硫系玻璃——助力防疫,见所未见

2021, 40(7): 2469-2469.

摘要 ( 94 )

PDF (1043KB) ( 121 )

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水泥矿物体系诱导期的水化进程及机理的研究进展

官敏, 胡匡艺, 于涛, 储静远, 艾晓晶, 常郑, 盖琳琳, 盛嘉诚

2021, 40(7): 2129-2137.

摘要 ( 268 )

PDF (1844KB) ( 172 )

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硅酸三钙(C₃S)体系及铝酸三钙-二水石膏(C₃A-CH₂) 体系作为主要的硅酸盐水泥矿物相,对水泥新拌阶段及后续性能发展阶段有尤为重要的影响。而水泥在诱导期内的水化进程很大程度上决定了其后续性能的发展。鉴于此,本文回顾了水泥水化的热力学原理,重点综述了目前关于水泥水化诱导期开始及结束时作为主要矿物体系的C₃S体系和C₃A-CH₂体系的水化进程及机理的研究进展,以及不同矿物体系诱导期的成因。但限于目前的研究手段,对于水泥水化诱导期内各种矿物体系的相互作用和相互影响仍未完全厘清,还需要进一步的探索。

沸石粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响机理研究

桂若铭, 廖宜顺, 黄浩然

2021, 40(7): 2138-2144.

摘要 ( 81 )

PDF (2670KB) ( 58 )

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研究了沸石粉对硫铝酸盐水泥浆体流动度、凝结时间和抗压强度的影响规律,并通过自收缩、电阻率和XRD测试分析了沸石粉在硫铝酸盐水泥水化行为中的作用机理。结果表明,掺入沸石粉后水泥浆体的流动度明显降低,凝结时间显著延长,且延长时间随掺量的增大呈先增大后减小的趋势。当沸石粉掺量为5%~15%(质量分数)时,硬化水泥浆体的1 d、3 d、7 d抗压强度均有显著提高;沸石粉掺量为10%时,水泥浆体3 d、7 d、28 d的强度增长幅度最大,和空白组相比,分别增长了21.6%、13.9%和5.4%。掺入沸石粉后水泥浆体的24 h电阻率显著增大,硬化浆体的7 d自收缩减小,且在相同龄期时,硬化浆体的自收缩随沸石粉掺量的增大而减小。XRD分析显示沸石粉的掺入能有效促进硫铝酸盐水泥的水化,有利于1 d、3 d和28 d龄期内钙矾石的形成。

养护条件对EVA乳液改性水泥浆体水化行为和孔结构的影响

丁少沛, 王健涛, 刘云鹏, 何永佳

2021, 40(7): 2145-2151.

摘要 ( 98 )

PDF (4924KB) ( 52 )

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本文制备了不同乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)乳液含量的聚合物改性硅酸盐水泥浆体,对比了其在相同水灰比,不同养护制度(标准养护、蒸汽养护)条件的水化性能与孔结构。通过X射线衍射分析、水化热分析、压汞分析、氮吸附测试,以及立方体抗压强度测试评价了EVA乳液在不同养护状态下对水泥水化产物、水化特性、孔结构以及抗压强度的影响。结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护下EVA乳液没有改变水泥水化产物,在EVA乳液较高掺量下,降低了其延缓水泥水化的程度,降低了试样的孔隙率,并且增加了试样中小孔的含量,而蒸汽养护削弱了EVA乳液对水泥净浆强度的负面影响。

木质素磺酸钠改性Ca-LDH对水泥基材料性能的影响

陈梦竹, 余林文, 袁慧慧, 郑海兵, 吴芳, 蔡渝新, 李伟华

2021, 40(7): 2152-2158.

摘要 ( 88 )

PDF (7173KB) ( 50 )

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水滑石材料(LDHs)是一种新型多功能二维纳米材料,水泥的水化产物(AFm相)属于钙铝型水滑石系列,因LDHs优异的性能在建筑材料领域其应用前景广阔。本文以木质素磺酸钠作为改性剂,采用水热法合成了木质素磺酸盐改性LDHs(Ca-SLS-LDH),对比了改性前后Ca-LDH的表面形貌、平均颗粒尺寸和比表面积的差异,研究了不同掺量Ca-LDH对水泥凝结时间、砂浆流动性和力学性能的影响,并采用SEM、XRD和压汞仪(MIP)等方法对水泥水化产物组成和微观结构进行了分析。结果表明:Ca-SLS-LDH的平均颗粒尺寸更小,比表面积是未改性Ca-LDH的60多倍;当LDHs掺量不超过4%(质量分数)时,能够有效改善水泥石孔结构,促进水泥砂浆强度发展,掺量为6%(质量分数)时会导致孔隙率增大,强度降低。

氧化石墨烯对新拌水泥浆体流变性的影响

焦敏

2021, 40(7): 2159-2164.

摘要 ( 83 )

PDF (3168KB) ( 47 )

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随着纳米材料和技术不断发展,关于氧化石墨烯对水泥基材料改性作用的相关研究越来越受到重视。在此背景下,通过Anton Paar Rheolab QC型旋转黏度计研究了氧化石墨烯对新拌水泥浆体流变性的影响,并测试了浆体静态屈服应力、动态屈服应力和黏度系数以及触变环面积。结果表明:相同氧化石墨烯掺量下,随浆体静置时间延长,低剪切速率下浆体的静态屈服应力逐渐增大;随氧化石墨烯掺量增大,浆体结构建立参数、动态屈服应力和黏度系数先增大后减小,而触变滞后环面积则呈现相反的变化趋势。

不同龄期钢纤维增强水泥砂浆纤维拉拔试验与模拟研究

赵楠, 卿龙邦, 杨卓凡, 慕儒

2021, 40(7): 2165-2173.

摘要 ( 85 )

PDF (6743KB) ( 48 )

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钢纤维增强水泥基复合材料作为一种多相复合材料,其增强增韧效果的发挥依赖于钢纤维与基体之间的界面粘结性能。通过开展不同龄期的钢纤维增强水泥基复合材料单根纤维拉拔试验及数值模拟研究,分析了龄期对钢纤维增强水泥砂浆界面粘结性能的影响,建立了不同龄期的单根纤维拉拔细观模型,通过将模拟结果与试验结果进行对比验证模型的有效性。根据所建立的细观模型分别对不同龄期钢纤维增强水泥砂浆纤维-基体间的界面粘结作用机理及纤维-基体间粘结表面在纤维拔出过程中的应力变化进行了分析。结果表明:所建立细观模型模拟得到的纤维最大拉拔力及荷载-滑移曲线与试验结果吻合较好,钢纤维的最大拉拔力及钢纤维-水泥砂浆基体的界面粘结强度均随着龄期的增加而增加;在7 d龄期内界面粘结强度的增长速度较快,7 d龄期后增长速度放缓;随着龄期的增加,不同龄期段的界面粘结强度的增长率逐渐减小并趋于稳定。采用拟合得到的粘结表面材料参数能够有效模拟各龄期下单根钢纤维从水泥砂浆中的拔出过程。

PP/PVA纤维增强硫铝酸盐水泥基快速修补材料试验研究

张成龙, 刘漪, 张明

2021, 40(7): 2174-2183.

摘要 ( 95 )

PDF (2770KB) ( 57 )

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针对交通压力增大,公路桥梁路面易出现疲劳破坏的问题,提出以聚丙烯(PP)纤维与聚乙烯醇(PVA)纤维提升硫铝酸盐水泥基快速修补材料性能。分别探究了PP纤维与PVA纤维单掺及复掺对硫铝酸盐水泥基快速修补材料流动度、强度以及韧性的影响,并进一步研究了最优复掺比例对修补材料粘结强度及体积稳定性的影响。结果表明:单掺PP纤维对修补材料砂浆流动度影响较小,并且能显著提升抗折强度,掺入0.2%(体积分数,下同)的PP纤维流动度仅下降4%,1 d和28 d抗折强度分别达到了12.8 MPa、15.5 MPa。单掺PVA纤维会大幅减小修补材料砂浆流动度,提升抗压强度,掺入0.2%的PVA纤维流动度下降21%,1 d和28 d抗压强度分别达到了56.6 MPa、84.3 MPa。当PP和PVA纤维按3:1的比例,以0.2%的总体积掺量进行复掺时,两种纤维可以发挥协同作用使修补材料不仅可以获得良好的流动性能、强度与韧性,同时获得较好粘结强度与体积稳定性。28 d时修补材料砂浆的粘结强度达到5.6 MPa,干燥收缩率低至2.73×10^-4,可以更好地满足公路桥梁路面、伸缩缝的快速修补需求。

环氧树脂修复水泥基材料离散微裂缝的渗透动力学研究

王信刚, 李玉洁, 周镇

2021, 40(7): 2184-2190.

摘要 ( 75 )

PDF (5610KB) ( 49 )

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为研究自修复微胶囊芯材(环氧树脂)修复水泥基材料微裂缝的动态毛细渗透过程,采用光学接触角测量仪测量环氧树脂接触角及表面张力,采用自动升温旋转流变仪测量环氧树脂动力粘度,利用修正后的Lucas-Washburn方程(简称L-W方程)分析微裂缝宽度和环氧树脂自身重力对动态渗透过程的影响。结果表明:环氧树脂修复剂在水泥基材料微裂缝的渗透速率先快后慢,且渗透速率与裂缝宽度有关;修复剂在微裂缝内渗透时自身重力影响不能被忽略;修正后的L-W方程可以十分准确地预测微裂缝宽度为0.05 mm时修复剂的动态渗透过程,其偏差程度在0.9%以内;当微裂缝宽度为0.10 mm时,理论值与试验值偏差程度也仅为11.9%。

钢管橡胶集料混凝土短柱轴压性能的试验研究

邢浩然, 毛念东, 杨欣然, 周知, 黄维

2021, 40(7): 2191-2199.

摘要 ( 51 )

PDF (7953KB) ( 27 )

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为解决橡胶集料混凝土强度和弹性模量过低所导致的工程使用局限性,本文以橡胶集料等体积替换细骨料,制备12根圆钢管橡胶集料混凝土短柱组合构件并完成轴心受压试验。试验结果表明:与普通混凝土相比,核心橡胶集料混凝土对钢管的侧向约束作用减弱,钢管更容易发生局部屈曲破坏;组合构件的轴压承载力随着橡胶集料替换率的增加而降低,但其延性性能提升明显,采用相同钢管厚度的钢管橡胶集料混凝土短柱轴向荷载-位移曲线在峰值后更易出现强化段。最后采用欧洲Eurocode 4、美国AISC 360—2005和中国GB 50936—2014规范计算了各组合短柱的轴压承载力,并与试验结果进行对比发现:美国AISC 360—2005和中国GB 50936—2014计算结果过于保守,误差较大;而考虑约束效应的欧洲Eurocode 4规范计算结果与实测结果吻合较好。

预应力钢带加固混凝土圆柱轴压性能试验

张波, 杨勇, 夏泽宇

2021, 40(7): 2200-2208.

摘要 ( 46 )

PDF (7128KB) ( 26 )

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通过32个加固柱及4个对比柱试件的轴压性能试验,研究了钢带间距、层数对承载力及变形能力的影响。试验结果表明,混凝土圆柱试件经预应力钢带加固后,不仅可以提高柱的轴压承载力,还能使加固柱具有良好的变形能力,可有效改善其轴压性能。在试验研究的基础上,分析了预应力钢带加固混凝土柱轴压受力机理,提出了预应力钢带加固混凝土圆柱极限强度模型,计算值与试验值吻合程度较好。

表面涂层对混凝土吸水性能的影响

刘芳, 熊锐, 钟勇强

2021, 40(7): 2209-2214.

摘要 ( 57 )

PDF (9099KB) ( 36 )

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采用四种表面涂层,以吸水率为评价指标,研究混凝土试件涂刷表面涂层后吸水性能的变化规律。试验结果表明,表面涂层在不同程度上降低了混凝土试件吸水率,其中聚氨酯涂层效果最佳,乳胶涂层效果最差,氟碳涂层、桥梁涂层效果介于聚氨酯涂层与乳胶涂层之间。混凝土试件的吸水率随着涂层涂刷遍数的增加逐渐降低,而降低幅度在减小,根据混凝土结构所处环境,从经济性角度选择适当的涂刷遍数。空白件及涂刷涂层的混凝土试件吸水率均随着水灰比的增大而提高。

透水混凝土冻融剥蚀成因分析

向君正, 宋慧, 冷梦辉, 桂发亮

2021, 40(7): 2215-2224.

摘要 ( 60 )

PDF (17289KB) ( 132 )

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为探究透水混凝土冻融剥蚀是否来自水泥浆体劣化,选取2.5~10.0 mm粒径骨料,制备了水灰比为0.31的透水混凝土及同水灰比的水泥石,测量二者冻融循环下质量、强度及透水混凝土相对动弹性模量变化。采用压汞法(MIP)测量水泥石冻融循环下孔结构特征参数及孔径分布变化,并通过扫描电镜(SEM)观察透水混凝土骨料水泥界面形貌演变。结果表明,在水冻与盐冻环境下透水混凝土宏观性能指标均有不同程度下降,骨料水泥界面产生裂缝并随冻融次数增加不断扩展,而水泥石强度、质量及微观孔隙结构均无明显变化。这表明透水混凝土冻融劣化与骨料水泥界面劣化相关。

冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型研究

张广泰, 耿天娇, 鲁海波, 王明阳, 李雪藩

2021, 40(7): 2225-2231.

摘要 ( 52 )

PDF (1748KB) ( 33 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为研究冻融循环作用下沙漠砂纤维混凝土的损伤模型,对沙漠砂纤维混凝土进行0次、25次、50次、75次、100次、125次及150次的快速冻融试验,分析不同冻融循环次数后沙漠砂纤维混凝土相对动弹性模量、抗压强度及劈裂抗拉强度的衰减规律。结合试验数据,基于指数函数和二次函数建立沙漠砂纤维混凝土的冻融损伤劣化模型。结果表明:与沙漠砂混凝土相比,掺入聚丙烯纤维的沙漠砂混凝土的抗冻融能力有效提高;相对动弹性模量随冻融循环次数的增加而下降;与未冻融相比,150次冻融循环后,沙漠砂纤维混凝土的抗压强度降低了49.5%,劈裂抗拉强度降低了70.13%;建立了两种冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型,其计算值与试验值吻合较好,可为沙漠砂纤维混凝土在严寒地区的应用提供理论参考。

干湿循环下pH值对砂岩静态单轴力学特性的影响

袁璞, 步鹤, 位宁宁

2021, 40(7): 2232-2239.

摘要 ( 50 )

PDF (5121KB) ( 27 )

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为研究不同pH值溶液干湿循环作用对砂岩力学性能劣化的影响,采用pH值为3、5、6.5(蒸馏水)和7的 4种溶液对砂岩进行干湿循环作用,对经历0次(干燥状态)、1次、10次和20次干湿循环作用的砂岩进行纵波波速测定、吸水率试验、XRD试验和单轴抗压试验。试验结果表明:pH值相同时,随着干湿循环次数的增加,砂岩试件的单轴抗压强度逐渐降低;干湿循环次数相同时,随着溶液pH值的减小,砂岩试件的纵波波速呈下降趋势,吸水率逐渐增加,内部矿物成分发生变化,单轴抗压强度逐渐下降并趋于稳定。酸性溶液干湿循环作用下砂岩试件的劣化程度要比中性溶液更为严重,pH值越小劣化程度越大。

化学改良湖相泥炭质土的配合比设计及其应用

阮永芬, 杨冰, 吴龙, 刘克文, 朱强

2021, 40(7): 2240-2247.

摘要 ( 66 )

PDF (2753KB) ( 28 )

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为满足工程需要,采用化学加固法改良湖相泥炭质土。对3个场地的湖相泥炭质土分别添加减水剂、早强剂、辅助胶凝材料等11种外加剂,制定了23种配合比改良方案,采用室内无侧限抗压强度和现场轻型圆锥动力触探试验,确定化学固化剂的最佳配合比。结果表明,掺加改良剂的土体抗压强度比原土大,且随着龄期的延长而增大。最佳配合比及掺量(质量分数)分别为:25%水泥、6%生石灰及1%粉煤灰,水灰比为1:1。

碱激发作用下海相软土固化研究

王伟齐, 孙红, 葛修润

2021, 40(7): 2248-2255.

摘要 ( 51 )

PDF (2527KB) ( 33 )

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为提高工业废料电石渣、原状灰固化软土的作用效果,选择聚羧酸减水剂,硅酸钠、硫酸钠、三乙醇胺作为外加剂,采用无侧限抗压强度试验、X射线衍射、电镜扫描试验研究各外加剂间的协同作用。结果表明,0.1%质量分数的聚羧酸减水剂分别与3%(质量分数)硅酸钠、0.9%(质量分数)硫酸钠复配时能显著提高固化土强度,并确定硅酸钠与硫酸钠以1:1双掺的复合早强剂。通过正交试验确定出减水剂、复合早强剂与工业废渣复配的最优配比。7 d、28 d龄期时,掺入复合早强剂的工业废渣固化软土比未掺时的强度增幅可达47%、77%。7 d龄期时,减水剂的分散效应在固化土中起主导作用,28 d龄期时,复合早强剂碱激发作用下的火山灰效应则更加明显。

高分子聚合物调控膨润土造浆性能及机理研究

李鑫, 吴雪兰, 龙红明, 王为奎, 余正伟, 李祥

2021, 40(7): 2256-2263.

摘要 ( 58 )

PDF (7722KB) ( 34 )

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基于江苏某蒙脱石含量为43%的钠化膨润土,对其进行造浆性能检测,发现该膨润土Φ600为5 mPa·s,滤失量为27 mL,造浆性能指标无法满足国标用土的要求,进而提出添加不同高分子聚合物来改善其造浆性能的方案。本文通过单因素试验研究了高分子聚合物对膨润土造浆性能的影响,并采用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射以及Zeta电位等分析手段探究不同高分子聚合物影响膨润土造浆性能的机理,再通过正交试验及优化试验,得到最优的高分子聚合物组合及用量。结果表明:高分子聚合物可吸附在膨润土颗粒表面,这不仅有利于晶格表面氢键的形成,还可形成网状结构,使得泥浆黏度增大,滤失量降低。当添加高分子聚合物为0.1%(质量分数)的聚丙烯酸钠+0.4%(质量分数)的羧甲基淀粉时,膨润土的Φ600为60.5 mPa·s,滤失量为14.5 mL,其他性能也均满足国标对泥浆土的要求。

硅藻土/白炭黑复合填料的补强性研究

张兆红, 李培培, 邢立华, 王再学, 苟家龙, 徐云慧

2021, 40(7): 2264-2269.

摘要 ( 61 )

PDF (3122KB) ( 33 )

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为拓展硅藻土在高分子复合材料中的应用,将硅藻土/白炭黑填充到天然橡胶/丁苯橡胶/顺丁橡胶中制备了复合材料。通过RPA2000和扫描电镜分析了复合填料的Payne效应和分散性,考察了硅藻土用量对复合材料工艺性能、力学性能、耐磨耗性能影响。结果表明:少量硅藻土的加入有利于白炭黑在橡胶中的分散,能降低复合材料的门尼粘度和Payne效应,提高复合材料的硫化速度,缩短硫化时间,复合填料的补强效果较好;随着硅藻土用量的增加,复合填料容易聚集,其力学性能呈下降趋势,而磨耗性能变化不大;当硅藻土用量10~20份时,复合材料的综合性能最好。

Al-B₂O₃-CeO₂-粉煤灰复合增强涂层成分设计及冲蚀磨损分析

孙方红, 马壮, 孙国栋, 高志玉

2021, 40(7): 2270-2279.

摘要 ( 47 )

PDF (3485KB) ( 27 )

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为了提高粉煤灰作为增强材料在金属基复合材料中的应用和性能,通过热力学分析和正交优化试验确定Al-B₂O₃-CeO₂-粉煤灰复合增强涂层各成分之间可能发生的反应及最佳配方比例,采用等离子喷涂在ZG310-570基体制备了粉煤灰复合增强涂层,分析了粉煤灰复合增强涂层的表面形貌、物相和冲蚀磨损性能。结果发现,热力学分析和正交优化试验表明Al、B₂O₃、CeO₂和粉煤灰之间能发生固相反应,粉煤灰复合增强涂层配方最佳比例质量分数为粉煤灰55%、B₂O₃20%、Al20%、CeO₂5%;粉煤灰复合增强涂层呈凹凸不平的片层状结构,致密性好,存在纵向裂纹、未充分融化颗粒和孔隙;X射线分析表明粉煤灰复合增强涂层有Al₂O₃、CeB₆、2MgO·SiO₂、3CaO·B₂O₃等新相生成,与热力学分析结果一致;在一定冲蚀时间和冲蚀角度下,不同冲蚀转速时ZG310-570基体表面粉煤灰复合增强涂层的相对耐冲蚀磨损性能比基体分别至少提高了20.41倍、22.43倍和23.17倍。

萍乡废弃煤矸石理化特性及热活化性能研究

姚苏琴, 查文华, 刘新权, 季圣星, 何昌春, 余跃

2021, 40(7): 2280-2287.

摘要 ( 53 )

PDF (10208KB) ( 34 )

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为研究不同种类煤矸石的理化特性及煅烧温度对其活化程度的影响,以萍乡废弃煤矸石不同矿区样A、样B、样C为研究对象,开展了XRD测试、物理性能试验、高温试验及力学性能试验,从理化特征、力学特征、表观特征等方面对煤矸石进行了基本性能及热活化性能分析。结果表明:不同种类煤矸石的理化特性不同,活性物质含量高的煤矸石活性较高;与样A相比,样B、样C更适合做填料,且样C具有更高的孔隙率、吸水性和抵抗风化破裂的能力。不同种类煤矸石的最佳煅烧温度略有差距,但都在800 ℃左右,未煅烧或未达到最佳煅烧温度的煤矸石活性较低,所制试件胶结较差,强度不高;最佳温度煅烧的煤矸石活性最高,所制试件胶结最好,强度最高。

普通硅酸盐水泥改性脱硫建筑石膏耐水性能

郭会师, 王庆佩, 张果, 李文凤, 孟二超, 陈文亮, 惠守华, 周立明

2021, 40(7): 2288-2295.

摘要 ( 85 )

PDF (9519KB) ( 86 )

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石膏的耐水性能差限制了其在建筑领域的应用,本文以郑州地区脱硫建筑石膏为主要原料,普通硅酸盐水泥为辅料制备了耐水性能好且成本较低的改性脱硫建筑石膏,系统研究了水泥用量对样品水化后的物理性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明,随着水泥掺量的增加,其水化后生成的钙钒石(AFt)、氢氧化钙(CH)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶逐渐增多并填充气孔,使样品水化后的吸水率呈先降低后升高的趋势,而软化系数、接触角和硬度则呈相反的趋势,当水泥的用量为18%(质量分数)时,样品耐水性能较佳。本研究为制备耐水性能好且经济环保的脱硫建筑石膏及其制品提供了技术依据,并对脱硫石膏的推广应用及建材行业的绿色发展具有重要意义。

复掺高性能矿物掺合料对高强机制砂混凝土性能的影响

段承刚, 孙永涛

2021, 40(7): 2296-2305.

摘要 ( 68 )

PDF (9583KB) ( 36 )

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为定量研究S105矿粉与其他矿物掺合料共同作用对C80高强机制砂混凝土的和易性、抗压强度和干燥收缩性能的影响规律,通过试验得到不同龄期(3 d、7 d、28 d、60 d)下,S105矿粉单掺,以及掺S105矿粉的同时以不同含量的微珠、超细矿粉、硅灰分别取代水泥时,高强机制砂混凝土的坍落度、扩展度、抗压强度和干燥收缩率,并利用图表分析及拌合物实际状态对比等对其性能的变化趋势进行分析。结果表明:在一定掺量范围内复掺多种矿物掺合料,有利于提高高强机制砂混凝土的和易性和抗压强度,并显著减小其干燥收缩。在保证混凝土和易性良好的条件下,相比于单掺S105矿粉,S105矿粉与不同矿物掺合料双掺对提高混凝土的综合性能有更显著的作用。综合考虑对和易性、抗压强度和干燥收缩性能的影响,当超细矿粉取代水泥的质量分数为3%时,即水泥与S105矿粉和超细矿粉的质量比为33:11:1时,高强机制砂混凝土的性能处于较好的水平,其粘聚性和流动性都有显著改善,其3 d和60 d抗压强度分别增长3.1%和5.1%,其干燥收缩率则减小了4.0%。

粒化高炉矿渣微粉固化淤泥质土的动力特性及微观机理

乔京生, 王旭影, 王冠泓, 赵建业

2021, 40(7): 2306-2312.

摘要 ( 103 )

PDF (5465KB) ( 50 )

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采用不同掺量的粒化高炉矿渣微粉(GGBS)对淤泥质土进行固化处理,利用动三轴试验,确定GGBS的最优掺量,并分析最优掺量固化土在不同围压下的动强度、动弹性模量和动阻尼比的变化规律,最后利用SEM和EDS分析固化土的微观结构和元素变化,揭示其固化机理。结果表明,当GGBS掺量为20%(质量分数,下同)时,固化土动强度呈台阶式增大,20%为最优掺量。20%掺量固化土动强度是淤泥质土的2～4倍,增大45～60 kPa,动弹性模量最大值是淤泥质土的3~4倍,动阻尼比相对减小,100 kPa和150 kPa围压下动阻尼比减小尤为明显。SEM照片显示,20%GGBS掺量的固化土颗粒成团聚状,颗粒间的孔隙大大降低,土体变得相对致密。EDS能谱显示,大量的Ca²⁺发生离子交换团粒化作用,从而增强了土颗粒之间的结合力,土颗粒的内摩擦角变大,土体的强度也随之提高。

电解锰渣中Mn²⁺的固化及动力学研究

冯圣霞, 杨敏, 张煜, 段江飞, 贺维龙, 李瑞

2021, 40(7): 2313-2319.

摘要 ( 73 )

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电解锰渣(EMR)中大量可溶性锰会带来严重的环境问题,需要对其进行固化处理。本文利用CaO固化电解锰渣中Mn²⁺及其动力学机制,系统考察了CaO添加量、液固比、温度和反应时间对Mn²⁺固化率的影响。通过XRD、SEM-EDS对原EMR和预处理EMR的物相组成、表面形貌检测分析,探讨固化反应机理。结果表明,在CaO与EMR质量比6:100、液固比4:1、温度55 ℃、反应时间150 min条件下,Mn²⁺固化率为99.72%。机理研究表明,电解锰渣中Mn²⁺以MnO₂和MnOOH的形式固化。动力学分析结果表明,氧化钙固化Mn²⁺过程受化学反应和残留固体膜层扩散混合控制,反应表观活化能为11.713 5 kJ/mol。本研究提供了一种简单有效的改性锰渣方法,可用于指导锰渣可持续利用。

高炉镍铁渣和钢纤维改性混凝土的耐热性和热损伤规律

刘雅琦, 王淑娟, 李立新

2021, 40(7): 2320-2330.

摘要 ( 52 )

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利用高炉镍铁渣和钢纤维对混凝土进行了改性,并通过强度试验及波速测试对改性混凝土在热循环后的力学特性和热损伤规律进行了研究。强度试验表明:热循环对改性混凝土的强度退化具有积累效果;适量的高炉镍铁渣和钢纤维可以提高混凝土的耐热性,但过多的钢纤维会降低混凝土的耐热性;其中钢纤维的最佳掺量为0.5%~1.0％(体积分数)。波速测试表明,随着热循环次数的增加混凝土中的超声波速不断降低,类似于强度变化规律。根据波速测试和强度试验结果建立了波速与强度之间的关系,并建立了一般化的损伤因子表达式。对比不同参数的损伤因子表明各个参数对热循环的敏感性为:波速>抗拉强度>抗压强度;对热循环损伤的改善效果为:钢纤维>高炉镍铁渣;低水灰比>高水灰比。

回收轮胎钢纤维再生骨料混凝土基本力学性能试验研究

范小春, 张雯静, 梁天福, 陈凯风

2021, 40(7): 2331-2340.

摘要 ( 68 )

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混凝土的基本力学性能与破坏形态是反映试件在不同受力状态下承载能力与韧性的重要指标。为了研究回收轮胎钢纤维(RTSF)再生骨料混凝土的基本力学性能,试验设计了8组不同种类的混凝土试件。通过坍落度、含气量、立方体抗压、劈裂抗拉与抗折试验,系统的探究了RTSF体积掺量(0.25%、0.5%、0.75%和1.0%)和再生骨料取代率(质量分数分别为50%、75%和100%)对混凝土基本力学性能以及破坏形态的影响。研究表明:随着再生骨料取代率的升高,混凝土拌合物坍落度减小、含气量增大,各项力学性能均产生不同程度的降低;RTSF能够有效提高再生骨料混凝土的基本力学性能,且试件的破坏形态随RTSF掺量的增加呈现出明显的延性破坏特征。综合各项指标,当再生骨料取代率为50%时,RTSF体积掺量为0.5%的RTSF再生骨料混凝土力学性能最佳。其试件立方体抗压强度(28 d)较普通混凝土仅降低1.0%,而劈裂抗拉强度与抗折强度较普通混凝土分别提高9.6%和12.5%。此外其弯曲韧度指数I₅、I₁₀和I₂₀分别为普通混凝土的2.7倍、3.8倍和4.8倍。

不同类型再生细骨料对保温混凝土力学性能的影响

黄开林, 李书进, 臧旭航

2021, 40(7): 2341-2347.

摘要 ( 67 )

PDF (12623KB) ( 43 )

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为了研究不同类型再生细骨料对玻化微珠保温混凝土力学性能的影响,将废弃混凝土再生细骨料和废弃黏土砖再生细骨料分别以25%、50%、75%和100%(体积分数)取代率取代保温混凝土中的天然河砂,并测试了再生保温混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量。结果表明: 25%是废弃混凝土再生细骨料在保温混凝土中的最优取代率;75%是废弃黏土砖再生细骨料在保温混凝土中的最优取代率。再生细骨料的压碎值和再生胶砂强度比在实际工程中可以有效区分不同类型再生细骨料的品质。废弃黏土砖再生细骨料中的火山灰材料可以有效提高再生保温混凝土的密实度,而废弃混凝土再生细骨料中残余的氢氧化钙却降低了再生保温混凝土的力学性能,因而废弃黏土砖再生细骨料具有更高的回收利用价值。

磁场作用下冷冻铸造法制备仿生材料研究进展

阿拉腾沙嘎, 陈冠宏, 陈星

2021, 40(7): 2348-2359.

摘要 ( 94 )

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随着科技的迅速发展,对材料的性能提出了更高的要求,迫切需要开发新型轻质高性能结构材料,即低密度、高刚度、高强度和高韧性等特点集于一身。生物材料经过数亿年的进化,形成了与环境和功能需求相适应的精细复杂结构,如贝壳珍珠层的“砖-泥”结构和螃蟹角质层的螺旋结构,它们均表现出非凡的机械性能和独特的功能特性,这启发了人们对于高性能材料的设计和构筑。目前发展的冷冻铸造法(即冰模板法)是制备仿生材料的一种有效方法,通常在温度梯度作用下定向凝固水基陶瓷浆料,经冷冻干燥后可获得具有精细结构的多孔陶瓷材料,随后对该多孔陶瓷填充软相-树脂后可获得仿珍珠贝结构陶瓷-树脂复合材料。为了进一步控制材料微观结构,研究人员对冷冻铸造过程施加磁场作用,最终发现材料的结构和性能均发生了明显变化。本文介绍了冷冻铸造法在控制材料微观结构以及制备仿生材料方面取得的一些进展,综述了施加磁场作用对冷冻铸造的影响,总结了施加磁场辅助的冰模板材料微观结构和机械性能变化规律。

γ-AlON陶瓷粉体合成的研究进展

李克, 杨章富, 李新柱, 朱朝东, 肖美慧, 张俊杰, 卜国秀

2021, 40(7): 2360-2367.

摘要 ( 79 )

PDF (2648KB) ( 58 )

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γ-AlON透明陶瓷具有硬度大、化学稳定性好以及光学透过率高等优点,在国防与商业领域具有广阔的应用前景。高纯超细、粒径分布均匀、几乎无团聚的单相γ-AlON粉体是制备高透明γ-AlON陶瓷的关键。本文首先对Al₂O₃-AlN相图及γ-AlON的热力学计算结果进行了简要介绍,然后综述了高温固相反应、铝热还原氮化、碳热还原氮化三种方法合成γ-AlON粉体的研究进展,最后对粒径小于100 nm的γ-AlON粉体合成方向进行了展望。

Ge_xAs₂₀Se_80-x玻璃的化学组成对结构和物理性质的影响

许思维, 杨晓宁, 沈祥

2021, 40(7): 2368-2373.

摘要 ( 56 )

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本文制备了一系列Ge_xAs₂₀Se_80-x硫系玻璃,旨在了解化学组成和平均配位数对其结构和物理性质的影响。采用棱镜耦合法测量玻璃的折射率,采用分光光度法测量玻璃透射率并根据透射谱得到玻璃的光学带隙。研究发现,当玻璃组成满足完全化学计量配比之前,随着Ge含量的增加,玻璃的折射率随之减小,而光学带隙随之增大。通过测量拉曼光谱并对其进行分解,发现随着玻璃化学组成的改变,其结构中异极键相对数量的变化是合理的;而同极键的数量则与光学带隙和折射率的变化密切相关,主要是由于同极键形成的带尾可以降低玻璃的光学带隙。另一方面,玻璃的各个结构单元及物理性质在满足完全化学计量配比的玻璃组成上出现转变行为,由此可以断定,Ge_xAs₂₀Se_80-x硫系玻璃的化学组成主导着其结构和物理性质。

卤氧化铋光催化剂的改性研究与应用

张静雯, 李英华

2021, 40(7): 2374-2379.

摘要 ( 49 )

PDF (1654KB) ( 24 )

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能源和环境作为当今世界两大热点问题,备受人们的关注。针对这两大问题的解决,光催化技术深受研究人员的青睐。其中,卤氧化铋(BiOX,X=Cl、Br、I)因其特殊的层状结构、适宜的带隙宽度、优异的光电性能,在光催化领域脱颖而出。本文围绕卤氧化铋的结构及性能,介绍了对其改性的研究,通过形貌调控、半导体复合、离子掺杂、表面改性等方法,以提高卤氧化铋及其复合物的活性位点暴露量、光生载流子的传输与分离效率及光吸收性能。同时列举了改性后的卤氧化铋在能源与环境领域的应用,并对不同改性手段的局限性进行了探讨,以期为卤氧化铋的应用提供参考。

一步富氧煅烧法制备长可见光吸收的WO₃及其水氧化性能

李东, 李瑞, 吴发超, 高彩云

2021, 40(7): 2380-2387.

摘要 ( 57 )

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三氧化钨(WO₃)仅对460 nm以下波长的太阳光有响应,大大限制了其对太阳光的利用率。因此,如何拓宽WO₃的光谱响应范围是当前的研究重点。本文以仲钨酸铵[(NH₄)₁₀H₂W₁₂O₄₂·xH₂O]为前驱体,通过一步富氧煅烧法制备了具有宽光谱可见光响应能力的N₂插入的纳米WO₃(N₂-WO₃)。通过XRD、SEM、EDS、UV-Vis DRS、Raman等表征测试方法,研究了N₂插入对WO₃结构和性能的影响。结果表明:N₂插入有效地窄化了N₂-WO₃的禁带宽度(2.25 eV),较纯WO₃(2.76 eV)减小了0.51 eV;N含量对N₂-WO₃的可见光吸收能力有显著影响,且随着煅烧温度的升高N含量呈减小趋势。入射光子-电流转换效率(IPCE)的测试结果表明,N₂-WO₃可以对520 nm以下的可见光产生响应。光催化测试结果表明,N₂-WO₃的光催化活性优于纯WO₃。

高通量二氧化硅复合膜的制备及其渗透汽化性能研究

刘晓宇, 吴红丹, 周志辉, 李胜利, 邓思浩

2021, 40(7): 2388-2395.

摘要 ( 48 )

PDF (11716KB) ( 32 )

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二氧化硅复合膜展现出的耐酸性和稳定性在渗透汽化领域有着广阔的应用前景。本文采用真空抽吸浸渍法制备二氧化硅复合膜的支撑层,得到高通量二氧化硅复合膜。本文对支撑层真空抽吸的最优条件进行探究,并采用扫描电镜对膜层的表面、截面形貌结构进行表征。结果表明,当支撑层溶胶质量浓度为2%,真空抽吸时间为10 s,真空抽吸压力为0.10 MPa时制备出致密的二氧化硅复合膜,其膜层厚度为6~7 μm。将本文制备的二氧化硅复合膜应用于异丙醇水溶液渗透汽化中,该膜显示出优异的分离性能,其中异丙醇的渗透通量为6.42 kg/(m²·h)。

氮化硅薄膜生长随时间演化过程及其特性研究

孙佳欣, 周炳卿

2021, 40(7): 2396-2400.

摘要 ( 95 )

PDF (3183KB) ( 55 )

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氮化硅SiN_x薄膜凭借介电常数高和稳定性好的特点而被广泛应用于光电器件中,但薄膜的厚度对器件的性能有重要影响。针对此问题采用等离子体化学气相沉积技术,以高纯NH₃、N₂和SiH₄为反应气体,优化其他沉积参数,通过改变沉积时间来生长SiN_x薄膜。用X射线衍射谱(XRD),紫外-可见光光谱(UV-VIS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对薄膜结构进行表征,详细研究了沉积时间与薄膜厚度的关系以及沉积时间对薄膜性能的影响。试验结果表明:所制备的样品为非晶SiN_x薄膜结构,薄膜厚度随沉积时间均匀增加;薄膜折射率随沉积时间的增加而增大,光学带隙基本不随时间变化。SEM测试结果表明,随着沉积时间增加,薄膜致密性与均匀性越来越好,氧含量也越来越少,说明薄膜致密性提高可以有效阻挡O原子进入薄膜,阻止后氧化现象的发生。

含频率选择表面耐高温吸波涂层的高温吸波性能

于明飞, 姚伦标, 卿玉长, 全京敏

2021, 40(7): 2401-2408.

摘要 ( 63 )

PDF (9942KB) ( 55 )

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耐高温电阻材料由于可调的表面阻抗使其兼具同向反射、损耗特性和宽频带等优异性能。本文通过刷涂法制备了含频率选择表面的耐高温吸波涂层,通过扫描电子显微镜和方阻测试仪表征分析了涂层的组分、微观结构和方阻的高温稳定性,通过矢量网络分析仪研究了涂层煅烧温度和煅烧时间对材料高温反射率的影响规律。结果表明,含频率选择表面耐高温陶瓷涂层经600 ℃长时间热处理后,表面形貌变化可控,表面方阻较为稳定,耐温性好。频率选择表面设计对制备耐高温宽频吸波涂层具有重要的指导意义。

城际铁路水泥改良黄土填料力学特性

蒋应军, 张伟, 李启龙, 乔怀玉

2021, 40(7): 2409-2417.

摘要 ( 54 )

PDF (9621KB) ( 35 )

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为揭示城际铁路水泥改良黄土路基填料力学特性变化规律,通过室内试验研究了水泥剂量、压实系数、养护龄期对水泥改良黄土路基填料力学特性的影响规律,优化设计改良黄土填料水泥剂量。研究表明,压实系数0.92下2%(质量分数,下同)水泥剂量改良黄土试件的7 d抗压强度满足规范值,但浸水后试件破损;水泥剂量≥3%的改良黄土试件浸水后完整,水泥剂量增加1%,28 d抗压强度和劈裂强度至少分别平均增长12.3%、17.0%;压实系数提高0.01,改良黄土28 d抗压强度和劈裂强度分别至少增长了5.4%、8.0%;改良黄土前期力学强度增长速率明显大于后期强度增长速率,水泥剂量≥3%的改良黄土试件的7 d抗压强度和劈裂强度分别约是其对应极限强度的61%、45%。为保证路基强度和承载力,考虑经济效益,建议基床底层以下路堤水泥剂量为3%,压实系数为0.95;建议基床底层路堤水泥剂量为4%,压实系数为0.98。

水泥改良黄土抗冲刷性能影响因素研究

祁晓强, 袁可佳, 蔡露瑶, 刘海鹏, 董鑫

2021, 40(7): 2418-2427.

摘要 ( 66 )

PDF (9855KB) ( 30 )

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为了分析水泥改良黄土抗冲刷性能及影响因素,试验研究了成型方法、水泥剂量、压实系数和冲刷作用次数对水泥改良黄土抗冲刷性能的影响规律,并进一步研究了冲刷作用对水泥改良黄土强度劣化的影响。结果表明:与静压法相比,振动法成型试件的抗冲刷性能更优,其相对冲刷量至少可降低10%;水泥剂量提高1%(质量分数),抗冲刷性能平均提高16%,压实系数提高0.01,抗冲刷性能至少提高6.2%;冲刷作用次数对水泥改良黄土的冲刷质量损失影响较为显著,改良黄土累积冲刷量随冲刷作用次数增加呈线性增长;冲刷作用使改良黄土的抗压强度显著下降,振动法成型试件劣化度平均值为79.5%,静压法成型试件劣化度平均值为73.7%。

抑烟环保型沥青性能试验分析

孙吉书, 王亚萍, 王鹏飞, 杨春风

2021, 40(7): 2428-2436.

摘要 ( 61 )

PDF (2747KB) ( 51 )

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为了解决沥青路面摊铺会产生的大量有毒气体这一问题,本文在70^#基质沥青中添加抑烟剂制备抑烟沥青,并对其性能进行分析。首先通过自制沥青烟气收集装置分析了掺加不同比例的Sasobit和纳米CaCO₃在单掺和复配时对沥青抑烟效果的影响,然后采用动态剪切试验、弯曲流变试验以及储存稳定性试验分析了Sasobit和纳米CaCO₃对沥青性能的影响。试验结果表明,在最佳复配比例下的Sasobit和纳米CaCO₃,能使沥青烟气抑制效果达到12%,能明显改善70^#基质沥青的高温性能,对储存稳定性无影响。

热管对沥青混合料降温特性及高温稳定性的影响

冯振刚, 马锦元, 刘昌, 王伟, 邓新龙, 林淞山

2021, 40(7): 2437-2443.

摘要 ( 49 )

PDF (7957KB) ( 27 )

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为有效减少沥青路面的高温车辙病害,基于重力热管降温原理,本文成型了埋置热管的沥青混合料车辙试件;通过烘箱模拟了车辙试件的升温和降温过程,利用温度传感器实时监测车辙试件不同位置的温度;分析了埋设热管的沥青混合料车辙试件的焓变和温度梯度,评价了热管对沥青混合料降温特性的影响;同时研究了热管对沥青混合料抗车辙性能的影响。结果表明:热管在一定程度上可以起到调节沥青混合料温度变化的作用,减小了沥青混合料受温度变化的影响;热管的埋设可以显著提高沥青混合料的动稳定度,改善沥青混合料的高温抗车辙能力。

基于动态力学的纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相态结构分析

王明伟, 谢祥兵, 李广慧, 兰翔

2021, 40(7): 2444-2453.

摘要 ( 53 )

PDF (12698KB) ( 32 )

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为了分析纳米碳粉、橡胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)在沥青中的相态结构,首先对基质沥青和改性沥青进行物理性能试验、动态剪切流变试验(DSR),其次借助Han曲线理论和van Gurp-Palmen(vGP)图分析三种改性剂与基质沥青的相容性及相态结构。结果表明:在相同的试验条件下,2%纳米碳粉-18%橡胶粉-1.0%SBS改性沥青(以上均为质量分数)物理性能最佳,高低温性能较优;与基质沥青相比,添加改性剂后沥青材料出现微观相分离现象。在高温条件下,纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相态结构较好,结合SEM照片阐释了改性机理,得出改性剂SBS可以有效改善纳米碳粉和橡胶粉在沥青中的骨架结构,形成三维连续稳定体系。

基于CAM模型的热再生沥青混合料动态粘弹特性研究

兰建丽, 高学凯, 孔繁盛

2021, 40(7): 2454-2460.

摘要 ( 71 )

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为研究再生剂对沥青混合料动态粘弹特性的影响,分别选用重石油基与生物油基两种再生剂制备再生沥青及沥青混合料,并分别在不同掺量下进行沥青三大指标试验以及沥青混合料动态模量试验,根据时温等效原理及改进的Christensen-Anderson-Marasteanu(CAM)模型分析了再生沥青混合料的动态粘弹特性。结果显示,随着再生剂掺量的增加,沥青混合料回收料(RAP)的沥青针入度、延度升高,软化点下降,再生剂的掺入显著提高了沥青的延展性,综合考虑经济与路用性能,以12%(质量分数)作为再生剂最佳掺量并进行混合料动态模量试验。两种再生剂均改变了RAP的感温性与粘弹特性,使再生沥青混合料动态模量降低而相位角升高;改进的CAM模型能够良好拟合再生沥青混合料的动态模量和相位角随频率的发展变化,拟合精度均在0.950以上。两种再生沥青混合料动态模量与相位角大小关系受加载频率影响,当加载频率高于10 Hz后,生物油基再生沥青混合料动态模量更低而相位角更高,当加载频率低于0.01 Hz时则相反,这对于同时提高沥青混合料高温稳定性及低温抗裂性是有利的。

石墨烯/聚乙烯复合改性沥青胶结料的流变性能研究

李宝玉

2021, 40(7): 2461-2468.

摘要 ( 60 )

PDF (7496KB) ( 44 )

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为提高沥青胶结料的综合路用性能,尤其是高温性能,本文采用高速剪切机将质优价廉的聚乙烯(PE)与石墨烯纳米片(GNPs)复合制备新型沥青胶结料,同时使用温度扫描(TeS)、多重应力蠕变恢复(MSCR)、线性振幅扫描(LAS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了石墨烯/聚乙烯复合改性沥青胶结料的流变性能和作用机理。结果表明:GNPs和PE能够协同改善沥青胶结料的高温性能,提高路面的高温车辙抗性;预混的PE/GNPs母粒具有良好的中温疲劳和低温开裂抗性。同时复合改性沥青的FTIR光谱中未出现新的吸收峰,表明石墨烯和聚乙烯在沥青基体中以物理改性为主。

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