抗冲稳定

2024-06-09

抗冲稳定（精选七篇）

抗冲稳定篇1

1 几种试验设备

1.1 法国道路当局的试验设备

法国道路当局模拟冲刷的试验设备有旋转刷(图1)或振动台(图2)。旋转刷具有检测速度快,便于操作的优点,但它不能模拟路面水冲刷的机理,且检验结果变异性较大(与试件表面集料颗粒分布有关)。振动台虽在一定程度上模拟了路面水的冲刷,但存在冲刷效果较差的缺点,尤其对于养护龄期较长的半刚性基层混合料试件,其冲刷效果不理想。

1.2 澳大利亚的试验设备

澳大利亚用于水泥处治材料冲刷试验的振动台,见图3。国内沙爱民、郝培文等进行半刚性基层材料冲刷试验时采用了类似的试验设备[6,7]。此试验设备对于养护龄期较长的试件,同样存在冲刷效果不很理想的问题。

1.3 本文采用的试验设备

本文采用的试验设备示意图,见图4。利用一台高压清洗机产生高压水,对养护到一定龄期的半刚性基层材料试件进行顶面冲刷,冲刷一定时间后,称量被冲刷试件的质量,计算试件的冲刷率。本试验方法与道路实际使用情况相互吻合,能够模拟道路基层在实际中受冲刷的情况,具有简便、直观、易于操作、易于调整水压大小、冲刷效果好(对于养护龄期长的试件,效果稍差)的优点。

2 原材料试验

2.1 结合料性质

已有研究表明,结合料的性质对试件的强度有很大的影响,同样对试件的冲刷率具有重大影响。本次试验所用结合料为石灰和粉煤灰,其技术性质见表1、表2。

2.2 粒料级配及配合比

本次试验采用《公路沥青路面设计规范》中稳定类基层材料集料的级配中值[8]。

二灰稳定粒料中,二灰∶粒料为20∶80,石灰∶粉煤灰为1∶2。

2.3 重型击实试验

对两种半刚性基层材料进行重型击实试验,结果见表3。

3 强度试验

为了便于分析冲刷试验结果,在室内首先做了二灰稳定粒料的强度试验,试验结果见表4。

4 冲刷试验

4.1 冲刷试验方法

试验时将养生到期的试件前一天泡在水中,以此来模拟实际使用时的最不利情形。冲刷设备采用高压清洗机。冲刷水流采用喷雾状,冲刷水压根据不同的试件和龄期采用不同的压力值。

冲刷的基本过程:把浸泡一天的试件,用湿布揩干表面水分,进行称量,质量为m0。把试件放置在冲刷喷头下20 cm的垂直位置上,喷头垂直于试件表面(圆形面),冲刷一定时间后,关掉电源,用湿布细心揩干试件冲刷后粗糙表面上的水分,再进行称量,质量为m1;再把试件放置在喷头下的同样位置,冲刷原冲刷面(已冲刷一定时间)一定时间后,揩干试件表面水分,称其质量m2。

冲刷时间的确定:短龄期(28 d以内)试件采用5 min作为冲刷时间,测定冲刷时间分别为2.5 min和5 min时的试件冲刷量;长龄期(90 d以上)试件采用10 min作为冲刷时间,其中冲刷进行到5 min时测量其冲刷量,到10 min时测其最终冲刷量。

冲刷率的计算:半刚性基层材料的冲刷量为冲刷前后的试件质量差。考虑到冲刷前试件已泡水一天,冲刷过程中试件的吸水量和冲刷试件的质量比值较小,因此直接称量冲刷后试件的质量时不再将其烘干。试件的冲刷率采用下式计算:

式中:m0为冲刷前试件的湿质量,g;mi为冲刷一定时间后试件的湿质量(i=1,2),g。

4.2 冲刷试验结果

对养生到不同龄期的试件,采用不同的冲刷水压,按照上述冲刷试验方法进行冲刷试验。

对养护时间分别为7d和28d的二灰稳定粒料试件进行冲刷试验,其结果见图5、图6。

从图5、图6可以知道2点。

(1)试件7 d的冲刷率:随着冲刷水压的增加而迅速增大,且试件后2.5 min的冲刷率要小于前2.5 min的冲刷率。这是由于二灰稳定粒料试件,仅仅养护7 d,其强度增长缓慢,抵抗有压水冲刷的能力较差,故而随着冲刷水压的增加,冲刷率迅速增大。由于试件的强度低,在冲刷2.5 min后,试件表面的软弱层已经被水冲刷掉,冲刷面上留下的是粒料大颗粒或者强度较强的部分,所以再次冲刷同样的时间,其冲刷率会较前面冲刷同样时间的冲刷率要小。

(2)试件28 d的冲刷率:与冲刷水压大致呈直线关系。冲刷水压从0.5 MPa增加到1.5 MPa时,由于冲刷水压不大,试件抵抗水的冲刷能力较强,所以试件前2.5 min的冲刷率与后2.5 min的冲刷率大体相同;当水压增加到2.0 MPa后,由于冲刷水强大的冲刷作用,前2.5 min试件表面的细料层和强度相对较弱的部分已经被冲刷掉,冲刷面上留下的是强度较强的部分,所以当再次冲刷相同的时间时,后2.5 min的冲刷率较前2.5 min的冲刷率要小很多,相差2%左右;当水压继续增加到2.5 MPa以后,由于水的强劲冲刷作用,对试件造成了巨大的破坏作用,所以前后2.5 min的冲刷率基本保持一致。在试验过程中,在冲刷水压2.5 MPa时,冲刷5 min后,很多试件已经被破坏。

养生90 d的二灰稳定粒料试件的冲刷试验结果,见表5。从表中知,养护90 d后试件的抗冲刷性也很好,即使在5.0MPa的强大高压水的冲刷下,其冲刷率也很小。

综合分析一定冲刷水压下,养护到不同龄期的二灰稳定粒料试件的冲刷试验结果,可得二灰稳定粒料试件冲刷率随龄期的变化规律,如图7所示。

从图7知,在冲刷水压1.5 MPa时,二灰稳定粒料试件的冲刷率,随试件养护龄期的增加而迅速减小。虽然二灰稳定粒料的7 d龄期试件抵抗水冲刷能力较弱(冲刷率达到11%左右),随着养护龄期的增加,试件的强度得到逐步增长,抵抗水的破坏作用的能力也逐步增强,28 d的冲刷率迅速减少到5%左右,而90 d的冲刷率更是锐减到0.03%左右,说明此时的二灰稳定粒料试件受冲刷水的影响较小。

4.3 试件冲刷率与强度之间的关系

二灰稳定粒料试件冲刷率与抗压强度之间的关系,见图8。

从图8知,随着稳定粒料试件的抗压强度逐渐增加,其抵抗水冲刷的能力逐渐增强。这对于现场施工有一定的指导意义,即对于刚摊铺完进行养生的二灰稳定粒料混合料等半刚性基层混合料,要做好排水措施,以免在混合料强度较低时遭受雨水的冲刷。

4.4 新试验方法和传统试验方法结果对比

新的试验方法下,短龄期内,二灰稳定粒料试件的抗冲刷性和传统试验方法结果基本一致,但是新的试验方法简便、直观、易于操作、易于调整水压大小、冲刷效果好;而长龄期内,二灰稳定粒料试件用传统方法试验效果不理想,新的试验方法有比较好的冲刷效果;另外,新的试验方法水压易于调整,长龄期的试件抗冲刷试验效果好,便于得出二灰稳定粒料试件冲刷率与抗压强度之间的关系。

5 结语

本文在比较几种常用的传统冲刷试验设备的基础上,提出了一种简便有效的半刚性基层冲刷试验方法。基于新的试验方法,采用冲刷率作为抗冲刷性能的指标,冲刷试验结果表明,二灰稳定粒料试件的冲刷率,随试件养护龄期的增加而迅速减小,养护90 d以后试件的抗冲刷性即使在5.0 MPa的强大高压水的冲刷下,其冲刷率也很小;另一方面,随着二灰稳定粒料试件的抗压强度逐渐增加,其抵抗水冲刷的能力也逐渐增强。这些结论对于现场施工有一定的指导意义。

摘要：鉴于几种传统试验方法对养护龄期较长的半刚性基层混合料试件冲刷效果不理想的现状,在比较国内外冲刷试验设备的基础上,提出了一种简便有效的半刚性基层材料冲刷试验方法。基于新的试验方法,并采用冲刷率作为抗冲刷性能的指标,研究了不同养护龄期、不同水压和冲刷时间下二灰稳定粒料的抗冲刷性,最后简要分析了冲刷率与试件强度之间的关系。试验表明:二灰稳定粒料试件的冲刷率,随试件养护龄期的增加而迅速减小,到90 d龄期时受冲刷水的影响很小;随二灰稳定粒料试件的抗压强度逐渐增加,其抵抗水冲刷的能力逐渐增强。

关键词：二灰稳定粒料,冲刷,冲刷率,性能,强度

参考文献

[1]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社,1998:11-18.

[2]胡力群.半刚性基层材料抗冲刷性能试验[D].西安:长安大学,2000.

[3]胡力群,沙爱民.沥青路面水泥稳定类基层材料抗冲刷性能试验及机理研究[J].中国公路学报,2003,16(1):15-18.

[4]沙爱民,胡力群.路面基层材料抗冲刷性能试验研究[J].岩土工程学报,2002,24(3):276-280.

[5]王明昌,徐士启,王乐福,等.半刚性路面基层冲刷唧浆的影响因素与防治[J].公路,1998(8):45-49.

[6]沙爱民,胡力群.半刚性基层材料抗冲刷性能试验方法研究[J].中国公路学报,2002,15(2):4-7.

[7]郝培文,胡长顺,张炳乾,等.半刚性基层材料抗冲刷性能的研究[J].西安公路交通大学学报,2000,20(2):9-11.

高抗冲聚丙烯管材的研究篇2

工艺流程分为两大步骤:首先制备出增韧母粒, 然后将母粒与PP-R原料共混合用于PP-R管材挤出, 制备出具备增韧效果的PP-R管材。工艺流程如图1所示。

按比例准确称量PP-R、纳米碳酸钙和POE的质量。纳米碳酸钙使用前经过钛酸酯偶联剂进行预处理[3]。然后用高速搅拌机设备进行混合。搅拌好原料后, 直接投放PP-R双螺杆挤出机的造粒设备内进行造粒, 熔融温度控制在180oC左右。将制备的母粒与PP-R按照1:4比例进行共混, 混合原料通过吸料系统吸入烘箱烘干, 然后通过PP-R单螺杆挤出机进行挤出生产。

将PP-R改性母粒与PP-R按1:4混合后, 制备成注塑样条, 对其物理性能进行检测, 其检测结果如表1所示。

注:母粒配方C1=PPR 100份、POE 10份、纳米碳酸钙6份;C2=PPR 100份、POE 20份、纳米碳酸钙12份;C3=PPR 100份、POE 30份、纳米碳酸钙18份;C4=PPR 100份、POE 40份、纳米碳酸钙24份。

从检测的性能结果看, 随着POE和纳米碳酸钙用量的增大, 拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量有所降低, 当加入量为17.5% (C4配方) 时, 强度都有较大的下降;冲击强度随着用量的增大而提高, 表明冲击性能有了明显的提升。从综合物理性能的表现来看, C2是最佳配方。

生产产品以DN25*2.8 (1.6 MPa) 规格产品为例, 将制备的抗冲击PP-R管材按照国家标准GB/T 18742.2-2002对其检测各项性能指标, 经检测其完全通过 (见表2。管材的低温抗冲击性能有明显的提高, 在0oC的落锤冲击试验中, 增加落锤重量和高度的情况下, 管材仍然能通过测试。

结语

(1) 通过商用的POE弹性体、纳米碳酸钙与PP-R管材专用料共混, 提高了材料的抗冲击性能, 能够实用于工业化生产;

(2) 通过此工艺制备的高抗冲击PP-R管材对低温冲击性能有了明显的提升, 弥补了PP-R低温脆性的弱点, 具有良好的市场应用前景。

参考文献

[1]张威, 李玉松.PP-R管材的发展概况.塑料工业, 2012, (6) :10-14.

[2]吴致彭.埋地排水排污用聚丙烯 (PP) 管材发展展望.黑龙江科技信息, 2012, (20) :82.

抗冲耐磨砼配合比设计试验研究篇3

关键词：抗冲耐磨混凝土,配合比,聚羧酸超塑化剂,硅粉,粉煤灰,骨料

乌江构皮滩水电站位于贵州省余庆县构皮滩口上游1.5km的乌江上, 主要建筑物包括混凝土双曲拱坝、水垫塘和二道坝、引水发电系统、泄洪洞以及导流隧洞、碾压混凝土围堰组成, 要使用的混凝土数量和类别主要包括:

a.大坝常态混凝土300万m3, 用于混凝土拱坝, 对混凝土的力学性能和温控防裂具有较高的要求;b.泵送混凝土100万m3;c.抗冲耐磨混凝土50万m3, 用于各消能防冲部位, 对混凝土的抗冲击、抗磨蚀、抗气蚀性能具有较高要求;d.碾压混凝土40万m3, 用于围堰, 对混凝土的经济性能、施工性能、温控防裂等具有较高要求。

1 原材料与配合比设计

1.1 试验原材料

主要原材料:水泥采用贵州江电葛州坝水泥有限责任公司生产的三峡牌P.MH42.5水泥, (其物理力学性能见表1) ;灰岩人工砂、人工碎石;JG-3、JM-Ⅱ两种缓凝高效减水剂、FS引气剂、JYHBC-01抗冲耐磨剂、四川省成都地区生活饮用水、聚丙烯腈纤维 (19mm、24mm) 、玄武岩纤维 (19mm、24mm) 。

1.2 试验方案与试验配合比

1.2.1 试验方案

本次试验分为原材料试验、混凝土参数优化及基准配合比的确定、混凝土性能试验三个阶段。

通过原材料及混凝土配合比选择试验, 确定抗冲耐磨砼的基准配合比, 然后选用以下7种原材料组合的试验方案 (列于表2) , 进行C50抗冲耐磨混凝土的性能对比及配合比优选。

1.2.2 抗冲耐磨混凝土试验配合比

通过原材料性能试验、混凝土参数优化及C50基准配合比的选取, 本次试验根据业主方要求, 选用了7种原材料组合方案对C50抗冲耐磨混凝土配合比进行混凝土性能试验 (以下简称7种工况) 。试验采用贵州江电水泥厂P·MH42.5水泥、二级配、人工砂石骨料、贵州凯里电厂Ⅰ级粉煤灰、JG-3高效减水剂、FS引气剂、19、24mm聚丙烯腈纤维、19、24mm玄武岩纤维、JYHBC-01抗冲磨剂

2 试验结果与机理分析试验结果 (见表3)

3 结论

3.1 通过7种工况的对比试验结果表明, 7种工况下混凝土都能满足C50抗冲耐磨混凝土的设计和施工性能要求。

3.2 分别掺加聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维、玄武岩纤维+JYHBC-01抗冲磨剂, 对混凝土28d强度没有显著的影响, 提高了混凝土的早期轴拉强度、抗折强度及初裂强度, 对混凝土早期阻裂十分有利;改善了混凝土的抗渗性能。

3.3 在纤维长度搭配上, 聚丙烯腈纤维24mm略优于19mm, 玄武岩纤维19mm优于24mm。

参考文献

[1]卢安琪, 李克亮.聚丙烯纤维混凝土抗冲耐磨试验研究[J].水利水电技术, 2002, 33 (4) :37-39.

[2]盛松涛, 方坤河.聚丙烯纤维在水工高性能混凝土中的作用[J].混凝土, 2003, (11) :51-53.

[3]刘卫东, 王依民.聚丙烯纤维混凝土的水工特性试验研究[J].混凝土与水泥制品, 2004, (1) :35-37.

[4]马一平, 谈慕华.聚丙烯纤维对水泥基复合材料物理力学性能研究.

[5]抗塑性干缩开裂性能[J].建筑材料学报, 2000, 3 (2) :48-53.

抗冲稳定篇4

森林枯落物及土壤是森林生态系统的重要组成结构, 对森林水源涵养起着决定性作用。不同森林类型因其树种生物学特性、林分结构等不同, 其水源涵养功能也存在一定的差异[1]。枯枝落叶层是森林中最为活跃的组成部分, 是土壤有机养分的重要来源[2]。森林土壤的物理性质差异直接影响土壤水分的储蓄方式和蓄存量, 关系到森林涵养水源潜能的强弱[3]。近年来, 各地学者已入手从各个角度对森林的水文效应进行了研究, 并取得了很大进展, 为我国森林水文效应的研究奠定了坚实的基础[4,5]。山西省西部的文峪河流域分布有省内森林面积最大, 林相较为整齐的次生林。由于森林的存在, 导致该区域山清水秀, 空气良好, 水土流失微弱, 生态环境良好。本项目以森林水文为切入点, 通过野外调查和实验研究, 结合室内化验和分析, 探求文峪河流域内不同林分的森林水文效应以及对土壤的改良作用, 以期为山西省加快生态重建、水资源合理利用提供一定的帮助。

1 森林水源涵养及水土保持

1.1 森林的水源涵养功能

森林枯落物具有很好的吸水和透水能力, 可避免雨滴的击溅和径流的侵蚀, 阻延径流的流速、拦截泥沙, 在森林的水文生态效益和保土等功能方面具有十分重要的作用。

枯落物的最大持水率 (%) 和单位面积枯落物的蓄积量之积, 即为最大持水量。但最大持水量并不代表枯落物对降雨的截留量, 有效 (或净) 截留量才是反映枯落物对1次降水拦蓄的真实指标, 其与枯落物的数量、水分状况、降雨特性有关[6]。

雨滴打击地面不仅造成土壤击溅、分散土壤, 使细小颗粒堵塞孔隙, 阻碍水分入渗。枯枝落叶层像绒毯一样覆盖地面, 防止了雨滴打击地面和表面结皮的形成;像海绵和过滤器一样, 吸收和过滤径流和泥沙, 具有较好的蓄水特性;给土壤提供有机养分, 改善土壤结构使水稳性团粒结构增加;不同枯落物下土壤结构、土壤养分组成、腐殖质性质、土壤酸碱度状况等都明显不同。通过枯落物覆盖地表, 增加了地面粗糙度, 使流速减缓, 不仅减少冲刷, 而且延长了水分入渗时间。枯枝落叶层促进了水分渗透, 减少了地表径流。枯枝落叶层覆盖地表, 改变了地表状况, 抑制了土壤蒸发。枯枝落叶层越厚, 土壤蒸发量越小。

总之, 枯枝落叶层是森林中影响水分变化的最为活跃的因素, 没有枯枝落叶层的森林, 实际上很难真正起到水源涵养的作用。因此, 枯枝落叶层的管理状况是衡量森林水源涵养和保持水土的重要因素。

1.2 森林的水土保持作用

在侵蚀性暴雨雨滴的击溅和浸润下, 裸露地表层土壤的结构易遭破坏, 抵抗力急剧下降, 被水分饱和并溅散的土粒很快呈稀泥状阻塞土壤非毛管孔隙, 影响水分下渗, 增大地表径流量。林地由于枯落物的保护, 雨滴不能直接打击表层土壤, 有效地削减侵蚀性雨滴的溅蚀动能, 加之森林土壤结构良好, 保持较高的水分入渗能力, 大量地表径流变成地下径流, 减少了土壤侵蚀的可能性[6]。森林生态系统通过多层次的截持, 减少地表径流, 延长径流下泄时间, 具有减洪滞洪的作用。枯落物的存在同样会对径流产生减缓作用, 这是因为枯落物的覆盖增加了地表粗糙度, 增大了曼宁粗糙系数。无论是枯落物对降雨侵蚀力的抑制作用, 还是对径流的减缓作用, 最终都体现在林地减流减沙效应方面, 并从总体上客观地反映森林枯落物水土保持功能。

2 实验内容及方法

2.1 实验内容

对文峪流域林区6种典型林种 (云杉林、油松林、华北落叶松林、山杨林、辽东栎林、白桦林) 和其混交林 (白桦-落叶松混交林、杨桦混交林林、云落混交林) 的枯落物层总厚度、未分解层厚度和半分解层厚度, 分层称枯落物层鲜重、枯落物层干物质重, 枯落物浸水不同时段的湿重, 枯落物最大持水率, 枯落物持水量, 枯落物有效拦蓄量, 人工径流冲刷下不同林分土壤的产流时间、径流速率、径流量和泥沙含量。主要对上述不同林分的林下土壤分层 (0-10cm、10-20cm、20-30cm) 取样, 测定土壤含水量、土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水量、土壤初渗速率、土壤稳渗速率。具体研究内容和技术路线如图1。

2.2 实验方法

在文峪河流域内选定不同的林分, 布设样地, 进行样地内的每木检尺 (如胸径、林龄和树高等) , 同时对林下生物量进行调查 (如盖度、频度等) 。在此基础上进行不同林种的持水实验。与此同时, 对于林下枯落物的持水进行持水实验。森林的生长离不开土壤, 反过来, 森林的生长又反作用于土壤的改善, 使得土壤的抗冲性能得以加强。通过对不同林分内的原状土进行放水冲刷实验, 可以得出土壤孔隙度、有机质含量、土壤粒径分析等因素之间的相关关系。具体实验方法见图2。

3 结论

森林枯落物在涵养水源、保持水土、调节洪枯径流及地表和地下径流比例、改良土壤理化性、提高土壤渗透性及改善地下水质等方面有着重要的作用, 其蓄积量的大小是反映森林水源涵养能力高低的重要指标之一。枯落物蓄积量受多种因子的影响, 如林龄、林分组成、林型、生长季节、气候状况、人为活动、枯落物的输入量、分解速度、本身的厚度和性质等[7,8,9]。

不同林分枯落物未分解层及半分解层蓄积量, 各层所占的比例均不同。

枯落物阻滞流速的效应随凋落物的厚度、强度以及径流深的增加而减少, 这是因为枯落物的厚度增加实际上是增加了地表的粗糙度, 进而增加了径流流动的阻力;径流深度和坡度增加的结果使径流流动的动力增加。不同流量下, 9种林地的产流时间约是裸地产流时间的1.9~2.9倍, 径流速率约是裸地径流速率的1/6~1/3。在同一流量下, 云杉林阻延的效应最大, 其次是油松林, 山杨林阻延效应最小。随着冲刷流量增大, 枯落物层增大产流时间和减小径流速率的效应更加明显。

不论是枯落物对降雨的有效拦蓄, 还是它对径流的阻滞作用, 最终都表现在它对林地的减流减沙方面, 从而有力地说明了在水土保持过程中, 枯落物发挥了巨大的作用, 防止了大量的水土流失。

森林土壤结构疏松、富含有机质、水稳性团聚体较多, 是森林涵养水源的主体。森林土壤对水分的贮藏量和输出量有非常显著的影响, 对流域水资源合理分配起着重要的作用, 其贮存数量、过程及动态变化规律是制约林木生长的重要因素。林地对降水涵养调节功能又体现为对水分的静态涵养能力 (蓄水能力) 和动态调节能力 (渗透性能) 。

参考文献

[1]白晋华, 胡振华, 郭晋平.华北山地次生林典型森林类型枯落物及土壤水文效应研究[J].水土保持学报, 2009, 23 (2) :84-89.

[2]王治国, 张云龙, 刘徐师等.林业生态工程学[M].中国林业出版社, 2000:54.

[3]郭忠升, 邵明安.人工柠条林地土壤水分补给和消耗动态变化规律[J].水土保持学报, 2007, 21 (2) :119-123.

[4]高甲荣, 肖斌, 张东升, 等.国外森林水文研究进展述评[J].水土保持学报, 2001, 15 (5) :60-65.

[5]巩合德, 王开运.森林水文生态效应及在川西亚高山针叶林群落中的研究[J].世界科技研究与发展, 2003 (5) :41-46.

[6]臧廷亮, 张金池.森林枯落物的蓄水保土功能[J].南京林业大学学报, 1999, 23 (2) :81-84.

[7]张洪江, 程金华, 余新晓, 等.贡嘎山冷杉纯林枯落物储量及其持水特性[J].林业科学, 2003, 39 (5) :147-151.

[8]赵鸿雁, 吴钦孝.黄土高原几种枯枝落叶吸水机理研究[J].防护林科技, 1996 (4) :15-18.

抗冲稳定篇5

建筑结构设计中, 无腹筋板、基础、承台的抗剪承载力和抗冲切承载力计算中, 都牵涉到截面高度影响系数, 其取值方法在两种计算中不同, 规范没有二者之间关系的说明和解释, 国内也鲜有相关论述。在工程实践中, 很多设计人员经常将两种方法混淆, 甚至规范中有些地方也是自相矛盾。分析了两种方法的联系与区别, 并试着在此基础上提出一种通用方法, 以期为工程实践和理论研究提供参考。

1 规范中的规定

GB50010-2010《混凝土结构设计规范》 (以下简称《混规》) 中6.3.3条不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件斜截面受剪承力计算[1]:

式中, βh为截面高度影响系数:当h0小于800 mm时, 取800 mm;当h0大于2 000 mm时, 取2 000 mm。

《混规》中6.5.1在局部荷载或集中反力作用下, 不配置箍筋或弯起钢筋的板的受冲切承力计算:

式中, βh为截面高度影响系数:当h不大于800 mm时, 取βh为1.0;当h不小于2 000 mm时, 取βh为0.9, 其间按线性内插法取用。

GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》 (以下简称《地规》) 中8.2.8条柱下独立基础受冲切承载力计算[2]:

式中, βhp为受冲切承载力截面高度影响系数:当h不大于800 mm时, 取βhp为1.0;当h不小于2 000 mm时, 取βhp为0.9, 其间按线性内插法取用。

《地规》中8.2.9条基础短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度时柱与基础交接处截面受剪承载力计算:

式中, βhs为受剪承载力截面高度影响系数:当h0<800mm时, 取h0=800 mm;当h0>2000 mm时, 取h0=2 000mm。

JGJ94-2008《建筑桩基础技术规范》 (以下简称《桩规》) 中5.9.7条轴心竖向力作用下桩基承台受柱 (墙) 的冲切承载力计算[3]:

式中, βhp为受冲切承载力截面高度影响系数, h≤800mm时, βhp取1.0;当h≥2 000 mm时, βhp取0.9, 其间按线性内插法取用。

《桩规》中5.9.10条柱下独立基础承台斜截面受剪承载力计算:

式中, βhs为受剪切承载力截面高度影响系数:当h0<800 mm时, 取h0=800 mm;当h0>2 000 mm时, 取h0=2 000 mm;其间按线性内插法取值。

2 两种取值方法的对比与分析

从上述规范条文可以看出, 抗剪承载力截面高度影响系数公式计算的方法取值 (简称公式法) ;而抗剪承载力截面高度影响系数采用线性插值的方法取值 (简称插值法) 。《桩规》5.9.10条在前面提供了计算公式, 后面解释又说中间用线性内插法取值, 相互矛盾, 应是规范编写组疏忽所致, 根据《混规》和《地规》推测, 这里应该采用公式法。

2.1 两种方法取值大小比较

从图1中可以看出内插法与公式法的差值基本上都大于0, 即相对抗剪承载力的计算而言, 抗冲切承载力的计算放宽了要求, 可能是考虑到抗冲荷载不是突发性的偶然荷载。

2.2 两种方法取值比数分析

考虑到两种方法在实际工作中经常被混用, 笔者设想用一个公式把二者在形式上统一起来, 公式为:

式中, r为计算系数, 在计算抗剪切承载力时取为1.0。现在主要问题是在计算抗冲切承载力时r如何取值。

记插值法与公式法的比数, 在五个不同的as的下, 通过一系例的点作出r的函数曲线如图2。利用多项式拟合, 求得五条曲线的函数表达式依次为:

从五个表达式中可以看出, 只有常数项随as不同而不同, 将其记为t, 与as的关系如图3。采用线性拟合, 得其表达式:t=-6×10-5as+0.8003。将其与上述五式结合可以得到:

3 统一公式与原取值方法的对比分析

由上部分的分析可以得到抗剪切和抗冲切承载力高度截面影响系数的统一公式, 表示为:

式中, r为计算系数, 当计算抗剪切承力时, r=1.0;当计算抗冲切承载力时,

新公式与规范上的两种方法相比较, 抗冲切承载力高度截面系数最后结果有所改变, 抗剪切承载力系数完全一样。下面主要分析新公式对抗冲切承载力高度截面系数的影响。将插值法与新公式所得数值的差记为△βh。根据其在上述as下的一系列点, 连成曲线如图4。

由图4可以看出as越大, 影响越大, 且有效高度在1100 mm和2 000 mm左右时影响达到峰值。但差值很小, 最大不超过0.009, 说明新公式与规范上的插值法相比, 偏离很小, 且新公式算得的值比插值法得到的值要略小些, 偏于安全, 但不致造成很大浪费。

4 工程应用

假设一柱下独立基础所用混凝土为C30, ft=1.43MPa, 冲切破坏锥体最不利一侧长度am=1 200 mm, 根据《地规》8.2.8条抗冲承载力为:

分别利用新公式法和插值法计算高度截面影响系数, 进而求得抗冲切承载力。计算和分析结果见表1。

从表1可以看出, 用新公式计算的抗冲切承载力最多只少了20 k N, 与总的抗冲切承力相比很小, 说明新公式对抗冲切承载力计算的影响很小, 在工程实践中可以采用。

5 结论

1) 本文在比较分析插值法和公式法的基础上, 提出了计算抗剪切承载力和抗冲切承载力截面高度影响系数的统一公式, 把二者从形式上统一起来, 且比较新公式和原方法的取值, 分析了其对高度系数的影响, 并在工程应用中论证了可行性。

2) 新公式比规范偏于安全, 在工程中采用统一公式可以消除以前结构设计人员误用混用取值方法的问题;在电算中可使编程更加简洁, 提高效率, 文中的分析可以为规范的修订提供参考。

3) 鉴于主客观条件限制, 只分析了部分情况下新公式对取值的影响。且计算系数的公式有点繁锁, 有待简化。

参考文献

[1]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].

[2]GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].

抗冲稳定篇6

关键词：ACR,接枝共聚,高抗冲强度

PVC硬制品具有硬度高、阻燃、耐酸碱腐蚀、绝缘性能好且价格低廉等优点, 广泛使用于各个行业。而普通PVC硬制品具有材料易老化、缺口冲击强度不高、韧性差等缺陷, 从而限制了通用PVC树脂在某些特定领域的广泛应用。而通过纳米粒子进行增韧改性, 使树脂同时具有高强度、高韧性、高耐热性已成为通用PVC改性的趋势[1]。新疆中泰化学股份有限公司与北京化工大学合作, 开发的新型高抗冲PVC复合树脂, 该树脂采用丙烯酸酯类单体为主要原料, 通过种子乳液聚合, 制得纳米级聚丙烯酸酯复合胶乳, 再将其与氯乙烯单体进行悬浮接枝共聚复合而成。

1. 合成

1.1 主要原材料及处理

BA、EHA、MMA, 工业品, 北京东方化工厂;BGDMA, 工业品, 广州谛科;K2S2O8, 工业级, 上海优扬;DS-4, 化学纯, 法国罗地亚;DW、VC、N2, 工业级, 新疆中泰;NH4HCO3, 工业品, 郑州宏石;EHP, 工业品, 新疆华泰隆;HPMC, 工业品, 美国道化学;PVA, 工业品, 英国新特码。

1.2 主要生产装置及设备

聚合反应釜 (10L、7m3) 两台;乳液配制釜 (50L、500L) 两台;出料槽 (13 m3) 两台, 离心机 (LW350-N一台) , 流化床 (4000 m3/y) 一套。

1.3 ACR复合胶乳的配方组成

DW:100份;NH4HCO3:0.40份;DS-4:0.10份;种子液部分:BA/EHA/MMA/BGDMA混合液20/5/10/0.4份;K2S2O8:0.022份;SDS:0.3份;主体部分BA/EHA/BGDMA混合液50/20/1.2份。

实验步骤按照乳液聚合基本步骤进行, 反应过程需氮气保压, 出料调节p H值至中性。

1.4 高抗冲PVC复合树脂的配方

VC:100份;DW:200份;HPMC/PVA:0.10/0.20份;ACR复合胶乳:4.0-6.0份 (固含量) ;EHP:0.05份;NH4HCO3:0.006份。

生产方法按照通用SG-5型树脂生产步骤进行。

2. 性能测试

2.1 胶乳粒径的测定

采用动态光散射法测定, 仪器为英国马尔文ZETASIZER2000。

2.2 力学性能测试配方

ACR改性复合树脂:100份;钙锌热稳定剂:5.0份;硬脂酸:0.8份;聚乙烯蜡:0.8份。

将复合树脂与各种助剂配合好后, 放在高速混合机中混合, 5分钟后出料。

2.3 力学性能测试板材的制备

试样制备和性能测定按《GB/T 12001.2-2008》制备, 将混好的物料放在开炼机上混炼8-10分钟, 辊温175℃-180℃, 薄通12次, 出片厚度约1.0-2.0mm。在平板硫化机进行压片4mm, 裁样用于力学性能测试。

2.4 物理力学性能的测定

缺口冲击强度的测试:将板材按《GBT 1043.1-2008》标准用缺口试验机制成缺口冲击样条, 于23±2℃下放置24小时后, 在简支梁冲击试验机上进行试验。

维卡软化点温度的测定:根据《GBT1633-2000》维卡软化点的试验方法, 所用负荷为A法 (9.81N) , 测得两个平行试样的维卡软化点温度, 取平均值。

拉伸强度的测试:按《GB/T1040.2-2006》在微机控制电子万能试验机进行拉伸试验。测试温度:23℃;拉伸速率:10mm/min。

流变性能的测定:用转矩流变仪测定该复合树脂及通用PVC树脂相关配方的凝胶化时间, 并对它们的加工塑化性能进行对比。样品量50克, 转子转速40rpm, 塑化温度180℃。

3. 测试结果

3.1 胶乳粒径

利用粒径分析仪测定两批次乳液粒径:1#乳液平均粒径为102.5nm, 2#乳液平均粒径均110.6nm, 粒径分布也比较窄, 均小于0.1。该粒径范围在丙烯酸酯乳胶粒子增韧聚氯乙烯树脂的最佳范围之内[2]。

3.2 复合树脂物理力学性能

按照2.4所示方法测得的树脂物理力学性能如表1所示, 1#和2#是两个不同批次的高抗冲PVC复合树脂, C是通用SG5型树脂。从测试数据可以看出, 3#树脂冲击强度只有5.5 k J/m2, A、B树脂冲击强度超过40k J/m2以上, 是通用PVC树脂的8倍以上。这是由于聚丙烯酸酯类玻璃化温度都较低, 常温下都为橡胶态, 能够对硬质PVC起到增韧作用[3], 更为重要的是氯乙烯单体在聚丙烯酸酯胶乳中具有溶胀特性, 可形成具有半互穿网络两相结构的聚丙烯酸酯接枝氯乙烯复合树脂, 而半互穿网络结构使两相之间形成良好的结合力好, 同时聚丙烯酸酯胶乳粒子能够达到纳米尺寸的分散, 所以使得增韧效率进一步提高, 最终得到综合性能优异的高抗冲PVC复合树脂。

3.3 复合树脂塑化时间短

用转矩流变仪测试A、B、C

从表数据分析可以看出1#、2#配方塑化时间短、平均扭矩低、物料流动性均较3#SG-5型树脂要好, 通过对比可以看出, ACR高抗冲PVC复合树脂易塑化, 加工性能和流动性能优异。

4. 结语

通过以上性能测试结果分析, 可以得出以下结论:

4.1 在传统PVC悬浮聚合基础上, 引入聚丙烯酸酯类ACR乳液, 形成了聚丙烯酸酯与PVC两相之间稳定的半互穿网络结构, 从而使该复合树脂的冲击韧性得到大幅度提高。

4.2 该复合树脂流动性能好, 拓宽了PVC的加工范围, 可进一步提高PVC在高强度塑料产品中的应用。

参考文献

[1]吕坤, 现代塑料加工应用, 2000, 12 (4) :51-53.

[2]潘明旺, 张留成, ZL 02148636.0, 2004.12.22.

抗冲稳定篇7

本工作采用种子乳液聚合法合成大粒径交联聚丙烯酸酯类胶乳作为基础胶乳,再通过接枝苯乙烯及丙烯腈制备AAS接枝粉即高效抗冲改性剂,并将高效抗冲改性剂应用于PVC的改性研究。从中考察了制备基础胶乳时乳化剂用量、补加量及其补加时机对胶乳粒径的影响因素,单体配比、分子量调节剂用量对接枝反应的影响,抗冲改性剂对PVC改性的影响因素,从而得出了制备抗冲改性剂的最佳条件及其对PVC改性的最佳条件。

1 实验

1.1 实验原料

丙烯酸丁酯,工业级,兰州石化公司;十二烷基硫酸钠,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;过硫酸钾,分析纯,广州济翔化工贸易有限公司;邻苯二甲酸二烯丙基酯,分析纯,吴江市桃源化学试剂有限公司;硫醇,分析纯,兰州石化公司;苯乙烯,工业级,兰州石化公司;丙烯腈,工业级,兰州石化公司;十二烷基月桂酰,分析纯,进口;硫酸镁,化学纯,北京双环化学试剂厂;PVC-1000,工业级,齐鲁石化;蒸馏水,自制。

1.2 仪器设备

聚合釜(3 L),四川蜀玻集团有限责任公司;GH-10高速混合器(10 L),北京塑料机械厂;TDS-20B/600-4-42双螺杆挤出机,南京诺达挤出装备公司;SZ-15型实验室微型注塑机,武汉瑞鸣塑料机械有限公司。

1.3 试验方法

在装有冷凝管、搅拌器、滴液漏斗和温度计的四口瓶中加入乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)、占反应单体总量30%~60%(ω)的反应单体丙烯酸丁酯(BA)、占反应单体总量0.2%~0.8%(ω)的引发剂过硫酸钾(KPS)和蒸馏水,搅拌通氮气并加热至反应温度65℃,反应20 min;然后连续加入占反应单体总量0.2%~0.8%(ω)的SDS、占反应单体总量40%~70%(ω)的BA,加料完毕,恒温反应3 h,降温、出料,即可得到基础胶乳。

将基础胶乳与苯乙烯、丙烯腈进行接枝聚合,凝聚,干燥得到AAS接枝粉即高效抗冲改性剂。

将一定量的抗冲改性剂、PVC与助剂加入高速混合器内,高速运转,加热至80℃,掺混8 min放出物料,再将共混料加入挤出机中挤出造粒便可制得高性能PVC树脂。

1.4 分析与测试

固含量分析:按GB2958-82进行;

粒径分析:英国马尔文公司;

按国标测试材料力学性能。

2 结果与讨论

2.1 高效抗冲改性剂的制备

2.1.1 基础胶乳的制备

采用乳液聚合法制备基础胶乳获得大粒径交联聚丙烯酸丁酯胶乳[3]。

2.1.1. 1 乳化剂对胶乳粒径的影响

乳胶粒数目NP可按下式[4]来计算:

从式中可看出:随着乳化剂浓度的增大,乳胶粒的数目是呈增加趋势的。可以用调节乳化剂浓度的办法来调节乳胶粒的粒度,但是同时会影响乳液的稳定性,因此控制好乳化剂浓度对制备一定要求的乳胶粒至关重要。图1是制备种子胶时胶乳粒径与乳化剂加入量的关系。可见,随着乳化剂用量的增加,胶乳粒径会变小。乳化剂用量为单体量的0.2%~0.8%(ω)。

2.1.1. 2 补加乳化剂/单体对PBA胶乳粒径的影响

在小粒径胶乳的基础上,进行乳液聚合,即可获得大粒径PBA胶乳。在聚合反应的过程中,乳胶粒增长会需要更多的乳化剂,但其用量应小于临界胶束浓度,以不能生产新的胶束为原则。此时应控制好补加乳化剂与单体的配比。由图2可以看出适宜的乳化剂/单体量约为0.3%(ω)。

2.1.1. 3 补加单体/种子胶对PBA胶乳粒径的影响

图3为不同胶乳种子用量下聚合得到的胶乳粒子尺寸,可看出,胶乳种子用量为单体量的3%(ω),即可得到大粒径PBA胶乳。

2.1.1. 4 乳化剂的补加时机

由表1可以看出,在转化率为15%、50%时分别加入0.1份、0.2份乳化剂(占单体百分比(ω))能在确保聚合过程稳定的前提下获得大粒径。采用这样的加料方式可保证聚合能稳定进行,最终得到较大粒子。

2.1.2 抗冲改性剂的制备

将基础胶乳与苯乙烯、丙烯腈进行接枝聚合,凝聚,干燥得到AAS接枝粉即抗冲改性剂。

2.1.2. 1 苯乙烯及丙烯腈用量对接枝聚合的影响

对接枝聚合的影响因素进行了研究。结果见图4。适宜的ST/AN为75/25。

从结果可以看出,接枝单体/PBA应为2∶3。

2.1.2. 2 分子量调节剂对接枝效果的影响