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2023年 第42卷 第12期    刊出日期：2023-12-15

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水泥混凝土

母体混凝土强度对再生骨料及再生骨料混凝土性能影响研究进展

陈春红, 陈云春, 王磊, 俞江, 朱平华, 李海朝, 徐凌杰, 王辞鉴, 乔森

2023, 42(12):  4183-4196. 

摘要 ( 287 )   PDF (13876KB) ( 278 )  

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将建筑固废破碎成再生骨料加以使用,既可节约自然砂石资源,又可促进建筑固废循环利用。再生骨料的品质决定了再生混凝土的性能,而品质的影响因素很多,其中母体混凝土的强度是重要的影响因素之一。本文以母体混凝土强度为研究对象,综述其对再生骨料及再生骨料混凝土的性能影响规律。不同强度的母体混凝土通过影响再生骨料黏附砂浆的质量与含量,进而影响再生骨料及再生骨料混凝土的性能。母体混凝土强度增加,黏附砂浆的质量与含量均得到提高;而黏附砂浆质量的提高强化了再生骨料和再生骨料混凝土的性能;黏附砂浆含量的增加劣化了再生骨料的物理性能,使再生骨料孔隙率和吸水率增加,却强化了混凝土的内养护效果,有助于提升再生骨料混凝土的力学性能。微观分析发现,对于不同强度的母体混凝土,再生骨料混凝土界面过渡区中水化产物的含量有差异,从而对混凝土的力学性能产生影响。本文为再生骨料的进一步分级利用提供参考。

基于响应面法的混杂纤维-复合胶凝材料体系优化设计

刘子仪, 宋少民

2023, 42(12):  4197-4207. 

摘要 ( 105 )   PDF (14123KB) ( 136 )  

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为克服大掺量复合胶凝材料体系力学性能差的缺点,采用响应面法对混杂纤维复合胶凝材料体系进行优化,以钢纤维掺量、聚丙烯纤维掺量和脱硫石膏掺量为变量因素,以胶砂28 d抗折强度和抗压强度为评价指标,建立预测模型,并进行胶砂及混凝土试验验证。结果表明:当钢纤维体积掺量为0.4%、聚丙烯纤维体积掺量为0.116%和脱硫石膏质量掺量为8%时,复合材料的工作性能和力学性能均达到最优,28 d抗折强度和抗压强度预测值分别可达7.0和37.4 MPa;抗折强度和抗压强度的预测值和试验值相对误差仅为2.86%和1.32%,抗折强度和抗压强度试验值的标准差分别为0.148 8和1.345 9,该响应面法预测模型预测精度高,具有准确性和科学性。本研究印证了复合胶凝材料体系的优化效果,为复合材料多目标优化问题提供新的解决思路和试验依据。

长期低温环境对氯氧镁水泥微观结构及力学性能的影响

常成功, 安凌云, 董金美, 郑卫新, 文静, 阎峰云, 肖学英

2023, 42(12):  4208-4215. 

摘要 ( 93 )   PDF (7375KB) ( 132 )  

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为揭示氯氧镁水泥(MOC)在长期低温环境下的耐久性能,采用SEM、MIP、XRD、TG-DSC、FT-IR以及微机电液伺服压力试验机考察了冷冻时间对MOC试样微观结构、物相组成以及力学性能的影响。结果表明:MOC试样具有良好的长期低温抗冻性能,经过12个月的冷冻处理后,MOC试样的质量仅增加了0.9%;微观形貌由较细的针棒状与凝胶状转变为较粗的针棒状与凝胶块状,微孔孔径为38~48 nm,0.01~0.1 μm的微孔体积比例为70%~80%;相组成无明显变化,主要强度相5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O(5·1·8相)含量仅减少了3%;力学性能仅略有降低,其中抗压和抗折强度分别降低了3.4和2.6 MPa。

基于核磁共振技术分析骨料粒径对水泥砂浆微观结构的影响

李贤, 宁麟, 陈亮亮, 李炀, 邓小江

2023, 42(12):  4216-4223. 

摘要 ( 74 )   PDF (4936KB) ( 100 )  

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为研究骨料粒径对水泥砂浆微观结构的影响,采用核磁共振(NMR)设备和BRS-Ⅱ型脉冲孔渗测定仪测试了骨料分别为标准砂和机制砂(粒径分别为1.25~2.50 mm、2.50~5.00 mm、5.00~10.00 mm)的标准柱状水泥砂浆试件的T₂谱、核磁共振成像硬脉冲一维频率编码技术(GR序列)和渗透率,探究了骨料粒径对水泥砂浆试件孔径分布、渗透率、孔隙度、迂曲度、孔隙结构分形特征以及孔隙空间分布均匀程度的影响。研究结果表明:标准砂试件的等效平均孔隙半径及孔隙度最小,等效平均孔隙半径随骨料粒径的增大先减小后增大,而骨料粒径与迂曲度呈负相关关系,与渗透率、孔隙度以及毛细孔分形维数呈正相关关系。另外,随着骨料粒径增加,试件孔隙空间分布不均匀程度显著增大,骨料粒径对水泥砂浆孔隙空间分布影响明显。

高吸水性树脂对高延性水泥基材料性能的影响

刘家宝, 水中和, 亓习博, 李世祥, 肖勋光

2023, 42(12):  4224-4232. 

摘要 ( 67 )   PDF (10943KB) ( 101 )  

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分别采用干拌与预吸水拌合两种方式将高吸水性树脂(SAP)加入高延性水泥基材料(ECC)浆体,分析不同掺量及拌合方式下SAP对ECC的极限拉伸应变、抗拉强度、约束收缩和韧性等性能的影响。结果表明:以干拌方式加入SAP可以显著提升ECC浆体的塑性黏度,降低浆体流动性,以预吸水拌合方式加入SAP会降低ECC浆体的塑性黏度,增加浆体流动性,更易于成型;以干拌方式加入SAP的ECC试件初裂强度和抗拉强度更高,韧性更优异,以预吸水拌合方式加入SAP的ECC试件极限拉伸应变更高,对约束收缩性能的改善效果更好;加入SAP可以明显提高ECC试件的拉伸应变能力和韧性,所有掺入SAP的ECC试件均具有良好的延性,极限拉伸应变均在3%以上,加入SAP的ECC试件极限拉伸应变相比对照组提高了62.0%~99.0%。

基于声发射和DIC的碳纳米管水泥基材料抗压力学性能研究

雷龙坚, 郝勇, 袁满, 杜国锋, 袁洪强, 左清军

2023, 42(12):  4233-4241. 

摘要 ( 52 )   PDF (9686KB) ( 89 )  

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为研究碳纳米管(CNTs)对水泥基材料抗压力学性能的影响,对不同掺量(0%~1.0%,质量分数)CNTs的水泥基材料进行单轴抗压试验,并采用声发射(AE)和数字图像相关方法(DIC)进行全过程监测。结果表明:随着CNTs掺量增加,试件的抗压强度呈先增大后减小的趋势,当CNTs掺量为0.6%时,试件抗压强度达到最大值,较对照组提升了23.6%;当CNTs掺量为0.8%时,试件抗压强度较掺0.6%CNTs时降低了10.6%,较对照组提升了10.5%。振铃计数、能量变化与试件加载过程的应力应变曲线吻合较好,振铃计数与能量突增可以作为试样损伤破坏的预警依据。加载阶段的应变值随碳纳米管掺量增加先增大后减小,并且抗压强度小的试件率先出现明显应变变化。主应变云图主要为轴向分布,表明试件表面的破坏模式以竖向劈裂为主。

BFRP筋碱激发海砂混凝土梁抗弯性能研究

范小春, 崔祺, 张澳, 王文琦

2023, 42(12):  4242-4253. 

摘要 ( 52 )   PDF (9211KB) ( 92 )  

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本文提出了一种玄武岩筋碱激发海砂混凝土(BASC)梁的新型材料结构构件。为了研究BASC梁抗弯性能,制作了5根混凝土梁,研究了玄武岩筋(BFRP)配筋率和不同筋材类型对碱激发海砂混凝土(ASC)梁抗弯性能和破坏模式的影响。试验结果表明: BASC梁配筋率的提升对开裂荷载影响不大,但却能有效提高其极限荷载。以0.27%配筋率为参照组,当配筋率提高至0.48%、0.75%、1.08%时,BASC梁的极限承载力分别提高了109.46%、119.60%和189.66%。与普通钢筋相比,BFRP筋弹性模量较小,配筋率相同的情况下,普通钢筋ASC梁的开裂荷载比BASC梁大50%。本文提出了正截面抗弯承载力、最大裂缝宽度和挠度的理论计算模型,由于受到ASC中氯离子扩散的影响,需要对计算模型进行修正,拟合后BASC梁的计算值与试验值吻合较好,可为BASC梁在海洋工程中的应用提供参考。

增强型砂加气混凝土材料性能试验研究

任劲滔, 胡冗冗, 黄炜, 权文立

2023, 42(12):  4254-4261. 

摘要 ( 59 )   PDF (7671KB) ( 83 )  

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在普通砂加气混凝土的基础上,以金尾矿砂为硅质材料,玄武岩纤维和气凝胶为增强材料,制备增强型砂加气混凝土,分析玄武岩纤维掺量、玄武岩纤维长度和气凝胶掺量对增强型砂加气混凝土性能的影响。结果表明:随着玄武岩纤维掺量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%,质量分数)和玄武岩纤维长度(3、6、9、12 mm)的增加,砂加气混凝土的干密度、抗压强度、抗折强度以及导热系数随之增大,玄武岩纤维的最优掺量为0.3%,最优长度为6 mm,此时砂加气混凝土的抗压强度较未掺纤维时提高9.64%,抗折强度较未掺纤维时提高21.42%,力学性能较好,导热系数变化较小;气凝胶的最佳掺量为1.5%,此时导热系数降低10.68%,抗压强度、抗折强度略有降低,但仍满足相关强度要求。

泡沫掺量对超轻质硫氧镁基泡沫混凝土性能的影响

吕夏婷, 谭洪波, 张世轩, 李懋高, 王金堂, 蹇守卫

2023, 42(12):  4262-4270. 

摘要 ( 73 )   PDF (12302KB) ( 113 )  

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硫氧镁水泥具有轻质、导热系数低、耐火等优点,将其制备成泡沫混凝土并应用于建筑外墙保温系统具有巨大的市场潜力。本文通过加入高稳定改性泡沫来调控超轻质硫氧镁基泡沫混凝土的密度,并结合扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)等测试研究了气孔结构的变化,探究了密度和孔结构变化对超轻质硫氧镁基泡沫混凝土抗压强度和导热系数的影响。结果表明:随着高稳定改性泡沫掺量的增加,超轻质硫氧镁基泡沫混凝土的气孔数量增多且平均孔径明显减小,密度逐渐减小,抗压强度逐渐降低;当泡沫掺量为250%(质量分数)时,超轻质硫氧镁基泡沫混凝土的密度降低至88.33 kg/m³,导热系数降低至0.038 2 W/(m·K)。

方钢管再生混凝土叠合柱轴压性能有限元非线性分析

高锦龙, 李明, 周奇, 牛海成, 赵鹏鹏, 何欢欢

2023, 42(12):  4271-4282. 

摘要 ( 50 )   PDF (8246KB) ( 75 )  

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为研究方钢管再生混凝土叠合柱的轴压性能与非线性力学性能,在叠合柱轴压性能试验研究基础上,利用ABAQUS软件建立了叠合柱精细化模型,对其轴压性能进行非线性数值模型分析研究。并在此基础上进一步扩展分析了再生混凝土强度等级、拉结筋间距、箍筋间距、方钢管壁厚及长细比对叠合柱轴压性能的影响,获得了叠合柱的应力应变云图以及荷载-位移曲线。结果表明:试验结果与数值模拟结果基本吻合,验证了叠合柱有限元模型的合理性;加载结束,叠合柱中部呈鼓曲破坏,表现为再生混凝土保护层压碎脱落,钢筋和钢管局部鼓曲,核心再生混凝土压碎等;随着再生混凝土强度等级增加,叠合柱承载力和耗能均逐渐提高;设置拉结筋可显著提高叠合柱承载力和耗能能力,但延性仅有小幅度提高;增大箍筋间距和长细比,叠合柱承载力、延性和耗能均降低;随着方钢管壁厚增加,叠合柱承载力、变形性和耗能能力均显著增强。

基于PCA的PVA/钢HFRCC配合比优化和综合评估

王睿, 张品乐, 胡静

2023, 42(12):  4283-4297. 

摘要 ( 50 )   PDF (6428KB) ( 75 )  

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将钢纤维、国产PVA纤维和日本可乐丽PVA纤维按照适宜比例进行配制,可以更好地发挥出混杂纤维增强水泥基材料(HFRCC)的力学性能,有利于控制成本,具有广泛的应用前景。本文通过因素优选法和主成分分析法(PCA)分析钢纤维掺量、国产PVA纤维对日产PVA纤维替代率(体积分数,下同)对HFRCC抗拉强度、抗压强度、抗弯强度的影响。通过对HFRCC主成分分析,建立综合性能评价的数学模型,并对其进行多目标优化。结果表明:运用因素优选法得到HFRCC极限强度对应的配合比,与基体强度指标相比,HFRCC的抗拉强度最大提升幅度为61.04%,抗压强度最大提升幅度为31.30%,抗弯强度的最大提升幅度为78.57%;当钢纤维掺量为0.2%~0.4%、国产PVA纤维对日产PVA纤维体积替代率为50%~100%时,成本最大降幅为88.25%,HFRCC强度指标可达最佳;各因素对HFRCC性能影响的权重占比依次为:国产PVA纤维掺量、日产PVA纤维掺量和抗弯强度共占46.28%,钢纤维掺量、抗压强度和抗弯强度共占25.58%,钢纤维掺量和抗拉强度共占22.25%。结合变量相关性分析,基于HFRCC性能优化时应重点关注这些指标。本文研究结果可以为HFRCC的制备提供依据。

基于流变参数多样本统计的自密实混凝土稳定性及均匀性分析方法

韦强, 高强, 卢福洲, 陈亮胜, 陈犇, 赵国欣, 李静, 陈正

2023, 42(12):  4298-4308. 

摘要 ( 78 )   PDF (4188KB) ( 83 )  

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自密实混凝土具有流动性大、密实度高的特点,常被用于钢管混凝土等特殊工程结构,但其制备及施工过程极易受工程现场复杂因素影响,产生不可控的工作性能波动,目前缺乏基于流变学本质的分析控制指导方法。本文统计并分析了实际工程现场的混凝土流变参数,结果表明混凝土的流变参数在多样本条件下符合良好的对数正态分布。根据样本95%置信区间进行了整体混凝土稳定性分析,将$\bar{\tau}$_s0∈[194.75,225.76]∩$\bar{\mu}$∈[88.76,95.00]作为混凝土稳定性良好的判据;并结合混凝土在泵管内的流动形式对现场调整的混凝土的流变参数进行分析,讨论流变性能的调控方向,提出基于混凝土流变参数的可泵性区间(τ_s0=[54.17,391.76]∪μ=[52.77,126.66])和流变性能优化方法。基于现场统计的流变参数曲线特征,从本质上揭露了混凝土的内部均匀性特征,提出了现场施工的自密实混凝土均匀性判据,为自密实混凝土均匀性评价体系、流变性能调控、配合比设计提供理论依据。

缓凝型囊袋注浆填充料的配合比及性能研究

邓俊荣, 苏栋

2023, 42(12):  4309-4322. 

摘要 ( 48 )   PDF (18869KB) ( 80 )  

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为了研发一种新型的囊袋注浆填充料,本文以水泥-膨润土作为主要填充材料,在研究单掺三乙醇胺以及复掺三乙醇胺-羟基乙叉二膦酸对填充料性能影响的基础上,通过正交试验研究了水灰比、膨润土掺量、羟基乙叉二膦酸掺量、聚羧酸减水剂掺量和三乙醇胺掺量5个因素对填充料性能的影响,确定了填充料的最佳配比,并借助XRD、LF-NMR、SEM测试手段进行微观结构分析。结果表明:三乙醇胺能够改善填充料的孔隙结构并提高早期强度,膨润土能够降低填充料的泌水率,羟基乙叉二膦酸能够显著延长填充料的初凝时间,聚羧酸减水剂能够增强填充料的流动性;填充料的最佳配比为水灰比0.9、膨润土8%(占水泥的质量分数,下同)、羟基乙叉二膦酸0.15%、聚羧酸减水剂1.0%、三乙醇胺0.02%,优化后的填充料初凝时间为138.42 h,7 d抗压强度为5.7 MPa。

BFRP复合水泥板与PUR保温板界面黏结性能研究

宋小软, 黄崧, 高睿, 骆诗丽, 高怡静

2023, 42(12):  4323-4331. 

摘要 ( 55 )   PDF (8800KB) ( 89 )  

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随着“双碳”目标的提出,各类新型复合保温模板及一体化复合墙体已成为当前研究热点。本文提出了一种以硬质聚氨酯(PUR)保温板为保温层,玄武岩纤维增强材料(BFRP)复合水泥板为面层的复合保温模板,通过设计的6组试件进行推出剪切试验,研究保温板上开槽类型、深度及数量等因素对面层与保温层界面黏结性能的影响,并引入耗能因子来评价试件耗能能力。结果表明:在保温板上开槽、加深开槽深度、增加开槽数量都可以提升试件的界面黏结强度和韧性。综合对比各工况,在PUR保温板表面开槽可以明显提升试件的界面黏结性能,开横槽试件的界面黏结性能优于开纵槽试件,开井字槽试件表现出最好的界面黏结性能,可使试件界面黏结强度、韧性、耗能能力较不开槽试件分别提升了163%、260%、28.57%,加深开槽深度对于界面黏结性能提升有限,对耗能能力基本没有影响;与开1条横槽相比,开2条横槽可使试件界面黏结性能提升约16%。通过回归分析,建立了界面黏结强度计算公式,与试验结果对比发现计算值与试验值吻合良好。

资源综合利用

钢渣对高原混凝土耐久性影响的研究进展

白卿, 邓威, 陆福洋, 翟健梁, 赖淏, 毛楠, 师长春, 熊锐

2023, 42(12):  4332-4340. 

摘要 ( 93 )   PDF (10761KB) ( 119 )  

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钢渣大量堆存会对生态环境造成严重危害,将钢渣应用于混凝土是提高钢渣利用率的有效途径之一。然而在低压及干燥耦合作用下,活性低等问题制约了钢渣在高原混凝土中的应用和发展。本文基于高原气候特点,综合评述了钢渣对高原混凝土抗冻性、抗盐蚀性及抗干燥收缩方面的影响,分析了钢渣性质,总结了钢渣作为掺合料及骨料存在的问题。通过对现有研究的归纳发现,预处理钢渣及加入适量矿物外加剂有助于改善钢渣活性,促进混凝土结构致密,提高钢渣在高原混凝土中的适用性。

废旧风机叶片的回收利用现状分析

张朝祯, 金晓冬, 孙诗兵, 田英良, 赵志永, 李沛欣, 晏华健

2023, 42(12):  4341-4350. 

摘要 ( 115 )   PDF (4038KB) ( 118 )  

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风能是重要的清洁能源,根据我国的“碳达峰、碳中和”发展目标,风机叶片“以大代小,以旧换新”势在必行。风机叶片的主体材料为玻璃纤维增强复合材料,存在回收技术难、成本高等问题,国内外尚无规模化的理想回收方式,废旧风机叶片的系统化、高值化利用迫在眉睫。本文综述了风机叶片的材料种类、回收方式及各自特点,重点论述了废旧风机叶片在水泥基材料和热塑性高分子材料中的研究现状,希望为废旧风机叶片的回收利用和研究提供参考。

偏高岭土在人造水硬性石灰修复砂浆中的应用研究

顾立龙, 商怀帅, 吴亚月, 孟维广, 侯关豪

2023, 42(12):  4351-4359. 

摘要 ( 65 )   PDF (8058KB) ( 86 )  

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为研制一种适用于历史建筑修复的绿色无机修复材料,本文基于青岛多栋砖砌体结构历史建筑黏结材料的XRD测试结果,通过掺偏高岭土制备了基于人造水硬性石灰的修复砂浆,测试了人造水硬性石灰砂浆的流动度、凝结时间、质量损失率、干燥收缩率以及力学性能等指标,研究了偏高岭土对人造水硬性石灰砂浆的影响。结果表明:偏高岭土可降低人造水硬性石灰砂浆的流动度,缩短凝结时间,降低收缩率,提高抗压强度及黏结强度。当掺量为5.0%和7.5%(质量分数)时,人造水硬性石灰砂浆的56 d抗压强度分别提升了66.8%和94.3%,黏结强度分别提升了22.2%和25.9%。采用XRD和SEM对材料的微观结构进行测试分析发现,偏高岭土能使人造水硬性石灰砂浆性能提升的主要原因是偏高岭土中的活性SiO₂和Al₂O₃与石灰发生直接反应并消耗Ca(OH)₂,促进了水泥水化,增强了水化产物与骨料间的黏结力。

掺花岗岩石粉砂浆自收缩性能演变规律研究

陈梅, 韩依璇, 张云升, 胡向楠, 薛翠真, 王将华

2023, 42(12):  4360-4367. 

摘要 ( 51 )   PDF (5702KB) ( 74 )  

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为提高花岗岩石粉利用率,在分析粉磨时间对花岗岩石粉颗粒特征影响规律的基础上,系统研究了花岗岩石粉掺量及粉磨时间对砂浆自收缩性能的影响规律,并采用灰熵法分析了影响掺花岗岩石粉砂浆自收缩性能的主要因素,最后采用微观测试方法揭示花岗岩石粉对砂浆自收缩性能的影响机理。结果表明:随着粉磨时间增加,石粉颗粒细度逐渐增大,粒径小于10 μm的颗粒含量增多,粒径大于40 μm的颗粒含量降低,掺花岗岩石粉砂浆自收缩变形逐渐增大;随着花岗岩石粉掺量增加,砂浆自收缩变形呈先增大后减小的趋势;适当减小粒径小于20 μm的花岗岩石粉颗粒含量,有利于提高掺花岗岩石粉砂浆的自收缩活性指数;花岗岩石粉主要通过影响砂浆内部水化产物种类及数量,进而影响砂浆自收缩变形规律。

固废基复合胶凝材料配比优化设计及协同效应研究

朱增超, 刘贤平, 水中和, 高旭, 黄赟, 郑武, 葛叶鑫

2023, 42(12):  4368-4377. 

摘要 ( 113 )   PDF (6689KB) ( 136 )  

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利用多种固废协同制备固废基复合胶凝材料(MSSWB)是固废资源化利用的有效途径,然而,相对复杂的原材料组成和较低的力学性能限制了MSSWB的应用。本文首先借助D-optimal设计方法设计了100组实验配比作为数据集,然后创建了PSO-BP模型用于MSSWB力学性能的预测,并通过粒子群优化算法(PSO)确定了各原材料的最佳质量配比,最后采用XRD、TG-DTG和NMR等微观分析方法研究了MSSWB的水化产物以及多元固废之间的协同效应。结果表明:PSO-BP模型可有效预测胶凝材料的抗压强度,经粒子群优化算法优化后的配比强度明显高于未优化配比强度,最优配比组的28 d胶砂抗压强度较未优化配比组提高了20.8%;优化配比组的较高强度主要与水化产物钙矾石和C-S-H凝胶生成量较多且水化产物之间的交联度较高有关,这表明各原材料配比优化之后,其协同效应更加明显。

赤泥还原法提铁-脱碱尾渣制备水泥熟料

王亚丽, 李依洋, 王玲玉, 丁思哲, 姚羽涵

2023, 42(12):  4378-4388. 

摘要 ( 109 )   PDF (15997KB) ( 168 )  

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赤泥中较高的铁含量和碱性限制了其在水泥中的应用,为提高赤泥在水泥中的利用率,本文研究赤泥高温还原法提铁,电石渣水热离子置换法和草酸法对提铁赤泥的脱碱,使用提铁-脱碱重构后的赤泥制备水泥熟料。结果表明:在煅烧温度为1 400 ℃,保温时间为1 h,稻壳灰掺量为9.08%(质量分数),冷却方式为水冷的条件下,赤泥提铁率为77.24%,提铁后赤泥中铁的质量分数为9.39%;在反应温度为90 ℃,提铁赤泥、电石渣质量比为1:1,液固比(mL/g)为6,反应时间为7 h的条件下,电石渣水热离子置换法的脱碱率为89.30%,脱碱后重构赤泥中Na₂O的质量分数为0.592%;生料率值为石灰饱和系数0.88,硅率2.4,铝率1.4时,重构赤泥配制的水泥生料在1 300~1 450 ℃的煅烧温度范围内均具有较好的易烧性,煅烧温度为1 350 ℃时,熟料中晶粒形状为不规则多边形,晶粒形貌正常,确定掺加重构赤泥制备水泥熟料的最佳煅烧温度为1 350 ℃。

矿渣掺量对热养护粉煤灰基地聚物收缩和抗压强度的影响及机理分析

郭红丽, 白鹏翔, 洪淼, 朱飞鹏, 胡丰, 雷冬

2023, 42(12):  4389-4398. 

摘要 ( 58 )   PDF (24105KB) ( 76 )  

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本文通过数字图像相关(DIC)方法研究了0%、10%、20%、30%、40%、50%六种矿渣掺量(质量分数,下同)对粉煤灰基地聚物(FAGP)混凝土热养护过程中收缩的影响,测试了热养护后混凝土和净浆的抗压强度,并且结合同步热分析(TGA-DSC)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对微观机理进行了分析。结果表明:随着矿渣掺量的增加,FAGP的收缩量和收缩速率均先减小后增大,抗压强度先增大后减小,水化程度增大,微裂缝数量增加;当矿渣掺量为40%时,FAGP混凝土的收缩量最小,抗压强度最大;当矿渣掺量较低时,地聚物水化程度小,微裂缝少,地聚物收缩的主要原因是热养护初期的弹性模量较低;当矿渣掺量较高时,地聚物水化程度大,微裂缝较多,地聚物收缩主要由较强烈的化学反应引起。

基于落锤冲击试验的钢渣细骨料混凝土抗冲击性能研究

刘秋雨, 薛刚, 谭俊清, 李京军

2023, 42(12):  4399-4407. 

摘要 ( 57 )   PDF (4920KB) ( 79 )  

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为研究钢渣细骨料混凝土的抗冲击性能,分别以10%、20%、30%替换率的钢渣等体积取代细骨料制备混凝土试件,通过落锤冲击装置对其进行抗冲击试验,研究其冲击寿命及损伤演化规律,并与普通混凝土抗冲击性能进行对比。结果表明:掺入钢渣细骨料可以提高混凝土的抗冲击性能,落锤质量较小时,钢渣对混凝土冲击寿命的提高幅度较大;混凝土抗冲击试验结果存在一定离散性,钢渣混凝土的冲击寿命符合威布尔分布。基于威布尔分布,对不同失效概率下的冲击寿命进行了估计,并建立冲击损伤演化方程,用于计算不同钢渣掺量的混凝土达到一定损伤变量时对应的冲击次数。

大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究

廖宜顺, 汪凯, 李豪

2023, 42(12):  4408-4415. 

摘要 ( 113 )   PDF (9453KB) ( 155 )  

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采用大掺量磷石膏、粒化高炉矿渣和熟石灰制备石膏矿渣水泥,通过水化热、化学收缩、孔溶液pH值和抗压强度试验,并结合XRD和SEM-EDS测试,探究磷石膏掺量对石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度的影响规律。结果表明,当磷石膏的掺量从40%增大到70%(质量分数,下同)时,水泥浆体的第三放热峰峰值逐渐减小,14 d化学收缩从0.066 mL·g^-1增大到0.193 mL·g^-1,早期(0~1 d)化学收缩速率明显增大,孔溶液pH值在28 d龄期内趋于稳定,且与28 d龄期相比,90 d龄期试件的抗压强度提高了12.3%~27.8%。XRD和SEM-EDS分析表明,水泥浆体中主要包含二水石膏、石英、钙矾石和C-S-H凝胶等物质。28 d龄期时,随着磷石膏掺量的增大,钙矾石的生成量从7.48%减小到2.84%,C-S-H凝胶的钙硅比(摩尔比)从1.08增大到2.24。

磷石膏基发泡建筑石膏的热传导与强度特性研究

薛凯喜, 司鹏超, 王天源, 蔡梦莹, 储怡鑫, 胡艳香

2023, 42(12):  4416-4426. 

摘要 ( 61 )   PDF (3428KB) ( 89 )  

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为了进一步提高磷石膏的综合利用率,本文采用单因素试验,研究了α-烯基磺酸钠(AOS)、动物蛋白、十二烷基硫酸钠(K12)质量比为1:1:1的复合发泡剂稀释化对磷石膏基发泡建筑石膏孔隙率及孔隙结构的影响,并研究了孔隙率与强度、导热系数之间存在的关系。研究结果表明,当表观密度在600~800 kg/m³时,磷石膏基发泡建筑石膏的热工性能要优于其他四组泡沫保温材料,当表观密度大于900 kg/m³时,抗压强度要远远高于其他石膏基泡沫材料,导热系数与孔隙率之间的关系符合Maxwell-Euchen1模型,而抗压强度与孔隙率之间的关系更符合Hasselmann方程。本研究可为磷石膏基发泡建筑石膏生产提供数据支撑。

水泥-磷石膏改良泥炭质土动力特性研究

屈俊童, 栾凯钰, 浦钧翔, 王文彬, 龙宁波

2023, 42(12):  4427-4437. 

摘要 ( 53 )   PDF (4204KB) ( 68 )  

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为了研究水泥-磷石膏的综合改良对昆明滇池地区泥炭质土动力特性的影响效果,基于前期已有的室内试验成果,对掺入不同含量水泥和磷石膏的改良泥炭质土进行室内动三轴试验,重点研究了其动力响应和强度特性在不同围压、加载频率、掺量、固结比、动应力幅值条件下所受的影响,分析了N=6振级下的滞回曲线变化规律以及XRD测试结果。研究表明,经改良后的泥炭质土动力特性有极大的变化。在仅掺入水泥作为主改良剂的基础上,刚度和弹性得到一些提升。之后加入磷石膏作为外加剂,二者综合作用下的提升效果更加明显,抗变形能力显著提升,土体能量消散能力降低,滞回曲线有明显向纵坐标轴偏转的趋势。由此说明相较于水泥的单一作用,水泥-磷石膏的复合作用对改良泥炭质土的土体刚度和弹性有着更加显著的提升作用,极大地提升了抗震性能,改良后的泥炭质土可以更好地应用于相关的实际工程。

基于响应面法的碱激发地聚物固化淤泥质土试验研究

李胜, 张红日, 王桂尧, 邓人睿

2023, 42(12):  4438-4448. 

摘要 ( 65 )   PDF (11315KB) ( 75 )  

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为实现滩涂淤泥质土和工业废料资源化利用,定量优化地聚物固化淤泥质土的关键因素,基于Box-Behnken响应面法对碱激发矿渣-粉煤灰基地聚物固化淤泥质土的配合比进行优化,选取矿渣掺量、碱激发剂模数和碱激发剂掺量为主要考察因素,并结合宏观性能和微观形貌进行固化机理分析。结果表明:固化土最优配合比为矿渣掺量86.5%(质量分数),碱激发剂模数0.84,碱激发剂掺量7.3%(质量分数),此时固化土7和28 d无侧限抗压强度分别为5 823和7 027 kPa,预测值与实际值误差较小,所建立的模型与实际数据拟合准确可靠;固化土的水化产物主要为无定形凝胶水化硅铝酸钙(C-(A)-S-H)和硅铝酸盐聚合物(N-A-S-H),可增强土体的密实程度和骨架结构,以此提高固化土的强度。本研究为碱激发地聚物固化淤泥质土提供了理论依据和实验基础。

电石渣-脱硫灰复掺对流态固化土基本性能及微观特性的影响

包益鋆, 王宁宁, 李书进, 吴文文, 陈徐东, 张文文

2023, 42(12):  4449-4455. 

摘要 ( 88 )   PDF (4767KB) ( 78 )  

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流态固化土基本性能指标包括湿密度、泌水率、流动值和抗压强度。为探究电石渣和脱硫灰复掺对流态固化土基本性能及微观特性的影响,使用同掺量的电石渣和脱硫灰单一替代以及同时替代Ca(OH)₂和CaSO₄(分析纯),测试其对流态固化土的流动值、泌水率、抗压强度等的影响,采用XRD及SEM对比分析两种分析纯试剂和两种固废制备的试件28 d的物相组成及微观形貌。结果表明,使用电石渣和脱硫灰单掺或复掺制备的流态固化土的流动性均优于使用Ca(OH)₂和CaSO₄复掺流态固化土,泌水率均满足要求,虽然其28 d抗压强度小于Ca(OH)₂和CaSO₄复掺试样,但是能满足大部分应用场景抗压强度要求。

废弃线路板非金属粉对碱激发矿渣/粉煤灰胶凝材料性能的影响

刘咏华, 胡新浪, 史立民, 高英力

2023, 42(12):  4456-4464. 

摘要 ( 45 )   PDF (13220KB) ( 79 )  

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内掺0%~25%(质量分数)废弃线路板非金属粉末(waste circuit board non-metallic powder, NMP),制备了一种新型碱激发矿渣/粉煤灰胶凝材料,测试了其力学强度、水化放热、物相组成和孔径分布,分析了其微结构特征。试验结果表明:掺入NMP不只降低了胶凝材料的累计放热,并且稍微降低了胶凝材料的7和28 d抗压强度;当NMP掺量小于15%(质量分数)时,因玻璃纤维的存在,胶凝材料28 d抗折强度与NMP掺量成正比,最高增幅达55.5%;掺入NMP降低了胶凝材料中孔径为100~1 000 nm的孔隙比例,增大了100 nm以下的微孔隙比例,且试件总孔隙率增加;NMP中的树脂颗粒与胶凝材料基体结合紧密并填充了纤维与基体之间的空隙,NMP的掺入不会影响原胶凝材料的水化产物类型。

陶瓷

陶瓷纤维隔热瓦及其高发射涂层的研究进展

兰志丹, 任伟敏, 安楠, 彭喆, 李松

2023, 42(12):  4465-4474. 

摘要 ( 159 )   PDF (8623KB) ( 256 )  

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陶瓷纤维隔热瓦具有密度低、耐高温、热导率低和透波性能优良等特点,适合用作航天飞行器中、低温区的热防护材料。高发射涂层应用于陶瓷纤维隔热瓦表面,可有效解决陶瓷纤维隔热瓦易吸潮、强度低和服役过程中易出现性能下降等问题,同时阻隔高温冲刷气流,提高能量反射率与抗热冲击性。本文主要介绍了陶瓷纤维隔热瓦的制备方法及性能影响因素,概括了陶瓷纤维隔热瓦及其高发射涂层在航空航天领域的研究进展,并对其未来发展进行了展望。

水玻璃模数对高岭土浆料流变性的影响

李钢, 鲍志蕾, 张军剑, 于欢

2023, 42(12):  4475-4481. 

摘要 ( 49 )   PDF (4101KB) ( 71 )  

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本文制备了不同模数的水玻璃,研究了水玻璃模数对高岭土浆料流变性的影响。通过流变分析,确定了水玻璃模数为2.5、添加量为0.33%(质量分数)时,高岭土浆料的剪切黏度最低。采用四种不同模型对流动曲线进行拟合,发现Herschel-Bulkley模型的拟合相关性最大。另外,拟合度的高低主要取决于低剪切速率区的剪切应力,而这主要受浆料触变性的影响。然后利用剪切滞后环面积表征了不同水玻璃模数浆料的触变性,验证了此观点。最后采取红外光谱测试,对不同模数水玻璃的分子结构进行了研究。研究表明,在模数为2.5的水玻璃的振动光谱589.5 cm^-1处观察到一个微弱的振动峰,表示存在变形的6元环结构。环状硅酸根通过库仑力与高岭土颗粒结合,避免高岭土颗粒之间的棱面连接,破坏了触变结构,从而降低了黏度。本研究有助于理解水玻璃模数影响高岭土解胶机理的深层次原因,为优化陶瓷浆料的配方和加工提供科学依据。

花岗岩锯泥烧结建筑陶瓷工艺研究

耿振华, 李凯, 毕志英, 刘文华, 李海舰, 孙高梅琳, 吴萍

2023, 42(12):  4482-4489. 

摘要 ( 53 )   PDF (7850KB) ( 74 )  

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为推动大宗固废的综合利用,减轻花岗岩锯泥对环境的污染,本文探索了一种使用花岗岩锯泥、高铝黏土及少量添加剂并通过高温烧结来制备陶瓷坯体的方法,研究了原料配比和添加剂含量对烧结陶瓷坯体力学性能和显微结构的影响。结果表明,通过向球磨原料中添加聚乙烯醇(PVA)溶液可提高造粒粉的塑性,大幅提高花岗岩锯泥在坯体中的占比。高铝黏土可提升锯泥的烧结特性和成品的综合力学性能。其中,锯泥含量为80%(质量分数)、高铝黏土含量为20%(质量分数)的配方成品烧结温度为(1 160±30) ℃,体积密度为2.43 g/cm³,吸水率为1%,弯曲强度为54 MPa,抗压强度为341 MPa,花岗岩锯泥利用率高且成本低,这为锯泥综合利用提供了一种高效的可行性方案。

玻璃

不同Al₂O₃/SiO₂比的MgO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃制备及性能研究

湛玲丽, 贾涵, 张晓峰, 李宏, 谢俊, 熊德华

2023, 42(12):  4490-4500. 

摘要 ( 135 )   PDF (9274KB) ( 176 )  

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本文采用烧结法制备MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS)微晶玻璃,研究不同Al₂O₃/SiO₂质量比对MAS微晶玻璃的微观结构和理化性能的影响,采用X射线衍射、差热分析、红外光谱、扫描电子显微镜对基础玻璃与微晶玻璃的结构和表面形貌进行表征,并对微晶玻璃的密度、力学性能、耐蚀性、热学性能和介电性能进行测试分析。结果表明:随着Al₂O₃/SiO₂质量比从0.52增大至0.64,基础玻璃的玻璃化转变温度T_g增大、析晶峰值温度T_p减小,促使样品析出α-堇青石晶相;样品密度在2.52~2.60 g/cm³波动,介电常数ε_r由1.73增加到4.51,热膨胀系数由4.46×10^-6 ℃^-1降低到2.38×10^-6 ℃^-1,介电损耗tan δ在8.4×10^-3~3.7×10^-3波动,抗弯强度在80~120 MPa波动。

抗菌型超白玻璃的制备与性能研究

田英良, 位喜鹏, 张清山, 韩艳丽, 何峰, 赵志永, 李博, 严建华, 贺有乐, 王长军

2023, 42(12):  4501-4508. 

摘要 ( 58 )   PDF (3765KB) ( 95 )  

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本文在超白玻璃配合料中引入AgNO₃作为有效抗菌成分,采用高温熔融法制备一种具备高抗菌性的超白玻璃。该玻璃具有良好的可见光透过率、色度值和抗菌性能,其中玻璃在380~780 nm的可见光透过率约为91.5%;随着AgNO₃含量的增加,玻璃的明度逐渐降低,黄色相增加,但偏黄程度较低;玻璃对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均超过90%。通过XRD和XPS对玻璃进行了物相分析和掺入Ag元素的价态分析,并通过ICP-OES分析了玻璃样品中Ag⁺的溶出量。XRD和XPS测试结果表明:该玻璃为非晶态,掺入的Ag元素以Ag⁺而非Ag单质形式存在;玻璃中的Ag⁺溶出量随时间增加而增大,但Ag⁺溶出速率减小,各组玻璃样品在24 h内的Ag⁺溶出量与抗菌检测结果一致,证实了AgNO₃在玻璃中的抗菌性。

全氧燃烧玻璃窑炉热化学再生技术实验研究

曾红杰, 周文彩, 官敏, 沈中杰, 陈淑勇, 李红强, 齐帅, 左泽方

2023, 42(12):  4509-4517. 

摘要 ( 52 )   PDF (6757KB) ( 79 )  

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玻璃窑炉热化学再生技术相较于传统全氧燃烧技术和空气燃烧技术,节能效果显著,是未来高耗能玻璃工业绿色低碳发展的前沿、颠覆性技术。采用常压管式炉对玻璃窑炉热化学再生技术进行了实验研究,分析了不同实验条件对甲烷-烟气热化学重整反应性能的影响。结果表明,甲烷-烟气在高温、无催化剂条件下可以自发进行热化学重整。当重整反应温度低于900 ℃时,甲烷-烟气不发生热化学重整反应,1 200 ℃的反应温度和10 s以上的反应时间能够保证重整反应充分进行。重整反应气中甲烷、二氧化碳含量的升高分别有利于合成气中氢气和一氧化碳产率的增加。

耐火材料

锌铝尖晶石对高铝质浇注料性能的影响

韩军, 刘锐, 吕李华

2023, 42(12):  4518-4523. 

摘要 ( 66 )   PDF (8718KB) ( 92 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本文以氧化锌和氧化铝为原料,采用固相烧结法合成锌铝尖晶石,研究氧化锌与氧化铝摩尔比分别为1.0:0.9、1.0:1.0和1.0:1.1时,产物锌铝尖晶石的结构变化,并讨论锌铝尖晶石对高铝质浇注料性能的影响。结果表明:当氧化锌与氧化铝摩尔比为1.0:0.9时,由于氧化锌过量,在高温下失氧挥发,锌铝尖晶石颗粒表面为微孔结构;当氧化锌与氧化铝摩尔比为1.0:1.0(标准摩尔比)时,锌铝尖晶石颗粒表面较光滑,晶格应变值最小,为0.085 86,能够更多地捕获钢渣中的锰离子和铁离子;当氧化锌与氧化铝摩尔比为1.0:1.1时,锌铝尖晶石颗粒表面粗糙;添加标准摩尔比锌铝尖晶石的高铝质浇注料结构更致密,强度最高且抗渣性能最优。

新型功能材料

C包覆Cu纳米颗粒对Na₂SO₄·10H₂O相变纳米流体性能的影响

柳馨, 陈凤兰, 于鹏程, 汪长安, 铁生年

2023, 42(12):  4524-4531. 

摘要 ( 47 )   PDF (8971KB) ( 68 )  

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本文探讨了不同温度条件下不同质量分数(1.0%、1.5%、2.0%、3.5%和5.0%)C包覆Cu纳米颗粒对芒硝基相变纳米流体流变行为的影响,以及在不同剪切速率(39.91~140 s^-1)及不同温度(35~50 ℃)下测量C包覆Cu纳米颗粒相变纳米流体的黏度。结果表明,通过水热法成功制备出C包覆Cu纳米颗粒。在35 ℃下C包覆Cu纳米颗粒质量分数为1.0%的纳米流体样品和35、40 ℃下质量分数为1.5%的样品表现出牛顿流体行为,而在其他温度下则表现出非牛顿流体行为。当C包覆Cu纳米颗粒质量分数增加至2.0%、3.5%和5.0%时,样品表现出非牛顿流体行为,符合幂律模型。同时研究芒硝复合相变储能材料的热性能,复合相变纳米流体具有较高的导热系数和较低的过冷度,且具有较好的循环稳定性。

ZrO₂粒径对盐助燃烧合成纳米ZrC微观结构的影响

占发琦, 许世鹏, 张华, 刘枭, 朱敏, 郑月红, 喇培清

2023, 42(12):  4532-4541. 

摘要 ( 59 )   PDF (9425KB) ( 68 )  

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采用盐助燃烧合成工艺制备了纳米碳化锆(ZrC)粉体,研究了原料氧化锆(ZrO₂)粒径对纳米ZrC粉体微观结构的影响规律和作用机制。结果表明,在ZrO₂-Mg-C体系中,随着ZrO₂原始粒径减小(200→10 nm),碳锆体系反应活性增强,ZrC中的游离碳含量逐渐减少,ZrC粉体的平均粒径随ZrO₂粒径的减小而减小,当加入粒径为10 nm的ZrO₂时,ZrC粉体的平均粒径为48 nm,且类球形形貌更加均匀。原料ZrO₂粒径减小,比表面积增大,提高了反应活性和渗碳速度,从而减小了反应时间、反应温度对晶粒生长的影响,获得了分布均匀的高纯纳米ZrC粉体。

镁热反应制备介孔非均质SiO₂@SiC@C微球的吸波性能研究

高博文, 张晓卫, 刘渊, 李琦旺, 陈柳玲, 张卫珂

2023, 42(12):  4542-4551. 

摘要 ( 60 )   PDF (11911KB) ( 68 )  

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以改良Stöber法合成的介孔SiO₂为前驱体,通过自组装技术在SiO₂表面包覆酚醛树脂,碳化后形成SiO₂@C,再经800 ℃镁热反应得到形貌均匀的介孔非均相SiO₂@SiC@C微球,并利用XRD、XPS、Raman、BET、SEM和TEM对SiO₂@SiC@C进行表征/分析。结果表明,SiO₂@SiC@C微球由SiC、非晶SiO₂、非晶C和SiO_xC_y相组成,且表面存在大量介孔结构。介孔非均相SiO₂@SiC@C微球展现出优异的吸波性能,当模拟匹配厚度为2 mm时,最小反射损耗在17.74 GHz处达到-36.83 dB,当模拟匹配厚度为2.5 mm时,最大吸收带宽达到了6.63 GHz,完全覆盖了Ku段,表现出强吸收、宽频段的性能,这是介孔结构优化阻抗匹配和非均质界面增强界面极化协同作用的结果。本文制备的介孔非均相SiO₂@SiC@C微球可满足电磁波吸收防护领域的应用需求。

ZSM-5沸石的合成、再生及其对废水中有机物的吸附研究

杨露婷, 刘勇

2023, 42(12):  4552-4558. 

摘要 ( 66 )   PDF (9217KB) ( 88 )  

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针对高盐废水中的有机物去除问题,本文采用水热法合成了不同硅铝摩尔比(Si/Al)的ZSM-5沸石,并进行XRD、SEM、XRF和BET分析,考察了不同Si/Al沸石对高盐废水有机物的去除效果,研究了沸石的煅烧再生温度,评价了沸石在高盐废水有机物吸附过程中的重复利用性能。结果表明,随着原料Si/Al的增加,ZSM-5沸石粒径逐步减小,比表面积逐步增加,沸石对废水中有机物的吸附效率逐步增大。当原料Si/Al为500时,合成的ZSM-5沸石对废水中有机物的吸附效果较佳,在15次再生重复利用过程中,废水总有机碳(TOC)的去除率均大于92.5%。ZSM-5沸石的最佳煅烧再生温度为650 ℃。

道路材料

考虑道路层间脱空病害的地聚合物注浆材料性能研究

赵宏昊, 刘宪明, 李鹏, 张文亮, 王凯, 董坤, 王俊杰, 徐翼

2023, 42(12):  4559-4571. 

摘要 ( 58 )   PDF (6470KB) ( 78 )  

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道路层间脱空病害形态相对扁平,注浆修复后的固结体容易受折,因此需着重改善注浆材料的韧性和抗折性能,但目前缺乏一种针对病害特征的注浆修复材料。本文以矿渣、粉煤灰为主要原料,通过加入醋酸乙烯-乙烯共聚物可再分散性乳胶粉(简称VAE胶粉)改善地聚合物注浆材料脆性弱点,提高材料抗折强度,在使用NaOH调节模数后的水玻璃激发下进行地聚合反应,研发了地聚合物注浆材料,探究了VAE胶粉掺量等因素对注浆材料性能的影响。试验结果表明,地聚合物注浆材料综合性能最佳的配合比为矿渣粉掺量40%、粉煤灰掺量60%、VAE胶粉外掺2%、引气剂外掺0.1%、UEA膨胀剂外掺2%、水玻璃掺量25%、水玻璃模数1.6、水胶比0.35。研发的地聚合物注浆材料抗折强度提高了10.8%,脆性降低了17.4%,适用于道路层间脱空病害的修复。该研究对于推动道路隐蔽病害修复技术的发展、保障道路长期运营安全稳定具有一定的促进作用。

简讯

《硅酸盐通报》编委会换届会议暨第六届编委会第一次会议在南京召开

2023, 42(12):  4572-4572. 

摘要 ( 38 )   PDF (622KB) ( 20 )  

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