在航道疏浚工程中对高于设计水底标高的水下礁石, 多采用水下钻爆清礁工艺。而水下岩层通过钻爆清挖后仍有部分岩石未能完全清除并残留不规则, 不稳定的水下浅点。实际施工中经常采用乳化炸药水下钻孔爆破或裸露爆破法清除这类孤石, 裸爆相对于钻孔爆破, 炸药与岩面的接触面小, 炸药使用量大, 会出现能量利用率低、炸药单耗高、噪音和水击波大, 影响生态环境等问题。为了分析浅点爆破影响因素, 进行现场监测研究, 对比水下薄层岩石裸露爆破法和钻孔爆破法, 在相同作用效果下, CO2裸爆、钻孔CO2气爆和钻孔乳化炸药爆破水击波和地震波数据。以防城港18#~22#泊位码头基槽、停泊地开挖、炸礁及清礁工程为例, 根据岩层性质、岩层形态、被炸岩石顶部的水深和浅点厚度等制定药包排列和用药量方案。通过对比分析得出相同气瓶条件,CO2裸爆水击波超压值是钻孔CO2气爆的1.87~41.9倍。应用水下钻孔乳化炸药爆破是CO2气爆水击波的7.9～18.7倍, 产生的振动数值是后者的3～10倍。本文以解决实际工程问题为基本出发点, 在研究水下爆破水击波传播规律的基础上, 综合分析水中冲击波有害效应影响规律。

CO2和CH4是城市排放的主要温室气体, 高精度、 高时空分辨率的移动观测手段有利于了解其在城市中的分布细节, 也可以了解源的动态变化。 本文分析了现有的大气温室气体的移动监测手段, 在此基础上基于自研设备离轴积分腔光谱仪、 三维风速仪和车载差分GPS搭建了一套移动观测系统, 开发了配套的温室气体走航观测数据分析软件系统, 对合肥市典型道路的CO2和CH4进行了观测, 对观测到的典型CH4浓度热点进行分析, 并对垃圾填埋场进行了CH4的观测。 结果表明: 合肥市一环路CO2浓度分布与城市面源排放影响有较好相关性、 CH4分布则与其相关性较差, 但受点源影响较大, 二环CO2和CH4浓度分布与周边森林、 水源、 商圈的分布密切相关； 总体上早晚高峰期一环和二环CO2和CH4的平均浓度（中位数）均高于闲时, 一环浓度高于二环； 利用三维超声风速仪、 GPS计算实时自然风风速风向, 分析道路上CH4浓度热点主要来自天然气加气站、 生化池、 天然气机动车等, 其中天然气机动车排放的CH4与CO2相关性系数约70%, 怠速、 起步、 缓慢行使过程中的排放较大； 肥东和肥西生活垃圾填埋场捕捉到的CH4浓度高值分别与填埋场封层的不完整和周围垃圾焚烧发电厂车间的无组织释放有关； 利用高斯烟雨扩散模型估算了肥西垃圾填埋场车间门打开状态CH4排放速率比未打开时高出一个数量级； 北城和庐江垃圾填埋场CH4较前两个的无组织排放小。 研究证明了城市移动观测系统一方面可以为城市综合碳排放监测体系的建立提供参考, 另一方面可以为城市温室气体浓度特征的研究提供基础数据。

激发射泵浦激发Na2至Na2(ν″=30, J″=11)和Na2(ν″=45, J″=11)。 Na2(ν″)与CO2碰撞, 研究了CO2(0000)的全态可分辨转动分布及不同的Na2振动能对碰撞猝灭动力学的影响。 光学吸收法测量Na2(ν″)与CO2碰撞后的弛豫过程, 在一次碰撞的条件下, 确定了ν″, ν″-1及ν″-2各振动能级上的转动态分布, 而高于ν″的振动能级没有观察到, 从而得到碰撞过程中Na2转动能的改变。 在碰撞发生1 μs后, 测量CO2低J态的瞬时线轮廓, 利用双Guass函数拟合, 得到两个Doppler增宽轮廓, 一个是存在于J态粒子的Doppler半宽, 一个是被碰撞出J态粒子的Doppler半宽。 从存在于J态的Doppler半宽, 得到在Na2(ν″)/CO2碰撞中质心平移速度, 从而确定平均平移能的增加〈ΔErel〉。 Na2(ν″)振动能的增加与CO2平动能的增加有很大关系, Na2振动能增加35%, 而平动能增加56%。 从CO2的其他转动态碰到J态的出现速率系数kJapp由测量碰撞前和碰撞1 μs后的泛频激光感应荧光强度得到总的出现速度系数kapp=ΣJkJapp=(6.6±1.5)×10-10cm3·molecule-1·s-1［对Na2(ν″=30)］和(5.9±1.3)×10-10 cm3·molecule-1·s-1［对Na2(ν″=45)］。 因此Na2(ν″)/CO2的碰撞频率对Na2的振动能不是很敏感的。 取kapp作为参考速率系数, 得到了全部能量转移概率分布P(ΔE), 这里的ΔE包括了CO2转动能和平动能的变化以及Na2转动能的变化, 对于Na2分子振动能的较小增加, 会引起P(ΔE)曲线的迅速增宽, 在ΔE＞500 cm-1以后, Na2(ν″=30)/CO2的P(ΔE)曲线移到了Na2(ν″=45)/CO2的P(ΔE)曲线的下面。 P(ΔE)对ΔE在0～3 000 cm-1之间的数值积分给出〈ΔE〉trans=590 cm-1［对Na2(ν″=30)］, 而对Na2(ν″=45)则给出〈ΔE〉trans=880 cm-1。

研究了经过CO2激光处理的溶胶-凝胶SiO2薄膜的物理化学性能和抗激光损伤性能, 研究结果表明激光处理后薄膜表面变得更加光滑, 粗糙度从14.08 nm降低到9.76 nm, 下降了30%以上; 薄膜的厚度随着CO2激光处理功率增加有所降低, 经过20 W激光处理后薄膜的厚度下降了17%~28%, 而薄膜的弹性模量和硬度等力学性能获得提升, 弹性模量从1.5 GPa增加到6 GPa, 硬度从40 MPa增加到110 MPa; 傅里叶变换红外光谱测试结果表明激光处理后薄膜的傅里叶光谱峰值从1 125 cm-1 移动至1 120 cm-1, 薄膜中的硅原子和氧原子的平均桥键角变小, 原因为CO2激光处理时会使局部温度升高, 会加速Si—OH键脱水缩合, 孔隙率降低, 吸收下降。 采用紫外纳秒激光对薄膜进行损伤测试, 结果显示经过12 W CO2激光处理后的薄膜与未经过CO2激光处理的薄膜相比损伤面积更小, 而损伤阈值从4.8 J·cm-2上升到7 J·cm-2, 提升了46%; 经过16 W和20 W CO2激光处理的薄膜紫外纳秒激光损伤阈值没有明显变化, 原因为较高功率CO2激光处理导致薄膜表面发生烧蚀沉积, 沉积物会影响紫外纳秒损伤阈值无法有效改善薄膜的激光损伤性能。 研究结果表明CO2激光处理技术可以有效改善溶胶-凝胶SiO2薄膜的弹性模量、 硬度等力学性能和抗激光损伤性能, CO2激光的功率对薄膜性能影响较大, CO2激光处理是一种有效的提升溶胶-凝胶SiO2薄膜紫外纳秒激光损伤特性的技术手段。

基于生命周期评价方法研究了矿渣-硫铝酸盐水泥生产过程的环境影响, 采用敏感性分析方法探明了全球变暖潜值(global warming potential, GWP)及初级能源消耗(primary energy demand, PED)两种环境影响的主要来源, 并分析了矿渣-硫铝酸盐水泥相比硅酸盐水泥的碳减排效应。结果表明: 在矿渣-硫铝酸盐水泥的生产中, 熟料煅烧对GWP贡献最高, 原料开采对PED贡献最高; 敏感性分析显示石灰石用量与煅烧煤炭用量对GWP影响最大, 而煤炭与生产过程电力使用对PED影响最大; 与硅酸盐水泥相比, 矿渣-硫铝酸盐水泥的GWP显著降低, PED略微减少; 高矿渣掺量下矿渣-硫铝酸盐水泥力学性能的不足可能影响其应用前景。

为实现高重复频率、窄脉冲激光输出，研制了一台声光调Q射频波导CO₂激光器。首先，采用矩形波导耦合损耗理论分析了波导耦合效率与全反镜曲率半径、全反镜到波导口距离的关系，获得了波导耦合损耗较小时的优化参数。其次，研究了工作气压与激光输出的关系，以及脉冲拖尾长度与Q开关开启时间的关系。当工作气压为6.5 kPa，Q开关开启时间为0.6 μs时，获得了无拖尾脉冲波形，并分析了峰值功率、平均功率、脉宽等参数随重复频率的变化规律。设计的激光器可实现重复频率1 Hz~100 kHz可调。当Q开关开启时间为0.6 μs、重复频率为1 kHz时，获得的脉冲宽度为108.2 ns，峰值功率为2809.6 W；当重复频率为100 kHz时，脉宽为135.1 ns，峰值功率为257 W。当重复频率为70 kHz时，测得x和y方向上的光束质量因子分别为1.50和1.21。

为了实现建材行业的“碳达峰、碳中和”目标，使用工业钙质原料和硅质原料在1 350 ℃制备了一种低钙固碳胶凝材料，研究了不同CO2浓度养护对低钙固碳胶凝材料碳化程度和碳化后性能的影响，并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)等测试手段进行了低钙固碳胶凝材料碳化后的产物分析、微观分析和机理分析。结果表明，随着CO2浓度的提高，低钙固碳胶凝材料的碳化程度和抗压强度显著提高，当CO2浓度为99.99%（体积分数）时，低钙固碳胶凝材料碳化8 h后的抗压强度为132.2 MPa，与CO2浓度为25%时相比，抗压强度提高了260%。

针对CO2易腐蚀硅酸盐水泥石、破坏水泥石结构完整性、诱发层间封隔失效等问题,本文利用矿渣改性铝酸钙水泥,研究了铝酸钙水泥-矿渣体系在60、80、100、120 ℃和纯CO2条件下的抗压强度变化规律,并采用X射线衍射仪、热重分析仪和扫描电子显微镜测试了CO2腐蚀对铝酸钙水泥-矿渣体系水化产物及微观结构的影响。结果表明: 与纯铝酸钙水泥石相比,矿渣使铝酸钙水泥石水化产物转变为C2ASH8,大幅提高了水泥石早期抗压强度。当铝酸钙水泥与矿渣质量比为5∶5时,60 ℃养护14 d的铝酸钙水泥抗压强度提高了215.4%。经CO2腐蚀后,铝酸钙水泥-矿渣体系水化产物由C2ASH8转变为C2AS,并有CaCO3生成,腐蚀层的致密程度增加,相同温度下水泥石的抗压强度随腐蚀时间增加而增大。

本文研究了植生混凝土的碱度及力学性能随CO2养护压力的变化规律,并结合X射线衍射定量相分析(XRD-QPA)、热重分析(TGA)及扫描电子显微镜(SEM)等方法,探讨了CO2养护压力对反应速率及产物生成的影响。结果表明: 增大CO2养护压力可提高硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)及氢氧化钙(CH)的碳化速率,同时可快速生成碳化致密层,有利于延缓CH的生成与溶出; 碳化反应生成的碳酸钙(CaCO3)及水化硅酸钙(C-S-H)凝胶增大了水泥石密实度,可有效提升植生混凝土的抗压强度。与常压CO2养护相比,在CO2养护压力为0.3 MPa的条件下养护1 h,植生混凝土3 d抗压强度提高了72.8%,28 d抗压强度提高了4.8%,28 d的pH值由11.4降低至8.2。适度提高CO2养护压力对植生混凝土降碱和增强效果良好。