王春龙, 穆锐, 刘宁波, 王正刚

2025, 44(12): 4283-4300. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0548

摘要 ( 120 )

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再生混凝土(RAC)作为一种环境友好型建筑材料,因可有效利用废弃物资源,缩短生产周期,降低成本并显著降低环境负荷,已在道路、建筑等工程领域得到推广应用,成为解决建筑材料过度消耗的重要途径。鉴于此,本文聚焦RAC的制备方法、力学性能及工程应用现状,系统评述了RAC制备全过程及性能优化方法,深入剖析了RAC力学性能的内在提升机理,总结了RAC在工程领域的应用现状,并展望了RAC未来的研究方向,以期为RAC在工程实践中的大规模研发与应用提供有益参考。

硅酸盐水泥对大吨位悬式瓷绝缘子用水泥胶合剂性能的影响

周卫兵, 马明卓, 周军, 赵江涛, 周永新

2025, 44(12): 4301-4313. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0565

摘要 ( 45 )

PDF (15999KB) ( 30 )

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硅酸盐水泥胶合剂作为瓷绝缘子的重要组成部分,其中胶凝材料特性的差异对水泥胶合剂的性能影响极大。本研究选用日本小野田水泥和三种国产硅酸盐水泥,对水泥特性进行分析,并探究四种硅酸盐水泥对水泥胶合剂流动度、凝结时间、力学性能、孔隙特征及热机性能的影响。结果表明:国产硅酸盐水泥相较于小野田水泥胶合剂具有更优异的性能,其中台泥水泥中的铝酸三钙(C₃A)含量较高且平均粒径最低,水化早期生成较多的钙矾石(AFt)填充孔隙,有利于早期强度的形成,台泥水泥胶合剂的3 d抗压强度和抗折强度分别达105.4和18.5 MPa,但水化后期产生的单硫型水化硫铝酸钙(AFm)使干缩率较高;华润水泥中C₃A和石膏的含量较低,在水化后期产生较多水化硅酸钙(C-S-H)凝胶及AFt,华润水泥胶合剂具有最低的孔隙率(6.67%)和干缩率(11 d时为0.040%);海螺水泥平均粒径较大且硅酸三钙含量最高,海螺水泥胶合剂具有较高的后期强度,但由于水化后期AFt向AFm转化使海螺水泥胶合剂干缩率较高;国产硅酸盐水泥胶合剂胶装瓷件的热机性能均超过了小野田水泥胶合剂,表明国产硅酸盐水泥具有替代小野田水泥生产特高压大吨位瓷绝缘子的能力。

不同石膏种类对硅酸盐水泥与无碱液体速凝剂相容性的影响

李霄鹏, 曾凡超, 王琴, 王健, 徐可心, 郭志翔

2025, 44(12): 4314-4324. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0563

摘要 ( 85 )

PDF (11340KB) ( 58 )

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石膏种类不同会对喷射混凝土中水泥与无碱液体速凝剂的相容性产生影响。在掺加无碱液体速凝剂的情况下,本研究通过净浆凝结时间和砂浆抗压强度测试分别对比了无水石膏、半水石膏及二水石膏对水泥宏观性能的影响,通过水化热测试、X射线衍射分析、热重分析和扫描电子显微镜等微观测试方法揭示了水泥中石膏种类的变化对水泥水化的影响机理。结果表明:在无碱液体速凝剂作用下,石膏种类会对水泥与其相容性产生影响,石膏溶解速率变小,其中溶解速率由大到小依次为半水石膏、二水石膏、无水石膏;水泥浆体的早期水化放热越大,浆体的凝结硬化越快,同时,水泥水化也更充分,水化产物中氢氧化钙和水化硅酸钙凝胶的生成量更多,从而使硬化砂浆保持较高的力学性能。但是,水泥中石膏种类的改变只会对体系的早期水化进程及硬化后浆体的微观结构造成一定影响,对硬化水泥浆体水化后期的力学性能、水化产物及微观形貌基本没有影响。本研究为理解不同种类石膏对水泥与无碱液体速凝剂相容性的影响提供重要的理论依据和实践参考。

Na₂SO₄对瓦斯封孔复合水泥性能的影响

朱加锋, 梁雪燕, 杨文旺

2025, 44(12): 4325-4331. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0615

摘要 ( 40 )

PDF (3337KB) ( 14 )

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本文研究了Na₂SO₄对瓦斯封孔复合水泥(普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥)凝结时间、扩展度、水化热、膨胀率、抗压强度和微观力学性质的影响。结果表明,Na₂SO₄加速了复合水泥的凝结和水化过程,其促凝效果与掺量(0.5%~2.0%,质量分数)呈正相关。同时,复合水泥的膨胀率和抗压强度也随Na₂SO₄掺量的增大而提高。通过掺入0.5%~2.0%的Na₂SO₄,复合水泥的抗压强度提升率为23.3%~100.0%(1 d)、10.4%~30.8%(3 d)、6.8%~23.9%(7 d)和11.0%~29.9%(28 d)。通过微观力学性质分析,发现复合水泥水化较为充分,弹性模量分布更均匀,凝胶类低弹性模量产物形成量增大。本文的研究结果可为高性能瓦斯封孔材料的性能调控提供技术依据。

基于响应面优化的PET纤维复合砂浆的力学性能研究

黄强, 张永成, 曹锋, 任慧朝

2025, 44(12): 4332-4345. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0570

摘要 ( 35 )

PDF (11986KB) ( 14 )

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为解决水泥基材料收缩开裂及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)废弃物资源化难题,制备韧性较好且工作性能、力学性能优良的PET纤维增强水泥复合胶凝材料,本文采用响应面法(RSM)中的中心复合设计(CCD)建立回归模型,系统研究了粉煤灰(FA)、氧化镁膨胀剂(MEA)与PET纤维复合掺合料对水泥胶砂工作性能(流动度)及力学性能(抗折强度、抗压强度、折压比)的影响规律及协同效应。通过方差分析验证回归模型的可靠性,并基于渴求函数进行多目标优化。结果表明:流动度主要受FA掺量(A)和PET纤维掺量(C)的显著影响,AC交互作用的拮抗效应显著;抗折强度主要受A、C的影响且AC的协同作用显著;抗压强度受A、MEA掺量(B)、C共同调控的影响,AC、AB交互作用显著;折压比受A与B协同影响显著。通过多目标优化获得了三组最优配合比并进行了验证试验,各指标预测值与实测值的相对误差均小于5%,说明回归模型可有效应用于PET纤维增强水泥复合胶凝材料配合比的优化设计,为水泥基复合材料的多目标优化提供了经验参考。

正混凝土劈裂拉伸损伤过程的细观模拟研究

韩金, 孙江涛, 李志堂, 黄胜, 沈卫国, 赵青林

2025, 44(12): 4346-4358. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0623

摘要 ( 55 )

PDF (22252KB) ( 13 )

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为研究正混凝土在劈裂拉伸过程的损伤特性,建立了一种包含砂浆、骨料、基准骨料外界面过渡区、抛填骨料外界面过渡区和孔隙的三维五相细观模型。研究了网格尺寸对混凝土最终失效模式和应力-应变关系的影响,分析了粗骨料抛填率和抛填骨料粒径对混凝土劈裂抗拉性能的影响。结果表明:当网格尺寸为1.0 mm时,该模型能有效地模拟正混凝土劈裂拉伸损伤的裂纹形态和应力-应变关系,正混凝土的劈裂抗拉强度随着抛填率的增大呈先增大后减小的趋势,在抛填率为20%(体积分数)时达最大值;当抛填率一定时,采用粒径16~31.5 mm抛填骨料的正混凝土劈裂抗拉强度较高。仿真和试验结果对比显示误差值较低,表明所提出的细观模型可成功模拟正混凝土在劈裂拉伸应力下的损伤行为。

纤维定向分布对UHPC弯曲性能的影响

邹花, 李水长, 劳家坤, 刘平

2025, 44(12): 4359-4367. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0562

摘要 ( 34 )

PDF (9656KB) ( 8 )

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为研究钢纤维定向排列对超高性能混凝土(UHPC)弯曲性能的增强效果,本文开发了一种能够产生匀强磁场的电磁线圈,分析了线圈内部的磁场分布特点,并利用磁场诱导纤维取向制备了定向钢纤维UHPC。通过CT扫描和三维图像重构技术定量评价了纤维的取向效果,并对纤维定向分布和随机分布的不同纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)和纤维长度(10、13、16和20 mm)的UHPC进行四点弯曲试验。探讨了不同参数对荷载-挠度曲线、弯曲强度和韧性的影响规律。结果表明,磁场诱导后纤维基本沿目标方向有序排列,纤维取向系数不低于0.882。定向钢纤维UHPC的弯曲强度和韧性分别提升了68.6%～125.7%和68.2%～325.1%。当纤维长度为13 mm、体积掺量为1.5%时,纤维定向排列的增强效果最佳。与纤维随机分布UHPC相比,相同弯曲强度下,定向钢纤维UHPC的纤维用量可以减少50%以上。

机制砂的粉体需水量指数及其应用

伍文振, 孙江涛, 李志堂, 尚一馨, 张稳涛, 许伟, 沈卫国

2025, 44(12): 4368-4374. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0529

摘要 ( 29 )

PDF (1359KB) ( 11 )

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为了定量评价机制砂中粉体的需水量特性,本文提出了一种粉体需水量指数(WDI)及其测定与计算的方法,探究了机制砂粉体WDI的影响因素,以及WDI与混凝土工作性、力学性能之间的关系。结果表明,混凝土的工作性与力学性能均随WDI的增大而降低,扩展度、抗压强度与WDI存在较高的线性相关性,相关系数分别为0.86和0.88。掺入不同黏土矿物调制后机制砂的WDI与混凝土工作性的相关性较高,与强度之间的相关性略低,WDI与机制砂混凝土性能间良好的相关性证明可用于机制砂的分类指标。最后提出了WDI指标的局限性和改进方案。

固体复合激发剂制备单组份地聚合物

王展鹏, 王新, 亓乐, 扈萍, 杨涛, 庄培芝

2025, 44(12): 4375-4383. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0593

摘要 ( 29 )

PDF (11686KB) ( 14 )

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硅酸钠溶液常作为液体激发剂制备地聚合物,但其碱性高、黏度大,且不利于地聚合物浆体的现场调配和拌制。本研究以固体氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠为复合激发剂,协同激发粉煤灰-矿渣制备单组份地聚合物,系统研究了碱度和粉煤灰掺量对浆体流动度和硬化体抗压强度的影响,并采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)和孔结构分析等手段表征了水化产物和微观结构。结果表明,随着粉煤灰掺量增加,浆体流动度增大,凝结时间延长,抗压强度减小。当碱度为6%(质量分数)且粉煤灰掺量为20%(质量分数)时,28 d抗压强度最高,为48.8 MPa。提升激发剂碱度可增大碱激发反应程度,促进矿渣中的Ca²⁺溶出,水化铝硅酸钙(钠)(C-(N)-A-S-H)凝胶相的Ca/Si摩尔比升高,总孔隙率下降且硬化体结构更致密。粉煤灰掺量的提高则降低了反应程度,凝胶相Ca/Si摩尔比下降,总孔隙率增大。

页岩陶粒对高延性地聚物复合材料性能的影响

王兆辉, 王善伟, 王杰, 韩衍童, 代浩宇

2025, 44(12): 4384-4394. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0522

摘要 ( 38 )

PDF (26269KB) ( 12 )

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页岩陶粒(SC)作为一种轻质多孔且兼具一定强度的骨料,可用作地聚物复合材料的附加缺陷,诱导基体产生饱和开裂行为。本文设计制作了9组不同SC掺量及粒径分布的高延性地聚物复合材料(HDGC)试件,进行了不同龄期HDGC单轴压缩及拉伸试验、扫描电子显微镜和能谱检测,探究了SC掺量及粒径分布对HDGC抗压强度、抗拉强度、拉伸应变、裂缝形态和微观结构的影响规律。结果表明:SC与基体存在界面反应,随SC粒径减小,SC-基体界面微观结构更为致密;随SC掺量增加,HDGC抗拉强度与拉伸应变均呈先增大后减小规律,但这些指标随SC粒径增大基本呈减小趋势,其中SC掺量为40%(质量分数)、粒径分布为0.15~<0.30 mm的HDGC抗拉强度可达5.8 MPa,极限拉伸应变可达9.3%。本文可为绿色高性能地聚物复合材料设计应用提供理论参考。

偏高岭土基地聚合物改良土的冻胀融沉特性研究

范厚朝, 朱杰, 吴海波, 张忠伦, 鄢自刚, 李林, 唐文铖

2025, 44(12): 4395-4405. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0618

摘要 ( 51 )

PDF (7995KB) ( 13 )

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地聚合物是一类以富硅铝酸盐固体工业废弃物为前驱物,在碱激发作用下经过解聚、单体重构及缩聚反应形成的无机胶凝材料,可以代替水泥来处理软弱土层。为研究地聚合物改良土的冻胀融沉特性,采用偏高岭土基地聚合物对福州市的海相沉积粉质黏土进行处理,以养护龄期、冷端温度、激发剂模数、水玻璃-偏高岭土(S-MK)质量比及地聚合物掺量为影响因素,对改良土进行不同因素多水平条件下的冻胀融沉试验。结果表明,改良后土体冻胀融沉性质明显减弱,冻胀率与融沉系数随着养护龄期、地聚合物掺量的增加而递减,随激发剂模数、S-MK质量比的增加而增大,而当冷端温度降低时,冻胀率与融沉系数则均呈直线下降。通过对比发现,相同掺量下,地聚合物改良土的冻胀率与融沉系数明显低于水泥改良土。

高岭石含量对石灰石-煅烧黏土-水泥性能的影响

王晴, 单蕊, 李天如, 张强, 程杨, 赵明宇

2025, 44(12): 4406-4412. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0489

摘要 ( 47 )

PDF (6646KB) ( 15 )

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将煅烧后的两种黏土类矿物(煤矸石和偏高岭土)进行复掺以调节煅烧黏土中高岭石含量,制备熟料含量为50%(质量分数)的石灰石-煅烧黏土-水泥(LC³)。通过抗压强度测试、水化热分析、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)及热力学模拟等手段,研究了复掺煅烧黏土在高岭石含量为20%~90%(质量分数)下LC³的力学性能及水化产物变化规律。结果表明,高岭石含量的增加促进了碳酸钙与煅烧黏土中铝酸盐的反应,并消耗水泥熟料水化过程中生成的氢氧化钙和钙矾石。当高岭石含量由20%增至60%时,LC³的力学性能逐渐增强,28 d抗压强度增长33.99%;水化产物中C-(A)-S-H凝胶、钙矾石和碳铝酸盐的生成量增多,熟料反应程度由89.09%降至82.08%。当高岭石含量超过60%时,随着高岭石含量的进一步增加,熟料反应程度的降低幅度及抗压强度的增长幅度均明显减缓,28 d抗压强度仅增长2.77 MPa;水化产物中碳铝酸盐含量增加,但增加幅度相对有限,同时,热力学模拟结果显示C-(A)-S-H凝胶含量减少。

粉煤灰-钢渣基陶瓷砖的制备工艺优化

嵇鹰, 苏虎雄, 刘保林, 陈欢, 刘仕滨, 吴佳瑞

2025, 44(12): 4413-4424. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0496

摘要 ( 31 )

PDF (24084KB) ( 11 )

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本研究的主要原料为钢渣和粉煤灰,石英砂为辅料,基于钢渣与粉煤灰的协同作用,制备出粉煤灰-钢渣(CaO-MgO-SiO₂-Fe₂O₃-Al₂O₃)基陶瓷砖。研究了原料配比以及成型压力(15~35 MPa)、烧结温度(1 165~1 190 ℃)、保温时间(30~60 min)等工艺参数对陶瓷砖物理和力学性能的影响。结果表明,最优质量配比为m₁(钢渣)∶m₂(粉煤灰)∶m₃(石英)=9∶8∶4,粉煤灰掺量的影响显著性最高。成型压力25 MPa时陶瓷坯体密实度最佳,过高压力导致晶体破裂。烧结温度1 180 ℃时陶瓷衍射峰强度最高,断裂模量最大,吸水率最小;保温时间60 min时晶粒排列致密,力学性能最优。在优化工艺(25 MPa的成型压力,1 180 ℃烧结且保温60 min)下,制备出以钙铝黄长石(Ca₂Al(AlSi)O₇)和透辉石(CaMgSi₂O₆)为主要晶相的瓷质砖,其断裂模量高达69.86 MPa,吸水率低至0.12%。

水玻璃铸造废砂对碱-矿渣材料砂浆性能的影响

孙方, 荞麦麦

2025, 44(12): 4425-4435. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0587

摘要 ( 40 )

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本研究通过制备100和800 ℃两种热处理的水玻璃铸造废砂(SwFS, 分别为记为SwFS₁和SwFS₈),探究SwFS对碱-矿渣砂浆材料(AASM)砂浆性能的影响。结果表明,SwFS中干燥水玻璃涂层(DWC)的可溶性和含量决定了AASM砂浆的整体性能,两种SwFS均能增加AASM砂浆的流动度。特别是高溶解度的SwFS₁,能加速水化产物的形成,有效细化孔隙结构,从而显著提高AASM砂浆的微观力学性能。由于夹层界面的复杂性,AASM砂浆的抗压强度随SwFS₁掺量的增加呈先增加后减小的趋势,当SwFS₁掺量为60%(质量分数)时抗压强度最优,3、7和28 d抗压强度分别提高44.5%、41.0%和49.4%。相较SwFS₁,SwFS₈溶解度较低,SwFS₈对AASM砂浆抗压强度的增强作用有所减弱;但DWC煅烧后形成的硬化壳,使三明治状界面中的界面过渡区(ITZ)弹性模量增强,从而添加100%(质量分数)SwFS₈的AASM砂浆抗压强度略高于对照组,28 d时抗压强度增幅为9.1%。

造纸污泥焙烧改性-浸出回收二氧化钛的研究

李娜, 丁希楼, 贾勇, 孟冠华

2025, 44(12): 4436-4447. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0442

摘要 ( 21 )

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本文以含钛造纸污泥为原料,采用碳酸钠混合焙烧-两段酸浸-氟化氢铵(NH₄HF₂)浸出的联合工艺回收二氧化钛(TiO₂)。系统考察了焙烧温度、Na₂CO₃与造纸污泥的质量比、H₂SO₄浓度、NH₄HF₂浓度等关键参数对TiO₂回收率及纯度的影响。结果表明,在焙烧温度为850 ℃、Na₂CO₃与造纸污泥质量比为0.7∶1.0、焙烧时间为120 min的条件下,经过初次酸浸(酸浸温度为70 ℃、H₂SO₄浓度为3.0 mol/L、液固比为5∶1、酸浸时间为60 min)、二次酸浸(酸浸温度为50 ℃、H₂SO₄浓度为1.5 mol/L、液固比为5∶1、酸浸时间为60 min)及NH₄HF₂浸出(NH₄HF₂浓度为90 g/L、液固比为5∶1、浸出时间为60 min、浸出温度为60 ℃)后,TiO₂回收效果最好,回收率达81.20%、纯度为94.85%。该工艺通过碳酸钠高温焙烧破坏钛氧复合化合物及硅酸盐物相结构,结合酸浸与氟化氢铵浸出,实现了钛的高效分离,为含钛造纸污泥的资源化利用提供理论参考。

固废混凝土交通声屏障单元板设计方法研究

曹芳, 李刚, 郭家舜, 胡超, 张飞龙, 严佳俐

2025, 44(12): 4448-4457. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0643

摘要 ( 45 )

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采用固废材料制造声屏障能为噪声防控和固废处理两个环保领域作出贡献,因此得到越来越多的关注。本研究提出了一种以高速公路建设产生的渣土为原料的固废交通声屏障单元板,并开展了相关的材料研发、结构设计和性能测试,包括:基于机器学习技术分别对框架材料和吸声屏材料进行了配比优化;采用有限元软件对声屏障单元板不同的结构方案进行了受力分析;对试制的声屏障单元板样品进行了声学性能检测。结果表明:通过配比优化,框架材料的28 d抗压强度达57.40 MPa,28 d抗折强度达8.71 MPa,渣土掺量达18.00%(质量分数);吸声屏材料的吸声系数达0.70,计权隔声量达37.56 dB,渣土掺量达31.40%(质量分数),两种材料在性能和渣土利用率方面同时达到了较高水平。“田字形”结构在纵向、横向抗压方面均具有最佳力学性能。该声屏障单元板在声学、耐用性方面均满足或超过国家相关标准。

干湿循环下黏土基泡沫轻质土力学性能及微观结构演化研究

朱杰, 章志华, 刘东瑞, 尹晨, 章荣军, 张白羚

2025, 44(12): 4458-4468. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0582

摘要 ( 53 )

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针对传统泡沫轻质土(FLS)水泥用量高的问题,本研究采用黏土和粒化高炉矿渣高比例替代水泥制备了低碳型泡沫轻质土。在不同湿容重(6~10 kN/m³)与含水率(115%～140%)条件下,探究了干湿循环对FLS力学性能的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)分析了干湿循环前后FLS的微观结构演化规律。结果表明,随养护龄期的延长,FLS的无侧限抗压强度持续增长,但湿容重降低或含水率增大均会显著削弱无侧限抗压强度的增长趋势。当湿容重为8 kN/m³、含水率为115%时,FLS可兼顾流动度和路堤填筑的强度需求。经历10次干湿循环后,FLS外观无明显开裂或崩解,且无侧限抗压强度损失不超过15%,E50下降16.8%~24.4%,体现出良好的干湿循环耐久性。SEM结果显示,干湿循环导致球形气泡孔壁产生宽度为5~20 μm的微裂缝及局部破碎,低湿容重、高含水量的FLS因降低孔壁厚度并削弱土粒胶结而更易受到破坏,但升温强化的火山灰反应有效缓解了微观结构劣化,维持了较高的结构耐久性。

生物炭对磷建筑石膏性能影响研究

王魏, 陈雪梅, 邓祥海, 罗利, 吴启红, 肖林一, 康河川

2025, 44(12): 4469-4479. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0526

摘要 ( 27 )

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为探究生物炭在磷石膏基胶凝材料中的应用潜力,本文采用玉米秸秆生物炭(CSB)和竹生物炭(BB)分别在酸、碱性条件下对磷建筑石膏改性,通过流动度、凝结时间、水化热、强度、吸水率和软化系数测试,结合X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析,研究了生物炭对磷建筑石膏工作性能、力学性能及耐水性能的影响。结果表明,生物炭显著降低了磷建筑石膏的流动度,生物炭掺量为5.0%(质量分数,下同)时,酸性条件下CSB和BB使流动度分别降低8.3%和7.8%,碱性条件下流动度降幅分别增至13.7%和12.4%。生物炭改变了磷建筑石膏的水化放热进程,进而影响了磷建筑石膏的凝结时间,生物炭掺量为5.0%时,酸性条件下CSB和BB使凝结时间分别延长11和9 min,碱性条件下CSB使凝结时间延长12 min,而BB使凝结时间缩短10 min。XRD和SEM分析表明,生物炭未改变磷建筑石膏水化产物的组成,但降低了CaSO₄·2H₂O晶体的长径比,进而影响了磷建筑石膏的性能发展。低掺量(≤1.0%)生物炭在酸性条件下对磷建筑石膏抗折、抗压强度和耐水性能的影响不显著,而在碱性条件下提高了磷建筑石膏的性能,其中1.0%掺量的CSB使抗压强度提升7.1%并改善耐水性能,但高掺量(>1.0%)生物炭导致磷建筑石膏的抗折、抗压强度和耐水性能显著下降。

磷石膏对矿渣-水泥胶凝体系固化软黏土力学性能及抗渗性能的影响机制

孙涛, 刘越, 王紫嫣, 欧阳高尚, 钦庭轩

2025, 44(12): 4480-4491. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0541

摘要 ( 30 )

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软黏土含水率高、塑性大且强度极低,极易引发地基失稳和沉降等工程危害。本研究以磷石膏、矿渣和普通硅酸盐水泥复合组成的固化剂对软黏土进行了固化处理,磷石膏逐步等量替换固化剂中的惰性石粉,单变量研究了磷石膏在体系中的作用。首先,基于pH试验、X射线衍射试验、扫描电子显微镜试验和热重试验研究了固化土的微观结构演化从而得出固化机制。其次,通过无侧限抗压强度试验、直剪试验和渗透试验研究了固化剂中磷石膏质量占比对固化土力学性能及抗渗性能的作用规律。结果表明,固化剂的主要水化产物为水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)凝胶和钙矾石,磷石膏通过对矿粉的硫酸盐激发作用提高了固化剂的水化程度,促进了体系内钙矾石的生成,凝胶的胶结作用和钙矾石的膨胀填充作用共同提高了固化软土的力学性能和抗渗性能。随着固化剂中磷石膏质量占比逐步提升,固化土的无侧限抗压强度、抗剪强度均显著增强,最优配比条件下满足通常软土地基加固验收标准,渗透系数降低一个数量级(10^-7降低至10^-8)。

水泥协同工业固废固化流态土工作性能研究

代恒军, 吴光雄, 李海峰, 周薛, 章荣军

2025, 44(12): 4492-4502. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0620

摘要 ( 61 )

PDF (9535KB) ( 19 )

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为实现工程渣土的资源化利用,并解决传统水泥固化材料的高碳排放和固化效果不佳的问题,采用工业固废与水泥组成的复合固化剂对工程渣土进行流态固化处理。对比分析水泥-高炉矿渣(OPC-GGBS)、水泥-磷石膏、水泥-粉煤灰三种复合固化剂的固化效果,优选出工作性能较优的复合固化剂及配合比参数,并进一步结合流动度试验、场发射扫描电子显微镜(FSEM)试验探究了初始含水率、固化剂掺量和水灰比对流态固化土工作性能的影响规律。结果表明:OPC-GGBS流态固化土的力学性能较优,其中OPC与GGBS的合理配合比为m(OPC)∶m(GGBS)=50∶50;配合比对流态固化土早期流动度影响较小;随着初始含水率的提高或固化剂掺量的减少,OPC-GGBS流态固化土的强度显著下降,而流动值呈相反变化趋势;建立了OPC-GGBS流态固化土的强度和流动值随水灰比变化的相关拟合函数,随着水灰比增加,强度呈幂函数形式下降,流动值呈线性上升趋势;FSEM图像分析表明,降低初始含水率或提高固化剂掺量可以提高流态固化土水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)等胶凝材料的生成量,并降低孔隙体积。

La₂O₃掺杂对数字光处理3D打印ZTA陶瓷固化性能及力学性能的影响

叶文峰, 穗肖肖, 余晋阳, 张砚召, 周国相, 杨治华

2025, 44(12): 4503-4516. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0556

摘要 ( 33 )

PDF (20181KB) ( 3 )

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采用数字光处理(DLP)3D打印技术制备La₂O₃掺杂氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷,系统探究了La₂O₃掺量对ZTA陶瓷浆料粘度、固化性能、微观结构及力学性能的影响。结果表明:纳米La₂O₃粉体能够降低ZTA陶瓷粉体的紫外光吸收,有效降低浆料体系粘度;La₂O₃-ZTA的低吸光度促进了ZTA陶瓷浆料固化,并增加固化尺寸,促进了微米级孔径的形成。当La₂O₃掺量为0.6%(质量分数)时,烧结体最小孔径达到(71±3) μm,陶瓷内部析出的LaAl₁₁O₁₈和MgAl₂O₄相产生钉扎效应,促进了陶瓷烧结的致密化过程,提高了力学性能;陶瓷的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别达到(1 625.2±16.5) Hv、(444.7±15.5) MPa和(5.15±0.07) MPa·m^1/2,相比于未掺杂组分别提高10.55%、21.07%、34.11%。采用3D打印技术制备的ZTA陶瓷的机械性能与干压成型产品相当,同时实现了微米级圆形通孔成型,突破了现有3D打印陶瓷技术在微结构制造方面的局限。

准热等静压工艺制备连续梯度Si₃N₄/SiC复合陶瓷

何彦搏, 胡兰馨, 仝颖轩, 张云杉, 安诚博, 师云威, 何强龙, 王为民

2025, 44(12): 4517-4525. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0535

摘要 ( 60 )

PDF (13929KB) ( 32 )

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针对传统功能梯度陶瓷存在的界面热膨胀系数失配问题,本文提出一种基于准热等静压工艺制备连续梯度Si₃N₄/SiC复合陶瓷的方法。通过结合气相梯度扩散与原位化学反应,利用单一粉体在均匀热场中成功制备连续梯度Si₃N₄/SiC复合陶瓷。结果表明:梯度陶瓷的物相组成呈现出边缘α-Si₃N₄含量高、内部β-Si₃N₄含量高的特点,微观结构表现为边缘小尺寸颗粒状晶粒占比高,内部大尺寸棒状晶粒占比高;维氏硬度由边缘向内部逐渐降低,由20.17 GPa降低至17.56 GPa。不同纳米SiC含量(5%、10%、20%,体积分数)会对梯度层厚度产生影响,表面灰绿色硬质层厚度随SiC含量增加而逐渐增加,由128 μm增加至258 μm。

煤气化渣制备泡沫陶瓷及性能研究

张波, 武金朝, 张乾, 蒋海金, 白鹏程, 李乐, 黄伟

2025, 44(12): 4526-4535. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0462

摘要 ( 42 )

PDF (14223KB) ( 21 )

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本文以煤气化渣为主要原料,采用高温发泡法制备泡沫陶瓷,研究了煅烧温度、保温时间与SiC添加量对试样气孔结构及性能的影响规律,并通过坯体的形貌变化和热重分析,探讨了发泡成孔机制。结果表明,当煅烧温度为1 100 ℃时,熔体黏度过高,气孔率仅78.7%,当煅烧温度为1 150 ℃时,气孔贯通,抗压强度降至0.32 MPa。当保温时间延长至60 min时,平均孔径增至3.29 mm,抗压强度下降至0.48 MPa。当SiC添加量超过0.6%(质量分数)时,气孔合并加剧,当SiC添加量为1.2%时,试样体积密度回升至0.257 g/cm³。最终确定优化工艺参数:煅烧温度为1 110 ℃,保温时间为30 min,SiC添加量为0.6%。在此条件下制备的泡沫陶瓷孔径均匀,体积密度为0.457 g/cm³,气孔率为81.5%,抗压强度为1.33 MPa,平均孔径为1.70 mm。分析表明,坯体达到干缩温度前,主要依靠煤气化渣中残炭、方解石产生气体,煅烧温度达到1 000 ℃后,转变为Fe₂O₃分解与SiC氧化发泡,同时在碱金属的作用下侵蚀SiO₂保护膜,外部O₂扩散进入液相,实现气泡持续生长。

Fe₂O₃协同SiC高温发泡制备锂尾矿基微晶发泡陶瓷的性能研究

喻劲军, 葛雪祥, 唐广龙, 吉永发, 金玉, 钟展发, 葛涛, 戴永刚

2025, 44(12): 4536-4545. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0551

摘要 ( 14 )

PDF (20649KB) ( 5 )

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本文以锂尾矿为主要原材料,SiC作为高温发泡剂制备微晶发泡陶瓷,研究了Fe₂O₃作为氧化助剂对发泡陶瓷烧成性能、孔结构及物理性能的影响,并利用高温显微镜、XRD、SEM等微观表征手段,揭示了Fe₂O₃对微晶发泡陶瓷性能的影响机理。结果表明,Fe₂O₃的掺入不仅显著改变了微晶发泡陶瓷的颜色,还影响了试样的高温发泡能力、孔结构及物理性能。在高温发泡阶段Fe₂O₃提供了SiC氧化分解所需的O^2-,有效提升了坯体的高温发泡能力。当Fe₂O₃添加量为4%(质量分数)时,在1 180 ℃下可制备出平均孔径仅为0.95 mm、体积密度为0.29 g/cm³、抗压强度为3.19 MPa的锂尾矿基微晶发泡陶瓷试样。同时, Fe₂O₃促使主晶相由堇青石转变为尺寸微小的尖晶石,促使孔径尺寸逐渐减小。然而,当Fe₂O₃掺量超过4%导致坯体的烧结温度升高,发泡能力降低。

B₂O₃对Li₂O-ZnO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃结构与析晶行为的影响

温中源, 李路瑶, 王静, 韩建军

2025, 44(12): 4546-4556. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0586

摘要 ( 33 )

PDF (12764KB) ( 17 )

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透明微晶玻璃因优异的光学性能与力学性能被广泛用于智能终端和穿戴领域,其性能与玻璃相中纳米晶的种类、含量、尺寸、分布等紧密相关。通过熔融-热处理法制备了Li₂O-ZnO-Al₂O₃-SiO₂(LZAS)透明微晶玻璃,研究了B₂O₃含量对玻璃结构演化、析晶行为及性能的影响。结果表明,随着玻璃中B₂O₃含量从1%(摩尔分数,下同)增加到5%,玻璃内的[BO₄]逐渐向[BO₃]转变,并在B₂O₃含量为3%～5%时,[BO₃]比例稳定在约49%。B₂O₃含量为1%～3%的玻璃在760 ℃晶化后倾向于表面析晶,B₂O₃含量不低于4%的玻璃在780 ℃晶化后,微晶玻璃内部析出分布均匀的球形晶体,增加B₂O₃含量降低了体析晶所需的晶化温度。其中,含4%B₂O₃的玻璃经760 ℃晶化后制得的微晶玻璃样品的透过率为65%,维氏硬度达到(6.77±0.07) GPa,弯曲强度为(172.7±8.1) MPa。

Ru/Pd对模拟高放废液玻璃中铂系金属析出物物相及形貌的影响

朱侨峰, 孟祥达, 冯晋阳, 牛晨晨, 刘玉洁, 赵庆彬, 徐凯

2025, 44(12): 4557-4566. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0595

摘要 ( 36 )

PDF (20898KB) ( 13 )

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铂系金属在玻璃熔体中的析出行为一直是高放废液(HLLW)玻璃固化技术领域的研究重点。本文围绕不同RuO₂和PdO的质量比(Ru/Pd)、熔融时间和熔融温度对玻璃熔体中的铂系金属析出物物相及形貌的影响进行了研究,XRD和SEM-EDS等测试结果表明:具有不同Ru/Pd的样品主要析出颗粒状RuO₂和球状Pd单质的团聚体,降低Ru/Pd或延长熔融时间均促进Pd球平均直径的增大,部分Pd单质由球状转变为不规则状,并呈RuO₂包覆Pd单质的特殊结构。熔融温度升高促进PdO还原分解,在1 000 ℃及以上熔融温度下,玻璃熔体中铂系金属主要以RuO₂和Pd单质形态存在。

耐火材料抗碱性熔体侵蚀研究进展

杨勤浩, 何峰, 田英良, 赵志永, 高曼曼, 谢峻林

2025, 44(12): 4567-4580. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0624

摘要 ( 32 )

PDF (17558KB) ( 20 )

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随着新能源、冶金、化工、废盐处理等产业新技术的发展,碱性熔体对高温装备用耐火材料的侵蚀问题日益突出,人们在该领域开展大量研究工作。本文综述了耐火材料抗碱性熔体侵蚀的研究进展,重点分析了静态坩埚法及动态法在不同侵蚀试验中的优劣性。讨论了新能源、冶金、化工、废盐处理等工业过程中产生的碱性熔体对耐火材料侵蚀问题,综述了MgO系耐火材料、Al₂O₃-SiO₂系耐火材料、Cr₂O₃系耐火材料及ZrO₂系耐火材料的抗碱性熔体侵蚀行为与机制,为理解碱性熔体侵蚀行为,优化耐火材料设计,以及提升高温装备服役寿命提供理论基础和技术参考。

SiO₂气凝胶柔性复合材料的制备及性能研究

皮邓淼, 赵小燕, 宋李思莹, 陈家轩, 杨子昂, 张丁日, 宋淼

2025, 44(12): 4581-4591. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0550

摘要 ( 71 )

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SiO₂气凝胶柔性复合材料因良好的柔性、可加工性及隔热保温等性能已成为气凝胶行业的研究热点,但目前SiO₂气凝胶柔性复合材料普遍面临成本高、导热系数大、均匀分散难、稳定性差、固含量低等系列难题。本研究采用溶胶凝胶法结合常压干燥工艺自制SiO₂气凝胶,以SiO₂气凝胶为核心原料,通过调控SiO₂气凝胶粉末的固含量,结合搅拌分散工艺制备SiO₂气凝胶涂料。随后,利用涂覆技术将SiO₂气凝胶涂料与氨纶基底复合,制得SiO₂气凝胶柔性复合材料。通过微观形貌表征与性能测试,系统探究了SiO₂气凝胶固含量对SiO₂气凝胶柔性复合材料结构与性能的影响。结果表明,自制SiO₂气凝胶的表观密度为0.07 g/cm³,比表面积高达872 m²/g;当SiO₂气凝胶固含量为8%(质量分数)时,厚度为1 mm的SiO₂气凝胶柔性复合材料导热系数低至0.023 W/(m·K),在150 ℃温度下可隔热30 ℃以上。此外,铜箔与SiO₂气凝胶固含量为4%(质量分数)的SiO₂气凝胶柔性复合材料复合后,材料表面与环境温差最小仅为1.1 ℃。本研究为高固含量SiO₂气凝胶柔性复合材料在隔热保温、红外隐身等领域的应用提供了重要参考。

莫来石纤维/SiO₂-ZrO₂-Y₂O₃气凝胶复合隔热毡的制备及性能研究

马超, 蹇思豪, 韩敏航, 王琨, 李昱恒, 苗洋

2025, 44(12): 4592-4603. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0597

摘要 ( 60 )

PDF (24716KB) ( 17 )

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SiO₂气凝胶具有优异的隔热性能,但存在高温下结构易烧结坍塌和脆性较大的缺陷,这些缺陷限制了其在高温及复杂环境中的广泛应用。本研究采用溶胶-凝胶法和超临界干燥技术,以正硅酸乙酯为硅源,制备了莫来石纤维/SiO₂-ZrO₂-Y₂O₃气凝胶复合隔热毡(MF/SZYAs),并对其微观结构、隔热性能、高温稳定性进行了系统研究。结果表明,制备的MF/SZYAs具有良好的纳米级三维网状孔结构,锆、钇元素均匀分布于气凝胶基体中。常温下MF/SZYAs的密度为0.134 5 g·cm^-3,压缩强度达2.26 kPa(10%应变),比表面积为515.7 m²·g^-1,导热系数为0.035 1 W·m^-1·K^-1。在1 000 ℃热处理后,MF/SZYAs表现出良好的热稳定性,导热系数为0.045 4 W·m^-1·K^-1,比表面积为183.1 m²·g^-1;而在1 200 ℃热处理后,MF/SZYAs内部的三维纳米结构发生严重烧结,导致比表面积明显减小(降至14.3 m²·g^-1),导热系数增加(增至0.047 3 W·m^-1·K^-1)。良好的热稳定性主要归因于锆、钇共掺对SiO₂气凝胶结构稳定和热辐射散射能力的提高。本研究为高效、轻质且热稳定隔热材料的开发提供了理论支持,所制备的复合隔热材料在工业领域具有潜在的应用前景。

离子交联法制备Fe-Ni-P-S/炭气凝胶及其吸波性能研究

周蔚虹, 李雨欢, 崔子健, 计永峰

2025, 44(12): 4604-4612. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0621

摘要 ( 25 )

PDF (16617KB) ( 5 )

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多孔炭材料在电磁波吸收领域具有巨大的应用潜力。本文通过金属阳离子与纳米纤维素的极性基配位交联构筑三维网状结构凝胶,经过冷冻干燥与煅烧制备Fe-Ni-P-S/炭气凝胶(Fe-Ni-P-S/CA)复合材料。采用FTIR、XRD、Raman、SEM、EDS等对Fe-Ni-P-S/CA复合材料的结构与成分进行表征。结果表明:除了Fe-Ni合金相,Fe-Ni-P-S/CA复合材料还包含Fe、Ni与P、S形成的化合物相;炭气凝胶呈疏松多孔结构。Fe-Ni-P-S/CA复合材料展现优异的吸波性能,当模拟匹配厚度为2.0 mm时,反射损耗最小值可达-59.63 dB;当模拟匹配厚度为1.9 mm时,最大有效吸收带宽达4.6 GHz。炭基体的多孔性结构可以提升阻抗匹配特性与多重反射损耗,Fe-Ni合金和FeP₂等微纳米粒子会导致界面极化损耗。本文采用的离子交联法工艺简单,为开发生物质衍生炭基吸波材料提供了新的思路。

Sm³⁺激活β-CaTa₂O₆橙色荧光粉的发光性能及其反热猝灭行为研究

郭玉, 李方政, 江泉, 阮健, 田晨, 韩建军, 刘超

2025, 44(12): 4613-4622. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0453

摘要 ( 23 )

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长波长发射的稀土激活荧光粉因独特的光学性能在白光LED等光电领域具有重要应用。本文采用高温固相反应法成功制备了Sm³⁺激活β-CaTa₂O₆橙色荧光粉(CTO∶xSm,x=0.01~0.06)。在405 nm激发下,其最强荧光峰位于606 nm,源于Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_7/2跃迁。采用XRD、Rietveld精修、SEM和荧光光谱、热释光光谱等对荧光粉的物相结构和发光特性进行了表征。结果表明:制得的荧光粉为单一相;Sm³⁺更可能替代占据Ca²⁺格位,并使晶胞体积轻微收缩;Sm³⁺的较优掺杂浓度为2%(摩尔分数),浓度猝灭机制为偶极-偶极相互作用;CTO∶0.02Sm表现出明显的反热猝灭行为,其机理与电荷不平衡引起的缺陷有关。随温度的升高,发光强度先迅速上升,后轻微降低。温度为548 K时,发光强度达室温的239%。其CIE 1931色坐标为(0.586 0,0.411 2),色纯度为99.34%,光致发光量子产率(PLQY)为41.83%,具备用于高显色指数白光LED器件的潜力。

活化累托石绿色制备自成型A型分子筛泡沫的研究

仇秀梅, 刘意, 刘亚东, 蔡浩, 刘叶冬阳, 梁雅琪

2025, 44(12): 4623-4632. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0864

摘要 ( 35 )

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为突破传统分子筛依赖化工原料及外加黏结剂成型的局限,研究采用热活化制备活化累托石,并探究其经准固相法合成自成型A型分子筛的可行性。研究了600~1 000 ℃煅烧对累托石矿物物化性能的影响,经XRD、FTIR和SEM表征,累托石经1 000 ℃煅烧后骨架结构完全破坏,SiO₄四面体单元发生畸变,而AlO₆八面体单元发生分解,但化学组成基本保持稳定。合成实验表明,以1 000 ℃活化累托石为原料,在4A型分子筛晶种诱导下,按照Na₂O/Al₂O₃摩尔比1.00,H₂O/Na₂O摩尔比14.50,70 ℃晶化24 h可以直接形成纯度较高的自成型A型分子筛泡沫。经SEM、XRD等表征,该自成型A型分子筛具有较规则的立方体形貌,颗粒间致密堆叠,无需外加黏结剂即可形成抗压强度为1.45 MPa的自成型A型分子筛泡沫。该方法为累托石资源化利用及绿色低成本体型化分子筛的制备提供了新路径。

改性赤泥路基工程特性及其环境影响评价研究

罗婷倚, 李睿杰, 韦才超, 王超毅, 罗柳芬

2025, 44(12): 4633-4645. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0617

摘要 ( 27 )

PDF (13515KB) ( 4 )

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赤泥作为氧化铝工业的固体废弃物,内含的碱性氧化物具有潜在活性,经改性后可作为建筑材料。本文引入石灰、矿渣、脱硫石膏等材料改性赤泥,研究其在公路路基填料中的应用,设计单掺和双掺试验方案,开展击实试验确定不同配合比下赤泥最大干密度和最佳含水率,根据加州承载比(CBR)、回弹模量和无侧限抗压强度等力学性能指标优选最优配合比,并对其环境影响进行评价。结果表明:改性材料的掺入提升了纯赤泥的力学性能;当同时掺入总质量分数为10 %的石灰与矿渣(双掺,质量比1∶1)时,改性赤泥路基材料CBR强度、回弹模量和无侧限抗压强度提升最明显,最大值分别为306.22%、123.58 MPa、3.02 MPa;与同掺量下单掺改性材料相比,双掺组的CBR强度提高129%,回弹模量提高28%,无侧限抗压强度提高148%。改性赤泥路基材料经固化后特征污染物Cd、V、Se、As、氟化物在长期迁移过程中释放速率趋于稳定且浓度值均低于地下水Ⅰ类标准限值。

集料组配对聚醚型聚氨酯混合料路用性能影响评价

谢治天, 王明玉, 孙传夏, 史良, 霍春辉

2025, 44(12): 4646-4658. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0539

摘要 ( 37 )

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为了研究集料组配对聚醚型聚氨酯混合料(PPUM)性能的影响,本文采用PC-13级配,设计了PPUM的三种集料组配方案(全石灰岩(PC-1)、石灰岩+玄武岩(PC-2)及全玄武岩(PC-3)),分别评价了集料组配及热氧老化、紫外辐照、水三种环境因素对PPUM路用性能的影响,揭示了PPUM的性能演变规律并建立了性能影响预测模型。结果表明:在三种集料组配中PC-1路用性能最差,PC-3路用性能最优,PC-2路用性能较PC-3有所下降,但下降幅度不超过10%;三种集料组配的PPUM性能衰变规律相似,均表现为紫外辐照和热氧老化对PPUM的高温性能基本无影响,而对间接拉伸强度、低温性能和水稳定性影响显著,反复冻融循环对PPUM水稳定性影响显著;建立的环境因素对性能影响的预测模型具有较高的拟合精度。

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