碳化养护时间对生态多孔混凝土力学性能的影响

碳化养护是提高生态多孔混凝土力学性能和降低碱度的有效措施,碳化养护时间是关键影响因素之一。研究了碳化养护时间对掺粉煤灰的生态多孔混凝土力学性能及微观结构的影响。结果表明,与标准养护相比,碳化养护2 h为最佳,使不同粉煤灰掺量的生态多孔混凝土3、28 d抗压强度分别提高了34.6%~63.1%、7.7%~16.8%,而10 h的碳化养护导致混凝土28 d抗压强度降低了14.3%~32.7%。碳化养护适当时间可使碳化产物碳酸钙较好地充填孔隙与界面过渡区,有效改善生态多孔混凝土的早期抗压强度,而过长时间的碳化养护会过度消耗水泥熟料和氢氧化钙,导致后期粉煤灰的火山灰效应减弱,影响强度发展。

碳化养护对脱硫石膏基SiO_(2)气凝胶保温砂浆性能的影响研究

以工业钙基固废脱硫石膏为胶凝材料,协同碳化养护工艺制备脱硫石膏基SiO_(2)气凝胶保温砂浆,对其物理力学性能及固碳性能进行了分析。结果表明,经碳化养护的脱硫石膏基SiO_(2)气凝胶保温砂浆抗压强度比未碳化养护时提高了1.98%~7.83%,并且当气凝胶掺量为3%时,碳化养护对保温砂浆强度的提高效果最明显。随着气凝胶掺量从0增加到7%,砂浆的导热系数从0.5163W/(m·K)减小到0.2537 W/(m·K);并且气凝胶掺量为1%~5%时,碳化养护的试块导热系数比未碳化养护试块的导热系数降低了0.4%~6.7%。碳化养护工艺可以实现脱硫石膏基SiO_(2)气凝胶保温砂浆的碳捕集,固碳率最高可达5%左右。

生物炭对碳化养护水泥砂浆的改性机理

研究了生物炭对碳化养护水泥砂浆抗压强度和固碳量的影响规律和机理.结果表明:生物炭能有效促进水泥早期水化,改善碳化养护水泥砂浆的抗压强度和孔结构,且效果随着碳化养护时间的延长而愈加明显;掺有生物炭试件的水泥石固碳量略有降低,但综合考虑生物炭封存与碳化养护捕获的总固碳量则明显提高.

早龄期碳化养护下水泥基材料的阻抗谱特征

利用交流阻抗技术对早龄期碳化养护下不同水灰比、砂灰比和试件尺寸的水泥基材料进行研究,建立优化的等效电路模型并获得相应电学参数,对比分析早龄期碳化养护下水泥基材料的质量增加率和交流阻抗谱变化.结果表明:试件质量增加率随水灰比增大而增大,随砂灰比降低而增大,净浆组的质量增加率均值为11.29%,为砂浆组的2~3倍;试件尺寸越大,质量增加率越大;在碳化养护条件下水泥基材料交流阻抗谱高频区圆弧直径呈增大趋势,低频区直线斜率呈减小趋势;建立了试件质量增加率与阻抗谱参数之间的关系模型,采用电荷传递电阻Rct2预测碳化养护下水泥基材料的CO_(2)吸收量,早龄期碳化养护下水泥基材料的交流阻抗谱研究有助于建立相应的无损监测技术.

碳化养护钢渣制备建筑材料的研究进展

钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物,在我国排放量巨大,但利用率很低,大量钢渣被集中堆积,不仅占用了土地,而且造成了环境污染与资源浪费。近年来将钢渣作为水泥混合料、混凝土掺合料或者粗细集料用于建筑材料中使其得到一定程度的利用。然而,国内外研究学者一致认为钢渣中存在的游离氧化钙、游离氧化镁会在后期水化反应生成Ca(OH)2和Mg(OH)2而产生体积膨胀,导致含钢渣的建筑材料存在安定性不良的隐患。解决钢渣安定性不良的问题是钢渣大规模资源开发利用的关键。目前,许多国内钢铁企业通过优化冶炼技术,不断发展钢渣预处理方法,形成了多种钢渣处理工艺技术,提高了钢渣的综合利用率,但不同处理工艺得到的钢渣的安定性、均匀性、粒度和活性存在较大差异。除了采用传统钢渣预处理的方法来改善其安定性外,有学者提出高温重构的方法来消除钢渣中的游离氧化钙,提高其体积安定性,但是该方法对工艺要求比较高。有研究发现钢渣在富CO2环境中具有较高的碳化反应活性,通过加速碳化钢渣制备建筑材料是钢渣资源化利用的一种新途径。本文综述了碳化钢渣建筑材料的研究进展,介绍了钢渣的化学组成与矿物组成,分析了钢渣加速碳化的热力学与反应动力学过程,探讨了钢渣矿物成分、钢渣粒径与颗粒级配、原料配比、预养护和成型压力、水分、CO2浓度和压力、碳化温度和时间等因素对碳化钢渣建筑材料的组成、结构和性能的影响,分析了碳化对钢渣建筑材料力学性能及安定性的改善作用和机理。最后,针对研究现状和存在的问题提出了进一步深化开发和推广应用碳化钢渣建筑材料的研究方向。

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。

用碳化养护电弧熔炉钢渣制备集料和混凝土

将电弧熔炉(electricarc furnace,EAF)钢渣和石灰混和制成球状集料,置于密闭容器当中,并通入100%的CO2气体进行碳化,在0.5066MPa保持2h。通过质量法测定添加质量分数为11.94%石灰的EAF钢渣(下同)集料CO2的吸收率为5%,通过红外光谱(infrared,IR)分析测定CO2的吸收率为13.88%。用碳化的钢渣集料制备混凝土再进行碳化养护,同时利用碎石和河砂为集料制备碳化混凝土作为参比样。用质量法测定2种混凝土的碳化率分别为21.14%和10.57%;用IR法的为13.81%和16.97%。碳化后电弧熔炉钢渣集料内生长着大量簇生的犬牙状碳酸钙晶体。

碳化养护对冶金渣-熟石灰砂浆性质的影响

主要研究了碳化养护对冶金渣熟石灰(SmS-SL)砂浆性质的影响,并通过XRD、真孔隙率和DTA/TG研究了影响机理和SmS-SL砂浆的环保效果。实验结果表明:碳化养护可提升SmSSL砂浆的强度,改善它的体积稳定性和安定性。随着复合微粉中钢渣比例的提升,碳化养护对SmS-SL砂浆的增强效果逐渐提升,而对体积稳定性的改善效果却逐渐减弱。以钢渣为原料的SmS-SL砂浆的环保效果较为显著,其钢渣利用率达到27.8%,固碳率达到6.4%。

碳化养护蒸压加气混凝土改性水泥的抗硫酸盐侵蚀性能

研究了碳化养护对硅酸盐水泥(PC)-蒸压加气混凝土(WAAC)抗硫酸盐侵蚀性能的影响,测试了PC-WAAC在不同硫酸盐浸泡时间后的抗压强度、体积和质量变化,并对硫酸盐侵蚀后PC-WAAC的微观结构及劣化机理进行了分析.结果表明:碳化养护后,WAAC掺量为0%、10%、20%的PC-WAAC硫酸盐侵蚀180 d后的抗压强度比其对应的未碳化养护侵蚀前的水泥净浆抗压强度分别高6.55%、15.12%、22.54%;硫酸盐侵蚀180 d后,碳化养护PC-WAAC净浆的抗压强度降低值明显低于未碳化养护水泥净浆,碳化养护提高了PC-WAAC的抗硫酸盐侵蚀性能,缓解了硫酸盐侵蚀造成的抗压强度损失.

高温碳化养护对干硬性水泥净浆强度及微观性能的影响

碳化养护可在加快水泥制品早期强度发展的同时固定二氧化碳,因此已引起国内外学者的广泛关注,然而,高温对碳化养护进程的影响却未见报道。本文选用5个温度(20℃、100℃、120℃、140℃、160℃)对干硬性水泥净浆进行碳化养护,探究了抗压强度随碳化温度的变化规律,并结合热重分析、X-射线衍射、红外光谱及扫描电镜等方法对碳化养护后样品的微观性能进行表征。结果表明:抗压强度及碳化程度随温度的升高表现出先增加后趋于平缓的趋势,碳化温度为140℃的试件相比碳化温度为20℃的试件抗压强度增长近4倍,表明高温碳化是加速养护的有效措施,适当的高温可以蒸发部分自由水,有利于碳化反应进行。此外,高温碳化养护生成了高聚合程度的无定形硅胶和三种不同晶型的碳酸钙(CaCO3),其中文石和球霰石所占比例相比于常温碳化有所上升。

不同掺料及水胶比对砌块碳化养护抗压强度的影响

为了研究不同掺料和水胶比对碳化砌块的改性作用及拓展以氧化镁和粉煤灰为主要掺料的碳化砌块在西部盐渍土地区的广泛应用,将活性氧化镁和粉煤灰加入到普通硅酸盐水泥中,分析了不同掺量和水胶比对砌块碳化养护后抗压强度的影响,并利用扫描电镜和X射线衍射等手段对其内部结构和碳化机理进行分析研究。结果表明:当活性氧化镁、普通硅酸盐水泥和粉煤灰掺量比值为1∶1∶0.3,且水胶比为0.8时,砌块在适宜条件下碳化养护14d其抗压强度达到最高,同时由砌块的微观形貌分析可知,其内部存在网状且具有粘结性的球形镁质碳酸盐和结晶化合物,有效地填充了砌块内部孔隙及增加了集料之间的粘结性,使砌块在碳化养护过程中不仅提高了耐久性指标,而且为西部地区的应用提供了一定借鉴意义。

碳化养护对掺电石渣水泥石性能的影响

为降低水泥行业的碳足迹同时回收利用电石渣,本文将电石渣作为掺合料加入碳化养护水泥中,研究了碳化养护对掺电石渣水泥石抗压强度、干燥收缩、氯离子渗透等性能的影响,并利用X射线衍射、热分析、压汞法、扫描电镜等测试手段对水泥石的微观结构进行了分析。结果表明:碳化养护提高了掺电石渣水泥石的抗压强度及抗氯离子侵蚀性能,使其电通量降低了38.17%~50.08%,56天干燥收缩率降低了8.8%~25.2%,细化了其孔结构。在保证水泥石强度不降低的前提下,约10%的电石渣可以被资源化利用,同时水泥石的固碳率可达11.19%~15.87%。利用碳化养护达到了捕捉固化二氧化碳、资源化利用电石渣、提升水泥石性能的目的。

碳化养护水泥基材料的抗碳酸水溶液腐蚀性能

本工作研究了碳化养护对水泥基材料早期抗碳酸水溶液腐蚀性能的影响。测试了经碳化养护后的试件在碳酸水溶液中不同浸泡龄期的抗压强度和腐蚀深度的变化,并采用X射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG-DTG)、低场核磁共振仪(LF-NMR)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,对碳酸溶液腐蚀后试件微观结构和腐蚀机理进行了分析。结果表明:碳化养护提高了砂浆试件在碳酸水溶液腐蚀前的初始抗压强度,碳化形成的方解石填充了孔隙,使得结构更加致密,从而阻碍碳酸水溶液向内的扩散速率;另外,致密且溶解速率更慢的方解石层包裹着水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,减少了钙的溶出。碳化养护从这两方面减缓了碳酸水溶液的腐蚀速率,提高了水泥基材料的抗碳酸水溶液腐蚀性能,这使得砂浆试件浸泡90 d后的腐蚀深度降低了51%~68%,并减轻碳酸水溶液腐蚀后的强度损失。碳酸水溶液腐蚀前期,以C_(3)S、C_(2)S和CH的腐蚀为主,伴随CaCO_(3)的脱钙;腐蚀中后期,以CaCO_(3)的脱钙为主,伴随C-S-H凝胶的脱钙。

-10℃条件下掺氯化镁溶液的γ-C_(2)S碳化性能研究

γ-C_(2)S是一种高活性的碳化固结胶凝材料,在与CO_(2)反应过程中对环境温度敏感性低,可用于制备负温建筑材料。本工作研究了-10℃条件下掺氯化镁溶液γ-C_(2)S碳化养护过程中的温度变化和硬化体的碳化产物组成、强度与反应程度发展规律以及微观形貌。结果表明:未掺MgCl_(2)的γ-C_(2)S样品在-10℃碳化养护后强度发展缓慢,24 h后仅有10.83 MPa。掺入不同浓度MgCl_(2)溶液后,碳化体早期与后期强度均提升明显,0.5 h和24 h抗压强度最高可分别增至22.14 MPa和178.56 MPa。γ-C_(2)S在-10℃下碳化产物以方解石为主,并含有少量文石,掺氯化镁溶液后由于Mg^(2+)对Ca^(2+)的取代形成部分镁方解石。MgCl_(2)一方面通过降低溶液冰点使体系内在-10℃下仍存在液态水,为碳化过程提供反应环境,另一方面能促进Ca^(2+)溶出和碳化反应的进程。两者的协同效应保证γ-C_(2)S在-10℃条件下碳化养护仍能表现出优异的力学性能。

低水胶比水泥胶砂碳化程度和固碳率的试验研究

为提升水泥基材料的固碳能力,采用酚酞滴定、热重分析和电镜能谱研究了养护条件对水胶比0.35水泥胶砂碳化程度和固碳率的影响。结果表明,预养护条件和碳化时长对水泥胶砂碳化程度影响显著。预养护时间一定时,碳化时间越长则碳化深度越大,但预养护时间延长到10 h以上时,碳化深度增大不明显;热重分析表明,随着碳化持续时间的增加,Ca(OH)2的量减少,CaCO3增加;预养护为24 h、碳化24 h试件的碳化深度最大约为10 mm;预养护为10 h、碳化24 h试件的固碳率最高为13.7%,表明低水胶比砂浆也具有良好的碳化养护潜力;电镜和能谱观测表明,碳化水泥胶砂表层下10 mm区域较内部更为致密,未见氢氧化钙,通过能谱确认,存在大量碳酸钙。

硅酸二钙碳化结合珍珠光泽釉的研究

利用硅酸二钙(C_(2)S)常压碳化生成CaCO_(3)作为粘结剂将珠光颜料固定于陶瓷坯体上,制备出具有珍珠光泽的免烧釉,无需经过高温烧结。考察了吸水率、碳化时间、水胶比及β/γ-C_(2)S质量比对CaCO_(3)含量的影响;最后通过XRD、TG、FTIR和SEM等手段分析了釉中C_(2)S和CaCO_(3)之间的相互作用机理,并通过三维景深光学显微镜评价了釉层表面珠光效果。结果显示:当B^(3+)掺量为1.0%时,对β-C_(2)S晶型稳定效果最好;当m(γ-C2S)∶m(β-C_(2)S)=80∶20、吸水率为15.34%、碳化时间2 h、水胶比为8时,可得到最高含量的CaCO_(3);当珠光颜料掺量为20%时,可获得最佳的珠光效果。

通过三步碳化强化再生透水混凝土的性能研究

为了使用再生细骨料100%替代天然骨料制成再生透水混凝土,通过对再生细骨料烘干碳化、对浆料注碳搅拌、对再生透水混凝土碳化养护三步碳化工艺,起到强化透水混凝土的效果。对透水混凝土试件进行连通孔隙率、抗压强度测试,分析再生细骨料碳化程度、注碳浆体早期强度对透水混凝土力学性能的影响。结果表明:对再生细骨料进行烘干碳化处理,2 h碳化程度达69.05%;碳化再生骨料、碳化养护均可有效提升试件强度,抗压强度分别最大提高88.94%、33.40%,且不会影响试件透水性能;注碳搅拌可吸收固定一部分CO 2,提高试件透水性能和碳化养护效率,但对试件抗压强度产生负面影响,最大降低42.70%,碳化养护后强度仅下降7.0%。

纤维掺量对钢渣薄板碳化固结特性的影响

钢铁行业CO_(2)排放量大,钢渣等冶金固废资源化利用困难。钢渣碳化材料安定性和耐久性良好,但抗拉强度低、易开裂,限制了其在建筑领域的应用。本文采用钢渣为碳化原料、聚丙烯纤维为增强材料、碳化养护为手段开发制备纤维增强钢渣碳化材料。以钢渣碳化材料抗压强度、抗折强度和碳酸化程度为判断依据,结合热重、压汞法等微观分析方法,研究聚丙烯纤维掺量对钢渣碳化材料力学性能、碳化固结性能的影响规律。结果表明:聚丙烯纤维的加入会降低钢渣碳化材料的抗压强度,但适量的纤维掺入对于提高钢渣碳化材料抗折强度是有利的,随着纤维掺量的增加,钢渣碳化材料抗折强度呈现出先不变,后增加,再减小的变化趋势,在纤维掺量为7 kg/m^(3)时达到最大值。此外,聚丙烯纤维的加入会促进钢渣的水化反应,降低钢渣的碳化反应,提高钢渣碳化材料的密度,降低钢渣碳化材料的孔隙率,但会提高碳化反应生成的碳酸钙的热稳定性。研究结果可为其他高钙镁含量材料制备碳化纤维薄板提供参考。

CO2压力对碳化养护钢渣制备建筑材料的影响

本课题将钢渣、矿渣以及石灰,在固定的水灰比下搅拌均匀,并在10MPa的压力下压制成型,放入密闭容器中,通入95%的CO2气体但采用不同的CO2压力进行碳化。试验证明,阶梯递增的CO2压力下碳化后的钢渣表面生长着大量簇生的碳酸钙晶体,强度大幅度提高,安定性明显改善。因此,与单一的CO2压力相比,使用阶梯递增的CO2压力更有利于碳化。

水分对钢渣碳化的影响

应用加速碳化技术处理钢渣,固化储存温室气体二氧化碳,通过SEM-EDS,XRD,DTA-TG等测试手段,研究分析水分对钢渣碳化的影响及原因,阐述碳化反应的部分机理,并最终确定出钢渣微粉、钢渣粗粉及钢渣粗颗粒的最佳碳化水分掺加量分别为w=9.75%、w=8.35%和w=6.20%。由此钢渣微粉制备出碳化增重率10.79%,强度40.81 MPa,安定性合格的碳化钢渣试样。