复掺碳酸钙晶须增强轻质ECC材料力学性能研究

工程水泥基复合材料(ECC)由于其拉伸应变硬化行为和紧密多裂缝的独特特性能够满足混凝土基础设施韧性和耐久性的严格要求。使用粉煤灰漂珠代替细石英砂作为轻质细集料,使用国内高强高模量PVA和PE纤维,并复掺碳酸钙晶须对ECC进行多尺度增强,对轻质ECC的强度、单轴拉伸性能、薄板四点弯曲性能和孔隙率等进行试验研究。结果表明:碳酸钙晶须掺量为体积的1%时最佳,PVA-ECC抗压强度为57 MPa,极限拉伸强度为4.31 MPa,拉伸应变为3.44%;而PE-ECC抗压强度为60.4 MPa,极限拉伸强度为4.77 MPa,拉伸应变为8.16%。适量的晶须掺入,能够优化孔隙结构,提升强度,晶须微观桥接作用可延缓了微观裂纹发展,同时晶须可以增加界面粗糙度,提高摩擦结合强度,从而提高ECC拉伸应变能力。

碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料的减缩增强作用

针对碱矿渣胶凝材料易收缩开裂等问题,采用一种新型微米级纤维——碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料进行减缩增强,研究了碳酸钙晶须掺量对碱矿渣胶凝材料流变性能、抗压强度和干燥收缩的影响,并探究其显微增强机理.结果表明:微米级碳酸钙晶须的掺入对碱矿渣胶凝材料流动性影响较小,当碳酸钙晶须掺量为3%时,其新拌浆体塑性黏度为12.33 Pa·s,较未掺碳酸钙晶须的对照组仅增长14.48%,其硬化浆体28 d抗压强度可达105.8 MPa;碱矿渣胶凝材料的干燥收缩率随着碳酸钙晶须掺量的增加而降低,当碳酸钙晶须掺量为5%时,其28 d干燥收缩率仅有0.87%,较未掺碳酸钙晶须的对照组降低32.56%;碳酸钙晶须与基体紧密结合,在基体受力破坏时分散其所受应力,提升了碱矿渣胶凝材料的力学性能;碳酸钙晶须在体系内部的桥接作用能够有效延缓碱矿渣胶凝材料微裂纹的形成与扩展,在一定程度上遏制了宏观裂纹的发展.

碳酸钙晶须对水泥砂浆单轴压缩特性的影响

为了解碳酸钙晶须对水泥砂浆单轴压缩特性的影响,分别对不同碳酸钙晶须掺量的水泥砂浆进行了单轴压缩试验,研究了单轴压缩全过程荷载-位移曲线的特征及其影响因素,基于数字图像相关法研究了单轴压缩下砂浆的变形特征,并借助扫描电镜对试样进行了断面微观分析。结果表明:砂浆的抗压强度在碳酸钙晶须掺量0~3%时逐渐提高,继续增大碳酸钙晶须掺量到5%时,抗压强度降低;砂浆的应变场显示,掺加适量的碳酸钙晶须可延缓局部裂缝扩展,砂浆内部结构受晶须掺量的增加会从“桥连强化”转为“团聚弱化”负向作用。研究结果可为碳酸钙晶须在水泥基材料中应用提供一定参考。

碳酸钙晶须混杂聚乙烯纤维增强水泥基复合材料力学性能研究

为研究碳酸钙晶须掺量对聚乙烯纤维增强水泥基复合材料(PE-ECC)力学性能及微观结构的影响,设计了4组不同碳酸钙晶须掺量的PE-ECC试件,对其进行抗压性能试验、抗拉性能试验、三点弯曲断裂性能试验,并使用XRD、SEM、NMR技术对其微观结构进行研究。结果表明,碳酸钙晶须对PE-ECC有增强增韧作用,随着碳酸钙晶须掺量增加,这种增强增韧作用呈先增大后减小的趋势,当碳酸钙晶须掺量为1%(体积分数)时,PE-ECC的抗压性能、拉伸性能、断裂性能提升最佳。适量的碳酸钙晶须能填充基体,减少少害孔及多害孔数量,改善孔隙结构。

不同水灰比条件下碳酸钙晶须对水泥净浆收缩性能的影响

为探究碳酸钙晶须对水泥净浆收缩性能的影响,分别测试了3种水灰比试样在不同龄期的干燥收缩、化学收缩和自收缩,并采用X射线衍射(XRD)和压汞法(MIP)分别分析了自收缩试样的物相和孔隙结构变化特性。结果表明:碳酸钙晶须在水泥基体中具有吸附和转移自由水的特性;在不同水灰比条件下,碳酸钙晶须对干燥收缩的影响不同,且影响程度与其掺量呈正相关关系;化学收缩随碳酸钙晶须掺量呈先升后降的变化趋势;碳酸钙晶须对自收缩具有明显的改善作用,尤其是早期自收缩,且水灰比的提高使碳酸钙晶须对早期自收缩的改善效果更加显著;碳酸钙晶须细化了孔隙结构,且未生成新的水化产物。

碳酸钙晶须的应用研究进展

碳酸钙晶须(CW)是一种绿色无机纤维,性能优良且价格经济,作为填料具有广阔的应用前景。因其与水泥基材料具有良好的相容性而被认定为高性能的增强增韧剂,未来有望替代或部分替代建筑材料中使用的昂贵的商业纤维,降低工程建设成本。本文综述了碳酸钙晶须在造纸、摩擦材料、高分子材料、建筑材料中的应用研究进展,重点介绍了碳酸钙晶须对建筑材料水泥、砂浆、混凝土的力学性能的影响以及增强增韧机理,并对后续的研究方向和应用前景进行了展望。

晶须状碳酸钙填充聚合物材料性能的研究

研究了晶须状碳酸钙的填充量及表面处理状况对填充PVC材料和PP材料性能的影响。力学性能和流变性能的测试结果表明 ,碳酸钙晶须作为填充材料 ,在相同的填充量下加工扭矩值较小、拉伸强度和冲击强度较高 ,对晶须进行适当的表面处理后 ,体系的性能可以得到进一步提高。这是因为晶须具有特殊的针状外形 ,在加工应力的作用下可以迅速地在聚合物熔体中定向排列 ,对体系起到良好的增强和增韧作用。

碳酸钙晶须与碳纤维混杂增强油井水泥石力学性能

针对油井水泥石易脆裂而造成油气井层间封隔失效的问题,通过实验研究了碳纤维、碳酸钙晶须及二者混杂对油井水泥石力学性能的影响,利用扫描电镜观察了水泥石微观形貌,并探讨混杂纤维增强水泥石的作用机理。实验结果表明:碳纤维、碳酸钙晶须及两者混杂纤维均能有效提高水泥石的抗压、抗折和劈裂抗拉强度;相对于单掺1种纤维,混杂纤维对水泥石的增强效果更好;混杂纤维水泥石具有明显的韧性,且混杂纤维显著提高了水泥石的力学形变能力。观察水泥石微观形貌和分析混杂纤维增韧机理后发现:碳酸钙晶须和碳纤维具有不同的尺寸、形貌和性能,能够在不同结构层次和荷载阶段发挥作用,控制微裂纹或裂缝的产生和发展,改善水泥石的强度和韧性。

文石碳酸钙晶须的制备与应用进展

文石碳酸钙晶须是一种价格低廉、制备工艺简单、性能优异、应用十分广泛的环保型材料,引起了材料与工程技术学家的广泛关注。分析了文石碳酸钙晶须在增强高分子材料、作为造纸助剂及增强摩擦材料方面的应用,综述了国内外文石碳酸钙晶须的制备方法研究进展,并归纳了助剂对合成晶须的影响,对我国碳酸钙晶须的产业化生产现状作了评述。

碳酸钙晶须的制备及其对PP增强特性的研究

通过改进的碳酸化方法合成了文石型碳酸钙晶须，并对晶须的形貌特征以及与ＰＰ 进行复合的增强特性进行了研究。结果表明：晶须填充体系的力学性能明显高于粒状填充体系，由于碳酸钙晶须的均匀性较好，其对ＰＰ 的增强改性效果略好于钛酸钾晶须填充体系。

水热条件下黄磷炉渣废料制备碳酸钙晶须

本文采用黄磷炉渣制备白炭黑后的残留废液为原料,尿素作为沉淀剂制备碳酸钙晶须,系统研究了晶型控制剂(MgCl2)的浓度、反应温度、反应时间、尿素和残留废液的体积比等因素对碳酸钙晶须形貌和物相组成的影响,所得产品通过X射线衍射、扫描电镜进行了分析与表征。研究结果表明,反应温度140℃,反应时间3 h,(NH2)2CO∶CaCl2体积比为1∶3,晶型控制剂为0.3 mol/L的条件之下,可获得平均长度在50μm,长径比为10左右的碳酸钙晶须。

尿素水解法制备晶须碳酸钙

采用尿素水解法合成了晶须碳酸钙,研究了原料配比、反应时间等合成条件对晶须产率的影响,采用SEM、TG和X-射线衍射技术等方法对晶须进行了表征。结果表明,本方法体系简单,条件易于控制,且随尿素比例的增加、反应时间的延长,晶须的产率得以提高。

晶须碳酸钙的开发

利用碳酸化合成方法开发了文石型碳酸钙晶须材料,并对氯化镁浓度的影响和反应过程进行了详细研究。实验表明:氯化镁的加入有利于文石相碳酸钙的形成,在浓度为0.4mol/L以上时可以得到单一文石晶须;反应终点可以通过pH值的测定加以检测。

气液法合成文石型碳酸钙晶须的研究

研究了用气液法制备文石型ＣａＣＯ２ 晶须时，温度、初始ｐＨ 值、结晶促进剂等工艺因素对晶须生长的影响，利用Ｘ 射线衍射分析了试样中文石型ＣａＣＯ３ 的质量分数．通过实验发现，在Ｈ３ＰＯ４或可溶性磷酸盐的作用下，Ｃａ（ＯＨ）２ 悬浊液具有类似的碳酸化过程，但采用Ｈ３ＰＯ４ 或酸性磷酸盐时，反应的渗流效应比采用碱性磷酸盐显著，所得产物中文石质量分数也较高．适宜于文石型ＣａＣＯ３ 生长的温度范围为２５ ～７５ ℃；初始酸度值范围为８－６ ～１２－４ ．通过对比Ｃａ３（ＰＯ４）２ 和ＣａＨＰＯ４对晶须生长的影响，发现可以作为文石型ＣａＣＯ３ 晶核的成份为ＣａＨＰＯ４ 而非Ｃａ３（ＰＯ４）２ ．

超重力环境中合成微细晶须碳酸钙及其表征

在利用旋转产生的模拟超重力环境中 ,以Ca(OH) 2 CO2 为反应物系 ,H3 PO4作为晶形控制剂 ,控制气体流量 10 0～ 30 0L/h ,液体流量 6 0 0～ 10 0 0L/h ,旋转床转速 6 0 0～ 12 0 0r/min ,碳化反应温度为 4 0～ 80℃ ,H3 PO4相对于Ca(OH) 2 完全反应所生成CaCO3 质量分数为 5 %～ 30 % ,采用反应结晶法制备出了平均短轴为 80～ 2 5 0nm、长径比为 10～ 2 5的微细晶须碳酸钙 .制备等量的晶须碳酸钙 ,超重力环境中所需碳化时间约为文献值的 1/ 36～ 1/ 18.同时 ,利用TEM、XRD、TG DTA及元素分析等手段对产品粒子进行了表征 .结果表明 ,所合成微细晶须碳酸钙为结晶态 ,文石型含量达到 97.77% ,初始分解温度较常重力场中下降了 4 0 2℃ .

碳酸钙和硼酸铝晶须的表面处理研究

采用硬脂酸钠为处理剂对碳酸钙晶须和硼酸铝晶须进行了表面处理,通过测定活化指数、红外谱图及偏光显微观察对晶须的处理效果进行了表征,研究了处理剂的用量、处理温度和处理时间等工艺因素对表面处理的影响。结果表明:硬脂酸钠对两种晶须的处理效果均较好,活化指数分别可达到96.5%和97.3%。其中,碳酸钙晶须的最佳处理条件:处理剂用量为45%,处理时间为50 min,处理温度为40℃;硼酸铝晶须的最佳处理条件:处理剂用量为30%,处理时间为40 min,处理温度为40℃。

碳酸钙晶须含量对聚醚醚酮复合材料摩擦磨损性能的影响

以碳酸钙（CaCO3）晶须为填料，利用热压成型方法制备含0％～50％（质量分数）碳酸钙晶须增强聚醚醚酮（PEEK）复合材料，采用MM-200型摩擦磨损试验机研究碳酸钙晶须含量对复合材料与45。钢环配副的摩擦磨损性能的影响，利用扫描电子显微镜观察复合材料和钢环磨损表面形貌并分析其磨损机理．结果表明，碳酸钙晶须可以显著改善PEEK复合材料的减摩耐磨性能．随着CaCO3晶须含量增加，PEEK复合材料摩擦系数持续降低；磨损率随晶须含量增加呈先降后增趋势，并在晶须含量为15％时达最低值，相对纯PEEK降低86％．综合考虑，选择CaCO3晶须填充量为25％～30％时，复合材料具有最佳的摩擦磨损性价比．填充CaCO3晶须提高了复合材料承载能力，减少摩擦副表面粘着，阻止树脂的热塑性变形，提高复合材料的摩擦磨损性能．

碳酸钙晶须填充改性PP的研究

分别使用轻质碳酸钙和碳酸钙晶须对PP进行填充,研究了填料种类、填料量以及表面处理对体系性能的影响。结果表明,在相同的填料量下,当填充晶须时,体系的加工扭矩较小,拉伸强度和冲击强度较高,对晶须进行适当的表面处理后,体系的性能可得到进一步提高。

碳酸钙晶须改善固井水泥浆性能研究

随着油气勘探向深部地层和低渗透油气藏的延伸,对固井水泥浆性能尤其是水泥环的力学性能提出了更高的要求。针对目前固井用纤维所存在的问题,研究了碳酸钙晶须这一无机矿物纤维对固井水泥浆性能的改善作用。实验包括:1晶须水泥浆的流变性和失水量等常规工程性能;2晶须水泥石的1 d、3 d、7 d、14 d和28 d抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度,使用6265型机械性能测试仪,在不破坏水泥试样的情况下测试了水泥石的抗压强度和杨氏模量发展;3使用5265型静胶凝强度测试仪,测试了水泥浆的静胶凝强度发展,以评价其防气窜性能;4晶须水泥石的孔径和渗透率测试;5用扫描电镜对水泥石微观形貌进行观察,探讨了增强机理。结果表明:1晶须水泥浆工程性能良好;2碳酸钙晶须显著改善水泥石的力学性能,晶须加量为10%时,水泥石28 d抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度提高33.34%、45%和39.28%;3碳酸钙晶须水泥杨氏模量发展稳定,静胶凝强度发展迅速,防气窜性能良好;4晶须加量为10%时,孔隙度较空白试样降低23.4%,渗透率下降14.3%;5增强机理在于碳酸钙晶须的桥联、控制微裂纹产生和扩展及纤维拔出耗能作用,减缓裂纹的产生和延展。

以废弃磷石膏为原料水热合成碳酸钙晶须的研究

以废弃磷石膏为钙源水热合成碳酸钙晶须，研究了不同反应前驱物和添加剂对碳酸钙样品晶形的影响，利用奥林巴斯显微镜和扫描电镜（SEM）观察晶体形貌，并用X衍射（XRD）和红外光谱（FTIR）对样品进行了表征。实验结果表明，采用柠檬酸钠为添加剂，在反应时间12h，反应温度120℃，柠檬酸钠浓度2％的工艺条件下，可制得晶须长度约为50～120μm、长径比为40～100：1、大小相对均匀的文石型碳酸钙晶须。同时，实验还制得了形貌独特的稻草捆状和竹叶状碳酸钙晶体。