适用于西部大开发中各种工程需要的短纤维增强增韧复合材料基本性能研究

本文主要论述了近年来我校新材料、新结构、新工艺研究中心研制与开发的几种短纤维增强增韧复合材料,例如钢纤维特种砼、聚丙烯纤维砼与砂浆、聚丙烯纤维增强的固化土与粉煤灰以及植物纤维增强的固化黄土或固化砂土这一类工程实用新型复合材料的基本力学性能与功能特点.基于此,这类工程材料将很好的用于全国实施西部大开发战略中,例如交通要先行,将建设"五纵七横"国道主干线工种;水利水电必须大开发,要有计划地建设南水北调中线与西线引水工程,将南方一部分水调入华北和陕甘宁晋蒙等北部各省市缺水地区;西气东输,要建成几条输送天然气管道工程,把大量天然气送往北京、天津、上海、杭州等东部发达地区;东西铁路要复线与配套,形成东西南北四通八达的交通网络系统工程;对沙漠荒原要整治,在退耕还林还草还湖还湿地过程中,要修梯田、造台地、修渠引水、建地下蓄水库和修防风沙墙等工程;还要有计划的开采矿山、煤炭和石油天然气等各种工程项目.可以预见,在实施西部大开发和建设上述各类工程中,将使用大量工程材料,只要人们对短纤维增强增韧复合材料的基本力学性能与功能特点很好研究与掌握后,就可在投身西部大开发和筑路、修渠、建库、固堤、固塘、建矿、建厂、造墙、固沙、治漠等各行各业造福人类与改善环境的事业中,广泛有效使用这类工程复合材料.它可以就地取材,经过科学处理与配制,采用简便可行的工艺技术制造,使生产成本尽可能低廉,能适应西部干燥、寒冷、日温差大、沙尘爆多的特点,不仅能使这类物美价廉的优质材料在西部大开发过程中发挥极大的效能,而且也必将促使这类新型实用材料产业化,其经济、社会、生态和环保效益将是十分巨大的,发展前景非常广阔.     

水泥粉质黄黏土的工程特性探讨

水泥粉质黄黏土(以下简称水泥黄土)的强度随着水泥掺入比增大而增加,但在掺入比较小时,强度随掺入比增大而增加的幅度较大;在掺入比较大时,强度随掺入比增大而增加的幅度较小。当水泥掺入比较大时,水泥黄土的后期强度增长值得期待。侧压力在增大水泥黄土轴向抗压强度方面的贡献是比较小的。水泥的掺入比对水泥黄土的最优含水量及最大干密度影响不大;水泥黄土(尤其是掺入比较大)的水稳定性是比较好的。水泥黄土中生成了新的结晶物,所有影响水泥黄土中胶结物含量的因素都是影响水泥黄土强度的因素。从水泥黄土的应力应变关系看,水泥黄土存在一个临界水泥掺入比,从本次试验中看应该是12%左右;在此掺入比以上,从水泥黄土破坏应变(通常fε=1%~2%)和变形模量看,水泥黄土表现为一种脆性材料的特性。     

建筑用环氧树脂乳液的制备与应用

用乳化剂对环氧树脂进行乳化，制得较稳定的环氧树脂乳液。研究了乳化条件对乳液稳定性的影响，分析了固化条件对粘接性能的影响。     

利用海洋疏浚泥制备淤泥固化砖的研究

减量化和资源化是解决海洋疏浚泥大量堆积问题的重要工作。通过试验疏浚泥含水率、淤泥固化剂掺量和成型压力对淤泥固化砖性能的影响,采用固化免烧工艺制备了性能满足标准要求的疏浚淤泥固化砖,为疏浚泥的资源化利用提供指导。     

固化盐渍土抗冻融性能的研究

针对我国西北地区广泛分布的硫酸盐–氯盐盐渍土,设计了两种试验方法:无压力四周给水冻融法和无压力单向给水冻融法,观察固化盐渍土的抗冻融能力。结果显示在不同冻融条件下试件的破坏模式不同。运用土水势分析了冻融过程中水分迁移的动力和传输形式,研究表明:无压力四周给水冻融条件会导致土水势中出现压力势分势,由于压力势的存在,水分率先在试件的外围部分集中饱和,从而形成表层剥蚀;无压力单向给水冻融则消除了压力势的影响,水分得以高度分散而不能局部集中,当整个试件的含水率达到临界值时,试件发生整体的粉碎性破坏。固化剂掺量会影响固化盐渍土的抗冻性能,但足够长的养生期是提高固化盐渍土的抗冻融性能的关键性因素。     

DAATO_(3.5)与CMDB推进剂组分的相互作用及相容性

采用差示扫描量热法(DSC)和真空安定性实验(VST),对N-氧化3'3-偶氮双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAATO_(3.5))与复合改性双基(CMDB)推进剂常用单组分之间的相互作用和相容性进行了研究。采用70℃推进剂固化实验,考察了DAATO_(3.5)与CMDB推进剂药浆多组分混合体系的相容性。DSC研究结果表明,DAATO_(3.5)与硝化棉(NC)、硝化甘油(NG)、奥克托今(HMX)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)、铝粉(Al)、吉纳(DINA)、炭黑(C.B)和1,3-二甲基-1,3-二苯基脲(C2)之间没有明显的相互作用,相容性较好。DAATO_(3.5)与黑索今(RDX)和六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)存在较为明显的相互作用;与间苯二酚(Res)之间存在强烈的相互作用,Res对DAATO_(3.5)的峰温没有影响但会显著改变DAATO_(3.5)的分解峰型;高氯酸铵(AP)对DAATO_(3.5)的分解峰温没有明显的影响;DAATO_(3.5)可使AP的起始分解温度从310℃降至275℃,并使AP的低温分解峰和高温分解峰合并成一个分解单峰,分解峰温较AP的高温分解峰温下降52.9℃。VST实验结果表明,DAATO_(3.5)与AP相容,与RDX属于中等反应,与Res不相容。推进剂固化实验结果表明,DAATO_(3.5)与CMDB推进剂多组分混合体系在70℃实际工艺条件下可以安全固化,形成的含DAATO_(3.5)的CMDB推进剂均匀致密,表明DAATO_(3.5)可应用于CMDB推进剂中。     

FT-IR法研究PBT粘合剂的固化反应动力学

为明确3,3-双(叠氮甲基)氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)粘合剂与常用固化剂的反应过程,利用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱法研究了PBT/多异氰酸酯(N100)、PBT/甲苯二异氰酸酯(TDI)和PBT/TDI/N100体系,50～80℃、TPB催化下的固化反应动力学。结果表明:PBT/N100在整个固化过程中遵循二级反应动力学规律,表观活化能63.10 kJ·mol~(-1),指前因子A=1.63×10~7h~(-1)。含有TDI的体系的固化过程均分为两段,但分段机理不同。PBT/TDI体系整个固化反应遵循二级反应动力学规律,但由于TDI上不同位置—NCO活性的差异,以转化率60%为界线分为两个阶段,转化率小于60%为第一阶段,转化率大于60%为第二阶段,相同温度下,第一阶段的反应速率明显高于第二阶段,两阶段的表观活化能分别为54.71 kJ·mol~(-1)和56.50 kJ·mol~(-1),指前因子分别为4.38×10~7h~(-1)和1.24×10~7h~(-1)。PBT/TDI/N100体系反应由于TDI和N100上—NCO活性的差异也分为两个阶段,转化率小于65%主要发生TDI扩链,表现为二级反应动力学,表观活化能为71.17 kJ·mol~(-1),指前因子A=4.58×10~8h~(-1);转化率大于65%主要发生N100交联,反应速率受扩散控制。TDI/N100复配时,指前因子较单一N100体系和单一TDI前后两阶段分别扩大了28,10,37倍,表明固化剂复配后反应活性位点增加。     

砂土微生物固化过程中尿素的影响研究

砂土固化技术可改善砂土力学特性,被广泛应用于工程中,而在菌种培养液中添加尿素可大大加快固化反应提高砂土固化效率。开展了在菌种培养液中添加尿素分析其对砂土固化影响的试验研究。首先将尿素添加方式分为灭菌前加尿素、灭菌后加尿素和不加尿素3种,研究不同方式对菌种生长和脲酶活性的影响;再控制不同尿素添加量对比分析得到适合的尿素添加量以便后续研究;然后在砂土固化试验中采用灭菌后加尿素的方式研究其对砂土固化的影响;最后通过控制砂柱长度、胶凝液灌注速度和砂土颗粒粒径等因素,得到各因素对砂柱固化效果的影响。结果表明培养液中添加尿素可提高脲酶活性,但稍微抑制菌种生长;适合的尿素添加量为5~20 g/L;灭菌后添加尿素能显著提高灌注部位的强度,但长砂柱却因强度不均而整体强度较低;灌注速度越快,整体强度越高;添加20 g/L尿素时,整体强度随颗粒粒径增大而增大,因此,该方法适用于粗砂。研究成果对后期砂土固化技术的应用具有重要指导意义。     

微生物诱导碳酸镁沉淀试验研究

碳酸镁和碳酸钙一样也具有胶结作用,且镁矿强度远大于钙矿,因此研究碳酸镁固化技术具有重要意义。本文测量了巴氏芽孢杆菌在培养过程中的吸光度和脲酶活性,并计算得到单位脲酶活性;研究了尿素、氯化钠、醋酸根、Ca2+和Mg2+浓度对脲酶活性的影响;控制温度、pH值和离子浓度对比了钙和镁沉淀效率和不同温度不同尿素浓度下碳酸镁沉淀产率;对比研究了碳酸钙和碳酸镁沉淀下砂土固化效果。结果表明,48 h培养过程中,吸光度和脲酶活性的增长都先缓慢后迅速增长再减小最后停止,单位脲酶活性则是先增加后减小。适当增加尿素或Mg2+浓度可增强细菌脲酶活性,氯化钠和醋酸根浓度对酶活性无明显影响,Ca2+浓度对脲酶活性有明显抑制作用。同一温度、pH值和离子浓度条件下,碳酸镁产率明显小于碳酸钙。而在菌液中添加尿素可促进碳酸镁沉淀生成,且温度相同,尿素浓度越高,碳酸镁产率越大。菌液中添加尿素可使得碳酸镁固化砂土成型并具有一定强度,因此,该方法可解决砂土固化碳酸镁沉淀不足的问题,为后续碳酸镁固化试验奠定基础。     

瓦斯抽采钻孔CF固化膨胀封孔材料性能研究

针对传统常见瓦斯抽采钻孔封孔材料中存在的固化收缩、初凝过快和强度不足等问题,为保证井下瓦斯抽采效果,研发出CF固化膨胀封孔材料。CF材料以普通水泥为主料,配入一定质量比的缓凝剂、稳定剂和膨胀剂,并与一定水混合搅拌后制成封孔浆液材料。测试对比了CF材料与普通水泥、聚氨酯及膨胀水泥在初凝时间、黏度、膨胀性能和强度4个方面的参数,并得出CF材料各成分配比的优劣性。研究结果表明:CF材料在料水比为5∶3、缓凝剂质量比含量为1.5%~2%、膨胀剂质量比含量为2%~3%下具有流动性较好、黏度较高、膨胀体积和稳定膨胀时间适中的特点,且具有较高的抗压强度,材料4种性能参数均优于其他常见封孔材料。