Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến ứng xử của cọc rỗng bê tông GEOPOLYMER

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN DƯỠNG HỘ NHIỆT ĐẾN ỨNG XỬ CỦA CỌC RỖNG BÊ TÔNG GEOPOLYMER NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÀNH TÂM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN DƯỠNG HỘ NHIỆT ĐẾN ỨNG XỬ CỦA CỌC RỖNG BÊ TÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN DƯỠNG HỘ

NHIỆT ĐẾN ỨNG XỬ CỦA CỌC RỖNG BÊ TÔNG

GEOPOLYMER

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên học viên: Nguyễn Thành Tâm MSHV: 1680847

Chuyên ngành: Kỹ thuật XD công trình DD và CN Khóa: XDC16B

Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến ứng xử của cọc rỗng Bê tông Geopolymer

Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui định) của một luận văn thạc sĩ

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 9 năm 2018

Giảng viên hướng dẫn

TS Phạm Đức Thiện

i

ii

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 9 năm 2018

Nguyễn Thành Tâm

iv

CẢM TẠ

Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Phạm

Đức Thiện và Thầy PGS.TS Phan Đức Hùng là người đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ và đóng góp ý kiến quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này trong thời gian qua

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô ở Khoa Xây dựng, Trường Đại

học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho

tôi trong suốt khóa Cao học

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Nhà Máy Bê tông Ly tâm thuộc Công ty

TNHH Xây dựng Bách Khoa (Thành phố Long Xuyên , tỉnh An Giang) đã tạo điều

kiện cho tôi về cơ sở vật chất hoàn thành nghiên cứu thực nghiệm này

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện, nhưng luận văn có thể không tránh khỏi những sai sót trong quá trình nghiên cứu Rất mong nhận được sự quan tâm góp ý kiến, cũng như chỉ bảo thật nhiều của quý thầy để luận văn được hoàn thiện hơn

Kết quả thí nghiệm mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở 1000C trong vòng

12 giờ cho cường độ chịu nén tương đương với mẫu bê tông xi măng và cả 2 đạt cấp độ bền B45

Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng chịu uốn nứt của cọc bê tông geopolymer khá tương đồng với cọc bê tông xi măng khi có cùng cấp độ bền

Kết quả thí nghiệm cũng cho ra được mối quan hệ giữa mômen uốn nứt và mômen uốn gãy của cọc cho từng mốc thời gian dưỡng hộ nhiệt khác nhau

Kết quả nghiên cứu này mở ra triển vọng trong viêc ứng dụng vật liệu “xanh” Geopolymer trong việc sản xuất cấu kiện thân thiện môi trường rất hữu ích ứng dụng rộng rải trong các công trình xây dựng hiện nay

purposes

The lab examination on Geopolymer concrete samples cured at 100Celsius degrees

in 12 hours allow the concrete to have equivalent compressive strength with cement concrete and reach tensile mark B45

Examination results also prove that bending crack resistance of Geopolymer concrete pile is very similar to cement concrete pile at the same tensile mark

The examination also resolved the relationship between bending-cracking moment and breaking moment of concrete piles at different time mark of curing

This experiment provides the potential of applying green material (geopolymer)

in manufacturing environment friendly component to construction industry in the current time and near future

vii

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu: 1 1.1.1 Vấn đề môi trường: 1 1.1.2 Vật liệu xây dựng thân thiện môi trường: 3

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài: 6 1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới: 6 1.2.2 Nghiên cứu trong nước 9

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 10

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 11 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

2.1 Vật liệu bê tông Geopolymer 12 2.1.1 Quá trình geopolymer hóa các nguyên liệu giàu nhôm và silic: 12 2.1.2 Cơ chế hóa học của công nghệ geopolymer tro bay: 15 2.1.3 Ảnh hưởng của cấu trúc geopolymer đến cường độ bê tông: 17 2.1.4 Thành phần Bê tông Geopolymer 19 2.1.5 Những ưu khuyết điểm của GPC 21 2.1.6 Điều kiện dưỡng hộ nhiệt 22

2.2 Cọc rỗng bê tông 23 2.2.1 Khái niệm 23 2.2.2 Ưu khuyết điểm: 24 2.2.3 Phạm vi ứng dụng: 25 2.2.4 Tính toán thiết kế cọc rỗng OPC và GPC 25

viii

2.3 Tính toán khả năng chịu uốn của cọc rỗng 25 2.3.1 Cường độ chịu uốn của cọc rỗng 25 2.3.2 Mô men kháng nứt của cọc rỗng 26 2.3.3 Mô men kháng gãy của cọc rỗng 27 Chương 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 28

3.1 Nguyên vật liệu 28 3.1.1 Tro bay 28 3.1.2 Dung dịch hoạt hóa 29 3.1.3 Sodium hydroxide (NaOH) 29 3.1.4 Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3) 30 3.1.5 Cốt liệu Cát vàng 30 3.1.6 Cốt liệu Đá 31

3.2 Cấp phối bê tông GPC 33 3.2.1 Xác định cấp phối 33 3.2.2 Đúc mẫu xác định cường độ nén 33 3.2.3 Dường hộ nhiệt ẩm 34

3.3 Thiết kế thành phần cấp phối bê tông OPC B45 (M600) 35 3.3.1 Xác định cấp phối 35 3.3.2 Đúc mẫu xác định cường độ nén 37 3.3.3 Dưỡng hộ nhiệt ẩm 37

3.4 Kích thước cọc 38

3.5 Quy trình sản xuất thí nghiệm cấu kiện cọc rỗng bê tông GPC 39

3.6 Thí nghiệm cọc 45 3.6.1 Xác định độ bền uốn nứt thân cọc rỗng 45 3.6.2 Xác định độ bền uốn gãy thân cọc rỗng 46 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47

ix

4.1 Cường độ chịu nén của mẫu bê tông OPC và GPC 47

4.2 Khả năng chịu tải của cọc theo lý thuyết 49 4.2.1 Bê tông 49 4.2.2 Thép……… 49 4.2.3 Tính toán mô men bền uốn của cọc rỗng 49 4.2.4 Tính mô men kháng nứt của cọc rỗng 51 4.2.5 Tính mô men kháng gãy của cọc rỗng 51

4.3 Kết quả thí nghiệm 51

4.4 Ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến khả năng bền uốn thân cọc 52 4.4.1 Khả năng bền nứt thân cọc 52 4.4.2 Khả năng bền gãy thân cọc 54 4.4.3 Quan hệ lực gây nứt và độ võng tại thời điểm nứt 56 4.4.4 Quan hệ giữa mô men uốn nứt Mcrc

tn và mô men uốn gãy Mbr

tn 58 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 59

5.1 Kết luận 59

5.2 Hướng phát triển đề tài 59

Hình 1.5: Công trình đầu tiên ở Úc sử dụng GPC năm 2013 [24] 8

Hình 1.6: Công trình sử dụng vật liệu GPC năm 2015 cùng giáo sư Joseph Joseph

Davidovits [25] 8

Hình 2.1: Quá trình phản ứng của vật liệu geopolymer [33] 13

Hình 2.2: Quá trình Geopolymer hóa [35] 14

Hình 2.3: Sự tương phản về kích thước giữa các hạt tro bay hình cầu lớn và các hạt

nhỏ.[36] 15

Hình 2.4: Biểu diễn đặc trưng dạng hình cầu của các hạt trong khoảng kích thước

thường thấy nhiều hơn.[36] 15

Hình 2.5: Sự tương tác của tro bay trong dung dịch hoạt hóa kiềm [37] 16

Hình 2.6: Cấu trúc chuỗi poly (sialates) Si-O-Al [38] 17

Hình 2.7: Ảnh hưởng tỷ lệ dung dịch ankali/tro bay và nhiệt độ dưỡng hộ đến

cường độ chịu nén của GPC [39] 18

xi

Hình 2.8: Ảnh hưởng tỷ lệ Na2SiO3/NaOH và nhiệt độ dưỡng hộ đến cường độ chịu nén của GPC [40] 18

Hình 2.9: Cọc rỗng bê tông ứng suất trước 24

Hình 3.1: Nguyên vật liệu sử dụng đúc mẫu 28

Hình 3.2: Biểu đồ thành phần hạt cát sử dụng 31

Hình 3.3: Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm 32

Hình 3.4: Nhào trộn các thành phần cốt liệu bê tông geopolymer 34

Hình 3.5: Đúc mẫu lăng trụ định hình và mẫu sau khi tháo khuôn 34

Hình 3.6: Dưỡng hộ nhiệt ẩm bê tông geopolymer 35

Hình 3.7: Cấu tạo và kích thước cọc 38

Hình 3.8: Khuôn cọc và pha trộn dung dịch 39

Hình 3.9: Trộn cốt liệu thô 40

Hình 3.10: Cọc rỗng Geopolymer đổ xong và tháo khuôn 40

Hình 3.11: Cọc được tập kết và đưa vào dàn thí nghiệm 42

Hình 3.12: Xác định bề rộng vết nứt và hiển thị kết quả 42

Hình 3.13 Xác định lực bền gãy cọc và hiển thị kết quả 43

Hình 3.14: Qui trình sản xuất và thí nghiệm 44

Hình 3.15: Sơ đồ thí nghiệm độ bền uốn nứt thân cọc 45

Hình 4.1: Ảnh hưởng của tỉ lệ Alkaline/Tro bay và Na2SiO3/NaOH đế cường độ 48

Hình 4.2: Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến tải trọng gây nứt Ptn

crc 53

Hình 4.3: Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến mô men uốn nứt Mtn

crc 54

xii

Hình 4.4: Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến tải trọng gãy Pcr 55

Hình 4.5: Ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến mô men uốn gãy Mtn

br 56

Hình 4.6: Mối quan hệ giữa lực gây nứt Ptn

crc và độ võng tại thời điểm nứt khi uốn cấu kiện cọc GPC 57

Hình 4.7: Mối quan hệ giữa mô men uốn nứt Mtn

crc và độ võng tại thời điểm nứt khi uốn cấu kiện cọc GPC 57

xiii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Dự báo nhu cầu xi măng theo QĐ 1488/TTg, ngày 29/08/2011 [1] 1

Bảng 2.1: Thành phần chính của tro bay theo ASTM C618-94a [42] 19

Bảng 3.1: Thành phần hóa học của tro bay [44] 29

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của cát sử dụng 30

Bảng 3.3: Thành phần hạt của cát 31

Bảng 3.4: Các chỉ tiêu cơ lý của đá sử dụng 31

Bảng 3.5: Thành phần hạt của đá 32

Bảng 3.6: Thành phần cấp phối bê tông geopolymer (1m3) 33

Bảng 3.7: Thành phần cho 1m3 bê tông Mác 600 không phụ gia 37

Bảng 3.8: Khối lượng cọc thực nghiệm 41

Bảng 4.1: Cường độ chịu nén của bê tông OPC và GPC 47

Bảng 4.2:Thành phần cấp phối cọc rỗng bê tông Geopolymer (1m3) 49

Bảng 4.3: Khả năng chịu tải của cọc OPC tính toán 51

Bảng 4.4: Tải trọng thí nghiệm cọc thực tế 52

Bảng 4.5: Kết quả tính toán mô men nứt 53

Bảng 4.6: Kết quả tính toán mô men gãy 55

Bảng 4.7: mô men nứt và mô men uốn gãy 58

1

1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu:

1.1.1 Vấn đề môi trường:

Hiện nay nghành công nghiệp xây dựng của nước ta đang phát triển rất nhanh, đáp ứng tốc độ phát triển của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu sử dụng các loại vật liệu xây dựng ngày càng lớn, cả về số lượng và chất lượng, trong đó xi măng là loại vật liệu xây dựng rất quan trọng, được sử dụng hầu hết các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông, thủy lợi

Bảng 1.1: Dự báo nhu cầu xi măng theo QĐ 1488/TTg, ngày 29/08/2011 [1]

Năm Nhu cầu xi măng (Triệu tấn)

để sản xuất ra một tấn xi măng thì nhà máy sẽ thải ra môi trường xấp xỉ một tấn khí

CO2 sau những công đoạn nung nguyên liệu, khí này gây hiệu ứng nhà kính góp phần làm trái đất nóng lên Khí CO2 thải ra từ công nghiệp sản xuất xi măng chiếm khoảng 7% lượng CO2 trên toàn thế giới

2

Hình 1.1: Khói bụi từ các nhà máy gây ô nhiễm môi trường [3]

Theo thống kê của Tổng cục Năng lượng (Bộ Công thương), hiện có 19 nhà máy nhiệt điện than công suất đạt 14.300 MW đang vận hành và tiêu thụ khoảng 42 triệu tấn than/năm Ngoài ra, còn có 12 nhà máy (11.700 MW) đang xây dựng và 12 nhà máy đã và đang phê duyệt đầu tư (12.900 MW) với tổng số than tiêu thụ khoảng

63 triệu tấn/năm và lượng tro xỉ thải ra khoảng 14,7 triệu tấn/năm Diện tích bãi thải

xỉ khoảng hơn 1.100 ha Như vậy tính đến năm 2022 - 2023, Việt Nam sẽ có 43 nhà máy, tiêu thụ khoảng 110 triệu tấn than và thải ra khoảng 29 triệu tấn tro xỉ/năm, lượng tro xỉ thải ra một phần nằm lại dưới lò, những hạt rất nhỏ bị cuốn theo khí từ những ống nhà máy thải ra môi trường một lượng rất lớn Như vậy, nếu cứ để tình trạng này diễn ra thì núi tro xỉ thải ở các NMNĐ ngày càng ùn ứ, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng cuộc sống con người [4]

Thực tế cho thấy, việc sử dụng bê tông geopolymer để sản xuất các cấu kiện

bê tông đúc sẵn là rất phù hợp, cần được đầu tư nghiên cứu và mở rộng các ứng dụng trong đó ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt đến ứng xử của cọc bê tông geopolymer vẫn chưa được nhắc đến trong các nghiên cứu trước đây Vì vậy nội dung cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển đặc tính của bê tông geopolymer nói chung và cấu kiện cọc

3

nói riêng để có thể thương mại hóa các sản phẩm ở quy mô lớn và phát triển trên thị trường

1.1.2 Vật liệu xây dựng thân thiện môi trường:

Geopolymer là loại vật liệu kết dính polymer vô cơ, được phát triển đầu tiên nhờ nhà khoa học người Pháp Joseph Joseph Davidovits từ những năm 1970 Phản ứng Geopolymer hóa là một phản ứng hóa học diễn ra giữa các oxit của nhôm và silic với dung dịch có tính kiềm mạnh để tạo ra các mạch có cấu trúc ba chiều rắn chắc chứa các liên kết Si-O-Al Phản ứng geopolymer hóa diễn ra dưới áp suất khí quyển

ở nhiệt độ dưới 100oC Sản phẩm geopolymer cuối cùng được tạo ra sẽ được đặc trưng bởi nhiều yếu tố liên quan đến thành phần hóa học của các nguyên liệu và dung dịch kiềm kích hoạt

Bê tông geopolymer là bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa (chất kết dính geopolymer) Trong quá trình chế tạo, nước chỉ đóng vai trò tạo tính công tác, không tham gia tạo cấu trúc Geopolymer, không tham gia phản ứng hóa học mà có thể bị loại ra trong quá trình bảo dưỡng và sấy (không giống như xi măng cần nước

để thủy hóa) Nhiều nghiên cứu cho rằng, bảo dưỡng nhiệt cho bê tông geopolymer

sử dụng tro bay có hàm lượng vôi thấp sẽ tạo cường độ cao, co khô ít, từ biến thấp, chịu ăn mòn sunphat, chịu axit tốt và có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng cơ sở hạ tầng

Hình 1.2: Thành phần trong GPC [5]

Các ứng dụng thực tiễn theo Joseph Davidovits [6] đã thống kê các dạng ứng dụng chất kết dính geopolymer nói chung như sau: tấm kết cấu gỗ chống cháy, tấm tường và panel cách điện, sản xuất đá nhân tạo trang trí, sản xuất đá nhân tạo trang trí, tấm panel bọt cách nhiệt, vật liệu xây dựng thô, gạch không nung, vật liệu chống cháy công nghệ cao dùng trong máy bay và ô tô, ứng dụng làm khuôn đúc nhôm, bê tông và chất kết dính geopolymer, vật liệu cản lửa và gia cố/ sửa chữa, kết cấu chịu lửa, kết cấu chống sốc nhiệt, vật liệu chống cháy công nghệ cao dùng trong máy bay

và ô tô

Ở Mỹ, chất kết dính geopolymer ứng dụng chủ yếu là sản xuất xi măng geopolymer đóng rắn nhanh (Pyrament Blended Cement – PBC) PBC được nghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong các sân bay quân sự từ những năm 1985 Sau đó được dùng nhiều trong sửa chữa đường băng bê tông, sàn nhà công nghiệp, đường cao tốc (loại xi măng này có thể đạt cường độ 20 Mpa sau 4 - 6h đóng rắn) Một loại xi măng khác cũng được nghiên cứu sử dụng là xi măng geopolymer bền axit đã được công ty Zeo tech corp thương mại hóa năm 1997 Sản phẩm được dùng nhiều trong các nhà máy hóa chất và thực phẩm

Ở Úc, bê tông geopolymer đã và đang ứng dụng trong thực tiễn như: các thanh

tà vẹt đúc sẵn, đường ống cống và các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn khác trong xây dựng Với đặc tính tốt của các kết cấu đúc sẵn là cho cường độ tuổi sớm cao khi được bảo dưỡng hơi nước hoặc dưỡng hộ nhiệt [7,8] Kết cấu bê tông geopolymer có thể

5

dễ dàng sản xuất bằng công nghệ sản xuất bê tông hiện tại mà không cần phải thay đổi lớn nào Một số nhà nghiên cứu khác cũng đã sản xuất các sản phẩm ống cống bê tông geopolymer cốt thép đúc sẵn có đường kính từ 375 - 1800mm; các cống hộp bê tông geopolymer cốt thép có kích thước 1200 x 600 x 1200 mm Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng chịu môi trường nước thải xâm thực rất tốt và tương đương sản phẩm bê tông xi măng

Bê tông geopolymer có hoạt tính kiềm cũng đã được thương mại hóa ở Úc với nhãn hiệu kinh doanh E-Crete™ E-Crete được tái chế từ tro bay và xỉ lò cao cùng với các chất hoạt tính kiềm thích hợp và hiện có sẵn ở dạng đúc sẵn và trộn sẵn Các sản phẩm đúc sẵn của E-Crete chủ yếu như: các panel đúc sẵn (Hình 1.3; Hình 1.4); các ống, nắp và đế cống; cống hộp; bể xí tự hoại; hố thu rác, gạch lát vỉa hè; tấm ốp lát trang trí hoặc cách âm;… [9]

Hình 1.4: Các tấm panel bê tông

E-Crete 55 Mpa đúc sẵn ở Cầu Phố Salmon, Cảng Melbourne, Victoria,

Úc.[9]

Ở Việt nam, mới chỉ có một số dạng sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ bê tông geopolymer là gạch đất không nung Đã có một số nghiên cứu bước đầu về bê tông geopolymer như bê tông chịu lửa không xi măng của nhóm nghiên cứu ở Viện Vật liệu Xây dựng [10] Bê tông cốt liệu không xi măng dựa trên liên kết rho-alumia

Hình 1.3: Bê tông E-Crete 25Mpa lát

nền đường cao tốc Westgate, Cảng

Melbourne, Victoria, Úc [9]

6

tên thương phẩm là alphabond 300, so với BTCL ít xi măng là công nghệ chế tạo đơn giản, thời gian sử dụng của vật liệu này tăng, tính chất cơ nhiệt tốt như tăng nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng và tăng độ bền uốn ở nhiệt độ cao Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công BTCL không xi măng ứng dụng thử vào thực tế Một nghiên cứu khác

về ứng dụng chất kết dính geopolymer là sản xuất vật liệu không nung từ phế thải tro bay và xỉ lò cao cũng được thực hiện năm 2011 Kết quả nghiên cứu đã xây dựng quy trình sản xuất vật liệu gạch block bê tông geopolymer có cường độ én đạt >10 Mpa,

có giá thảnh rẻ hơn gạch block bê tông xi măng cốt liệu 15% [11]

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài:

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới:

Bê tông geopolymer được xem như một loại vật liệu thể hiện các đặc tính cơ

lý tốt có thể thay thế được bê tông xi măng truyền thống Và từ đó, hàng loạt những nghiên cứu về tính chất cơ lý của bê tông geopolymer đã được thực hiện nhằm đánh giá và so sánh với bê tông OPC

Angel Palomo, Grutzeck, và Blanco (1999) [12], nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ và tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay đến cường

độ của bê tông geopolymer và nhóm đã nhận xét rằng thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ đều ảnh hưởng đến cường độ bê tông Việc kết hợp giữa Sodium hydroxide (NaOH)

và Sodium silicate (Na2SiO3) tạo nên cường độ cao nhất đến 60 MPa khi gia nhiệt ở

850C kéo dài trong 5 giờ

Van Jarsveld, Van Deventer và Lukey (2002) [13] nghiên cứu về Những đặc tính của Geopolymer ảnh hưởng bởi sự hòa tan không hoàn toàn của những vật liệu phức tạp trong quá trình geopolymer hóa cho rằng hàm lượng nước, thời gian và nhiệt

độ dưỡng hộ ảnh hưởng đến đặc tính của geopolymer, đặc biệt là điều kiện dưỡng hộ

và nhiệt độ gia nhiệt ảnh hưởng đến cường độ Khi gia nhiệt ở 700C trong 24 giờ, cường độ tăng đáng kể Thời gian dưỡng hộ càng dài, cường độ của Geopolymer càng tăng

Qua những kết quả trong nghiên cứu về những yếu tố ảnh hưởng đến cường

độ bê tông geopolymer sử dụng tro bay của Djwantoro Hardjito (2004) [14] thấy rằng

độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ

Mo Bing-hui, He Zhu, Cui Xue-min, He Yan và Gong Si-yu (2014) [16], nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ đến cường độ

bê tông geopolymer, qua đó cho thấy cả thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ đều ảnh hưởng đến cường độ bê tông Nhiệt độ thích hợp để quá trình polymer hóa diễn ra với tốc

độ cao là trên 600C, điều này làm bê tông sớm đạt cường độ

Trong nghiên cứu về Cường độ chịu nén và vùng tiếp xúc bề mặt ITZ của bê tông geopolymer [17], Nuruddin đã khẳng định rằng sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông geopolymer phụ thuộc vào điều kiện dưỡng hộ Điều kiện dưỡng hộ thích hợp đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc của Geopolymer

Theo Al Bakri, Kamarudin, và Binhussain (2012) [18], cường độ chịu nén và đăc tính cấu trúc của geopolymer sử dụng tro bay đã được tổng hợp để tạo nên cường

độ cao cho geopolymer

Theo Djwantoro Hardjito và Vijaya Rangan (2005) [19] cho rằng hệ số Poission của bê tông geopolymer sử dụng tro bay từ 0,12 đến 0,16 đối với cường độ chịu nén từ 40 đến 90MPa, kết quả này tương tự với bê tông xi măng truyền thống Với báo cáo trên, ông cũng cho rằng module đàn hồi tăng khi cường độ tăng Giá trị của module đàn hồi của bê tông geopolymer cũng gần đúng với bê tông xi măng truyền thống

Natalie A Lloyd và Vijaya Rangan (2010) [20] đã nghiên cứu về đề tài có tên

là “Geopolymer Concrete with Fly Ash” Tác giả đã trình bày đặc tính hỗn hợp bê tông geopolymer, cách thiết kế một mẻ bê tông gepolymer, về các sản phẩm bê tông đúc sẵn, sự đóng góp của bê tông geopolymer đối với phát triển

8

Benny Joseph và George Mathew (2012) [21], dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm, khẳng định rằng GPC khi được tổng hợp từ cốt liệu, điều kiện dưỡng hộ và hàm lượng dung dịch thích hợp, sẽ chế tạo được bê tông có chất lượng tốt hơn OPC

Sofi, Van Deventer, Mendis và Lukey (2007) [22] Nghiên cứu về khả năng liên kết giữa cốt thép và bê tông geopolymer Ông đã tiến hành thí nghiệm về Liên kết giữa bê tông geopolymer và cốt thép dựa trên tiêu chuẩn ASTM C234-91

Sarker (2011) [23] Nghiên cứu về ứng xử giữa cốt thép và bê tông sử dụng tro bay Thí nghiệm này dựa trên tiêu chuẩn ASTMA944 và ông đã kết luận: khả năng chịu kéo của thanh thép ra khỏi mẫu bê tông geopolymer cao hơn so với mẫu bê tông OPC có cùng cường độ

Hình 1.5: Công trình đầu tiên ở Úc sử dụng GPC năm 2013 [24]

Hình 1.6: Công trình sử dụng vật liệu GPC năm 2015 cùng giáo sư Joseph Joseph

Davidovits [25]

9

Trong nghiên cứu về các đặc tính liên quan đến độ bền của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay hàm lượng Calci thấp được thực hiện bởi Monita Olivia [26], cho rằng cường độ nén bửa và cường độ chịu uốn của bê tông geopolymer cao hơn bê tông OPC

Những dạng ứng xử và hư hỏng của bê tông geopolymer được gia cường cốt thép cho cấu kiện dầm và cột tương đồng với ứng xử như bê tông xi măng truyền thống (xi măng Portland) Kết quả chứng minh rằng, những tính toán sử dụng trong

bê tông cốt thép truyền thống cho cấu kiện dầm và cột có thể sử dụng được cho bê tông Geopolymer

1.2.2 Nghiên cứu trong nước

Tống Tôn Kiên và các cộng sự đã nghiên cứu về đề tài “Bê tông geopolymer – những thành tựu, tính chất và ứng dụng” Các tác giả đã trình bày những thành tựu nổi bật, các mốc thời gian phát triển của chất kết dính hoạt hóa kiềm, quá trình hình thành cấu trúc bê tông geopolymer, các đặc tính và cũng như ứng dụng của bê tông geopolymer [27]

- Công nghệ sản xuất gạch không nung của Công ty Huệ Quang 2009

- Chế tạo gạch không nung bằng công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở vùng cao nguyên Việt Nam của nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Bách Khoa TPHCM 2010

- Bê tông chịu lửa và gạch không nung sử dụng chất kết dính

Geopolymer của Viện vật liệu xây dựng 2012

Dựa vào những nghiên cứu đó, đã có một số ứng dụng vào thực tiễn ở Việt Nam mà nổi bật nhất là sản phẩm gạch không nung, một dạng sản phẩm thương mại

có nguồn gốc từ bê tông geopolymer Tuy nhiên chưa được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được quy trình sản xuất vật liệu gạch block bê tông geopolymer có cường độ nén đạt trên 10 MPa, có giá thành rẻ hơn gạch block bê tông xi măng cốt liệu khoảng 15 % [28]

Phan Đức Hùng, Lê Anh Tuấn và Dương Văn Dũng (2016) [29] đã nghiên cứu

đề tài “Ảnh hưởng của sợi poly-propylene đến ứng xử chịu uốn của dầm bê tông

10

geopolymer cốt thép sử dụng tro bay” Nhóm nghiên cứu đã sử dụng sợi poly – propylen có chiều dài 19 mm và 25 mm được bổ sung với hàm lượng sợi 0,5% và 1,0% theo thể tích để đánh giá ảnh hưởng của sợi đến khả năng chịu uốn của cấu kiện dầm bê tông geopolymer Kết quả cho thấy với hàm lượng sợi 0,5% cải thiện tốt cường độ chịu nén và uốn, chỉ cải thiện cường độ chịu uốn khi hàm lượng sợi 1,0% Tuy nhiên, trong cấp phối bê tông nếu sử dụng tỷ lệ chiều dài – đường kính sợi là 380 với hàm lượng là 0,5% thì khả năng chịu uốn tốt nhất khi làm việc trong dầm

Trần Văn Miền (2016) [30] đã nghiên cứu đề tài “Quy trình dưỡng hộ nhiệt

ẩm cho bê tông đúc sẵn” nhóm tác giả đã trình bày phương pháp dưỡng hộ bằng cách cung cấp hơi nước ở nhiệt độ cao dưới áp suất thường đặc biệt các cấu kiện có kích thước phổ biến là các cấu kiện bê tông ứng suất trước Kết quả cho thấy tùy thuộc vào hàm lượng tro bay thay thế xi măng và mục tiêu cần đạt cường độ ở độ tuổi xác định có thể xác lập quy trình dưỡng hộ phù hợp

Ở Việt Nam tại thời điểm hiện tại ngoài các nghiên cứu về ứng xử dầm bê tông geopolymer và một sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ bê tông geopolymer là gạch block không nung thì chưa có nhiều nghiên cứu về cấu kiện Tuy nhiên, về lâu dài các cấu kiện đúc sẵn bằng vật liệu bê tông geopolymer sẽ dần thay thế vật liệu bê tông xi măng OPC truyền thống

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Qua tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy mẫu bê tông geopolymer có tính chất tương đồng với bê tông xi măng truyền thống Một số nghiên cứu ứng dụng vật liệu bê tông gepolymer vào cấu kiện dầm, sàn,… cho kết quả khả quan Luận văn trình bày nghiên cứu ứng dụng vật liệu bê tông geopolymer để sản xuất cọc rỗng trên cơ sở sử dụng cơ sở vật chất, máy móc thiết bị của nhà máy bê tông ly tâm; trong đó đáng chú ý là quy trình dưỡng hộ nhiệt cấu kiện là dưỡng hộ nhiệt ẩm – có sự khác biệt đáng kể so với dưỡng hộ nhiệt khô thường được tìm thấy trong các nghiên cứu khác

11

Cọc rỗng bê tông có nhiều ưu điểm tương đồng với cọc bê tông ly tâm thiết kế theo TCVN 7888 : 2014 về khả năng chịu lực, vận chuyển cẩu lấp trong quá trình thi công Vì vậy, có thể tham khảo quy trình thử nghiệm để có những nghiên cứu so sánh phù hợp

Do đó mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt ẩm đến ứng xử chịu uốn của cọc rỗng bê tông geopolymer ứng với 07 cấp thời gian dưỡng hộ nhiệt: 6 giờ, 7 giờ, 8 giờ, 9 giờ, 10 giờ, 11 giờ và 12 giờ

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến ứng xử của cọc rỗng

bê tông geopolymer: thí nghiệm chịu uốn (uốn nứt, uốn gãy) trong phòng thí nghiệm nội dung vận dụng theo phương pháp dựa trên TCVN 7888 : 2014:

- Xác định thành phần cấp phối bê tông xi măng OPC cấp độ bền B45

- Xác định thành phần cấp phối bê tông geopolymer tương đương cấp

độ bền B45

- Xác định sự thay đổi về khả năng chịu uốn của cọc GPC trong điều kiện thời gian dưỡng hộ nhiệt khác nhau

Nội dung của đề tài là nghiên cứu về khả năng chịu uốn nứt, uốn gãy cọc rỗng

bê tông geopolymer có ảnh hưởng thời gian dưỡng hộ nhiệt ẩm Qua đó có thể so sánh với cọc OPC bằng vật liệu thông thường từ đó sử dụng sản phẩm cọc GPC vào trong môi trường thực tế thay thế dần cọc OPC