渗透性材料（精选10篇）
渗透性材料 篇1
水泥基复合材料的耐久性与其渗透性尤其是离子渗透性密切相关,其离子渗透性可借助氯离子渗透试验中的加速扩散法对其进行评价[1]。超低离子渗透性水泥基材料(Ultra Low Ion Permeability Cementitious Materials,简称ULIPCM)是一种适用于制备地下工程混凝土结构构件保护层的高性能水泥基复合材料[2]。本文采用电量法和快速Cl-扩散测试法(NEL法)来评价ULIPCM的抗离子渗透性能,同时采用MIP、显微硬度、SEM和TG-DTG等测试手段研究其孔结构、界面过渡区、水化产物等微观结构,分析ULIPCM的微观结构与其离子渗透性能之间的相互关系。
1 原材料和试验方法
1.1 原材料与配合比
水泥:武汉亚东水泥有限公司生产的P·Ⅱ52.5水泥;填充密实组分:武汉阳逻电厂的Ⅱ级粉煤灰和武汉森太冶金有限责任公司的微硅粉;细颗粒骨架材料:由粒径0.18～0.27 mm和0.27～0.70 mm的石英砂按1∶1的质量比配制而成,细度模数为1.50,属特细砂;减缩组分:江苏博特新材料有限公司生产的JM-SRA混凝土减缩剂;抗裂组分:武汉天汇纤维材料有限公司生产的聚丙烯纤维,长度分别为3 mm和10 mm;憎水组分:上海渗克防水材料有限公司生产的THINKABLE防水材料;高效减水剂:武汉浩源化学建材有限公司生产的FDN高浓型萘系高效减水剂。
ULIPCM的配合比见表1,水胶比均为0.22,减水剂掺量为胶凝材料质量的2%,U1集胶比为1.1,U2和U3集胶比为1.2,U2和U3的差别在于填充密实组分中粉煤灰的掺量由30%增大到33%。
1.2 试样制备与养护方法
ULIPCM搅拌工艺:(1)将2种粒径的细颗粒骨架材料按1∶1的质量比配制,倒入混凝土搅拌机中干拌30 s,混合均匀;(2)将水泥、填充密实组分(按比例配制)等胶凝材料倒入混凝土搅拌机中干拌1 min,混合均匀;(3)将2种长度的聚丙烯纤维按1∶1的质量比配制,倒入混凝土搅拌机中干拌1 min,分散均匀;(4)将高效减水剂和减缩剂加入到80%的拌合水中搅拌均匀,再倒入混凝土搅拌机中搅拌2 min;(5)把剩余的20%拌合水加入混凝土搅拌机中再搅拌2 min,即可浇注成型。
养护方法:包括标准养护和蒸汽养护2种。其中蒸汽养护制度采用3 h-3 h-4 h-2 h的升温模式,蒸养温度最高45℃,即试件浇注成型后静停3 h、升温3 h(升温速率≤10℃/h)、恒温4 h(温度恒定为45℃)、降温2 h(降温速率≤10℃/h),蒸养后放入温度(20±2)℃、相对湿度≥95%的标养室中养护。
1.3 试验方法
(1)抗氯离子渗透性试验:(1)电量法[3],根据ASTM C1202—97电量法测试水泥基复合材料的6 h导电量,试样尺寸为Φ100 mm×50 mm;(2)快速Cl-扩散测试法(NEL法)[4],采用CCES01—2004标准推荐的快速Cl-扩散测试法(NEL法)测试水泥基复合材料的Cl-扩散系数,试样尺寸为100 mm×100 mm×50mm。
(2)微观性能测试:采用美国Quantachrome公司生产的Autoscan-60型压汞仪测试孔结构;采用上海尚光显微镜有限公司生产的HXS-1000数字式智能显微硬度计分析集料与水泥石之间界面过渡区的显微硬度;采用日本电子株式会社(JEOL)生产的JSM-5610LV型扫描电子显微镜观察集料与水泥石之间界面过渡区内水化产物的微观形貌;采用德国耐驰仪器制造有限公司(NETZSCH)生产的STA 449C型综合热分析仪,进行TG-DTG定量分析水化产物。
表2为ASTM C1202—97和CCES 01—2004的混凝土渗透性评价标准。
2 试验结果与分析
2.1 导电量(见表3)
C
由表3可以看出,标养28 d时,U1、U2、U3的6 h导电量小于300 C,约为一般高性能混凝土6 h导电量(2000～3000 C)的1/10～1/7,根据表2可知,ULIPCM的Cl-渗透性能为“非常低”等级;标养90 d时,U1、U2、U3的6 h导电量小于100 C。说明随着水化龄期的延长,ULIPCM的结构更为致密,有利于提高其抗Cl-渗透性能。
标养28 d与90 d时,ULIPCM的抗Cl-渗透性顺序为:U1>U2>U3。
2.2 Cl-扩散系数(见表4)
×10-13 m2/s
从表4可以看出,28 d时,不论是标养还是蒸养,U1、U2、U3的Cl-扩散系数都小于1.0×10-13 m2/s,约为一般高性能混凝土Cl-扩散系数[(10～20)×10-13 m2/s]的1/20～1/10,且蒸养条件下,试样的Cl-扩散系数都要稍低于标养条件下的。根据表2可知,ULIPCM的Cl-渗透性能为“极低”等级。
不论是在标养还是在蒸养条件下,ULIPCM的抗Cl-渗透性顺序均为:U1>U2>U3。
采用电量法和快速Cl-扩散测试法的测试结果表明,ULIPCM的Cl-渗透性能为“非常低”或“极低”,分析其中原因,主要是由于ULIPCM采用了粒径180～700μm的特细砂,掺有较多的高活性辅助胶凝材料作为填充密实组分,以及掺入了性能调整组分,使得ULIPCM的微观结构得到了显著改善,有利于降低其离子渗透性能。
3 ULIPCM的微观结构分析
3.1 ULIPCM的孔结构分析
试样U3标养28 d的孔结构分析见表5。
从表5可以看出,试样U3的孔隙率仅为1.74%,孔径不小于50 nm和不小于25 nm的孔分别占13.88%和19.26%,最可几孔径在3.0～5.0 nm,与传统砂浆试样的孔结构比较可以发现,ULIPCM中大孔减少、小孔增加、孔隙率以及最可几孔径都大幅减小。ULIPCM的孔结构得到了极大的优化。
3.2 ULIPCM的显微硬度
图1是试样U3标养28 d时,集料与水泥石界面过渡区的显微硬度。
从图1可以看出,试样U3中,在靠近集料表面处显微硬度小;从集料表面到水泥浆体本体,显微硬度基本上逐渐增大,直至近似为常数。
试样U3的集料与水泥石界面过渡区显微硬度在距离集料表面10～30μm处显著增大,说明其界面过渡区厚度为30μm以下,远小于普通混凝土集料与水泥石界面过渡区(60～100μm)的厚度[5];且界面过渡区显微硬度最低也达到了395MPa,远超出普通混凝土界面过渡区显微硬度(150～250 MPa)的范围[6],说明ULIPCM的集料与水泥石界面过渡区厚度已经被细化,界面过渡区得到了显著改善。
3.3 ULIPCM的SEM分析
图2是试样U3标养28 d时,集料与水泥石界面过渡区的SEM照片。
从图2可以看出,试样U3的界面过渡区内充满了水化产物,结构致密,C-S-H凝胶非常多,CH晶体很少且取向性差,说明ULIPCM的界面过渡区得到了显著改善。分析其中原因,主要是由于ULIPCM中高活性填充密实组分与水泥水化产物发生二次水化反应,消耗掉了部分CH晶体,生成C-S-H凝胶,同时也包含有集料采用了粒径180～700μm特细砂的因素。
3.4 ULIPCM的TG-DTG分析
采用TG定量分析水化产物中的CH含量,按照式(1)计算[7,8]:
式中:TG1———400～550℃间的失重,%;
TG2———550～800℃间的失重,%。
图3是试样U3水化28 d时水泥净浆的TG-DTG曲线。
通过图3,按照式(1)计算,试样U3的水化产物在28 d的CH含量仅为6.25%,比普通硅酸盐水泥浆体的CH含量(22.0%左右)下降了71.6%。这主要是由于ULIPCM中掺入了大量的高活性辅助胶凝材料,减少了水泥熟料,降低了CH生成量,同时,高活性辅助胶凝材料的火山灰反应也消耗CH晶体,降低了CH的含量。
从上述各种微观结构测试结果来看,ULIPCM的孔隙率、最可几孔径等孔结构参数均得到了优化;ULIPCM的界面过渡区得到了显著改善,界面过渡区厚度细化为30μm以下,界面过渡区内充满了水化产物,结构致密,C-S-H凝胶非常多,CH晶体很少且取向性差;ULIPCM的水化产物中CH含量大幅下降。ULIPCM的孔结构、界面过渡区等微观结构得到了显著改善,孔结构的优化和界面过渡区的细化减少了由于毛细孔或界面过渡区相互贯通而形成的逾渗路径,有利于提高其抗氯离子渗透性能。
4 结论
(1)28 d时,ULIPCM的6 h导电量小于300 C,为一般高性能混凝土的1/10～1/7;90 d时,ULIPCM的6 h导电量小于100 C。28 d时,不论是标养还是蒸养,ULIPCM的Cl-扩散系数均小于1.0×10-13 m2/s,为一般高性能混凝土的1/20～1/10,且蒸养条件下ULIPCM的Cl-扩散系数稍低于标养条件下的。ULIPCM的Cl-渗透性能为“非常低”或“极低”等级。
(2)ULIPCM的孔隙率、最可几孔径等孔结构参数均得到了优化;ULIPCM的界面过渡区得到了显著改善,界面过渡区厚度细化为30μm以下,界面过渡区内充满了水化产物,结构致密,C-S-H凝胶非常多,CH晶体很少且取向性差;ULIPCM的水化产物中CH含量大幅下降。
(3)ULIPCM的孔结构优化和界面过渡区细化减少了由于毛细孔或界面过渡区相互贯通而形成的逾渗路径,有利于提高其抗氯离子渗透性能。
摘要：通过优化超低离子渗透性水泥基材料(ULIPCM)的孔结构以及细化其界面过渡区,减少由于毛细孔或界面过渡区相互贯通而形成的逾渗路径,提高了其抗氯离子渗透性能。28 d时,ULIPCM的6 h导电量小于300 C,为一般高性能混凝土的1/10～1/7;90d时,ULIPCM的6 h导电量小于100 C。28 d时,ULIPCM的Cl-扩散系数小于1.0×10-13 m2/s,为一般高性能混凝土的1/20～1/10,且蒸养条件下ULIPCM的Cl-扩散系数稍低于标养条件下的。ULIPCM的界面过渡区厚度细化为30μm以下,界面过渡区内充满了水化产物,结构致密,C-S-H凝胶非常多,CH晶体很少且取向性差;ULIPCM的水化产物中CH含量大幅下降。
关键词：氯离子渗透,孔结构,界面过渡区,微观结构,CH含量
参考文献
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[8]李永鑫.含钢渣掺和料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究[D].北京:中国建筑材料科学研究院,2003.
渗透性材料 篇2
汇
报
材
料
上寨小学学科渗透法制教育工作
汇报材料
中小学法制教育是德育工作的重要组成部分，是教育行政部门、学校、教师的法定责任；党的十七大提出：“全面落实依法治国基本方略，加快建设社会主义法制国家”、“加快公民意识教育，树立社会主义民主法制，自由平等、公平正义理念”；胡总书记在2010年全国教育工作会议上也明确提出：“要把育人为本作为与人的根本要求…培养学生团结互助、诚实守信、自由平等、公平正义理念”、“要把德育融入学校课堂教学、学生管理、学生生活全过程，创新德育观念、目标、内容、方法，充分体现时代性，准确把握规律性，大力强实效性”。我省“6.28瓮安事件”、“贵阳某中学9.27案件”等，有部分学生参与、涉嫌违法犯罪，学生法制观念淡薄、缺乏基本的法律常识。这些引起了省委、省政府的高度重视，出台了黔教法发【2011】152号省教育厅关于在全省普通中小学实施学科教学渗透法制教育工作的通知。抓好未成年人的思想教育已迫在眉睫。我校及各完小认真组织学习文件精神，坚决贯彻落实在学科教学中渗透法制教育的重要思想，组织开展了各种相关的教学活动、教研活动、知识竞赛等，努力将法制教育渗透到学生的学习活动中，引导和帮助青少年学生健康成长，预防未成年人违法犯罪提供必要的法律帮助。下面我将我乡学科渗透法制教育的一些做法向各位领导作简要汇报，不妥之处，望各位
领导不吝赐教，提出批评意见：
一、认真学习，深入开展培训活动。
我校于2011年的8月份召开了全校学科渗透法制教育动员启动会。认真学习了《法制教育与学科教学》、《教师法制常识》、《教师培训手册》和相关法律法规的学习。学校校长作了讲话，讲话针对学科渗透法制教育的背景、实施途径、为什么要开设学科渗透法制教育的原因及内涵、原则、方法等作了详细要求；学校组织全员教师再学习培训。努力将学科教学渗透法制教育落到实处，达到普法的目的，使全体学生能知晓基本的法律常识，学法、用法能力得到提高。
二、贯彻落实，法制教育融人教学常规和量化考核。
2011年开学初，学校教研组认真组织培训。于2011年的8月份除组织学习了相关的法律法规、发放相关法律书籍外，学校还要求将学科教学渗透法制教育融入到教学常规和量化考核上来。具体为第一：学校工作方面。工作主要内容为：１、制定五年总体实施方案或把学科渗透法制教育与教师继续教育工程整合，统一制定规划；
2、每学期学校工作计划中将学科教学渗透法制教育工作纳入学校总体工作计划安排。
3、学校工作总结将学科渗透法制教育纳入专项总结。
4、学校开展活动，会议须做详细记录。第二：教研组工作：
1、各学科教研计划、工作总结要能体现渗透法制教育。
2、教研组具体实施学科渗透法制教育优质课，示范课评比，有专门的资料体现。
3、每学期教研组组织教师对学科教学渗透法制教育教学集体备课一次以上。第三：教师业务工作：
1、每位老师任教学科必须拟定学科教学
渗透法制教育的学科教学进度计划。
2、.每学期老师的学科教学活动务必体现学科渗透法制教育的总结。
3、每位老师必须做好上级、学校、教研组安排的学习培训笔记，每学期不少于40页。
4、每位老师在撰写学科教案时，要有机渗透法制教育的相关法律，并用红笔圈画出来，同时，针对本课时教学情况，认真写好法制教育课后反思。
5、积极参加上级组织的各种学科渗透法制教育的教研活动、知识竞赛、教学设计评比、培训达标等活动。
三、虚心听取上级领导、各位老师提出的意见和建议，多方面努力弥补不足。
在具体实施学科教学渗透法制教育中我们发现：一是个别教师因认识不到位，采取敷衍了事的态度，未能真正将法制教育落到实处。二是部分老师法制知识不全面，无法给学生提供帮助。三是由于师资、设施设备、环境等因素的制约，开展学科渗透法制教育活动的形式单调，不能多角度、多方面的开展活动。
鉴于以上几点，我们将采取以下方法，弥补我们的不足之处。
一、我们将进一步统一思想、提高认识，高度重视。因地制宜制定切实可行的渗透方法，以中心学校、坪上小学、果陇小学的教育方式为基点把学科教育渗透法制教育的工作全面推开，要求学校各部门领导、学科带头人和班主任在推进学科渗透法制教育的实施工作中要起到带头作用，做好协调、督促、指导工作。
二、努力学习法制知识，为教育教学服务。要求全体教师要通过各种渠道，努力学习相关的法律法规，做到心中有数，学以致用。
三、除在课堂上落实法制教育外，我们应结合实际采取各种方式方法落实法制教育。如课外辅导、专题讲座（班会）、征文大赛、法律小故事、国旗下讲话等形式。丰富学生的法律视野，提供更多的法律帮助。
我们要努力拓宽学科渗透法制教育渠道，全面推进素质教育，全面提高教育教学质量，从而为落实依法治国基本方略、建设社会主义法治国家，培养社会主义法治国家的合法公民，奠定坚实的基础。
上寨小学
渗透性材料 篇3
水泥基渗透结晶型防水材料是以硅酸盐水泥或普通硅酸水泥、石英砂等为基材，渗入活性化学物质制成的一种产品。它是一种新型刚性防水材料，其防水机理是与水作用后，材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使混凝土致密、防水。
水泥基渗透结晶型防水材料是德国化学家路易斯·杰逊1942年发明的，主要用于地下混凝土机构的外表面防水。
我国上世纪八十年代引进水泥基渗透结晶型防水材料，开始应用于上海地铁工程。九十年代中期开始从国外引进活性化学物质（母料）在国内生产。目前设计产生能力估计13000t左右，已大量应用于房屋建筑地下工程、地铁工程、饮水厂等方面，防水效果显著，受到工程界的好评。
2.水泥基渗透结晶型防水材料的分类及性能
根据水泥基渗透结晶型防水材料的使用方法不同，可分为以下两种类型：
2.1水泥基渗透结晶型防水涂料：它是一种粉状材料，经与水拌合可调配成刷涂料或喷涂在水泥混凝土表面的浆料；亦可将其以干粉散覆并压入未完全凝固的水泥混凝土上。
水泥基渗透结晶型防水涂料的涂层厚度国外资料一般在0.5～1.5mm范围内，我国规范规定是不小于0.8mm。只要基层水泥混凝土中存在着水介质和氢氧化钙，涂层中的活性化学物质就可不断与之发生物理化学作用，生成结晶体，并可膨胀到0.3mm，即高于混凝土毛细管径的最大尺寸（通常0.01mm），堵塞毛细孔道与微细裂纹，与基层混凝土一起形成一个整体防水。水泥基渗透结晶型防水涂料中的化学活性物质与混凝土基层中的水与氢氧化钙的反应可持续一个月，达到最高的效果。在16Mpa压力下，普通混凝土可渗透到1500mm；在40Mpa压力下，9周硅粉混凝土渗透深度可能小于25mm，水泥基渗透结晶型防水材料的活性与渗透深度取决与材料活性化学物质的含量、基层混凝土的密实程度、水分、氢氧化钙浓度与周围环境的温度等条件。水泥基渗透结晶型防水涂料与其它有机或无机防水涂料不同之处，是其渗透结晶后涂层与基层混凝土成为一体，能形成整体防水与永久防水，而不是形成“外套”；不会象其它有机或无机防水涂料那样，涂层与基层混凝土虽粘合一起，但是日久天长，在外界环境作用下，还是会分离。
2.2水泥基渗透结晶型防水剂；它是一种掺入混凝土内部的粉状材料。
3.水泥基渗透结晶型防水材料的施工
3.1基层处理
施工前应将基层清理干净，表面不得有积水。底板混凝土表层、阴阳角、管道、穿墙孔、结构裂缝、施工缝等处用钢丝刷、打磨机或5%的盐酸溶液清洗基层表面的浮浆、返碱、尘土、油污及表面涂层等杂物，然后用清水冲洗至中性。在使用水泥基渗透结晶型防水涂料前，混凝土表面具有完全湿润的粗糙面。
3.2防水涂层施工
防水涂层施工须在3级风以下进行。当温度低于4℃或雨雪、沙尘天气、灰尘大的环境中禁止施工。在正式施工前，先将特殊部位进行增强处理后，方可进行大面积施工。
3.2.1涂料配制
水泥基渗透结晶型防水涂料分为缓凝抗渗型和缓凝增效型两种。缓凝抗渗型水泥基渗透结晶型防水涂料主要用于混凝土面层作为单一的涂料使用，或作为半干料填补混凝土裂缝、施工缝、孔洞；缓凝增效型水泥基渗透型防水涂料能产生较硬的面层，保护下层涂料，也可作为单独涂层来防潮。
⑴涂刷施工时，水泥基渗透结晶型防水涂料与水的容积配合比为5：2。把计量过的粉料和水倒入搅拌机搅拌均匀，无搅拌设备时也可人工搅拌，但必须搅拌均匀。
⑵涂刷施工时，水泥基渗透结晶型防水涂料与水的容积配合比为5：3，搅拌方法同⑴。
⑶用于填塞孔洞、U型槽的水泥基渗透结晶型防水涂料的半干料团容积配合比为6：1，拌合10～15S，待混合料中出现固体快后使用。
⑷水泥基渗透结晶型防水涂料应在搅拌后30min内用完。
3.2.2特殊部位增强处理
⑴对穿墙孔、管道处、结构缝（缝宽大于0.4mm）、施工缝等应凿成U型槽，槽宽20mm，深度25mm。用水冲刷干净并除去表面的积水，在涂刷水泥基渗透结晶防水涂料浓缩剂灰浆到U型槽内，让灰浆达到初步固化（施工后1～2h），然后用锤子将水泥基渗透结晶防水涂料浓缩剂或堵漏剂的半干燥团料填满U型槽，并捣实。最后再涂刷一层浓缩剂灰浆。
⑵凿出蜂窝结构及疏松结构，将所有松动的杂物用水冲刷掉，直至见到坚硬的混凝土基层，并在潮湿的基层上涂刷一层水泥基渗透结晶型防水涂料浓缩剂，然后用防水砂浆或防水细石混凝土填补并捣固密实。最后再涂刷一层浓缩剂灰浆。
3.2.3涂料涂刷
⑴地下防水施工时，在保证尽快回填的情况下，迎水面允许拆模后即开始涂刷作业。
⑵涂刷作业可采用半硬性棕毛刷用力往复涂刷或用专门喷洒机具喷涂。涂料用量控制在0.8～1kg/m2，施工总厚度均为2mm。
⑶一般要求涂刷二道，即在第一层涂料达到初步固化后，进行第二道涂料涂刷，当第一道涂料干燥过快时，应浇水湿润后在进行第二道涂料涂刷。并要求涂料涂刷均匀、厚薄一致且不漏底、不漏涂。
⑷现场操作工人必须在施工过程中穿戴好劳动保护，特别是要手套、无钉鞋要穿戴齐全。
3.3养护
3.3.1当涂料固化时（约2h）开始养护。养护时间不少于72h，每天洒水至少3次，或用潮湿的粗麻布覆盖。由于涂层在养护期需要与空气直接接触来确保渗透效果，故严禁采用不透气的塑料薄膜等材料直接覆盖在涂料上。
3.3.2养护过程中，涂层必须避免雨水、大风、日晒、霜冻和泥浆的侵蚀。
3.3.3地下结构涂刷水泥基防水涂料36h后才能进行回填。如果涂刷后7d内回填，回填土必须湿润，以避免回填土从水泥基防水涂料涂层中吸收水分，影响渗透效果。
3.4防护层施工
防水涂层完成12h内进行验收，验收全部达到合格后方可进行防护施工。
3.4.1地下工程混凝土墙外侧立面水泥基渗透结晶型防水涂料涂层可采用回填土作防护层，应在涂刷后7～10h内用湿润回填土覆盖回填。
3.4.2防护层可采用细石混凝土、砂浆、瓷砖、油漆或各种涂料。
3.4.3经水泥基渗透结晶型防水涂料处理的混凝土结构表面，如加一层混凝土或砂浆、瓷砖时，应在防水涂料完全固化（即8～48h）后施工，与防水层上的界面剂，粘合力会更好。
3.4.4经水泥基渗透结晶型防水涂料处理的混凝土表面，如涂刷油漆或各种涂料时，应在涂层养护7d后进行。使用涂料前宜用5%的盐酸溶液清洗表面，然后再用清水清洗。
4.质量标准及注意事项
4.1水泥基渗透结晶型防水涂料涂层不宜长期暴露在干燥的空气中，更不宜在阳光下暴晒。
4.2水泥基渗透结晶型防水涂料不宜在环境温度4℃以下施工。
4.3混合料配合比及涂层施工操作应符合工艺规定要求。
4.4水泥基渗透结晶型防水涂料涂层厚薄应均匀，不允许漏涂和露底，不符合要求的应修整重新涂刷施工。
4.5水泥基渗透结晶型防水涂料的调制用量，应符合有关规定（0.8～1kg/m2）要求，并在规定的时间内用完。
4.6涂层在施工、养护期间不得损坏，否则需进行修补。
4.7混凝土表面不应过于光滑，否则应进行酸洗或磨砂，使之表面达到粗糙。
4.8水泥基渗透结晶型防水涂料必须密封存放在干燥场所，且不能受冻（存于7℃以上的环境），通常情况存放期为1年；不得使用过期变质的产品。
5.验收程序
5.1基层。外观检查基面是否处理干净，有无起皮、返碱、油污、裂缝等；用2m靠尺或塞尺检查基面是否平整；用小锤检查基面有无空鼓；待基面验收合格后方可进行涂层施工。
5.2涂层。在防水涂层施工时，涂刷完一层并待其固化（约1～2h）后，方可进行下一道工序施工；并用探针检测涂层厚度是否一致、厚度是否符合设计要求。
渗透性材料 篇4
自1992年世界环境保护发展会议后, “人类走可持续发展道路”作为世界性的课题被提高到前所未有的高度, 各国政府正采取措施尽可能地节约资源、能源和减少对环境的污染。据报道, 建筑业消耗世界资源近40%, 其中建材生产又是主要环境污染源之一。国外前几年已在混凝土中大量使用掺合料以减少水泥熟料的耗用量, 不少国家已制订了在混凝土掺加各种矿物掺合料的规范。在这方面, 我国起步较晚, 且各地区发展很不平衡。粉煤灰、矿渣微粉率先在全国各地使用。随着混凝土掺合料技术是近年来在我国发展较快的一项混凝土新技术, 是混凝土发展史上继钢筋混凝土、预应力混凝土后的又一次重大飞跃。
2 辅助胶凝材料的分类和作用机理
2.1 矿物细掺料的主要种类
矿物细掺料基本可以分为四类:
(1) 有胶凝性 (或称潜在活性) 的。如粒化高炉矿渣 (简称矿渣) 和水硬性石灰。
(2) 有火山灰活性的。火山灰活性指本身没有或极少有胶凝性, 但其粉末状态在有水存在时, 能与Ca (OH) 在常温下发生化学反应, 生成具有胶凝性的组分。如粉煤灰、硅灰等。
(3) 同时具有胶凝性和火山灰活性的。如高钙粉煤灰或增钙液态渣以及固硫渣等。矿渣实际也同时具有火山灰活性。
(4) 其他未包括在上述三类中的本身具有一定化学反应的材料。如磨细的石灰岩、石英砂、白云岩以及各种硅质岩石的产物。
2.2 复合胶凝材料的水化机理
自波特兰水泥诞生以来世界各国对通用硅酸盐体系水泥的改性研究以及对新的水泥熟料矿物体系的探索从未间断。随着人们对于水泥工业高能耗环境负荷相对严重等问题认识的不断深化和对于改善水泥混凝土耐久性的日益重视, 节能、降耗、环保以及进一步提高水泥及混凝土的性能已成为世界各国水泥工业可持续发展的方向。实现这一目标主要可采用两方面的技术, 一是在通用硅酸盐水泥体系及其矿物组成范围内, 通过调控原材料的易烧性和易磨性, 改进生产工艺及装备水平, 合理掺加矿渣粉煤灰等工业废渣的途径加以解决;二是突破现有通用硅酸盐水泥熟料矿物体系及范围的限制, 研究开发节能新品种水泥体系。目前在第一方面已取得了很好的进展, 如在水泥中掺加矿渣粉煤灰等。还有采用现代新型干法生产技术及高效粉磨技术, 极大地改善了水泥及混凝土的性能, 节约了能源。但这些措施并没有从根本上解决存在的问题, 而第二条技术途径已成为当今水泥工业和水泥材料学科领域研究开发的热点, 其中以贝利特为主导矿物的高贝利特水泥体系是最活跃的研究方向之一。
粉煤灰是工业固体废物的一种。煤燃烧所产生的烟气中的细灰, 一般是指燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰, 又称飞灰、烟灰。
(1) 填充效应
由于粉煤灰的粒子≤水泥颗粒粒子, 填充水泥颗粒间空隙, 使胶凝材料的密实度提高, 胶凝材料加水硬化后的密实度和强度也提高。
(2) 流化效应
有一部分粉煤灰细粉, 等量取代部分水泥后, 在基准条件不变的情况下, 水泥浆体的流动性高于基准浆体, 相当于掺入了部分高效减水剂一样, 称之为进退细粉的流化效应。
这是由于超细粉颗粒吸附高效减水分子, 表面形成的双电层电位所产生的静电斥力大于粉体粒子之间的万有引力, 粉体颗粒的分散, 进一步促进了水泥颗粒的分散, 因此浆体流动性增大。
(3) 粉煤灰混凝土的耐久性效应可以归纳成2个方面
①预防混凝土的耐久性病害发生, 如碱-骨料反应。
当混凝土中碱含量超过3 ㎏/m3, 骨料又具有碱活性情况下, 混凝土则容易发生碱-骨料反应, 如与水分作用, 会产生膨胀, 造成混凝土的开裂损伤, 甚至破坏。一般情况下, 在混凝土中掺入30%粉煤灰, 均能有效地抑制碱-硅反应的有害膨胀。但是较难抑制碱碳酸盐的反应膨胀。
②抵抗混凝土耐久性病害的侵蚀。
耐久性病害有一般的劣化作用外力, 如温度、湿度及中性化作用, 这使所有的混凝土及钢筋混凝土结构都会遭受这种劣化外力的作用;另一种是特殊的劣化作用外力, 如盐害、冻害、盐碱地腐蚀等, 这就需要根据结构物所处的环境条件而定, 如沿海地区, 盐害最为严重。混凝土及钢筋混凝土结构, 抵抗耐久性病害的侵蚀, 除考虑一般劣化外力作用外, 还要考虑特殊劣化外力作用.在混凝土中掺人矿物质超细粉是抵抗耐久性病害的一种有效技术途径。
硅粉是用电弧炉生产硅金属或硅铁合金的副产品。冶炼硅铁合金时, 以石英岩碎石、生铁为原料, 焦炭为还原剂, 在电炉中近2000℃的高温下, 石英成分还原成硅, 随即与铁生成硅铁合金。此时, 约有10%～15%的硅 (Si) 化为蒸汽进入烟道, 并随气流上升遇氧结合成一氧化硅 (SiO) 逸出炉外, 与冷空气中的氧结合成 (SiO2) 烟雾, 受冷凝结为细小的球状微珠, 以粉尘形式从烟囱排入大气, 或用适当收尘设施收集起来。这种粉尘即为硅粉。自从1982年挪威技术研究院对硅粉混凝土的性能首次进行综合研究以来, 广大科研工作者对硅粉进行了不断的研究。硅粉根据其含碳量的不同, 颜色可由白到黑, 一般为灰色。硅粉颗粒极细, 用氮气吸附法测定的硅粉比表面积达20m2/g, 最细颗粒小于0.01μm, 平均粒径为0.1～0.3μm, 比水泥颗粒细2个数量级。硅粉的真密度约为21～25g/cm3, 与粉煤灰相近, 松散密度为200～300kg/m3, 约为水泥的1/3。它的主要化学成分为SiO2, 几乎都呈非晶态, 硅粉中SiO2的的质量分数随生产国和生产方法而异, 其含量越高, 硅粉在碱性溶液中的活性越大。一般来讲, 用作混凝土掺合料的硅粉, 其SiO2的质量分数应在90%以上, 其中活性的SiO2 (在饱和石灰水中可溶) 达40%以上。在常温下硬化的水泥浆体 (或称水泥石) , 通常由未水化的水泥颗粒、水泥水化产物、水、少量空气以及由水和空气占有的孔隙网所组成, 因此它是一个固-液-气3相多孔体, 其性能主要取决于这些组分的性质、它们的相对含量以及它们之间的相互作用。
硅粉之所以可以作为一种辅助性胶凝材料改善硬化水泥浆体的微结构, 首先是因为硅粉具有很高的火山灰活性。虽然硅粉本身基本上与水不发生水化作用, 但它能够在水泥水化产物Ca (OH) 2及其它一些化合物的激发作用下发生二次水化反应而生成具有胶凝性的产物;其次是因为硅粉的微集料特性, 它不仅自身可以填充硬化水泥浆体中的有害孔, 其二次水化产物也可以填充硬化水泥浆体中的有害孔, 从而改善硬化水泥浆体孔隙结构。
粒化高炉矿渣简称矿渣, 是具有胶凝性 (或称潜在活性) 和火山灰活性的矿物细掺料, 除了在水淬时形成的大量玻璃体外, 矿渣中还含有钙镁铝黄长石和很少量的硅酸一钙或硅酸二钙等结晶态组分, 因此它具有很微弱的自身水硬性。粒径大于45μm的矿渣颗粒很难参与水化反应, 因此要求用于高性能混凝土的矿渣微粉磨至比表面积超过4000cm2/g, 以较充分的发挥其活性, 减少泌水性。矿渣磨的越细, 其活性越高, 掺入混凝土中以后, 早期产生的水化热越大, 越不利于降低混凝土的温升, 当矿渣的比表面积超过4000cm2/g以后, 用于很低水胶比的混凝土中时, 混凝土早期的收缩降低。
普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足, 是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的, 在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料 (矿渣、粉煤灰等) 中含有大量活性二氧化硅及活性三氧化二铝, 它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反应, 生成强度更高, 稳定性更优的低碱性水化矽酸钙, 从而达到改善水化胶凝物质的组成, 消除游离石灰的目的。有些超细矿物掺料, 其平均粒径小于水泥粒子的平均粒径, 能填充于水泥粒子之间的空隙中, 使水泥石结构更为致密, 并阻断可能形成的渗透路。
3 辅助胶凝材料对混凝土渗透性的影响
矿物细掺料对混凝土渗透性的影响主要体现在矿物掺和料对混凝土界面的改善, 孔隙填充效果, 水化热和温升的降低以及复合胶凝材料活性对混凝土耐久性的明显改善。
混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻融性、抗冲刷性、抗空蚀性、抗化学侵蚀性、碱骨料反应膨胀、钢筋锈蚀破坏等多个方面。其中混凝土抗渗性能是非常关键的因素。
混凝土是一种透水材料它的渗透性与它的孔隙率孔隙分布及孔隙连通性有关振捣密实的混凝土水灰比愈小养护龄期愈长则渗透性愈小在混凝土中掺入引气剂也可降低混凝土渗透性。低渗透性一般地水灰比小于0.50的混凝土它的渗透系数可以达到1×10-11m/s的等级在海水中的混凝土它的渗透性是决定混凝土工程耐久性的最重要的因素渗透性高的混凝土在海水中很易遭破坏。掺混合材料是降低水泥用量的重要措施掺混合材料混凝土的水灰比和配合比计算方法习惯上是将混合材料与水泥都作为胶结材料水灰比为用水量与胶凝材料总量的比值由于不同混合材料的活性不同如粉煤灰的活性比水泥低很多而硅粉的活性却比水泥高很多因此对掺有混合材料的混凝土的水灰比和配合比计算方法进行了不少研究斯密斯Smith首先提出要合理设计掺粉煤灰的混凝土的配合比他假定每种粉煤灰有一个独特的有效系数K重量为F的粉煤灰相当于重量为KF的水泥水灰比等于W/C+KFW为用水量C为水泥用量F为混合材料的掺量对于粉煤灰K约为0.20～0.25, 对于硅粉K约为25。K值不仅随混合材料品种不同而不同, 而且也随混合材掺量养护条件龄期的不同而不同。近年来英国邓肯大学的曼迪Munday等人提出将混合材料作为混凝土的第五种材料引入一个粉煤灰与水泥的比值F/C的概念。
4 结论
随着建筑工业的发展, 建筑材料的需求量日趋增大, 而传统建材在生产上一直存在着严重的弊端, 即原材料需大量消耗土壤和矿产资源, 结果造成能源浪费和自然环境的破坏。粉煤灰和矿渣应用于建筑材料, 不仅有利于解决环保和节能问题, 形成以“环境材料”为主体的格局, 而且对提高建筑材料的性能尤其是材料的耐久性、扩大建筑材料的种类和使用范围具有积极的作用。传统的水泥胶凝材料主要以硅酸盐熟料为主要成分, 配以适量的石膏或少量的混合材料。其中最主要和应用最广的为活性材料水淬矿渣和粉煤灰。少熟料和无熟料水泥可以大大降低能耗, 减少对环境的破坏。但这种胶凝材料在水化时必须借助一定的活性激发形式或激发剂激发活性材料的活性, 才能顺利水化, 否则基本上没有胶凝性或胶凝性很小。目前, 国内外所研究的激发剂主要有以碱金属或碱土金属化合物为主的激发剂和硫酸盐激发剂等, 首先通过热力或机械形式使废渣达到一定的细度, 形成具有一定活性的表面性质, 其次通过掺加一定配比的固态化学激发剂如NaOH、Ca (OH) 2、Na2SiO3等, 在水化过程的不同龄期进一步激发废渣的活性, 使胶凝材料达到预期的强度。
摘要：在配制混凝土时加入大量矿物细掺料, 可以降低混凝土温升, 改善工作性, 增长后期强度, 并可改善混凝土内部结构, 提高砼耐久性和抗渗性, 尤其是矿物细掺料对碱-集料反应具有很好的抑制作用, 这些矿物细掺料称为辅助胶凝材料。在配制高性能混凝土时, 通常使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥再掺加矿物细掺料。不同的矿物细掺料混合或矿物细掺料与水泥混合称为复合胶凝材料。本文主要介绍了矿渣、粉煤灰和硅灰对混凝土渗透性的影响。
英语科渗透德育工作的经验材料 篇5
学生思维品质的养成
在英语教学中不断加强学生的思想道德教育，始终坚持以读书活动为载体，以学生全面发展为根本，不断拓展德育工作渠道，多方面的教育培养学生。在教学中注重培养学生的良好的思维品质。
1、注重思维的逻辑性训练。
通过加强逻辑思维的训练，让学生懂得运用已有的知识推断、发现、掌握新的知识去联想、类比，又可提高对新知识的学习。教师可在单词教学中，引导学生思考新单词的音、形、义的学过的熟词有什么联系？用熟词学好生词，如熟词live和生词give只是一个字母之差。如熟词pear和新词pair，两词同音，那么一想到pear就会想到只是拼写不同的pair.还有形近词的推理，由新词quiet就会联想到quiet，由these就会想到those,这都是运用了逻辑推理的方法，化难为易，以旧学新。
2、注重思维的独立性训练。
思维的独立性是十分可贵的思维品质。它能够影响学生的一生的事业发展要逐步引导和培养学生的独立思维的品质。比如：培养学生的识词、记忆能力，一定要使学生不会独立思考，学会独立组织自己的思维过程。如学习单词window，学生经过俐立思考，联想到含有“ow”的单词know,how,now等。还可引导学生自己发现哪些单词发音难，哪些单词的拼写难，用不同的方法来解决不同的发音难点，如mouse和woman这两个词的难点是变成复数时的不规则变化。学习有关星期几的单词时，找出发音难的应为Thursday。学生自己找到难点，记忆起来就方便。
3、注重思维的灵活性训练。思维灵活的同学善于组织多方面的知识用以解决具体问题，在这种结合中，把自己熟悉的概念、映象、联系、规律纳入新的关系，用新的，与众不同的观点来观察一个对象，把看来似乎无关紧要的事实加以对照，并作出正确的结论。如：在理解句意：what did he do last year? he was a cook时，译作：“他去年做了什么？他是厨师。”这样，在教学单词时训练学生自己掌握灵活的方法来自学，来培养思维的灵活性。
4、注重思维的广度和深度的训练。
思维较广的同学，能够全面思考问题，运用多方面的知识进行思考，提出多种假设、多种答案或多种解决问题的方法。如在学习excuse me 时就应想到sorry,并进行比较。再如：在学习used to do sth 时就应想到use to doing sth 并进行分析。
渗透德育工作的经验材料：
学生思维品质的养成
渗透性材料 篇6
高整体容器 (HIC) 是一种具有高强度、密封性好、化学稳定性和耐久性好的特殊容器, 可用于装载未经固化或固定处理的放射性废物, 其包容放射性物质的预期寿命不低于300年。HIC按材料类型可分为:交联聚乙烯HIC、球墨铸铁HIC以及混凝土HIC[1,2]。其中混凝土HIC主要适用于核电厂运行过程中产生的低、中水平的放射性固体废物处置。目前许多国家和地区都有对混凝土HIC的相关研究, 如法国、中国台湾、日本等, 但由于混凝土HIC的研究属于核工业领域, 相对敏感, 故可查的相关文献资料极少。
密封材料作为混凝土HIC的一部分, 在混凝土HIC中起连接容器和密封盖的作用, 故要求其具有良好的力学性能 (尤其粘结性能) 和耐候性能。而普通的水泥基复合材料 (如普通混凝土或水泥砂浆) 是非均质、多相无机脆性材料, 而且这种多孔材料在外界侵蚀性介质 (如二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等) 和贮存材料放射性侵蚀作用下, 会加速破坏, 使用寿命大大缩短。本文主要采用聚合物环氧乳液对水泥基材料进行改性制备混凝土HIC用密封材料, 并对其耐久性 (抗冻性能、抗硫酸盐侵蚀性能、碳化性能、耐辐照性能及渗透性能) 进行系统研究, 其中混凝土HIC用密封材料的力学性能已另撰文发表[3]。根据我国正在编制的《低、中水平放射性废物高整体容器———混凝土容器》标准, 要求养护28 d混凝土HIC用密封材料的耐久性应满足的指标如表1。
1 实验
1.1 原材料
(1) 水泥:基准水泥, 细度 (0.08 mm筛筛余) 1.9%, 安定性合格, 其化学成分见表2、物理性能见表3。
%
(2) 石英砂:细砂, 50目筛筛余7%。
(3) 环氧乳液:聚合物环氧乳液, 自制, 固含量60%±1%, p H值7~8, 钙离子稳定性和机械稳定性均合格。
1.2 实验方法
(1) 聚合物砂浆制备
在试验室搅拌砂浆时采用机械搅拌, 搅拌机符合JG/T3033—1996《试验用砂浆搅拌机》的规定, 掺有掺合料和外加剂的砂浆, 其搅拌时间不少于5 min。
(2) 抗冻性能测试
按照DL/D 5126—2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》规定的快冻法进行。试块尺寸40 mm×40 mm×160 mm。
(3) 抗硫酸盐侵蚀测试
按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》进行测试。试块尺寸100 mm×100 mm×100mm。
(4) 碳化性能测试
按照DL/D 5126—2001规定的试验方法进行。试块尺寸100 mm×100 mm×100 mm。
(5) 耐辐照性能测试
混凝土HIC用密封材料通过钴-60γ射线辐照, 测定其经剂量率为1.2×103~1.4×103Gy/h、累积计量不小于1.0×106Gy的γ射线辐照后的性能保持能力。样品室环境温度 (20±1) ℃、环境湿度约30%、常压、空气换气次数24次/h。试块尺寸100mm×100 mm×100 mm。
(6) 渗水性能测试
按GB/T 50082—2009规定的试验方法进行。抗渗仪设备应保证24 h加压期间的水压力恒定在2.0 MPa。
(7) 氮气渗透性能测试
密封材料砂浆搅拌方法同上, 成型模具为Φ150 mm×200mm的专用模具。试样养护按照GB/T 50082—2009规定的方法养护28 d。将试件切割成Φ150 mm×50 mm圆饼, 分别编号为M1~M4;试件称量后放入60℃烘箱25 d, 然后称量, 再将试件置于相对湿度60%、温度20℃的室内22 d。按照改进的CEMBUREAU法进行气体渗透性测试, 施加围压0.7 MPa。分析整理数据时, 计算不同压力条件下试件表观渗透系数KA, 并利用式 (1) 回归出本征渗透系数KV:
2 实验结果
2.1 混凝土HIC用密封材料的抗冻性能
抗冻融循环性能是评价密封材料耐久性的一项重要指标, 考核指标将其设定为F400。对密封材料胶砂比为1∶1, 减水剂掺量为0.5%, 膨胀剂掺量为5%, 聚灰比分别为2%、6%、8%的试样进行抗冻性测试, 结果如表4、表5所示。
由表4可以看出, 当聚灰比分别为2%、6%、8%时, 质量损失率分别为-0.54%、0.11%、-0.26%, 均符合标准规定的质量损失率≤2%的指标要求。
由表5可以看出, 当聚灰比为2%时, 冻融处理后的试块与自然养护的试块相比, 抗压强度损失率为-1.00%, 抗折强度损失率为-21.24%;当聚灰比为6%、8%时, 冻融处理的试块与自然养护试块相比, 抗压强度损失率分别为13.42%、12.48%, 抗折强度损失率分别为8.91%、6.87%。3种不同聚灰比时试块经F400冻融循环后强度指标均能符合标准规定强度损失率≤20%的要求。
由表5还可以看出, 冻融循环处理后密封材料的动弹性模量分别为40.93、46.50、36.45 GPa, 均符合标准规定指标要求 (≥32 GPa) 。
综上所述, 密封材料试块经F400冻融循环后, 质量损失率、强度损失率、动弹性模量变化圴能满足混凝土高整体容器用密封材料标准规定其抗冻性能的要求。且聚灰比为6%时, 密封材料动弹性模量值相对较高。
2.2 混凝土HIC用密封材料抗硫酸盐侵蚀性能
硫酸盐侵蚀是密封材料化学稳定性的一项很重要的性能指标, 主要针对地下水及自然雨水中硫酸盐类介质的侵蚀。对密封材料胶砂比为1∶1, 减水剂掺量为0.5%, 膨胀剂掺量为5%, 聚灰比分别为2%、6%、8%的试块进行抗硫酸盐侵蚀实验, 结果如表6、表7所示。
由表6可知, 聚灰比为2%、6%、8%的密封材料试块在硫酸盐侵蚀实验后的质量损失率分别为1.66%、-5.70%、-0.95%, 均符合标准规定指标要求 (≤2%) 。
由表7可知, 聚灰比为2%、6%、8%的密封材料在硫酸盐侵蚀实验后的强度损失率分别为13.90%、12.00%、13.30%, 均符合标准规定指标要求 (≤20%) 。
分析以上不同聚灰比时密封材料在硫酸盐侵蚀实验后质量损失和强度损失数据可知, 聚灰比为6%的密封材料抗硫酸盐侵蚀性能相对稳定, 其质量损失及强度损失均最小。
2.3 混凝土HIC用密封材料的碳化性能
将上述配方中聚灰比为6%的密封材料进行碳化实验, 结果如图1所示。
图1显示, 聚灰比为6%的密封材料碳化深度为0, 完全符合标准规定指标要求 (碳化深度d<0.1 mm) 。
2.4 混凝土HIC用密封材料的耐辐照性能
由于密封材料中加入了适量的有机聚合物, 同时掺加了少量的外加剂, 这对于耐γ辐照性能是一个巨大的挑战, 将上述配方中聚灰比为6%的密封材料进行耐辐照实验, 结果见图2。
由图2可知, 密封材料经过累积剂量1.01×106Gy的钴-60γ射线辐照后, 从外观观察未发现有裂缝、组织剥落及结构解体现象出现, 并无明显颜色变化等现象。
密封材料经过剂量1.01×106Gy的钴-60γ射线辐照后, 对其进行抗压强度测试, 同配方 (聚灰比为6%) 、同龄期下, 未辐照试块的抗压强度为100 MPa, 辐照后试块的抗压强度为98.83 MPa, 即辐照后试块的强度略有降低, 强度损失率为1.2%, 符合标准规定 (≤20%) 。
综合以上外观变化和强度损失的测试结果, 耐辐照性能完全符合标准规定要求。
对聚灰比为6%辐照前后的密封材料试块进行扫描电镜微观结构分析, 如图3所示。
由图3可以看出, 辐照前后的试块水化产物结构较为清晰, 且形貌无明显差异, 结构较为致密。这主要是由于聚合物环氧乳液与水泥砂浆形成的致密的网络结构对钴-60γ射线有很好的耐辐照性能, 尤其是水泥基材料的水化产物在钴-60γ射线辐照 (剂量1.01×106Gy) 下保持原有的结构无变化。部分有机组成 (如环氧聚合物) 会有少量分解可能是造成试块抗压强度稍有下降的原因所在。
2.5 混凝土HIC用密封材料的渗透性能
(1) 渗水性能
将上述配方中聚灰比为6%的密封材料成型并养护28d, 进行渗水性能测试。在保持一定压力的条件下利用水渗入密封材料的深度来分析密封材料的密实程度, 并以渗水高度为评价指标。经测试2.0 MPa压力下混凝土的渗水高度为1.0 mm, 因此, 密封材料渗水性能符合《低、中水平放射性废物高整体容器——混凝土容器》标准要求 (1.6 MPa, 渗水高度h≤10 mm) 。
(2) 氮气渗透性能
同样将上述配方中聚灰比为6%的密封材料成型并养护28 d后进行氮气渗透性能测试。具体实验结果如下:
①试件质量变化
进入烘箱的4块试件, 烘干前后质量变化如表8所示。
②透气性测试结果
M1、M2、M4试件的本征渗透系数回归曲线如图4, M3试件由于测试结果与其它试件差距较大而单独列出如图5。
整理后各试件的本征渗透系数KV如表9所示。
对表9数据进行分析, 对明显偏差数据 (不在同一数量级的M3、M4) 进行取舍, 保留试样M1、M2的渗透系数值并取平均值为0.34×10-18m2/s, 均符合标准要求 (≤5.0×10-18m2/s) 。故密封材料胶砂比为1∶1, 聚灰比为6%, 粉状聚羧酸减水剂掺量为0.5%, 膨胀剂掺量为0.5%的配比制成的试块符合透气性标准要求。
3 机理分析
由上述实验结果可以看出, 混凝土HIC用密封材料有较好的耐久性, 其关键因素是在混凝土HIC用密封材料中加入了膨胀剂、减水剂及聚合物环氧乳液。这3种材料在混凝土HIC用密封材料基体中的作用分别表现为:
(1) 混凝土HIC用密封材料浆体中, 适量的膨胀剂 (CSA型) 能够促进水泥水化产物钙矾石晶体AFt的生长, 而钙矾石晶体AFt填充了胶凝材料的微孔洞和缝隙, 形成了相互交错的网络结构, 减少了连通孔隙的数量及微裂纹的产生, 有利于提高混凝土HIC用密封材料的密实度。
(2) 一般情况下, 水泥与水接触后即形成大量大体积絮凝结构, 包裹了大量的自由水, 使基体内存在大量气孔, 结构不够密实。而在混凝土HIC用密封材料中加入聚羧酸减水剂后, 水泥与水接触形成大量小体积的絮凝结构, 并释放出更多的自由水, 使硬化水泥浆体的小孔数量增多, 大孔数量减少, 密实度提高。
(3) 混凝土HIC用密封材料浆体中的环氧乳液, 会随着水泥水化的进行而逐渐脱水干燥, 最后形成有机无机互穿网络结构, 在浆体中起到了加强集料与浆体之间过渡区的粘结作用, 使水泥水化物与聚合物很好地交织缠绕在一起, 聚合物能跨越裂纹并防止裂缝扩展;同时部分聚合物填充在砂浆内的孔隙中, 不仅减小了孔隙尺寸, 同时也切断了孔隙与外界的通道, 使空隙大多呈互不连通的状态存在, 从而起到桥接、粘结、填充空隙、加强界面结合及防止裂缝扩展的作用。
以上3种材料的加入不仅提高了混凝土HIC用密封材料浆体的致密性, 同时提高了其内部晶体间的作用力, 有利于提高混凝土HIC用密封材料的耐久性 (抗冻性性能、抗硫酸盐侵蚀性能、碳化性能、耐辐照性能及渗透性能) 。
4 结论
(1) 聚灰比为2%、6%、8%时, 混凝土HIC用密封材料的抗冻性能及抗硫酸盐侵蚀性能均符合《低、中水平放射性废物高整体容器——混凝土容器》标准要求, 且在聚灰比为6%时, 其抗冻性能及抗硫酸盐侵蚀性能较为稳定。
(2) 聚灰比为6%的混凝土HIC用密封材料的碳化性能、耐辐照性能及渗透性能均符合《低、中水平放射性废物高整体容器———混凝土容器》标准要求。辐照对密封材料外观及水化产物结构均无明显影响。
(3) 混凝土HIC用密封材料的渗水性 (2.0 MPa, h=1.0 mm, ) 及氮气渗透性 (KV=0.34×10-18m2/s) 极低, 且均符合《低、中水平放射性废物高整体容器-混凝土容器》标准要求 (渗水:1.6 MPa, h≤10 mm、氮气渗透性:KV≤5.0×10-18m2/s) 要求。
(4) 混凝土HIC用密封材料浆体中适量的聚羧酸减水剂的加入, 能够降低浆体自由水含量, 减小孔隙尺寸;膨胀剂的加入促进了水泥水化产物钙矾石晶体Aft的生长, 填充了胶凝材料的微孔洞和缝隙;同时环氧乳液固化后形成有机、无机互穿网络结构, 填充了胶凝材料的空隙和裂纹, 故混凝土HIC用密封材料中加入以上3种外加剂能够减小孔隙尺寸、减少连通孔隙的数量及微裂纹的产生, 提高密封材料的密实度, 从而提高密封材料的抗渗水性及抗氮气渗透性。
摘要：对混凝土高整体容器 (HIC) 用密封材料的耐久性进行研究, 探讨了环氧乳液掺量对混凝土HIC用密封材料抗冻性能、抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律。研究结果表明, 聚灰比为6%时, 混凝土HIC用密封材料的抗冻性能、抗硫酸盐侵蚀性能最佳, 且按此配合比配制的密封材料其碳化性能、耐辐照性能及渗透性能也均符合《低、中水平放射性废物高整体容器——混凝土容器》标准要求。并对其机理进行分析。
关键词：混凝土高整体容器,密封材料,聚灰比,抗冻性能,抗硫酸盐侵蚀性能,碳化性能,耐辐照性能,渗透性能
参考文献
[1]裴勇, 潘跃龙.高整体容器在我国放射性废弃物管理中的应用分析[J].核动力工程, 2012, 33 (3) :11-13.
[2]罗上庚.谈谈高整体容器[J].核安全, 2009 (4) :9-10.
渗透性材料 篇7
浙教版新教材中的数学文化内容和选材丰富多彩, 特别是在阅读材料栏目中有选择地介绍有关数学史料或背景知识、中外数学家故事、数学在现代生活中的应用、趣味性的或有挑战性数学游戏、用信息技术解决数学问题等。使学生了解数学在人类文明发展中的作用, 包括了解数学在推动当代社会发展中的科学价值, 体会数学家的创新精神、科学方法和严谨的治学态度, 加强应用数学解决现实生活问题的意识和观念, 使学生感悟和欣赏生活中的数学美。本文就如何优化教材中的阅读材料, 进行数学文化渗透谈点看法。
一、以数学史料为载体, 渗透数学文化
数学文化的内涵不仅表现在其知识本身, 还存在于它的历史之中。浙教版教材中的数学史料较为丰富, 内容涉及数学家的生平及其成就、数学事件和成果、重要数学方法的起源、经典的历史名题、数学家的轶闻趣事等, 力求使数学学习过程成为名副其实的文化传播过程。
庞加莱认为:“如果我们希望预知数学的将来, 适当的途径是研究这门科学的历史和现状。”数学史料渗透到数学课堂中, 可以让学生产生文化归属感。美国数学家和数学史家克莱因说:“每一位中学和大学数学教师都应该知道数学史, 有很多理由, 但最重要的一条理由或许是:数学史是教学的指南。”数学史是数学文化的一种载体, 是实践中渗透数学文化的一种途径。在实际教学中可以通过数学史料的展现让学生感受数学文化的魅力。在教学过程中, 教师要善于抓住教学的最佳切入口, 探求数学史渗透的最佳方式, 将数学史合理巧妙、恰如其分地渗透, 循序渐进, 丝丝入扣, 将数学史真正地融入数学课堂教学。
二、以数学应用为触角, 渗透数学文化
初中学生的活动空间比第一、二学段有了较大的扩展, 学生感兴趣的问题已拓广到客观世界的许多方面, 他们逐渐关注来源于自然、社会与其他学科中更为广泛的现象和问题, 对具有一定挑战性的内容表现出更大的兴趣。这就要求教材所选择的素材尽量来源于自然、社会与科学中的现象和问题, 反映一定的数学价值。
以数学应用为触角的数学文化渗透, 将数学问题赋予生活内涵, 一方面深化了学生所学的数学知识, 另一方面, 增强了学生关注社会和关注人类发展的意识。在问题解决中, 学生感到数学离生活很近, 生活中包含着数学, 数学深入到生活的每个细微之处, 学生通过对这些既熟悉又陌生的问题的研究, 感受数学的应用价值, 有助于学生正确看待与欣赏丰富多彩的数学文化, 实现多元文化下的数学教育目标。
三、以数学游戏为形式, 渗透数学文化
数学家常说数学十分有趣, 可对于儿童来说很难体会深奥的数学中所蕴涵的趣味。游戏是儿童的天性, 生活在成人社会中的儿童有他们自己独特的感知世界的方式, 有自己独特的行为、评价的准则与逻辑, 有自己独特的存在形式与文化。马丁加德纳曾经对数学游戏的教育价值作了这样的评价:“唤醒学生的最好办法是向他们提供有吸引力的数学游戏、智力题……”。《课标》指出:“教师应充分利用学生的生活经验, 设计生动有趣的、直观形象的数学教学活动, 如运用讲故事、做游戏、直观演示、模拟表演等, 激发学生的学习兴趣, 让学生在生动具体的情境中理解和认识数学知识”。游戏是学生获得数学内容和思想方法的有效方法之一;游戏与数学的结构相似性保证了游戏有利于学生数学思维的培养, 从而使学生更深刻地理解数学的精神;游戏还可以培养学生对数学经久不衰的兴趣与正确的态度。当然, 课内游戏是为教学服务的, 游戏本身不是目的, 只是一种旨在鼓励和推动学生参与数学活动的辅助教学手段。
四、以现代信息技术为手段, 渗透数学文化
计算机不仅改变了数学领域中什么是重要的, 而且也改变了数学应当如何教。把困难的变成容易, 把不可行的变得可行。《课标》指出:“有条件的地区, 教学中要尽可能地使用函数计算器、计算机以及有关软件, 这种现代教育手段和技术手段将有效地改变教学方式, 提高教学的效率。如利用计算机展示函数图形、几何图形及其变换过程并研究其性质”。
通过优化阅读材料教学, 可以让学生在数学史中领悟数学的文明灿烂;在数学应用中感受数学的广阔图景;在数学游戏中体会数学的无穷乐趣;在现代信息技术手段中体验数学的神奇魅力。在数学课堂浓厚的文化氛围中, 产生文化共鸣, 受到文化熏陶。教学中, 我们应充分运用阅读材料这一教材资源, 在文化观念下开展数学课堂教学, 更好的发挥数学文化的教育功能。当数学文化的魅力真正渗入教材、到达课堂、融入教学时, 数学就会更加平易近人, 数学教学就会通过文化层面让学生进一步理解数学、喜爱数学。
摘要：近年来, 在数学教育领域, 数学文化逐渐引起了人们的重视。阅读材料是渗透数学文化的好素材, 本文介绍了优化阅读材料教学, 加强数学文化渗透的四种方式——以数学史料为载体、以数学应用为触角、以数学游戏为形式、以现代信息技术为手段。
关键词：优化,阅读材料,教学,数学文化,渗透
参考文献
[1]张奠宙, 梁绍君, 金家梁.数学文化的一些新视角[J].数学教育学报.2003 (12) .
[2]刘兼, 孙晓天.数学课程标准解读[M].北京师范大学出版社.2002.
[3]中华人民共和国教育部制订.全日制义务教育数学课程标准 (实验稿) 》[M].北京:北京师范大学出版社.2001.
渗透性材料 篇8
随着对各种多孔介质孔隙结构复杂性的深入广泛研究,人们发现一些多孔介质(如土壤、岩石等)的孔隙结构在大尺度空间上具有统计均匀性、其孔隙数量.尺寸分布具有幂指数函数性态,并且多孔介质的渗流特性也受孔隙结构的影响.国内外很多学者对此也进行了不同方面的研究,为这类多孔介质输运性质的理论分析与实际性能预测提供了新的思路与方法.陆乐探讨了将蒙特卡罗(Monte Carlo)方法应用于多尺度非均质含水层中溶质运移模拟的方法.通过对计算结果的分析,综合考虑计算精度、计算时间等因素,得出了处理多尺度非均质多孔介质中溶质运移问题的较好方法[1].蔡树英等[2]将土壤或含水层的介质参数视为随机分布,建立了饱和-非饱和水流运动的随机微分方程,利用随机数值求解方法,得到各种随机参数对水头分布和含水量空间变异性的影响.Katz等[3,4]利用SEM对多孔的砂岩孔隙结构进行了基于分形几何的表征描述,Rieu和Sposito[5]借助于Sierpinski地毯图案提出了孔隙分布的分形模型.陈彦等[6]使用基于随机理论的Monte Carlo方法来进行地下水数值模拟.这种方法能较好地考虑水文地质参数的空间变异性.在模拟三维非均质含水层中的溶质运移问题时,充分考虑了含水层渗透系数空间变异性的Monte-Carlo法比确定性方法更为有效,模拟精度提高了很多,且对模拟误差及误差来源有合理的数学解释.刘建军等[7]论述了孔隙介质渗流宏微观研究之间的联系,以及微观渗流研究的重要意义.比较了孔隙结构研究的随机模拟方法和全局多尺度法,指出了两种方法的优缺点,最后对孔隙介质微观渗流研究的发展趋势进行了展望.施小清等[8]针对目前渗透系数实测样本假定满足各向同性的局限,以Borden含水层试验场实测数据为例,通过反证法进行相关数据分析,总结了含水介质各向异性对渗透系数空间变异性统计的影响,并指明渗透系数各向同性假设的适用条件以及不合理之处.同时相应地给出了研究尺度下渗透系数场能否采用平稳随机场描述的判定依据.渗流力学是流体力学的一个分支,是研究流体在多孔介质中运动规律的科学.由于研究的对象是发生在多孔介质中的,所以渗流问题的研究往往需要多孔介质理论、表面物理、物理化学、岩土力学等学科内容作支撑,因此孔隙岩土渗流问题在国内外已经引起了广泛关注[9,10,11,12,13,14,15,16,17,18].本文的目的在于采用有限元数值计算技术和随机模拟方法建立多孔材料的有限元模型,通过对多孔材料孔隙尺寸与渗流系数影响的数值模拟,研究多孔材料的孔隙尺寸对渗流系数的影响.
1 多孔材料渗流场有限元随机模拟
对于三维、稳态和无源汇的地下水渗流问题的控制方程为
式中,kx,ky,kz分别为x,y和z方向的渗透系数,m·s-1;H为水头.对于第1类边界条件,模型的边界水头是已知函数
对于第2类边界条件,模型的边界流量是已知函数
式中,TB为第1类边界Ω1上的已知水头,q为第2类边界Ω2上已知流量,n为外法线方向.对于等开度、光滑、平直的孔隙,其渗透系数为[20]
式中,b为裂隙的开度,m;g为重力加速度, m·s-2;ρ为水的密度kg·m-3;μ为水的动力黏度, μ=1 × 10-3 Pa·s;k为等宽孔隙的渗透系数,m·s-1. 取固体颗粒的渗透系数为ks=2 ×10-14m·s-1,表1为不同单元尺寸(裂隙开度)条件下等宽孔隙的渗透系数,其中单元个数20×20×20=8000.
如图1所示,有限元模型为0.002 mm×0.002mm× 0.002mm,单元的大小为0.0001mm×0.0001mm× 0.0001mm,有限元模型的上下边界为第1类已知水头边界条件,模型的左右和前后边界为第2类边界条件,即为不透水边界.
如图1所示有限元渗流模型共8000个单元, 9261个节点.根据有限元模型模拟多孔材料的孔隙率的大小,每个单元都随机取为孔隙或者固体颗粒,图2为孔隙三维单元模型.以下给出了基于ANSYS参数化语言APDL的程序,随机给8000个单元赋值材料属性.将以下命令流命名为change.dat.进入ANSYS主菜单,File/Read Input/点击命令流文件名即可.例如:
/ prep7
mp,kxx, 1,8.17e-9 ! 0.0001 mm孔隙的渗透系数
mp,kxx,2, 2e-14 !固体颗粒的渗透系数
Nelem=8000 !单元的个数
* do,i,l, Nelem,1
pore=0.3 !孔隙率
any=rand(0,l)
*if, any, It, pore, then
mpchg,l,i
*else,
mpchg,2,i
*endif
*enddo
图3为孔隙率30%时孔隙和固体随机分布断面图,图4～图7给出了孔隙率分别为10%,30%,50%和60%随机生成有限元模型,其中浅色代表孔隙, 深色代表固体颗粒.图8～图10分别为孔隙率30%, 50%和10%时的渗流速度场分布,其中,上下边界的压力水头差为2×10-3mm.
2 多孔材料孔隙尺寸对渗透系数影响的数值模拟
为了确定多孔材料孔隙尺寸与渗透系数之间的关系,采用有限元数值计算方法,随机模拟在固定孔隙率情况下的不同孔隙尺寸条件下通过某个断面的流量
式中,ke为模型的等效渗透系数,qi是渗流模型节点的流量,Hup=2.0m,Hdown=ΔH+2.0m,ΔH是有限元模型上下两个边界的水头差,ΔH=L,L是渗流有限元模型的垂直方向的高度,L=20ε,N是某个断面节点数目,N=21×21.具体的AN-SYS后处理步骤如下:进入ANSYS主菜单,Select/Entities/Nodes/Ok/Pick/Box选择上表面或者下表面的所有单元,然后,回到ANSYS主菜单,List/Results/Vector Data/,然后,UltraEdit-32和Excel2003软件进行统计分析.
对于孔隙率为0.3和0.5的情况下,得到等效渗透系数与孔隙尺寸的关系为
对于松散颗粒状多孔介质,其渗透系数估计经常采用的经验公式为
式中,d为有效颗粒半径,c为常数,对于黏性砂土介质和纯砂介质取不同的数值[21].从图11和式(6)与(7)中,可以看出,根据有限元随机模拟结果,经过回归分析所得到的结论与现有的经验公式十分相近,验证了所提出的根据有限元随机模拟估计多孔材料等效渗透系数方法的有效性.
3 孔隙率对等效渗透系数影响的模拟分析
对于同样的孔隙尺寸,多孔材料不同的孔隙率对等效渗流系数有相当大的影响.表2为孔隙率是0.3和0.5时的等效渗透系数与孔隙尺寸的关系.
图12为孔隙尺寸为0.0001 mm和0.000 5 mm时的等效渗透系数与孔隙率的曲线.从图12中可以看出,当孔隙尺寸不变时,多孔岩土材料的等效渗透系数与孔隙率近似为线性关系,其变化趋势与文献[22]的实验结果基本一致.
对表2中的数据进行回归分析,分别得到不同孔隙尺寸条件下的等效渗透系数与孔隙率的关系
4 结论
(1)根据多孔材料孔隙随机分布的特性,采用有限元数值计算方法随机模拟多孔材料的渗流场问题.数值算例表明,所提出的随机模拟方法估计的多孔岩土材料的等效渗透系数与孔隙尺寸的关系与经验公式基本一致.
(2)有限元数值模拟结果表明,在孔隙率不变的情况下,孔隙随机分布渗流模型的等效渗透系数随孔隙尺寸的平方成正比.
(3)进一步研究了在相同孔隙尺寸条件下等效渗透系数与孔隙率的关系.研究结果表明,随着孔隙率的增加等效渗透系数近似呈线性增加,这与文献[22]实验曲线的变化趋势基本一致.
(4)对于随机分布的孔隙和固体材料模型,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值,具有快速和实用性.今后需要进一步研究在孔隙的尺寸满足分形规律条件下,具有不同孔隙尺寸级配条件下的等效渗透系数参数估计问题.
摘要：采用有限元方法数值模拟了多孔材料的孔隙尺寸与等效渗透系数之间的非线性关系.有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值.根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同孔隙尺寸的等效渗透系数,研究等效渗透系数与孔隙尺寸之间的关系.计算结果表明,在孔隙率不变的情况下,等效渗透系数与孔隙尺寸的平方成正比,该结论与经验公式相一致.而孔隙尺寸不变的条件下,随着孔隙率的增加等效渗透系数近似呈线性增加.
渗透性材料 篇9
近年来,以通用塑料和高性能工程塑料为基体的热塑性复合材料发展迅猛,在世界范围内正掀起一股研究开发此类高性能复合材料的高潮。由于热塑性树脂熔体粘度大,表面极性低,造成纤维浸渍困难,国内外科研人员研究工作的重点长期集中在浸渍技术方面[1]。
由于尼龙分子主链结构中含有酰胺基,末端含有氨基,具有反应活性,已经广泛用作连续纤维增强复合材料的基体树脂来制备结构密实的高性能材料。文献[2]显示尼龙采用玻璃纤维增强的效果要比ABS、PBT、POM、PP等工程塑料显著得多。
熔融浸渍工艺[1,3,4,5,6,7]的特点是将不含溶剂的树脂体系熔化成融体,纤维束通过熔融树脂实现浸渍,特别适用于结晶性、熔融时粘度较低的尼龙树脂。在复合材料成型过程中,熔融树脂黏附在纤维束外表面,进入模口时承受的压力使熔融树脂浸渍入纤维束内,随着浸润的进行,被包裹在纤维束内部的气体只能沿着该通道运动,并从纤维束的两端排出,或者从纤维束内逐渐迁移到纤维束表面的熔体中。
树脂在加热过程中因含有水分或混入空气等,使熔融树脂不同程度地夹杂着气泡,虽然进料区在压力的作用下可以排除部分气泡,但剩余气泡将不可避免地进入并永久残留在制品中,从而形成微小的孔隙。由于热塑性树脂基体黏度较大,最后被包覆在熔体内部的空气很难通过熔体的置换而完全排出。一些学者研究发现,被包覆的气体在较大压力的作用下会逐渐溶解到熔融基体中[7,8,9,10]。如果空气处于熔体内一个完全闭合的空间中,那么随着树脂基体流动前锋的继续前进,空气将被压缩,气压将会升高,当内部压力增大到与熔体静压力相等时,熔体向气体内部的推进将停止。随着加工工艺的结束,这部分空气将以气泡的形式存在于树脂基体中。如果此时外部压力超过了内部气体在熔体中的饱和蒸气压,空气就会逐渐溶解在熔体中。因此,在浸润的后期,可通过提高压力的办法,迫使被包覆的空气溶解到熔体中,从而降低材料的孔隙率。另外,由于气体分子在高聚物基体中扩散较慢,在表面处气体分子产生富集,饱和蒸气压逐渐升高,如果周围熔体静压力不足够大,气泡中的空气就可能没有完全溶解到熔体中,仍以微孔的形式存在,当外部压力撤销或减小时,气体会很容易重新析出,变成较大的孔隙。因此,为了防止溶解的气体重新从熔融基体中析出,在试样降温过程中应保持一定的压力。
纤维的浸润可分为纤维束间浸润和纤维束内浸润2个过程,这2个过程存在明显的差异。纤维体中存在2种类型的间隙,纤维束之间较大的间隙和纤维束内单丝与单丝之间较小的间隙。根据Carman Kozeny公式[11]估算,纤维束间间隙形成流道的渗透率比纤维束内间隙形成流道的渗透率大几个数量级,导致高黏度的熔体对纤维束间的浸润比对纤维束内的浸润要容易得多。在微观形貌上,这一过程表现为树脂基体熔体形成包覆在纤维束外的连续相,而纤维束内部存在大片的孔隙区。
另外,在浸润过程中可观察到纤维分散状态的变化。在浸润过程中,纤维束芯部未被浸润区域明显处于束紧状态,而在纤维束外围已被熔体浸润的纤维发生了分散。这是因为基体熔体向纤维束内浸润时,外部压力通过熔体静压力传递到未被浸润的纤维上,迫使这部分纤维处于束紧状态;对于纤维束外部已经被熔体包覆的纤维,束紧力通过纤维与流动熔体之间的粘滞阻力逐渐传递到熔体上,转化为熔体的静压力,因此这部分纤维变为自由状态,在熔体流动的作用下发生分散。浸润完成后,纤维随保压时间延长会进一步分散。基于以上分析可知,纤维束内的浸润是整个浸润过程的控制步骤和材料浸润质量好坏的关键,决定着最终材料的性能。
因此,本研究建立了热塑性树脂熔融浸渍纤维的渗透模型,研究了工艺参数、纤维结构等对浸渍性的影响,以提高热塑性复合材料的综合性能。
1 渗透模型的理论基础
1.1 浸渍过程的基本假设
根据树脂熔体浸渍纤维存在纤维束间和纤维束内2种类型,熔体首先穿过纤维束间形成连续相,而后进一步浸渍纤维束内的纤维单丝,同时伴随着因空气置换而导致体积压缩过程,提出如下假设,以建立浸渍模型[12]。
(1)在浸渍过程中,熔融树脂受到的剪切速率为常数,基体熔体看作牛顿流体(剪切速率不高时);
(2)熔体对纤维的渗透遵循Darcy定律,熔体在纤维束间和纤维束内的渗透率遵循Carman-Kozeny公式;
(3)树脂基体熔体只沿纤维径向流动而不沿着纤维长度方向流动;
(4)拉挤过程中纤维不发生相对移动,纤维体积分数为一常数;
(5)浸渍过程压力保持不变,温度也保持恒定,纤维束周围的压力场分布均匀;
(6)毛细管效应忽略不计;
(7)浸渍过程中纤维束的形状尺寸和排列状态保持不变;
(8)浸渍成型过程中纤维长丝束截面积呈现非圆形扁平状,用圆形来表征偏差较大,故以椭圆形来表示长丝束的截面积形状。
1.2 渗透模型
连续纤维增强热塑性复合材料的热塑性基体对纤维的浸渍可大致用达西定律(Darcy-law)来描述[13,14]。
将其进行积分可得到:
式中:dz/dt为浸渍速率,dp/dz为压力梯度,η为基体熔体黏度,Kp为纤维体的渗透率,z为渗透距离,t为完成渗透所需要的时间,p为所施加的压力。
1.2.1 渗透率Kp的确定
理想状态下,纤维长丝束中单丝完全平行伸直并且相互平行排列。当受到压力作用后,长丝束内平行伸直的单丝相互挤压,紧密排列在一起,使长丝之间的空隙减小,黏度较大的熔融热塑性树脂无法渗透浸渍。而实际上,由于纤维不可能完全平行伸直,在压力的作用下许多长丝之间产生了空隙,以便熔融的树脂通过。对于熔融基体的流动描述,至今没有定论[15]。热塑性树脂熔体的流动属于粘性流体的流动,但Astorm等[16]的研究发现,由于热塑性树脂熔体流动过程中的剪切速率和Deborah数都很低,因此熔融树脂基体浸渍纤维丝束的过程可以利用牛顿流体的方程来描述。
从材料的角度出发,材料的渗透率Kp是影响浸渍的一个关键因素,与纤维的直径和体积含量有关,其值可用Carman-Kozeny公式进行估算[11]。压力对纤维体的束紧作用导致渗透率的变化巨大,Gutowski等对Carman-Kozeny公式进行了改进,引入了压力对渗透率的影响[17,18,19]。根据文献[20]的研究结果,渗透率KP满足式(4):
式中:df为纤维的平均直径,纤维长丝束的渗透率KP与丝束内长丝的体积含量Vn有关,Vmax是丝束内纤维体积最大含量,A=0.255,B=2.52。
根据紧密六方密堆积极限理论[17],见图1(a),理论上纤维体积含量的最大值Vmax1为:
根据紧密四方密堆积极限理论[18],见图1(b),理论上纤维体积含量的最大值Vmax2为:
实际纤维能达到的最大体积含量为78.54%～90.69%,这里取90.69%,则渗透率KP为:
由式(7)可知,丝束内纤维的体积含量Vf1越小,即束内空隙率越大,长丝束的渗透率Kp就越大。浸渍受压过程中,长丝束内的空隙率有减小的趋势,导致Vf1增加,在此根据假设条件,可不考虑压力p对空隙率和长丝束内体积含量Vf1的影响。
1.2.2 z的确定
若不考虑长丝束内的空隙,并假设长丝束内单丝紧密排列,其横截面的面积以Af表示;浸渍基体树脂的面积以Am表示,则纤维与树脂熔体复合体系的椭圆形横截面的面积A可以表示为:
且有:
椭圆形截面积的长径a是一个独立的常数,它取决于纤维的经纱密度ρj(根/10cm),可表示为:
式中:ρj为连续纤维的经纱密度。
紧密排列的长丝束的横截面面积Af可表示为:
式中:Ntex为长丝束的细度tex值;ρ为长丝的密度(g/cm3)。
椭圆形截面的面积公式为:
由于浸渍距离为椭圆形短径b的1/2,故z=b/2。由上述公式可推导出浸渍椭圆形长丝束的距离大小:
1.2.3 Vf1的确定
为了计算丝束内纤维长丝的体积含量Vf1与复合材料中纤维的体积含量Vf之间的关系,考察长丝束在复合体系中的排列方式,假设长丝束依次紧密排列(见图2),选取长丝方向长度为L的长方体单元进行分析(见图3)。
以VF表示长丝束内纤维的体积,椭圆形长丝束的面积为A,则VF为:
长度为L的基本单元的体积V为:
并且有:
由于受到压力的作用,丝束内纤维的体积含量Vf1不断增加,实际上其值大于(4/π)Vf。
1.2.4 η的确定
在粘流温度以上,高聚物黏度与温度的关系为[21]:
式中:A0为常数;ΔE为粘流活化能;T为温度;R为气体常数。
由式(19)可知,熔体黏度随温度的升高呈指数下降。尼龙树脂与大多数聚合物一样,其熔体属于假塑性流体,当熔体的剪切速率γ=0～14s-1时,其黏度η随剪切速率γ的变化很小,可以表现出牛顿性。利用牛顿流体来描述熔体的流动,在前述假设的基础上熔体的黏度不随剪切应力以及剪切速率的大小而改变。
通过上述推导出浸渍时间与熔体黏度、压力和纤维含量等参数的浸渍模型数学表达式为:
式中:碳纤维的密度ρ为1.76g/cm3,若以12k碳纤维为例,则纤维的经纱密度ρj为40(根/10cm);长丝束的Ntex值为0.80g/m,纤维的平均直径df为7μm,则式(20)可表示为:
由式(21)可见,按照此模型中长丝束在纤维/热塑性树脂中的排列方式,纤维体积含量不可能超过71.2%,不仅远远小于紧密六方堆积理论中纤维体积含量的理论最大值90.69%,而且小于紧密四方密堆积理论中纤维体积含量的理论最大值78.54%。这主要是因为纤维在复合材料中将主要以纤维束作为基本单位进行排列、浸渍成型,故根本达不到单个纤维单丝排列的紧密六方和四方堆积密度。
本模型的前提是浸渍过程中纤维束的形状尺寸和排列状态保持不变,这与实际情况有些偏差。总而言之,在实践中,纤维-热塑性熔体的复合体系中纤维体积要达到70%以上是非常困难的,而对于混凝土结构加固用复合材料,要提高其力学性能,必须进一步提高纤维的体积含量。因此,有必要探索除熔融浸渍之外的制备高体积率纤维复合材料的技术。
2 模拟结果与讨论
2.1 尼龙树脂熔融浸渍时间模拟
浸渍时间由2部分组成:纤维束渗透时间和完成纤维束内渗透时间,实际上前者浸渍时间与后者相比可以忽略,故只讨论纤维束内浸渍时间。
树脂表观黏度随温度的变化如图4所示[22]。由于尼龙树脂的熔点高达220℃,所以230℃时熔体的黏度非常高,达1000Pa·s以上,在此温度下难以浸渍纤维;当加工温度为260℃以上时,树脂黏度在520Pa·s以下,可用于浸渍纤维成型材料。郑孝霞[21]采用了不同方法以降低熔体黏度,黏度降低较明显,当加工温度为260℃时表观黏度降为270Pa·s,使纤维浸渍性能变好。
2.1.2 压力对浸渍时间的影响
确定尼龙树脂在260℃时的黏度为520Pa·s,以12k碳纤维为例,经纱密度ρj为40(根/10cm),长丝束的Ntex值为0.80g/m,纤维的平均直径df为7μm,纤维体积含量Vf为50%,选取一系列的压力值代入式(20),可得到成型压力与浸渍时间的关系(如图5所示)。
从图5中可以看出,压力对热塑性树脂浸渍纤维的性能影响非常大,随着压力的增加,浸渍时间迅速缩短,当压力为0.2MPa时浸渍时间为860s,而当压力增大到1MPa时浸渍时间为173s,当压力继续增大到10MPa时浸渍时间则缩短为17s,说明热塑性熔融树脂浸渍纤维成型工艺,只有在高压力下才能得到浸渍良好的制品。
2.1.2 纤维体积率对浸渍时间的影响
确定尼龙树脂在260℃时的黏度为520Pa·s,以12k碳纤维为例,压力值为5MPa,选取一系列的纤维体积含量Vf代入式(20),可得到纤维含量与浸渍时间的关系(如图6所示)。
由图6可见,当纤维体积含量低时浸渍时间很短,当Vf为30%时,一定压力下浸渍时间为7.2s。而当纤维体积率为60%时,浸渍时间则高达168s,浸渍时间大大延长。说明在低纤维含量时有利于熔融树脂的浸渍,高纤维含量时浸渍完全将很困难,尤其是在纤维含量达到70%以上时,理论浸渍时间非常长。
2.1.3 纤维束k数对浸渍的影响
确定尼龙树脂在260℃时的黏度为520Pa·s,压力值为5MPa,纤维体积含量Vf为50%,选取一系列不同k数碳纤维,则经纱密度ρj、长丝束的Ntex值也随之改变,代入式(20),可得到不同k数的纤维与浸渍时间的关系(如图7所示)。
由图7可见,丝束的大小对树脂浸渍渗透特性也有很大的影响,当丝束为1k时,浸渍时间为1.3s;当丝束为12k时,浸渍时间延长为34s,丝束增大使熔体渗透纤维束内所需要的流动距离变长,因此浸渍时间延长。虽然丝束增大对熔体渗透纤维束更为有利,但也会使渗透率Kp明显提高,导致浸渍时间延长,因此为提高纤维的浸渍质量,应该尽量减小丝束的k数。
2.1.4 树脂黏度对浸渍时间的影响
确定压力值为5MPa,纤维体积含量Vf为50%,以12k碳纤维为例,选取尼龙树脂在不同温度下的黏度值代入式(20),可得到黏度与浸渍时间的关系(如图8所示)。
由图8可见,随着加工温度的升高,尼龙树脂熔体的黏度降低,从而使浸渍时间缩短,由260℃时的70s缩短到280℃时的30s,说明适当的升高加工温度有利于增强对纤维的浸渍效果,但是过高的加工温度又会带来树脂老化和能耗增大等问题。采用改性剂对尼龙树脂的黏度进行改良,能在一定程度上缩短浸渍时间,但是并不能从根本上改善熔体对纤维的浸渍性。
2.2 原位聚合复合材料浸渍时间的分析
己内酰胺单体流体的黏度随剪切力的变化幅度不大,所以仍可采用上述热塑性树脂浸渍纤维模型,渗透模型理论以及浸渍过程的基本假设仍相同。浸渍模型公式仍采用式(20)和式(21)。由文献[23]可知,当加工温度为160℃时己内酰胺的表观黏度约为0.02Pa·s。
2.2.1 压力对浸渍时间的影响
确定在160℃时的黏度为0.02Pa·s,以12k碳纤维为例,纤维体积含量Vf为50%,选取一系列的压力值代入式(21),可得到成型压力与浸渍时间的关系(如图9所示)。
从图9中可以看出,压力对热塑性树脂浸渍纤维性能的影响非常大,随着压力的增大,浸渍时间迅速缩短,熔融单体在0.2MPa时的浸渍时间为0.033s,比树脂浸渍时间(860s)减少了几个数量级,说明熔融单体浸渍纤维成型工艺只要压力低就可以实现良好的浸渍效果。
2.2.2 纤维体积率对浸渍时间的影响
确定160℃时的黏度为0.02Pa·s,以12k碳纤维为例,压力值为5MPa,选取一系列的纤维体积含量Vf代入式(21),可得到纤维含量与浸渍时间的关系(如图10所示)。
由图10可见,无论纤维体积含量高低,浸渍时间都很短,即使Vf为70%时一定压力下浸渍时间为1.68s。说明采用熔融单体原位聚合时,纤维含量对浸渍的影响已经不大,理论浸渍时间很短。因此,原位合成技术路线适用于制备高体积率纤维复合材料。
2.2.3 纤维丝束对浸渍时间的影响
确定单体聚合温度为160℃,压力值为5MPa,纤维体积含量Vf为50%,选取一系列不同k数碳纤维,则经纱密度ρj、长丝束的Ntrx值也随之改变,代入式(20),可得到不同k数的纤维与浸渍时间的关系(如图1 1所示)。
由图11可见,丝束的大小对单体浸渍渗透特性的影响非常小,大丝束时浸渍时间也非常短,丝束增大使单体熔体渗透纤维束内所需要的流动距离变长,但低黏度的单体仍可以在极短的时间内完全浸渍。
综合浸渍性能分析表明,采用尼龙树脂熔体浸渍高体积率纤维时,需要很长的浸渍时间,或者需要升高温度、加大压力,即便如此,纤维体积含量达到70%以上的理论可行性很小。而采用熔融单体浸渍纤维,并在原位合成树脂复合材料,对于实现高纤维体积含量复合材料的制备具有技术可行性。
3 结论
渗透性材料 篇10
1 CCCW防水体系
水泥基渗透结晶型防水材料分为水泥混凝土表面处理用的防水涂料 (代号C) 和内掺用防水剂 (代号A) 两种。
水泥基渗透结晶型防水涂料以硅酸盐水泥、石英砂为主要成分, 掺入一定量活性化学物质 (碱金属盐或碱土金属盐、络合化合物等) 制成的粉状材料, 具有较强的渗透性。水泥基渗透结晶型防水剂以硅酸盐水泥和活性化学物质为主要成分制成, 掺入水泥混凝土拌合物中使用。分别适用于混凝土表面处理防水体系和混凝土本体自防水体系。试验表明, 当混凝土表面裂缝宽度为0.3~0.5mm以内时, 不必灌浆, 只需把这种防水材料涂布于混凝土表面, 由于活性物质渗入再次发生水化反应生成结晶体堵塞了裂缝, 因而起到了修复防水的作用。
2 防水作用机理
水泥基渗透结晶型防水涂料属于混凝土刚性防水材料, 与水作用后, 生成的物质具有潜在的化学活性。利用水泥混凝土固有的化学特性和多孔结构的特点, 涂刷作业时以水为载体, 借助于水的渗透作用, 在水泥混凝土内部的微孔及毛细管中传输, 并与水泥石中的某些水化产物发生化学反应生成不溶于水的针状结晶体, 从而使混凝土致密。它的应用把防水和堵漏有机结合在一起, 对混凝土裂缝起到了综合性的治理作用, 防水效果显著。
3 CCCW防水材料的特性
3.1 与水泥混凝土相容性好
水泥基渗透结晶型防水材料与水泥混凝土有很好的相容性, 不起壳开裂, 能与混凝土结合成整体, 又有渗透结晶作用, 其渗透深度可达120mm以上, 且分布均匀、性能稳定, 使混凝土致密, 达到了永久性防水、防潮和保护钢筋、增强混凝土结构强度的目的, 其防水效果明显优于普通防水材料。这种防水涂料在施工时, 必须把混凝土表面充分润湿, 则可使得防水涂层所产生的结晶, 部分通过水对结构表层的浸渍式回流渗透到混凝土表层内部的毛细孔中, 使结构更加密实, 而大量的结晶体吸水产生膨胀使防水涂层致密, 这种防水效果, 是混凝土自防水无法达到的。
3.2 抗侵蚀性强
与水泥水化产物反应后生成的新化合物, 一方面有效地填塞混凝土内部的毛细孔隙, 混凝土结构致密程度提高, 当遇到细微裂缝 (不超过0.4mm) , 且有水渗入时, 该材料具有自动修复的功能;另一方面, 其化学性质稳定, 不溶于水, 且不易发生分解, 加之已渗透到混凝土内部, 即使涂层受到磨损, 亦不影响其防水效果, 因此具有较高的抗侵蚀性能。
3.3 节能环保
水泥基渗透结晶型防水材料无毒、无害, 不含氯、氨等有害成分, 使用过程中也不会产生有害物质及施工废弃物, 在降低能耗的同时, 也不会对环境造成污染, 可用于接触饮用水的混凝土结构工程, 属于节能环保的新型防水材料。
4 施工要素
4.1 基层处理
涂刷作业前, 基层表面应坚固干净, 无浮层、油渍及其他杂物等, 必要时可采用钢丝刷刷洗或高压水冲洗。施工前充分润湿基层, 但不得有明水, 以利于CCCW的向水泥混凝土内部渗透, 便于施工和保证施工质量。若基层存在裂缝、蜂窝麻面、施工缝接口处的凹凸不平等缺陷时, 应进行修补、找平处理后, 再进行涂刷。
4.2 施工方法
水泥基渗透结晶型防水材料的施工较防水卷材更简单、更方便。进行涂刷作业, 防水涂料在施工时, 按比例与水拌合成浆, 直接刷涂或喷涂在水泥混凝土表面, 亦可采用干撒压入未完全凝固的水泥混凝土表面;防水剂直接掺入水泥混凝土拌合物中使用即可。
施工时应严格控制料水比, 按质量比计, CCCW∶水=1∶ (0.35~0.4) , 充分拌合均匀, 使之形成高度分散的溶液体系, 有利于最大限度地发挥潜在的活性。一般情况下涂刷两遍, 第二遍涂刷应在第一遍涂层表干后进行。涂刷第二遍时, 需洒水使第一遍的涂膜保持润湿、无明水, 涂刷方向与第一层垂直。操作时涂层尽量均匀, 避免漏刷, 并应排除气泡。干撒法施工时, 应在水泥混凝土初凝前进行, 保证喷洒均匀, 并用抹刀压实抹光。
和SBS防水卷材相比较, 渗透结晶型防水材料可在混凝土结构层上直接使用。举例说明这两种材料在施工时, 各自的施工工艺流程, 见表1。
由此可见, 采用水泥基渗透结晶型防水材料操作简单, 缩短工期。实践证明, 在大大提高结构表层抗渗作用的同时, 还可加强混凝土结构的强度。
4.3 养护
施工结束后, 加强养护有利于提高防水效果。一般在涂层初凝后即可进行养护, 采取必要的措施使涂层表面润湿, 对表面喷雾或用草袋、塑料膜等进行覆盖。养护龄期为2~3d, 养护期间, 涂层不得被雨淋、暴晒或受冻。
4.4 注意事项
该防水涂料不能在结冰或霜冻的基层施工, 也不宜在雨雪天施工, 尚未固化表面不得雨淋或受冻;在通风不畅的环境下施工时, 应采取相应的措施, 如采用风扇等设施协助通风;施工时的环境温度宜为5~30℃, 当温度过低时, 水分蒸发速度加快, 影响防水涂料的水化反应速度与水化程度, 从而影响固化涂层质量。
5 结语
水泥基渗透结晶型防水材料, 可广泛用于水泥砂浆、水泥混凝土的迎水面和背水面的防水, 特别适合在背水面施工。如地下室、地铁、隧道、厨房、卫生间、游泳池等部位。但这种材料渗透的深度还受到客观因素的限制, 如地下水酸碱度的影响以及混凝土结构毛细孔分布不均匀等因素的影响。上述问题随着该产品的进一步研发和施工技术的改进及施工质量的保证, 会逐步得到解决。
摘要：许多发达国家虽然解决了结构前期的毛细孔渗水的问题, 但混凝土由于各种因素引起开裂而造成的渗漏依然亟待解决。分析了水泥基渗透结晶型防水材料 (简称CCCW) 的发展、防水机理及其优越性, 并阐述了施工要点, 分别从设计、施工方案及技术要求等方面提出了相应措施, 为此项新产品的健康发展和应用提供了一定的技术参考。
关键词：刚性防水体系,防水机理,特性,施工
参考文献
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