镁橄榄石对油井水泥抗CO2腐蚀性能的影响

【目的】研究镁橄榄石掺加对减轻超临界CO₂环境下油井水泥石的腐蚀渗透性能。【方法】以镁橄榄石粉为外掺料配制不同的油井水泥,分析温度为150℃,CO₂总压为50 MPa条件下镁橄榄石水泥石的抗压强度,优选出镁橄榄石粉的最佳掺量;利用渗透率、热重分析(thermo gravimetric analysis,TGA)、X射线衍射(X-Ray diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)进行测试,评价镁橄榄石对油井水泥石抗CO₂腐蚀性能的影响,分析镁橄榄石对油井水泥石抗CO₂腐蚀的作用机制。【结果】镁橄榄石粉的掺入不会影响油井水泥的流动度,当镁橄榄石粉的质量分数为2%时,对比腐蚀前油井水泥石的,抗压强度提高35.47%,渗透率降低0.010 4 m D;腐蚀28 d后,镁橄榄石水泥石的抗压强度为空白水泥石的193.71%,且仍高于腐蚀前。【结论】镁橄榄石是一种抗CO₂腐蚀外加剂,能提升油井水泥的抗CO_2<...     

碱激发再生砖粉地聚物的抗压强度与微观特性

废弃黏土砖在建筑垃圾中占有较高比例，经过破碎、研磨后得到的再生砖粉存在火山灰活性，可作为地聚物的原料进行使用。采用正交实验方法研究矿物掺合料、激发剂、水与胶凝材料的质量比(水胶比)等因素对再生砖粉地聚物抗压强度的影响，并通过X射线衍射、扫描电镜能谱、红外光谱等微观手段系统地进行表征。结果表明：矿粉取代率、水玻璃掺量对再生砖粉地聚物抗压强度影响显著；矿粉取代率的提高，促使水化硅铝酸钠凝胶向水化硅铝酸钙凝胶转变，提高再生砖粉地聚物的抗压强度；高钙体系再生砖粉地聚物中含钠的水化硅铝酸钙、水化硅酸钙等多种凝胶与Ca(OH)₂晶体共存；偏高岭土的掺入促进含钠的水化硅铝酸钙凝胶的生成，提高聚合反应程度，延缓裂缝的生长，内部微结构得到较大改善，利于强度的发展。     

复合纳米材料对混凝土动态力学性能的影响

制备了掺量为0.2%(以水泥质量为基准)的纳米Fe₂O₃(NF)、复掺纳米Fe₂O₃和纳米CaCO₃ 2种纳米材料(NFC)以及复掺纳米Fe₂O₃、纳米CaCO₃和纳米SiO₂ 3种纳米材料(NFCS)的混凝土,之后采用直径100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置测试了养护龄期为28 d的3种混凝土在不同平均应变率等级下的动力特性并与普通混凝土(PC)进行对比研究。结果表明:准静态载荷下,复合纳米材料的掺入可有效调高混凝土的抗压强度;冲击载荷作用下,中低水平平均应变率时, NFC动态抗压强度最高, 80 s-1时NFC比PC高31.6%,高水平平均应变率下NF动态抗压强度具有优势,在125 s-1时, NF比PC高16%;NF在冲击载荷作用下峰值应变具有显著优势,具有良好的变形性能;以比能量吸收作为韧性评价指标,在平均应变率为75 s-1和125 s-1时, NF比PC增幅达到66.6%和75.7%。通过SEM照片分析,纳米Fe₂O₃颗粒增大了水泥石密实度,进而改善了NF的强度和韧性;由压汞试验分析,纳米CaCO₃颗粒在混凝土中,改善了水泥石孔隙结构。      

反应烧结法制备高强度多孔氮化硅陶瓷

以硅粉(Si)为起始原料, 氧化钇(Y₂O₃)为烧结助剂, 利用干压成型工艺制备出不同气孔率的多孔硅坯体, 通过反应烧结得到高强度多孔氮化硅(Si₃N₄)陶瓷. 研究了Y₂O₃添加量在不同升温制度下对于氮化率的影响, 以及1500~1750℃后烧结对多孔材料强度的影响. 结果表明: 添加9%Y₂O₃的样品具有较高的氮化率, 主要是Y₂O₃与Si粉表面的SiO₂在较低的温度下反应生成了Y₅Si₃O₁₂N. 在不同的反应条件下可得到气孔率为30%~50%, 强度为160~50MPa的样品. 在1750、 0.5MPaN₂气压下对样品进行后处理, α-Si₃N₄完全转变成柱状β-Si₃N₄, 晶型转变有利于强度提高,气孔率为46%的多孔Si₃N₄其强度可达140MPa.     

Si粉对SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料性能的影响

采用浸渍法制备SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料。研究Si粉质量分数为0%,0.2%,0.4%,0.6%和0.8%时,SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料的微观形貌、体积密度、回弹率和物相组成。结果表明:Si粉质量分数低于0.6%时,其氧化产生的体积膨胀填补了纤维与凝胶间的裂纹,体积密度由0.468g/cm~3增大到0.723g/cm~3,回弹率由43.1%升高为59.6%,并且Si粉高温下的结晶化抑制了纤维析晶和促进了辉石的生成,这是材料的力学性能提高及高温损坏程度降低的重要原因;Si粉质量分数为0.8%时,高温下的Si粉产生了过分的体积膨胀,导致复合材料内部出现较大裂纹,压缩回弹率降低为44.5%。     

纳米TiO2改性水泥基混凝土复合材料的制备及性能研究

以纳米TiO₂为填料,通过调整纳米TiO₂的掺杂比例(0,2%,4%和6%)(质量分数),制备出了不同掺量的纳米TiO₂改性水泥基混凝土复合材料,对混凝土复合材料的力学性能、微观形貌和耐久性能等进行了分析。结果表明,随着纳米TiO₂掺杂含量的增加,混凝土复合材料的抗压强度和抗折强度均呈现出先升高后降低的趋势,孔隙率和磨损量表现出先降低后略微升高的趋势。当纳米TiO₂的掺杂含量为4%(质量分数)时,28 d抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为42.57和5.62 MPa,孔隙率最低为9.57%,磨损量最少为1.81 kg/m²,磨损降低率最大为42.54%。抗盐冻性测试表明,在经过7次冻融循环后,随着纳米TiO₂掺杂含量的增加,次冻融循环后的质量损失率持续降低,抗盐冻性能得到显著改善。SEM分析可知,掺入适量纳米TiO₂后,钙矾石的形貌有从针状向扁圆形转变的趋势,促进了凝胶的形成,提升了整体结构的致密性,从而提高...     

添加剂对离心SHS陶瓷复合钢管组织性能的影响

针对Al-Fe₂O₃铝热体系, 采用SiO₂和Na₂B₄O₇作为添加剂, 利用离心自蔓延高温合成(SHS)技术制备了陶瓷复合钢管, 研究了添加质量分数7%SiO₂和2%、 4%、 6% Na₂B₄O₇对复合管陶瓷层组织结构和力学性能的影响。XRD分析结果表明陶瓷层的主要成分有α-Al₂O₃、 FeAl₂O₄、 Al₂SiO₅、 B₂O₃等; SEM观察发现陶瓷层表面晶粒排布致密, 结合能谱分析陶瓷层中含有Fe单质; 金相显微镜观察结果表明陶瓷层和Fe过渡层结合良好, 没有间隙存在; 复合钢管的抗剪强度和压溃强度测试结果表明: 添加质量分数为7% SiO₂和4% Na₂B₄O₇的陶瓷复合钢管的抗剪强度和压溃强度分别达到22 MPa和430 MPa, 比未添加添加剂的样品分别提高了240%和22.8%。      

CeO2加入含量对铁基合金涂层显微组织和摩擦学性能的影响

为改善12Cr1MoV钢表面的磨损性能，以铁合金粉和CeO₂粉的混合物为原料，采用激光熔覆技术在12Cr1MoV钢表面制备含CeO₂铁基合金涂层，研究原料中CeO₂质量分数(0～1.5%)对涂层的金相组织、物相组成、显微硬度、摩擦磨损性能、冲击磨料磨损性能的影响。结果表明：CeO₂的加入能够对涂层起到减少缺陷和细化晶粒的作用，当CeO₂质量分数为1.0%时，涂层组织致密、细化效果最明显、涂层组织最好。CeO₂的加入对涂层物相组成有明显影响，含CeO₂涂层由Fe(Cr)固溶体、CeNi₃和Cr₂₃C₆组成。随着CeO₂含量的增加，涂层硬度呈现先升高后降低的趋势，摩擦因数、摩擦磨损质量损失和冲击磨料磨损质量损失呈现先降低后增加的趋势；当CeO₂的质量分数为1.0%时，涂层的显微硬度最高，比未添加CeO₂涂层提...     

低分子量溴化聚苯乙烯阻燃玻纤增强PBT的性能研究

采用低分子量溴化聚苯乙烯(LBPS)与三氧化二锑(Sb₂O₃)按固定比例复配，制备LBPS-Sb₂O₃协同阻燃剂，与玻璃纤维(GF)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)熔融共混制备了阻燃玻纤增强PBT。研究了LBPS-Sb₂O₃阻燃体系对玻纤增强PBT的热稳定性、燃烧性能和机械性能的影响。结果表明：玻纤增强PBT中LBPS-Sb₂O₃质量分数占比为17%、19%和21%时，UL94阻燃级别均达V-0级，质量分数为19%时，极限氧指数达36%以上，阻燃效果较优；拉伸强度呈现先增加后降低的趋势，当LBPS-Sb₂O₃质量分数占比为17%时，拉伸强度增加至53.9MPa,当质量分数由19%增至21%时，拉伸强度显著降低；LBPS-Sb₂O₃的加入，使玻纤增强PBT的初始分解温度略有下降，熔融温度基本保持不变；锥形量热仪燃烧测试表明，LB...     

丁基橡胶/聚异丁烯交联网络松弛行为与力学性能

选用丁基橡胶(IIR)和聚异丁烯(PIB)为原材料，研究了PIB含量和相对分子质量、交联剂含量和IIR中异戊二烯(IP)双键含量对交联IIR/PIB复合体系力学性能的影响。结果发现，在交联IIR网络中，非交联的PIB降低了IIR的交联密度和定伸应力，但应变硬化程度和拉伸强度提高，当IIR-H和PIB-H比例为1:1时，其拉伸强度达到3.5 MPa，比纯IIR-H提高60%以上。由应变硬化参数(E_H)对断裂伸长率关系可知，E_H随断裂伸长率增加先增加后降低，在350%时达到最大值。通过非相似滑移管模型对应力应变曲线进行分析，获得了交联和缠结作用分别对拉伸应力的贡献(G_x和G_e)，对比聚合物在高温下的动态模量(G′，G′′和G^*)可知，在PIB-H质量分数不超过10%时，(G_x²+G_e²)^1/2随着G^*降低变化不大；而PIB质量分数不低于30%时，G*与...     

纳米SiO2包覆Na2Ca2.93Si6O16:7% Eu3+荧光粉的制备及性能研究

采用传统高温固相法在1050℃烧结下制备了Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆∶xEu³⁺红色荧光粉,其中Na₂Ca_2.93Si₆O₁₆∶7%Eu³⁺荧光粉的发光性能最好。采用溶胶-凝胶法制备出纳米SiO₂并包覆在Na₂Ca_2.93Si₆O₁₆∶7%Eu³⁺荧光粉表面,包覆量为2%～10%(wt,质量分数,下同)。通过X射线衍射仪、激发-发射光谱分别对荧光粉物相结构和发光性能进行表征,采用CIE色度坐标分析软件对样品的色度图进行绘制。结果表明纳米SiO₂包覆量不同的荧光粉其基质结构未发生改变,纳米SiO₂包覆膜是无定型的,样品的发射峰位置没有变化,但发射强度不同;当纳米SiO₂包覆量...     

纳米CaCO3增韧混凝土复合材料的制备及机理研究

以纳米CaCO₃作为掺杂填料,在普通硅酸盐水泥中掺入不同含量的纳米CaCO₃（0,2%,4%和6%）(质量分数),制备出了一系列纳米CaCO₃混凝土复合材料。对其晶格结构、微观形貌、孔隙分布、力学性能和抗碳化性能进行了分析表征,探讨了纳米CaCO₃增韧混凝土复合材料的机理。结果表明,适量纳米CaCO₃的掺杂,使混凝土复合材料的水化产物晶型更好、结晶度更高,表面变得更加致密化和均匀化,且有效降低了有害孔及多害孔的占比,提高了无害孔和少害孔的占比。当纳米CaCO₃的掺杂含量为4%（质量分数）时,混凝土复合材料表面的改善效果最好,碳化深度最低为5.91 mm,抗压强度和劈裂强度均达到了最大值,分别为37.92和2.37 MPa。综合可知,纳米CaCO₃的最佳掺杂比例为4%（质量分数）。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系的制备及性能研究

根据设计配比,制备了普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系。通过改变普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的质量比、水胶比和减水剂用量等参数,采用净浆流动度、凝胶时间、结石率、抗压强度和竖向膨胀率等实验,探究了普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系的性能影响因素。结果表明,当硫铝酸盐水泥的用量为70%(质量分数)、水胶比为0.5、减水剂用量为0.5‰(质量分数)时,复合胶凝体系的流动度最大,达320 mm,可注性好;其初凝和终凝时间分别为6和14 min,凝胶时间短;其结石率为100%,28 d竖向膨胀率约为0.14%,无需二次注浆;其28 d抗压强度为43 MPa,加固强度高。适量的硅灰和硅渣的掺杂可以提高复合胶凝体系后期的抗压强度、抗折强度和流动度,当硅灰掺量为10%(质量分数)时,复合胶凝体系3和28 d的抗压强度、抗折强度出现了峰值;当硅渣掺量为15%(质量分数)时,复合胶凝体系28 d的抗压强度和抗折强度达到最高;当硅渣掺量为10%(质量分数)时,复合胶凝体系流动度达到334 mm。     

TiO2-g-C3N4复合材料的制备及其在水泥石表面的应用

以Ti(SO₄)₂和尿素为原料,采用均匀沉淀法及不同煅烧温度制备了TiO₂-g-C₃N₄复合材料。利用XRD和SEM对g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄复合材料的结构及形貌进行了表征,并以模拟太阳光为光源,甲基橙为目标降解物,对其光催化活性进行了研究。将高催化性能的TiO₂-g-C₃N₄复合材料与水泥石表面结合制备了具有光催化性能的水泥石。结果表明:在300℃和400℃条件下煅烧制备的TiO₂-g-C₃N₄复合材料具有牢固异质结,而在500℃条件下煅烧产生N掺杂的TiO₂。其中400℃条件下煅烧所得TiO₂-g-C₃N₄复合材料的光催化性能最好,模拟太阳光光照60 min降解率达到91%。通过拟合计算,发现400℃条件下TiO₂-g-C₃N₄复合材料的光催化速率最快。与400℃ TiO₂-g-C₃N₄复合材料结合的水泥石也具有较好的光催化降解性能,模拟太阳光光照240 min降解率可达到90%以上,TiO₂-g-C₃N₄复合材料在400°C可以降低水泥石的初凝终凝时间,并提高其抗压强度。      

基于Weibull分布的不同冻融介质下再生骨料透水混凝土耐久性能研究

为探究不同环境下再生骨料透水混凝土(RPC)耐久性变化规律,以3种再生骨料替代率(0、30%、50%)和4种冻融介质(H₂O、3.5%NaCl、5%Na₂SO₄、3.5%NaCl+5%Na₂SO₄)为变量进行冻融试验。定期测定RPC质量损失率和相对抗压强度损失率,对RPC取样并进行扫描电镜(SEM)分析,以冻融试验下RPC相对抗压强度损失率为依据,利用Weibull函数对RPC进行寿命预测。结果表明,同一环境下,RPC质量损失率和相对抗压强度损失率随着再生骨料替代率的增加而增加;同一再生骨料替代率下,3.5%NaCl、5%Na₂SO₄、3.5%NaCl+5%Na₂SO₄均加速RPC冻融破坏,3.5%NaCl+5%Na₂SO₄对RPC质量损失率和相对抗压强度损失率影响最严重。由SEM分析可知RPC内部孔隙和侵蚀产物数量均因循环次数和冻融介质的变化呈现...     

偏铝酸钠激发石灰石粉的胶凝材料合成机理研究

石灰石在地球上储量丰富。为了对石灰石粉进行高效利用，本工作采用偏铝酸钠与石灰石粉制备胶凝材料，探究了偏铝酸钠掺量对其凝结时间、力学性能的影响，分析了胶凝材料的物相组成、红外吸收特性及微观结构，揭示了石灰石粉的碱激发活化机理。试验结果进一步表明，当偏铝酸钠质量掺量为15%时，浆体在71 min时初凝；掺入20%(质量分数)的偏铝酸钠时，试样3 d抗压强度可达25.3 MPa。偏铝酸钠可促进石灰石粉的缓慢溶解、重结晶，生成层状双氢氧化物Ca₄Al₂(OH)₁₂(CO₃)·5H₂O。然而当掺入过量偏铝酸钠时，Na⁺、Al(OH)₄^-、OH^-等离子无法及时与石灰石进行反应，使得所形成胶凝材料的凝结时间延长。因此，在制备碱激发石灰石粉胶凝材料时，需控制偏铝酸钠掺量在胶凝材料总量的20%以下。本研究为碳酸钙基胶凝材料的高效应用提供重要参考。     

140℃高温下SiO2晶态对硅酸三钙水化产物的影响

目前，在G级油井水泥中加入SiO₂是降低其水化产物在温度高于110℃下力学性能衰退的主要手段。然而，SiO₂晶体形态不同，导致水泥水化产物不同，耐高温性能也不同。为了探究SiO₂晶体形态对水泥水化产物的影响，笔者以油井水泥的主要成分硅酸三钙(C₃S)为研究对象，采用核磁共振、X射线衍射、热重分析和扫描电镜以及能谱等手段分析了晶体SiO₂(石英砂)和非晶体SiO₂(微硅)对C₃S水化产物的影响。结果表明：SiO₂通过填充孔隙以及转化水化产物，能有效防止C₃S水化产物在高温下强度衰退，以及孔隙度和渗透率的增加。微硅比石英砂更活跃，能迅速与Ca(OH)₂发生火山灰反应生成次生水化硅酸钙。此外，SiO₂还能将高钙硅比的水化硅酸钙(针硅钙石(Ca₂SiO₃(OH)₂)、羟硅钙石(Ca_...     

氧化硼对聚磷酸钙纤维力学和降解性能的影响

采用熔融拉丝法制备聚磷酸钙纤维(Calcium Polyphosphate Fibers, CPPF)。探究不同质量分数的B₂O₃对CPPF的降解性能和力学性能的影响。利用傅立叶红外光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)等对材料的结构及其性能进行表征。研究表明：随着B₂O₃质量分数的增加, CPPF的拉伸强度和模量有了明显的提高, 但纤维表面变得粗糙; 同时CPPF的阻降性能随着B₂O₃含量的升高而提高, 且降解后的纤维表面的裂纹减少。B₂O₃具有较优的阻降效果, 当B₂O₃的添加量为9%时, 其拉伸强度和模量比未添加的CPPF提高了146%和153%; 在降解16 d后, 其质量损失率相对于未添加的CPPF减少了31%。     

环氧树脂改性水泥混凝土的制备及耐久性实验分析

针对水泥混凝土存在的抗折强度不足、耐久性能偏低等问题，以环氧树脂为掺杂相，制备了不同环氧树脂掺量(0%,3%,6%,9%(质量分数))的改性水泥混凝土，分析了环氧树脂对水泥混凝土力学性能、微观形貌、耐久性能的影响。结果表明，环氧树脂的掺杂加速了水化反应的进行，混凝土的裂纹和孔隙数量减少，致密度提高。混凝土的抗压强度和抗折强度均随环氧树脂掺杂量的增大而先增大后减小，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土在养护28 d时抗压强度和抗折强度分别达到最大值43.8和7.9 MPa,相比未掺杂环氧树脂的混凝土分别提高了18.70%和29.51%。随着环氧树脂掺杂量的增大，混凝土的氯离子扩散系数先降低后增高，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土养护28 d的氯离子扩散系数最低为7.7×10^-8 cm/s,抗氯离子腐蚀性能最佳。在冻融循环次数达到80次时，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土的质量损失率最低为-0.13%,相对动弹性模量最大为94.86%,磨损量最低为0.66 kg/m²,磨损量降低率达到46.77%,具有优异的耐久性能。     

AlB2对高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料及其裂解产物力学性能的影响

以AlB₂和SiC颗粒填充酚醛树脂作为基体,高硅氧纤维作为增强体,制备了高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料。研究了不同添加量的AlB₂颗粒对高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料常温和1200℃裂解产物性能的影响,并分析了AlB₂颗粒对其裂解产物的增强机制。结果表明:随着AlB₂颗粒的添加,高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料常温下的弯曲强度逐渐减小,但其1200℃裂解产物的弯曲强度先增大后减小。当AlB₂颗粒与酚醛树脂的质量比为12%时,裂解产物的弯曲强度提高最为显著,相比未添加AlB₂颗粒的复合材料,其裂解产物的弯曲强度提高了16.4%。AlB₂颗粒在1200℃有氧环境中反应生成由B₂O₃ 、Al₂O₃和Al₂₀B₄O₃₆组成的共熔体,填充了树脂基体裂解产生的孔隙,明显减少复合材料裂解产物的结构缺陷,阻止内部材料进一步氧化,提高了裂解产物的力学性能。