偏高岭土基地质聚合物的制备

以偏高岭土为主要固体原料,掺加少量粉煤灰和矿渣,以硅酸钠水玻璃为碱激发剂,制备了偏高岭土基地质聚合物.研究了粉煤灰含量、水玻璃模数、养护方式和矿渣掺量对样品抗压强度的影响.结果表明,在粉煤灰含量为35%、硅酸钠水玻璃模数为l.2、矿渣含量为10%时样品具有较高的抗压强度,养护温度为常温时,28天强度为72MPa,80℃时可达80MPa;通过XRD和MAS-NMR微观分析表明制备的地质聚合物具有类沸石结构,其微观结构形态为无定形态;-Si-O-Al-的键接方式主要为SiQ4(4Al)、SiQ4(2Al)和SiQ4(4Si).     

高延性纤维增强水泥基复合材料的直接拉伸性能

利用国产基体原材料制备了具有较高极限拉伸性能的高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC),研究了粉煤灰和胶粉对ECC直接拉伸性能的影响.试验结果表明:采用合理的配合比及测试方法,制备的ECC试件具有应变硬化及多缝开裂特征;粉煤灰掺量为80％时,7d、28 d极限拉应变分别达到3.77％和2.86％,28 d抗压强度为25.4 MPa;掺入10％胶粉,7d、28 d极限拉应变分别达到3.91％和2.37％.在满足强度要求的前提下,适当增大粉煤灰和胶粉掺量有利于提高ECC的延性.     

粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的孔结构及抗压强度

地质聚合物因其优异的力学性能、化学稳定性、耐高温等性能,在建筑、耐火、有毒有害离子固化等领域备受关注。本研究通过压汞法(MIP)、FT-IR、SEM测试分析了粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的孔径分布、凝胶结构及断裂方式,探讨了偏高岭土掺量对其结构与性能的影响。结果表明:地质聚合物的孔径分布随水灰比的调整存在大范围的变化,最可几孔径由几个纳米到100nm。当水灰比固定时,偏高岭土掺量由25%(质量分数)增加至60%(质量分数),地质聚合物中气孔均以凝胶孔为主,最可几孔径由40nm减小至26nm,总气孔率无显著变化,但有害孔的孔隙率明显由3.6%降至0.09%。偏高岭土掺量的增加,提高了凝胶相多元环结构中[AlO_4]的数目,使材料呈均匀化、致密化结构,尤其是改善了未反应粉煤灰颗粒与凝胶相之间的界面结合。偏高岭土掺量为60%时,裂纹在粉煤灰颗粒堆积气孔或薄弱界面周围的快速扩展得到有效控制,抗压强度显著提高,7d龄期时强度达到75.5 MPa。     

硅灰对偏高岭土基地聚合物防火涂料性能影响

地聚合物具有轻质、高强、低导热、耐火、防腐蚀等特性,是钢结构无机防火防腐涂料粘结剂的优良备选。以偏高岭土基地聚合物为主要胶凝材料制备了无机防火涂料,探讨了硅灰掺入对防火涂料结构和性能影响。研究结果表明,硅灰掺入可进一步降低防火涂料干密度和导热系数,但其力学性能和防火性能则有较大提高。此外,硅灰掺入大幅提高了防火涂料的粘结强度,避免了偏高岭土地聚合物薄型防火涂层表面开裂和剥落问题。质量比为1∶1的偏高岭土与硅灰制备的防火涂料综合性能最佳,涂料干密度619 kg/m³、导热系数0.1388 W/（m·K）、抗压强度6.1 MPa、粘结强度达0.4 MPa,燃烧1 h内防火涂层背火面最高温度不超过251℃。亚微米级硅灰颗粒堆积孔孔径较小,且可填充地聚合物基体大孔;另一方面,硅灰可参与地聚合反应,提高地聚合物凝胶硅铝比,增加凝胶相含量,使得掺硅灰偏高岭土基地聚合物防火涂料性能表现优异。     

聚乙烯醇纤维增强偏高岭土-水硬石灰砂浆材料性能的研究

针对偏高岭土-水硬石灰砂浆材料抗拉强度低、极限延伸率小、性脆的问题,为了提高其韧性和稳定性,增强其抗裂能力,设计并制备了聚乙烯醇(PVA)纤维掺杂偏高岭土-水硬石灰砂浆材料,开展了PVA纤维不同掺量、不同长度下偏高岭土-水硬石灰砂浆材料收缩率、波速、抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度的试验研究,通过扫描电镜观察分析了PVA纤维在偏高岭土-水硬石灰砂浆材料中的微观作用机理。结果表明:PVA纤维改变了偏高岭土-水硬石灰砂浆的收缩率和内部结构。试样的抗折强度和劈裂抗拉强度随着纤维增加而增大,抗压强度会在纤维长度一定时随着掺量的增多而降低。PVA纤维对砂浆材料整体性有明显改善,受压后仍能够保持着较好的原样性,纤维和砂浆基体之间产生了机械铆合作用,具有较好黏结性。     

聚乙烯纤维增强高延性碱矿渣复合材料的拉压性能及裂缝分布

在碱激发作用下,以矿粉为主要原材料,粉煤灰为辅助材料,共同制备聚乙烯(PE)纤维增强高延性碱矿渣复合材料。通过轴向拉、压实验,研究不同养护龄期(1天、3天、7天、28天、56天、120天)下材料的拉压性能,并借助数字图像技术(DIC)对裂缝进行了表征。结果表明:高延性碱矿渣表现出较好的延性,具有早强特征。7天强度值可达极限强度的84%以上(极限拉压强度分别为5.05 MPa、91.24 MPa),拉伸应变可达5.74%,多缝开裂基本饱和;28天后拉压性能趋于稳定(拉压强度、拉伸应变分别保持在6 MPa、100 MPa、6%);DIC数字分析云图直观地描述了裂缝的形成及发展过程,可从一定程度上对开裂破坏方向及位置进行可靠预判。      

偏高岭土基地聚合物对水泥固化红黏土的改善机制

为了研究偏高岭土对水泥固化红黏土的改善效果,开展了三种组合(纯水泥、水泥+偏高岭土以及水泥+偏高岭土+水玻璃)的红黏土固化试验。基于固化剂化学组分和固化土的干密度、pH值以及物相成分等,研究了新型复合碱激发体系作用下偏高岭土对水泥固化红黏土的作用机理。研究表明：当水泥、偏高岭土和水玻璃掺入比分别为12%、5%和3%时,红黏土固化效果最佳,相比于纯水泥固化土其强度提高了2.82倍。在n(SiO₂)/n(Al₂O₃)从2.53增加至4.05过程中,固化土强度发展较快,随后逐渐趋于稳定。由于水泥水化生成的Ca²⁺能够平衡固化体系中的部分负电荷,在n(Na₂O)/n(Al₂O₃)较小的情况下固化土强度得到了显著提升。最后通过固化土微观形貌及主要物相组成发现,新型复合碱激发体系的试样中含有无定形地聚物凝胶且主要物相特征峰峰值有所降低,说明产生了更多的地聚合凝胶产物。     

纤维增强聚合物基复合材料的低温性能

对纤维增强聚合物基复合材料在低温领域的实际应用进行了分类介绍,通过对纤维增强聚合物基复合材料的低温性能、性能影响因素和作用机理、低温应用安全性等方面的研究工作进行总结,突出各类纤维增强聚合物基复合材料低温下的性能优势,阐明了材料性能的不足之处及相应改进措施.对于实际低温应用中纤维增强聚合物基复合材料的选择、性能设计优化,系统安全性的增强提供了参考作用.     

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。     

PVA短纤维和粉煤灰对地聚合物基复合材料流变学行为和弯曲性能的影响

利用自行研制的活塞式挤压流变仪研究了掺加聚乙烯醇(PVA)短纤维和粉煤灰的地聚合物浆体在挤压过程中的流变学特性,在此基础上通过单轴挤压机成功制备出宽厚比=12.5∶1.0的短纤维增强地聚合物基复合材料。利用MTS电液侍服机系统研究了各种纤维和粉煤灰掺量的地聚合物基复合材料的弯曲行为。采用扫描电镜(SEM)研究了地聚合物基复合材料中纤维的分布、取向、纤维-基体间界面,以及弯曲实验后试样断裂面上的纤维伸出长度、纤维尖端断裂形貌和纤维表面组织,从细观和微观角度探讨各种地聚合物基复合材料微观结构和弯曲破坏机制。结果表明：PVA短纤维的加入改变了地聚合物浆体的破坏模式,由脆性破坏变为延性破坏;对于不掺或掺加少量粉煤灰(≤10%)的地聚合物基复合材料弯曲强度高,但延性小,当粉煤灰的掺加量≥30%时,地聚合物基复合材料的弯曲强度显著下降,但延性增大。     

高阻尼空心微珠/环氧复合材料的制备及性能研究

制得不同粒径空心微珠/环氧复合材料,并对其进行断口形貌、阻尼性能和耐热性进行了研究.其阻尼性能的测试是采用动态力学热分析仪,通过拉伸-压缩的方法在不同变温(-40～150℃)和变频(10～800Hz)条件下完成的.结果表明相同条件下,添加过筛100～140目空心微珠的复合材料在玻璃化转变温度(Tg)下的阻尼性能相对较好(tanδmax=0.892),并且随频率增加损耗因子衰减较慢.通过复合材料断口的扫描观察发现空心微珠均匀分布在基体中,且与基体的结合较好;通过热重测试发现空心微珠概率粒径越大,复合材料耐热性越好.     

粉煤灰增强MC尼龙复合材制备与性能研究

为提高MC尼龙的综合性能,在己内酰胺熔融单体中加入粉煤灰,通过碱催化阴离子聚合反应制备粉煤灰增强尼龙复合材料(FMCPA),采用扫描电镜和拉伸实验对复合材料的显微组织进行了观察和分析,并对其力学性能和摩擦性能进行了测试.结果表明,原状粉煤灰经活化处理后变得均匀细小,但与基体间存在明显的界面空隙,而经活化偶联处理的粉煤灰均匀分布在复合材料中,与尼龙基体的界面结合良好.复合材料的拉伸断面有明显的牵引痕迹,粉煤灰颗粒起到钉紧作用.粉煤灰质量分数较低时,尼龙复合材料以粘着磨损为主,伴有磨粒磨损;随着粉煤灰质量分数的增加,磨粒磨损加重.粉煤灰的加入提高了复合材料的力学性能,同时改善其耐磨损性能,当粉煤灰质量分数为20%时复合材料的综合性能最好.     

超高韧性水泥基复合材料自愈合研究进展

在总结了最近几年国内外相关研究进展的基础上,对超高韧性水泥基复合材料(ECC)及裂缝自愈合进行了综述。着重介绍了裂缝自愈合的最大允许宽度限值以及自愈合机制。提出利用ECC所独具的对裂缝宽度的可控性及紧密细小的微裂纹、较低的水胶比及矿物掺合料的二次水化效应可实现其良好的自愈合特性。最后指出该研究领域所面临的挑战及今后的研究方向,为ECC裂缝自愈合的研究提供有价值的理论参考。     

粉煤灰漂珠粒径对粉煤灰漂珠/AZ91D镁合金复合材料阻尼性能的影响

通过搅拌铸造法向半固态AZ91D镁合金中添加粉煤灰漂珠（FAC）制备了FAC/AZ91D镁合金复合材料,研究了FAC粒径对该复合材料阻尼性能的影响。结果表明:FAC/AZ91D镁合金复合材料的阻尼性能明显优于基体材料,在FAC含量相同时,FAC的粒径越大,其阻尼性能越好。室温下FAC对提高FAC/AZ91D镁合金复合材料的阻尼性能起重要作用,FAC附近的基体产生了高密度的位错,形成了塑性区。室温下FAC粒径越大,在其附近产生的塑性区越大,阻尼性能越好。随温度的升高,FAC/AZ91D镁合金复合材料的阻尼性能迅速提高。位错、晶界以及FAC和基体之间的界面运动是提高阻尼性能的关键。      

Effect of granite flour proportion on the strength properties of geopolymer mortar based on fly ash

Given global trends and challenges, the development of binders for the production of geopolymer concretes has become a topical area of building science. The purpose of this study is to determine whether granite can replace traditional construction aggregate, such as river sand, during geopolymer production, as well as to demonstrate the effect of the proportion of granite flour on the strength properties of fly ash-based geopolymer mortar. A combination of granite flour, quartz sand, and fly ash in various proportions was used as an aluminosilicate precursor. The scope of the study includes density measurements, compressive and flexural strength tests, abrasion by the Boehme method, and microstructural observations. Based on the obtained results, it can be concluded that granite can be successfully used as a replacement for quartz sand during the production of fly ash-based geopolymers. Moreover, the addition of granite makes it possible to improve the strength properties of geopolymers, compared to a geopolymer composite containing quartz sand.     

Sustainable utilization of pre-treated and nano fly ash powder for the development of durable geopolymer mortars

Developments in geopolymer construction are gaining more interest nowadays due to the elimination of cement and the consequent effects such as carbon dioxide emission, greenhouse effect, etc. Although the use of fly ash as a binder in the geopolymer system acts as a key solution for the major hazardous effects like land dumping, soil contamination, groundwater pollution, and respiratory diseases, the slow reactivity of the fly ash resulted in the considerable reduction in the strength. In this paper, a novel pretreatment method was employed on the fly ash binder in terms of thermal and mechanical means. Also, a cost-effective nano fly ash powder was synthesized and used as filler material on the geopolymer system. The efficiency of the fabricated geopolymer mortar was assessed by examining the workability, compressive strength, and resistance against chloride ion penetration. The geopolymer mortars with pre-treated fly ash exhibited a highly workable mix of 130% improved flow rate without adding any superplasticizer. Further, the addition of 1% nano fly ash, exhibited the highest compressive strength of 71.22 MPa, confirmed almost nil chloride ion permeability, and sustained 90% residual strength after immersing in the brine solution for 60 days which explored the development of sustainable and cost-effective geopolymer construction in the marine environment.     

Self-healing behavior of strain hardening cementitious composites incorporating local waste materials

The self-healing behavior of a series of pre-cracked fiber reinforced strain hardening cementitious composites incorporating blast furnace slag (BFS) and limestone powder (LP) with relatively high water/binder ratio is investigated in this paper, focusing on the recovery of its deflection capacity. Four-point bending tests are used to precrack the beam at 28 days. For specimens submerged in water the deflection capacity can recover about 65–105% from virgin specimens, which is significantly higher compared with specimens cured in air. Similar conclusion applies to the stiffness recovery in water cured specimens. The observations under ESEM and XEDS confirmed that the microcracks in the specimens submerged in water were healed with significant amount of calcium carbonate, very likely due to the continuous hydration of cementitious materials. The self-healing cementitious composites developed in this research can potentially reduce or even eliminate the maintenance needs of civil infrastructure, especially when repeatable high deformation capacity is desirable, e.g. bridge deck link slabs and jointless pavements.     

用纳米压痕技术表征超高韧性水泥基复合材料(ECC)的裂缝自愈合特性

为了探究ECC裂缝自愈合体系中不同物相的微观力学性能,应用纳米压痕技术对经历10个干湿循环环境后裂缝自愈合ECC体系中不同物相的荷载-位移、接触刚度-位移、弹性模量及硬度进行了研究。结果表明:当荷载相同时,压入深度大小顺序为:纤维ITZSHP基体粉煤灰砂子;接触刚度与压入深度近似呈线性关系;粉煤灰和砂子的弹性模量及硬度是体系中最高的,远远高于其他相,其次是基体,接下来是SHP、ITZ,最差的是纤维。     

漂珠/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩变形行为

采用搅拌铸造法制备了漂珠(FAC)/AZ91D镁合金复合材料。研究了该复合材料的高温压缩变形行为,分析了压缩变形温度和应变率对FAC/AZ91D镁合金复合材料压缩变形行为的影响规律,并计算了其热变形激活能。结果表明:FAC/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩真应力-真应变曲线分为4个阶段:弹性变形、加工硬化、峰值应力和稳态流变阶段。相同应变率下,FAC/AZ91D镁合金复合材料的峰值应力和稳态流变应力随压缩变形温度的升高而降低;相同压缩变形温度下,流变应力随应变率增大而升高。在相同应变率或相同压缩变形温度下,FAC/AZ91D镁合金复合材料的热变形激活能随压缩应变率或压缩变形温度的升高而增大,其热压缩行为可以用双曲正弦函数形式的Arrhenius关系来描述。压缩变形温度与应变率对FAC/AZ91D镁合金复合材料的高温压缩组织均有重要影响。提高压缩变形温度或增大应变率,均可加速动态再结晶的进程。