可持续合成纳米二氧化硅增强塑料废弃物的混凝土力学性能研究：基于不同煅烧温度的对比分析

《Next Research》：Influence of sustainable synthesized Nano silica enhanced with plastic waste, on the mechanical properties of concrete: A Comparative study on Varying Temperatures.

本研究创新性地从大麦壳废弃物中通过酸浸和煅烧法（500-700?°C）合成纳米二氧化硅（NS），并将其与再生塑料（30?g/混合料）协同掺入混凝土。结果表明，700?°C煅烧的NS纯度最高（～94%?SiO2），粒径约49?nm。当NS掺量为3%时，混凝土28天抗压强度和抗折强度较对照组分别提升～52%和～26%，有效弥补了塑料掺入导致的强度损失，为构建低碳高性能混凝土提供了可持续解决方案。

　　

Highlight

纳米材料因其超大比表面积而展现出卓越的粘结与吸附性能，在建筑应用领域日益受到青睐。纳米二氧化硅（Nano-silica, NS）凭借其高密度、大比表面积特性，能够有效促进C–S–H凝胶形成，为水泥水化提供丰富成核位点并填充毛细孔隙。C–S–H凝胶不仅可降低钙溶出风险，还能显著优化混凝土微观结构。

材料与方法

大麦壳的收集与预处理：从当地农田采集大麦壳废弃物，经蒸馏水彻底清洗去除杂质后，于100?°C烘箱中干燥24?小时。将干燥壳片通过实验室研磨机粉碎成细粉，随后进行酸浸纯化：在10%硝酸（HNO₃）溶液中煮沸2?小时，用蒸馏水反复冲洗至中性pH，再次干燥后于500?°C、600?°C及700?°C下煅烧2?小时，获得白色纳米二氧化硅粉末。

XRD分析

图2展示了大麦壳灰烬在500?°C、600?°C和700?°C煅烧后的X射线衍射图谱。所有样品均在22–23° 2θ范围内呈现宽泛的馒头峰，此为无定形二氧化硅的典型特征。未检测到结晶石英或其他硅酸盐的尖锐峰，表明所有温度下二氧化硅均以非晶态形式存在。随温度升高，无定形晕强度增强，提示高温下硅醇基缩合反应更为充分。

讨论

纳米二氧化硅通过其纳米尺度效应（粒径约49?nm）与高反应活性，在水泥基体中发挥三重增强机制：填充孔隙、加速水化反应、优化界面过渡区结构。与再生塑料的协同使用，既实现了农业废弃物（大麦壳）与塑料垃圾的资源化利用，又通过纳米技术补偿了塑料引入的力学性能损失，为开发低环境负荷的高性能混凝土提供了新范式。

结论

本研究证实以废弃物为原料合成的纳米二氧化硅是一种极具潜力的环境友好型混凝土增强剂。通过将大麦壳衍生的NS与再生塑料复合使用，不仅显著提升混凝土力学性能（700?°C煅烧NS使28天抗压强度增长～52%），更实现了农业废弃物高值化利用与塑料污染治理的双重目标，契合可持续建筑材料的未来发展方向。