纤维协同效应下超高性能混凝土的弯曲性能

为研究钢-聚丙烯粗纤维对超高性能混凝土（UHPC）的弯拉性能影响，采用四点弯曲试验，得到不同掺量（钢纤维与聚丙烯粗纤维掺入体积分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%）组合下的荷载-挠度曲线，从试件破坏形态、抗弯强度、弯曲韧性等方面进行阐述，并且利用单掺纤维拟合公式引出一个可行性较高的评价模型，并利用该模型对混杂纤维的协同效应进行分析，最后结合扫描电子显微镜（SEM）对混杂纤维UHPC微观结构进行观测。试验结果表明：钢-聚丙烯粗纤维的掺入显著提高了UHPC的抗弯强度，提高幅度为17.8%～101.2%；同时利用提出的模型发现混杂纤维的协同效应在总纤维掺入体积分数为1.5%～2.0%时呈现正协同效应，并在钢纤维与聚丙烯粗纤维掺入体积分数为1.0%时取得最好的正协同效应；另外，与不掺纤维的试件相比，钢纤维与聚丙烯粗纤维的加入分别使基体试件的初裂韧度提升了51.8%～98.2%与33.9%～48.2%，同时在钢纤维掺入体积分数为1.0%和聚丙烯粗纤维掺入体积分数为1.0%的搭配比例下，对UHPC弯曲韧性的改善效果最优，进一步验证了纤维协同效应评价模型；最后在微观层面揭示了纤维混杂产生的协同...     

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%.     

混杂纤维增强混凝土深梁受弯性能试验研究

通过对14根钢纤维和聚丙烯纤维混杂增强高性能混凝土深梁的正截面受弯性能试验研究,分析了深梁的抗裂弯矩、屈服弯矩、极限承载力以及正截面受弯破坏形式与混杂纤维体积掺量的关系,研究结果表明:掺加少量的钢纤维(50~78 kg/m3)和聚丙烯纤维(0.5~1 kg/m3)使深梁的开裂弯矩提高10%~40%,屈服弯矩提高50%~100%,极限承载力提高1~2倍,深梁的受弯韧性明显提高.     

混杂纤维混凝土性能的试验研究

采用混杂钢纤维和玻璃纤维与单掺钢纤维、玻璃纤维对比的方法试验研究了混杂纤维混凝土的工作性能,并进行了比较分析,得出了一些有益的结论.     

超高性能混凝土轴心受拉力学性能试验研究

为了研究钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴心受拉力学性能的影响,设计、制作了纤维掺量为0%~5%的6组8字型单轴受拉试件,标准养护28d后进行单轴拉伸试验,得到了不同纤维掺量UHPC单轴受拉应力-应变全曲线;分析了钢纤维掺量对UHPC抗拉强度、峰值应变以及受拉韧性的影响.试验结果表明:在不影响UHPC工作性能的前提下,纤维掺量可达到5%,其抗拉强度为8.50MPa,对应的应变为1 619με;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的抗拉强度、峰值应变、抗压强度以及受拉韧性均逐渐提高.最后依据试验数据建立了UHPC单轴受拉本构方程.试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考.     

钢纤维掺量对R-UHPC矩形梁弯、剪受力性能的影响

钢纤维掺量会影响超高性能混凝土(UHPC)的抗拉、抗压强度等材性,进而影响钢筋UHPC(R-UHPC)矩形梁的受弯、受剪性能.开展纤维掺量对R-UHPC梁抗弯、抗剪极限承载力的影响分析.结果表明,随纤维掺量的提高,R-UHPC梁的抗弯、抗剪承载力均相应提高.但由于钢纤维对抗弯、抗剪极限承载力的贡献量不同,提高的作用也不同.钢纤维掺量对R-UHPC梁抗弯承载力的影响远小于它对抗剪承载力的影响.对于R-UHPC矩形梁,存在一个临界的钢纤维掺量.当钢纤维掺量小于此值时,梁将受剪破坏,反之,将受弯破坏;临界钢纤维掺量附近的R-UHPC梁则可能发生弯剪复合破坏.此外,钢纤维掺量还会影响矩形梁的斜裂缝开裂荷载.     

配筋UHPC板抗弯性能实验研究

开展8组共16个配筋UHPC板的四点弯曲实验,讨论配筋率、钢纤维掺量和板厚等对其破坏模式、开裂、极限荷载、荷载位移曲线等的影响,初步优化钢筋的配置方式、配筋率、钢纤维掺量等.结果表明,配筋UHPC表现出优越的抗裂性能;破坏过程为下层先弯拉开裂、钢筋屈服,随之钢纤维部分拔出,直至UHPC压碎,最终达到极限荷载;裂缝分布主要集中在纯弯段,板底部有1～3条明显主裂纹,最大主裂缝宽度均超过2 mm,呈现出适筋破坏现象;相比开裂荷载,配筋对极限荷载影响更大;受拉区钢筋单层和双层的设置形式对其抗弯承载力影响很小,而延性呈现不同的变化规律;钢纤维掺量在一定范围内增大有助于提高开裂荷载,能够缓解开裂后刚度的退化,但当钢纤维掺量超过4.5%后,出现半脆性破坏.     

纳米SiO_2/PVA纤维复合改性HVFC的断裂性能实验研究

研究了纳米二氧化硅(NS)及聚乙烯醇(PVA)纤维对高掺量粉煤灰混凝土(HVFC)弯曲断裂性能的影响.通过对5组质量掺量分别为0%,0.5%,1.0%,1.5%与2.0%的纳米二氧化硅和4组体积掺量分别为0%,0.08%,0.1%与0.2%的PVA纤维实验配比进行了研究.结果表明,单掺适量NS能提高HVFC的初裂荷载、初裂挠度,但是不能改善混凝土的脆性特征.单掺PVA纤维能提高混凝土的断裂韧性,其荷载-挠度曲线出现应变硬化现象.少量NS可以显著提高PVA纤维的增韧效果.当PVA纤维体积分数掺量为0.08%时,NS质量分数掺量为0.5%时,使得HVFC的弯曲韧性指数I_5、I_(10)、I_(20)比单掺PVA纤维混凝土分别高28%,43%和60%.     

集束PBO纤维增强UHPC性能的研究

钢纤维和PVA纤维是UHPC常用的增强纤维。但是,钢纤维易腐蚀,且容易扎伤人。PVA纤维力学强度不高,限制了其应用。采用集束PBO纤维增强UHPC,考察其流动度、力学强度和收缩性能,并与钢纤维-UHPC、PVA纤维-UHPC进行比较。结果显示集束PBO纤维增强UHPC的综合性能优于PVA纤维增强UHPC,且掺量为2%(体积百分比)时,集束PBO纤维增强UHPC的抗弯性能和收缩性能与钢纤维增强UHPC相当,抗压强度则低20%。     

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.     

钢-玄武岩混杂纤维道面混凝土力学性能试验研究

结合道面混凝土的使用特点及要求,为提高道面混凝土的基本力学性能,对钢-玄武岩混杂纤维道面混凝土(steel-basalt hybrid fibers reinforced pavement concrete,简称SBHFRPC)的工作性及基本力学性能进行了比较系统的试验研究。试验通过对比分析研究了钢纤维以0.9%、1.2%、1.5%、1.8%四种体积掺率和玄武岩纤维以0.05%、0.10%、0.15%三种体积掺率相互混杂对机场道面混凝土抗折、抗压强度性能的影响规律,同时,对钢-玄武岩混杂纤维机场道面混凝土的基本力学增强机理进行了一定的分析。试验结果表明:混杂纤维对道面混凝土有较好的力学增强性能,在钢纤维掺量为1.5%,玄武岩纤维掺量为0.10%时达到最佳。     

钢-PVA混杂纤维高性能混凝土高温后残余力学性能试验研究

为探究3种因素钢纤维、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)纤维和矿粉对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete, HFHPC)高温后残余力学性能的影响。对钢纤维、PVA纤维和矿粉3种因素各取3个水平,采用L₉(3³)方案进行正交设计,测试HFHPC遭受高温作用后的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度,并进行极差与方差分析。结果表明：钢纤维体积分数为2.0%时可以有效提高HFHPC的各项强度。PVA纤维能够抑制混凝土爆裂,与钢纤维混杂可体现优势互补。800℃时,当钢纤维体积分数为2.0%、PVA纤维体积分数为0.3%、矿粉掺量为10%时,HFHPC的抗压强度残余率与劈拉强度残余率达到最高,分别为60.23%和74.5%。当矿粉掺量大于10%时,HFHPC抗压强度可显著提高,而劈拉强度与抗折强度略有下降。最后分别建立了HFHPC立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的预测模型。     

混杂纤维增强高性能混凝土弯曲韧性研究

选用钢纤维、塑钢纤维和杜拉纤维,在总体积掺率不超过1％条件下,进行了二元或三元混杂纤维增强高性能混凝土的抗压试验、劈拉试验以及带切口梁三点弯曲试验.绘制了荷载-挠度曲线以及荷载-裂缝开口位移曲线(CMOD),计算得到了混凝土开裂各阶段纤维所贡献的能量吸收值以及等效弯拉强度,对比分析了纤维混杂方式、掺量对混凝土基本力学性能以及峰值荷载后变形性能的影响.研究结果表明:三元混杂纤维混凝土具有较基体混凝土、单掺或二元混杂纤维增强混凝土更优的力学性能和变形性能,弯拉强度最大提高了28％,弯曲韧性试验荷载-位移曲线均呈现出明显的应变硬化现象,并表现出优越的裂缝控制能力;当纤维三元混杂且水灰比为0.31时,由0.7％弓形钢纤维、0.19％塑钢纤维与0.11％杜拉纤维混杂制得混凝土样本的强度以及弯曲韧性最优.     

不同形状钢纤维对UHPC受拉性能影响的试验研究

钢纤维对UHPC基体的增强增韧作用,受到其材料、形状、尺寸和掺量等因素的影响.本文采用优化设计后的狗骨试件尺寸,以目前应用最多的圆直钢纤维和弓形钢纤维为对象,对UHPC材料进行单轴拉伸试验研究,并与抗折、劈裂强度试验结果进行对比分析;分析在钢纤维体积掺量为2%的情况下,单掺不同形状圆直钢纤维和弓形钢纤维对UHPC基本材料性能的影响,并分析纤维增强系数和长径比之间的关系.掺有钢纤维的试验组,随纤维长径比的增大,应力-应变曲线中的弹性段峰值点增大,硬化段增长,软化段变得平缓,曲线所包围面积也增大.掺弓形钢纤维试验组曲线下降段呈现锯齿形.掺量相同时,圆直长纤维对轴拉强度、极限应变、弹性模量的提高效果明显,短纤维对初裂强度的提高效果明显.弓形钢纤维增强的UHPC,随纤维长径比的增大,其轴拉强度、极限应变、弹性模量和断裂能增强,其初裂强度递减.纤维增强系数和其形状、长径比有关.     

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.     

纤维自密实混凝土性能试验研究

为了研究不同掺量的钢纤维与聚丙烯纤维对自密实混凝土工作性能和强度的影响,对掺入聚丙烯纤维、钢纤维以及两种纤维混杂的自密实混凝土进行工作性能、抗压强度、抗拉强度试验和混杂效应分析。试验结果表明:工作性能随着纤维掺量的增加而降低,且钢纤维对工作性能的影响更加明显;钢纤维对混凝土抗压强度、抗拉强度的提高大于聚丙烯纤维;两种纤维混杂时更能有效改善自密实混凝土脆性破坏特征,当钢纤维掺量为0.6%,聚丙烯纤维掺量为0.2%时,抗压强度的增幅最大,当钢纤维掺量为0.6%,聚丙烯掺量为0.15%时,抗拉强度的增幅最大;抗压强度与劈裂抗拉强度均部分呈现正混杂效应,且劈裂抗拉强度存在最优混杂效应。     

混杂纤维掺量对再生混凝土力学性能的影响研究

试验研究了钢纤维和聚丙烯纤维单一掺入,以及混合掺入时对再生混凝土力学性能的影响。结果表明:在再生混凝土中掺入钢纤维后,其各项力学性能都有所提高;单掺入聚丙烯纤维后其抗压强度有所降低,但显著提高了其劈裂抗拉强度和弹性模量;掺入混杂纤维后其抗压强度介于单掺钢纤维和单掺聚丙烯纤维之间,弹性模量受钢纤维掺量的影响较大,劈裂抗拉强度有显著提高,最高增强率达53.8%。加入纤维后,再生混凝土由脆性破坏变成塑性破坏。     

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.     

冻融损伤下钢纤维煤矸石混凝土的毛细吸水性能

通过冻融循环试验和毛细吸水试验,开展了冻融损伤对钢纤维煤矸石混凝土(SFRCGC)毛细吸水的影响研究,分析了钢纤维掺量和冻融循环次数对SFRCGC毛细吸水性能的影响,建立了冻融损伤下SFRCGC累积毛细吸水高度预测模型。研究结果表明:不考虑冻融损伤时,与未掺加钢纤维的煤矸石混凝土相比,1.0%钢纤维掺量对SFRCGC的累积毛细吸水质量有明显的减少作用,而1.5%和0.5%钢纤维掺量加大了SFRCGC的吸水质量;考虑冻融损伤时,1.0%钢纤维掺量SFRCGC的吸水质量仅次于0%钢纤维掺量;1.0%钢纤维掺量效果较好。此外,随着冻融损伤的增加SFRCGC的累积毛细吸水高度近似呈线性增加。利用回归分析建立了冻融损伤下SFRCGC的累积毛细吸水高度预测模型,可为SFRCGC抗冻性的进一步研究提供参考。     

钢筋超高性能混凝土梁抗剪性能试验研究

对11根钢筋超高性能混凝土梁在两点对称加载作用下进行抗剪性能试验,试验参数为钢纤维掺量、剪跨比、纵筋配筋率、配箍率等.试验结果表明,4个参数中钢纤维掺量对梁的抗剪承载力影响最大,其次为剪跨比和纵筋率,配箍率影响最小;钢纤维掺量的增加显著提高了梁的抗剪承载力与抗变形能力,影响梁的破坏形态.根据试验结果与收集到的UHPC梁受剪资料,对基于桁架-拱理论的UHPC梁抗剪计算公式进行了修正.