硫酸盐腐蚀环境下CFRP-混凝土界面性能研究

通过10%硫酸钠溶液加速劣化试验,研究CFRP-混凝土粘结界面的力学性能,包括混凝土圆柱体的抗压强度、 CFRP片材的拉伸强度、混凝土的抗压强度及弹性模量.通过CFRP-混凝土粘结界面的单剪试验,研究硫酸钠溶液浸泡对CFRP与混凝土剪切粘结性能的影响,采用SEM和XRF等从微观层面探讨硫酸盐腐蚀机理.研究表明,硫酸钠溶液浸泡对CFRP的拉伸强度无影响;混凝土会受到硫酸盐的侵蚀,侵蚀程度与浸泡时间相关;因树脂的保护作用,10%硫酸盐溶液腐蚀118d对CFRP-混凝土界面的粘结性能基本无影响.     

川藏铁路石灰石粉–水泥基材料抗低温硫酸盐侵蚀研究

为研究川藏铁路掺石灰石粉混凝土抗低温硫酸盐侵蚀性能,通过对低温硫酸盐溶液浸泡侵蚀和电脉冲低温硫酸盐侵蚀作用下掺不同石灰石粉的水泥基材料的外观侵蚀变化等级、质量评价参数、抗压强度评价参数、孔隙特征以及侵蚀产物的测试,研究了低温环境下石灰石粉掺量对水泥基材料硫酸盐侵蚀行为的影响规律,并建立非单调Wiener随机过程模型对低温环境下石灰石粉-水泥基材料硫酸盐侵蚀服役寿命进行了预测。结果表明:（1）低温环境下硫酸盐浸泡侵蚀反应缓慢,侵蚀周期内,石灰石粉-水泥基试件外观未出现可见剥落、质量持续增加;强度先提高后降低,在侵蚀120d时出现转折;孔隙先细化后劣化,在侵蚀90d时出现转折;在侵蚀180d时有少量碳硫硅钙石生成。（2）电脉冲加速了低温环境下石灰石粉-水泥基硫酸盐侵蚀反应,电脉冲低温硫酸盐侵蚀60d时,试件表面开始剥落,质量和强度下降,内部孔隙劣化。石灰石粉掺量越多,碳硫硅钙石侵蚀破坏就越严重,石灰石粉掺量为40%的试件在侵蚀60d时就有碳硫硅钙石生成,而石灰石粉掺量为10%、20%的试件在侵蚀90d才生成碳硫硅钙石。（3）基于Wiener随机过程的可靠性寿命退化分析表明,电脉冲低温硫酸盐侵蚀作用下掺10%、20%和40%石灰石粉-水泥基材料室内加速侵蚀寿命分别为265d、130d及105d。     

快速固化环氧-聚硫密封胶的研究

以环氧树脂E-51、液态聚硫橡胶JLY-124及各种助剂为原料制成了一种粘结性优良、可快速固化的环氧-聚硫密封胶.研究了环氧树脂、催化剂对密封胶性能的影响.实验结果表明:采用环氧树脂与液态聚硫橡胶高温预反应工艺制备的密封胶有较好的粘结性能,并且通过添加适量的催化剂可以达到密封胶在低温条件下快速固化的目的.     

反渗透膜仓用韧性环氧树脂基体研究

工业上广泛使用反渗透膜仓制备高纯水,为了用玻璃钢替代不锈钢,研究了一种适合湿法缠绕的反渗透膜仓用韧性环氧基体。在配方中采用液体酸酐固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐和高效活性增韧剂,对树脂基体和复合材料力学性能及耐水性能的研究表明该树脂基体具有许多优良性能,如拉伸强度≥86.2MPa,断裂延伸率≥5.2%,弯曲强度≥139MPa,制得膜仓爆破时纤维强度转化率高达88.7%,耐疲劳达10万次而无损伤。此外,配方体系室温下粘度为0.35～0.4Pa·s,适用期≥8h,室温下在水中浸泡180d后吸水率低于0.5%,同不锈钢相比成本降低1/2。实验结果表明,该韧性环氧基体完全适用于反渗透膜仓使用。     

石墨改性聚全氟乙丙烯导热复合材料的性能

研究了新型耐腐蚀换热器的制作材料,旨在避免烟气余热回收时,因烟气温度低于其酸露点温度而产生的低温腐蚀.采用石墨填充聚全氟乙丙烯(fluorinated ethylene propylene,FEP),并添加一定量的碳纤维,制备出导热性能较好、抗冲击且耐腐蚀的石墨改性FEP导热材料.通过导热性能、力学性能及耐腐蚀性能研究,确定了适用于制作烟气余热回收系统中换热器的复合材料中石墨的填充质量分数.实验表明,石墨的质量分数越高,导热复合材料的热导率越大,但其拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度会随着石墨填充质量分数升高逐渐降低.     

干湿循环对混凝土单面盐冻破坏的影响

采用冻融循环、冻融-干湿循环的试验方法,研究了混凝土单面浸泡在1%、3%、5%、7%、9%浓度氯化钠溶液中的离子扩散及抗冻融性能,系统讨论了干湿循环对混凝土单面盐冻破坏的影响。结果表明:与单一的冻融循环过程相比,干湿循环加剧了冻融循环过程中混凝土内部氯离子的扩散作用,并产生更大单面盐冻剥落。在干湿循环作用下,混凝土内部氯离子富集区由2.5~12.5mm扩大到2.5~17.5mm;在破坏最严重的3%浓度组中,混凝土单面盐冻剥落量从冻融循环的1 501.3g/m~2提高至冻融-干湿循环的2 402.08g/m~2,相对动弹性模量下降量从冻融循环的22%提高至冻融-干湿循环的28%。在冻融-干湿循环实验中,冻融破坏起着主要作用,干湿循环剥落量不足冻融剥落量的2.5%。     

改性MDI基混合软段型水性聚氨酯的合成及应用

以改性MDI和二羟甲基丙酸为硬段,以聚碳酸酯二醇和聚丙二醇为软段,通过溶剂法合成水性聚氨酯乳液,并将其与固化剂混合,制得双组份水性聚氨酯胶膜,并研究胶膜的力学性能和耐水性能;将双组分水性聚氨酯涂覆在棉布表面,通过扫描电镜观察涂层织物表面形貌.结果表明:随着NCO与OH摩尔比的增大,胶膜的拉伸强度先增大后减小;随着DMPA含量的增大,吸水率先上升后下降;随着PCDL与PPG摩尔比的减小,胶膜的拉伸强度和吸水率都随之减小;经过双组份水性聚氨酯处理的织物表面形貌平整.     

Al_2O_3改性MDI型聚氨酯弹性体制备及力学性能

为了提高聚氨酯(PU)弹性体机械强度,尝试用超临界乙醇处理的无机氧化铝(SCE-Al_2O_3)粒子改性以提高弹性体性能.以4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚醚二醇(PPG)、二乙烯三胺(DETA)和环氧树脂(E-51)等为主要原料,采用预聚体酮连氮法合成了双组份聚氨酯弹性体,再用SCE-Al_2O_3改性,制备了Al_2O_3/PU弹性体.通过红外光谱(FT-IR)表征聚合物的结构;X射线衍射(XRD)表征SCE-Al_2O_3在基体中结晶峰的变化;扫描电镜(SEM)观察SCE-Al_2O_3在基体中的分散效果和结构;通过拉伸强度和断裂伸长率的变化分析改性前后的SCE-Al_2O_3对弹性体力学性能的影响.结果表明,未处理的Al_2O_3(unmodified-Al_2O_3)掺加量为质量分数1%、2%对弹性体拉伸强度的提高分别为19.22%,和10.02%;断裂伸长率也分别提高18.91%和8.96%.而2%SCE-Al_2O_3/PU弹性体的拉伸强度和断裂伸长率均为最佳,比纯PU和2%unmodified-Al_2O_3/PU分别提高了25.36%,26.37%和13.95%,15.98%.     

掺石灰石粉水泥胶砂低温硫酸盐侵蚀破坏与机理

目的 研究混凝土碳硫硅酸钙侵蚀(TSA)破坏机理,以提高混凝土耐久性.方法 测试水泥胶砂在(5±1)℃,且质量分数为2%的MgSO4溶液中浸泡1a期间的外观与强度变化,利用X-射线衍射仪.傅里叶红外光谱仪,扫描电子显微镜分析了浸泡1a各砂浆的矿物成分与微观结构.结果 在低温硫酸盐环境下,少量石灰石粉的掺入可改善水泥砂浆的抗侵蚀性能,而掺量较多时反而会加速砂浆的侵蚀破坏过程.在低温硫酸盐溶液中浸泡1 a后,纯水泥砂浆的破坏形式为表面开裂、脱落,在表层砂浆中生成了大量的钙矾石和石膏晶体;掺30%石灰石粉的砂浆主要表现为表面软化、浆化,腐蚀产物以碳硫硅酸钙和石膏晶体为主,为典型的碳硫硅酸钙侵蚀(TSA)破坏.结论 使用大量石灰石填料或骨料时,水泥基材料在低温硫酸盐环境下可能发生以碳硫硅酸钙为主要腐蚀产物的TSA破坏.     

基于动水冲刷作用的沥青混合料短期水损害特性

针对车辆荷载引起的动水冲刷作用,设计开发了一种模拟动水冲刷的试验装置,结合冻融循环试验,对动水冲刷与静态浸水模式下沥青混合料的空隙率、吸水率以及劈裂强度等技术指标进行测试,并借助CT扫描试验,从微观的角度探讨动水冲刷作用下沥青混合料的短期水损害机理。试验结果表明:随着冻融循环次数的递增,动态冲刷浸水模式和静态浸水模式作用下的沥青混合料试件空隙率增幅分别为47.62%和22.5%;吸水率增幅分别为263.2%和86.4%,冻融劈裂强度比(TSR)降幅分别为34.0%和24.9%,动水冲刷作用会加剧沥青混合料物理和力学性能的衰退。CT图像分析表明:随着冻融循环次数的增加,混合料试件的内部产生了新的空隙,试件外缘集料存在不同程度的剥落现象;动水冲刷作用会加剧水体对沥青薄膜的机械侵蚀速率,加速沥青的剥离和细集料的流失,导致原有空隙体积的进一步增大,混合料抗水损害性能下降更为显著。     

基于室内试验的沥青混合料离析标准研究

在室内设计了无离析、轻度、中度、重度和细集料离析5种不同离析程度的沥青混合料,测定了不同离析混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及力学强度特性,定量分析了不同离析程度对沥青混合料性能的影响,并建立了基于路用性能的混合料离析评价标准。结果表明:离析对混合料的路用性能有显著影响;与无离析混合料相比,当混合料发生中度和重度离析后,其高温稳定性显著下降,混合料剥落点处的车辙深度分别增加52.8%、51.8%,-10℃时的间接拉伸强度分别下降30.9%、42.8%,抗剪切强度分别下降45.8%和52.3%;基于路用性能的离析评价标准可用于指导沥青混合料非均匀性的定量检测和评价。     

聚丙烯纤维的拉伸强度和耐光老化性能

从制备、结构和性能表征等方面讨论了聚丙烯纤维的拉伸强度和耐光老化性能.结果表明,用适宜的聚丙烯切片以及添加适量的EVA或SiO2,经高倍牵伸可制备高强聚丙烯纤维;添加光稳定剂可有效地提高聚丙烯纤维的耐光老化性能,并且纤维强度较高.耐光老化性能的试验结果表明,户外老化和氙灯老化时间较长,而紫外老化时间短且效果明显.     

氟橡胶耐高温酸碱性能的研究

研究氟橡胶（FKM）的耐高温酸碱性能.对氟橡胶标准试样的力学性能、老化性能、耐酸碱腐蚀性能进行分析,结果表明：FKM胶片分别在100℃、质量分数为40%氢氧化钠溶液及100℃、质量分数为20%盐酸溶液中浸泡24 h,标准试样力学性能均有下降,但胶片能够达到高温耐腐蚀.进一步研究得出：BaSO4 10份、不添加硅藻土时,橡胶的耐碱性能最好,其拉伸强度达13.33MPa;BaSO4 10份、硅藻土5份时,橡胶的耐酸性能相对较好.     

盐沼泽区冻融作用下桥梁桩基腐蚀损伤模拟试验

为探究高寒盐沼泽区冻融循环作用下桥梁桩基的腐蚀损伤,采用室内模拟试验,模拟在养护冻融循环条件下不同桩基混凝土配合比与不同复合盐溶液体积浓度对桩基混凝土抗侵蚀性能的影响,通过对桩基混凝土外观、质量、抗压强度、动弹性模量以及微观SEM测定的方法,分析桩基础的腐蚀损伤机理。结果表明:不同桩基混凝土配合比对桩基础的抗侵蚀性能有严重影响,当在桩基混凝土中加入粉煤灰、硅灰和膨胀剂（配比Ⅲ）时,其相对动弹性模量减小不到10%,抗侵蚀系数稳定大于0.9,质量损失小于5%,桩基混凝土表面只有轻微脱落现象,能够提升桩基础抗侵蚀性能;在不同体积浓度的复合盐溶液中浸泡,桩基混凝土在冻融循环的条件下表现出不同程度的腐蚀情况,体积浓度越大,复合盐离子相互抑制作用越明显,桩基混凝土腐蚀情况减弱,当体积浓度达到15.4%时,质量损失出现负增长。由微观SEM测试结果,钙矾石、硅灰石膏、Friedel盐是导致桩基混凝土腐蚀损伤的主要产物;建议选用桩基础的设计年限折减系数为0.6,可防止冻融循环对基准体积浓度溶液腐蚀下的桩基础设计年限的不利影响。     

气相生长纳米碳纤维/环氧树脂复合材料的制备及其力学性能

为了改善气相生长纳米碳纤维(VGCNFs)在环氧树脂中的分散性能和界面结合性能,利用两步化学氧化法对VGCNFs表面进行化学改性,制备了VGCNF/环氧树脂复合材料,并对复合材料的力学性能进行了研究。利用傅立叶红外光谱分析仪,透射电子显微镜,场发射电子扫描显微镜及万能材料强力测试仪分别对样品的微观结构和力学性能进行测试分析。结果表明:经过表面处理的VGCNFs在环氧树脂中均匀分散;添加少量VGCNFs的复合材料的拉伸强度和杨氏模量得到了显著提高;拉伸强度在VGCNFs的添加量的质量百分数为8%时达到极值,相比同等添加量的未经表面处理的VGCNFs制备的复合材料的拉伸强度提高了12.2%。     

掺离子侵蚀抑制剂对海工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能及其防护研究

针对伶仃洋大桥墩柱混凝土服役于海洋环境中易出现腐蚀的耐久性问题,研究了离子侵蚀抑制剂对暴露在硫酸钠溶液中的矿物掺合料混凝土力学性能退化,离子传输和微结构的影响;另外,还研究了钢管防护对半浸泡在硫酸钠溶液中的混凝土力学性能和微结构的影响。结果表明：硫酸盐干湿循环作用下,掺加适量的离子侵蚀抑制剂制备的混凝土具有良好的孔隙分布(有害孔比例降低),导致硫酸根离子在混凝土中的含量和渗透深度降低。此外,钢管对混凝土的防护显著提高了混凝土抗硫酸盐侵蚀性能(浸泡250 d,耐蚀系数96.93%),其作为隔离混凝土与其周围环境的屏障,减轻了硫酸钠溶液在混凝土上的毛细上升现象,从而消除了盐结晶造成的表层剥落。同时钢管的环箍约束限制了硫酸盐侵蚀引起的基体膨胀,导致孔径分布密实度的增加。     

不同侵蚀环境下GFRP筋抗拉性能退化试验

为研究GFRP（glass fiber reinforced polymer）筋在不同侵蚀环境下的抗拉性能,对侵蚀前后GFRP筋进行了拉伸试验,重点分析了侵蚀环境类别和暴露时间对GFRP筋抗拉性能的影响.采用了两种侵蚀方式:一是直接将GFRP筋浸泡在碱、盐和清水溶液中,浸泡周期为180 d;二是将GFRP筋埋置于混凝土梁内,加载后将梁置于大气和氯盐干湿环境中,周期为366 d.借助扫描电子显微镜SEM（scanning electron microscopy）对埋置于混凝土梁内GFRP筋的微观结构变化及其损伤机制进行了分析.试验及分析结果表明:GFRP筋的抗拉性能随溶液直接浸泡时间的增加出现不同程度的降低,浸泡180 d后,GFRP筋的抗拉强度在碱、盐和清水溶液中分别退化30.0%、21.3%和11.3%;对于混凝土梁内GFRP筋,366 d后其抗拉强度下降约为10%;结合试验结果和SEM微观结构分析,可认为导致GFRP筋抗拉性能退化的主要原因是纤维与树脂基体黏结性能降低.最后,基于Arrhenius模型对GFRP筋在两种侵蚀方式下的抗拉性能退化进行了拟合分析,并对其在碱、盐直接浸泡和混凝土梁内环境下的长期性能进行了预测.     

硫酸盐环境下PVA-FRCC强度退化与寿命预测分析

为研究硫酸盐环境下PVA纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced composites composite,简称PVA-FRCC)强度退化机理和使用寿命,采用灰色理论GM(1,1)模型模拟硫酸盐环境下PVA-FRCC试件强度退化规律,分析硫酸盐干湿循环与长期浸泡两种侵蚀方式、纤维掺量、粉煤灰掺量对强度退化的影响,基于强度退化规律预测PVA-FRCC的使用寿命。结果表明:GM(1,1)模型能够很好地预测PVA-FRCC强度退化规律,模型精度高且稳定;PVA纤维掺量为1%时材料表现出较好的抗硫酸盐侵蚀能力,使用寿命较长;相比长期浸泡,干湿循环侵蚀方式可加速材料强度的退化,降低使用寿命;大掺量粉煤灰可提高材料抗压强度,从而改善PVA-FRCC的抗硫酸盐侵蚀性能,增加使用寿命。     

胶凝材料组成对混凝土TSA硫酸盐侵蚀的影响

研究不同水泥品种、矿物掺合料对混凝土抗TSA侵蚀性能的影响规律,采用掺30%石灰石粉填料的胶砂件,测试各砂浆在5±1℃的2%MgSO4溶液中浸泡1年后的外观破损与强度损失情况,通过X-射线衍射仪分析各砂浆的矿物成分.结果表明:不同品种水泥的抗TSA侵蚀能力由高到低依次为:硫铝酸盐水泥 硅酸盐水泥复合>硫铝酸盐水泥>抗硫酸盐水泥>普硅水泥.掺硅灰和矿渣细粉均能明显改善混凝土抗TSA侵蚀性能,且矿渣粉掺量越大效果越明显.由于粉煤灰活性低,掺量较少时可在一定程度上减缓TSA侵蚀过程,但掺量过多时反而产生不利影响.     

海工水泥抗硫酸盐侵蚀机理

采用浸泡抗蚀性能试验方法 （K法）,对比研究了海工水泥和普通硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。使用X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、电子扫描（SEM）和电子计算机断层扫描（Computed tomography, CT）分析了两种水泥硫酸盐侵蚀前后矿物成分和微观结构的变化,进行了机理分析。结果表明：海工水泥抗硫酸盐侵蚀性能优于普通硅酸盐水泥,海工水泥在3%硫酸钠溶液中浸泡11个月后侵蚀系数为1.03,而普通硅酸盐水泥为0.22。海工水泥主要水化产物为水化硅酸钙、钙矾石和较少的氢氧化钙,其在3%硫酸钠溶液中浸泡后生成微量二水石膏,不会对基体产生破坏。除水化硅酸钙和钙矾石外,普通硅酸盐水泥的水化产物中有较多的氢氧化钙和单硫型水化硫铝酸钙,其在3%硫酸钠溶液中会生成大量的二水石膏和钙矾石,两者的结晶膨胀会引起基体开裂。