geopolymer được hình thành từ nguyên liệu ban đầu từ tro bay, cốt liệu mịn, đá, dung
dịch alkaline và phụ gia. Bên cạnh đó, bê tơng tự lèn cũng là một loại bê tơng có những
đặc tính ưu việc hơn so với các loại bê tơng thơng thường bởi các đặc tính như: có khả
năng điền đầy và đầm chặt vào các khe hay các vị trí cốt thép dày mà khơng cần đầm
rung, dễ dàng đổ bê tơng ở các vị trí phần bị hạn chế, cải thiện độ bền và độ tin cậy của
kết cấu bê tông, rút ngắn thời gian thi công

Qua các nghiên cứu trước đây thường đề cập sử dụng nguyên liệu sẳn có ở địa
phương là tro bay và một số phụ gia phổ biến trên thị trường để tạo ra bê tơng
geopolymer. Vì vậy luận văn này tập trung nghiên cứu vào cường độ chịu nén, cường
độ chịu kéo của bê tông geopolymer tự lèn.
Từ những yếu tố nêu trên nên luận văn này chủ yếu nghiên cứu các vấn đề chính
sau: Thứ nhất là nghiên cứu 2 cấp phối bê tơng Geopolymer tự lèn có cường độ từ
20MPa đến 30MPa. Thứ hai là sử dụng thêm 2 loại phụ gia Phụ gia Roadcon – SR
5000F, phụ gia MasterPozzolith R132. Thứ ba thay đổi tỷ lệ phụ gia Roadcon – SR
5000F từ 0.5% đến 2.5% và thay đổi tỷ lệ phụ gia MasterPozzolith R132 0.1%, đến
0.3% để tạo ra tính lưu động cũng như cường độ của bê tơng geopolymer tự lèn.
Kết quả nghiên cứu cho thấy: Khi thí nghiệm kiểm tra bê tông Geopolymer tự
lèn thi cho thấy đa số các cấp phối thí nghiệm kiểm tra về độ chảy xòe, thời gian chảy
qua phểu V, khả năng chảy qua hộp chữ L đều nằm trong giới hạn tiêu chuẩn về bê tông
tự lèn. Khi thay đổi hàm lượng phụ gia Roadcon – SR 5000F từ 0.5% đến 2.5% làm
tăng đáng kể tính cơng tác đồng thời làm tăng cường độ chịu nén và chịu kéo của bê

iv


tông tư lèn. Phụ gia MasterPozzolith R132 chủ yếu ảnh hưởng đến tính tự lèn của bê
tơng mà khơng ảnh hưởng đến cường độ của vật liệu.
Từ khóa: Tro bay, cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo gián tiếp, bê tông
geopolymer, tự lèn.

v


ABSTRACT
The dissertation is a continuation of previous studies to better understand
geopolymer and expect it to be a material to be developed more strongly in Vietnam.

Because it is known around the world as a green, environmentally friendly material and
at the same time has many good technical properties. Generally, geopolymer material
is formed from starting material from fly ash, fine aggregate, stone, alkaline solution
and additives. In addition, self-compacting concrete is also a type of concrete with
superior properties compared to conventional concrete because of its properties such
as: being able to fill and compact into joints or positions. thick reinforcement without
vibrating compaction, easily pouring concrete in restricted section positions, improving
the durability and reliability of concrete structures, shortening construction time.
Previous studies often mentioned using locally available materials such as fly ash
and some popular additives on the market to create geopolymer concrete. Therefore,
this thesis focuses on the compressive strength and tensile strength of self-compacting
geopolymer concrete.
From the above factors, this thesis mainly studies the following main issues:
Firstly, the study of self-compacting Geopolymer concrete aggregates with intensity
from 20Mpa to 30Mpa. The second is to use 2 more additives Roadcon Additive - SR
5000F, Additive MasterPozzolith R132. Thirdly, change the additive rate Roadcon SR 5000F from 0.5% to 2.5% and change the additive rate MasterPozzolith R132 0.1%,
to 0.3% to create the fluidity and strength of self-compacting geopolymer concrete.
The research results show that: When testing Geopolymer self-compacting
concrete, it showed that most of the test mixes tested for flow, time flow through V
hopper, ability to flow through L-box were all. within standards of self-compacting
concrete. When changing the additive content Roadcon - SR 5000F from 0.5% to 2.5%,
it significantly increases the workability while increasing the compressive strength and

vi


tensile strength of the private concrete. MasterPozzolith R132 additive mainly affects
the self-compacting of concrete without affecting the strength of the material.
Keywords: Fly ash, compressive strength, indirect tensile strength, geopolymer
concrete, self-compacting.

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Thành phần chính của tro bay loại F ............................................... …20
Bảng 3.2: Kết quả thí ngiệm cát sơng………………………...............................21
Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm cát nghiền…………………….............................22
Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm đá……….…………………….............................24
Bảng 3.5: Thành phần cấp phối của bê tông Geopolymer tự lèn trên 1m3 … .. .31
Bảng 3.6: Số lượng mẫu thí nghiệm cho đề tài …………………………………32
Bảng 4.1: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm bê tông Geopolymer tự lèn .....

41

Bảng 4.2: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén và cường độ chịu
kéo gián tiếp ......................................................................................................... 42

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Khói bụi gây ơ nhiễm mơi trường ........................................................ 2
Hình 1.2: Lượng chất thải ra từ các nhà máy ra Sơng Hậu ................................... 2
Hình 2.1: Cấu trúc vơ định hình của geopolymer .............................................. 12
Hình 2.2: Phản ứng hóa học của q trình geopolymer ..................................... 12
Hình 2.3: Sơ đồ mơ phỏng sự hoạt hóa vật liệu alumosilicate ........................... 13
Hình 2.4: Hình ảnh SEM các trạng thái vi hạt của tro bay ................................ 15
Hình 2.5: Mơ hình miêu tả kích hoạt kiềm trobay………………………………16
Hình 3.1: Tro bay nhà máy nhiệt điện Duyên hải Trà Vinh………………..….. 20

Hình 3.2: Biểu đồ thành phần hạt cát……………………………………..… …21
Hình 3.3: Cát sơng .............................................................................................. 22
Hình 3.4: Thành phần hạt cát nghiền……………………………………..……..22
Hình 3.5: Cát nghiền ........................................................................................... 23
Hình 3.6: Biều đồ thành phần hạt đá…………………….………………..…….24
Hình 3.7: Đá ........................................................................................................ 24
Hình 3.8: Dung dịch NaOH.................................................................................. 25
Hình 3.9: Dung dịch thủy tinh lỏng..................................................................... 26
Hình 3.10: Kết quả thí nghiệm ……………………………………………….....27
Hình 3.11: Phụ gia Roadcon-SR5000F ............................................................ 28
Hình 3.12: Kết quả thí nghiệm phụ gia MasterPozzolith R132 .......................... 29
Hình 3.13: Phu gia MasterPozzlith R132 ............................................................. 30
Hình 3.14: Mẫu thí nghiệm kiểm tra bê tơng tự lèn ............................................. 32
Hình 3.15: Q trình tạo mẫu để thí nghiệm ....................................................... 33
Hình 3.16: Q trình kiểm tra và đo kết quả thí nghiệm..................................... 33
Hình 3.17: Mẫu trụ 100x200 ............................................................................... 34
Hình 3.18: Quá trình trộn và đúc mẫu ................................................................. 35
Hình 3.19: Mẫu bê tơng đặt trong tủ dưỡng hộ nhiệt ........................................ 35
ix


Hình 3.20: Mẫu bê tơng trước khi nén mẫu ...................................................... 36
Hình 3.21: Thiết bị thí nghiệm độ chảy xịe ........................................................ 36
Hình 3.22: Thiết bị thí nghiệm chảy qua hộp chữ L ......................................... 37
Hình 3.23: Thiết bị thí nghiệm thời gian chảy qua phểu V ................................. 38
Hình 3.24: Thí nghiệm nén................................................................................... 39
Hình 3.25 Mẫu bị phái hoại sau khi nén……………………................................39
Hình 3.26 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo gián tiếp……………….......40
Hình 4.1: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia 5000F đến độ chảy xịe của bê tơng
Geopolymer tự lèn ................................................................................................ 44

Hình 4.2: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia R132 đến độ chảy xịe của bê tơng
Geopolymer tự lèn ................................................................................................ 45
Hình 4.3: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia 5000F đến thời gian chảy qua phễu V
của bê tơng Geopolymer tự lèn ............................................................................ 47
Hình 4.4: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia R132 đến thời gian chảy qua phễu V
của bê tơng Geopolymer tự lèn ............................................................................ 49
Hình 4.5: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia 5000F đến khả năng chảy qua hộp chữ
L của bê tông Geopolymer tự lèn ......................................................................... 49
Hình 4.6: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia R132 đến thời gian chảy qua phễu L
của bê tơng Geopolymer tự lèn …………………………………………………50
Hình 4.7: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia 5000F (CP1.R015) đến cường độ chịu
nén ........................................................................................................................ 51
Hình 4.8: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia 5000F (CP2.R015) đến cường độ chịu
nén ....................................................................................................................... 51
Hình 4.9: Hình ảnh SEM ................................................................................... 52
Hình 4.10: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia R132 (CP1.F10) đến cường độ chịu
nén ........................................................................................................................ 54
Hình 4.11: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia R132 (CP2.F10) đến cường độ chịu
nén ........................................................................................................................ 54

x


Hình 4.12: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia 5000F (CP1.R015) đến cường độ chịu
kéo gián tiếp ......................................................................................................... 55
Hình 4.13: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia 5000F (CP2.R015) đến cường độ chịu
nén ........................................................................................................................ 56
Hình 4.14: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia R132 (CP1.F010) đến cường độ chịu
kéo gián tiếp ......................................................................................................... 57
Hình 4.15: Biểu đồ ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia R132 (CP2.F10) đến cường độ chịu

kéo gián tiếp ......................................................................................................... 58

xi


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Để đáp ứng nhu cầu phát triển cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành
xây dựng đã phát triển rất nhanh do đó việc sử dụng bê tông xi măng ngày càng tăng lên.
Tổng sản lượng xi măng của thế giới đến năm 2030 dự kiến sẽ vào khoảng 4800 Mt [1].
Tuy nhiên, công nghệ sản xuất xi măng lại là một trong các ngành tiêu thụ rất lớn nguồn
tài ngun khống sản (đá vơi, cốt liệu) và năng lượng (than, dầu, điện) cũng như lượng
khí thải CO2 rất lớn vào khí quyển. Số liệu điều tra cho thấy lượng khí CO2 từ cơng
nghiệp sản xuất xi măng xấp xỉ 1.35 tấn/năm chiếm khoảng 7% lượng khí thải CO2 trên
tồn thế giới [2]. Theo Malhotra và cộng sự, sản xuất 1 tấn xi măng phát ra 1 tấn CO2
vào khí quyển [3]. Đồng thời, nguyên vật liệu thô được sử dụng để sản xuất xi măng sẽ
làm giảm trầm tích đá tự nhiên. Việc sản xuất xi măng cũng đòi hỏi nhiệt độ khoảng
1500oC để nung vơi tiêu thụ rất nhiều năng lượng. Do đó, cần phải sử dụng một vật liệu
xanh, thân thiện với môi trường mà vẫn đảm bảo yếu tố bền vững có thể làm giảm ơ
nhiễm khơng khí, ơ nhiễm đất cũng như giảm suy thoái tài nguyên thiên nhiên. Tro bay,
Metakeoline, Xỉ lò cao nghiền hạt, Tro trấu, Silica Fume là các chất thải cơng nghiệp và
nơng nghiệp có sẵn rất nhiều ở nước ta cũng như trên thế giới. Những chất thải này khi
thải vào đất sẽ gây ô nhiễm cho đất. Những vật liệu phế thải sở hữu các đặc tính độc hại
cho sức khỏe chúng ta. Trong tương lai nó sẽ được sử dụng làm vật liệu bổ sung trong
xi măng để tăng khả năng làm việc, tính chất cơ học và độ bền của bê tông [4, 5].

1


Hình 1.1: Khói bụi gây ơ nhiễm mơi trường

Hình 1.2: Lượng chất thải ra từ các nhà máy sản xuất xi măng [6]
Chính vì vậy, sự phát triển một cách nhanh chóng và mạnh mẽ của bê tơng khơng
sử dụng xi măng đã làm giảm lượng khí thải CO2 cũng như giảm tiêu thụ năng lượng
cần thiết trong quá trình nung đốt. Bê tông Geopolymer là bê tông sử dụng chất kết dính

2


kiềm hoạt hóa (chất kết dính geopolymer), nó là sản phẩm của phản ứng giữa dung dịch
kiềm và các loại vật liệu có chứa hàm lượng lớn hợp chất silic và nhôm. Hiện nay, bê
tông Geopolymer đã và đang được nghiên cứu rộng rãi và cho thấy khả năng là vật liệu
xanh hơn thay thế bê tông xi măng trong một số ứng dụng do bê tơng Geopolymer vừa
có các tính chất kỹ thuật tốt, đồng thời giảm khả năng gây hiệu ứng nhà kính. Hai thành
phần chính của geopolymer là nguyên liệu gốc phải giàu Si và Al và các chất lỏng kiềm.
Chất thải các vật liệu như tro bay, metakeoline, xỉ lò cao nghiền hạt, tro trấu, silica fume
hoặc các khoáng chất tự nhiên như kaolinite và đất sét có thể được sử dụng làm ngun
liệu gốc. Cơng nghệ geopolymer giúp giảm lượng khí thải CO2 phát ra từ sản xuất xi
măng cũng như sử dụng chất thải công nghiệp hoặc các sản phẩm phụ bao gồm alumin
silicat và chuyển thành vật liệu xây dựng bền vững. Do đó, việc sử dụng geopolymer
trong ngành xây dựng là rất cần thiết cho môi trường bền vững. Hầu hết các nghiên cứu
về bê tông geopolymer đã được sử dụng tro bay làm ngun liệu nguồn aluminosilicate.
Q trình địa hóa của tro bay yêu cầu bảo dưỡng lò ở nhiệt độ cao từ 60 đến 900C tiêu
thụ rất nhiều năng lượng. Bảo dưỡng bê tông đúng cách giúp cải thiện các tính chất cơ
học của bê tơng geopolyme [7, 8].
Trong cơng cuộc hiện đại hóa, cơng nghiệp hóa trên thế giới ngành xây dựng có
sự phát triển vượt bậc. Nước ta là một nước đang phát triển nên nhu cầu xây dựng rất
cao, ngày càng có nhiều cơng trình lớn mọc lên ở khắp nơi. Vì vậy, cần phải có một
lượng lớn vật liệu xây dựng để đáp ứng nhu cầu trên. Bê tơng tự lèn là một loại bê tơng
có những đặc tính ưu việc so với các loại bê tơng thơng thường bởi các đặc tính như: có

khả năng điền đầy và đầm chặt vào các khe hay các vị trí cốt thép dày mà khơng cần đầm
rung, dễ dàng đổ bê tơng ở các vị trí phần bị hạn chế, cải thiện độ bền và độ tin cậy của
kết cấu bê tông, rút ngắn thời gian thi công [9, 10].
Tử những ưu điểm nêu trên thì bê tơng geopolymer và bê tơng tự lèn mang lại
nhiều lợi ích cho ngành ngành xây dựng. Vì vậy, khuyến khích sản xuất ra những loại
bê tông mới để thay thế việc sử dụng xi măng Porland. Hiện nay, trên thế giới cũng như
ở Việt Nam có rất ít nhà khoa học nghiên cứu các tính chất của bê tơng geopolymer tự

3


lèn. Điển hình, một số nhà nghiên cứu cho thấy đã được thay thế tro bay bằng xỉ lò cao
nghiền hạt với tỉ lệ 10 -100% sẽ giúp gia tăng cường độ nén và chịu kéo của bê tơng.
Ngồi ra, sử dụng xỉ lò cao nghiền hạt làm tăng tốc thời gian kết dính geopolymer và
giảm thời gian đầm nén cho bê tông [11, 12]. Nếu gia tăng lượng xỉ sẽ làm giảm độ sụt
của bê tông và độ loang chảy của vữa [13]. Memon et al. [14] đã nghiên cứu phát triển
bê tông geopolymer tự lèn sử dụng tro bay làm nguyên liệu gốc bằng cách thay đổi nồng
độ natri hydroxit, tỷ lệ natri silicat so với natri hydroxit, nhiệt độ đóng rắn ảnh hưởng
đến cường độ chịu nén của bê tơng geopolymer tự lèn.
Với những tính chất cũng như tác dụng trên, việc nghiên cứu bê tông Geopolymer
tự lèn để thay thế bê tông xi măng mà chất lượng không hề thua kém các loại bê tông
thông thường. Ngồi ra cịn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cả về mặt kinh tế lẫn khoa
học do vừa xử lý được chất thải gây ra ô nhiễm vừa tạo ra được vật liệu có nhiều ứng
dụng trong cơng nghiệp. Nhưng vấn đề xét đến ảnh hưởng thành phần cấp phối của bê
tông Geopolymer chưa được đề cập rộng rãi do đó đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của
thành phần cấp phối đến tính chất của bê tơng Geopolymer tự lèn” đã được lựa chọn để
nghiên cứu.
1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới
D.Hardjito và B.V.Rangan (2005) [14] khi nghiên cứu về Quá trình phát triển và

những đặc tính của bê tơng Geopolymer sử dụng tro bay đã có những nhận xét về những
tính chất ảnh hưởng đến cường độ của bê tông 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.
Ali Allahverdi và Frantisek Skvara (2005) [15] đã trình bày cơ chế ăn mòn của
axit sulfuric đối với vữa Geopolymer cũng như khả năng chống ăn mòn của vữa
Geopolymer khi chịu tác dụng của axit ở nồng độ cao và nồng độ thấp.

4


Hardjito và Djwantoro (2005) [16] đã trình bày quá trình để sản xuất bê tông
Geopolymer sử dụng tro bay, cách sản xuất và thí nghiệm mẫu, các số liệu thu thập được.
N.A.Lloyd và B.V.Rangan (2010) [17] đã nghiên cứu về đề tài có tên là
“Geopolymer Concrete with Fly Ash”. Tác giả đã trình bày đặc tính hỗn hợp bê tơng
Geopolymer, cách thiết kế một mẻ bê tông Gepolymer, về các sản phẩm bê tơng đúc sẵn,
sự đóng góp của bê tơng Geopolymer đối với sự phát triển tồn cầu
Mustafa Al Bakri (2011) [18] đã 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 q cao góp phần tạo cường
độ cao cho bê tông Geopolymer.
Suresh.G.Patil (2013) [19] 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.
Faiz U.A Shaikh (2014) [20] đã trình bày về sự ảnh hưởng của hàm lượng và
nồng độ các dung dịch kiềm có trong thành phần cấp phối đến khả năng chống ăn mịn
chloride đối với cốt thép trong bê tơng Geopolymer.
Chayanee Tippayasam et at . (2014) [21] đã nghiên cứu cường độ vật liệu

geopolymer kailin khi sử dụng kaolin (K), metakaolin (MK – được nung từ kaolin ở
nhiệt độ cao: 600oC, 700oC, 800oC, với thời gian nung là 2 giờ và 6 giờ), tro trấu,
bagasse ash và dung dịch kiềm 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 ứu rằng sau 7 ngày mẫu MK geopolymer đạt cường độ lớn nhất (40.75 MPa) khi
nung kaolin ở 600oC trong thời gian 6 giờ. Cường độ chịu nén của mẫu geopolymer
100% MK (29.6 MPa – Đăc biệt mẫu này yêu cầu bảo dưỡng ở 80oC trong thời gian 24h

5


sau đó bảo dưỡng ở nhiệt độ phịng) xấp xỉ cường độ chịu nén của mẫu geopolymer 100
MK (30.9 Mpa) sau 91 ngày nén. Vì vậy có thể sử dụng kaolin thay thế maetakaolin
trong hổn hợp vật liệu geopolymer, nhằm tiết kiệm năng lượng cũng như giảm hàm lượng
khí thải CO2. 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 ờ 28 ngày và
21.3 MPa ở 91 ngày nén.
Yun Yong Kim et at (2014) [22] tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện
bảo dưỡng, nồng độ dung dịch kiềm hoạt hoát đến cường độ của mẫu vữa geopolymer.
Đồng thời so sánh với mẫu vữa sử dụng xi măng Portland. Mẫu vữa geopolymer sử dụng
tro trấu với dung dịch hoạt hóa sodium hydroxide (NaOH có nồng độ molt hay đổi
7,8,9,10mol/lít) và sodium silicate (Na2SiO3 được lấy theo tỷ lệ Na2SiO3/NaOH = 2.5/l),
tỷ lệ tro trấu/cát = 1:2. Mẫu vữa geopolymer được bảo dưỡng ở hai điều kiện là nhiệt độ
phòng và bảo dưỡng ở 60oC trong vòng 24 giờ sau đó ở nhiệt độ phịng. Và mẫu vữa xi
măng Porland 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 100x 100 x 100mm ) tăng theo thời
gian bảo dưỡng mẫu là 7 ngày, 14 ngày, 28 ngày và đạt giá trị lớn nhất là 45 MPa khi
mẫu có bảo dưỡng 24 giờ ở 60oC và 40.7 MPa với mẫu bảo dưỡng ở nhiệt độ phịng sau
28 ngày, với NaOH = 10 mol/ lít, trong khi mẫu vữa xi măng Porland đạt giá trị 25 MPa.

M. Fadhil Nuruddin, Samuel Demie, M. Fareed Ahmed, and Nasir Shafiq [23]
nghiên cứu ảnh hưởng của chất siêu dẻo và nồng độ mol NaOH đến khả năng làm việc,
cường độ chịu nén và thuộc tính cấu trúc vi mơ của Bê tông Geopolymer tư lèn. Kết quả
cho thấy rằng khả năng làm việc và cường độ nén được cải thiện với tăng liều lượng phụ
gia siêu dẻo. Sự gia tăng sức mạnh và một giảm khả năng làm việc của các mẫu bê tông
này đã được quan sát thấy với nồng độ mol của dung dịch NaOH tăng từ 8M đến 14M.
Cải thiện vùng chuyển tiếp giao diện (ITZ) và cấu trúc vi mô với sự gia tăng của SP và
tăng nồng độ từ 8M đến 12M cũng đã được xác định.

6


Boukendakdji O, Kadri EH, and K. S 2012 [9] nghiên cứu ảnh hưởng của xỉ hạt
lò cao và hai loại phụ gia siêu dẻo đến tính chất của bê tơng tự lèn bằng cách thay thế
10%, 15%, 20% và 25% xỉ lò cao. Kết quả cho thấy hỗn hợp bê tông siêu dẻo gốc
polycarboxylate cường độ nén cao hơn, ở mọi lứa tuổi, so với hỗn hợp bê tông siêu dẻo
gốc naphthalene sulphonate.
Gesoglu M, Guneyisi E, and O. E 2009 [11] nghiên cứu tính chất của bê tơng tự
lèn được làm bằng hỗn hợp xi măng tro bay, xỉ lò cao và silica fume. Kết quả chỉ ra rằng
khi tính đến các đặc tính độ bền của bê tơng khi việc sử dụng xỉ hạt mài và Silicafume
mang lại hiệu quả tốt nhất.
1.2.2 Nghiên cứu trong nước
Trần Anh Tiến [24] đã trình bày về lịch sử phát triển của vật liệu Geopolymer,
nguyên liệu để chế tạo mẫu, phương pháp để xác định tính chất của vật liệu và nhận xét
kết quả
Tống Tôn Kiên [25] và các cộng sự đã nghiên cứu về đề tài Bê tông 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 [26] nghiên cứu chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay, xác
định cường độ của bê tong Geopolymer và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ
của bê tông Geopolymer
Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn [27] đã nghiên cứu về đề tài Nghiên cứu ảnh
hưởng của tro trấu và silicafume đến cường độ của vữa Geopolymer. Các tác giả đã đánh
giá ảnh hưởng của tro trấu và silicafume thay thế một phần tro bay để chế tạo vữa
Geopolymer và tận dụng phế thải công nghiệp, nông nghiệp và đánh giá ảnh hưởng của
các thành phần hoạt tính của tro trấu và silicafume khi kết hợp với tro bay đến tính chất
cường độ của vữa ở điều kiện thường và nhiệt độ cao.

7


Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn [28] đã nghiên cứu về đề tài Ứng xử của bê tông
Geopolymer tro bay sử dụng sợi Hook. Các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của sợi
thép đến ứng xử của bê tông Geopolymer nền nhằm xác định khả năng ứng dụng của bê
tơng trong thực tế. Xác định được tính chất cơ học của bê tông Geopolymer được gia
cường tốt nhất với 1% hàm lượng sợi Hook, kết quả thực nghiệm cho thấy giá trị biến
dạng của bê tông dùng sợi thay đổi từ 0,0024 – 0,0028 với giá trị modun đàn hồi 25 – 30
GPa, hệ số Poisson đạt 0,013 – 0,016.
Nguyễn Văn Toản (2013) [29] đã nghiên cứu ảnh hưởng của tro trấu (0-60%) và
phụ gia siêu dẻo tới tính chất của hồ, vữa và bê tơng sử dụng xi măng Porland (40-100%).
Kết quả thí nghiệm cho thấy, đối với xi măng khi trộn hỗn hợp tro trấu với xi măng thì
độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng tăng lên tỷ lệ thuận theo hàm lượng tro trấu. Tuy nhiên
hàm lượng tro trấu < 30% thì độ dẻo của hồ xi măng tăng lên không nhiều, chỉ khi lượng
tro trấu từ 40% trở lên thì sự tăng độ dẻo của hồ có sự đột biến.
Võ Thế Ân (2015) [30] đã nghiên cứu cường độ chịu nén của mẩu geopolymer
tro bay hoạt hóa kiềm có tỷ lệ Na2SiO3/NaOH=0.5, 1.0, 2.0, tỷ lệ dung dịch hoạt hóa
liquid/trobay = 0.35, 0.40, 0.45 và bảo dưỡng ở nhiệt độ khác nhau. Kết quả nghiên cứu
cho thấy cường độ chịu nén của mẫu đạt giá trị lớn nhất khi Na2SiO3/NaOH = 0.5,

Liquid/tro bay = 0.45, nhiệt độ bảo dưỡng tối ưu là 90oC
Kiều Thị Kim Hịa (2015) [31] đã nghiên cứu bê tơng tự lèn cốt liệu hạt xốp
(EPS) để ứng dụng trong cơng trình xây dựng. Kết quả nghiên cứu cho thấy chế tạo được
bê tông tự lèn nhẹ chịu được lực có khối lượng thể tích 1560-1940kg/m3 và cường độ
nén 15-35MPa tương ứng với hàm lượng hạt EPS được sử dụng thay thế thể tích cát mịn
từ 20% đến 80%.
Ngơ Duy Long (2015) [32] đã nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của bê tông tự
lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt. Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ chịu nén và co ngót
của bê tơng tự lèn sử dụng cốt liệu sắt cho kết quả gần như tương đương với cốt liệu tự
nhiên.

8


1.3 NHẬN XÉT VỀ ĐỀ TÀI
Các bài viết, bài báo và báo cáo nghiên cứu khoa học đã trình bày khá chi tiết về
vật liệu geopolymer. Qua đó có thể hiểu rõ hơn về khái niệm geopolymer, lịch sử ra đời,
quy trình tạo mẫu, lý thuyết thí nghiệm cũng như ưu – nhược điểm và tính ứng dụng của
loại vật liệu này.
Tuy nhiên, hiện vẫn chưa có đề tài nào trình bày rõ về cơng nghệ geopolymer sử
dụng thêm phụ gia để chế tạo bê tông geopolymer tự lèn nhằm ứng dụng vào trong lĩnh
vực xây dựng ở Việt Nam.
1.4 VỊ TRÍ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính chất của bê
tông geopolymer tự lèn” đã và đang tiếp nối q trình nghiên cứu về cơng 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 chế tạo bê tông geopolymer tự lèn và sử dụng
thêm phụ gia để làm tăng tính lưu động cũng như cường độ của bê tông. Qua đó có thể
đánh giá về tính ứng dụng vào các cơng trình thực tế của sản phẩm này.

1.5 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương và một số loại phụ gia phổ biến trên
thị trường để chế tạo ra bê tông geopolymer tự lèn có cường độ 20Mpa và 30MPa nhằm
ứng dụng vào trong lĩnh vực xây dựng ở Việt Nam.
- Nghiên cứu sử dụng thêm phụ gia để thí nghiệm kiểm tra tính lưu động của bê
tông tự lèn.
- Nghiên cứu cường độ chịu nén và chịu kéo gián tiếp của bê tông Geopolymer tự
lèn.
1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu thực nghiệm. Sau đó tiến hành so sánh và đánh giá kết quả.
9


1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Bổ sung và hoàn chỉnh thêm kiến thức lý thuyết về cơng 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 các sản phẩm xây dựng có thể góp phần giảm thiểu trữ lượng phế thải
cơng nghiệp, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường.
1.8 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU
1.8.1 Thiết kế thành phần cấp phối.
Quá trình thiết kế sẽ thiết kế 2 cấp phối bê tơng Geopolymer tự lèn ở thí nghiệm.
Các cấp phối này phụ thuộc phần lớn vào các yếu tố sau: tỉ lệ phụ gia/ tro bay, điều kiện
dưỡng hộ nhiệt và nồng độ mole.
1.8.2 Các chỉ tiêu đo đạc thí nghiệm.
Thí nghiệm kiểm tra bê tơng Geopolymer tự lèn dựa vào Tiêu chuẩn TCVN
12209:2018: “Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử”.
a. Xác định độ lưu động (độ chảy xoè ).
b. Xác định khả năng chảy qua hộp chữ L.
c. Xác định thời gian chảy qua phễu V.
1.8.3 Các thí nghiệm dự kiến sẽ thực hiện.

- Thí nghiệm cường độ chịu nén.
- Thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp

10


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CÔNG NGHỆ GEOPOLYMER
2.1.1 Tổng quan về vật liệu Geopolymer
Khái niệm về “Geopolymer” lần đầu tiên sử dụng bởi giáo sư Joseph Davidovits
vào năm 1979. Nguyên lý chế tạo của geopolymer là dựa vào phản ứng của các vật liệu
alumino slicat. Nguyên liệu chính gồm 2 thành phần:
+ Nguyên liệu alumino silicat co Si và Al: nguồn gốc tự nhiên như meta cao lanh
hoặc sản phẩm phế thải của công nghiệp như tro bay, xỉ.
+ Chất kiểm như NaOH, KOH, Ca(OH)2.
Khi cho 2 thành phần chính tác dụng với nhau và tiến hành bảo dưỡng ở nhiệt độ
phịng, vật liệu alumino silicat nhanh chóng hồn tịan vào dung dịch kiềm để tạo thành
tứ diện SiO4 và AlO4. Trong quá trình phản ứng, nước dần dần tách ra và những cụm tứ
diện SiO4 và AlO4 liên kết nhau bằng nguyên từ oxi và tạo ra những monomer Si-Si và
Si-Al ở pha lỏng. Quá trình đã trùng ngưng các monomer tạo thành khung mạng alumino
silicat 3 chiều. Cuối cùng, quá trình sẽ lien kết các hạt rắn vào mạng geopolymer và đóng
rắn tồn bộ hệ thống trong cấu trúc polymer rắn cuối cùng
2.1.2 Quá trình geopolymer hóa.
Bằng nghiên cứu của mình, Davidovits (1978) đã dùng thuật ngữ Geopolymer để
giới thiệu loại polymer mới được tổng hợp từ các khống vật thuộc nhóm Aluminoilicate.
Thành phần chủ yếu của Geopolymer là các nguyên tố Si2+, Al3+ và O2 có nguồn gốc từ
khống sản tự nhiên (đất sét, cao lanh, đá fenpat… ) hoặc sản phẩm từ sản xuất (tro bay,
xỉ lò cao)…. Vật liệu Geopolymer khác với vật liệu polymer thông thường ở cấu trúc
mạng không gian vô định hình.
Cấu trúc vơ định hình của Geopolymer cơ bản được tạo thành từ lưới cấu trúc của

những Alumino-Silico hay cịn gọi là Poly-sialate. Sialate là viết tắt của Silic-OxyNhơm, các cầu nối –Si-O-Al- tạo thành các bộ khung không gian vững chắc bên trong
cấu trúc. Khung Sialate bao gồm những tứ diện SiO và AlO4 được nối xen kẻ với nhau

11