活性粉末混凝土断裂力学性能

介绍了活性粉末混凝土(RPC)的由来、特性、工程应用和开发情况.通过三点弯梁研究了RPC和聚丙烯纤维RPC的断裂性能,得出了纤维的体积掺量对断裂能、延性指数、断裂韧度等各种断裂参数的影响规律.     

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.     

混杂纤维RPC力学性能试验研究

通过立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验,研究了单掺及混掺玄武岩纤维和聚丙烯纤维对活性粉末混凝土(RPC)力学性能的影响规律.结果表明:两种纤维的掺加可以改善RPC力学性能;当玄武岩纤维体积掺量为0.15%,聚丙烯纤维体积掺量为0.033%时,RPC抗压强度最高,较素RPC提高了14.1%;当玄武岩纤维体积掺量为0.15%,聚丙烯纤维体积掺量为0.025%时,RPC劈裂抗拉强度最高,较素RPC提高了52.1%.通过统计分析提出了混杂纤维RPC劈裂抗拉强度计算公式,建立了RPC立方体抗压强度与劈裂抗拉强度的换算关系式,可为工程计算提供参考.     

应变疲劳对20G钢材延性断裂韧度JIC的影响

初步探讨了应变循环加载对20G钢材的延性断裂韧度JIC的影响,对各种情况20G材料延性断裂韧度JIC测试数据进行了比较,结果表明,应变循环加载对钢材的延性断裂韧度JIC的影响很明显,钢材单调拉伸0.3%应变后,材料的延性断裂韧度JIC均比未经单调拉伸0.3%应变时降低了11%.控制±0.3%全应变的循环加载500周后,延性断裂韧度JIC比未经单调拉伸0.3%应变时钢的延性断裂韧度JIC降低了35%,这种变化与Rice提出的循环加载变形功与J积分之间的函数关系比较符合.     

胡骏峰1,2

为了探究粘性土剪切断裂韧度特性,使用土体剪切断裂韧度测试仪,在掺入不同粒径大小的砂砾和不同含量砂砾的情况下,通过该仪器探究对土体剪切断裂韧度值的影响。试验结果表明：在土体中掺入砂砾能提高断裂韧度值,并且土体的剪切断裂韧度值随着掺砂量的增高而增高。但掺入不同大小的颗粒粒径的砂砾对断裂韧度值的影响效果是不同的,在相同含砂量下,掺入颗粒的粒径越大,其断裂韧度值提高的幅度越低。掺入砂砾对土体剪切断裂特性的影响特性可以通过砂砾与粘性土的混合土体结构组成来解释说明,其主要的影响作用机理有团粒化作用、填充作用和摩擦作用等3个方面。     

玄武岩纤维增强路用混凝土力学与开裂性能

为了提高路用混凝土的韧性和抗裂性能,研究了玄武岩纤维掺量为0,1,3,6和10 kg/m3的碎石稳定基层混凝土和C30混凝土的工作性,抗压强度,断裂能及早期抗裂性能.试验结果表明:玄武岩纤维掺量增加,混凝土工作性下降,但可通过减水剂调整以保证其工作性.玄武岩纤维对混凝土增强效果不明显.混凝土中掺加玄武岩纤维,其峰值荷载和最大变形量均有所提高,当玄武岩纤维掺量大于6 kg/m3时,混凝土断裂能增加30%～100%.当玄武岩纤维掺量大于3kg/m3,混凝土开裂面积降低了30%～70%,混凝土抗裂性能显著提高.此外,SEM表明玄武岩纤维与水泥基体密切结合可以有效吸收混凝土中的拉应力,因而提高了混凝土的阻裂能力.     

不同养护条件下活性粉末混凝土局压承载力试验

为了保证活性粉末混凝土(RPC)在不同材料设计和工程条件下预应力锚固区的局部受压安全性,以养护条件、钢纤维掺量与局压面积比为基本参数,深入研究各因素对RPC材料局部受压承载力的影响,完成了18个RPC试件的轴心局部受压承载力试验,获得了试件的局部受压极限承载力、破坏形态、裂缝发展模式以及荷载-位移关系等,并由此分析了RPC材料试件局部受压机理。在此基础上,引入RPC材料在不同养护条件和钢纤维掺量下的受压和受拉本构关系,基于ABAQUS建立RPC构件局部承压非线性有限元模型,完成全过程非线性分析,并将有限元结果与试验结果进行对比。基于现有规范公式,根据上述主要试验因素的影响规律,建立实用的RPC材料局压承载力统一计算公式。研究结果表明:与自然养护相比,采用蒸汽养护的RPC试件局压承载力提高约7%;钢纤维掺量(体积分数,下同)从1%增加到2%以及从2%增加到3%时,试件局部受压承载力的增幅分别为26.8%和13.2%,说明钢纤维的掺入能有效提高RPC材料的局压承载力,但其提高作用随钢纤维掺量的增加而减弱;与普通混凝土相似,RPC材料局部受压承载力与局压面积比存在线性关系,说明局压面积比对材料局部受压性能的影响属于结构层面,并不因材料性能的增强而改变;有限元分析以及拟合公式结果均与试验结果吻合良好。     

基于最紧密堆积理论制备活性粉末混凝土的试验研究

基于水泥基材料的最紧密堆积理论,本试验研究设计了使用本地原材料的活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)基础配合比,并通过变换基础配合比参数,系统地研究了养护制度、水胶比、外加剂以及富余系数等对RPC性能的影响.结果表明:热水养护时间以3 d为宜;随着水胶比的增大RPC抗压强度下降,但是流动性增大;消泡剂的掺入可以改善试件内部结构从而使试件内部更加密实充足,但其掺量不宜过大,其最优掺量约为0.8%;配合比计算时富余系数宜取1.4;试验成功制备了抗压强度超过160 MPa的RPC.     

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.     

不同替代率石墨尾矿砂混凝土断裂试验

石墨尾矿砂是石墨生产过程中的副产品,堆积过多不仅占用土地资源而且污染环境。为了解决传统混凝土中细骨料砂的替代问题,本文探究不同替代率的石墨尾矿砂混凝土在不同加载速率作用下的断裂性能变化规律。通过不同替代率、不同加载速率下的三点弯曲断裂试验,研究其对尾矿砂混凝土断裂性能的影响,分析其破坏形态、断裂韧度和断裂能。研究结果表明：随着加载速率的提高,石墨尾矿砂混凝土的断裂韧度和断裂能呈上升趋势,加载速率越大、断裂韧度和断裂能越大;石墨尾矿砂的掺入有利于提高混凝土的断裂性能和延性,在石墨尾矿砂替代率为0%~30%的范围内,替代率越高,裂纹延伸速度越缓慢,产生的裂纹宽度越小且断裂韧度及断裂能提升效果越为显著。     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能试验研究

为了研究聚丙烯纤维对水泥稳定碎石断裂韧性的影响，通过对84个尺寸为100 mm × 100 mm × 515 mm的聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石三点弯曲试件断裂试验，测得了试件的断裂能(GF)、裂缝嘴张开位移(CMOD)和裂缝尖端张开位移(CTOD)，并探讨了试验龄期、聚丙烯纤维体积掺量以及水泥掺量对聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能的影响，对聚丙烯纤维水泥稳定碎石的经济性和施工和易性进行了简要分析，给出了聚丙烯纤维体积掺量合适的建议范围为0.6‰ ～ 0.8‰。试验结果表明：聚丙烯纤维的掺入可以明显提高水泥稳定碎石的断裂能、极限裂缝嘴张开位移(CMODmax)和极限裂缝尖端张开位移(CTODmax)；随着试验龄期的增长，无论聚丙烯纤维掺入与否，水泥稳定碎石断裂能均呈增大趋势，但聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能增大的速率较大；随着纤维体积掺量的增加，水泥稳定碎石断裂能、CMODmax和CTODmax逐渐增大，尤其是当纤维体积掺量大于0.6‰时，GF增大的效果更为明显；随水泥掺量的增加，聚丙烯纤维水泥稳定碎石试件的极限荷载逐渐增加，但断裂能却逐渐减小。     

不同活性掺合料RPC力学性能试验研究

为了研究不同活性掺合料的活性粉末混凝土(RPC)在不同养护温度条件下的基本力学性能,分别对24组不同养护温度、不同活性掺合料的RPC试件,进行抗压强度和抗折强度试验。结果表明:同一种活性掺合料替代硅灰比例相同时,高温养护条件下的RPC试件力学性能优于常温养护条件下的RPC试件;在相同温度下,不同活性掺合料替代硅灰比例为40%~60%时,RPC试件抗压强度大小依次为:粉煤灰微硅粉石英砂;活性掺合料种类和替代硅灰比例的改变对RPC试件抗折强度影响不是很大;钢纤维的掺入对RPC试件的强度有一定的提高作用。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料力学性能的影响

以40%,30%和25%3种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次化学气相浸渗后制备C/C复合材料;测定其未经热处理与经不同温度热处理后的石墨化度,抗弯、抗剪、垂直与平行抗压强度;在偏光下观察其微观结构;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察;研究纤维体积分数与C/C复合材料的力学性能的关系及不同热处理条件下C/C复合材料的断裂机理.研究结果表明:在不同热处理状态下,当纤维体积分数为30%时炭/炭复合材料的抗弯、抗压和抗剪强度均最高;经热处理后的试样,其力学性能降低,断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂;热处理温度越高,其力学性能降低的程度越大.     

花岗岩石粉-高韧性水泥基复合材料的制备与性能

研究了掺花岗岩石粉的高韧性水泥基复合材料的基本力学性能。采用废弃花岗岩石粉部分取代磨细砂,制备具有不同石粉质量取代率的水泥砂浆;并对其进行抗压、抗折试验分析,得到最优的石粉取代率约为25%;在此最优石粉取代率的基础上配制出掺花岗岩石粉的高韧性水泥基复合材料;并研究聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量(0~1.5%)及其长径比(158~316)对混凝土复合材料基本力学性能的影响。研究结果表明,试验中,当花岗岩石粉掺量一定时(25%),纤维体积掺量1.5%且长径比237时电镜扫描显示纤维与基体界面结合最紧密,力学性能最佳,此时的极限拉应变高达3.03%,约为普通水泥基材料的300倍。     

高强高性能细粒混凝土断裂特性研究

纤维编织网增强混凝土（textile reinforced concrete,TRC）结构薄壁轻质,具有良好的耐久性、限裂性、定向增强性．而作为TRC基体的细粒混凝土,其基本断裂参数和力学特性不同于普通混凝土,需要重新确定．为此,采用带切口的不同尺寸的三点弯曲梁研究了其断裂特性．试验结果表明：断裂过程中细粒混凝土达到失稳破坏前也要经历一个裂缝稳定发展的过程,其失稳断裂韧度基本保持不变,但起裂韧度随试件尺寸的增大而减小;对荷载一位移曲线的尾部进行修正后,得到的断裂能几乎没有尺寸效应,可作为一个材料常数．     

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。     

应变硬化水泥基复合材料-SHCC韧性性能试验研究

水泥基材料抗拉强度低、韧性差是其易开裂的主要原因之一。高模量PVA纤维可增强基材韧性,使其呈现准应变硬化和多缝开裂特征,改善结构耐久性。通过四点弯曲试验得出了不同加载速率和配比SHCC的力-变形曲线并用CON-SOFT软件计算断裂能。结果表明,硅灰使材料抗压强度有所提高,但最大抗弯承载力和变形下降,断裂能降低。甲基纤维素使SHCC脆性增大。加载速率降低,材料表现出更好的应变硬化性能,微裂缝条数增多。SHCC砂子最大粒径高于ECC,虽达不到后者的最大拉应变,但可降低成本并满足工程需要。韧性性能研究给出了基于耐久性能优化设计和评定SHCC的实用方法。     

钢纤维界面粘结强度和体积掺量对混凝土弯曲韧性的影响

研究了平直形、端钩形和哑铃形三种钢纤维与水泥砂浆的界面粘结强度和钢纤维体积掺量对钢纤维增强混凝土采用ASTMCl018韧性指数法得到的弯曲韧性指数的影响规律。试验表明，钢纤维混凝土的弯曲韧性指数、钢纤维与砂浆的界面粘结强度、钢纤维体积掺量之间关系可以用二元线性回归方程表示，钢纤维与水泥砂浆的界面粘结强度和钢纤维体积掺量均是影响钢纤维混凝土弯曲韧性的主要因素。