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核壳结构粒子与群粒子光学散射特性研究

激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 514-521页

作者：毛前军杨开雁武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065

为探究近红外波段下气溶胶粒子的散射特性,基于离散偶极子近似法,对黑碳和硫酸盐气溶胶内混合核壳结构粒子及同种气溶胶粒子的2种假设结构的光学散射特性进行研究。编译构建以黑碳为核、硫酸铵为壳的核壳结构粒子模型,模拟计算特定入射... 详细信息

为探究近红外波段下气溶胶粒子的散射特性,基于离散偶极子近似法,对黑碳和硫酸盐气溶胶内混合核壳结构粒子及同种气溶胶粒子的2种假设结构的光学散射特性进行研究。编译构建以黑碳为核、硫酸铵为壳的核壳结构粒子模型,模拟计算特定入射方向的入射波长(875、1020、1640、2000 nm)下粒子的消光效率因子、散射效率因子、吸收效率因子、不对称因子及单次散射反照率随有效粒径的变化。数值计算结果表明:在同一入射波长下,随着有效粒径的增大,单核核壳粒子、二核团簇粒子、三核团簇粒子的消光、散射、吸收效率因子主要呈先增后减趋势,且3种粒子的散射、消光效率因子相差不超过10%。随着核粒子数增加,粒子结构半径增大,效率因子峰值后移。在4个波长下,多核团簇粒子的不对称因子平均比单核核壳粒子大0.1777、0.1960、0.2900和0.3131,而2种多核粒子的不对称因子平均仅相差0.096。在有效粒径相同的情况下,单核核壳粒子的单次散射反照率基本高于多核粒子,波长越大差异越明显。该研究结果可对复杂大气环境下气溶胶粒子的光学散射特性、污染物及气候效应监测等领域的分析提供一定的参考价值。

关键词：红外波段气溶胶粒子核壳粒子离散偶极子近似法散射与吸收

界面剂对全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结界面力学性能的影响

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3154-3167页

作者：朱红兵付正昊王烨陈经毅武汉科技大学城市建设学院武汉430065 城市更新湖北省工程研究中心武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院武汉430065

制备了5种粘结界面的全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结试件,通过劈裂抗拉、剪切和弯曲等力学试验及SEM测试,探究界面剂对全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结界面力学性能的影响。力学试验结果表明:涂抹界面剂可有效改善界面区结构,大幅提高... 详细信息

制备了5种粘结界面的全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结试件,通过劈裂抗拉、剪切和弯曲等力学试验及SEM测试,探究界面剂对全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结界面力学性能的影响。力学试验结果表明:涂抹界面剂可有效改善界面区结构,大幅提高界面力学性能;环氧树脂界面剂是改善界面劈裂抗拉强度和抗折强度的最优界面剂,强度值分别可提升56.5%和38.3%;聚合物类胶浆界面剂对界面抗剪强度的提升效果最为明显,可提升71.2%;涂抹水泥净浆界面的力学性能也能满足行业标准要求,硅灰水泥净浆作为界面剂较水泥净浆更优;界面剂对力学指标的影响程度从强到弱依次为劈裂抗拉强度、抗折强度和抗剪强度。建立了以全轻陶粒混凝土力学指标为基础、考虑界面剂影响的新老混凝土界面力学强度计算公式。SEM测试从微观层面较好地解释了力学性能测试结论:涂抹界面剂能减小新老混凝土间的微观裂缝宽度,以环氧树脂界面剂和聚合物类胶浆的效果较明显;涂抹界面剂可有效降低界面过渡区的孔隙率,孔隙率下降幅度为46.44%~60.81%。研究结论对混凝土结构加固界面处理具有参考价值。

关键词：界面剂全轻陶粒混凝土普通混凝土界面劈裂抗拉强度界面抗剪强度界面抗折强度微观结构

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高性能地聚物混凝土早期收缩特性

复合材料学报 2024年第2期41卷 952-964页

作者：万聪聪姜天华武汉科技大学城市建设学院武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院武汉430065 城市更新湖北省工程研究中心武汉430065

为研究高性能地聚物混凝土的早期收缩性能,进行系列试验研究与分析。研究表明:在试验掺量变量范围内,硅灰掺量及水玻璃模数对高性能地聚物混凝土早期干燥收缩影响一致,均先减小后增大;硅灰掺量及钢纤维掺量对高性能地聚物混凝土早期自... 详细信息

为研究高性能地聚物混凝土的早期收缩性能,进行系列试验研究与分析。研究表明:在试验掺量变量范围内,硅灰掺量及水玻璃模数对高性能地聚物混凝土早期干燥收缩影响一致,均先减小后增大;硅灰掺量及钢纤维掺量对高性能地聚物混凝土早期自收缩影响一致,均先增大后减小,之后再增大。在水玻璃模数范围内,水玻璃模数对高性能地聚物混凝土早期自收缩均为负面影响,增大水玻璃模数,高性能地聚物混凝土早期自收缩均依次增大。在试验钢纤维掺量范围内,钢纤维掺量对高性能地聚物混凝土早期干燥收缩均为正面影响,增加钢纤维掺量,高性能地聚物混凝土早期干燥收缩均依次降低。高性能地聚物混凝土试件早期干燥收缩均在1411×10^(-6)~4387×10^(-6)之间,早期自收缩均在856×10^(-6)~1188×10^(-6)之间。随龄期增长,高性能地聚物混凝土干燥收缩初期增长较快,自收缩先略微减小后快速增长,之后均逐渐趋于平缓,并可将早期收缩曲线分为3个阶段(快速增长段、缓慢增长段和稳定段)。基于早期干燥收缩实测值,验证了GL2000模型对高性能地聚物混凝土早期干燥收缩曲线的适用性。

关键词：高性能地聚物混凝土硅灰水玻璃模数钢纤维干燥收缩自收缩

酸浸-纯化-铁电絮凝三步法回收剩余污泥中磷合成高纯度蓝铁矿

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中国环境科学 2024年

作者：刘畅魏桃员邱傲雪廖武斌洪辉邓丹妮谢世伟武汉科技大学城市建设学院

磷是一种宝贵且不可再生的自然矿产资源，而污水厂剩余污泥有较高磷含量，从中回收磷具有重要的价值。本研究提出了一种从剩余污泥焚烧灰中回收磷并合成高纯度蓝铁矿的新方法，该方法包括硫酸酸浸、树脂吸附除杂和铁电絮凝结晶三个步骤... 详细信息

磷是一种宝贵且不可再生的自然矿产资源，而污水厂剩余污泥有较高磷含量，从中回收磷具有重要的价值。本研究提出了一种从剩余污泥焚烧灰中回收磷并合成高纯度蓝铁矿的新方法，该方法包括硫酸酸浸、树脂吸附除杂和铁电絮凝结晶三个步骤。本文采用响应曲面法研究了硫酸浸提焚烧污泥灰中磷酸盐(PO43-)的最优条件，并使用Box-Behnken法优化了铁电絮凝工艺参数。结果表明，在液固比37.60 mL·g-1、硫酸浓度0.125 mol·L-1、酸浸时间90.0 min的条件下，酸浸法可提取焚烧污泥灰中92.80%的磷；732阳离子交换树脂在去除Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe2+/3+等干扰磷酸盐沉淀的金属阳离子方面表现出显著效果；在溶液初始pH为2.00、电流2.00 A、反应时间30.0 min的条件下，铁电絮凝过程能够去除溶液中所有的磷，并以纯度为97.37%的蓝铁矿形式回收。综上所述，本文提出的三步法可以从剩余污泥焚烧灰中回收磷，其中61.44%的磷可以作为高纯度蓝铁矿回收，且回收成本为14.66元·kg-1，而利润为30.68元·kg-1。

关键词：树脂吸附响应曲面法焚烧污泥灰磷酸盐

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藻-菌颗粒污泥粒径与除污效能的研究

南京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 151-157页

作者：胡国胜季斌武汉科技大学城市建设学院武汉430065

作为一种光驱动的新兴污水处理工艺,藻-菌颗粒污泥(Microalgae-Bacterial Granular Sludge,MBGS)因其高除污效能、低能耗、零温室气体排放等优点而被广泛研究.MBGS粒径可以影响MBGS的藻-菌质量比与生态位,从而影响其传质及光利用效率,... 详细信息

作为一种光驱动的新兴污水处理工艺,藻-菌颗粒污泥(Microalgae-Bacterial Granular Sludge,MBGS)因其高除污效能、低能耗、零温室气体排放等优点而被广泛研究.MBGS粒径可以影响MBGS的藻-菌质量比与生态位,从而影响其传质及光利用效率,进而影响其污染物去除效能.鉴于此,考察了不同粒径MBGS(1.08,2.20,3.17和4.08 mm)的除污效能,发现1.08 mm的MBGS系统对有机物、氨氮及磷酸盐的去除效能最高,同时其出水溶解氧浓度最高.进一步结合文献调研和分析表明:当光强为100~500μmol·m^(-2)·s^(-1)时,MBGS最优粒径范围为0.80~1.60 mm;MBGS粒径对于有机物及氨氮的去除影响较磷酸盐更大;通过提供剪切力(如水力或机械搅拌)能够维持MBGS的最优粒径.研究结果可为MBGS工艺应用于实际污水处理提供理论基础.

关键词：藻-菌颗粒污泥污水生物处理颗粒粒径搅拌碳中和

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气凝胶和珍珠岩对发泡水泥性能影响分析

建筑材料学报 2024年

作者：屈万英刘凯璐武汉科技大学建筑与城乡规划研究所武汉科技大学城市建设学院

本文以纳米SiO2气凝胶和膨胀珍珠岩分别替代发泡水泥中的部分水泥，制备了两种类型的发泡水泥即纳米SiO2气凝胶发泡水泥（NSAFC）和膨胀珍珠岩发泡水泥（EPFC）.研究对比了NSAFC和EPFC的干密度、吸水率、力学性能、导热系数、耐火隔热... 详细信息

本文以纳米SiO2气凝胶和膨胀珍珠岩分别替代发泡水泥中的部分水泥，制备了两种类型的发泡水泥即纳米SiO2气凝胶发泡水泥（NSAFC）和膨胀珍珠岩发泡水泥（EPFC）.研究对比了NSAFC和EPFC的干密度、吸水率、力学性能、导热系数、耐火隔热性和微观结构的变化.研究结果表明，NSAFC和EPFC材料的吸水率变化趋势不同；与NSAFC相比，当膨胀珍珠岩掺入6%时，EPFC的28d力学性能最佳；NSAFC在保温性、轻质性和耐火隔热性方面均优于EPFC；此外，SEM结果表明，NSAFC材料的孔隙结构更为均匀.

关键词：发泡水泥多孔材料纳米SiO 气凝胶膨胀珍珠岩导热系数力学性能

电解活化次氯酸钠和过硫酸钠对污泥脱水的影响

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环境科学学报 2024年第5期44卷 112-119页

作者：郭绍东尹希黄雨欣王张羽王皓武汉科技大学城市建设学院武汉430065

采用电解零价铁(EZVI)分别活化次氯酸钠(NaClO)和过硫酸盐(PDS)对污泥进行预处理,对比分析了两者对污泥脱水性能及破解效果的影响,并探讨其作用机制.同时,通过毛细吸水时间(CST)评价脱水性能,利用化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)... 详细信息

采用电解零价铁(EZVI)分别活化次氯酸钠(NaClO)和过硫酸盐(PDS)对污泥进行预处理,对比分析了两者对污泥脱水性能及破解效果的影响,并探讨其作用机制.同时,通过毛细吸水时间(CST)评价脱水性能,利用化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、溶解性磷(SP)、胞外聚合物(EPS)(包括紧密附着型EPS(TB-EPS)、松散附着型EPS(LB-EPS)、溶解性EPS(S-EPS))考察污泥破解情况.结果表明,最佳处理时间下,EVZINaClO处理污泥,CST下降50.5%,上清液中NH_(4)^(+)-N、COD、SP的增幅分别达到1.8、2.5和10倍;EVZI-PDS组,CST下降37.5%,上清液中NH_(4)^(+)-N和COD的增幅分别为0.51和1.33倍,SP反而有所下降.EVZI-NaClO在改善污泥脱水性能及破解污泥细胞效果上优于EZVI-PDS,且使TB-EPS中荧光物质向S-EPS转化更显著.电子顺磁共振检测结果显示,EZVI-NaClO产生了ClO_(2)·,其强氧化性使污泥EPS破解,蛋白质和多糖结构被破坏,污泥疏水性变强.

关键词：污泥脱水氧化次氯酸纳过硫酸盐零价铁电解

地震动持时对双层高架桥框架式桥墩抗震性能评价的影响

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地震工程学报 2024年

作者：许成祥吴双玙吴永昂朱红兵武汉科技大学城市建设学院武汉科技大学高性能工程结构研究院

为研究地震动持时对双层高架桥框架式桥墩抗震性能评价的影响,基于双层框架式桥墩的拟静力试验,借助OpenSees有限元软件建立数值模型,将模拟结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。选取两组具有长、短持时特性的地震动记录,通过增量动... 详细信息

为研究地震动持时对双层高架桥框架式桥墩抗震性能评价的影响,基于双层框架式桥墩的拟静力试验,借助OpenSees有限元软件建立数值模型,将模拟结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。选取两组具有长、短持时特性的地震动记录,通过增量动力分析(IDA)建立峰值地面加速度(PGA)与位移延性比u的关系,得到易损性曲线。长持时地震动作用下PGA中位值为0.35g、0.55g、0.78g、0.98g;短持时地震动作用下PGA中位值为0.35g、0.59g、0.91g、1.20g。随着损伤程度的加大,双层框架式桥墩易损性曲线的差异区间也随着PGA的增大而增大。9度(0.40g)罕遇地震时,长、短持时地震动作用下双层框架式桥墩发生严重损伤和完全破坏的概率分别为25.57%、8.61%和16.98%、4.79%。说明当PGA较大时,双层框架式桥墩在长持时地震动作用下更容易受到损伤。

关键词：地震动持时框架式桥墩抗震性能增量动力分析易损性曲线

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三相土壤分形导热系数模型

科学技术与工程 2024年第7期24卷 2724-2733页

作者：李文岚婷苏顺玉武汉科技大学城市建设学院武汉430000

土壤热导率的预测准确性对地源热泵和钻孔热能等地热相关结构设计至关重要,基于土壤复杂、随机、自相似性的微观结构特征,使用分形理论,考虑土壤的孔隙率和颗粒排列等参数对土壤弯曲度的影响,建立三相土壤有效导热系数毛细孔物理模型和... 详细信息

土壤热导率的预测准确性对地源热泵和钻孔热能等地热相关结构设计至关重要,基于土壤复杂、随机、自相似性的微观结构特征,使用分形理论,考虑土壤的孔隙率和颗粒排列等参数对土壤弯曲度的影响,建立三相土壤有效导热系数毛细孔物理模型和对应的有效导热系数数学模型,将模型预测结果与已有实验数据进行了对比。结果表明:增加土壤颗粒排列等参数后的模型对孔隙率在0.21~1的土壤热导率预测有较高的准确性,且不同孔隙率的三相土壤热导率与土壤颗粒排列阻塞参数有关,孔隙率越大、阻塞参数越小模型预测越接近实验结果;弯曲度改变对热电比模型的串并联比例有直接影响,土壤颗粒排列对弯曲度的影响随孔隙率的增大而减小,弯曲度与三相土壤热导率的变化趋势成反比。相关结果有助于地埋管与管外三相土壤换热效率的研究。

关键词：三相土壤弯曲度导热系数分形理论