王超, 李强, 余金虎, 兰锦涛, 蒋志律, 杨茜

2025, 44(5): 1583-1603. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1242

摘要 ( 127 )

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通电加速锈蚀是通过施加电流模拟混凝土内钢筋快速锈蚀的一种方法。本文介绍了钢筋自然锈蚀机理,归纳了通电加速锈蚀试验方法的特点、适用范围、影响因素及其影响机理,探讨了通电加速锈蚀试验在模拟自然锈蚀过程中的参数选择,分析了通电加速锈蚀与自然锈蚀的相关性,最后指出影响钢筋加速锈蚀的多重因素交互作用及通电加速锈蚀与自然锈蚀的相似性等还有待进一步深入研究。

再生木纤维增强轻质高韧性高贝利特水泥砂浆性能研究

马春雨, 马跃辉, 吴定远, 徐利胜, 原学功, 朱珍, 李秋义, 王亮, 王美楠

2025, 44(5): 1604-1611. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1178

摘要 ( 78 )

PDF (10082KB) ( 61 )

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普通水泥砂浆掺入由废弃木材制成的再生木纤维,会对其水化特性、力学性能及耐久性能产生不良影响,这限制了再生木纤维水泥基材料的推广与应用。本文以高贝利特水泥(HBSC)作为胶凝材料,将废弃木材经破碎、细化和打浆处理后获得再生木纤维,在成型压力50.0 kN条件下制备出轻质、高韧性HBSC砂浆,并对不同水灰比条件下砂浆各项性能进行研究。结果表明,较低的水灰比对提高轻质高韧性HBSC砂浆性能具有积极作用。随着灰木比从0.8增加至3.0,再生木纤维HBSC砂浆的干密度增大,最高为1 408 kg/m³。砂浆的抗压、抗折强度和收缩率均随之增加,砂浆28 d抗压强度由15.7 MPa增加至32.4 MPa,28 d抗折强度由6.3 MPa增加至12.2 MPa,不同水灰比下砂浆28 d最大收缩率均低于40.0×10^-5,导热系数为0.317 6 W/(m·K), 再生木纤维HBSC砂浆的轻质、高韧性和保温效果显著。微观测试结果表明,当灰木比为3.0时,砂浆的水化反应最充分,内部孔隙结构最密实。本研究为再生木纤维在轻质高强、高韧性的保温墙体材料中的应用提供参考依据。

水泥窑炉SCR脱硝反应塔流场优化的数值模拟研究

王昕, 张金山, 郑旭, 杜勇, 刘晨, 潘美晨, 汪澜

2025, 44(5): 1612-1621. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1024

摘要 ( 74 )

PDF (11918KB) ( 61 )

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选择性催化还原(SCR) 脱硝是水泥窑炉烟气NO_x深度减排的迫切需要。本文以烟气处理量10 000 Nm³/h的水泥窑炉SCR脱硝反应塔为研究对象,利用计算流体力学(CFD)数值模拟对反应塔入口不同均布方式进行分析比对,探讨了反应塔内流场优化方法。结果表明,在反应塔烟道入口中部和渐扩口段烟道合理安装导流板、在反应塔顶部入口安装多孔均布板具有优良的流场均化效果,且多孔均布板发挥了重要作用。通过均布装置优化组合,实现反应塔内顶层催化剂床层上方速度相对标准偏差C_v达8.45%,最大入射角为9.53°,系统整体阻力仅增加37 Pa。此外,催化剂床预留层置于顶层设计时流场优化效果更佳,此时C_v可降至6.73%。本研究有望为水泥窑炉SCR脱硝反应塔流场进一步设计优化提供参考。

用于腐蚀保护的NO^-₂-LDHs自愈微胶囊的制备及性能研究

田沛丰, 温勇, 郭晓琦, 林海孟

2025, 44(5): 1622-1633. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1195

摘要 ( 48 )

PDF (12409KB) ( 18 )

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针对混凝土易开裂、难修复,裂后钢筋锈蚀快的工程难题,本文采用锐孔固浴法制备了以桐油(TO)为芯材,海藻酸钠(SA)和亚硝酸改性镁铝水滑石(NO^-₂-LDHs)为壁材的微胶囊。以包覆率为响应指标,通过响应面分析,对不同TO和SA的质量比、SA浓度及乳化剂浓度这3个因素进行优化。测试了钢筋的极化曲线,并对比了掺加0%和1%(质量分数)微胶囊的砂浆试件在干燥养护(干养)和浸水养护(湿养)条件下的强度恢复率。结果表明:当TO和SA的质量比为9:1、SA浓度为1.69%(质量分数)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)浓度为0.95%(质量分数)时,微胶囊对TO的最大包覆率为74.03%;制备的微胶囊具有一定的缓蚀效果,当微胶囊掺量为溶液质量的6%时,缓蚀效率为93.35%;自修复实验结果表明,掺入微胶囊可以显著提高砂浆试件的抗压强度恢复率,干养试件的28 d恢复率(80%)高于湿养试件(76%)。

复合盐冻融循环下机制砂混凝土的劣化规律及寿命预测

刘昊信, 乔宏霞, 马法荣, 付勇, 魏定邦, 张磊

2025, 44(5): 1634-1645. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1217

摘要 ( 169 )

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本文通过对凝灰岩机制砂混凝土(TMSC)和花岗岩机制砂混凝土(GMSC)进行复合盐冻融循环试验,研究了机制砂混凝土(MSC)的损伤劣化规律及服役寿命。利用质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度损失率等宏观指标及XRD、SEM等微观指标来表征MSC的损伤劣化规律及腐蚀机理,同时根据GM(1,1)预测模型对MSC复合盐冻融循环失效次数进行预测。结果表明,随着复合盐冻融循环次数增加,两种MSC的质量损失率先减小后增大,相对动弹性模量逐渐减小,抗压强度损失率逐渐增大。复合盐冻融循环200次后,TMSC和GMSC的质量损失率分别为1.29%和1.75%,相对动弹性模量分别为63.30%和58.70%,抗压强度损失率分别为42.16%和45.58%。TMSC和GMSC分别在复合盐冻融循环204和193次后失效,服役寿命分别为22.47、21.26年,在复合盐冻融环境下TMSC较GMSC表现出更优的服役寿命。

高温后花岗岩-混凝土组合体动态压缩破坏特征与能量耗散研究

章欣宇, 蒲传金, 周航, 韩森, 冉正熙, 李小双, 肖定军

2025, 44(5): 1646-1655. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1196

摘要 ( 66 )

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为探究高温后花岗岩-混凝土组合体的动态破坏特征及能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆(SHPB),以温度(20、200、400、600 ℃)和冲击速度(8、10、12 m/s)为变量,开展组合体动态压缩试验。结果表明:高温显著降低了组合体的动态抗压强度,且随着温度的升高,组合体冲击破碎程度加剧;特别是在600 ℃加热后,组合体动态抗压强度较20 ℃下降39.64%及以上;冲击速度的增加导致组合体动态抗压强度和能耗密度提高,存在显著的应变率效应;平均破碎粒径与冲击速度和能耗密度呈负相关,即更高的冲击速度导致更细小的破碎粒径;分形维数的变化规律揭示了高温和冲击速度对组合体破坏模式的影响,其中600 ℃时的分形维数达到最大值,反映出高温加剧了组合体内部结构的损伤。研究结果对于理解和预测高温环境下岩石-混凝土结构的动态响应具有一定的参考价值。

基于机器学习的磷石膏轻骨料混凝土配合比设计与力学性能研究

苏瑛, 龚伟, 刘川北, 张俊

2025, 44(5): 1656-1665. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1258

摘要 ( 63 )

PDF (7896KB) ( 31 )

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采用磷石膏轻粗骨料替代天然碎石制备轻骨料混凝土,是实现磷石膏资源综合利用的有效技术。本文结合轻骨料混凝土的配合比设计原理与BP神经网络模型,提出了一种预测小粒径磷石膏轻骨料混凝土力学性能的方法。结果表明,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度随着净水灰比升高而减小,随着砂率升高而增大,随着水泥用量升高略有降低,三种影响因素的显著程度次序为净水灰比、砂率、水泥用量。适当减小净水灰比,采用高砂率和低水泥用量可以减少界面过渡区孔隙和初始微裂纹的产生,并使整体力学强度提升。构建的BP神经网络模型对小粒径磷石膏轻骨料混凝土力学强度预测的准确度较高。本研究旨在为磷石膏轻骨料混凝土配合比设计优化和力学强度预测提供借鉴。

风积沙PVA-FRCC早期收缩性能及配合比研究

王玉清, 姚浥芯, 云泽亚, 蔡思远, 刘曙光

2025, 44(5): 1666-1675. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1165

摘要 ( 43 )

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以风积沙取代率、水胶比、纤维体积率及砂胶比为研究变量,通过14组风积沙聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)的收缩试验,对风积沙PVA-FRCC试件的早期收缩性能进行研究,研究表明:随风积沙取代率、水胶比、砂胶比提高,风积沙PVA-FRCC收缩增大,掺入纤维后基材收缩减小,但纤维体积率的进一步增大对减小收缩的效果不明显。以收缩应变、抗压强度、极限拉应变、流动度为指标,采用综合评价法对风积沙PVA-FRCC性能进行综合评价,按照一般工程、高流动度、低收缩及高韧性分类,提出满足不同工程应用需求的较优配合比。最后对CEB-FIP模型进行修正,提出了考虑多种因素影响的风积沙PVA-FRCC早期收缩估算模型,模型计算值与试验值吻合度较高,因此,该模型可用于风积沙PVA-FRCC早期收缩估算和收缩开裂风险预测。

外加剂掺量对煤矸石喷射混凝土力学性能和抗渗性的影响

查文华, 蔡雨凯, 许涛, 钱育冬

2025, 44(5): 1676-1688. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1563

摘要 ( 70 )

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煤矸石喷射混凝土(CGS)作为一种环保建筑材料,其性能受外加剂种类和掺量的显著影响,其中速凝剂和减水剂因具有良好的改性效果而得到广泛应用。本文基于单因素变量试验研究了不同掺量的速凝剂和减水剂对CGS力学性能和抗渗性的影响,确定了最优掺量,并通过回弹率和大板喷射试验进行验证,结果表明:减水剂的掺入使得CGS在1、7、28 d龄期下的抗压、劈裂抗拉强度呈先上升后下降再上升再下降的趋势,当减水剂掺量为2.50%(质量分数)时,各性能均达到最佳,试块无渗透现象,密实度良好;当速凝剂掺量为0%~3%(质量分数)时,CGS在1 d龄期抗压强度及劈裂抗拉强度略有提升,在7、28 d龄期的强度均逐渐降低,当速凝剂掺量为3%~12%(质量分数)时,各龄期的强度均显著下降;过量速凝剂(12%)显著加剧了CGS的渗透性,速凝剂掺量为3%时,CGS仅顶部出现渗透;回弹率试验显示,速凝剂与减水剂的协同作用改善了CGS流动性和黏结性,将回弹率降至13.03%;大板喷射试验表明,优化配比后的CGS抗压强度和劈裂抗拉强度较普通CGS显著提升,平均渗透高度降低50.72%。

超高性能碱激发混凝土的性能及环境影响研究

崔祎菲, 刘梦华, 张益聪, 艾威侠, 徐诺

2025, 44(5): 1689-1702. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1513

摘要 ( 90 )

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为降低超高性能混凝土(UHPC)生产过程中产生的碳排放和能耗,本文以碱激发矿渣材料替代传统硅酸盐水泥制备了超高性能碱激发混凝土(UHPAAC),研究水玻璃模数(1.1、1.3、1.5)和碱当量(6%、7%、8%,质量分数)对UHPAAC的工作性能、力学性能和耐久性能的影响,并分析了产生的环境效益。结果表明,适当地提高水玻璃模数和碱当量可以细化UHPAAC的孔隙结构,提升各项性能。UHPAAC凝结硬化较快,流动性低于UHPC。UHPAAC早期强度高,标准养护7 d抗压强度均超过了100 MPa,且达到了28 d抗压强度的80.2%~92.4%。UHPAAC的毛细吸水质量和吸水率明显高于UHPC,但抗氯离子渗透性能优于UHPC,而且实验室加速条件下碳化28 d后碳化深度均为0 mm。此外,UHPAAC可以显著降低碳排放和能耗。本研究认为,当碱激发剂中水玻璃模数为1.5、碱当量为6%时,UHPAAC的综合性能最优,环境影响最小。

钢-连续纤维复合筋珊瑚混凝土单向板受弯性能研究

梁莹, 覃伟恒, 陈宗平, 李志彬

2025, 44(5): 1703-1716. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1141

摘要 ( 44 )

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兼顾钢筋与纤维增强复合材料(FRP)的优势,钢-连续纤维复合筋(SFCB)可与珊瑚混凝土结合,在远海岛屿的开发中具有良好的应用前景。为研究钢-连续纤维复合筋珊瑚混凝土单向板的受弯力学性能,以钢筋类型、纵筋配筋率和混凝土类型为变化参数,对6块单向板试件进行静力单调受弯试验,观察了单向板的受力破坏过程及形态,获取了受力全过程的弯矩-挠度曲线和材料应变分布,分析了变化参数对单向板受弯性能的影响。结果表明:SFCB试件的破坏模式与普通钢筋试件相似,属于正截面弯曲破坏,在混凝土开裂后具有更强的抗弯刚度,裂缝发展得到有效限制,与普通钢筋试件相比,极限弯矩提升了8.4%,但延性降低了12.7%;SFCB试件的抗弯刚度和承载力随配筋率减小而降低,但延性有所提升,最大提升幅度为71.2%;珊瑚骨料的表面多孔、微泵效应和脆性等特征导致SFCB珊瑚混凝土板试件的承载能力较高,变形能力较差,但其破坏形态与普通混凝土板试件相似;最后基于平截面假定,推导出SFCB混凝土单向板的极限弯矩计算公式,其计算值与试验值较为吻合。

粉煤灰掺量对碱激发材料干燥收缩及抗压强度的影响

付振博, 杨曦昊, 赵伊萌, 刘云鹏, 李世纪, 李秉函, 赵淑丽, 王磊

2025, 44(5): 1717-1725. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1386

摘要 ( 53 )

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碱激发材料被认为是硅酸盐水泥的替代品。然而,碱激发材料的高收缩率是制约其广泛应用的关键问题。本文探究了碱激发矿渣-粉煤灰净浆干燥收缩和失水率之间的关系,研究了粉煤灰含量对抗压强度、反应产物、微观形貌和水化热的影响。结果表明,随着粉煤灰掺量增加,碱激发矿渣的干燥收缩和失水率增大。粉煤灰掺量显著影响碱激发矿渣净浆的抗压强度,水化早期(0~14 d),未掺粉煤灰的样品表现出较高的抗压强度,但在后期(14~28 d),掺入20%(质量分数)和30%粉煤灰的样品强度显著提升。当粉煤灰掺量为20%和30%,且Ca/Si比(摩尔比)接近1时,能够在确保强度发展的同时减小干燥收缩和失水率。

矿粉和粉煤灰掺量对可控性低强度材料(CLSM)性能的影响

王宁宁, 胡康飞, 包益鋆, 张文文, 卜静武, 陈徐东

2025, 44(5): 1726-1733. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1430

摘要 ( 59 )

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利用砂质土与装修垃圾掺配不同比例的矿粉(GGBS)和粉煤灰(FA)制备可控性低强度材料(CLSM),研究了GGBS和FA掺量对CLSM流动值、泌水率、凝结时间和抗压强度的影响。通过XRD和SEM探究了不同GGBS和FA掺量对CLSM物相组成和微观形貌的影响。结果表明,GGBS和FA的掺量增加,利用装修垃圾、砂质土制成的CLSM泌水率减少,凝结时间缩短,FA掺量不变,GGBS从150 g增加到270 g,CLSM的3 d抗压强度从2.01 MPa增加到4.00 MPa,28 d抗压强度从6.83 MPa增加到11.12 MPa。GGBS掺量不变,FA从120 g增加到240 g,3 d抗压强度从2.41 MPa增加到3.13 MPa,28 d抗压强度从6.65 MPa增加到10.24 MPa。GGBS和FA的掺量增加使CLSM内部产生了大量水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)等水化产物,增加了密实性。

激振搅拌工艺对全固废充填材料工作性能和力学性能的影响

王稷良, 朱繁涛, 王振宇

2025, 44(5): 1734-1741. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1211

摘要 ( 37 )

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为提升煤基固废充填材料的工作性能和力学性能,本文对比研究了不同工作气压、搅拌时间等参数对全固废充填材料(简称充填材料)工作性能和力学性能的影响,并利用XRD和SEM分析了激振搅拌工艺对充填材料微观结构的影响。结果表明:充填材料的性能随工作气压的增大呈先提升后降低的趋势,当达到最佳工作气压0.4 MPa时,激振搅拌制备的充填材料的坍落度较采用普通搅拌提升了30 mm,28 d抗压强度提升24.1%;随着搅拌时间延长,激振搅拌充填材料的坍落度增长幅度逐渐变缓,激振干拌60 s后再激振湿拌45 s时抗压强度达到最佳,且湿拌阶段的激振搅拌时间对充填材料性能的影响更加明显;搅拌过程中增加静置时间会导致充填材料的整体性能出现一定劣化,但仍能满足施工要求;激振搅拌工艺可以提升充填材料的早期水化程度、增强胶凝材料和集料间的黏结性,改善水化产物的密实性,进而提升充填材料的宏观力学性能。

复合营养液在微生物诱导固化与修复含硫铅锌尾矿中的应用研究

谷庆, 狄军贞

2025, 44(5): 1742-1754. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1265

摘要 ( 32 )

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针对含硫铅锌尾矿造成的环境污染问题,本研究采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术,通过巴氏芽孢杆菌与硫酸盐还原菌联合作用进行加固与修复。同时优化复合营养液配方,发现以碳酸氢铵为最佳碳源,且钙源浓度为0.50 mol/L时效果最佳。结果表明,此时复合营养液试样的无侧限抗压强度为1.075 MPa,碳酸钙含量为13.03%(质量分数),相比于相同浓度的基本营养液,分别提高了27.33%和29.21%。同时,对重金属离子与硫酸根离子的固化效果显著,其中Pb²⁺、总Fe、总Cr、Cd²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺被完全去除,Zn²⁺固化率超过98%,SO^2-₄固化率最高可达到88.68%。微观分析表明,固化样品形成了高黏结性的文石、方解石等晶体,有效胶结了尾矿颗粒。本研究为含硫铅锌尾矿的固化与修复提供了一种新方法。

秸秆纤维复合碱激发钢渣基泡沫混凝土的制备

冯伟鹏, 金宇, 孔凡龙, 董志君, 蔡士名, 邵宁宁

2025, 44(5): 1755-1766. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1502

摘要 ( 48 )

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秸秆纤维和钢渣分别是农业副产品和工业副产品,通过制备泡沫混凝土,可将两者制备成生物质低碳建筑材料,实现资源循环利用。本研究以钢渣为主要胶凝材料,加入水稻秸秆纤维制备秸秆纤维复合碱激发钢渣基泡沫混凝土,研究过氧化氢掺量、秸秆掺量、养护条件对秸秆纤维复合碱激发钢渣基泡沫混凝土抗压强度、导热系数、孔结构和CO₂固化量的影响。结果表明,过氧化氢掺量可以有效调节秸秆纤维复合碱激发钢渣基泡沫混凝土的体积密度、抗压强度和导热系数,秸秆纤维可增加孔隙连通性,利于CO₂内部扩散。同时,秸秆纤维增强泡沫混凝土的力学性能需要平衡基体增强和孔结构破坏两种效应。

碱激发锂渣复合胶凝材料的流变、力学性能及水化特性

姜涛, 邓毅, 李鸿峰, 金洪波, 罗程, 吴浩

2025, 44(5): 1767-1778. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1511

摘要 ( 45 )

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采用锂渣和矿粉制备碱激发复合胶凝材料,旨在解决锂渣的废弃问题并减少水泥生产的能耗及CO₂排放。主要分析了水胶比和锂渣掺量对材料流变性能的影响,同时进一步探讨了不同煅烧温度及锂渣掺量对材料力学性能的影响。研究表明:碱激发锂渣复合胶凝材料流动性随水胶比增大而提高,但随锂渣掺量增加而降低;锂渣的最佳煅烧温度为700 ℃,此条件下碱激发锂渣复合胶凝材料在90 d时展示出最优的抗折和抗压强度;25%(质量分数)的锂渣掺量为碱激发复合胶凝材料的最佳比例,掺量过大会抑制水化反应;与传统水泥熟料相比,碱激发锂渣复合胶凝材料的CO₂排放量和能耗明显减少。

固体激发剂对单组份碱激发矿渣-飞灰复合胶凝材料的影响

叶伟开, 盛国栋, 鲁刘磊, 张锦红, 张宗洋, 董发鑫, 刘明旺, 汪峻峰, 罗琦

2025, 44(5): 1779-1787. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1321

摘要 ( 110 )

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常规碱性溶液激发剂具有高腐蚀性和黏稠性,限制了碱激发技术在飞灰处置上的大规模应用,选择合适的固体激发剂对于制备胶凝材料至关重要。本文制备了单组份碱激发矿渣-飞灰复合胶凝材料,探讨了不同固体激发剂对胶凝材料力学性能及其水化产物的影响,以寻求更有效的飞灰处理解决方案。结果表明,五水硅酸钠能提高胶凝材料的早期强度,额外的硅源促进了硅氧四面体的形成,有利于生成网状水化硅铝酸钙凝胶。氧化钙对后期强度的增长具有显著作用,胶凝材料28 d抗压强度最大值为28.90 MPa,较高的碱度能够使硅铝相持续溶解,发生更有效的聚合。硫酸钠、五水硅酸钠和氧化钙激发的胶凝材料的重金属浸出浓度均满足标准允许值。致密的凝胶结构有利于固定重金属,减少裂纹和孔隙,进一步减少重金属浸出量。

酸激发剂对固废材料及其灌浆料性能的影响

张会芳, 陈洁, 王磊, 李晓辰, 李金珠, 刘凯宏, 曹慧, 任泽江, 刘哲颖

2025, 44(5): 1788-1802. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1209

摘要 ( 63 )

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为了提高固体废弃物的利用率,分别选用盐酸、醋酸和草酸作为酸激发剂对粉煤灰和矿渣微粉进行浸泡激发并制备灌浆料,通过测定灌浆料的力学性能确定酸激发剂的最优激发浓度。将试件分别置于标准养护环境、3%(质量分数)NaCl溶液、3%(质量分数)Na₂SO₄溶液、3%(质量分数)NaCl和Na₂SO₄混合溶液中养护28 d,通过测定试件的抗折强度计算抗蚀系数,结合试件的微观结构综合分析酸激发固废材料后制备的灌浆料在不同腐蚀环境中的耐腐蚀性。结果表明:经浓度为2.0%(质量分数)的盐酸溶液浸泡激发后,制备的灌浆料试件抗压强度最高,可达64.5 MPa;酸激发粉煤灰和矿渣后制备的灌浆料中石英和钙矾石的含量增加,酸激发能在一定程度上促进水化反应;经盐酸激发制备的灌浆料试件抵抗Cl^-侵蚀的效果最差,能一定程度上抵抗SO^2-₄侵蚀。

矿渣-粉煤灰-玻璃粉复合固化盾构土力学性能及固化机制

骆展鹏, 熊春林, 韩泽军, 王胜新, 刘凯华

2025, 44(5): 1803-1812. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1562

摘要 ( 44 )

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为实现工程渣土的绿色低碳再利用,本文研究了在不同龄期(3、7、14、28 d),矿渣、粉煤灰和玻璃粉掺量对固化土力学性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析固化淤泥土的微观形貌及水化产物,揭示固化机制。结果表明:矿渣-粉煤灰和矿渣-玻璃粉复合固化土的早期强度随矿渣掺量增加而提高;在矿渣占比为50%~60%(质量分数)时,通过增加玻璃粉掺量可有效提升矿渣-粉煤灰-玻璃粉三元复合固化土早期强度;采用单纯形重心法建立的固化土无侧限抗压强度预测模型误差在10%以内;矿渣-玻璃粉复合固化土在低矿渣掺量时表现出比矿渣-粉煤灰固化土更高的黏聚力;矿渣-粉煤灰-玻璃粉三元复合固化体系显著改善了土体密实度,生成了水化硅铝酸钠、水化硅酸钙和水化硅铝酸钙凝胶,这些水化产物包裹并黏结了土颗粒,提升了固化土的力学性能。

循环流化床固硫灰-矿粉复合胶凝材料的性能、水化产物及其应用

闵锐, 刘馨怡, 杨甜甜, 王思莹, 刘文欢, 李辉

2025, 44(5): 1813-1823. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1022

摘要 ( 44 )

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循环流化床固硫灰(CFBFA)造成的资源浪费和环境污染问题日益严重,对其资源化利用迫在眉睫。本文采用电石渣(CS)和脱硫石膏(DG)协同激发CFBFA和矿粉(GBFS),制备低碳胶凝材料并应用于路面混凝土。研究表明,随着CFBFA掺量的增加,CFBFA-GBFS复合胶凝材料3、7 d力学强度呈逐渐降低的趋势,28 d力学强度呈先增大后减小的趋势。当CFBFA掺量为40%(质量分数,下同)时,CFBFA-GBFS复合胶凝材料28 d抗折强度、抗压强度最高,分别为7.4和32.8 MPa。当CFBFA掺量由30%提高到70%时,CFBFA-GBFS复合胶凝材料的初凝时间由447 min延长到753 min,终凝时间由549 min延长到802 min。试件28 d干缩率在CFBFA掺量为50%时最大,为0.031%。CFBFA-GBFS复合胶凝材料的水化产物主要有水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)。C-A-S-H凝胶和针棒状AFt在空间交错生长,细化材料内部孔隙,有利于强度的提高。采用CFBFA掺量为30%的胶凝材料制备路面混凝土,路面混凝土的28 d弯拉强度和抗压强度分别可达到4.8和43.0 MPa,达到了中级荷载路面混凝土的标准。

多元固废协同制备超细高活性矿物掺合料及性能研究

马召林, 明阳, 李文俊, 任昊, 刘永道, 田唯, 张国志, 陈飞翔, 窦广元, 范志宏

2025, 44(5): 1824-1833. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1323

摘要 ( 68 )

PDF (7180KB) ( 28 )

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采用多元工业固废协同制备绿色超细高活性矿物掺合料,研究了原材料配比和粉磨参数对掺合料综合性能的影响,通过XRD、TGA和SEM等技术手段分析了水化产物和微观结构特征。结果表明,将水淬锰渣、钢渣、粉煤灰和脱硫石膏按质量比8:3:8:1与0.10%(质量分数)的助磨剂混合后,共同粉磨至比表面积800 m²/kg,所制备的掺合料7 d活性指数可达97.4%,28 d活性指数可达110.0%,流动度比为95.1%。该掺合料在早期通过物理填充和钙矾石生成降低强度损失,后期则通过协同水化作用和火山灰效应促进强度发展。研究结果对实现低活性固废的高附加值利用和建材行业的可持续发展具有重要意义。

湿法碳化再生微粉性能评价及水泥净浆早期强度形成机理研究

刘晨晨, 谢祥兵, 李广慧, 司马笑情, 张艺林, 司斌, 邵景干

2025, 44(5): 1834-1840. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1206

摘要 ( 35 )

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再生微粉(RCSP)干法碳化效率较低,限制了RCSP资源化利用。本文研究了湿法碳化处理对RCSP的性能影响,以及不同替代率下RCSP对水泥净浆水化和性能的影响规律。结果表明,湿法碳化再生微粉(WRCSP)中CaCO₃的含量高达77.06%(质量分数),CO₂封存量为每千克RCSP吸收0.53 kg CO₂。当WRCSP的替代率为20%(质量分数)时,水泥净浆7 d抗压强度达到45.3 MPa,相较RCSP和PC,其抗压强度分别提高了76.3%和4.61%。WRCSP主要碳化产物是多晶态碳酸钙和高聚合度硅胶,这两者能够与水泥水化产物发生反应,加速水泥的早期水化,显著提高水泥的早期力学性能。综上所述,湿法碳化处理后的固碳能力越高,WRCSP作为水泥替代品的性能越好。结论验证了湿法碳化RCSP的可行性,并为未来的工业实践提供了参考。

柴油微乳液捕收剂浮选细鳞片石墨试验研究

黄莎莎, 常耀辉, 于飞, 安雅欣, 管俊芳, 邱杨率

2025, 44(5): 1841-1849. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1481

摘要 ( 32 )

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为研究柴油微乳液对萝北地区某细鳞片石墨矿浮选效果的影响,采用高速搅拌法,以Span 80、Tween 80为乳化剂,正丁醇为助乳化剂,且乳化剂、助乳化剂与柴油质量比为2:1:1,制备柴油微乳液并分析其浮选效果。结果表明:以阶段磨浮的传统石墨选矿工艺,分别以柴油与柴油微乳液为捕收剂,在粗精浮选对比试验中,获得相同精矿回收率时,柴油微乳液节油率分别为25.11%、50.43%,开路试验中柴油微乳液的节油率为28.83%,因此柴油微乳液的浮选效果明显优于柴油;在放置时间浮选测试中,柴油微乳液可存放至少40 d,并且微乳液稳定性较好,在工业生产中可以解决药剂存放的问题;在经济效益中,选1 t石墨所需要的柴油微乳液的捕收剂成本仅为柴油的81.91%,柴油微乳液不仅可以提高细鳞片石墨的浮选指标,还可以减少捕收剂的用量,降低浮选所用的药剂成本。

低温封接玻璃的研究进展

兰杨, 殷先印, 王衍行, 高锡平, 黄翱翔, 韩滨

2025, 44(5): 1850-1858. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1231

摘要 ( 73 )

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与有机封接相比,无机玻璃封接具有电绝缘性高、气密性好和寿命长等特点,广泛应用于航空、航天、电子及新能源汽车等领域。低温封接玻璃是封接温度低于600 ℃的玻璃。目前,低温封接玻璃体系主要包括铅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、钒酸盐玻璃和铋酸盐玻璃等,相关研究主要涉及探究低温封接玻璃的“组成-结构-性能”本构关系,为设计优化新型低温封接玻璃体系提供理论指导;评价考核低温封接玻璃的热膨胀系数、转变温度和化学稳定性等关键性能,实现匹配封接和长寿命服役;建立低温封接玻璃材料性能测试标准规范,拓展低温封接玻璃应用场景。本文综述了低温封接玻璃的典型体系,介绍了低温封接玻璃的应用场景,最后展望了低温封接玻璃的发展趋势。

柔性玻璃二次下拉工艺的模拟研究

周佳慧, 王衍行, 许银生, 李现梓, 韩滨, 何坤

2025, 44(5): 1859-1868. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1331

摘要 ( 49 )

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二次下拉工艺是制备柔性抗辐照玻璃的一种重要工艺,然而利用该工艺制备玻璃时难以准确获得玻璃的拉制特性并快速调整工艺参数。本文通过ANSYS Polyfolw软件有限元仿真模拟结合实际拉制工艺参数,仿真模拟了厚度场、速度场、温度场的变化情况,分析了二次下拉工艺参数对柔性玻璃成型后宽度和厚度的影响,并进行了验证。结果表明:在加热区,缩颈现象导致成型玻璃边部厚度大于中心厚度,沿拉伸方向玻璃的边部速度分量明显小于中心速度分量;在冷却区,玻璃边部温度显著高于中心温度。加热温度与成型玻璃的厚度呈正相关,而与宽度呈负相关;牵引速度与成型玻璃的厚度和宽度均呈负相关;玻璃初始厚度与成型玻璃的厚度呈正相关,但与宽度呈负相关。

SiC多孔陶瓷的绿色制备及性能优化

王竞一, 杨一帆, 段国林

2025, 44(5): 1869-1877. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1184

摘要 ( 87 )

PDF (11465KB) ( 120 )

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造孔剂法制备多孔陶瓷具有绿色环保的优势,但如何平衡显气孔率与抗压强度之间的关系,已成为制备多孔陶瓷的重要问题。针对这一问题,本研究以碳化硅(SiC)为骨料,以木炭和工业级瓜尔胶制成的颗粒为造孔剂,优化工艺,以制备环保高性能过滤陶瓷。通过设计特殊形貌造孔剂、调整浆料中造孔剂比例、优化烧结温度,可以有效平衡SiC多孔陶瓷的显气孔率与抗压强度。研究表明,当有孔道造孔剂与无孔道造孔剂颗粒数量比例为1:3、甲基纤维素质量分数为1.3%、烧结温度为1 450 ℃时,得到SiC多孔陶瓷的显气孔率为81.24%,抗压强度为1.29 MPa。

二次铝灰对低碳Al₂O₃-C耐火材料显微结构与性能的影响

乔畅通, 余超, 邓承继, 王萱, 丁军, 刘正龙, 祝洪喜

2025, 44(5): 1878-1887. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1137

摘要 ( 55 )

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为实现二次铝灰固废资源的高值化利用,本研究将二次铝灰作为α-Al₂O₃的替代材料引入低碳Al₂O₃-C耐火材料中,以板状刚玉、鳞片石墨、铝粉和硅粉为主要原料,制备了低碳Al₂O₃-C耐火材料,探讨二次铝灰替代α-Al₂O₃后对材料显微结构、抗氧化性能、抗侵蚀性能和抗热震性能的影响。结果表明,经1 400 ℃埋炭热处理后,二次铝灰替代α-Al₂O₃后会导致材料体积密度降低,显气孔率升高,但同时促进了材料内部SiC晶须网络结构的形成,优化了材料的显微结构。在氧化试验中,与使用α-Al₂O₃作添加剂相比,添加二次铝灰更有利于莫来石相的生成。添加二次铝灰后,高温下生成的适量液相可有效填充材料表面氧化层气孔,从而改善材料的抗氧化性能、抗侵蚀性能和抗热震性能,其中氧化指数由88%降低至52%,侵蚀指数也明显降低,残余强度保持率由87%提升至97%。

酸改性坡缕石对Cu²⁺的吸附性能研究

吴丽梅, 栾奕, 王晓龙, 唐宁, 李甘宁, 雷馨宇

2025, 44(5): 1888-1898. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1306

摘要 ( 37 )

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坡缕石是一种含水富镁铝硅酸盐黏土矿物,具有独特的链层状晶体结构,在胶体、催化、吸附等众多领域表现出了优异的应用性能。本研究采用不同种类酸改性坡缕石,溶出八面体中阳离子的方式调控坡缕石结构,以Cu²⁺作为目标污染物,采用静态吸附实验研究了不同改性条件对坡缕石吸附Cu²⁺的影响规律。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附、固体核磁共振(NMR)和热重(TG)等测试对改性前后坡缕石的结构进行了表征。研究结果表明,酸改性后的坡缕石杂质减少且微孔容积增大,对Cu²⁺的吸附能力也显著提高。反应时间为120 min、反应温度为60 ℃、溶液pH值为7的盐酸改性坡缕石对Cu²⁺吸附效果最佳,最大吸附量为70.64 mg/g。本研究结果对坡缕石在环境治理领域的应用具有重要研究意义。

简易水热法制备磁性Fe₃O₄纳米颗粒及其磁性能研究

丁界雄, 柳馨, 铁生年, 铁健, 蒋自鹏, 王雅慧, 王培义, 汪清海

2025, 44(5): 1899-1910. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1191

摘要 ( 73 )

PDF (30183KB) ( 56 )

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磁性四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米材料具有高磁响应速率、超顺磁性和生物相容性等优良特性。通过对Fe₃O₄纳米材料的微观形貌进行调控,可以根据储能、催化、医药等实际应用需要,实现对其物理化学性能的有效控制。本文采用简易水热法,通过改变前驱体中Fe³⁺和Fe²⁺的比例、反应温度和反应时间等条件,在未添加形貌调控剂的情况下,制备出了粒径在10~25 nm的球形磁性Fe₃O₄纳米颗粒,最佳制备条件下材料的饱和磁化强度为73.3 emu·g^-1。结果表明,磁性Fe₃O₄纳米颗粒的磁性能与制备条件有着明显的关系,随着水热温度和时间增加,磁性纳米颗粒的粒径及饱和磁化强度先增加再减小。粒径越小,颗粒内部有效磁体积越小,因此饱和磁化强度越低。

Ba₃Y_1-x(BO₃)₃:xTb³⁺荧光粉的制备及发光性能

周海静, 孙景卫, 曹玉霞, 郭东洁

2025, 44(5): 1911-1917. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1019

摘要 ( 35 )

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为了进一步改善发光二极管的性能,三基色荧光粉的研制非常关键。本文采用高温固相反应法制备了Ba₃Y_1-x(BO₃)₃:xTb³⁺荧光粉,通过X射线衍射(XRD)研究了样品的物相组成。另外,通过激发-发射光谱、CIE 1931色度坐标和荧光寿命研究了样品的发光性能。结果表明,Tb³⁺的掺杂并未明显改变Ba₃Y(BO₃)₃的晶体结构,说明Tb³⁺取代Y³⁺的位置,进入晶格结构中。在波长为283 nm的紫外光激发下,Ba₃Y_1-x(BO₃)₃:xTb³⁺荧光粉在543 nm处具有最强的发射峰。在543 nm处,随Tb³⁺掺杂浓度的增加,样品发光强度先增大后减少,当Tb³⁺掺杂浓度为6%(摩尔分数)时,样品发光强度最大,Tb³⁺之间是以偶极-偶极相互作用的方式进行能量传递的。经计算,Ba₃Y_1-x(BO₃)₃:xTb³⁺(x=0.02、0.04、0.06、0.08和0.10)荧光粉的色纯度均为92%以上,色温在5 000~6 000 K,表明Ba₃Y_1-x(BO₃)₃:xTb³⁺荧光粉是一种适合紫外光激发的绿色荧光粉,在固态照明领域具有潜在的应用前景。

Bi/TiO₂:Sm³⁺复合纤维的制备及可见光催化降解抗生素洛美沙星

李跃军, 曹铁平, 孙大伟

2025, 44(5): 1918-1926. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1373

摘要 ( 46 )

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以静电纺丝技术制备TiO₂:Sm³⁺纳米纤维,结合原位水热法,在葡萄糖酸钠作用下,合成Bi/TiO₂:Sm³⁺复合纤维。利用XRD和XPS表征样品的物相和组成,利用SEM和TEM观察样品的微观形貌,利用紫外-可见漫反射光谱和瞬态光电流等分析样品的光电性能。结果表明,Sm³⁺进入TiO₂晶格,占据Ti⁴⁺的位置,造成TiO₂晶格膨胀,引起晶格畸变。稀土掺杂引入的晶格缺陷能够提高TiO₂的费米能级,增加表面能量壁垒,使光生电子和空穴在表面的复合概率降低;金属Bi通过表面等离子体共振效应,结合稀土元素丰富的能级结构和4f电子跃迁特性,对TiO₂进行双重修饰改性,进一步提高了TiO₂的光催化活性和稳定性。可见光照5 h,Bi/TiO₂:Sm³⁺复合纤维对洛美沙星的降解效果最佳,达到97.37%,分别是Sm³⁺:TiO₂和Bi/TiO₂的1.7和1.3倍。

水泥固化高填方黄土抗压强度特性及其影响因素

邱明明, 杨萌, 李晓敏, 李盛斌

2025, 44(5): 1927-1938. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1146

摘要 ( 52 )

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明确水泥固化黄土抗压强度特性是评判黄土地基加固效果的基础依据。以延安新区高填方黄土为研究对象,开展不同试验条件下水泥固化黄土无侧限抗压强度试验和直剪试验,分析水泥掺量、养护龄期、压实程度、湿度状态和浸水环境对无侧限抗压强度的影响规律,探明水泥固化黄土抗压强度与抗剪强度、变形模量之间的关联性特征。研究结果表明:水泥固化黄土受压破坏后表观产生30°~40°的贯通斜裂缝,呈脆性破坏特征;水泥固化黄土应力-应变曲线为应变软化型,可分为线弹性阶段、塑性屈服阶段、应力衰减阶段和残余稳定阶段;水泥固化黄土无侧限抗压强度与水泥掺量、养护龄期和压实程度均呈线性增长关系,水泥掺量、养护龄期和压实程度越大,无侧限抗压强度越高,但无侧限抗压强度增长幅度逐渐减缓;水泥固化黄土无侧限抗压强度与初始含水率呈幂函数衰减趋势;浸水环境下水泥固化黄土无侧限抗压强度发生衰减,浸水后试样的无侧限抗压强度较浸水前减小了26%以上;水泥固化黄土无侧限抗压强度与抗剪强度、变形模量之间均呈线性相关关系,黏聚力为无侧限抗压强度的20%~30%,变形模量为无侧限抗压强度的23~250倍。

聚丙烯纤维协同碳化养护技术改性水泥土的抗剪特性研究

孔爱散, 钱锶嘉, 王伟, 马绪坤, 李娜

2025, 44(5): 1939-1948. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1239

摘要 ( 62 )

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本研究探讨了聚丙烯纤维(PPF)协同碳化养护技术对水泥土7 d抗剪强度及破坏形态的影响。通过三轴剪切试验、酚酞法及热重分析,对不同PPF掺量和不同养护条件下的水泥土进行了剪切性能和固碳特性测试。结果表明,在标准养护条件下,水泥土的抗剪强度随着纤维掺量的增加呈增加趋势,在纤维掺量为0.9%(质量分数)时达到最大值2 174 kPa。在碳化养护条件下,水泥土的抗剪强度随着纤维掺量的增加先提高后降低,在纤维掺量为0.6%时达到最大值4 477 kPa。与标准养护相比,碳化养护对黏聚力有一定的提升效果,但对内摩擦角的提升效果更显著,且内摩擦角受纤维掺量的影响较小。碳化养护7 d的试样平均碳化深度为0.85 mm,固碳量为2.5%(质量分数)。

粉煤灰基地质聚合物及含水率对固化土力学性能的影响

魏贤华, 王得林, 李超, 钟海军, 郭龙龙

2025, 44(5): 1949-1956. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1403

摘要 ( 44 )

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地质聚合物是一类以SiO₂和Al₂O₃为主要成分,经适当工艺及化学反应得到的具有非晶态三维网状结构的新型硅铝质材料。使用地质聚合物部分替代水泥用于土壤固化不仅可以减少水泥用量,还可以改善固化土的强度和耐久性。本研究采用粉煤灰基地质聚合物部分代替水泥固化粉土,分别探究不同固化剂配比、粉煤灰基地质聚合物替代水泥比例、含水量、养护时间对固化土无侧限抗压强度的影响。结果表明,粉煤灰基地质聚合物部分替代水泥对土壤的固化效果有显著提升。当固化剂含量在8%~15%(质量分数)时,固化剂含量越高,固化土的无侧限抗压强度越大,且强度增长速度越快。随着粉煤灰基地质聚合物替代水泥比例的增加,固化土的无侧限抗压强度先升高后降低。当含水率为28%、粉煤灰基地质聚合物占比为5%(质量分数)、养护时间为60 d时,固化土的无侧限抗压强度达到最大值。当粉煤灰基地质聚合物占比为10%和15%时,固化土的无侧限抗压强度随含水率的增加呈先升高后降低的趋势;当粉煤灰基地质聚合物占比为0%和5%时,固化土的无侧限抗压强度随含水率的增加而降低。随着粉煤灰基地质聚合物含量的增加,固化土应力-应变曲线斜率先增大后减小。

钢渣、粉煤灰协同增效下水泥稳定再生碎石基层性能研究

王冬魁, 陈学武, 席爽, 王双喜, 江水

2025, 44(5): 1957-1966. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2024.1564

摘要 ( 65 )

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水泥稳定再生碎石存在强度不足和易收缩等问题,导致旧混凝土路面破碎再生技术的应用受限。为改善基于水泥稳定再生碎石基层的材料性能,引入钢渣和粉煤灰进行协同效应研究,并分析不同掺量的钢渣和粉煤灰对水泥粉煤灰稳定钢渣再生碎石(CFSSR)力学性能和路用性能的影响。研究结果表明,钢渣和粉煤灰对再生基层材料的力学性能和路用性能具有显著影响。随着钢渣和粉煤灰掺量的增加,CFSSR的无侧限抗压强度和劈裂强度均呈先增大后减小的趋势。当钢渣和粉煤灰的掺量分别为50%和16%(质量分数)时,CFSSR的7 d无侧限抗压强度达到最大值4.72 MPa,相较于普通水泥稳定再生碎石提高了25.20%。在此掺量下,钢渣和粉煤灰还显著降低了材料的干缩性,尽管对温缩性略有不利影响,但整体收缩性显著降低。在最佳掺量下,CFSSR内形成了大量针棒状钙矾石和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,两者相互交织并填充空隙,增强了结构的密实性,并产生了协同增强效应。本文为钢渣在公路养护工程中作为基层材料的应用提供了科学依据。

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