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机械强度 2025年第2期47卷 94-102页

作者：刘伟朱祥高婷房卫东李昊陈雪辉郝帅安徽建筑大学机械与电气工程学院合肥230601 高端装备关键摩擦副安徽省重点实验室合肥230601 合肥波林新材料股份有限公司合肥230601

针对齿轮箱振动噪声问题,采用多目标拓扑优化,优化箱体结构。首先,提出使用博弈论综合层次分析和灰色关联,即组合赋权法分配子目标最优权重值,同时对比3种赋权法优化结果的迭代曲线,验证组合赋权法的优越性。然后,使用折衷规划法归一化... 详细信息

针对齿轮箱振动噪声问题,采用多目标拓扑优化,优化箱体结构。首先,提出使用博弈论综合层次分析和灰色关联,即组合赋权法分配子目标最优权重值,同时对比3种赋权法优化结果的迭代曲线,验证组合赋权法的优越性。然后,使用折衷规划法归一化子目标得到综合目标函数。最后,根据拓扑优化结果、应力位移云图和模态振型改进箱体结构,改进后箱体相较于原箱体:箱体质量减轻11.2%,箱体最大应力下降39.6%,位移下降5.1%,节点位移幅值响应下降82.8%,前4阶频率均有所上升。所提权重分配方法改善了子目标权重值分配可信度不高、忽略主观判断等缺点;实现了箱体的轻量化;箱体结构改进后静动态性能大幅提升。

关键词：多目标拓扑优化齿轮箱折衷规划法组合赋权法

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表面改性硅/铝质材料及其在水泥基材料中应用的研究进展

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材料导报 2019年第15期33卷 2538-2545页

作者：王爱国朱愿愿李燕刘开伟徐海燕孙道胜范良朝安徽建筑大学安徽省先进建筑材料重点实验室

水泥基材料是工程建设中必不可少的材料,其生产带来的环境和资源消耗问题逐渐被广泛关注。同时,工业废弃物的产量逐年增加,其引起的环境污染问题也愈发严重。从环保及可持续发展角度考虑,可将硅/铝质工业废弃物用于水泥基材料中,此举可... 详细信息

水泥基材料是工程建设中必不可少的材料,其生产带来的环境和资源消耗问题逐渐被广泛关注。同时,工业废弃物的产量逐年增加,其引起的环境污染问题也愈发严重。从环保及可持续发展角度考虑,可将硅/铝质工业废弃物用于水泥基材料中,此举可同时解决水泥熟料生产和工业废弃物排放造成的环境问题。但部分硅/铝质工业废弃物由于活性相对较低,大量使用会导致水泥基材料早期强度较低,限制了其在水泥基材料中的掺量。超细硅/铝质材料极易团聚,导致其性能不能得到充分发挥,从而影响了硅/铝质材料在水泥基材料中的高效利用。现代水泥混凝土的性能不再仅以力学性能作为评判标准,良好的工作性、耐久性和功能性也是其发展趋势。此外,功能材料如何与水泥基材料结合才能更好地发挥其功能性也是目前水泥混凝土领域研究的热点。采用表面改性技术对硅/铝质材料性能进行改善已取得了较好的效果。对一些惰性或活性较低的硅/铝质工业废弃物进行必要的改性,可在一定程度上提高其活性,缓解其作为掺合料使用带来的水泥基材料早期强度低的问题,同时还可增加其在水泥基材料中的掺量,提升工业废弃物的综合利用率。酸碱微腐蚀表面改性和增钙煅烧表面改性等技术是提升硅/铝质材料(粉煤灰、石英砂尾矿等)活性常用的方法。功能外加剂表面改性可改善超细硅/铝质材料的团聚现象,提高其在水泥基材料中的分散性。而分散性的提高使硅/铝质材料在水泥基材料中性能发挥更充分,同时改善水泥基材料的工作性能。颗粒负载表面改性是将具有环境清洁功能的材料负载在硅/铝质材料的表面,在满足掺合料基本性能的同时,还能起到治理环境的作用。硅/铝质工业废弃物的改性利用将获得“以污治污”双重环境效益。本文综述了利用表面改性技术提升硅/铝质材料活性、分散性和功能性的研究进展,提出了表面改性技术在水泥基材料应用中存在的问题,以期为硅/铝质工业废弃物的高效利用提供参考性建议。

关键词：硅/铝质材料表面改性水泥基材料活性功能化

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基于不同锰源微乳液法合成MnMoO_4·XH_2O(X=0.9,1.5)及相应的带隙能研究（英文）

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稀有金属材料与工程 2017年第1期46卷 68-72页

作者：丁益方辉张峰君方有春张奇才安徽建筑大学先进建筑材料安徽省重点实验室安徽合肥230022

在不同锰源条件下,通过一个四元体系(CTAB/水/戊烷/戊醇)微乳液法合成了Mn Mo O_4·XH_2O(X=0.9,1.5)。XRD和热重分析证明:当锰源是Mn Cl_2·_4H_2O时,能够合成出Mn Mo O_4·0.9H_2O,当锰源为C4H6Mn O_4·_4H_2O时,产物... 详细信息

在不同锰源条件下,通过一个四元体系(CTAB/水/戊烷/戊醇)微乳液法合成了Mn Mo O_4·XH_2O(X=0.9,1.5)。XRD和热重分析证明:当锰源是Mn Cl_2·_4H_2O时,能够合成出Mn Mo O_4·0.9H_2O,当锰源为C4H6Mn O_4·_4H_2O时,产物为Mn Mo O_4·1.5H_2O。ω(CTAB/水的摩尔比)和不同锰源对最终产物结构有很大影响。通过固体紫外吸收光谱图可以计算出Mn Mo O_4·0.9H_2O的带隙能达到3.08 e V,Mn Mo O_4·1.5H_2O的带隙能是3.04 e V。

关键词：钼酸锰四元体系 CTAB 能带

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煅烧煤矸石细骨料特性及其对砂浆性能的提升作用

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煤炭学报 2021年第11期46卷 3657-3669页

作者：朱愿愿王爱国孙道胜刘开伟李燕楚英杰安徽建筑大学安徽省先进建筑材料重点实验室安徽合肥230022

煤矸石是采煤和洗煤过程产生的工业固体废弃物,其长期堆积造成的环境问题日益严重。将其制备成砂石骨料具有重要的环境和经济效益。以煤矸石为原料制备了煅烧煤矸石细骨料,通过XRD,FTIR和MAS NMR等测试方法系统探究了煅烧对煤矸石细骨... 详细信息

煤矸石是采煤和洗煤过程产生的工业固体废弃物,其长期堆积造成的环境问题日益严重。将其制备成砂石骨料具有重要的环境和经济效益。以煤矸石为原料制备了煅烧煤矸石细骨料,通过XRD,FTIR和MAS NMR等测试方法系统探究了煅烧对煤矸石细骨料理化特性及其微结构的影响;对比研究了煤矸石细骨料砂浆和天然河砂砂浆的工作性能、力学性能、水吸附性能和干燥收缩性能;基于骨料特性分析了煅烧煤矸石细骨料改善砂浆性能的作用机制。结果表明:煤矸石细骨料(CGFA_(raw))煤粉等杂质含量和棱角较多、强度低,以其制备的水泥砂浆28 d抗压强度仅有27.1 MPa,砂浆吸水能力强、干燥收缩大。煅烧后煤矸石细骨料的吸水率和强度增加,600℃以上温度煅烧后煤矸石中的O—H和Al—OH振动峰消失,Si,Al结构转变,煤矸石产生活性。煅烧煤矸石细骨料吸收拌和水,降低了砂浆流动性。但活化煅烧煤矸石细骨料(600~900℃)显著提升了砂浆力学性能,且呈现早强特性,其中750℃煅烧煤矸石细骨料(CGFA_(750))砂浆的3,28 d抗压强度分别较CGFA_(raw)砂浆提高了64.7%和92.6%,强度已超天然河砂砂浆。CGFA_(raw)同水泥基体的界面黏结弱,砂浆的孔隙率、吸水能力和干燥收缩均较大。活化煅烧煤矸石细骨料降低了砂浆有效水灰比,释水后对其进行内部养护,在活性细粉及骨料表面Si,Al组分的共同作用下密实了基体孔隙、改善了砂浆界面,降低了砂浆孔隙率和吸水能力,显著增强了水泥砂浆的抗干燥收缩性能,其中CGFA 900砂浆的90 d干燥收缩较CGFA_(raw)砂浆降低了69.5%。弱组分多、强度低、成分复杂的煤矸石细骨料其品质较天然河砂差,热活化(600~900℃)处理是提升骨料品质及其砂浆性能的有效途径。

关键词：煤矸石热活化细骨料水泥砂浆力学性能干燥收缩

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粒状煤矸石制备活性粉体材料的颜色转变及其量化表征

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材料导报 2020年第16期34卷 16037-16042页

作者：刘朋王爱国刘开伟马瑞徐海燕孙道胜经验安徽建筑大学安徽省先进建筑材料重点实验室合肥230022

煤矸石经过适宜温度煅烧、粉磨后可制备活性混合材。但由于煤矸石的组成较为复杂,煅烧后其颜色变化较大,在水泥基材料中大掺量应用会影响水泥基材料的色泽。若能制备出与水泥基材料色差较小的煅烧煤矸石活性粉体材料,则对煤矸石在水泥... 详细信息

煤矸石经过适宜温度煅烧、粉磨后可制备活性混合材。但由于煤矸石的组成较为复杂,煅烧后其颜色变化较大,在水泥基材料中大掺量应用会影响水泥基材料的色泽。若能制备出与水泥基材料色差较小的煅烧煤矸石活性粉体材料,则对煤矸石在水泥工业中的应用有着重要意义。本工作研究了制备工艺对煅烧煤矸石活性粉体材料颜色的影响;基于PS软件中红、绿、蓝(R、G、B)三个通道的颜色值量化表征了煅烧煤矸石活性粉体材料的颜色;分析了粒状煤矸石制备活性粉体材料颜色转变的机理。结果表明:热活化时,煤矸石颗粒越小、热活化保温时间越长、煅烧环境中氧气越充足,制得的煅烧煤矸石活性粉体材料颜色越红,其红色值(R值)也越高。煤矸石中炭和菱铁矿的氧化程度是影响煅烧煤矸石活性粉体材料颜色的主要原因。当黑色的炭脱除较充分、菱铁矿被氧化为赤铁矿时材料颜色较红,而炭脱除不充分、菱铁矿被氧化为磁铁矿时材料颜色较黑。

关键词：粒状煤矸石活性粉体材料颜色转变量化表征

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硫酸钠溶液pH值对硅酸盐水泥砂浆析钙及侵蚀产物的影响

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建筑材料学报 2019年第2期22卷 179-185页

作者：刘开伟程星星孙道胜王爱国张高展安徽建筑大学安徽省先进建筑材料重点实验室安徽合肥230022

将水泥砂浆浸泡在pH值为5,9,13的Na_2SO_4溶液中至330d,采用化学滴定法测定砂浆中Ca^(2+),OH^-的析出量,采用X射线衍射(XRD)仪和差示扫描量热法(DSC)对不同侵蚀龄期下侵蚀产物进行半定量分析,并通过扫描电子显微镜(SEM)对钙硅比和微结... 详细信息

将水泥砂浆浸泡在pH值为5,9,13的Na_2SO_4溶液中至330d,采用化学滴定法测定砂浆中Ca^(2+),OH^-的析出量,采用X射线衍射(XRD)仪和差示扫描量热法(DSC)对不同侵蚀龄期下侵蚀产物进行半定量分析,并通过扫描电子显微镜(SEM)对钙硅比和微结构进行了分析.结果表明:溶液pH值越低,Ca^(2+)析出速率越快、析出量越大,且低pH值条件下Ca^(2+)的大量析出有助于其与侵入的SO_4^(-2)结合,形成更多低溶解度的CaSO_4·2H_2O,从而加速Ca^(2+)析出和SO_4^(-2)扩散渗入;低pH值环境下大量石膏的形成伴随着Ca(OH)_2的大量消耗,且会引起C-S-H凝胶的脱钙,导致水泥砂浆的胶凝性降低,引起试件的软化和剥落.

关键词：硅酸盐水泥硫酸盐侵蚀 pH值石膏析钙

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碱式硫酸镁水泥的研究进展及性能提升技术

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材料导报 2020年第13期34卷 13091-13099页

作者：王爱国楚英杰徐海燕刘开伟马瑞董伟伟孙道胜安徽建筑大学安徽省先进建筑材料重点实验室合肥230022

碱式硫酸镁水泥(Basic magnesium sulfate cement,BMSC)是一种以外加剂技术为核心的新型镁质胶凝材料,主要由轻烧氧化镁、不同结晶水的硫酸镁、矿物掺合料与化学外加剂一起混磨而成,使用时与普通硅酸盐水泥一样加水拌和即可。碱式硫酸... 详细信息

碱式硫酸镁水泥(Basic magnesium sulfate cement,BMSC)是一种以外加剂技术为核心的新型镁质胶凝材料,主要由轻烧氧化镁、不同结晶水的硫酸镁、矿物掺合料与化学外加剂一起混磨而成,使用时与普通硅酸盐水泥一样加水拌和即可。碱式硫酸镁水泥具有氯氧镁水泥轻质、快凝、高强、耐磨的优点,且不易吸潮反卤。BMSC的主要水化产物5Mg(OH)2·MgSO 4·7H 2O相(5·1·7相)的溶解度仅为0.034 g/100 g水,与硅酸盐水泥基本处于同一量级,远低于氯氧镁水泥,在建筑保温材料等领域可以广泛取代氯氧镁水泥。碱式硫酸镁水泥的抗折强度约为同强度等级硅酸盐水泥抗折强度的2~3倍,且其耐久性能、护筋性能与普通硅酸盐水泥相当。同时,BMSC混凝土具有较大的刚度和良好的抗震性能,其抗弯拉及抗冲击荷载性能均优于同等级普通硅酸盐水泥混凝土,尤其是开裂荷载比同强度、同配筋的普通混凝土大10%,因此其在结构工程领域也有良好的应用前景。更重要的是,用于制备碱式硫酸镁水泥的轻烧氧化镁的煅烧温度较低,使BMSC满足了建筑节能和环境保护的要求,有望成为未来核心高性能生态友好型水泥,具有巨大的发展潜力。本文概述了碱式硫酸镁水泥的性能特点,综述了其制备方法及水化过程,对比分析了碱式硫酸镁水泥、氯氧镁水泥和硫氧镁水泥的微观结构与性能的差异,阐明了镁质原料中α-MgO的含量和活性、α-MgO/MgSO 4及H 2O/MgSO 4的配料物质的量比、化学外加剂种类及掺量对碱式硫酸镁水泥微观结构及性能的影响。在此基础上,从原料及制备工艺等方面提出了进一步提升碱式硫酸镁水泥性能的措施,并展望了碱式硫酸镁水泥未来的研究方向。

关键词：碱式硫酸镁水泥 5·1·7相微观结构提升技术

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煤矸石骨料混凝土力学和耐久性能研究进展

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材料导报 2024年第20期38卷 182-190页

作者：于乐乐王爱国仲小凡刘开伟潘耀辉肖必华孙道胜安徽建筑大学安徽省先进建筑材料重点实验室合肥230022

煤矸石作为我国最多的工业固体废弃物之一,大量煤矸石露天堆放给生态环境带来巨大压力,若将其加工制备成混凝土骨料,既可解决对环境的污染,还可弥补天然砂石资源的短缺,符合绿色可持续发展理念。煤矸石骨料存在薄弱组分较多、均匀程度... 详细信息

煤矸石作为我国最多的工业固体废弃物之一,大量煤矸石露天堆放给生态环境带来巨大压力,若将其加工制备成混凝土骨料,既可解决对环境的污染,还可弥补天然砂石资源的短缺,符合绿色可持续发展理念。煤矸石骨料存在薄弱组分较多、均匀程度差等问题,这会对煤矸石混凝土性能产生较大的负面影响。本文总结了煤矸石骨料的基本特性,分析了混凝土用煤矸石骨料存在的主要问题。基于煤矸石存在的问题,本文阐述了提升煤矸石骨料性能的技术途径(如表面裹浆技术、热活化处理技术和微生物矿化技术),综述了煤矸石骨料对混凝土力学及耐久性能的影响,并提出了改善其性能的方法,以期为煤矸石骨料在混凝土中高效资源化利用提供理论和技术支持。

关键词：煤矸石骨料混凝土力学性能耐久性大宗化利用

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骨料特性影响混凝土体积稳定性的研究进展

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材料导报 2022年第5期36卷 108-117页

作者：楚英杰王爱国孙道胜刘开伟马瑞吴修胜郝发军安徽建筑大学安徽省先进建筑材料重点实验室合肥230022

提升混凝土体积稳定性是提高现代混凝土耐久性、实现高性能化的重要研究内容,也是亟待解决的关键问题。骨料特性是影响混凝土体积稳定性的重要因素之一。骨料形态、级配、矿物组成、孔隙结构、弹性模量和热学性能均会从不同角度影响混... 详细信息

提升混凝土体积稳定性是提高现代混凝土耐久性、实现高性能化的重要研究内容,也是亟待解决的关键问题。骨料特性是影响混凝土体积稳定性的重要因素之一。骨料形态、级配、矿物组成、孔隙结构、弹性模量和热学性能均会从不同角度影响混凝土的体积稳定性。过去的工作大多集中在骨料某个或某几个特性对混凝土体积稳定性的影响,未能充分阐明骨料特性对现代混凝土体积稳定性的影响机制。随着天然骨料的日趋短缺以及人造骨料技术的逐渐提升,利用工业废渣制备人造骨料是实现混凝土可持续发展的另一途径。对人造功能骨料进行组成、结构与功能设计与制备,不仅可通过骨料特性改善混凝土的性能,还可减少建设工程对天然骨料的依赖,拓宽骨料来源,并为工业废渣资源化处理提供新思路,是促进现代混凝土工业可持续发展的关键举措。本文综述了骨料不同特性(如骨料形态、级配、矿物组成、孔隙结构、弹性模量和热学性能等)对混凝土体积稳定性的影响,阐明了骨料特性与混凝土体积稳定性的映射关系,阐述了骨料特性的单一作用及共同作用对现代混凝土体积稳定性的影响机制。并从骨料角度入手,提出了通过降低混凝土的热膨胀系数、调整混凝土内部相对湿度和改善界面过渡区特性等方法提升混凝土体积稳定性的措施。同时也对功能型人造废渣骨料的设计与制备进行了归纳与展望。

关键词：骨料特性现代混凝土体积稳定性提升技术

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尖晶石型铁氧体异质结的构建及用于有机污染物光催化降解的研究进展

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材料导报 2023年第16期37卷 35-44页

作者：陈丹丹李燕王爱国安徽建筑大学先进建筑材料安徽省重点实验室合肥230601

随着工业生产的快速发展,有机废水的排放对环境造成了严重的污染。光催化技术利用太阳能降解有机污染物,被视为极具前途的污水处理技术之一。然而传统光催化剂(TiO_(2)、ZnO、ZnS等)对可见光的利用率低、光生载流子复合率高和回收困难... 详细信息

随着工业生产的快速发展,有机废水的排放对环境造成了严重的污染。光催化技术利用太阳能降解有机污染物,被视为极具前途的污水处理技术之一。然而传统光催化剂(TiO_(2)、ZnO、ZnS等)对可见光的利用率低、光生载流子复合率高和回收困难等问题限制了其在光催化领域的实际应用。研究者提出将传统半导体与尖晶石型铁氧体材料复合制备尖晶石型铁氧体异质结光催化剂,通过异质结的界面作用抑制光催化剂中光生电荷的复合。同时,尖晶石型铁氧体优异的磁学性能为异质结光催化剂在废水处理中的回收和再利用提供了保证。目前,大量的尖晶石型铁氧体在合成异质结光催化剂领域已经取得了显著的研究成果,例如Fe_(3)O_(4)、CoFe_(2)O_(4)、CuFe_(2)O_(4)、ZnFe_(2)O_(4)和NiFe_(2)O_(4)等。本文将尖晶石型铁氧体异质结分为Ⅱ型、肖特基型、Z型(传统Z型、全固态Z型、直接Z型)和S型,并具体介绍了各类尖晶石型铁氧体异质结材料光生电荷的分离途径、各类晶石型铁氧体异质结材料目前存在的缺陷以及尖晶石型铁氧体异质结光催化剂在水体治理领域应用的现状,为构建出高载流子分离率的尖晶石型铁氧体异质结光催化剂提供能带匹配理论参考。

关键词：尖晶石型铁氧体异质结光催化降解载流子迁移

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