基于新表面理论的TBM破岩效率评价指标

岩碴是岩-机作用的直接产物,也是评价隧道掘进机(TBM)破岩效率和优化TBM掘进参数的有效指标。依托兰州水源地建设工程和龙岩万安溪引水工程,开展不同岩性条件下TBM岩碴筛分试验,得到了岩碴粒径分布规律。基于新表面理论,从滚刀破岩能量转化角度出发,提出了一种新的TBM破岩效率评价指标。基于岩碴粒径分布规律和TBM掘进参数统计,探讨了新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数之间的关系,指出了新表面理论指标在反映岩碴破碎程度和评价TBM破岩效率方面的优势。对新表面理论指标与TBM掘进推力以及刀间距s与贯入度p的比值进行回归分析,得到了硬岩(围岩等级为Ⅱ级)和软岩(围岩等级为III级)掘进条件下的TBM最优掘进推力和s/p取值区间。研究表明:(1)新表面理论指标符合岩石破碎学原理,可准确评价TBM破岩效率。岩碴越是破碎,新表面理论指标越大,掘进能耗越高,此时TBM破岩效率相对较低。(2)新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数均具有良好的线性相关关系。岩碴越是破碎,破碎单位体积岩石的能量消耗越大,新表面理论指标越大,对应的粗糙度指数越小。软岩掘进条件下TBM掘进比能低于硬岩,而岩碴破碎程度高于硬岩。(3)新表面理论指标随着TBM掘进推力和s/p的增加先减小后增大,在硬岩和软岩条件下,当TBM最优掘进推力区间和s/p区间分别为7 400~7 700 kN、13.9~14.4和1 000~1 500 kN、8.0~8.5时,新表面理论指标较小,TBM破岩效率较高。

一种基于表面能理论的沥青混合料拌和温度确定方法

本发明公开了一种基于表面能理论的沥青混合料拌和温度确定方法,包括以下步骤:步骤S100、获取热熔态沥青表面能参数测试结果;步骤S200、根据粘附功计算公式,并结合热熔态沥青表面能参数测试结果,得到不同拌和温度下沥青与集料界面的粘附功;步骤S300、确定沥青与集料界面的粘附功的峰值所在温度范围;步骤S400、计算步骤S300确定的温度范围的中值,进而确定沥青混合料的最适宜拌合温度。

《表面工程理论与技术 》教学案例库建设方法探索

《表面工程理论与技术》课程在培养高层次材料工程领域应用型创新人才中有着不可替代的作用。本课程教学过程中最为薄弱的环节是如何让学生通过理论知识的学习进而发现、分析并解决科研与实际生产中遇到的问题,同时将思政元素有机融入案例教学中。我们提出以“任务驱动”的方式,按照“构思—设计—实现—运作”的思路开展案例库建设,激发学生学习兴趣和创新思维,提高学生将理论知识应用到科研实践以及解决实际复杂工程问题的能力。

基于表面能理论和拉拔试验的铁尾矿与沥青黏附性研究

文中采用表面能理论和改进拉拔试验对铁尾矿与沥青间的黏附性进行了试验研究.结果表明:铁尾矿的表面能与沥青间的粘附功均小于石灰岩和玄武岩;粘附功随集料中SiO_(2)含量的增加而减小;改进拉拔试验可以评价沥青与集料间的黏附性,铁尾矿与沥青间的黏结力明显小于玄武岩和石灰岩,铁尾矿与基质沥青、SBR改性乳化沥青蒸发残留物间界面破坏类型为组合失效,与SBS改性沥青间界面破坏类型的为沥青内聚力失效.

表面能理论在沥青混合料中的研究综述

沥青-集料界面的黏附强度对沥青混合料的水稳定性能、抗疲劳开裂性能等有着重要影响。表面能理论是解释沥青-集料界面黏附强度形成机理的主流理论之一。简要介绍了表面能理论基础,并总结了将表面能理论应用于沥青混合料中的相关研究成果,以期为简便且有效地评价沥青混合料的路用性能、优化沥青混合料拌和工艺和开展后续研究工作提供参考。

关于表面科学理论的哲学思考

表面理论是自然科学的一个重要理论,那么它与哲学之间的联系如何呢,用哲学来解释自然科学的一些现象有没有意义呢,本文对此进行了探讨。

基于表面能理论的除冰盐侵蚀沥青矿料界面机理研究

冬季沥青路面除冰雪养护工作中,醋酸类新型除冰盐的使用已对沥青路面造成侵蚀破坏,本文依据表面能理论研究分析新型除冰盐对沥青混合料的侵蚀破坏机理.研究首先利用Van Oss三相物质界面接触过程中的自由能变化理论,构建溶液侵蚀沥青-矿料界面动力学模型;基于Young-Dupré液体在固体表面接触角理论,利用滴落法和毛细管上升法求解出沥青、石灰石矿料的表面能参数;并利用逆向求解的方法得到不同浓度除冰盐溶液的表面能参数;计算得出除冰盐侵蚀破坏过程的三相系统(沥青、矿料和除冰盐溶液)的吉布斯自由能变化,从而基于表面能理论以及分子官能团组成角度进行了深入的机理解释.结果表明:醋酸类除冰盐溶液对沥青-矿料的界面侵蚀破坏的能力较蒸馏水强,且侵蚀趋势随溶液浓度增加而增加,反应过程自发性逐渐增强;侵蚀破坏主要与醋酸类除冰盐中醋酸根双亲(亲水亲油)的乳化特性以及沥青-矿料界面处的缺陷有关.

轴向车铣加工的运动学建模与理论表面粗糙度分析

给出了轴向车铣运动的数学模型，并在此基础上对轴向车铣的运动规迹及其工件理论表面粗糙度进行了分析。

骨折愈合塑形的力学机理Ⅰ——骨表面再造理论的应用

深入探讨长骨骨折愈合塑形阶段的力学机理 ,采用骨表面再造理论与有限元相结合的方法。我们选取用应变能密度作为力学激励的骨表面再造理论 ,有限元分析采用三维的空间模型 ,利用我们编制的长骨表面再造系统“BRSS97”对长骨骨折愈合塑形阶段的三种类型 :外骨痂型、骨内缺损型和骨外缺损型的力学机理进行研究。结果表明 :骨痂可以完全吸收 ,骨缺损可以恢复 ,三种情况下骨均可以恢复到正常状态。由此说明长骨骨折愈合塑形过程就是骨材料对力学激励的适应过程。

基于表面能理论的破碎卵石与沥青粘附性能研究

针对破碎卵石成分复杂且随着粒径变化其成分存在差异这一问题,基于表面能理论研究了不同粒径破碎卵石与沥青的粘附性能。采用躺滴法和毛细管上升法分别测试沥青和破碎卵石的表面能,并计算沥青与破碎卵石体系的粘附功以及剥落功;采用综合能量比(CER)来评价四种沥青混合料中破碎卵石与沥青的粘附性能。结果表明:抗剥落剂的加入会使沥青的表面能降低、极性分量升高、色散分量降低;由于不同粒径的破碎卵石的化学成分、矿物成分、表面电荷不同,导致不同粒径的破碎卵石的表面能不同,从大到小排序为5~10 mm、10~15 mm、3~5 mm、0~3 mm;0~3 mm和3~5 mm的破碎卵石与SK90沥青、SBS改性沥青以及添加抗剥落剂的SK90沥青和SBS改性沥青的粘附功都优于5~10 mm和10~15 mm的破碎卵石,0~3 mm和5~10 mm的破碎卵石与这四种沥青的剥落功都小于3~5 mm和10~15 mm的破碎卵石,这表明不同粒径的破碎卵石与沥青粘附性的配伍性不同;混合料的水稳定性能试验表明,CER这一指标评价破碎卵石与沥青的粘附性能是合理的,并且CER可以作为沥青-破碎卵石系统材料组合的选择依据,这为破碎卵石在实际工程中的应用提供了理论和技术支持。

表面络合理论中常用计算机模型软件

本文介绍了表面络合模式计算中用到的相关计算机软件 ,如MIRCQL、MINEQL、HYDKAQL和FITEQL等 。

基于表面能理论的TLA改性沥青混合料抗水损害性能研究

叙述了悬滴法沥青试件、集料试件的制备方法,采用悬滴法测试已知液体与沥青、集料的接触角,得到6种TLA掺量改性沥青、3种集料的表面能参数;计算沥青-集料(-水)的黏附功,评价TLA改性沥青混合料的水稳定性和水敏感性,进而采用配伍比参数评定沥青混合料的抗水损害性能。研究表明:在无水条件下,沥青与集料界面黏附功均为正,表明沥青与集料的黏附能够自发地进行;随着TLA掺量的增大,沥青与3种集料的界面黏附功均增大;石灰岩与沥青的黏附功最大,表明其与沥青的黏附强度最大,水稳定性最好;玄武岩次之,花岗岩最小;随着TLA掺量的增大,TLA改性沥青与已知液体的接触角均降低,沥青-集料-水界面黏附功降低,沥青混合料水敏感性降低,TLA改性沥青与集料的配伍比增大,混合料抗水损害性能增强;推荐90#基质沥青的TLA适宜掺量为20%~40%。

MgF_2表面结构稳定性及电子特性的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)研究了MgF_2(010)、MgF_2(001)、MgF_2(011)及MgF_2(110)四种表面10种构型的稳定性和电子特性.结果表明:四种表面的邻近表面几层原子均出现了明显的驰豫现象,终止于单层F原子的表面相对稳定;进一步对比分析四种表面(终止于单层F原子的稳定构型)的表面能发现,稳定性依次减弱排列为MgF_2(110)、MgF_2(011)、MgF_2(010)、MgF_2(001);最稳定的MgF_2(110)表面的态密度显示在费米能级以下较多的成键电子处于低能级区,同时由于表面的影响,导致表面F原子电荷聚集显负电性,促使表面活性增加.

用表面络合理论解释水溶液中离子交换行为

离子交换在水处理中应用十分普遍，其理论也已经逐步走向成熟。近年来，随着工程实践的深入，对离子交换理论提出了一些新见解。１传统意义上的离子交换理论在传统的离子交换反应中，最简单明了的平衡理论是唐南（Ｄｏｎｎａｎ）膜平衡理论［１］，即对于树脂ＲＡ和溶液中...

关于表面裂纹理论的研究与进展(上)

本文简要地介绍了近几十年国内外表面断裂力学理论的发展状况及所取得的一些成果 ,重点介绍了应力强度因子求法和裂纹扩展速率的描述 ,同时对应用于圆柱体上的表面裂纹应力强度因子求法及裂纹扩展速率的描述等方面成果进行了评述。

表面能理论评价沥青与石料抗水毁性能的研究

目前关于评价沥青与石料粘附性的理论大多数计算麻烦,仅适用于做定性分析。本文根据表面能理论建立有水条件下沥青与集料粘附模型,通过粘附模型计算了2种沥青与3种石料有水条件下的粘附功、内聚功并以此来评价沥青与集料界面的抗水毁性能;并通过水煮3 min质量剥落率试验来验证用表面能理论来评价沥青与石料抗水毁性能的可行性。结果表明:水煮3 min质量剥落率与表面能理论计算的粘附功、内聚功等指标保持很好的规律性;说明将表面能理论作为一种定量评价沥青与石料抗水毁性能的标准和方法是可行的。

基于表面能理论的破碎砾石沥青混合料水稳定性定量分析

为利用表面能理论定量分析研究破碎砾石沥青混合料的水稳定性,采用蒸气吸附法测试破碎砾石样品在20℃条件下的表面能参数,采用插板法测试20℃、4种不同掺量(0%,0.2%,0.4%,0.6%)抗剥落剂沥青的表面能参数,进而计算了破碎砾石与不同掺量抗剥落剂沥青的结合能以及水稳定性的表面能评价指标。在此基础上进行了破碎砾石沥青混合料的水稳定性定量分析及排序,一方面从表面能角度研究了抗剥落剂对破碎砾石与沥青黏附性改善的微观机理,另一方面通过严格控制破碎砾石材料、级配、油石比等始终保持一致,进行了抗剥落剂掺量分别为0%,0.2%,0.4%,0.6%的破碎砾石沥青混合料马歇尔试验(包含浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验、冻融劈裂试验)验证。研究结果表明:(1)破碎砾石的表面能参数由极性碱分量主导;(2)抗剥落剂的掺加能够降低沥青的表面能,进而增加沥青对集料的润湿性;(3)掺加抗剥落剂对破碎砾石与沥青之间的黏附性改善主要体现为降低沥青自身的内聚能进而增加其对集料的润湿性,以及提高沥青的表面能酸分量进而增加其与集料的黏附结合能两个方面;(4)破碎砾石沥青混合料水稳定性的微观表面能评价指标与宏观性能试验指标的排序相同,由此论证了表面能体系用于破碎砾石沥青混合料水稳定性定量分析的准确性。

基于表面能理论的改性沥青与集料黏附性研究

沥青与集料的黏附性是沥青混合料水稳定性的关键影响因素,为定量分析沥青与集料之间的黏附性,采用表面自由能理论与改进水煮法分别进行评价。首先采用接触角测量试验测定了25℃条件下沥青、改性沥青、老化沥青与花岗岩、石灰岩、辉绿岩的表面能参数,并计算出不同沥青-集料系统的黏附功与剥落功,以黏附功与剥落功的绝对比值ER作为黏附性评价指标。同时以通过改进水煮法得出的沥青质量损失率F作为定量指标,对表面能理论试验结果加以验证。结果表明:掺入改性剂的90A沥青表面能减小了2.5%~6.2%,改性后的沥青-集料系统水稳定指标ER增加了1.9%~7.8%,黏附性增强,其中掺抗剥落剂的改善效果最好,沥青老化后ER值减小了4.3%~9.2%,黏附性减小。同类型沥青与不同种类集料的黏附性排序为沥青-石灰岩>沥青-辉绿岩>沥青-花岗岩,同种类集料与不同类型沥青的黏附性排序为90PA>90HC>90C≈90H>90A。通过延长水煮时间的改进水煮法得到的黏附性等级差异明显,其结果与表面能评价结果相同。评价指标ER与质量损失率F呈线性负相关,验证了表面能评价体系的可靠性。

基于表面能理论的温拌抑烟阻燃改性沥青混合料水稳定性能研究

沥青中加入温拌剂和抑烟阻燃剂可以达到降低拌和温度、抑烟阻燃的目的,从而满足隧道沥青的要求.但加入添加剂会影响沥青混合料的路用性能,尤其是水稳定性能.为了选择合适的添加剂,保证或提升沥青混合料水稳定性能,对七种掺加不同温拌剂和抑烟阻燃剂的SBS改性沥青及辉绿岩集料进行表面能测试,基于表面能理论计算沥青-集料匹配性指标,分析得出掺加0.7%LQ 1102温拌剂和14%AP 428抑烟阻燃剂的SBS改性沥青与集料间黏附性最佳.由此制备的沥青混合料水稳定性最好,与未掺添加剂的沥青方案相比,其匹配性指标分别提高了24.5%和24.8%.通过沥青混合料宏观水稳定性试验验证了表面能方法的可靠性,且匹配性指标与宏观水稳定性指标之间存在良好的相关性.

基于表面能理论的钢渣-沥青粘附性研究

基于表面能理论,使用钢渣细集料同粒径替换花岗岩细集料,通过红外光谱分析,钢渣的掺入,改变沥青的官能团,使沥青的碱性增强,进而提升了表面能,使基于接触角实验的表面能及粘附功提升;基于水煮法的粘附等级由2提升到4级;路用性能中,马歇尔稳定度、冻融劈裂强度和高温稳定性都有大幅提升。验证了表面能理论与路用性能的正相关性,抗疲劳性能同样较于对照组有明显提升,与粘附功存在正相关性。少量钢渣细集料的掺入可以提高花岗岩沥青混合料的路用性能。