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.     

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.     

钢结构表面涂层材料抗风沙冲蚀力学性能研究

分析了内蒙古中西部地区风沙冲蚀环境特征,通过测定钢结构涂层的厚度、密度、硬度、弹性模量、柔韧性、涂层与基材附着力等级等指标,研究了钢结构涂层材料抗冲蚀力学性能和不同风沙环境特征参数对涂层冲蚀的影响.结果表明：钢结构涂层的涂层硬度和弹性模量较小,而其柔韧性较大,涂层与基材附着力等级高;在风沙冲蚀过程中,涂层的冲蚀失重量均随着风沙流冲蚀速度的增大而显著增加,随着冲蚀下沙量的增加而增加,其在低角度冲蚀下的冲蚀失重量要大于高角度下的冲蚀失重量.     

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.     

沥青改性环氧树脂冲蚀磨损性能

测试了沥青改性环氧树脂材料的力学性能和冲蚀磨损性能,研究了沥青掺量(质量分数)对环氧树脂力学性能和冲蚀磨损性能的影响,并分析了其冲蚀磨损机理.结果表明:沥青的加入降低了环氧树脂的拉伸强度,但在一定程度上提高了其冲击韧性;沥青改性环氧树脂材料的冲蚀行为表现出半塑性材料的冲蚀特征,最大冲蚀率出现在冲蚀角为45°时,其冲蚀率随冲蚀速率增加而增大,冲蚀率与冲蚀速率呈幂函数关系,速率指数为2.74~3.17;沥青掺量为10%时,沥青改性环氧树脂表现出良好的冲蚀抗力,适合用作强风沙流地区混凝土桥梁墩身等的冲蚀磨损防护材料;沥青改性环氧树脂材料的冲蚀是冲蚀能量法向分量和切向分量共同作用的结果,法向分量使材料表面产生裂纹和破碎,切向分量使材料表面产生切削.     

防砂筛管金属平纹编织网冲蚀模拟分析

针对金属平纹编织网在油井防砂过程中的冲蚀磨损问题,基于Realizable k-ε模型和离散相模型模拟固液两相流动,采用McLaury模型计算壁面冲蚀速率,研究了金属平纹编织网冲蚀磨损的特点及流场分布特征,分析了各因素影响下的冲蚀磨损规律。结果表明:金属平纹编织网冲蚀严重区域集中在下纬丝靠经丝区域;在不考虑砂粒堵塞的工况下,金属平纹编织网冲蚀率随流体流速增加呈指数增长,随含砂质量分数及砂粒直径增加呈线性增长;冲击角度越大,冲蚀率越高,当冲击角度为90°时冲蚀率最大,随着冲击角度的降低,冲蚀破坏区域逐渐向经丝上表面和下纬丝与经丝交汇处发展。     

混凝土受气固两相流冲蚀损伤机理与评价研究

采用气固两相流冲蚀试验系统对混凝土进行了风沙冲蚀损伤试验,并通过扫描电镜(SEM)对其损伤表面的微观形貌进行了分析.结果表明:在低冲蚀角下,混凝土的风沙冲蚀损伤破坏表现为表面划伤破坏,在高冲蚀角下,其破坏表现为冲击压痕破碎破坏,随着下沙率的增大,其冲蚀率呈先升高后降低的趋势;提出了一种混凝土受风沙冲蚀损伤评价方法,可为混凝土的风沙防护及耐久性评价提供依据.     

冲蚀角度对Fe-2.5B耐锌液腐蚀性能的影响

将试样装夹在自制的预设一定冲蚀角度的转盘上进行锌液冲蚀试验,实现流动锌液对试样冲蚀表面0°、30°、60°和90°冲蚀角下的冲刷腐蚀。结果表明:在圆盘转速为70r/min,冲蚀时间为24h的条件下,Fe-2.5B合金(质量分数,%)的冲蚀率随冲蚀角度的增加而逐渐降低,并在高角度下呈现急剧降低的趋势;而316L不锈钢的冲蚀率在冲蚀角为30°时最大,冲蚀角为90°时最小,表现出典型韧性材料的冲蚀率特性。Fe-2.5B合金在流动锌液中的冲蚀率仅为316L不锈钢的33%³8%,其优异耐锌液冲蚀性能依赖于Fe-B合金中网状Fe2B相对流动锌液的阻挡效应。同时,一定韧性相基体的存在对Fe2B在冲蚀过程中起到支撑作用,进而表现出该合金中两相结构在锌液冲蚀中的"腐蚀协同效应"。此外,冲蚀角度的增加造成锌液流速在试样表面的切向冲刷分量弱化而法向冲击分量强化,这使得冲刷对最外层疏松ζ-FeZn13相的移除作用减弱。强的传质过程随冲蚀角度的增加不断弱化,从而使网络状组织结构的Fe-B合金在锌液中的冲蚀率明显降低。     

环氧树脂及其复合材料的固体颗粒冲蚀磨损

针对戈壁风沙流环境特点,采用气流挟砂喷射法,对环氧树脂及其复合材料进行冲蚀试验,研究了冲蚀速率、角度、冲蚀方位、纤维类型等对冲蚀的影响.结果表明:环氧树脂及其复合材料的冲蚀行为表现出半塑性材料的冲蚀特征,最大冲蚀率的冲蚀角为45°~60°,其冲蚀率随冲蚀速率的增加而增大,冲蚀率与冲蚀速率呈指数关系,速率指数为2.1~2.8.冲蚀方位对冲蚀有重要的影响,在相同的冲蚀条件下,垂直冲蚀的冲蚀率比平行冲蚀高.用扫描电子显微镜观察了复合材料冲蚀后的表面形貌,并讨论了可能的冲蚀机制.     

盐冻环境下橡胶混凝土路面受风沙冲蚀性能研究

为了研究橡胶混凝土路面在盐冻和风沙侵蚀双重因素作用下的耐久性,根据内蒙古西部地区盐渍土和风沙环境特征,配制了复合盐溶液,对橡胶砂浆进行冻融循环作用,并利用模拟风沙环境侵蚀试验系统对盐冻后的橡胶砂浆进行风沙冲蚀试验,应用扫描电子显微镜(SEM)观测橡胶砂浆在盐冻条件下经风沙冲蚀前后的微观形貌。结果表明:当冻融次数大于15次时,橡胶砂浆的质量损失率小于水泥砂浆;随冻融次数的增加,水泥砂浆和橡胶砂浆低角度冲蚀时的冲蚀率先降低后增大,高角度冲蚀时的冲蚀率逐渐增大;相同冻融循环次数后,四种材料的抗风沙冲蚀性能为:80目橡胶砂浆40目橡胶砂浆水泥砂浆10目橡胶砂浆。     

水泥路面裂缝快速修复材料耐久性分析

采用烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂等制备水泥路面裂缝快速修复材料,与砂石、水拌和成型磷酸镁快速修复材料砂浆试件,对其耐磨性、耐侵蚀性、抗冻性和渗水性等耐久性能进行研究。结果表明,磷酸镁快速修复材料砂浆强度略小于普通水泥砂浆,但其耐磨性优于普通水泥砂浆;在自来水和10%硫酸钠溶液侵蚀下,磷酸镁快速修复材料砂浆的抗折强度损失较小,但其质量损失率远大于普通水泥砂浆;在冻融次数较少时（＜50次）,磷酸镁快速修复材料砂浆的质量损失远小于普通水泥砂浆,当冻融循环次数超过60次,其质量损失大于普通水泥砂浆;磷酸镁快速修复砂浆表现出良好的抗渗性能。     

冲磨速率和角度对海工混凝土抗冲磨性能的影响

针对海水挟砂浪涌的服役环境,试验研究了冲磨速率及冲磨角度对桥梁墩柱海工混凝土抗冲磨性能的影响,并对不同胶凝材料体系混凝土抗冲磨强度进行了比较.结果表明：冲磨速率和冲磨角度对海工混凝土抗冲磨性能有较大影响.在胶凝材料体系不变的前提下,海工混凝土稳定磨损率随冲磨速率增大逐渐增大,抗冲磨强度随冲磨速率增大逐渐降低;海工混凝土稳定磨损率随冲磨角度增加逐渐增大,当冲磨角度小于60°时,稳定磨损率增加速率较大,超过60°后增加速率趋缓,当冲磨角度为90°时,稳定磨损率最大.在相同强度等级条件下,硅粉对混凝土抗冲磨强度的贡献最大,而矿粉与粉煤灰复掺也显著提高了混凝土的抗冲磨强度.     

Method of mitigating the surface erosion of a high-gradient mudstone slope in southwest Taiwan

Soft mudstone dominates the rock mass at southwest Taiwan. Mudstone slakes significantly when it meets water due to a short diagenetic period and poor cementation. Gulleys are visible on the surface of mudstone slopes after rainfall. The low slaking durability resistance of the mudstone causes not only geographical badland but also erosion problems on the highway slopes in the mudstone area. An effective countermeasure for protecting the mudstone slope must contribute to a reduction in surface erosion; facilitate drainage from the slope surface during rainfall; and incorporate a high-strength structure to fight against swelling stress, preserve vegetation, and contribute to slope stabilization. In this study, a new slope erosion countermeasure, the soil-tyre-vegetation method (STV), was applied to an excavated mudstone slope in southwest Taiwan. STV utilizes waste tyres, H-beams, and geotextile. Waste tyres are good for preserving the soil for vegetation on mudstone slopes, mitigating slope erosion. The H-beams support the weight of the vegetation and the soil-filled tyres. The geotextile prevents the loss of fine-grain soil and guarantees drainage from the slope during heavy rainfall. The experimental results for a mudstone slope with a slope angle of 45° showed that STV protected the mudstone slope and improved the condition of the vegetation on it.     

玄武岩机制砂混凝土抗硫酸盐侵蚀性能

为了研究玄武岩机制砂混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,采用了河砂（HS）、河砂+机制砂（HS+JZ）、机制砂（JZ）三个配比,设定了7.5%（质量分数）MgSO₄和15%（质量分数）MgSO₄两种溶液环境下进行干湿循环试验,通过测试质量损失率、超声波声速、相对动弹性模量和抗压强度比,结合内部裂缝与内部微观结构进行了分析。结果表明:18次干湿循环后在7.5%MgSO₄和15%MgSO₄两种溶液中3种混凝土的质量损失率分别增长到6.6%,5.5%,4.5%和8.9%,7.6%,6.5%;超声波声速值分别下降到3.600,3.684,3.800 km·s^-1和3.238,3.368,3.444 km·s^-1;相对动弹性模量分别降到64%,68%,76%和55%,57%,67%;抗压强度比分别降到0.84,0.83,0.88和0.72,0.75,0.78;河砂混凝土最终的侵蚀产物主要以白色纤维状结晶体钙矾石为主,玄武岩机制砂混凝土的侵蚀产物主要以白色石膏为主;玄武岩机制砂含少量石粉和自身的耐侵蚀性可有效提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。     

碳酸侵蚀条件下水泥基材料性能劣化试验研究

模拟碳酸型侵蚀水质情况,分析水泥净浆质量损失、水泥砂浆抗压强度损失以及微观结构和化学组成变化,研究水泥基材料性能的劣化发展规律和劣化机理.研究结果表明:粉煤灰掺量(质量分数,下同)在20％以内时,可以提高水泥浆体抗碳酸侵蚀能力,体系各龄期的质量损失率和抗压强度损失率均低于纯水泥浆体;粉煤灰掺量大于30％时,水泥浆体更易遭受碳酸侵蚀破坏,体系的质量损失率大于纯水泥浆体,90d龄期后的抗压强度损失率高于纯水泥浆体.微观结构分析表明,水泥浆体受碳酸侵蚀破坏反应是由表及里逐渐发生的.侵蚀早期,侵蚀产物主要为碳酸钙、微量SiO2和铁相产物;侵蚀后期,水泥浆体表层的C-S-H遭受严重破坏,主要侵蚀产物为SiO2和铁相产物.     

复杂地层大直径泥水盾构刀具磨损规律分析

分析了南京某越江泥水盾构隧道施工过程中8次换刀刀具磨损情况。对切削刀刀具磨损进行系统分类,分为两大类、九小类;研究得出:粉细砂地层中刀具磨损较小,该地层中刀具磨损过程分为三阶段,先行刀容许切削轨迹长为1 300 km;砂卵石地层刀具磨损严重,该地层刀具磨损过程分为两阶段,距离刀盘中心最远处刀具磨损普遍严重,随着掘进断面砂卵石含量比例增加刀具磨损相应增大,先行刀容许切削轨迹长为180~230 km,研究得出在砂卵石地层中刀具磨损的包络线。     

Experimental study on mitigating wind erosion of calcareous desert sand using spray method for microbially induced calcium carbonate precipitation

Wind erosion is one of the significant natural calamities worldwide, which degrades around one-third of global land. The eroded and suspended soil particles in the environment may cause health hazards, i.e. allergies and respiratory diseases, due to the presence of harmful contaminants, bacteria, and pollens. The present study evaluates the feasibility of microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) technique to mitigate wind-induced erosion of calcareous desert sand (Thar desert of Rajasthan province in India). The temperature during biotreatment was kept at 36 °C to stimulate the average temperature of the Thar desert. The spray method was used for bioaugmentation of Sporosarcina (S.) pasteurii and further treatment using chemical solutions. The chemical solution of 0.25 pore volume was sprayed continuously up to 5 d, 10 d, 15 d, and 20 d, using two different concentration ratios of urea and calcium chloride dihydrate viz 2:1 and 1:1. The biotreated samples were subjected to erosion testing (in the wind tunnel) at different wind speeds of 10 m/s, 20 m/s, and 30 m/s. The unconfined compressive strength of the biocemented crust was measured using a pocket penetrometer. The variation in calcite precipitation and microstructure (including the presence of crystalline minerals) of untreated as well as biotreated sand samples were determined through calcimeter, scanning electron microscope (SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscope (EDX). The results demonstrated that the erosion of untreated sand increases with an increase in wind speeds. When compared to untreated sand, a lower erosion was observed in all biocemented sand samples, irrespective of treatment condition and wind speed. It was observed that the sample treated with 1:1 cementation solution for up to 5 d, was found to effectively resist erosion at a wind speed of 10 m/s. Moreover, a significant erosion resistance was ascertained in 15 d and 20 d treated samples at higher wind speeds. The calcite content percentage, thickness of crust, bulk density, and surface strength of biocemented sand were enhanced with the increase in treatment duration. The 1:1 concentration ratio of cementation solution was found effective in improving crust thickness and surface strength as compared to 2:1 concentration ratio of cementation solution. The calcite crystals formation was observed in SEM analysis and calcium peaks were observed in EDX analysis for biotreated sand.