1 中国建筑材料科学研究总院有限公司，绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024
2 重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400045
高硫型贝利特硫铝酸盐水泥在海洋工程快速施工具有显著的优势，但是该水泥熟料后期强度发展不足。采用硼/磷复合掺杂的方法开展了提高后期强度的研究，并采用X射线衍射结合Rietveld全谱定量分析、扫描电镜、等温量热及热重分析等测试方法，研究了硼/磷复合掺杂对高硫型贝利特硫铝酸盐水泥熟料矿物形成、微观结构及水化等的影响。研究表明：硼、磷2种元素均能固溶到硅酸二钙的晶体结构中，形成结构缺陷，提高熟料中α-C2S含量，同时提高c-C4A3$的含量，促进了熟料早期的水化和后期强度的发展。
高硫型贝利特硫铝酸盐水泥熟料 硼酸 磷酸钙 强度 sulfate-rich belite sulfoaluminate clinker boric acid calcium phosphate strength
1 河北工业大学化工学院/海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心, 天津 300130 河北省现代海洋化工技术协同创新中心, 天津 300130河北工业大学化工学院/化工节能过程集成与资源利用国家-地方联合工程实验室, 天津 300130天津市本质安全化工技术重点实验室, 天津 300130
2 王美玲
钾是海水中的常量元素之一, 硫酸钾水溶液结构研究有利于解释其溶解度的微观机理, 从而为海水中钾盐的分离纯化提供理论指导。 利用实验室改装的X射线衍射仪、 上海同步辐射光源装置及拉曼光谱技术研究了不同质量分数的K2SO4水溶液的微观结构信息。 由X射线散射数据处理得到的差值结构函数F(Q)可知, Q=2.5 -1附近的一高一低双峰逐渐变成强度相当的两个峰, 此处双峰与水溶液中的氢键网络结构有关; 随着质量分数的增加, Q=5.0 -1附近的峰位向坐标轴右侧移动。 由G(r)可知, 2.8 处峰随质量分数的增加有展宽趋势, 主要受O—O相互作用影响。 在拉曼光谱图中, 位于3 200 cm-1附近的肩峰强度随溶质含量的增加逐渐降低, 2 800～3 800 cm-1范围内整体峰形变窄。 拉曼光谱去卷积拟合的结果表明, K2SO4的加入破坏了水的四面体氢键构型, 小幅促进了质子供体型氢键的形成。 X射线散射和拉曼光谱的分析结果均说明K2SO4的加入破坏了原有的水分子四面体网络结构。
溶液结构 X射线散射 拉曼光谱 Solution structure X-ray scattering Raman spectroscopy K2SO4 Potassium sulfate 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1838
1 1.福建工程学院 电子电气与物理学院, 福州 350108
2 2.中国科学院 福建物质结构研究所, 光电材料化学与物理重点实验室, 福州 350002
作为实现全固态激光器频率转换功能的关键材料, 紫外非线性光学晶体发挥着不可替代的作用。设计兼具大的非线性光学系数、合适的双折射和宽带隙的紫外非线性光学晶体仍然是该领域亟待攻克的一个难题。由于具有宽的带隙, 硫酸盐已成为紫外非线性光学晶体领域的一个重要研究方向。SO4四面体基团具有接近非极性的Td对称性, 使其极化率各向异性和二阶极化率较小, 因而对晶体的非线性系数和双折射贡献很小。通常引入畸变程度高的阳离子多面体可以增加晶体的非线性效应和双折射。本工作将易于形成畸变多面体的Hg2+离子引入到硫酸盐体系中, 采用高温熔体法合成出新型非线性光学晶体材料Rb3Hg2(SO4)3Cl。该晶体属于单斜晶系, 空间群为P21, 晶胞参数为a=0.78653(2) nm, b=0.97901(2) nm, c=1.00104(3) nm, β=110.95(3), Z=2。其晶体结构由[SO4]四面体、[HgO5]和[HgO4Cl]多面体以角共享的方式连接形成空间网状结构, 而Rb+填充在孔洞中。Rb3Hg2(SO4)3Cl晶体的粉末倍频效应为1.5倍KDP, 且能够在可见光区实现相位匹配。紫外漫反射光谱测试表明, 紫外截止边为251 nm, 对应光学带隙为4.94 eV。利用偏光显微镜确定该晶体在546.1 nm处的双折射为0.04。此外, 第一性原理计算表明, 晶体的非线性系数主要来源于扭曲的[HgO5]、[HgO4Cl]和[SO4]多面体。上述结果表明, Rb3Hg2(SO4)3Cl是具有潜在应用前景的紫外非线性光学晶体材料。
紫外 汞基硫酸盐 非线性光学晶体 晶体结构 ultraviolet Hg-based sulfate nonlinear optical crystal crystal structure
太原科技大学材料科学与工程学院, 太原 030024
脱硫石膏(FGD gypsum)作为一种固废, 可经过高温煅烧制备建筑石膏, 实现固废资源化利用。以脱硫石膏为原料, 氧化钙和硫酸铝为复合转晶剂, 在170 ℃下煅烧2 h制备建筑石膏, 研究复合转晶剂的复合比例及掺量对建筑石膏力学性能的影响, 并揭示其复合转晶机理。结果表明, 当复合转晶剂掺量为1%(质量分数)、氧化钙和硫酸铝复合比例为1∶1(质量比)时, 制备的建筑石膏力学性能最佳。水化后石膏块体致密性良好, 水化产物呈相互交错的短柱状或纤维状。建筑石膏的2 h抗折和抗压强度分别为3.6和9.7 MPa, 绝干抗折和抗压强度分别为6.8和23.5 MPa, 满足《建筑石膏》(GB/T 9776-2022)中3.0级建筑石膏的要求。
脱硫石膏 建筑石膏 复合转晶剂 硫酸铝 氧化钙 力学性能 FGD gypsum calcined gypsum composite crystal modifier aluminum sulfate calcium oxide mechanical property
为研究铁尾砂泡沫混凝土抗冻融性能, 制备了5组目标密度为900 kg/m3的泡沫混凝土, 在硫酸盐环境下冻融循环后, 对比分析不同铁尾砂掺量泡沫混凝土的质量损失、强度损失、孔隙面积率和微观结构。以质量损失和强度损失为衡量指标, 评选最优配合比, 基于Wiener退化过程进行可靠度分析并预测剩余寿命。结果表明: 在硫酸盐冻融循环过程中, 泡沫混凝土表面损伤, 内部孔隙连通形成裂缝, 各试件质量呈先增加后减少的趋势; 抗压强度和孔隙面积率持续下降, 细粒径铁尾砂的掺入有效缓解了泡沫混凝土的损伤。其中, 20%(质量分数)铁尾砂掺量的泡沫混凝土抗冻融能力最强, 试件经过约300次冻融循环后失效。本研究可为泡沫混凝土在冻土地区的应用提供思路。
铁尾砂 泡沫混凝土 冻融循环 硫酸盐环境 Wiener退化过程 iron tailings sand foam concrete freeze-thaw cycle sulfate environment Wiener degradation process
1 甘肃省第五建设集团有限责任公司, 天水 741000
2 重庆文理学院土木工程学院, 重庆 402160
3 兰州理工大学材料学院, 兰州 730050
以风积沙混凝土为研究对象, 采用核磁共振、场发射扫描电子显微镜及能谱仪观测不同风积沙掺量及不同浓度硫酸盐侵蚀作用下混凝土的微观孔隙结构、微观形貌及产物特征。结果表明: 随着风积沙掺量增加, 风积沙混凝土抗压强度先增强后减弱, 孔隙率先降低后增加, 风积沙掺量为40%(质量分数)时力学性能最好; 随着硫酸镁浓度的增加以及侵蚀周期的延长, 风积沙混凝土相对动弹性模量先增加后降低; 当硫酸镁浓度为3.5%、风积沙掺量为40%时, 风积沙混凝土浸泡360 d时仍满足标准要求, 此时风积沙混凝土孔隙率为2.553%, 其中少害及有害孔占比达到63.8%, 且产生较多针棒状钙矾石; 当硫酸镁浓度为5.0%(质量分数)时, 孔隙率增加至2.879%, 少害及有害孔比例降低至57.3%, 钙矾石富集程度进一步增加。
风积沙混凝土 相对动弹性模量 风积沙掺量 硫酸镁浓度 孔隙率 钙矾石 aeolian sand concrete relative dynamic elastic modulus aeolian sand content magnesium sulfate concentration porosity ettringite
秦思成 1,2,3,*吴锦绣 1,2,3齐源昊 1,2,3柳召刚 1,2,3[ ... ]张晓伟 1,2,3
1 内蒙古科技大学材料与冶金学院，包头 014010
2 内蒙古自治区高校稀土现代冶金新技术与应用重点实验室，包头 014010
3 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室，包头 014010
以硫酸铵废水为原料，采用水热法制备了无水硫酸钙晶须(CSW)。首先研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和不同聚合度的聚乙二醇(PEG)对CSW生长行为的影响。然后用Materials Studio 2020软件对SDBS吸附在CSW表面进行分子动力学模拟，计算得到各晶面吸附能。结果表明，产物均为正交晶系的CSW。未加添加剂制备出的CSW平均长度为65.27 μm，长径比为40，但表面粗糙，分布不均匀。加入4%(质量分数)SDBS制备出的CSW形貌最优，分布均匀，表面光滑且均为针状，平均长度为136 μm，长径比为62。SDBS能促进CSW以螺旋位错的形式沿轴向生长，提高CSW长径比。
硫酸铵废水 水热法 无水硫酸钙晶须 添加剂 分子动力学模拟 吸附能 ammonium sulfate wastewater hydrothermal method anhydrous calcium sulfate whisker additive molecular dynamics simulation adsorption energy
为考察白云石对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响，本文采用10%、20%、30%（质量分数，下同）白云石掺入水泥净浆与水泥砂浆试件中，在低温条件下浸泡于5%硫酸镁和5%硫酸钠溶液中，并进行硫酸盐侵蚀试验。定期观察试件的宏观形貌变化，并定量分析其侵蚀产物。测定水泥砂浆试件抗折强度与抗压强度并进行宏观分析，以此得出不同种类硫酸盐对试件生成碳硫硅钙石的影响。采用热力学模拟探究白云石对水泥胶凝体系产物的影响。结果表明：当白云石掺量为10%~20%时，能抑制水泥基材料中碳硫硅钙石的生成，水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能有较大提高，水泥砂浆试件抗折强度有明显改善，这与热力学模拟结果基本一致。
白云石 水泥基材料 硫酸盐 热力学分析 定量分析 碳硫硅钙石 dolomite cement-based material sulfate thermodynamic analysis quantitative analysis thaumasite
1 北京工业大学材料与制造学部，北京 100124
2 建筑材料工业技术监督研究中心，北京 100024
3 中核国电漳州能源有限公司，漳州 363300
硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要影响因素，为进一步提高高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)基混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，在HB-CSA中掺入粒化高炉矿渣(GBFS)以提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀性能。采用抗蚀系数来评价矿渣对HB-CSA砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响，并结合X射线衍射分析法、热重分析法、压汞法、扫描电子显微镜等测试方法，从微观层次对抗硫酸盐侵蚀机理进行了研究。结果表明，矿渣可以提高HB-CSA的抗硫酸盐侵蚀性能，HB-CSA的抗蚀系数可提高至1.51。GBFS-HB-CSA体系在抗硫酸盐侵蚀过程中，矿渣颗粒对HB-CSA孔结构的填充细化起主要作用，SO2-4和Ca(OH)2共同激发矿渣中Al2O3与SiO2水化生成凝胶和钙矾石(AFt)，凝胶和AFt填充在浆体孔隙中，细化了浆体孔径，使浆体结构密实，降低了离子渗透性，从而提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀的能力。
高贝利特硫铝酸盐水泥 矿渣 硫酸盐侵蚀 水化产物 微观结构 填充效应 high belite sulfate-aluminate cement slag sulfate attack hydration production microstructure filling effect
1 广西交通职业技术学院,南宁 530007
2 广西道路与结构重点实验室,南宁 530007
3 长安大学建筑工程学院,西安 710061
4 广西交科集团有限公司,南宁 530007
5 广西理工职业技术学院,崇左 532200
为探究钢渣粗骨料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,对不同钢渣粗骨料替代率(0%、30%、60%、90%,质量分数)混凝土在不同浓度(5%、10%、15%,质量分数)硫酸钠(Na2SO4)溶液中进行了侵蚀试验。基于熵权法建立了以混凝土质量、抗压强度和相对动弹性模量三个典型耐久性指标为参数的钢渣粗骨料混凝土耐久性综合评价指标D。通过D值反映钢渣粗骨料替代率和Na2SO4溶液浓度对混凝土耐久性的影响,并通过灰色理论的GM(1,1)模型对不同侵蚀条件下钢渣粗骨料混凝土的使用寿命进行预测。结果表明,整个侵蚀过程中,钢渣替代率低于60%的钢渣粗骨料混凝土的D值均高于普通混凝土,钢渣替代天然骨料配制混凝土可以提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。GM(1,1)模型预测结果与试验结果基本一致,60%钢渣粗骨料替代率下混凝土的使用寿命均优于其他组。
钢渣粗骨料混凝土 硫酸盐侵蚀 熵权法 灰色理论 寿命预测 steel slag coarse aggregate concrete sulfate attack entropy weight method grey theory life prediction
