镁橄榄石质轻质球形骨料的制备

为了降低镁基轻质浇注料在受热过程中的收缩并提高其初始强度,以菱镁矿细粉、天然硅石粉、轻烧MgO和SiO_2微粉为原料,使用硫酸镁溶液为结合剂,采用圆盘造粒机成型料球,分别在1 400、1 420、1 450℃下保温3 h煅烧制备了镁橄榄石质轻质球形骨料。分别研究了结合剂浓度、原料配比和煅烧温度对骨料体积密度、显气孔率、料球强度的影响。结果表明:以质量分数分别为71. 1%的菱镁矿、24. 6%的硅石粉、3. 8%的轻烧镁粉和0. 5%的SiO_2微粉配料,加入w(MgSO_4)=15%的硫酸镁溶液为结合剂,经1 420℃保温3 h可以制备性能较佳的镁橄榄石质轻质球形骨料。

混凝土细观结构三维球形骨料随机生成方法研究

为深入研究混凝土细观结构,运用可视化软件Matlab结合蒙特卡罗方法自动生成混凝土三维球形骨料模型,并利用有限元软件对其进行网格划分和网格检查.模拟结果表明:利用Matlab建立的混凝土骨料模型,实现了骨料生成的随机性;生成的骨料具有很好的连续性.该方法通俗易懂,模型直观且精确性高,有利于对混凝土的宏观、细观力学性质做进一步的数值研究.

随机游走法在混凝土球形骨料投放中的应用

介绍了利用随机游走法进行球形骨料数值模拟投放的方法,并阐述了球形骨料数值模型的生成、投放、游走及有效性判定的条件.骨料模拟投放的算例表明:基于随机游走的球形骨料投放方法能在较少的计算量下获得较高的骨料填充率,骨料投放结果与实际吻合,适用于各种混凝土细观结构的模拟.

随机球形骨料再生混凝土氯离子扩散研究

基于Monte-Carlo原理及Fuller级配理论,依据PYTHON算法及COMSOL软件建立由天然骨料、老界面区、老砂浆、新界面区及新砂浆组成的再生混凝土三维球形细观模型,模拟计算了不同骨料体积分数、老砂浆扩散系数及老砂浆厚度的再生混凝土内氯离子扩散过程,对比研究了再生混凝土抗氯离子侵蚀影响规律。研究表明:以随机理论建立的再生混凝土三维球形随机骨料模型接近真实再生混凝土细观结构,满足一般工程需要;基于该模型的氯离子细观数值模拟结果同试验结果吻合;再生骨料体积分数从10%增至30%、50%时,再生混凝土表观扩散系数分别增加了6.56%和19.43%;老砂浆扩散系数增加4倍,表观氯离子扩散系数增加19.28%;老砂浆厚度增加2倍,表观氯离子扩散系数增加8.1%,增加老砂浆的厚度和扩散系数会弱化再生混凝土抗氯离子侵蚀的能力。

不同粒度莫来石球形骨料对Al_2O_3-SiO_2浇注料性能的影响

由于球形骨料的流动性高,有利于致密堆积,可制备高性能耐火材料,因此,在以传统不规则形状莫来石骨料(以下称"传统骨料")、矾土均化料细粉、SiO_2微粉、纯铝酸钙水泥等为原料制备的低水泥Al_2O_3-SiO_2浇注料基础上,研究分别用粒度为8~5、5~3、3~1和≤1 mm的球形莫来石骨料(以下称"球形骨料")逐级取代同粒度的传统骨料对浇注料施工性能以及热处理后强度的影响,并借助SEM分析了试样的显微结构。结果表明:1)不同粒度球形骨料的引入均有效地改善了浇注料的流动性,降低了加水量,其中以引入3~1和5~3 mm的改善效果较好,使浇注料的加水量从采用传统骨料的5.8%(w)减少至5.2%(w);2)与传统骨料相比,除≤1 mm的球形骨料外,均可提高浇注料的可泵送性;3)球形骨料的引入提高了浇注料的致密度和常温耐压强度,但对浇注料的常温抗折强度影响不大,其中3~1 mm的球形骨料对浇注料强度的提升较大;4)热处理后浇注料的显微结构分析表明,球形骨料与基质边界结合紧密,与传统骨料的相当。

基于正交设计优化镁橄榄石轻质球形骨料的制备工艺

为了研究各因素对镁橄榄石轻质球形骨料性能的影响以优化其制备工艺,以菱镁矿细粉(<0.045 mm)、天然硅石粉(<0.048 mm)和二氧化硅微粉为起始物料,使用浓度15%(w)的硫酸镁溶液为结合剂,采用圆盘造粒机成型料球,经高温煅烧后制备了镁橄榄石轻质球形骨料。选取二氧化硅微粉加入量(5%、10%、15%,w)、罐磨机转速(300、400、500 r·min^(-1))、研磨时间(1、1.5、2 h)和煅烧温度(1400、1420、1450℃)为研究因素,每个因素各选取3个水平进行正交设计,分析了各因素对球形骨料性能的影响。结果表明:二氧化硅微粉加入量和煅烧温度为主要影响因素,而罐磨机转速和研磨时间为次要影响因素。综合考虑,最优工艺路线为二氧化硅微粉加入量、罐磨机转速、研磨时间和煅烧温度分别为10%(w)、300 r·min^(-1)、1 h和1420℃。采用优化工艺生产的轻质球形骨料的性能优良,孔径分布均匀,微孔数量增加,有望作为优良的碱性隔热耐火原料。

蓝晶石含量对球形45莫来石轻骨料浇注料显微结构及性能的影响

为改善含球形45莫来石轻骨料浇注料的体积稳定性和显微结构,引入了不同含量的蓝晶石(w=8%、10%、12%、14%、16%)。采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜等对1300℃保温3 h煅烧后试样的物相组成、显微结构与性能进行了表征。研究发现:随着蓝晶石含量的增加,1300℃煅烧后试样的强度显著降低,线变化率由-0.87%逐渐增加至0.64%,骨料基质结合程度先变好后变差。综合考虑各项性能,含12%蓝晶石的试样综合性能最优:1.73g/cm3的体积密度,36.8%的显气孔率,29.3 MPa的耐压强度,0.18%的线变化率,0.58 W/(m·K)的导热系数(800℃)和1339℃(T_(0.6))的荷重软化温度。

三维球形随机骨料混凝土细观数值模拟

为了在细观层次上进行混凝土数值模拟,将混凝土视为骨料、砂浆以及二者之间的界面层组成的非均匀复合材料,利用Matlab编程语言结合蒙特卡罗方法实现了混凝土细观结构三维球形随机骨料模型的自动生成,并通过四级配混凝土骨料生成投放试验和三级配混凝土劈拉试验进行了验证。结果表明,所建模型骨料投放含量能达到58%左右,可满足大体积、全级配混凝土的骨料投放模拟。

基于骨料球形度的透水混凝土配合比设计方法

为提高设计精度并制备具有目标性能的透水混凝土,选择实际工程中的2种典型骨料,用Image Pro-Plus图像表征了骨料球形度,同时测试并计算了透水混凝土骨架结构参数;基于骨料球形度对透水混凝土配合比设计方法进行了修正.结果表明,基于骨料球形度的透水混凝土配合比设计方法可适用于粒形较差的宽级配骨料,能显著提升透水混凝土配合比设计方法的精确性和可靠性,对透水混凝土实际工程应用具有重要指导意义.

球形随机骨料模型模拟自密实重晶石混凝土离析

近年来,具备良好防辐射性能及良好施工性能的自密实重晶石混凝土较多地用于核电站的建设,然而重晶石骨料密度较大,更容易导致混凝土离析,离析会对混凝土的质量产生重大不利影响,以往多采用试验方法研究,费时费力且数据离散性较大。本文将自密实重晶石混凝土看作由粗骨料和砂浆组成的两相复合材料,骨料看作刚性球体,砂浆采用宾汉姆流体模型,运用MATLAB编程语言编制了圆柱体投放域球形随机骨料模型程序sjgl,带入离析试验中相关参数在MATLAB中生成了随机骨料模型。然后将骨料模型中的骨料信息导出编辑了AutoCAD脚本文件,在AutoCAD中生成了随机骨料实体模型。运用FLOW3D软件中的一般运动物体(general moving objects)模型求解模型中大粒径骨料的离析,以此来近似代表随机骨料模型的离析。对应于自密实重晶石混凝土试验离析率计算公式,定义了随机骨料模型离析率,用“像素点法”计算随机骨料模型离析率为7.30%。对《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T 283—2012)建议的离析率计算公式稍作调整定义了试验离析率,为9.81%。随机骨料模型离析率与试验离析率的相对误差为25.6%,由此论证了在误差允许的范围内圆柱体投放域球形随机骨料模型可有效模拟自密实重晶石混凝土离析。

基于骨料球形度的透水混凝土配合比设计方法研究

本文为进一步分析基于骨料球形度设计透水混凝土配合比的可行性,主要采用以下方法:基于原始基于透水混凝土骨架结构设计配合比的方法制成透水混凝土试块,经过测量计算后,比对实测结果与设计目标之间的偏差度(重点是抗压强度和透水系数)。分析骨料球形度与透水混凝土抗压强度与透水系数之间的逻辑关系,并给出优化方案。

莫来石轻质球形料结构与性能

对以铝矾土为主要原料制备获得的莫来石轻质球形料进行了系统的结构与性能研究,研究结果表明:轻质莫来石球形料的主要化学成分为Al_2O_3和SiO_2,物相为莫来石相,球形颗粒表面莫来石柱状结晶交织排布,内部含有大量气孔,堆积密度为1.60 g/cm^3,颗粒体积密度为1.75 g/cm^3,显气孔率为38%,耐火度大于1790℃,800℃下导热系数为0.245 W/(m·K),热震5次后球形保持率大于95%。

滨海天然卵石混凝土性能研究

为测定滨海天然卵石混凝土的性能，研究骨料形状对混凝土性能的影响，就滨海天然卵石和普通碎石混凝土性质提出了新的比较条件一同坍落度和同水泥用量．并在此条件下配制了不同强度的混凝土。通过比较卵石和碎石混凝土的抗压强度、抗折强度和疲劳强度，从静力强度和动力强度方面表明，滨海天然卵石混凝土的抗压强度提高0．5％-10．7％，疲劳寿命延长35．8％-76．6％，抗折强度提高-2．2％～8．1％，说明滨海天然卵石混凝土的静力性能和疲劳性能良好，在水泥混凝土路面和承受动力荷载的混凝土构件中，卯石混凝土具有显著的疲劳强度优势。

蓝晶石含量对轻质莫来石-刚玉浇注料显微结构与性能的影响

为了改善含球形莫来石轻骨料的轻质莫来石-刚玉浇注料的体积稳定性及抗热震性,以球形莫来石轻骨料(≤1、1~2和3~4 mm)、板状刚玉细粉(≤0.074 mm)、广西白泥(≤0.045 mm)、Secar 71水泥(≤0.088mm)和蓝晶石(≤0.5 mm)为主要原料,研究了蓝晶石含量(加入质量分数分别为0、4%、6%、8%、10%和12%)对轻质莫来石-刚玉浇注料显微结构与性能的影响。结果表明:经1 500℃热处理后,随着蓝晶石含量增加,试样由显著收缩变为显著膨胀,体积密度减小,显气孔率增大,常温强度降低;基质中小气孔含量(≤10μm)逐渐减小,大气孔孔径及含量逐渐增大;抗热震性先变好后变差。综合考虑各项性能,蓝晶石含量为6%(w)试样的综合性能最佳:体积密度为1.96 g·cm^(-3),显气孔率为37.1%,常温抗折强度为10.8 MPa,常温耐压强度为43.8 MPa,加热永久线变化率为0.07%,弹性模量保持率为42.9%,800℃热导率为0.60 W·(m·K)^(-1)。

烧结法和烧失法制备镁质多孔原料

为了制备高性能镁质保温隔热材料,以高纯镁砂为主要原料,分别采用添加Al2O3空心球(高纯镁砂与Al2O3空心球的质量比为4∶1)成球-烧结法和Mg O包覆聚苯乙烯球(高纯镁砂与聚苯乙烯球的体积比为1∶1)-烧失法制备了2种镁质球形多孔骨料;还以乙酸镁和自制的碳微球为主要原料,采用碳微球浸渍乙酸镁-烧失法制备了镁质多孔粉体材料。对3种镁质多孔材料的结构和性能进行了分析。结果表明:1)采用添加Al2O3空心球成球-烧结法制备的镁质多孔骨料为多孔球结构,球粒直径为3~5 mm,球粒内部有多个直径为200μm的氧化铝空心球形成的封闭气孔;1 550℃保温3 h后,球形多孔骨料的显气孔率为47.2%,体积密度为1.79g·cm-3,由方镁石和尖晶石组成。2)采用Mg O包覆聚苯乙烯球-烧失法制备的镁质多孔骨料为中空球结构,球粒直径约为2 mm,内孔直径为1 mm,中空球壁厚约为500μm;1 550℃保温3 h后,球形多孔骨料的显气孔率为53.5%,体积密度为1.74 g·cm-3,由方镁石组成。3)采用碳微球浸渍乙酸镁-烧失法制备的多孔材料是由表面多孔的纳米级(80~100 nm)中空氧化镁微球集聚而成的粉体,由方镁石组成。

硅线石含量对轻质莫来石-刚玉耐火材料的显微结构与性能的影响

以多孔球形莫来石为骨料,板状刚玉细粉、硅线石和粘土为基质,经1400℃、1500℃和1600℃保温3 h烧成,制备了四组轻质莫来石-刚玉耐火材料。采用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对试样的物相组成和显微结构进行表征,研究了烧成温度及硅线石含量(4%、6%、8%和10%)对试样常温物理性能和显微结构的影响。结果表明:(1)当硅线石含量不变时,随着烧成温度的升高,试样的显气孔率逐渐减小,体积密度逐渐增大,线收缩率逐渐增加,常温耐压强度先降低后升高;(2)当硅线石的含量从4%增加到8%时,经1400℃烧后,试样的显气孔率和体积密度变化不大,当硅线石含量超过8%时耐压强度显著下降;经1600℃烧后,随硅线石含量的增加,试样的体积密度减小,强度降低,线收缩率也由2.5%减小到1.5%;(3)当硅线石含量为6%、烧成温度为1400℃时,试样的线收缩率为0.86%,耐压强度为36.1 MPa,热导率为0.249 W/(m·K)(300℃),试样基质中气孔的d_(50)为46.7μm。

球形镁碳复合骨料对MgO-C耐火材料热震性能的影响

目前钢包用镁碳耐火材料中较高的碳含量会导致耐火材料向钢水中增碳,并且会使材料有较高的导热系数,导致热量的大量损失。降低碳含量则会导致材料的抗热震性能显著下降,而改变碳源的引入方式可以提高材料的使用性能,为降碳工作提供可能。针对上述问题提出了一种以成球造粒法制备球形镁碳复合骨料,并替代鳞片石墨以提高材料抗热震性能的新方法。结果表明:将球形镁碳复合骨料引入到镁碳耐火材料后,材料的力学性能和抗热震性能均有所提高,其中1100与1550℃热处理后最佳替代量耐火材料的抗折强度与断裂能分别提高了27.93%、15.17%和4.12%、8.84%,热震保持率与残余强度分别提高了9.15%和0.8 MPa,并且热震后的裂纹扩展表现出更多的穿骨料断裂,这主要是球形镁碳复合骨料的加入引入了微裂纹且骨料与基质的同相烧结使基质间结合更紧密所导致的。