当前,碳矿化技术及理论已成为可持续混凝土材料研究的热点,其通过富钙矿物将CO2吸储并永久固化,实现CO2在混凝土材料中原料化利用,突破了混凝土材料防碳化的传统思路,拓宽了绿色建材的发展路径。从碳矿化效能看,富钙矿物的碳化过程及其碳酸钙产物的性质直接决定了其对水泥水化的影响,特别是亚稳定相球霰石的性质。然而,球霰石参与水泥水化的有效性及机制仍不清晰,而造成这一问题的核心是球霰石相变过程能否与水泥水化协同。 针对上述科学问题,本文提出利用生物型螯合剂——单宁酸（TA）调控制备不同相变特性球霰石,研究球霰石相变特性与水泥水化的互动关联,明确球霰石相变过程对水泥水化不同阶段的影响特性,最终揭示球霰石与水泥水化的相互作用机制,为破解碳矿化的理论瓶颈提供理论依据。研究得到的主要结论如下: （1）对比了物理（磁场）与螯合化学调控方法对球霰石晶型及形貌的影响,明确了两种方法调控制备高纯球霰石的有效性。与磁场调控相比,单宁酸掺量显著影响了球霰石的比表面积:单宁酸浓度为0.1–2%时,球霰石的比表面积提高了27.4–75.7%。所制备球霰石的湿稳定性与单宁酸掺量有关,高掺量下,球霰石在湿度97%环境中可稳定保持7d以上,这为其在水化浆体中蛰伏进入水化反应提供了材料基础。 （2）从球霰石对水泥性能的影响看,不同方法制得的球霰石参与水化历程存在显著差异。无调控方法及磁场调控的球霰石显著加速了水泥主要水化阶段,表现为主要放热峰水化速率及峰值高度高于单宁酸组。然而,单宁酸调控制备的球霰石具有更高的累积放热量,呈现出“缓慢持续促进”的特点。宏观上,单宁酸组球霰石对水泥各龄期强度的提升幅度最大:在15%球霰石掺量下,水泥3d、7d和28d抗压强度分别提高20.8%、26.2%和30.0%。 （3）在水泥纯相C3A水化体系中,球霰石溶解释放的CO32-优先与铝相反应生成碳铝酸盐,抑制了AFt向AFm的转化。球霰石对C3A水化的呈现早期激发-长期持续双重调控机制。无调控方法及磁场调控的球霰石相变稳定性较低,显著加速C3A早期水化,表现为主要放热峰水化速率及峰值高度高于单宁酸组。而高稳定的单宁酸组球霰石溶解释放Ca2+速率较慢,可以长期持续调控C3A水化。单宁酸组球霰石使C3A体系72h累积水化热提高60.3J/g,抗压强度结果表明,球霰石使C3A体系3d、7d、28d强度分别提高18.3%、20.5%和23.8%。 上述研究表明,球霰石对水泥水化的影响主要取决于其溶解—重结晶短暂窗口能否与水泥铝相矿物反应过程相协同,调控球霰石的相变过程及其特性是影响碳矿化技术效能的关键途径,这为后续破解碳矿化理论瓶颈提供了新的视角。...
疏浚淤泥的高含水率、低强度等不良工程特性限制了其直接资源化利用。为提升其力学性能,本文采用纳米碳酸钙（NC）与水泥对疏浚淤泥进行复合固化处理。通过无侧限抗压强度试验和三轴固结不排水剪切试验,研究了不同纳米碳酸钙掺量（水泥质量的0%～2.5%）和养护龄期（7 d、14 d、28 d）对固化淤泥强度特性、变形特征及抗剪强度参数的影响;结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及孔隙图像识别分析系统（PCAS）,揭示了复合固化体系的微观作用机理。结果表明:当水泥掺量为8%、纳米碳酸钙掺量为2%时,固化效果最优,28 d无侧限抗压强度达721 kPa,较素土（213 kPa）提高238%,较单掺水泥固化土（596 kPa）提高21%。三轴剪切试验表明,最优配比下固化土的黏聚力为104 kPa,内摩擦角为28°,较单掺水泥固化土（内摩擦角17°）显著提高64.7%。应力-应变曲线呈现从低围压下的应变软化向高围压下应变硬化的转变。微观分析表明,纳米碳酸钙在固化体系中发挥晶核作用、填充作用及化学反应协同作用:提供成核位点加速水泥水化,生成更多C-S-H凝胶;填充土颗粒及水化产物间的微孔隙;参与水化反应生成更稳定的单碳型水化硫铝酸钙（AFm-CO3）。PCAS定量分析显示,复合固化后土体总面孔隙比降低48.6%,孔隙数量减少64.2%,微观结构显著致密。研究成果可为疏浚淤泥在路基填方等工程中的资源化利用提供理论依据与技术参考。...
传统混凝土材料在动态冲击荷载下常表现出高脆性与低能量吸收的显著缺点,限制了其在防护工程等关键领域的应用。为克服这一瓶颈,本研究创新性地提出了纳米尺度基体强化与微米尺度纤维增韧相结合的多尺度协同改性策略,旨在通过复掺纳米碳酸钙与聚丙烯纤维,系统提升混凝土的静、动态力学性能,并深入揭示其协同作用机理,为开发高性能抗冲击水泥基复合材料提供理论与试验依据。 本研究采用系统的单因素预实验与正交试验设计,考察了纳米碳酸钙与聚丙烯纤维单掺及复掺的影响,确定了最优复掺配比。通过无侧限单轴压缩、劈裂抗拉试验评估静态力学性能。利用分离式霍普金森压杆进行单一应变率下的动态冲击试验,评价动态强度、韧性及能量吸收特性。并借助扫描电子显微镜观测微观形貌,以建立宏观性能与微观结构的关联。主要研究结果如下: （1）在静态荷载下,NP-8组实现了抗压与抗拉强度的协同最大化,其28天强度分别达43.6MPa和3.0MPa,且应力-应变曲线展现出更高的峰值应力与更延展的下降段,表明纳米材料主导早期基体强化,而纤维主导后期增韧,二者功能互补。 （2）在～80s-1的动态冲击下,NP-8组展现出高强度、高率敏感性、高能量耗散的协同优势,其动态抗压强度（65.84MPa）、动态增强因子（DIF=1.51）及单位体积吸能（0.9813J）均为各组最高,表明复掺体系显著优化了材料的动态响应与抗冲击韧性。 （3）微观机理分析表明,协同效应根源在于纳米碳酸钙对纤维与基体界面过渡区的显著强化。SEM观测显示,复掺体系中的纤维被水化产物紧密包裹,界面结合极为致密,而单掺纤维界面则存在明显缝隙。这种优化的界面为纤维提供了更牢固的锚固,使其桥联与拔出耗能机制得以高效发挥,构成了宏观性能协同提升的微观基础。 （4）两种改性材料的影响存在明确的时效分工。极差与方差分析证实,在早期（14天）,纳米碳酸钙是提升抗压强度与刚度的主控显著因素;而聚丙烯纤维的增韧效果及其对抗压强度的贡献随养护时间显著增强,在后期（28天）成为主导。最优配比NP-8精准实现了纳米材料早期强化基体-纤维长期主导增韧的时序协同。...
Copyright©2002-2026 Cnpowder.com.cn Corporation,All Rights Reserved
