【摘 要】
:
随着世界各地城市化和基础设施建设速度的加快,日益增多的水泥基固体废弃物对经济、环境和社会造成了巨大的负担;且为了满足越来越苛刻的环境法规和国际协议,对水泥基固体废弃物的再生资源化利用提出了更高的要求。针对利用废弃混凝土制备的再生胶凝材料(RBMs)在标准养护条件下早期力学性能发展慢,耐久性差等应用问题,论文依托国家自然科学基金项目“水泥石脱水相快速碳化硬化机理及其应用基础研究”(No.519722
论文部分内容阅读
随着世界各地城市化和基础设施建设速度的加快,日益增多的水泥基固体废弃物对经济、环境和社会造成了巨大的负担;且为了满足越来越苛刻的环境法规和国际协议,对水泥基固体废弃物的再生资源化利用提出了更高的要求。针对利用废弃混凝土制备的再生胶凝材料(RBMs)在标准养护条件下早期力学性能发展慢,耐久性差等应用问题,论文依托国家自然科学基金项目“水泥石脱水相快速碳化硬化机理及其应用基础研究”(No.51972249),首次提出采用二氧化碳气体(CO2)养护再生胶凝材料,进一步拓宽再生胶凝材料在新型低碳建筑材料方面的开发、应用潜力和前景,为建筑材料的绿色可持续发展提供新的思路。本论文中的主要工作和取得的主要创新成果如下:(1)首次提出利用CO2气体养护RBMs,在节约能源的前提下确立高碳化反应活性的RBMs的制备温度。从材料矿物相组成的角度,比较了不同温度制备的RBMs经CO2气体养护后力学性能、产物组成、碳化程度及微观形貌的差异。结果表明:不同温度区间获得的RBMs在矿物组成及物理化学性质方面存在巨大差异,这对其碳化反应活性及力学性能等都会产生很大的影响,其中650°C、750°C和850°C下制备的RBMs中硅酸二钙(C2S)矿物为介稳状态,易与水反应,除650°C外,游离氧化钙(f-Ca O)含量较高,而950°C、1050°C和1150°C下制备的RBMs中C2S向β型转变,矿物有序度和含量提高,且f-Ca O含量降低且依次减少;1050°C下制备的RBMs抗压强度最高,继续升高制备温度至1150°C对其碳化基体力学性能无明显提升;湿混处理措施可以提高RBMs的碳化程度,但对于C2S矿物水化活性低和f-Ca O含量较少的RBMs,力学性能提升并不显著,对于存在介稳C2S和f-Ca O含量较高的RBMs,力学性能甚至会下降;C2S矿物含量及性质、f-Ca O含量和粉体性质等因素均会对RBMs碳化基体的力学性能造成不同程度的影响,其中高含量β型C2S、低含量f-Ca O和低比表面积的RBMs粉体倾向于具备更优异的力学性能。(2)提出再生胶凝材料碳化基体的结构调控和性能提升机制。基于矿物含量和力学性能差异,优化再生胶凝材料制备工艺,保温3 h和急冷处理较为合理;水化水泥粉过高的Ca/Si摩尔比(3.17)会使制备的RBMs中f-Ca O含量过高,引起碳化基体不可逆破坏,引入不同结晶形态的硅质组分(结晶状二氧化硅和无定形硅灰)调节RBMs中f-Ca O的含量,研究了其对碳化反应活性、力学性能和微观结构特征的影响。结果表明:分别掺入两种硅质组分制备的RBMs碳化后基体稳定性均得到了显著改善;掺入结晶状二氧化硅制备的RBMs碳化后抗压强度和抗折强度分别为73.1 MPa和21.0 MPa,碳化反应形成的碳酸钙(Ca CO3)晶体以球霰石和方解石为主;掺入硅灰制备的RBMs,抗压强度提高了45.42%至106.3 MPa,抗折强度提高了20.55%至25.3 MPa,并且碳酸钙晶体以球霰石为主,含少量方解石和文石;高碳化反应活性、高碳化程度、高的致密结构是掺入硅灰制备的RBMs力学性能提升的主要原因;掺入两种硅质组分制备的RBMs碳化基体均表现出表面3 mm区域、中部3 mm区域和核心4 mm区域的碳化程度依次增加的现象;引入适量的聚丙烯酰胺(PAM)能提高碳化基体韧性,这得益于其成膜包覆和影响Ca CO3晶体生长,改变碳化基体的微观结构。(3)揭示了再生胶凝材料碳化反应宏观过程及其主要影响因素。压制成型的试件中初始含水量和初始孔隙率是碳化基体内外区域反应程度差异化的主要原因,适当的含水量和孔隙率使得RBMs早期碳化反应剧烈,放热量高,这会造成越靠近表面区域的水分越容易流失,水分的流失会减缓碳化反应的进行和增加孔隙连通性,为CO2气体向内部区域传输打开通道,内部富水区碳化反应速率加快并赶超表面贫水区;初始含水量较低或较高均会限制碳化反应进行程度,初始孔隙率表现出类似的影响,CO2气体压力达到一定水平后,其对碳化反应的影响已不显著。
其他文献
透明微晶玻璃是由纳米晶和玻璃相组成的复合材料,通过组成设计及对热处理制度的控制,可以在基础玻璃中析出纳米尺寸且分布均匀的晶粒,使得微晶玻璃保持高可见光透过率,同时具有相比基础玻璃更优异的机械性能、耐磨性、化学稳定性等优点,因此透明微晶玻璃成为了移动终端产品的优选盖板材料,特别是在2020年,苹果公司发布的iphone12产品全系列采用“超瓷晶”盖板,更是引领了透明微晶玻璃作为高端手机盖板的风潮。本
表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)技术为分子痕量检测提供了一种新的方法。SERS基底是表面增强拉曼散射技术的关键,银具有超宽表面等离子体共振响应范围且是最优的表面等离子体材料,因此广泛应用于SERS研究中。光纤的引入使SERS技术向原位检测和远程监测等方向发展。本文探究影响银纳米材料形貌及尺寸的因素,以及银作为SERS基底对SERS性能
硅橡胶材料是我们生活中不可缺少的一部分,许多器具和电子材料都会用到硅橡胶。硅橡胶有质轻、流动性好、全体绝缘等优点。但是,大部分的硅橡胶导热性较小,高温使用容易影响电子材料的寿命。因此,本论文选用高导热绝缘的氮化硼(h-BN)作为导热填料,旨在不破坏其流变性能的情况下,探究硅橡胶的导热绝缘性。主要的研究内容和结果如下:(1)小尺寸的填料由于自身独特的性质更能很好地提高基体导热性。因此,本章选用氮化硼
微孔发泡注塑成型工艺因能产生大量均匀微小的泡孔,大幅降低材料的重量、提高材料的尺寸稳定性和隔热隔音性能,广泛的应用于汽车等领域,但泡孔的存在会减少材料在受载时的承载截面积,尤其当泡孔结构较差时,会使得发泡材料的韧性急剧降低,这极大的限制了这项工艺的应用。由于PP自身的熔体强度较低,纯PP发泡材料中的泡孔结构和韧性较差。本文基于PP发泡材料中泡孔结构和韧性较差的问题,通过加入不同的弹性体(POE、E
2030年前“碳达峰”、2060年前“碳中和”等国家重大战略目标的提出,进一步促进了绿色新能源产业的发展。氢能作为化石能源的理想替代品,因此受到人们的广泛关注。电解水制氢是现有氢气制备途径中最具有发展潜力的方法之一,能够促进产氢的脱化石资源、低碳绿色和分布式发展。然而,电解水技术目前严重受限于缓慢的析氢、析氧动力学及大量昂贵的Pt、Ru、Ir等Pt族贵金属催化剂的使用。因此,合理构筑痕量贵金属修饰
氧化石墨烯是一种二维片层纳米材料,作为石墨烯最重要的衍生物之一,具有优异的物理和化学性能,因此氧化石墨烯被作为增强纳米复合材料的理想填料。但是,由于氧化石墨烯层间存在范德华作用力和π-π堆叠作用,使其片层间发生不可逆的堆叠,降低了其在基体材料中的分散性,影响氧化石墨烯对基体材料的功能改性作用。因此解决氧化石墨烯在基体材料中分散问题是制备氧化石墨烯增强复合材料的关键。目前,氧化石墨烯的改性方法主要有
有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿因其优异的光电特性,丰富的组成结构以及可低成本溶液加工制备等优势成为第三代薄膜太阳电池重要的半导体材料。经过十年左右的发展,钙钛矿太阳电池的光电转化效率已经达到25.5%,已经超过其他传统薄膜太阳电池。然而,三维结构钙钛矿稳定性较差,这推迟了钙钛矿光伏的商业化进程。二维钙钛矿不但具有可调的结构和能带,而且具有非常优异的稳定性,成为钙钛矿太阳电池新型半导体材料。层间阳离
2×××铝合金环件在航天领域的广泛应用,要求2×××铝合金环件在轧制成形工艺和轧制后环件的强度和塑性均能满足航天标准。因此阐明2×××铝合金异形截面环件的轧制成形规律和不同热处理机制对微观组织的影响作用至关重要。本文阐明了2×××铝合金异形截面缩比环件的轧制规律、Al-Cu合金的强韧性机理、不同热处理制度对2×××铝合金和2×××铝合金异形截面缩比环件的强化机理。通过Abaqus有限元数值模拟软件
羟基磷灰石(HA)作为脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机成分,具有促进骨生长的功能,但是目前应用于骨修复领域中的HA陶瓷的力学性能仍不理想,为了弥补这一缺点,将生物相容的高强度金属与HA结合,制备生物活性和机械可靠性良好的生物复合陶瓷被认为是有效的手段。本文探索性地将金属钽(Ta)和HA进行复合,成功制备了HA/Ta和HA/Ta/BG复合陶瓷,为制备新型HA基复合陶瓷提供可行的方案和实验依据。(1)基于
许多潜在的新型电子器件的蓝本都建立在新材料基础上,理想化的多铁性材料就属于其中最为出色的新材料之一。本论文所进行的工作主要是针对多铁性材料中的M型六角钡铁氧体结构进行研究,旨在合成Ba Fe12O19陶瓷和Ba0.4La0.4Fe12O19陶瓷,并研究它们的多铁性能。合成方法采用的是前驱体化学共沉淀法合成粉体,再高温烧结等热处理制得陶瓷样品。对于Ba Fe12O19陶瓷的研究,首先研究烧结温度对显