渗透结晶型防水剂对PE-ECC力学和自愈合性能影响

为设计力学和自愈合性能优良的高延性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC),以掺超高分子量聚乙烯短切纤维(UHMWPEF,文后简写PE)的ECC(PE-ECC)为基准组,掺入不同类型和掺量的水泥基渗透结晶型防水材料(Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Materials,CCCW),通过抗压、抗折、抗拉试验及预制裂缝法分别分析其力学和自愈合性能,并通过压汞法(MIP)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其孔隙结构、物相组成和微观形貌进行分析。结果表明:随着CCCW掺量的增加,PE-ECC力学性能呈先增后减趋势,当掺量为1.0%时,其力学性能最佳,且掺XYPEX型CCCW对PE-ECC力学性能的提升更为明显,此时抗压强度为53.8 MPa,提升了37.95%;抗折强度为11.8 MPa,提升了53.25%;极限拉应力为5.56 N/mm^(2),提升了14.17%;极限拉应变为7.53%,提升了21.65%。通过对共振频率和裂缝宽度的变化情况分析可知,CCCW对PE-ECC的自愈合性能有明显提升效果,能有效修复宽度小于0.5 mm的裂缝。MIP测试表明CCCW能有效改善PE-ECC孔隙结构;XRD和SEM显示掺入CCCW后PE-ECC自愈合产物种类不变,但Ca^(2+)络合剂种类增加,提供Ca^(2+)能力变强;裂缝处自愈合产物分布更为密集,愈合程度更高。

异质体材料三维微观组织结构的可视化仿真

介绍了一种可视化仿真三维异质体材料微观组织结构的有效方法。仿真的微观组织结构以从金相学分析获得的统计意义上的数据描述样本的形态学与晶体学结构。在仿真异质体材料多晶体基体微观组织结构的过程中,设计了构造三维Voronoi晶粒聚合体的增量式外存算法,在指定RVE区域内实现了海量多晶体基体微观组织结构的构造。随后,考虑实际异质体材料中第二相组成物可能的形态、空间取向、空间分布、界面相宽度等几何参数,设计了完全可控的仿真程序,可以根据实验分析需求,通过改变、控制、组合由计算机构筑的第二相组成物的几何实体,产生符合预定要求的微观组织结构。同时,开发了相应的可视化技术,展示了仿真得到的各种类型异质体材料微观组织结构模型。

复合型氯氧镁水泥的水化相及其显微特征研究

利用苛性苦土与苛性白云石按一定比例混合而成的复合型镁质胶凝材料与氯化镁水溶液按摩尔比MgO/MgCl2=5拌和后,采用XRD和IR测试方法证明形成的硬化体为5相结晶体,其显微特征主要是大量的凝胶体形貌而非针(棒)状结晶结构。呈放射状的针(棒)状晶体仅在孔洞中存在。认为凝胶体是复合型镁质胶凝材料硬化体具有很高强度的来源。

旋转井壁取心仪热管理系统设计及应用

旋转井壁取心仪用于勘探地下的油气资源,其内部电子器件面临着高温热失效的问题。针对旋转井壁取心仪设计了分布式储热热管理系统,并采用复合相变材料强化储热过程。采用仿真手段及实际下井作业来验证旋转井壁取心仪热管理系统的可行性。仿真结果表明,该系统在环境温度205.00℃下工作12 h后,储热模块整体潜热利用率达87.7%,抑制了系统内热源温度的快速上升,热源最高温度仅为140.28℃,在电子器件正常的耐温范围之内。实际下井结果表明,该系统在井温174.00℃下作业4 h 11 min后,电子短节最高温度从55.00℃上升到85.00℃,符合设计预期,可满足测井需求。

复合型镁质胶凝材料的水化相及其硬化体显微结构

将菱苦土与苛性白云石按一定比例混合构成复合型镁质胶凝材料,将其与氯化镁水溶液按n(MgO)/n(MgCl2)=5拌和后形成氯氧镁水泥硬化体,研究了该复合型镁质胶凝材料的水化相及其硬化体显微结构。该硬化体的强度随着菱苦土在苛性白云石中含量的增加,其不同养护时间的抗折和抗压强度均随之增加,24 h的最高抗折强度为9.07 MPa,28 d的最高抗压强度为183.50 MPa,说明将复合型镁质胶凝材料与氯化镁溶液拌和后,形成了具有一定强度的水泥石或氯氧镁水泥硬化体。XRD和IR测试结果证明形成的硬化体为5型相结晶体,其显微特征主要是大量的凝胶体形貌而非针(棒)状结晶结构,呈放射状的针(棒)状晶体仅在孔洞中存在。认为凝胶体是复合型镁质胶凝材料硬化体具有很高强度的来源。

复合相变微胶囊制备及其在棉织物上的应用

为获得低成本、高相变焓且相变温度适宜的蓄热调温纺织品,优选不同比例共混的硬脂酸和月桂酸作为相变芯材,以有机单体苯乙烯(St)和丙烯酸丁酯(BA)作为壁材,采用乳液聚合法制备硬脂酸-月桂酸/聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯)相变微胶囊,并将微胶囊浸轧整理到棉织物上。研究结果表明:以质量比1∶9复配的硬脂酸-月桂酸作为相变芯材,熔融峰值相变温度为42.12℃,相变潜热为187.80J/g;按芯壁比1∶1制备的微胶囊球形度良好,包覆率高达82.29%,熔融峰值相变温度为37.45℃,相变潜热为77.27J/g,初始分解温度(150℃)比纯硬脂酸-月桂酸相变芯材提高了50℃左右,具有良好的热稳定性;浸轧整理后棉织物峰值相变温度为39.47℃,相变潜热为25.41J/g,具有良好的蓄热调温功能。

Al@AlN-Al2O3高温复合相变蓄热材料的制备与性能研究

以Al作为相变材料,采用直接氮化法制备出一种核壳结构Al@Al N-Al_2O_3新型高温复合相变蓄热材料。利用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、拉曼光谱仪和差示扫描量热分析仪对材料进行表征。进一步研究锂盐助剂种类及反应时间对材料合成的影响,同时对材料的热循环性能进行测定。结果表明:在750℃条件下制备的复合材料达到预期的核壳结构,其相变材料含量64.6%,相变温度为662.3℃,蓄热密度高达326.3 kJ/kg。同时发现Li_2CO_3助剂的加入、反应时间的延长均可促进AlN的合成,从而使核壳结构更加稳定。经过20次热循环后,该材料仍表现出稳定的蓄热性能。

CPCM/PE蓄热调温纤维的制备及其结构与性能研究

将脂肪酸酯类和高级脂肪族醇类相变材料按质量比95：5共混,制备复合相变材料（CPCM）;以CPCM作为芯层、聚乙烯（PE）作为皮层,采用熔融纺丝方法及自制复合纺丝组件制备出具有皮芯结构的CPCM/PE蓄热调温纤维,并对纤维的结构与性能进行表征.结果表明：PE与CPCM为物理混合,没有发生化学作用;CPCM/PE初生纤维呈皮芯结构,纤维的直径约为42μm;当CPCM的注射速度为4 mL/h时,纤维中的CPCM质量分数为48.4%,初生纤维于60℃经过7倍拉伸,制备的CPCM/PE蓄热调温纤维的熔融温度和结晶温度分别为27.1-44.5℃和31.4-15.2℃,熔融焓和结晶焓分别为62.43 J/g和63.11 J/g,纤维线密度为6.0 dtex,断裂强度为1.81 cN/dtex,断裂伸长率为29.5%.

CPCM/PP蓄热调温纤维的制备及表征

采用熔融复合纺丝法，通过自制的复合纺丝组件，以聚丙烯（PP）为皮层，由脂肪酸酯类和高级酯肪族醇类组成的复合相变材料（CPCM）为芯层，制备了具有皮芯结构的CPCM／PP蓄热调温纤维，并对纤维的结构与性能进行表征。结果表明：CPCM／PP初生纤维呈皮芯结构，其直径约为100μm；当CPCM／PP质量比为55：45时，其初生纤维在70℃下5倍拉伸后，得到的CPCM／PP蓄热调温纤维中CPCM的质量分数为53．63％，熔融相变温度与结晶相变温度分别为32．65～48．02℃和20．96～39．02℃，熔融焓和结晶焓分别为90．04，81．01J／g，纤维线密度为10．3dtex，断裂强度为2．59cN／dtex，断裂伸长率为41．38％。

PA6/CPCM储能调温纤维的制备及表征

以两种固-液型相变材料共混所得的复合相变材料（CPCM）为芯层,以尼龙6（PA6）切片为皮层,采用自制的复合纺丝组件通过不同于传统的熔融纺丝法,得到PA6/CPCM储能调温初生纤维,将初生纤维在80℃下拉伸5倍,制得PA6/CPCM储能调温纤维,并对其结构性能进行了表征。结果表明：PA6/CPCM初生纤维呈皮芯结构,直径约为95μm;所得纤维中CPCM质量分数约为32.9%,熔融相变温度为18.50~30.89℃,结晶相变温度为7.78~18.68℃,熔融焓、结晶焓分别为66.12,64.93 J/g;当CPCM注入量为8 m L/h时,PA6/CPCM储能调温纤维的线密度为15.57 dtex,断裂强度为2.76 c N/dtex,断裂伸长率为16.71%,该纤维可应用于冬季保暖外套中。

复合胶凝材料掺量对疏浚土免烧裹壳骨料性能的影响

以太湖疏浚土为原料,采用免烧法制备疏浚土免烧裹壳骨料(WSLAs),研究了核相复合胶凝材料掺量对WSLAs筒压强度、吸水率、泥浆化反应和抗冻性的影响。通过SEM、XRD对WSLAs的微观形貌结构和晶型进行表征,并研究了核相复合胶凝材料掺量对WSLAs性能的影响。结果表明,核相复合胶凝材料掺量为10%时,WSLAs的筒压强度为7.35 MPa,25次冻融循环后质量损失率为13.70%,1 h吸水率为9.11%,符合GB/T 17431.1—2010《轻集料及其试验方法第1部分:轻集料》的要求。

基于高温活化钼尾矿地质聚合物胶凝材料制备与抗压强度

钼尾矿具有高结晶度的矿物相和低品位的金属元素,开发利用性难,环境危害大。本文基于钼尾矿的矿物学特性,结合X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了热处理温度和时间对钼尾矿物相成分和微观形貌特征的影响,揭示了钼尾矿热活化改性机理;基于最优热处理温度,成功制备出碱激发地质聚合物(AAG)胶凝材料,并研究了热处理时间对其固化时间和抗压强度的影响。研究结果显示:850℃热处理2 h显著提高了钼尾矿中活性硅(铝)组分的含量;钼尾矿颗粒的表面粗糙度随着热处理时间增加而增大,其火山灰活性得到显著提高;由经过850℃热处理2 h的钼尾矿制备的AAG在室温条件下固化时间显著降低,相较于由未处理钼尾矿制备的AAG,固化时间由168 h缩短至48 h,且养护14 d后的抗压强度提高了2倍,达到了35.7 MPa。研究结果拓宽了可用于合成地质聚合物的原料来源,为钼尾矿在建筑材料方向的利用提供了一种可行的活化改性方案。

复合相变材料对水泥浆抗裂性能的分析研究

为了控制水泥基胶凝材料在浇筑过程中因温度应力而产生裂缝,研究了将复合相变材料加入到水泥基胶凝材料中,并用响应面法研究温度、水灰比、复合相变材料掺量对水泥基胶凝材料开裂的影响因素,拟合出二次回归方程。结果表明,温度对水泥基胶凝材料开裂的影响较大,复合相变材料掺量对水泥基胶凝材料裂缝宽度的影响较大。

外加剂对碱激发胶凝材料干燥收缩性能的影响

为了进一步改善碱激发胶凝材料的收缩特性,探索了单掺有机减缩剂(聚乙二醇和乳胶)、无机膨胀剂(CaO、MgO和石膏)对矿渣粉煤灰复合碱激发(AASF)体系水化产物组成、孔隙结构和收缩特性的影响。结果表明,在所有的外加剂中,聚乙二醇减缩效果最显著,外掺1%(质量分数)聚乙二醇的AASF试样的91 d干燥收缩仅为1 683με,相较于对照组最大降低29.7%,这主要归因于孔隙结构的显著粗化。聚乙二醇和乳胶对AASF的抗压强度有一定的负面影响,主要源于水化反应程度的降低和整体孔隙率的增加。三种无机膨胀剂在AASF体系中发挥出的收缩补偿效果不强,但对抗折强度有显著的增益效果。

碱矿渣胶凝材料的耐高温性能

选用模数为2.0的水玻璃激发矿渣配制了水灰质量比为0.25的碱矿渣胶凝材料,并用水灰质量比为0.25的普通水泥石作了对比研究.利用扫描电镜和X射线衍射分析等测试手段,研究了碱矿渣胶凝材料在常温下和高温后的微观结构和物相组成,并通过测试碱矿渣胶凝材料经历不同高温后的名义抗压强度,来研究碱矿渣胶凝材料的耐高温性能.试验证明碱矿渣胶凝材料耐高温性能优于普通水泥石,碱矿渣胶凝材料经历600℃高温后的名义抗压强度不低于其常温下的抗压强度.

高石蜡掺量相变水泥基复合材料的性能

为了提高相变水泥基复合材料中相变材料石蜡的掺量,引入造孔剂在基体中产生气孔,使部分石蜡填充到气孔中,增加液化石蜡的存储空间,减少石蜡渗出。研究了不同造孔剂掺量下石蜡含量对相变水泥基复合材料抗石蜡渗出性、力学性能和储热性能的影响规律。结果表明:当造孔剂掺量(与水泥基复合材料质量比)由0%提高至4%时,石蜡在相变水泥基复合材料中不渗漏的掺量(与水泥基复合材料质量比)由5.0%提高至7.2%,抗压强度降低幅度较大。造孔剂和石蜡的最佳掺量分别为2%和5.8%。随着石蜡掺量的增加,相变水泥基复合材料储热性能提高,同时,造孔剂产生的气孔隔热保温效果也有助于相变水泥基复合材料板外壁和内壁最高温度温差的增加及测量体系内腔最高温度的下降。

硅胶/聚苯乙烯-丙烯酸核壳结构复合粒子的制备和表征

以硅胶(SiO_2)和聚苯乙烯-丙烯酸(PSA)为原料制备SiO_2/PSA核壳结构型复合粒子。在相转化法制备聚合物薄膜的基础上,为避免粒子团聚提出以蒸汽方式代替传统的液滴方式,将非溶剂缓慢而均匀地加入SiO_2与PSA溶液的混合物中。采用红外光谱、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、热重分析、压汞仪和氮气吸附/脱附等方法对粒子的化学组成、形貌、粒径分布以及多孔结构特性作了分析和表征。结果表明,SiO_2/PSA复合粒子具有核壳结构,颗粒的分散性较好,PSA利用率几乎达到100%。聚合物溶液的浓度直接影响核壳粒子的表面形貌。与纯硅胶颗粒相比,由于致密的PSA膜覆盖在多孔硅胶上,SiO_2/PSA核壳复合粒子的孔隙率、比表面积、孔体积和平均孔径都大幅下降。