造孔剂对多孔Si_(3)N_(4)陶瓷透气系数的影响

为改善多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的透气性,以Si粉为原料,Y_(2)O_(3)和CaF_(2)为烧结助剂,粒径为5和20μm的聚甲基丙烯酸甲酯微球为造孔剂,先注凝成型再排胶,最后在氮气气氛中于1650℃保温3 h反应烧结,制备了多孔Si_(3)N_(4)陶瓷。研究了造孔剂粒径和添加量(体积分数分别为0、15%、30%、45%和60%)对多孔Si_(3)N_(4)陶瓷显气孔率、孔径分布、孔结构、透气系数等的影响。结果表明:1)添加造孔剂的试样呈堆积衍生孔和球形演化孔的二级孔结构,孔径呈双峰分布;2)在粒径相同时,随着造孔剂添加量的增加,试样的显气孔率和透气系数增大,而体积密度、弯曲强度、断裂韧性降低;3)相同添加量下,添加5μm的小粒径造孔剂的试样具有更高的显气孔率、透气系数和弯曲强度,采用较小粒径的造孔剂能减小孔壁的厚度,并扩大孔壁内堆积衍生孔的孔径,提高孔壁的渗透性;4)添加体积分数为60%的5μm造孔剂的试样综合性能最优,其显气孔率、透气系数和弯曲强度分别为55.1%、11.6×10^(-14)m^(2)和35.3 MPa。

黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征关系研究

由于沉积环境的差异,古土壤较上覆黄土致密,其饱和渗透系数应低于黄土,但试验结果却显示二者的饱和渗透系数相近。为揭示这一现象的机理,在陕西泾阳南黄土塬开挖33m的探井,沿井壁按1m间距取黄土和古土壤原状试样,进行变水头渗透试验,测定试样的饱和渗透系数。同时用压汞试验(mercury intrusion porosimetry,MIP)及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试分别获取试样的孔隙分布曲线和微观结构图像,以分析黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征的关系。结果表明:(1)黄土-古土壤地层的饱和渗透系数整体上沿深度方向规律性减小,但相邻黄土和古土壤层的饱和渗透系数无明显差异;(2)MIP及SEM测试结果表明,黄土结构均匀、孔隙大小较为一致,而古土壤具有不均匀的团块-裂隙结构,虽然团块内部较黄土致密,但团块间存在裂隙;(3)饱和渗透系数的大小取决于透水孔隙的体积分数,其中黄土的透水孔隙主要为较大孔隙(孔径>2μm),而古土壤的透水孔隙主要为团块间的微裂隙,虽然二者渗透系数相近,但渗透机理完全不同。为研究黄土与古土壤的孔隙分布特性和解决黄土区工程建设中的问题提供了理论依据。

结构性对软黏土次固结特性影响的试验研究

【目的】分析软黏土原状样和重塑样次固结系数随固结压力的演化规律,比较不同试样的孔隙比和孔径分布曲线,探究结构性影响软黏土次固结特性的内在机理。【方法】对上海和温州软黏土的原状样和重塑样开展不同固结压力下的次固结试验及相同孔隙比下的压汞试验,得到试样在对应固结压力下的次固结系数及孔径分布曲线。【结果】原状样的次固结系数随固结压力的增大呈先增大后减小的变化规律,重塑样的次固结系数基本不受固结压力的影响。相同孔隙比下的原状样和重塑样在孔径分布上存在明显差异,而两者的次固结系数基本一致。但是,相同压力下的原状样和重塑样的次固结系数差值与孔隙比差值具有良好线性关系。【结论】固结压力对原状样次固结系数具有重要影响,但对重塑样次固结系数的影响可忽略不计。此外,相同压力下的原状样和重塑样的次固结系数差异,主要是结构性引起两种试样的孔隙比不同所致的,而孔隙结构对次固结系数的影响可忽略不计。

不同压实系数下冻融软土力学特性及孔隙特征研究

季节性冻土地区的路基材料在反复冻融下易发生性能劣化,为了解冻融循环作用下软黏土的力学性质和微观结构特性变化,考虑压实系数、围压、冻融循环次数等因素,对东北地区软黏土进行三轴试验以及核磁共振试验.研究结果表明,不同压实系数的土样的峰值强度与围压呈正相关关系,且强度曲线近似呈线性分布,而峰值强度差值随着围压的增大逐渐减小,当围压增加至300 kPa时,峰值强度增加了约70.8%,而峰值强度差值减小了约44.7%.此外,压实系数对土样弹性模量有着显著的影响,随围压增加土体压实系数与弹性模量呈指数函数变化.同时,围压的增大抑制了由冻胀所产生大孔隙的发育,增强了土体的密实度,进而降低了冻融作用下的土体微观结构的损伤.冻融循环荷载作用下,随着压实系数上升,平均孔径有明显减小趋势,二者呈负相关性.

孔隙率及孔径分布特征对透水混凝土性能影响研究

通过比较水泥浆液流动度选用5%硅灰、0.5%减水剂掺量新型水泥基胶凝材料和0.28水灰比制备透水混凝土。结合工程实际,对透水混凝土进行了孔隙率设计和分层成型,结合二值化方法研究了分层透水混凝土内部孔隙特征。通过调整小粒径面层的厚度改变内部孔径分布,定义实效孔径衡量孔径大小特征,研究了孔隙率和实效孔径对透水混凝土性能的影响。结果表明:随着面层厚度的减小,小孔隙含量逐渐降低,实效孔径逐渐增大。孔隙率在15%~27%内,随着实效孔径和孔隙率的增大,透水混凝土抗压强度降低,透水系数增大。通过数值拟合分析看出,孔隙率、实效孔径与透水混凝土抗压强度之间存在较强的线性关系;与透水系数之间呈正相关性的二次多项式函数关系。

基于双孔模型的黏土渗透特性预测

【目的】粗粒土的渗透模型比较成熟,然而黏性土的渗透系数很难精确预测,改进经典KC(KozenyCarman)渗透方程应用于黏性土具有实际意义。【方法】基于文献中不同孔隙比的孔径分布曲线,提出了界定集聚体间孔隙与集聚体内孔隙的方法。在双孔模型框架下,扣除对渗流不起作用的集聚体内部孔隙,计算出有效孔隙比和有效比表面积,最终对经典KC渗透方程进行了修正。【结果】选用文献中3种不同黏性土验证改进方程的准确性,对比试验值、经典KC方程预测值与改进KC方程预测值,改进KC方程预测效果有了很大提升,与试验值比较吻合。【结论】基于双孔模型的改进KC渗透方程在一定范围内可以应用于黏性土渗透特性预测,具有一定的实用性。

甲基叔丁基醚污染黏土的Archie电阻率模型修正方法

通过引入污染物影响系数及修正孔隙率,提出了一种挥发性有机物污染黏土的Archie电阻率修正模型,并通过米勒土盒单元试验结果给出了模型中的4个参数(胶结指数、饱和度指数、污染物影响系数和孔隙微观分布不均匀性系数)的确定方法。结果表明,黏土的地层因子与孔隙率呈正相关关系,与砂土的相应关系相反,这是黏土颗粒表面电荷对电阻率的影响所致。饱和度指数随体积含湿率的增加呈抛物线变化,随孔隙率的增加呈线性增加,据此提出了同时考虑两种因素的饱和度指数经验公式。综合土体电阻率与体积含水率之间的幂函数关系及与体积含污率之间的线性关系,得到了污染物影响系数的确定方法。孔隙微观分布不均匀性系数a随体积含水率的变化可分为陡降、趋平和缓升3个阶段,土中孔隙水的赋存状态是主要影响因素。

基于核磁共振技术分析骨料粒径对水泥砂浆微观结构的影响

为研究骨料粒径对水泥砂浆微观结构的影响,采用核磁共振(NMR)设备和BRS-Ⅱ型脉冲孔渗测定仪测试了骨料分别为标准砂和机制砂(粒径分别为1.25~2.50 mm、2.50~5.00 mm、5.00~10.00 mm)的标准柱状水泥砂浆试件的T_(2)谱、核磁共振成像硬脉冲一维频率编码技术(GR序列)和渗透率,探究了骨料粒径对水泥砂浆试件孔径分布、渗透率、孔隙度、迂曲度、孔隙结构分形特征以及孔隙空间分布均匀程度的影响。研究结果表明:标准砂试件的等效平均孔隙半径及孔隙度最小,等效平均孔隙半径随骨料粒径的增大先减小后增大,而骨料粒径与迂曲度呈负相关关系,与渗透率、孔隙度以及毛细孔分形维数呈正相关关系。另外,随着骨料粒径增加,试件孔隙空间分布不均匀程度显著增大,骨料粒径对水泥砂浆孔隙空间分布影响明显。

孔结构参数特性对高性能混凝土抗冻性影响研究

鉴于冻融破坏是影响我国北方地区混凝土耐久性的主要原因,利用Rapid Air 457硬化混凝土气孔结构分析仪(丹麦CXI)对高性能混凝土中孔结构进行可视化表征和定量计算,得到平均孔径大小、气泡间距系数及孔径分布情况,进而表征混凝土抗冻性能。研究表明:除混凝土含气量外,气泡间距系数、d≤100μm孔含量都是表征混凝土抗冻性能的重要指标。

银川平原典型介质的颗粒级配对渗透系数的影响研究

砂性土的颗粒组成较为复杂,由于其渗透系数在实际工程中很难精确测定,因此探讨其经验计算公式就显得尤为重要。通过对银川平原典型介质砂性土的颗粒级配以及渗透性试验,研究颗粒级配条件下砂粒含量对沉积物渗透性的影响,并通过探讨渗透系数与级配参数相关性,对原有经验公式进行修正。结果表明:当土样砂粒含量大于60%时,随着砂粒含量不断增加,渗透系数呈现出线性增加趋势;砂土渗透系数与反映其颗粒级配特征的不均匀系数Cu高度相关,R^(2)为0.81;引入不均匀系数Cu后相关的经验公式能更好反映银川平原砂性土的渗透系数与特征粒径之间的关系。

烟丝结构表征方法研究

利用RetschAS400筛分仪对6种不同结构烟丝(叶丝、梗丝、CO2膨胀叶丝及掺配后、风送后、卷制后配方烟丝)进行筛分,得到其尺寸区间分布,转化为累积分布后,再利用统计分析的方法,建立了烟丝尺寸分布特性方程,分析得到了描述烟丝尺寸分布规律的特征量,并对比分析了筛分法测试与真实值测试所得烟丝尺寸分布规律,从而建立了能够准确地描述烟丝及其在加工过程中结构分布规律的表征方法。结果表明:1)烟丝结构可以用特性方程F=exp(-BxC)来表征;2)x0.50值为烟丝特征尺寸,其值越大,表示烟丝的整体尺寸越长;C值为均匀性系数,其值越大,表示烟丝尺寸分布范围越窄,均匀性越好。

混凝土孔径分布模型及其应用

研究了混凝土100 nm以下的孔径分布特征及其与氯离子快速扩散测试中6 h电通量的关系。粉煤灰单掺、矿渣粉单掺及复掺粉煤灰/矿渣粉用于制备混凝土,养护龄期为7、14、28和90 d,采用压汞法获取各龄期样品的孔径分布数据。将粉体颗粒尺寸分布的Rosin Rammler Bennet（RRB）模型用于描述混凝土中100 nm以下的孔径分布,得到特征孔径X和孔径分布均匀性系数n。研究表明,在全部样品中,X的分布范围为30~70 nm,最可几范围为40~50 nm,孔径分布均匀性系数n的分布范围为1.1~2.1,最可几范围为1.3~1.6;在较大水胶比（0.50）时,特征孔径X呈现先增后减的趋势;特征孔径X与氯离子快速扩散测试的6 h电通量存在正相关的趋势,孔径分布均匀性系数n与6 h电通量则存在负相关趋势,综合n与X影响的n/X与6 h电通量存在非线性的负相关趋势且更为明确。

透水模板布几何参数对透排水性能的影响

为研究透水模板布(controlled permeability formwork liner,CPEL)透排水性能的影响因素,采用吸力平板仪、厚度测试仪等测试了不同压力下3种不同规格透水模板布的孔隙、厚度等几何参数.分析了孔隙累积分布曲线、孔隙率、压力及厚度的相互关系;结合CPFL水平和垂直渗透系数,深入探讨了CPFL孔隙分布、厚度和压力对透水模板布透排水性能的影响.并对交通运输部JT/T736—2009《混凝土工程用透水模板布》标准中厚度压缩比等指标提出了具体修改建议.研究表明:3种CPFL孔隙率和厚度均在32 kPa压力左右时趋于某一稳定值;CPFL透排水性能的内外部因素耦合作用明显.

初始孔压非均布条件下涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结解

考虑初始孔压非均布条件和涂抹区渗透系数变化的砂井地基固结问题,推导了基于等应变假设的固结控制方程,得到一般解。然后根据实际工程中可能出现的情况建立了5种渗透系数变化模式,同时考虑初始孔压非均布条件的4种分布,在一般解基础上得到这20个问题相应的固结解,现有等应变条件下的砂井地基固结解是本文的特例。通过计算研究这两种因素共同作用下砂井地基固结性状的情况,结果表明:固结最快的是初始孔压为倒三角形分布、涂抹区渗透系数变化为模式2的情况;固结最慢的是初始孔压为正三角形分布、涂抹区渗透系数变化为模式4的情况。

颗粒分布对水泥与减水剂相容性的影响

采用Marsh筒法与净浆流动度法研究了用相同熟料粉磨制得的颗粒分布不同的水泥样品与减水剂的相容性,分别探讨了粉体比表面积、均匀性系数(n)、特征粒径(x′)、堆积孔隙率与相容性的关系.结果表明:样品比表面积、n和堆积空隙率越大,x′越小,水泥与减水剂的相容性越差;当比表面积与x′相近时,n越大,浆体的流动性越差,饱和点掺量越大或饱和点Marsh时间越长,流动度经时损失越小;随着样品比表面积的增大,水泥与减水剂的相容性变差;对于n大的样品,比表面积增大对相容性的不利影响更为显著;降低堆积空隙率能使水泥颗粒分布连续而较宽;自身需水性较低的微细粉体有利于改善水泥与减水剂的相容性.

消泡剂和引气剂复掺对混凝土气泡参数及外观形貌的影响

采用混凝土含气量仪与气泡参数分析系统,研究了不同比例消泡剂和引气剂复掺对混凝土气泡参数的影响,结合气泡参数与混凝土外观形貌的关系,提出了优化混凝土气泡参数及提升外观质量的消泡剂和引气剂复合使用方案。结果表明:适量的消泡剂和引气剂复合使用,可提升混凝土的含气量稳定性,降低硬化混凝土气泡间距系数和平均孔径,有效改善混凝土外观形貌。消泡剂掺量0.003,引气剂掺量0.01时,混凝土含气量稳定性最佳。消泡剂掺量0.001,引气剂掺量0.03时,混凝土气泡间距系数最小。

不同沉积环境下马兰黄土孔隙分布与土水特征的模式分析

为研究黄土的孔隙分布(PSD)和土-水特征曲线(SWCC)与黄土沉积环境的关系,在甘肃榆中县和平镇和正宁县及陕西泾阳县等黄土台塬上部采取原状马兰黄土样,先测定其基本物理指标,再用压汞法测得各土样的PSD曲线,同时用滤纸法测得其SWCC。结果表明:和平镇马兰黄土的PSD曲线为单峰形态,泾阳县马兰黄土的PSD曲线为双峰形态,正宁马兰黄土的PSD曲线具有三峰特点。各土样的SWCC具有与PSD曲线相对应的阶梯状形态。SWCC与PSD曲线之间的对应关系,说明黄土的土水特征受孔隙分布的控制。获取3个原状样扫描电镜图像,微结构显示出这种地域性分异现象。对各采样点的气候环境分析表明,黄土PSD曲线之间的差异主要是由成土作用强弱决定的。将降水量与蒸发量的比值定义为蒸渗系数(CEI),作为刻画成土作用强弱的指标。发现当CEI≤0.3时,PSD曲线为单峰模式;0.3<CEI≤0.4时,PSD曲线为双峰模式;0.4<CEI≤0.5时,PSD曲线为三峰模式,相应的SWCC分别为单拐点、双拐点和三拐点模式。

氧化锆增韧的纳米复合陶瓷(Al_2O_3-nZrO_2)基体热膨胀性能及孔隙分布的研究

目的:考察Al2O3/nZrO2纳米复合陶瓷基体的热膨胀性能及孔隙分布情况。方法:包裹共沉淀法与湿法球磨相结合的方法合成Al2O3/nZrO2纳米复合陶瓷粉体,采用粉浆涂塑方法制备测试所需试件,在TMA2940型热机械分析仪上绘制样本从室温到1000℃的热膨胀曲线;用AutoporeⅡ 9220型压汞仪(美国Micromeritiecs公司)测定基体试件内的气孔分布。结果:1.测得Al2O3/nZrO2纳米复合陶瓷基体的热膨胀系数为7.185(25～500℃)～9.267(500～1000℃)(mm/m/℃)略高于渗透玻璃2. W材料基体内气孔呈狭窄的单峰分布,孔径集中于200A～0.426mm区间,其中孔径小于1000A的毛细孔占孔隙总体积的35%以上。结论:所合成Al2O3-nZrO2复合材料的热膨胀性能及孔隙分布利于熔融玻璃的渗透过程。

混凝土孔结构及其分形维数与氯离子扩散性能的关系

氯离子扩散系数是研究海洋环境下混凝土结构耐久性的重要参数之一。通过开展不同水胶比混凝土的压汞试验和盐雾扩散试验,研究了混凝土内部孔隙率、孔径分布及临界孔径对氯离子扩散系数的影响规律。结合Menger海绵体模型,建立孔体积分形维数与氯离子扩散系数的关系。结果表明:孔隙率和临界孔径与无量纲化氯离子扩散系数的相关性很高,可作为反映混凝土氯离子扩散性能的重要参数;通过数学分析计算得到的孔表面分形维数分布在2.56~3.86之间,孔体积分形维数分布在2.85~2.98之间;基于压汞法和分形理论计算得到的孔体积分形维数可以作为评价氯离子扩散系数的指标,在孔径小于10 nm、10~100 nm、100~1000 nm以及大于1000 nm四类区间,氯离子扩散系数随孔体积分形维数的增加而下降。

防淤堵滤层新材料的开发与性能

为了满足实际使用过程中对过滤性能和机械性能两方面的要求,设计开发了一种防淤堵滤层新材料,它是具有双层结构的针刺非织造土工织物。其中一层由较细的纤维组成,使土工织物具有优良的过滤性能;另一层由较粗纤维组成,提供土工织物的机械性能。通过实际测试并与常规土工织物进行对比得出,该防淤堵滤层材料具有较大的特征孔径和垂直渗透系数,能够满足防淤堵要求,而且在生产工艺相同的条件下,其机械强度也优于常规土工织物,是一种很有发展前景的新型土工材料。同时,还探讨了针刺密度对土工织物各项性能的影响。