地聚物砂浆的力学性能与孔结构分形特征分析

为探讨矿渣粉改性粉煤灰地聚物砂浆在不同温度下的强度变化规律及改善机理,进行了不同矿渣粉掺量的粉煤灰地聚物在多种温度下的力学性能试验,并分析了其微观形貌及孔结构特征。结果表明:粉煤灰基地聚物在室温固化时的抗压强度和抗弯强度均较小,掺入矿渣粉或高温固化都可以改善粉煤灰地聚物的力学性能,但高温固化导致后期抗压强度变化变缓;当不掺矿渣粉时,地聚物砂浆的流动度为232 mm,但凝结时间超过8 h;随着矿渣粉掺量的增加,地聚物的流动度逐渐降低,凝结时间也变短;高温固化和掺入矿渣粉都可以显著减小粉煤灰地聚物材料的孔隙率;室温固化时,地聚物砂浆中含有大量宏观孔隙,并且粉煤灰地聚物砂浆中基本不存在胶凝孔隙;高温固化后,粉煤灰地聚物砂浆中以毛细孔隙体积占比最大,而改性砂浆则以胶凝孔隙和过渡孔隙的居多;从试件内部的微观形貌图可见,掺入矿渣粉后地聚物砂浆变得更加致密;基于热力学关系的分形模型可以在压汞法测量的孔径范围内很好地描述地聚物砂浆孔结构的分形维数,其次为孔轴线模型;地聚物砂浆孔结构的分形维数大于2.0,在粉煤灰地聚物中掺入矿渣粉可以改善地聚物的孔隙结构,提升固化温度则使得地聚物的孔隙结构变得复杂。     

纳米蒙脱土钢纤维树脂基复合材料的制备

以钢纤维、有机处理蒙脱土、天然花岗岩及环氧树脂为原料,采用不同制备工艺及固化工艺,制备钢纤维有机蒙脱土协同增强树脂基复合材料,并对其进行抗压强度实验及断口分析。结果表明,采用钢纤维有机蒙脱土协同增强环氧树脂,固化条件为120℃4 h后室温固化10 d,抗压强度可达89.8MPa,通过断口发现,裂纹沿钢纤维与树脂基体界面扩展,树脂基体通过蒙脱土强化,协同增强作用明显。     

泡沫浸渍法制备小梁金属及性能

采用有机泡沫浸渍法,选用预处理过的聚氨酯泡沫为模板制备具有较高强度和与人体弹性模量相匹配的小梁金属(多孔钽生物材料).通过流体静力学法、SEM、EDS等方法研究表征多孔钽材料的密度、微观结构、孔隙形貌、杂质含量等.研究结果表明:材料密度为6.06～7.02g/cm3,孔隙率为57.7％～63.5％,孔径为313～622um,制备的多孔钽具有与人体骨相似的三维、连通开孔隙形貌,材料基体上无杂质残留.力学性能结果表明:抗压强度为50～73MPa,弹性模量为1.73～2.72GPa,与人体松质骨相似.     

碳化对水泥固化铅污染土物理力学特性的影响及其微观机理

水泥固化重金属污染土在服役过程中会受到周围环境的长期物理化学侵蚀,其中二氧化碳碳化作用是影响水泥材料耐久性的一个重要因素.为确保重金属污染场地二次开发利用的安全性,通过室内加速碳化试验研究了碳化作用对水泥固化铅污染土性能的影响规律.人工配制铅污染土,采用水泥固化后进行加速碳化试验,测试碳化后试样的碳化深度、含水率、密度、强度和孔隙溶液pH值等指标,分析碳化作用对固化土各物理力学特性的影响规律,并对比分析碳化与否时固化土的矿物成分和微观结构特征.试验结果表明,固化土的碳化深度与碳化时间平方根呈近似线性关系;碳化反应消耗一定量的水分,生成碳酸钙填充于孔隙,导致碳化后试样的含水率和孔隙率降低,干密度增加;碳化作用还导致孔隙溶液pH值从11～12降低到8～9;碳化后固化土的无侧限抗压强度和变形模量均得到增长,强度增加约6%～40%,试样无侧限抗压强度与基质干密度近似线性相关,变形模量与无侧限抗压强度也呈近似线性关系,变形模量约为无侧限抗压强度的75～100倍.TGA、XRD和SEM试验从矿物成分变化和微观结构特征方面证实了碳化作用后水泥水化产物水化硅酸钙、钙矾石和氢氧化钙等向碳酸钙转化的现象,这也是固化土孔隙率降低和强度增加的主要原因.     

地聚物-水泥固化土石混合体试验与固化机理研究

【目的】研究水泥取代率对地聚物-水泥固化土石混合体抗压强度和破坏形态的影响,揭示地聚物-水泥对土石混合体的固化机理。【方法】通过无侧限抗压强度试验、含水率测定试验、扫描电镜试验和X射线衍射试验,探究水泥取代率对偏高岭土-矿渣-水泥基地聚物固化土和粉煤灰-矿渣-水泥基地聚物固化土抗压强度、破坏形态、含水率、微观形貌和矿物成分的影响及它们随龄期的变化规律。【结果】水泥取代率为0%～20%时,固化土抗压强度与水泥取代率成正比。偏高岭土-矿渣-水泥基地聚物和粉煤灰-矿渣-水泥基地聚物的最优水泥取代率为20%,此时其相应固化土的14 d抗压强度分别为2 510.90、2 532.14 kPa;随着水泥取代率的增加,固化土破坏模式由鼓胀破坏逐渐转变为劈裂破坏;养护时间为14 d时,20%水泥取代率的固化土的含水率最低,水化反应最充分;反应生成的水化硅酸钠(N-A-S-H)和水化硅铝酸钙(C-S-H)凝胶在孔隙中起胶结和填充作用。【结论】适当的水泥取代率可以提高水化反应速率,促进水化产物的生成,有效提升地聚物-水泥对土石混合体的固化效果。     

原位合成TiB/Ti复合材料的微观结构及力学性能

利用钛与硼之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔铸工艺原位合成制备了TiB增强的钛基复合材料.通过XRD、SEM、TEM和HREM等分析方法测试了合成材料的物相及微观结构.结果表明原位合成的增强体为TiB,合金化元素铝的加入并不导致新相形成,增强体均匀地分布在基体合金上.由于TiB的B27结构导致TiB易于沿[010]方向生长而长成短纤维状.增强体与基体合金界面非常洁净,没有任何界面反应.由于原位合成增强体的加入,复合材料的力学性能与基体合金比较有了明显的提高.     

粉体形态对网化HA陶瓷支架烧结和力学性能的影响:球形和针状HA粉体对比研究

以球形和针状的羟基磷灰石（HA）粉体作基料，采用有机泡沫浸渍法制备出高孔隙率的三维网状HA生物陶瓷支架，并研究粉体形态的不同对网化HA支架力学性能的影响，从而优化制备工艺以改善网化HA支架的力学性能，提高抗压强度．运用SEM、XRD、FTIR以及抗压测试考察了不同粉体对网状HA陶瓷支架的微观结构、相成分、烧结性能和力学性能的影响．结果表明：在相同的工艺条件下，球形粉体可以显著改善浆料的性能，影响浆料在支架上的涂覆量．因此球形粉体所制备的网状HA陶瓷支架的烧结性能和抗压强度明显优于针状粉体所制备的网状HA陶瓷支架，同时保持支架的贯通性和孔隙率．     

连续玻纤增强聚烯烃预浸带的力学性能

分别以五种聚烯烃树脂为基体,采用自行设计的浸渍模具制备了连续玻璃纤维增强聚烯烃预浸带,并采用热模压机将预浸带压制成相应的板材.研究了五种基体树脂、纤维含量、纤维分布对复合材料力学性能的影响.结果表明,加入玻纤后复合材料的拉伸强度、弯曲强度大幅度提高,纤维分布对材料的弯曲性能影响较大;纤维含量0~70%范围内,随纤维用量的增加,复合材料的力学性能提高;在70%~75%范围内,复合材料的力学性能随纤维含量的增加而降低.动态力学分析表明,加入纤维后明显提高了复合材料的抗形变能力.     

PP/TiO2复合材料的力学性能研究

采用熔融共混法制备了PP/TiO2复合材料,并研究了TiO2的表面处理、含量及粒径对复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度两大主要力学性能的影响.实验结果表明,钛酸酯类偶联剂能很好地改善TiO2粒子与PP基体的界面相容性,从而使复合材料的力学性能提高;经表面处理后的纳米TiO2所填充复合材料的力学性能明显优于普通TiO2（微米级）;而且处理后的纳米TiO2在填充量为4%时对PP的增强增韧效果最佳.     

在多孔钙磷陶瓷表面浸涂溶胶制备HA涂层

采用有机泡沫浸渍工艺制备了具有高孔隙率的多孔钙磷陶瓷,并以此为基体,采用浸涂溶胶的方法在多孔陶瓷网架结构表面成功制备了HA涂层.扫描电镜(SEM)观察样品的孔隙和表面形貌显示,涂层均匀涂敷在多孔陶瓷孔壁表面,形成的涂层中存在着大量由于水分蒸发形成的缩孔.涂层处理对样品的大孔结构没有明显影响,样品仍保持了较高的孔隙率(82.3%±2.8%).X射线衍射(XRD)分析表明,涂层由较纯的HA组成.经不同温度处理后,HA涂层呈现了不同的结晶状态.500℃处理后得到了结晶程度较低的HA涂层,这种涂层有利于提高多孔陶瓷的表面生物活性.对涂层与基体的界面分析后可得,两者之间为紧密的机械锚合.     

模压法制备C/C-SiC复合材料的力学性能

以炭纤维、硅粉、石墨粉等为原材料,采用模压法制备炭纤维增强C／C-SiC复合材料;采用电子万能试验机测定材料抗弯、抗压强度与冲击韧性,利用扫描电子显微镜观察其断口形貌：研究纤维分布状态、纤维长度以及后续炭化处理对C／C-SiC复合材料力学性能的影响。研究结果表明：当分散纤维以单丝状态分布在基体中时,纤维与基体结合紧密,材料力学性能较佳;纤维长度为5mm时,材料具有较好的综合力学性能,抗弯强度、垂直和平行抗压强度、冲击韧性分别为59．06MPR,147．03MPa,134．25MPR和2．45kJ/m^2．后续炭化处理使材料压缩性能提高22％以上,冲击韧性则有所下降,断裂方式为脆性断裂。     

地聚物影响因素对黄土强度的试验研究

为了探究黄土基地聚物因素对固化黄土强度的影响,文中以黄土作为地聚物加固的主体,对影响地聚物强度的激发剂浓度、激发剂模数、碱浓度三个因素进行研究。通过固化黄土和天然黄土的不固结不排水三轴剪切试验,以及100倍下SEM观测结果,并结合PCAS软件分析固化黄土的黏聚力、内摩擦角和孔隙颗粒微观状态,考察地聚物不同因素对固化黄土宏观和微观层面的影响规律。结果表明:固化黄土强度随激发剂浓度的增加先上升后下降,随激发剂模数的增大而减小,随碱浓度的增大先上升后下降,且养护14 d的固化强度已经达到28 d强度的80%以上。固化黄土的强度在激发剂浓度和碱浓度分别占土体含水量的30%和15%、激发剂模数为1.0时达到峰值,固化黄土的黏聚力达到了163 kPa,内摩擦角达到了28.7°,比较天然黄土的黏聚力和内摩擦角,其黏聚力提升了大约10倍,内摩擦角提升了约7°;其颗粒呈现有序性排列,颗粒化程度减弱,孔隙整体倾向圆滑,孔隙率大幅度减小。据此不同组分配比条件,可有效提高固化黄土强度。     

可吸收生物玻璃陶瓷/聚己内酯复合接骨板的制备工艺及力学性能

针对生物陶瓷存在脆性高、韧性差无法满足接骨板所需的力学性能的问题,提出采用光固化陶瓷成形技术结合聚合物渗透法,在多孔陶瓷中渗透聚己内酯,制备出集强度韧性和生物相容性于一体的可吸收陶瓷/聚己内酯复合结构。对不同烧结保温时间下多孔陶瓷的微观孔隙分布进行了研究,探讨了不同渗透时间对可吸收玻璃陶瓷/聚己内酯复合材料微观结构和力学性能的影响,分析了多孔陶瓷在渗透聚己内酯前后和不同渗透时长两种情况下的增强增韧机理,并利用所提出的方法制备玻璃陶瓷/聚己内酯复合接骨板。实验结果表明:当多孔陶瓷微观孔隙较多时,利于后期渗透工艺;渗透聚己内酯可大大改善复合材料的力学性能,在应力屏蔽和缺陷修复两种机制综合作用下复合材料的抗压强度和抗弯强度显著增加,其韧性也因聚己内酯固有韧性和裂纹桥接机制有所提升。根据该工艺研究,当烧结保温时间为120min、渗透时间为240min时,复合材料的力学性能最佳,强度和韧性达到最佳,为可吸收接骨板提供了一种可行性方案。     

玻璃纤维增强磷石膏复合材料力学性能研究

利用纤维增强原理对工业废弃磷石膏进行改性,提高其材料力学性能,以促进工业废弃磷石膏的综合利用。通过在石膏基体中加入直径为10μm、长度为12 mm的玻璃纤维制备石膏复合材料试件,测试不同纤维掺量的复合材料抗压强度,研究纤维掺量对石膏复合材料的力学性能的影响;通过电子显微镜(SEM)对破坏断面进行观察,从微观结构上揭示纤维增强的机理。试验结果表明:玻璃纤维的掺量和分布对复合材料的抗压强度有较大影响。随着玻璃纤维掺量的增大,复合材料的抗压强度逐渐增大,但纤维掺量超过一定值后,复合材料抗压强度将随纤维掺量的增大而减小。纤维的掺量为1.5%时,磷石膏复合材料抗压强度最高,达到8.9 MPa,比未掺加玻璃纤维的石膏强度(6 MPa)提高约48%。     

基于正交试验的全固废复合胶凝材料固化盐渍土的力学性能

为研究全固废复合胶凝材料在固化硫酸盐渍土中的应用,采用正交试验方法对全固废复合胶凝材料固化盐渍土的无侧限抗压强度进行试验,探讨各影响因素对全固废复合胶凝材料固化盐渍土力学性能的影响,并运用扫描电子显微镜scan-ning electron microscope、热重分析等微观分析方法,对不同矿渣占比的固化盐渍土微观形貌和水化产物进行分析.结果表明:全固废复合胶凝材料固化盐渍土的力学强度较天然盐渍土有显著提高;对养护28 d龄期的正交试验无侧限抗压强度结果进行极差、方差和二阶混合料规范多项式分析可知,固化盐渍土无侧限抗压强度与火山灰质材料掺量、矿渣占比呈正相关性,与电石渣掺量呈负相关性,无侧限抗压强度计算模型与实测值具有较好的一致性;由微观分析可知随着矿渣占比的增加,养护28 d龄期的固化盐渍土试件内水化产物逐渐增多,试件内大孔隙含量逐渐减少,进而使得固化盐渍土无侧限抗压强度随矿渣掺量的增加而增大.     

PIP法制备孔径可调的有序多孔C/SiC复合材料

通过对原生态木材进行可控炭化,得到了保留木材生物形态的多孔炭模板(BPC),用有机硅烷前驱体对此模板浸渍进而裂解(PIP),可制备出孔径有序且大小可调的多孔炭/碳化硅复合材料(BPC/SiC).采用XRD,SEM,氮表面吸附等方法研究了复合材料的微观结构、抗氧化和力学性能等.结果表明PIP裂解产物为微晶态SiC,与多孔炭模板内表面结合良好,使炭模板氧化起始温度及峰值温度均提高150℃;控制浸渍剂浓度和浸渍次数,可控制复合材料的孔径尺寸和形状;浸渍-热解5次循环时,复合材料径向抗压强度可达56.7 MPa,6次循环时,轴向抗压强度可达17.0 MPa.     

下期发表论文摘要预报

原位合成 Ti B/ Ti复合材料的微观结构及力学性能吕维洁 ,　张　荻 ,　张小农 ,　吴人洁(上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室 ,上海 2 0 0 0 30 )摘　要 :利用钛与硼之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔铸工艺原位合成制备了 Ti B增强的钛基复合材料 .通过 XRD、SEM、TEM和 HREM等分析方法测试了合成材料的物相及微观结构 .结果表明 :原位合成的增强体为Ti B,合金化元素铝的加入并不导致新相形成 ,增强体均匀地分布在基体合金上 .由于 Ti B的 B2 7结构导致 Ti B易于沿 [0 1 0 ]方向生长而长成短纤维状 .增强体与基体合金界…     

无机熔剂对SiC_p增强镁铝基复合材料的影响

以SiC颗粒为增强相,镁铝合金为基体,采用熔剂保护法制备了SiC颗粒增强镁铝基复合材料。利用扫描电镜和X射线衍射分析研究了SiC颗粒对材料微观形貌和成分的影响,并测定了材料密度和硬度随SiC颗粒含量的变化趋势。结果表明,加入SiC颗粒后的材料基体组织显著细化,界面化学反应有效地改善了SiC颗粒与基体的结合状态。同时SiC颗粒的加入有效提高了复合材料的密度和硬度,对基体具有良好的强化作用。     

SiCp颗粒增强耐热铝基复合材料孔隙率与力学性能

通过真空热压、热挤压工艺制备的SiCp/Al-Fe-V-Si复合材料,在室温和高温时的强度均高于基体材料在室温和高温时的强度SiCp体积分数分别为5%,10%和15%时,复合材料Al-Fe-V-Si在室温时的断裂强度分别比基体材料的断裂温度增加了48.2%,63.3%,24.4%;在400 ℃时其断裂强度分别比基体的断裂强度增加了49.6%, 53.3%,19.0%.复合材料随着SiCp含量的增加而使孔隙率增加,导致材料力学性能的增加幅度降低.此外,通过分析材料力学性能与材料孔隙率的关系,研究了SiCp/Al-Fe-V-Si复合材料的颗粒强化机制与材料孔隙率交互作用机理,得出了复合材料孔隙率θ,φ(SiCp)与材料断裂强度σ1b的关系,对颗粒增强耐热铝基复合材料的生产具有理论意义.     

改性滑石粉增强增韧聚丙烯研究

以柠檬酸为改性剂对滑石粉进行表面改性,将改性滑石粉与聚丙烯(PP)采用熔融共混方法制备出系列改性滑石粉/PP复合材料;通过红外吸收光谱、扫描电镜和冲击、拉伸性能实验等方法研究改性滑石粉对复合材料的内部微观形貌、力学性能以及流动性能的影响规律,结果表明:滑石粉经柠檬酸改性后能够明显改善与PP的相容性,促进滑石粉颗粒在PP基体中的均匀分散,从而实现复合材料的加工流动性能和冲击韧性、拉伸强度等力学性能的全面提高,同时增强增韧聚丙烯的作用。