封面及目录

2021, 40(1): 0-0.

摘要 ( 127 )

PDF (443KB) ( 90 )

相关文章 | 计量指标

氯离子扩散系数快速测试方法综述

施跃毅, 郭增伟, 郭瑞琦

2021, 40(1): 1-12.

摘要 ( 573 )

PDF (2872KB) ( 239 )

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氯离子扩散系数是评价混凝土结构抗氯离子渗透性能和使用寿命的重要指标,选择一种快速、准确的测试方法至关重要。本文以非稳态电迁移实验(Rapid Chloride Migration,RCM)为基准,与国内外常用的几种氯离子扩散系数快速测试法比较,总结每种方法的特点及适用范围,建立RCM法与其他测试方法的相关性。结果表明:与国内现行的标准方法RCM相比,Permit(Permeation Migration)法主要用于现场无损检测;NEL法及ACMT(Accelerated Chloride Migration Test)法主要用于测量氯离子稳态扩散系数,若实验结果用于寿命预测,采用ACMT法更为合适,若实验结果用于质量验收或耐久性设计,采用NEL法更为合适。一些学者通过实验建立了RCM法与其他测试方法的换算关系,但仅适用于各自所研究的混凝土,对于其他混凝土是否适用待进一步研究。

水泥基材料中氯离子结合机理及其影响因素研究进展

史天尧, 陈星宇, 张敏, 刘倩

2021, 40(1): 13-24.

摘要 ( 374 )

PDF (3755KB) ( 156 )

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氯离子侵蚀是造成钢筋混凝土中钢筋锈蚀的主要原因,水泥基材料中氯离子的结合可以有效延缓钢筋的锈蚀。本文主要从三个方面进行了综述:(1)氯离子结合机理;(2)氯离子结合的测试方法及表征;(3)氯离子结合影响因素。具体研究了水泥组分及水化产物对氯离子的结合情况,以及不同测试方法及表征的应用范围、优缺点等,分析了辅助胶凝材料、养护龄期、氯盐阳离子类型、孔隙液pH值对氯离子结合的影响规律,并提出了还需进一步研究的问题,以便为今后钢筋混凝土寿命预测研究提供参考。

钢筋混凝土电化学除氯技术研究现状

李树鹏, 金祖权, 熊传胜

2021, 40(1): 25-33.

摘要 ( 205 )

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电化学除氯(ECE)技术通过在外加阳极和钢筋阴极之间施加电压来排除氯离子使钢筋重新恢复钝化,从而达到保护钢筋混凝土的目的。为了进一步了解电化学除氯技术的发展,本文综述了近年来国内外钢筋混凝土电化学除氯技术的研究进展,阐述了电化学除氯原理,总结了电化学除氯的影响因素,系统地介绍了电化学除氯对钢筋混凝土粘结力、宏观性能和微观结构的影响,分析了目前电化学除氯存在的问题并提出了未来的研究方向,以期电化学除氯技术在提高滨海混凝土结构耐久性方面发挥更好地作用。

干湿-冻融循环下水泥固化淤泥土的力学性能与裂隙发育特征

陶攀

2021, 40(1): 34-40.

摘要 ( 113 )

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针对水泥固化淤泥土性能受干湿-冻融循环效应的影响,开展了不同干湿-冻融循环次数下的土体三轴剪切试验、CT扫描试验和SEM扫描试验,研究了干湿-冻融过程中水泥固化淤泥土的力学特征和微结构损伤规律。结果表明:水泥固化淤泥土的应力-应变曲线呈应变硬化特征,内摩擦角与黏聚力指标随干湿-冻融循环次数增加而逐渐减小,且分别表现为指数型和线性衰减趋势;根据二值化的CT扫描图像定量分析了裂隙演化规律,发现试样的裂隙率随干湿-冻融循环次数增加呈指数型增加;由SEM扫描试验可以观测到干湿-冻融循环后试样中的水泥基胶结物流失,颗粒间密实度下降,这是导致水泥固化淤泥土发生裂隙扩展与力学性能弱化的微观机制。

天然沸石粉对氯氧镁水泥耐水性影响研究

孙恩禹, 陈啸洋

2021, 40(1): 41-47.

摘要 ( 79 )

PDF (3074KB) ( 38 )

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氯氧镁水泥(MOC)具有轻质、高强、耐磨等优势,但耐水性差制约了其在建筑行业的发展。为制备高耐水性MOC,以天然沸石粉(NZOP)为掺合料,分析了天然沸石粉对MOC凝结时间、抗压强度、耐水性的影响。同时,利用X射线衍射仪、扫描电镜、压汞仪分析了改性后MOC的相组成、微观形貌和孔结构的变化。此外,利用离子色谱仪检测了MOC浸水后溶液中的Cl^-浓度。结果表明,合适掺量的天然沸石粉可以有效提高MOC的抗压强度和耐水性,缩短MOC的凝结时间。掺入30%(质量分数)天然沸石粉和0.5%(质量分数)磷酸后,MOC的28 d抗压强度和浸水28 d软化系数分别可达75.8 MPa和0.91,氯离子浓度低至9.0 mmol/L。此外,溶液中Cl^-浓度随着MOC软化系数的降低而提高。

不同溶液长期浸泡下大流动性磷酸钾镁水泥基防腐涂层的性能

韩超, 杨建明, 单春明, 吴庆, 何富强

2021, 40(1): 48-54.

摘要 ( 76 )

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为了探究大流动性磷酸钾镁水泥(MKPC)基防腐涂层在不同溶液环境下的性能,将大流动性磷酸钾镁水泥浸泡于淡水、5%硫酸钠溶液及3.5%氯化钠溶液(同为质量分数)三种腐蚀环境下,测试其强度、干缩率、吸水率,从而建立长期浸泡下性能劣化规律模型,并且以SEM-EDS、XRD对MKPC基防腐涂层在长期浸泡下的腐蚀机理进行分析。结果表明大流动性MKPC在淡水环境下耐腐蚀性能较好,在3.5%氯化钠溶液和5%硫酸钠溶液环境下耐腐蚀性能更好。

基于动态神经网络的水泥熟料堆积体建模方法

闻岩, 黄泊霖, 袁林, 刘浩然, 鞠艳旭

2021, 40(1): 55-63.

摘要 ( 74 )

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工程中存在许多颗粒堆积问题。为了构建堆积体离散元数值模型,首先设计了堆积体结构参数采集试验,并以工程中篦冷机内的熟料堆积为背景,使用水泥熟料组建堆积体,采用切片法获取切片图像,随后进行一系列处理,获得了堆积体内颗粒的相关结构参数。同时,为了能够重建堆积体模型,使用神经网络训练了一个预测模型,并进行了相关验证。模型运行良好,表明在一定程度上能够满足堆积体建模的要求。

一种无氯复合水泥助磨剂试验研究

曹虎, 李海燕, 陈梦龙, 段本厚, 高登, 王敢, 宋刘平, 艾春珲

2021, 40(1): 64-70.

摘要 ( 63 )

PDF (3570KB) ( 37 )

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本文对一种无氯复合水泥助磨剂进行研究,该助磨剂不含有腐蚀设备的卤素离子,可以有效提升水泥粉磨效率,改善水泥颗粒分布并增加水泥强度。选用新型改性醇胺作为助磨剂的基体材料,和3种常用原材料加上辅料复配助磨剂进行小磨试验,评价助磨剂性能,分析各组分的影响,运用极差分析确定每种材料最优配比,采用SEM对水泥水化产物进行表征。与空白样进行对比,该助磨剂对水泥性能提升明显,其中水泥45 μm筛余值降低了24.0%,3 d抗压强度提高3.8 MPa,28 d抗压强度提高5.4 MPa,并且使用该助磨剂的水泥在混凝土应用中工作性能好,强度更高,耐久性更佳。

乳胶粉掺量对纤维素醚改性水泥浆体流变性能的影响

骆文进, 王丽英

2021, 40(1): 71-76.

摘要 ( 72 )

PDF (3063KB) ( 35 )

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采用Anton Paar MCR 302型流变仪研究了乳胶粉掺量对纤维素醚改性水泥浆体流变性能和触变性的影响。结果表明,掺入乳胶粉的纤维素醚改性水泥浆体表现为剪切稀化的流变特性,当剪切速率较小时,浆体黏度下降显著。乳胶粉掺量越大,浆体基于Herschel-Bulkey模型拟合得到的屈服应力和黏度系数均越大。并且乳胶粉能够增大浆体的触变滞后环面积和三段式触变测试的结构恢复率。掺入乳胶粉和纤维素醚的水泥浆体屈服应力和触变环面积呈正向线性关系。

高渗透改性环氧树脂充填砂浆材料裂隙试验研究

朱豪伟, 刘长武, 陈小强, 赵超

2021, 40(1): 77-82.

摘要 ( 71 )

PDF (4440KB) ( 35 )

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制作含4种裂隙倾角(0°、30°、45°、60°)的圆柱体砂浆试样,选用高渗透改性环氧树脂作为充填材料,在重力作用下无压力充填试样裂隙,并对充填前后的试样进行单轴压缩试验。试验结果表明:高渗透改性环氧树脂能依靠自身的渗透性渗进试样的裂隙,固化后能不同程度地提高不同裂隙倾角试样的抗压强度,其中45°倾角和60°倾角的试样提高效果明显;不论是充填前还是充填后,试样的抗压强度随倾角的变化规律一致,均随着倾角的增大逐渐降低;试样的破坏模式大多表现为拉应力导致的拉伸劈裂破坏,且充填环氧树脂前后试样的破坏模式相差不大。研究成果为实际工程中分析灌注环氧树脂浆液对岩体强度的影响提供一定的数据支撑和理论依据。

纳米SiO₂-CSA-OPC复合修补砂浆的抗盐渍土侵蚀性能研究

朱殿之, 刘祚宇, 董昶宏, 刘庆峰, 牛梦蝶, 李国新

2021, 40(1): 83-89.

摘要 ( 71 )

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为了研究纳米SiO₂-硫铝酸盐水泥-普通硅酸盐水泥(NS-CSA-OPC)复合修补砂浆的抗盐渍土侵蚀性能,采用在NaCl溶液、Na₂SO₄溶液及NaCl-Na₂SO₄复合溶液下的长期半浸泡试验模拟盐渍土侵蚀环境,以加速侵蚀NS-CSA-OPC砂浆试件。试验测试了3种侵蚀环境下,NS-CSA-OPC修补砂浆质量、相对动弹性模量、抗压耐蚀系数及氯离子含量的变化规律。结果表明:NS-CSA-OPC砂浆在3种侵蚀溶液中均表现出良好的抗侵蚀能力,浸泡270 d后体系的抗压耐蚀系数仍大于1.0;在长期半浸泡试验过程中,3种侵蚀溶液对NS-CSA-OPC砂浆的腐蚀程度由大到小依次为Na₂SO₄溶液＞NaCl-Na₂SO₄复合溶液＞NaCl溶液;氯盐的存在对硫酸盐的侵蚀膨胀破坏有一定的减缓作用。

一种改进的支持向量回归的混凝土强度预测方法

曹斐, 周彧, 王春晓, 任梦宇, 周峰

2021, 40(1): 90-97.

摘要 ( 122 )

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混凝土抗压强度是影响建筑质量的主要因素,根据一些主要参数事先预测其强度可作为现场施工的参考。以支持向量回归(SVR)为理论基础,提出一种基于马氏距离的加权型SVR(MWSVR)的人工智能算法对混凝土强度进行预测。不同于将训练样本统一看待的传统方法,该算法根据训练集和测试集自变量的距离来决定训练样本在求解SVR模型中的重要性,距离测试集近的训练样本权重更大,赋予其更高的惩罚因子,从而得到更优的回归超平面。通过与决策树、随机森林、BP神经网络、RBF神经网络和传统SVR方法的比较研究,发现该算法具有更低的均方根误差。

天然浮石混凝土冻融损伤及寿命预测模型

王萧萧, 刘畅, 尹立强, 闫长旺, 刘曙光

2021, 40(1): 98-105.

摘要 ( 74 )

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内蒙古地区天然浮石资源丰富,可作为粗骨料制作轻质混凝土。为了研究天然浮石混凝土冻融损伤规律,配制了五种配合比的试件进行快速冻融试验。通过天然浮石混凝土相对动弹性模量和质量损失变化规律,分析了浮石骨料对混凝土抗冻性的影响。基于静水压力理论和疲劳损伤理论,推导出天然浮石混凝土的材料系数,进而建立了冻融损伤模型和寿命预测模型,并作为实例,考察了内蒙古巴彦淖尔市冬季低温环境下的天然浮石混凝土寿命。结果表明:浮石骨料能减小混凝土静水压力,提高抗冻性;天然浮石混凝土相对动弹性模量计算值与试验值吻合较好;五组天然浮石混凝土寿命预测值分别达到65 a、84 a、112 a、131 a和50 a,满足安全性运行年限。

新型再生透水混凝土抗暴雨内涝设计方法

牛志刚, 朱平华, 陈春红, 王新杰, 刘惠

2021, 40(1): 106-112.

摘要 ( 69 )

PDF (2501KB) ( 40 )

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铺装透水混凝土路面是降低城市暴雨内涝灾害发生概率的有效途径。为实现透水混凝土路面在不同暴雨等级下的合理应用,提高再生资源利用率,达到抗暴雨内涝的目的,提出一种新型再生透水混凝土的设计方法。根据透水系数建立孔隙率与暴雨等级的定量关系,确定出抗不同暴雨等级的透水混凝土最佳孔隙率范围,基于孔隙率与强度之间的关系,明确混凝土强度等级,进行配合比设计;通过新型再生透水混凝土力学及暴雨模拟试验验证及分析,结果表明,不同孔隙率的新型再生透水混凝土抗压、抗弯拉强度均能满足透水混凝土路面的使用要求,具有优异的抗暴雨内涝性能。新型再生透水混凝土抗暴雨内涝的设计方法,为不同地区(暴雨等级)的透水混凝土路面设计提供了可靠依据。

基于装配式交叉U型连接件的钢板混凝土组合剪力墙-钢梁节点性能有限元分析

万馨, 高铃钰, 陈明, 明文卉

2021, 40(1): 113-122.

摘要 ( 62 )

PDF (7791KB) ( 32 )

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为了深入研究基于装配式交叉U型连接件的钢板混凝土组合剪力墙-钢梁节点的力学性能,采用精细化通用有限元软件ABAQUS 6.14对基于装配式交叉U型连接件的钢板混凝土组合剪力墙-钢梁节点模型进行了单调荷载和低周反复荷载作用下的数值模拟,研究了U型板厚度、U型板长度以及钢梁跨高比对该节点力学性能的影响。结果表明:基于装配式交叉U型连接件的钢板混凝土组合剪力墙-钢梁节点具有良好的塑性变形能力和抗拉承载力,各节点模型的滞回性能良好,等效粘滞阻尼系数在0.302 9~0.400 1之间,具有良好的耗能能力;U型板长度对节点初始刚度和能量耗散影响不明显;U型板厚度在12 mm左右时,节点模型的延性及耗能能力均表现良好;随着钢梁跨高比的增加,节点的转动刚度增加,耗能能力显著提高,延性增加。

粉煤灰基沸石的制备及应用研究进展

孙延文, 王连勇, 杨湘澜, 崔家新, 薛海月, 韩建丽

2021, 40(1): 123-132.

摘要 ( 178 )

PDF (1188KB) ( 91 )

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粉煤灰是燃煤电厂产生的固体废弃物,其主要成分中包含大比例的SiO₂、Al₂O₃,是合成沸石的理想原料。粉煤灰合成沸石的方法随着研究的深入而逐渐成熟,从起初的一步水热法到现在的复合水热法,从以未经处理的粉煤灰为原料到现在使用预处理过的粉煤灰为原料,粉煤灰合成沸石的工艺一直在进步。从粉煤灰的预处理、合成沸石方法、产物应用领域三方面综述了研究进展,并对其整体发展趋势进行了展望。

再生聚苯乙烯在混凝土中的应用研究综述

罗甜恬, 刘卫森, 郭英健, 李成业, 马玉玮

2021, 40(1): 133-145.

摘要 ( 80 )

PDF (13696KB) ( 35 )

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文章阐述了再生聚苯乙烯(EPS)颗粒在混凝土中的应用现状。首先对比了再生EPS与原生EPS的差异,阐述了目前所制备的再生EPS混凝土密度等级与力学性能之间的基本关系,并介绍了EPS混凝土热工性能、防火性能、隔声吸波等其他性能;其次,从EPS颗粒级配、掺量、纤维、改性剂、矿物掺合料、水灰比等方面阐述了影响再生EPS混凝土性能的因素;最后,对再生EPS混凝土的工程应用进行了概述,并对再生EPS应用于混凝土的未来研究方向进行了展望,提出了日后研究应用过程中可能存在的问题。

自密实橡胶混凝土性能研究综述

田雷, 邱流潮, 胡筱

2021, 40(1): 146-162.

摘要 ( 88 )

PDF (5467KB) ( 45 )

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自密实橡胶混凝土是将废弃轮胎加工成橡胶颗粒并掺加到自密实混凝土中制成的新型建筑材料,相比于常规混凝土,其在硬化后具有脆性低、变形能力强、节能环保的显著优点。为了全面了解自密实橡胶混凝土的最新研究现状,从自密实性能(流动性、粘聚性、间隙通过性、抗离析性)、力学性能(抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、抗折强度、抗冲击性能、疲劳特性、阻尼比)、耐久性能(干收缩性能、吸水率、抗冻性、氯离子渗透性、电阻性)和内部微观结构等方面出发,对近十年间国内外针对自密实橡胶混凝土的研究进行了综合介绍。最后,归纳总结了研究结论,并为自密实橡胶混凝土的未来研究与推广提出若干建议。

天然风积沙基本特性及火山灰活性研究

郑木莲, 荆海洋, 陈旺, 朱琳琳, 张姝, 高源

2021, 40(1): 163-171.

摘要 ( 74 )

PDF (11609KB) ( 30 )

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我国西北地区风积沙资源丰富,如果可以就地取材,将风积沙应用到实际工程中,将会产生巨大的经济和社会效益。目前国内外虽然已有不少关于风积沙工程应用的研究,但关于天然风积沙的理化特性以及火山灰活性还缺乏系统地研究和分析,大多都局限于某一特定的工程应用。本文对塔克拉玛干、古尔班通古特和腾格里三个沙漠地区地风积沙进行取样,通过对天然风积沙的颗粒组成、表观密度、堆积密度、空隙率、含泥量、含水率、吸水率、微观形貌等物理特性以及酸碱度、化学成分、矿物组成以及碱活性等化学特性的测试分析,发现三个地区的风积沙在物理和化学特性方面有一定的相似性。除此之外,采用活性指数法对天然风积沙的火山灰活性进行了评价,并使用6种化学激发剂对其活性进行激发,研究表明,天然风积沙的火山灰活性较低,Na₂SO₄和Ca(OH)₂可以激发天然风积沙的火山灰活性。

无机有机联合改性海泡石对苯的吸附特性研究

方佳浚, 任子杰, 高惠民, 周贤武, 周鹏

2021, 40(1): 172-179.

摘要 ( 65 )

PDF (1517KB) ( 33 )

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室内的苯污染主要由装修、装饰材料引起,苯作为一级致癌物,长时间接触会引起许多慢性疾病,如何降低室内苯污染的问题已越来越受到广泛关注。有研究证明海泡石可用于土壤、水和大气污染治理,因此对提纯海泡石进行了水热改性、酸改性和水热酸浸联合无机改性,而后进行三甲氧基苯基硅烷(PTMOS)有机改性,并对改性海泡石吸附苯的性能和机理进行了研究。研究结果表明:对于水热酸浸联合无机改性,其最佳条件为0.6 MPa水热压力处理8 h后,用体积分数为10%的盐酸处理8 h,得到的海泡石对苯的去除率较原矿提高72.36%;表面有机改性最佳处理条件为PTMOS用量0.3 mmol·g^-1,改性时间为6 h,得到的海泡石对苯的去除率较原矿提高159.03%,表面有机改性得到的海泡石吸附效果最好。三甲氧基苯基硅烷改性海泡石(PTMOS-SP)对苯的吸附适合用Langmuir等温线模型、准二级动力学模型和粒子内扩散模型来描述,苯在PTMOS-SP表面的吸附过程包含三个阶段:外表面扩散阶段、孔隙内扩散阶段和吸附平衡阶段。

改性硅藻土对水泥基调湿材料性能的影响

冯蕾, 楼岱, 冉泽, 温小栋, 王伟

2021, 40(1): 180-186.

摘要 ( 98 )

PDF (1798KB) ( 75 )

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利用煅烧和酸浸对天然硅藻土进行改性,并取代部分胶凝材料制备出水泥基调湿材料。通过对比研究了改性前后硅藻土及其掺量对水泥基调湿材料的工作性能、力学性能及吸放湿速率的影响,并结合硅藻土改性前后的化学成分与表面结构变化规律,以及水泥硬化体孔结构特征参数,分析改性硅藻土的作用机理。结果表明:改性硅藻土水泥基调湿材料的力学性能与调湿性均好于同掺量天然硅藻土的试样;天然硅藻土经过400 ℃煅烧2 h和浓度50%(质量分数)H₂SO₄溶液酸浸12 h后,其SiO₂含量增加,比表面积、平均孔径及总孔容显著提高,也进一步增大了硬化体孔隙率与孔径,增强了对空气水分子的表面吸附与毛细孔道效应。

基于响应面法的矿渣基全固废胶凝材料配比优化

刘树龙, 李公成, 刘国磊, 王发刚, 王劼, 齐兆军, 杨纪光

2021, 40(1): 187-193.

摘要 ( 126 )

PDF (7025KB) ( 98 )

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为促进钢铁冶炼废渣的高值化应用,以高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏为原料制备全固废胶凝材料,开展矿山充填料浆配合比优化研究。在探究试验原料物化性质的基础上,借助Design-Expert软件中的Box-Behnken设计17组配合比试验。以钢渣、石灰、脱硫石膏掺量为自变量,以充填体28 d抗压强度为响应值,构建响应面多项式回归模型,基于方差分析和响应曲面剖析研究自变量单因素和交互作用对充填体强度性能的影响机制。结果表明,充填体强度对单一因素响应极敏感,对因素间交互作用具有较强的显著性。其中,单一因素影响显著性排序依次为石灰、脱硫石膏和钢渣掺量;钢渣和石灰掺量的交互作用是影响充填体强度性能的决定性因素,其次是石灰和脱硫石膏掺量的交互作用,钢渣和脱硫石膏的交互作用影响最小。通过优化获得最佳配合比参数为钢渣掺量40%,石灰掺量6%,脱硫石膏掺量12%,矿渣掺量42%(均为质量分数)。此参数下充填体28 d强度为4.03 MPa,平行验证试验相对误差为2.83%,证实了响应面法优化全固废胶凝材料配比的精确性和科学性。

伊利石硅渣蒸汽辅助合成麦羟硅钠石及其对Cu²⁺的吸附研究

管冬冬, 历新宇, 陈爽, 苏重洋, 杨思祺, 姜男哲

2021, 40(1): 194-200.

摘要 ( 51 )

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以伊利石硅渣为原料,采用蒸汽辅助转化法(SAC)合成了高产率、高结晶度的纯相麦羟硅钠石(Magadiite)。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)考察了钠硅比(n(Na₂O)/n(SiO₂))、晶化温度和晶化时间对合成样品结构及形貌的影响。结果表明,该体系的初步优化合成条件为钠硅比0.15,晶化温度170 ℃,晶化时间16 h,样品形貌为玫瑰花形(尺寸约12 μm)。对合成的Magadiite进行Cu²⁺吸附性能测试,探究了吸附剂用量、pH值、吸附时间和Cu²⁺初始浓度对吸附效果的影响。在吸附剂用量为2 g/L,pH值为5,吸附时间为30 min时,Magadiite对Cu²⁺的最大吸附量为25.99 mg/g。

煅烧硬石膏溶解特性对钙矾石形成的影响

乔秀臣, 马大伟, 薛玉兵

2021, 40(1): 201-206.

摘要 ( 74 )

PDF (6292KB) ( 39 )

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本文依据循环流化床(CFB)锅炉干法脱硫温度条件,用煅烧硬石膏模拟干法脱硫产物,研究脱硫硬石膏性质对铝酸三钙(C₃A)反应生成钙矾石(AFt)的影响,探究CFB锅炉灰渣制备建材的可行性。结果表明: 820 ℃、15 min形成的硬石膏,呈边棱清晰的板状晶体,而940 ℃、15 min形成的硬石膏晶体则发生烧结现象,高温导致硬石膏溶解性能降低。煅烧硬石膏与C₃A反应生成的AFt在养护3 d后达到最多,期间820 ℃形成的硬石膏以溶解沉淀方式生成针棒状AFt;而940 ℃形成的硬石膏则以固相反应方式生成团簇AFt。长期空气养护过程中的碳化反应会导致AFt分解。

钢渣沥青混合料水稳定性研究

张彩利, 王超, 李松, 丁维哲, 唐秀明

2021, 40(1): 207-214.

摘要 ( 108 )

PDF (4112KB) ( 178 )

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为研究不同浸水时间钢渣沥青混合料体积稳定性和路用性能特征,对热闷钢渣沥青混合料、冷弃陈渣沥青混合料和石灰岩沥青混合料分别进行车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、疲劳试验和膨胀性试验,并通过原子力显微镜分析水对钢渣沥青混合料路用性能影响机理。结果表明:膨胀量合格的钢渣沥青混合料高温稳定性、水稳定性、低温性能和疲劳性能均优于石灰岩沥青混合料,其中钢渣沥青混合料动稳定度和残留稳定度具有可成长性;用石灰岩细集料替代冷弃陈渣细集料可以提高冷弃陈渣沥青混合料低温性能,浸水作用下钢渣生成的结晶物质使得钢渣表面积和表面粗糙度增大,从而提高钢渣沥青混合料内磨阻力和黏聚力,进而提高其动稳定度和残留稳定度。

油田污泥基高强陶粒的制备及性能优化

杨晓伟, 张爱生, 曲俊蓉, 杨柯, 许建华, 朱英

2021, 40(1): 215-222.

摘要 ( 68 )

PDF (6748KB) ( 37 )

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为了解决危废油田污泥的堆存处置问题,研制了一种以油田污泥(简称油泥)为原料,以黄土、黄沙和黏土为添加剂的油泥烧结陶粒。通过单因素试验探究油泥最大掺量及最佳烧制工艺条件,并利用电子扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)探究陶粒的显微结构、物相组成和内外层元素分布特征。结果表明,在油泥掺量为60%(质量分数),烧结温度为1 140 ℃,烧结时间为20 min时可以得到低吸水率、高抗压强度的目标陶粒。在最佳条件下,参照GB/T 17431.1—2010《轻集料及其试验标准》烧结的油泥陶粒1 h吸水率为0.32%,堆积密度为1 020.3 kg/m³,筒压强度为40.992 MPa。

氮化硅陶瓷牙科修复材料研究进展

姜磊, 方厦, 尹双, 毛栋梁, 潘丽梅, 汤学华, 杨建

2021, 40(1): 223-230.

摘要 ( 134 )

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氮化硅具有比氧化铝、氧化锆等牙科陶瓷修复材料更好的力学性能、化学稳定性和生物相容性,已经用于生物骨科修复。近年来陆续有学者将氮化硅陶瓷引入到牙科修复领域,文章在介绍氮化硅陶瓷性能特点的基础上,综述了氮化硅陶瓷牙科种植体、氮化硅桩核冠及氮化硅饰面瓷的研究进展,并展望了氮化硅在牙科修复领域的未来研究方向。

熔融渗硅对石墨材料微观结构及性能的影响

杨金华, 艾莹珺, 陈子木, 刘虎, 齐哲, 吕晓旭, 焦健

2021, 40(1): 231-240.

摘要 ( 232 )

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选用四种不同孔隙结构的石墨进行熔融渗硅(简称熔渗)反应,采用扫描电镜、X-射线衍射、压汞、CT等方法表征了熔渗前后材料的微观形貌、物相及孔隙结构。结果表明,熔渗后的材料由石墨、硅及碳化硅三种物相组成,且硅及碳化硅的分布与石墨孔隙结构相关。熔渗后样品孔隙率均<1%,体积密度提高21.08%~35.94%。熔渗后材料强度及模量均有明显提高,强度是原石墨样品的1.7~6.2倍,模量是原石墨样品的2.4~7倍,提高幅度与石墨孔隙结构及晶粒尺寸相关。理论计算结果表明,石墨样品熔渗过程主要受扩散-反应控制。

梯度多孔载Ag羟基磷灰石陶瓷的制备和性能研究

陈晨, 于景媛, 李强

2021, 40(1): 241-251.

摘要 ( 75 )

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本文采用添加造孔剂法制备孔隙呈现梯度分布的多孔载Ag羟基磷灰石(Ag-HA)陶瓷。研究了造孔剂分布、烧结温度和载Ag含量对梯度多孔Ag-HA陶瓷孔隙度的影响。分析了烧结产物的物相组成和微观形貌,测量了烧结后梯度多孔Ag-HA陶瓷的压缩性能和抗菌性能。研究结果表明:随着中间层造孔剂含量增加,梯度多孔Ag-HA陶瓷的孔隙度增大,抗压强度减小;随着烧结温度的增大,梯度多孔Ag-HA陶瓷的孔隙度减小,抗压强度增大;当造孔剂分布为20%-10%-20%(质量分数),压制压力为100 MPa,烧结温度为1 150 ℃,Ag含量为2.0%(摩尔分数)时,烧结后梯度多孔2.0Ag-HA陶瓷的孔隙度为24.7%,抗压强度为12.6 MPa。XRD分析表明烧结产物为掺杂Ag离子的HA相。SEM观察表明烧结样品的孔隙呈现梯度分布。梯度多孔Ag-HA陶瓷的抗菌实验表明:随载Ag含量和孔隙度的增大,梯度多孔Ag-HA陶瓷对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径增加,表现出较强的抗菌性能,而纯HA陶瓷未表现出抗菌性能。

烧结温度对氮化硅陶瓷球显微结构和力学性能的影响

张晶, 王文雪, 孙峰, 刘璐, 董廷霞, 张宝存

2021, 40(1): 252-257.

摘要 ( 92 )

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以α-Si₃N₄粉为原料,纳米级Y₂O₃和Al₂O₃为烧结助剂,采用气压烧结工艺制备氮化硅陶瓷球,研究了烧结温度对陶瓷球显微结构及力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,陶瓷球的维氏硬度和压碎强度先提高后降低,断裂韧性不断提高。烧结温度为1780 ℃的陶瓷球综合力学性能最佳,其相对密度达到了99%,维氏硬度、断裂韧性和压碎强度分别为1 530 HV、7 MPa·m^1/2、296 MPa。

钛酸锶钡微晶玻璃的铈掺杂效应研究

赵张媛, 梁雪薇, 张勇

2021, 40(1): 258-265.

摘要 ( 89 )

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通过X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱研究了(Ba,Sr)TiO₃微晶玻璃的铈掺杂效应。玻璃体系为BaO-SrO-TiO₂-Al₂O₃-SiO₂(Ce摩尔分数为0%、1%、2%、3%)。随着Ce摩尔含量增加,Ce在(Ba,Sr)TiO₃晶格中的占位从Ce⁴⁺取代Ti⁴⁺位的形式逐渐变成了以Ce³⁺进入Ba²⁺/Sr²⁺位的形式,伴随Ce³⁺和Ce⁴⁺离子相对含量的变化。玻璃中添加CeO₂增加了网络结构的连通性。在微晶玻璃中,随着Ce摩尔分数的增加(0%到2%),禁带宽度减小,电子跃迁所需能量降低,价带电子易从价带跃迁至导带,电导率增加;相反地,Ce摩尔分数从2%增加到3%时,禁带宽度增加,电导率下降。拉曼光谱结果证实了铈离子(Ce³⁺和Ce⁴⁺)在(Ba,Sr)TiO₃晶格中的取代,并发现铈掺杂改变了该晶相的四方性。

SnO对SnF₂-P₂O₅-WO₃系统玻璃结构和性能的影响

刁金龙, 于天来, 莫大洪, 郑涛, 郭艳艳, 吕景文

2021, 40(1): 266-270.

摘要 ( 69 )

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封接玻璃具有耐热好、化学稳定性和机械强度高的优点,被大量运用在真空微电子技术及航天和汽车等众多行业领域。磷酸盐玻璃具有低成本、低特征温度、低稳定性等特点,常被用于封接玻璃的制备。本文采用高温熔融法制备了(60-x)SnF₂-xSnO-35P₂O₅-5WO₃(x=0%,5%,10%,15%,20%,质量分数)组成的玻璃,研究了SnO含量对玻璃结构和性能的影响。通过红外光谱表征了玻璃的微观结构,并测定了玻璃的热膨胀系数和特征温度数值。结果表明,组分中添加SnO可以引入非桥氧来改变O/P原子个数比,从而影响玻璃的结构和性能。随着SnO含量的增加,玻璃的特征温度、封接温度和耐水性能提高,热膨胀系数降低。

光学玻璃电熔窑流液洞的数值模拟分析

郭富强, 何光, 潘再勇, 陈筱丽, 王乃帅

2021, 40(1): 271-279.

摘要 ( 125 )

PDF (6481KB) ( 95 )

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采用ANSYS 19.0软件对光学玻璃全电熔窑流液洞进行了数值模拟分析研究,运用流场分布、温场分布、局部循环分布对流液洞设计进行了评价,分析了玻璃液在流液洞中的最大回流位置以及流液洞和上升道区域存在的局部循环数量。研究结果表明:在流液洞及上升道区域形成了多个局部循环,流液洞内的回流循环导致玻璃液正方向(z方向)流动的横截面减小而流速增大,同时导致高温区集中在流液洞顶部盖板砖附近位置,该现象加速了盖板砖侵蚀。通过降低流液洞宽度或降低流液洞高度均有利于缩小流液洞的回流循环范围,改善局部区域玻璃液的温度均匀性。曲线拟合近似计算出固定高度为150 mm、宽度为108.14 mm时或固定宽度为250 mm、高度为77.57 mm时流液洞盖板砖覆盖范围内玻璃液无回流产生。

沸石及其复合物气体传感器的研究与应用

孙舒鹏, 孙炎辉, 董玉华, 侯腾跃, 郑雁公, 王兢, 张钊睿

2021, 40(1): 280-295.

摘要 ( 65 )

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半导体金属氧化物是一种常见的气敏材料,以该类型材料作为敏感材料可以设计出具有不同传感原理的气体传感器,但选择性和灵敏度不佳却一直是该类气体传感器的不足。为了解决该问题,常将气敏材料与沸石进行复合,制备金属氧化物/沸石气体传感器,利用沸石独特的物理、化学特性来改善金属氧化物的气敏特性。近年来,许多研究者对金属氧化物/沸石气体传感器进行了研究,使该类传感器对目标气体的选择性与灵敏度均有了提升。为了更好地总结已有的研究内容,以气体传感器的检测原理为主线,对金属氧化物/沸石气体传感器进行了总结,结合沸石对气敏特性的改善进行归纳梳理,从传感器的制备方法、气敏特性和敏感机理等多方面进行了详细的整理和分析,为后续此类工作的开展提供基础。

Ti₃C₂T_x/Ni/TiO₂复合粉体的制备及吸波性能研究

杜恒, 张帆, Shen Gang, Qaim Khan, 凡康康, 张碧晗, 李宁, 范冰冰, 张锐

2021, 40(1): 296-303.

摘要 ( 89 )

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采用热处理的方法制备出二维层状Ti₃C₂T_x/Ni/TiO₂复合粉体,并利用TG-DSC、SEM、XRD和XPS对样品进行表征分析,通过矢量网络分析仪测试样品的电磁参数并模拟计算不同涂层厚度下样品的反射损耗值(RL)。结果表明:随着热处理温度的升高,样品中TiO₂质量含量增加;当热处理温度为300 ℃时,在频率f=17.5 GHz下样品的RL为-35.2 dB,其有效吸波带宽超过1.7 GHz,对应的涂层厚度为4 mm。其优异的吸波性能一方面来自良好的阻抗匹配,另外一方面来自样品的介电损耗、磁损耗的协同效应。此外,样品的电磁波吸收能力可以通过其组分和微观结构进行调控。

破乳法合成N掺杂TiO₂/粉煤灰及其可见光催化性能研究

胡凯强, 赖声发, 钱艳峰, 张甜甜, 乔佳乐, 万祥龙

2021, 40(1): 304-311.

摘要 ( 63 )

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粉煤灰表面负载TiO₂制备光催化材料是粉煤灰高附加值资源化应用的一种新途径,通过破乳的方法在粉煤灰表面负载TiO₂是一种新的尝试。以十二烷基苯磺酸钠改性的粉煤灰为载体,纳米TiO₂胶体为钛源,NaOH为破乳剂,尿素为氮源,在反应釜中通过破乳的方法成功合成了N掺杂的TiO₂/粉煤灰复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)及紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等测试手段对合成的产物进行了表征,测试了光催化材料对罗丹明B可见光催化降解的效果。结果表明,当TiO₂与粉煤灰的质量比为1∶1,尿素的添加量为0.5 g时,制备的N-TiO₂/粉煤灰光催化剂在可见光下对罗丹明B有很好的降解效果,180 min可以降解96.98%的罗丹明B,且降解过程符合一级动力学模型,循环利用6次仍具有很好的稳定性和重复性。该方法为高附加值资源化粉煤灰提供一种功能化的应用方案,具有良好的应用前景。

蛭石基流延浆料的流变性能研究

胡善海, 钱玉鹏, 江学峰, 王飞, 丁锋, 赵绍林

2021, 40(1): 312-316.

摘要 ( 69 )

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以改性膨胀蛭石和滑石填料为原料,蓖麻油为分散剂,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为增塑剂,采用球磨法制备蛭石基流延浆料。考察浆料固含量和各组分添加量对浆料流变性能的影响,得出了合适的浆料配方为:固含量质量分数为50%、蓖麻油用量为粉体质量的2%、PVB用量为粉体质量的6%、DBP用量为R=0.8时,流延浆料具有典型剪切变稀行为的塑性流体特性,该配方制备的蛭石基流延坯料表面均匀,无裂纹。

CoO@CuO电极材料制备及超级电容性能研究

吴童, 古庆玉, 王培鉴, 刘忠品, 孙海滨

2021, 40(1): 317-322.

摘要 ( 122 )

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超级电容器因具有功率密度高、充放电速率快、循环使用寿命长等优点而备受关注。CoO是一种优良的超级电容电极材料,理论比容量可以达到4 292 F·g^-1,但其电导率较低,而且充放电过程中会产生体积膨胀,导致其实际比容量低于理论比容量。为此,本文首先采用热氧化法在泡沫铜导电集流体上生长CuO纳米线阵列,然后采用化学浴沉积法在CuO纳米线表面沉积CoO层级结构,制备核壳结构CoO@CuO电极材料。该电极材料在电流密度为2 mA·cm^-2时的比容量可达到1.043 0 F·cm^-2(117.145 3 F·g^-1),并表现出了良好的电容保持率。

TiO₂加入量对铝镁质干式捣打料性能的影响

许欢, 王玺堂, 张汪年, 邓宁, 李世斌

2021, 40(1): 323-329.

摘要 ( 61 )

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以电熔白刚玉、电熔镁砂、活性Al₂O₃微粉为主要原料,以TiO₂为烧结剂,分别在1 300 ℃、1 400 ℃、1 500 ℃和1 600 ℃热处理3 h制备铝镁质干式捣打料。研究了TiO₂加入量、热处理温度对捣打料物相、烧结性能、力学性能及显微结构的影响。结果表明,适量TiO₂的引入能显著促进铝镁质干式捣打料的反应烧结,常温和高温力学性能均得到明显改善。其烧结性能强化的原因主要是镁铝钛相的形成及TiO₂掺入尖晶石晶格形成阳离子空位。当TiO₂添加量为0.5%(质量分数)时,经1 600 ℃热处理3 h制得的干式捣打料具有良好的综合性能,此时线膨胀率为3.7%,体积密度和显气孔率分别为2.76 g·cm^-3和26.6%,耐压强度为18.9 MPa,高温抗折强度(HMOR)为1.9 MPa。当TiO₂加入过多时,捣打料会出现过烧现象,产生较大收缩,对材料的体积稳定产生不利影响。

不同加速养生方式泡沫沥青冷再生混合料宏细观结构性能研究

王雨楠, 吕卫帮

2021, 40(1): 330-339.

摘要 ( 73 )

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为了使泡沫沥青冷再生混合料室内加速养生方式能更加真实地模拟现场实际养生条件,基于含水率试验、力学性能及疲劳试验研究了5种养生方式的泡沫沥青冷再生含水率、劈裂强度(ITS)、贯入剪切强度(S_D)、无侧限抗压强度(UCS)的影响规律,对比了不同养生方式泡沫沥青冷再生混合料早期强度、中长期力学强度、疲劳性能的差异;进而以X-Ray CT为平台,研究了不同养生方式泡沫沥青冷再生混合料微细观三维空隙结构的分布特征。结果表明,5种养生方式的泡沫沥青冷再生中长期力学强度与疲劳寿命排序为:开放养生＞马歇尔模内养生＞半封闭养生＞组合养生＞封闭养生,不同养生方式泡沫沥青冷再生混合料的微细观空隙结构有明显差异,不同养生方式下泡沫沥青冷再生混合料微细观空隙级配、平均空隙直径、最可几空隙直径与力学性能、疲劳寿命之间的拟合良好。推荐40 ℃半封闭养生36 h来模拟加铺上覆层前现场早期(7~14 d)养生条件,采用40 ℃半封闭36 h+全封闭养生72 h“组合”养生方案作为泡沫沥青冷再生混合料的中长期室内加速养生方案。

基于地聚反应的冷拌沥青混合料强度特性与机理探讨

张岩, 周圣杰, 樊亮

2021, 40(1): 340-349.

摘要 ( 95 )

PDF (17831KB) ( 52 )

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利用马歇尔稳定度(M_S)强度评价指标,对冷拌沥青混合料(简称冷拌料)在不同地聚添加剂、浸水、不同养生龄期等条件下进行宏观强度试验分析,并采用荧光显微镜及离散元模拟等方式,对集料表面的细观结构与地聚物的抗压机理进行研究,结果表明:冷拌料的M_S随地聚物掺量的增加先增大后减小,在基质沥青与地聚添加剂质量比为4∶3时达到峰值,且在4∶2至4∶3区间,残留稳定度(MS0)的减小幅度最小,强度损失率最低,因此基质沥青与地聚添加剂的最佳质量比为4∶3;强度随养生龄期的增加而增加,而强度增长率随养生龄期的增加而逐渐减少,养生时间应不少于3 d;通过荧光显微镜分析,发现集料表面的沥青被地聚物产生的胶凝物裹覆,通过马歇尔稳定度虚拟试验分析,发现试件主要受力方向位于承压点的正下方,集料在受压过程中呈外部受拉内部受压状态,而地聚物产生的胶凝产物可以较好地抵抗竖向荷载,提升冷拌料抗压强度。

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