混凝土结构层间力学性能的电学表征

以由碳纤维布作为界面层的混凝土及碳纤维混凝土为例,根据混凝土层间接触电阻的变化,对剪切荷载及弯曲荷载作用下的混凝土界面粘接性能及剪切强度进行电学参数变化实验.实验结果表明:素混凝土层间接触电阻随着层间粘接松动而增大,当发生粘接破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻随着剪切强度的增大而增大,发生剪切破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻的敏感性比素混凝土层间接触电阻对界面粘接及剪应力的敏感性要好,低应力作用下,碳纤维混凝土层间接触电阻随应力明显变化.     

碳纤维混凝土复合材料缺陷的红外热像检测

利用碳纤维混凝土的良好导电性,首先通过对存在缺陷的复合材料——碳纤维混凝土试件施加较低的电压,使其产生焦耳热效应,在表面产生温差,再利用红外热像方法对其缺陷进行了无损检测,并根据数据进行了理论分析。实验结果表明:对电阻不同、裂纹缺陷深度相同的材料,小电阻材料所得的红外热像明显,温差大于大电阻材料且变化趋势比大电阻的明显;对电阻相同的大电阻材料,裂纹深度对温差有影响,但变化趋势不如电阻对温差的影响明显。实验结果为进一步研究红外检测复合材料缺陷提供了理论与实验依据。     

碳纤维增强混凝土力学性能研究

为了研究碳纤维长度和体积掺量对混凝土力学性能的增强效果,制备了C30、C40强度等级的混凝土,添加碳纤维长度为10 mm和20 mm,碳纤维体积掺入率为0%～0.32%、进行了18组(54个)立方体试件的轴心受压性能实验,研究其抗压强度和劈裂抗拉强度.实验结果表明:不同掺量的碳纤维对混凝土的抗压、劈拉强度均有不同程度的影响,总体上随着碳纤维掺量的增加,混凝土的抗压强度及劈拉强度随之增加,但在碳纤维长度为20 mm时混凝土抗压强度有所降低;当掺量小于0.08%时,C30混凝土的抗压强度增长幅度较劈拉强度大,C40混凝土的劈拉强度增长幅度较抗压强度大;并且当碳纤维掺量达到一定量时抗压强度与劈拉强度的增长幅度均较小;实验得出长度为10 mm的碳纤维能更好增强抗压和劈拉强度,对劈拉强度的增加更加明显;碳纤维添加在C40混凝土中较C30中发挥效果更佳.     

碳纤维布约束钢筋混凝土轴心受压柱的力学性能

对碳纤维布约束的钢筋混凝土柱进行了轴压性能试验.研究了混凝土强度、碳纤维布的包裹方式及碳纤维布抗拉强度等因素对约束钢筋混凝土柱的极限承载力及变形等力学性能的影响.试验分析的结果表明,随着混凝土强度的增加,碳纤维布约束加固效果将会降低,碳纤维布强度对其加固效果的影响也逐渐降低;在混凝土强度较低的情况下,采用高强一级碳纤维布加固效果较好;在相同的碳纤维布体积加固率的条件下,采用全包碳纤维布约束混凝土的加固方式比间隔包裹碳纤维布条带效果更好.     

水泥基材料损伤自诊断机理声发射研究

采用声发射与电阻技术对碳纤维混水泥基材料土在单轴受压和三点弯曲负荷下内部损伤进行了监测 .研究表明 ,在三点弯曲负荷下 ,碳纤维混凝土的荷载 -挠度曲线与试件的电阻和声发射事件数存在良好的对应关系 .对于碳纤维水泥基复合材料 ,其导电率主要依赖分散于水泥基体中相互搭接的碳纤维的渗流网络 .材料内部的损伤引起相互搭接的渗流网络破坏 ,而致使材料电阻增大 .因此 ,在整个加载过程中 ,体系的电阻反映了材料内部的损伤 .另一方面 ,通过声发射信号的分析 ,可以鉴定材料内部损伤的机理 .     

碳纤维增强轻骨料混凝土实验研究

通过在轻骨料混凝土中掺入轻质、高强、高弹模的碳纤维实验,获得了碳纤维掺量为0.5%,0.7%,1.0%时轻骨料混凝土强度变化特征及其强度与龄期的变化关系,为在轻骨料混凝土中利用碳纤维改善力学性能研究奠定了基础。     

水泥基碳纤维智能层检测混凝土梁的试验研究

为研究水泥基碳纤维复合材料的应变传感特性,对带有预制裂缝的混凝土梁试件进行三点弯曲试验。试验结果表明:水泥基碳纤维智能层传感器可感知混凝土梁平均应变的变化;且其与弯拉荷载呈线性变化关系。在压阻效应第一阶段,短切碳纤维发生重新搭接而使得水泥基智能层的电阻变化率随平均应变的增加而急剧增加;在压阻效应第二阶段,水泥基智能层形成新的导电网络其电阻变化率基本趋于稳定;且与梁的平均应变有很好的线性一致性。因此,可通过监测水泥基智能表层电阻变化率来监测梁的平均应变,从而达到检测裂缝宽度的要求。     

碳纤维改性粉煤灰-偏高岭土地聚合物混凝土的力学性能研究

【目的】地聚合物混凝土由于强度高、耐久性好、低碳环保等优点受到了广泛关注，然而抗裂性差、韧性差等缺陷制约了其应用。【方法】将10组不同体积掺量的碳纤维掺入粉煤灰-偏高岭土地聚合物混凝土中，分析碳纤维体积掺量对地聚合物混凝土轴心抗压强度、弹性模量、抗折强度及折压比的影响。【结论】结果表明，掺入碳纤维可同时对地聚合物混凝土产生增强、增韧的效应；随着碳纤维掺量的增加，地聚合物混凝土轴心抗压强度、弹性模量、抗折强度及折压比均呈先增加后减小的变化趋势，最优碳纤维掺量为0.8%～1.0%;碳纤维对地聚合物混凝土抗折强度的提升效能约优于抗压强度的2倍。为碳纤维改性地聚合物混凝土的工程应用提供进一步的参考。     

碳纤维机敏混凝土梁弹性应力自监测实验研究

基于碳纤维混凝土材料的压力机敏性,采用两电极法研究了CFRC梁构件弹性应力自监测的规律．循环荷载实验结果表明,试验梁受压区CFRC弹性应力状态开始变化时,其电阻变化率存在滞后反应现象,但在随后的应力状态变化过程中该滞后反应消失,且电阻变化率与弹性压应变基本保持一定的线性相关关系．测试结果具有良好的可重复性．基于实验所得CFRC电阻变化率与弹性压应变的相关曲线,可实现碳纤维机敏混凝土梁控制截面的弹性应力自监测．     

短切碳纤维C/SiC陶瓷基复合材料的动态力学性能研究

对三种不同短切碳纤维体积含量(16%、21%、24.8%)的C/SiC复合材料利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行了常温下的冲击力学试验。根据不同应变率下的试验结果分析了其动态破坏强度和应变率效应的关系,阐明了其破坏机理。实验结果表明:三种短切碳纤维体积含量的C/SiC陶瓷基复合材料的动态应力-应变曲线光滑无震荡,且具有一定的自相似性。在近似平均应变率下,当短切碳纤维体积含量的不断提高,则C/SiC复合材料的破坏程度不断降低,整体性越来越好,说明短切碳纤维体积含量的提高对C/SiC复合材料的强度有着积极的作用。     

轻骨料碳纤维混凝土受压应力应变关系试验研究

通过轻骨料碳纤维混凝土抗压强度试验,得出非标准圆柱体和立方体两种尺寸间强度的换算公式,并利用该公式,对强度数据进行换算后重新拟合,得出了轻骨料碳纤维混凝土的应力应变曲线,为研究轻骨料碳纤维混凝土构件试验提供了依据.     

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。     

硫酸盐侵蚀冻融循环下聚乙烯醇纤维钢筋混凝土的黏结性能试验研究

为了研究硫酸盐侵蚀冻融循环下聚乙烯醇(PVA)纤维钢筋混凝土的粘结滑移性能,对4种掺不同体积百分比PVA纤维混凝土进行不同次数的硫酸盐浸泡下的冻融循环实验。实验结果表明,在一定范围内,随着PVA纤维掺量的增高可以提高混凝土的抗压强度;PVA纤维可以一定程度上阻止硫酸盐对混凝土的侵入,在硫酸盐冻融初期可以增强混凝土的抗压强度;在混凝土中添加一定量百分比体积的PVA纤维可以增加钢筋混凝土粘结的峰值滑移,增加了混凝土的塑性应变,硫酸盐冻融次数的增加会减少钢筋在混凝土中的峰值滑移。     

钢纤维陶粒轻骨料混凝土受拉性能试验

采用工程中常用的陶粒作为轻骨料,制成界面粘结强度较高的陶粒轻骨料混凝土,研究不同钢纤维掺量的钢纤维轻骨料混凝土的受拉性能.根据试验数据得出钢纤维轻骨料混凝土立方体劈拉强度随钢纤维体积率变化的规律,拟合出其劈拉强度与立方体抗压强度的关系式.试验结果表明,其抗拉强度提高幅度较大.当钢纤维体积率为2.5%时,试件的劈拉强度和抗折强度值分别提高55.9%和77.31%,钢纤维轻骨料混凝土的拉压比也随着钢纤维体积率的增加而增大.     

高石粉含量下C80混凝土力学性能数值模拟研究

为研究石粉含量和纤维掺量对C80混凝土基本力学性能（包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弹性模量）的影响,本文结合Digimat和Abaqus建立2D随机骨料模型、3D纤维混凝土细观模型。将不同石粉含量、纤维掺量下混凝土的数值模拟与同等条件下基本力学试验结果进行对比分析：2D随机骨料模型中过高（石粉含量大于5%时称为高石粉含量）的石粉含量会降低混凝土的整体力学性能,石粉含量越低模拟值与试验值越接近,当石粉含量为5%时混凝土的整体力学性能达到最佳。3D纤维混凝土细观模型中不同纤维类型对高石粉含量混凝土的强度有不同影响,与玄武岩纤维相比,铜镀纤维的掺入对高石粉含量下混凝土力学性能的增幅更明显。铜镀纤维体积分数为4%和6%时均能提高混凝土力学性能,当体积分数为6%时,混凝土数值模拟与试验结果误差小于7.1%且力学性能达到最优;玄武岩纤维混凝土的抗压性能随纤维体积率的增加而降低,当纤维体积率为1 kg/m3时数值模拟结果与试验结果误差范围在0.4%-8.7%,但对混凝土整体力学性能的提升较小。     

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。     

钢纤维对高强砼的增强、增韧与阻裂效应的研究

主要采取掺加高效减水剂以配制高强砼并使之与钢纤维复合的技术途径,研究了纤维体积率、纤维外形、砼基材强度等因素与钢纤维对高强砼的增强、增韧和阻裂效应间的相互关系.并研究了钢纤维与高强水泥基材、螺纹钢筋与钢纤维高强砼的界面粘结特性。通过分析界面区微观结构与宏观力学性能的关系,探讨了界面区Ca(OH)_2晶体的取向指数、取向范围、晶体平均尺寸与晶体尺寸曲线限度以及显微硬度的变化规律。此项研究可为钢纤维高强砼的设计提供理论依据。     

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。