材料力学试验范文（精选12篇）
材料力学试验 第1篇
关键词：沥青稳定碎石,抗压强度,劈裂强度,抗压回弹模量
沥青稳定碎石材料属于柔性结构层材料, 具有较高的抗剪强度、抗弯拉强度和耐疲劳特性, 能够有效避免水损坏、路面反射裂缝, 疲劳裂缝等病害的发生。因此, 成为规范中高等级公路的一种推荐结构形式。与面层的沥青混合料相比, 沥青稳定碎石不仅对原材料的要求相对较低, 而且其矿料级配更粗、粒径偏大, 沥青用量也较少;而与沥青碎石相比, 细集料和填料含量较高, 对原材料和级配的要求也相对较高。为使沥青稳定碎石充分发挥其优势, 就必须对沥青稳定碎石基层混合料的力学性能进行研究。
本文根据基层的受力特点, 通过三种力学性能 (抗压强度、劈裂强度和回弹模量) 试验, 对级配、公称最大粒径及空隙率对混合料力学性能的影响进行试验评价。
1 试验设计
1.1 沥青
沥青选用克拉玛依—90#石油沥青 (以下简称KLM90#) 。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E20-2011) 进行各项常规指标测试, 并根据“重交通道路石油沥青技术指标要求”进行评价。主要技术性能指标见表1。
1.2 集料
集料采用粘附性好的石灰岩, 矿粉采用石灰岩石粉, 粗集料和细集料的各项技术性质的结果如表2所示, 其性能指标均符合规范要求。
1.3 矿料级配的选择
为了使研究结果具有可比性, 在《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004) 中推荐的ATB-25与ATB-30级配范围内, 通过控制级配曲线走向和关键筛孔通过率, 选择了粗型、中型、细型三种级配。通过增加粗集料通过率, 减少细集料和矿粉的通过率得到了ATB-25M型级配;通过增加13.2mm筛孔以上粗集料通过率得到了ATB-30M型级配;通过减少ATB-30M级配较大粒径集料含量和增大粗集料含量, 获得了ATB-30C型级配;ATB-30F型级配的细集料主要集中在1.18mm筛孔以下, 粗集料含量则要少于规范中值和ATB-30M型级配。同时, 通过参考国内外已使用的沥青稳定碎石基层的公称最大粒径, 在选用公称最大粒径31.5mm基础上, 补充了公称最大粒径26.5mm作为对比。图1为选取的四种沥青稳定碎石基层混合料级配曲线图。
1.4 最佳油石比
采用大马歇尔成型试验方法, 依据毛体积密度、空隙率、稳定度、流值和饱和度, 这五个控制指标确定各个级配的最佳油石比。由于大马歇尔试件的稳定度和密度的变化规律不是很明显, 依据设计空隙率确定沥青稳定碎石混合料的最佳油石比[3], 各类级配的最佳油石比, 如表3所示。
2 力学性能
2.1 抗压强度与劈裂强度试验结果及分析
抗压强度试验采用压力机, 劈裂试验采用改造后的马歇尔稳定度仪, 按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E20-2011) 中“沥青混合料单轴压缩试验”和“沥青混合料劈裂试验”的要求进行试验。利用单轴压缩试验和劈裂试验的结果来计算C和φ值。各级配混合料的抗压强度与劈裂强度试验结果如表4所示。
(1) 不同公称最大粒径的两种级配ATB-25M和ATB-30M的抗压强度、劈裂强度试验结果对比见图2。
由图2可知, 随最大粒径的增大混合料抗压强度呈增大趋势, 而劈裂强度呈降低趋势。这是由于沥青稳定碎石混合料较用于面层的沥青混合料粒径更大、级配更粗, 集料的比表面积小, 实际需要的沥青用量较少。因此, 沥青稳定碎石基层混合料的强度特性更偏重于大颗粒集料之间的嵌锁作用和集料颗粒之间的内摩擦力, 抗压强度主要由粗骨料的嵌锁力和摩擦力构成, 粒径越大, 大颗粒之间的嵌锁力和摩擦力越大, 强度也随之提高[4,5]。而劈裂强度试验为间接拉伸试验, 主要受沥青胶浆粘结力影响, 细料越多越利于粘聚力的提高。
(2) 不同级配类型相同公称最大粒径的三种级配ATB—30C、ATB—30M和ATB—30F的抗压强度和劈裂强度试验结果对比见图3。
从图3可知, 抗压强度值与劈裂强度值均随级配的变粗而减小。三种级配类型的骨架结构比较接近, 差别是细集料的含量不同。ATB-30F型级配的细集料主要集中在1.18mm筛孔以下, 有利于形成包裹矿物颗粒的沥青胶浆, 混合料结构类型更接近于骨架密实型结构, 故其抗压强度与劈裂强度指标均较高。ATB-30C型级配与ATB-30M型级配两种级配的混合料沥青胶浆含量相差不大, 因此两种级配的测试值相差不大。ATB-30M型级配的细集料稍多于ATB-30C型级配, 所以强度略高。
(3) 不同设计空隙率的沥青稳定碎石混合料, 其抗压强度、劈裂强度试验结果对比见表5及图4。
如图4所示, 随着空隙率的增加混合料的抗压强度与劈裂强度及内摩擦角和粘聚力均呈降低趋势。这表明, 设计空隙率越大, 需要的沥青越小, 沥青胶浆不能充分粘结和裹附所有矿料颗粒, 必然会造成沥青稳定碎石混合料的粘聚力降低;同时, 由于沥青用量少, 在相同的击实功下, 混合料密实度低, 粗集料之间不能形成良好的嵌锁结构, 在外荷载作用下集料颗粒之间易出现错位, 无法保持混合料结构的稳定性, 即出现力学性能的降低[6]。
2.2 抗压回弹模量试验结果及分析
抗压回弹模量反映了材料的弹性变形和弹性滞后变形能力, 基层回弹模量值与沥青面层回弹模量值越接近, 就越能更好地分散路面荷载, 有效地避免沥青面层出现拉应变, 从而避免沥青面层发生结构性车辙和疲劳破坏。本研究应用MTS-810材料试验系统对各级配混合料20℃的静态抗压回弹模量指标进行测试。
(1) 不同公称最大粒径、不同级配类型沥青稳定碎石混合料静态抗压回弹模量对比见图5。
从图5可知, ATB-30模量要小于ATB-25;对于最大公称粒径相同的ATB-30型混合料, 细集料含量少的ATB-30C型回弹模量最低, ATB-30F型与ATB-30M型回弹模量基本接近。原因是, 影响沥青稳定碎石混合料抗压回弹模量的主要因素是0.075mm及2.36mm筛孔通过率、油石比及混合料孔隙率。混合料集料颗粒粒径越大, 集料比表面积越小, 粗集料颗粒之间粘附力越小, 在外荷载作用下, 混合料变形越大。
(2) 不同空隙率下ATB-30M级配的回弹模量对比见图6。
从图6可知, 随空隙率的增加混合料的抗压回弹模量呈直线降低趋势, 原因是空隙越小, 结构越密实, 在荷载作用下, 产生的变形量越小, 因而回弹模量值越大。因此为提高沥青稳定碎石混合料回弹模量, 应尽量选用细粒式级配和较小设计空隙率;同时, 采用高粘度的沥青也能显著提高混合料模量。
3 结论
沥青稳定碎石混合料力学性能试验结果表明:
(1) 混合料的抗压强度、φ值和静态回弹模量均随公称最大粒径的增大而增加, 而劈裂强度和粘聚力C值随公称最大粒径的增大而减小;
(2) 混合料的抗压强度、劈裂强度、C值和静态回弹模量, 随级配中粗集料含量的增大而降低, 而φ值呈增大趋势;
(3) 混合料的抗压强度、劈裂强度、C值、φ值和静态回弹模量, 随空隙率的增大而减小。
参考文献
[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社, 2001.
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[3]袁宏伟.沥青稳定碎石基层材料设计方法研究[D].长安大学硕士学位论文, 2003.5.
[4]Jim St.Martin, John T.Harvey, Fenella long, Eul-Bum Lee, Carl L.Monismith, Kevin Herritt.Long-life Rehabilitation Design andConstruction:Ⅰ-710 Freeway, long Beach, California.TRBCircular No.503:Perpetual Bituminous Pavements, December 2001.
[5]杜顺成.沥青稳定碎石排水层性能研究[D].长安大学硕士学位论文, 2003.6.
建筑材料试验试验员考试试卷 第2篇
姓名： 职务： 结果：
一、填空题：
1、水泥试体成型试验温度为，相对湿度大于 ；
2、管片检漏试验是在设计抗渗压力下恒压 h，渗水深度不大于管片厚度 ；
3、混凝土配合比设计中的三个重要参数是、、；
4、在混凝土抗压强度试验中，若混凝土强度等级≥C30且 5、混凝土强度等级≥C30时，其所用砂含泥量应≤，泥块含量应≤ ； 6、管片企标中要求坍落度不宜大于 mm、并且每工作班抽查不应小于 次； 7、管片企标中要求混凝土脱模强度不小于，方可进行管片脱模； 8、混凝土的和易性包括、、； 二、选择题： 1.水泥实验结果中，下列（）指标不符合标准规定时，该水泥应为废品。A、细度 B、初凝时间 C、28d胶砂抗压强度 D、标准稠度用水量 2.测定混凝土坍落扩展度时，应测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，这两个直径之差若大于（），则此次试验无效。A、30mm B、40mm C、50mm D、60mm 3.热轧光圆钢筋和低碳钢热轧圆盘条的原始标距分别是（）A、5d和5d B、5d和10d C、10d和5d D、10d和10d 4.下面关于钢材拉伸试验参数叙述正确的是：（）A 热轧光圆钢筋和低碳钢热轧圆盘条标距长度均为5a； B 热轧带肋钢筋和冷轧带肋钢筋标距长度均为5a； C 冷轧带肋钢筋标距长度为10a或100mm，低碳钢热轧圆盘条为10a； 三、简答题： 1、钢材物理试验结果如何评定？ 2、某砼强度等级C30，试件尺寸100mm，测得破坏值为（328、297、385）KN,计算该组试件的标准抗压强度？ 答 案 填空 1.20±2℃，50%，1：3，0.5 2.水灰比，用水量，砂率 3.0.5-0.8 4.3.0%，1.0% 选择题 1.B 2.C 3.B 4.C 简答题 1.（1）依据钢材相应的成品标准中规定的技术要求，按委托来样提供的钢材牌号进行评定。 （2）试验项目中有一项试验结果不符合标准要求，则从同一批中再任意取双倍数量的试样进行不合格项目的复验。复验结果（包括该项试验所要求的任一指标），即使有一个指标不合格，则该批视为不合格。 关键词：职业教育；工程材料试验；教学质量 中图分类号：G712文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2011）06-024-02 工程材料试验是建筑工程专业的一门实践性、应用性很强的课程。建筑类学生就业后的岗位无论是在管理、监理、施工或是职能部门都要涉及对材料的检验、检测、验收等工作，因此，提高工程材料试验教学质量对于学生掌握材料的组成、结构、性能与应用具有重大的意义。 一、工程材料试验教学现状 1．对试验教学的重要性认识不足 我们是职业教育，培养的是具有高素质的技能型人才，但传统的试验教学在整个教学体系安排中一直不受重视，教学内容以常规性、验证性试验为主，流于形式。这不仅不符合国家教育部有关职业教育人才培养的要求，更有悖于实践检验真理的唯物主义论。 2．试验教学方法单一 教学方法缺乏灵活性、整体性及生产实践意识，学生按照老师说的试验步骤按部就班，内容和结果是既定的，没有达到试验的真正目的，学习处于被动状态，限制了学生试验的积极性、主动性、创造性的发挥。 3．教学与工程实践脱节 在工程材料试验教学实践中，一方面：试验项目相对独立，互不关联，系统性不强。例如，在工程实践中，土工试验一次所取土样(从同一地点及深度)送至土工室后，基本上同时展开各土力学指标的测定，以确保测定成果的正确性及各指标的相关性研究。而我们的教学却只是强调教会学生每个指标的测定方法，割裂了各个试验间的关系，使学生不能从所测各指标统一于同一土样这一角度来统筹试验，又没给学生留下创造性思维的空间，基本上成了验证性实验，致使学生毕业后从事试验工作时上手较慢。另一方面：试验设备陈旧，致使教学落后于生产实践。 4．试验教学资源不足 （1）硬件资源不足 试验教学资金投入不足，试验用房少，试验教学仪器设备数量少、陈旧、不配套，试验人数集中，不能使每位学生都能充分参与到试验中。另外，有些试验项目成本过高（包括仪器设备价格），无法开展，使提高试验教学质量成为空谈。因此，加强校企合作，开展生产性试验教学，迫在眉睫。 （2）软件资源不足 在我国的职业教育中普遍存在试验教学人员数量缺乏，培训提高少；高校毕业生毕业后直接进入职业学校，虽然具有较高理论知识，但实践动手能力非常弱。另一方面，职业学校教师工资低，无法吸引生产一线经验丰富的工程试验技术人员来校任教。因此，必须优化试验教学师资队伍，加强校企间的合作交流，请进来送出去，专兼结合，确保试验教学师资队伍人员质量的提高和稳定。 二、改进工程材料试验教学的思考 1．建立理论教学和试验教学正确关系的思想意识 首先在思想上应当处理好理论和实践的关系，广大教师要通过试验牢固确立试验先于理论，理论源于试验的观念。理论课和试验课都是教学体系里两个互相有联系的独立环节。试验教学作为实践教学的一个重要组成部分，与理论教学形成相辅相成的辩证统一关系。学生不能光接受理论课，更要从试验课里去学知识。掌握知识是一个实践—认识—再实践—再认识的过程。试验教学与理论教学相比，在培养学生能力，提高教学质量方面具有不可替代的作用。 2．设置合理的试验课程体系 （1）试验教学体制改革 我们没有把建材实验室、力学实验室、结构实验室、土工实验室分开，而是把它们合（混）在一起，为工程材料试验课程体系的改革，打下了良好的基础，特别是为综合性试验的开设铺平了道路。 （2）试验教学形式改革 首先，将试验教学从原有的教学体系中划分出来，单独设置工程材料试验周。为保证教学计划和试验教学内容的连续性和完整性，理论教学和实践教学的有效统一，我们实施理论教师与试验教师合二为一。即，同一位老师既上理论课，又上试验课，在提高教学质量的同时，又为教师自身能力的提高提供了一个平台，为实施一体化教学模式打下了坚实的基础。其次，引入多媒体教学。通过我们多年的积累，制作、购买大量工程现场影像、照片等资料，这些资料以多媒体形式形象、生动地传授给学生，既增加了他们的信息量、开阔了眼界，又为综合素质、动手能力的培养提供了保障。 （3）试验教学内容改革 根据试验教学内容，我们可采用阶梯式的分级教学模式。 第一级: 我们对学生开设一些简单的单项初步试验，例如:土、砂、石、水泥等原材料试验，以及混凝土立方体抗压强度、混凝土弹性模量、含水量试验等。让学生在这些基础试验过程中，加深对基础知识的理解,并掌握对仪器设备的使用操作技能。 第二级: 我们对学生开设一些复杂的综合性试验，例如混凝土配合比设计、砂浆配合比设计试验等。以混凝土配合比设计试验为例: 我们老师仅仅提供原材料以及配合比的设计要求，如强度等级、坍落度、所使用的工程部位等，完全模拟施工单位对试验室进行的委托检验。这样学生要想完成该项试验，就必须要综合运用以前学过的知识。因为混凝土配合比的计算需要对原材料的分析数据，如砂子的细度模数、含泥量、泥块含量、含水率、石子的颗粒级配、含泥量、泥块含量、针片状含量、水泥的安定性、凝结时间、细度、强度等，这样，仅仅这一个试验题目的准备工作就可以综合了砂子原材料试验，石子原材料试验，水泥原材料试验，另外，试验过程中又可以陆续促使学生完成混凝土搅拌、混凝土的坍落度试验，还有以后将要进行的混凝土立方体抗压强度试验等。通过这种综合性试验的锻炼，可以使学生进一步巩固所学的知识，提高他们的综合素质，并且为以后能够独立开展科研工作打下良好的基础。 三级: 我们结合实际工程对学生开设带有科研性质、难度较高的选作试验。例如我们可以鼓励基础知识比较扎实、兴趣比较高的同学开设试验兴趣小组，并结合教师科研参与到生产实践中来。 （4）试验教学过程改革 在以往教学过程中，我们注重的是“教”，而忽视的是学生自身的学习。这样的教学过程往往会给老师这样的感慨，我们如此卖力，学生却不领情，真是无可奈何。为了激发学生的学习兴趣，我们做了以下尝试。①引导学生养成课前预习的好习惯。课前预习可以使他们在进入实验室前便有了对仪器设备、操作规程、试验步骤的初步理性认识，而不是什么都不知道，完全听从于老师的指挥，依赖于老师。② 变老师教学生做试验为学生自己去做试验。学生进入实验室后，老师便鼓励学生大胆的自行开始试验。这样就给了学生一种培养探索精神的环境，使学生学会怎么开展未知领域的试验，而不至于碰到新的课题时手足无措。③ 注意知识的温故知新。因为在整个试验中有好多容易混淆的计算规则，例如:混凝土立方体抗压强度计算，是三个试块抗压强度值的平均值作为评定结果，并且要求三个值中如果最大值或最小值超出中间值的15%，则取中间值为最后结果。而砂浆抗压强度值是取六个试块抗压强度值的平均值作为评定结果，并且如果六个值中有超出平均值20% 的，则取中间四个值的平均值作为最终结果。这些是学生经常混淆的地方，如果在讲到其中一个问题时，我们把相似的问题全部拿过来，进行及时总结，这样记忆力就会得到大大加强。 （5）试验教学考核方式改革 传统的试验教学中由于分组多，每组人数多，试验都是验证性性质，试验报告也就大同小异，抄袭现象严重。而试验综合成绩一般也是由试验报告、操作表现、出勤情况组成，因此，以往的试验成绩不能真实地考察学生实践能力，不能全面科学地反映学生对试验掌握的情况。我们采取提高学生动手能力在考核成绩中所占的比重，并且加强对学生操作过程的测试。 3．注重对最新标准的宣贯 工程材料试验方面的国家标准、行业标准更新较快，特别是在中国加入W TO 以后，标准更是日新月异，而教材的更新却往往滞后于标准的更新。为了使我们培养的人才更好的与市场需求接轨，使他们的综合素质更高，动手能力更强，我们在试验课程内容中加强对学生进行最新国家标准、行业标准的宣贯，这样就可以弥补教材滞后所带来的负面影响。 4．加强校企合作、工学结合运行机制建设 为了试验教学与工程实践相结合，应加强校企合作、工学结合运行机制建设。校企合作、工学结合机制，冲破了传统的教育观念、体制、模式和内容的束缚，是职业教育的特色和优势，是培养高素质技能型人才最有效的教育模式之一。它与工程实践相结合，使我们的试验教学真正达到了学习和劳作“双交叉”、 学校和企业“零距离”的工学结合的效果，很大程度的强化了学生的试验能力。 5．进一步改善试验教学条件 （1）硬件方面 我们根据企业对工程材料试验人才的要求建立校内综合实训中心，将建筑材料实验室、土工实验室、工程力学实验室进行整合，扩充试验仪器设备，购买试验教学资料、教学用具，改善试验教学环境，以开展综合性试验、多媒体教学、一体化教学打下坚实的基础。 （2）软件方面 按照“培养与引进相结合，专职与兼职相结合”的思路，一方面，聘请工程材料试验一线具有丰富实践经验的技术人员到学校进行讲学、授课或担任试验实习教师。另一方面， 过安排教师高校进修、企业锻炼、参与项目研究、技术开发等方式培养和造就“双师”型教师。 6．评价机制改革 建立学生评价老师的机制，过去我们提高教学质量，往往只是从学生身上找原因，而忽视对老师管理。现在通过学生评价机制，可以督促老师们更加努力，主动改进自己的工作，另外也可以了解学生的心态，使老师们可以因材施教，再就是可以使我们的管理者更清楚地了解目前试验教学所处于实际状态。 参考文献 [1] 相军.传统建筑材料实验教学改革的探索[J].淮阴工学院学报, 2002, (04). [2] 李秉章,等.在结构工程专业中建设建筑材料实验室探讨[J].建材高教理论与实践, 1996,(03). [3] 张淑琴.建筑材料实验教学改革与实验室管理实践[J ].交通高教研究, 2001, (02 ). 目前国内外主要使用的桥梁伸缩装置可分为以下6种类型,即无缝式、填塞对接式、嵌固对接式、橡胶板式、钢制支承式和模数式。此外,桥梁伸缩缝可大致分为开口缝和闭口缝两大类。开口伸缩缝容易让水和腐蚀性的污染物进入,加快桥梁面板、支座和底层结构性能的衰减,因此这类伸缩缝已经很少使用。而闭口伸缩缝近年来发展迅速种类繁多,根据Lima的调查报告显示截止2010年使用最多的为加固橡胶缓冲型(51%),其次为橡胶柔性条型(22%),沥青填塞型(9%)。Johnson等1993调查了公路桥梁的250处伸缩缝,发现沥青填塞型比例最大,约占50% ,橡胶柔性条型占30% ,加固橡胶缓冲型占20%[1]。对于桥梁伸缩量比较小时,沥青填塞型是最常用的一种伸缩缝装置。此外,沥青填塞式伸缩缝在混凝土老桥上的应用比例也很高。 无缝式伸缩缝又名沥青填塞式伸缩缝,相比于其他类型的伸缩缝,它能使桥梁结构无缝化,其主要工作原理是在桥梁梁端间隙中填入特殊的聚合物改性沥青混合料来满足由于温度和载荷引起的桥梁变形。无缝式伸缩缝具有良好的整体性和耐久性,施工方便,易于维修和养护,行车舒适,造价相对较低。但其主要缺点是使用寿命较低,一般为5~7年。出于对降低行车噪音污染和提高行车舒适性的考虑,欧洲一些发达国家,如德国、瑞士和荷兰,针对无缝式伸缩缝开展了许多深入的研究,旨在提高其服役性能和延长其使用寿命。 低温开裂,高温推移,与原有路面粘结不足是无缝式伸缩缝目前所面临的主要问题[2]。另外,无缝伸缩缝一般只适用于最大伸缩量为50 mm的中小跨度桥梁,限制了无缝式伸缩缝的应用。因此,瑞士EMPA针对伸缩量达到100 mm的无缝式伸缩缝也进行诸多研究工作[3]。 无缝式伸缩缝的性能与所用的沥青材料直接相关,如沥青的高温稳定性、应力松弛性能和低温柔韧性与其制备的沥青混合料的抗永久变形、低温开裂和疲劳开裂有直接的联系。目前,无缝式伸缩缝在英国使用广泛,并建立了相应的设计指南,该文将对英国典型产品BJ200-Green进行室内性能分析,以了解该材料的相关性能,为国内同类产品的研发提供参考。 1 试 验 1.1 原材料 无缝式伸缩缝材料主要由沥青胶结料和集料组成,其中胶结料采用英国PRISMO公司生产的高分子聚合物改性沥青BJ200-Green伸缩缝材料,其相关性能指标试验结果见表1。集料采用单一粒径为10~20 mm的玄武岩。 1.2 混合料制备及成型方法 无缝式伸缩缝所用的沥青混合料由沥青胶结料和集料按照1∶3的比例组成。室内混合料的制备应与现场施工相同,主要步骤如下:首先将沥青胶结料按10%的油石比与集料进行预拌,以确保集料与沥青的粘结性能,将预拌合沥青混合料倒入模具,再把加热到180 ℃的沥青胶结料灌入混合料内部连通孔隙,利用沥青的大流动性充分灌入孔隙中,尽可能充满集料的间隙。 1.3 试验内容 无缝式伸缩缝胶结料性能测试项目主要包括软化点、锥入度、弹性、低温拉伸和应力松弛。 1)软化点试验:无缝式伸缩缝胶结料软化点高于普通路用沥青,且大于80 ℃,该文采用环球法测定,加热介质为甘油,试验按ASTM D36[4]进行。2)锥入度试验:按ASTM D5239[5]规范进行,试验温度为25 ℃,其试验步骤与针入度试验相同,区别在于该试验将针入度试验所用的标准针换成了质量为102.5 g的标准锥,锥杆总质量为150 g,另外试验过程中玻璃皿不盛水。3)弹性试验:弹性是伸缩缝材料的一个重要指标,该文的弹性试验温度为25 ℃,按ASTM D5239[5]规范进行,将贯入球匀速压入沥青胶结料内一定深度然后使其自然回弹,通过回弹量计算沥青胶结料的弹性恢复率。4)低温拉伸试验:低温拉伸试验主要测试伸缩缝胶结料低温抗裂性能以及粘结性能,该文按照ASTM D5239[5]成型拉伸试验试件,试验温度-10 ℃,拉伸速率0.5 mm/min,实验仪器采用澳大利亚进口的伺服液压试验机(UTM-25)。5)应力松弛试验:试验仪器采用DSR动态剪切流变仪,在-10 ℃施加5%最大剪切应变,测量应力随时间的变化关系。 无缝式伸缩缝混合料性能测试试验包括车辙试验、高温蠕变和低温弯曲。1)车辙试验:参考规范T07192011[6],试件尺寸300 mm300 mm100 mm,试验温度为60 ℃,试验时间4 h。2)高温动态蠕变试验:采用伺服液压试验机(UTM-25)进行,所用试件尺寸为直径150 mm,高度170 mm圆柱体。试验温度60 ℃,施加半正弦波应力,峰值为0.2 MPa,加载时间为0.1 s,卸载时间为0.1 s。3)低温三点弯曲试验:参考规范T07152011[6],试件尺寸300 mm100 mm50 mm,试验温度-10 ℃,加载速率50 mm/min,采用伺服液压试验机(UTM-25)开展试验。 2 结果与讨论 2.1 沥青胶结料性能 表1列出了BJ200-Green无缝式伸缩缝胶结料常规指标的试验结果。其中,BJ200-Green胶结料软化点达到84 ℃,具有较好的抗高温性能,满足英国及美国ASTM规范要求。锥入度为32.3 dmm,也在 英国规范对橡胶改性胶结料25~45 dmm的要求范围内。利用美国ASTM试验规程对其弹性进行的测试发现其弹性为19.2%,并未达到ASTM规范要求的40%~70%。 无缝伸缩缝最常见的破坏就是低温开裂,包括伸缩缝与原桥面的界面处的开裂以及低温下铺垫钢板边缘处由于应力集中而出现的开裂,因此用于无缝伸缩缝的沥青胶结料应具有良好的粘附性和低温柔性。图1给出了BJ200-Green沥青胶结料拉伸应力-应变曲线,试验温度为-10 ℃,拉伸速率为0.5 mm/min,试验包括3组平行试验。由图1可知,在10%~15%的应变范围内应力都会达到峰值,随着应变的增加,应力呈逐渐下降趋势,这表明材料发生了强度破坏,经观察证实破坏都发生在沥青胶结料与混凝土界面粘结处。试验最大应力值分别为0.69 MPa、0.85 MPa和0.76 MPa,而在达到峰值应力前,沥青胶结料的弹性模量大约在8 MPa。 无缝式伸缩缝材料低温下出现的各种问题可以归结为在温度骤降时产生的温度收缩应力来不及松弛而被积累,如果超过界面以及伸缩缝材料的抗拉强度就会导致界面或伸缩缝材料出现开裂。Bramel采用应力松弛掉75%所需要的时间来评价无缝式伸缩缝材料的应力松弛性能[7]。图2给出了BJ200-Green沥青胶结料的应力松弛曲线,所施加的恒定应变为5%,试验温度为-10 ℃。图中曲线表明在前20 s,应力急剧下降,从0.48 MPa下降到0.16 MPa,降幅即累积应力松弛率达到68%,180 s累积应力松弛率能达到87.8%。累积应力松弛率达到75%所需要的时间为30 s,表明与混凝土桥面实际温缩速度相比较,其在降温时具有快速的应力松弛能力,可有效避免低温开裂。 2.2 混合料性能评价 无缝伸缩缝所填充的沥青混合料中沥青用量大,所用集料为单一级配,粗集料形成骨架结构不如传统沥青混凝土骨架稳定,在高温及长时间或反复荷载作用下,更易产生永久变形。此外,该类沥青混合料的低温变形主要由沥青胶结料起贡献。该文对无缝伸缩缝BJ200-Green沥青混合料进行了高温动态蠕变试验、车辙试验和低温三点弯曲试验,分别用以检测其高低温性能。 沥青混合料是一种典型的粘弹性材料,而沥青混合料的蠕变试验是研究其粘弹性的重要方法之一,蠕变是在一定温度和恒定应力作用下变形随时间逐渐增大的现象。沥青混合料的蠕变性能对沥青混合料的高温抗车辙性能有很大的影响[8]。该文采用能够更加真实模拟伸缩缝材料受力模式的动态蠕变试验,图3给出了BJ200-Green沥青混合料动态蠕变试验结果,试验温度为60 ℃,施加半正弦波应力,峰值为0.2 MPa,加载时间为0.1 s,卸载时间为0.1 s。混合料的蠕变曲线完整反应了动态蠕变的3个阶段,即蠕变迁移区、蠕变稳定区和蠕变破坏期。蠕变迁移区发生在前20个加载循环,试件发生了弹性变形,蠕变速率较大;在20~311个加载循环内,蠕变速率趋于稳定,变形匀速增长;311个加载循环后,变形速率由匀速逐渐变大。蠕变寿命为311个循环(62.2 s),此时的蠕变劲度为1.7 MPa,蠕变破坏时的累积应变为11.75%。实验结果表明,BJ200-Green沥青混合料蠕变稳定区维持的时间很短,累积应变值较大,蠕变劲度较小,其抵抗高温变形的能力较差。这主要是由于试件成型过程类似浇筑,混合料没有形成较强的骨架密实结构。 沥青混合料车辙试验是国内外较常采用的沥青混合料高温性能评价手段,一般用动稳定度来评价高温性能。但是,为了消除由于试件本身的压密变形,动稳定度指标取最后15 min的变形计算,这样就会常出现动稳定度较大而实际车辙深度却很大的矛盾[9]。另外,瑞士研究指出无缝伸缩缝的抗车辙能力至少要与相邻路面相当。该文使用改进的车辙试验,即在普通车辙试验基础上,将作用时间延长至4 h,引入10 000次车辙深度指标和相对变形率,结合动稳定度进行分析。 图4和表2给出了BJ200-Green沥青混合料车辙试验结果,试验在60 ℃下进行。从图4可以看出,轮压开始后的短时间内,初期车辙深度已经较大,这主要是由于试件碾压追密造成的,经过前期轮压追密后,混合料内骨架嵌挤结构逐渐变强,永久变形增加速度逐渐减小,并趋向稳定。表2试验数据显示,1 h相对变形率偏大,达到8.86%,4 h后相对变形率为13.31%,从抗车辙能力不低于相邻沥青路面的角度考虑,所制备的混合料满足法国对于高交通量水平的道路10 000次作用下相对变形率小于15%的要求。若以单个小时计算动稳定度,则每个小时对应的动稳定度分别为1 384 次/mm、2 176 次/mm、3 000 次/mm和4 118 次/mm。若当相邻路面为浇筑式沥青混凝土时,其抗车辙能力满足日本对于浇筑式沥青混凝土要求,即60 ℃车辙试验动稳定度大于350 次/mm[10] 的要求。若相邻路面如果采用SMA改性沥青混凝土,其抗车辙变形能力没有达到国内对SMA改性沥青路面60 ℃动稳定度3 000 次/mm的要求[11]。另外,从图5的车辙试件截面图也可以看出,车辙主要由轮载作用下混合料进一步追密造成的,表明了可采用适当的碾压手段来减少永久变形。此外,辙槽两侧产生轻微隆起,表明混合料内部产生了较大的剪切侧向变形。 无缝式伸缩缝材料应具备适应桥梁梁端较大变形的能力,尤其是在寒冷地区使用时,对沥青混合料的低温柔性要求更高。该文采用三点弯曲试验评价沥青混合料的低温性能,图6和表3给出了BJ200-Green沥青混合料三点弯曲试验结果,试验温度-10 ℃。从试验结果可以看到,BJ200-Green沥青混合料的低温弯曲最大破坏应变可以达到20 000~30 000 μm/m,弯曲劲度模量200~300 MPa。而普通沥青混凝土最大弯拉应变在2 000~4 000 μm/m左右,弯曲劲度模量在3 000~4 000 MPa左右[12]。试验结果证实BJ200-Green沥青混合料具有很好的低温柔性,可较好的适应桥面温缩变形。 3 结 论 与其他的桥梁伸缩缝相比,无缝式伸缩缝具有整体性、防水效果好、行车舒适、施工简单等优势,但在国内相关研究和应用相对较少。该文对英国产品BJ200-Green无缝式伸缩缝材料进行了室内性能分析,为国内无缝式伸缩缝材料研发提供性能参考依据。BJ200-Green材料具有较高软化点,快速低温应力松弛能力,有利于抵抗高温流动性和适应桥梁的温缩变形。低温拉伸试验可用于评价胶结料的低温粘结性能和延展性,界面破坏表明粘结性能不足,而断裂应变则说明了材料低温柔性。混合料高温蠕变试验显示其蠕变稳定区维持的时间较短,破坏时的累积应变较大,表明其抵抗高温变形的能力较差。混合料车辙试验表明无缝式伸缩缝材料具有较高的动稳定度,与普通沥青混合料的高温稳定性相当,但由于集料骨架结构没有形成,其车辙初期变形较大。其低温弯曲断裂应变大于20 000 μm/m,显著优于普通沥青混凝土,可适应桥面低温收缩变形。 摘要：对英国BJ200-Green无缝伸缩缝材料进行了室内力学性能试验分析,重点对无缝伸缩缝胶结料及其混合料的高温稳定性和低温柔性进行检测。胶结料试验结果表明其软化点为84℃,低温界面粘粘强度为0.85 MPa,在1min内应力松弛可达到80%,具有很好的应力松弛能力。车辙试验结果表明在1万次加载作用下其永久变形小于15%,低温弯曲最大破坏应变大于20 000μm/m,具有很好的高温稳定性和低温柔性。 关键词：桥梁无缝伸缩缝,性能评价,车辙,柔性 参考文献 [1]Joao Marques Lima,Jorge de Brito.Inspection Survey of 150Expansion Joints in Road Bridges[J].Engineering Struc-tures,2009,31:1077-1084. 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[11]JTG F40—2004.公路沥青路面施工技术规范[S].北京:交通部公路科学研究所,2004. 2014年来，试验区积极承接新战略、培育新产业、探索新机制，坚持一手抓改革、稳定、发展，一手抓整合、理顺、提升，加快经济发展打造亮点、强化社会稳定攻克难点，形成了经济社会一体发展、核心区航空园率先发展、两园区保障发展新常态。先后成功创建国家海洋新材料高新技术产业化基地、省级海洋战略性新兴产业类特色产业园、市级海工装备制造产业园。全年完成地区生产总值241亿元，同比增长21.3%；规模以上工业总产值509亿元，同比增长13.1%；完成固定资产投资72亿元，同比增长9.2%。 一、2014年工作 （一）改革创新取得新突破。围绕改革、发展、稳定三条主线，快速稳妥完成胶南开发区、临港经济区整合，充分释放政策、产业和资源等各种优势，探索建立经济发展、社会治理、服务保障“三位一体”新机制，各项工作实现高效有序运转。立足建设海洋科技自主创新领航区、陆海统筹发展试验区、一流新区核心区和国家海洋新材料高新技术产业化基地四大定位，加快实施全域统筹，南区全力攻克难点、北区积极创造亮点，开创了试验区开发建设新局面。 （二）规划布局实现新提升。构建“南有新区核心区、北建航空产业园”发展格局，总面积30平方公里的核心区全面启动，“一带、两河、五园、六区”概念规划基本成型，控制性详细规划及地下空间利用、综合管廊等专项规划加快实施，恒天财富、双星大厦、云鼎国际等一批高端项目快速落户；启动11平方公里的航空园概念规划编制和1平方公里启动区规划建设。加快建设国家海洋新材料高新技 数据”信息平台建设成效显著，社会事务实现联系无遗漏、治理无盲点、服务无缝隙，进一步促进了经济社会各项事业安全稳定科学发展。 （五）体制创新取得新成效。充分发挥行政审批中心、企业服务中心职能作用，全面做好审批权限的承接，顺利承接新区下放69项审批事项中的63项。构建“一站式审批、一条龙服务”工作平台，加快探索建立负面、限批、权力、政策、责任“五张清单”制度。先后制定出台项目入驻、财税管理等办法，助推项目审批服务提速增效，全年高效完成审批事项400余件。 （六）平台创建呈现新亮点。加快国家级循环化改造示范试点园区建设，成功获批国家海洋新材料高新技术产业化基地、省级海洋战略性新兴产业类特色产业园、市级海工装备制造产业园，建成院士工作站3家、博士后工作站2家，高新技术企业29家，市级以上企业技术中心40家。 （七）综合保障收获新成果。想方设法按期完成影视文化区、国际旅游区、古镇口示范区重点项目1500亩用地清场，全年共完成土地清理3200亩。重点做好核心区、航空园启动区、R3轨道交通、青连铁路等项目综合服务保障，实现清地、拆迁等工作有序高效推进。财源建设工作逆势飘红，新引税源项目18个，年增税收近2亿元，新增项目及实现税收均占新区50%以上，全年完成财政一般预算收入24.81亿元，同比增长14%，成为新区税源建设新亮点。 二、2015年工作要点 2015年，试验区围绕改革创新、落实提升主题，全面落实新区建设发展总体思路和三年行动计划，强化法治思维，深化国家海洋新材料高新技术产业化基地建设成果，全面推进经济社会一体发展、俱乐部土地回购利用；引进西海岸产业创新中心，建设“垂直硅谷”。 三、抓项目，争当发展排头兵 1、航空产业园快速突破。完成可行性方案研究报告，启动概念规划编制，做好1平方公里启动区用地保障，大力引进建设通用航空等重点项目，打造以航空经济为引领的现代产业基地。 2、特色产业园区提档升级。海洋战略性新兴产业类特色产业园建成集海洋功能食品配料、海洋药物、海洋医用敷料科研于一体的集约式发展园区；海工装备制造产业园推进船舶配套等高端装备制造业升级发展；营养健康食品产业园打造产品研发、生产、销售于一体的专业婴幼儿乳品产业集群；家电电子产业园重点发展新兴家电电子、集成电路产业；循环经济产业园着力探索绿色低碳循环发展新路径。 3、加快推进重点项目。完成创业工场总部经济大厦及生活配套服务中心等建设工程。争取红星美凯龙、新西兰游艇、炜晟生物科技等27个在谈项目签约落户，加快海洋功能性保健食品等10个市重点、北琪实业等20个区重点项目建设进度。高标准完成国家级循环化改造示范试点园区内11条道路建设，确保示范试点园区年底前达标。 四、抓党建，改进作风谋发展 加强64个村居“两委”班子建设，探索强村富民新路径；落实“给舞台”制度，让想干事者有机会，能干事者有舞台，激发党员干部干事创业热情；抓好工委中心组和党员干部理论学习培训，提升理论和工作水平；做好党风廉政建设和反腐败工作。 五、抓治理，协同发力夯基础 1、创新落实法治新区战略，深化社会治理成果。完善“天罗地网、条块结合，双重覆盖、双重责任，上级参与、监管下沉”工作新机制，促进社会和谐稳定。健全网格化建设体系，提升“大数据”中心 发展海洋试验区两大战略，承担国家海洋新材料高新技术产业化基地、打造一流核心区、航空产业园三大历史使命。 关键词：罗田垂枝杉；激素；扦插；萌条；侧枝 中图分类号：S722.3文献标识码：A文章编号：1004-3020（2016）01-0012-05 Abstract： Aiming to carry out research on asexual reproduction of Cunninghamia lanceolata cv. Luotian， the lateral branches of older trees and coppice shoots were used as the experimental materials， and the difference of the effect of different cuttings， clones and hormones on their rooting ability were compared. The results showed that secondary branches of the trees， which were more than 20 years old， had a low rooting rate which was only 48.11%， but the rooting rate of the lateral branches were more than 65%. The rooting rate （88.86%） of the coppice shoots was far higher than that （48.01%） of the branches of the plus trees， and there were extremely significantly different between them （p<0.01）. The rooting rate of the non-lignification cuttings was only 6.67%， far lower than the rooting level （86.94%～91.67%） of the others. The rooting rate of the coppice shoots from different clones was from 51.57% to 98.77%. The rooting rate of the cuttings treated by hormone was more than 91.57%，and the cuttings treated by powder 1 had the largest number of roots ， and there was obviously different between the method and the other treatments （p<0.05）. In general， the cuttings of branches were significantly better than that of coppice shoots， and the rooting rate of cuttings could be improved effectively by hormone treatment. Key words：Cunninghamia lanceolata cv. Luotian；hormone；cutting；coppice shoot；old branches 杉木Cunninghamia lanceolata作为我国重要的速生用材树种，主要分布在秦岭淮河以南地区，其材质优良，用途广泛，具有巨大的生态和经济价值[1]。罗田垂枝杉C. lanceolata cv. Luotian是上世纪70年代在湖北省罗田县发现的特有杉木优良变异类型，主要形态特征表现为树冠窄小，大树冠幅仅15 m×15 m左右，呈尖塔状，2～3 a生以上的侧枝自然下垂，与主干夹角逐渐达到150°左右，当侧枝生长到6～7 a时，于当年的秋冬自然脱落，枝节残留痕迹逐渐被树干包埋，成为无节良才[2]。目前保存的资源中存在着丰富的遗传变异，这为罗田垂枝杉优良品种的选育提供了良好的物质基础[3，4]。在罗田垂枝杉的繁殖过程中发现，采集种子进行育苗，子代普遍发生分化，较高比例的苗子没有保留垂枝杉的特性，且种子育苗技术要求高，成本大，易染病死亡[5]。为更好地繁殖和推广罗田垂枝杉，采穗圃等无性繁殖技术体系建立显得尤为重要[6]。 杉木扦插试验报道较多，研究发现萌条扦插一般不定根由维管形成层或皮层薄壁细胞分裂而来，侧枝扦插时穗条基部常形成许多瘤状愈伤组织，不定根难以形成[7]。杉木的扦插生根能力在种子园、家系、无性系各个水平上均存在极显著的差异，其中大部分变异在无性系水平上[8]。杉木萌条扦插虽然易生根，但激素处理仍可起到显著地促进作用，有研究表明ABT1#处理后的生根率在96%以上[9]。目前，关于罗田垂枝杉萌条和老枝扦插生根方面的研究鲜有报道，而这是以扦插苗为材料建立采穗圃的基础。因此，本研究以基部萌条和20 a生以上罗田垂枝杉大树的侧枝为材料，进行扦插生根研究，旨在评价不同单株和组织的生根能力，为垂枝杉无性繁殖技术体系建立奠定基础，同时探索老树复壮的方法和技术，从而为更好地保护、开发和利用罗田垂枝杉这一独特珍贵林木资源提供参考。 nlc202309040208 1材料与方法 1.1试验区概况 湖北省罗田县地处东经115°06′～115°46′，北纬30°35′～31°16′，亚热带季风气候，年平均气温164 ℃，无霜期228 d，年平均降水量1 400 mm左右，气候温和，雨量充沛。 试验地位于湖北省林科院九峰试验林场，地理位置东经114°29′、北纬31°22′，海拔高度70 m，北亚热带季风气候，年均气温167 ℃，极端最高气温394 ℃，极端最低气温-181 ℃，年均相对湿度77%，年降水量1 284 mm，无霜期240 d，年蒸发量1 392 mm。 1.2试验材料 4月份采集试验材料并扦插。①大树侧枝：用高枝剪剪取所选优树稍部1 a侧枝作为穗条，按单株捆扎，共计32个系号，每个系号20根以上；②大树基部萌条：剪取罗田县林科所试验林基部萌条，分单株同时单株内又分未木质化、半木质化、木质化等不同发育阶段的穗条捆扎，共计22个系号，每个系号穗条30根以上；③采穗圃穗条：剪取采穗圃25个系号基部大小一致萌条800根，用作不同激素处理扦插生根试验。所有穗条捆扎后用50%多菌灵1 000倍稀释液消毒12 h。 1.3试验设计 设计3个试验：①以不同系号大树侧枝为材料，穗条分Ⅰ级侧枝带顶芽、Ⅰ级侧枝不带顶芽、Ⅱ级侧枝进行扦插，随机区组排列，每个系号3次重复，1～2重复扦插6株，剩余的穗条全部放进重复3，其中M-22、M-20、M-26、T-40、M-28、X-15六个系号Ⅰ级侧枝带顶芽穗条较多，对不同系号生根差异进行了比较；②以罗田林科所试验林不同系号的基部萌条为材料，系号内又分未木质化、半木质化、木质化等不同发育阶段的穗条进行扦插，每个系号3次重复，1～2重复各10株，剩余穗条全部放进重复3，其中18、21、2、7、8、10六个系号木质化穗条较多，对不同系号生根差异进行了比较；③采穗圃25个系号的萌条共采集800根，混合后用4种激素911生根粉，粉剂1，粉剂2，NAA）处理扦插，以空白处理作为对照（CK），3次重复，每次重复扦插50根。 试验③中所用的911生根粉、粉剂1、粉剂2均是由湖北省林科院自主研发的生根剂，全部为快蘸型生根剂，其中粉剂1、粉剂2是在911生根粉基础上，对其中以吲哚丁酸为主体的各种激素成分比例进行了适当增减，同时增加了一定量的营养物质，使用时穗条基部蘸取粉剂后直接扦插即可。NAA使用浓度为200 mg·L1，扦插之前穗条基部在NAA溶液中浸泡过夜。 1.4扦插方法 扦插基质为草炭土、珍珠岩按体积6∶4配置，灌装基质的容器袋放置在塑料穴盘中，穗条剪为统一规格长100 cm，除试验③外其他试验快蘸适量911生根粉后再扦插在容器袋中，所有试验扦插完后穴盘放置在12 m高的自动全光喷雾钢架苗床上，设置为20 min喷水1次，每次3 s，保持叶面不失水。 1.5测量指标与方法 8月份进行各个试验的生根调查，用游标卡尺测量插穗基径及生根长度，调查指标和方法如下。根长：穗条萌发根从基部到根尖的长度。生根数：长度超过05 cm的根数。穗干鲜比：插穗摘掉根后烘干至恒重后与穗鲜重的比值。根干鲜比：插穗上剪取的所有根烘干至恒重后与根鲜重的比值。生根率：根长超过05 cm记为已生根，生根株数与该系号扦插总数的百分比为生根率。 1.6数据分析方法 用Excel2007进行数据处理，通过SPSS19.0统计软件进行方差分析和多重比较（采用Duncan新复极差法）。对生根率调查数据反正弦转换后进行方差分析，转换公式如下： X=sin-1p 式中p为生根率调查值，X为转换后数值。 2结果与分析 2.1大树侧枝扦插生根比较 杉木大树侧枝扦插一般生根困难，但在罗田垂枝杉的扦插试验中，发现经过适当的处理和精心管护，所选20 a以上的大树侧枝扦插也能够生根。比较发现不同穗条种类扦插生根率差异显著（p<001），Ⅱ级侧枝的扦插生根率较低，为48.11%，与其余两类穗条扦插生根率差异达到显著水平，带顶芽或者不带顶芽扦插生根差异不大。 2.2基部萌条扦插生根比较 一般来说，同一树种不同发育阶段以及不同处理方式的穗条扦插生根率存在差别[10]。对罗田垂枝杉不同发育阶段和处理方式的穗条扦插生根率进行方差分析，发现存在极显著差异（p<001）进一步多重比较（表2），结果为黄化未木质化穗条扦插生根率仅为667%，与其余4种穗条差异达到显著水平，远低于8694%～9167%的生根水平。 2.3不同激素处理生根对比 不同激素处理插穗，对生根率和根长的影响没有达到显著水平，对插穗生根数量和根鲜重有着显著的影响。进一步多重比较发现（表3），粉剂1和粉剂2处理后生根数量最多，与其余三种处理差异达到显著水平，是911处理后插穗生根数量的两倍以上。总的来说，激素处理对生根率有显著促进作用，均值在9157%以上，都超过了CK。粉剂1处理后，插穗生根和生长都要好于其他处理，更适宜在实际生产中推广应用。 2.4不同系号及不同材料生根比较 大树不同个体间因为遗传差异，往往有的相对容易生根，有的则生根困难。对罗田垂枝杉所选的6棵20 a以上的大树Ⅰ级带顶芽侧枝扦插比较发现，系号M-22穗条生根率为000%，而系号X-15生根率则高达9167%，其余系号则从3111%到7037%不等，多重比较结果为生根率最差的M-22与其余系号差异均显著，生根率最好的X-15与除M-28外的其余系号差异达到显著水平。 同一树种不同个体间往往萌条扦插生根率也存在差别。对于萌条较多的6个系号进行扦插生根比较，结果为系号间存在极显著差异（p<001），生根率从5157%到9877%不等，系号18与其余5个系号差异达到显著水平（表5）。 nlc202309040208 不同来源材料扦插生根率对比发现，基部萌条扦插生根率（8775%）和激素处理的采穗圃萌条扦插生根率（9378%）都要远高于优树侧枝扦插生根率（4801%），且差异达到极显著水平（p<001）。这是因为萌条幼化程度高，生理活跃，分化能力强，易生根，激素处理又有明显地促进作用，而优树侧枝已老化，生根较为困难，且易偏冠，经过处理后能够实现部分生根。 3结论与讨论 杉木大树侧枝扦插生根相对困难[11]。李明鹤等研究证明大树侧枝扦插基部常形成许多瘤状愈伤组织，不定根难以形成[7]。在本研究中发现经过处理和科学管护，杉木变异类型——垂枝杉大树侧枝平均生根率仍可达到48.11%以上，Ⅰ级侧枝因为养分充足，穗条健壮，扦插生根率要显著优于Ⅱ级侧枝。优树不同个体间因为遗传差异生根也存在着显著差异，扦插生根率从000%～9167%不等。 不同发育阶段和处理方式的萌条扦插生根率调查结果表明，黄化未木质化的萌条过于幼嫩，不易作为穗条扦插（6.67%），而不管是半木质化或者木质化以及是否带顶芽等的萌条扦插均易生根，平均生根率在8694%以上，他人研究中也有类似结论[7，12]。来自不同系号的萌条生根率存在显著差异，除系号18外，其余生根率均在8746%以上，施季森等研究表明杉木家系、无性系各个水平上扦插生根率均存在极显著的差异[8]。 激素往往能够显著影响插穗的生长和根系发育，扦插中选择合适的激素可以大大地提高生根率和成活率[13]。苏治南等研究表明ABT1#处理后的插穗生根率均在96%以上[9]，本研究结果表明激素处理萌条扦插生根率也在9157%以上，对比中可以发现，粉剂1和粉剂2处理后效果较好，生根数量多，能有效地促进根系伸长和发育，更适宜在实际生产中推广应用。 罗田垂枝杉种子繁殖性状发生分化，表现不稳定，萌条的扦插生根率（8775%）又显著高于优树侧枝的扦插生根率（4801%），而适宜的激素处理能进一步提高生根率（9378%）。因此罗田垂枝杉在繁殖推广中首先需要解决优树材料复壮问题，然后利用复壮后的材料营建采穗圃，建立罗田垂枝杉的无性繁殖体系，才能确保提供优质大量的繁殖材料[14]。后续研究将进一步改进扦插技术，选择更合适的穗条和激素处理方法等提升优树侧枝扦插生根率和移栽成活率，同时加强抚育优化处理，再利用幼化后的扦插苗营建采穗圃[15]，从而实现优良无性系快速大量的规模化繁殖，推动罗田垂枝杉育种工作的迅速发展。 参考文献 [1]俞新妥. 中国杉木研究[J]. 福建林学院学报， 1988， 8（3）： 203220. 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Springer Netherlands， 1987： 114127. （责任编辑：郑京津） 荔枝属南方特产水果, 其去核作业是荔枝产后深加工过程中的重要前处理工序。现有的荔枝去核设备主要以挤压、搓或捅为主, 果核在去核过程中受到去核元件的挤压和碰撞作用, 存在破碎严重的问题, 直接影响到产品的质量[1,2]。目前, 国内外关于荔枝力学特性的研究主要集中在荔枝整果静态压缩试验研究, 对荔枝果核力学特性的研究较少[3,4];荔枝去核机械的设计仍以类比、试验和经验设计为主[5,6,7]。因此, 研究荔枝果核的力学特性可为深入研究荔枝力学特性、果核破碎机理以及相关机械的设计提供依据。 1 荔枝果核压缩过程力学分析 荔枝果核属生物材料, 外形基本呈椭球形, 表面光滑, 假设荔枝果核在小变形时主要为弹性变形。接触区的应力分布可由一般外形的Hertz弹性接触理论导出[8,9]。为满足Hertz理论, 提出以下基本假设: 1) 果核可近似地看作均质且各向同性椭球体; 2) 果核与去核元件在初始接触点附近的表面二阶连续, 并且是非协调的; 3) 接触区很小, 接触过程形变量远远小于果核的尺寸, 在初始接触点附近, 果核和去核元件表面与初始接触点处公切面法线相交的点相接触; 4) 在初始接触点附近, 果核和去核元件可视为弹性半空间; 5) 接触面内无摩擦, 因而切向面内力为0, 两接触面之间只传递法向压力。 果核与压头接触模型如图1所示。图1中:P为果核与去核元件之间的压力 (N) ;R1为压头的相对曲率半径 (m) ;δ为果核与去核元件的压缩变形量 (m) ;L, B, H分别为果核的长径、短经和高。 根据Hertz理论, 一般外形的两个物体接触时, 压缩量和接触面上的载荷存在如下关系, 即 式中 δ变形量 (m) ; Re等效相对曲率半径 (m) ; R′1, R″1去核元件在接触区任意法向平面中最大和最小曲率半径 (m) ; R′1, R′2果核在接触区任意法向平面中最大和最小曲率半径 (m) ; E1, E2去核元件和果核的弹性模量 (Pa) ; μ1, μ2去核元件和果核的泊松比; F2 (e) 修正因子, 由相对曲率比值 (R′/R″) 1/2决定 由式 (1) 得 试验时, 选择平板压缩试验, 压缩方向沿果核高度方向, 则R1′=R1″=∞, R2′=L2/2H, R2″=B2/2H。由于压头的硬度远大于果核的硬度, 则 (1-μ12) /E1项可以忽略不计。由于载物台也是一块平板, 硬度远大于果核的硬度, 所以果核压缩过程可以看成是在两块平行平板间的挤压过程, 故果核压缩时发生的变形及接触状态具有对称性, 压盘的位移量D与压缩变形量δ满足下式, 即 联立式 (2) 、式 (3) 、式 (4) 、式 (5) 、式 (6) 和式 (7) , 得到果核的弹性模量公式为 由式 (8) 可知, 只要知道果核的三维尺寸、加载的载荷、变形量和果核的泊松比, 就可以求出果核的弹性模量E。 2 果核压缩试验 2.1 试验装置 试验是在WD-E型精密微控电子式万能试验机上完成的, 传感器量程为20kN, 精度为0.1N。试验装置简图如图2所示。 2.2 试验材料 采用广东产黑叶荔枝鲜果果核, 其成熟度良好, 果核饱满。 2.3 试验方法 试验时, 选择平板压头。压缩方向沿果核高度方向, 加载速率为5mm/min, 测量荔枝果核的三维尺寸和压缩特性参数。每组试验随机选取5个试样。 2.4 结果与分析 2.4.1 荔枝果核压缩力-变形曲线 荔枝果核压缩试验的力-位移曲线如图3所示。从图3中可以看出:果核在压缩试验过程中, 在达到最大破裂力以前, 压缩载荷与变形量关系曲线近似成线性关系。这说明:果核在压缩过程中主要发生弹性变形, 压缩过程中无明显生物屈服点出现;在达到最大破裂力后, 荔枝果核产生应力裂纹或破碎, 呈现出较强的脆裂性。 2.4.2 荔枝果核弹性模量 由文献[6-12]可知, 大部分生物材料的泊松比在0.2～0.5之间。考虑到果核的材质与木材接近, 查手册可知:其泊松比为0.33。果核受载荷作用未破坏前的弹性模量随变形量的变化关系如图4所示。 由图4可知:荔枝果核在加载过程中弹性模量迅速达到最大值;此后, 随变形量的增加而逐渐减小, 并趋于平缓, 在达到最大破坏力前接近一个稳定值。 3 结论与讨论 1) 在合理假设的基础上, 运用Hertz弹性接触理论建立了荔枝果核压缩过程力学模型。 2) 荔枝果核压缩过程主要为弹性变形, 达到破坏极限时, 果核产生应力裂纹或破碎而破坏, 呈现出较强的脆裂性。 3) 试验测得:荔枝果核的弹性模量在20～50MPa之间。其最大值出现在压缩开始阶段, 并逐渐趋于稳定。 4) 果核的几何形状和尺寸对弹性模量有一定影响, 具体影响规律有待于进一步研究。 摘要：针对荔枝果核的物理机械特性, 运用Hertz弹性接触理论, 建立果核压缩过程力学模型。通过对荔枝果核的压缩试验, 测得其理学特性参数, 结果表明:荔枝果核在压缩过程中主要为弹性变形, 达到破坏极限时, 果核产生应力裂纹或破碎而破坏;果核的弹性模量在20～50MPa之间, 最大值出现在压缩开始阶段, 并逐渐减小, 趋于稳定。上述结果为荔枝去核理论的发展及相关机械的设计等提供了必要的参考。 关键词：荔枝,果核,力学特性,弹性模量 参考文献 [1]刘燕群.中国荔枝产业发展现状、问题及对策[J].世界农业, 2008 (3) :22-23. 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[11]王泽南, 单明彻.水果机械特性及损伤的研究[J].粮油加工与食品机械, 1986 (3) :19-25. 1 灰色关联度分析 对于系统中的两个因素之间随时间而变化得关联性大小的量度称为关联度。它描述了系统发展过程中因素之间相对变化的情况, 即变化的大小、方向与速度等的相对性。在系统发展过程中, 如果量各因素变化的事态基本一致, 即同步变化较高, 则可以认为两者关联度大。反之, 两者关联度小。 1.1 原始数据变换 系统中各因素的物理意义不同, 数据的量纲不一定相同, 而且数值的大小数量级相差悬殊, 几何曲线比例也不相同, 在进行比较时就难以得到正确的结果。因此, 需对原始数据消除量纲, 并变换为可比较的数据列。原始数据变换方法较多, 这里介绍均值化变换法。 均值化变换法:先分别求出各个原始序列的平均值, 再用均值去除对应序列中每个数据, 便得到新的数据列, 即均值化序列。新序列中各数无量纲, 数值大于0, 并大多在1左右。曲线图上数据列互相相交。 1.2 计算关联系数 若将数据变换的母序列为 (x0 (t) ) , 子序列为 (xi (t) ) , i=1, 2, ..., m, 则在时刻t=k时, 记母序列与子序列的关联系数为L0i (k) , 其计算公式为 式中Δoi (k) 为k时刻两比较序列的绝对值, 即Δoi (k) =|x0 (k) -xi (k) |, 1≤i≤m;Δmax, Δmin分别为比较序列中在各个时刻的绝对差中的最大值与最小值, 因比较序列变换后为同一起点, 故一般取Δmin=0;为分辨率系数, 用来削弱Δmax数值过大引起的失真, 提高关联系数之间的差异显著性, ∈ (0, 1) , 一般情况下取0.1-0.5为宜。 由式1可见, 关联系数反映了两序列在某时刻的紧密程度。关联系数变化范围为0 1.3 求关联度 两比较序列的关联度可以用该两个序列各个时刻的关联系数之平均值来衡量, 其计算公式为: 式中r0i为子序列i与母序列的关联度;N为两比较序列的长度。 1.4 排关联序 将m个子序列对同一母序列的关联度按从大到小序列排列起来, 便组成关联序。 1.5 列关联矩阵 若有n个母序列:y1, y2, , yn, n≠1, 并有m个子序列:x1, x2, , xm, m≠1, 则各子序列对母序列的关联度为: (r11, r12, , r1m) , (r21, r22, , r2m) , , rn1, rn2, , rnm。 将rij (i=1, 2, , n;j=1, 2, , m) 做适当排列便得到关联度矩阵: 若在关联度矩阵中, 第i列满足: 则称母序列yi相对于其它母序列为最优。或者说从子序列xi的关联度来看, 母序列yi是系统的最优序列。 在关联度矩阵中, 若有, 则称母序列yi相对其它母序列, 对于子序列xi的关联度是准最优的。 2 应用举例 根据某灌区试验站水稻不同生育价段浅深浅灌资料进行灰色关联度分析。 2.1 以作物需水量为母序列, 累积气温、累积降雨量、累积蒸发量、累积日照、相对湿度、平均风速为子序列, 计算水稻各生育阶段需水量与各气象因素的关联度见表1。 2.2 以累计蒸发量为母序列, 累积气温、累积降雨量、累积日照、相对湿度、平均风速为子序列, 计算方法同上, 结果见表2。 3 结论 由表1可知:在返青期, 累积蒸发量子序列与需水量母序列关联程度最好, 累积气温次之, 累积日照第三, 平均风速最差;分蘖前期, 累积气温子序列与需水量母序列关联程度最好, 累积蒸发量次之, 相对湿度第三, 累积降雨量最差;分蘖后期, 相对湿度子序列与需水量母序列关联程度最好;孕穗期, 相对湿度子序列与需水量母序列关联程度最好, 累积日照次之;开花期, 累积日照子序列与需水量母序列关联程度最好, 累积气温次之;乳熟期, 累积日照子序列与需水量母序列关联程度最好, 相对湿度次之;黄熟期, 相对湿度子序列与需水量母序列关联程度最好, 平均风速次之。 由表1、表2可知, 在返青期、分前蘖期、开花期、黄熟期, 以需水量为母序列相当于累积蒸发量为母序列是准最优的;而在分蘖后期、孕穗期、乳熟期, 以累计蒸发量为母序列相对于需水量为母序列是准最优的。 参考文献 在零件磨损数值仿真模型中,要使仿真结果准确就必须建立准确的几何过渡关系,而磨损量的变化规律是一个重要的影响因素,根据磨损机理的不同,磨损量随载荷的变化也不尽相同。 建立准确的几何过渡关系必须考察变量之间的各种关系,而这种关系又是多种多样的,其大致可分为:①确定性关系:即变量之间的关系可以用精确的函数关系来表达;②非确定性关系:也称为相关关系,即在实际的物理研究过程中,有些问题很难由经典物理理论推导出物理量的函数表达式或推导出的表达式十分复杂,为研究需要,就希望能得到这些物理量之间的函数关系的近似表达,即经验公式。回归分析就是研究相关关系的数学工具,它可以采用曲线拟合的方式,用由试验数据得到的物理量之间的近似函数表达式y=f(x)来描述。 本文对经离子渗碳处理的不锈钢的磨损量随载荷变化的规律采用最小二乘法的回归方式来进行数值拟合以验证试验结果,以此为摩擦学系统特性的预测提供一定的帮助。 1试验设计方案 在MM-200型磨损试验机上对不同载荷情况下与对磨滚轮GCr15配对的试样(抛光)进行耐磨性试验,下试样转速n=400r/min,磨损试验用湿摩擦方式。试验开始时,在每个下试样磨损面上滴一滴润滑油(20#机油),转动下试样,使下试样有效工作磨损面均匀敷上一层油膜,并在试验过程中,用自制滴油装置,以1滴/min的量滴入下试样。用光电天平测量在一定载荷、速度下试样磨损后的质量,其精度为0.1mg。 2试验结果及数据处理 2.1 试验结果 试样磨损量试验数据见表1,磨损量曲线见图1。 2.2 试验数据的处理 从图1可看出,试样磨损量的变化趋势比较接近指数函数和幂函数,这时可以借助数学方法将其分别转化为其对应的线性回归曲线y=f(x),从中选出最佳拟合函数来描述试样磨损量的变化趋势。 2.2.1 方法一 把试验数据回归成y=aebx(a>0,b>0)的指数形式,其中,x为载荷值,y为试样磨损量,进行回归计算。 将y=aebx取对数,改写为:lny=lna+bx。并令Y=lny,n=lna,则有:Y=n+bx,其中Y与x为线性关系。 对样本(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5)用最小二乘法估计a,b值。经计算得出: undefined。 其中:undefined;undefined。具有undefined;a=en。表2为方法一的回归分析表,将数值代入计算得到: undefined。 所以,回归表达式为: y=0.43e0.001 52x。 下面进行回归显著性检验: 回归平方和(S回):S回=b2Sxx=0.231。 离差平方和(SYY):undefinedundefined2=0.273,其中N为样本数。 残差平方和(Qe):Qe=SYY-S回=0.042。 F检验法:undefined。 F≥Fα=0.05(1,3)=10.13,其中α为检验水平。 2.2.2 方法二 把试验数据回归成y=axb(a>0,b>0)的幂函数形式,其中x为载荷值,y为试样磨损量,进行回归计算。 将y=axb取对数,改写为:lny=lna+blnx,令Y=lny,X=lnx,n=lna,则有:Y=n+bX,Y与X为线性关系,用线性回归法确定a,b。表3为方法二的回归分析表,解法同方法一,得到: b=0.37,n=-3.42,a=0.033。 所以,回归表达式为: Y=0.033x0.37 。 下面进行回归显著性检验: 回归平方和(S回):S回=b2Sxx=0.221。 离差平方和(SYY):undefinedundefined2=0.273。 残差平方和(Qe):Qe=SYY-S回=0.052。 F检验法:undefined。 F≥Fα=0.05(1,3)=10.13。 通过以上两种方法可以看出,指数函数的F大于幂函数的,其回归分析的置信概率也稍高,从而可知指数函数为最佳拟合函数;从试验数据曲线与采用最小二乘法对试验数据进行数值拟合的拟合曲线的对比曲线图(见图2)看出,指数函数曲线更逼近试验数据曲线。所以,该组摩擦学的磨损量与施加载荷服从指数关系:y=0.43e0.001 52x。 3结论 在MM-200型磨损试验机上用最小二乘法拟合经离子渗碳处理的不锈钢的磨损量随载荷变化的规律,并通过回归分析得到了最佳拟合函数(指数):y=0.43e0.001 52x。 摘要：数值仿真技术因可以显著提高摩擦学研究的效率和摩擦学系统特性预测的准确性而成为当今摩擦学研究领域的重要方法之一,其研究重点是用一定的数学方法建立合适的仿真数学模型。对通过离子渗碳处理的不锈钢的摩擦量随载荷变化的规律进行数值拟合以验证试验结果;在MM-200型磨损试验机上用最小二乘法拟合其磨损量随载荷变化的规律,并得到了最佳拟合函数(指数函数)。 关键词：不锈钢,磨损量,载荷,指数函数,数值仿真 参考文献 [1]汪选国,严新平,李涛生,等.磨损数值仿真技术的研究进展[J].摩擦学学报,2004,4(2):188-192. [2]陈魁.应用概率统计[M].北京:清华大学出版社,2002. [3]江亲瑜.零件磨损过程及寿命预测的数值仿真[J].润滑与密封,1997,29(6):29-30. [4]江亲瑜.数值仿真技术及其在磨损研究中的应用[J].大连铁道学院学报,1997,18(2):18-22. [5]江亲瑜,李宝良,孙晓云.磨损数值仿真模型中材料磨损率试验研究[J].大连铁道学院学报,2000,21(1):29-32. 1 原材料 1.1 赤泥 试验采用山东某铝厂排放的赤泥,其主要化学成分见表1。 职教工程材料试验教学的思考 第3篇
材料力学试验 第4篇
试验区汇报材料 第5篇
罗田垂枝杉不同材料扦插试验研究 第6篇
荔枝果核力学特性分析及试验 第7篇
利用灰色理论分析灌溉试验材料 第8篇
材料磨损量数值仿真试验研究 第9篇
轻质多孔烧结材料的试验研究 第10篇
1.2 粉煤灰
取自山东某热电厂Ⅱ级粉煤灰,其化学组成如表2所示。其密度为1.99 g/cm3,堆积密度为0.96 g/cm3。
1.3 石英砂
其密度为4.01 g/cm3,堆积密度为1.51 g/cm3,主要化学组成如表3所示。
1.4 粘结剂
采用的粘结剂是潍坊华龙膨润土有限公司生产的膨润土,以蒙脱石为主要矿物成分的含水粘土矿,其主要化学成分为SiO2、Al2O3和H2O。
1.5 发泡剂
自制,以动物蛋白、眀胶、胶粉、氢氧化钙、十二烷基苯磺酸钠为主要原料复合配制而成。
2 试验
2.1 试验方案
将粉磨的赤泥、粉煤灰、石英砂按比例混合、搅拌均匀,加入一定量的水,继续搅拌,制成均匀的料浆;同时发泡剂与水按一定比例混合均匀,经发泡机发泡制成泡沫。用烧杯量取一定量的泡沫倒入料浆中,经搅拌均匀后倒入模具中,再经干燥、脱模、烘干,送入马弗炉中进行煅烧,保温2 h,冷却即可得到试样。试验配比如表4所示
3 试验结果与讨论
3.1 烧结温度的确定
在前期大量试验的基础上,确定烧结温度分别为950℃、1 000℃、1 050℃、1 100℃、1 150℃、1 200℃,均保温2 h,自然冷却。
在950℃～1050℃范围内,煅烧后的试样用手触摸均会有粉末脱落的现象。当温度超过1 100℃,试样收缩明显。烧结温度为1 200℃时,表面开始融化收缩,表面被一层较硬的具有金属光泽片层包裹。由表5中的数据可知,随着烧结温度的升高,试样的体积密度、抗压、抗折强度、烧成收缩率逐渐增大,导热系数整体呈现增大的趋势,但在1 200℃各性能均存在突变现象。在950℃～1 050℃范围内,未达到试样的烧结温度,收缩率变化不大,均在0.5%左右起伏。试样抗折、抗压强度的形成主要依靠碱性物质低温熔解将试样内的未熔材料粘接起来,形成具有一定抗压强度的烧结体,但这时烧结体液相较少,颗粒间空隙较多,熔解的碱性物质不能充分填充空隙,所以在这一温度范围内抗压强度随温度的增幅不明显,且均较低。当温度升到1 100℃～1 150℃范围后,试样开始明显收缩,烧成收缩率也随之增加,温度升高到1 200℃以上后,试样出现熔化现象,剧烈收缩成黑色块状,收缩率高达10.4%。随着烧结温度的升高,试样收缩越来越明显,体积密度不断增大,导热系数随之呈现逐渐增大的趋势。综上,可判定试样的最佳烧结温度为1 150℃。
3.2 微观形貌分析
试样P5断口形貌的SEM照片和能谱图如图1、图2所示。由图1可以看出,气孔形状和分布不规则,孔径大小分布不均匀,从几微米到几十微米。这可能是由于烧结过程中,坯体发生收缩,新结晶相产生并逐渐变大,从而对坯体中气孔的位置和大小产生了一定的影响。同时从图中还可看出气孔间还有玻璃相,这是由于粉煤灰、石英砂的加入,提高了二氧化硅的含量,而硅与钠、钙等形成了低共融物,从而形成了玻璃相。
由图2的能谱图可以看出,烧结后的试样含有的元素主要为Si、Ca、O、Na、Mg、Al等,说明这些元素组成了新晶相。本试验中,赤泥中含有一定量的氧化钠、氧化钙和氧化铁成分,它们容易在高温下与石英反应生成玻璃相。SiO2在高温下与钠、钙、铝形成了钙铝榴石(Ca3Al2Si3O12)、硅酸钙(Ca2SiO4)、钠长石(NaAlSi3O8)等新的晶相,钠长石能增加强度,而钙铝榴石结构致密、硬度高,还有一定的柔韧性,也有利于强度的提高[4,5]。同时赤泥中二氧化硅的含量达到50%,并加入了石英砂和粉煤灰,提高了硅铝的含量,氧化铝和氧化硅含量的增加,会形成莫来石,莫来石为细长的针状结构,这在一定程度上增加烧结体的韧性。高含量SiO2是提高试样强度的主要原因,而钙长石和钙铁榴石是赤泥与石英砂反应的产物,对试样的强度提高也起到一定的作用。在这二者共同作用下,坯体的烧成收缩不断增加,体积密度不断增大,强度不断提高。
同时,试样烧结过程中SiO2的活性会对生成硅酸盐复合物产生影响,活性越高就越容易产生硅酸盐复合物。在温度为870℃,SiO2会由α-石英转变为α-鳞石英,而α-鳞石英的反应活性要比α-石英高。本试验中烧结温度选在950℃以上,此时试样中的碱性钠、钾盐早已处于熔融状态,熔融状态的碱性钠、钾盐会加速硅酸盐的生成反应,即玻璃固化(玻化)反应的进行,形成不同种类的硅酸盐。原材料中R2O(Na2O、K2O)的熔点较低,在烧制初期便充分熔化成液相,在700℃～900℃范围内还能够与Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3等结合生成共融化合物,冷却后便固结在化合物中。CaO、MgO在450℃～600℃范围内,能够与Fe2O3发生化学反应生成铁酸钙、镁、铁铝酸钙等[6,7]。新生成的物质结构致密,抗压强度远高于烧结前的物质。继续升高到最终烧结温度,坯体中所含的金属氧化物就与硅化合生成液相,其中某些颗粒被少量的液体黏结收缩,同时液相不断填充材料颗粒间的空隙,从而达到增强试样强度的目的。
4 结论
随着烧结温度的不断升高,试样的体积密度、烧成收缩率不断增加,抗压、抗折强度逐渐增大,导热系数随之呈现增大的趋势。
烧结温度为1 150℃时,试样的性能最好,其体积密度为691 kg/m3,抗压、抗折强度分别为4.2 MPa、3.2 MPa,导热系数为0.110 W/(m·K),烧成收缩率为3.9%。
摘要：以赤泥、粉煤灰、石英砂等为主要原料,掺加一定量的泡沫,经可塑成型、煅烧等工艺制备了一种轻质多孔烧结材料。研究煅烧温度对其抗折、抗压强度、收缩率等性能的影响;利用扫描电子显微镜对其进行微观形貌分析,探讨其烧结机理。结果表明,最佳烧结温度为1150℃,最佳试样的体积密度为691kg/m3,抗压、抗折强度分别为4.2MPa和3.2MPa,导热系数为0.110W/(m·K),烧成收缩率为3.9%。
关键词：轻质多孔烧结材料,赤泥,烧结
参考文献
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[6]李大伟,张立全,刘学峰等.高含量赤泥烧结砖的研究[J].新型建筑材料.2009,36(6).
材料力学试验 第11篇
【摘要】混凝土桥面防水粘结材料的性能对桥面沥青铺装层的使用寿命有重要影响。本文通过室内拉拔和剪切试验对比了HLJ-2910环氧沥青、橡胶沥青、SBS改性沥青以及SBS改性乳化沥青4种防水粘结材料的粘结性能、抗水损坏性能以及抗老化性能，结果显示：（1）HLJ-2910环氧沥青粘结性能最优，其次是橡胶沥青与SBS改性沥青；SBS改性乳化沥青在温度较高时基本丧失粘结性能，认为不宜作为桥面防水粘结材料；（2）HLJ-2910环氧沥青、橡胶沥青以及SBS改性乳化沥青抗水损坏性能较好，SBS改性沥青较弱；（3）橡胶沥青抗老化性能最优，SBS改性沥青与SBS改性乳化沥青次之。
【关键词】混凝土桥面，防水粘结材料，粘结性能，水损性能，老化性能
【Abstract】Performance concrete bridge deck waterproofing adhesive material has an important influence on the service life of bridge asphalt pavement. By drawing and interior shear tests compared HLJ-2910 epoxy asphalt， rubber asphalt， SBS modified asphalt and SBS modified asphalt emulsion adhesive properties of four kinds of waterproof adhesive material， anti-water damage performance and anti-aging properties the results showed that： （1） HLJ-2910 epoxy asphalt bond optimal performance， followed by rubber asphalt and SBS modified bitumen； SBS modified asphalt emulsion at higher temperatures basic loss of bonding properties， considered not as a deck waterproof adhesive material； （2） HLJ-2910 epoxy asphalt， rubber asphalt and SBS modified asphalt emulsion resistant to water damage better performance， SBS modified asphalt is weak； （3） the best anti-aging properties of rubber asphalt， SBS modified asphalt and SBS modified asphalt emulsion followed.
【Key words】Concrete deck waterproof adhesive material；Adhesive properties；Water loss properties；Aging properties
1. 前言
（1）防水粘结层是桥面铺装的重要组成部分，调查表明，桥面沥青铺装层间出现的早期剪切破坏、开裂、水损害等病害大多是由于防水粘结层的破坏所引发，可见，防水粘结层质量的好坏对桥面沥青铺装层使用的耐久性有重要影响[1]。目前国内在混凝土桥面铺装时常用的防水粘结材料有SBS改性沥青、改性乳化沥青、橡胶沥青以及环氧沥青等材料，除此之外，也出现了一些专用的防水粘结材料[2，3]。上述材料在一定程度上改善了沥青铺装层与混凝土桥面之间的粘结性能，对桥面铺装层使用质量的提升有重要意义。
2. 试验原材料
研究选用橡胶沥青、HLJ-2910环氧沥青、SBS改性沥青以及SBS改性乳化沥青4种桥面防水粘结材料。其中橡胶沥青由埃索70#基质沥青与胶粉在试验室现场制备，各材料基本性能检测结果见表1～5，检测结果均符合相关技术要求。
3.1粘结性能分析。
（1）调查发现，桥面铺装的变形类病害大都与防水粘结层粘结性能不足有关，因此，需在室内进行模拟试验，提出防水粘结材料粘结性能的技术要求。本次研究采用室内拉拔试验和剪切试验评价防水粘结材料的粘结性能，拉拔试验与剪切试验过程如图1所示。试验时分别采用HLJ-2910型环氧沥青、改性乳化沥青、SBS改性沥青以及橡胶沥青防水粘结层材料把沥青混凝土与水泥混凝土试件粘结成为复合试件，防水粘结材料的洒布量均为1.0Kg/m2。根据全年防水粘结层可能可能所处的正常温度与极端温度环境，试验选择20℃、40℃与60℃三个温度，不同温度下的试验结果如表6与表7所示。
拉拔试验结果可以看到：在较低温度下（20℃与40℃），4种粘结材料的粘结强度大小排序为HLJ-2910环氧沥青>橡胶沥青>SBS改性沥青>改性乳化沥青；其中HLJ-2910环氧沥青、橡胶沥青以及SBS改性沥青的粘结强度较高，改性乳化沥青较低。分析认为这可能是由于喷洒的改性乳化沥青有效沥青含量较低造成，可见良好的抗剪性能必须保证有效粘结材料的喷洒量。在60℃较高温度时，4种防水粘结材料的粘结强度均很低，其中改性乳化沥青粘结强度甚至可以忽略不计，可见，4种材料均没有高温优势，这可能是热塑性材料本身的特点造成的。
粘结强度和剪切强度均为评价防水粘结材料粘结性能的指标，所以综合本次拉拔试验和剪切试验结果，认为HLJ-2910环氧沥青材料的粘结性能最优，其次是橡胶沥青与SBS改性沥青。由于改性乳化沥青在温度较高时丧失了粘结性能，所以不宜作为桥面防水粘结材料。
3.2抗水损害性能试验分析。
（1）在桥面防水层的长期使用过程中，雨水难免会通过铺装层的空隙或裂缝下渗，滞留在防水层与铺装层之间。层间水的浸泡、冲刷、以及冬季的反复冻融作用会导致防水粘结层与铺装层及桥面板间的粘结强度下降，进而发生粘结层剥落、铺装层松散开裂等病害[1，4]。因此，桥面防水粘结层须具有一定的抗水损害性能。
（2）桥面防水粘结材料的抗水损害性能可通过冻融前后的拉拔试验和剪切试验进行评价。试验时将成型好的试件放入恒温冰箱中，在-18℃冰冻24h，然后取出在20℃恒温水浴中解冻16h，进行20℃的剪切和拉拔试验。4种防水粘结材料冻融循环后的剪切强度试验结果如表8所示，拉拔强度试验结果如表9所示，试验后试件的破坏情况如图2所示。
剪切试验结果看到：SBS改性乳化沥青和HLJ-2910环氧沥青在经过冻融作用后的的抗剪强度稍大于SBS改性沥青与HLJ-2910环氧沥青。试验过程中发现，4种材料剪切后的破坏面有所不同，SBS改性沥青剪切后部分沥青从水泥试块上剥离，表明破坏面在沥青与水泥块之间，但剩余的部分仍有较高的粘结强度，可以连试块一起被提起来。这说明如果能保证施工中桥面与改性沥青之间的充分粘结（采取提高桥面清洁度、干燥度等措施），SBS改性沥青仍然是一种较好的防水材料。
（4）橡胶沥青试件冻融后具有较高的抗剪强度，从试验过程中试件的破坏面来看，橡胶沥青剪切破坏后仍与水泥试块粘结牢固，破坏面发生在沥青试块上或沥青试块与橡胶沥青之间。SBS改性乳化沥青与HLJ-2910环氧沥青冻融后抗剪强度最大，从其破坏面来看，此2种材料与桥面的粘结较好，部分试件并非由于层间剪切破坏，而是连水泥试块表层一起脱落。
（5）从表9拉拔试验结果看到，冻融后HLJ-2910环氧沥青、橡胶沥青以及改性乳化沥青的粘结强度比较接近，SBS改性沥青的粘结强度最弱，与剪切试验规律类似。所以，综合考虑，4种防水粘结材料中，HLJ-2910环氧沥青、橡胶沥青以及改性乳化沥青抗水损坏性能较好，SBS改性沥青抗水损坏性能较弱一些。
3.3抗老化性能试验。
（1）在桥面防水粘结层漫长的使用年限内（一般在10年以上），受到空气、温度的影响难免会产生老化作用，为防止其在使用过程中因老化而丧失防水粘结作用，必须保证其抗老化性能。抗老化性能通过人工加速老化试验进行评价，我国交通行业标准JT/T 536-537-2004中提出用氙弧灯照射30d的方法进行老化试验，该方法试验周期长，工程中不易操作。为此，本次采用薄膜加热试验来模拟材料的老化过程，通过老化后材料的粘结强度的变化情况来评价其抗老化性能。
（2）由于HLJ-2910环氧沥青为双组份，双组份分别老化不能代表混合料后环氧沥青的老化特征，所以本次仅进行了橡胶沥青、SBS改性沥青以及SBS改性乳化沥青3种材料的老化试验。老化温度为160℃，时间为5h，老化后测定20℃拉拔强度，并与老化前的拉拔强度进行对比，试验结果如表10所示。
（3）从表10试验结果看到：经短期老化后，3种防水粘结材料中橡胶沥青的粘结强度最大，SBS改性乳化沥青与SBS改性沥青相当。另外，相比老化前，3种材料老化后的粘结强度均有不同程度的降低；按照老化后残留粘结强度评价，SBS改性沥青粘结强度降低幅度最大，超过20%，橡胶沥青降低幅度最小，仅12%左右，SBS改性乳化沥青介于在两者中间。可见，无论从老化前后的粘结强度大小还是从老化过程中粘结强度的减小情况来看，橡胶沥青的抗老化性能最优，SBS改性沥青与SBS改性乳化沥青次之，这可能是由于橡胶粉改性剂与SBS改性剂的特点及所发生的物理化学反应不同所致。
4. 结论
本文采用室内试验对比评价了几种混凝土桥面防水粘结材料的性能，主要得到以下结论。
（1）几种防水粘结材料中，HLJ-2910环氧沥青的粘结性能最优，其次是橡胶沥青与SBS改性沥青；SBS改性乳化沥青在温度较高时基本丧失粘结性能，认为不宜作为桥面防水粘结材料。
（2）HLJ-2910环氧沥青、橡胶沥青以及SBS改性乳化沥青抗水损坏性能较好，SBS改性沥青抗水损坏性能较弱；无论从老化前后的粘结强度大小还是从老化过程中粘结强度的减小情况来看，橡胶沥青的抗老化性能最优，SBS改性沥青与SBS改性乳化沥青次之。
参考文献
[1]贾渝，张全庚.沥青路面水损害的研究[J].石油沥青，1999，13（l）：22～27.
[2]刘建锋，热喷SBS改性沥青桥面防水粘结层在公路工程中应用[J].交通建设，2013，15（2）：89～92.
[3]王娟.水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装防水粘结层的性能研究[D].东南大学硕士学位论文，2004.
[4]张娟.水泥混凝土桥面防水粘结层性能研究[D].长安大学硕士学位论文，2008.
材料力学试验 第12篇
超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Tough-ness Cementitious, 简称UHTCC) 是一种具有应变硬化、超高延性和韧性、细密多裂缝开裂机制的纤维增强水泥基复合材料[1],UHTCC材料在纤维体积掺量为2%时即可在单轴拉伸荷载作用下表现出应变硬化的特性, 并出现垂直于受力方向的细密裂缝。该材料表现出超高的延性,其极限拉应变可达2%~6%,是普通混凝土开裂应变的200 倍以上[2]。 近十几年来, 国内外学者对UHTCC的材料性能以及工程应用进行了大量的研究, 结果表明UHTCC具有优越的抗渗性能[3]、耐久性[4]等特点。 另外,由于该材料抗压强度及弹性模量与普通混凝土相近,并且与钢筋及混凝土黏结性能较好[5], 使其在现代混凝土结构中有着广阔的应用前景。 然而,作为UHTCC主要成分的PVA纤维依赖进口, 这就使得同样体积的UHTCC造价约是混凝土造价的10 倍。 近几年,有学者尝试利用国产PVA纤维制备UHTCC, 但仍存在延性和强度相对较低等问题[6,7]。
UHTCC作为一种水泥基复合材料,具有明显的多尺度结构特征,包括由凝胶孔和水泥水构成的微观结构、由孔洞缺陷及石英砂等构成的细观结构以及由水泥基体和PVA纤维构成的宏观结构[8,9]。UHTCC的多尺度破坏过程可以描述为以下过程:基体内部微观首先开裂演变为细观裂纹, 细观裂纹最后汇合形成宏观裂缝。 当宏观裂纹发展到一定程度时,PVA开始限制宏观裂缝发展使得UHTCC呈现多裂缝开展模式,最终某一截面纤维拉断,材料最终破坏。 如果能在UHTCC中基体微观开裂演变为细观裂纹阶段即进行阻裂设计, 使得UHTCC在微裂纹发展阶段和宏观裂缝开展阶段均得到有效抑制, 对于UHTCC的性能提高以及节约造价等方面具有重要意义。 近十几年以来,国内外学者已经开展了不同尺度纤维增强水泥基复合材料的探索,如碳纳米管、PVA纤维、钢纤维等[10,11,12],但是微纤维(如碳纳米管等)的价格一般较为昂贵,限制了此类材料的研究和应用。
基于上述情况, 本文在UHTCC已有的研究基础上,采用生产成本约1000 元/t的廉价碳酸钙晶须对UHTCC进行改性, 提出多尺度工程水泥基复合材料(MS-UHTCC)的设计概念,并进行了材料宏观力学性能测试。
1 试验过程
1.1 原材料与配合比
本研究所用原料:水泥(P·O 42.5R)、石英砂、粉煤灰、 国产PVA纤维、 进口PVA纤维及碳酸钙晶须。 原材料的性能和化学成分如表1 和表2 所示。
晶须的宏观和微观形态见图1。 为研究PVA类型、PVA的掺量、 晶须的掺量对MS-UHTCC的影响,基体砂胶比取0.35,水胶比统一取0.30,粉煤灰掺量与水泥用量质量比为3[13]。 为保证基体具有良好的和易性, 聚羧酸减水剂的用量(减水剂用量与水泥用量质量之比)为0.5%[14]。 16 组MS-UHTCC基体中纤维的体积掺量和用量如表3 所示。
%
1.2 试验流程
MS-UHTCC的搅拌顺序见图2,采用跳桌试验测试新拌混合物的工作性能,16 组MS-UHTCC的流动性均控制在200mm左右, 表明流动性较好[15]。装模后, 各试件在振动台上振动30s, 随后按照ISO679—2009[16]标准放入标准水泥养护箱中养护24h,拆模并继续养护至28d, 取出测试。 采用70mm×70mm×70mm标准立方体试件测试抗压强度, 试验设备为30t液压伺服压力试验机, 加载方式为力加载,加载速度2.4 k N/s[16]。 参考JSCE—2008[17],单轴拉伸试件采用厚度为13mm的标准狗骨试件测试MS-UHTCC的抗拉性能,标准狗骨试件的尺寸见图3。 试验设备为MTS-CMT4204 型电子万能试验机,加载方式为位移加载,加载速度0.01mm/s,加载装置见图4。
2 试验结果与讨论
2.1 抗压强度
16 组MS-UHTCC的抗压强度试验结果见图5,其中图5(a)为Kuraray纤维制备的MS-UHTCC,图5(b)为国产PVA制备的MS-UHTCC。 比较KB0 与KAO可知,PVA掺量的降低导致材料抗压强度降低。 比较KB0 与KB2 可知,PVA体积掺量为1.75%时,2%体积掺量碳酸钙晶须的掺入使材料的抗压强度提升了12% , 表明晶须掺量的增加有利于UHTCC的抗压强度。 比较KC0、KC2、KC4 可知,在PVA体积掺量为1.5%的情况下,晶须的掺入有利于增强材料的抗压强度,但比较KC4 与KC6 可发现,在晶须体积掺量从4%增加到6%时,抗压强度反而略有降低,这是因为晶须比表面积较大,容易团聚,掺量过多会造成一定的“晶须毒性”,不利于抗压强度的提升[18]。 分析图5(b)可知,国产皖维纤维制备的MS-UHTCC具有同样的趋势, 随着PVA掺量逐渐降低,纤维随着晶须的掺量逐渐增加,抗压强度逐渐提高, 掺2%晶须UHTCC的抗压强度增幅约10%,掺4%晶须UHTCC的抗压强度增幅约18%。
这主要是因为晶须体积较小而长径比较大,在微观尺度上对UHTCC基体存在填充作用和桥接作用, 作用机理与晶须增强水泥砂浆相同。 晶须对UHTCC抗压强度的提高作用效果与掺加硅灰等填料类似,但作用机理却不同。 两者都对基体起到了填充的作用,但是硅灰具有火山灰活性,参与水化过程, 使得PVA纤维与基体的黏结增强, 不利于PVA纤维从基体中拔出, 使得UHTCC的稳定性较差[2]。 而晶须作用机理是从微观层次对基体产生物理桥接作用,不会增加PVA纤维与基体的化学黏结作用, 是在不影响UHTCC稳定开裂的前提下,对UHTCC基体的物理增强。
2.2 单轴拉伸性能
三组配比的单拉曲线如图6 所示。
从图6(a)可以看出,KAO、KBO以及KB2 由于采用了进口Kuraray纤维,纤维表面经过涂油处理,因此,三条曲线均具有较高的延性。 KA0 是PVA掺量为2%的典型UHTCC单轴拉伸曲线,具有明显的应变硬化行为,极限拉应变为4.8%,极限抗拉强度为5.8MPa。 KB0 配比是在KA0 配比基础上,将PVA体积掺量降低至1.75%,由图6(a)可以看出,KB0依然具有明显的应变硬化行为, 极限拉应变为3.9%,极限抗拉强度为4MPa,相对M1 有明显的减弱。 这是因为PVA体积掺量的降低,使得同一截面乱向分布的纤维量较少,纤维桥接作用减弱,材料的延性和抗拉强度均减弱。 KB2 配比是在KB0 配比的基础上增加2%体积掺量的碳酸晶须, 由图6(a)可以看出,KB2 的极限拉应变和抗拉强度较KB0 均有较明显的增加,极限拉应变达到5.8%,甚至超过KA0 配比的抗拉强度, 表明晶须的掺入可以提高UHTCC的延性和抗拉强度, 并可以部分取代PVA纤维。
图6(b)为PVA体积掺量1.5%时,不同晶须体积掺量对MS-UHTCC的影响。 由于PVA体积掺量偏小,KC0 的极限拉应变仅为1.6%, 极限抗拉强度为2.6MPa, 与KA0 及KB0 相比均有明显降低,但KC0 依然具有应变硬化的力学特征。 KC2 极限拉应变为4.8%,极限抗拉强度为3.7MPa,相比KC0 具有明显提高。 如果在KC2 的基础上继续增加晶须掺量,可以发现材料的极限抗拉强度和极限拉应变均有降低,这是因为晶须比表面积较大,容易聚团,掺量过多会造成一定的“晶须毒性”。
图6(c)为国产PVA体积掺量2%时,不同晶须掺量对材料的影响。相比图6(a)和图6(b), 图6(c)中的曲线应变硬化趋势较小,曲线 “锯齿”量降低,表明材料的裂源较少。这是因为国产PVA纤维没有经过表面处理,PVA中的羟基与基体具有较强的结合力, 因此,PVA纤维在基体中不易拔出, 不利于UHTCC材料的稳定开裂。 WA0 的极限拉应变为1.6%,极限抗拉强度为3.3MPa,表明利用国产PVA纤维配制UHTCC具有一定的可行性。 WA2 是在WA0 的基础上增加2%体积掺量的晶须, 从图中可以看出,WA2 的极限拉应变为2.2%,极限抗拉强度为4.1MPa,相比WA0 均具有明显提升,表明晶须对国产PVA-UHTCC同样具有提高延性和强度的作用。 WA4 相比WA2,极限抗拉强度和极限拉应变均有一定程度降低,这同样也是因为“晶须毒性”的作用,因此,对国产PVA掺量为2%的UHTCC,晶须的合理体积掺量为2%。
图6(d)为国产PVA体积掺量1.75%时,不同晶须体积掺量对材料的影响。相比图6(c),由于PVA体积掺量降低,材料的延性和抗拉强度均有一定程度的降低。WB0的极限拉应变为1.3%,极限抗拉强度为2.8MPa。WB2 是在WB0 的基础上增加2%体积掺量的晶须,从图中可以看出,WB2 的极限拉应变为1.6%,极限抗拉强度为3.8MPa, 相比WB0 均具有明显提升。WB4 相比WB2,极限抗拉强度和极限拉应变均有一定程度降低, 因此, 国产PVA掺量为1.75%的UHTCC,晶须的合理体积掺量为2%。
图6(e)为国产PVA体积掺量1.5%时,不同晶须体积掺量对材料的影响。 相比图6 (d), 由于PVA体积掺量降低,材料的延性和抗拉强度均进一步降低。 WC0 的极限拉应变为0.6%,极限抗拉强度为2.5MPa。 WC2 是在WC0 的基础上增加2%体积掺量的晶须, 从图中可以看出,WC2 的极限拉应变为1%,极限抗拉强度为3.5MPa,相比WC0 均具有明显提升。 WC4 相比WC2,极限抗拉强度和极限拉应变均有一定程度降低。 日本土木工程学会颁发的《具有多缝开裂特征的高性能纤维增强水泥基复合材料设计与施工建议》中只要求该复合材料的拉应变能力大于0.5%[17],因此,用1.5%的国产PVA纤维和2%晶须制备的MS-UHTCC满足工程要求。
典型试件的裂缝破坏模式如图7 所示。 由图可见,KC0 试件同时存在一条主裂缝以及部分微裂缝,而KC2 裂缝分布相比KC0 更为均匀全面,表面KC2 的多裂缝开展程度更高。 WA0 试件存在一条主裂缝而微裂缝较少,WA2 相比WA0 裂缝分布的更加细密,但仍未达到全面分布,主要集中在上部区域。 裂缝的发展模式表明:1进口PVA纤维更加有利于UHTCC的多裂缝开展机制;22%体积掺量的晶须使试件的裂缝分布更加均匀细密。
由上面的分析可知,用廉价晶须部分取代PVA纤维具有可行性, 晶须的掺入可以提高UHTCC的延性、强度并使得裂缝开展的更加细密,分布更加均匀。 这是因为MS-UHTCC中存在PVA及晶须这两种不同尺度的纤维,晶须在一定程度上阻止了基体内部微观开裂演变为细观裂纹,而PVA纤维主要用于抑制细观和宏观裂缝。 当MS-UHTCC受力开裂时,裂纹由微观层次产生,晶须在微观尺度首先起作用,阻碍裂缝的发展,根据基体强弱的不同存在三种作用机理,即晶须拔出、裂纹偏转以及裂纹冲断[19],这三个过程都伴随着裂纹尖端场能量的耗散,如图8 所示。 细观裂缝和宏观裂缝是由微观裂纹的拓展和合并而成,由于晶须对微观裂纹的阻裂作用,MS -UHTCC中的细观和宏观裂纹比普通UHTCC少, 即使PVA体积掺量不足2% 时,MS -UHTCC依然可以表现出很好的应力硬化和多裂缝开裂的行为。
其次, 晶须的掺入使得基体与纤维界面增加,因此MS-UHTCC的总孔隙率相比普通UHTCC会增加。 但由于晶须处于微观尺度,孔隙主要分布在微细观层次,减少了大缺陷产生的可能,因此,晶须的掺入会优化基体的孔隙分布[20]。 在UHTCC基体中,孔隙作为初始缺陷存在,对于UHTCC的稳定性具有重要意义, 晶须的掺入优化了基体的孔隙分布,使得UHTCC的开裂裂源增加,延性、抗拉强度得到提高[21]。
3 结论
(1)碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维形成多尺度工程设计水泥基复合材料(MS-UHTCC)具有可行性,MS-UHTCC具有受拉应变硬化和多裂缝开展的机制。
(2)碳酸钙晶须的微观增强和微观阻裂作用使得MS-UHTCC具有更高的强度和延性。
