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青稞秸秆灰对氯氧镁水泥砂浆粘结强度的影响

材料导报 2023年第23期37卷 84-89页

作者：舒修远乔宏霞曹锋崔丽君兰州理工大学土木工程学院兰州730050 青海民族大学土木与交通工程学院西宁810000

本工作研究了经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)作为普通混凝土(NC)的防护层,来抵御西部盐湖地区卤水侵蚀的过程,本工作以普通混凝土作为粘结基层,分别研究了MOCM中掺入HBSA、混凝土基层涂刷界面剂以及不同MOCM厚度等因素... 详细信息

本工作研究了经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)作为普通混凝土(NC)的防护层,来抵御西部盐湖地区卤水侵蚀的过程,本工作以普通混凝土作为粘结基层,分别研究了MOCM中掺入HBSA、混凝土基层涂刷界面剂以及不同MOCM厚度等因素对其粘结强度的影响。通过粘结拉拔试验确定最优的设计参数,进一步分析了盐卤侵蚀环境下HBSA改性MOCM粘结强度的损伤劣化规律。采用微观测试技术分析了MOCM的物相组成、官能团结构、微观形貌特征,揭示了HBSA对MOCM粘结性能的影响机理。结果表明,厚度为18 mm、掺入HBSA且涂刷界面剂的MOCM粘结强度最高,抵抗盐卤侵蚀的能力也最强。HBSA中有较多的活性SiO_(2),活性SiO_(2)能够与MOCM的水化产物发生二次水化反应,生成水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,填充MOCM内部孔隙,增强其密实性,提高其粘结强度。

关键词：氯氧镁水泥砂浆活性混合材料青稞秸秆灰粘结性能微观结构影响机理

复掺青稞秸秆灰-矿粉混凝土的性能与影响机理研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第4期54卷 1562-1575页

作者：曹锋乔宏霞舒修远崔丽君赵紫岩兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 青海民族大学土木与交通工程学院青海西宁810000

为了探究青稞秸秆灰(HBSA)和矿粉(SP)复掺对普通C40混凝土性能的影响,首先,对不同HBSA和SP掺量的混凝土进行物理和力学性能试验,确定HBSA和SP的最佳掺量。其次,采用低场核磁共振技术(NMR)和气体吸附技术对混凝土的孔隙结构进行分析。最... 详细信息

为了探究青稞秸秆灰(HBSA)和矿粉(SP)复掺对普通C40混凝土性能的影响,首先,对不同HBSA和SP掺量的混凝土进行物理和力学性能试验,确定HBSA和SP的最佳掺量。其次,采用低场核磁共振技术(NMR)和气体吸附技术对混凝土的孔隙结构进行分析。最后,采用微观测试技术对混凝土的水化产物及微观结构进行表征,进而揭示HBSA和SP对混凝土性能产生影响的作用机理。研究结果表明:HBSA和SP的掺入可以有效改善混凝土的物理和力学性能。复掺10%(质量分数,下同)的HBSA和20%的SP的混凝土表观干密度最大,吸水率和开口孔隙率最小,抗压强度和劈裂抗拉强度最大,混凝土的物理力学性能最优。建议将HBSA和SP的复掺量控制在30%左右,且不宜超过40%。复掺10%HBSA和20%SP的混凝土有害孔、多害孔的孔隙率减小了0.47%,无害孔、少害孔的孔隙率增加了0.27%,总的孔隙率减小了0.2%;微小孔隙数量增加,最可几孔径减小,孔隙结构得到优化。复掺10%HBSA和20%SP的混凝土水化产物中钙矾石(AFt)和氢氧化钙的质量更小,水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)质量更大,有效填充了混凝土中的较大孔隙,增强了混凝土结构的密实性,抑制了AFt的生长,提高了混凝土的力学性能。复掺HBSA和SP时,混凝土的开口孔隙率和吸水率比单掺最优HBSA掺量时的更小,劈裂抗拉强度更大。

关键词：青稞秸秆灰矿粉混凝土孔隙结构微观结构

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新型活性混合材料青稞秸秆灰的制备及性能

工程科学与技术 2022年第4期54卷 155-163页

作者：曹锋乔宏霞王鹏辉舒修远兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 青海民族大学土木与交通工程学院青海西宁810000

一定条件下制备的青稞秸秆灰中活性SiO_(2)含量较高,可作为新型的水泥基辅助胶凝材料。为了研究青稞秸秆灰作为新型活性混合材料的制备条件,以及对氯氧镁水泥砂浆(MOCM)力学和耐水性能的影响,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶... 详细信息

一定条件下制备的青稞秸秆灰中活性SiO_(2)含量较高,可作为新型的水泥基辅助胶凝材料。为了研究青稞秸秆灰作为新型活性混合材料的制备条件,以及对氯氧镁水泥砂浆(MOCM)力学和耐水性能的影响,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪以及激光粒度仪等微观测试技术,研究不同煅烧及研磨条件下,青稞秸秆灰的活性;通过力学测试,分析不同掺入方式及青稞秸秆灰掺量的MOCM耐水性能;利用核磁共振技术测试MOCM的孔结构;通过红外光谱及微观形貌表征MOCM的微观结构;最后,揭示青稞秸秆灰对MOCM力学及耐水性能的影响机理。结果表明,青稞秸秆自然焚烧后,在600℃二次煅烧2 h,再研磨2 h,所得灰分活性最高。MOCM中掺入适量青稞秸秆灰,外掺方式比内掺方式可以获得更优的力学及耐水性能。随着青稞秸秆灰掺量的增加,外掺时,干燥、饱水状态下抗压强度先增大后减小;内掺时,干燥及饱水状态抗压强度不断减小。青稞秸秆灰外掺量为5%时力学性能最好,外掺量为10%时耐水性能最好。外掺量为10%时,MOCM中可以生成大量的水化硅酸镁(M—S—H)凝胶。有害、多害孔隙比例显著减少,从而优化孔隙结构,显著提高耐水性能。

关键词：活性混合材料氯氧镁水泥砂浆青稞秸秆灰力学性能耐水性能影响机理

丙烯酸乳液/青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥的耐水性能研究

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功能材料 2022年第10期53卷 10122-10129页

作者：曹锋乔宏霞李双营喇世仁邵亚飞青海民族大学土木与交通工程学院西宁810000 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

氯氧镁水泥具有较好的抗盐卤侵蚀性能,但耐水性能差限制了其在盐湖及盐渍土地区的普遍应用。为了提高氯氧镁水泥砂浆(MOCM)的耐水性能,将丙烯酸乳液(AE)和青稞秸秆灰(HBSA)分别以单掺和复掺的方式掺入MOCM中,采用软化系数来表征耐水性... 详细信息

氯氧镁水泥具有较好的抗盐卤侵蚀性能,但耐水性能差限制了其在盐湖及盐渍土地区的普遍应用。为了提高氯氧镁水泥砂浆(MOCM)的耐水性能,将丙烯酸乳液(AE)和青稞秸秆灰(HBSA)分别以单掺和复掺的方式掺入MOCM中,采用软化系数来表征耐水性能的高低。采用气体吸附技术对MOCM的孔隙结构进行分析,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射技术(XRD)对MOCM的微观结构进行表征,进而揭示AE和HBSA影响MOCM耐水性能的作用机理。研究结果表明,单掺1%AE时MOCM的耐水性能显著增加,但其力学性能显著下降。复掺1%AE和15%HBSA的MOCM耐水性能比未掺时增加了18.43%,而且力学性能最高。AE掺入MOCM中形成了丙烯酸镁凝胶,有效填充了孔隙,增加了结构的密实性,提高了耐水性能;但是抑制了5相晶体的形成,使得力学性能显著下降。MOCM中掺入HBSA生成了水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,填充了5相晶体与固体颗粒之间的有害孔隙,优化了孔隙结构,提高了MOCM的力学及耐水性能。

关键词：氯氧镁水泥丙烯酸乳液青稞秸秆灰耐水性能微观结构

青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥砂浆与普通混凝土的界面性能研究

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青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥砂浆与普通混凝土的界面性能研究

作者：舒修远兰州理工大学

学位级别：硕士

“一带一路”战略为我国沿线及欧亚国家之间的贸易合作注入强大的动力,对我国西部地区社会经济发展有着极其重要的意义。在随着相关地区铁路、桥梁、公路等基础设施建推进的过程中也出现了一些问题:盐湖区、盐渍土区大量存在的氯盐、硫... 详细信息

“一带一路”战略为我国沿线及欧亚国家之间的贸易合作注入强大的动力,对我国西部地区社会经济发展有着极其重要的意义。在随着相关地区铁路、桥梁、公路等基础设施建推进的过程中也出现了一些问题:盐湖区、盐渍土区大量存在的氯盐、硫酸盐等含腐蚀性离子的盐类会对当地的混凝土建筑造成严重的侵蚀,导致普通硅酸盐水泥混凝土在该地区难以满足耐久性要求而提前损坏,西部高原地带高海拔、昼夜温差较大的自然气候特征也可能会加快侵蚀速度。氯氧镁水泥是一种由Mg O-Mg Cl-HO体系组成的镁质气硬性胶凝材料,具有优异的耐盐卤特性,也有早期时硬度大、耐磨性高、节约低耗等优点,在盐湖区具有着良好的使用发展前景,但与此同时,氯氧镁材料耐水性较差等缺陷,使其在承重结构中的应用受到了较大限制。青稞在我国西部高原地区具有广泛的种植面积,是当地农牧民的一种重要的农作物,收割后的青稞秸秆多数被用作燃料,焚烧后得到的秸秆灰粉中Si O含量较高,具有制备成为火山灰材料的潜质。针对盐湖区混凝土因受侵蚀而提前损坏、氯氧镁水泥耐水性较差等问题,本文结合西部盐湖区特点,将废弃农作物青稞秸秆经过一定处理后作为改性材料加入氯氧镁水泥砂浆中,以提高氯氧镁水泥砂浆耐水性,再将改性后的氯氧镁水泥砂浆作为普通硅酸盐混凝土的外保护层,共同抵御盐卤侵蚀。若该方法可行性得到验证,不仅可以为盐湖区混凝土抗盐卤侵蚀提供新思路,而且在一定程度上缓解盐湖老卤堆积、废弃秸秆的资源处置问题,有利于生态可持续发展。为了研究经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM),作为普通混凝土(OPCC)外保护层的应用可行性,要先进行HBSA的制备、优选、试配以及MOCM-OPCC界面性能研究等,本文进行的试验研究以及主要结论如下:(1)青稞秸秆灰的制备与活性研究以二次煅烧温度、二次煅烧时间以及研磨时间为变量设计试验,处理青稞秸秆得到灰粉HBSA,通过掺入MOCM后强度测试、HBSA粒径参数测试以及结合微观测试等手段,研究得到活性最高HBSA的制备方法。结果表明:青稞秸秆先在室外初步焚烧后,进行温度600℃、时间2 h的二次煅烧,将所得的灰粉自然冷却后再研磨2小时所得的HBSA活性效应达到了最高水平。(2)HBSA对MOCM力学及耐久性能影响研究按照不同掺量以及掺入方式将HBSA掺入MOCM中,测试MOCM在干燥及饱水状态下,28 d短期的各组试件的力学性能。然后将MOCM分别在冻融循环、盐湖卤水浸泡、盐冻耦合作用下进行耐久性能试验,分析HBSA对MOCM的耐久性能影响的变化规律,确定HBSA的最佳掺量以及掺入方式。结果表明:当外掺Mg O质量比例10%的HBSA时,饱水后的MOCM试件抗折、抗压强度损失最小,耐水性能最优;且该组试件在各侵蚀环境下耐久性损伤都为最小,耐久性能最优。(3)MOCM-OPCC的界面性能研究研究MOCM-OPCC的综合界面性能,以粘结性能和抗离子腐蚀性能为主。以MOCM中是否掺入HBSA、粘结界面是否涂刷界面剂、MOCM厚度等因素为变量设置对照组,研究MOCM-OPCC在不同侵蚀环境下粘结强度退化规律和盐湖卤水单向传输侵蚀下OPCC表面离子浓度变化规律,结合微观测试手段进一步分析HBSA等影响因素对MOCM界面性能的影响。结果表明:(1)在MOCM中掺入HBSA、在粘结界面涂刷界面剂、厚度为18mm的MOCM作为OPCC的外防护层时,MOCM-OPCC综合界面性能最优。(2)YJ-302作为界面剂涂刷在粘结界面时可优化界面结构,起到了强化界面的作用。(3)HBSA中活性Si O含量较高,可以与MOCM发生二次水化反应,形成M-S-H凝胶,这种凝胶可以均匀地覆盖在5相晶体表面,填补晶体之间的空隙,使得结构更加紧密,从而提高MOCM-OPCC界面的性能。

关键词：氯氧镁水泥砂浆活性混合材料青稞秸秆灰耐久性能界面性能

青稞秸秆灰掺入氯氧镁水泥中的活性与作用机理

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功能材料 2021年第12期52卷 12196-12202,12209页

作者：曹锋谭镇乔宏霞舒修远青海民族大学土木与交通工程学院西宁810000 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

为了研究青稞秸秆灰(HBSA)掺入氯氧镁水泥(MOC)中的活性与作用机理,对不同煅烧温度、煅烧时间以及研磨时间所制备的HBSA的物相组成及粒径分布进行了测试,初步确定了HBSA的活性制备参数。设计了煅烧温度、煅烧时间、研磨时间3种参数影响... 详细信息

为了研究青稞秸秆灰(HBSA)掺入氯氧镁水泥(MOC)中的活性与作用机理,对不同煅烧温度、煅烧时间以及研磨时间所制备的HBSA的物相组成及粒径分布进行了测试,初步确定了HBSA的活性制备参数。设计了煅烧温度、煅烧时间、研磨时间3种参数影响下MOC的力学性能正交试验,并采用相对活性指数反映掺入MOC中HBSA的活性高低。基于灰熵关联分析,对HBSA活性影响因素的主次关系进行了分析。最后,对HBSA的微观组成以及MOC的微观形貌进行分析,进而揭示其活性效应产生的机理。结果表明,600℃时煅烧2 h、研磨2 h所得HBSA的结晶度和平均粒径最小、比表面积最大、活性最高,掺入MOCM中相对活性指数达到1.06。煅烧温度对HBSA的活性影响最大,研磨时间影响次之,煅烧时间影响最小。HBSA中活性SiO_(2)的含量较高,能够与MOC的水化产物发生二次水化反应生成水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,增强结构的密实性,提高力学性能。

关键词：青稞秸秆灰氯氧镁水泥活性效应微观结构灰熵关联分析作用机理

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浸水环境下改性氯氧镁砂浆黏结强度变化规律

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 137-146页

作者：乔宏霞舒修远曹锋崔丽君兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 甘肃省先进土木工程材料工程研究中心甘肃兰州730050 青海民族大学土木与交通工程学院青海西宁810000

为了研究经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)作为西部盐湖地区普通混凝土的外防护层,抵御盐湖区卤水侵蚀从而延长混凝土服役寿命的可行性,开展了浸水环境下掺入HBSA的MOCM的黏结强度等试验研究.采用普通混凝土作为黏结基层,... 详细信息

为了研究经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)作为西部盐湖地区普通混凝土的外防护层,抵御盐湖区卤水侵蚀从而延长混凝土服役寿命的可行性,开展了浸水环境下掺入HBSA的MOCM的黏结强度等试验研究.采用普通混凝土作为黏结基层,以混凝土基层涂刷界面剂、MOCM中掺入HBSA以及砂浆层厚度等影响因素为变量,通过黏结拉拔试验分析各因素对MOCM黏结强度的影响规律,确定最优的设计参数,通过多项式模拟以及MATLAB中网格化处理等数值模拟方法,建立氯氧镁水泥黏结强度时变模型,进一步分析了浸水环境下改性MOCM黏结强度的损伤退化规律.采用微观测试技术分析了MOCM的物相组成、官能团结构、微观形貌、元素映射等特征,揭示了HBSA对MOCM黏结性能的影响机理.结果表明,HBSA中有较多的活性SiO2,能够与MOCM中的水化产物发生二次水化反应,生成水化硅酸镁(M―S―H)凝胶,填充MOCM内部孔隙,增强密实性,提高黏结性能.厚度为18 mm、掺入HBSA,且涂刷界面剂的MOCM黏结强度最高,其在浸水环境下的黏结强度退化速率最慢,基于三次多项式的数值模型能较好地反映其黏结强度的退化规律,最优组YY-18的相关性系数R2达到0.98.

关键词：氯氧镁水泥砂浆活性混合材料青稞秸秆灰黏结性能微观结构影响机理

基于Weibull分布的氯氧镁水泥盐冻耦合损伤特性与可靠性分析

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：欧阳浩曹锋郑明杰乔宏霞李双营青海民族大学土木与交通工程学院上海赛扬建筑东京事务所兰州理工大学土木工程学院

为了探究青稞秸秆灰（HBSA）对氯氧镁水泥砂浆（MOCM）的抗盐冻耦合侵蚀性能影响，对不同HBSA掺量的MOCM进行了盐冻耦合侵蚀试验。采用抗盐冻耦合侵蚀性能评价参数并结合表观形貌分析，反映了MOCM的损伤规律及劣化特征，进而确定了HBSA... 详细信息

为了探究青稞秸秆灰（HBSA）对氯氧镁水泥砂浆（MOCM）的抗盐冻耦合侵蚀性能影响，对不同HBSA掺量的MOCM进行了盐冻耦合侵蚀试验。采用抗盐冻耦合侵蚀性能评价参数并结合表观形貌分析，反映了MOCM的损伤规律及劣化特征，进而确定了HBSA的最佳掺量。基于低场核磁共振技术（LF-NMR）分析了盐冻耦合侵蚀过程中MOCM的孔隙结构特征，结合热重（TG）分析和扫描电子显微镜（SEM）测试，表征了MOCM的微观结构组成，揭示了HBSA对MOCM抗盐冻侵蚀性能影响的内在原因。最后，采用Weibull分布函数对MOCM的抗盐冻侵蚀性能劣化规律进行可靠性分析。结果表明，HBSA掺量为10%时，MOCM表现出最佳的抗盐冻耦合侵蚀性能，与未掺HBSA时相比提高了19%。HBSA的掺入有效改善了MOCM的孔隙结构，显著减小了有害孔和多害孔的比例。当HBSA掺量为10%时，MOCM中生成了大量M-S-H凝胶，填充了大量的有害孔隙，增强了MOCM基体结构的密实性，从而提高了抗盐冻侵蚀性能。根据Weibull分布函数的可靠性分析结果，掺入10%HBSA的MOCM在盐冻耦合侵蚀环境下的可靠性明显高于未掺HBSA时。研究结果为氯氧镁水泥（MOC）在盐湖盐渍土地区的工程应用提供理论参考。

关键词：氯氧镁水泥青稞秸秆灰盐冻耦合侵蚀孔隙特征 Weibull分布函数

生物质硅改性氯氧镁水泥复合材料的力学性能与作用机制

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复合材料学报 2023年第10期40卷 5859-5870页

作者：曹锋乔宏霞李双营舒修远崔丽君青海民族大学土木与交通工程学院西宁810000 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

为了提高氯氧镁水泥的力学及耐水性能,同时解决废弃农作物青稞秸秆的资源处置问题,采用一定条件下煅烧及研磨处理制备而成的青稞秸秆灰(HBSA),改善氯氧镁水泥的力学及耐水性能。首先,对不同HBSA掺入方式及掺量的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)的... 详细信息

为了提高氯氧镁水泥的力学及耐水性能,同时解决废弃农作物青稞秸秆的资源处置问题,采用一定条件下煅烧及研磨处理制备而成的青稞秸秆灰(HBSA),改善氯氧镁水泥的力学及耐水性能。首先,对不同HBSA掺入方式及掺量的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)的力学性能进行试验,分别测试了MOCM的抗折强度、抗压强度、折压比及软化系数的变化规律。其次,对MOCM的孔隙结构和微观结构进行测试分析,进一步阐释了掺入HBSA对MOCM力学性能影响的作用机制。研究结果表明:HBSA外掺时,MOCM可以获得较高的力学性能及耐水性能。当HBSA掺量为5wt%时,MOCM的抗折强度和抗压强度最高;当HBSA掺量为10wt%时,MOCM在饱水状态下的抗压强度损失最小,耐水性能最优。当HBSA外掺且掺量为10wt%时,MOCM的孔隙结构中有害孔和多害孔的比例显著降低,无害孔和少害孔的比例显著增加。MOCM中的水化产物Mg(OH)_(2)能够与HBSA中的活性SiO2发生二次水化反应,生成大量的水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,有效地填充了MOCM内部的有害孔隙,阻碍了水分的传输与侵蚀,提高了MOCM的耐水性能。

关键词：氯氧镁水泥砂浆青稞秸秆灰力学性能耐水性能孔隙结构微观结构作用机制生物质硅