风沙环境下钢结构涂层侵蚀机理及评价方法

通过对钢结构涂层在模拟风沙环境中的冲蚀试验,研究了涂层受风沙冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.结果表明:涂层冲蚀磨损质量损失随冲蚀速度的增大而增加;低角度冲蚀主要为微切削作用,材料硬度起决定因素,高角度冲蚀主要为冲蚀挤压变形作用,材料柔韧性起决定作用,由于涂层硬度相对较低而柔韧性相对较高,故在低冲角下其受冲蚀程度严重.提出了涂层冲蚀程度的评价计算公式,其计算结果与试验结果相吻合.为揭示风沙侵蚀机理及准确评价钢结构耐久性提供了依据.     

区域特殊环境对钢结构涂层基本力学性能影响

采用模拟自然环境下工程材料耐久性损伤试验系统和人工加速紫外老化试验箱,对钢结构涂层进行高低温循环试验和紫外老化试验,分析内蒙古中西部地区区域特殊环境对钢结构涂层基本力学性能的影响.结果 表明:高低温循环作用使钢结构涂层的氢键化程度增加,分子间作用力增大,经历50个高低温循环后钢结构涂层的硬度提高了24.74％,涂层/基材附着力先增大后减小,最终减小了18.3％;紫外老化作用使钢结构涂层中C-N和C-O键断裂,紫外老化3 a后钢结构涂层的硬度降低了44.37％,涂层/基材附着力减小了22.7％.     

风沙对钢结构涂层的冲蚀磨损性能研究

采用气流挟沙喷射法,在不同的冲蚀速度、角度、浓度和时间等风沙冲蚀参数下,对钢结构涂层进行了风沙冲蚀的模拟试验,对试验材料质量损失、抗冲蚀磨损性能和微观失效表面进行了分析.结果表明:钢结构涂层的耐磨性较差;冲蚀率随冲蚀速度呈指数增长,在冲蚀角度为45°时存在低速和高速2个冲蚀阶段;涂层的质量损失在冲角为45°时最大,90°时最小,表现出从脆性材料向塑性材料过渡的特征;低冲角时,材料破坏方式以微切削作用为主,决定材料耐冲蚀性能的主要因素是其硬度;在高冲角时,材料破坏方式以挤压凿削作用为主,决定材料耐冲击性能的主要因素是其柔韧性;涂层质量损失随下沙率的增大在300g/min时出现峰值;涂层累积质量损失随时间大致呈线性增长,冲蚀过程存在明显的潜伏期、加速期和稳定期.     

钢结构涂层受风沙冲蚀程度评价和相似性分析

针对内蒙古中西部地区钢结构体系表面涂层长期遭受风沙冲蚀这一现状,采用气流挟沙喷射法,对钢结构涂层受风沙冲蚀磨损的程度进行了研究及分析;提出了评价涂层冲蚀磨损程度的计算方法,并应用相似性理论将试验结果与实际工况进行了对比分析.结果表明:涂层的冲蚀磨损质量损失随冲蚀速度的增加而增加;最大冲蚀磨损质量损失出现在冲蚀角度为45°时,最小冲蚀磨损质量损失出现在冲蚀角度为90°时;所提出的涂层冲蚀磨损程度评价公式计算结果与试验结果基本吻合;试验条件为下沙率360g/min,冲蚀速度30m/s,冲蚀时间12min的涂层冲蚀磨损结果,相当于强沙尘暴密集区的钢结构涂层受到5.05~83.0个月的冲蚀磨损.     

温度老化对钢结构涂层耐风沙冲蚀性能的影响

利用模拟风沙环境侵蚀试验系统和模拟自然环境老化试验箱,对钢结构聚氨酯涂层进行高低温循环老化试验,并对老化程度不同的涂层进行风沙冲蚀试验.另外,通过扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和X射线衍射(XRD),分析了钢结构未老化涂层与老化程度不同的涂层在主要元素和晶体物相上的差异.结果表明:涂层在经历高低温循环老化后,出现了明显裂纹、起皮、皲裂,并出现白色结晶;与钢结构未老化涂层最大冲蚀率对应的冲蚀角度约为38°,而老化后的涂层与之对应的冲蚀角度为38°~45°;与未老化涂层相比,老化后的涂层耐风沙冲蚀能力降低,其SEM照片的清晰度明显降低;老化后的涂层元素发生明显变化;涂层的主要晶体物相为CaMg(CO3)2、 CaCO3、BaSO4和TiO2,在老化过程中并未产生新的物相.     

纯聚脲在引水渠抗裂防渗方面的研究与应用

对Qtech-407纯聚脲新型抗裂防渗材料在模拟水渠环境中进行浸泡和抗渗试验,测试其力学性能、与基材的附着力和抗渗性能变化.浸泡试验结果:浸泡360d后,涂层拉伸强度下降了6.26％,断裂伸长率基本不变,硬度下降了14.47％,涂层与基材的附着力仍可达4.5 MPa,总体上涂层的力学性能及与基材的附着力变化较小;抗渗试验结果:约2.0 mm厚的涂层在0.7 MPa水压作用下无渗水现象,且随着涂层厚度增大,其抗渗性越强.目前Qtech-407纯聚脲涂层已成功应用于青岛书院水库饮用水水渠抗裂防渗工程,详细介绍了其技术优势及施工要点.     

功能化氧化石墨烯/聚氨酯涂层抗风沙冲蚀性能

使用硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行功能化改性,并采用傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和X射线衍射(XRD)来表征氧化石墨烯改性前后结构变化;对功能化氧化石墨烯/聚氨酯涂层与普通聚氨酯涂层进行力学性能测试以及模拟风沙冲蚀试验.结果 表明:硅烷偶联剂成功对氧化石墨烯进行了共价键改性,且改性后的功能化氧化石墨烯在聚氨酯中具有良好的分散性与相容性;涂层的硬度随着功能化氧化石墨烯含量的增大而先增加后降低;当功能化氧化石墨烯含量为0.5％时,涂层的冲蚀率明显降低,抗风沙冲蚀性能显著增强,模拟特强沙尘暴冲蚀后涂层的使用寿命要比普通聚氨酯涂层延长至少0.8a.     

气固两相流条件下混凝土受冲蚀磨损性能及碳化深度研究

通过混凝土在风沙环境下的冲蚀磨损试验研究,分析和探讨了混凝土在气固两相流条件下的冲蚀磨损性能及其对碳化深度的影响。试验结果表明:风沙流冲蚀速度是影响混凝土材料冲蚀磨损的主要因素,混凝土材料的冲蚀率随着风沙流冲蚀速度的增加而增大。混凝土在受风沙冲蚀磨损过程中没有明显的孕育期,但随着冲蚀时间的延长有上升期和稳定期。风沙环境下的混凝土碳化深度大于无风沙作用下的混凝土碳化深度;混凝土背风面碳化深度小于迎风面;随着混凝土强度的提高,其密实度增加,渗透性减小,风沙引起气体在混凝土内部的渗透作用减弱,碳化深度减小。     

水泥表面硬化剂的制备

以正硅酸乙酯(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、硅溶胶为主要原料制备了水泥表面硬化剂,研究TEOS/MTMS比例、硅溶胶用量、硅溶胶粒径等因素对涂层硬度、附着力的影响,研究了反应程度、体系的pH值等对储存稳定性的影响.结果表明,TEOS/MTMS比例对涂层硬度有显著影响,涂层硬度随着TEOS用量的增加而增大,但TEOS/MTMS比例过大会造成涂层脆性增大；随着MTMS用量增加,涂层的附着力增大,但涂层硬度会显著降低；加入适量的硅溶胶可提高涂层的硬度,但硅溶胶的用量不能过大,且硅溶胶的粒径越小,涂层硬度越高.     

钢结构防火涂料着装状态与温湿循环的关系

进行了钢结构防火涂料室内模拟加速老化试验,探讨了环境温湿度变化对防火涂料的物理着装状态及其耐久性的影响;选择防火涂层厚度和温湿循环次数为变量,试验测定循环前后防火涂层外观、色差、微结构及粘结强度的变化。试验结果表明:随着温湿循环次数的增加,防火涂层发生质量损失、厚度减少、龟裂、颜色变暗泛黄及孔隙扩大现象;防火涂料的初始涂层厚度越大,这种变化趋势越明显;在测试的40次温湿循环范围内,防火涂层与钢板基材之间的附着力有提高的趋势,但随着循环次数的继续增加,附着力开始降低;温湿循环相同时,薄层涂料的附着力大于厚层涂料;与厚层防火涂层相比,薄层涂料物理着装状态受温湿循环次数影响较小,抵抗老化变形的能力较强,耐候性更高。     

压力型锚杆锚固段长度确定方法研究

通过对压力型锚杆锚固段的受力分析,推导出了压力型锚杆锚固段的轴力分布和剪应力分布,以及锚固段长度的计算公式。并在此基础上进一步分析了压力型锚杆锚固段长度与岩土体弹性模量、泊松比、粘聚力以及内摩擦角等参数的关系。结果表明：锚固段长度随岩土体弹性模量、粘聚力和内摩擦角的增大而减小;随岩土体泊松比的增大几乎呈线性增加,但增幅极为有限;随拉拔荷载的增加而增加。     

相对法评价涂层混凝土冻融损伤

利用相对法分别计算了环氧砂浆涂层、聚氨酯涂层和聚脲涂层的动弹性模量及涂层混凝土内部的逐层动弹性模量,分析了混凝土内部结构损伤层的损伤演变规律,同时辅以扫描电镜(SEM)与压汞试验结果对相对法所得结论进行了验证.结果表明:3种涂层的抗冻防护效果为环氧砂浆涂层聚氨酯涂层聚脲涂层;混凝土构件表层的动弹性模量最低,冻融侵蚀最严重,混凝土构件内层的动弹性模量最大,基本未受侵蚀,混凝土构件损伤层动弹性模量由表及里的呈现递增至平缓的变化趋势;混凝土损伤层动弹性模量降低是由于多害孔的比例增大而引起的.     

冻融循环作用下混凝土的冲击波传播特性

通过室内试验,研究了混凝土冻融循环次数、水灰比对其质量损失率、动弹性模量及冲击波波速的影响,同时分析了采用冲击回波法测试混凝土动弹性模量的可行性.结果表明:混凝土的质量损失率、动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而逐渐减小;混凝土水灰比越大,其质量损失越大,动弹性模量及冲击波波速越小;采用冲击回波法测定的混凝土动弹性模量与规范采用的共振法测定结果基本一致.     

高温下大理岩力学性质的试验研究

 对徐州大理岩在常温至800 ℃下的力学性质进行试验研究,详细分析高温下及高温后大理岩的峰值应力、峰值应变、弹性模量以及应力–应变全过程曲线等随温度的变化情况,并通过扫描电镜对不同温度状态下大理岩的细观特征进行初步探讨。研究表明,随温度的上升大理岩的体积增大,而其质量及密度下降;低于400 ℃,大理岩的力学性质变化不大;高于400 ℃,大理岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,峰值应变随温度的升高而大幅增加;经800 ℃高温作用后大理岩的结构整体发生转变导致其力学性质发生突变;大理岩高温后的强度指标(峰值应力、弹性模量)低于其高温下的强度指标,同时,大理岩高温后的峰值应变低于其高温下的值。200 ℃以下大理岩断面微裂纹主要为张性裂纹,600 ℃以上大理岩出现缩聚裂纹和剪性裂纹且逐渐增多;高温后大理岩微裂纹的扩展、贯通比高温下更为明显。     

Investigation on physical and mechanical properties of bedded sandstone after high-temperature exposure

Uniaxial compression tests were carried out on bedded sandstone to explore the effect of exposure to high temperatures on the physical and mechanical properties of the specimens. The influences of testing temperature and bedding orientation on the physical and mechanical properties and failure behaviors of the bedded sandstone were analyzed. The results show that for sandstone with a constant bedding orientation, as the temperature increases, the P wave velocity first increases and then decreases, while the mass and density decrease. The mechanical properties of bedded sandstone, including its compressive strength and elastic modulus, first increase and then decrease with increasing temperature, and a thermal temperature of 400 °C was identified as the transition temperature, above which considerable changes in the mechanical properties were observed. In addition, the P wave velocity, strength, and elastic modulus also varied with increasing bedding orientation, which indicated that the bedded sandstone exhibits anisotropy in its P wave velocity, strength, and elastic modulus. The P wave velocity gradually increases with increasing inclination angle, and the fluctuation in the anisotropic degree of the P wave velocity remains small as the temperature increases. The strength and elastic modulus of the bedded sandstone exhibit U-shaped variations with increasing bedding orientation, and the anisotropy degree first increases and then decreases with increasing temperature. Furthermore, the failure modes are closely related to the designed heat treatment temperature and bedding orientation and can be generally classified into four categories: shearing across the rock matrix and bedding planes, shearing combined with tensile splitting, shearing along the bedding planes, and shearing combined with tensile splitting along the bedding planes. Finally, the effect of high temperatures on the mechanical properties of bedded sandstone was further revealed by means of SEM analysis from a microstructure point of view.

     

铺装层参数对钢桥面铺装结构温度应力的影响

在钢桥面铺装的受力和破坏过程中,温度荷载的影响不可忽视。以厦门海沧大桥主跨为背景,采用ANSYS有限元软件,建立钢桥面铺装模型,讨论高温下钢桥面铺装层的厚度和弹性模量对钢桥面铺装结构温度应力的影响。结果表明铺装层厚度的增大会导致铺装层内的温度正应力的减小,结构的剪应力和层间接触应力却随之增大。铺装层的弹性模量对铺装结构的影响十分显著,随着铺装层弹性模量的增大,铺装结构的温度应力有较大的增长。     

节理对砂岩变形及破坏特征影响研究

工程岩体一般都含有各种不同级别的地质构造节理和软弱面,使得岩体的强度弱化。含有节理的岩体和完整岩石具有完全不同的力学性质。本文在三轴压缩试验的基础上,对不同节理倾角的三峡库区砂岩开展研究,探讨其变形及破坏特征。试验结果表明:①在同种围压下,节理岩样峰值强度的大小关系为:σ_60°<σ_30°<σ_90°<σ_完整。②相同围压下,完整岩样弹性模量及变形模量均高于节理岩样,随着围压升高,岩样弹性模量和变形模量逐渐增大,其增长速度随围压增大而逐渐降低。③在低围压下(＜5 MPa),节理倾角对岩样弹性模量和变形模量影响较大,相比完整岩样有较大幅度地降低,其中30°倾角和60°倾角岩样降低程度较高,弹性模量最高达31%,变形模量最高达40%;随着围压增大(大于10 MPa),节理倾角对岩样变形参数影响逐渐减小,相比完整岩样,节理岩样弹性模量降低幅度小于15%,变形模量降低幅度小于10%。④节理倾角和围压对岩石的破坏机制均有较大的影响,节理倾角及围压不同,岩样破坏形式不同。