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粉煤灰掺量对轻烧氧化镁基制备3d打印用磷酸镁水泥性能的影响

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功能材料 2024年第3期55卷 3170-3177页

作者：李楠梁云钟建军李维红万德田大连大学建筑工程学院大连116622 中国建筑材料科学研究总院北京100000

以实现轻烧氧化镁为原料制备低碳磷酸镁水泥材料的3d打印为目标,采用自主研发的混搅挤功能一化建筑3d打印设备,探究了不同粉煤灰掺量对以轻烧氧化镁为基制备磷酸镁水泥材料性能与打印性能的影响规律,并结合XRD与SEM微观试验进一步分析... 详细信息

以实现轻烧氧化镁为原料制备低碳磷酸镁水泥材料的3d打印为目标,采用自主研发的混搅挤功能一化建筑3d打印设备,探究了不同粉煤灰掺量对以轻烧氧化镁为基制备磷酸镁水泥材料性能与打印性能的影响规律,并结合XRD与SEM微观试验进一步分析粉煤灰对其水化产物及晶体样貌的影响。结果表明:与重烧氧化镁相比,由轻烧氧化镁制备磷酸镁水泥的凝结时间大幅缩短;粉煤灰的加入对材料凝结时间影响较小,均在2~3 min左右,但对抗压强度与界面粘结强度有负面影响,当粉煤灰掺量为磷酸镁水泥质量的30%时,抗压强度及界面粘结强度分别下降约34.24%、48.94%;粉煤灰掺量在20%以内时,可有效改善轻烧氧化镁基磷酸镁水泥材料的干缩率,提高体积稳定性;粉煤灰中的活性物质参与水化反应,生成的水化产物与磷酸镁水泥展现出良好的化学相容性,使结构内部更为密实;当粉煤灰掺量为20%~25%时,制备的3d打印用轻烧氧化镁基磷酸镁水泥具有良好的工作性能、体积稳定性能、挤出性能以及建造性能,且满足3d打印对水泥基材料的力学要求。

关键词：轻烧氧化镁粉煤灰掺量磷酸镁水泥 3d打印打印性能

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两点弯曲下柔性玻璃变形和疲劳行为研究

硅酸盐通报 2024年

作者：魏韶山饶美娟刘小根曹大可万德田郑德志武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室中国建筑材料科学研究总院中国国检测试控股集团股份有限公司

基于两点弯曲法加载方式及原理，分析了柔性玻璃的弯曲变形及疲劳行为，推导了弯曲曲率半径、弯曲应力与板间距之间的定量关系，基于高周疲劳理论，建立了柔性玻璃的应力-寿命（S-N）模型。结果表明，两点弯曲作用下，柔性玻璃试样的厚... 详细信息

基于两点弯曲法加载方式及原理，分析了柔性玻璃的弯曲变形及疲劳行为，推导了弯曲曲率半径、弯曲应力与板间距之间的定量关系，基于高周疲劳理论，建立了柔性玻璃的应力-寿命（S-N）模型。结果表明，两点弯曲作用下，柔性玻璃试样的厚度不会改变其弯曲挠曲线轨迹，通过调节板间距，可获得试验所需的试样弯曲曲率半径。忽略柔性玻璃厚度的影响，试样的弯曲曲率半径与板间距呈线性关系，弯曲最大拉应力与弯曲曲率半径成反比。随着选择的最小弯曲曲率半径Rmin越大，试样疲劳寿命越高，最大弯曲曲率半径Rmax值的增大并不会显著影响试样的弯曲疲劳次数。Basquin模型能够有效预测不同交变应力或不同弯曲曲率半径作用下柔性玻璃的弯曲疲劳寿命。

关键词：柔性玻璃两点弯曲弯曲曲率半径弯曲应力弯曲疲劳 S-N模型

偏高岭土改性轻烧氧化镁基磷酸镁水泥的3D打印性能

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硅酸盐通报 2024年第5期43卷 1663-1672页

作者：李楠钟建军邓永杰梁云万德田李维红李栋伟大连大学复杂结构系统灾害预测与防治辽宁省重点实验室大连116622 大连大学建筑工程学院大连116622 中国建筑材料科学研究总院有限公司北京100024 大连学庆铭锋数控技术有限公司大连116622

本文采用自主研发的混搅挤功能一体化建筑3D打印设备,实现了轻烧氧化镁基磷酸镁水泥材料的3D打印,探究了不同掺量偏高岭土(MK)对3D打印轻烧氧化镁基磷酸镁水泥性能的影响规律,并结合XRD与SEM试验进一步分析MK掺量对3D打印轻烧氧化镁基... 详细信息

本文采用自主研发的混搅挤功能一体化建筑3D打印设备,实现了轻烧氧化镁基磷酸镁水泥材料的3D打印,探究了不同掺量偏高岭土(MK)对3D打印轻烧氧化镁基磷酸镁水泥性能的影响规律,并结合XRD与SEM试验进一步分析MK掺量对3D打印轻烧氧化镁基磷酸镁水泥水化产物及晶体形貌的影响。结果表明:3D打印轻烧氧化镁基磷酸镁水泥的凝结时间与力学性能均随着MK掺量的增加呈先上升后下降的趋势;当MK掺量为胶凝材料质量的4%~6%时,MK的加入有效改善了轻烧氧化镁基磷酸镁水泥浆体的打印性能,此时的轻烧氧化镁基磷酸镁水泥具有良好的挤出性能、建造性能与力学性能,能够满足3D打印应用要求;MK的加入不会改变轻烧氧化镁基磷酸镁水泥水化产物晶体的组成,但会产生大量无定形的非晶体水化产物,进一步填充水化产物与颗粒间的空隙,改善结构密实程度。

关键词：轻烧氧化镁偏高岭土磷酸镁水泥 3D打印打印性能力学性能

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核废料高放废液玻璃固化焦耳炉出料管受力分析

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中国建材科技 2024年第3期33卷 32-36页

作者：刘小根魏韶山齐爽万德田王智德孙与康中国国检测试控股集团股份有限公司北京100024 中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室北京100024 武汉理工大学武汉430070

避免出料管破裂或断裂是保证核废料高放废液玻璃固化进程的重要措施之一。通过建立力学模型,分析了服役工况下不同因素对出料管的受力作用及应力大小。结果表明,熔融高放废液玻璃固化料静水压力作用和玻璃固化料及出料管自重作用导致的... 详细信息

避免出料管破裂或断裂是保证核废料高放废液玻璃固化进程的重要措施之一。通过建立力学模型,分析了服役工况下不同因素对出料管的受力作用及应力大小。结果表明,熔融高放废液玻璃固化料静水压力作用和玻璃固化料及出料管自重作用导致的出料管最大拉应力,远小于出料管不同服役温度时对应的拉伸强度,其对出料管破裂风险影响极低。出料管在停止出料阶段,同时承受固化料对其作用的静水压力和内外壁温差导致的热应力叠加作用,由此导致的最大拉应力分布在出料管内壁,且足以对出料管产生明显不利影响。通过对出料管内、外径进行优化设计,可降低服役过程中导致的最大拉应力值,从而保障出料管的安全可靠应用。

关键词：玻璃固化焦耳炉出料管最大拉应力可靠性

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浅谈预应力陶瓷的发展现状

现代技术陶瓷 2024年第1期45卷 100-109页

作者：李海燕贾志杰张磊田远刘小根包亦望万德田中国国检测试控股集团股份有限公司北京100024 中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室北京100024 上海应用技术大学材料学院上海201418

将预应力增强的方法应用于陶瓷,制得性能优异的预应力陶瓷构件是当前陶瓷领域研究的一大热点。本文从预应力陶瓷的制备方法、增强效果和预应力评价三个方面对当前预应力陶瓷的研究进展进行了总结。结果表明:预应力涂层增强的方法是一种... 详细信息

将预应力增强的方法应用于陶瓷,制得性能优异的预应力陶瓷构件是当前陶瓷领域研究的一大热点。本文从预应力陶瓷的制备方法、增强效果和预应力评价三个方面对当前预应力陶瓷的研究进展进行了总结。结果表明:预应力涂层增强的方法是一种简单、低成本且高效的陶瓷增强方法。通过在陶瓷表层引入压应力,可有效地提高脆性材料的断裂能和抗冲击性能。这主要是因为压应力能够抑制裂纹萌生,提高陶瓷构件的服役寿命。目前,这种方法已成功应用于建筑陶瓷、日用陶瓷、结构陶瓷及功能陶瓷。根据文献报道,预应力Al_(2)O_(3)的弯曲强度比普通Al_(2)O_(3)提高了37%~39%;预应力ZrO_(2)的弯曲强度比纯ZrO_(2)陶瓷提高了32%~45%;预应力陶瓷砖的弯曲强度比普通陶瓷砖提高了50%~102%。对于功能陶瓷,预应力增强的方法被成功应用于固态电解质。在固态电解质表层引入压应力,能够抑制裂纹和枝晶的生长,因此可获得性能可控、高效且力学性能稳定的固态电解质。综上,预应力可显著增强陶瓷的性能。为了阐明预应力陶瓷的增强机理,采用压痕法来研究预应力对裂纹扩展的影响。通过比较预应增强和未增强的陶瓷的裂纹长度和方向,表明预应力的存在形式。此外,采用相对法,计算出预应力的大小。总之,预应力涂层增强法是一种新型、高效的制备技术。这种预应力的设计理论和制备方法同样适用于混凝土领域,因此具有很好的普适性及广阔的应用前景。

关键词：预应力陶瓷制备方法强度增强效果预应力评价

基于静态法和动态热机械分析法的炭/炭复合材料性能的研究

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炭素技术 2024年第4期43卷 30-34页

作者：曹大可田远万德田张东兴杨昊天吴昊龙中国国检测试控股集团股份有限公司中国建筑材料科学研究总院

采用静态三点弯曲法和动态热机械分析法的三点弯曲温度扫描模式(DMA)对2D-C/C复合材料进行了测试，探究其在室温和高温下的力学性能和阻尼性能。此外，对C/C复合材料进行了不同时长的低温氧化(350℃),配合扫描电镜分析了氧化时间对材料... 详细信息

采用静态三点弯曲法和动态热机械分析法的三点弯曲温度扫描模式(DMA)对2D-C/C复合材料进行了测试，探究其在室温和高温下的力学性能和阻尼性能。此外，对C/C复合材料进行了不同时长的低温氧化(350℃),配合扫描电镜分析了氧化时间对材料氧化程度和残余力学性能的影响。在室温下材料的三点弯曲强度和模量为671.6 MPa和44.3 GPa,当三点弯曲测试温度上升到300℃以上时，材料的弯曲强度和模量下降为41.5 MPa和4.7 GPa;使用DMA测试的结果显示了相同的趋势，DMA在室温下测试的弯曲模量为45.9 GPa,在300℃后材料的模量降低到非常低的水平，此外材料在210℃出现了明显的阻尼峰，tanδ约为0.14。实验还发现在72 h氧化后材料的失重率达到7.5%,弯曲强度和模量退化了约为72.1%和27.8%。最后通过扫描电镜对氧化后的试样形貌进行表征后发现复合材料的纤维和基体间隙随着氧化时间的增加越来越大，并且基体炭在72 h氧化后所剩无几，此外纤维在长时间氧化后表面粗糙不平并发现团聚的杂质元素结块。

关键词：炭/炭复合材料三点弯曲动态热机械分析法氧化行为微观形貌

莫来石/氧化铝预应力涂层增强氧化铝的弯曲强度和抗热震性能

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无机材料学报 2022年第12期37卷 1295-1301页

作者：郝鸿渐李海燕万德田包亦望李月明中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室北京100024 中国国检测试控股集团股份有限公司北京100024 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院景德镇333403

在陶瓷表面引入含压应力的涂层是一种有效的增强技术。本研究将氧化铝和石英粉混合浆料涂覆在预烧后的氧化铝坯体上,无压共烧原位合成了热膨胀系数较低的莫来石-氧化铝涂层。利用降温过程中涂层内形成的残余压应力实现了氧化铝陶瓷的预... 详细信息

在陶瓷表面引入含压应力的涂层是一种有效的增强技术。本研究将氧化铝和石英粉混合浆料涂覆在预烧后的氧化铝坯体上,无压共烧原位合成了热膨胀系数较低的莫来石-氧化铝涂层。利用降温过程中涂层内形成的残余压应力实现了氧化铝陶瓷的预应力强化。结果表明:随着涂层中石英掺量增加,预应力氧化铝的强度出现先增大后减小的趋势;当涂层中掺入石英的质量分数为15%时,预应力增强效果最好,涂层与基体界面结合紧密,预应力氧化铝陶瓷的弯曲强度达到(549.44±27.2)MPa,比普通氧化铝的强度提高了37.19%;当涂层中掺入石英的质量分数增大到15%以上,由于烧结收缩不匹配反而引起强度下降;这种预应力增强效果会随着温度升高逐渐减弱,当测试温度达到并超过1000℃时,预应力氧化铝和普通氧化铝会具有大致相等的抗弯强度。由于表层压应力的存在,预应力氧化铝还展现出更好的抗热震性能和损伤耐受性。

关键词：预应力强化氧化铝陶瓷低膨胀系数弯曲强度抗热震性能

残余拉应力的温度依赖性及其对裂纹扩展行为的影响

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无机材料学报 2023年第11期38卷 1265-1270页

作者：李海燕旷峰华吴昊龙刘小根包亦望万德田中国国检测试控股集团股份有限公司北京100024 绿色建材国家重点实验室中国建筑材料科学研究总院北京100024

为研究以高膨胀系数的陶瓷为涂层,低膨胀系数的陶瓷为基体的预应力陶瓷的高温力学性能,本工作以氧化锆为涂层,氧化铝为基体,制得表层为拉应力的“三明治”结构ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)(简称ZcAs)预应力陶瓷。同时选用基体与涂层截面比值相近... 详细信息

为研究以高膨胀系数的陶瓷为涂层,低膨胀系数的陶瓷为基体的预应力陶瓷的高温力学性能,本工作以氧化锆为涂层,氧化铝为基体,制得表层为拉应力的“三明治”结构ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)(简称ZcAs)预应力陶瓷。同时选用基体与涂层截面比值相近的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)(简称AcZs)预应力陶瓷、纯ZrO_(2)和纯Al_(2)O_(3)陶瓷为参照样。结合不同温度下的弯曲强度测试结果及维氏压痕结果,阐明预应力的存在形式及其对裂纹扩展行为的影响,并研究预应力的温度依赖性。结果表明:ZcAs预应力陶瓷的表层受拉应力,基体受压应力;而AcZs预应力陶瓷的表层受压应力,基体受拉应力。由于拉应力能够促进裂纹扩展,而压应力能够抑制裂纹扩展,因此室温下,ZcAs的强度比纯Al_(2)O_(3)陶瓷降低13.2%,而AcZs的强度比纯ZrO_(2)陶瓷提高25.0%。此外,无论表层是拉应力还是压应力,都随着温度升高而降低,这主要归因于高温导致的预应力松弛。

关键词： ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)预应力陶瓷拉应力弯曲强度温度依赖性

基于球压痕法的玻璃材料强度原位快速表征技术

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第11期53卷 4253-4261页

作者：刘小根齐爽万德田孙与康包亦望郑德志中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室北京100024 中国国检测试控股集团股份有限公司北京100024

提出基于球压技术的玻璃材料强度原位快速表征技术,研究压入载荷与环形裂纹直径变化的关系。基于均强度理论,推导玻璃局部强度与初始环形裂纹直径之间的关系式,设计通过测量初始环形裂纹直径来反演玻璃强度及残余应力的原位快速测试方... 详细信息

提出基于球压技术的玻璃材料强度原位快速表征技术,研究压入载荷与环形裂纹直径变化的关系。基于均强度理论,推导玻璃局部强度与初始环形裂纹直径之间的关系式,设计通过测量初始环形裂纹直径来反演玻璃强度及残余应力的原位快速测试方法及装置,并进行试验验证。研究结果表明,在达到临界载荷时,玻璃表面产生的初始环形裂纹直径存在一个稳定区,仅当压入载荷递增至临界载荷的120%以上时,初始环形裂纹的圆环内玻璃才破碎开裂,并形成次环形裂纹,次环形裂纹直径随压入载荷增大而减小。初始环形裂纹直径与玻璃开裂时刻的强度相关。

关键词：玻璃强度球压痕法初始环形裂纹原位快速表征技术