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.     

玻璃纤维网格超高性能混凝土板抗弯性能试验研究

为了研究玻璃纤维网格和混杂纤维对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)双向板弯曲性能的影响,通过四边简支板的弯曲试验,研究了玻璃纤维网格层数、单掺钢纤维(steel fiber,SF)、钢纤维分别与聚乙烯醇纤维(polyvinyl alcohol,PVA)、玻璃纤维(...     

PBO纤维的基本性能实验研究

对PBO纤维的拉伸性能、耐热性等物理性能进行了实验测试,并与F-12 和Kevlar-49芳纶纤维进行了对比,对由PBO纤维与环氧树脂基体复合成型的单向纤维增强环形试样,测试了其拉伸强度、弹性模量和层间剪切强度,结果表明：PBO纤维股纱的拉伸强度比F-12和Kevlar-49分别高24.4%和52.8%以上,单向纤维复合材料的拉伸强度分别高约37.2%和92.8%,而热性也高约166℃,但PBO纤维与环氧树脂基体的界面粘结性很差,层间剪切强度仅为23-27MPa。     

超高性能混凝土中热处理钢纤维在氯离子环境下的腐蚀试验

钢纤维是超高性能混凝土（UHPC）中主要的增强材料之一,为进一步提高钢纤维的耐腐蚀性能,推进UHPC在腐蚀环境中的使用,文中从钢纤维的耐腐蚀性能增强出发,对钢纤维在150℃、300℃、450℃、600℃四种不同温度下进行热处理,并用作原材料制作超高性能混凝土。将UHPC、钢纤维（含对照组）置于3.5%氯离子溶液中浸泡100天,期间采用电化学方法、微观表征对钢纤维的腐蚀行为进行测试分析。结果:钢纤维经过600℃热处理下的氧化皮最耐腐蚀,表面形貌最致密,但耐腐蚀性能下降程度在所有热处理温度中最大。浸泡前和浸泡后,在150℃处理后的钢纤维耐腐蚀性能最低,随着热处理温度提高,改性钢纤维耐腐蚀性能逐渐增强。钢纤维表面氧化层致密性随着温度升高而逐渐增大;随着处理温度升高钢纤维锈层形貌变化在浸泡环境下形态逐渐增大,钢纤维置于氯离子溶液中生成物质不同且种类增多,通过形貌分析得出主要表现有FeOOH（α、γ、β）的形貌特征,但UHPC中钢纤维未具有FeOOH的三种形貌特征。腐蚀初期氧化皮越致密,对铁基体的保护作用越大;但长期腐蚀下防护作用越来越弱,且氧化皮越致密反而越会促进腐蚀,防护作用降低的幅度越大。     

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。     

PVA接枝纤维增强水泥材料的研究

分别以丙烯酸和丙烯酰胺为单体 ,通过接枝反应向 PVA纤维表面引入带有极性羧基基因或酰胺基团的支链 ,考察了 PVA接枝纤维对其增强水泥材料力学性能的影响。结果表明 ,与未接枝 PVA纤维相比 ,PVA接枝纤维增强水泥材料的极限弯曲强度明显增大 ,增幅可达 30 % ,而其弯曲模量、屈服弯曲强度和断裂韧性几乎没有变化 ;随着接枝率的增大 ,PVA接技纤维增强水泥材料的极限弯曲强度减小。     

混合纤维增强水泥基复合材料的动力性能

采用变截面霍普金森杆(SHPB)对不同配比的钢/PVA纤维混合增强水泥基复合材料(HFRCC)进行了不同应变率的冲击压缩实验,并对其抗压强度、峰值应变和韧性等动力性能进行对比分析.结果表明:HFRCC材料表现出应变率敏感性;随着PVA纤维的增加,材料的变形性能更好,而钢纤维的加入则提高了其动态抗压强度;PVA纤维含量的增加能降低材料的动态强度增长因子;在低应变率下和峰值应力之前,纤维间的相对含量对HFRCC的韧性影响不大,在高应变率下,钢纤维能有效提高其韧性.     

骨料类型及纤维对高延性水泥基复合材料性能的影响

为了研究骨料类型及纤维对高延性水泥基复合材料(HDCC)性能的影响,分别采用普通河砂和金刚砂作骨料,添加聚乙烯醇(PVA)纤维,或PVA与微细镀铜钢混杂纤维,制备了4组HDCC,试验研究了HDCC的抗折与抗压强度、弯曲韧性、单轴拉伸性能、抗冲磨性能,并采用扫描电镜观察了HDCC拉伸破坏后PVA纤维的微观形貌.结果表明:骨料对HDCC抗折强度影响较为明显,而对抗压强度、弯曲韧性和抗冲磨性能影响不显著;微细钢纤维对HDCC抗折、抗压强度、弯曲韧性和抗冲磨性能的增强效果比较明显;在不同的HDCC体系中,微细钢纤维对延性影响的规律略有差异,以天然河砂为骨料时,掺加微细钢纤维会降低HDCC的延性,以金刚砂为骨料时,掺加微细钢纤维则会提高HDCC的延性;金刚砂提高了HDCC的抗拉强度,但显著降低了延性.     

钢-UHPC组合梁单钉连接件抗拔性能分析

为研究钢-UHPC组合梁单钉连接件的抗拔性能,通过6组UHPC中单钉连接件的拉拔试验和ANSYS软件数值计算,分析了栓钉直径、高度对抗拔承载力和破坏模式的影响.提出了钢-UHPC单钉连接件抗拔承载力计算公式,得到了不同UHPC和栓钉强度下栓钉钉杆拉断和UHPC开裂2种典型破坏模式的高径比界限.结果表明,若高径比大于界限值,抗拔试件破坏时栓钉钉杆被拉断,UHPC板完好,属于延性破坏;若高径比小于界限值,试件为UHPC开裂破坏,栓钉脱出,UHPC冲切破坏面与竖直面的夹角约为43°,属于脆性破坏.钢-UHPC单钉连接件抗拔承载力公式的计算值略低于模拟值,相对误差小于10%.     

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.     

聚乙烯醇纤维和维尼纶纤维增强水泥石的研究

以聚乙烯醇纤维和维尼纶纤维为增强纤维，研究了水化时间、养护方式和纤维对水泥石力学性能的影响。发现：随着水化时间的延长，水泥石力学性能提高；养护方式影响素水泥石的力学性能，但较小影响纤维增强水泥石的力学性能；少量纤维加入到水泥基体中，能有效提高水泥石的力学性能；较高强度模量的聚乙烯醇纤维的增强增韧效果优于较低强度模量的维尼纶纤维。     

Effect of Processing Parameters on Morphology and Mechanical Properties of Hollow Gel-Spun Lignin/Graphene Oxide/Poly (Vinyl Alcohol) Fibers

To investigate the influence of various processing parameters on the mechanical properties of fibers, lignin/graphene oxide(GO)/poly(vinyl alcohol)(PVA) fibers with different mass ratios of lignin and GO to PVA were prepared by gel spinning technique. Air drawing process and spinneret diameters were tuned as the main factors. The tensile strength increased up to 472 MPa with air drawing process applied in 30 L0.05 GO0.72 D-A PVA fibers(air-drawn PVA fibers reinforced by 30% lignin and 0.05% GO spun with a spinneret diameter of 0.72 mm), indicating 17.4% higher than that of the fiber without air drawing process(402 MPa). Similarly, at least a 14.6% increase in Young's modulus has been achieved for 30 L0.05 GO0.72 D-A fiber. In addition, a smaller spinneret diameter(0.72 mm) also led to a 24.9% increase in tensile strength and a 7.7% increase in Young's modulus in comparison with those of 5 L0.05 GO0.84 D-A fibers.     

三维编织钢纤维增强渍浆混凝土准静态力学性能

为了优化钢纤维混凝土的各项力学性能,设计优选了大流动性细粒混凝土与长度为70mm、长细比达93.3的长钢纤维,采用三维钢纤维编织技术与渍浆纤维混凝土施工工艺,成功制备出钢纤维体积率Vf为5%和10%的三维编织钢纤维增强渍浆混凝土试件(3D-BSFC).采用微机控制电液伺服万能试验机对基体强度为C50的试件进行了准静态3种低应变率(10-6/s,10-4/s及10-2/s)下的单轴压缩试验,测出了应力-应变全曲线、强度、压缩韧性以及弹性模量,研究了其受压力学特性及钢纤维掺量和应变率对基本力学性能的影响规律.结果表明,高掺量三维正交钢纤维对基体混凝土的强度提高最高达3倍以上,同时改善其变形能力,使韧性增强最高达3.87倍;在较低应变率状态下,强度和弹性模量随着应变率的增大而增大,但增长幅度不大.     

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.     

钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土受压细观数值模拟

利用ABAQUS软件建立了钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土三维细观数值模型,对其轴心受压过程进行了数值模拟。通过对比轴心受压试验结果,验证了模型的合理性。在此基础上,拓展分析纤维掺量、长径比等参数对超高性能混凝土受压特性的影响,进一步分析压力作用下纤维增强超高性能混凝土机理。结果表明：随着钢纤维体积掺量增加,超高性能混凝土损伤发展变缓,单轴受压峰值强度略有提高,峰后延性明显增加;钢纤维长径比对超高性能混凝土受压应力-应变曲线的影响较小,但是更长的纤维更好地发挥了阻裂作用;在超高性能混凝土单轴受压过程中,钢纤维在峰值点前主要发挥骨架作用,在峰值点后主要发挥阻裂作用。     

截面形式对R UHPC梁抗弯承载力的影响

为明确截面形式对UHPC抗拉强度在钢筋超高性能混凝土(R-UHPC)梁抗弯承载力贡献的影响,考虑实测得到的7种不同钢纤维掺量UHPC的抗拉和抗压性能,对矩形、箱形和T形R-UHPC梁进行抗弯承载力计算,构建并分析抗拉强度贡献率、抗压强度利用率等指标.结果表明:UHPC根据其硬化段长短和其极限应变与钢筋屈服应变的关系,可划分为U0、 U1和U2类材料. UHPC抗拉强度的贡献率与截面形式有关:矩形梁箱形梁T形梁,对U1和U2类UHPC的矩形梁或箱形梁,宜考虑其抗拉强度对梁抗弯承载力的贡献.材料设计时,若考虑UHPC抗拉强度的作用,宜采用U2类材料.截面设计时, UHPC抗拉强度的贡献,矩形梁应考虑,箱形梁可考虑, T形梁可不考虑,宜采用箱形、 I形或工形梁截面以提高抗拉强度贡献. UHPC抗压强度利用率,随纤维掺量的增大而下降,利用率在45.5%～60.2%范围.工程应用时,可应用UHPC-NC叠合梁或预应力UHPC梁以提高抗压强度利用率.     

Adhesion of PBO Fiber in Epoxy Composites

The high mechanical and thermal performance of poly p-phenylene- 2, 6-benzobisoxazole ( PBO ) fiber provides great potential applications as reinforcement fibers for composites. A composite of PBO fiber and epoxy resin has excellent electrical insulation properties, therefore, it is considered to be the best choice for the reinforcement in high magnetic field coils for pulsed magnetic fields up to 100 T.However, poor adhesion between PBO fiber and matrix is found because of the chemically inactive and/or relatively smooth surface of the reinforcement fiber preventing efficient chemical bonding in the interface, which is a challenging issue to improve mechanical properties. Here, we report the surface modification of PBO fibers by ultraviolet (UV)irradiation, O2 and NH3 plasma, as well as acidic treatments. The interfacial adhesion strength values of all the treatments show the similar level as determined for aramid fibers by pull-out tests, a significant impact on fibermatrix-adhesion was not achieved. The surface free energy and roughness are increased for both sized and extracted fibers after plasma treatments together with maleic anhydride grafting. The sized fiber shows marginal improvement in adhesion strength and no change in fiber tensile strength because of the barrier effect of the finish.For the extracted fiber, different surface treatments either show no apparent effect or cause reduction in adhesion strength. Atomic force microscopy (AFM) topography analysis of the fracture surfaces proved adhesive failure at the fiber surface. The fiber surface roughness is increased and more surface flaws are induced, which could result in coarse interface structures when the treated fiber surface has no adequate wetting and functional groups. The adhesion failure is further confirmed by similar adhesion strength and compression shear strength values when the fiber was embedded in various epoxy resins with different temperature behavior. The tensile strength of fiber is sensitive to surface treatment conditions as revealed by a bimodal Weibull statistical distribution analysis. Considerable strength reduction occurred, particularly for cases of acidic and plasma treatments, while UV irradiation shows the better ability to retain fiber strength.     

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.     

几种高性能纤维热收缩性能的对比研究

对芳香族聚酰胺纤维（芳纶），高强聚乙烯醇（PVA）纤维，高强聚乙烯（PE）纤维的热收缩性能进行测试研究，从纤维内部结构分析这3种纤维不同的热收缩特性，并讨论这3种纤维作为橡胶骨架材料的适用性。     

纤维增强磷酸钾镁水泥砂浆力学性能研究

研究了PVA纤维、PP纤维、玻璃纤维三种纤维在不同的w_(S/C)下对磷酸钾镁水泥砂浆力学性能的影响.结果表明:三种纤维都能在一定程度上增强磷酸钾镁水泥砂浆的力学性能,对磷酸钾镁水泥砂浆早期力学性能的影响比较大,后期力学性能的影响会有所降低.其中,PVA的增强效果最为明显,PP纤维次之,玻璃纤维增强效果最弱.同时得出,在同种纤维条件下,w_(S/C)不是磷酸钾镁水泥砂浆抗折强度的主要影响因素,但是其抗压强度均随着w_(S/C)的增大而增大.