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
TRƢỜNG 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
TRƢỜNG 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 Phƣơng Thảo
PGS. TS Trần Hồng Côn

Hà Nội - 2019


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắ
Hồng Côn

m xin

m ơn TS Phương Th o, PGS. TS Trần

giao ề tài và tận tình hướng ẫn t o mọi iều i n tốt nh t trong suốt

quá trình nghiên ứu và hoàn thành uận văn này.
Em xin hân thành

m ơn toàn th

thầy ô trong Khoa Hóa họ Trường

Đ i họ Khoa họ T nhiên Đ i họ Quố gia Hà Nội
truyền

t ho m nh ng iến thứ qu
m ơn tới

y

u trong suốt thời gian qua góp phần ho

n thân em hoàn thành uận văn này ư
Em xin gửi ời

nhi t t nh gi ng

tốt hơn.

thầy ô

anh hị và

n trong Ph ng

th nghi m Hóa Môi trường Khoa Hóa họ Trường Đ i họ Khoa họ T nhiên
giúp ỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập t i ây.
Cuối cùng em xin c m ơn nhóm ề tài ĐT – CNMT. 01/17 gia
thân

nh và người

t o mọi iều ki n tốt nh t về vật ch t ũng như tinh thần cho em hoàn thành tốt

luận văn này.
Em xin hân thành

m ơn
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2019

Học viên

Nguyễn Thị Dung


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU…. ...............................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................2
1.1. Tổng quan tro xỉ nhiệt điện ...............................................................................2
1.1.1. Tình hình phát th i tro xỉ nhi t i n 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 hế s hình thành geopolyme ......................................................................9
1.2.2. Cơ hế polyme hóa tr c tiếp ...........................................................................11
1.2.3. Cơ hế polyme hóa gián tiếp ...........................................................................12
1.2.4. Một số nghiên cứu và ứng dụng công ngh geopolyme .................................12
1.3. Tổng quan về cao lanh .....................................................................................14
1.3.1. Khái ni m chung .............................................................................................14
1.3.2. Thành phần, ch t ư ng cao lanh Vi t Nam ...................................................17
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM .............................................................................21
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu....................................................................21
2.2. Hóa chất và dụng cụ .........................................................................................21
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................24
2.3.1. X

ịnh một số thành phần, tính ch t của nguyên vật li u ...........................24

2.3.2. Tổng h p ch t kết

nh vô ơ trên ơ sở cao lanh – NaOH ............................32

2.3.3. Tổng h p ch t kết

nh trên ơ sở cao lanh – Ca(OH)2 ..................................32

2.3.4. Nghiên cứu nh hưởng của tỷ l phối li u ến kh năng óng rắn tro xỉ .......32
2.3.5. Đ nh gi

h năng gây ô nhiễm thứ c p của vật li u .....................................33

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................34
3.1. Thành phần, tính chất của nguyên vật liệu ...................................................34
3.1.1. Thành phần, tính ch t của tro bay và xỉ nhi t i n .........................................34
3.1.2. Thành phần chính một số mẫu cao lanh kh o sát ...........................................35


3.2. Các thông số của chất kết dính vô cơ .............................................................37
3.2.1. Ch t kết dính cao lanh – NaOH ......................................................................37
3.2.2. Ch t kết dính cao lanh – Ca(OH)2 ..................................................................41
3.3. Ảnh hƣởng 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 ư ng NaOH ến ường ộ kháng nén của vật li u sau
óng rắn .....................................................................................................................45
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến ường ộ kháng nén của vật li u sau
óng rắn .....................................................................................................................47

3.3.3. Ảnh hưởng của tỷ l hỗn h p NaOH/ Ca(OH)2 ến ường ộ kháng nén của
vật li u sau óng rắn .................................................................................................49
3.3.4. Ảnh hưởng của hàm ư ng ch t kết dính ến ường ộ kháng nén của vật li u
sau óng rắn ..............................................................................................................51
3.3.5. Ảnh hưởng của tỷ l tro bay/ tro xỉ nhi t i n ến ường ộ kháng nén của
vật li u sau óng rắn .................................................................................................53
3.3.6. Ảnh hưởng của l

ép ịnh h nh ến ường ộ kháng nén của vật li u sau

óng rắn .....................................................................................................................55
3.3.7. Ảnh hưởng của thời gian ưu ê tông tươi ến ường ộ kháng nén của vật
li u sau óng rắn .......................................................................................................56
3.3.8. Ảnh hưởng của thời gian ưu ưỡng ến ường ộ kháng nén của vật li u sau
óng rắn .....................................................................................................................57
3.4. Một số đặc tính hóa lý khác của vật liệu sau đóng rắn .................................58
3.5. Đặc trƣng 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
B ng 1.1. Lư ng tro của các nhà máy phía Bắc -------------------------------------------4
B ng 1.2. S n ư ng và phần trăm sử dụng tro bay t i một số nước trên thế giới ----8
B ng 1.3. C

ặ

i m chính của khoáng vật nhóm kaolinit ------------------------- 16

B ng 2.1. Danh mục các hóa ch t sử dụng trong nghiên cứu-------------------------- 21
B ng 2.2. Danh mục dụng cụ, thiết bị sử dụng ------------------------------------------ 22
B ng 2.3. Thứ t và ịnh ư ng các ch t trong phân tích Al3+ ------------------------ 30
B ng 3.1. Thành phần hóa học của tro bay và tro xỉ của ba nhà máy nhi t i n Ph
L i, Uông Bí và Thái Bình ----------------------------------------------------------------- 34
B ng 3.2. Thành phần nhôm, sắt, silic oxit và thông số khác trong mẫu caolanh -- 35
B ng 3.3. S phụ thuộc của ộ trương nở của cao lanh vào nồng ộ NaOH và thời
gian ngâm ------------------------------------------------------------------------------------- 37
B ng 3.4. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH ến nồng ộ aluminat và silicat t do
trong ch t kết dính cao lanh - NaOH ------------------------------------------------------ 39
B ng 3.5. S phụ thuộc của ộ nhớt vào hàm ư ng NaOH --------------------------- 40
B ng 3.6. S phụ thuộc của ộ trương nở của ao anh vào hàm ư ng Ca(OH)2 và
thời gian ngâm ------------------------------------------------------------------------------- 41
B ng 3.7. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến nồng ộ aluminat và silicat t do
trong dung dịch ------------------------------------------------------------------------------ 42
B ng 3.8. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến ộ nhớt của ch t kết dính ----- 43
B ng 3.9. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH và a on ư ến ường ộ kháng nén
của vật li u sau óng rắn-------------------------------------------------------------------- 45
B ng 3.10. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 và a on ư ến ường ộ kháng
nén của vật li u sau óng rắn -------------------------------------------------------------- 48
B ng 3.11. Ảnh hưởng của tỷ l hỗn h p kiềm NaOH - Ca(OH)2 và a on ư ến
ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ------------------------------------------ 50
B ng 3.12. Ảnh hưởng của hàm ư ng ch t kết dính ến ường ộ kháng nén của
vật li u sau óng rắn ------------------------------------------------------------------------ 52


B ng 3.13. Ảnh hưởng của tỷ l tro bay/xỉ tới ường ộ kháng nén của vật li u sau
óng rắn --------------------------------------------------------------------------------------- 53
B ng 3.14. Ảnh hưởng của l

ép ịnh h nh ến ường ộ kháng nén của vật li u

sau óng rắn ---------------------------------------------------------------------------------- 55
B ng 3.15. Ảnh hưởng của thời gian ưu ê tông tươi ến ường dộ kháng nén của
vật li u sau óng rắn ------------------------------------------------------------------------ 56
B ng 3.16. Ảnh hưởng của thời gian ưu ưỡng ến ường ộ kháng nén của vật
li u sau óng rắn ----------------------------------------------------------------------------- 57
B ng 3.17. Một số ặc tính hóa lý khác của vật li u sau óng rắn ------------------- 59
B ng 3.18. pH pha nước khi ngâm vật li u sau óng rắn 28 ngày tuổi -------------- 66
B ng 3.19. Nồng ộ các ch t có kh năng gây ô nhiễm nước của vật li u tro xỉ sau
óng rắn 28 ngày hi ngâm trong nước --------------------------------------------------- 68


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Tứ di n SiO4 và AlO4 ----------------------------------------------------------- 10
H nh 1.2. Cơ hế polyme hóa tr c tiếp --------------------------------------------------- 11
H nh 1.3. Cơ hế polyme hóa gián tiếp --------------------------------------------------- 12
Hình 1.4. C u trúc của cao lanh ----------------------------------------------------------- 15
H nh 2.1. M y nén và huôn ú vật li u ------------------------------------------------ 23
Hình 2.2. Máy nghiền trộn phối li u PTN ------------------------------------------------ 23
Hình 2.3. Hi n tư ng nhiễu x trên tinh th ---------------------------------------------- 24
Hình 2.4. Nguyên lý phổ tán x năng ư ng tia X -------------------------------------- 26
Hình 2.5. Nguyên lý phát huỳnh quang tia X ------------------------------------------- 27
Hình 3.1. Gi n ồ XRD tro bay và tro xỉ nhi t i n Ph L i -------------------------- 35
Hình 3.2. Gi n ồ XRD cao lanh Trúc Thôn M1 --------------------------------------- 36
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng ộ NaOH ến kh năng trương nở của cao lanh
theo thời gian --------------------------------------------------------------------------------- 38
Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH ến nồng ộ aluminat và silicat t do
-------------------------------------------------------------------------------------------------- 39

Hình 3.5. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH ến ộ nhớt của dung dịch (120 giờ) 40
Hình 3.6. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến kh năng trương nở của cao
lanh theo thời gian --------------------------------------------------------------------------- 42
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến nồng ộ aluminat và silicat t
do trong dung dịch --------------------------------------------------------------------------- 43
Hình 3.8. S phụ thuộc của ộ nhớt vào hàm ư ng Ca(OH)2 ------------------------ 44
Hình 3.9. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH và a on ư ến ường ộ kháng nén
của vật li u sau óng rắn-------------------------------------------------------------------- 46
Hình 3.10. Ảnh vật li u sau óng rắn bằng ch t kết

nh trên ơ sở cao lanh –

NaOH ------------------------------------------------------------------------------------------ 46
Hình 3.11. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 và a on ư ến ường ộ kháng
nén của vật li u sau óng rắn -------------------------------------------------------------- 48
Hình 3.12. Ảnh vật li u sau óng rắn bằng ch t kết dính cao lanh – Ca(OH)2------ 49


Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỷ l hỗn h p NaOH – Ca(OH)2 và a on ư ến
ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ------------------------------------------ 50
Hình 3.14. Ảnh vật li u sau óng rắn bằng ch t kết dính cao lanh kiềm hỗn h p
NaOH – Ca(OH)2 ---------------------------------------------------------------------------- 51
Hình 3.15. Ảnh hưởng của hàm ư ng ch t kết

nh ến ường ộ kháng nén của

vật li u sau óng rắn ------------------------------------------------------------------------ 52
Hình 3.16. Ảnh hưởng của tỷ l tro bay/xỉ tới ường ộ kháng nén của vật li u sau
óng rắn --------------------------------------------------------------------------------------- 54
Hình 3.17. Ảnh hưởng của l

ép ịnh h nh ến ường ộ kháng nén của vật li u

sau óng rắn ---------------------------------------------------------------------------------- 55
Hình 3.18. Ảnh hưởng của thời gian ưu ê tông tươi ến ường ộ kháng nén của
vật li u sau óng rắn ------------------------------------------------------------------------ 56
Hình 3.19. Ảnh hưởng của thời gian ưu ưỡng ến ường ộ kháng nén của vật
li u sau óng rắn ----------------------------------------------------------------------------- 58
Hình 3.20. H số hóa mềm và ộ hút nước của một số mẫu vật li u sau óng rắn - 61
Hình 3.21. Hình nh chụp SEM của một số mẫu vật li u ------------------------------ 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. Gi n ồ XRD tro xỉ và một số mẫu vật li u sau óng rắn ---------------- 65
H nh 3.26 . pH pha nước khi ngâm vật li u sau óng rắn 28 ngày tuổi -------------- 67


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Ch viết tắt
ASTM

Tiếng Vi t

Tiếng Anh

Hi p hội vật i u và thử American Society for Testing and
nghi m Hoa Kỳ

Materials

BTCL

Bê tông hịu ửa

EDX

T n x năng ư ng tia X

MKN

Hàm ư ng m t hi nung

P

Cường ộ h ng nén (Mpa)

PTN

Ph ng th nghi m

QCVN

Quy huẩn Vi t Nam

SEM

Hi n vi i n tử quét

TCVN

Tiêu huẩn Vi t Nam

TKPT

Tinh hiết phân t h

XRD

Nhiễu x tia X

X-Ray diffraction

XRF

Huỳnh quang tia X

X-ray fluorescence

Energy Dispersive X-ray Spectrometry

Scanning Electron Microscopy


MỞ ĐẦU
Tính ến ầu năm 2019 th o thống ê ủa Tổng ụ năng ư ng Bộ Công
thương với 23 nhà m y nhi t i n h y than trên toàn quố

ang ho t ộng ư ng

tro xỉ th i ra hàng năm ho ng 15 tri u t n và ến năm 2022 với 43 nhà m y th

ư ng tro xỉ tương ương hàng năm à ho ng 29 tri u t n. Th o
ê h

th

số i u thống

ến ầu năm 2017 số ư ng này à ho ng trên 20 tri u t n. Nguy ơ

hông ủ

i hứa “vỡ trận” gây ô nhiễm môi trường à hi n h u. Cũng th o thống

ê trên th hi n t t
thủy i n

ơ sở sử ụng tro xỉ

ường giao thông

àm vật i u hông nung nền ập

è ờ... mới hỉ tiêu thụ ư

ho ng 3 – 4 tri u

t n/năm.
Vi

sử ụng tro xỉ nhi t i n hi n nay gặp nhiều hó hăn về nhiều mặt; ó à

ph i o i ỏ than ư xuống ưới 5% mới ó th sử ụng ư . C
t

ộng ến h năng t i sử ụng rộng r i tro xỉ à vi

thành hi uôn uôn ph i ết h p ùng với xi măng
Do iều i n ặ thù ủa Vi t Nam, ông ngh
nhau gi a

vận huy n và tăng gi

óng rắn.
ốt và h t ư ng than r t h

nhà m y nên ư ng than ư trong tro xỉ ao

phối ết h p gi a

ngành hưa tốt...

ho nên

xử

i n ần ph i ó gi i ph p ơn gi n hơn gi thành rẻ hơn

hông ồng ều và s
t i sử ụng tro xỉ nhi t
hông ần ph i tuy n nổi

o i than ư ưới 5% và hông ần sử ụng xi măng àm t
ngh sử ụng h t ết
ó th

p ứng ư

ơ iều hế từ

nướ ( hô) ằng

nhân hóa rắn. Công

nh vô ơ hông qua thiêu ết (thường gọi à po ym vô ơ)

yêu ầu trên; o ông ngh này sử ụng

h t ết

ho ng h t ó sẵn trong t nhiên hứa Si A

môi trường ó ộ iềm h
rời th o ơ hế ết

hó hăn h

nhau. C

nh và ao ọ

h t ết

nh này ứng hóa

F

nh vô

Mg... trong
vật i u ở

h t vật i u với nhau trong iều i n hông

iên ết phân tử àm ho vật i u rắn hắ và ền v ng th o

thời gian.
Xu t ph t từ nh ng iều trên

ề tài uận văn này ư

th

hi n với tiêu

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

1

CHƢƠNG 1 . TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tro xỉ nhiệt điện
Trong

nhà m y nhi t i n sau qu tr nh ốt h y nhiên i u than

phế th i rắn tồn t i ưới hai
h t r t mịn ay th o

ng: phần xỉ thu ư

h ống hói ư

từ

y

thu hồi ằng

phần

và phần tro gồm
h thống thu gom ủa

nhà m y nhi t i n.
Ở một số nướ
th o

tùy th o mụ

h sử ụng mà người ta phân o i tro ay

o i h

nhau. Th o tiêu huẩn DBJ08 – 230 – 98 ủa thành phố Thư ng

H i tro ay ư

phân àm hai o i à tro ay ó hàm ư ng anxi th p và tro ay

hàm ư ng ao. Th o

h phân o i ủa Cana a tro ay ư

hia àm a o i:



Lo i F:



Lo i CI: hàm ư ng CaO ớn hơn 8% nhưng t hơn 20%



Lo i C: hàm ư ng CaO ớn hơn 20%

hàm ư ng CaO t hơn 8%

Trên thế giới hi n nay thường phân o i tro ay th o tiêu huẩn ASTM C618
[15]. Th o
ư

phân o i này th phụ thuộ vào thành phần

phân àm hai o i à o i C và o i F:


Tro ay o i F hi tổng hàm ư ng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) ớn hơn 70%



Tro bay o i C hi tổng hàm ư ng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%

Tro ủa

nhà m y nhi t i n gồm hủ yếu

trình cháy, phân hủy và iến ổi ủa
thường tro ở

y

sử ụng

s n phẩm t o thành từ qu

h t ho ng ó trong than

. Thông

(xỉ) hiếm ho ng 25% và tro ay hiếm ho ng 75% tổng

ư ng tro th i ra. Thành phần hóa họ
than

h p h t mà tro ay

ủa tro ay phụ thuộ vào nguồn nguyên i u

ốt và iều i n ốt h y trong

nhà m y nhi t i n [3].

1.1.1. Tình hình phát thải tro xỉ nhiệt điện than
Trên thế giới, yêu cầu về năng ư ng ư
nhi t i n sử dụng than ốt. Vi

p ứng chủ yếu từ các nhà máy

này ũng ẫn ến v n ề phát th i ra môi trường

ngày àng tăng của ch t th i rắn từ các nhà máy nhi t i n ốt than ặc bi t là tro
xỉ. C

nướ

ứng ầu thế giới về số ư ng phát th i tro xỉ gồm Ấn ộ, Trung Quốc,

Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu.

2


T i Ấn Độ, kho ng 80 – 100 tri u t n tro ay ư c t o ra hàng năm từ
kho ng 75 nhà m y trong ó hơn 10 tri u t n từ các nhà máy nhi t i n công su t
th p. Lư ng tro từ các nhà máy nhi t i n t i Ấn ộ tăng ùng với ư ng i n năng
s n xu t, từ 75 tri u t n năm 1995 ên 90 tri u t n, 110 tri u t n trong
2000, 2010 và d

năm

o n tăng ên 140 tri u t n vào năm 2020. Với hàm ư ng tro

trung bình là 40%, và theo d báo tiêu thụ than trong 5 năm tới kho ng 285 tri u
t n, các nhà máy nhi t i n sẽ t o ra ư ng tro xỉ (tro bay cộng tro xỉ) d kiến sẽ
kho ng 115 tri u t n mỗi năm [13].
T i Trung Quốc, theo thống kê, tổng ư ng tro xỉ ở Trung Quố năm 2002
là 150 tri u t n. Lư ng tro bay t o ra trong ướ t nh ến năm 2020 sẽ là 570 ~ 610
tri u t n [19].
T i Hoa Kỳ, tổng ư ng tro bay t o ra hàng năm ên ến 26,5 tri u t n, với
xu hướng tiếp tụ tăng [30].
Nga ứng thứ hai thế giới về tr
năm

ư ng than với kho ng 173 tỷ t n. Hàng

nhà m y i n ốt than t i Nga s n xu t hơn 75 tri u t n tro xỉ và chỉ

kho ng 11% ư c sử dụng, chủ yếu ở d ng vật li u xây d ng thứ c p. Hầu hết các
nhà m y ũ ủa Nga ưới thời liên bang Xô viết ều tách lo i tro xỉ th o phương
ph p ướt, tro than sau ó thường xuyên ư

ổ tr c tiếp vào các con sông và hồ.

Do ó phần lớn nỗ l c của Nga hi n t i iên quan ến làm s ch v n ề ô nhiễm tro
xỉ

l i từ thời Xô viết [20].
Nhật Bản à

t nước d a hoàn toàn vào than nhập khẩu

s n xu t i n và

ngành công nghi p. Hàng năm ư ng tro xỉ t o ra là 8,54 tri u t n [20].
T i Úc và New Zealand ư ng tro trong năm 2002 ên ến 12,5 tri u t n [20].
Tại Việt Nam, ến cuối năm 2018 có tổng cộng 23 nhà máy nhi t i n ho t
ộng trong ó ó 13 nhà m y sử dụng công ngh
dụng công ngh

ốt than phun, 10 nhà máy sử

ốt than tầng sôi. Tổng công su t nhi t i n 13.110 MW. Tổng

ư ng tro, xỉ th c tế ph t sinh năm 2016 ho ng 15.784.357 t n/năm trong ó tro
xỉ ốt theo công ngh than phun PC là 10.681.896 t n/năm hiếm kho ng 68%,
công ngh

ốt than tầng sôi là 5.102.461t n/năm hiếm kho ng 32%. Tổng ư ng

tro, xỉ, th ch cao hi n ang tồn t i các bãi chứa kho ng 22.705.558 t n. D kiến ến

3


năm 2020

nước có thêm 12 d án nhi t i n than i vào ho t ộng, sẽ th i ra

kho ng 22,6 tri u t n tro, xỉ, th ch cao mỗi năm. Nguy ơ hông ủ bãi chứa, gây ô
nhiễm môi trường.
Th c tế ư ng tro xỉ, th ch cao th i ra từ các nhà máy nhi t i n lớn hơn
lư ng ang tồn tr , s chênh l h ư ng phát th i và ư ng trên bãi chứa là do th c
tế có nhà máy nhi t i n
tro, xỉ ư c th i ra hoặ

tiêu thụ ư c kho ng 25% -30% hoặc tiêu thụ hết ư ng
ó ơn vị hưa tiêu thụ ư c.

Lư ng tro xỉ phát sinh từ các nhà máy nhi t i n than rơi vào ho ng 15
tri u t n/ năm trong ó ư ng phát th i tập trung chủ yếu t i khu v c miền Bắc
(chiếm 60% tổng ư ng th i), miền Trung chiếm 21% và miền Nam chiếm 19%
tổng ư ng th i.
Th o h o s t ủa ngân hàng h p t

quố tế Nhật B n (JBIC) hỉ t nh riêng

nhà m y nhi t i n ph a Bắ thuộ EVN th ư ng tro th i ra hàng năm ên ến

637 600 t n.
Bảng 1.1. Lượng tro của các nhà máy phía Bắc
Tên nhà máy

Công suất

Lƣợng tro

(MW)

(Tấn/năm)

Ph L i 1

400

188 000

Ph L i 2

600

249 000

Ninh Bình

100

37 000

Uông Bí

100

39 000

Uông B mở rộng

300

124 600

Tổng số

637 600

Từ các số li u thống kê trên, mỗi năm ó hàng trăm tri u t n tro xỉ ư c th i
ra từ nhi t i n than và hưa ư c các nhà máy nhi t i n xử lý tri t

.

1.1.2. Tình hình xử lý, tái chế, tái sử dụng tro xỉ
Trên thế giới, tro ay

ư c sử dụng r t thành công trong ngành công

nghi p ê tông hơn 50 năm qua. Ở Mỹ ó hơn 6 tri u t n và ở hâu Âu à hơn 9
tri u t n

ư c sử dụng trong xi măng và ê tông [21]. Có nhiều d án lớn trong

4


thời gian gần ây sử dụng bê tông tro bay, bao gồm
m y i n, các công trình ngoài bi n
ay

ập ngăn nước, các nhà

ường hầm ưới bi n

t a nhà thương m i hay ân ư ầu

ường cao tốc, sân

ường ống dẫn,...

T i Liên minh châu Âu, vi c sử dụng tro bay trong ngành xây d ng hi n
ang hiếm kho ng 46% và tro xỉ chiếm ~ 41%; trong phần lớn

trường h p, tro

xỉ ư c sử dụng như một nguồn thay thế các nguồn tài nguyên sẵn ó và o ó
mang l i l i ích môi trường bằng cách tránh s khai thác mỏ. Tái sử dụng tro xỉ
ũng giúp gi m nhu cầu năng ư ng và gi m ư ng khí th i vào khí quy n. Chúng
ư c sử dụng rộng rãi ứng dụng chủ yếu trong ngành xây d ng như s n xu t bê
tông hay như à một ch t thay thế xi măng tro xỉ ũng ư c sử dụng như à một
ch t kết dính hoặ

t ường, hoặc làm ch t khoáng và phân bón [20]. Trong ph m

vi các quốc gia thành viên, không có quy tắc chung về vi c sử dụng tro xỉ, các quốc
gia khác nhau có cách tiếp cận phương n sử dụng tro xỉ khác nhau. Ví dụ như tại
Đức, trung bình s n xu t 4,3×106 t n tro bay một năm với xu hướng ngày càng
tăng. Trong giai o n 1997 – 2005 gần như 100% ư ng tro ay

ư c tái chế chỉ

với nh ng thay ổi nhỏ trong ĩnh v c ứng dụng. Hơn 50% tro ay ư c sử dụng
cho bê tông trộn sẵn. Khu v c ứng dụng lớn thứ hai với kho ng 17% là làm vật li u
xây d ng khô và trong khai thác mỏ với ư ng x p xỉ 12% [30].
Đến năm 2008 tổng ư ng các s n phẩm từ ốt than

ủa nhà máy nhi t

i n ở Châu Âu là 58 tri u t n trong ó tro ay hiếm gần 68% tương ương
kho ng 39 tri u t n. Kho ng 18 tri u t n tro ay ư c sử dụng trong công nghi p
xây d ng và san l p hầm mỏ. Phần lớn tro bay làm phụ gia bê tông, kết c u ường
và làm vật li u

s n xu t clinker xi măng. Tro ay ũng ư c sử dụng trong xi

măng trộn, bê trong khối và làm ch t iền l p [23].
T i Hoa Kỳ, vi c sử dụng tro xỉ và th ch cao tổng h p ũng tăng ên với
kho ng 7,6 tri u t n ư c sử dụng hàng năm cho công vi

ường xá, kè cống và

kết c u. Lư ng tro xỉ hông ư c tận dụng thường ư c chôn l p, mặc dù mứ

ộ

có sẵn bãi chôn l p thay ổi gi a các vùng. Vi c sử dụng tro bay t i Hoa kỳ có khác
bi t rõ ràng gi a các ti u bang [20]. Cơ quan B o v Môi trường Hoa Kỳ (EPA.
2014) ưa ra

quy ịnh liên ang ầu tiên về vi c th i bỏ tro xỉ. Th o

5

hướng


dẫn mới, các nhà máy nhi t i n ốt than của Mỹ ph i tr tro xỉ ở các bãi chôn l p
và bãi th i phù h p với các tiêu chuẩn c u trúc tối thi u. Theo Hi p hội tro xỉ than
Hoa Kỳ (ACAA) trong năm 2013 53 tri u t n

ư c t o ra trong ó 23 tri u t n

ư c tái sử dụng. Trong số các phần không sử dụng, EPA cho biết 36% ư
gi t i bãi chôn l p và 21% trong

ưu

ơ sở ưu tr ướt [30].

T i Úc và New Zealand ư ng tái sử dụng tro xỉ

t 4,1 tri u t n (chiếm

32,8%). Các ứng dụng chính gồm s n xu t xi măng (1 35 tri u t n), các ứng dụng
hông xi măng (0 47 tri u t n), và 2,28 tri u t n sử dụng trong các d

n như xây

d ng ường bộ, l p ầy mỏ và các ứng dụng khác. Tuy nhiên, vi c sử dụng tro xỉ
vẫn còn h n chế do các rào c n như s cô lập về ịa lý của một số nhà m y i n và
quy ịnh và luật pháp phối h p kém [20].
Cũng như nhiều quốc gia trên thế giới hàng trăm nhà m y nhi t i n trên
khắp lãnh thổ Trung Quốc th i ra hàng trăm tri u t n tro bay mỗi năm [16]. Do
vậy, chính phủ Trung Quốc r t khuyến khích phát tri n các công ngh iên quan ến
vi c sử dụng tro bay. Một vài thành phố

sử dụng r t tốt tro bay trong nh ng năm

gần ây như thành phố Nam Ninh. Năm 2005 ư ng tro ay ư c sử dụng ở thành
phố này

vư t qua c

ư ng tro ay ư c t o ra. Tuy nhiên, Nam Ninh chỉ là một

trường h p ngo i l . Tỷ l sử dụng tro xỉ kho ng 10% vào nh ng năm 1980 trong
nh ng năm 1990 tỷ l này

t trên 53%. Theo thống kê, tổng ư ng tro xỉ ở Trung

Quố năm 2002 à 150 tri u t n trong ó ho ng 100 tri u t n

ư c sử dụng. T i

Nam Kinh Thư ng H i từ năm 1997 tro ay ư c tái sử dụng 100%, phần lớn là
àm

t ót ường và vật li u t m. Ở các khu v

ang ph t tri n, v n ề ũng ang

ư c gi i quyết. T i tỉnh Hà Nam ho ến năm 2005 ư ng tro bay tồn ọng là 130
tri u t n trong ó 34 tri u t n, kho ng một nửa ùng

s n xu t xi măng [19].

Ở Trung Quốc từ năm 2007 từng ước c m s n xu t g h

t sét à ơ hội

gi i quyết v n ề xử lý tro bay, sử dụng tro bay s n xu t g h thay ho
Tro bay ở Trung Quố

ư c sử dụng trong

t sét.

ĩnh v c chủ yếu sau: Các s n phẩm

bê tông (phụ gia ho xi măng v a, bê tông, g ch,...); xây d ng ường giao thông;
xây d ng c ng; c i t o

t trồng; xử lý ô nhiễm nước; sử dụng

6

l p các mỏ hay


vùng

t lớn hơn ọc theo bờ bi n. Ngoài ra tro ay

vài ứng dụng h

n ư c sử dụng cho một

như tổng h p zeolit, ch t gia ường cho cao su [19].

T i Nhật Bản, hàng năm ư ng tro xỉ t o ra ư c sử dụng là 7 tri u t n
chiếm 82% s n ư ng trong ó

ho ng 78% ư ng tro ư c s n xu t bởi các nhà

máy nhi t i n ư c sử dụng. Ngành xi măng hiếm tỷ trọng lớn nh t với 71%
(4,89 tri u t n) trong tổng số. Ngoài vi c sử dụng phổ biến trong s n xu t xi măng
và bê tông, nhiều mụ

h sử dụng h

ũng ang ư c khuyến khích và phát

tri n [20].
T i Ấn Độ, Mứ
2000

ến nay

ộ sử dụng tro ay

tăng

t ~ 40%, trong số này, 19 tri u t n

ng

từ ưới 10% vào năm

ư c sử dụng cho s n xu t xi

măng và phần còn l i chủ yếu thử nghi m ót ường. Vi c s n su t xi măng từ tro
bay với hàm ư ng hông qu 35%

giúp Ấn ộ tiêu thụ kho ng 25 tri u t n tro

bay thay vì sử dụng cùng một ư ng xi măng
Vi n Nghiên cứu Nhiên li u Trung ương Dhan a
tro ay

in r và giúp tiết ki m 25 tỉ Rs.
ph t tri n công ngh sử dụng

s n xu t g ch xây d ng với ư ng tiêu thụ tro ay ư c kho ng 40-70%.

Như vậy trong trường h p khi kỹ thuật s n xu t g ch từ tro bay ch p nhận ư c,
gi i pháp này sẽ kh thi về kinh tế và thân thi n với môi trường. Với mục tiêu s n
xu t ít nh t 2 tỷ viên g ch từ tro bay mỗi năm sẽ góp phần tiêu thụ kho ng 5 tri u
t n tro ay/năm. Bên
tính thẩm th u của
kết c u

nh ó à sử dụng trong nông nghi p. Tro bay giúp c i thi n
t; c i thi n tình tr ng sức khoẻ của

t; gi m mật ộ khối ư ng

t năng su t cây trồng,

t; c i thi n kh năng gi nướ / ộ xốp; tối ưu

hóa giá trị pH; cung c p các ch t vi ư ng như F Zn Cu Mo B Mn; ung

p các

ch t inh ưỡng như K P Ca Mg S vv… ho t ộng như một ch t thay thế cho
th ch cao giúp phục hồi

t cát kiềm và vôi [13].

Chính phủ nướ này

ó nhiều quy ịnh

nâng cao nhận thức về l i ích

của vi c sử dụng tro bay cho các s n phẩm khác nhau [16, 25]. Tro bay là một
nguyên li u tiềm năng tuy t vời cho s n xu t vật li u xây d ng như xi măng pha
trộn, g ch tro bay, g h ốp
dụng mô ươ g ớn

t và

hối rỗng trong xây d ng. Chúng ư c ứng

r i ường, xây d ng kè, và san l p hầm mỏ. S n phẩm tro

7


bay có nhiều l i thế hơn so với các s n phẩm thông thường. Lư ng xi măng sử dụng
trong s n xu t s n phẩm xây d ng có th gi m bằng cách thay thế bằng tro bay và
ư ng tro bay thay thế có th ên ến 50%. Nh ng s n phẩm chứa tro ay ó ộ bền
cao, hi u qu hơn và tiết ki m

ng

nguyên li u. Vi c sử dụng tro bay ở Ấn Độ

t o ra ông ăn vi c làm cho kho ng 3.000 ao ộng [26].
Bảng 1.2. Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay tại một số nước trên thế giới
S n ư ng tro bay

TT

Nước s n xu t

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 M ch

2

100

10

Ý

2

100

11

Hà Lan

2

100

hằng năm (tri u t n)

Tro bay sử dụng (%)

Tại Việt Nam, Các nhà máy Nhi t i n không có chủ trương hai th

tro

hoặ hông ó iều ki n khai thác, nhân dân quanh khu v c các bãi xỉ than ang
khai thác một cách t phát, chủ yếu là làm g ch xây nhà bằng cách trộn với xi măng
và nướ . Lư ng khai thác t phát này r t nhỏ và không nên khuyến khích vì các lý
o an ninh và môi trường. Ví dụ như vi c sử dụng tro làm nền ường, g ch sân
phơi ngói p nhà v.v một cách có tổ chứ
m b o an ninh, v sinh và có s tham
gia của chuyên gia.
Mặt khác, hi n nay ở trong nước có một số nhà m y
ó nh ng bi n pháp
thu hồi và s n xu t g ch không nung từ tro xỉ
ư c xây d ng vận hành ở gần một
số nhà máy nhi t i n. Nhà máy Chế biến tro xỉ Cao Cường có công su t 80.000 t n
s n phẩm/năm (sử dụng nguồn tro xỉ của Nhà m y Đi n Ph L i).

8


Trong năm 2017 ư ng tro xỉ tiêu thụ

t gần 4 tri u t n, chiếm kho ng 30%

ư ng ph t sinh trong ó miền Bắc tiêu thụ kho ng 3,25 tri u t n. Hàng tri u t n tro
xỉ than ư c th i ra từ

nhà m y nhi t i n Vi t Nam. Hầu hết ư ng tro này ư c

trộn với nướ và ơm ra ngoài i th i. Mà tro xỉ ở
nhà m y nhi t i n trên thuộc
lo i F, không ph n ứng với nướ . Lư ng than hưa ốt cháy hết còn nhiều nên không
th áp dụng vi c trộn tro ay vào xi măng
kết tinh như xi măng Port an ư c.
Mặt khác khi s n xu t một t n xi măng sẽ th i ra kho ng một t n khí CO2 v vậy
ư ng tro bay thay thế trong xi măng trong ê tông ũng h nh à ư ng h tương ứng
mà húng ta ó th cắt gi m. V vậy cần có một công ngh bê tông mới

gi i quyết

v n ề này như ê tông po ym vô ơ hông nung.
Theo Quyết ịnh số 452/QĐ – TTg của Thủ tướng Chính phủ: Phê duy t Đề
n ẩy m nh xử lý, sử dụng tro, xỉ, th ch cao của các nhà máy nhi t i n, nhà máy
hóa ch t, phân bón làm nguyên li u s n xu t vật li u xây d ng và trong các công
trình xây d ng với mụ tiêu à: ến năm 2020 ph i xử lý, sử dụng tro, xỉ, th ch cao
mb o

p ứng ư ng tồn tr t i bãi chứa của từng nhà máy nhi t i n, nhà máy

hóa ch t, phân bón nhỏ hơn tổng ư ng phát th i của 2 năm s n xu t.
1.2. Cơ sở lý thuyết về polyme vô cơ và sự hình thành bê tông polyme
Po ym vô ơ à s n phẩm của s liên kết các ch t vô ơ i với nhau bằng từ
l c gi a các phần tử t h i n trái d u. Đây à s liên kết ở mứ

polyme t o thành ó ộ bền r t cao về chịu l
nhiên, các d ng huyền phù sét và

ộ phân tử, cho nên

ũng như về thời gian. Trong t

o si i thường là các phần tử mang i n tích; ở

một iều ki n phù h p nh t ịnh, chúng sẽ hình thành các polyme và cùng với các
h t

t, cát, sỏi

hóa từ

ưới l c ép t nhiên chúng t o thành các tầng

o vô ơ và

t

nguồn gốc polyme

. Qu tr nh này ó th th c hi n nhân t o bằng cách

dùng ho t ch t polyme trộn vào

t

t o ra qu tr nh po ym ho . Khi ư c nén

l i với nhau chúng sẽ t o thành d ng

ứng trong iều ki n hô; ây h nh à ê

tông polyme.
1.2.1. Cơ chế sự hình thành geopolyme
Th o Davi ovits

ó tên gọi g opo ym ( ê tông po ym ) à v

húng ó s

huy n iến thù h nh po ym hóa và óng rắn ở nhi t ộ th p nhưng ồng thời

9


ũng à h p h t vô ơ ứng và ổn ịnh ở nhi t ộ ao và hông ị h y. Có nhiều
o i g opo ym

h

nhau nhưng o i ó h năng ứng ụng nhiều nh t trong xây

ng à a uminosilicat [22].
H nguyên i u
à

hế t o vật i u g opo ym

ao gồm hai thành phần h nh

nguyên i u an ầu và h t ho t hóa iềm. Nguyên i u a uminosi i at nhằm

ung

p nguồn Si và A

ho qu tr nh g opo ym hóa x y ra (thường ùng à tro

ay m ta ao anh muội si i …). Ch t ho t hóa iềm ư

sử ụng phổ iến nh t à

ung ị h NaOH KOH và thủy tinh ỏng - natri silicat (Na2SiO3) nhằm t o môi
trường iềm và tham gia vào
C u trú

ủa g opo ym

Alumino - Si i o hay

ph n ứng g opo ym hóa.
ơ

n ư

t o thành từ ưới

u trú

ủa nh ng

n gọi à Po y - Sialate (Silic – Oxy – Nhôm). Khung Sialate

ao gồm nh ng tứ i n SiO4 và AlO4 ư

nối x n ẽ với nhau ằng

nguyên tố

Oxy. Nh ng ion ương (Na+, K+, Li+ Ca2+, Ba2+, NH4+, H3O+) ph i hi n i n trong
hố

ủa hung

ân ằng i n t h ủa A 3+ [29] và hình thành monome mới.

Hình 1.1. Tứ diện SiO4 và AlO4
Cơ hế ph n ứng ư

minh họa ở nh ng ph n ứng sau:

10


Theo D. Hardjito [17] qu tr nh ph n ứng hóa họ t o thành g opo ym
th

ư

phân ra thành

 H a tan

ướ

ó

h nh sau:

phân tử Si và A trong nguyên i u nhờ vào

ion hy roxit trong

ung ị h.
 Định hướng i
 Đóng rắn

ion trong ung ị h t o thành

monom thông qua

monom .

ph n ứng trùng ngưng po ym

t o thành

u trú po ym vô ơ.
1.2.2. Cơ chế polyme hóa trực tiếp
GS P attfort ủa Đ i họ Brux

s (Bỉ)

sét cao lanh, tên là kaolinit gồm ó 2 : 1
i n t h âm. Bằng
ủa

nhôm

hứng minh rằng h t tinh ho ng

si i và một

nhôm. C hai

h ùng xút NaOH hoặ tương ương người ta huỷ ơ

iến i n t h âm ủa nó thành i n t h ương. Tinh th

i ó 2 ầu âm ương ối nghị h nhau như một h t nam hâm
ộng ết nối

ều ó

i với nhau

u

ao init còn

nhỏ. Chúng t

ầu âm (-) với ầu ương (+) t o ra một phân tử s i ài

vô tận ớn ằng 10000 ần phân tử àm nên ao init gọi à một po ym vô ơ.
ho
ùng

Đây à iều mà ngành ho họ

ổ i n hưa h m ph ra. Về h t ư ng s

t o ra ộ ứng hông thua g

t và xi măng. C i

t t p t i hỗ vừa hứa

po ym vô ơ
s ph t minh

t ùn vừa

àm ê tông po ym
a trên một hoa họ

t sét

ùng

i ủa qu tr nh à ó th
t này và h t ho t hóa

thay thế ho ê tông xi măng Port an . Do
ơ

n mới tứ

à ê tông t o thành o ết nối

ằng i n t h hứ hông ph i ằng qu tr nh ết tinh nên nó ư
một ông ngh mới trong xây

ng giao thông y tế ông nghi p.

Hình 1.2. Cơ chế polyme hóa trực tiếp

11

ông nhận à


1.2.3. Cơ chế polyme hóa gián tiếp
Trong thập niên 50 ủa thế ỷ 20
vôi tôi với
ên trong

nhà hoa họ

t sét. Họ nhận th y rằng ưới
t sét hi n ra nh ng s i

nh hi n vi i n tử

m nh

an

21, chúng ta mới nhận ra ó à nh ng s i po ym
ần phân tử

ết ứng ủa

t sét hóa

nhờ

n nhau. Về sau vào ầu thế ỷ
t sét – vôi –

t sét ài ộ 10000

t sét. S hóa ứng à một s po ym hóa vô ơ ở nhi t ộ thường.

Đ t h t mịn và vật i u h t mịn như
t h âm trên toàn h t

ương (

ập i s

ó à

h t này hỉ ó i n

anion thiên nhiên. Nếu ưa vào ó

ation im o i) th

huỗi po ym . Cùng ú

t sét trở xuống

ation này sẽ nối với

ó nó t o ra s

ết

nh ằng

i nt h

anion t o thành

h thu n p thêm

ation

khác vào. Chuỗi anion – cation – anion… à một huỗi po ym vô ơ.

Hình 1.3. Cơ chế polyme hóa gián tiếp
Như vậy s po ym hóa ủa
xi măng Port an
vào àm nướ

t sét t o ê tông ngư

à: po ym hóa ẩy nướ

ết tinh ên trong. Sở ĩ ó s

ns

ết tinh ủa

ết tinh hóa hút nướ

ẩy nướ ra ngoài như vậy à o gi a

ày 0 2 m. Khi màng mỏng nướ này ị

h t sét và h t vôi ó hai màng mỏng nướ
m t i h t

i ra ngoài

i với s

t sét và h t vôi vốn à từ t nh âm ( t sét) và từ t nh ương (vôi) ết

nh i với nhau t o thành po ym . Muốn ẩy nướ

i hỏi

h t trên ần ó

nén hoặ phơi hô hay s y hô.
1.2.4. Một số nghiên cứu và ứng dụng công nghệ geopolyme
Theo Davidovits [18]

thống kê các d ng ứng dụng ch t kết dính geopolyme nói

chung có th như sau:
 T m kết c u gỗ chống cháy

 Kết c u chống sốc nhi t

 Vật li u xây d ng thô

 Ứng dụng àm huôn ú nhôm

 T m tường và pan

 Bê tông và ch t kết dính geopolyme

h i n

12


 S n xu t

 Vật li u c n lửa và gia cố sửa ch a

nhân t o trang trí

 T m panel bọt cách nhi t

 Vật li u chống cháy công ngh cao

 G ch không nung

dung trong máy bay hoặc ô tô

 Kết c u chịu lửa

 Vật li u nh a công ngh cao

Ở Mỹ, ứng dụng chủ yếu của ch t kết dính geopolyme là s n xu t xi măng
geopolyme óng rắn nhanh (Pyrament Blended Cement – PBC). PBC

ư c

nghiên cứu s n xu t và ứng dụng trong các sân bay quân s từ nh ng năm 1985.
Sau ó PBC ư c dùng nhiều trong sửa ch a ường bằng bê tông, sàn nhà công
nghi p

ường cao tốc. Lo i xi măng này ó th

óng rắn. Một lo i xi măng g opo ym

h

măng g opo ym bền axit. Năm 1997

t ường ộ 20Mpa sau 4 – 6 giờ
ũng ư c nghiên cứu sử dụng là xi

ông ty Z o t h orp

thành s n phẩm bê tông geopolyme bền axit. S n phẩm này

thương m i hóa
ư c dùng nhiều

trong các nhà máy hóa ch t và th c phẩm.
Ở Úc, bê tông geopolyme
thanh tà vẹt ú sẵn

và ang ứng dụng trong th c tiễn như: C

ường ống cống và các lo i c u ki n ê tông ú sẵn khác

trong xây d ng. Với ặc tính tốt nh t của các kết c u ú sẵn à ho ường ộ cao
sau hi ư c b o ưỡng hơi nước hoặ

ưỡng hộ nhi t [24, 27]. Trong báo cáo về

quá trình s n xu t các thanh tà vẹt bê tông geopolyme trên ơ sở geopolyme tro bay,
Palomo và cộng s cho rằng các kết c u bê tông geopolyme có th dễ àng ư c
s n xu t bằng nh ng công ngh s n xu t bê tông hi n t i mà không cần ph i thay
ổi lớn nào. Một số nhà nghiên cứu h

ũng

s n xu t các s n phẩm ống cống

bê tông geopolyme cốt thép ú sẵn ó ường kính từ 375 – 1800 mm; các cống
hộp bê tông geopolyme cốt thép ó

h thước 1200x600x1200 mm [24]. Kết qu

nghiên cứu cho th y, kh năng hịu môi trường nước th i xâm th c r t tốt và tương
ương s n phẩm ê tông xi măng.
Bê tông geopolyme có ho t tính kiềm ũng
nhãn hi u kinh doanh E-Cr t ™. E-Cr t

ư

thương m i hóa ở Úc với

ư c tái chế từ tro bay và xỉ lò cao cùng

với các ho t tính kiềm thích h p và hi n có sẵn ở d ng ú sẵn và trộn sẵn. Các s n
phẩm ú sẵn của E-Crete chủ yếu như: C

13

pan

ú sẵn, các ống nắp và ế cống;


cống hộp, b xí t ho i, hố thu rác, g ch lát vỉa hè; t m ốp lát trang trí hoặc cách
âm,…[11].
Ở Vi t Nam mới chỉ có 1 d ng s n phẩm thương m i có nguồn gốc từ bê
tông geopolyme là g h

t hông nung. Tuy nhiên hưa ư c sử dụng rộng rãi

trong các công trình xây d ng. Đ

ó một số nghiên cứu ướ

ầu về bê tông

geopolyme như ê tông hịu lửa hông xi măng ủa nhóm nghiên cứu ở Vi n Vật
li u Xây d ng [12]. BTCL hông xi măng

a trên liên kết rho-alumina – tên

thương phẩm là alphabond 300, so với BTCL t xi măng à ông ngh chế t o ơn
gi n, thời gian sử dụng của vật li u này tăng tính ch t ơ nhi t tốt như tăng nhi t
ộ biến d ng ưới t i trọng và tăng ộ bền uốn ở nhi t ộ cao. Nhóm nghiên cứu
hế t o thành ông BTCL hông xi măng ứng dụng thử vào th c tế. Một nghiên
cứu khác về ứng dụng của ch t kết dính geopolyme là s n xu t vật li u không

nung từ phế th i tro bay và xỉ
nghiên cứu

xây

ao ũng ư c th c hi n năm 2011. Kết qu

ng ư c quy trình s n xu t vật li u g ch block bê tông

geopolyme ó ường ộ nén

t >10Mpa, có giá thành rẻ hơn g ch block bê tông

xi măng ốt li u kho ng 15% [4].
1.3. Tổng quan về cao lanh
1.3.1. Khái niệm chung
Cao lanh là lo i khoáng vật sét màu trắng, dẻo, mềm ư c c u thành bởi
kaolinit và một số khoáng vật h

như i it montmori onit th h anh…sắp xếp

thành tập h p lỏng lẻo trong ó ao init quyết ịnh ki u c u t o 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 ư ng riêng 2,58 – 2,60
g/cm3; ộ cứng theo thang Mohs kho ng 1; nhi t ộ nóng ch y: 1750 – 1787oC. Khi
nung nóng, kaolinit có hi u ứng thu nhi t kho ng 510 – 600oC iên quan ến s m t
nước kết tinh và hi n tư ng hông ịnh hình của khoáng vật. Hai hi u ứng to nhi t
960 – 1000oC và 1200oC iên quan ến quá trình mulit hoá của các s n phẩm
ao init hông ịnh hình, với hi u ứng 1200oC là quá trình kết tinh của oxit silic

14


hông ịnh h nh
trắng

t o thành cristobalit. Các tinh th (h t) của ao init thường màu

ôi hi ỏ, nâu hoặc xanh nh t. Chúng là các tinh th bông (giống tuyết) hay

phiến nhỏ có hình d ng 6 c nh, hay t m to tia d ng ống hoặc khối rắn chắc.
Trong công nghi p, cao lanh ư c sử dụng trong nhiều ĩnh v c khác nhau,
như gốm sứ, vật li u mài, s n xu t nhôm phèn nhôm

ú

vật li u chịu lửa, ch t

ộn sơn ao su gi y xi măng trắng,…[31].

Hình 1.4. Cấu trúc của cao lanh
Đặc điểm cấu trúc: kaolinit có c u trúc lớp với hai

( ư c ký hi u là 1/1

hay T – O, gồm một lá tứ di n và một lá bát di n) trong ó

tứ di n SiO4 gắn với

một lá bát di n Al(O,OH)6 với các nút m ng ở tâm là ion Al3+. Các anion oxi (O2-)

óng vai trò ion liên kết ở hai ỉnh trên (gắn với các tứ di n), còn t i vị trí của hai
ỉnh phía ưới và hai ỉnh bên c nh là các nhóm (OH-). Tổng h p các tầng này là
trung hòa về i n tích trong một ơn vị ô m ng ơ sở {Al4(OH)8[Si4O10]} trong ó
12 i n tích ương của 4 ation nhôm(III) ư c trung hoà bằng 6 i n tích âm của
lá tứ di n silic cộng với 6 i n tích âm của nhóm (OH)-. Đặ
này là mứ

i m của c u trúc ki u

ộ gắn kết khá chặt chẽ, dẫn ến khoáng vật có c u trúc khá bền về mặt

hoá học (khó bị phong ho hơn) các khoáng vật sét có ki u c u trúc khác. Trong c u
trúc lớp hai lá của các khoáng vật sét, gi a các lớp thường không có các cation kim
lo i kiềm (hoặc kiềm thổ) óng vai tr

iên ết, do vậy lá bát di n của lớp thứ nh t

15