Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu đến khả năng chống thấm ion clo của bê tông xi măng

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu đến khả năng chống thấm ion clo của bê tông xi măng

1. BÀI BÁO KHOA H C NGHIÊN C U NH H NG C A V T LI U NANO SiO 2 IU CH T TRO TR U N KH N NG CH NG TH M ION CLO C A BÊ TƠNG XI M NG ng Th Thanh Lê1 2 Tĩm t t: Nano-SiO 2 điều ch ế t ừ tro tr ấu (di ện tích b ề m ặt 258,3 m /g, kích th ước h ạt 10 đế n 15 nm) làm t ăng đã làm t ăng kh ả n ăng ch ống th ấm ion clo c ủa bê tơng. Kh ả n ăng ch ống th ấm ion clo của các lo ại bê tơng xi m ăng t ăng theo hàm l ượng nano SiO 2 sử d ụng. Khi hàm l ượng nano SiO 2 sử dụng là 2,5%, kh ả n ăng ch ống th ấm ion clo c ủa bê tơng xi m ăng tốt nh ất, gi ảm được 30,4% điện lượng (mác M 60 ) và 26% điện l ượng (mác M 70 ) so v ới bê tơng xi m ăng khơng s ử d ụng nano SiO 2. T khĩa: nano SiO 2, tro tr u, bê tơng xi m ng, th m ion clo c a bê tơng. 1 1. GI I THI U cao. nh hng ca hàm l ng nano SiO 2 iu Nano SiO 2 c s d ng trong nhi u ngành ch t tro tr u n kh n ng ch ng th m ion clo cơng nghi p nh : nh a, ch t o s ơn và ch t ph ca bê tơng xi m ng nhi u tro bay mác M 40 28 b m t, s n xu t hĩa m ph m, cơng nghi p hĩa ngày tu i ã c nghiên c u ( ng Th Thanh ch t, cơng nghi p cao su, phân bĩn và r t nhi u Lê, nnk. 2017). Trong bài báo này, chúng tơi lnh v c khác. Hi n nay, các nhà khoa hc trên nghiên cu nh hng ca hàm l ng nano th gi i ang nghiên cu s dng nano SiO 2 làm SiO 2 iu ch t tro tr u n kh n ng ch ng ph gia tng kh nng ch ng th m ca bê th m ion clo c a bê tơng mác M 60 và M 70 28 tơng xi mng (Rishav Garg, et al. 2016 and M.J. ngày tu i. Pellegrini-Cervantes, et al. 2013). Kh n ng 2. TH C NGHI M VÀ K T QU ch ng th m ion clo c a bê tơng là m t trong 2.1. V t li u thí nghi m nh ng y u t quan tr ng ánh giá b n c a Nano SiO 2 iu ch t tro tr u dng b t, bê tơng c bi t là trong mơi tr ng ch a nhi u màu tr ng rt m n; hàm l ng SiO 2 trên 99,9%; ion clo (n c bi n). Khi ion clo th m qua l p bê pH ~ 7; m nh h ơn 0,5%; di n tích b m t tơng b o v chúng s n mịn c t thép gây riêng ~ 258,3 m 2/gam, kích th c h t 10 n 15 tr ơ ng n th tích d n n n t bê tơng. iu nm (ng Th Thanh Lê, nnk. 2017). này s làm gi m kh n ng ch u l c c a bê tơng Xi m ng PC40 ca Bút S ơn vi thành ph n ct thép, gây h h ng và gi m tu i th c a cơng khống ch t: C3S (3CaO.SiO 2) 51,74%; C2S trình. Vì v y bê tơng cĩ kh n ng ch ng th m (2CaO.SiO 2) 24,20%; C 3A (3CaO.Al 2O3) 8,16%; ion clo t t s m b o b n lâu c a cơng trình C4AF (4CaO.Al 2O3. Fe 2O3) 10,35%. Các ch tiêu (Ph m Duy H u, 2010). Vi t Nam là nc nơng ch t l ng c a xi m ng Bút S ơn PC40 c nhà nghi p cĩ sn lng lúa ln, lng v tr u th i sn xu t a ra phù h p v i tiêu chu n qui nh ra hàng nm rt nhi u. Gi i pháp s dng nano yêu c u k thu t c a xi m ng TCVN 2682: 2009. SiO 2 iu ch t tro tr u nh m làm tng ch t Ct li u l n c s d ng là á d m Kim B ng lng ca bê tơng xi mng s mang li hi u qu (Hà Nam) cĩ kh i l ng riêng 2,65 g/cm 3; kh i lng th tích 1,65 g/cm 3; m 0,6 %; D = 19 max 1 Bộ mơn K ỹ thu ật Hĩa h ọc, Đại h ọc Th ủy l ợi. mm. Ct li u nh c s d ng là cát Sơng Lơ cĩ KHOA HHCC K THUT THY LI VÀ MƠI TRNG - S 58 (9/2017) 83
2. kh i l ng riêng 2,66 g/cm 3; kh i l ng th tích 2.2. Thành ph n ch t o bê tơng 1,47 g/cm 3. Hai lo i c t li u dùng trong nghiên Thành ph n bê tơng g c v i c ng ch u cu u t yêu c u k thu t ct li u cho bê tơng nén 60 MPa và 70 MPa c thi t k s ơ b và v a theo tiêu chu n TCVN 7570: 2006. theo tiêu chu n ACI 211.4R - 08 (M ). Cĩ 2 Nc s d ng ch t o và b o d ng bê lo i bê tơng c dùng nghiên c u t ơ ng tơng là n c sch, áp ng tiêu chu n TCVN ng v i mác bê tơng 60 MPa và 70 MPa. V i 4506:2012. mi lo i ti n hành úc m u v i hàm l ng Ph gia siêu d o dùng lo i Visconcrete - nano SiO 2 là 0%, 1%, 2% và 2,5% theo kh i V3000 - 20M ca hãng Sika, áp ng tiêu chu n lng xi m ng ban u. Thành ph n các v t qui nh ph gia hĩa h c cho bê tơng theo li u trong h n h p bê tơng c a ra b ng TCVN 8826:2011. 1 và b ng 2. 3 Bng 1. Thành ph n c p ph i bê tơng 60MPa s d ng nano SiO 2 (tính cho 1m bê tơng) Lo i bê tơng Nano Xi m ng Cát á Nc Ph gia % nano Nc/Xi Kí hi u SiO 2 (kg) (kg) (kg) (kg) (lit) (lit) SiO 2 0,0 60NS0 0,00 476,00 782 1133 142,8 4,76 0,3 1,0 60NS1 4,76 471,24 782 1133 142,8 4,76 0,3 2,0 60NS2 9,52 466,48 782 1133 142,8 4,76 0,3 2,5 60NS2.5 11,90 464,10 782 1133 142,8 4,76 0,3 3 Bng 2. Thành ph n c p ph i bê tơng 70MPa s d ng nano SiO 2 (tính cho 1m bê tơng) Lo i bê tơng Nano Xi m ng Cát á Nc Ph gia % nano Nc/Xi Kí hi u SiO 2 (kg) (kg) (kg) (kg) (lit) (lit) SiO 2 0,0 70NS0 0,00 530,00 737 1133 142,8 6,36 0,3 1,0 70NS1 5,30 524,70 737 1133 142,8 6,36 0,3 2,0 70NS2 10,60 519,40 737 1133 142,8 6,36 0,3 2,5 70NS2.5 13,25 516,75 737 1133 142,8 6,36 0,3 2.3. Tr n và úc m u bê tơng tr kích th c 100x200 mm xác nh th m Vi c l y m u h n h p bê tơng, tr n, úc, b o ion clo. dng và ch n kích th c làm m u th c Các m u bê tơng sau khi úc c ph l p ti n hành theo tiêu chu n ASTM C192. th m vi trên b m t tránh m t n c trong vịng 24 ion clo c a bê tơng 28 ngày tui c xác nh gi , sau ĩ tháo khuơn và a vào b b o d ng theo tiêu chu n ASTM C1202 hay tiêu chu n cho n khi ti n hành các thí nghi m ti p theo. TCVN 9337, 2012. 2.4. Xác nh kh n ng th m ion clo c a Bê tơng c tr n trong máy tr n c ng b c bê tơng o nhi t phịng là 30 C. Nano SiO 2 c tr n Kh n ng ch ng th m ion clo c a bê tơng là u vào trong n c b ng máy tr n v a t c mt trong nh ng y u t quan tr ng ánh giá cao, sau ĩ vào trong pha khơ ( á, cát, xi b n c a bê tơng c bi t là trong mơi tr ng mng) ã c tr n u và ti n hành tr n trong ch a nhi u ion clo. Bê tơng cĩ kh n ng ch ng vịng 1 phút. Ti p theo thêm ph gia siêu d o vào th m ion clo t t s áp ng c b n lâu c a và tr n trong vịng t 1-2 phút n khi h n h p cơng trình (Ph m Duy H u, 2010). bê tơng ng u. Sau ĩ ti n hành úc m u hình Kh n ng th m ion clo ca bê tơng 28 ngày 84 KHOA HHCC K THUT THY LI VÀ MƠI TRNG - S 58 (9/2017)
3. tu i c o trên máy th m nhanh ion clo A mt chi u in th 60V vào hai m t c a m u PROOVE’it c a hãng GERMANN, c. Mi th , m t m t ti p xúc v i dung d ch natri clorua lo i bê tơng ti n hành thí nghi m 3 m u, m i 3% n i v i c c âm, m t kia ti p xúc v i dung mu bê tơng cĩ ng kính 100 mm chi u dày dch natri hydroxit n i v i c c d ơ ng. Kh n ng 50 mm. Các m u này c c t ra t m u tr th m ion clo qua bê tơng c xác nh thơng 100x200 mm và ã lo i b phía trên và d i m u qua giá tr t ng in l ng truy n qua m u th mi u là 10 mm. Các m u thí nghi m th m ion trong th i gian 6h, c chia thành các m c: clo c s ơn ch ng th m, hút chân khơng và cao, trung bình, th p, r t th p, khơng th m ngâm trong n c nh iu ki n trong tiêu chu n (TCVN 9337, 2012). TCVN 9337, 2012. Các thí nghi m c ti n Kt qu thí nghi m th m nhanh ion clo c a hành t i Phịng Thí nghi m V t li u Xây d ng, các loi bê tơng 28 ngày tu i c trình bày Tr ng i hc Giao thơng V n t i. Thí nghi m trong b ng 3. Bi u k t qu thí nghi m th m c ti n hành theo nguyên t c áp dịng in nhanh ion clo c th hi n hình 1. Bng 3. K t qu thí nghi m th m nhanh ion clo Kt qu o in l ng (cu lơng) Nano Mác M 60 Mác M 70 SiO 2 (%) Mu 1 Mu 2 Mu 3 TB Mu 1 Mu 2 Mu 3 TB 0.0 1871.8 1975.2 2025.8 1957.6 1785.8 1687.7 1600.1 1690.5 1.0 1740.3 1699.5 1736.2 1725.3 1381.8 1492.1 1558.4 1477.4 2.0 1532.6 1546.1 1588.8 1555.8 1305.7 1237.0 1350.3 1297.7 2.5 1400.5 1308.4 1381.3 1363.4 1186.5 1265.8 1300.6 1251.0 Kt qu thí nghi m b ng 3 cho th y các gi m th m ion clo c a các lo i bê tơng lo i bê tơng c th nghi m u cho in cĩ s d ng nano SiO2 so v i bê tơng khơng s lng i qua m c th p (1000 - 2000 cu lơng) dng nano SiO 2 c a ra b ng 4 và hình 2. (TCVN 9337, 2012). Quan sát hình 1 cĩ th Bng 4. gi m th m ion clo c a các lo i th y s in l ng m c t l ngh ch v i bê tơng cĩ s dng nano SiO 2 (so v i bê tơng khơng s dng nano SiO 2) hàm l ng nano SiO 2 s d ng. Nh v y nano Nano gi m th m ion clo (%) SiO 2 ã làm gi m s khuy ch tán c a ion clo SiO (%) Bê tơng mác M Bê tơng mác M trong bê tơng, do v y ã làm tng m c ch ng 2 60 70 1.0 11.9 12.6 th m ion clo c a bê tơng. 2.0 20.5 23.2 2.5 30.4 26.0 Hình 1. Bi ểu đồ k ết qu ả thí nghi ệm th ấm nhanh Hình 2. Bi ểu đồ độ gi ảm độ th ấm ion clo ion clo của các lo ại bê tơng KHOA HHCC K THUT THY LI VÀ MƠI TRNG - S 58 (9/2017) 85
4. Các k t qu trên ã cho th y nano SiO 2 iu to ra C-S-H b n v ng v i r n cao h ơn, làm ch t tro tr u cĩ tác d ng làm gi m kh n ng cho kh i bê tơng c ch c h ơn, do v y ã làm th m ion clo. Bê tơng mác M 60 khi s d ng gi m s khuy ch tán c a ion clo và làm t ng 2,5% nano SiO 2 ã gi m c 30,4% in kh n ng ch ng th m ion clo c a bê tơng. lng m c so v i bê tơng khơng s d ng 3. K T LU N nano SiO 2. Bê tơng mác M 70 khi s d ng 2,5% ã kh o sát nh h ng c a v t li u nano nano SiO 2 ã gi m c 26% in l ng m SiO 2 iu ch t tro tr u n kh n ng ch ng c so v i bê tơng khơng s d ng nano SiO 2. th m ion clo c a bê tơng xi m ng mác M 60 và iu này giúp làm t ng b n c a bê tơng khi M70 . K t qu cho th y: ng d ng làm các k t c u trong mơi tr ng xâm Vi c s d ng nano SiO 2 iu ch t tro tr u th c ion clo. K t qu này t ơ ng t k t qu trong bê tơng xi m ng ã làm t ng kh n ng cơng trình ( ng Th Thanh Lê, nnk. 2017) khi ch ng th m ion clo c a bê tơng mác M 60 và nghiên c u nh h ng c a nano SiO 2 iu ch M70 . Kh n ng ch ng th m ion clo c a các lo i t tro tr u n kh n ng ch ng th m ion clo c a bê tơng xi m ng t ng theo hàm l ng nano SiO 2 bê tơng xi m ng nhi u tro bay mác M 40 28 s d ng. ngày tu i. Khi hàm l ng nano SiO 2 s d ng là 2,5%, Theo các tài li u (T. Ji 2005 and B.H. Green kh n ng ch ng th m ion clo c a bê tơng xi 2006), nano SiO 2 cĩ kích th c r t nh (nh mng t t nh t, gi m c 30,4% in l ng hơn kích th c xi m ng kho ng 100 l n) nên cĩ (mác M 60 ) và 26% in l ng (mác M 70 ) so v i th l p y các l tr ng trong bê tơng xi m ng, bê tơng xi m ng khơng s d ng nano SiO 2. giúp cho bê tơng xi m ng ch t h ơn; nano SiO 2 Nh v y, nano SiO 2 iu ch t tro tr u khi tham gia vào ph n ng puzolan t o ra C-S-H v i cho vào bê tơng xi m ng ã làm t ng kh n ng r n cao h ơn; nano SiO 2 ĩng vai trị nh các ch ng th m ion clo c a bê tơng, gĩp ph n h n tâm t o nhân cho phép hình thành các c m C-S- ch s n mịn. T nh ng k t qu trên chúng tơi H, thúc y h ơn s hydrat hĩa. Nh v y nano cho r ng, v t li u nano SiO 2 iu ch t tro tr u SiO 2 ã l p y các l tr ng trong bê tơng xi cĩ tri n v ng nghiên c u ng d ng c a chúng mng, giúp cho bê tơng xi m ng ch t h ơn, và trong ngành v t li u xây d ng. TÀI LI U THAM KH O Ph m Duy H u (2010). Cơng ngh ệ bê tơng và k ết c ấu bê tơng, Nhà xu t b n Giao thơng V n t i, Hà N i. ng Th Thanh Lê, V ơ ng ng Lê Mai, V Vi t C ng, Hồng Anh Tu n (2017). Nghiên c ứu ảnh h ưởng c ủa v ật li ệu nano SiO 2 điều ch ế t ừ tro tr ấu đế n kh ả n ăng ch ống th ấm ion clo c ủa bê tơng xi m ăng nhi ều tro bay . Tp chí Hĩa h c, 55(3) : 298-302. TCVN 9337:2012. Bê tơng n ặng - Xác định độ th ấm ion clo b ằng ph ươ ng pháp đo điện l ượng. ACI 211.4R-08 (2008). Guide for Selecting Proportions for High-Strength Concrete Using Portland Cement and Other Cementitious Materials . American Concrete Institute, Farmington Hills, MI 48331 U.S.A . ASTM C192 (2006). Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory. American Concrete Institute, Farmington Hills, MI 48331 U.S.A ASTM C1202 (2012). Standard test method for electrical indication of concrete's ability to resist chloride ion penetration. Rishav Garg, Manjeet Bansal, and Yogesh Aggarwal (2016). Strength, Rapid Chloride Penetration and Microstructure Study of Cement Mortar Incorporating Micro and Nano Silica . Int. J. Electrochem. Sci., 11 , 3697 - 3713. 86 KHOA HHCC K THUT THY LI VÀ MƠI TRNG - S 58 (9/2017)
5. B.H. Green (2006). Development of a high-density cementitious rock-maching grout using nano- particles . Proceedings of ACI Session on Nanotechnology of Concrete: Recent Developments and Future Perspectives, November 7, Denver, USA, pp 119-130. T. Ji (2005). Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-SiO 2. Cement and Concrete Research 35 , pp 1943-1947. M.J. Pellegrini-Cervantes, F. Almeraya-Calderon, F.J. Baldenebro-Lopez, R.E. Nuđez Jaquez, G. Fajardo-San-Miguel, J.G. Chacĩn-Nava, C.P. BarriosDurstewitz, A. Martinez-Villafađe (2013) . Chloride Penetration in mortars with replacements of rice husk Ash and nano-SiO 2. IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN). Vol. 3 , Issue 12, PP 24-30. Abstract: STUDY THE EFFECT OF NANO SiO 2 PREPARED FROM RICE HUSK ASH ON THE CHLORIDE RESISTANCE OF CEMENT CONCRETE 2 Nano-SiO 2 prepared from rice husk ash (large specific surface area 258.3 m /g, particle size 10 to 15 nm) increased the chloride resistance of cement concrete. The ability to resist chloride penetration increases with the content of nano-SiO 2 used. When nano-SiO 2 content used is 2.5%, the chloride ion-resistance ability of concrete is the best, 30.4% reduction of charge passed for grade M60 and 26% reduction for grade M70 compared to concrete not using nano-SiO 2. Keywords: nano-SiO 2, rice husk ash, cement concretes, chloride resistance of concrete. Ngày nh ận bài: 10/8/2017 Ngày ch ấp nh ận đă ng: 08/9/2017 KHOA HHCC K THUT THY LI VÀ MƠI TRNG - S 58 (9/2017) 87