简述水下不分散混凝土的技术要点

水下不分散混凝土是一种新型的水下混凝土,它克服了普通混凝土在水中浇筑容易产生泌水、离析、强度低、施工难度大、工期长等缺点,水下不分散混凝土在国外已有多年的使用历史,在我国已在海上石油、军事、水利工程使用。     

水下不分散混凝土性能的研究进展

水下不分散混凝土能够在水中直接浇筑,不易发生分散与离析,对施工环境几乎无污染,被国内外学者称为"全新的、理想的、划时代的混凝土".然而,我国水下不分散混凝土整体技术与国外先进技术相比还存在一定差距,主要是施工性能差、配套施工技术落后、整体强度偏低以及耐久性相对差.施工性能差的重要原因是对水下混凝土抗分散性能影响因素的系统研究较少.抗分散性研究既要考虑混凝土组成材料、抗分散剂自身组成影响因素,还需考虑施工方法和施工环境影响.现有的《水下不分散混凝土施工规范》中对混凝土抗分散性能的评价是在静水环境下测试分析,适合于静水环境下混凝土的抗分散性与实际环境施工的高压或者高水流速环境要求有较大差距,建立动水作用下混凝土抗分散性能的评价方法、指标以及开发新型高效抗分散剂尤为重要.抗分散混凝土的试配、调整以及一系列宏观测试工作量大、周期长,建立水下不分散混凝土性能预测模型是未来的发展趋势.本文从上述存在问题的四个方面进行了综述,并对水下不分散混凝土未来的研究重点进行了展望.其中为适应动水环境施工,新型抗分散剂及其抗分散机理方面:对于由水玻璃和黄原胶絮凝剂组成的高效抗分散剂,因黄原胶结构中的羟基和羧基与水泥颗粒中的Ca2+、Fe3+、Al3+形成化学配位键,将水化产物连接在一起,与纤维素对水泥粒子的物理吸附效应相比,浆液的抗分散性显著提高;纳米纤维素(CF)具有高比表面积和高宽比,在含量达到一定程度时可在空间上以三维尺度不断形成桥键,抗分散效果显著.为提高水下混凝土的浇筑质量和抗分散能力,通过数理统计以及因子优化设计法建立了综合考虑胶凝材料含量、水胶比、砂胶比、抗分散剂和高效减水剂浓度等参数的数学模型,可直接预测水下混凝土坍落度、流动度、冲刷质量损失以及抗压强度发展;通过砂子取代混凝土中的粗骨料,所用砂子的表面积与粗骨料表面积相等的方法,建立了统计回归模型,该模型可预测混凝土抗冲刷损失以及所能承受的临界水压.     

水下不分散混凝土及在水工沉箱工程中的应用

本文简要介绍水下不分散混凝土及国产UWB-Ⅱ型水下不分散混凝土在某水工工程水下沉箱制备上的实际应用,对该类混凝土从材料选用、强度统计到施工注意事项逐一作概况介绍。     

碳纳米管分散技术及碳纳米管-水泥基复合材料研究进展

应用碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)对水泥基材料进行改性,能大幅度提高水泥基材料的抗折强度。综述了碳纳米管复合材料的国内外研究进展,主要探讨碳纳米管的分散技术,分析碳纳米管对水泥基材料性能的提高以及最佳掺入量,简要介绍了碳纳米管定向排列的研究进展。还指出了当前研究中存在的问题,并就今后的研究前景提出了一些建议。     

碳纳米管在水泥基复合材料中的分散方法研究进展

碳纳米管(CNTs)作为性能优越的新型纳米材料被广泛用于增强基体材料,但是其易团聚且难以分散,使得实现其在基体材料中的均匀分散成为研究的重点。详细介绍了CNTs在增强水泥基复合材料研究中的分散方法与分散机理,并比较了各种分散方法的优缺点。重点论述了超声时间、酸处理时间、表面活性剂种类与掺量等因素对CNTs分散效果的影响,并讨论了评价CNTs分散效果的表征方法。将CNTs均匀分散到水泥基体中,可以显著提高复合材料的各项力学性能。     

国产碳纤维增强树脂基复合材料应变不变量性能

应变不变量失效理论是一种新型的基于物理失效模式的复合材料强度理论, 广泛应用于复合材料结构失效分析。根据该理论, 建立了碳纤维增强树脂基复合材料微观力学模型, 获取树脂基体和纤维不同位置的机械应变放大系数和热应变放大系数。对国产复合材料CCF300/5228、CCF300/5428和T700/5428不同铺层角单向层合板进行拉伸试验, 并根据试验结果得到对应复合材料的应变不变量性能。分析了增强体纤维和树脂基体对复合材料应变不变量性能的影响; 并将应变不变量失效理论应用于国产复合材料失效分析。结果表明碳纤维增强树脂基复合材料应变不变量性能中的第一应变不变量和基体Von-Mises应变临界值取决于树脂, 而纤维Von-Mises应变临界值取决于增强体纤维; 应变不变量失效理论能够用于国产复合材料失效分析。      

聚合物基复合材料制备中碳纳米管的分散方法

综述了碳纳米管/聚合物复合材料制备过程中碳纳米管预先分散所使用的方法.为实现碳纳米管在聚合物中的分散,首先要求加入的碳纳米管本身具备足够的分散度.碳纳米管的分散方法主要有:表面化学修饰、分散剂分散、超声分散、机械分散、溶剂分散.     

石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺、组织与性能研究进展

石墨烯因独特的二维结构与优异的力学性能成为铝基复合材料的理想增强体。随着铝基复合材料制备技术的日益成熟,石墨烯增强铝基复合材料在结构材料的广泛应用已成为研究的热点。综述了石墨烯增强铝基复合材料制备工艺的最新研究进展,重点讨论了石墨烯有效分散的方法,石墨烯铝基复合材料的组织与界面结构。研究表明,石墨烯能够显著提高复合材料的力学性能,细化基体晶粒。通过合理控制复合材料的制备工艺参数不但能够有效解决石墨烯的团聚问题,而且能避免石墨烯与基体之间界面的不利反应。最后提出了石墨烯增强铝基复合材料研究目前面临的挑战以及解决思路。     

延性纤维增强水泥基复合材料的抗弯性能

该文通过三点弯曲试验,研究了不同水胶比的高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的抗弯性能。实验结果表明,水胶比对PVA-ECC的抗弯性能影响显著。随着水胶比的降低,抗弯强度增大,但梁的延性下降。水胶比由0.35降为0.25时,抗弯强度和延性均有突变。水胶比大于0.35时,水胶比对抗弯强度和延性的影响没有水胶比小于0.35时影响显著。与普通混凝土材料相比,梁的抗弯强度和延性均有明显提高。普通混凝土梁在达到峰值荷载后,承载力迅速下降,而PVA-ECC梁在达到峰值荷载后,有一段平缓的延性段,承载力下降缓慢,延性增加明显。     

碳纳米管在铝基复合材料中分散的研究进展

由于具有独特的结构和优异的性能,碳纳米管(CNTs)被认为是铝基复合材料的理想增强相。CNTs的增强效果很大程度上取决于其在铝基体中分散的均匀性,但CNTs却很难分散,给高性能CNTs/Al复合材料的制备带来了不小的难题。简要分析了CNTs在铝基体中分散困难的原因以及分散性对复合材料性能的影响,详细介绍了球磨、纳米尺度分散、分子级别混合、原位合成、喷雾干燥等主要的CNTs在铝基体中的分散方法。最后,讨论了关于CNTs分散程度的量化评估方法。     

水泥基复合材料中碳纤维的分散性研究

运用正交试验方法研究以羧甲基纤维素钠(CMC)和硅灰按不同比例配制的分散体系对碳纤维在水泥浆体中分散性的影响,采用新拌料浆法从多份新拌的水泥浆料中分离出碳纤维,并计算碳纤维质量的变动系数,由变动系数评价碳纤维的分散性和分散剂的作用效果.在各种CMC掺量下,硅灰均能显著改善碳纤维的分散性.随着CMC掺量的增加,碳纤维分散性提高.当CMC掺量为0.8%,硅灰掺量为15%时,CMC和硅灰的共同作用使变动系数最小,此时碳纤维在水泥基体中分散性最好,为最佳的分散剂配比.     

纤维早强混凝土不同龄期的动态力学性能

早强混凝土在抢修、抢建及特殊工况中应用较广,其早期动态力学性能对其正常使用、安全评估等具有重要意义。制备了纤维体积掺量为0%、0.1%、0.2%和0.3%的玄武岩纤维早强混凝土,利用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对其1d、7d和28d的动力学性能展开研究。结果表明:玄武岩纤维早强混凝土动态力学性能具有显著的应变率强化效应,动态压缩强度和比能量吸收均随着应变的升高而显著增强;随着龄期的增加,早强混凝土的动态抗压强度和比能量吸收均增大,且均表现出前期增长迅速,后期增长缓慢的规律,在对比欧洲混凝土协会(CEB)等给出的应变率增长因子(DIF)计算公式后,提出了基于龄期增长的DIF计算模型;掺入玄武岩纤维对早强混凝土不同龄期的动态抗压强度和吸能性能均有不同程度的提升,纤维掺量越大,性能改善越明显。     

碳纳米管在聚合物基复合材料中分散方法的研究进展

碳纳米管易相互缠结而形成团聚体,因而难于在聚合物中形成良好分散,极大地制约了其在聚合物基复合材料领域的应用。目前,碳纳米管在聚合物中的分散方法主要包括表面化学改性、非共价键包覆改性、机械搅拌、超声分散等。重点概述了碳纳米管表面改性的常用方法,并介绍了相关的应用。     

面向水下智能建造的3D打印混凝土配合比优化研究

随着陆地资源紧缺,水下建造成为工程开发的必经之路.现阶段水下混凝土的研究较为系统,尚无针对水下3D打印混凝土的研究见诸报道.水下智能建造可数字成型、免模施工,有利于推动深地深海工程的发展,3 D打印混凝土为其核心技术.目前面向水下混凝土和陆地3D打印混凝土的设计方法尚未综合考虑水下智能建造工艺和服役环境的特殊性.因此,本工作根据力学性能、可打印性能、水下工作性能建立了水下3D打印混凝土配合比优化设计流程,针对水胶比、矿粉掺量、砂胶比、细骨料级配、絮凝剂掺量、触变剂掺量等材料参数开展序列化试验设计和试验研究.结果表明:成型后混凝土28 d抗压强度随水胶比、矿粉比例和砂胶比等参数的增长呈现降低趋势,其中水胶比影响最显著,其次为矿粉比例,砂胶比和絮凝剂掺量对材料强度的影响较小.基于试验数据和鲍罗米公式提出了具有较高拟合精度的水下3D打印混凝土配合比设计模型.综合考虑打印成型混凝土强度和水下不分散性确定絮凝剂最佳掺量为胶凝材料质量的2％.确定流动度在165～190 mm范围可保障水下打印建造,基于DIC监测信息以砂胶比、触变剂掺量以及细骨料级配为基本变量建立3D打印混凝土建造期竖向变形时变预测模型,可用于水下3D打印混凝土建造稳定性控制.本工作首次面向水下智能建造建立了3D打印混凝土配合比优化设计流程,提出了水下3D打印混凝土强度设计模型和建造期竖向变形预测模型,为水下智能建造提供理论依据和工程借鉴.优化后水下打印成型混凝土28 d抗压强度达到55 MPa,水陆强度比达到93.9％,可满足水下智能建造结构的性能要求.     

碳纳米管改性水泥基复合材料早龄期水化反应的傅里叶红外光谱

通过FTIR方法对硅酸盐水泥及其碳纳米管改性试样早龄期的水化进程进行了表征。研究结果显示:FTIR是一种操作简便且能够快速取得分析结论的研究方法,能够反映水泥水化后主要产物的基本变化情况。随着水化反应的进行,FTIR中的Si—O振动吸收峰峰值由低波数向高波数迁移,这一过程反映了C—S—H凝胶体中硅氧四面体的聚合过程,也同时反应了该阶段水泥浆体的水化反应速度。在8~12h龄期时,掺CNTs试样与空白试样在800~1 025cm-1处特征峰的迁移速度完全相同。因此,可以认为CNTs材料在掺入到硅酸盐水泥时并未对早龄期的水化反应产生影响。水化温度的试验也证明了上述观点。     

纳米碳纤维增强水泥基复合材料的探讨

纳米碳纤维(Carbon nanofibers,CNFs)是近年来国内外纳米材料界的研究热点。介绍了纳米碳纤维的结构特点、性能、应用以及水泥基材料的各项性能和特点,并对纳米碳纤维增强水泥基力学性能的可能性进行了系统的探讨及研究,总结出现阶段需要解决的问题是纳米碳纤维在水泥基材料中的均匀分散及纳米碳纤维与水泥基体的相容性,并提出一些解决方案,为后期的工程应用及研究奠定了基础。     

氧化石墨烯及其分散方法对水泥基材料微观结构和力学性能的影响研究进展

氧化石墨烯(GO)因其出色的性能在改善水泥基材料微观结构、力学性能上均有很好的应用前景。然而,GO的增强效果很大程度上取决于其在水泥基体中的分散性。总结了近年来GO在水泥基材料中的研究成果,重点综述了GO的分散方式、分散机理以及相应的力学性能改善机理;对比了不同GO分散方式的优缺点,分析了GO分散前后对水泥基材料微观结构和力学性能的影响;提出了目前研究存在的问题,并对未来研究趋势进行展望;旨在为后续GO在水泥基材料中的稳定应用提供参考,以促进制备高效功能化的GO水泥基复合增强材料。     

碳纳米管水泥基复合材料的研究进展及其发展趋势

碳纳米管具备超强力学性能、极高的长径比、优异的导电性能和机敏性以及无损改性等特点。目前,碳纳米管复合材料已经广泛用于能源、医药、环境和电子领域。综述了国内外关于碳纳米管水泥基复合材料的制备、分散、微观结构、宏观性能和多功能特征等研究进展,并结合本课题组的研究成果,阐述了当前碳纳米管水泥基复合材料研究中存在的主要问题及其未来发展趋势。     

石墨烯纸拉花及其水泥基复合材料的制备和性能

使用石墨烯为原料,羧甲基纤维素钠(CMC)为增韧剂和优化成膜压力等工艺参数制备具有较高力学性能和导电性能的石墨烯纸薄膜,经表面切口和择向牵拉得到三维伸展的拉花式石墨烯纸网络结构,再通过高流动性水泥浆体的浇注、密实和凝结硬化制备出石墨烯拉花改性水泥基复合材料。用动态热机械分析仪(DMA Q800)测试石墨烯纸薄膜的力学性能,用四探针测试仪(RTS-8型)测试其电学性能,用Keithley 2400数字源表测试复合材料在一定压力下的电阻,研究了这种复合材料的压敏性能。结果表明,CMC掺量为50%、成膜压力为12.5 MPa的石墨烯纸薄膜其力学强度和导电能力较好,制备出的石墨烯拉花改性水泥基复合材料具有一定的压敏性能,即使在电阻循环变化率为10.29%的条件下其压敏性能仍具有良好的重复性。     

纤维增强水泥基复合材料的动力拉伸性能研究

采用分离式霍普金森杆对聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料(PRCC)、基体材料、不同相对掺量的钢纤维和PVA纤维混合增强水泥基复合材料(HFRCC)进行了四种不同应变率下的动态劈拉试验,通过对材料的劈拉强度、能量吸收和破坏形态等方面的对比分析,探讨了三种材料的动力拉伸性能,结果表明材料表现出应变率敏感性,随着应变率的提高,动态劈拉强度和能量吸收能力相应增加。HFRCC对基体材料的劈拉强度提高可达到34%,而PRCC材料提高约20%。PVA纤维对材料的耗能能力的影响比钢纤维具有更强的应变率敏感性。钢纤维掺量占总纤维掺量25%的HFRCC材料耗能能力比PRCC略低5%,而钢纤维掺量达到总纤维掺量的62.5%时,HFRCC材料的耗能能力比PRCC的耗能能力显著提高。HFRCC在动态劈拉强度和能量吸收能力方面更加均衡,具有更好抵抗冲击的能力。