目前，我国砌体主要有烧结粘土砖、蒸压硅酸盐砖和混凝土空心砌块，由于粘土砖的生产破坏了大量的耕地资源，我国在十几年前就提出了“禁粘”。蒸压硅酸盐砖和混凝土空心砌块相对来说对耕地资源破坏较小，但是其中的主要原料——硅酸盐水泥（波特兰水泥）存在严重的环境问题：（1）资源和能源消耗严重。我国水泥工业每生产1吨水泥熟料平均需要消耗0.11吨标准煤、0.13吨粘土和0.95吨石灰石，且是一个不可逆的过程，即不可持续。（2）二氧化碳排放和大气污染严重。水泥生产过程中会释放出大量的二氧化碳，平均每生产1吨水泥需向大气排放0.95吨的二氧化碳，水泥工业排放的二氧化碳占世界人为排放二氧化碳的10%左右，除了二氧化碳之外，在水泥的生产过程中，还有大量的粉尘、烟尘以及二氧化硫、氮氧化物、氟气等有毒气体排入大气中，对环境造成很大的污染。另外，水泥制品需要一定的养护时间，一般需要一个月以上才能达到设计强度、承受荷载。
针对上述技术问题，本研究使用活性氧化镁来替代传统硅酸盐水泥，用于砌块的固化剂，通过碳化技术，使得活性氧化镁反应生成碱式碳酸镁，来增加砌块的抗压强度及耐久性能，同时对试块进行微观测试，并分析其碳化机理。主要的试验过程和成果如下：
（1）通过室内试验，在实验室通过小型搅拌机将骨料、活性氧化镁和水搅拌均匀，然后通过制样机制作小尺寸砌体试样。试样经过短期养护后，移到小型碳化养护箱中对试样进行碳化，然后进行抗压强度测试和碳化程度测试（即二氧化碳的吸收率，通过化学中和法确定）。通过设计多种试验方法，比较测试效果，得出活性氧化镁碳化砌块的最佳配比为：砂37%，碎石53%，粉煤灰3%，普通水泥3.5%，活性氧化镁3.5%；最佳碳化环境为：湿度60%，温度20℃，20%CO2；最佳成型方式：10MPa压力成型；最佳水灰比为1.0。
（2）在（1）的基础上，选取最优碳化砌体，按照国家相关标准规范进行干湿循环、冻融循环等耐久性测试，并与常规水泥砌体进行对比。活性氧化镁碳化砌块在碳化3d达到甚至超过80%抗压强度，碳化14d就能够达到其最大抗压强度，相对于普通水泥砌块养护28d节约了一半的时间，且活性氧化镁碳化砌块的抗压强度是普通水泥砌块的2-3倍，且其耐久性优于常规水泥砌体。
（3）在（1）、（2）的基础上，选取典型的碳化砌体试样进行微观化学测试，初步计划进行的试验包括X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重分析（TGA）等，分析试样的碳化反应机理，以及碳化产物与环境的相互作用机理。结果表明：活性氧化镁碳化反应生成了三水合碳酸镁和碱式碳酸镁，有效填充了砌块内部的孔隙，且碳化产物为网状的微观结构，具有非常强的胶结能力，这些是活性氧化镁碳化砌块强度高的原因。
（4）在室内试验的基础上，采用最优的碳化砌体原材料，在工厂研发相应的生产设备和工艺，进行商业碳化砌体的试制，并按照国家相关标准检测砌体质量，综合评价其经济和环境效应，为推广应用奠定基础。结果表明：相对于普通水泥砌块，活性氧化镁作为砌体固化剂可以减少约48.1%能耗和50.53% CO2排放，且具有较大的社会经济效益。
- 作 者：
- 陈凯祥
- 学科专业：
- 结构工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 安徽建筑大学
- 导师姓名：
- 张鹤年席培胜
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
