羟基磷灰石的除铅行为及作用机理研究

20世纪90年代初,在材料科学与环境科学之间诞生了一门新兴的交叉学科:环境材料.其目的在于研究材料与环境之间的相互作用,强调材料与环境的相容性、协调性.所谓环境材料是一类与改善生态条件、治理环境污染有关的新材料,或是那些能净化和修复环境的材料[1].就其分类而言,可分为:环境相容材料、环境降解材料和环境工程材料,其中,环境工程材料包括:环境净化材料、环境修复材料和环境替代材料[2].     

矿物材料研究现状及发展前景

矿物材料研究成果和应用程度是衡量一个国家经济和科技的发达水平。在综述建筑、化工、冶金工业、机械工业、造纸工业、环境保护工业、农业、陶瓷业、电子光电工业等九个行业的矿物材料研究和应用状况的基础上,提出矿物材料在深加工、纳米矿物材料特性研究和新型矿物材料研制等的发展方向。     

污泥固化材料优选试验研究

针对污泥固化材料种类繁多,各种材料互相组合时对固化污泥强度所起作用不明确问题,通过正交试验,研究常用的硅酸盐固化材料、碱性固化材料和黏土系辅助材料共同组合时对固化污泥强度的影响规律。结果表明,常用的各种系列污泥固化材料中硅酸盐固化材料和碱性固化材料对固化污泥强度形成起主要作用,碱性固化材料对固化污泥早期强度的形成具有重要作用,硅酸盐固化材料的作用到后期会明显的表现出来,黏土系辅助材料在添加后主要起系数和构建无机骨架的作用。     

相变储能矿物材料研究现状及其展望

相变储能材料因为储能密度高,热导率大,相变过程近似恒温等特点,所以被公认为是一种很有前景的储能材料。在相变储能材料中,矿物储能材料占有重要地位,被广泛应用于太阳能存储、工业余热回收和各种控温领域。本文首先介绍了相变储能材料的一般概念,然后以矿物材料为重点,总结了常见的相变储能矿物材料和矿物复合相变储能材料的来源、物化性质、功能等。最后回顾了目前相变储能矿物材料的主要应用领域,指出目前相变储能矿物材料研究过程中有待解决的问题,并展望了其应用和发展前景。     

美国离子吸附型稀土矿床的发现及其影响

稀土元素化学性质较为活泼,具有典型的金属特性和不同于周期表中其他元素的物理和化学特性,特别是它们的光学、磁学性质已广泛地应用在当今新材料、新技术领域。目前,含有稀土的功能材料已达50多类,包括光学材料、磁性材料、电子材料、储氢材料、高温超导材料、核物理材料等,稀土在现代材料工业中具有工业“味精”之称。因此,稀土被人们誉为新世纪高科技及功能材料的宝库,它是改造传统产业和发展高新技术的战略性元素,已成为国内外公认的关乎新兴产业发展的战略性资源。     

煤系古风化岩相似材料配比研究

为制备具有力学性质递变特征的相似材料试样,本文通过水泥石膏相似材料的配比试验,得到了两种骨料(标准砂和河沙)相似材料力学性质与配比间的关系.在拟合河沙相似材料的室内力学测试数据的基础上,得到了配比值关于抗压强度和弹性模量的确定公式.试验表明:用水量、成型压力和平均骨料粒径对相似材料的力学性质均有不同程度的影响,在制样过程中需要加以控制; 低强度相似材料的抗拉强度不易控制,而单轴抗压强度和弹性模量对配比的变化有明显响应; 河沙相似材料的力学性质与配比间呈明显的线性关系,而标准砂相似材料存在临界骨料含量和临界水泥含量表现出明显的非线性特征; 在调整配比所能实现的抗压强度和弹性模量的变化范围内,相似材料能够较好地模拟单轴抗压强度大于3MPa的风化岩.     

矿物材料的概念与本质

回顾20余年来我国矿物材料概念的研究与发展历程,矿物材料的概念与本质一直是矿物材料学的基本问题和研究热点之一。通过对国内有代表性观点的讨论与分析,并结合多年的教学科研实践经验,提出“矿物材料是以矿物为主要或重要组分的材料”的定义。在矿物材料中,矿物是集材料的组成与结构于一体的基元组分,不仅主要或重要组分是矿物,而且主要或重要物理、化学性能及使用效能也源于矿物。因此,矿物材料是以矿物为本质特征的材料。从矿物材料与其他材料关系看,尽管与无机非金属材料存在一定的交叉领域,但它并不简单等同于无机非金属材料,而是与无机非金属材料、金属材料和高分子材料等既有密切联系又有明显区别,具有自己特色和相对独立的一大类材料。     

金刚石钻头钴基胎体材料冲蚀磨损的量化研究

金刚石钻头的工作寿命和性能很大程度上取决于胎体材料的性能,国内外对胎体材料的研究主要集中在机械冲刷和井底流场的研究,没有考虑携带岩屑的钻井液对钻头胎体材料的电化学腐蚀以及机械冲刷和电化学腐蚀的相互作用。介绍了胎体材料冲蚀磨损的工作原理,根据试验条件与要求,采用摩擦学和电化学腐蚀原理,设计了模拟现场的冲蚀磨损试验台,对钴基胎体材料进行冲蚀磨损试验并进行了量化。结果表明,胎体材料冲蚀腐损是由纯机械冲刷、电化学腐蚀以及它们共同作用引起。因此,在腐蚀性环境中设计胎体材料,要考虑其抗腐蚀性。     

岩石相似材料变形与强度特性及数值模拟研究

在岩石相似材料单轴压缩试验中,不同的材料配比和加载速率将直接影响到相似材料的变形与强度特性.在进行不同配比岩石相似材料模拟试验的基础上,详细分析了不同相似材料的配比与其变形和强度参数之间的相互关系,力图找到变形和强度均较适合滑坡模拟的相似材料;讨论了不同加载速率对相似材料变形与强度的影响,并利用FLAC3D软件应变硬化-软化模型进行了岩石相似材料试样剪切软化的对比模拟研究.研究结果表明,加载速率在某一合理范围内变形模量和单轴抗压强度的试验结果是合理的,一旦加载速率过大就会导致试验结果产生较大的偏差;利用FLAC3D应变硬化-软化模型可以较好地进行单轴压缩试验模拟,剪切破裂特征的模拟结果与实际情况十分吻合.     

我国矿物材料研究进展(2000-2010)

本文介绍了我国关于矿物材料定义、分类及矿物材料学内涵的讨论及其发展现状,系统综述了近十年我国功能矿物材料(包括环境、光功能、电功能、声功能、生物医用等矿物材料)、结构矿物材料(包括矿物聚合材料、矿物摩擦材料、矿物复合材料)和纳米矿物材料的研究进展.资料表明:近十年来环境矿物材料依然是我国矿物材料研究最活跃的领域,其中固体废弃物利用研究得到明显加强,电、光、声学功能矿物材料研究相对不足.结构矿物材料方面,矿物聚合材料研究的兴起引人注目.纳米矿物材料则仍以聚合物/层状结构硅酸盐纳米复合材料研究为主.我国矿物材料研究存在的主要问题是研究方向分散、创新性不强、成果推广应用薄弱.笔者指出,今后我国矿物材料研究应更紧密地结合国家经济社会发展的需要和我国矿物资源的特点,大胆创新研究方法和思路,在进一步加强基础研究的同时,更加重视成果的应用与推广.     

堇青石综合利用现状与展望

堇青石具有热膨胀系数低,热导率小,抗热震性能好,介电常数低,介电损耗小,化学稳定性好等特点,是一种具有多用途的非金属矿物原料,既可单独作为材料使用,又可与其他材料进行复合,制备出复合材料来使用,被广泛应用于冶金、电子、汽车、化工、环境保护等领域,可用作优质的耐火材料、电子封装材料、催化剂载体、泡沫陶瓷、生物陶瓷、印刷电路板和低温热辐射材料等。本文根据近年来堇青石在结构陶瓷、耐火材料、多孔材料、红外材料、介电材料和电子封装材料等领域应用的相关报道文献加以汇总,系统地介绍了堇青石材料的综合利用进展。     

单轴压缩下岩石应变局部化的应变梯度塑性解

通过在屈服函数中引入材料内部长度建立应变梯度塑性增量本构关系,对岩石材料在单轴压缩条件下应变局部化的二维情况进行了研究。首先,建立了在Mises屈服准则下平面应变情况的岩石材料应变局部化带的带宽与其倾角的关系式,讨论了其带宽的分布范围和最大值与最小值形成的条件,给出岩石材料破坏Ⅰ, Ⅱ类变形的条件,并推出破坏的临界角度;其次,对岩石材料Ⅰ类变形进行了详细地分析,讨论了在不同泊松比 和 条件下材料应变局部化带的倾角的变化范围;最后,利用所得的结论同材料破坏的库仑准则进行对比研究,对内摩擦系数给予了合理的解释。     

基于双胞元的颗粒材料应力-应变关系研究

基于细观力学,建立颗粒材料的宏观应力-应变与接触力、接触位移、枝矢量等细观量之间的关系。用改进的Voronoi-Delaunay法对颗粒材料进行几何和物理上划分,得到改进Bagi双胞元体系;以固体胞元为基础,运用牛顿第二定律和Gauss定理提出含有旋转矢量和重力的颗粒材料平均等效应力,避免了颗粒材料的准静态假设;在孔隙胞元区域内利用变形协调条件推导出含有孔隙面矢量等几何变量的颗粒材料平均等效应变。结合文献的二维颗粒材料宏观试验结果验证了双胞元平均等效应力-应变的正确性;在三维情形下,对比双胞元等效应变和最优拟合应变结果,同样验证了基于双胞元的颗粒材料应力-应变关系,因此,该颗粒材料应力-应变关系可以为数值模拟颗粒材料力学行为提供依据。     

注浆材料和预制裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式的影响

选用环氧树脂和纯水泥浆作为注浆材料,对含不同角度和不同注浆材料裂隙试样进行单轴压缩试验。试验结果表明,注浆材料和裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式具有重要影响;环氧树脂加固效果优于纯水泥浆,环氧树脂可以有效地消除预制裂纹尖端的应力集中;在裂纹缺陷角度很小( <30°)和角度很大( =90°)的情况下无论裂隙是注环氧树脂还是纯水泥浆,注浆效果都不明显,当 =60°时两种注浆材料的加固效果都很好。提出滑动裂纹模型,对注浆裂隙进行力学分析发现,含注浆裂隙试样的抗压强度随着注浆材料和完整材料胶结面摩擦系数和黏聚力的增大而增大,不同注浆材料和完整材料胶结面的摩擦系数和黏聚力不同,解释了为什么不同的注浆材料对注浆试样强度提升作用不同。研究成果为分析工程中注浆材料和裂纹缺陷角度对岩体强度的影响提供了一定的理论基础。     

IV级软弱围岩相似材料的试验研究

以IV级围岩为参照对象,研制可用于隧道围岩稳定性物理模型试验的软弱围岩相似材料。采用的5种原材料（重晶石粉、石膏、细砂、洗衣液和水）,通过直剪试验、无侧限抗压强度试验及三轴压缩试验测得所配相似材料的强度特征和物理力学参数,包括黏聚力c、内摩擦角?、单轴抗压强度Rc、弹性模量E和泊松比?。首先,通过试验分析每种原材料的不同比例对所配相似材料强度特征及物理力学参数的影响,选择适合于模拟IV级围岩相似材料的原材料配比;其次,针对优选的材料配比所配制的相似材料,开展大量的三轴压缩试验,研究在不同围压下该相似材料的强度及其破坏特征。结果表明,含水率减少或石膏含量增加导致Rc、E和c明显增大,而?降低不明显;增加砂含量可增大E 和?,但Rc值减少;石膏含量对相似材料的脆性和延性影响最明显,而含水率对相似材料的强度影响最为突出。试验结果还表明,相似材料在低围压时呈现脆性,在高围压时呈延性;就破坏准则而言,试验所得结果小于Mohr-Coulomb准则,略大于Hoek-Brown准则,但更符合Hoek-Brown准则。研制软岩相似材料的试验数据可为下一步拟开展的隧道围岩稳定性模型试验和数值模拟提供重要的参考和依据。     

HTD-3型高温堵漏材料研制及性能评价

深海钻探往往伴随着高温、高压,对钻井用堵漏材料提出了新的要求。首先通过对颗粒状、纤维状和片状堵漏材料的耐高温筛选,制作了HTD-3型高温堵漏材料。然后使用DL-3A型高温堵漏评价仪器对该堵漏材料的抗温、承压和封堵性能进行了测试,利用SEM电镜扫描对堵漏材料架桥情况进行了观察和分析,最后以5%梯度浓度进行了配伍性实验。测试结果表明,HTD-3型高温堵漏材料除对钻井液密度影响稍大外,对钻井液其他基本性能影响较小,在该材料中,不同级配的颗粒状材料完成了架桥,纤维状和片状材料完成了充填,形成了强度较高的封堵墙。通过实验证明：HTD-3型高温堵漏材料不仅有着较好的抗温、承压能力,还有较好的封堵效果。HTD-3型高温堵漏材料的研制为未来深海钻探堵漏提供了一种可行的选择。     

自润滑孕镶金刚石钻头胎体材料初步研究

为了研究具有自润滑性能的孕镶金刚石钻头胎体材料,进行了在胎体配方中添加石墨的研究。对胎体材料的抗弯强度、硬度、耐磨性和材料与白刚玉砂轮组成摩擦副时的摩擦系数进行了测定,并用扫描电子显微镜观察了磨损表面形貌。实验结果表明,添加石墨后,胎体材料的硬度和抗弯强度下降,与60目白刚玉砂轮组成摩擦副时的摩擦系数下降,耐磨性则随着石墨含量的增多先增强,后下降（超过6％后）。形貌分析表明,不含石墨的胎体材料在磨损中发生明显的塑性变形;添加石墨后,胎体材料的塑性降低,出现犁沟和剥落现象。     

建筑文物中石灰质修复材料的研制

为实现对建筑文物的“原真性”修复,利用X 射线衍射仪和激光粒度分布仪测定了历史建筑物中原胶凝材料矿物的组成和结构,并采用湿化学方法对原勾缝剂进行物料组成的复原,证明历史勾缝剂材料主要为石灰基材料。在复原的原胶凝剂材料配方的基础上分别加入活性火山灰、木质纤维素、分散性胶粉、早强剂和减水剂等对勾缝剂进行性能改进。经反复试验优选出了修复用勾缝剂材料的配方,并测试了试样的各项物理性能。结果表明,修复材料抗压强度达14. 47 MPa,饱和吸水率为 27. 07%,体积变化率＜ 1%,冻融循环4 次不变,证明改性后勾缝剂材料可以满足修复胶凝材料的性能要求。     

水泥石膏相似材料配比试验研究

采用水泥石膏相似材料制作标准试件模型,应用正交试验设计方法,以砂胶比、水泥石膏比、重晶石/骨料为3个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比试验,进行了称重、单轴压缩、劈裂试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度等物理力学性质指标。试验结果表明:不同配比的相似材料物理力学指标分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求。基于MATLAB计算软件编制了用于正交试验设计和回归分析的软件,得到由水泥石膏相似材料密度、抗压强度和抗拉强度指标推算材料配比的经验公式。在以后的水泥石膏相似材料配比试验中可以用上述经验方程根据欲得到的材料物理力学指标进行配比设计。     

岩土破损力学:结构块破损机制与二元介质模型

沈珠江等在总结岩土材料的基本特性、分析理论和研究方法的基础上,提出了岩土破损力学理论框架和二元介质模型概念。基于岩土二元介质模型思想,近年来在试验、理论和数值模拟方面对结构性岩土材料进行了详细研究。通过对棒状和棱柱状结构块试件的平面试验,探讨了结构性岩土材料的破损机制,并发现了在受荷过程中结构块逐渐破损并转化为软弱带二者共同抵抗外部作用,即验证了二元介质模型对结构性岩土材料力学抽象的正确性;扩展了岩土二元介质模型对岩土材料的脆性变化进行了模拟,并与结构性土和砂岩的三轴试验结果进行了验证;基于二元介质模型概念,发展了一种模拟岩土材料破损过程的细观数值方法,同时提出了适用于结构性岩土材料的强度准则。