Luận án Nghiên cứu một số tính chất chủ yếu của bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép trong xây dựng mặt đường ô tô ở Việt Nam

thép 
2.2.1. Cơ sở thiết kế thành phần bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép 
 Dựa trên cơ sở tính toán và phương pháp thiết kế theo kinh nghiệm mà Rangan 
đưa ra, quá trình thiết kế thành phần bê tông geopolymer tro bay sử dụng hoàn toàn 
cốt liệu xỉ thép được thể hiện ở sơ đồ khối theo Hình 2.11. 
 57 
 Hình 2.11. Sơ đồ khối tính toán và thiết kế thành phần GPC 
 Chi tiết các bước tính toán như sau: 
 3
 Giả sử: mGPCS=mxỉ thép+mtro bay+ m dung dịch kiềm kích hoạt (tính cho 1m bêtông GPCS 
ở trạng thái tự nhiên) 
 Bước 1: Xác định cường độ yêu cầu với xác suất đảm bảo độ tin cậy nhất định 
 Bước 2: Lựa chọn tính công tác và khối lượng thể tích của GPCS 
 Bước 3: Xác định khối lượng cốt liệu. 
 Bước 4: Xác định tỷ lệ khối lượng dung dịch kiềm kích hoạt/tro bay 
 Bước 5: Xác định khối lượng tro bay 
 Bước 6: Xác định khối lượng dung dịch kiềm kích hoạt 
 58 
 Bước 7: Xác định tỷ lệ Na2SiO3/NaOH theo khối lượng 
 Bước 8: Xác định khối lượng dung dịch NaOH và khối lượng chất tan NaOH 
 Bước 9: Xác định khối lượng nước trong dung dịch NaOH 
 Bước 10: Xác định khối lượng dung dịch Na2SiO3 và kết thúc quá trình thiết kế 
tính toán cho 1 m3 bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép. 
2.2.2. Vật liệu chế tạo bê tông geopolymer tro bay sử dụng cốt liệu xỉ thép 
2.2.2.1. Tro bay 
 Nghiên cứu này sử dụng tro bay của nhà máy nhiệt điện Phả Lại, tỉnh Hải 
Dương đã qua xử lý bằng công nghệ thổi gió phân ly của nhà máy chuyên sản xuất 
tro bay Vina F&C. Tro bay thành phẩm được đóng bao, bọc lớp ni lông để tránh hút 
ẩm. Mang về bảo quản cho tới ngày được sử dụng. Thành phần và độ mịn của tro 
bay được thể hiện ở Bảng 2.10 và Bảng 2.11. Đây là loại tro tương đương với tro 
bay nhóm F theo tiêu chuẩn ASTM C618-03 [37]. 
 Theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 “phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê 
tông, vữa xây và xi măng” thì hàm lượng mất khi nung MKN, % khối lượng, không 
lớn hơn 12 % và 15% lần lượt trong hai trường hợp sau: 
 i. Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông cốt thép từ bê tông nặng và 
 bê tông nhẹ; 
 ii. Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông không cốt thép từ bê tông 
 nặng, bê tông nhẹ và vữa xây. 
 Theo tiêu chuẩn ASTM C618 thì tro bay được chia làm ba loại N, F, C. Dựa 
vào Bảng 1 ở trang 2 của tiêu chuẩn có quy định thành phần hóa học của các loại tro 
bay thì hàm lượng mất khi nung quy định không được lớn hơn 10% đối loại N; 12% 
đối với loại F; 6% đối với loại C. 
 Vì vậy, loại tro bay này hoàn toàn có thể sử dụng trong việc chế tạo bê tông 
geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép. 
 Bảng 2.10. Thành phần hoá học của tro bay sử dụng trong nghiên cứu 
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2 SO3 MKN* 
51.74 24.53 5.59 0.81 1.95 4.42 0.11 0.76 0.31 8.98 
 % theo khối lượng, (*) Lượng mất khi nung 
 59 
 Bảng 2.11. Thành phần hạt của tro bay sử dụng trong nghiên cứu 
 Cỡ hạt (m) 30 20 10 5 
 Lượng lọt sàng (%) 95 51.67 33.06 16.77 
2.2.2.2. Dung dịch kiềm kích hoạt 
 Dung dịch kiềm sử dụng trong nghiên cứu này là hỗn hợp dung dịch NaOH kết 
hợp với Na2SiO3 để tăng tốc độ polyme hóa, từ đó tăng nhanh thời gian hình thành 
cường độ của mẫu thử. Trong nghiên cứu này sử dụng NaOH khan dạng vảy và 
dung dịch thủy tinh lỏng Na2SiO3 được lấy từ nguồn nhà máy hóa chất Việt Trì 
(Việt Trì, Phú Thọ). 
 Hình 2.12. Vật liệu thành phần của dung dịch kiềm hóa (Gel) 
 Thành phần hóa học và một số chỉ tiêu cơ lý của NaOH và Na2SiO3 (nhà máy 
hóa chất Việt Trì) được thể hiện ở Bảng 2.12. 
Bảng 2.12. Thành phần hóa học và một số chỉ tiêu cơ lý của NaOH và Na2SiO3 
 NaOH Na2SiO3 
 Đặc điểm Vảy trắng Đặc điểm Lỏng, nhớt 
 Độ tinh khiết 98.5% Tỷ trọng ở 30oC 1.42-1.43 g/ml 
 %NaOH 98.7% %Na2SiO3 39-40.03% 
 %NaCl 0.03% Mô đun 2.85 
 %Na2CO3 0.5% 
 %Fe2O3 0.004 
 Khối lượng riêng 2.1 
 60 
 Dung dịch kiềm kích hoạt phải được chuẩn bị bằng cách hòa tan NaOH dạng 
vảy khô vào nước theo nồng độ yêu cầu, sau đó trộn dung dịch NaOH và dung dịch 
Na2SiO3 theo tỷ lệ đã định trước. Cả hai quá trình hòa tan và trộn này đều là các 
phản ứng tỏa nhiệt. Nhiệt độ hỗn hợp vào khoảng 70oC. Do vậy, nên pha chế dung 
dịch kiềm kích hoạt ít nhất một ngày trước khi trộn vào bê tông để kích hoạt tro bay 
[66], [67]. 
2.2.2.3. Cốt liệu 
 Xỉ thép đóng vai trò là cốt liệu, xỉ thép sử dụng trong nghiên cứu được lấy từ 
khu công nghiệp gang thép Thái nguyên (Thành phố Thái Nguyên). Hỗn hợp cốt 
liệu xỉ thép sử dụng có Dmax 19 mm. Xỉ thép được nghiền nhỏ thành các cỡ hạt khác 
nhau và thu hồi lượng kim loại dư thừa còn trong xỉ thép (mạt kim loại) bằng thiết 
bị lò từ, sau đó xỉ thép được sấy khô bề mặt để sử dụng thí nghiệm. 
Hình 2.13. Cốt liệu xỉ thép đƣợc nghiền và thu hồi kim loại dƣ thƣa bằng lò từ 
 Hỗn hợp cốt liệu xỉ thép có Dmax =19mm được sàng phân loại theo các cỡ 
hạt khác nhau theo ASTMC136 [31] và được phối trộn với nhau thỏa mãn theo 
tiêu chuẩn ASTMC33 [28]. Sau khi phối trộn cốt liệu xỉ thép được chia làm hai 
loại bao gồm: 
 + Loại 1: là loại có kích cỡ hạt từ 4.75÷19 mm đóng vai trò là cốt liệu lớn 
 + Loại 2: là loại có kích cỡ hạt từ 0.15÷4.75 mm đóng vai trò là cốt liệu nhỏ 
 61 
 Hình 2.14. Các cỡ hạt của cốt liệu xỉ thép 
 Bảng 2.13. Thành phần hạt của xỉ thép cỡ hạt 4.75÷19 mm 
 Đường kính mắt sàng d (mm) 25 19 9.5 4.75 2.36 
 100 90.00 20.00 0.00 0.00 
 Lượng lọt sàng tiêu chuẩn (%) 
 100 100 55.00 10.00 5.00 
 Lượng lọt sàng thí nghiệm (%) 100 92.26 65.83 2.50 0.00 
 Lọt sàng sau khi phối trộn (%) 100 95.00 37.5 5.00 0.00 
 Hình 2.15. Biểu đồ cấp phối của xỉ thép cỡ hạt 4.75÷19 mm. 
 Qua biểu đồ cấp phối hạt của cốt liệu thô xỉ thép thực tế thí nghiệm ta thấy cốt 
liệu xỉ thép không đảm bảo thành phần hạt theo ASTMC33. Hàm lượng lọt sàng tại 
cỡ sàng 9.5mm của cốt liệu lớn là 65.83%, nằm ngoài phạm vi cho phép (20-55%) 
theo tiêu chuẩn ASTMC33. Vì vậy, cốt liệu lớn xỉ thép cần phải tiến hành sàng lọc 
 62 
ra trên từng mắt sàng sau đó tiến hành phối trộn lại trên từng mắt sàng để cấp phối 
cốt liệu thô thỏa mãn tiêu chuẩn ASTMC33 [28]. 
 Bảng 2.14. Thành phần hạt của xỉ thép cỡ hạt 0.15÷4.75 mm 
Đường kính mắt sàng d (mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 
 100 95.00 80.00 50.00 25.00 5.00 0.00 
 Lượng lọt sàng yêu cầu 
 100 100 100 85.00 60.00 30.00 10.00 
 Lượng lọt sàng thí nghiệm 100 95.63 82.50 54.38 29.38 8.13 0.00 
 Mô đun độ lớn Mđl 3.26 
 Hình 2.16. Biểu đồ cấp phối của xỉ thép cỡ hạt 0.15 ÷ 4.75 mm 
 Qua biểu đồ cấp phối hạt của cốt liệu mịn xỉ thép thí nghiệm đảm bảo thành 
phần hạt theo ASTMC33 [28] và hàm lượng các hạt lọt qua các sàng đều gần với 
mức cận dưới của tiêu chuẩn. Điều này có nghĩa cấp phối hạt của cốt liệu xỉ thép 
khá thô. Mô đun độ lớn của cốt liệu mịn khá lớn (Mđl= 3.26), hoàn toàn có thể đáp 
ứng vai trò là cốt liệu mịn để chế tạo bê tông geopolyme tro bay cốt liệu xỉ thép. 
2.2.3. Công nghệ chế tạo mẫu thử bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép 
trong phòng thí nghiệm 
2.2.3.1. Nhào trộn hỗn hợp bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép 
 Quá trình nhào trộn được thực hiện bằng máy trộn cưỡng bức với thể tích thùng 
trộn 60 lít do Daiwa Kenko Co, LTD cung cấp. Hỗn hợp được nhào trộn theo 
ASTM C192 [34] với thời gian trộn khô 3 phút và trộn ướt 5 phút. 
 63 
Hình 2.17. Máy trộn bê tông cƣỡng bức Hình 2.18. Trộn hỗn hợp bê tông GPCS 
2.2.3.2. Chế tạo mẫu và bảo dưỡng 
 Hỗn hợp bê tông tươi sau khi được nhào trộn tiến hành đo độ sụt của bêtông 
tươi, và đúc các tổ mẫu thí nghiệm. Hỗn hợp được cho vào khuôn và được đầm 
chặt, đối với các mẫu hình trụ được đầm chặt trên bàn rung khoảng 1.5 phút, dài 
hơn khoảng 2 lần so với việc chế tạo BTXM truyền thống [11]. Sau khi các tổ mẫu 
thí nghiệm được đúc xong, hoàn thiện bề mặt và tiến hành phủ kín giấy bóng trên bề 
mặt của các mẫu thí nghiệm để tránh sự thoát hơi nước nhanh. 
 Hình 2.19. Đầm mẫu Hình 2.20. Mẫu thí nghiệm trƣớc 
 khi tháo khuôn 
 Sau 48 giờ, tiến hành tháo khuôn và lưu mẫu ở điều kiện phòng thí nghiệm 
(PTN) cho đến ngày thí nghiệm. Điều kiện phòng thí nghiệm trong quá trình 
tiến hành nghiên cứu thực nghiệm có nhiệt độ t = 22 4oC và độ ẩm w = 
60 20% [14]. 
 64 
2.2.4. Thiết kế thành phần bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép bằng 
phương pháp quy hoạch thực nghiệm 
 Do chưa có tiêu chuẩn thiết kế thành phần bê tông geopolymer và hệ thống 
bảng tra vật liệu thành phần dùng cho 1m3 GPC, nên trong nghiên cứu này chọn 
phương pháp thiết kế thành phần của Rangan [91], [92] kết hợp với phương pháp 
quy hoạch thực nghiệm để thiết kế thành phần bê tông geopolymer tro bay sử dụng 
cốt liệu xỉ thép. 
2.2.4.1. Lựa chọn hàm mục tiêu 
 Cường độ là đặc tính quan trọng nhất của bê tông sử dụng cho mặt đường và 
thường được đánh giá bằng hai chỉ tiêu gồm cường độ chịu kéo khi uốn và cường 
độ nén. Tương tự như BTXM truyền thống bê tông GPCS có thể làm việc ở những 
trạng thái khác nhau: nén, kéo, uốn, trượt, v.v... Bê tông GPCS làm việc ở trạng thái 
chịu nén là tốt nhất. Việc lựa chọn thành phần hỗn hợp các loại bê tông xi măng đều 
căn cứ vào chỉ tiêu cường độ chịu nén. GPC nói chung và GPCS nói riêng cũng có 
đặc tính chịu nén tốt giống BTXM. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, lựa chọn 
cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày của bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép là 
hàm mục tiêu để thiết kế thành phần của hỗn hợp. Tuy nhiên khác với bê tông thông 
thường, bê tông sử dụng trong tầng mặt của kết cấu áo đường cứng làm việc ở trạng 
thái chịu kéo khi uốn. Vì vậy, cường độ chịu kéo uốn cũng được lựa chọn là một 
trong các thông số để đánh giá chất lượng của bê tông gepolymer tro bay cốt liệu xỉ 
thép và được xác định thông qua tương quan giữa cường độ nén và kéo uốn. 
2.2.4.2. Xác định yếu tố ảnh hưởng đến cường độ GPC 
 Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông geopolymer tro bay gồm 
loại và nồng độ của dung dịch kiềm, tỷ lệ khối lượng dung dịch silicat/dung dịch 
kiềm, tỷ lệ khối lượng dung dịch kiềm kích hoạt/ tro bay, lượng nước hoặc siêu dẻo 
thêm vào và nhiệt độ và thời gian bảo dưỡng [18], [91], [66], [55], [56], [12]... 
Trong đó, các yếu tố ảnh hưởng chính đến cường độ nén là nồng độ mol của dung 
dịch kiềm NaOH; tỷ lệ khối lượng dung dịch kiềm kích hoạt/tro bay (AAS/FA) và tỉ 
lệ khối lượng dung dịch Na2SiO3 và dung dịch NaOH (SS/SH), nhiệt độ bảo dưỡng 
được nghiên cứu nhiều nhất. Mặc dù, các nghiên cứu chỉ ra kết cấu geopolymer cho 
cường độ nén cao hơn khi được bảo dưỡng ở nhiệt độ cao (thường là 60-90oC). Mặt 
khác, ở điều kiện không bảo dưỡng nhiệt, bê tông geopolymer tro bay cũng phát 
 65 
triển cường độ theo thời gian tương tự như BTXM [45]. Hơn nữa, phạm vi nghiên 
cứu luận án chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng bê tông geopolymer cốt liệu xỉ thép 
vào kết cấu mặt đường tại Việt Nam với công nghệ thi công tại chỗ không cần bảo 
dưỡng nhiệt, nên không xét tới điều kiện nhiệt độ bảo dưỡng. Từ đó, trong nghiên 
cứu, lựa chọn ba yếu tố ảnh hưởng chính đến cường độ nén là nồng độ mol của 
dung dịch kiềm NaOH (biến X1); tỷ lệ khối lượng dung dịch kiềm kích hoạt/tro bay 
(AAS/FA) (biến X2) và tỉ lệ khối lượng dung dịch Na2SiO3 và dung dịch NaOH 
(SS/SH) (biến X3). 
 Bất kỳ dung dịch kiềm mạnh nào cũng có thể được sử dụng để làm chất kích 
hoạt cho việc tạo ra geopolymer. Trong đó, các dung dịch kiềm kích hoạt thường 
được sử dụng phổ biến nhất là NaOH hoặc KOH kết hợp với Na2SiO3 hoặc K2SiO3. 
Trong nghiên cứu, lựa chọn sử dụng dung dịch NaOH kết hợp với Na2SiO3 do được 
nghiên cứu phổ biến hơn và giá thành rẻ hơn. Các nghiên cứu trên GPC cốt liệu tự 
nhiên đều cho thấy tăng nồng độ mol của dung dịch kiềm sẽ tạo ra sự hòa tan lớn 
hơn của nguyên liệu [50]. Kết quả là cường độ nén của geopolymer sẽ tăng lên cùng 
với việc tăng nồng độ mol của dung dịch kiềm. Fernández-Jimenez kết luận rằng sử 
dụng NaOH 12.5M mang lại cường độ nén cao hơn khi sử dụng NaOH 8M [60]. 
Tuy nhiên, nồng độ kiềm cao quá cũng được gợi ý là làm giảm cường độ của 
geopolymer. Palomo đã kết luận rằng hồ geopolymer được tạo ra bởi KOH 12M có 
kết quả kích hoạt nhanh hơn và cường độ nén cao hơn so với hồ geopolymer được 
tạo ra bởi KOH 18M [85]. Lý do cho ứng xử này vẫn chưa được làm rõ. Do cường 
độ chịu nén thiết kế là 25, 30, 35 MPa, và cốt liệu xỉ thép có cường độ nén cao hơn 
cốt liệu thông thường nên các nồng độ mol của dung dịch NaOH 10M, 12M, 14M 
được lựa chọn. 
 Mặt khác, tỉ lệ khối lượng dung dịch Na2SiO3 và dung dịch NaOH (SS/SH) 
cũng quyết định các tính chất của dung dịch kiềm kích hoạt. Nghiên cứu của 
Rangan trên cốt liệu thông thường cho thấy tỷ lệ này tốt nhất là 2.5. Khi tỷ lệ này 
tăng lên thì cũng không tăng đáng kể cường độ nén [65]. Do đó, tỷ lệ này thường 
được sử dụng trong khá nhiều nghiên cứu. Tuy nhiên, do có những sự khác biệt về 
thành phần hóa học, tính chất cơ học giữa xỉ thép và cốt liệu tự nhiên, nên các tỉ lệ 2, 
2.5 và 3 được lựa chọn trong phạm vi nghiên cứu của luận án. 
 66 
 Bên cạnh đó, tỷ lệ khối lượng dung dịch kiềm kích hoạt/tro bay (AAS/FA) cũng 
ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của geopolymer. Xie và Xi đã nghiên cứu các 
thuộc tính của kiềm kích hoạt tro bay, cho rằng cường độ cao hơn có thể đạt được 
bằng cách tăng tỉ lệ của tổng lượng dung dịch kích hoạt với tro bay [105]. Theo đó, 
khi tỷ lệ AAS/FA tăng thì cường độ chịu nén giảm. Rangan đề xuất nên lựa chọn tỷ 
lệ khối lượng AAS/FA nằm trong khoảng 0.30-0.45 như Bảng 2.15. 
 Bảng 2.15. Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của tỷ lệ AAS/FA 
 Tỷ lệ khối lượng AAS/FA Tính công tác Cường độ thiết kế (MPa) 
 0.30 Cứng 58 
 0.35 Vừa phải 45 
 0.40 Vừa phải 37 
 0.45 Cao 32 
 Vì nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu có cường độ chịu nén, và khả năng 
hấp thụ nước nhiều hơn cốt liệu thông thường (do có nhiều lỗ rỗng) nên trong 
nghiên cứu sử dụng tỉ lệ (AAS/FA) là 0.4, 0.45 và 0.5. 
 Dựa vào cấp phối bê tông geopolymer đã được nghiên cứu trong và ngoài nước, 
tác giả chọn giá trị biến thiên của 3 yếu tố ảnh hưởng, như Bảng 2.16. 
 Bảng 2.16. Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hƣởng 
 Giá trị X1 X2 X3 
 10MXM 14 0.4 X 0.5 23 X
Khoảng biến thiên 1 2 3 
 Bước thí nghiệm 2M 0.05 0.5 
 Để xác định X1; X2; X3 thì theo phương pháp của B. V. Rangan năm 2008 [91] 
và tiêu chuẩn AP-T318-16 [45] thì cần phải sử dụng hệ thống các bảng tra và toán 
đồ với độ tin cậy cao, xây dựng căn cứ trên cơ sở dữ liệu số lượng mẫu đủ lớn. 
Trong phạm vi của Luận án chưa thể xây dựng được hệ thống các bảng tra và toán 
đồ đó nên đã sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm dạng tâm xoay mặt 
không gian để tìm tương quan mối quan hệ giữa cường độ chịu nén (hàm mục tiêu) 
với các biến yếu tố ảnh hưởng. Trên cơ sở đó tối ưu hóa và tìm được giá trị X1; X2; 
X3. Việc áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm phương trình hồi quy 
tương quan giữa hàm mục tiêu và các yếu tố ảnh hưởng trong thiết kế thành phần bê 
tông geopolymer tro bay sử dụng 100% cốt liệu xỉ thép là một trong những điểm 
mới và đóng góp của luận án. 
 67 
2.2.4.3. Xác định lượng cốt liệu thô và cốt liệu mịn 
 Áp dụng công thức kinh nghiệm theo phương pháp tính toán và thiết kế thành 
phần bê tông geopolymer (GPC) của Rangan năm 2008 [91] để tính hàm lượng cốt 
liệu lớn và nhỏ có trong cốt liệu xỉ thép, như sau: 
 3
mGPC=mcốt liệu+mtro bay+ m dung dịch Gel (tính cho 1m bêtông GPC ở trạng thái tự nhiên) 
 Khối lượng cho một đơn vị thể tích của GPC sử dụng cốt liệu tự nhiên cũng 
tương tự như bêtông xi măng từ 2200 - 2500 kg/m3 [91], [88]. Theo kết quả nghiên 
cứu ở mục 2.1 cốt liệu xỉ thép có tỷ trọng nặng hơn so với đá dăm khoảng 25 ÷ 27% 
nên khối lượng trên một vị thể tích ở trạng thái tự nhiên của bêtông geopolymer tro 
bay sử dụng cốt liệu xỉ thép được chọn là 3100 kg/m3. Kết quả xác định khối lượng 
thể tích của hỗn hợp bê tông geopolymer tro bay cốt liệu xỉ thép đã được kiểm 
chứng và trình bày trong mục 2.2.9. 
 Mặt khác, theo các nghiên cứu về thiết kế thành phần của các tác giả trên thế 
giới, cốt liệu thô và cốt liệu mịn chiếm khoảng 75÷80% khối lượng của bêtông 
geopolymer ở trạng thái tự nhiên [81], [66], [89]. Vì vậy, khối lượng cốt liệu thô và 
mịn được chọn là 77% khối lượng của bê tông GPCS. 
 Khối lượng cốt liệu thô và cốt liệu mịn trong 1m3 bê tông là: 0.77×3100 = 2387 (kg). 
 Theo Hardjito và Rangan [90], cốt liệu mịn chiếm 30% tổng khối lượng của cốt 
liệu. Như vậy, khối lượng cốt liệu nhỏ dùng cho 1m3 GPCS là: 0.3 × 2387 = 716.10 
(kg). Khối lượng cốt liệu lớn dùng cho 1m3 GPCS là: 2387 - 716.10 = 1670.90 (kg). 
2.2.4.4. Xác định khối lượng của tro bay (FA) và dung dịch kiềm kích hoạt (AAS) 
 Tổng khối lượng mtro bay + mAAS = 3100 - 2387 = 713 (kg). 
 m
 AAS X m X* m
 m 2 AAS 2 Trobay
 Ta có: Trobay 
 713 713
 mTrobay*(1 X2 ) 713 m Trobay m AA S 713 
 (1 XX22 ) (1 )
2.2.4.5. Xác định khối lượng chất rắn NaOH, nước và dung dịch thủy tinh lỏng 
Na2SiO3 
 NaOH thương mại ở dạng vảy khô có độ tinh khiết 98.5%. Chất rắn này sẽ 
được hòa tan vào nước để được dung dịch với nồng độ cần thiết. Khối lượng NaOH 
ở dạng rắn cần để pha V ml dung dịch có nồng độ X1 là: 
 68 
 XMV1. . .100
 mNaOH (2.2) 
 1000.p
 Trong đó: 
 mNaOH: Khối lượng chất rắn; 
 X1: là nồng độ dung dịch cần pha mol/l (CM); 
 M: Khối lượng phân tử của NaOH; 
 V: Thể tích dung dịch cần pha (ml); 
 p: Độ tinh khiết của hóa chất. 
 NaOH
 Giả sử khối lượng riêng của NaOH là a thì thể tích chất rắn NaOH là: 
 a mNaOH
VNaOH a 
 NaOH
 Xét cho pha V= 1000 ml (1 lít) dung dịch NaOH, thì thể tích nước cần pha 
 V 1000 Va m 
 H22 O NaOH H O
 m *100
 Nồng độ % của dung dịch NaOH C% NaOH 
 NaOH mm 
 NaOH H2 O
 Với tỉ lệ dung dịch thủy tinh lỏng Na2SiO3 và dung dịch kiềm NaOH (SS/SH) 
là X3 và tổng khối lượng dung dịch kiềm kích hoạt AAS cần sử dụng là mAAS 
 mdd Na 2 SiO 3
 X3 
 mdd NaOH
 Khối lượng chất rắn NaOH và nước thực tế cần pha là: 
 mAAS m dd Na 2 SiO 3 m dd NaOH X 3* m dd NaOH m dd NaOH ( X 3 1)* m dd NaOH
 mAAS
 mdd NaOH 
 (X 3 1)
 %%mAAS 
 mNaOH C NaOH* mdd NaOH C NaOH
 (X 3 1)
 m m m
 m m NaOH m AASSS C%% AA AA (1 C )
 H2 Odd NaOH NaOH NaOH
 (XXX3 1) ( 3 1) ( 3 1)
Khối lượng dung dịch Na2SiO3 thực tế là: 
 mAAS
 mdd Na 2 SiO 3 * X 3 
 (X3 1)
 69 
 Bảng 2.17. Bảng tổng hợp khối lƣợng vật liệu thành phần cho 1m3 GPCS 
 m Na SiO m NaOH m m
 mtro bay mAAS dd 2 3 dd NaOH HO2
 C% 
X2 X3 X1 NaOH 
 (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) 
0.4 509.29 203.71 2 135.81 67.90 10 33.63 22.83 45.07 
0.45 491.72 221.28 2.5 158.05 63.22 12 38.98 24.64 38.58 
0.5 475.33 237.67 3 178.25 59.42 14 43.98 26.13 33.29 
Khối lượng cốt liệu lớn mCLL = 1670.90 (kg) 
Khối lượng cốt liệu nhỏ mCLN = 716.10 (kg) 
2.2.5. Lập kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu 
 Khi cần mô tả chính xác quan hệ giữa hàm mục tiêu và các thông số thí nghiệm 
(các biến) thì cần tiến hành lập kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu (Response 
Surface Design) với hàm mục tiêu là cường độ chịu nén của bê tông geopolymer tro 
bay cốt liệu xỉ thép. 
 Y=f(X1, X2, X3) (2.3) 
 Trong đó: 
 X1 là nồng độ mol của dung dịch kiềm NaOH 
 X2 là tỷ lệ khối lượng dung dịch kiềm kích hoạt/tro bay (AAS/FA) 
 X3 là tỉ lệ khối lượng dung dịch Na2SiO3 và dung dịch NaOH (SS/SH) 
 Xây dựng kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu (Response Surface Design) 
nhằm mục đích xây dựng hàm mô tả quan hệ giữa hàm mục tiêu và các thông số thí 
nghiệm. Sử dụng dạng thiết kế quy hoạch thực nghiệm bậc II hỗn hợp tâm xoay - 
mặt không gian, 3 biến (Face-centered Design) với khoảng cách trong thí nghiệm 
chọn là α =1, dạng của phương trình hồi quy. 
 ya aX aX aX aXX aXX aXX aX222 aX aX (2.4) 
 1 21 32 43 512 613 723 81 92 93 
 Trình tự thực hiện như sau: 
 Tìm các hệ số ai với i= (1 đến 10) của phương trình hồi quy. 
 Đánh giá sự có nghĩa của các hệ số của phương trình hồi quy theo tiêu chuẩn Student. 
 Kiểm tra tính tương hợp của mô hình theo tiêu chuẩn Fisher. Để đánh giá sự 
phù hợp của mô hình hồi quy có phù hợp với thực nghiệm và sự phù hợp đó có ý 
nghĩa thống kê h