纳米Al2O3协同水性环氧树脂对水泥基锚固注浆材料改性研究

锚固注浆材料性能良好,可有效提高锚固结构的服役寿命。为解决传统水泥基锚固注浆材料在边坡工程中稳定性和力学性能不足的问题,采用纳米Al₂O₃、水性环氧树脂对水泥基锚固注浆材料进行改性获得复合改性水泥浆材。通过正交试验、扫描电镜和X射线衍射测试,研究不同水灰比及配合比下复合改性水泥浆材的基本性能和改性机制。结果表明,复合改性水泥浆材的流动度、凝结时间、抗压强度受水性环氧树脂掺量的影响均大于纳米Al₂O₃掺量,而漏斗黏度、析水率受纳米Al₂O₃掺量的影响大于水性环氧树脂掺量。复合改性水泥浆材具有稳定性高、析水率低、抗压强度高等特点,有效解决了传统水泥基锚固注浆材料存在的稳定性和力学性能不足的问题,且其最佳性能配合比为水灰比0.5、纳米Al₂O₃掺量5%(质量分数,下同)、水性环氧树脂20%、固化剂掺量2.0%。     

纳米CaCO3再生砼抗压强度正交试验分析

研究影响再生砼抗压强度的因素,考虑了纳米CaCO₃、水胶比、砂率和再生粗骨料掺量4种影响因素,采用L₉（3⁴）正交表安排试验,利用极差分析和方差分析两种方法对试验结果进行探讨。结果表明,当纳米CaCO₃掺入率为1%时,砼强度最优;水胶比为0.38～0.40时,砼的抗压强度最大;砂率和再生粗骨料取代率对砼抗压强度均出现反弹现象,随其增加先减小再增大。影响砼抗压强度大小的顺序依次分别为:水胶比、再生粗骨料取代率、纳米CaCO₃、砂率。     

纳米SiO2改性纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料早期性能及微观结构

为优化纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料(OPC-CSA-ECC)的性能,拓宽纳米SiO₂的应用范围,本文系统探讨了纳米SiO₂对OPC-CSA-ECC凝结时间、强度和韧性的影响,并结合XRD和SEM分析了体系的微观结构和改性机制。结果表明:纳米SiO₂缩短了复合胶凝体系的凝结时间,且掺量越大凝结时间越短;纳米SiO₂可提高OPC-CSA-ECC的强度和韧性,纳米SiO₂的适宜掺量在1.5%(质量分数),对应的7 d和28 d龄期抗压强度分别为59.1 MPa和85.4 MPa,等效弯曲韧性分别为195.82 kJ/m³和256.51 kJ/m³。纳米SiO₂没有改变水化产物的种类,但促进了C-S-H凝胶生成且消耗了部分portlandite晶体。SiO₂通过提高基体密实度增大了基体与纤维之间的粘结性能,有助于应变硬化行为的实现。     

纳米SiO2对水泥浆体孔隙和微观力学性能的影响

为了研究不同纳米SiO₂掺量对硬化水泥浆体孔隙率与微观力学性能的影响,采用压汞实验,纳米压痕测试与GMM法获得了水泥浆体的孔隙率,压痕模量,硬度与各水化产物相的分布,并使用XRD与SEM表征了各性能最优样品的表面形貌与内部产物。试验结果表明,养护龄期为28天时,与空白对照组相比,当纳米SiO₂的掺量质量分数为1%、2%和3%、4%时,水泥样品总孔隙率分别降低了14.07%,16.67%,26.83%和7.43%,LD C-S-H与HD C-S-H的含量之和分别为对照组的99.34%,101.34%,117.48%和113.33%。但当纳米SiO₂的掺量质量分数为4%时,水泥样品的孔隙率比其他掺纳米SiO₂的样品更高,且与纳米SiO₂掺量质量分数为3%时相比,未水化的产物相也较多。纳米SiO₂可以充分发挥成核效应和火山灰效应,生成更多的C-S-H并改变硬化水泥浆体的微观形貌,从而有效降低水泥浆体的孔隙率并提高其微观力学性能。     

低掺量红柱石粉对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

为了进一步提高Al₂O₃-SiC-C浇注料的性能,以棕刚玉、碳化硅、沥青、红柱石粉、α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉、Si粉、Al粉、Secar 71水泥为原料制备了Al₂O₃-SiC-C浇注料,研究了低掺量（质量分数分别为0、1%、2%、3%、5%）红柱石粉（≤0.055 mm）等量替代浇注料中的棕刚玉细粉对浇注料致密度、强度、抗热震性和抗氧化性等的影响。结果表明：随着红柱石粉添加量的增大,烧后试样的显气孔率和体积密度减小,常温抗折强度、高温抗折强度、抗热震性和抗氧化性均增大。     

基于响应曲面法的粉煤灰泡沫混凝土配合比优化

为了对粉煤灰泡沫混凝土进行配合比优化,首先通过比较不同激发剂组合和掺量对粉煤灰胶砂强度的影响,确定粉煤灰激发剂掺量,然后通过单因素试验,确定泡沫混凝土中粉煤灰、CaSt和H₂O₂的最佳掺量范围,最后基于Box-Benhnken响应曲面法研究粉煤灰、CaSt和H₂O掺量对泡沫混凝土抗压强度、干密度和导热系数的影响,建立响应面模型,探究各因素及交互作用的影响程度,获得最优配合比。结果表明,采用4.5%(质量分数,下同)Na₂SO₄和4.5%Ca(OH)₂的双掺激发组合显著提高了粉煤灰胶砂的性能。粉煤灰与H₂O₂掺量交互作用对抗压强度影响显著,CaSt与H₂O₂掺量交互作用对干密度影响显著,粉煤灰与CaSt掺量交互作用对导热系数影响显著。当水胶比为0.5、粉煤灰掺量为20.7%、CaSt掺量为1.9%、H₂O₂掺量为2.9%时,能够...     

CaCO3微粉对刚玉质弥散型透气砖性能的影响

弥散型透气砖因具有供气可靠性好、安全性高和精炼效果好等优点得到较多应用,然而其自身多孔结构导致的强度低和使用寿命短等缺陷限制了它的应用。为优化刚玉质弥散型透气砖的使用性能,本文以电熔白刚玉颗粒及细粉、α-Al₂O₃微粉、Cr₂O₃微粉等为主要原料,固定颗粒与细粉的质量比为85∶15,分别用质量分数为0%、1%、2%、3%的CaCO₃等量替代电熔白刚玉细粉,探索CaCO₃微粉的引入对弥散砖性能的影响。结果表明:随CaCO₃微粉加入量增加(0%~2%),弥散砖材料常温强度和高温强度增加,由于CaCO₃分解生成的CaO与基质中的Al₂O₃反应生成六铝酸钙,其相互穿插连接增加了基质间的结合程度,从而提高了材料的强度。     

Al2O3掺杂对γ-C2S碳化性能的影响

本文研究了Al₂O₃掺杂对γ-C₂S熟料粒径、微观结构和力学性能的影响。试验结果表明:Al₂O₃掺杂不会改变γ-C₂S的晶型,但显著改变了其形貌;纯相γ-C₂S颗粒表面褶皱较多,颗粒尺寸较大,掺杂Al₂O₃后γ-C₂S颗粒表面褶皱消失而变得光滑;γ-C₂S碳化体的抗压强度与碳化程度随着Al₂O₃掺量的提高逐渐增加。通过碳化反应温升并结合碳酸钙衍射峰的半峰宽和X射线衍射仪(XRD)定量分析表明,Al₂O₃掺杂延缓了碳化放热,有利于碳化反应的持久进行,同时促进了碳酸钙晶粒的生长和数量的增加,从而使碳化程度更高,基体结构更加密实,因而抗压强度更高。     

超细水泥-硅灰二元低pH注浆材料特性研究

采用简化磨碎溶出法测试了硅灰(SF)掺量为30%～50%(质量分数，下同)、水胶比为1.4的超细水泥(SC)注浆材料结石体在不同龄期的pH值，探讨SF掺量、SiO₂含量和C-S-H凝胶理论钙硅摩尔比对注浆材料pH值的影响，并测试了60%SC+40%SF低pH注浆材料的流变性能和力学性能，同时利用SEM、XRD、TG表征手段分析了结石体的水化产物和微观结构。结果表明，当SF掺量大于40%、SiO₂含量大于50%、C-S-H凝胶钙硅摩尔比小于0.8时，结石体pH值小于11.00。萘系减水剂(SP)能显著降低浆液的马氏漏斗黏度，SP适宜掺量为1.6%。宾汉姆模型能够很好地描述浆液流变性能。水胶比的提高对结石体抗压强度有不利影响，因此水胶比不宜超过1.6。由于SF具有火山灰效应和稀释效应，养护180 d后结石体内不存在Ca(OH)₂,其主要水化产物为低钙硅比的C-S-H凝胶和钙矾石。     

活化煤矸石水泥水化机理与性能研究

近些年来,水泥的低碳化成为国内外的研究热点,利用活性矿物掺和料取代水泥是一种有效降低CO₂排放量的方法。为验证活化煤矸石作为水泥矿物掺和料的可行性,研究了活化煤矸石对水泥流变性能、力学性能、水化产物及水化程度的影响,揭示了水胶比、龄期及活化煤矸石掺量等对水泥胶砂试件抗压和抗折强度的影响,并利用XRD、SEM和TG/DTG等表征活化煤矸石对水泥水化产物和微观结构的影响。结果表明,活化煤矸石水泥的流变性能对水胶比的变化更加敏感。将活化煤矸石掺入水泥中,能够有效降低水泥早期的水化速率。活化煤矸石含有大量的活性SiO₂和Al₂O₃,具有很强的二次水化反应活性。二次水化产物水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶能够填充水泥机体的孔隙,提升水泥基体的强度。与掺30%(质量分数)石英粉的试件相比,掺30%(质量分数)活化煤矸石试件的28 d抗折和抗压强度分别提升了11.69%和11.82%。     

超轻硫铝酸盐水泥基发泡材料的制备及硬化性能研究

针对传统硅酸盐水泥基发泡材料膨胀倍率小、容重与干密度较大、凝结时间长等问题,采用硫铝酸盐水泥熟料、石灰和硬石膏作为胶凝材料,双氧水(H₂O₂)为发泡剂,羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)为稳泡剂制备了超轻硫铝酸盐水泥基发泡材料(U-SCFM),系统研究了H₂O₂用量、HPMC掺量及水胶比对U-SCFM膨胀倍率、干密度及硬化强度等性能的影响规律,并通过超景深显微镜、热分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)等对U-SCFM硬化体的水化产物及微观结构进行表征。结果表明:当水胶比为0.8,H₂O₂和HPMC掺量分别为胶凝材料质量的10%和1%时,制备出膨胀倍率为4.2、干密度为265 kg/m³、7 d抗压强度达到0.98 MPa的U-SCFM材料;HPMC的增稠作用及U-SCFM快速凝结硬化形成钙矾石晶体是U-SCFM硬化体多孔结构形成的主要原因。以上结果为煤矿巷道高冒区的充填提供了一种绿色安全、低成本充填材料。     

Experimental and Theoretical Studies of CO2 Absorption Enhancement by Nano-Al2O3 and Carbon Nanotube Particles

The influence of nano-particles on CO2 absorption was studied experimentally in a stirred thermostatic reactor. Nano-Al2O3 and carbon nanotube (CNT) particles which showed different hydrophobic propert...     

采用纳米Al203和碳纳米管颗粒强化CO2吸收的理论及实验研究（英文）

The influence of nano-particles on CO2 absorption was studied experimentally in a stirred thermostatic reactor. Nano-A1203 and carbon nanotube （CNT） particles which showed different hydrophobic properties were chosen for the investigation. The experimental results were compared with that of micron-size activated carbon （AC） and Al2O3 particles. From the results, no enhancement by micron-size A1203 was found, and with the increase of A1203 concentration, the enhancement factor decreased. However, nano-Al203 showed a weak enlaancement tor me COz absorption. AC and CNT particles all intensified the gas-liquid mass transfer effectively, yet the trend of the enhancement factor with stirring speed for the two particles was different. With increasing stirring speed, the enhancement factor of AC particles was decreased, wl＇iereas in CNT suspensions it was increased. The experimental phenomena demonstrated a difference in enhancement mechanism for different size particles. For nano-particles, besides the influence of adsorbability and hydrophobicity, the micro-convection caused by Brownian motion should be also taken into account. Considering the micro-convection effect, a theoretical model was developed to shed light on the absorption enhancement bv nano-oarticles.     

Enhanced cycling stability of LiMn2O4 by surface modification with melting impregnation method

The surface of as-prepared LiMn₂O₄ was modified with Al₂O₃ by a melting impregnation method. X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy (FESEM) and transmission electron microscopy (TEM) studies indicated that Al₂O₃ nano-particles are distributed around the spinel. X ray absorption fine structure analysis (XAFS) further demonstrated that Al atoms were also doped to the surface of LiMn₂O₄ particles. The nano-Al₂O₃ particle coating improves the capacity retention of spinel LiMn₂O₄ efficiently at both room temperature and 55 °C. The mechanism of improvement for surface modified LiMn₂O₄ can be attributed to the inhibition of a surface Jahn-Teller distortion and the decrease of manganese dissolution, leading to good electric contact among particles.     

金属铝粉和纳米Al2O3粉对陶瓷结合剂性能的影响

将金属铝粉、纳米Al₂O₃粉引入基础陶瓷结合剂,通过红外光谱分析陶瓷结合剂玻璃结构,X射线衍射表征其物相变化,并测试其耐火度,利用扫描电镜分析陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)复合材料的微观结构,并测试抗折强度,系统分析了金属铝粉、纳米Al₂O₃粉的单掺及复掺对陶瓷结合剂性能的影响。结果表明,金属铝粉使陶瓷结合剂耐火度升高,玻璃结构没有明显改变,部分铝粉转变为Al₂O₃,添加金属铝粉的陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度随烧结温度升高而提高。纳米Al₂O₃粉使陶瓷结合剂耐火度降低,呈玻璃相,但有少量Al₂SiO₅晶体和Li_xAl_xSi_3-xO₆晶体析出,添加纳米Al₂O₃粉的陶瓷结合剂CBN复合材料烧结温度720 ℃时出现较高抗折强度,达93.7 MPa。金属铝粉和纳米Al₂O₃粉的复掺有利于玻璃网络结构的键合,陶瓷结合剂以玻璃相为主,也有少量晶体析出,二者复掺对提高陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度更有优势,但烧结温度也相应升高,烧结温度740 ℃时抗折强度达最高值,为97.4 MPa。     

钙基碳载体造粒的捕集CO特性及力学性能

采用挤出滚圆法对钙基碳载体Ca（OH）₂进行造粒。在双固定床反应器上研究了黏结剂、支撑体和造孔剂对造粒后钙基碳载体循环捕集CO₂性能的影响,并提出采用多孔Al₂O₃球粉作为新型支撑体。结果表明,选择聚乙烯吡咯烷酮为颗粒黏结剂时最佳添加量为2%。高铝水泥和多孔Al₂O₃球粉均可作为支撑体造粒。多孔Al₂O₃球粉作为支撑体造粒后碳载体的循环捕集CO₂性能更高,其10次循环后CO₂吸收量为0.23g/g,是添加高铝水泥造粒碳载体的1.35倍。微晶纤维素作为造孔剂显著提高了造粒碳载体的循环捕集CO₂性能。多孔Al₂O₃球粉作为支撑体造粒后碳载体的抗压强度略高于高铝水泥作为支撑体。多孔Al₂O₃球粉造粒钙基碳载体拥有大量30~100nm孔隙,其比孔容高于高铝水泥造粒碳载体,这有利于CO₂捕集。     

纳米SiO2对钢渣水泥基胶凝材料的影响

钢渣和水泥具有相似的矿物组成,可以作为一种潜在的胶凝材料,然而钢渣掺量较高时并不利于混凝土早期性能的发展。以钢渣质量分数为30%的钢渣水泥基胶凝材料为研究对象,探讨纳米SiO₂对其早期性能的影响。主要通过测量流动度、凝结时间和抗压强度评估物理力学性能,并利用微量热分析、X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC-TG)等方法对掺有纳米SiO₂的钢渣水泥基胶凝材料的水化过程和水化产物进行分析。结果表明,当纳米SiO₂掺入的质量分数为3%时,纳米SiO₂可充分发挥火山灰活性,消耗大量Ca(OH)₂,同时由于纳米SiO₂颗粒的结晶成核作用和微集料填充作用,促进了钢渣和水泥的水化,水化初期的放热速率有所提高,从而提高钢渣水泥基胶凝材料的力学性能,28 d的抗压强度提高了14.0%。     

铁尾矿砂基环氧树脂透水材料力学性能及界面特性研究

利用固体废弃物制备透水材料是海绵城市发展新方向,而力学性能差成为固废基透水材料应用的难点之一。为解决该问题,设计了一类用铁尾矿砂作为骨料,环氧树脂作为胶凝材料的聚合物透水材料,研究了环氧树脂含量对透水材料力学性能和透水性能的影响,并探讨了纳米SiO₂、TiO₂、Al₂O₃和硅烷偶联剂KH-560等有机-无机材料对透水材料力学性能的影响。结果表明:当环氧树脂质量分数为6%时,可以得到兼顾力学性能和透水性能的透水材料,抗压、抗折强度和透水速率分别为17.5 MPa、5.3 MPa和1.12 mm/s;同时,当纳米SiO₂、TiO₂、Al₂O₃的添加量分别为环氧树脂的3%、4%、4%(质量分数)时,对透水材料力学性能的提升分别为33.1%、30.5%、28.6%,其原因是纳米粒子在透水材料受压过程中会吸收树脂基体中的部分能量,抑制或消除树脂中微裂纹的扩散;当硅烷偶联剂KH-560的添加量为环氧树脂的0.9%(质量分数)时,透水材料的强度可提升36.5%。SEM和FTIR分析表明,硅烷偶联剂KH-560对改善铁尾矿砂与环氧树脂界面具有显著作用。该研究对研发高性能的固废基透水材料具有重要意义。