摘要：水化硅酸钙(C-S-H)作为水泥基材料的主要水化产物,决定着水泥基材料的强度发展、收缩、徐变和结构的服役寿命,被称为水泥基材料的"基因"。对C-S-H组成、结构和性能的充分认识有助于理解水泥基材料微结构的形成机理,进而对其性能进行自下而上的设计和调控。近年来先进测试和分析技术的发展为C-S-H基本性能的研究提供了新思路。C-S-H的成核生长理论、力学性能提升以及形貌调控等逐渐成为当前研究热点,已取得重要进展。学者们大多采用合成的方法制备体系纯净且具有一定结晶度的C-S-H,并以此研究水泥体系中无定形C-S-H凝胶的基本性能。研究发现,双分解合成C-S-H的成核生长过程中存在球形中间体,其最终转化为箔片状形貌的产物,遵循非经典的成核生长方式。在亚粒子尺度,越来越多的结构信息表明,与尖乃石相比,C-S-H的结构与托贝莫来石更为接近;在粒子尺度上,CM凝胶系列模型被广泛应用于解释C-S-H比表面积等物理参数以及水泥基材料收缩徐变的机理。C-S-H的Ca/Si、含水量、硅链聚合程度以及形貌等微纳结构的广泛研究为建立C-S-H微纳结构与宏观性能之间的联系提供了丰富的数据支撑。对C-S-H进行本征结构调控有望从根本上改善水泥基材料韧性差的力学特征,许多学者试图从孔结构调控、有机和无机复合材料构建以及纳米材料改性等方面提升C-S-H的力学性能,取得了一定突破。本文系统总结了C-S-H的合成方法、成核生长理论、结构模型;主要从Ca/Si、含水量、硅链聚合程度以及形貌四个方面综述了C-S-H的微纳结构;围绕形貌和力学性能介绍了C-S-H的调控和设计方法;分析了目前存在的研究不足并提出了未来的发展方向,以期为全面认识C-S-H以及水泥基材料的性能调控提供借鉴。

摘要：高延性水泥基复合材料(high ductility cementitious composites,HDCC)是一种具有应变硬化、多缝开裂和高延性等特性的新型纤维增强水泥基复合材料,其材料设计必须取得基体韧度、界面黏结和纤维特性三者的最优组合,因此,HDCC的制备必须优选原材料和优化配合比,以取得最优的材料制备技术。从配合比设计入手,研究了粉煤灰含量、胶砂比等对HDCC力学性能的影响,优化了特定材料下的材料制备技术。结果表明:粉煤灰含量、胶砂比和养护条件对HDCC的拉伸性能均具有较大的影响。随着粉煤灰掺量的增大,砂含量的降低,拉伸应变增大。当砂含量较高时,基体开裂韧度较高,基体的极限拉伸应力下对应的极限拉伸应变较小,然而随着应力的下降,复合材料仍然能维持相当大的应变。

摘要：目前,国内普遍使用多元化固体废弃物粉末和自主研发的高强高模合成纤维来制备生态型高延性水泥基复合材料(Ecological high ductility cementitious composites, Eco-HDCC)。然而,原有高延性水泥基复合材料经典设计理论中的理论判据与现有Eco-HDCC材料的实际情况不完全相符,已不能适用于这类多元复合Eco-HDCC材料的可靠性设计与性能调控,因此,迫切需要对该经典材料设计理论进行修正和优化。本研究引入纤维分散系数和主裂缝断面有效纤维体积率两个修正参数,重新限定四个控制参数的取值范围,对经典HDCC设计理论进行了优化修正,并通过测试典型配比Eco-HDCC的宏观力学性能、微观力学性能与纤维分散度,评价可适性设计理论的合理性。研究结果证明,当采用本研究修正后的可适性设计理论并将关键设计参数取值范围控制于0.75≤α~*≤1、V_(f,effect)>1.5%、PSH_1>2.0、PSH_2>1.2时,Eco-HDCC材料可稳定实现高延性(单轴拉伸荷载下的极限应变超过2%)和多缝开裂的特性。本研究结果不仅可使采用多元化固体废弃物粉末和国内自主研发的高强高模PVA纤维制备的Eco-HDCC复合材料的设计过程更加有据可依、灵活可靠,而且能使其满足不同延性和性价比的工程需求,具有重要的理论意义和工程指导价值。

摘要：超高索塔塔身、横梁和上塔柱索塔锚固区均属于易开裂的结构部位,且开裂后的修补工作难度大。为了更好地表征超高索塔的结构抗裂度,需要在设计阶段对相应的材料参数与承受荷载进行分析。利用Midas软件计算了沪通长江大桥主塔结构的应力分布,建立了高性能混凝土收缩徐变计算方程,并基于可靠度理论建立了高性能混凝土索塔结构的抗裂度分析模型。对最不利荷载下沪通长江大桥的主塔结构抗裂度分析结果表明,高风速加速了混凝土表面的水分蒸发,加速了混凝土的早期收缩,而降低了混凝土的早期强度,为满足后期抗裂度要求,混凝土28 d抗拉强度需达4.54 MPa。

摘要：具有准同型相界组分的0.5Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3(BZT-0.5BCT)陶瓷,表现出优异的铁电、压电性能,作为一种具有潜在应用前景的无铅压电材料得到广泛关注.本文采用溶胶-凝胶方法在Si(100)基底上制备了BZT-0.5BCT压电薄膜.使用原子力显微镜和扫描电子显微镜测量得到样品的形貌图,形貌图表明该方法制备的无铅压电薄膜表面光滑,晶粒大小均匀、呈半球形,直径为80—100nm,厚度为1.7μm,膜的内部有气孔.摩擦力实验表明,压电薄膜样品与硅针尖之间存在静电力的作用,导致其摩擦力远大于硅针尖与SiO2之间的摩擦力,但是两者的摩擦系数基本相同.划痕实验表明,BZT-0.5BC薄膜具有很强的法向承载能力,但是切向抗磨损能力差,样品的平均弹性模量为23.64GPa±5GPa,其硬度为2.7—4GPa,两者均略低于压电陶瓷Pb(Zr,Ti)O3材料的体态值.

摘要：简要分析了聚羧酸减水剂与黏土的作用机理,并对近年来国内外聚羧酸减水剂在黏土耐受性方面的研究进行了总结。可以通过以下几种方式对聚羧酸进行设计与调节,提高聚羧酸减水剂对黏土的耐受性:增大侧链的空间位阻;引入特殊官能团或结构,如磺酸基、磷酸基、酰胺基、季铵阳离子等;引入不含聚乙二醇结构的聚醚。这些方法可以在一定程度上减弱黏土对聚羧酸减水剂的吸附,从而表现出对黏土的耐受性。同时对现阶段的研究中仍需解决的问题进行了归纳,并对未来聚羧酸减水剂在黏土耐受性方面的研究进行展望。

摘要：为了研究疲劳载荷耦合作用下氯离子在矿渣砂浆中的传输行为,通过自行设计的实验方法实现了疲劳荷载和氯离子扩散过程的同步耦合.实验中对试件施加的应力水平S分别为0.3,0.4和0.5;矿渣的掺量分别为胶凝材料的0%,10%,30%和50%;在加载过程中,采用声发射技术对试件的疲劳损伤进行三维定位的同步监测,进一步对疲劳荷载下氯离子扩散规律从三维动态的角度进行佐证.结果表明,疲劳荷载确实加速了氯离子在水泥基材料中的传输,且随着载荷的提高,其扩散程度进一步加剧;而矿渣的掺入能有效改善水泥基材料抗氯离子的侵蚀性能,其最佳掺量为胶凝材料的30%,但随着矿渣含量的提高,其对氯离子扩散的抑制效果有所减弱;与交替实验对比表明,加载过程的动态效应对氯离子在矿渣砂浆中的传输有显著影响.

摘要：为制备高性能和长寿命的玻璃纤维增强水泥基材料(GRC),采用多因素(水胶比、胶砂比、玻璃纤维掺量及矿物掺合料种类)试验设计方法,基于性能设计制备新型GRC,并对其长期力学强度的发展规律进行了研究。同时利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪对新型GRC的水化产物及微结构进行了表征。结果表明:水胶比优选范围是0.30~0.38;胶砂比优选范围是1.0∶0.5~1.0∶1.2;纤维最佳体积掺量是2%;纯硅酸盐水泥系列GRC28d后抗折强度下降,粉煤灰和硅灰可以与基体孔隙液中的Ca(OH)2反应,有效降低了Ca(OH)2含量和碱度,改善了玻璃纤维在长期水化中被脆化和腐蚀的情况。因此,采用粉煤灰和硅灰替代部分硅酸盐水泥制备GRC,可使其抗折强度持续增长并保持相对稳定。

摘要：传统建筑材料生产消耗资源、能源多,碳排放量高,采用绿色低碳技术改造以水泥基材料为代表的传统建筑材料是行业高质量发展的关键。本文结合建筑材料行业碳排放的现状与国家政策指引,介绍了全寿命碳排放综合评价模型,建议基于碳排放量确定水泥基建筑材料碳减排的主要工作目标与任务,采用碳捕捉、利用与封存技术消纳二氧化碳,发挥固体废弃物的资源化利用优势、提升混凝土服役性能延长寿命减少二氧化碳排放,同时提出了“双碳”目标下水泥基材料的挑战与对策。

摘要：钢筋阻锈剂是一种高性价比的钢筋防腐材料,在桥梁钢筋混凝土结构中应用广泛。有机阻锈剂的阻锈效率主要取决于其分子结构,然而受仪器设备分辨率所限,目前的相关研究多集中于宏观尺度的电化学响应分析,较少涉及微纳尺度的阻锈机理分析。因此,基于分子动力学技术,分别建立了阻锈剂与钢筋钝化膜的纳观尺度模型,模拟了醇胺类、羧酸类阻锈剂分子与钢筋钝化膜间的界面交互作用,揭示了原子尺度上的阻锈机理。基于阻锈剂-钝化膜分子动力学模型对其阻锈响应规律进行分析,确定2种有机分子均可有效阻碍氯离子在钢筋钝化膜表面的吸附和点蚀,其中羧酸类阻锈剂的阻锈效率更佳(75.8%)。通过深入探究2种阻锈剂与钢筋钝化膜基体吸附差异,研究发现:高极性的羧基官能团可与钢筋钝化膜表面的羟基发生强烈的静电吸引作用,使得羧酸类分子稳定地吸附在钝化膜表面,氯离子的吸附位点被大量占据,因而阻锈效率较高;而醇胺类分子由于官能团极性较弱,在界面上的吸附作用不显著;同时,分子模拟证明,阻锈剂中的极性官能团还能直接吸引氯离子,这一机制同样抑制了氯离子在钢筋表面的吸附和破坏;此外,电化学试验的结果与分子模拟一致,这表明分子模拟技术可在有机阻锈剂的分子设计与评估中发挥重要作用,继而为钢筋混凝土结构的耐久性设计提供科学依据与技术手段。