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Cement Concrete Com. :添加纳米TiO2对降低CO2养护后水泥浆体净CO2排放的影响
题目
题目:Impact of nano-TiO2 addition on the reduction of net CO2 emissions of cement pastes after CO2 curing
添加纳米TiO2对降低CO2养护后水泥浆体净CO2排放的影响
关键词
CO2捕获、水泥基材料、CO2排放、纳米TiO2、CO2养护
来源
出版年份:2021年
期刊:Cement and Concrete Composites
课题组:普渡大学莱尔斯土木工程学院Mirian Velay-Lizancos课题组
研究背景
水泥基复合材料可能是一个重要的碳汇,水泥行业是CO2的主要排放者之一,每年约占总排放量的8%,但是水泥基材料又捕获了水泥工业排放的总二氧化碳的43%。尽管世界范围内的水泥产量在过去几十年中增长非常快,但水泥材料的被动或自然碳化是一个缓慢的过程。因此,这些材料没有足够的时间来捕获水泥行业排放的CO2。碳化过程的加速可能有助于在更短的时间内减少水泥复合材料的净CO2排放。近年来,有研究人员发现纳米TiO2的添加改变了硬化水泥浆体的二氧化碳捕获过程。
研究出发点
以往的研究集中在普通水泥浆体的CO2封存,与硬化水泥浆体的碳化相比,显示了CO2养护的益处,但迄今为止,没有研究纳米TiO2对CO2养护的CO2封存的影响。此外,关于CO2养护后纳米TiO2对胶凝材料性能的影响的研究仍然不多。
研究内容
本研究的主要目的是评估添加纳米TiO2对与CO2养护水泥浆体相关的净CO2排放的潜在影响。还研究了养护过程对不同纳米TiO2含量水泥浆体的水化产物和抗压强度的影响。
图1 不同纳米TiO2含量的普通和CO2养护样品的热重分析曲线 (a) 0%纳米TiO2 (b) 0.5%纳米TiO2 (c) 1%纳米TiO2 (d) 2%纳纳米TiO2
图2 使用热重分析法量化所有研究混合物的CH消耗和CO2吸收
图3 净CO2排放量取决于所使用的功能单元 [fc:抗压强度的变化]
主要结论
纳米TiO2的最佳掺量取决于养护过程(正常养护与CO2养护)。就抗压强度而言,相较于正常条件下养护的样品,CO2养护的样品显示出更低的纳米TiO2的最佳掺量。其背后的原因可能是添加纳米TiO2产生的孔隙率的降低。CO2养护前的初始孔隙率越低,由于碳化引起的抗压强度的提高越低。纳米TiO2的掺量越高,由于纳米TiO2产生的CH反应性的增加,在CO2养护过程中CO2吸收越高。因此,纳米TiO2的使用可以增加用CO2养护的水泥基复合材料的早期CO2吸收。考虑到纳米TiO2的积极作用(增强抗压强度和促进CO2养护过程中的CO2吸收),与不含纳米TiO2的样品相比,它们的使用减少了胶凝材料的净CO2排放。否则,净CO2排放量可能会被高估,因为功能单元不会包括纳米TiO2对水泥材料性能的影响。
文献链接:
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104160
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