水泥-聚苯乙烯轻质材料的准静态压缩力学行为

根据Gibson-Ashby模型中的多孔材料力学行为理论,对水泥-聚苯乙烯轻质材料的准静态压缩应力-应变曲线进行了预测,并通过试验对其进行验证,分析了纤维、乳胶粉、压缩比及养护方式对应力-应变曲线的影响.讨论了脆性抗压强度的变化规律,根据Gibson模型的强度理论拟合、分析了抗压强度与密度的关系.结果表明:材料的压缩应力-应变曲线可根据Gibson理论中弹性多孔材料和弹脆性多孔材料的应力-应变曲线进行复合,预测结果与实验结果基本一致;纤维、乳胶粉、压缩比和养护方式对曲线的线弹性、平台、密实化三个阶段均有一定的影响,也影响材料的脆性抗压强度;纯水泥组、加纤维组和高压缩比组脆性抗压强度的拟合相关性较高,而由于乳胶粉和蒸汽养护影响了孔壁的破坏强度,所以该两组的拟合相关性较低.     

超高性能水泥基复合材料抗多次冲击性能

采用大掺量矿物掺合料(35%粉煤灰+10%硅灰+10%偏高岭土)等量取代水泥,与最大粒径2.36 mm的天然砂和2种不同形状(端勾型与平直型)的超细镀铜钢纤维,制备出超高性能水泥基复合材料(UHPCC).通过分离式霍普金森压杆装置对UHPCC进行高速冲击压缩实验,研究了应变率、冲击次数、纤维种类及掺量对该材料抗多次冲击性能的影响规律,同时采用X-ray CT扫描测试技术,揭示了UHPCC的动态损伤变化规律及其抗多次冲击机理.结果表明,在钢纤维掺量不超过3%时,UHPCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加而不断提高;动态压缩强度随应变率的提高而相应地增长;端勾型比平直钢纤维增强的UHPCC显示出更为优异的抗多次冲击压缩的性能,其破坏裂纹主要出现在试件的孔洞等薄弱区,破坏程度随冲击次数的增加而加剧,裂缝逐渐从边缘向中部扩展,最后导致试件贯通开裂.     

VAE乳胶粉掺量对苯丙乳液水泥基路面填缝料拉伸性能的影响

采用控制变量法研究了VAE可再分散乳胶粉掺量对聚合物水泥填缝料(Polymer-Modified Cement Based Composed Joint Sealant,PCJS)拉伸性能的影响规律。将苯丙乳液水泥基路面填缝料中的部分填料替换为VAE乳胶粉制成新型的PCJS,测量了不同VAE乳胶粉掺量下PCJS的拉伸强度、拉伸断裂伸长率、拉伸峰值应变、拉伸模量,观察记录了拉伸破坏形态,分析了温差对PCJS早期拉伸强度性能的影响,研究了苯丙乳液(SAE)和VAE乳胶粉对PCJS的复合改性作用。试验结果表明:30℃温差处理对PCJS早期拉伸强度发展无显著影响。且在28d标准条件下养护完成后,随着VAE乳胶粉掺量增加,PCJS拉伸强度和拉伸模量显著上升,拉伸破坏形态由"内聚破坏"向"粘结破坏"转变,拉伸断裂伸长率和拉伸峰值应变随乳胶粉掺量增加呈先上升后下降趋势,当乳胶粉掺量为2%~3%时,PCJS拉伸变形性能最佳。     

硫铝酸盐水泥基修补砂浆的力学性能

采用可再分散乳胶粉改性硫铝酸盐水泥制备修补砂浆,分别测试其抗折强度、抗压强度、折压比和黏结强度,并结合电子扫描显微镜(SEM)分析水泥砂浆微观结构以及可再分散乳胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆的影响机理,研究不同掺量的可再分散乳胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能的影响。试验结果表明:当可再分散乳胶粉质量分数掺量为3%时,水泥砂浆28 d抗折、抗压强度可分别达到8.1 MPa和45.5 MPa,14 d黏结强度可达4.78 MPa;掺入可再分散乳胶粉后,砂浆力学性能改性效果明显。随着可再分散乳胶粉掺量的增加,砂浆的抗折强度大幅度提高,抗压强度降低,折压比增大,黏结强度增大。     

聚乙烯纤维增强磷石膏试件力学性能试验研究

本试验在磷石膏基体中掺入长度为3 mm的聚乙烯纤维,根据7组不同聚乙烯纤维掺量的磷石膏配合比,制作了42个100 mm×100 mm×100 mm立方体试件,对试件进行压缩试验。试验结果表明:聚乙烯增强磷石膏复合材料的破坏形态主要为劈裂破坏、X形破坏和局部破坏三种;聚乙烯纤维的掺入,可有效控制裂缝的扩展,可提高材料的强度和延性,防止脆性破坏。复合材料的抗压强度随着纤维掺量的增加,先增大,后减小;当纤维掺量在1.5%左右时,获得最大强度(约5.10 MPa),相比于未掺纤维磷石膏强度(约3.51 MPa),抗压强度提高了45.3%。通过分析应力-应变曲线,并结合东华应变测试系统,得到纤维掺量为0%和1.5%时试件的弹性模量,分别为1739.01 MPa和2700.07 MPa,可为实际工程提供参考。     

冲击荷载下混凝土-冻土组合体吸能特性及破坏形态试验与分析

为研究在冲击荷载作用下冻土含水率和应变率对混凝土-冻土组合体能量耗散和破坏形态的影响,采用杆径为50 mm的分离式Hopkinson压杆系统对不同冲击气压下和不同冻土含水率的组合体进行冲击压缩试验。试验结果表明:随着冻土含水率的增加,混凝土-冻土组合体的吸收能呈现先增加后减小的趋势,当冻土含水率超过饱和状态后,由于冻土中多余的冰晶体对土颗粒间连结作用的破坏,组合体的吸收能减少;随着应变率的增大,组合体内部新产生的裂纹比原裂纹扩张吸收更多的能量,组合体试件的吸收能也随之增加;在组合体受到冲击压缩作用时,冻土在混凝土后面起到缓冲的作用,部分能量被冻土吸收,当应变率相同时,组合体吸收能越大,冻土试样破坏程度越大,而混凝土试样破坏程度越小。     

聚合物改性水泥基高孔隙率泡沫材料性能及机理研究

利用物理引气法制备高孔隙率(90%)水泥基泡沫材料,研究了聚合物乳胶粉掺量对材料热工性能和力学性能的影响。结果表明,在聚合物乳胶粉改性作用下,材料导热系数有所降低,力学性能有一定的提高。材料的性能提高程度与聚合物乳胶粉掺量之间存在一定的相关性,在聚合物与水泥质量比(P/C)为0.2时,导热系数最小,其值为0.046 W/(m·K);P/C为0.1时,抗压强度最高,其值为248kPa。材料的抗冲击韧性随聚合掺量增大而增大,当P/C由0增大至0.33时,试件的抗冲击能耗提高了142.3%。利用扫描电镜分析了孔结构在聚合物乳胶粉改性下的特征变化,表明聚合物膜的形成使孔结构由无机结构转变为无机-有机复合结构,从而使材料的力学性能与热工性能得到改善。     

超高性能水泥基复合材料的动态力学性能研究

采用60%的超细工业废渣取代水泥,采用粒径为2.5～3.0 mm的天然砂取代粒径为600 μm的磨细石英砂,并掺加了Dmax为5 、10和15 mm的粗集料,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材料进行了一次和多次冲击压缩实验.对材料的多次冲击压缩标准化强度进行了定义,揭示出了应变率、冲击次数、冲击方式、纤维掺量影响材料抗冲击性能的规律.试验表明,UHPSFRCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加不断提高;动态性能因掺入用作粗集料的玄武岩碎石而得到了相应的提升;动态强度随应变率的提高相应地增长;损伤程度随冲击次数的增加不断地加剧、标准化强度则相应地下降.承受多次冲击的UHPSFRCC试件随冲击次数的增加其冲击下峰值应力的下降速度也将增大.     

泡沫填充混凝土的准静态压缩本构模型

泡沫填充混凝土(FFC)有望成为工程材料拦阻系统(EMAS)的新型拦阻材料,针对其准静态压缩力学性能进行研究,制作了6种不同聚苯乙烯泡沫(EPS)掺量(以体积分数计)的FFC试件进行准静态压缩实验.通过对实验数据的分析,对材料的应力-应变曲线进行分段拟合,建立了拟合参数与EPS掺量的关系,进而建立了FFC材料的准静态压缩本构模型.结果表明:FFC材料准静态压缩应力-应变曲线可分为3个阶段,即弹性段、塑性平台段和密实段;FFC抗压强度随EPS掺量增大而降低;本构模型与实验结果吻合较好,能较为准确地描述不同EPS掺量FFC材料的压缩力学性能.     

可再分散性乳胶粉对砂浆力学性能的影响

研究了不同掺量下可再分散性乳胶粉对砂浆抗压强度、抗折强度的影响。试验结果表明:随着乳胶粉掺量的增加,砂浆的抗折强度较普通砂浆有大幅度提高,但抗压强度随之降低;可再分散性乳胶粉可大幅度提高砂浆的综合性能,适宜掺量为胶凝材料重量的2%-3%。     

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.     

可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能影响的试验研究

为研究可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能的影响，开展水泥胶砂试验及无侧限抗压强度、抗折强度、干缩、温缩路用性能试验，并通过XCT、SEM微观试验分析胶粉的作用机理。试验结果表明：胶粉应用于低剂量水泥基材料时，对强度和抗裂性具有显著的提升效果。考虑水泥稳定碎石的抗压强度、抗折强度及韧性，5%胶粉用量最优。5%胶粉水泥稳定碎石7 d无侧限抗压强度提高9.8%、抗折强度提高9.6%、弯曲韧性提升21.0%。掺入胶粉后，水泥稳定碎石的7 d、28 d干缩系数分别降低41.5%、34.0%，温缩系数降低17.1%，收缩性能得到显著改善。XCT图像分析显示，加入胶粉改变了水泥胶砂的孔隙特征，减少了大孔的数量，孔隙率和平均孔径是影响胶砂强度的主要因素。SEM结果显示胶粉可以增强水泥稳定碎石的界面粘结，优化其孔隙结构，并且与水泥水化产物联结形成弹性空间网络结构，是水泥稳定碎石韧性和收缩性能提升的主要原因。     

玻璃微珠、橡胶粉末填充聚丙烯复合材料吸能特性

采用单轴压缩试验分别对空心玻璃微珠( HGB)和丁腈橡胶粉末( PNBR)填充的聚丙烯( PP)复合材料进行压缩性能和吸能特性研究,通过测定基于摆锤冲击试验的冲击韧性对材料的吸能能力进行验证,并采用扫描电子显微镜观察材料的微观形貌. 结果表明:空心玻璃微珠增加聚丙烯的刚度并降低延展性,粉末丁腈橡胶减小聚丙烯的刚度并提高延展性;吸收相同能量时,粉末丁腈橡胶/聚丙烯体系产生的应力响应最小;根据吸能效率,空心玻璃微珠/聚丙烯体系的设计应力应高于粉末丁腈橡胶/聚丙烯体系;理想吸能效率的最大值出现在相对平缓的屈服阶段;冲击试验结果证明空心玻璃微珠和粉末丁腈橡胶都能改善聚丙烯的吸能特性.     

VAc-VeoVa10乳胶粉对改性水泥砂浆力学性能的影响

针对目前膨胀聚苯板(EPS)外墙外保温系统用水泥砂浆粘结性差、柔韧性差等问题,用醋酸乙烯酯(VAc)与叔碳酸乙烯酯(VeoVa10)共聚乳胶粉对其进行改性。研究了乳胶粉用量对改性水泥砂浆力学性能的影响。结果表明,随着乳胶粉用量的增加,砂浆的粘结强度增加、抗折强度提高、抗压强度降低、柔韧性提高。通过正交试验研究了灰砂质量比、乳胶粉用量、保水剂用量等因素对改性水泥砂浆与EPS以及与基础砂浆粘结强度、抗折强度、抗压强度以及压折比的影响,得出改性水泥砂浆的最优配比为:水泥与石英砂的质量比1:1,乳胶粉质量分数4%,保水剂质量分数0.2%。     

纤维水泥石抗拉强度模型研究

为了将纤维水泥浆体系更好地应用于固井工程中,有必要对纤维改善水泥石强度机理进行研究并建立强度模型。利用岩石力学三轴实验机对纤维水泥石试块进行弹性模量测试,得到了纤维水泥石单轴应力-应变实验图。根据细观力学理论和能量守恒原理,在建立顺向分布纤维水泥抗拉强度模型的基础上得到了乱向分布纤维水泥的抗拉强度模型。模型分析结果表明,随着纤维掺量的增加,水泥石的抗拉强度有先增大后降低的趋势,这与实验室试验所得规律相同。     

聚丙烯纤维混凝土SHPB试验研究

采用变截面大尺寸的Hopkinson压杆对素混凝土与聚丙烯纤维混凝土试件进行了冲击压缩(split-hopkinsonbe,SHPB)试验,得到了不同应变率下的聚丙烯纤维混凝土动态压缩强度及应力-应变全过程曲线,证实了聚丙烯纤维混凝土材料的应变速率敏感性,结果对于计算聚丙烯纤维混凝土在高速冲击及爆炸条件下的响应很有意义.     

热输入对深海X70粗晶区组织和韧性的影响

为解决深海X70管线钢在实际焊接中粗晶区(CGHAZ)的脆化问题,在不同热循环工艺下对X70管线钢进行了热模拟研究。采用Gleeble-3800热模拟机模拟X70管线钢CGHAZ,研究CGHAZ在10～60 kJ/cm不同热输入(HI)条件下组织和韧性的变化规律,并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和夏比冲击试验等手段表征CGHAZ的组织和韧性。结果表明,不同热输入下试验钢的组织主要由粒状贝氏体(GB)、贝氏体铁素体(BF)和马-奥组元(M-A组元)组成;当HI不断增大时,BF比例减少,GB比例增加,M-A组元粗化,冲击吸收能先升高再降低;当HI为20 kJ/cm时,BF和GB可获得优异组合,断口为韧性断裂,冲击吸收能达到173.8 J;当HI大于20 kJ/cm时,断口解离断裂,冲击吸收能下降明显,最低为18.8 J。因此,较低的热输入可提高CGHAZ的韧性,使X70管线钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性。研究结果可为优化焊接工艺提供理论依据。     

钢纤维高强混凝土的中应变率本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对纤维体积率为0～3%的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了中应变率的冲击压缩试验.试验表明,应变率从阀值提高到90 /s时,SFRHSC峰值应力增幅30%左右,弹性模量增幅50%左右,峰值应变增长幅度则是基体混凝土的2～3倍.集料-高强基体和钢纤维-高强基体的双重叠加效应,大大提高了基体的抗冲击强度和韧度,使SFRHSC试件在冲击荷载作用下呈现出"微裂而不散,裂而不断"的良好破坏形态,而在相近的冲击荷载下,基体混凝土试件成粉碎性破坏.根据试验结果建立了SFRHSC四参数率相关性本构方程,该方程同时考虑了应变率和应变对材料应力的影响.     

EPS表面改性及其保温砂浆的耐候性与抗裂性

EPS表面为憎水性，无机胶凝材对其不润湿。在新拌砂浆中，由于EPS颗粒与水泥浆体之间不亲合，且容重很小，所以在搅拌过程中很容易造成EPS颗粒“上浮”，从而导致砂浆分层，但水性下降，严重影响其和易笥与施工性能。通过对EPS预处理，使其表面由憎水性变为亲水性，使之能被亲拌硅酸盐浆体所润湿。EPS表面改性的技术途径为：选择适宜的高分子粘结剂和偶联剂，配制低水灰比的聚合物硅酸盐胶凝材，利用粘结剂和偶联剂的双重作用，通过复合胶凝材对EPS的表面包裹，在EPS表面形成亲水性硅酸盐薄壳，实现EPS表面改性。以改性EPS为轻骨料，水泥为胶结材，纤维和聚合物改性可配制施工性，热工性，耐候性，抗裂性良好的保温砂浆。这种新型保温砂浆可用于外墙外保温，突出了传统保温砂浆只能作内保温的局限，已在建筑节能示范工程中大规模应用。     

含水率和加筋条件对棕榈加筋土的影响

通过击实试验、无侧限抗压试验,将加筋土与未加筋土的无侧限抗压强度、破坏时的轴向应变和正割模量相比较,研究了含水率对不同加筋条件下棕榈加筋土抗压强度和变形的影响,并从能量吸收能力角度说明含水率和加筋条件对加筋土强度和变形的影响。结果表明:增强土样抗压强度的适宜加筋率和筋材长度分别为0.5%和20 mm;且土样在具有最优含水率的条件下,纤维增强效果最佳,在最优含水率附近纤维增强效果都成降低趋势;加筋土的能量吸收能力随加筋率、纤维长度、含水率的增加而增加;纤维的加入降低了土体的刚度。另外,土样的破坏形态由未加筋土单一剪切面的脆性破坏逐渐转变为加筋土多剪切面的塑性破坏。