nghiÊn cỨu sỰ lÀm viỆc cỦa cỐt thÉp trong bÊ tÔng...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TẠ TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỐT THÉP TRONG

BÊ TÔNG GEOPOLYMER

NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG - 60580208

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TẠ TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỐT THÉP TRONG

BÊ TÔNG GEOPOLYMER

NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG - 60580208

Hướng dẫn khoa học:

TS. PHẠM ĐỨC THIỆN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016

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 …. tháng … năm 2016

Tạ Tuấn Anh

iv

CẢM TẠ

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

Thiện và Thầy TS. Phan Đức Hùng là người đã giúp tôi xây dựng ý tưởng của đề tài,

mở ra những hướng đi trên con đường tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học. Thầy

đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian qua.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy ở Khoa Xây dựng và cơ học ứng dụng,

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 anh Nguyễn Hữu Hải đã đóng góp công sức cho

đề tài nghiên cứu thực nghiệm của tôi.

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện, nhưng luận văn có thể không

tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý kiến của quý Thầy cô và

bạn bè.

Tp. HCM, ngày …. tháng ….. năm 2016

Tạ Tuấn Anh

v

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn là sự tiếp nối của các công trình nghiên cứu trước, và nhằm hiểu

rõ hơn về vật liệu geopolymer, mong muốn nó sẽ là vật liệu phát triển mạnh mẽ hơn

nữa ở Việt Nam. Bởi được biết đến trên thế giới như là một vật liệu xanh, thân thiện

với môi trường và đồng thời có nhiều đặc tính kỹ thuật tốt. Một cách tổng quát, vật liệu

geopolymer được hình thành từ nguyên liệu ban đầu như là: tro bay, kaolin, metacaolin,

nano silicat, tro trấu và dung dịch hoạt hoá có thể là: NaOH, KOH, Ca(OH)2. Qua các

nghiên cứu trước đây thường ít đề cập đến sự làm việc tại bề mặt tiếp xúc giữa cốt thép

và bê tông geopolymer, trong đó bê tông geopolymer được thực nghiệm với năm loại

cấp phối do sự thay đổi tỉ lệ của các thành phần dung dịch như: alkaline/tro bay và

Na2SiO3/NaOH, cốt thép sử dụng có đường kính Ø12, 14, 16, 20 trong đó Ø14 là thép

trơn còn lại là thép gân. Vì vậy, luận văn tập trung nghiên cứu vào lực kéo tuột cốt thép

ra khỏi mẫu bê tông geopolymer. Do đó luận văn nghiên cứu với các vấn đề chính sau

bao gồm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén do thay đổi tỉ lệ các

thành phần nguyên vật liệu của bê tông Geopolymer và độ bám dính của các cấp phối

bê tông Geopolymer đối với các loại thép có đường kính khác nhau. Các kết quả nghiên

cứu này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của vật liệu geopolymer cũng như đến gần hơn với

ứng dụng thực tế của vật liệu này vào các kết cấu chịu lực chính của công trình.

vi

ABSTRACT

The current thesis is considered as an extension of the previous research with the

aim to obtain the better comprehensive insights into geopolymer – the newly material

having considerable potential for being widely applied in Vietnam. Currently, it is

largely accepted that geopolymer is a preferable material thanks to its environmentally

friendly features and magnificent specifications. Generally, geopolymer material is a

compound or mixture of fly ash, kaolin, metacaolin, nano silica, rice husk ash and

alkaline liquid such as NaOH, KOH, Ca(OH)2. Nevertheless, previous studies have not

offered a large amount of information at the contact surface about the bond strength of

steel bar in geopolymer conrete, and geopolymer concrete used in the experiment was

designed with 5 types of gradation with the corresponding reliability level of B50; B40;

B32,5; B45; B43,5. These kinds have changes about: Alkaline/fly ash and

Na2SiO3/NaOH. The steel used in the experiments is of Ø12, 14, 16, and 20 in

diameters. The Ø14 diameter steel is smooth and the others are ribbed. Therefore, there

is an urgent need for studying the traction slip into reinfoced conrete samples out of

geopolymer. Offal the purposes of this experimental research are to address the

following include. Survey of factors affecting the compressive strength by changing the

ratio of the component materials of geopolymer concrete. and the adhesion of the

geopolymer concrete aggregate for all kinds of different diameter steel. The results

obtained from this study would contribute to the widespread applications of geopolymer

material in general as well as show its remarkable potential for the main load bearing

structure of the building.

vii

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC… ……...…………………………………………………...….i

LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………...……...iii

CẢM TẠ………………………………………………………………………...…….iv

TÓM TẮT……………………………………………………………………...……....v

ABSTRACT…………………………………………………………………...……...vi

MỤC LỤC…….………………………………………………………………..…….vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH……………………………………………………...…......x

DANH SÁCH CÁC BẢNG……………………………………………………...……xi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI……………………………………...………..1

1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU……………………………..…...1

1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI…………………..….7

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới………………………………………………..…..…....7

1.2.2 Nghiên cứu trong nước…………………………………………….………..….12

1.3 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI ..…………………………………………………..….12

1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU………………………………………..………….....13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT………………………………………………..14

2.1 QUÁ TRÌNH GEOPOLYMER HÓA…………………………………...………..14

2.2 CƠ CHẾ HÓA HỌC CỦA CÔNG NGHỆ GEOPOLYMER TRO BAY………...17

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC GEOPOLYMER ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU

NÉN……………………………………………………………………………….….19

2.4 NHỮNG ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER………………23

2.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………..……………………24

2.5.1 Lý thuyết…………………………………………………………….………….24

2.5.2 Thực nghiệm……………………………………………………..……………..25

2.6 ĐỘ BÁM DÍNH GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP ……………………………..26

viii

2.6.1 Thí nghiệm xác định lực dính…………………………………………………...26

2.6.2 Các nhân tố tạo nên lực bám dính……………………………………………….27

2.6.3 Các nhân tố ảnh hưởng………………………………………………………….27

2.6.4 Trị số bám dính………………………………………………………………….28

2.6.5 Lực kéo đứt cốt thép ……………………………..…………………………….28

CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ……29

3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU…………………………………………………..…….…..29

3.1.1 Tro bay…………………………………………………………………..….…..29

3.1.2 Dung dịch hoạt hóa……………………………………………………………...30

3.1.3 Cát……………………………………………………………...……………….31

3.1.4 Đá…………………………………………………………………...……….….33

3.1.5 Nước pha dung dịch NaOH……………………………………………………..34

3.1.6 Cốt thép…………………………………………………………...……….……34

3.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM……………………35

3.2.1 Thiết kế thành phần cấp phối……………………………………………………35

3.2.2 Phương pháp thí nghiệm………………………………………………………..37

3.2.2.1 Đúc mẫu xác định cường độ chịu nén………………………………………...37

3.2.2.2 Xác định khối lượng cốt liệu của mẫu thí nghiệm……………………………37

3.2.2.3 Nhào trộn và đúc mẫu…………………………………………………………38

3.2.2.4 Dưỡng hộ nhiệt………………………………………………………………..40

3.2.2.5 Thí nghiệm kéo tuột…………………………………………………………..41

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ……………………..43

4.1 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN MẪU BÊ TÔNG GEOPOLYMER…………………..43

4.2 CÁC DẠNG PHÁ HOẠI ĐIỂN HÌNH…………………………………………..45

4.3 MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC KÉO TUỘT VÀ CHUYỂN VỊ THIẾT BỊ KÉO…48

4.4 MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC KÉO VÀ ĐƯỜNG KÍNH THÉP…………………50

4.5 MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC KÉO, ĐƯỜNG KÍNH THÉP VÀ CHUYỂN VỊ

THIẾT BỊ KÉO………………………………………………………...……………..52

ix

4.6 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KÉO TUỘT…………………………………………..55

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……....….……..62

5.1 KẾT LUẬN…………………………………………………………………...…..62

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……………………………………………...….63

x

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Thành phần chính của tro bay theo ASTM C618-94a …………….. ...29

Bảng 3.2: Thành phần hóa học của tro bay loại F, nhà máy nhiệt điện Phả Lại

...............................................................................................................................30

Bảng 3.3: Thành phần hóa học của tro bay loại F, nhà máy nhiệt điện Fomosa

...............................................................................................................................30

Bảng 3.4: Thành phần vật lý của tro bay .............................................................30

Bảng 3.5: Thành phần hạt cát (trong 100 kg).......................................................31

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm hạt cát ...................................................................32

Bảng 3.7: Thành phần hạt đá (trong 100 kg)........................................................33

Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm đá .......................................................................33

Bảng 3.9: Thành phần cấp phối bê tông geopolymer (1m3) .................................36

Bảng 3.10: Khối lượng cốt liệu của một viên mẫu ...............................................38

Bảng 4.1: Cường độ chịu nén của bê tông geopolymer .......................................43

Bảng 4.2: Giá trị lực kéo tuột max (thép trơn Ø14) ..........................................51

xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sản lượng xi măng trên thế giới qua các năm so với năm 2001 ............2

Hình 1.2: Tỷ lệ sản xuất xi măng ở các quốc gia trên thế giới .............................2

Hình 1.3: Lượng khí thải CO2 trên thế giới năm 2013...........................................3

Hình 1.4: Khói bụi gây ô nhiễm môi trường .........................................................4

Hình 1.5: Bơm tro xỉ lấp ao hồ ..............................................................................4

Hình 1.6: Tập kết tro xỉ ra bãi chứa ......................................................................5

Hình 1.7: Xử lí tro bụi, xỉ tại bãi chứa ...................................................................5

Hình 2.1: Cấu trúc vô định hình của geopolymer ……………………………… 14

Hình 2.2: Phản ứng hóa học của quá trình geopolymer ......................................15

Hình 2.3: Sơ đồ mô phỏng sự hoạt hóa vật liệu alumosilicate ............................16

Hình 2.4: Hình ảnh SEM các trạng thái vi hạt của tro bay .................................17

Hình 2.5: Mô hình miêu tả kích hoạt kiềm tro bay (Fernandez Jimanez et al.2005)

...............................................................................................................................18

Hình 2.6: Cấu trúc polymer từ quá trình tổng hợp các monomer…………..…..19

Hình 2.7: Cường độ chịu nén của vữa và hồ Geopolymer ...................................20

Hình 2.8: Cấu trúc geopolymer khi tỉ lệ Na2SiO3/NaOH là 1,5 ..........................21

Hình 2.9: Cường độ chịu nén của vữa và hồ geopolymer khi thay đổi tỉ lệ sodium

silicate/sodium hydroxit .......................................................................................21

Hình 2.10: Hình chụp SEM của vữa geopolymer ................................................22

Hình 2.11: Cường độ geopolymer khi thay đổi tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay và

sodium silicate/sodium hydroxit ..........................................................................23

Hình 2.12: Sơ đồ các bước thực nghiệm ..............................................................25

Hình 2.13: Thí nghiệm xác định lực dính. ............................................................27

Hình 3.1: Biểu đồ thành phần hạt cát ................................................................32

Hình 3.2: Biểu đồ thành phần hạt đá dăm ..............................................................33

xii

Hình 3.3: Hình ảnh các loại thép...........................................................................34

Hình 3.4: Đúc mẫu xác định cường độ chịu nén ..................................................37

Hình 3.5: Chuẩn bị khuôn đúc mẫu thí nghiệm ...................................................38

Hình 3.6: Quá trình nhào trộn cốt liệu..................................................................39

Hình 3.7: Kết thúc quá trình đổ bê tông vào khuôn .............................................39

Hình 3.8: Mẫu bê tông geopolymer ............................................................. 40, 41

Hình 3.9: Hình ảnh minh họa thí nghiệm ...........................................................42

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

độ. ..........................................................................................................................44

Hình 4.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ alkaline/tro bay đến cường độ .............................45

Hình 4.3: Dạng phá hoại mẫu (trường hợp 1) ......................................................46

Hình 4.4: Dạng phá hoại mẫu (trường hợp 2)......................................................47

Hình 4.5: Dạng phá hoại mẫu (trường hợp 3)......................................................48

Hình 4.6: Mối quan hệ giữa lực phá hoại và chuyển vị thiết bị kéo ....................49

Hình 4.7: : Mối quan hệ giữa lực phá hoại và đường kính cốt thép.....................51

Hình 4.8: Mối quan hệ giữa lực phá hoại và chuyển vị thiết bị kéo ....... 52, 53, 54

Hình 4.9: Lực kéo tuột tính toán và thực nghiệm (thép gân Ø12) .......................55

Hình 4.10: Lực kéo tuột tính toán và thực nghiệm (thép trơn Ø14) ....................55

Hình 4.11: Lực kéo tuột tính toán và thực nghiệm (thép gân Ø16) .....................56

Hình 4.12: Lực kéo tuột tính toán và thực nghiệm (thép gân Ø20) .....................56

Hình 4.13: Lực kéo tuột tính toán và thực nghiệm theo đề xuất của tác giả (thép

gân Ø12) ................................................................................................................59


trơn Ø14) ...............................................................................................................59


gân Ø16) ................................................................................................................60


gân Ø20) ................................................................................................................60

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Ngày nay, ngành công nghiệp xây dựng nói chung và công nghệ sản xuất xi măng

để phục vụ cho các cấu kiện sử dụng bê tông nói riêng đã và đang sử dụng một lượng

rất lớn nguồn tài nguyên thiên nhiên và năng lượng. Bê tông còn là một trong các dạng

vật liệu được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng. Trong đó, xi măng

Portland là chất kết dính trong việc sản xuất bê tông hiện nay.

Ước tính hàng năm có khoảng 25 tỷ tấn bê tông được sản xuất trên toàn thế giới,

và sản lượng bê tông vẫn tiếp tục có xu hướng tăng lên. Năm 2010 có khoảng 3.300

triệu tấn xi măng được sản xuất trên toàn thế giới, và lượng xi măng này tiếp tục tăng

lên khoảng 3.585 triệu tấn (năm 2011) và 3.736 triệu tấn (năm 2012). Các nước ở Châu

Á đã tiêu thụ lượng xi măng lớn, trong đó Việt Nam tiêu thụ khoảng 70 triệu tấn/năm

[1]. Theo tính toán, để sản xuất ra một tấn xi măng thì nhà máy sẽ thải ra môi trường

sấp xỉ một tấn CO2, 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.Bên cạnh đó, với tình hình hiện nay của ngành sản xuất xi măng Portland đang ở

mức đáng quan tâm. Khi sản lượng xi măng Portland tăng nhanh ở các nước đang phát

triển điển hình như Trung Quốc chiếm 58.6 % trong 4 tỷ tấn xi măng và có xu hướng

không đổi tại các nước phát triển như Mỹ, châu Âu trong đó Mỹ chỉ chiếm 1.9 % trong

4 tỷ tấn xi măng của thế giới năm 2013 [2]

2

Hình 1.1: Sản lượng xi măng trên thế giới qua các năm so với năm 2001

Hình 1.1: Tỷ lệ sản xuất xi măng ở các quốc gia trên thế giới

3

Và hậu quả là lượng khí thải CO2 vào môi trường ngày càng tăng, làm tăng khả năng

xảy ra hiệu ứng nhà kính. Dưới đây là biểu đồ thể hiện lượng khí thải trên toàn thế giới

năm 2013 đã vượt mốc 35 tỷ tấn, đạt mức kỷ lục từ trước đến nay [3]

Hình 1.2: Lượng khí thải CO2 trên thế giới năm 2013

Thống kê cho thấy, công suất phát điện của các nhà máy điện đốt than trong nước

trên 5.000MW chạy bằng than antraxit trong nước, với lượng tiêu thụ hằng năm vào

khoảng 16 triệu tấn than. Lượng tro xỉ thải ra là 5,7 triệu tấn. Từ năm 2013, riêng lượng

tro xỉ thải hằng năm tại 5 nhà máy nhiệt điện đốt than của Tập đoàn Than - Khoáng sản

Việt Nam (TKV) khi phát đủ công suất ước tính khoảng 2,8 triệu tấn/năm (trong đó

khoảng 1,7 triệu tấn là tro đáy). Dự báo, đến năm 2030, khi tổng công suất nhiệt điện

đốt than của cả nước tăng lên khoảng 77.000MW, kéo theo tăng lượng than tiêu thụ là

176 triệu tấn thì lượng tro xỉ thải sẽ đạt 35 triệu tấn/năm và thải ra bầu khí quyển một

lượng khí CO2 khổng lồ, ước tính khoảng 5 triệu tấn/năm [4]. Phần lớn tro bay thải ra

từ nhà máy tập kết ở bãi chứa, lấp các ao hồ, đất ruộng, chiếm rất nhiều diện tích và

gây ô nhiễm môi trường.

4

Hình 1.4: Khói bụi gây ô nhiễm môi trường [5]

Hình 1.5: Bơm tro, xỉ lấp ao hồ [6]

5

Hình 1.6: Tập kết tro xỉ ra bãi chứa [7]

Hình 1.7: Xử lí tro bụi, xỉ tại bãi chứa [8]

6

Trước nhu cầu giảm thiểu lượng CO2 trong quá trình sản xuất xi măng và tận dụng

các phế phẩm trong các nhà máy nhiệt điện dùng than, các nhà nghiên cứu đã tìm ra

được một loại chất kết dính khác có thể thay thế xi măng Portland thông dụng đó là tro

bay. Từ đó công nghệ Geopolymer như là một giải pháp tiềm năng nhằm thay thế bê

tông xi măng truyền thống.

Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông geopolymer vào thực tiễn là rất cần

thiết, với mục đích tận dụng phế thải và bảo vệ môi trường nhằm hạn chế đến mức thấp

nhất khối lượng chất thải tồn đọng ở bãi chứa và những ảnh hưởng xấu của chúng đến

môi trường xung quanh như: đất, nước, không khí và sức khỏe con người. Các nhà khoa

học trong nước đã đạt được những kết quả nhất định trong nghiên cứu sử dụng tro bay

trong sản xuất xi măng, bê tông, vật liệu xây dựng... nhưng việc ứng dụng còn rất hạn

chế. Tro bay của Việt Nam có nhược điểm là hàm lượng than chưa cháy cao, hoạt tính

thuỷ lực thấp nên trên thực tế chưa có nhà máy nào sử dụng tro bay trong sản xuất xi

măng trừ các nhà máy xi măng liên doanh, nhưng lại sử dụng tro bay nhập ngoại. Hiện

nay, tro bay của các nhà máy nhiệt điện dùng than trừ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại được

khai thác, xử lý chủ yếu là để làm nhiên liệu nung vôi, gạch… với khối lượng không

lớn. Riêng tro bay Phả Lại, do hàm lượng than chưa cháy thấp hơn, khó sử dụng làm

nhiên liệu đốt nên tồn đọng ngày càng nhiều. Tuy nhiên tro bay mới được sử dụng như

phụ gia trong bê tông xi măng nhưng chiếm tỉ lệ không lớn.

Việc sử dụng bê tông Geopolymer trên cơ sở chất kết dính tro bay kiềm hoạt hóa

có khả năng góp phần giảm hiện tượng nóng dần của trái đất. Bên cạnh đó còn tận dụng

được nguồn phế thải của quá trình sản xuất công nghiệp như tro bay của nhà máy nhiệt

điện, xỉ lò cao của nhà máy luyện gang thép… do đó, việc sử dụng bê tông Geoplymer

trong ngành công nghiệp xây dựng còn mang lại nhiều lợi ích như giảm nguy cơ chất

thải công nghiệp và diện tích bãi chứa chất thải, cải thiện đặc tính lâu dài của bê tông

(co ngót khô thấp, từ biến thấp, khả năng chống ăn mòn sunphat và axit rất tốt), từ đó

giảm chi phí đầu tư và bảo trì các kết cấu sử dụng bê tông Geopolymer…

7

Với mục tiêu là tìm vật liệu mới thân thiện với môi trường để chế tạo bê tông có

các tính chất cơ lý hóa tương đương hoặc tốt hơn bê tông truyền thống, thì bê tông

Geopolymer sử dụng tro bay là vấn đề cần được quan tâm.

Bê tông Geopolymer là loại bê tông không sử dụng chất kết dính xi măngpooc

lăng thông thường mà sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa (chất kết dính geopolymer),

nó là sản phẩm của phản ứng giữa dung dịch kiềm và các loại vật liệu có chứa hàm

lượng lớn hợp chất silic và nhôm.

Geopolymer là sản phẩm của quá trình phản ứng giữa vật liệu có nguồn gốc silic

và nhôm với dung dịch kiềm. Hiện nay Geopolymer đã và đang được nghiên cứu rộng

rãi và cho thấy khả năng là vật liệu xanh có thể thay thế bê tông xi măng trong một số

ứng dụng, do bê tông Geopolymer vừa có các tính chất kỹ thuật tốt, đồng thời giảm

lượng khí thải khi thay thế xi măng OPC.

Để đưa bê tông Geopolymer vào ứng dụng trong thực tiễn, các nhà nghiên cứu

đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm nhằm phân tích và đánh giá các tính chất cơ lý của bê

tông Geopolymer so với bê tông OPC. Trong đó có nghiên cứu về sự làm việc chung

giữa cốt thép và bê tông Geopolymer.

1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới

Ngành công nghiệp vật liệu Geopolymer ra đời từ những năm 1960, đến năm 1972

nhà hoá học người Pháp Joseph Davidovits chế tạo thành công chủng loại vật liệu được

gọi là “Geopolymer” theo một quy trình tổng hợp polyme từ các khoáng chất. Phát minh

trên xuất phát từ ý tưởng thúc bách trước một thực tế là vật liệu polyme hữu cơ luôn có

tính “bắt lửa” cao. Bằng cách hoà trộn đất sét, vốn được cấu tạo chủ yếu từ dioxide silic

và oxide nhôm – vào dung dịch alkali silicates có nồng độ kiềm cao (hỗn hợp này có

chất nền là oxide silic, xút và kali).

Si2O5,Al2(OH)4 + NaOH => Na(-Si-O-Al-O)n

Kaolinite Hydrosodalite

8

Joseph Davidovits có được một hợp chất ở dạng gel. Hợp chất này sẽ đóng rắn ở

nhiệt độ thường chỉ sau vài giờ và trở nên rất cứng khi được dưỡng hộ nhiệt. Đề cập kết

quả nghiên cứu này, tác giả cho biết: “Bất kỳ một nguyên vật liệu nào trong đó có chứa

dioxide silic và oxide nhôm đều có thể sử dụng để tạo ra vật liệu Geopolymer”. Và

chính ông đã thành lập viện Geopolymer và sau đó là một công ty tư nhân có tên Cordi-

Géopolymère nhằm nghiên cứu, triển khai và quảng bá sâu rộng hơn các sản phẩm từ

loại vật liệu tổng hợp này. Joseph Davidovits giải thích: “Ban đầu Geopolymer được

ứng dụng rất giới hạn, chỉ dùng để chế tạo các sản phẩm thuộc dạng cao cấp như các

khuôn đúc và dụng cụ cho ngành hàng không. Nhưng càng về sau, đặc biệt là vào đầu

thập niên 1990, khi con người đã ý thức được mối đe doạ từ khí thải CO2, vật liệu

Geopolymer mới dần được quan tâm nhiều hơn và từ đó nó đã trở thành một loại vật

liệu xây dựng thay thế tốt nhất cho các loại xi măng truyền thống. Do nhu cầu về phát

triển ứng dụng Geopolymer luôn tăng cao nên hiện nay đã có đến trên dưới 60 phòng

thí nghiệm trên thế giới triển khai các dự án nghiên cứu về Geopolymer, nhất là tại Úc

và New Zealand”.

Hiện tại đã có rất nhiều bằng sáng chế, nghiên cứu và ứng dụng Geopolymer vào

các ngành công nghệ vật liệu hiện đại (tấm kết cấu gỗ chống cháy, tấm sườn và panel

cách điện, sản xuất đá nhân tạo trang trí, tấm panel bọt cách nhiệt, vật liệu xây dựng

thô, gạch không nung, kết cấu chịu lửa, kết cấu chống sốc nhiệt, ứng dụng làm khuôn

đúc nhôm, bê tông và chất kết dính Geopolymer, vật liệu cản lửa và gia cố/ sửa chữa,

vật liệu chống cháy công nghệ cao dùng trong máy bay hoặc ô tô, vật liệu nhựa công

nghệ cao...) được giới thiệu và ứng dụng trên toàn thế giới.

Trên cơ sở lý thuyết Geopolymer của Joseph Davidovits, Lone Star (một công ty

sản xuất xi măng hàng đầu của Mỹ) đã nghiên cứu và chế tạo thành công một loại xi

măng mới bằng cách kết hợp nguyên liệu sét và dung dịch kiềm hoạt tính cao, tạo thành

chất kết dính vô cơ mới có khả năng đóng rắn nhanh và cho cường độ ban đầu rất tốt

với tên gọi xi măng polymer. Công nghệ này nhanh chóng được phát triển trên toàn thế

9

giới và đang có ưu thế hơn xi măng protland do có ưu điểm về nguyên liệu sản xuất và

phương pháp sản xuất thân thiện với môi trường [9].

Lần đầu tiên xuất bản năm 2008, Geopolymer chemistry and Application đã khái

quát toàn bộ kiến thức về công nghệ Geopolymer [10]. Các ứng dụng của công nghệ

này đã được nghiên cứu và phát triển rộng rãi. Nghiên cứu đã tập trung vào thành phần

và nồng độ của dung dịch kiềm để thúc đẩy nhanh quá trình Geopolymer hóa.

Thuật ngữ “Geopolymer” được giới thiệu bởi GS.TS Davidovits vào năm 1978 để

mô tả chất kết dính với thành phần hóa học tương tự với zeolite nhưng có vi cấu trúc

vô định hình [11]. Ông đề xuất thuật ngữ “poly(sialate)” cho thiết kế hóa học của

Geopolymer dựa trên siloco-aluminate (Davidovits, 1988a, 1988b, 1991; van Jaarsveld

et. Al., 2002a); Sialate là từ viết tắt của silicon-oxo-aluminate.

Từ những tiền đề trên, Geopolymer được xem như là một loại vật liệu xanh và

được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ và xây dựng. 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.

Palomo, Grutzeck, and 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.

10

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

bê tông Geopolymer sử dụng tro bay của D.Hardjito (2004) [14] thấy rằng thời gian

dưỡng hộ dài sẽ phát triển quá trình polymer hóa trong bê tông, cường độ chịu nén

không bị ảnh hưởng bởi ngày tuổi của bê tông.

Theo D.Hardjito và B.V.Rangan (2005), khi nghiên cứu về Quá trình phát triển

và những đặc tính của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay [15] đã có những nhận xét

về những tính chất ảnh hưởng đến cường độ của bê tông Geopolymer như: Nồng độ

Mole của dung dịch NaOH, tỉ lệ thủy tinh lỏng/dung dịch NaOH, nhiệt độ dưỡng hộ,

thời gian dưỡng hộ.

Suresh.G.Patil [16], nghiên cứu về Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông

Geopolymer. Ông đã thử nghiệm với nồng độ NaOH khác nhau, tỉ lệ alkaline/tro bay

và Na2SiO3/NaOH để đánh giá và so sánh tỉ lệ nào đạt cường độ cao nhất và thấp nhất.

Trong nghiên cứu về Cường độ chịu nén và vùng tiếp xúc bề mặt ITZ của bê tông

Geopolymer [17], Muhd Fadhil 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.

Mustafa Al Bakri [18], nghiên cứu về Cường độ chịu nén và đặc tính cấu trúc của

Geopolymer sử dụng tro bay, cường độ của bê tông Geopolymer phụ thuộc vào tỉ lệ

dung dịch alkaline/tro bay và Na2SiO3/NaOH, sự hòa tan SiO2 và Al2O3 trong quá trình

Geopolymer hóa, nhiệt độ dưỡng hộ không nên quá cao góp phần tạo cường độ cao cho

bê tông Geopolymer.

Theo Zejak [19], cho rằng cường độ chịu nén của hồ Geopolymer tăng khi có thêm

hàm lượng cát. Ông đã chỉ ra Module đàn hồi của vữa Geopolymer có tương quan với

cường độ chịu nén, module đàn hồi và cường độ chịu nén của vữa Geopolymer tăng khi

tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxide tăng. Hàm lượng cát cho thêm vào hồ

Geopolymer làm tăng cường độ chịu nén do sự thay đổi cấu trúc trong quá trình

Geopolymer hóa và tính chất cơ lý tốt của hạt cát làm cho cường độ của vữa

Geopolymer tăng.

11

Trong quyển “Geopolymer chemistry and application” của Joshep Davidovits cho

rằng cường độ chịu kéo gián tiếp của bê tông Geopolymer có giá trị cao hơn so với bê

tông OPC [10].

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 [20], cho rằng

cường độ nén bửa và cường độ chịu uốn của bê tông Geopolymer cao hơn bê tông OPC.

Theo D.Hardjito and B.V.Rangan (2005) [15] cho rằng hệ số Poission của bê tông

Geopolymer sử dụng tro bay từ 0,12 – 0,16 đối với cường độ chịu nén từ 40 - 90 MPa,

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.

Trong nghiên cứu về độ bền của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay của Monita

Olivia [20], đã cho thấy rằng module đàn hồi của bê tông Geopolymer vào khoảng 25,33

– 31,26 GPa, trong khi bê tông OPC có giá trị cao hơn từ 34,16 – 38,33 GPa. Giá trị

trung bình thực nghiệm của hệ số Poission của bê tông Geopolymer từ 0,13 – 0,17.

Sumajouw and Rangan (2006) [21] đã tiến hành nghiên cứu mở rộng về bê tông

sử dụng tro bay và nhận xét, tro bay có hàm lượng calcium thấp trong bê tông

Geopolymer có thể sử dụng cho kết cấu dầm và cột.

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.

M. Sofi (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 C 234-91.

Prabir Kumar Sarker (2011) [23] Nghiên cứu về ứng xử giữa cốt thép và bê tông

12

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.

1.2.2 Nghiên cứu trong nước

Một số nghiên cứu bước đầu về bê tông Geoplymer ở Việt Nam như [24] :

� 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.

� Vữa và bê tông sử dụng chất kết dính polymer vô cơ của nhóm nghiên cứu ở

trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội 2011.

� 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 % [25].

Qua hầu hết những nghiên cứu đã có về bê tông Geopolymer trên thế giới và ở

Việt Nam, có thể thấy rằng bê tông Geopolymer có hầu hết những đặc tính gần giống

với bê tông OPC từ hệ số Possion và Module đàn hồi. Tuy nhiên về cường độ chịu uốn

và chịu kéo gián tiếp của bê tông Geopolymer có giá trị cao hơn bê tông OPC với sự

thay đổi từng thành phần trong cấp phối bê tông Geopolymer.

1.3 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Đề cập đến hệ số bám dính giữa cốt thép và bê tông Geopolymer.

13

1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tính bám dính giữa cốt thép và bê tông geopolymer sử dụng tro bay,

để xác định khả năng chống kéo tuột của thanh thép ra khỏi bê tông geopolymer. Các

mẫu được đúc để tiến hành thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTMA944.

Mục tiêu chính là tìm ra mối quan hệ giữa lực phá hoại, đường kính và chuyển vị

của thiết bị kéo. Trong đó, có xét đến sự ảnh hưởng của năm loại cấp phối đến các yếu

tố đã nêu khi.

� Thay đổi tỉ lệ Na2SiO3/NaOH từ 2 - 2,5, trong đó nồng độ NaOH là 16 Mole

� Thay đổi tỉ lệ Alkaline/tro bay từ 0,6 - 0,65 - 0,7

Đường kính cốt thép đặt trong mẫu bê tông : Ø12, Ø14, Ø16, Ø20 (trong đó Ø14

là thép trơn, các loại thép còn lại là thép gân).

14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 QUÁ TRÌNH GEOPOLYMER HÓA

Bằng nghiên cứu của mình, Davidovits (1978) đã dùng thuật ngữ Geopolymer để

giới thiệu loại polymer mới được tổng hợp từ các khoáng vật thuộc nhóm

Aluminoilicate. Thành phần chủ yếu của Geopolymer là các nguyên tố Si2+, Al3+ và O2

có nguồn gốc từ khoáng sản tự nhiên (đất sét, cao lanh, đá fenpat… ) hoặc sản phẩm từ

sản xuất (tro bay, xỉ lò cao)…. Vật liệu Geopolymer khác với vật liệu polymer thông

thường ở cấu trúc mạng không gian vô định hình.

Cấu trúc vô định hình của Geopolymer cơ bản được tạo thành từ lưới cấu trúc của

những Alumino-Silico hay còn gọi là Poly-sialate. Sialate là viết tắt của Silic-Oxy-

Nhôm, các cầu nối –Si-O-Al- tạo thành các bộ khung không gian vững chắc bên trong

cấu trúc. Khung Sialate bao gồm những tứ diện SiO và AlO4 được nối xen kẻ với nhau

bằng các nguyên tố Oxy. Những ion dương (Na+, K+, Li+ Ca2+, Ba2+, NH4+, H3O- ) phải

hiện diện trong các hốc của khung để cân bằng điện tích của Al3+ [26] và hình thành

monomer mới theo phương trình sau:

Si Al +OH 2

O

Si

O O Na ,H O Si Al

O

Si

ONa

OH

OH

OH

Hình 2.1: Cấu trúc vô định hình của Geopolymer [26]

Quá trình tổng hợp để tạo thành vật liệu Geopolymer gọi là quá trình Geopolymer

hóa các nguyên vật liệu aluminosilicate ban đầu nhờ vào các dung dịch hoạt hóa kiềm.

Quá trình hoạt hóa kiềm cho các vật liệu aluminosilicate là một quá trình phức tạp và

đến nay vẫn chưa được mô tả một cách rõ ràng. Các bước phản ứng không diễn ra tuần

tự mà hầu như diễn ra cùng lúc và chồng lắp vào nhau. Do đó, rất khó phân biệt cũng

như khảo sát các bước phản ứng một cách riêng biệt (Palomo et al. 1999) [12].

(2.1)

15

Phản ứng hóa học của quá trình Geopolymer có thể diễn ra theo 1 trong 2 phương

trình (2.2) hoặc (2.3) sau [9][10].

Hình 2.2: Phản ứng hóa học của quá trình Geopolymer [9],[10]

Theo D.Hardjito (2005) [27], quá trình phản ứng hóa học tạo thành Geopolymer

có thể được phân ra thành các bước chính sau :

� Hòa tan các phân tử Si và Al trong nguyên liệu nhờ vào các ion hydroxide trong

dung dịch.

� Định hướng lại các ion trong dung dịch tạo thành các monomer.

� Đóng rắn các monomer thông qua các phản ứng trùng ngưng polymer để tạo

thành các cấu trúc polymer vô cơ.

Glukhovshy [28] đã đưa ra một cơ chế tổng quát cho sự hoạt hóa kiềm đối với vật

liệu có chứa oxit silic và oxit nhôm hoạt tính. Những năm gần đây, nhiều tác giả đã mở

rộng lý thuyết của Glukhovshky, áp dụng vào lĩnh vực tổng hợp zeolite và giải thích

quá trình Geopolymer hóa nói chung như hình 2.3. Cơ chế phản ứng trong sơ đồ trên

phác thảo quá trình chuyển hóa từ vật liệu alumosilicat rắn sang vật liệu kiềm

alumosilicat tổng hợp, những quá trình này có thể xảy ra tuần tự như trên hoặc xảy ra

đồng thời.

16

Hình 2.3: Sơ đồ mô phỏng sự hoạt hóa vật liệu alumosilicate [28]

Alumosilicat rắn hòa tan trong dung dịch kiềm sinh ra những dạng hợp chất silicat

và hợp chất nhôm. Chính sự hòa tan của các phân tử hạt rắn trên bề mặt đã giải phóng

ra những hợp chất silicat và hợp chất nhôm này vào trong dung dịch. Đây là cơ chế

chuyển hóa của những phân tử rắn khi tham gia vào quá trình Geopolymer hóa.

Những hợp chất được giải phóng khỏi bề mặt hạt rắn bằng cách hòa tan trong

dung dịch thì lại kết hợp với nhau trong pha lỏng. Một hỗn hợp của các chất silicate,

aluminate và aluminosilicate được tạo thành. Những hợp chất aluminosilicate vô định

hình hòa tan nhanh chóng ở môi trường có pH cao và tạo ra dung dịch aluminosilicate

quá bão hòa. Khi dung dịch trở nên đậm đặc hơn thì các gel oligomer bắt đầu sinh ra và

trở thành một mạng lưới lớn khi dung dịch càng cô đặc. Quá trình này còn giải phóng

17

ra 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.

Thời gian để dung dịch aluminosilicate quá bão hòa tạo thành gel sẽ 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.

Sau khi tạo thành gel, hệ thống tiếp tục tổ chức lại và mạng lưới gel ngày càng gia

tăng, kết quả là tạo thành mạng lưới aluminosilicate ba chiều. Điều này được miêu tả

trong hình 2.3 bằng sự hiện diện của nhiều giai đoạn gel. Sự hòa tan, sự tạo thành nhân

của vật liệu alumiosilicate và sự tạo thành những dạng polymer thì phụ thuộc nhiều vào

những thông số nhiệt động, động học trong hai bước đầu của quá trình được đưa ra bởi

Glukhovsky.

2.2 CƠ CHẾ HÓA HỌC CỦA CÔNG NGHỆ GEOPOLYMER TRO BAY

Theo định nghĩa về công nghệ của Davidovits, bất kỳ một nguyên vật liệu nào

trong đó có chứa dioxide silic và oxide nhôm đều có thể sử dụng để tạo ra vật liệu

Geopolymer [14]. Cơ chế đóng rắn của tro bay cũng tuân theo quy luật và các phản ứng

công nghệ Geopolyer được trình bày ở trên.

Công nghệ Geopolymer có tốc độ phản ứng kích hoạt cũng như các vi cấu trúc và

thành phần hóa học của các sản phẩn phản ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cụ thể là sự

phân bố kích thước hạt và thành phần khoáng chất của tro bay ban đầu, dung dịch kích

hoạt và thời gian hằng nhiệt [29].

Hình 2.4 Hình ảnh SEM các trạng thái vi hạt của tro bay [29]

(a) (b) (c)

18

(a) Tro bay ban đầu

(b) Tro bay được kích hoạt với NaOH

(c) Tro bay được kích hoạt với Na2SiO3

Hình 2.4 thể hiện hình ảnh vi cấu trúc của tro bay được thể hiện rõ qua phương

pháp SEM. Hình 2.4a thể hiện hình thái đặc trưng ban đầu của tro bay trước phản ứng,

là những tinh thể hình cầu có kích thước khác nhau, cấu trúc thường rổng và có thể

chứa những hạt nhỏ hơn trong nó. Hình 2.4b và 2.4c là những thay đổi trong vi cấu trúc

của tro bay dưới tác dụng của dung dịch kiềm và thời gian hằng nhiệt, kết quả phản ứng

là một loại gel Natri-Silicat mới hình thành qua quá trình đóng rắn các hạt tro bay và

dung dịch kiềm. Tuy nhiên phản ứng không xảy ra nhanh chóng, vẫn còn một số thành

phần tro bay phản ứng chậm.

Hình 2.5: Mô hình miêu tả kích hoạt kiềm tro bay (Fernandez Jimanez et al.2005)[30]

Hình 2.5 là mô hình hạt tro bay khi bị kích hoạt kiềm. Bắt đầu bằng sự kiềm hóa

một điểm nhỏ trên bề mặt hạt tro bay, sau đó lan rộng tạo thành lỗ lớn, rồi tiếp tục phản

ứng với những hạt nhỏ hơn ở bên trong (hình 2.5a). Phản ứng tiếp tục được duy trì và

phát triển nhanh hơn theo hai chiều từ ngoài vào trong và ngược lại (hình 2.5b). Phản

ứng tiếp tục xảy ra cho đến khi hạt tro bay được kiềm hóa hoàn toàn (hình 2.5c). Cơ

19

chế phản ứng ở giai đoạn này là cơ chế hòa tan, gắn kết các hạt nhỏ hơn bên trong các

hạt lớn hơn, gắn kết với nhau tạo thành ma trận dày đặc. Quá trình được mô tả không

thống nhất giữa các gel tạo thành, tùy thuộc vào sự phân bố kích thước hạt và nồng độ

dung dịch tại từng vị trí.

2.3 ẢNH HƯỞNG CẤU TRÚC GEOPOLYMER ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN

Phản ứng hóa học trong bê tông xi măng bê tông Geopolymer ảnh hưởng trực tiếp

đến cường độ bê tông, quá trình hydrate hóa liên tục làm lắp đầy các lỗ rỗng trong bê

tông OPC. Sự phát triển cường độ của bê tông Geopolymer phụ thuộc vào hàm lượng

dung dịch alkaline, điều kiện dưỡng hộ và hàm lượng cốt liệu trong bê tông. Có ba yếu

tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến cấu trúc làm thay đổi cường độ của bê tông: tỉ lệ dung

dịch alkaline/tro bay, tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxit và điều kiện dưỡng hộ.

Những yếu tố này làm thay đổi cấu trúc của vật liệu trong quá trình phản ứng tạo nên

chuỗi polymer Si-O-Al.

Hình 2.6: Cấu trúc polymer từ quá trình tổng hợp các monomer

20

Quá trình phản ứng giữa tro bay và dung dịch alkaline ảnh hưởng trực tiếp đến

cường độ của bê tông Geopolymer, bên cạnh đó nó cũng chịu tác động của vữa và hồ

Geopolymer. Khi tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay và tỉ lệ Na2SiO3/NaOH thay đổi dẫn

đến cấu trúc của Geopolymer thay đổi và dẫn đến cường độ cũng thay đổi.

Đồ thị ở hình 2.7 cho thấy, khi thay đổi tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxit thì

cường độ của vữa cao hơn cường độ của hồ Geopolymer cao hơn vữa hồ xi măng

khoảng 1,5 lần. Radomir Zejak [32] cho rằng nguyên nhân dẫn đến sự chênh lệch cường

độ này là do sự liên kết tốt giữa cát và vữa Geopolymer. Cường độ của hồ và vữa

Geopolymer tăng khi tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxit tăng và giảm nếu ngược lại.

Cấu trúc của Geopolymer bị ảnh hưởng khi tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxit thay

đổi, từ đó dẫn đến cường độ của vữa và hồ thay đổi theo.

2.5

20

15

10

5

00 1,5 2

Com

pres

sive

str

engt

h, M

Pa

Na2SiO3/NaOH

Geopolymer paste Geopolymer motar

Hình 2.7: Cường độ chịu nén của vữa và hồ Geopolymer [32]

Vữa Geopolymer là sự liên kết giữa cát và hồ Geopolymer (Hình 2.8a). Vữa

Geopolymer bao gồm pha gel (a) và những hạt tro bay chưa hoạt hóa (hình 2.8b). Cường

độ vữa Geopolymer phụ thuộc vào cường độ của gel, sự liên kết giữa gel và cốt liệu tạo

21

ra cường độ của vữa. Những hạt tro bay chưa hoạt hóa đóng vai trò là những hạt cốt

liệu siêu nhỏ để tạo nên cường độ cao nhất cho vữa Geopolymer.

Hình 2.8: Cấu trúc Geopolymer khi tỉ lệ Na2SiO3/NaOH là 1,5 [32]

Theo Mustafa Al Bakri [18] cho rằng cường độ bê tông Geopolymer cao nhất khi

tỉ lệ dung dịch alkaline/ tro bay = 0,5 và Na2SiO3/NaOH = 2,5 đạt cường độ 70 MPa ở

7 ngày và nhiệt độ dưỡng hộ là 700C (hình 2.9). Khi Na2SiO3/NaOH = 3,0 thì cường độ

Geopolymer giảm ở tất cả các tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay.

0

20

40

60

80

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

1.5

2.0

2.5

AA/FA

Com

pres

sive

stre

ngh

at 7

day

s (M

pa)

Na2SiO3/NaOH ratio

Hình 2.9: Cường độ Geopolymer khi thay đổi tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay và

sodium silicate/sodium hydroxit [18]

(a) (b)

22

Hình 2.10 cho thấy cấu trúc Geopolymer thay đổi khi tỉ lệ FA/AA thay đổi từ 0,4;

0,5 và 0,66. Nó cho thấy vật liệu không đồng nhất với tro bay chưa hạt hóa tồn tại dày

đặc trong chất kết dính. Hình 2.10b cho thấy nhiều chất kết dính hơn và ít tro bay chưa

hoạt hóa góp phần làm tăng cường độ. Hàm lượng dung dịch trong cấu trúc ảnh hưởng

đến mức độ bảo hòa ion và cường độ của Geopolymer. Khi tro bay được trộn với một

lượng nhỏ dung dịch alkaline làm cho vữa đóng rắn nhanh hơn. Do đó, làm cho các gel

(sản phảm của quá trình hoạt hóa) không có không gian để kết tinh thành tinh thể. Với

tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay = 0,5 là tỉ lệ tốt nhất làm phát triển cường độ cao cho

Geopolymer.

Thành phần tỉ lệ giữa các dung dịch thay đổi ảnh hưởng đến cấu trúc của

Geopolymer và được chụp dưới kính hiển vi điện tử SEM

Hình 2.10: Hình chụp SEM của vữa Geopolymer [18]

(a) Alkaline/FA = 0,66; Na2SiO3/NaOH = 2,5

(b) Alkaline/FA = 0,5; Na2SiO3/NaOH = 2,5

(c) Alkaline/FA = 0,4; Na2SiO3/NaOH = 2,5

(a) (b)

(c)

23

Đến nay, đã có nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước nghiên cứu về bê tông

Geopolymer kết luận rằng thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ ảnh hưởng đến cường độ của

bê tông Geoplymer. Nhiệt độ càng cao và thời gian dưỡng hộ càng dài sẽ làm tăng

cường độ của bê tông Geopolymer, quá trình Geopolymer hóa diễn ra nhanh hơn khi

được dưỡng hộ nhiệt.

Bê tông Geopolymer vẫn phát triển cường độ trong môi trường tự nhiên, nhưng

quá trình này diễn ra rất chậm, cường độ chiụ nén của mẫu bê tông Geopolymer trong

cùng mẽ trộn chênh lệch rất lớn khi được dưỡng hộ nhiệt và dưỡng hộ ở nhiệt độ phòng.

12

Com

pres

sive

stre

ngth

(MPa

)

10

8

6

4

2

06 15 24

Curing Duration (Hour)

Hình 2.11: Cường độ chịu nén của hồ Geopolymer ở 1200C khi thay đổi thời gian

dưỡng hộ [33]

Arioz [33], cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer tăng khi thời gian dưỡng

hộ kéo dài. Sự phát triển cường độ đáng kể nhất trong khoảng thời gian từ 6 đến 15 giờ.

Khi thời gian dưỡng hộ lên đến 15 giờ, cường độ chịu nén tăng gấp 3 lần so với

thời gian dưỡng hộ 6 giờ (hình 2.11).

2.4 NHỮNG ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER

Ưu điểm:

Tạo ra vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường [42]

24

• Tấm kết cấu gỗ chống cháy

• Tấm tường và panel cách điện

• Sản xuất đá nhân tạo trang trí

• Tấm panel bọt cách nhiệt

• Vật liệu xây dựng thô

• Gạch không nung

• Kết cấu chịu lửa

• Kết cấu chống sốc nhiệt

• Ứng dụng làm khuôn đúc nhôm

• Bê tông và chất kết dính geopolymer

• Vật liệu cản lửa và gia cố/sửa chữa

• Vật liệu chống cháy công nghệ cao dùng trong máy bay hoặc ô tô

• Vật liệu nhựa công nghệ cao

• Giảm chất thải công nghiệp và diện tích bãi chứa

Khuyết điểm:

• Cần dưỡng hộ nhiệt, khó áp dụng vào tất cả các cấu kiện của công trình.

• Sử dụng dung dịch kiềm trong bê tông có thể ảnh hưởng đến sự ăn mòn

cốt thép trong bê tông.

• Sử dụng dung dịch kiềm mạnh cũng đòi hỏi quá trình sản xuất bê tông

phức tạp hơn, điều này dẫn đến gia tăng tiêu thụ năng lượng.

• Khả năng phát thải các chất kiềm kích hoạt vào môi trường nước và

không khí khi sử dụng sản phẩm bê tông geopolymer.

2.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.5.1 Lý thuyết

Tham khảo đề tài và những bài báo khoa học về bê tông geopolymer và đặc biệt

là những đề tài nghiên cứu về kéo tuột, mục đích để hiểu được đặc tính cơ lý, các ứng

xử giữa bê tông geopolymer và cốt thép khi có lực kéo tác dụng lên thanh thép, từ đó

định hướng được hướng đi của đề tài.

25

2.5.2 Thực nghiệm

Tiến hành đúc mẫu bê tông hình trụ tròn kích thước DxL = 15x30 cm với 5 loại

cấp phối và 4 loại đường kính khác nhau, thanh thép được đặt tại tâm của viên mẫu có

chiều dài tiếp xúc giữa cốt thép và bê tông bằng 10 cm, mẫu sau khi đúc được dưỡng

hộ ở nhiệt độ phòng và dưỡng hộ nhiệt có điều kiện theo sơ đồ hình 1.5. Thực hiện thí

nghiệm kéo tuột các thanh cốt thép ra khỏi mẫu bê tông Geopolymer, từ kết quả thu

được sẽ tiến hành so sánh, đánh giá các kết quả tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết và kết

quả thực nghiệm. Và nêu ra các kết luận khi áp dụng các công thức tính toán cho bê

tông thường vào bê tông geopolymer.

Các bước thực nghiệm được tiến hành theo sơ đồ sau:

Hình 2.12 : Sơ đồ các bước thực nghiệm

26

2.6 ĐỘ BÁM DÍNH GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP

Độ bám dính giữa cốt thép và bê tông là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm chung của

hai loại vật liệu làm cho cốt thép và bê tông cùng biến dạng và có sự truyền lực qua lại

giữa chúng.

2.6.1 Thí nghiệm xác định lực dính

Chế tạo mẫu bằng cách đổ bê tông ôm lấy đoạn cốt thép. Thí nghiệm bằng cách

kéo hoặc nén cho cốt thép tuột khỏi bê tông (hình 2.13). Cường độ trung bình của lực

dính τ được xác định theo biểu thức:

lP��

� � (2.4)

Trong đó:

P: lực kéo (hoặc nén) làm cho cốt thép tuột khỏi bê tông

� : đường kính cốt thép

l: chiều dài đoạn cốt thép chôn trong bê tông.

Để thí nghiệm làm cốt thép tuột khỏi bê tông thì chiều dài đoạn l phải được hạn

chế trong một phạm vi nào đó. Nếu l quá lớn thì khi thí nghiệm, cốt thép có thể bị kéo

hoặc nén quá giới hạn chảy (thậm chí có thể bị kéo đứt) mà không bị tuột. Kết quả thí

nghiệm cho thấy sự phân bố lực dính dọc theo đoạn cốt thép là không điều, nó bằng

không ở hai đầu mút và đạt giá trị τmax ở nơi cách tiết diện đầu tiên một khoảng C.

lC .41

31

��

�� ,

max�� hoặc lP

�� max (2.5)

Trong đó: � là hệ số hoàn chỉnh biểu đồ lực dính, � < 1.

27

Hình 2.13: Thí nghiệm xác định lực dính [31]

2.6.2 Các nhân tố tạo nên lực bám dính

Các nhân tố tạo nên lực bám dính bao gồm:

- Lực ma sát: khi bê tông khô cứng, do ảnh hưởng của co ngót mà bê tông ôm chặt

lấy cốt thép, tạo nên lực ma sát giữa chúng.

- Sự bám: với cốt thép có gờ, phần bê tông nằm dưới các gờ chống lại sự trượt của

cốt thép.

- Lực bám: chất keo trong bê tông có tác dụng như hồ dán cốt thép vào bê tông.

- Với cốt thép tròn trơn nhân tố lực ma sát là chủ yếu, cốt thép có gờ nhân tố bám

là quan trọng. Lực dán chỉ chiếm một phần nhỏ trong giá trị của τ.

2.6.3 Các nhân tố ảnh hưởng

Các nhân tố ảnh hưởng lực bám dính bao gồm:

- Trạng thái chịu lực: với cốt thép chịu nén lực dính bám lớn hơn so với cốt thép

chịu kéo.

28

- Chiều dài đoạn l: khi thay đổi chiều dài đoạn l thì giá trị τmax không thay đổi

nhưng giá trị trung bình τ có thay đổi chút ít vì khi tăng l thì hệ số hoàn chỉnh biểu đồ

giảm xuống.

2.6.4 Trị số dính bám

Công thức thực nghiệm xác định lực dính bám phụ thuộc vào cường độ của bê

tông, bề mặt cốt thép và trạng thái chịu lực

Trường phái Nga [31] τmax được biểu diễn theo công thức:

mRbn�� max (2.6)

Trong đó:

m: hệ số phụ thuộc bề mặt cốt thép. Cốt thép tròn trơn m = 5 6, cốt

thép có gờ m = 3 3,5.

�: hệ số phụ thuộc trạng thái chịu lực. Khi cốt thép chịu kéo � = 1; cốt

thép chịu nén � = 1,5.

Rbn: cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông

Biến đổi công thức một cách tương đối

Từ (2.4)(2.5)(2.6) =>mRbn�� max (2.7)

=> Lực kéo tuột: mRll bnKT

LT�� P (2.8)

2.6.5 Lực kéo đứt cốt thép

(2.9)

Trong đó: sb� : giới hạn bền của cốt thép

As: diện tích mặt cắt ngang của cốt thép

ssb

sb A��P

29

CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP THÍ

NGHIỆM

3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU

3.1.1 Tro bay

Tro bay (Fly Ash) là thành phần mịn nhất của tro xỉ than, sản phẩm phế thải được

tạo ra trong quá trình đốt cháy than ở các nhà máy nhiệt điện. Tro bay được thu thập và

phân loại bằng các luồng khí phân loại, những hạt to rơi xuống đáy, và những thành

phần hạt nhỏ hơn sẽ được thu gom ở cuối đường ống khói. Tro bay là một loại Puzzolan

nhân tạo, là tro đốt của than cám nên bản thân nó đã rất mịn, cỡ hạt từ 1-20 �m, tỷ diện

khoảng 250 - 600 m2/kg [10]

Theo tiêu chuẩn ASTM C618-94a [34], tro bay được phân thành 3 loại sau:

� Class N: do các chất bùn, đá phiến sét bị đốt cháy tạo thành.

� Class F: là sản phẩm của quá trình đốt cháy than bitum và than anthracite trong

nhà máy nhiệt điện, có hàm lượng than chưa cháy từ 2 – 10 %. Tro bay loại này

có tính chất gần giống puzzoland (phụ gia thủy vô cơ hoạt tính). Hàm lượng

CaO trong loại này thường nhỏ hơn 10 %.

� Class C: có tính chất gần giống như trong bay class F nhưng là sản phẩm thu

được từ việc than non (lignit) bị đốt cháy, hàm lượng than chưa cháy thường ít

hơn 2 %. Hàm lượng CaO trong loại này thường lớn hơn 10 %. Loại tro bay

này chất lượng cao nhưng khó sản xuất.

Công nghệ Geopolymer dùng chủ yếu 2 loại tro bay: class F và class C

Bảng 3.1: Thành phần chính của tro bay theo ASTM C618-94a [34]

Thành phần hóa học (%) Loại N Loại F Loại CMin (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) 70 70 50Max SO3 4 5 5Max (lượng mất khi nung) 10 6 6Max (CaO) 5 10 30

30

Bảng 3.2: Thành phần hóa học của tro bay loại F, nhà máy nhiệt điện Phả Lại [35]

Thành phần hóa học SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O

% khối lượng 53,2 24,2 6,38 2,17 0,44

Bảng 3.3: Thành phần hóa học của tro bay loại F, nhà máy nhiệt điện Formosa [36]

Từ kết quả thí nghiệm (%) thành thần hóa học : tổng thành phần phần trăm (%)

của (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) > 70 %, % CaO < 30 % và % Na2O < 1,5 %. Điều này phù

hợp theo yêu cầu tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618-94a và chứng tỏ tro bay từ hai

nguồn cung cấp này có hoạt tính cao có thể dùng nghiên cứu tốt.

Tro bay trong thực nghiệm sử dụng loại F có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện

Formosa có khối lượng riêng 2,5 g/cm3, độ mịn 66 % lượng lọt qua sàng có cở sàng là

0,05 mm. Thành phần hóa học của tro bay được trình bày trong Bảng 3.3.

Bảng 3.4: Thành phần vật lý của tro bay [35][36]

Thànhphầnvật lý

thínghiệm

Khốilượngriêng

(g/cm3)

Hàmlượng lọt

sàng 0,05 mm(%)

Chỉ số hoạt tính cường độ sau 28

ngày (%)

Chỉ số hoạttính cường

độ sau 7 ngày (%)

Lượng mấtsau khi

nung (g)

Tiêuchuẩn

áp dụng

TCVN4030-86

ASTM C311, TCVN 6016-

95

ASTM C311, TCVN 6016-95

ASTM C311, TCVN 6016-

95

ASTMC311,TCVN141-98

Tro bay Phả Lại 2,74 88 85 78,5 4,76

Tro bay Formosa 2,4 93,5 90,7 79,6 1,0

3.1.2 Dung dịch hoạt hóa

Dung dịch hoạt hóa còn gọi là dung dịch Alkaline là sự kết hợp giữa sodium

hydroxide (NaOH) và sodium silicate (Na2SiO3), được sử dụng trong quá trình Polymer

Thành phần hóa học SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O MgO SO3 MKN

% khối lượng 51,7 31,9 3,48 1,21 1,02 0,81 0,25 9,63

31

hóa là sự kết hợp của các dung dịch Natri hydroxit (NaOH) hay Kali hydroxit (KOH)

với thủy tinh lỏng (R2.nSiO2) (R là Na thì n = 2,5 – 3,2 nếu R là K thì n = 3 - 4). Khả

năng tương tác của dung dịch phụ thuộc vào nồng độ mole dung dịch kiềm hoạt tính.

Dung dịch sodium hydroxide được chế tạo bằng cách hòa tan NaOH dạng vảy rắn

vào nước theo nồng độ 16 Mole. Dung dịch sodium hydroxide thu được có độ tinh khiết

trên 90 % và khối lượng riêng 2130 kg/m3.

Lượng nước thêm vào để tạo dung dịch và pha loãng dung dịch là nước sạch,

lượng nước thêm vào từ 18 - 22 % khối lượng đúc mẫu. Lượng nước này có tác dụng

chủ yếu là làm tăng độ ẩm và tính dẻo để quá trình Geopolymer tốt hơn. Dung dịch pha

trộn có màu trắng đục, không mùi.

3.1.3 Cát

Cốt liệu nhỏ sử dụng là cát sông có khối lượng riêng 2,63 g/cm3 và mô đun độ lớn

0,16 cm (xem Bảng 3.5 và Hình 3.1). Cả 2 loại cốt liệu sử dụng đều thỏa mãn yêu cầu

kỹ thuật theo TCVN.

Cát dùng cho nghiên cứu phải thỏa mãn các yêu cầu của TCVN 7572:2006 “Cát

xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật”.

Cát được sử dụng là cát sạch, cỡ hạt thô. Các tính chất cơ lý cũng như khối lượng

riêng, khối lượng thể tích, thành phần hạt cũng được thí nghiệm theo TCVN.

Bảng 3.5: Thành phần hạt cát (trong 100 kg)

Kích thước lỗ sàng vuông (mm) 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15

Lượng sót trên sàng (kg) 0,78 3,3 18,75 38,04 77,74 97,44

Phân tích thành phần hạt cát, thu được kết quả và được thể hiện ở hình 3.1. Qua

biểu đồ trên xét thấy, cát sử dụng trong thí nghiệm hoàn toàn nằm trong đường giới hạn

thành phần hạt cát theo TCVN 7576:2005.

32

Hình 3.1: Biểu đồ thành phần hạt cát

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm cát

STT Chỉ tiêu kiểm tra Đơn vị Kết quảPP thửnghiệm

1 Khối lượng riêng g/cm3 2,63 TCVN7572-4:2006

2Khối lượng thể tích-Trạng thái thô-Trạng thái bão hòa nước

g/cm3 2,562,58

TCVN7572-4:2006

3Khối lượng thể tích xốp-Không lèn chặt ở trạng thái tự nhiên-Lèn chặt

kg/m3 12901650

TCVN7572-6:2006

4 Độ hút nước % 0,9 TCVN7572-4:2006

5 Hàm lượng bụi bùn sét % 0,9 TCVN7572-8:2006

6 Cỡ hạt lớn hơn 5 mm % 6,1 TCVN7572-8:2006

7 Modul độ lớn x 2,401 TCVN7572-2:2006

0

20

40

60

80

1000 1 2 3 4 5

Lư

ợng

sót

tích

lũy

(%)

Kích thước lỗ sàng (mm)

Thành phần hạt cát

. . . . . . Giới hạn thành phần

hạt cát theo TCVN 7576:2005

33

3.1.4 Đá

Bê tông Geopolymer trong loạt thí nghiệm này được chế tạo với cốt liệu lớn sử

dụng đá dăm sử dụng loại Dmax = 20 mm, khối lượng riêng 2,73 g/cm3 và thỏa mãn yêu

cầu kỹ thuật theo TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa”. Thành phần hạt của

đá dăm được trình bày trong Bảng 3.7 và hình 3.2.

Đá được sử dụng là đá sạch và được sấy khô trước khi đưa vào sử dụng, cỡ hạt

thô. Các tính chất cơ lý như khối lượng riêng, khối lượng thể tích, thành phần hạt cũng

được thí nghiệm theo TCVN.

Bảng 3.7: Thành phần hạt đá (trong 100 kg)

Kích thước lỗ sàng vuông (mm) 20 10 5

Lượng sót trên sàng (kg) 2 48 100

Hình 3.2: Biểu đồ thành phần hạt đá dăm

Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm đá

STT Chỉ tiêu kiểm tra Đơn vị Kết quả PP thử nghiệm1 Khối lượng riêng g/cm3 2,73 TCVN 7572-4 : 2006 2 Khối lượng thể tích g/m3 1,62 TCVN 7572-4 : 2006 3 Độ hút nước % 0,92 TCVN 7572-4 : 2006

0

20

40

60

80

1005 10 15 20 25

Lư

ợng

sót

tích

lũy

(%)

Kích thước lỗ sàng (mm)

Thành phần hạt đá

….. Giới hạn thành phần hạt

đá theo TCVN 7576:2005

34

3.1.5 Nước pha dung dịch NaOH

Nước dùng phải theo TCVN 302:2004 “Nước trộn bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ

thuật”.

Nước dùng pha loãng NaOH khan phải đảm bảo không chứa các thành phần hóa

học tạp chất để không ảnh hưởng xấu đến thời gian tĩnh định và đóng rắn của bê tông

Geopolymer.

3.1.6 Cốt thép Thí nghiệm kéo tuột được thực hiện với thép gân đường kính lần lượt là 12 mm, 16 mm,

20 mm thuộc nhóm CII có giới hạn bền 500 MPa và thép trơn đường kính 14 mm thuộc nhóm

CI có giới hạn bền 380 MPa [43].

(b)(a)

(c) (d)

Hình 3.3: Hình ảnh các loại thép

(a) Thép trơn Ø14

(b) Thép gân Ø12

(c) Thép gân Ø16

(d) Thép gân Ø20

35

3.2 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

3.2.1 Thiết kế thành phần cấp phối

Quá trình thiết kế cấp phối bê tông Geopolymer ở thí nghiệm này phụ thuộc phần

lớn vào các yếu tố sau: tỉ lệ cốt liệu/tro bay, alkaline/tro bay, sodium silicate/sodium

hydroxide, điều kiện dưỡng hộ nhiệt và nồng độ mole.

Thành phần cấp phối được tính toán theo các nội dung sau:

� Tỉ lệ Alkaline/tro bay lần lượt là: 0,6 ; 0,65; 0,7

� Tỉ lệ Na2SiO3/NaOH lần lượt là: 2,0 ; 2,5

� Nồng độ dung dịch NaOH: 16 Mole

� Dưỡng hộ ở nhiệt độ 1000C, thời gian dưỡng hộ 9 giờ

Sự khác biệt duy nhất giữa bê tông Geopolymer và bê tông xi măng nằm ở chất

kết dính SiO2SiO3 và Al2O3 trong tro bay phản ứng với dung dịch hoạt hóa (dung dịch

alkaline) tạo nên hồ Geopolymer bao phủ cốt liệu và những vật liệu không phản ứng

tạo nên bê tông Geopolymer. Như bê tông xi măng, cốt liệu thô và cốt liệu mịn chiếm

khoảng 70 – 80 % khối lượng của bê tông Geopolymer. Nên hỗn hợp thành phần của

bê tông Geopolymer có thể được thiết kế tương tự như bê tông xi măng.

Ví dụ tính toán CP1 (tính trên 1 m3)

Tổng khối lượng thể tích (TKLTT) của bê tông Geopolymer = 2328,2 kg/m3.

Khối lượng cốt liệu = 70 – 80 % (chọn 71,7 %) = 1669 kg/m3.

Khối lượng tro bay (FA) và dung dịch alkaline = 2328,2 – 1669 = 659,2 kg/m3

� Tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay là 0,6

Khối lượng tro bay = 412 kg/m3

Khối lượng dung dịch alkaline = 247,2 kg/m3.

� Tỉ lệ sodium silicate/sodium hydroxit là 2,0

Khối lượng sodium silicate = 164,8 kg/m3.

Khối lượng sodium hydroxit (16 M) = 82,4 kg/m3.

36

Bảng 3.9: Thành phần cấp phối bê tông geopolymer (1m3)

Kýhiệu

Đá(kg)

Cát(kg)

Tro bay (kg)

Na2SiO3

(kg)NaOH

16M (kg) )(FAbayTroAlkaline

NaOHSiONa 32

CP1 1076 593 412,0 164,8 82,4 0,6 2CP2 1076 593 399,5 185,5 74,2 0,65 2,5CP3 1076 593 387,8 181,0 90,5 0,7 2CP4 1076 593 412,0 176,6 70,6 0,6 2,5CP5 1076 593 399,5 173,1 86,6 0,65 2

Cách chọn cấp phối:

� CP1, CP5, CP3: là xét sự ảnh hưởng của tỷ lệ các thành phần dung dịch đến

cường độ khi “tăng tỷ lệ alkaline/tro bay từ 0,6 → 0,65 → 0,7 nhưng không thay đổi tỷ

lệ Na2SiO3/NaOH = 2” .

� CP2, CP4: xét sự ảnh hưởng của tỷ lệ các thành phần dung dịch đến cường độ

khi “giảm tỷ lệ alkaline/tro bay từ 0,65 → 0,6 nhưng không thay đổi tỷ lệ

Na2SiO3/NaOH = 2,5”.


khi “ tăng tỷ lệ Na2SiO3/NaOH từ 2 → 2,5 nhưng không thay đổi tỷ lệ alkaline/tro bay

= 0,6”.


khi “ giảm tỷ lệ Na2SiO3/NaOH từ 2,5 → 2 nhưng không thay đổi tỷ lệ alkaline/tro bay

= 0,65”.

37

3.2.2 Phương pháp thí nghiệm

3.2.2.1 Đúc mẫu xác định cường độ chịu nén

Tiến hành nhào trộn và đúc mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu nén.

(a), (b), (c), (d), (e): Hỗn hợp bê tông geopolymer CP1, CP2, CP3, CP4, CP5

(f): Đổ hỗn hợp bê tông geopolymer vào khuôn

3.2.2.2 Xác định khối lượng cốt liệu của mẫu thí nghiệm

Tính toán khối lượng cốt liệu cho mẫu bê tông hình trụ tròn, kích thước

150x300 mm được thể hiện ở bảng 3.10.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Hình 3.4 Đúc mẫu xác định cường độ chịu nén

38

Bảng 3.10: Khối lượng cốt liệu của một viên mẫu

3.2.2.3 Nhào trộn và đúc mẫu

Tất cả các thành phần nguyên vật liệu được định lượng, sau đó được nhào trộn

trong khoảng thời gian 2 phút. Hỗn hợp bê tông được tạo theo tiêu chuẩn ASTM C780.

Trước khi đổ hỗn hợp bê tông geopolymer vào khuôn, cần đặt các thanh thép vào

khuôn và cố định chúng, không để cho thanh thép bị dịch chuyển trong quá trình đổ và

đầm bê tông trong khuôn mẫu. Chiều dài tiếp xúc giữa cốt thép và bê tông geopolymer

là 100 mm, vị trí tiếp xúc được tính từ đáy mẫu trở lên. Để phần còn lại của thanh thép

không tiếp xúc với mẫu bê tông Geopolymer nên đặt ống nhựa bọc bên ngoài thanh

thép và cố định chúng thật chặt.

Cấp phối Đá (kg) Cát (kg) Tro bay (kg) Na2SiO3 (kg) NaOH (kg)

CP1 5,70 3,14 2,80 0,87 0,44

CP2 5,70 3,14 2,12 0,98 0,39

CP3 5,70 3,14 2,06 0,96 0,48

CP4 5,70 3,14 2,18 0,94 0,37

CP5 5,70 3,14 2,12 0,92 0,46

Hình 3.5: Chuẩn bị khuôn đúc mẫu thí nghiệm

39

Sau khi hoàn thành công tác chuẩn bị khuôn mẫu, tiến hành nhào trộn và đúc

mẫu với số lượng mẫu theo quy định.

Hình 3.6: Quá trình nhào trộn cốt liệu

Hình 3.7: Kết thúc quá trình đổ bê tông vào khuôn

40

3.2.2.4 Dưỡng hộ nhiệt

Ở nhiệt độ phòng, phản ứng của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay và thời gian

đóng rắn diễn ra rất chậm nên cường độ phát triển không cao. Do đó, dưỡng hộ nhiệt là

cần thiết để đẩy nhanh quá trình geopolymer hóa và phát triển cường độ của bê tông.

Bê tông Geopolymer sau khi đúc mẫu, được dưỡng hộ ở nhiệt độ phòng ổn định

từ 32 – 350C trong 48 giờ, sau đó tháo khuôn và đặt mẫu vào lò sấy ở cấp nhiệt độ

1000C trong thời gian 9 giờ, thời gian dưỡng hộ nhiệt được tính khi nhiệt độ trong lò

sấy đạt 1000C. Kết thúc quá trình dưỡng hộ nhiệt, để mẫu thí nghiệm trở về nhiệt độ

môi trường tự nhiên trong khoảng thời gian 24 giờ, tiến hành lấy mẫu thí nghiệm ra

khỏi lò sấy. Đặt mẫu ở nhiệt độ phòng 20 ngày và thực hiện thí nghiệm kéo tuột vào

ngày thứ 21.

Quá trình đúc mẫu, dưỡng hộ nhiệt và sử dụng tất cả các thiết bị phục vụ thí

nghiệm kéo tuột, được tác giả thực hiện tại xưởng thí nghiệm công trình trực thuộc

trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM.

(a)

41

Hình 3.8: Mẫu bê tông geopolymer

(a) Trước khi dưỡng hộ nhiệt

(b) Sau khi dưỡng hộ nhiệt

3.2.2.5 Thí nghiệm kéo tuột

Khung để giữ cố định mẫu bê tông trong quá trình kéo tuột được làm từ hai tấm

thép có kích thước 30x30x3 cm, trong đó một tấm thép được khoét lỗ tròn đường kính

5 cm tại trọng tâm của tấm thép. Tấm thép còn lại được hàn với thanh thép tròn đường

kính 30 mm, sau cho tâm của tấm thép và tâm của thanh thép tròn trùng nhau. Hai tấm

thép liên kết với nhau bằng 4 thanh bu lông Ø 25, dùng các đinh tán để cố định hai tấm

thép và mẫu bê tông với nhau trong quá trình thí nghiệm kéo tuột.

Thí nghiệm xác định lực dính bằng cách đặt mẫu bê tông vào bên trong khung

thép, cố định thật chặt mẫu bê tông và khung thép với nhau và đưa vào máy kéo nén

vạn năng SANS 100 kN. Đế kẹp phía dưới của máy kéo nén vạn năng được kẹp vào

thanh thép tròn đường kính 30 mm, phía trên được kẹp vào đầu còn lại của thanh thép

(b)

42

đặt trong mẫu bê tông. Kiểm tra lại mọi thao tác trước đó và bắt đầu tiến hành thí nghiệm

kéo tuột với bước gia tải là 5 kN.

Mẫu bê tông được lắp đặt vào khung thép và cố định vào máy kéo nén vạn năng

theo hình ảnh minh họa sau:

Hình 3.9: Hình ảnh minh họa thí nghiệm

43

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

4.1 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN MẪU BÊ TÔNG GEOPOLYMER

Từ những nghiên cứu đã có về cường độ của bê tông chịu ảnh hưởng của các tỉ lệ

nêu trên, thì trong luận văn này tập trung nghiên cứu về dưỡng hộ nhiệt ở cấp độ 1000C

trong 9 giờ, nồng độ NaOH 16 mole, thay đổi đường kính và loại cốt thép, sự thay đổi

tỉ lệ của các thành phần dung dịch để chọn làm cấp phối trong nghiên cứu sự bám dính

giữa cốt thép và bê tông Geopolymer.

Mẫu được dưỡng hộ nhiệt theo đúng quy trình thí nghiệm, tiến hành nén mẫu

xác định cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer.

Bảng 4.1: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer

Cấp phối Cường độ chịu nén (MPa)CP1 65,21CP2 50,29CP3 41,99CP4 57,14CP5 55,98

Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer phụ thuộc nhiều vào quá trình phản

ứng giữa tro bay và dung dịch alkaline. Khi tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay và tỉ lệ

Na2SiO3/NaOH thay đổi dẫn đến cường độ và cấu trúc của Geopolymer thay đổi. Quá

trình geopolymer hóa dẫn đến sự thay đổi cấu trúc và từ đó dẫn đến cường độ cũng thay

đổi theo.

Với tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay = 0,6 và Na2SiO3/NaOH thay đổi từ (2 - 2,5)

(hình 4.1a) cho thấy cường độ của bê tông Geopolymer bị ảnh hưởng do sự thay đổi

các thành phần nguyên vật liệu cụ thể như sau:

- Tỉ lệ alkaline/tro bay = 0,6 không đổi, tăng tỉ lệ Na2SiO3/NaOH từ 2 lên 2,5 thì

cường độ của bê tông bị giảm từ 65,21 MPa (CP1) xuống 57,14 MPa (CP4).

44

- Kết quả tương tự đối với hình 4.1b, cường độ của bê tông Geopolymer bị giảm

từ 55,98 MPa (CP5) xuống 50,29 MPa (CP2).

- Tỉ lệ dung dịch Na2SiO3/NaOH = 2 không đổi, thay đổi tỉ lệ Alkaline/Tro bay từ

0,6 lên 0,65 thì cường độ của bê tông cũng bị giảm từ 65,21 MPa (CP1) xuống

55,98 MPa (CP5) (hình 4.1a,b).

- Tỉ lệ Na2SiO3/NaOH = 2,5 không đổi, thay đổi tỉ lệ dung dịch Alkaline/Tro bay

từ 0,6 lên 0,65 thì cường độ của bê tông cũng bị giảm từ 57,14 MPa (CP4) xuống

50,29 MPa (CP2) (hình 4.1a,b).

(a) (b)

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

Kết quả từ hình 4.2 cho thấy khi tỉ lệ dung dịch Na2SiO3/NaOH không tăng nhưng

tăng tỉ lệ của dung dịch Alkaline/Tro bay từ 0,6 – 0,65 và từ 0,65 – 0,7 thì cường độ

của bê tông Geopolymer giảm từ 65,21 MPa (CP1) xuống 55,98 MPa (CP5) và 41,99

MPa (CP3). Chứng tỏ rằng khi tăng tỉ lệ dung dịch Alkaline/Tro bay và không tăng tỉ

lệ Na2SiO3/NaOH thì cường độ bê tông geopolymer giảm.

55,9850,29

0

10

20

30

40

50

60

70

Cư

ờng

độ c

hịu

nén

(MPa

)

Alkaline/Tro bay = 0,6,5Na2SiO3/NaOH: (2 - 2,5)

CP5 CP2

65,21

0

57,14

0

10

20

30

40

50

60

70

Cư

ờng

độ c

hịu

nén

(MPa

)

Alkaline/Tro bay = 0,6Na2SiO3/NaOH: (2 - 2,5)

CP1 CP4

45

Hình 4.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ Alkaline/Tro bay đến cường độ

Kết luận: khi tỉ lệ dung dịch Alkaline/Tro bay không thay đổi và thay đổi tỉ lệ

dung dịch Na2SiO3/NaOH theo chiều hướng tăng thì cường độ bê tông Geopolymer

giảm (hình 4.1), điều này cũng đúng khi cố định tỉ lệ Na2SiO3/NaOH và tăng tỉ lệ

Alkaline/Tro bay thì cường độ của bê tông Geo polymer cũng giảm (hình 4.2).

4.2 CÁC DẠNG PHÁ HOẠI ĐIỂN HÌNH

Thí nghiệm kéo tuột được thực hiện trên máy kéo nén đa năng SANS 1000 kN.

Các thí nghiệm được thực hiện với năm loại cấp phối khác nhau do sự thay đổi tỉ lệ

thành phần dung dịch như Alkaline/Tro bay và Na2SiO3 /NaOH. Các dạng phá hoại mẫu

điển hình khi kéo tuột các thanh cốt thép ra khỏi mẫu bê tông Geopolymer có những

trường hợp sau:

46

Trường hợp 1: Cốt thép bị đứt, mẫu bê tông không bị phá hoại

- Đối với các thanh thép gân Ø12 đặt trong mẫu bê tông Geoplymer có tỷ lệ

dung dịch Alkaline/Tro bay và Na2SiO3/NaOH thay đổi tương ứng với 5 loại

cấp phối khác nhau, thanh thép bị kéo đứt và mẫu bê tông không bị phá hoại

do lực kéo tuột theo tính toán lớn hơn lực kéo đứt cốt thép. Kết quả của quá

trình kéo tuột này tương tự như quá trình xác định cường độ chịu kéo của thép,

sau khi vượt qua giai đoạn chảy dẻo và đạt lực kéo lớn nhất, thanh thép bị đứt.

Điều này chứng tỏ lực bám dính giữa cốt thép và bê tông geopolymer đối với

các loại cấp phối thực nghiệm lớn hơn lực kéo đứt của cốt thép.

Hình 4.3: Dạng phá hoại mẫu (trường hợp 1)

47

- Kết quả kéo tuột các thanh thép gân đường kính 16 mm ra khỏi mẫu bê tông

tương tự như quá trình kéo tuột thanh thép gân đường kính 12 mm, nhưng với

lực kéo tuột lớn hơn và có giá trị lực kéo xấp xỉ gấp hai lần so với lực kéo tuột

thanh thép gân Ø12.

- Các thanh thép gân Ø20 bị kéo đứt ở CP2, CP3 có ứng xử giống với cốt thép

Ø12, Ø16 bị kéo đứt, nhưng với lực kéo lớn hơn.

Trường hợp 2: Cốt thép bị tuột, mẫu bê tông không bị phá hoại

- Các thanh thép trơn Ø14 bị kéo tuột, mẫu bê tông không bị phá hoại do bề mặt

thanh thép trơn, bề mặt thanh thép không có gân nên không tồn tại lực cản do

gân cốt thép tạo ra. Với thép trơn, chỉ có lực ma sát giữa bê tông và cốt thép

ngăn cản lực kéo tuột, vì vậy khả năng chịu kéo tuột của thép trơn kém hơn so

với cốt thép gân.

Trường hợp 3: Cốt thép bị tuột, mẫu bê tông bị phá hoại

- Quan sát quá trình thí nghiệm kéo cốt thép Ø20 đối với CP2, CP3 ta thấy sau

khi thanh thép vượt qua giai đoạn biến dạng dẻo thì thanh cốt thép bị tuột và

mẫu bê tông bị phá hoại dọc theo chiều dài mẫu. Điều này chứng tỏ CP2, CP3

có cường độ chịu nén và lực bám dính giữa cốt thép và bê tông nhỏ hơn so với

CP1, CP4 và CP5.


48

- Khi tăng tỉ lệ Alkaline/Tro bay từ 0,65 ở CP2 lên 0,7 ở CP3 thì cường độ

chịu nén của mẫu giảm, điều này cũng đúng với CP4 và CP5.

- Cụ thể trong luận văn này, khi thực nghiệm kéo tuột thanh thép đường kính 20

mm ra khỏi mẫu bê tông geopolymer có cường độ chịu nén từ 55,98 MPa trở

lên thì thanh thép bị đứt, mẫu bê tông không bị phá hoại. Cường độ bê tông

Geopolymer từ 50,29 MPa trở xuống thì thanh thép bị tuột và mẫu bê tông bị

phá hoại.

Kết luận: Cường độ chịu nén của bê tông geopolymer thay đổi khi tỉ lệ

Alkaline/Tro bay và Na2SiO3/NaOH thay đổi, nhưng tỉ lệ Alkaline/Tro bay thay đổi sẽ

ảnh hưởng rất lớn đến cường độ chịu nén của bê tông geopolymer. Cường độ bê tông

Geopolymer càng cao thì khả năng bám dính giữa bê tông và cốt thép càng tốt.

4.3 MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC KÉO TUỘT VÀ CHUYỂN VỊ THIẾT BỊ KÉO

Điều cần thiết để kéo tuột thanh thép ra khỏi mẫu bê tông là lực dính không tồn

tại, và giới hạn bền của cốt thép lớn hơn ứng suất tại bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và

cốt thép. Lực trên thanh thép truyền cho bê tông bằng khả năng bám dính giữa hai loại

vật liệu cụ thể là lực ma sát. Kết quả tăng tải trọng tác dụng lên thanh thép đến khi mẫu

bê tông hoặc cốt thép bị phá hủy được thể hiện ở hình sau:


49

(a) (b)

(c) (d)

(c) (d)

Hình 4.4a, c cho thấy mối quan hệ giữa lực phá hoại và chuyển vị thiết bị kéo

với sự thay đổi tỉ lệ các thành phần dung dịch trong bê tông Geopolymer thực tế là quá

trình kéo thanh thép vượt giới hạn bền nên thanh thép bị đứt, biểu đồ của mối quan hệ

này giống với biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của cốt thép. Với cốt thép có

đường kính nhỏ thì lực phá hoại nhỏ nhưng chuyển vị của thiết bị kéo lớn và ngược lại.

Hình 4.6: Mối quan hệ giữa lực phá hoại và chuyển vị thiết bị kéo

Chuyển vị thiết bị kéo mm (Ø12) Chuyển vị thiết bị kéo mm (Ø14)

Chuyển vị thiết bị kéo mm (Ø16) Chuyển vị thiết bị kéo mm (Ø20)Chuyển vị thiết bị kéo mm (Ø16) Chuyển vị thiết bị kéo mm (Ø20)

Lực

phá

hoại

(kN

)

Lự

c ph

á ho

ại (k

N)

Lực

phá

hoại

(kN

)

Lực

phá

hoại

(kN

)

50

Với tỉ lệ các thành phần thay đổi trong năm cấp phối nêu trên, thì khả năng bám

dính giữa bê tông và cốt thép vẫn đủ khả năng giữ chặt cốt thép trong bê tông, không

cho cốt thép tuột ra khỏi mẫu thí nghiệm, khi lực phá hoại thực nghiệm có giá trị lớn

hơn lực kéo đứt cốt thép và nhỏ hơn lực bám dính thì thanh thép bị đứt, mẫu bê tông

vẫn giữ nguyên hình dạng ban đầu không bị ảnh hưởng bởi lực phá hoại của thanh thép.

Đối với thanh thép trơn (hình 4.4b) có biểu đồ quan hệ giữa lực phá hoại và chuyển

vị thiết bị kéo khác với hình 4.10a và c. Do thanh thép Ø14 là thép trơn, không có gờ

thép, nên khi tăng tải tác dụng lên thanh thép Ø14 thì lực kéo chỉ làm cho thanh thép

hoạt động trong giai đoạn đàn hồi, lực kéo tuột chưa đủ khả năng để thanh thép làm

việc trong giới hạn chảy thì thanh thép đã bị kéo tuột.

Hình 4.4d thể hiện kết quả kéo thanh thép Ø20 ra khỏi mẫu bê tông, biểu đồ trên

đã chỉ ra rằng tất cả các thanh cốt thép vượt qua giới hạn chảy và làm việc ở giai đoạn

bền. Trong CP2 và CP3 thanh thép Ø20 bị tuột, khi giới hạn bền của cốt thép gần đạt

đến giá trị max, điều này chứng tỏ: lực bám dính giữa cốt thép và bê tông Geopolymer

nhỏ hơn lực kéo của cốt thép và lực kéo của cốt thép nhỏ hơn lực kéo thực nghiệm, nên

thanh thép bị kéo tuột và bị biến dạng nhưng thanh thép vẫn chưa đứt. Kéo thanh Ø20

ở CP1, CP4, CP5 kết quả là thanh cốt thép bị đứt, do lực bám dính giữa cốt thép và bê

tông geopolymer lớn hơn lực kéo của cốt thép và lực kéo thực nghiệm nhỏ hơn lực bám

dính giữa bê tông và cốt thép.

4.4 MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC KÉO VÀ ĐƯỜNG KÍNH THÉP

Thanh thép có đường kính càng lớn thì khả năng chống lại kéo tuột trong bê tông

geopolymer càng cao do diện tích bề mặt bám dính xung quanh thanh thép lớn làm tăng

khả năng bám dính với bê tông geopolymer [38]. Kết quả này cũng tương tự như các

nghiên cứu thực nghiệm kéo tuột với bê tông truyền thống [38-41]

51

Hình 4.7: Mối quan hệ giữa lực phá hoại và đường kính cốt thép

Ta nhận thấy cùng một loại thép gân, lực phá hoại có mối quan hệ gần như tuyến

tính với đường kính cốt thép. Cốt thép trơn đường kính 14 mm có lực kéo tuột nhỏ hơn

lực kéo tuột của cốt thép gân có đường kính 12 mm, thép trơn chỉ có lực ma sát mà

không có lực cản của gân cốt thép nên lực kéo tuột của cốt thép trơn có giá trị nhỏ hơn

so với thép gân có cùng đường kính.

Quá trình kéo tuột các thanh thép Ø12, Ø16 ra khỏi mẫu ở năm cấp phối bê tông

và Ø20 ở CP1, CP4, CP5 thì kết quả thu được là các thanh cốt thép bị đứt, nên lực kéo

tuột cốt thép tuột chính là lực kéo phá hủy cốt thép, do đó không thể dựa vào lực kéo

này để so sánh và đánh giá.

Đối với thép trơn Ø14 chỉ có lực ma sát giữa cốt thép và bê tông, nên tất cả các

thanh thép trơn đều bị kéo tuột. Lực kéo tuột của thép trơn Ø14 ở năm cấp phối bê tông

Geopolymer khác nhau có giá trị lần lượt là:

Bảng 4.2: Giá trị lực kéo tuột max (thép trơn Ø14)

Cấp phối CP1 CP2 CP3 CP4 CP5

Cường độ chịu nén (MPa) 65,21 50,29 41,99 57,14 55,98

Lực kéo tuột (kN) 51,95 41,20 43,64 45,05 47,06

CP1, CP4 có Alkaline/Tro bay = 0,6; Na2SiO3/NaOH = 2; 2,5 với lực kéo tuột lần

52

lượt là 51,95 kN và 45,05 kN. Khi không tăng tỉ lệ Alkaline/Tro bay, tăng tỉ lệ

Na2SiO3/NaOH từ 2 lên 2,5 thì lực kéo tuột giảm khoảng 13 %. CP2, CP5 có

Alkaline/Tro bay = 0,65; Na2SiO3/NaOH = 2,5; 2 có lực kéo 41,20 kN và 47,06 kN từ

đó cho thấy khi giảm tỉ lệ Na2SiO3/NaOH từ 2,5 xuống 2 thì lực kéo tuột tăng khoảng

12 %.

CP1, CP5, CP3 có tỉ lệ Na2SiO3/NaOH = 2 và tỉ lệ Alkaline/Tro bay = 0,6; 0,65;

0,70 có giá trị lực kéo tuột 51,95 kN; 47,06 kN và 43,64 kN, như vậy giá trị lực kéo

giảm trong khoảng từ 7 – 9 % khi tăng tỉ lệ Alkaline/Tro bay.

Kết quả lực kéo tuột ở (bảng 4.2) khẳng định rằng lực kéo tuột có liên quan trực

tiếp đến cường độ chịu nén của bê tông, cường độ chịu nén của bê tông càng cao thì lực

kéo tuột càng cao, cường độ bê tông Geopolymer thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi tỉ

lệ của các thành phần dung dịch. Nói chung lực kéo tuột phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần

dung dịch trong bê tông Geopolymer.

4.5 MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC PHÁ HOẠI, ĐƯỜNG KÍNH THÉP VÀ

CHUYỂN VỊ THIẾT BỊ KÉO

Số liệu từ kết quả thực nghiệm cho thấy mối quan hệ giữa lực kéo tuột và đường

kính thép là tuyến tính, lực kéo tuột tăng khi đường kính thép tăng và ngược lại. Chuyển

vị thiết bị kéo có xu hướng tăng khi đường kính cốt thép giảm.

53

Hình 4.8a thể hiện mối quan hệ giữa lực kéo tuột, đường kính thép và chuyển vị

thiết bị kéo (CP1). Chuyển vị thiết bị kéo khi thực nghiệm đối với thép trơn Ø14 là

4,432 mm tại lực kéo đạt giá trị max = 51,95 kN. Sau giai đoạn này lực kéo bắt đầu

giảm nhanh và chuyển vị tăng nhanh. Lực kéo làm đứt thanh thép gân Ø12 đạt giá trị

59,674 kN và chuyển vị 78,13 mm, chuyển vị này do biến dạng chảy và biến dạng bền

của cốt thép gây ra. Lực kéo đứt thanh thép gân Ø16 là 105,774 kN có giá trị gần gấp

2 lần so với Ø12 và chuyển vị của thiết bị kéo đạt 69,108 mm giảm khoảng 12 % so với

thép gân Ø12.

Kết quả trên hình 4.8(b – e) cho thấy lực kéo của cốt thép gân tăng khi đường kính

cốt thép tăng và chuyển vị của thiết bị kéo có xu hướng giảm. Trong năm loại cấp phối

với sự thay đổi tỉ lệ giữa các thành phần dung dịch, ta nhận thấy thanh thép có đường

kính càng lớn thì khả năng chống lại lực kéo tuột trong bê tông geopolymer càng cao,

do diện tích bề mặt bám dính xung quanh thép thanh lớn hơn, làm tăng khả năng bám

dính giữa cốt thép với bê tông geopolymer.

54

Hình 4.8: Mối quan hệ giữa lực kéo và chuyển vị thiết bị kéo

Kết quả trên cũng cho thấy đường kính cốt thép tỉ lệ thuận với lực phá hoại và tỉ

lệ nghịch với biến dạng. Điều này có thể giải thích do diện tích tiếp xúc của thép gân

và bê tông geopolymer càng lớn thì lực kéo càng tăng và chuyển vị thiết bị kéo càng

nhỏ, mặt khác các thanh thép gân có khả năng bám dính tốt giúp hạn chế sự trượt xảy

ra. Khi kéo các thanh thép trơn ra khỏi bê tông geopolymer ở 5 cấp phối thực nghiệm

thì lực kéo càng lớn tương ứng với cấp độ bền của bê tông càng cao và ngược lại, điều

này chứng minh rằng lực kéo cũng bị ảnh hưởng bởi cường độ chịu nén của bê tông.

Nói cách khác, khả năng bám dính giữa cốt thép và bê tông chịu ảnh hưởng bởi cường

độ của bê tông, nhìn chung mối quan hệ này là mối quan hệ tuyến tính.

55

4.6

KẾ

T Q

UẢ

TH

Í NG

HIỆ

M K

ÉO

TU

ỘT

Thí n

ghiệ

mké

o tu

ột c

ác th

anh

cốt t

hép

ra k

hỏi m

ẫu b

ê tô

ng G

eopo

lym

er th

u đư

ợc c

ác k

ếtqu

ảnh

ư sa

u:

Hìn

h 4.

9:Lự

c ké

o tu

ột tí

nh to

án v

à th

ực n

ghiệ

m (t

hép

gân

Ø12

)

Hìn

h 4.

10:L

ực k

éo tu

ột tí

nh to

án v

à th

ực n

ghiệ

m (

thép

trơn

Ø14

)

0153045607590

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

Lự

c ké

o tu

ột t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ké

o đứ

t cố

t th

ép t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ph

á ho

ại t

hực

nghi

ệm (

kN)

0102030405060

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

Lự

c ké

o tu

ột t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ké

o đứ

t cố

t th

ép t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ph

á ho

ại t

hực

nghi

ệm (

kN)

56

Hìn

h 4.

11:L

ực k

éo tu

ột tí

nh to

án v

à th

ực n

ghiệ

m (t

hép

gân

Ø16

)

Hìn

h 4.

12:L

ực k

éo tu

ột tí

nh to

án v

à th

ực n

ghiệ

m (t

hép

gân

Ø20

)

020406080100

120

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

Lự

c ké

o tu

ột t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ké

o đứ

t cố

t th

ép t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ph

á ho

ại t

hực

nghi

ệm (

kN)

0306090120

150

180

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

Lự

c ké

o tu

ột t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ké

o đứ

t cố

t th

ép t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ph

á ho

ại t

hực

nghi

ệm (

kN)

57

Kết quả thí nghiệm từ hình 4.9 đến 4.12 cho kết quả phù hợp khoảng 60 % giữa

tính toán trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm. Tuy nhiên một số trường hợp thực nghiệm

có sai khác với kết quả tính toán lý thuyết do:

- Hệ số phụ thuộc bề mặt m = 3 3,5 do [32] được áp dụng cho bê tông thường,

nên khi áp dụng cho bê tông Geopolymer chưa thực sự phù hợp

- Tác giả đã áp dụng công thức công thức (2.8) biến đổi tương đương để tính toán

lực kéo tuột theo lý thuyết, công thức này cũng dựa trên công thức tính toán của

bê tông thường.

- Do thiếu kết quả thí nghiệm xác định giới hạn bền của cốt thép nên giới hạn bền

sb� được lấy theo TCVN 5574:2012 [43] có thể sai khác với thực tế, dẫn đến sai

khác giữa kết quả tính toán và thực nghiệm.

� Nhận xét hình 4.9 (thép gân Ø12)

Kết quả thực nghiệm khi kéo tuột thanh thép gân Ø12 ra khỏi mẫu bê tông: Tất cả

các thanh thép đều bị đứt.

Kết quả từ hình 4.9 cho thấy lực phá hoại thực nghiệm lớn hơn lực kéo đứt cốt thép

theo lý thuyết nên thanh thép bị kéo đứt, điều này phù hợp với kết quả thực nghiệm.

Nhưng ở CP3 cho kết quả không đúng với thực nghiệm do: lực kéo đứt cốt thép theo lý

thuyết lớn hơn lực kéo tuột theo lý thuyết.

� Nhận xét hình 4.10 (thép trơn Ø14)

Kết quả thực nghiệm khi kéo tuột thanh thép trơn Ø14 ra khỏi mẫu bê tông: Tất cả

các thanh thép đều bị tuột.

Kết quả từ hình 4.10 cho thấy kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm hoàn

toàn trùng khớp. Điều này chứng tỏ có thể áp dụng công thức (2.8) để tính cho bê tông

Geopolymer.


Kết quả thực nghiệm khi kéo tuột thanh thép gân Ø16 ra khỏi mẫu bê tông: Tất cả

các thanh thép đều bị tuột.

58

Đa số kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm khác nhau nên có dạng phá

hoại khác nhau. Điều này cho thấy công thức (2.8) cần phải có hệ số để quy đổi để áp

dụng cho bê bê tông geopollymer, hay sử dụng công thức khác phức tạp hơn với nhiều

hệ số để tính toán cho bê tông geopolymer để kết quả giữa tính toán và thực nghiệm có

dạng phá hoại giống nhau.


Tương tự như nhận xét ở hình 4.11 (thép gân Ø16)

Kết luận:

- Đối với bê tông geopolymer có cường độ chịu nén khác nhau do thay đổi tỉ lệ

thành phần dung dịch Alkaline/Tro bay, Na2SiO3, nên việc áp dụng công thức

(2.8) để tính toán, so sánh và đánh giá lực bám dính giữa cốt thép và bê tông

geopolymer cho các loại thép gân chưa thực sự phù hợp.

- Công thức (2.8) cho kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm giống nhau

khi kéo tuột thép trơn Ø14. Do đó có thể áp dụng công thức này vào tính toán

lực kéo tuột cốt thép trơn trong bê tông geopolymer. Tuy nhiên để khẳng định

công thức (2.8) được áp dụng vào thực tiển để tính toán cho cốt thép trơn thì cần

nhiều nghiên cứu hơn nữa.

Từ những kết quả sai khác giữa lý thuyết và thực nghiệm khi áp dụng công thức

(2.8) để tính toán cho thí nghiệm nêu trên, nên trong loạt thí nghiệm này tác giả đề xuất

hệ số m = 1,95 2,10 đối với thép gân và m = 5,3 5,5 đối với thép trơn để kết quả thí

nghiệm phù hợp với kết quả tính toán.

Kết quả tính toán khi áp dụng hệ số m do tác giả đề xuất, thu được kết quả tương

đồng giữa tính toán theo lý thuyết và thực nghiệm được thể hiện ở hình (4.13 – 4.16).

59

Hìn

h 4.

13:L

ực k

éo tu

ột tí

nh to

án v

à th

ực n

ghiệ

m th

eo đ

ề xu

ất c

ủa tá

c gi

ả (th

ép g

ân Ø

12)

Hìn

h 4.

14:L

ực k

éo tu

ột tí

nh to

án v

à th

ực n

ghiệ

m th

eo đ

ề xu

ất c

ủa tá

c gi

ả(t

hép

trơn

Ø14

)

0255075100

125

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

Lự

c ké

o tu

ột t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ké

o đứ

t cố

t th

ép t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ph

á ho

ại t

hực

nghi

ệm (

kN)

0102030405060

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

Lự

c ké

o tu

ột t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ké

o đứ

t cố

t th

ép t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ph

á ho

ại t

hực

nghi

ệm (

kN)

60

Hìn

h 4.

15:L

ực k

éo tu

ột tí

nh to

án v

à th

ực n

ghiệ

m th

eo đ

ề xu

ất c

ủa tá

c gi

ả (th

ép g

ân Ø

16)

Hìn

h 4.

16:L

ực k

éo tu

ột tí

nh to

án v

à th

ực n

ghiệ

m th

eo đ

ề xu

ất c

ủa tá

c gi

ả (th

ép g

ân Ø

20)

0255075100

125

150

175

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

Lự

c ké

o tu

ột t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ké

o đứ

t cố

t th

ép t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ph

á ho

ại t

hực

nghi

ệm (

kN)

0306090120

150

180

210

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

Lự

c ké

o tu

ột t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ké

o đứ

t cố

t th

ép t

heo

lý t

huyế

t (k

N)

Lự

c ph

á ho

ại t

hực

nghi

ệm (

kN)

61

Kết thúc quá trình thực nghiệm thu được các kết quả sau:

* Cường độ bê tông Geopolymer thay đổi khi thay đổi một trong các tỷ lệ thành

phần dung dịch sau: alkaline/tro bay, Na2SiO3/NaOH.

* Bê tông Geopolymer có cường độ càng cao thì khả năng chống kéo tuột càng cao.

* Thực nghiệm với thép gân có đường kính càng lớn thì lực kéo tuột càng tăng và

chuyển vị thiết bị kéo có xu hướng giảm.

* Có 3 trường hợp xảy ra khi kết thúc thí nghiệm kéo tuột:

+ Thanh thép bị đứt, mẫu bê tông không bị phá hoại (thép gân)

+ Thanh thép bị tuột, mẫu bê tông không bị phá hoại (thép trơn)

+ Thanh thép bị tuột, mẫu bê tông bị phá hoại (thép gân)

Kết luận: để kéo tuột tất cả các thanh thép ra khỏi mẫu bê tông trong thí nghiệm

này cần thiết kế bê tông Geopolymer có cường độ thấp hơn hoặc giảm chiều dài tiếp xúc

giữa bê tông và cốt thép (đối với thép gân) hoặc giảm cả hai yếu tố trên.

* Kết quả thực nghiệm so sánh tính toán theo lý thuyết cổ điển cho bê tông xi măng

có vài trường hợp không tương thích như đã đề cập ở mục 4.6 do:

+ Công thức (2.8) và hệ số phụ thuộc bề mặt m được sử dụng cho bê tông thường

+ Chưa áp dụng công thức tính lực kéo tuột cốt thép chính xác cho bê tông

Geopolymer.

→ Để có được kết quả tương đồng trong thí nghiệm này cần thay đổi hệ số m trong

phạm vi nhỏ hơn so với bê tông OPC.

→ Cần nhiều nghiên cứu hơn nữa để tìm ra công thức chính xác để áp dụng cho

bê tông Geopolymer.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

62

5.1 KẾT LUẬN

Luận văn trình bày các kết quả so sánh thực nghiệm về mối quan hệ giữa lực kéo

tuột và chuyển vị của thiết bị kéo dựa trên thí nghiệm kéo tuột các thanh cốt thép có

đường kính khác nhau được đặt trong mẫu bê tông Geopolymer. Trong đó, bê tông

Geopolymer được sử dụng với năm loại cấp phối có cường độ chịu nén khác nhau do sự

thay đổi về hàm lượng tro bay tỉ lệ dung dịch Alkaine/tro bay và tỉ lệ Na2SiO3/NaOH.

Một số kết luận được rút ra như sau:

- Khả năng chống kéo tuột của thép trơn kém hơn so với thép gân

- Lực kéo tuột các thanh thép trơn Ø14 ở CP1, CP2 có giá trị lớn nhất và nhỏ nhất

tương ứng với 51,95 MPa và 42,201 MPa. Khi tăng tỉ lệ dung dịch Alkaline/tro

bay từ 0,6 lên 0,65 và tăng tỉ lệ Na2SiO3/Na OH từ 2 lên 2,5 thì lực bám dính giảm

khoảng 19 %.

- Cường độ chịu nén của CP2, CP3 tương ứng với 50,29 MPa và 41,99 MPa có

hàm lượng tro bay thấp, tỉ lệ Alaine/FA và tỉ lệ Na2SiO3/NaOH cao hơn các cấp

phối còn lại nên lực bám dính giữa cốt thép và bê tông geopolymer thấp hơn cấp

phối CP1, CP4, CP5. Cụ thể là các thanh thép có đường kính 20 mm ở CP1, CP4,

CP5 bị kéo đứt và mẫu bê tông không bị phá hoại. Ở CP2 và CP3 thì thanh thép

bị kéo tuột và mẫu bị phá hoại dọc theo chiều dài của mẫu.

- Bê tông geopolymer có cường độ chịu nén càng cao thì khả năng bám dính giữa

cốt thép và bê tông Geopolymer càng lớn.

- Lực kéo tuột và chuyển vị của thiết bị kéo trong bê tông geopolymer là mối quan

hệ không tuyến tính và có mối quan hệ tuyến tính với đường kính thép.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc, cường độ và lực bám dính giữa bê tông

Geoplymer và cốt thép trong thực nghiệm thu được những kết quả sau :

� Tỉ lệ dung dịch Na2SiO3/NaOH không tăng nhưng tăng tỉ lệ alkaline/tro bay dẫn

đến cường độ của bê tông Geopolymer giảm.

63

� Đối với thép gân, đường kính cốt thép càng tăng thì lực kéo tuột càng lớn. Thép

trơn có lực kéo nhỏ hơn thép gân có cùng đường kính.

� Không thể kéo tuột thép gân có đường kính Ø 20 với chiều dài đoạn tiếp xúc 100

mm trong bê tông Geopolymer có cường độ chịu nén trên 56 MPa. Tất cả các thanh

thép bị đứt, mẫu bê tông không bị phá hoại.

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu trên tạo tiền đề áp dụng bê tông Geopolymer vào các cấu kiện của công

trình, đưa bê tông Geopolymer vào sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng.

Vì thời gian có hạn và lĩnh vực nghiên cứu rộng lớn nên đề tài này chưa thể chỉ ra

mối liên hệ bao quát về lực kéo tuột giữa từng loại cốt thép gân, trơn với bê tông

Geopolymer có cường độ chịu nén khác nhau do: thay đổi tỉ lệ các thành phần dung dịch,

nồng độ mole NaOH, chiều dài tiếp xúc giữa cốt thép và bê tông, vị trí đặt cốt thép trong

bê tông, thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ. Từ nghiên cứu trên có thể định hướng phát triển

các đề tài sau:

� Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch NaOH đối với cốt thép trong bê tông

Geopolymer.

� Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hệ số phụ thuộc bề mặt cho nhiều cấp phối và nhiều

loại đường kính khác nhau để tính lực bám dính mang tính chính xác nhất.

� Nghiên cứu sự làm việc chung giữa cốt thép và bê tông OPC so với bê tông

Geopolymer.

64

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguồn tro bay phong phú , internet:

http://trobay.vn/Tin-tuc/ngun-tro-bay-phong-phu.html, 24/08/2016

[2] The European Cement Association, Activity report 2013, 2013.

[3] PBL Netherlands Environmental Assessment Agency, Trends in global CO2 emissions:

2014 Report, 2014.

[4] Sustainable concrete for Now and the Future, internet:

https://www.acf2016.vn/vn, 24/08/2016

[5] Trần Quyết-Văn Chương. Cảnh báo mưa axit từ dự án của Trung Quốc, internet:

http://moitruong.com.vn/moi-truong-sos/canh-bao-mua-mua-a-xit-tu-du-an-cua

trung-quoc-11251.htm, 30/08/2016

[6] Tường Vi. Vòng quanh thế giới: than đá và nước, internet:

http://m.tinmoitruong.vn/moi-truong/vong-quanh-the-gioi--than-da-va-

nuoc_4_32197_1.htmlnuoc_4_32197_1.html, 30/08/2016

[7] Phạm Huyền . Hơn 10 triệu tấn tro than “Phủ” đầu người dân. Internet:

http://baotainguyenmoitruong.vn/moi-truong-va-phat-trien/201507/can-co-che-uu-

dai-xu-ly-tro-xi-nhiet-dien-than-603867/, 11/03/2015

[8] Mai Phương. Khắc phục tình trạng xã khói đen của Nhiệt điện Vĩnh Tân 2, internet.

http://www.vietnemplus.vn/khac-phuc-tinh-trang-xa-khoi-den-cua-nhiet-dien-

vinh-tan-2/332854.vnp, 30/08/2016

[9] J.Davidovits, D., R., and James, The Proceeding of Geopolmer 99. 2nd

International Conference on Geopolymers, 1999: p. 368.

[10] Dacidovits, P.D.J., Geopolymer Chemistry&Applications, ed. J. 3th edition2011,

Institut Géopolymère. 630.

[11] Davidovits, Joseph, and Michel Davidovics. "Geopolymer poly (sialate)/poly

(sialate-siloxo) mineral matrices for composite materials." International

65

Conference on Composite Materials, 6 th, and European Conference on Composite

Materials, 2 nd, London, England. 1987.

[12] Palomo, A., Grutzeck, M.W., & Blanco, M.T., Alkali-activated fly ash cement for

furthure. Cement and Concrete Research, 1999.

[13] Van Jaarsveld, J.G.S., Van Deventer J.S.J., & Lukey, G.C., The effect off

composition and temperature on the properties of fly ash and kaolinite-based

geopolymers. Chemical Engineering, 2002.

[14] Djwantoro Hardjito, S.E.W., Dody M.J.Sumajouw and B.VRanagn, Factors

influencing the compressive strength of fly ash based Geopolymer concrete. Civile

Engineering Dimension, 2004.

[15] Rangan, D.H.a.B.V., Development and Properties of Low-calcium fly ash based

Geopolymer concrete, in Research report GC12005: Faculty of Engineering Curtin

University of Technology Perth, Australia. p. 103

[16] Suresh.G.Patil and Manojkumar, Factors influencing compressive strength of

Geopolymer concrete. IJRET : Inetrnational Journal of Research in Engineering

and Technology, 2013.

[17] Nuruddin, M.F., et al., Compressive strength and interfacial transition zone

characteristic of Geopolymer concrete with different cast In-Situ curing conditions.

International Scholarly and Scientific Research&Innovation, 2011.

[18] Bakri, A.M.M.A., H.Kamarudin, and M.Binhussain, Microstructure study in

optimization of high strength fly ash based geopolymer. Advanced Material

Research, 2012: p. 2173-2180.

[19] Zejak, R., I. Nikolic, and D. Blecic, Mechanical and microstruture properties of the

fly ash based Geopolymer paste and mortar. Materials and technology, 2012: p.

535-540.

[20] Olivia, M., Durability Related Properties of Low Calcium Fly ash based

Geopolymer Concrete, in Civil Engineering 2011, Curtin University of

Technology.

66

[21] Rangan, V. B., M. Sumajouw, S. Wallah, and D. Hardjito. 2006.“Heat-Cured Low

Calcium Fly Ash-Based Reinforced Geopolymer Concrete Beams and Columns.”

In 5th Asian Symposium on Polymers in Concrete, Sep 11, 2006.

[22] M. Sofi , J. S. J. van Deventer, P. A. Mendis, G. C. Lukey.“Bond performance of

reinforcing bars in inorganic polymer concrete (IPC)”

[23] Sarker, PK 2011.“ Bond strength of reinforcing steel embedded in fly ash-based

geopolymer concrete.” Materials and Structures 44 (5): 1021-1030.

[24] Kiên, N.T.T.T., T.P.T.V. Lanh, and T.L.T. Thành, Bê tông Geopolymer - Những

thành tựu, tính chất và ứng dụng. Hội nghị khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành

lập Việ KHCN Xây dựng

[25] Hoan, N.V., Nghiên cứu sản xuất vật liệu không nung từ phế thải tro bay và xỉ lò

cao trên cơ sở chất kết dính Geopolymer. Viện Vật liệu xây dựng, 2012.

[26] Skvara, P., Alkali active material or geopolymer. 2007.

[27] D.Hardjito, Development and properties of low-calcium fly ash based geopolymer

concrete. Curtin University of Technology Perth, Austalia, 2005.

[28] VD, G., R. GS, and R. GV, High strength slag alkaline cements. Proceedings of the

seventh international congrees on the chemistry of cement, 1980. 3: p. 164-168.

[29] Institution, A.C., State of the art of high strength concrete, in ACI Committee

3631993.

[30] A., F.-J., Microstructure development of Alkali-activated fly ash cement : a

descriptive model. Cement and Concrete Research, 2005. 35.

[31] Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống. Kết cấu bê tông cốt thép

– phần cấu kiện cơ bản. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2006, tr. (22 – 23); (38 –

41) và trang 365.

[32] Zejak, R., I. Nikolic, and D. Blecic, Mechanical and microstruture properties of the

fly ash based Geopolymer paste and mortar. Materials and technology, 2012: p.

535-540.

67

[33] E.Arioz and O.M.Kockar, Mechanical and microstructure properties of fly ash

based Geopolymer. International Journal of Chemical Engineering and

Applications, 2013. 397-400.

[34] Fly ash and raw or calcined natural Pozzolan use as a mineral admixture in

Portland Cement Concrete, in ASTM C6181994.

[35] Khang, P.H., Tro bay và Ứng dụng trong xây dựng đường ô tô và sân bay điều kiện

Việt Nam, 2002.

[36] Trung, B.D., Nghiên cứu chế tạo bê tông bền vững không sử dụng xi măng

Portland, in HCM city University of Technology2008. p. 103.[31]

[37] Hùng, Tuấn., Khả năng bám dính của cốt thép trong bê tông Geopolymer, 2016. p.

5.

[38] ACI Committee 408 (2003), Bond and development of straight reinforcing bar in

tension (ACI 408R-03), American concrete institute, pp.9-25.

[39] Xiao, J., Li, J., and Zha. Q. (2004), Experimental study on bond behavior between

FRP and concrete, Construction and building materials, 18 (10), pp. 745-752.

[40] Foroughi-Asl, A., Dilmaghani, S., and Famili, H., (2008), Bond strength of

reinforcement steel in self-compacting concrete, International journal of civil

engineering, 6(1), pp. 24-33.

[41] Xiao, J., and Falkner, H., (2007), Bond behavior between recycled aggregate

concrete and steel bars, Construction and Building materials, 21(2), pp. 395-401.

[42] Mạnh Thân. Tìm hiểu về bê tông Geoplymer, internet:

http://vatlieuxaydung.org.vn/vlxd-ket-cau/be-tong/tim-hieu-ve-be-tong-

geopolymer-5729.htm, 30/08/2016.

[43] TCVN 5574:2012, internet:

https://www.google.com.vn/search?safe=active&site=&source=hp&q=tcvn+5574+2012&oq=tcvn+5574+2012&gs_l=hp.3...14608.24438.0.25642.16.16.0.0.0.0.445.2644.0j14j1j0j1.16.0....0...1c.1.64.hp..0.10.1506.0..0j35i39k1j0i131k1j0i22i30k1.2LEp1sH4bYY, 30/08/2016

68

PHỤ LỤC

Kết quả hình ảnh biểu đồ sau khi kết thúc thí nghiệm

Thí nghiệm kéo theo tiêu chuẩn ISO 6892;1998

Hình 1: Biểu đồ quan hệ gữa lực kéo và chuyển vị thiết bị kéo (CP1, Ø12)

Hình 2: (CP2, Ø12)

69

Hình 3: (CP3, Ø12)

Hình 4: (CP4, Ø12)

70

Hình 5: (CP5, Ø12)

Hình 6: (CP1, Ø14)

71

Hình 7: (CP2, Ø14)

Hình 8: (CP3, Ø14)

72

Hình 9: (CP4, Ø14)

Hình 10: (CP5, Ø14)

73

Hình 11: (CP1, Ø16)

Hình 12: (CP2, Ø16)

74

Hình 13: (CP3, Ø16)

Hình 14: (CP4, Ø16)

75

Hình 15: (CP5, Ø16)

Hình 16: (CP1, Ø20)

76

Hình 17: (CP2, Ø20)

Hình 18: (CP3, Ø20)

77

Hình 19: (CP4, Ø20)

Hình 20: (CP5, Ø20)

nghiÊn cỨu sỰ lÀm viỆc cỦa cỐt thÉp trong bÊ tÔng...

Documents