Ottimizzazione della fluidità e della resistenza alla trazione della resina epossidica guidata magneticamente

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9629 (2023) Citare questo articolo

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La riparazione delle crepe sottomarine è impegnativa a causa del drenaggio e dello scarico, della ritenzione dei liquami nei punti fissi e di altri problemi. È stato sviluppato un impasto liquido di cemento in resina epossidica guidato magneticamente, che può eseguire il movimento direzionale e la ritenzione a punto fisso del impasto liquido sotto l'effetto di un campo magnetico applicato. Questo articolo si concentra sulla fluidità del liquame e sulle proprietà tensili. Innanzitutto, nello studio preliminare preliminare, sono stati determinati i principali fattori che influenzano i rapporti. Quindi, l'intervallo ottimale di ciascun fattore viene determinato da un esperimento a fattore singolo. Inoltre, viene applicato il metodo della superficie di risposta (RSM) per ottenere un rapporto ottimale. Infine, l'impasto liquido è caratterizzato da micro. I risultati hanno mostrato che l'indice di valutazione F proposto in questo articolo può ben valutare l'interazione tra fluidità (X) e resistenza alla trazione (Y). Il modello di regressione 2FI e il modello di regressione quadratica sono sviluppati con fluidità e resistenza alla trazione come valori di risposta e contenuto di resina epossidica (ER), rapporto acqua-cemento, contenuto di Fe3O4 e contenuto di cemento solfoalluminato (SAC) come fattori che influenzano e hanno ragionevoli vestibilità e affidabilità. Il rapporto tra il grado di influenza dei fattori d'influenza sul valore di risposta X e il valore di risposta Y in ordine crescente era: contenuto di ER > rapporto acqua-cemento > contenuto di SAC > contenuto di Fe3O4. Il liquame guidato magneticamente prodotto con il rapporto ottimale può raggiungere una velocità di fluidità di 223,31 mm e una resistenza alla trazione di 2,47 MPa. Ciò avviene con errori relativi dello 0,36% e dell'1,65% rispetto ai valori previsti dal modello. L'analisi microscopica ha mostrato che l'impasto liquido di cemento di resina epossidica spinto magneticamente aveva una fase cristallina, una morfologia superficiale e una composizione strutturale favorevoli.

Con la rapida crescita del settore edile globale, vengono pianificate e costruite un gran numero di infrastrutture. Molte strutture subacquee in calcestruzzo in servizio sono soggette a crepe e buchi dovuti ai cicli di gelo-disgelo1,2,3, cicli secco-umido4,5, all'erosione di solfati e cloruri4,6,7, con conseguente significativo deterioramento delle loro prestazioni8. Nonostante i materiali di riparazione nel campo dell'edilizia, i materiali cementizi modificati con polimeri sono stati ampiamente applicati9,10. Tuttavia, la riparazione e il rinforzo delle strutture sommerse in calcestruzzo devono affrontare i problemi del drenaggio e dello scarico della costruzione, delle crepe e dei difetti inclinati verso l'alto, del basso tasso di riempimento di minuscole fessure e della difficile ritenzione dei liquami in condizioni di acqua in movimento, il che rende questo lavoro di riparazione ancora impegnativo11.

Allo stato attuale, i metodi convenzionali di iniezione a pressione non possono risolvere i problemi di ventilazione, drenaggio e ritenzione dei liquami nei punti fissi. Ispirandoci ai fluidi magnetici, stiamo sviluppando un impasto liquido di cemento in resina epossidica guidato magneticamente. Ciò consentirà di ottenere un movimento direzionale e una ritenzione del punto fisso sotto un campo magnetico applicato, come mostrato in Fig. 1. Questo lavoro si basa sul principio che Fe3O4 può essere "guidato dal bersaglio" sotto un campo magnetico12. Il liquame guidato magneticamente con nuove proprietà del liquame possedeva la capacità di riempire, spostare e resistere alla segregazione13,14,15, che può superare la gravità per riparare crepe e difetti16 inclinati verso l'alto. Liu et al.16 hanno sviluppato un materiale di ancoraggio per malta cementizia in resina epossidica magnetica con autoconvergenza antigravità, flusso guidato e viscosità del liquame controllabile in tempo reale sotto l'azione del campo magnetico ed esplorato il meccanismo di indurimento del liquame e la legge microscopica di cambiamento dei pori sotto l'azione del campo magnetico, senza comportare lo studio delle proprietà di fluidità e resistenza alla trazione del materiale della stuccatura. La fluidità determina la capacità di diffusione e pompabilità del liquame, che sono indicatori chiave delle prestazioni della costruzione della malta17. La resistenza alla trazione del materiale indurente con impasto liquido è destinata a supportare la resistenza della riparazione della malta e dei solidi18. Tuttavia, all’aumentare della resistenza alla trazione, la fluidità del liquame spesso diminuisce19. Lo studio preliminare preliminare ha rilevato che con i cambiamenti nel contenuto di ER, nel rapporto acqua-cemento e nel contenuto di Fe3O4, i cambiamenti nella fluidità dell'impasto liquido e nella resistenza alla trazione si comportavano in modo opposto. Di conseguenza, per ottenere un rapporto ottimizzato è necessaria una progettazione ottimale del rapporto dei materiali di riparazione utilizzando metodi di progettazione sperimentale pertinenti. Ciò serve a bilanciare bene la fluidità e la resistenza alla trazione dell'impasto liquido di cemento in resina epossidica guidato magneticamente.