粒径对加速碳化再生细骨料性能的影响

为了解决再生细骨料性能劣化问题,采用饱和石灰水溶液预处理加速碳化法,以不同粒径再生细骨料(recycled fine aggregate,RFA)为研究对象,进行吸水率、压碎值和表观密度测试,并采用热分析(TG)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等对碳化产物和微观结构进行测试。结果表明,随着RFA粒径减小,吸水率逐渐变大,压碎值和表观密度变小;加速碳化生成的方解石紧密堆积并填充于RFA内部微裂缝,使其吸水率、压碎值降低,表观密度升高;小粒径RFA具有更高的CO_(2)质量吸收率,RFA粒径越小,吸水率降幅越明显;天然骨料碎屑聚集在0.3~0.6 mm的RFA中,阻碍了CO_(2)的吸收,其吸水率降幅最低。

基于加速碳化的可循环超高性能混凝土制备研究

提出了一种基于加速碳化的可循环超高性能混凝土(UHPC)制备方法。对强度达到120 MPa的UHPC砂浆试块进行破碎筛分得到再生UHPC骨料(C120R);并利用碳化改性对其增强得到碳化再生UHPC骨料(C120C);通过最紧密堆积原理将C120R和C120C纳入UHPC设计体系,探究加速碳化对C120R性能的影响以及C120R和C120C对UHPC各项性能的影响。结果表明,加速碳化处理可明显优化C120R的压碎值,改善其表面力学性能;而利用C120C制备的UHPC的流动性降低,抗冲击性能基本稳定,抗压强度与体积稳定性略有下降。此外,加速碳化处理可以优化UHPC的孔结构。

钢渣不同矿物的加速碳化

钢渣中较高的氧化钙含量赋予其较好的碳化能力。本文用QXRD(quantitatively X-ray diffraction analysis)分析了钢渣的主要矿相,并合成了β-C2S,γ-C2S,镁蔷薇辉石(Ca3Mg(Si O4)2),尖晶石(Ca4Si2O7F2),黑钙铁矿(Ca2Fe2O5),钙铁石(Ca4Al2OFe2O10)等矿物。将各矿物在8 MPa下压制成型制成20 mm×20 mm×20 mm的立方体,在99.9%CO2,0.2MPa压力下加速碳化2 h。通过QXRD,TGA(thermogravimetric analysis),FT-IR(fourier transform infrared spectrometer)和SEM(scanning electron microscope)对碳化产物进行分析。结果表明,氢氧化钙吸收二氧化碳的量最大;γ-C2S,β-C2S,镁黄长石,镁蔷薇辉石和尖晶石固碳量逐渐减少。抗压强度与固碳量并不呈正相关关系,因此提出了不同矿物碳化的比强度(K)来表征单位质量CO2提供的抗压强度。β-C2S的K值最大,氢氧化钙K值最小。钢渣吸收的CO2量,抗压强度和K值都介于单矿物之间。除了γ-C2S和镁黄长石分别存在少量的球霰石和文石,所有单矿和钢渣碳化的产物为方解石。用QXRD和TGA的方法对碳酸钙进行定量分析,QXRD所得结果稍小,可能是由于碳化产物中存在少量非晶相碳酸钙。不同矿物碳化后方解石的颗粒尺寸,形貌均不同,这也对抗压强度影响。

加速碳化养护钢渣混合水泥制备钢渣砖

通过对钢渣混合水泥进行加速碳化养护制备钢渣砖。设计不同的钢渣和水泥配合比,在满足国家标准的前提下,钢渣的掺量上限为60%。制备出碳化增重率10.44%、抗折强度5.02MPa、抗压强度20.06MPa、冻融强度14.63MPa、吸水率11.24%、饱水强度10.89MPa、压蒸安定性合格的碳化钢渣混合水泥钢渣砖。

3%与20%CO_2体积分数下混凝土加速碳化试验研究

选取CO2体积分数为3%和20%进行加速碳化试验,比较分析了2种情况下单掺粉煤灰、矿粉混凝土及二者复掺混凝土碳化深度及碳化速率系数随碳化龄期的变化规律.结果表明:在3%CO2体积分数下进行加速碳化试验,不但能较好地反映普通混凝土的自然碳化规律,而且能对水胶比相同矿物掺合料不同的混凝土碳化性能进行有效区分,但试验时需要适当延长碳化龄期;采用20%CO2体积分数进行加速碳化试验,并不能有效区分水胶比相同矿物掺合料不同的混凝土的碳化性能.

钢渣加速碳化制品的耐高温性能研究

为开发钢渣用于高温环境的潜力,最大限度地提高钢渣的综合利用率,通过强度试验、热重分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)等测试手段探讨了钢渣加速碳化制品承受不同高温后的抗压强度、矿物相演变和微观结构。结果表明:钢渣加速碳化制品在200~600℃范围内的高温处理下,抗压强度得到提高,在400℃时达到最大值,为72.4 MPa,较初始强度提高20.5%,钢渣中硅酸钙在高温下进一步发生水化,其水化产物增强了基质连接。当温度达到800℃时,钢渣性能发生劣化,强度降低了90.7%,碳酸钙质量分数由24.1%降低至1.6%,而总质量损失可达19.67%,吸水率大幅度提高,且出现贯通试块的裂缝。钢渣加速碳化制品与普通水泥基材料相比,耐高温性能有所提升,但在800℃时并无明显优势。

盾构淤泥质废弃黏土氧化镁固化-碳化试验及碳化机制研究

盾构隧道施工产生的废弃土面临堆放、运输及处理等难题,将原材料丰富、生产耗能少、环境友好的MgO用于废弃土固化处理是一个值得探索的方法。通过改变MgO掺量a_(m)、养护龄期T、碳化时间H研究MgO固化-碳化淤泥质废弃黏土界限含水率w、无侧限抗压强度q_(u)、弹性模量E_(50),结合微观形貌及矿物成分变化规律探讨其固化-碳化机制。结果表明:MgO固化-碳化具有明显的加固土体效果,加固效果随a_(m)、T呈先上升后趋于稳定的趋势,随H呈先上升后下降的趋势;不同a_(m)、T下,碳化4h会使土体塑性指数I_(P)降低57%以上,土体可塑性显著下降;不同a_(m)和T的固化-碳化土q_(u)均在H为4h时取得峰值,最高可达1.4MPa,比碳化前强度提升了220%~350%;固化-碳化反应对土体的E_(50)提升受a_(m)影响较大,当a_(m)超过9%时,碳化4h试样的E_(50)增幅在500%左右;MgO固化-碳化过程中水化产物、碳化产物不断生成和发育,形成网状、花朵聚集状的形貌,填充土颗粒间的孔隙,增强了土颗粒间的胶结作用,土体结构更为密实。该研究为长三角地区土压盾构产生的淤泥质废弃黏土的固化-碳化处理与再利用提供了思路。

钙硅比对水化硅酸钙加速碳化的影响

废弃水泥石、钢渣等碳酸化固定CO2不仅可以缓解温室效应还可以实现废弃物的再利用,同时制备出性能优良的建材制品。为了研究废弃水泥石矿物组成的碳酸化机理,探讨了钙硅比对水化硅酸钙加速碳化的影响。结果表明:随着钙硅比增加,水化硅酸钙(C-S-H)碳化率逐渐降低,高钙硅比的C-S-H具有相对粗大的孔结构使得早期的碳化速率增加;碳化产物中文石、球霰石、方解石在不同钙硅比时所占比例不同,钙硅比≤0.67时文石占较大比例,钙硅比≥1.00时方解石为主要碳化产物,钙硅比=0.83时球霰石含量最大;加速碳化条件下形成的碳酸钙分解温度分成两部分,在400~620℃范围内文石和球霰石都分解,方解石在650~800℃范围内分解。

加速碳化对水化硅酸钙显微结构的影响

废弃水泥石等固体废弃物碳酸化不仅能够永久固碳,还可实现固体废弃物的再利用,减少对环境的污染。水化硅酸钙(C-S-H)是最主要的可碳化成分之一。合成了钙硅(C/S)比为1.50的C-S-H,研究了加速碳化对其显微结构的影响。用Rietveld全谱拟合的方法和热重-质谱联用的方法对碳化产物进行定量分析,用扫描电镜、N2吸附和29Si固体核磁共振对碳化前后的显微结构进行表征。结果表明:在99.9%CO2,0.2 MPa压力下加速碳化2 h之后,生成了3种不同晶型的碳酸钙和硅胶,碳酸钙从300℃开始分解,文石和球霰石具有较低的分解温度,结晶良好的方解石分解温度较高;多孔结构硅胶具有更高的吸附能力,但C-S-H碳化后的平均孔径从10.33 nm减小到6.69 nm,比表面积由85.6 m2/g减小到67.7 m2/g,这是由于大量的结构致密的碳酸钙晶体堆积造成的;C-S-H双层硅氧链之间的Ca–O层逐渐脱去与CO2反应,硅氧四面体被质子化或与邻近的硅氧四面体链接,形成了聚合度更高的Q3和Q4结构。

弯曲应力对混凝土碳化影响的室内试验研究

通过快速碳化试验,研究了不同应力水平对混凝土碳化性能的影响,并探讨了角区与其两侧碳化深度之间的关系。研究结果表面:(1)实际中的角区碳化深度比通过两侧碳化深度几何叠加得到的碳化深度要大。(2)弯压应力对混凝土碳化起抑制作用,弯拉应力则起促进作用。(3)考虑弯曲应力影响的碳化深度预测模型的计算结果与试验结果比较接近,误差在10%左右。

硅酸钙加速碳化过程原理及最佳反应参数（英文）

硅酸钙的加速碳化过程是非水硬性工业固废利用、二氧化碳的捕集与封存以及新型低钙硅酸盐水泥研究的共性关键问题。综述了时间、温度、CO2气体分压及水固比等对碳化速度的影响,统计分析了这些影响因素的最佳范围,并对硅酸钙碳化过程中的化学计量关系、碳化反应及碳化产物的类型进行了总结,提出了硅酸钙类矿物碳化反应模型。

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁碳化损伤及承载力的影响规律,制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中,进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验,得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度,进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验,探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明:通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析,发现压应力状态会抑制碳化反应的进行,而拉应力状态会促进碳化反应的进行,28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力,加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%,加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。

碳化混凝土孔隙结构与Autoclam气体渗透性能的关联性研究

将C30混凝土试件在20%(体积分数)CO_(2)中加速碳化至不同龄期,采用Autoclam测试系统和压汞法(MIP)测试碳化混凝土的空气渗透系数(kAu)及孔隙结构参数,通过灰色关联分析(GRA)研究了二者的关系。结果表明:随碳化时间延长,混凝土的kAu呈指数式增长,混凝土孔隙率、特征孔径和孔隙连通度也增大,孔径小于200 nm孔的体积占比逐渐减小,200~1 000 nm孔的体积占比逐渐增大,小于1 000 nm孔的体积占比基本不变。GRA结果显示,与碳化混凝土kAu关联度最高的三个孔隙结构参数是:50~200 nm孔的体积占比(γi=0.932)、孔隙连通度(γi=0.907)和孔隙率(γi=0.888),回归建立了kAu与这三个参数之间的线性关系模型,为后期利用kAu建立混凝土寿命预测模型奠定了基础。

再生骨料碳化及其对再生混凝土性能影响的研究进展

再生骨料碳化处理不仅可改善再生骨料的物理特性,而且可吸收温室气体CO2,是一种环境友好型改性方法。介绍了再生骨料加速碳化的机理和方法;总结了再生骨料碳化后的物理性能和再生骨料碳化混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能;最后,进一步指出了再生骨料碳化改性尚待研究的主要问题。已有文献表明再生骨料碳化处理是改善再生骨料及再生混凝土性能可行且有效的方法。

天然火山灰混凝土抗碳化性能试验研究

研究目的:以天然火山灰混凝土为研究对象,通过加速碳化试验与差热分析试验对未掺加矿物掺合料的基准混凝土、火山灰混凝土及粉煤灰混凝土的抗碳化性能进行对比分析,并研究掺加少量硅灰对火山灰混凝土抗碳化性能的改善效果,为实际工程提供技术指导。研究结论:(1)与基准混凝土相比,由于水泥孰料减少和二次水化消耗的双重作用,火山灰混凝土和粉煤灰混凝土中的Ca(OH)_2的含量少,抗碳化性能显著降低;(2)同掺量的粉煤灰混凝土与火山灰混凝土相比,粉煤灰混凝土抗碳化性能优于火山灰混凝土;(3)掺加硅灰的火山灰混凝土的抗碳化性能明显提高,掺加5%硅灰的火山灰混凝土甚至优于粉煤灰混凝土,可以代替粉煤灰混凝土使用;(4)差热分析试验从机理上验证和分析了宏观试验结果;(5)对于天然火山灰资源丰富地区的混凝土工程,该研究成果可以促进地方资源的有效利用,为实际工程带来环境和经济效益。

碳化对焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力研究

为探究我国不同地区生活垃圾焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力,选取我国8个典型地区的飞灰为研究对象,采用加速碳化试验模拟飞灰长期填埋场景,通过重金属浸出试验探究碳化前后其重金属浸出浓度的变化情况,通过热重分析研究其对CO_(2)的实际吸收能力,同时基于Steinour方程研究2009—2021年我国飞灰对CO_(2)的理论吸收能力.结果表明:通过浸出试验得知加速碳化后飞灰中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别下降了10%~18%和9%~30%,其中上海市和河南省飞灰样品中Zn的浸出浓度已低于生活垃圾填埋场入场要求.《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)的发布实施导致飞灰中碱性成分占比上升,使得飞灰对CO_(2)的吸收潜能增至标准发布之前的约1.38倍.以贵州省、上海市、山东省、北京市、广东省、辽宁省、河南省、天津市8个不同地区的飞灰样品为例,通过Steinour方程推算得到2020年我国飞灰对CO_(2)的理论吸收量达339.93×10^(4)t,约占2020年我国碳排放总量的0.034%.对上海市、北京市及河南省3个飞灰样品进行加速碳化试验,通过热重曲线得到飞灰在碳化前后CaCO_(3)分解段的失重率,进一步推算出2020年我国飞灰对CO_(2)的实际吸收量达16.34×10^(4)t,占其理论吸收量的4.8%,飞灰对CO_(2)的实际吸收量小于其理论吸收量的主要原因是,在加速碳化过程中产生的碳酸钙及其他聚合物包裹飞灰,使外部CO_(2)难以进入飞灰内部.研究显示,加速碳化对飞灰“减污”效果明显,但“降碳”效果仍需对碳化场景以及预处理过程的工艺参数进行优化,以期最大限度地提高飞灰对CO_(2)的实际吸收能力.

锂渣混凝土的力学性能及碳化试验研究

基于锂渣的微集料和活性效应研究了不同掺量锂渣对混凝土流动性、抗压强度的影响,通过加速碳化试验探究了锂渣混凝土的抗碳化特性,采用压汞法探究了碳化后的锂渣混凝土的孔径分布。结果表明:掺加20%锂渣时混凝土的抗压强度最大,抗碳化能力最强;掺加40%锂渣混凝土的抗压强度最小,抗碳化能力最弱,坍落度降低了16.3%;掺加40%锂渣混凝土的孔隙率相比掺加20%锂渣时增加了55.5%。

自密实混合骨料混凝土碳化试验研究

与普通骨料相比,陶粒具有轻质、多孔的特点,降低了混合骨料混凝土的碳化性能。采用加速碳化试验,研究了自密实混合骨料混凝土碳化性能。试验结果表明:2种自密实混合骨料混凝土加速碳化深度随着水胶比增加在增加,其增加值在不同水胶比范围内有明显差异;同水胶比混凝土加速碳化深度由大到小顺序为:自密实轻骨料混凝土和自密实混合骨料混凝土,其中筒压强度高的陶粒配制自密实混合骨料混凝土与自密实混凝土同龄期的加速碳化深度相当;同强度等级混凝土加速碳化深度由大到小顺序为:自密实混凝土、自密实混合骨料混凝土和自密实轻骨料混凝土。

不同强度等级的混凝土碳化特性研究

采用加速碳化试验,研究了不同强度等级、不同矿物掺合料的混凝土碳化规律,并采用扫描电镜(SEM)、综合热分析法(TG-DSC)、压汞法(MIP)对浆体中的微观形貌、水化产物和孔结构进行了研究。结果表明,水灰比对混凝土的碳化深度影响较大,14d龄期时0.35水灰比混凝土的碳化深度仅为0.57水灰比混凝土碳化深度的25%;掺加30%粉煤灰混凝土抗碳化能力最小,不掺加矿物掺合料混凝土抗碳化能力最大;碳化后浆体密实度增加,孔径细化,孔隙率分别降低21.8%和40.1%。

逐层磨粉pH值法测定混凝土碳化深度的试验研究

目前测定混凝土碳化深度的常规方法是酚酞酒精法(以质量分数为1%的酚酞酒精溶液为显色剂),它能确定混凝土中pH值小于10的完全碳化区域。混凝土的部分碳化区(PCZ)介于完全碳化区(FCZ)和未碳化区(NCZ)之间,其孔溶液碱度因碳化pH值下降至小于11.5时会导致钢筋钝化膜失稳,影响混凝土结构服役寿命,但常规碳化深度测定方法检测不出这一区域,因此未能完整反映混凝土实际碳化损伤。本工作探索了逐层磨粉测定混凝土pH值以确定混凝土碳化深度的方法,测试了碳化7 d、14 d、28 d和56 d混凝土中FCZ和PCZ的厚度,利用热重分析(TG)测定了碳化混凝土内部各层Ca(OH)_(2)与CaCO_(3)分布,建立了混凝土中Ca(OH)_(2)与pH值的对应关系。结果表明:磨粉逐层测试pH值确定的混凝土碳化深度是酚酞酒精法的1.5~2倍,酚酞酒精法忽略了PCZ中可能导致钢筋钝化膜失稳的区域,pH值法测定混凝土碳化深度更为准确。试验还发现混凝土逐层pH值与该层Ca(OH)_(2)含量呈正相关,与该层CaCO_(3)含量呈负相关,通过逐层pH值的变化可反映混凝土碳化反应的进程。本研究为碳化混凝土结构服役寿命预测提供更准确的碳化深度数据。