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3D打印混凝土的长期性能研究进展
1
作者 张大旺 许晓光 李辉 《材料导报》 北大核心 2025年第13期114-126,共13页
与传统的浇筑混凝土相比,3D打印混凝土(3DPC)施工技术因具有绿色环保和无模板化施工的特点,可提高施工效率和安全性,近年来在建筑行业广受青睐。然而,由于逐层打印过程中形成的薄弱层——层间冷缝,其孔隙含量较高,层间缺陷增加,可能导... 与传统的浇筑混凝土相比,3D打印混凝土(3DPC)施工技术因具有绿色环保和无模板化施工的特点,可提高施工效率和安全性,近年来在建筑行业广受青睐。然而,由于逐层打印过程中形成的薄弱层——层间冷缝,其孔隙含量较高,层间缺陷增加,可能导致抗冻性问题。同时3DPC独特的养护制度(经打印沉积后暴露于高蒸发率的干燥环境中)导致混凝土失水速率加快,产生收缩裂缝,加速混凝土劣化开裂。上述问题势必会对服役于严酷外部环境中的打印构件的长期性能产生不利影响,这一问题已成为3D打印混凝土大规模商业化的瓶颈之一。本文对影响3DPC耐久性的流变参数、打印参数、固化方式、孔隙率、孔隙连通性因素等进行详细综述。鉴于在长期服役过程中,抗冻融破坏和早期收缩开裂性能对3DPC耐久性的影响更为显著,本文着重分析了3DPC的抗冻融循环、早期收缩性的演变过程,为解决工程中出现的耐久性问题提供有效参考,同时提供一些可行性建议、措施,避免或缓解实际应用中所面临的问题,以期推动本行业的快速发展。 展开更多
关键词 3D打印混凝土 流变特性 孔隙结构 抗冻性 收缩性 固化方式
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铅冶炼渣基生态胶凝材料的研发及重金属固化 被引量：2
2
作者 刘文欢 胡静 +4 位作者 赵忠忠 杜任豪 万永峰 雷繁 李辉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期139-146,共8页
铅冶炼渣(LSS)是一种含有重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As和Pb)的危险废物,其不当处置会对生态系统造成不可挽回的危害。本工作采用化灰渣(LAS)、水氯镁石(BF)、矿粉(SP)及适量水泥(CM)协同激发铅冶炼渣制备生态胶凝材料。通过正交试验得到... 铅冶炼渣(LSS)是一种含有重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As和Pb)的危险废物,其不当处置会对生态系统造成不可挽回的危害。本工作采用化灰渣(LAS)、水氯镁石(BF)、矿粉(SP)及适量水泥(CM)协同激发铅冶炼渣制备生态胶凝材料。通过正交试验得到胶凝材料的最优配比,阐述了不同因素对生态胶凝材料抗压强度的影响;采用XRD、SEM、FTIR、硫酸和硝酸法等方法分析了胶凝材料水化产物的特性及重金属浸出规律。研究结果表明:当铅冶炼渣和水泥的质量比为3∶1,化灰渣、水氯镁石、矿粉的外掺量分别为铅冶炼渣和水泥质量总量的20%、10%、10%时,制备出的生态胶凝材料抗压强度最优,28 d抗压强度达到40.9 MPa,且矿粉掺量为影响其抗压强度的第一要素。微观分析表明,胶凝材料的水化产物主要为弗里德尔盐、方解石、C-S-H和C-A-S-H,它们相互连接形成致密的空间网络结构,这不但有助于提高胶凝材料的力学性能,还能实现对重金属元素的物理固封和离子交换吸附固化。胶凝材料对主要重金属的胶结固化率大于83%,重金属浸出液浓度符合生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)的要求。 展开更多
关键词 铅冶炼渣 生态胶凝材料 抗压强度 水化产物 重金属 浸出液浓度
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废弃砖粉协同固硫灰制备新型路基稳定材料的性能研究 被引量：4
3
作者 张瑞 刘文欢 +1 位作者 张浩 李辉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期112-118,共7页
本工作采用废弃砖粉和循环流化床固硫灰协同制备新型路基稳定材料,对其力学、收缩及抗冻等性能进行了系统研究。结果表明,在按m(砖粉)∶m(粉煤灰)=1∶2-1∶4、m(结合料)∶m(混合料)=20∶80-15∶85的要求设计的实验条件下新型路基材料7 ... 本工作采用废弃砖粉和循环流化床固硫灰协同制备新型路基稳定材料,对其力学、收缩及抗冻等性能进行了系统研究。结果表明,在按m(砖粉)∶m(粉煤灰)=1∶2-1∶4、m(结合料)∶m(混合料)=20∶80-15∶85的要求设计的实验条件下新型路基材料7 d无侧限抗压强度优于石灰粉煤灰基准样。随着砖粉掺量的增加,路基稳定材料的力学性能和耐久性能呈现出先提高后下降的趋势,但都优于标准规定值。当砖粉掺量为30%、固硫灰掺量为70%(均为质量分数)时,新型路基稳定材料的力学、收缩和冻融性能最优。通过XRD、SEM和TGA等方法分析各方案下新型路基材料水化产物的矿物组成、微观形貌和热失重特性,研究多固废协同作用机理。结果表明,在砖粉协同固硫灰制备的新型路基材料中生成的水化产物有钙钒石、水化硅酸钙及碳酸钙,这些水化产物可为新型路基稳定材料提供强度。 展开更多
关键词 废弃砖粉 固硫灰 路基材料 水化机理
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建筑3D打印用胶凝材料及其相关性能研究进展 被引量：10
4
作者 徐卓越 李辉 +3 位作者 张大旺 孙雪梅 赵柯飞 王悦莹 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第12期93-106,共14页
3D打印是一种基于数学模型利用机械设备增材制造的快速成型技术。近年来,3D打印在建筑行业得到快速发展。相对于传统成型工艺,建筑3D打印技术具有无需模板支撑、施工方便、设计自由度高等优点,因此受到了全世界研究人员和学者的广泛关... 3D打印是一种基于数学模型利用机械设备增材制造的快速成型技术。近年来,3D打印在建筑行业得到快速发展。相对于传统成型工艺,建筑3D打印技术具有无需模板支撑、施工方便、设计自由度高等优点,因此受到了全世界研究人员和学者的广泛关注。当前,普通硅酸盐水泥、快硬早强型特种水泥、复合型普通水泥、碱激发胶凝材料及石膏基胶凝材料等五大类胶凝材料在3D打印中已得到了一定的应用,但仍然存在不少问题。例如,一方面,与传统泵送混凝土不同,3D打印混凝土需要较快的凝结时间和强度发展速率来满足层间结构的压力,而普通硅酸盐水泥长达45 min的初凝时间和不迟于360 min的终凝时间无法满足打印构件层间作用力快速增长的要求;另一方面,水泥基3D打印胶凝材料的构件层间抵抗弯矩、剪力的能力不足。碱激发胶凝材料应用于3D打印主要存在凝结时间难以调控、体积收缩率大、容易产生开裂等问题。而石膏基胶凝材料存在耐水性差等问题。因此,对3D打印胶凝材料的开发与调控仍是很长一段时间内3D打印建筑研究的重点之一。与此同时,3D打印技术在建筑行业应用的缺点也很突出:3D打印过程中无模板支撑,以逐层叠加的方式成型,一方面,无法直接添加钢筋,从而导致抗弯强度较低,另一方面,打印过程中造成的层间弱面和引入的空隙在一定程度上成为打印结构潜在的缺陷,造成构件的非均质性,削弱了结构的整体承载能力和长期耐久性能等,从而阻碍其广泛应用。这也意味着其成型工艺对新拌混凝土的性能及在3D打印中的特性提出了更高的挑战。本文归纳了建筑3D打印用胶凝材料及其相关性能研究进展,分别对普通硅酸盐水泥、快硬早强型特种水泥、复合型普通水泥、碱激发胶凝材料及石膏基胶凝材料等五大类胶凝材料在建筑3D打印中的应用研究以及3D打印浆体的凝结时间与开放时间、流动性、挤出性、可建造性、粘结强度、各向异性强度及耐久性进行介绍,并总结了3D打印胶凝材料结构或构件的应用,分析了目前建筑3D打印面临的问题并展望其前景,以期为3D打印技术在建筑行业的应用及推动其进步提供参考。 展开更多
关键词 建筑3D打印 胶凝材料 打印性能 物理性能
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超声波辅助氧化改性钙基吸收剂的制备及性能研究
5
作者 任智翔 杨康 +4 位作者 李肽脂 迂晨 詹华 吴锋 李辉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期47-51,共5页
通过超声波辅助溶液浸渍的方法,将K_(2)S_(2)O_(8)、Ca(ClO)_(2)、(NH_(4))_(4)Ce(SO_(4))_(4)及K_(2)Cr_(2)O_(7)等氧化剂分别浸渍在钙基吸收剂表面,形成具有氧化性的活性位点,即氧化位点,改善钙基吸收剂脱除NOx的效果。通过正交实验,... 通过超声波辅助溶液浸渍的方法,将K_(2)S_(2)O_(8)、Ca(ClO)_(2)、(NH_(4))_(4)Ce(SO_(4))_(4)及K_(2)Cr_(2)O_(7)等氧化剂分别浸渍在钙基吸收剂表面,形成具有氧化性的活性位点,即氧化位点,改善钙基吸收剂脱除NOx的效果。通过正交实验,在不同超声波功率、浸渍时间和浸渍温度下,按照一定掺杂比例,利用氧化剂对钙基吸收剂进行化学调质。将改性后钙基吸收剂在固定床反应器上进行了同时脱硫脱硝实验,选择污染物的平均脱除率作为评价指标。正交实验结果表明:以Ca(ClO)_(2)作为氧化剂进行超声波浸渍改性效果最好,最优改性工艺参数为氧化剂掺杂比例20%(质量分数,下同)、超声波功率100%、浸渍时间1.5 h、浸渍温度70℃。同时,基于晶相结构(XRD)分析和扫描电镜(SEM)显微形貌观测,可知超声波辅助氧化改性的方法能有效改善钙基吸收剂表面形貌,表面上形成了氧化位点,该氧化位点不仅能够增大吸收剂与SO2和NOx的接触,还能促进NO氧化为NO2,进一步提高SO2和NOx的脱除率。 展开更多
关键词 钙基吸收剂 超声波浸渍 氧化 脱硫脱硝 化学调质
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微波养护阶段碱激发粉煤灰胶凝材料的力学性能 被引量：12
6
作者 朱绘美 张煜雯 +2 位作者 迂晨 乔沛 李辉 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期558-564,共7页
为探明微波养护与不同组分碱激发粉煤灰胶凝材料(AAFA)的适应性,采用掺加偏高岭土或硅灰来调整原材料硅铝比的方法,研究微波养护时不同硅铝比AAFA试件的力学性能发展规律,并分析AAFA的聚合反应产物和微观结构.结果表明:与传统蒸汽养护相... 为探明微波养护与不同组分碱激发粉煤灰胶凝材料(AAFA)的适应性,采用掺加偏高岭土或硅灰来调整原材料硅铝比的方法,研究微波养护时不同硅铝比AAFA试件的力学性能发展规律,并分析AAFA的聚合反应产物和微观结构.结果表明:与传统蒸汽养护相比,微波养护后硅铝比大于1.92的AAFA试件早期强度发展更快,但微波养护时间过长会使试件呈现明显的强度倒缩;硅铝比小于1.97的AAFA试件内部可生成较多的富铝水化铝硅酸钠(N-A-S-H)凝胶相,具备更为致密的微结构和更优异的高温稳定性,使其在微波养护阶段的最大抗压强度较高,同时可避免强度倒缩现象出现. 展开更多
关键词 碱激发粉煤灰胶凝材料 多级微波养护制度 硅铝比 力学性能
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超细粉煤灰和减水剂对AAFA胶凝材料常温性能的影响 被引量：7
7
作者 朱绘美 张煜雯 李辉 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期419-428,共10页
利用超细粉煤灰部分取代Ⅰ级粉煤灰,在常温条件下制备碱激发粉煤灰(AAFA)胶凝材料,并采用减水剂对其流动性能进行优化.结果表明:超细粉煤灰掺量为50%的AAFA浆体初凝时间为42 min,3 d抗压强度为12.78 MPa,但表观黏度太大,导致常规试验无... 利用超细粉煤灰部分取代Ⅰ级粉煤灰,在常温条件下制备碱激发粉煤灰(AAFA)胶凝材料,并采用减水剂对其流动性能进行优化.结果表明:超细粉煤灰掺量为50%的AAFA浆体初凝时间为42 min,3 d抗压强度为12.78 MPa,但表观黏度太大,导致常规试验无法测出其流动度值;萘系减水剂可增强AAFA浆体中粉煤灰颗粒的分散程度,大幅降低浆体的表观黏度,显著提高其初始流动度及流动度保持率,但会包裹粉煤灰颗粒并弱化凝胶产物间的连接,延长AAFA浆体的凝结时间,并对其早龄期抗压强度产生不利影响;萘系-三聚氰胺复合减水剂亦可显著降低AAFA浆体的初始表观黏度,提升其初始流动度,同时影响浆体的聚合反应进程,对其抗压强度发展产生一定促进作用,但导致浆体流动度损失加大. 展开更多
关键词 碱激发粉煤灰胶凝材料 超细粉煤灰 减水剂 常温性能
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粉煤灰性质对微波加热碱激发材料强度发展的影响 被引量：3
8
作者 朱绘美 迂晨 +2 位作者 张新东 乔沛 李辉 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期449-456,共8页
以Ca含量和细度不同的粉煤灰制备碱激发粉煤灰(AAFA)胶凝材料,并在水化早期对其进行微波加热养护,研究其抗压强度和微观结构的发展规律,探讨微波加热养护对强度发展的影响机理.结果表明:增加粉煤灰的Ca含量及适当减小粉煤灰的细度均可... 以Ca含量和细度不同的粉煤灰制备碱激发粉煤灰(AAFA)胶凝材料,并在水化早期对其进行微波加热养护,研究其抗压强度和微观结构的发展规律,探讨微波加热养护对强度发展的影响机理.结果表明:增加粉煤灰的Ca含量及适当减小粉煤灰的细度均可显著提高微波加热养护后AAFA试件的抗压强度,但会加剧其28 d龄期后的强度倒缩;水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)凝胶中的Ca2+溶出后碳化形成致密度较差的海绵状凝胶、水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶分解及其体积缩小均是引起微波加热养护后AAFA试件强度倒缩的原因;由超细粉煤灰(D50=3.96μm)制备的AAFA试件呈现出远低于基准试件的抗压强度,不适合采用微波加热养护. 展开更多
关键词 碱激发材料 粉煤灰性质 微波加热 强度发展
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