Đề tài ảnh hưởng của các loại phụ gia khoáng đến cường độ vữa phục vụ công nghệ in 3d
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.82 MB, 73 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI PHỤ GIA KHOÁNG
ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG PHỤC VỤ
CÔNG NGHỆ IN 3D
MÃ SỐ: SV2020-164
SKC 0 0 7 3 6 8
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020
Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯äNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THUÀT TPHCM
BÁO CÁO TàNG K¾T
ĐÀ TÀI NGHIÊN CĄU KHOA HàC CĂA SINH VIÊN
ÀNH H¯ỉNG CĂA CÁC LO¾I PHĀ GIA KHỐNG Đ¾N C¯äNG Đà BÊ TÔNG
PHĀC VĀ CÔNG NGHà IN 3D
Mã số đÁ tài: SV2020-164
Chă nhiám đÁ tài: Hoàng NhÁt Quân
Thc nhóm ngành khoa hác: QUI HO¾CH – KI¾N TRÚC – XÂY DĀNG
TP Hß Chí Minh, 10/2020
Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯äNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THUÀT TPHCM
BÁO CÁO TàNG K¾T
ĐÀ TÀI NGHIÊN CĄU KHOA HàC CĂA SINH VIÊN
ÀNH H¯ỉNG CĂA CÁC LO¾I PHĀ GIA KHỐNG Đ¾N C¯äNG Đà BÊ TƠNG
PHĀC VĀ CÔNG NGHà IN 3D
Mã số đÁ tài: SV2020-164
Thuác nhóm ngành khoa học: QUI HO¾CH – KIÀN TRÚC –XÂY DĀNG
SV thāc hiện: Trần Hÿu Thanh - Mã số SV: 18149162
Hoàng Nhật Quân - Mã số SV: 18149152
Nguyễn Duy Quang - Mã số SV: 18149151
Hà Tấn Quang - Mã số SV: 18149150
Nam, Nÿ: Nam
Dân tác: Kinh
Lớp, khoa: Lớp 18149CL1, khoa: Đào t¿o CLC
Năm thā: 2/Số năm đào t¿o: 4
Ngành học: Công nghệ kĩ thuật cơng trình xây dāng
Ng°ßi h°ớng dẫn: PGS.TS Phan Đāc Hùng
TP Hß Chí Minh, 10/2020
MĀC LĀC
MĀC LĀC 1
DANH MĀC HÌNH ÀNH 4
DANH MĀC BÀNG BIÂU 6
THƠNG TIN K¾T Q NGHIÊN CĄU ĐÀ TÀI NCKH SINH VIÊN 6
CH¯¡NG 1: TàNG QUAN 10
1.1 Giới thiệu chung 10
1.2 Tình hình nghiên cāu 12
1.2.1 Tình hình nghiên cāu ngoài n°ớc 12
1.2.2 Tình hình nghiên cāu trong n°ớc 15
1.3 Tính cấp thiÁt cÿa đề tài 15
1.3.1 Vấn đề về mơi tr°ßng 15
1.3.2 Āng dāng các phā gia khoáng vào thành phần cấp phối vật liệu in 3D 17
1.4 Māc tiêu cÿa đề tài 18
1.5 Nhiệm vā cÿa đề tài 18
1.6 Ph°¡ng pháp nghiên cāu 19
1.7 Ý nghĩa khoa học và thāc tiễn 19
1.7.1 Ý nghĩa khoa học 19
1.7.2 Ý nghĩa thāc tiễn 19
CH¯¡NG 2: C¡ Sỉ LÝ THUY¾T 21
2.1 Tổng quan về công nghệ in 3D và công nghệ in 3D trong lĩnh vāc xây dāng 21
2.1.1 Công nghệ in 3D 21
1
2.1.1.1 Khái niệm công nghệ in 3D 20
2.1.1.2 Lÿi ích cÿa cơng nghệ in 3D 21
2.1.1.3 Āng dāng công nghệ in 3D 22
2.1.2 Công nghệ in 3D trong lĩnh vāc xây dāng 23
2.1.2.1 In nhà 3D trong xây dāng 25
2.1.2.2 ¯u nh°ÿc điểm cÿa công nghệ in 3D trong xây dāng 27
2.2 Thành phần cấp phối vÿa dùng cho in 3D 29
2.3 Phā gia cho cấp phối vÿa phāc vā công nghệ in 3D 30
2.3.1 Phā gia tro bay 30
2.3.2 Phā gia Nano Silica 33
2.3.2.1 Hÿp chất silica 33
2.3.2.2 Nano silica 35
2.4 Các yÁu tố Ánh h°áng đÁn c°ßng đá và tính cơng tác cÿa cấp phối 38
2.4.1 Các yÁu tố Ánh h°áng đÁn đÁn c°ßng đá 38
2.4.2 Các yÁu tố Ánh h°áng đÁn đÁn tính cơng tác 37
CH¯¡NG 3: NGUYÊN VÀT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP THÍ NGHIàM 39
3.1 Nguyên vật liệu 39
3.1.1 Xi măng 39
3.1.2 Phā gia tro bay 41
3.1.3 Phā gia Nano Silica (NaSiO2) 42
3.1.4 Cốt liệu Cát 42
3.1.5 N°ớc s¿ch 45
3.2 Thành phần cấp phối 45
3.3 Ph°¡ng pháp t¿o mẫu và thí nghiệm 47
3.3.1 Ph°¡ng pháp t¿o mẫu 47
2
3.3.2 Ph°¡ng pháp thí nghiệm 48
3.3.2.1 Nhào trán và đúc mẫu 47
3.3.2.2 Thí nghiệm xác định đá l°u đáng cÿa cấp phối 49
3.3.2.3 Thí nghiệm xác định c°ßng đá chịu uốn 50
3.3.2.4 Thí nghiệm xác định c°ßng đá chịu nén 52
CH¯¡NG 4: K¾T Q THÍ NGHIàM VÀ ĐÁNH GIÁ 55
4.1 Ành h°áng cÿa đá l°u đáng và tỷ lệ N°ớc/Chất kÁt dính đÁn khÁ năng xây cÿa hßn hÿp
vÿa t°¡i 55
4.2 Xác định c°ßng đá chịu uốn và c°ßng đá chịu nén và khối l°ÿng thể tích cÿa mẫu vÿa 57
4.3 Các yÁu tố Ánh h°áng đÁn tính cơng tác, khÁ năng giÿ hình d¿ng, c°ßng đá cÿa khối in
3D. 59
4.3.1 Hàm l°ÿng chất kÁt dính có trong cấp phối 61
4.3.2 Tỷ lệ N°ớc/Chất kÁt dính có trong cấp phối 61
4.3.3 Tốc đá rÁi từng lớp in 3D 62
4.3.4 Thßi gian rÁi từng lớp in 3D 63
4.3.5 Vệ sinh đ°ßng ống và thiÁt bị in 3D 63
4.4 Áp dāng công nghệ in 3D để t¿o kÁt cấu t°ßng chịu lāc 64
CH¯¡NG 5: K¾T LUÀN VÀ H¯âNG PHÁT TRIÂN CĂA ĐÀ TÀI 66
5.1 KÁt luận 66
5.2 H°ớng phát triển cÿa đề tài. 67
TÀI LIàU THAM KHÀO 68
3
DANH MĀC HÌNH ÀNH
CH¯¡NG 1: TàNG QUAN
Hình 1.1 Cơng nghệ in 3D trong chÁ t¿o các sÁn phẩm có cấu trúc phāc t¿p 9
Hình 1.2 Render mơ phỏng cơng nghệ in 3D cho các ngôi nhà nhỏ 11
Hình 1.3 Thí nghiệm kiểm tra khÁ năng giÿ ổn định hình dáng cÿa khối in 13
Hình 1.4 Máy in (trái) và mẫu khối in (phÁi) trong nghiên cāu cÿa Maleab 14
Hình 1.5 Bãi xử lý tro bay 15
CH¯¡NG 2: C¡ Sỉ LÝ THUY¾T
Hình 2.1 T¿o ra vật thể biÁn hình từ cơng nghệ in 3D 21
Hình 2.2 Ngơi nhà văn phịng 3D á Dubai đ°ÿc xây từ hßn hÿp xi măng và các
lo¿i phā gia 23
Hình 2.3 Āng dāng cơng nghệ in 3D trong lĩnh vāc xây dāng 25
Hình 2.4 Ngơi nhà in 3D trong 24 giß t¿i Nga trong bang tuyÁt năm 2018 26
Hình 2.5 Biệt thā xây bằng cơng nghệ in 3D-Winsun 28
Hình 2.6 Ành h°áng cÿa khÁ năng xây cÿa các lớp vÿa cho cơng nghệ in 3D 30
Hình 2.7 Các d¿ng tồn t¿i cÿa silica 34
Hình 2.8 Bát Nano silica 35
CH¯¡NG 3: NGUN VÀT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP THÍ NGHIàM
Hình 3.1 Xi măng PCB 40- Phúc S¡n 39
Hình 3.2 Tro bay lo¿i F – Formosa 41
Hình 3.3 Nano silica (Nano SiO2) 41
Hình 3.4 Cát sử dāng thí nghiệm 42
Hình 3.5 Biểu đồ thành phần h¿t cát dāng trong thí nghiệm 43
Hình 3.6 ThiÁt bị đùn ép vÿa rÁi phāc vā cho in 3D 46
Hình 3.7 Hình dáng lớp in 46
Hình 3.8 Quá trình đẩy vÿa ra khỏi đầu in t¿o nên lớp in 3D 47
Hình 3.9 Các lớp in đ°ÿc rÁi chồng chất lên nhau 48
4
Hình 3.10 Khối in sau khi đóng rắn 49
Hình 3.11 Thí nghiệm xác định đá l°u đáng cÿa hßn hÿp 50
Hình 3.12 Mẫu vÿa thí nghiệm uốn nén 51
Hình 3.13 Thí nghiệm xác định c°ßng đá chịu uốn 51
Hình 3.14 Thí ngiệm xác định c°ßng đá chịu nén 52
CH¯¡NG 4: K¾T Q THÍ NGHIàM VÀ ĐÁNH GIÁ
Hình 4.1 Đá l°u đáng và tyt lệ N°ớc/Chất kÁt dính cho từng cấp phối 54
Hình 4.2 C°ßng đá chịu nén theo từng cấp phối 56
Hình 4.3 C°ßng đọ chịu uốn theo từng cấp phối 57
Hình 4.4 Khối l°ÿng thể tích theo từng cấp phối 58
Hình 4.5 Hßn hÿp vÿa bị khô t¿o nhiều vÁt nāt đāt đo¿n trên bề mặt lớp in 60
Hình 4.6 Các điểm đùn vÿa khí tốc đá rÁi khơng đều 61
Hình 4.7 Chiều cao lớp từng chịu lāc in 3D 62
Hình 4.8 KÁt cấu t°ßng chịu lāc in 3D sau khi in 62
Hình 4.9 KÁt cấu t°ßng chịu lāc in 3D sau khi đã đóng rắn 63
CH¯¡NG 5: K¾T LUÀN VÀ H¯âNG PHÁT TRIÂN CĂA ĐÀ TÀI
5
DANH MĀC BÀNG BIÂU
CH¯¡NG 1: TàNG QUAN
CH¯¡NG 2: C¡ Sæ LÝ THUY¾T
BÁng 2.1 Thành phần vật lý cÿa tro bay 32
BÁng 2.2 Thành phần hóa học cÿa tro bay 33
BÁng 2.3 Thành phần vật lý cÿa Nano Silica (Nano SiO2) 36
BÁng 2.4 Thành phần hóa học cÿa Nano Silica (Nano SiO2) 36
CH¯¡NG 3: NGUYÊN VÀT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP THÍ NGHIàM
BÁng 3.1 Thơng số ký thuật cÿa xi măng Phúc S¡n PCB 40 40
BÁng 3.2 Số l°ÿng tích lũy thành phần h¿t cát sử dāng trong thí nghiệm 43
BÁng 3.3 Thành phần cấp phối in 3D có sử dāng tro bay và nano silica 44
CH¯¡NG 4: K¾T Q THÍ NGHIàM VÀ ĐÁNH GIÁ
BÁng 4.1 KÁt quÁ đá l°u đáng và tỷ lệ N°ớc/Chất kÁt dính cÿa hßn hÿp vÿa t°¡i 53
BÁng 4.2 KÁt quÁ c°ßng đá chịu nén, c°ßng đá chịu uốn và khối l°ÿng thể tích
vÿa t°¡i theo từng cấp đá 55
CH¯¡NG 5: K¾T LUÀN
6
Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯äNG ĐH S¯ PH¾M KĀ THUÀT TPHCM
THÔNG TIN K¾T Q NGHIÊN CĄU CĂA ĐÀ TÀI
1. Thơng tin chung
- Tên đề tài: Ành h°áng cÿa các lo¿i phā gia khống đÁn c°ßng đá vÿa phāc vā cơng nghệ
in 3D
- Chÿ nhiệm đề tài: Hoàng Nhật Quân Mã số SV: 18149152
- Lớp: 18149CL1B Khoa: Chất l°ÿng cao
- Thành viên đề tài:
Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa
1 Hoàng Nhật Quân 18149152 18149CL1B Chất l°ÿng cao
2 Trần Hÿu Thanh 18149162 18149CL1B Chất l°ÿng cao
3 Hà Tấn Quang 18149150 18149CL1B Chất l°ÿng cao
4 Nguyễn Duy Quang 18149151 18149CL1B Chất l°ÿng cao
- Ng°ßi h°ớng dẫn: PGS.TS Phan Đāc Hùng
2. Māc tiêu đÁ tài
Đề tài nghiên cāu thiÁt kÁ cấp phối bê tơng có sử dāng các lo¿i phā gia khống khác nhau
phāc vā cho cơng nghệ in 3D. Māc tiêu cÿa đề tài là nghiên cāu khÁ năng tận dāng, phối trán các
lo¿i phā gia khoáng nh° tro bay, nano silica cho cấp phối vật liệu in. Từ đó h°ớng đÁn giÁm thiểu
ơ nhiễm mơi tr°ßng nh°ng vẫn đÁm bÁo các yêu cầu về vật liệu in 3D nh° tính cơng tác, đá l°u
đáng, khÁ năng xây, giÿ hình dáng khối in và các yêu cầu về c°ßng đá phāc vā cho cơng nghệ in
3D trong xây dāng.
Bên c¿nh đó các cấp phối có sử dāng phā gia có thể cÁi thiện khÁ năng chịu lāc cho các lớp in,
rút ngắn thßi gian in và h¿n chÁ lß rßng bên trong lớp in, giúp cho khối in đặc chắc h¡n.
7
3. Tính mãi và sáng t¿o
Khơng phā thc vào hình d¿ng ván khuôn, t¿o ra c¡ hái sáng t¿o cho các công trình, cấu
kiện có nhiều hình d¿ng phāc t¿p mà ph°¡ng pháp truyền thống khó hoặc khơng thāc hiện đ°ÿc
4. K¿t quÁ nghiên cąu
Đề tài tập trung nghiên cāu sā Ánh h°áng cÿa các lo¿i phā gia khoáng nh° tro bay và nano
silica bên trong cấp phối vật liệu in 3D. KÁt quÁ cho thấy cấp phối giÁm 20% xi măng và thay thÁ
5% tro bay, 5% nano silica thì khÁ năng dễ chÁy cÿa hßn hÿp cấp phối CP3 d°ới tác dāng cÿa
trọng l°ÿng bÁn thân hoặc rung đáng trong quá trình đúc mẫu là cao nhất. Hßn hÿp đ°ÿc t¿o ra
đÁm bÁo tính cơng tác tốt, nhào trán tốt, ln chuyển qua các thiÁt bị, máy móc in 3D dễ dàng và
sÁn phẩm đóng rắn tốt khi thi cơng chÁ t¿o. Bên c¿nh đó, c°ßng đá chịu nén cÿa cấp phối này
cũng đ¿t giá trị cao nhất chāng tỏ sā tác đáng cÿa phā gia tro bay kÁt hÿp phā gia nano silica trong
cấp phối đ¿t hiệu quÁ cao.
5. Đóng góp vÁ mặt giáo dāc và đào t¿o, kinh t¿ - xã hái, an ninh, quốc phòng và khÁ năng
áp dāng căa đÁ tài
Đóng góp vào nguồn ngun liệu cho cơng nghệ in 3D khi xét về tổng thể lÿi ích mà
cơng nghệ in 3D áp dāng cho xây dāng với nhiều lÿi ích thiÁt thāc.
Đóng góp các kÁt quÁ thāc nghiệm vào nguồn tài liệu, hß trÿ cho cơng tác nghiên cāu
trong lĩnh vāc này.
Ngày tháng năm
SV chßu trách nhiám chính
thāc hián đÁ tài
8
NhÁn xét căa ng°åi h°ãng d¿n vÁ nhÿng đóng góp khoa hác căa SV thāc hián đÁ tài:
Ngày tháng năm
Ng°åi h°ãng d¿n
9
CH¯¡NG 1: TàNG QUAN
1.1 Giãi thiáu chung
Đi cùng với sā phát triển xã hái hiện đ¿i ngày nay, công cuác đẩy m¿nh nghiên cāu, phát
triển khoa học kỹ thuật đa ngành nghề trên toàn cầu đã t¿o nên rất nhiều thành tāu có ý nghĩa quan
trọng. Trong đó, các thành tāu từ cơng nghệ in 3D có thể áp dāng mát cách hiệu quÁ á đa ngành
nghề. Các sÁn phẩm in 3D rất đa d¿ng về vật liệu cấu t¿o, kích th°ớc và hình dáng hình học từ
đ¡n giÁn đÁn phāc t¿p. Trong ngành công nghiệp xây dāng, công nghệ in 3D hiện nay đã và đang
đ°ÿc đẩy m¿nh nghiên cāu chÁ t¿o và áp dāng t¿i nhiều quốc gia tiên tiÁn trên thÁ giới.
Hình 1.1. Công nghệ in 3D trong chÁ t¿o các sÁn phẩm có cấu trúc phāc t¿p [1]
Theo Wikipedia thuật ngÿ
10
làm ph°¡ng pháp cốt lõi để chÁ t¿o các tòa nhà hoặc các cấu kiện xây dāng. Các thuật ngÿ thay
thÁ cũng đ°ÿc sử dāng, chẳng h¿n nh° SÁn xuất đắp dần quy mô lớn (LSAM), hoặc Xây dāng tā
do (FC), cũng liên quan đÁn các nhóm phā nh° 'Bê tông 3D', đ°ÿc sử dāng để chỉ các công nghệ
ép đùn bê tông. [2]
Có rất nhiều thuật ngÿ khác nhau đ°ÿc dùng để khái niệm về Công nghệ in 3D, bên c¿nh
nhÿng tên khác nh° Công nghệ sÁn xuất đắp dần, Công nghệ t¿o mẫu nhanh, Công nghệ chÁ t¿o
nhanh và Công nghệ chÁ t¿o trāc tiÁp, ... Theo Hiệp hái vật liệu và thử nghiệm Mỹ (American
Society for Testing Materials – ASTM) thì
quá trình này trái ng°ÿc với quá trình cắt gọt vẫn th°ßng dùng để chÁ t¿o x°a nay=.
Các āng dāng cÿa công nghệ 3D ngày càng đ°ÿc đẩy m¿nh nghiên cāu và āng dāng trong
nhiều ngành nghề khác nhau, từ các lĩnh vāc vĩ mô nh° hàng không, vũ trā, quốc phòng đÁn các
ngành nghề c¡ bÁn nh° y tÁ, giáo dāc, nghệ thuật, thßi trang hay cÁ ẩm thāc, đồ dùng sinh ho¿t
gia đình, & Trong đó cơng nghệ in 3D trong ngành xây dāng hiện nay tuy chỉ mới nghiên cāu
āng dāng á giai đo¿n đầu nh°ng đã cho mát số kÁt q khÁ quan. Ngồi ra cơng nghệ in 3D cũng
có thể in ra các mơ hình kiÁn trúc, thiÁt kÁ căn há để phāc vā cho việc tr°ng bày hoặc kiểm tra l¿i
thiÁt kÁ.
Vật liệu áp dāng phổ biÁn nhất cho công nghệ in 3D trong xây dāng hiện nay chÿ yÁu là
nhāa, cát hoặc bê tông. Với rất nhiều nß lāc nghiên cāu để nâng cao về chất l°ÿng, tốc đá, chi phí
vật liệu, chi phí lao đáng và cÁi thiện tính linh ho¿t, đÁm bÁo an tồn xây dāng và giÁm các tác
đáng đÁn mơi tr°ßng thì cơng nghệ in 3D đã và đang dần chāng minh tính hiệu quÁ cao trong lĩnh
vāc xây dāng hiện nay.
Bên c¿nh nhÿng nghiên cāu áp dāng cho công nghệ in 3D trong xây dāng thì nghiên cāu
về vật liệu xây dāng phāc vā cho in 3D đang đ°ÿc chú trọng và āng dāng đa d¿ng nhiều lo¿i vật
liệu khác nhau. Để đáp āng đ°ÿc tính cơng tác cÿa cấp phối trong q trình in, để đ¿t đ°ÿc giá trị
c°ßng đá chịu lāc cao thì sử dāng các lo¿i phā gia bổ sung vào cấp phối đang là giÁi pháp đ°ÿc
11
lāa chọn rất nhiều trong các cấp phối bê tông dành cho công nghệ in 3D hiện nay. Với từng lo¿i
phā gia cũng nh° hàm l°ÿng phối trán mà cấp phối thành phẩm đ¿t đ°ÿc các yêu cầu khác nhau
cÿa ng°ßi sử dāng và góp phần hồn thiện h¡n cho công nghệ in 3D trong xây dāng hiện nay.
Ngoài nhÿng nguồn vật liệu truyền thống nh° chất kÁt dính là xi măng, cốt liệu là cát đá
thì các lo¿i phā gia có thể đ°ÿc nghiên cāu và áp dāng phối trán vào trong thành phần cấp phối
nh° phā gia khoáng hoặc các lo¿i phā gia hóa học. Thành phần các lo¿i phā gia khống thơng
th°ßng có thể là các phā phẩm trong các ngành công nghiệp khác nh° phā phẩm tro bay trong
ngành công nghiệp nhiệt đện, & Khi các lo¿i phā phẩm này đ°ÿc nghiên cāu āng dāng ráng rãi
s¿ mang l¿i lÿi ích rất lớn về việc giÁm l°ÿng chất thÁi gây ơ nhiễm mơi tr°ßng và góp phần đa
d¿ng các nguồn nguyên vật liệu in, phù hÿp với từng địa ph°¡ng, vùng, lãnh thổ, v.v &
Hình 1.2. Render mơ phỏng công nghệ in 3D cho các ngôi nhà nhỏ [3]
1.2 Tình hình nghiên cąu
1.2.1 Tình hình nghiên cąu ngồi n°ãc
Xuất phát từ các āng dāng y tÁ đÁn hàng không, vũ trā cũng nh° thành tāu cho các sā phát
triển cÿa rất nhiều lĩnh vāc, ngành nghề khác trong đßi sống, Fatemeh Hamidi và Farhad Aslani
[4] đã nghiên cāu về công nghệ sÁn xuất bồi đắp (AM), th°ßng đ°ÿc gọi là in 3D, đã cách m¿ng
hóa các ngành cơng nghiệp sÁn xuất và xây dāng. Bên c¿nh nhiều °u điểm và lÿi ích, Fatemeh
12
Hamidi và Farhad Aslani đã chỉ ra đối với khoa học vật liệu xây dāng, nhiều thách thāc đ°ÿc đặt
ra đòi hỏi phÁi đ°ÿc giÁi quyÁt. Các yÁu tố then chốt khi sử dāng công nghệ này là phát triển vật
liệu xi măng tổng hÿp thơng minh sao cho thích hÿp cho quá trình in kÁt cấu 3D. Sử dāng phā gia
cho xi măng là mát trong nhÿng giÁi pháp đÁm bÁo chất l°ÿng trong quá trình in 3D.
Peng Wu đã đánh giá về tầm quan trọng cÿa công nghệ in 3D trong lĩnh vāc xây dāng. Tác
giÁ phân tích và đ°a ra đánh giá về khÁ năng tùy biÁn đ°ÿc tăng lên, thßi gian xây dāng, nhân lāc
và chi phí xây dāng giÁm đi. Bên c¿nh đó tác giÁ cũng chỉ ra về mát số l°u ý cần khắc phāc là các
thử nghiệm và cÁi tiÁn cơng nghệ cịn rßi r¿c, māc đá hiểu biÁt về công nghệ ch°a đ°ÿc tối °u,
tiềm năng triển khai các dā án xây dāng sử dāng công nghệ in 3D bị h¿n chÁ, & Do đó cần phÁi
hiểu rõ về cơng nghệ để khắc phāc khuyÁt điểm và āng dāng tốt h¡n trong t°¡ng lai. [5]
So sánh với ph°¡ng pháp thi công truyền thống, sÁn phẩm in 3D giÁm đ°ÿc l°ÿng vật liệu
thừa, chi phí ván khn và tối thiểu hóa nguồn nhân lāc. Với kÁt quÁ đ¿t đ°ÿc trong nghiên cāu
cÿa Rouhana [6] đã chỉ ra rằng chi phí có thể giÁm đÁn 40% tổng ngân sách cho quá trình xây
dāng.
Peng Feng và các cáng sā đã nghiên cāu về các tính chất c¡ học cÿa sÁn phẩm in 3D sử
dāng vÿa gốc xi măng. Tác giÁ thāc hiện các thí thí nghiệm nén và uốn mẫu để xác định các tính
chất c¡ học cÿa sÁn phẩm in 3D và dát mỏng các lớp in với đá định h°ớng rõ ràng. KÁt quÁ thu
đ°ÿc là mối quan hệ giÿa āng suất và biÁn d¿ng cũng nh° māc đá hỏng hóc và phá hÿy cÿa sÁn
phẩm chịu sā Ánh h°áng rất lớn từ h°ớng in (in theo chiều dài hoặc in theo chiều ráng cÿa sÁn
phẩm in)[7].
Yi Wei Tay cùng các cáng sā [8] đã thêm các thành phần phā gia khoáng nh° Tro bay,
Silica Fume theo các hàm l°ÿng và tỷ lệ khác nhau trong cấp phối vÿa cho công nghệ in 3D. KÁt
quÁ cho thấy trong sáu cấp phối, các tác giÁ đã đ°a ra cấp phối thā t° là cấp phối tối °u nhất về
khÁ năng chịu lāc, cā thể là lāc cắt. Cấp phối đ°ÿc lāa chọn có hàm l°ÿng tro bay và phā gia
Silicafume lần l°ÿt chiÁm 7% và 3.6% trên tổng khối l°ÿng cấp phối. Đá bền chống cắt đ¿t trong
ph¿m vi từ 0.5-1.0 kPa và theo các tác giÁ đây là đá bền phù hÿp khi phÁi t¿o mẫu in thành công
13
mà khơng gặp bất kỳ khó khăn về tính cơng tác cũng nh° không gây h° hỏng, các khuyÁt tật cho
sÁn phẩm. Ngồi ra các tác giÁ cịn làm thí nghiệm kiểm tra khÁ năng xây dāng cÿa các cấp phối
khi liên tāc rÁi các lớp in theo từng mốc thßi gian giống nhau.
Hình 1.3. Thí nghiệm kiểm tra khÁ năng giÿ ổn định hình dáng cÿa khối in [8]
S. Lim, R. Buswell cùng các cáng sā [9] đã thāc hiện phối trán vÿa xi măng và th¿ch cao
làm nguồn vật liệu in 3D, c°ßng đá chịu nén cÿa cấp phối có sử dāng kÁt hÿp th¿ch cao mang l¿i
kÁt quÁ rất khÁ quan, đ¿t từ 100-110 MPa. Vịi in hình trịn đ°ÿc thay đổi linh ho¿t với đ°ßng
kính dao đáng từ 4-22 mm, khối l°ÿng riêng cÿa bê tơng in 3D cÿa các tác giÁ thí nghiệm là
2300kg/m3. SÁn phẩm đ°ÿc t¿o ra có đá bền cao, c°ßng đá chịu uốn có thể dẻo dai gấp ba lần so
với các cấp phối vÿa thơng th°ßng và sÁn phẩm cũng đ¿t c°ßng đá chịu nén tốt. S.Lim cũng chỉ
ra đối với nhÿng cấp phối càng có nhiều lß rßng bên trong các lớp in s¿ gây giÁm đÁn 20% c°ßng
đá chịu lāc cÿa các lớp in.
Malaeb cùng các cáng sā [10] đã nghiên cāu Ánh h°áng cÿa phā gia siêu dẻo đÁn tính chÁy
và khÁ năng xây dāng cÿa vÿa gốc xi măng. Theo báo cáo, trong hßn hÿp có tỷ lệ n°ớc/xi măng
thấp h¡n, hàm l°ÿng phā gia siêu dẻo cao (0,95% đÁn 2,5% so với trọng l°ÿng n°ớc) s¿ làm tăng
c°ßng đá nén và đá chÁy cÿa hßn hÿp nh°ng nó làm giÁm khÁ năng xây dāng các lớp in mát cách
đáng kể. Tỷ lệ n°ớc-xi măng và hàm l°ÿng phā gia siêu dẻo tối °u (khÁ năng chÁy tốt h¡n và khÁ
14
năng xây dāng) đ°ÿc tìm thấy lần l°ÿt là khoÁng 0,39 và 1,9% dành cho máy in 3D có đ°ßng
kính vịi phun 2 cm, đ°ÿc sử dāng để xây t°ßng cao 10cm mà khơng có bất kỳ sā cố hỏng hóc
nào.
Hình 1.4. Máy in (trái) và mẫu khối in (phÁi) trong nghiên cāu cÿa Malaeb [10]
1.2.2 Tình hình nghiên cąu trong n°ãc
Hiện ch°a tìm thấy các tài liệu liên quan đÁn đề tài nghiên cāu.
1.3 Tính cấp thi¿t căa đÁ tài
1.3.1 Vấn đÁ vÁ môi tr°ång
Tính đÁn thßi điểm hiện nay, nguồn thÿy điện trên toàn quốc về c¡ bÁn đã khai thác gần
hÁt, chỉ còn mát số dā án má ráng và các cơng trình thÿy điện vừa và nhỏ. Trong khi theo Quy
ho¿ch phát triển điện l°ới quốc gia năm 2011 – 2020 có xét đÁn năm 2030 (Quy ho¿ch điện VII),
dā báo tốc đá tăng tr°áng sÁn l°ÿng điện vẫn á māc trên 10%/năm, gần gấp đôi so với tốc đá tăng
tr°áng GDP cÁ n°ớc. [11] Do đó, để bÁo đÁm nguồn điện buác phÁi phát triển các ngành công
nghiệp nhiệt điện than, đồng nghĩa s¿ gây nguy c¡ ơ nhiễm mơi tr°ßng là rất cao nÁu khơng có sā
qn lý chặt ch¿ và đi kèm với nhÿng giÁi pháp khÁ thi, đặc biệt là các nghiên cāu tận dāng, tái
chÁ, tái sử dāng các nguồn phÁ phẩm, phā phẩm cÿa ngành nhiệt điện nh° tro bay, tro xỉ, than xỉ,
&
15
Trong quá trình đốt cháy than để sÁn xuất điện, khoÁng 20% chất vô c¡ không cháy và cÁ
l°ÿng than ch°a cháy hÁt bị dính vón thành các h¿t lớn và r¡i xuống đáy lò gọi là xỉ than hay tro
đáy. 80% chất vơ c¡ khơng cháy cịn l¿i s¿ bay theo khói lị thốt ra ngồi thành tro bay. Tro bay
xỉ than th°ßng đ°ÿc thu hồi bằng hệ thống lọc bāi tĩnh điện.
Theo báo cáo cÿa Bá Công th°¡ng, tro, xỉ, th¿ch cao hiện nay chÿ yÁu phát sinh từ các nhà
máy nhiệt điện than. Các nhà máy này tiêu thā khoÁng 47,8 triệu tấn than/năm với l°ÿng tro xỉ,
th¿ch cao thÁi ra hàng năm h¡n 16,4 triệu tấn/năm. Năm 2020 đã có thêm nhiều dā án nhiệt điện
than đ°ÿc đ°a vào ho¿t đáng, tiêu thā khoÁng 60 triệu tấn than/năm và phát sinh khoÁng 20,5
triệu tấn tro xỉ, th¿ch cao, & [12]
Hình 1.5. Bãi xử lý tro bay
Với thành phần h¿t có trọng l°ÿng nhẹ, kích th°ớc h¿t rất nhỏ (t°¡ng đ°¡ng 1/3 h¿t xi
măng), tro xỉ có thể bay tā do trong khơng khí, phát tán khắp n¡i. Đây là nßi lo ng¿i cÿa c° dân
16
gần nhà máy nhiệt điện và xung quanh n¡i chôn lấp tro bay. Khơng chỉ phát tán trong khơng khí,
chỉ cần có m¿ch n°ớc ngầm nhỏ cũng có thể đem tro đi khắp mọi ngõ ngách trong lòng đất, với
các thành phần cÿa tro bao gồm nhÿng ơ xít kim lo¿i nặng nh° SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, NaO,
TiO2, ... gây ô nhiễm nguồn n°ớc, gây ra nhiều căn bệnh nguy hiểm.
Tuy nhiên, lo¿i chất thÁi này l¿i hồn tồn có thể tái sử dāng làm phā gia cho bê tông, làm
nguyên liệu sÁn xuất xi măng cũng nh° và nguyên liệu sÁn xuất vật liệu xây dāng. à nhiều n°ớc
trên thÁ giới, tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện đ°ÿc sử dāng hiệu quÁ trong nhiều lĩnh vāc,
đặc biệt là xây dāng. Việc sử dāng rác thÁi công nghiệp nh° tro xỉ than trong xây dāng đ°ßng
giao thơng ln đ°ÿc khun khích và đơi khi là mát điều kiện bắt buác. T¿i Pháp, 99% tro xỉ
than đ°ÿc tái sử dāng, t¿i Nhật BÁn con số này là 80% và Hàn Quốc là 85%. Trong công nghiệp
xi măng, tro thô đ°ÿc dùng để thay thÁ đất sét, mát trong nhÿng nguyên liệu chính để sÁn xuất xi
măng, vì tro có thành phần hóa học gần nh° t°¡ng tā đất sét. Chính vì vậy, á các n°ớc tiên tiÁn,
bên c¿nh nhà máy nhiệt điện ln có các nhà máy xi măng để sử dāng tro xỉ than t¿i chß.
Ngoài ra, tro, xỉ, th¿ch cao cịn có thể đ°ÿc sử dāng để làm chất liên kÁt, gia cố các cơng
trình giao thơng, sÁn xuất g¿ch khơng nung, bê tơng nhẹ, làm tấm trần, t°ßng th¿ch cao, gốm
sā,&
1.3.2 Ąng dāng các phā gia khoáng vào thành phần cấp phối vÁt liáu in 3D
Xuất phát từ khÁ năng āng dāng đa d¿ng các lo¿i phā gia khoáng khác nhau nh° tro bay,
nano silica vào cấp phối in 3D trong xây dāng, đề tập trung nghiên cāu sā Ánh h°áng cÿa các lo¿i
phā gia khoáng đÁn vật liệu xây dāng phāc vā cho công nghệ in 3D trong lĩnh vāc xây dāng, góp
phần đa d¿ng hóa tính āng dāng cÿa công nghệ này. Các vật liệu đ°ÿc nghiên cāu là các thành
phần phā gia khoáng nh° tro bay và nano silica đ°ÿc phối trán vào cấp phối vÿa sao cho hßn hÿp
đÁm bÁo tính cơng tác tốt, đóng rắn tốt khi thi công chÁ t¿o, phù hÿp với công nghệ in 3D trong
xây dāng.
Với sā phối trán các nguồn nguyên vật liệu với các lo¿i phā gia, phā phẩm khác nhau dành
cho bê tông và vÿa vào cấp phối, sÁn phẩm vÿa đ°ÿc t¿o ra đ¿t các yêu cầu về tính công tác, đá
17
