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基于PSO‑BPNN模型的氯氧镁水泥混凝土耐水性预测

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建筑材料学报 2024年第3期27卷 189-196页

作者：王鹏辉乔宏霞冯琼薛翠真张云升深圳大学广东省滨海土木工程耐久性重点实验室广东深圳518060 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 东南大学材料科学与工程学院江苏南京211189

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土(MOCC)的配合比,设计了拓扑结构为4‑10‑2的粒子群优化(PSO)算法-反向传播(BP)神经网络(PSO‑BPNN)模型.该模型的输入层参数为n(MgO)/n(MgCl_(2))、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出... 详细信息

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土(MOCC)的配合比,设计了拓扑结构为4‑10‑2的粒子群优化(PSO)算法-反向传播(BP)神经网络(PSO‑BPNN)模型.该模型的输入层参数为n(MgO)/n(MgCl_(2))、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出层参数为MOCC的抗压强度和软化系数;模型数据集为144组,其中训练集数据为100组,验证集数据为22组,测试集数据为22组.结果表明:PSO‑BPNN模型在MOCC抗压强度预测中的评价参数——决定系数R^(2)=0.99、平均绝对误差S_(MAE)=0.52、平均绝对误差百分比S_(MAPE)=1.11、均方根误差S_(RMSE)=0.73;其在软化系数预测中的评价参数——R^(2)=0.99、S_(MAE)=0.44、S_(MAPE)=1.29、S_(RMSE)=0.62;与BP神经网络(BPNN)模型相比,PSO‑BPNN模型具有更强的双参数预测能力,可用于MOCC配合比的正向设计和反向指导.

关键词：氯氧镁水泥混凝土耐水性抗压强度软化系数 PSO‑BPNN

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模拟混凝土孔隙液碱性环境对Cr10Mo合金钢钝化行为的影响

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硅酸盐学报 2024年

作者：张伦馨刘国建刘志勇佘伟张云升苏州科技大学土木工程学院东南大学材料科学与工程学院兰州理工大学土木工程学院

矿物掺合料的掺入导致混凝土孔隙溶液pH值波动，进而影响钢筋表面钝化膜稳定性与耐腐蚀性。本工作旨在探讨Cr10Mo合金钢在不同pH值的模拟混凝土孔隙液中的钝化行为及其演变规律。通过开路电位、线性极化电阻和电化学阻抗谱、Pourbaix分... 详细信息

矿物掺合料的掺入导致混凝土孔隙溶液pH值波动，进而影响钢筋表面钝化膜稳定性与耐腐蚀性。本工作旨在探讨Cr10Mo合金钢在不同pH值的模拟混凝土孔隙液中的钝化行为及其演变规律。通过开路电位、线性极化电阻和电化学阻抗谱、Pourbaix分析，深入研究了pH值对Cr10Mo合金钢钝化过程的影响。研究发现：无论在哪种pH值条件下，合金钢均可自发形成由内层Cr2O3和外层Fe2O3构成的梯度钝化膜。随着溶液pH值降低，钝化膜中Cr氧化物/氢氧化物含量增加，从而使膜结构更加致密稳定。合金钢的钝化性能随着pH值的降低而增强，主要归因于不同pH环境下Cr（OH）3向Cr2O3或CrO2– 4的选择性转化。

关键词：合金钢钝化 pH值模拟混凝土孔隙液电化学

模拟混凝土孔隙溶液中氯离子和硫酸根离子对钢筋锈蚀的影响

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复合材料学报 2024年

作者：李嘉伦刘国建佘伟刘志勇张宇张云升苏州科技大学土木工程学院东南大学材料科学与工程学院兰州理工大学土木工程学院

通过电化学测试、XRD测试和DFT计算，本研究探讨了在不同pH值（12.4、12.9和13.5）的模拟混凝土孔隙溶液中Cl-和SO2-4单独及共同作用对钢筋锈蚀行为的影响及其机制。结果表明，在pH值较低的CH溶液中，当Cl-浓度仅达到0.02mol/L时，开路... 详细信息

通过电化学测试、XRD测试和DFT计算，本研究探讨了在不同pH值（12.4、12.9和13.5）的模拟混凝土孔隙溶液中Cl-和SO2-4单独及共同作用对钢筋锈蚀行为的影响及其机制。结果表明，在pH值较低的CH溶液中，当Cl-浓度仅达到0.02mol/L时，开路电位（OCP）即由-375mV急剧下降至-575mV，表明Cl-在低浓度情况下就会显著加速腐蚀；而在pH值较高的ST溶液中，随着腐蚀离子浓度从0.01mol/L逐步增加至0.4mol/L，钢筋的极化电阻(Rp)从约100kΩ·cm2稳定下降至5kΩ·cm2，但整体耐腐蚀性明显优于其他pH值的情况，显示了高pH值对腐蚀的有效抑制作用。此外，当Cl-和SO2-4共存时，由于竞争吸附机制的作用，整体腐蚀速率介于两者单独存在时之间，SO2-4的存在一定程度上减缓了Cl-引发的腐蚀。本研究基于上述结果提出了一个竞争吸附-催化腐蚀的两阶段反应模型，详细揭示了二者共同作用下的腐蚀行为，Cl-通过破坏钝化膜加速腐蚀进程，SO2-4则通过影响腐蚀产物的稳定性和分布参与腐蚀过程。

关键词：腐蚀氯盐硫酸盐 pH 机制

基于核磁共振技术的硫酸盐冻融下机制骨料混凝土孔结构演变规律研究

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复合材料学报 2024年第10期 5478-5491页

作者：朱翔琛张云升刘志勇乔宏霞薛翠真冯琼周祺鸣兰州理工大学土木工程学院甘肃省先进土木工程材料工程研究中心东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程材料重点实验室

我国西北地区昼夜温差大且存在大量盐渍土环境，因此西北地区的大量建筑无法避免地受到硫酸盐与冻融的耦合作用，使结构内部产生大量孔隙并最终导致其损伤失效。本文采用核磁共振(NMR)对硫酸盐与冻融耦合作用下机制骨料混凝土的孔径分... 详细信息

我国西北地区昼夜温差大且存在大量盐渍土环境，因此西北地区的大量建筑无法避免地受到硫酸盐与冻融的耦合作用，使结构内部产生大量孔隙并最终导致其损伤失效。本文采用核磁共振(NMR)对硫酸盐与冻融耦合作用下机制骨料混凝土的孔径分布和孔隙率等孔结构参数进行分析，并探究了硫酸盐浓度、冻融循环次数以及石粉掺量对机制骨料混凝土孔结构的影响规律。结果表明：硫酸盐降低了机制骨料混凝土的冻融劣化速率，随着硫酸盐浓度的增加降低效果更显著；机制骨料混凝土的孔隙率随冻融循环次数增加而增大；机制骨料混凝土孔隙率随着石粉掺量的增多先减小后增大，当石粉掺量控制在10wt%左右时具有最佳的孔结构；硫酸盐冻融的耦合作用下的化学侵蚀产物除了钙矾石和石膏外还存在无水芒硝，但是低温抑制了硫酸盐的化学侵蚀使得物理侵蚀占据主导作用。

关键词：机制骨料硫酸盐冻融循环核磁共振孔结构石粉

不同pH值模拟混凝土孔隙液中钢筋钝化电化学响应与机制

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复合材料学报 2024年

作者：张盼盼刘国建佘伟刘志勇张宇张云升苏州科技大学土木工程学院东南大学材料科学与工程学院兰州理工大学土木工程学院

本研究旨在探讨普通低碳钢在不同pH值的混凝土孔隙溶液中的钝化行为及其机制。通过开路电位、线性极化电阻、电化学阻抗谱以及ToF-SIMS分析，深入探究了pH值对低碳钢钝化行为的影响。结果表明，在pH值较低的CH溶液中，极化电阻(Rp)缓慢... 详细信息

本研究旨在探讨普通低碳钢在不同pH值的混凝土孔隙溶液中的钝化行为及其机制。通过开路电位、线性极化电阻、电化学阻抗谱以及ToF-SIMS分析，深入探究了pH值对低碳钢钝化行为的影响。结果表明，在pH值较低的CH溶液中，极化电阻(Rp)缓慢增加最终稳定在120 kΩ·cm2，腐蚀电流密度(Icorr)保持在较高水平0.15 μA/cm。表明CH溶液对低碳钢钝化效果不明显；而在pH值较高的ST溶液中，电容电抗弧一天内发生明显变化，表明其在一天内即发生钝化。且无论混凝土模拟液的pH值如何，低碳钢均能自发形成钝化膜，其表面钝化膜都经历了从快速初始生长到后期逐渐稳定的过程。pH值是促进低碳钢钝化的关键因素且与钝化膜性能存在正相关性，CH溶液中，钝化膜厚度从最初的1.930 nm上升至3.733 nm。而在ST溶液中一天内从4.786 nm增至9.187 nm，说明随着模拟液pH值的升高，钝化膜厚度为增加的趋势，形成更加稳定的钝化膜，从而使其钝化性能得到增强。

关键词：低碳钢钝化 pH值电化学混凝土

基于遗传优化算法-反向传播神经网络的机制砂聚合物改性砂浆力学性能预测

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复合材料学报 2024年

作者：田浩正乔宏霞张云升冯琼王鹏辉谢晓扬兰州理工大学土木工程学院兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心深圳大学广东省海洋土木工程耐久性重点实验室

对聚合物改性砂浆（PMM）进行力学性能评价是保证安全使用的必要条件。为快速准确的获得具有优异力学性能的PMM，设计了拓扑结构为6-14-2的反向传播的神经网络（BPNN）预测模型，并使用遗传优化算法（GA）进行优化。GA-BPNN模型的输入... 详细信息

对聚合物改性砂浆（PMM）进行力学性能评价是保证安全使用的必要条件。为快速准确的获得具有优异力学性能的PMM，设计了拓扑结构为6-14-2的反向传播的神经网络（BPNN）预测模型，并使用遗传优化算法（GA）进行优化。GA-BPNN模型的输入层为水泥、纤维素醚、可再分散乳胶粉、消泡剂、凝灰岩石粉和粉煤灰的含量，输出层为抗压强度和粘结强度。数据集为520个，其中60%的数据用于建立模型，40%的数据用于验证模型。以实测抗折强度、抗压强度和粘结强度作为PMM的力学性能评价指标，通过相关性矩阵分析和主成分分析确定原材料与PMM力学性能之间的关系，同时对力学性能评价指标进行对比分析。结果表明：在7d和28d时，可再分散乳胶粉和消泡剂与PMM力学性能发展呈正相关；7d时，石粉、粉煤灰与抗压、抗折强度呈负相关，纤维素醚与粘结强度呈正相关；28d时，水泥与抗压、粘结和抗折强度负相关，与石粉、粉煤灰呈正相关。GA优化算法可以显著提升BPNN模型的预测精度，GA-BPNN对抗压强度和粘结强度的预测性能评价指标分别为R2= 0.918、RMAE= 17.507、RMAPE= 0.299、RRMSE= 7.849；R2= 0.922、RMAE= 17.101、RMAPE= 0.282、RRMSE= 8.077。因此，GA-BPNN可以为PMM在力学性能方面提供精确的预测并对其配合比设计进行指导，对于工程实践具有重要意义。

关键词：聚合物改性砂浆力学性能反向传播神经网络遗传优化算法配合比优化机制砂

亚热带海洋全浸泡环境下钢筋混凝土劣化规律研究

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矿业科学学报 2024年第3期9卷 381-392页

作者：马智聪梅波苏丽张云升乔宏霞陈文龙兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 广东虎门大桥有限公司广东东莞523910

针对亚热带海洋环境混凝土中钢筋锈蚀问题,通过模拟亚热带海洋环境,对不同强度等级和阻锈剂掺量的钢筋混凝土试件进行全浸泡侵蚀试验,利用电化学无损检测、氯离子含量测试,结合微观检测分析了钢筋混凝土的腐蚀劣化规律。研究结果表明:... 详细信息

针对亚热带海洋环境混凝土中钢筋锈蚀问题,通过模拟亚热带海洋环境,对不同强度等级和阻锈剂掺量的钢筋混凝土试件进行全浸泡侵蚀试验,利用电化学无损检测、氯离子含量测试,结合微观检测分析了钢筋混凝土的腐蚀劣化规律。研究结果表明:混凝土强度等级的提高和阻锈剂掺量的增加均能明显提升钢筋混凝土的耐腐蚀性能。其中,C30混凝土抗锈蚀性能最差,120 d时,腐蚀电流密度为0.118μA/cm^(2),极化电阻为220 kΩ·cm^(2),混凝土电阻为87.3 kΩ·cm^(2),钢筋-混凝土界面区转移电阻为77.3 kΩ·cm^(2),达到脱钝状态;混凝土强度等级提高至C50时,腐蚀电流密度减小了58.47%,极化电阻增加了3.82倍,混凝土电阻增加了44.56%;阻锈剂掺量为6 kg/m3时,腐蚀电流密度减小了47.45%,极化电阻增加了2.81倍,钢筋-混凝土界面区转移电阻增加了72.43%。

关键词：亚热带海洋环境钢筋混凝土结构混凝土强度等级阻锈剂电化学

花岗岩石粉对机制砂混凝土基本性能及气体渗透特性的影响

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3704-3715页

作者：周翱翔张云升钱如胜苗改霞薛翠真张宇乔宏霞兰州理工大学土木工程学院兰州730050 浙江工业大学建筑工程学院杭州310014

采用花岗岩石粉等质量(0%~32%)替代部分水泥制备机制砂混凝土,应用等温量热、压汞、准稳态气体渗透等方法测试机制砂混凝土的水泥水化热、孔隙结构、力学强度及气体渗透性能,结合灰色关联分析建立不同龄期(28天~130天)石粉-机制砂混凝... 详细信息

采用花岗岩石粉等质量(0%~32%)替代部分水泥制备机制砂混凝土,应用等温量热、压汞、准稳态气体渗透等方法测试机制砂混凝土的水泥水化热、孔隙结构、力学强度及气体渗透性能,结合灰色关联分析建立不同龄期(28天~130天)石粉-机制砂混凝土气体渗透特性与孔隙特征之间关系。结果表明:机制砂混凝土中掺入适量石粉可减缓水化放热、改善孔隙结构、提高抗压强度及降低气体渗透系数;8%石粉掺量机制砂混凝土的抗压强度最高、气体渗透系数最低,其灰色关联分析表明有效孔隙率和小于100 nm孔隙对气体渗透性影响最显著。

关键词：花岗岩石粉机制砂混凝土孔隙特征气体渗透性灰色关联分析

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合金钢在氯盐与硫酸盐作用下的腐蚀行为与机理

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材料导报 2024年

作者：袁均相刘国建刘志勇佘伟张云升苏州科技大学土木工程学院东南大学材料科学与工程学院兰州理工大学土木工程学院

通过腐蚀电位、线性极化电阻、腐蚀电流密度和电化学阻抗谱分析，研究了氯盐与硫酸盐作用下预钝化合金钢在饱和Ca（OH）2混凝土模拟孔溶液中的腐蚀演变，利用Fe-Cr-H2O合金系统Pourbaix图分析，探讨了两种离子在腐蚀过程中的作用机理。... 详细信息

通过腐蚀电位、线性极化电阻、腐蚀电流密度和电化学阻抗谱分析，研究了氯盐与硫酸盐作用下预钝化合金钢在饱和Ca（OH）2混凝土模拟孔溶液中的腐蚀演变，利用Fe-Cr-H2O合金系统Pourbaix图分析，探讨了两种离子在腐蚀过程中的作用机理。研究结果表明：氯离子单独存在情况下，合金钢腐蚀速率最高，硫酸根离子单独存在时腐蚀速率最低；而氯离子和硫酸根离子共存情况下，电化学测试结果均介于两者之间。根据理论分析，提出了合金钢腐蚀过程中氯盐和硫酸盐竞争吸附-催化腐蚀两阶段反应机理模型。

关键词：合金钢腐蚀复合侵蚀离子氯盐硫酸盐