Đánh giá khả năng sử dụng đá phun trào acid khu vực mù căng chải, tỉnh yên bái trong sản xuất vật liệu xây dựng không nung

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

Trần Thị Lan

Đ NH GI KH N NG
KH
TRONG

NG Đ PH N TR O ACI

ỰC M C NG CH I T NH ÊN
N

L

T

N

T LI

ỰNG KH NG NUNG

N THẠC Ĩ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

I

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

Trần Thị Lan

Đ NH GI KH N NG
KH
TRONG

NG Đ PH N TR O ACI

ỰC M C NG CH I T NH ÊN
N

T

T LI

ỰNG KH NG N NG

Chuyên ngành: Kh n
Mã số:

L

I

t họ

à ịa h a họ

60440205

N

N THẠC Ĩ KHOA HỌC
N ười hướn dẫn kh a họ :
T . NG

ỄN TH

ƯƠNG

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn

Chủ tịch hội đồng chấm luận văn
thạc sĩ khoa học

TS. Nguyễn Thùy Dương

PGS.TS. Hoàng Thị Minh Thảo

Hà Nội - 2016


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn này, học viên đã nhận được sự giúp đỡ rất
tận tâm và nhiệt tình từ TS. Nguyễn Thùy Dương. Cô không chỉ hướng dẫn mà còn
luôn động viên để học viên có thể hoàn thành luận văn này một cách xuất sắc nhất.
Học viên xin gửi bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới cô.
Để hoàn thành luận văn này, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS.
Phan Lưu Anh và ThS. Nguyễn Ánh Dương đã tạo điều kiện giúp đỡ và luôn dành
tặng cho học viên những lời khuyên tốt nhất.
Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, cán bộ trong khoa Địa
chất, trường Đại học khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã chỉ bảo và
giúp đỡ học viên về kiến thức chuyên môn trong suốt thời gian theo học chương
trình cao học tại trường.
Bên cạnh đó, học viên xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Địa chất và các
đồng nghiệp tại Viện Địa chất - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
đã giúp đỡ và tạo điều kiện để học viên có thể thực hiện luận văn.
Cuối cùng, học viên xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè luôn bên
cạnh động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để học viên có thể học tập, làm
việc và thực hiện luận văn này.
Mặc dù luận văn đã được hoàn thành nhưng không tránh khỏi những thiếu
sót, học viên rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ các thầy cô và bạn bè để
luận văn được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa, học viên xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
C

V

....................................... 3

....................................................................... 3
............................................................................... 3

C

T

ề

T

....... 7
.......................................................................... 7

2.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................... 8
2.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................ 9
Cá p ươ

p áp

........................................................................ 10

2.2.1. Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học ............................................ 10
2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ....................................................... 11
2.2.3. Phương pháp hu nh quang tia X (XRF) ................................................. 12
2.2.4. Phương pháp xác định độ hút vôi ........................................................... 12
2.2.5. Phương pháp nghiên cứu kính hiển vi điện tử qu t (SEM - EDX)......... 13
2.2.6. Các phương pháp xác định tính chất cơ lý.............................................. 13
C

Đ

ể
M C

C

á

.................................................................................. 16

áp

M C

C ả ............................. 16

3.1.1. Đặc điểm thành phần thạch học - khoáng vật ........................................ 16
3.1.2. Đặc điểm thành phần hoá học ................................................................. 19
ộ

ạ

C

ủ

áp

M C

C ả ......................... 20

Đ

M C

x
4

á
p ụ

4

T ử

Mù C

ệ xây
á

ả
ạ

ô

sử ụ
p zơ

ệ sả x

(

áp

ô

C

)......................... 22
M C

C ả

.............................................................................. 22
ạ

ô

ừ áp

C ả ....................................................................................................... 26


4.2.1. Nguyên liệu và phụ gia ........................................................................... 26
4.2.2. Các loại phụ gia ...................................................................................... 27
4.2.3. Phối trộn nguyên liệu với phụ gia ........................................................... 27
4.2.4. Độ ẩm tạo hình và lực n n tạo hình ........................................................ 28
4.2.5. Tiến hành sản xuất mẫu gạch không nung thử nghiệm .......................... 31

4.2.6. Bảo dưỡng sản phẩm .............................................................................. 31
4

Kế

44 L ậ

ả

ử

ả ơ

ệ ........................................................................................ 32
ế ạ

ế

................................................................. 34

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 39


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu. .................................................................... 3
Hình 2. Sơ đồ địa chất và khoáng sản khu vực Mù Căng Chải, tỉnh Yên Bái............ 6
Hình 3. Ryolit (ryotrachit) cấu tạo khối rắn chắc khu vực Mù Căng Chải............... 16
Hình 4. Ryolit (ryotrachit) kiến trúc porphyr với các ban tinh thạch anh, feldspar
khu vực Mù Căng Chải ............................................................................................. 16

Hình 5. Đá ryolit với các ban tinh thạch anh, feldspar ............................................. 17
Hình 6. Đá ryolit với ban tinh plagioclas có riềm bao quanh bởi thủy tinh ............. 18
Hình 7. Đá ryolit nền vi tinh feldspar, thạch anh và biotit ....................................... 18
Hình 8. Mẫu thử nghiệm làm gạch không nung từ đá phun trào acid
Mù Căng Chải ........................................................................................................... 31
Hình 9. Ảnh SEM thể hiện sự kết dính của vật liệu trong mẫu gạch không nung
thử nghiệm M1 .......................................................................................................... 35
Hình 10. Biểu đồ thành phần hóa học của chất kết dính C - S - H (sp3) .................. 35
Hình 11. Hình ảnh thể hiện chất kết dính bám trên bề mặt mẫu (a) và thành phần
hóa học của chất kết dính kiểu C - A - S - H (b) ...................................................... 36
Hình 12. Biểu đồ so sánh phổ XRD của mẫu đá phun trào acid và mẫu gạch
không nung M1 ......................................................................................................... 37
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thành phần và hàm lượng khoáng vật của đá phun trào acid ..................... 19
Bảng 2. Thành phần hóa học của đá phun trào acid khu vực Mù Căng Chải........... 20
Bảng 3. Độ hút vôi của đá phun trào acid khu vực Mù Căng Chải .......................... 21
Bảng 4. Thành phần hóa học của đá phun trào acid khu vực Mù Căng Chải và
đá phun trào khu vực Yanshan, tỉnh Jiangxi, Trung quốc ........................................ 24
Bảng 5. Tiêu chuẩn ASTM C 618 về thành phần hóa học của puzolan ................... 25
Bảng 6. T lệ phối trộn nguyên liệu làm gạch không nung ...................................... 28
Bảng 7. Kết quả đặc trưng cơ lý của sản phẩm gạch không nung theo t lệ phối trộn
I với các t lệ tạo ẩm khác nhau ............................................................................... 30
Bảng 8. Kết quả thử nghiệm các đặc trưng cơ lý của mẫu gạch không nung từ đá
phun trào acid khu vực Mù Căng Chải ..................................................................... 34


MỞ ĐẦU
Sản xuất và sử dụng vật liệu xây dựng không nung đã và đang trở thành xu
thế chung của các nước trên thế giới, bởi những lợi ích mà vật liệu xây dựng không
nung đem lại như thân thiện với môi trường, giảm lượng khí thải CO2, tăng độ bền

của các công trình xây dựng, vật liệu xây dựng không nung được đánh giá là vật
liệu xanh [37, 45, 49]. Tại các nước phát triển như Mỹ, Anh, Canada,... vật liệu xây
dựng không nung chiếm khoảng 60% tổng vật liệu xây dựng và đang có xu hướng
ngày càng tăng do những chính sách ưu đãi và khuyến khích của các quốc gia về sử
dụng các vật liệu thân thiện môi trường trong các công trình xây dựng [43].
Ở Việt Nam, sử dụng và sản xuất vật liệu xây dựng không nung còn ở mức
thấp, chỉ chiếm khoảng 8 - 10% [10]. Để thúc đẩy sử dụng và sản xuất vật liệu xây
dựng không nung, ngày 28 tháng 11 năm 2012, chính phủ đã ra thông tư số
09/2012/TT - BXD về quy định sử dụng vật liệu xây dựng không nung trong các
công trình xây dựng làm tăng cao nhu cầu về loại vật liệu này [1]. Xuất phát từ chủ
trương của chính phủ và đáp ứng nhu cầu về vật liệu xây dựng không nung, việc
nghiên cứu về nguyên liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng không nung ngày càng
được chú trọng hơn.
Theo như đặc trưng về thành phần, các nguyên liệu dùng để sản xuất vật liệu
xây dựng không nung thường giàu thành phần silic, nhôm hoạt tính và khi phối trộn
với vôi s đóng rắn như xi măng, nên những đối tượng tìm kiếm nguồn nguyên liệu
này chủ yếu là các thành tạo địa chất nguồn gốc phun trào núi lửa, trầm tích phun
trào, các sản phẩm phong hoá và một số thành tạo trầm tích như diatomit,
trepan...[17]. Nghiên cứu về các đá phun trào núi lửa ở Việt Nam phục vụ tìm kiếm
nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng không nung hầu như mới chỉ tập trung
vào các loại đá phun trào mafic [12, 15, 20, 21], đối với các đá phun trào acid gần
đây cũng có một số nghiên cứu của Nguyễn Ánh Dương 2011, 2012 [4, 5]. Tuy
nhiên, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá một số đặc tính kỹ thuật của
phụ gia hoạt tính làm từ đá phun trào mà chưa tiến hành thử nghiệm sản xuất. Dựa

1


trên cơ sở các nghiên cứu này và các tài liệu nghiên cứu về địa chất Việt Nam [9,
30 , nhận thấy các thành tạo đá phun trào acid tập trung nhiều ở trũng Tú Lệ, đặc

biệt trong khu vực Mù Căng Chải, tỉnh Yên Bái [22 . Do đó, luận văn với tiêu đề:
“ á
á

á

ả
sả x

sử ụ
ậ

ệ x

áp

M C
ô

C ả

đã được lựa chọn. Theo các

nghiên cứu của Đào Văn Ch n (1982), Kiều Quý Nam (2004, 2006, 2008) và
Nguyễn Ánh Dương (2011, 2013, 2014), vật liệu xây dựng không nung được sản
xuất từ puzơlan theo kiểu tạo chất kết dính puzơlan + vôi, vì vậy việc đánh giá khả
năng sử dụng nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng không nung cần dựa trên sự
đánh giá về nguồn nguyên liệu đạt hay không đạt các yêu cầu kỹ thuật của phụ gia
hoạt tính puzơlan. Dựa trên cơ sở này, mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định
đặc điểm thành phần vật chất, độ hoạt tính của đá phun trào acid khu vực Mù Căng

Chải, tỉnh Yên Bái để đánh giá khả năng sử dụng làm phụ gia hoạt tính puzơlan và
xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu xây dựng không nung làm từ nguồn
nguyên liệu này theo kiểu tạo chất kết dính puzơlan + vôi.

2


C

V TR Đ A L VÀ Đ A CH T KHU V C NGHI N C U
1.1. V
Khu vực nghiên cứu n m trên địa bàn huyện Mù Căng Chải, tỉnh Yên Bái,

chạy dọc theo quốc lộ 32 từ đèo Cao Phạ đến xã Khau Mang (hình 1).
Mù Căng Chải là một huyện vùng cao n m ở phía tây tỉnh Yên Bái, cách
thành phố Yên Bái 180km, theo quốc lộ 32. Phía bắc tiếp giáp với huyện Văn Bàn tỉnh Lào Cai, phía nam giáp huyện Mường La - tỉnh Sơn La, phía đông giáp huyện
Văn Chấn, phía tây giáp huyện Than Uyên - tỉnh Lai Châu [3].

Hì
Sơ ồ
.
(N ồ : />1.2. Đ

ể

Trong khu vực nghiên cứu, chiếm diện tích lớn là hệ tầng Trạm Tấu (? J - K
tt), phức hệ núi lửa Tú Lệ (K tl) và phức hệ núi lửa Ngòi Thia (K nt), chiếm
diện tích rất nhỏ, không đáng kể đó là hệ tầng Mường Trai (T2l mt), hệ tầng Suối

Bé (J - K sb), phức hệ Nậm Chiến (K nc) và phức hệ Phu Sa Phìn (γξKpp) [22].

3


Các đá phun trào acid khu vực nghiên cứu chủ yếu thuộc phức hệ núi lửa Tú
Lệ - Ngòi Thia. Phức hệ bao gồm 2 phụ phức hệ là phụ phức hệ núi lửa Tú Lệ (K
tl) và phụ phức hệ núi lửa Ngòi Thia (K nt).
Phụ phức hệ núi lửa Tú Lệ (K tl)
Phụ phức hệ núi lửa Tú Lệ bao gồm toàn bộ các đá núi lửa acid - trung tính
á kiềm. Trong khu vực Mù Căng Chải, phụ phức hệ chiếm diện tích khá lớn ở phía
Tây và Tây Nam.
Thành phần của phụ phức hệ khá phức tạp, chiếm ưu thế là các đá phun trào,
ít gặp hơn tuf cát kết tướng phun nổ và tuf aglomerat tướng họng.
Thành phần thạch học của các đá núi lửa chủ yếu tương ứng với ryodacit,
ryolit, trachyryolit, ít hơn là trachyt porphyr. Chúng thường có quan hệ chuyển tiếp
cới các đá á núi lửa cùng thành phần. Hầu hết bị n n p từ yếu đến mạnh, có cấu tạo
dải, định hướng rõ rệt. Kiến trúc porpphyr điển hình với ban tinh kali feldspar, ít
gặp ban tinh plagioclas hoặc thạch anh. Khá phổ biến felsit và microfelsit cũng bị
nén ép phân dải mạnh.
Thành phần hóa học của ryodacit, ryolit đặc trưng cao kiềm (Na2O + K2O =
7,9 - 9,9%, t lệ K2O/Na2O  1.
Phụ phức hệ núi lửa Ngòi Thia (K nt)
Phụ phức hệ Ngòi Thia ở đây chỉ bao gồm các đá núi lửa và á núi lửa acid á
kiềm và kiềm. Trong vùng nghiên cứu, phụ phức hệ n m xen k với phụ phức hệ Tú
Lệ, lộ ra ở phía chủ yếu ở phía Tây Nam, một ít ở Tây Bắc và Đông Bắc.
Các đá núi lửa thuộc phụ phức hệ Ngòi Thia có thành phần chủ yếu tương
ứng với ryolit, cấu tạo khối, đôi chỗ dạng dồng chảy.
Ryolit hầu hết sáng màu, khoáng vật màu rất ít và thường là chỉ có biotit mà
nhiều chỗ có l có nguồn gốc thứ sinh.

4

Về cơ bản, các đặc tính thạch hóa và địa hóa của ryolit phụ phức hệ Ngòi
Thia cũng tương tự như ryolit phụ phức hệ Tú Lệ: đặc trưng tương đối cao kiềm,
kiềm kiểu trội kali.
Khoáng sản chính ở khu vực Mù Căng Chải là quặng chì - k m và quặng
thạch anh, tập trung chủ yếu ở phía Tây. Trên sơ đồ địa chất khu vực nghiên
cứu, trong các thành tạo đá phun trào acid không có sự thành tạo các mỏ hoặc
điểm quặng.

5


Hình 2. Sơ ồ
(N

ồ :

á
ờ

sả

M C

á ỷ ệ : 00000 N

6

ễ

C ả
ĩ

(C ủ b

á
) 978)


C

T NG QUAN V N ĐỀ NGHI N C U VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHI N C U

T

ề

Vật liệu xây dựng không nung là loại vật liệu dùng trong xây dựng, trong đó
việc sản xuất hay tạo ra chúng không sử dụng nhiệt để nung. Vật liệu xây dựng
không nung gồm: gạch xi măng - cốt liệu; vật liệu nh (gạch từ bê tông khí chưng
áp, gạch từ bê tông khí không chưng áp, gạch từ bê tông bọt, tấm Panel từ bê tông
khí chưng áp); tấm tường thạch cao, tấm 3D; gạch khác (đá ch , gạch đá ong, vật
liệu xây dựng không nung từ đất đồi và phế thải xây dựng, phế thải công nghiệp,
gạch silicat...[1, 31]. Vật liệu xây dựng không nung được sản xuất từ nhiều nguồn
nguyên liệu khác nhau như tro bay, xỉ than, tro, tuf, thủy tinh núi lửa, diatomit,
trepel,... Các nguyên liệu này thường được gọi là phụ gia hoạt tính puzơlan [11].
Phụ gia hoạt tính puzơlan là tên gọi chung để chỉ các loại vật liệu chứa nhiều
thành phần silic, nhôm hoạt tính và không có tính chất kết dính. Tuy nhiên, khi các

loại nguyên liệu này kết hợp với vôi hydrat hóa và một lượng nước nhất định s tạo
ra hợp chất có tính chất kết dính tương tự như xi măng [17, 37, 34, 44]. Dựa vào
nguồn gốc, phụ gia hoạt tính puzơlan được chia ra làm phụ gia hoạt tính tự nhiên và
phụ gia hoạt tính nhân tạo. Phụ gia hoạt tính tự nhiên là sản phẩm của các quá trình
địa chất như magma (tro tuf núi lửa, các đá phun trào), trầm tích, đá biến chất
(tripolit, silimanit)... Phụ gia hoạt tính nhân tạo là các loại nguyên liệu như: xỉ lò
cao, tro bay, metakaolin

Các nguyên liệu này khi ở trạng thái tự nhiên chưa có

hoạt tính nhưng sau khi được xử lý b ng các phương pháp hoá lý khác nhau s trở
nên có hoạt tính. [14, 37].
Việc đánh giá nguyên liệu có thể sử dụng như một phụ gia hoạt tính puzơlan
được dựa theo tiêu chuẩn 3735 - 82 [26]. Tiêu chuẩn 3735 - 82 áp dụng cho các loại
puzơlan thiên nhiên ở dạng nguyên khai hoặc gia nhiệt, dùng để chế tạo xi măng
pooclăng, xi măng pooclăng puzơlan và chất kết dính vôi + puzơlan. Theo tiêu
chuẩn này, độ hoạt tính của nguyên liệu phụ thuộc vào độ hút vôi và nguyên liệu sử
dụng làm puzơlan phải đạt độ hút vôi trên 30mgCaO/g.pz (mgCaO/g.pz là đơn vị đo
7


lượng vôi được hấp thụ bởi 1g puzơlan), thời gian đông kết của mẫu chế tạo từ vữa
vôi puzơlan (tỉ lệ 1:4) không muộn hơn 4 ngày đêm kể từ khi kết thúc chế tạo, khả
năng chịu nước của mẫu chế tạo từ vữa vôi puzơlan đảm bảo không muộn hơn 3
ngày đêm kể từ lúc kết thúc đông kết, hàm lượng SO3 trong puzơlan không được
lớn hơn 1% [26]. Như vậy, độ hút vôi là yếu tố chính quyết định khả năng sử dụng
làm phụ gia hoạt tính puzơlan của nguyên liệu.
Theo nghiên cứu của Cambel (1982), nguyên liệu sử dụng làm puzơlan
thường chứa hàm lượng lớn các pha thủy tinh núi lửa, opal, zeolit và oxit nhôm, bởi
sự tồn tại Si và Al trong các cấu trúc alumina - silicat vô định hình hoặc mất trật tự,

các cấu trúc này không bền vững nên thường dễ dàng phản ứng với vôi để tạo chất
kết dính [37]. Do đó, những nhận định ban đầu về sử dụng nguyên liệu làm phụ gia
hoạt tính puzơlan thường dựa trên hàm lượng thủy tinh núi lửa, opal, zeolit và oxit
nhôm. Bên cạnh đó, theo tiêu chuẩn ASTM C18 về thành phần hóa học đối với
puzơlan tự nhiên nguyên liệu sử dụng làm phụ gia khoáng puzơlan yêu cầu phải có
tổng hàm lượng SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 > 70%, do đây là các thành phần chính tham
gia phản ứng với vôi tạo độ hoạt tính của phụ gia hoạt tính puzơlan [32]. Như vậy,
hai yếu tố chính quyết định độ hoạt tính của nguyên liệu sử dụng làm phụ gia hoạt
tính puzơlan là hàm lượng các pha gồm thủy tinh núi lửa, opal, zeolit, oxit nhôm và
tổng hàm lượng SiO2 + Al2O3 + Fe2O3. Trong thành phần của các đá phun trào acid
thường chứa hàm lượng thủy tinh núi lửa khá lớn và hàm lượng SiO2 > 70%, các
yếu tố này quyết định độ hoạt tính của phụ gia hoạt tính puzơlan làm từ nguồn
nguyên liệu này và do SiO2, Al2O3 tồn tại dưới dạng thủy tinh núi lửa trong các đá
phun trào acid là các thành phần phản ứng trực tiếp với vôi mà không phải qua xử
lý nhiệt nên các đá phun trào acid được phân vào loại phụ gia hoạt tính puzơlan tự
nhiên [17, 37].
2.1.1. Tình hình nghiên cứu trên th gi i
Trên thế giới, từ thời cổ xưa con người đã biết sử dụng các nguyên liệu tự
nhiên tại địa phương để sản xuất các vật liệu xây dựng không nung. Ở Trung Quốc,
người dân đã biết sử dụng đất hoàng thổ để làm gạch xây dựng không nung, ở
8


Apganistan đã sử dụng các dạng đất đồi để làm nhà trong hang núi hay người Italia
từ thời La Mã cổ đại đã biết sử dụng puzơlan để xây dựng các bến cảng thương
thuyền nhà cửa mà dấu tích vẫn còn lại tới tận ngày nay [44]. Cho đến nay, việc sử
dụng phụ gia hoạt tính tự nhiên để sản xuất vật liệu xây dựng không nung đã không
còn xa lạ mà phổ biến trên hầu hết các quốc gia, các sản phẩm vật liệu xây dựng
không nung (gạch không nung) được ưa chuộng và sử dụng rộng rãi. Các nước phát
triển vật liệu này nhất là Italia, Pháp, Nhật, Liên Xô cũ (như Kharcốp của Liên Xô

cũ có cả những đường phố được xây dựng b ng phụ gia hoạt tính puzơlan), hay ở
Đức, trong những năm 20 - 40 của thế k XX hàng chục triệu căn hộ đã được xây
dựng b ng gạch làm từ puzơlan [37]. Với sự phát triển rộng rãi của vật liệu xây
dựng không nung, đã có rất nhiều nghiên cứu về tìm kiếm các nguồn nguyên liệu
làm phụ gia hoạt tính puzơlan, đặc biệt là từ các đá phun trào [33, 35, 41, 39]. Một
trong những nghiên cứu nổi bật gần đây đó là nghiên cứu của Ahmet Çavdar và
Şükrü Yetgin (2006) về các đá núi lửa (tuf) ở phía tây bắc Thổ Nhĩ K đã khẳng
định đây là một nguồn nguyên liệu hoạt tính do các chỉ tiêu về thành phần hóa học,
độ mịn và lượng SiO2 vô định hình đều đạt các tiêu chuẩn của phụ gia khoáng tự
nhiên (puzơlan). Năm 2013, nghiên cứu của Blog và nnk., đã khẳng định đá phun
trào (tuf) là nguyên liệu puzơlan, có thể khai thác để sản xuất vật liệu xây dựng.
Nghiên cứu của Yu và nnk., (2014) xác định độ hoạt tính của đá phun trào dựa trên
thành phần SiO2 + Al2O3 và pha vô định hình đã một lần nữa khẳng định đá phun
trào là một phụ gia khoáng. Trong nghiên cứu của Al - Swaidani và nnk (2015) về
đánh giá tiềm năng sử dụng đá phun trào thay thế xi măng trong sản xuất xi măng pooclăng puzơlan ở Syria cũng đã nêu lên ảnh hưởng của hàm lượng đá phun trào
và kích cỡ hạt của chúng đến các đặc tính cơ lý của vật liệu xây dựng không nung.
2.2.2. Tình hình nghiên cứu ở iệt Na
Ở Việt Nam, sản xuất vật liệu xây dựng không nung từ nguyên liệu địa
phương đã được nhân dân ta tiến hành từ lâu đời dưới các hình thức như trình tường
(Bắc Ninh, Bắc Giang), hay xây nhà từ đá ong (Phúc Yên, Phú Thọ), gạch cay của
các lò vôi (Hà Nam) hoặc xây nhà từ đá silic (Thủy Nguyên, Hải Phòng) và gần đây
9


tại Đông Triều, Uông Bí nhân dân đã tận dụng tro xỉ của nhà máy nhiệt điện để làm
đường, và xây dựng nhà cửa, thời gian đã minh chứng cho tính bền vững của các
loại nguyên liệu này.
Gạch không nung làm từ puzơlan đã được đề cập đến trong các công trình
nghiên cứu của một số tác giả như Bùi Văn Ch n và Đào Tiến Đạt năm 1980 [2]
nhưng thời gian đó các tác giả chưa có điều kiện để đề cập cụ thể đến các nguồn

nguyên liệu cần thiết ban đầu cho quá trình sản xuất, nên gạch không nung đã nhanh
chóng bị lãng quên.
Năm 1989, Kiều Quý Nam và nnk trong chương trình trọng điểm “Tây
Nguyên II đã nghiên cứu và phát hiện nhiều điểm quặng puzơlan có giá trị công
nghiệp ở các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăc, Lâm Đồng và đã kiến nghị về vấn đề
nghiên cứu sử dụng puzơlan làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng không nung.
Tiếp đó, từ 1990 đến nay, đã có rất nhiều các đề tài nghiên cứu được triển
khai nh m điều tra khảo sát tiềm năng, chất lượng và đề xuất các giải pháp công
nghệ chế biến và sử dụng puzơlan làm nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất xi
măng và sản xuất vật liệu xây dựng không nung như Kiều Quý Nam và nnk (1989,
2001, 2003, 2004, 2006), Nguyễn Thanh Tùng và nnk (1991, 1993). Tuy nhiên, hầu
hết các nghiên cứu này tập trung vào tìm nguồn nguyên liệu puzơlan trong các
thành tạo phun trào bazơ (bazan, tuf...) hay các thành tạo trầm tích (diatomit,
trepen ), chỉ có một số ít nghiên cứu trong các thành tạo phun trào trung tính và
axit như của Nguyễn Ánh Dương (2011, 2012) [4, 5].
C
2.2.1. h

ng ph p ph n t ch l t

ng th ch h c

Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học dưới kính hiển vi phân cực là một
trong những phương pháp cổ điển nhưng rất hữu ích trong nghiên cứu đặc điểm
thạch học, kiến trúc và cấu tạo của đá. Mẫu được mài mỏng đến kích thước 0.03mm
và được gắn vào lam kính.

10

Dưới kính hiển vi phân cực, xác định được tổ hợp cộng sinh các khoáng vật
của đá, mối quan hệ giữa các khoáng vật từ đó có thể phân loại và gọi tên đá, xác
định đặc điểm kiến trúc của đá.
2.2.2. h

ng ph p nhiễu x tia X (XRD)

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) là một phương pháp hữu hiệu trong
nghiên cứu cấu trúc của vật liệu. Trong nghiên cứu khoáng vật, XRD là một phương
pháp cho ph p xác định hàm lượng các pha khoáng vật có trong mẫu và đặc điểm
cấu trúc của các pha khoáng này. Phương pháp XRD sử dụng một chùm tia X chiếu
lên bề mặt mẫu. Hiện tượng nhiễu xạ s xảy ra tại các nút mạng cung cấp thông tin
về cấu trúc của vật liệu. Hiện tượng nhiễu xạ tuân theo định luật Vulf - Bragg:
nλ = 2dsinθ (1)
trong đó: n - Bậc phản xạ (1,2,3...)
λ - độ dài bước song của tia rơnghen
θ - góc tới của chùm tia rơnghen trên mặt phẳng tinh thể
d - khoảng cách giữa 2 mặt song song của tinh thể
Dựa trên công thức (1) xác định khoảng cách giữa các mặt song song của
tinh thể khoáng vật, các mặt này cách nhau một khoảng cách d đặc trưng cho từng
khoáng vật.
Mẫu được chuẩn bị cho phân tích XRD là mẫu bột. Mẫu được nghiền thành
dạng hạt có kích thước hạt < 0,01 mm. Mẫu bột này được n n nh để có bề mặt
phẳng và đưa vào máy phân tích.
Mẫu được tiến hành phân tích trên máy Empyrean - PANalytical sử dụng
ống bức xạ Cu. Chế độ vận hành gồm hiệu điện thế 45 kV, 40 mA, khoảng đo 5,0 70,0 o2θ, độ rộng khe tia X 4o. Kết quả XRD của mẫu được xử lý b ng phần mềm
tính toán chuyên dụng HighScore Plus cho ph p xác định chính xác các pha khoáng
vật và bán định lượng thành phần chúng trong mẫu.

11

2.2.3. h

ng ph p hu nh uang tia

(

)

Phương pháp hu nh quang tia X (XRF) được sử dụng trong phân tích thành
phần hóa học của nguyên liệu. Sử dụng phương pháp này cho ph p xác định được
các hợp phần hóa học chính của đá gồm SiO2, Al2O3, FeO, TiO2, MnO, MgO, CaO,
Na2O, K2O,... và một vài nguyên tố vết như Y, Zr, Sr, Rb...
Nguyên lý của phương pháp hu nh quang tia X là dựa trên sự kích thích mẫu
b ng chùm tia X. Chùm tia X nguyên sinh kích thích các tia X thứ cấp có chiều dài
bức sóng đặc trưng cho các nguyên tố có mặt trong đá. Cường độ của các tia X thứ
cấp được đo lại và sử dụng để xác định hàm lượng của các nguyên tố b ng cách so
sánh với mẫu chuẩn.
Phương pháp XRF có thể phân tích được hơn 80 nguyên tố bao gồm các
nguyên tố có hàm lượng cao chiếm 100% cho tới vài phần triệu, có độ chính xác, độ
nhạy cao (0,01%) và thời gian phân tích tương đối ngắn.
Mẫu chuẩn bị cho phân tích XRF được sấy ở 110oC trong khoảng thời gian
1h, sau đó lấy ra để nguội trong bình hút ẩm. Mẫu được nghiền mịn tới kích thước
hạt < 0,063mm và được n n ở áp lực 100N để tạo thành các viên n n có đường
kính 35cm có bề mặt phẳng.
Thành phần hoá học mẫu đá toàn phần được phân tích trên thiết bị S4
Pioneer Bruker tại Trung tâm phân tích hoá - Viện Địa chất, Viện Hàn Lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam.
2.2.4. h

ng ph p x c định độ hút vôi

Phương pháp xác định độ hút vôi của mẫu được tiến hành theo tiêu chuẩn
TCVN 3735:1982.
Mẫu được sấy khô ở 105 oC đến khối lượng không đổi và được nghiền mịn
đến kích thước < 0,08mm. Cho 100ml dung dịch vôi bão hoà vào bình đựng 2g
mẫu. Sau 48h tiến hành chuẩn dung dịch vôi lần đầu tiên. Dùng pipet hút ra 50ml
dung dịch trong bình đựng mẫu và chuẩn b ng dung dịch HCl 0,05N. Sau đó cho
12


tiếp 50 ml dung dịch vôi bão hoà vào bình mẫu. Sau 48h kể từ lúc cho thêm dung
dịch vôi bão hoà bổ sung, tiếp tục hút 50 ml dung dịch trong bình và chuẩn độ
b ng dung dịch HCl 0,05N như lần đầu. Tiến hành thí nghiệm cho đến khi có tổng
số lần chuẩn là 15 lần (trong 720h). Lượng CaO được hấp thụ bởi mẫu vật liệu sau
720h (30 ngày) được xác định là độ hút vôi của mẫu. Thí nghiệm được tiến hành
trong 30 ngày.
2.2.5. h

ng ph p nghiên cứu

nh hi n vi điện tử u t (

M - EDX)

Kính hiển vi điện tử qu t (SEM - Scanning Electron Microcopy) là một loại
kính hiển vi điện tử cho kết quả về ảnh với độ phân giải cao của bề mặt vật liệu
b ng cách sử dụng một chùm tia điện tử h p có đường kính 0,1µm quét trên bề mặt
mẫu. Khi chiếu chùm điện tử qu t trên bề mặt của mẫu, điện tử s tương tác với bề

mặt mẫu đo và phát ra các bức xạ thứ cấp (điện tử thứ cấp, tán xạ ngược

) và từ

việc thu các bức xạ thứ cấp này s thu được hình ảnh vi cấu trúc tại bề mặt mẫu.
Ngoài ra, SEM cũng rất hữu ích cho phân tích thành phần hóa học của mẫu vật liệu
b ng đầu thu EDS (Energy Dispersive Spectrometer).
Mẫu phân tích được cắt thành miếng nhỏ, bề mặt được mài bóng, không có
vết xước, không bị biến dạng và được tiến hành phân tích trên máy FEI Quanta 650.
Thành phần hóa học được phân tích bởi hệ thống phân tích EDS ở 15Kv.
Sử dụng phương pháp nghiên cứu kính hiển vị điện tử qu t (SEM - EDX) để
xác định hình ảnh cấu trúc của mẫu vật liệu không nung.
2.2.6. C c ph

ng ph p x c định t nh chất c lý

Các phương pháp xác định tính chất cơ lý được sử dụng để xác định các đặc
tính cơ lý của nguyên liệu và sản phẩm như: Độ ẩm của nguyên liệu, khối lượng thể
tích, độ hút nước và cường độ kháng n n của mẫu sản phẩm. Các đặc tính cơ lý của
mẫu gạch không nung được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6477:2011,
TCVN6355 - 4 - 2009.

13


+ Độ ẩ

của nguyên liệu

Độ ẩm của nguyên liệu là lượng nước chứa trong nguyên liệu, được xác định

theo tiêu chuẩn TCVN 141 - 64. Mẫu nguyên liệu ở trạng thái tự nhiên được đem
cân và ghi lại khối lượng (m0). Sau đó mẫu được đem đi sấy ở 105 - 110oC cho đến
khi khối lượng không đổi, rồi cho vào bình hút ẩm khoảng 1h để làm nguội và đem
đi cân (m1).
Độ ẩm của mẫu (W) được tính theo công thức:
W = [(m0 - m1)/m1] x 100 %
Trong đó: m0 là khối lượng của mẫu nguyên liệu ở trạng thái tự nhiên (g)
m1 là khối lượng của mẫu nguyên liệu đã được sấy khô đến khối
lượng không đổi (g).
+ Khối l ợng th t ch
Khối lượng thể tích của gạch không nung được xác định theo tiêu chuẩn
TCVN 250:1986. Mẫu gạch được sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105
- 110oC và được đem đi cân. Sau đó, tiến hành đo chiều cao, chiều dài, chiều rộng
đối với mẫu gạch hình chữ nhật hoặc đo chiều cao và đường kính đối với mẫu gạch
hình trụ và tính thể tích.
Khối lượng thể tích của mẫu gạch được tính theo công thức:
ρ = m/V (g/cm3)
trong đó: m là khối lượng của mẫu thử sấy khô đến khối lượng không đổi (g)
V là thể tích mẫu thử (cm3)
+ Độ bền n

c

Độ bền nước của gạch không nung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN
3735:1982. Sau khi mẫu kết thúc đông kết, ngâm mẫu vào nước, mức nước phải
ngập trên mặt mẫu từ 2 - 3cm. Nếu sau 3 ngày đêm ngâm trong nước ngọt mẫu
không bị vữa ra, vẫn giữ nguyên được hình dáng, ấn ngón tay lên mặt mẫu không bị
lún thì mẫu gạch được xác định là đạt độ bền nước.

14

+ Độ hút n

c

Độ hút nước của gạch không nung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 248
- 1986. Mẫu gạch được nung đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105 - 110oC, sau
đó được để nguội và cân khối lượng (m0). Ngâm mẫu gạch đã sấy khô đến khối
lượng không đổi trong thùng ngâm theo chiều thẳng đứng trong 48h, đảm bảo mực
nước trong thùng cao hơn mẫu gạch trên 20mm. Sau 48h, lấy mẫu gạch ra cân khối
lượng (m1).
Độ hút nước của gạch (W1) được tính theo công thức:
W1 = [(m1 - m0)/m0] 100%
Trong đó: m0 - khối lượng mẫu gạch đã sấy khô đến khối lượng không đổi (g)
m1 - khối lượng mẫu gạch ngấm đầy nước (g)
+ C ờng độ h ng n n
Cường độ kháng n n của sản phẩm gạch không nung được xác định theo tiêu
chuẩn TCVN 246 - 1986. Mẫu gạch để xác định độ bền n n được giữ ở trạng thái
ẩm tự nhiên, không quá ẩm. Mẫu được cắt ngang thành 2 nửa viên và được đặt
chồng lên nhau, hai đầu cắt n m về hai phía khác nhau. Mặt trên và mặt dưới của
mẫu thử được trát một lớp hồ xi măng, chiều dày lớp trát không quá 3mm, giữa 2
mặt được liên kết với nhau b ng một lớp hồ xi măng có chiều dày không quá 5mm.
Trước khi trát mẫu được nhúng nước không quá 5 phút và sau khi trát mẫu được giữ
ở nhiệt độ phòng thí nghiệm không ít hơn 3 ngày. Sau 3 ngày, mẫu được đưa vào
máy p và chạy từ từ để mặt p trên tiếp xúc đều trên toàn mặt mẫu thử và sau đó
tăng tải trọng p đều đều cho đến khi mẫu thử bị phá hủy hoàn toàn, tức là lúc kim
đồng hồ đo áp lực quay trở lại. Độ bền n n (Rn) của mẫu thử được tính theo công
thức:
Rn = P/F (N/mm2)

Trong đó: P - Lực p phá hủy được ghi khi thử mẫu (N)
F - Diện tích mặt cắt ngang mẫu thử (mm2)
15


C

Đ C ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CH T VÀ Đ

HO T T NH C A ĐÁ PHUN TRÀO ACID KHU V C M C NG CHẢI
3.1. Đ

ể

3. . . Đ c đi
)

M C

các
th nh ph n th ch h c - h
ạ

C

ng v t

ọ

Đá phun trào acid tại khu vực nghiên cứu thuộc phức hệ núi lửa Tú Lệ - Ngòi

Thia, chủ yếu là các đá ryolit, ryotrachyt. Đá có cấu tạo dạng khối, rắn chắc, màu
xám sáng đến xám xanh, có kiến trúc porphyr với các ban tinh chủ yếu là thạch anh,
feldspar. (Hình 3, Hình 4). Các thành tạo đá ryolit, ryotrachyt phân bố khá rộng,
chiếm phần lớn diện tích khu vực Mù Căng Chải và lộ ra hai bên taluy đường dọc
theo tuyến quốc lộ 32 từ Tú Lệ đến Mù Căng Chải.

Hì

R
ắ

(
ắ

)

ạ

M C

ố

Hình 4. Ryolit (ryotrachit) ế

C ả

p p

ớ á b

feldspar
b)

á

ú

ạ
M C

C ả

ậ

Các đá ryolit và ryotrachyt tại khu vực nghiên cứu có kiến trúc porphyry nền
vi hạt, vi khảm. Thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, feldspar.
Phân tích dưới lát mỏng thạch học cho thấy các ban tinh chiếm 15 - 25%,
chủ yếu là thạch anh, kali feldspar và ít plagioclas (Hình 5, bảng 1). Thạch anh
16


chiếm từ 5 - 12% dạng tự hình, nửa tự hình, kích thước 1 - 2,5 mm. Kali feldspar
chiếm khoảng 6 - 15%, có hình tấm, kích thước 5x5 mm đến 1x1mm, đôi chỗ có
dạng lăng trụ k o dài, mặt bị s t hóa, một số tấm bị nứt, phần rìa được bao quanh
bởi thủy tinh. Plagioclas chiếm ít, chủ yếu là các hạt tự hình, đôi khi một mảnh gồm
nhiều tinh thể gh p lại, riềm được bao quanh bởi thủy tinh núi lửa (hình 6).

a
Hì
M

b
á
MCC

ớ á b
N

( ) b N

ạ

sp

( - ), d = 8,8mm

Nền vi hạt, có trình độ kết tinh không đều với thành phần chính là thạch anh,
feldspar xen k các dải biotit. Trong nền, thạch anh và feldspar có dạng hạt m o mó,
phân bố xen k , ranh giới hạt không rõ ràng, kích thước 0,01 - 0,2 mm. Hàm lượng
feldspar trong khoảng 32 - 40% và hàm lượng thạch anh chiếm khoảng 20 - 30%
(bảng 1). Biotit có dạng vảy hoặc dạng tấm nhỏ m o mó, kích thước 0,05 - 1mm,
đôi khi bị biến đổi, tập hợp thành đám và k o thành dải thể hiện sự phân hướng rõ
rệt, hàm lượng khoảng từ 8 - 10% (hình 7, bảng 1). Muscovit dạng tấm - vảy nhỏ
kéo dài, giao thoa cao, xuất hiện trong một vài mẫu với hàm lượng từ 4 - 5% . Hàm
lượng thủy tinh ít, chỉ chiếm khoảng 5 - 10 %, n m xen k hoặc bao quanh riềm của
các ban tinh thạch anh và feldspar. Quặng gặp rất ít, hạt nhỏ tự hình màu đen, phân
bố rải rác trong nền. Đá ryolit, ryotrachyt khu vực nghiên cứu đặc trưng bởi các
khoáng vật sáng màu, rất ít khoáng vật màu và thường chỉ chứa biotit, một số mẫu
có muscovit.
17

a
Hình 6. á

b
ớ b

M

plagioclas ó

b

MCC4. a. Nicol (+), b. Nicol ( - ), d = 8,8mm

a
Hì

7
M

bở

b
á
MCC4

feldspar,
N

( ) b N

18

ạ

và biotit

( - ), d = 2,2mm

ủ


ả

1. T

p ầ khoá

ậ ủ

áp

khu vực Mù Căng Chải

(xác định dưới kính hiển vi phân cực)
Thành phần và hàm lượng khoáng vật (%)

TT

Ký hiệu

Ban tinh

Nền

mẫu
Feldspar

Thạch
anh

Feldspar

Thạch
anh

Biotit

Muscovit

Thủy
tinh

Quặng

1

MCC4

6

10

40

23

8

5

7

ít

2

MCC5

8

12

35

20

10

4

10

ít

3

MCC6

10

5

40

28

10

0

5

ít

4

MCC7

15

5

32

30

10

0

7

ít

3. .2. Đ c đi

th nh ph n h

h c

Thành phần hoá học của các đá phun trào acid khu vực Mù Căng Chải chủ
yếu là SiO2 chiếm từ 71,6 - 77,5%, Al2O3 dao động từ 10 - 12,55%, Fe2O3 từ 1.8 3.25%. Hàm lượng MgO (0 - 0,54%), P2O5 (0 - 0,26%), MnO (0 - 0,3) rất thấp.
Tổng hàm lượng kiềm Na2O + K2O từ 4,82 - 7,6%, với kali vượt trội hơn natri
(K2O/Na2O >1) (bảng 2).
Kết quả phân tích thành phần hóa học cho thấy các đá phun trào acid khu vực
Mù Căng Chải có thành phần hóa học khá đồng đều nhau. Tổng hàm lượng SiO 2 +
Al2O3+ Fe2O3 dao động trong khoảng 87,67 - 90,25%, hàm lượng SO3 từ 0.02 0.09% và hàm lượng mất khi nung trong khoảng từ 0 - 1.4% (bảng 2). Đây là những

yếu tố quan trọng để đánh giá về chất lượng của đá để làm phụ gia hoạt tính
puzơlan [32].

19