向恒, 李靖威, 郑睿鹏

2022, 41(12): 4115-4127.

摘要 ( 111 )

PDF (1828KB) ( 74 )

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核电站在严重事故工况下,可能发生堆芯熔毁,进而超高温、高放射性堆芯熔融物将熔穿反应堆压力容器,存在污染外界环境的威胁。核电牺牲混凝土作为堆芯捕集器的关键材料,在核事故发生时可以改变堆芯熔融物的物理化学特性,对核电站的安全保护具有重要意义。为了全面认识牺牲混凝土高温性能及失效机制,科研工作者针对牺牲混凝土高温力学性能、高温物理性能、堆芯熔融物与混凝土的相互作用等开展了深入研究,以期对此类材料的开发与更新迭代提供指导。本文首先介绍了堆芯熔毁事故的工况特征,以及该工况下核电牺牲混凝土的关键性能要求,并分别总结了相关研究进展。多数研究结果表明,高温条件将导致牺牲混凝土力学性能恶化,并提升爆裂失效隐患,而聚丙烯纤维或石墨烯衍生物的掺加有望改善牺牲混凝土的服役性能。在其事故工况响应方面,由于真实堆芯熔融物具有高放射性特征,现阶段堆芯熔融物与牺牲混凝土相互作用的研究主要依靠模拟实验和数值仿真的方法来实现。目前,核电牺牲混凝土的相关研究依然存在空白等待填补,部分研究结论尚未统一。因此,深入理解牺牲混凝土劣化机理、全面认识堆芯熔融物与牺牲混凝土的相互作用,是未来该研究领域的重要发展方向。

硫酸盐侵蚀下硬化水泥浆体微结构演变及膨胀过程的数值模拟

刘云强, 左晓宝, 黎亮, 邹欲晓

2022, 41(12): 4128-4138.

摘要 ( 88 )

PDF (8153KB) ( 80 )

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根据硫酸盐侵蚀机理,利用改进的CEMHYD3D水化模型和随机概率方法,建立了硫酸盐侵蚀下硬化水泥浆体的微结构演变模型。在微观层次上,模拟了浆体孔溶液中硫酸根离子的自由扩散、随机碰撞和转化反应,分析了膨胀性侵蚀产物生长导致的微结构损伤和体积膨胀,计算了侵蚀过程中石膏和钙矾石的生成量及浆体的膨胀应变,并与已有试验结果对比分析验证了模型的合理性。在此基础上,数值模拟了硫酸盐侵蚀下不同水灰比水泥浆体的微结构演变及膨胀过程。结果表明:同一硫酸盐浓度下,硬化水泥浆体中氢氧化钙和含铝物相与孔隙的接触面积越小,浆体的膨胀应变越低;水灰比为0.25、0.30和0.35的硬化水泥浆体的孔隙填充程度分别达到9.09%、9.27%和9.41%时,浆体膨胀应变开始快速增大;硫酸盐侵蚀溶液浓度增大,浆体体积快速膨胀的时间提前。

有机膦酸对硫氧镁水泥的改性研究

梁慧慧, 李阳, 杨红健, 刘晓莉, 何怡婷, 张玉婷

2022, 41(12): 4139-4146.

摘要 ( 66 )

PDF (12396KB) ( 38 )

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本文探究了两种有机膦酸对硫氧镁水泥抗压强度、耐水性能和凝结时间的影响,通过X射线衍射、同步热分析和扫描电子显微镜测试对硫氧镁水泥的物相组成及微观形貌进行表征和分析。结果表明:当氨基三亚甲基膦酸(ATMP)掺量在0.75%(质量分数,下同)时,相较空白组28 d抗压强度增加了113.99%,软化系数增加了101.86%;羟基乙叉二膦酸(HEDP)掺量为0.75%时,硫氧镁水泥表现出最佳机械强度及较高的缓凝效果,且软化系数达到0.93;两种有机膦酸进行复配(总掺量为0.75%),当m(ATMP)∶m(HEDP)为3∶1时,对硫氧镁水泥具有最佳改性效果。有机膦酸能与MgO水化过程中产生的[Mg(OH)(H₂O)_x]⁺形成稳定的螯合物,减缓活性MgO水解为Mg(OH)₂的进程,从而延缓硫氧镁水泥的凝结时间,为硫氧镁水泥在实际工程中的应用提供了可行性。

干湿交替氯盐环境下氧化石墨烯水泥砂浆抗侵蚀研究

陈妤, 董凯, 张文杰, 李国浩, 李创创, 唐丽

2022, 41(12): 4147-4153.

摘要 ( 72 )

PDF (8966KB) ( 36 )

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抗氯离子侵蚀能力的强弱对水泥基材料服役寿命长短有着关键性的影响。本文研究了不同氧化石墨烯(GO)掺量(0%、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%,质量分数)在干湿交替氯盐环境下对水泥砂浆抗氯离子侵蚀性能的影响,分析了不同GO掺量下自由氯离子浓度与水泥砂浆抗氯离子侵蚀性能之间的关系,并利用扫描电子显微镜从微观角度分析水泥砂浆的抗侵蚀性能。结果表明:GO能显著提高水泥砂浆的抗氯离子侵蚀能力,最佳掺量范围为0.04%~0.06%;在同一钻孔深度处,水泥砂浆内的自由氯离子浓度随着GO掺量的增加先降低后升高;GO能有效调节水泥砂浆的微观形貌,减少内部孔隙产生,密实结构,提高水泥砂浆抗氯离子侵蚀能力。

纳米SiO₂和丁苯胶粉复合改性水泥基材料的强度及抗渗性能

王智鑫, 梅军鹏, 李海南, 董崇, 张洁林, 周兰兰, 牛寅龙

2022, 41(12): 4154-4162.

摘要 ( 83 )

PDF (10068KB) ( 63 )

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本文研究了单掺丁苯胶粉(SBR)和复掺SBR/纳米SiO₂(NS)对水泥基材料抗折强度、抗压强度、吸水率、抗氯离子渗透系数的影响规律,并采用XRD、DSC-TG、FTIR、SEM-EDS、MIP等手段对水泥基材料水化产物和微观结构进行分析,探究单掺SBR和复掺SBR/NS对水泥基材料强度及抗渗性能的影响机理。结果表明,复掺SBR/NS显著改善了由单掺SBR引起的水泥基材料早期强度下降的问题,单掺SBR和复掺SBR/NS均可降低试样的吸水率、吸水速率和非稳态氯离子迁移系数,且复掺效果优于单掺。微观测试表明:单掺SBR可降低Ca(OH)₂的含量,减少有害孔和多害孔的数量,增加结构整体性;复掺SBR/NS可进一步降低Ca(OH)₂的含量,促进水化反应生成更多C-S-H,提高C-S-H的聚合度,降低最可几孔径,减少少害孔、有害孔和多害孔的数量,降低水化产物的钙硅比,从而增强试样的抗折强度和抗压强度并提高其抗渗性能。

基于低场核磁共振技术高温水泥砂浆局部热损伤的研究

郝坤, 宁麟, 郭鸿雁, 刘冒佚

2022, 41(12): 4163-4171.

摘要 ( 50 )

PDF (8165KB) ( 26 )

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为研究高温水泥砂浆在局部水冷作用后的损伤演化特征以及裂纹扩展情况,在水泥砂浆试件中部钻孔,将试件加热到200 ℃及400 ℃后向孔洞注水进行局部冷却。采用低场核磁共振技术(NMR)研究水泥砂浆试件在高温及局部水冷作用下的损伤行为。结果表明:随着热处理温度的升高,当试件局部水冷后,小孔的孔径及含量不断增大,而大孔径变化不是特别明显,试件的损伤度也相应增大;同时,经高温及局部水冷处理后,试件核磁共振成像灰度值的概率密度分布中的峰随温度的增大向右移动,且温度越高,概率密度分布函数对应的灰度值增幅越大,与T₂谱的变化一致。最后,求解了水泥砂浆试件高温及局部水冷后的温度和温度应力的分布,并基于最大拉应力准则求解了200 ℃和400 ℃后局部冷却水泥砂浆试件的裂纹萌发及扩展范围。当温度为200 ℃时局部水冷所产的温度应力不足以引起试件裂纹的萌生。

碱性和无碱液体速凝剂促凝早强作用机理对比研究

苏美娟, 王子明, 赵攀, 刘晓

2022, 41(12): 4172-4179.

摘要 ( 97 )

PDF (8562KB) ( 72 )

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碱性和无碱速凝剂掺入水泥后的水化机理不同,导致应用性能存在明显差异。本文通过测试凝结时间和砂浆抗压强度等宏观性能对比了两种速凝剂的应用性能,并通过水化放热分析、XRD定量分析、热重分析和SEM微观形貌观察等微观方法综合分析了两者的早期水化历程。结果表明:碱性速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-加快了水泥中石膏的消耗速度,水化初期生成大量钙矾石(AFt),促进了硅酸三钙(C₃S)矿物的水化,缩短了水泥浆体的凝结时间并提高了砂浆的早期抗压强度,但石膏的加速消耗也使得单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物提前生成,影响了水泥基材料的后期抗压强度发展;无碱速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-和SO^2-₄在液相中生成了大量AFt,促进了铝酸三钙(C₃A)和C₃S矿物的水化,影响了氢氧化钙(CH)的结晶析出。值得注意的是,SO^2-₄不仅促进了C₃A生成AFt的过程,也延缓了水泥中石膏的消耗及AFm和C-A-H等产物的生成,因此无碱速凝剂的加入除了明显提高早期抗压强度外,后期28 d抗压强度也不受影响。

机制砂颗粒形状的评价方法及其特征研究

吴家乐, 孙江涛, 张稳涛, 王林, 曾春涛, 伍文振, 赵立, 王亚楠, 沈卫国

2022, 41(12): 4180-4188.

摘要 ( 65 )

PDF (7255KB) ( 57 )

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为研究机制砂粒形表征方法及特点,采用集料图像测量系统(AIMS)和数字图像处理(DIP)技术测试了5种机制砂的颗粒形态。基于现有研究存在的不足提出了一种改进的粒形测试方法,并研究了不同粒形表征参数之间的关系。结果表明:随着粒径范围从大到小,机制砂的棱角性呈先增大后减小的趋势,而二维形状值无明显变化规律;0.3~0.6 mm的机制砂可以反映整体粒径范围的棱角性;通过单次投影进行图像处理获取的粒形参数有较大的波动范围,无法准确判断机制砂的颗粒形状;纵横比与凹凸度有较强的相关性,粗糙度与纵横比、圆度、凹凸度的相关性较强,而分形维数与其他几种参数都不具有相关性;通过改进的DIP技术得出的粒形评价结论与AIMS得出的评价结论一致,具有一定的可行性和推广价值。

基于NSGA-Ⅱ与熵权TOPSIS法的混杂纤维再生混凝土配合比多目标优化

王鹏博, 尹冠生, 冯俊杰, 孙锐, 刘亚红, 朱东方, 马瑞杰, 高赞, 张云杰

2022, 41(12): 4189-4201.

摘要 ( 60 )

PDF (8565KB) ( 30 )

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制备以钢纤维(SF)、塑钢纤维(MPPF)为骨料的高性能道面混杂纤维再生混凝土(HFRAC),研究改善再生混凝土(RAC)强度及耐磨性能,采用响应面法(RSM)中Box-Behnken试验设计方法,以SF体积掺量、MPPF体积掺量和砂率为因素,以HFRAC抗折强度、抗压强度和磨损量为评价指标,建立各评价指标的预测模型,分析各因素对评价指标的影响,并构建基于NSGA-Ⅱ耦合熵权TOPSIS法的HFRAC配合比优选模型,确定综合性能最优时的配合比方案。结果表明:在试验范围内各评价指标的响应面模型拟合效果良好,预测精度高;各评价指标不仅受单因素影响,而且受因素间交互作用影响,SF体积掺量与MPPF体积掺量交互作用对抗折强度、抗压强度影响极显著,对磨损量影响显著,MPPF体积掺量与砂率交互作用对抗折强度影响显著;当SF体积掺量为1.39%、MPPF体积掺量为0.97%、砂率为36.10%时,HFRAC综合性能最优。该方法能够实现HFRAC性能的综合改善,可为HFRAC在道路工程中的推广应用提供一定理论依据和技术支撑。

基于分形理论和扩展有限元法的钢纤维混凝土损伤破坏机理

王辉明, 李汝飞, 邓平贵

2022, 41(12): 4202-4213.

摘要 ( 46 )

PDF (13761KB) ( 43 )

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为研究钢纤维混凝土损伤破坏过程和裂纹发展演化机理,基于分形理论和扩展有限元法,建立钢纤维混凝土立方体抗拉试验细观有限元模型和切口梁三点弯曲试验有限元模型,以相关试验测试结果为基础,比较验证了所建有限元分析模型的可靠性。以裂纹分形维数表征钢纤维混凝土损伤演化过程,考察不同钢纤维体积掺量和长度、粗骨料形状等重要因素对钢纤维混凝土损伤演化过程的影响。结果表明,基于裂纹分形维数的损伤值可以较好地反映钢纤维混凝土的损伤演化过程及特征,钢纤维体积掺量、长度的增加和骨料形状的不规则化会延缓钢纤维混凝土立方体试件的损伤演化过程,钢纤维体积掺量、初始裂纹距跨中距离的增加和初始裂纹缝高比的减小可在较小程度上延缓钢纤维混凝土切口梁的损伤演化过程。

白糖和葡萄糖酸钠二元复合对长螺旋咬合桩用超缓凝混凝土性能的影响

刘世成, 曹开伟, 徐升才, 王信刚, 王睿, 朱街禄

2022, 41(12): 4214-4224.

摘要 ( 69 )

PDF (7090KB) ( 50 )

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为解决咬合桩施工现场超缓凝混凝土的制备问题,探究缓凝剂的作用机理,采用白糖和葡萄糖酸钠按质量比7∶3配制复合缓凝剂,对比一次搅拌和二次搅拌工艺,制备超缓凝混凝土。采用抗压抗折一体化试验机、环境扫描电子显微镜(ESEM)、总有机碳分析仪和等温量热仪测试分析超缓凝混凝土的力学性能、微观形貌、吸附量和水化性能。结果表明,混凝土的凝结时间随着缓凝剂掺量的增加而延长。当缓凝剂掺量为0.38%(质量分数)时,一次搅拌组初、终凝时间分别为31 h和46 h,二次搅拌组初、终凝时间分别为34 h和50 h;当缓凝剂掺量为0.50%(质量分数)时,一次搅拌组初、终凝时间分别为61 h和78 h,二次搅拌组初、终凝时间分别为65 h和84 h。两种掺量下,混凝土56 d抗压强度均达到40 MPa以上,满足两种工况的施工要求。采用二次搅拌工艺制备超缓凝混凝土有助于进一步延长混凝土的凝结时间,改善混凝土拌合物的流动性,但会略微降低混凝土的抗压强度。不同缓凝剂在水泥颗粒表面的吸附能力强弱顺序为:葡萄糖酸钠>白糖-葡萄糖酸钠>白糖>白糖-葡萄糖酸钠后掺。缓凝剂的掺入起到降低水化放热,抑制水泥水化的作用,从而延长混凝土的凝结时间。

微细钢纤维对高弹性模量混凝土力学性能的影响

唐延丰, 李庚英, 王林彬, 张敏

2022, 41(12): 4225-4233.

摘要 ( 51 )

PDF (5202KB) ( 32 )

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基于修正的Furnas堆积模型和骨料紧密堆积试验设计了一种高弹性模量混凝土,并利用微细钢纤维改善高弹性模量混凝土的韧性,研究了钢纤维体积掺量对骨料紧密堆积状态下混凝土流动性能、强度、弹性模量及弯曲韧性的影响规律。结果表明:采用紧密堆积骨料和适量微细钢纤维可以构筑高弹性模量韧性混凝土,其静弹性模量和动弹性模量最高分别可达50.15 GPa和53.23 GPa,断裂能可达5 680.45 N/m,残余弯曲韧度比从0增加到0.43;高弹性模量混凝土的流动性能随着钢纤维掺量的增加而降低,抗折强度、弹性模量及弯曲韧性则均随着钢纤维掺量的增加而增加,混凝土的抗压强度随着钢纤维掺量增加先增加后降低。在骨料紧密堆积状态下,综合考虑流动性能、力学性能和工程经济性,高弹性模量混凝土中微细钢纤维的合理掺量为0.4%(体积分数)。

持压荷载下剑麻纤维-ECC的毛细吸水性能

崔双双, 陈润, 陈艳, 陈伟宏, 陈树辉

2022, 41(12): 4234-4244.

摘要 ( 43 )

PDF (5000KB) ( 343 )

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为解决地下结构侧墙等混凝土构件开裂渗漏问题,选取了绿色经济型剑麻纤维-工程水泥基复合材料(ECC)取代混凝土提高构件的抗渗性能。根据正交试验进行方案设计得到剑麻纤维-ECC的最优配合比;改进了实时吸水试验装置,实现了持压荷载与水分传输的同步耦合过程;对剑麻纤维-ECC开展了持压荷载下的毛细吸水性能试验,分析了压应力水平(10%~40%)对剑麻纤维-ECC试件的破坏形态、累计吸水量及毛细吸水率的影响规律,并与普通混凝土试件进行对比。结果表明:在10%~40%压应力水平下,随着压应力水平的提高,剑麻纤维-ECC的毛细累计吸水量和平均吸水率均先减小后增大,发生变化的压应力水平阈值为20%;在10%~30%压应力水平下,剑麻纤维-ECC的毛细累计吸水量及吸水率要明显小于同条件时的普通混凝土,剑麻纤维-ECC能够更好地阻碍水分传输,表明对压应力水平为10%~30%的结构而言,剑麻纤维-ECC可明显改善抗渗效果。研究成果可为剑麻纤维-ECC在地下结构侧墙抗渗中的应用提供理论支持。

活性粉末混凝土高温后强度退化规律试验研究

毛振豪, 马乾坤, 张继承, 杜国锋

2022, 41(12): 4245-4253.

摘要 ( 47 )

PDF (10969KB) ( 28 )

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为研究活性粉末混凝土(RPC)高温后强度退化规律,对高温后RPC试件的质量损失、抗压性能和劈裂抗拉性能进行测试,并分析温度和纤维掺量对RPC强度的影响。结果表明:随着温度的升高,RPC试件的表观颜色由深逐渐变浅,质量损失率逐渐增大;而强度损失率均随着温度升高呈先减小后增大的趋势,但临界温度不同,立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的临界温度为300 ℃,而轴心抗压强度的临界温度为200 ℃,此外,300 ℃后轴心抗压强度损失率高于立方体抗压强度,800 ℃后强度损失率均超80%,宏观强度退化的根本原因是基体微观形貌的劣化;掺有聚丙烯(PP)纤维的RPC试件高温后强度损失率相对较小,且当钢纤维掺量为2%(体积分数)时,PP纤维的最佳掺量为0.15%(体积分数)。通过回归分析,建立了RPC强度损失率与温度和PP纤维掺量间的计算公式。

纳米碳酸钙改性再生混凝土疲劳性能

邓友生, 张克钦, 付云博, 李文杰, 叶万军, 马二立

2022, 41(12): 4254-4262.

摘要 ( 66 )

PDF (6702KB) ( 31 )

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为研究纳米改性再生混凝土的疲劳性能,对其疲劳寿命进行估计并建立疲劳方程。以不同再生骨料取代率(0%、30%、50%,质量分数)与纳米CaCO₃掺量(0%、1%,质量分数)为主要影响因素,设计了不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的疲劳循环加载试验。结果表明:混凝土的弹性模量随再生粗骨料取代率的增大而减小,掺入纳米CaCO₃可以提高混凝土的弹性模量并优化破坏形态,有效提升整体性;循环荷载下的疲劳寿命随最大应力水平增大而快速缩短,1%的纳米CaCO₃改性可以使疲劳寿命延长60%;以双对数S-N(应力水平-疲劳寿命)曲线建立疲劳寿命方程,并推导出考虑寿命概率的P-S-N曲线,得到的相关系数随再生粗骨料取代率的增加而快速减小,经纳米改性后有所增大;再生混凝土的疲劳应变演化基本符合三阶段应变曲线发展规律,提出新方程描述再生混凝土第二阶段应变曲线,并建立变形量与循环比的关系式。

基于ESPI技术的混凝土单轴拉伸断裂特性研究

龙津润, 赵炳震, 陈红鸟, 许应杰

2022, 41(12): 4263-4272.

摘要 ( 48 )

PDF (4573KB) ( 26 )

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为了研究混凝土的拉伸断裂特性,对带有预制切口的C80高强混凝土棱柱体进行单轴拉伸试验,采用电子散斑干涉(ESPI)技术测量棱柱体表面的场位移等信息,分析加载过程得到混凝土的断裂参数以及断裂特性等。为进行对比分析,本次试验还采用线性位移计和夹式位移计测量试件的变形程度。对比结果表明ESPI技术的测量结果与夹式位移计结果吻合较好,证实了ESPI技术用于测量混凝土表面位移场的精确性和可行性。分析得到:初裂点应力约为峰值应力的82%;峰值下裂缝口张开位移(CMOD)为11 μm,结合公式得到混凝土在单轴拉伸下的断裂韧度约为0.41 MPa·m^1/2,断裂能约为24.71 N/m;利用两种拟合公式对试验应力-应变关系进行拟合,得到了较好的拟合结果。最后,通过不同加载步骤下ESPI技术测得的位移云图分析裂缝口张开位移随试件宽度的变化规律,得到了单轴拉伸下的裂纹扩展规律。

水化热调控剂与氧化镁复掺对混凝土抗裂行为的影响

程福星, 张珍杰, 周月霞, 辜振睿, 向飞, 王海龙, 纪宪坤

2022, 41(12): 4273-4281.

摘要 ( 67 )

PDF (3941KB) ( 39 )

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为了研究氧化镁膨胀剂与水化热调控剂复掺对混凝土抗裂性能的影响,探讨水化热调控剂的作用机理,开展了单掺氧化镁及水化热调控剂与氧化镁复掺对混凝土水化热、绝热温升、限制膨胀率、体积变形、自收缩、弹性模量及微观结构的影响研究。结果表明:水化热调控剂可显著改变水泥水化放热历程,净浆抑温率可达31.2%,随入模温度升高,抑温效果增强;水化热调控剂可激发氧化镁的水化,促进膨胀能的释放,随养护温度提升,作用效果更显著;水化热调控剂可改变混凝土温升历程,特别是降低混凝土早期水化热释放速率;水化热调控剂与氧化镁复掺可降低混凝土自收缩,当水化热调控剂掺量为0.2%和0.4%(质量分数)时,混凝土收缩值分别减少了84 με和54 με;水化热调控剂会导致混凝土早龄期弹性模量降低,但对长龄期弹性模量影响不大;水化热调控剂对水泥水化历程、水化产物生成及微观结构密实程度的改变是提高混凝土抗裂性能的根本原因。

寒冷地区硅粉增强玄武岩纤维路面混凝土抗冻性能研究

申爱琴, 崔洪旭, 郭寅川, 周康平

2022, 41(12): 4282-4289.

摘要 ( 51 )

PDF (4874KB) ( 22 )

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为探究硅粉对玄武岩纤维路面混凝土抗冻性能的增强效果及改性机理,采用快冻法研究了不同硅粉掺量下玄武岩纤维混凝土质量损失、相对动弹模量、抗弯拉强度随冻融次数的衰减规律;借助压汞法(MIP)以及扫描电子显微镜(SEM),分析冻融前后孔结构及界面结构的演化,从细微观层面揭示硅粉增强机理。研究结果表明:9%(质量分数)硅粉掺量的玄武岩纤维路面混凝土抗冻性能增强效果最佳,相比基准混凝土,冻融320次后质量损失率降低了62.35%,相对动弹性模量提高了14.68%,抗弯拉强度提高了43.89%;MIP测试表明,掺入硅粉能够细化混凝土内部孔结构,减少孔隙数量,优化孔的分布,阻抑最可几孔径和临界孔径的增长;SEM分析发现,掺入硅粉能够改善纤维-水泥石与骨料-水泥石的界面区结构,提高玄武岩纤维路面混凝土的抗冻性能。

硫酸盐干湿循环作用下CFRP-黏土砖界面粘结性能退化规律分析

董磊, 赵坤, 靳文强, 聂丹, 张家玮, 郭乐乐

2022, 41(12): 4290-4299.

摘要 ( 46 )

PDF (10096KB) ( 23 )

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碳纤维增强复合材料(CFRP)与黏土砖界面的粘结性能是外贴CFRP加固技术的关键,为了解CFRP-黏土砖界面粘结性能在硫酸盐侵蚀下的退化规律,对硫酸盐干湿循环不同周期下的加固试件进行了单面剪切试验,结果表明:硫酸盐侵蚀对CFRP片材与浸渍胶性能影响并不明显,但对CFRP-黏土砖界面粘结性能影响较大,CFRP-黏土砖界面剪应力、承载力均随循环次数呈先小幅上升后明显下降的趋势;在试验基础上,根据已有的理论,提出硫酸盐干湿循环作用下CFRP-黏土砖界面粘结-滑移模型,通过与试验值对比分析发现,模型能够很好地反映CFRP-黏土砖界面的粘结性能退化规律。基于ABAQUS软件,利用内聚力本构关系模型对界面力学行为进行数值模拟,结果表明,内聚力模型可以很好地模拟界面的非线性力学行为,数值模拟值与试验值吻合较好。

同掺再生粗细骨料混凝土的力学与耐久性能研究

陈鹏博, 李北星, 殷实, 杨宏天

2022, 41(12): 4300-4309.

摘要 ( 61 )

PDF (3118KB) ( 34 )

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为了探讨同时掺入大掺量再生粗骨料和细骨料制备C40及以上强度等级再生混凝土的可行性,在C45天然骨料混凝土配合比的基础上,采用II类再生粗骨料、I类再生细骨料,以同掺再生粗细骨料质量替代率为25%、50%、75%、100%配制了4组再生混凝土,研究了再生粗细骨料替代率对再生混凝土基本力学性能和耐久性能的影响规律。结果表明:当同掺再生粗细骨料的替代率为25%时,混凝土的力学性能下降很小,替代率为50%、75%的混凝土的抗压强度分别达到C45、C40等级,替代率100%的全再生粗细骨料混凝土的28 d抗压、劈拉、轴压强度和弹性模量等力学性能指标较天然骨料混凝土降低12.0%~23.2%,并达到C35抗压强度等级。增加再生粗细骨料的替代率会降低混凝土的耐久性,但即使是全再生粗细骨料混凝土仍可获得高的耐久性,其抗碳化性能、抗氯离子渗透性、抗冻性能分别达到T-IV、RCM-IV和F300等级,说明在混凝土中同时掺用50%及以上再生粗细骨料配制C40及以上强度等级的再生混凝土是可行的。

化学溶液预处理再生粗骨料对再生混凝土改性的影响

王二成, 于莲皓, 姜新佩, 王燕杰

2022, 41(12): 4310-4317.

摘要 ( 55 )

PDF (6598KB) ( 28 )

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为研究不同浓度的硅酸钠溶液和硅烷溶液复合改性再生粗骨料对再生混凝土力学与变形性能及微观结构的影响,通过立方体抗压强度试验研究复合改性对再生混凝土力学性能的影响,同时基于数字图像相关(DIC)方法研究复合改性对再生混凝土变形性能的影响,并借助扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)微观测试方法分析改性再生混凝土内部微观结构。结果表明:质量分数为5%的硅酸钠溶液和质量分数为10%的硅烷溶液改性后的再生粗骨料24 h吸水率降幅最大,由其制成的再生混凝土28 d抗压强度显著提高,较未改性再生混凝土提高了35.80%;硅酸钠溶液和硅烷溶液复合改性再生粗骨料可有效减小再生混凝土的变形,应力较大时,可阻止应力过度集中,使再生混凝土整体变形性能较好;此外,还可以改善再生粗骨料表面疏松结构和粗糙程度,加强骨料与砂浆界面过渡区(ITZ)性能,但对于新、旧砂浆ITZ性能的改善不明显。

煤气化粗渣-粉煤灰基地质聚合物的制备与性能

余润翔, 张彤, 杨岩, 刘泽, 王群英

2022, 41(12): 4318-4323.

摘要 ( 44 )

PDF (4666KB) ( 39 )

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煤气化渣与粉煤灰均为煤炭资源利用过程中产生的固体废弃物,可以应用在碱激发领域。从煤气化粗渣的性质入手,采用粉煤灰对煤气化粗渣进行改性,利用碱激发技术制备了煤气化粗渣-粉煤灰基地质聚合物,并对所制备产物的性能进行研究。结果表明,在体系中掺入粉煤灰可以明显改善其力学性能,当粉煤灰掺入量为30%(质量分数)时,样品的28 d抗压强度最高,达到44.5 MPa。此外,通过对样品进行物相分析与微观形貌表征发现,样品的无定形产物主要为N(C)-A-S-H凝胶,它能够结成相互连接的空间网状结构,具有较强的黏结能力,这是样品材料具有较高强度的主要原因。

不同粒径煤矸石浆液的流变性能试验

周瑶, 谢志清, 刘长友, 潘海洋, 赵明

2022, 41(12): 4324-4331.

摘要 ( 66 )

PDF (6308KB) ( 31 )

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煤矸石浆液的流变性能影响注浆的可泵性,可通过调节粒径和水矸比对流变性能进行调控。本文测试了新鲜煤矸石浆液的流变性能、流动度及流动时间,研究了不同粒径(100目、150目、200目、250目、300目,分别对应150 μm、106 μm、74 μm、58 μm和48 μm)及水矸比(1.0、1.5、2.0)对煤矸石浆液流变性能的影响,探讨了流变参数、流动度及流动时间的变化规律,并提出了注浆建议。结果表明:水矸比是煤矸石浆液流变性能的主控因素,煤矸石浆液在水矸比为1.0时,符合Herschel-Bulkley模型,颗粒粒径会影响浆液的屈服应力和塑性黏度,屈服应力为2.5~3.6 Pa;在水矸比为1.5、2.0时,符合Bingham模型,颗粒粒径只影响浆液的屈服应力,屈服应力为0.1~0.7 Pa。不同粒径煤矸石浆液的流动度均不低于365 mm,流动时间在27~31 s。为提高浆液的可泵性,可考虑采用较大的水矸比(≥1.5)和较长的搅拌时间(>800 s)。

不同养护条件下掺循环流化床固硫灰硬化水泥浆的膨胀性能

韩东霄, 阎蕊珍, 李倩, 赵盛林, 贾科瑞

2022, 41(12): 4332-4341.

摘要 ( 45 )

PDF (6791KB) ( 28 )

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为探讨掺循环流化床固硫灰(简称固硫灰)硬化水泥浆的体积变化规律,将固硫灰以不同质量取代水泥制备水泥浆试件,结合扫描电子显微镜、压汞仪、X射线衍射仪及TG-DSC同步热分析仪分析了固硫灰及试件的微观形貌、矿物组成和热效应,对三种养护条件下试件的体积膨胀性能进行了试验研究。结果表明:固硫灰的掺入能显著提高浆体标稠用水量,固硫灰掺量80%(质量分数,下同)的浆体标稠用水量是基准组的1.6倍;封闭养护时,硬化浆体体积随固硫灰掺量的增加由收缩(掺量低于40%)变为膨胀(掺量高于60%),且收缩率高于基准组;相较于封闭养护,标准养护使硬化浆体内部水化更充分,大毛细孔含量减少,微观结构更密实,硬化浆体体积膨胀,固硫灰掺量80%的试件28 d膨胀率最高达0.42%;空气养护的试件体积均呈收缩趋势,80%固硫灰掺量的试件水灰比较大,但干燥引起的收缩变形高于膨胀产物产生的膨胀变形。

超细矿渣粉与硅灰对水泥基注浆材料性能影响机理分析

李标, 马芹永, 张发

2022, 41(12): 4342-4352.

摘要 ( 45 )

PDF (6350KB) ( 44 )

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为提高工业废渣的综合利用率,研制出一种绿色环保高性能的注浆材料。选用超细矿渣粉(UFS)和硅灰(SF)替代一定量的水泥,通过正交试验和极差分析法系统地研究了在不同水灰比下掺入不同含量的超细矿渣粉、硅灰以及聚羧酸减水剂(PCE)对注浆材料性能的影响,并对优化后的浆液和纯水泥浆液进行了性能对比及微观试验。结果表明:当超细矿渣粉质量分数从18%增大到20%时,可以增强浆液流动性能,硅灰可以提高结石体抗压强度并减小浆液泌水率,聚羧酸减水剂对降低浆液黏度具有显著效果;以28 d抗压强度和黏度为主要指标,得到浆液的较优配比为水灰比0.70、超细矿渣粉掺量20%(质量分数)、硅灰掺量12%(质量分数)、聚羧酸减水剂掺量0.16%(质量分数)。优化后的浆液泌水率、抗压强度及抗折强度均优于纯水泥浆液。掺入超细矿渣粉和硅灰后,浆液内部生成了钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)等凝胶,填充了颗粒间的孔隙,使优化后的浆液结石体强度增大。

磷建筑石膏对超硫酸盐水泥水化的影响

李豪, 廖宜顺, 邓芳, 马丰, 董兴智

2022, 41(12): 4353-4360.

摘要 ( 70 )

PDF (6778KB) ( 43 )

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本文采用不同掺量的磷建筑石膏(CPG)、粒化高炉矿渣和熟石灰制备超硫酸盐水泥(SSC),通过测试水泥浆体的水化热、电阻率、化学收缩、水化产物、孔溶液pH值和抗压强度的变化规律,研究了CPG掺量对SSC水化性能的影响规律。结果表明:当CPG掺量从0%(质量分数,下同)增大到20% 时,水泥浆体的第三放热峰出现时间延迟,3 d放热量与14 d化学收缩均增大,3 d电阻率减小,28 d孔溶液pH值从11.95减小到10.80;掺入CPG会促进钙矾石的生成;当CPG掺量为10%时,试件的28 d抗压强度最大,达到23.8 MPa。

含玻璃砂的高性能碱激发矿渣砂浆性能研究

龚建清, 董雅竹, 张浩, 涂贞军, 戴炜

2022, 41(12): 4361-4368.

摘要 ( 34 )

PDF (10847KB) ( 26 )

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采用玻璃砂代替部分细骨料制备碱激发矿渣(AAS)砂浆后,研究了玻璃砂含量(0%、10%、20%、30%,质量分数)对AAS砂浆抗压强度、抗折强度、干燥收缩、导热系数和碱-硅酸反应(ASR)膨胀率的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)对微观机理进行了分析。结果表明:掺10%~30%的玻璃砂能显著提高AAS砂浆的早期抗压强度,但会略微降低28 d抗压强度;AAS砂浆的抗折强度随玻璃砂掺量的增加先增大后减小,10%掺量时最有利于3 d抗折强度,20%掺量时最有利于28 d抗折强度;AAS砂浆的干燥收缩、导热系数和ASR膨胀率均随玻璃砂掺量的增加而减小,与对照组相比,掺30%玻璃砂的AAS砂浆导热系数降低14.4%,56 d干燥收缩率降低27.6%,14 d ASR膨胀率降低39.6%,28 d ASR膨胀率降低34.5%;SEM分析发现玻璃砂表面有水化产物生成,其与胶凝材料的结合比石英砂更紧密,使AAS砂浆的微观结构更加致密。

赤泥合成砂的碱活性及界面元素特征

白荣, 罗维志, 乐红志, 朱俊阁, 李子超, 朱建平

2022, 41(12): 4369-4377.

摘要 ( 40 )

PDF (27020KB) ( 33 )

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以赤泥为主体,加入少量粉煤灰和膨润土烧制成赤泥合成砂,通过慢速碱-集料反应对赤泥合成砂碱活性进行检测和研究,对碱-集料反应试件中赤泥合成砂和水泥界面微区进行扫描电子显微镜能谱(SEM-EDS)分析,并与标准砂和天然河砂进行对比。结果表明:赤泥合成砂碱-集料反应试件180 d膨胀率为0.035%,略高于标准砂和天然河砂试件的膨胀率,且膨胀率小于0.1%,符合国家建设用砂标准;与标准砂和天然河砂界面相比,碱-集料反应28 d合成砂界面中Fe元素含量显著,界面生成石榴石。该研究结果对解决赤泥堆存问题以及天然砂紧缺现状可提供参考。

改性镍铁渣吸附剂对Cr(VI)吸附性能的影响及机理分析

陆艳, 刘钦, 罗中秋, 周新涛, 赵晓腾, 兰雄

2022, 41(12): 4378-4388.

摘要 ( 39 )

PDF (6060KB) ( 25 )

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以镍铁渣为原料,加入硝酸和表面活性剂对其矿物相改性,制备改性镍铁渣吸附剂,考察表面活性剂种类、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)掺量、吸附剂掺量、溶液初始pH值、Cr(VI)浓度对Cr(VI)吸附效果的影响。结果表明:镍铁渣经改性后可制得结构疏松、比表面积高达180.6 m²/g的无定形SiO₂;改性镍铁渣对Cr(VI)的吸附率在10 min内可达到90%,吸附等温线符合Langmuir模型,最大理论吸附容量为42.55 mg/g,吸附动力学符合拟二级动力学模型。改性镍铁渣吸附剂对Cr(VI)的吸附机理主要是物理吸附和氧化还原,即吸附剂表面范德华力将HCrO^-₄吸附至吸附剂表面,CTAB提供的电子对将Cr(VI)还原为Cr(III)。对镍铁渣改性获得的高比表面积无定形SiO₂不仅可以有效吸附净化Cr(VI),同时可以实现镍铁渣资源化利用,达到以废治污的目的,具有良好的环境效应和经济效益。

流化床型络合液再生工艺研究

胡紫瑞, 刘士豪, 冷子乐, 张光旭

2022, 41(12): 4389-4396.

摘要 ( 45 )

PDF (9819KB) ( 27 )

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随着工业化进程的加快,如何减少氮氧化物的排放受到了人们的强烈关注。目前,由于络合吸收法对一氧化氮(NO)具有良好的吸收性能,被视为未来脱硝技术的重要发展方向,但络合液的再生仍然是一个难题。本文针对络合脱硝中Fe(II)EDTA-NO络合液再生困难且无法连续运行问题进行了探究。以氮掺杂多孔碳为载体,钯纳米微团为活性组分制备出颗粒状Pd/NPCs催化剂,通过X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱对Pd/NPCs进行表征。结果表明,钯纳米微团成功负载到载体上,其平均粒径为2.36 nm,Pd⁰含量为68%(质量分数),对还原Fe(II)EDTA-NO有着良好的催化活性。进一步探究了溶液pH、反应温度、氧含量及液气比等因素对催化剂催化还原Fe(II)EDTA-NO的影响,搭建了一套可持续运转的流化床试验装置,其评价试验结果表明在气流量为200 L/h,NO含量为0.07%(体积分数)条件下,可以维持脱硝率80%以上3 h。

纤维增强Al₂O₃-SiO₂气凝胶隔热复合材料研究进展

张路佳, 姜勇刚, 冯军宗, 李良军, 冯坚

2022, 41(12): 4397-4405.

摘要 ( 111 )

PDF (7203KB) ( 74 )

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Al₂O₃-SiO₂气凝胶是一种低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率的三维结构纳米多孔材料,在航空航天、建筑保温、石油化工等领域具有广泛的应用前景,是理想的高温隔热基体之一。但纯Al₂O₃-SiO₂气凝胶力学性能和抑制高温辐射传热能力较弱,限制了自身在隔热领域的应用。采用纤维作为增强体,制备的Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高温隔热材料方向的研究热点之一。本文介绍了纤维增强Al₂O₃-SiO₂气凝胶隔热复合材料的制备方法,综述了目前国内外该材料的研究进展,并对其未来发展趋势做了展望。

SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征

杜翠凤, 李利军, 王远, 常宝孟, 王九柱

2022, 41(12): 4406-4411.

摘要 ( 60 )

PDF (4600KB) ( 72 )

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SiO₂气凝胶的力学性能较差,隔热性能较强,为了使其成为良好的隔热材料,本文提出一种SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体,硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂,在常压条件下制备SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料,并对材料性能进行表征。结果表明:前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高,复合材料中SiO₂气凝胶导热系数越低,低至0.028 W/(m·K);使用硅烷偶联剂KH550时,基体和纤维之间结合的紧密程度更高;纤维的加入使SiO₂气凝胶的力学性能达到很高水平;当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时,经KH550处理的玻璃纤维/SiO₂气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K),力学性能良好,隔热性能最优。

X8R型BaTiO₃基细晶陶瓷的制备、结构和性能

戴书云, 钟诗琪, 张欢, 朱培树, 李甜, 刘杰, 郑兴华

2022, 41(12): 4412-4418.

摘要 ( 65 )

PDF (5762KB) ( 36 )

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由于在-55~150 ℃存在正交-四方和四方-立方相变,相变对应的尖锐介电峰使BaTiO₃陶瓷介电性能难以满足X8R温度稳定性要求。本文采用50 nm的纳米BaTiO₃粉体和少量堇青石(MgO-Al₂O₃-SiO₂, MAS)玻璃,制备了满足X8R介电温度特性的BaTiO₃基细晶陶瓷。结果表明,随着MAS玻璃的加入,BaTiO₃基陶瓷的室温晶体结构从四方相转变成赝立方相,平均晶粒尺寸从纯BaTiO₃陶瓷的1.904 μm显著降低到添加0.5%(质量分数)MAS玻璃的BaTiO₃基陶瓷的183 nm。与此同时,BaTiO₃基陶瓷虽然介电常数有所下降,但是介电损耗和介电性能的温度稳定性大幅度改善。其中添加0.5%MAS玻璃的BaTiO₃基细晶陶瓷介电性能为:在1 kHz时室温介电常数为984,介电损耗为0.006 5,满足X8R温度特性要求。

复合型陶瓷薄板的制备及其力学性能

张帅, 胡肄琛, 牛文芳, 张晨蕾

2022, 41(12): 4419-4424.

摘要 ( 68 )

PDF (3405KB) ( 43 )

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作为一种轻薄、低能耗的功能化产品,陶瓷薄板因强度低而应用受限,如何对其进行低成本增强成为工业领域研究热点。本文以构筑“纤维布-黏结剂-陶瓷薄板”多层复合结构作为切入点,将多种工业级纤维布、黏结剂和陶瓷薄板进行二次后加工复合,制备了兼具低成本和优异力学性能的复合型陶瓷薄板,探究了其断裂面微观形貌及断裂机理。经研究表明,“碳纤维布-环氧树脂-陶瓷薄板”复合型陶瓷薄板具有最佳界面结合强度及力学性能,其抗弯强度和承载冲击能量分别为85.26 MPa和1.45 J,与陶瓷薄板坯体相比,性能提升幅度分别高达22.98%和141.67%。“纤维布-黏结剂-陶瓷薄板”多层复合结构能够有效提升陶瓷薄板综合力学性能,陶瓷薄板内部存在微裂纹拓展、纤维偏转等多种良性强韧化机制。

冰刀用高强韧Si₃N₄陶瓷的制备与性能研究

张诚, 张光磊, 郝宁, 于刚, 秦国强

2022, 41(12): 4425-4431.

摘要 ( 47 )

PDF (5172KB) ( 37 )

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以α-Si₃N₄粉为原料,MgO-La₂O₃-Lu₂O₃为三元复合烧结助剂,采用气压烧结工艺制备Si₃N₄陶瓷条,研究烧结助剂及添加β-Si₃N₄增强相对Si₃N₄陶瓷微观结构及力学性能的影响。结果表明,三元复合烧结助剂促进了烧结的致密化,提高了材料的力学性能,在最高烧结温度1 750 ℃、复合烧结助剂添加量8%(质量分数)时,得到密度为3.172 8 g/cm³、维氏硬度达到15.85 GPa、断裂韧性和抗弯强度分别为9.69 MPa·m^1/2和1 029 MPa的冰刀用Si₃N₄陶瓷。添加β-Si₃N₄材料的断裂韧性得到提高,最高达到10.33 MPa·m^1/2。Si₃N₄陶瓷本身的高硬度与加入的稀土氧化物使得所制备冰刀的硬度与润滑性能得到提高,表面性能优良。

高熵(Zr,Hf,Nb,Ta)C微米长方体的制备、吸波性能和抗氧化性研究

李俐, 于宏林, 徐文喆, 耿欣

2022, 41(12): 4432-4443.

摘要 ( 74 )

PDF (20556KB) ( 58 )

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针对高熵碳化物制备困难,本文采用ZrC、HfC、NbC和TaC粉为原料,Ni粉为熔剂,通过低温无压烧结工艺成功制备出三种不同成分的高熵(Zr,Hf,Nb,Ta)C粉体。结果表明,三种粉体均为微米长方体,且暴露(100)晶面。(Zr_1/4Hf_1/4Nb_1/4Ta_1/4)C微米长方体因具有高介电常数而展现出优异的吸波性能,在厚度为3.5 mm、频率为6.16 GHz时,最低反射损耗值可达-48.86 dB。高熵(Zr,Hf,Nb,Ta)C微米长方体在800~1 200 ℃下展示出优异的抗氧化性,且氧化产物均由正交相(Nb_xTa_1-x)₂O₅固溶体、单斜相(Zr_xHf_1-x)O₂固溶体和正交相HfO₂所组成,与氧化温度和过渡金属的物质的量比无关。Zr、Hf、Nb和Ta的协同作用导致其氧化机制与单组元碳化物截然不同,Hf的存在抑制Nb₂O₅由正交晶系向单斜晶系转变,还会促使ZrO₂在800 ℃时由四方晶系转变为单斜晶系。此外,Nb和Ta的存在促使HfO₂在常压下由单斜晶系转变为四方晶系。

知识图谱视角下耐火材料的研究发展

王玉龙, 王周福, 王玺堂, 刘浩, 马妍, 姜鹏程

2022, 41(12): 4444-4457.

摘要 ( 65 )

PDF (10304KB) ( 242 )

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耐火材料是高温工业重要的支撑材料,随着相关技术的不断发展,已经积累了海量的文献。然而使用传统方法阅读如此众多的文献存在较大的困难,进一步对其进行分析归纳则难度更大,因而以往的做法常是凭借经验选择代表性文献进行总结分析。但该方法难以对研究动态有全面、定量、深入的分析与归纳,不利于系统地把握发展现状及趋势,已经逐渐难以适应科学研究的未来需要。本工作从知识图谱视角对耐火材料研究的现状进行归纳和总结,对中国知网和WOS(Web of Science)核心数据库中的众多文献进行分析,分别从中国和世界范围介绍了耐火材料领域研究的整体发展脉络,并以含碳耐火材料为例介绍了领域内的研究热点与趋势,最后对耐火材料及知识图谱的未来发展作出了展望。

石墨相氮化碳基材料光催化还原除铀研究进展

秦泽敏

2022, 41(12): 4458-4468.

摘要 ( 83 )

PDF (14481KB) ( 40 )

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将光催化技术应用于含铀废水处理具有广阔的前景。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基催化剂因具有合适的能带结构、出色的稳定性以及光电性能,成为了研究最多的光催化除铀材料。因此本文综述了g-C₃N₄基材料在光催化还原除铀中的研究进展,探讨了光催化除铀的机理、g-C₃N₄基光催化剂的合成技术及研究现状,指出了g-C₃N₄基材料光催化还原除铀的应用挑战并展望了未来的发展前景。

Apo/PbSe复合材料的制备及其光催化性能

樊云祥, 刘瑞杰, 谢佳, 谢银德

2022, 41(12): 4469-4476.

摘要 ( 44 )

PDF (4771KB) ( 24 )

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利用脱铁铁蛋白制备的纳米材料具有尺寸可控、单一等优点,在催化方面同样具有很大优势。本文以脱铁铁蛋白为模板,硒脲为硒源,乙酸铵与乙酸铅为原料,通过模板合成法和两步法制备脱铁铁蛋白/硒化铅(apo/PbSe)复合材料,采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、荧光光谱仪(PL)等手段分析材料,并测定了apo/PbSe复合材料在可见光下对废水染料甲基橙的催化降解性能。结果表明,蛋白质内部的矿物核心主要物质为PbSe,成功合成了apo/PbSe复合光催化剂。复合光催化剂的最佳实验条件为溶液pH=3.0,H₂O₂质量分数9%,此时对甲基橙的降解效率最高可达97.10%,五次循环降解实验证明了其光催化效率的稳定性。基于以上结果,说明apo/PbSe具有良好的催化活性和稳定性,并提出了apo/PbSe复合材料对甲基橙的光催化降解机理。

TiO₂-Al₂O₃复合粉体的制备及光催化性能

段宁, 李崇瑞, 陆成龙, 张银凤, 张湘泰, 熊江敏

2022, 41(12): 4477-4486.

摘要 ( 41 )

PDF (7774KB) ( 35 )

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Al₂O₃陶瓷膜在过滤染料废水过程中容易被染料大分子堵塞,导致Al₂O₃陶瓷膜水通量下降。以钛酸丁酯、异丙醇铝为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备Ti(OH)₄-AlOOH复合溶胶,经450 ℃烧成获得TiO₂-Al₂O₃复合粉体。以SEM、纳米粒度/电位仪作为主要表征手段,研究了不同Ti(OH)₄和AlOOH摩尔比对复合溶胶粒径分布的影响,进而探究TiO₂-Al₂O₃复合粉体的光催化性能。结果表明,Ti(OH)₄和AlOOH摩尔比为0~0.4时,随着Ti(OH)₄和AlOOH摩尔比的增大,胶粒的平均粒径从67.5 nm减小到34.0 nm,Ti(OH)₄-AlOOH复合溶胶的电位从43 mV升高至53 mV。当Ti(OH)₄和AlOOH摩尔比为0.4时,复合粉体对结晶紫的去除率高达79.3%,反应速率常数增大到了0.018 min^-1。TiO₂-Al₂O₃复合粉体制备的陶瓷膜能有效降解表面沉积的大分子,解决了陶瓷膜堵塞的问题。

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