基于紧密堆积理论的混凝土弹性模量与徐变控制

为降低连续刚构桥跨中下挠幅度,针对弹性模量与徐变2种影响因素,提出一种基于骨料紧密堆积理论的配合比优化控制方法,并对比原配合比研究了优化控制方法对不同龄期与环境下的弹性模量与徐变的影响;结合SEM(scanning electron microscope)与MIP(mercury intrusion porosimetry)试验,从混凝土微观层面分析优化机理,以CEB-FIP(1990)模型为基础,提出考虑弹性模量成熟度的修正模型.结果表明:优化控制方法对早龄期混凝土弹性模量具有明显的控制效果,但界面过渡区面积的增加限制了后期弹性模量的发展;相同条件下,优化后混凝土徐变系数较原配合比降低了12%~23%;环境对混凝土徐变影响与优化控制方法相比占主导作用,不同环境下混凝土徐变变化幅度在45%~60%;混凝土徐变随加载龄期延长而减小,且优化后混凝土在较小加载龄期时,徐变仍比较大加载龄期的原配合比混凝土徐变降低3%~13%;优化后混凝土早龄期内部孔隙与微裂缝数量减少,改善了混凝土内部结构;修正后的CEB-FIP(1990)模型对徐变预测精度更高.

紧密堆积水泥浆体系的堆积率计算

紧密堆积水泥浆体系在油气井固井中应用越来越广泛,衡量其紧密堆积程度的主要参数是堆积率(PVF)。通过对颗粒堆积的理论推导,分析了颗粒之间堆积的组合形式,从粒径分析角度对堆积率进行了理论计算,为设计高性能紧密堆积水泥浆体系提供了理论指导和参考。计算分析结果表明:采用单一颗粒不能达到紧密堆积;适当增加粗粒组分的数目,可提高堆积率,使它接近最紧密堆积,但当组分大于3时,实际意义不大。

耐火材料连续颗粒分布的紧密堆积模型

在研究国内外材料颗粒堆积理论的基础上，以连续尺寸颗粒的分形分布模型为基础，建立了小于某一尺寸颗粒的累积体积分数与颗粒尺寸幂指数关系的模型。采用该模型设计并研究了耐火砖配料与颗粒紧密堆积，发现理论最紧密堆积值n=3-D在0．37附近变化时，最小颗粒ds的变化对耐火材料颗粒粒度组成的影响比较显著，而n值对材料颗粒粒度组成的影响不很明显。以此为基础，结合烧成砖制造的实际相关边界条件，设计了烧成砖的理论粒度质量组成，按此组成，经工业生产制备的烧成砖气孔率为5％～10％，实现了耐火材料的紧密堆积。

基于紧密堆积理论的混凝土配合比设计方法研究

针对现行普通混凝土的常规技术性能要求,研究了一种基于紧密堆积理论的混凝土配合比设计方法。该方法以混凝土配合比设计现行规范为基础,参考紧密堆积理论,通过试验拟合出试配强度和浆骨比之间的定量关系以及试配强度和最优砂率的关系,从而为混凝土配合比设计提供最为关键的两个参数(单方用水量和砂率),最终根据配合比设计规范计算得到各组份的配合比设计结果,具有系统化和可程序化的优点。

紧密堆积优化水泥浆体系的优势与应用

利用紧密堆积理论,通过调节混合物固相的不同颗粒尺寸分布,使干混合物的堆积体积分数大于0.8而得到紧密堆积优化水泥浆(CemCRETE)。CemCRETE由于固相含量高、混合需水量低,液固比低,抗压强度发展快,使候凝时间缩短,建井速度加快,最终的抗压强度高;水泥石的渗透率小于0.05×10-3μm2,孔隙度一般为35％～45％,具有较好的防窜能力;水泥石收缩小,具有较好的层间封隔;CemCRETE水泥环还具有良好的耐久性、抗腐蚀性和抗射孔冲击能力。含高固相的优化水泥浆体系并不影响其密度和流变性,即使在高密度下也有恒定的粘度,胶凝强度低,滤失量和提粘效应低,易于混合和泵送,沉降稳定性好。低密度高性能水泥浆(LiteCRETE)是薄弱地层固井的理想材料,可用于打造斜塞、固尾管和浅层低压井固井,减少下套管柱层次和危险的多级注水泥作业及补救工作;高密度高性能水泥浆(DensCRETE)在高密度下提供较好的流变性,可现场调节密度和改善井控,在打造斜塞和高压注水泥作业中非常有效,可用于小井眼窄环空的固井;挤注水泥浆(SqueezeCRETE)具有滤失量和提粘效应低的特点,穿透较深,其高强度、低渗透率、低失水量的特性改善了注入条件,提高补救注水泥的成功率,并成为封堵废弃井的合适材料,常用于其它水泥材料不能修补的井眼问题;深水水泥浆(

椭球颗粒随机紧密堆积实验研究

针对随机堆积问题在数理领域和实际生产中意义重大且目前尚无一般性的理论模型的问题,采用一种基于高分辨率工业X射线断层扫描(CT)无损检测的实验方法较精确地测定了椭球颗粒随机紧密堆积体系的3个重要参数,即堆积分数、取向序和配位数分布,结果表明,椭球纵横比为0.5左右时,堆积分数达到的最大值为74%,与现有的模拟结果一致,而在一定纵横比范围内,配位数的分布呈偏态分布,取向角与取向轴呈现出高对称性,但离散性较强,该结果与球体随机紧密堆积的差异较大。在不考虑摩擦刚体所需平均配位数为刚体自由度的2倍、有限堆积物的配位数分布满足古典的几何分布的2个假设下,提出了一种椭球的堆积理论,其能解释堆积参数的变化趋势。结论和实验手段对探讨非球体填充理论和计算堆积体孔隙率有一定的参考价值。

紧密堆积理论优化的固井材料和工艺体系

常规固井水泥浆在混合和泵送顶替时的最优性能与长期层间封隔水泥环柱所要求的力学性能总是矛盾的,在密度低或高时矛盾更加突出。粉末技术和钠米材料以及微细颗粒大小分布测试技术的发展,促进了材料力学的发展,材料科技工作除关注化学键力的开发外,更注意颗粒间范德华力的开发,并发现紧密堆积理论是获得高性能固井材料的关键。利用紧密堆积理论与颗粒大小分布技术,使微细胶凝颗粒挤入材料的空隙,材料的胶空比大幅度降低,提高颗粒间的范德华力,从而创造出了新一代高性能胶凝材料。但用于紧密堆积的微细胶凝颗粒应是水化膜薄、外形呈球形、具有较好活性的颗粒。介绍了线性堆积密度模型以及二元系统的最大堆积密度与微细胶凝材料直径的关系,提出二元系统最大堆积时微细胶凝材料的体积分数为0.18～0.27,对于密度与水泥相近的微细胶凝材料,其最佳掺量为18％～27％,指出二元充填微细胶凝材料的尺寸应在被填充材料颗粒尺寸的1/2.5至1/10范围内;提出了干混材料堆积体积分数(PVF)的概念,PVF值越高,水泥浆性能越好。新一代高性能固井材料包括低密度高性能水泥浆、常规高性能水泥浆、高密度高性能水泥浆、微矩阵水泥和微细优化水泥,介绍了新型固井材料性能的优化设计以及与微细优化水泥相应的新的固井工艺——超低?

非紧密堆积型光子晶体凝胶的胀缩行为

制备了Bragg衍射峰波长位置在700～800nm之间的非紧密堆积型光子晶体凝胶(NCPPCGs).通过自然干燥失水,复水浸泡,不同浓度的乙醇溶液浸泡和不同pH缓冲溶液浸泡等处理,研究了NCPPCGs的溶胀、收缩(胀缩)行为和Bragg衍射峰迁移的关系;在凝胶自然干燥失水过程中,Bragg衍射峰蓝移,复水浸泡后,Bragg衍射峰快速红移至干燥前的位置;凝胶经不同浓度的乙醇溶液浸泡后,凝胶体积改变,并且乙醇浓度升高时,Bragg衍射峰蓝移;经水解处理的NCPPCGs具有pH响应特性,当其浸泡在pH为2.2～9.6的缓冲溶液中时,随pH值的增大Bragg衍射峰红移,pH为9.6～10.6时,Bragg衍射峰蓝移.外界因素导致NCPPCGs的Bragg衍射峰位置的迁移覆盖整个可见光区域.

紧密堆积优化固井水泥浆体系研究进展

随着油气勘探开发工作的不断深入,低压易漏井、高压超高压井等复杂井固井对油井水泥浆性能提出了更高要求,紧密堆积优化水泥浆技术提供了新的解决途径。本文将全面介绍紧密堆积理论的相关研究成果,阐述分析了几种经典紧密堆积模型与最佳粒度分布曲线,介绍了目前研究中三种粉体堆积率测定方法;随后综述了紧密堆积理论在固井水泥浆体系尤其是低密度和高密度水泥浆体系中的应用情况;笔者通过全面总结紧密堆积优化水泥浆技术提出了自己的几点认识。随着纳微米材料的兴起,预测未来紧密堆积优化水泥浆技术会有更广泛的应用前景。

茶与茶制品紧密堆积密度测定方法研究

使用茶与茶制品紧密堆积密度测定仪对所采集的碎茶和茶制品的紧密堆积密度进行测定,比较振动次数对测定结果的影响,并对测定方法的重复性进行了研究。结果表明,片末型碎茶在振动150次后,紧密堆积密度基本达到稳定值;颗粒型碎茶在振动100次后,紧密堆积密度基本达到稳定值;茶制品在振动100次后,紧密堆积密度基本达到稳定值。对于碎茶和茶制品的紧密堆积密度连续测定10次后,其结果的变异系数均小于1%。碎茶紧密堆积密度测定,振动次数宜选用150次;茶制品紧密堆积密度测定,振动次数宜选用100次。所建立的测定方法对于碎茶和茶制品紧密堆积密度测定结果的重复性均较高。

球形颗粒紧密堆积状态时的吸力分析

根据圆液面假设和热力学基本原理,研究了球形颗粒紧密堆积模式在水封闭状态(状态2)时的吸力特性,得到了状态2中3类吸力和3类等效吸力与饱和度的定量关系和以接触角和饱和度或饱和半径为参数的吸力比表达式。进一步的研究表明,在状态2中吸力比都小于1,与基于松散堆积模式在水封闭状态(状态1)时得到的结果比较后可知,随着颗粒排列密实度的增大,相对于基质吸力,张力吸力的作用将有所降低但仍然不可忽视。另外,随饱和度变化,状态2中的3类吸力,特别是3类等效吸力的变化趋势与基于状态1得到的结论基本一致。在状态2中,对数吸力比与饱和半径呈明显的线性关系,吸力比与饱和度也呈明显的线性关系,前者与状态1中的吸力演化规律一致,而后者则存在较大不同。

基于紧密堆积理论的环氧混凝土配合比设计

基于紧密堆积理论,采用MAA模型和Fuller最大密度理论选出了砂石骨料的最优级配,应用正交试验方法确定了环氧混凝土的最佳配合比,并进行了力学性能评价和微观分析。结果表明:砂石骨料经级配优化后,紧密堆积空隙率明显降低,最紧密堆积空隙率仅为22.23%。骨胶比对环氧混凝土劈裂抗拉强度具有显著性影响,水泥适合作为填料掺入环氧混凝土中。环氧混凝土的立方体抗压强度随龄期的增长而略有增长,且与环氧树脂的固化程度紧密相关,当环氧树脂完全固化时,环氧混凝土的立方体抗压强度基本不再随龄期而变化。经级配优化后,环氧混凝土的力学性能得到改善,立方体抗压强度有所提高。通过SEM微观测试分析发现,级配优化后的环氧混凝土内部有害缺陷明显减少,体系密实均匀,内部黏结力更强。

紧密堆积优化炸药粒度级配技术研究

以Dinger-Funk模型和可压缩堆积模型为基础,对炸药进行颗粒级配和堆积密实度的计算;并以黑索今炸药进行实验,验证了计算结果的准确性,探讨了炸药体系中细颗粒添加量对堆积密实度的影响。结果表明,经过粒度级配可以实现炸药粒度分布的优化,用可压缩堆积模型可以很好地预测炸药的堆积密实。在满足紧密堆积——Dinger-Funk粒度分布模型条件下,级配后的堆积密实度度提高了16%;只增细颗粒时,堆积密实度与原材料的粒度分布相关联。

TD-01型茶与茶制品紧密堆积密度测定仪的设计研发与应用

TD-01型茶与茶制品紧密堆积密度测定仪是中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院研制的一种专门用于碎茶和粉状茶制品(如固态速溶茶、茶多酚、茶黄素、茶氨酸等)堆积密度测定的仪器(实用新型专利号:ZL 201020290506.8)。使用该测定仪和配套的测定方法对碎茶或粉状茶制品进行紧密堆积密度测定,具有操作简便、测试数据重现性高的特点。

基于最紧密堆积理论合理选择UHPC的减水剂掺量

研究了减水剂掺量对超高性能混凝土的湿堆积密实度、工作性能以及强度的影响,进而得到减水剂掺量的最优选择区间。试验结果表明,超高性能混凝土强度最高时的减水剂掺量为3%,工作性能最优时的减水剂掺量为4%,因此,减水剂掺量的最优选择区间为3%~4%。减水剂掺量的合理选择不仅能够降低能源消耗和成本,也对制备更高性能的超高性能混凝土具有重要意义。

基于紧密堆积理论的低密度固井水泥浆设计

合理的颗粒级配是提高固井水泥环内部密实度、早期力学强度和界面胶结能力的关键。基于此,本文从几种典型的连续颗粒级配的紧密堆积理论中优选出DFE进行固井水泥浆体系设计,并通过大量实验首次确定了适宜G级油井水泥基深水固井水泥浆体系设计的n值最优范围:0.33~0.40。结合激光粒度分析仪实测结果,在粒径≤3.38μm、3.38~70.70μm、≥70.70μm三个范围内依次采用纳米CaCO_3(nano CaCO_3,以下简称“NC”)、G级油井水泥和漂珠,并按DFE(n=0.33~0.40)体积分布曲线进行混配。在此基础上,提出一种密度为1.50 g/cm^(3)的低成本低温早强三元固相级配水泥浆体系,并与漂珠二元固相水泥浆体系和NC二元固相水泥浆体系的性能进行对比。研究结果表明:该三元体系水泥石的抗压强度、抗折强度和二界面胶结强度相比于漂珠二元体系和NC二元体系分别提高了7%~21.1%、13.4%~51.9%和41.4%~122.2%。三元体系的固井水泥石在垂向上的最大密度差为0.022 g/cm^(3)。基于DFE设计的三元体系具有良好的流变性、稳定性和力学性能。DFE对于多元固井水泥浆体系的设计和应用具有一定的指导意义,在保证低密度的前提下能够有效地提高固井水泥石的早期强度和综合性能。

基于砂子紧密堆积原理的高强自密实混凝土试验研究

根据连续粒径分布的紧密堆积模型,计算出砂子紧密堆积时各粒径范围内的质量百分比。通过混料试验设计修正理论计算值,并得出砂子作紧密堆积时的最优级配。结果表明,砂子作紧密堆积时,砂浆具有较高的强度和流动性。利用优化后的砂子制备C80高强自密实混凝土,与用未经优化的砂制备的混凝土相比,优化组各项性能均优于普通组,且28d抗压强度比后者高出10MPa。

基于紧密堆积理论水泥基灌浆料配合比研究

采用紧密堆积理论对高性能灌浆材料的配合比进行了设计,研究并优化了紧密堆积理论的分布模数n.将10~120目连续级配的石英砂和沙漠砂作为灌浆料的细骨料,利用Andreasen方程与Dinger-Funk方程进行骨料级配优化设计,使得灌浆材料结构内部达到一种较为致密的状态,降低了内部孔隙率,提高了抗压强度.试验研究发现:当分布模数n=0.37时,经Dinger-Funk方程优化后水泥基灌浆材料的颗粒级配更加合理,抗压强度表现更优.

基于颗粒最紧密堆积理论的真空搅拌轻骨料混凝土配合比设计

为配制轻骨料混凝土,选用中空玻璃微珠和页岩陶粒作为减重材料,并基于颗粒最紧密堆积理论确定了水泥—玻璃微珠—硅灰体系的组成和用量。依照绝对体积法计算各组分的配合比,设计了3组不同胶凝体系与骨料体系比例的混凝土,最后选用比强度最高的一组,运用真空搅拌技术进一步提高混凝土的力学性能,并对比研究了不同真空度下混凝土的3 d、28 d的抗压强度和表观密度。试验结果表明,成功配制出了表观密度小于1350 kg/m^(3)、抗压强度大于40 MPa的轻骨料混凝土,可为轻骨料混凝土的发展与应用提供理论依据。

紧密堆积理论的微观机理及模型设计

给出了紧密堆积理论的定义,详细分析了其微观机理,包括范德华力效应、结晶矿物学增强效应、充填增强效应、流变学改善(增塑)效应、温峰削减效应等。介绍了活性矿物的主要分类,认为无定形化的程度、化学组成、水淬条件及活性矿物掺科的细度是影响活性矿物活性的主要因素。给出了刚性体和脆性体的紧密堆积模型设计,并在实验室和现场施工中进行了试验,以指导不同情况下的水泥浆设计,寻求最佳的颗粒分布和合理的组配方法。紧密堆积理论的进一步研究对开发适用于深水开发、低压低渗区块开发的固井水泥添加剂具有重要意义。