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科研速递| 控释型可持续功能骨料提升水泥砂浆内部性能研究

2025-12-23 16:40

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文章简介

深圳大学广东省滨海土木工程耐久性重点实验室张翔宇、吕乐阳等在Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials期刊发表最新科研成果（Internal strengthening of cement mortar using sustainable functional aggregate with a controlled-release effect）。该研究创新性地将药物控释概念引入土木工程材料设计，开发出一种具有延迟释放功能的新型骨料，为提升水泥基材料耐久性提供了长效的主动增强路径。

研究团队采用超细水泥微粉包覆负载硅酸钠的粉煤灰漂珠，成功制备出具有可控释放特性的功能骨料。实验表明，该骨料与水泥基体相容性良好，并能通过硅酸钠的受控延迟释放，与基体中的氢氧化钙发生二次反应，在骨料周围形成致密的C-S-H凝胶。这一过程显著强化了界面过渡区，优化了孔结构，从而将水泥砂浆的氯离子扩散系数大幅降低36.8%，吸水率下降6%，有效提升了材料的抗渗性与整体耐久性。该技术尤其适用于海洋环境、地下工程等严苛服役条件，其“智能”释放机制能降低维护需求；且核心原料源于工业固废，契合低碳与循环经济发展战略。未来研究应聚焦于优化涂层厚度与释放速率以实现功能可调，探索其与其他功能剂（如缓蚀剂或自修复化合物）的相容性，并开展现场规模的耐久性评估。此项成果可为设计性能可调的功能骨料提供新思路，推动高性能、可持续混凝土基础设施的技术进步与工程应用。

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Fig. 1 SEM images showing (a) the as-received FACs, (b) the perforated FACs after acid etching, (c) the SS-loaded FACs, and (d) the final UFCP-coated functional aggregates. The inset in (c) is the cross-section of the SS-loaded FACs.

Fig. 2 Compressive strength of mortar specimens at 3, 7, and 28 d with different mix designs.

Fig. 3 Water absorption rates of various mortar specimens after 28 d of standard curing.

Fig. 4 Images showing (a) the selected location in the micro-region XRF test and the elemental distributions of (b) aluminum element, (c) silicon element, and (d) sodium element.

Fig. 5 The four stages of internal curing are as follows: I. During the initial stage of cement hydration, environmental water infiltrates into the cenospheres; II. During the acceleration stage of hydration, sodium silicate within the cenospheres slowly undergoes hydrolysis; III. During the deceleration stage of hydration, sodium silicate inside the cenospheres is gradually released outward; IV. At the stabilization stage of hydration, a solidified region forms around the cenospheres.

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2025年第1卷

引用格式

X. Zhang, S. Luo, C. Chen, A. Nawaz, L. Lv, Y. Zhou. Internal strengthening of cement mortar using sustainable functional aggregate with a controlled-release effect. Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials, 2025, 1: 9520020.

https://doi.org/10.26599/MRSE.2025.9520020

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https://www.sciopen.com/article/10.26599/MRSE.2025.9520020

作者简介

张翔宇，宁波诺丁汉大学理工学院土木工程专业在读博士，于2024年6月获得深圳大学土木工程材料硕士学位。目前，其研究方向主要包括自修复工程水泥基复合材料、可控释放功能骨料以及氯盐侵蚀环境下的耐久性提升技术。

吕乐阳，深圳大学助理教授，特聘研究员，博士生导师，深圳市海外高层次人才（C类）。获荷兰代尔夫特理工大学土木工程博士学位。曾受聘于法国圣戈班集团（世界500强，世界最大建材企业）亚太研发中心，任三级研发工程师。当前主要研究兴趣包括仿生自免疫/自修复混凝土、热电混凝土、储能混凝土等新一代工程材料。先后主持国家自然科学面上项目1项、青年基金项目1项，广东省面上项目2项，市海外高层次人才项目1项等。以第一作者或通讯作者在Cement and Concrete Research、Cement and Concrete Composites、Construction and Building Materials等期刊发表SCI/EI论文20余篇，其中JCR Q1区论文15篇，总被引逾700次，单篇最高被引逾200次；申请及获批中国发明专利8项。兼任Intelligent Transportation Infrastructure青年编委，Structural Concrete、Buildings客座编辑，Frontiers in Materials审稿编辑，以及Cement and Concrete Research、Corrosion Science、Cement and Concrete Composites等期刊审稿人。现任国际材料与结构研究实验联合会（RILEM）和亚洲混凝土协会（ACF）会员。

关于MRSE

Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials（《材料导报：固废与生态材料》，简称MRSE），2025年正式创刊，是《材料导报》期刊社创办的第二本英文姊妹刊，聚焦于固体废弃物处理与资源化利用及生态材料。由中国矿业大学（北京）王栋民教授担任创刊主编，香港理工大学Chi Sun Poon教授、深圳大学崔宏志教授、同济大学张祖华教授担任共同主编；由清华大学出版社SciOpen平台提供出版服务，采用开放获取出版模式。

报道范围 Scope

MRSE致力于报道各种固体废弃物的原创性研究和前沿应用，传播创新理念，助力建设绿色生态社会。期刊报道范围主要涉及（但不限于）：

◆ Construction and demolition wastes（建筑及拆卸废物）

◆ Mining solid wastes（矿山固体废弃物）

◆ Coal combustion wastes（燃煤废物）

◆ Solid wastes from metallurgical industries（冶金工业产生的固体废物）

◆ Industrial hazardous solid wastes（工业危险固体废物）

◆ Solid wastes from biomass and renewable energy（生物质及新能源固废）

◆ Agriculture solid wastes（农业固体废弃物）

◆ Ecomaterials （生态材料）

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