贮存核废料用混杂纤维混凝土弯曲性能试验研究

 为确保核废料运输安全以及长期耐久性,采用正交化配比设计,在混凝土中单掺和混掺钢纤维、聚丙烯纤维、粉煤灰,分别在常温下和受热150℃后进行弯曲韧性试验,通过极差和方差分析,量化了各掺料类型和掺量对于混凝土韧性的影响效果：纤维类型和掺量对于高性能混凝土开裂后力学性能的改善效果更加明显,受热后这-特征更为显著;长度较长、剪切螺纹型的钢纤维A在受热前后阻裂增韧效果均最佳;随着纤维掺量的增加,混掺钢纤维混凝土的弯曲性能基本呈现增强趋势,若总掺量相近,常温下混掺钢纤维混凝土弯曲性能优于单掺,受热后二者性能相近。     

改性腈纶纤维混凝土梁的弯曲疲劳特性

为了获得具有经济性和良好技术性能的混凝土结构,有必要研究改性腈纶纤维(以下简称腈纶纤维)对混凝土弯曲疲劳强度及疲劳极限的增强作用。用四点加载方法研究了腈纶纤维混凝土梁和底层撒布较长钢纤维的腈纶纤维混凝土梁的弯曲疲劳性能。研究结果表明:当腈纶纤维体积分数为0.085%时,腈纶纤维混凝土梁和底层撒布较长钢纤维的腈纶纤维混凝土梁的弯曲疲劳强度比素混凝土分别提高11.7%和15.7%;当应力水平为0.90时,腈纶纤维混凝土梁和底层撒布较长钢纤维的腈纶纤维混凝土梁弯曲寿命分别是素混凝土的22倍和29.01倍。底层撒布较长钢纤维的腈纶纤维混凝土梁的弯曲疲劳性能优于底层只撒布一层钢纤维或只采用腈纶纤维来增强的混凝土梁。复合纤维增强混凝土适用于道路及机场跑道。     

混杂钢纤维高强混凝土断裂特性研究

采用楔入劈拉试验方法,利用标准紧凑拉伸公式与楔入劈拉经验公式分别计算高强混凝土及混杂钢纤维高强混凝土的双K断裂韧度和断裂能,经比较发现用紧凑拉伸公式计算的失稳断裂韧度值是经验公式的0.85～0.87倍,因此建议采用尺寸符合标准紧凑拉伸要求的试件进行试验确定断裂韧度.分析了纤维混杂后纤维类型、纤维长度、纤维掺量对混凝土增强、增韧的影响,试验结果表明随着混凝土强度增加,断裂韧度、断裂能增大.最后建议高强混凝土采用双K断裂韧度作为韧性评价指标,高强钢纤维混凝土采用断裂能作为韧性评价指标.     

哑铃型钢纤维粉煤灰混凝土的弯曲疲劳特性

混凝土的弯曲疲劳性能是钢纤维混凝土的主要力学性能.用4点加载方法重点研究了全掺钢纤维混凝土梁和底层撒布较长钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土梁的弯曲疲劳性能.研究证明:底层撒布较长钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土梁的弯曲疲劳强度比素混凝土提高15.7％;当应力水平为0.90时,全掺钢纤维(体积分数为1.0％)混凝土梁弯曲疲劳寿命是素混凝土22.47倍,底层撒布较长钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土梁的弯曲疲劳寿命是素混凝土的29.O1倍.即底层撒布较长钢纤维的聚丙烯腈纤维混凝土梁的弯曲疲劳性能比单独撒布一层钢纤维或单独采用聚丙烯腈纤维来增强混凝土效果更加显著.对于道路及机场跑道采用这一结构形式比较理想.表7,参9.     

合成结构纤维对混凝土力学性能的影响

采用长度分别为4.7,5.6和6.5cm的合成结构纤维,均以5kg·m-3的掺量配制C40混凝土,通过维勃稠度、抗压强度、方板和圆板弯曲韧性、混凝土梁和切口梁弯曲韧性等试验,分析了其对混凝土工作性能和力学性能的作用规律与特征,同时与素混凝土以及同体积掺量(40kg·m-3)的钢纤维混凝土进行对比.结果显示,合成纤维的加入降低了混凝土的流动性、抗压强度和混凝土梁的抗弯强度,其长度越长则降低抗压强度及抗弯强度的程度越高;合成纤维对混凝土方板或圆板的初始断裂强度影响不大,但可明显提高断裂能,其作用高于同体积掺量的钢纤维,并且中等长度(5.6cm)的合成纤维增加混凝土断裂能的作用最大;合成结构纤维混凝土的应力-挠度曲线在其下降过程中呈现一个"平台段",虽然平台高度不及钢纤维混凝土的,但其长度明显更长,这是由合成结构纤维的材质特征决定的.     

钢纤维混凝土抗裂性能测试

在混凝土材料中添加乱向分布的短纤维，能够改变其材料的力学性能，增强混凝土结构的变形能力．采用单轴拉伸、三点弯曲和楔入劈拉三种实验模型分别进行纤维混凝土及素混凝土材料的抗裂性能试验，对比分析两种材料的试验结果，发现在混凝土中掺入一定量的钢纤维，对混凝土结构最大承载能力的提高作用有限，却能够非常明显地增加其材料的断裂韧性和断裂能，加入钢纤维后混凝土材料的变形能力也会大大提高．     

钢纤维高强混凝土单轴受压本构方程

采用微机控制电液伺服万能试验机,对纤维体积分数Vf为0～3％的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了单轴压缩试验,根据卖测的应力-应变曲线的特点提出了含2个参数A和B的单轴受压本构方程．A,B均随Vf的增大而增大,分别明确地反映了钢纤维对混凝土基体的增强和增韧能力．A越大,材料抗压强度fe与弹性极限应力的差值越大;B越大,曲线下降段越平缓．本文还给出了A,B与Vf,fe之间的关系式．     

混杂钢纤维增强混凝土力学性能试验研究

通过试验研究了2种剪切型钢纤维和1种铣削型钢纤维按不同混杂比例掺入混凝土中,对混凝土拌合物工作性能以及混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度和弯曲抗拉强度的影响规律.结果表明,仅长度较大的剪切型钢纤维与铣削型钢纤维混杂对混凝土各项强度具有"正混杂效应",3种钢纤维混杂但长度较大的剪切型钢纤维体积率最小时对混凝土轴心抗拉强度和弯曲抗拉强度存在明显的"负混杂效应".基于单掺钢纤维混凝土抗拉强度计算公式,提出了考虑钢纤维混杂效应的混杂钢纤维混凝土抗拉强度计算公式.     

利用水平外力总功研究PVA纤维增强水泥基复合材料韧性

为了研究对比PVA纤维、玻璃纤维、钢纤维水泥基复合材料和高强(钢纤维)混凝土的韧性,采用楔入劈拉法利用荷载与裂缝张口位移曲线(P-WCMOD)下包围的面积值并考虑夹具影响后水平外力做的总功作为评价指标进行对比.实验结果表明:水泥基体发生脆性断裂,从加载到试件破坏P-WCMOD曲线一直呈线性;高强(钢纤维)混凝土和钢纤维、玻璃纤维水泥基复合材料发生半脆性断裂,P-WCMOD曲线在峰值荷载附近有较小的非线性区;而在PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCCs)中观察到韧性断裂,在P-WCMOD曲线中出现明显的假应变硬化现象;脆性和半脆性材料的试件从起裂到破坏,预制缝端部仅出现一条裂缝,且最终沿这条裂缝贯通,对于PVA-FRCCs,预制缝端出现多条细小裂缝,并最终沿着主裂缝贯通.比较几种材料的水平外力总功值可知,PVA-FRCCs韧性最好,钢纤维混凝土次之,钢纤维水泥基复合材料稍差,玻璃纤维水泥基复合材料最差.     

钢纤维高强混凝土抗剪性能试验研究

对29组共116个钢纤维高强混凝土抗剪试件进行了双面剪切试验,研究了钢纤维混凝土基体强度、钢纤维类型和钢纤维掺率对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响.试验结果表明:随着基体强度和钢纤维体积掺率的增加,钢纤维高强混凝土的抗剪强度逐步增高;在混凝土基体强度较高时,提高钢纤维掺量对钢纤维高强混凝土抗剪强度的改善作用有所减弱.试验中还发现,钢纤维混凝土抗剪强度受钢纤维横断面参数的影响很大,因此将现有的钢纤维混凝土抗剪强度计算公式中的纤维增强系数针对不同类型的钢纤维进行了修正,并考虑钢纤维直径的影响提出了新的计算方法,计算结果与试验结果符合较好.     

纤维混凝土在冻融循环下的损伤研究

通过试验研究了C40普通混凝土(PC),体积率为0.8%的钢纤维混凝土(SFRC)以及掺量为1.2 kg/m3的聚丙烯纤维混凝土(PFRC)分别在0次、25次、50次、75次、100次冻融循环后的质量损失,抗拉、抗压强度,基振频率以及动弹性模量,结果表明纤维的加入能抑制冻融对混凝土的损伤作用,且聚丙烯纤维的抑制作用大于钢纤维。     

生态型RPC材料的断裂力学行为研究

以质量分数为50%～60%的超细工业废渣取代水泥,以普通黄砂取代磨细石英砂,制备了2个系列不同配比的生态型RPC材料,并研究了纤维掺量及养护制度对其断裂力学性能的影响规律.结果显示,随着纤维掺量的增加,生态RPC的断裂能及断裂韧度不断提高;在标准养护条件下,生态RPC的延性指数在纤维体积率为2%时最大.随着养护温度的提高,生态RPC的极限断裂强度不断提高,但同时其脆性也在增加,从而表现出断裂能、断裂韧度和延性指数受养护制度影响的变化规律各不相同.     

短切柔性纤维对密实型沥青混凝土断裂特性的影响

纤维对沥青混凝土的改性效果已得到道路工程界的广泛认可,为探讨不同纤维对沥青混凝土断裂特征的影响,以玻璃纤维和玄武岩纤维作为研究对象,进行半圆抗拉试验,采用数字图像相关技术对半圆试件的全场位移与应变进行实时测量。通过分析极限抗拉强度、极限破坏应变、模量、裂缝缝嘴张开位移、临界断裂能、断裂韧性等指标,探讨了不同纤维对沥青混凝土抗裂性的增强效果。结果表明,两种纤维均能有效改善沥青混凝土的极限强度与破坏延性,纤维改性沥青混凝土具有更高的峰后持荷能力,在沥青混凝土开裂后仍能保持较高的承载能力。玻璃纤维改性沥青混凝土具有更高的临界断裂能量和断裂韧性,基于所选指标建议在工程应用中短切纤维长度不宜超过12 mm。     

基于分形理论研究RTSF混凝土冲击压缩性能

为了研究回收轮胎钢纤维(RTSF)混凝土的冲击压缩性能,利用分离式霍普金森压杆对普通混凝土(F0)、工业钢纤维(ISF)混凝土和RTSF混凝土进行冲击压缩试验,统计冲击破坏后的碎块数量并计算分形维数.结果表明:RTSF混凝土冲击破坏形态分为三种类型,即周边张应变破坏、留芯破坏和整体破坏;应变率在55~125s^-1左右时,不同掺量RTSF混凝土的分形维数范围为1.33~2.25;分形维数随RTSF掺量增加出现先减小后增大的趋势,RTSF 0.75混凝土分形维数最小;不同掺量的RTSF混凝土的分形维数随应变率增加而增大;不同应变率下RTSF混凝土的动态抗压强度及断裂能均随分形维数的增加而增大;ISF 1.00的分形维数、动态抗压强度和断裂能均介于RTSF0.75和RTSF1.00之间,RTSF 0.75比ISF 1.00(纤维长度为35mm,长径比为65)能更有效提高混凝土的冲击压缩性能.     

混杂钢纤维水泥基材料的力学行为

研究了微细钢纤维以及中等直径钢纤维混杂增强水泥基材料的力学行为．结果表明，在纤维体积分数一定的情况下，混杂钢纤维体系对水泥基材料抗折强度的改善作用可优于单一直径钢纤维，而且，不同直径钢纤维混杂还可显著提高水泥基材料的断裂能和弯曲韧性，普通纤维增强水泥基材料断裂破坏时裂缝为沿切口开展的单一贯穿裂缝，而混杂钢纤维增强的试件破坏时切口附近呈现多缝开裂的现象，采用适当体积比的两种尺度钢纤维混杂增强基体，制备出了综合力学性能优越的混杂钢纤维增强水泥基材料。     

三维编织钢纤维增强渍浆混凝土准静态力学性能

为了优化钢纤维混凝土的各项力学性能,设计优选了大流动性细粒混凝土与长度为70mm、长细比达93.3的长钢纤维,采用三维钢纤维编织技术与渍浆纤维混凝土施工工艺,成功制备出钢纤维体积率Vf为5%和10%的三维编织钢纤维增强渍浆混凝土试件(3D-BSFC).采用微机控制电液伺服万能试验机对基体强度为C50的试件进行了准静态3种低应变率(10-6/s,10-4/s及10-2/s)下的单轴压缩试验,测出了应力-应变全曲线、强度、压缩韧性以及弹性模量,研究了其受压力学特性及钢纤维掺量和应变率对基本力学性能的影响规律.结果表明,高掺量三维正交钢纤维对基体混凝土的强度提高最高达3倍以上,同时改善其变形能力,使韧性增强最高达3.87倍;在较低应变率状态下,强度和弹性模量随着应变率的增大而增大,但增长幅度不大.