为促进高钙粉煤灰高附加值利用，以粉煤灰为主要原料，采用水玻璃碱激发方式，获得具有优异力学性能的地聚合物，进而以过氧化氢为发泡剂，十二烷基磺酸钠(SDS)为稳泡剂，优化发泡工艺，制备多孔发泡地聚合物，并采用Image-Pro Plus图像软件对发泡截面孔径分布进行分析，利用XRD、FTIR和SEM-EDS对发泡地聚合物微观结构进行表征。结果表明：在液固比为0.50、碱当量为10%(质量分数)、水玻璃模数为1.50、H2O2掺量为3%(质量分数)、SDS掺量为0.3%(质量分数)和80 ℃发泡4 h条件下，标准养护制备的试块28 d抗压强度为1.78 MPa，表观密度为631 kg/m3。发泡地聚合物孔径小且分布均匀，密度较低。聚合产物为少量C-S-H凝胶和大量钙铝钠协同反应产生的N(C)-A-S-H凝胶，保证了发泡地聚合物的机械强度。

高原气候环境下基础设施结构混凝土材料强度、耐久性所面临的问题逐渐凸显,研究高原气候环境对混凝土性能的影响具有重要意义。通过低气压试验箱模拟95.0、70.7、57.6、47.0和38.7 kPa气压环境,测试了不同养护气压下水泥净浆的抗压强度、孔结构和物相组成。结果表明,在同一龄期时,随着养护气压的降低,水泥净浆的抗压强度逐渐降低,孔隙率逐渐增加,最可几孔径逐渐增大,过渡孔比例减小,毛细孔和大孔的比例增加,水化产物中的Ca(OH)2逐渐减少。此外,本文还分析了水泥净浆抗压强度与孔结构的关系,基于水泥净浆孔结构参数,建立了水泥净浆抗压强度预测模型。

以天然植物组织油茶粕为原料, 通过水提法制备绿色发泡剂, 并采用物理发泡方式制备泡沫混凝土, 研究混泡时间、水胶比和泡沫掺量对泡沫混凝土干密度、抗压强度及孔结构的影响。结果表明: 绿色发泡剂泡沫稳定性高, 可用于制备低密度泡沫混凝土, 是一种优质的新型绿色发泡剂; 当泡沫掺量为750 mL、混泡时间为180 s、水胶比为0.45时, 所制备的A05密度等级泡沫混凝土的吸水率为45%, 抗压强度为1.52 MPa, 并且绿色发泡剂制备的泡沫混凝土孔径分布均匀, 孔径小(最大气孔孔径dmax＜0.6 mm), 气孔形态完整。

采用湿泡沫拌合法以再生微粉(RP)为主要原料制备了泡沫保温材料, 通过测量泡沫的稳定时间、浆体的流动特性与凝结过程, 结合试件的抗压强度、干密度、孔隙率以及导热系数等指标, 探讨了浆体组成对泡沫存活状态的影响规律以及RP的最大掺量。结果表明: 泡沫的稳定性与浆体的黏度、凝结过程存在适宜的匹配状态, 当水固比为0.80、浆体黏度为1.7 Pa·s左右、终凝时间小于30 min时, 预制泡沫具有较好的存活状态; RP的最大掺量可达70%, 所制备泡沫保温材料的抗压强度为1.15 MPa, 导热系数为0.118 W/(m·K), 符合JG/T 266—2011泡沫混凝土标准A06等级要求。

针对目前低场核磁共振技术在水泥基材料应用中普遍存在的数据可靠性、结果稳定性和模型与应用适配性等问题, 通过总结基本理论模型, 结合应用进行了综述。介绍了双组份快速交换模型、Korb模型、信号幅度模型和Gibbs-Thomson模型4个理论模型, 及低场核磁在水泥基材料孔结构表征、物相定量和水分动力学研究中的应用, 指出了模型本征限制条件及其在应用中存在的常见误区。根据水泥基材料的特点, 总结了常用核磁脉冲序列, 提供了推荐参数, 并介绍了相关应用场景。总结了目前技术上的不足之处, 并展望了低场核磁共振技术在水泥基材料领域未来的研究方向。

以钾长石和粉煤灰漂珠为主要原料，矾土为调质剂，在空气气氛下经900~1 150 ℃保温1 h制备得到轻质隔热材料，并研究了烧成温度与矾土含量对轻质隔热材料服役性能的影响规律及作用机理。结果表明，通过提升烧成温度或增加矾土含量，能够有效优化轻质隔热材料的常温物理性能。当烧成温度为1 100 ℃、调质剂矾土质量分数为20%时，试样具有最佳物理性能，其体积密度约为(0.97±0.01) g·cm-3，真气孔率约为(63.7±0.5)%，常温耐压强度达到(9.42±0.21) MPa，同时其300 ℃和600 ℃下的高温热导率分别约为0.147 W/(m·K)和0.229 W/(m·K)，与一般轻质隔热材料相比同样具有优异服役性能，且制备成本较低。

铬刚玉浇注料是重要的危废焚烧炉炉衬材料之一，但危废来源广泛，成分复杂，导致炉渣的成分存在差异，从而影响炉衬的使用寿命。本文以铝酸钙水泥结合铬刚玉浇注料为研究对象，选取了富含CaO、Fe2O3和SiO2的三种典型危废炉渣，研究了上述危废炉渣对铬刚玉浇注料烧成前后的侵蚀/渗透行为和Cr(Ⅵ)形成的影响。结果表明，材料的抗渣侵蚀和渗透性能与渣的黏度、渣与材料的界面反应以及材料的孔隙结构有关。就渗透性而言，高SiO2渣和高Fe2O3渣与材料界面反应后形成了低熔点的霞石等物相，促进了渣渗透；高CaO渣与材料反应后形成了高熔点的六铝酸钙等物相，减缓了渣渗透，造成渣渗透深度顺序为高SiO2渣>高Fe2O3渣>高CaO渣。相比之下，将材料进行烧成处理可以显著降低基质中CaO的反应活性，而且可以实现微孔化，渣的渗透行为受到抑制，尤其是高SiO2渣的渗透显著降低。静态坩埚抗渣侵蚀性与渣液的渗透行为有关，由于渣的显著渗透行为，反而降低了渣的侵蚀指数。高CaO渣与试样反应后渣液黏度上升，且生成高熔点的铝酸钙相减缓渣液渗透，渣作用在材料界面时间增长，导致高CaO渣的侵蚀指数略高。

硅灰和低水胶比会降低混凝土总孔隙率，但增加了混凝土自收缩，使其产生微裂纹。本文研究了掺入硅灰和减缩剂(SRA)对不同水胶比的混凝土自收缩和微观、宏观尺度孔径分布的影响。结果表明：掺入10%（体积分数）的硅灰会使混凝土自收缩增加27.3%~28.8%;而加入减缩剂使混凝土自收缩降低68.0%~85.1%，且对含有硅灰的混凝土样品降幅更大。此外，掺入硅灰和减缩剂可以使混凝土总孔隙率分别降低5.1%~6.0%和35.9%~39.7%，但硅灰会增大混凝土100 nm以下孔隙和100 μm以上孔隙的体积占比，而减缩剂对这两类孔隙的体积则会起相反作用。同时，自收缩与100 μm以上孔隙体积分数呈明显正相关关系。

氯离子扩散系数是研究海洋环境下混凝土结构耐久性的重要参数之一。通过开展不同水胶比混凝土的压汞试验和盐雾扩散试验,研究了混凝土内部孔隙率、孔径分布及临界孔径对氯离子扩散系数的影响规律。结合Menger海绵体模型, 建立孔体积分形维数与氯离子扩散系数的关系。结果表明: 孔隙率和临界孔径与无量纲化氯离子扩散系数的相关性很高, 可作为反映混凝土氯离子扩散性能的重要参数; 通过数学分析计算得到的孔表面分形维数分布在2.56~3.86之间, 孔体积分形维数分布在2.85~2.98之间; 基于压汞法和分形理论计算得到的孔体积分形维数可以作为评价氯离子扩散系数的指标, 在孔径小于10 nm、10～100 nm、100～1 000 nm以及大于1 000 nm四类区间, 氯离子扩散系数随孔体积分形维数的增加而下降。

本文将粉磨之后的煤矸石替代部分水泥掺入到混凝土中, 通过物理发泡工艺制备煤矸石泡沫混凝土。采用FiJi-imageJ图像分析技术等对泡沫混凝土的孔径分布、平均孔径、气孔直径等进行表征, 分析了煤矸石改善泡沫混凝土成孔的原因以及煤矸石粉磨粒径对泡沫混凝土抗压强度的影响。结果表明:当掺入粒径为45 μm的煤矸石粉时, 泡沫混凝土的强度随着掺量的增加逐步下降, 而掺入粒径为15 μm的煤矸石粉时, 强度则随掺量的增加呈先上升后下降的趋势; 在调节孔结构方面, 粒径为45 μm的煤矸石粉优于粒径为15 μm的煤矸石粉, 并在50%(质量分数)掺量下达到最优效果。