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

Theo như đặc trưng về thành phần, các nguyên liệu dùng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung thường giàu thành phần silic, nhôm hoạt tính và khi phối trộn với vôi s đóng rắn như xi mă

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn này, học viên đã nhận được sự giúp đỡ rất tận tâm và nhiệt tình từ TS Nguyễn Thùy Dương Cô không chỉ hướng dẫn mà còn luôn động viên để học viên có thể hoàn thành luận văn này một cách xuất sắc nhất Học viên xin gửi bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới cô

Để hoàn thành luận văn này, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Phan Lưu Anh và ThS Nguyễn Ánh Dương đã tạo điều kiện giúp đỡ và luôn dành tặng cho học viên những lời khuyên tốt nhất

Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, cán bộ trong khoa Địa chất, trường Đại học khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã chỉ bảo và giúp đỡ học viên về kiến thức chuyên môn trong suốt thời gian theo học chương trình cao học tại trường

Bên cạnh đó, học viên xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Địa chất và các đồng nghiệp tại Viện Địa chất - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

đã giúp đỡ và tạo điều kiện để học viên có thể thực hiện luận văn

Cuối cùng, học viên xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè luôn bên cạnh động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để học viên có thể học tập, làm việc và thực hiện luận văn này

Mặc dù luận văn đã được hoàn thành nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, học viên rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ các thầy cô và bạn bè để luận văn được hoàn thiện hơn

Một lần nữa, học viên xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

C V 3

3

3

C T ề 7

T 7

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 8

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 9

Cá p ươ p áp 10

2.2.1 Phương pháp phân tích lát mỏng thạch học 10

2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 11

2.2.3 Phương pháp hu nh quang tia X (XRF) 12

2.2.4 Phương pháp xác định độ hút vôi 12

2.2.5 Phương pháp nghiên cứu kính hiển vi điện tử qu t (SEM - EDX) 13

2.2.6 Các phương pháp xác định tính chất cơ lý 13

C Đ ể

M C C 16

á á p M C C ả 16

3.1.1 Đặc điểm thành phần thạch học - khoáng vật 16

3.1.2 Đặc điểm thành phần hoá học 19

ộ ạ ủ á p M C C ả 20

C Đ M C C

x ệ xây ô ( ô ) 22

4 á á ả sử ụ á p M C C ả

p ụ ạ p zơ 22

4 T ử ệ sả x ạ ô ừ á p

Mù C C ả 26

4.2.1 Nguyên liệu và phụ gia 26

4.2.2 Các loại phụ gia 27

4.2.3 Phối trộn nguyên liệu với phụ gia 27

4.2.4 Độ ẩm tạo hình và lực n n tạo hình 28

4.2.5 Tiến hành sản xuất mẫu gạch không nung thử nghiệm 31

4.2.6 Bảo dưỡng sản phẩm 31

4 Kế ả ử ệ 32

4 4 L ậ ả ơ ế ạ ế 34

KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 3

Hình 2 Sơ đồ địa chất và khoáng sản khu vực Mù Căng Chải, tỉnh Yên Bái 6

Hình 3 Ryolit (ryotrachit) cấu tạo khối rắn chắc khu vực Mù Căng Chải 16

Hình 4 Ryolit (ryotrachit) kiến trúc porphyr với các ban tinh thạch anh, feldspar khu vực Mù Căng Chải 16

Hình 5 Đá ryolit với các ban tinh thạch anh, feldspar 17

Hình 6 Đá ryolit với ban tinh plagioclas có riềm bao quanh bởi thủy tinh 18

Hình 7 Đá ryolit nền vi tinh feldspar, thạch anh và biotit 18

Hình 8 Mẫu thử nghiệm làm gạch không nung từ đá phun trào acid

Mù Căng Chải 31

Hình 9 Ảnh SEM thể hiện sự kết dính của vật liệu trong mẫu gạch không nung thử nghiệm M1 35

Hình 10 Biểu đồ thành phần hóa học của chất kết dính C - S - H (sp3) 35

Hình 11 Hình ảnh thể hiện chất kết dính bám trên bề mặt mẫu (a) và thành phần hóa học của chất kết dính kiểu C - A - S - H (b) 36

Hình 12 Biểu đồ so sánh phổ XRD của mẫu đá phun trào acid và mẫu gạch không nung M1 37

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Thành phần và hàm lượng khoáng vật của đá phun trào acid 19

Bảng 2 Thành phần hóa học của đá phun trào acid khu vực Mù Căng Chải 20

Bảng 3 Độ hút vôi của đá phun trào acid khu vực Mù Căng Chải 21

Bảng 4 Thành phần hóa học của đá phun trào acid khu vực Mù Căng Chải và

đá phun trào khu vực Yanshan, tỉnh Jiangxi, Trung quốc 24

Bảng 5 Tiêu chuẩn ASTM C 618 về thành phần hóa học của puzolan 25

Bảng 6 T lệ phối trộn nguyên liệu làm gạch không nung 28

Bảng 7 Kết quả đặc trưng cơ lý của sản phẩm gạch không nung theo t lệ phối trộn I với các t lệ tạo ẩm khác nhau 30

Bảng 8 Kết quả thử nghiệm các đặc trưng cơ lý của mẫu gạch không nung từ đá phun trào acid khu vực Mù Căng Chải 34

MỞ ĐẦU

Sản xuất và sử dụng vật liệu xây dựng không nung đã và đang trở thành xu thế chung của các nước trên thế giới, bởi những lợi ích mà vật liệu xây dựng không nung đem lại như thân thiện với môi trường, giảm lượng khí thải CO2, tăng độ bền của các công trình xây dựng, vật liệu xây dựng không nung được đánh giá là vật liệu xanh [37, 45, 49] Tại các nước phát triển như Mỹ, Anh, Canada, vật liệu xây dựng không nung chiếm khoảng 60% tổng vật liệu xây dựng và đang có xu hướng ngày càng tăng do những chính sách ưu đãi và khuyến khích của các quốc gia về sử dụng các vật liệu thân thiện môi trường trong các công trình xây dựng [43]

Ở Việt Nam, sử dụng và sản xuất vật liệu xây dựng không nung còn ở mức thấp, chỉ chiếm khoảng 8 - 10% [10] Để thúc đẩy sử dụng và sản xuất vật liệu xây dựng không nung, ngày 28 tháng 11 năm 2012, chính phủ đã ra thông tư số 09/2012/TT - BXD về quy định sử dụng vật liệu xây dựng không nung trong các công trình xây dựng làm tăng cao nhu cầu về loại vật liệu này [1] Xuất phát từ chủ trương của chính phủ và đáp ứng nhu cầu về vật liệu xây dựng không nung, việc nghiên cứu về nguyên liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng không nung ngày càng được chú trọng hơn

Theo như đặc trưng về thành phần, các nguyên liệu dùng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung thường giàu thành phần silic, nhôm hoạt tính và khi phối trộn với vôi s đóng rắn như xi măng, nên những đối tượng tìm kiếm nguồn nguyên liệu này chủ yếu là các thành tạo địa chất nguồn gốc phun trào núi lửa, trầm tích phun trào, các sản phẩm phong hoá và một số thành tạo trầm tích như diatomit, trepan [17] Nghiên cứu về các đá phun trào núi lửa ở Việt Nam phục vụ tìm kiếm nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng không nung hầu như mới chỉ tập trung vào các loại đá phun trào mafic [12, 15, 20, 21], đối với các đá phun trào acid gần đây cũng có một số nghiên cứu của Nguyễn Ánh Dương 2011, 2012 [4, 5] Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá một số đặc tính kỹ thuật của phụ gia hoạt tính làm từ đá phun trào mà chưa tiến hành thử nghiệm sản xuất Dựa

trên cơ sở các nghiên cứu này và các tài liệu nghiên cứu về địa chất Việt Nam [9,

30 , nhận thấy các thành tạo đá phun trào acid tập trung nhiều ở trũng Tú Lệ, đặc biệt trong khu vực Mù Căng Chải, tỉnh Yên Bái [22 Do đó, luận văn với tiêu đề:

“ á á ả sử ụ á p M C C ả

á sả x ậ ệ x ô đã được lựa chọn Theo các

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

Hì Sơ ồ (N ồ : http://mucangchai.yenbai.gov.vn/)

1.2 Đ ể

Trong khu vực nghiên cứu, chiếm diện tích lớn là hệ tầng Trạm Tấu (? J - K

diện tích rất nhỏ, không đáng kể đó là hệ tầng Mường Trai (T2l mt), hệ tầng Suối

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

Các đá phun trào acid khu vực nghiên cứu chủ yếu thuộc phức hệ núi lửa Tú

Lệ - Ngòi Thia Phức hệ bao gồm 2 phụ phức hệ là phụ phức hệ núi lửa Tú Lệ (K

Phụ phức hệ núi lửa Tú Lệ bao gồm toàn bộ các đá núi lửa acid - trung tính

á kiềm Trong khu vực Mù Căng Chải, phụ phức hệ chiếm diện tích khá lớn ở phía Tây và Tây Nam

Thành phần của phụ phức hệ khá phức tạp, chiếm ưu thế là các đá phun trào,

ít gặp hơn tuf cát kết tướng phun nổ và tuf aglomerat tướng họng

Thành phần thạch học của các đá núi lửa chủ yếu tương ứng với ryodacit, ryolit, trachyryolit, ít hơn là trachyt porphyr Chúng thường có quan hệ chuyển tiếp cới các đá á núi lửa cùng thành phần Hầu hết bị n n p từ yếu đến mạnh, có cấu tạo dải, định hướng rõ rệt Kiến trúc porpphyr điển hình với ban tinh kali feldspar, ít gặp ban tinh plagioclas hoặc thạch anh Khá phổ biến felsit và microfelsit cũng bị nén ép phân dải mạnh

Thành phần hóa học của ryodacit, ryolit đặc trưng cao kiềm (Na2O + K2O = 7,9 - 9,9%, t lệ K2O/Na2O  1

Phụ phức hệ Ngòi Thia ở đây chỉ bao gồm các đá núi lửa và á núi lửa acid á kiềm và kiềm Trong vùng nghiên cứu, phụ phức hệ n m xen k với phụ phức hệ Tú

Lệ, lộ ra ở phía chủ yếu ở phía Tây Nam, một ít ở Tây Bắc và Đông Bắc

Các đá núi lửa thuộc phụ phức hệ Ngòi Thia có thành phần chủ yếu tương ứng với ryolit, cấu tạo khối, đôi chỗ dạng dồng chảy

Ryolit hầu hết sáng màu, khoáng vật màu rất ít và thường là chỉ có biotit mà nhiều chỗ có l có nguồn gốc thứ sinh

Về cơ bản, các đặc tính thạch hóa và địa hóa của ryolit phụ phức hệ Ngòi Thia cũng tương tự như ryolit phụ phức hệ Tú Lệ: đặc trưng tương đối cao kiềm, kiềm kiểu trội kali

Khoáng sản chính ở khu vực Mù Căng Chải là quặng chì - k m và quặng thạch anh, tập trung chủ yếu ở phía Tây Trên sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứu, trong các thành tạo đá phun trào acid không có sự thành tạo các mỏ hoặc điểm quặng

Hình 2 Sơ ồ á sả M C C ả á

(N ồ : ờ á ỷ ệ : 00000 N ễ ĩ (C ủ b ) 978)

C T NG QUAN V N ĐỀ NGHI N C U VÀ

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHI N C U

T ề

Vật liệu xây dựng không nung là loại vật liệu dùng trong xây dựng, trong đó

việc sản xuất hay tạo ra chúng không sử dụng nhiệt để nung Vật liệu xây dựng

không nung gồm: gạch xi măng - cốt liệu; vật liệu nh (gạch từ bê tông khí chưng

áp, gạch từ bê tông khí không chưng áp, gạch từ bê tông bọt, tấm Panel từ bê tông

khí chưng áp); tấm tường thạch cao, tấm 3D; gạch khác (đá ch , gạch đá ong, vật

liệu xây dựng không nung từ đất đồi và phế thải xây dựng, phế thải công nghiệp,

gạch silicat [1, 31] Vật liệu xây dựng không nung được sản xuất từ nhiều nguồn

nguyên liệu khác nhau như tro bay, xỉ than, tro, tuf, thủy tinh núi lửa, diatomit,

trepel, Các nguyên liệu này thường được gọi là phụ gia hoạt tính puzơlan [11]

Phụ gia hoạt tính puzơlan là tên gọi chung để chỉ các loại vật liệu chứa nhiều

thành phần silic, nhôm hoạt tính và không có tính chất kết dính Tuy nhiên, khi các

loại nguyên liệu này kết hợp với vôi hydrat hóa và một lượng nước nhất định s tạo

ra hợp chất có tính chất kết dính tương tự như xi măng [17, 37, 34, 44] Dựa vào

nguồn gốc, phụ gia hoạt tính puzơlan được chia ra làm phụ gia hoạt tính tự nhiên và

phụ gia hoạt tính nhân tạo Phụ gia hoạt tính tự nhiên là sản phẩm của các quá trình

địa chất như magma (tro tuf núi lửa, các đá phun trào), trầm tích, đá biến chất

(tripolit, silimanit) Phụ gia hoạt tính nhân tạo là các loại nguyên liệu như: xỉ lò

cao, tro bay, metakaolin Các nguyên liệu này khi ở trạng thái tự nhiên chưa có

hoạt tính nhưng sau khi được xử lý b ng các phương pháp hoá lý khác nhau s trở

nên có hoạt tính [14, 37]

Việc đánh giá nguyên liệu có thể sử dụng như một phụ gia hoạt tính puzơlan

được dựa theo tiêu chuẩn 3735 - 82 [26] Tiêu chuẩn 3735 - 82 áp dụng cho các loại

puzơlan thiên nhiên ở dạng nguyên khai hoặc gia nhiệt, dùng để chế tạo xi măng

pooclăng, xi măng pooclăng puzơlan và chất kết dính vôi + puzơlan Theo tiêu

chuẩn này, độ hoạt tính của nguyên liệu phụ thuộc vào độ hút vôi và nguyên liệu sử

dụng làm puzơlan phải đạt độ hút vôi trên 30mgCaO/g.pz (mgCaO/g.pz là đơn vị đo

lượng vôi được hấp thụ bởi 1g puzơlan), thời gian đông kết của mẫu chế tạo từ vữa vôi puzơlan (tỉ lệ 1:4) không muộn hơn 4 ngày đêm kể từ khi kết thúc chế tạo, khả năng chịu nước của mẫu chế tạo từ vữa vôi puzơlan đảm bảo không muộn hơn 3 ngày đêm kể từ lúc kết thúc đông kết, hàm lượng SO3 trong puzơlan không được lớn hơn 1% [26] Như vậy, độ hút vôi là yếu tố chính quyết định khả năng sử dụng làm phụ gia hoạt tính puzơlan của nguyên liệu

Theo nghiên cứu của Cambel (1982), nguyên liệu sử dụng làm puzơlan thường chứa hàm lượng lớn các pha thủy tinh núi lửa, opal, zeolit và oxit nhôm, bởi

sự tồn tại Si và Al trong các cấu trúc alumina - silicat vô định hình hoặc mất trật tự, các cấu trúc này không bền vững nên thường dễ dàng phản ứng với vôi để tạo chất kết dính [37] Do đó, những nhận định ban đầu về sử dụng nguyên liệu làm phụ gia hoạt tính puzơlan thường dựa trên hàm lượng thủy tinh núi lửa, opal, zeolit và oxit nhôm Bên cạnh đó, theo tiêu chuẩn ASTM C18 về thành phần hóa học đối với puzơlan tự nhiên nguyên liệu sử dụng làm phụ gia khoáng puzơlan yêu cầu phải có tổng hàm lượng SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 > 70%, do đây là các thành phần chính tham gia phản ứng với vôi tạo độ hoạt tính của phụ gia hoạt tính puzơlan [32] Như vậy, hai yếu tố chính quyết định độ hoạt tính của nguyên liệu sử dụng làm phụ gia hoạt tính puzơlan là hàm lượng các pha gồm thủy tinh núi lửa, opal, zeolit, oxit nhôm và tổng hàm lượng SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 Trong thành phần của các đá phun trào acid thường chứa hàm lượng thủy tinh núi lửa khá lớn và hàm lượng SiO2 > 70%, các yếu tố này quyết định độ hoạt tính của phụ gia hoạt tính puzơlan làm từ nguồn nguyên liệu này và do SiO2,Al2O3 tồn tại dưới dạng thủy tinh núi lửa trong các đá phun trào acid là các thành phần phản ứng trực tiếp với vôi mà không phải qua xử

lý nhiệt nên các đá phun trào acid được phân vào loại phụ gia hoạt tính puzơlan tự nhiên [17, 37]

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trên th gi i

Trên thế giới, từ thời cổ xưa con người đã biết sử dụng các nguyên liệu tự nhiên tại địa phương để sản xuất các vật liệu xây dựng không nung Ở Trung Quốc, người dân đã biết sử dụng đất hoàng thổ để làm gạch xây dựng không nung, ở

Apganistan đã sử dụng các dạng đất đồi để làm nhà trong hang núi hay người Italia

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

cũ có cả những đường phố được xây dựng b ng phụ gia hoạt tính puzơlan), hay ở Đức, trong những năm 20 - 40 của thế k XX hàng chục triệu căn hộ đã được xây dựng b ng gạch làm từ puzơlan [37] Với sự phát triển rộng rãi của vật liệu xây dựng không nung, đã có rất nhiều nghiên cứu về tìm kiếm các nguồn nguyên liệu làm phụ gia hoạt tính puzơlan, đặc biệt là từ các đá phun trào [33, 35, 41, 39] Một trong những nghiên cứu nổi bật gần đây đó là nghiên cứu của Ahmet Çavdar và Şükrü Yetgin (2006) về các đá núi lửa (tuf) ở phía tây bắc Thổ Nhĩ K đã khẳng định đây là một nguồn nguyên liệu hoạt tính do các chỉ tiêu về thành phần hóa học,

độ mịn và lượng SiO2 vô định hình đều đạt các tiêu chuẩn của phụ gia khoáng tự nhiên (puzơlan) Năm 2013, nghiên cứu của Blog và nnk., đã khẳng định đá phun trào (tuf) là nguyên liệu puzơlan, có thể khai thác để sản xuất vật liệu xây dựng Nghiên cứu của Yu và nnk., (2014) xác định độ hoạt tính của đá phun trào dựa trên thành phần SiO2 + Al2O3 và pha vô định hình đã một lần nữa khẳng định đá phun trào là một phụ gia khoáng Trong nghiên cứu của Al - Swaidani và nnk (2015) về đánh giá tiềm năng sử dụng đá phun trào thay thế xi măng trong sản xuất xi măng - pooclăng puzơlan ở Syria cũng đã nêu lên ảnh hưởng của hàm lượng đá phun trào

và kích cỡ hạt của chúng đến các đặc tính cơ lý của vật liệu xây dựng không nung

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở iệt Na

Ở Việt Nam, sản xuất vật liệu xây dựng không nung từ nguyên liệu địa phương đã được nhân dân ta tiến hành từ lâu đời dưới các hình thức như trình tường (Bắc Ninh, Bắc Giang), hay xây nhà từ đá ong (Phúc Yên, Phú Thọ), gạch cay của các lò vôi (Hà Nam) hoặc xây nhà từ đá silic (Thủy Nguyên, Hải Phòng) và gần đây

tại Đông Triều, Uông Bí nhân dân đã tận dụng tro xỉ của nhà máy nhiệt điện để làm đường, và xây dựng nhà cửa, thời gian đã minh chứng cho tính bền vững của các loại nguyên liệu này

Gạch không nung làm từ puzơlan đã được đề cập đến trong các công trình nghiên cứu của một số tác giả như Bùi Văn Ch n và Đào Tiến Đạt năm 1980 [2] nhưng thời gian đó các tác giả chưa có điều kiện để đề cập cụ thể đến các nguồn nguyên liệu cần thiết ban đầu cho quá trình sản xuất, nên gạch không nung đã nhanh chóng bị lãng quên

Năm 1989, Kiều Quý Nam và nnk trong chương trình trọng điểm “Tây Nguyên II đã nghiên cứu và phát hiện nhiều điểm quặng puzơlan có giá trị công nghiệp ở các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăc, Lâm Đồng và đã kiến nghị về vấn đề nghiên cứu sử dụng puzơlan làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng không nung

Tiếp đó, từ 1990 đến nay, đã có rất nhiều các đề tài nghiên cứu được triển khai nh m điều tra khảo sát tiềm năng, chất lượng và đề xuất các giải pháp công nghệ chế biến và sử dụng puzơlan làm nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất xi măng và sản xuất vật liệu xây dựng không nung như Kiều Quý Nam và nnk (1989,

2001, 2003, 2004, 2006), Nguyễn Thanh Tùng và nnk (1991, 1993) Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này tập trung vào tìm nguồn nguyên liệu puzơlan trong các thành tạo phun trào bazơ (bazan, tuf ) hay các thành tạo trầm tích (diatomit, trepen ), chỉ có một số ít nghiên cứu trong các thành tạo phun trào trung tính và axit như của Nguyễn Ánh Dương (2011, 2012) [4, 5]

C

2.2.1 h ng ph p ph n t ch l t ng th ch h c

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

và được gắn vào lam kính

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

2.2.2 h ng ph p nhiễu x tia X (XRD)

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) là một phương pháp hữu hiệu trong nghiên cứu cấu trúc của vật liệu Trong nghiên cứu khoáng vật, XRD là một phương pháp cho ph p xác định hàm lượng các pha khoáng vật có trong mẫu và đặc điểm cấu trúc của các pha khoáng này Phương pháp XRD sử dụng một chùm tia X chiếu lên bề mặt mẫu Hiện tượng nhiễu xạ s xảy ra tại các nút mạng cung cấp thông tin

về cấu trúc của vật liệu Hiện tượng nhiễu xạ tuân theo định luật Vulf - Bragg:

nλ = 2dsinθ (1)

trong đó: n - Bậc phản xạ (1,2,3 )

λ - độ dài bước song của tia rơnghen

θ - góc tới của chùm tia rơnghen trên mặt phẳng tinh thể

d - khoảng cách giữa 2 mặt song song của tinh thể

Dựa trên công thức (1) xác định khoảng cách giữa các mặt song song của tinh thể khoáng vật, các mặt này cách nhau một khoảng cách d đặc trưng cho từng khoáng vật

Mẫu được chuẩn bị cho phân tích XRD là mẫu bột Mẫu được nghiền thành dạng hạt có kích thước hạt < 0,01 mm Mẫu bột này được n n nh để có bề mặt phẳng và đưa vào máy phân tích

Mẫu được tiến hành phân tích trên máy Empyrean - PANalytical sử dụng ống bức xạ Cu Chế độ vận hành gồm hiệu điện thế 45 kV, 40 mA, khoảng đo 5,0 - 70,0 o2θ, độ rộng khe tia X 4o Kết quả XRD của mẫu được xử lý b ng phần mềm tính toán chuyên dụng HighScore Plus cho ph p xác định chính xác các pha khoáng vật và bán định lượng thành phần chúng trong mẫu

2.2.3 h ng ph p hu nh uang tia ( )

Phương pháp hu nh quang tia X (XRF) được sử dụng trong phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu Sử dụng phương pháp này cho ph p xác định được các hợp phần hóa học chính của đá gồm SiO2, Al2O3, FeO, TiO2, MnO, MgO, CaO,

Na2O, K2O, và một vài nguyên tố vết như Y, Zr, Sr, Rb

Nguyên lý của phương pháp hu nh quang tia X là dựa trên sự kích thích mẫu

b ng chùm tia X Chùm tia X nguyên sinh kích thích các tia X thứ cấp có chiều dài bức sóng đặc trưng cho các nguyên tố có mặt trong đá Cường độ của các tia X thứ cấp được đo lại và sử dụng để xác định hàm lượng của các nguyên tố b ng cách so sánh với mẫu chuẩn

Phương pháp XRF có thể phân tích được hơn 80 nguyên tố bao gồm các nguyên tố có hàm lượng cao chiếm 100% cho tới vài phần triệu, có độ chính xác, độ nhạy cao (0,01%) và thời gian phân tích tương đối ngắn

Mẫu chuẩn bị cho phân tích XRF được sấy ở 110oC trong khoảng thời gian 1h, sau đó lấy ra để nguội trong bình hút ẩm Mẫu được nghiền mịn tới kích thước hạt < 0,063mm và được n n ở áp lực 100N để tạo thành các viên n n có đường kính 35cm có bề mặt phẳng

Thành phần hoá học mẫu đá toàn phần được phân tích trên thiết bị S4 Pioneer Bruker tại Trung tâm phân tích hoá - Viện Địa chất, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

tiếp 50 ml dung dịch vôi bão hoà vào bình mẫu Sau 48h kể từ lúc cho thêm dung dịch vôi bão hoà bổ sung, tiếp tục hút 50 ml dung dịch trong bình và chuẩn độ

b ng dung dịch HCl 0,05N như lần đầu Tiến hành thí nghiệm cho đến khi có tổng

số lần chuẩn là 15 lần (trong 720h) Lượng CaO được hấp thụ bởi mẫu vật liệu sau 720h (30 ngày) được xác định là độ hút vôi của mẫu Thí nghiệm được tiến hành trong 30 ngày

2.2.5 h ng ph p nghiên cứu nh hi n vi điện tử u t ( M - EDX)

Kính hiển vi điện tử qu t (SEM - Scanning Electron Microcopy) là một loại kính hiển vi điện tử cho kết quả về ảnh với độ phân giải cao của bề mặt vật liệu

b ng cách sử dụng một chùm tia điện tử h p có đường kính 0,1µm quét trên bề mặt mẫu Khi chiếu chùm điện tử qu t trên bề mặt của mẫu, điện tử s tương tác với bề mặt mẫu đo và phát ra các bức xạ thứ cấp (điện tử thứ cấp, tán xạ ngược ) và từ việc thu các bức xạ thứ cấp này s thu được hình ảnh vi cấu trúc tại bề mặt mẫu Ngoài ra, SEM cũng rất hữu ích cho phân tích thành phần hóa học của mẫu vật liệu

b ng đầu thu EDS (Energy Dispersive Spectrometer)

Mẫu phân tích được cắt thành miếng nhỏ, bề mặt được mài bóng, không có vết xước, không bị biến dạng và được tiến hành phân tích trên máy FEI Quanta 650 Thành phần hóa học được phân tích bởi hệ thống phân tích EDS ở 15Kv

Sử dụng phương pháp nghiên cứu kính hiển vị điện tử qu t (SEM - EDX) để xác định hình ảnh cấu trúc của mẫu vật liệu không nung

2.2.6 C c ph ng ph p x c định t nh chất c lý

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

+ Độ ẩ của nguyên liệu

Độ ẩm của nguyên liệu là lượng nước chứa trong nguyên liệu, được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 141 - 64 Mẫu nguyên liệu ở trạng thái tự nhiên được đem cân và ghi lại khối lượng (m0) Sau đó mẫu được đem đi sấy ở 105 - 110oC cho đến khi khối lượng không đổi, rồi cho vào bình hút ẩm khoảng 1h để làm nguội và đem

đi cân (m1)

Độ ẩm của mẫu (W) được tính theo công thức:

W = [(m0 - m1)/m1] x 100 % Trong đó: m0 là khối lượng của mẫu nguyên liệu ở trạng thái tự nhiên (g)

m1 là khối lượng của mẫu nguyên liệu đã được sấy khô đến khối lượng không đổi (g)

Khối lượng thể tích của mẫu gạch được tính theo công thức:

ρ = m/V (g/cm3) trong đó: m là khối lượng của mẫu thử sấy khô đến khối lượng không đổi (g)

V là thể tích mẫu thử (cm3)

+ Độ bền n c

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

+ Độ hút n c

Độ hút nước của gạch không nung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 248

- 1986 Mẫu gạch được nung đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105 - 110oC, sau

đó được để nguội và cân khối lượng (m0) Ngâm mẫu gạch đã sấy khô đến khối lượng không đổi trong thùng ngâm theo chiều thẳng đứng trong 48h, đảm bảo mực nước trong thùng cao hơn mẫu gạch trên 20mm Sau 48h, lấy mẫu gạch ra cân khối lượng (m1)

Độ hút nước của gạch (W1) được tính theo công thức:

W1 = [(m1 - m0)/m0] 100%

Trong đó: m0 - khối lượng mẫu gạch đã sấy khô đến khối lượng không đổi (g)

m1 - khối lượng mẫu gạch ngấm đầy nước (g)

ở nhiệt độ phòng thí nghiệm không ít hơn 3 ngày Sau 3 ngày, mẫu được đưa vào máy p và chạy từ từ để mặt p trên tiếp xúc đều trên toàn mặt mẫu thử và sau đó tăng tải trọng p đều đều cho đến khi mẫu thử bị phá hủy hoàn toàn, tức là lúc kim đồng hồ đo áp lực quay trở lại Độ bền n n (Rn) của mẫu thử được tính theo công thức:

Rn = P/F (N/mm2) Trong đó: P - Lực p phá hủy được ghi khi thử mẫu (N)

F - Diện tích mặt cắt ngang mẫu thử (mm2)

Hì R ( ) ạ ố

ắ ắ M C C ả

Hình 4 Ryolit (ryotrachit) ế ú

p p ớ á b ạ feldspar M C C ả b) á ậ

Các đá ryolit và ryotrachyt tại khu vực nghiên cứu có kiến trúc porphyry nền

vi hạt, vi khảm Thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, feldspar

Phân tích dưới lát mỏng thạch học cho thấy các ban tinh chiếm 15 - 25%, chủ yếu là thạch anh, kali feldspar và ít plagioclas (Hình 5, bảng 1) Thạch anh

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

bố rải rác trong nền Đá ryolit, ryotrachyt khu vực nghiên cứu đặc trưng bởi các khoáng vật sáng màu, rất ít khoáng vật màu và thường chỉ chứa biotit, một số mẫu

có muscovit