纳米SiO2超高强高流态混凝土及改性机理

通过正交试验提出纳米超高强高流态混凝土的胶凝材料配合比设计参数,并研究了纳米SiO₂的掺入对传统掺硅灰、粉煤灰超高强水泥基胶凝材料强度及工作性能的影响。在保证水胶比不变的条件下,开展了混凝土配合比试验,并研究了纳米SiO₂对混凝土抗压强度的影响及其微观机理。结果表明：超高强高流态混凝土中胶凝材料最优比例为：纳米SiO₂：硅灰：粉煤灰：水泥=1：8：20：71;在胶凝材料用量为600~1 000 kg/m³范围内,随着其掺量的增加,混凝土流动度不断增加,抗压强度先增大后减小,当其掺量为800 kg/m³时,抗压强度最大。分析认为,纳米SiO₂、硅灰与粉煤灰形成的三元多尺度堆积体系能优化粉体材料在混凝土中的微集料密实填充效应,纳米SiO₂的二次水化反应也有效改善了硬化水泥石的微观结构,并优化其形态分布,进一步增大其强度。     

Cl-渗透和碱集料反应作用下纳米混凝土的耐久性

海洋环境下,氯离子(Cl~-)渗透和碱集料反应是影响混凝土耐久性的重要因素.为此,在普通海工混凝土中掺加适量纳米SiO_2或纳米Al_2O_3,研究纳米混凝土在Cl~-渗透和碱集料反应共同作用下的耐久性.结果表明:Cl~-渗透和碱集料反应两种因素对混凝土耐久性的影响是相互促进的.不同掺量的纳米SiO_2或纳米Al_2O_3可以不同程度地抑制混凝土的Cl~-渗透和碱集料反应,提高混凝土在两种因素共同作用下的耐久性,纳米SiO_2和纳米Al_2O_3在混凝土中的最优掺量均为2. 0%. Cl~-总质量分数趋于平衡时,纳米SiO_2混凝土和纳米Al_2O_3混凝土的Cl~-总质量分数分别降低18. 04%和11. 60%;在第39周时,纳米SiO_2混凝土和纳米Al_2O_3混凝土的膨胀率分别降低28. 75%和16. 87%.纳米颗粒的加入能够改善混凝土的孔结构,提高混凝土的抗Cl~-渗透性,抑制Friedels盐的产生,从而减少混凝土的膨胀;此外,纳米颗粒能够促进水泥二次水化,降低过渡区Ca(OH)2晶体的富集程度,阻碍CaCl_2的络合物产生和碱集料反应所需碱环境的形成.     

Fe2O3对污泥与底泥制备轻质陶粒性能的影响

为研究在以污水污泥和河道底泥为主要原料制取轻质陶粒过程中,Fe₂O₃质量分数对陶粒性能的影响,对陶粒的物理性能、表面形态、抗压强度和晶体构成进行研究,结果表明,Fe₂O₃质量分数在3.5％～7％时,可取得松散容重和表观密度较高、吸水率比较小、抗压强度较高的陶粒．扫描电子显微镜(SEM)分析表明,随着Fe₂O₃质量分数的增加,陶粒表面玻璃化效果明显．在Fe₂O₃质量分数为5％时,可得到致密性较好、表面微孔分布均匀的陶粒．Fe₂O₃质量分数在3.5％～7％时,陶粒的抗压性能良好(14 MPa以上)．X射线衍射分析(XRD)表明,陶粒中主要晶体为石英、钠钙长石、蓝晶石和赤铁矿,内部以稳定的硅酸盐晶体为主．随着Fe₂O₃质量分数的增加,更多的Fe₂O₃可以在高温条件下转换为晶体结构的赤铁矿．在利用污水污泥与河道底泥制取轻质陶粒的过程中,控制Fe₂O₃质量分数在3.5％～7％较合适．     

纳米Al2O3改性环氧胶黏剂和钢铁附着机理的研究

通过拉拔法测定纳米Al₂O₃改性环氧胶黏剂和钢铁之间的附着强度,并结合环氧胶的表面能参数测定以及X射线光电子能谱(XPS)分析,对纳米Al₂O₃提高环氧胶和钢铁附着力的机理进行研究.表面能测定结果表明,添加纳米Al₂O₃使环氧胶的极性增加;XPS能谱分析结果表明,当纳米Al₂O₃质量分数达到2%时,环氧胶中形成新的羧基极性基团;进一步研究发现,当纳米Al₂O₃质量分数为1%时未形成新的羧基基团,当纳米Al₂O₃质量分数为8%时单位接触面积上新的羧基基团的数目较2%时少,这与附着强度的变化规律是一致的.因此,纳米Al₂O₃改性的环氧胶黏剂与钢铁的附着强度的增强是由于Al₂O₃与环氧胶的相互作用形成了新的羧基极性基团．     

含钪赤泥氯化钠离析焙烧-弱磁选-盐酸浸出分离铁、钪试验研究

针对云南含钪赤泥原矿含TFe 25.68%、Sc₂O₃ 70.66 g/t,钪主要以类质同象形式分散于金红石、辉石、长石、白云母、方解石等矿物中,铁、钪分离困难,提出了氯化钠离析焙烧-弱磁选-盐酸浸出的选冶联合工艺处理该含钪赤泥,使铁从赤铁矿转为以金属铁、磁铁矿为主的新物相,破坏载钪矿物的晶体结构,为铁、钪分离创造有利条件。试验结果表明：在离析焙烧温度950 ℃、离析焙烧时间60 min、氯化钠用量10%、焦炭用量15%、焦炭粒度-0.5～0.25 mm、弱磁选磁场强度H=0.12 T、弱磁选磨矿细度为<0.045 mm占95%、盐酸用量30%、浸出温度55 ℃、浸出时间120 min、浸出液固比 R =2∶3的综合工艺条件下,获得了铁品位为73.99%,含钪5.22 g/t,铁回收率为88.99%的铁精矿;钪浸出率为96.78%,浸出渣中的钪含量为6.37 g/t,铁、钪分离效果显著。MLA、SEM、EPMA分析结果显示：含钪赤泥经过氯化钠离析焙烧后,铁从赤铁矿（Fe₂O₃）转变为以金属铁（Fe）、磁铁矿（Fe₃O₄）为主的新铁物相及少量的氧化亚铁（FeO）、硅酸铁（Fe₂SiO₄）;浸出渣主要成分为SiO₂、CaO、Al₂O₃,与浸出前相比较,CaO、Al₂O₃降低比较明显,浸出渣中没有明显的Sc谱线峰值,这表明弱磁选尾矿经盐酸浸出后,钪绝大部分被溶解掉进入浸出液中,且钪的溶解较为彻底,也进一步验证了含钪赤泥采用氯化钠离析焙烧-弱磁选-盐酸浸出分离铁、钪比较合理,且铁、钪分离效果显著。     

化学链燃烧中Co掺杂改性Fe2O3（104）载氧体反应特性

基于密度泛函理论建立金属Co掺杂的铁基载氧体的微观模型,探究掺杂Co后模型表面的电子结构及反应特性的变化。首先,采用Material Studio软件中CASTEP模块构建并优化Fe₂O₃（104）的平板模型;其次,以Co原子分别替换模型表面不同配位数的Fe原子（Fe_5f,Fe_6f和Fe_7f）,构建Co在表面不同Fe原子位的掺杂模型（Co-Fe₂O₃（104））;最后,计算纯净模型和掺杂模型的表面能、掺杂结合能、态密度以及掺杂位点原子的键长、键角和原子间距离等参数,考察CO在Fe₂O₃（104）和Co掺杂的Fe₂O₃（104）表面的等温吸附特性,并以CO分子为探针测试Co掺杂模型和纯净模型表面的氧化反应特性,获取反应路径、过渡态和反应活化能等信息。几何优化结果得到Co掺杂模型的稳定性顺序是：Co_5f-Fe₂O₃（104）> Co_6f-Fe₂O₃（104）> Co_7f-Fe₂O₃（104）,对应的结合能分别为-0.399 eV、-0.215 eV和0.487 eV,Co在Fe_5f和Fe_6f位的掺杂是放热过程,并且在Fe_5f原子位的掺杂时放热较多,而在Fe_7f原子的掺杂属于是吸热反应;Co掺杂改变了掺杂位点相邻O原子的平均键长L_O-M（M代表Fe或Co）,其中Co替换Fe_7f后相邻O原子的L_O-M增加了0.004 4 nm;掺杂Co后模型的总态密度（DOS）均向费米能级（0 eV）方向移动,在-8 eV～0 eV能量范围内离域性增强,而且Co_5f-Fe₂O₃（104）模型体系靠近费米能级左边的填充态能量高于其他模型。等温吸附表明Co掺杂可以提高CO在模型表面的吸附量,并且存在吸附两种方式：-2.0 eV附近的峰为CO模型表面碱性位点的吸附峰,-0.75 eV附近的峰为CO在非碱性位点的吸附峰。CO在Co_5f-Fe₂O₃（104）表面的吸附能（-0.851 eV）最大,而在Co_7f-Fe₂O₃（104）表面的吸附需要外加能量（0.386 eV）,CO在Co_6f和Co_7f掺杂位吸附的键长（L_CO）比纯净模型表面的分别增加了0.000 4 nm和0.001 1 nm,表明Co掺杂表面对CO分子的活化作用较大;过渡态分析表明CO在Co掺杂表面氧化生成CO₂的反应活化能均明显下降,其中CO在Co_5f-Fe₂O₃（104）表面生成CO₂的活化能最低,比在Fe₂O₃（104）表面的减少了0.518 eV,且相应的反应能增加了0.445 eV。研究表明,Co与Fe在其氧化物中成键结构不同,导致掺杂后模型表面的悬键增多,表面能增大,态密度向费米能级方向移动,提高了Fe₂O₃（104）表面活性,并且Co在低配位数Fe原子位的掺杂更有利于降低氧化CO的反应活化能。因此,通过掺杂金属Co提高铁基载氧体反应活性是可行的,其改性效果与掺杂活性成分的特性和掺杂方式有密切的关系。     

块体SmCo7/Nd2Fe14B异质纳米复合永磁体的微结构和磁性能

采用高压热压缩变形技术对高能球磨的SmCo基非晶-纳米晶粉体与商用的Nd-Fe-B纳米晶粉体的混合物冷压块进行变形处理,成功制备出块体各向异性SmCo₇/Nd₂Fe₁₄B异质纳米复合永磁体。通过X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及振动样品磁强计（VSM）对块体SmCo₇/Nd₂Fe₁₄B异质纳米复合永磁体的微结构和磁性能进行分析研究得出：所制备磁体的微结构由SmCo₇/Nd₂Fe₁₄B纳米晶区域组成,且SmCo₇/Nd₂Fe₁₄B纳米晶具有沿其（00l）方向（平行于压力方向）的择优取向;磁体具有明显的磁各向异性,室温下沿压力方向具有16 MGOe的最大磁能积;磁体具有较好的温度稳定性,其矫顽力温度系数β_{（RT-250℃）}=-0.26%℃^-1。研究结果表明,所制备磁体具有较高的潜力,可应用于国防军工、轨道交通等科技领域。     

倒相法制备PVDF-HFP基复合微孔聚合物电解质

为改善纳米粒子在聚合物电解质中的分散效果,采用倒相制膜法,以纳米SiO₂为填料,以OP-10为分散剂,制备复合微孔聚偏氟乙烯-六氟丙烯基电解质PVDF-HFP-SiO₂(OP-10)．用SEM、XRD、交流阻抗法等测试手段对电解质的微观形貌、内部结构和电化学相关性能等进行表征,结果表明:SiO₂的加入降低了聚合物电解质膜的结晶度,增强了电解质的拉伸强度,提高了PVDF-HFP-SiO₂(OP-10)聚合物电解质的电导率,在20 ℃时,可达到490×10-3 S·cm-1,电化学稳定窗口为53 V,电解质的离子迁移数为083．分散剂OP-10的加入改善了纳米SiO₂与基质的界面相容性,改善了SiO₂在基质中的分散度．     

TiO2对高C3S熟料烧成的影响

通过外掺TiO₂来改善高C₃S熟料的烧成.配制7个生料样品,其潜在矿物组成均为w(C₃S)=75%、w(C₃A)=7%、w(C4AF)=18%,TiO₂掺量分别为0、05%、10%、15%、20%、25%、30%,在设定的高温下煅烧成熟料,通过化学分析、XRD、SEM/EDS等方法,研究了TiO₂对熟料易烧性、矿相形成、C₃S晶体形貌和熟料强度等的影响.结果表明,掺入少量TiO₂明显提高了熟料的易烧性;当TiO₂掺量小于2%时,f-CaO随TiO₂掺量的增加而显著降低;当TiO2掺量超过2%后,f-CaO随TiO₂掺量的变化不大;当TiO₂掺量达到3%时,在1 350和1 400 ℃温度煅烧的熟料中均发现了CaO·TiO₂新相;掺2%TiO2在1 400℃煅烧条件下的熟料,TiO₂在C₃S中的固溶量约1.7%;掺入适量的TiO₂,熟料中C₃S结晶比较完整、均匀,熟料强度较高.适当掺入TiO₂对改善高C₃S熟料的烧成和提高其强度都是有利的.     

酞菁铜对纳米α-Fe2O3光催化剂的表面改性

为推动纳米氧化铁基光催化材料在水体环境修复领域中的应用,针对氧化铁半导体导带底能级位置较正而导致的光生电子热力学还原能力不足及其表面催化活化O₂位点少的科学问题,在控制合成小尺寸纳米氧化铁的基础上,通过复合改性实现对其光生电子的有效调控是关键. 首先利用尿素调制的相分离水解-溶剂热法制备了小尺寸纯相α-Fe₂O₃.在此基础上, 通过简单的湿化学法实现了CuPc对α-Fe₂O₃纳米粒子的表面改性. 结果表明:所获得的最佳样品（CuPc和α-Fe₂O₃的质量比为1%）的光催化降解2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）的活性达到了纯α-Fe₂O₃的2.5倍;利用紫外-可见漫反射光谱(DRS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、激光拉曼光谱(Raman)等手段对其进行了结构表征,揭示了CuPc与α-Fe₂O₃之间通过氢键作用实现有效连接;基于羟基自由基荧光测试及电化学分析表明光催化活性提高的主要原因有:CuPc的引入有效改善了其光生电荷分离效率,并且进一步促进了O₂的活化;CuPc对长波可见光的特征吸收进一步改善了其可见光利用范围.该策略也适用于其他过渡金属酞菁对α-Fe₂O₃的修饰,并且均改善了α-Fe₂O₃的光催化性能.     

Ultraviolet shielding property of crylic acid resin filled with nano-SiO2

The present status and development trends of nano-composite coatings were briefly introduced. The nano-SiO₂ was dispersed into crylic acid resin by ultrasonic wave and high-energy ball milling, the influence of nano-SiO₂ on shielding property of coatings was investigated. Relation between particle size distribution of original nano-SiO₂ and its dispersal in water and alcohol after treatment were analyzed, respectively. The ultraviolet permeation rate of coatings filled with nano-SiO₂ was detected by ultraviolet spectral photometer. And the particle size distribution of coatings was examined by TEM. The results show that particle size distribution is comparative convergence and smaller one order of magnitude after dispersal treatment. The size of most nano-SiO₂ in coatings is smaller than 100 nm, which indicates that the amount of nano-SiO₂ in the resin is 20% (solid content of resin), the permeation rate of ultraviolet of composite coatings decreases to 20%. The research of its excellent ultraviolet shielding property mechanism indicates minor size and high surface energy of nano-SiO₂ can produce different absorption, reflection and scatter actions to different wavelengths. Foundation item: Project(2001ZB05) supported by Maintenance and Innovation in 2001     

考虑界面过渡区及集料因素的水泥基材料碳化模型

集料和界面过渡区对水泥基材料抗碳化性能有显著影响。基于Fick第二定律，提出一种考虑集料和界面过渡区影响的CO₂扩散模型，模型中首次引入界面过渡区的扩散系数并给出相应参数的计算方法，并基于质量守恒定律给出CO₂反应模型，利用该模型研究荷载作用下C30和C50混凝土中CO₂的浓度分布。结果表明，考虑集料和界面过渡区影响能更准确地计算CO₂在水泥基材料中的扩散系数及碳化深度值。通过与文献中的试验数据进行比较，进一步验证了理论模型的可靠性。模型将集料和界面过渡区作为评价混凝土耐久性的重要因素，为钢筋混凝土结构的设计和寿命预测提供依据。     

Effect of wet surface treated nano-SiO<Subscript>2</Subscript> on mechanical properties of polypropylene composite

Nano-SiO2/polypropylene composite was prepared by melt-blending process. The nano-SiO2 particles were organized by wet process surface treatment with silane coupling agent KH-570. The effect of mass fraction of nano-SiO2 particles and dosage of KH-570 on the toughening and strengthening of PP matrix were investigated based on the fractography of impact notch and the analysis of crystal structure by X-ray and dispersive structure of nano-SiO2 by TEM. Results show that the impact and flexural strength and modulus of the composite are improved obviously with low loading of nano-SiO2 （3 wt%-5 wt%）, and the izod impact strength of PP increases twice with 4 wt% nano-SiO2. The nano-SiO2 particles treated can disperse into the matrix resin, which has evident heterogeneous nucleation effects on the crystallization of PP. The optimal toughening and strengthening effects of PP matrix can be obtained when the content of nano-SiO2 and KH-570 are 4 wt% and 3 wt%, respectively.     

CO2强化再生骨料的特性及其对再生混凝土性能的影响

CO₂强化不同品质和粒径再生骨料的特性研究尚不系统和完善。在约20% CO₂浓度和自然环境压力条件下,考虑再生粗骨料（RCA）品质和粒径的影响,试验测试了CO₂强化再生骨料（CRCA）的碳化率、CO₂吸收率、碱度、残留CO₂气体含量、吸水率及CO₂强化再生骨料混凝土（CRAC）的抗压强度和抗氯离子渗透性能。结果表明：CO₂强化再生骨料的碳化率和CO₂吸收率随再生骨料水灰比的增加而增加;CO₂强化显著降低了再生骨料的碱度,且CO₂强化再生骨料粒径越小、水灰比越低,其残留CO₂气体含量越高;CO₂强化显著降低了再生骨料的吸水率,明显提升CO₂强化再生骨料混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能。     

Influence of oxides on high velocity arc sprayed Fe-Al／Cr3C2 composite coatings

Fe-Al/Cr3C2 coatings were sprayed on low steel by high velocity arc spraying(HVAS) technology. The influences of oxides on erosion, corrosion and wear behavior for high velocity arc sprayed Fe-Al/Cr3C2 coatings were studied. The results show that HVAS-sprayed Fe-Al/Cr3C2 coatings have good erosion, heat corrosion and wear resistance. The erosion resistance improves with the increase of the temperature. On one hand, the ferrous oxides are incompact, so they peel off the surface of the coatings easily during the high temperature erosion. On the other hand, compact Al2O3 films on the surface can protect the coatings.     

钢筋混凝土结构耐久性预测的时变可靠度方法

分析了钢筋混凝土耐久性的碳化与钢筋腐蚀影响机制，研究了钢筋混凝土结构碳化时间与腐蚀宽度模式、以及钢筋混凝土耐久性时变统计特征，提出了钢筋混凝土结构耐久性预测的时变可靠度方法。     

CO2做低渗气藏储气库垫层的气水边界稳定性分析

将低渗透枯竭气藏改建为地下储气库的关键问题之一是气水界面的稳定性.为分析以CO_2做垫层气的低渗透气藏改建储气库在扩容建库和季节调峰时气水界面的稳定运移,根据枯竭气藏储层的特点,建立基于低渗透微裂缝储层的双重孔隙介质模型.以中原油田文23改建储气库的地下储层为研究对象,讨论扩容建库时CO_2垫层气的注入方式对气水界面稳定性的影响,以及储气库季节调峰时气水界面的运移特性.研究表明:在扩容建库阶段,CO_2连续注气驱水能快速扩容,但降低了气水界面和储层内压力场稳定性;间歇注气扩容方式在4个周期后扩容速率降低了4.8%,但更好地保证气水界面的稳定运移和储层内压力场的稳定;在季节调峰阶段,溶解态和超临界态CO_2的相互转换更好地保证气水边界和储层内压力场的稳定,同时提高储层空间利用率.     

预应力混凝土氯盐侵蚀模型及耐久性分析

针对氯盐环境下氯离子侵蚀预应力混凝土结构这一耐久性问题,介绍了国内外有关混凝土氯盐侵蚀模型的研究成果,分析评价了几种典型的扩散方程,并改进了预应力混凝土氯离子侵蚀模型.以氯离子扩散速度、表面氯离子浓度以及保护层厚度为分析变量建立了耐久性可靠度分析模型.应采取综合措施提高预应力混凝土耐久性.     

Application of polymerizable surfactant in the preparation of polystyrene/nano-Fe<Subscript>3</Subscript>O<Subscript>4</Subscript> composite

Monooctadecyl maleate, as a polymerizable surfactant, was synthesized by the mono-esterification of maleic anhydride and octadecanol, and was utilized to surface-modify nano-Fe₃O₄ particles. A polymerizable magnetic fluid was obtained by directly dispersing modified nano-Fe₃O₄ particles into styrene monomer, and the polystyrene/nano-Fe₃O₄ composite was prepared through free radical polymerization of polymerizable magnetic fluid. The structure and dispersion status in different dispersion phases of modified nano-Fe₃O₄ particles were studied by Fourier transform infrared (FTIR) spectrometry, X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM), respectively. The experimental results show that the nano-Fe₃O₄ particles modified by monooctadecyl maleate with the size of about 7–10 nm can be uniformly dispersed into styrene and fixed in the composite during the procedure of polymerization. Thermogravimetric analysis (TGA) and vibrating sample magnetometry (VSM) indicate that the thermal stability of polystyrene/nano-Fe₃O₄ composite is improved compared to that of pure polystyrene, and the composite is a sort of superparamagnetic materials.