TĨM TẮT
Bê tơng Geopolymer được biết đến như một loại vật liệu xanh, thân thiện với
môi trường, trong tương lai có thể được dùng để thay thế bê tơng sử dụng xi măng
Portland thông thường (OPC). So với bê tông sử dụng xi măng Portland thơng
thường thì bê tơng Geopolymer khơng những góp phần làm giảm phát thải khí nhà
kính mà cịn có thể tận dụng một số chất thải cơng nghiệp để sản xuất loại bê tơng
này. Điều đó đã thúc đẩy nhiều nghiên cứu khác nhau góp phần đưa bê tông
Geopolymer vào ứng dụng thực tiễn và trở thành vật liệu được sử dụng rộng rãi.
Phần lớn những nghiên cứu trước đây đã đề cập đến việc sử dụng các chất
thải công nghiệp khác nhau để sản xuất bê tông Geopolymer, nhưng chỉ áp dụng
nghiên cứu từng chất thải riêng rẽ. Đề tài là sự tiếp nối của các cơng trình nghiên
cứu trên nhằm tìm hiểu rõ hơn các nguyên vật liệu có thể dùng để chế tạo bê tông
Geopolymer, đặc biệt là các chất thải công nghiệp. Trọng tâm của đề tài xoay quanh
việc so sánh ảnh hưởng của các chất thải công nghiệp khác nhau như : tro bay, bùn
đỏ dạng khô, xỉ thép và xúc tác thải dầu khí (RFCC) đến cường độ của bê tông
Geopolymer. Nội dung của luận văn này tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên 144
mẫu bê tông Geopolymer, bao gồm 06 nhóm tổ mẫu sử dụng các chất thải cơng
nghiệp khác nhau thay thế cho 20% khối lượng tro bay. Kết quả thực nghiệm sau
khi so sánh với tổ mẫu đối chứng có thành phần là 100% tro bay đã chỉ ra rằng, khi
tăng tỷ lệ bùn đỏ và xỉ thép trong cấp phối thì cường độ bê tơng Geopolymer có
chiều hướng giảm. Ngược lại, bê tơng Geopolymer sử dụng các phụ phẩm công
nghiệp đạt cường độ chịu nén tối ưu khi tăng hàm lượng xúc tác thải dầu khí
(RFCC) trong cấp phối. Ngồi ra tính chất cường độ chịu nén của bê tông
Geopolymer sử dụng hỗn hợp các chất thải công nghiệp không thay đổi so với bê
tông Geopolymer sử dụng 100% tro bay: khi tăng thời gian dưỡng hộ nhiệt, tăng
nồng độ mol NaOH và tăng tỷ lệ TTL/NaOH thì cường độ chịu nén của bê tơng
cũng tăng.

v

ABSTRACT
Geopolymer concrete is known as environmentally friendly material that can
be used in the future to replace conventional Portland Cement (OPC) concrete.
Compared to conventional Portland cement, Geopolymer concrete not only
contributes to reducing greenhouse gas emissions but also can use some of the
industrial waste to produce this type of concrete. This has led to various researches
that contribute to the application of Geopolymer concrete to practical applications
and become widely used materials.
Much of the earlier research has focused on the use of various industrial
wastes for the production of Geopolymer concrete, but only on individual waste.
The topic is a continuation of the above research to better understand the materials
that can be used to make Geopolymer concrete, especially the industrial waste. The
focus of the study is on the comparison of the effects of various industrial wastes
such as fly ash, dry red mud, steel slag and RFCC on the strength of Geopolymer
concrete. The content of this thesis is empirical research on 144 Geopolymer
concrete samples, including 06 groups using different industrial wastes to replace
20% fly ash. The experimental results after comparing with the control sample
containing 100% fly ash showed that when increasing the rate of red mud and steel
slag in the concrete mix, the compressive strength of Geopolymer concrete tended
to decrease. In contrast, Geopolymer concrete utilizes industrial byproducts of
optimum compressive strength when increasing the resid fluid catalytic cracking
(RFCC) content in the concrete mix. In addition, properties of the compressive
strength of Geopolymer concrete using a mixture of industrial waste is not changed
compared to Geopolymer concrete using 100% fly ash. When increasing the cure
time, increasing NaOH concentrations and increasing the Solodium silicate/ NaOH
ratio, the compressive strength of the concrete increases.





vi



MỤC LỤC


LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv
TÓM TẮT ..................................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................x
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... xi
DANH MỤC BIỂU ĐỒ......................................................................................... xiii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................xv
Chương 1 ....................................................................................................................1
TỔNG QUAN ........................................................................................................... 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu. .......................................................... 1

1.2.

Tình hình nghiên cứu đề tài trong và ngồi nước ...................................... 8

1.2.1.

Những nghiên cứu trong nước ................................................................. 8


1.2.2.

Những nghiên cứu ngoài nước ................................................................. 8

1.3.

Mục đích nghiên cứu................................................................................... 12

1.4.

Phương pháp nghiên cứu............................................................................ 12

Chương 2 ..................................................................................................................13
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................................13
2.1.

Giới thiệu bê tông Geopolymer. ............................................................. 13

2.1.1.

Cấu trúc của Geopolymer....................................................................... 13

2.1.1.1. Sự tạo thành liên kết ion và liên kết cộng hóa trị trong cấu trúc .......... 14
2.1.1.2. Cấu trúc Geopolymer ............................................................................... 15
2.1.2.

Quá trình Geopolymer hóa..................................................................... 17

2.1.2.1. Tách thành phần Si và Al ra khỏi nguồn nguyên liệu ban đầu ............. 18
2.1.2.2. Tạo thành monomer ................................................................................. 19

2.1.2.3. Phản ứng trùng ngưng giữa các monomer tạo thành polymer ............. 20
2.1.2.4. Cấu trúc vi mô của Geopolymer từ tro bay ............................................. 21
2.2.

Nguyên vật liệu ............................................................................................ 23

2.2.1.

Tro bay ..................................................................................................... 23

2.2.2.

Bùn đỏ ....................................................................................................... 24

2.2.3.

Xỉ thép ...................................................................................................... 26

vii



2.2.4.

RFCC dầu khí .......................................................................................... 26

2.2.5.

Dung dịch hoạt hóa.................................................................................. 27


2.2.5.1. Dung dịch Sodium Silicate (Na2SiO3) ..................................................... 27
2.2.5.2. Dung dịch Sodium Hydroxyde (NaOH) .................................................. 28
Chương 3 ..................................................................................................................29
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .............................29
3.1.

Nguyên liệu sử dụng ................................................................................ 29

3.1.1.

Tro bay ..................................................................................................... 29

3.1.2.

Bùn đỏ ....................................................................................................... 30

3.1.3.

Xỉ thép ...................................................................................................... 31

3.1.4.

RFCC dầu khí .......................................................................................... 31

3.1.5.

Dung dịch hoạt hóa.................................................................................. 31

3.1.5.1. Thủy tinh lỏng .......................................................................................... 32
3.1.5.2. Natri hydroxit............................................................................................ 32

3.1.6.

Cốt liệu lớn ............................................................................................... 33

3.1.7.

Cốt liệu nhỏ .............................................................................................. 34

3.1.8.

Nước .......................................................................................................... 35

3.2.

Cấp phối bê tơng ...................................................................................... 35

3.2.1.

Thí nghiệm cấp phối mẫu bê tông.......................................................... 35

3.2.2.

Lựa chọn cấp phối ................................................................................... 35

3.3.

Quy trình đúc mẫu và thí nghiệm. ......................................................... 38

2.2.6.


Quy trình đúc mẫu được thực hiện theo các bước sau : ..................... 38

Chương 4 ..................................................................................................................43
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................43
4.1. Ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ chịu nén của bê
tông Geopolymer sử dụng phụ phẩm công nghiệp. ............................................ 47
4.2. Ảnh hưởng của nồng độ mol dung dịch NaOH đến cường độ chịu nén
của bê tông Geopolymer sử dụng phụ phẩm công nghiệp. ................................ 51
4.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ TTL/NaOH đến cường độ chịu nén của bê tông
Geopolymer sử dụng phụ phẩm công nghiệp. ..................................................... 55
4.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần phụ phầm công nghiệp đến cường độ
chịu nén của bê tông Geopolymer trong cùng thời gian dưỡng hộ nhiệt, cùng
nồng độ NaOH và cùng tỷ lệ TTL/NaOH. ........................................................... 59
Chương 5 ..................................................................................................................68

viii



KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..............................................68
5.1.

Kết luận ........................................................................................................ 68

5.2.

Một số vấn đề tồn tại. .................................................................................. 68

5.3.


Hướng phát triển của đề tài. ...................................................................... 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................70





































ix



DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT


CTR :

Chất thải rắn.

KCN :

Khu công nghiệp.

BQL :

Ban quản lý.

VLXD :


Vật liệu xây dựng.

CN :

Công nghiệp.

TP :

Thành phố.

FCC :

Fluid catalytic cracking/ xúc tác tầng sôi.

RFCC :

Resid fluid catalytic cracking/ xúc tác thải tầng sôi.

OPC:

Ordinary Portland cement/ xi măng portland thông thường.

TCVN:

Tiêu chuẩn Việt Nam.

MKN:

Mất khi nung.





x



DANH MỤC CÁC BẢNG


Bảng 1.1: Ước tính và dự báo CTR từ các KCN của Việt Nam đến năm 2020.........1
Bảng 1.2: Nhu cầu và lượng thải từ các nhà máy nhiệt điện......................................2
Bảng 1.3: CTR từ ngành công nghiệp nhiệt điện dự báo đến năm 2030 ...................3
Bảng 2.1: Đặc tính của các loại phế thải công nghiệp dùng trong đề tài. ................28
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của tro bay. .............................................................29
Bảng 3.2: Thành phần hóa học của bùn đỏ. .............................................................30
Bảng 3.3: Thành phần hóa học của xỉ thép. .............................................................31
Bảng 3.4: Thành phần hóa của RFCC. .....................................................................31
Bảng 3.5: Thành phần hạt của đá. ............................................................................33
Bảng 3.6: Cấp phối bê tông Geopolymer cho các mẫu thử nghiệm (1m3) ..............37
Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm các mẫu bê tông Geopolymer. .................................43
Bảng 4.2: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer sử dụng NaOH
14M và TTL/NaOH = 2 khi thay đổi thời gian dưỡng hộ (MPa). ............................47
Bảng 4.3: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer sử dụng NaOH
14M và TTL/NaOH = 3 khi thay đổi thời gian dưỡng hộ (MPa). ............................48
Bảng 4.4: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer sử dụng NaOH
16M và TTL/NaOH = 2 khi thay đổi thời gian dưỡng hộ (MPa). ............................49
Bảng 4.5: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer sử dụng NaOH
16M và TTL/NaOH = 3 khi thay đổi thời gian dưỡng hộ (MPa). ............................50
Bảng 4.6: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở 8

giờ và sử dụng tỷ lệ TTL/NaOH=2 khi thay đổi nồng độ dd NaOH (MPa). ............51
Bảng 4.7: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở 8
giờ và sử dụng tỷ lệ TTL/NaOH=3 khi thay đổi nồng độ dd NaOH (MPa). ............52
Bảng 4.8: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở
12 giờ và sử dụng tỷ lệ TTL/NaOH=2 khi thay đổi nồng độ dd NaOH (MPa). .......53
Bảng 4.9: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở
12 giờ và sử dụng tỷ lệ TTL/NaOH=3 khi thay đổi nồng độ dd NaOH (MPa). .......54

xi



Bảng 4.10: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở
8 giờ và sử dụng nồng độ dd NaOH 14M khi thay đổi tỷ lệ TTL/NaOH (MPa)......55
Bảng 4.11: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở
12 giờ và sử dụng nồng độ dd NaOH 14M khi thay đổi tỷ lệ TTL/NaOH (MPa)....56
Bảng 4.12: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở
8 giờ và sử dụng nồng độ dd NaOH 16M khi thay đổi tỷ lệ TTL/NaOH (MPa)......57
Bảng 4.13: Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông Geopolymer dưỡng hộ nhiệt ở
12 giờ và sử dụng nồng độ dd NaOH 16M khi thay đổi tỷ lệ TTL/NaOH (MPa)....58
Bảng 4.14: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 8 giờ,
sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH = 2 (MPa). ...............................................59
Bảng 4.15: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 12 giờ,
sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH = 2 (MPa). ...............................................60
Bảng 4.16: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 8 giờ,
sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH = 3 (MPa). ...............................................61
Bảng 4.17: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 12 giờ,
sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH = 3 (MPa). ...............................................62
Bảng 4.18: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 8 giờ,
sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH = 2 (MPa). ...............................................63

Bảng 4.19: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 12 giờ,
sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH = 2 (MPa). ...............................................64
Bảng 4.20: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 8 giờ,
sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH = 3 (MPa). ...............................................65
Bảng 4.21: Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 12 giờ,
sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH = 3 (MPa). ...............................................66






xii



DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 3.1 : Đường biểu diễn thành phần hạt của cốt liệu lớn. ..............................33
Biểu đồ 3.2 : Đường biểu diễn thành phần hạt của cốt liệu nhỏ. .............................34
Biểu đồ 4.1 : Ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ bê tông
Geopolymer khi sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH =2. ................................47
Biểu đồ 4.2 : Ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ bê tông
Geopolymer khi sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH =3. ................................48
Biểu đồ 4.3 : Ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ bê tông
Geopolymer khi sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH =2. ................................49
Biểu đồ 4.4 : Ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ nhiệt đến cường độ bê tông
Geopolymer khi sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH =3. ................................50
Biểu đồ 4.5 : Ảnh hưởng của nồng độ dd NaOH đến cường độ bê tông Geopolymer
khi dưỡng hộ nhiệt 8 giờ và sử dụng TTL/NaOH =2. ..............................................51
Biểu đồ 4.6 : Ảnh hưởng của nồng độ dd NaOH đến cường độ bê tông Geopolymer

khi dưỡng hộ nhiệt 8 giờ và sử dụng TTL/NaOH =3. ..............................................52
Biểu đồ 4.7 : Ảnh hưởng của nồng độ dd NaOH đến cường độ bê tông Geopolymer
khi dưỡng hộ nhiệt 12 giờ và sử dụng TTL/NaOH =2. ............................................53
Biểu đồ 4.8 : Ảnh hưởng của nồng độ dd NaOH đến cường độ bê tông Geopolymer
khi dưỡng hộ nhiệt 12 giờ và sử dụng TTL/NaOH =3. ............................................54
Biểu đồ 4.9 : Ảnh hưởng của tỷ lệ TTL/NaOH đến cường độ bê tông Geopolymer
khi dưỡng hộ nhiệt 8 giờ và sử dụng nồng độ dd NaOH 14M. ................................55
Biểu đồ 4.10 : Ảnh hưởng của tỷ lệ TTL/NaOH đến cường độ bê tông Geopolymer
khi dưỡng hộ nhiệt 12 giờ và sử dụng nồng độ dd NaOH 14M. ..............................56
Biểu đồ 4.11 : Ảnh hưởng của tỷ lệ TTL/NaOH đến cường độ bê tông Geopolymer
khi dưỡng hộ nhiệt 8 giờ và sử dụng nồng độ dd NaOH 16M. ................................57
Biểu đồ 4.12 : Ảnh hưởng của tỷ lệ TTL/NaOH đến cường độ bê tông Geopolymer
khi dưỡng hộ nhiệt 12 giờ và sử dụng nồng độ dd NaOH 16M. ..............................58
Biểu đồ 4.13 : Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 8
giờ, sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH = 2 (MPa).........................................59

xiii



Biểu đồ 4.14 : Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 12
giờ, sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH = 2 (MPa).........................................60
Biểu đồ 4.15 : Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 8
giờ, sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH = 3 (MPa).........................................61
Biểu đồ 4.16 : Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 12
giờ, sử dụng NaOH 14M và tỷ lệ TTL/NaOH = 3 (MPa).........................................62
Biểu đồ 4.17 : Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 8
giờ, sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH = 2 (MPa).........................................63
Biểu đồ 4.18 : Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 12
giờ, sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH = 2 (MPa).........................................64

Biểu đồ 4.19 : Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 8
giờ, sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH = 3 (MPa).........................................65
Biểu đồ 4.20 : Cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer khi dưỡng hộ nhiệt 12
giờ, sử dụng NaOH 16M và tỷ lệ TTL/NaOH = 3 (MPa).........................................66















xiv



DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Khói bụi từ các nhà máy nhiệt điện đã tàn phá môi trường sống tại Thổ
Nhĩ Kỳ và Thái Lan [Nguồn : Internet]. .....................................................................3
Hình 1.2: Khai thác Bauxite và hồ chứa bùn đỏ tại Tây Ngun [Nguồn: Internet]. 4
Hình 1.3: Khí thải từ nhà máy luyện thép ở Trung Quốc [Nguồn : Internet]. ...........5
Hình 1.4: Nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất và Nghi Sơn [Nguồn : Internet]. ..........6
Hình 1.5: Khói bụi tại các nhà máy sản xuất xi măng Trung Quốc

[ Nguồn : Internet]. ......................................................................................................7
Hình 2.1: Cấu trúc của Geopolymer [25]. ................................................................14
Hình 2.2: Quá trình tạo liên kết trong Geopolymer. ................................................15
Hình 2.3: Cấu trúc Sialate. .......................................................................................16
Hình 2.4: Cấu trúc Sialate-siloxo. ............................................................................16
Hình 2.5: Cấu trúc sialate-disiloxo...........................................................................17
Hình 2.6: Cấu trúc sialate link..................................................................................17
Hình 2.7: Cấu trúc một số loại monomer. ................................................................19
Hình 2.8: Q trình polime hóa tạo Geopolymer. ....................................................20
Hình 2.9: Q trình Geopolymer hóa[15]. ...............................................................21
Hình 2.10: Cấu trúc vi mơ của Geopolymer [27].....................................................22
Hình 2.11: Tro bay [Nguồn : Internet]. ....................................................................24
Hình 2.12: Bùn đỏ khi khơ sẽ kết dính lại với nhau tạo thành từng khối. ...............25
Hình 2.13: Xỉ thép, phụ phẩm của ngành công nghiệp luyện gang, thép
[ Nguồn : Internet]. ....................................................................................................26
Hình 3.1: Tro bay sử dụng trong thí nghiệm. ...........................................................29
Hình 3.2: Bùn đỏ sử dụng trong thí nghiệm.............................................................30
Hình 3.3: Xỉ thép sử dụng trong thí nghiệm. ...........................................................31
Hình 3.4: Thủy tinh lỏng. .........................................................................................32
Hình 3.5: Dung dịch Natri hydroxit. ........................................................................32
Hình 3.6: Cốt liệu lớn [Nguồn: Internet]..................................................................34
Hình 3.7: Cốt liệu nhỏ [Nguồn : Internet]. ...............................................................35

xv



Hình 3.8: Tỷ lệ thành phần chất thải cơng nghiệp của các nhóm tổ mẫu A và B. ...36
Hình 3.9: Tỷ lệ thành phần chất thải công nghiệp của các nhóm tổ mẫu C và D. ...36
Hình 3.10: Tỷ lệ thành phần chất thải cơng nghiệp của các nhóm tổ mẫu E và F. ..36

Hình 3.11: Khối lượng tro bay, đá, cát cần cho mỗi tổ mẫu thí nghiệm. .................38
Hình 3.12: Khn mẫu hình trụ trịn [Nguồn: Internet]. ..........................................39
Hình 3.13: Khn mẫu sau khi vệ sinh và qt nhớt. ..............................................39
Hình 3.14: Trộn khô phối liệu gồm tro bay, đá và cát. ............................................40
Hình 3.15: Phối liệu khơ sau khi thêm dung dịch thủy tinh lỏng và natri hydroxit. 40
Hình 3.16: Mẫu bê tông được dán tem để phân biệt tổ mẫu. ...................................41
Hình 3.17: Mẫu được dưỡng hộ nhiệt trong lị sấy. .................................................41
Hình 3.18: Tủ điều khiển lị sấy. ..............................................................................42
Hình 3.19: Chuẩn bị và tiến hành nén viên mẫu ......................................................42






xvi



Chương 1

TỔNG QUAN
1.1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu.
Khu vực cơng nghiệp và xây dựng ln có tốc độ phát triển cao nhất và đóng
góp lớn nhất trong tăng trưởng kinh tế của Việt Nam. Giai đoạn 2011-2015 mặc dù
gặp phải nhiều khó khăn do lạm phát trong nước, khủng hoảng tài chính và suy
thối kinh tế tồn cầu, nhưng giá trị sản lượng tồn ngành cơng nghiệp vẫn giữ mức
tăng trưởng 13- 14%. Công nghiệp những năm qua đóng góp hơn 70% giá trị xuất
khẩu, góp phần làm chuyển dịch cơ cấu kinh tế và lao động của cả nước theo hướng
cơng nghiệp hóa.

Tuy nhiên đồng hành với đóng góp về mặt kinh tế thì chất thải rắn, nước
thải, khí thải…từ các ngành cơng nghiệp cũng chính là ngun nhân dẫn đến tình
trạng ơ nhiễm mơi trường như hiện nay. Một số nhóm ngành có mức độ gây ô
nhiễm lớn như công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm, khai thác khống sản,
cơng nghiệp hàn đóng vỏ tàu, khai thác, vận chuyển, chế biến dầu khí... đặc biệt là
các nhà máy nhiệt điện sử dụng than và ngành công nghiệp sản xuất xi măng
Portland.
Theo kết quả dự báo, tổng phát thải CTR từ các KCN năm 2015 sẽ vào
khoảng 6-7.5 triệu tấn/năm, và đạt 9.0-13.5 triệu tấn/năm vào năm 2020. Theo đánh
giá của các chuyên gia, thành phần chất thải rắn KCN có thể thay đổi theo hướng
gia tăng chất thải nguy hại.
Bảng 1.1: Ước tính và dự báo CTR từ các KCN của Việt Nam đến năm 2020.
Năm
Năm 2005
Năm 2010
Năm 2015
Năm 2020

Tổng diện
tích quy
hoạch (ha)
24.950
58.389
70.000
80.000

Tổng diện
tích sử dụng
(ha)
16.663

34.171
50.000
64.000

1


Tổng diện
tích cho thuê
(ha)
7.433
16.125
30.000
45.000

Lượng CTR
(tấn/năm)
996.022
3.225.000
7.500.000
13.500.000


a) Chất thải rắn từ ngành công nghiệp nhiệt điện
Riêng CTR từ ngành công nghiệp nhiệt điện đã chiếm 16% tổng lượng CTR
từ các ngành công nghiệp. CTR ngành nhiệt điện chủ yếu phát sinh từ nhiệt điện đốt
than. Việc đẩy mạnh sản xuất điện than đồng nghĩa nhu cầu nguyên liệu than sẽ
tăng lên. Theo Tổng sơ đồ điện VII, nhiệt điện than tiếp tục tăng trong thời gian tới,
chiếm trên 50% công suất nguồn phát điện, kéo theo tổng nhu cầu than năm 2006
dùng cho nhiệt điện ước khoảng 5 - 6 triệu tấn và dự báo đến năm 2030 Việt Nam

sẽ phải sử dụng khoảng 80 triệu tấn than, trong đó có cả than nhập khẩu.
Bảng 1.2: Nhu cầu và lượng thải từ các nhà máy nhiệt điện.
Nhà máy Nhiệt
điện

Cơng nghệ

Cơng suất
(MW)

Mức tiêu
hao
(kg/kwh)

Nghi Sơn

Than phun

600

0.388

Ninh Bình

Than phun

300

0.488


300

0.566

300

0.446

1200

0.5

Cẩm Phả
Thơng Long
(Quảng Ninh)
Phả Lại (Quảng
Ninh)

Lị tầng sơi
tuần hồn
Lị tầng sơi
tuần hồn
Lị tầng sơi
tuần hồn

Tiêu thụ
than
(tấn/năm
)


Lượng
tro xỉ
(tấn/năm
)
194.531
699.014
(27,8%)
210.200
824.140
(27-30%)
300.000
1.500.000
(27-30%)
300.000
803.538
(30-37%)
1.600.000
4.000.000
(40%)

Thống kê cho thấy từ năm 2013, riêng lượng tro xỉ thải ra hằng năm tại 5 nhà
máy nhiệt điện đốt than của Tập đoàn Than - Khống sản Việt Nam khi phát đủ
cơng suất ước tính khoảng 2.6 triệu tấn/năm. Dự báo đến năm 2030, khi tổng công
suất nhiệt điện đốt than của cả nước tăng lên khoảng 77 nghìn MW, kéo theo tăng
lượng than tiêu thụ là 176 triệu tấn thì lượng tro xỉ thải sẽ đạt 35 triệu tấn/năm và
thải ra bầu khí quyển một lượng khí CO2 khổng lồ, ước tính khoảng 5 triệu tấn/năm.
Theo chiến lược phát triển ngành điện, chiến lược phát triển các ngành sản xuất

công nghiệp sử dụng than, sản xuất hóa chất phân bón thì đến năm 2020 nước ta sẽ


2



sử dụng khoảng 65 triệu tấn than cho nhiệt điện, hàng chục triệu tấn than cho ngành
sản xuất thép và công nghiệp khác, đồng thời thải ra gần 50 triệu tấn tro, xỉ, thạch
cao ra môi trường và con số này ngày càng cao ở những năm tiếp theo.

Hình 1.1: Khói bụi từ các nhà máy nhiệt điện đã tàn phá môi trường sống tại Thổ
Nhĩ Kỳ và Thái Lan [Nguồn : Internet].
Trên thế giới, các quốc gia phát triển ln khuyến khích sử dụng tro xỉ than
từ nhà máy nhiệt điện trong xây dựng đường xá và đôi khi là điều kiện bắt buộc.Tại
Việt Nam, một số nhà máy thu hồi chế biến tro bay và sản xuất gạch không nung từ
tro xỉ đã được xây dựng và vận hành ở gần một số nhà máy nhiệt điện như tại nhà
máy sản xuất tro bay Phả Lại với công suất 40 nghìn tấn/tháng, nhà máy chế biến
tro bay Cao Cường có cơng suất 80 nghìn tấn sản phẩm/năm, xưởng tuyển tro bay
của BQL cơng trình thủy điện Sơn La có cơng suất 10 nghìn tấn/tháng. Tuy vậy vẫn
chưa thể đáp ứng được nhu cầu xử lý CTR từ các nhà máy nhiệt điện sử dụng than.
Trước thực trạng trên, việc nghiên cứu tận thu tro xỉ thải của các nhà máy nhiệt điện
đốt than làm nguyên liệu sản xuất VLXD là vấn đề đáng quan tâm hiện nay, nhằm
giảm bớt những tác hại đến môi trường.
Bảng 1.3: CTR từ ngành công nghiệp nhiệt điện dự báo đến năm 2030
Năm
2015
2020
2025
2030

Công suất
(MW)

3.500
32.500
50.000
77.000

Lượng than yêu
cầu (tấn)
7.000.000
65.000.000
100.000.000
176.000.000

3


Lượng CTR và tro
bụi (tấn/năm)
1.900.000
17.500.000
24.000.000
35.200.000


b) Chất thải rắn từ ngành công nghiệp khai thác Bauxite
Trên phương diện phát triển kinh tế và xã hội, việc khai thác Bauxite mang
lại rất nhiều lợi ích cho người dân, chính quyền địa phương và cơng ty khai thác.
Người dân địa phương có thêm cơng ăn việc làm và hưởng lợi từ những tiện ích
cơng cộng do các công ty khai thác Bauxite hỗ trợ hoặc do việc khai thác mang lại.
Tuy nhiên việc khai thác quặng gây ảnh hưởng xấu đến mơi trường đất,
nước, khơng khí và cả sinh vật, đặc biệt là môi trường đất. Nguồn nước mặt có thể

bị ơ nhiễm, bụi từ việc khai thác sẽ gây ô nhiễm môi trường sống của người dân địa
phương.
Bùn đỏ là chất thải không thể tránh được của khâu chế biến Bauxite, là sản
phẩm của quá trình làm giàu quặng, gồm các thành phần khơng thể hồ tan, trơ,
không biến chất như Hematit, Natrisilico-aluminate, Canxi-titanat, Mono-hydrate
nhôm, Tri-hydrate nhôm v.v... Hiện nay, việc xử lý bùn đỏ vẫn đang là mối quan
tâm của các nước trên thế giới trong cơng cuộc bảo vệ mơi trường.

Hình 1.2: Khai thác Bauxite và hồ chứa bùn đỏ tại Tây Nguyên [Nguồn: Internet].
Nếu chế biến Bauxite thành alumin thì bắt buộc phải xây dựng các hồ chứa
bùn đỏ. Chỉ riêng dự án của nhà máy sản xuất Alumin Nhân Cơ - Tây Nguyên, theo
báo cáo phần đuôi quặng nước thải và bùn thải có khối lượng tới hơn 11 triệu
m³/năm, trong khi dung tích hồ thải bùn đỏ sau 15 năm là khoảng 8,7 triệu m³.
Tương tự, dự án Tân Rai – Lâm Đồng có lượng bùn đỏ thải ra mơi trường trong
suốt quá trình dự án Tân Rai hoạt động là 80-90 triệu m³, nhưng hiện tại tổng dung

4



tích của hồ chứa của dự án chỉ có 20-25 triệu m³, nghĩa là thấp hơn rất nhiều so với
lượng bùn đỏ sẽ có trong tương lai.
c) Chất thải rắn từ ngành công nghiệp luyện thép
Ngành công nghiệp luyện gang thép, thuộc nhóm ngành cơng nghiệp nặng,
khơng những địi hỏi nhiều thiết bị máy móc kỹ thuật, nguồn lao động, mà còn gây
rất nhiều tổn hại đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.
Hiện nay ở nước ta, có hơn 30 nhà máy luyện thép đang hoạt động và nhiều
nhà máy khác đang trong giai đoạn xây dựng hoặc lập dự án. Sản lượng thép ở Việt
Nam năm 2007 khoảng 12 triệu tấn/năm và dự kiến sẽ đạt khoảng 18 triệu tấn/năm
vào năm 2025 [1]. Lượng xỉ thải ra từ các nhà máy thông thường chiếm từ 11 - 12%

khối lượng phôi đầu vào [2]. Như vậy, mỗi năm lượng xỉ thải ra từ các nhà máy
luyện thép trên cả nước sẽ lên đến 1 - 1,5 triệu tấn. Lượng xỉ này tương ứng với thể
tích khoảng 300.000 - 500.000m3. Nếu tính tốn sơ bộ, lượng xỉ này đủ để thi cơng
một lớp móng đường có chiều dày 30cm, rộng 7.0m và dài khoảng 200km [3].
Tuy nhiên ở Việt Nam, xỉ thép đang được xem là chất thải công nghiệp thuần
túy và nó phải được xử lý như một dạng chất thải rắn theo Nghị định số
59/2007/NĐ-CP ngày 9/4/2007 của Thủ tướng Chính phủ [1]. Điều này sẽ gây ra
các ảnh hưởng tiêu cực khác nhau, bao gồm việc chiếm đất và tốn chi phí cho việc
chơn lấp xỉ thép, đồng thời tác động xấu đến môi trường đất xung quanh khu vực xử
lý xỉ thép [4]. Chính vì vậy, Chính phủ đã có chủ trương ưu tiên cho việc tái chế, tái
sử dụng và xử lý chất thải rắn, nhằm giảm thiểu khối lượng chất thải được chôn lấp,
tiết kiệm kinh phí và tài ngun đất đai.

Hình 1.3: Khí thải từ nhà máy luyện thép ở Trung Quốc [Nguồn : Internet].

5



d) Chất thải rắn từ ngành công nghiệp chế biến dầu khí
Việc phát triển cơng nghệ lọc hóa dầu sẽ giúp cung cấp năng lượng cho quá
trình hiện đại họa đất nước, tạo ra sự phát triển bền vững. Các nhà máy lọc dầu và
chế biến dầu mỏ tại Nghi Sơn, Dung Quất, Phú Mỹ đã và đang tạo ra các nguồn
năng lượng cho cả nước. Bên cạnh đó, cơng nghệ chế biến và sản xuất dầu khí cũng
tạo ra các chủng loại vật liệu và các chất thải rắn khác nhau. Quá trình cracking cặn
dầu của nhà máy sử dụng xúc tác FCC sẽ giúp bẻ gãy các phân tử cặn dầu lớn thành
các phân tử nhỏ hơn và chuyển hóa cấu trúc mạch phân tử dầu giúp tạo ra sản phẩm.
Hiện nay lượng xúc tác và chất thải từ các nhà máy lọc hóa dầu đã và đang xây
dựng ở Việt Nam ngày càng tăng lên. Cho dù xúc tác có thể cịn giá trị, các loại xúc
tác này hiện nay chủ yếu vẫn đang được xử lý bằng phương án chôn lấp. Xúc tác

của FCC chiếm khối lượng lớn trong tổng số xúc tác của nhà máy lọc dầu, gần 80%
khối lượng xúc tác rắn và hơn 50% giá trị [5].

Hình 1.4: Nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất và Nghi Sơn [Nguồn : Internet].
e) Chất thải từ ngành công nghiệp sản xuất xi măng portland
Xi măng Portland thông thường - Ordinary Portland cement (OPC) từ lâu đã
là vật liệu kết dính truyền thống và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bê tông.
Tuy nhiên, việc sử dụng OPC làm vật liệu xây dựng chính đã được đặt câu hỏi rộng
rãi trong những thập kỷ qua do tác động môi trường của việc sản xuất clinker. Trên
thực tế, việc sản xuất clinker từ các nhà máy xi măng trên thế giới thải ra khoảng
1,5 tỷ tấn CO2 hàng năm, chiếm khoảng 5% tổng lượng khí thải CO2 do con người

6



tạo ra và nếu xu hướng này vẫn tiếp tục, lượng khí thải CO2 sẽ tăng đến 7% vào
năm 2020 [6]. Tại Việt Nam sản xuất xi măng đang tăng trưởng 2.5% mỗi năm, và
sản lượng dự kiến tăng từ 2.55 tỷ tấn vào năm 2006 lên 3.7-4.4 tỷ tấn vào năm 2050
điều này đồng nghĩa với việc lượng khí thải CO2 dự kiến sẽ tăng từ 2.44 tỷ tấn lên
3.51-4.18 tỷ tấn vào năm 2050, trung bình sản xuất 1 tấn xi măng Portland thông
thường sẽ thải ra bầu khí quyển khoảng 0.95 tấn CO2 [7]. Bên cạnh đó độ bền của
bê tông OPC đang được tiếp tục nghiên cứu vì trong nhiều cấu trúc bê tơng, đặc biệt
là các cơng trình xây dựng chịu ảnh hưởng của sự ăn mịn từ mơi trường xung
quanh, bắt đầu có dấu hiệu xuống cấp sau 20 đến 30 năm sử dụng, mặc dù các cơng
trình trên được thiết kế với tuổi thọ trên 50 năm [8].

Hình 1.5: Khói bụi tại các nhà máy sản xuất xi măng-Trung Quốc [ Nguồn :
Internet].
Các vấn đề nói trên đã thúc đẩy nhiều nghiên cứu khác nhau nhằm giảm

lượng khí CO2 và tái sử dụng nguồn chất thải từ các ngành công nghiệp. Từ việc sử
dụng các CTR công nghiệp làm vật liệu thay thế OPC để phát triển một chất kết
dính mới nhằm làm giảm việc sử dụng OPC trong ngành xây dựng. Geopolymer là
vật liệu thay thế OPC, được tổng hợp bằng cách kết hợp các nguyên liệu nguồn giàu
aluminosilicate như đất sét cao lanh, đá có nguồn gốc núi lửa hay các phụ phẩm
công nghiệp như tro bay, xỉ thép.. với các dung dịch kiềm mạnh như kali hydroxit
(KOH), natri hydroxit (NaOH) và silicat hòa tan như natri silicat…Đề tài này nhằm
nghiên cứu ảnh hưởng của bùn đỏ dạng khô, xỉ thép và xúc tác thải dầu khí (RFCC)
khi thay thế 20% khối lượng tro bay, cũng như ảnh hưởng của thời gian dưỡng hộ,

7



tỷ lệ TTL/NaOH và nồng độ NaOH trong dung dịch kiềm hoạt hóa đến cường độ bê
tơng Geopolymer khi sử dụng các chất thải cơng nghiệp khác nhau.
1.2. Tình hình nghiên cứu đề tài trong và ngoài nước
Việc nghiên cứu sử dụng các CTR công nghiệp vào sản xuất vật liệu
Geopolymer đã được nghiên cứu từ rất sớm tại các nước trên thế giới. Đối với nước
ta việc xử lý chất thải từ các ngành cơng nghiệp vẫn đang cịn nhiều bất cập, bên
cạnh đó vật liệu Geopolymer cũng chưa được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Mặc dù
vậy, cũng đã có rất nhiều nghiên cứu, bài báo khoa học đề cập vấn đề cấp thiết này :
1.2.1. Những nghiên cứu trong nước
Vũ Huyền Trân và Nguyễn Thị Thanh Thảo [9] trình bày quy trình chế tạo
gạch khơng nung bằng công nghệ Geopolymer sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ
để xây dựng nhà ở, đồng thời nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của
loại vật liệu này trên cơ sở Geopolymer hóa tro bay và bùn đỏ.
Trịnh Ngọc Duy [10] nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ Geopolymer vào chế
tạo vữa, từ đó sử dụng vữa geopolymer để chế tạo gạch nhẹ mà thành phần là tro
bay.

Nguyễn Văn Dũng [11] nghiên cứu chế tạo bê tông Geopolymer từ tro bay,
xác định cường độ của bê tông Geopolymer và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến
cường độ của bê tơng Geopolymer.
Phạm Tồn Đức [12] Nghiên cứu chế tạo bê tông Geopolymer từ phế thải
GYPS (thạch cao) của nhà máy Diamon Photphat Đình Vũ nhằm tìm hướng giải
quyết cho vấn đề ô nhiễm môi trường tại Hải Phòng.
Lê Anh Tuấn, Nguyễn Ninh Thụy [5] sử dụng xúc tác thải (RFCC) kết hợp
với đá mi bụi để chế tạo vật liệu không nung geopolymer từ nguồn alumino-silicate.
Đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm chế tạo bê tông Geopolymer từ
các nguồn là chất thải công nghiệp và đã đạt được những thành tựu nhất định.
1.2.2. Những nghiên cứu ngồi nước
Trên thế giới đã có rất nhiều cá nhân, cơ quan , tổ chức ở các nước khác nhau
tiến hành nhiều nghiên cứu về việc xử lý chất thải công nghiệp và tận dụng nguồn

8



chất thải này để chế tạo bê tông Geopolymer.
A.M. Mustafa Al Bakri và cộng sự [13], nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ
tro bay/ dung dịch kiềm và tỷ lệ Na2SiO3/NaOH đến cường độ bê tông sử dụng tro
bay nhằm tìm ra phương án tối ưu. Ơng đã đi đến kết luận rằng tỷ lệ Na2SiO3/NaOH
ảnh hưởng đến cường độ bê tông nhiều hơn tỷ lệ tro bay/ dung dịch kiềm, và cường
độ nén của bê tông Geopolymer sẽ đạt tối ưu khi tỷ lệ Na2SiO3/NaOH =2.5.
A. Palomo và cộng sự [14], nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ dưỡng hộ,
thời gian dưỡng hộ và tỉ lệ dung dịch alkaline/tro bay đến cường độ của bê tông
Geopolymer và nhóm đã nhận xét rằng thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ đều ảnh
hưởng đến cường độ bê tông. Việc kết hợp giữa sodium hydroxide (NaOH) và
sodium silicate (Na2SiO3) tạo nên cường độ cao nhất đến 60MPa khi gia nhiệt ở
850oC kéo dài trong 5 giờ.

Theo D.Hardjito và B.V.Rangan [15], khi nghiên cứu về quá trình phát triển
và những đặc tính của bê tơng Geopolymer sử dụng tro bay đã có những nhận xét
về những tính chất ảnh hưởng đến cường độ của bê tông Geopolymer như: nồng độ
mol của dung dịch NaOH, tỉ lệ thủy tinh lỏng/dung dịch NaOH, nhiệt độ dưỡng hộ,
thời gian dưỡng hộ.
Prakash R. Vora và Urmil V. Dave [16] nghiên cứu sự thay đổi cường độ
chịu nén của bê tông Geopolymer sử dụng tro bay dựa trên cơ sở thay đổi các yếu tố
như : tỷ lệ phụ gia siêu dẻo, nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ , tỷ lệ dung dịch
alkali/ tro bay, nồng độ NaOH, tỷ lệ Na2SiO3/NaOH và hàm lượng nước bổ sung.
Các kết quả thử nghiệm cho thấy tỷ lệ dung dịch alkali/tro bay không ảnh hưởng
nhiều đến cường độ chịu nén của bê tông Geopolymer, tỷ lệ Na2SiO3/NaOH =2 sẽ
giúp bê tông đạt cường độ tối ưu hơn so với Na2SiO3/NaOH =2.5. Cường độ chịu
nén tăng khi tăng thời gian dưỡng hộ, tuy nhiên sự gia tăng cường độ khi dưỡng hộ
quá 24 giờ là không đáng kể và nhiệt độ dưỡng hộ tăng từ 60oC đến 90oC cũng giúp
gia tăng cường độ cho bê tơng Geopolymer. Ngồi ra, khi tăng tỷ lệ nước/chất rắn
sẽ làm giảm cường độ của bê tông Geopolymer.

9



Hardjito [17] khi nghiên cứu về quá trình phát triển và những đặc tính của bê
tơng Geopolymer sử dụng tro bay đã có những nhận xét về những tính chất ảnh
hưởng đến cường độ của bê tông Geopolymer như: nồng độ Mol của dung dịch
NaOH, tỉ lệ thủy tinh lỏng/dung dịch NaOH, nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng
hộ. Qua những kết quả trong nghiên cứu về Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ
bê tông Geopolymer sử dụng tro bay của Hardjito [16] thấy rằng thời gian dưỡng hộ
dài sẽ phát triển q trình polymer hóa trong bê tơng, cường độ chịu nén không bị
ảnh hưởng bởi ngày tuổi của bê tông.
P. Pavithra và cộng sự [18] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ

Na2SiO3/NaOH (1, 1.5, 2, 2.5) và nồng độ NaOH (10M, 12M, 14M, 16M, 18M) đến
cường độ bê tông Geopomer. Kết quả thu được cho thấy rằng cường độ bê tông
Geopolymer sẽ đạt tối ưu với tỷ lệ Na2SiO3/NaOH =1.5. Bên cạnh cường độ nén
của bê tông Geopolymer tăng lên với sự gia tăng nồng độ NaOH cho đến 16M.
Smita Singh và cộng sự [19] nghiên cứu ảnh hưởng của bùn đỏ và phương
pháp đóng rắn đến độ bền của bê tông Geopolymer sử dụng hỗn hợp bùn đỏ/tro bay.
Bùn đỏ trong nghiên cứu được sử dụng ở cả dạng chưa được xử lý và nghiền thành
bột. Tỷ lệ bùn đỏ thay đổi từ 0 đến 90% và nồng độ NaOH thay đổi từ 6M đến
12M. Qua các kết quả thực nghiệm ông đã kết luận rằng: sử dụng bùn đỏ nghiền
tăng cường tính chất cơ học bê tông Geopolymer và mẫu đạt cường độ nén tối đa
40Mpa ở 7 ngày dưỡng hộ, nồng độ NaOH 6M với hàm lượng bùn đỏ là 30%.
Jian He và Guoping Zhang [20] nghiên cứu sử dụng bùn đỏ - một chất thải
của ngành công nghiệp tinh chế alumina và tro bay - một chất thải công nghiệp
nhiệt điện để sản xuất bê tông Geopolymer. Đồng thời kết hợp thay đổi các thông số
như: tỷ lệ bùn đỏ/tro bay, tỷ lệ dung dịch silicat natri/ hỗn hợp rắn (bùn đỏ và tro
bay) và các loại dung dịch silicat natri khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của chúng
lên tính chất cơ học của các sản phẩm Geopolymer cuối cùng. Kết quả thử nghiệm
cho thấy những yếu tố này có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của bê tơng
Geopolyme tổng hợp. Ơng kết luận rằng hai chất thải công nghiệp bùn đỏ và tro

10



bay, có thể được tái sử dụng để sản xuất bê tông Geopolymer dùng để thay thế xi
măng Portland và do đó được áp dụng trong xây dựng cơ sở hạ tầng dân dụng.
Ali Nazari và Jay G. Sanjayan [21] nghiên cứu sử dụng phế thải trong các
ngành công nghiệp nhỏ là nhôm và xỉ sắt ứng dụng vào bê tông Geopolymer. Tuy
nhiên khả năng làm việc của loại bê tông này chỉ nằm trong phạm vi chấp nhận
được và có thể áp dụng vào các cơng trình xây dựng có quy mơ nhỏ.

Part Wei Ken và cộng sự [22] nghiên cứu về ảnh hưởng của các thành phần
khác nhau như thành phần hạt, kích thược hạt của chất kết dính và phụ gia lên tính
chất của bê tơng Geopolymer có nguồn gốc từ các phụ phẩm cơng nghiệp như bùn
đỏ, tro bay.
Kunga Dondrob và cộng sự [23] nghiên cứu sử dụng than quặng thải kết hợp
với bùn đỏ và tro bay để sản xuất bê tông Geopolymer. Kết quả nghiên cứu cho
thấy hỗn hợp bùn đỏ và than quặng gia tăng cường độ khi tăng nhiệt độ dưỡng hộ,
tuy nhiên hỗn hợp tro bay, than quặng và bùn đỏ phát triển cường độ cao hơn khi
dưỡng hộ ở nhiệt độ thấp hơn.
Nan Ye và cộng sự [24] khi nghiên cứu chế tạo bê tông Geopolymer từ bùn
đỏ và xỉ lị cao đã có những nhận xét về khả năng hòa tan của bùn đỏ trong dung
dịch alkali, hiệu quả hòa tan của bùn đỏ sẽ đạt tối đa khi bùn đỏ được nung ở nhiệt
độ 800oC.
Phần lớn những nghiên cứu trên đều đã đề cập đến việc sử dụng các chất thải
công nghiệp khác nhau để sản xuất bê tông Geopolymer, nhưng chỉ áp dụng nghiên
cứu từng chất thải riêng rẽ. Một số ít có kết hợp các chất thải khác nhau tuy nhiên
còn hạn chế về số lượng các chất thải. Đề tài là sự tiếp nối của các cơng trình
nghiên cứu trên nhằm tìm hiểu rõ hơn các nguyên vật liệu có thể dùng để chế tạo bê
tông Geopolymer, đặc biệt là các chất thải công nghiệp. Trọng tâm của đề tài xoay
quanh việc so sánh ảnh hưởng của các chất thải công nghiệp khác nhau như : tro
bay, bùn đỏ dạng khô, xỉ thép và xúc tác thải dầu khí (RFCC) đến cường độ của bê
tơng Geopolymer.

11



1.3. Mục đích nghiên cứu
-


Nghiên cứu sự thay đổi về cường độ của bê tơng Geopolymer có thành phần

là các phế phẩm công nghiệp ( như tro bay, bùn đỏ, xỉ thép và RFCC dầu khí).
1.4. Phương pháp nghiên cứu
-

Sử dụng phương pháp thực nghiệm, tiến hành trên mẫu bê tơng Geopolymer

(đường kính 100mm, cao 200mm), nội dung triển khai gồm:
 Thiết kế cấp phối dựa trên các cơ sở lý thuyết, các tiêu chuẩn, cơ sở tính tốn
và những nghiên cứu trước.
 Kết hợp bùn đỏ, xỉ thép và RFCC dầu khí thay thế dần 20% khối lượng tro
bay, đồng thời kết hợp thay đổi nồng độ NaOH (14M và 16M), thay đổi tỷ lệ
Na2SiO3/NaOH (2 và 3), thay đổi thời gian dưỡng hộ 8giờ vào 12giờ ( dưỡng
hộ ở nhiệt độ 90oC)

12



Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu bê tông Geopolymer.
Khái niệm “Geopolymer” được đưa ra vào những năm 1970 bởi nhà khoa
học Pháp giáo sư Joseph Davidovits [6]. Đây là một loại vật liệu rắn được tổng hợp
nhờ phản ứng hóa học giữa aluminosilicate dạng bột với dung dịch alkali. Vật liệu
aluminosilicate được sử dụng là những nguyên liệu có chứa các oxit của silic,
nhôm.
Geopolymer là một công nghệ mới, được nghiên cứu với mục tiêu tạo ra quá

trình sản xuất thân thiện với môi trường, giảm phát thải CO2, tận dụng các chất thải
công nghiệp như tro xỉ, bùn đỏ… thành các sản phẩm có tính năng sử dụng cao.
Trên thế giới, các ứng dụng của vật liệu Geopolymer đã được sử dụng trong sản
xuất xi măng đặc biệt như xi măng đóng rắn nhanh, xi măng bền axit, sản xuất gạch
và gốm không nung, ứng dụng trong vật liệu công nghệ cao như vật liệu composite
chống cháy, xử lý phế thải độc hại và chất thải phóng xạ, ứng dụng trong vật liệu
composite chịu nhiệt, ứng dụng trong khảo cổ học và mỹ thuật.
2.1.1. Cấu trúc của Geopolymer
Geopolymer thuộc lớp vật liệu polymer vơ cơ. Thành phần hóa học của
Geopolymer giống như vật liệu Zeolite trong tự nhiên nhưng có cấu trúc vơ định
hình thay vì cấu trúc tinh thể như Zeolite. Cũng giống như những vật liệu
aluminosilicate trong tự nhiên, cấu trúc Geopolymer lẫn Zeolite đều có đơn vị cấu
trúc là những đa diện phối trí [SiO4]4-, ion Al3+ có thể thay thế một phần Si4+ trong
các đa diện phối trí này và các ion kiềm (Na+, K+,…) nằm trong các lỗ rỗng nhằm
cân bằng điện tích.

13