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2021年, 第52卷, 第12期 刊出日期:2021-12-30
  

  • 全选
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    热点·关注 (2020年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 杨丽韫, 杨双健, 高梦郸, 白皓
    功能材料. 2021, 52(12): 12001-12007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.001
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    地聚合物是一种新型绿色建筑材料,具备优异的机械强度、耐高温等性能,此外地聚合物其原料来源广泛,可由含有硅铝的工业固体废弃物制得。因此,地聚合物作为绿色建筑材料有性能优异、工艺简单、能耗低、碳排放低等优点,具有广阔的应用前景。然而,当地聚合物应用于水环境中时,其在水体中的抗侵蚀性能需要进一步综合分析。在综述地聚合物制备工艺和合成机理的基础上,分析了地聚合物的原料和养护方式对其抗侵蚀性的影响,进一步阐述了地聚合物的三维网络结构和抗衡阳离子的耐侵蚀性,最后提出了地聚合物在水体中抗侵蚀性的研究展望。
  • 钟鑫
    功能材料. 2021, 52(12): 12008-12012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.002
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    将水性环氧树脂引入到水泥混凝土中,通过调整水性环氧树脂的含量,制备了不同水性环氧树脂掺量(0,2%,4%和6%)(质量分数)的水泥混凝土,研究了环氧树脂改性对水泥混凝土力学性能、抗渗性能和微观形貌等的影响。结果表明,随着水性环氧树脂含量的增加,改性混凝土在7和28 d的抗压强度、抗折强度和干密度均呈现出先增加后轻微降低的趋势。当水性环氧树脂的掺量为4%(质量分数)时,混凝土的抗压强度、抗折强度和干密度达到了最大值,分别为41.15,8.67 MPa和278.6 kg/m3。随着水性环氧树脂含量的增加,改性混凝土的吸水率出现了先降低后略微升高的现象,当水性环氧树脂含量为4%(质量分数)时,吸水率最低为28.3%。随着水性环氧树脂含量的增加,混凝土的耐水压力、渗水压力、抗渗等级均逐渐增大,水性环氧树脂的含量越高,抗渗性能越强。SEM分析发现,随着水性环氧树脂含量的增加,改性混凝土的气孔尺寸呈现出先降低后升高的趋势,当水性环氧树脂含量为4%(质量分数)时,气孔尺寸较小,约为2~3 mm。整体来看,水性环氧树脂的含量为4%(质量分数)时,改性混凝土的综合性能最佳。
  • 蔡昕辰, 刘志彬, 张云, 白梅, 刘锋
    功能材料. 2021, 52(12): 12013-12021. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.003
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    相变材料是一种在道路工程应用中潜力巨大的潜热储能材料,可有效改善高低温条件下的车辙、变形、冻裂等道路病害。讨论了相变材料用于道路工程的选择标准,归纳了复合相变材料制备方法及道路复合相变材料在热物性、微观结构方面的研究成果。总结了相变材料的掺入对沥青混合料基本性能、水稳定性,对道路高温变形性与低温抗裂性的影响。最后分析了掺加相变材料道路的调温机理与效果,讨论了相变材料在道路工程中应用的研究方向。
  • 郑传磊, 王晋浩, 金宝宏, 周素蓉, 李淑翔, 赵亚娣
    功能材料. 2021, 52(12): 12022-12029. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.004
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    采用正交试验分析微波加热改性次数、再生粗骨料替代率、钢渣砂替代率及聚丙烯纤维掺量这4种因素对自密实混凝土力学性能的影响。结果表明,钢渣砂替代率对抗压、劈拉及弯折强度影响显著,再生粗骨料替代率对抗压及劈拉强度影响显著,微波加热改性次数和聚丙烯纤维掺量对强度影响较小;微波加热改性对提升再生粗骨料的品质存在一定促进作用,但作用不显著,且实施工序耗时费力,难以满足工业化生产要求;综合衡量极差及方差分析结果可得最佳配合比为10次微波加热改性、70%再生粗骨料替代率、45%钢渣砂替代率和0.10%聚丙烯纤维掺量;通过非线性回归拟合得到的劈拉及弯折强度与抗压强度之间的新关系式与其他学者建立的关系式进行比较,提出的新关系式与试验数据吻合较好,有一定参考价值。
  • 贾兴文, 连磊, 涂俊, 田昊, 侯铁军, 王平
    功能材料. 2021, 52(12): 12030-12035. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.005
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    重要基础设施的冬季抢修和维护需要使用在严寒和无养护条件下可快速凝结硬化的高早强修复材料。磷酸镁水泥(MPC)常用于制备快速修复材料,但是严寒环境下,其早期力学性能显著降低。采用高活性氧化镁晶须作为增强材料,研究了(-20±2)℃环境下氧化镁晶须对MPC凝结硬化特征、早期强度和水化产物的影响。结果表明,(-20±2)℃环境下,氧化镁晶须快速水化,显著提高MPC浆体初始温度,氧化镁晶须掺量为1%~3%时,MPC水化温升峰值可达60~70 ℃,2 h抗压强度和抗折强度达到25.4和6.6 MPa。氧化镁晶须快速水化释放热量,保证MPC的酸碱反应顺利进行,同时生成的鸟粪石作为晶种产生诱导结晶作用,促进MPC早期水化和鸟粪石晶体生长,使MPC在严寒环境下依然具有较高的早期强度。
  • 综述·进展
  • 张程, 刘松辉, 畅祥祥, 赵松海, 房晶瑞, 管学茂
    功能材料. 2021, 52(12): 12036-12042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.006
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    低钙胶凝材料体系作为一种新型体系,可与二氧化碳反应生成稳定的碳酸钙和高聚合度的二氧化硅凝胶,符合目前水泥行业要求减少碳排放的政策方针。为了更好的了解低钙胶凝材料体系,综述了低钙胶凝材料的碳化反应过程、分析了不同因素对该体系固碳能力的影响,以及碳化硬化体的相关性能,并对后续低钙胶凝材料的发展提出了展望。
  • 郑斌, 宋家乐, 袁驰, 孙垚垚, 李炜光
    功能材料. 2021, 52(12): 12043-12047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.007
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    近年来,纳米SiO2因具备活性高、稳定性好等特点被广泛应用提升混凝土性能方面的研究,通过硅烷类偶联剂改性后的纳米SiO2可有效分散在涂层中以改善混凝土的耐久性。主要介绍了硅烷偶联剂对纳米SiO2的改性机理,较为系统地探讨了改性纳米SiO2复合涂层与混凝土水化性能、疏水性能、抗碳化性能和抗氯离子性能的影响关系,指出了现有研究存在的不足,指明了该方向的发展趋势。
  • 研究·开发
  • 胡明玉, 鄢升, 胡裕倩
    功能材料. 2021, 52(12): 12048-12054. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.008
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    墙体发霉不仅影响房屋使用,也严重威胁人体健康,在我国南方湿热气候地区尤为突出。研究了泥炭藓/硅藻土复合调湿材料及其组分,以及抑菌剂MgO、纳米MgO对宛式拟青霉、出芽短梗霉和黄曲霉的抑制作用,在此基础上研究复合MgO后的调湿材料对黄曲霉的抑制改进作用。采用紫外-可见分光光度计及超微量分光光度计分析活性O-2及菌丝核酸渗漏。采用TEM、ESEM、EDS分析菌丝和孢子的形状和成分变化,探究抑制霉菌机理。研究表明,调湿材料对宛式拟青霉、出芽短梗霉具有良好的抑制作用,对黄曲霉抑制较弱。复合MgO后可以大大提高泥炭藓/硅藻土复合调湿材料对霉菌的抑制作用。泥炭藓/硅藻土复合调湿材料中钒铁渣和MgO产生的活性O-2具有强氧化性,可以破坏霉菌菌丝和孢子的细胞壁、细胞膜,改变其通透性,造成细胞内部结构损伤,影响霉菌细胞正常代谢,甚至导致霉菌细胞死亡。
  • 刘凤利, 韦凯言, 杨飞华, 马保国, 战佳宇, 李沙
    功能材料. 2021, 52(12): 12055-12060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.009
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    以再生EPS颗粒作为轻骨料,制备出EPS轻质混凝土,选用聚乙烯醇纤维(PVA)作为改性材料,通过试验研究了不同PVA体积掺量对EPS混凝土的流动度、吸水率、力学性能、导热系数、干缩以及抗冻性的影响,探讨其改性机理。结果表明,PVA的掺入使EPS混凝土流动度持续降低,但对容重影响不大。与空白样相比,当PVA掺量为0.8%时,吸水率降低了27.7%;28 d抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度分别提升了18.5%、57.1%和50%;在掺量不超过1.2%范围内,拉压比持续增大,PVA对EPS混凝土的抗裂增韧作用显著。其导热系数逐渐降低,混凝土保温隔热性提高。综合PVA对EPS混凝土性能的影响规律及机理分析,确定最佳掺量为0.8%。
  • 程希莹, 杨瑞敏, 马露
    功能材料. 2021, 52(12): 12061-12065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.010
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    在硅酸盐水泥的基础上引入酚醛树脂,通过掺入不同含量(0,3%,6%和9%)(质量分数)的铝发泡剂,制备了铝发泡剂改性水泥基复合发泡材料。通过万能材料试验机、SEM和平板导热仪等,对该复合发泡材料的力学性能、微观形貌及导热系数等进行了分析。结果表明,随着铝发泡剂含量的增加,复合发泡材料的抗压强度呈现出先升高后降低的趋势,当铝发泡剂的含量为6%(质量分数)时,试样的抗压强度达到最大值,为7.2 MPa;随着铝发泡剂含量的增加,复合发泡材料的容重呈现出先降低后略微升高的趋势,当铝发泡剂的含量为6%(质量分数)时,试样的容重达到最小值,为217.4 kg/m3;随着铝发泡剂含量的增加,复合发泡材料的吸水率呈现出先快速上升再缓慢下降后快速上升的趋势,当铝发泡剂的含量为9%(质量分数)时,试样的吸水率达到最大值,为21.7%。SEM分析发现,未掺杂铝发泡剂的基体中气孔含量较少且分布不均,但大尺寸的气孔较多,随着铝发泡剂的掺入,气孔的数量明显增多且分布慢慢变得均匀,而大尺寸的气孔数量明显减少,孔壁处的结构变得更加紧密结实;随着铝发泡剂含量的增加,复合发泡材料的导热系数呈现出逐渐下降的趋势,当铝发泡剂的含量为6%和9%(质量分数)时,试样的导热系数开始缓慢降低,降低幅度仅为5.41%。由此可知,随着铝发泡剂的掺入,基体的保温性能均得到了提升,综合力学性能、容重、吸水率和导热系数等来看,铝发泡剂改性水泥基复合发泡材料中铝发泡剂的最佳掺量为6%(质量分数)。
  • 黄显龙, 田耀刚, 石帅锋, 蒋静, 郝肖雨, 齐琳, 贾侃
    功能材料. 2021, 52(12): 12066-12071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.011
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    对比分析了经过预饱和水、预饱和苯丙乳液和表面苯丙乳液包裹3种不同预处理的细轻骨料对混凝土阻尼性能、强度、收缩性能与抗冻性能的影响,并利用扫描电镜与能谱仪(SEM-EDS)对3种预处理细轻骨料混凝土微观结构进行了测试和分析。结果表明,3种预处理细轻骨料均可提高混凝土阻尼性能、收缩性能与抗冻性能,预饱和苯丙乳液轻骨料与表面苯丙乳液包裹轻骨料对混凝土性能均有一定增强作用;微观测试结果显示,3种预处理细轻骨料界面过渡区均致密,且水泥水化产物可扩散到轻骨料部分孔隙中,吸附于轻骨料中的聚合物可在孔隙中聚合成膜并与水化产物形成互穿结构。
  • 屠艳平, 程子扬, 程书凯, 陈国夫
    功能材料. 2021, 52(12): 12072-12078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.012
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    采用粒径0.178、0.42、0.84和1~3 mm的橡胶颗粒(RP),掺量0、1%、3%、5%等质量取代天然细骨料(NFA),研究RP粒径和掺量于再生混凝土(RC)性能的影响。结果表明,随着RP掺入,RC的含气量增加,当RP的粒径为0.178 mm,掺量为5%时,含气量最大;当RP的粒径为1~3 mm,掺量5%时,RC坍落度最大。随着RP掺量增加,RC的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗氯离子渗透性能和毛细吸水性能逐渐变差。随着RP粒径的增大,负面影响逐渐降低,RP的掺入可以增大RC的拉压比,提高RC的延性。当RP的粒径为0.178 mm,掺量为5%时,拉压比最大;RP和砂浆之间存在明显的过渡区(ITZ),附近的砂浆存在着大量的孔隙,水化产物发育差、分布分散,整体密实度较差,是RC内部的一个薄弱区域。
  • 张筱逸
    功能材料. 2021, 52(12): 12079-12083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.013
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    以P·O 42.5硅酸盐水泥为原料,纳米TiO2为填料,制备了不同纳米TiO2含量(0,1%,3%和5%)(质量分数)的改性水泥混凝土,对混凝土的力学性能、微观形貌和耐久性进行了分析测试。结果表明,随着纳米TiO2含量的增加,改性混凝土7和28 d的抗压强度逐渐增大,28 d的抗弯强度则呈现出先升高后降低的趋势。当纳米TiO2的含量为5%(质量分数)时,7和28 d的抗压强度达到最大,分别为38.11和49.35 MPa;当纳米TiO2的含量为3%(质量分数)时,28 d的抗弯强度达到了最大值为6.72 MPa。SEM分析发现,掺入适量纳米TiO2后,改性混凝土的孔隙含量减少,基体的密实度增大,而掺入过量的纳米TiO2后会出现团聚现象,影响纳米粒子的增益效果。磨损性能测试发现,随着纳米TiO2含量的增加,改性混凝土的磨损量呈现出先降低后升高的趋势,当纳米TiO2的含量为3%(质量分数)时,磨损量最少为1.05 kg/m2。抗碳化性能分析发现,随着纳米TiO2含量的增加,改性混凝土的碳化深度呈现出先降低后轻微升高的趋势,当纳米TiO2的含量为3%(质量分数)时,7和28 d的碳化深度最小,分别为1.35和4.03 mm。综合分析可知,当纳米TiO2的含量为3%(质量分数)时,改性水泥混凝土的综合性能最佳。
  • 侯永利, 吕东朔, 周磊磊, 杨新宸睿
    功能材料. 2021, 52(12): 12084-12089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.014
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    基于玄武岩纤维再生混凝土(BFRC)的抗冻性能试验结果。利用GM(1,1)模型的原始差分(ODGM)、均值(EGM)、均值差分(EDGM)、离散(DGM)4种形式建立BFRC的抗冻性的预测模型,预测了BFRC在内蒙古地区受冻融循环单因素作用的使用寿命,通过赋值计算和引入相关系数R2的方式,对4种模型的精度以及长期预测结果进行对比分析。试验与分析结果表明,BFRC的质量和相对动弹性模量的衰减速率会随着冻融循环的进行而逐渐加快,但玄武岩纤维(BF)的掺入可以有效地减缓二者的衰减速率,确保BFRC在抗冻性上满足一级公路或高速公路30年的设计要求;通过对模型的精度以及使用年限的比较可知,尽管4种模型的预测精度均为Ⅰ级,但模型精度存在差异,BF掺量不高于0.1%时,建议采用DGM模型进行预测,反之可用EGM模型进行预测;从寿命预测的方面考虑,ODGM模型因寿命预测方面存在不稳定因素因而不建议使用。
  • 高瑞军, 郭君华, 林泽坚, 王宏霞, 高春勇
    功能材料. 2021, 52(12): 12090-12094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.015
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    纳米材料能够显著增强水泥基材料的力学性能和耐久性能,为拓展纳米材料在喷射混凝土中的应用。研究了液体无碱速凝剂在固定掺量条件下,不同种类和维度的纳米材料对水泥净浆的凝结时间及胶砂抗压强度的影响,并分析了纳米材料与无碱速凝剂之间的协同促进机理。研究结果表明,不同种类纳米材料对水泥净浆凝结时间的影响程度不同,所有纳米材料均能够缩短水泥净浆的凝结时间,零维纳米SiO2的影响程度最大,凝结时间由空白组的110 s降低到65 s。同时,掺加零维纳米SiO2的水泥胶砂6 h和1 d抗压强度分别提升了22.8%和41.2%。XRD和SEM结果表明,纳米材料与速凝剂之间的良好相容性归因于纳米材料的化学反应活性和高需水量,并通过填充效应、晶核效应、化学反应活性和界面过渡区结构优化等作用,在降低了水泥净浆实际水灰比的同时促进钙矾石和氢氧化钙水化产物的增加,从而缩短了凝结时间及提升了水泥胶砂的抗压强度。
  • 戴丽, 杨峰, 周美容, 符仁建
    功能材料. 2021, 52(12): 12095-12099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.016
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    通过在混凝土中添加聚乙烯醇纤维,制备出一系列不同纤维含量(0,1%,2%和3%)(体积分数)的纤维混凝土复合材料。采用力学性能测试、流动性能测试、吸水性能测试和FT-IR分析等,对该纤维混凝土复合材料的抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、流动性能、吸水率和物相结构等进行了研究。结果表明,随着聚乙烯醇纤维掺量的增加,纤维混凝土复合材料7和28 d的抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量均呈现出先增大后降低的趋势,当纤维含量2%(体积分数)时,复合材料7和28 d的抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量均达到最大值。随着纤维掺量的增加,纤维混凝土复合材料的坍落扩展度径向长度逐渐降低,纤维掺入后导致了混凝土复合材料的流动性减小,当纤维含量为3%(体积分数)时,坍落径向长度最小为585 mm。随着纤维掺量的增加,纤维混凝土复合材料的吸水率呈现出先降低后升高的趋势,当纤维含量为2%(体积分数)时,纤维混凝土复合材料的吸水率最低为22.1%。掺入的聚乙烯醇纤维影响了水化反应,阻碍了Ca2+在基体中的扩散,聚乙烯醇纤维在基体中形成了致密的薄膜网状结构,使得混凝土复合材料的各组分之间的连接能力增强,从而改善了纤维混凝土的韧性和强度。
  • 袁小亚, 张维福, 曹潘磊, 杨森, 覃荫俊
    功能材料. 2021, 52(12): 12100-12109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.017
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    由于石墨烯(G)在水泥浆体中易发生团聚,因此目前国内外有关石墨烯类材料掺配水泥基材料的研究主要集中在分散性能较好的氧化石墨烯(GO)上,对G与GO复掺的报道却较为罕见。为制备结构-功能一体化的水泥基复合材料,以G作为导电填料,借助GO对G的助分散作用,研究了不同G掺量下水泥砂浆的力学性能、导电性、电热性能和融雪化冰功能。28 d力学性能测试表明,当G达最佳掺量0.3%时,抗折抗压强度相比于空白试件提高了45%、35.7%,比单掺GO试件增长了31.8%、24.1%。微观结构测试表明G与GO能共同促进水泥水化进程,调控水泥水化产物形成花朵状晶体,密实水泥石结构。电学性能测试发现,石墨烯导电水泥基材料的渗滤阈值为0.5%,阈值下试件的力学及导电发热性能良好,外加60 V电压1 h温度可升高15.2 ℃,且在室内恒温下可显著加快融冰进程,25 min内即可将5 mm厚的冰层基本融化,具备不错的融雪化冰潜力。
  • 邬昊, 王彦平, 陈昶旭, 沈霁
    功能材料. 2021, 52(12): 12110-12115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.018
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    采用单掺硅灰石的方法,制备出纤维增强粉煤灰基地质聚合物。利用万能试验机、喷砂试验机、硫酸盐侵蚀等方法,探究不同掺量硅灰石对粉煤灰基地质聚合物的力学性能、抗冲蚀磨损性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明,当硅灰石掺量为2.0%(质量分数)时,粉煤灰基地质聚合物性能最优,相较于未掺硅灰石的试样,其抗压强度、抗折强度分别提高了49.7%和10.3%,冲蚀率降低54.3%。与标准养护相比,硫酸盐侵蚀会严重影响强度发展,且硅灰石掺量越高,其抗压强度越低。
  • 程培峰, 王聪, 张开元, 杨帆
    功能材料. 2021, 52(12): 12116-12122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.019
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    为探究稻秸秆对沥青胶浆高、低温流变性能的影响,采用正交试验,分别对不同纤维掺量、长度和粉胶比的稻秸秆纤维沥青胶浆进行动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验,评价稻秸秆对于沥青胶浆的高、低温性能影响,分析不同因素对其性能变化的影响规律。结果表明,各因素均对稻秸秆纤维沥青胶浆流变性能有不同程度的影响。其中粉胶比对其性能起决定性作用,粉胶比的提高使纤维沥青胶浆抗高温变形能力显著增强,但同时劲度模量骤升,低温抗裂性能大幅下降,因此粉胶比推荐1.0~1.2为宜。纤维掺量与长度的增加,使胶浆高温性能呈现先增强后减弱的趋势,其中在-12及-18 ℃时掺量为 4% 、长度为9 mm的纤维沥青胶浆低温抗裂性能最佳。结合胶浆高低温性能分析并推荐纤维长度9 mm,掺量4%为最佳制备工艺。
  • 曾纪军, 高占远, 阮冬
    功能材料. 2021, 52(12): 12123-12128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.020
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    为探究氧化石墨烯(GO)对混凝土微观结构及力学性能的影响,配置了5种掺量的GO分散液,对其不同龄期立方体混凝土试件进行抗压、劈裂抗拉试验研究。利用扫面电镜分析了混凝土的微观结构,并给出了力学性能提高的微观作用机理。研究表明:GO混凝土的微观结构致密紧凑有秩,粗骨料界面水化凝结更加完整,致使混凝土抗压和劈裂抗拉强度有较为明显的提高。GO掺量为0.07%和0.09%时,混凝土抗压和劈裂抗拉的强度增幅分别为30.64%和29.71%,掺量为0.07%时两者均提高较大。GO对混凝土的延性有一定提高效果。
  • 周昆, 黄君, 邓雅丹, 黄立新
    功能材料. 2021, 52(12): 12129-12136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.021
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    采用分子动力学模拟拉拔实验,研究了石墨烯改性沥青的界面力学性能。选用沥青4组分模型,通过分子动力学模拟得到沥青的密度与玻璃化转换温度,并实验值进行对比,验证了沥青模型的正确性。在此基础上,建立石墨烯改性沥青复合材料模型。采用速度方法模拟拉拔实验,得到界面应力与分离位移关系。这一关系与宏观状态下得到的内聚区模型所描述的趋势一致,并且其中的指数内聚区模型与模拟结果吻合更好。最后讨论了加载速率对应力响应的影响,发现不同加载速率对界面粘结强度影响较大。高加载速率下石墨烯改性沥青破坏为界面粘结破坏,而低加载速率下则为沥青内聚破坏。基于分子动力学模拟探究石墨烯改性沥青的微观破坏机制,其模拟结果与宏观破坏规律相一致,这为进一步搭建跨尺度模型奠定了基础。
  • 工艺·技术
  • 马峰, 闫志彬, 傅珍, 郭兴隆, 温雅噜, 杨田田
    功能材料. 2021, 52(12): 12137-12142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.022
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    为提高玄武岩纤维对沥青混合料的改善效果,采用响应曲面法设计试验进行研究,得到玄武岩纤维改性沥青混合料的最佳掺配方式。参照优化方案制备纤维沥青混合料,通过车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验和四点弯曲疲劳试验进行相关路用性能分析。试验结果表明,玄武岩纤维长度和掺量的最佳优化方案是纤维长度为6 mm,纤维掺量为6%。玄武岩纤维的掺入可以提高沥青混合料的高温性能和抗水损坏能力,最佳掺量下混合料动稳定度和冻融劈裂强度比分别是基质沥青混合料的252.4%和113.1%。同时纤维可提升沥青混合料低温性能,延长沥青混合料的疲劳寿命,但纤维长度和掺量过大时,反而会削弱对沥青混合料高低温性能和水稳定性的改善效果。
  • 张锦涛, 尹冠生, 史明辉, 刘勇, 韦鹏飞, 冯俊杰, 郑小海
    功能材料. 2021, 52(12): 12143-12151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.023
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    为寻求适用于建筑领域的相变材料,本研究提出了具有合适相变温度以及较高相变潜热的癸酸(DA)-十六醇(HD)低共熔相变材料,并以疏水型气相二氧化硅为多孔吸附材料制备出不同吸附率的定型复合相变材料,探究了最大DA-HD吸附率的定型复合相变材料热物性。以疏水型气相二氧化硅为吸附材料,采用多孔材料吸附法制备定型复合相变材料,并利用DSC、FT-IR、SEM和TGA对DA-HD/气相二氧化硅定型复合相变材料的结构和性能进行了表征。结果表明,DA-HD低共熔相变材料中DA与HD的最佳质量比为71.81∶28.19,此时相变温度为23.64 ℃,相变潜热为174.5 J/g。DA-HD低共熔相变材料被吸附到气相二氧化硅的纳米孔隙中,形成稳定的三维结构,最大吸附率为60%,且吸附过程仅为物理结合,无化学反应。制备的DA-HD/气相二氧化硅定型复合相变材料的相变温度为19.20 ℃,相变潜热为93.1 J/g,相变温度处于维持室内环境舒适的温区之内,且相变潜热较大,热稳定性良好。
  • 余志辉, 吴立山, 张聪
    功能材料. 2021, 52(12): 12152-12158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.024
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    研究了河砂、石英砂、机制砂作为细集料以及不同的钢纤维长径比(13/0.2,15/0.2,25/0.3)、不同钢纤维掺量(0%,1.5%,2%)和钢纤维混杂(13 mm+25 mm)对于含粗骨料超高性能混凝土(CA-UHPC)力学性能的影响。结果表明,细集料的粒径分布对CA-UHPC的抗压强度影响显著,对于其抗弯强度影响较小,其中机制砂CA-UHPC的抗压强度和抗弯强度均最高。在钢纤维掺量不超过2%的范围内,CA-UHPC的抗压强度与钢纤维掺量、长径比、杂化均呈正相关;CA-UHPC的抗弯强度随着钢纤维掺量的增加而增加,随着钢纤维长径比的增加而先增加后下降;钢纤维复掺有利于抗弯强度的提升。此外,碳酸钙晶须等体积替代钢纤维时,CA-UHPC的抗压强度和抗弯强度会下降。
  • 吴立山, 余志辉, 袁振, 张聪
    功能材料. 2021, 52(12): 12159-12164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.025
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    高强度高延性水泥基复合材料(HSHDCC)由于具有超高强度和超高延性等优异的力学性能,近年来在建筑结构抗震加固和修复领域得到了广泛的关注。但是,HSHDCC的高成本是其大规模工程化应用的瓶颈之一。通过引入高强度高弹性模量低成本的碳酸钙晶须,制备了新型的HSHDCC材料,研究了水胶比和碳酸钙晶须对HSHDCC弯曲性能的影响。研究发现,HSHDCC的抗弯强度随水胶比的增大而降低,但其延性随水胶比的增大而提高,HSHDCC的弯曲裂缝随水胶比的增大而逐渐饱和。引入碳酸钙晶须改善了HSHDCC的抗弯性能,碳酸钙晶须通过晶须拔出、裂纹偏转和裂纹桥联等微观作用机制产生更多的微裂源,提高裂缝的稳定扩展能力,从而改善HSHDCC的多缝开裂能力和弯曲挠度硬化行为,HSHDCC的延性得到了显著提升。
  • 张飞, 王岚, 李超, 刘恒
    功能材料. 2021, 52(12): 12165-12174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.026
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    为实现从胶粉改性沥青混合料的动态模量测试结果预测对应的相位角,并从线性粘弹性角度评估不同胶粉改性沥青混合料的高低温性能。通过复数模量试验结果,构建近似满足Kramers-Kronig(K-K)关系由动态模量和相位角主曲线,按照粘弹性原理进一步得到时域下的松弛模量和蠕变柔量主曲线。结果表明,相位角的模型预估值不及动态模量但依然显示出较高的精确性。Cole-Cole图和Black Space图都证明了实测结果及模型的预测结果均符合线性粘弹性理论。松弛模量和蠕变柔量的变化规律又表明,HMA-60的高温抗车辙能力不及HMA-C,但低温抗裂性能优于HMA-C。温拌后混合料的高温抗车辙能力及低温抗裂性能都得到改善。WMA-60的高温抗车辙能力不及WMA-C,但低温抗裂性能优于WMA-C。
  • 金宝宏, 郑传磊, 侯玉飞, 王晋浩, 赵亚娣, 李淑翔
    功能材料. 2021, 52(12): 12175-12183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.027
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    基于L16(45)正交表设计16组聚丙烯-钢纤维/再生粗骨料混凝土(PP-SF/RCA混凝土)和1组基准组混凝土的7 d抗压强度和28 d抗压、劈拉及弯折强度试验,研究VPVSRR三因素对PP-SF/RCA混凝土力学性能的影响。结果表明,PP-SF/RCA混凝土的7 d抗压强度和28 d抗压、劈拉及弯折强度均大于基准组,较基准组最大增幅分别为41.9%、23.0%、59.1%和28.9%;7和28 d抗压强度随VPVSRR的变化趋势相似,但7 d抗压强度的方差分析结果不显著;对于28 d抗压强度,VPRR为特别显著因素;对于28 d劈拉强度,VS为显著因素;对于28 d弯折强度,VSRR为显著因素;采用功效系数法对28 d抗压、劈拉及弯折强度试验结果进行综合评价,建议最佳配合比为0.04%的VP、2.0%的VS、80%的RR;引用纤维混杂效应理论建立的28 d抗压、劈拉及弯折强度预测模型精度较高。
  • 梅军鹏, 徐智东, 李海南, 马保国, 王智鑫, 姜天华
    功能材料. 2021, 52(12): 12184-12189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.028
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    研究了纳米二氧化钛(Nano-TiO2,NT)/苯丙乳液(Styrene-acrylic emulsion, SAE)复合对水泥基材料强度和抗渗性的影响,并通过它们对硬化水泥石水化特性及微观结构的影响分析了其作用机理。结果表明,SAE-NT复掺可显著改善单掺SAE引起的早期强度降低及对水化的延迟作用,降低水泥基材料的总孔容、有害孔和多害孔,细化孔结构,提高水泥熟料的水化程度及C-S-H凝胶的聚合度,从而提高水泥基材料的强度和抗渗性。研究成果对纳米粒子/聚合物在水泥基材料中的复合应用具有一定的指导意义。
  • 孙振, 牛荻涛, 张路, 张剑
    功能材料. 2021, 52(12): 12190-12195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.029
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    采用改进二电极交流电法研究了玄武岩-聚丙烯纤维增强混凝土(BPFRC)电阻率,采用压汞试验分析了BPFRC的孔结构。结果表明,相较于未掺纤维混凝土,单掺聚丙烯纤维、单掺玄武岩纤维、混杂纤维0.1%、混杂纤维0.2%电阻率分别提高了11.3%、20.5%、29.4%、-23.0%;相较于C30混凝土,C40、C50电阻率分别提高了18.3%和44.8%。通过孔结构分析发现,除了混杂纤维0.2%,BPFRC少害孔较多,多害孔较少,最可几孔径较小;随着强度提高,孔隙率降低,无害孔增加,多害孔减少,从机理上分析了BPFRC电阻率的差异。基于本文的试验数据,考虑了环境温度、湿度、水胶比及纤维等因素建立了BPFRC电阻率模型。
  • 曹锋, 谭镇, 乔宏霞, 舒修远
    功能材料. 2021, 52(12): 12196-12202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.030
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    为了研究青稞秸秆灰(HBSA)掺入氯氧镁水泥(MOC)中的活性与作用机理,对不同煅烧温度、煅烧时间以及研磨时间所制备的HBSA的物相组成及粒径分布进行了测试,初步确定了HBSA的活性制备参数。设计了煅烧温度、煅烧时间、研磨时间3种参数影响下MOC的力学性能正交试验,并采用相对活性指数反映掺入MOC中HBSA的活性高低。基于灰熵关联分析,对HBSA活性影响因素的主次关系进行了分析。最后,对HBSA的微观组成以及MOC的微观形貌进行分析,进而揭示其活性效应产生的机理。结果表明,600 ℃时煅烧2 h、研磨2 h所得HBSA的结晶度和平均粒径最小、比表面积最大、活性最高,掺入MOCM中相对活性指数达到1.06。煅烧温度对HBSA的活性影响最大,研磨时间影响次之,煅烧时间影响最小。HBSA中活性SiO2的含量较高,能够与MOC的水化产物发生二次水化反应生成水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,增强结构的密实性,提高力学性能。
  • 于周平, 杨伟军
    功能材料. 2021, 52(12): 12203-12209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.031
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    抗冻性是混凝土耐久性的重要指标之一。在严寒露天的环境下,混凝土的抗冻性能尤为重要。陶粒是一种渗透性强的多孔性骨料,在一定程度上影响了陶粒混凝土的抗冻性。通过冻融循环试验研究了偏高岭土(MK)及陶粒粒径级配对陶粒混凝土抗冻性能和细观结构的影响。研究结果表明,陶粒混凝土的质量损失和强度损失随着陶粒粒径的增加而增加。偏高岭土在一定程度上能够改善陶粒混凝土的抗冻性能,掺量为10%时效果较好,而掺量超过20%时对陶粒混凝土抗冻性能不利。
  • 郝肖雨, 田耀刚, 赵成, 黄显龙, 纪括, 齐琳, 贾侃
    功能材料. 2021, 52(12): 12210-12215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    针对目前沥青路面坑槽修复材料在雨季难以修复或修复后稳定性、耐久性差等问题,利用水性环氧树脂、乳化沥青和水泥基胶凝材料三者进行复合,制备一种具有高早强、稳定性优良的水性环氧树脂-乳化沥青-水泥(EAC)快速修复材料,研究不同水性环氧树脂掺量对其力学性能和路用性能的影响,并采用XRD、SEM和IR分析其微观特性。结果表明,水性环氧树脂的掺入使EAC快速修复材料2 h强度略有降低,但可显著增加其后期强度,且在一定范围内增大其掺量可提高修复材料的高低温性能和水稳定性。微观测试结果显示,水性环氧树脂可延缓胶凝材料的水化进程,延迟CH的结晶;适量的水性环氧树脂可提高EAC快速修复材料的致密性。
  • 刘文娟, 辜琳然, 熊欢, 吴汉美
    功能材料. 2021, 52(12): 12216-12220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.12.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    在普通硅酸盐水泥P.O 42.5的基础上,选择聚羧酸减水剂和粗骨料,并以氧化石墨烯作为增强体,制备出了不同氧化石墨烯掺量(0.00,0.05%,0.10%和0.15%(质量分数))的混凝土复合材料,研究了不同氧化石墨烯掺量下混凝土复合材料的性能差异。结果表明,随着氧化石墨烯的掺杂,混凝土的水化难度降低,水化反应速率增加,混凝土复合材料相互之间的颗粒接触更加紧密,且氧化石墨烯的掺杂并未产生新的水化产物;当氧化石墨烯的含量为0.10%(质量分数)时,复合材料的流动度最大为256 mm,坍落度和孔隙率达到了最低值,分别为27 mm和26.3%,抗压强度和抗折强度达到了最大值,分别为44.70和7.68 MPa,相比未掺杂氧化石墨烯的混凝土,抗压强度和抗折强度分别提高了6.18%和6.52%。综合分析可知,氧化石墨烯的掺杂含量为0.1%时各项性能最佳。