1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
通过改变矿粉、粉煤灰、偏高岭土的配合比, 用复配后的水玻璃进行碱激发, 制备三元地聚物, 测试了三元地聚物凝结时间以及抗折、抗压强度。利用XRD、SEM、EDS及DTG研究硬化浆体中水化产物的形貌和成分, 并对水化过程进行分析。结果表明, 该三元地聚物是由原材料在碱激发水化作用下生成的以水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶为主的复合胶凝材料。矿粉掺量越高, 新拌浆体凝结时间越短, 水化产物中钙系凝胶越多, 试件强度越高。矿粉含量为10%、30%、50%、70%、90%(质量分数)的5组试件3 d抗压强度分别为2.1、14.1、24.2、29.7、37.9 MPa。养护龄期越长, 反应越完全, 水化产物越多, 试件抗压强度越高。当矿粉含量为50%时, 三元地聚物1、3、7、28 d抗压强度分别为12.3、24.2、27.3、36.8 MPa。当矿粉含量为90%、养护龄期为28 d时, 试件抗折、抗压强度最高, 分别为12.0、52.0 MPa。该体系较短的凝结时间使其在道路修补材料及3D打印等领域有着较为广阔的应用前景。
矿粉 粉煤灰 地聚物 强度 微观形貌 水化过程 slag fly ash geopolymer strength microstructure hydration process
为扩大磷石膏的综合利用，以原状磷石膏(RPG)和β-半水磷石膏(HPG)为主要原材料，利用偏高岭土(MK)和碱性激发剂(生石灰、水玻璃)改性制备磷石膏基复合胶凝材料。通过单因素试验探究MK掺量、水玻璃掺量及RPG和HPG的相对掺量对偏高岭土-磷石膏基复合胶凝材料(MKPGBM)力学性能、耐水性能和耐干湿性能的影响，并分析其作用机理。结果表明，MK、水玻璃及HPG掺量的增加均能有效提高MKPGBM的强度。MK和水玻璃掺量(以质量分数计)分别为7%~9%和21%~24%时，MKPGBM的力学性能和耐水性能最优。当RPG与HPG相对掺量(质量分数比)为5∶5时，MKPGBM的28 d抗压和抗折强度最优，分别为19.58和7.44 MPa；当RPG与HPG相对掺量为6∶4时，MKPGBM的综合性能较优，其28 d软化系数达到0.796。MK和掺合料的掺入能有效促进水化产物的生成并填充基体之间的孔隙，还能提高RPG内部颗粒的相互接触强度，进而达到改善磷石膏基复合胶凝材料力学性能、耐水性能及耐干湿性能的效果。
磷石膏 偏高岭土 抗压强度 抗折强度 软化系数 干湿性能 微观形貌 phosphogypsum metakaolin compressive strength flexural strength softening coefficient wet and dry property microscopic appearance
中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024
低热硅酸盐水泥具有高温下强度稳定增长的特性，本文以硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥互为对比，研究了在水泥砂浆成型之后直接进行热养护(50~80 ℃)和标准养护1 d后再进行热养护两种情况下的强度发展和水泥浆体的物相组成、孔隙发展、微观形貌特征。结果表明：高温条件下水泥强度损伤行为源于水化后期的微结构劣化，但这一行为与水化初期受热密切相关，低热硅酸盐水泥在高温下较低的水化速率使其水化产物更均匀、密实，浆体的孔结构不随温度的升高以及受热方式的改变出现明显劣化，因此其强度在高温下仍能保持稳定增长；硅酸盐水泥后期由高温引发的钙矾石分解并没有直接导致强度倒缩，但水化初期过高的水化速率使水泥浆体出现更多的孔洞和缺陷，加速了后期由高温引起的单硫型水化硫铝酸钙(AFm)、Ca(OH)2析出与生长，且诱发浆体孔隙率增大。
低热硅酸盐水泥 养护温度 水化产物 孔结构 微观形貌 low-heat Portland cement curing temperature hydration product pore structure micromorphology
1 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
2 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
为了研究循环流化床(CFB)飞灰对泡沫混凝土性能的影响，选择两种不同的CFB飞灰以及普通粉煤灰(FA)，通过测量泡沫混凝土的抗压强度、流动度、孔结构和吸水率，研究飞灰掺量和种类对泡沫混凝土性能的影响，并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对泡沫混凝土的微观形貌和物相组成进行表征。结果表明，CFB飞灰较高的硫钙含量和不规则的颗粒形貌会对泡沫混凝土的工作性造成不良影响。掺入低硫钙型CFB飞灰时，泡沫混凝土的强度随着CFB飞灰掺量增加而提高，50%(质量分数，下同)掺量时，7和28 d抗压强度均达到最大值，分别为130和225 MPa；掺入高硫钙型CFB飞灰时，泡沫混凝土的强度随着CFB飞灰掺量增加呈先增加后降低的趋势，7和28 d抗压强度分别在CFB飞灰掺量20%和10%时达到最大值，分别为1.42和2.00 MPa。CFB飞灰水化过程中生成的钙钒石和C-S-H凝胶能够填充孔隙，增加小孔占比，降低孔隙率，有利于泡沫混凝土抗压强度的提高和吸水率的降低。
泡沫混凝土 CFB飞灰 钙钒石 抗压强度 微观形貌 foam concrete CFB fly ash ettringite compressive strength micromorphology
1 桂林理工大学材料科学与工程学院，桂林 541004
2 桂林理工大学广西工业废渣建材资源利用工程技术研究中心，桂林 541004
3 桂林理工大学有色金属矿产勘查与资源高效利用协同创新中心，桂林 541004
4 桂林鸿程矿山设备制造有限责任公司，桂林 541002
为探明二元固废间的协同胶凝作用，本文研究了不同配合比条件下钢渣-赤泥-水泥基复合砂浆的力学性能，并采用水化热、XRD、TG-DTG、SEM等手段来表征复合砂浆的水化特征及微观形貌。研究结果表明：与纯水泥组相比，单掺30%(以下均为质量分数)钢渣会抑制浆体的水化反应，从而降低砂浆的力学性能，而在单掺30%钢渣的基础上复掺适量的赤泥可以有效降低钢渣对砂浆力学性能的负面影响。其中，当钢渣掺量为15%、赤泥掺量为15%时，复合砂浆的28 d抗折强度和28 d抗压强度均最高，分别为6.8和39.8 MPa，与单掺30%钢渣组相比，复合砂浆的28 d抗折强度和28 d抗压强度分别提高了11.5%和20.6%，这主要是因为掺入的赤泥不仅起到物理填充作用，而且为钢渣的水化反应提供了良好的碱性环境，促进钢渣参与水化反应，生成更多的钙矾石和水化硅酸钙凝胶，改善砂浆的微观结构。
钢渣 赤泥 力学性能 水化特征 水化产物 微观形貌 孔结构 steel slag red mud mechanical property hydration characteristic hydration product microscopic morphology pore structure
1 辽宁科技大学化学工程学院，辽宁 鞍山 114051
2 大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116024
3 南京航空航天大学土木工程系，南京 210016
4 辽宁科技大学材冶学院，辽宁 鞍山 114051
旨在提高硫氧镁(MOS)水泥的耐水性，以硅酸作为改性剂引入至MOS体系中，分析了其对MOS水泥力学性能、体积稳定性和耐水性的影响，跟踪了掺入硅酸后的MOS水泥相组成、微观形貌和离子浸出浓度的变化，研究了水化硅酸镁(M-S-H)凝胶与MOS体系的共存性。结果表明：硅酸通过促进5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O和水化硅酸镁凝胶的生长，提高MOS水泥的力学性能和体积稳定性。当掺入硅酸的MOS水泥浸水后，未反应的硅酸可持续与游离的Mg2+和OH-反应形成M-S-H凝胶，且5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O和M-S-H凝胶具有良好的共存性，致使MOS水泥的耐水性提高。
硫氧镁水泥 硅酸 耐水性 水化产物 微观形貌 magnesium oxysulfate cement silicic acid water resistance hydration product microstructure
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 湖北三峡实验室, 宜昌 443007
3 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
4 中国地质大学(武汉)材料与化学学院, 武汉 430074
5 武汉市汉阳市政建设集团有限公司, 武汉 430050
针对混凝土用人造骨料表面疏松多孔和水泥浆体结合能力不足的问题, 提出包覆和表面疏水特性修饰的新方法处理人造骨料。试验将不同质量分数的硅烷偶联剂溶液与有机硅树脂联合改性应用于碳化养护的人造骨料, 研究改性方法对人造骨料吸水率、颗粒强度、骨料-水泥砂浆黏结强度等性能的影响规律, 利用细观/微观测试分析方法表征改性前后人造骨料的微观结构以及人造骨料与水泥砂浆的界面形貌。结果表明, 较单一使用化学溶液改性人造骨料, 联合改性方法可显著优化人造骨料的表面微观结构, 提升骨料性能, 骨料吸水率可降低至1.74%。当硅烷偶联剂质量分数为5%时, 人造骨料表面形成厚度合适的改性层, 人造骨料与水泥砂浆的结合程度显著提升。
固体废弃物 人造骨料 表面改性 界面过渡区 物理性能 微观形貌 solid waste artificial aggregate surface modification interfacial transition zone physical property microstructure
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院, 江苏 苏州 215009
2 江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室, 江苏 苏州 215009
为了解决白光干涉相位求解问题，实现微观形貌的高度测量，提出了基于主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）的白光干涉（White Light Interferometry，WLI）微观形貌测量算法。通过搭建的白光干涉显微系统采集多幅干涉图，将其重构成向量形式。在一组干涉图中，用时间平均值来估计背景照明，消除背景光成分。然后，通过矩阵运算得到代表原始数据的特征值及其特征向量。最后，通过反正切函数计算物体的包裹相位分布。实验结果表明，本文所提方法对于标定高度为956.05 nm的台阶测量结果为953.66 nm，且可以获得与迭代算法近似的解，而本文所提方法与迭代算法相比，处理速度提高了2个数量级。利用本文方法分析了表面粗糙度为0.025 µm样块的干涉条纹。结果显示：计算得到的表面粗糙度均值为24.83 nm，标准差为0.3831 nm。本文提出的方法解决了单色光干涉测量中的不足，还具有计算简单、速度快及精度高等优势。
光学测量 白光干涉 主成分分析 微观形貌测量 optical testing white light interferometry principal component analysis micro topography measurement
1 华中科技大学材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 4300074
2 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心, 武汉 430074
云南具有丰富的矿产资源, 钠长石是当地的优势矿种之一, 然而目前钠长石产业结构单一, 产品附加值低。本文以云南钠长石为原材料, 采用数字光处理(DLP)技术制备钠长石陶瓷, 探究了烧结温度对钠长石陶瓷性能的影响, 并基于研究结果成功制备出结构复杂的钠长石陶瓷。结果表明, DLP技术制备的钠长石陶瓷成形效果良好, 钠长石陶瓷素坯的抗弯强度为18.30 MPa。随着烧结温度的升高, 钠长石陶瓷的主要物相为钠长石和钙长石, 无新相产生, 且钠长石陶瓷的收缩率、致密化程度和抗弯强度逐渐增大。当烧结温度达1 150 ℃时, 钠长石陶瓷试样收缩率最大, 为35.25%(Z方向), 微观组织致密, 力学性能良好, 其抗弯强度为98.69 MPa。将云南钠长石与数字光处理技术相结合制备高性能、结构复杂的钠长石陶瓷对促进云南钠长石的产业发展具有较为重要的推动作用。
钠长石 数字光处理 烧结温度 抗弯强度 微观形貌 收缩率 albite digital light processing sintering temperature bending strength microscopic morphology shrinkage
1 中国国检测试控股集团股有限公司, 国家耐火材料产品质量检验检测中心(北京), 北京 100024
2 北京通达耐火工程技术有限公司, 北京 100085
3 北京国建联信认证中心有限公司, 北京 100037
本文以熔铸耐火材料为研究对象进行抗盖板玻璃熔体侵蚀试验, 采用化学分析、岩相分析和电子显微镜能谱分析等测试分析方法, 对比研究钠钙玻璃熔体、高铝玻璃熔体和锂铝玻璃熔体对熔铸耐火材料的侵蚀行为。结果表明, 玻璃熔体中的碱金属离子向耐火材料中的玻璃相扩散, 导致玻璃相黏度降低, 同时耐火材料中刚玉相溶解, 斜锆石分散, 主体结构遭到破坏, 并形成界面层。界面层内存在富铝含锆的玻璃相, 由于高铝玻璃和锂铝玻璃氧化铝含量高, 表面张力大, 界面层内的玻璃相聚集在试样周围且扩散慢, 从而阻止了侵蚀的发展。玻璃熔体的侵蚀速率为钠钙玻璃熔体＞高铝玻璃熔体＞锂铝玻璃熔体。
钠钙玻璃 高铝玻璃 锂铝玻璃 熔铸耐火材料 抗侵蚀性能 扩散 微观形貌 soda-lime glass high aluminum glass lithium aluminum glass fused-cast refractory material corrosion resistance diffusion microstructure
