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关键词： Mechanical engineering  

ISBN: (数字)9780443155468 ISBN: (纸本)9780443155451

摘要： Aging and Durability of FRP Composites and Nanocomposites focuses on the latest developments in durability and long-term aging studies of composite materials, especially those used in civil and structural engineering applications. The book will be a valuable reference resource for materials scientists and engineers who want to learn more about the long-term service life and durability behavior of composites under different environmental conditions. The usage of composites is a broad and growing area of scientific research, especially in developed and developing countries. These materials are used in a broad range of applications in both structural and civil engineering sectors. In many of these applications, FRPs are exposed to one or more environmental influences, so they need to be designed to meet durability requirements to withstand even the harshest of environments.

关键词： 土木工程材料   课程思政   思政教育融入点  

摘要： 在当今高等教育体系中，课程思政建设正逐渐成为一种主导趋势。课程思政建设的宗旨在于将思想政治教育与专业课程教学紧密结合，以达到培养全面发展人才的目标。作为土木工程专业的核心课程，《土木工程材料》课程思政建设具有非比寻常的意义和影响。本文阐述了课程建设目标、思想政治教育的融入点、整体规划、实施思路、重点措施、教学资源运用及推进步骤等，对《土木工程材料》课程思政建设进行了深入研究。

关键词： 花岗岩尾矿   高钛矿渣   泡沫(微晶)玻璃   发泡剂   外加剂  

摘要： 随着社会经济科技的发展,绿色生活绿色发展已成为必然。对于花岗岩尾矿和高钛矿渣的固废回收处理,研究的重点始终是在低成本的前提下将其制备成有用的新材料和新产品,从而实现资源化再利用。本研究以花岗岩尾矿和高钛矿渣为主要原料,首先在1550℃高温熔融冷却制备出基础玻璃,随后在此基础玻璃上制备泡沫材料（泡沫玻璃和泡沫微晶玻璃）。通过本研究,提高了固废的回收效率,拓宽了固废的回收渠道,同时也降低了泡沫材料的制备成本。主要结论如下: （1）发泡剂MnO2最佳含量为4%。Mn2+离子会腐蚀孔壁形成连通孔,该结构是限制MnO2发泡剂使用的主要原因。880℃下得到的泡沫玻璃体积密度为0.5374 g/cm3、抗压强度为11.5562 MPa以及导热系数为0.0896 W/（m.K）,综合性能最好;发泡剂Si C最佳含量为4%,此时在880℃的体积密度为0.5498 g/cm3,抗压强度为7.7731 MPa,导热系数为0.0709 W/（m.K）;以MnO2和Si C作为混合发泡剂制备泡沫玻璃。结果表明,不同的发泡剂比例对泡沫玻璃性能影响不同,混合发泡剂中MnO2:Si C的最佳质量比为1:x（x=3～7）。在880℃制备的泡沫玻璃满足国际标准,普遍具有超低体积密度（?0.50 g/cm3）、低导热系数(?0.05 W/（m·K）)和适宜的抗压强度（0.46～3.11 MPa）。 （2）适量的磷酸三钠（Na3PO4）对泡沫玻璃的轻质化,降低导热系数等性能优化有着积极作用。含量过低和偏高均对泡沫玻璃则起着消极作用,不利于性能的提升,Na3PO4的最佳添加含量应在2%～4%。 （3）最佳烧结温度为880℃,最佳保温时间45 min。880℃下体积密度为0.3707g/cm3,抗压强度为1.7333 MPa,导热系数为0.0578 W/（m.K）;保温45 min得到的泡沫玻璃体积密度为0.3523 g/cm3,抗压强度为1.9306 MPa,导热系数为0.0669 W/（m.K）。 （4）泡沫微晶玻璃的性能与熔融粘度密切相关。改变原料比例从G-70→G-100的粘度出现先降低后增大,在中间获得合适的粘度。最佳原料混合比例为85:15 wt.%,体积密度为0.2811 g/cm3,抗压强度为1.8234 MPa,导热系数为0.0618 W/（m.K）,在该比例下析出了单一的透辉石相（Diopside）。 （5）硼砂在高温下可明显降低熔融软化温度,促进发泡。对晶体种类的析出无影响,仅会促进已有晶体的析出。最佳的硼砂含量为10 wt.%。此时,泡沫微晶玻璃的体积密度为0.3812 g/cm3,抗压强度为1.8780 MPa,导热系数为0.0673 W/（m.K）。

关键词： LC3混凝土   氯盐侵蚀   碳化   扩散规律   耐久性劣化机理  

摘要： 硅酸盐水泥在生产过程中会消耗巨大化石能源并释放大量CO2,对环境造成不利影响。石灰石煅烧粘土水泥（LC3）是一种新型绿色可持续建筑材料,煅烧粘土和石灰石粉的掺入能够减少水泥用量,从而有效降低CO2排放,且LC3基材料能够达到与普通水泥基材料相似的性能,并具有更强的耐久性能。虽然关于LC3混凝土基本性能已有较多研究,但对其在早龄期构筑行为和耐久性能的研究仍不够全面,特别是在氯盐侵蚀和碳化共同作用下LC3混凝土耐久性劣化机理研究还未见报道。 因此,本文系统研究了LC3混凝土早龄期内部结构的构筑行为,并采用氯盐浸泡和碳化循环侵蚀的方式模拟海洋环境中混凝土结构的实际服役环境,研究了LC3混凝土宏观变化规律与离子传输行为,揭示了氯盐侵蚀和碳化共同作用下LC3混凝土的耐久性劣化机理。 （1）考虑不同材料组分对LC3混凝土内部结构形成过程的影响,通过研究LC3混凝土的水化特性、水化产物形貌以及孔结构特征演变规律,揭示了LC3混凝土早龄期内部结构的构筑行为。煅烧粘土和石灰石粉的掺入加快了LC3水化速率,并生成了半碳铝酸钙（Hc）、单碳铝酸盐钙（Mc）、C-A-S-H凝胶等水化产物,细化了LC3混凝土孔隙,提高了LC3混凝土基体与骨料之间的粘结性能,从而具有更致密的微观结构。 （2）研究了单一氯盐侵蚀与氯盐侵蚀和碳化共同作用下LC3混凝土的氯离子浓度随深度及侵蚀龄期的变化规律。在距LC3混凝土表面深度相同时,氯离子浓度随侵蚀龄期的增加而增加。当侵蚀龄期相同时,随着距LC3混凝土表面深度的增加,LC3混凝土在碳化区前沿出现了明显的离子浓度峰值,加速了氯离子向混凝土内部的传输。对比单一氯盐侵蚀环境,氯盐侵蚀和碳化共同作用下的LC3混凝土氯离子结合能力显著降低,且LC3混凝土中的氯离子浓度及扩散系数均减小。因此,考虑碳化对氯离子结合能力的影响,建立了氯盐侵蚀和碳化共同作用下LC3混凝土氯离子扩散系数的计算模型。 （3）采用X射线衍射、固液萃取法、微观形貌扫描及核磁共振分析等测试方法,分析了氯盐侵蚀和碳化的共同作用对LC3混凝土物相组成、孔结构、微观形貌、pH值的影响,揭示了LC3混凝土在氯盐侵蚀和碳化共同作用下的性能劣化机理。氯盐侵蚀和碳化的共同作用形成的侵蚀产物阻碍了部分氯离子向LC3混凝土内部扩散,然而碳化使LC3混凝土孔径粗化,并加速了LC3混凝土物相组分的溶解,降低了孔溶液pH值及离子结合能力,使LC3混凝土碳化区前沿氯离子浓度增大而形成氯离子浓度局部峰值,从而促进了氯离子向混凝土未碳化区的扩散。

摘要： 1.征稿介绍水泥混凝土则是支撑国家重大基础建设的物质基础，我国总用量占全球将近60%，同时也是资源、能源消耗和二氧化碳排放的大户。化学外加剂用量极低、作用大，可调控混凝土拌合物流变与施工性能，提高力学性能，改善体积稳定性和耐久性，还可大幅降低单方混凝土中水泥用量，提高工业固体废渣利用率，

关键词： 桥墩盖梁   防腐涂层   氯离子浓度   有限元模型   寿命预测  

摘要： 北方地区的桥梁在冬季通常需要使用许多融雪剂来融化积雪,融雪剂含有盐类成分如氯化钠、氯化钾等。冬季降雪后融雪剂从伸缩缝渗透到盖梁上易造成盖梁的提前损坏。为了延长桥梁的使用寿命,涂覆混凝土防腐涂层是一种有效且经济的方法。本文采用有限元和试验相结合的方法,分别研究了渗透型涂层和表面成膜型涂层两大类型,分析了影响涂层防腐性能的因素。通过数学模型法,分析影响涂层耐久性能的因素,并对涂层在某一环境下的服役寿命进行预测。研究内容及结论如下: 1.渗透型涂层中研究了四种材料,分别为水泥基渗透结晶型、硅烷、水性氟碳型和水性环氧型,应用COMSOL软件,对四种材料建立桥梁混凝土盖梁抗氯离子侵蚀性能仿真模型。结果表明:水泥基渗透结晶型涂料抗氯离子性能最好,比其他三种材料的性能高10%左右;其余三种涂料由于混凝土扩散速度相似,氯离子浓度分布也非常相似;通过试验,对比水泥基渗透结晶型、硅烷、水性氟碳涂层和水性环氧涂层四种材料的电通量,模型预测结果与相同环境下的试验研究结果基本一致。 2.当不同涂层的涂刷厚度及环境相同时,涂层的扩散系数越小,涂层的防护效果越好;随着混凝土涂层厚度的增加,盖梁内的氯离子浓度大幅减小,减小的趋势逐渐变缓;对于典型的渗透型涂层—水泥基渗透结晶型涂层来说,随着相对湿度的增加,盖梁内的氯离子浓度逐渐减小,减小的趋势逐渐增大。 3.表面成膜型防腐涂层中研究了四种材料,分别为氯化聚氯乙烯（CPVC）、氯化聚乙烯（CPE）、氯丁乳液（CR）和氯偏乳液（PVDC）,观察氯离子浓度变化,结果表明:涂层的扩散率越低,盖梁表面的抗氯离子性能越好;在不同涂层厚度的情况下观察氯离子浓度的大小,随着涂层厚度增加,抗氯离子的能力逐渐增加。 4.借助SPSS软件,将影响因素与Cox比例风险回归模型结合,通过探究涂层失效的表现形式分析涂层失效的机理,确定影响涂层耐久性的因素,建立水泥混凝土涂层服役寿命回归模型,对寿命预测数学模型进行了实例应用,验证模型的可靠性。结果表明:当环境条件为相对湿度69%,气温-21℃时,辐射强度4657mJ/m2,水泥混凝土的水泥砂浆配比为0.5,涂层未受到物理损伤时,环氧树脂涂层会在第28个月时性能明显下降,经预测该涂层在这一环境下的服役寿命在40个月左右。

关键词： 红黏土   崩解特性   力学特性   黏粒   木质素纤维   石灰  

摘要： 红黏土是在湿热气候下经化学风化而成的高塑性黏土,具有失水收缩和多裂缝的特性。高温干燥时,红黏土因失水而开裂;降雨时,水渗透裂缝,削弱土体胶结连结,导致结构稳定性降低,引发滑坡、地基坍塌等事故。为此,研究红黏土的水稳性和力学特性至关重要。本文以桂林红黏土为研究对象,通过室内崩解试验、扫描电镜试验及三轴压缩试验,研究养护龄期、外加剂种类及掺入量对红黏土崩解特性、微观结构和抗剪强度及其指标的影响规律,揭示外加剂对土体崩解及力学特性的影响机制,主要结论如下: (1)红黏土的崩解特征与自身的结构、颗粒成分、胶结物等密切相关,红黏土黏粒含量越高,颗粒间胶结紧密,红黏土的抗崩解性越强;养护龄期越长,红黏土形成的胶结物越多,土体的水稳定性越强;随着黏粒含量的增加,红黏土的抗剪强度及其指标逐渐增大。 (2)试样未养护时,掺木质素纤维红黏土内部的土颗粒与纤维之间不能良好的交叉堆积效果,孔隙较高,遇水时,土体的水稳定性下降;试样养护后,纤维与土颗粒相互结合,形成一种具有较强黏结力的纤维土,土体的水稳定性得到提升;红黏土的黏聚力与内摩擦角随着木质素纤维掺量的增加先增大后减小,当木质素纤维掺量为6%时,木质素纤维与土颗粒的连结达到最佳状态,红黏土的抗剪强度最大。 (3)红黏土中加入石灰能极大的提高红黏土的水稳定性,未养护时,石灰掺量由2%逐步增加至8%,红黏土试样的崩解时间逐步增加;试样养护后,掺石灰红黏土完全不崩解;石灰掺量为2%,三轴试样剪切破坏形态为鼓胀破坏,随着石灰掺量的逐步增加,土体刚度增强,试样的破坏形态逐渐由鼓胀破坏转变为单斜面剪切破坏;掺石灰试样的抗剪强度指标随着石灰掺量的增加而增大。 (4)对红黏土微观结构进行微观机理研究,黏粒改变了红黏土的土体结构,试样孔隙减少,土颗粒团聚作用增强;掺木质素改变了红黏土颗粒的连结方式,既能将土体中细颗粒胶结起来,同时其能填充孔隙,减少微观孔隙,提高土体的水稳定性和强度;掺石灰试样的微观结构呈现片状叠加,颗粒间胶结紧密,排列整齐。 (5)红黏土的平均崩解速率随着黏粒掺量的递增逐渐下降,随着木质素纤维掺量的增加先增加后减小,随石灰掺量的增加逐渐降低;红黏土的抗剪强度随黏粒掺量的增加而逐渐增大,随木质素纤维掺量的增加先增大后减小,随石灰掺量的增加逐渐而增大。

关键词： 硅酸盐水泥   水泥性能   聚丙烯酰胺   矿物掺合料   多羟基酮  

摘要： 机制砂混凝土逐渐成为商品混凝土的主流，然而相较于传统河砂，机制砂存在表面粗糙形态效应差、泥粉含量高和絮凝剂残留等问题，导致机制砂混凝土流动度不佳，施工困难，引起了广泛关注。聚丙烯酰胺（PAM）被确认为是机制砂混凝土流动度劣化的主要原因，其影响过程复杂，涉及因素多，因此需要采用更为准确有效的方法来确定PAM的影响规律，并研究含PAM混凝土性能优化的方法。本文提出了三种基于外加剂抑制PAM对水泥水化干扰的方法。主要研究成果如下:　　（1）为探究不同聚丙烯酰胺（PAM）对硅酸盐水泥性能的影响规律，本研究选取三种离子类型（阴/阳/非）、六种分子量（600万、800万、1000万、1200万、1800万和2200万）、以及三种质量掺量（0.005%、0.02％和0.05％）的PAM作为研究对象。通过对含PAM硅酸盐水泥进行流动度、抗压强度、干燥收缩等试验，开展PAM对水泥性能的影响研究。结果表明，PAM对硅酸盐水泥的负面影响主要体现在水泥浆流动度的劣化和水泥石抗压强度的降低。与大多数水溶性聚合物类似，PAM掺入水泥浆后既起絮凝作用又起润滑作用，但在PAM浓度未饱和前主要表现为絮凝作用。　　（2）为解决PAM导致水泥浆流动度降低和水泥石抗压强度下降的问题，本研究采用掺入外加剂的方法来抑制PAM的影响。具体而言，试验探究矿掺（粉煤灰、矿粉、硅灰）、调凝剂（柠檬酸、己二酸、硅酸钠、乙酸钙）以及多羟基酮（葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、山梨醇、甘露醇）三类外加剂对含PAM水泥流动性和强度的改善效果。粉煤灰和矿粉等矿物掺合料比水泥颗粒更细小，能填充水泥，减少孔隙水含量，提升流动性，并间接调整实际水灰比，改善了含PAM硅酸盐水泥的流动性能。此外，矿物掺合料还可激发火山灰活性，与水泥颗粒产生反应生成水化硅酸钙，提高水泥石后期抗压强度，并减缓水泥早期水化速率和水化热释放量，减少温度变化引起的水泥石收缩问题。20％质量掺量粉煤灰/矿粉部分取代水泥的调节方式有效解决含PAM水泥流动性和早期强度不足的问题。　　（3）葡萄糖酸钙和葡萄糖酸钠通过阻碍水泥颗粒的溶解，控制固液相中的离子状态，从而促进水泥浆的流动性能，并且对水泥水化产物无毒害作用，未对水泥的早期强度产生不利影响。这两种物质在水泥含有PAM的情况下，能显著改善水泥浆的流动性能，并确保水泥石的抗压强度。然而，葡萄糖酸钠的掺量变化可使水泥石强度产生较大波动，应严格限制其使用条件。相比之下，葡萄糖酸钙不存在上述问题。本研究发现，0.01％的葡萄糖酸钙质量掺量能有效解决含有聚合物改性剂水泥流动性差和早期强度低的问题。　　（4）在0.01％的掺量下，葡萄糖酸钙（CG）能够显著提升水泥浆的流动性，并增大水泥石早期抗压强度，对掺有PAM的硅酸盐水泥的其他性能影响较小，仅表现为水泥初凝和终凝时间的极小幅度提升（均小于4％）。CG分子含有羟基和羧酸基团，能够与水泥溶液中的Ca2+离子发生络合作用，并吸附水泥颗粒，从而延缓水泥的水化过程。此外，CG还能减少水泥浆体中钙矾石、单碳铝酸盐、半碳铝酸盐以及Ca（OH）2的含量，增加水化硅酸钙和水化硫铝酸钙含量，进而提升水泥石的强度。钙盐的同离子效应可以促进氢氧化钙（Ca（OH）2）的快速饱和析出，从而促进三钙硅酸盐（C3S）的水化反应。葡萄糖酸钙具有无机钙盐碱土金属系类似的早强剂潜力，是一种兼顾缓凝和早强效果的复合型外加剂。在化学收缩、干燥收缩以及微观形貌试验中，葡萄糖酸钙的表现均优于单独掺PAM。