基于低场核磁共振技术高温水泥砂浆局部热损伤的研究

为研究高温水泥砂浆在局部水冷作用后的损伤演化特征以及裂纹扩展情况,在水泥砂浆试件中部钻孔,将试件加热到200 ℃及400 ℃后向孔洞注水进行局部冷却。采用低场核磁共振技术(NMR)研究水泥砂浆试件在高温及局部水冷作用下的损伤行为。结果表明:随着热处理温度的升高,当试件局部水冷后,小孔的孔径及含量不断增大,而大孔径变化不是特别明显,试件的损伤度也相应增大;同时,经高温及局部水冷处理后,试件核磁共振成像灰度值的概率密度分布中的峰随温度的增大向右移动,且温度越高,概率密度分布函数对应的灰度值增幅越大,与T₂谱的变化一致。最后,求解了水泥砂浆试件高温及局部水冷后的温度和温度应力的分布,并基于最大拉应力准则求解了200 ℃和400 ℃后局部冷却水泥砂浆试件的裂纹萌发及扩展范围。当温度为200 ℃时局部水冷所产的温度应力不足以引起试件裂纹的萌生。     

基于核磁共振技术对水泥砂浆高温后孔隙结构及水分迁移特征的研究

为研究高温后水泥砂浆内部水分迁移特征，将水泥砂浆试件300、400、500℃高温处理后表面镀蜡(留有一个上表面),随后将试件未镀蜡一端置于液面下2 cm进行自渗吸试验。采用核磁共振(NMR)技术T₂谱及核磁共振成像研究高温作用后水泥砂浆试件水分迁移情况及特征。结果表明，随着处理温度升高，试件胶凝孔和气孔或裂隙占比增大，而毛细孔占比逐渐降低，试件吸水质量减小，吸水质量前24 h内快速增加，随后减缓并趋于稳定。同时，高温作用影响毛细管吸水率，当处理温度小于等于400℃时，高温可增大毛细管吸水率；当处理温度大于400℃时，高温反而削弱毛细管吸水率。通过引入毛细吸收系数S来表征毛细管吸水率，S在6 h前大于10,而在6 h后减小超过2个数量级。另外，水分迁移存在优先孔径，在毛细孔中迁移的优先孔径为10～480 nm,在气孔或者裂隙中迁移的优先孔径为1 680～16 800 nm,且随浸水时间增加，水分更倾向由大孔传输到较小孔隙中。最后，通过核磁共振成像可实时观测到水分迁移位置由外到内，迁移速度与试件处理温度呈正相关。     

高温循环作用下水泥砂浆的力学性能研究

为了研究高温循环作用下水泥基材料的力学特性,对经高温循环作用后的水泥砂浆试件进行了单轴压缩变形试验.研究结果表明:当循环次数为5次以内时,水泥砂浆的抗压强度随着高温循环次数的增加呈波动变化,无明显增大或减小趋势,但随温度和水灰比的增大而减小;在400℃以内,温度对水泥砂浆的峰值应变影响较小,但峰值应变随着高温循环次数的增加而增大;水泥砂浆的弹性模量随着高温循环次数的增加呈先增大后减小的变化规律.     

模拟酸雨环境下粉煤灰对水泥砂浆抗蚀性能影响的试验研究

在模拟酸雨环境下，通过干湿循环对水泥砂浆试件进行侵蚀。从外观、强度、中性化深度及表层Ca（OH）2占胶凝材料的质量含量等方面研究模拟酸雨环境下掺粉煤灰水泥砂浆试件性能的劣化规律．探讨酸雨侵蚀的破坏机理。试验研究表明：模拟酸雨环境下，经42次干湿循环加速腐蚀的粉煤灰水泥砂浆试件性能的劣化是从试件表层开始并发生由外至内的逐层溶蚀破坏；粉煤灰水泥砂浆试件的抗折、抗压强度低于纯水泥砂浆试件；在本次试验条件下，粉煤灰水泥砂浆试件的侵蚀破坏主要是由于浆体内的Ca（OH）2的溶蚀和胶凝物质的分解所造成的。     

养护温度对凝灰岩基胶凝材料力学性能的影响机理

凝灰岩是经过火山喷出散落在地面,经过压结和水化胶结固化而形成的一种火山灰碎屑岩,具有一定的火山灰活性。本文研究养护温度对凝灰岩基胶凝材料力学性能的影响,并借助FTIR、TG、SEM和MIP等对凝灰岩基胶凝材料水化产物的微观结构进行分析。结果表明,提高养护温度对凝灰岩基胶凝材料的力学性能具有一定的增强作用,提高养护温度不仅能提高早期强度,还可以提高后期强度,凝灰岩基胶凝材料的最佳养护温度为50 ℃。提高养护温度后凝灰岩基胶凝材料中没有生成新的水化产物,AFt和C-S-H等水化产物含量增加,Ca(OH)₂的含量减少。提高养护温度有利于增加凝胶孔和过渡孔占比,细化孔径结构,降低孔隙率,提高基体结构的致密度。     

不同粒径砂粒水泥胶结体物理力学性质研究

为研究颗粒大小对砂粒胶结体物理力学性质的影响,采用宏细观相结合的试验手段,利用激光共焦显微镜对不同粒径砂粒松散体进行了细观观测,结合数字散斑相关方法(DSCM)与破碎体统计方法对不同粒径砂粒水泥胶结体单轴压缩下的力学性质及破坏形态进行了分析,基于微观试验结果提出了多边形胶结颗粒接触模型.结果表明:当砂粒粒径≥30目时砂粒之间面接触与点接触共存,当砂粒粒径≤40目时砂粒之间以点接触为主;不同粒径砂粒水泥胶结体的峰值载荷及弹性模量均随粒径的减小而减小;砂粒粒径较大的胶结体碎块以板状与柱状为主,砂粒粒径较小的胶结体碎块以柱状和块状为主;提出的多边形胶结颗粒接触模型较好地解释试件力学参数随砂粒粒径的变化规律,为离散元数值模拟提供参考.     

氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板高温后拉伸性能试验研究

针对碳纤维片材加固混凝土结构所用有机胶软化点过低的问题,研制了具有一定耐高温性能,可用于碳纤维粘结的氯氧镁胶凝材料。本文完成了60块不同层数(2、4、6、8层)的氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板在20～400℃高温后的拉伸性能试验。通过对试验结果的分析,研究了碳纤维板的层数及所经历温度对高温后氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板的残余抗拉强度及弹性模量等的影响。试验结果表明,常温下,采用MOC粘结碳纤维板抗拉强度与采用有机胶浸渍碳纤维板相当;经300℃高温处理后的氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板抗拉强度仍可以保持其常温下抗拉强度的70%左右,但是400℃后,碳纤维板抗拉强度迅速下降,仅为常温下抗拉强度的35%左右;随着温度的升高,高温处理后的碳纤维板弹性模量逐渐降低。     

浅析基于损伤力学的焊接结构性能分析

由于焊接是一个局部快速加热到高温,并随后快速冷却的过程。焊接过程中产生的焊接应力和变形会影响焊接结构的刚度和稳定性,焊接过程中的局部高温会改变母材的材料组织,影响其疲劳强度、抗脆断和耐腐蚀能力。从损伤力学理论出发,在考虑焊接损伤的作用下,总结分析焊接残余应力对焊接结构性能的影响。     

利用粉煤灰高温重构及稳定钢渣品质的研究

钢渣中掺加粉煤灰高温重构,用正交试验法设计实验方案,考察了掺加量、试验温度及冷却方式对胶凝材料强度的影响.结果表明,掺加粉煤灰可以稳定钢渣品质;f-CaO吸收完全;没有方镁石析出;钢渣的28 d活性指数达84%.试验最佳参数为:粉煤灰掺量15%;温度1300 ℃;热闷处理.     

温度对水泥-矿渣复合胶凝材料水化的影响（英文）

研究了温度对水泥-矿渣复合胶凝材料硬化浆体微观结构及净浆和砂浆后期强度的影响。利用背散射图像分析法测定了硬化浆体中水泥和矿渣各自的反应程度。探讨了水泥-矿渣复合胶凝材料水化程度、微观结构和力学性能之间的关系。结果表明:温度对纯水泥的水化程度影响很小,但高温(60℃)降低了纯水泥净浆的后期抗压强度。高温阻碍了复合胶凝材料浆体中水泥的后期水化,但促进了矿渣的水化,提高了矿渣的后期反应程度。高温下矿渣持续反应使硬化浆体的孔结构细化,使复合胶凝材料净浆的后期抗压强度与常温养护时相近。高温对水泥-矿渣复合胶凝材料砂浆后期抗压强度的不利影响大于净浆后期抗压强度。高温养护并不导致水泥-矿渣复合胶凝材料的后期水化程度降低。复合胶凝材料的水化程度与强度不呈线性相关。     

冻融循环作用下饱水砂浆孔结构的演变规律

为揭示水泥基材料低温冻融孔结构损伤的演变规律,以饱水白水泥砂浆为研究对象,利用低场磁共振技术测试了砂浆试件在连续冻融循环作用下的孔结构。设计了20℃常规养护和80℃高温养护制度以改变砂浆的初始孔隙结构,随后对这两种相同配比、不同孔结构的砂浆进行快速和慢速冻融循环试验。结果表明:80℃高温养护会显著降低砂浆抗冻性,增大凝胶孔并提高粗毛细孔体积分数,但不会显著改变介观毛细孔的分布强度;与高温养护作用相反,冻融循环作用不会改变凝胶孔和粗毛细孔的分布强度,但能显著提高微裂纹的分布强度;80℃高温养护砂浆在冻融作用下的微裂纹体积增长速率显著高于20℃常规养护砂浆;冻融速率不会显著影响砂浆的孔径分布变化规律;砂浆内部微裂纹体积增大和质量损失增加呈双线性关系。砂浆内部冻融破坏和外部剥落均主要源自于微裂纹的产生和发展,与凝胶孔和粗毛细孔无明显相关性。     

海水海砂砂浆力学与毛细吸水性能及微观结构研究

对不同龄期、水灰比的海水海砂砂浆(SSM)试块开展了抗压、抗折强度测试,通过称重法研究了水灰比、龄期及水温对SSM毛细吸水性能的影响,并基于低场核磁共振技术研究了SSM力学、毛细吸水性能与微观结构的关系,最后将基于多孔介质毛细管吸水模型计算的代表性毛细管直径与基于低场核磁横向弛豫时间估算的砂浆孔隙直径进行了对比分析与讨论。结果表明,SSM前3天强度发展较快,水灰比为0.4的SSM试块养护3 d时的抗压、抗折强度分别为养护28 d时的56.2%、70.3%。当水温从20 ℃升至40 ℃时,水灰比为0.4、养护28 d的SSM试件毛细吸水系数增大1.2倍。长期一维吸水过程中,试件单位面积累计毛细吸水量与吸水时间的0.25次幂呈线性关系。随龄期增长,SSM试件孔隙率呈减小趋势。基于毛细管吸水模型得出的代表性毛细管直径与基于低场核磁横向弛豫时间估算的砂浆孔隙直径较为接近。     

热处理对聚合物改性纤维增韧水泥基复合材料物理力学性能的影响

采用环氧乳液、乳胶粉制备了聚合物改性纤维增韧水泥基复合材料,研究了200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃热处理对材料物理力学性能的影响。结果表明:掺加聚合物可以改善试样的高温体积稳定性,使得试样在800 ℃高温下热处理时不发生爆裂;室温冷却条件下,聚合物使得材料峰值残余强度对应的温度由400℃降低至200 ℃,而在水冷却条件下,试样的残余强度随着热处理温度的升高持续降低,800 ℃热处理后聚合物改性试样在水冷却时溃散;聚合物分解在试样内部形成的交联孔道,改善了试样热处理后的孔结构,延缓了高温热处理对试样力学性能的劣化速率。     

Residual compressive strength of fire‐damaged mortar after post‐fire‐air‐curing

The effects of cooling regimes and post‐fire‐air‐curing on compressive strength of mortar were investigated. Mortars were made with CEN reference sand, CEM I 42.5 R cement and natural spring water. The sand–cement and water–cement materials' ratios were chosen as 3.0 and 0.50 for all mixtures, respectively. At 28 days, the specimens were heated to maximum temperatures of 400, 600, 800 and 1000°C. Specimens were then allowed to cool in the air, furnace and water. After cooling, the specimens were air‐recured. Compressive strength test was carried out before air‐recuring and after 7 days of air‐recuring. The highest reduction in compressive strength was observed at 1000°C regardless of cooling regime. Gradual cooling regime in air and furnace without post curing showed almost no difference in terms of compressive strength reduction for four elevated temperatures. Shock cooling in water caused significant reduction in compressive strength compared with both gradual cooling regimes without post curing. After air and furnace cooling regimes, 7 days air‐recured specimens showed further reduction in compressive strength for four elevated temperatures. Specimens cooled in water and subjected to 7 days air‐recuring showed significant strength gain approximately 39, 100 and 130% for 400, 600 and 800°C elevated temperature, respectively. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于不同测试方法的密封养护水泥砂浆孔隙率和饱水度变化规律

孔隙率和饱水度是影响混凝土耐久性的两个重要因素。为研究密封绝湿养护混凝土孔隙率和饱水度的变化规律,制备了不同龄期、不同水胶比的水泥砂浆试件,采用传统称重法、压汞法和核磁共振法测试孔隙率和饱水度。试验表明:3种方法测试结果的变化规律一致,但测值存在一定差异;对于孔隙率,称重法检测值最大,核磁共振法次之,压汞法检测值最小;对于饱水度,核磁共振法检测值大于称重法。在密封养护状态下,水泥砂浆孔隙率以14 d龄期为界随龄期增加表现为先增大后减小,且水胶比为0.41的试件孔隙率最大,最大孔隙率为39%;饱水度以14 d龄期为界随龄期增加表现为先减小后增大,且随水胶比增大而增大,最小饱水度为32%。压汞法检测结果具有一定随机性,传统称重法和核磁共振法检测结果更接近试件真实孔隙率。     

Effects of carboxylated styrene-butadiene latex nanoparticles on channeling leakage and pore structure of oil well cement

The exploitation efficiency of oil and gas resources depends on the cementing quality. In cementing engineering, interlayer migration occurs in the underground gas layer with cement hole as the main channel, which seriously threatens the sealing integrity of cement casing and leads to the failure of cementing operation. To improve the gas migration control ability of oil well cement (OWC), two carboxylated styrene-butadiene latex nanomaterials styrene butadiene latex containing itaconic acid and sodium p-styrene sulfonate (SBSI) and styrene-butadiene latex containing methacrylic acid and sodium p-styrene sulfonate (SBSM) were synthesized. The effects of SBSI and SBSM with different carboxyl structures on the gas migration control ability and pore structure of cement were investigated. The results show that the latex is densely packed on the cement matrix through the dissociation and adsorption behavior of carboxyl groups, and the smaller particle size and lower adsorption are more conducive to the formation of the film. The introduction of latex effectively shortened the transition time of cement gel state and significantly reduced the permeability of interlayer material migration. Compared with OWC, the transition time of cement containing SBSI and SBSM latex (SBSI/OWC and SBSM/OWC) decreased from 28 to 18 and 17 min, respectively, and the filter loss decreased from 60 to 40 and 36 mL, respectively. The isolation effect of the latex film on the interlayer gas and the provision of mechanical support have greatly improved the gas migration control ability of the cement and ensured the cementing quality. In addition, the refinement of cement pore structure caused by latex brings better rheological and mechanical properties to cement. This study clarified the change of latex in the gel transition stage of OWC from liquid to solid and revealed the mechanism of latex on the internal structure change of cement. It broadens the application range of latex nanomaterials in the field of OWC and provides a new possibility for the use of OWC in high temperature and high salt environment.     

轻骨料对砂浆力学与毛细吸水性能的影响

采用等体积取代法制备了5种不同体积取代率的轻骨料水泥砂浆,借助抗压、抗折试验和称重法,研究了内掺轻骨料对水泥砂浆力学和毛细吸水性能的影响规律,并基于低场核磁共振技术和扫描电镜技术分析了内掺轻骨料砂浆微观结构特征。结果表明:内掺力学强度较低的轻骨料可对水泥砂浆整体力学性能产生影响,随着轻骨料取代率的增加,砂浆抗压、抗折强度相应降低;毛细吸水率随轻骨料取代率、养护龄期的增加而降低。核磁共振试验数据表明:小孔孔隙体积占比随着轻骨料取代率的增多而降低,中孔和大孔孔隙体积占比则与取代率呈正相关;随着龄期的增长,小孔信号弛豫幅值降低。利用扫描电镜对轻骨料砂浆界面过渡区观察,发现轻骨料砂浆界面区结构较致密。同时,由于水化产物堵塞轻骨料表面微孔,形成不透水边界和内部封闭孔,在毛细吸水过程中内掺轻骨料砂浆表现出高孔隙度低渗透性的特征。     

油页岩半焦作为水泥混合材的可行性研究

选取4种热解温度(300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃)半焦,通过扫描电镜(SEM)对油页岩半焦的微观结构进行分析,然后采用油页岩半焦等质量(0%、5%、10%、15%、20%、25%)替代水泥,测试标准稠度需水量、胶砂流动度和不同龄期的水泥胶砂的抗折、抗压强度。结果表明:油页岩半焦呈层片状、且表面多孔,随着热解温度的升高,微孔和小孔数量逐渐减少,中、大孔数量增加;掺入油页岩半焦会增加水泥标准稠度需水量,降低胶砂流动度,半焦替换量和水泥标准稠度需水量之间存在较强的线性关系;随着油页岩半焦热解温度的升高,水泥胶砂抗折和抗压强度先增大后减小,在500 ℃时力学性能达到最佳;随着油页岩半焦替换量的增加,水泥胶砂抗折和抗压强度都逐渐降低,当油页岩半焦替换量为15%时,500 ℃热解半焦水泥胶砂56 d力学性能与P·Ⅰ 42.5基准水泥胶砂接近。     

Damage evolution analysis in mortar, during compressive loading using acoustic emission and X-ray tomography: Effects of the sand/cement ratio

This paper explores the use of acoustic emission (AE) and X-ray tomography to identify the mechanisms of damage and the fracture process during compressive loading on concrete specimens. Three-dimensional (3D) X-ray tomography image analysis was used to observe defects of virgin mortar specimen under different compressive loads. Cumulative AE events were used to evaluate damage process in real time according to the sand/cement ratio. This work shows that AE and X-ray tomography are complementary nondestructive methods to measure, characterise and locate damage sites in mortar. The effect of the sand proportion on damage and fracture behaviour is studied, in relation with the microstructure of the material.