聚乙烯纤维制备超高延性水泥基复合材料的试验研究

为进一步提升高性能水泥基复合材料的拉伸能力,研制了以短切超高分子量聚乙烯纤维作为增强材料,以水泥砂浆为基体的超高延性水泥基复合材料(Ultra-high ductility cementitious composites, UHDCC)。本研究通过直接拉伸、单轴抗压及三点弯曲梁试验研究了UHDCC的基本力学性能。直拉试验表明,UHDCC具有优异的应变硬化和多重裂缝开裂性能。在极限状态下,UHDCC的裂纹间距小于2 mm,最大平均裂纹宽度小于200 μm;材料的平均抗拉强度为7.28 MPa,峰值强度处的平均拉伸应变达到12%,最大拉伸应变达到13%以上,具有超高的拉伸延性。轴压试验表明,超过峰值强度后,UHDCC在80%和60%的抗压峰值强度处的应变分别约为2.8%和7.0%,说明材料具有强大的受压变形能力。材料的弯曲韧性指数I10、I30、I50、I60分别为10.1、33.1、54.4、65.6,表明UHDCC具有优异的弯曲变形能力。此外,三点弯曲缺口梁和单裂缝试验结果表明,UHDCC的超高延性源于聚乙烯纤维超高的裂缝桥接能力。     

不同细砂粉含量对碱激发灌浆材料流变性能的影响

为研究半柔性路面（SFP）裂缝修补材料的基本工作性能,基于碱激发矿渣灌浆材料（OAASGM）,本文通过试验系统评价了不同细砂粉含量对OAASGM的流动性、凝结时间、流变性能以及力学性能的影响,得出以下结论。1）细砂粉能有效延长凝结时间,改善OAASGM的流变性能,当掺加量为10%(OAASGM-10)时,流动性为14s,当操作时间为45min时,初始屈服应力为0.699Pa,塑性黏度为1.997Pa·s。2)OAASGM具有剪切变稀的特点,水分流失量较少。3）本文提出的碱激发矿渣灌浆材料满足半柔性路面（SFP）的技术要求,可替代水泥成为SFP的灌浆材料。     

利用坍落扩展试验表征水泥基材料流变参数研究进展

混凝土、砂浆和水泥浆等水泥基材料的流变性能是影响其浇筑、灌注和注浆等成型工艺难易程度的重要因素。合理评价水泥基材料的屈服应力、黏度等流变参数可以指导材料在工程中的合理应用。水泥基材料流变参数常用的表征方式有两种:一是利用流变仪测定剪切应力和剪切速率,表征浆体的流变参数;二是利用坍落扩展试验进行评价。后者与工程中材料的实际流动状态更为吻合,因此近年来被研究者所重视。水泥基材料坍落过程中变形区与未变形区分界处的剪切应力即为其屈服应力,但是对大流动性浆体,由于不存在未变形区,该方法不适用。对于大流动性浆体,可通过最终扩展度表征浆体的屈服应力。而浆体黏度的表征需要采用动态测试,即测定坍落度或扩展度随时间的变化规律才能予以表征。高速摄像方法能够对初期快速流动过程进行精细测定,具有一定的优越性。剪切应力和剪切速率的表征常用的是水平剪切模型,也可采用侧面滑移模型,但两者均不够完善。此外,截锥筒的形状和尺寸、提筒速度、表面张力、材料的颗粒组成等因素会对流变参数的表征产生影响。本文从屈服应力的表征、黏度的表征、剪切应力与剪切速率的表征、影响因素等方面,对利用坍落和坍落扩展试验表征水泥基材料流变参数的研究...     

天然火山灰-水泥-粉煤灰复合浆体流变性能

采用C-LTD80 QC型旋转粘度计研究了天然火山灰-水泥-粉煤灰复合浆体的流变行为,分析了天然火山灰掺量对浆体屈服应力、塑性粘度以及触变性的影响,并采用Zeta电位仪探索其作用机理。结果表明：天然火山灰-水泥-粉煤灰复合浆体流变可分区段用Bingham模型及Herschel-Bulkley模型模拟;天然火山灰粒径分布跨度大,颗粒形状不规则,且密度小于水泥,等质量代替会增加浆体固相体积分数;天然火山灰使水泥浆体Zeta电位降低,浆体中粒子间静电作用力减弱,粒子更易相互吸附黏聚。而粉煤灰颗粒呈球状且表面光滑,使水泥浆体Zeta电位降低,粒子不易相互吸附黏聚。因此天然火山灰-水泥-粉煤灰复合浆体的屈服应力、塑性黏度和触变性随着天然火山灰掺量增加而增加,随粉煤灰的掺量增加而降低。     

基于PVA纤维-基体界面性能分析水泥基材料的弯曲性能

通过调整水胶比形成三种配比的聚乙烯醇纤维增强水泥基材料(PFRCC),应用单纤维拔出试验测定了PVA纤维-水泥基体界面参数(化学脱粘能Gd和摩擦粘结强度τ0),发现水胶比增加,界面性能参数Gd、τ0均降低;应用三点弯曲试验获得了材料的弯曲韧度和强度,基于PVA纤维-基体界面性能分析,并结合断裂面处PVA纤维宏观影像和微观的扫描电镜(SEM)影像,研究了界面性能对材料弯曲性能的影响。结果表明:低水胶比下由于裂缝处高的应力和界面处纤维与水泥基体高的化学粘结力使大量桥接裂缝的纤维瞬间断裂而失效,导致材料的弯曲韧度和从开裂到弯曲材料强度的增幅较小;中水胶比下裂缝处纤维脱粘后滑动并受摩擦粘结强度作用被严重刮削;高水胶比下裂缝处大量纤维由于界面处低的化学粘结力被拔出,而且拔出的纤维在滑动过程中由于低的摩擦粘结强度被轻微刮削,故桥接裂缝的纤维经历长的滑动,宏观上呈现出高的弯曲挠度特征,因而材料的弯曲韧度和强度的增加幅度显著提高。     

钢渣-矿渣复合水泥基材料3D打印性能

为了提高固体废弃物的资源化利用，探究利用钢渣制备3D打印水泥基材料的可行性，研究了钢渣、矿渣的质量比对复合水泥基材料流变特性、可打印性和力学性能的影响规律。结果表明，随着钢渣质量的增加，浆体的流动度和静态屈服应力增大，塑性粘度减小，可挤出性增强，变形率降低，同时抗压强度显著降低。通过Zeta电位测试发现，随着钢渣掺量的增加，Zeta电位绝对值变小，胶体颗粒间引力增大，导致静态屈服应力增大。而随着矿渣掺量的增加，浆体固含量增多，固体颗粒间摩擦加剧，产生了更多絮凝结构和网状结构，提高了浆体的塑性粘度。     

石墨烯改性水泥基材料的力学和收缩性能

研究了石墨烯对水泥基复合材料的抗压抗折强度、劈裂抗拉强度、流变性能等力学性能的影响,及石墨烯对水泥砂浆自收缩和干燥收缩等变形性能的影响.结果表明:石墨烯会增加水泥浆体的粘度,水泥净浆的流变特性符合宾汉姆流体模型;掺加适量石墨烯能够提升水泥基材料的力学性能,并且对水泥基材料的自收缩及干燥收缩具有显著的抑制效果.力学和收缩...     

高温作用对混杂纤维增强高延性水泥基复合材料拉伸性能的影响

高温是高延性水泥基复合材料(HDCC)在使用阶段可能遇到的最不利工况之一,但是目前对于HDCC高温性能的研究较为有限。对比研究了聚乙烯醇(PVA)纤维HDCC材料(PVA-HDCC)、钢纤维/PVA纤维混杂HDCC材料(HyHDCC-A)以及钢纤维/PVA纤维/碳酸钙晶须混杂HDCC材料(HyHDCC-B)在常温以及200、400、600和800℃高温作用后的拉伸性能。研究发现,常温下利用钢纤维等量替代PVA纤维将劣化PVA-HDCC的拉伸应变硬化能力,而引入碳酸钙晶须适量替代PVA纤维可以提高材料的拉伸强度、拉伸韧性,改善其应变硬化行为。高温对PVA-HDCC、HyHDCC-A与HyHDCC-B的拉伸强度和拉伸韧性均有明显的劣化作用,高温作用后均已不具备拉伸应变硬化能力;PVA-HDCC的拉伸强度与拉伸韧性随温度呈指数型衰减,钢纤维可以减缓HyHDCC-A与HyHDCC-B拉伸强度与拉伸韧性的衰减速率;碳酸钙晶须虽然可以提高HyHDCC-B高温作用后的拉伸强度值和拉伸韧性值,但并没有进一步减缓拉伸强度和拉伸韧性随温度的衰减速率。     

聚酰亚胺纤维增强树脂基复合材料的研究

以聚酰亚胺纤维为增强体,环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯和聚酰亚胺树脂为基体,通过模压成型法制备了4种聚酰亚胺纤维增强的树脂基复合材料。研究了4种基体树脂低聚物的固化行为和流变性能,并表征了4种相应树脂基复合材料的热学、力学、介电性能以及纤维与树脂之间的界面性能。结果表明:4种基体树脂低聚物最低黏度都低于15Pa·s,显示了良好的成型工艺性,环氧树脂基复合材料的力学性能最好,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度分别达到716MPa、54.9GPa和56.5MPa;聚酰亚胺树脂基复合材料的耐热等级最高,玻璃化转变温度大于300℃;氰酸酯树脂基复合材料的介电性能最优,介电常数在低频段低于3.3。     

苯丙乳液与聚丙烯酸酯乳液对透水混凝土性能影响的试验研究

聚合物乳液可改善浆体新拌状态，提高透水混凝土强度，本工作采用苯丙乳液(SAE)、聚丙烯酸酯乳液(PAE)对透水混凝土进行改性，研究两者对透水混凝土浆体流变性能、力学性能和透水性能的影响。结果表明，掺入SAE会降低浆体塑性黏度，对新拌浆体流动度影响不显著，透水混凝土抗压强度随着其掺量的增加先提高后降低，聚灰比为1.5%时，浆体的28 d抗压强度相比于对照组R-0提高了8.2%,透水混凝土28 d抗压强度最高为35.5 MPa,相比对照组高了4.1%;掺入PAE会提高浆体的塑性黏度，新拌浆体流动度逐渐减小，透水混凝土抗压强度先提高后降低，透水系数降低，PAE聚灰比为6%时，浆体28 d抗压强度相比于对照组R-0提高了9.6%,透水混凝土28 d强度达到36.8 MPa,相比于对照组R-0提高了7.9%,透水系数达到2.47 mm/s。     

纤维增强水泥基复合材料的流动性与流变性研究进展

纤维增强水泥基复合材料(Fibers reinforced cementitious composites,FRCC)具有优异的抗拉、抗弯、耐久性等硬化性能,因此被广泛应用于道路、桥梁等建筑工程中。但纤维的存在常导致材料在拌合状态下无法良好成型,进而导致其力学性能劣化。为了优化拌合物性能,其流动性与流变性受到了人们的广泛关注。传统的流动性试验能够快速检验拌合物是否达到了成型要求,但存在人工误差并且测试范围有限;而流变试验则能反映出拌合物在剪切应力条件下材料各组分之间的相互作用,但难以应用于工程。两种试验各有利弊,但互为补充。因此,建立拌合物流动性与流变性之间的关系成为研究水泥基材料拌合性能的必然趋势。为了分析二者的关系,流动性能与流变性能的机理分析是必要的。在实验设计中,研究者们通常采用的手段是对材料的组分进行调整,宏观调控基准配合比或者改变纤维参数,通过对比各因素下拌合物的流动参数及流变参数,或结合硬化材料的微观结构,最终得到拌合性能与硬化性能俱佳的最优化配比。在这一过程中,可获得流动参数与流变参数的变化规律,由数学拟合或者分析模型则可以得到二者关系式。水泥基材料最初的流动-流变关系式由此得来。然而,这种传统分析方法的适用性受到外加剂、材料品种、分析模型等多方面差异的影响,其关系式的物理意义及适用性都是模糊不清的。由于高性能纤维水泥基材料逐渐成为研究对象,低水胶比的设计要求必然导致减水剂的大量使用,多种矿物外加剂的复掺也会改变基体的内部结构,使分析环境更为复杂。此外,关系式的建立依赖于流变分析模型,不同的纤维水泥基材料对应的流变模型也可能不同,这些因素都导致传统的流动-流变关系式无法应用于新型的、掺有纤维的水泥基材料。为了减少因素变化给关系式带来的影响,基于材料自身性质的分析方法是可取的。以材料固有属性为参数建立关系式,试验数据仅作为验证,最终得到的关系式不以试验条件为转移,具有更广泛的适用性与可靠性。本文通过综述FRCC拌合物性能的研究进展,分析了不同纤维因素和基体因素对FRCC拌合物性能的影响方式,探讨了FRCC拌合物的流动性与流变性的关系,指出了现阶段对FRCC拌合物性能研究的不足,为以多尺度混杂纤维增强水泥基材料(Hybrid fibers reinforced cementitious composites,HyFRCC)为代表的新型FRCC的拌合物性能研究提供参考。     

SHCC的配制与拉伸性能研究

采用聚乙烯醇纤维(PVA)纤维作为增强材料,选定不同的粉煤灰掺量、石英砂级配、纤维掺量和养护工艺配制应变硬化水泥基复合材料(SHCC),研究上述因素对SHCC力学性能的影响。研究表明,随着粉煤灰掺量的增加,SHCC极限拉伸强度有少许削弱,但极限拉伸应变不断增加,均高于3%。随着养护龄期增加,SHCC极限拉伸应变呈现先增加后减小的趋势,但拉伸强度随龄期增加而增大。自然养护有利于维持SHCC的高极限拉伸应变;蒸汽养护能提高SHCC早期的极限拉伸强度,但蒸汽养护使SHCC的极限拉伸应变随着龄期增加而明显降低。当m(FA)/m(C)=1.6,2.0和2.4,Vf=2.0%时,采用较细的石英砂和自然养护,28d龄期的SHCC极限拉伸强度在4 MPa以上,极限拉伸应变在3%以上。     

矿粉性能及其对浇注式沥青胶浆高温性能的影响分析

浇注式沥青混合料的矿粉含量较高，0.075 mm筛孔通过率为20%～30%,为满足混合料施工流动性而确定矿粉用量后，可提高其高温稳定性的措施除了沥青结合料，主要取决于矿粉的质量。通过六种矿粉样本的性能测试，并与浇注式沥青混合料常用的聚合物复合改性沥青配制沥青胶浆，进行200℃旋转黏度及60～95℃的动态剪切流变试验。基于随机森林法，对与沥青胶浆性能相关的矿粉关键性能指标影响程度进行分析，并建立两者之间的相关性，最后采用遗传算法，确定了沥青胶浆性能在较优条件下的沥青和矿粉关键指标组合取值范围。结果表明，同为石灰岩磨制的矿粉，化学组成差异较大，其塑性指数、细度及比表面积有一定的相关性，并与SiO₂含量成为矿粉性能的四项关键指标，其中比表面积对沥青胶浆的车辙因子及黏度影响最大；当聚合物复合改性沥青的指标软化点为113～117℃、针入度为20.3～21(0.1 mm)、黏度为87 3.9～893.7 MPa·s时，矿粉的比表面积控制在1.7～1.8 m²/g、细度D50控制在10～12μm、塑性指数控制在2.6～5、SiO₂含量...     

煤系高岭土光固化浆料的流变性能EI北大核心CSCD

基于光敏树脂体系制备煤系高岭土光固化浆料,采用流变仪对浆料的流变性能进行表征,研究分散剂和增塑剂加入量对浆料流变性能的影响。结果表明:油酸作为分散剂具有降低浆料黏度的效果,当油酸加入量为高岭土粉体的1%(质量分数)时浆料的黏度最小,在该条件下40%(体积分数)高岭土浆料的黏度为49.56 Pa·s。加入增塑剂PEG-300能够进一步降低浆料的黏度,浆料黏度随着增塑剂加入量的增加而减小,当增塑剂加入量为光敏树脂的20%(质量分数)时40%(体积分数)高岭土浆料的黏度下降为19.77 Pa·s,已经能较好地满足浆料涂布的要求。采用流变性能优化的浆料进行光固化成形,经过排胶、烧结后得到复杂形状的高岭土陶瓷件。     

SiO_2包覆改性纳米TiO_2粒子对聚丙烯拉伸流变性能和结晶行为的影响

为了探究光催化功能性聚丙烯(PP)纤维的可纺性及加工性能,首先以SiO2包覆改性纳米TiO2粒子(SiO2@TiO2)为添加剂,对PP进行共混改性。然后,用毛细管流变仪测试了SiO2@TiO2/PP共混熔体的拉伸流变性能,用XRD和DSC研究了SiO2@TiO2对PP性能的影响。结果表明:SiO2@TiO2/PP共混熔体属于拉伸变稀型流体。熔体的拉伸应力和拉伸黏度均随温度的升高而下降;拉伸黏度随添加剂用量的增加而增大,拉伸流动活化能随拉伸应变速率的提高而降低。SiO2@TiO2的加入不会明显改变PP的结晶结构,但会使结晶性能增强,当SiO2@TiO2的含量为4wt%时,共混熔体的结晶度比纯PP的高8.6%。SiO2@TiO2能使PP形成更为紧密的晶体结构,这对材料的性能具有重要影响。     

早强型水下不分散水泥基复合材料的性能优化设计

针对严酷服役环境条件中水下混凝土抗拉变形能力差、开裂引发的一系列病害，在水泥浆体中掺入抗分散剂UWB-Ⅲ、粉煤灰、减水剂、速凝剂、聚乙烯醇纤维、煤矸石等物质，研究各物质不同掺量对水泥基材料的抗分散性能、水陆强度、微观形貌的影响。结果表明，适量的UWB-Ⅲ可以显著改善浆体的抗分散性能，但过量使用UWB-Ⅲ会降低砂浆的流动性。当UWB-Ⅲ掺量为6.5%时，能够较好的兼顾抗分散性能和流动性。随着粉煤灰或煤矸石替代率的增加，材料抗压强度降低，悬浊物含量增大。随着减水剂、速凝剂、聚乙烯醇纤维等掺量的增加，材料抗压强度呈现先增大后减小的趋势。综合分析可知UWB-Ⅲ掺量6.5%,粉煤灰替代率20%,水胶比0.24,减水剂0.5%,速凝剂2%,纤维掺量2%,煤矸石替代率60%的水泥基复合材料具备早强、水下不分散等特点。研究可为水下混凝土开裂提供一种快速修补方法，也可对煤研石进行资源化利用。     

二级界面对水泥基材料孔结构和性能的影响

将粉煤灰、硅灰和纳米纤维材料--活性NR粉应用于水泥基材料中，依据最大密实度理论和微粒级配数学模型设计出水泥基材料，研究了水泥基材料中二级界面对其性能的影响．结果表明，加入活性NR粉纳米纤维矿物可改善体系的颗粒级配和水泥基材料中二级界面的显微结构，提高均匀性，降低孔隙率，优化体系的孔结构．改善二级界面的显微结构可降低体系的总比孔容，提高球形孔隙体积率，降低体系的最可几孔径，优化硬化浆体的孔结构以及提高体系的内部拉应力，提高水泥基材料的抗弯强度．     

耐高温异构聚酰亚胺树脂及其复合材料

采用改性的单体反应物聚合法(MPMR)合成了一系列低黏度、耐高温异构聚酰亚胺树脂, 研究了树脂预聚物分子质量对树脂的高温流变行为、固化后热氧化稳定性的影响, 并对树脂的分子结构及其复合材料的加工工艺性能、力学性能进行了表征。结果表明: 树脂预浸液常温储存期大于两个月, 亚胺化后PI-2纯树脂最低黏度为154 Pa·s, 固化后树脂质量损失5%的温度大于560 ℃; 石英纤维/PI-2树脂基复合材料在室温和500 ℃的弯曲强度分别为917、197 MPa, 弯曲模量分别为29、22 GPa, 拉伸强度分别为760、341 MPa, 拉伸模量分别为32、31 GPa, 压缩强度分别为570、95 MPa, 层间剪切强度分别为62、10 MPa。      

淤泥对水泥基节能材料热性能与力学性能的影响

应用淤泥制备一种新型水泥基节能材料,探讨了淤泥对材料热性能和力学性能的影响,分析和比较了淤泥用于制备节能胶凝材料的可行性.研究结果表明,淤泥可用于制备节能材料,淤泥的掺入能显著提高这种新型节能材料的隔热效果.当骨料掺量为20%时,淤泥取代水泥掺量由10%增加到30%的过程中,试样的热导率降低了14%,达到0.261W/(m·K);由于外加剂的掺入为试样引入大量气孔,依据提出的导热系数的计算方法所得结果比实验测量值平均高0.065W/(m·K).因为淤泥不具有水胶凝性,所以它的掺入导致节能材料的力学性能降低.     

丁羟推进剂药浆流平性能实验与模拟EI北大核心CSCD

为研究表观黏度及屈服应力对丁羟推进剂药浆流平性的影响,文中对丁羟推进剂药浆进行了流平性实验,并提出滞止角的概念来表征药浆的流平性,得出药浆屈服应力对滞止角的影响规律。同时采用Carreau黏度模型模拟了药浆流平过程并与实验结果进行了对比,并通过计算软件Flow3D定量表征了丁羟推进剂药浆的表观黏度、屈服应力单变量对流平性的影响。结果表明,丁羟推进剂药浆的流动角度与药浆流平时间的对数满足线性关系;不同时刻药浆流动角度的数值模拟与实验结果误差在5%以内,内侧流到终点的时间相差小于10%,验证了Carreau黏度模型求解药浆流平过程的可行性。丁羟推进剂药浆的表观黏度是影响流平速度的主要参数,当表观黏度由400 Pa·s增大到1000 Pa·s时,药浆流平所需时间由277s延长到871s;屈服应力决定了药浆流平结束时滞止角的大小,当屈服应力由60Pa增大到120Pa时,滞止角由8.69°增大到14.98°,相应增加了72.4%。