NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VỮA GEOPOLYMER ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH NHẸ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRỊNH NGỌC DUY

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VỮA
GEOPOLYMER ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH NHẸ

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRỊNH NGỌC DUY

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VỮA
GEOPOLYMER ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH NHẸ

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208
Hướng dẫn khoa học:
T.S PHAN ĐỨC HÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016


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.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

TRỊNH NGỌC DUY

ii


CẢM TẠ
Sau thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Thành Phố Hồ Chí Minh, được sự chỉ hỗ trợ của quý thầy trong trường. Tôi đã
hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu cùng
quý thầy của trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập nâng cao cả tri thức
và lối sống.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Chủ Nhiệm Khoa cùng các Thầy Cô
khoa Xây Dựng và Cơ Học Ứng Dụng đã quan tâm, giảng dạy và truyền đạt kiến
thức vô cùng quý báo trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện
luận văn tốt nghiệp của tôi..
Và đặc biệt tôi vô cùng biết ơn Thầy Phan Đức Hùng đã tận tình giúp đỡ và
hỗ trợ chỉ bảo tôi ngay từ bước đầu làm luận văn; trang bị và truyền đạt cho tôi
những kinh nghiệm, kiến thức quý báo để nghiên cứu, cũng như gợi mở những
phương hướng thực hiện, hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp.
Và cảm ơn các bạn lớp XDC2015A cũng như các lớp khác đã nhiệt tình

giúp đỡ và chân thành góp ý kiến để luận văn hoàn chỉnh hơn.
Luận văn tốt nghiệp là quá trình nghiên cứu lâu dài và sự hỗ trợ quý Thầy
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Tuy rằng luận văn này được thực
hiện với sự cố gắng lớn lao, nhưng cũng không ít sai sót trong quá trình nghiên
cứu. Rất mong nhận được sự quan tâm góp ý kiến, cũng như chỉ bảo thật nhiều của
quý thầy để luận văn được hoàn thiện hơn.
Trân trọng!

Thành Phố Hồ Chính Minh,ngày 16 tháng 09 năm 2016
Học viên thực hiện
Trịnh Ngọc Duy
Lớp XDC 2015A

iii


TÓM TẮT
Nghiên cứu này xác định ảnh hưởng của tỷ lệ cát – tro bay, tỷ lệ dung dịch
hoạt hóa – tro bay, tỷ lệ dung dịch sodium silicate - sodium hydroxide và hàm
lượng thể tích hạt xốp polystyrene sử dụng trong cấp phối vữa geopolymer đến
cường độ chịu nén và khối lượng thể tích. Kết quả thực nghiệm đã chỉ ra loại vữa
geopolymer nhẹ này có thể đạt cường độ nén cao nhất lên đến trên 8 MPa và khối
lượng thể tích nhỏ nhất đạt khoảng 970 kg/m3. Điều này cho thấy khả năng sử dụng
hạt xốp polystyrene trong cấp phối vữa nhằm mục đích chiếm thể tích và giảm khối
lượng của vữa. Tuy nhiên cần quan tâm đến các thành phần khác của vữa để cường
độ chịu nén đạt yêu cầu.

iv

ABSTRACT
This article determines the effect of sand - fly ash ratio, alkaline liquid - fly
ash ratio, sodium silicate - sodium hydroxide ratio and the volume content of
polystyrene used in mixture to the compressive strength and apparent density of
geopolymer mortar. The experimental results showed this lightweight geopolymer
mortar can achieve the highest compressive strength upto more than 8 MPa and the
smallest apparent density about 970 kg/m3. This suggests that the usability of
polystyrene ball in the mortar mixture to occupy volume and reduced volume of
mortar. However, it needs to regard others components of mortar to acheive the
required compressive strength.

v


MỤC LỤC
Chương 1 TỔNG QUAN .................................................................................1
1.1

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu....................................................1

1.2

Gạch nhẹ ..............................................................................................6

1.3

Tình hình nghiên cứu...........................................................................8

1.3.1 Khái niệm về Geopolymer ..............................................................8
1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...................................................9

1.3.3 Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................10
1.3.4 Nhận xét về các đề tài ...................................................................11
1.4

Mục tiêu đề tài nghiên cứu ................................................................11

1.5

Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu ..............................................................11

1.6

Phương pháp nghiên cứu ...................................................................11

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................12
2.1

Công nghệ Geopolymer.....................................................................12

2.1.1 Lịch sử phát triển Geopolymer .....................................................12
2.1.2 Thành phần và công thức hóa học ................................................15
2.1.3 Cơ chế phản ứng ...........................................................................16
2.2

Cơ chế đóng rắn của tro bay theo công nghệ Geopolymer ...............20

2.2.1 Tro bay ..........................................................................................20
2.2.2 Cơ sở hóa học của công nghệ Geopolymer ..................................21
2.2.3 Cơ chế hóa học của công nghệ Geopolymer tro bay ....................23
Chương 3 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .....25

3.1

Nguyên vật liệu .................................................................................25

vi


3.1.1 Chất tạo độ rỗng cho vữa geopolymer ..........................................25
3.1.2 Tro bay ..........................................................................................27
3.1.3 Nước..............................................................................................27
3.1.4 Dung dịch NaOH ..........................................................................27
3.1.5 Dung dịch thủy tinh lỏng (Na2SiO3) .............................................28
3.1.6 Dung dịch kiềm .............................................................................29
3.1.7 Cát .................................................................................................29
3.2

Thành phần cấp phối .........................................................................31

3.2.1 Chuẩn bị khuôn đúc mẫu ..............................................................32
3.2.2 Phương pháp tạo mẫu ...................................................................32
3.2.3 Phương pháp thí nghiệm ...............................................................33
Chương 4 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ............................39
4.1

Kết quả thực nghiệm vữa geopolymer sử dụng bọt Eabassoc ..........39

4.2

Kết quả thực nghiệm vữa geopolymer sử dụng bột nhôm ................40

4.3

Kết quả thực nghiệm vữa geopolymer sử dụng hạt xốp....................42

4.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát – tro bay và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro
bay đến cường độ nén và khối lượng thể tích của vữa geopolymer .................42
4.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ sodium silicate - sodium hydroxide đến
cường độ và khối lượng thể tích của vữa geopolymer ......................................48
4.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng thể tích hạt xốp sử dụng đến cường độ
và khối lượng thể tích của vữa geopolymer ......................................................50
4.4

Ứng dụng để chế tạo gạch geopolymer sử dụng hạt xốp ..................54

4.4.1 Cấp phối ........................................................................................54
4.4.2 Khối lượng thể tích và cường độ nén các loại gạch .....................55

vii


4.5

Nhận xét tổng kết các thí nghiệm đã thực hiện .................................57

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............59
5.1

Kết luận .............................................................................................59

5.2

Hướng phát triển và đóng góp của đề tài ..........................................59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................61
PHỤ LỤC A .....................................................................................................63

viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Lò gạch thủ công đi kèm với ô nhiễm môi trường [1] ..................................2
Hình 1.2 Xây Nhà Bằng Gạch Không Nung [2]...........................................................3
Hình 1.3 Gạch Papanh [3] ............................................................................................4
Hình 1.4 Gạch block [4] ...............................................................................................5
Hình 1.5 Gạch xi măng – cát [5]...................................................................................5
Hình 1.6 Gạch bê tông khí chưng áp (AAC) [6] ..........................................................6
Hình 1.7 Gạch bê tông bọt khí (CLC) [7] .....................................................................7
Hình 2.1 Tinh thể geopolymer ..................................................................................13
Hình 2.2 Metakaolin (a) và tro bay (b) với NaOH 8M .............................................17
Hình 2.3 Sự hoạt hóa vật liệu alumo - silicat ............................................................18
Hình 2.4 Mô tả phản ứng tro bay trong dung dịch kiềm ...........................................19
Hình 2.5 Tro Bay.......................................................................................................20
Hình 2.6 Cấu trúc SEM của vi hạt tro bay ................................................................21
Hình 2.7 Hình ảnh SEM (a) tro bay ban đầu, (b) tro bay được kích hoạt với NaOH(
c) tro bay được kích hoạt với Na2SiO3 ......................................................................24
Hình 3.1 Chất tạo bọt eabassoc .................................................................................25
Hình 3.2 Bột nhôm ....................................................................................................26
Hình 3.3 Hạt xốp .......................................................................................................27
Hình 3.4 Các tính chất cơ lý của cát sử dụng ............................................................31
Hình 3.5 Khuôn gỗ 65x105x220 (mm) .....................................................................32

Hình 3.6 Khuôn nhựa 100x200 (mm) .......................................................................33
Hình 3.7 Cân cốt liệu và dung dịch ...........................................................................34
Hình 3.8 Công tác nhào trộn cốt liệu khô .................................................................34
Hình 3.9 Đổ dung dịch hoạt hóa vào hỗn hợp ..........................................................35
Hình 3.10 Dùng máy trộn đều hỗn hợp.....................................................................35
Hình 3.11 Đổ vào khuôn trụ 100x200 (mm) .............................................................35
Hình 3.12 Kết thúc quá trình tạo mẫu 100x200 (mm) ..............................................36
Hình 3.13 Máy nén ....................................................................................................36

ix


Hình 3.14 Mẫu được đưa vào máy nén .....................................................................37
Hình 3.15 Kết quả thí nghiệm nén ............................................................................37
Hình 3.16 Thành phần bên trong của mẫu vữa geopolymer .....................................38
Hình 4.1 Tạo bọt bằng máy trộn ...............................................................................40
Hình 4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát - tro bay và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay đến
cường độ nén của cấp phối sử dụng hàm lượng thể tích hạt xốp 55% .....................42
Hình 4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát - tro bay và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay đến
khối lượng thể tích của cấp phối sử dụng hàm lượng thể tích hạt xốp 55% .............43
Hình 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát - tro bay và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay đến
cường độ nén của cấp phối sử dụng hàm lượng thể tích hạt xốp 45% .....................44
Hình 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát - tro bay và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay đến
khối lượng thể tích của cấp phối sử dụng hàm lượng thể tích hạt xốp 45% .............45
Hình 4.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát - tro bay và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay đến
cường độ của cấp phối sử dụng hàm lượng thể tích hạt xốp 0% ..............................46
Hình 4.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát - tro bay và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay đến
khối lượng thể tích của cấp phối sử dụng hàm lượng thể tích hạt xốp 0% ...............46
Hình 4.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch sodium silicate – sodium hydroxide đến
cường độ nén của vữa có tỷ lệ dung dịch – tro bay là 0.6.........................................48

Hình 4.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch sodium silicate- sodium hydroxide đến
khối lượng thể tích của vữa có tỷ lệ dung dịch – tro bay là 0.6 ................................48
Hình 4.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch sodium silicate – sodium hydroxide đến
cường độ nén của vữa có tỷ lệ dung dịch – tro bay là 0.7.........................................49
Hình 4.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch sodium silicate – sodium hydroxide đến
khối lượng thể tích của vữa có tỷ lệ dung dịch – tro bay là 0.7 ................................49
Hình 4.12 Ảnh hưởng của hàm lượng thể tích hạt xốp sử dụng đến cường độ nén
của vữa có tỷ lệ dung dịch sodium silicate – sodium hydroxide là 2 .......................50
Hình 4.13 Ảnh hưởng của hàm lượng thể tích hạt xốp sử dụng đến khối lượng thể
tích của vữa có tỷ lệ dung dịch sodium silicate – sodium hydroxide là 2 ................51

x


Hình 4.14 Ảnh hưởng của hàm lượng thể tích hạt xốp sử dụng đến cường độ nén
của vữa có tỷ lệ dung dịch sodium silicate – sodium hydroxide là 2.5 ....................52
Hình 4.15 Ảnh hưởng của hàm lượng thể tích hạt xốp sử dụng đến khối lượng thể
tích của vữa có tỷ lệ dung dịch sodium silicate – sodium hydroxide là 2.5 .............53
Hình 4.16 Mẫu gạch sau khi được cắt đôi và chồng lên nhau ..................................55
Hình 4.17 Thí nghiệm nén mẫu gạch theo tiêu chuẩn TCVN 6355-2:2009 .............55
Hình 4.18 Khối lượng thể tích và cường độ nén các loại gạch .................................56

xi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Tỷ lệ pha dung dịch tạo bọt .......................................................................25
Bảng 3.2 Thành phần hóa học của tro bay ................................................................27
Bảng 3.3 Thành phần của hạt cát ..............................................................................29
Bảng 3.4 Hàm lượng tạp chất trong cát ....................................................................30

Bảng 3.5 Hàm lượng ion CL- trong cát ....................................................................30
Bảng 3.6 Cấp phối vữa geopolymer sử dụng hạt xốp ...............................................31
Bảng 4.1 Cường độ và khối lượng thể tích các cấp phối có tỷ lệ dung dịch sodium
silicate – sodium hydroxide là 2................................................................................51
Bảng 4.2 Cường độ và khối lượng thể tích các cấp phối có tỷ lệ dung dịch sodium
silicate – sodium hydroxide là 2.5.............................................................................53
Bảng 4.3 Bảng cấp phối gạch nhẹ geopolymer sử dụng hạt xốp. .............................54
Bảng 4.4 Kích thước, cường độ nén và khối lượng thể tích các loại gạch ...............56

xii


Chương 1 TỔNG QUAN
1.1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Việt Nam hiện nay tiêu thụ 20 – 22 tỷ viên gạch một năm, đến năm 2020,
lượng gạch cần cho xây dựng ước tính gấp đôi, 40 tỷ viên. Theo thống kê năm 2012
cả nước có khoảng hơn 9.000 xí nghiệp sản xuất gạch ngói. Các tỉnh thành đều đang
tồn tại và duy trì mô hình sản xuất gạch ngói. Nhiều địa phương còn phát triển
mạnh nghề này. Bình quân, mỗi năm các cơ sở sản xuất trên 110 triệu viên gạch
ngói các loại, tiêu biểu là các tỉnh miền Đông Bắc Bộ, Trung Bộ, Tây Nguyên và
một số tỉnh Tây Bắc…
Tuy nhiên, thực trạng đang diễn ra là gạch ngói sản xuất theo quy trình công
nghệ cũ, lạc hậu. Đa số các lò gạch đang được sử dụng đều là lò thủ công, chỉ dùng
than đá và củi để đốt. Điều này gây nên khói, bụi làm ô nhiễm môi trường nặng nề,
lãng phí nguồn nhiên liệu năng lượng. Khói bụi còn ảnh hưởng môi trường xung
quanh, ảnh hưởng nặng nề đến sức khỏe của các hộ dân, khiến mùa màng thất thu.
Nguyên liệu để sản xuất chính là đất sét, được khai thác từ đất nông nghiệp, làm
giảm diện tích cây lương thực.
Trong bối cảnh đó, việc sử dụng gạch không nung là xu thế tất yếu của thế
giới. Việt Nam cũng đã có gạch không nung, nhưng tỷ lệ sử dụng rất thấp, chỉ

chiếm 4 – 5% sản lượng gạch toàn quốc. Lý do, ngoài thói quen sử dụng gạch nung
từ lâu nay, còn do dây chuyền chủ yếu nhập, công nghệ phức tạp nên giá thành gạch
cao. Gạch không nung đến nay vẫn là món hàng xa xỉ.
Chính vì vậy theo Quyết định số 115/2001/QĐ - TTg về việc quy hoạch tổng
thể ngành công nghiệp vật liệu xây dựng đến năm 2020 và định hướng đến 2020 đã
được thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 01/08/2001, phải phát triển gạch không
nung thay thế gạch đất nung từ 10 đến 15% vào năm 2005 và 25% đến 30% vào
năm 2010, xóa bỏ hoàn toàn gạch đất nung thủ công vào năm 2010. Để thực hiện
mục tiêu đạt 40% vật liệu xây không nung (VLXKN) đến năm 2020 bằng 16,8 tỷ
viên, trung bình mỗi năm phải đầu tư mới 1,6 tỷ viên. Căn cứ vào nguồn nguyên

1


liệu của từng vùng, nhu cầu của thị trường, thị hiếu của người tiêu dùng để đầu tư
các cơ sở sản xuất VLXKN thích hợp.

Hình 1.1 Lò gạch thủ công đi kèm với ô nhiễm môi trường [1]
Gạch không nung là loại gạch xây, sau khi được tạo hình thì tự đóng rắn đạt
các chỉ số về cơ học cường độ nén, cường độ uốn, độ hút nước... mà không cần qua
nhiệt độ. Độ bền của viên gạch không nung được gia tăng nhờ lực ép hoặc rung lên
viên gạch và thành phần kết dính của chúng.
Gạch nung có khoảng từ 70 đến 100 tiêu chuẩn quốc tế, với kích thước tiêu
chuẩn khác nhau. Tại Việt Nam gạch này có kích thước phổ biến là 210x100x60
mm, sức nén viên gạch không nung tối đa đạt 35 MPa.
Sản phẩm gạch không nung có nhiều chủng loại trên một loại gạch để có thể
sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ đến các công trình kiến trúc cao
tầng, giá thành phù hợp với từng công trình. Có nhiều loại dùng để xây tường, lát
nền và trang trí.
Hiện nay, gạch không nung đã khẳng định chỗ đứng vững chắc trong các

công trình, nó đang dần trở nên phổ biến hơn và được ưu tiên phát triển. Có rất
nhiều công trình sử dụng gạch không nung, từ công trình nhỏ lẻ cho đến các công
trình dân dụng, đình chùa, nhà hàng, sân golf, khu nghỉ dưỡng, cao ốc, ...

2


Hình 1.2 Xây Nhà Bằng Gạch Không Nung [2]
Ưu điểm của gạch không nung
Không dùng nguyên liệu đất sét để sản xuất.. Đất sét chủ yếu khai thác từ đất
nông nghiệp, làm giảm diện tích sản xuất cây lương thực, đang là mối đe dọa mang
tính toàn cầu hiện nay.
Không dùng nhiên liệu như than, củi.. để đốt. tiết kiệm nhiên liệu năng lượng,
và không thải khói bụi gây ô nhiễm môi trường.
Sản phẩm có tính chịu lực cao, cách âm, cách nhiệt phòng hoả, chống thấm,
chống nước, kích thước chuẩn xác, quy cách hoàn hảo hơn vật liệu nung. Giảm
thiểu được kết cấu cốt thép, rút ngắn thời gian thi công, tiết kiệm vữa xây, giá thành
hạ.
Có thể tạo đa dạng loại hình sản phẩm, nhiều màu sắc khác nhau, kích thước
khác nhau, thích ứng tính đa dạng trong xây dựng, nâng cao hiệu quả kiến trúc.
Cơ sở sản xuất có thể phát triển theo nhiều quy mô khác nhau, không bị khống
chế nhiều về mặt bằng sản xuất.

3


Được sản xuất từ công nghệ, thiết bị tiên tiến của quốc tế, nó có các giải pháp
khống chế và sự đảm bảo chất lượng hoàn thiện, quy cách sản phẩm chuẩn xác. Có
hiệu quả trong xây dựng rõ ràng, phù hợp với các TCVN do bộ xây dựng công bố.
Các loại gạch không nung có mặt trên thị trường

Gạch không nung là các loại gạch xây, gạch lát vỉa hè,… có kích thước, quy
cách như gạch đất sét nung nhưng không sử dụng nhiệt độ để nung cứng hay tăng
độ rắn chắc như gạch đất sét nung truyền thống. Trên thế giới, tỉ lệ sử dụng gạch
không nung trong các công trình công cộng, dân dụng là khá phổ biến và rộng rãi,
nhưng ở Việt Nam thì tỉ lệ sử dụng gạch không nung này còn khá thấp.
x Gạch papanh
Gạch không nung được sản xuất từ phế thải công nghiệp xỉ than, vôi bột được
sử dụng lâu đời ở Việt Nam. Gạch có cường độ thấp từ 30 – 50 kg/cm2 chủ yếu
dùng cho các loại tường ít chịu lực.

Hình 1.3 Gạch Papanh [3]
x Gạch block
Gạch được hình thành từ đá vụn, cát, xi măng, có cường độ chịu lực cao, có
thể xây nhà cao tầng. Ưu điểm nổi trội là cách âm, cách nhiệt tốt, chắc và mang vẻ
cổ xưa nên thường được dùng xây tường rào, nhà xưởng, trang trí. Nhược điểm của
loại gạch này là nặng, to, khó xây nên chưa được áp dụng rộng rãi trên thị trường.

4


Hình 1.4 Gạch block [4]
x Gạch xi măng – cát
Gạch được tạo thành từ cát và xi măng.

Hình 1.5 Gạch xi măng – cát [5]

5


1.2 Gạch nhẹ

Gạch nhẹ thật ra chính là gạch không nung bê tông, nó bao gồm hai loại là
gạch bê tông bọt khí và gạch bê tông khí chưng áp. Chúng được sản xuất từ xi
măng, tro nhiệt điện, chất tạo bọt… để tạo nên kết cấu rỗng cho viên gạch. Với đặc
trưng là xốp nên trọng lượng của viên gạch rất nhẹ, chúng chỉ bằng 1/3 so với gạch
đất nung. Và loại gạch này thậm chí có thể nổi được trên mặt nước.
x Gạch bê-tông khí chưng áp (AAC)

Hình 1.6 Gạch bê tông khí chưng áp (AAC) [6]
Tên tiếng Anh là Autoclaved Aerated Concrete – gọi tắt là AAC được rất
nhiều nước trên thế giới ứng dụng rộng rãi với rất nhiều ưu điểm như thân thiện với
môi trường, siêu nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng hóa thạch do không phải nung đốt
truyền thống, chống cháy, cách âm, cách nhiệt, chống thấm rất tốt so với vật liệu đất
sét nung. Nó còn được gọi là gạch bê-tông siêu nhẹ vì tỷ trọng chỉ bằng 1/2 hoặc
thậm chí là chỉ bằng 1/3 so với gạch đất nung thông thường.
Ngoài ra, khả năng cách âm và cách nhiệt của bê tông nhẹ rất cao. Với thành
phần cấu tạo là vật liệu trơ và các chất vô cơ, gạch bê-tông siêu nhẹ này hoàn toàn
không độc hại, có độ bền rất cao và không bắt lửa. Ngoài ra, với cấu trúc thông
thoáng, nó còn có thể tự khuếch tán hơi nước, giải phóng độ ẩm và loại trừ các vấn
đề liên quan đến nẩm mốc – đặc biệt là trong điều kiện thời tiết nắng nóng của khí

6


hậu vùng nhiệt đới, vùng biển và vùng có độ ẩm cao như ở khu vực miền Bắc Việt
Nam.
x Gạch bê tông bọt khí (Cellular Lightweight Concrete - CLC)

Hình 1.7 Gạch bê tông bọt khí (CLC) [7]
Bê tông bọt khí được phát minh tại châu Âu vào những năm 1960 một công
nghệ khá đơn giản và linh động có thể sản xuất bằng chất tạo bọt, xi măng, cát,

nước là đủ. Do đó nó đã được sử dụng phổ biến khắp thế giới vào rất nhiều ứng
dụng khác nhau. Công nghệ sản xuất bê tông bọt khác biệt đáng kể so với công
nghệ sản xuất bê tông khí AAC.
Thành phần quan trọng nhất là bọt, nó quyết định chi phí sản xuất của vật liệu.
Chất tạo bọt được pha cùng với nước theo tỷ lệ khoảng 2,5% đến 3% và cấp cho
một máy tạo bọt tạo ra một dạng bọt giống như bọt xà phòng có mật độ khoảng 50 80 g/lít hoặc nói cách khác 50 - 80 kg/m3. Khi xi măng, cát, nước và bọt được trộn
lẫn trong máy trộn chuyên dụng sẽ tạo ra hỗn hợp nhẹ, chảy loãng cao sau đó đúc
khuôn tạo hình sản phẩm.
Ưu điểm chính của bê tông bọt là nó không yêu cầu các thiết bị lớn, đắt tiền
cho quy trình sản xuất. Trong thực tế, nó thường được sản xuất trực tiếp tại công

7


trường xây dựng sử dụng thiết bị tương đối đơn giản, trong khi AAC chỉ có thể
được sản xuất trong điều kiện phương tiện xây dựng cố định (sản xuất tại nhà máy).
Đặc điểm sản phẩm thường có màu xám do chứa nhiều xi măng, tỷ trọng 700
- 900 kg/m3, cường độ nén theo tiêu chuẩn 2,5 - 3,5 N/mm2. Đặc điểm dây chuyền
do công nghệ khá đơn giản, rất dể dàng kiểm soát chất lượng nên dây chuyền thiết
bị đơn giản gọn nhẹ, có thể sản xuất thủ công với 1 máy tạo bọt, 1 máy trộn, và một
ít khuôn tạo hình cho đến dây chuyền sản xuất hoàn toàn tự động.
Nhờ vào trọng lượng nhẹ và nhiều tính năng nổi bật của mình nên gạch nhẹ
ngày càng trở nên phổ biến hơn rất nhiều và chúng được áp dụng cho hầu hết mọi
công trình dân dụng từ nhà cao tầng cho đến các công trình khác như văn phòng,
nhà xưởng và những công trình đòi hỏi có tính kiên cố khác.
Gạch nhẹ có khả năng cách nhiệt, cách âm, chống nóng, chống ồn một cách
hiệu quả. Khi kết hợp thêm với vật liệu cách nhiệt khác sẽ giúp tăng thêm độ yên
tĩnh, thoải mái cho công trình.
Đặc điểm tiếp theo của loại gạch này đó chính là thời gian thi công nhanh,
giảm từ 30 - 50% so với các loại gạch thông thường. Điều này giúp giảm được chi

phí cho nhân công, lượng vôi vữa cũng được giảm đi đáng kể. Do đó, khi sử dụng
gạch bê tông nhẹ sẽ tiết kiệm rất nhiều chi phí so với gạch đất nung.
Do được sản xuất từ các nguyên liệu thân thiện với môi trường nên gạch siêu
nhẹ không gây ô nhiễm, thân thiện với người sử dụng và môi trường và nhất là có
thể tái sản xuất một cách dễ dàng, nhanh chóng.
Tuy có nhiều ưu điểm nổi bật song cũng không thể bỏ qua nhược điểm của
loại gạch này đó là khả năng chịu lực theo phương ngang yếu, không linh hoạt trong
thiết kế kiến trúc với nhiều góc cạnh.
1.3 Tình hình nghiên cứu
1.3.1 Khái niệm về Geopolymer
Geopolymer là từ được sử dụng để chỉ các loại vật liệu vô cơ tổng hợp từ vật
liệu có nguồn gốc aluminosilicate. Khái niệm Geopolymer lần đầu tiên được sử

8


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 tính chất và cường độ tốt hơn. Hệ 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. Nguyên liệu aluminosilicate nhằm cung cấp
nguồn Si và Al cho quá trình Geopolymer hóa xảy ra (thường dùng là tro bay,
metacaolanh, silicafume…). Chất hoạt hóa kiềm được sử dụng phổ biến nhất là các
dung dịch NaOH, KOH và thủy tinh lỏng Natri Silicat nhằm tạo môi trường kiềm và
tham gia vào các phản ứng Geopolymer hóa.
Vật liệu Geopolymer được nghiên cứu với mục tiêu tạo ra quá trình sản xuất
thân thiện với môi trường, giảm phát thải CO2, tận dụng các chất thải công nghiệp
như tro xỉ, bùn đỏ… thành các sản phẩm có tính năng sử dụng cao. Trên thế giới,
các ứng dụng của vật liệu Geopolymer đã được sử dụng trong sản xuất xi măng đặc
biệt như xi măng đóng rắn nhanh, xi măng bền axit, sản xuất gạch và gốm không

nung, ứng dụng trong vật liệu công nghệ cao như vật liệu composite chống cháy, xử
lý phế thải độc hại và chất thải phóng xạ, ứng dụng trong vật liệu composite chịu
nhiệt, ứng dụng trong khảo cổ học và mỹ thuật.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hardjito và Djwantoro [8] 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.
L.Krishnan [9] đã giới thiệu công thức của vật liệu Geopolymer, đặc tính của
Geopolymer và cách thức tiến hành thí nghiệm.
N.A.Lloyd và B.V.Rangan [10] đã trình bày đặc tính hỗn hợp bê tông
Geopolymer, cách thiết kế một mẻ bê tông Gepolymer, về các sản phẩm bê tông đúc
sẳn, sự đóng góp của bê tông Geopolymer đối với phát triển.

9


1.3.3 Tình hình nghiên cứu trong nước
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 ô tô, đường sân bay…). Ngoài
ra, công nghệ Geopolymer còn được sử dụng để ổn định, xử lý và tận dụng chất thải
boxite từ các quặng khai thác nhôm để chế tạo gạch không nung và đóng rắn nền
đường.
Hiện nay, vật liệu đất sét được tổng hợp theo 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 môi trường bền vững hơn.
Một số đề tài nghiên cứu về Geopolymer ở Việt Nam

Trần Anh Tiến [11] 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.
NCS.ThS. Tống Tôn Kiên [12] 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, quá trình hình thành cấu trúc bê tông Geopolymer, các đặc tính và cũng như
ứng dụng của bê tông Geopolymer.
PGS.TS. Nguyễn Văn Dũng [13] 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.
Ngoài ra còn 1 số nghiên cứu khác như Công nghệ sản xuất gạch không nung
của công ty Huệ Quang (2009), Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công
nghệ Geopolymer sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở vùng cao
nguyên Việt Nam của nhóm nghiên cứu ở trường đại học Bách khoa TP.HCM

10


(2010), vữa và bê tông sử dụng chất kết dính polyme vô cơ của nhóm nghiên cứu ở
trường đại học Giao thông vận tải Hà Nội (2011), Bê tông chịu lửa và gạch không
nung sử dụng chất kết dính geopolyme của các nhóm nghiên cứu ở Viện Vật liệu
xây dựng (2012).
1.3.4 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, công 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 về gạch không nung được sử
dụng vật liệu Geopolymer bao gồm tro bay, cát, dung dịch hoạt hóa kiềm, thủy tinh
lỏng và hạt xốp polystiren cho gạch nhẹ Geopolymer.

1.4 Mục tiêu đề tài nghiên cứu
Ứng dụng công nghệ geopolymer vào chế tạo vữa. Sau đó, sử dụng vữa
geopolymer trên để tạo ra gạch nhẹ geopolymer.
Xác định cường độ nén của vữa geopolymer cũng như của gạch geopolymer
dựa trên những tiêu chuẩn đã có ở trong nước cũng như ngoài nước.
1.5 Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu
-

Xác định thành phần cấp phối vữa Geopolymer sử dụng hạt xốp.

-

Xác định thành phần cấp phối vữa Geopolymer không sử dụng hạt xốp.

- Xác định cường độ nén của vữa Geopolymer sử dụng hạt xốp và không sử
dụng hạt xốp.
-

So sánh gạch nhẹ Geopolymer với gạch khác trên thị trường.

1.6 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm sau đó tiến hành so sánh và
đánh giá.

11


Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Công nghệ Geopolymer
2.1.1 Lịch sử phát triển Geopolymer

Geopolymer là một công nghệ mới, được nghiên cứu với mục tiêu tạo ra quá
trình sản xuất thân thiện với môi trường, giảm phát thải CO2, tận dụng các chất thải
công nghiệp như tro xỉ, bùn đỏ… thành các sản phẩm có tính năng sử dụng cao.
Trên thế giới, các ứng dụng của vật liệu Geopolymer đã được sử dụng trong sản
xuất xi măng đặc biệt như xi măng đóng rắn nhanh, xi măng bền axit, sản xuất gạch
và gốm không nung, ứng dụng trong vật liệu công nghệ cao như vật liệu composite
chống cháy, xử lý phế thải độc hại và chất thải phóng xạ, ứng dụng trong vật liệu
composite chịu nhiệt, ứng dụng trong khảo cổ học và mỹ thuật.
Gepolymer là sản phẩm của quá trình phản ứng giữa vật liệu có nguồn gốc
silic và nhôm với dung dịch kiềm. Vật liệu này có thể thay thế xi măng trong bê
tông. Hiện nay Geopolymer đã và đang được nghiên cứu rộng rãi và cho thấy khả
năng thay thế bê tông xi măng trong một số ứng dụng do bê tông Geopolymer vừa
có các tính chất kỹ thuật tốt, đồng thời giảm khả năng gây hiệu ứng nhà kính khi
thay thế xi măng pooclăng.
Ngành Công nghệ vật liệu Geopolymer ra đời từ những năm 1960, nhưng
được quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn từ những năm 1972 đến nay. Hiện tại, đã
có rất nhiều bằng sáng chế, nghiên cứu và ứng dụng Geopolymer vào các ngành
công nghệ vật liệu hiện đại (vật liệu cách nhiệt, vật liệu chống cháy, chất kết dính
vô cơ, công nghệ xử lý chất thải…) được giới thiệu và ứng dụng trên toàn thế giới.
Khởi đầu bằng việc Viện Geopolymer được thành lập tại Pháp năm 1972.
Xuất phát từ ý tưởng phải tìm ra vật liệu vô cơ có khả năng chống cháy và chịu
được nhiệt độ cao, Joseph Davidovits [14] đã phát hiện ra hệ nguyên liệu bao gồm
đất sét, cao lanh có thể tương tác với dung dịch kiềm NaOH ở 100 – 150OC để tạo
ra hợp chất mới là Hydrosodialte.

12