混杂聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料力学性能

目前配置ECC(engineered cementitious composites,ECC)的聚乙烯醇纤维(polyvinyl alcohol,PVA)主要由日本可乐丽公司生产,成本较高.国产PVA价格合理,但国产PVA-ECC的拉伸延性有限,为了进一步提高水泥基复合材料的拉伸延性,兼顾应用成本,将国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC,为实际工程结构性能提升提供更多的材料选择.首先基于微观力学模型,确定混杂PVA-ECC中PVA纤维的体积分数,对设计的5组不同配合比的混杂PVA-ECC试件进行四点弯试验、单轴拉伸试验及单轴压缩试验,确定混杂PVA-ECC的较优配合比.最后对典型配合比ECC进行性能和成本对比分析,提出了低成本、较低拉伸性能的配合比M7,中等成本、较高拉伸性能的配合比M17和高成本、高拉伸性能的配合比M21等3个具有代表性的配合比,供实际工程根据结构性能的需要进行选择.采用混杂PVA纤维配置ECC,可降低ECC的成本,使得ECC大量应用于工程实践成为可能.     

再生集料水稳碎石配合比设计与强度规律的试验研究

水泥稳定碎石具有强度高、整体性好的优点,是高等级道路基层的主要材料.将废弃混凝土加工的再生集料,用于道路基层,是解决废弃混凝土的一个有效的方法.文章采用体积法进行再生集料水泥稳定碎石的配合比设计,论证再生集料水泥稳定碎石强度发展规律及再生集料工程应用的可行性,推荐适用于工程实际的配合比参数.     

接缝修补材料对复合式路面AC层抵抗反射裂缝的试验研究

通过小梁加载试验研究不同修补策略对旧水泥混凝土路面破损接缝处沥青混凝土加铺层(AC)抵抗反射裂缝的有效性。采用3种修补材料即普通水泥混凝土(CC)、纤维增强水泥基复合材料(ECC)和ECC加设传力杆(ECC-dowel),通过三点抗弯试验及微观形貌观察,分析不同复合梁的裂纹发展形式及抗变形能力。研究结果表明:CC,ECC和ECC-dowel修补材料的裂纹发展形式存在明显不同;ECC应变硬化、多点开裂的延性特征可有效防止AC层反射裂缝的产生;ECC与ECC-dowel复合梁的断裂模量、断裂能等无显著差异,说明ECC基体内纤维的桥接作用是复合梁抗变形能力的关键性因素,传力杆贡献不大。     

冻融循环后GFRP筋与ECC粘结性能试验研究

工程用水泥基复合材料(ECC)与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)协同工作可以有效提高结构的耐久性,但关于它们在冻融循环作用下的粘结耐久性能研究较少.通过设计9组共计42个试件,并采用快冻法研究了75次冻融循环后ECC材料与普通混凝土的质量损失率、横向相对动弹性模量及ECC与GFRP筋粘结强度的变化情况,并对试件粘结滑移曲线进行对比分析.结果表明,ECC材料的抗冻性能明显优于普通混凝土,同时75次冻融循环后,强度等级为C30与C50的ECC与GFRP筋的粘结强度分别为普通C30混凝土与GFRP筋粘结强度的3.0倍及4.3倍;将拉拔试验结果与目前国内外广泛应用的mBPE模型、CMR模型和连续曲线模型进行拟合对比,得到了mBPE模型及CMR模型相应的拟合参数和拟合相关系数,并发现CMR模型的拟合预测效果更好.     

基于扩展有限元法的应变硬化材料ECC的断裂破坏仿真分析

在Abaqus平台上采用扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,XFEM),对ECC(Engineered Cementitious Composites)应变硬化材料,采用3点弯曲切口梁模拟结构的裂纹扩展情况以及缝端的应力-应变分布情况,将计算结果与试验结果进行比较,验证XFEM在模拟应变硬化材料裂缝扩展方面的有效性和准确性.结果表明,模拟结果可以为全桥、半桥应变片的粘贴位置提供更为精确的指导;XFEM法可以模拟ECC的裂缝扩展过程,并预测ECC裂缝扩展长度的大小,但XEFM未能模拟出多裂纹的扩展过程,导致仿真结果比实验结果偏小;模拟得到的起裂荷载和峰值荷载与试验结果较为接近,而峰值荷载与试验结果的误差仅为7.56%,为应变硬化材料实际带裂纹工作的工程问题提供了解决问题的方法.最后,提出利用能量的概念来评价ECC的应变硬化程度更为合理.     

水泥稳定级配碎石基层材料路用性能及超轴载下疲劳寿命研究

目的研究较低掺量的水泥的级配碎石基层材料完全满足重载交通下的力学性能指标和路用性能指标,分析水泥稳定级配碎石基层材料的路用性能及在重载交通下的适用性.方法运用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51—2009)中规定的试验方法,采用骨架密实型级配,通过静压和振动两种成型方法,在最佳含水量时制作试件.结果当水泥质量分数在3.5%以上时,骨架密实型水泥稳定级配碎石材料的基层强度可以达到重载交通路用性能要求.当轴载不大于140 k N的情况下,水泥稳定级配碎石的使用寿命可以满足设计期内使用的要求.结论使用水泥稳定级配碎石做道路基层时,推荐使用水泥质量分数为3.5%~4.5%,水泥稳定级配碎石基层材料对重载交通具有良好的适用性.     

水泥再生石灰稳定土配合比设计

文章依托京台高速公路蚌埠至合肥段改善工程,充分利用既有道路底基层石灰稳定土,对水泥再生石灰稳定土配合比设计方法进行研究.通过室内原材料检验、不同水泥剂量击实试验、强度试验以及稳定性试验,试验结果表明水泥再生石灰土与典型半刚性材料具有类似物理特性,其路用性能较好,适用于高速公路底基层.     

高延性水泥基材料高温力学性能研究进展

高延性水泥基材料(engineered cementitious composites, ECC)是为克服水泥基材料的脆性、突破其应变软化属性而发展起来的新型纤维增强复合材料,该材料的广泛应用决定其暴露高温(火灾)的风险不可忽视.本文围绕ECC高温抗压和抗拉力学性能研究进行综述,深入分析了ECC高温力学性能的关键影响因素,讨论了相关研究工作中存在的若干问题,并在此基础上针对ECC材料高温力学性能的优化设计研究提出建议.     

高韧性水泥基复合材料试验研究

通过试验研究高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)的收缩变形性能、ECC与老混凝土的界面黏结性能和ECC的抗冻融性能,分析了纤维种类和减缩剂对ECC收缩变形的影响规律;探讨了国产与进口纤维对ECC抗冻融性能的影响规律.结果表明:国产PVA纤维对控制ECC早期收缩变形有较明显的效果,而日本产的高弹性模量PVA纤维对控制ECC后期收缩变形效果显著;水灰比为0.40时,掺入减缩剂可使ECC收缩应变约减少2×10-4,可见减缩剂控制ECC收缩变形效果显著.ECC与老混凝土间的界面黏结性能远优于自密实混凝土和普通混凝土,高韧性水泥基复合材料是修补桥面、路面和加固水库、大坝等混凝土工程的理想材料.ECC抗冻等级高于F300,完全可用于寒冷地区混凝土结构的加固与维护.     

ECC/RC组合梁受弯性能试验研究与分析

工程用水泥基复合材料(ECC)具有超高的韧性与优异的裂缝控制能力,提出采用ECC制作U型永久性模板,与混凝土形成外包式ECC/RC组合梁,以提高构件的力学性能和耐久性能.给出了ECC/RC组合梁受弯非线性分析方法,并开展了3种不同界面处理方式的ECC/RC组合梁的弯曲性能试验研究.结果表明,相比RC梁,ECC/RC组合梁的承载力和延性均有所提高;当荷载低于极限承载力的80%时,组合梁的最大裂缝宽度小于100μm;不同的界面处理对组合梁的极限承载力影响较小,但对延性系数有影响.试验结果验证了组合梁受弯非线性分析方法的正确性.基于ACI规范所采用的有效惯性矩法,提出了ECC/RC组合梁正常使用极限状态下挠度的简化计算方法,得到基于内力平衡的组合梁完全开裂截面的惯性矩公式,利用该简化方法计算得到的预测值与试验值吻合较好.     

抗裂型水泥稳定碎石配合比设计及路用性能研究

为了提高水泥稳定碎石的抗裂能力,选取广东省佛山地区花岗岩集料,通过大量室内试验进行了抗裂型水泥稳定碎石混合料的配合比设计和路用性能分析.首先,采用两级干捣试验根据骨架间隙率合理极小值获得了三档粗集料的最佳配比,并采用i法和CBR试验得到了CBR值最大的细集料密实级配.其次,采用7d无侧限抗压强度试验,确定了强度最大的粗细集料最佳配比,由此提出了骨架密实结构的抗裂型水泥稳定碎石混合料的设计级配及最佳水泥剂量.最后,通过路用性能检验,并与施工规范悬浮密实级配进行了对比,结果表明,设计级配的各项路用性能均明显优于规范级配.因此,所提出的骨架密实结构水泥稳定碎石混合料具有优良的抗裂性能,可应用于工程实际.     

工程水泥基复合材料的制备及力学性能

为制备良好的工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC),解决纤维成团以及拉伸试验中不出现应变硬化和多裂缝等问题,提出掺入硅灰的制备方法,并采用整浇方式以确保纤维的良好分散.分析研究了3种试件的拉伸试验和部分配合比的立方体抗压试验.结果表明:掺入硅灰能较好解决纤维成团问题;整浇有利于应变硬化的发挥和多裂缝开展;水胶比增大和水泥掺量减小(即粉煤灰掺量增大)能降低试块的抗压强度;3种类型的拉伸试件均在试验中出现了良好的应变硬化现象.     

塑性混凝土防渗配合比试验研究

针对塑性混凝土低抗压强度(不大于5MPa)、低弹性模量(不大于1 000MPa)、极限应变大、高抗渗性的特点,文章在满足弹性模量500MPa、抗压强度大于2.0MPa、渗透系数小于1.0×10-7 cm/s的边界条件下通过对塑性砼组成材料的试验及对塑性混凝土进行无侧限压缩试验和三轴压缩试验等方法对13种配合比进行研究和分析,重点研究如何通过配合比的优化设计来满足塑性混凝土的各项指标,特别是抗渗性能指标。结果表明,选取最优膨润土掺量和水泥掺量,可使渗透系数达到最小。     

可自修复的高延性混凝土(ECC)在机场道面的适用性分析

在飞机荷载与环境荷载长期共同作用下,机场道面易出现裂缝、接缝和竖向位移类病害,使运营阶段维修成本高.提出将具有自修复功能的高延性水泥基材料(ECC)用于机场道面,以控制裂缝发展、实现无缝连接;并利用ECC因二次反应而使微裂缝愈合的特性,减少路面维护工作,延长使用寿命.通过试验手段研究了ECC材料应用于机场道面的力学行为、自修复行为和早期开裂潜能.试验结果表明:机场道面用ECC材料在拉伸荷载作用下,其拉伸应变可达3.67％(约为普遍混凝土的400倍);在弯曲荷载作用下,其竖向弯曲变形可达6.33 mm;抗压强度与弯曲强度分别为43.9 MPa和12.68 MPa,可满足机场道面的使用要求.在受约束条件下,ECC表现出较低的早期开裂潜能.由于自修复能力,裂损ECC的拉伸刚度、拉伸应变与拉伸强度几乎可恢复至未裂时的程度;其水渗透系数随自修复进程逐渐降低,最终达到未裂时的渗透水平.研究结果表明ECC材料用于无缝机场道面具有较高适用性.     

超高韧度水泥基修复剪力墙试验的数值分析

采用扩展有限元方法(XFEM)与内聚力裂缝模型相结合,模拟超高韧度水泥基(ECC)修复震损剪力墙中混凝土和ECC材料内部的裂缝开展,以及界面裂缝在ECC与混凝土界面之间开展的力学行为,并在此基础上数值再现了原有钢筋混凝土墙体及修复后墙体在侧向荷载作用下的反应.结果表明:将扩展有限元方法与基于界面的内聚力模型相结合,可较好地模拟有黏结界面的修复后剪力墙的受力行为,有限元模拟计算结果的极限承载力和相应位移与试验结果吻合良好.     

生态节能复合墙体植物纤维水泥基材料试验

农作物秸秆纤维水泥基复合材料是一种新型的绿色环保建材产品,密肋复合墙结构是适应我国墙体改革及住宅产业化要求的产物.通过对4组不同配合比稻秸秆纤维水泥基材料的试验研究,就其掺量对复合材料物理及力学性质的影响进行了探讨,通过ANSYS有限元分析,模拟了稻秸秆纤维水泥基砌块墙板的受力性能.试验表明,6%掺量的试件各项性能指标较符合墙板的砌块材料要求.     

半柔性混凝土路面水泥浆料的研发与性能评价

目的研发半柔性混凝土路面水泥浆的配合比并对其性能进行评价.方法鉴于影响水泥浆性能的因素众多,因此采用均匀设计法作为试验方法,进行不同配合比的水泥浆的性能测试试验,并且和目前商用的水泥浆的流动度和抗压抗折强度进行对比试验.采用统计软件对水泥浆的流动度和抗压抗折强度试验结果进行回归分析.结果商用的水泥浆流动度在36.0 s,不符合目标值的要求,而研发的水泥浆料具有更好的流动性,满足施工使用的要求.提出了最佳水灰质量比0.41,相较于商用的0.34的水灰质量比,0.41的水灰质量比能够减少水泥用量,从而降低半柔性混凝土路面的造价成本.结论研发的水泥浆与商用的半柔性混凝土路面材料性能对比具有更高的流动性和比较合适的抗折强度和抗压强度.     

ECC外壳约束海水海砂再生骨料混凝土柱受压性能

针对海水海砂再生骨料混凝土(SSRAC)在柱构件中的应用问题，本研究采用组合设计的方法，提出工程水泥基复合材料(ECC)外壳约束SSRAC柱的形式，对其施行轴心/偏心受压试验.结果显示，ECC外壳可对SSRAC形成良好的约束作用，构件破坏时表现为受压区及受拉区的裂缝宽度增大，材料未压溃.轴心受压时，ECC外壳约束SSRAC柱的峰值荷载相比整浇SSRAC试件提高15%,但其轴向刚度降低；偏心受压时，ECC外壳约束SSRAC柱的变形能力得到提高，在大偏心条件下，极限位移与峰值位移比值较SSRAC柱提高了111%.最后，考虑箍筋、 ECC外壳约束提升作用及其与荷载偏心率的关系，分别提出在轴心/偏心受压作用下柱构件承载能力的计算公式.     

灌浆技术修复水泥混凝土路面脱空的应用探讨

用水泥、砂、粉煤灰、减水剂、膨胀剂和水为原料,设计脱空板灌浆材料配合比.用膨胀率,抗压强度和抗折强度来考察各原料对灌浆材料配合比的影响,确定脱空板灌浆材料的配合比.所制备的灌浆材料为水泥混凝土路面脱空板修复提供一种新的配合比.     

骨架密实型水泥稳定碎石混合料试验研究

文章介绍了骨架密实型水泥稳定碎石混合料配合比设计的基本思想及方法.通过室内试验,证明骨架密实型水泥稳定碎石能够提高基层强度,改善基层抗裂性能.通过试验路研究表明,骨架密实型水泥稳定碎石沥青路面具有良好的力学性能和使用品质.