固体浮力材料具有密度低和抗压强度高等性能，是载人/无人深潜器一种重要材料。固体浮力材料在高压下空心玻璃微珠会逐步发生破坏，导致吸水率增加，从而降低潜水器的正浮力，进而影响到载人/无人深潜器的安全性和使用性。浮力材料的吸水率与应力之间存在耦合关系，对浮力材料吸水率的计算造成了困难。本研究以同心球壳单胞为研究对象，通过添加子程序，采用有限元数值分析吸水过程。研究了不同厚度点、不同时间时浮力材料的体应力、吸水率、吸水扩散系数的分布、变化和相互关系；发现吸水率与体应力、扩算系数与体应力存在线性关系。将有限元分析结果与实验数据进行比较，有限元计算结果与实验数据吻合较好，验证了简化模型的有效性。文章可为全海深固体浮力材料设计和应用提供理论指导。

面粉吸水率是评价面粉质量和预测面制品加工特性的重要品质性状。 面粉吸水率的测定主要参照国际或国家标准利用粉质仪进行, 其测定方法费时费力。 基于此, 提出利用可见近红外光谱分析技术结合多元统计分析进行面粉吸水率快速、 无损检测。 参照国标法测定150份小麦面粉样品的吸水率, 面粉吸水率变幅为53.10%~74.50%。 利用可见近红外分析仪采集面粉样品的光谱信息, 有效光谱范围为570~1 100 nm。 采用偏最小二乘回归(PLSR)、 主成分回归(PCR)和支持向量机回归(SVR)将光谱信息和面粉吸水率进行关联, 分别建立面粉吸水率的定量分析预测模型, 筛选最优的建模方法。 在优选的建模方法的基础上, 采用竞争性自适应重加权(CARS)、 区间随机蛙跳(iRF)、 迭代保留信息变量(IRIV)和连续投影(SPA)算法提取特征波长, 筛选最优的特征波长提取算法。 基于最优的建模方法和最优的特征波长提取算法提取的特征波长, 采用标准化(NL)、 一阶求导(1st Der)、 基线校正(BL)、 标准正态变换(SNV)和去趋势化(DT)5种光谱预处理方法对特征波长的光谱进行预处理, 筛选最优的光谱预处理方法。 结果表明, 采用NL光谱预处理方法对CARS算法提取的24个特征波长(仅占原始波长的2.26%)的光谱进行预处理后建立的PLSR模型性能最佳, 预测集相关系数(R2p)、 预测集均方根误差(RMSEP)和预测相对分析误差(RPD)分别为0.889 4、 1.458 5和2.641 3。 采用CARS算法提取的特征波长所建的模型不仅能提高模型的性能, 还很大程度提高模型运算效率、 降低仪器制造成本和光谱仪微型化的难度, 从而为面粉吸水率可见近红外无损、 快速检测研究奠定了基础。

为了解决废弃陶瓷再生利用和河砂短缺的问题，开展了低吸水率陶瓷再生砂(由废弃低吸水率瓷质陶瓷墙地砖制备而成，简称陶瓷砂)的性能及其等体积全取代河砂对砂浆力学和干燥收缩性能的影响研究。结果表明：陶瓷砂的吸水率、表观密度和压碎指标均较低，是一种轻质高强的细骨料；在水胶比、胶凝材料组成和砂浆工作性能相同的情况下，与河砂砂浆相比，水胶比为0.45、0.35和0.25的三种陶瓷砂砂浆的力学性能均明显提高，其中28 d抗压强度分别提高了39.1%、26.8%和24.6%，且28 d干燥收缩值分别降低了45.7%、17.9%和5.3%；水胶比越大，陶瓷砂砂浆的抗压强度、抗折强度和弹性模量提高幅度越大，干燥收缩值降低幅度越大。性能改善的机理是陶瓷砂自身强度高，陶瓷砂表面粗糙并含有1~20 μm的微孔，且含有大量1~5 μm的微粉，以其取代河砂后改善了砂浆中界面过渡区和水泥石的微观结构。

为研究高温后水泥砂浆内部水分迁移特征，将水泥砂浆试件300、400、500 ℃高温处理后表面镀蜡(留有一个上表面)，随后将试件未镀蜡一端置于液面下2 cm进行自渗吸试验。采用核磁共振(NMR)技术T2谱及核磁共振成像研究高温作用后水泥砂浆试件水分迁移情况及特征。结果表明，随着处理温度升高，试件胶凝孔和气孔或裂隙占比增大，而毛细孔占比逐渐降低，试件吸水质量减小，吸水质量前24 h内快速增加，随后减缓并趋于稳定。同时，高温作用影响毛细管吸水率，当处理温度小于等于400 ℃时，高温可增大毛细管吸水率；当处理温度大于400 ℃时，高温反而削弱毛细管吸水率。通过引入毛细吸收系数S来表征毛细管吸水率，S在6 h前大于10，而在6 h后减小超过2个数量级。另外，水分迁移存在优先孔径，在毛细孔中迁移的优先孔径为10~480 nm，在气孔或者裂隙中迁移的优先孔径为1 680~16 800 nm，且随浸水时间增加，水分更倾向由大孔传输到较小孔隙中。最后，通过核磁共振成像可实时观测到水分迁移位置由外到内，迁移速度与试件处理温度呈正相关。

非饱和状态下混凝土的冻融破坏与饱和状态混凝土的破坏机理和损伤形态有着很大的不同。为了探究冻融环境下非饱和水泥基材料的吸水性能和微结构的劣化, 设置了?傆b10 ℃~4 ℃、?傆b20 ℃~4 ℃、?傆b30 ℃~4 ℃、?傆b40 ℃~4 ℃ 4个冻融循环制度, 探究非饱和水泥净浆在不同最低冰冻温度影响下的吸水特性, 之后对单面浸水非饱和水泥净浆进行最低?傆b40 ℃的冻融循环作用23次, 并对距离水面不同高度处的试样进行微结构分析。结果表明: 非饱和水泥净浆的吸水率随着冻融循环次数的增加而增大, 冰冻温度越低, 吸水率越大, 表明冷吸作用越大; 经历同样冻融循环次数后, 距离水面越近的部位表现出孔隙率越大、微裂纹体积分数越大, 其中小孔含量较少、大孔含量明显增大, 即距离水面越近冻融损伤越严重。

水泥基材料具有高度的亲水性, 服役环境中的侵蚀性物质往往通过水的传输渗透到水泥基材料中, 从而导致钢筋腐蚀、混凝土碳化等耐久性问题。本工作利用具有疏水性的微生物菌体提高水泥基材料的疏水性能。研究发现熊蜂生假丝酵母和球形芽孢杆菌掺入砂浆后均可提高砂浆的疏水性能, 接触角可分别提升至122.7°和112.1°, 水滴在砂浆断裂面的扩散速率和吸收速率显著减缓, 毛细吸水最高下降39%左右。通过对内部微结构的分析初步得出菌体通过粗糙结构的构造及自身疏水性的共同作用提升了砂浆基体的疏水性能。虽然加入菌体后砂浆的流动性能和疏水性能得到提升, 然而力学性能显著下降, 这也为后续使用微生物菌体作为水泥基材料疏水剂提出新的挑战。

为进一步提升低碱再生骨料植生混凝土在海绵城市各使用场景中设计与运营规划的合理性, 通过压汞试验测定了天然骨料、再生混凝土骨料、再生红砖骨料的孔径分布, 利用三种类型骨料配制低碱植生混凝土并分别测量其在吸水与返水状态下的吸水率-时间曲线和含水率-时间曲线, 建立了低碱再生骨料植生混凝土吸返水特性的表征模型, 并结合Pearson相关性系数揭示了植生混凝土吸返水特性的微观机理。结果表明: 幂函数与双指数函数可较为精确地拟合各类型植生混凝土的吸水率-时间曲线(拟合优度R2不小于0.95)和含水率-时间曲线(拟合优度R2不小于0.99), 其中幂函数吸水模型包括初始吸水系数与增量吸水系数两个参量, 双指数返水模型包括初始含水系数、初始返水系数以及残余含水系数三个参量; 骨料类型显著影响低碱植生混凝土的吸返水特性, 这种差异主要来自骨料本身的孔隙结构, 骨料100 nm 以上孔隙越多, 植生混凝土的初期吸水速率越大, 饱和吸水率越高, 持续返水能力越强, 骨料100 nm 以下的孔越多, 返水后的残余含水率越高。此外, 由于 100 nm 以下的孔可通过毛细作用持续吸水, 而部分孔隙结构存在小孔(孔径100 nm以下)与大孔(孔径100 nm 以上)串联的情况, 形成了毛细孔吸水、大孔储水的虹吸结构, 故植生混凝土的持续吸水能力与 100 nm 以上及 100 nm 以下的孔均有显著关系。

碱激发矿渣-赤泥胶凝材料(AASR)由于吸水速率较大, 水分和侵蚀性离子易进入AASR内部, 对其耐久性构成重大威胁。本文利用硬脂酸钠(NaSt)改善AASR的孔结构, 并在孔隙壁上引入憎水膜, 降低AASR的吸水速率。通过对AASR孔结构、接触角和微观形貌的分析, 揭示了NaSt对AASR吸水速率的改善机理。结果表明: NaSt在AASR内部引入了较多的封闭孔, 内部孔隙之间的连通性会被这些封闭气孔阻断, 从而阻断水分在AASR孔径中的传输; NaSt在毛细孔壁形成憎水膜, 增大了孔壁接触角, 降低了毛细管吸力; 掺入质量分数为0.5%的NaSt后, AASR的初始吸水速率的降低幅度高达83%, 但对力学性能影响较小。

为了探明再生砂混凝土的毛细吸水特性, 研究了再生砂掺量(0%、30%、50%、70%、100%, 质量分数)、再生砂微粉含量(3%、7%、10%, 质量分数)、水胶比(0.37、0.45、0.58)、矿物掺合料品种和掺量、再生砂预湿程度(0%、50%、100%)、硅烷浸渍处理等因素对再生砂混凝土抗压强度与毛细吸水性能的影响, 分析了不同再生砂掺量的混凝土孔结构与毛细吸水系数的关系。结果表明: 再生砂混凝土0~240 min和240~1 440 min两阶段的毛细吸水量皆与时间的平方根之间呈线性关系; 随着再生砂掺量和微粉含量的增加, 混凝土的毛细吸水系数逐渐增大, 再生砂掺量超过50%时, 会显著影响混凝土的毛细吸水性能和强度; 通过降低水胶比、增大再生砂的预湿程度、掺入三元复合矿物掺合料(15%粉煤灰+15%矿渣粉+8%硅灰)以及对混凝土表面进行硅烷浸渍处理, 均可以降低再生砂混凝土的毛细吸水系数。随着再生砂掺量的增加, 混凝土的孔隙率和临界孔径增大, 进而导致混凝土毛细吸水系数增加。