针对修正的Andreasen-Andersen（MAA）颗粒堆积模型设计超高性能混凝土（UHPC）时会存在两个弊端，（即未验证湿堆积状况下的可靠性、未考虑钢纤维掺入对颗粒堆积体系的扰乱），采用二次饱和D-最优化模型和钢纤维等效颗粒直径模型对其进行优化与完善，并利用UHPC材料性能对提出的新思路进行反向验证。结果表明：基于建立的湿堆积密实度二次饱和D-优化设计模型有效验证了MAA模型在湿堆积状态下的适用性和可靠性；同时，通过评价钢纤维和等效替代颗粒对湿堆积密实度的影响，确定了长13 mm、直径0.2 mm的钢纤维的等效颗粒直径为5.65 mm；将钢纤维以球形颗粒的形式纳入MAA模型中，可以制备出基体密实、抗压强度较高的UHPC材料。

提出纳米-微米-毫米多尺度纤维复合增强超高性能混凝土（UHPC）的思路，利用不同尺度的纤维抑制不同尺度缺陷，整体提升UHPC的力学性能。通过掺加纳米尺度的碳纳米管、微米尺度的碳酸钙晶须和毫米尺度的钢纤维，设计了7组不同纤维掺杂的UHPC试件，测试了UHPC的轴心抗拉和轴心抗压应力-应变曲线。结果表明：宏观尺度的毫米钢纤维决定了UHPC试件的初裂强度和初裂应变，微观尺度的微米纤维和纳米纤维对初裂强度和初裂应变影响不大；但碳酸钙晶须和碳纳米管的加入，改变了UHPC试件开裂后的拉伸行为，显著增强了其应变硬化能力。不同尺度纤维对UHPC轴心抗拉和抗压性能都表现出类似的规律：与钢纤维复掺时，碳酸钙晶须的效果优于碳纳米管的效果，且碳酸钙晶须和碳纳米管两者同时掺加效果最好。

对3种不同厚度的弧形狗骨头形状超高性能混凝土（UHPC）试件开展直接拉伸试验，分析了UHPC轴拉应力、应变、裂缝之间的关系。研究表明：随着试件厚度从100 mm减小到30 mm，UHPC的抗拉强度略有提高，限制裂缝发展能力增强，应变能力显著下降，应变软化速率增加；在裂缝宽度不超过0.2 mm时，UHPC的裂后应力略有提高，主裂缝形成后，裂缝发展速率和裂后应力下降速率相应增大。由主裂缝宽度拟合得到拉伸应变值，发现UHPC试件的主裂缝发展过程与应变软化阶段吻合较好。

采用机制砂等质量替代河砂用于制备超高性能混凝土（UHPC），替代率分别为0%，25%，50%，75%以及100%，研究了机制砂对UHPC动静态力学性能的影响。结果表明：机制砂替代河砂后，所制备的UHPC抗压强度与仅用河砂配制的UHPC抗压强度相近；机制砂UHPC具有优异的抗冲击性能，可以承受多次冲击行为，此外机制砂UHPC具有明显的应变率效应，动态增强因子DIF与应变率呈对数函数关系。采用有限元法（LS-DYNA）模拟了机制砂UHPC的冲击过程，数值模拟结果表明应力应变曲线和破坏形态均与试验较为吻合。

研究了单层结构和功能梯度结构的超高性能混凝土（UHPC）的抗侵彻爆炸性能。制备了3种靶体：普通混凝土靶，超高性能混凝土靶，以及不同种类UHPC组合而成的功能梯度混凝土靶（FGCC），并对不同种类混凝土靶体进行了侵彻爆炸实验，利用AUTODYN有限元软件进行了数值模拟分析。结果表明：从破坏形态上看，在侵彻爆炸耦合破坏下，FGCC靶破坏深度最小，弹坑深度不超过抗钻层范围。从损伤分布上看，混凝土损伤主要集中在迎弹面以及弹孔通道周围并向背弹面延对角线方向传递，纤维增强的靶体保持较好的完整性。从能量角度看，抗钻层高强粗骨料吸收子弹动能的能力强于混凝土基体。综合实验和数值模拟证明了功能梯度结构的UHPC具有优异的抗侵彻爆炸能力。

为了研究钢管约束超高性能混凝土（UHPC）本构模型，对42根约束UHPC试件和3根无约束UHPC试件进行了轴心受压试验，考察了UHPC受约束后的破坏形态和应力-应变全曲线，分析了钢纤维掺量与长径比、聚丙烯纤维掺量与长径比以及钢管厚度对应力-应变全曲线的影响规律。结果表明：钢管厚度为主要影响因素，可显著提高UHPC峰值应力与应变；混杂纤维能提高约束UHPC峰值应力与应变，其中，钢纤维掺量的影响较为明显，在聚丙烯纤维掺量适宜时，随钢纤维掺量增加，约束UHPC峰值应力增加，峰值应变先减小后增加。基于实测的约束UHPC应力-应变典型曲线，建立了相应的本构模型。

采用4种不同养护制度（20 ℃水养、热水养护、干热养护和热水-干热组合养护）制备超高性能混凝土（UHPC），测定其高温爆裂行为，并结合多种微观测试技术，对UHPC的微观结构进行分析。结果表明：组合养护能够明显改善UHPC的抗高温爆裂性能，且当先进行90 ℃热水预养护2 d，再进行250 ℃干热养护3 d时，混凝土的高温爆裂现象完全被抑制。明显不同于通常的掺加聚丙烯纤维抑制爆裂的是，热水-干热组合养护是一种新的抑制爆裂方法。其机理是内部游离水的减量化机理，即：组合养护可使UHPC内部建立一种高温蒸汽环境，有效促进水泥水化、激活掺合料的火山灰活性，导致许多致密的水化产物得以生成，同时消耗大量混凝土内部游离水，使得制备出的UHPC在高温加热过程中所能形成的蒸汽压较低，不足以引发高温爆裂。

采用不同氯离子含量的模拟海砂制备超高性能混凝土（UHPC）及普通砂浆，通过线性极化法、交流阻抗法和循环极化法测试其内部钢筋钝化期内的电化学指标，研究了海砂UHPC中钢筋致钝演化规律，及氯离子对钢筋钝化膜生长的影响，并对比了海砂UHPC与普通海砂砂浆中钢筋钝化行为的差异性。结果表明：随着龄期增长，海砂UHPC中钢筋的锈蚀速率降低；随着海砂氯离子含量增大，锈蚀速率加快，但其影响有限，并没有对钝化膜的致密性造成影响；海砂氯离子含量在0.448%以下，钢筋均可在10 d内钝化，且钝化后锈蚀速率基本相同。

利用热力学平衡常数理论计算了CO₂埋存条件下的油井水泥石水化产物相关纯矿物受腐蚀的热力学条件，并比较了其耐腐蚀性能。利用Gibbs自由能最小化原理计算和分析了水泥石受腐蚀过程中水化产物的变化。结果表明：水化产物相关纯矿物或端元组分的耐腐蚀性能不同，优劣次序为4Mg（OH）₂·2Al（OH）₃·3H₂O、0.83CaO·0.67SiO₂·1.83H₂O、0.67CaO·SiO₂·1.5H₂O、6CaO·Al₂O₃·3SO₄·32H₂O、6CaO·Al₂O₃·3SO₄·30H₂O、1.33CaO·SiO₂·2.17H₂O、3CaO·0.5Al₂O₃·0.5Fe₂O₃·0.84SiO₂·4.32H₂O、3CaO·Fe₂O₃·0.84SiO₂·4.32H₂O、1.5CaO·0.67SiO₂·2.5H₂O、Ca（OH）₂；水泥石腐蚀时各水化产物被腐蚀的次序不同，先后次序为Ca（OH）₂、水化硅酸钙固溶体、硅水榴石固溶体、钙矾石固溶体、4Mg（OH）₂·2Al（OH）₃·3H₂O；固溶体被腐蚀时不但质量减少，端元组分的摩尔数和比例也发生变化，但变化不完全受端元组分相对耐腐蚀性能控制。

铝酸盐水泥（CAC）具有优良的抗海水侵蚀性能，为进一步开发其在海洋环境中的应用前景，研究了海水拌合对不同铝酸一钙/二铝酸一钙（CA/CA₂）比例的CAC水化的影响。结果表明：水化早期，海水延缓了CAC水化，而且CA/CA₂比例越低，延缓作用越显著；水化后期，海水促进了CAC水化，使得浆体中水化铝酸一钙（CAH₁₀）生成量明显增加、孔结构优化，强度较自来水拌合时大幅提升，且CA/CA₂比例越低，提升效果越显著。但与自来水相比，海水拌合时CAC后期强度倒缩程度更明显。无论自来水还是海水拌合，CAC主要水化产物都是CAH₁₀，氯离子主要以物理吸附方式结合；所涉龄期内未发现与硫酸盐和镁离子侵蚀相关的水化产物。

提出一个将氯盐侵蚀作用下混凝土内钢筋锈胀化学作用转化成力学作用的计算框架，从而将钢筋锈蚀的化学反应引入到宏观力学行为。首先，基于考虑不同湿度条件的钢筋锈蚀速率模型，得到钢筋电流密度i_corr的计算方程；其次，在Faraday定律基础上确定钢筋总锈层厚度δ与钢筋电流密度i_corr的关系；最后，基于均匀锈胀模型得到锈胀应力q和总锈层厚度δ的关系。数值验证表明：计算框架中的电流密度、总锈层厚度、锈胀应力与文献数值对应情况良好，化学-力学转化框架具有良好适用性。

分别研究了不同疏水链长度（C8~C14）和不同阴离子基团（硫酸根、磺酸根和磷酸根）的表面活性剂的亲疏水性和离子基团对表面活性、泡沫行为和水泥砂浆中引气性能的影响规律。结果表明：表面活性剂分子的界面自组装行为越强，界面自由能降低越多，表面活性越强，其水溶液的泡沫性能越好，在水泥砂浆中的引气效果也越好。十二烷基硫酸钠具有最高的界面自组装排列密度和最低的界面自由能，在水溶液中具有最好的泡沫性能，在砂浆中具有最好的引气性能，同样具有最优的硬化砂浆气孔调节性能。

以添加纳米组分为手段的纳米技术为胶凝材料改性提供了新方法。本文综述了纳米SiO₂等纳米颗粒及碳纳米管等纳米材料对碱激发胶凝材料工作性能、凝结硬化行为、力学性能与耐久性的影响。纳米SiO₂等高活性纳米颗粒发挥提供可溶性硅的化学作用，诸如纳米TiO₂等其他超细颗粒发挥成核位点、颗粒填充的物理效应，可加速反应、致密基体、提升强度、降低渗透等，从而获得性能更优异的纳米改性碱激发胶凝材料。碳纳米管及石墨烯等多维纳米材料具有优异的力学性能，可提升碱激发胶凝材料的韧性、改善其脆性，且优异的电学性能可赋予碱激发胶凝材料损伤自诊断、光催化等功能。本文还分析了已有研究中改性浆体流动性、凝结时间及硬化体强度、抗渗透等结果并不一致的原因，指出纳米SiO₂对液相环境的影响及其与溶液中Ca²⁺的作用是导致结果差异的主要原因。此外，还展望了该领域未来研究重点。

提出了高吸水树脂（SAP）吸水率比指标，研究了吸水率比对SAP在水泥浆体离心液中的吸水动力学及内养护混凝土流变性能、抗压强度、收缩性能的影响。结果表明：SAP在水泥离心液中吸水率呈迅速增加、逐渐降低和最后稳定的规律；当SAP吸水率比增大时，吸水率峰值增大、释水时间延长。伴随SAP吸水率比逐渐增大，内养护混凝土拌合物屈服应力逐渐增大、塑性黏度逐渐降低。SAP可降低混凝土早期强度，对后期强度影响较小，且可明显降低混凝土收缩。在吸水率比为1.94~6.16范围内，SAP对混凝土抗压强度和收缩性能的作用规律一致。

研究了-10 ℃环境中氯化钙溶液拌合冷物料条件下，硼砂、葡萄糖酸钠、L（+）-酒石酸对快硬硫铝酸盐水泥凝结硬化行为、强度发展的影响，分析了缓凝剂对水化产物的影响。结果表明：-10 ℃条件下采用氯化钙溶液拌合时，0.6%掺量硼砂可使初凝时间延长至25 min、终凝时间延长至28 min，而葡萄糖酸钠和L（+）-酒石酸对初终凝时间影响不显著。随着硼砂、葡萄糖酸钠掺量的增加，不同龄期强度均逐渐下降，28 d最大降低值可达到25.5 MPa；L（+）-酒石酸会使得强度下降得更为明显，0.3%（质量分数）掺量时便会使得1 d抗压强度下降10.9 MPa，0.6%掺量时28 d抗压强度下降27.3 MPa。掺0.6%硼砂的1 d试样中钙矾石的形貌未发生明显变化，但生成量减少5.31%；葡萄糖酸钠使钙矾石呈短柱状，生成量几乎不变；L（+）-酒石酸使得钙矾石呈针状，生成量无明显变化。-10 ℃条件下硼砂可显著延长快硬硫铝酸盐水泥的凝结时间，且适当掺量时强度损失可接受，是适宜的缓凝剂；葡萄糖酸钠、L（+）-酒石酸的缓凝效果不明显，且会改变钙矾石的形态与分布，并会使强度显著下降。

鉴于含氟污泥可能存在浸出毒性超标风险，因此其安全处置非常必要。本工作通过X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、浸提试验及毒性浸出试验，研究了该种污泥的理化性质，以及水泥窑协同处置含氟污泥对水泥性能和环境安全性的影响。结果表明：污泥中氟含量（质量分数）为15.3%，且有少量Cr、Mn、Ni、Cu、Zn等重金属离子，主要晶体为萤石及少量铜盐和闪锌矿，氟主要以氟化钙形式存在，在污泥中的含量约30.0%；污泥中F、Cr的毒性浸出不超标，但Ni、Cu、Zn毒性浸出超标，故其属于重金属固体危废。水泥窑协同处置含氟污泥可促进C₃S生成，略微提高水泥抗压强度，但对水泥性能影响不大，掺2.0%污泥的水泥在28 d养护后不会对环境产生二次危废风险。

给出了新拌水泥基材料流变参数的测量制度及测量数据的处理方法，对比分析了直接利用流变仪显示的剪切应力与剪切应变速率、利用一些近似的计算公式以及利用Couette逆问题的解等3种新拌水泥基材料流变参数计算方法的可行性。结果表明：利用Couette逆问题的解计算新拌水泥基材料的流变参数方法合理，给出了相应的计算步骤。在计算新拌水泥基材料的流变参数时，必须考虑柱塞流的影响。舍去存在柱塞流情况下得到的测量数据后计算出的水泥基材料的流变参数的精确度更高。

采用紫外标记技术对聚羧酸分子的紫外吸收进行增强，进而采用紫外吸收光谱与总有机碳分析联用的技术，有效地区分聚羧酸分子与季铵盐阳离子分子同时存在时各自的吸附行为，并对3种典型结构的季铵盐阳离子与聚羧酸减水剂在水泥-蒙脱土体系吸附行为的相互影响进行了系统研究。结果表明：小分子季铵盐对聚羧酸在水泥表面的吸附无影响，双子型季铵盐掺量达到2.5×10^-4后会促进聚羧酸吸附，聚合物季铵盐则会抑制聚羧酸减水剂在水泥表面的吸附；3种季铵盐在达到一定掺量后，均能有效抑制聚羧酸减水剂在蒙脱土表面的吸附，其中双子型季铵盐和聚合物季铵盐效果更加明显，双子型季铵盐在低掺量下的抑制效果更明显，高掺量下聚合物季铵盐则体现出更优的抑制效果。

以兰州窑街油页岩灰为原料制备沸石分子筛，基于单因素试验，采用Box-Behnken Design（BBD）响应面法考察液固比（A）、晶化时间（B）、晶化温度（C）对合成沸石阳离子交换量（Y）的影响效应。结果表明：响应面法建立的模型对合成沸石的Y值具有良好的预测性，优化后提高了沸石Y值。各因素及其交互作用对合成沸石Y值的影响大小依次为：A，C，B和AC，BC，AB。制备Na-X型合成沸石的最优条件为：碱熔温度650 ℃、灰碱比1∶1.7 g/g、液固比4.5∶1 mL/g、晶化时间25.2 h、晶化温度83 ℃，此时沸石Y值达52.44 mg/g。

以工业蛭石为原料，利用化学-微波法制备具有高膨胀倍数的柔性膨胀蛭石（FEV），研究FEV的最佳制备工艺及膨胀倍数与柔韧性相关性。结果表明：利用化学-微波加热法制备的FEV膨胀倍数最高达36.36倍。FEV样品的筛上产率与膨胀率呈负相关，剧烈的膨胀作用可提高膨胀蛭石颗粒的剥离性，进而降低FEV样品颗粒的柔韧性。FEV内部疏松多孔，孔隙分布较均匀，依旧保持完整的层状结构，构成狭缝状缝隙的内壁厚度为50~200 nm。FEV是一种低成本制备蛭石纳米材料的前驱体，可基于其层解充分的特性进行机械剥离，制备蛭石纳米片。

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，通过醇/水体系反应制备了具有六边形孔道的介孔氧化硅（H-mSiO₂）颗粒。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、Fourier变换红外光谱仪、热重分析-差示扫描量热法和氮气吸脱附等手段对产物进行结构表征。结果表明：随醇/水体积比的缓慢降低，产物由混合形貌（球形+椭球）演变成单一规则球形，继而球形颗粒间又出现颈部相连现象。氧化物介电薄膜的抛光试验结果显示：与常规无孔球形SiO₂（sSiO₂）磨料（约208 nm）相比，尺寸相当的H-mSiO₂磨料可有效降低加工表面粗糙度和轮廓波动范围；具有混合形貌（球形+椭球形）的H-mSiO₂磨料使得工件表面粗糙度均方根值由（1.27±0.15） nm降至（0.25±0.01） nm，截面轮廓最大波峰高度和最低波谷深度分别由3.59 nm和3.16 nm降至0.72 nm和0.69 nm；规则球形H-mSiO₂磨料则获得了（223±17）nm/min的抛光效率。

以粉煤灰为原料，将其焙烧后得到的熟料经过硫酸酸浸工艺处理得到含有铝离子的酸浸液，通过调节pH值将氢氧化铝析出，以其作为铝源，与氧化镁、碳酸钠在密闭条件下进行水热反应合成镁铝水滑石。Fourier变换红外光谱仪，X射线衍射和扫描电子显微镜对产物进行分析，结果表明：摩尔比n（MgO）∶n（Al（OH）₃）∶n（Na₂CO₃）=2∶1∶1，160 ℃反应14 h，可以合成结晶度较好，物相纯净且片层结构较完整的镁铝水滑石。此外，初步考察了镁铝水滑石对磷吸附的可行性，当磷溶液浓度为20 mg/L，镁铝水滑石投加量为0.7 g时，去除率可达97.4%，pH值适用范围为4~10。

采用动态蒸馏纯化工艺和熔融淬冷法制备了纤芯和内外包层玻璃组分分别为As₄₀S₆₀和As₃₉S₆₁的硫系玻璃，采用计算机数控车床钻孔法制备了包层套管，结合二次管棒法拉制出包层和纤芯直径分别为124 μm和5 μm的硫系光纤，对其纤芯和包层玻璃折射率、光纤端面几何尺寸、传输和弯曲损耗等进行了测量和分析。结果表明：该光纤在2.5~10.0 µm波段数值孔径（N_A）小于0.425，且纤芯和包层同心度较好，光纤在1 550 nm波长下的损耗为1.7 dB/m，光纤在λ>2.5 µm波段呈现单模传输特性。当光纤弯曲半径达到20 mm左右时损耗急剧增加。