基于响应面法设计与制备磷石膏矿渣基复合胶凝材料

为了促进磷石膏等固废材料的资源化利用,优化设计和制备了力学强度满足P·O 42.5级水泥规范要求的胶凝材料,基于响应面法对磷石膏-矿渣-石灰-锂渣-钢渣五元体系进行试验设计,分别以3 d、7 d和28 d抗压强度为响应值,探究磷石膏矿渣基复合胶凝材料力学性能的变化规律,建立了磷石膏矿渣基复合胶凝材料力学性能预测模型。结果表明最优配合比为磷石膏33.86%,矿渣39.13%,石灰2.28%,锂渣20.1%,钢渣4.65%,胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到18.8 MPa、32.3 MPa、50.3 MPa,满足P·O 42.5级水泥规范要求,并且实测值与预测值的相对误差绝对值均小于5%,说明基于响应面法优化设计磷石膏矿渣基复合胶凝材料具有可行性。

冻融循环下建筑气凝胶复合保温材料制备及性能研究

研究冻融循环下建筑气凝胶复合保温材料制备及性能,先采用溶胶-凝胶法制备SiO_(2)气凝胶,再采用真空浸渍方法将水溶胶吸附到膨胀珍珠岩中,得到膨胀珍珠岩-SiO_(2)气凝胶复合保温材料;对复合保温材料进行冻融循环试验,并测试材料的抗压强度变化和导热系数变化。结果表明:复合保温材料的抗压强度随SiO_(2)气凝胶掺入含量的增加而增大;复合保温材料的导热系数随SiO_(2)气凝胶掺入含量的增加而减小,SiO_(2)气凝胶的掺入可以显著提升建筑保温材料的抗冻性能。

气凝胶复合材料的制备及保温隔热应用进展

气凝胶复合材料由于具有密度低、比表面积大、孔隙率高和导热系数低等结构功能特性,成为最主要的新型保温隔热材料之一。本文简述了气凝胶复合材料的发展历程、制备工艺及方法,从气凝胶复合材料的微观形貌结构、热量传递组成、隔热传热表征等方面对其保温隔热性能及机理进行分析,重点介绍了近年来气凝胶复合材料的保温隔热性能应用在军事航空航天、建筑节能环保、能源存储转化、极端环境材料、电动汽车电池、冷藏(冻)运输以及供热锅炉管道等诸多领域中取得的新进展。同时,对其在各个领域应用中遇到的问题进行了详细讨论并给出建议。此外,文末对气凝胶复合材料在未来的研发、生产及应用中的研究方向进行了展望。

基于镁渣-水泥-脱硫石膏复合胶凝材料的砌筑砂浆制备及其性能

镁渣高效利用对于金属镁冶炼行业的可持续发展和环境保护具有重要意义。本文以镁渣、水泥和脱硫石膏为主要原料,设计和配制复合胶凝材料,并以此制备高性能砌筑砂浆。三元体系胶凝材料试验结果表明,以高掺量镁渣制备的胶砂试件28 d抗压强度可达35.6 MPa,脱硫石膏对镁渣-水泥胶凝体系起到了活性激发作用,尤其对28 d强度具有明显的促进作用。以镁渣-水泥-脱硫石膏复合胶凝材料制备的砌筑砂浆28 d抗压强度最高达25.32 MPa,满足JGJ/T 98-2010《砌筑砂浆配合比设计规程》中M25等级的要求。研究成果可为镁渣大规模资源化利用提供参考。

基于复合胶凝材料体系的超高性能混凝土性能研究

针对桥梁伸缩缝过渡区频繁出现的混凝土破损问题,研发了一种用于桥梁伸缩缝过渡区修复的硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥胶凝材料体系超高性能混凝土(UHPC),并对其性能及微观结构进行了研究;优选了硫铝酸盐水泥的掺入比例,在某公路伸缩缝修复工程中进行了实际应用。结果表明:合适掺量的硫铝酸盐水泥能够有效提高UHPC的综合性能;当硫铝酸盐水泥质量为水泥总质量的10%时,所制备的UHPC在实际修复工程中的应用效果较好,养护24 h后抗压强度已经达到40 MPa。

磷石膏矿渣基复合胶凝材料的改性研究

文章主要研究了偏铝酸钠和苯丙乳液对磷石膏矿渣基复合胶凝材料流动度、凝结时间、抗压强度和耐水性的影响。结果表明:偏铝酸钠可以显著缩短浆体的凝结时间,提高3d抗压强度,但会导致浆体的流动性降低。综合考虑上述结果,偏铝酸钠掺量为6%时所得磷石膏矿渣基复合胶凝材料的综合性能相对较佳。此时浆体流动度可保持在165mm,初凝和终凝时间可控制在320min和430min,3d和28d抗压强度分别可达19.8MPa和50.6MPa。苯丙乳液的加入可以改善浆体的流动度和抗压强度,显著提升硬化浆体的耐水性,但会导致浆体凝结时间延长。当其掺量为2%时,所得磷石膏矿渣基复合胶凝材料的综合性能相对较佳。此时浆体流动度可保持在180mm,初凝和终凝时间可控制在330min和470min,3d和28d抗压强度分别可达23.4MPa和53.6MPa,浸泡42d后其强度保留率可保持在85%以上。

SiO_(2)增强氧化铝气凝胶复合建筑保温材料的制备及性能研究

气凝胶材料凭借孔隙率高、抗压能力强和热导率低等优势,在建筑保温材料市场中具有广阔的应用前景。选择正硅酸乙酯和仲丁醇铝为原料,通过溶胶-凝胶法制备了不同SiO_(2)掺杂量的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶复合保温材料。研究了SiO_(2)掺杂量对复合气凝胶晶体结构、微观形貌、力学性能和导热性能的影响。结果表明,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶主要由多晶态的勃姆石组成,SiO_(2)的掺杂抑制了γ-Al_(2)O_(3)相的生成,阻碍了羟基缩水反应的发生,且AlO-H基团中的H被Si取代,形成了更为稳定的Al-O-Si键。Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶呈现出开放的多孔结构,SiO_(2)的掺杂改善了气凝胶的孔道走向,使孔径尺寸减小且均匀分布。随着SiO_(2)掺杂量的增加,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶的抗压强度和比表面积先增大后轻微降低,导热系数先降低后升高,当SiO_(2)的掺杂量为9%(摩尔分数)时,气凝胶的抗压强度最大为40.92 MPa,相比未掺杂SiO_(2)的气凝胶增大了58.97%,比表面积最大为257.33 m^(2)/g,导热系数最低为0.022 W/(m·K),保温性能最佳。综合可知,SiO_(2)的最佳掺杂量为9%(摩尔分数)。

某化工企业纳米气凝胶保温材料的应用

通过描述纳米气凝胶材料的优点,并将其与传统化工企业保温材料进行对比,从公司热能部门中低压蒸汽管道采用纳米气凝胶作为保温材料的角度,进行了方案的优化,分析了使用该保温材料的经济性和可实施性。

磁性石墨烯气凝胶复合材料的制备及其性能研究

针对石墨烯材料在吸波领域存在介电常数较大、阻抗匹配差等缺点,采用水热法调控石墨烯与Fe_(3)O_(4)的比例,制备一种兼具宽频带、轻质、高吸波性能的磁性石墨烯气凝胶复合材料(Fe_(3)O_(4)/GA)。对复合材料的形貌、结构及吸波性能进行表征和分析,结果表明,该复合材料呈三维多孔结构,Fe_(3)O_(4)纳米颗粒均匀负载在石墨烯表面;复合材料在较宽的频带上均表现出优异的吸波性能,且随着Fe质量的增加复合材料的吸波性能逐渐增强;当FeCl_(3)·6H_(2)O添加质量为0.42 g时,复合材料Fe_(3)O_(4)/GA-0.42的RLmin在15.6 GHz处达到-49.75 dB,厚度为3 mm时的有效吸收频带宽为7.12 GHz,具有良好的吸波性能。

硅酸镁基胶凝材料的制备与性能研究进展

硅酸镁基胶凝材料是由活性氧化镁和硅质原材料及外加剂按照一定比例混合制得,具有低碳排放、轻质高强、隔热保温等优良特点,受到了国内外学者的广泛关注。主要从原料配比、水化机理及其性能的影响因素综述了硅酸镁基胶凝材料的研究进展,硅酸镁基胶凝材料的性能主要受MgO活性、养护温度、Mg/Si比和外加剂、掺合料掺量的影响。其中MgO活性与Mg/Si比对体系反应产物影响显著,养护温度对反应进程起到了控制作用。概述了当前硅酸镁基胶凝材料存在的问题,并提出了可行的改进措施。

矿物掺合料对复合胶凝材料浆体静态屈服应力的影响

复合胶凝材料浆体的静态屈服应力可用于表征浆体内部微观结构建立的特性,且对新拌水泥基材料的施工与3D打印过程有很大影响。本文研究了矿物掺合料的种类和掺量对复合胶凝材料浆体静态屈服应力变化规律的影响。研究发现,矿物掺合料的细度增大使颗粒表面的水膜层厚度减小,导致浆体的静态屈服应力增大。复合胶凝材料浆体的静态屈服应力在加水搅拌后的一段时间内缓慢增加,浆体结构建立速率较小。在加水搅拌后大约1.5 h,复合胶凝材料浆体的静态屈服应力迅速增大,表明浆体内部结构的连接程度已接近不可破坏的程度,浆体开始凝结,向固体状态转变。

低碳复合胶凝材料对水泥和混凝土性能的影响

将粉煤灰和矿粉按不同质量比(m_(粉煤灰)∶m_(矿粉)=7∶3、6∶4、5∶5)制备成了低碳复合辅助性胶凝材料,研究了其等质量替代15%、30%的水泥对胶凝材料需水量比、流动度比和活性指数的影响,优选出了最佳m_(粉煤灰)∶m_(矿粉)。在此基础上,研究了低碳复合辅助性胶凝材料等质量替代0、10%、15%、20%、30%的水泥对胶凝材料标准稠度用水量和凝结时间的影响,以及等质量替代0、10%、20%、30%、40%的水泥对C50混凝土工作性和力学性能的影响。结果表明:在水泥中掺入适量低碳复合辅助性胶凝材料有效改善了胶凝材料体系的工作性,延缓了早期(3 d)水化速度,提高了胶砂7 d、28 d抗压强度,最佳m_(粉煤灰)∶m_(矿粉)为5∶5;随着低碳复合辅助性胶凝材料掺量的增加,胶凝材料的标准稠度用水量变化很小,凝结时间延长;C50混凝土的坍落度随着低碳复合辅助性胶凝材料掺量的增加而增大,7 d和28 d抗压强度先增大后减小,最佳掺量为30%。

典型硫酸盐固废复合胶凝材料制备与微观特性研究

硫酸盐类工业固废造成的环境污染和资源浪费问题引起了国内外学者的广泛关注,当前中国两种典型的硫酸盐类固废(电解锰渣和磷石膏)堆存量巨大,造成严重的环境污染,其无害化与资源化利用刻不容缓。依据电解锰渣、磷石膏两种固体废弃物的特性,利用电解锰渣和磷石膏结合矿渣制备复合胶凝材料,探究了磷石膏和水泥不同掺量对复合胶凝材料硬化体力学性能的影响。通过XRD、SEM和EDS分析了硬化体的物相组成和微观形貌变化特征,同时对硬化体进行毒性浸出测试。结果表明:硬化体各龄期强度随着水泥掺量增加而增大,硬化体各龄期强度随着磷石膏掺量增加而减小。复合胶凝材料较优配合比(质量分数)为电解锰渣为50%、磷石膏为20%、矿渣为30%,水泥外掺12%的硬化体28 d抗压强度为27.1 MPa,硫酸盐固废复合胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)。养护至28 d的硬化体浸出液中可溶性Mn^(2+)、NH_(4)^(+)-N、PO_(4)^(3-)和重金属离子浓度稳定后满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》的排放要求。

Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合纳米气凝胶材料耐高温性能研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)和六水合氯化铝(AlCl_(3)·6H_(2)O)作为混合前驱体,环氧丙烷作为网络诱捕剂,在不添加螯合剂情况下,采用溶胶-凝胶工艺与CO_(2)超临界干燥法制备出了不同摩尔比的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合气凝胶。对样品分别进行600℃、800℃、1000℃和1200℃热处理,并利用傅里叶红外光谱分析仪、扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积分析仪、热重差热分析仪等仪器对Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合气凝胶的微观形貌、结构及热稳定性能进行表征。结果表明:当AlCl_(3)·6H_(2)O∶TEOS=8∶1时,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶样品在1000℃和1200℃热处理后的导热系数分别为0.0621 W/m·K和0.0803 W/m·K,在1000℃以上热处理后,孔径更加均匀,保留了较好的介孔结构;并且不同的热处理温度延缓了晶型转变,在常温和1200℃条件下,样品比表面积分别为617.14 m^(2)/g和102.9 m^(2)/g,为均匀的介孔结构(孔直径为8~32 nm),孔径低于常温下空气的平均自由程,在1200℃热处理后,样品总失重率为16.3%,具有较好的高温热稳定性。

气凝胶复合材料在干式潜水服内胆隔热性能提升中的应用

为提升干式潜水服内胆的隔热性能,并探究气凝胶复合材料在潜水服内胆中的水下应用潜力。选择絮片型、发泡型及非织造布型气凝胶复合材料,采用绗缝工艺技术模拟材料在水下的受压状态,研究其在压缩状态下的隔热性能,然后,制作潜水服内胆,通过暖体假人实验及真人水下实验测试其隔热性能。结果表明,絮片型气凝胶复合材料的水下适用性优于絮片型新雪丽棉;发泡型及非织造布型气凝胶复合材料的热阻受压强影响小,也较适用于水下环境;在真人实验过程中,潜水员的核心温度始终大于37℃,证明所研制的气凝胶复合材料内胆具有良好的水下隔热效果。研究结果可为受压环境下防护服隔热材料的应用方法提供指导建议。

用于激光照明的荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料的制备与发光性能研究

通过溶胶-凝胶法成功制备了Tb_(3)Al_(5)O_(12)(TAG)荧光粉。热分析数据证实,增加H_(3)BO_(3)摩尔比会导致最终相的转变温度降低。同时,通过扫描电镜观察到,H_(3)BO_(3)摩尔比的提高会导致荧光粉颗粒尺寸增大。在激发波长为275 nm的条件下,发射光谱在480~650 nm范围内出现了由Tb^(3+)的5d→4f跃迁产生的多个发射峰。然后通过物理掺杂和超临界干燥工艺成功制备了荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料。与荧光粉相比,荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料的内量子产率显著增加,可达63.64%。采用波长为355 nm的激光源激发荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料,可实现长距离无导线方式发光,并具有良好均匀性。以上结果证明了荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料在激光应急照明领域具有潜在的应用前景。

凝胶复合材料柔性可穿戴传感器研究

水凝胶和离子凝胶具有高可拉伸性和优异透明度,是一种理想柔性传感器制备原料,与导电材料复合后导电性能大大提高。凝胶复合材料具有较强形状可塑性,可通过改变表面微结构提高传感器件灵敏度。综述水凝胶和离子凝胶及复合材料研究现状,列举其在柔性可穿戴力学传感器、电化学生物传感器及温、湿度传感器等方面的应用,为后续在柔性通信设备、生物医疗监护等领域的应用提供参考。

二氧化硅基气凝胶材料及其制备技术的专利分析

气凝胶为多功能新型材料,其中二氧化硅基气凝胶是研究最广泛的气凝胶材料,2004年首次在中国产业化,至今被广泛应用于电子、建筑、隔热、航空航天、能源等领域中。但与国外相比,中国高端产品较少,原始创新略显不足。因此,本文梳理了近20年全球二氧化硅基气凝胶材料及其制备技术的相关专利,从专利的视角挖掘近20年的研究热点。从市场流向和重点申请人的维度分析当前的市场竞争格局,指出以美、德、日为代表的发达国家,通过全球专利布局在一定程度上实现了对市场较大力度的控制,处于领先地位。重点从技术热点及技术路线的角度分析二氧化硅基气凝胶及其制备技术的研究热点:目前,气凝胶颗粒、前体的改进和纤维增强是近年来该领域的研究重点,各国对金属氧化物复合材料和透明储能材料的关注度较高。并且通过梳理中国的转移转化专利的技术特点,帮助企业在寻求技术合作时精准找到合作对象。最后总结了技术创新中中国企业需重点关注的研究方向,为未来的技术研发提供指引。

赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能及评价方法

路面半刚性基层具有强度高、稳定性好等优点,但在强度形成及后期服役过程中由于内部相对湿度和温度变化会产生收缩应力,当收缩应力超过胶凝材料自身胶结力时,基层会发生干燥收缩裂缝和温度收缩裂缝.作为一种新型路面基层材料,赤泥基胶凝材料可100%代替水泥用于道路基层建设,然而赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能的经时演化规律尚不明确.因此,本文以赤泥基胶凝材料稳定碎石干燥收缩、温度收缩性能为研究对象,探究赤泥基胶凝材料掺量、养生龄期等因素对收缩性能的影响规律并运用灰色关联度确定了干缩抗裂性能指标、温缩抗裂性能指标与最大干缩应变、温缩应变的相关性.试验结果表明赤泥基胶凝材料稳定碎石的干缩应变、温缩应变随胶凝材料掺量的增加先降低后升高且干缩应变、温缩应变增长速率随养生龄期的延长逐渐减小,基于灰色关联度分析法确定了干缩抗裂性指数和温缩系数为赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能的最优评级指标,确定了赤泥胶凝材料掺量为7%时,赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能最优.

磷石膏掺量对PG-CS-SS-SL复合胶凝材料关键性能的影响

为提高工业固体废弃物在辅助胶凝材料中的利用,以工业固体废弃物磷石膏(PG)、电石渣(CS)、钢渣(SS)和矿渣(SL)为原材料制备磷石膏-电石渣-钢渣-矿渣复合胶凝材料(PG-CS-SS-SL)。研究了PG掺量对PG-CS-SS-SL流动度、强度特性、吸水率、软化系数和微观结构的影响。使用XRD、FT-IR、TG-DTG和SEM对PG-CS-SS-SL强度形成机理和性能发生变化的原因进行分析。结果表明,PG-CS-SS-SL的流动度随PG掺量的增加而增大;PG-CS-SS-SL的强度和软化系数均随PG掺量的增加而呈现出先略微增加后降低的趋势,当PG掺量为10%时PG-CS-SS-SL的28 d强度最高,其抗折和抗压强度分别为6.8 MPa和32.9 MPa,相应的耐水性能最优,其软化系数为0.904;PG-CS-SS-SL的吸水率随PG掺量的增加呈现出先略微降低后增加的趋势,当PG掺量为10%时PG-CS-SS-SL的吸水率最小。微观分析表明,适量的PG能够促进PG-CS-SSSL体系中C-(A)-S-H凝胶和AFt的形成,优化硬化浆体的微观结构,有利于硬化浆体的强度发展;但掺量过多会导致硬化浆体的微观结构变差,造成PG-CS-SS-SL性能变差。