石墨烯增强水泥基复合材料的多功能性研究

由于石墨烯及其衍生物具有良好的物理和机械性能,在高性能和多功能水泥基复合材料研发方面引起了广泛关注。本文针对石墨烯增强水泥基复合材料的相关研究成果进行了综合概述,总结了三种石墨烯分散方法,分析石墨烯填料对水泥复合材料流动性能、力学性能和水化行为的影响,并依据石墨烯为水泥基复合材料带来的导电性,导热性和电磁干扰性进行了分析,为将来智能水泥基复合材料提供了建设性的想法和指导。最后讨论了石墨烯增强水泥复合材料的未来前景和挑战,从而有助于未来的相关研究,建造智能和多功能的建筑材料。     

基于ECC自愈能力的耐久性研究*

ECC是一种新型的高延性水泥基复合材料。与普通混凝土材料相比,ECC具有独特的微裂纹和应变硬化行为,具有较高的自愈合能力。因此,ECC在各种环境下比普通混凝土拥有更高的耐久性。为了研究ECC自愈能力与耐久性的关系,我们首先总结了ECC自愈能力的原因;然后,介绍了微生物法、玻璃胶囊填充愈合剂法、膨胀剂与其他外加剂等诱导ECC自愈的方法;最后,详细探讨了在冻融循环、酸腐蚀和疲劳条件下ECC自愈能力对其耐久性的影响。根据目前对于诱导自愈的研究现状,我们提出了要根据实际情况合理运用愈合剂来诱导ECC自愈的建议。     

高强塑性低密度水泥浆体系在叙利亚热采井中应用

叙利亚稠油油藏埋藏深度一般在500~2000m。地层特点以粗碎岩屑为主,具有砂砾岩颗粒组、分选差、泥质含量低、胶结疏松、高空隙度、高渗透等特点,其中O、T两个油田地层多易漏。针对这2个油田固井难点,设计热采井固井用低密度水泥浆体系,其API失水量低,防漏性能好,抗压强度发展快(24h,7MPa以上),水泥石致密不收缩,高温下强度不衰退,稠化时间达到固井施工的要求。固井质量电测结果:全井封固质量优质,尤其是低密度封固段,水泥石强度满足射孔及采油要求。     

富硅铝质活性填料提高油井水泥石性能的研究

为提高油井水泥石的性能,通过Aim和Goff模型计算,优选了油井水泥和活性填料的最佳配比,并结合水泥石抗压强度、渗透率、孔结构(MIP)的测试和水化产物的XRD,DSC-TG,SEM分析,对模型计算结果进行了验证.结果表明:掺量为20％(质量分数,下同)的活性填料对油井水泥石性能的优化效果最佳,掺20％活性填料的油井水泥石在80℃下养护7,28 d后其抗压强度可达35.1,39.4 MPa,分别较净浆油井水泥石提高33.5％和45.9％;在驱替压力为7,15 MPa时,掺20％活性填料油井水泥石均未发生渗滤(净浆油井水泥石的渗透率为3.02×10-6～7.68×10-6μm2),其孔隙率(体积分数)分别为25.7％和21.3％,分别较净浆油井水泥石降低了18.4％和24.7％.活性填料掺量为20％时,80℃下养护7d的油井水泥石其Ca(OH)2衍射峰明显减弱、吸热峰明显降低,致密程度明显改善.     

MnO2和Fe2O3对氧化铝质压裂支撑剂微观结构和抗破碎能力的影响

采用无压烧结技术制备了软锰矿掺杂的高强度氧化铝质压裂支撑剂.通过X射线衍射、压汞式孔隙分析、扫描电子显微镜和筒压法分别研究了由软锰矿引入的MnO2和Fe2O3对支撑剂物相组成、孔结构、晶粒尺寸和抗破碎能力的影响.结果表明:当软锰矿掺杂量为0～5%(质量分数,下同)时,烧结样品中包括氧化铝、莫来石和钛酸铝相,软锰矿的掺入未明显改变晶体结构;当软锰矿掺量为5%时,Fe3+取代Al3+与组分中的TiO2反应并形成固溶体,MnO2固溶于Al2O3晶粒中,促进了Al2O3晶粒生长,过剩的Fe2O3和MnO2存在于陶瓷晶界处并在高温煅烧F形成液相促进致密化烧结;未掺杂样品中存在大量连通气孔,显气孔率为14.79%:掺入5%软锰矿后,显气孔率降低至5.29%,样品内部多为均匀分布的近球形闭气孔;在52MPa压力条件下,5%软锰矿掺杂样品的破碎率与未掺杂样品相比减少80.95%,抗破碎能力显著提高.     

钢渣对镍渣碱激发胶凝材料抗压强度的影响

以工业废渣镍渣和钢渣为主要原料制备碱激发胶凝材料。研究钢渣掺量对镍渣碱激发胶凝材料抗压强度的影响,结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等测试方法,对碱激发反应产物的微观性能进行分析。结果表明,随着钢渣掺量的增大,镍渣碱激发胶凝材料的抗压强度逐渐增大。钢渣掺量为50%时,50℃养护7 d的风冷镍渣碱激发胶凝材料和水淬镍渣碱激发胶凝材料的抗压强度分别较未掺钢渣试样提高279.2%和73.6%。掺入钢渣使得体系碱度增大,有效促进了镍渣碱激发反应过程的进行;反应产物相互填充,体系结构的致密性改善,有利于提高胶凝材料抗压强度。     

RHA和PAN纤维对偏高岭土地聚合物性能的影响

以偏高岭土为主要原料,经碱激发作用后制备地聚合物,研究稻壳灰(RHA)和聚丙烯腈(PAN)纤维掺入对地聚合物力学性能的影响。结果表明:适量稻壳灰和PAN纤维的掺入,能有效提高偏高岭土地聚合物的力学性能。50 ℃养护14 d时,掺入20%稻壳灰偏高岭土地聚合物的抗压强度和抗折强度最高,分别较未掺稻壳灰试样提高了37.5%和30.6%。在此基础上,掺入1.5% PAN纤维地聚合物的抗折强度和抗冲击功最高,分别较未掺纤维试样提高了24.4%和43.5%。稻壳灰具有细化地聚合物孔隙的作用,有利于结构密实;PAN纤维穿插于地聚合物基体中,具有增韧改性的效果。     

碳纤维复合炭黑导电砂浆导电性能及其电热功能研究*

本研究介绍了碳纤维复合炭黑导电砂浆的制备方法、导电性能和电热功能研究。导电砂浆作为一种新型的功能性建筑材料，具有导电性能和电热功能，可以应用于感应加热、防冰除雪等多种场景。为了改善导电砂浆的性能，试验探究了采用碳纤维和炭黑复合的制备方法，并分析了碳纤维掺量对导电砂浆电阻率和电热功能的影响。实验结果表明，最佳的碳纤维掺量为胶凝材料质量分数的1%，炭黑掺量为胶凝材料质量分数的0.4%，在通入10 V交流电压下1 h后，试样温度升高13.3℃。电性能测试还证实了碳纤维复合炭黑导电砂浆具有低电阻率和高发热功率密度，具有较强的融雪或除冰能力。然而，为了将这一试验成果应用于更大的场景，还需要进一步研究导电砂浆试样。     

抗冲击防窜水泥浆体系性能研究

通过比较胶乳水泥浆体系和纤维增韧防窜水泥浆体系的力学性能、工程性能以及作用机理可知:掺入胶乳的水泥浆其固化体水泥石的弹性模量能显著降低,但胶乳水泥石的抗冲击功较低,不能提高水泥石的韧性;纤维增韧材料FR可以降低水泥石的脆性,显著提高水泥石的韧性;与胶乳水泥浆相比,纤维增韧防窜水泥浆的增韧和防窜效果更优异,其水泥石抗冲击功增加54%～62%,抗压强度基本保持不变,弹性模量降低18.0%～19.5%,渗透率降低(趋于零),失水量较低,自由水为零,流变性能较好,稠化时间可调,该水泥浆的工程性能满足固井施工的基本要求。     

热解油基钻屑资源化利用(I):废渣基固化剂固化实验研究

针对油基钻屑热解吸处理过程中产生的危险废物残渣,采用废渣基固化剂CS对其进行了固化处理。考察了CS掺量对固化体无侧限抗压强度、水稳性、抗冻性和污染物浸出特性的影响,并利用XRD、SEM和MIP等测试方法,讨论了固化剂对热解油基钻屑的固化机理。结果表明:CS作为固化剂固化热解油基钻屑,其抗压强度及水稳系数（大于0.87）均优于参比样（掺水泥固化体）;冻融循环15次后,掺CS热解油基钻屑固化体仍能保持较高的强度值,试件质量损失较小且完整性良好;CS掺量为6%~15%时,热解油基钻屑固化体浸出液成分达到GB 8978-1996 Ⅰ级的要求;CS固化处理后,热解油基钻屑固化体中生成了大量C-S-H凝胶和少量AFt,使其基体结构更为致密,明显提高了固化体抗压强度、水稳性和抗冻性,同时能抑制热解油基钻屑中污染物的浸出。