钢筋表面掺石墨烯水性导电防腐蚀涂料的研究

作为钢筋混凝土防腐蚀措施的环氧涂层钢筋,在结构运行维护时,由于环氧涂层的绝缘特性而不能采用电化学保护措施。为解决这个问题,利用石墨烯纳米材料具有导电、防腐蚀、抗冲击等特性,以水性环氧树脂为主要成膜物质,掺石墨烯材料和其他导电填料研制得到导电防腐蚀涂料。用电镜表征导电填料的形状和涂层的结构,分析了涂层的导电和防腐蚀作用机制,并测试了导电涂层钢筋与混凝土的粘接性能、耐阴极剥离性能和抗弯性能。试验结果表明:涂层导电性能可达到方块电阻值3 000 Ω/sq以下,涂层耐碱溶液浸泡,在碱性含Cl?溶液中21 d以上涂层不起泡、不生锈,在中性Cl?溶液中21 d以上不起泡、14 d不生锈。石墨烯与其他导电填料混掺才能得到导电性和防腐蚀性能优异的涂层,作用原理是通过薄片状石墨烯、片状石墨和球状炭黑颗粒之间的相互接触传导电子进行导电,利用石墨烯的薄片特点延长介质的渗透通道从而提升涂层的防腐蚀性能。涂层钢筋与混凝土的粘接强度比无涂层钢筋的强度降低约15%,符合国家标准GB/T 25826—2010的要求。     

水利工程防生物污损涂层材料研究进展

为了减轻生物污损问题给水利工程安全带来的严重威胁,国内外目前主要采用4种方法进行治理人工或机械刮除、涂刷防污涂料、药剂灭杀和经济性鱼类的投放。其中防污涂料具有较好的发展前景。综述了多种新型防污涂料的最新成果、防污机理及其优缺点,重点介绍了以有机硅和氟化物系列为代表的环境友好型污损释放涂料,并指出未来防生物污损涂层材料的研究方向提高粘液污损的释放效率和在静止以及低速水流条件下的污损释放能力;针对水利工程的具体问题并根据其水域出现的生物污损的种类进行研发。     

过水混凝土面生物侵蚀防护涂料性能研究

以广东省某大型输水工程为例,基于工程与资料调研,选取4种代表性的防护材料,通过接触角、表面能、吸水率、显微硬度和耐酸性等材料性能室内试验,结合防护材料涂覆前后输水建筑物过水混凝土面生物附着量和附着强度现场试验,并建立技术性能量化评价方法,综合分析评价了防护材料的生物侵蚀防护效果。结果表明:以环氧树脂底漆、氟碳树脂为面漆的BIOX涂料表面接触角较大、表面能较低、吸水率较低,有机酸侵蚀质量损失较小,防生物附着性能表现优异,12个月龄期涂覆于现场的涂层表面完好无损,比其他涂料具有明显的性能优势;利用防护材料技术性能量化评价可知,BIOX涂料的防生物侵蚀性能综合得分最高,表现最佳,是输水建筑物过水混凝土面生物侵蚀防护涂料的首选。     

单组份聚脲涂层材料耐紫外性能研究

在高海拔地区，普通高分子类水工混凝土表面防护涂层材料由于受到强烈紫外辐射，易出现变色、粉化、龟裂等现象，服役寿命明显缩短。选取一种综合性能较好的单组份聚脲材料，通过设计紫外辐射-冷凝加速老化室内模拟试验，开展了聚脲材料的拉伸性能、聚脲/砂浆体系的粘接性能测试，并利用扫描电镜SEM、红外光谱等手段分析了涂层的微观形貌和结构变化。结果表明：紫外辐射-冷凝老化过程中，聚脲材料中高分子发生分解导致涂层表面产生粉化，表面的N-H、C-H、-OH化学键发生变化，粘接强度、拉伸强度、断裂伸长率与老化时间呈指数相关。研究成果可为提高聚脲涂层耐紫外性能、更准确地预测聚脲类水工混凝土防护涂层的使用寿命提供一定的理论依据。     

典型人工纳米材料的水环境行为研究进展

概述典型人工纳米材料释放到水环境中可能发生的团聚、沉降、溶解等行为及其影响因素(包括pH值、离子强度、天然有机物、无机胶体、水动力条件等)。这些水环境条件通过静电作用、位阻效应、桥联作用与溶解离子络合作用等影响纳米颗粒的行为。分析当前研究的不足,认为应开展自然环境条件下的纳米材料行为研究,例如更低浓度的纳米材料环境行为、纳米材料与天然胶体之间的相互作用等,为进一步研究和预测人工纳米材料在水环境中的归趋提供理论依据。     

耐候涂料在曹娥江大闸钢结构上的防腐蚀试验研究

根据曹娥江大闸的环境特点,在曹娥江大闸建设前,对氯化橡胶涂料、氯化PE涂料、氯磺化PE涂料、脂肪族聚氨酯涂料和氟树脂涂料作为面涂层进行了浪溅区、潮差区、大气区的室外近2年的暴露试验和盐雾试验、盐水周期性浸泡试验、光老化试验、盐水浸泡试验以及2.5%硫酸浸泡试验(室内近10500h).试验结果表明,涂料的总体性能优劣顺序为:脂肪族聚氨酯涂料>氟树脂涂料>氯磺化PE涂料>氯化PE>氯化橡胶涂料;同时氟树脂涂料在大气区和人工光老化试验中显示了优越的耐候性.对有长寿命要求的场合,氯化树脂类涂料(如氯化橡胶、氯化聚乙烯等)不适合做面涂层.     

有机涂层对纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料耐久性的影响

为研究有机涂层对水泥基复合材料耐久性的影响,采用成膜型的氯化橡胶涂料和聚氨酯涂料以及渗透型的有机硅烷浸渍剂对纳米SiO_2和PVA纤维增强水泥基复合材料进行不同的表面防护处理,并对防护后的试件进行加速碳化、氯离子渗透和抗渗性能研究。试验结果表明:经过氯化橡胶、聚氨酯和硅烷涂层防护后,水泥基复合材料的28 d加速碳化深度较未经防护时分别降低了约61%、65%和17%,抗碳化性能有所提高,成膜型涂层的抗碳化效果较为显著。防护后材料非稳态氯离子扩散系数分别降低了约37%、44%和42%,抗氯离子渗透性能均有所增强。在进行毛细吸水试验时,经渗透型硅烷防护的试件渗水高度降低了约73%,经成膜型氯化橡胶和聚氨酯防护试件渗水高度分别降低了约15%和51%,渗透型硅烷防护效果较好。在进行静水压力为1.2 MPa的抗渗性能试验时,硅烷防护试件渗水高度降低了约31%,氯化橡胶和聚氨酯防护试件渗水高度分别降低了约39%和49%,成膜型聚氨酯涂层防护效果较好。当增加防护次数时,有机涂层防护效果均有所提升。     

直饮水系统环境中铜管水垢沉积问题研究

在直饮水系统环境中使用电化学方法在铜管表面加速沉积了一层碳酸钙水垢,结合计时电流法、扫描电子显微镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)研究了Ca2+离子浓度、表面粗糙度和沉积时间对水垢沉积速率、成核机理、形貌结构、耐蚀性能的影响。结果表明:Ca2+浓度越高,沉积速率越快,碳酸钙构型逐渐由方解石变为球文石。表面粗糙度越大,沉积时间越短且晶体的不均匀性增加,抛光处理的铜具有明显的连续成核机制。随着沉积时间的增加,表面逐渐被水垢层完全覆盖,电化学阻抗测试表明铜管的耐蚀性能先下降后上升。     

船闸闸室墙表面修复砂浆性能试验

进行丙乳砂浆、硅粉砂浆、高强砂浆、聚丙烯纤维高强砂浆及玄武岩纤维高强砂浆等5种船闸闸室墙表面修复砂浆的抗压、抗折、抗冲磨及耐久性等系列性能试验研究。研究结果表明：加入丙乳明显降低了砂浆的抗压、抗折强度,尤其是抗压强度,说明丙乳砂浆的压折比降低,韧性增大;硅粉砂浆具有优良的力学性能,其28d的抗压、抗折强度分别为85.9MPa,14.5MPa;加入纤维极大地改善了砂浆的抗冲磨性能,与未加纤维的高强砂浆相比,加入聚丙烯后砂浆的磨损率和抗冲磨强度分别提高了30%和27%;各修复砂浆均具有良好的抗碳化性能;5种修复砂浆中硅粉砂浆的抗冻性能最好,170个冻融循环后抗压、抗折强度损失率分别为2.2%和4.1%;聚丙烯纤维高强砂浆及玄武岩纤维高强砂浆具有良好的抗渗性能,1.5MPa水压下的渗水高度分别为1.0mm及1.5mm,表明加入聚丙烯纤维与玄武岩纤维可以有效地改善砂浆的耐久性能。      

高韧性环氧防护涂层低温抗裂性能试验及应用研究

在环氧树脂低温增韧研究的基础上,开发了YEC高韧性环氧防护涂层材料。对新型材料进行300次冻融循环试验,检测了材料的耐低温抗裂性能,材料与混凝土的粘结强度大于3 MPa;通过20次-40~60℃低温循环试验,测试了材料的断裂韧性,材料在低温下不开裂或脱空。将新型材料应用于吉林台一级水电站大坝面板防护,试验结果表明该涂层材料适合于寒冷地区的混凝土表面封闭处理及薄层防护工程。     

夹岩工程硬脆灰岩力学特征及数值试验研究

针对贵州省夹岩水利枢纽工程引水隧洞灰岩开展高围压三轴力学试验,结合声发射测试技术,探讨灰岩在达到峰值应力前的力学特性和裂纹发展规律,并利用自主开发的CASRock数值模拟软件进行了验证。试验结果表明:工程处灰岩在5～70 MPa围压作用下形成单一宏观剪切裂缝,无分支裂缝产生,峰后阶段具有明显的脆性特性,同时弹性模量和泊松比对围压不敏感;在压应力作用下声发射存在"平静期"和"活跃期",在临近峰值应力时声发射能量会出现加速释放现象。数值模拟结果与室内试验结果相一致,直观地展示了剪切裂纹扩展全过程。在此基础上,采用CASRock软件对夹岩工程隧洞进行了稳定性分析。研究结果对脆性岩体开挖支护设计具有一定的指导意义。     

碳素纤维生态草协同微生物菌剂净化黑臭水体研究

为解决黑臭水体治理投加菌剂易随水流飘散的问题，本文利用碳素纤维生态草对微生物菌剂固定挂膜，并通过原位围隔试验，探究微生物菌剂联合碳素纤维生态草处理黑臭水体的效果。试验结果表明:协同处理组的COD、浊度、TN、NH+4-N、TP的削减率分别为85.8%、75.2%、86.3%、90.8%、53%，DO从0.15mg/L恢复至5.8mg/L，水质状况显著改善。与单挂生态草试验组相比，协同处理组的成膜时间缩短3～5d，膜增重显著，生物膜形态较好;协同处理组水体环境微生物多样性增加，乳酸杆菌(Lactobacillus)、丝状菌(Filamentousbacteria)等益生菌在水体中出现，霍乱弧菌(Vibriocholerae)、幽门螺杆菌(Helicobacterpylori)等致病菌大量减少。试验证明，生态草协同微生物菌剂可加速黑臭水体净化，促进水生态稳定。     

火灾后再生混凝土型钢构件力学性能研究

针对国内废弃混凝土循环利用率低的问题,本文通过对再生骨料混凝土的研究,结合H型钢混凝土柱刚度大、承载力高、抗震性能好等特点,制备了H型钢再生混凝土(H-RC)柱,对其火灾后的粘结性能及轴压性能展开分析研究。研究结果表明:随再生细骨料(RFA)替代率的提高,再生混凝土立方体抗压强度逐渐降低;试件的质量损失率随着RFA取代率的增加而逐渐增大,同时构件的火灾抗裂性能降低。试件的受火温度越高,质量损失越严重。RFA取代率100%试件的压缩变形呈明显的三阶段,最终的破坏荷载稳定在55%～65%极限荷载;受火温度的升高能明显降低,H-RC构件的承载力及型钢与混凝土之间的粘结力,取代率100%的H-RC构件易压缩。研究结果对于合理评估火灾后型钢混凝土结构的力学性能具有重要意义,旨在推动再生混凝土在建筑中的大量运用。     

基于原位测试的黄土物理力学参数演化分析

为研究外荷载、地下水等多因素长期联合作用下黄土地基土参数的演化规律,依据原位钻探、标准贯入试验和室内土工试验等手段,结合历史勘查资料,对近30 a来渭北某黄土地基土的含水率、干密度、饱和度、孔隙比、湿陷系数等物理力学参数的演化规律进行总结,同时,依据数理统计方法对黄土物理力学参数演化影响因素的敏感性进行了分析。结果表明:长期荷载作用下黄土的干密度随时间增加总体呈现增加的趋势;受附加荷载直接影响的浅层地基土体的孔隙比减少幅度较大,而深层土体的孔隙比影响较小;土体的饱和度随着深度的增加总体呈现"增→减→增→减"的周期性;相较于附加应力的长期作用,黄土的直立性和湿陷性工程性质对土的压缩特性影响更大。该研究为黄土地区地基土强度和变形参数的研究提供借鉴。     

水工结构破坏性动力模型试验仿真混凝土性能研究

在水工结构破坏性动力模型试验中,根据相似比控制模型材料的密度、弹性模量和强度等多项力学性能与原型材料对应相似是决定试验成果合理可信的关键技术。为改进和提高仿真混凝土的相似性,以粗骨料、细骨料、水泥为控制变量设计不同配比方案,对其力学性能进行测试,并进一步对比研究了不同细骨料及其不同组分对仿真混凝土性能的影响。试验研究发现,相比常用的硫酸钡粉和矿石粉,滑石粉作为细骨料可以有效降低仿真混凝土的强度和弹性模量,控制仿真混凝土的密度和拉压强度比接近常规混凝土,滑石粉不失为仿真混凝土细骨料的一种选择。试验得出重晶石砂、硫酸钡粉、矿石粉、滑石粉、水泥等不同组分对仿真混凝土材料性能的影响规律,可为确定相似比模型试验中仿真混凝土材料的配比提供有益参考。     

不同养护制度下粉煤灰混凝土抗硫酸盐冻融循环性能

为了揭示养护制度的变化在冻融硫酸盐环境下,对粉煤灰混凝土物理力学性能影响的变化规律,将浸泡不同龄期的粉煤灰混凝土抗压强度进行测试,改变了盐冻前的养护制度,并进行了不同循环后的物理性能试验;同时,对纯水和不同浓度硫酸钠溶液低温下冻结过程进行监测。试验研究发现:首先,大掺量粉煤灰混凝土浸泡于硫酸钠溶液中随着龄期延长,抗压强度增长更快,但在高浓度溶液中浸泡60～90 d后强度出现拐点;其次,在非长龄期的硫酸盐溶液中的浸泡,提高了试件后续抵抗此环境下冻融的能力,从300个循环提高至500循环左右;最后,在冻融硫酸盐交互作用下,由于降温速度和完全冻结时长随溶液浓度增大而提高和缩短,最长缩短近200 min左右,从溶液低温化学性态的角度明晰了硫酸盐环境对混凝土抵抗冻融破坏所起的积极作用。     

基于全级配试件性能的大坝混凝土抗裂性分析

为了解大坝实体混凝土的抗裂特性,系统测试了分别用灰岩和花岗岩人工骨料制备的全级配混凝土(最大骨料粒径为150 mm)的力学性能、变形性能和热学性能,基于上述性能计算分析了全级配混凝土的抗裂指数,并与湿筛二级配混凝土(最大骨料粒径为40 mm)进行了对比分析。试验结果显示,全级配混凝土各项性能与湿筛二级配混凝土性能之间存在一定的比例关系:7～180 d龄期,抗压强度比在0.85～1.16之间,轴向抗拉强度比在0.49～0.70之间、极限拉伸值比在0.60～0.83之间。计算结果显示,不考虑干燥收缩作用,灰岩骨料、花岗岩骨料全级配混凝土的抗裂指数分别在0.79～1.17之间和0.53～0.75之间,高于湿筛二级配混凝土的抗裂指数。研究结果表明,由于全级配混凝土中骨料的体积比大于80%,骨料岩性、物理性能对混凝土极限拉伸值、徐变、热膨胀系数等性能起决定作用,因此对混凝土抗裂性能具有重要影响,灰岩骨料混凝土的抗裂指数高于花岗岩骨料混凝土,抗裂性能更好。     

温度对混凝土力学性质影响的颗粒流模拟研究

为探索混凝土在热力耦合作用下的宏观力学性质和微裂纹的变化规律,采用PFC软件中的热模块,对5种温度下的混凝土试块进行了数值模拟分析。研究结果表明:(1)温度和峰值强度呈现负相关关系,单轴抗压强度和弹性模量随温度的变化服从幂函数关系,且温度对于强度和变形参数的影响不同,强度相较于变化参数而言,对温度更加敏感。(2)随着温度的升高,由热破裂所造成的损伤不断增加,热损伤集中在界面过渡区。随着温度的升高,混凝土的破坏模式由剪切破坏逐渐转变为劈裂破坏。(3)600℃属于临界温度,在600℃之前,宏观力学性质和微裂纹扩展均变化剧烈;超过600℃以后,宏观力学性质的劣化和微裂纹的发展均放缓。     

SK单组分聚脲在水利水电工程中的应用进展

针对水工建筑物混凝土裂缝渗漏、碳化、冻融剥蚀、钢筋锈蚀等劣化问题,通过SK单组分聚脲性能研究,在以往大面积防渗和耐久性防护工程应用基础上,结合不同工程领域和技术特点,对SK单组分聚脲技术进行工程应用研究。结果表明:(1)SK单组分聚脲作为一种综合性能优异、耐磨损、耐冲刷、施工简单方便的新型高分子环保型防护涂层材料,适用于处理面板伸缩缝和接缝防渗、泄洪建筑物抗冲磨防护、混凝土结构耐久性防护、混凝土裂缝防渗封闭等问题;(2)由于该材料具有良好的低温柔性且耐候性强,能够适用于我国北方寒冷地区水工建筑物混凝土修补防护处理工程;(3)SK单组分聚脲技术应用在输水工程中,可有效降低过水建筑物表面糙率,大幅度提高工程运行效益。