应用纳米压痕技术表征改性石英岩粉与水泥浆体的微界面力学性能

采用纳米压痕技术对比分析未改性和改性石英岩粉与水泥浆体的微界面力学性能,研究未改性与改性石英岩粉对水泥浆体和水泥砂浆强度的影响。结果表明:石英岩粉经过表面改性后,石英岩粉与水泥浆体微界面处的弹性模量和硬度得到了显著提高,这主要是因为改性石英岩粉表层的β-C_2S水化生成了C-S-H凝胶,改善了石英岩粉与水泥浆体的微界面结构,从而提高了微界面粘结力。微界面力学性能的增强可以显著提高水泥浆体和水泥砂浆的宏观强度。     

中空介孔氧化硅微球的合成及改性研究进展

中空介孔氧化硅微球(HMSS)具有独特的结构和优异的物化性质,例如比表面积大、密度低、稳定性高、生物相容性好、表面渗透性强等,成为新型材料研究和开发的热点,广泛应用于催化、医药、环保、食品等领域。通过合成及改性方法总结了近年HMSS的研究进展,将合成方法分为软模板法、硬模板法和原位模板法,将改性方法分为化学改性法、物理改性法和原位改性法,并进行细化和优缺点说明。在此基础上,对HMSS今后发展方向进行展望。     

高密实多元复合水泥浆体组成设计与抗侵蚀性能研究

Cl^-与SO₄^2-侵蚀是造成海洋环境下水泥混凝土劣化的主要原因,掺入辅助胶凝材料(SCMs)是改善水泥浆体抗侵蚀性能的有效方法。引入细粒度、高活性胶凝材料能加速复合水泥力学性能的发展并改善其抗蚀性,但会造成浆体流变性差、收缩应力大、开裂风险高等问题。基于Dinger-Andersen颗粒级配模型,在硅酸盐水泥基础上引入细矿渣、粗粉煤灰以及偏高岭土活性组分,设计并制备了SCMs含量高达60%的高密实度多元级配复合水泥。研究结果表明:多元级配复合水泥强度接近硅酸盐水泥,抗Cl-与SO₄^2-侵蚀性能显著提升,采用快速氯离子迁移系数法(RCM)测得氯离子扩散系数降低81%,30次干湿循环硫酸盐侵蚀后耐蚀系数仍有77%。高密实度多元级配复合水泥浆体初始堆积密实、持续水化,使得孔隙显著细化,同时水化产物对氯离子固化作用强,有效阻滞有害离子向内部迁移。此外,SCMs的高效水化大量消耗Ca(OH)₂,抑制了二次钙钒石等侵蚀产物的生成。通过颗粒级配调控与组成设计,可充分发挥...     

SiO2的功能化改性及其与聚合物基体的界面研究进展

纳米二氧化硅(SiO_2)作为一种最常用的无机纳米材料,受到了各个领域研究者的广泛关注且已得到实际应用。以纳米SiO_2作为改性填料,得到的聚合物纳米复合材料兼具了聚合物基体和纳米SiO_2二者的优点,因而表现出优异的力学性能、热学性能、光学性能以及化学稳定性等。但是纳米SiO_2表面富含大量活性硅羟基,极易团聚,用一般方法难以实现其在纳米尺度上的均匀分散以及与高分子基体材料间良好的界面粘结。因此,在制备纳米SiO_2改性的聚合物基纳米复合材料前,研究者们常通过对SiO_2进行表面改性,以改善其与聚合物基体的界面相容性及其在聚合物基体中的分散性,并赋予其一定的功能性。目前,纳米SiO_2的改性方法有很多,总的来说主要为物理改性和化学改性,而根据改性剂的种类不同,又可以分为有机改性、无机改性和杂化改性三种。聚合物/纳米SiO_2复合材料的优异性能不仅取决于有机聚合物和无机纳米SiO_2两组分的性能,还取决于两者间的界面结构和形态特征。尽管界面相的体积含量只占总体积含量中很少的一部分,但是界面间的相互作用、界面处聚合物结构与基体结构的差异、界面相微观形貌的变化等都会使整个复合体系的宏观性能发生明显的改变。因而针对有机聚合物与无机纳米SiO_2间的界面研究对于纳米复合材料性能的优化设计具有重要的科学意义。近年来,关于聚合物与无机纳米粒子之间的界面研究主要集中在两个方面:一方面是聚合物及无机纳米粒子表面的物理、化学性质对界面处性能的影响;另一方面是聚合物基体与无机纳米粒子之间的界面相互作用对复合材料性能的影响。目前,常通过现代仪器分析技术测试界面相的微观形貌(如粗糙程度、厚度等)及化学结构(如化学键合方式、键能等),或结合分子动力学模拟阐明分子集合体结构以及相互间的微观作用机理,从理论角度更准确地解释界面性能和界面行为,为复合材料的优化设计提供理论基础和新方法。本文归纳了有机改性、无机改性和杂化改性三种方法在纳米SiO_2的功能化方面的研究进展,讨论并对比了不同改性方法的优势和缺点,较全面地综述了当前现代仪器分析表征和分子动力学模拟在聚合物/SiO_2界面作用研究方面的最新进展,最后展望了纳米SiO_2与聚合物基体界面作用未来研究的工作重点。     

混凝土中水泥浆体与骨料界面过渡区的形成和改进综述

界面过渡区是水泥浆与骨料之间的薄层部分,具有孔隙率高、氢氧化钙晶体富集和定向排列等特点。其形成机理主要包括边壁效应、微区泌水效应、离子迁移和成核效应、单边生长效应、絮凝成团效应及脱水收缩效应。各种效应协同作用,导致界面过渡区成为混凝土最薄弱的环节。提高界面过渡区的粘结性能有利于改善混凝土的力学性能和耐久性。本文综述了常用的界面过渡区改进方法,即掺加矿物掺合料和纳米材料、改性骨料、生物矿化以及二氧化碳养护等,并比较了不同改进方法的优缺点,可为界面过渡区的形成机理和改进方法的研究及其在实际工程中的应用提供参考。     

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。     

改性β-环糊精微球的制备与表征

采用反相乳液聚合法制备β-环糊精(pCD)微球,再用顺丁烯二酸酐(MAH)改性制得丁烯二酸单酯化β-CD微球,探讨了不同工艺参数对改性β-CD微球粒径、分散性的影响.结果表明,在60℃的温度和200r/min～300r/min的电动搅拌,环氧氯丙烷(EPI)和β-CD的质量比为15∶1,复合乳化剂司盘-80和吐温-20...     

不同偶联剂对空心玻璃微球/酚醛复合泡沫塑料界面性能的影响EI北大核心CSCD

以不同种类的偶联剂对空心玻璃微球表面改性,改性后的微球填充酚醛树脂制备了酚醛复合泡沫塑料。研究了空心微球改性前后的表面性能和酚醛复合泡沫塑料的弯曲强度、断裂韧性以及动态力学性能的变化。结果表明:经过偶联剂处理后的空心微球,降低了空心微球之间的团聚,增加了表面疏水性,改善了与基体间的相容性和界面性能,提高了复合材料的各项性能。不同种类偶联剂中,钛酸酯偶联剂以物理缠结的方式同酚醛基体聚合物链连接,硅氧烷偶联剂除部分与甲阶酚醛中的羟甲基有化学键合作用,大部分仍以物理缠结为主,戊二醛和硅氧烷协同改性通过形成缩醛结构将微球与基体连接起来,因此,在酚醛基复合材料中以戊二醛和硅氧烷偶联剂协同改性的效果最为明显。     

Fe3O4@C纳米颗粒的界面改性及药物输运性能研究

Fe3O4纳米颗粒以其优异的磁性能,良好的生物相容性等优点,被广泛应用于药物输运系统.但是Fe3O4纳米颗粒表面如果不加以修饰容易发生团聚,影响其应用性能.通过水解反应包覆SiO2层,再通过水热反应包覆碳层,最后刻蚀掉SiO2,形成了一种Fe3O4@C核壳结构纳米材料.采用FT-IR、TEM、紫外-可见光吸收光谱分析(...     

Al2O3微滤膜的超疏水改性研究

采用多层自组装技术在Al₂O₃微滤膜表面制备TiO₂纳米涂层, 并利用1H,1H,2H,2H-全氟辛基乙基三乙氧基硅烷(PFDS)对其表面进行氟化处理, 获得超疏水改性膜。通过X射线衍射仪, 傅立叶变换红外光谱仪, 原子力显微镜, 水接触角测试仪和扫描电子显微镜对改性膜进行表征。分析了TiO₂纳米涂层的晶型结构, 探讨了TiO₂沉积时间与改性膜表面粗糙度和疏水性之间的关系, 研究了PFDS改性次数对膜表面形貌和疏水性能的影响规律。结果表明: 在600℃退火1 h后, 获得锐钛矿结构的TiO₂纳米涂层。随TiO₂沉积时间的延长, 膜表面粗糙度增大, 水滴在膜表面的接触由Wenzel状态转变为Cassie状态; 当TiO₂沉积时间为50?min, PFDS改性3次时, 获得理想的微纳米二级超疏水表面形貌, 水接触角达到174.5°。     

水溶性单体对聚合物乳液在水泥浆体中稳定性的影响

以水泥浆的流动性和筛上残余率为评价指标研究了水溶性单体丙烯酸(AA)、N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)单独使用或组合使用对聚合物乳液在水泥浆中稳定性的影响,并对其影响机制进行探讨。结果表明,不管水溶性单体是单独使用还是组合使用,随其总含量(0%~4%)的增加,聚合物乳液在水泥浆中的稳定性增加。在相同含量时,不同结构的水溶性单体对聚合物乳液在水泥浆中稳定性的贡献大小为NMAAAHEMA,与它们的无机性值/有机性值的比值有着很好的一致性。水溶性单体的含量和种类决定着聚合物乳液的钙离子临界凝聚浓度(CCC),聚合物乳液的CCC值越高,其在水泥浆中稳定性越好。水溶性单体越倾向于分布在乳胶粒表面,越有利于聚合物乳液的稳定。     

钙矾石的长期稳定性

本文通过对一组在 2 0℃水中养护了 15年的矿渣硅酸盐水泥净浆进行XRD分析 ,对水泥浆体中钙矾石的长期稳定性及其机制进行了探讨。结果表明 :在水泥浆体中 ,钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转变的速度十分缓慢 ;水泥中含铝 (铁 )相含量 ,尤其是C3 A含量 ,是影响钙矾石长期稳定性的重要因素 ,C3 A含量增加 ,其稳定性明显下降 ;钙矾石长期稳定性并不仅仅取决于体系中含铝 (铁 )相与SO3 摩尔比 ,还取决于动力学因素     

粉体改性与水泥的高性能化

建筑技术的进步对水泥的性能和品质提出了越来越高的要求,为了满足这些需求,水泥本身的改性是重要的技术措施。本文中介绍了水泥粉体改性的主要方法和对提高水泥性能的作用,提出了粉碎机械力化学法和球形水泥技术在水泥基材料中的应用研究,并认为这是应该关注的水泥粉体改性问题。     

水泥粒径分布对水泥石强度的影响

以水泥石水化物填充度最高为原则,综合考虑水泥水化度、水泥固相体积增量和水泥浆体初始堆积密度两个方面的匹配关系,通过理论推导和试验验证建立了多粒径(连续粒径分布)单组分水泥石强度与水泥粒径分布之间关系的计算方法,在此基础上就水泥粒径分布对水泥石强度的影响进行探讨。结果表明:计算值与试验值比较吻合,用本文中提供的方法可以根据水泥的粒径分布和各水灰比计算其不同龄期的填充度和抗压强度。     

Experimental Investigation of Strain Behaviour of Heated Cement Paste and Concrete

The material degradation of concrete subjected to fire events has a severe influence on the load‐carrying capacity of support structures. Spalling of concrete layers, exposing the reinforcement bars and degradation of the material properties (Young's modulus, compressive strength) may lead to significant damage of the reduced cross‐section and, therefore, cause failure of the structure. In order to understand the stress build‐up at the heated surface caused by thermal expansion due to fire loading, finally leading to damage and spalling of concrete, the strain behaviour of cement paste and concrete exposed to combined thermo‐mechanical loading is the focus of this work. Hereby, the evolution of thermal strains, Young's modulus and Poisson's ratio with increasing temperature are investigated experimentally. For this purpose, the specimens are loaded uniaxially while the temperature is increased up to 800 °C. The obtained results provide the proper basis for the development of realistic material models, allowing more sophisticated simulations of structures exposed to fire.     

Microwave Compressive Strength Estimation of Cement Paste Using Monopole Probes

Abstract

In-situ evaluation of the compressive strength of existing concrete structures using a direct approach is the objective of this investigation. The principle factor affecting the compressive strength of a concrete structure is its water/cement (w/c) ratio. The reflection properties of four cement paste samples with w/c ratios of 0.35, 0.40, 0.50, and 0.55 were measured using several monopole probes at microwave frequencies of 5, 9, and 12 GHz. The effect of several parameters, such as the operating frequency, the probe length (h), and the properties of the cement paste (w/c ratio) on the measurement sensitivity, were studied theoretically as well. For a given monopole probe (fixed diameter), h and the operating frequency can be optimized such that any slight change in the w/c ratio causes a large change in the reflection coefficient. Lower microwave frequencies are shown to be more sensitive in detecting variation in the reflection coefficient of these samples as a function of the w/c ratio. After the reflection coefficient measurements for these samples were conducted, they were tested to measure their compressive strength. Subsequently, a correlation between the compressive strength and the reflection coefficient of these samples was shown. The effect of an air gap around the monopole was investigated as well.     

普鲁兰多糖对水泥净浆性能的影响

主要研究一种新型微生物多糖——普鲁兰多糖(Pullulan)对新拌水泥浆体性能的影响,对比分析了不同掺量的普鲁兰多糖对水泥净浆标准稠度用水量、凝结时间、流动度和Zeta电位的影响,以及对硬化水泥浆体力学性能的影响.研究表明:普鲁兰多糖增大了水泥浆体标准稠度用水量,延长了水泥的凝结时间;随着普鲁兰多糖掺量的增加,新拌水泥浆体的初始流动度降低,但随着时间的延长,流动度不降反升;普鲁兰多糖的掺入降低了水泥浆体的Zeta电位,0～13 min内,Zeta电位值极度不稳定,然后趋于平稳状态;普鲁兰多糖与减水剂(PC)复掺后,随着普鲁兰多糖掺量的增加,水泥浆Zeta电位发生了复杂的变化过程;普鲁兰多糖对硬化水泥浆体的抗压强度无明显不利影响.     

冻融作用下硬化水泥浆体和混凝土结构的变化

用压汞法和扫描电子显微镜研究了冻融循环作用下硬化水泥浆体和混凝土宏观与细观结构的变化.结果表明,冻融以后硬化水泥浆体和混凝土中砂浆的孔隙率,特别是大于50 nm的毛细孔体积和微裂纹增大较多,导致硬化水泥浆体由密实体向松散体发展,最后导致粗骨料与砂浆分离.提出了快速冻融破坏机理与自然条件下缓慢冻融的破坏机理存在差异的观点.     

钢基材表面磷酸钾镁水泥浆体涂层制备及其性能

为开发维护周期长的新型无机防腐涂料,研究了掺入硅灰、偏高岭土和粉煤灰改性后,磷酸钾镁水泥浆体的强度、体积变形、水稳定性、吸水率和水化温度等性能及其影响.结果表明,硅灰可以显著提高浆体的早期抗压和抗折强度,偏高岭土对其后期强度提升明显;粉煤灰的掺入改善了浆体粘结抗折强度倒缩的问题.采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG...     

水泥净浆搅拌机间隙过大的调修

水泥净浆搅拌机是制水泥标准稠度净浆的专用设备,本文先对其工作原理进行简单介绍,并分析其间隙过大故障产生的原因,最后提出如何进行调修。