Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANO SiO2 TỪ CÁT BIỂN
LÀM GIA TĂNG CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG
Hoàng Thị Phương1,2, Vũ Quốc Vương2
1
Công ty Cổ phần Vmat; email: phuongh299@gmail.com 2
2
Trường Đại học Thủy lợi
1. GIỚI THIỆU CHUNG phù được tách ra khỏi cặn rắn bằng bồi lắng
phần còn lại đem rửa lọc. Tiếp theo, natri
Bê tông là một trong những vật liệu quan
silicat được thủy nhiệt bằng axit cho đến khi tạo
trọng nhất trong các kết cấu công trình xây
thành kết tủa trắng hoàn toàn. Tất cả các mẫu
dựng hiện đại. Ngoài việc phải đáp ứng yêu
sau đó được rửa và ly tâm cho đến khi không
cầu về cường độ chịu nén và tính dễ thi công,
còn ion Cl- trong dung dịch. Cuối cùng đem sấy
bê tông còn cần có độ bền thể hiện ở khả năng
khô và thu được sản phẩm. Mẫu nano-silica sau
chống chịu các tác nhân có hại của môi trường
khi tổng hợp được đặc trưng bằng các phương
tác nhân xâm thực và khả năng chống thấm pháp hóa lý như FTIR, XRD, SEM và EDS.
nước có thể duy trì trong một thời gian dài. Lớp
phủ nano-silica được áp dụng trên bề mặt bê 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
tông, có thể ngăn chặn mức độ cacbonat hóa
của bê tông. Sự kết hợp của nano-SiO2 còn có 3.1. Tính chất của nanosilic
thể tối ưu hóa cấu trúc mao quản của bê tông a. Phân tích trên XRD
cốt liệu tái chế và hạn chế khả năng khuếch tán
của các ion clorua[3]. Các nghiên cứu đã so
sánh hiệu quả cải tiến của nano-SiO2 keo và
nano-SiO2 dạng bột trên các tính chất cơ học
của bê tông, và thấy rằng nano-SiO2 dạng bột
đã thúc đẩy việc tạo ra nhiều gel C-S-H trong
vữa xi măng, thúc đẩy sự hydrat hóa, nên làm
gia tăng về mặt cường độ và cải thiện hiệu quả Hình 1. Phân tích XRD tại thời điểm phản
tính chất cơ học của bê tông hơn. Chen và cộng ứng khác nhau.
sự [1] đã nghiên cứu tính chất nén dọc trục của Từ kết quả hình ảnh nhiễu xạ trên ta thấy
cột bê tông cốt thép tròn bằng thép không gỉ trong góc 2θ từ 15 đến 40o cấu trúc nhiễu
nano-SiO2. Khi hàm lượng nano-SiO2 là 1%, loạn do các hạt silica vô định hình. Mẫu đo
khả năng chịu lực dọc trục là cao nhất. cực đại ở giữa 2 góc 22o cho thấy bản chất
đặc trưng vô định hình của nanosilica.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU b. Phân tích phổ EDS
Cân một lượng mẫu cát biển (từ biển Hà
Tĩnh) cho vào trong cốc khuấy và đặt trên bếp
khuấy từ có gia nhiệt. Sử dụng các thuốc thử
được chuẩn bị nghiên cứu trước để làm cân
bằng hóa học của cát silic. Sau đó thực hiện
phản ứng trung hòa cho đến khi nồng độ axit
trên 0,1 mol/l thì dừng lại. Sau đó phần huyền Hình 2. Phân tích EDS của nano cát silic
126
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Qua kết quả đo tán xạ năng lương thấy cường độ nén cao nhất. Cường độ nén của bê
rằng nanosilica tổng hợp từ cát biển cho mẫu tông biến tính nano-silica tăng 16% - 25%
tinh khiết chứa 2 thành phần nguyên tố hóa sau 7 ngày và 12% - 17% sau 28 ngày, so với
học chính là Si chứa 47,60% - O chứa 52,4 bê tông thường. Lý do chính cho việc cải
%. Điều này chứng minh vật liệu nanosilica thiện cường độ nén bê tông là phản ứng
đã tổng hợp đi từ nguồn cát biển đã thành pozzolanic có hoạt tính cao của các hạt nano
công. Với kết quả này chúng tôi nhận thấy - SiO2 và canxi hydroxit, thúc đẩy sự hình
rằng nano-SiO2 có độ tinh khiết cao, chiếm thành canxi silicat hydrat hóa cao làm cải
ưu thế cao hơn rất nhiều so với nguồn nano- thiện cường độ sớm của bê tông. Bê tông
SiO2 tổng hợp từ nguồn tro trấu chứa nhiều không có nano - SiO2 chỉ có thể dựa vào xi
tạp chất hơn. măng để hydrat hóa thành một lượng nhỏ
c. Phân tích trên phổ FTIR canxi silicat hydrat để tăng cường độ. Do đó,
độ nén của bê tông không có nano- SiO2 là
thấp hơn. Thành phần bê tông được sử dụng
xi măng mác 40 MPa cùng với các vật liệu
được thể hiện trong bảng 1.
Bảng 1. Thành phần cấp phối bê tông
Phụ
SiO2 XM C Đ N SF gia
Mẫu
(kg) (kg) (kg) (kg) (lit) (kg) SD
(lit)
NS0 0 245 702 1050 154 0 3.3
Hình 3. Đo phổ FTIR của mẫu đã tổng hợp NS1 4.13 245 702 1050 154 25.75 3.3
Dựa trên hình 3 có các đỉnh hấp thụ ở NS3 8.20 245 702 1050 154 51.5 3.3
1084 cm-1, 795 cm-1 và 467 cm-1 trong các NS5 10.3 245 702 1050 154 77.25 3.3
đường cong trên phổ FTIR, chứng minh sự
dao động của các nhóm Si-O-Si trên cát silic. Bảng 2. Cường độ nén bê tông nanosilica
Điều này đảm bảo sự tồn tại của thành phần sau 28 ngày tuổi
silic trong cát. Ngoài ra, ba đỉnh hấp thụ ở
7 ngày 28 ngày
1597 cm-1, 1866 cm-1 đã xuất hiện được gắn Mẫu SiO2 (%)
(MPa) (MPa)
dao động của nước tương ứng. Khẳng định
NS0 0% 33.42 50.65
nano- SiO2 tổng hợp từ cát biển đã thành
công. Sau khi tổng hợp được vật liệu NS1 0.5% 35.27 55.19
nanosilica từ cát biển ở trên, chúng tôi lựa NS3 1% 41.08 62.21
chọn cho nghiên cứu ứng dụng trong bê tông. NS5 1.5% 43.55 67.00
3.2. Tính chất của bê tông sử dụng b. Độ bền uốn
nanosilica Cường độ uốn của bê tông biến tính nano-
silica cho thấy xu hướng tương tự cường độ
a. Cường độ nén nén. Do tỷ lệ xi măng nước khác nhau, cũng
Việc bổ sung nano-SiO2 có lợi cho cường có sự khác biệt về hàm lượng tối ưu của
độ nén của bê tông xi măng. Cường độ nén nano-SiO2, dẫn đến hiệu quả khác nhau trong
của bê tông nano-SiO2 tăng khi hàm lượng việc cải thiện cường độ uốn của bê tông [4].
nano-SiO2 tăng theo hàm lượng ngưỡng. hình 4, cho thấy cường độ uốn của bê tông
Trên giá trị ngưỡng, lượng nano-SiO2 cao tại 3 ngày, 7 ngày, 28 ngày và 90 ngày.
hơn dẫn đến giảm cường độ nén. Bê tông Cường độ uấn được tăng lên đối với các mẫu
silic có hàm lượng nano-SiO2 1,5% cung cấp có sử dụng nanosilica.
127
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
tính cao của nano-SiO2 đã tiêu thụ một phần
silicat trong quá trình thúc đẩy hydrat hóa.
Hình 4. Độ bền uốn của bê tông
ở các độ tuổi khác nhau
Hình 5. Phổ XRD của vữa xi măng
c. Độ bền kéo có chứa nano SiO2.
Như mong muốn, nano-SiO2 có thể cải
thiện cường độ kéo đứt của bê tông. Bằng Khi thời gian và hàm lượng nano-SiO2
cách kiểm tra cường độ phân tách của nano- tăng lên, hàm lượng canxi hydroxit giảm. Lý
SiO2 kích thước hạt khác nhau được thêm do là nano-SiO2 thúc đẩy phản ứng giữa
vào bê tông thì thấy rằng hiệu quả cải thiện canxi hydroxit và vật liệu chứa SiO2 vô định
cường độ bền kéo của các hạt nano SiO2 cỡ hình pozzolanic.
12 - 15 nm tốt hơn các hạt có kích thước từ 7
4. KẾT LUẬN
- 10 nm; đồng thời diện tích bề mặt riêng của
các hạt nano thấp hơn sẽ dễ dạng phân tán Các kết quả tổng hợp nano-SiO2 từ cát biển
trong nước tốt hơn [2]. Lý do cho hiện tượng được chứng minh bằng các phương pháp hóa
này là nano-SiO2 cải thiện cường độ giao lý FTIR, XRD và SEM có tiềm năng ứng
diện giữa kết cấu bê tông và cốt liệu [5]. dụng làm phụ gia cho bê tông. Khi nano-SiO2
d. Cấu trúc bê tông- nano-SiO2 được sử dụng để thay thế một phần xi măng,
Qua nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung hoạt tính cao của nano-SiO2 giúp thúc đẩy
nano-SiO2 đã làm tăng cường độ bê tông xi phản ứng hydrat hóa của bê tông, rút ngắn
măng là bởi: nano-SiO2 tham gia vào phản thời gian thiết lập của nano-SiO2.
ứng puzzolan tạo ra C-S-H với độ rắn cao Nano-SiO2 thúc đẩy mức độ hydrat hóa
hơn, do vậy mà cường độ của bê tông tăng của bê tông, tạo ra ma trận bê tông để tạo ra
lên. Bên cạnh đó, nano SiO2 sau khi tổng hợp nhiều gel C-S-H, lấp đầy mao quản trong cấu
có kích thước rất nhỏ nên nó lấp đầy lỗ trống trúc bê tông, giảm thể tích mao quản, tăng
trong bê tông xi măng, giúp bê tông xi măng được cường độ chịu nén, độ bền uấn và độ
chặt hơn, tăng cường độ cao hơn[1]. Khi bền kéo của bê tông.
nano-SiO2 được thêm vào bê tông, kích thước
lỗ rỗng và tinh thể trở nên nhỏ hơn và sự liên 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
kết giữa các tinh thể trở nên chặt chẽ hơn, làm [1] Chen X.X., Sheng X.S., Zhang X.Y., Chen
cho cấu trúc vi mô nhỏ gọn hơn, cũng nhận Y., (2018) Research on axial compression
thấy rằng cấu trúc của bê tông được tối ưu hóa behavior of nano-SiO2 reinforced concrete
hơn khi bổ sung nano-SiO2 [3]. Khi hàm filled stainless steel circular tube short
lượng nano-SiO2 tăng lên, thể tích mao quản columns after high temperature, Industrial
trong kết cấu bê tông giảm liên tục. Construction, 49, 189-193.
Kết quả phân tích trong vữa xi măng bằng [2] Fallah S., Nematzadeh M.,(2017)
nhiễu xạ tia X trong (hình 5), đỉnh của Mechanical properties and durability of
portlandite (CH) trong bùn xi măng với high-strength concrete containing macro-
nano-SiO2 cao hơn so với bùn xi măng thông polymeric and polypropylene fibers with
thường. Tuy nhiên, đỉnh silicat đã giảm đáng nano-silica and silica fume, Constr. Build.
kể sau 28 ngày. Điều này chỉ ra rằng hoạt Mater.132, 170-187.
128
nguon tai.lieu . vn
