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2025年 第44卷 第10期
刊出日期：2025-10-15


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水泥混凝土

负温环境下快硬早强胶凝材料的早期性能研究进展

张超, 王志航, 王超, 聂良学, 李炳辰, 罗鑫, 陈涛

2025, 44(10):  3503-3516.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0357

摘要 ( 133 )   PDF (4347KB) ( 99 )  

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抢修抢建工程要求胶凝材料必须具备快硬早强特性,在高海拔、高纬度地区及冬季严寒天气下,胶凝材料需适应负温环境。传统胶凝材料在此环境下无法正常水化,导致不凝固且无强度。磷酸镁水泥、硫铝酸盐水泥、碱激发矿渣胶凝材料、复合胶凝材料具有快凝快硬、水化放热集中、早强高强的特性,展现出应用于负温环境的潜力。本文综述了负温环境下快硬早强胶凝材料早期性能的研究进展,着重分析了负温环境下原材料的种类及性质、原材料之间的配比对磷酸镁水泥早期强度形成的影响,以及胶凝材料组分、防冻剂、早强剂及纳米材料等对硫铝酸盐水泥早期性能的改善效果。此外,本文还对未来负温环境下快硬早强胶凝材料的发展进行了展望。

不同养护条件下C-S-H/PCE晶种对C₃S早期水化产物微观结构的影响

王彦荣, 伍勇华, 易昂, 王欣, 陈舒文

2025, 44(10):  3517-3524.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0465

摘要 ( 129 )   PDF (11610KB) ( 89 )  

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硅酸三钙(C₃S)是硅酸盐水泥的主要矿物相,其水化产物决定着硅酸盐水泥基材料的性能。添加水化硅酸钙(C-S-H)晶种可以调控C₃S水化产物的微观结构。本文采用共沉淀法,以聚羧酸(PCE)为分散剂合成不同钙硅摩尔比的水化硅酸钙/PCE(C-S-H/PCE)晶种,通过XRD、热重分析及SEM表征,研究了C-S-H/PCE晶种对C₃S单矿物早期水化产物微观结构的影响机制。结果表明:20 ℃标养24 h时掺入C-S-H/PCE晶种可以促进C₃S水化,生成更多的氢氧化钙(CH),晶种钙硅摩尔比为1.2时诱导生成的C-S-H凝胶数量最多,结构最为致密;70 ℃蒸养24 h后,C-S-H/PCE晶种的掺入进一步提高C₃S水化产物的生成量并提高微观结构致密性。研究揭示了钙硅摩尔比与温度协同作用对C₃S水化产物数量和形貌的调控机制,为C-S-H/PCE晶种合理应用提供参考。

现代测试与分析技术在烧成系统热工标定中的应用浅析

熊亚刚, 赵青林, 柯壮, 喻添, 宋昱璋, 马文杰, 姚晓洁, 陈学军

2025, 44(10):  3525-3535.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0431

摘要 ( 24 )   PDF (16481KB) ( 16 )  

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为弥补传统热工测量在精细工况分析方面的不足,论文结合典型生产案例,系统探讨了如何利用差热分析(DTA)、岩相分析、激光粒度分析等现代测试技术及计算流体力学(CFD)数值模拟分析技术来深度拓展水泥窑烧成系统运行工况的分析。分析结果表明:差热分析可通过煤粉燃烧过程中的失重峰和放热峰特征判定煤粉的燃烧特性、是否混煤及混煤效果;岩相分析可通过分析主要矿物相含量及结构缺陷,揭示熟料煅烧与冷却制度,以及原料品质等因素对熟料质量的不利影响;激光粒度分析可提供更加精确、全面的粒径特征参数,明确生料粒度对系统收尘效率的影响(如生料的中位粒径D₅₀过低,会导致C1预热器含尘浓度骤升);CFD数值模拟结果的精准性高度依赖于边界条件的设置,以正确的测试数据作为边界条件,能真实反映系统的运行状况,进而明晰供风不佳、涡旋耗能等问题对熟料冷却效率及热能利用率的潜在影响。通过深度剖析相关参数的变化规律,本文提出了优化工艺、热工制度及改进系统结构设计的解决思路,强调了先进测试和分析技术在提升系统热效率和运行稳定性中的重要价值。

基于斜面桌坍扩规律的砂浆稳定性研究

吴浩, 许鸽龙, 宋秋磊, 周捷航, 蔡基伟, 叶国林, 陈劲戈, 张秋彬

2025, 44(10):  3536-3546.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0492

摘要 ( 28 )   PDF (8714KB) ( 20 )  

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新拌砂浆良好的稳定性是硬化砂浆均质性的重要保障。本研究采用斜面桌法对新拌砂浆稳定性进行评价,并与《预拌砂浆》(GB/T 25181—2019)中规定的砂浆分层度法和泌水率进行对比,建立新拌砂浆稳定性与斜面桌坍扩规律的对应关系,并基于“膜厚理论”,从细观角度探究砂浆离析形成机理。结果表明,用斜面桌试验得到的砂浆扩展角A_m与净浆扩展角A_p的比值(A_m/A_p)是评价新拌砂浆动态离析的有效指标,较低A_m/A_p的新拌砂浆具有较大的分层度和较高的泌水率,稳定性较差。状态良好的砂浆A_m/A_p区间为1.17~1.27,A_m/A_p=1.17是砂浆稳定状态和不稳定状态的分界。合理设定净浆饱和度(即稳定包裹细骨料的净浆层厚度与净浆层厚度的比值),是平衡新拌砂浆黏结性与保证其稳定性的关键。

玻璃纤维与钢纤维混掺对海水珊瑚砂工程水泥基复合材料动态劈裂抗拉性能的影响

秦玉琳, 穆朝民, 张晓宇, 钟美婷, 章雨

2025, 44(10):  3547-3561.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0493

摘要 ( 25 )   PDF (19259KB) ( 18 )  

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在岛礁工程建设中使用海水珊瑚砂制备工程水泥基复合材料具有控制工程成本与缩短工程工期的优势。为研究玻璃纤维(GF)和钢纤维(SF)体积掺量对海水珊瑚砂工程水泥基复合材料(SCECC)动态劈裂抗拉性能的影响,对使用不同体积分数GF替代SF的SCECC进行动、静态劈裂抗拉性能测试,探讨了GF和SF体积比、应力率对SCECC能量耗散特性、动态强度增长因子(DIF)、动态劈裂抗拉强度和拉伸应变场的影响。结果表明,SF与GF的掺入使SCECC的静态劈裂抗拉强度随GF体积分数增加而降低,GF为体积分数为0%、SF体积分数为1.500%时,静态劈裂抗拉强度提升了33.56%。当GF与SF体积比为1:3、应力率为377.08 GPa/s时,动态劈裂抗拉强度达到最大值22.33 MPa。随着应力率的增加,SCECC的DIF对应力率的敏感性增强,最大DIF达2.58;在应力率等级Ⅳ(371.29~381.46 GPa/s)下,SCECC吸能系数最大提升了34.54%。SF与GF混杂掺入改善了断裂模式,使裂纹从单裂纹向多裂纹转变。数字图像相关技术分析表明,掺入SF与GF可缓解应变集中,从而增强SCECC的抗破坏能力。

老旧电缆隧道玄武岩纤维棒增强超高性能水泥基修复材料的力学及微观特征

薛强, 郑天宇, 蔡晓宇, 刘守全, 詹金科, 崔圣爱

2025, 44(10):  3562-3572.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0401

摘要 ( 25 )   PDF (14565KB) ( 16 )  

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电缆隧道所处地下环境复杂,隧道混凝土支护结构受腐蚀而性能劣化严重。然而传统修复材料的性能不足,常导致电缆隧道的反复裂损和渗水,这种劣化现象在老旧电缆隧道中特为尤甚。传统镀铜微丝钢纤维的耐高温、抗腐蚀性能较差,难以适应复杂的地下环境。本文采用玄武岩纤维棒(BFB)代替镀铜微丝钢纤维,设计玄武岩纤维棒增强超高性能水泥基(BFB-UHPCC)修复材料,通过力学试验和CT技术研究其性能。结果表明,掺入BFB可以显著提升材料的力学性能,蒸汽养护下抗压强度达123.7 MPa,抗折强度达20.0 MPa,掺加1.5%(体积分数)BFB结合养护剂养护时试样韧性最佳。尽管BFB体积掺量的增加会略微提高孔隙率和孔隙数量,但BFB的优异性能仍能大幅改善材料的力学性能,此修复材料适用于复杂地下环境中的混凝土修复。

超高性能碱激发混凝土基体与钢纤维的界面黏结性能研究

崔祎菲, 艾威侠, 张益聪, 黄婷, 刘梦华, 徐诺, 鲍玖文

2025, 44(10):  3573-3586.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0351

摘要 ( 42 )   PDF (13647KB) ( 33 )  

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为了减少碳排放量及提高工业固废的综合利用率,本文使用碱激发胶凝材料制备超高性能碱激发混凝土(UHP-AAC)基体,并分析不同养护龄期、水玻璃模数和碱当量对其凝结时间、抗压强度和抗折强度的影响。此外,还通过单纤维拉拔试验研究钢纤维与UHP-AAC基体之间的界面黏结性能,对黏结性能评价参数变化规律进行分析。采用X射线衍射(XRD)和低场核磁共振(LF-NMR)对UHP-AAC基体的反应产物及孔结构进行分析,采用扫描电子显微镜(SEM)对拔出钢纤维的表面进行表征。结果表明,养护龄期和水玻璃模数的增加对于基体强度及钢纤维与基体之间的黏结性能均具有积极影响。水玻璃模数为1.5时,28 d抗压、抗折强度和峰值荷载分别较1.1时增加了10.4%、4.3%和13.3%。随着碱当量的增加,大量水化产物沉淀在颗粒表面,大孔数量和整体孔隙率均增加,不利于UHP-AAC基体强度及其与钢纤维界面黏结性能的发展。

高温后再生混凝土纯Ⅱ型剪切断裂性能研究

高立堂, 马加涛, 田玉鹏, 王海超, 杜延鑫

2025, 44(10):  3587-3596.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0446

摘要 ( 21 )   PDF (8442KB) ( 18 )  

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高温下再生混凝土的剪切断裂特性是评价火灾中结构安全的关键因素之一。本研究制备了不同再生粗骨料取代率(0%、50%、100%,质量分数)的C30混凝土试件,将其分别置于25~600 ℃进行高温处理,通过新型纯Ⅱ型断裂试件进行剪切试验,系统分析了高温损伤及再生骨料对再生混凝土剪切断裂性能的影响。结果表明:温度升高显著降低断裂韧度,断裂能在400 ℃时达到峰值;再生粗骨料取代率增加加剧性能劣化,当取代率为100%时,常温与600 ℃条件下试件的断裂能较天然混凝土分别降低20.15%和12.69%;荷载-位移曲线随温度及取代率升高呈现更显著的脆性破坏特征。机理分析表明,高温导致水泥基体与骨料界面过渡区(ITZ)微裂纹扩展及水合物分解,再生骨料表面缺陷及高吸水率进一步削弱界面黏结性能,促使剪切裂缝沿薄弱区扩展。研究揭示了高温与再生骨料协同作用下的断裂参数劣化规律,并建立了断裂能与抗剪强度的协同退化关系,为火灾后再生混凝土结构安全评估提供了理论依据。

高寒山区玄武岩纤维桥面混凝土阻裂增韧性能研究

郭寅川, 谭婕, 申爱琴, 裴云峰, 任桂萍, 张亿淼

2025, 44(10):  3597-3608.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0383

摘要 ( 62 )   PDF (8003KB) ( 33 )  

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为研究新疆高寒山区玄武岩纤维桥面混凝土的阻裂增韧性能,在室内采用标准养护、高寒山区大温差养护2种养护环境,通过塑性阻裂和约束环试验研究玄武岩纤维桥面混凝土的早期阻裂性能,并采用自主设计的疲劳试验装置研究玄武岩纤维桥面混凝土疲劳加载后的断裂韧度。结果表明,高寒山区大温差养护环境下,玄武岩纤维的掺入使得桥面混凝土塑性开裂和约束开裂得到抑制。当荷载-温度交替作用15万次时,在0.50及0.70应力水平下玄武岩纤维桥面混凝土断裂韧度较基准混凝土分别提升了15.76%和17.09%。掺入玄武岩纤维可提升高寒山区桥面混凝土的早期阻裂性能和疲劳加载后的断裂韧性。

冻融循环后高强高性能混凝土劈裂拉伸力学性能尺寸效应研究

金唐鱼, 彭帅, 余振鹏, 吴天乾

2025, 44(10):  3609-3619.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0385

摘要 ( 34 )   PDF (13495KB) ( 20 )  

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为探究冻融循环后高强高性能混凝土抗拉力学性能尺寸效应,本文设计了五种冻融循环次数和三种尺寸,利用冻融循环设备和液压伺服机,结合数字图像相关(DIC)技术,对其开展冻融循环后劈裂拉伸力学性能试验,获取不同工况下高强高性能混凝土的劈裂拉伸力学性能参数,进而分析冻融循环次数和尺寸效应对其劈裂拉伸力学性能的影响规律。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件质量与相对动态弹性模量总体呈逐步下降趋势,试件的抗拉强度逐步下降;当冻融循环达到300次时,50、75、100 mm尺寸试件的抗拉强度降幅分别为15.11%、22.60%、27.20%。尺寸越大,冻融循环对混凝土抗拉强度降低的影响越显著。随着冻融循环次数增加,混凝土抗拉强度尺寸效应更为显著。根据经典的尺寸效应律模型,结合本文试验结果,提出了考虑冻融循环影响的高强高性能混凝土抗拉强度尺寸效应律模型。同时,应用DIC技术分析了冻融后混凝土损伤演化特征和裂缝扩展。研究成果为寒区高强高性能混凝土结构优化设计与安全评估提供了理论依据。

基于GMM-SVM的泡沫混凝土冻融损伤类型声发射信号识别

龚琳玲, 陈波, 周程涛

2025, 44(10):  3620-3633.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0484

摘要 ( 32 )   PDF (13257KB) ( 13 )  

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为了解泡沫混凝土冻融损伤演化规律,精准判别其损伤类型,对不同冻融次数的泡沫混凝土在不同加载速率下开展了单轴压缩-声发射联合试验,通过高斯混合模型(GMM)聚类获得声发射信号标签数据,利用支持向量机(SVM)分离数据中的交叉簇,提出一种基于GMM-SVM算法的声发射信号损伤模式识别新方法。结果表明:冻融作用会加快泡沫混凝土破坏特性由脆性向延性转变;加载前期张拉应力主导泡沫混凝土损伤模式,剪切应力随加载进程逐渐上升,在失稳破坏阶段达到最大,张拉裂纹占比最大降幅达41.25%;通过GMM-SVM算法,可精准区分拉剪破裂的交叉簇,经检验,此方法可与泡沫混凝土全加载过程不同损伤模式相对应。

基于机器学习与配合比的混凝土电通量预测

李逸飞, 石新波, 林宝臣, 王威, 肖会刚, 刘家林

2025, 44(10):  3634-3643.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0221

摘要 ( 29 )   PDF (3862KB) ( 16 )  

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针对混凝土传输性评价问题,基于已知配合比建立了混凝土电通量的机器学习预测模型,并揭示关键影响因素及影响规律。通过集成极端梯度提升(XGBoost)、支持向量回归(SVR)等6种机器学习算法,基于48组试验数据构建预测模型,采用沙普利加性解释(SHAP)函数解析特征贡献度。结果表明:XGBoost模型预测精度最高(R²=0.983 6),砂用量与含气量为混凝土电通量核心影响因素;数据分析显示,水胶比约为0.4时,电通量达到最低值,砂率在30.5%~35.3%,可使电通量维持在较低水平。研究为混凝土耐久性预测提供了理论依据与量化方法。

负温环境内置电养护混凝土温度场模拟与保温热参数优化

刘仲洋, 陈宝铭, 黄轶淼, 顾宇森, 王平, 宋金哥, 潘雨洁

2025, 44(10):  3644-3653.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0523

摘要 ( 23 )   PDF (10594KB) ( 15 )  

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温度是影响负温环境下自限温加热电缆内置电养护(SHC-IEC)混凝土硬化的关键,而保温措施既是温度屏障也是能量管理器。本文利用ANSYS和AutoCAD建立了考虑随机多面体骨料的混凝土三维细观有限元模型,分析了保温措施对负温环境SHC-IEC混凝土温度-时间特性的影响,并进行了试验验证。此外,基于成熟度理论优化了SHC-IEC的保温配置和养护时间设计方案。结果表明,三维细观有限元模型具有良好的精确度,有限元模拟温度结果与试验测试结果仅偏差0.83 ℃。保温层厚度与保温材料的导热系数显著影响负温环境下SHC-IEC混凝土试件的最高温度和温度场的均匀性。当保温层厚度超过50 mm或保温材料导热系数小于0.05 W/(m·℃)时,温度提升的效率逐渐下降。采用成熟度理论,以28 d标准养护的30%和50%抗压强度值为基准,保温材料导热系数为0.032~0.149 W/(m·℃)时,对应最短加热时长为13.089~15.605 h;保温层厚度为13~380 mm时,对应最短加热时长为21.400~25.775 h。

机械辅助湿化学法合成纳米C-S-H复合晶种早强剂的研究

杨立荣, 杨士汶, 李帅康, 王生强, 张华康, 刘志刚, 王春梅

2025, 44(10):  3654-3664.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0480

摘要 ( 28 )   PDF (9269KB) ( 26 )  

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硫酸钠(Na₂SO₄)和纳米水化硅酸钙(C-S-H)晶种可作为水泥基材料的早强剂,二者结合使用可进一步提高水泥基材料的早期力学性能。本研究分别以分析纯CaSO₄和Na₂SiO₃·9H₂O为钙源和硅源,聚羧酸减水剂(PCE)为分散剂,采用机械辅助湿化学法原位制备Na₂SO₄和纳米C-S-H复合晶种早强剂,考察了钙硅摩尔比和机械力作用时间对复合晶种早强剂结构和性能的影响,探讨了复合晶种早强剂的合成机制。结果表明,钙硅摩尔比1.0、机械力作用时间1.0 h时,制备的复合晶种早强剂表现出较低的平均粒度(52.38 nm)、较高的稳定性和优异的早强性能。当机械力作用时间为1.0 h时,Na₂SO₄和纳米C-S-H协同作用使大掺量矿渣水泥1 d抗压强度提升35.3%。与单掺纯纳米C-S-H晶种及Na₂SO₄的相比,复合晶种早强剂的加入使大掺量矿渣水泥1 d抗压强度分别提高了13.1%和17.3%。机械力作用可细化CaSO₄颗粒,破坏化学键,提高Ca²⁺溶出活性,促进钙、硅组分均匀混合,协同湿化学反应原位高效制备纳米复合晶种早强剂。本研究为实现水泥基材料低成本、大规模使用复合晶种早强剂提供支撑。

资源综合利用

含Pb重金属放射性浓缩液混合废物水泥固化处理处置技术综述

谭潇, 周东升, 汪栋, 杨武, 周江, 刘春雨

2025, 44(10):  3665-3675.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0404

摘要 ( 32 )   PDF (1272KB) ( 16 )  

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核废物的安全处理处置是确保核能安全循环利用的核心。作为第四代先进堆型,铅冷快堆(LFR)因具有优异的安全性和经济性已成为国际研究热点。然而,对于LFR产生的含铅(Pb)重金属放射性浓缩液这一新型混合放射性废物,目前还存在处理技术研究不足、处置标准规范不明等问题。本文从水泥固化技术出发,对其基本原理、发展历程,以及在放射性浓缩液和Pb重金属处理领域的研究进展进行了阐述和总结。基于目前的研究成果,深入剖析水泥固化技术处理处置含Pb重金属放射性浓缩液面临的关键问题及发展趋势,以期为LFR混合废物水泥固化处理处置技术的研究和发展提供思路。

海水干湿循环下粉煤灰对铁铝酸盐水泥混凝土性能的影响

张普, 齐冬有, 王小可, 许凯钦, 汪智勇, 毕晶, 张冬, 何昌毓, 谢亚斌

2025, 44(10):  3676-3683.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0379

摘要 ( 45 )   PDF (5051KB) ( 26 )  

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本研究旨在探讨海水干湿循环作用下粉煤灰掺量对铁铝酸盐水泥混凝土耐久性的影响。通过测试不同粉煤灰掺量混凝土在海水侵蚀条件下的质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度,并结合XRD、SEM和压汞法对其微观结构进行分析。研究结果表明,在海水干湿循环作用下,混凝土的质量变化率和相对动弹性模量均随着粉煤灰掺量的增加先改善后劣化。当粉煤灰掺量为20%(质量分数)时混凝土性能最优,海水干湿循环56次后其质量变化率、相对动弹性模量及抗压强度均趋于稳定,且海水干湿循环140次后无明显下降;当粉煤灰掺量为30%时,混凝土仍具稳定性;而当粉煤灰掺量为40%时,混凝土劣化显著。抗压强度方面,粉煤灰掺量的增加使混凝土抗压强度逐步下降。在海水干湿循环56次后,粉煤灰掺量为20%和30%时混凝土的抗压强度保持稳定。微观结构分析表明,粉煤灰的掺入未改变水化产物的主要成分,但促进了钙矾石的生成。此外,粉煤灰的掺入会增加中等毛细孔和有害孔的数量,对孔隙结构不利,但其适量掺入可提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,从而增强混凝土的耐久性。

高温后不同冷却方式下蒸压粉煤灰泡沫混凝土性能劣化机理研究

郝贠洪, 陈贺, 孙浩, 刘俊国, 韩平, 杜根杰

2025, 44(10):  3684-3693.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0308

摘要 ( 36 )   PDF (33919KB) ( 13 )  

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火灾中高温及冷却方式会显著影响蒸压粉煤灰泡沫混凝土(AFAFC)的抗压性能,从而影响建筑结构安全性。本文利用高温及不同冷却方式对AFAFC的性能进行了试验,研究了高温及不同冷却方式对AFAFC的外观、质量、抗压强度、孔隙率和微观结构的影响规律。结果表明,常温下粉煤灰掺量为60%(质量分数)的AFAFC抗压强度最高,最佳钙硅比为0.86。高温导致AFAFC的颜色发生变化和裂纹扩展。随着温度的升高,AFAFC的质量损失率逐渐增大,抗压强度先增大后减小。粉煤灰掺量为60%(质量分数)时AFAFC耐高温性能最优,在600 ℃高温作用后,自然冷却状态下和喷水冷却状态下AFAFC60的抗压强度分别较常温时有所下降。研究结果可为AFAFC材料耐高温性能的研究提供理论依据。

循环流化床粉煤灰制备CaA沸石及其CO₂吸附性能研究

余幸橦, 滕阳, 张锴

2025, 44(10):  3694-3704.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0411

摘要 ( 96 )   PDF (8452KB) ( 14 )  

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粉煤灰的沸石化处理为固废资源化利用提供了一种可行方案。本文选择性提取了循环流化床粉煤灰中的钙元素作为后续离子交换的钙源,实现了钙元素的梯度利用。采用碱熔-水热法,以粉煤灰为原料合成了高结晶度的A型沸石。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等表征合成沸石结构特征。结果表明,当pH值为3、液固比为4、酸浸时间为70 min时,钙提取率达到82.21%(质量分数)。在水热温度90 ℃下处理12 h,可获得比表面积为17.95 m²/g、呈立方体形状的NaA沸石;NaA沸石经离子交换处理后,获得了比表面积为408.32 m²/g的CaA沸石。在吸附温度为25 ℃、气体总流量为80 mL/min、CO₂体积分数为10%的条件下,NaA和CaA沸石的吸附量分别为1.276、1.450 mmol/g。动力学模型拟合表明,CaA沸石具有较NaA沸石更高的CO₂吸附速率,对降低碳捕获成本具有重要意义。

硅源调控钢渣基碱激发胶凝材料及其强度演化机理

宋昱璋, 赵青林, 姚晓洁, 马文杰

2025, 44(10):  3705-3712.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0400

摘要 ( 21 )   PDF (4163KB) ( 10 )  

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为突破钢渣胶凝性差的关键技术壁垒,实现钢渣资源化利用和高附加值利用,本文以大掺量钢渣为主要原料,采用碱激发剂激发钢渣胶凝性,同时引入合适硅源并优化胶凝材料配比,进而降低激发剂掺量。结果表明,在钢渣-矿渣二元体系中,钢渣掺量为60%(质量分数,下同)、激发剂掺量为17%时,体系抗压强度最大,为74.2 MPa。引入硅灰作为硅源时,激发剂掺量由17%降低至11%,体系抗压强度仍可达72.7 MPa,而引入石英粉作为硅源时,体系抗压强度下降至63.7 MPa。与激发剂掺量为17%时体系微观结构相比,当激发剂掺量降低至11%时,引入硅灰后体系水化硅酸钙(C-S-H)凝胶生成数量变化非常小,内部结构致密度高,主要原因是硅灰作为硅源材料可提供溶蚀型SiO^2-₃参与C-S-H凝胶的生成,进而形成足够的抗压强度;而引入石英粉后,由于石英粉在60 ℃湿热养护条件下活性尚未得到有效激活,其在体系中仍以填充作用为主,C-S-H凝胶生成数量及内部结构致密度出现了一定程度的降低。

碳化养护条件下AASF砂浆孔结构对传输性能的影响

郑大鹏, 杨建祥, 赵德博, 崔宏志

2025, 44(10):  3713-3724.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0348

摘要 ( 36 )   PDF (14646KB) ( 37 )  

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碱激发材料作为一种新型低碳友好型胶凝材料受到了广泛关注,但与其耐久性密切相关的孔结构和传输性能之间的定量关系仍不清楚。为了阐明孔结构变化对碱激发材料传输性能的影响机理,本研究基于高湿度碳化养护的方法调控微观结构,探索了碳化养护对碱激发矿渣-粉煤灰(AASF)砂浆力学性能、孔结构和传输性能(气体渗透率和表面毛细吸水速率)的影响。结果显示,碳化养护改变了微观孔结构分布,碳化产物填充使小孔区(<100 nm)和过渡区(100~10 000 nm)孔隙分布更均匀,材料传输性能显著降低,气体渗透率呈倍数式下降(粉煤灰掺量为40%(质量分数)时毛细吸水速率降低了66.66%),有利于AASF砂浆耐久性的提升。

碱激发矿渣-粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性能研究

陈林露, 陈昕, 李家旭, 王宏峰

2025, 44(10):  3725-3733.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0554

摘要 ( 29 )   PDF (8882KB) ( 18 )  

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本文着重于优化碱激发矿渣-粉煤灰(AASF)混凝土的抗氯离子渗透性能。以粉煤灰掺量、碱含量(以Na₂O当量计)、水玻璃模数及水胶比作为关键控制变量,通过电通量法测试抗氯离子渗透性能,并结合扫描电子显微镜(SEM)分析微观结构,系统研究各变量对混凝土抗氯离子渗透性能的作用机理与影响规律。试验结果表明,在粉煤灰掺量25%(质量分数)、碱含量5%、水玻璃模数1.2、水胶比0.40的配合比条件下,试件的电通量值仅为763.87 C,较基准水泥基混凝土降低了58.20%,验证了该配合比下的AASF混凝土具有最优抗氯离子渗透性能。基于上述试验结果及Fick第二定律,建立了以粉煤灰掺量为主要影响因素的氯离子渗透模型,经与试验结果比对分析,氯离子扩散系数计算值与实测值误差在±5%以内。

全固废免蒸压加气混凝土性能优化试验研究

姚贤华, 韩林岩, 刘丽, 李志成, 万铭铎, 刘诗文, 陈胜强, 上官林建

2025, 44(10):  3734-3746.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0443

摘要 ( 22 )   PDF (18308KB) ( 13 )  

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本研究使用电石渣替代生石灰制备了全固废免蒸压加气混凝土,研究了钙硅比(Ca/Si)、水胶比(W/B)、碱激发剂模数(M)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)掺量及养护条件等主要工艺参数对全固废免蒸压加气混凝土流动性、发泡曲线、断面孔隙、吸水率、干密度和抗压强度等物理力学性能的影响,并通过XRD、SEM分析了全固废免蒸压加气混凝土的水化产物和微观结构。研究结果表明,随着W/B、M和HPMC掺量的增加,全固废免蒸压加气混凝土试件的抗压强度和干密度均呈先增大后减小的趋势,而随着Ca/Si的增加,抗压强度和干密度变化趋势均为先减小后增大。全固废免蒸压加气混凝土获得良好气孔结构和较好物理力学性能的最佳工艺参数为:Ca/Si为0.76、W/B为0.50、M为1.0、HPMC掺量为0.6%(质量分数)、养护温度为70 ℃。高温蒸汽养护后的全固废免蒸压加气混凝土主要水化产物(水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、钙钒石)是混凝土强度的主要提供者,C-S-H凝胶、钙钒石使加气混凝土内部结构更加致密。

矿渣基凝胶材料固化粉土路基填料的路用性能研究与应用

吴伟军, 丁北斗, 张鲲鹏

2025, 44(10):  3747-3760.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0482

摘要 ( 21 )   PDF (8317KB) ( 17 )  

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本文采用氢氧化钙(Ca(OH)₂)和硫酸钠(Na₂SO₄)协同激发矿渣(GGBS)制备碱激发胶凝材料固化剂进行粉土改良,并设置水泥固化粉土为对照组,以解决粉土作为路基填料级配差、强度低等缺点。通过单因素试验确定了三种固化材料的合理掺量范围,采用响应面法对矿渣基固化剂配合比进行优化;同时开展了室内固化粉土力学性能试验,研究固化剂掺量对不同龄期固化粉土的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、承载比(CBR)的影响规律,并根据室内试验结果,针对安阳至罗山高速公路段开展固化粉土路基填料现场试验,验证了复合固化剂固化粉土路基具有良好的路用性能。结果表明:矿渣、氢氧化钙、硫酸钠的最佳质量配合比为19.75:10.86:1.00。矿渣基固化粉土的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度会随着养护龄期和固化剂掺量的增加而提高;4%(质量分数)掺量的矿渣基固化粉土CBR值为27.96%,已满足承载比要求,较同等掺量水泥固化粉土的CBR值提高了约17.95%。矿渣基固化粉土路基现场试验段的压实度、动力锥贯入指数(DCPI)值、CBR值和弯沉值检测结果达到设计要求,应用效果良好,可在粉土路基填料中推广应用。

基于神经网络的固废胶凝材料固化土性能预测与优化

袁慧慧, 邓加鑫, 虞犇, 张晓翔, 顾磊, 杨建辉, 韩双

2025, 44(10):  3761-3772.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0303

摘要 ( 23 )   PDF (9819KB) ( 18 )  

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随着城市化进程的加快,废土管理问题日益严峻。本文提出了一种基于固废胶凝材料的土壤固化方法,利用矿渣、钢渣和脱硫石膏作为固化剂,通过混料设计研究了不同配合比对砂质粉土无侧限抗压强度(UCS)的影响,并利用人工神经网络(ANN)建立了固化土UCS预测模型。结果表明,固废胶凝材料显著提升了固化土的早期和后期UCS,尤其是钢渣含量不高于30%(质量分数)时,固化土UCS优于水泥固化土。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,水化产物钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶填充了土壤孔隙,提升了固化土的密实度和力学性能。基于ANN构建的7、28 d UCS预测模型,决定系数R²均在0.95以上,表现出较高的预测精度。通过特征重要性分析,胶凝材料掺量和土壤含水率对固化土UCS的影响较为显著。研究结果为固废胶凝材料的配合比优化和工程应用提供了理论依据。

复掺矿物掺合料对磷酸钾镁水泥耐高温性能的影响

李水长, 黄晨, 莫世民, 赵希成

2025, 44(10):  3773-3780.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0316

摘要 ( 29 )   PDF (7378KB) ( 15 )  

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为研究复掺粉煤灰和硅灰协同改善磷酸钾镁水泥(MKPC)的耐高温性能,本文通过改变复掺粉煤灰和硅灰的相对掺量,开展了4种温度(25、400、600和800 ℃)下MKPC的抗压强度试验。探讨了经不同温度处理后MKPC的外观、质量损失和抗压强度,并利用X射线衍射仪(XRD)和电子扫描显微镜(SEM)分析了MKPC的物相组成和微观结构。结果表明,暴露于高温后,没有掺加粉煤灰和硅灰的MKPC力学性能急剧下降,硅灰质量分数为15%或10%的MKPC力学性能显著改善。粉煤灰和硅灰质量分数分别为5%和15%时,MKPC高温后的力学性能较优。MKPC的水化产物K-鸟粪石(MgKPO₄·6H₂O)高温脱水是导致MKPC质量损失和抗压强度降低的主要原因。硅灰和粉煤灰可以促进K-鸟粪石分解后的相和非晶形颗粒烧结形成类陶瓷的结构,从而提高MKPC的耐高温性能。有趣的是,硅灰对MKPC耐高温性能的改善作用大于粉煤灰。

砖砼混合再生骨料强化对其地聚物混凝土性能的影响

田爱平, 陈淑烨, 张林, 范琦琦, 杨绪明, 周嬴涛, 刘恒, 冯兴国

2025, 44(10):  3781-3790.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0447

摘要 ( 39 )   PDF (14123KB) ( 13 )  

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固废资源化是实现绿色低碳发展的关键途径之一。针对砖砼混合建筑垃圾分拣难、骨料性能差异大的问题,本文采用裹浆强化处理技术对砖砼混合再生骨料进行改性,并以粉煤灰和矿粉制备地聚物胶凝材料,研究不同配比下砖砼混合地聚物再生混凝土的力学性能。研究表明:当再生红砖骨料掺量不超过15%(质量分数)时,混凝土抗压强度受影响较小,当掺量超过15%时,抗压强度显著下降;裹浆预处理可改善界面过渡区的密实性,使混凝土抗压强度较对照组提高10.45%;随着粉煤灰掺量和碱激发剂模数的增加,混凝土抗压强度下降明显。综合分析,建议再生红砖骨料掺量不超过15%,采用水泥浆-矿渣地聚物进行裹浆强化处理,粉煤灰掺量在20%(质量分数)以内、碱激发剂模数为0.8左右。按此配合比制备的混凝土在某水利工程中试验应用,28 d抗压强度达到36.7 MPa,验证了其工程可行性与环保优势。

磷石膏中磷氟的固化及其对矿井充填材料性能的影响

陈彦龙, 周盈盈, 房可能, 陈熠恒, 陈前林

2025, 44(10):  3791-3804.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0433

摘要 ( 26 )   PDF (20478KB) ( 14 )  

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本研究聚焦磷石膏中可溶性磷氟的杂质固化及其对充填材料性能的影响,考察了Ca(OH)₂掺量、煤气化粗渣(CGCS)掺量与粒径、游离水含量及放置时间对磷石膏中可溶性磷氟的固化效果的影响,并结合SEM-EDS揭示了固化机理;然后以固化前后的磷石膏为主要原料,辅以普通硅酸盐水泥(OPC)和粉煤灰(FA)制备磷石膏基矿井充填材料。结果表明:CGCS可以降低磷石膏毒性浸出液总氟浓度,并协同增强Ca(OH)₂对可溶性氟的固化。经过固化处理的磷石膏制备的充填材料,在自然养护28 d后,抗压强度由0.25 MPa显著提升至2.54 MPa,软化系数由0提高至0.85;XRD和SEM-EDS分析进一步证实,磷氟的有效固化显著促进了OPC和FA的水化反应;固化磷石膏中的可溶性磷氟杂质是显著提升充填材料力学性能和耐水性能的关键途径。

陶瓷

B₄C含量对非等摩尔五元硼化物陶瓷致密化及力学性能的影响

王坤, 邱帅航, 邹冀, 季伟, 王为民, 傅正义

2025, 44(10):  3805-3813.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0521

摘要 ( 32 )   PDF (14860KB) ( 16 )  

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本文以B₄C为烧结助剂,采用无压烧结工艺制备了(Ti_0.1Zr_0.35Hf_0.35Nb_0.1Ta_0.1)B₂复相陶瓷,并考察了添加不同含量B₄C的样品在1 900~2 200 ℃烧结温度下的显微结构和力学性能。结果表明,B₄C的引入可显著促进陶瓷的致密化,在2 100 ℃下,添加2%和5%(质量分数)B₄C的陶瓷样品均接近全致密,在较低烧结温度(2 000~2 100 ℃)下提高了材料的硬度和断裂韧性。2 100 ℃烧结获得的添加5%B₄C的复相陶瓷展现出较好力学性能,硬度达(21.49±1.17) GPa,断裂韧性为(3.12±0.11) MPa·m^1/2。然而,当烧结温度升高至2 200 ℃时,B₄C形成液相,造成材料致密度和力学性能下降。本研究为复杂组元陶瓷组分设计、烧结助剂调控及无压烧结致密化窗口的建立提供参考。

玻璃

OLED基板玻璃生产中铂金通道技术发展研究进展

支嘉垚, 何峰, 赵志龙, 田英良, 赵志永

2025, 44(10):  3814-3825.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0544

摘要 ( 99 )   PDF (4482KB) ( 31 )  

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随着智能终端的迭代进步,有机发光二极管(OLED)显示呈大尺寸化、柔性化的发展趋势,这一发展趋势不仅推动OLED基板玻璃向更大尺寸、超薄化及柔性可折叠等方向突破,还促进其核心制造装备——铂金通道技术的革新。铂金通道作为熔融玻璃澄清、均化的关键装备,对OLED基板玻璃的良率与性能的提升起到核心作用。经相关文献资料查阅,本文综合评述了OLED基板玻璃发展历程、铂金通道技术研究现状,重点对铂金通道的结构形式、工艺特点进行对比总结,分析了铂金通道的未来发展方向,为OLED基板玻璃生产中铂金通道技术的发展、结构的改进提供参考。

碱土金属氧化物对OLED基板玻璃高温熔体性能影响研究

田英良, 王忠宇, 李志峰, 赵志永

2025, 44(10):  3826-3832.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0452

摘要 ( 27 )   PDF (5882KB) ( 16 )  

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高温熔体特性不仅影响有机发光二极管(OLED)基板玻璃的熔化与制备,还影响OLED器件的性能和使用寿命。本文以无碱铝硼硅酸盐玻璃作为OLED基板玻璃研究对象,系统探究SrO/MgO摩尔比对OLED基板玻璃高温熔体特性(高温黏度、高温电阻率、表面张力)的影响。结果表明:随着SrO/MgO摩尔比增大,玻璃熔体高温黏度呈非线性变化,在SrO/MgO摩尔比为3.31时,高温黏度达到极大值;1 600 ℃下,熔体高温电阻率平均提高32.22%,熔体表面张力平均下降2.47%。本研究为优化OLED基板玻璃的关键工艺性能提供了科学依据,对工业化生产制造具有重要指导意义。

OLED显示玻璃溢流工艺成形数值模拟研究

郭宏伟, 刘密, 朱南沺, 聂栋, 杨海龙, 翟梓良, 赵志龙

2025, 44(10):  3833-3843.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0416

摘要 ( 26 )   PDF (14395KB) ( 15 )  

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溢流下拉法作为高世代有机发光二极管(OLED)显示玻璃成形的核心技术,其参数配置决定了玻璃液的流动行为及成形质量。本研究使用 Fluent 软件,系统探究了入口槽深、远端槽深及玻璃液密度对溢流过程中溢流面玻璃液厚度、速度分布、溢流槽内部速度场分布等的影响。结果表明:随着入口槽深的增加,近端玻璃液溢出量减少导致流速降低、厚度减小,而远端因动能积累提升速度与厚度;随着远端槽深的增加,远端玻璃液流量迅速增加,其速度与厚度显著增加,而近端玻璃液的速度与厚度减小;玻璃液密度的升高使近端玻璃液厚度与速度降低,但远端玻璃液厚度不变,速度升高。基于多参数协同调控,当玻璃液的黏度3 500 Pa·s、入口速度0.015 m/s、入口尺寸100 mm×100 mm、槽宽200 mm、壁厚50 mm 时,提出优化方案:入口槽深H=253 mm、远端槽深h=30 mm、玻璃液密度ρ=2 440 kg/m³。该方案可实现近远端间速度梯度平缓化,将厚度极差降至0.205 mm,为溢流槽设计与工艺优化提供理论依据。

中子和γ复合辐射场中石英玻璃的缺陷形成及性能退化规律

李丽, 范连斌, 杨博, 王喜成, 吴新健, 邢龙

2025, 44(10):  3844-3852.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0513

摘要 ( 20 )   PDF (8373KB) ( 12 )  

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本研究基于真实工况辐射场对石英玻璃进行复合辐照,系统分析了石英玻璃光学性能演变规律及在低剂量率辐射环境中的适用性,并通过200~2 000 nm光谱测试了石英玻璃的光谱透射率。结果表明,随着辐照剂量增加,石英玻璃在可见光波段和近红外波段的透射率和吸收率无任何变化,而在紫外波段(200~400 nm)光吸收显著增强,透射率随辐照剂量增加而下降。除本征缺陷氧空位(5.1 eV)和Si—E′(6.1 eV)外,复合辐照诱导石英玻璃产生了中心波长为4.3 eV的过氧连接缺陷。在任务期缩短条件下,石英玻璃在低剂量率辐射环境中的透射率衰减完全满足光纤加工设备和工业机器人视觉检测系统的光学性能要求。

功能材料

固态钠电池中Y³⁺掺杂Na₃Zr₂Si₂PO₁₂固态电解质性能分析

王媛媛, 李妍, 王歧, 李海晨, 韩双双

2025, 44(10):  3853-3863.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0432

摘要 ( 28 )   PDF (20168KB) ( 22 )  

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钠离子电池因低成本和较高的能量密度,成为储能领域的研究热点。然而,传统的液态电解质存在易泄漏、易燃等安全隐患,亟需开发稳定可靠的固态电解质。本研究通过Y³⁺异价掺杂Na₃Zr₂Si₂PO₁₂,制备Na_3+xZr_2-xY_xSi₂PO₁₂(x=0、0.05、0.10、0.15)系列固态电解质,以提升其致密性、离子电导率与界面稳定性。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行分析。结果表明,适量Y³⁺掺杂(x=0.10)在不破坏NASICON型Na₃Zr₂Si₂PO₁₂晶体结构基础上,显著提高了其致密度(91.93%)和室温离子电导率(8.91×10^-4 S·cm^-1)。Y³⁺掺杂样品具有更小的界面极化电压与阻抗增长率,表现出优异的界面稳定性。基于Na_3.10Zr_1.90Y_0.10Si₂PO₁₂组装的固态钠电池,在室温0.1 C倍率下,100次循环后容量保持率达到98.55%。本研究揭示了Y³⁺掺杂对晶体结构与界面行为的协同调控作用,为钠离子固态电解质材料的设计与界面优化提供了重要参考。

硫化镍/碳复合材料的制备及其储钠性能研究

孟旭东, 王思言, 权波, 金爱花

2025, 44(10):  3864-3872.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0345

摘要 ( 21 )   PDF (12980KB) ( 10 )  

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本研究系统探究硫化镍复合材料作为钠离子电池(SIBs)负极材料的电化学性能。针对硫化镍材料在实际应用中存在的体积膨胀和循环稳定性差等问题,通过高能球磨法处理硫化镍颗粒并实施碳包覆,成功制备了碳包覆硫化镍(Ni₃S₂/BM/C)复合材料。结果表明,Ni₃S₂/BM/C复合材料在200 mA·g^-1电流密度下循环100次后,可逆容量达到378.7 mAh·g^-1,显著优于Ni₃S₂可逆容量(163.4 mAh·g^-1)。Ni₃S₂/BM/C复合材料优异的电化学性能源于其独特的结构优势,纳米级颗粒尺寸能够有效缓解充放电体积膨胀,均匀碳包覆层可以提高电导率且对长循环稳定性至关重要。本研究不仅为硫化镍复合材料在钠离子电池中的应用提供了新思路,也为高性能钠离子电池负极材料的开发提供了参考。

高性能LSFT-GDC复合电极的制备和性能研究

董浩, 曹志群, 李娜, 魏兆彤

2025, 44(10):  3873-3879.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0328

摘要 ( 28 )   PDF (8700KB) ( 14 )  

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固体氧化物燃料电池(SOFCs)因具有高效、燃料选择广泛和低污染等特点,受到了广泛的关注。本文采用溶胶凝胶法制备了钙钛矿氧化物La_0.3Sr_0.7Fe_0.7Ti_0.3O₃(LSFT)和氧离子导体Gd_0.2Ce_0.8O_2-δ(GDC)复合电极材料,同时作为对称固体氧化物燃料电池(SSOFCs)的阴极和阳极。结果表明,不同LSFT与GDC质量比制备的复合电极化学相容性良好。在800 ℃时,使用LSFT-GDC复合电极(LSFT与GDC的质量比为6:4)的对称电池极化电阻约为0.28 Ω·cm²(湿氢气环境),最大功率密度为286 mW·cm^-2,电化学性能优异。这是因为LSFT复合氧离子导体GDC后,增大了电极材料三相反应界面,从而增加了电极对氧还原反应和氢气氧化的催化活性。另外,对称电池在24 h湿氢气环境测试中表现出优异的稳定性,未出现明显性能衰减,且经过5次氧化还原循环后仍能维持稳定的电化学性能。

KCl改性石墨相氮化碳光催化降解亚甲基蓝的协同机制研究

赵美萱, 韦梦兰, 王艺濛, 滕飞, 欧晓霞

2025, 44(10):  3880-3890.  doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0415

摘要 ( 21 )   PDF (14739KB) ( 11 )  

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以石墨相氮化碳(g-C₃N₄)为载体,采用机械研磨-热缩聚法制备了氯化钾(KCl)掺杂的X%-KCl/g-C₃N₄光催化剂(X=5,10,15),通过调控KCl掺杂比例优化g-C₃N₄光催化性能,构建“能带结构-载流子分离-自由基生成”协同机制体系。通过UV-Vis DRS、FT-IR、XRD、EPR、EIS、PL等测试表征手段对X%-KCl/g-C₃N₄进行表征,同时研究其在太阳光下降解亚甲基蓝(MB)的性能。结果表明,10%-KCl/g-C₃N₄光催化剂表现出优异的降解性能,在太阳光照射下,当催化剂投加量为1 g/L时,10%-KCl/g-C₃N₄对10 mg/L MB的120 min降解率达97.12%,一级反应速率常数(0.022 9 min^-1)为纯g-C₃N₄(0.011 6 min^-1)的1.97倍。该研究为开发高效非金属改性光催化剂提供了新思路。