新聞科研進(jìn)展
世界各地存在有大量天然CO2儲(chǔ)層，由于天然的泄漏通道，天然儲(chǔ)層中的CO2可由地層深度泄漏并富集于淺層地下空間中。當(dāng)在儲(chǔ)層地區(qū)進(jìn)行隧道開(kāi)挖或樁基建設(shè)時(shí)，工程建設(shè)誘發(fā)的人為擾動(dòng)可能造成高濃度CO2由淺層CO2富集空間向外泄漏，并對(duì)地下鋼筋混凝土構(gòu)筑物產(chǎn)生長(zhǎng)期高濃度CO2碳化影響。而CO2濃度的提高會(huì)增強(qiáng)CO2滲透能力，使混凝土碳化過(guò)程成倍加速的同時(shí)降低混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)能力，產(chǎn)生與常規(guī)混凝土自然碳化截然不同的結(jié)果。因此，探究不同碳化條件高濃度CO2對(duì)混凝土化學(xué)組成、孔隙結(jié)構(gòu)與力學(xué)強(qiáng)度的影響，并闡明碳化誘發(fā)混凝土性能變化的內(nèi)在機(jī)理，是保障儲(chǔ)層地區(qū)地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，具有重要的工程價(jià)值與研究意義。
本研究利用高壓CO2對(duì)混凝土進(jìn)行不同碳化環(huán)境研究，利用X射線(xiàn)衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）與微米CT（μ-CT）進(jìn)行分析表征，獲得了混凝土碳化前后的物相組成與孔隙結(jié)構(gòu)的變化，并在此基礎(chǔ)上對(duì)混凝土碳化前后的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行研究。由微米CT表征結(jié)果可知，不論是何種碳化環(huán)境，由于碳化產(chǎn)物在孔隙中堆積，碳化后混凝土的孔隙度有較為顯著的降低，且孔隙越密集區(qū)域孔隙的減小量越大。而物相分析與SEM結(jié)果發(fā)現(xiàn)碳化環(huán)境對(duì)碳化產(chǎn)物結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)生影響，水的存在增強(qiáng)了混凝土碳化，促使碳化產(chǎn)物除方解石外還有大量文石產(chǎn)生。低濃度CO2碳化增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，而在水的作用下高濃度CO2誘發(fā)混凝土過(guò)度碳化，造成混凝土內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展，其強(qiáng)度隨碳化時(shí)間先增大后減小，并于碳化28天后強(qiáng)度低于未碳化混凝土。
本研究成果已發(fā)表于水泥和混凝土材料研究頂級(jí)期刊Construction and Building Materials（一區(qū)TOP，最新影響因子7.693），第一作者為薛泉博士，通訊作者為張力為研究員。研究成果主要由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFE0100100）、國(guó)家自然科學(xué)基金（42172315）、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2021ZD0034）資助。
論文題目：Evolution of structural and mechanical properties of concrete exposed to high concentration CO2
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0950061822017421
圖1 100kPa干燥CO2環(huán)境中混凝土碳化28天微觀結(jié)構(gòu)圖
圖2 100kPa純水CO2環(huán)境中混凝土碳化28天微觀結(jié)構(gòu)圖
圖3 干燥環(huán)境（A1）和純水環(huán)境（B1）100kPaCO2碳化前后混凝土孔隙及沿樣品高度方向孔隙體積分?jǐn)?shù)變化圖
圖4 高濃度CO2作用下混凝土碳化機(jī)理圖