聚苯乙烯/氧化石墨烯复合建材的制备与保温性能研究

通过聚苯乙烯(PS)与氧化石墨烯(GO)共混,制备聚苯乙烯/氧化石墨烯(PS/GO)保温建筑材料,并对PS/GO阻燃性能以及保温性能进行研究。结果表明:GO含量为6%时,4号样品的综合性能最好。4号样品的LOI值为33.4%,阻燃等级达到V-1,热释放速率峰值(pHRR)为525.76 kW/m²,总产烟量(TSP)为629.37 m²。此外,4号样品具有较低的导热系数0.034 2 W/(m·K),并且吸水率以及水蒸气透过系数均满足标准值,说明其可以有效应用于建筑保温材料。     

铁尾矿砂基环氧树脂透水材料力学性能及界面特性研究

利用固体废弃物制备透水材料是海绵城市发展新方向,而力学性能差成为固废基透水材料应用的难点之一。为解决该问题,设计了一类用铁尾矿砂作为骨料,环氧树脂作为胶凝材料的聚合物透水材料,研究了环氧树脂含量对透水材料力学性能和透水性能的影响,并探讨了纳米SiO₂、TiO₂、Al₂O₃和硅烷偶联剂KH-560等有机-无机材料对透水材料力学性能的影响。结果表明:当环氧树脂质量分数为6%时,可以得到兼顾力学性能和透水性能的透水材料,抗压、抗折强度和透水速率分别为17.5 MPa、5.3 MPa和1.12 mm/s;同时,当纳米SiO₂、TiO₂、Al₂O₃的添加量分别为环氧树脂的3%、4%、4%(质量分数)时,对透水材料力学性能的提升分别为33.1%、30.5%、28.6%,其原因是纳米粒子在透水材料受压过程中会吸收树脂基体中的部分能量,抑制或消除树脂中微裂纹的扩散;当硅烷偶联剂KH-560的添加量为环氧树脂的0.9%(质量分数)时,透水材料的强度可提升36.5%。SEM和FTIR分析表明,硅烷偶联剂KH-560对改善铁尾矿砂与环氧树脂界面具有显著作用。该研究对研发高性能的固废基透水材料具有重要意义。     

砖混类再生微粉泡沫胶凝材料力学性能研究

利用建筑垃圾制备的再生微粉,可以有效替代水泥,减少水泥资源的使用,提高建筑垃圾的资源利用率。本文通过气泡参数分析、力学性能测试等方法,研究了砖混类再生微粉和发泡剂掺量对低强度泡沫胶凝材料力学性能的影响。结果表明:再生微粉的掺入会导致胶凝材料抗压强度降低,微粉掺量大于水泥时,胶凝材料抗压强度随再生微粉掺量增加而小幅提高;浆体流动度随再生微粉掺量的增加先降低后增高;再生微粉掺量较小时,发泡剂掺量对浆体流动性影响较大,而当微粉掺量较大时,发泡剂掺量对浆体流动性无显著影响;不同批次再生微粉性能差异较小。通过调节再生微粉和发泡剂掺量可制备满足不同力学性能需求,同时具有良好流动性的泡沫胶凝材料。     

碳纤维-钢纤维水泥基复合材料电学性能试验研究

为优化水泥基复合材料的电学性能,以碳纤维(CF)和钢纤维(SF)为导电材料,通过抗压强度试验、交流阻抗测试、扫描电镜测试和升温试验,研究了碳纤维和钢纤维的体积掺量对水泥基复合材料抗压强度和电学性能的影响。结果表明,碳纤维-钢纤维水泥基复合材料的抗压强度随碳纤维掺量增大呈先增大后减小的趋势。碳纤维、钢纤维的渗滤阈值分别为0.35%和0.6%(均为体积分数),复掺碳纤维和钢纤维使水泥基复合材料的导电性能大幅增强,产生了明显的正向混杂效应,碳纤维和钢纤维体积掺量达到渗滤阈值后,继续增大纤维掺量对导电性能的提升作用不大。用ZSimp Win软件拟合得到等效电路各电路元件数值,并结合SEM照片分析了导电机制。碳纤维-钢纤维水泥基复合材料具有良好的电热性能,当输入功率为7.9 W,通电30 min、60 min、90 min后,其平均温度可达到33 ℃、43 ℃、50 ℃,通过曲线拟合得到了温度随时间变化的回归方程。     

持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。     

F-在方解石表面的吸附及其对方解石表面性质的影响

氟元素主要存在于磷矿和萤石等矿物中,这些矿物中都伴生有方解石脉石矿物,在浮选分离的弱酸条件下,矿物表面的F^-会部分溶出并吸附到矿物表面,从而影响矿物表面性质。本文研究了F^-在方解石表面的吸附及其对方解石表面性质的影响机理。结果表明,在矿浆pH 值为5.5时,F^-以化学吸附的方式吸附在方解石表面,随着吸附时间的增加吸附量逐渐增加,90 min时方解石对F^-的吸附达到平衡。在油酸钠(NaOL)为捕收剂时,F^-的存在会降低方解石表面的疏水性。通过Zeta电位测试、溶液化学计算和X射线光电子能谱仪(XPS)分析表明,F^-会和方解石表面的Ca²⁺反应生成CaF₂沉淀,占据方解石表面的Ca位点,降低NaOL在方解石表面的吸附量。     

混杂纤维增强高强混凝土性能研究

为研究钢纤维、聚乙烯醇纤维混杂比例对高强混凝土性能的影响,通过合理设计坍落度试验、力学强度试验、收缩试验、抗裂试验、抗氯离子侵蚀试验,对比评价了纤维混杂比例对高强混凝土工作性、抗折强度、收缩性、抗裂性能以及氯离子渗透系数的影响。结果表明,钢纤维和聚乙烯醇纤维降低了新拌混合物的工作性。与单掺纤维相比,混杂纤维对高强混凝土力学性能改善效果不明显,但可明显改善混凝土抗裂性能,开裂面积抑制率最大为95.8%,同时能使高强混凝土收缩率和氯离子分别降低27.7%和66.5%,明显提高高强混凝土的耐久性能。通过扫描电镜试验分析探讨了纤维增强混凝土的作用机理,结果表明混杂纤维对基体内部结构的改善实现了对混凝土宏观性能的提升,最终推荐采用0.75%(体积分数)钢纤维和0.25%(体积分数)聚乙烯醇纤维。     

(Ti0.25Zr0.25Nb0.25Ta0.25)C高熵陶瓷的制备、力学性能及氧化行为研究

本文通过对碳化物粉末进行放电等离子烧结(SPS),成功制备了(Ti_0.25Zr_0.25Nb_0.25Ta_0.25)C高熵陶瓷(HECs),系统研究了HECs的微观结构演变、力学性能和氧化行为。结果表明,单相HECs的形成温度为1 800 ℃,低于已报道的HECs烧结温度。1 900 ℃烧结的陶瓷晶粒细小,平均晶粒尺寸约7.5 μm,元素分布均匀,相对密度高达99.2%。1 800 ℃和1 900 ℃烧结的HECs的室温显微硬度值分别为30.9 GPa和33.2 GPa,断裂韧性值分别为(4.6±0.24) MPa·m^1/2和(4.5±0.31) MPa·m^1/2,高于大多数已报道的HECs。原位高温纳米压痕试验结果表明,HECs的硬度随温度的升高而降低,当温度达到500 ℃时,1 800 ℃和1 900 ℃烧结的陶瓷硬度分别下降到21.9 GPa和22.2 GPa,具有突出的高温稳定性。此外,HECs在温度低于500 ℃时无明显氧化,当温度超过650 ℃时会发生明显氧化,氧化速率随温度升高而增加。     

矿渣基轻质多孔地质聚合物的制备与孔结构研究

以矿渣微粉为主要原料,硅酸钠和氢氧化钠混合溶液为碱性激发剂,铝粉为发泡剂,制备地质聚合物基轻质多孔材料,系统研究了发泡剂、水灰比以及萘系减水剂对材料孔结构与物理性能的影响。结果表明,Al粉在碱性激发剂作用下快速反应生成H₂,促使地质聚合物浆体泡沫化形成多孔材料,且材料的干密度和抗压强度随Al粉掺量的增加迅速降低。当Al粉掺量超过0.40%(质量分数,下同),泡孔急剧增大,导致泡孔聚并,强度显著降低。提升水灰比可降低泡孔生长阻力,促使密度快速减小。但水灰比＞0.40后,浆体黏度和激发剂浓度显著降低,凝结时间延长,孔径增大,结构劣化,其最优水灰比为0.35。此外,萘系减水剂可有效调节多孔地质聚合物的孔结构,仅添加0.4%的萘系减水剂即可促使孔径分布均一,孔壁完整性提升,试样抗压强度提升。     

初始缝高比对钢纤维混凝土断裂性能的影响

为研究初始缝高比对钢纤维混凝土断裂性能的影响,对三种不同初始缝高比(0.1、0.2、0.3)的钢纤维混凝土开展断裂韧性试验,计算相关的断裂参数,并借助声发射(AE)和数字图像法(DIC)分析了裂缝发展过程中AE能量和全场应变的变化规律。结果表明,钢纤维混凝土的断裂韧性随初始缝高比的增大呈减小趋势,当初始缝高比为0.3时钢纤维混凝土的断裂性能大幅下降。钢纤维混凝土的断裂过程可根据AE能量划分为弹塑性阶段、裂纹稳定扩展阶段和断裂阶段,随初始缝高比增加,弹塑性阶段持续时间减少。DIC分析结果表明,在整个加载过程中,预制裂缝尖端会产生较大的应力集中,裂缝的横向应变较大。研究结果揭示了钢纤维混凝土裂缝发展机理,可为其工程应用提供理论支持。