制备性能研究

关键词： 浆体 集料 胶凝 混凝土

制备性能研究（精选十篇）

制备性能研究 篇1

多孔混凝土(PC)是硅酸盐水泥、单一粒径的粗集料、少量或不含细集料和水的混合物使用适量的水和胶凝材料以形成一个浆体薄层裹覆集料颗粒表面,使它们之间有自由空间,从而在多孔材料中形成孔的一类混凝土[1,2]。多孔混凝土在多个国家 ,如美国和日本已经使用超过30年。在美国使用越来越多是因为其具有各种环境效益,如控制雨水径流,恢复地下水供应,且能减少水和土壤的污染[3,4,5]。与此同时,多孔混凝土可能减少城市热岛效应且可用于降低道路的噪音[5,6]。

多孔混凝土不含有或含有少量细集料,使用适量的水泥浆体来裹覆和粘结集料颗粒以形成一个高孔隙率和连通的孔隙, 从而能够迅速排出雨水。一般而言,PC的孔隙率在15%~25%之间,渗透系数一般为2~6mm/s[5,7]。然而在常规PC中高孔隙率往往导致强度降低。常规多孔混凝土的低强度不仅限制了其在重载交通公路中的应用,也会影响结构的稳定性和耐久性,如易于受到霜冻损害和抗化学腐蚀能力较差。因此,低强度的PC只能在一些特定场合使用,如人行道、停车场、休闲广场和常规路面的底基层[8,9,10]。先前的研究表明,级配、集料的粒径和集料与水泥的质量比是影响PC孔隙率、渗透性和抗压强度的主要因素, 水灰比对PC的性质有较小影响[12]。使用较小粒径的集料能够增加混凝土单位体积内集料颗粒的数量、集料的比表面积和粘结面积,这最终导致多孔混凝土强度的提高。尽管国内外对多孔混凝土做了大量研究,但其强度和渗透性仍不能满足现实应用的要求,这大大限制了这种环境友好型路面材料的推广和应用。本文旨在通过使用合理选择的集料、细集料混凝土和有机增强剂,并通过调整混凝土的拌合比例,制备出具有一定强度和渗透性的高性能多孔混凝土。

1 研究目的和范围

本文研究的目的是评估聚合物改性对多孔混凝土力学和物理特性的影响。综合考虑聚合物改性多孔混凝土(PMPC)的渗透性和强度,从而使混凝土既有组合的渗透性也有足够的强度承受交通荷载。

该研究中, 使用三种单一粒径的石灰岩集料(13.5mm、9.5mm和4.75mm)和一种聚合物 (SBR乳胶)来制备多孔混凝土。通过孔隙率试验、渗透系数试验、抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验来评估多孔混凝土的特性。

2 试验

2.1 试验原材料

在本试验中选择Ⅰ型普通硅酸盐水泥。粗集料考虑单一粒径三种级配的石灰岩:13.2mm,9.5mm和4.75mm。根据表1列出的ASTM规范测量粗集料的特性,本研究中使用的河砂粒径分布见图1。

为提高多孔混凝土的强度,在混凝土中添加乳胶聚合物丁苯橡胶(SBR)。除了乳胶,聚丙烯纤维也添加到混凝土中以进一步提高多孔混凝土的力学特性。聚丙烯纤维具有可以抑制和控制混凝土中内部裂缝形成、增强混凝土的抗拉强度并提高耐久性的优点。聚丙烯纤维不含重新加工的烯烃材料,平均长度为20mm。

2.2 混凝土配比

控制组多孔混凝土由硅酸盐水泥、水和三种级配的粗集料组成。为提高聚合物改性多孔混凝土(PMPC)的整体行为 ,乳胶、纤维和细集料 (天然砂 )添加到混凝土中,配比如表2所示。对照组基本配比为水泥∶粗集料∶水=1∶4.5∶0.35(重量比)。当在混凝土中添加乳胶和/或细集料时,乳胶的固体部分用来取代10%的水泥,且用天然砂取代7%的粗集料(重量比)。将PMPC的性能和特性与常规多孔混凝土进行了比较。

2.3 试样制备

使用机械拌合机拌合多孔混凝土,通过采用标准的滚筒压实成直径为152mm、高度为305mm的圆柱体试样。在标准的水分养护室内进行养护,直到测试所需的龄期。除了抗压试验,在试验前将试样切割成大约76mm厚的小试样进行其他试验。制备三个试样进行平行试验。

kg/m3

注:A 为控制组;B 为乳胶改性;C 为添加纤维;D 为添加乳胶和纤维的多孔混凝土。

2.4 测试方法

2.4.1 孔隙率试验

为了获得孔隙率,有必要知道压实混凝土的毛体积。因为多孔混凝土具有大量连通的孔隙,并不适合使用水中重法来获得毛体积。Core Lok真空包装密封设备常用来测量沥青混合料的密度,在该研究中用来获得多孔混凝土试样的有效孔隙率,根据ASTM D7063方法进行试验。

2.4.2 渗透性试验

因为设计多孔混凝土在路面结构中作为排水层,故渗透性是多孔混凝土的一个重要参数。由于孔隙率较高且有连通的孔隙路径,适用于层流的达西定律对多孔混凝土不再适用。本研究中, 使用Huang等人开发的排水沥青混合料 (与多孔混凝土在功能上相似)渗透性测量设备和方法[14]。图2显示了渗透性试验的试样和设备。

两个压力传感器安装在试样的顶部和底部,给出试验过程中水头差精确的读数。在变水头试验中采用自动数据采集系统连续读取数据。

本试验中,使用变水头法,从文献[14]中获得水头差与时间的曲线:

式中,a0,a1和a2为回归系数。

然后求导得:

式中,a1和a2为回归系数。因此,排水速度表示为:

式中,A1、A2、r1、r2分别为上部圆柱形容器和试样的的截面积和半径。

根据图3和图4,可以获得伪渗透系数K’和形状系数m。基于这个结果, 水力梯度和排出速度之间的关系为ν=7.5764i0.3598,因此K’为7.621mm/s。

2.4.3 抗压强度

根据ASTM C39试验方法测试7d龄期的抗压强度。在INSTRON加载结构 上对三个 直径为152mm、高度305mm的圆柱体试样进行抗压强度试验。

2.4.4 劈裂抗拉强度

对直径为152mm、厚度为76mm的三个平行圆柱体试样 进行劈裂 抗拉试验 。根据ASTM C496/C496M试验方法采用MTS加载进行该试验。连续记录垂直荷载并通过该试验获得劈裂抗拉强度。

3 结果与讨论

3.1 孔隙率

图5给出了所有多孔混凝土孔隙率试验结果及乳胶对孔隙率的影响。可以看出,大多数混凝土孔隙率的范围在20%~30%, 表明其满足多孔混凝土的功能要求。三个不同粒径的粗集料表现出相似的孔隙率,表明集料级配对孔隙率结果并没有显著影响。从图5也可以看出,添加乳胶和砂导致孔隙率略微降低。然而,乳胶、砂和纤维的结合并不会进一步降低孔隙率结果。乳胶、砂和纤维仍能达到预期的孔隙率和可接受的渗透性。

3.2 渗透性

渗透性结果和添加乳胶对多孔混凝土渗透性影响的结果如图6所示。从图6可以明显看出,所有多孔混凝土的渗透系数值在10~20mm/s之间,足以用于路面结构的排水层。集料的级配对渗透性并没有显示出一致的影响。采用三个不同粒径集料制备的混凝土表现出相似的渗透性值。

根据图6,乳胶、天然砂和纤维对渗透性的影响与对孔隙率的影响相似。尽管添加砂和乳胶会导致渗透性的降低,然而该渗透系数值对一般的排水需求是可接受的。

3.3 抗压强度

乳胶、砂和纤维对混凝土抗压强度的影响如图7所示。与预期一致,粗集料粒径越小,抗压强度越高。很明显,添加砂或乳胶均能提高多孔混凝土的抗压强度。添加天然砂增加了水泥砂浆的量,从而增加了邻近集料颗粒之间的接触面积。之后,接触面积的增加将导致强度的提高。添加乳胶也增加了邻近集料颗粒之间的接触面积。更重要的是,乳胶与水泥水化产物的混合形成两个相互渗透的基体一起作用,从而导致强度提高[15]。从图7(a)可以看出,乳胶和砂的结合效应导致抗压强度的进一步增加。

从图7(b)可以看出,纤维对抗压强度似乎仅有微弱的影响。当在控制组混凝土中添加纤维时(不添加乳胶或砂),纤维显著提高了抗压强度。然而,当砂和/或乳胶也添加到混凝土中,添加纤维并没有进一步提高强度(图7)。降低有效性的原因之一是本研究中使用的纤维在混凝土中不能完全分散及均匀分布。

3.4 劈裂抗拉强度

图8比较了乳胶、砂和纤维对劈裂抗拉强度的影响。与抗压强度类似,含有较小粒径集料的混凝土具有较高的劈裂抗拉强度。从图8可以看出,砂对劈裂强度的影响并没有对抗压强度的影响大。添加砂的混凝土有时甚至与未添加砂的混凝土相比具有较低的劈裂抗拉强度。然而,乳胶仍能显著提高多孔混凝土的劈裂抗拉强度。这是由于在乳胶和水泥硬化产物混合及相互渗透过程中乳胶网络的形成所致[15]。与脆性水泥浆体不同 ,乳胶网络抗拉能力相对较强,这有助于显著提高多孔混凝土的劈裂抗拉强度。

从图8(b)中可以看出,纤维对劈裂抗拉强度的影响类似于对抗压强度的影响。添加纤维导致控制组混凝土的劈裂抗拉强度显著提高。然而,添加砂和/或乳胶抑制了纤维的有效性。在含有砂和/或乳胶的多孔混凝土中使用纤维并没有使劈裂强度得到提高。

4 结论

(1) 使用乳胶、天然砂和纤维能够生产出具有足够排水性能和强度的高性能多孔混凝土。

(2) 乳胶和砂均会降低多孔混凝土的孔隙率和渗透性,且会增加多孔混凝土的强度。然而,仅添加乳胶能够提高多孔混凝土的劈裂强度。

(3) 在本研究中 ,纤维对多孔混凝土的强度特性并没有显著的影响。这是因为纤维在多孔混凝土中并没有得到完全和均匀地分散。为使纤维能够在混凝土中得到良好的分散, 建议使用专门方法,例如使用短纤维可能更易于使纤维在混凝土中得到均匀地分布。

废酸液制备复合絮凝剂及性能研究 篇2

废酸液制备复合絮凝剂及性能研究

简述了废酸液制备复合絮凝剂的方法,并应用于印染废水的处理,考察了硅酸活化时间和pH值、硅酸与废酸液的`比例、熟化时间、水样酸度、絮凝剂投加量等条件对絮凝效果的影响.试验结果表明,复合絮凝剂的制备工艺简便,且以废液为主要原料,成本低,达到变废为宝的目的.对印染废水浊度和COD的去除率均达到95%以上,且适应的pH值范围大, 絮凝速度快,效果好等优点.

作 者： 作者单位： 刊 名：昆明理工大学学报（理工版）  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY（SCIENCE AND TECHNOLOGY） 年，卷(期)： 30(5) 分类号：X781.5 关键词：废酸液   复合絮凝剂   印染废水   废水处理   聚硅酸盐  

制备性能研究 篇3

尽管红外荧光油墨作为功能性油墨在防伪领域得到了广泛应用，且国内外对其也做了大量的基础理论研究，却鲜有人从油墨组分和制备工艺方面研究影响红外荧光油墨发光性能的因素。发光性能是红外荧光油墨最重要的性能指标之一，决定了其防伪性能的优劣。由于红外上转换材料的光-光转换效率较低，在制成油墨后，转换效率还会进一步减小，因此，探讨如何改变油墨分散程度、调整荧光粉含量、选用合适的成膜树脂及含量对研发综合性能优异的高发光性能红外荧光油墨具有重要意义。在此，笔者通过实验，探讨上述几个因素对红外荧光油墨发光性能的影响。

实验准备和实施

1.实验材料

实验所用溶剂为正丙醇，成膜树脂为U-335、AZ5391，颜料为绿色红外荧光粉（工业产品）。

2.实验仪器

实验仪器为HJ-6A型数显恒温多头磁力搅拌器（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）、D2004W型电动搅拌机（上海司乐仪器有限公司）、IGT-2S型高速搅拌分散器（上海司乐仪器有限公司）、Microtrac S3500型激光粒度分析仪（美国Microtrac公司）、机动涂布机（RK Print Coat Instruments Ltd.，）、MDL-H-980nm-4W红外激发器（长春新产业电子科技公司）、TES1336A型照度仪（台湾泰仕工业股份有限公司）和1号丝棒。

3.红外荧光油墨样品制备

（1）色浆制备。首先将成膜树脂U-335或AZ5391预先分散在溶剂正丙醇中，采用HJ-6A型数显恒温多头磁力搅拌器搅拌至完全溶解，静置一定时间，形成分散均匀的稳定载体，然后将绿色红外荧光粉加入该载体中，在D2004W型电动搅拌机上预分散30分钟后，置于IGT-2S型高速搅拌分散器上研磨，即可制得所需的色浆。

（2）成墨制备。将成膜树脂（U-335或AZ5391）和溶剂正丙醇加入色浆中，用D2004W型电动搅拌机搅拌均匀，制得红外荧光油墨。

（3）涂布样品制备。选择1号丝棒，将红外荧光油墨均匀地涂布在承印物上，并裁切成4.5cm×13cm的长方形样品块。

4.红外荧光油墨性能测试

（1）分散性测试。用正丙醇作为稀释剂，采用Microtrac S3500型激光粒度分析仪测试红外荧光油墨的粒径及其分布，以95%的油墨颜料颗粒的最大粒径进行表征。

（2）发光性能测试。在暗室中，使用MDL-H-980nm-4W红外激发器和TES1336A型照度仪测定红外荧光油墨的相对荧光强度。

实验数据及分析

1.分散性对红外荧光油墨发光性能的影响

分散性是评价红外荧光油墨性能的关键指标，直接影响到油墨的印刷适性及防伪效果。为了研究分散性对红外荧光油墨发光性能的影响，控制研磨工艺参数不变，每隔30分钟从研磨机中取出少量油墨样品，放置一定时间后测试其粒径大小及相对荧光强度，结果如图1所示。

由图1可知，通过改变研磨时间可获得不同的油墨粒径大小，油墨相对荧光强度随着油墨粒径的减小而增强。这是因为在高速剪切作用下，随着研磨时间的延长，剪切力或冲击力会将润湿后的颜料粒子聚集体破碎成更为细小的颜料粒子聚集体，降低颜料粒子聚集体间相互碰撞和团聚的几率，从而提高红外荧光油墨的发光效率，使得相对荧光强度随之增加；当研磨时间超过1.5小时后，颜料粒子结构遭到破坏，细小的颜料粒子通过碰撞重新聚集或絮凝，粒径增大，相对荧光强度显著降低。

2.荧光粉含量对红外荧光油墨发光性能的影响

荧光粉是红外荧光油墨中最重要的成分之一，是显现防伪标记的关键因素，直接影响红外荧光油墨的发光性能及防伪效果。为了探讨荧光粉对红外荧光油墨发光性能的影响，基于体系黏度的限制，我们分别测试了不同荧光粉含量制得的红外荧光油墨的相对荧光强度，结果如图2所示。

由图2可知，在一定范围内，随着荧光粉含量的增加，介质中颜料粒子百分比增加，红外荧光油墨的相对荧光强度也逐渐增大。当荧光粉含量增加到25%时，相对荧光强度达到最大，为11.8。当荧光粉含量超过25%时，荧光粉在油墨体系中的分散性欠佳，导致荧光分子在浓度高时发生淬灭现象，致使相对荧光强度下降、荧光寿命降低。可见，基于体系黏度、成本最低以及材料的分散性限制，荧光粉的含量为25%时，红外荧光油墨的发光性能最佳。

3.成膜樹脂对红外荧光油墨发光性能的影响

作为颜料的载体，成膜树脂的作用是把粉末状的固体颜料粒子连结起来，并使之最终附着在承印物上。为了考察成膜树脂对红外荧光油墨发光性能的影响，基于体系黏度的限制，我们分别测试了不同U-335和AZ5391成膜树脂含量对红外荧光油墨相对荧光强度的影响，结果如图3所示。

由图3可知，成膜树脂种类不同，红外荧光油墨的相对荧光强度差异显著。这是因为聚氨酯树脂U-335的分子结构中含胺酯键，分子间存在很强的氢键作用力，在受到红外光激发前易与基态下的荧光体形成氢键，使得摩尔吸光系数增大，即吸收增强，因此制得的红外荧光油墨的相对荧光强度较高；丙烯酸树脂AZ5391的分子结构中含有-COOH荧光消色团，能够抵消或抑制荧光的产生，因此制得的红外荧光油墨的相对荧光强度较低。

此外，从图3可以看出，不同成膜树脂含量对红外荧光油墨的相对荧光强度也有很大的影响。这是因为随着成膜树脂含量的增加，油墨体系黏度会增加，减小了激发态分子振动和转动的速率，从而降低了其与其他颜料粒子的碰撞率，提高了红外荧光油墨的相对荧光强度。当成膜树脂含量增加到12%时，相对荧光强度达到最大。此时，随着成膜树脂含量的增加，相对荧光强度呈现逐渐下降的趋势，这是因为成膜树脂阻碍了荧光物质对光的吸收，从而削弱了相对荧光强度。

结 论

（1）油墨的分散性对红外荧光油墨的相对荧光强度的影响很大，颜料分散程度越好，相对荧光强度越高。当研磨时间为1.5小时时，油墨样品的粒径最小，分散性最好，红外荧光油墨的相对荧光强度最高。

（2）在一定范围内，随着红外荧光粉含量的增加，红外荧光油墨的相对荧光强度逐渐增大，当含量增加到一定比例时，相对荧光强度反而下降，当含量为25%时最佳。

定形相变材料的制备与性能研究 篇4

建筑节能是世界节能工程的重要组成部分,以相变材料作为蓄能工质的相变储能建筑材料和相变蓄热装置在建筑节能技术中发挥着十分重要的作用。目前开发和应用在建筑节能领域的相变材料主要分固-液相变材料和固-固相变材料两大类,固-液相变材料包括无机水合盐、高级脂肪烃、羧酸、酯及某些聚合物等;固-固相变材料目前应用较少,主要为多元醇,还包括交联聚乙烯和某些聚合物。其中固-液相变材料是研究相对成熟的一类蓄热材料,以饱和脂肪酸为例,具有无腐蚀性、热性能稳定、价格低廉等优点[1]。但固-液相变材料在相变过程中存在液相的泄露和环境污染等问题,这极大地束缚了固-液相变材料在实际中的应用。

将蓄热材料与合适的基体材料复合制成定形相变材料,利用基体对相变材料的支撑、束缚作用,可以使固-液相变材料在相变过程中宏观上不流动,从而解决其泄露问题。目前定形相变蓄热材料的制备主要通过物理和化学方法将相变材料与微胶囊[2]、多孔材料[3]、层状硅酸盐[4]、聚合物[5]等材料复合,形成贮热密度大、热性能稳定、传热性良好的蓄热材料,极大的扩展了固-液相变材料的实际应用潜力。在脂肪酸类定形相变蓄热材料的研究工作中,Cemil Alkan和Ahmet Sari做了很多探索性和深入性研究[6,7,8],证明聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物等高分子聚合物可以作为基体材料,与脂肪酸复合制备相变温度和相变潜热适当的定形相变蓄热材料。

本研究以癸酸(CA)、硬脂酸(SA)以及两者的最低共熔混合物作为蓄热介质,以聚甲基丙烯酸甲酯作基体,采用本体聚合法制备具有不同相变温度的脂肪酸/PMMA定形相变蓄热材料。该方法保证相变材料在基体中分散的均匀性,解决脂肪酸在相变过程中的熔化流动问题。同时还可根据相变蓄热装置的设计要求加工成型,直接作为蓄热系统或建筑围护结构的组成部分实现建筑节能。分析测试结果表明该类定形相变材料具有适宜的相变温度和较高的相变潜热,蓄热材料与基体材料具有良好的相容性,在相变过程中没有液体泄露现象,且热稳定性良好,可应用在建筑太阳能利用领域。

1 试验

1.1 试验材料

甲基丙烯酸甲酯(MMA)、氢氧化钠,天津市科密欧化学试剂开发中心,分析纯;偶氮二异丁晴(AIBN),沈阳市新西试剂厂,分析纯;癸酸(CA),国药集团化学试剂有限公司,化学纯,相变温度32.1℃,相变焓168.77 k J/kg;硬脂酸(SA),天津市大茂化学试剂厂,化学纯,相变温度58.22℃,相变焓180.56 k J/kg。

1.2 脂肪酸共熔“合金”的制备

1.2.1 脂肪酸共熔混合物配比的理论计算

纯脂肪酸的相变温度一般都较高(高于35℃),由于脂肪酸具有良好的混溶性,可以将某2种脂肪酸复合,使混合后的脂肪酸具有合适的相变温度和相变潜热。根据最低共熔点理论,将脂肪酸的混合物看成理想溶液模型,2组分体系混合能达到一最低的熔点,称为最低共熔点,也就是混合后相变材料的计算相变温度。通过施罗德(Schrader)公式计算,可得到2种脂肪酸不同混合配比对应的不同的相变温度。本研究中癸酸和硬脂酸的混合配比见图1,可见,当CA在混合酸中的摩尔分数为85%,即m(CA)∶m(SA)=77∶23时,两者成为共熔“合金”,最低共熔温度为27.78℃,可用在建筑节能中。

式中:T———含有化合物A的混合物的熔化温度,K;

xA———混合物主要成分A的摩尔分数;

Tf——纯化合物A的熔化温度,K;

R———气体常数,8.315 J/(mol·K);

△slHA——纯化合物A的熔化潜热,J/mol。

1.2.2 脂肪酸低共熔混合物的制备

试验采用高温保温和超声波结合的方法制备SA-CA共混共熔“合金”。分别称取SA和CA,按m(CA)∶m(SA)=77∶23配制成混合脂肪酸,倒入烧杯中密封,置于80℃烘箱中保温2 h,然后把烧杯放入超声波发生仪的水浴中,控制水浴温度50℃左右,超声波震动2 min,置于50℃烘箱中备用。

1.3 脂肪酸/PMMA定形相变材料的制备

在250 m L圆底烧瓶中,加入一定量精制后的AIBN和MMA,摇晃至AIBN溶解完全后,将烧瓶置于80℃水浴锅中,搅拌约25 min,待预聚物形成粘性薄浆状,撤去热源,迅速冷却至50℃。将一定量液态脂肪酸倒入预聚体中,搅拌均匀后,缓缓灌入模具内,去除气泡后密封。置于60℃恒温水槽中保持2 h,然后升温至90℃,保持1 h,使聚合完全。待冷却到室温后取出模具拆样,得到脂肪酸/PMMA定形相变材料。为保证MMA的聚合效果,试验选定m(脂肪酸)∶m(PMMA)=1∶1,所制备相变材料的组成见表1。

%

1.4 分析测试

采用美国梅特勒公司DSC822e型差式扫描量热仪测试相变材料的相变潜热和相变温度,扫描温度为0~100℃,升温速率为5℃/min,静态氮气保护。

采用美国梅特勒公司TGA/SDTA851e型热重分析仪测试定形相变材料的热稳定性,温度范围从室温到700℃,升温速率为10℃/min,静态氮气保护。

分别利用日本电子株式会社JSM-5600LV型扫描电镜和德国EQUINX55型红外光谱仪对相变材料进行SEM和傅里叶红外光谱测试,分析复合相变材料表观形貌及相变材料与基体材料的相容性与复合方式。

2 试验结果与分析

2.1 定形相变材料的表面形貌

图2为PMMA和定形相变材料表面的扫描电镜图。对比图2(a)所示PMMA的微观形貌可知,相变材料脂肪酸[图2(b)中呈白色的区域]与PMMA融为一体,均匀分布在支撑材料PMMA中,脂肪酸被PMMA包覆在内。这说明PMMA可以起到限制熔化态脂肪酸流动的基体作用,改善脂肪酸相变时的熔化泄露问题。

为进一步验证该定形相变材料保持形状的性能,对CA/PMMA进行了多次加热试验。CA/PMMA在室温时的外观形貌如图3(a)所示,材料表面光滑,颜色均匀一致,证明了脂肪酸在MMA本体聚合反应过程中能够均匀的分散在PMMA基体中。用红外灯模拟太阳光照射定形相变材料,当温度超过定形相变材料的相变温度,并达到60℃时,定形相变材料表面依然没有脂肪酸渗出,由于材料中存在脂肪酸的熔化,颜色较之前有透明感,但仍保持加热前的形状,没有发生软化变形,见图3(b)。这与微观表面形态的测试结果吻合,脂肪酸与PMMA复合后所得的定形相变材料为固-固相变材料。

2.2 相变材料与基体结合方式及相容性

分别将制备的PMMA、SA及SA/PMMA定形相变材料进行傅里叶变换红外光谱测试,其光谱如图4所示。

由图4可知,1725.98 cm-1是PMMA中最强的谱带,为羰基(C=O)的特征峰;1143.58 cm-1是C—O伸缩振动的吸收峰,也是PMMA的特征吸收带。在SA的红外谱带中,1698.98cm-1是羧酸二聚体的羰基(C=O)伸缩振动的吸收峰,在波数为3000~2750 cm-1区间内出现的一宽而散的吸收峰为羟基(O—H)伸缩振动吸收峰,通常与和脂肪族基的C—H伸缩振动吸收峰重叠,这几个吸收带都是羧酸结构的重要标志。由于PMMA中的羰基与SA中的羟基产生氢键作用,2种材料的典型基团C=O的特征峰移动到了1697.05 cm-1处,C—O的特征峰则出现在1047.16 cm-1附近,其余主要基团的特征峰只是发生转移及强弱变化,没有新特征峰的产生和消失,可见定形相变材料中的2种组分SA和PMMA之间没有发生化学反应,脂肪酸与有机玻璃的结合方式是物理混合,PMMA仅仅是一种起到包覆固定作用的基体,两者具有良好的相容性。

2.3 定形相变材料的热性能

3种脂肪酸/PMMA定形相变材料在加热过程的DSC测试结果如图5所示。PCM1~PCM3的相变温度分别为31.49、24.31、53.78℃,相变潜热分别为70.27、59.29和86.35 k J/kg。为对比脂肪酸与PMMA复合后蓄热性能的变化,根据式(2)[7]计算得出定形相变材料PCM1~PCM3的理论潜热值分别为84.39、61.29和90.28 k J/kg。可见,与PMMA复合后,几种脂肪酸的相变潜热分别变化-17%、-3%和-4%,定形相变材料具有较理想的蓄热能力,这再次印证PMMA只是起到定形作用,对单位质量脂肪酸的蓄热能力影响很小。

式中:WFA———定形复合相变材料中脂肪酸的质量分数。

但是,对于脂肪酸/PMMA定形相变材料而言,PMMA的加入虽然不影响脂肪酸的蓄热性能,却导致了复合材料的蓄热密度下降,仅为纯脂肪酸蓄热密度的1/2。解决的途径是在保证形状稳定和MMA聚合效果的前提下进一步提高脂肪酸的加入量。目前笔者研究将CA/PMMA复合材料中CA的质量分数提高到70%,60℃热循环试验证明其未发生脂肪酸的泄露,这为制备蓄热密度更高的脂肪酸/PMMA定形相变材料提供了依据。

2.4 定形相变材料的热稳定性

定形相变材料的热稳定性可以通过热重法(TG)来测试。图6所示为3种定形相变材料和纯硬脂酸的热重曲线,可见,定形相变材料的热重曲线均有2步质量损失过程。其中,PCM1和PCM2这2种定形相变材料产生第1步质量损失的起止温度范围为140~260℃,PCM3第1步质量损失的起始温度则明显高于PCM1和PCM2,第1步失重主要由脂肪酸的挥发引起,因此失重率达50%左右。相比纯硬脂酸的热失重过程,与PMMA复合后的定形相变材料的失重温度均有大幅度升高,且脂肪酸失重时间明显增长,可见PMMA对脂肪酸的挥发起到了一定的抑制作用。第2步质量损失的起始温度均在360℃左右,为PMMA的热分解过程。由于本研究所制备的定形相变材料用于建筑太阳能利用,设计工作温度不超过100℃,而该类定形相变材料在低于100℃的环境温度下稳定性良好,实际应用是可行的。

3 结论

(1)采用本体聚合法成功制备了以癸酸、硬脂酸及其最低共熔物为相变蓄热材料,以PMMA作为基体的定形相变蓄热材料。

(2)微观和宏观表面形态测试表明,脂肪酸在PMMA中分散均匀,定形相变材料的温度超过脂肪酸熔化温度时没有产生液体泄露,蓄热材料与基体材料具有良好的相容性。

(3)CA-SA/PMMA、CA/PMMA和SA/PMMA 3种定形相变材料的相变温度在24.31~53.78℃,相变潜热在59.29~86.35k J/kg,其中CA-SA/PMMA的相变温度为24.31℃,完全符合我国夏季民用建筑舒适性空调设计参数规定;热重测试结果表明,几种定形相变材料在低于100℃的环境温度下具有良好的热稳定性。考虑到PMMA的软化特性,建议应用在最高工作温度不超过80℃的建筑太阳能领域。

参考文献

[1]Murat Kenisarin,Khamid Mahkamov.Solar energy storage using phase change materials[J].Renewable and sustainable energy re-views,2007(11):1913-1965.

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[7]Cemil Alkan,Ahmet Sari.Fatty acid/poly(methyl methacrylate)(PMMA)blends as form-stable phase change materials for la-tent heat thermal energy storage[J].Solar energy,2008,82:118-124.

制备性能研究 篇5

磷渣路面基层材料的设计、制备与性能研究

摘要：设计了石灰粉煤灰稳定磷渣和水泥稳定磷渣碎石路面两种基层材料.研究表明,石灰粉煤灰稳定磷渣中,磷渣掺量达60%～70%,水泥稳定磷渣碎石中,磷渣掺量达20%～30%时,具有理想的`强度,用作路面基层材料;性能测试研究表明,石灰粉煤灰稳定磷渣具有很好的抗裂性,其重金属溶出量达到国标GB3828-88 V级标准.Abstract：In this paper, two types of PHS road base materials were designed, lime-fly ash stabilizing phosphorous slag (LFPHS) materials and cement stabilizing phosphorous slag-gravel (CPHSG) materials. The preparation research showed that LFPHS and CPHSG with satisfied strength could be made with significant amounts of PHS (60%～70% in LFPHS, 20%～30% in CPHSG). The materials property testing results indicated that LFPHS had good performance in anti-cracking, and the less heavy metal leaching quantity comparing with level V according to Chinese GB3828-88.作 者：周明凯    查进    沈卫国    ZHOU Ming-kai    ZHA Jin    SHEN Wei-guo  作者单位：周明凯,ZHOU Ming-kai(武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北,武汉,430070;武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,湖北,武汉,430070)

查进,ZHA Jin(武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北,武汉,430070)

沈卫国,SHEN Wei-guo(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,湖北,武汉,430070)

期 刊：中山大学学报(自然科学版)  ISTICPKU  Journal：ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI 年，卷(期)：, 46(z1) 分类号：X781.5 关键词：磷渣    路面基层材料    抗裂性    重金属溶出   Keywords：phosphorous slag    road base materials    anti-cracking    leaching ability of heavy metal   

制备性能研究 篇6

油墨的制备

1.稀土铕荧光颜料的制备

（1） EuCl3水溶液的制备

将三氧化二铕（Eu2O3）加入到浓度为2.0～3.0mol/L的稀盐酸中（加入量为每 2～3L稀盐酸中加入350g的Eu2O3），然后进行搅拌，待溶液由浑浊变成透明液体时，加入弱碱，使溶液的pH值为6.5～7.0，这样就制得了 EuCl3水溶液。

（2）Eu（BA）（TTA）2Phen四元配合物稀土铕荧光颜料的制备

将制得的EuCl3水溶液与甲基苯骈三氮唑（TTA）按照物质的量比为1∶2进行混合，然后滴入与EuCl3等物质的量的邻菲咯啉（Phen）和苯甲酸（BA），并用孔径大小为30～50μm的中速工业滤纸进行过滤，将过滤得到的固体物质用 25～35℃的温水进行洗涤，然后在50～60℃的温度下恒温干燥 24 小时，制得四元配合物稀土铕荧光颜料Eu（BA）（TTA）2Phen。

2. 稀土铕水性荧光防伪油墨的配制

稀土铕水性荧光防伪油墨由4部分组成，分别是连结料、着色剂、溶剂以及助剂。树脂液是连结料的主要成分，具有一定的黏度，用来分散颜料；着色剂即荧光颜料，其是表现油墨颜色的主要原料；溶剂一般选用水和适量乙醇，用来调节油墨黏度，控制干燥速度；助剂能够调节油墨性能，赋予油墨消泡、耐磨等性能。

本实验中，以配置的稀土铕荧光颜料为原料，按图1所示油墨制备步骤及表1所示油墨配方设计，可制得稀土铕水性荧光防伪油墨，其外观为浅乳白色黏稠液体。

油墨性能研究

1.荧光性能

将稀土铕水性荧光防伪油墨的印刷测试样条放在可见光下观察，呈现无色状态，放在紫外灯下观察，其发出明显的红色荧光。用荧光分光光度计测定其荧光性能，如图2所示，在595nm、614nm、651nm、696nm显示出铕的特征发射峰，分别对应于Eu（III）离子的5D0→7FJ（J=1～4）跃迁，其中以5D0→7F2 （614nm）锐线发射为最强，其他峰均较弱，而5D0→7F0相对更弱，难以观察。这也表明稀土铕水性荧光防伪油墨的发射光谱窄、色纯度高、荧光效率高，因此具有良好的紫外光致变色防伪性能。

2.印刷性能

（1）流动度

流动度不仅影响着水性荧光防伪油墨的传递性能，对油墨在承印物上的呈色效果也有很大的影响。流动度过大，会使油墨向外铺展严重，导致网点增大，画面层次、清晰度等降低；流动度过小，则会导致油墨下墨困难，无法向承印物提供连续均匀的墨量。

（2）细度

细度是指油墨中的颜料、填料等粉状物质被研细分散在连结料中的程度。细度是油墨的一项重要质量指标，且与印刷品的质量关系密切。油墨颗粒太粗，会导致很多印刷故障，如堆版、糊版等。一般情况下，印刷加网线数越高，对油墨细度的要求也就越高。水性荧光防伪油墨的生产成本较高，且都应用在比较重要的场合，因此对其细度的要求就更高。

（3）耐性

油墨的耐性测试包括耐热、耐光、耐乙醇三项。油墨的耐热性主要由颜料的性质决定，有的颜料不耐热，在高温的作用下其结构会发生变化，以致产生变色现象。耐热性差，对包装产品墨色质量的影响特别明显，尤其是外包装的纸箱产品，温度高时容易出现变色、褪色、黏联现象。油墨在光线的作用下，其色光相对变动的性能称为油墨的耐光性。由于许多印刷品要长时间暴晒在日光下，所以油墨的耐光性能对保持印刷品的稳定性很重要。耐光性好的油墨印出来的产品色泽鲜艳，富有立体感，并可长期保存，而耐光性差的油墨印出的产品墨色容易产生褪色和变色现象。耐醇性较强的油墨，印出的产品墨色鲜艳，版面层次分明、网点清晰，这也是包装产品的基本要求。

制备性能研究 篇7

超高性能水泥基材料设计理念源于活性粉末混凝土(RPC)[1~3]。RPC是法国Bouygues公司20世纪90年代初首先发明的。目前,国际上RPC材料普遍使用磨细石英砂取代普通骨料,最大粒径只有600μm,但粉磨过程的能耗巨大;所掺活性混合材品种单一,硅灰掺量大,价格昂贵;需要高温高压特殊养护[4~6],能耗很大,这些均严重限制了RPC材料的应用和推广。根据国内实际情况,本文采用废渣复掺技术、超细微粉颗粒填充技术,充分发挥超细工业废渣(矿渣、粉煤灰)潜能与互补优势,取代国外大掺量硅灰,尝试用天然砂取代磨细石英砂,节约资源和能源,在标准养护条件下制备出高强度、高韧性的超高性能混凝土。

1 实验

1.1 原材料

P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥;S95型粒化高炉矿渣微粉,比表面积580m2/kg,密度2.90g/cm3;Ⅰ级粉煤灰,比表面积360m2/kg;Si O2含量90%以上的硅灰,比表面积17600m2/kg;普通河砂,最大粒径5mm,连续级配;短细钢纤维,长度13mm,长径比60,抗拉强度2000MPa;聚羧酸类高效减水剂,固含量40%,减水率45%。

1.2 配合比

(1)超高性能混凝土基体组成的优选与优化

通过大掺量复合超细工业废渣制备了五个系列的超高性能水泥基材料,基体配合比见表1。

(2)掺增强相(砂和钢纤维)的超高性能混凝土的优化

本文研究砂胶比(1:1、1.2:1、1.5:1)和钢纤维体积掺量(1%、2%、3%)的超高性能混凝土的物理力学性能,从中优选出流动性能良好、力学性能较高的配合比。实验中水胶比固定为0.17。

1.3 实验方法

(1)试件制备

先将超细工业废渣、水泥、砂干拌均匀,然后将混合均匀的水和外加剂缓慢地倒入搅拌机内,湿拌2~3min。当混合料变成粘流状态后,均匀地撒入钢纤维,继续搅拌2~3min。之后浇筑成型,并振动30s,置于实验室1d。拆模后的试件在温度为(20±2)℃、湿度>90%的标准养护室中养护28d和90d。

(2)流动性能测试

参照GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》,使用两种自制坍落度筒:(1)自制的小型坍落度筒,上直径为35mm,下直径为60mm,高为60mm,用来测量超高性能混凝土基体材料的坍落度和扩展度;(2)自制的中型坍落度筒,上直径为60mm,下直径为120mm,高为240mm,用其测量加入增强项超高性能混凝土的坍落度和扩展度。

(3)力学性能

力学强度实验采用40mm×40mm×160mm试件,参照GB17671-1999执行。

2 结果与分析

2.1 不同掺加方式对基体性能的影响

2.1.1 流动性能

工业废渣掺量与掺加方式对基体流动性的影响如图1所示。从图1可知,基体流动性均表现出废渣三元复掺>二元复掺>单掺的情形,其中E5配合比(水泥50%、硅灰10%、粉煤灰10%、矿粉30%)的流动性最好。究其原因,一方面,可能由于粉煤灰和矿渣粉的活性低于水泥,这些废渣的加入稀释了水泥浆体,从而提高了基体的流动性能;另一方面,由于实验中使用了不同粒度尺寸的废渣,粉煤灰可填充于水泥和矿渣粉堆积的空隙中,超细硅灰又进一步填充在粉煤灰空隙中,使系统颗粒堆积更加紧密,降低了填充水量,从而改善了混凝土基体拌和物的工作性。

2.1.2 力学性能

工业废渣掺量和掺入方式对基体抗压强度的影响如图2所示,可以看出,不管是28d强度还是90d强度,E1配比(单掺硅灰30%)的强度最高,但从后期强度的增长来看,E5增长最快,抗压强度从50MPa增长至73MPa,增加了46%;而双掺硅灰与粉煤灰的配比E2增长到77MPa,增加了28%;单掺硅灰的E1配比强度增加很少。究其原因,一方面,硅灰的活性是掺合料中最高的,普通水泥水化后生成的Ca(OH)2约占体积的29%,硅灰能与该部分Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶,均匀分布于水泥颗粒间,形成致密结构。硅灰能够显著提高混凝土的早期强度,而粉煤灰和矿粉的活性相对比较低,在早期,其水化对强度的影响不明显,主要起堆积和填充作用,但是在后期,其活性组分大量吸收水泥水化产生的Ca(OH)2,使得水泥矿物的反应面附近液相石灰浓度降低,水泥矿物水化速度加快,可提高基体的后期强度;另一方面,粉煤灰和矿渣不但提供了大量能为二次水化产物沉析的表面,而且还使水泥矿物的水化产物直接在该表面沉积,对水化产物有相当大的疏散作用,增加了水化速度,提高了高性能混凝土的后期强度[7]。

2.2 掺增强相的超高性能混凝土性能

2.2.1 砂胶比的影响

在不掺钢纤维条件下,砂胶比对超高性能混凝土流动性影响如图3所示。从图中可以看出,流动性基本随着砂胶比的增加而下降。这是因为随着砂的掺入,其表面需吸附水润湿,使水膜的厚度下降,流动性降低;配比E5(水泥50%、硅灰10%、粉煤灰10%、矿粉30%)在不同砂胶比下的流动性相对最好;砂胶比从1:1调节到1.2:1,流动性仅略有下降,从生产成本考虑,多掺砂可减少胶凝材料用量,故砂胶比1.2:1为推荐砂胶比。

每组柱状图从左至右分别是:E1、E2、E3、E4、E5、E6

在不掺钢纤维条件下,砂胶比对超高性能混凝土力学性能影响如图4所示。从图中可以看出,随着砂胶比的增加,抗压强度逐渐降低。究其原因是由于砂的掺入,使混凝土内部的界面增多,缺陷增加,容易造成应力集中,而界面是高性能混凝土的薄弱环节,所以强度降低。

2.2.2 钢纤维掺量

在固定砂胶比1.2:1条件下,钢纤维体积掺量对超高性能混凝土流动性的影响如图5所示。从图5可以看出,流动性随着钢纤维体积掺量的增加而下降,这是因为实验使用的是超细钢纤维,随着掺入量的增加,纤维交错连接,阻碍了浆体的流动。

每组柱状图从左至右分别是:E1、E2、E3、E4、E5

在固定砂胶比1.2:1条件下,钢纤维体积掺量对超高性能混凝土90d抗压强度的影响如图6所示。配比E5在钢纤维掺量3%时强度最高,达到203MPa;随着纤维掺量的增加,超高性能混凝土抗压强度显著增加。这是因为钢纤维体积率对高性能混凝土抗压强度的影响规律与普通混凝土不同:通常普通钢纤维混凝土的抗压强度,因为受力过程中纤维的增强效果与界面区的疏松薄弱,正、负效应相抵,故在宏观上对抗压强度几乎没有影响;而对于钢纤维高强混凝土,尤其在掺入硅灰后,界面区过渡区密实匀质,降低了不同复合组分的“弱”连接问题,使钢纤维的增强效应得以发挥,故抗压强度也有明显提高。

3 结论

(1)通过硅灰与粉煤灰、矿粉进行二元或三元复掺,能有效提高基体的流动性和后期强度,在配制超高性能混凝土时优选三掺(硅灰10%+粉煤灰10%+矿粉30%)配比。

(2)砂胶比增大,超高性能混凝土的流动性下降,强度也降低,试验最合理的砂胶比为1.2:1。

(3)钢纤维体积掺量增大,超高性能混凝土的抗压强度增大。

(4)综合超高性能混凝土的流动性和力学性能考虑,最优配比为:50%水泥、10%硅灰、10%粉煤灰、30%矿渣,胶砂比1:1.2,水胶比0.17,钢纤维体积掺量3%,此时标准养护90d后抗压强度可达203MPa。

参考文献

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[6]赖建中,孙伟,张云升,等.生态型超高性能混凝土的弯曲行为研究[J].武汉理工大学学报,2007(3):43-45.

制备性能研究 篇8

上世纪90年代吴中伟先生提出了高性能胶凝材料的概念。高性能胶凝材料是在平时配制水泥熟料时直接将混凝土中需要加入的各种掺合料、外加剂与熟料混合, 经过石膏掺量的优化后以合适的配合比制成不同强度等级的混凝土。得到的胶凝材料不用再加其他添加剂, 便可以用于配制不同强度等级的混凝土, 此种混凝土是拥有合适坍落度、强度、抗裂性的高性能混凝土[2]。国内许多学者对水泥的细度、石膏的掺量、粉磨工艺等对混凝土性能的影响方面也做了大量的研究, 并提出了对高性能水泥的要求[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]。

本文采用由比表面积较高的掺和料和比表面积较低的水泥熟料制备的高性能胶凝材料, 研究水泥熟料比表面积、水泥孰料掺量以及SO3含量对水泥标准稠度用水量、凝结时间、胶砂抗折抗压强度以及混凝土抗压强度的影响。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

熟料:本次试验使用北京金隅水泥厂提供的300m2/kg和350m2/kg比表面积的水泥熟料。

水泥:北京金隅水泥厂P·O42.5水泥, 比表面积380m2/kg。

粉煤灰:采用密度2.2g/cm3, 500m2/kg比表面积, 需水量比为96%的粉煤灰。

矿粉:采用密度2.95g/cm3, 430m2/kg比表面积, 需水量比为106%的矿粉。

石灰石粉:采用密度2.81g/cm3, 440m2/kg比表面积, 需水量比为98%的石灰石粉。

石膏:采用SO3含量50.3%的二水石膏。

1.2 试验方法

标准稠度用水量与凝结时间试验:按照规范《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》《GB1346-1989》进行测定。胶砂强度试验:按照规范《水泥胶砂强度检验方法 (IOS法) 》 (GB17671-1999) 进行测定。混凝土强度试验:参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》 (GB/T50081-2002) 进行测定。

2 试验与结果

2.1 净浆与胶砂试验结果

胶凝材料分为两个大组, A组采用比表面积300m2/kg的水泥熟料、B组采用比表面积350m2/kg的水泥熟料。调整水泥熟料、矿粉、粉煤灰、石灰石粉以及SO3掺量, 具体组分见表1、表2。按照各组配比分别制备净浆和胶砂试件, 测量18个组别的胶凝材料净浆标准稠度用水量和凝结时间, 以及胶砂抗折、抗压强度。

2.2 混凝土强度试验结果

根据净浆和胶砂试验确定混凝土制备组, A组、B组为高性能胶凝材料, 比表面积分别为300±5m2/kg和350±5m2/kg, C组为金隅水泥组。混凝土试验在保证外加剂用量2.20%不变的前提下通过改变用水量使各个组别的混凝土的坍落度保持在200mm。混凝土各组别配合比及抗压强度见表3。

3 结果分析

3.1 标准稠度用水量的影响因素分析

图1可知, 相同水泥熟料掺量、相同SO3掺量的情况下水泥熟料比表面积越大标准稠度用水量越大。这是因为水泥熟料越细, 颗粒间的空隙越大, 与水接触的面积也越大, 从而导致用水量的增加。图2可知, 相同水泥熟料比表面积、相同SO3掺量的情况下水泥熟料掺量越少标准稠度用水量越大。这是因为虽然水泥中粉煤灰和石灰石粉的需水量比较水泥略小, 但是掺合料中掺量最大的矿粉其需水量较水泥更大, 而且其需水量高于水泥的差值大于粉煤灰和石灰石粉低于水泥的差值, 因此掺合料总体的需水量大于水泥熟料。图3可知, 相同水泥熟料比表面积、相同水泥熟料掺量的情况下SO3掺量越少标准稠度用水量越大。石膏在胶凝材料中能有效起到缓凝作用, 当SO3掺量减少的情况下, 缓凝作用变弱, 水泥熟料能更迅速进行水化反应。

说明:考虑目前PO水泥中混合材偏高, C组以水泥中含25%混合材进行计算。

3.2 凝结时间的影响因素分析

图4~图5可知, 相同水泥熟料掺量、相同SO3掺量的情况下水泥熟料比表面积越大凝结时间越短。这是因为水泥越细, 在各个水泥颗粒之间的空隙越多, 能够与水接触的表面积也就越大。图6~图7可知, 相同水泥熟料比表面积、相同SO3掺量的情况下水泥熟料掺量越少凝结时间越长。这个现象的原因是当水泥熟料掺量减少时掺合料也会变多, 掺合料的活性要低于水泥, 增多的掺合料的有益作用主要体现在中长期性能上, 而对于早期的强度贡献远小于水泥。图8~图9可知, 相同水泥熟料比表面积、相同水泥熟料掺量的情况下SO3掺量越少凝结时间越短。这是因为石膏在胶凝材料中起缓凝作用, 石膏能够和导致水泥快速凝结的水化铝酸三钙发生反应生成钙矾石, 包裹住水泥颗粒, 阻止水泥的继续水化, 避免水泥的闪凝。50%、40%、30%三种水泥熟料掺量的胶凝材料组别虽然凝结时间相差不大, 但30%组别的标准稠度用水量达到29%以上, 超出普通水泥28%的标准稠度用水量较多, 这会造成混凝土强度下降和开裂加剧, 而50%、40%水泥熟料掺量组别的标准稠度用水量较为合适, 因此通过净浆试验选出50%、40%水泥熟料掺量组别的性能较好。

3.3 胶砂试块抗压强度影响因素分析

从表1~表2、图10~图12分析可得:300m2/kg比表面积的水泥熟料组别相较350m2/kg比表面积的水泥熟料组别早期胶砂抗折抗压强度低;50%、40%、30%三种水泥熟料掺量的胶凝材料组别中30%组别的胶砂抗折抗压强度明显较其他组别低, 胶凝材料中水泥熟料比表面积越大胶砂早期强度越大, 随着龄期的增加水泥熟料比表面积小的胶砂强度增长更快;胶凝材料中水泥熟料掺量越少胶砂早期强度越小, 随着龄期的增加水泥熟料掺量少组别, 其掺和料性能逐渐发挥会缩小与水泥熟料掺量多组别的胶砂强度差距;胶凝材料中SO3掺量的变化对胶砂强度没有明显影响, 这是因为与混凝土不同, 胶砂中没有各种不同粗细的骨料, 使得石膏的填充、激发活性等作用发挥不明显。所以石膏在胶砂中仅起到缓凝作用, 对强度不会有明显影响, 且由于胶砂试验所采用的水胶比为标准提供的0.5, 从而导致抗压强度不高, 所以需要进行混凝土试验继续测定。

3.4 混凝土的强度

据以上的分析初步得出高性能胶凝材料最佳组别应该是350m2/kg比表面积水泥、40%水泥熟料掺量的组别之一, 即B-2-1、B-2-2、B-2-3中的一组, 为了和普通硅酸盐水泥制备而成的混凝土进行对比从而增设P·O 42.5水泥对照C2组。但考虑到试验中可能产生的各种误差, 更重要的是300m2/kg和350m2/kg组别的胶砂28天强度很相近, 应增设A-2-1、A-2-2、A-2-3三组继续比较两种比表面积的优劣, 既而继续进行混凝土试验确定最佳配比。

从图13可以看出, 在相同水泥熟料比表面积、相同水泥熟料掺量的情况下, 3.5%SO3掺量的B-2-2、A-2-2组别抗压强度最高, 相比较来说此掺量的石膏颗粒较3.0%、4.0%掺量来说能够更充分地与水泥颗粒和掺合料颗粒接触并激发其活性, 填充结构孔隙, 因而抗压强度最高。从龄期增长趋势可以看出, 可以看出3.5%SO3掺量的组别较其他组别强度增长稍快一些, 但并无太大差距。这与理论相符, 因为SO3本身对混凝土抗压强度的增长影响就不大, 因此SO3掺量的变化更不会对混凝土的长期抗压强度增长有所影响。

并从图14可以看出, 在相同水泥熟料掺量下, 细度越大的C2组混凝土早期抗压强度越大。这是因为水泥越细, 与水接触的比表面积越大, 能有更多的水泥与水反应、硬化, 砂石等骨料之间的胶凝材料连结能力也就越强, 强度也就越高。但是随着龄期的增长, 对照组C2组混凝土强度增长速率慢慢降低, 粗颗粒水泥组A-2-2、B-2-2组的强度增长速率逐渐超过C2组, B-2-2组在28d龄期时抗压强度已经达到对照组C2组水平, 并且在56d龄期时明显高于C2组, 再者56d时A-2-2组混凝土的抗压强度已接近C2组水平。这是由于在水胶比相同的情况下水泥熟料比表面积小的组别虽然初始水化速率不如水泥熟料比表面积大的组别, 但是随着龄期发展初始未充分反应的部分可以继续发生水化, 而水泥熟料比表面积大的组别则由于初始反应较完全, 继续水化的能力较弱, 所以强度增长较水泥熟料比表面积小的组别慢一些。

结论

(1) 水泥熟料掺量越大, 标准稠度用水量越小, 凝结时间越短, 胶砂和混凝土强度越高。水泥熟料比表面积越大, 标准稠度用水量越大, 凝结时间越短。

(2) SO3掺量越大, 标准稠度用水量越小、凝结时间越长, 对胶砂强度均没有太大影响, 而对混凝土强度的影响会在掺量为3.5%左右达到峰值, 此时混凝土强度最高。

(3) 比表面积300m2/kg、掺量40%水泥熟料、3.5%SO3的组别和比表面积350m2/kg、40%水泥熟料、3.5%SO3组别可制备出兼顾施工性、强度的高性能混凝土。

摘要：本文研究了水泥熟料比表面积、水泥孰料掺量以及SO3含量对水泥标准稠度用水量、凝结时间、胶砂抗折抗压强度以及混凝土抗压强度的影响。结果表明, 350m2/kg比表面积水泥熟料组别比300m2/kg比表面积水泥熟料组别的早期胶砂抗折抗压强度和混凝土抗压强度稍高, 水泥熟料掺量为40%的组别其净浆标准稠度用水量和凝结时间较为合适, 3.5%SO3掺量的混凝土抗压强度最好。水泥熟料比表面积为350m2/kg和300m2/kg, 水泥熟料掺量为40%, SO3掺量为3.5%的胶凝材料制备的混凝土兼备施工性、强度的高性能混凝土。

铁基块状非晶合金的制备与性能研究 篇9

与Ln基、Zr基、Pd基、Mg基块状非晶合金相比,铁基块状非晶合金的获得较为困难。1995年,日本的Inoue研究小组率先以高纯的金属和非金属为原材料,用铜模浇注的方法先后成功地制备了一系列铁基块状非晶合金,如Fe-(Al,Ga)-P-C-B[3],Fe-(Zr,Hf,Nb)-(Cr,Mo,W)-B[4],Fe-Co-Ln-B[5],Fe-Co-Ni-Si-B[6],Fe-Si-B-Zr[7]等。其中FeCo-(Zr,Nb,Ta)-(Mo,W)-B[8]系棒状试样最大直径达到了6mm。除了使用高纯度的原材料,还在Fe-(Cr,Mo,Ga)-P-C-B[9]和Fe-Ni-(P,B)[10]等合金系采用净化处理(flux treatment)原材料的方法制备了铁基块状非晶合金。无论是使用高纯度原材料,还是净化提纯原材料,都是为了抑制在冷却过程中异质形核以提高合金的非晶形成能力。

本实验成功地采用电弧熔炼/水冷铜模吸铸方法制备了直径为4mm的铁基块状非晶合金,同时研究了其硬度、弯曲、压缩等力学性能。本文针对Fe48Cr15Mo14Er2C15B6成分进行一系列的成分调整研究Fe,Er含量等对非晶成形能力的影响。

1 实验方法

1.1 样品配方

Inoue等人在长期的研究工作中总结出形成大块非晶合金的3条经验准则:(1)合金体系由3个或3个以上的组元组成(一般为5个),这些组元都为普通金属元素;(2)这些组元之间具有较大的原子结构尺寸差,其中3个主要组元原子尺寸比大于12%;(3)组元之间具有负的混合热,其主要组元之间具有大的负混合热,通常要求比较高的玻璃化温度Tg与熔点Tm之比,Tg/Tm要大于0.55;而且与晶化温度Tc之差要大,即大的过冷区Tc-Tg要大于4o K[11,12,13]。

据上述原则,设计配方为Fe48-xCoxCr15Mo14C15B6Y2,x=0,8和Fe48Cr15Mo14C15B6Er2通过3组不同的原子比。探讨其形成非晶的能力,并对各个组分的力学性能进行测试。

表1为样品原子百分比配方。

根据表1的样品配方,每组样品的质量为30g,计算出每组中所需的各个元素的质量(表2)。

1.2 实验原料、仪器

成分比为Fe48-xCoxCr15Mo14C15B6Y2,和Fe48Cr15Mo14C15B6Er2(原子百分数)的多组元母合金,其中x=0,8,在熔融钛吸氧的氩气气氛保护下用电弧熔炼而成.。将母合金用水冷铜模法吸铸出直径为2mm的合金棒。实验中使用的原材料纯度分别为:工业纯铁(纯度(质量分数)为99.5%),铬(99.8%),钼(99.95%),纯硼(99.8%),碳(99.8%),铒(99.5%),钴(99.0%),钇(99.8%)。样品经过X射线衍射(XRD)测定其是否为非晶,合金的力学特性测试是采用VWS-1000系列数字显微硬度计、上海研润企业生产的万能材料试验机以及SAN-SCMT4305型试验机进行的。对样品进行的弯曲强度测试微观分析试样均从棒状试样的断面截取。试样打磨、抛光之后,在R IGAKUD20382X射线衍射仪(Cu Kα)上进行相标定;压缩试验在SAN-SCMT4305型试验机上进行,应变速率为10-4s-1。规格为2mm×2mm×4mm的长方柱试样夹在两片WC垫板之间,上、下刀口分别固定在两垫板侧面的适当位置,由YYJ24/142Y型引伸计测定两刀口之间的位移来确定应变值。

2 结果与讨论

2.1 X射线衍射分析

图1所示为Fe48-xCoxCr15Mo14C15B6Y2,x=0,8和Fe48Cr15Mo14C15B6Er2合金的X射线衍射曲线,由于条件限制,实验吸铸成的均是直径为2mm的棒状样品,图中的3条X射线衍射曲线分别是(1)Fe48Cr15Mo14C15B6Y2、(2)Fe40Co8Cr15Mo14C15B6Y2和(3)Fe48Cr15Mo14C15B6Er2。从图中可以看出,XRD图谱在衍射角为2θ=43°位置上有一个宽的典型的非晶衍射包,其中第1组和第3组尤为明显,可以确定形成了非晶,Fe48Cr15Mo14Er2C15B6具有很强的非晶成形能力[14],通过实验得到了很好的证明。第2组可能由于熔炼时有些小的晶粒没有熔炼均匀而存在着尖峰。

2.2 力学性能测试

2.2.1 硬度测试

研究表明,在所有体系的块状非晶合金中,Fe基块状非晶合金具有较高的强度[15]。实验采用VWS-1000系列数字显微硬度计对块状非晶合金棒进行了硬度测试,结果表明,在载荷为4.5N时Fe48Cr15Mo14C15B6Y2的显微硬度为HV1124,Fe40Co8Cr15Mo14C15B6Y2的显微硬度为HV1325,Fe48Cr15Mo14C15B6Er2的显微硬度为HV1439,远远高于Zr基、Cu基以及Mg基等块状非晶合金的强度。当载荷为23.7N时,在压痕的顶端出现了裂纹,块状非晶合金为脆性材料。

2.2.2 弯曲强度测试

采用上海研润企业生产的万能材料试验机对样品进行3点弯曲强度测试,测试结果如表3所示。

由表3可得,在相同的跨距和面积的情况下,不同试样所能承受的最大载荷是不同的,第1组所能承受的载荷最大,即第1组的弯曲强度最大。对比1、2组可以得出结论:铁含量增加弯曲强度下降;对比1、3组可知:相同铁含量的情况下加入Y比加入Er的弯曲强度大。

2.2.3 压缩测试

图2所示为在SANSCMT4305型试验机上进行压缩测试而得到的应力-应变曲线,应变速率为10-4s-1。规格为2mm×2mm×4mm的长方柱试样夹在两片WC垫板之间,上、下刀口分别固定在两垫板侧面的适当位置,由YYJ24/142Y型引伸计测定两刀口之间的位移来确定应变值。由图2可得:与纯铁相比,铁基非晶材料的屈服强度出现了不同程度的下降,但它们的断裂应变均大幅度提高,并表现出明显的应变强化。测得Fe48Cr15Mo14C15B6Y2在1630 MPa时屈服,失效前总应变为2.69%,纯塑性应变仅为0.79%;测得Fe40Co8Cr15Mo14C15B6Y2大约在1450 MPa时屈服,随后发生7.0%的纯塑性应变,而对于Fe48Cr15Mo14C15B6Er2,其屈服强度约为1200MPa,失效前的纯塑性应变达到了10.2%。此外,由于这种宽的塑性应变区和明显的应变强化过程,使得3种材料的极限断裂强度仍然达到1.9GPa左右。

其中,V1对应Fe48Cr15Mo14C15B6Y2;M对应Fe40Co8Cr15Mo14C15B6Y2;W对应Fe48Cr15Mo14C15B6Er2。

3 结论

导静电水泥砂浆的制备与性能研究 篇10

静电积累是石油、化工、军工、粉末加工等行业发生火灾、爆炸等事故的主要原因之一。油库贮存的石油产品在未采取有效措施时,静电电位可高达几万伏。多数可燃性气体与空气混合物的静电电压在3000V以上时,就可点燃;汽油、乙醚等的蒸气与空气的混合物,在静电电压为300V时即可产生爆炸。国家规范规定:地面材料的电阻率应在106~109Ω·cm范围内。一般环境条件下,水泥类地坪的电阻率为105~1010Ω·cm,其值与材料的含水量有关。含水量降低,电阻率明显提高。对不与大地接触的二楼以上地面,在环境干燥时电阻率提高,将不能确保其防静电的性能,因此,设计中应提出防静电性能要求。

1 实验

1.1 实验原材料

石墨:粒径70μm。

聚丙烯晴碳纤维:用于砂浆时纤维长度5~10 mm,用于制做电极时碳纤维长度按需要截取。

硅粉:埃肯公司产。

金属骨料:破碎钢砂。

级配石英砂:细度模数3.1。

水泥:42.5级普通硅酸盐水泥。

自粘式铜箔条。

SN2萘系减水剂。

1.2实验仪器

水泥胶砂搅拌机:上海某公司产,JJ-5型。

水泥胶砂试体成型振实台:杭州某公司产,NT2000型。

水泥强度试验机:AEC-201型。

单臂直流单电桥:QJ23型,用于测定体积电阻。

1.3 试件制备

试件用水灰比为0.42、胶砂比为1:2.2的砂浆制作。尺寸为4cm×4cm×16cm。取500g水泥,掺入不同材料的砂,按标准程序搅拌,再根据砂浆流动性确定是否需要振动成型。1d后拆模,水养护28d。钢砂掺入时以重量比为3:1代替粗砂。养护结束后,试件置于105℃烘箱中干燥,然后测定其体积电阻。此后再测定并对比试件强度。为了测试试件电阻,在试件拆模后取100mm长铜箔,在试件两端部分包裹碳纤维,并粘贴于试件表面。

2 实验结果与讨论

2.1 掺加石墨对砂浆强度、导电率的影响

砂浆的抗折强度、抗压强度和导电率与石墨掺量的关系示于图1、图2。

图1试验结果表明,在石墨掺量较低的情况下,砂浆的强度略有降低,当石墨掺量大于20%后,砂浆强度的降低较大。

图2表明,随石墨掺量增加,砂浆导电率的变化分为三个阶段:第Ⅰ阶段,当石墨掺量由0增加到30%时,电阻率由8.9×106Ω·cm缓慢下降到1.5×106Ω·cm;第Ⅱ阶段,当石墨掺量由30%到40%时,电阻率由1.5×106Ω·cm急剧下降到9500Ω·cm;第Ⅲ阶段,当石墨掺量由40%到50%时,电阻率由9500Ω·cm缓慢下降到210Ω·cm。

2.2 掺加碳纤维对砂浆强度、导电率的影响

砂浆的抗折强度、抗压强度和导电率与碳纤维掺量的关系示于图3、图4。

图3表明,当碳纤维掺量由0增加到2%时,砂浆的抗折强度逐渐增大,抗压强度则虽有波动但相差不大,这可能与纤维在试件成型时产生聚团现象有关。图4表明,当碳纤维掺量由0增加到2%时,砂浆的电阻率逐渐降低,但效果不及掺入石墨明显。可能与碳纤维总量有关,也可能与其团聚有关。

2.3 掺加破碎钢砂对砂浆强度、导电率的影响

石墨掺量为40%时,砂浆的体积电阻率、抗折强度和抗压强度分别为8.4×103Ω·cm、12.4MPa和53.4MPa。当掺入钢砂后,其值分别为7.3×103Ω·cm、12.2MPa和53.2MPa。从总体上看,无论是强度还是电阻率都相差不大。

2.4 复合掺加碳纤维、石墨对砂浆体积电阻率、强度的影响

砂浆的体积电阻率与复合掺入碳纤维、石墨的关系示于图5。其中,碳纤维掺量为0~2%。石墨掺量则分别为0、20%、30%(石墨掺量为30%、碳纤维掺量为1.5%的砂浆抗压强度与抗折强度分别为37.8MPa、6.2MPa)。

试验表明,复合掺加碳纤维和石墨对于降低电阻率效果明显。特别是当石墨的掺量较大(30%)时,电阻率随着碳纤维掺量的增加而变化的程度更加明显。

2.5 石墨在水泥砂浆中的分布图像

砂浆中掺入30%石墨得到的低倍率SEM图像示于图6。

2.6 导电相影响水泥砂浆中电阻率的机理

石墨颗粒与碳纤维均有导电性。石墨颗粒均匀分布于水泥砂浆基相后,彼此之间有一定间隔(约10~500μm),形成一定的导电通路;加入碳纤维后,较长的导电相使导电通路强化。但是导电通路的连通具有“雪崩”效应:在导电相含量较少、颗粒或纤维间隔较大时,导电通路未建立,此时,导电相含量的变化对电阻率影响不大;当导电相含量较高、导电颗粒或纤维间隔较小且达一临界值时,水泥砂浆内将形成导电通路,电阻率便将迅速降低。

3 结论

(1)水泥砂浆掺入石墨后,砂浆体积电阻率随石墨掺量增加呈阶梯式降低,即先缓慢下降,后急剧下降,再缓慢下降。在石墨掺量较低的情况下,砂浆的强度略有降低,而当石墨掺量大于20%后,砂浆强度的降低幅度变得较大。

(2)当碳纤维掺量由0~2%逐渐增加时,砂浆的抗折强度也逐渐增大,抗压强度则稍有波动但相差不大;砂浆的电阻率随碳纤维掺量增加而有所降低,但效果不及掺加石墨明显。

(3)复合掺加碳纤维与石墨对降低试件电阻率效果较好。

(4)掺加钢砂对砂浆的体积电阻率影响不大。

参考文献

[1]周浩,陈隆道.导电混凝土及其应用[J].混凝土与水泥制品,1992(4):12-13.

[2]彭勃,王立华,陈志源.水泥基导电复合材料渗滤阈值的判定方法[J].湖南大学学报,2000(7).