钢纤维对超高性能混凝土动态压缩特性的影响

采用杆径为75,mm的分离式霍普金斯杆试验机和YAW-3000电液伺服压力试验机分别对5组不同配合比超高性能混凝土(UHPC)进行了动力压缩试验和静力压缩试验,详细分析了不同类型钢纤维和不同钢纤维掺量对超高性能混凝土动态抗压强度的影响.通过计算得出不同配合比的动态增长因子,绘制出超高性能混凝土动态增长因子曲线.结果表明:超高性能混凝土动态强度、峰值应变均随应变率的增大而增加;不同钢纤维类型和掺量对超高性能混凝土的动态抗压性能影响显著,但对其动态增长因子影响较小;同时,也清晰地观察到大长径比钢纤维对超高性能混凝土动态强度增强效果更好.     

钢纤维活性粉末混凝土SHPB试验研究

采用SHPB装置对钢纤维活性粉末混凝土(SFRPC)试件进行应变率为10.s-1～120.s-1范围内的冲击压缩试验.试验结果表明:随着钢纤维掺量(Vf)的增加,SFRPC材料在冲击荷载作用下的动态抗压强度升高,而韧性则提高尤为显著.同时发现SFRPC具有明显的应变率硬化效应,并得出了SFRPC的应变率敏感阈值.     

裂隙砂岩破坏过程中的能量耗散与破碎分形特征研究

对不同裂隙倾角的裂隙砂岩试件进行单轴压缩试验,分析了试件变形破裂过程中的应变能演化特征,基于分形理论定量描述了最终破坏后碎屑尺度分布的分形特征,初步探究了能量耗散与破碎分形维数之间的力学机制。研究结果表明：随着裂隙倾角增加,裂隙砂岩试件的抗压强度和耗散应变能均呈现出先减小后增大的变化规律;数据拟合结果表明两者之间存在正相关关系。试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,不同裂隙倾角试件的分形维数介于2.58～2.64;分形维数随裂隙倾角的变化规律与抗压强度类似,两者近似呈线性相关关系。此外,试件的抗压强度越高,破坏时释放的耗散应变能越多,试件破碎程度越严重,所产生的微、细粒碎屑占比增大,导致分形维数变大;数据拟合结果表明耗散应变能和分形维数之间具有线性正相关关系。     

钢纤维混凝土力学性能试验研究

为有效利用钢纤维混凝土,对钢纤维混凝土的抗压强度、抗弯强度、弹性模量和断裂能等进行了试验研究.结果表明:钢纤维混凝土立方体的抗压强度、抗弯强度随着钢纤维掺量的增加而增大;在钢纤维掺量不变的情况下,钢纤维混凝土的抗压弹性模量会随着龄期的增加而提高;钢纤维对混凝土的阻裂作用很明显,而对混凝土起裂的限制作用不明显;在混凝土初凝之前,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部温度的变化规律与外界温度的变化规律不同,并且此阶段混凝土内部应变的变幅很大,普通混凝土应变的变幅要比钢纤维混凝土应变的变幅大得多;在混凝土初凝之后,无论是普通混凝土还是钢纤维混凝土,内部温度的变化规律与外界温度的变化规律相同,并且此阶段混凝土内部应变的变幅很小.     

超高性能水泥基复合材料抗多次冲击性能

采用大掺量矿物掺合料(35%粉煤灰+10%硅灰+10%偏高岭土)等量取代水泥,与最大粒径2.36 mm的天然砂和2种不同形状(端勾型与平直型)的超细镀铜钢纤维,制备出超高性能水泥基复合材料(UHPCC).通过分离式霍普金森压杆装置对UHPCC进行高速冲击压缩实验,研究了应变率、冲击次数、纤维种类及掺量对该材料抗多次冲击性能的影响规律,同时采用X-ray CT扫描测试技术,揭示了UHPCC的动态损伤变化规律及其抗多次冲击机理.结果表明,在钢纤维掺量不超过3%时,UHPCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加而不断提高;动态压缩强度随应变率的提高而相应地增长;端勾型比平直钢纤维增强的UHPCC显示出更为优异的抗多次冲击压缩的性能,其破坏裂纹主要出现在试件的孔洞等薄弱区,破坏程度随冲击次数的增加而加剧,裂缝逐渐从边缘向中部扩展,最后导致试件贯通开裂.     

纤维沥青混凝土动力性能试验研究

采用变截面分离式Hopkinson压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB),对普通沥青混凝土、玻璃纤维沥青混凝土、木质素纤维沥青混凝土和3个掺量的聚酯纤维沥青混凝土进行了3种应变率的冲击压缩试验研究.试验结果与分析表明,沥青混凝土具有应变率增强效应,其动力抗压强度及韧性指标随着应变率的增大而增大;但是,纤维沥青混凝土动力抗压强度及韧性指标增长率随应变率提高有递减趋势;纤维含量对沥青混凝土在动力条件下的动力行为有显著影响,聚酯纤维掺量为0.25%的沥青混凝土动力抗压强度及韧性指标最优;3种纤维都可以增加材料的动力抗压强度及韧性指标,聚酯纤维增强沥青混凝土抗压强度最佳,木质素纤维次之,玻璃纤维最差;聚酯纤维提高沥青混凝土韧性指标最佳,玻璃纤维次之,木质素纤维最差.     

钢纤维混凝土复合层路面材料的力学性能

研究了钢纤维掺量为0～2.0%时对C40混凝土的力学性能的影响,并研究了最优配合比条件下不同组合尺寸的复合式混凝土的力学性能及经济性.结果表明:钢纤维混凝土的抗压强度随钢纤维掺量增加而增大,在钢纤维掺量为1.5%时,抗压强度提高27%,弯拉强度提高50%;钢纤维的掺入使混凝土的荷载位移关系由弹性变形破坏为主转变为弹塑性变形破坏形式,混凝土路面易脆性断裂的不良性能得到改善;钢纤维掺量为1.5%的钢纤维混凝土与普通混凝土按照1∶3的厚度比例组合成的两层式复合钢纤维混凝土具有良好的强度、抗变形性能和经济效益.     

高温下复掺纤维RPC立方体抗压性能研究

完成了108个70.7mm×70.7mm×70.7mm复掺纤维活性粉末混凝土(RPC)立方体试块高温下抗压试验.考察了聚丙烯纤维(PPF)和钢纤维复掺对RPC高温爆裂的抑制效果,研究了温度和复掺纤维掺量对高温下RPC立方体抗压性能的影响.结果表明:体积掺量2%的钢纤维和0.2%的PPF复掺能有效防止RPC爆裂,高温下立方体RPC的抗压强度也相对较高.100℃时RPC的立方体抗压强度比常温低,200～500℃时立方体抗压强度相比100℃时有所升高,600～800℃时立方体抗压强度相对500℃时降低.若钢纤维掺量相同,则20～300℃时,立方体抗压强度随PPF掺量增大而降低;400～800℃时,立方体抗压强度随PPF掺量增大而提高.若PPF掺量相同,则20～100℃时,立方体抗压强度随钢纤维掺量的增大而提高;200～800℃时,立方体抗压强度随钢纤维掺量的增大而降低;100～400℃时复掺纤维RPC的立方体相对抗压强度低于普通混凝土和高强混凝土,400～800℃时复掺纤维RPC的相对抗压强度则较大.基于试验结果,拟合出了不同纤维掺量的RPC高温下立方体抗压强度随温度变化的计算公式.     

钢纤维再生混凝土动态冲击试验破坏形式研究

试验制作了一系列具有不同体积钢纤维掺量下的再生骨料混凝土试件,利用74 mm变截面分离式的霍普金森压杆(SHPB)进行了动态冲击压缩试验,研究了不同钢纤维掺量和气压值下再生骨料混凝土材料的破坏形态与模式,分析了材料的动态应变速率敏感性.结果表明,钢纤维再生混凝土的破坏形式与钢纤维体积掺量和应变速率有较高的相关性,对进一步进行深入研究具有指导意义.     

钢纤维再生混凝土抗折强度尺寸效应试验研究

通过5组再生骨料取代率和4组钢纤维体积掺量小梁试件的四点弯曲试验,研究了再生骨料取代率和钢纤维掺量对再生混凝土抗折强度及尺寸效应的影响.结果表明:各规格小梁试件的抗折强度均存在尺寸效应,随再生骨料取代率的增加,再生混凝土抗折强度尺寸效应呈先增大后降低的规律,取代率为75％小梁试件抗折强度尺寸效应约分别为取代率为0和100％试件的1.32倍和1.09倍.钢纤维掺量对再生混凝土抗折强度尺寸效应有一定影响,当掺量为0～0.75％时,钢纤维掺量越大,尺寸效应越明显,钢纤维掺量分别为0、0.25％和0.50％时,试件抗折强度尺寸效应约分别为钢纤维掺量0.75％试件的77％、85％和94％.钢纤维掺量较大时,钢纤维掺量对尺寸效应的影响较弱,钢纤维掺量为0.75％试件抗折强度尺寸效应度约为1.00％掺量试件的99％.提出了再生混凝土抗折强度尺寸效应律计算公式,可用于再生混凝土抗折强度的分析计算.     

钢纤维橡胶自密实混凝土静态力学性能研究

钢纤维的桥联作用及其与橡胶颗粒的协同作用可显著改善混凝土性能,而针对钢纤维橡胶自密实混凝土的静态力学性能及其本构关系的研究较少。通过在10%、20%、30%橡胶颗粒掺量的橡胶自密实混凝土中分别外掺体积掺量为0.5%、1.0%、1.5%的钢纤维,制备出钢纤维橡胶自密实混凝土试件,进行棱柱体轴心抗压试验,探讨钢纤维掺量、橡胶颗粒掺量对试件的典型力学特征量的影响,建立钢纤维橡胶自密实混凝土轴心抗压强度的本构关系。结果表明：钢纤维橡胶自密实混凝土试件呈现延性破坏的同时,其完整性也较好;随着橡胶颗粒掺量的提高,试件轴心抗压强度逐渐降低;当钢纤维橡胶自密实混凝土中的橡胶颗粒掺量较高时(20%、30%),钢纤维对橡胶自密实混凝土轴心抗压强度无明显的增强效果;橡胶颗粒的掺入提高了试件的峰值应变,当橡胶颗粒掺量为10%时,达到最大值,增长幅度为10%;不同的钢纤维掺入量对钢纤维橡胶混凝土的峰值应变普遍有增强效果,但没有呈现出明显的规律性;轴心抗压本构关系能反映钢纤维橡胶自密实混凝土力学性能。     

混杂纤维混凝土抗压强度正交试验研究

随着混杂纤维混凝土的广泛应用,探究其抗压强度的影响因素尤为重要。为研究纤维种类、纤维尺寸、纤维掺量等因素对混杂纤维混凝土的抗压强度的影响,设计正交试验,开展混杂纤维混凝土立方体试件抗压试验研究,并对试验结果进行极差分析、方差分析和灰色关联分析。结果表明：混杂纤维的掺入能明显提高混凝土的抗压强度,较素混凝土试件抗压强度最大提高39.2%;各因素对抗压强度的影响程度由强到弱依次为：纤维种类、纤维尺寸、钢纤维掺量、其他纤维掺量。最后,结合各因素对抗压强度的影响规律分析,建立了混杂纤维混凝土抗压强度的GM(1,5)预测模型,模型预测的平均相对误差为7.08%。     

钢纤维增强超高强混凝土拉压比试验研究

在超高强混凝土(C100级)中掺入螺纹型钢纤维,通过立方体抗压强度与劈裂抗拉强度试验,研究钢纤维对超高强混凝土增强增韧效果和拉压比性能的影响.立方体试件尺寸为100mm×100mm×100mm,钢纤维掺量为0、0.50%、0.75%、1.00%、1.50%.试验结果表明,掺入钢纤维后,超高强混凝土立方体试件裂缝开展路径较多,裂而不散,坏而不碎,抗压韧性显著增强;抗压强度提高10.6%～15.5%,劈裂抗拉强度提高38.2%～91.9%;掺入钢纤维的超高强混凝土拉压比为0.060 5～0.084 6,拉压比提高24.08%～73.46%.提出了钢纤维超高强混凝土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度预测模型,预测值与试验值误差分别在±1.79%、±17.84%范围内.掺入钢纤维可使超高强混凝土脆性大、韧性小的缺点得到显著改善.     

钢纤维高强混凝土抗冲击性能的数值仿真

采用显式动力有限元软件LS-DYNA,对钢纤维高强混凝土的霍普金森压杆冲击试验过程进行了数值仿真,混凝土和霍普金森压杆的本构关系分别采用弹塑性流体动力模型和虎克定律描述,钢纤维的增强与增韧作用则通过钢纤维高强混凝土强度与失效应变来体现.结果表明:试件内部应力趋近于均匀之前,经历了初始状态的应力震荡;试件的破坏稍微滞后于应力峰值;相同的冲击速度下,钢纤维高强混凝土试件各个时刻的破坏程度轻于未掺钢纤维的基体混凝土试件,当基体混凝土试件裂成多块时,钢纤维高强混凝土试件还基本保持整体.数值仿真结果与试验结果有较好的相似性,基本能够反映出试件受力与破坏的特征.     

混杂纤维锂渣混凝土力学性能研究

锂渣粉掺入混凝土中可有效提高混凝土的耐久性能,但是对其延性影响较小。在C50锂渣混凝土中掺入聚丙烯纤维和钢纤维以研究纤维对混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度的影响。聚丙烯纤维对普通混凝土抗压强度呈不利影响,但0.9kg/m3时有助于提高混杂纤维混凝土的抗压强度,此外掺量在3.6kg/m3时,抗拉强度达到峰值。钢纤维可有效提高混凝土抗压、拉强度,单掺时抗压、拉可提高47.66%、94.50%。两种纤维复掺时表现出更优的性能。另外还对纤维混凝土作用机理进行了分析。     

钢纤维混凝土超声-回弹测强曲线的建立

结合厦门至昆明国家重点公路干线的施工情况,配制一批不同龄期的掺入粉煤灰、矿渣的C40钢纤维混凝土试件。通过超声波检测、回弹检测及抗压强度实验,分析钢纤维掺量对钢纤维混凝土超声波声速、回弹值和抗压强度的影响。根据实验数据,建立钢纤维混凝土抗压强度、超声波声速、回弹值之间的关系曲线。结果表明：随着钢纤维掺量的增加,三种钢纤维混凝土的超声波声速、回弹值、抗压强度均呈先增大后减小的趋势;掺入粉煤灰和矿渣的混凝土密实度提高;铜纤维混凝土抗压强度、声速、回弹值三者之间相关性较好,超声-回弹综合法用于钢纤维混凝土无损检测是可行的。     

配筋对混凝土动态特性的影响

采用一级轻气炮驱动飞片撞击实验技术,对3种不同配筋率下的钢筋混凝土靶板进行了动力冲击压缩实验,测得不同冲击速度下的应力-时程曲线. 通过Lagrange分析方法对实验数据进行处理,分析了配筋及配筋率对材料性能的影响. 结果表明:在强冲击载荷作用下,配筋率的增加提高了整体的抗冲击性能;钢筋的加入在一定程度上降低了混凝土材料的刚度和强度.     

纤维水泥基复合材料弹性模量的试验测量方法

弹性模量是衡量混凝土材料性能的重要参数之一,其大小反映了抵抗弹性形变能力的强弱.对钢纤维增强混凝土和掺聚丙烯腈纤维的橡胶砂浆的弹性模量及抗压强度进行试验.试验结果表明,超短钢纤维混凝土的抗压强度和后期弹性模量较短钢纤维混凝土有明显提升,掺有聚丙烯腈纤维的橡胶砂浆的弹性模量降低明显,改善了橡胶砂浆的韧性和变形能力.     

冻融循环作用下混杂纤维粉煤灰混凝土力学性能试验

为了研究混杂纤维和粉煤灰增强混凝土在冻融循环作用下的损伤程度,通过对基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土试样在冻融循环条件下进行抗压强度试验及超声波检测试验,得到冻融破坏后混凝土的抗压强度和相对动弹性模量,分析抗压强度损伤量、相对动弹性模量损伤量和内部结构破坏机制,建立了基于相对动弹性模量的强度衰减方程。试验结果表明：基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土的抗压强度和相对动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而减小;经历60次冻融循环时,其抗压强度和相对动弹性模量都有不同程度的下降;混杂纤维粉煤灰混凝土抗压强度和动弹性模量的损伤量在粉煤灰掺量小于10%时整体小于基准混凝土,而在粉煤灰掺量为20%和30%时大于基准混凝土;通过对冻融循环作用下混凝土相对抗压强度与相对动弹性模量的关系拟合,得到相关系数良好的相对抗压强度与相对动弹性模量的指数函数关系表达式;分析了混凝土冻融损伤、纤维和粉煤灰增强混凝土抗冻融机理。掺入适量纤维和粉煤灰能增强混凝土的抗冻融破坏能力。