Nghiên cứu xử lý tro xỉ nhiệt điện bằng chất kết dính vô cơ trên cơ sở cao lanh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TRO XỈ NHIỆT ĐIỆN
BẰNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ TRÊN CƠ SỞ CAO
LANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


Hà Nội - 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TRO XỈ NHIỆT ĐIỆN
BẰNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ TRÊN CƠ SỞ CAO
LANH

Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 8440112.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Phương Thảo

PGS. TS Trần Hồng
Côn

Hà Nội - 2019


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin cảm ơn TS Phương Thảo, PGS. TS Trần
Hồng Côn đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt
quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô trong Khoa Hóa học, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy,
truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua, góp phần cho
bản thân em hoàn thành luận văn này được tốt hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, các anh chị và các bạn trong Phòng
thí nghiệm Hóa Môi trường, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã
giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập tại đây.
Cuối cùng em xin cảm ơn nhóm đề tài ĐT – CNMT. 01/17, gia đình và người
thân đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về vật chất cũng như tinh thần cho em hoàn thành tốt
luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

2019
Học viên

Nguyễn Thị Dung

năm


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU…..............................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...................................................................................2
1.1. Tổng quan tro xỉ nhiệt điện..............................................................................2
1.1.1. Tình hình phát thải tro xỉ nhiệt điện than.........................................................2
1.1.2. Tình hình xử lý, tái chế, tái sử dụng tro xỉ.......................................................4
1.2. Cơ sở lý thuyết về polyme vô cơ và sự hình thành bê tông polyme..............9
1.2.1. Cơ chế sự hình thành geopolyme.....................................................................9
1.2.2. Cơ chế polyme hóa trực tiếp..........................................................................11
1.2.3. Cơ chế polyme hóa gián tiếp.........................................................................12
1.2.4. Một số nghiên cứu và ứng dụng công nghệ geopolyme.................................12
1.3. Tổng quan về cao lanh....................................................................................14
1.3.1. Khái niệm chung............................................................................................14
1.3.2. Thành phần, chất lượng cao lanh Việt Nam...................................................17
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM............................................................................21
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu..................................................................21
2.2. Hóa chất và dụng cụ.......................................................................................21
2.3. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................24
2.3.1. Xác định một số thành phần, tính chất của nguyên vật liệu...........................24
2.3.2. Tổng hợp chất kết dính vô cơ trên cơ sở cao lanh – NaOH...........................32
2.3.3. Tổng hợp chất kết dính trên cơ sở cao lanh – Ca(OH)2..................................32
2.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến khả năng đóng rắn tro xỉ.......32
2.3.5. Đánh giá khả năng gây ô nhiễm thứ cấp của vật liệu.....................................33

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................34
3.1. Thành phần, tính chất của nguyên vật liệu...................................................34
3.1.1. Thành phần, tính chất của tro bay và xỉ nhiệt điện........................................34
3.1.2. Thành phần chính một số mẫu cao lanh khảo sát...........................................35


3.2. Các thông số của chất kết dính vô cơ............................................................37
3.2.1. Chất kết dính cao lanh – NaOH.....................................................................37
3.2.2. Chất kết dính cao lanh – Ca(OH)2..................................................................41
3.3. Ảnh hưởng của thành phần phối liệu và một số điều kiện đến khả năng
đóng rắn tro xỉ.......................................................................................................45
3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến cường độ kháng nén của vật liệu sau
đóng rắn................................................................................................................... 45
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến cường độ kháng nén của vật liệu sau
đóng rắn................................................................................................................... 47
3.3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp NaOH/ Ca(OH) 2 đến cường độ kháng nén của
vật liệu sau đóng rắn................................................................................................49
3.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến cường độ kháng nén của vật liệu
sau đóng rắn............................................................................................................51
3.3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay/ tro xỉ nhiệt điện đến cường độ kháng nén của
vật liệu sau đóng rắn................................................................................................53
3.3.6. Ảnh hưởng của lực ép định hình đến cường độ kháng nén của vật liệu sau
đóng rắn................................................................................................................... 55
3.3.7. Ảnh hưởng của thời gian lưu bê tông tươi đến cường độ kháng nén của vật
liệu sau đóng rắn......................................................................................................56
3.3.8. Ảnh hưởng của thời gian lưu dưỡng đến cường độ kháng nén của vật liệu sau
đóng rắn................................................................................................................... 57
3.4. Một số đặc tính hóa lý khác của vật liệu sau đóng rắn................................58
3.5. Đặc trưng cấu trúc một số vật liệu sau đóng rắn.........................................62
3.6. Đánh giá khả năng gây ô nhiễm thứ cấp của vật liệu..................................65

KẾT LUẬN............................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................70


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Lượng tro của các nhà máy phía Bắc------------------------------------------4
Bảng 1.2. Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay tại một số nước trên thế giới----8
Bảng 1.3. Các đặc điểm chính của khoáng vật nhóm kaolinit-------------------------16
Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu--------------------------21
Bảng 2.2. Danh mục dụng cụ, thiết bị sử dụng------------------------------------------22
Bảng 2.3. Thứ tự và định lượng các chất trong phân tích Al3+-------------------------30
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của tro bay và tro xỉ của ba nhà máy nhiệt điện Phả
Lại, Uông Bí và Thái Bình----------------------------------------------------------------- 34
Bảng 3.2. Thành phần nhôm, sắt, silic oxit và thông số khác trong mẫu caolanh---35
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của độ trương nở của cao lanh vào nồng độ NaOH và thời
gian ngâm------------------------------------------------------------------------------------ 37
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến nồng độ aluminat và silicat tự do
trong chất kết dính cao lanh - NaOH-----------------------------------------------------39
Bảng 3.5. Sự phụ thuộc của độ nhớt vào hàm lượng NaOH---------------------------40
Bảng 3.6. Sự phụ thuộc của độ trương nở của cao lanh vào hàm lượng Ca(OH) 2 và
thời gian ngâm------------------------------------------------------------------------------ 41
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH) 2 đến nồng độ aluminat và silicat tự do
trong dung dịch------------------------------------------------------------------------------ 42
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến độ nhớt của chất kết dính------43
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH và cacbon dư đến cường độ kháng nén
của vật liệu sau đóng rắn------------------------------------------------------------------- 45
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 và cacbon dư đến cường độ kháng
nén của vật liệu sau đóng rắn--------------------------------------------------------------48
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp kiềm NaOH - Ca(OH) 2 và cacbon dư đến
cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn------------------------------------------50

Bảng 3.12. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến cường độ kháng nén của
vật liệu sau đóng rắn------------------------------------------------------------------------ 52


Bảng 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay/xỉ tới cường độ kháng nén của vật liệu sau
đóng rắn-------------------------------------------------------------------------------------- 53
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của lực ép định hình đến cường độ kháng nén của vật liệu
sau đóng rắn--------------------------------------------------------------------------------- 55
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của thời gian lưu bê tông tươi đến cường dộ kháng nén của
vật liệu sau đóng rắn------------------------------------------------------------------------ 56
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của thời gian lưu dưỡng đến cường độ kháng nén của vật
liệu sau đóng rắn---------------------------------------------------------------------------- 57
Bảng 3.17. Một số đặc tính hóa lý khác của vật liệu sau đóng rắn--------------------59
Bảng 3.18. pH pha nước khi ngâm vật liệu sau đóng rắn 28 ngày tuổi---------------66
Bảng 3.19. Nồng độ các chất có khả năng gây ô nhiễm nước của vật liệu tro xỉ sau
đóng rắn 28 ngày khi ngâm trong nước--------------------------------------------------68


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Tứ diện SiO4 và AlO4-----------------------------------------------------------10
Hình 1.2. Cơ chế polyme hóa trực tiếp---------------------------------------------------11
Hình 1.3. Cơ chế polyme hóa gián tiếp---------------------------------------------------12
Hình 1.4. Cấu trúc của cao lanh-----------------------------------------------------------15
Hình 2.1. Máy nén và khuôn đúc vật liệu------------------------------------------------23
Hình 2.2. Máy nghiền trộn phối liệu PTN-----------------------------------------------23
Hình 2.3. Hiện tượng nhiễu xạ trên tinh thể---------------------------------------------24
Hình 2.4. Nguyên lý phổ tán xạ năng lượng tia X--------------------------------------26
Hình 2.5. Nguyên lý phát huỳnh quang tia X -------------------------------------------27
Hình 3.1. Giản đồ XRD tro bay và tro xỉ nhiệt điện Phả Lại--------------------------35
Hình 3.2. Giản đồ XRD cao lanh Trúc Thôn M1---------------------------------------36

Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến khả năng trương nở của cao lanh
theo thời gian-------------------------------------------------------------------------------- 38
Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến nồng độ aluminat và silicat tự do
------------------------------------------------------------------------------------------------ 39
Hình 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến độ nhớt của dung dịch (120 giờ) 40
Hình 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH) 2 đến khả năng trương nở của cao
lanh theo thời gian-------------------------------------------------------------------------- 42
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH) 2 đến nồng độ aluminat và silicat tự
do trong dung dịch-------------------------------------------------------------------------- 43
Hình 3.8. Sự phụ thuộc của độ nhớt vào hàm lượng Ca(OH)2-------------------------44
Hình 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH và cacbon dư đến cường độ kháng nén
của vật liệu sau đóng rắn------------------------------------------------------------------- 46
Hình 3.10. Ảnh vật liệu sau đóng rắn bằng chất kết dính trên cơ sở cao lanh –
NaOH----------------------------------------------------------------------------------------- 46
Hình 3.11. Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH) 2 và cacbon dư đến cường độ kháng
nén của vật liệu sau đóng rắn--------------------------------------------------------------48
Hình 3.12. Ảnh vật liệu sau đóng rắn bằng chất kết dính cao lanh – Ca(OH) 2------49


Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp NaOH – Ca(OH) 2 và cacbon dư đến
cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn------------------------------------------50
Hình 3.14. Ảnh vật liệu sau đóng rắn bằng chất kết dính cao lanh kiềm hỗn hợp
NaOH – Ca(OH)2--------------------------------------------------------------------------- 51
Hình 3.15. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến cường độ kháng nén của
vật liệu sau đóng rắn------------------------------------------------------------------------ 52
Hình 3.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay/xỉ tới cường độ kháng nén của vật liệu sau
đóng rắn-------------------------------------------------------------------------------------- 54
Hình 3.17. Ảnh hưởng của lực ép định hình đến cường độ kháng nén của vật liệu
sau đóng rắn--------------------------------------------------------------------------------- 55
Hình 3.18. Ảnh hưởng của thời gian lưu bê tông tươi đến cường độ kháng nén của

vật liệu sau đóng rắn------------------------------------------------------------------------ 56
Hình 3.19. Ảnh hưởng của thời gian lưu dưỡng đến cường độ kháng nén của vật
liệu sau đóng rắn---------------------------------------------------------------------------- 58
Hình 3.20. Hệ số hóa mềm và độ hút nước của một số mẫu vật liệu sau đóng rắn- 61
Hình 3.21. Hình ảnh chụp SEM của một số mẫu vật liệu------------------------------63
Hình 3.22. Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV2 (15%C)----------------------------------63
Hình 3.23. Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV3 (15%C)----------------------------------64
Hình 3.24. Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV4 (15%C)----------------------------------64
Hình 3.25. Giản đồ XRD tro xỉ và một số mẫu vật liệu sau đóng rắn----------------65
Hình 3.26 . pH pha nước khi ngâm vật liệu sau đóng rắn 28 ngày tuổi--------------67


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
ASTM

Tiếng Việt
Tiếng Anh
Hiệp hội vật liệu và thử American Society for Testing and
nghiệm Hoa Kỳ

Materials

BTCL

Bê tông chịu lửa

EDX
MKN
P

PTN
QCVN
SEM
TCVN
TKPT
XRD
XRF

Energy Dispersive X-ray Spectrometry
Tán xạ năng lượng tia X
Hàm lượng mất khi nung
Cường độ kháng nén (Mpa)
Phòng thí nghiệm
Quy chuẩn Việt Nam
Hiển vi điện tử quét
Scanning Electron Microscopy
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tinh khiết phân tích
Nhiễu xạ tia X
X-Ray diffraction
Huỳnh quang tia X
X-ray fluorescence


MỞ ĐẦU
Tính đến đầu năm 2019, theo thống kê của Tổng cục năng lượng, Bộ Công
thương, với 23 nhà máy nhiệt điện chạy than trên toàn quốc đang hoạt động, lượng
tro, xỉ thải ra hàng năm khoảng 15 triệu tấn và đến năm 2022 với 43 nhà máy thì
lượng tro xỉ tương đương hàng năm là khoảng 29 triệu tấn. Theo các số liệu thống
kê khác thì đến đầu năm 2017, số lượng này là khoảng trên 20 triệu tấn. Nguy cơ

không đủ bãi chứa, “vỡ trận” gây ô nhiễm môi trường là hiện hữu. Cũng theo thống
kê trên thì hiện tất cả các cơ sở sử dụng tro xỉ để làm vật liệu không nung, nền đập
thủy điện, đường giao thông, kè bờ... mới chỉ tiêu thụ được khoảng 3 – 4 triệu
tấn/năm.
Việc sử dụng tro xỉ nhiệt điện hiện nay gặp nhiều khó khăn về nhiều mặt; đó là
phải loại bỏ than dư xuống dưới 5% mới có thể sử dụng được. Các khó khăn khác
tác động đến khả năng tái sử dụng rộng rãi tro xỉ là việc vận chuyển và tăng giá
thành khi luôn luôn phải kết hợp cùng với xi măng để đóng rắn.
Do điều kiện đặc thù của Việt Nam, công nghệ đốt và chất lượng than rất khác
nhau giữa các nhà máy nên lượng than dư trong tro xỉ cao, không đồng đều và sự
phối kết hợp giữa các ngành chưa tốt..., cho nên để xử lý tái sử dụng tro xỉ nhiệt
điện cần phải có giải pháp đơn giản hơn, giá thành rẻ hơn, không cần phải tuyển nổi
để loại than dư dưới 5% và không cần sử dụng xi măng làm tác nhân hóa rắn. Công
nghệ sử dụng chất kết dính vô cơ không qua thiêu kết (thường gọi là polyme vô cơ)
có thể đáp ứng được yêu cầu trên; do công nghệ này sử dụng các chất kết dính vô
cơ điều chế từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên chứa Si, Al, Fe, Mg... trong
môi trường có độ kiềm khác nhau. Các chất kết dính này cứng hóa các vật liệu bở
rời theo cơ chế kết dính và bao bọc các hạt vật liệu với nhau trong điều kiện không
nước (khô) bằng các liên kết phân tử làm cho vật liệu rắn chắc và bền vững theo
thời gian.
Xuất phát từ những điều trên, đề tài luận văn này được thực hiện với tiêu
đề “Nghiên cứu xử lý tro xỉ nhiệt điện bằng chất kết dính vô cơ trên cơ sở
cao lanh.”

1


CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tro xỉ nhiệt điện
Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần

phế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: phần xỉ thu được từ đáy lò và phần tro gồm các
hạt rất mịn bay theo các khí ống khói được thu hồi bằng các hệ thống thu gom của
các nhà máy nhiệt điện.
Ở một số nước, tùy theo mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay
theo các loại khác nhau. Theo tiêu chuẩn DBJ08 – 230 – 98 của thành phố Thượng
Hải, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay
hàm lượng cao. Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:




Loại F: hàm lượng CaO ít hơn 8%
Loại CI: hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%
Loại C: hàm lượng CaO lớn hơn 20%

Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618
[15]. Theo các phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay
được phân làm hai loại là loại C và loại F:



Tro bay loại F khi tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%
Tro bay loại C khi tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%

Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá
trình cháy, phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá. Thông
thường, tro ở đáy lò (xỉ) chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng
lượng tro thải ra. Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu
than đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện [3].
1.1.1. Tình hình phát thải tro xỉ nhiệt điện than

Trên thế giới, yêu cầu về năng lượng được đáp ứng chủ yếu từ các nhà máy
nhiệt điện sử dụng than đốt. Việc này cũng dẫn đến vấn đề phát thải ra môi trường
ngày càng tăng của chất thải rắn từ các nhà máy nhiệt điện đốt than đặc biệt là tro
xỉ. Các nước đứng đầu thế giới về số lượng phát thải tro xỉ gồm Ấn độ, Trung Quốc,
Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu.

2


Tại Ấn Độ, khoảng 80 – 100 triệu tấn tro bay được tạo ra hàng năm từ
khoảng 75 nhà máy, trong đó hơn 10 triệu tấn từ các nhà máy nhiệt điện công suất
thấp. Lượng tro từ các nhà máy nhiệt điện tại Ấn độ tăng cùng với lượng điện năng
sản xuất, từ 75 triệu tấn năm 1995 lên 90 triệu tấn, 110 triệu tấn trong các năm
2000, 2010 và dự đoán tăng lên 140 triệu tấn vào năm 2020. Với hàm lượng tro
trung bình là 40%, và theo dự báo tiêu thụ than trong 5 năm tới khoảng 285 triệu
tấn, các nhà máy nhiệt điện sẽ tạo ra lượng tro xỉ (tro bay cộng tro xỉ) dự kiến sẽ
khoảng 115 triệu tấn mỗi năm [13].
Tại Trung Quốc, theo thống kê, tổng lượng tro xỉ ở Trung Quốc năm 2002
là 150 triệu tấn. Lượng tro bay tạo ra trong ước tính đến năm 2020 sẽ là 570 ~ 610
triệu tấn [19].
Tại Hoa Kỳ, tổng lượng tro bay tạo ra hàng năm lên đến 26,5 triệu tấn, với
xu hướng tiếp tục tăng [30].
Nga đứng thứ hai thế giới về trữ lượng than với khoảng 173 tỷ tấn. Hàng
năm, các nhà máy điện đốt than tại Nga sản xuất hơn 75 triệu tấn tro xỉ và chỉ
khoảng 11% được sử dụng, chủ yếu ở dạng vật liệu xây dựng thứ cấp. Hầu hết các
nhà máy cũ của Nga dưới thời liên bang Xô viết đều tách loại tro xỉ theo phương
pháp ướt, tro than sau đó thường xuyên được đổ trực tiếp vào các con sông và hồ.
Do đó, phần lớn nỗ lực của Nga hiện tại liên quan đến làm sạch vấn đề ô nhiễm tro
xỉ để lại từ thời Xô viết [20].
Nhật Bản là đất nước dựa hoàn toàn vào than nhập khẩu để sản xuất điện và

ngành công nghiệp. Hàng năm, lượng tro xỉ tạo ra là 8,54 triệu tấn [20].
Tại Úc và New Zealand, lượng tro trong năm 2002 lên đến 12,5 triệu tấn [20].
Tại Việt Nam, đến cuối năm 2018 có tổng cộng 23 nhà máy nhiệt điện hoạt
động, trong đó có 13 nhà máy sử dụng công nghệ đốt than phun, 10 nhà máy sử
dụng công nghệ đốt than tầng sôi. Tổng công suất nhiệt điện 13.110 MW. Tổng
lượng tro, xỉ thực tế phát sinh năm 2016 khoảng 15.784.357 tấn/năm, trong đó tro,
xỉ đốt theo công nghệ than phun PC là 10.681.896 tấn/năm chiếm khoảng 68%,
công nghệ đốt than tầng sôi là 5.102.461tấn/năm chiếm khoảng 32%. Tổng lượng
tro, xỉ, thạch cao hiện đang tồn tại các bãi chứa khoảng 22.705.558 tấn. Dự kiến đến

3


năm 2020, cả nước có thêm 12 dự án nhiệt điện than đi vào hoạt động, sẽ thải ra
khoảng 22,6 triệu tấn tro, xỉ, thạch cao mỗi năm. Nguy cơ không đủ bãi chứa, gây ô
nhiễm môi trường.
Thực tế lượng tro xỉ, thạch cao thải ra từ các nhà máy nhiệt điện lớn hơn
lượng đang tồn trữ, sự chênh lệch lượng phát thải và lượng trên bãi chứa là do thực
tế có nhà máy nhiệt điện đã tiêu thụ được khoảng 25% -30% hoặc tiêu thụ hết lượng
tro, xỉ được thải ra hoặc có đơn vị chưa tiêu thụ được.
Lượng tro xỉ phát sinh từ các nhà máy nhiệt điện than rơi vào khoảng 15
triệu tấn/ năm, trong đó lượng phát thải tập trung chủ yếu tại khu vực miền Bắc
(chiếm 60% tổng lượng thải), miền Trung chiếm 21% và miền Nam chiếm 19%
tổng lượng thải.
Theo khảo sát của ngân hàng hợp tác quốc tế Nhật Bản (JBIC), chỉ tính riêng
các nhà máy nhiệt điện phía Bắc thuộc EVN thì lượng tro thải ra hàng năm lên đến
637 600 tấn.
Bảng 1.1. Lượng tro của các nhà máy phía Bắc
Tên nhà máy
Phả Lại 1

Phả Lại 2
Ninh Bình
Uông Bí
Uông Bí mở rộng
Tổng số

Công suất

Lượng tro

(MW)
400
600
100
100
300

(Tấn/năm)
188 000
249 000
37 000
39 000
124 600
637 600

Từ các số liệu thống kê trên, mỗi năm có hàng trăm triệu tấn tro xỉ được thải
ra từ nhiệt điện than và chưa được các nhà máy nhiệt điện xử lý triệt để.
1.1.2. Tình hình xử lý, tái chế, tái sử dụng tro xỉ
Trên thế giới, tro bay đã được sử dụng rất thành công trong ngành công
nghiệp bê tông hơn 50 năm qua. Ở Mỹ có hơn 6 triệu tấn và ở châu Âu là hơn 9

triệu tấn đã được sử dụng trong xi măng và bê tông [21]. Có nhiều dự án lớn trong
thời gian gần đây sử dụng bê tông tro bay, bao gồm các đập ngăn nước, các nhà máy

4


điện, các công trình ngoài biển, các đường hầm dưới biển, đường cao tốc, sân bay,
các tòa nhà thương mại hay dân cư, cầu, các đường ống dẫn,...
Tại Liên minh châu Âu, việc sử dụng tro bay trong ngành xây dựng hiện
đang chiếm khoảng 46% và tro xỉ chiếm ~ 41%; trong phần lớn các trường hợp, tro
xỉ được sử dụng như một nguồn thay thế các nguồn tài nguyên sẵn có và do đó
mang lại lợi ích môi trường bằng cách tránh sự khai thác mỏ. Tái sử dụng tro xỉ
cũng giúp giảm nhu cầu năng lượng và giảm lượng khí thải vào khí quyển. Chúng
được sử dụng rộng rãi ứng dụng chủ yếu trong ngành xây dựng như sản xuất bê
tông hay như là một chất thay thế xi măng, tro xỉ cũng được sử dụng như là một
chất kết dính hoặc lát đường, hoặc làm chất khoáng và phân bón [20]. Trong phạm
vi các quốc gia thành viên, không có quy tắc chung về việc sử dụng tro xỉ, các quốc
gia khác nhau có cách tiếp cận phương án sử dụng tro xỉ khác nhau. Ví dụ như tại
Đức, trung bình sản xuất 4,3×106 tấn tro bay một năm với xu hướng ngày càng
tăng. Trong giai đoạn 1997 – 2005 gần như 100% lượng tro bay đã được tái chế chỉ
với những thay đổi nhỏ trong lĩnh vực ứng dụng. Hơn 50% tro bay được sử dụng
cho bê tông trộn sẵn. Khu vực ứng dụng lớn thứ hai với khoảng 17% là làm vật liệu
xây dựng khô và trong khai thác mỏ với lượng xấp xỉ 12% [30].
Đến năm 2008, tổng lượng các sản phẩm từ đốt than đá của nhà máy nhiệt
điện ở Châu Âu là 58 triệu tấn, trong đó tro bay chiếm gần 68% tương đương
khoảng 39 triệu tấn. Khoảng 18 triệu tấn tro bay được sử dụng trong công nghiệp
xây dựng và san lấp hầm mỏ. Phần lớn tro bay làm phụ gia bê tông, kết cấu đường
và làm vật liệu để sản xuất clinker xi măng. Tro bay cũng được sử dụng trong xi
măng trộn, bê trong khối và làm chất điền lấp [23].
Tại Hoa Kỳ, việc sử dụng tro xỉ và thạch cao tổng hợp cũng tăng lên, với

khoảng 7,6 triệu tấn được sử dụng hàng năm cho công việc đường xá, kè cống và
kết cấu. Lượng tro xỉ không được tận dụng thường được chôn lấp, mặc dù mức độ
có sẵn bãi chôn lấp thay đổi giữa các vùng. Việc sử dụng tro bay tại Hoa kỳ có khác
biệt rõ ràng giữa các tiểu bang [20]. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA.
2014) đưa ra các quy định liên bang đầu tiên về việc thải bỏ tro xỉ. Theo các hướng
dẫn mới, các nhà máy nhiệt điện đốt than của Mỹ phải trữ tro xỉ ở các bãi chôn lấp

5


và bãi thải phù hợp với các tiêu chuẩn cấu trúc tối thiểu. Theo Hiệp hội tro xỉ than
Hoa Kỳ (ACAA), trong năm 2013, 53 triệu tấn đã được tạo ra, trong đó 23 triệu tấn
được tái sử dụng. Trong số các phần không sử dụng, EPA cho biết 36% được lưu
giữ tại bãi chôn lấp và 21% trong các cơ sở lưu trữ ướt [30].
Tại Úc và New Zealand, lượng tái sử dụng tro xỉ đạt 4,1 triệu tấn (chiếm
32,8%). Các ứng dụng chính gồm sản xuất xi măng (1,35 triệu tấn), các ứng dụng
không xi măng (0,47 triệu tấn), và 2,28 triệu tấn sử dụng trong các dự án như xây
dựng đường bộ, lấp đầy mỏ và các ứng dụng khác. Tuy nhiên, việc sử dụng tro xỉ
vẫn còn hạn chế do các rào cản như sự cô lập về địa lý của một số nhà máy điện và
các quy định và luật pháp phối hợp kém [20].
Cũng như nhiều quốc gia trên thế giới, hàng trăm nhà máy nhiệt điện trên
khắp lãnh thổ Trung Quốc thải ra hàng trăm triệu tấn tro bay mỗi năm [16]. Do
vậy, chính phủ Trung Quốc rất khuyến khích phát triển các công nghệ liên quan đến
việc sử dụng tro bay. Một vài thành phố đã sử dụng rất tốt tro bay trong những năm
gần đây như thành phố Nam Ninh. Năm 2005, lượng tro bay được sử dụng ở thành
phố này đã vượt qua cả lượng tro bay được tạo ra. Tuy nhiên, Nam Ninh chỉ là một
trường hợp ngoại lệ. Tỷ lệ sử dụng tro xỉ khoảng 10% vào những năm 1980, trong
những năm 1990, tỷ lệ này đạt trên 53%. Theo thống kê, tổng lượng tro xỉ ở Trung
Quốc năm 2002 là 150 triệu tấn, trong đó khoảng 100 triệu tấn đã được sử dụng. Tại
Nam Kinh, Thượng Hải từ năm 1997, tro bay được tái sử dụng 100%, phần lớn là

làm đất lót đường và vật liệu tấm. Ở các khu vực đang phát triển, vấn đề cũng đang
được giải quyết. Tại tỉnh Hà Nam, cho đến năm 2005 lượng tro bay tồn đọng là 130
triệu tấn, trong đó 34 triệu tấn, khoảng một nửa dùng để sản xuất xi măng [19].
Ở Trung Quốc từ năm 2007, từng bước cấm sản xuất gạch đất sét là cơ hội để
giải quyết vấn đề xử lý tro bay, sử dụng tro bay sản xuất gạch thay cho đất sét. Tro
bay ở Trung Quốc được sử dụng trong các lĩnh vực chủ yếu sau: Các sản phẩm bê
tông (phụ gia cho xi măng, vữa, bê tông, gạch,...); xây dựng đường giao thông; xây
dựng cảng; cải tạo đất trồng; xử lý ô nhiễm nước; sử dụng để lấp các mỏ hay các

6


vùng đất lớn hơn dọc theo bờ biển. Ngoài ra, tro bay còn được sử dụng cho một vài
ứng dụng khác như tổng hợp zeolit, chất gia cường cho cao su [19].
Tại Nhật Bản, hàng năm, lượng tro xỉ tạo ra được sử dụng là 7 triệu tấn
chiếm 82% sản lượng, trong đó, khoảng 78% lượng tro được sản xuất bởi các nhà
máy nhiệt điện được sử dụng. Ngành xi măng chiếm tỷ trọng lớn nhất với 71%
(4,89 triệu tấn) trong tổng số. Ngoài việc sử dụng phổ biến trong sản xuất xi măng
và bê tông, nhiều mục đích sử dụng khác cũng đang được khuyến khích và phát
triển [20].
Tại Ấn Độ, Mức độ sử dụng tro bay đã tăng đáng kể từ dưới 10% vào năm
2000, đến nay đạt ~ 40%, trong số này, 19 triệu tấn đã được sử dụng cho sản xuất xi
măng và phần còn lại chủ yếu thử nghiệm lót đường. Việc sản suất xi măng từ tro
bay với hàm lượng không quá 35% đã giúp Ấn độ tiêu thụ khoảng 25 triệu tấn tro
bay thay vì sử dụng cùng một lượng xi măng clinker và giúp tiết kiệm 25 tỉ Rs. Viện
Nghiên cứu Nhiên liệu Trung ương Dhanbad đã phát triển công nghệ sử dụng tro
bay để sản xuất gạch xây dựng với lượng tiêu thụ tro bay được khoảng 40-70%.
Như vậy, trong trường hợp khi kỹ thuật sản xuất gạch từ tro bay chấp nhận được,
giải pháp này sẽ khả thi về kinh tế và thân thiện với môi trường. Với mục tiêu sản
xuất ít nhất 2 tỷ viên gạch từ tro bay mỗi năm, sẽ góp phần tiêu thụ khoảng 5 triệu

tấn tro bay/năm. Bên cạnh đó là sử dụng trong nông nghiệp. Tro bay giúp cải thiện
tính thẩm thấu của đất; cải thiện tình trạng sức khoẻ của đất, năng suất cây trồng,
kết cấu đất; giảm mật độ khối lượng đất; cải thiện khả năng giữ nước/độ xốp; tối ưu
hóa giá trị pH; cung cấp các chất vi lượng như Fe, Zn, Cu, Mo, B, Mn; cung cấp các
chất dinh dưỡng như K, P, Ca, Mg, S, vv… hoạt động như một chất thay thế cho
thạch cao giúp phục hồi đất cát kiềm và vôi [13].
Chính phủ nước này đã có nhiều quy định để nâng cao nhận thức về lợi ích
của việc sử dụng tro bay cho các sản phẩm khác nhau [16, 25]. Tro bay là một
nguyên liệu tiềm năng tuyệt vời cho sản xuất vật liệu xây dựng như xi măng pha
trộn, gạch tro bay, gạch ốp lát và các khối rỗng trong xây dựng. Chúng được ứng
dụng môṭ lươṇg lớn để rải đường, xây dựng kè, và san lấp hầm mỏ. Sản phẩm tro

7


bay có nhiều lợi thế hơn so với các sản phẩm thông thường. Lượng xi măng sử dụng
trong sản xuất sản phẩm xây dựng có thể giảm bằng cách thay thế bằng tro bay và
lượng tro bay thay thế có thể lên đến 50%. Những sản phẩm chứa tro bay có độ bền
cao, hiệu quả hơn và tiết kiệm đáng kể nguyên liệu. Việc sử dụng tro bay ở Ấn Độ
đã tạo ra công ăn việc làm cho khoảng 3.000 lao động [26].
Bảng 1.2. Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay tại một số nước trên thế giới
TT

Nước sản xuất

Sản lượng tro bay

Tro bay sử dụng (%)
hằng năm (triệu tấn)
1

Trung Quốc (2010)
480
67
2
Ấn Độ (2012)
131
54
3
Mỹ (2010)
70
45
4
Đức
40
85
5
Anh
15
50
6
Australia
10
85
7
Canada
6
75
8
Pháp
3

85
9
Đan Mạch
2
100
10
Ý
2
100
11
Hà Lan
2
100
Tại Việt Nam, Các nhà máy Nhiệt điện không có chủ trương khai thác tro,
hoặc không có điều kiện khai thác, nhân dân quanh khu vực các bãi xỉ than đang
khai thác một cách tự phát, chủ yếu là làm gạch xây nhà bằng cách trộn với xi măng
và nước. Lượng khai thác tự phát này rất nhỏ và không nên khuyến khích vì các lý
do an ninh và môi trường. Ví dụ như việc sử dụng tro làm nền đường, gạch sân
phơi, ngói lợp nhà v.v một cách có tổ chức đảm bảo an ninh, vệ sinh và có sự tham
gia của chuyên gia.
Mặt khác, hiện nay ở trong nước có một số nhà máy đã có những biện pháp
thu hồi và sản xuất gạch không nung từ tro xỉ đã được xây dựng vận hành ở gần một
số nhà máy nhiệt điện. Nhà máy Chế biến tro xỉ Cao Cường có công suất 80.000 tấn
sản phẩm/năm (sử dụng nguồn tro xỉ của Nhà máy Điện Phả Lại).
Trong năm 2017, lượng tro xỉ tiêu thụ đạt gần 4 triệu tấn, chiếm khoảng 30%
lượng phát sinh, trong đó miền Bắc tiêu thụ khoảng 3,25 triệu tấn. Hàng triệu tấn tro
xỉ than được thải ra từ các nhà máy nhiệt điện Việt Nam. Hầu hết lượng tro này được
trộn với nước và bơm ra ngoài bãi thải. Mà tro xỉ ở các nhà máy nhiệt điện trên thuộc
loại F, không phản ứng với nước. Lượng than chưa đốt cháy hết còn nhiều nên không

8


thể áp dụng việc trộn tro bay vào xi măng để kết tinh như xi măng Portland được.
Mặt khác khi sản xuất một tấn xi măng sẽ thải ra khoảng một tấn khí CO 2, vì vậy
lượng tro bay thay thế trong xi măng trong bê tông cũng chính là lượng khí tương
ứng mà chúng ta có thể cắt giảm. Vì vậy cần có một công nghệ bê tông mới để giải
quyết vấn đề này như bê tông polyme vô cơ không nung.
Theo Quyết định số 452/QĐ – TTg của Thủ tướng Chính phủ: Phê duyệt Đề
án đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt điện, nhà máy
hóa chất, phân bón làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng và trong các công
trình xây dựng với mục tiêu là: đến năm 2020 phải xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao
đảm bảo đáp ứng lượng tồn trữ tại bãi chứa của từng nhà máy nhiệt điện, nhà máy
hóa chất, phân bón nhỏ hơn tổng lượng phát thải của 2 năm sản xuất.
1.2. Cơ sở lý thuyết về polyme vô cơ và sự hình thành bê tông polyme
Polyme vô cơ là sản phẩm của sự liên kết các chất vô cơ lại với nhau bằng từ
lực giữa các phần tử tích điện trái dấu. Đây là sự liên kết ở mức độ phân tử, cho nên
polyme tạo thành có độ bền rất cao về chịu lực cũng như về thời gian. Trong tự
nhiên, các dạng huyền phù sét và keo silic thường là các phần tử mang điện tích; ở
một điều kiện phù hợp nhất định, chúng sẽ hình thành các polyme và cùng với các
hạt đất, cát, sỏi, dưới lực ép tự nhiên chúng tạo thành các tầng đá nguồn gốc polyme
hóa từ các keo vô cơ và đất đá. Quá trình này có thể thực hiện nhân tạo bằng cách
dùng hoạt chất polyme trộn vào đất để tạo ra quá trình polyme hoá. Khi được nén
lại với nhau chúng sẽ tạo thành dạng đá cứng trong điều kiện khô; đây chính là bê
tông polyme.
1.2.1. Cơ chế sự hình thành geopolyme
Theo Davidovits, có tên gọi geopolyme (bê tông polyme) là vì chúng có sự
chuyển biến thù hình, polyme hóa và đóng rắn ở nhiệt độ thấp nhưng đồng thời
cũng là hợp chất vô cơ, cứng và ổn định ở nhiệt độ cao và không bị cháy. Có nhiều
loại geopolyme khác nhau, nhưng loại có khả năng ứng dụng nhiều nhất trong xây

dựng là aluminosilicat [22].
Hệ nguyên liệu để chế tạo vật liệu geopolyme bao gồm hai thành phần chính
là các nguyên liệu ban đầu và chất hoạt hóa kiềm. Nguyên liệu aluminosilicat nhằm

9


cung cấp nguồn Si và Al cho quá trình geopolyme hóa xảy ra (thường dùng là tro
bay, meta caolanh, muội silic…). Chất hoạt hóa kiềm được sử dụng phổ biến nhất là
các dung dịch NaOH, KOH và thủy tinh lỏng - natri silicat (Na 2SiO3) nhằm tạo môi
trường kiềm và tham gia vào các phản ứng geopolyme hóa.
Cấu trúc của geopolyme cơ bản được tạo thành từ lưới cấu trúc của những
Alumino - Silico hay còn gọi là Poly - Sialate (Silic – Oxy – Nhôm). Khung Sialate
bao gồm những tứ diện SiO4 và AlO4 được nối xen kẽ với nhau bằng các nguyên tố
Oxy. Những ion dương (Na+, K+, Li+ Ca2+, Ba2+, NH4+, H3O+) phải hiện diện trong
các hốc của khung để cân bằng điện tích của Al3+ [29] và hình thành monome mới.

Hình 1.1. Tứ diện SiO4 và AlO4
Cơ chế phản ứng được minh họa ở những phản ứng sau:

Theo D. Hardjito [17] quá trình phản ứng hóa học tạo thành geopolyme có
thể được phân ra thành các bước chính sau:
 Hòa tan các phân tử Si và Al trong nguyên liệu nhờ vào các ion hydroxit trong
dung dịch.
 Định hướng lại các ion trong dung dịch tạo thành các monome.

10


 Đóng rắn các monome thông qua các phản ứng trùng ngưng polyme để tạo thành

các cấu trúc polyme vô cơ.
1.2.2. Cơ chế polyme hóa trực tiếp
GS Plattfort của Đại học Bruxelles (Bỉ) đã chứng minh rằng hạt tinh khoáng
sét cao lanh, tên là kaolinit, gồm có 2 lá: 1 lá silic và một lá nhôm. Cả hai lá đều có
điện tích âm. Bằng cách dùng xút NaOH hoặc tương đương, người ta huỷ cơ cấu
của lá nhôm, biến điện tích âm của nó thành điện tích dương. Tinh thể kaolinit còn
lại, có 2 đầu âm dương đối nghịch nhau như một hạt nam châm cực nhỏ. Chúng tự
động kết nối lại với nhau, đầu âm (-) với đầu dương (+), tạo ra một phân tử sợi dài
vô tận, lớn bằng 10000 lần phân tử làm nên kaolinit, gọi là một polyme vô cơ.
Đây là điều mà ngành hoá học cổ điển chưa khám phá ra. Về chất lượng, sự
hoá đá tạo ra độ cứng không thua gì cát và xi măng. Cái lợi của quá trình là có thể
dùng đất tạp tại chỗ vừa chứa cát bùn, vừa đất sét, dùng đất này và chất hoạt hóa
polyme vô cơ để làm bê tông polyme để thay thế cho bê tông xi măng Portland. Do
sự phát minh dựa trên một khoa học cơ bản mới, tức là bê tông tạo thành do kết nối
bằng điện tích chứ không phải bằng quá trình kết tinh, nên nó được công nhận là
một công nghệ mới trong xây dựng, giao thông, y tế, công nghiệp.

Hình 1.2. Cơ chế polyme hóa trực tiếp
1.2.3. Cơ chế polyme hóa gián tiếp
Trong thập niên 50 của thế kỷ 20, các nhà khoa học đã lập lại sự kết cứng của
vôi tôi với đất sét. Họ nhận thấy rằng dưới kính hiển vi điện tử, đất sét hóa đá nhờ
bên trong đất sét hiện ra những sợi cực mảnh, đan bện nhau. Về sau, vào đầu thế kỷ

11


21, chúng ta mới nhận ra đó là những sợi polyme đất sét – vôi – đất sét dài độ 10000
lần phân tử đất sét. Sự hóa cứng là một sự polyme hóa vô cơ ở nhiệt độ thường.
Đất hạt mịn và vật liệu hạt mịn như đất sét trở xuống, các hạt này chỉ có điện
tích âm trên toàn hạt, đó là các anion thiên nhiên. Nếu đưa vào đó các điện tích

dương (các cation kim loại), thì các cation này sẽ nối với các anion tạo thành các
chuỗi polyme. Cùng lúc đó, nó tạo ra sự kết dính bằng cách thu nạp thêm các cation
khác vào. Chuỗi anion – cation – anion… là một chuỗi polyme vô cơ.

Hình 1.3. Cơ chế polyme hóa gián tiếp
Như vậy sự polyme hóa của đất sét tạo bê tông ngược lại với sự kết tinh của
xi măng Portland là: polyme hóa đẩy nước đi ra ngoài, còn sự kết tinh hóa hút nước
vào làm nước kết tinh bên trong. Sở dĩ có sự đẩy nước ra ngoài như vậy là do giữa
hạt sét và hạt vôi có hai màng mỏng nước dày 0,2 m. Khi màng mỏng nước này bị
mất đi, hạt đất sét và hạt vôi vốn là từ tính âm (đất sét) và từ tính dương (vôi) kết
dính lại với nhau, tạo thành polyme. Muốn đẩy nước đi khỏi các hạt trên cần có lực
nén hoặc phơi khô hay sấy khô.
1.2.4. Một số nghiên cứu và ứng dụng công nghệ geopolyme
Theo Davidovits [18] đã thống kê các dạng ứng dụng chất kết dính geopolyme nói
chung có thể như sau:








Tấm kết cấu gỗ chống cháy
Vật liệu xây dựng thô
Tấm tường và panel cách điện
Sản xuất đá nhân tạo trang trí
Tấm panel bọt cách nhiệt
Gạch không nung
Kết cấu chịu lửa







Kết cấu chống sốc nhiệt
Ứng dụng làm khuôn đúc nhôm
Bê tông và chất kết dính geopolyme
Vật liệu cản lửa và gia cố sửa chữa
Vật liệu chống cháy công nghệ cao

dung trong máy bay hoặc ô tô
 Vật liệu nhựa công nghệ cao
Ở Mỹ, ứng dụng chủ yếu của chất kết dính geopolyme là sản xuất xi măng

geopolyme đóng rắn nhanh (Pyrament Blended Cement – PBC). PBC đã được

12


nghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong các sân bay quân sự từ những năm 1985.
Sau đó PBC được dùng nhiều trong sửa chữa đường bằng bê tông, sàn nhà công
nghiệp, đường cao tốc. Loại xi măng này có thể đạt cường độ 20Mpa sau 4 – 6 giờ
đóng rắn. Một loại xi măng geopolyme khác cũng được nghiên cứu sử dụng là xi
măng geopolyme bền axit. Năm 1997, công ty Zeo tech corp đã thương mại hóa
thành sản phẩm bê tông geopolyme bền axit. Sản phẩm này đã được dùng nhiều
trong các nhà máy hóa chất và thực phẩm.
Ở Úc, bê tông geopolyme đã và đang ứng dụng trong thực tiễn như: Các

thanh tà vẹt đúc sẵn, đường ống cống và các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn khác
trong xây dựng. Với đặc tính tốt nhất của các kết cấu đúc sẵn là cho cường độ cao
sau khi được bảo dưỡng hơi nước hoặc dưỡng hộ nhiệt [24, 27]. Trong báo cáo về
quá trình sản xuất các thanh tà vẹt bê tông geopolyme trên cơ sở geopolyme tro bay,
Palomo và cộng sự cho rằng các kết cấu bê tông geopolyme có thể dễ dàng được
sản xuất bằng những công nghệ sản xuất bê tông hiện tại mà không cần phải thay
đổi lớn nào. Một số nhà nghiên cứu khác cũng đã sản xuất các sản phẩm ống cống
bê tông geopolyme cốt thép đúc sẵn có đường kính từ 375 – 1800 mm; các cống
hộp bê tông geopolyme cốt thép có kích thước 1200x600x1200 mm [24]. Kết quả
nghiên cứu cho thấy, khả năng chịu môi trường nước thải xâm thực rất tốt và tương
đương sản phẩm bê tông xi măng.
Bê tông geopolyme có hoạt tính kiềm cũng đã được thương mại hóa ở Úc với
nhãn hiệu kinh doanh E-Crete ™. E-Crete được tái chế từ tro bay và xỉ lò cao cùng
với các hoạt tính kiềm thích hợp và hiện có sẵn ở dạng đúc sẵn và trộn sẵn. Các sản
phẩm đúc sẵn của E-Crete chủ yếu như: Các panel đúc sẵn, các ống nắp và đế cống;
cống hộp, bể xí tự hoại, hố thu rác, gạch lát vỉa hè; tấm ốp lát trang trí hoặc cách
âm,…[11].
Ở Việt Nam mới chỉ có 1 dạng sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ bê
tông geopolyme là gạch đất không nung. Tuy nhiên chưa được sử dụng rộng rãi
trong các công trình xây dựng. Đã có một số nghiên cứu bước đầu về bê tông
geopolyme như bê tông chịu lửa không xi măng của nhóm nghiên cứu ở Viện Vật

13


liệu Xây dựng [12]. BTCL không xi măng dựa trên liên kết rho-alumina – tên
thương phẩm là alphabond 300, so với BTCL ít xi măng là công nghệ chế tạo đơn
giản, thời gian sử dụng của vật liệu này tăng tính chất cơ nhiệt tốt như tăng nhiệt
độ biến dạng dưới tải trọng và tăng độ bền uốn ở nhiệt độ cao. Nhóm nghiên cứu
đã chế tạo thành công BTCL không xi măng ứng dụng thử vào thực tế. Một nghiên

cứu khác về ứng dụng của chất kết dính geopolyme là sản xuất vật liệu không
nung từ phế thải tro bay và xỉ lò cao cũng được thực hiện năm 2011. Kết quả
nghiên cứu đã xây dựng được quy trình sản xuất vật liệu gạch block bê tông
geopolyme có cường độ nén đạt >10Mpa, có giá thành rẻ hơn gạch block bê tông
xi măng cốt liệu khoảng 15% [4].
1.3. Tổng quan về cao lanh
1.3.1. Khái niệm chung
Cao lanh là loại khoáng vật sét màu trắng, dẻo, mềm được cấu thành bởi
kaolinit và một số khoáng vật khác như illit, montmorillonit, thạch anh…sắp xếp
thành tập hợp lỏng lẻo, trong đó kaolinit quyết định kiểu cấu tạo và kiến trúc của
cao lanh. Cao lanh có thành phần khoáng vật chủ yếu là kaolinit có công thức là
Al2O3.2SiO2.2H2O hoặc Al4(OH)8Si4O10. Cao lanh có trọng lượng riêng 2,58 – 2,60
g/cm3; độ cứng theo thang Mohs khoảng 1; nhiệt độ nóng chảy: 1750 – 1787 oC. Khi
nung nóng, kaolinit có hiệu ứng thu nhiệt khoảng 510 – 600 oC, liên quan đến sự mất
nước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật. Hai hiệu ứng toả nhiệt
960 – 1000oC và 1200oC liên quan đến quá trình mulit hoá của các sản phẩm
kaolinit không định hình, với hiệu ứng 1200 oC là quá trình kết tinh của oxit silic
không định hình để tạo thành cristobalit. Các tinh thể (hạt) của kaolinit thường màu
trắng, đôi khi đỏ, nâu hoặc xanh nhạt. Chúng là các tinh thể bông (giống tuyết) hay
phiến nhỏ có hình dạng 6 cạnh, hay tấm toả tia dạng đống hoặc khối rắn chắc.
Trong công nghiệp, cao lanh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau,
như gốm sứ, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, vật liệu chịu lửa, chất
độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng,…[31].

14