吸波沥青混合料的制备及微波自愈合特性

吸波材料具有良好的微波传热能力,可用于沥青路面微裂缝自修复。本研究选取了炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉3种吸波材料替换部分矿粉制备了SMA-13吸波沥青混合料。通过车辙试验、低温弯曲破坏试验和冻融劈裂试验对比分析了不同吸波沥青混合料的路用性能,并采用半圆弯曲(SCB)试验研究了吸波材料类型、掺量、微波加热时间等因素对吸波沥青混合料表面温度分布和自愈合性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析吸波材料的微观特性。结果表明,随吸波材料掺量从10%增至30%,炭黑粉沥青混合料的动稳定度和冻融劈裂强度比都呈现出逐渐上升趋势,而低温弯曲应变则表现出先增加后减小的特征;羰基铁粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现先增加后减小的趋势,而冻融劈裂强度比表现出逐渐减小的特征;镍锌铁氧体粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现逐渐减小趋势,而冻融劈裂强度比则与之相反。吸波沥青混合料的表面温度随着吸波材料掺量和微波加热时间的增加而逐渐上升,能够快速达到沥青混合料裂缝面的愈合温度,从而增强沥青混合料的微波自愈合性能。

植物茎秆纤维结构及其沥青胶浆流变特性

本研究将棉秸秆、玉米秸秆、废竹、蔗渣制备出植物纤维。采用相关分析和试验评价各植物纤维沥青胶浆的物化特性。结果表明:在微米级结构层面上,棉秸秆纤维、玉米秸秆纤维和蔗渣纤维呈现出空腔管状结构,竹纤维、木质素纤维为实心结构;各纤维的化学成分存在差异,且影响其热解速率。掺入纤维后,沥青胶浆高温稳定性改善明显,在初始试验温度下各纤维沥青胶浆车辙因子提升了23.8%~75.7%,弹性恢复率提高了9.4%~18.5%。掺加纤维后,沥青胶浆低温抗裂性能略有下降,但植物纤维类型对其影响并不显著。

微波烧结对(Mg_(0.9)Zn_(0.1))TiO_(3)-(Ca_(0.61)La_(0.26))TiO_(3)陶瓷性能的影响

通过微波烧结和常规烧结法成功制备(1-x)(Mg_(0.9)Zn_(0.1))TiO_(3)-x(Ca_(0.61)La_(0.26))TiO_(3)(x=0.15,简称85M_(9)Z_(1)CLT)陶瓷。实验结果表明,微波烧结大大缩短了85M_(9)Z_(1)CLT陶瓷的烧结周期,抑制了杂质相(Mg_(0.9)Zn_(0.1))Ti_(2)O_(5)的生成;微波烧结制备的85M_(9)Z_(1)CLT陶瓷表现出Zn蒸发量少、晶粒更均匀、颗粒更细小的微观结构。与传统烧结相比,微波烧结的85M_(9)Z_(1)CLT陶瓷的品质因数提高了21%。在1325℃下微波烧结20min升降温速率为15℃/min时,85M_(9)Z_(1)CLT微波介电陶瓷的性能最佳:ε_(r)=25.63,Q·f=116000GHz,τ_(f)=+1×10^(-6)/℃。

数据驱动的中温隔热陶瓷管件结构优化设计及性能评估

随着中温区电加热的电子产品和家电用品不断涌现,低成本的高效保温隔热材料研究日益成为热点。如何确保管路内部快速升温并避免外表温度大幅波动,有效提高能源利用率,是保温隔热材料领域的挑战。据此,本研究以低熔点玻璃助烧结的镁橄榄石、莫来石、珍珠岩和磷酸锌等复合物陶瓷为对象,从数据驱动的壁内多孔结构隔热管件优化设计出发,开展陶瓷隔热管件三维打印制造,通过显微结构和力学性能分析,并围绕管件的导热、隔热影响因素评估,系统考察了该类新型隔热管件的理化、力学和隔热性能及影响关系。结果表明,通过对沿管壁环绕的矩形大孔高度调控(400~1 200μm)、管腔内热源区的管壁倍增(1.2 mm×2 mm)以及有机微球造孔剂引入(~9%),同时通过烧结温度控制(700~750℃),可以显著改善热流出口区的温度水平(~20℃),并显著优于不锈钢真空隔热管的出口温度。研究结果表明,增材制造复合陶瓷管件具有优良的综合性能以及较低的原料成本,使得多孔陶瓷隔热管件在中温隔热领域具有广阔的应用前景。

玻璃表面化学蚀刻增强基板上类金刚石薄膜的结合力与透光率

本研究采用一种新方法来改善类金刚石(DLC)薄膜在玻璃表面结合力弱的问题。首先通过反胶束微乳液刻蚀法在玻璃表面蚀刻出致密连续的微米凹坑,然后采用磁控溅射依次镀制SiO_(2)、SiOC过渡膜及DLC膜。由于薄膜物质嵌在连续的微米凹坑里形成波浪状的3D膜层,不仅可将应用在膜上的作用力分解释放,而且也大大提高了玻璃表面与膜的接触面积,从而显著增强DLC薄膜在玻璃表面的结合。为了改善薄膜在可见光区的透光性能,镀膜前,在玻璃球形凹坑的玻璃表面进行二次化学蚀刻,在凹坑里生成纳米孔结构,减少反射,提高可见光透过率。本研究采用紫外-可见分光光度计、扫描电镜、拉曼光谱仪、纳米力学综合测试系统、显微硬度仪及铅笔硬度测试等手段对样品进行了性能表征。结果表明,SiO_(2)、SiOC过渡层可以使玻璃基板与DLC薄膜之间结合力,从(28.82±0.62)mN提高到(53.32±0.78)mN,提高近1倍。在相同的DLC膜镀制条件下,玻璃表面的微米凹坑可进一步使DLC的膜基结合力再提高1倍,从(53.32±0.78)mN提高到(106.32±0.82)mN。显微硬度从543.7 HV提高到735.5 HV,铅笔硬度从6 H提高到7 H。通过二次化学蚀刻产生的纳米孔可使镀膜玻璃的可见光平均透过率提高约4%。

氯氧镁水泥涂层钢筋混凝土长期耐久性及退化规律分析

针对氯氧镁涂层钢筋混凝土(coated reinforced magnesium oxychloride cement concrete,CRMOCC)长期耐久性尚无研究的问题,结合西部盐湖、盐渍土环境,对CRMOCC进行溶液浸泡试验研究其长期耐久性退化规律。采用电化学试验、超声波试验、质量检测试验和微观试验对不同浸泡的试件进行耐久性研究;以相对锈蚀评价参数(ω1)、相对动弹性模量评价参数(ω2)和相对质量评价参数(ω3)评价CRMOCC长期耐久性。结果表明:经过2160 d的溶液浸泡试验后,以ω1为耐久性评价指标,裸钢已达到锈蚀状态,涂层钢筋仍处于未锈蚀状态,以ω2、ω3为耐久性评价指标,涂层钢筋和裸钢试件均处于出现损伤未达破坏状态,涂层钢筋试件耐久性退化低于裸钢试件,表明涂层对钢筋具有良好的保护效果;以ω1、ω2、ω3作为退化参数,CRMOCC可靠度曲线分别在25000、20000和15650 d时为零。

板厚对UHPC薄板抗弯性能的影响

薄壁薄板结构是超高性能混凝土(UHPC)一个重要应用,而厚度减小会影响到钢纤维的取向和分布,并直接影响力学性能,如抗弯性能等。对5~50 mm UHPC薄板的抗弯性能进行研究,并通过三维视频显微镜和图像法研究由厚度引起的纤维分布取向变化,发现板厚大于20 mm后所能承受的破坏荷载快速增加,但抗弯强度随板厚减小而增加,纤维取向性(沿长度方向)也逐渐增强,尤其是对厚度为5~10 mm的薄板。抗弯强度变化主要取决于钢纤维取向性和厚度因子,而后者对超薄板影响较大。

磷掺杂钴酸铁电极材料用于非对称超级电容器

采用简单的水热法和低温磷化法在柔性碳布上原位生长磷掺杂的钴酸铁纳米线(P-FeCo_(2)O_(4-x))电极材料,研究了不同磷源加入量对P-Fe Co_(2)O_(4-x)的形貌和性能的影响。结果表明:当加入的磷源量为400mg时,所制备的P-FeCo_(2)O_(4-x)-2电极材料具有优异的电化学性能,在5m A/cm^(2)的电流密度下表现出3643m F/cm^(2)的比电容,在20m A/cm^(2)的电流下充放电循环5000次后容量保持率为85.9%。性能提升的主要原因得益于磷掺杂到尖晶石结构中,取代了部分氧原子的位置并形成氧空位,提高缺陷程度的同时,改善了电子结构,提高了电导率。进一步组装成柔性非对称超级电容器,其正极为P-FeCo_(2)O_(4-x)-2材料,负极为活性炭(AC)。该电容器在功率密度达到747.4W/kg的情况下,展现出高达40.9Wh/kg的出色能量密度。此外,经过2000次充放电循环测试,即使在5A/g的电流密度下,其容量保持率依然稳定在82.1%。

感应加热卷烟烟具用电磁屏蔽材料

本研究采用COMSOL有限元软件仿真能量转换效率随屏蔽材料磁导率的变化规律,结果表明,当μ″=0时,μ'越大,能量转换效率越高;当μ″≠0,则存在μ'与μ″的最佳匹配值。根据仿真结果,选取合适的屏蔽材料,在感应加热卷烟烟具保持谐振状态,且发热体温度满足要求的基础上,采用功率分析仪测试烟具1个工作循环的能耗。测试结果表明:在240~320 kHz频率范围内,采用铁氧体材料,μ'越高,效果越优。当μ'为220时,可将1个工作循环能耗由978.14 J降至833.40 J,能量转转效率提升14.80%。采用纳米晶材料,当μ=2064-j349时,性能最优,1个工作循环能耗可降至811.30 J,能量转换效率提升17.06%,随μ'及μ″的进一步提高,能耗逐渐增大,此规律与仿真结果一致。因此,通过合理选择电磁屏蔽材料可提高感应加热卷烟烟具的能量转换效率。

基于声发射的高强混凝土轴拉与劈拉损伤演化特征

本研究对抗压强度约100 MPa的高强混凝土开展了轴拉和劈拉应力-应变全曲线试验,比较分析了两种试验全过程声发射特征,揭示了高强混凝土轴拉和劈拉破坏机制及损伤模式演化规律。研究表明:轴拉试样在峰值应力后受宏观裂缝不稳定扩展影响易发生偏心受拉,劈拉试样在峰值应力后应变分布较均匀,裂缝扩展较稳定;轴拉试样累计声发射撞击曲线在峰值应力处呈下凸型,而劈拉试样受局部集中应力影响累计声发射撞击曲线呈上凸型;轴拉试样受拉伸应力主导发生破坏,劈拉试样的破坏经历了拉剪混合破坏到拉伸破坏的转变。

类沸石型咪唑酯骨架材料制备及其CO_(2)吸附性能

由有机配体和金属离子链接的类沸石型咪唑酯骨架(ZIFs)是金属有机框架材料中独特的一个子类,其孔结构可控,且气体储存性能优异。本研究采用溶剂热法制备了ZIF-8、ZIF-9、ZIF-68三种ZIFs材料,并对其进行X射线衍射、N_(2)吸附脱附、热重、红外等测试表征。X射线衍射分析结果显示三种ZIFs材料的衍射峰与其标准卡一致,表明材料的成功制备。N_(2)吸附脱附测试结果表明ZIF-8的比表面积和孔体积最大,分别高达2 284.83 m^(2)/g和3.13 cm^(3)/g;ZIF-8、ZIF-9和ZIF-68最可几孔径分别约为1.00、6.44和0.6 nm。热重测试结果表明,ZIF-8的热稳定性最好。ZIFs材料的CO_(2)吸附性能研究结果表明ZIF-68吸附性能最高,273 K/1 bar及298 K/1 bar条件下,可达74.37和42.62 cc/g,这可能是因为ZIF-68晶体中约0.6 nm孔径更易于CO_(2)气体吸附。研究结果表明,0.6 nm孔径尺寸较易于吸附CO_(2)温室气体,且ZIFs材料是一种较理想的CO_(2)吸附材料。

纤维金属层板鸟体高速冲击损伤预测及失效分析

考虑鸟体冲击对航空安全造成的潜在风险,针对航空结构中常用的纤维金属层板,基于连续损伤力学建立了非线性有限元模型,对其在鸟体高速冲击下的力学行为进行了研究。引入Mie-Grüneisen状态方程描述鸟体高速冲击下的类流体力学行为并采用光滑粒子流体动力学法(SPH)对鸟体进行建模。采用单向纤维增强复合材料本构模型编写VUMAT子程序对复合材料层内损伤进行预测。对于铝合金损伤和界面分层分别引入Johnson-Cook金属本构模型和双线性内聚力模型进行模拟。基于ABAQUS/Explicit显示求解模块,对纤维金属层板在不同鸟体质量和冲击速度工况下的动态响应进行模拟,分析了层板的损伤特性及材料的失效机理,为鸟体冲击纤维金属层板数值分析问题提供参考。

基于球谐函数的三维集料简化与重构方法

建立高效的三维集料重构方法是开展沥青混合料虚拟实验的必要前提。利用3D激光扫描仪采集500颗集料的点云数据,经正二十面体剖分简化后通过球谐函数表征其三维形态。分析集料的体积、表面积、形状指数FI、棱角性指数AI随点云数量与球谐阶数的变化规律,确定点云的简化标准。计算简化集料10阶球谐系数,得到121个球谐系数的累积分布曲线,根据分布特性采用Monte Carlo方法随机生成1 400组球谐系数,实现集料的几何重构,对比真实集料与虚拟集料AI、FI的分布特性,验证重构方法的有效性。结果表明:可采用642个数据点与10阶球谐函数实现集料的有效简化;虚拟集料的FIv、AIv分布范围均可包含真实集料的参数值。研究成果可以为沥青混合料的细观模型构建提供基础。

利用电石渣替代水泥开发固碳胶凝材料

本研究利用电石渣替代部分水泥,制备新型固碳胶凝材料,研究了不同电石渣含量的胶凝材料对600 kg/m3等级泡沫混凝土的基础性能及固碳性能的影响。研究表明:电石渣的掺入导致泡沫混凝土气孔变大,28 d抗压强度先升高后降低,保温性能提高;当电石渣取代10%水泥,制备出的泡沫混凝土干密度为595 kg/m3,28 d抗压强度比未掺加电石渣的提高4.2%,达5.0 MPa;当电石渣取代50%水泥,制备出的泡沫混凝土导热系数比未掺加电石渣的降低17.1%,为1.131 W·m-1·K-1。电石渣掺加有利于改善泡沫混凝土收缩,当电石渣掺量增加,泡沫混凝土先呈现收缩减小后出现膨胀。碳化养护不仅能够固化封存CO_(2),还能提高泡沫混凝土的力学性能与保温性能。电石渣掺量越高,泡沫混凝土固碳能力越强,电石渣掺量为50%时,CO_(2)的捕获量达到46.02 wt%。

融雪剂对沥青分子平衡稳定性和黏附性影响的动力学模拟

为研究融雪剂溶液对沥青分子结构平衡稳定性和黏附性的影响,采用分子动力学构建各融雪剂溶液在沥青分子内部扩散的模型和沥青-溶液-集料氧化物界面模型,计算得到模拟体系的自由体积分数,以此来表征融雪剂溶液的侵入对沥青分子结构平衡稳定性的影响,并利用相对浓度分布和黏附能表征融雪剂对沥青黏附性的影响。结果表明:分子动力学模拟建立的12种四组分沥青分子模型温度和能量符合平衡条件;融雪剂溶液会降低沥青分子结构的平衡稳定性。采用在无溶液和有溶液状态下黏附能的比值ER来表征融雪剂对沥青-集料黏附性的影响,其中NaCl影响最为显著,其次为各醋酸盐,NaNO_(2)的影响较弱。融雪剂溶液的侵入会削弱集料表面沥青质和胶质的高浓度分布,使饱和酚更易聚集在集料表面较远端,对集料表面芳香酚分布的影响则较小。

激发剂模数对高延性碱矿渣复合材料拉压性能的影响

为探究高延性碱矿渣复合材料在不同激发剂模数下拉压性能的变化,对模数为0.5~1.6的高延性碱矿渣复合材料进行了单轴抗压和拉伸试验,同时利用烧失量法测定其水化程度,并通过三点抗弯和单裂缝拉伸等细观试验进行高延性机理分析。结果表明:随着激发剂模数增加,高延性碱矿渣复合材料的抗压与拉伸强度均呈现下降趋势;而拉伸应变则呈现先增后减,于0.8~1.1范围达到最佳;与强度变化趋势一致,化学结合水量随模数增加而逐渐减小;基体断裂韧度和基体断裂能同强度变化趋势相符,纤维最大桥接应力和纤维桥接余能同应变变化规律相似,应变硬化性能指标能够合理反映拉伸应变的大小。

不同钙源对微生物自修复混凝土裂缝的修复效果及其机理分析

本研究在模拟裂缝区溶液中,研究了不同钙源下溶液中的Ca^(2+)浓度和钙沉淀能力的变化。制备了微生物自修复砂浆试件,研究含不同钙源的微生物修复剂对砂浆试件强度的影响;以面积修复率和吸水率来评价0.25~0.40 mm裂缝的自修复效果,并研究了裂缝的修复方向。此外,通过扫描电镜和X射线衍射仪分析了砂浆试件裂缝区的修复产物,并详细探讨了不同钙源对砂浆裂缝的自修复机理。研究结果表明,在不同钙源下,枯草芽孢杆菌的矿化机理是不同的,造成了溶液中Ca^(2+)浓度和钙沉淀能力的差异,并且钙源也会影响微生物自修复砂浆的抗折抗压强度。当钙源为乳酸钙时,砂浆裂缝的修复效果最好,其次是醋酸钙和硝酸钙。在裂缝修复过程中,修复产物从裂缝表面往裂缝内部生成,因而随着裂缝深度的增加,修复产物的生成量逐渐降低,并且砂浆试件裂缝处的白色物质主要是方解石碳酸钙。本研究证明了微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术可以较好地应用于水泥基材料裂缝的自修复,有利于推动微生物自修复混凝土的发展与进步。

电容去离子碳基电极材料的研究进展

电容去离子(CDI)技术具有能耗低、再生效率高、无二次污染、易于操作等优点,在解决水资源短缺和水环境污染方面应用广泛。开发具有高电化学性能和盐吸附能力的电极材料是CDI脱盐的关键。碳材料因其高比表面积、丰富的孔隙结构、优异的导电性和良好的稳定性而被广泛用作CDI电极。本文在介绍CDI技术基本原理的基础上,综述了5类典型碳基电极材料的研究进展,重点是材料设计和改进的吸附性能。对比分析了不同种类电极材料之间的优缺点,探讨了工业化存在的问题及改进方向。

基于混合实验设计的MMA双组份标线涂料配方设计及其性能

考虑标线涂料配方各组分间的相互作用对标线性能的影响,采用混合实验设计(MED)方法,根据Design-expert v13.0软件给出的响应面分析结果,对MMA双组份标线涂料配方进行优化。通过红外光谱确认了MMA树脂固化后的化学结构,测定了固化剂BPO加入量对标线涂料的不粘胎干燥时间、铅笔硬度和色差(ΔE)的影响,结果表明,室温下BPO加入量1.5%时性能最佳。将配置涂料所用的树脂、颜料和两种填料的用量作为实验变量,以粘度、白度、粘结强度和紫外老化前后的色差作为性能响应指标,通过方差分析选择软件中的匹配模型并确定最佳的涂料配方。结果证实所选模型和实验测量值之间具有一致性,表明混合实验设计法是一种优化标线涂料配方的有效方法。

碱硅酸反应-冻融循环下掺锂渣混凝土力学性能试验分析

研究了掺锂渣混凝土在碱硅酸反应(ASR)和冻融循环(FTC)耦合作用下的抗折和抗压强度。研究结果表明,碱硅酸反应和冻融循环均会降低混凝土的抗压抗折强度,掺入一定量锂渣的混凝土后进行碱硅酸反应会使混凝土的抗折强度略微提高。混凝土抗压强度随冻融循环次数的增多而降低,且两种反应互相耦合。前期碱硅酸反应会加剧后期冻融破坏的影响,先进行冻融破坏同样会加剧后期碱硅酸反应造成的影响。混凝土的力学性能随锂渣掺量的增加,呈现先变优后变劣的趋势,锂渣掺量为20%时对混凝土力学性能的提升最为显著。