【摘 要】
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建筑垃圾的资源化利用是推动建筑行业可持续发展的关键步骤,具有重大的生态效益和经济效益。本文针对建筑垃圾回收物中的再生微粉(Recycled powder,RP),围绕其强化改性方法与应用开展实验研究。通过表面化学修饰的方法对再生微粉进行功能化改性,制备了疏水改性的再生微粉以及具备缓蚀剂响应释放功能的耐蚀再生微粉掺合料,用于提升钢筋混凝土结构的抗渗耐侵蚀能力,主要研究内容如下:(1)采取“粗糙结构+
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建筑垃圾的资源化利用是推动建筑行业可持续发展的关键步骤,具有重大的生态效益和经济效益。本文针对建筑垃圾回收物中的再生微粉(Recycled powder,RP),围绕其强化改性方法与应用开展实验研究。通过表面化学修饰的方法对再生微粉进行功能化改性,制备了疏水改性的再生微粉以及具备缓蚀剂响应释放功能的耐蚀再生微粉掺合料,用于提升钢筋混凝土结构的抗渗耐侵蚀能力,主要研究内容如下:(1)采取“粗糙结构+低表面能”的超疏水表面设计思路,制备疏水功能化改性的再生微粉(RP)。通过两步水解-缩合反应,在RP表面构筑SiO2/HNTs@RP粗糙微纳结构,并使用无氟的低表面能物质十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)修饰,获得疏水功能化的再生微粉(HDTMS/SiO2/HNTs@RP)。对疏水改性后的再生微粉进行成分结构表征,发现无定型的SiO2以膜的形态包覆在HNTs和RP表面,HDTMS的烷基链分布在最外层,构成了包覆型核壳结构。采用“胶水+粉末”的方式,以疏水改性再生微粉和水玻璃配成疏水浆料涂刷在混凝土表面制备了稳定的超疏水涂层。通过调节HDTMS/SiO2/HNTs@RP与水玻璃溶液的质量比,可以控制疏水涂层的润湿性,当质量比为1:2时具有最大接触角156°,滚动角为6°。机械磨损测试结果表明,摩擦30次后接触角依然大于150°,对比表明硬度和相对尺度较大的RP颗粒可提升疏水层的耐摩擦性能。涂层混凝土钢筋试样经过腐蚀试验后,涂层试样的自腐蚀电流密度icorr=2.95×10-8 A/cm~2,比普通试样低3个数量级,Rcoat=1253.5Ω·cm~2,是普通试样的20倍,Rct=1.7×10~6Ω·cm~2,保护效率达到99.3%。结果表明疏水涂层能有效提升混凝土层的抗渗性能,使其具有相对较低的含水量和电导率,降低内部钢筋腐蚀概率。(2)采取原位合成的方式,将缓蚀剂NO2-插层的Mg-Al水滑石负载在再生微粉表面,制备耐蚀功能化的再生微粉(NO2--LDH@RP)。FTIR、XRD、ICP成分分析表明,修饰后的再生微粉具备了插层阴离子受控释放功能,可吸附Cl-、CO32-等侵蚀性离子并释放出NO2-。SEM、TEM和EDS形貌成分表征显示,NO2--LDH均匀负载在再生微粉表面,形成了包覆型的核壳结构。氯离子等温吸附平衡曲线结果显示,共沉淀法制得的C-NO2--LDH@RP具有更好的氯离子吸附能力,其平衡吸附量达到了124.8mg/g。进一步的电化学测试中,通过点蚀击穿曲线和EIS研究了0.5 g/L的C-NO2--LDH@RP对已发生点蚀的钢筋的修复行为,钢筋电极的自腐蚀电位Ecorr和点蚀击穿电位Eb随着时间的延长逐渐增大,维钝电流逐渐降低,24 h后,Ecorr=-182.1 m V,Eb=+286.4 m V,维钝电流I=1.1×10-6A/cm~2,比点蚀钢筋低2个数量级,Rct=753.22kΩ·cm~2,缓蚀效率达到96.27%,说明C-NO2--LDH@RP能显著促进金属基体表面钝化,降低金属基体发生点蚀的几率。丝束电极测试表明,相对Na NO2直接掺入的方式,掺入的C-NO2--LDH@RP具有响应释放特性,对孔隙液电导率影响小,同时避免了缓蚀剂NO2-不必要的泄露损失,降低缺陷部位的钢筋发生脱钝腐蚀的风险。(3)研究了HDTMS/SiO2/HNTs@RP疏水涂层和NO2--LDH@RP耐蚀掺合料对砂浆试块吸水性、氯离子渗透率以及孔隙结构的影响。疏水涂层在静态测试中展现优秀的疏水性,然而在长期浸泡条件下涂层失效,对于降低吸水率和氯离子扩散系数的作用不明显。相比较下NO2--LDH@RP耐蚀掺合料对于整体抗渗性的提升更显著,当砂浆内掺入量为5%时,对比空白试样,其快速氯离子迁移系数DRCM下降了15.3%,砂浆试块孔容为0.1355 m L/g,减小了10.9%,且具有更小的阀值孔径18.9 nm。说明NO2--LDH@RP不仅能吸附侵蚀离子,释放缓蚀剂,同时能有效改善砂浆试块孔隙结构使其更为致密,能有效提升砂浆试块的抗渗耐侵蚀性能。
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