活性炭增進水泥砂漿抗壓強度

　　混凝土一直是比較受歡迎的建筑材料之一，就在最近活性炭作為水泥基復合材料的增強劑突然被更多的人關(guān)注了。我們發(fā)現(xiàn)活性炭可以增強水泥的耐濕性和減輕潮氣侵襲的風險。還測試過活性炭對混凝土氣孔特性的影響，了解到活性炭可以減少了混凝土中的空氣含量，從而提高了強度。活性炭也可用于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。含有活性炭作為添加劑的硬化水泥漿也擁有了吸附能力，在揮發(fā)性有機化合物(VOC)，和有害化合物(例如乙醛和甲苯)的環(huán)境中。活性炭粉末能夠吸收大部分的甲苯，因此，包含活性炭的硬化水泥漿可作為潛在的建筑材料，有助于提高除污效果。

　　活性炭水泥砂漿的組成

　　波特蘭水泥(硅酸鹽水泥I型和II型)作為基礎材料，活性炭采用植物種子轉(zhuǎn)化成。在物理活化過程中，碳化和活化步驟均通過加熱完成。制備方法是，先用蒸餾水洗滌和漂洗以除去雜質(zhì)，在100℃下干燥24小時，然后過篩以控制粒度。然后將制備好的原材料在馬弗爐中加熱到600℃，持續(xù)一個小時。冷卻至室溫后，將地面洗凈，然后再次用去離子水沖洗。并在100℃下干燥48小時，然后使用16號和60號篩分(篩孔分別為1.18和250微米)進行分選。在加熱過程中，基礎材料的揮發(fā)性分子升華，從而在整個過程中留下多孔結(jié)構(gòu)。制備的活性炭儲存在密閉瓶中。處理后獲得的原材料和活性炭顆粒如圖1所示。活化過程形成了蜂窩狀的孔結(jié)構(gòu)，導致活性炭中的表面積較大，這可能引起了形態(tài)對稱現(xiàn)象。

　　圖1：(a)處理后獲得的原材料和(b)活性炭，以及(c)原材料和(d)活性炭在500x下的SEM圖像。

　　活性炭水泥抗壓強度測試

　　在7天，21天和28天測量立方體樣品的抗壓強度。每個代表性的抗壓強度是十二個樣品的平均值。強度的測量是使用混凝土壓縮機進行的。根據(jù)抗壓強度試驗結(jié)果，由于在7天時測得的強度大大降低，因此未測試21天時5%和10%活性炭的樣品。結(jié)果證明，普通水泥砂漿的抗壓強度隨養(yǎng)護時間的增加而增加。在活性炭復合材料樣品中也觀察到了相同的趨勢。沒有活性炭的水泥砂漿的7天強度達到28天強度的66%，而0.5%和1%活性炭復合材料的7天強度分別達到28天強度的80%和73%。這意味著低濃度的活性炭可能會加速強度硬化過程。等于或大于1.5%的過量濃度消除了早期強度效應。此外，活性炭的過量含量大于5%導致強度顯著降低。添加5%的活性炭會使普通水泥砂漿的7天抗壓強度降低28%，而28天抗壓強度降低21%。添加10%會使7天強度下降50%，而28天強度下降52%。這些結(jié)果表明，大于合適范圍的活性炭的摻入會損害普通水泥的強度。在該研究中，觀察到增加抗壓強度的合適含量范圍為0.5%至1.5%。

　　樣品的抗壓強度

　　可視化了水泥砂漿的碳含量顯示在圖2，強度和重量之間的關(guān)系。左圖表示強度相對于碳含量的變化，右圖表示強度與試樣重量的關(guān)系。此外，底部的圖表顯示了碳含量與重量的關(guān)系。值得注意的是，添加碳會稍微減少樣品的重量。這是因為輕質(zhì)的活性炭可能會在有限的樣品體積中代替相對較重的細骨料或水泥。盡管重量減輕，但與普通水泥砂漿樣品相比，碳共混樣品顯示出更高的強度。

　　圖2：活性炭含量，抗壓強度和樣品重量之間的關(guān)系。

　　活性炭含量對抗壓強度的影響如圖3所示。結(jié)果表明，隨著活性炭摻入量增加到1.5%，水泥砂漿強度增加。添加0.5%的活性炭可將7天強度大幅提高48%，而添加1.5%的活性炭則可將28天強度提高27%。其他研究也報告了類似的結(jié)果，表明通過添加活性炭可以提高強度。將4%的活性炭摻入粉煤灰水泥中會使28天的抗壓強度提高18%。

　　圖3：活性炭含量對水泥砂漿抗壓強度的影響。

　　活性炭對普通水泥砂漿強度的影響。結(jié)果表明，添加小于或等于1.5%(按水泥重量計)的活性炭可提高水泥砂漿的抗壓強度。此外，活性炭還可以加速強度硬化過程，從而縮短固化時間。特別是，少量的含量(0.5%)在早期強度有更有意義的提高，而含量較高的(1.5%)在28天時強度有更好的提高。但是，大量的活性炭超過5%會大大降低強度。這項研究得出的結(jié)論是，活性炭可以用作潛在的水泥添加劑，以增強水泥砂漿的抗壓強度。

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