納米SiO2激發(fā)再生骨料潛在活性的機(jī)理研究

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，建筑工業(yè)每年排放的建筑廢棄物迅猛增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)拆除廢舊建筑物產(chǎn)生的廢棄物達(dá)15億噸以上。這些建筑廢棄物的主要成分為：廢舊混凝土、粘土磚、瓷磚、木屑、等。上述廢棄物可通過(guò)分選，破碎，篩分等工序制備成再生骨料。再生骨料空隙大導(dǎo)致其吸水率高，壓碎指標(biāo)高等缺陷。一般地用再生骨料制備的混凝土其力學(xué)性能下降20-50%，耐久性能也明顯下降。 再生混凝土骨料中由于含有水泥水化生產(chǎn)的產(chǎn)物氫氧化鈣可與納米二氧化硅反應(yīng)生成水化硅酸鈣降低再生骨料的孔隙率，從而降低再生骨料的吸水率和壓碎指標(biāo)。本研究首次提出利用納米SiO2 激發(fā)再生骨料潛在活性的概念，利用 SEM，DSC 和MIP 等先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)，通過(guò)研究不同濃度nano-Silica浸泡再生混凝土骨料后的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)以及由nano-silica處理后的再生混凝土骨料制造的混凝土的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，提出了Nano-silica增強(qiáng)再生混凝土骨料及其配制的混凝土性能的機(jī)理。結(jié)果表明：納米-SiO2改善再生混凝土骨料的最佳濃度為2%，時(shí)間為24小時(shí)，當(dāng)采用真空灌入法時(shí)，時(shí)間為12小時(shí)。利用納米-SiO2處理過(guò)的再生骨料制備的混凝土90天抗壓強(qiáng)度接近天然骨料混凝土，90天劈裂強(qiáng)度超過(guò)天然骨料混凝土10%，抗碳化能力提高25%，抗氯離子滲透能力提高35%。項(xiàng)目取得的成果將為再生混凝土骨料的資源化產(chǎn)業(yè)化利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。 2100433B

再生混凝土骨料中由于含有大量水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2 而具有潛在的活性。本研究首次提出利用納米SiO2 激發(fā)再生骨料潛在活性的概念，利用XRD， SEM，DSC 和MIP 等先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)，通過(guò)研究不同濃度nano-Silica浸泡再生混凝土骨料后的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)以及由nano-silica處理后的再生混凝土骨料制造的混凝土的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，提出了Nano-silica增強(qiáng)再生混凝土骨料及其配制的混凝土性能的機(jī)理。為再生混凝土骨料的資源化產(chǎn)業(yè)化利用提供理論基礎(chǔ)。

納米流體是一種新型傳熱介質(zhì)，因其具有顯著節(jié)能效益而成為近年來(lái)研究熱點(diǎn)。水基納米流體是非常有前景的冷卻介質(zhì)，在國(guó)外已進(jìn)入小范圍應(yīng)用階段。過(guò)去對(duì)納米流體的研究多集中在制備與傳熱性能研究方面，有關(guān)納米流體對(duì)熱交換金屬腐蝕行為的研究較少。本項(xiàng)目通過(guò)電化學(xué)測(cè)試、表面分析和溶液分析等技術(shù)重點(diǎn)研究了Al2O3、TiO2、SiO2、碳納米流體中黃銅腐蝕行為和腐蝕機(jī)理、納米顆粒對(duì)緩蝕劑性能的影響；研究了不同納米顆粒對(duì)水中碳酸鈣垢形成和抑制行為的影響及機(jī)制，以及納米顆粒對(duì)化學(xué)阻垢劑性能影響。 模擬冷卻水（SCW）中Al2O3納米顆粒和表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）對(duì)黃銅腐蝕行為的研究表明，黃銅在SCW-Al2O3納米流體中發(fā)生較嚴(yán)重的脫鋅腐蝕，主要腐蝕產(chǎn)物為Zn5(OH)6(CO3)2，Al2O3納米顆粒同時(shí)促進(jìn)了黃銅的陽(yáng)極和陰極過(guò)程，這與納米顆粒促進(jìn)介質(zhì)中氧和腐蝕產(chǎn)物的傳質(zhì)過(guò)程有關(guān)。模擬水中SDBS可在黃銅表面吸附成膜，對(duì)黃銅具有一定保護(hù)作用；在SCW-SDBS-Al2O3納米流體中SDBS在黃銅表面的吸附作用更強(qiáng)，這與納米顆粒提高了SDBS的臨界膠束濃度、以及正電性的Al2O3納米顆粒與SDBS陰離子之間存在靜電吸附有關(guān)。Al2O3納米顆粒降低了BTA對(duì)黃銅的緩蝕性能。 黃銅在TiO2納米流體中的腐蝕行為研究表明，TiO2納米顆粒促進(jìn)了黃銅的腐蝕，降低了SDBS對(duì)黃銅的緩蝕作用；在SCW和SCW-TiO2納米流體中黃銅表面由Cu2O內(nèi)層和Zn5(CO3)2(OH)6外層組成；在SCW-SDBS-TiO2納米流體中，黃銅表面主要存在Cu2O層，未見明顯的SDBS吸附膜和鋅腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物主要以離子形式進(jìn)入溶液。TiO2納米顆粒抑制了SDBS在黃銅表面的吸附，可能與帶負(fù)電的TiO2納米顆粒與SDBS陰離子在黃銅表面的競(jìng)爭(zhēng)吸附有關(guān)。 研究了Al2O3納米流體中阻垢劑PBTCA（2-膦酰丁烷-1,2,4-三羧酸）對(duì)CaCO3的阻垢性能及阻垢機(jī)理，結(jié)果顯示，PBTCA具有較好的溶液阻垢和表面阻垢性能；在Al2O3納米流體中，PBTCA的溶液阻垢性能下降。Al2O3納米顆粒顯著縮短了含PBTCA的成垢溶液中CaCO3的成核誘導(dǎo)期，減弱了PBTCA對(duì)成垢離子的絡(luò)合增溶作用，使PBTCA的溶液阻垢性能下降；但Al2O3納米顆粒促進(jìn)了文石碳酸鈣的生成，具有一定的表面阻垢性能。