Abstract:

研究了铝酸盐水泥（CAC）基材料在软水环境中的力学性能变化及温度对其影响的机理。监测CAC砂浆抗压强度的同时，通过X射线衍射、热重分析、乙二胺四乙酸（EDTA）滴定和扫描电镜等分析了CAC净浆的物相组成和微观结构。结果表明：在20 ℃软水环境中，CAC水化产物的组成并未发生明显改变，且三水铝石凝胶的形成保证了材料长期性能的稳定；在60 ℃软水环境中，温度升高导致CAC水化产物的物相发生转变，软水的存在进一步增强了这一效应；在温度和软水的共同影响下，水化产物的相变及部分水化产物的溶解均破坏了CAC净浆的微观结构，降低了材料的性能。

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为扩大磷酸镁水泥（MPC）在高温环境的应用，研究了高温作用后石灰石粉（LP）复合磷酸镁水泥（LP-MPC）的高温性能及机理。结果表明：随着温度的升高，LP-MPC的质量损失率增大，抗压强度呈先下降后平稳的趋势，孔结构特征趋于劣化；当温度低于600 ℃时，LP-MPC主要以MgKPO₄·6H₂O脱水为主，LP对提高MPC的抗压强度有利；当温度高于600 ℃时，CaCO₃高温分解，随着LP掺量的增加，LP-MPC质量损失率增大，抗压强度减小，温度及LP掺量对孔隙结构的劣化影响显著；高温后LP-MPC相同分形区域下的孔隙结构随着温度的升高复杂程度降低，有害孔与多害孔的分形维数与抗压强度的相关性更高。

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采用电石渣、赤泥和硅灰等工业固废制备了固废基硅酸盐水泥熟料（SWCC），研究了Na⁺在主要熟料相中的掺杂机理。结果表明：SWCC的主要矿物相由68.3%的硅酸二钙（β-C₂S）、21.0%的铁铝酸四钙（C₄AF）、6.6%的铝酸三钙（C₃A）及少量硅酸三钙（C₃S）组成，该水泥熟料添加8%脱硫石膏后， 28 d抗压强度为16.7 MPa；Na⁺容易被熟料中的含铁矿物相固溶，且倾向于取代Ca²⁺，但难固溶于C₂S，尤其难以取代C₂S的Si⁴⁺；除了Si原子，Na原子与宿主原子（Al、Fe、Ca）形成相同的配位数，仅引起局部结构畸变，这种畸变体现在局部键合结构中，而不是整体晶体变形中。

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为了提升无砂混凝土基层材料的抗冲刷特性，以7 d无侧限抗压强度、渗透系数和抗压回弹模量为评价指标，采用响应面法确定了无砂混凝土的最优配合比，开展了冲刷试验，分析了冲刷时间、冲刷频率和冲击强度对无砂混凝土抗冲刷性能的影响，揭示了无砂混凝土经过不同冲刷条件后强度和模量的衰减规律。结果表明：无砂混凝土的最优配合比为级配Ⅰ、水灰比0.35和目标孔隙率18%；相较于水泥稳定碎石而言，无砂混凝土具有更好的力学特性和抗冲刷性能。

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基于浮石混凝土（PAC）的孔隙率、孔径分布和分形维数计算增益系数（Y_gp）、损伤系数（C_gp）。利用阈值指标分类法得到PAC的水化程度、损伤程度各阶段临界点，根据分级评价和宏观性能确定PAC孔结构的增益阈值与损伤阈值。结果表明：0.947<Y_gp≤1.000为充分水化、0.927<Y_gp≤0.947为一般水化、0.912≤Y_gp≤0.927为不良水化；1.00≤C_gp≤1.07为轻微损伤、1.07<C_gp≤1.16为中度损伤、1.16<C_gp≤1.51为严重损伤。该研究为严寒区浮石混凝土水化程度和损伤程度的分级、定量评价提供了方法。

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为进一步探究再生粗骨料在绿色建筑中的可持续应用，本文采用巴西圆盘劈拉试验和声发射技术，研究了动态荷载下钢纤维体积分数（0%、0.5%、1.0%、1.5%）、再生粗骨料取代率（0%、30%、50%、100%）和加载速率（0.02、0.20、2.00 mm/s）对钢纤维再生混凝土力学性能和内部损伤演化规律的影响。结果表明：再生粗骨料会降低再生混凝土的动态劈拉强度，而掺入1.0%和1.5%钢纤维不仅可以有效改善这种负面影响，还能增强混凝土的韧性和吸能能力；钢纤维再生混凝土动态劈拉强度增幅最大可达17%。此外，利用上升角和平均频率的变化来反映混凝土的动态裂纹形态演变过程，发现剪切裂纹数量占比随加载速率增大而增加。

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利用钢渣、脱硫石膏和矿渣等固废制备钢渣基胶凝材料（SSCM），并选取力学性能突出的SSCM制备了钢渣稳定铁尾矿基层材料（SIBM），测试了SIBM的力学性能和耐久性能，并分析讨论了SSCM对SIBM的补偿收缩机理。结果表明：最优配合比SSCM的28 d抗压强度为31.5 MPa；当SSCM灰剂量w_SSCM≥8%时，SIBM的无侧限抗压强度满足二级公路轻交通设计要求，且干缩性能优于水泥稳定铁尾矿基层材料（CIBM），水化产物钙矾石的大量形成与孔结构的改善是SIBM干缩减少的重要原因。

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为提升微表处混合料的整体性能，采用水性环氧树脂（WER）与丁苯橡胶（SBR）复配制备了高性能改性乳化沥青并研究了其传统物理性能、相容性及微观改性机理，探讨了微表处混合料的耐久性。结果表明：WER和SBR的协同效应提高了乳化沥青的传统物理性能，三者之间具有良好的相容性；WER与SBR的最佳掺量分别为15%和3%；复合改性微表处混合料的抗水损、耐磨耗及抗剪性能均显著优于单一改性混合料，表明WER协同SBR充分发挥了其互补增效的优势；复合改性乳化沥青未出现新的吸收峰，表明WER体系、SBR以及乳化沥青之间为物理共混。

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本文依据砂浆开裂的预测方程，基于材料组成及约束确定了砂浆“减裂新方法”，并从理论与试验层面验证了减裂新方法在不同环境下的有效性；为提高减裂新方法的实用价值，研究了在木模四周及底板抹黄油润滑脂，在木模底板铺塑料膜以及在木模底板塑料膜间铺设3 mm厚缓凝型净浆等减小砂浆构件约束的方式及其减裂效果。结果表明：减小水胶比、减小约束度、增大砂灰比的减裂新方法可明显提升砂浆的抗裂性能；在木模底板塑料膜间铺设3 mm缓凝型净浆的方式，可使砂浆构件的约束度降低66%，减裂效果明显。

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为探索黄河下游沉积泥沙在路基工程中的应用，以石灰和粉煤灰对其进行改良，同时结合回弹模量测试、直剪试验和极限承载能力计算，对二灰改良黄河泥沙的路用性能进行分析。结果表明：当粉煤灰掺量大于40%时，无论石灰掺量数值如何，二灰改良黄河泥沙的回弹模量符合规范JTG 3441—2024《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》要求，但抗剪强度指标提升效果有限；当石灰掺量大于4%时，二灰改良黄河泥沙较石灰掺量小于4%时的回弹模量显著提高，但抗剪强度指标改善有所减缓。综合考量极限承载力、时效性及成本效益，最终确定4%石灰+40%粉煤灰的掺量及7 d养护龄期为黄河泥沙的最佳改良方案。

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针对不同长度的碳纤维改性硬化水泥净浆（CFRC），分析了碳纤维长度对其力学性能、介电性能和微波性能的影响规律，揭示了碳纤维长度对CFRC微波性能的影响机理。结果表明：CFRC的抗压强度和抗折强度随着碳纤维长度的增加而先增大后减小，当碳纤维长度为1 mm时，材料的力学性能最优；CFRC对电磁波的损耗机制与碳纤维长度有关，当纤维长度为1、9、12 mm时，损耗以反射为主，当纤维长度为6 mm时，损耗以吸收为主；CFRC对电磁波的反射归因于阻抗不匹配，吸收则归因于偶极极化、弛豫极化和空间电荷极化。

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为实现精确的粗集料级配检测，提出了一种便携式粗集料级配智能检测方法。采用知识蒸馏的策略对视觉大模型——分割一切模型（SAM）进行网络结构轻量化，嵌入神经网络分类器PP-HGNetV2为模型提供语义判断的能力，设计粗集料颗粒特征参数数学表征算法，开发移动端应用程序，实现粗集料级配高通量检测。对5种粗集料级配场景进行测试。结果表明：本研究方法对于粗集料颗粒的分割精度高于原始SAM模型，并且能够精确去除背景信息，粗集料颗粒关键参数提取结果准确可靠。

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为了最大限度提高固废资源化,以建筑再生微粉和矿粉为前驱体,开发一种基于数字化的3D打印地聚合物,研究了液固比(L/S)、胶砂比(C/G)及水胶比(W/C)对3D打印地聚合物砂浆(3DPGM)流变-力学性能的影响机制,并基于响应面法(RSM)构建多目标优化模型。结果表明：L/S、C/G、W/C能显著影响3DPGM的可打印性和流变特性,动态屈服应力与打印条带相对宽度呈线性负相关、打印墙体相对高度呈非线性负相关；抗压、抗折及粘结强度随变量递增呈先减后增的变化规律,基准组的Y向抗压、抗折及层间粘结强度分别达到峰值41.9 MPa、5.4 MPa和2.71 MPa,Y向受载试件具有最大强度,引入各向异性系数(I_a)定量表征力学各向异性,抗折I_a>抗压I_a>粘结I_a.最后,基于方差分析建立的动态屈服应力-抗压-粘结强度均值的回归模型显著,通过满意度函数多目标优化,确定最优配比：L/S=0.482、C/G=0.675、W/C=0.344,试验与预测响应值相对误差<5%.

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本文研究了不同复合盐环境下Cl?与SO?2?在水泥浆体中的耦合扩散。对于普通硅酸盐水泥浆体，复合氯盐溶液中的SO?2?早期抑制Cl?扩散，但后期转为促进作用；亚硫酸盐中SO?2?抑制Cl?扩散的作用更强，但抑制作用随时间延长减弱。普通硅酸盐水泥浆体对氯离子的吸附能力较弱，SO?2?作用下释放出的自由Cl?更容易向浆体内部扩散，对Cl?总扩散进程影响显著。矿渣-水泥浆体在单、复合氯盐及亚硫酸盐溶液中的180天自由Cl?扩散系数分别为0.96、0.81、0.77×10?12 m2/s。矿渣-水泥浆体对Cl?的吸附能力强，SO?2?作用下表层浆体释放的自由Cl?易被内部浆体的水化产物重新吸附，对总体扩散进程影响较小。

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本研究运用双层抛填法在混凝土浇筑过程中分两层抛入骨料，通过优化浮石轻骨料混凝土骨料骨架结构。提升混凝土强度，构建抛填骨料粒径区间与抛填率量化评价体系。研究表明，抛填骨料最大粒径为19mm、31.5mm，抛填率为10%及20%时，混凝土抗压强度分别提升16.45%、8.98%，劈裂抗拉强度同步增强。微观分析表明，抛填骨料优化了基体微观结构。随着抛填率的提升，有害孔隙减少，界面微裂纹宽度减小。对应力应变曲线无量纲化拟合分析显示，R2最高达 99%，拟合精度良好。进而建立的韧性分析体系表明，4.75 - 19mm粒径抛填率20%时，韧性分析结果表明，抛填骨料最大粒径为19mm，抛填率为20%时，韧性指数I较基准组提升51.9%，脆性指数B降低47.2%，抛填骨料混凝土实现脆—韧性转变。研究为轻骨料混凝土的工程应用提供了工艺优化方案与理论支撑。

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通过向透水混凝土中引入低粘度壳聚糖改性硅藻土和坡缕石吸附剂，制备了具有净水功能的透水混凝土. 在明确壳聚糖掺杂比例对改性硅藻土和坡缕石的Cu2+去除率及单位吸附总量的影响后，进一步研究了吸附剂掺量对透水混凝土的NH4-N和Cu2+去除率、透水性以及抗压强度的影响. 结果表明，改性硅藻土和坡缕石的Cu2+吸附能力分别提高了约1.3倍和2.2倍. 将其掺入透水混凝土中不仅改善了孔隙结构，还显著增强了对NH4-N和Cu2+的去除效果. 随着吸附剂掺量的增加，尽管抗压强度略有下降，但在适宜掺量下仍能满足透水混凝土的最低等级要求，并可有效提升其透水性能.

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本研究以青岛某实际工程为依托，率先将BFRP抗浮锚杆应用于滨海地下结构的抗浮工程，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。试验结果表明，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时间增长表现出初始蠕变、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，随着深度的增加逐渐衰减，最深处轴力趋于0，在相同深度处，轴力随着时间的增加逐渐减小；锚筋-锚固体界面剪应力随深度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，随时间增加峰值降低，剪应力衰减集中于0.7~1.7 m范围内；研究结果可为BFRP抗浮锚杆的推广应用奠定理论基础。

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为探究玄武岩纤维棒（BFB）对水泥基材料韧性及渗透性能的影响机制，分析了BFB直径及掺量对力学性能和渗透性能的影响，并结合CT技术探讨BFB对材料孔隙结构的调控作用。结果表明，较小直径的BFB能够有效降低材料孔隙率，提高抗渗透性能，并显著增强抗折韧性，但对抗压强度略有削弱；而BFB掺量提高，对材料韧性及抗渗透性能均有明显增强作用。当BFB直径为0.2mm、掺量为3.0%时，试件综合性能最优，与不掺BFB相比，抗折强度提升约1.6倍，孔隙率降低36.49%，并表现出多缝开裂与挠曲硬化特性，当BFB直径为0.4mm时，试件整体性能较不掺BFB呈下降趋势。

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为研究钢纤维含量对玻璃纤维增强塑料管（GFRP）约束钢纤维混凝土（SFRC）短柱在轴向压缩荷载下的力学性能影响，利用声发射（Acoustic emission, AE）技术监测核心混凝土的损伤演化规律.结果表明，随着钢纤维含量从0%增加至1.8%，试件的峰值荷载和位移延性也随之增大，最大增幅分别为31.55%和15.60%.通过AE能量的演化趋势可以将试件的轴压过程分为三个阶段，其中AE能量在裂纹发展阶段表现最活跃，并出现Kaiser效应.从RA-AF的分布特征和混凝土的破坏模式可以发现，随着加载过程的进行和钢纤维含量的增加，剪切裂纹占比逐渐增多，利用RA-AF值可以定量的表征核心混凝土的破坏特征.b值的演化特征可以反映混凝土的破裂过程，弹性阶段b值的下降趋势可以作为试件破裂失稳的重要前兆信息，当b值达到最小值且趋于稳定时，试件发生极限破坏.

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为了探究不同二级配下胶凝砂砾石（CSGR）的工作性能和力学性能规律，开展了单因素试验和响应面法设计的多因素试验，讨论了砂率、水胶比、二级配独立及交互作用下对CSGR的性能影响，建立了二次多项式回归模型，同时基于非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行了多目标优化。结果表明：水胶比对CSGR的VC值、抗压强度、劈裂抗拉强度、拉压比均有显著影响，二级配与水胶比交互作用对抗压强度具有显著影响；NSGA-Ⅱ算法实现了“VC值-抗压强度-劈裂抗拉强度”的多目标优化，为CSGR提供了可靠且多样化的配合比选择，对胶凝砂砾石坝的实际施工与推广应用具有极高的参考价值。

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橡胶砂作为轻质回填材料可高效处理废旧轮胎，但其力学性能受橡胶颗粒形状的影响尚不明确。通过室内直剪试验，研究方形与扁平橡胶颗粒掺量对橡胶砂剪切特性的影响。建立了离散元（DEM）模型，其中砂粒采用真实河砂的扫描数据文件进行模拟，橡胶颗粒采用颗粒簇方法进行模拟，从细观接触机制揭示宏微观力学响应。结果表明：两种橡胶砂内摩擦角均随掺量增加而减小，5%掺量时达最大值；相同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。离散元分析表明，力链网络以砂-砂接触为主导，承担主要应力；方形橡胶砂砂-砂接触比例更高，宏观表现为更强的剪切强度。该研究揭示了颗粒形态对橡胶砂力学行为的作用机制，为工程应用提供理论依据。

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进行光滑圆棒单调拉伸试验确定HRB400E钢筋力学性能和本构关系，根据钢筋受力特点设计缺口圆棒试件，进行单调拉伸试验，结合有限元数值模拟，校准得到HRB400E钢筋孔洞扩张模型的材料参数η=2.03.进行HRB400E钢筋单调拉伸试验，观察钢筋的延性断裂，基于孔洞扩张模型对钢筋受拉断裂全过程进行数值模拟，得到的钢筋断裂过程与试验结果完全一致，孔洞扩张模型预测的钢筋断裂位移与试验结果吻合较好，最大误差在10%以内，验证了采用孔洞扩张模型进行钢筋延性断裂分析的适用性和准确性.

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为探究胶结砂砾石不同层面处理方式下内部孔隙结构与层面抗剪性能的关系，通过Python对三种层面处理方式下的胶结砂砾石X-ray CT图像进行预处理及三维重构,实现了胶结砂砾石内部孔隙结构的三维可视化与定量表征；结合室内直剪试验结果,利用XGBoost(Extreme Gradient Boosting)算法建立了三维孔隙结构参数与宏观力学性能之间的关系。研究结果表明：不同层面处理方式对三维孔隙结构和力学性能有显著影响,不处理层面存在随机且不规则的孔隙分布,易引发应力集中并降低力学性能；而层面铺设砂浆或净浆能够填充部分孔隙,改善应力集中现象,其中净浆的效果最好；进一步分析发现,铺设净浆能够显著提升三维孔隙结构的复杂性和均匀性。此外,孔隙球度与孔径分布之间存在双指数衰减关系,能够描述孔隙形态随孔径变化的规律,且更接近球形的孔隙形状有助于提高材料间的摩擦性能。本研究可优化胶结砂砾石层面施工工艺以及提升其力学性能。

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为降低固废粗骨料混凝土叠合梁受弯叠合面开裂风险，采用高刚度铁矿废石粗骨料与低刚度自燃煤矸石粗骨料复合制备混配固废粗骨料，使其刚度接近天然粗骨料，研究其混凝土力学性能及制备叠合梁的受弯性能.结果表明：当高、低刚度粗骨料体积比为3:2时，混配固废粗骨料的刚度与天然粗骨料相当，两者所配制混凝土的弹性模量差异由28.03%降至2.37%.但当高刚度粗骨料占比超过68%和92%时，混凝土的抗压强度和弹性模量分别由极值开始下降.提出以骨浆弹比作为判断混凝土弹性模量和泊松比达到极值的判据.利用混配固废粗骨料混凝土制备叠合梁，可有效缓解叠合面应力集中，提高叠合面抗裂性能.

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本文以铁尾矿完全替代石英砂制备蒸压材料,研究了不同蒸压温度和恒温时间下蒸压材料强度发展,采用XRD、SEM和EDS,研究分析了水化产物物相组成和微观形貌。研究表明:最佳蒸压制度是在蒸压温度180 ℃恒温5 h；蒸压合成材料的主要产物物相有C-S-H(Ⅰ)、C-S-H(Ⅱ)和托勃莫来石,水化硅酸钙形貌有絮状、尖状、方形片状、细杆状等多种形貌；Tobermorite增长和减弱的规律,与抗压强度增减规律一致,揭示了托勃莫来石是强度产生的根源；蒸压材料物相演变和强度形成与发展,可分为水热合成初期、中期(快速增长期)、顶峰期(成熟期)、衰弱期4个阶段,各阶段物相组成与形貌、材料强度随蒸压制度而演变和发展。

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通过流动度、无侧限抗压强度和显微分析等试验,研究了土样特性、固化材料类型、灰土比、水固比和温度等因素对流态固化土流动性和强度的影响规律,并分析其固化机理。结果表明：流态固化土流动性随水固比增加而增大,随灰土比增加略有降低,随土样粒径减小显著降低。流态固化土强度随灰土比增加而增加,且固化剂较水泥可在高水固比、低灰土比和低养护温度下快速形成更高强度,其固化机理在于固化剂较水泥可生成更多AFt,基于AFt生成过程中消耗大量水、AFt对土颗粒间隙挤密填充和C-S-H胶结土颗粒等作用,可显著提高流态固化土微观密实性和强度。

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为实现多目标优化混凝土配合比设计，本文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掺量范围，采用响应面法构建二次多项式回归方程，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NSGA-II算法并结合TOPSIS综合评价法实现混凝土配合比多目标优化。结果表明，通过响应面法建立的回归模型的相关系数R2分别为0.9447和0.9604，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。优化后得到最佳配合比方案: 矿粉掺量为8.66%，粉煤灰掺量为25%，水胶比为0.34，试验验证预测值与试验值之间的相对误差小于5%。本研究为混凝土配合比的优化设计提供了理论依据和参考。

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污泥气化渣(Sludge Gasification Slag,SGS)是污泥经过热解气化后产出的残渣,自身轻质多孔但强度较低,考虑对其进行包覆强化后可用作混凝土轻骨料。本研究使用水泥复合粉煤灰作为胶凝材料,对污泥气化渣进行包覆处理并将其用于轻骨料混凝土制备,研究了粗骨料类型和体积含量对混凝土性能的影响。采用有限元软件建立了混凝土二维数值模型,模拟了单轴受压条件下混凝土破坏时的损伤分布和应力-应变曲线。结果表明,胶凝材料包覆可在保持污泥气化渣轻质特性的基础上显著提升其筒压强度；当粗骨料体积分数相同时,污泥气化渣包覆骨料混凝土相比于污泥气化渣混凝土,单轴抗压强度提升了近2倍,达到了页岩陶粒混凝土的90%。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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为解决盾构渣土（SSD）堆存量日益增加和河砂短缺问题，采用未经筛分处理SSD替代河砂、粉煤灰（FA）替代水泥，以SSD替代率、FA替代率、水胶比和用水量为因素，坍落度、抗压强度、生命周期评价（LCA）为评价体系，采用响应面法（RSM）对优化配合比进行评价分析，并通过微观形貌特征分析SSD在混凝土中的作用机理。结果表明：在满足基本工作性能和力学性能前提下，掺入FA并利用RSM优化混凝土配方能将SSD成功用作混凝土用砂，优化配方后SSD混凝土生态影响相较同等性能普通混凝土最多下降11%；微观结果表明：SSD主要驱动机制为粘附效应、离子吸附交换作用、内养护效应及改变界面过渡区（ITZ）宽度和有效水胶比，进而影响混凝土抗压强度。

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本文探究聚脲颗粒掺量、聚脲颗粒粒径对混凝土静动态力学性能的影响，设置橡胶颗粒混凝土和普通混凝土为对照组，对试件进行准静态抗压试验、静态抗折试验以及动态抗冲击试验。结果表明：聚脲颗粒混凝土抗压强度明显高于橡胶颗粒混凝土；聚脲颗粒的掺入能明显提高混凝土的韧性；当颗粒掺量为10%时，峰值应变集中在4‰-6‰之间，这时聚脲颗粒混凝土具有更佳的韧性和延展性；颗粒粒径为1-3mm的聚脲颗粒混凝土展现出较为优异的耗能特性。。

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阴极保护是减缓海砂混凝土结构中钢筋腐蚀的有效方法。本章重点研究内嵌式锌合金阳极与钢筋在海砂混凝土中长达360天的粘结性能演化过程。结合实验数据建立腐蚀与摩擦作用下的粘结滑移本构模型。结果表明：内嵌式锌合金阳极以牺牲阳极方式保护钢筋，钢筋粘结强度不退化，腐蚀后的阳极粘结性能退化，粘结强度小幅上升，结合试验得到的粘结滑移关系建立粘结滑移本构模型，提出一种适用于长期使用的内嵌锌合金阳极优化方案。

Abstract:

本研究采用分子动力学揭示了GO/C-S-H界面作用机制。发现GO表面羧基通过O=COOH-Hw强氢键与Ca-O离子键网络协同作用,界面结合能较环氧基/羟基体系提升61.1%-65.2%。温度-湿度耦合呈现阈值效应：275-325 K时每升温10 K结合能下降9.8%,吸附水>2层后界面性能指数衰减。3层GO通过层间应力传递与水结构重构协同增效,脱粘功提升136%,但需优化堆叠层数防止缺陷。基于模拟结果,构建了 官能团修饰-水含量调控-层结构优化 协同策略,揭示GO官能团通过调控界面水结构主导结合性能的规律。研究阐明温度/湿度/层数多因素耦合作用机制,为设计高耐久纳米混凝土提供了界面水结构调控的量化设计框架。

Abstract:

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%.

Abstract:

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。

Abstract:

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.

Abstract:

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

Abstract:

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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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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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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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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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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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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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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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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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.