蒸养条件下矿粉、粉煤灰对高铁相硅酸盐水泥基材料毛细孔和抗侵蚀性能的影响

为提高蒸养高铁相硅酸盐水泥(HFC)构件的抗侵蚀性能,推进HFC在海洋工程中的应用,本文通过力学性能测试、毛细孔测试、氯离子固化测试及X射线衍射等手段,研究了50℃蒸养条件下矿粉(SL)和粉煤灰(FA)对HFC水泥基材料毛细孔结构和抗侵蚀性能的影响。结果表明,由于SL具有较高的火山灰反应活性,掺入SL可以提高蒸养HFC砂浆的早期力学性能,同时降低HFC砂浆的28 d毛细孔率。掺入FA显著降低了HFC砂浆的早期力学性能,且后期强度增长缓慢,但FA的“微集料”效应导致HFC砂浆的毛细孔率降低。氯离子固化结果表明,SL促进了水泥对氯离子的物理吸附,而FA促进了水泥对氯离子的化学固化,SL和FA均提高了复合胶凝材料的氯离子结合能力。

再生微粉-电石渣制备硅酸盐水泥熟料及其水化性能研究

以再生微粉(RCP)和电石渣(CCS)等典型固废作为原材料,开展了固废基低碳水泥熟料制备技术研究。试验分析了煅烧温度(1300℃、1350℃、1400℃和1450℃)以及CCS和RCP含量对熟料煅烧和矿相组成的影响,并研究了1400℃下制备的水泥熟料的水化特性与力学性能。结果表明,RCP的加入可以降低水泥熟料的烧成温度,适量的RCP(60%)作为水泥生料掺入会提高熟料的力学性能,有利于水泥的早期水化。这些工作有助于推进建筑垃圾的资源化利用,为水泥生产中钙硅质原料提供了替代方案。

不同K值含Ag碱硼硅酸盐玻璃的析晶行为研究

基于K_(2)O-B_(2)O_(3)-SiO_(2)三元体系玻璃,在固定玻璃组成参数R值的基础上,设计了不同玻璃组成参数K值含Ag碱硼硅酸盐玻璃。采用熔融法制备了基础玻璃,在析晶温度范围内经过一步法热处理,所有样品内部都析出了球形的AgCl晶粒。研究表明,玻璃组成参数K值对含Ag碱硼硅酸盐玻璃体内AgCl晶粒的析出产生了明显影响。对于设计制备的弱分相体系玻璃,玻璃组成参数K值的改变可以影响玻璃网络的聚合度,但玻璃的分相并不是影响玻璃析晶的主要因素。通过玻璃结构分析,玻璃组成参数K值的改变能够对ZrO_(2)在玻璃网络中的存在状态产生影响,进而降低ZrO_(2)在玻璃网络中的溶解度,增加了基础玻璃中的成核位点,从而对含Ag碱硼硅酸盐玻璃的AgCl析晶行为产生重要影响。

赤泥在建筑材料方面的综合利用

该文综述了赤泥的形成以及赤泥的物理性质、化学成分、矿物组成。并对赤泥在水泥基材料中的综合应用:水泥生料和混合材、生产碱激发水泥、混凝土掺合料以及路面基层的研究进展进行了报道,也总结了其在陶瓷、微晶玻璃中的应用研究的进展情况。

缓凝剂对磷建筑石膏-普通硅酸盐水泥复合体系性能的影响及其机理研究

磷建筑石膏(β-HPG)力学性能差,凝结硬化快,已有研究表明用普通硅酸盐水泥(OPC)替代部分β-HPG可改善其力学性能,但对此复合体系工作性能的调控作用及机理研究尚不明确。本文探讨了三种缓凝剂对β-HPG-OPC复合体系性能的影响,通过测试凝结时间和抗压强度来表征性能变化,通过分析水化热曲线、电导率曲线、XRD谱和SEM照片来讨论作用机理。研究结果表明,三聚磷酸钠(STPP)对复合体系基本无缓凝作用,蛋白质类SC缓凝剂(SC)和柠檬酸(CA)的缓凝作用均较好,其中SC对初凝时间的延缓作用较好,CA对终凝时间的延缓作用更佳。CA使二水石膏晶体的形貌发生改变,导致体系抗压强度显著降低;SC对二水石膏晶体的粗化作用使体系形成相对致密的微观结构体,对抗压强度影响较小。研究结果将为β-HPG-OPC复合体系工程应用提供重要参考,有助于推进β-HPG在工程中的高附加值利用。

复掺碳酸钙晶须增强轻质ECC材料力学性能研究

工程水泥基复合材料(ECC)由于其拉伸应变硬化行为和紧密多裂缝的独特特性能够满足混凝土基础设施韧性和耐久性的严格要求。使用粉煤灰漂珠代替细石英砂作为轻质细集料,使用国内高强高模量PVA和PE纤维,并复掺碳酸钙晶须对ECC进行多尺度增强,对轻质ECC的强度、单轴拉伸性能、薄板四点弯曲性能和孔隙率等进行试验研究。结果表明:碳酸钙晶须掺量为体积的1%时最佳,PVA-ECC抗压强度为57 MPa,极限拉伸强度为4.31 MPa,拉伸应变为3.44%;而PE-ECC抗压强度为60.4 MPa,极限拉伸强度为4.77 MPa,拉伸应变为8.16%。适量的晶须掺入,能够优化孔隙结构,提升强度,晶须微观桥接作用可延缓了微观裂纹发展,同时晶须可以增加界面粗糙度,提高摩擦结合强度,从而提高ECC拉伸应变能力。

含硫酸盐类固废对硅酸盐水泥水化影响研究

本文研究了不同种类的含硫酸盐固废对硅酸盐水泥水化的影响,测试了含硫酸盐固废水泥力学性能、凝结时间、线性膨胀率随SO_(3)含量变化的规律,采用化学结合水、XRD和SEM等测试手段揭示了不同含硫酸盐固废对硅酸盐水泥水化的影响机理。结果表明,随SO_(3)含量增加,含硫酸盐固废水泥胶砂抗折强度和抗压强度均先增大后减小,初凝时间和终凝时间均呈增加趋势并在SO_(3)含量达到一定值后增加速度放缓,线性膨胀率均不断增大。由于不同的含硫酸盐固废的硫酸盐存在形式不同,硫酸盐溶出的速率也有差别,与水泥中铝酸三钙反应生成钙矾石(或单硫型水化硫铝酸钙)的速率和数量也不同,相同龄期下的水化程度也不同,因此不同的含硫酸盐固废对水泥力学性能、凝结时间和线性膨胀率等性能的影响存在一定差异。

关注环保,发展可持续建筑材料

“可持续建筑材料的设计、性能和应用国际会议”于2012年10月18—22日在武汉召开。本届会议是由武汉理工大学主办的一次有关道路建筑材料研究方面的国际学术会议，其目的是为了促进国际和国内道路建筑材料以及土木工程领域新科研成果的交流、信息的沟通，加强国际间的学术联系与合作。

锂钠比对碱铝硅酸盐玻璃的化学强化性能影响

采用熔融淬冷法制备了不同锂钠比的锂铝硅酸盐玻璃,用两步化学强化法对样品进行了化学强化处理,研究了Li_(2)O取代Na_(2)O对铝硅酸盐玻璃机械性能和化学强化特征参数的影响。结果表明:随着Li_(2)O逐渐取代Na_(2)O,玻璃化转变温度从537.3℃减小至514.8℃。随着Li_(2)O含量增加,有利于化学强化中的第一步交换———Li^(+)-Na^(+)交换,提高交换层深度,但会对第二步Na^(+)-K^(+)交换产生抑制作用,导致K^(+)的交换深度减小。维氏压痕测试表明化学强化可以明显地提高Na-Li-x玻璃的硬度和抗裂性。随着Li_(2)O取代Na_(2)O,化学强化后玻璃的抗裂性先增后减,在Li_(2)O摩尔分数为10%时达到极值,为72.3 N,相比Li_(2)O摩尔分数为5%时的值提升了69.3%,引入适量的Li_(2)O会提高玻璃的耐径向开裂能力。

碳化硅陶瓷基复合材料表面环境障涂层结合强度

SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性能优异的环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)。在评价EBCs性能的诸多因素中,其与SiC-CMC基体之间的结合强度是一个重要技术指标,但结合强度的极限值一直未被探究清楚。本工作研究影响结合强度的主要因素,包含SiC-CMC基体状态、单晶Si的拉伸强度极限,以及Si黏结层的制备工艺等,获得了制备最高结合强度的有效途径。在EBCs与SiC-CMC组成的体系中,基体内部SiC纤维布之间的界面是结合强度最薄弱的部位,其次是EBCs的Si层。整个体系的结合强度极限值是15 MPa,它是单晶Si在[400]晶向的拉伸强度极限。采用大气等离子喷涂或者超音速火焰喷涂的Si黏结层结合强度相似,均低于同样工艺制备的莫来石或Yb2Si2O7涂层。

紫外预处理对硅酸盐水泥浆体早期碳化性能的影响

预处理是碳化养护制度中的关键步骤,对水泥浆体碳化非常关键。在本文中,通过紫外线照射的方式对拟碳化养护的水泥试件进行预处理,并与标养预处理对比,测试并分析了硅酸盐水泥浆体的碳化深度、抗压强度、CO_(2)吸收量及水化产物结构形态变化。结果表明,在相同时间内,水泥试件经过紫外预处理后的质量损失是标养预处理的5.3倍,而在加速碳化后其碳化深度较标养预处理提高了2.4倍,碳化反应后其质量增加4.5倍,早期强度提高了18.9%,CO_(2)吸收量提高了0.25%。紫外预处理增加了碳化水泥试件高聚合度硅胶(Q 3+Q 4)的含量。因此,紫外预处理可明显加快试件失水和脱钙进程,对水泥试件碳化过程具有显著的增强作用。

3D打印玻璃材料的研究现状及展望

玻璃作为一种非晶态材料,具有高光学透明度、高热稳定性、高化学稳定性、高熔点及低热膨胀系数等特点,广泛用于电子、信息、医疗等领域。随着人们对玻璃材料的结构形状、材料分布及功能属性要求越来越高,传统的玻璃材料成形加工方法(浇筑法、吹制法、浮法等)很难甚至无法满足上述需求。3D打印技术颠覆了传统材料的成形工艺,其基于逐层累加的制造原理,理论上可实现任意复杂构件的数字化成形,具有无需模具、成形效率高等优点,受到玻璃材料成形制造领域学者的广泛关注。本文系统总结了玻璃材料构件的不同3D打印工艺方法、原理及优缺点,介绍了3D打印玻璃材料的应用现状,最后对玻璃材料3D打印技术进行了展望。

可溶性磷对大掺量磷石膏胶凝材料水化过程的影响

磷石膏中的杂质如残余酸、可溶性磷会对磷石膏胶凝材料的配比和强度发展造成很大影响。本文用两种不同品质的磷石膏,与矿渣和水泥复合制备磷石膏掺量为60%、70%和80%(质量分数)的胶凝材料,并对磷石膏进行湿磨改性。通过测试胶凝材料孔溶液pH值、矿渣水化程度和抗压强度,并结合XRD、SEM-EDS等测试方法探究可溶性磷杂质对大掺量磷石膏胶凝材料水化过程的影响。结果表明:大掺量磷石膏胶凝材料中硅酸盐水泥的最佳掺量与磷石膏中所含的可溶性磷杂质有关,杂质含量越高水泥最佳掺量越高;磷石膏通过湿磨中和预处理后,可改善胶凝材料的7 d强度,但并不能提高28 d强度;复合胶凝材料的强度取决于矿渣水化程度,水化过程中磷石膏中可溶性磷与水泥水化的Ca(OH)_(2)形成磷酸钙沉淀覆盖在矿渣表面上,阻碍了矿渣水化,是影响其强度发展的主要原因。

养护温度对低pH值水泥基材料水化产物及微结构的影响

低pH值水泥基材料因其低pH值特性被广泛应用于深地质处置库的建设过程中,但其在深地质处置库中的长期服役过程少有研究报道。通过X射线衍射分析、热重分析和扫描电镜等测试,研究了低pH值水泥基材料在深地质处置环境中不同温度下的长期水化产物和微结构演变规律,结果表明:在50℃长期养护下,低pH值水泥基材料的水化产物仍然有钙矾石,可能是由于低pH值水泥基材料的孔隙溶液氢氧根浓度较低,提高了钙矾石的分解温度,导致其在50℃以上仍能长期稳定存在;养护温度越高,低pH值水泥基材料的结合水含量也越高;养护温度的升高,促使箔片状的C-S-H凝胶向细针状的C-S-H凝胶转变。

基于产教融合的无机非金属材料工程专业实践教学体系改革与探索

目前,无机非金属材料行业对专业人才的实践创新等综合能力提出了更高要求。根据行业发展与人才需求,武汉理工大学无机非金属材料工程专业开展基于产教融合的实践教学改革与创新。结合材料人才成长规律,明确以培养无机非金属材料领域的战略科学家和高技术工程师为人才培养目标,制定以实践创新能力为核心的专业知识学习、实践技能锻炼和个性化能力提升的培养方案;创建“基础技能强化-工程能力培养-创新思维和能力提高”三个阶段递进式实践教学体系,搭建“认知与基础-综合与设计-研究与创新”实践教学平台,开展实践课程教学,实现学生专业综合能力逐步提升。

不同无机增稠剂对3D打印水泥基材料性能的影响

3D打印水泥基材料的工作性能是影响其最终状态的决定性因素,现有技术多采用有机增稠剂调节其工作性能,但存在强度下降、成本较高等问题。本文选用凹凸棒土、硅藻土和钠基膨润土三种无机增稠剂,研究了在不同增稠剂掺量下3D打印水泥基材料的工作性能和力学性能。结果表明,3D打印水泥基材料的工作性能会随着无机增稠剂掺量的增加而改善,凹凸棒土和硅藻土最佳掺量为2.5%(质量分数),钠基膨润土最佳掺量为1.0%(质量分数),其中钠基膨润土的改善效果最好。不同无机增稠剂对3D打印水泥基材料的力学性能会产生不同的影响,高掺量(2.5%)的凹凸棒土对3D打印水泥基材料的强度无不利影响,硅藻土能增强3D打印水泥基材料的后期强度,少量钠基膨润土就能显著提高3D打印水泥基材料的整体强度。掺1.0%钠基膨润土的3D打印水泥基材料具有最优的综合性能。

凹凸棒土对石膏3D打印材料基本性能和可打印性能的影响

增稠剂是3D打印材料的关键组分,但常用的增稠剂以有机物为主,会降低石膏的力学性能。为此,本文选取了凹凸棒土与羟丙基甲基纤维素醚作对比,测试了凹凸棒土对石膏3D打印材料工作性能、力学性能以及实际打印性能的影响。结果表明:与羟丙基甲基纤维素醚相似,凹凸棒土降低了石膏3D打印材料的流动度,增加了动态屈服应力;随凹凸棒土掺量增加,材料抗折抗压强度先降低后增加,而羟丙基甲基纤维素醚组抗折、抗压强度则呈下降趋势;在实际打印中,凹凸棒土组体积稳定性和开放时间结果与羟丙基甲基纤维素醚组相似,实际打印强度高于羟丙基甲基纤维素醚组23%以上。羟丙基甲基纤维素醚通过吸水溶胀、分子缠绕来提高浆体的黏度,而凹凸棒土具有丰富的孔结构,在浆体中以氢键和范德瓦耳斯力吸附水分子和增稠石膏颗粒。

高掺量磷石膏水硬性胶凝材料组成设计与性能调节

本文研究的水硬性磷石膏胶凝材料体系由80%(质量分数)磷石膏,以及少量矿渣、水泥、偏高岭土、粉煤灰、硅灰等辅助胶凝材料组成,借助力学性能试验数据与分子动力学(MD)模拟为超高掺量磷石膏体系组成设计提供依据,后续对该体系强度倒缩问题进行性能调节。结果表明,当磷石膏掺量固定时,辅助胶凝材料(SCM)的n(CaO)/n(SiO_(2)+Al_(2)O_(3))摩尔比接近1的样品力学性能结果最佳。分子动力学对模型原子表面积和孔结构分布的模拟结果与力学性能规律相符,孔结构越小时抗压强度越高;在原子尺度上,n(CaO)/n(SiO_(2)+Al_(2)O_(3))摩尔比接近1时O、Ca、Al及S原子表现出较高的扩散能力,可充分发挥碱激发与硫酸盐激发效应,同时使得OO、Al—O、Si—O键长增大而失稳水解,促进水化产物钙钒石的生成。最后,通过调节SCM的种类,在磷石膏-矿渣-水泥体系中复掺偏高岭土、硅灰及粉煤灰改善了90 d龄期强度倒缩的问题。基于化学组分设计配合比对大宗量利用磷石膏以及获得性能更好的胶凝材料具有重要意义。

中澳公路工程沥青路面材料与施工技术对比

针对中资企业技术人员在南太平洋地区开展公路工程建设中与国内技术规范混淆的问题,采用文献对比分析方法,对中国和澳大利亚的沥青路面施工技术要求中原材料组成、沥青混合料设计制备与施工、其他材料施工、质量管理等方面进行对比研究。结果表明:1)在原材料组成方面,中国规范列举了更多的原材料种类和型号;2)在沥青混合料设计、制备与施工上,中国规范在配合比设计、摊铺、压实成型等环节与澳大利亚技术指南存在差异;3)在路面结构层状组合上,中国规范与澳大利亚指南描述类似;4)中国规范在内容撰写上更为具体清晰,方便使用者查找技术参数要求,且在原材料和混合料施工上与澳大利亚技术指南有着明显差异;澳大利亚的指南更侧重于理念科普和设计原则介绍,对具体的技术参数与要求规定内容较少。

刍议基于铝硅酸盐固废铁相组分分离的有害元素的迁移转化

文章基于高温物相重构基础理论以及铝硅酸盐固废直接材料化技术,通过对铝硅酸盐固废高温资源化过程中伴生有害元素进行分类及环境污染评价,研究伴生有害元素的迁移规律及环境调控机制的方法、技术与原理。通过揭示多场耦合作用下铝硅酸盐固废资源化伴生有害元素的迁移转化机制,明确伴生有害元素在烟气/飞灰二相重分布规律及其在熔体-晶相间的转化历程,构建铝硅酸盐固废直接材料化过程中有害组分迁移行为的数学预测模型。研究表明,研究铝硅酸盐固废直接材料化过程中伴生有害元素的高效分离技术与循环再利用技术,明晰不同伴生有害元素参与铝硅酸盐固废矿相重构的机制,以及抑制伴生有害元素二次释放的最佳条件,可实现伴生有害元素在铝硅酸盐直接材料化过程中的精准环境调控。