Nguyễn Thu Thủy
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Hồ Ngọc Hùng
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Nguyễn Văn Trọng
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Tóm tắt (Abstract)
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo bê tông geopolymer sử dụng tro bay của Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân (Bình Thuận) nhằm định hướng ứng dụng cho các công trình đê kè biển. Tro bay ban đầu có hàm lượng carbon chưa cháy hết cao (LOI = 10,89%), gây ảnh hưởng bất lợi đến quá trình geopolymer hóa và tính chất cơ lý của vật liệu. Để khắc phục vấn đề này, tro bay được xử lý bằng phương pháp tuyển nổi kết hợp phân cấp hạt nhằm loại bỏ carbon tồn dư và nâng cao hoạt tính alumino-silicate. Kết quả cho thấy hàm lượng carbon sau xử lý giảm xuống còn 0,66%, đáp ứng yêu cầu sử dụng làm tiền chất geopolymer. Bê tông geopolymer được chế tạo trên cơ sở tro bay đã xử lý, kết hợp xỉ lò cao nghiền mịn và dung dịch kích hoạt kiềm. Kết quả thực nghiệm cho thấy cấp phối tối ưu đạt cường độ nén 57,11 MPa ở tuổi 28 ngày, cường độ uốn 14,49 MPa, lực kéo nhổ cốt thép đạt 78 780 N và khả năng chống thấm đạt trên cấp B30. Ngoài ra, vật liệu còn thể hiện khả năng kháng xâm thực tốt trong môi trường axit và sunfat nhờ cấu trúc geopolymer đặc chắc. Kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông geopolymer sử dụng tro bay Vĩnh Tân có tiềm năng ứng dụng trong các cấu kiện bê tông phục vụ công trình đê kè biển theo hướng tận dụng chất thải công nghiệp và giảm phát thải khí nhà kính.
This paper presents the research results on the production of geopolymer concrete using fly ash from the Vinh Tan Thermal Power Plant (Binh Thuan Province) for potential application in sea dike and coastal revetment structures. The original fly ash contained a high amount of unburned carbon (LOI = 10.89%), which adversely affected the geopolymerization process and the mechanical properties of the material. To overcome this limitation, the fly ash was treated by flotation combined with particle size classification to remove residual carbon and enhance the alumino-silicate reactivity. The results showed that the carbon content after treatment decreased to 0.66%, meeting the requirements for use as a geopolymer precursor. Geopolymer concrete was produced using the treated fly ash in combination with ground granulated blast furnace slag and alkaline activating solution. Experimental results indicated that the optimal mixture achieved a compressive strength of 57.11 MPa at 28 days, a flexural strength of 14.49 MPa, a steel pull-out force of 78,780 N, and a water permeability resistance exceeding grade B30. In addition, the material exhibited good resistance to acid and sulfate attack due to its dense geopolymer matrix. The study demonstrates that geopolymer concrete based on Vinh Tan fly ash has significant potential for application in concrete components for sea dike and coastal protection structures while contributing to industrial waste utilization and greenhouse gas emission reduction.
Tài liệu tham khảo
1. Yao, Z. T., Ji, X. S., Sarker, P. K., Tang, J. H., Ge, L. Q., Xia, M. S., & Xi, Y. Q. (2015). A comprehensive review on the applications of coal fly ash. Earth-Science Reviews, 141, 105–121.
2. Zhang, P., Wang, K., Li, Q., Wang, J., & Ling, Y. (2020). Fabrication and properties of industrial waste-based geopolymers: A review. Journal of Cleaner Production, 244, 118861.
3. Ahmaruzzaman, M. (2010). A review on the utilization of fly ash. Progress in Energy and Combustion Science, 36(3), 327–363.
4. Nath, P., & Sarker, P. K. (2014). Effect of GGBFS on setting, workability and early strength properties of fly ash geopolymer concrete cured in ambient condition. Construction and Building Materials, 66, 163–171.
5. Neville, A. (2011). Properties of Concrete (5th ed.). Pearson Education Limited.
6. Mehta, P. K., & Monteiro, P. J. M. (2014). Concrete: Microstructure, Properties, and Materials (4th ed.). McGraw-Hill Education.
7. Juenger, M. C., & Siddique, R. (2021). Recent advances in understanding the role of supplementary cementitious materials in concrete. Cement and Concrete Research, 145, 106435.
8. Davidovits, J. (2021). Geopolymer Chemistry and Applications (5th ed.). Institut Géopolymère, France.
9. Provis, J. L., & van Deventer, J. S. (2014). Alkali Activated Materials: State-of-the-Art Report. Springer.
10. Fernández-Jiménez, A., & Palomo, A. (2023). Composition and microstructure of alkali-activated fly ash binder: Recent analytical findings. Cement and Concrete Research, 168, 107122.
11. Luhar, S., Luhar, I., & Shaikh, F. U. (2021). A review on the performance of fly ash-based geopolymer concrete. Journal of Building Engineering, 43, 103188.
12. Wang, S., & Wu, H. (2022). Environmental and economic assessment of utilizing treated fly ash in geopolymer synthesis. Resources, Conservation and Recycling, 178, 106071.
13. Hardjito, D., & Rangan, B. V. (2005). Development and Properties of Low-Calcium Fly Ash-Based Geopolymer Concrete. Curtin University of Technology, Perth, Australia.
14. Huseien, G. F., Mirza, J., Ismail, M., Ghoshal, S. K., & Hussein, A. A. (2022). Geopolymer mortars as sustainable repair material: An updated review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 154, 111824.
15. Lahoti, M., Tan, K. H., & Yang, E. H. (2022). A critical review of geopolymer properties for structural applications. Construction and Building Materials, 321, 126333.
16. Bernal, S. A., Provis, J. L., Rose, V., & Mejía de Gutierrez, R. (2011). Evolution of binder structure in sodium silicate-activated slag-metakaolin blends. Cement and Concrete Composites, 33(1), 46–54.
17. Ryu, G. S., Lee, Y. B., Koh, K. T., & Chung, Y. S. (2021). Mechanical properties of fly ash-based geopolymer concrete with alkaline activators. Construction and Building Materials, 271, 121518.
18. Bakharev, T. (2005). Resistance of geopolymer materials to acid attack. Cement and Concrete Research, 35(4), 658–670.
19. Viện Khoa học Vật liệu (2019). Báo cáo tổng hợp kết quả thực hiện đề tài KHCN thuộc các hướng KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN: Nghiên cứu công nghệ sản xuất vật liệu hữu ích từ tro xỉ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân – Bình Thuận. Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
