PVA纤维增强高性能水泥基材料的韧性

采用低掺量(纤维体积率为1%~2%)的高强度高弹模聚乙烯醇纤维(简称PVA纤维)进行延性纤维基材料韧性的研究,分析了材料组成参数(PVA纤维体积率、纤维长径比、界面改性剂和砂灰比等)对高强度高弹模PVA纤维增强水泥基材料韧性的影响。结果表明,使用高强度高弹模PVA纤维以及通过材料组分优化,可以在低体积率下得到高韧性水泥基复合材料,凹土可以做为PVA纤维的一种界面改性剂。     

不同级配花岗岩石粉对混凝土性能的影响

以两种不同级配的花岗岩石粉作为掺合料(0~0.075 mm和0.075~0.150 mm),分别采用10%,20%,30%的掺量等质量替代水泥,研究花岗岩石粉的级配和掺量对C40混凝土工作性能和抗压强度的影响,基于试验数据确定采用花岗岩石粉替代水泥的最优配合比.结果表明:花岗岩石粉在混凝土中起到填充作用,石粉越细,填充效果越明显.随着混凝土中花岗岩石粉掺入量的增大,混凝土的流动性逐渐降低,抗压强度相对于基准组缓慢上升;当混凝土中掺入的花岗岩石粉级配为0.075~0.150 mm,替代水泥率为20%时,配制出的C40混凝土具有良好的工作性能和强度.     

玄武岩织物增强水泥基复合材料拉伸力学性能

利用美特斯(MTS)万能试验机研究了掺入不同体积掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%)短切碳纤维、玻璃纤维、钢纤维的2层和3层玄武岩纤维织物增强水泥基复合材料的拉伸力学性能.结果表明:短切碳纤维、玻璃纤维、钢纤维均可明显增加玄武岩纤维织物增强水泥基复合材料的开裂强度,并且存在最优体积掺量;在0~1.5%掺量范围内、2层织物时,开裂强度随着3种短纤维掺量的增加而增加,掺量1.5%时最大;3层织物时,开裂强度随着碳纤维、钢纤维掺量的增加先增加后减小,掺量1.0%时达到最大值,而随着玻璃纤维掺量的增加持续增加,掺量1.5%时最大.短切碳纤维、玻璃纤维不能增加其峰值荷载,而钢纤维则明显提高其峰值荷载,2层织物时最优掺量为1.5%,3层织物时最优掺量为0.5%.     

纳米粒子和聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料抗折性能

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、聚乙烯醇(PVA)纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米Si O_2掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米Si O_2掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米Si O_2水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

铁尾矿粉制备高延性纤维增强水泥基复合材料

探索采用铁尾矿粉取代粉煤灰作为矿物掺合料制备高延性纤维增强水泥基复合材料( ECC)的可行性,重点研究铁尾矿粉掺量对ECC的拉伸特性和抗压强度的影响,并比较所研发的新型铁尾矿粉ECC与传统粉煤灰ECC的宏观力学性能.研究发现,采用铁尾矿粉作为矿物掺合料制备高延性纤维增强水泥基复合材料是可行的. 在同等矿物掺合料掺量下,铁尾矿粉ECC的强度性能低于粉煤灰ECC,但表现出更强的拉伸延性. 在所研制的铁尾矿粉ECC中,当铁尾矿粉与水泥质量比为1. 2~2. 2时,ECC的28 d抗压强度为36. 7~54. 2 MPa,满足一般混凝土结构对抗压强度的要求. 此时,ECC的28 d极限拉伸应变为3. 4% ~4. 3%,铁尾矿的总用量占固体基体原材料总质量的66. 6% ~77. 0%.     

纤维对水泥基材料力学性能的影响

为了制备超高韧性的水泥基复合材料(UHTCC),通过抗压、抗折以及直接拉伸试验,探讨纤维掺量、纤维种类对水泥基材料力学性能的影响.研究结果表明:有机纤维的掺入都不同程度地降低了UHTCC的抗压强度,提高了其抗折强度;从力学性能以及材料成本综合考虑,聚乙烯醇纤维(PVA)体积掺量2%为最优掺量;掺入日本PVA的UHTCC的拉伸应变硬化现象最显著,其次是国产PVA纤维,而国产聚丙烯纤维(PP)和聚乙烯纤维(PE)在拉伸过程中没有应变硬化现象.     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗折性能研究

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、PVA纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米SiO₂掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米SiO₂掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米SiO₂水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

喷射纤维混凝土在深井地下空间支护应用关键技术

为了解决深井地下空间支护困难,提出了将高韧性改性聚丙烯(粗)纤维与高弹模纤钢纤维混杂掺加到水泥基材料中形成复合水泥基材料,通过喷射工艺在围岩表面形成支护层与锚杆、锚索形成共同支护体的支护方案.试验发现:混杂聚丙烯(粗)纤维水泥基复合材料,适合深井巷道围岩的支护,其中聚丙烯(粗)纤维掺量为体积率0.4%,钢纤维掺量为体积率0.6%;用有限元软件模拟分析法FIAC确定纤维混凝土喷层厚度,可以节约喷层材料;在初喷支护45 d后进行纤维混凝土二衬喷射施工,可以避开应力的高峰,使支撑的中心向岩体内部移动.通过矿压显现观测证明纤维混凝土喷层试验段围岩稳定性好于素混凝土试验段.     

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。     

钢纤维掺量和应变率对超高性能水泥基复合材料层裂的影响

为研究防护工程用超高性能水泥基复合材料的层裂特性,利用大掺量(60%)超细工业废渣取代水泥,最大粒径为2.5 mm的天然砂取代粒径为600 μm的磨细石英砂,在标准养护条件下成功制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料(UHPCC).并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的UHPSFRCC材料进行了层裂实验,研究了应变率和纤维掺量对该材料层裂性能的影响规律.结果表明,UHPSFRCC材料的层裂强度随纤维掺量的增加、应变率的提高而相应地增长;低应变(21～25/s)条件下,掺加3%和4%钢纤维后的UHPSFRCC材料,层裂强度分别提高到了2倍和2.5倍,且随着应变率的提高,层裂强度的增加幅度不断降低;低应变率下材料多发生1次层裂而高应变率下则产生2次甚至多次层裂现象.     

纤维再生微粉水泥基复合材料断裂性能分析

基于三点弯曲试验,研究水胶比、再生微粉取代率、纤维种类对纤维再生微粉水泥基复合材料(FRPCC)断裂性能的影响.根据双K断裂参数分析各因素对FRPCC的增韧效果,并结合微观形貌分析各因素对FRPCC韧性的改善机制.结果表明：水胶比增大使纤维再生微粉水泥基复合材料失稳韧度先升高后降低;断裂韧度随着再生微粉取代率提升呈现先增后减的趋势;单掺玄武岩纤维(BF)会使FRPCC脆性增加,聚乙烯醇纤维(PVA纤维)占比增大能够明显提升FRPCC的断裂韧度;当水胶比为0.28、再生微粉取代率为45%、复掺0.2%玄武岩纤维和1.7%PVA纤维时,微观结构紧密,断裂韧度最优.     

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。     

聚丙烯纤维与胶粉复掺对砂浆强度和韧性的影响

采用聚丙烯纤维与聚合物胶粉复掺的方法配制了胶粉改性砂浆,并应用正交试验和多点分布的纤维单因素试验研究了聚丙烯纤维与聚合物胶粉复掺对砂浆强度和韧性的影响。结果表明：随着纤维掺量的增加,砂浆折压比总体上呈增加趋势,长度为10 mm的聚丙烯纤维增韧效应最优;当聚丙烯纤维复合胶粉改性砂浆的折压比在0．17～0．21时,韧性显著提高;配制参数纤维掺量为0．2％、纤维长度为10 mm、胶粉掺量为5％、硅粉掺量为5％的胶粉改性砂浆的综合强度和韧性最优,适合作为混凝土剥蚀面层的修复材料。     

含粗骨料超高性能混凝土力学性能研究

针对超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料用量大,前期成本高等问题,通过在UHPC体系中掺入粗骨料,用河砂代替石英砂,成功制备了具有优异力学性能的含粗骨料UHPC,并通过试验研究了粗骨料掺量以及钢纤维几何参数对含粗骨料UHPC力学性能的影响.结果表明:随着粗骨料掺量的增加(0~800kg/m3),UHPC抗压强度先增加后下降,静力受压弹性模量几乎呈线性增加;粗骨料掺量为0~400kg/m3时,UHPC抗弯拉强度和初裂强度变化较小,粗骨料掺量为400~800kg/m3时,UHPC抗弯拉强度和初裂强度明显下降;随着粗骨料掺量的增加(0~800kg/m3),UHPC弯拉荷载-挠度曲线变化明显,弯曲韧性明显下降,但均存在应变硬化过程;随着钢纤维长度增加,UHPC的抗压强度、抗弯拉强度以及弯曲韧性均增加,但是静力受压弹性模量和初裂强度变化较小.     

混杂钢纤维增强超高性能水泥基材料力学性能分析

采用平直型超细钢纤维与压痕型中长钢纤维混杂,系统研究了混杂比例对超高性能水泥基复合材料(UHPCC)流动性能、力学行为的影响,以及纤维外形对界面粘结力的影响.研究表明,随压痕型钢纤维掺入量增加,新拌浆体的流动度下降;在纤维体积率一定时,2种纤维等比例混杂,材料的抗压、拉伸、弯曲强度与弯曲韧性等力学性能为最佳;当水胶比固定时,压痕钢纤维与基体界面粘结力大于平直型超细钢纤维.试验还表明,2种纤维混杂在不同结构、不同尺度和不同时间层次对抑制裂缝的生成和扩展分别发挥作用,两者协同作用使材料总体力学性能显著提升.     

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.     

循环荷载下筋箍碎石桩复合地基动力特性数值分析

过7组三维有限差分数值模拟试验,研究了循环荷载作用下筋箍碎石桩复合地基的动力特性,着重分析了4个重要参数对其性能的影响,并将数值计算结果与室内模型试验结果进行了对比分析,验证了数值计算结果的合理性. 结果表明,在循环荷载作用下,筋箍碎石桩复合地基的应力和沉降变化具有明显的动力特性. 相同循环加载条件下,增大碎石密度可有效提高碎石桩的承载力. 筋材使碎石桩的力学性能得到了改善,不同长度的加筋会对碎石桩产生明显不同的效果,在一定范围内增加碎石桩的加筋长度可以有效提高碎石桩的承载力. 筋材对复合地基顶部的累积沉降和应力集中率有显著影响. 筋材能提高碎石桩的整体性,加筋长度越长的碎石桩的振动协调性越好. 桩径对筋箍碎石桩复合地基顶部累积沉降的影响比较明显,碎石桩的最佳L/d值为8/3. 数值计算结果与室内模型试验结果拟合较好,沉降值最大相差7%,桩侧应力值最大相差9%.     

橡胶粒径与掺量对砂浆力学性能影响的试验研究

摘 要 系统研究了橡胶粒径和掺量对橡胶砂浆力学性能的影响,橡胶等体积替代砂子比例为20%、40%、60%,橡胶粒径分别为5~20 目、20~40 目、60~80 目。研究结果表明,橡胶砂浆抗压强度和抗折强度均随橡胶掺量的增大而降低,随橡胶粒径的减小而提高。优选橡胶粒径为60~80 目时,具有20%,40%和60%橡胶掺量的橡胶砂浆抗压强度分别降低21.6%,43.3%和55.8%,抗折强度分别降低14.9%,29.4%和33.8%。另外,橡胶掺量越大,粒径越小,则橡胶砂浆折压比越大,韧性越好。该项研究对促进废弃橡胶的规模化应用,提高混凝土的韧性,具有重要的理论和实用价值。     

再生混凝土骨料包裹桩复合地基承载特性及计算理论

为了研究再生混凝土骨料包裹桩复合地基的承载性能,开展了复合地基承载特性的模型试验.试验结果表明：再生混凝土骨料包裹桩复合地基能明显提高被加固土体的承载特性;在进行再生混凝土骨料包裹桩复合地基设计时单桩长径比宜为6~8,桩径宜为800~1200 mm,土工材料包裹长度宜为5~6倍桩径,包裹材料刚度宜为1000~4500 kN/m,在设计桩间距时,最优置换率宜选取在10%~20%之间;桩体底端与顶端应力之比随承压板顶面位移的增大逐渐稳定在15%~20%左右;再生混凝土骨料包裹桩侧土压力由桩顶向下呈先增大后减小的现象,最大应力出现在距桩顶约300 mm（3d）深度处;根据再生混凝土骨料包裹桩复合地基桩、土和土工包裹材料的变形协调原理,及桩体的鼓胀变形特性对再生混凝土骨料包裹桩复合地基承载力计算公式进行了推导,所得结论可为新型复合地基的设计提供依据。