Abstract:

系统剖析近40 a中国国家自然科学基金对混凝土结构耐久性领域的资助特征与研究演进。1 300余项立项项目分析表明，该领域资助规模历经基础培育、需求提升、规模扩张和创新引领4阶段跃升。此领域研究具有环境响应特性与地域关联性，长三角、珠三角、北方沿海在氯盐侵蚀和钢筋锈蚀领域形成创新高地，中西部、东北部在冻融/盐蚀耦合等方面实现突破。资助项目分材料科学与结构工程两类，分别聚焦水泥基材料性能演变及劣化机制、混凝土结构全寿命周期服役性能退化机制，为重大工程建设提供理论支持。未来将发展低碳耐久高性能材料与结构体系，推进人工智能应用，深化分区规划与协同创新，拓展极端服役条件探索。

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在富含碳酸水的服役环境下，水泥石会发生钙溶蚀，严重影响其服役性能。为了再现CO₂在水中的溶解-扩散过程及其与水泥矿物之间的相互作用，本文构建了反应传输模型（RTM）来研究地下水侵蚀过程中水泥矿物、溶质和孔结构的时空演变情况，评估了水泥石服役性能的劣化行为。结果表明：当水中溶解的CO₂含量较低时，沉淀析出的方解石将堵塞孔洞，抑制Ca²⁺流失；一旦CO₂溶解量超过了14.00 mmol/L，方解石因溶液酸性增加而发生溶解，会加速水泥石的性能劣化进程。

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通过开展宏观与微观徐变试验，结合低场核磁共振（¹H-NMR）与氮吸附测试，系统研究了不同内部相对湿度（10%~98%）条件下硬化水泥浆体的徐变特性及其湿度响应机制。结果表明：随着内部相对湿度的降低，硬化水泥浆体的徐变变形逐渐减小，徐变模量显著提高，特征时间相应缩短；在10%~98%相对湿度范围内，徐变模量与相对湿度之间符合抛物线函数关系，基于此建立的徐变模量-相对湿度依赖模型表现出良好的预测能力；随着内部相对湿度下降，凝胶孔与过渡孔的孔隙体积及其水饱和度均呈下降趋势；徐变模量与凝胶孔水饱和度呈强线性负相关，与过渡孔水饱和度则呈现抛物线型关系。

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采用孔隙网络建模（PNM）方法，考虑非饱和条件下水分在孔隙结构中的分布状态，建立了基于孔隙网络的非饱和水泥基材料氯离子扩散二维数值模型，并通过与文献数据对比，验证了模型的可行性。该模型在充分考虑孔隙率、孔径分布、连通度和迂曲度等孔隙结构特征的基础上，研究了水泥基材料微观孔隙结构对氯离子扩散性能的影响。结果表明：氯离子的扩散性能与水饱和度及孔隙结构密切相关；孔隙率的降低和平均孔径的减小会导致水泥基材料的氯离子扩散系数降低；迂曲度和连通度呈反比关系，当孔隙结构的连通度小于0.7且迂曲度大于1.5时，非饱和状态下的相对氯离子扩散系数低于0.2，表明材料的抗氯离子侵蚀性能显著提升。

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针对建筑外墙自清洁涂层需兼具污染物光催化降解与疏水的双重功能需求，开发了ZnCdS@SiO₂-CF核壳结构复合材料。采用分步离子交换-共沉淀法在常温下制备Zn_0.5Cd_0.5S半导体，通过原位水解包覆技术构建SiO₂壳层并接枝长碳氟链，形成具有低表面能修饰的微纳粗糙核壳结构复合材料。结果表明：Zn_0.5Cd_0.5S具有较大的比表面积；经正硅酸四乙酯水解包覆6 h后，复合材料具有最高粗糙度且能够有效遏制光生载流子的复合。喷涂结果显示：16.33 mg/cm²的涂覆量使水泥基自清洁涂层兼具超疏水性能、耐酸碱侵蚀性及机械稳定性；该涂层在可见光照射下对亚甲基蓝的降解率达79.52%，是二氧化钛的2.52倍。

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在40~90、40~200 ℃正温温度循环条件下，研究了温度循环对C45、C60、C90混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、吸水率及孔隙结构的影响，揭示了温度循环对混凝土力学性能和微观结构的影响机理。结果表明：40~90 ℃温度循环使混凝土的水化进程加速，力学性能明显增强，90次温度循环后C45混凝土的抗压强度较初始值提升了41.5%；40~200 ℃温度循环使混凝土部分水化产物的数量减少，抗压强度随着循环次数的增加先提高后降低；由于较低的水化程度以及疏松的内部结构，40~200 ℃温度循环对低强度等级混凝土力学性能的影响更加明显；随着40~200 ℃温度循环次数的增加，混凝土的结构变得疏松，内部孔隙数量增多，有害孔和多害孔的占比增大。

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基于体积膨胀理论建立离散元数值模型，系统模拟岩石-混凝土界面在冻融循环与动态三点弯曲荷载耦合作用下的损伤破坏过程。结果表明：岩石-混凝土界面裂纹扩展经历缓慢增长、快速增长和失稳破坏3个阶段；断裂韧度对加载速率有明显依赖性，在低加载速率（v=0.5~1.0 m/s）下，断裂韧度呈“微增-骤降”特征，当加载速率提升至1.3~1.7 m/s时，断裂韧度表现出“激增-骤降”规律；应力强度因子的增长速率随冻融循环次数的增加总体上呈下降趋势。

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采用水泥-粉煤灰复合体系对污泥气化渣进行包覆处理，将其用作轻骨料混凝土的粗骨料，系统研究了粗骨料类型及体积分数对混凝土性能的影响。建立了混凝土二维有限元模型，模拟单轴受压条件下混凝土破坏时的损伤分布及应力-应变曲线。结果表明：经水泥-粉煤灰复合体系包覆后，污泥气化渣在保留轻质特性的同时筒压强度由2.5 MPa显著提升至6.1 MPa；当粗骨料体积分数为40%时，污泥气化渣包覆骨料混凝土的损伤区域最小，抗压性能最优。

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针对钢管混凝土柱在地震作用下刚度退化快且残余变形大的问题，提出了一种配置钢-FRP复合筋（SFCB）的新型钢管超高性能混凝土（UHPCFST）组合柱，并通过低周往复加载试验对其抗震性能进行研究。结果表明：与配置钢筋或玄武岩纤维筋的UHPCFST组合柱相比，配置SFCB的UHPCFST组合柱的承载力、变形能力、耗能和残余变形介于二者之间；提高SFCB配筋率或者用超高性能混凝土（UHPC）代替普通混凝土填充钢管均可提升组合柱的抗震性能；增加轴压比可以提高组合柱的承载力、初始刚度和耗能，但加快了刚度退化速率并降低了变形能力；随着SFCB配筋率由3%提高至4%，组合柱综合性能系数提升了21%，而材料成本仅上升了5%。因此，在提升组合柱抗震性能方面，提高SFCB配筋率是最具经济效益的选择。

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基于687组混凝土抗压强度数据，采用测量不确定度评定方法，评估了其标准不确定度和扩展不确定度。结合扩展不确定度区间转换结果，系统分析了强度分布特征、单值合格性判定及综合评定方法。结果表明：抗压强度区间可有效量化不确定因素影响，其平均强度区间与正态分布概率区间存在显著相关性；单值合格性判定方法能为临界值判定提供不确定性量化依据；综合评定方法可兼顾送检试件与实际检测条件的差异，为提升工程质量评定的严谨性和适用性提供重要依据。

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通过构建固化土的化学热力学模型，系统预测了含水率、固化剂掺量及掺入方式（内掺与外掺）对固化土矿物组成的影响，并基于预测结果确定了关键配合比参数，制备了相应试样。通过无侧限抗压强度测试、X射线衍射分析与²⁹Si核磁共振谱图表征，系统揭示了固化土宏微观性能对配合比参数的响应机制。结果表明：所建立的热力学模型能够可靠预测不同配合比条件下固化土矿物组成的演化趋势；固化剂掺量对固化土矿物组成影响显著，而对含水率的影响相对较小；固化剂对固化土强度的提升效应主要取决于以下4个因素，即反应产物的总量、产物的n（Al）/n（Si）、水化铝硅酸盐凝胶在整体胶凝体系中的占比，以及所有胶凝产物的平均链长。

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将大米发酵渣（RR）和发酵液（RL）用于脱硫石膏（DG）砌块。结果表明：RR、RL可作为DG外加剂，具有增加DG标准稠度用水量、缓凝时间、吸水率和软化系数的作用；添加0.9%的RR、RL后，DG的软化系数分别增加了41.9%和35.4%，吸水率分别提升了57.9%和57.0%；RR、RL对DG的力学性能具有负面影响，但是其力学衰减程度与常见盐类外加剂相当；大米发酵物具有影响DG中二水硫酸钙（002）面生长的作用，但两者未形成共价键连接，且二水硫酸钙的晶体形貌未发生明显变化。

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通过室内直剪试验，研究方形、扁平橡胶颗粒掺量对橡胶砂剪切特性的影响，并建立离散元（DEM）模型，采用真实河砂扫描数据文件、颗粒簇方法分别对砂粒、橡胶颗粒进行模拟，揭示橡胶砂的宏微观力学响应。结果表明：两种橡胶砂内摩擦角均随橡胶颗粒掺量增加而减小，5%掺量时达最大值；相同橡胶颗粒掺量下，方形橡胶砂抗剪强度更高，扁平橡胶砂剪胀抑制效果更显著；橡胶砂力链网络以“砂-砂”接触为主，其承担主要应力；与扁平橡胶砂相比，方形橡胶砂“砂-砂”接触比例更高，宏观表现为剪切强度更高。

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为实现混凝土配合比多目标优化设计，通过单因素试验确定C40混凝土中矿粉掺量、粉煤灰掺量和水胶比的最佳范围；采用响应面法构建二次多项式回归模型，系统研究不同矿粉掺量、粉煤灰掺量及水胶比对混凝土坍落度和抗压强度的影响规律，并进一步应用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）结合逼近理想解排序（TOPSIS）综合评价法实现混凝土配合比多目标优化设计。结果表明：通过响应面法建立的混凝土坍落度和28 d抗压强度回归模型相关系数分别为0.944 7和0.960 4，预测精度良好；粉煤灰掺量对坍落度的影响显著，而抗压强度主要受水胶比影响；优化后得到最优配合比方案为矿粉掺量8.66%、粉煤灰掺量25.00%、水胶比为0.34，预测值与试验值之间的相对误差小于5%。

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以青岛某实际工程为依托，将玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）抗浮锚杆应用于滨海地下结构的抗浮工程，并对BFRP抗浮锚杆开展现场蠕变性能试验；通过实时测试锚筋、锚固体位移，明确了BFRP抗浮锚杆荷载-位移的演化特征，揭示了BFRP抗浮锚杆锚筋内力的时空分布规律。结果表明：BFRP抗浮锚杆锚筋位移受荷载水平和加载时间的影响，锚筋和锚固体位移随加载时间增加均表现出初始蠕变、稳态蠕变两个阶段；在最大荷载水平下，锚筋轴力沿深度呈非线性分布，并随着深度的增加逐渐衰减，最深处轴力趋于零，在相同深度处，轴力随着加载时间的增加逐渐减小；锚筋-锚固体界面剪应力随深度增加呈现先增大后减小的分布特性，峰值出现在距孔口约0.75 m处，随加载时间增加峰值降低，剪应力衰减集中在0.7~1.7 m范围内。

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传统安定性检测雷氏夹法检测精度低,无法表征浆体局部应变特征,不利于安定性破坏机制的探究。本研究基于数字图像相关技术(DIC),对不同氧化镁掺量水泥浆体沸煮后的位移与局部应变进行全场分析,并就DIC技术与雷氏夹法安定性检测结果的相关性进行了探究。结果表明,随着氧化镁掺量增加,沸煮后DIC技术捕获的试件周长、面积等试件几何参数变化线性增大,试件局部应变非均匀性显著增加,开裂破坏风险加剧；DIC技术捕获的试件几何参数变化与雷氏夹法测试的膨胀量斯皮尔曼相关系数 高达0.988-0.999(p<0.01)。本研究表明DIC技术用于安定性检测可靠高精,且能反映局部应变特征。

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水泥基材料裂缝的自修复对结构耐久性至关重要,但实际水环境条件显著影响微生物矿化修复效果。本研究通过构建静态(不同水头高度)与动态(不同水流速度)水环境,评价了产脲酶混菌、好氧混菌及多元混菌三种体系对砂浆试件裂缝的修复能力,综合考察裂缝修复宽度、力学性能恢复及矿化产物特征。结果表明：静态水头与动态流速均显著影响修复效果,而多元混菌体系抗干扰性最优,其静态/动态下最大修复宽度分别达0.747 mm和0.526 mm,28 d抗压与劈裂抗拉强度恢复率提升至70.23%和82.82%。该研究证实多元混菌协同修复可有效提升复杂水环境中的自修复效能,为工程应用提供了优化方案。

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本文以粉煤灰和矿渣为前驱体，通过调控碱激发剂模数和Na2O含量，制备了粉煤灰-矿渣基地聚物防腐涂层，系统研究了其基本性能、抗氯离子渗透性能及腐蚀防护作用。研究结果表明，采用粉煤灰/矿渣质量比7:3、水灰比0.35、水玻璃模数1.5和Na2O含量6 wt.%（AAFS1）以及模数2.0和Na2O含量5 wt.%（AAFS2）制备的地聚物涂层具有硬度高、固化快和碱度高等特点，实干时间≤2.5 h，pH值>13.2。虽然地聚物涂层的抗氯离子渗透性能低于环氧树脂涂层，但腐蚀防护性能更优：可使钢筋腐蚀诱发时间从12 h延长至130 h，临界氯离子浓度提升16倍，28天阻锈效率达87%。地聚物涂层通过物理屏障和化学钝化双重作用，实现对钢筋的高效腐蚀防护。

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针对大体积混凝土因水泥水化热积聚导致温降收缩开裂的问题，以及偏远地区粉煤灰供应不便的现状，本文采用凝灰岩粉（TP）作为低热水泥（LHC）的掺合料，通过宏观性能测试与微观机理分析相结合的方法，系统研究了TP掺量对LHC早期水化及抗裂性能的影响。采用低场核磁共振实时监测水化过程，结合XRD、SEM、TGA等微观表征手段，揭示了TP延缓水化、优化产物组成的机理；并通过温度-应力试验综合评价了其抗裂效果。结果表明，TP可显著延缓LHC早期水化进程，降低体系水化放热与绝热温升（20%掺量时降幅约21%），从而有效减小了温降收缩应力；虽早期抗压强度略有降低，但3?d折压比显著提升，材料韧性增强。微观上，TP降低了Ca(OH)?含量，促进了后期火山灰反应，优化了微观结构。本研究从“水化进程-微观结构-应力发展”综合分析，阐明了TP提升低热水泥混凝土早期抗裂性能的协同机制，为其在偏远地区大坝工程中的推广应用提供了理论依据。

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针对腾冲地区火山岩加工尾料堆弃造成的资源浪费问题，采用表观密度为2651 kg·m?3的火山岩尾砂，经饱和面干（SSD）处理，分别以40%、60%、100%的比例等体积替代天然砂配制水泥砂浆，以探究火山砂内养护作用效果及其机理。结果表明，火山砂孔隙结构以平均孔径为194.20 nm的大孔为主，在RH>93%时脱附比达89.2%。宏观层面，随着SSD火山砂替代天然砂比例的提高，水泥砂浆在标准养护和干燥养护下不同龄期抗压、抗折强度均不断提高，完全替代时水泥砂浆28 d标准养护抗压强度提升13.5%；SSD火山砂的掺入可显著抑制水泥基材料的自收缩， SSD火山砂完全替代天然砂时早期自收缩较基准组降低89.1%；微观层面，SSD火山砂促进了骨料界面附近低Ca/Si比、高Al/Ca比水化产物的生成，且火山砂与浆体界面过渡区平均显微硬度值较基准组提高23.6%。本研究结果表明火山岩尾砂完全可成为用于抑制高强高性能水泥基材料自收缩并提高其强度的优异功能材料。

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川西藏寨作为传统生土建筑的典型代表，其砌筑核心材料-生土泥浆的性能直接影响建筑的结构稳定性和耐久性。本研究以四川丹巴藏寨生土泥浆为对象，通过物理性质测试、水土配合比优化及力学性能试验，系统分析了生土泥浆的收缩特性、体积密度、抗压强度、劈裂性能以及单轴受压应力-应变关系等。结果表明：生土泥浆的体积收缩率随水土配合比的增加而增大，单轴抗压强度随水土配合比的增大而减小；当水土配合比为0.38时，28d立方体试件的抗压强度为1.16 MPa，离散系数为1.38%，劈裂抗拉强度为0.18 MPa，所有试件破坏形态均呈“漏斗型”，其应力-应变曲线呈“抛物线”型。基于生土泥浆在单轴受压状态下的应力-应变曲线特征，提出了生土泥浆的单轴受压本构模型，为生土泥浆砌筑的藏寨结构抗震性能研究提供理论支撑。

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本研究通过180 d的海水侵蚀试验，结合氯离子浓度测定与pH测试，系统分析了0 m/s（静止）、0.2 m/s 与0.4 m/s 三种流速下混凝土的氯离子侵蚀行为。基于试验数据，采用指数衰减模型进行高精度非线性拟合（R2>0.99），确定了边界氯离子浓度（C?），并建立了扩散对流耦合模型。结果表明：海水流动会提高混凝土表层氯离子浓度，且该效应随侵蚀深度增加而减弱；流动条件导致表层pH下降，促使水化产物的溶解，增强对氯离子的入侵；流动水环境所引发的对流效应，与静水压力作用下的渗透传输，在主导机制上存在本质区别。研究成果为海洋工程不同服役环境（浪溅区、水下深层区）混凝土结构的耐久性设计提供理论支撑与量化依据。

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本研究将相变微珠(FPCC)与纤维编织网增强混凝土(TRC)结合，获得一种具有结构-功能一体化的蓄热型TRC材料(FPCC-TRC)，同时以短切PVA纤维改善其力学性能。研究FPCC掺量(0%、10%、15%、20%)和短切纤维对FPCC-TRC力学性能的影响，分析单轴拉伸下其开裂特征、失效过程与失效模式及应力-应变行为。结果表明：FPCC赋予基体良好蓄热能力，20%FPCC基体熔融焓为20.6 J/g，结晶焓为19.9 J/g，但其力学性能随FPCC掺量增加而退化，20%FPCC基体的抗折强度为5.6 MPa，抗压强度为29.6 MPa，降幅分别为34.9%和40.4%。掺入短切纤维可以有效改善基体的力学性能，其中对抗折强度的改善效果更为显著。XRD测试结果表明掺入FPCC无新物质生成，SEM图像显示FPCC与基体相容性良好。FPCC未改变TRC的失效过程与失效模式，破坏以纤维编织网断裂为主；短切纤维能降低裂缝间距并控制宽度。FPCC-TRC的初裂应力、峰值应力随FPCC掺量增加降低而峰值应变增加；短切纤维可改善基体与纤维编织网协同受力，提升初裂应力与峰值应力，降低峰值应变。

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本研究提出利用具有本征磁性的粉煤灰漂珠作为轻骨料，系统分析其磁学性能的粒径依赖性，进而探究其在轻骨料混凝土中的磁响应流变行为。通过制备不同粒径漂珠的混凝土试样，发现混凝土的磁响应行为呈现流变性能全面增强、静动态响应差异化及动态性能选择性提升三种典型模式。机理研究表明，该差异主要源于粒径调控的颗粒间磁力大小，以及磁力与浆膜厚度、颗粒级配之间的协同耦合效应。本研究揭示了漂珠“粒径—磁性—流变性能”的内在联系，为发展性能可控的先进轻骨料混凝土提供了理论基础。

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碱激发材料虽具有耐腐蚀和快凝优点，但其脆性大、易开裂的缺陷制约了其在沿海混凝土结构修复工程中的应用。本研究复配了一种半水性半油性新型环氧树脂，并以5%-30%的聚灰比（P/C，即新型环氧树脂与胶凝材料的质量百分比）将其引入碱激发材料中制备复合修复材料，系统研究了其物理力学性能与微观作用机制。结果表明：复配的新型环氧树脂抗拉强度为24MPa、断裂伸长率为5.8%，分别为普通E51环氧树脂的2.67倍和1.32倍；当P/C为15%时，可在碱激发材料中形成连续均匀的网络互穿结构（IPN），修复材料的流动度提升至86 cm，56天干燥收缩率降低至0.06%，吸水率在84 h时趋于平衡，饱和吸水率仅为5.6%，抗折强度、抗拉强度和正拉粘结强度分别达到9.8MPa、7.15MPa和2.6MPa，经自然光热老化后表面未见裂缝。微观分析表明，IPN结构通过填充孔隙、桥联裂缝、降低结晶度，有效阻碍和抑制了裂缝的生成和发展，协同提升了碱激发修复材料的物理力学性能与耐久性能。

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沥青与集料高温拌和过程中的粘附性能很大程度上取决于热熔态沥青的表面能特性。为更准确地得到热熔态沥青表面能,本研究对基于躺滴法的热熔态沥青表面能确定方法进行了优化。重点优化了表面能计算模型和躺滴法测试过程中的底物选择。研究表明:相较于传统分量法模型,状态方程模型的计算结果具有更好的稳定性和可靠性；聚四氟乙烯(PTFE)板因其低表面能和优异的化学稳定性,是躺滴法测试热熔态沥青表面能的最佳底物。基于优化后的表面能确定方法,建立了两种常用沥青热熔态下温度-表面能预测方程和不同新旧沥青比例的混溶沥青表面能预测方程,拟合优度均在0.95以上,可为沥青与集料高温拌和过程中的粘附性评价提供重要参考。

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针对寒区沥青路面灌缝胶在长期低温与冻融循环下性能衰变迅速的难题，本研究基于团队已通过响应面法优化的SBS/玄武岩纤维复合配方（SBS 10%、抽出油13.09%、纤维4%）[1]，系统开展了热氧老化、冻融循环及其耦合作用下的耐久性试验。结果表明，该优化材料在经历严酷热氧老化（190℃, 5 h）后，压缩弹性恢复率仅衰减3.05%，拉伸强度保持率达87.42%，显著优于市售产品。经三次冻融循环，其黏附强度保持率仍达63.7%，且在-30℃低温拉伸中呈现典型的韧性破坏特征，避免了突发脆断。微观机理分析揭示，玄武岩纤维与SBS、橡胶粉形成的三维互穿网络，在老化与冻胀耦合应力下能够有效维持界面完整性，通过应力重分布抑制微裂纹扩展，这是其卓越低温耐久性的根本原因。本研究深化了对纤维复合改性灌缝胶在寒区全生命周期服役行为的理解，为其工程应用提供了直接的性能依据与机理支撑。

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针对寒冷地区混凝土结构在冻融与冲击荷载耦合作用下的劣化难题,本文对PVA-玄武岩混杂纤维混凝土(PVA/BF-RC)的动态力学性能增强机制展开了系统研究。通过对比素混凝土(PC)与PVA/BF-RC在经历0至100次冻融(FT)循环后的性能演化,采用电液伺服试验机与分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,分析了其静态与动态抗压性能、质量损失规律、强度退化、动态增长因子(DIF)及破坏形态。结果表明：PVA/BF-RC展现出卓越的抗冻融-冲击性能。在100次冻融循环后,其质量损失率仅为0.22%(PC为4.54%)且静态抗压强度损失由PC的71.03%显著降低至40.64%；在13 m/s的冲击速度下,PVA/BF-RC的峰值应力高达42.66 MPa,较PC提升了41.4%且DIF随冻融损伤的波动幅度仅为0.1左右。PVA/BF-RC通过有效抑制裂缝扩展和剥落,显著增强了混凝土的抗冻耐久性与动态抗冲击性能。基于试验数据建立的冻融劣化函数C(n)及动态强度计算模型,为预测冻融损伤后PVA/BF-RC的力学行为提供依据。

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为了研究聚氨酯改性沥青的性能与最佳掺量，本文采用Materials Studio分子动力学仿真软件，分别构建了基质沥青及聚氨酯掺量为3.67%、7.13%、10.33%的改性沥青模型。通过对扩散系数、物理模量等性能参数的计算，从微观角度分析了聚氨酯掺量对沥青性能的影响，并结合沥青三大指标试验、弯曲梁流变试验和动态剪切流变试验，确定了聚氨酯的最佳掺量。分子动力学仿真结果表明：在常温条件下，随着聚氨酯掺量的增加，内聚能密度呈持续上升趋势，各物理模量先增大后减小；当掺量为7.13%时，其结合能的绝对值最大，体系最稳定；同时扩散系数最小，改性剂与沥青结合较好，沥青的综合性能达到最优。综合沥青宏观试验结果，确定了聚氨酯的最佳掺量为8%。本文的研究方法为其他改性沥青材料性能研究提供了一种新的思路。

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絮凝剂是湿法制砂工艺常用添加剂，其残留对水泥基材料性能存在不利影响。在机制砂中分别引入机制砂质量分数为0.03‰~1.2‰的阳离子型（CPAM）、阴离子型（APAM）、非离子型（NPAM）聚丙烯酰胺及聚合氯化铝（PAC）絮凝剂，系统研究了不同类型絮凝剂残留对机制砂砂浆流动度、凝结时间以及抗压和抗折强度等力学性能的影响规律。并结合Zeta电位、压汞（MIP）等测试方法分析作用机制。结果表明：四种絮凝剂均导致砂浆流动度降低。PAM类通过吸附包覆与空间位阻效应，延缓凝结并抑制早期水化反应；PAC因水解产生的Al3+加速了AFt的生成，表现出轻微促凝特征。7d后絮凝剂组强度较基准组降低归因于絮凝剂残留导致的孔径≥50 nm孔隙率较基准组显著增加相关。

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为解决现有混凝土耐久性预测模型精度低、工程适用性不足的问题，本研究基于湛江10年真实海洋暴露试验数据，建立了轻量化梯度提升机（LightGBM）、类别特征提升机（CatBoost）、极致梯度提升方法（XGBoost）、随机森林（RF）以及人工神经网络（ANN）5种机器学习模型，用于预测高性能混凝土在真实海洋环境下的氯离子扩散性能。结果表明:CatBoost模型预测性能最优，其R2达到0.9143，平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）均低于其他模型，展现出优异的精度与稳健性。通过SHAP可解释性分析可知，水胶比对真实海洋环境下高性能混凝土氯离子扩散性能的影响最大，其次是水泥用量、侵蚀时间和硅灰掺量，粉煤灰掺量影响最小。此外，与传统Fick第二定律衰减模型相比，CatBoost模型的预测准确性显著提升。

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为研究纳米SiO2增强型钢与混凝土界面黏结滑移性能，开展了往复加载试验，分析了试件的破坏模式、特征黏结强度和界面黏结性能退化机理，建立了黏结强度计算公式和黏结-滑移本构模型。结果表明：型钢表面喷涂10%纳米SiO2试件的峰值黏结强度较对照试件提高28.38%，破坏模式由劈裂破坏转变为劈裂-黏结破坏；纳米SiO2在黏结界面形成致密C-S-H凝胶层，能增强界面整体性以降低累计损伤；通过多元统计回归得到了试件特征黏结强度计算公式，且特征黏结强度预测精度达到91%；基于试件黏结-滑移曲线特征建立的黏结-滑移本构模型，拟合曲线和试验曲线较为吻合。

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混凝土作为人类使用最大宗的建筑材料,其强度的高强或超级高强化发展是支撑现代结构工程向超高层、大跨度及轻量化方向发展的关键技术基础。本文从C-S-H凝胶相、增强相、界面相及孔隙结构四个层面系统论述了混凝土强度的本源及其关键影响因素,概述了当前混凝土超级高强化的设计理论与技术途径,并展望了混凝土超级高强化研究中存在的关键问题与研究方向,旨在为混凝土强度极限突破的前沿研究提供理论参考与技术支撑。

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采用冻融循环对钢纤维混凝土（SFRC）进行损伤劣化，重点研究损伤后的SFRC在氯盐溶液干湿循环作用下的性能演变，包括氯离子传输、pH分布和抗压、抗弯等力学性能。结果表明：冻融损伤后的SFRC在氯盐干湿循环作用下内部氯离子浓度累积增长、近表层pH值逐渐下降，存在潜在腐蚀风险；但事实上，冻融损伤SFRC试件经历180次氯盐干湿循环后抗压强度增长了9.5%~24.1%，抗弯强度提高了10.2%~29.7%，弯曲韧性和刚度均得到显著提升。在氯盐干湿循环作用下，胶凝材料的持续水化修复了SFRC的冻融损伤，且钢纤维腐蚀的正面增强效应（界面强化与裂缝填充）进一步提升了混凝土的力学性能。

Abstract:

为研究铝合金扩胀管在低速冲击作用下的力学响应特征，在对铝合金材料性能进行测试基础上，设计制作了长度为200 mm，截面尺寸为63×6.5mm，扩胀率为1.16的试件，开展了12 m/s、10 m/s和8 m/s共3种速度条件下落锤冲击试验，结合3D-DIC测试技术和运动分析技术，分别获取了扩胀管应变场和锥头运动速度演化特征，并探究了应变与冲击速度相关性。结果表明：6063-T6铝合金伸长率测定值介于22%-25%之间，具有优异的塑性变形能力；扩胀过程中铝合金管应变发展平稳，呈现出良好的稳态塑性变形过程；扩胀管应变率峰值均小于100 s-1，且随扩胀过程的发展快速衰减，环向和纵向应变率均与锥头运动速度呈显著线性关系。

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采用离心喷雾干燥工艺对聚羧酸减水剂进行粉体制备研究，得到的减水剂粉体含固量可达到99%（质量分数，下同）.通过红外光谱分析发现：聚羧酸减水剂分子结构中的羰基在干燥过程中发生了部分分解，但减水剂宏观性能仅受有限影响，粉体减水剂的性能与液态减水剂基本相当.通过单因素试验研究了干燥室进口风温、进料液温度、进料液含固量对喷雾干燥工艺及粉体性能的影响，确定了喷雾干燥工艺适宜的参数范围为干燥室进口风温180~220℃，进料液温度20~40℃，进料液含固量20%~60%.

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旨在运用动态表征模型评价沥青的老化过程,并采用多指标评价方法对比不同沥青的优劣。对4种沥青进行不同时间的RTFOT老化试验,采用动态表征模型拟合,得到沥青针入度、延度、软化点和粘度的老化参数和老化方程；采用灰色关联决策评价方法,以沥青针入度、延度、软化点和粘度的老化参数L和r为评价指标,综合对比不同沥青的抗老化性能。研究结果表明：沥青针入度、软化点、延度和粘度与老化时间存在非线性关系,在开始时刻,老化速率大,后期随着时间的推移,老化速率趋于缓慢,最后达到平衡；沥青的老化过程可用动态模型表征,参数L和r能很好地表征沥青老化过程的老化度和老化速率,不同沥青的不同指标的老化参数排序不一致；采用灰色关联决策评价四种沥青的抗老化性能排序为：室内制备改性沥青优于90号A级基质沥青优于成品改性沥青优于70号A级基质沥青。

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采用早龄期混凝土变形与内部湿度测量装置,测量了水泥净浆、砂浆和混凝土的自由变形及内部湿度变化规律.结果显示:水泥净浆、砂浆和混凝土早期变形均具有先膨胀后收缩的特征,膨胀结束点之后的变形为有效变形;3种水泥基材料的早期收缩随龄期的发展遵循双阶段模式,即早期的快速发展期(阶段Ⅰ)和随后的缓慢发展期(阶段Ⅱ);在阶段Ⅰ,3种材料收缩差异不大,骨料对收缩变形的约束作用主要体现在阶段Ⅱ;最终混凝土收缩最小,砂浆次之,水泥净浆最大.从浇筑开始,材料内部湿度经历早期的水气饱和期(相对湿度RH=100%)和随后的湿度下降期,湿度下降的起始点基本与收缩发展阶段Ⅱ起始点相对应,表明阶段Ⅱ的收缩与内部湿度下降密切相关.收缩变形的双阶段模式及其与湿度发展的对应关系揭示了水泥基材料早期变形机制由化学减缩控制到湿度控制的转换过程

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基于Dinger-Funk级配理论提出了机制骨料级配设计方法，通过修正Bolomey公式明确了适用于机制骨料混凝土的强度-水胶比关系；通过引入裹浆厚度概念建立了骨料与浆体之间的体积关系，并将机制砂中的石粉视作浆体组成，建立了机制骨料混凝土的配合比设计方法并进行了验证.结果表明：混凝土的工作性可以通过裹浆厚度来加以调控；混凝土的抗压强度和氯离子扩散系数与裹浆厚度无明显相关性，可以通过水胶比来加以调控；本文提出的配合比设计方法可以定量设计满足不同性能需求的机制骨料混凝土.

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采用旋转黏度计、流变仪研究了硅酸钠溶液模数、质量分数及温度对硅酸钠溶液及土聚新拌物流变性能的影响；探讨了硅酸钠溶液超声改性对土聚新拌物工作性能的改善效果.结果表明：常温(18~25℃)下，硅酸钠溶液黏度在其模数为2.2时出现最小值，但随着温度的升高，模数对溶液黏度的影响逐渐减弱.当硅酸钠溶液处于真溶液区域(模数<1.8)时，土聚新拌物黏度随硅酸钠溶液模数增大变化不大; 当硅酸钠溶液处于水玻璃SiO2聚合区域(模数>2.2)时，土聚新拌物黏度随硅酸钠溶液模数增大急剧增加.硅酸钠溶液质量分数越高，硅酸钠溶液和土聚新拌物的黏度均越大.在硅酸钠溶液温度为30℃时，土聚新拌物的黏度达到最低值.硅酸钠溶液超声改性可改善其黏度，增大土聚新拌物的扩展度，并提高土聚物的抗压强度.

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为改善砂土的不良工程特性并可用于河道岸坡、地基与道路加固，本文提出了一种使用高聚物和纤维复合改良砂土的方法.通过无侧限抗压强度试验和数值模拟，分析了改良砂土的强度特性及变形破坏模式.结果表明：复合使用高聚物和纤维能够有效提高砂土的抗压强度，且改良砂土的抗压强度随着高聚物和纤维掺量的增加而提高；改良砂土的最大抗压强度为414.53 kPa，纤维和高娶物最佳建议掺量分别为0.6%和4.0%；纤维加入后，在砂土中形成了力链网络，因此增加了应力传递的路径，有效地延缓了砂土内部微裂纹的发育；高聚物加入后，形成的膜状物与纤维交织在一起，形成一种新的网状结构，这显著提升了砂土的抗变形能力.

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研究了冻融循环作用下青砖的表观形貌、质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度及孔结构的变化规律，并结合分形理论建立了分形维数与抗压强度、孔隙率及抗冻性能的关系.结果表明：随着经历冻融循环次数的增加，青砖表面的小孔劣化为大孔，然后逐渐延伸形成裂缝，导致质量损失率不断增加，相对动弹性模量和抗压强度均呈下降趋势；经历冻融循环后青砖内部孔具有明显的分形特征，其分形维数在2.964 2~2.982 7之间；经历冻融循环后青砖的分形维数与抗压强度呈正相关，与孔隙率呈负相关，与抗冻性能具有高度的相关性；分形维数可用于评价青砖微观孔结构的变化，也可以反映经历冻融循环后孔结构对青砖宏观性能的影响；研究结果可以为寒冷地区古建筑青砖的保护及耐久性损伤研究提供理论依据.

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以内蒙古隆盛庄古建筑青砖砌体为研究对象，通过数字图像相关（DIC）技术，研究古建筑青砖在冻融循环作用下的损伤破坏规律，采用双因子——损伤程度因子和损伤局部化因子来表征古建筑青砖的单轴压缩损伤过程，并根据双因子损伤演化曲线建立了不同冻融循环次数下的损伤演化模型.结果表明：古建筑青砖在单轴压缩下的破坏过程可分为初始损伤闭合阶段、线弹性损伤阶段、弹塑性损伤阶段和塑性损伤阶段4个阶段；随着冻融循环次数的增加，青砖表面应变集中程度增大，使其承载能力降低；冻融循环会缩短双因子曲线的线弹性阶段，同时利用双因子建立的损伤演化模型能有效反映冻融循环作用下古建筑青砖材料的损伤演化过程.

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研究了原材料摩尔比（n（MgO）∶n（MgSO₄）∶n（H₂O））对改性硫氧镁（MMOS）水泥力学性能和变形行为的影响，并采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及热重分析（TG）等测试技术对其机理进行分析.结果表明：MMOS水泥的抗压强度和抗折强度随着水硫比和氧硫比的提高均呈提升趋势.其中原材料摩尔比为10∶1∶12时，水泥力学性能最优.不同摩尔比MMOS水泥在56 d龄期内均呈膨胀变形，其中总变形随水硫比和氧硫比的提高呈减小趋势；自收缩变形随水硫比的提高而减小，随氧硫比的提高呈先增后减趋势.这主要是由于硬化后不同摩尔比MMOS水泥中的水化产物Mg（OH）₂和5·1·7相（5Mg（OH）₂·MgSO₄·7H₂O）含量各有不同.当Mg（OH）₂含量减少，而5·1·7相含量增加时，MMOS水泥的膨胀变形量降低，同时其抗折强度和抗压强度有所提升.

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通过对比3D打印混凝土（3DPC）和浇筑混凝土在不同测试方向上的强度和耐久性差异，探究了3DPC硬化性能各向异性特征及其对间隔时间的依赖性.结果表明：3DPC的硬化性能存在一定的各向异性，相较于平行于打印层方向，在垂直于打印层方向上的力学性能与抗渗性更高，其各向异性的产生与打印层间的弱黏结界面以及混凝土基体内孔隙和缺陷的分布有关；延长打印间隔时间，3DPC层间界面黏结性能明显变弱；3DPC不同打印层的耐久性存在差异，相较于下层混凝土，上层混凝土密实度较低，侵蚀性介质的扩散速率更快.

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基于沥青混合料动态模量主曲线的数学特征分析，构建了一套针对再生沥青混合料黏弹性的评价体系，并提出了表征其黏弹行为的物性参数.通过对比拉伸和压缩方向上的黏弹差异性，研究了再生沥青混合料在这2个方向上的疲劳特性，并建立了其疲劳性能与黏弹物性参数的关系. 结果表明：相比新沥青混合料，再生沥青混合料在压缩模式下“弹而不够黏弹，但够有效黏弹”，在拉伸模式下“弹而不黏”.在相同加载方式下（无论是压缩还是拉伸），再生沥青混合料的黏弹物性参数中仅有效弹性比R_eve与疲劳寿命N_f的线性相关程度高；而当加载方式不相同时，再生沥青混合料的R_eve与N_f无法建立线性关系.

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为研究海洋浪溅区环境下高强钢及焊缝连接的腐蚀形貌特征和时变效应，通过微观扫描测试Q690高强钢及焊缝连接表面粗糙度参数，得到表面峰最大高度（S_p）、表面谷最大深度（S_v）、表面轮廓偏斜度（S_sk）及表面轮廓峭度（S_ku）随腐蚀时间的演化规律，并进行回归分析与对比.结果表明：通过分析粗糙度参数随腐蚀时间的变化过程，以及对比Q690高强钢母材与焊缝连接扫描区域的差异性，能准确地判断其腐蚀程度及特征，从而为海洋环境下国产高强钢损伤评估提供新的途径.

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为掌握极端湿热环境下CFRP/钢界面性能的退化机理，用Sika-30胶黏剂制作了12个CFRP/钢双搭接试件，并在70 ℃的模拟海水中浸泡不同时间后进行拉伸剪切试验. 结果表明：CFRP/钢双搭接试件的破坏模式受浸泡时长的影响较小；CFRP/钢界面平均抗剪强度随浸泡时长呈先上升后下降趋势；浸泡90 d后，CFRP/钢界面平均抗剪强度较未浸泡试件下降了35.6%.

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以天然植物基杜仲胶（EUG）为原料，制备了硫化杜仲胶改性沥青（VEUGMA），并对其微观结构和热解过程进行了研究.结果表明：与基质沥青相比，VEUGMA具有更小的针入度、更高的软化点、更大的延度和黏度，以及较好的高温抗变形和低温抗裂能力；与基质沥青相比，VEUGMA蜂型结构数量更多且尺寸更小，均方根粗糙度更小，黏附力更大，热解温度更高，以及CO₂和CO释放量更小；在基质沥青中加入6%EUG和3.5%硫磺（以EUG质量计）取得的改性效果最佳.

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采用硫铝酸盐水泥协同生活垃圾焚烧飞灰作为胶凝材料对渗滤液污泥进行固化，通过无侧限抗压强度试验、浸出毒性分析和微观测试，探索水泥与飞灰的复合固化效果和固化机理.结果表明：当水泥掺量不小于20%时，固化试样的28 d无侧限抗压强度满足填埋强度要求；飞灰是水泥固化渗滤液污泥的优良辅助固化剂，其对水泥固化试样无侧限抗压强度的增强效应存在最优掺量；10%的飞灰可替代10%的水泥而使固化试样达到更好的固化效果；复掺30%或40%水泥+15%飞灰的试样可同时满足填埋强度和浸出毒性的要求.

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采用焙烧还原法制备了亚硝酸根插层水滑石（NO₂-LDH），并研究了其对减水剂吸附分散及增强效果的影响.结果表明：NO₂-LDH的层间距和结晶度较原碳酸根型镁铝水滑石均略有降低；NO₂-LDH与减水剂之间存在阴离子交换，降低了减水剂的吸附分散效果，且减水剂分散效果的降低程度随着NO₂-LDH掺量的增加而增大；NO₂-LDH对掺减水剂砂浆抗折强度的影响不明显，对抗压强度略有提升；NO₂-LDH对萘系高效减水剂分散效果的影响大于对聚羧酸系减水剂的影响.

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以城市垃圾焚烧飞灰（以下简称焚烧飞灰）为主要原料，在实验室电炉里成功烧成了硫铝酸盐水泥熟料.研究了硫铝酸盐水泥熟料的烧成过程、组成及其形貌特征，并分析掺加适量石膏的硫铝酸盐水泥水化及重金属浸出特性.结果表明：将焚烧飞灰作为主要原料可以煅烧出以C4A3S和C2S为主要矿物的硫铝酸盐水泥熟料，焚烧飞灰在生料中的掺量不宜超过30%（质量分数，下同）；烧成熟料表面疏松多孔，显现多层且无规则、细小的晶体；制备硫铝酸盐水泥时，掺入5%~10%的无水石膏均能使所配制的产品具有优异的物理性能；硬化硫铝酸盐水泥浆体孔隙率和中值孔径随着水化龄期的延长而不断降低；硫铝酸盐水泥对重金属离子固化效果较好，水化各龄期Zn，Cu，Cd，Ni，Cr，Pb这6种重金属离子的浸出浓度均远低于标准规定的浓度限值.

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用偶联剂KH550与纳米SiO₂协同改性玄武岩纤维（BF），研究了BF表面改性对玄武岩纤维混凝土（BFRC）力学性能的影响.结果表明：经KH550与纳米SiO₂改性后，BF表面出现了C—H键，且Si—O—Si键对应的振动峰变强；当纳米SiO₂用量为BF质量的3%时，BF形貌变化最为明显，此时改性BFRC的力学强度及抗裂性能均高于普通BFRC；在KH550的桥联作用下，纳米SiO₂可有效增强纤维与混凝土基体的黏结强度，进而提高BFRC的力学强度和抗裂性能.

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基于改进的竖向膨胀率（ε_v）测试方法，获得了高强风电灌浆料0~24 h、1~7 d的ε_v发展全曲线；并研究了掺合料比例及组合膨胀剂比例对灌浆料ε_v、流动度、力学强度的影响.结果表明：灌浆料0~24 h竖向膨胀率曲线呈“四阶段”特征；在0%~20%掺量范围内提高硅灰掺量，灌浆料流动度下降，0~24 h内ε_v曲线峰值先增大后减小；塑性膨胀剂（PEA）对24 h内ε_v发展起主导作用，复掺氧化钙-硫铝酸钙双源膨胀剂（HP-CSA）后，ε_v峰值减小，24 h ε_v下降、3 h ε_v增大，有利于控制24 h与3 h的ε_v差值；在1~7 d内，0.03%掺量的PEA即可促进HP-CSA膨胀效能的发挥，6%以上掺量的HP-CSA可较好补偿竖向自收缩变形而获得净膨胀灌浆料；PEA与HP-CSA组合，可发挥时间上接力、效果上协同的膨胀调控作用，可分阶段、按需设计，从而实现对灌浆料7 d内竖向膨胀率的精细调控；随组合膨胀剂掺量增加，灌浆料初始和30 min流动度无明显变化，28 d抗压强度先增大后减小；在本文研究范围内，0.06%PEA+6%HP-CSA是最优掺量组合.

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改变高岭土中氧化硅、氧化铝和氧化钙的含量，制备了改性矿物吸附剂，分析其在900~1 450 ℃质量、形态及物相的转化规律.结果表明：900 ℃时矿物吸附剂以无定形硅铝酸盐为主；1 200 ℃时无定形硅铝酸盐向莫来石和方石英转变，增加氧化硅含量会抑制其转变，增加氧化铝含量会使其分解出刚玉相，氧化钙则与活性硅铝反应生成钙长石；超过1 200 ℃时，适当增加氧化硅含量可减轻矿物吸附剂的熔融烧结，降低其重金属Pb的挥发率，而增加氧化铝、氧化钙含量分别可消除、加剧矿物吸附剂的熔融烧结，对重金属Pb的挥发率影响不大.