TÓM TẮT
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này là tận dụng các nguồn phế thải trong ngành
xây dựng và công nghiệp (nhƣ tro bay, đá mi thay cát, dung dịch Sodium Silicate,
Sodium Hydroxyde) nhằm giảm gánh nặng cho môi trƣờng để chế tạo ra sản phẩm gạch
không nung. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng cƣờng độ chịu nén của mẫu cấp phối sẽ
ảnh hƣởng khi sử dụng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa kiềm / tro bay là 0,6 và thay đổi tỷ lệ
cốt liệu đá mi thay cát, thay đổi tỷ lệ dung dịch Sodium Silicate / Sodium Hydroxyde,
thay đổi thời gian dƣỡng hộ nhiệt. Cụ thể khi sử dụng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa kiềm /
tro bay là 0,6, tỷ lệ cốt liệu 75% đá mi – 25% cát, tỷ lệ dung dịch Sodium Silicate Sodium Hydroxyde (2 : 1) và đƣợc dƣỡng hộ nhiệt ở nhiệt độ 100oC trong 10 giờ liền
sẽ cho ra mẫu cấp phối có cƣờng độ chịu nén tối ƣu nhất lên đến 24,20 Mpa và cƣờng
độ chịu kéo uốn đạt 7,66 MPa. Sản phẩm gạch không nung đƣợc chế tạo từ thành phần
cấp phối tối ƣu nêu trên đạt cƣờng độ chịu nén là 24,06 MPa và cƣờng độ chịu kéo uốn
đạt 7,51 MPa. Gạch khơng nung này có thể sử dụng cho các loại tƣờng chịu lực và từ
nghiên cứu này có thể sản xuất các loại gạch vĩa hè có khả năng chịu tải cao.

vi


ABSTRACT
The objectives of this Research topic focus on recycle wasted building materials
(for example: Fly ashes, crushed stone (replacing sand), Sodium Silicate and Sodium
Hydroxyde) to produce air-dried brick that have high capability against compression.
This method will reduce environmental pollution in manufacturing air-dried brick.
Furthermore, experiment results show that the concrete mix’s compressive strength will
be affected when the portion of alkaline and fly ash is 0.6, together with changes in
crushed stone, Sodium Silicate and Sodium Hydroxide portion and the duration of
steam curing. Specifically, when using 0.6 portion between alkaline and fly ash, ratio of
75% crushed stone and 25% sand, between Sodium Silicate and Sodium Hydroxide is
2:1 and being steam cured at 100 Celcius degrees in 10 consecutive hours will create a
concrete mix with compressive strength at 24.20 MPa and bending resistance at 7.66
MPa. The air-dried brick created from the mention recipe can reach the compressive

strength at 24.06 MPa and bending resistance at 7.51 MPa. This category of brick can
use for loaded wall or high capability pavement brick with further research.

vii


MỤC LỤC

Chƣơng 1 TỔNG QUAN .................................................................................................. 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu....................................................................... 1
1.2 Tình hình nghiên cứu.............................................................................................. 6
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc ..................................................................... 6
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ..................................................................... 10
1.3 Mục tiêu đề tài nghiên cứu ................................................................................... 13
1.4 Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu................................................................................... 13
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 14
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 15
2.1 Chất kết dính Geopolymer ................................................................................... 15
2.1.1 Lịch sử ra đời chất kết dính Geopolymer........................................................ 15
2.1.2 Thành phần chất kết dính Geopolymer ........................................................... 18
2.1.3 Cơng nghệ Geopolymer .................................................................................. 22
2.2 Thành phần cốt liệu .............................................................................................. 27
2.2.1 Cốt liệu cát ...................................................................................................... 27
2.2.2 Cốt liệu đá mi .................................................................................................. 29
2.3 Kích thƣớc, khối lƣợng và cƣờng độ nén các loại gạch không nung hiện nay: ... 32
Chƣơng 3 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM....................... 33
3.1 Nguyên vật liệu..................................................................................................... 33
3.1.1 Tro bay ............................................................................................................ 33
3.1.2 Dung dịch NaOH (Sodium hydroxide) ........................................................... 34
3.1.3 Dung dịch thủy tinh lỏng Na2SiO3 (Sodium Silicat) ...................................... 35

3.1.4 Nƣớc ................................................................................................................ 35
viii


3.1.5 Dung dịch hoạt hóa kiềm ................................................................................ 35
3.1.6 Cốt liệu Cát ..................................................................................................... 36
3.1.7 Cốt liệu Đá mi .................................................................................................. 37
3.2 Điều kiện dƣỡng hộ nhiệt ..................................................................................... 38
3.3 Thành phần cấp phối và phƣơng pháp thí nghiệm ............................................... 39
3.3.1 Thiết kế cấp phối mẫu bê tông ........................................................................ 39
3.3.2 Thành phần cấp phối ....................................................................................... 39
3.3.3 Phƣơng pháp tạo mẫu...................................................................................... 42
3.3.4 Phƣơng pháp thí nghiệm ................................................................................. 43
Chƣơng 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .......................................... 49
4.1 Tổng hợp kết quả thực nghiệm cƣờng độ chịu nén của mẫu ................................ 49
4.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ dung dịch sodium silicate / sodium hydroxide đến cƣờng độ
nén của mẫu ................................................................................................................. 51
4.3 Ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ nhiệt đến cƣờng độ nén của mẫu.................. 54
4.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa cốt liệu đá mi – cát đến cƣờng độ nén của mẫu ......... 57
4.5 Ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ nhiệt đến cƣờng độ kéo khi uốn của mẫu .... 60
4.6 Ứng dụng chế tạo gạch .......................................................................................... 62
4.6.1 Thành phần cấp phối ........................................................................................ 62
4.6.2 Quy trình chế tạo gạch ..................................................................................... 63
4.6.3 Cƣờng độ nén của gạch .................................................................................... 64
4.6.4 Cƣờng độ uốn của gạch.................................................................................... 65
4.7 So sánh với một số loại gạch trên thị trƣờng hiện nay .......................................... 66
4.7.1 Về giá thành sản xuất trên 1 viên gạch không nung geopolymer .................... 66
4.7.2 So sánh về giá thành và cƣờng độ nén với một số loại gạch trên thị trƣờng
hiện nay ..................................................................................................................... 67
4.8 So sánh với gạch không nung sản suất từ bùn đỏ.................................................. 68

ix


Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............................. 69
5.1 Kết luận: ................................................................................................................ 69
5.2 Hƣớng phát triển và đóng góp của đề tài .............................................................. 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 71

x


DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1. 1 Các lị gạch thủ công ở xã Nhơn Mỹ, huyện chợ Mới - An Giang................... 1
Hình 1. 2 Một số loại gạch khơng nung hiện nay (nguồn internet) .................................. 3
Hình 1. 3 Nhìn từ trên cao sạt lở bờ sơng, xã Mỹ Hội Đơng, huyện chợ Mới ................. 5
Hình 1. 4 Cơng trình xây dựng bằng gạch khơng nung .................................................... 5
Hình 2. 1 Tinh thể Geopolymer (J. Davidovits) ............................................................. 16
Hình 2. 2 Tro bay loại C và loại F (nguồn internet) ....................................................... 20
Hình 2. 3 Sodium Silicate và Sodium Hydroxyde (nguồn internet) ............................... 21
Hình 2. 4 Cấu trúc Poly Sialates (J. Davidovits, 1976) .................................................. 23
Hình 2. 5 Cấu trúc vi mơ của Geopolymer (J. Davidovits, 2002) .................................. 23
Hình 2. 6 Cấu trúc vi mơ của Geopolymer dƣới kính hiển vi ........................................ 24
Hình 2. 7 Q trình Geopolymer hóa (J. Davidovits, 2015)........................................... 26
Hình 2. 8 So sánh q trình tạo chất kết dính giữa Portland cement và Gel polymer (J.
Davidovits, 2002) ............................................................................................................ 26
Hình 2. 9 Hình ảnh SEM (a) tro bay ban đầu, (b) tro bay đƣợc kích hoạt với NaOH (c)
tro bay đƣợc kích hoạt với Na2SiO3 ................................................................................ 27
Hình 2. 10 Hình ảnh Cát vàng xây dựng (nguồn internet) ............................................. 28
Hình 2. 11 Hình ảnh các loại đá xây dựng (nguồn internet)........................................... 29
Hình 2. 12 Hình ảnh đá mi (nguồn internet) ................................................................... 30

Hình 3. 1 Tủ dƣỡng hộ nhiệt bê tơng của Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật .............. 38
Hình 3. 2 Khuôn mẫu bằng nhựa 100 x 200 mm ............................................................ 42
Hình 3. 3 Khn mẫu gạch 50 x 100 x 200 mm ............................................................. 42
Hình 3. 4 Máy nén bê tơng ............................................................................................. 44
Hình 3. 5 Máy thử uốn bê tơng ....................................................................................... 46
Hình 4. 1 Biểu đồ ảnh hƣởng của tỷ lệ dung dịch SS / SH đến cƣờng độ nén theo tỷ lệ
đá mi - cát khi dƣỡng hộ nhiệt trong 6 giờ ..................................................................... 51
xi


Hình 4. 2 Biểu đồ ảnh hƣởng của tỷ lệ dung dịch SS / SH đến cƣờng độ nén theo tỷ lệ
đá mi - cát khi dƣỡng hộ nhiệt trong 8 giờ ..................................................................... 52
Hình 4. 3 Biểu đồ ảnh hƣởng của tỷ lệ dung dịch SS / SH đến cƣờng độ nén theo tỷ lệ
đá mi - cát khi dƣỡng hộ nhiệt trong 10 giờ ................................................................... 53
Hình 4. 4 Biểu đồ ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ nhiệt đến cƣờng độ nén theo tỷ lệ
đá mi - cát khi sử dụng tỷ lệ dung dịch SS / SH là 1,5 ................................................... 54
Hình 4. 5 Biểu đồ ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ nhiệt đến cƣờng độ nén theo tỷ lệ
đá mi - cát khi sử dụng tỷ lệ dung dịch SS / SH là 2 ...................................................... 55
Hình 4. 6 Biểu đồ ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ nhiệt đến cƣờng độ nén theo tỷ lệ
đá mi - cát khi sử dụng tỷ lệ dung dịch SS / SH hydroxide là 2,5 .................................. 56
Hình 4. 7 Biểu đồ ảnh hƣởng của tỷ lệ giữa cốt liệu đá mi - cát đến cƣờng độ nén ...... 57
Hình 4. 8 Các mẫu cấp phối đang, sau nén ..................................................................... 58
Hình 4. 9 Biểu đồ cƣờng độ kéo khi uốn của mẫu cấp phối theo thời gian dƣỡng nhiệt 61
Hình 4. 10 Mẫu cấp phối đang thí nghiệm uốn .............................................................. 61
Hình 4. 11 Mẫu viên gạch ............................................................................................... 62
Hình 4. 12 Sơ đồ chế tạo gạch ........................................................................................ 63
Hình 4. 13 Biểu đồ cƣờng độ nén của gạch theo thời gian dƣỡng hộ nhiệt ................... 64
Hình 4. 14 Biểu đồ cƣờng độ uốn của gạch theo thời gian dƣỡng hộ nhiệt ................... 65

xii



DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần của tro bay ..................................................................................... 8
Bảng 1. 2 Khả năng chịu nén của vật liệu geopolymer (MPa) ......................................... 8
Bảng 2. 1 Thành phần vật lý của tro bay ........................................................................ 20
Bảng 2. 2 Thành phần hóa học của tro bay..................................................................... 21
Bảng 2. 3 Thành phần hạt của cát (TCVN 7570 : 2006) ................................................ 28
Bảng 2. 4 Thành phần hạt của cốt liệu đá mi (TCVN 7570 : 2006) ............................... 30
Bảng 2. 5 Các thông số gạch không nung hiện nay ........................................................ 32
Bảng 3. 1 Thành phần hóa học của tro bay..................................................................... 33
Bảng 3. 2 Thành phần vật lý của tro bay ........................................................................ 33
Bảng 3. 3 Các tính chất cơ bản của cát ........................................................................... 36
Bảng 3. 4 Thành phần hạt của cát ................................................................................... 36
Bảng 3. 5 Các tính chất cơ bản của Đá mi ...................................................................... 37
Bảng 3. 6 Thành phần hạt của đá .................................................................................... 37
Bảng 3. 7 Cấp phối dùng cho thí nghiệm ....................................................................... 40
Bảng 4. 1 Tổng hợp kết quả thực nghiệm cƣờng độ nén của mẫu ................................. 49
Bảng 4. 2 Cƣờng độ kéo khi uốn của mẫu cấp phối theo thời gian dƣỡng nhiệt ........... 60
Bảng 4. 3 Cấp phối mẫu gạch ......................................................................................... 62
Bảng 4. 4 Cƣờng độ nén của gạch theo thời gian dƣỡng hộ nhiệt.................................. 64
Bảng 4. 5 Cƣờng độ uốn của gạch theo thời gian dƣỡng hộ nhiệt ................................. 65
Bảng 4. 6 Giá thành để sản xuất gạch không nung geopolymer..................................... 66
Bảng 4. 7 So sánh giá thành và cƣờng độ nén với một số loại gạch trên thị trƣờng hiện
nay ................................................................................................................................... 67
Bảng 4. 8 So sánh với gạch không nung geopolymer sử dụng bùn đỏ ........................... 68

xiii



Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng, theo nguồn tin từ Bộ Xây dựng
cả nƣớc ta hàng năm tiêu thụ từ 20 - 22 (tỉ viên gạch), với đà phát triển này, đến năm
2020 lƣợng gạch cần cho xây dựng là hơn 40 tỉ viên, một số lƣợng khổng lồ, để đạt
đƣợc mức này, nếu sử dụng gạch nung truyền thống thì phải cần lƣợng đất sét khoảng
600 triệu m3 (tƣơng đƣơng với 30.000 ha đất nông nghiệp) [1]. Khơng những vậy, gạch
nung cịn tiêu tốn rất nhiều năng lƣợng: Than, củi, trấu… đặc biệt là than đá, q trình
nung gạch đã thải vào bầu khí quyển của chúng ta cơ bản là khí độc khơng chỉ ảnh
hƣớng tới môi trƣờng sức khỏe của con ngƣời mà cịn làm giảm tới năng suất của cây
trồng, vật ni. Có thể lấy một ví dụ điển hình về một làng nghề chuyên sản xuất gạch
ngói nung ở huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang để có thể thấy sự tàn phá thiên nhiên, sức
khỏe con ngƣời của nghề nung gạch ngói này (tồn bộ khu vực gần các lị gạch ngói
này phủ đầy khói bụi, ngƣời dân thì thƣờng xun mắc các bệnh về đƣờng hô hấp …).
Với những vấn đề trên, gạch nung đang dần là một điểm yếu về công nghệ quan trọng
trong công nghiệp xây dựng ở nƣớc ta và rất cần đƣợc quan tâm.

Hình 1. 1 Các lị gạch thủ cơng ở xã Nhơn Mỹ, huyện chợ Mới - An Giang
(nguồn internet)

1


Trong bối cảnh đó, việc sử dụng gạch khơng nung là xu thế tất yếu chung của thế
giới. Từ lâu Việt Nam cũng đã có gạch khơng nung, nhƣng tỷ lệ sử dụng chƣa cao.
Chính vì vậy Chính phủ đã ban hành nhiều Nghị định, Quyết định, Thông tƣ về lộ trình
đƣa gạch khơng nung vào thay thế vật liệu nung (Quyết định số 115/2001/QĐ-TTg của
Thủ tƣớng Chính phủ về việc quy hoạch tổng thể ngành công nghiệp vật liệu xây dựng

đến năm 2020 và định hƣớng đến 2020; Nghị định 121/2008-TTG của Thủ tƣớng
Chính phủ đƣa ra lộ trình đƣa gạch không nung vào thay thế vật liệu nung quy hoạch
tới năm 2020; Thông tƣ số 09/2012/TT-BXD của Bộ xây dựng về việc quy định sử
dụng vật liệu xây khơng nung trong các cơng trình xây dựng).
Gạch khơng nung là loại gạch sau khi đƣợc tạo hình sẽ tự đóng rắn đạt các chỉ số
về cơ học: Cƣờng độ chịu nén, chịu uốn, độ hút nƣớc... mà không cần q trình nung.
Có nhiều loại gạch khơng nung hiện nay đang sử dụng nhƣ: Gạch papanh là loại gạch
không nung đƣợc sản xuất từ phế thải công nghiệp nhƣ xỉ than, vơi bột, gạch này có
cƣờng độ thấp từ 30 - 50 kg/cm2, chủ yếu dùng cho các loại tƣờng ít chịu lực và hiện
nay gạch papanh dùng lát vỉa hè đƣợc sản xuất dây chuyền hiện đại có khả năng chịu
lực tốt hơn; Gạch Block (Gạch xi măng cốt liệu) là loại gạch đƣợc hình thành từ đá
vụn, cát, xi măng có cƣờng độ chịu lực cao có thể xây nhà cao tầng; Gạch xi măng –
cát là loại gạch đƣợc tạo thành từ cát và xi măng; Gạch khơng nung tự nhiên là loại
gạch đƣợc hình thành từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá bazan, loại gạch
này chủ yếu sử dụng ở các nơi có nguồn puzolan tự nhiên, hình thức sản xuất tự phát,
mang tính chất địa phƣơng, quy mơ tƣơng đối nhỏ; Gạch bê tơng khí chƣng áp là loại
gạch hình thành từ cát hay tro bay với xi măng và vôi. Bê tơng khí chứa bong bóng khí
rất nhỏ nằm tách biệt, nên có khả năng cách âm cách nhiệt tốt; Gạch bê tông bọt siêu
nhẹ là loại gạch đƣợc sản suất bằng cơng nghệ bọt khí. Thành phành cơ bản là xi măng,
tro bay nhiệt điện, cát mịn, phụ gia tạo bọt.
Các loại gạch khơng nung hiện nay vẫn cịn sử dụng xi măng là thành phần chủ
đạo nên một phần nào đó cũng ảnh hƣởng đến mơi trƣờng nhƣ Gạch Papanh dùng

2


khoảng 8% xi măng hoặc vôi để liên kết; Gạch Block (Gạch xi măng cốt liệu) dùng
khoảng 8% đến 10% xi măng để liên kết; Gạch bê tơng khí chƣng áp sử dụng vơi + xi
măng và đóng rắn bằng lị chƣng áp; Gạch bê tơng bọt siêu nhẹ dùng khoảng trên 20%
xi măng để liên kết [2]. Vì thế trong tƣơng lai cần phải tìm nguồn vật liệu thay thế xi

măng trong thành phần gạch khơng nung nói riêng và trong xây dựng nói chung, cụ thể
trong đề tài này vật liệu đƣợc thay thế là chất kết dính geopolymer.

Gạch ống

Gạch block

Gạch bê tơng khí
(gạch AAC)

chưng

áp

Gạch bê tơng bọt

Hình 1. 2 Một số loại gạch không nung hiện nay (nguồn internet)
* Ƣu điểm của gạch không nung
Theo số liệu thống kê của Bộ Xây dựng cho thấy, tính đến năm 2016, tổng công
suất thiết kế của 3 loại sản phẩm chính là gạch bê tơng, gạch bê tơng bọt và gạch bê
tơng khí chƣng áp (AAC) đạt khoảng 7 tỷ viên/năm, sản xuất ra sản phẩm đạt khoảng
6,5 tỷ viên, chiếm khoảng 24% so với tổng sản lƣợng vật liệu xây dựng và đáp ứng chỉ
tiêu đề ra. Với sản lƣợng trên thì hàng năm nƣớc ta tiết kiệm đƣợc 9,5 triệu m3 đất sét
(tƣơng đƣơng 450 ha đất khai thác ở độ sâu 2m), 940 nghìn tấn than và giảm thải ra
môi trƣờng 3,6 triệu tấn CO2 [3].

3


Các nguyên vật liệu để sản xuất nên gạch không nung khá đa dạng và phong phú,

nó đều có sẵn ở trong nƣớc nhƣ cát vàng, mạt đá, xi măng, các nguồn phế thải từ ngành
công nghiệp… nên tạo ra các sản phẩm gạch khá đa dạng. Về dây chuyền sản xuất của
gạch không nung tƣơng đối gọn nhẹ, đa phần đều đƣợc tự động hóa, do vậy mà khơng
cần phải có q nhiều nhân cơng.
Gạch khơng nung có khả năng cách nhiệt, cách âm, chống thấm khá tốt, điều này
phù hợp với kết cấu của từng viên gạch. So với gạch nung thì những viên gạch khơng
nung này có kích thƣớc lớn hơn khá nhiều, nó gấp 2 đến 11 lần thể tích, điều này đồng
nghĩa sẽ giảm đi chi phí cho nhân cơng và tiến độ cơng trình cũng đƣợc đẩy nhanh.
Mặt khác cũng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành xây dựng, nên nhu cầu sử
dụng cát ngày càng tăng cao. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, năm
2015 khối lƣợng cát sử dụng khoảng 92 triệu m3, dự báo năm 2020 sẽ tăng lên hơn 130
triệu m3 [4]. Trong khi đó theo số liệu khảo sát, tổng tài nguyên cát của Việt Nam chỉ
ƣớc khoảng hơn 2 tỷ m3. Một nghiên cứu của Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (Bộ
Tài nguyên và Môi trƣờng) cũng cho thấy, trữ lƣợng cát trên sơng Cửu Long ƣớc tính
khoảng 1 tỷ m³. Theo số liệu chƣa đầy đủ, nhu cầu sử dụng cát đến năm 2020 ở Đồng
bằng sông Cửu Long lên tới khoảng 1 tỷ m³. Nếu khối lƣợng khai thác khoảng 30 triệu
m³/năm, trong khoảng 30 năm nữa Đồng bằng sông Cửu Long sẽ khai thác hết toàn bộ
trữ lƣợng cát trên sông Tiền, sông Hậu. Đây là một vấn đề đáng báo động. Thêm nữa
trong thời gian gần đây trên cả nƣớc đã xảy ra rất nhiều vụ sạt lở bờ sông gây hậu quả
nghiêm trọng, nguyên nhân một phần là do việc khai thác cát trái phép, tràn lan của
một số đơn vị khai thác cát (đặc biệt vào cuối tháng 4 năm 2017, tại đoạn sông Vàm
Nao thuộc xã Mỹ Hội Đông, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang đã xảy ra vụ sạt lở bờ
sông rất nghiêm trọng nhấn chìm tồn bộ 16 căn hộ xuống sơng, gây thiệt hại hàng tỷ
đồng, làm ảnh hƣởng đến đời sống hàng trăm hộ trong khu vực).

4


Hình 1. 3 Nhìn từ trên cao sạt lở bờ sơng, xã Mỹ Hội Đơng, huyện chợ Mới
(nguồn internet)

Trƣớc tình hình đó việc tìm nguồn vật liệu thay thế cát trong xây dựng đang là
vấn đề cấp bách, mà cụ thể nhất là sử dụng đá mi để thay thế cát trong thành phần chế
tạo gạch không nung là đề tài cần đƣợc nghiên cứu. Đá mi chủ yếu đƣợc tận dụng từ
việc sàn lọc nguồn đá vụn trong quá trình nghiền các loại đá có kích thƣớc lớn.
Từ những phân tích nêu trên, để giải bài tốn giảm gánh nặng cho nguồn tài
nguyên thiên nhiên nên chúng ta cần nghiên cứu đề tài “Gạch không nung sử dụng
đá mi và chất kết dính Geopolymer” chủ yếu tận dụng đƣợc các nguồn phế thải xây
dựng và cơng nghiệp góp phần cải thiện mơi trƣờng xanh, sạch, đẹp.

Hình 1. 4 Cơng trình xây dựng bằng gạch khơng nung

5


1.2 Tình hình nghiên cứu
Geopolymer là sản phẩm của quá trình phản ứng giữa vật liệu có nguồn gốc silic
và nhơm với dung dịch kiềm. Vật liệu này có thể thay thế xi măng trong bê tông cũng
nhƣ xi măng trong gạch không nung. Hiện nay Geopolymer đã và đang đƣợc nghiên
cứu rộng rãi và cho thấy khả năng là vật liệu xanh hơn thay thế xi măng trong một số
ứng dụng do geopolymer vừa có các tính chất kỹ thuật tốt, đồng thời giảm khả năng
gây hiệu ứng nhà kính khi thay thế xi măng pooclăng. Geopolymer là từ đƣợc sử dụng
để chỉ các loại vật liệu vô cơ tổng hợp từ vật liệu có nguồn gốc aluminosilicate.
Nguyên liệu aluminosilicate nhằm cung cấp nguồn Silic và Nhôm cho quá trình
Geopolymer hóa xảy ra (thƣờng dùng là tro bay, metacaolanh, silicafume…). Chất hoạt
hóa kiềm đƣợc sử dụng phổ biến nhất là các dung dịch Natri hydroxit, Kali hydroxit và
thủy tinh lỏng Natri Silicat nhằm tạo môi trƣờng kiềm và tham gia vào các phản ứng
Geopolymer hóa.
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Vào thập niên 40 của thế kỷ 19, Purdon [5] đã nghiên cứu sử dụng xỉ lị cao đƣợc
kích hoạt bằng dung dịch natri hiđroxit. Ông đã khẳng định đƣợc là quá trình phát triển

cấu trúc gồm 2 bƣớc: bƣớc một là xảy ra q trình giải phóng các hợp chất nhôm – silic
và canxi hydroxit, bƣớc hai là xảy ra sự hydrat hóa nhơm và silic đồng thời tái tạo dung
dịch kiềm.
Những năm 1950, Gluskhovsky [6] là ngƣời đầu tiên đã khảo sát loại chất kết dính
đƣợc sử dụng trong xây dựng cơng trình ở thời kỳ La mã và Ai cập cổ đại là hỗn hợp
các hoạt chất kiềm trên cơ sở Natri và Kali, có nhiều trong khống chất tự nhiên. Điều
này có thể giải thích tính bền vững của những loại chất kết dính này. Trên cơ sở khảo
sát này Gluskhovsky đã phát triển một loại chất kết dính mới và gọi là xi măng đất
(Soil-cement). Đến năm 1959 Gluskhovsky đã xuất bản quyển sách "Gruntosilikaty"

6


nói về phản ứng của aluminosilicat (xỉ, tro bay, vật liệu đất sét) với các hợp chất kiềm
(carbonat, hydroxit, silicat).
Năm 1979, Davidovits [7] đã nghiên cứu về chất kết dính Mêta cao lanh sử dụng
kiềm kích hoạt, sau này gọi là Geopolymer và đƣợc nhận bằng sang chế. Theo ông chất
kết dính geopolymer là loại polyme vì có sự chuyển biến thù hình, polyme hóa và đóng
rắn ở nhiệt độ thấp, nhƣng chúng khá cứng và chịu nhiệt rất tốt. Có nhiều loại
geopolymer khác nhau, nhƣng loại có thể ứng dụng nhiều nhất trong xây dựng là loại
vật liệu alumosilicat. Loại geopolymer này đƣợc hình thành nhờ vào quá trình nhiệt
hoạt hóa các vật liệu tự nhiên (nhƣ Mêta caolanh) hoặc sản phẩm của ngành công
nghiệp (nhƣ tro bay, xỉ) là vật liệu silic (Si) và nhôm (Al) sẽ đƣợc hịa tan với dung
dịch kiềm kích hoạt rồi sau đó thực hiện quá trình trùng hợp tạo thành chuỗi phân tử
tạo đá chất kết dính.
Từ cuối những năm 1990, Van Jaarsveld và cộng sự [8] bắt đầu nghiên cứu hiệu
quả cố định của geopolymer sản xuất từ tro bay. Những đặc tính của Geopolymer ảnh
hƣởng bởi sự hịa tan khơng hoàn toàn của những vật liệu phức tạp trong quá trình
Geopolymer hóa, cụ thể là hàm lƣợng nƣớc, thời gian và nhiệt độ dƣỡng hộ ảnh hƣởng
đến đặc tính của Geopolymer, đặc biệt là điều kiện dƣỡng hộ và nhiệt độ gia nhiệt ảnh

hƣởng đến cƣờng độ.
Năm 1999, A. Palomo và cộng sự [9], đã nghiên cứu về ảnh hƣởng của điều
kiện dƣỡng hộ (nhiệt độ và thời gian dƣỡng hộ) và tỉ lệ dung dịch alkali/tro bay đến
cƣờng độ. Theo A. Palomoa và cộng sự cho thấy rằng cả thời gian và nhiệt độ dƣỡng
hộ đều ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông. Việc kết hợp giữa Sodium hydroxide
(NaOH) và Sodium silicate (Na2SiO3) tạo nên cƣờng độ cao nhất đến 60 MPa khi gia
nhiệt ở 85oC trong thời gian 5 giờ.
Từ năm 2005, B.V.Rangan và cộng sự [10] đã nghiên cứu về bê tông geopolymer
sử dụng tro bay về q trình phát triển và những đặc tính. Theo B.V.Rangan và cộng sự

7


cho rằng những tính chất ảnh hƣởng đến cƣờng độ của bê tông geopolymer nhƣ là hệ số
Poission của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay từ 0,12 đến 0,16 đối với cƣờng độ
chịu nén từ 40 - 90 MPa, kết quả này tƣơng tự với bê tông xi măng truyền thống. Với
báo cáo trên, ông cũng cho rằng Module đàn hồi tăng khi cƣờng độ tăng. Giá trị của
Module đàn hồi của bê tông Geopolymer cũng gần đúng với bê tông xi măng truyền
thống.
Năm 2007, František Škvára [11] đã nghiên cứu đặc tính vật liệu kiềm –
Geopolymer. Theo František Škvára, cƣờng độ chịu nén của vữa geopolymer kết tụ từ
chất đốt tro bay có đặc tính ngày càng tăng trong vòng 2 - 360 ngày. Sức chịu nén cao
nhất đã đạt đƣợc từ 100 - 160 MPa sau 28 ngày (bảng 1.1; 1.2):
Bảng 1.1 Thành phần của tro bay
wt.%

SiO2

Al2O3 Fe2O3


Fly ash 53.79 32.97

5.51

CaO

MgO

SO3

K2 O

Na2O

TiO2

P2O5

1.84

0.92

0.46

1.76

0.37

2.1


0.15

Bảng 1. 2 Khả năng chịu nén của vật liệu geopolymer (MPa)
Geopolymer material
Mortar
Concrete
Paste (fly ash + ground slag)

2 days

28 days

180 days

360 days

32

44

53

63

no exam

55

58


60

95

138

152

164

Năm 2011, A.M.Mustafa Al Bakri và cộng sự [12] đã giới thiệu công thức hóa
học, đặc tính, vai trị, ứng dụng và cấu trúc của vật liệu xi măng geopolymer từ tro bay.
Geopolymer là loại vật liệu xi măng nhơm silicat vơ định hình. Geopolymer có thể
đƣợc tổng hợp bởi phản ứng polycondensation. Mỗi vật liệu đƣợc sử dụng trong xi
măng geopolymer đều có chức năng và vai trò của chúng để tạo ra phản ứng và thành
phần hoá học.

8


Cũng trong năm 2011, Aditya Kumar Patra và cộng sự [13] đã trình bày ảnh
hƣởng của tổng hợp các thơng số về cƣờng độ nén của bê tông geopolymer dựa trên tro
bay. Theo Aditya Aditya Kumar Patra và cộng sự, ảnh hƣởng của các thông số tổng
hợp khác nhau, chẳng hạn nhƣ: tro bay với tỷ lệ dung dịch kiềm, nồng độ dung dịch
natri hydroxit, nồng độ của dung dịch natri silicat, chất rắn geopolymer tỷ lệ nƣớc và
natri silicat tỷ lệ dung dịch natri hydroxit, trên cƣờng độ nén của bê tông geopolymer
tổng hợp từ tro bay. Kết luận rằng cƣờng độ nén của xi măng geopolymer tăng với sự
gia tăng của các thông số trên.
Năm 2013, E. Arioz và cộng sự [14] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của điều kiện bảo
dƣỡng đến tính chất của các mẫu Geopolymer. Thực nghiệm này, tro bay F đã đƣợc sử

dụng làm nguyên liệu thô và các mẫu geopolymer đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp
natri silicat và 8 M dung dịch natri hydroxit. Các mẫu này đƣợc bảo dƣỡng ở 80 oC
trong ba thời lƣợng khác nhau (6 giờ, 15 giờ và 24 giờ). Xét nghiệm độ bền nén đƣợc
thực hiện ở 7 và 28 ngày. Độ bền nén cực đại là 40,35 MPa. Các giá trị cƣờng độ nén
cho thấy điều kiện bảo dƣỡng ảnh hƣởng đến tính chất vật lý của các mẫu geopolymer.
Khi thời gian bảo dƣỡng tăng lên, cƣờng độ nén tăng lên.
Năm 2014, L.Krishnan và cộng sự [15] đã nghiên cứu công thức của vật liệu
Geopolymer, đặc tính của vật liệu Geopolymer, mức độ thân thiện với mơi trƣờng của
Geopolymer và cách thức tiến hành thí nghiệm. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy các
khối bê tông geopolymer tăng cƣờng độ trong vòng 24 giờ ở nhiệt độ môi trƣờng xung
quanh mà không cần xử lý nƣớc. Độ bền của bê tông geopolymer cũng đã tăng lên
cùng với tăng tỷ lệ xỉ lò cao trong hỗn hợp. Nhận thấy rằng với tỷ lệ 60% tro bay và
40% xỉ lò cao sẽ cho cƣờng độ nén tối đa là 80,50 N/mm2, ngoài ra khả năng chịu kéo
và chịu uốn của hỗn hợp cũng tăng. Do đó bê tơng geopolymer đƣợc coi là một vật liệu
xây dựng không gây ô nhiễm môi trƣờng.

9


Cũng trong năm 2014, Mo Bing-hui và cộng sự [16] đã nghiên cứu về ảnh hƣởng
của điều kiện dƣỡng hộ đến cƣờng độ mẫu geopolymer, qua đó cho thấy cả thời gian
và nhiệt độ dƣỡng hộ đều ảnh hƣởng đến cƣờng độ mẫu geopolymer. Nhiệt độ thích
hợp để q trình polymer hóa diễn ra nhanh là từ 60oC đến 100oC. Độ bền cực đại của
mẫu geopolymer trong thí nghiệm này lên đến 97,95 MPa khi nhiệt độ dƣỡng hộ
khoảng 60oC trong thời gian 7 ngày.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Từ giữa những năm 2000 đã có khá nhiều đề tài khoa học nghiên cứu và ứng
dụng công nghệ Geopolymer. Công nghệ Geopolymer đƣợc ứng dụng chủ yếu là để tận
dụng nguồn phế phẩm công nghiệp là tro bay của các nhà máy nhiệt điện, tro bay đƣợc
thiết kế để thay thế xi măng. Ngồi ra, cơng nghệ Geopolymer cịn đƣợc sử dụng để ổn

định, xử lý và tận dụng chất thải boxite từ các quặng khai thác nhôm để chế tạo gạch
không nung. Đặc biệt hiện nay, vật liệu đá mi kết hợp với chất kết dính Geopolymer để
tạo thành gạch không nung đang là đề tài cần đƣợc quan tâm và nghiên cứu nhằm tạo
ra sản phẩm hữu ích vừa có giá trị kinh tế vừa góp phần bảo vệ môi trƣờng bền vững
hơn.
Năm 2003, Công ty cổ phần cơ khí và vật liệu xây dựng Thanh Phúc [17] phối
hơp cùng công ty cổ phần Sao Vàng (SAVACO) lắp đặt dây chuyền sản xuất gạch
không nung sử dụng phế phẩm xỉ đồng (hạt Nix), của nhà máy Hyundai Vinashin tại
Khánh Hịa. Năm 2004 cùng với cơng ty HAREX (Hàn Quốc) cùng thực hiện dự án
chế tạo dây chuyền sản xuất gạch không nung cho Nhà máy xi măng Hà Tiên.
Năm 2010, Nguyễn Văn Chánh và nhóm nghiên cứu ở trƣờng đại học Bách Khoa
TP.HCM [18] đã nghiên cứu 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 (kết
quả nghiên cứu cho thấy geopolymer này có tính chất hồn tồn phù hợp để làm gạch
không nung dùng xây dựng ở vùng Tây Nguyên Việt Nam).

10


Cũng trong năm 2010, Viện vật liệu xây dựng [19] đã tổ chức hội nghị chuyên đề
về vật liệu geopolymer và ứng dụng của geopolymer trong lĩnh vực vật liệu xây dựng
với mục tiêu tận dụng các chất thải công nghiệp nhƣ tro bay, tro đáy, tro xỉ, bùn đỏ…
nhằm tạo ra sản phẩm thân thiện với môi trƣờng, giảm khí thải CO2.
Tiếp theo vào năm 2011 Nguyễn Quang Dũng và nhóm nghiên cứu ở trƣờng đại
học Giao thơng vận tải Hà Nội đã đạt giải nhất Tài năng khoa học trẻ Việt Nam năm
2011 [20] với đề tài nghiên cứu sử dụng chất kết dính polyme vơ cơ vào vữa và bê tơng
(sau khi nghiên cứu có thể rút ra kết luận là chất kết dính polymer vơ cơ hồn tồn có
thể một phần hoặc tồn bộ xi măng truyền thống trong xây dựng; thời gian rắn chắc
nhanh hơn, chịu nhiệt và môi trƣơng xâm thực tốt hơn; điểm nổi trội nữa là chất kết
dính polyme vơ cơ dƣờng nhƣ khơng sinh ra khí thải và chất thải, đây có thể coi là sản

phẩm xanh cho ngành xây dựng trong tƣơng lai).
Năm 2012, Nguyễn Văn Dũng [21] nghiên cứu chế tạo bê tông Geopolymer hỗn
hợp từ bùn đỏ và tro bay, xác định cƣờng độ của bê tông Geopolymer và xác định các
yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ của bê tơng Geopolymer. Qua q trình nghiên cứu,
chúng tơi đã chế tạo đƣợc gạch không nung từ hỗn hợp bùn đỏ và tro bay (thuộc dòng
vật liệu geopolymer). Vật liệu có đƣợc cƣờng độ tƣơng đối tốt (từ 7,7 đến 18,7 MPa),
hoàn toàn phù hợp để sử dụng làm gạch xây với mác gạch từ M75 đến M150 theo
TCVN 1451-1988.
Cũng trong năm 2012, Ngọ Văn Toản [22] đã Nghiên cứu chế tạo bê tông cƣờng
độ cao sử dụng cốt liệu cấp phối gián đoạn với cát mịn. Theo kết quả nghiên cứu cho
thấy từ Từ nguồn nguyên vật liệu thơng dụng sẵn có ở Việt Nam (xỉ lị cao hạt hóa
Thái Nguyên, tro trấu, phụ gia siêu dẻo ACE 388, cát mịn, đá dăm, nƣớc) có thể chế
tạo bê tơng có cƣờng độ nén trên 60 MPa, độ sụt 18 cm, mức độ tổn thất độ sụt chậm,
với lƣợng dùng xi măng dƣới 350 kg/m3.

11


Năm 2013, Nguyễn Thắng Xiêm [23] đã nghiên cứu khả năng ứng dụng tro bay
làm phụ gia trong vữa và bê tông trên nền geopolymer. Theo kết quả nghiên cứu cho
thấy rằng vữa và bê tông trên nền geopolymer với phụ gia là tro bay cho kết quả cơ
tính rất tốt, hoàn toàn phù hợp trong ứng dụng xây dựng kết cấu và có thể cạnh tranh
với bê tơng truyền thống. Tám hỗn hợp của vữa và sáu của bê tơng đã đƣợc đánh giá về
các đặc tính cơ học, chúng phụ thuộc vào tỷ lệ tro bay/xi măng, thành phần cát và đá
dăm, nồng độ kiềm và thời gian xử lý sau khi đúc.
Tháng 10, năm 2013, Phùng Văn Lự và cộng sự [24] đã Nghiên cứu sử dụng đá
mạt trong sản xuất bê tông nghèo xi măng. Kết quả nghiên cứu cho thấy đá mạt có bề
mặt nhám, sắc cạnh, không lẫn tạp chất sột và tạp chất hữu cơ nên sẽ liên kết tốt với xi
măng, làm tăng cƣờng độ của bê tông.
Cũng trong năm 2013, Tống Tôn Kiên và cộng sự [25] đã nghiên cứu về đề tài bê

tơng Geopolymer – những thành tựu, tính chất và ứng dụng. Các tác giả đã trình bày
những thành tựu nổi bật, các mốc thời gian phát triển của chất kết dính hoạt hóa kiềm,
q trình hình thành cấu trúc bê tơng Geopolymer, các đặc tính và cũng nhƣ ứng dụng
của bê tơng Geopolymer.
Năm 2014, Nguyễn Cao Hồng Sang [26] đã chế tạo thành công sản phẩm gạch
không nung từ giấy phế thải. Đây là loại vật liệu xây dựng đƣợc đánh giá có chất
lƣợng bền vững, góp phần bảo vệ môi trƣờng và giảm sức lao động cho cơng nhân.
Năm 2015 trên Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng đã cơng bố cơng trình
nghiên cứu của Phan Đức Hùng và Lê Anh Tuấn [27] về đề tài Ảnh hƣởng của thành
phần hoạt hóa đến cƣờng độ chịu uốn và kéo gián tiếp của bê tông geopolymer. Kết
quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ dung dịch hoạt hóa – tro bay và tỷ lệ sodium silicate –
sodium hydroxide càng lớn thì cƣờng độ chịu uốn và chịu kéo gián tiếp của bê tông
geopolymer càng tăng. Khi thời gian dƣỡng hộ tăng lên cũng làm tăng cƣờng độ uốn và
kéo do q trình hoạt hóa diễn ra triệt để. Tiếp tục năm 2016, Phan Đức Hùng và Lê

12


Anh Tuấn [28] đã nghiên cứu Tính chất cơ học của bê tông geopolymer sử dụng tro bay
gia cƣờng sợi Poly-propylene. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy sợi poly - propylene
làm giảm độ linh động của hỗn hợp bê tông. Hàm lƣợng sợi, chiều dài sợi và tỷ lệ giữa
chiều dài trên đƣờng kính sợi ảnh hƣởng nhiều đến tính chất của bê tơng. Tính chất cơ
học của bê tông geopolymer đƣợc gia cƣờng 0.5% hàm lƣợng sợi đƣợc cải thiện tốt
nhất. Kết quả thực nghiệm cho thấy giá trị biến dạng của bê tông dùng sợi thay đổi từ
0,0022 – 0,0031, mô đun đàn hồi thay đổi từ 21,32 GPa – 26,1 GPa và hệ số Poisson
đạt từ 0,12 – 0,152.
Các bài báo, đề tài nghiên cứu và các báo cáo khoa học trên trình bày tổng quan
và chi tiết về vật liệu Geopolymer, gạch không nung, cốt liệu đá (cát) về lịch sử ra đời,
công thức tạo mẫu, lý thuyết thí nghiệm, cũng nhƣ là những ƣu điểm trong việc tăng độ
bền, khả năng chống ăn mòn, chống nhiệt, cách âm, có cƣờng độ cao cho các sản phẩm

…, đặc biệt nhất là thân thiện với môi trƣờng và nhƣợc điểm của vật liệu Geopolymer
này là nguồn nguyên vật liệu còn hạn chế, vật liệu này chủ yếu chỉ đƣợc đề cập đến
trên những đề tài nghiên cứu chứ chƣa đƣợc vào thực tiển rộng rải. Nhƣng chƣa có đề
tài nào nói rõ về gạch khơng nung đƣợc sử dụng vật liệu Geopolymer bao gồm tro bay,
đá mi, dung dịch hoạt hóa kiềm.
1.3 Mục tiêu đề tài nghiên cứu
Sử dụng chất kết dính Geopolymer và đá mi thay cát để chế tạo ra gạch khơng
nung.
Xác định tính chất cơ học của mẫu cấp phối và gạch không nung đƣợc chế tạo từ
đá mi thay cát và chất kết dính Geopolymer dựa trên những tiêu chuẩn hiện hành.
1.4 Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu
Xác định thành phần cấp phối bê tông Geopolymer sử dụng đá mi thay cát.

13


Xác định cƣờng độ nén, uốn của mẫu cấp phối và gạch không nung đƣợc chế tạo
từ đá mi thay cát và chất kết dính Geopolymer.
Đánh giá ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén của mẫu cấp phối khi thay đổi tỷ lệ trong
cốt liệu giữa cát - đá mi, tỷ lệ dung dịch sodium silicate / sodium hydroxide và thời
gian dƣỡng hộ nhiệt; Đánh giá ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ nhiệt đến cƣờng độ
chịu kéo khi uốn của mẫu cấp phối; Đánh giá ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ nhiệt
đến cƣờng độ nén và cƣờng độ uốn của mẫu gạch.
So sánh gạch không nung đƣợc chế tạo từ đá mi thay cát và chất kết dính
Geopolymer với các loại gạch khác hiện nay trên thị trƣờng.
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm sau đó tiến hành so sánh và đánh
giá.

14



Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Chất kết dính Geopolymer
2.1.1 Lịch sử ra đời chất kết dính Geopolymer
Đây là cơng nghệ chế tạo ra sản phẩm xây dựng “xanh”, nghĩa là các vật liệu
đƣợc sử dụng để chế tạo ra sản phẩm phải thân thiện với môi trƣờng cũng nhƣ phƣơng
pháp sản suất, sản phẩm làm ra phải rất ít tác động đến mơi trƣờng. Nói chung đây
cũng chính là một trong những xu hƣớng phát triển trong ngành vật liệu xây dựng trên
thế giới hiện nay.
Vào đầu những năm 1940, Purdon đã nghiên cứu sử dụng xỉ lò cao đƣợc kích hoạt
bằng dung dịch hydroxit natri. Theo ơng q trình phát triển cấu trúc gồm 2 bƣớc:
trƣớc tiên xảy ra q trình giải phóng các hợp chất nhơm - silic và hydroxit canxi, sau
đó xảy ra sự hydrat hóa nhơm và silic đồng thời tái tạo dung dịch kiềm [5].
Ngành Công nghệ vật liệu Geopolymer ra đời từ giữa thế kỷ trƣớc, nhƣng đƣợc
quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn từ những năm 1970 đến nay. Hiện tại, đã có rất
nhiều bằng sáng chế, nghiên cứu đƣợc công nhận và ứng dụng Geopolymer vào các
ngành công nghệ vật liệu xây dựng nhƣ vật liệu cách nhiệt, vật liệu cách âm, vật liệu
chống cháy… đƣợc giới thiệu và ứng dụng trên toàn thế giới. Khởi đầu bằng việc
thành lập Viện Geopolymer vào năm 1972 tại Pháp. Xuất phát từ ý tƣởng phải tìm ra
vật liệu có khả năng chống cháy và chịu đƣợc nhiệt độ cao, Joseph Davidovits [7] đã
phát hiện ra hệ nguyên liệu bao gồm cao lanh, đất sét có thể tƣơng tác với dung dịch
kiềm NaOH ở 100 – 150oC để tạo ra hợp chất mới là Hydrosodialte.
Si2O5, Al2(OH)4 + NaOH ⇒ Na(-Si-O-Al-O)n
Kaolinite

Hydrosodalite


15


Đây chính là tiền đề cho việc nghiên cứu và phát triển của công nghệ vật liệu
tổng hợp Geopolymer sau này.
Vào năm 1973 - 1976 với ứng dụng lần đầu tiên để chế tạo ra các tấm panel gỗ
cách nhiệt bằng cách phủ hai bề mặt của tấm panel gỗ bằng hợp chất silicaluminosiliate sau khi trải qua quá trình gia nhiệt. Tiếp tục đến năm 1977 - 1978, công
nghệ Geopolymer đƣợc ứng dụng vào ngành công nghiệp sản xuất gốm sứ và tiếp tục
nghiên cứu, tìm ra hợp chất nano composite mới với cấu trúc phân tử -(Na-PS)(SiO2)n-(Na-PS)-(SiO2)n-, tại nhiệt độ 1460oC, tạo thành hợp chất gốm có khả năng
bền nhiệt và hệ số giãn nỡ nhiết rất thấp.
Năm 1979, Joseph Davidovits [7] đã giới thiệu đến toàn thế giới về một loại vật
liệu có tên là Geopolymer, nó đƣợc mơ tả là một chất kết dính có đặc tính tƣơng tự nhƣ
xi măng truyền thống nhƣng có nhiều ƣu điểm nổi trội hơn. Đó là nguyên liệu tận dụng
từ nguồn vật liệu phế thải của ngành công nghiệp và quá trình sản xuất của vật liệu này
rất than thiện với mơi trƣờng. Chất kết dính Geopolymer đƣợc tạo ra từ những phản
ứng của dung dịch kiềm với các chất có chứa hàm lƣợng lớn hợp chất Silic và Nhơm.

Hình 2. 1 Tinh thể Geopolymer (J. Davidovits) [7]

16


Những năm sau đó, Cơng nghệ Geopolymer đã đƣợc ứng dụng vào để sản xuất
thành công ra gạch nung ở nhiệt độ thấp, còn gọi là gạch L.T.G.S (Low Temperature
Geopolymeric Setting). Sản phẩm này này đƣợc chế tạo bằng cách trộn vật liệu đất sét
cao lanh trong dung dịch kiềm có độ hoạt tính cao, hỗn hợp tƣơng tác và hình thành
chuỗi M-Polysiliate (M là kim loại kiềm có hoạt tính cao, thƣờng là Na hoặc K). Gạch
L.T.G.S có khả năng chịu đƣợc nhiệt rất tốt, tối đa lên đến 1000oC, có khả năng bền
hóa học và độ hút nƣớc thấp. Sản phẩm này đã đƣợc công nhận và cấp bằng sáng chế
trên nhiều nƣớc ở Châu Âu.

Trên cơ sở lý thuyết Geopolymer của Joseph Davidovits, một công ty sản xuất
xi măng hàng đầu của Mỹ có tên là Lone Star đã nghiên cứu và sản xuất thành công ra
một loại xi măng mới, bằng cách kết hợp nguyên liệu sét và dung dịch kiềm hoạt tính
cao, tạo thành chất kết dính vơ cơ mới có khả năng đóng rắn nhanh và cho cƣờng độ
ban đầu rất tốt và đƣợc gọi là xi măng polyme. Cơng nghệ này nhanh chóng đƣợc phát
triển rộng rãi trên toàn thế giới và đang dần dần có ƣu thế hơn xi măng portland do có
ƣu điểm về nguyên liệu sản xuất và phƣơng pháp sản xuất thân thiện với môi trƣờng.
Một nghiên cứu khác về xi măng Geopolymer (High – Akali – Poly) của Joseph
Davidovits đã cho thấy ứng dụng trong nhiều ngành kỹ thuật nhƣ xây dựng, hàng
không, công nghiệp chất dẻo… Kết quả nghiên cứu cho thấy loại xi măng mới này
đóng rắn nhanh với nhiệt độ phòng, cƣờng độ chịu nén có thể đạt tới 20 MPa ở nhiệt
độ 200oC sau 4 giờ bảo dƣỡng và đạt từ 70 – 100 MPa sau 28 ngày bảo dƣỡng [29].
Kể từ những năm 2000, nghiên cứu về tính hoạt hóa kiềm đã tăng lên rất nhiều
trên toàn thế giới, với hơn 100 trung tâm nghiên cứu đƣợc thành lập. Ở Châu Á, công
nghệ Geopolymer đất sét đƣợc ứng dụng nhiều vào ngành công nghiệp vận tải, trong
việc chế tạo nhựa nền đƣờng mới.
Năm 2007, Cơng ty Zeobond Pty Ltd có trụ sở ở Melbourne (Úc) [30] đã phát
triển nhà máy sản xuất thử nghiệm riêng của mình và hiện đang cung cấp sản phẩm bê
tông E-Crete (TM), cho các dự án hạ tầng cơ sở nhƣ dự án mở rộng đƣờng cao tốc và

17