固废基硫铝酸盐胶凝材料用于建筑3D打印的特性与过程仿真

为了解决建筑3D打印材料的性能、成本及技术应用等问题,通过以工业固体废弃物为原料制备了硫铝酸盐胶凝基质材料,配以促凝剂、缓凝剂等形成的建筑3D打印粉体,并应用多物理场耦合软件对同一喷嘴结构不同水灰比（W/C）下喷出浆体速度及质量的影响规律进行仿真计算。结果表明：以工业固体废弃物为原料能成功制备达到GB-2007-R525的硫铝酸盐胶凝材料,且经过外加剂改性后凝结时间可控制在10～30 min,2 h抗压强度15～20 MPa,后期强度稳定;水灰比高于0.6,打印浆体出现堆叠、坍塌的现象,影响打印精度及打印构件质量;水灰比低于0.4,喷射浆体会出现拖尾,影响打印速度,最终确定水灰比在0.5附近较适合相应尺寸喷嘴的3D打印应用。     

固废基复合胶凝材料配比优化设计及协同效应研究

利用多种固废协同制备固废基复合胶凝材料(MSSWB)是固废资源化利用的有效途径,然而,相对复杂的原材料组成和较低的力学性能限制了MSSWB的应用。本文首先借助D-optimal设计方法设计了100组实验配比作为数据集,然后创建了PSO-BP模型用于MSSWB力学性能的预测,并通过粒子群优化算法(PSO)确定了各原材料的最佳质量配比,最后采用XRD、TG-DTG和NMR等微观分析方法研究了MSSWB的水化产物以及多元固废之间的协同效应。结果表明：PSO-BP模型可有效预测胶凝材料的抗压强度,经粒子群优化算法优化后的配比强度明显高于未优化配比强度,最优配比组的28 d胶砂抗压强度较未优化配比组提高了20.8%;优化配比组的较高强度主要与水化产物钙矾石和C-S-H凝胶生成量较多且水化产物之间的交联度较高有关,这表明各原材料配比优化之后,其协同效应更加明显。     

固废基路用胶凝材料配制及性能研究

以粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、钢渣、矿渣等工业固体废弃物为主要原料,配制道路水稳层路用胶凝材料,全部或部分替代路用水泥,开展原料预处理加工和配比优化实验,考察原料细度和原料配方对胶凝试块强度的影响。结果表明：通过粉磨机械力活化,可明显增强固废的胶凝活性,其中,适宜的粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、矿渣粉的中位径D50范围为8～12μm,而适宜的钢渣微粉中位径D50为5～8μm之间;通过固废超微粉原料间配方优化,可获得7 d和28 d强度分别为29.3 MPa和37.5 MPa的70%固废掺加量的无机胶凝粉体材料,该固废优化配比为粉煤灰：电石渣：脱硫石膏：钢渣：矿渣=31.8∶13.6∶9.1∶27.3∶18.2,按比例加入30%P·S42.5水泥,在此配方体系下,胶砂试块强度可以达到或超过纯路用32.5水泥强度指标。     

硫铝酸盐水泥基复合体系的胶凝膨胀性能

研究了硫铝酸盐水泥熟料、二水石膏和氢氧化钙的不同复合胶凝体系水化产物与其膨胀性能及抗压强度的关系,利用XRD及Rietveld全谱拟合法和TG/DTG技术,对水化产物进行定性定量分析,得出硫铝酸盐水泥熟料-二水石膏体系（简称CG体系）和硫铝酸盐水泥熟料-二水石膏-氢氧化钙体系（简称CGL体系）水化产物中钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）、铝凝胶（AH3）等物相含量的变化规律,并进行比较。结果表明,CGL体系水化产物中AH3和AFm生成量多于CG体系,而AFt生成量在二水石膏与硫铝酸钙摩尔比为0.5和1.0时少于CG体系,达到1.5摩尔比时两个体系相差不大;CGL体系中,掺加氢氧化钙会降低试件早期抗压强度,后期其抗压强度赶上甚至超过未掺加氢氧化钙的试件;随着二水石膏掺量增加,CG体系中AFt早期生成速率和试件膨胀率均呈增大趋势,而CGL体系中AFt早期生成速率和试件膨胀率均呈减小趋势。     

典型硫酸盐固废复合胶凝材料制备与微观特性研究

硫酸盐类工业固废造成的环境污染和资源浪费问题引起了国内外学者的广泛关注,当前中国两种典型的硫酸盐类固废(电解锰渣和磷石膏)堆存量巨大,造成严重的环境污染,其无害化与资源化利用刻不容缓。依据电解锰渣、磷石膏两种固体废弃物的特性,利用电解锰渣和磷石膏结合矿渣制备复合胶凝材料,探究了磷石膏和水泥不同掺量对复合胶凝材料硬化体力学性能的影响。通过XRD、SEM和EDS分析了硬化体的物相组成和微观形貌变化特征,同时对硬化体进行毒性浸出测试。结果表明：硬化体各龄期强度随着水泥掺量增加而增大,硬化体各龄期强度随着磷石膏掺量增加而减小。复合胶凝材料较优配合比(质量分数)为电解锰渣为50%、磷石膏为20%、矿渣为30%,水泥外掺12%的硬化体28 d抗压强度为27.1 MPa,硫酸盐固废复合胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)。养护至28 d的硬化体浸出液中可溶性Mn²⁺、NH₄⁺-N、PO₄^3-和重金属离子浓度稳定后满足GB 8978—1996《污水综合排放标准...     

硅酸盐固废胶凝材料固镉的试验研究

以硅酸盐矿冶固废为原料制备胶凝材料,进行固镉试验,并借助XRD和IR对水化产物进行了基础研究.结果 表明,在钢渣掺量不超过30％,Cd2+浓度不高于30 mg/kg时,固镉试样28 d龄期Cd2+浸出质量浓度低于饮用水5 μg/L的限值.XRD和IR测试结果表明,胶凝材料水化产物主要为AFt、Friedel盐和C-S-H凝胶.胶凝材料固镉试样中存在着多种协同作用,是其固镉效率较高的主要原因.     

工业固废制备低碳胶凝材料的研究进展

以工业固废制备水泥熟料、全固废无熟料胶凝材料以及固废基碱激发胶凝材料是当前水泥行业节能减排与碳达峰的主要研究方向,是我国绿色循环发展的大势所趋。本文从固废制备水泥熟料、固废制备全固废胶凝材料以及固废基碱激发胶凝材料3个方面介绍目前的研究进展,具体分析了其制备工艺、原材料的选择以及种类的情况,以期为固废利用和水泥行业的节能减排提供参考。     

煤基固废制备胶凝材料研究进展及应用

煤矸石、粉煤灰、气化渣作为煤炭开采—化工转化—燃煤发电等过程产生的固体废弃物,年排放量超过15亿t,综合利用率约60%,主要以低端建工建材消纳为主,市场趋于饱和。随着环保政策趋近,煤基固废的资源化利用新途径开发迫在眉睫。基于煤基固废具有铝硅酸盐成分、潜在的火山灰活性和特殊的微观结构等胶凝特性,低成本高性能的低碳胶凝材料成为其规模化高值利用的新途径。综述煤基固废胶凝材料的活性激发技术及应用领域。活性激发方面,阐述了物理激发、碱激发和酸激发等活化方式对胶凝材料矿相变化的影响规律和产品性能调控,总结了现有技术的优势和需要解决的问题。应用领域方面,分析了煤基固废胶凝材料在建筑材料、道路修复、环境修复等领域的应用效果。基于上述现状,对煤基固废胶凝材料激发机理研究、组分配比优化、材料环保性能、工程应用推广等未来发展方向进行展望。研究对煤基固废制备胶凝材料具有重要的借鉴意义,为煤基固废规模化利用提供新途径。     

钢渣矿渣基全固废胶凝材料的化学活化

为了促进钢铁冶金渣的高附加值应用,以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了不同掺量CaO或Na2SO4对胶凝材料的化学活化作用,并利用XRD、SEM对掺入激发剂胶凝材料的水化产物进行了分析.结果表明,掺入少量CaO或者 Na2SO4的胶凝材料净浆试块早期抗压强度会有一定的提高,后期强度变化不大;但当Na2SO4掺量超过2%时,净浆试块的抗压强度会降低.掺入激发剂对胶凝材料的水化产物种类不会造成影响,其水化产物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和氢氧化钙(CH).     

木质素基3D打印材料研究进展

综述了近年来木质素生物质在3D打印材料方面应用的研究进展。木质素作为由多种苯基丙烷单元通过不同的键链接构成的高分子聚合物,丰富的羟基、羰基和醚基等使其可以作为可再生生物基材料应用于3D打印领域。包括可降解塑料复合医学材料、木质素基水凝胶、木质素基3D打印热塑性材料等。重点介绍了不同提取方法得到的木质素的结构特征及与各种材料复合应用于各种3D打印技术方法,详细分析了木质素在3D打印材料应用中的优缺点,并为解决其局限性提出漆酶等对木质素结构进行修饰的思路。最后,对木质素在3D打印领域的应用前景提出了展望。     

铝酸盐水泥对石膏基复合胶凝材料的改性研究

研究了铝酸盐水泥对石膏基复合胶凝材料的力学性能、体积稳定性及耐水性能的影响。对复合胶凝材料进行了微观结构分析研究,认为铝酸盐水泥的添加使得复合胶凝材料硬化后结构致密,提高了晶粒接触点的热力学稳定性,减少了与水作用时的融蚀现象。其最佳掺量应在20%左右。     

3D打印建筑技术及其水泥基材料研究进展评述

3D打印技术具有数字化、自动化、快速高效、无模、节省材料等特点,是一种低能耗、低排放的制造技术,也是制造业升级改革的关键技术。3D打印技术在传统建筑领域具有广阔的应用前景,能够极大缩短工程建设周期、提升建筑结构可设计性,它还是一种极端环境下极具潜力的施工技术。因此,3D打印建筑技术不仅受到科研工作者的青睐,更是得到国家的大力支持。本文系统评述了国内外基于水泥基材料的3D打印建筑技术的研究进展:首先介绍了基于水泥基材料的3D打印建筑技术的起源、发展及应用;然后从可打印性能、力学性能及耐久性能三个方面对3D打印水泥基材料研究进展进行了介绍;最后提出了关于3D打印建筑技术的思考与建议,并对其发展方向进行了展望。     

硫铝酸盐水泥膨胀性能与水化胶凝特性的关系研究*

利用XRD和TG/DTG等实验方法,对硫铝酸盐水泥膨胀性能与水化产物及抗压强度的关系进行研究,并通过Rietveld分析法对水化产物进行定量分析。结果表明,二水石膏与硫铝酸钙物质的量比达到2.0及以上时,试件膨胀速率可达0.05%/d以上,且膨胀持续时间延长;试件强度是影响膨胀量大小的外在因素,强度增大会制约水泥试件膨胀发展,强度小的试件膨胀率较大;钙矾石（AFt）增长速率是影响膨胀率变化的内在因素,铝凝胶（AH3）不具有膨胀特性。     

矿渣基胶凝材料固化硫砷渣的研究

利用矿渣基低温陶瓷胶凝材料对硫砷渣进行固化,考察砷渣的石灰预处理、养护条件及砷渣的掺量对固化效果的影响.结果表明:m(石灰)/m(硫砷渣)=0.8是固化硫砷渣最佳的预处理配比;固化体在0.7 MPa压力下养护后强度和As浸出率都较常压养护的好;0.7 MPa压力养护下,随着预处理硫砷渣掺量的增加,固化体的砷浸出浓度逐渐升高,但砷浸出率均低于1％,且预处理硫砷渣掺量小于等于20％时,固化体As浸出浓度能达到国家标准.     

氢氧化钙对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的水化影响

通过凝结时间、抗压强度和电阻率等分析手段,研究了Ca(OH)2对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化过程的影响.结果表明,掺入Ca(OH)2明显缩短了硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的凝结时间;当Ca(OH)2掺量为0.5%时,初凝时间最短,1 d、28 d强度均明显提高;当Ca(OH)2的掺量为2%时,28 d强度相比空白样提高了61.9%;掺入Ca(OH)2后,硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的1 d电阻率减小,随着Ca(OH)2掺量增大,电阻率逐渐减小,电阻率变化率极大值提前,说明Ca(OH)2加快了该复合胶凝材料的早期水化进程.XRD分析表明,掺入Ca(OH)2后,水化1 d时钙矾石的生成量增多,消耗无水硫铝酸钙的量增多;水化28 d时钙矾石的生成量相对变化较小,但强度明显增大,粉煤灰对硫铝酸盐水泥强度的贡献较为明显.     

硫铝酸盐水泥胶凝膨胀性能与石膏种类的关系

分别对含二水石膏和无水石膏的硫铝酸盐水泥进行研究,通过进行抗压强度和膨胀率测定,以及利用XRD、TG/DTG、Rietveld等方法对水化产物进行定性定量分析,探讨两者水化产物、膨胀率与抗压强度的差异。结果显示,含无水石膏的硫铝酸盐水泥抗压强度要大于含二水石膏的硫铝酸盐水泥;石膏掺量较多(石膏与硫铝酸钙摩尔比为1.5)时二水石膏对于发挥水泥膨胀性能的贡献较大,掺量较低(石膏与硫铝酸钙摩尔比为0.5和1.0)时两种石膏对于促进膨胀率发展作用相差不大;二水石膏对于促进硫铝酸盐熟料水化的效果比无水石膏要好。     

用于3D打印的生物相容性高分子材料

综述了三维(3D)打印技术以及适用于该技术的高分子材料。可生物降解高分子材料主要有聚乙交酯、聚丙交酯、聚己内酯、乙交酯-丙交酯共聚物等,非生物降解高分子材料主要是聚芳醚酮类。采用以上原料可以制备生物医用材料(如生物材料支架、水凝胶以及假肢假体)。3D打印技术应用于医学领域,首先需要建成完整的技术链和产业链,还需进一步开发种类齐全、满足医用要求、以及具有人体器官的硬度和质感的特性材料。     

聚乳酸基木塑3D打印材料性能研究

采用以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为相容剂、乙撑双硬脂酰胺(EBS)为分散剂熔融共混法制备了聚乳酸(PLA)/木粉(WP) 3D打印材料,通过红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、差示扫描量热分析(DSC)和力学性能测试对材料的结构、热性能和力学性能进行了研究,结果表明,WP改性后的PLA耐热性和断裂强度明显提高。     

北京理工大学研发用于3D打印的石墨烯基复合材料

高精尖的材料与3D打印结合会迸出怎样的火花?石墨烯作为当今最火的新材料之一,它是目前自然界最薄、强度最高的材料,如果能够3D打印那就太完美了.之前有一些公司推出了石墨烯与聚乳酸(PLA)的混合材料,可以使PLA的性能得到改善,并具备导电性.而如果能够打印石墨烯浆料,或许会有更加意想不到的收获.     

硅橡胶复合环氧树脂热固性材料用于3D打印

正多材料混合打印一直是增材制造领域的热门话题。从生产制程来看,混合材料打印优于单一材料打印的原因在于便捷性和可靠性,它可以一次性打印出集多种材料属性或功能于一体的产品,而无需先打印不同材料的零件,再通过焊接组装进行结合。