纳米氧化铝提升海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构服役寿命研究

氯离子传输并诱导内部钢筋锈蚀是海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构耐久性失效的主要原因之一,增大混凝土氯离子传输阻力是提升混凝土结构服役寿命的根本途径。纳米技术与纳米材料的发展为混凝土材料高性能化提供了新的可能。本工作研究了纳米氧化铝(NA)对砂浆氯离子电迁移系数(D_(RCM))与自然扩散系数的影响,基于氯离子等温吸附曲线,建立了考虑氯离子结合参数的氯盐传输模型,分析了NA对氯盐侵蚀环境下混凝土结构服役寿命的影响。结果表明:适宜掺量的NA可降低砂浆氯离子传输性能;承台桩基础混凝土钢筋保护层厚度为60 mm时,在C45混凝土中掺入2%(质量分数)NA后,仅考虑氯离子侵蚀时混凝土预期服役寿命由68年提升至107年。NA为提升海洋环境下高速铁路混凝土结构服役寿命提供了新的技术途径。

混凝土冻融破坏机理及寿命预测方法

冻融破坏是我国严寒或寒冷地区混凝土的主要破坏形式,分析混凝土的冻融破坏过程、明确混凝土的冻融破坏机理、提出混凝土冻融损伤寿命预测方法对混凝土结构耐久性设计至关重要。本文根据混凝土结构的冻融破坏特点,从整体水冻和表面盐冻两方面阐述了混凝土的冻融破坏机理,论述了冻融破坏机理在不同混凝土结构中的适用性,分析了高原低气压地区混凝土冻融破坏更加严重且引起困难的原因;系统总结了基于试验数据和数值模拟的混凝土冻融损伤寿命预测方法,分析了两种寿命预测方法的优势和不足,以期为寒区混凝土的抗冻性设计提供参考。

高地热环境对铁路隧道混凝土性能的影响机理及评价指标

针对高地热隧道内铁路工程混凝土的性能劣化问题,本文系统总结了高地热环境对铁路工程隧道喷射混凝土、隧道衬砌混凝土和无砟轨道混凝土的影响,对比了不同结构类型隧道混凝土的劣化特征,提出高地热、列车荷载或侵蚀性盐类耦合作用下的铁路隧道混凝土劣化是未来高地热铁路隧道需要关注的重点。从孔结构、微观特征和物相组成等角度得出,高地热环境下铁路隧道混凝土性能劣化的原因是高温下混凝土浆体结构疏松以及水化产物分布不均匀。建议以混凝土导热系数、强度损失比作为高地热环境铁路隧道混凝土性能的评价指标,指出具有较低导热系数的相变材料混凝土和地质聚合物混凝土是未来解决高地热环境下铁路隧道混凝土性能劣化问题的有效途径,可为高地热环境下铁路隧道混凝土的施工和安全服役提供参考。

基于超声波的机制骨料用隧道洞渣母岩抗压强度快速评价方法

为快速判定隧道洞渣母岩是否能用于机制骨料的制备,研究变质岩、沉积岩、火成岩隧道洞渣母岩的超声波速度与频域特征,分析洞渣母岩岩性、含水率及试件尺寸对隧道洞渣母岩超声波速度的影响规律,并建立了基于超声波波速的隧道洞渣母岩抗压强度超前预报模型。研究结果表明:隧道洞渣母岩超声波信号参数能够较为准确地反映岩石抗压强度,母岩的饱和单轴抗压强度与其超声波波速呈现正相关性,且试件尺寸对超声波速度影响不大;频域信号及其主频幅值能反映岩石内部缺陷情况,频域分布最为分散且主频幅值低时可以认为岩石内孔隙数量较多;超声波信号图谱特征受岩性及矿物组成影响显著,金属矿物中声波信号频域降低少,波速更快;试件含水率对母岩的抗压强度影响能够通过超声波波速反映,同种岩性的隧道洞渣母岩抗压强度大小依次为:烘干状态>自然状态>饱水状态。按照变质岩、沉积岩、火成岩三大类岩性分类建立隧道洞渣母岩饱和抗压强度评价模型,其中变质岩与岩浆岩的单轴抗压强度与超声波波速呈线性关系,沉积岩单轴抗压强度与超声波波速呈指数关系;通过实际工程验证发现,波速与饱和抗压强度具有良好的相关性,证明该评价模型具有较高的可信度。

隧道洞渣点荷载与饱和抗压强度相关性研究现状分析

饱和抗压强度是评价隧道洞渣能否用于制备机制骨料的关键指标,但现有饱和抗压强度测试方法呈现出制样要求复杂、测试程序严格以及预处理时间长等问题,而隧道洞渣具有形状不规则、块体尺寸不一、含水状态变化大等特征性能,无法满足力学性能快速评价需求,限制了隧道洞渣的机制骨料制备与应用。因此,亟需开展隧道洞渣饱和抗压强度快速评价方法的研究。通过分析隧道洞渣的性能特征以及不同行业对机制骨料母岩饱和抗压强度的规定,从标准层面与研究层面探讨隧道洞渣饱和抗压强度与点荷载强度指数的相关性,论证了基于点荷载强度指数评价隧道洞渣饱和抗压强度的可行性。通过总结点荷载评价方法的影响因素,发现岩性、含水状态、试件尺寸以及强度对点荷载预测效果影响显著,在实际工程应用中需重点考虑以降低评价误差率。提出适用于点荷载快速试验的条件,即隧道洞渣厚度宜控制在35~60 mm,宽度宜控制在40~60 mm,最长边宜控制在35~60 mm,从而提高了点荷载评价方法的稳定性,为机制骨料用隧道洞渣的绿色化应用提供技术支撑。

无砟轨道混凝土弯曲疲劳性能提升方法及其机理

为提升高速铁路无砟轨道的疲劳寿命,以直接承受列车高频疲劳荷载的无砟轨道混凝土为研究对象,通过Weibull分布函数对弯曲疲劳寿命进行统计分析,采用图像分析、孔结构分析等手段,对提高强度、乳液改性及增韧三种改性方法分析混凝土弯曲疲劳性能的提升效果及其提升机理。结果表明,与基准C60相比,C80混凝土疲劳寿命提升12.7%~29.7%,其原因是混凝土孔隙率降低6.9%,疲劳破坏前能量吸收能力提高40.3%,但峰值应变降低了7%,耗散能量的占比下降到9%,表明混凝土脆性增加限制其疲劳性能提升效果;聚合物改性混凝土疲劳寿命提升21.0%~57.5%,疲劳破坏时断面裂纹未完全连通且宽度仅为0.7 mm,其原因是聚合物能够填充混凝土的孔隙、改善浆体韧性、增加浆体与骨料的黏结,使聚合物改性混凝土变形能力与吸能能力提升27.0%和74.2%;玻璃纤维混凝土疲劳寿命提升18.6%~41.1%,疲劳破坏形态证明玻璃纤维的桥接与应力分散作用是其疲劳性能提升的主要原因。

铁路工程典型岩性机制砂混凝土性能研究

为探讨不同岩性机制砂在铁路混凝土中的适用性,采用我国常用的典型岩性(石灰岩、石英岩、砾岩、花岗岩和玄武岩)机制砂,研究铁路工程机制砂混凝土工作性能、抗压强度和耐久性能的变化规律。结果表明:石灰岩、石英岩、砾岩机制砂的物理性能良好、化学性能稳定,在石粉填充正效应下,机制砂混凝土的工作性能、抗压强度和耐久性能均优于河砂混凝土;高亚甲蓝值和高吸水率的玄武岩机制砂不利于混凝土工作性能保持,其提高了混凝土内部饱水程度,显著降低混凝土抗冻性;花岗岩机制砂中高云母含量引发外加剂插层吸附,降低了硬化混凝土的引气效果和抗冻性能。机制砂混凝土电通量均小于1234 C,氯离子扩散系数均小于9.5×10^(-12)m^(2)/s,具有较好的抗氯离子渗透性能,花岗岩机制砂混凝土中有害孔体积分数高,导致其抗氯离子渗透性低于其他岩性机制砂混凝土。

废弃混凝土再生砂的吸附特性研究

为解决再生砂高吸附性导致的混凝土工作性能快速损失这一问题,以C20~C60六种废弃混凝土再生砂为对象,采用压汞法和低温液氮吸附法测试再生砂的孔结构特征,利用X射线衍射(XRD)测试再生砂的物相组成,探究再生砂对水、亚甲蓝以及减水剂的吸附规律。结果表明:再生砂吸水率随废弃混凝土料源强度等级增加而降低,与孔结构有一定的相关性;再生砂对亚甲蓝的吸附性随黏土矿物含量降低而降低,与孔结构相关性不明显;再生砂对聚羧酸系减水剂的吸附性受孔结构和黏土矿物共同作用,但主要取决于黏土矿物的含量。

CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层离缝修复技术研究

充填层离缝是CRTSⅡ型板式无砟轨道结构主要的病害形式。在实地调研我国CRTSⅡ型板式无砟轨道充填层离缝病害的基础上,分析了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构充填层离缝的主要种类、原因及危害。根据高速铁路无砟轨道结构特点,研究充填层离缝修复材料技术要求。结合现场实践给出了离缝修复工艺,并对离缝修复效果进行跟踪考察。

混凝土结构耐久性监测技术研究进展

对国内外混凝土结构耐久性病害监测方法及监测技术进行了归纳分析与比较,分析了各种方法的原理及特点,介绍了各种新技术在混凝土结构耐久性监测上的应用,指出了混凝土结构耐久性监测过程中亟需解决的问题。

直接还原碳化法制备纳米复合WC-Co粉末

用直接还原碳化法制备了纳米复合WC-Co粉末.根据X射线衍射图研究了直接还原碳化温度及时间对反应产物的影响,用扫描电镜观察了粉末颗粒形貌和粒度分布.结果表明:用直接还原碳化法在950℃碳化4h可以得到100～300nm、无η相的WC-Co复合粉末,该法具有碳化温度低、碳含量容易控制、适合工业化生产的优点.

高速铁路无砟轨道嵌缝材料技术要求研究

介绍高速铁路无砟轨道嵌缝材料的重要性,分析沥青类嵌缝材料存在的问题,确定高速铁路无砟轨道嵌缝材料的种类和类型。充分考虑高速铁路无砟轨道伸缩缝实际工况环境特殊性,并结合聚氨酯和硅酮材料特点,提出合理的、统一的高速铁路无砟轨道嵌缝材料技术要求。

煤矸石质硅铝基胶凝材料固结氯离子性能研究

煤矸石是我国排放量最大的固体废弃物之一,近年来越来越多的应用于制备胶凝材料,氯离子是影响混凝土耐久性的重要因素之一,本文针对煤矸石质硅铝基胶凝材料的固结氯离子性能进行研究,研究了硅铝基胶凝材料组成、氯盐阳离子类型以及掺入其它阴离子对煤矸石质硅铝基胶凝材料固结氯离子性能的影响,研究结果表明:相同情况下,矿渣固结氯离子能力大于煤矸石,随着龄期的增长,固结氯离子的量增加,随着氯离子掺量的提高,固结氯离子的量也增加;当加入不同阳离子的氯盐的时候,固结的量按Ca2+、K+、Na+顺序递减,掺入其它阴离子不利于氯离子的固化,体系中加入SO24-、SO23-、CO32-、OH-等阴离子后,固结氯离子的量减小,阴离子对固结氯离子的影响从高到低依次SO42-、SO23-、CO23-、OH-。

含气量对新拌及硬化自密实混凝土气泡间距系数的影响

采用压力法、AVA仪和硬化混凝土孔隙结构分析仪测试了自密实混凝土的含气量、气泡间距系数与气泡比表面积,研究了含气量和龄期对自密实混凝土气泡间距系数的影响,讨论了具备良好抗冻性能自密实混凝土的临界含气量,探究了新拌自密实混凝土气泡间距系数与硬化自密实混凝土气泡间距系数之间的相关性。结果表明:新拌与硬化自密实混凝土气泡间距系数均随着自密实混凝土拌合物含气量的增加而减小,二者具有良好的相关性;随着混凝土龄期延长,气泡间距系数减小;当自密实混凝土拌合物含气量达到4%及以上时,其硬化体具备良好的抗冻性能。

高速铁路无砟轨道结构部件快速更换技术

针对我国运营高速铁路无砟轨道结构伤损已经显现,个别结构部件伤损严重需要更换,但尚缺乏相应更换技术和更换材料的现实问题。为实现高速铁路无砟轨道结构部件天窗时间内快速更换的目标,研究了无砟轨道结构关键部件更换材料及装备,提出无砟轨道结构关键部件快速更换工艺,形成了我国自主知识产权的高速铁路无砟轨道结构部件快速更换技术体系,为我国高速铁路无砟轨道的养护维修奠定了技术基础,对于保障高速铁路安全运营具有重要意义。

直接还原碳化法制备TiC-WC-Ni超细粉末

TiC-WC是一种重要的复式碳化物，原料粉末颗粒的大小对材料的性能有重要影响。以TiCl4、AMT、Ni(NO3)2为主要原料，采用溶胶-凝胶工艺制得纳米氧化物复合粉末，再经直接还原碳化合成了TiC-WC-Ni超细粉末。研究了碳化温度对反应的影响。结果表明，用该方法可以在1580℃碳化2h制备出粒径为0.2～03μm的超细TiC-WC-Ni粉末，其制备温度比传统碳化温度低100℃以上。

乙烯基单体对聚氨酯丙烯酸酯性能的影响

分别以苯乙烯(SM)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸(MA)和丙烯酸(AA)作为活性稀释剂,研究它们对聚氨酯丙烯酸酯性能的影响。结果表明,4种乙烯基单体与聚氨酯丙烯酸酯的相容性均很好,对体系稀释能力的大小顺序为MMA>SM>MA>AA。SM与MMA的反应活性相对较低,制得的样品力学性能较差。AA与MA的反应活性高,其中AA制备的样品断裂伸长率较高,柔韧性较好;MA制备的样品拉伸强度、硬度、压缩强度和压缩弹性模量较高,且随其含量增加,样品的凝胶时间、黏度和断裂伸长率降低,强度和刚度增大。在中后期(≥168 h),随着龄期增加,样品的压缩强度和压缩弹性模量增大,拉伸强度和硬度变化不大。

高速铁路无砟轨道支承层服役现状及伤损机理

支承层是路基段CRTSⅡ型板式无砟轨道及双块式无砟轨道的重要结构,其服役性能直接关系到无砟轨道结构整体稳定性和高速列车的安全运行。本文介绍了支承层的材料、作用及其性能指标。通过调研不同地区、不同时期建造的高速铁路无砟轨道支承层服役现状,发现个别地区无砟轨道支承层出现不同程度伤损。根据支承层伤损特点划分了支承层伤损类型,分析了环境冻融循环、温度梯度及高速列车动荷载对支承层伤损的影响。对某服役近10年的高速铁路粉化支承层取样测试,结果表明:Ⅲ级粉化支承层抗压强度低于设计强度,支承层总碱含量满足标准要求,水化产物中未发现有害物质,支承层抗冻性不足可能是其粉化的主要原因。

混凝土电阻率的研究进展

把混凝土作为一种复杂的电化学体系研究其电阻率是近年来混凝土结构性能测试的新方法。总结了混凝土的电学理论,比较了混凝土电阻率检测技术的特点,从原材料、配合比参数以及环境条件3个层次,阐述了影响混凝土电阻率的关键因素,提出了电阻率在混凝土性能表征中的应用,指出了混凝土电阻率研究存在问题及发展趋势。

微波烧结法制备WC-10Co硬质合金

以直接还原碳化方法制备的超细碳化钨-钴复合粉末为原料,采用微波烧结、放电等离子体烧结、真空烧结制备碳化钨-钴硬质合金,研究1 200℃的烧结温度下,不同烧结方法对碳化钨-钴硬质合金性能的影响。微波烧结超细WC-10Co复合粉末,在1 200℃的烧结温度下保温7 min,制备了综合性能优良的超细WC-10Co硬质合金,相对密度达到99.5%,洛氏硬度为HRA 92.5,矫顽力为30.0 kA/m,磁饱和度为83%,平均晶粒粒度≤350 nm。与采用常规烧结方法得到烧结体相比,烧结时间显著减少,烧结体性能提高;与放电等离子体烧结相比,晶粒异常长大得到一定的控制。