有机增强增韧碳化制品研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着国家的快速发展,城市建设的快速推进使水泥的使用量日益增大。由于水泥的生产需要使用的钙质原材料的主要成分多为碳酸钙,在生产过程中碳酸钙会分解产生大量的二氧化碳,而二氧化碳为温室气体,大量的二氧化碳排放会加重温室效应。温室效应的加重将会导致全球持续变暖,进而引发严重的环境问题。如何降低水泥生产中的CO2排放,或者如何生产出可以吸收CO2的建筑材料成为了一个重要的课题。

在硅酸盐水泥熟料的矿物相中C3S是主要矿物相,其含量通常为50%左右,有时甚至高达60%。相较于水泥中另一主要矿物相C2S而言,C3S需要更多的钙质原材料,也就会产生更高的CO2 排放。如果能减少C3S的含量,就可以有效的降低水泥生产过程中的CO2排放。但C3S水化较快,早期强度高,且后期强度增进率较大,而C2S水化较慢,凝结硬化缓慢,早期强度较低。如果单纯的减少水泥中C3S的含量,将显著影响水泥的可塑性等施工性能和强度等物理性能。为了达到在水泥生产中减少二氧化碳的排放同时又不影响水泥的使用的目的,人们将目光投向了C2S。

C2S具有五种晶型,分别为α、β、γ、α和αHP型。由于γ-C2S水化活性低,几乎无水硬性,而β-C2S可以通过缓慢的水化反应来增强水泥的后期强度。所以在水泥生产过程中,常常采取急冷的方式来抑制γ-C2S向β-C2S的转变,这导致对γ-C2S研究较少。有研究发现,γ-C2S对二氧化碳具有很高的反应活性,通过对γ-C2S的碳化可以生成碳酸钙和二氧化硅凝胶,可以获得较为可观的强度。由于γ-C2S对二氧化碳的捕获作用,γ-C2S现在逐渐成为一种全新的低碳建筑材料。Higuchi等通过使用γ-C2S和煤灰代替水泥,获得了可以吸收二氧化碳的混凝土,通过碳化养护,其可以达到甚至超过一般混凝土的强度。如果将这种混凝土用于一些排放二氧化碳较多的工业生产中,将会有效降低二氧化碳的排放。如果γ-C2S碳化制品能有很高的强度和韧性,那它将会在低碳材料的应用中发挥巨大的作用。

在水泥和陶瓷等无机非金属材料的实际使用过程中有些有机物可以起到增强增韧的作用。苏有文等的研究表明有机高分子聚合物如固体类聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素等在透水混凝土中凝聚,两者相互穿插,形成高黏结力网状结构,增大水泥浆与骨料间界面过渡区面积,提高密实性。

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