BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
........................

NÔNG ĐỨC MẠNH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỐP TỪ TRO BAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC

HÀ NỘI – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
........................

NÔNG ĐỨC MẠNH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỐP TỪ TRO BAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS LÊ XUÂN THÀNH

HÀ NỘI – 2019

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến các thầy cô giáo trong
trường đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý
báu suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến PGS. TS Lê Xuân Thành, thầy đã tận tình
giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Trong thời gian làm việc với thầy, em khơng ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ
ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc,
hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác
sau này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng
góp ý kiến và giúp đỡ trong q trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Hà Nội, ngày 22 tháng 9 năm 2019
Học viên thực hiện
Nông Đức Mạnh


MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. 4
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ............................................................ 2
1.1. Giới thiệu về tro bay [1-5] ................................................................................. 2
1.1.1. Nguồn cung cấp ....................................................................................................... 2
1.1.2. Đặc tính của tro bay ................................................................................................ 2
1.1.3. Sản lượng tro bay và tình hình sử dụng tro bay trên thế giới .............................. 3
1.1.4. Ứng dụng của tro bay [1-11]. ................................................................................. 5
1.2. Giới thiệu về chất kết dính [12-13] ................................................................... 7
1.2.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................... 7
1.2.2. Ứng dụng.................................................................................................................. 8

1.3. Tổng quan lý thuyết vật liệu đóng rắn [13-16] ................................................ 9
1.3.1. Vai trị của công nghệ vật liệu................................................................................ 9
1.3.2. Sự phát triển của công nghệ vật liệu...................................................................... 9
1.3.3. Vật liệu và hoá phẩm xây dựng ............................................................................. 9
1.4. Một số chất phụ gia .......................................................................................... 13
1.4.1. Bentonite [20] ........................................................................................................ 13
Ứng dụng của Bentonite ................................................................................................. 14
1.4.2. Dextrin [21]............................................................................................................ 15
1.4.3. Thủy tinh lỏng........................................................................................................ 15
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................. 17
2.1. Nguyên liệu, hóa chất, và thiết bị sử dụng ..................................................... 17
2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất ....................................................................................... 17
2.1.2. Thiết bị.................................................................................................................... 17
2.2. Các phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 17
2.2.1. Phương pháp chế tạo mẫu .................................................................................... 17
2.2.2. Phương pháp đo độ xốp của vật liệu sau nung ................................................... 17
2.2.3. Phương pháp đo độ bền nén ................................................................................. 17


2.2.4. Phương pháp xác định mođun silica của thủy tinh lỏng.................................... 18
2.2.5. Các phương pháp phân tích khác......................................................................... 19
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .......................... 24
3.1. Xác định đặc tính của nguyên liệu tro bay .................................................... 24
3.1.1. Cỡ hạt tro bay......................................................................................................... 24
3.1.2. Độ giảm khối lượng của mẫu tro bay khi nung.................................................. 24
3.1.3. Thành phần hóa học .............................................................................................. 25
3.1.4. Dạng khoáng trong tro bay ................................................................................... 26
3.2. Nghiên cứu chế tạo hệ đóng rắn tro bay - vơi ................................................ 27
3.2.1. Chuẩn bị các mẫu phối liệu tro bay - vôi ............................................................ 27
3.2.2. Đặc điểm phổ hồng ngoại IR của của tro bay, vôi và hệ phối liệu tro bay - vôi

........................................................................................................................................... 27
3.2.3. Độ bền nén và độ xốp của các mẫu đóng rắn khơng nung................................ 30
3.2.4. Độ bền nén và độ xốp của các mẫu đóng rắn tro bay - vơi có nung ................ 31
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia khi chế tạo hệ đóng rắn tro bay vơi .............................................................................................................................. 34
3.3.1. Ảnh hưởng của phụ gia bentonite ........................................................................ 34
3.3.2. Ảnh hưởng của phụ gia thủy tinh lỏng................................................................ 37
3.3.3. Ảnh hưởng của phụ gia dextrin............................................................................ 42
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ....................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 53


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học chủ yếu của một số loại tro, xỉ Việt Nam ................. 3
Bảng 1.2. Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030 .................. 4
Bảng 3.1. Thành phần các nguyên tố của tro bay ..................................................... 25
Bảng 3.2. Thành phần của tro bay qui theo các oxit đơn (%) ................................... 26
Bảng 3.3. Thành phần của hệ phối liệu tro bay - vơi ................................................ 27
Bảng 3.4. Các pic hồng ngoại chính của tro bay, vôi và mẫu phối liệu số 2 sau 14
ngày đóng rắn ở nhiệt độ thường .............................................................................. 30
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ vôi:tro bay lên độ bền nén và độ xốp của các mẫu đóng
rắn khơng nung từ tro bay và vôi .............................................................................. 30
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ vôi:tro bay lên độ bền nén và độ xốp của các mẫu đóng
rắn nung ở 1000oC trong 1h ...................................................................................... 32
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của phụ gia bentonite khi nung ở 900oC trong 1h từ tro bay, vôi
và bentonite ............................................................................................................... 34
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của phụ gia bentonite khi nung ở 950oC trong 1h từ tro bay, vôi
và bentonite ............................................................................................................... 34
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của phụ gia bentonite khi nung ở 1000oC trong 1h từ tro bay,
vôi và bentonite ......................................................................................................... 35
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của phụ gia bentonite khi nung ở 1050oC trong 1h từ tro bay,

vôi và bentonite ......................................................................................................... 35
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của phụ gia bentonite khi nung ở 1100oC trong 1h từ tro bay,
vôi và bentonite ......................................................................................................... 35
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của phụ gia bentonite khi nung ở các nhiệt độ trong 1h từ tro
bay, vôi và bentonite ................................................................................................. 36
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của phụ gia thủy tinh lỏng khi nung ở 900oC trong 1h từ tro
bay, vôi và thủy tinh lỏng .......................................................................................... 38
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của phụ gia thủy tinh lỏng khi nung ở 950oC trong 1h từ tro
bay, vôi và thủy tinh lỏng .......................................................................................... 39


Bҧng 3.15. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia thӫy tinh lӓng khi nung ӣ 1000oC trong 1h tӯ tro
bay, vôi và thӫy tinh lӓng .......................................................................................... 39
Bҧng 3.16. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia thӫy tinh lӓng khi nung ӣ 1050oC trong 1h tӯ tro
bay, vôi và thӫy tinh lӓng .......................................................................................... 39
Bҧng 3.17. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia thӫy tinh lӓng khi nung ӣ 1100oC trong 1h tӯ tro
bay, vôi và thӫy tinh lӓng .......................................................................................... 40
Bҧng 3.18. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia thӫy tinh lӓng khi nung ӣ các nhiӋWÿӝ trong 1h
tӯ tro bay, vôi và thӫy tinh lӓng ................................................................................ 40
Bҧng 3.19. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia dextrin khi nung ӣ 900oC trong 1h tӯ tro bay, vôi
và dextrin ................................................................................................................... 42
Bҧng 3.20. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia dextrin khi nung ӣ 950oC trong 1h tӯ tro bay, vôi
và dextrin ................................................................................................................... 43
Bҧng 3.21. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia dextrin khi nung ӣ 1000oC trong 1h tӯ tro bay,
vôi và dextrin............................................................................................................. 43
Bҧng 3.22. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia dextrin khi nung ӣ 1050oC trong 1h tӯ tro bay,
vôi và dextrin............................................................................................................. 43
Bҧng 3.23. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia dextrin khi nung ӣ 1100oC trong 1h tӯ tro bay,
vôi và dextrin............................................................................................................. 44
Bҧng 3.24. ҦQKKѭӣng cӫa phө gia dextrin khi nung ӣ các nhiӋWÿӝ trong 1h tӯ tro

bay, vôi và dextrin ..................................................................................................... 44


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc khơng gian của smectit ............................................................... 13
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên tắc của máy đo độ bền nén ................................................. 18
Hình 2.2. Sự nhiễu xạ tia X trên bề mặt tinh thể....................................................... 20
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên tắc của máy chụp ảnh SEM ................................................ 22
Hình 3.1. Ảnh SEM của mẫu tro bay ........................................................................ 24
Hình 3.2. Phổ EDX của tro bay................................................................................. 25
Hình 3.3. Giản đồ XRD của tro bay .......................................................................... 26
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của tro bay ....................................................................... 28
Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của vơi ............................................................................. 28
Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của phối liệu 2 ................................................................. 29
Hình 3.7. Phổ chồng hồng ngoại của tro bay, vơi và mẫu phối liệu 2 ...................... 29
Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu phối liệu 2 ................................................... 31
Hình 3.9. Giản đồ XRD của mẫu 2(1000) ................................................................ 33
Hình 3.10. Giản đồ XRD của mẫu 2(1100-3B) ........................................................ 36
Hình 3.11. Giản đồ XRD của mẫu 2 (1100-4TTL) ................................................... 41
Hình 3.12. Giản đồ XRD của mẫu 2(900-3D) .......................................................... 45
Hình 3.13. Giản đồ XRD của mẫu 2(950-3D) .......................................................... 46
Hình 3.14. Giản đồ XRD của mẫu 2(1000-3D) ........................................................ 47
Hình 3.15. Giản đồ XRD của mẫu 2(1050-3D) ........................................................ 48
Hình 3.16. Giản đồ XRD của mẫu 2 (1100-3D) ....................................................... 49
Hình 3.17. Phổ chồng XRD của mẫu 2 ở các nhiệt độ ............................................. 49
Hình 3.18. Ảnh SEM của mẫu 2(1100-3D) .............................................................. 51


MỞ ĐẦU
Ngày nay vấn đề ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên đang trở nên cấp bách.

Do đó yêu cầu đặt ra đối với các nhà khoa học, nhà sản xuất là phải tìm ra những phương
pháp để có thể thu hồi, tái sử dụng các loại chất thải, tạo ra các sản phẩm có ích phục vụ
đời sống xã hội. Việc làm này vừa mang hiệu quả kinh tế vừa có ý nghĩa lớn đối với vấn
đề bảo vệ môi trường.
Những năm gần đây, tro bay - phế thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than
trở thành mối quan tâm lớn đối với các nhà sản xuất, nhà quản lí và của cả cộng đồng.
Tính đến năm 2016, tổng trữ lượng thải ra của các nhà máy nhiệt điện đốt than lên tới 5
triệu tấn/năm. Với thành phần hạt có trọng lượng nhẹ, kích thước hạt rất nhỏ - tương
đương 1/3 hạt xi măng nên tro xỉ có thể bay tự do trong khơng khí, gây ơ nhiễm môi
trường, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống, sinh hoạt của nhân dân.
Với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, việc thay thế những vật liệu
truyền thống bằng các vật liệu mới có tính ứng dụng cao đang được giới khoa học quan
tâm nghiên cứu và ứng dụng trong cuộc sống. Ở nước ta, tro bay chủ yếu được dùng để
làm phụ gia cho bê tơng, tuy nhiên lượng dư thừa cịn rất lớn.
Từ nhận định trên, đề tài luận văn thạc sĩ của em là:’’ Nghiên cứu chế tạo vật liệu
xốp từ tro bay” với mục đích xử lý bã thải tro bay của nhà máy nhiệt điện Phả Lại theo
hướng sử dụng chất kết dính vơi và các phụ gia thích hợp nhằm tạo ra vật liệu xốp dùng
trong dân dụng và công nghiệp.
Nội dung chính của luận văn là:
- Xác định thành phần hóa học, cỡ hạt của tro bay.
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay và vơi.
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay, vơi và có thêm phụ gia.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu về tro bay [1-5]
1.1.1. Nguồn cung cấp
Tro bay là sản phẩm phế thải khi đốt than từ các nhà máy nhiệt điện. Ở các nhà

máy nhiệt điện dùng than cám thì khoảng 80% lượng xỉ tạo thành thốt ra theo đường
khí thải (lượng xỉ này chính là tro bay) và 20% cịn lại tháo ra ở cửa tháo xỉ ở đáy lò.
Theo Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), hiện nay, với 12 nhà máy nhiệt điện than
đang vận hành thì tổng khối lượng than sử dụng trung bình năm khoảng 34 triệu tấn,
trong đó khối lượng tro, xỉ đang cịn lưu giữ tại các nhà máy nhiệt điện than gần 15 triệu
tấn. PGS. TS. Trương Duy Nghĩa, Chủ tịch Hội KHKT Nhiệt Việt Nam cho biết, tổng
nhu cầu than cho sản xuất điện của cả nước đến năm 2020 sẽ là 63 triệu tấn, năm 2025
là 95,4 triệu tấn và năm 2030 là 128, 4 triệu tấn, tương đương tổng lượng tro thải ra là
15,09 triệu tấn (năm 2020), 17 triệu tấn (năm 2025) và 20,58 triệu tấn (năm 2030), cho
thấy lượng tro bay tạo ra ở các nhà máy nhiệt điện là rất lớn, không ngừng tăng lên trong
những năm gần đây. Bên cạnh đó, hàng loạt các lị cao ở các khu gang thép sử dụng
nhiên liệu là than cũng thải ra một lượng tro bay khá lớn. Từ đó có thể thấy tro bay là
một chất thải rắn có khối lượng lớn, cần được xử lý triệt để nhằm bảo vệ môi trường
đồng thời mang lại giá trị kinh tế từ việc tái sử dụng chất thải này.
1.1.2. Đặc tính của tro bay
Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, có tính puzzolan cao tồn tại dưới dạng tinh
thể hoặc vơ định hình.
Thành phần hóa học của tro bay quy về oxit đơn chủ yếu oxit silic( SiO2),nhôm
oxit Al2O3, sắt oxit (Fe2O3) và một lượng nhỏ canxi oxit (CaO), magie oxit (MgO).
Ngồi ra trong tro bay cịn có thể có natri oxit (Na2O), kali oxit (K2O)... với hàm lượng
rất nhỏ và một lượng than chưa cháy hết (gọi là hàm lượng mất khi nung).
Tro bay thường có màu xám, có tính kiềm và chịu lửa. Tro bay ở dạng bột mịn,
thường có dạng hình cầu đường kính từ 10-100 micromet( 0.01mm đến 0.1mm). Tùy
theo mục đích sử dụng mà phân loại tro bay theo các chỉ tiêu khác nhau:
Theo Tiêu chuẩn Việt Nam tro bay chia ra làm hai loại:

2


+ Tro axit: Tro có hàm lượng canxi oxit đến 10% kí hiệu: F thu được từ việc đốt

than antraxit hoặc than chứa bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 210%.
+ Tro bazo: Tro có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10% kí hiệu là: C. Đó là sản
phẩm đốt than linhit hoặc than bitum, chứa ít than chưa cháy, thường < 2%.

Bảng 1.1. Thành phần hóa học chủ yếu của một số loại tro, xỉ Việt Nam
STT

Loại xỉ

MKN SiO2

Al2O3 CaO

Fe2O3 MgO

SO3

1

Tro Phả Lại 1

0.39

61.42

18.03

5.3

8.8


1.00

0.10

2

Tro Phả Lại 2

1.81

62.05

16.54

4.58

10.03

0.99

--

3

Xỉ Ninh Bình

2.01

61.12


13.91

2.00

15.72

1.00

0.35

4

Xỉ ng Bí

2.03

60.52

14.95

4.20

15.30

1.51

0.45

1.1.3. Sản lượng tro bay và tình hình sử dụng tro bay trên thế giới

1.1.3.1. Sản lượng tro bay trong nước và ngoài nước
Nhu cầu tiêu thụ điện năng trên thế giới không ngừng tăng lên theo tốc độ phát
triển của nền kinh tế xã hội. Các nguồn cung cấp điện năng mới hiện nay đang phát triển
nhanh chóng phải kể đến như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy
triều,…Tuy có nhiều ưu điểm và được khuyến khích sử dụng nhưng các nguồn cung cấp
điện năng này hiện nay mới chỉ đáp ứng được một lượng rất nhỏ nhu cầu điện năng toàn
cầu và chỉ tập trung ở một vài nước phát triển. Nguồn cung cấp điện năng chủ yếu vẫn
dựa trên các 12 nguồn truyền thống và không ngừng phát triển hàng năm. Trong đó các
nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm một tỷ trọng lớn.
Trung Quốc là nước đứng đầu về sản xuất điện năng từ than đá, do vậy lượng tro
bay tạo ra từ việc đốt than đá cũng rất lớn. Năm 2009, công suất phát điện và điện năng
của các nhà máy nhiệt điện đều tăng khoảng 7-8%. Mặc dù, lượng tiêu thụ than đã được
giảm xuống bằng cách nâng cao hiệu quả của máy phát điện, nhưng lượng tro bay tạo
ra vẫn duy trì đà tăng. Năm 2010, lượng tro bay tạo ra là 417 triệu tấn và với tốc độ tăng
trưởng 20 triệu tấn mỗi năm, dự kiến lượng tro bay tạo ra ở Trung Quốc hiện nay đạt
trên 500 triệu tấn.
3


Ở Ấn Độ, một lượng lớn tro bay tạo ra trong quá trình đốt cháy than của các nhà
máy nhiệt điện. Lượng tro bay tạo ra hàng năm liên tục tăng từ khoảng 1 triệu tấn vào
năm 1947 lên khoảng 40 triệu tấn trong năm 1994 và năm 2012 vào khoảng 131 triệu
tấn. Kể từ 1996-1997 đến 2010-2011, lượng tro bay sử dụng vào trong các lĩnh vực công
nghiệp cũng tăng (năm 1996-1997 là 9,63% đến năm 2010-2012 là 56%). Năm 20092010 ở Ấn Độ đạt được mức độ sử dụng tro bay cao nhất 63%.
Ở Việt Nam, phần lớn các nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu tập trung ở phía
Bắc, do gần nguồn than. Tổng cơng suất các nhà máy nhiệt điện đang vận hành tính ở
thời điểm 2010 là 4.250 MW và dự kiến vào năm 2020 sẽ là 7.240 MW.
Bảng 1.2. Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030
STT


Năm

Công suất,

Tiêu thụ than triệu

Lượng tro bay

MV

tấn/năm

triệu tấn/năm

1

2010

4.250

12.75

3.82 - 4.46

2

2015

6.240


18.72

5.61-6.55

3

2020

7.240

21.72

6.51-7.60

Nguồn cung cấp than nhiên liệu trong nước cho các nhà máy điện thường là loại
than chất lượng thấp, có độ tro lớn hơn 31÷32%, thậm chí đến 43÷45%. Do đó, các nhà
máy nhiệt điện thải ra lượng tro bay khá lớn, có thể chiếm tới 20-30% lượng than sử
dụng. Với suất tiêu hao than trung bình khoảng 500 g/kWh, tổng lượng than sử dụng
cho nhiệt điện và lượng tro bay tạo thành được trình bày trong bảng 1.2.
1.1.3.2. Tình hình sử dụng tro bay
Tro bay đã được sử dụng rất thành công trong ngành công nghiệp bê tông trên thế
giới hơn 50 năm qua. Ở Mỹ có hơn 6 triệu tấn và ở châu Âu là hơn 9 triệu tấn đã được
sử dụng trong xi măng và bê tơng. Có nhiều dự án lớn trong thời gian gần đây sử dụng
bê tông tro bay, bao gồm các đập ngăn nước, các nhà máy điện, các cơng trình ngồi
biển, các đường hầm dưới biển, đường cao tốc, sân bay, các tòa nhà thương mại hay dân
cư, cầu, các đường ống dẫn,...Đến năm 2008, tổng lượng các sản phẩm từ đốt than đá
của nhà máy nhiệt điện ở Châu Âu là 58 triệu tấn, trong đó tro bay chiếm gần 68% tương
đương khoảng 39 triệu tấn. Khoảng 18 triệu tấn tro bay được sử dụng trong công nghiệp
xây dựng và san lấp hầm mỏ. Phần lớn tro bay làm phụ gia bê tông, kết cấu đường và
làm vật liệu để sản xuất clinke xi măng. Tro bay cũng được sử dụng trong xi măng trộn,

4


bê trong khối và làm chất điền lấp. Cũng như nhiều quốc gia trên thế giới, hàng trăm
nhà máy nhiệt điện trên khắp lãnh thổ Trung Quốc thải ra hàng trăm triệu tấn tro bay
mỗi năm . Do vậy, chính phủ Trung Quốc rất khuyến khích phát triển các cơng nghệ
liên quan đến việc sử dụng tro bay. Một vài thành phố đã sử dụng rất tốt tro bay trong
những năm gần đây như thành phố Nam Ninh. Năm 2005, lượng tro bay được sử dụng
ở thành phố này đã vượt qua cả lượng tro bay được tạo ra. Tuy nhiên, Nam Ninh chỉ là
một trường hợp ngoại lệ. Tro bay ở Trung Quốc được sử dụng trong các lĩnh vực chủ
yếu sau: Các sản phẩm bê tông (phụ gia cho xi măng, vữa, bê tông, gạch,...); Xây dựng
đường giao thông; Xây dựng cảng; Cải tạo đất trồng; Xử lý ô nhiễm nước; Sử dụng để
lấp các mỏ hay các vùng đất lớn hơn dọc theo bờ biển. Ngoài ra, tro bay còn được sử
dụng cho một vài ứng dụng khác như tổng hợp zeolit, chất gia cường cho cao su. Tại Ấn
Độ, Chính phủ nước này đã có nhiều quy định để nâng cao nhận thức về lợi ích của việc
sử dụng tro bay cho các sản phẩm khác nhau. Tro bay là một nguyên liệu tiềm năng
tuyệt vời cho sản xuất vật liệu xây dựng như xi măng pha trộn, gạch tro bay, gạch ốp lát
và các khối rỗng trong xây dựng. Chúng được ứng dụng môṭ lươṇg lớn để rải đường,
xây dựng kè và san lấp hầm mỏ. Sản phẩm tro bay có nhiều lợi thế hơn so với các sản
phẩm thông thường. Lượng xi măng sử dụng trong sản xuất sản phẩm xây dựng có thể
giảm bằng cách thay thế bằng tro bay và lượng tro bay thay thế có thể lên đến 50%.
Những sản phẩm chứa tro bay có độ bền cao, hiệu quả hơn và tiết kiệm đáng kể nguyên
liệu. Việc sử dụng tro bay ở Ấn Độ đã tạo ra công ăn việc làm cho khoảng 3.000 lao
động.
1.1.4. Ứng dụng của tro bay [1-11].
1.1.4.1. Tro bay xử dụng trong lĩnh vực xây dựng
Tro bay dùng làm vật liệu điền lấp: Tro bay có thể dùng để phục hồi và cải tạo
các vùng đất yếu bởi các hoạt động khác. Tro bay được sử dụng cho phát triển các cơng
trình cơng cộng như cơng viên, bãi đậu xe, sân chơi,....Tro bay có độ bền đầm nén tương
đương hoặc lớn hơn đất nên thường được sử dụng trong các lĩnh vực bồi đắp đất.

Tro bay trong bê tông: Tro bay cải thiện độ bền và kết cấu của bê tông dẫn đến
tăng tuổi thọ của đường. Thơng thường, tro bay có thể thay thế từ 15 đến 30% xi măng
portland. Hiện nay, tro bay được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng với các mục đích
khác nhau như làm phụ gia cho bê tơng xi măng, làm độn cho bê tông asphalt. Một số
5


cơng trình xây dựng nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng tro bay trong bê tông như đập
Puylaurent ở Pháp, cây cầu Great Belt East nối Copenhagen (Đan Mạch) với những
vùng đất của trung tâm châu Âu,....
Gạch không nung từ tro bay: Tro bay cũng là phế liệu thân thiện môi trường .
Gạch tro bay được tạo thành từ tro bay, cát và xi măng, trong đó tro bay là chất độn
chính và cát là chất độn thứ hai. Cịn xi măng làm chất kết dính tất cả các nguyên liệu
với nhau. Ở Đức, tro bay được ứng dụng để sản xuất gạch xây nhà. Các khối gạch này
được tạo ra từ hỗn hợp của tro xỉ, tro bay, đá vôi và nước được ép thành khuôn.
Tro bay làm đường xá: Tro bay có thể được sử dụng để xây dựng đường và đê kè.
Việc sử dụng này có nhiều lợi thế hơn so với các phương pháp thông thường như tiết
kiệm đất trồng trọt, tránh tạo ra các vùng trũng, giảm chi phí, làm giảm nhu cầu đất để
xử lý / lắng đọng tro bay.
Sản phẩm gạch ốp lát từ tro bay: Gạch ốp lát có thể được sản xuất từ tro bay.
Gạch ốp lát gồm hai lớp: lớp măṭ và lớp nền. Lớp mặt là hỗn hợp gồm xi măng, bôṭ tro
bay và đôlômit . Lớp nền là hỗn hợp gồm tro bay bán khô, xi măng và bụi mỏ đá.
Làm vật liệu cốt nhẹ: Nhiều công nghệ đã được phát triển để sản xuất cốt liệu
nhân tạo từ tro bay. Cốt liêụ từ sản phẩm tro bay có thể được sử dụng cho một loạt các
ứng dụng trong ngành công nghiệp xây dựng, bao gồm thành phần xây dựng, thành phần
bê tông đúc sẵn, bê tông trộn sẵn cho các tòa nhà cao tầng,….
1.1.4.2. Tro bay dùng trong nông nghiêp ̣
Một ứng dụng trực tiếp của tro bay là một tác nhân cải tạo đất nông nghiệp. Phần
lớn các loại cây trồng thích hợp với mơi trường pH là 6,5- 7 cho sự phát triển. Việc bổ
sung tro bay kiềm cho đất chua có thể làm tăng độ pH. Phần lớn các nghiên cứu đã

chứng tỏ khả năng của tro bay làm tăng độ pH của đất có mơi trường axit bằng sử dụng
tro bay loại C, tức là tro bay với hàm lượng CaO cao (> 15%). Tro bay có thể cải taọ đất
và nâng cao khả năng giữ ẩm, đơ ̣phì nhiêu cho đất. Nó cải thiện sự hấp thu nước và chất
dinh dưỡng của cây trồng, giúp sự phát triển của rễ cây và kết dính đất , dầu khống và
cacbohydrat dựtrữ để sử dụng khi cần thiết, bảo vệ thực vật các bệnh tật từ đất gây ra,
và giải độc đất bị ô nhiễm. Năng suất cây trồng cũng tăng lên, như các thí nghiệm trên
lạc, hướng dương, hạt lanh và hạt có dầu khác đã minh chứng. Nhiều nghiên cứu báo
cáo về hiệu quả của tro bay tới độ bền của đất như cải thiện độ bền cắt và độ bám dính
6


của đất. Mặt khác, một số nghiên cứu cho thấy việc kết hợp giữa vôi và tro bay vào đất
đã làm tăng sự ổn định cho đất so với ổn định đất chỉ bằng tro bay hoặc vôi riêng rẽ.
1.1.4.3. Tro bay làm chất hấp phụ [8-11].
Trong những năm gần đây, việc sử dụng tro bay đã thu hút rất nhiều trong công
nghiệp, việc sử dụng này sẽ giảm bớt gánh nặng về mơi trường và nâng cao lợi ích kinh
tế. Tính khả thi kỹ thuật của việc sử dụng tro bay làm chất hấp phụ giá rẻ cho các quá
trình hấp phụ khác nhau để loại bỏ các chất ô nhiễm trong không khí và nước đã được
xem xét. Có thể dùng tro bay để thay thế than hoạt tính thương mại hoặc zeolit cho việc
hấp phụ các khí NOx, SOx, các hợp chất hữu cơ, thủy ngân trong khơng khí, các cation,
anion, thuốc nhuộm và các chất hữu cơ khác trong nước. Wang và Wu đã nghiên cứu
điều tra và cho thấy rằng thành phần cacbon chưa cháy trong tro bay đóng một vai trị
quan trọng trong khả năng hấp phụ. Có nhiều báo cáo nghiên cứu sử dụng tro bay làm
vật liệu hấp phụ để loại bỏ các ion kim loại độc hại, chất gây ô nhiễm trong khơng khí ,
các hợp chất hữu cơ và vơ cơ , và hấp phụ thuốc nhuộm trong nước thải .
1.2. Giới thiệu về chất kết dính [12-13]
1.2.1. Giới thiệu chung
Canxi hydroxit là một hợp chất hóa học với cơng thức hóa học Ca(OH)2. Nó là
một chất dạng tinh thể không màu hay bột màu trắng, và thu được khi cho Canxi oxit
(tức vôi sống) tác dụng với nước (gọi là tơi vơi).

CaO + H2O → Ca(OH)2
Nó cũng có thể kết tủa xuống khi trộn dung dịch chứa Canxi clorua (CaCl2) với
dung dịch chứa natri hiđroxit (NaOH). Tên gọi dân gian của canxi hiđroxit là vôi tôi hay
đơn giản chỉ là vơi. Tên gọi của khống chất tự nhiên chứa canxi hiđroxit là portlandit.
Nếu bị nung nóng tới 512°C, thì canxi hiđroxit bị phân hủy thành canxi oxit và hơi
nước. Thể vẩn của các hạt hyđroxyt canxi rất mịn trong nước gọi là vôi sữa. Dung dịch
chứa canxi hiđroxit gọi chung là vơi nước và có tính bazơ trung bình-mạnh, có phản ứng
mạnh với các axít và ăn mịn nhiều kim loại khi có mặt nước. Nó trở thành dạng sữa nếu
CO2 đi qua đó, do sự kết tủa của canxi cacbonat mới tạo ra.
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

7


1.2.2. Ứng dụng
Hóa chất xử lý nước: Do tính chất hóa học đặc thù là phản ứng với axit và ăn mịn
nhiều kim loại có mặt trong nước, canxi hydroxit có thể kết tủa bơng trong xử lý nước,
nước thải. Đất chua có chứa rất nhiều axit, do vậy mà người ta thường dùng canxi
hydroxit để khử axit trong đất, trung hòa lại độ pH cho đất, hơn nữa giá thành của nó
lại tương đối rẻ nên được sử dụng khá phổ biến.
Ngành xây dựng: Canxi hydroxit được sử dụng để làm vôi vữa trong xây dựng.
Hợp chất này là dạng vơ cơ rắn trong khơng khí với giá thành tương đối rẻ và q trình
sản xuất cũng vơ cùng đơn giản. Vôi khi nhào trộn với nước sẽ cho một hỗn hợp hồ dẻo,
có khả năng kết dính. Độ rắn chắc xảy ra chậm khi ở ngồi khơng khí do vơi tác dụng
chậm với nước. Đó là lý do vì sao các viên gạch có thể kết dính vào nhau một cách chắc
chắn chỉ nhờ vào vôi và vữa.
Ngành dược phẩm, mỹ phẩm: Canxi hydroxit thường được dùng để thay thế cho
natri hydroxit trong một số loại hóa, mỹ phẩm uốn tóc của người Mỹ gốc Phi. Do tính
chất hóa học đặc biệt mà hợp chất này có thành phần trong một số dược phẩm như trong
một số loại thuốc làm rụng lông, sản xuất các hỗn hợp cho một số loại thuốc trừ dịch

hại, dạng bột nhão có tác dụng kháng vi trùng để điều trị sâu răng, cũng như thành phần
của mỹ phẩm được sử dụng ngày nay. Nhưng quy trình sản xuất là cả một bí ẩn để không
đem lại những rủi ro không mong muốn.
Nông, ngư nghiệp: Trong các bể nuôi đá ngầm để bổ sung canxi sinh học cho các
động vật sử dụng nhiều canxi sống trong bể như tảo, ốc, giun ống cứng và san hơ (cịn
gọi là hỗn hợp Kalkwasser), sản xuất một loại thuốc gọi là “Polikar” để chống lại sự thối
rữa (do nấm) của rau, quả trong khi lưu giữ. Cũng có thể sử dụng vơi để khử mùi hoặc
khử làm kết tủa các chất bẩn trong nước, cân bằng độ pH cho nguồn nước.
Công nghệ axit: Trong ngành công nghiệp chế tạo da, lượng axit chứa trong da
khá nhiều, do đó mà cần sử dụng canxi hydroxit để trung hịa lượng axit đó.
Cơng nghiệp lọc dầu: Do tính chất hóa học đặc thù mà canxi hydroxit được sử
dụng trong lọc dầu để tạo kết tủa và loại bỏ các tạp chất có trong dầu, tạo ra dầu sạch,
nguyên chất không lẫn tạp chất.

8


1.3. Tổng quan lý thuyết vật liệu đóng rắn [13-16]
1.3.1. Vai trị của cơng nghệ vật liệu
Nhờ có lao động mà con người ngày phát triển và hồn thiện vì vậy ở đâu xuất
hiện sự sống của lồi người, thì kèm theo đó là sự xuất hiện của các loại vật liệu. Vật
liệu gắn liền với đời sống hàng ngày của con người đó là các loại vật liệu được sử dụng
để chế tạo các vật dụng sinh hoạt hàng ngày, chế tạo các đồ trang trí, các cơng cụ lao
động, vật liệu được sử dụng trong xây dựng nhà cửa, các cơng trình giao thơng, thuỷ lợi,
các phương tiện đi lại. Trong các ngành khoa học và công nghệ khác, cũng ln tồn tại
sự có mặt của các loại vật liệu, sử dụng trong việc chế tạo thiết bị sản xuất cơng
nghiệp,vật liệu xây dựng nhà xưởng,…
Cịn rất nhiều ứng dụng khác của vật liệu trong các lĩnh vực khác như vật liệu sử
dung trong y học, trong quân sự,…
Với những ứng dụng rông rãi như vậy, ngành công nghệ vật liệu thực sự nắm giữ

một vai trò quan trọng trong đời sống con người, và mỗi bước tiến của ngành, là một
trong những tiêu chuẩn để đánh giá mức độ phát triển của khoa học kỹ thuật, cũng như
của xã hội lồi người.
1.3.2. Sự phát triển của cơng nghệ vật liệu
Từ thời nguyên thủy, con người đã biết sử dụng vật liệu cho sản xuất thô sơ như
con dao bằng đá, lưỡi cày bằng đồng rồi đến vật liệu bằng sắt, thép, từ dựng nhà bằng
cây cối, cành lá rồi đến tre nứa, đất, bùn, rồi xây dựng bằng vôi vữa, xi măng v.v.
Song song với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, ngành
công nghê vật liệu cũng đứng trước yêu cầu phải tạo ra những loại vật liệu có những
tính năng đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra. Bên cạnh đó, đời sống và nhu cầu của
con người cũng không ngừng nâng cao, và các vật liệu ứng dụng trong đời sống cũng vì
thế phải đáp ứng được các u cầu đó.
1.3.3. Vật liệu và hố phẩm xây dựng
Vấn đề về vật liệu và hoá phẩm xây dựng là một vấn đề rất quan trọng đối với
ngành kiến trúc và xây dựng.
Yêu cầu đối với vật liệu xây dựng trước hết là phải có độ bền cơ học, có khả năng
chống chịu tốt trước những điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Đồng thời, vật liệu
xây dựng phải tạo nên mơi trường vi khí hậu thích hợp cho con người, đó là khả năng
9


cách nhiệt, cách âm, chống nóng, lạnh, chống nấm mốc rong rêu…đảm bảo điều kiện
sống tốt, hạn chế tối đa việc sử dụng các năng lượng nhân tạo (điều hoà nhiệt độ, quạt
máy, lò sưởi…).
Vật liệu xây dựng, theo thời gian ngày càng được cải thiện và phát triển đáng kể,
nhằm phù hợp với kiến trúc hiện đại. Từ những vật liệu dân gian trước đây như rơm trộn
bùn đất, tường trình dần được thay thế bằng gạch xỉ vơi, vữa toocxi, rồi đến gạch đặc,
ngói mũi hài sản xuất thủ cơng, thay thế bởi gạch lỗ, tấm lợp, ngói tây… Các vật liệu
kết cấu hiện đại ngày nay như bêtông cốt thép, thép xây dựng đã thay thế dần cho những
vật liệu tự nhiên hoặc nhân tạo đơn giản trong kết cấu chịu lực chính, cũng như các cấu

kiện bao che. Tuy nhiên, các vật liệu này cũng còn cần phải cải tiến rất nhiều, để đáp
ứng những yêu cầu đặc biệt của kiến trúc. Với các vật liệu dùng trong xây dựng các
cơng trình giao thơng, cần phải có khả năng chịu lực nén ép cao, và tính bền trong các
điều kiện thời tiết như nắng, mưa, nóng lạnh…
Nhằm giải quyết vấn đề nâng cao các tính năng cho vật liệu, các nghiên cứu về vật
liệu tập chung cho các hướng sau:
1.3.3.1. Vật liệu cách nhiệt [17-19]
Hiện nay, ở các nước phát triển đã sản xuất được những sản phẩm cách nhiệt. Tuy
nhiên, việc sử dụng đại trà ở nước ta cịn gặp nhiều khó khăn, nhất là vấn đề kinh tế.
Ngồi gạch và bê tơng nhẹ cịn có các chế phẩm hiện đại, có nhiệt trở lớn, trọng lượng
nhẹ của nước ngoài cũng được đưa đến Việt Nam để giới thiệu, đa phần là các nguyên
liệu có nguồn gốc vơ cơ như bơng sợi khống, bơng vải thuỷ tinh, sợi gốm…được quảng
cáo là khả năng cách nhiệt, cách âm tốt, độ chịu kéo nén cao, bền với hoá chất, bền
nhiệt…tuy nhiên thực tế các sản phẩm này chưa được cơ quan có thẩm quyền thẩm định,
cũng chưa có phản hồi từ người sử dụng.
Các sản phẩm kể trên thường được chế tạo dưới dạng tấm ốp. Có thể kể ra một số
sản phẩm được đưa vào thị trường nước ta:
+ Tấm KCC len thuỷ tinh (Hàn Quốc): là sợi vô cơ, không cháy, không bị xâm
thực và thoái hoá bởi nhiệt độ, độ ẩm, hoá chất. Loại sợi này rất nhỏ, có nhiều đệm
khơng khí nên có khả năng ngăn bức xạ nhiệt, hấp thụ sóng âm. Có trọng lượng nhẹ,
mềm, dễ gia cơng lắp đặt.

10


+ Tấm Lexan Thermopanel (Hoa Kỳ): gồm nhiều chủng loại chế phẩm, trên nền
polycarbonate, với nhiều vách ngăn tạo ra sản phẩm có nhiều ơ rỗng và nhẹ, có độ cứng
cơ học cao, có tính cản quang và cản bức xạ nhiệt.
+ Tấm Ketelong (Đức-Nhật) chế xuất từ polycarbonate, có độ bền va đập và độ
cách âm tốt.

+ Tấm trần thạch cao giả: được làm từ xi măng, cát mịn và bột gỗ và được ép với
cường độ lớn. Có độ cứng khá cao, nhẹ, trước khi dùng có thể sơn phủ với các màu sắc
khác nhau để trang trí.
1.3.3.2. Vật liệu chống thấm
+ Vật liệu chống thấm có thể là các loại màng ngăn, màng phủ, sơn chống thấm.
Ngoài các loại vật liệu kể trên, cịn có một số biện pháp chống thấm bằng các phụ gia
vô cơ hoặc các dung dịch phun thấm sâu vào kết cấu.
+ Phụ gia chống thấm có gốc là các hạt mịn hơn xi măng như muội khói silic (silica
fume), tro bay nhiệt điện (fly ash) hoặc xỉ lị cao nghiền mịn, có tác dụng chèn thêm vào
những kẽ hở vốn đã rất nhỏ giữa các hạt ximăng trong hỗn hợp bêtông.
+ Dung dịch phun thường có vật liệu nền, gốc silicat, có khả năng lấp các lỗ rỗng,
rỗ trong bêtông, tăng cường lực liên kết, trám các vết nứt chân chim do co ngót.
+ Ngồi ra hiện nay cịn có thêm loại dung dịch trộn cùng với xi măng, bêtơng. Có
cấu trúc siêu mịn và các tinh thể có khả năng hút nước, khi hút nước tạo thành tinh thể
hidrat trương lên và lấp đấy các khoảng trống trong bê tông làm cho bê tơng có khả năng
ngăn chặn các phân tử nước xâm nhập, ngấmvào bê tông.
+ Vật liệu cao su Latex được trộn với hỗn hợp xi măng tạo ra màng phủ cứng và
đàn hồi sử dụng cho khu vệ sinh, tầng hầm, sàn mái, bể bơi và các đường thoát nước.
1.3.3.3. Vấn đề vật liệu mới
Ngày nay, các loại vật liệu truyền thống, bao gồm vật liệu khai thác tự nhiên, dân
dã như đá ong, đá sò, đá xẻ…hay các vật liệu chế tạo thủ cơng, đã khơng cịn phù hợp
trong xây dựng. Các loại vật liệu đương đại như bêtơng, sắt thép cũng cần nghiên cứu,
hồn thiện bổ sung những tính năng phù hợp với yêu cầu. Song song với nó là việc tiến
hành nghiên cứu và đưa vào sử dụng các loại vật liệu và hoá phẩm xây dựng mới, hiên
đại. Vật liệu xây dựng mới đề cập ở đây là những vật liệu được nghiên cứu và sản xuất

11


tại Việt Nam, theo nguyên liệu mới, trên dây chuyền và cơng nghệ mới, và cả những vật

liệu có khả năng du nhập hoặc chuyển giao trong tương lai.
1.3.3.4. Một số loại vật liệu mới có triển vọng
+ Chất dẻo cốt sợi vô cơ:
Sử dụng chất dẻo hoặc polyme làm nền cho các loại cốt sợi như sợi thuỷ tinh, sợi
cacbon, tạo nên vật liệu thay thế cho sắt thép, bêtông. Với các ưu điểm như trọng lượng
nhẹ, chịu nén ép tốt, có độ bền hố cao, chịu được mơi trường xâm thực mạnh. Loại vật
liệu này đã được nghiên cứu và sử dụng ở nhiều nước phát triển (Anh, Hoa kỳ, Nhật..),
nó có thể sử dụng để chế tạo các tấm mỏng dùng để tăng cường, gia cố các chi tiết kết
cấu bị thấm dột, hoặc dùng làm các chi tiết trong mơi trường xâm thực, hoặc có thể thay
thế cho cốt thép thường và cốt thép ứng lực trước trong bêtơng cốt thép.
+ Chế tạo bê tơng tính năng cao, nhẹ, thay thế bêtông cốt thép nặng và có tính cản
nhiệt, độ bền hố kém.
+ Chế tạo các loại gạch nhẹ có tính chất cách nhiệt cách âm tốt.
+ Chế tạo các loại gạch khơng nung có cơ tính cao, thân thiện với mơi trường.
Bên cạnh các nghiên cứu về vật liệu dùng trong xây dựng nhà ở, thì việc tìm ra vật
liệu ứng dụng trong xây dựng các cơng trình đường giao thơng cũng là vấn đề cần được
chú trọng. Việc nghiên cứu sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có là đất sét, đất tạp kết hợp
với phụ gia hoá học, tạo nên một loại vật liệu có thể ứng dụng làm nền đường, với khả
năng chịu nén cao, thay thế cho đường bêtông hay đường nhựa, sẽ có một ý nghĩa rất
lớn, đặc biệt là với vấn đề giao thơng nơng thơn.
Vật liệu đóng rắn khơng nung: Với nguyên liệu đi từ đất đồi, bùn đỏ, chất độn
khác, phụ gia, đem phối trộn với nhau, cho vào máy nén ép tạo hình, sau đó đem sấy
hoặc để phơi khô tự nhiên để thu được sản phẩm. Sản phẩm có thể có trọng lượng nhẹ
hơn gạch nung, có độ cứng, độ bền hóa tốt, mặt khác phương pháp chế tạo lại được đơn
giản hóa hơn, sẽ làm cho giá thành sản phẩm có tính cạnh tranh cao. Sản phẩm này có
thể sử dụng để xây nhà, lát nền, gạch ốp tường, hoặc có thể sử dụng để xây dựng các
cơng trình chịu mơi trường mặn…

12



1.4. Một số chất phụ gia
1.4.1. Bentonite [20]
Bentonit là một loại khống sét tự nhiên có cấu trúc lớp (smectite: sét lớp), được
hình thành từ phun trào núi lửa. Sét lớp (smectite) có cấu trúc 2:1, gồm hai mạng tứ diện
của SiO4 liên kết với một mạng bát diện ở giữa AlO6, được biểu diễn như hình 1.1.
Trong quá trình phong hóa lâu dài, dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm ..., thành phần
hóa học của bentonit bị biến đổi theo từng niên đại, địa phương ... do sự thay thế đồng
hình của các kim loại trong các mạng tứ diện và bát diện. Bentonit là tên đại diện cho
một số sét lớp 2:1 có thành phần hóa học khác nhau như montmorillonit (MMT),
beidellit (BEI), nontronit (NONT).

Hình 1.1. Cấu trúc không gian của smectit
Bentonit phổ biến nhất, thường gặp nhiều nơi trên thế giới là bentonit chứa sét lớp
2:1 montmorillonit (MMT) được thể hiện như hình 1.1. Thành phần hóa học của đơn vị
cấu trúc cơ bản của một dạng MMT được biểu diễn bởi công thức:
(Na,Ca)0,8(Si7,8Al0,2) IV(Al3,4Mg0,6) VIO20(OH)4
Độ dày của lớp cấu trúc 3 mạng (2 tứ diện và 1 bát diện) khoảng 9,4 Å, khoảng
cách d(001) từ mặt đáy tứ diện lớp 2 :1 này đến mặt đáy tứ diện của lớp 2 :1 khác khoảng
15 Å. Nghĩa là khoảng cách (khoảng trống) giữa 2 lớp 2 :1 là d = 1,5 – 9,4 = 5,6 Å∼ 6
Å. Do sự thay thế đồng hình giữa các ion Al3+ cho Si4+ trong mạng tứ diện và Mg2+ cho
13


Al3+ trong mạng bát diện mà bề mặt của hai lớp sét mang điện tích âm. Điện tích này
được bù trừ bởi các cation trao đổi ở trạng thái hydrat hóa nằm ở trong khơng gian giữa
hai lớp 2 :1.
Theo tài liệu, tỉ lệ Al :Si trong mạng tứ diện MMT xấp xỉ bằng 1 : (15 ÷ 30), và tỉ
số Mg : Al trong mạng bát diện 1: (4 ÷ 5). Do đó, dung lượng trao đổi cation (CEC :
cation exchange capacity) của MMT khoảng 70 – 120 mđl/100g. Từ tỉ số Al : Si và Mg

: Al có thể nhận thấy rằng, các điện tích âm của MMT tập trung chủ yếu ở mạng bát
diện, nghĩa là đa số điện tích âm nằm xa bề mặt ngồi của lớp cấu trúc so với các tâm
điện tích âm xuất hiện ở các tâm tứ diện, do đó lực liên kết của các cation hydrat với
khung mạng MMT không lớn, nên chúng tương đối linh động (nghĩa là dễ dàng trao đổi
ion với các cation khác, hoặc dễ dàng tách xa bề mặt làm cho d001 rộng ra hơn).
Ứng dụng của Bentonite
Nơng nghiệp: Bentonite là loại sét khống có tính trương nở và có độ nhớt cao
chủ yếu được hình thành bởi sét montmorillonite. Do cấu tạo đặc biệt và hàm lượng silic
dioxit cao nên có khả năng hấp thu độc tố, diệt nấm mốc cao làm tăng hiệu quả sử dụng
của thức ăn chăn nuôi. Bentonite được các nước phát triển trên thế giới sử dụng làm chất
độn, chất kết dính (binding), chất tạo viên trong ngành cơng nghiệp sản xuất thức ăn
chăn ni, sử dụng bentonite vừa có tác dụng kết dính vừa nhằm bổ sung khả năng
chống nấm mộc, khử độc tố và tăng cường khoáng chất cho vật nuôi.
Công nghiệp: Dùng trong ngành xây dựng và thăm dị dầu khí với chức năng: bơi
trơn mũi khoan; giảm mơmen xoắn; làm đơng cứng và đóng thành, lấp các hang khơ,
khe nứt trong lịng đất trong q trình khoan cọc nhồi.
Môi trường: Bentonite giúp cải tạo đất và tăng khả năng giữ ẩm cho đất vào mùa
khơ. Ngồi ra, cịn làm tăng độ bền cơ học, tăng tính dẻo và làm cho cấu trúc đất tăng
tính trương và giữ được dưỡng chất cần thiết trong đất; hạn chế hoặc chống lại sự rửa
trôi các chất dinh dưỡng về mùa mưa…
Phụ gia trong sản xuất gạch không nung: Nhờ các đặc tính như trên mà bentonite
được ứng dụng làm chất kết dính trong cơng nghệ sản xuất gạch khơng nung từ các
nguồn nguyên liệu đất đồi, đất nghèo .v.v. . Trong quá trình sản xuất, bentonite được
xem là một phụ gia quan trọng nhằm tăng chất lượng của gạch không nung. chúng được
dùng ở dạng vật liệu rời và được chứa trong silo bồn chứa liệu.
14


1.4.2. Dextrin [21]
Dextrin( (C6H10O5)n.xH2O) là một nhóm các carbohydrate có trọng lượng phân tử

thấp được tạo ra bởi quá trình thủy phân tinh bột hoặc glycogen. Do đó thể hiện cấu trúc
α- (1 → 4) -Glc của amyloza và cấu trúc phân nhánh α- (1 → 4) - và α- (1 → 4,6) của
amylopectin.
Đun nóng tinh bột tới nhiệt độ 100-200oC khi có mặt một lượng nhỏ xúc tác là acid
hoặc kiềm sẽ tạo ra dextrin.
Gia nhiệt tinh bột tới 95-120oC ta thu được dextrin trắng, từ 150-180oC thu được
một chuỗi các dextrin vàng nhạt.
Dextrin là một nguyên liệu thô giá cả hợp lý và được coi là an toàn. Nó là một vật
liệu được sử dụng rộng rãi với rất nhiều ứng dụng như : chất kết dính, thực phẩm, dệt
may và mỹ phẩm. Về các ứng dụng y sinh, dextrin vẫn đang được nghiên cứu để sử
dụng rộng rãi.
Mặc dù ứng dụng trong y sinh hiện tại còn hạn chế nhưng dextrin vẫ thể hiện một
loạt các lợi thế giúp tăng cường sử dụng cụ thể trong lĩnh vực vật liệu sinh học. Nó là
một vật liệu tương thích sinh học và khơng gây miễn dịch, có thể phân hủy in vivo bởi
α-amylase và trọng lượng phân tử của nó đảm bảo loại bỏ thận tránh sự tích tụ mô do sử
dụng nhiều lần.
1.4.3. Thủy tinh lỏng
Thủy tinh lỏng (TTL) thu được do hoà tan thuỷ tinh silicat kiềm hệ hai cấu tử Na2O
- SiO2 hoặc K2O - SiO2 trong nước. Tỉ lệ phân tử SiO2: Na2O hoặc SiO2 : K2O của thuỷ
tinh được gọi là môđun silica (m) của TTL, thông thường giá trị m = 2 - 4. Trong công
nghiệp, TTL được sản xuất bằng cách nấu thuỷ tinh từ cát và cacbonat kiềm (hoặc sunfat
kiềm), sau đó nghiền nhỏ và hồ tan trong nước (đun sơi ở áp suất thường hoặc hồ tan
trong nồi hơi áp suất cao).
TTL được sử dụng trong các ngành công nghiệp xà phòng, giày vải, que hàn, gốm
sứ, vật liệu xây dựng, keo dán, .v.v...
Các phản ứng xảy ra khi điều chế thủy tinh lỏng:
SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2
Na2SiO3 + SiO2 = Na2Si2O5

15



16


CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu, hóa chất, và thiết bị sử dụng
2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất
-

Tro bay lấy từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại.

-

Vôi (Ca(OH)2: (Trung Quốc:>95%)

-

Các hóa chất: Dextrin, Bentonite (TRUGEL 100), thủy tinh lỏng

2.1.2. Thiết bị
-

Cân, lị nung, tủ sấy...

-

Khn đóng rắn mẫu, máy đo độ bền nén

-


Thiết bị chụp giản đồ nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại,…

2.2. Các phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp chế tạo mẫu
Các mẫu phối liệu gồm vơi Ca(OH)2, tro bay và nước, khơng có hay có thêm phụ
gia (thủy tinh lỏng, bentonite, dextrin), nghiền trong 30 phút và cho vào khn hình trụ
đường kính 2 cm x chiều cao 2cm. Mẫu sau khi chế tạo xong, được để khô tự nhiên hay
nung ở các nhiệt độ thích hợp trong thời gian 1h với tốc độ nâng nhiệt 10 độ/phút.
2.2.2. Phương pháp đo độ xốp của vật liệu sau nung
Mẫu sau khi đóng được để khơ tự nhiên hoặc nung, rồi để nguội. Đem đi cân, đo
bán kính, chiều cao của mẫu. Sau đó mang đi ngâm nước đến khối lượng không đổi (thời
gian ngâm là 1h15 phút), cân lại để xác định khối lượng mẫu sau khi ngâm.
Cơng thức tính độ xốp của mẫu:
%Xốp= (mướt – mkhơ) × 100% / (dH2 Vmẫu)
2.2.3. Phương pháp đo độ bền nén
Các mẫu sau khi đo độ xốp, để khô tự nhiên và đem nung. Mẫu khơng nung và có
nung đem đi đo độ bền nén mẫu trên máy ép vạn năng tại Bộ môn silicat, Trường Đại
Học Bách Khoa Hà Nội.
Sơ đồ nguyên tắc máy đo độ bền nén:

17