1 湖北工业大学土木建筑与环境学院，武汉 430068湖北省建筑防水工程技术研究中心，武汉 430068
2 湖北工业大学土木建筑与环境学院，武汉 430068
水泥混凝土由于脆性大、早期易收缩变形等特点，导致服役过程中易发生开裂，并诱发混凝土结构渗水漏水等问题。混凝土开裂渗漏的及时与有效修复一直是工程界关注的重点。高吸水树脂(SAP)水凝胶是近几年发展的一种新型自封堵材料，具有快速吸水，且体积显著膨胀的特性，在潮湿环境中混凝土的裂纹愈合封堵方面具有较大应用潜力。本文分析了水凝胶的裂纹自封堵机理，综述了水凝胶用于混凝土裂纹自封堵的设计方法，归纳了水凝胶对混凝土抗渗、力学及耐久性恢复的影响规律，总结了裂纹愈合封堵测试评价方法。最后，对当前水凝胶作为裂纹自封堵材料面临的主要挑战及未来方向进行了展望。
水泥基材料 裂纹 自封堵 高吸水树脂 封堵效率 cement-based material crack self-sealing superabsorbent polymer sealing efficiency
沈阳理工大学材料科学与工程学院，沈阳 110159
磷酸镁水泥(MPC)可用于固化危险废物中的重金属离子，重金属离子的引入会导致固化体的长期力学性能显著降低。针对目前所存在的问题，提出了一种掺K型鸟粪石强化MPC固化Pb2+的方法，在保证毒性浸出满足要求时，解决MPC固化后期力学性能损失大的问题。结果表明：K型鸟粪石强化MPC固化Pb2+ 的28、180 d的浸出浓度为0.63、1.91 mg/L，180 d的抗压强度与未固化Pb2+的MPC (不掺K型鸟粪石)抗压强度相接近，达到了MPC满足毒性浸出要求又可以提高力学性能的强化目的；K型鸟粪石强化固化作用主要是由于提高固化体的密实度并且具有吸附性，提高了对Pb2+的长期固化效果。
磷酸镁水泥 固化 鸟粪石 铅离子 magnesium phosphate cement solidification K-struvite lead ions
1 广西大学土木建筑工程学院，南宁 530004
2 南宁师范大学化学与材料学院，南宁 530001
3 湖南大学土木工程学院，长沙 410082
当地下水含较高浓度的碳酸和氯离子时，碳酸水溶液对地下混凝土结构的腐蚀会导致氯离子在混凝土中的迁移更快。本工作研究了碳酸水溶液环境里氯离子在砂浆中的迁移特性，用X射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG-DTG)和扫描电子显微镜(SEM-EDS)分析了碳酸水溶液-氯离子侵蚀下净浆侵蚀产物以及微观形貌的变化。结果表明：碳酸水溶液侵蚀前期，氢氧化钙和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶脱钙碳化生成碳酸钙填充了砂浆的孔隙结构，抑制了氯离子在砂浆中的迁移；侵蚀后期，由于碳酸钙的溶解以及低钙硅比的C-S-H凝胶转变为无定型硅胶共同导致了砂浆孔隙率增大，氯离子在砂浆中的迁移加快；碳酸水溶液侵蚀导致了水泥基材料中Friedel’s盐的分解以及C-S-H凝胶吸附氯离子能力的下降；降低水灰比能增加砂浆抗碳酸水溶液侵蚀能力及降低氯离子的迁移速度。
碳酸水溶液 氯离子迁移 氯离子结合 水灰比 carbonic acid solution chloride ion migration chloride binding water-cement ratio
1 湘潭大学土木工程学院，湖南 湘潭 41110
2 军事科学院国防工程研究院，河南 洛阳 471023
3 南京山河特种设备科技有限公司，南京 210000
在人工海水拌制的珊瑚砂水泥砂浆中复掺2.0%纳米SiO2和0.4%玄武岩纤维以提升其力学性能，采用带有主动围压装置的分离式Hopkinson压杆对其进行不同围压(0～20 MPa)下的冲击压缩实验，研究纳米SiO2增强珊瑚砂水泥砂浆在不同围压和不同应变率下的动态力学性能。结果表明：无围压(单轴冲击)试件的破坏形态呈现为粉碎状，具有明显的脆性特征；主动围压作用下试件受冲击后的完整性较好，属于压剪破坏，而且试件发生由脆性到塑性的转变，韧性得到提升。从得到的动态应力-应变曲线可以看出试件强度比静态下提高2.08～3.43倍，动态抗压强度是无围压(单轴冲击)的1.88～2.35倍。通过分析材料的动态增强因子和围压增长因子对应变率和围压变化影响，得到了相关经验公式。通过对能量耗散情况的分析，结果表明围压可以提升纳米SiO2增强珊瑚砂水泥砂浆的比能量吸收值。
珊瑚砂水泥砂浆 主动围压 冲击压缩实验 动态力学性能 能量耗散 coral sand cement mortar active confining pressures impact compression experiments dynamic mechanical properties energy dissipation
1 广西大学土木建筑工程学院，南宁 530004
2 南宁师范大学化学与材料学院，南宁 53000
3 湖南大学土木工程学院，长沙 410082
本工作研究了碳化养护对水泥基材料早期抗碳酸水溶液腐蚀性能的影响。测试了经碳化养护后的试件在碳酸水溶液中不同浸泡龄期的抗压强度和腐蚀深度的变化，并采用X射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG-DTG)、低场核磁共振仪(LF-NMR)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段，对碳酸溶液腐蚀后试件微观结构和腐蚀机理进行了分析。结果表明：碳化养护提高了砂浆试件在碳酸水溶液腐蚀前的初始抗压强度，碳化形成的方解石填充了孔隙，使得结构更加致密，从而阻碍碳酸水溶液向内的扩散速率；另外，致密且溶解速率更慢的方解石层包裹着水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，减少了钙的溶出。碳化养护从这两方面减缓了碳酸水溶液的腐蚀速率，提高了水泥基材料的抗碳酸水溶液腐蚀性能，这使得砂浆试件浸泡90 d后的腐蚀深度降低了51%~68%，并减轻碳酸水溶液腐蚀后的强度损失。碳酸水溶液腐蚀前期，以C3S、C2S和CH的腐蚀为主，伴随CaCO3的脱钙；腐蚀中后期，以CaCO3的脱钙为主，伴随C-S-H凝胶的脱钙。
岩溶地区 碳化养护 水泥基材料 碳酸水溶液腐蚀 kart area carbonation curing cement-based materials carbonic acid solution corrosion
1 青岛理工大学土木工程学院，海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心，山东 青岛 266520东南大学材料科学与工程学院，南京 211189
2 青岛理工大学土木工程学院，海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心，山东 青岛 266520
3 香港城市大学建筑学及土木工程系，中国 香港 999077
4 青岛瑞源工程集团有限公司，山东 青岛 266555
5 青岛德泰建设工程有限公司，山东 青岛 266555
6 桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西 桂林 541010
7 东南大学材料科学与工程学院，南京 211189
水泥基材料为多相多尺度结构，各组分均不同程度影响整体韧性，将相关组分按宏观、介观、纳观3个尺度分类概述其对水泥基材料的抗裂增韧机理。宏观尺度如胶凝组分、集料、外加剂、纤维、水胶比、养护制度等，分析其物化效应对水泥基材料抗裂增韧特性的影响机理；介观尺度如微珠、晶须、渗透结晶材料等微米级增强材料，阐述其火山灰、填充、桥接、键合、渗透结晶等增强效应；纳观尺度如纳米SiO2、纳米CaCO3、石墨烯、碳纳米管及微生物、纳米聚合物等纳米级增强材料，介绍其对水化产物微观结构、生长方式及硬化浆体孔结构的增强及优化机理；并阐述‘碳纤维+碳纳米管’、‘纤维+晶须+石墨烯’等跨尺度组分的共轭增韧效应。最后，讨论不同尺度增韧组分当前应用、研究中的不足及发展趋势。
水泥基材料 抗裂增韧 多尺度 宏观 介观 纳观 cement-based materials cracking resistance and toughening multi-scale macroscale mesoscale nanoscale
1 济南大学，山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室，济南 250022 济南大学材料科学与工程学院，济南 250022
2 天津城建大学材料科学与工程学院，天津 300192
水泥基涂层疏水化改性处理是提高其防护效果的有效途径，然而有机硅烷类疏水性材料存在分散性差、弱化涂层物理性能及耐久性的问题。以含羟基聚二甲基硅氧烷为第二油相(PDMS)，采用一步法高速剪切乳化工艺实现了高稳定/疏水型改性聚丙烯酸酯乳液的制备，并进一步构建了高耐久聚合物水泥基防护涂层。研究结果表明：相匹配的PDMS分子量、掺量、剪切速率可获得兼具良好稳定性和疏水性的改性乳液，乳液30 d未见分层现象、乳胶膜接触角提高24.9%、吸水率降低28.94%；制备的聚合物水泥基涂层展现了优异的力学性能、疏水性、耐紫外老化、耐海水和碱溶液浸泡性能，氯离子渗透系数仅为0.193×10-6 mm2/s；分析了乳液的改性机理与涂层耐久性增强机制。
聚丙烯酸酯 聚二甲基硅氧烷 水泥基涂层 耐久性 海工混凝土防护 polyacrylate polydimethylsiloxane cement-based coating durability marine concrete protection
1 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
2 武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065
3 武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室，武汉 430072
铁铝酸盐水泥具有优异的抗海水侵蚀性能，在海洋工程应用中具有突出优势。研究了海水拌和与掺入偏高岭土对铁铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、水化热、电阻率、内部温度、化学收缩、抗压强度和水化产物的影响。结果表明，掺入偏高岭土减小了水泥浆体的流动度，缩短了凝结时间，72 h化学收缩、24 h电阻率均减小，浆体内部温度峰值降低。偏高岭土掺量小于20%时可加快早期水化放热速率、化学收缩和电阻率，并可促进钙矾石生成。海水拌和能加快水泥水化，使得水泥浆体的流动度显著降低，凝结时间显著缩短，并生成水化产物Friedel盐。海水和适量的偏高岭土拌和促进了更多的钙矾石生成，提高了铁铝酸盐水泥浆体的抗压强度。各试样的180 d抗压强度与淡水拌和时相比提高48.6%~80.2%。
铁铝酸盐水泥 海水拌和 偏高岭土 水化热 电阻率 ferroaluminate cement seawater mixing metakaolin heat of hydration electrical resistivity
针对大直径深孔爆破要求质量高、传统堵塞材料长度过长且容易“冲孔”, 提出以早强水泥砂浆为堵塞材料, 选用囊袋式结构作为新型炮孔堵塞物。对不同掺加剂含量、不同龄期的水泥浆进行了静态力学试验与冲击荷载作用下的堵塞模型试验, 通过试验得到在不同变量下水泥砂浆的自收缩性能、抗压强度与冲击荷载作用下管壁的被动围压, 分析被动围压下早强水泥砂浆的动态力学特性; 分析爆生气体压力作用下堵塞物在炮孔中受力特性, 给出大直径深孔炮孔合理堵塞长度。结果表明: 试件的自收缩随着掺加剂含量的提高而增大; 试件抗压强度随着龄期的增长而增大, 掺加剂含量的提高而减小; 随着掺加剂的含量和龄期的增加, 膨胀压力增大, 从而被动围压增大, 当掺加剂含量为4%、16 h龄期时, 各个测点的膨胀压力达到峰值, 另外随着掺加剂含量的提高, 浆液的孔隙增多, 堵塞体轴向可压缩性越高, 能够延长爆生气体压力在炮孔中作用时间, 提高堵塞质量; 综合现场试验结果表明, 依据所推导理论公式结合现场生产合理选取爆破堵塞长度保证了回采期间的安全生产, 深孔爆破取得了良好的效果。
早强水泥砂浆 掺加剂 龄期 被动围压 堵塞长度 early strength cement mortar additives cement age passive confining pressure stemming length
同济大学 材料科学与工程学院, 上海 201804
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥因具有良好的力学性能、适宜的凝固时间和低毒性等优点而在骨科手术中作为可注射型人工骨修复材料受到广泛的应用。然而，其生物惰性可能导致假体长期植入后产生无菌性松动。本研究采用模板法制备了介孔硼硅酸盐生物玻璃微球(MBGS), 并用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)对其进行改性, 制备了MBGSSI。再将硅烷化介孔硼硅酸盐生物玻璃微球(MBGSSI)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥复合, 制备了一种具有良好生物活性和力学性能的复合骨水泥。实验结果表明, 由于γ-MPS与MBGS的结合主要发生在介孔微球的近表面, MBGSSI比MBGS具有更大的比表面积和更小的孔容积。与MBGS/PMMA复合骨水泥相比, γ-MPS可以改善复合材料中无机相和有机相之间的结合, 因此MBGSSI/PMMA复合骨水泥的力学性能得到了改善, 符合ISO 5833:2002对丙烯酸类骨水泥的力学性能要求。此外, 在SBF溶液中浸泡42 d后, MBGS/PMMA和MBGSSI/PMMA复合骨水泥的表面均生成了羟基磷灰石(HA), 证明复合骨水泥具有良好的生物活性。因此, MBGSSI/PMMA复合骨水泥是一种潜在的骨修复材料。
生物玻璃 硅烷化 PMMA骨水泥 生物活性 力学性能 bioglass silanization PMMA bone cement bioactivity mechanical property
