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聚丙烯酸乳液改性碱激发矿渣修补材料的力学耐久性能和作用机理

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 498-512页

作者：刘志勇蒋金洋李洋石锦炎刘淦东南大学江苏省土木工程材料重点实验室南京211189 东南大学材料科学与工程学院南京211189

针对现有碱激发修补材料无法适应于海洋工程高湿、高盐环境下混凝土腐蚀修复的难题,通过掺加聚丙烯酸乳液(PAA)调控固结体的柔韧性,研制出一种高强低缩高耐久的PAA改性碱激发矿渣修补材料,并分析其性能形成机理。结果表明:当水玻璃模数... 详细信息

针对现有碱激发修补材料无法适应于海洋工程高湿、高盐环境下混凝土腐蚀修复的难题,通过掺加聚丙烯酸乳液(PAA)调控固结体的柔韧性,研制出一种高强低缩高耐久的PAA改性碱激发矿渣修补材料,并分析其性能形成机理。结果表明:当水玻璃模数大于1.2时,碱激发矿渣修补材料的力学性能与水玻璃掺量呈正相关。水玻璃模数1.2、掺量15%是矿渣修补材料的最佳激发配比。PAA填充在碱激发矿渣修补材料无定形胶凝物质的间隙,显著增强其力学性能、粘结性能、体积稳定性能和抗硫酸盐性能。

关键词：碱激发材料聚合物改性粘结强度体积稳定性能耐久性能

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仿生水泥气凝胶的设计制备与性能分析

东南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 346-352页

作者：杜丰音佘伟东南大学材料科学与工程学院南京211189 东南大学江苏省土木工程材料重点实验室南京211189

针对传统建筑材料高力学性能和高隔热性能难以平衡的矛盾,受到深海墨鱼层-壁结构的启发,通过可控的定向冷冻法诱导水泥水化产物在聚合物溶液中成核形成仿生微结构,制备工艺选择灵活低能耗的冷冻干燥技术,设计并创造定向多孔的新型水泥... 详细信息

针对传统建筑材料高力学性能和高隔热性能难以平衡的矛盾,受到深海墨鱼层-壁结构的启发,通过可控的定向冷冻法诱导水泥水化产物在聚合物溶液中成核形成仿生微结构,制备工艺选择灵活低能耗的冷冻干燥技术,设计并创造定向多孔的新型水泥气凝胶.结果表明,这种水泥气凝胶密度低至15.02 kg/m3,孔隙率高达90.64%,导热系数低至0.020 W/(m·K),同时具有-0.168的负泊松比,高达1 216.88 MPa/(cm-3·g)的比强度等优异的综合性能.在70%应变条件下,钙硅质量比为1.0时,所制备的水泥气凝胶抗压强度达到最大值,为33.89 MPa.此外,水泥气凝胶内部具有曲折的多孔结构,这使其具有良好的吸声性能,噪声衰减系数可达0.8.

关键词：水泥气凝胶隔热轻质高强吸声

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多种富钙材料碳化性能比较及关键影响因素

建筑材料学报 2024年

作者：张琪冯攀沈叙言洪锦祥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高性能土木工程材料国家重点实验室

对比研究了钢渣、C3S和电石渣三种富钙材料的碳化行为.通过XRD、FTIR和TG表征了三种材料的固碳能力；测定了碳化体系的pH值变化；通过SEM和纳米压痕测试了碳化前后的微观形貌和力学性能.结果表明，固碳能力与材料的化学组成，尤其是可... 详细信息

对比研究了钢渣、C3S和电石渣三种富钙材料的碳化行为.通过XRD、FTIR和TG表征了三种材料的固碳能力；测定了碳化体系的pH值变化；通过SEM和纳米压痕测试了碳化前后的微观形貌和力学性能.结果表明，固碳能力与材料的化学组成，尤其是可溶解的钙含量有直接的关系，可溶解的钙含量最高的电石渣具有最高的固碳能力；而碳化后的力学性能则取决于碳化产物的微观力学性能以及原材料与碳化产物的堆积形态，微观形貌粗糙的钢渣和C3S更易与碳化产物紧密堆积，碳化后微观力学性能增强；但碳化产物难以填充在片状的电石渣中，碳化后微观力学性能减弱.

关键词：富钙材料固碳能力物相分析 pH值微观形貌微观力学性能

基于不规则骨料堆积结构的混凝土水渗透性的研究

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材料导报 2024年第12期38卷 99-106页

作者：李凯杨璐璐史才军湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地长沙410082

为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料... 详细信息

为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料的三相介观模型。采用基于格子玻尔兹曼模型的部分反弹算法研究了混凝土的水分传输行为,在验证模型正确性的基础上,探究了骨料含量和形状对混凝土水渗透性的影响。研究表明:混凝土的水分渗透系数随骨料体积分数增大呈现先降低后增加的变化趋势。当骨料体积分数大于50%时,界面过渡区相互交叠形成连通路径是导致混凝土水分渗透系数增加的主要原因。骨料形状的变化会改变传输路径和界面过渡区的体积分数,从而影响水渗透性。与平整度相比,伸长率对水分渗透系数的影响更为明显。随着圆度的不断增加,球形度先增大后减小,水分渗透系数则呈现相反的变化趋势。当圆度为1时,水分渗透系数达到最小值。

关键词：混凝土离散元模拟超椭球格子玻尔兹曼方法水分渗透系数

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工业CT对混凝土中混杂钢渣颗粒的鉴别应用

建筑材料学报 2024年第4期27卷 343-349页

作者：陈春李之涵潘伟行傅琦张亚梅东南大学材料科学与工程学院江苏南京211189 东南大学江苏省土木工程材料重点实验室江苏南京211189 浙江新世纪工程检测有限公司浙江杭州310022

采用工业CT对混凝土中的钢渣颗粒和普通石子进行三维扫描,获得两者在形貌上的差异.将钢渣颗粒按体积分数3%、6%和9%掺入混凝土中,并使用工业CT扫描获得不同掺量钢渣颗粒混凝土试样的形貌学特征.基于图像相似法得到钢渣颗粒的灰度范围,... 详细信息

采用工业CT对混凝土中的钢渣颗粒和普通石子进行三维扫描,获得两者在形貌上的差异.将钢渣颗粒按体积分数3%、6%和9%掺入混凝土中,并使用工业CT扫描获得不同掺量钢渣颗粒混凝土试样的形貌学特征.基于图像相似法得到钢渣颗粒的灰度范围,并采用该灰度范围对图像进行二值化处理,计算钢渣颗粒的掺量.结果表明:钢渣颗粒掺量的计算结果与实际掺入的钢渣颗粒体积分数较为接近,误差范围小于±10%,具有较高精度.结合实际工程案例,采用工业CT和X射线荧光光谱分析仪(XRF)等测试手段,对钢渣颗粒引发的混凝土外观质量事故成因进行科学分析.

关键词：混凝土工业CT 钢渣案例分析

水泥基材料中Ca^(2+)对矿化微生物的碳酸酐酶产量、活性和矿化的影响

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材料导报 2024年第8期38卷 131-136页

作者：张俊杰陈燕强钱春香东南大学材料科学与工程学院南京211189 东南大学绿色建材与固碳研究中心南京211189 中国建筑行业微生物矿化技术重点实验室南京211189 东南大学江苏省土木工程材料重点实验室南京211189

本工作针对一种适用于水泥基材料的耐碱矿化微生物,研究了水泥基材料中Ca^(2+)浓度变化(0~5 mmol/L)对矿化微生物的产酶量、碳酸酐酶活性以及诱导CaCO_(3)矿化能力的影响。对分离纯化不同Ca^(2+)浓度菌液中的碳酸酐酶进行酶产量测定,并... 详细信息

本工作针对一种适用于水泥基材料的耐碱矿化微生物,研究了水泥基材料中Ca^(2+)浓度变化(0~5 mmol/L)对矿化微生物的产酶量、碳酸酐酶活性以及诱导CaCO_(3)矿化能力的影响。对分离纯化不同Ca^(2+)浓度菌液中的碳酸酐酶进行酶产量测定,并通过测定矿化微生物的细菌生长曲线和单菌产酶量分析Ca^(2+)浓度对其的影响机理;基于酯酶法测定不同Ca^(2+)浓度下碳酸酐酶的活性,并利用FTIR测定官能团,分析二级结构变化和氢键变化,进而得到Ca^(2+)浓度对碳酸酐酶活性的影响机理;最后基于热重分析不同Ca^(2+)浓度溶液中矿化微生物的诱导矿化能力,并测定矿化产物晶形。试验结果表明,当Ca^(2+)浓度为2.5 mmol/L时,矿化微生物生长增殖最快,单菌产酶量最高,因此整体酶产量最高;碳酸酐酶活性在Ca^(2+)浓度为5 mmol/L时达到最大值,但Ca^(2+)会破坏碳酸酐酶结构的有序性;当Ca^(2+)浓度为5 mmol/L时,矿化微生物的诱导矿化能力最强,矿化3 d后Ca(OH)_(2)向CaCO_(3)的转化率达到82.67%,且得到的CaCO_(3)晶体形貌主要为球状或椭圆状。

关键词：矿化微生物碳酸酐酶酶产量酶活性诱导矿化

基于海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下BFRP筋拉伸性能的退化

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材料导报 2024年第11期38卷 136-143页

作者：朱德举初开丹郭帅成史才军湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 湖南大学湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地长沙410082

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在海水海砂混凝土环境中的长期力学性能,本工作研究了BFRP筋拉伸性能在海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下的演化规律。通过孔溶液压取和离子浓度分析,分别配制了普通海水净浆孔溶液(NA)和低碱度... 详细信息

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在海水海砂混凝土环境中的长期力学性能,本工作研究了BFRP筋拉伸性能在海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下的演化规律。通过孔溶液压取和离子浓度分析,分别配制了普通海水净浆孔溶液(NA)和低碱度海水净浆孔溶液(LA)的浸泡溶液,同时在加速老化试验中与ACI 440.3R规范建议浸泡溶液(ACI)的测试结果进行了对比。试验所用筋材基体包括环氧树脂基(B/E筋)和乙烯基酯树脂基(B/V筋)两种。在不同温度和浸泡时间加速老化后,通过拉伸试验评估了BFRP筋的拉伸性能变化规律,并采用微观结构表征分析了劣化机理。试验结果表明,相较于降低氯离子浓度,采用降低孔溶液碱度的方法可以更有效地缓解BFRP筋长期力学性能的劣化,同时温度升高对B/V筋力学性能退化的影响比对B/E筋的影响更显著。BFRP筋在腐蚀过程中抗拉强度的劣化程度高于弹性模量,其中B/E筋在三种环境中腐蚀前后的弹性模量差别不大。乙烯基树脂的抗腐蚀能力优于环氧树脂,但其与玄武岩纤维界面性能较弱,导致B/V筋在模拟海水海砂混凝土孔溶液中的耐久性弱于B/E筋。

关键词： BFRP筋海水海砂混凝土孔溶液拉伸性能微观结构

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仿生高韧水泥基复合材料制备技术及增韧机理

东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 1-8页

作者：吴彰钰佘伟缪昌文东南大学材料科学与工程学院南京211189 江苏省建筑科学研究院有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室南京210008

为了提升混凝土基体的韧性,基于贝壳珍珠层独特“砖-泥”结构,采用水泥石与有机聚合物制备出具有仿生“砖-桥-泥”结构的高韧水泥基复合材料.通过三点弯曲试验、扫描电子显微镜及有限元模拟方法研究了仿生水泥基材料的抗折强度、韧性及... 详细信息

为了提升混凝土基体的韧性,基于贝壳珍珠层独特“砖-泥”结构,采用水泥石与有机聚合物制备出具有仿生“砖-桥-泥”结构的高韧水泥基复合材料.通过三点弯曲试验、扫描电子显微镜及有限元模拟方法研究了仿生水泥基材料的抗折强度、韧性及增韧机理.结果表明,相较于传统水泥的脆性断裂模式,仿生水泥基材料表现出明显的延性断裂特征,包括峰后曲线渐进下降、跨中挠度大幅增加等.基于有机聚合物的多尺度桥接-伸展效应,仿生水泥基材料内部呈现明显的裂纹偏转及分支现象,体现了仿生“砖-桥-泥”结构的内外协同增韧机制.仿生水泥基材料能够在保证95%抗折强度的基础上,将水泥基体的韧性提高179.45%,可为解决混凝土增韧降脆问题提供新的技术路径.

关键词：水泥基复合材料聚合物仿生增韧 “砖-泥”结构数值模拟

丙烯酰胺单体聚合复合硅灰石晶须协同增韧混凝土

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 533-544页

作者：徐洁汤金辉高畅王瑞王文彬孟振亚刘加平东南大学材料科学与工程学院南京211189 江苏苏博特新材料股份有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室南京211103

现代混凝土由于其物相组成复杂、多尺度效应等原因,导致其脆性大、韧性差。采用丙烯酰胺(AM)单体原位聚合协同硅灰石晶须(CS)的改性方法开展了对混凝土基体增韧的研究。通过多种测试手段对水泥硬化浆体的物相组成和微观结构进行表征,结... 详细信息

现代混凝土由于其物相组成复杂、多尺度效应等原因,导致其脆性大、韧性差。采用丙烯酰胺(AM)单体原位聚合协同硅灰石晶须(CS)的改性方法开展了对混凝土基体增韧的研究。通过多种测试手段对水泥硬化浆体的物相组成和微观结构进行表征,结果表明:AM原位聚合协同CS能够显著提升混凝土的抗弯能力,28d抗弯应力峰值和断裂能分别提高31.5%和91.4%,且抗压强度基本保持不变。CS晶须可以促进水泥水化,发挥填充效应,降低孔隙率;AM聚合能够在水泥浆体中构筑塑化区,弱化混凝土内部应力集中;二者的协同作用可以增强水化产物间的胶结力,形成有机-无机互穿的网络结构,跨尺度优化混凝土的结构,为混凝土基体增韧提供新的理论与技术。

关键词：丙烯酰胺单体聚合硅灰石晶须混凝土力学性能水化微观结构