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当期目录

    2023年 第42卷 第2期    刊出日期:2023-02-15
    封面故事
    太湖隧道混凝土收缩裂缝控制技术
    2023, 42(2):  769-770. 
    摘要 ( 77 )   PDF (3297KB) ( 65 )  
    相关文章 | 计量指标
    水泥混凝土
    低热硅酸盐水泥水化及性能研究现状
    沈鑫, 郭随华, 李文伟, 陆超, 张坤悦, 王敏, 文寨军
    2023, 42(2):  383-392. 
    摘要 ( 215 )   PDF (3760KB) ( 223 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    低热硅酸盐水泥因水化热低而被大量应用于高等级大体积混凝土工程以降低温度应力给结构带来的开裂风险。此外,高温下强度增长稳定的特点决定其能在高热施工环境发挥作用,优良的体积稳定性有利于解决混凝土结构开裂问题,较高的后期强度和优良的抗侵蚀性能适合用于高性能混凝土的制备。本文从水化、性能等角度出发,分析了低热硅酸盐水泥在水化调控、水化产物及微观结构、性能优化等方面存在的部分问题,总结了低热硅酸盐水泥高温耐受、抗侵蚀、体积稳定等性能特点,提出了低热硅酸盐水泥在严酷环境、高热环境中的应用展望。
    新拌混凝土配合比快速分析方法综述
    付镜, 刘家彬, 秦鸿根, 庞超明
    2023, 42(2):  393-402. 
    摘要 ( 104 )   PDF (1023KB) ( 101 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在一定的原材料和生产工艺下,配合比决定了产品的性能。新拌混凝土配合比的快速分析对提前控制混凝土的最终质量有重大意义。本文归纳了国内外对新拌混凝土中粗细集料、胶凝材料、水等关键材料用量的测定方法的原理及方法概要,分析了国标中配合比分析试验存在的问题,提出应采用微波法测定单位用水量,再用4.75和0.08 mm筛筛分出粗细集料后参考Dunagan法测定集料单位用量,然后用减量法计算出胶凝材料总量,并将选择性溶解法优化为溶解减量法以测定掺合料用量。此方法符合准确和快速的原则,可适用于搅拌站和施工现场的新拌混凝土配合比快速分析。
    硼砂/三乙醇胺复合缓凝剂对磷酸钾镁水泥水化硬化性能的影响
    叶飞, 师文杰, 吴博, 谭高明, 马雪
    2023, 42(2):  403-410. 
    摘要 ( 98 )   PDF (10878KB) ( 78 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    磷酸钾镁水泥(MKPC)的速凝特性限制了其在更多工程领域的应用发展,有效延长凝结时间是其工程化应用的关键技术之一。本研究使用硼砂/三乙醇胺复合缓凝剂,深入研究了其对磷酸钾镁水泥凝结时间、抗压强度、物相组成、微观形貌、孔结构和水化放热等特性的影响,并探讨了缓凝机理。结果表明:在保障7 d抗压强度大于20 MPa条件下,复合缓凝剂的使用,可实现26~100 min的凝结时间调控;三乙醇胺分子包覆MgO颗粒,发挥阻水作用,从而显著降低水化反应的标准水化放热速率与标准水化放热量,达到缓凝效果;试样中K-鸟粪石含量的减少与大于10 nm孔隙体积的增加是削弱抗压强度的主要原因。
    新拌石灰石粉-偏高岭土-水泥系统流变特性研究
    李威, 刘豫, 李慧, 于欣欣, 朱建平
    2023, 42(2):  411-419. 
    摘要 ( 90 )   PDF (2555KB) ( 76 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    石灰石粉和偏高岭土复掺可以替代部分水泥,有效降低水泥制品的碳排放。采用安东帕MCR 302旋转流变仪测试了新拌石灰石粉-偏高岭土-水泥浆体系统的流变特性。通过单纯形重心法对石灰石粉-偏高岭土-水泥砂浆系统进行了试验设计,利用Viscometer 5型混凝土流变仪对不同配比砂浆的流变特性进行了测试。结果表明:随着偏高岭土掺量的增加,水泥浆体的屈服应力和塑性黏度显著增大;随着石灰石粉掺量的增加,水泥浆体的屈服应力和塑性黏度呈先增大后减小的趋势;改变砂浆胶凝材料的配比能够显著影响砂浆的流动性以及流变参数。
    石灰石粉含量和粒径对水泥水化热的影响
    邓懋, 申波, 吴洪梅, 陈松, 黄先桃, 谢青青
    2023, 42(2):  420-428. 
    摘要 ( 79 )   PDF (10061KB) ( 86 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为研究石灰石粉(以下简称石粉)参数对水泥水化热的影响,利用TAM Air-八通道微量热仪探究不同石粉含量和粒径对水泥水化放热量以及水化放热速率的影响。研究表明,随着石粉含量的增加,辅助胶凝材料的水化放热量和水化放热速率总体上呈降低的趋势。其中当石粉含量为15%(质量分数)时,石粉粒径为400目时放热量为223.22 J/g,水化峰值速率为2.399 2 mW/g,石粉粒径为3 000目时放热量为215.98 J/g,水化峰值速率为2.214 0 mW/g,其放热量和水化峰值速率降低的趋势最明显。同时,当石粉掺量较大时,石粉粒径对水化反应的影响更加明显,粒径过小或者过大都会提高水化放热量和水化放热速率。当石粉粒径为1 250目时水化放热量较小且水化放热速率较低。通过物相分析发现,石粉的加入不会使体系产生新物质,当石粉含量为15%(质量分数)、粒径为1 250目时,Ca(OH)2衍射峰强度最高并伴随着大量C-S-H的生成,说明了该组石粉能够更大程度地促进水泥水化,使反应更充分。
    PNIPAM温敏凝胶对水泥材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响
    王振军, 史文涛, 张婷, 李梦, 王泽辉
    2023, 42(2):  429-438. 
    摘要 ( 65 )   PDF (6447KB) ( 50 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    利用自制聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)温敏凝胶制备水泥材料,并开展硫酸盐溶液侵蚀试验,测量试件质量与强度变化;同时采用SEM、MIP和水化热测试等手段,研究PNIPAM凝胶对水泥材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响机理。结果表明,PNIPAM凝胶相变会释水,促进水泥材料的水化,改善内部孔结构,提高水泥材料力学性能;质量分数为1.0%的PNIPAM凝胶可降低水泥材料受硫酸盐侵蚀的质量损失和强度损失; PNIIPAM凝胶具有相变特性,可以抵消部分膨胀型侵蚀产物对水泥材料内部造成的破坏,提高水泥材料的抗硫酸盐侵蚀性能。
    膨润土和玄武岩纤维改性水泥砂浆的防渗抗裂性能
    陈文瑶, 张卓翔, 孟二从, 黎强
    2023, 42(2):  439-447. 
    摘要 ( 108 )   PDF (9334KB) ( 90 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为解决当前水泥砂浆防渗抗裂能力较差的问题,本文研制了一种新型水泥砂浆材料。通过制备不同掺量下的膨润土和玄武岩纤维改性水泥砂浆,测试其抗渗性能和抗裂性能,并对水泥砂浆的微观机理进行分析。结果表明,在水泥砂浆中加入膨润土、玄武岩纤维后,可增强其抗渗性能和抗裂性能。当混掺4%(质量分数)膨润土和0.4%(质量分数)玄武岩纤维时,水泥砂浆抗渗压力值最大,较未掺膨润土和玄武岩纤维时可提高61.11%,抗渗等级为P8级;同时,掺入膨润土和玄武岩纤维后的水泥砂浆裂缝降低系数可以达80%以上,抗裂等级属于Ⅰ级,裂缝的特征表现为“少、细、短”。混掺膨润土和玄武岩纤维使水泥砂浆的密实度增加,裂缝和孔洞减少。膨润土和玄武岩纤维的掺入未改变水泥砂浆的水化产物种类,但使氢氧化钙的结晶度降低,促使水化硅酸钙凝胶生成。
    新疆大石峡水利枢纽混凝土碱-硅酸反应抑制研究
    周晓青, 易阳, 汪峻峰, 鲁刘磊, 黎晓丽, 马良伟, 宋晓建, 兰小波
    2023, 42(2):  448-453. 
    摘要 ( 61 )   PDF (5893KB) ( 65 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    新疆大石峡水利枢纽混凝土选用的骨料存在碱活性,可能导致工程产生碱骨料破坏问题,本文研究了当地粉煤灰和矿粉对碱-硅酸反应(ASR)的影响,并采用XRD和SEM-EDS测试分析了水化产物和界面过渡区的形态。结果表明:粉煤灰掺量≥20%(质量分数)或矿粉掺量≥40%(质量分数)都能显著抑制碱-硅酸反应;在纯水泥样品界面过渡区可以观察到无定形相,在含有粉煤灰或矿粉的样品中未观察到无定形相,这意味着碱-硅酸反应发生在纯水泥样品中;添加粉煤灰或矿粉降低了界面过渡区物相的Ca/Si摩尔比,抑制了碱-硅酸反应。
    聚乙烯醇纤维混凝土动态断裂过程试验研究
    杨国梁, 李峰, 张志飞, 毕京九, 董智文, 李影
    2023, 42(2):  454-462. 
    摘要 ( 62 )   PDF (10671KB) ( 71 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为探究纤维体积掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)断裂过程的影响,基于50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同纤维体积掺量(0%、0.75%、1.50%、2.25%、3.00%)的PVA-ECC中心切槽半圆盘弯曲(NSCB)试件进行冲击试验,同时结合超高速数字图像(DIC)相关试验系统对PVA-ECC材料的动态断裂过程进行试验研究,得到了预制裂纹尖端张开位移的变化规律以及各组试件的临界裂缝尖端张开位移(CTODC)。结果表明,当不添加PVA纤维或添加较少(小于1.50%)时,裂尖宏观裂纹基本出现在裂尖荷载的峰值时刻处,而随着PVA纤维掺量的增加,裂尖宏观裂纹的出现显著早于裂尖荷载的峰值时刻,并且纤维体积掺量越大,裂尖宏观裂纹出现得越早,裂纹扩展至完全断裂的时间也显著增加。添加聚乙烯醇纤维可以显著提高混凝土试件的CTODC值,提高试件的阻裂能力,相同冲击荷载下,体积掺量为2.25%的聚乙烯醇纤维试件具有较大的CTODC值。
    严苛侵蚀作用对优化导电混凝土性能的影响
    王嘉豪, 孔祥东, 陈建康
    2023, 42(2):  463-470. 
    摘要 ( 60 )   PDF (5144KB) ( 55 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    干湿交替和硫酸盐腐蚀引起的损伤严重影响导电混凝土服役时的长期稳定性。本研究以碳纤维、石墨作为导电相材料,掺入粉煤灰和硅灰制备导电混凝土,在干湿交替和硫酸盐腐蚀耦合作用下,讨论粉煤灰、硅灰掺量对导电混凝土力学性能与电学性能的影响。综合导电混凝土的力学性能与电学性能衰变定义了服役性能劣化指标。结果表明:掺入粉煤灰和硅灰后提升了导电混凝土在干湿交替和硫酸盐腐蚀下的耐久性和导电稳定性;当粉煤灰和硅灰的总掺量一定时,提高粉煤灰占比能够有效降低干湿交替和硫酸盐腐蚀造成的强度损失,并提高导电混凝土的导电稳定性。
    发泡浆体流变特性对轻质混凝土匀质性的影响
    潘正华, 蒋亚清, 赵文昊
    2023, 42(2):  471-477. 
    摘要 ( 59 )   PDF (2776KB) ( 54 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为改善轻质混凝土匀质性,提升轻质混凝土力学性能,本文通过建立Herschel-Bulkley(H-B)塑性黏度计算模型,探究了发泡浆体流变特性对泡沫沉降和浆体中陶粒分布的影响。结果表明:随增稠剂掺量的增加,轻质混凝土发泡浆体的屈服应力和基于非线性H-B模型ηH-B=0.016 67K(80n-20n)(ηH-B为H-B模型得出的发泡浆体塑性黏度;K为一致性系数;n为流动指数)得到的塑性黏度增大,导致发泡浆体沉降距下降,陶粒在浆体中的分形维数提高;当发泡浆体塑性黏度大于1.74 Pa·s、屈服应力大于92.87 Pa时,可制备抗压强度大于10 MPa的轻质混凝土。由此可见,优化发泡浆体流变特性是克服陶粒在发泡浆体中易上浮问题的关键,可有效改善轻质混凝土匀质性,提升轻质混凝土力学性能。
    真空去水压制成型对机制砂混凝土性能的影响
    周朋, 王有旗, 赵双林, 刘普前, 崔立朕, 孟勇, 徐晶, 詹培敏
    2023, 42(2):  478-486. 
    摘要 ( 70 )   PDF (6877KB) ( 53 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为顺应当今建筑工业化和固废资源化趋势,工程界提出了采用真空去水压制成型新工艺,以实现机制砂混凝土的高效预制生产。本文研究了真空去水压制成型时间对不同初始水灰比(W/C)机制砂混凝土性能的影响,结果表明:与天然砂混凝土相比,真空去水压制能更显著提升机制砂混凝土的强度,主要是由于在高密实成型条件下,机制砂充分发挥了嵌锁效应,经真空负压-0.07 MPa及压制15 MPa处理100 s后,机制砂混凝土初始W/C从0.58降低至0.32,抗压强度提升了44.6%,延长处理时间性能提升效果减弱,尤其是对W/C较小的混凝土;压汞测孔(MIP)发现真空去水压制后混凝土硬化体孔隙率大幅降低,尤其是大于50 nm的有害孔,与压制前相比,其比例下降均超过70%,孔径分布得到了改善,且水化程度均提高至0.6以上;扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表明,经真空去水压制处理后,混凝土内硬化浆体变得更密实,定向排列的针状钙矾石及片状Ca(OH)2含量减少,而界面过渡区(ITZ)黏结性能提高。采用真空去水压制成型机制砂混凝土,符合现代预制混凝土构件生产的绿色、节能、环保发展要求。
    养护温度和矿物掺合料对蒸养混凝土脆性的影响
    李广, 李北星, 黄安, 邓俊双
    2023, 42(2):  487-495. 
    摘要 ( 66 )   PDF (8207KB) ( 70 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了掌握蒸养混凝土的脆性特性,以脆性系数和冲击韧性为评价指标,研究了养护温度(20、45、55、65、75 ℃)及矿物掺合料对混凝土脆性的影响,并通过扫描电子显微镜和压汞仪分析了养护温度和矿物掺合料对混凝土水化产物微结构和孔结构的影响。结果表明,随着养护温度的升高或养护龄期的延长,混凝土的脆性系数增大,且蒸养降低了混凝土的冲击韧性,复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料可以改善蒸养混凝土的脆性和抗冲击性能。较高养护温度导致水化产物结晶粗大,界面过渡区形成微裂缝和基体孔隙率增大,从而使蒸养混凝土脆性增大,复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料改善了蒸养混凝土的孔结构和界面过渡区微结构。
    生土砌体砌筑泥浆生态改性配方研究
    刘江, 袁康, 张松林, 陈楠
    2023, 42(2):  496-508. 
    摘要 ( 57 )   PDF (8234KB) ( 52 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对在地震作用下生土砌体墙因砌筑泥浆强度低而沿灰缝处发生剪切破坏的问题,在考虑不破坏生土归田性的前提下,提出了生土泥浆生态改性配方以提高砌体抗剪强度。通过单因素、正交试验研究了糯米胶、丙烯酸乳液、速溶胶粉、纤维素等掺量对生土泥浆的抗剪强度、抗压强度和抗折强度的影响规律,得到改性泥浆最优配比,并在此基础上进行改性生土材料归田性分析及生土砌体抗剪试验。研究结果表明:泥浆经改性后,较传统非改性泥浆抗剪强度提高了50.55%,抗压强度提高了33.14%,抗折强度提高了23.48%;改性后的生土材料能使农作物正常生长,土壤成分分析符合植物种植标准,归田性没有被破坏;采用改性泥浆的生土砌体相较于未改性生土砌体抗剪强度提升了34.77%。
    资源综合利用
    SCR脱硝金属氧化物催化剂研究进展
    王昕, 张金山, 汪澜
    2023, 42(2):  509-519. 
    摘要 ( 99 )   PDF (3342KB) ( 95 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    氮氧化物是大气主要污染物之一,选择性催化还原(SCR)是国内外工业锅炉(窑炉)烟气脱硝的主要技术途径。脱硝催化剂是SCR技术的核心,近几十年来为人们所关注和广泛研究。金属氧化物催化剂材料来源广泛,制备简单,脱硝效率稳定,在工业锅炉(窑炉)烟气脱硝中具有广阔的应用前景,因而成为人们研究关注的重点。本文基于SCR烟气脱硝理论现状,归纳了金属氧化物催化剂优化设计的关键与重要基础,同时,梳理了目前备受研究关注的钒基、锰基、铈基、铁基等四种典型金属氧化物催化剂的研究进展,系统介绍了不同氧化物催化剂的脱硝机理、本质特征、元素改良、结构和形貌设计,以及存在的问题等,并展望了今后金属氧化物催化剂研究的发展趋势,为今后工业锅炉(窑炉)烟气高效脱硝催化剂的研发提供参考借鉴。
    固废源CaO基CO2捕集材料的制备与捕集性能研究进展
    赵珂萍, 李晓玉, 李瑞红, 李浩然, 杨天佐, 犹家进, 彭康
    2023, 42(2):  520-530. 
    摘要 ( 89 )   PDF (4969KB) ( 75 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    CO2捕集技术是当前应对全球气候变化、缓解温室效应的重要途径。利用含钙固体废弃物制备高效CaO基CO2捕集材料有利于实现固废资源高值化利用、以废治废和清洁生产,具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。基于固废源高效廉价CaO基CO2捕集材料的良好应用前景,本文介绍了工业废渣、生物质和其他含钙固体废弃物的产生与资源化利用现状,综述了CaO基吸附剂的捕集原理、碳酸化动力学过程和CO2捕集性能,对比了以不同含钙固体废弃物为前驱体制备CaO基吸附剂的吸附-脱附循环性能和不同改性方法对其吸附稳定性的影响,从经济角度分析了固废源CaO基吸附剂在钢铁厂、燃煤电厂和生物制氢中的应用潜力,展望了固废源CaO基CO2捕集材料的应用前景和发展方向。该文旨在为固废源CaO基吸附剂前驱体的选择、吸附性能的提高和固废吸附材料的工业应用提供帮助。
    燃煤催化剂的发展及研究现状
    李永春, 王亚丽, 王剑锋, 崔素萍, 黄炳银, 武鑫江
    2023, 42(2):  531-540. 
    摘要 ( 105 )   PDF (1730KB) ( 78 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    我国的水泥生产以新型干法水泥窑技术为主,使用燃料为高挥发分、低灰分的优质烟煤。水泥生产属于高能耗、高排放行业,控制水泥生产过程能耗、降低碳排放对实现“双碳”目标具有重大意义。燃煤催化剂可以有效地解决水泥生产过程中高能耗、高排放的问题,近年来引起了广泛的关注。本文结合国内外研究现状,系统综述了燃煤催化剂的组成与评价方法、催化剂的催化机理、脱硫脱硝型燃煤催化剂的研究和催化剂在工业生产中的应用。研究改进催化剂添加方式,保证在煤粉中的分散度可以提高催化剂的催化效率,是推进燃煤催化剂工业化使用的关键之处。
    固体废弃物在蒸压加气混凝土中的应用现状综述
    陈潇, 张浩宇, 薛鑫, 杨寅, 龚天天, 张刘阳
    2023, 42(2):  541-553. 
    摘要 ( 77 )   PDF (5661KB) ( 65 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    随着固废资源化利用成为当下研究的热点,近年来采用固体废弃物制备蒸压加气混凝土的研究成果层出不穷。但固体废弃物由于种类繁多,特点不一,对蒸压加气混凝土的干密度和抗压强度等关键性能的影响规律和影响机理并不明晰,亟需进行归纳总结。本文首先从基体和孔结构两方面分析归纳了影响蒸压加气混凝土干密度和抗压强度的主要因素,之后从固体废弃物做硅质材料、钙质材料和发气材料三个方面分析了其对蒸压加气混凝土干密度和强度的影响规律和影响机理,最后总结了当前研究中存在的问题并对未来的研究方向进行了展望。
    花岗岩锯泥制备建材产品研究进展
    张媛, 李育彪, 薛璐韬, 吴晓勇, 蹇守卫, 吕阳
    2023, 42(2):  554-564. 
    摘要 ( 67 )   PDF (7342KB) ( 65 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    花岗岩强度高,硬度大,吸水率低,化学稳定性好,耐久性强,色泽美观,被广泛用于制备优质建筑石材。但花岗岩切割过程中会产生大量锯泥,占用大量土地且污染环境。本文在分析花岗岩锯泥堆存现状及危害基础上,介绍了花岗岩锯泥的主要处理方式,论述了利用花岗岩锯泥再生产建材的几种途径,总结了锯泥在微晶玻璃、发泡陶瓷、陶瓷釉料和加气混凝土砌块等产品中的应用与发展,为花岗岩废料在建筑材料领域的高值利用提供一定参考。
    碱激发地质聚合物固化软土的研究进展
    刘景锦, 罗昊鹏, 雷华阳, 郑刚, 程雪松
    2023, 42(2):  565-574. 
    摘要 ( 148 )   PDF (2681KB) ( 169 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    软土地基处理是工程界公认的有较高风险的工程领域,传统软土固化中大量使用硅酸盐水泥,不仅消耗自然资源,还会对环境产生不良影响,使用环境友好型碱激发地质聚合物替代传统硅酸盐水泥越来越受到国内外学者的重视。论文基于国内外已有研究成果,从碱激发地质聚合物固化土发展历史、碱激发地质聚合物种类、碱激发地质聚合物反应机理、碱激发地质聚合物固化土力学特性和各类性能等方面进行研究进展的综述分析,重点谈论地质聚合物处理软土的力学特性,并对不同碱激发地质聚合物在软土地基加固中抗渗性能、抗冻融性能、抗腐蚀性能等进行分析,对碱激发地质聚合物在软土地基加固中的应用进行系统梳理和展望,以期引导和提升碱激发地质聚合物在软土地基加固中的应用,实现我国地基加固可持续发展。
    玄武岩纤维表面改性的研究进展
    许星, 张金才, 王宝凤, 郭彦霞, 程芳琴
    2023, 42(2):  575-586. 
    摘要 ( 171 )   PDF (6759KB) ( 136 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    纤维增强复合材料的力学性能主要受到纤维性能、树脂性能以及纤维与树脂间的复合材料界面性能影响。在实际应用中,纤维表面改性是增强纤维和基体之间结合力,拓展应用领域的关键。本文综述了国内外玄武岩纤维的几种改性工艺,总结了各种表面改性方法的作用机理及其改性效果,并简要介绍了玄武岩纤维的性质及应用。研究发现,玄武岩纤维经过改性后,其性能均有所改善,如表面活性提高、强度增大、界面黏结力增强等,这有利于其作为增强体制备各种性能优异的复合材料,从而应用于土木建筑、汽车船舶、石油化工、航空航天等领域。此外,本文最后还指出了玄武岩纤维改性领域目前存在的主要问题,并对未来该领域研究发展方向做出展望。
    基于裹浆工艺的煤矸石混凝土性能研究
    姚志鑫, 穆川川, 单俊鸿, 刘捷, 王奎, 高鹏
    2023, 42(2):  587-597. 
    摘要 ( 61 )   PDF (28006KB) ( 54 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    采用裹浆工艺对煤矸石骨料进行预处理,研究原状煤矸石骨料与不同浆体裹浆煤矸石骨料的吸水率、压碎值和干湿、冻融环境下的劣化行为以及裹浆煤矸石混凝土的强度和耐久性能,并分析骨料性能强化与混凝土性能提升的相关性。采用XRD、SEM分析原状煤矸石骨料与裹浆煤矸石骨料干湿、冻融循环前后的矿物组成、微观形貌和界面过渡区。结果表明,原状煤矸石骨料吸水率高,硬度低,在干湿、冻融环境下劣化明显,裹浆后煤矸石骨料性能提升。原状煤矸石混凝土强度与耐久性能较差,裹浆后煤矸石混凝土性能得到增强,骨料性能与混凝土性能相关性良好。煤矸石骨料劣化的主要原因是黏土矿物吸水后在干湿、冻融环境下软化失稳,而裹浆可以起到隔绝水分的作用,从而使骨料性能得到强化。骨料强化以及骨料与砂浆基体的结合程度提高共同促进了裹浆煤矸石混凝土性能提升。
    持续荷载和锂渣取代量对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
    李宇航, 温勇, 韩国旗, 郝恩泽, 刘佳, 马丽莎
    2023, 42(2):  598-606. 
    摘要 ( 59 )   PDF (10295KB) ( 49 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为考察受载锂渣混凝土抗氯离子渗透性能,本文设计了锂渣取代水泥质量0%、10%、20%和30%的C20、C30和C40混凝土,对混凝土试件施加极限压荷载的10%、30%和50%,作为持续压应力,进行氯离子渗透性能试验。结果表明:水灰比范围在0.40~0.62时,电通量随着水灰比的增大而增大;对于施加不同压应力的混凝土,当压应力比达到0.3时,C20和C30混凝土电通量有明显的提升,当压应力比达到0.5时,C40混凝土电通量有明显的提升;对于不同锂渣取代量的混凝土,电通量随着锂渣取代量的增大而减小。结合 Fick第二定律和质量守恒定律,建立在持续荷载作用下锂渣混凝土氯离子渗透模型,结果表明,氯离子在浸泡环境下的渗透性能符合试验规律,模拟结果与试验结果一致。
    钢渣微粉生态型超高性能混凝土力学性能影响因素分析
    唐咸远, 马杰灵, 罗杰, 何滨冰, 陆澄剑
    2023, 42(2):  607-617. 
    摘要 ( 69 )   PDF (5664KB) ( 64 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为促进钢铁企业废渣的无害化处理与资源化利用,将钢渣制成微粉替代石英粉制备生态型超高性能混凝土(UHPC)是其再利用的有效途径之一。针对配制钢渣微粉UHPC的原材料因素影响问题,采用正交试验法对不同配合比下钢渣微粉UHPC的抗压、抗折、劈裂抗拉等强度指标及弹性模量进行测试,以分析硅灰、钢渣微粉、河砂和钢纤维四种原材料掺量对其各项性能指标的影响效果。结果表明:钢纤维体积掺量对钢渣微粉UHPC的各项力学性能影响最为显著,河砂、钢渣微粉掺量影响程度较大,硅灰掺量影响程度较小;立方体抗压强度、抗折强度、静力受压弹性模量指标下的显著性影响顺序为钢纤维>河砂>钢渣微粉>硅灰,轴心抗压强度、劈裂抗拉强度指标下的显著性影响顺序为钢纤维>钢渣微粉>河砂>硅灰;经正交试验得出最佳配合比方案,按该方案制备的钢渣微粉UHPC具有良好的工作性能与力学性能。
    二次铝灰制备高强度陶粒及其性能研究
    陈辛, 曾祥会, 方伟, 何漩, 杜星, 王大珩, 李薇馨, 赵雷, 陈辉
    2023, 42(2):  618-625. 
    摘要 ( 79 )   PDF (6931KB) ( 77 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    作为再回收铝过程中产生的废渣,二次铝灰具有明显的化学反应性和有毒、有害物质浸出等危险性特征。为了解决制铝行业中产生的二次铝灰堆存处置问题,以二次铝灰为原料,通过水洗、圆盘造粒,再经1 200~1 400 ℃热处理,制备了高强度陶粒。运用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对不同热处理温度下陶粒试样的物相组成和微观形貌进行分析,并对材料堆积密度、表观密度、孔隙率以及筒压强度进行了测试。结果表明:随着热处理温度升高,陶粒内部结构逐渐致密化,堆积密度、表观密度及筒压强度均随之增大;其中,1 400 ℃热处理后,陶粒的主要物相为刚玉和镁铝尖晶石,其表观密度和体积密度分别为1.82 g/cm3和1.81 g/cm3,筒压强度可达25.7 MPa,属于高强度陶粒。
    基于响应面法的半水磷石膏复合胶凝材料优化设计及性能研究
    樊璐洋, 金子豪, 苏英, 崔程嘉, 王斌
    2023, 42(2):  626-636. 
    摘要 ( 63 )   PDF (8460KB) ( 61 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为实现工业副产品磷石膏的资源化利用,本文基于响应面法中的中心复合试验法,选择硫铝酸盐水泥(SAC)和蛋白类缓凝剂(SC)掺量作为配比变量,对半水磷石膏复合胶凝材料(HPCM)进行性能优化,制备高性能HPCM。通过数据处理,得到变量与1 d抗压强度、绝干抗压强度、初凝时间和终凝时间的响应面曲线,建立相应的响应面模型。结果表明,SAC和SC掺量最优值分别为20.48%(质量分数)和0.12%(质量分数),测得HPCM的绝干抗压强度为23.1 MPa,初凝时间为38 min,HPCM力学性能、工作性能等皆良好。基于水化进程及水化产物组成进行分析,主要是矿物相改变造成的新水化产物的生成改善了体系微观结构组成,从而优化了性能。
    多源石墨固废制备电热板材配方试验研究
    李思颖, 任子杰, 高惠民, 马骏辉, 杨云平, 吕阳, 李相国
    2023, 42(2):  637-643. 
    摘要 ( 75 )   PDF (2803KB) ( 73 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了提高石墨固废利用率,本文以石墨开采废石为细骨料,添加球形石墨尾料以及不同质量分数的废石石粉进行电热板材配方试验,探究了石墨开采废石取代量、石粉掺量对电热板材性能的影响。结果表明:在100%(质量分数)使用石墨开采废石作为细骨料时,养护28 d的水泥板材抗折强度及抗压强度分别达到11.09 MPa和50.90 MPa,虽然略低于使用标准砂的水泥板材的强度指标,但是仍可满足相关要求,说明石墨开采废石可以作为细骨料使用;在废石石粉掺量为7%(质量分数)时,电热板材的抗折强度和抗压强度最高分别达到6.21 MPa和33.00 MPa,虽然强度有所降低,但是仍可满足低强度板材的要求;在球形石墨尾料掺量为9%(质量分数)时,电热板材体积电阻率为1.94 Ω·m,发热温度为71 ℃,具有良好的电热效果。
    磷石膏稳定红黏土的压缩特性及微观机理
    罗国夫, 陈开圣, 骆弟普
    2023, 42(2):  644-656. 
    摘要 ( 56 )   PDF (10448KB) ( 48 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对红黏土特殊工程性质以及磷石膏固废资源的浪费现象,通过固结试验,以水泥为固化剂,研究不同配合比下磷石膏稳定红黏土的压缩特性,并基于微观结构和矿物组成分析压缩模量变化的机理。结果表明,素红黏土为中压缩性,磷石膏稳定红黏土为中、低压缩性。混合料压缩模量随磷石膏掺量增加先增大后减小,水泥与磷石膏质量比为1:3时压缩模量最大。各因素对混合料压缩模量的影响程度依次为竖向荷载>水泥掺量>磷石膏掺量。混合料压缩模量与水泥掺量、磷石膏掺量可通过二元三次函数关系拟合。随着磷石膏掺量增加,水泥的水化反应、吸附作用以及钙矾石的生成使混合料孔隙率降低,当水泥与磷石膏质量比为1:3时,孔隙率最小。当磷石膏掺量继续增大,溶液呈酸性,钙矾石溶解,游离氧化铁减少,团聚体内的胶结作用与咬合作用降低,压缩模量减小。
    核桃壳粉为碳源制备C@ZrSiO4黑色色料
    王济伟, 李家科, 刘欣, 江和栋, 郭平春, 朱华, 王艳香
    2023, 42(2):  657-665. 
    摘要 ( 53 )   PDF (12685KB) ( 46 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    以核桃壳粉、八水氧氯化锆(ZrOCl2·8 H2O)和正硅酸乙酯(TEOS)等为原料,采用溶胶-沉淀法制备了硅酸锆包裹炭黑(C@ZrSiO4)黑色色料。通过TG-DSC、FT-IR、XRD、SEM、TEM等对试样的热效应、化学结构、物相组成和微观结构进行了表征,研究了不同热处理温度、核桃壳粉/硅酸锆质量比(理论合成,下同)等对色料组成和色度的影响规律。结果表明,当热处理温度为1 100 ℃、核桃壳粉/硅酸锆质量比为1:3时,合成的C@ZrSiO4色料发色性能最佳,L*=31.3、a*=+1.4和b*=+1.3;在透明釉中外加5%(质量分数)C@ZrSiO4色料,经1 200 ℃烧成所制备的黑釉具有较好的呈色效果,其色度值L*=41.2、a*=+1.2和b*=+1.7。
    废PET塑料纤维对再生混凝土基本性能的影响
    彭全敏, 陈炳蔚, 张彦, 鹿群, 刘洛源, 郭晓宇
    2023, 42(2):  666-673. 
    摘要 ( 61 )   PDF (6285KB) ( 48 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了提高再生混凝土(RAC)的力学性能,将废聚对苯二甲酸乙二酯(PET)塑料瓶剪成纤维条制成纤维再生混凝土(FRRAC)。通过纤维再生混凝土与再生混凝土的坍落度试验和强度试验,研究废PET塑料纤维长度、掺量对再生混凝土基本性能的影响,并进行强度影响因素的显著性分析和混凝土微观结构分析。结果表明:与不掺纤维的再生混凝土相比,纤维再生混凝土的流动性降低,且随废PET塑料纤维掺量、长度的增大而下降;掺PET纤维后,再生混凝土的抗压强度总体上有所提高,劈裂抗拉强度明显大幅提高。对于抗压强度,废PET塑料纤维的掺量影响显著;对于劈裂抗拉强度,纤维掺量、长度及二者交互作用均影响显著。掺PET纤维虽然会引入薄弱的界面过渡区,但适量时可使再生混凝土结构致密。
    微生物诱导碳酸钙沉淀改良黄土的崩解性试验研究
    许天驰, 张浩男, 贾苍琴, 王贵和
    2023, 42(2):  674-681. 
    摘要 ( 76 )   PDF (5048KB) ( 54 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    黄土特殊的结构和矿物组成导致其遇水易崩解,并引起边坡失稳、湿陷性沉降等一系列岩土工程问题。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是一种新型微生物矿化技术,本文通过自制崩解仪探究了养护龄期和胶结液浓度对MICP改良黄土崩解时间和崩解率的影响,根据非饱和土的单值有效应力公式,从孔隙水压力和孔隙气压力的角度建立了非饱和土崩解的力学模型,利用推导出的崩解率-时间公式拟合黄土试样的崩解曲线。结果表明:MICP改良试样的崩解率均低于未改良的试样;随着养护龄期增加,0.6 mol/L胶结液改良黄土的崩解时间由12 min增加到28 min;养护14 d时,MICP改良黄土的崩解率达到最低值0.02%,崩解率-时间公式对崩解率曲线的调整拟合优度均在0.90以上。
    陶瓷
    超高温陶瓷及其复合材料的稀土改性研究进展
    史扬帆, 潘勇, 高扬, 迟蓬涛, 陈思安
    2023, 42(2):  682-693. 
    摘要 ( 142 )   PDF (18100KB) ( 172 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    超高温陶瓷及其复合材料因具有耐超高温、轻质和抗氧化烧蚀等优点,目前已成为航空航天领域热结构材料研究的热点和前沿。基于稀土化合物在热障涂层等领域的优异性能和成功应用,研究人员将稀土化合物引入超高温陶瓷及其复合材料中,改善氧化层的结构和性质,以期解决超高温陶瓷基复合材料氧化层增长速度偏快和宽温域高低温循环氧化层易剥落等问题。本文综述了稀土改性超高温陶瓷及其复合材料的研究现状,分析探讨了改性机理,并展望了未来的研究发展方向。
    氧化锆陶瓷低温老化研究进展
    罗人豪, 刘凯旋, 刘志, 刘琪, 熊焰
    2023, 42(2):  694-707. 
    摘要 ( 108 )   PDF (1181KB) ( 75 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    氧化锆陶瓷具有优异的力学性能、化学稳定性和白色美学特性,已广泛用于与牙齿相关的修复体中,如牙冠、牙桥、基台以及最近的种植体。然而,氧化锆陶瓷的生物安全性受到低温老化(LTD)的威胁。LTD现象发生在低温潮湿环境中,例如在人体环境中,氧化锆陶瓷的强度在短期内迅速降低,进而导致早期失效。本文从表征方法、影响因素以及老化理论模型等角度,对近年来各国学者对氧化锆陶瓷LTD现象开展的相研究进行了综述,并对相关研究结果进行梳理了及归纳。
    光固化氧化铝陶瓷浆料流变性能研究进展
    缪新宇, 陆萍, 刘双宇, 李尹豪, 张福隆, 李亮, 张浩立
    2023, 42(2):  708-718. 
    摘要 ( 99 )   PDF (6952KB) ( 81 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    立体光固化成型技术是一种生产高精度、高性能陶瓷部件的新兴增材制造工艺。制备具有良好流动性和高固相含量的陶瓷浆料是立体光固化增材制造工艺的优势。本文讨论了固相含量、单体、分散剂、粉体级配等因素对浆料流变性能的影响规律,总结了目前配制高固相含量和低黏度光固化Al2O3陶瓷浆料的材料选择原则,归纳了制备高固相含量、低黏度Al2O3陶瓷浆料的指导方法,指出了高性能光固化Al2O3陶瓷浆料开发的主要趋势和面临的挑战。
    面向光固化3D打印陶瓷构件的光敏树脂体系研究
    李珊, 张宇贝, 刘兵山, 王功, 段文艳, 胡传奇, 李媛
    2023, 42(2):  719-727. 
    摘要 ( 133 )   PDF (9336KB) ( 129 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    光敏树脂是光固化3D打印的材料基础,也是光固化3D打印陶瓷的成型媒介。光敏树脂体系影响光固化3D打印陶瓷构件成型过程的收缩率与脱脂过程的应力,本文设计了含环状结构的单官能度树脂、三官能度树脂及引入预聚物及稀释剂的多组分树脂三个树脂体系,测试了三个树脂体系的收缩率,研究表明引入预聚物及稀释剂的树脂体系具有最低的固化收缩率,有效缓解了因固化反应收缩造成的3D打印氧化铝陶瓷素坯开裂的问题。采用热失重分析和热处理实验研究了三个树脂体系的热分解行为,多组分树脂体系具有分阶段热解的特性,采用该树脂体系制备了光敏性氧化铝浆料,优化了光固化打印参数及脱脂气氛,3D打印厚壁实心(12 mm×12 mm×12 mm)样件与大尺寸(ϕ80 mm×50 mm)的氧化铝陶瓷素坯脱脂后均无裂纹等缺陷。
    氧化锰基电催化材料的设计合成及其铝空气电池应用
    胡文静, 班锦锦, 谢顺利, 王瑞智, 肖建军, 雷红红
    2023, 42(2):  728-735. 
    摘要 ( 57 )   PDF (12151KB) ( 54 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电催化剂作为铝空气电池阴极的核心部分,其催化性能的优劣直接影响铝空气电池的产业化进程。本文采用尿素高温处理法将商业的Vulcan-72XC碳材料进行掺氮改性处理制备了N/VC2。在此基础上,进一步负载不同的锰氧化物得到三种Mn3O4@N/VC2、MnO@N/VC2和MnO2@N/VC2复合材料。其中,MnO2@N/VC2具有最优的氧还原反应(ORR)催化性能,起始电位高达0.872 V。作为铝空气电池阴极催化剂,在大电流密度下放电功率密度可达到136 mW·cm-2。本文通过对比分析不同氧化锰基复合材料的电催化性能,研究了碳载体和锰氧化物之间的交互作用。结果表明,多孔结构和丰富缺陷位点的协同作用是提高材料催化活性的主要原因。该工作为锰基氧化物催化剂的研发提供理论依据。
    烧结温度对数字光处理制造云南钠长石陶瓷性能的影响
    刘星宇, 吴甲民, 刘玉玺, 化帅斌
    2023, 42(2):  736-742. 
    摘要 ( 73 )   PDF (7076KB) ( 73 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    云南具有丰富的矿产资源,钠长石是当地的优势矿种之一,然而目前钠长石产业结构单一,产品附加值低。本文以云南钠长石为原材料,采用数字光处理(DLP)技术制备钠长石陶瓷,探究了烧结温度对钠长石陶瓷性能的影响,并基于研究结果成功制备出结构复杂的钠长石陶瓷。结果表明,DLP技术制备的钠长石陶瓷成形效果良好,钠长石陶瓷素坯的抗弯强度为18.30 MPa。随着烧结温度的升高,钠长石陶瓷的主要物相为钠长石和钙长石,无新相产生,且钠长石陶瓷的收缩率、致密化程度和抗弯强度逐渐增大。当烧结温度达1 150 ℃时,钠长石陶瓷试样收缩率最大,为35.25%(Z方向),微观组织致密,力学性能良好,其抗弯强度为98.69 MPa。将云南钠长石与数字光处理技术相结合制备高性能、结构复杂的钠长石陶瓷对促进云南钠长石的产业发展具有较为重要的推动作用。
    底电极原位退火与沉积温度对PZT薄膜性能影响研究
    王兴, 邹赫麟
    2023, 42(2):  743-750. 
    摘要 ( 58 )   PDF (10360KB) ( 54 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    采用磁控溅射工艺,在Pt/Ti底电极上沉积锆钛酸铅(PZT)薄膜,研究了原位退火温度与底电极沉积温度对溅射PZT薄膜结晶取向、微观结构、介电性能、铁电性能及疲劳性能的影响。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明,随着电极沉积温度升高,Pt晶粒尺寸增大,随着退火温度升高,PZT薄膜致密性变差。对室温制备的Pt/Ti底电极进行200 ℃原位退火30 min后,易于促进PZT薄膜沿(100)择优取向,而高温制备或经高温退火处理的Pt/Ti底电极更有利于PZT薄膜的(111)晶向生长。电学性能分析表明,室温制备的Pt/Ti底电极在经200 ℃原位退火30 min后,其PZT薄膜介电性能最优,同时展现较高的剩余极化强度和最小的矫顽场强,经历108次极化翻转后,初始极化下降仅为11%。
    耐火材料
    基于水氯镁石合成水合硅酸镁及其在镁质浇注料的应用
    宋绍辉, 李亚伟, 廖宁, 张思思, 刘文静, 李月英, 铁生年
    2023, 42(2):  751-760. 
    摘要 ( 81 )   PDF (14064KB) ( 76 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    水氯镁石是一种非常具有应用前景的镁盐资源,其储量丰富,成本低廉。以青海盐湖水氯镁石和水玻璃合成不同MgO/SiO2摩尔比(0.5:1,1:1,1.5:1)的水合硅酸镁(M-S-H)凝胶,采用XRD、SEM、红外和核磁共振等测试手段研究M-S-H的合成机理和结构特征,进而将合成的M-S-H与硅微粉复合制备镁质浇注料,探究M-S-H结构对浇注料结合特性的影响规律。结果表明:不同MgO/SiO2摩尔比的M-S-H呈层状堆叠结构,MgO/SiO2摩尔比为1:1时M-S-H的层间自由水少,结晶度最高;M-S-H替代部分硅微粉制备镁质浇注料能显著提高1 550 ℃热处理后浇注料的力学性能,其中MgO/SiO2摩尔比为1:1的M-S-H复合硅微粉制备的镁质浇注料综合性能最佳,与添加6%(质量分数)硅微粉制备的镁质浇注料相比,其常温抗折强度和高温抗折强度分别提高75%和8%。
    基于数字图像相关法的铝镁质耐火材料抗侵蚀性能研究
    杨鹏鹏, 魏国平, 黄奥, 李昇昊, 顾华志
    2023, 42(2):  761-768. 
    摘要 ( 116 )   PDF (7083KB) ( 90 )  
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    钢渣侵蚀是耐火材料在服役过程中的主要损毁形式之一,实际侵蚀过程难以直接观察。传统上采用蚀后分析方法来评价耐火材料的抗侵蚀能力和了解侵蚀机理,但易缺少过程信息,导致结果存在偏差。因此,本文在高温可视化系统基础上,结合数字图像相关法,选取三种典型钢渣,开展铝镁质耐火材料的渣蚀行为研究,并探讨了不同钢渣及热处理温度对材料抗侵蚀能力的影响。结果表明:碱度越低的熔渣对铝镁质耐火材料的侵蚀越严重;对铝镁质耐火材料进行1 000 ℃以上的热处理,可有效提高材料的抗侵蚀能力;通过数字图像相关法可以获得随时间变化的平均应变曲线和侵蚀应变云图,其中平均应变曲线可以对比铝镁质耐火材料对不同钢渣的抗侵蚀能力,侵蚀应变云图可以反映侵蚀的演变过程,两者为耐火材料渣蚀过程的表征提供了量化指标。