无水硫铝酸钙晶型调控及其对水化过程影响的研究进展

徐名凤, 王澜程, 聂松, 周健, 李辉, 皮振宇

2026, 45(9): 2967-2983. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0262

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无水硫铝酸钙（C₄A₃S）是硫铝酸盐水泥的主要熟料矿物，具有碳排放低和早期活性高等特点。C₄A₃S存在立方、正交和四方三种晶型，不同晶型在水化活性方面表现出显著差异。因此，阐明C₄A₃S晶体结构与水化活性之间的关系，并实现其晶型的有效调控，对于开发新型硫铝酸盐水泥熟料体系具有重要意义。本文系统综述了C₄A₃S的晶型调控方法，包括温度调控法、熔盐法和离子掺杂法，重点分析了不同调控方法的作用效果及机理。在此基础上，结合不同晶型C₄A₃S的结构特征，总结分析了晶型调控对其水化动力学、水化活性及水化产物的影响规律，为C₄A₃S晶型调控技术在硫铝酸盐水泥中的应用提供参考。

丙烯酰胺改性铝酸盐水泥基材料及其硬化泥岩性能研究

张风顺, 柴虎成, 宋明江, 郭家俊, 张海波

2026, 45(9): 2984-2998. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0253

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针对煤矿巷道因积水出现底板泥岩大面积泥化的问题，制备了丙烯酰胺（AM）改性铝酸盐水泥基材料，系统研究了丙烯酰胺掺量对铝酸盐水泥基材料凝结时间、力学性能及微观结构的影响，并探讨了改性机理。结果表明，高掺量丙烯酰胺缩短了铝酸盐水泥基材料的凝结时间，提高了其抗折强度、形变能力和压缩破坏吸收能。当丙烯酰胺掺量为20%（质量分数）时，与未掺丙烯酰胺时相比，铝酸盐水泥基材料的初凝时间和终凝时间分别缩短了44.8%和35.4%，抗折强度提高了115.6%，压缩破坏应变提高了808.0%，压缩破坏吸收能提高了1 833.4%。丙烯酰胺改性的硬化泥岩试样表现出更好的耐水侵蚀性能，浸水环境下的抗折强度、抗压强度损失率分别为3.1%、3.8%。该研究为煤矿巷道泥化底板泥岩的快速硬化提供了一种高性能材料，对煤矿巷道的稳定与安全保障具有重要意义。

聚丙烯酸钠改性磷酸镁水泥基注浆材料抗水分散性能研究

杨伟辉, 刘国顺, 李悦, 黄栋, 黄超群, 刘云鹏

2026, 45(9): 2999-3009. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0241

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开发分别适用于MgO浆液和磷酸二氢铵溶液的增稠组分，以协同提升磷酸镁水泥基（MPC）注浆材料的抗水分散性。通过流变特性、水陆强度比及抗动水冲刷留存率等宏观性能测试，并结合XRD、SEM、电导率等表征研究了MPC注浆材料的抗水分散特性及机理。结果表明：羟丙基甲基纤维素（HPMC）在MgO浆液中可形成稳定的空间网络结构，提高浆液悬浮稳定性；但在磷酸盐溶液存在时，盐析作用会破坏其空间网络结构的稳定性。聚丙烯酸钠（PAAS）在硼砂作用下可形成稳定的三维网络结构，具有抵抗盐析作用的能力，从而提升体系抗水分散性。当HPMC掺量为MgO质量的0.2%，PAAS掺量为磷酸二氢铵与硼砂总质量的0.8%时，MPC注浆材料在0.8 m/s水流速度下的抗动水冲刷留存率可达0.88。研究结果为磷酸镁水泥在地下工程动水封堵中的应用提供了新的技术途径。

纳米C-S-H对水泥水化及砂浆性能的影响机制研究

胡敏, 张涵, 程慧娟

2026, 45(9): 3010-3016. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0400

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为明确纳米水化硅酸钙（C-S-H）对水泥水化及砂浆性能的影响，本文研究了0%~5%（质量分数）掺量纳米C-S-H对水泥砂浆抗压强度、抗折强度、凝结时间等性能指标的影响，结合X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）揭示其微观机制。结果表明，纳米C-S-H可以有效促进水泥水化进程及提高早期强度。随着纳米C-S-H掺量增加，水泥抗压强度和抗折强度均呈先升高后降低趋势，当纳米C-S-H掺量为3%时，抗压强度和抗折强度显著提升；当纳米C-S-H掺量为4%时，抗压强度和抗折强度最高，养护28 d时较对照组分别提升11.4%与18.1%。随着纳米C-S-H掺量增加，水泥初凝与终凝时间持续缩短，收缩率逐渐增大，5%掺量时收缩率较对照组增幅达22.7%。当纳米C-S-H掺量为0%~3%时，初始流动度随纳米C-S-H掺量增加而增大，当纳米C-S-H掺量超过3%时，初始流动度随纳米C-S-H掺量增加而减小。纳米C-S-H可以有效促进水泥中硅酸二钙（C₂S）和硅酸三钙（C₃S）的水化，随着纳米C-S-H掺量的增加，絮状水化产物C-S-H凝胶的生成量逐渐增加，使试件内部更加密实，可以有效提高水泥砂浆早期抗压强度和抗折强度。随着养护时间增加，纳米C-S-H对强度的影响逐渐降低。研究成果可为纳米C-S-H在水泥基复合材料中的应用提供参考。

低气压环境下剑麻纤维-水泥砂浆收缩性能及微观孔结构研究

孙彬强, 田茂盛, 郑磊, 谢超, 代金鹏, 谢登魁

2026, 45(9): 3017-3026. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0183

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为探究高原低气压环境下剑麻纤维-水泥砂浆收缩性能及微观孔结构的发展规律，本文设置了57.6与95.0 kPa两种气压养护环境，采用5、10、15、20 mm剑麻纤维，制备了剑麻纤维-水泥砂浆试件，研究了其收缩性能、劈裂抗拉强度、微观孔结构及断裂面形貌。结果表明，养护环境气压下降会使各组试件的收缩率显著提升，劈裂抗拉强度下降，微观孔结构劣化。相较于95.0 kPa气压环境，57.6 kPa气压环境下试件的收缩率上升了5.9%~13.1%，劈裂抗拉强度下降了8.3%~10.9%，孔隙率增大了14.9%~21.9%，且孔径粗化。添加剑麻纤维能够抑制水泥砂浆的收缩，并提高其劈裂抗拉强度。相较于无纤维试件，剑麻纤维-水泥砂浆试件在57.6和95.0 kPa气压环境下的收缩率分别下降了5.3%~15.3%和3.0%~9.5%，劈裂抗拉强度分别提升了8.8%~29.4%和7.9%~26.3%。此外，10 mm剑麻纤维可在基体中良好分散并高效传递应力，其抑制水泥砂浆收缩及提升基体强度的效果最优。

盾构隧道抗硫酸盐侵蚀双液注浆材料性能及微结构演变

邹颖杰, 李化建, 黄法礼, 冯俊杰, 石贺男, 董昊良, 易忠来

2026, 45(9): 3027-3042. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0280

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为应对地下水中硫酸盐对盾构隧道注浆材料的侵蚀问题，研发了抗硫酸盐侵蚀双液注浆材料。研究了水胶比（w/b）、磨细高炉矿渣（GGBS）掺量和A、B液体积比（A液为胶凝材料浆体，B液为硅酸钠溶液）对双液注浆材料工作性能、力学性能、抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律，并结合XRD、SEM-EDS、TG-DTG和FTIR揭示了抗硫酸盐侵蚀性能提升机理。结果表明，该注浆材料流动性良好，28 d抗压强度为9.38~17.17 MPa，耐蚀系数超过0.8，在满足施工流动性要求的同时具有优异的力学性能和抗硫酸盐侵蚀性能。GGBS掺量对注浆材料抗压强度及其耐蚀系数的影响最显著，其原因是GGBS发挥填料效应和火山灰活性，生成更多C-S-H凝胶，促进致密微结构形成，提升力学性能。通过降低w/b和提高GGBS掺量可促进物理屏障形成阻滞外部SO $4 2 -$ 迁移扩散，同时促进C-S-H有效吸附SO $4 2 -$ ，提升注浆材料的抗硫酸盐侵蚀性能。

冻融循环时多场耦合下混凝土中氯离子传输的数值模拟研究

李凯, 高长天, 史才军

2026, 45(9): 3043-3054. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0279

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服役状态下混凝土材料容易遭受冻融循环、干湿交替、氯盐侵蚀等多重破坏作用，所以揭示多场耦合作用下氯离子传输机制对准确开展混凝土耐久性评估具有重要意义。本工作首先基于不规则骨料堆积结构，构建了混凝土三相细观模型，然后使用多物理场数值模拟方法探究了冻融循环次数、温度范围、冻结时长与融化时长比、盐溶液浓度对氯离子传输行为的影响。研究结果表明，考虑冻融过程中温度与孔隙含冰量的梯度分布及水分对流效应后，模拟结果与试验数据十分吻合。冻融循环对孔隙结构造成的损伤，在100次循环后使氯离子扩散系数提升了34.40倍；更大温度范围、冻结时长与融化时长比都有助于提升水分流速，而后者还可使孔隙冰对传输路径的阻碍作用减弱，氯离子传输过程因而得到促进；盐溶液浓度升高虽然会减弱水分对流效应，但增大了氯离子浓度梯度并抑制了孔隙冰生成，氯离子传输速率总体仍会增加。

经济低碳型UHPC配合比的可解释人工智能驱动设计

黄馨, 陈歆, 盛家林, 王军博, 袁杰

2026, 45(9): 3055-3069. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0315

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为突破传统超高性能混凝土（UHPC）配合比设计中试错法效率低、成本高与目标单一的局限，研究提出一种集成预测模型与多目标优化的UHPC配合比协同设计框架。融合动态加权集成模型与改进型非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ），贯穿UHPC力学性能预测、特征解释与配合比反推全过程。模型中UHPC抗折强度与抗压强度测试集R²分别达到0.927与0.958。基于特征重要性分析识别关键特征，钢纤维掺量、养护龄期、硅灰用量对UHPC力学性能影响最显著。优化环节以UHPC抗折强度、抗压强度、单方成本与CO₂排放量为四维并行目标，基于改进型NSGA-Ⅱ结合拉丁超立方采样、动态参数调节与并行算子搜索，生成收敛性与多样性兼具的帕累托解集。经试验验证，在成本及碳排放降幅不超过25%的优化区间内，模型对UHPC抗折强度与抗压强度的预测误差均控制在±9%，且力学性能满足规范要求。该模型为UHPC的高性能、低碳与经济性设计提供了高效、可靠的科学工具与理论支持。

基于机器学习的混凝土抗压强度全龄期预测与解释性研究

李硕, 秦艳慧, 李蒙恩, 马浩原, 尹金帅, 郑璐璐, 邓苏文

2026, 45(9): 3070-3082. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0229

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针对传统混凝土抗压强度测定周期长、成本高、难以实现全过程监控的问题，本研究基于1 250组试验数据，采用随机森林（random forest）、XGBoost（eXtreme Gradient Boosting）、LightGBM（light gradient boosting machine）和CatBoost（categorical boosting）四种算法，构建混凝土抗压强度全龄期预测模型，结合SHAP（SHapley Additive exPlanations）可解释性分析，揭示强度影响机制。结果表明：CatBoost模型综合性能最优，全样本决定系数R²达0.96，均方根误差（RMSE）为3.29 MPa，平均绝对误差（MAE）为2.25 MPa，且在低龄期（≤7 d）、中龄期（14~28 d）、高龄期（>28 d）全阶段保持稳定预测能力；XGBoost在无粉煤灰体系中表现最佳（R²=0.98），CatBoost在无高炉矿渣体系中适应性最强（R²=0.95）。SHAP分析验证了水胶比定律与火山灰效应的核心作用，明确龄期、水泥用量、用水量为关键因素，用水量170~180 kg/m³为强度拐点。研究可为混凝土配比优化、现场快速质量评估提供科学依据，具有重要工程应用价值。

盐渍土环境山岭隧道衬砌混凝土抗侵蚀提升技术对比研究

万桂军, 郭政, 刘昶, 穆松, 代金鹏, 刘荣欣, 杨京, 王旭东

2026, 45(9): 3083-3091. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0214

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在西部盐渍土环境隧道工程建设中，衬砌混凝土服役环境与施工工况复杂，隧道工程施工安全性与耐久性面临严峻的挑战。为探明抗侵蚀提升技术的适用场景，本文综合评价了典型抗侵蚀防腐剂和抗侵蚀抑制剂对隧道衬砌混凝土空气渗透系数、碳化深度、水压渗透深度、吸水率及快速氯离子迁移系数与电通量的影响。研究结果表明：抗侵蚀防腐剂可细化混凝土毛细孔结构，显著降低混凝土水压渗透深度和空气渗透系数，同时提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能；抗侵蚀抑制剂可降低混凝土亲水性，显著降低混凝土的0.5 h吸水率（降幅约57%），同时显著提升干湿循环、半浸泡条件下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。对比上述两种抗侵蚀提升技术，抗侵蚀防腐剂在提升混凝土致密性方面优于抗侵蚀抑制剂，适合于有外部水压力、气体压力或电场作用下混凝土抗介质渗透性能提升；抗侵蚀抑制剂在降低混凝土亲水性方面优于抗侵蚀防腐剂，适合于干湿交替或半浸泡等毛细吸附作用下混凝土抗离子侵蚀性能提升；针对盐渍土环境山岭隧道衬砌的不同服役工况与性能要求，建议采用相对应的混凝土抗侵蚀提升技术。

不同冻融次数下堆石混凝土骨胶界面剪切破坏声发射特征研究

张天祺, 王安海, 周泽阳, 罗滔, 李黎, 张琪

2026, 45(9): 3092-3108. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0252

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在寒区高频冻融环境下，堆石混凝土（RFC）中的堆石与自密实混凝土形成的大尺度界面（骨胶界面）更易遭受冻融破坏，这种破坏直接影响RFC工程的长期性能。基于声发射技术监测了不同冻融次数下骨胶界面的剪切破坏过程，分析了界面剪切强度的劣化规律，明确了不同阶段的剪切破坏模式，并构建了基于声发射参数的界面损伤模型。结果表明：随着冻融次数增加，由于界面间滑动摩擦与静摩擦交替作用，抗剪强度-剪切位移曲线在次峰之后出现上下波动振荡现象，且该现象所对应的剪切位移不断增大；骨胶界面峰值抗剪强度、次峰抗剪强度、残余抗剪强度降低至0.72、0.19、0.13 MPa，降幅分别为66.04%、81.55%、86.32%；基于累计振铃计数，可将剪切破坏过程划分为四个阶段，随着冻融次数增加，阶段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的剪切裂纹占比降低，而阶段Ⅳ的剪切裂纹占比从66.9%增加到78.7%。冻融作用下，骨胶界面的主导破坏模式为剪切破坏，且基于声发射能量构建的损伤模型可较好地描述界面损伤演化过程。研究结果可为寒区堆石混凝土工程长期服役性能评估提供理论参考。

纤维增强混凝土的轴压损伤与声发射特性分析

刁嘉龙, 王嘉成, 王强, 王南, 尹国安, 张伟

2026, 45(9): 3109-3116. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0290

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为探究聚丙烯仿钢纤维及其与钢纤维混杂纤维对混凝土力学性能的影响，设计素混凝土（NC）、聚丙烯仿钢纤维混凝土（PFRC-0.5、PFRC-1）、混杂纤维混凝土（PSRC-1），并通过单轴压缩力学试验结合声发射监测技术对混凝土轴压力学性能及损伤演化规律进行探究。结果表明：混杂纤维混凝土（PSRC-1）抗压强度较素混凝土提升23.11%，韧性显著增强；声发射振铃计数与应力-应变曲线具有良好相关性，可有效反映混凝土轴心受压过程的各个阶段，可为纤维混凝土损伤监测与破坏机制提供声发射特征参考；PSRC-1试件全局声发射b值最高，较素混凝土提高0.42，表明混杂纤维具有良好的能量耗散能力；掺入纤维促使破坏模式向剪切破坏转变，声发射信号向低频段（50~100 kHz）集中。

冲击荷载下组合梁栓钉连接件动态力学性能与失效机理研究

冯俊豪, 胡昊, 余振鹏, 杜晓庆, 张永平

2026, 45(9): 3117-3125. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0268

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为揭示极端冲击作用下钢-混凝土组合梁栓钉连接件的动态力学响应与失效机理，本文采用静力推出试验与落锤冲击试验相结合的方法，开展其动态抗剪性能试验研究。试验系统获取了不同落锤高度下试件的冲击力和位移时程曲线，并分析了试件破坏模式与动态抗剪承载力演化规律。结果表明，栓钉连接件的力学性能在落锤冲击作用下呈明显的冲击高度相关性与应变率效应，其破坏模式、冲击力峰值、位移响应均随冲击能量输入的提高而发生显著变化。在低能量冲击下，栓钉连接件以弹性响应为主；在中等能量冲击下，栓钉连接件出现单侧栓钉脆性剪断并伴随局部混凝土压碎的非对称破坏；在高能量冲击下，栓钉连接件两侧栓钉均发生脆性剪切断裂，界面完全失效。随着落锤冲击高度增大，冲击力峰值与残余位移均明显增加，动态抗剪承载力相对静载提高72%~176%。基于试验分析结果建立了动态增大系数（DIF）与应变率的关系，基于DIF提出了栓钉连接件动态抗剪承载力计算方法，并与经典的栓钉承载力计算模型进行对比验证。研究可为组合结构在撞击、爆炸等极端作用下的抗剪连接设计与安全评估提供参考。

超支化外加剂的合成及其对低水灰比水泥净浆的影响

毛志毅, 朱翼舟, 杨仁和, 郄非凡, 张鹏宇, 孙倩, 刘晓

2026, 45(9): 3126-3139. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0289

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为了实现超高性能混凝土流变性能的有效调控，以季戊四醇、丙烯酸、甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）和硝酸铈铵（CAN）为原料合成了一种具有超支化拓扑结构的外加剂，并考察其对水灰比为0.18的水泥净浆的影响，同时考察了大单体的种类、分子量、季戊四醇与大单体的摩尔比及引发体系对水泥净浆流动度和黏度的影响。结果表明，大单体采用分子量为1 000 g/mol的HPEG，季戊四醇与大单体的摩尔比为0.012 5∶1，引发剂采用硝酸铈铵时，合成得到的超支化外加剂以0.3%（质量分数）掺量与0.7%（质量分数）掺量实验室合成梳状结构聚羧酸系减水剂复配，加入水灰比为0.18的水泥净浆，流动度为200 mm，黏度为1 637 mPa·s，黏度比市售的UHPC外加剂低31.8%，表现出较优的流变性能。凝胶渗透色谱、傅里叶变换红外光谱、流体力学半径、Zeta电位、总有机碳和流变性能测试等微观表征手段表明超支化拓扑结构外加剂具有紧凑的分子构象、丰富的端基官能团分布与较大的界面吸附速率，同时表现出较好的分散降黏性能。

消石灰固化CFB灰渣基可控低强度材料的强度与膨胀性能

彭双, 高鹏, 周明凯, 薛秀, 王宇强, 秦志庆

2026, 45(9): 3140-3150. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0216

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利用消石灰与循环流化床锅炉灰渣（CFB灰渣）的协同激发作用制备可控低强度材料（CLSM）。针对消石灰固化CFB灰渣基CLSM膨胀性能的发展规律、影响因素及机理尚不明确的问题，研究了灰渣比、消石灰掺量和用水量对CLSM固结体无侧限抗压强度和线性膨胀率的影响。结合XRD、SEM和热重分析，分析了反应产物特征及其作用机理。结果表明，在本试验范围内，灰渣比为40∶60时，28 d无侧限抗压强度达到最大值，为7.7 MPa；灰渣比增加仅使线性膨胀率小幅上升。消石灰掺量为最显著的影响因素，当掺量为0%～25%时，CLSM固结体的无侧限抗压强度和线性膨胀率均随消石灰掺量增加而显著提升；掺量由0%增至5%时，28 d无侧限抗压强度由0.7 MPa提高至6.2 MPa，线性膨胀率由0%增至1.0%，增幅最明显。用水量的增加显著降低了CLSM固结体线性膨胀率，用水量从590 kg/m³增加到650 kg/m³，线性膨胀率降低了62.5%。微观分析表明，消石灰化CFB灰渣形成的主要水化产物为钙矾石（AFt）、水化硅酸钙（C-S-H）凝胶和水化硅铝酸钙（C-A-S-H）凝胶；AFt主要在早期生成，凝胶相在后期持续发展。用水量增加会使体系结构疏松、孔隙增多，从而削弱固结体的强度与膨胀性能。

石灰-粉煤灰固化盐渍土的力学性能及微观特征研究

陈飞, 赵翃婷, 武小鹏, 栗晓林, 王飞

2026, 45(9): 3151-3162. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0212

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本文通过无侧限压缩试验和直剪试验研究了石灰-粉煤灰固化杭州湾地区盐渍土的力学性能，分析了含盐量和养护龄期对石灰、粉煤灰固化效果的影响规律，并结合扫描电子显微镜（SEM）和压汞法孔隙率测试（MIP）揭示了石灰-粉煤灰固化盐渍土（二灰土）的微观结构特征。结果表明，盐渍土的无侧限抗压强度、切线模量、应变比能均随含盐量的增加呈先增大后减小的变化趋势，认为含盐量对盐渍土力学性能的影响存在最优掺量；掺入石灰、粉煤灰后，二灰土的力学性能大幅提升，基本上随含盐量和养护龄期的增加而增强，但含盐量超过1%（质量分数）后，无法进一步显著提升二灰土的力学性能。基于微观试验结果，发现石灰、粉煤灰能够有效地改善盐渍土的孔隙结构特征，二灰土的孔容积、中值孔径、平均孔径、孔隙率、分形维数等参数均小于盐渍土，土体堆积密度由1.41 g/cm³增加到1.47 g/cm³，这些参数能够更好地揭示二灰土微观结构特征和宏观力学性能之间的关系。研究成果可为二灰土在杭州湾地区实际工程中的应用提供科学参考。

水玻璃参数对碱激发地聚物工作与力学性能的影响

周辉勇, 王艳朝, 高华, 郭威, 凡涛涛, 司春棣, 马喜报

2026, 45(9): 3163-3173. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0190

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为探究碱激发剂参数对地聚物工作性能和力学性能的影响，以铁尾矿砂、煤矸石粉和高炉矿渣为原材料，采用固体水玻璃和液体水玻璃两种碱激发剂制备地聚物，分析水玻璃类型、模数和Na₂O掺量对地聚物凝结时间、流动度、抗压强度和抗折强度的影响规律，结合SEM和XRD揭示水玻璃激发地聚物强度形成机制。结果表明，随着水玻璃模数的增加，两种碱激发地聚物的凝结时间均增大，且液体水玻璃激发地聚物的流动度、抗压强度与抗折强度呈先上升后降低趋势，最佳模数为1.6，而固体水玻璃激发地聚物的流动度呈下降趋势，抗压强度与抗折强度呈先降低后上升趋势，最佳模数为0.6。随Na₂O掺量的增加，地聚物的凝结时间与流动度降低，抗压强度和抗折强度均升高，掺6%（质量分数）Na₂O的地聚物综合性能最佳。液体水玻璃激发地聚物的工作性能和力学性能优于固体水玻璃激发地聚物。两种水玻璃均通过影响地聚物水化反应进程调控地聚物强度形成，其中固体水玻璃因自身溶解速率受限，使水化凝胶产物分布不均，影响了地聚物强度发展。

多源固废基地聚物混凝土优化设计及抗硫酸盐侵蚀性能研究

孔令海, 梁根福, 黄业, 何训林, 章本本, 罗正东

2026, 45(9): 3174-3186. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0324

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针对普通硅酸盐水泥混凝土碳排放高、在硫酸盐环境下耐久性不足的问题，本研究以矿渣、粉煤灰和钢渣为复合前驱体，制备多源固废基地聚物混凝土。通过正交试验并结合灰色关联分析进行辅助评价，研究了钢渣掺量、碱激发剂模数、碱激发剂掺量和外加水胶比对地聚物混凝土抗压强度的影响规律，并确定了最优配合比。在此基础上，开展硫酸盐干湿循环试验，结合质量变化、抗压强度耐蚀系数、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段，分析多源固废基地聚物混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能与损伤机制。结果表明，各因素对地聚物混凝土抗压强度的影响程度由大到小依次为碱激发剂模数、碱激发剂掺量、外加水胶比、钢渣掺量，最优配合比为钢渣掺量20%（质量分数）、碱激发剂模数1.2、碱激发剂掺量50%（质量分数）、外加水胶比0.40。经150次硫酸盐干湿循环后，多源固废基地聚物混凝土的抗压强度耐蚀系数为80%，高于普通硅酸盐水泥混凝土，质量变化率仅为-0.6%。微观结构分析表明：普通硅酸盐水泥混凝土的劣化主要与石膏和钙矾石等膨胀性产物生成有关，这些产物持续累积导致内部微裂纹萌生、扩展与结构剥落；而多源固废基地聚物混凝土中未观察到明显可识别的石膏和钙矾石特征峰，其损伤主要表现为硫酸钠结晶诱导的局部微裂纹及界面区轻微疏松，未形成以大量膨胀性硫酸盐产物累积为主的快速破坏。研究结果可为多源固废基地聚物混凝土在硫酸盐侵蚀环境下的工程应用提供参考。

利用磷石膏制备的CaSO₄合成高性能胶凝材料

陈熠恒, 房可能, 陈前林

2026, 45(9): 3187-3201. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0196

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为提高磷石膏（PG）资源化利用率，本研究利用PG转晶制备的无水石膏（AH）、煅烧PG制备的半水石膏（HPG）、硫铝酸钙（CAS）和氧化钙（CaO），开发了基于PG的可持续快凝高强胶凝材料（AHCSO）。结果表明：胶凝材料的最佳配方为70%（质量分数，下同）AH、20%HPG、0.3%聚羧酸减水剂（PCE）、7%CAS和3%CaO，此时材料展现出优异的快凝特性，初凝时间为0.3 h，终凝时间为0.5 h；1 d抗压强度达20.8 MPa（绝干强度达29.0 MPa），3 d达到35.0 MPa（绝干强度达38.1 MPa），28 d抗压强度增长至39.8 MPa（绝干强度达45.7 MPa），软化系数为0.89，PG的利用率高达90%（其中70%为AH，20%为HPG）。最终，该胶凝材料的水化速率、凝结时间与孔隙结构得到协同调控，成功制备出具有快凝高强特性的AHCSO。

复配抗霉剂与碱性激发材料制备抗霉型磷石膏及机理研究

彭祝, 李子玲, 丁友, 程金科, 张煜

2026, 45(9): 3202-3221. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0209

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磷石膏建材在温热潮湿地区易发生霉菌污染，其综合利用受到制约。针对该问题，本文构建了十四烷基三甲基氯化铵（TTAC）和聚六亚甲基双胍盐酸盐（PHMB）复配的有机抗霉体系，并与CaO-矿渣-铝酸盐水泥碱性激发体系耦合，以协同提升磷石膏的抗霉性能与力学性能；通过微观分析和理论计算建立抗霉模型，探讨霉菌抑制机理。结果表明，TTAC与PHMB通过“破膜-渗透”协同效应，使联合抑菌指数降至0.15~0.75，最低抑菌浓度显著降低。碱性激发体系通过引导钙矾石与水化硅酸钙（C-S-H）凝胶生成，将基体平均孔径细化至0.104 μm，并形成致密的物理屏障。抗霉剂通过“静电锚定-氢键交联”机制稳定固载于凝胶网络中，与孔隙屏障及碱性环境共同形成物理阻隔、化学缓释与代谢抑制三重协同抗霉机制。优化配比后，试块在28 d高湿环境中能保持0级防霉，抗压强度为11.7 MPa，软化系数达0.72，可提升磷石膏墙材品质，促进磷石膏规模化消纳。

碳化养护对磷石膏基复合胶凝材料力学性能与耐水性的影响及机理研究

陈明胜, 杨宁, 刘天乐, 郑少军, 刘鹏

2026, 45(9): 3222-3232. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0384

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磷石膏基材料耐水性差、强度不足，限制了其规模化资源利用。本文以半水磷石膏为主要原料，复掺水泥、粉煤灰和生石灰，制备磷石膏基复合胶凝材料（PGC），研究标准、水浴和碳化养护对PGC力学性能、耐水性及微观结构的影响。结果表明：PGC在三种养护条件下的28 d抗压强度均显著高于单一磷石膏体系，其中标准养护下抗压强度最高，达到33.78 MPa；碳化养护下PGC兼具较高强度和优良耐水性，28 d 抗压强度为27.68 MPa，抗压软化系数为1.0。TG-DTG、XRD、FTIR和SEM结果表明，水泥水化、粉煤灰-石灰火山灰反应及碳化沉积协同生成水化硅酸钙（C-S-H）、AFt和CaCO₃，CaCO₃主要沉积于晶体间隙、凝胶孔及局部微裂隙中，并与水化产物共同改善微观结构连续性。碳化养护可有效提升PGC的强度-耐水协同性能，可为磷石膏高值化利用、CO₂固封及低碳胶凝材料开发提供参考。

碳酸钙晶须双相增强再生混凝土力学与变形性能研究

康天蓓, 高铭睿, 丁向群, 李艳凤, 王凤池

2026, 45(9): 3233-3244. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0345

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为改善再生混凝土的力学与变形性能，本文提出了采用碳酸钙晶须（CCW）增强再生骨料（RCA）和水泥基体两种方法，系统对比研究了两种增强方法对再生混凝土抗压强度、应力-应变关系、抗收缩性能和徐变性能的影响规律及作用机理。结果表明，RCA增强法较优处理方案为采用浓度为3%（质量分数）的CCW悬浮液浸泡2 d，水泥基体增强法较优处理方案为CCW体积掺量2%。在较优处理方案下，与未增强的试件相比，RCA增强法和水泥基体增强法使试件峰值应力分别增加8.6%和6.3%，RCA增强法可显著改善再生混凝土的刚度与强度，而水泥基体增强法则更利于提高峰值后延性；7 d收缩应变分别降低35.7%和13.5%，90 d收缩应变分别降低13.2%和8.1%；在90%和95%应力水平下，徐变破坏时间分别延长22.5%、9.9%和78.6%、35.7%；在85%应力水平下持载80 d时，徐变变形分别降低23.5%和19.8%。微观分析表明，CCW既能填充孔隙、桥接裂纹，又能通过表面吸附诱导游离Ca²⁺成核、加速水化产物生成，从而强化RCA表面附着的老旧砂浆和界面过渡区。

铁锰改性水稻秸秆生物炭对诺氟沙星的吸附性能及机理研究

崔亚宁, 曲书, 王玮琦, 梁春洋, 欧晓霞

2026, 45(9): 3245-3256. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0372

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随着水体抗生素残留问题日益突出，开发低成本、高效且环境友好的吸附材料对诺氟沙星（NOR）等抗生素的污染治理具有重要意义。以水稻秸秆为原料制备生物炭，并通过铁、锰对生物炭进行改性，用于吸附去除水体中的NOR。通过FT-IR、XRD、SEM和BET等表征手段分析了改性前后生物炭的结构与表面性质，并系统考察了不同材料对NOR的吸附动力学、热力学特性及吸附机制。在 298 K、pH=5.2±0.1条件下进行动力学吸附试验，在 298、308、318 K及pH=5.2±0.1 条件下进行等温吸附试验。结果表明，铁锰改性生物炭（FMBC）引入了更多的金属活性位点，并呈现出高比表面积（222.23 m²/g）和以 2~10 nm为主的发达介孔结构，这有利于NOR的化学吸附。在318 K条件下，FMBC的NOR平衡吸附量最大，为69.44 mg/g。FMBC对NOR的吸附机制主要涉及孔隙填充、氢键、π-π电子供体-受体相互作用等多种物理化学机制。

碳粉对熔融石英析晶行为的影响

邓伟杰, 包启富, 董伟霞, 刘明源, 曾帅, 李哲, 李亚敏

2026, 45(9): 3257-3266. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0222

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本工作系统性研究了碳粉单独存在及与六方氮化硼（h-BN）共存对熔融石英析晶行为的影响。根据组分差异，设计了纯熔融石英、添加h-BN、添加碳粉和复合添加碳粉/h-BN的熔融石英四类方案，在1 250 ℃下热处理0.5 h后，综合运用多种表征手段，研究碳粉对熔融石英析晶程度、微观结构及热行为的影响规律。结果表明，碳粉的添加显著加速了方石英晶相的生成，特别是在碳粉/h-BN共存体系中，碳粉有效克服甚至完全抵消了h-BN的抑制析晶效应，共存体系中的析晶程度接近或超过了未添加任何抑制剂的纯熔融石英样品。此外，过量的碳粉还严重阻碍了样品的致密化进程，导致了力学性能劣化及热膨胀系数升高。本研究明确了在评估熔融石英的高温服役可靠性与实际生产中原料纯度的控制时，必须将碳杂质与h-BN间的影响机制纳入考量。研究结果为高纯硅基材料的原料管控、工艺优化及复杂工况下的寿命预测提供了关键的理论依据。

炭黑对熔融沉积成型3D打印碳化硅陶瓷显微结构和力学性能的影响

秦曙妮, 董浩霖, 张帅, 梁皓璋, 刘子玉, 刘鹏, 杨现锋, 罗德平

2026, 45(9): 3267-3279. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0223

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无压烧结碳化硅（SSiC）陶瓷因优异的力学性能和热稳定性，在航空航天等领域具有广阔应用前景。本研究采用熔融沉积成型（FDM）结合无压固相烧结工艺制备SiC陶瓷，系统考察了炭黑比表面积（10、80、150和230 m²/g）及含量（2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，质量分数）对打印性能及烧结体微观结构与力学性能的影响。结果表明，当炭黑比表面积为150 m²/g、含量为3.5 %时，喂料在保证挤出稳定性的同时实现良好维形性能。在该条件下，生坯密度达2.18 g/cm³，抗弯强度为（16.2±2.0） MPa。炭黑比表面积过低或含量不足会导致碳热还原反应不充分；而炭黑比表面积过高或含量过多则会引发炭黑团聚，进而抑制致密化过程。经2 150 ℃无压烧结后，当炭黑比表面积为150 m²/g、含量为3.5%时，碳化硅陶瓷密度达3.02 g/cm³，抗弯强度为（344.0±52.0） MPa，硬度为（24.2±1.2） GPa，利用该工艺成功制备了多种复杂构件。该研究为熔融沉积成型制备碳化硅复杂构件提供了新方案。

锰离子扩散增强镁铝尖晶石陶瓷结构和力学性能研究

玄松桐, 孔祥辰, 王凯悦, 田玉明

2026, 45(9): 3280-3288. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0124

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为制备高性能镁铝尖晶石结构陶瓷，本文以铝矾土和菱镁矿为原料，软锰矿为添加剂，采用固相烧结法制备MgAl₂O₄陶瓷，研究了添加剂对尖晶石结构的影响，阐释了锰离子对杂相的作用规律，揭示了锰离子扩散效应增强MgAl₂O₄材料致密性和力学性能的机理。结果表明，向天然原料中添加软锰矿后，Mn²⁺固溶至MgAl₂O₄晶格中，形成（Mn _x Mg_1-_x ）Al₂O₄固溶体，该固溶体减弱了Kirkendall效应，降低了尖晶石生成过程中MgO一侧的气孔率，增强了Mg²⁺的扩散传质速率，从而提升了材料的致密性和抗折强度。同时，Mn²⁺与钙长石的反应生成钙锰辉石和Al₂O₃，引起了辉石晶格畸变，增加了晶格缺陷浓度，提升了离子扩散速率。当软锰矿添加量达到3%（质量分数）时，材料的性能最优，体积密度达到3.29 g/cm³，显气孔率降至0.24%，抗折强度增至140.2 MPa。

等离子熔融制备Li₂O-SiO₂透明微球微观结构与力学性能研究

温斌, 张晗笑, 吴粤晟, 谢俊, 张继红

2026, 45(9): 3289-3298. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0198

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采用喷雾造粒结合等离子熔融球化工艺制备了不同组成的Li₂O-SiO₂透明微球，并对其微观组织、结构特征及力学性能进行了系统研究。结果表明，Li₂O-SiO₂体系球化后，随着Li₂O摩尔分数增加，微球结构从非晶态向晶态转变，硅氧网络结构逐渐解离，非桥氧比例增加，结构单元由高聚合态向低聚合态转变。力学性能测试显示，微球的维氏硬度和弹性模量与组成及结构密切相关，其中低Li₂O含量（33.3%，摩尔分数）的样品表现出较高的维氏硬度和弹性模量，最大维氏硬度为5.83 GPa，弹性模量为83.39 GPa。本研究为硅酸盐体系微球的组成设计和力学性能调控提供参考，所制备的微球具有潜在的应用价值。

路用水泥基修补材料的制备及性能研究

张义彬, 罗健林, 商怀帅, 井源, 刘超

2026, 45(9): 3299-3316. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0163

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为保障现代道路使用寿命及行车安全，用高性能修补材料对破损道路进行快速修补是一种高效便捷且低碳环保的手段。本文采用硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配成胶凝体系，掺加废弃轮胎橡胶粉（RP）与可分散乳胶粉的同时引入氧化石墨烯制备出纳米材料/聚合物/橡胶三元改性水泥基复合材料（NPRM），用正交优化方法对NPRM各项修补性能综合量化分析。经极差与方差分析优化出NPRM最优配合比，相应最优配合比下NPRM流动扩展度、终凝时间、28 d折压比、28 d弯拉粘结强度、90 d干燥收缩分别为194 mm、115 min、0.319、5.35 MPa、93.57×10^-6，相比于传统修补砂浆拥有更优异的综合修补性能。同时RP的掺入可显著减少行车荷载产生的冲击与噪声，在NPRM修补劣化城市道路的同时实现了耗能吸声效能。

铁尾矿砂稳定用复合固化剂的设计与应用

董勇刚, 贾红军, 潘雅婷, 马希凯, 江辉, 周强, 陈潇

2026, 45(9): 3317-3329. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0186

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针对铁尾矿砂稳定材料存在的强度偏低、强度增长率不足及收缩较大等问题，采用普通硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣粉和石膏制备复合固化剂，研究了固化剂的材料组成及掺量对铁尾矿砂基层混合料的力学性能、体积稳定性及耐久性的影响。结果表明：随着熟料掺量的增加，固化剂稳定铁尾矿砂的力学性能显著提升；石膏掺量存在最佳值，当石膏掺量为15%（质量分数）时，固化剂稳定铁尾矿砂的7 d无侧限抗压强度达到3.43 MPa。且随着石膏掺量的增加，固化剂稳定铁尾矿砂的干燥收缩得到明显改善；优选出固化剂的合适配比为m（熟料）∶m（矿粉）∶m（石膏）=15∶70∶15。与同掺量水泥稳定铁尾矿砂基层相比，固化剂稳定铁尾矿砂180 d的强度增长率最高提升了46.26%，干燥收缩应变最大降低了41.47%，水稳性与抗冻性有一定程度改善。微观分析表明，固化剂稳定铁尾矿砂在后期形成大量C-S-H凝胶，显著提升了后期强度增长率。同时，石膏参与反应在早期生成大量针棒状的钙矾石晶体，产生微膨胀，有效补偿了铁尾矿砂基层混合料的干燥收缩，显著降低了铁尾矿砂基层混合料的开裂风险。

采石场副产物对水泥稳定铁尾矿砂路面基层材料性能的影响

陈潇, 马希凯, 江瑞, 舒扬, 黄敏, 黄诗杰

2026, 45(9): 3330-3340. doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0254

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将采石场副产物（QBP）应用于水泥稳定铁尾矿砂路面基层材料中，能改善铁尾矿砂颗粒细小所导致的基层材料强度不足、收缩开裂等问题，从而实现铁尾矿砂的大规模资源化利用。本文系统研究了QBP掺量及其细颗粒（粒径d<0.075 mm）的塑性指数对水泥稳定铁尾矿砂力学性能、体积稳定性及耐久性能的影响，采用膨胀剂调控收缩应变，并结合微观分析揭示QBP的作用机理。结果表明：当QBP掺量为40%（质量分数）时，与未掺组相比，7 d无侧限抗压强度提升48.37%，收缩应变降低42.50%，抗冻系数与水稳系数分别提高15.22%与13.83%；提高细颗粒塑性指数可改善水泥稳定铁尾矿砂的力学与耐久性能，但会增加收缩开裂的风险；掺入膨胀剂后，收缩应变较未掺组降低48.69%，与同强度等级水泥稳定碎石的收缩应变基本相当。微观分析显示，QBP可优化水泥稳定铁尾矿砂混合料的堆积结构，提高密实度并降低孔隙率，从而改善其路用性能。

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