针对生物粒子凝聚体单体形状和光学特性的复杂多变，构建了5种不同单体形状的生物粒子凝聚体空间结构，并用离散偶极子近似方法计算了生物粒子凝聚体的消光特性参数，分析了不同单体形状生物粒子凝聚体的消光特性差异。计算结果表明：非球形生物粒子凝聚体在将其单体形状等效为球形时，平均质量消光系数的相对偏差绝对值在6%以内；不同单体形状生物粒子凝聚体对光的散射能力不同是消光特性存在差异的主要表现，且通常情况下单体形状越偏离球形，相对偏差越大，因此，由不同单体形状引起的消光特性的差异不应被忽略。此项工作可应用于准确评估和优化生物粒子材料的消光性能。

废弃混凝土的产生和大量堆积会造成土地资源浪费及环境污染。在建筑行业内部循环利用废弃混凝土不仅可以缓解自然资源短缺造成的建筑材料成本增加，同时也可以推动解决环境问题。本文以碳化资源化技术为切入点，对废弃混凝土不同粒径组分的研究和利用现状进行了综合评述，其中，主要包括再生粗细骨料的碳化强化和改性、再生微粉的直接碳化活化、再生微粉的高附加值碳化等方面的内在机理与实际应用。通过对现有研究的总结发现，废弃混凝土的碳化资源化不仅可以减少砂石骨料、石灰石和黏土材料等自然资源的消耗，同时可以直接化学固化CO2，推动建材行业“双碳”目标按期实现。

由于周期性水泥熟料回转以及进出料，水泥回转窑用耐火材料需要兼顾优异的耐火度、热震稳定性和耐侵蚀性。本研究通过将尖晶石细粉包裹于镁砂骨料表面，制备出含包覆结构骨料的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料，并采用三点弯曲测试结合数字图像相关以及声发射技术表征其断裂行为，以及采用静态抗渣法表征其抗侵蚀性能。结果表明：通过改变尖晶石分布，形成包覆结构复合骨料，降低了氧化铝含量，尖晶石相达到更为均匀且广泛的分散。与氧化铝含量(质量分数)为10%的市售预合成尖晶石骨料耐火材料相比，采用尖晶石包覆骨料的方镁石-尖晶石耐火材料(Al2O3含量为5%)在保证材料抗热震性能的同时，提升了力学强度、热震稳定性能以及抗侵蚀能力。

多孔骨料是对耐火材料进行轻量化设计的关键。以轻烧菱镁矿、氢氧化铝和铁红为原料，采用原位分解合成法，成功制备了多孔镁基镁铁铝复合尖晶石耐火骨料，在分析烧成温度(1 000~1 600 ℃)对显微结构与强度影响的基础上，研究了多孔骨料的合成机理。研究表明：当烧成温度为1 000~1 300 ℃时，试样内气孔来自微颗粒内和微颗粒之间，基本没有颈部连接；当烧成温度升高到1 400~1 600 ℃时，微颗粒内气孔合并长大、迁出，颈部显著长大，强度提高；镁铁铝复合尖晶石的形成过程分为2步，一是在氢氧化铝假象表面生成MgAl2O4后，再与Fe3+反应生成环状镁铁铝复合尖晶石，二是在MgO位置生成MgFe2O4，再与Al3+反应生成粒状和条状镁铁铝复合尖晶石；当烧成温度为1 550 ℃时，试样具有优异的综合性能，其显气孔率为24.4%，中位孔径为25.89 μm，导热系数为2.79 W/(m·K)(1 000 ℃)，耐压强度为74.4 MPa，与市售烧结镁砂相比，导热系数降低了64.7%。

爆炸荷载可能造成钢筋混凝土(RC)结构的严重破坏。在混凝土材料中掺入玄武岩纤维(BF)是提高钢筋混凝土构件抗爆炸性能的一种手段。梁是钢筋混凝土结构中的重要承载和联系构件。提高梁的抗爆性能可以提高结构的整体抗冲击性能。为了探究爆炸荷载作用下玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)梁的抗爆性能, 选取3根不同玄武岩纤维体积率(0%、0.1%和0.2%)的试验梁施加爆炸荷载。利用加速度计和应变片监测梁的动态响应, 采用嵌入式压电智能骨料监测试验梁在爆炸下构件内部的损伤状况, 从试验结果可以看到, 在爆炸荷载作用下, 与普通RC梁对比, BFRC梁的应变峰值与加速度峰值较小, 梁的表面裂纹较少, 剥落面积较小。运用小波包能量分析计算梁的损伤指数并以此对比判断BFRC梁在不同炸药当量下产生的内部损伤, 研究了不同玄武岩纤维体积掺入率混凝土梁抗爆性能的变化。试验结果表明:掺入玄武岩纤维可以提高混凝土梁的抗爆性能, 当玄武岩体积掺入率为0.2%时梁的损伤程度显著下降。

利用CO2碳化强化基于废弃混凝土制备的再生骨料对其品质的提升、再利用以及碳减排有重要意义。分析再生骨料CO2碳化强化的机理和强化后再生骨料在物理性能以及微观结构上的改善，对影响CO2强化再生骨料的因素进行归纳分析，针对基于CO2强化后再生骨料制备而成的再生骨料混凝土的物理力学性能、耐久性能和微观结构的改善进行对比分析，总结和归纳了研究进展和展望。

用硅溶胶对硅莫砖再生骨料进行浸渍处理, 研究了硅溶胶含量(质量分数)对骨料性能的影响。用扫描电子显微镜和能谱仪对浸渍后硅莫砖骨料的显微结构进行表征。通过水润湿角测试判断硅莫砖骨料的水润湿性。结果表明: 骨料经浸渍处理后, 吸水率从6.9%降低到2.6%。骨料的水润湿性有了较大的改善, 水润湿角从55°降低到7°。将浸渍后的硅莫砖替代棕刚玉, 作为再生骨料应用于Al2O3-SiC-C浇注料中, 当硅溶胶含量为15%浸渍的硅莫砖骨料替代棕刚玉时, 1 450 ℃热处理后浇注料的显气孔率最低(17.1%), 常温耐压强度最高(73.7 MPa), 比以棕刚玉为骨料的浇注料的强度提高了45.7%, 浇注料热震后残余抗折强度和残余抗折强度保持率分别提高了69.4%和24.1%, 综合性能最佳。

提高路面混凝土耐磨性能对行车安全和道路服役寿命具有重要意义。本文通过优化普通砂石骨料架构提高道路混凝土的耐磨性能, 研究了机制粗骨料级配、细骨料种类与用量、胶凝材料用量及水胶比对路面混凝土力学性能与耐磨性能的影响。结果表明, 16~31.5 mm碎石由质量分数25%增加到70%时, 混凝土磨损量降低了29%。与河砂混凝土相比, 机制砂混凝土磨损量降低58.3%, 同时适当增加砂率可提高耐磨性能。降低胶凝材料用量和水胶比可在保证混凝土强度的同时进一步提高耐磨性(磨损量仅为(0.320±0.070) kg/m2)。机制骨料表面粗糙,棱角较多, 与水泥浆体机械咬合力增强, 有利于骨料嵌锁架构的形成, 路面混凝土耐磨性能改善机制的提出为优化设计高耐磨路面混凝土提供了理论依据与技术支撑。

为了计算纳米粒子大尺寸聚集体的表面局域电磁场分布并快速对其增强效果进行评价，利用软件中脚本语言编写局部亚网格程序来实现对纳米粒子大尺寸聚集体模型的非均匀网格离散，并结合时域有限差分（FDTD）方法实现三种尺寸聚集体模型的电磁场仿真；使用K均值聚类算法对计算出的电场数据进行聚类分析，最终得到能够反映金纳米粒子大尺寸聚集体所有“热点”位置处电磁增强效果的平均增强因子。结果表明，使用亚网格离散的金纳米球二聚体仿真模型后的内存占用减少了81%且仿真速度提高1倍，有效提升FDTD的仿真效率；另外，通过K均值聚类算法并根据三种尺寸的金纳米粒子聚集体电磁数据，可以得到与传统积分法计算的平均增强因子（AEF 1）增减规律相同的增强因子AEF 2。

一直以来, 将纳米结构材料用于其表面增强拉曼散射(SERS)时会先测试其吸收光谱, 因为一般研究认为, 纳米结构材料产生SERS的原因是纳米结构材料对于入射光的吸收产生了局域表面等离子体共振(LSPR), 因此我们常把SERS的增强因子随波长变化的曲线等同于吸收光谱曲线。 近年来, 有学者认为两者之间的联系可能是非常间接的, 并且在许多情况下会产生误导。 为了能够阐明两个之间的具体关系, 考虑到银纳米粒子(AgNPs)以其局域表面等离子体共振而显著提高拉曼散射的能力而闻名, 是制备SERS基底的理想纳米材料, 我们从实验和理论两个角度研究了三种不同状态的AgNPs中表面增强拉曼散射的增强因子(EF)、 吸收光谱以及空间的电场分布。 实验上, 利用化学还原法制备了银溶胶(Ag-sol), 并对Ag-sol做了透射电子显微镜(TEM)、 紫外可见分光光度计(UV-Vis)以及拉曼的表征实验, 统计和计算了银溶胶的EF和吸收光谱。 理论上, 利用仿真软件COMSOL Multiphysics建立了不同聚合类型AgNPs的仿真模型, 模拟计算了与实验相对应的EF随波长变化的曲线以及吸收光谱。 结果表明: 表面等离子体共振的空间分布对吸收和最大EF值起着重要的作用; 具有固定位置的共振吸收峰(第一个峰位)主要受“单颗粒类型”效应的影响, 而最大EF处的吸收峰(第二个峰位)由“耦合间隙类型”效应引起的蓝移谐振峰主导, 且最大EF值及第二个吸收峰的峰位会随着粒子的间隙、 偏振角度等因素而变化。 研究表明, AgNps样品的吸收光谱和最大EF曲线之间是部分相关的。