粉煤灰基地聚物混凝土的耐久性研究新进展

地聚物是近10余年来国际上研究非常活跃的一种新型化学激发胶凝材料，可能成为大量取代水泥的绿色胶凝材料. 针对碱激发粉煤灰（AAFA）地聚物的耐久性问题，分别从抗碳化性能、抗冻融性能、抗氯离子渗透性能、抗酸和抗硫酸盐侵蚀能力及抗风化性能等方面对AAFA地聚物混凝土的国内外研究现状进行了系统的整理与分析. 结果表明:1） AAFA混凝土的抗碳化能力不如水泥混凝土（OPC）的，碳化后的地聚物的孔隙率增加，力学性能下降，热固化、添加Ca（OH）₂、OPC、矿渣粉和纳米TiO₂等可以改善AAFA混凝土的抗碳化性；2） AAFA混凝土的抗冻融性能较OPC的低，添加矿渣、偏高岭土等可以提高AAFA混凝土的抗冻融性能；3） AAFA混凝土的氯离子渗透率较高，掺入矿渣粉、降低液固比、高温固化及延长固化时间可以增强AAFA混凝土的抗渗透性；4） AAFA混凝土的抗硫酸、盐酸、硝酸、乙酸及硫酸盐的能力较强，吸水率较低；5） AAFA混凝土的抗风化能力较差. 延长热固化时间，掺入富铝添加剂、降低目标钠与铝的摩尔比、减少地聚物的含水量、添加纳米SiO₂和硅烷表面改性都可以增强AAFA混凝土的抗风化性能.      

粉煤灰喷射混凝土孔隙结构的演变特征

为了寻找长期服役的喷射混凝土配合比,采用低场核磁共振技术,研究了不同粉煤灰掺量改性胶凝材喷射混凝土的微观孔隙结构,测定了不同掺量的粉煤灰喷射混凝土在不同养护龄期的微观孔隙结构分布特征及孔隙度.研究结果表明:掺有粉煤灰的喷射混凝土孔隙度随粉煤灰掺量的增加而增大,随龄期的延长总体呈现先减小后趋于平稳的趋势;粉煤灰掺量为10%时孔隙度最小,掺量为0时孔隙度最大;在7 d龄期后,不同粉煤灰掺量的喷射混凝土内部孔隙半径主要在1~80 nm的范围内,该半径范围内的孔隙含量占总孔隙含量的80%,最可几孔半径在12 nm.      

高强无收缩地聚物的研制与性能研究

当今碱激发工业固废制备的地聚物胶凝材料是最具潜力替代普通硅酸盐水泥的绿色胶凝材料之一。筛选粉煤灰、矿渣和偏高岭土为前驱体,NaOH-水玻璃的混合液体为碱激发剂,高分子吸水性树脂(polymer absorbent resin, SAP)与复合膨胀剂为补偿收缩材料,制备了一种力学性能优异且体积无收缩的地聚物,并通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)和X-射线衍射(X-Ray Diffraction, XRD)等手段进行微观分析。结果表明,当水固比为0.32、碱含量为12%、水玻璃模数为1.3及复合型膨胀剂掺量为6%时,所制备的地聚物力学性能最好,具备高早期强度的功能;硬化24 h后体积无收缩,膨胀率为0.02%;此时地聚物浆体流动性较大,无泌水现象,结石率高。究其原因在于水化产物中网络状的N-A-S-H凝胶与C-A-S-H凝胶以及少量CaCO₃晶体相互交织,形成致密的结构提高了体系的力学性能,而膨胀剂生成的针棒状AFt和少量Ca(OH)₂晶体补偿收缩的同时,也具有增强功能。本工作可为绿色新型建筑...     

粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土的抗碳化性能

F级粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土，即GPC-10（矿渣掺量10%，80 °C高温养护）和GPC-50（矿渣掺量50%，标准养护）力学性能良好，为进一步研究其抗碳化性能, 首先，对这两种地聚物混凝土进行了快速碳化试验，并与作为对照组的普通水泥混凝土(OPCC)进行了比较，通过抗压强度和劈裂抗拉强度评价了碳化对混凝土的损伤；其次，为分析损伤原因，分别通过X射线能谱分析（EDS）和压汞测试（MIP），对碳化后的成分和孔结构进行了研究；最后，建立了两种地聚物混凝土的碳化模型. 研究结果表明:相比OPCC，地聚物混凝土的抗碳化能力薄弱，尤其是钙含量较高的GPC-50，其主要产物C—A—S—H会与CO₂反应而发生分解，导致孔隙率增大，进而加快了碳化速率，且碳化深度与时间呈线性关系；OPCC、GPC-10以及GPC-50的28 d碳化深度分别达到了2.0、9.2、18.8 mm.      

地聚合物固化含黏风积沙土-水特征曲线

为研究地聚合物固化含黏风积沙的持水性能，采用地聚合物对含黏风积沙进行改良，基于压力板仪法测量了不同基质吸力下对应的体积含水率，绘制了相应的土-水特征曲线(SWCC)并进行了模型拟合，探讨了含黏量、地聚合物掺量、龄期和纤维长度对固化风积沙持水性能和拟合参数的影响规律。研究结果表明：随着含黏量由20%提升到30%,风积沙试样在同一吸力下的体积含水率上升了3%左右，持水性显著提升；随着地聚合物掺量由8%提升到12%,20%和30%含黏量固化风积沙SWCC整体上移，10 kPa吸力对应体积含水率分别提升7.0%和5.9%,600 kPa吸力对应体积含水率分别提升4.3%和4.2%;而延长龄期对固化风积沙持水性能的提升较小，体积含水率变化幅度不超过1%;长度为6 mm的玄武岩纤维对固化风积沙持水性能的提升很小，但掺入长度为12 mm的纤维会导致其持水性能稍降低，两者变化幅度均不超过1%;固化含黏风积沙的SWCC具有2个陡降段，可采用分段式Van Genuchten模型拟合；双峰拟合参数能够反映试样大、小孔隙的分布，黏土仅影响大孔隙参数，而地聚合物能够影响大、小孔隙参数；扫描电镜和压汞试验结果表明...     

半封闭煤火演化过程的动力学特征

为研究松散煤体自然发火过程中氧气及温度阶段性的演化规律，搭建了半封闭煤火演化实验系统，探究煤体从常温到燃点过程中氧气浓度及温度变化情况，建立松散煤体自燃蔓延过程自然吸氧强度模型，分析自燃过程中氧气分布特征和温度场水平与纵向阶段性移动特征.结果表明：半封闭煤火演化实验系统能够较好地再现煤自燃“自然吸氧”过程，验证了自然吸氧效应为煤体自燃蔓延提供动力；煤体自然发火过程中，温度变化时间滞后于氧气浓度变化时间，其滞后时间差随煤层纵深变化的增加而增加；在水平方向上高温区域迁移趋势主要受煤体内部裂隙与孔隙分布的影响；自然吸氧强度与测点峰值温度随煤体纵深增加而降低，未发生自燃区域的下方氧气浓度大于其上层氧气浓度.研究成果对开采、运输、储存状态下的松散煤体自然发火的防治提供理论基础.     

尾矿固化体力学性质预测的PFC模型研究

以某铁矿项目为工程背景，选用离散元颗粒流程序（PFC）对尾矿固化体的力学特征进行模拟，确定了尾矿固化体细观力学参数，建立了尾矿固化体单轴压缩数值模型，并在此基础上研究尾矿粒径分布及颗粒数量的简化对模拟尾矿固化体的力学特征的影响。研究发现：数值模型单轴压缩计算结果与试验值平均误差为5.5%，证明采用该方法构建的数值模型能有效预测尾矿固化体单轴抗压强度，且对尾矿固化体柔性及脆性破坏形态的捕捉效果较好，进而证明了利用PFC数值模型对尾矿固化体进行模拟有效可行；由于不同工程条件下尾矿粒度分布差异比较大，若尾矿粒径分布较广，建立尾矿数值模型时，可对尾矿粒径分布及颗粒数量进行一定程度的简化。分析表明，当模型尾矿颗粒粒组范围选取比达到50%以上，能较好地模拟尾矿固化体应力应变曲线及破坏形态。     

基于航向控制系统的船舶动态避碰机理

为探索航速矢量变化与船舶避碰之间的动态变化规律（避碰机理），研究了结合船舶领域和速度障碍等方法的静态避碰机理，确定了不考虑船舶改向运动过程与周围环境变化前提下，本船可避让所有物标的航速矢量区间；建立了基于模糊自适应比例积分微分（PID）控制和船舶运动方程的航向控制系统，再现船舶改向过程中的航速矢量非线性变化；基于静态避碰机理和航向控制系统研究了船舶动态避碰机理，求解了符合船舶操纵运动过程的动态避碰改向区间. 研究结果表明，在开阔水域随机设置的多物标环境中，可得到符合航速矢量非线性变化的动态避碰改向区间集合 [?90°，?72°]、[31°，47°]、[62°，79°]，受动态船舶主要影响形成改向范围为（?72°，31°）、（79°，90°] 的碰撞航向区间，符合船舶操纵运动对改向避碰的影响规律，可为实现船舶避碰辅助决策、自动避碰和动态避碰路径规划提供基础理论和方法.      

道路交通统计生命价值测算模型及其验证

基于参数服从SB分布的混合Logit 模型进行道路交通统计生命价值的测算研究. 首先，结合意愿选择法和正交实验法设计出行路径选择调查问卷；然后，基于死亡风险系数服从对数正态分布和SB分布的混合Logit 模型，构建统计生命价值测算模型；接着以大连市私家车出行者为调查对象获得调查数据，并利用Monte Carlo 仿真方法进行模型参数标定；最后，对模型进行比较分析，并获得统计生命价值的测算值. 研究结果表明：死亡风险参数服从限制域为(0.0, 0.5)SB分布的混合Logit 模型，精确性更高且更合理；道路交通统计生命价值测算值为 105.76万元，这一结果可以作为道路交通安全项目经济评价的参考数据.     

翔安海底隧道运营环境及污染物分布规律

为了明确城市海底公路隧道内环境参数和污染物的分布规律，针对厦门翔安海底隧道运营通风效果进行了现场测试，获取了交通高峰期和非高峰期两个时段隧道内气压、温湿度、风速、CO、NO₂和PM浓度的分布规律，结合一维扩散理论和Fluent组分输运模型研究了海底公路隧道内环境参数和污染物随交通流的分布规律. 研究结果表明:（1） 交通高峰期时段，温度沿车流方向逐渐升高，出口处达到最高温度36 ℃；湿度沿车流方向逐渐降低，入口处最大湿度为94%；CO、NO₂和PM浓度随车流方向逐渐升高，在出口处达到最大，最大浓度分别为21.00 ppm、3.73 ppm和1.76 mg/m3，V型坡坡底处PM浓度也较高（2.03 mg/m3）；根据烟尘质量浓度与消光系数的转换公式得到出口处和V型坡坡底处的消光系数分别为0.008 3 m?1和0.009 5 m?1，NO₂和PM浓度超过了规范值.（2） 非交通高峰期NO₂最大浓度为1.68 ppm，出口处和V型坡坡底处的消光系数分别为0.006 9 m?1和0.007 7 m?1，出口处NO₂浓度和坡底处消光系数超过了规范值.      

吹填土渗流固结过程微观结构的分形特征

为分析渗流作用下吹填土固结过程中微观结构的变化规律,应用分形理论,定量描述吹填土的微观结 构特征,探讨吹填土的固化机理.通过吹填过程的室内模拟试验,对天津滨海新区最终沉降的吹填土进行了颗粒 分析试验和易溶盐试验,以评价吹填土的工程地质性质;基于分形理论,采用WD-5图像处理系统,对试样的微 观结构进行了定量分析,讨论了渗流固结作用下天津滨海新区吹填土在渗流固结过程中微观结构分形维数的变 化规律.研究表明:随渗流压力增大,天津滨海新区吹填土结构单元体的形态分形维数逐渐增大,而计盒分形维 数减小,结构单元体排列致密,形态复杂性增强;随固结荷载增大,天津滨海新区吹填土中孔隙的形态分形维数 增大,计盒分形维数减小,土中小孔隙的含量增加,孔隙体积减小,复杂性增加.      

浸水作用下二灰黄土的稳定性

对二灰黄土进行了不同干湿循环次数和不同浸水时间2种浸水作用下的强度试验和压汞试验, 分析了二灰黄土水稳定性。分析结果表明: 二灰黄土强度较高, 7 d龄期无侧限抗压强度可以达到1.33 MPa; 随着干湿循环次数的增加, 二灰黄土强度出现衰减, 经过2次干湿循环后二灰黄土强度就大幅度降低, 并趋于稳定, 经过10次干湿循环后二灰黄土无侧限抗压强度和抗剪强度降低幅度分别为42.8%、47.4%; 随着干湿循环次数的增加, 二灰黄土的总孔隙体积呈线性增加, 经过10次干湿循环后二灰黄土的总孔隙体积从0.200 1 mL·g-1增大到0.238 3 mL·g-1, 增加了19%; 在干湿循环过程中, 不同孔径孔隙体积变化规律不同, 大孔隙体积呈线性增加, 小孔隙体积和微孔隙体积基本上没有发生变化; 随着浸水时间的延长, 二灰黄土强度出现衰减, 经过2 d浸水后强度产生大幅度降低, 并随着浸水时间继续延长强度逐渐趋于稳定, 经过4 d浸水后二灰黄土无侧限抗压强度和抗剪强度降低幅度分别为33.6%、54.7%。可见: 在石灰与粉煤灰掺量较小的情况下, 水对二灰黄土的强度有明显的弱化作用, 浸水作用可导致二灰黄土强度降低, 干密度略微减小, 总孔隙体积增大, 但相对于未改性黄土, 二灰黄土仍然具有较高的强度和较好的水稳定性, 可以在黄土地区作为道路的底基层推广使用。      

水泥搅拌砂土强度特性及影响因素研究

兰州至中川机场铁路工程沿线大多地段为饱和黄土地基,设计采取水泥土搅拌桩复合地基加固;该线部分地段饱和黄土地基中含有呈透镜状分布的砂土.对水泥搅拌砂土在不同的水泥和粉煤灰(以下简称"二灰")掺合比、养护龄期、搅拌均匀程度下进行强度特性试验研究,分析了水泥搅拌砂土无侧限抗压强度的变化规律.试验表明:水泥搅拌砂土无侧限抗压强度随二灰掺量的增加而增加,二灰掺入量从7%增加到20%水泥搅拌砂土的无侧限抗压强度增长了160.1%;随养护龄期的增加而增大,7~28d增长较快,28d以后仍有较大程度的增长,龄期90d抗压强度与28d强度有较好的相关性,可以用28d强度预测90d强度,缩短试验周期;随着搅拌均匀程度的提高,水泥搅拌砂土的无侧限抗压强度显著增大,搅拌非常均匀的试件无侧限抗压强度比搅拌极不均匀的试件增长了238%~263%.     

低温条件下水泥搅拌饱和黄土的强度特性研究

兰州至中川机场铁路工程沿线大多地段为饱和黄土地基,设计采取水泥土搅拌桩复合地基加固.由于该地区冬季气温较低,需要探究温度对水泥搅拌饱和黄土强度的影响,以便确定在冬季温度较低的情况下能否施工以及低温环境下水泥搅拌饱和黄土的强度增长规律.通过室内试验研究低温条件下水泥搅拌饱和黄土无侧限抗压强度随水泥和粉煤灰(以下简称"二灰")掺入比、养护龄期、养护方式的变化规律.试验表明:低温条件下水泥搅拌饱和黄土的无侧限抗压强度也随二灰掺入比增加、养护龄期的增长而增大;低温水中养护条件下水泥搅拌饱和黄土的无侧限抗压强度较标准水中养护(20±1℃)的强度低,龄期为28d、掺入比为12%的抗压强度为标准水中养护条件下的36%,掺入比20%的抗压强度为标准水中养护条件下的33%;随着养护龄期的增大,低温水中养护条件下抗压强度与标准水中养护条件下的差距逐渐增大,龄期为60d、掺入比为12%的抗压强度是标准水中养护条件下的26%.     

矿物双掺对超早强修复砂浆性能影响研究

水泥道面在环境及荷载耦合作用下频繁出现起砂露石等病害,目前修复材料因耐久性差、环境污染严重,不宜大面积推广.针对上述问题,研究了不同比例矿物外掺料复掺对超早强修复砂浆工作性能、力学性能及耐久性能的影响.结果表明,矿物外掺料的加入延长了砂浆的可操作时间,降低了砂浆的扩展度;对抗折、抗压早期强度影响显著,但28d强度逐渐赶上普通修复砂浆;矿物掺合料的掺入能够明显改善和提高修复砂浆的抗渗和干缩性能.当粉煤灰和矿粉以2∶1比例复掺时,性能最为优异.     

船闸闸室墙表面修复砂浆物理力学性能试验研究

对丙乳砂浆、硅粉砂浆、高强砂浆、聚丙烯纤维高强砂浆及玄武岩纤维高强砂浆5种船闸闸室墙表面修复材料进行了一系列物理力学性能试验。研究结果表明：丙乳明显降低了砂浆的抗压、抗折尤其是抗压强度,但能有效改善砂浆的早期抗干缩能力及增强砂浆韧性：由于硅粉微粒的填充作用及火山灰反应硅粉砂浆具有优良的力学性能,其28d抗压、抗折和抗拉强度分别为分别为85．9MPa、15．93MPa和5．732MPa,能承受的抗弯荷载也较大,为5.3kN,但其塑性收缩大且韧性不强;聚丙烯纤维和玄武岩纤维高强砂浆具有较高的力学性能,同时纤维的加入能有效改善砂浆的早期抗干缩能力．显著增加砂浆的断裂挠度和韧性从而提高砂浆抵抗变形开裂的能力。     

粉末冶金多孔钛的研究

采用粉末冶金法在10-3Pa的真空度下烧结多孔钛,获得开孔隙度<50%,孔径分布在5～50μm之间的多孔钛 借助金相显微观察孔隙形貌、利用数理统计方法确定孔径分布、进行压缩试验测定压缩性能 分析了原始粉末的粒度、成型压力、烧结制度对多孔钛的孔隙度、孔径及压缩性能的影响规律 实验结果表明:多孔钛的孔隙度及开孔隙度都随成型压力的增大、烧结温度的升高和烧结时间的延长而降低;孔隙的尺寸随粉末粒度的增大、烧结温度的降低而增大;成型压力增大和烧结时间的延长对孔隙尺寸的影响表现在小孔径孔隙的比例增大,而大孔径孔隙的比例降低;但是粉末粒度变化对多孔钛孔隙度、孔隙尺寸的影响要比成型压力、烧结温度和烧结时间变化的影响强烈的多;多孔钛的开孔隙度越大,其压缩强度越低;当多孔钛的开孔隙度由16%增大至44%时,其断裂强度由0.75GPa降至0.18Gpa     

外掺丙烯酸镁水泥基材料的自修复性能

以抗压强度修复率、裂缝修复率、电化学阻抗谱（EIS）为表征手段，对不同龄期、修复温度的水泥砂浆试件进行自修复性能试验，同时，结合SEM （scanning electronic microscope）探究了丙烯酸镁水泥基材料的自修复性能及微观机理. 试验结果表明:早龄期时丙烯酸镁修复体系对砂浆试件抗压强度修复及表观修复效果不明显，随着龄期增长，抗压强度修复效果逐渐显著，且7 d龄期试件表观裂缝修复率达100.0%；中高温有利于丙烯酸镁修复体系的自修复效果，但40 ℃ 以上提高温度对修复效果提升不再明显；电化学阻抗谱测试表明，28 d龄期时试验组的等效电路参数全面优于对照组；高龄期下丙烯酸镁修复体系的修复效果显著优于水泥基材料水化反应带来的修复效果.