水泥沥青胶凝材料的硬化机理研究

分析了一种特殊胶凝材料-水泥沥青胶凝材料的水化硬化机理.采用等温量热法、X射线衍射分析和环境扫描电镜对用阴离子沥青乳液和硅酸盐水泥配制的水泥沥青胶凝材料的水化进程、水化产物组成和微观形貌进行了观察.水泥沥青胶凝材料的水化过程仍然可以分为快速反应期,诱导期、加速期、减速期和衰退期.沥青与水泥之间没有化学反应,没有新的矿物相生成.水泥沥青胶凝材料的水化硬化过程起始于水泥的水化,当水泥的水化反应进入加速期,水化放热速率接近最大时,沥青开始破乳成膜.在水泥沥青胶凝材料硬化体中,水泥的水化产物形成骨架,沥青膜包覆其上,是连续相;两者形成互穿体系.乳化沥青中的乳化剂会延缓水泥的水化过程.     

疲劳荷载下氯离子在矿渣砂浆中的传输行为研究

为了研究疲劳载荷耦合作用下氯离子在矿渣砂浆中的传输行为,通过自行设计的实验方法实现了疲劳荷载和氯离子扩散过程的同步耦合.实验中对试件施加的应力水平S分别为0.3,0.4和0.5;矿渣的掺量分别为胶凝材料的0%,10%,30%和50%;在加载过程中,采用声发射技术对试件的疲劳损伤进行三维定位的同步监测,进一步对疲劳荷载下氯离子扩散规律从三维动态的角度进行佐证.结果表明,疲劳荷载确实加速了氯离子在水泥基材料中的传输,且随着载荷的提高,其扩散程度进一步加剧;而矿渣的掺入能有效改善水泥基材料抗氯离子的侵蚀性能,其最佳掺量为胶凝材料的30%,但随着矿渣含量的提高,其对氯离子扩散的抑制效果有所减弱;与交替实验对比表明,加载过程的动态效应对氯离子在矿渣砂浆中的传输有显著影响.     

水泥早期水化产物的TEM研究

通过透射电子显微术（TEM）研究了水泥早期水化产物Ca（OH）2、水化硅酸钙凝胶（CSH）、钙矾石（AFt）、单硫水化硫铝酸钙（AFm）微观形貌、结晶形态、元素构成.并结合SEM与XRD研究结果,讨论了TEM在研究水泥早期水化产物方面优势.研究结果表明,使用TEM研究水泥早期水化产物,其观察结果比SEM更加精确和可靠.水化初期生成CSH凝胶为具有大量皱褶非晶态箔状产物,其Ca/Si比为1.3±0.2;水化初期生成AFt和AFm,发现了两者微观貌差别,确认了两者均为由尺寸小于20nm纳米晶粒无序组成多晶层状结构.本文讨论了SEM和TEM方法分别所CSH凝胶Ca/Si比差异原因.     

养护温度对微膨胀复合胶凝材料性能的影响

研究了养护温度对微膨胀复合胶凝材料膨胀效能、强度、水化程度及微观构影响.果表明：标准养护条件下（20℃）,晶状钙矾石基本都生长在孔缝中,对膨胀贡献较小,凝胶颗粒状钙矾石对膨胀贡献更大;提高养护温度（40℃）能够促进膨胀剂水化,但发展更快强度限制了膨胀发展,凝胶或微晶状钙矾石对孔隙填充使中等养护温度硬化胶凝材料浆体最为密实;更高养护温度时（60℃）,硬化浆体内部生成了大量粗棒状钙矾石晶体,导致其在水化早期即产生过大膨胀,持续高温高湿环境使少量钙矾石发生分,致使后期限制膨胀率有所降低.适度膨胀对硬化浆体孔构是有益,能够使大孔明显减少,但过大膨胀会对孔构造成不利影响,大孔数量偏多.     

固结粉充填胶凝材料粉体细度对充填体强度的影响

针对利用掺量超过75%水淬渣开发的充填胶凝材料(固结粉),探讨胶凝材料粉体细度对充填体强度的影响规律.粉体的比表面积测量结果表明,比表受温度影响显著,因此,固结粉细度需要比表结合采用+45μm筛余百分比作为细度指标进行其质量评价;粉体粉磨实验表明,最佳粉磨时间为0.5 h,增加粉磨时间将大幅降低粉磨效率.针对不同粉体细度进行了固结粉充填体强度试验,建立了水灰比与其强度的指数函数关系,表明了粉体细度越细,材料强度越高,在此基础上提出了固结粉相对活性指数η的概念,且η与粉体细度δ呈对数线性关系;最后在传统采用浓度、胶砂比等工业充填参数的强度模型基础上,建立了考虑粉体细度影响的充填体强度预测改进模型,通过验证结果显示,模型预测误差率在10%以内,满足充填工业运行的范围.     

高速铁路用水泥乳化沥青浆体的物理结构

基于硬化硅酸盐水泥浆体的Powers理论和水泥乳化沥青浆体的配合比,通过理论计算和X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱仪(EDAX)等相分析方法,分析了硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构.结果表明,硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构取决于沥灰比和水灰比.提出了表征硬化水泥乳化沥青浆体物理结构的两种结构模型,以沥青为连续相、水泥相为分散相的有机-无机复合胶凝体结构模型—I型模型;以水泥相为基体、沥青嵌入其中的无机-有机复合胶凝体结构模型—II型模型.为深入分析高速铁路板式无砟轨道结构中水泥乳化沥青砂浆的微结构参数和力学性能及其衰变规律奠定了基础.     

由硅酸盐水泥的观测数据反向萃取水化早期动力学方程

早期水化反应对于硅酸盐水泥浆体微观结构的形成和强度的发展有着重要影响.然而由于水泥水化过程中发生了多相多尺寸并且相互关联的复杂的化学和物理变化,因此使得人工推导水化动力学方程的研究存在很高的难度.利用基因表达式编程与粒子群算法相结合的进化计算方法从观测到的硅酸盐水泥水化程度时间序列数据中自动地萃取出了水化早期的动力学方程,并通过GPU进行并行加速来减少运算时间.研究显示,根据该动力学方程得到的模拟曲线可以很好的吻合水化早期观测到的实验数据,而且即使化学组成、颗粒尺寸和养护条件发生改变,该方程仍然具有良好的泛化能力.     

中国传统蛋清灰浆的应用历史和科学性

蛋清灰浆是一种传统有机-无机复合灰浆,在中国古代应用广泛,主要用于三合土建筑、砖石砌筑、泥塑彩绘壁画等方面,与糯米灰浆、桐油灰浆、血料灰浆等共同构成了具有中国特色的古代建筑胶凝材料体系.研究这一人工复合材料的应用历史和科学性无疑可对中国古代建筑史和科技史起到丰富和补充作用.研究发现,将蛋清加入石灰、黏土等无机物浆体中时,会产生一系列物理化学作用,如加气作用、黏接作用、杀菌作用和防水作用等,其作用机理与蛋白质分子及水化产物的界面活性作用有关,也与生物矿化的模板调控作用有关.运用化学检测和酶联免疫检测分析方法,在149处古建筑及遗迹的灰浆样品中发现含有蛋白质成分的有32个以上,充分说明蛋白质类灰浆应用广泛和历史久远的事实,同时也为文物建筑维修保护方案设计提供了参考资料.     

注浆参数对破碎泥岩孔隙率的影响试验研究

为研究注浆参数对破碎泥岩注浆胶结后孔隙率的影响作用,以淮北矿区典型泥岩为例,通过改变注浆压力、水灰比及注浆量等注浆参数,在自制的注浆模具中模拟现场真实注浆状态对破碎泥岩进行注浆胶结试验,同时测定各注浆参数下破碎泥岩胶结体孔隙率的大小并分析其变化规律。试验研究表明:单一改变注浆压力下,注浆压力越大,试件孔隙率越低,破碎泥岩注浆胶结体强度越高;而同一注浆条件下,浆液水灰比越大,试件孔隙率越高,岩体抗压强度越低;且注浆量改变后,试件孔隙率未发生明显变化,平均变化范围不足0.2%。因此,注浆压力及水灰比对受注破碎泥质岩体的孔隙率具有控制作用,而注浆量的大小对其孔隙率则无影响。     

改性白云石制备CO_2吸收剂的活化条件优化

为了确定利用NaNO_3改性白云石制备CO_2吸收剂MgO-CaCO_3的制备工艺,本文利用热重分析仪研究了活化条件对钙镁复盐吸收剂活化程度及活化后所得吸收剂吸收性能的影响.研究结果表明活化温度越高、活化时间越长、活化气氛用空气代替N_2时,NaNO_3改性白云石制备的钙镁复盐在活化过程中的失重量越大.然而活化后所得吸收剂的CO_2吸收性能并不与样品在活化过程中的失重量成正比.结合钙镁复盐MgCO_3-CaCO_3的分解反应机制和熔融的NaNO_3通过离子液体通道促进离子扩散机制,分析了活化条件对吸收剂吸收性能的影响机理.样品活化过程过于剧烈会增大CaCO_3晶粒和MgO晶粒之间的间距,减弱CaCO_3对MgO基吸收剂CO_2吸收能力的促进作用,得到在高温条件下基本无CO_2吸收能力的独立的MgO吸收剂.     

基于自由溶液量的水泥-减水剂系统相容性研究

通过改变水灰比、减水剂掺量,测定不同时间水泥浆体中的自由溶液量、浆体流动度与流动度经时损失,并利用光学显微镜直接观测新拌水泥浆体中水的分布情况以及水泥颗粒的絮凝情况,研究自由溶液量的变化情况及其对浆体流动度和泌水的影响规律.研究结果表明,吸附水对水泥-减水剂系统的初始流动度、流动度经时损失和泌水等相容性表现有重要影响.增加水泥浆体中的吸附水,能够改善水泥-减水剂系统的相容性.掺加减水剂,在打破絮凝结构的同时增加吸附水,从而提高浆体的流动性.聚羧酸减水剂增加吸附水的能力要高于萘系减水剂.过掺减水剂不是导致泌水的主要原因,过大的水灰比和水泥颗粒表面吸附水的能力不足才是导致泌水的根本原因.     

静电场调制椭球形细胞膜电位和一侧离子浓度的研究

在对静电场与细胞相互作用建模和跨膜电位计算的基础上,基于能斯托公式和玻尔兹曼公式,给出静电场对椭球细胞离子跨膜迁移量影响的分析方法,并就静电场对不同类型椭球细胞离子跨膜迁移量变化的影响进行数值分析.研究发现:静电场在细胞表面不同位置引起的跨膜离子迁移量不同;随外场方向角α、椭球半轴比值ρ增加,静电场引起的细胞膜一侧离子浓度相对无外场作用,其比值的最大值逐渐减少,最大值对应位置θ_(max)逐渐增加;在外场强度、细胞表面积或体积一定条件下,ρ值越大,则对应的θ_(max)值越大;对于含乘性白噪声的静电场,场强度越大、信噪比越小,则离子浓度相对变化量越大.电场影响椭球细胞离子的跨膜迁移量引起细胞介质极化.     

基于AUSMV算法的井筒气液两相流瞬态流动规律模拟研究

在深层油气藏钻进中,由于井筒与地层连通且安全密度窗口较窄,极易发生物质交换,导致溢流、漏失以及溢漏同存频发,进而引起井筒内的复杂多相流动。为了实现精确控压、确保井控安全,需要掌握各种工况条件下井筒多相流动规律。针对井筒内的复杂多相流动,基于漂移模型建立井筒气液两相流瞬态流动模型,并利用高计算精度的AUSMV格式进行求解。借助MATLAB软件,编程模拟气侵下井筒内的气液两相流动规律,分析气侵量、滑脱速度等参数对井底压力、井口套压、气体速度以及气体体积分数的影响。结果表明:气侵量越大,井底压力、井口套压越大,气体体积分数达到100%的速度越快,气体逆流现象越明显;滑脱速度越大,井底压力和井口套压达到稳定状态的时间越短,气体的运动速度越大,气体体积分数几乎不受滑脱速度的影响;流动参数对井口套压、井底压力和气体体积分数影响较小。该研究可以对精确计算关井后的相关压井参数起到一定的理论指导意义。     

双势阱铁电体的场致应变效应

基于德文希尔-朗道的唯象理论,用统计方法研究了四方相双势阱铁电体在电场作用下偶极子的极化和90°翻转产生的电滞回线和电致伸缩效应,用数值模拟的方法探讨了材料参量、偶极子耦合系数和温度对电滞回线和电致伸缩的影响规律,得到了有意义的结论:材料参量α_0/β越大,电滞回线的高度越高及蝶形回线电致伸缩的底部越宽;偶极子间的交换耦合系数越大,应变的蝶形回线越宽;温度越接近居里点,应变的两条回线在交点处分离得越开,证明了经验规律:电致伸缩系数与居里-外斯常数C的乘积为常数;上述规律能够合理地解释电致伸缩的相关实验结果.     

基于石墨烯/PEDOT:PSS复合材料制备的可穿戴柔性传感器

随着智能设备的普及,可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景.电阻式柔性应变传感器因具备较高的灵敏度与良好的生物兼容性等优点使其成为受关注的电学传感器.本文基于溶液共混法,制备一种新型的石墨烯(GR)/PEDOT:PSS多组分混合墨水材料,用直写喷墨打印技术制备了"电阻式"柔性应变传感器.该传感器以聚酰亚胺(PI)柔性薄膜为基底材料,以GR/PEDOT:PSS多组分混合墨水为导电材料,通过直写喷墨打印技术在柔性基底上打印导电图形.实验利用SEM、电学测试平台等表征手段分析了不同的GR掺加量对复合墨水材料性能与打印工艺的影响.实验结果表明:采用乙醇超声分散的GR材料可有效分布在PEDOT:PSS中,进而改善其在导电聚合物中的分散性;提高打印速率可明显降低线宽;随着GR掺加量的增大,柔性传感器阻值逐渐降低,器件的灵敏度下降;由此推断出相对疏松、分散性较好的墨水材料更有利于灵敏度的提高;提高柔性传感器的深宽比,可显著提高传感器的灵敏度.当弯折角度为80°时,电阻变化率(R/R0)最高为3.414,有望应用于柔性可穿戴设备新兴领域.     

CRTSⅡ型水泥乳化沥青砂浆静态力学性能发展的微观分析

测试了沪昆高铁江西段现场成型CRTS II型CA砂浆长期力学性能的发展变化,并通过沥青抽滤,水泥热重分析,压汞法和核磁共振等试验方法分析了沥青组分、砂浆内部微观孔隙结构变化,水泥水化程度对砂浆长期力学性能的影响.结果发现:砂浆28 d抗压强度与弹性模量均达到了规范要求,随着龄期延长,砂浆力学性能持续升高,但42 d以后砂浆力学性能增长放缓,水泥的持续水化使得砂浆内部孔隙不断细化,强度上升;养护7 d后,砂浆内沥青含量已经固定,成膜固化过程完成.     

活性粉末混凝土钢纤维增强增韧的细观机理

活性粉末混凝土(RPC)是一种新型超高强度水泥基复合材料, 掺入钢纤维可改善RPC韧性, 弥补脆性大的不足. 通过8字型RPC200试件的轴向拉伸试验, 应用带扫描电镜的实时加载和CCD技术详细地观测了钢纤维黏结－滑移拔出过程、RPC基体细观结构变化和物理力学特征, 分析了基体钢纤维掺量对单根钢纤维拔出时表面黏结物的形态、初裂荷载、极限荷载、界面黏结强度以及拔出功的影响, 给出了各物理量随基体纤维含量变化关系的统一表达形式. 分析了界面黏结力的构成以及钢纤维对RPC的增强增韧作用. 指出基体纤维对单根纤维黏结性能的影响存在最优掺量ρ_v,opt=1.5%.     

高应变率下RPC动态力学性能的试验研究

利用5种钢纤维掺量活性粉末混凝土(RPC)圆柱形试件的SHPB冲击压缩实验研究了10×100~1.1×102s?1应变率范围内RPC的动态力学性能,分析了不同应变率和钢纤维掺量下RPC的应力波动特征、破坏模式、强度及耗能能力的变化规律以及应变率和钢纤维掺量的影响.提出了不同应变率和钢纤维掺量条件下RPC动态应力-应变响应的基本模式与本构模型.研究表明:应力波作用下素RPC的应力响应高于应变响应,脆性特征显著.掺入适量钢纤维后,RPC碎裂时的应变率和变形能力较素RPC有明显提高.相同钢纤维掺量下,应变率增加时,RPC的峰值抗压强度、峰值应变和残余应变均有不同程度的提高,其中残余应变提高的幅度最大.相同应变率条件下,提高钢纤维掺量对于改善RPC碎裂后的残余变形能力作用不大.钢纤维对RPC峰值抗压强度和峰值变形能力的影响不同,相同应变率下,钢纤维率不超过1.75%时,峰值抗压强度随纤维率增加而增加;纤维率超过1.75%后,峰值抗压强度开始逐步下降;峰值应变随钢纤维掺量增加而持续增大.相同应变率下,从冲击开始至残余变形阶段RPC的总耗能Edisp随钢纤维掺量增加而逐步提高,但纤维率超过2%后总耗能Edisp则开始逐步下降.不同变形阶段钢纤维对RPC耗能所起的作用不同.钢纤维率不超过2%时,钢纤维对提高峰值变形前耗能的作用大于对提高峰值变形后耗能的作用.应变率对总耗能和各阶段耗能均有显著影响,应变率越高,各阶段的耗能越大,动态冲击时的韧性越好.给出了RPC峰值抗压强度、峰值变形、残余变形,以及各阶段耗能随应变率和钢纤维率变化的经验模型.采用标准化的应力和应变作为广义应力与广义应变,以应变率和钢纤维率为界,将RPC的动态应力-应变响应模式简化为4类基本模型,并给出了每类模型的数学表达式.     

三维有序大孔材料的合成及应用

胶晶模板法是制备三维有序大孔(3DOM)材料较理想的方法,制备过程一般包括组装胶晶模板、往模板间隙内填充前驱物和去掉模板及前驱物转化等3个步骤。每一步都对产物的三维有序大孔结构有很大的影响。这种材料兼具固体材料本身和有序结构两种特性,在用作光子晶体、载体、电极材料、气敏元件和分离材料等方面具有潜在应用性。本文着重介绍了大孔材料的合成及应用。     

高电场下弛豫铁电体的场致效应

弛豫铁电体在热释电、介电、电场调制微波器件和电致伸缩器件方面有着广泛的应用.这些应用均涉及电场的作用.因电场会导致极化强度增大,并连续地延伸到顺电相,从而产生了电场诱导效应.用弯曲近似法对极化强度在电场作用下随温度的连续变化做近似,得到了介电系数峰值在高场下随电场2/3次方的变化规律.与介电峰在电场作用下移动的实验结果基本一致.理论数值模拟发现:存在一个与热力学参量相关的极化温度系数,其值越大,场致介电移峰效应越小,且热释电系数越大;反之,如果场致介电移峰效应越大,电场调制微波器件的介电可调性及可调性的温度稳定性会越好.上述研究结果对掺杂改性研究微波器件的介电可调性和热释电性有一定的参考作用.