1 1.南京工业大学 材料科学与工程学院, 材料化学工程国家重点实验室, 南京210009
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海高等研究院, 上海201210
随着工业的快速发展, 相关制造领域排放的污水重金属铜离子污染愈发严重。与此同时, 催化领域对铜金属资源的需求却不断增加。本研究利用粉煤灰和改性剂聚乙烯亚胺(PEI)制备了低成本改性水合硅酸钙(PCSH), 用于吸附水溶液中的铜离子(Cu(II)), 并进一步碱处理固定于表面的Cu(II), 形成铜基活性材料用于有机污染物的催化降解。相比于未改性的样品(CSH), PCSH对Cu(II)的饱和吸附容量提高100%, 高达588 mg/g。研究发现, 这主要是因为添加PEI有利于形成较大的比表面积、优良的孔隙结构以及Cu(II)与-NH2之间的强络合。从PCSH获得的铜基催化剂呈现纺锤形多孔形貌, 作为催化剂分别用于活化过氧硫酸氢钾(PMS)氧化降解罗丹明B(RhB)和活化硼氢化钠(NaBH4)还原降解4-硝基苯酚(4-NP), 速率常数达到0.7135 /min (pH (7.0±0.3); [RhB]= 20 mg/L; [PMS]= 0.12 g/L; [催化剂]= 0.8 g/L)和11.47×10-3 /s (pH (11.0±0.3); [4-NP]= 10-4 mol/L; [NaBH4]= 5×10-3 mol/L; [催化剂]= 0.167 g/L), 是CSH催化剂体系的20和19倍。本工作利用固体废弃物粉煤灰实现了水溶液中铜元素的再利用, 为水中污染物的有效处理和利用提供了新启示。
粉煤灰 水合硅酸钙 铜离子吸附 聚乙烯亚胺 过氧硫酸氢钾 fly ash calcium silicate hydrate Cu(II) adsorption polyethyleneimine potassium peroxymonosulfate
1 郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室，郑州 10459
2 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司先进耐火材料国家重点实验室，河南 洛阳 471039
3 中国中钢集团有限公司，北京 100080
4 昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650000
新型高温热障涂层材料已成为新一代航空发动机发展的关键材料。本工作通过固相反应法合成了一种单斜结构的高熵稀土钽酸盐材料(Y0.2Gd0.2Dy0.2Ce0.2La0.2)TaO4[(5RE0.2)TaO4]，研究了其热、力学性能及抗熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)侵蚀性能。结果表明：(5RE0.2)TaO4具有极低的热导率(1.22 W·m-1·K-1，600 ℃)和较高的热膨胀系数(10.3×10-6 K-1，1 200 ℃)，与YSZ材料相比(2.1～2.7 W·m-1·K-1，100～900 ℃)热导率下降了近42%。由于独特的铁弹增韧效应，其断裂韧性达2.8 MPa·m1/2，优于多数新型热障涂层材料。1 350 ℃不同时间及CMAS侵蚀后，(5RE0.2)TaO4反应层厚度和渗透深度均显著小于YSZ材料，是一种极具应用潜力的新型热障涂层材料。
稀土钽酸盐 高熵陶瓷 熔融硅酸盐环境沉积物侵蚀 热障涂层 rare earth tantalate high entropy ceramics molten silicate environmental deposits corrosion r thermal barrier coating
近些年，海水海砂混凝土的特性是一个研究热点，鲜有人关注海水海砂混凝土的碱硅酸反应。为了阐明辅助性胶凝材料对海水海砂混凝土碱硅酸反应特性的影响，采用单一质心法设计了水泥-偏高岭土-粉煤灰-矿粉四元胶凝材料，研究辅助性胶凝材料对海水海砂混凝土的碱硅酸反应(Alkali-silica reaction- ASR)产物、孔结构、孔溶液pH值和碱离子含量、膨胀率的影响。结果表明：海水海砂混凝土碱硅酸反应的非晶态产物ASR-P1(K0.52Ca1.16Si4O8(OH)2.84·1.5H2O)和晶态产物Na-shlykovite(NaCaSi4O8(OH)3·2.3H2O)的含量与其辅助性胶凝材料中活性SiO2、Al2O3含量成反比。在不同胶凝材料组成下，25%偏高岭土+25%粉煤灰+50%水泥制备浆体的pH值最低，Na+、K+、Ca2+含量最小，ASR-P1和Na-shlykovite含量最低，孔隙率最大，有害孔和多害孔含量最低，14 d和28 d膨胀率均为最小。本研究可为海水海砂混凝土的胶凝材料组成设计提供理论参考，并提高海洋工程海水海砂混凝土结构的使用寿命。
海水海砂混凝土 碱硅酸反应 无定形产物 结晶型产物 膨胀率 seawater sea sand concrete alkali silicate reaction amorphous product crystalline product expansion
西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安 710055
通过水热合成法制备了不同Ca/Si比的水化硅酸钙(C-S-H)，并在6 mol/L NH4Cl溶液中加速脱钙，对不同Ca/Si比C-S-H脱钙前后的化学成分、链结构和微观结构进行分析。结果表明：C-S-H为不规则团聚体形成的凝胶结构。随着Ca/Si比增加，C-S-H中的二聚体和链端基团含量增加，平均聚合度和平均链长减小。脱钙后，C-S-H结构发生解体，硅酸盐链相互交联形成三维网状结构的硅胶，导致C-S-H失去其胶凝性能。
水化硅酸钙 钙溶蚀 脱钙 钙硅比 calcium silicate hydrate leaching decalcification calcium silicate ratio
1 中国民航大学，天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津 300300
2 河北工业大学机械工程学院，天津 300401
3 天津大学材料科学与工程学院，天津 300350
采用高温熔制法制备了1种CaO-MgO-Al2O3-SiO2非晶陶瓷材料，利用高速破碎技术和等离子喷涂技术在45号钢基体上制备得到钙镁铝硅酸盐陶瓷涂层。对块状陶瓷和涂层的物相组成、显微硬度和微观形貌进行了分析，通过拉伸实验测试了涂层的结合强度。通过盐溶液浸泡腐蚀实验研究了涂层的耐腐蚀性能和腐蚀机理。结果表明：钙镁铝硅酸盐陶瓷涂层的孔隙率为7.93%±3.27%，无明显层状结构，涂层显微硬度值为6.63 GPa，与块体材料相比仅降低了3.89%，非孔隙区域具有类块体陶瓷材料的显微结构和力学性能；涂层结合强度为(16.25±2.11)?偆bMPa，断裂发生在涂层与金属过渡层的界面处，与等离子喷涂其它陶瓷涂层的结合性能相当；通过1 000?偆bh的浸泡腐蚀实验得到涂层试样的腐蚀速率为0.102 6?偆bg瘙簚m-2瘙簚h-1，与基体试样相比降低了12.3倍，具有良好的耐腐蚀性能；分析腐蚀截面形貌发现，涂层的致密结构对腐蚀起机械隔绝作用，堆积在涂层孔隙与裂纹表面的腐蚀产物的溶解速率与腐蚀液渗至基体的速率达到平衡，减缓了腐蚀的发生。
钙镁铝硅酸盐 非晶陶瓷涂层 等离子喷涂 耐腐蚀性能 类块体材料 calcium magnesium aluminum silicate amorphous ceramic coating plasma spraying corrosion resistance monolithic like material
1 东华大学材料科学与工程学院，上海 201620
2 先进玻璃制造技术教育部工程研究中心，上海 201620
研究超薄高铝硅酸盐玻璃经过两次钾钠混合熔盐的离子交换强化处理后表面压应力、显微维氏硬度、抗冲击强度以及离子交换深度的变化情况。实验结果表明，通过二次交换强化处理后，玻璃的表面压应力由83.4 MPa提升到925.3 MPa，显微维氏硬度由657.5提升到875.1，落球测试高度由18.3 cm提升到 45.7 cm， K+的扩散深度也由一步离子交换的27 μm提升到二步离子交换的44 μm。
高铝硅酸盐玻璃 混合熔盐 表面压应力 扩散深度 high alumina silicate glass mixed molten salt surface compressive stress diffusion depth
广西大学资源环境与材料学院,省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室,有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁 530004
以镍铁渣硫酸浸出渣为原料制备硅酸盐水泥熟料,研究不同石灰饱和系数和不同焙烧温度对硅酸盐水泥熟料物相结构与微观形貌的影响。通过测定熟料中f-CaO浓度来判断水泥熟料的易烧性,通过XRD、EDS、SEM分析熟料的物相结构、元素分布及微观形貌。结果表明,焙烧温度越高,f-CaO浓度越低,易烧性越好。当焙烧温度为1 350 ℃时,硅酸盐水泥熟料焙烧后出现了粉化现象且未形成C3S相; 而当1 400 ℃焙烧时,硅酸盐水泥熟料中出现了以C2S和C3S为主的晶相,未出现粉化现象; 当焙烧温度达到1 450 ℃时,水泥相晶粒组织发育比较充分。该熟料与石膏混合制成水泥,其水泥砂浆的水化产物经28 d养护后抗压和抗折强度分别为37.34和7.01 MPa。
镍铁渣 硅酸盐水泥 熟料 高温焙烧 易烧性 ferronickel slag silicate-cement clinker high-temperature sintering burnability f-CaO f-CaO
1 江苏省交通工程建设局,南京 210004
2 中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063
3 江苏苏博特新材料股份有限公司,南京 211103
4 高性能土木工程材料国家重点实验室,南京 211103
双液浆在富水环境中长期服役极易受到水溶蚀作用而力学性能大幅衰减。本文研究了配合比参数、养护制度对双液浆力学性能的影响,并结合多种微观分析手段,揭示了富水环境下双液浆性能衰减的作用机制。结果表明: 10%、15%(质量分数)低含水率砂层中养护有利于早期强度发展,但后期强度逐渐衰减,而25%(质量分数)高含水率砂层中试块早期强度相比15%(质量分数)含水率砂层中试块降低了23.5%,但后期水溶蚀作用被大幅削弱,220 d抗压强度较90 d增加了15%; 标准养护条件加速双液浆力学性能的劣化,试块强度分别较水中养护、绝湿养护降低了80.6%和91.0%; 双液浆力学性能发展主要受水化反应及水溶蚀作用控制,早期阶段由水化反应主导,后期阶段由水溶蚀作用主导,力学性能的演变本质是两种效应相互叠加的结果; 在富水环境中长期养护,基体外侧水化产物不断向外迁移溶出,在试块外层形成多孔结构包覆层,并成为内部结构中钠、硅酸根离子及水化产物的迁移通道,导致力学性能持续劣化。
盾构隧道 同步注浆 水泥-水玻璃 双液浆 水溶蚀 水化产物 shield tunneling simultaneous grouting cement-sodium silicate double liquid slurry water corrosion hydration product
1 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
2 湖南大学，湖南省绿色与先进土木工程材料国际创新合作中心，长沙 410082
3 湖南大学，建筑安全与节能教育部重点实验室，长沙 410082
在水泥基材料中加入水化硅酸钙晶种-聚羧酸减水剂(C-S-Hs-PCE)可以有效提高早期强度。C-S-Hs-PCE能够为水化产物C-S-H凝胶提供成核位点，促进C-S-H凝胶生成，从而加快水泥水化进程。酸醚比是梳型PCE的一个重要结构参数，对C-S-Hs-PCE的合成和早强作用的影响显著。通过动态光散射分析、总有机碳分析仪、X射线衍射分析、低场时域核磁共振分析仪、扫描电子显微镜、等温量热仪和抗压强度测试研究了酸醚比对C-S-Hs-PCE的粒径及其在水泥基材料中早期效果的影响。结果表明：高酸醚比的PCE形成的C-S-Hs-PCE具有更小的粒径，更有助于促进硅酸盐相水化和氢氧化钙、C-S-H凝胶的生成，从而加速浆体水化，降低砂浆的总孔隙率，提高砂浆的早期抗压强度，尤其是24 h龄期之内的强度。
酸醚比 水化硅酸钙晶种 粒径 早期强度 acid-ether ratio calcium silicate hydrate seed particle size early strength
1 江苏奥莱特新材料股份有限公司，江苏省(奥莱特)混凝土高分子助剂工程技术研究中心，南京 211505
2 北京工业大学材料与制造学部，北京 100124
3 南京水利科学研究院，南京 210029
为研究聚羧酸减水剂改性水化硅酸钙晶核(C-S-H/PCE)对水泥水化的促进过程，了解C-S-H/PCE对水泥水化的促进作用机理，采用丙烯酸类型的聚羧酸减水剂(PCE-1)和硅烷类型的聚羧酸减水剂(PCE-2)对水热合成的水化硅酸钙(C-S-H/Unmodified)晶核进行表面处理得到聚羧酸减水剂改性水化硅酸钙晶核C-S-H/PCE-1和C-S-H/PCE-2，随后将不同C-S-H晶核添加到水泥净浆中。对C-S-H晶核表面张力和水泥净浆抗压强度、物相组成、水化放热曲线进行了测试，结果表明：PCE-1和PCE-2表面改性导致C-S-H晶核表面接触角从36.9°增加到41.1°和42.9°，造成了沉积相(水化产物)在衬底材料(晶核)表面的晶格失配，抑制了水泥水化产物在C-S-H晶核表面外延生长，降低了C-S-H晶核对硅酸盐水泥水化进程的促进作用，且C-S-H/PCE-2晶核对硅酸盐水泥水化促进作用降低程度明显大于C-S-H/PCE-1晶核。对水泥净浆空隙溶液中PCE的吸附平衡过程测试表明，C-S-H/PCE晶核并非直接引入了新的结晶成核位点，而是通过表面PCE的解吸附暴露出新C-S-H表面，且PCE在C-S-H/PCE晶核表面解吸附过程决定了C-S-H/PCE晶核对水泥水化促进效果。
水化硅酸钙晶核 聚羧酸减水剂 水泥 水化进程 吸附 calcium silicate hydrate seeds polycarboxylate superplasticizers cement hydration process adsorption
