纳米碳酸钙/石粉复合颗粒对水泥水化产物的影响

Large quantities of stone dust is now becoming an environmental burden. One way of recycling the stone dust is to modify its surface structure. In this work, to bring insight into the growth mechanism of nano-calcium carbonate on the surface of stone dust, a novel process based on the theory of thermodynamics was developed, thus the surface structure of the stone dust can be modified. The influence of nano-calcium carbonate/stone dust on the hydration products will also be investigated by several techniques including field emission scanning electron microscope (FESEM), atomic force microscope(AFM), and X-ray diffraction (XRD). The obtained results will be compared with the results obtained for unmodified stone dust. Also, the microstructure of interface between composite particles and hardened cement paste, which is a complicated nonlinear system, will be investigated. It can be estimated that the nano-calcium carbonate/stone dust composite particles can be used effectively to reduce the stone dust and carbon dioxide, improve disperbility of nano-calcium carbonate in cement concrete. The work not only has the theory value, but also has the very broad application prospect.

大量的废弃石粉给人类赖以生存的环境带来了沉重的负荷。石粉的纳米化修饰是其资源化的一个重要发展方向，本项目拟采取特定的物理化学方法控制纳米碳酸钙在石粉颗粒表面成核长大，应用热力学理论揭示其生长机理，从而实现在纳米尺度上人为干预石粉颗粒的表面结构，在此基础上以原状石粉作为基准样，采用场发射扫描电镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）和X-射线衍射（XRD）等多种微观测试手段定量研究复合颗粒对水泥水化产物的形貌、粒径和分布的影响，并直接从非线性复杂系统入手,建立“复合颗粒-硬化水泥浆”界面结构模型，最后在此基础上提出复合颗粒对水泥水化产物和微观结构的影响机理。微纳米复合颗粒可大量消纳废弃石粉和温室气体二氧化碳，初步解决纳米碳酸钙在混凝土中的分散性和分散稳定性难题，本项目的研究具有十分重要的理论意义和广阔的应用前景。

大量的废弃石粉给人类赖以生存的环境带来了沉重的负荷，其资源化和如何提高其附加值的基础研究亟需开展。石粉颗粒表面的纳米化修饰是其资源化的一个重要发展方向，本项目采用非均匀成核法控制纳米碳酸钙在石粉颗粒表面成核长大，应用热力学理论揭示其生长机理，从而实现了在纳米尺度上控制石粉颗粒的表面结构；在此基础上，直接从非线性复杂系统入手建立了“复合颗粒-硬化水泥浆”界面结构模型；以原状石粉作为基准样，采用X-射线衍射（XRD）、热重分析仪（TG）、场发射扫描电镜（FESEM）、背散射电子像（BSI）和原子力显微镜（AFM）等多种微观测试手段研究了纳米碳酸钙/石粉复合颗粒对水泥水化产物的形貌、粒径和分布的影响，提出了复合颗粒对水泥水化产物和微观结构的影响机理。微纳米复合颗粒初步解决了纳米碳酸钙在混凝土中的分散性和分散稳定性难题，为新型混凝土掺合料的研发提供了理论基础，从而缓解西部地区优质矿物掺合料的供需矛盾，具有十分重要的理论意义和广阔的应用前景。