刘晓鹏, 王伟, 周文彩, 于浩, 齐帅, 王川申, 马立云

2022, 41(3): 747-756.

摘要 ( 133 )

PDF (12447KB) ( 156 )

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太阳电池的光电转换效率随着组件温度升高而降低,适当冷却可以改善电池效率,延长使用寿命,因此人们对运行中太阳电池的冷却问题越来越关注。相比主动冷却,太阳电池的被动冷却具有自我维持和无额外能耗等优势,近年来被广泛研究。其中基于光谱选择的被动冷却主要包括两个方面:一是选择性地屏蔽太阳辐射(0.3~2.5 μm)中的亚带隙光,减小吸收热,但保持光电响应波段光的高透射率;二是提高光伏表面中红外波段(4~25 μm)的发射率,提升寄生热的辐射散热能力。本文从光谱选择的角度出发,对促进太阳电池降温的太阳光谱选择、辐射制冷及全光谱选择的材料和结构进行了归纳和总结。通过刻蚀、溅射、辊涂等方法在玻璃表面制备的光谱选择材料可以屏蔽太阳光谱中不激发光电效应的波段,增强中红外辐射制冷能力,从而有效降低光伏温度和提高光电转换效率。此外,文章还对被动式制冷材料的产业化潜力进行了展望,为相关的开发提供参考。

基于微波加热的热膨胀微球/石蜡/石墨自修复功能材料的制备及其在砂浆中的应用

万洋, 余剑英, 何鹏, 曾尚恒

2022, 41(3): 757-765.

摘要 ( 97 )

PDF (11332KB) ( 190 )

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以热膨胀微球、石蜡和石墨为原料制备了一种快速修复混凝土裂缝的新型微波加热自修复功能材料(MHSFM)。研究了热膨胀微球掺量对MHSFM体积膨胀率的影响,测试了在微波作用下MHSFM和掺加MHSFM砂浆的升温速率,评价了MHSFM掺量对砂浆力学性能、抗渗性能和自修复性能的影响。结果表明,MHSFM的体积膨胀率随着热膨胀微球掺量增加而增大。在微波作用下,砂浆的升温速率随MHSFM掺量的增加而明显加快。MHSFM对砂浆的力学性能和抗渗性能有一定的影响,但会显著增强砂浆的自修复性能,掺加12%(质量分数)MHSFM的砂浆在微波作用下可快速愈合0.53 mm的裂缝。

UHPC浆体的工作性和流变性与颗粒膜层厚度的关系

黄静, 季文玉, 阎培渝

2022, 41(3): 766-776.

摘要 ( 113 )

PDF (3817KB) ( 138 )

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建立超高性能混凝土(UHPC)浆体的工作性和流变性之间的关系可从理论上研究其工作性变化规律。本文以颗粒膜层厚度为UHPC浆体的工作性的综合衡量指标,设计了正交试验,研究水胶比、超细粉煤灰替代率和硅灰掺量对UHPC浆体的工作性与流变性的影响。根据流动度和流变性测试结果,分析了水胶比和超细粉煤灰替代率的共同作用对UHPC浆体的工作性与流变性的影响,探究了UHPC的净浆与砂浆的工作性关系,基于浆膜层厚度给出了UHPC砂浆的工作性与流变性的关系式。研究结果表明:水胶比是UHPC浆体的工作性与流变性的最主要影响因素,水胶比、超细粉煤灰替代率和硅灰掺量提高均造成UHPC浆体的颗粒表面膜层厚度增大;水胶比和超细粉煤灰替代率的共同作用下,UHPC浆体的流动度和黏度系数具有相关性。

硫酸盐-冻融循环下自感应水泥砂浆的耐久及压敏性能

李一凡, 王社良, 徐晋, 白娇娇, 全晓旖, 徐卫锋

2022, 41(3): 777-786.

摘要 ( 78 )

PDF (10769KB) ( 77 )

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为提升寒冷地区建筑结构的实时损伤监测效果,研究了硫酸盐-冻融循环作用下采用短切碳纤维与铁尾矿作为导电材料制备的自感应水泥砂浆的耐久与压敏性能。利用质量损失、相对动弹性模量及抗压强度损失为依据探讨耐久性能变化规律,以电阻率变化率-压应力的相关关系反映硫酸盐-冻融循环作用下压敏性能发展规律并解释其导电机理,并采用平均应力敏感系数评价硫酸盐-冻融循环作用下压敏性能稳定性。结果表明,碳纤维体积掺量为0.4%、铁尾矿替代率为30%(质量分数)组合掺入水泥砂浆时,其耐久性能与压敏性能均达到较高水平,但硫酸盐-冻融循环造成的孔洞与裂缝会导致铁尾矿碳纤维水泥砂浆电阻率变化率-压应力呈一阶指数衰减关系,可采用Plane模型来反映平均应力敏感系数衰减程度与冻融循环次数、铁尾矿替代率之间良好的相关关系。

3D打印石膏粉末流动性的响应曲面优化试验研究

鲁元竞, 魏永起, 周双喜, 魏星, 姚武, 喻乐华

2022, 41(3): 787-794.

摘要 ( 65 )

PDF (5264KB) ( 61 )

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基于响应曲面法的中心复合设计(CCD)法设计了3D打印石膏粉末流动性优化试验,考察疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量对3D打印石膏粉末流动性的影响,并对优化效果下制备的3D打印粉末进行打印机铺粉、表面形貌和流速的分析、验证。结果表明:在疏水性纳米SiO₂掺量为1%(质量分数)、可溶性淀粉掺量为3%(质量分数)的条件下,石膏流动性能改善效果最佳,相较于未改性的石膏提高了38%,得到了响应变量粉末流动性与疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量的非线性回归方程,流动性最佳优化预测值与实测值相对误差仅为0.31%;最佳优化条件下,改性石膏粉末流速为3.16 g/s,可连续流动,粉层表面均匀无明显缺陷。本研究提高了石膏基粉末3D打印的精确度,有利于石膏材料在3D打印中的应用。

纳米SiO₂改性纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料早期性能及微观结构

王玉华, 孙拴虎

2022, 41(3): 795-801.

摘要 ( 99 )

PDF (11707KB) ( 93 )

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为优化纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料(OPC-CSA-ECC)的性能,拓宽纳米SiO₂的应用范围,本文系统探讨了纳米SiO₂对OPC-CSA-ECC凝结时间、强度和韧性的影响,并结合XRD和SEM分析了体系的微观结构和改性机制。结果表明:纳米SiO₂缩短了复合胶凝体系的凝结时间,且掺量越大凝结时间越短;纳米SiO₂可提高OPC-CSA-ECC的强度和韧性,纳米SiO₂的适宜掺量在1.5%(质量分数),对应的7 d和28 d龄期抗压强度分别为59.1 MPa和85.4 MPa,等效弯曲韧性分别为195.82 kJ/m³和256.51 kJ/m³。纳米SiO₂没有改变水化产物的种类,但促进了C-S-H凝胶生成且消耗了部分portlandite晶体。SiO₂通过提高基体密实度增大了基体与纤维之间的粘结性能,有助于应变硬化行为的实现。

镀镍碳纤维水泥基材料的电热性能研究

秦昭巧, 陈新杰, 储洪强, 张海生, 张迎忠, 姚乃嘉, 蒋林华

2022, 41(3): 802-809.

摘要 ( 94 )

PDF (5262KB) ( 76 )

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采用镀镍碳纤维(Ni-CF)制备导热水泥基复合材料,研究水灰比、纤维掺量和长度对水泥净浆试件升温值的影响,分析了Ni-CF掺量对水泥净浆试件电热升温和电热转化率的提升效果。结果表明:随着Ni-CF掺量的增加,试件的最大升温值呈先升高后降低的趋势,纤维掺量为0.4%(质量分数)时试件升温效果的提升最明显;当Ni-CF长度从4 mm增至8 mm时,水泥净浆试件的最大升温值逐渐降低;水灰比(W/C)为0.5时,Ni-CF水泥净浆试件通电发热的温度最高;Ni-CF提高水泥净浆试件电热转化率的效果较好,最高可达71.98%,是同配合比下碳纤维(CF)水泥净浆试件电热转化率的两倍。

动态疲劳荷载下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减及机理研究

郭寅川, 谢波, 周利超, 赵子豪, 黄炜

2022, 41(3): 810-817.

摘要 ( 57 )

PDF (4582KB) ( 58 )

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为了探究动态疲劳荷载作用下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减规律及机理,基于抗渗性优选了玄武岩纤维最佳参数;利用自主研发的加载装置设计了疲劳试验,分析疲劳荷载下电通量的变化规律;研究了荷载作用下微观结构的演化以揭示玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减机理。结果表明:混凝土抗渗性随玄武岩纤维长度和掺量增加呈现先增强后减弱的变化规律,基于抗渗性推荐玄武岩纤维的最佳长度为12 mm,掺量为0.08%(质量分数);随疲劳作用次数和应力比增加,玄武岩纤维混凝土电通量增加幅度低于基准混凝土,其更适合在重载、重交通地区应用;玄武岩纤维细化了混凝土孔结构,无害孔比例增加18.51%,疲劳荷载下混凝土孔径呈扩张趋势,孔分布呈粗化状态;疲劳加载前期混凝土微裂缝主要沿长度方向延伸,而加载后期以宽度扩展为主;玄武岩纤维延缓了混凝土孔结构劣化和微裂缝扩展,从而降低了抗渗性衰减幅度。

硫酸盐侵蚀下混凝土单轴压缩力学行为模拟及孔隙特征研究

范红君, 徐威, 申磊, 王旭, 胡秀月, 高聪, 张瀚文

2022, 41(3): 818-824.

摘要 ( 71 )

PDF (8559KB) ( 68 )

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为了研究硫酸盐侵蚀下混凝土力学行为及内部孔隙结构的变化规律,本文对在0%、10%、15%、20%四种不同质量分数硫酸钠溶液浸泡210 d的混凝土试件进行单轴压缩试验,并通过PFC^2D软件模拟应力场分布以研究试验过程中裂缝演化规律,并结合核磁共振分析其浸泡后内部孔隙分布情况。结果表明:混凝土的峰值应力、弹性模量均随浸泡浓度的增大而下降;根据PFC^2D模拟结果,在单轴压缩过程中混凝土内部最早出现张拉裂缝,随后裂缝继续扩展,逐渐出现张拉与剪切复合裂缝,最终形成一条沿对角线贯穿的剪切裂缝;硫酸盐侵蚀后混凝土T₂分布曲线有3个波峰,内部孔隙主要以微孔、小孔为主,随着浸泡浓度的增长,其微孔逐渐向小孔转化,导致混凝土的T₂峰1幅值和面积逐渐增大。

热疲劳作用对混凝土力学性能及微观结构的影响

肖帅鹏, 李宗利, 张国辉, 李常兵, 刘士达, 李云波

2022, 41(3): 825-832.

摘要 ( 74 )

PDF (1843KB) ( 44 )

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我国西北地区日、年温差大,混凝土经历着温差产生的热疲劳劣化。保持环境湿度恒定,在20 ℃、30 ℃、40 ℃温差下开展两种强度等级的混凝土热疲劳试验,测定其抗压强度、劈裂抗拉强度等宏观性能变化规律;通过超声无损检测技术和压汞试验测定微观结构。结果表明:热疲劳劣化效应明显,随循环温差的增大和循环次数增加,混凝土强度下降明显,C40混凝土下降幅度大于C25混凝土,且劈裂抗拉强度较抗压强度对热疲劳作用更敏感;超声波速呈减小趋势,说明混凝土内部裂隙缺陷增多;同一循环温差下,混凝土的孔隙率、孔隙总体积、平均孔径、中值孔径、最可几孔径随温差循环次数增加而增大,孔隙总表面积减小,孔隙结构表现出粗化的特征且呈劣化的趋势,C40混凝土的孔隙率小于C25混凝土,但其孔隙率相对变化值更大,从微观层面揭示了混凝土在热疲劳作用下强度损伤的内在原因。

往复荷载下含孔洞缺陷衬砌混凝土的力学性能试验研究

王顺国, 丁祖德, 汪伟伟, 张万平, 沈万虎

2022, 41(3): 833-843.

摘要 ( 83 )

PDF (13615KB) ( 39 )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过添加不同含量的发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒来预制目标孔隙率以模拟混凝土的不同孔洞缺陷,制备了不同孔隙率的C25和C30两种强度等级的混凝土试件,开展单调及往复荷载下含孔洞缺陷混凝土力学性能的试验研究,分析了混凝土试件破坏形态、强度、应变、弹性模量等随孔隙率的变化规律,探讨不同孔洞缺陷对混凝土力学性能的影响。试验结果表明:单调及往复荷载下,无预制孔洞缺陷的混凝土试件均表现为脆性破坏特征。但随着孔隙率的增加,混凝土试件的强度明显降低,应力-应变曲线逐渐趋于鱼肚状分布,试件由脆性向延性破坏转变,逐渐呈现多裂缝扩展特征,特别是对于往复加载情况。两种加载方式和两种强度等级条件下,试件主要力学参数随着预制孔隙率的增加均表现出一致的变化规律。峰值应力和弹性模量随孔隙率的上升呈指数下降,而峰值应变和应变极值呈线性增大。往复荷载下试件力学性能受孔隙率的影响程度均大于单调加载情况,而且,这种影响随混凝土强度的提高而减小。在往复加载过程中,孔隙率越大,峰值应力前试件的刚度比值越大,而峰后的刚度退化也愈严重。对于相同的孔隙率,混凝土强度等级越高,峰值应力前的刚度增长率及峰后的刚度退化程度越小。

UHPC装配式电缆沟设计及抗力性能研究

徐港, 王鑫科, 盛唤, 周万清

2022, 41(3): 844-852.

摘要 ( 71 )

PDF (4936KB) ( 48 )

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本文设计出一种新型的超高性能混凝土(UHPC)装配式电缆沟,并对其承载力和适用性进行了研究。首先对侧板的抗弯性能进行了试验研究,并将试验结果与现行三种规范的计算结果进行对比分析,结果表明基于《纤维混凝土结构技术规程》(CECS 38—2004)求得的承载力、刚度及裂缝宽度的计算值与试验值均较为接近,此规范可作为UHPC装配式电缆沟构件设计的依据。进一步研究了底板与侧板连接方式的可靠性,通过对现浇、接头设在底板采用螺栓约束、杯口节点三种连接方式构件进行试验研究,发现杯口节点试件受力后侧板变形明显,承载力仅为6.7 kN;底板螺栓连接与现浇节点试件相比,破坏截面相同,刚度略低,极限承载力相近,约为杯口节点试件的 2倍,能保证UHPC装配式电缆沟的整体抗力性能。

基于紧密堆积理论优化超高性能混凝土钢纤维参数

郑丽, 陈露一, 张志豪

2022, 41(3): 853-859.

摘要 ( 112 )

PDF (3924KB) ( 59 )

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基于改良的Andreasen & Andersen 颗粒堆积模型优化设计了超高性能混凝土(UHPC)的基础配合比,研究了钢纤维的形状、含量及混杂钢纤维对UHPC湿堆积密实度的影响。然后采用D-最优设计(DOD)方法,预测和评估混杂钢纤维对UHPC湿堆积密实度的影响,并基于DOD模型优化设计了UHPC的最佳钢纤维掺量。结果表明,长直纤维、短直纤维、端钩纤维的掺入会对UHPC堆积体系、密实度带来不同程度的影响,其中端钩纤维对UHPC密实度的降低程度最大。此外,钢纤维掺量与UHPC堆积体系也有一定关系,当纤维掺量超过2.0%(体积分数,下同)时,UHPC的密实度急剧下降,造成UHPC堆积体系的显著破坏;基于建立的DOD优化模型分析得出,0.9%的长直纤维与1.1%端钩纤维为最佳纤维混杂方式,可使得钢纤维对UHPC堆积体系的扰乱作用最小化。

磷石膏制备α半水石膏的研究现状

李德星, 郭荣鑫, 林志伟, 张绍奇

2022, 41(3): 860-869.

摘要 ( 182 )

PDF (2333KB) ( 135 )

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磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸时排出的工业废渣,因含有大量磷、氟及碱金属盐等杂质,简单堆放填埋处理会带来占用耕地及污染环境等问题。目前最有前景和效益的处理方式是将磷石膏转为α半水石膏(α-HH),但磷石膏的可溶磷、共晶磷及可溶氟等有害杂质是影响磷石膏制备α-HH的主要障碍。因此磷石膏中有害杂质的预处理及α-HH晶体微观形貌调控措施是以磷石膏为原料制备α-HH的研究重点。本文全面综述了磷石膏的理化特性、有害杂质对石膏性能的影响及预处理措施、α-HH制备方法及晶体微观形貌调控等方面的研究现状,探讨了不同预处理措施及α-HH制备方法的优缺点,并对转晶剂调控α-HH晶体微观形貌的机理进行了总结,最后提出了下一步有待解决的问题。

海泡石纤维增强高石粉含量机制砂砂浆性能的研究

詹奇淇, 章家海, 王晓海, 陈慧, 项炳泉

2022, 41(3): 870-877.

摘要 ( 64 )

PDF (6810KB) ( 66 )

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以高石粉含量机制砂砂浆为研究对象,分析了海泡石纤维体积掺量和长度的变化对砂浆力学性能和干燥收缩的影响规律,并使用压汞仪和扫描电子显微镜研究了砂浆内部孔结构和微观形貌的变化特征。结果表明:适宜体积掺量的短海泡石纤维可显著改善砂浆的抗压强度、抗折强度和抗干燥收缩能力。与空白组相比,长度为1 mm的纤维体积掺量为1.5%时,试件28 d抗压强度和抗折强度分别提高98.9%和36.2%;长度为1 mm的纤维体积掺量为2.0%时,28 d自然干燥收缩值降低72.1%。海泡石纤维试件内部形成了大量针棒状钙矾石和片状氢氧化钙晶体,有效提高了砂浆硬化体系的密实性,砂浆总孔隙率与纤维掺量成反比。

钙铝质矿相对碱激发矿渣氯离子固化能力的影响研究

杨婷丽, 高旭, 谷倩, 范小春, 朱兆坤

2022, 41(3): 878-883.

摘要 ( 66 )

PDF (1294KB) ( 95 )

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本文提出了一类改性碱激发矿渣胶凝材料,通过在原材料中掺入额外的钙、铝质矿相(Ca(OH)₂和γ-Al₂O₃),促进材料基体中的Friedel's盐(F盐)在氯离子存在条件下的形成,进而提升胶凝材料的氯离子固化能力。本研究探讨了钙、铝质矿物含量对碱矿渣反应产物组成、氯离子固化量以及力学性能的影响。结果表明,钙、铝质矿相的额外补充可显著提高胶凝材料的氯离子固化能力,同时体系的m(Ca)/m(Al)与该能力的相关性较高。物相分析结果表明,钙质矿相的补充使得反应产物中拥有富余的Ca(OH)₂,在氯盐侵蚀作用下,富余的Ca(OH)₂全部转化为F盐或其他物相,证实了体系氯离子固化能力的增强得益于F盐的形成,即得益于化学固氯能力的提升。抗压强度测试结果,表明钙质矿物的掺入对力学性能存在一定负面影响,而铝质矿相的掺入则能够在一定程度上弥补强度损失。

粉煤灰和矿渣粒度分布对混凝土微观结构和抗氯离子渗透性的影响

安强, 潘慧敏, 王帅, 赵庆新

2022, 41(3): 884-893.

摘要 ( 82 )

PDF (8893KB) ( 77 )

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针对胶凝材料比表面积和粒度分布等物理性质存在的差异,将P·Ⅱ水泥,Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰和S95级、S105级矿渣进行互掺,固定水泥用量,设计了4种粉煤灰和矿渣的组合方式,通过流动度试验分析了组合方式对净浆流动性的影响,并将粒度分布曲线与Fuller分布曲线进行了比较。在净浆配合比的基础上,对不同组合方式的混凝土进行了工作性、力学性能及自由氯离子浓度测试,探讨了粉煤灰和矿渣的粒度分布对混凝土强度和抗氯离子渗透性的影响,并对硬化浆体水化产物的微观形貌和化学组成进行了分析,揭示了影响机理。研究结果表明,矿物掺合料的粒度分布是决定颗粒级配优劣的重要因素。Ⅰ级粉煤灰具有更强的滚珠效应,在提高流动性方面起了关键性作用。粉煤灰和矿渣的水化及火山灰反应程度影响着混凝土的力学性能和耐久性能,由于Ⅰ级粉煤灰有更大的比表面积,火山灰活性也较高,因此Ⅰ级粉煤灰和S95/S105级矿渣组合的净浆流动度,混凝土的工作性、抗压强度和抗氯离子渗透性均明显高于Ⅱ级粉煤灰和S95/S105级矿渣组合。其中Ⅰ级粉煤灰和S95级矿渣组合的胶凝材料粒度分布曲线与Fuller曲线最为接近,粒度分布最优,水化浆体中Ca(OH)₂含量最低,火山灰反应最为充分,对应的混凝土微观结构致密,抗氯离子渗透性最好。

碱激发偏高岭土基地质聚合物的制备及抗压强度研究

杨光, 赵宇, 朱伶俐, 武喜凯

2022, 41(3): 894-902.

摘要 ( 219 )

PDF (1160KB) ( 260 )

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为了响应“双碳”政策节能减排的号召,本文采用偏高岭土和高炉矿渣为原材料制备地质聚合物。以抗压强度为指标优化制备条件,探讨确定影响地质聚合物强度的因素。通过正交试验确定偏高岭土基地质聚合物的最佳配比,通过热重和XRD分析不同温度煅烧的偏高岭土组分。研究结果表明,在高岭土煅烧温度为800 ℃时,偏高岭土基地质聚合物的最佳配合比为氢氧化钠与硅酸钠的质量比为6.5∶1,激发剂的质量掺量为14.2%,其28 d抗压强度能达到46.6 MPa。偏高岭土基地质聚合物抗压强度随激发剂的掺量增加而增大,随氢氧化钠与硅酸钠的质量比的增大先增大后减小,随高岭土煅烧温度的升高先增大后减小。

水泥-硅灰/粉煤灰体系强度、收缩性能与微观结构研究

张涛, 朱成

2022, 41(3): 903-912.

摘要 ( 100 )

PDF (4885KB) ( 75 )

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为研究硅灰及粉煤灰对不同养护龄期的水泥浆体强度及收缩性能的影响,以水胶比为0.29的水泥浆体为基体,设计制备了五种硅灰及粉煤灰掺量的复合水泥浆体,借助量热仪和压汞仪测试表征了不同复合水泥浆体的水化放热特性以及孔结构组成,分析了水化放热量、孔隙率等参数随硅灰和粉煤灰掺量增加的变化规律,建立了复合浆体抗压强度与孔结构以及水化特性与收缩应变之间的量化关系。结果表明,掺入粉煤灰会大幅降低水泥净浆早期抗压强度,但对减小自收缩应变和干缩应变极为有利。掺入硅灰能明显提高净浆3 d抗压强度,但当硅灰掺量超过10%(质量分数)后,净浆3 d自收缩应变及28 d干缩应变增加极为明显。掺入硅灰会使水泥水化诱导期开始和结束的时间提前,还会增加水化反应级数和各阶段的反应速率常数值,导致水泥-硅灰复合浆体的水化放热总量和放热速率相较于水泥-粉煤灰体系大幅增加。粉煤灰和硅灰的掺入均能有效细化水泥浆体内部孔结构,提高凝胶孔比例,大幅降低大孔比例。复合浆体的72 h水化放热总量和3 d自收缩应变呈现正相关关系,而孔隙率和抗压强度呈现明显的负相关关系。

海水浸泡下全固废胶凝材料的试验研究

贾新松, 陈德平, 于晓伟, 郭林芳, 郝月涵, 薛三梅

2022, 41(3): 913-921.

摘要 ( 98 )

PDF (6162KB) ( 82 )

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为了促进钢铁冶金渣与化工废渣的高值化利用,以钢渣、矿渣、碱渣、脱硫石膏为原材料,通过活性激发剂与全固废材料间的组合协同作用制备海洋牧场人工鱼礁胶凝材料。胶凝材料中钢渣掺量为16%(质量分数,下同),矿渣为64%,碱渣为8%,脱硫石膏为12%,胶砂试块28 d抗压强度为52.6 MPa,在某些场合具有取代硅酸盐水泥的潜力。研究了东海海水条件下净浆试块浸泡15个月龄期内,钢渣与矿渣掺比对净浆试块抗压强度发展的影响,通过XRD、SEM、MIP等表征方法研究了全固废胶凝材料体系的水化产物。结果表明:钢渣和矿渣之间具有协同水化作用,其水化产物主要为钙矾石(AFt)、C-S-H凝胶和Friedel盐(FS),非晶态的C-S-H凝胶将针棒状的AFt与FS紧密结合在一起,这是整个体系强度的主要来源。本研究为大宗固废的妥善安置提供了科学依据。

不同应变率下橡胶混凝土抗压性能及能量特性研究

韩辰悦, 庞建勇

2022, 41(3): 922-930.

摘要 ( 58 )

PDF (10186KB) ( 61 )

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对四种橡胶体积掺量(0%、5%、10%、20%)的级配良好橡胶混凝土开展单轴抗压试验,对力学性能和破坏形态方面进行分析,得到了橡胶混凝土综合性能最优时的橡胶掺量,进而对最优掺量组进行不同应变率下的单轴压缩试验,并分析了不同应变率下橡胶混凝土的能量特性。试验结果表明,橡胶混凝土表现为裂而不散的类延性破坏,而非普通混凝土的脆性破坏。随着橡胶掺量的增加,抗压强度大幅降低,但变形能力得到增强,在掺量为10%时,橡胶混凝土的抗压强度达标,变形能力最好。橡胶混凝土受压时能量演化和转化过程是输入能先大量转化为弹性能并储存;接着耗散能转化率开始增加,使试件表面产生大量微裂纹;最后弹性能快速释放,耗散能转化率占比明显提高,从而导致试件整体破坏。另外随着应变率增大,橡胶混凝土的抗压强度和初始弹性模量明显提高,而峰值应变降低,同时输入总能量、弹性能与耗散能均呈现上升趋势,其中弹性能增加更明显。

三乙醇胺助磨剂对蔗渣灰颗粒特性及蔗渣灰砂浆性能的影响

李舒阳, 陈正, 韦京利, 陈犇, 李腾宇

2022, 41(3): 931-939.

摘要 ( 70 )

PDF (5474KB) ( 59 )

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为研究不同质量掺量三乙醇胺(TEA)作助磨剂对蔗渣灰颗粒特性的影响,通过方孔筛筛余量、粒径分布、比表面积和颗粒形貌测试对蔗渣灰颗粒特性进行表征,研究蔗渣灰颗粒特性对蔗渣灰砂浆强度及抗氯盐侵蚀性的影响。结果表明,TEA可优化蔗渣灰颗粒粒径分布,在最佳质量掺量0.08%条件下,＜32 μm的颗粒占比增加8.2个百分点,比表面积可提升至5.503 5 m²/g,颗粒形貌更趋于圆球状。同时,蔗渣灰砂浆的强度和抗氯盐侵蚀性能随着TEA掺量的增加呈现先增后降的变化规律,TEA在0.08%(质量分数)最佳掺量时,蔗渣灰砂浆的抗压强度相比于普通水泥砂浆提升19.88%,氯离子扩散系数下降79.63%。通过X射线衍射和压汞孔分析测试揭示了蔗渣灰颗粒特性对蔗渣灰砂浆性能的影响机理,研究表明:经过TEA助磨剂优化后的蔗渣灰火山灰反应活性得到提升,蔗渣灰砂浆基体中生成更多水化产物,提高了密实度;优化后的蔗渣灰颗粒充分发挥了填充效应,降低蔗渣灰砂浆的孔隙率,提高了蔗渣灰砂浆的强度和抗氯盐侵蚀性能。

响应面法优化氟硅酸铵制备白炭黑和氟化铵

马腾, 王泽琦, 任一鸣, 朱留凯, 李涛, 任保增

2022, 41(3): 940-952.

摘要 ( 67 )

PDF (5602KB) ( 54 )

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本文以氟硅酸铵和碳酸氢铵为原料制备白炭黑和氟化铵(NH₄F)。根据单因素实验并结合Box-Behnken响应面法建立二次回归模型进行方差分析和验证,考察了液固比、配料比、反应温度、反应时间四个因素对白炭黑收率和NH₄F浓度的影响,通过响应面法优化得到较优工艺条件:液固比8,配料比5.49,反应温度76.5 ℃,反应时间49.08 min。在该工艺条件下进行验证实验得到白炭黑收率为96.90%,NH₄F浓度为2.02 mol/L,预测值与实验值无显著差异,验证了二次回归模型的可靠性。对产品白炭黑进行XRD、IR、TG-DSC、SEM、BET表征,及粒度分析和性能测试,对于产品NH₄F,采用氟离子选择性电极法测定其浓度,并对其性能进行检测。证实了白炭黑产品粒度为微米级,且是一种比表面积达316.83 m²/g的介孔材料,其中SiO₂的质量分数高达97.77%,外观、加热减量、灼烧减量、pH值、重金属含量和吸油值均达到行业标准。NH₄F产品中氟化铵含量、游离酸含量和氟硅酸盐含量均达到国家标准。

矿渣基草酸钙化学键合材料的制备及其固化重金属的研究

贾行伟, 罗中秋, 周新涛, 宋向荣

2022, 41(3): 953-958.

摘要 ( 61 )

PDF (7523KB) ( 53 )

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利用富含钙氧化物的高炉矿渣与草酸在常温进行反应制备草酸钙化学键合材料,探究了草酸(OA)和高炉矿渣(BFS)质量比对草酸钙化学键合材料力学性能的影响,以及草酸钙化学键合材料对重金属(Pb、Cd和Cu)的固化效果。结果表明,当草酸和高炉矿渣质量比为0.25时,草酸钙化学键合材料力学性能最优,其在自然养护3 d、7 d和28 d的抗压强度分别为25.70 MPa、27.86 MPa和34.79 MPa。采用XRD和SEM对草酸钙化学键合材料的物相组成和微观形貌进行分析,其主要物相为草酸钙(CaC₂O₄·H₂O),微观结构致密。在重金属(Pb和Cu)掺量为8%(质量分数)时,草酸钙化学键合材料对重金属(Pb和Cu)仍有良好的固化效果,固体浸出毒性质量浓度低于国家标准限值。研究结果为高炉矿渣制备草酸钙化学键合材料提供了参考。

低温微生物诱导碳酸钙沉积及其在混凝土裂缝修复中的应用研究

易丹, 杨国军

2022, 41(3): 959-968.

摘要 ( 62 )

PDF (11025KB) ( 79 )

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近些年来,对于混凝土裂缝的修复,微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)已成一种高效和环境友好的技术。本文选用一种可在低温环境下生长的矿化微生物,然后在碱性溶液中研究Ca²⁺浓度、pH值和钙化速率的变化,来揭示微生物诱导矿化的动态过程。随后,将此微生物应用到混凝土裂缝自修复中,同时采用裂缝愈合率和渗水系数来表征混凝土裂缝的自修复效果。试验结果表明,微生物能够快速降低溶液中的Ca²⁺浓度,并提高钙化速率,矿化产物主要是球状方解石CaCO₃。对于宽度小于0.50 mm的早期混凝土裂缝,在10 ℃的养护温度下,28 d修复后裂缝表面基本能被白色物质填充,渗水系数下降2个数量级,并且裂缝区修复产物主要是大小不一的球状方解石CaCO₃。

微生物诱导碳酸钙沉淀技术改良黄土湿陷性研究

孔德成, 孙治国, 贾方方

2022, 41(3): 969-975.

摘要 ( 85 )

PDF (4334KB) ( 73 )

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为有效降低黄土地区遇水产生的湿陷性,以兰州黄土为研究对象,利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术对黄土湿陷性进行研究。首先对MICP处理前后黄土的无侧限抗压强度及湿陷系数进行评价,然后利用CT扫描技术分析MICP改良后的黄土微观特征,进一步探究MICP改良机理。试验结果表明:经MICP处理后的黄土试样无侧限抗压强度显著提高,最高可达150 kPa,黄土湿陷性有效降低;随着胶结液浓度不断增加,碳酸钙生成量持续增加,但在胶结液浓度大于1.25 mol/L时,碳酸钙生成量呈下降趋势;改良后黄土试样的孔隙率、孔隙等效直径等指标均降低。

固化废弃软黏土的强度特性及水稳定性研究

易昕政, 骆睿栋, 高游, 于海浩, 铁宁, 姚梦晗

2022, 41(3): 976-984.

摘要 ( 64 )

PDF (10968KB) ( 70 )

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为了提高水泥和粉煤灰固化高含水率废弃软黏土的固化效果,选取水玻璃作为外加剂,吸水性强的生石灰作为分散剂,采用无侧限抗压强度试验、X 射线衍射、扫描电镜试验研究掺量与龄期对固化软黏土水稳定性和强度特性的影响。试验结果表明,3%(质量分数)的水泥、7%(质量分数)的粉煤灰、2%(质量分数)的生石灰与2%(质量分数)的水玻璃复合时能较好提高高含水率软黏土固化后的强度和水稳定性,其强度能达到水泥粉煤灰类基底层最低强度(1 MPa)。在水泥、粉煤灰和水玻璃质量掺量相同情况下,生石灰质量掺入比由0%增加至2%,其强度增大约375 kPa,且有利于后续固化剂的均匀搅拌,说明生石灰的减水和分散效应在固化土中起主导作用。此外,扫描电镜结果显示加入复合固化剂后大集聚体消失,产生大量的片状结构,大孔隙被填充,土体的强度也随之提高。

吉州窑木叶天目瓷的技术研究进展

刘昆, 徐轶男, 程志鹏, 谭灵, 包启富

2022, 41(3): 985-993.

摘要 ( 95 )

PDF (11143KB) ( 77 )

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宋代吉州窑是中国古代生产黑瓷的典型窑口,有着1 200多年的历史,其中最具代表性的黑瓷就是吉州窑生产的木叶天目瓷。木叶天目瓷是指在黑釉上贴饰天然木叶,在烧成过程中通过木叶灰与釉层反应形成茎叶分明的叶片纹饰。目前对木叶天目瓷的研究主要集中在组成测试分析和仿制方向,对整体的技术和发展缺少相关综述。本文从木叶天目瓷的化学组分、叶子种类、制瓷工艺及成色机理等方面进行了综述与分析,这对解析吉州窑木叶天目瓷及其传承发展具有积极的作用。

碳纤维增强BT-HA复合材料的制备与性能

王阮彬, 程丽乾, 逯景桐, 金若其, 贺铭哲, 闫树浩, 蒋大梅, 邓世捷, 褚祥诚

2022, 41(3): 994-1001.

摘要 ( 87 )

PDF (9725KB) ( 83 )

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目前,人工骨由于力学性能不佳在应用上受到极大的限制,因此,如何在保证人工骨具有压电性能和生物性能的前提下提高其力学性能成为了研究热点。本文以钛酸钡-羟基磷灰石(BT-HA)复合材料为基体,质量分数为5%的碳纤维(C_f)作为增强体,利用传统固相烧结法制备了C_f/BT-HA复合材料,目的是在保证电学性能不变的前提下提高复合材料的力学性能。结果表明,BT-HA复合材料中加入C_f后,电学性能基本保持不变,力学性能得到了很大的提升。样品具有较好的铁电性,压电常数d₃₃为37 pC/N,居里温度为170 ℃,高于人工骨的使用温度。抗弯强度达到121.7 MPa,硬度达到3.56 GPa,均增大到未加C_f样品的3倍,断裂韧性增加了1倍,达到1.21 MPa·m^1/2。C_f/BT-HA复合材料没有细胞毒性且骨诱导性良好,有望应用于骨替代材料领域。

BaTiO₃改性对碳/碳复合材料力学性能的影响

王化中, 杨宇, 夏莉红, 尹成, 朱学宏, 丰雪帆, 张福勤

2022, 41(3): 1002-1011.

摘要 ( 66 )

PDF (19513KB) ( 74 )

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以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维无纬布和短切网胎纤维交互叠层针刺,在预制体制备过程中掺杂0%、5%、15%、25%和35%五种不同质量分数的BaTiO₃,制备得到纵向纤维排布环形碳纤维预制体,通过化学气相沉积(CVD)和液相浸渍相结合的方法,制备得到BaTiO₃改性碳/碳复合材料。对该复合材料进行垂直和平行两个方向的力学性能测试,并且观察断口处的组织结构及其形貌特征。结果表明,引入纳米BaTiO₃后,加快了热解碳形核与生长的过程,改变了热解碳的组织结构,由单一的光滑层组织结构转变为光滑层和粗糙层两种组织结构。随着BaTiO₃含量的增加,复合材料的垂直压缩强度先基本不变后逐渐增大,平行压缩强度先增大后减小。复合材料的垂直压缩断裂方式均为脆性断裂,平行压缩断裂方式也均为脆性断裂同时呈现层间断裂的特征。

Ce掺杂La_0.7Sr_0.3Cr_0.5Fe_0.5O_3-δ材料的制备及其电化学性能

常宏, 常香玉, 苏世阳, 陈绘丽

2022, 41(3): 1012-1019.

摘要 ( 62 )

PDF (6751KB) ( 54 )

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近年来化石燃料大量消耗导致环境污染日益严重,固体氧化物电解池(SOEC)能够高效、环境友好地将CO₂转化为CO等高附加值化学品,因此受到广泛关注。开发高效稳定的SOEC需要采用性能优异的电极材料,La_0.7Sr_0.3Cr_0.5Fe_0.5O_3-δ(Sto-LSCrF)钙钛矿氧化物因其优异的氧化还原稳定性受到了高度重视。为进一步提高Sto-LSCrF燃料电极材料电解CO₂的能力,在Sto-LSCrF的A位掺杂Ce来调控Ce_0.08La_0.62Sr_0.3Cr_0.5Fe_0.5O_3-δ(Ce-LSCrF)中可移动氧空穴含量以便提高其对CO₂的吸附/活化能力,进而改善其电化学性能。同时对材料的相结构、氧空穴含量以及其对CO₂的吸附/脱附能力进行详细的表征和分析。此外,我们还探究了Ce-LSCrF的电化学性能,发现与Sto-LSCrF相比,Ce-LSCrF燃料电极表现出较高的电解性能,也显示出较好的恒压稳定性,电解性能的增强归因于Ce-LSCrF晶格中较多的可移动氧空位可有效吸附/活化CO₂,以上试验结果表明Ce-LSCrF是性能优异的CO₂电解材料。

0.06BiYbO₃-0.94Pb(Zr_0.48Ti_0.52)O₃三元系压电陶瓷的氧化物掺杂改性研究

周治, 王艺颖, 周华将, 雷丽勤, 王金秀, 陈渝

2022, 41(3): 1020-1030.

摘要 ( 117 )

PDF (16986KB) ( 306 )

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针对新一代声波测井仪器对其核心元件压电陶瓷兼具高居里温度、高压电系数以及高稳定性要求的迫切需求,本文采用传统的固相反应-无压烧结技术制备了一种0.06BiYbO₃-0.94Pb(Zr_0.48Ti_0.52)O₃(BY-PZT)三元系压电陶瓷,并研究了四种氧化物掺杂对其微观结构及电学性能的影响。由XRD和SEM表征可知所有样品均呈纯四方相钙钛矿结构,掺杂Cr₂O₃的样品平均晶粒尺寸最大。介电温谱和谐振频谱研究证实四种氧化物掺杂均能提高其介电性能的温度稳定性。掺杂La₂O₃的样品介电常数温度系数(Tk_ε)最低,掺杂MnO₂的样品机械品质因素(Q_m)最高,而掺杂CeO₂的样品抗热退极化性能最好。高温复阻抗(Cole-Cole图)分析表明,Cr₂O₃掺杂能够显著提高BY-PZT陶瓷的高温电阻率,陶瓷在高温下的电导行为主要由晶界响应控制。综合来看,掺杂La₂O₃的样品兼具高居里温度(T_C=397 ℃)和高压电系数(d₃₃=290 pC/N),并且在300 ℃退火4 h后d₃₃仍能保持在270 pC/N左右,有望在极限工作温度为300 ℃的高温压电器件中获得应用。

磷酸镁涂层高温后力学性能研究

陈新, 陈士堃, 闫东明, 刘毅, 王铁龙

2022, 41(3): 1031-1038.

摘要 ( 130 )

PDF (5668KB) ( 76 )

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磷酸镁涂层是一种新型、耐高温无机防火材料,同时,也是一种性能优异的工业钢结构无机防腐蚀材料。本文重点关注磷酸镁涂层在高温作用后的力学性能,通过试验系统研究了磷酸镁涂层在高温(100 ℃、200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃、700 ℃、900 ℃)作用后硬度、粘结强度等力学性能的变化,以及力学性能变化的微观机理。结果表明,高温后的磷酸镁涂层具有较好的完整性,表观无粉化、起泡、剥落和开裂等缺陷出现。相较于常温,高温后的磷酸镁涂层力学性能略有下降,其中300 ℃高温后的涂层粘结强度最低,且硬度下降最显著。此后随着温度升高,涂层力学性能有不同程度的提高。基于不同温度下微观表征和热重分析,揭示了造成磷酸镁涂层高温力学性能变化的四阶段高温演化机理。

烧结升温速率对低温共烧陶瓷基板性能的影响

侯清健, 游韬, 王子鸣, 谢廉忠

2022, 41(3): 1039-1043.

摘要 ( 119 )

PDF (4376KB) ( 106 )

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烧结是低温共烧陶瓷(LTCC)基板工艺中关键工序之一,对LTCC基板的各项性能指标具有重要的影响。本文以国产MG60生瓷带为研究对象,研究了不同烧结升温速率对LTCC基板介电性能、翘曲度、膜层附着力、抗折强度等性能指标的影响,分析了基板性能变化的原因。结果表明,当升温速率为8 ℃/min时,基板介电常数为5.788,介电损耗为8.21×10^-4,基本无翘曲,烧结致密,附着力强,抗折强度达到175 MPa。

硫酸铅在硼硅酸盐玻璃熔体中的溶解特性

姚颖, 张壮森, 王宾, 连启会, 李会东, 吴浪

2022, 41(3): 1044-1052.

摘要 ( 72 )

PDF (21081KB) ( 94 )

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针对高硫、高钠的高放废液玻璃固化过程中Na₂SO₄极易分解和分相的问题,本文提出在模拟高放废液中加入适量Pb(NO₃)₂溶液将Na₂SO₄转变成PbSO₄,再利用熔融法制备硼硅酸盐玻璃固化体。首次采用在钢铁材料中广泛应用的高温激光共聚焦显微镜原位观察PbSO₄在玻璃熔体中的溶解特性,并探究不同温度(800～1 150 ℃)下PbSO₄与硼硅酸盐玻璃混合熔制后的热稳定性以及玻璃体中的硫含量。结果表明:在硼硅酸盐玻璃中掺入6%(质量分数,以SO₃计)PbSO₄的样品在800 ℃和900 ℃为均匀的玻璃陶瓷,其中800 ℃时主要含SiO₂及少量BaSO₄、PbSO₄晶体,900 ℃时SiO₂晶体减少,BaSO₄晶体增多,PbSO₄消失并出现CaMgSi₂O₆晶体;样品在1 000 ℃时玻璃表面开始出现由PbO、BaSO₄、LiNaSO₄晶体组成的白色分相,在1 000～1 100 ℃时圆形PbO晶体逐渐长大,BaSO₄晶体由块状变为条状;样品在800～1 000 ℃时玻璃体中的硫含量基本保持不变,随着温度进一步升高硫含量迅速下降。

缺陷半导体用于光催化固氮的研究进展

王雪晶, 马瑞霄, 徐娟, 张燕辉

2022, 41(3): 1053-1062.

摘要 ( 140 )

PDF (7262KB) ( 102 )

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NH₃不仅是生产各种化学品的必要原料,也是清洁能源的一种重要载体,与人类社会的发展紧密联系。以清洁的太阳能作为唯一能量输入的光催化固氮技术,在温和条件下利用N₂和H₂O直接产生NH₃,近年来引起人们广泛的关注。光催化固氮技术具有环境友好、节能、操作简便等优点,但传统的半导体光催化剂在光捕获和光生载流子利用方面受到限制,不能充分发挥其活性。因此,需要设计相应的催化剂用来提高材料对惰性N₂分子吸附和活化能力,从而提高固氮性能。本文首先对光催化固氮进行了简要概述,介绍了光催化固氮可能存在的两种反应机理,随后着重介绍了含有氧、氮、硫空位的半导体材料对光催化固氮的影响。最后,对光催化固氮领域的现有挑战和未来发展给出了一些实际的见解。

VTD法制备不同基底倾角的硒化锑薄膜及太阳电池

白晓彤, 崔晓荣, 张林睿, 周炳卿

2022, 41(3): 1063-1068.

摘要 ( 139 )

PDF (5370KB) ( 85 )

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硒化锑(Sb₂Se₃)具有较高丰度及良好的光电特性,是当前热门太阳电池材料之一。目前,在Sb₂Se₃的多种制备方法中,气相转移沉积法(VTD)因工艺简单且可大面积制备而备受关注。采用VTD法制备Sb₂Se₃薄膜的影响因素有多种,如腔体气压、反应温度、蒸发源与衬底的位置以及生长角度等。本文利用VTD法以不同的生长角度(30°、45°、60°、90°)制备了Sb₂Se₃薄膜,对其进行XRD、Raman、SEM、近红外-紫外反射表征。结果表明不同生长角度对薄膜的结构以及光学特性具有明显的影响。晶粒尺寸随着生长角度的增加而先增大后减小,同时薄膜的形貌由棒状生长转变为片状生长,在基底倾角为90°时,薄膜变得最为致密。近红外-紫外反射光谱表明倾角60°的样品在波长小于1 100 nm的范围具有最低的反射率,在该角度下制备的FTO/CdS/Sb₂Se₃/C器件获得了2.38%的转换效率。

基于3D打印技术构建石墨烯电化学生物传感器及其应用研究

鲁文娟, 李阳

2022, 41(3): 1069-1077.

摘要 ( 60 )

PDF (11071KB) ( 77 )

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超高灵敏度和特异性的电化学生物传感器在环境风险物质监测以及生物医学检测领域具有重要意义,而构建生物亲和性高、制备工艺简单、成本低廉的检查电极是电化学生物传感器走向应用的关键。本文采用3D打印技术制备出重复性良好的三维石墨烯复合电极,然后通过电化学氧化的方法调控表面石墨烯的形貌和氧化基团。所制备的电化学生物传感器在环境污染物微囊藻毒素(MC-LR)的检测中展现出超高的灵敏度,其线性检测区在4×10^-6~1 μg/L,检测限为1.5×10^-7 μg/L。同时,通过改变适配体检测探针后,该电化学生物传感器对于多巴胺、重金属Hg²⁺、四环素等均具有极高的检测灵敏度。本研究为电化学适配体生物传感器走向应用化提供了一种新的思路,为开发超高灵敏度环境监测和生物医学检测传感器提供一定的基础数据。

三聚氰胺对直接氮化法合成氮化铝纳米线的影响

刘藜, 向道平

2022, 41(3): 1078-1084.

摘要 ( 72 )

PDF (10364KB) ( 69 )

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由于氮化铝纳米线具有优异的导热性,国内外学者对其进行了广泛研究。本文以三聚氰胺和氟化钇为添加剂,采用直接氮化法制备了氮化铝纳米线。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)等表征了氮化铝纳米线的晶体结构和微观形貌,分析了三聚氰胺和氟化钇对氮化反应的促进作用,研究了不同含量的三聚氰胺和不同反应温度对制备氮化铝纳米线的影响。结果表明:添加三聚氰胺可以提高氮化反应速率,促进纳米线的生成;当反应温度为1 200 ℃,铝粉和三聚氰胺质量比为1∶4,氟化钇掺量为5%(质量分数)时,成功制得了高长径比的氮化铝纳米线。

WER-SBR复合改性活性乳化沥青性能研究

郑木莲, 马赛, 王可, 刘侠, 丁晓岩

2022, 41(3): 1085-1093.

摘要 ( 88 )

PDF (5033KB) ( 66 )

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丁苯橡胶(SBR)活性乳化沥青可以活化旧路面的老化沥青,但是存在高温稳定性差以及黏附性不足等问题。为解决SBR活性乳化沥青性能上的不足,使用水性环氧树脂(WER)对其进行复合改性,通过修正低温蒸发法获取蒸发残留物,分析不同掺量WER对SBR活性乳化沥青基本物理性能、黏附性、流变性能、低温蠕变性能以及还原性的影响。结果表明:掺入WER之后,SBR活性乳化沥青的针入度大幅下降,软化点显著提高,延度下降;WER能够显著提高SBR活性乳化沥青的高温稳定性,但对其低温延展性有负面影响;SBR活性乳化沥青的黏附性显著增强;复合剪切模量(G^*)、车辙因子(G^*/sin δ)随WER掺量的增加不断提高,相位角(δ)随WER掺量的增加不断下降,表明高温抗车辙性能得到改善;劲度模量(S)和蠕变速率(M)则随着WER掺量增加分别呈增大和降低趋势;WER的掺入不影响SBR活性乳化沥青的还原性。根据试验数据,WER掺量应控制在10%~15%(质量分数)。

离析对湿热地区沥青混合料长期水稳定性的影响

杨智敏, 曾国鹏, 郭寅川, 肖葳, 毛松纯, 牟戈

2022, 41(3): 1094-1101.

摘要 ( 68 )

PDF (4367KB) ( 53 )

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为探究离析对湿热地区沥青混合料长期水稳定性的影响,分别设计了级配离析、温度离析两种模拟方案。通过排水法测试沥青混合料的空隙率,采用浸水马歇尔试验测试沥青混合料的残留稳定度,基于非线性拟合法分析了不同干湿循环周期的沥青混合料残留稳定度数据,得到了各离析状态下沥青混合料水稳定性的衰减曲线及规律。结果表明:随着干湿循环的进行,不同离析类型的沥青混合料的空隙率均会增加,但增幅有限;细集料离析在干湿循环状态下不易出现强度损耗,第10次干湿循环后,残留稳定度为87.8%;而重度离析条件下,第1次干湿循环后残留稳定度仅为79.8%,第10次干湿循环后,残留稳定度下降到67.4%;无论是否有离析,干湿循环的作用效果都存在转折点,即干湿循环前期的作用显著,到达转折点后,作用效果明显放缓;随着离析程度的加重,残留稳定度下降的转折点将逐渐前移,表明其长期水稳定性也越差。

半柔性路面用水泥基灌浆材料的矿物掺合料协同优化研究

牟长江, 程凯, 刘瑞, 贾恩达, 孙浩, 牛腾, 卢晓磊, 杜鹏, 叶正茂

2022, 41(3): 1102-1112.

摘要 ( 54 )

PDF (6986KB) ( 63 )

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矿物掺合料是半柔性路面用水泥基灌浆材料的重要组成部分,各矿物掺合料协同优化对灌浆材料流动性能和力学性能的提升发挥重要作用。本文选用矿粉、微珠和硅灰三种矿物掺合料,通过正交试验研究了三种矿物掺合料协同优化对路面用灌浆材料流动性能和力学性能的影响规律,并借助XRD、SEM等表征方法分析了灌浆材料硬化浆体的水化产物组成与形貌。结果表明,三种矿物掺合料协同优化对灌浆材料流动性能和力学性能的影响顺序为微珠、硅灰和矿粉,其中微珠对灌浆材料流动性能改善效果最为显著,硅灰和矿粉对灌浆材料力学性能提升效果明显。以灌浆材料的流动性能和早期强度为评价指标,微珠、硅灰和矿粉协同优化灌浆材料的最佳掺量分别为15%、1.5%和5%(均为质量分数)。此外,三种矿物掺合料协同掺加对灌浆材料早期水化产物组成与形貌影响较小,表明矿物掺合料协同主要是通过物理填充作用提高了硬化浆体材料的密实度,从而改善灌浆材料早期力学性能。

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