不同侵蚀环境下水下不分散混凝土抗Cl-和SO_(4)^(2-)渗透性能研究

在不同侵蚀环境中的水下不分散混凝土会受到侵蚀离子的渗透,严重影响水下不分散混凝土的耐久性能。研究了不同强度等级的水下不分散混凝土在氯盐溶液、硫酸盐溶液和复合盐溶液3种侵蚀环境下抵抗侵蚀离子渗透的能力。通过分析不同矿渣掺量下抗侵蚀离子渗透性能的影响,探究Cl^(-)和SO_(4)^(2-)在渗透过程中的耦合作用,并利用AutoPoreIV9500压汞仪测试不同侵蚀龄期各试样的孔隙特征。结果表明:在距离侵蚀表面5 mm和30 mm处,C35混凝土比C25混凝土的离子浓度降低7%~60%;在相同侵蚀环境下,掺入矿渣粉可以显著减小水下不分散混凝土中侵蚀离子浓度;水下不分散混凝土中的孔隙组成以直径小于50 nm的介孔和微孔为主,矿渣的掺入细化了孔隙结构。即水下不分散混凝土的抗渗性能随着其抗压强度等级的提高而显著提高,并且矿渣粉的掺入使结构更加致密,从而有效提高混凝土抗Cl^(-)和SO_(4)^(2-)渗透性能。

考虑间断级配影响的土石混合体水力侵蚀分异机理

近年来,堆积体滑坡频发,已成为西南地区最典型的滑坡类型。研究表明,超过50%的库区堆积体滑坡诱因为水力侵蚀,因此降雨、岸坡侵蚀、波浪掏蚀成为库区滑坡灾害防治重点关注的问题。同时,土石混合体自身的间断级配会对其水力特性造成明显影响,进而导致水力侵蚀作用下堆积体内部的颗粒运移规律具有独特性。采用自主研发的土石混合体渗透侵蚀试验装置,模拟土石混合体内部细观侵蚀过程,阐明其侵蚀分异机理,揭示间断级配的影响。结果表明:土石混合体侵蚀过程主要分为快速侵蚀、侵蚀减缓、稳定渗流3个阶段,超过60%的侵蚀在快速侵蚀阶段完成;与良好级配试样相比,间断级配试样的侵蚀量更大,初始侵蚀更剧烈,快速侵蚀阶段更短暂;间断级配对土石混合体水力侵蚀分异的影响同样明显,细颗粒缺失结构的细颗粒尺寸单一,不易堵塞渗流通道,渗透系数高于良好级配试样,且最大渗透系数与最终渗透系数差异较小;中颗粒缺失结构因大量细颗粒下沉堵塞渗流通道导致渗透系数明显低于良好级配试样;粗颗粒缺失结构内部块石承载骨架结构差,孔隙大,易引发大块石局部破坏,渗透系数高于良好级配试样。

碎石土路基填料压实及渗透特性

为揭示碎石土路基填料在压实及渗透过程中的颗粒破碎、流失规律,对不同含石量及含水率的碎石土试样进行击实及击实后的渗透试验.结果表明:对于碎石为硬岩、细颗粒为砂类土的碎石土试样,在碎石质量分数(简称含石量)为60%时达到最大干密度;击实破碎前后的粒径分布具有良好的分形特征,分形维数D与干密度呈现正相关,破碎最优分形维数区间粗颗粒为2.23~2.25、细颗粒为2.43~2.45;建立了分形维数D与含石量和含水率的关系式可以对分形维数D进行预测并进一步估计压实效果;破碎率B_(g)与分形维数D也有良好的线性关系,含石量不超过60%时,粗、细颗粒的分形维数D均随颗粒破碎率B_(g)的增加而增加;渗透侵蚀对分形维数D的影响受含石量的影响较大,60%含石量时,分形维数差值随含水率的增大先减小后增大,与渗透系数的变化趋势相同.含石量和含水率是影响颗粒破碎、流失的两个重要因素,但相对于含水率而言,含石量对颗粒破碎、流失的影响更加显著,分形维数D与各配比试样的击实、渗透试验结果的相关性良好,能够较好地反映碎石土试样的压实及渗透特性,可进一步揭示碎石土路基的压实机理,也可为路基工程施工提供参考.

水化硅酸钙溶解侵蚀钢筋混凝土渗透扩散数值模拟

通过考虑水化硅酸钙的溶解侵蚀作用,结合流体与化学动力学相关理论,建立钢筋混凝土管道渗透扩散-侵蚀耦合模型,并通过工程实例,分析模型的变化规律。研究表明:水泥基的体积分数、管道压强、对水体渗透扩散距离成线性正相关,水灰比成非线性正相关,而水化程度则成线性负相关;在相同的条件下,级配较好的钢筋混凝土渗透范围更小,压强变化对其渗透距离的影响也更小。通过正交分析得到不同因素的影响程度为:管道压强>水灰比>水泥基的体积分数>渗透时间>水化程度。通过对该工程设计参数验证,认为该工程设计参数合理。研究成果可为预测水体在钢筋混凝土管道中的渗透扩散范围提供理论依据。

水工混凝土渗流侵蚀渗透试验研究

混凝土结构受到物理、化学以及生物等外界环境因素的侵蚀作用时,会使已经硬化后的水泥石遭到破坏,耐久性下降,强度降低。本文针对不同配比混凝土试样,设计了地下水和碳酸溶液条件下的多组侵蚀试验。通过试验发现水灰比越大,其结构受到的侵蚀性越强;掺有粉煤灰的混凝土比普通混凝土试样的抗侵蚀性要强;粉煤灰掺量较多的混凝土其早期抗侵蚀性的能力比较弱。总结了普通混凝土和掺粉煤灰混凝土渗出液中钙离子的溶出规律、结构渗透系数的变化规律。

渗透侵蚀下砂性土细颗粒流失率预测方法

渗流过程中内部不稳定砂性土细颗粒易于流失而形成渗透侵蚀,将对土工建筑物或地基造成不良影响。细颗粒流失率是土体力学性能劣化及稳定性分析的关键参数,为了对渗透侵蚀下砂性土细颗粒的流失率进行预测,笔者讨论了判断土体是否会发生渗透侵蚀的内部稳定性评价准则;介绍了细颗粒起动临界坡降,并对应力折减系数进行修正,以考虑土颗粒受力的差异性;提出了“细颗粒起动概率”,对细颗粒起动与否进行量化;分析细颗粒在土体孔隙网络中的迁移过程,给出了细颗粒通过收缩的概率和渗透迁移距离;根据细颗粒起动和迁移规律给出了细颗粒侵蚀和沉积定律,基于质量守恒定律形成细颗粒流失率预测方法。采用预测方法进行流失率计算,计算结果和试验结果吻合较好,误差基本在15%以内。

堤防渗透侵蚀破坏有关概念辨析

堤防工程汛期经常出现渗透侵蚀破坏如管涌和接触冲刷险情,也是近年的研究热点。但工程中的管涌和接触冲刷险情,与土力学中的定义并不完全相同。从土力学中渗透破坏形式的概念出发,结合近年渗透破坏模式研究,梳理堤防工程中管涌和接触冲刷险情的概念,将常见的堤防管涌险情明确为逆向侵蚀管涌,将堤防接触冲刷分为堤防不同土体间的接触冲刷和穿堤建筑物与堤防土体间的接触冲刷,后者又可细分为穿堤建筑物与周边土体接触不良形成的集中渗漏侵蚀、涵管破损导致的集中渗漏侵蚀。

侵蚀性流体作用下石灰岩渗透性变化规律

为研究侵蚀性流体渗透过程中完整石灰岩石渗透性的变化规律,设计3组不同的渗透溶液化学侵蚀条件和应力条件下的石灰岩芯渗透实验,通过测量每种工况下不同时刻渗出液流量、渗出液中含有的离子浓度等数据,分析完整石灰岩渗透特性的主要影响因素和演化机理。实验结果表明:渗透液体侵蚀和应力施加对岩石渗透性演变存在不同作用。由于加压(围压、轴压、渗透压)对岩芯渗透性具有时效性,在实验初期(0~50 h)3种工况下岩芯渗透率都急剧下降,应力作用是引起岩石渗透率变化的主要因素;随着实验过程的进展,岩芯内部孔隙喉道逐渐闭合,大约50 h之后,渗透流体的化学侵蚀作用开始显现,在之后的330 h中,渗透液为蒸馏水时岩芯渗透率基本趋于稳定,渗透溶液为p H=6的硫酸钠溶液或硫酸溶液时岩芯渗透率则持续下降,表明实验后期渗透液的化学侵蚀作用对岩芯渗透率演变起主要作用。3种工况实验过程中岩芯渗出液中始终有离子溶出,但是不同的渗透液体对岩芯矿物质的溶解效果有差异,显著改变渗出液的离子浓度和离子浓度比值。当渗透溶液中存在促进矿物质溶解的成分并且渗透压力较小时,渗透液中离子逐渐积累变多但不能及时被运移到岩芯外,从而可能产生沉淀堵塞岩芯渗透通道。实验过程中,完整石灰岩石渗透性的演变特性是渗透溶液的侵蚀作用、应力作用和溶质运移沉淀共同作用的结果。

土石坝碎石土内部渗透侵蚀颗粒级配影响的数值模拟研究

土石坝是水利工程建设中的重要坝型,其抗渗性能对大坝的安全性存在十分显著的影响。文章以数值模拟的方法,对不同级配颗粒对碎石土内部渗透侵蚀的影响展开了深入研究。数值模拟实验结果显示,较窄的碎石土级配对提高碎石土本身的抗渗性具有明显作用。基于此,建议在以碎石土为材料的水利工程堤坝建设中,尽量选择级配范围较窄的碎石土。

颗粒级配对堤坝碎石土内部渗透侵蚀影响的试验研究

渗透作用是造成土石坝和堤防工程破坏的重要诱因,研究碎石土内部渗流侵蚀规律具有重要的理论意义和工程价值。文章利用试验研究的方法,探索了颗粒级配对堤坝碎石土内部渗透侵蚀影响。结果显示,碎石土的颗粒级配变化范围越窄,越有利于提高其抗渗稳定性。基于研究成果,建议在碎石土堤坝施工过程中选择颗粒级配范围较窄的碎石土,以提高堤坝的抗渗性能。

二次精炼钢包熔渣对Al_2O_3-MgO耐火浇注料渗透侵蚀的研究

在炼钢工序中,尖晶石化铝镁浇注料被用于钢包装料大面上。分别从抗侵蚀性、抗渣性及热冲击性等方面对几种配方进行检验。结果表明,所有侵蚀均发生在熔渣与耐材的交界面上。在刚玉含量更高的浇注料里,发现裂纹更容易产生,而熔渣会通过裂纹不断渗入,导致热机械性能的下降。对低Al2O3含量浇注料来说,通过控制体积膨胀来避免裂缝的形成,并限制二次精炼钢包熔渣的渗入,以此提高尖晶石化铝镁耐火浇注料的使用寿命。

VOD炉用烧成镁钙砖的抗渣侵蚀机制分析

通过对VOD炉用后镁钙砖进行电镜分析,探讨了镁钙砖的抗渣侵蚀机制。结果发现:C-A-S系熔渣对镁钙砖渗透侵蚀严重,渗透区域可高达90%以上,残砖表面呈现明显梯度变化:依次为重度变质层、轻度变质层、渗透层和原砖层。熔渣中CaO、Al_2O_3、SiO_2、Fe_2O_3等与原砖反应后形成的主要硅(铝)酸盐矿物相是C_3S和C_4AF。C_3S分解产生的C_2S和CaO中低温时产生体积膨胀效应,造成耐火砖表面出现粉化和大面积剥落现象。富Al_2O_3的熔渣增加了镁钙砖中的CaO向熔渣熔解的趋势。而CaF_2能够明显降低熔渣的黏度,加剧了对镁钙砖的进一步渗透侵蚀。

MA/CA_2复相材料与水泥熟料反应特性研究

随着"铬公害"问题的提出,"无铬化"成为了水泥回转窑烧成带用耐火材料的热点。镁尖晶石砖具有良好的热震稳定性和抗碱、氯、硫侵蚀性等优点,是无铬碱性耐火材料发展的趋势之一,但是其在使用过程中存在粘挂窑皮性能较差的问题。本研究采用自制的MA/CA2复相材料来提高尖晶石粘附水泥熟料能力,通过X射线衍射分析以及扫描电镜分析研究了钙-尖晶石复相材料的性能与显微特征结构及其与水泥熟料高温下反应机理,研究表明MA/CA2复相材料中二铝酸钙能优先于镁铝尖晶石与水泥熟料中组分发生反应,生成钙铝黄长石和铝酸一钙等具有较高熔点物相,在熟料与复相材料之间形成致密反应烧结层,抑制水泥熟料的化学侵蚀与液相渗透,减小MA与水泥熟料的反应程度,提高了MA/CA2复相材料的残余强度。

氧化镁对铬刚玉浇注料结构与性能的影响

研究了加入氧化镁对铬刚玉浇注料结构与烧结性能、力学性能的影响。氧化镁的加入使铬刚玉浇注料线变化率增大，显气孔率升高，常温强度降低。加入2％氧化镁能明显改善铬刚玉浇注料的抗热震性，但铬刚玉浇注料的抗渣渗透侵蚀能力有所下降。

电石生产原理在实践中的运用

通过掌握电石生产原理来指导电石生产实践是实现电石生产优质、高产、低消耗的捷径。

Relationships Between Permeability and Erodibility of Cultivated Acrisols and Cambisols in Subtropical China

The relationships between soil erodibility factor （K） and soil saturated permeability （gfs） for cultivated Acrisols derived from Quaternary red clay and Cambisols derived from red sandstone were studied and quantified using a rainfall simulator and Guelph permeameter in a hilly area of subtropical China. A negative correlation existed between Kfs of the topsoil （0-5 cm） and K. The empirical expression K ≈ α × Kfs^-b＋c, where a, b and c are the structural coefficients related to soil properties, such as soil type, soil parent material, organic matter, pH and mechanical composition, best described the relationship between soil saturated permeability and soil erodibility.

连续增大流量作用下泥石流冲刷起动实验研究

连续降水或持续融水径流冲刷土体起动形成泥石流是自然界普遍存在的泥石流现象,不同流量冲刷可诱发不同规模泥石流,然而针对持续增大水流冲刷作用下泥石流起动过程的研究较为薄弱。在对公格尔山地区冰川泥石流调查基础上,基于水槽试验,采用连续增加流量的形式冲刷冰碛土体,以近似模拟冰川泥石流的起动过程,同时监测实验过程中孔隙水压力、含水量和泥沙含量的变化,分析连续增加流量作用下冰碛土形成泥石流的起动机理。研究表明:沟道冰碛土体稳定性受内部水流渗透力和表层径流剪切力共同控制,其稳定系数与流量呈幂函数关系。不同流量冲刷下冰碛土破坏形式和起动过程不同,流量较小(<12L/min)时以渗流潜蚀破坏为主,土体并未发生明显破坏,表层细颗粒下移且渗透性增大;流量持续增大时(16L/min),土体表面出现径流且随持续水流冲刷作用下发生骨架坍塌;流量较大(>56L/min)时,土体破坏以径流冲刷破坏为主,土体表面形成冲沟拉槽现象。水流连续增大冲刷是冰碛土起动形成泥石流的关键外在控制因素,而细颗粒的大量流失降低了泥石流发生的可能性,需在更大流量下才能促使粗颗粒坍塌再次起动形成泥石流。

尖晶石包覆骨料对镁铝质耐火材料抗热震性和抗水泥熟料侵蚀的影响

由于周期性水泥熟料回转以及进出料,水泥回转窑用耐火材料需要兼顾优异的耐火度、热震稳定性和耐侵蚀性。本研究通过将尖晶石细粉包裹于镁砂骨料表面,制备出含包覆结构骨料的方镁石–镁铝尖晶石耐火材料,并采用三点弯曲测试结合数字图像相关以及声发射技术表征其断裂行为,以及采用静态抗渣法表征其抗侵蚀性能。结果表明:通过改变尖晶石分布,形成包覆结构复合骨料,降低了氧化铝含量,尖晶石相达到更为均匀且广泛的分散。与氧化铝含量(质量分数)为10%的市售预合成尖晶石骨料耐火材料相比,采用尖晶石包覆骨料的方镁石–尖晶石耐火材料(Al2O3含量为5%)在保证材料抗热震性能的同时,提升了力学强度、热震稳定性能以及抗侵蚀能力。

高铝低硅CaO-Al_(2)O_(3)系熔渣对刚玉/六铝酸钙质浇注料的作用行为

由于高铝低硅CaO-Al_(2)O_(3)系熔渣对耐火材料的侵蚀损毁影响高铝含量低密度高强钢的安全冶炼生产,为此通过在刚玉质浇注料中引入六铝酸钙,开展六铝酸钙质浇注料与高铝低硅CaO-Al_(2)O_(3)系熔渣反应实验,并与铝镁浇注料进行对比研究了其作用行为。实验结果表明:刚玉-六铝酸钙浇注料具有优异抗渣性能。这主要是由于熔渣中大量的CaO被消耗,间接提高了熔渣黏度,并与刚玉-六铝酸钙浇注料反应生成的高熔点相CA_(2)填充了气孔,阻挡了熔渣的渗透,实验结果与热力学模拟计算结果相吻合。六铝酸钙浇注料自身气孔率高,熔渣主要以渗透形式对六铝酸钙耐火材料造成破坏。因此,将刚玉骨料与六铝酸钙基质组合是有望成为低密度高强钢冶炼用钢包内衬候选耐火材料。