纳米SiO2激发再生骨料潜在活性的机理研究

随着我国城镇化进程的加速，建筑工业每年排放的建筑废弃物迅猛增加。据不完全统计，2016年我国拆除废旧建筑物产生的废弃物达15亿吨以上。这些建筑废弃物的主要成分为：废旧混凝土、粘土砖、瓷砖、木屑、等。上述废弃物可通过分选，破碎，筛分等工序制备成再生骨料。再生骨料空隙大导致其吸水率高，压碎指标高等缺陷。一般地用再生骨料制备的混凝土其力学性能下降20-50%，耐久性能也明显下降。 再生混凝土骨料中由于含有水泥水化生产的产物氢氧化钙可与纳米二氧化硅反应生成水化硅酸钙降低再生骨料的孔隙率，从而降低再生骨料的吸水率和压碎指标。本研究首次提出利用纳米SiO2 激发再生骨料潜在活性的概念，利用 SEM，DSC 和MIP 等先进的测试技术，通过研究不同浓度nano-Silica浸泡再生混凝土骨料后的力学性能和微观结构以及由nano-silica处理后的再生混凝土骨料制造的混凝土的力学性能和微观结构，提出了Nano-silica增强再生混凝土骨料及其配制的混凝土性能的机理。结果表明：纳米-SiO2改善再生混凝土骨料的最佳浓度为2%，时间为24小时，当采用真空灌入法时，时间为12小时。利用纳米-SiO2处理过的再生骨料制备的混凝土90天抗压强度接近天然骨料混凝土，90天劈裂强度超过天然骨料混凝土10%，抗碳化能力提高25%，抗氯离子渗透能力提高35%。项目取得的成果将为再生混凝土骨料的资源化产业化利用提供理论基础和技术支撑。 2100433B

再生混凝土骨料中由于含有大量水泥水化产生的Ca(OH)2 而具有潜在的活性。本研究首次提出利用纳米SiO2 激发再生骨料潜在活性的概念，利用XRD， SEM，DSC 和MIP 等先进的测试技术，通过研究不同浓度nano-Silica浸泡再生混凝土骨料后的力学性能和微观结构以及由nano-silica处理后的再生混凝土骨料制造的混凝土的力学性能和微观结构，提出了Nano-silica增强再生混凝土骨料及其配制的混凝土性能的机理。为再生混凝土骨料的资源化产业化利用提供理论基础。

纳米流体是一种新型传热介质，因其具有显著节能效益而成为近年来研究热点。水基纳米流体是非常有前景的冷却介质，在国外已进入小范围应用阶段。过去对纳米流体的研究多集中在制备与传热性能研究方面，有关纳米流体对热交换金属腐蚀行为的研究较少。本项目通过电化学测试、表面分析和溶液分析等技术重点研究了Al2O3、TiO2、SiO2、碳纳米流体中黄铜腐蚀行为和腐蚀机理、纳米颗粒对缓蚀剂性能的影响；研究了不同纳米颗粒对水中碳酸钙垢形成和抑制行为的影响及机制，以及纳米颗粒对化学阻垢剂性能影响。 模拟冷却水（SCW）中Al2O3纳米颗粒和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对黄铜腐蚀行为的研究表明，黄铜在SCW-Al2O3纳米流体中发生较严重的脱锌腐蚀，主要腐蚀产物为Zn5(OH)6(CO3)2，Al2O3纳米颗粒同时促进了黄铜的阳极和阴极过程，这与纳米颗粒促进介质中氧和腐蚀产物的传质过程有关。模拟水中SDBS可在黄铜表面吸附成膜，对黄铜具有一定保护作用；在SCW-SDBS-Al2O3纳米流体中SDBS在黄铜表面的吸附作用更强，这与纳米颗粒提高了SDBS的临界胶束浓度、以及正电性的Al2O3纳米颗粒与SDBS阴离子之间存在静电吸附有关。Al2O3纳米颗粒降低了BTA对黄铜的缓蚀性能。 黄铜在TiO2纳米流体中的腐蚀行为研究表明，TiO2纳米颗粒促进了黄铜的腐蚀，降低了SDBS对黄铜的缓蚀作用；在SCW和SCW-TiO2纳米流体中黄铜表面由Cu2O内层和Zn5(CO3)2(OH)6外层组成；在SCW-SDBS-TiO2纳米流体中，黄铜表面主要存在Cu2O层，未见明显的SDBS吸附膜和锌腐蚀产物，腐蚀产物主要以离子形式进入溶液。TiO2纳米颗粒抑制了SDBS在黄铜表面的吸附，可能与带负电的TiO2纳米颗粒与SDBS阴离子在黄铜表面的竞争吸附有关。 研究了Al2O3纳米流体中阻垢剂PBTCA（2-膦酰丁烷-1,2,4-三羧酸）对CaCO3的阻垢性能及阻垢机理，结果显示，PBTCA具有较好的溶液阻垢和表面阻垢性能；在Al2O3纳米流体中，PBTCA的溶液阻垢性能下降。Al2O3纳米颗粒显著缩短了含PBTCA的成垢溶液中CaCO3的成核诱导期，减弱了PBTCA对成垢离子的络合增溶作用，使PBTCA的溶液阻垢性能下降；但Al2O3纳米颗粒促进了文石碳酸钙的生成，具有一定的表面阻垢性能。