NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY LÀM PHỤ GIA XỬ LÝ BÙN ĐỎ TẠO CHẤT KẾT DÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP GEOPOLYMER by Dạy Kèm Quy Nhơn Official

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY LÀM PHỤ GIA XỬ LÝ BÙN ĐỎ TẠO CHẤT KẾT DÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP GEOPOLYMER

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. 1

MỤC LỤC

U Y

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................. 2

1.1. Bùn đỏ ........................................................................................................................ 2

1.2. Tro bay ..................................................................................................................... 13

ẠO

1.3. Cát............................................................................................................................ 18

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

1.4. Phụ gia ..................................................................................................................... 19

1.5. Geopolymer .............................................................................................................. 19

H Ư

1.6. Các phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 26

TR ẦN

CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 35 CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................... 40

10 00

3.1. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tro bay và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1 40 3.1.1. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 30:70 và phụ gia khi tỉ lệ

hỗn hợp/cát là 1:1 ............................................................................................................ 40

3.1.2. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 40:60 và phụ gia khi tỉ lệ

Í-

hỗn hợp/cát là 1:1 ............................................................................................................ 40

-L

3.1.3. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 50:50 và phụ gia khi tỉ lệ

ÁN

hỗn hợp/cát là 1:1 ............................................................................................................ 42

3.1.4. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 60:40 và phụ gia khi tỉ lệ

IỄ N

ÀN

hỗn hợp/cát là 1:1 ............................................................................................................ 43 3.1.5. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 70:30 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1 ............................................................................................................ 43 3.2. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tro bay và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 45 3.2.1. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 30:70 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 ............................................................................................................ 45

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

3.2.2. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 40:60 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 ............................................................................................................ 45

hỗn hợp/cát là 1:2 ............................................................................................................ 47

3.2.3. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 50:50 và phụ gia khi tỉ lệ

U Y

3.2.4. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 60:40 và phụ gia khi tỉ lệ

hỗn hợp/cát là 1:2 ............................................................................................................ 48

3.2.5. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 70:30 và phụ gia khi tỉ lệ

ẠO

hỗn hợp/cát là 1:2 ............................................................................................................ 48

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

3.3. Khảo sát sự thông đổi các thông số phối liệu............................................................. 50

3.3.1. Kết quả phân tích IR .............................................................................................. 51

H Ư

3.3.2. Kết quả phân tích X-ray ......................................................................................... 55

TR ẦN

3.3.3. Kết quả phân tích SEM .......................................................................................... 55 CHƯƠNG 4 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 57

4.1. Kết luận .................................................................................................................... 57

10 00

4.2. Kiến nghị .................................................................................................................. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 58

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 59

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.2 - Khai thác bauxit trên thế giới (đơn vị tính 1000 tấn) ......................................... 6

Bảng 1.1 - Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020 ...................................................... 4

Bảng 1.3 - Thành phần hóa học của bùn đỏ ..................................................................... 12

U Y

Bảng 1.4 - Thành phần hóa học của tro bay ..................................................................... 13

Bảng 1.5 - Hệ số điều chỉnh (δ) cường độ nén theo kích thước mẫu thử ........................... 33 Bảng 3.1 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 30:70 và

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1 ................................................................................... 40

Bảng 3.2 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 40:60 và

H Ư

phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1 ................................................................................... 41 Bảng 3.3 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 50:50 và

TR ẦN

phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1 ................................................................................... 42 Bảng 3.4 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 60:40 và

phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1 ................................................................................... 43

10 00

Bảng 3.5 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 70:30 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1 ................................................................................... 43

Bảng 3.6 - Thông số phối liệu tốt nhất cho tỉ lệ hỗn hợp:cát là 1:1 ................................... 44

Í-

Bảng 3.7 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 30:70 và

-L

phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 ................................................................................... 45

ÁN

Bảng 3.8 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 40:60 và

phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 ................................................................................... 46

IỄ N

ÀN

Bảng 3.9 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 50:50 và

phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 ................................................................................... 47 Bảng 3.10 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 60:40 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 ................................................................................... 48 Bảng 3.11 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 70:30 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 ................................................................................... 48

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Bảng 3.12 - Thông số phối liệu tốt nhất cho tỉ lệ hỗn hợp:cát là 1:2 ................................. 49 Bảng 3.13 - Thông số phối liệu tốt nhất ........................................................................... 50

Bảng 3.15 – Các bước sóng dao động của bùn đỏ ............................................................ 52

Bảng 3.14 - Kết quả thay đổi thành phần phối liệu ........................................................... 51

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

Bảng 3.16 - Các bước sóng dao động của geopolymer ..................................................... 54

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.2 - Bùn đỏ ............................................................................................................ 13

Hình 1.1 - Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp kiềm Bayer .................... 10

Hình 1.3 - Tro bay ........................................................................................................... 14

U Y

Hình 1.4 - Nguyên liệu cát thô ......................................................................................... 19

Hình 1.5 - Nhiễu xạ tia X................................................................................................. 27

ẠO

Hình 1.6 - Cấu tạo máy đo độ bền uốn ............................................................................ 30

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Hình 1.7 - Máy đo độ bền uốn ......................................................................................... 32

Hình 1.8 - Máy đo cường độ nén Servo Plus Evolution.................................................... 34

H Ư

Hình 2.1 - Quy trình thực nghiệm .................................................................................... 35

TR ẦN

Hình 2.2 - Khuấy trộn ...................................................................................................... 36 Hình 2.3 - Đúc mẫu ......................................................................................................... 37

Hình 2.4 - Dưỡng hộ ở nhiệt độ phòng ............................................................................ 37

10 00

Hình 2.5 - Chưng áp ........................................................................................................ 38

Hình 2.6 - Sản phẩm đạt…………………………………………………………………..38

Hình 2.7 - Sản phẩm nứt gãy ........................................................................................... 39

Í-

Hình 3.1 - Phổ IR bùn đỏ ................................................................................................. 52

-L

Hình 3.2 - Phổ IR của mẫu ............................................................................................. 53

ÁN

Hình 3.3 - X-ray của mẫu ................................................................................................ 55

IỄ N

ÀN

Hình 3.4 - SEM của mẫu ................................................................................................. 56

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

LỜI NÓI ĐẦU

xuất khoảng 7 triệu tấn alumin tưởng đương với việc thải ra môi trường 10 triệu tấn

Với quy hoạch phát triển bauxite ở Tây Nguyên đến năm 2015 mỗi năm sản

bùn đỏ. Đến năm 2025 là 15 triệu tấn alumin tương đương với 23 triệu tấn bùn đỏ

U Y

và cứ như thế sau 10 năm sẽ có 230 triệu tấn bùn đỏ và với quy hoạch các nhà máy

alumin ở Việt Nam có thời gian hoạt động là 50 năm sẽ có 1,15 tỷ tấn bùn đỏ tồn

ẠO

đọng trên Tây Nguyên.

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Hiện nay chính phủ đang khuyến khích sử dụng các vật liệu không nung để

giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ nguồn tài nguyên đất sét. Tuy nhiên đa số

vật liệu không nung hiện nay là vật liệu làm từ xi măng, để sản xuất ra xi măng cần

H Ư

phải trải qua một quá trình nung ở nhiệt độ cao, tiêu tốn một lượng đá vôi cao lanh

TR ẦN

và quá trình sản xuất cũng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Từ đặc tính của bùn đỏ là chứa hàm lượng oxit sắt và kiềm cao trong khi đó tro bay thì có nhiều oxit silic vô định hình và oxit nhôm nên chọn hướng geopolymer hóa. Hai loại vật liệu

10 00

này kết hợp để tạo ra một loại vật liệu đóng rắn ở nhiệt độ không quá cao và đặc biệt là tận dụng được các loại vật liệu phế thải tại địa phương nên rất thích hợp cho

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

nhu cầu xây dựng nhà ở của người dân có thu nhập thấp ở Tây Nguyên.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bùn đỏ là chất thải không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất alumin. Bùn

1.1. Bùn đỏ

U Y

đỏ bao gồm các thành phần không thể hòa tan, trơ và khá bền vững trong điều kiện

phong hóa như Hematit, Natrisilicat, Aluminate, Canxi-titanat, Mono-hydrate

nhôm… và đặc biệt là có chứa một lượng xút, một hóa chất độc hại dư thừa từ quá

ẠO

trình sản xuất alumin. Trong quá trình sản xuất, các nhà sản xuất sẽ phải cố gắng tối

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

đa để thu hồi lượng xút dư thừa để giảm thiểu chi phí tài chính và bảo vệ môi

trường. Tuy nhiên, lượng xút dư thừa vẫn có thể gây độc hại, nguy hiểm cho con

người, vật nuôi và cây trồng nếu bị phát tán ra ngoài. Cho đến nay, trên thế giới đã

H Ư

có một số công trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ (làm vật liệu xây dựng…) nhưng

TR ẦN

vẫn chưa có các giải pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề này. Cách thức phổ biến về xử lý bùn đỏ vẫn là xây hồ chứa hoặc chôn cất bùn đỏ ở nơi hoang vắng, gần bờ

biển, xa các vùng đầu nguồn các sông suối và các mạch nước ngầm.

10 00

Như vậy, nếu các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hồ bùn đỏ không đảm bảo, nguy cơ như vỡ đập, hoặc sự cố tràn (khi lượng mưa quá lớn đột xuất) vẫn sẽ là mối

nguy thường trực hàng ngày. Một vấn đề về ô nhiễm môi trường khác cũng cần

được quan tâm đó là bùn thải quặng đuôi trong quá trình tuyển quặng. Cùng với

-L

Í-

nước trong quá trình tuyển quặng, lượng bùn thải này sẽ trôi xuống các con suối, con sông và như bài học kinh nghiệm rút ra từ Tĩnh Tây, Quảng Tây, Trung Quốc

ÁN

các con suối sẽ trở nên ‘nhuộm’ một màu đỏ (màu đỏ là màu của đất đỏ bazan).

IỄ N

ÀN

Nguy cơ ô nhiễm lưu vực sông sẽ trở nên lớn hơn. Sản xuất hydroxit nhôm từ công nghệ Bayer luôn phát sinh một lượng chất

thải bùn đỏ lớn. Loại bùn này rất chậm đóng rắn và phải 20 năm lưu giữ mới có thể di chuyển trên nền bùn được. Đặc biệt, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài, không đảm bảo kỹ thuật. Ở một số nước trên thế giới, trước đây người ta thường bơm bùn xuống đáy sông, đáy biển hay ngăn một phần vịnh biển để chứa bùn thải. Tuy nhiên, hiện nay

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

các biện pháp này đều bị nghiêm cấm vì nó phá hủy hoàn toàn môi trường sống của các sinh vật đáy thủy vực. Ở Australia bùn đỏ được thải vào sa mạc.

giới đã có nhiều ứng dụng từ bùn đỏ, trong đó tập trung vào 3 lĩnh vực như: chất

Từ năm 1945, nước Anh đã sử dụng bùn đỏ làm chất keo tụ. Hiện nay, trên thế

U Y

phụ gia trong xi măng, sản xuất vật liệu xây dựng, điều chế quặng sắt.

Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các bước

chính sau:

ẠO

+ Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ bằng cách tái

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc trung hoà bằng nước biển (trường hợp nhà

máy đặt cạnh biển) hoặc trung hoà bằng CO2

H Ư

+ Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường

TR ẦN

Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng (gạch, ngói, bê tông...), làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác...

Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo

10 00

các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu,

thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp.

Í-

1.1.1. Sản xuất alumin và xử lý bùn đỏ

-L

1.1.1.1. Tình hình sản xuất

ÁN

Trên thế giới, nhôm là một trong 4 kim loại màu cơ bản được sử dụng nhiều

trong các ngành công nghiệp quan trọng như chế tạo thiết bị điện, phương tiện vận

IỄ N

ÀN

tải, xây dựng, chế tạo máy, vũ khí, vật liệu bao gói, đồ đựng nước uống giải khát và

sản xuất đồ gia dụng. Tổng tài nguyên khoáng sản bauxit trên thế giới ước đạt 75,2 tỷ tấn, phân bố chủ yếu tại các quốc gia nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó Ghi nê, Australia và Việt Nam là các quốc gia có trữ lượng bauxit lớn nhất. Tổng lượng tiêu thụ nhôm nguyên sinh trên thế giới năm 2007 đạt 38 triệu tấn và dự báo sẽ tăng lên 51,8 triệu tấn năm 2012 và đạt 74,9 triệu tấn vào năm 2020.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Trong khi đó, theo dữ liệu nghiên cứu của Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới (WBMS) thì sản xuất nhôm của thế giới năm 2007 đạt 38,02 triệu tấn, năm 2008 đạt

trường nhôm sẽ xảy ra dư thừa từ 0,1 - 1,8 triệu tấn/năm, nhưng đến giai đoạn từ

41,9 triệu tấn và đến năm 2020 có thể đạt 78,5 triệu tấn. Từ năm 2008 đến 2011 thị

2012 đến 2020, nhôm sẽ rơi vào tình trạng thiếu hụt khoảng từ 0,3 triệu tấn đến 2,6

U Y

triệu tấn/năm.

Theo đánh giá của AOA VAMI RUSAL (Nga), sản lượng alumin (nhôm ôxít) của thế giới năm 2007 đạt 74,7 triệu tấn, tăng 6,9% so với năm 2006 và tăng 40,1%

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

so với năm 2000. Sự tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng alumin đạt được là do nhu cầu

về nhôm tăng mạnh, đặc biệt là từ nhu cầu của Trung Quốc và các quốc gia thuộc

Mỹ La tinh. Cũng theo dự báo của RUSAL sản lượng alumin trên thế giới giai đoạn

H Ư

2008-2014 sẽ tăng khoảng 50 triệu tấn. Phần lớn alumin được giao dịch trên thị

TR ẦN

trường Thế giới thông qua những hợp đồng dài hạn, chỉ có một phần nhỏ, khoảng 10% tham gia vào thị trường trôi nổi. Giá alumin trên thị trường dao động bằng khoảng từ 11-15% so với giá nhôm. Nhóm Broc Hunt nghiên cứu thị trường alumin

10 00

Thế giới và cho ra một dự báo dài hạn về thị trường alumin đến năm 2020 theo bảng dưới đây:

Bảng 1.1 - Dự báo về thị trường alumin đến năm 2020

2011

90.0

97.7

100.5 104.0 107.0 113.4 118.3 126.8 129.3 148.7

82.4

88.4

95.7

99.4

1.3

1.6

2.0

1.1

83.7

lượng

2010

-L

Sản

2009

ÁN

2008

Nhu

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2020

101.8 107.5 113.1 118.8 127.1 130.3 148.3

IỄ N

ÀN

cầu

Í-

Đơn vị: Triệu tấn

Thừa/ Thiếu

2.1

-0.5

0.3

-0.5

-0.3

-1.0

0.4

Bauxit là một trong những tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên Trái đất. Từ bauxit có thể thu hồi alumin (Al2O3), rồi tiếp tục điện phân sẽ thu hồi aluminium

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

(nhôm kim loại). Những khoáng vật chủ yếu của bauxit là: gippsite, diaspore, boehmite là một biến dạng đa hình của diaspore. Khoảng 96% bauxit khai thác

công nghiệp khác như: Sản xuất vật liệu chịu lửa, gốm sứ, vật liệu mài-đánh bóng,

được sử dụng trong ngành luyện kim, 4% còn lại được sử dụng trong các ngành

U Y

đá trang sức nhân tạo...

Hơn 90% sản lượng alumin (được gọi là alumin luyện kim) được sử dụng làm

nguyên liệu cho quá trình điện phân để sản xuất nhôm kim loại, 10% còn lại được sử dụng trong công nghiệp hoá chất và các ngành công nghiệp khác.Nguồn quặng

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

bauxit toàn thế giới ước tính khoảng 55-75 tỷ tấn, trong đó châu Phi chiếm 33%;

châu Đại Dương 24%; Nam Mỹ và vùng Caribê 22%; châu Á 15%; các nơi khác là

H Ư

6%.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

Tình hình sản xuất bauxit trên thế giới được thể hiện ở bảng sau:

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Bảng 1.2 - Khai thác bauxit trên thế giới (đơn vị tính 1000 tấn) Trữ lượng

Trữ lượng

2007

2008

khai thác

ban đầu 40 000

Sản lượng khai thác

Quốc gia

20 000

Australia

62400

63 000

5 800 000

Braxin

24 800

25 000

1 900 000

2 500 000

Trung Quốc

30 000

32 000

ẠO

Hoa Kỳ

700 000

2 300 000

Hy Lạp

2 220

2 200

600 000

650 000

Guinea

18 000

7 400 000

8 600 000

Guyana

1 600

700 000

900 000

Ấn Độ

19 200

20 000

770 000

1 400 000

Jamaica

14 600

15 000

2 000 000

2 500 000

Kazakhstan

4 800

360 000

450 000

6 400

200 000

250 000

Suriname

4 900

4 500

580 000

600 000

Venezuela

5 900

320 000

350 000

Việt Nam

2 100 000

5 400 000

Các nước khác

7 150

6 800

3 200 000

3 800 000

Tổng cả thế giới

205 000

27 000 000

38 000 000

Đ G

H Ư

TR ẦN

10 00 A

7 900 000

U Y

Í-

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

IỄ N

-L

ÀN

ÁN

Nga

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

202 000

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1.1.1.2. Công nghệ sản xuất alumin Trong công nghiệp, có một số công nghệ sản xuất alumin tùy theo loại nguyên

được sản xuất từ quặng bauxit, 10% từ quặng nephelin và alunit, 5% từ các nguyên

liệu và chất lượng nguyên liệu. Hiện tại và trong tương lai, 85% alumin trên thế giới

U Y

liệu khác. Điều đó cho thấy bauxit vẫn là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất trong

sản xuất alumin nói riêng và sản xuất nhôm nói chung.

Nếu nguyên liệu là bauxit chất lượng tốt (tỷ lệ Al2O3/SiO2 >= 7), hàm lượng

ẠO

SiO2 thấp, thì có thể áp dụng công nghệ Bayer. Nếu là bauxit chất lượng trung bình,

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

có thể áp dụng phương pháp kết hợp Bayer - thiêu kết song song hoặc nối tiếp. Nếu

là bauxit chất lượng xấu, hàm lượng SiO2 cao, có thể áp dụng phương pháp thiêu

H Ư

kết đơn thuần. Hiện tại và dự báo trong tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin trên thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ Bayer.

TR ẦN

Quá trình sản xuất alumin thực chất là quá trình làm giàu Al2O3, nhằm tách lượng Al2O3 trong bauxit ra khỏi các tạp chất khác (các ôxít…). Alumin luyện kim

được chuyển hoá trong quá trình điện phân trong bể muối cryolite nóng chảy

10 00

(Na3AlF6) để thành nhôm kim loại.

- Sản xuất alumin bằng phương pháp hoả luyện

Trong số các phương pháp hỏa luyện thì phương pháp thiêu kết bauxit với

Í-

Na2CO3 có sự tham gia của CaCO3 (gọi là phương pháp soda-vôi) là phương pháp

-L

kinh tế và được ứng dụng trong công nghiệp. Phương pháp thiêu kết dùng để xử lý

ÁN

quặng bauxit có chất lượng trung bình hoặc kém (hàm lượng SiO2 cao) mà nếu xử

Nguyên lý của phương pháp hỏa luyện là: Thiêu kết hỗn hợp bauxit + Na2CO3 +

CaCO3 trong lò quay ở nhiệt độ 1200oC để thực hiện các phản ứng sau:

IỄ N

ÀN

lý bằng công nghệ Bayer (công nghệ thủy luyện) thì không có hiệu quả kinh tế.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2 SiO2 + 2 CaCO3 = 2 CaO.SiO2 + 2CO2

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

NaAlO2 rắn là sản phẩm từ thiêu kết, dễ tan trong nước. Còn 2CaO. SiO2 không tan trong nước và đi vào cặn thải (bùn thải).

Phương pháp thiêu kết có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp với phương pháp

U Y

- Sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer (phương pháp thuỷ luyện)

Bayer: song song hoặc nối tiếp.

Công nghệ Bayer được Karl Bayer phát minh vào năm 1887. Khi làm việc ở

Saint Petersburg, Nga ông đã phát triển từ một phương pháp ứng dụng alumin cho

ẠO

ngành công nghiệp dệt (nó được dùng làm chất ăn mòn trong nhuộm sợi bông), vào

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

năm 1887 Bayer đã phát hiện rằng nhôm hydroxit kết tủa từ dung dịch kiềm ở dạng

tinh thể và có thể tách lọc và rửa dễ dàng, trong khi nó kết tủa bởi sự trung hòa dung

H Ư

dịch trong môi trường axít, thì ở dạng sệt và khó rửa sạch.

TR ẦN

Vài năm trước đó, Louis Le Chatelier, nhà bác học Pháp trong lĩnh vực hoá học và luyện kim đã phát triển phương pháp tạo ra alumin khi nung bauxit trong natri cacbonat, Na2CO3, ở 1200°C, tạo ra natri alumint (NaAlO2)và nước, sau đó tạo

10 00

kết tủa nhôm hydroxit bằng carbon dioxide, CO2, tiếp theo nhôm hidroxit được đem đi lọc và làm khô. Quá trình này đã không được sử dụng khi phương pháp của

Bayer ra đời.Công nghệ Bayer trở nên rất quan trọng trong ngành luyện kim cùng

với những phát minh về điện phân nhôm vào năm 1886. Cùng với phương pháp xử

Í-

lý bằng xyanua được phát minh vào năm 1887, công nghệ Bayer đã hình thành

-L

ngànhluyện kim bằng nước hiện đại.

ÁN

Ngày nay, công nghệ này vẫn không thay đổi và nó tạo ra hầu hết các sản

phẩm nhôm trung gian trên thế giới.Để chuyển từ bauxit thành alumin, người ta

IỄ N

ÀN

nghiền quặng và trộn với đá vôi và sođa cốt tích, bơm hỗn hợp này vào bình chứa áp lực cao, rồi nung lên. Nhôm ôxít bị phân giải bằng sođa cốt tích, sau đó kết tủa, rửa, và nung để tách nước ra. Thành phẩm là bột màu trắng mịn hơn muối ăn mà ta gọi là alumin. Công nghệ Bayer là phương pháp sản xuất chính tinh luyện quặng thô bauxit để sản xuất ra quặng tinh alumin.Trong bauxit có đến 30-54% là alumin,

Al2O3, phần còn lại là các silica, nhiều dạng ôxít sắt, và điôxít titan. Alumin phải

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

được tinh chế trước khi có thể sử dụng để điện phân sản xuất ra nhôm kim loại. Trong quy trình Bayer, bauxit bị chuyển hóa bởi một luồng dung dịch natri hydroxit

dịch hydroxit theo phản ứng sau:

(NaOH) nóng lên tới 175°C để trở thành hydroxit nhôm, Al(OH)3 tan trong dung

U Y

Al2O3 + 2OH− + 3H2O → 2[Al(OH)4]−

Các thành phần hóa học khác trong bauxit không hòa tan theo phản ứng trên

được lọc và loại bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ, quặng đuôi hay đuôi quặng

ẠO

của loại quặng bauxit.Chính thành phần bùn đỏ này gây nên vấn đề môi trường liên

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

quan đến đổ thải, giống như các loại quặng đuôi của các khoáng sản kim loại màu

nói chung. Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và hydroxit nhôm ở dạng

H Ư

hòa tan phân lắng tạo thành một dạng chất rắn,bông, có màu trắng. Khi được nung alumin và giải phóng hơi nước:

TR ẦN

nóng lên tới 1050°C (quá trình canxit hóa), hydroxit nhôm phân rã vì nhiệt trở thành

2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O

10 00

Công nghệ Bayer có thể khái quát gồm các công đoạn sau: - Bauxit được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al2O3 được tách ra trong

dạng NaAlO2 hoà tan và được tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là bùn đỏ mà chủ

yếu là các ôxít sắt, ôxít titan, ôxít silic…).

Í-

- Dung dịch aluminate, NaAlO2 được hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho mầm

-L

Al(OH)3 để kết tủa.

ÁN

- Sản phẩm Al(OH)3 cuối cùng được lọc, rửa và nung để tạo thành Al2O3 thành

IỄ N

ÀN

phẩm.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ kiềm Bayer được giới thiệu trong hình dưới

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

đây:

Hình 1.1- Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương ng pháp kiềm Bayer

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Trong quá trình sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer, tùy theo thành phần khoáng vật của bauxit mà công nghệ Bayer được chia thành 2 phương pháp

khác nhau:

- Công nghệ Bayer châu Mỹ

U Y

Được áp dụng nếu Al2O3 của bauxit ở dạng gippsite (trihydrate Al2O3. 3H2O),

có thể được hoà tách dễ dàng. Bauxit này thường được hòa tách ở nhiệt độ tối đa

140-1450C trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm thấp (120-140g/l Na2O).

ẠO

- Công nghệ Bayer châu Âu

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Được áp dụng nếu Al2O3 của bauxit ở dạng boehmite và diaspore

(monohydrate Al2O3.H2O), phải hòa tách ở nhiệt độ cao hơn 200oC (240 - 250oC

H Ư

trong các nhà máy hiện đại và có chất xúc tác đối với quặng diaspore) và trong dung

1.1.1.3. Tính chất của bùn đỏ

TR ẦN

dịch hòa tách có nồng độ kiềm cao hơn (180-250g/l Na2O).

Nguồn gốc của bùn đỏ được lấy từ nhà máy hóa chất cơ bản miền Nam, thành

10 00

phố Hồ Chí Minh.

- Bản chất tự nhiên của bùn đỏ

Bùn đỏ hoặc quặng thải bauxit là cách gọi chất thải từ quá trình hoà tách

Í-

khoáng sản alumin ngậm nước của bauxit. Bauxit được hoà tách với dung dịch kiềm

-L

NaOH. Lượng Al2O3 hoà tan trong kiềm và được tách ra khỏi cặn không hoà tan,

ÁN

gọi là bùn đỏ.

Bùn đỏ về cơ bản vẫn là các nguyên tố có trong thành phần bauxit không hoà

IỄ N

ÀN

tan trong kiềm, nguyên tố có thêm là thành phần Na (vì sử dụng kiềm để hoà tan),

hoặc Ca (nếu công nghệ có sử dụng CaO làm chất xúc tác với lượng ít), bùn đỏ này được tận dụng nhằm mục đích bổ sung thành phần hạt mịn cũng như bổ sung oxit nhôm cho quá trình geopolymer hóa. Bùn đỏ có khuynh hướng trở nên nứt nẻ và vỡ khi khô. Trong quá trình làm khô bùn đỏ, bụi bùn đỏ bay lên khi có gió.Nếu bùn đỏ được tạo ra ở dạng vụn và đã

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

được làm khô sẽ không bốc bụi. Mưa thấm vào các bùn khô chỉ ở mức độ tối thiểu. Nếu dòng dung dịch đáy có hàm lượng chất rắn cao từ thiết bị rửa hoặc thiết bị cô

Khối lượng và chất lượng bùn đỏ, hàm lượng caustic của pha lỏng (dung dịch

đặc xuất hiện thì xu hướng bốc bụi không xảy ra với bùn đỏ.

U Y

bám dính đi theo bùn đỏ) rất khác nhau tại các nhà máy luyện alumin khác nhau.

Khối lượng bùn đỏ dao động từ 0,4 tấn đến 2 tấn (tấn khô) cho một tấn alumin sản

phẩm, trước tiên phụ thuộc vào chất lượng bauxite đầu vào cấp cho nhà máy.

CaO

Na2O

TiO2

31,26

6,17

0,41

6,64

6,73

Cr2O3

SiO2

P2O5

SO3

0,24

0,44

0,15

Al2O3 Fe2O3 47,44

phần

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Thành

ẠO

Bảng 1.3 - Thành phần hóa học của bùn đỏ

0,22

- Hợp chất khoáng hoá của bùn đỏ

TR ẦN

Hàm lượng oxit sắt khá cao 47,44 % sẽ mang lại màu sắc đỏ cho gạch không nung.

10 00

Các hợp chất khoáng hoá sau đây được tìm thấy trong bùn đỏ: gibbsite, boehmite, diaspore, hematite, alumo-goethite, magnetite, maghmite, kaolinite,

quarts, chamosite, sodium-aluminium-hydrosilicats (sodalite, cancrinite, v.v…),

anatase, rutile, Ca(Mg, Al, Fe) titanates, calcium-alumo-silicate. Hai hợp chất sau

Í-

cùng là đặc tính của chất thải bùn đỏ từ chu trình hoà tách nhiệt độ cao. Bùn đỏ

-L

cũng có nhiều hoặc ít các cấu thành không định hình.

ÁN

- Đặc tính vật lý của bùn đỏ

(tỷ lệ cao hơn cho thấy có cát), lượng sót sàng 0,063 mm là 2,14 %.

IỄ N

ÀN

Tỷ trọng: 2,6-3,5 t/m3; pH: 12-13,5 (có khi tới 14); tỷ lệ lắng, Cm/Ks: 0,014-35,9

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 1.2 - Bùn đỏ

10 00

1.2. Tro bay 1.2.1. Đặc điểm

Tro bay là một loại puzzoland nhân tạo có hoạt tính cao bao gồm silic oxit,

Í-

nhôm oxit, canxi oxit, magie oxit, lưu huỳnh oxit, và lượng than chưa cháy hết. Các

-L

hạt tro bay có dạng hình cầu, rất mịn, kích thước 10 – 100 µm.

ÁN

Nguồn gốc : tro bay loại F thấp can xi lấy từ nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch,

IỄ N

ÀN

Đồng Nai.

Thành phần %

Bảng 1.4 - Thành phần hóa học của tro bay SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

MKN

48,8

18,6

6,3

0,8

0,7

3,5

0,98

20,32

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tỷ lệ SiO2/Al2O3 = 2,6 nên đây là nguồn vật liệu alumino silicat rất phù hợp để chế tạo gạch không nung bằng phương pháp geopolymer.

Tro bay chứa các pha tinh thể chính là quazt và mulit. Ngoài ra còn có một lượng

- Thành phần khoáng của tro bay

Hình 1.3 - Tro bay

10 00

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

nhỏ các pha tinh thể hemantite và magnienite.

Sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện. Các

-L

Í-

hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khói sau đóđược thu hồi từ phương pháp

ÁN

kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xoáy. Tro bay là những tinh cầu tròn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic có kích thước hạt là 0,05 micromet, tức

IỄ N

ÀN

là 50 nanomet (1 nanomet = 10-9 centimet). Nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong

lò đốt (đạt khoảng 1400 oC) nên nó có tính puzzolan là tính hút vôi rất cao. Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh ròng (SiO2) có rất

nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tông với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống thấm cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co gãy, có tính

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi công do không phải xử lý nhiệt... Ngoài ra, nó còn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tông một cách đáng kể.

Trong hơn 5 thập niên qua, tro bay được ứng dụng vào thực tiễn của ngành

xây dựng một cách rộng rãi và đã có những công trình lớn trên thế giới sử dụng sản

U Y

phẩm này như là một phụ gia không thể thiếu. Các công trình tiêu biểu đã sự dụng

tro bay làm phụ gia là: Đập Tomisato cao 111m ở Nhật Bản được xây dựng từ

những năm 1950 đã sử dụng 60% tro bay thay thế xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào công trình xây dựng đập thủy điện từ những năm 1980; Công trình Azure trị giá

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

100 triệu USD hoàn thành năm 2005 đã sử dụng 35% tro bay thay thế xi măng.

1.2.2. Tính ưu việt của tro bay

H Ư

- Tăng mác bê tông

Bê tông là một loại đá nhân tạo được làm chủ yếu bằng xi măng portland. Trải

TR ẦN

qua hơn 3 thế kỷ với kỹ thuật cải tiến không ngừng, xi măng đãđược đem ra kết hợp với một silic mịn như là một chất xúc tác để nâng cao chất lượng và độ bền của bê

tông. Đây là một công nghệ mới, giúp xi măng quy ước có sức mạnh vượt trội, chất

10 00

xúc tác ưu việt đó chính là tro bay. Tro bay khi trộn với xi măng portland và cát sạch sẽ tạo ra được bê tông portland có mác 300 hay 400. Hơn nữa, thêm một ưu

điểm của tro bay là nếu được sấy khô trong 12 giờ trở lại (gọi là lưu hóa) thì bê tông

Í-

có trộn tro bay sẽ đạt mác 500 hay cao hơn nữa.

-L

- Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn

ÁN

Trụ thép nơi bê tông portland hay bê tông polyme thường bị nước mặn xâm

thực qua khe nứt hay lỗ châm kim. Nước mặn có Clo gặm mòn cốt thép, làm hỏng

IỄ N

ÀN

công trình. Phương pháp khắc phục là trộn tro bay với với xi măng để trám bít khe nứt hoặc chỗ châm kim của bê tông. Đây là một giải pháp vừa hiệu quả, vừa kinh tế nhất là các công trình ở vùng nước mặn và vùng biển. - Chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính chống thấm cao Tính cực mịn của tro bay có hàm lượng silic cao hay silic nano tạo ra được tính dẻo của xi măng portland trong quá trình làm ra bê tông. Chẳng những tính dẻo

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

giúp cho việc tạo hình, giải phóng khuôn nhanh chóng mà còn giúp cho sản phẩm được tạo ra không bị rạn nứt, không cong vênh, có tính chống thấm cao và bền chắc

tro bay có khả năng làm chất xúc tác để tạo ra các sản phẩm cứng hơn và bền hơn.

hơn là chỉ làm bằng xi măng thông thường. Quy luật cơ học còn giúp ta hiểu được

U Y

- Tính chịu lực cao của bê tông tự nén với tro bay: phát triển và ứng dụng

Xi măng portland được trộn với cát và nước tạo ra được một bê tông không

nung ở cấp trung bình và tự nén trong thời gian khoảng 03 ngày, đó là điều đang

ẠO

được thực hiện trong ngành công nghiệp xây dựng. Tuy nhiên, nếu trộn thêm tro

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

bay vào vữa hồ thì bê tông sẽ có tính chịu lực cao. Điều này xảy ra vì các hạt silic

nano đã len vào khe hổng của bê tông và cùng lúc tạo ra một SiO2 nhờ độ pH kiềm

H Ư

của xi măng. Đó là một kết quả vừa được công bố của của một công nghệ mới và tiên tiến của thế kỷ 21. Tro bay là một silic ưu việt, cần được sử dụng rộng rãi trong

TR ẦN

ngành xây dựng.

- Chống được sự xâm nhập của acid sulfuric của bê tông hiện đại

10 00

Khi khói của các nhà máy bay lên thì có lẫn cặn SO2. Cặn này trộn lẫn với hơi nước của mây tạo thành H2SO4 (Acid Sulfuric), khi mưa sẽ có một lượng nước mưa

có vị chua, gọi là mưa acid. Mưa này làm cho bê tông portland bị rỗ mặt và sau đó

bị rạn nứt theo thời gian. Nếu là bê tông cốt thép thì lượng thép nằm bên trong sẽ bị

Í-

hen gỉ. Để chống lại hiện tượng này, dùng tro bay trộn vào bê tông portland, các hạt

-L

nhỏ li ti sẽ lấp đầy các khe nứt và chống được sự xâm nhập của H2SO4 có thể phá

ÁN

hỏng cốt thép.

- Hiệu quả của việc xử lý bền vững của bê tông bằng tro bay

IỄ N

ÀN

Bê tông của xi măng porland sẽ tăng thêm hiệu quả khi được xử lý với tro bay

để có tính bền vững cao. Tro bay gặp xi măng portland sẽ nhường CaO cho cặn SiO2để trở thành một SiO2 không nung, tốt hơn nhiều so với CaO độc lập trong bụi SiO2 có nung (còn gọi là clinker). Nhờ đó, xi măng có tính bền vững hơn và mức độ chịu tải cũng tốt hơn nhờ có Silic của tro bay. - Tạo tính bền sulfat cho bê tông của xi măng portland

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Xi măng portland trộn với cát và nước ngọt tạo ra một bê tông có độ bền đến 50 năm, nhưng khi trộn với nước mặn, độ bền lại không quá 5 năm. Vì khi nung xi

khoảng 6% trong xi măng. Đất vôi này gặp nước lợ hay nước mặn có gốc sulfat,

măng portland bằng đá vôi và đất sét, bao giờ cũng có một lượng CaO tự do chiếm

gốc này kết hợp với vôi để tạo ra một muối thạch cao có cơ tính đặc biệt là hút

U Y

nước và trương nở. Sự trương nở đó làm khối bê tông portland rạn nứt theo thời

gian, và cuối cùng, phá tan cơ cấu bê tông.

Muốn cho cơ cấu bê tông portland chống lại sự rạn nứt ấy, gọi là chống sulfat

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

hay bền sulfat, cần pha tro bay nghèo vôi vào với một tỉ lệ rất thấp. Nhờ đó, có thể

dùng nước mặn để trộn với xi măng Portland đề làm vữa hồ và khi bêtông đông

H Ư

cứng, có thể ngâm trong nước mặn vẫn được.

- Tác dụng của tro bay đến vấn đề hạ nhiệt cho bê tông

TR ẦN

Khi thi công các công trình bê tông khối lớn một vấn đề cấp thiết luôn được đặt ra là làm thế nào để giảm được nhiệt độ trong lòng bê tông. Nhiệt độ trong lòng

bê tông có thể lớn hơn 40 oC gây nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt. Nên rất cần giảm xi

10 00

măng và bổ xung một lượng chất độn mịn là tro bay để đảm bảo tính công tác, tính chống thấm và cường độ RCC. Như vậy việc sử dụng tro bay làm chất độn cho

RCC đạt được 3 mục đích: Giảm được lượng nhiệt sinh ra trong lòng bê tông; giảm

Í-

giá thành bê tông một cách đáng kể; đảm bảo tính dễ thi công và cường độ bê tông.

-L

Qua kinh nghiệm của một số nước trên thế giới thì hàm lượng dùng tro bay thay thế

IỄ N

ÀN

ÁN

xi măng trong bê tông đầm lăn có phạm vi từ 30 – 60%.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1.3. Cát Cát nghiền được lấy từ công ty cổ phần Vương Hải - Huyện Vĩnh Cửu – Tỉnh

Cát là loại nguyên liệu silic tác dụng chính của cát chính là cung cấp SiO2. Cát

Đồng Nai.

U Y

có nhiều loại và kích cỡ hạt cũng không giống nhau, vì thế thành phần hóa học của

cát và các khoáng thể tổ hợp hình thành cũng khác nhau.

Thành phần hóa học chính của cát là SiO2, ngoài ra cũng có một ít chất khác

ẠO

như Al2O3, Fe2O3 và CaO. Các thành phần khoáng thể của cát rất phức tạp, có lúc

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

lên tới mấy trăm loại, hàm lượng nhiều nhất là thạch anh, thứ 2 là đá, có lúc xen lẫn

10 00

- Hàm lượng Fe2O3 tối đa 1-3%

- Al2O3 tối đa 3-5 %

TR ẦN

- Hàm lượng SiO2 không nhỏ hơn 75%

H Ư

Cát sử dụng cần đảm bảo các tiêu chí:

vân mẫu, cacbonat, đất sét….

- Thành phần hữu cơ tối đa 5%

- Thành phần sét, tràng thạch tối đa 5%

Í-

Hàm lượng mất khi nung <1%

-L

Cát sau khi nghiền phải đảm bảo các tiêu chí sau:

ÁN

- Tỷ trọng > 1,65 kg/l

- Sót sàng 0,09 mm < 20%

IỄ N

ÀN

- Độ linh động 33 – 36 cm

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

ẠO

Hình 1.4 - Nguyên liệu cát thô

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

1.4. Phụ gia

Phụ gia được sử dụng ở đây là NaOH 8M có pH khoảng 12-13.

H Ư

1.5. Geopolymer

TR ẦN

Geopolymer là từ được sử dụng để chỉ các loại vật liệu tổng hợp từ vật liệu có nguồn gốc aluminosilicate. Từ Geopolymer lần đầu tiên được sử dụng bởi giáo

sư Joseph Davidovits từ những năm 1970. Nguyên lý chế tạo vật liệu Geopolymer

10 00

dựa trên khả năng phản ứng của các vật liệu aluminosilicate trong môi trường kiềm để tạo ra sản phẩm bền và có cường độ. Hệ nguyên liệu để chế tạo vật liệu

Geopolymer bao gồm hai thành phần chính là các nguyên liệu ban đầu và chất hoạt

hóa kiềm. Nguyên liệu ban đầu thường ở dạng aluminosilicate nhằm cung cấp

-L

Í-

nguồn Si và Al cho quá trình Geopolymer hóa xảy ra. Chất hoạt hóa kiềm được sử dụng phổ biến nhất là các dung dịch NaOH, KOH và thủy tinh lỏng Natri Silicat

ÁN

nhằm tạo môi trường kiềm và tham gia vào các phản ứng Geopolymer hóa.

Poly(Sialate) trên cơ sở các các tứ diện SiO4 và AlO4 với công thức như sau:[1]

IỄ N

ÀN

Vật liệu Geopolymer tổng hợp từ aluminosilicate được tạo thành từ mạng lưới

Mn[-(SiO2)z – AlO2]n.wH2O Trong đó: - M là các nguyên tử kiềm như K, Na hay Ca.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

- n là mức độ đa trùng ngưng.

Phản ứng tổng hợp geopolymer (geopolymerization) là phản ứng tỏa nhiệt và

- z là 1, 2, 3 hay >3.

xảy ra dưới áp suất không khí ở nhiệt độ dưới 100 oC. Mặc dù phản ứng tổng hợp

U Y

geopolymer của nhiều vật liệu aluminosilicat khác nhau được nghiên cứu rất nhiều

nhưng cơ chế chính xác trong phản ứng tổng hợp trong thời gian gần đây, nh

geopolymer vẫn chưa được hiểu biết một cách đầy đủ. Cơ chế tổng hợp geopolymer

ẠO

được đề xuất nhiều nhất gồm có 4 giai đoạn, các quá trình này diễn ra song song và

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

do đó không thể phân biệt được:

• Hòa tan Si và Al từ vật liệu aluminosilicat rắn trong dung dịch kiềm mạnh.

H Ư

• Tạo thành chuỗi cơ sở (oligomer) Si-Si hoặc Si-Al trong pha nước.

TR ẦN

ngưng các oligomer tạo thành khung mạng aluminosilicat 3 • Quá trình đaa trùng ngư chiều.

• Tạo liên kết giữa các phẩn tử rắn thành khung geopolymer và đóng rắn trong toàn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

hệ thống hình thành cấu trúc polymer rắn.

1.5.1. Giới thiệu vật liệu geopolymer Geopolymer là họ mới của vật liệu aluminosilicat tổng hợp từ nguyên liệu rắn chứa aluminosicat bằng hoạt chất kiềm. Khái niệm hoạt chất kiềm được hiểu là sự

tr ờng kiềm mạnh được tạo ra từ dung hòa tan nguyên liệu aluminosilicat trong môi trư

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

dịch của hydroxit natri hoặc hydroxit kali với nước. Geopolymer phụ thuộc vào họ của polymer vô cơ, liên kết thành phân tử lớn bằng liên kết cộng hóa trị và có mạch

khác nhau giữa geopolymer và các polymer vô cơ khác là do các dạng của tiền chất

là –Si-O-M-O-, ở đây M được hiểu chủ yếu là nhôm (Al) và thứ yếu là sắt (Fe). Sự

silic và nhôm dùng để tổng hợp nên chúng. Polymer vô cơ thông thường được tổng

U Y

hợp bằng phương pháp sol-gel, sử dụng silic và alkoxide nhôm trong dung dịch

rượu và nước như là tiền chất. Geopolymer thì lại được tổng hợp bằng hoạt chất

kiềm của nguyên liệu aluminosilicat rắn trong dung dịch kiềm mạnh của natri

ẠO

hydroxit hoặc kali silicat và natri hydroxit hoặc kali hyroxit. Tiền chất Si là natri

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

silicat, kali silicat và nguyên liệu aluminoslicat bị hòa tan. Trong khi đó, trường hợp

này tiền chất Al là chỉ do nguyên liệu aluminosilicat hòa tan, mặc dù trong một số

H Ư

trường hợp dung dịch hoạt tính có lẫn tạp chất là cation Al. Hệ geopolymer đã thu hút rất nhiều nhà khoa học tham gia nghiên cứu trong suốt hai thập niên qua. Có rất

TR ẦN

nhiều loại aluminosilicat khác nhau có thể dùng để tổng hợp geopolymer. Bao gồm các nguyên liệu aluminosilicat rắn, khoáng công nghiệp, như là cao lanh, tràng

10 00

thạch, bentonit, peclit,…; chất thải rắn công nghiệp như tro bay, bùn đỏ, quặng từ việc khai thác bentonit và peclit , xỉ luyện kim, xà gồ,…. Hiện nay nhóm nguyên

liệu được coi là tiềm năng chủ yếu là dựa vào lý do môi trường. Thật vậy, liên minh

châu Âu đã xác định các tác động có hại mà nguyên nhân là do chất thải công

Í-

nghiệp và yêu cầu các thành viên thiết lập khung luật pháp để bảo vệ sức khỏe con

-L

người và môi trường. Liên minh châu Âu còn khuyến khích phục hồi và tái sử dụng

ÁN

chất thải công nghiệp nhằm bảo tồn tài nguyên thiên nhiên. Kỹ thuật tổng hợp

geopolymer sử dụng chất thải công nghiệp rắn có chứa aluminosilicat như là một

IỄ N

ÀN

nguyên liệu dùng để sản xuất vật liệu có thể thay thế cho vật liệu xây dựng truyền thống với những tính chất cơ lý và tính chất nhiệt tương thích.

1.5.2. Cơ chế phản ứng tổng hợp và cấu trúc của vật liệu geopolymer Cơ chế của hoạt hóa kiềm bao gồm các phản ứng kế tiếp nhau như phá hủy hóa đặc trong đó bao gồm sự phá hủy của các vật liệu chính thành các đơn vị cấu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

trúc ít bền, sự tương tác của chúng với cấu trúc khác nhau tạo nên sự hóa đặc cấu trúc. Bước đầu tiên bao gồm sự bẽ gãy các liên kết cộng hóa trị Si-O-Si và Al-O-Si

là một sự tích lũy các sản phẩm bị phá hủy và tương tác giữa chúng sẽ tạo thành

khi pH của dung dịch kiềm tăng vì vậy các nhóm sẽ chuyển thành pha keo. Sau đó

U Y

một cấu trúc đông tụ sinh ra pha thứba và tạo thành cấu trúc đông đặc.

Cơ chế tổng hợp geopolymer được đề xuất nhiều nhất gồm có 4 giai đoạn, các quá

trình này diễn ra song song và do đó không thể phân biệt được :

ẠO

1.5.2.1. Hòa tan Si và Al từ vật liệu aluminosilicat rắn trong dung dịch

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

kiềm mạnh

Trong dung dịch nước bề mặt ion kim loại của các oxit aluminosilicat có thể

H Ư

phối hợp với phân tử nước và được hydro hóa các vị trí bề mặt này tạo thành các nhóm silanol (>Si-OH) và aluminol (>Al-OH). Các nhóm này bao gồm các vị trí bề

TR ẦN

mặt hoạt tính, nơi mà ion hydroxit của dung dịch kiềm tác dụng hóa học tạo thành các hình thái bề mặt hóa học. Dưới một cơ chế phức tạp, ion silic và nhôm được

giải phóng ra khỏi các hình thái bề mặt vào trong dung dịch. Sự hòa tan Si và Al từ

10 00

nguyên liệu ban đầu được mô tả bởi phương trình hóa học :

(SiO2, Al2O3) + 2MOH + 5H2OSi(OH)2+ 2Al(OH) + 2M+

Trong đó: M là Na hoặc K.

-L

Í-

Trong dung dịch nước, sự hòa tan hóa học của các khoáng Si-Al và các khoáng thông thường khác của hợp chất aluminosilicat diễn ra trong khoảng giá trị

ÁN

pH cao, tỉ lệ hòa tan của các vật liệu này tăng khi giá trị pH của dung dịch tăng. diện tích bề mặt đặc trưng của các phần tử, vì nó liên quan đến phản ứng hóa học

không đồng nhất.

IỄ N

ÀN

Hơn nữa, tỉ lệ hòa tan của vật liệu rắn chứa Si-Al còn phụ thuộc vào kích thước và

1.5.2.2. Tạo thành chuỗi cơ sở (oligomer) Si-Si hoặc Si-Al trong pha nước Nồng độ Si và Al trong dung dịch tăng dần dần, phản ứng hóa học xảy ra tại liên kết nhóm chức hyroxit. Kết quả của phản ứng hóa học tạo thành tiền chất

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

geopolymer là polymer cơ sở (gồm nhiều nhân chứa nhóm hyroxit) gồm các liên kết polymer của Si-O-Si và Si-O-Al, và được diễn tả bằng phản ứng hóa học

2Si(OH)4+ Al(OH)4-↔ (OH)3Si-O-Al-O-Si(OH)3+2H2O (3)

(2)

U Y

Si(OH)4+↔ (OH)3Si-O-Al

Si(OH)4+ Si(OH)4↔ (OH)3Si-O-Si(OH) (1)

Sự tồn tại của các silicat có khả năng hòa tan trong pha nước kiềm của hệ

geopolymer làm tăng sự tạo thành các polymer cơ sở. Các silicat có khả năng hòa

ẠO

tan trong pha nước về cơ bản làm tăng nồng độ Si, sự biến đổi ở phương trình (1)

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

hình thành dạng Si-O-Si, tương tự phương trình (2) và (3) hình thành các oligomer

Si-O-Al. Do đó, dung dịch silicat kiềm sử dụng trong việc tổng hợp geopolymer

H Ư

cung cấp cho hệ các oligomer silicat cần thiết để phát triển khung geopolymer. Quá

TR ẦN

trình này giải phóng nước trong quá trình hòa tan, nước đóng vai trò chất trung gian phản ứng nhưng nước được giải phóng ra lại tồn tại bên trong của gel. Loại cấu trúc gel này có hai pha là chất rắn aluminosilicate và nước.

10 00

Thời gian để dung dịch aluminosilicate quá bão hòa tạo thành gel thì khác nhau đối với các loại vật liệu ban đầu, quá trình phản ứng, thành phần dung dịch và

điều kiện tổng hợp khác nhau. Mặc dù vậy có những hệ thống không bao giờ tạo

thành gel.

Í-

1.5.2.3. Quá trình đa trùng ngưng các oligomer thành khung mạng

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

aluminosilicate 3 chiều

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Phản ứng tạo mạch polymer bao gồm tạo liên kết hóa học của tiền chất

geopolymer (oligomer) đồng thời tách các phân tử nước ra khỏi các oligomer. Phản

H Ư

ứng này được hiểu là sự trùng ngưng. Oligomer có thể phản ứng ở bất kì vị trí nào

TR ẦN

của ion hydroxit, tạo thành chuỗi phân tử lớn và kết quả là tạo ra khung mạng ba chiều. Vì ion Al3+ tham gia vào khung mạng geopolymer nên tạo ra sự không cân bằng điện tích do đó sẽ hấp phụ các ion trong pha lỏng như Na+, K+, Li+, Ca2+, Ba2+,

10 00

NH, H3O+,…vào lỗ hổng của khung mạng, gần vị trí của ion nhôm, thực chất là duy trì sự cân bằng điện tích trong mạng.

1.5.2.4. Tạo liên kết giữa các phần tử rắn thành khung geopolymer và

đóng rắn trong hệ thống hình thành cấu trúc geopolymer

-L

Í-

Sau khi khung mạng geopolymer được phát triển trong pha lỏng, nó bắt đầu hoạt tính trên bề mặt phần rắn, tại đó nó phản ứng liên kết với phần không tan tạo

IỄ N

ÀN

ÁN

cấu trúc geopolymer, quá trình này được thể hiện ở phương trình sau:

Trong đó: T là Si hoặc Al.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Nơi bề mặt hoạt tính của phần rắn là nơi có nhóm >T-OH trong phương trình,

O-Si và >Si-O-Al tại vị trí của chúng, liên kết các phần tử không tan vào trong

trong chuỗi phân tử lớn hoặc ở các rãnh của khung geopolymer để tạo liên kết >Si-

đó là nhóm silanol (>Si-OH) và aluminol (>Al-OH). Các nhóm này có thể nằm

khung mạng geopolymer. Sau đó, sự đóng rắn của mạng geopolymer là sự thoát

U Y

nước từ cấu trúc mạng geopolymer trong quá trình bảo dưỡng, tạo thành vật liệu

cứng và bền. Vật liệu geopolymer là vật liệu composite. Liên kết trong polymer vô

cơ chủ yếu là hỗn hợp liên kết hóa học của các aluminosilicat, mặc dù có các tạp

ẠO

chất như oxit canxi và oxit sắt ảnh hưởng đến thành phần hóa học của toàn hệ

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

geopolymer. Chất kết dính polymer thông thường là vô định hình hay bán tinh thể.

H Ư

1.5.3.Tính chất và ứng dụng của vật liệu geopolymer Mặc dù các yếu tố chủ đạo tạo geopolymer còn chưa được biết đến hoàn toàn,

TR ẦN

tính chất vật lý, hóa học và cơ học của vật liệu này cho thấy chúng cho ra một khoảng rộng để lựa chọn tính chất ứng dụng trong công nghiệp.

Các vật liệu geopolymer rất có lợi cho môi trường. Ví dụ như giảm đi lượng xi

10 00

măng gây hiệu ứng nhà kính, có thể được xem như là kĩ thuật xử lý chất độc hại.

Geopolymer với cấu trúc 3 chiều có thay thế vật liệu ceramic, xi măng và bê tông.

Tính chất cơ học rất tốt, liên quan chính đến độ bền nén, trong trường hợp này cụ

Í-

thể là độ bền kéo, cao hơn xi măng portland tương ứng từ 2 đến 3 lần và độ cứng

-L

khoảng 47 Mohs. Ngoài ra, chúng có độ xốp biểu kiến và lỗ xốp kích thước nano

ÁN

thấp, do đó độ thấm nước thấp, khoảng 10-9 - 10-12 cm/s. Hơn nữa, geopolymer còn

là vật liệu chịu lửa, chịu nhiệt, hấp thụ nhiệt có thể dùng ngăn ngừa lửa cho các

IỄ N

ÀN

công trình xây dựng từ bê tông cốt thép như các tòa nhà, đường hầm. Gần đây, geopolymer còn được ứng dụng chế tạo vật liệu cất giữ chất phóng xạ và chất độc. Geopolymer với cấu trúc liên kết ngang 2 chiều có tính chất chịu nhiệt và chịu lửa tốt hơn vật liệu geopolymer có cấu trúc 3 chiều. Trong cấu trúc chứa liên kết vật lý và hóa học của nước nhờ vậy phân tử nước có thể di chuyển ra bề mặt và bốc hơi mà không nguy hại tới vật liệu. Tính chất cơ học hoàn thiện hơn, geopolymer liên kết dọc 2 chiều có cốt dạng sợi (cacbon, thủy tinh, thép). Geopolymer có cốt dùng

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

để chế tạo vật liệu phòng cháy đặc biệt dùng trong các lĩnh vực công nghiệp như ra còn dùng để sản xuất khuôn đúc và khuôn tạo hình kim loại, vật liệu nhẹ, các linh

kiện ô tô mẫu.

giao thông (hàng không, tàu thủy, ô tô, xe lửa,…), hạt nhân, hóa dược phẩm. Ngoài

U Y

Vật liệu geopolymer ngày càng được quan tâm nghiên cứu, có ứng dụng rộng

rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Các lợi thế chính của vật liệu geopolymer

như: Chi phí sản xuất thấp, vì dựa vào nền vật liệu aluminosilicat, có rất nhiều trong tự nhiên như: các khoáng sét, phế thải công nghiệp như tro bay, bùn đỏ, xỉ sắt,…

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

Công suất năng lượng cho sản xuất giảm, geopolymer được bảo dưỡng và đóng rắn

ở nhiệt độ thấp. Năng lượng sản xuất gạch geopolymer thấp hơn 16% so với sản

xuất xương ceramic thông thường. Cải thiện môi trường: một lượng lớn chất thải

H Ư

công nghiệp dùng để chế tạo geopolymer, giảm hiệu ứng nhà kính do giảm lượng

TR ẦN

CO2 trong quá trình sản xuất giảm 80% so với xi măng Portland, geopolymer composite còn dùng để ổn định và cố định các chất thải phóng xạ và chất độc hại.

1.6. Các phương pháp nghiên cứu

10 00

1.6.1. Nghiên cứu cấu trúc liên kết khoáng bằng phổ nhiễu xạ tia

X (XRD)

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của

Í-

chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu

-L

xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thường viết gọn là nhiễu xạ tia X) được sử dụng để

ÁN

phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng

gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự

IỄ N

ÀN

khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện tử và

nguyên tử. Phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật liệu. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào phương tình Wulff – Bragg:

2 d . sin θ = n λ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Trong đó:

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

d – khoảng cách giữa 2 mặt mạng (A0)

θ – góc tới hay góc phản xạ (rad)

n – số nguyên, dùng chỉ thứ tự tia phản xạ

λ – bước sóng tia X

U Y

- Điều kiện nhiễu xạ tia X trong tinh thể và các thông số phương trình Wulff -

Bragg

Khi chiếu chùm tia X (với bước sóng λ) vào chất rắn, các tia X có khả năng đi sâu

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

vào không gian cấu trúc của chất rắn và một số sẽ bị nhiễu xạ khi gặp các phần tử

cấu trúc (nguyên tử, ion). Các tia nhiễu xạ giao thoa và xảy ra sự cộng hưởng, đạt

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

được cường độ cực đại với những tia thỏa mãn phương trình Wulff – Bragg.

Hình 1.5 - Nhiễu xạ tia X

1.6.2. Nghiên cứu kích thước hạt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, thường viết tắt là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt

mẫu vật.

Nguyên lý hoạt động và sự tạo ảnh trong SEM

U Y

Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện

tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng

điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường...), sau đó được tăng tốc. Tuy

ẠO

nhiên, thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích

thước nhỏ sẽ rất khó khăn. Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm

H Ư

điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được

TR ẦN

xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt được độ phân giải tốt

như TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật

10 00

liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử.Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện

thông qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm:

Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất

-L

Í-

của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp (thường nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng

ÁN

lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài

IỄ N

ÀN

nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu. Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là chùm điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản thành phần hóa học. Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

thể (chế độ phân cực điện tử). Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện tại bề mặt mẫu nên có thể đem lại thông tin về các đômen sắt điện.

trên nguyên tắc quét chùm elctron lên bề mặt mẫu cần nghiên cứu, điện tử tương tác

Kính hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscope – SEM) hoạt động

U Y

với bề mặt mẫu và phát bức xạ thứ cấp. Thu lại các chùm tia bức xạ thứ cấp để nhận

ảnh vi cấu trúc vật liệu với độ phân giải rất cao.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) đã trở thành công cụ khá phổ biến, cho phép

ẠO

phân tích vi cấu trúc từ bề mặt mẫu vật với độ phân giải cao mà không cần phá mẫu.

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Để làm ảnh rõ nét, người ta thường phủ một lớp kim loại Cr, hoặc hợp kim Au – Pt

hoặc C mỏng trên bề mặt mẫu. Khi quét ảnh cần chọn ảnh đại diện tốt nhất cho cấu

H Ư

trúc vi mô của mẫu cần nghiên cứu.

Ảnh từ kính hiển vi điện tử quét (SEM) giúp chúng ta nghiên cứu cấu trúc vi

TR ẦN

mô của vật liệu. Xác định thành phần, sự phân bố và tỷ lệ định lượng của các pha tinh thể, vô định hình và cả lỗ xốp. Có thể xác định hình thái tinh thể của một

khoáng, xác định sự phân bố và định lượng chúng. Kết hợp với thông tin khác về

10 00

thành phần hóa, quá trình xử lý nhiệt… có thể xác định quá trình hình thành khoáng, cơ chế kết khối, từ đó định hướng kỹ thuật sản xuất cũng như một số đặc

trưng tính chất của sản phẩm.

Í-

1.6.3. Xác định độ bền uốn

-L

1.6.3.1. Theo TCVN 247:1967

ÁN

Bricks – Method for determination oflexural strength

độ bền uốn cho các loại gạch xây dựng dùng trong các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng. Thiết bị thử

IỄ N

ÀN

Tiêu chuẩn này thay thế cho TCVN 247:1967, quy định phương pháp xác định

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Máy thử uốn hoặc máy ép có phụ kiện để thử uốn gồm một gối đỡ lăn cố định, một gối đỡ lăn di động và một gối lăn để truyền tải trọng. Đường kính các gối lăn

không lớn hơn 20mm, chiều dài gối lăn không nhỏ hơn chiều rộng mẫu thử (hình 1).

Máy ép thủy lực để thử uốn có khả năng điều chỉnh tải trọng với sai số không lớn

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

hơn 10daN.

Hình 1.6 - Cấu tạo máy đo độ bền uốn

10 00

Tiến hành thử

Trước khi thử phải tiến hành đo mẫu bằng thước kim loại với sai số các cạnh

không lớn hơn 1mm. Chiều cao mẫu thử là giá trị trung bình cộng hai lần đo chiều

cộng hai lần đo chiều cao hai mặt cạnh. Chiều rộng mẫu thử là giá trị trung bình cộng

-L

Í-

rộng và mặt dưới.

ÁN

Đặt mẫu thử trên hai gối tựa, khoảng cách L bằng 200 hoặc 180mm. Lực uốn đặt vào giữa thành phần mẫu, tốc độ tăng tải trọng phải đều, liên tục và bằng 15quay trở lại. Tính kết quả

Độ bền uốn của tạo mẫu thử tính bằng daN/cm2theo công thức:

IỄ N

ÀN

hi mẫu bị phá hủy tức là khi kim đồng hồ đo lực 20daN trong một giây cho đến kkhi

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

RU=

ଷ௉௟ ଶ௕௛మ

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Trong đó:

P: tải trọng lớn nhất ghi được khi thử mẫu, tính bằng daN

l: khoảng cách giữa các đường tâm gối đỡ, tính bằng cm

b: chiều rộng thử mẫu, tính bằng cm

U Y

h: chiều cao thử mẫu, tính bằng cm

Độ bền uốn của lô gạch, tính chính xác đến 1daN/cm2 là trung bình cộng của tất cả

ẠO

các mẫu thử.

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Khi thử các mẫu của lô gạch, nếu một mẫu có kết quả thử vượt quá 50% giá trị

trung bình độ bền uốn của tất cả các mẫu thử, thì kết quả này loại bỏ. Khi có độ bền

H Ư

uốn của lô gạch là trung bình cộng của 4 mẫu còn lại.

Trong cùng một lô nếu có hai mẫu thử có kết quả sai lệch quá mức trên, thì

Kết quả thử phải ghi vào bảng.

10 00

1.6.3.2. Xác định độ bền uốn bằng phương pháp ba điểm Tính chất cơ học của sản phẩm thường được đánh giá bởi độ bền nén,

uốn…Đối với vật liệu bê tông khí chứng áp AAC chủ yếu là độ bền uốn. Để đo

được độ bền uốn của vật liệu ta sử dụng phương pháp đo là phương pháp ba điểm từ

-L

Í-

đó suy ra độ bền cơ của vật liệu bê tông khí chưng áp AAC và công thức được tính

ÀN

ÁN

toán như sau:

IỄ N D

TR ẦN

mẫu gạch phải được lựa chọn thử lại.

Ru =

3 F .l  N  ×   2 b .h 2  m 2 

Trong đó: l – khoảng cách giữa 2 giá đỡ b – chiều rộng mẫu (m) theo phương vuông góc với phương tác dụng lực h – chiều dày của mẫu (m) theo phương trùng với phương tác dụng lực

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Hình 1.7 - Máy đo độ bền uốn

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

H Ư

1.6.3.3. Xác định độ bền nén

TR ẦN

- Thiết bị, dụng cụ

Máy nén: máy nén phải có thang lực phù hợp sao cho tải trọng phá huỷ mẫu nằm trong khoảng 20% đến 80% tải trọng phá huỷ mẫu. Sai số của thang lực không vượt

10 00

quá ± 2%

Máy nén phải có 2 tấm má ép bằng thép độ cứng Vicker ít nhất là HV600, hình

vuông cạnh 100 ± 0.1 mm, chiều cao mỗi tấm lớn hơn hay bằng 10 mm. Dung sai

độ phẳng cho toàn bộ diện tích tiếp xúc với mẫu là 0.01 mm

-L

Í-

Cân kỹ thuật, chính xác đến 1 g

ÁN

Dụng cụ làm phẳng mặt mẫu

- Mẫu thử và chuẩn bị thử

IỄ N

ÀN

Chuẩn bị ít nhất 3 mẫu để thử nghiệm. Cắt 3 mẫu thử hình lập phương, kích thước cạnh 100 ± 2 mm. Đánh dấu chiều cao của mẫu Bề mặt chịu nén của mẫu phải đảm bảo phẳng. Có thể mài hoặc trát thêm một lớp vữa thạch cao hay xi măng nếu cần Cách tiến hành Đo kích thước từng mẫu đã chuẩn bị (mẫu hình lập phương), chính xác đến 1 mm

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Đặt từng mẫu lên thiết bị thử sao cho lực nén được truyền theo chiều cao của mẫu

Tuỳ theo cấp độ nén dự tính, chọn tốc độ gia tải như sau:

+ 0.05 MPa trong một giây đối với cấp cường độ 2

+ 0.1 MPa trong một giây đối với cấp cường độ 4

U Y

+ 0.15 MPa trong một giây đối với cấp cường độ 6

+ 0.2 MPa trong một giây đối với cấp cường độ 8

ẠO

Thông thường, tốc độ gia tải thích hợp là sau 1 phút thì mẫu bị phá huỷ.

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Ghi lại tải trọng tại điểm mẫu bị phá huỷ (F).

Biểu thị kết quả:

TR ẦN

xác đến 0.1 MPa (0.1 N/mm2)

H Ư

Cường độ nén (R) của mẫu lập phương cạnh 100 mm, được tính bằng MPa, chính

Cường độ nén của gạch nhận được bằng cách nhân cường độ nén của mẫu thử với

hệ số điều chỉnh (δ) theo bảng sau, lấy chính xác đến 0.1 MPa. Kết quả là giá trị

10 00

trung bình cộng của các giá trị cường độ nén đơn lẻ, loại bỏ giá trị có sai lệch lớn

hơn 15% so với giá trị trung bình. Ghi lại nhận xét.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Bảng 1.5 - Hệ số điều chỉnh (δ) cường độ nén theo kích thước mẫu thử

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Hình 1.8 - Máy đo cường độ nén Servo Plus Evolution

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

CHƯƠNG 2 – THỰC NGHIỆM

Hình 2.1 - Quy trình thực nghiệm

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Thuyết minh quy trình - Tro bay được trộn chung với bùn đỏ theo các tỉ lệ 30:70; 40:60 ; 50:50 ; 60:40 ;

U Y

hợp bùn đỏ và tro bay vào từng mẫu sau đó trộn 3 phút bằng máy khuấy cơ

- Tiếp tục cho phụ gia NaOH 8M với lần lượt là 16,18,20,22 và 24 ml / 100 g hỗn

70:30

- Tiếp tục trộn chung với cát nghiền ướt theo tỉ lệ hỗn hợp: cát là 1:1,1:2và khuấy

trộn đều khoảng 3 phút

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

- Tiến hành đổ khuôn kích thước 5x5x15cm

- Dưỡng hộ ở nhiệt độ phòng khoảng 18-24 giờ

H Ư

- Chưng áp ở nhiệt độ khoảng 180 – 200 oC trong khoảng thời gian 14 - 18 giờ với áp suất 1 – 1,1 MPa

TR ẦN

- Lấy mẫu ra khỏi lò

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

- Chụp X-ray, SEM và IR

- Tiến hành đo các tính chất kĩ thuật của mẫu: độ bền uốn, cường độ chịu nén

Hình 2.2 – Khuấy trộn

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 2.4 - Dưỡng hộ ở nhiệt độ phòng

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Hình 2.3 – Đúc mẫu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 2.6 – Sản phẩm đạt

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

Hình 2.5 – Chưng áp

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

Hình 2.7 – Sản phẩm nứt gãy

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

3.1. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tro bay và phụ gia khi

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

U Y

3.1.1. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ

30:70và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

Bảng 3.1 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

30:70 và phụ giakhi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

Phụ gia

Hỗn hợp

tự

bay

ml/100

/ cát

(%)

hỗn hợp

Độ bền nén

(kg/cm2)

(MPa)

Hiện trạng mẫu (Đánh giá ngoại

Bùn nhão

1:1

Bùn nhão

1:1

Nứt gãy

1:1

Nứt gãy

1:1

Nứt gãy

10 00

quan)

Í-

ÁN

Độ bền uốn

1:1

H Ư

Tro

TR ẦN

thứ

-L

Số

Thành phần

IỄ N

ÀN

Qua bảng trên có thể thấy khi hàm lượng bùn đỏ so với tro bay nhiều thì sản

phẩm sau khi dưỡng hộ sẽ không hình thành mà tồn tại dưới dạng bùn nhão không không cứng để có thể đem đi chưng áp. Khi lượng phụ gia nhiều thì pH trong hỗn hợp sẽ cao khi chưng áp sẽ gây ra hiện tượng nứt gãy hoặc vỡ vụn không có cườn độ. Điều đó cho thấy rằng tỉ lệ tro bay:bùn đỏ 30:70 là chưa đạt yêu cầu.

3.1.2. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 40:60 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Bảng 3.2 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

40:60 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

Phụ gia

Hỗn hợp

tự

bay

ml/100

/ cát

(%)

hỗn hợp

1:1

2,5

1:1

3,75

1:1

Độ bền uốn

Độ bền nén

(kg/cm2)

(MPa)

Hiện trạng mẫu

(Đánh giá ngoại quan)

ẠO

2,148

Đạt

2,245

Đạt

4,5

2,734

Đạt

6,25

3,449

Đạt

TR ẦN

Đạt

H Ư

1,785

10 00

Qua bảng trên có thể thay khi thay đổi tỉ lệ giữa tro bay và bùn đỏ thì sản

phẩm bắt đầu hình thành tốt sau khi dưỡng hộ cũng như chưng áp và bắt đầu có

cường độ nhưng vẫn chưa cao. Khi thay đổi lượng phụ gia thì độ bền uốn và cường

Í-

độ nén của gạch cũng tăng lên nhưng vẫn chưa cao.

ÀN

ÁN

-L

Công thức tính cường độ chịu uốn:

IỄ N D

Tro

U Y

thứ

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Số

Thành phần

ܴ௨ =

3‫ܨ‬௨ ݈ (ܰ/݉ଶ ) 2ܾܿ ଶ

Ta có: l = 12 cm: khoảng cách giữa 2 giá đỡ b = 5 cm : Bề rộng của gạch theo phương vuông góc với phương tác dụng lực c = 3cm : Chiều dày mẫu theo phương trùng với phương tác dụng lực

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

‫ܨ‬௨ =

100 100 . ‫ܨ‬ଵ = 2,5 = 6,25(݇‫)ܩ‬ 40 40

với F1 = 2,5 kg : là khối lượng quả cân làm phá hủy mẫu số 1

N U Y

3‫ܨ‬௨ ݈ 3.6,25.12 = = 2,5 (݇‫ܩ‬/ܿ݉ଶ ) 2ܾܿ ଶ 2.5. 3ଶ

ܴ௨ =

Thay tất cả các thông số vào công thức cường độ chịu uốn ta được:

Vậy cường độ chịu uốn của mẫu 1 là Ru = 2,5 (kG/cm2).

50:50 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Bảng 3.3 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

H Ư

50:50 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

Tro

Phụ gia

Hỗn hợp

tự

bay

ml/100

/ cát

(%)

hỗn hợp

10 00

thứ

-L

Số

TR ẦN

Thành phần

Độ bền uốn

Độ bền nén

(kg/cm2)

(MPa)

Hiện trạng mẫu (Đánh giá ngoại quan)

3,125

2,564

Đạt

1:1

4,375

2,893

Đạt

1:1

7,5

4,571

Đạt

Í-

1:1

ÁN

1:1

5,5

3,248

Đạt

1:1

8,5

4,318

Đạt

TO ÀN Đ IỄ N D

ẠO

3.1.3. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ

Qua bảng trên cho thấy khi tỉ lệ tro bay/bùn đỏ là 50:50 thì sản phẩm đánh giá ngoại quan bên ngoài đều tốt, cường độ nén và độ bền uốn đều khá cao nhưng vẫn chưa phải là tốt nhất. Khi lượng phụ gia cho vào tăng dần thay đổi thì cường độ của

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

gạch có sự thay đổi theo hướng tăng lên nhưng khi cho càng nhiều phụ gia thì cường độ lại có xu hướng giảm xuống chứng tỏ sự tạo thành geopolymer kém.

3.1.4. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ

60:40 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

Số

ẠO

Thành phần thứ

Tro

Phụ gia

Hỗn hợp

tự

bay

ml/100

/ cát

(%)

hỗn hợp

1:1

8,25

3,212

Đạt

1:1

8,75

3,735

Đạt

1:1

12,25

4,928

Đạt

1:1

13,5

5,372

Đạt

1:1

9,5

4,327

Đạt

Độ bền uốn

10 00

TR ẦN

H Ư

(kg/cm2)

Độ bền nén (MPa)

Hiện trạng mẫu (Đánh giá ngoại quan)

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

60:40 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

U Y

Bảng 3.4 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

Í-

-L

Qua bảng trên cho thấy khi tăng lượng tro bay lên thì độ bền uốn cũng như

ÁN

cường độ chịu nén của sản phẩm đã tăng lên khá cao, khi lượng phụ gia tăng lên thì

cường độ gạch cũng tăng lên. Chứng tỏ lượng tro bay và phụ gia ảnh hưởng rất lớn

IỄ N

ÀN

đến chất lượng của sản phẩm.

3.1.5. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 70:30 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1 Bảng 3.5 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

70:30 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:1

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Thành phần thứ

Tro

Phụ gia

Hỗn hợp

tự

bay

ml/100

/ cát

(%)

hỗn hợp

1:1

10,25

4,898

1:1

11,875

4,885

1:1

11,25

4,756

1:1

9,5

Độ bền nén

(kg/cm2)

(MPa)

Hiện trạng mẫu

Độ bền uốn

(Đánh giá ngoại

U Y

3,759

Đạt

3,531

Đạt

G N

Đạt

ẠO

Đạt

TR ẦN

Qua bảng trên có thể thấy khi lượng tro bay tăng lên thì cường độ gạch là rất tốt nhưng nếu so với tỉ lệ 60:40 thì đã có sự giảm xuống nhưng vẫn tốt hơn các tỉ lệ

khác rất nhiều. Khi tăng lượng phụ gia lên thì cường độ gạch đã giảm xuống rõ rệt.

10 00

Qua các thống kê số liệu trên thì có thể rút ra được các thông số phối liệu tốt

nhất cho tỉ lệ hỗn hợp: cát là 1:1.

Bảng 3.6 - Thông số phối liệu tốt nhất cho tỉ lệ hỗn hợp:cát là 1:1 Độ bền uốn

Độ bền nén

Tro bay

Phụ gia

(kg/cm2)

(MPa)

13,5

5,372

12,25

4,928

11,875

4,885

11,25

4,756

ÁN TO ÀN Đ

Thành phần

Í-

-L

STT

IỄ N D

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

quan)

Số

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

3.2. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tro bay và phụ gia khi

30:70 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2

3.2.1. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ

tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2

U Y

Bảng 3.7 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

Thành phần

tự

(%)

uốn

(kg/cm )

nén (MPa)

Hiện trạng mẫu (Đánh giá ngoại quan)

1:2

Bùn nhão

1:2

Bùn nhão

1:2

Bùn nhão

1:2

Nứt gãy

1:2

Nứt gãy

10 00

TR ẦN

hợp

Độ bền

ml/100g hỗn

hợp / cát

Phụ gia

Tro bay

Độ bền

H Ư

thứ

Tỉ lệ hỗn

-L

Í-

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Số

ẠO

30:70 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2

ÁN

Qua bảng trên có thể thấy khi hàm lượng bùn đỏ so với tro bay nhiều thì sản

phẩm sau khi dưỡng hộ sẽ không hình thành mà tồn tại dưới dạng bùn nhão không

IỄ N

ÀN

không cứng để có thể đem đi chưng áp. Khi lượng phụ gia nhiều thì pH trong hỗn hợp sẽ cao khi chưng áp sẽ gây ra hiện tượng nứt gãy hoặc vỡ vụn không có cườn độ. Điều đó cho thấy rằng tỉ lệ tro bay:bùn đỏ 30:70 là chưa đạt yêu cầu.

3.2.2. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 40:60 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Bảng 3.8 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ 40:60 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 Thành phần

tự

(%)

ml/100g hỗn

hợp / cát

uốn

nén

(Đánh giá

(kg/cm2)

(MPa)

ngoại

1:2

2,5

1,723

Đạt

1:2

2,75

1,834

Đạt

1:2

3,25

2,323

Đạt

1:2

3,75

2,453

Đạt

4,25

2,654

Đạt

ẠO

quan)

TR ẦN

H Ư

hợp

trạng mẫu

Phụ gia

Độ bền

Tro bay

Độ bền

U Y

thứ

Tỉ lệ hỗn

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Số

Hiện

1:2

10 00

Qua bảng trên có thể thay khi thay đổi tỉ lệ giữa tro bay và bùn đỏ thì sản phẩm bắt đầu hình thành tốt sau khi dưỡng hộ cũng như chưng áp và bắt đầu có

cường độ nhưng vẫn chưa cao. Khi thay đổi lượng phụ gia thì độ bền uốn và cường

độ nén của gạch cũng tăng lên nhưng vẫn chưa cao. Nếu so sánh với bảng 3.2 thì

-L

Í-

cường độ gạch thấp hơn vì lượng cát cho vào nhiều hơn gạch sẽ yếu hơn và gạch

ÁN

khá bụi.

ÀN

Công thức tính cường độ chịu uốn:

IỄ N

ܴ௨ =

3‫ܨ‬௨ ݈ (ܰ/݉ଶ ) 2ܾܿ ଶ

Ta có: l = 12 cm: khoảng cách giữa 2 giá đỡ b = 5 cm : Bề rộng của gạch theo phương vuông góc với phương tác dụng lực

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

c = 3cm : Chiều dày mẫu theo phương trùng với phương tác dụng lực

100 100 . ‫ܨ‬ଵ = 2,5 = 6,25(݇‫) ܩ‬ 40 40

‫ܨ‬௨ =

với F1 = 2,5 kg : là khối lượng quả cân làm phá hủy mẫu số 1

ẠO

Vậy cường độ chịu uốn của mẫu 1 là Ru = 2,5 (kG/cm2).

50:50 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

3.2.3. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ

H Ư

Bảng 3.9 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

TR ẦN

50:50 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 Thành phần Số

Tỉ lệ hỗn

ml/100g hỗn

hợp / cát

Phụ gia

10 00

thứ

Tro bay

tự

(%)

Hiện Độ bền

Độ bền

trạng mẫu

uốn

nén

(Đánh giá

(kg/cm2)

(MPa)

ngoại

hợp 16

1:2

3,25

2,467

Đạt

1:2

3,5

2,579

Đạt

1:2

2,034

Đạt

1:2

4,5

3,357

Đạt

1:2

4,75

3,789

Đạt

-L

Í-

TO ÀN Đ IỄ N

quan)

ÁN

1 2

3‫ܨ‬௨ ݈ 3.6,25.12 = = 2,5 (݇‫ܩ‬/ܿ݉ଶ ) ଶ ଶ 2ܾܿ 2.5. 3

ܴ௨ =

U Y

Thay tất cả các thông số vào công thức cường độ chịu uốn ta được:

Qua bảng trên cho thấy khi tỉ lệ tro bay/bùn đỏ là 50:50 thì sản phẩm đánh giá ngoại quan bên ngoài đều tốt, cường độ nén và độ bền uốn đều tốt nhưng so sánh

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

với tỉ lệ 1:1 thì vận thấp hơn khá nhiều. Điều đó cho thấy lượng cát ảnh hưởng khá lớn đến cường độ của gạch.

3.2.4. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ

60:40 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2

(%)

(Đánh giá

(kg/cm2)

(MPa)

ngoại

H Ư

quan)

7,5

4,341

Đạt

1:2

7,875

4,412

Đạt

1:2

11,5

4,895

Đạt

1:2

7,5

3,924

Đạt

1:2

8,25

4,102

Đạt

A Ó

nén

1:2

TR ẦN

10 00

trạng mẫu

hợp

uốn

Hiện

Độ bền

ẠO

ml/100g hỗn

hợp / cát

tự

Tỉ lệ hỗn

Tro bay

Phụ gia

Í-

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

thứ

Độ bền

Số

Thành phần

60:40 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2

U Y

Bảng 3.10 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

-L

Qua bảng trên cho thấy khi tăng lượng tro bay lên thì độ bền uốn cũng như

ÁN

cường độ chịu nén của sản phẩm đã tăng lên khá cao nhưng không đều vẫn có sự

3.2.5. Khảo sát thay đổi thành phần phối liệu tỉ lệ tro bay/bùn đỏ 70:30 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2 Bảng 3.11 - Kết quả thí nghiệm khi thay đổi thành phần phối liệu tro bay:bùn đỏ

IỄ N

ÀN

thay đổi khá hơn khi lượng tro bay và phụ gia tăng lên.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

70:30 và phụ gia khi tỉ lệ hỗn hợp/cát là 1:2

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tro bay (%)

ml/100g hỗn

hợp / cát

trạng mẫu

uốn

nén

(Đánh giá

(kg/cm2)

(MPa)

ngoại

hợp

1:2

10,25

5,035

1:2

12,75

5,223

1:2

9,25

1:2

8,5

1:2

Đạt Đạt Đạt

4,534

Đạt

8,25

4,627

Đạt

H Ư

4,735

ẠO

U Y

quan)

Qua bảng trên có thể thấy khi lượng tro bay tăng lên thì cường độ của gạch

tăng lên khá cao và có thể coi là tốt nhất trong tỉ lệ hỗn hợp:cát =1:2. Nhưng khi

10 00

lượng phụ gia tăng lên thì cường độ của gạch có xu hướng giảm đi nhưng vẫn khá

cao.

Qua các thống kê số liệu trên thì có thể rút ra được các thông số phối liệu tốt nhất

Í-

cho tỉ lệ hỗn hợp: cát = 1:2.

-L

Bảng 3.12 - Thông số phối liệu tốt nhất cho tỉ lệ hỗn hợp:cát là 1:2

ÁN

Thành phần

IỄ N

ÀN

STT

Độ bền

TR ẦN

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

tự

Phụ gia

Độ bền

thứ

Tỉ lệ hỗn

Số

Hiện

Thành phần

Độ bền uốn

Độ bền nén

Tro bay

Phụ gia

(kg/cm2)

(MPa)

12,75

5,223

11,5

4,895

10,25

5,035

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Qua các bảng số liệu so sánh cho thấy cường độ gạch với tỉ lệ hỗn hợp:cát = 1:1 cao hơn cường độ của gạch với tỉ lệ hỗn hợp:cát = 1:2 qua đó cho thấy rằng khi

Từ số liệu 2 bảng 3.6 và bảng 3.12 có thể rút ra các thông số phối liệu tốt nhất khảo

U Y

sát được từ 2 tỉ lệ trên

Thành phần

1:1

ẠO

(MPa)

(kg/cm2)

13,5

5,372

1:2

12,75

5,223

1:1

12,25

4,928

1:1

11,875

4,885

TR ẦN

nén

hợp

uốn

ml/100g hỗn

H Ư

(%)

hợp / cát

Độ bền

tự

Phụ gia

Độ bền

10 00

Tro bay

Tỉ lệ hỗn

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

Số

Bảng 3.13 - Thông số phối liệu tốt nhất

thứ

cho hàm lượng cát nhiều thì chất lượng của gạch sẽ giảm xuống.

Từ kết quả trên có thể kết luận như sau:

-L

Í-

- Tro bay chiếm 30 – 35% khối lượng tổng

ÁN

- Bùn đỏ chiếm 15 – 20 % khối lượng tổng

- Cát sẽ chiếm từ 33,3 – 50 % khối lượng tổng

IỄ N

ÀN

- Lượng phụ gia sẽ dao động từ khoảng 20 ± 2ml/100g hỗn hợp tro bay và bùn đỏ

3.3. Khảo sát sự thông đổi các thông số phối liệu Từ kết quả tính toán phần trăm khối lượng các nguyên liệu có thể thấy rằng lượng bùn đỏ vẫn chiếm một tỉ lệ khá thấp so với tổng khối lượng phối liệu nhưng với mục tiêu của đề tài là xử lý chất thải bùn đỏ thì với giá trị như trên vẫn chưa thỏa mãn yêu cầu, lượng cát sử dụng vẫn còn khá lớn. Nên sẽ tiến hành thay đổi

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

phối liệu trên để có thể giảm được lượng cát và tăng hàm lượng bùn đỏ cũng như tro bay.

Sau khi thay đổi thông số phối liệu được kết quả như sau:

Bảng 3.14 - Kết quả thay đổi thành phần phối liệu Thành phần nén

Đánh giá

(MPa)

ngoại

(kg/cm2)

hỗn hợp

mẫu (

quan)

1,25:1

1,5:1

4,781

Đạt

14,375

5,673

Đạt

1,75:1

10,75

4,223

Đạt

2:1

8,5

3,524

Đạt

3:1

5,25

2,345

Đạt

4:1

Bùn nhão

5:1

Bùn nhão

10 00 A Ó

-L

Í-

11,25

H Ư

TR ẦN

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

U Y

uốn

ml/100g

hợp/cát

Độ bền

Tro bay

Phụ gia

Tỉ lệ hỗn

Độ bền

ẠO

Số thứ tự

Hiện trạng

ÁN

Qua bảng số liệu trên có thể tìm được mẫu có độ bền uốn và độ bền nén tốt

nhất có phối liệu là 36 % tro bay, 24 % bùn đỏ và 40 % cát , lấy mẫu này để đi phân

IỄ N

ÀN

tích quá trình hình thành geopolymer cũng như các thành phần khoáng có trong gạch thông qua các phương pháp phân tích IR,X-ray và SEM.

3.3.1. Kết quả phân tích IR 3.3.1.1. Bùn đỏ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

TR ẦN

Hình 3.1 –Phổ IR bùn đỏ

Bước sóng từ 400 – 4000

Bùn đỏ (cm-1)

H-O-H

3620-3434

H-O-H

1639

441

Si-O,Si-O-Fe

455

980-1110

Si-O-Si,Si-O

1002

884

Al-O-H

802

1435

CO3

1477-1410

10 00

Liên kết

3460

-1

ÀN

ÁN

-L

Í-

1633,4

IỄ N D

Bảng 3.15 – Các bước sóng dao động của bùn đỏ

ng. Tuy nhiên chỉ mới phát So với phổ chuẩn có tất cả các dao động đặc trưng. chưa phát hiện liên kết Si-O-H, 2 liên kết này là các hiện có liên kết Al-OH, ch oligomer cơ sở để tổng hợp geopolymer.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

3.3.1.2. Geopolymer

10 00

Hình 3.2 - Phổ IR của mẫu

các

đỉnh

trí

trong

vùng

950-1200

cm-1

cụ

thể

-Vị

Từ hình phổ IR trên có thể đưa các nhận xét như sau:

Í-

1083,1005,1081,1028,1084,1033,1078,1079,1028,1031,1085,1034,1082 ợc cho là1083,1005,1081,1028,1084,1033,1078,1079,1028,1031,1085,1034,1082đư

-L

là sự kéo căng của liên kết Si - O - T (T = Si/Al). Đây là dải chính của quang phổ

ÁN

tro bay và geopolymer được tổng hợp từ tro bay. Sự thay đổi vị trí các đỉnh có liên

như quan tới sự thay thế Si trong mạng thủy tinh Si - O - T với các cation khác nhau nh

IỄ N

ÀN

Al,Na,K,Ca với sự có mặt của nhiều oxit cầu nối ( Si - O – Na hoặc Si - O - K) - Các geopolymer có chứa mạng lưới trật tự ngắn của liên kết tứ diện Si-O-Si và SiO-Al. Các phân tử nước trong geopolymer được xác định bởi dải của O-H trong khoảng 3200-3700 cm-1. Các đỉnh hấp thụ mạnh tại 3440-3480 cm-1,đỉnh hấp thụ

tươ ứng với số sóng của O-H trong khi 1650 cm-1 được yếu tại 2928-2955 cm-1 tương cho là số sóng của C-O trong cacbonat

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

- Khi tổng hợp geopolymer các cation kiềm chưa phản ứng tác dụng với sự hòa tan của CO2 tạo thành cacbonat trong ma trận gel. Sau khi vật liệu đóng rắn dung dịch

Liên kết

457,95

Si-O

515,08

Si-O-Al

Si-O-Al uốn

H Ư

TR ẦN Al-OH

Dao động kéo căng của

Si-O-Si

Al-OH liên kết 4 và liên

10 00

kết mạng lưới Si-O-Si

Đối xứng Si-O

C-O

Kéo căng C-O (cacbonat)

1645

O-H

Uốn cong O-H

2856-2927

O-H

Kéo căng O-H

3441

O-H

Kéo căng O-H

Í-

Si-O

ÀN

ÁN

-L

1417-1470

căng đối xứng Si-O co dãn đối xứng

796,08

Mạng lưới Si-O-Si kéo

Si-O

693,04

1011,89

ẠO

Si-O ốn trong mặt phẳng

Si-O-Si

561,07

IỄ N D

Dao động

Số sóng (cm-1)

Bảng 3.16 - Các bướcsóng dao động của geopolymer

U Y

của cacbonat tại bề mặt.

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

nồng độ kiềm giữa lõi và bề mặt. Sự vận chuyển các ion kiềm dẫn đến sự kết tủa

trong lõi chứa kiềm sẽ khuếch tán ra bề mặt qua các mao quản do sự chênh lệch

Từ kết quả phân tích trên có thể thấy rằng: - Nguyên liệu ban đầu có các dao động của các liên kết để tổng hợp geopolymer,liên kết Si-O-Al, Si-O-Fe….

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

- Khi đưa tro bay và cát vào SiO2 hoạt tính có trong cát vs tro bay tác dụng với NaOH dư có trong bùn đỏ cộng với phụ gia NaOH thêm vào tạo thành Na2O.nSiO2

- Nhìn trên phổ IR các liên kết Al-O-H còn tồn tại rất ít chứng tỏ đã tham gia quá

do NaOH bẽ gãy các liên kết của SiO2.

U Y

trình tạo geopolymer. Chủ yếu hiện diện các liên kết Si-O, O-H với các mũi đặc

trưng của khoáng quarzt

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

3.3.2. Kết quả phân tích X-ray

Hình 3.3 – X-ray của mẫu Từ kết quả X-ray thấy mẫu có cấu trúc vô định hình đến nữa tinh thể,pha tinh thể bao gồm các khoáng : quarzt (SiO2), gibbsite (Al(OH)3), hematite (Fe2O3), geothite (FeO(OH))…

3.3.3. Kết quả phân tích SEM

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Hình 3.4 – SEM của mẫu

10 00

Quan sát hình ảnh bề mặt mẫu vật liệu geopolymer từ tro bay dưới kính hiển vi điện tử quét thấy trong cấu trúc vật liệu gồm pha vô định hình liên tục và sít đặc,

có rất ít lỗ xốp. Hạt hoặc biên giới hạt tinh thể trên ảnh không rõ ràng, có thể do bị

nền vô định hình của vật liệu che khuất. Chính nhờ cấu trúc vô định hình liên tục

Í-

này làm cho vật liệu geopolymer có cường độ cao.

-L

Hình ảnh cấu trúc vật liệu thể hiện pha vô định hình khá gián đoạn, ngoài ra

ÁN

còn có các tập hợp hạt có hình dạng không đồng đều, môi tập hợp có vẻ được tạo

IỄ N

ÀN

nên từ nhiều hạt nhỏ hơn có thể là quarzt, gibbsite, hematite, geothite…

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG 4 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Với mục tiêu đề tài đặt ra là xử lý chất thải bùn đỏ theo phương pháp

4.1. Kết luận

U Y

geopolymer từ các nguyên liệu là các loại dễ tìm cũng như là phế thải trong ngành

sản xuất công nghiệp, cải thiện được rất nhiều vấn đề về môi trường cũng như an

ninh quốc gia mà xã hội đang rất quan tâm đồng thời cũng góp phần mở ra cho

ẠO

ngành vật liệu xây dựng một hướng đi mới từ những nguồn nguyên liệu mới rẻ tiền

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

thay cho vật liệu đất sét nung truyền thống đang ngày dần cạn kiệt. Qua quá trình

nghiên cứu đã rút ra được một số kết luận như sau:

H Ư

- Tạo được geopolymer với liên kết Si-O-Al, Si-O-Fe, [AlO4], [SiO4]

TR ẦN

- Cường độ nén có thể đạt cao nhất gần 6 MPa

- Có thể áp dụng vào sản xuất gạch không nung

- Từ kết quả nghiên cứu về độ bền nén của các mẫu cho thấy rằng cường độ của các

10 00

mẫu gạch còn phụ thuộc nhiều vào hàm lượng bùn đỏ được sử dụng, sự phân bố lổ xốp, chế độ chưng áp, thời gian dưỡng hộ...

4.2. Kiến nghị

Í-

- Tiến hành khảo sát thời gian và nhiệt độ chưng áp vì điều kiện tiến hành thí

-L

nghiệm không cho phép nên phải phụ thuộc vào quy trình sản xuất của nhà máy

ÁN

- Tiến hành nghiên cứu với các loại nguyên liệu khác như xỉ lò, puzoland,

diatomite... để biết được môi trường sử dụng thích hợp.

IỄ N

ÀN

Ngoài ra cần kiểm tra khối lượng thể tích, độ hút nước, hệ số mềm của các vật liệu

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

[1]. TS Hà Văn Hồng , Bài giảng Công nghệ chế biến Bauxit, Trường Đại học Công

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nghiệp TP Hồ Chí Minh.

U Y

[2]. TS. Đào Văn Đông, GS.TS.Phạm Duy Hữu, KS. Nguyễn Ngọc Lân, Định

hướng sử dụng một số chất thải rắn trong các ứng dụng xây dựng,Bộ môn Vật liệu

xây dựng Viện KH và CN xây dựng giao thông Trường Đại học Giao thông Vận tải.

ẠO

[3]. Nguyễn Thị Thanh Thảo, Vũ Huyền Trân, Nguyễn Văn Chánh, Tân dụng phế

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

thải bùn đỏ từ quặng Bauxite để sản xuất gạch đất sét nung nhiệt độ thấp,Đại học

Bách Khoa TP Hồ Chí Minh.

H Ư

[4]. Đỗ Quang Minh, Chất kết dính từ bùn đỏ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số

TR ẦN

56/2006, p112-115.

[5]. John L. Provis and Jannie S. J. van Deventer, Geopolymers: Structure,

Joseph

Davidovits,

Geopolymer,

10 00

[6].

processing, properties and industrial applications, 2009. Green

Chemistry

and

Sustainable

Development Solutions, 2007.

[7]. M. Criado, A. Fernandes-Jimenes, A. Palomo, “Alkali activation of fly ash:

effect of the SiO2/Na2O ratio”, Microporous Mesoporous Mater. 106(2007) 180-

-L

Í-

191.

IỄ N

ÀN

ÁN

[8]. TCVN 7959:2008, Block bê tông khí chưng áp (AAC), Hà Nội 2008.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

PHỤ LỤC

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Phụ lục 1 – X-ray bùn đỏ

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com www.facebook.com/daykemquynhonucozcom Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

U Y

Phụ lục 2 – X-ray tro bay

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

Phụ lục 3 – X-ray sản phẩm

Phụ lục 4 – SEM sản phẩm

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial