Số điện thoại: 024 6683 9670
[Vietnamese]
[English]

Vật liệu bê tông geopolymer là gì? Ứng dụng của loại vật liệu mới này

21/11/2022

Hiện nay, đã có những cảnh báo về vấn đề ô nhiễm môi trường do rác thải, khí thải và hiện tượng trái đất nóng dần do hệ quả của hiệu ứng nhà kính. Một trong những nguyên nhân đóng góp một lượng lớn khí CO2 vào khí quyển là ngành sản xuất xi măng truyền thống. Chính vì vậy, một số nước đã khuyến khích phát triển một loại chất kết dính mới có thể thay thế xi măng portland truyền thống, đó là xi măng polyme hay còn gọi là “Geopolymer- cement”. Hãy cùng Vinalab tìm hiểu xem loại vật liệu mới này là gì nhé.

Bê tông Geopolymer

1. Geopolyme là gì?

Geopolyme là chất vô cơ, cấu tạo từ alumino-silicat tạo thành mạng lưới liên kết cộng hóa trị dài, không kết tinh (vô định hình). Các mảnh Obsidian (thủy tinh núi lửa) là thành phần của một số hỗn hợp geopolymer.

Geopolyme được sản xuất thương mại có thể được sử dụng cho lớp phủ và chất kết dính chịu lửa và chịu nhiệt, ứng dụng y học, gốm sứ nhiệt độ cao, chất kết dính mới cho vật liệu tổng hợp sợi chống cháy, bao gói chất thải độc hại và phóng xạ và đặc biệt là làm xi măng mới cho bê tông Geopolymer.

Các đặc tính và cách sử dụng của geopolyme đang được khám phá trong nhiều ngành khoa học và công nghiệp: hóa học vô cơ hiện đại, hóa lý, chất keo hóa học, khoáng vật học, địa chất và trong các loại công nghệ quy trình kỹ thuật khác. Lĩnh vực geopolyme là một phần của khoa học polymer và cũng là một trong những lĩnh vực chính của khoa học vật liệu.

Polyme là vật liệu hữu cơ, tức là gốc cacbon, hoặc polyme vô cơ, ví dụ gốc silicon. Polyme hữu cơ bao gồm các lớp polyme tự nhiên (cao su, xenlulo), polyme hữu cơ tổng hợp (sợi dệt, chất dẻo, màng, chất đàn hồi, v.v.) và polyme sinh học tự nhiên (sinh học, y học, dược phẩm). Nguyên liệu được sử dụng trong quá trình tổng hợp polyme gốc silic chủ yếu là các khoáng chất tạo đá có nguồn gốc địa chất nên có tên gọi: geopolymer.

Joseph Davidovits đặt ra thuật ngữ này vào năm 1978 và thành lập tổ chức khoa học phi lợi nhuận của Pháp (Association Loi 1901) Institut Géopolymère (Geopolymer Institute).

Theo TF Yen geopolyme có thể được phân thành hai nhóm chính: geopolyme vô cơ tinh khiết và geopolyme có chứa hữu cơ, các chất tương tự tổng hợp của các đại phân tử tự nhiên. Trong phần trình bày sau đây, geopolymer về cơ bản là một hợp chất hóa học khoáng hoặc hỗn hợp các hợp chất bao gồm các đơn vị lặp lại, ví dụ silico-oxit (-Si-O-Si-O-), silico-aluminat (-Si-O-Al-O-), ferro-silico-aluminat (-Fe-O-Si-O-Al-O-) hoặc alumino-phosphate (-Al-OPO-), được tạo ra thông qua quá trình tạo gen. Sự tổng hợp khoáng chất này (tổng hợp địa chất) lần đầu tiên được trình bày tại một hội nghị chuyên đề của IUPAC vào năm 1976.

Cấu trúc vi mô của geopolyme về cơ bản phụ thuộc vào nhiệt độ: nó là tia X vô định hình ở nhiệt độ phòng, nhưng phát triển thành ma trận tinh thể ở nhiệt độ trên 500°C.

Người ta có thể phân biệt giữa hai con đường tổng hợp: trong môi trường kiềm (Na+, K+, Li+, Ca2+, Cs+ và tương tự); hoặc trong môi trường axit với axit photphoric, axit cacboxylic hữu cơ từ chiết xuất thực vật (axit axetic, xitric, oxalic và humic).

2. Hình thành thuật ngữ Geopolymer

Vào những năm 1950, Viktor Glukovsky, ở Kiev, Liên Xô, đã phát triển vật liệu bê tông Geopolymer ban đầu được biết đến với tên gọi " soil silicate concretes" và " soil cements", nhưng kể từ khi Joseph Davidovits giới thiệu khái niệm geopolymer, năm 1991. Thuật ngữ này và các định nghĩa về “geopolymer” đã trở nên đa dạng hơn và thường mâu thuẫn với nhau. Các ví dụ dưới đây được lấy từ các ấn phẩm khoa học năm 2011, được viết bởi các nhà khoa học có nền tảng khác nhau.

2.1. Thuật ngữ Geopolymer trong hóa học

“... Geopolyme bao gồm khung Si – O – Al cao phân tử, tương tự như zeolit. Sự khác biệt chính đối với zeolit ​​là geopolyme là vô định hình thay vì tinh thể. Cấu trúc vi mô của geopolyme trên quy mô nanomet mà TEM quan sát được bao gồm các cụm aluminosilicat nhỏ với các lỗ xốp phân tán trong một mạng lưới có độ xốp cao. Kích thước cụm từ 5 đến 10 nanomet.”

2.2. Thuật ngữ Geopolymer trong hóa học vật liệu

“... Phản ứng tạo ra SiO4 và AlO4, các khuôn khổ tứ diện được liên kết bởi các oxy dùng chung dưới dạng poly (sialate) hoặc poly (sialate – siloxo) hoặc poly (sialate – disiloxo) tùy thuộc vào tỷ lệ SiO2 / Al2O3 trong hệ thống. Sự kết nối của các khung tứ diện được thực hiện thông qua các liên kết cộng hóa trị tầm xa. Do đó, cấu trúc geopolymer được coi là pha vô định hình dày đặc bao gồm vi cấu trúc alumino-silicat 3-D bán tinh thể.”

2.3. Thuật ngữ Geopolymer trong khoa học xi măng kiềm

“... Geopolyme là cấu trúc khung được tạo ra bằng cách ngưng tụ các đơn vị aluminosilicat tứ diện, với các ion kim loại kiềm cân bằng điện tích liên kết với Al tứ diện. Thông thường, geopolyme được tổng hợp từ hỗn hợp hai phần, bao gồm dung dịch kiềm (silicat thường hòa tan) và vật liệu aluminosilicat rắn. Quá trình tạo geopolymerization xảy ra ở nhiệt độ môi trường xung quanh hoặc nhiệt độ hơi cao, trong đó quá trình rửa trôi các nguyên liệu thô aluminosilicat rắn trong dung dịch kiềm dẫn đến việc chuyển các loài bị rửa trôi từ bề mặt rắn sang pha gel đang phát triển, tiếp theo là sự tạo mầm và ngưng tụ của pha gel để tạo thành chất rắn, chất kết dính.”

2.4. Thuật ngữ Geopolymer trong một số ngành khác

“… Mặc dù geopolymer nói chung là chất vô định hình tia X nếu được xử lý ở áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn, nó sẽ chuyển thành các pha gốm tinh thể như leucit hoặc ô nhiễm khi đun nóng.”

“... Geopolyme là một loại gốm hoàn toàn vô cơ, dựa trên alumino-silicat được cân bằng điện tích bởi các oxit nhóm I. Chúng là gel cứng, được tạo ra trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất tương đối xung quanh thành các vật thể có kích thước gần như ròng, và sau đó có thể được chuyển đổi thành vật liệu tinh thể hoặc gốm thủy tinh.”

3. Tổng hợp geopolymer

3.1. Phối hợp ion hay liên kết cộng hóa trị?

Năm 1937, WL Bragg đã công bố một phương pháp phân loại tất cả các loại silicat và cấu trúc tinh thể của chúng dựa trên khái niệm lý thuyết ion của Linus Pauling. Đơn vị cơ bản là một phức chất tứ diện bao gồm một cation nhỏ như Si4+, hoặc Al 3+ trong sự phối trí tứ diện với bốn oxy (quy tắc đầu tiên của Pauling). Nhiều sách giáo trình giải thích dạng hình học của tứ diện SiO44− và các cấu trúc khoáng vật khác được xác định bởi kích thước tương đối của các ion khác nhau.

Sự biểu diễn phối trí ion này không còn phù hợp với các yêu cầu của hóa học geopolymer vốn được điều chỉnh bởi cơ chế liên kết cộng hóa trị. Sự khác biệt giữa khái niệm ion và liên kết cộng hóa trị là rất sâu sắc. Cấu trúc tứ diện kép là chia sẻ một anion O2−, trong khi trong cấu trúc phân tử Si-O-Si-, liên kết cộng hóa trị đạt được thông qua Si và O đồng chỉ chia sẻ một electron. Điều này dẫn đến liên kết bền chặt hơn trong cấu trúc thứ hai. Nhà khoáng vật học và địa hóa học người Mỹ, GV Gibbs và nhóm của ông đã nghiên cứu liên kết cao phân tử Si-O-Si-O và cho biết vào năm 1982-2000:

Việc mô hình hóa thành công các đặc tính và cấu trúc của silica... tạo tín nhiệm cho tuyên bố rằng một khối đa hình silica giống như thạch anh có thể được xem như một phân tử khổng lồ được liên kết với nhau về cơ bản là các lực liên kết các nguyên tử của khung Si-O-Si thành một phân tử siloxan nhỏ.

Thuật ngữ phân tử khổng lồ được GV Gibbs sử dụng tương đương với định nghĩa của geopolymer và từ ngữ phân tử siloxan nhỏ mô tả các đồng phân thực tế của các hợp chất hữu cơ-silicon, được biết đến như là polymer silicone. Các oligome siloxan này có cấu trúc tương tự như các oligome silico-aluminat được mô tả bên dưới trong bài viết này.

3.2. Quá trình tạo gen bắt đầu với các chất đồng phân

Geopolymerization là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ được gọi là đồng phân thành một mạng lưới liên kết cộng hóa trị. Tổng hợp địa hóa học được thực hiện thông qua các oligome (dimer, trimer, tetramer, pentamer) cung cấp các cấu trúc đơn vị thực tế của dinh dưỡng đại phân tử ba chiều. Năm 2000, TW Swaddle và nhóm của ông đã chứng minh sự tồn tại của các phân tử alumino-silicat cô lập có thể hòa tan trong dung dịch ở nồng độ tương đối cao và độ pH cao. Một cải tiến lớn trong nghiên cứu của họ là nghiên cứu của họ được thực hiện ở nhiệt độ rất thấp, thấp tới -9C. Thật vậy, người ta phát hiện ra rằng quá trình trùng hợp ở nhiệt độ phòng của các oligo-sialat đang diễn ra trên quy mô thời gian khoảng 100 mili giây, tức là nhanh hơn từ 100 đến 1000 lần so với quá trình trùng hợp của các đơn vị ortho-silicate, oligo-siloxo. Ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn, phản ứng xảy ra rất nhanh nên không thể phát hiện được bằng thiết bị phân tích thông thường.

Hình ảnh cho thấy 5 oligome hòa tan của các loài K-poly (sialate)/poly (sialate-siloxo), là các đơn vị khởi đầu thực tế của quá trình tạo gen alumino-silicat dựa trên kali.

3.2.1. Ví dụ về phản ứng thủy phân (-Si-O-Al-O-) với metakaolin MK-750 trong môi trường kiềm.

Nó bao gồm bốn giai đoạn chính bao gồm bảy bước phản ứng hóa học:

  • Sự khử kiềm của lớp poly (siloxo) kaolinit;
  • Hình thành các loại đơn phân và oligome, bao gồm phân tử "ortho-sialate" (OH) 3 -Si-O-Al- (OH) 3;
  • Với sự hiện diện của thủy tinh (K-polysiloxonate hòa tan), người ta sẽ tạo ra cấu trúc vòng ortho-sialate-disiloxo (ví dụ # 5 trong hình), theo đó hydroxit được giải phóng bằng các phản ứng ngưng tụ và có thể phản ứng trở lại;
  • Geopolymerization (polycondensation) thành các oligome cao hơn và mạng 3D polyme.

Động học geopolymerization cho Na-poly (sialate-siloxo) và K-poly (sialate-siloxo) tương ứng hơi khác nhau. Điều này có thể là do kích thước khác nhau của các cation Na + và K +, K + lớn hơn Na +.

3.2.2. Ví dụ về phản ứng thủy phân zeolitic (Si-O-Al-O-) với tro bay trong môi trường kiềm.

Nó bao gồm 5 giai đoạn chính:

  • Giai đoạn tạo hạt nhân trong đó các aluminosilicat từ hạt tro bay hòa tan trong môi trường kiềm (Na+), giải phóng các alumin và silicat, có thể là các monome.
  • Các monome này phản ứng lẫn nhau để tạo thành các dimer, sau đó phản ứng với các monome khác để tạo thành trime, tetrame, v.v.
  • Khi dung dịch đạt đến độ bão hòa, một gel giàu nhôm (có tên là Gel 1) sẽ kết tủa.
  • Khi phản ứng tiến triển, càng nhiều nhóm Si-O từ nguồn rắn ban đầu hòa tan, làm tăng nồng độ silic trong môi trường và nâng dần tỷ lệ silic trong gel tiền chất zeolit ​​(Gel 2).
  • Polycondensation thành các khuôn khổ 3D giống zeolite.

3.3. Khuôn khổ 3D của Geopolymer

Geopolymerization tạo thành các khuôn khổ aluminosilicat tương tự như các khuôn khổ của các khoáng chất tạo đá. Năm 1994, Davidovits đã trình bày một cấu trúc lý thuyết cho K-poly (sialate-siloxo) (K) - (Si-O-Al-O-Si-O) phù hợp với phổ NMR. Nó không cho thấy sự hiện diện của nước trong cấu trúc bởi vì ông chỉ tập trung vào mối quan hệ giữa Si, Al, Na, K, các nguyên tử. Nước chỉ tồn tại ở nhiệt độ dưới 150°C - 200°C, về cơ bản ở dạng nhóm -OH, trong khi nhiều ứng dụng công nghiệp và thương mại geopolymer hoạt động ở nhiệt độ trên 200°C, lên đến 1400°C, tức là ở nhiệt độ trên quá trình khử hydroxyl. Tuy nhiên, các nhà khoa học đang nghiên cứu các ứng dụng nhiệt độ thấp, chẳng hạn như xi măng và quản lý chất thải, đã cố gắng xác định chính xác quá trình hydrat hóa cation và các phân tử nước. Mô hình này cho thấy một geopolymer phản ứng không hoàn toàn (bên trái trong hình), liên quan đến các nhóm Si-OH tự do mà sau này sẽ theo thời gian hoặc với polycondense ở nhiệt độ với Al-OK đối nghịch, thành Si-O-Al-O sialate trái phiếu. Nước được giải phóng bởi phản ứng này hoặc vẫn còn trong các lỗ rỗng, được liên kết với khung tương tự như nước zeolitic, hoặc có thể được giải phóng và loại bỏ. Một số khuôn khổ 3D được mô tả trong cuốn sách “Hóa học Geopolymer và Ứng dụng”. Sau khi khử hydro (và khử nước), nói chung là trên 250°C, geopolyme ngày càng trở nên tinh thể hơn và trên 500-1000°C (tùy thuộc vào bản chất của cation kiềm có mặt) kết tinh và có các mẫu nhiễu xạ tia X và cấu trúc khung giống hệt với các chất tương tự địa chất của chúng.

4. Ứng dụng thương mại của geopolyme

Có rất nhiều ứng dụng tiềm năng, một số ứng dụng geopolymer vẫn đang được phát triển trong khi những ứng dụng khác đã được công nghiệp hóa và thương mại hóa. Xem danh sách không đầy đủ do Viện Geopolymer cung cấp. Chúng được liệt kê trong ba loại chính:

4.1. Chất kết dính và nhựa geopolymer

  • Vật liệu chống cháy, cách nhiệt, xốp;
  • Gạch men năng lượng thấp, vật liệu chịu lửa, vật liệu chịu lửa nhiệt;
  • Hệ thống nhựa công nghệ cao, sơn, chất kết dính và vữa;
  • Công nghệ sinh học (vật liệu ứng dụng làm thuốc);
  • Công nghiệp đúc (nhựa), dụng cụ để sản xuất vật liệu tổng hợp sợi hữu cơ;
  • Vật liệu tổng hợp để sửa chữa và tăng cường cơ sở hạ tầng, vật liệu tổng hợp sợi carbon công nghệ cao chống cháy và chịu nhiệt cho nội thất máy bay và ô tô;
  • Ngăn chứa chất phóng xạ và chất thải độc hại.

4.2. Xi măng Geopolymer và bê tông Geopolymer

  • Vật liệu xây dựng công nghệ thấp (gạch đất sét),
  • Xi măng và bê tông Geopolymer có hàm lượng CO2 thấp.

4.3. Nghệ thuật và khảo cổ học

  • Đồ đá trang trí, nghệ thuật và trang trí;
  • Di sản văn hóa, khảo cổ học và lịch sử các ngành khoa học.

5. Chất kết dính và nhựa geopolymer

Loại vật liệu geopolymer được Davidovits mô tả bao gồm:

  • Chất kết dính geopolymer dựa trên Metakaolin MK-750 công thức hóa học (Na, K) - (Si-O-Al-O-Si-O-), tỷ lệ Si: Al = 2 (khoảng 1,5 đến 2,5)
  • Chất kết dính geopolymer dựa trên silica công thức hóa học (Na, K) -n (Si-O -) - (Si-O-Al-), tỉ lệ Si: Al> 20 (từ 15 đến 40).
  • Chất kết dính geopolymer dựa trên sol-gel (MK-750 tổng hợp) công thức hóa học (Na, K) - (Si-O-Al-O-Si-O-), tỷ lệ Si: Al = 2

Nhựa geopolymer đầu tiên được mô tả trong đơn xin cấp bằng sáng chế của Pháp do J. Davidovits nộp vào năm 1979. Bằng sáng chế của Hoa Kỳ, US 4,349,386, được cấp vào ngày 14 tháng 9 năm 1982 với tiêu đề Polyme khoáng và phương pháp tạo ra chúng. Về cơ bản, nó liên quan đến quá trình tạo địa chất của silicat hòa tan trong kiềm [thủy tinh hoặc (Na, K) -polysiloxonate] với đất sét kaolinit nung (sau này được tạo ra là metakaolin MK-750 để làm nổi bật tầm quan trọng của nhiệt độ nung, cụ thể là 750°C trong trường hợp này). Năm 1985, Kenneth MacKenzie và nhóm của ông đến từ New-Zealand, đã phát hiện ra sự phối trí Al (V) của kaolinit nung (MK-750), mô tả "sự chuyển dịch hóa học trung gian giữa tứ diện và bát diện." Điều này có một đầu vào tuyệt vời để hiểu rõ hơn về phản ứng geopolymeric của nó.

Kể từ năm 1979, nhiều loại nhựa, chất kết dính và vữa đã được phát triển bởi ngành công nghiệp hóa chất trên toàn thế giới.

5.1. Khả năng sử dụng vật liệu tổng hợp geopolymer

Nhựa geopolymer dựa trên metakaolin MK-750 và silica được sử dụng để ngâm tẩm sợi và vải để tạo ra vật liệu tổng hợp sợi dựa trên nền geopolymer. Các sản phẩm này có khả năng chống cháy; chúng không thải ra khói và không có khói độc hại. Chúng đã được thử nghiệm và khuyến nghị bởi các tổ chức quốc tế lớn như Cục Hàng không Liên bang Hoa Kỳ FAA. FAA đã chọn composite carbon-geopolymer là ứng cử viên tốt nhất cho chương trình cabin chống cháy (1994-1997). Geopolyme là vật liệu chủ hấp dẫn để cố định chất thải hạt nhân do độ bền môi trường cao và tính linh hoạt đối với các thay đổi thành phần của chất thải. Chúng đã được sử dụng trên quy mô công nghiệp để cố định chất thải phóng xạ khó xử lý suối ở Cộng hòa Séc và Slovakia.

5.2. Vật liệu chống cháy

Flashover – là sự bùng cháy gần như đồng thời của hầu hết các vật liệu dễ cháy tiếp xúc trực tiếp trong một khu vực kín. Hiện tượng cháy xảy ra khi phần lớn các bề mặt tiếp xúc trong không gian bị nung nóng đến nhiệt độ tự cháy của chúng và phát ra khí dễ cháy. Do đó, trong đám cháy, trước thời điểm flashover xảy ra là thời gian vàng để thoát hiểm và đây là yếu tố quan trọng nhất để xác định nguy cơ cháy của vật liệu hoặc tập hợp vật liệu trong đám cháy. Cục Hàng không Liên bang đã sử dụng thời gian flashover bề mặt của vật liệu trong các bài kiểm tra cabin máy bay làm cơ sở cho các tiêu chí chấp nhận tốc độ tỏa nhiệt và thoát nhiệt đối với vật liệu cabin cho máy bay thương mại.

Vật liệu composite carbon-geopolymer được ứng dụng trên xe đua xung quanh bộ phận ống xả. Công nghệ này có thể được chuyển giao và ứng dụng để sản xuất hàng loạt các bộ phận ô tô thông thường (ống xả chống ăn mòn và các loại tương tự) cũng như tấm chắn nhiệt. Một nhà sản xuất ô tô xe máy nổi tiếng đã phát triển một hệ thống ống xả tổng hợp geopolymer.

Vật liệu Geopolymer

6. Xi măng geopolymer

Sản xuất xi măng geopolymer yêu cầu nguyên liệu tiền chất là aluminosilicat như metakaolin hoặc tro bay, thuốc thử kiềm thân thiện với người sử dụng.

Ví dụ, silicat hòa tan natri hoặc kali với tỷ lệ mol MR SiO2: M2O ≥ 1,65, M là Na hoặc K) và nước. Quá trình đông cứng ở nhiệt độ phòng dễ dàng đạt được hơn khi bổ sung nguồn cation canxi, thường là xỉ lò cao.

6.1. Hóa học xi măng pooc lăng và hóa học geopolymer

Bên trái: làm cứng xi măng poóc lăng (PC) thông qua quá trình thủy hóa canxi silicat thành hyđrat canxi silicat (CSH) và portlandit, Ca(OH)2.

Phải: làm cứng (đông kết) xi măng geopolymer (GP) thông qua quá trình đa ngưng tụ kali oligo- (sialate-siloxo) thành mạng liên kết chéo kali poly (sialate-siloxo).

6.2. Các loại xi măng geopolymer

Các danh mục bao gồm:

- Xi măng geopolymer gốc xỉ.

- Xi măng geopolymer gốc đá.

- Xi măng geopolymer gốc tro bay:

+ Loại 1: geopolymer tro bay hoạt hóa kiềm.

+ Loại 2: xi măng geopolymer gốc xỉ/tro bay.

- Xi măng geopolymer gốc Ferro-sialate.

6.2.1. Xi măng geopolymer gốc xỉ.

Thành phần: metakaolin (MK-750) + xỉ lò cao + silicat kiềm (thân thiện với người dùng).

Cấu tạo geopolymeric: Thực tế là Si: Al = 2 Dung dịch rắn của Si: Al = 1, Ca-poly (di-sialate) (loại anorthit) + Si: Al = 3, K-poly (sialate- disiloxo) (loại orthoclase) và CSH Ca-silicat hydrat.

Xi măng geopolymer đầu tiên được phát triển vào những năm 1980 là loại (K, Na, Ca) -poly (sialate) (hoặc xi măng geopolymer dựa trên xỉ) và là kết quả từ các phát triển nghiên cứu được thực hiện bởi Joseph Davidovits và JL Sawyer tại Lone Star Industries, Hoa Kỳ và mang lại phát minh ra xi măng Pyrament®. Đơn xin cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ được nộp vào năm 1984 và bằng sáng chế Hoa Kỳ 4.509.985 đã được cấp vào ngày 9 tháng 4 năm 1985, với tiêu đề “Polyme khoáng có độ bền cao ban đầu”.

6.2.2. Xi măng geopolymer gốc đá

Việc thay thế một lượng MK-750 nhất định bằng các loại núi lửa đã chọn tạo ra xi măng geopolymer với các đặc tính tốt hơn và ít phát thải CO2 hơn so với xi măng geopolymer gốc xỉ đơn giản.

Thành phần sản xuất: metakaolin MK-750, xỉ lò cao, tuff núi lửa (nung hoặc không nung), quặng đuôi và kiềm silicat (thân thiện với người sử dụng).

Tạo thành geopolymeric: Si: Al = 3, trên thực tế, dung dịch rắn của Si: Al = 1 Ca-poly (di-sialat) (loại anorthit) + Si: Al = 3-5 (Na, K) -poly (silate-multisiloxo) và CSH Ca-silicate hydrate.

6.2.3. Xi măng geopolymer dựa trên tro bay

Sau đó, vào năm 1997, dựa trên các công trình được tiến hành trên một mặt là xi măng geopolymeric dựa trên xỉ và mặt khác là tổng hợp zeolit ​​từ tro ruồi, Silverstrim et al, van Jaarsveld và van Deventer đã phát triển xi măng dựa trên tro bay geopolymeric. Silverstrim và cộng sự. Bằng sáng chế Hoa Kỳ 5.601.643 có tiêu đề “Vật liệu kết dính xi măng tro bay và phương pháp sản xuất sản phẩm”.

6.3. Khí thải CO2 trong quá trình sản xuất

Theo chuyên gia bê tông người Úc BV Rangan, nhu cầu ngày càng tăng trên toàn thế giới về bê tông Geopolymer là cơ hội tuyệt vời cho sự phát triển của tất cả các loại xi măng geopolymer, với lượng carbon dioxide CO2 thấp hơn nhiều. Vào năm 2021, một nghiên cứu đánh giá vòng đời được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học New South Wales (UNSW Sydney), Úc, xác nhận rằng vữa geopolymer thiết lập cường độ nén và cường độ uốn phù hợp cho các ứng dụng xây dựng và mang lại lợi ích bền vững trên toàn cầu. Làm ấm tiềm năng, điều này cho thấy chúng có thể thay thế tiềm năng cho Xi măng Portland Thông thường. Tuy nhiên, việc xử lý chất thải công nghiệp (tức là chuẩn bị tro bay) làm cạn kiệt các khối nước và natri silicat gây ra gánh nặng môi trường đáng kể trong quá trình sản xuất, trở thành yếu tố chính để tăng cường tính bền vững của geopolymer.

7. Sự cần thiết của các tiêu chuẩn bê tông Geopolymer

Vào tháng 6 năm 2012, tổ chức ASTM International đã tổ chức một hội nghị chuyên đề về Hệ thống chất kết dính tạo gen. Phần mở đầu cho hội nghị chuyên đề nêu rõ: Khi các thông số kỹ thuật về tính năng cho xi măng poóc lăng được viết, các chất kết dính không phải portland là không phổ biến... Các chất kết dính mới như geopolyme ngày càng được nghiên cứu, tiếp thị như các sản phẩm đặc biệt và được khám phá để sử dụng trong kết cấu bê tông. Hội nghị chuyên đề này nhằm tạo cơ hội cho ASTM xem xét liệu các tiêu chuẩn xi măng hiện hành có cung cấp một mặt khuôn khổ hiệu quả cho việc khám phá thêm chất kết dính geopolymer hay không và mặt khác, bảo vệ đáng tin cậy cho người sử dụng các vật liệu này.

Các tiêu chuẩn xi măng poóc lăng hiện có không phù hợp với xi măng geopolymer. Chúng phải được tạo ra bởi một ủy ban đặc biệt. Tuy nhiên, để làm như vậy, cũng đòi hỏi sự hiện diện của xi măng geopolymer tiêu chuẩn. Hiện tại, mỗi chuyên gia đang trình bày công thức của riêng mình dựa trên nguyên liệu thô địa phương (chất thải, phụ phẩm hoặc chiết xuất). Cần phải lựa chọn đúng chủng loại xi măng geopolymer. State of Geopolymer R&D, đề xuất chọn hai loại, đó là:

  • Xi măng geopolymer gốc xỉ / tro bay loại 2: tro bay có sẵn ở các nước mới nổi lớn;
  • Xi măng geopolymer gốc Ferro-sialate: loại nguyên liệu thô giàu sắt địa chất này có mặt ở tất cả các quốc gia trên toàn cầu.
  • thuốc thử geopolymeric thích hợp thân thiện với người dùng.

8. Ứng dụng geopolymer cho nghệ thuật và khảo cổ học

Bởi vì tạo tác geopolymer trông giống như đá tự nhiên, một số nghệ sĩ bắt đầu đúc trong khuôn cao su silicone các bản sao của tác phẩm điêu khắc của họ. Ví dụ, vào những năm 1980, nghệ sĩ người Pháp Georges Grimal đã làm việc trên một số công thức đá đúc geopolymer.

Ứng dụng của Geopolymer

8.1. Đá kim tự tháp Ai Cập

Liên quan đến các ứng dụng khảo cổ học, vào giữa những năm 1980, Joseph Davidovits đã trình bày các kết quả phân tích đầu tiên của mình được thực hiện trên các khối đá kim tự tháp chính hãng. Ông tuyên bố rằng người Ai Cập cổ đại đã biết cách tạo ra phản ứng geopolyme trong việc tạo ra các khối đá vôi kết tụ lại. Nhà khoa học người Ukraina, GV Glukhovsky đã tán thành nghiên cứu của Davidovits trong bài phát biểu quan trọng của ông cho Thực tập sinh thứ nhất. Lời thú nhận. trên Xi măng và Bê tông Alkaline, Kiev, Ukraine, 1994. Sau đó, một số nhà khoa học vật liệu và nhà vật lý đã tiếp nhận các nghiên cứu khảo cổ này và công bố kết quả của họ, về cơ bản là trên đá kim tự tháp.

8.2. Xi măng La Mã

Từ việc đào các tàn tích La Mã cổ đại, người ta biết rằng khoảng 95% bê tông và vữa tạo nên các tòa nhà La Mã bao gồm một loại xi măng vôi rất đơn giản, cứng từ từ thông qua tác động kết tủa của carbon dioxide CO2, từ khí quyển và sự hình thành của canxi silicat hydrat (CSH). Đây là một loại vật liệu rất yếu đến trung bình tốt, được sử dụng chủ yếu trong việc làm nền móng và trong các tòa nhà dành cho người dân.

Nhưng đối với việc xây dựng các "ouvrages d’art" của họ, đặc biệt là các công trình liên quan đến việc chứa nước (bể chứa nước, cầu dẫn nước), các kiến ​​trúc sư La Mã đã không ngần ngại sử dụng các nguyên liệu phức tạp và đắt tiền hơn. Những loại xi măng La Mã nổi bật này dựa trên sự hoạt hóa calcic của các cốt liệu gốm (trong tiếng Latinh testa, tương tự như metakaolin MK-750 hiện đại của chúng tôi) và các loại núi lửa giàu kiềm (cretoni, zeolitic pozzolan), tương ứng với vôi. Các cuộc điều tra Quang phổ MAS-NMR đã được thực hiện trên những xi măng La Mã công nghệ cao này có niên đại vào thế kỷ thứ 2 sau Công nguyên. Họ cho thấy trang điểm geopolymeric của họ.

Vinalab tổng hợp.