纳米流动树脂及2种不同黏结剂对断冠再接黏结强度的影响

目的:研究纳米流动树脂及不同黏结剂对断冠再接黏结强度的影响。方法:体外建立34个上切牙冠折模型,随机分为4组,分别使用2种树脂黏结剂Easy One(EO)或Single bond2(SB2)直接断冠再接,或涂布不同黏结剂后断面注塑Filtek Z350纳米流动树脂进行断冠再接。各样本在再接4d后测试剪切力大小,计算再接后强度恢复率(R)。采用SPSS 20.0软件包对数据进行统计学分析。结果:使用纳米流动树脂未显著增加2种黏结剂用于断冠再接的剪切力及强度恢复率,但再接后牙体强度恢复率最高者为EO直接再接组,其效果显著高于SB2直接再接组(P=0.046)。结论:当折断片能与断面完全吻合时,单独使用EO进行断冠再接,能获得较高的黏结强度。但并非所有树脂黏结剂可不使用树脂直接进行断冠再接,在临床选择时,应从选用树脂黏结剂是否具有足够的机械性能及外伤牙是否有牙体组织的丢失两方面考虑。

基于VARI工艺的碳纤维复合材料快速修理飞机铝合金裂纹的研究

考虑到飞机战伤抢修需求,在现有的复合材料胶接修理基础上提出了一种基于真空辅助树脂灌注(VARI)工艺的金属裂纹快速修理方法,通过静力拉伸和疲劳实验将VARI修理工艺与传统湿法胶接修理工艺、机械补强修理工艺进行对比,获得了不同修理工艺下实验件的静强度恢复率、疲劳寿命、修理时间及比静拉伸强度恢复率,借助有限元分析法深入研究了VARI修理件的损伤过程,并以比静拉伸强度恢复率为指标,利用Design Expert软件进一步优化了修理补片参数。结果表明:在三种修理工艺中,VARI修理工艺效果最佳,采用VARI修理的实验件静强度能恢复至完好实验件的90.3%,疲劳寿命相比未修理实验件增长了31.4倍;与传统湿法胶接修理相比,采用VARI修理可将修理时间缩短60.2%;与机械补强修理相比,采用VARI修理可将实验件增重降低53.5%,比静拉伸强度恢复率提高146.6%;对于长度为20 mm的裂纹,补片长度60 mm、宽度64.8 mm、铺层数目四层(即补片厚度1 mm)为最优补片参数。

水泥基混杂自修复微胶囊的二次修复特性与机理

以水泥基混杂微胶囊为研究对象,采用环扫电镜(ESEM)、激光粒度分布仪(LA)、激光共聚焦显微镜(LSM)分别表征其微观形貌、颗粒特性和修复特征,采用强度恢复率、孔结构分析水泥基混杂微胶囊的二次修复能力。结果表明:缓释微胶囊囊壁孔洞分布均匀,具有缓慢释放和多次释放特点;普通微胶囊表面粗糙易破裂,具有快速释放和破裂释放特点。水泥基混杂微胶囊一次强度恢复率相比单掺缓释微胶囊提升28.72%,二次强度恢复率相比单掺普通微胶囊提升252.34%。水泥基混杂微胶囊具备快速修复能力且可以实现二次修复,二次修复主要是缓释微胶囊发挥作用。

SAP对含氧化镁膨胀剂水泥砂浆早期自愈合性能的影响

为研究超吸水聚合物(SAP)对含氧化镁膨胀剂水泥砂浆早期自愈合性能的影响,在掺氧化镁膨胀剂的水泥砂浆中加入经过预吸水处理的SAP,通过对不同损伤程度下的水泥砂浆抗压强度恢复率、毛细吸水率及超声波脉冲速度(UPV)进行试验分析。研究结果表明:复掺SAP与氧化镁膨胀剂的试件抗压强度恢复率较空白组均提高显著,提高幅度约为30%~43%;预压破坏荷载70%及以下的初始损伤试件,在28d时的毛细吸水率更接近未损伤试件,对预压破坏荷载超过70%的初始损伤试件与未损伤试件的毛细吸水率相差接近20%;相同损伤程度下,复掺SAP与氧化镁膨胀剂的试件UPV恢复率较单掺氧化镁膨胀剂的试件提高了10%左右,且随着氧化镁膨胀剂掺量的增加,UPV的恢复率也更为显著。

不同围压下砂岩破裂特性与注浆加固效应研究

注浆是控制地下工程围岩稳定的一项重要方法,研究不同围压下破裂岩石的注浆加固强度、变形特征和强度恢复率对于工程实践有重要的参考价值。本文进行了不同浓度草酸和不同体积比脲醛树脂浆液的时变特性试验。研究发现:在同等体积比下,草酸浓度越高时,浆液的低黏度期和初始凝固时间越短;在草酸含量相同的情况下,浆液与草酸的体积比例越大时,则浆液的低黏度期和初始凝固时间愈长。通过试验研究了黄砂岩和黄砂岩注浆加固体的受力特性、失稳特性、强度特性、强度恢复率、裂隙分形维数等随围压的变化规律。结果指出:分形维数随围压的增加而减小,而注浆加固体的强度及强度恢复率与围压成正比,8 MPa围压强度下的恢复率可达27%,内聚力的恢复率约为16%。

持续荷载作用下砂浆裂缝的自修复性能及其评价指标

以高吸水树脂为自修复剂,以表面裂缝愈合率(γ)和强度恢复率(η)为砂浆裂缝自修复性能的评价指标,对比研究了预裂龄期为7 d和28 d时,不同持续荷载作用对砂浆裂缝自修复性能的影响。结果表明:相较预裂龄期为28 d的砂浆组,预裂龄期为7 d的砂浆组自修复效果较好;持续压荷载下,砂浆裂缝的自修复效果较好,其η比不受荷载作用的试件分别增大3.2%(7 d预裂龄期)和9.3%(28 d预裂龄期);持续弯曲荷载和持续扭荷载作用不利于砂浆的自修复,其中持续弯曲荷载的不利影响较为显著,持续弯曲荷载作用下,其η比不受荷载作用的试件分别低43.5%(7 d预裂龄期)和47.3%(28 d预裂龄期)。微观测试表明,砂浆裂缝中的自修复产物主要是碳酸钙,且主要集中在裂缝开口位置附近,因此采用γ作为自修复评价指标有可能高估自修复效果。

自溶型水泥基裂缝自修复材料的性能研究

混凝土结构容易开裂,裂缝的存在势必影响其整体性和耐久性。以活化海泡石复合膨胀剂和硅酸钠为修复组分、溶于碱性溶液的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为涂层材料,研制了一种适用于水泥基胶凝材料的自溶型裂缝自修复材料。以强度恢复率和裂缝修复率为评价指标,探讨了该自溶型自修复材料对水泥砂浆裂缝自修复行为的影响,并结合XRD和SEM探究了微观自修复机理。结果表明,自溶型裂缝自修复材料的掺入能够显著提升水泥砂浆的强度恢复率和裂缝修复率。当其掺量为10%时,水中养护28 d修复的最大裂缝宽度可达0.38 mm,相应的强度恢复率和裂缝修复率分别达到了97%和100%。裂缝自修复机理在于:PVB涂层薄膜在碱性溶液中逐渐溶解并释放修复组分,生成大量与水泥基材料相容性好且高强和膨胀性的结晶物质以及高黏结力的C-S-H等凝胶。

渗透结晶材料对混凝土裂缝自愈合的影响

通过在纯水泥混凝土和粉煤灰、矿粉混凝土中掺入渗透结晶材料制备不同混凝土,同时制备基准混凝土,分别采用裂缝深度观测、强度恢复测试、抗渗恢复测试研究渗透结晶材料对混凝土裂缝自愈合的影响,并采用SEMEDS分析愈合产物。试验结果表明,渗透结晶材料可以显著改善混凝土的裂缝自愈合效果,降低开裂混凝土裂缝深度,提高混凝土强度恢复率和抗渗恢复率。对于掺渗透结晶材料的粉煤灰、矿粉混凝土,裂缝自愈合效果更优。渗透结晶材料促进了水化硅铝酸钙在裂缝处的生成和富集,从而起到促进裂缝自愈合的作用。

复合材料胶接修理层合板拉伸性能及影响参数

胶接修理是效率较高、应用较广的复合材料结构修补技术。对采用不同参数进行挖补和贴补修理的复合材料层合板的拉伸性能进行实验研究。结果表明:挖补修理实验件的强度恢复率约为66%~91%,贴补修理实验件的强度恢复率约为44%~61%。在挖补修理实验件中,减小挖补斜度、采用双面挖补、使用热压罐固化,在贴补修理实验件中,采用双面贴补、增大补片尺寸,均可得到更高的强度恢复率。在实验基础上建立的有限元模型,能够有效预测实验件的失效载荷、破坏模式,并可分析实验件的应力分布和渐进损伤过程,为设计修理方案提供参考。

破裂岩石加固后力学性质试验研究

地下工程开挖过程中,经常会遇到破裂结构岩石,而且完整岩石在高应力或其他因素作用下也会发生破裂。破裂岩石往往具有岩块强度较高、岩体强度较低的特点,但破裂岩石经过有效加固后能够保持较高承载能力。应用室内模拟方法,对完整岩块以及采取注浆胶结、锚杆–注浆胶结联合加固2种方法加固后的破裂岩石力学性能进行试验研究,获得破裂岩石加固后的强度恢复信息。试验结果表明,注浆胶结加固后的破裂岩石试样抗压强度可以恢复到完整岩石试样的40%～50%,无残余强度;锚杆–注浆胶结联合加固的破裂岩石试样抗压强度恢复率略大于胶结岩石试样,残余强度明显提高。

复合材料层合板机械连接修理拉伸性能

带损伤孔的复合材料层合板拉伸强度会降低约55%,需要对其进行修理以恢复力学性能、满足使用要求。针对带圆形损伤孔的复合材料层合板设计了机械连接修理方案,通过轴向拉伸试验评估其修理效果。根据试验条件建立了有限元模型,分析不同的修理方案对破坏模式、破坏载荷、应力分布、钉载分配等产生的影响。试验及有限元分析（FEA）均表明,修理后的复合材料层合板,其强度恢复率达到55%~60%左右,应力集中部位主要在修理区域最外侧的钉孔旁,最终破坏模式为母板沿修理区域最外侧一排钉孔断裂。使用双面修理、增加螺栓排数、采用金属补片、适当增加补片厚度,可减缓应力集中,改善钉载分配,提高结构强度恢复率。

玻璃钢蜂窝夹层结构制品常见缺陷修补技术

主要研究低压成型玻璃钢及其蜂窝夹层结构制品中常见缺陷(板-芯脱胶,蒙皮分层)的修补技术。制备了SC-13基体/玻璃布低压成型玻璃钢蜂窝夹层结构制品中常见的板-芯脱胶与蒙皮分层2种缺陷试样,分别用树脂注射法和贴补法对缺陷进行修补,对3种试样(含缺陷试样、无缺陷试样和缺陷修补试样)进行了检测,测试了试样的弯曲强度,分析了修补方法和所用材料的合理性、修补技术的可行性。研究结果证实,采用铁锚204与无碱布-60制备的胶膜贴补修补板-芯脱胶、采用J-153低粘度环氧胶黏剂注射修补蒙皮分层均有效,且修补工艺方法简单,修补后剪切强度恢复率与弯曲强度恢复率均较高,达80%以上。

氧化镁膨胀剂对混凝土早期裂缝自愈合性能的影响

对比分析了2种型号的氧化镁膨胀剂在5%及10%掺量(质量分数,下同)下对混凝土早期裂缝自愈合性能的影响,对混凝土的限制膨胀率、裂缝形态、裂缝宽度变化及抗压强度恢复率进行了试验分析.结果表明:氧化镁膨胀剂活性越高、掺量越大,混凝土的限制膨胀率越大,在相同龄期条件下,相同初始宽度的混凝土裂缝自愈合效果越好;氧化镁膨胀剂对初始宽度为0.40mm及以下的早期裂缝有较好的愈合效果,对初始宽度超过0.40mm的裂缝愈合效果相对较差;掺氧化镁膨胀剂的混凝土试件7,28d抗压强度恢复率较空白组均得到显著提高,提高幅度约为55%~68%.

修理工艺对边缘封闭蜂窝夹层结构弯曲性能的影响

采用四点弯加载方式研究含损伤的边缘封闭蜂窝夹层结构修理后的弯曲性能,同时分析损伤直径、损伤类型和修理设备对修理板弯曲性能的影响。结果表明:所有修理板的抗弯强度恢复率基本处于90%以上;热压罐固化比热补仪固化效果稍好;胶接质量好的前提下,损伤大小对修理效果没有影响,然而损伤越严重,对胶接质量的要求就越高;修理后结构中央的抗弯强度恢复率比结构边缘损伤的高。

中温固化复合材料层压板分层缺陷注射修补工艺研究

通过预埋石英砂,制备了复合材料层压板分层缺陷试样。采用注射修补法对分层缺陷试样进行了修补。使用电钻在缺陷试样单侧打注胶孔,通过注胶孔将DG-8胶黏剂注入缺陷区域,利用热补仪将注胶后的试样固化。对修补后的试样进行了无损检测、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,修补后的试样拉伸和压缩强度恢复率均达85%以上,试样修补区的DG-8胶黏剂固化良好。

水泥基渗透结晶型防水材料和纳米二氧化硅改性混凝土自修复性能的研究

为研究水泥基渗透结晶型防水材料(CCCW)与纳米二氧化硅(NS)对混凝土自修复性能的影响,制备了基准混凝土、单掺3%CCCW、复掺3%CCCW和1%、2%及3%NS的5种混凝土试件,通过抗压强度试验、超声波探伤试验和SEM试验研究了混凝土的力学性能与不同养护龄期下(7 d、14 d、28 d、56 d)混凝土的自修复性能。结果表明,随着龄期的延长和NS掺量的增加,混凝土的抗压强度均呈现上升趋势。单掺CCCW和复掺CCCW与NS混凝土的抗压强度优于基准混凝土,且复掺情况下混凝土的抗压强度高于单掺CCCW混凝土;单掺CCCW和复掺CCCW与NS混凝土具有良好的自修复性能。随着养护龄期的延长,复掺情况下混凝土修复后抗压强度的增长趋势和波速明显优于其他混凝土;预压80%极限抗压强度的混凝土自修复效果优于预压60%的情况。其中,复掺3%CCCW与1%NS混凝土修复后的抗压强度、波速与强度恢复率均高于其他混凝土;CCCW与NS的掺入促进了裂缝处未水化水泥颗粒的水化反应,生成结晶体,从而形成致密的结晶体网络,提高了混凝土自修复性能。

氢氧化钠溶液环境下混凝土的自愈合性能

通过分析混凝土裂缝愈合前后的力学性能、裂缝宽度、物相组成和微观结构,研究了不同碱度NaOH溶液(pH值分别为7,9,11和13)环境下混凝土的自愈合性能。结果表明,NaOH溶液对混凝土的自愈合效果优于水;不同碱度NaOH溶液环境下,混凝土的强度、波速均随龄期延长逐渐增大,且增长速率前期较小,中期增大,后期趋于平缓;NaOH溶液的pH值为13时,混凝土的自愈合效果最明显,60d时,强度恢复率约为97.6%,裂缝宽度愈合率约为58.4%;随NaOH溶液碱度的增大,裂缝中C-S-H凝胶、钙矾石等产物逐渐增多,体积增大,连续的C-S-H凝胶将相互交叉搭接的钙矾石骨架包裹住,并在晶体间起胶结作用,使裂缝逐渐愈合。

蜂窝夹芯挖补修理结构弯曲性能研究

从试验及有限元2个方面对复合材料蜂窝夹芯挖补修理结构的弯曲性能进行研究。通过3点弯曲试验对无损及修理件弯曲性能进行测试,试验结果表明,蜂窝夹芯结构破坏模式为典型的蜂窝剪切破坏,修理件相比于无损件弯曲强度恢复率为110%,修理后结构弯曲刚度也略高于无损件;基于试验结果建立三维有限元模型对蜂窝夹芯修理结构的弯曲性能进行研究,通过用户自定义子程序VUSDFLD编写Hashin失效准则、基于应力的Besant失效准则,实现复合材料面板及蜂窝芯子2种材料的损伤起始及演化。数值模型得到的破坏模式、破坏载荷及弯曲刚度均与试验结果吻合得较好;改变有限元模型参数,研究损伤直径及补片厚度对修理后弯曲性能影响,结果表明,随着损伤直径从30~70 mm逐渐增加,修理件强度先增加后减小,并在损伤直径为50 mm时取得最大值,此外,补片厚度为1~2.5 mm时弯曲强度恢复率高于100%;本文为复合材料蜂窝夹芯结构的修理设计提供了可靠的数值模拟方法。

碳酸钠溶液环境下混凝土自愈合性能研究

通过分析混凝土裂缝愈合前后的力学性能、裂缝宽度、物相组成和组织结构,研究了不同浓度Na2CO3溶液(0、2%、4%、6%)环境下混凝土裂缝的自愈合性能。结果表明,Na2CO3溶液对混凝土裂缝的自愈合效果明显优于水;不同浓度Na2CO3溶液环境下,混凝土的强度、波速均随龄期延长逐渐增大,且增长速率前期较大,后随龄期的延长趋于平缓;6%Na2CO3溶液环境下,混凝土强度恢复效果最明显,49d时完全恢复,60d时强度恢复率增至106.1%;2%Na2CO3溶液环境下,60d时混凝土强度恢复率仅为73.5%;4%Na2CO3溶液环境下,混凝土强度恢复效果处于两者之间。随Na2CO3溶液浓度的增大,裂缝中C-S-H凝胶、Ca CO3晶体等水化产物增多,体积增大,二者通过填充作用和胶结作用,使裂缝逐渐愈合。

中温固化复合材料层压板分层缺陷挖补修补工艺研究

本文通过预埋石英砂,制备了复合材料层压板分层缺陷。采用挖补修补法对分层缺陷试样进行了修补。使用雕刻机和手工打磨工具在试样缺陷区域打磨出45°和20°楔形角,在打磨后的区域铺放EA9696胶膜和预浸料补片,利用热补仪将铺放补片后的试样固化。对修补后的试样进行了无损检测、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,修补后的试样拉伸和压缩强度恢复率均达87%以上,试样修补区的预浸料补片层间以及补片与试样之间界面结合良好。