ECC嵌缝加固砖砌体的剪切性能试验研究

采用工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite，ECC）沿水平灰缝对砖砌墙体进行嵌缝加固，几乎不改变其外观，符合文物建筑修旧如旧原则.为研究ECC水平嵌缝加固砖砌体的剪切性能，以聚乙烯纤维（PE）、聚乙烯醇纤维（PVA）和混杂纤维（PVA与PE）等不同纤维类型、PE纤维掺量、嵌缝间距和单双面加固为变量，开展砖砌体在剪压作用下的对角剪切试验.对比分析ECC加固砖砌体墙的破坏模式、荷载-位移曲线、剪切强度和延性，探究ECC与砖砌体的协同工作性能. 试验结果表明：ECC水平嵌缝加固减缓了砖砌体内部裂缝的开展，提升了试件的抗剪承载力和破坏时的整体性，加固试件的抗剪强度最大提升了44.5%，加固面的最大抗剪刚度约为未加固面的5倍.     

应变硬化水泥基复合材料的干燥收缩与开裂

为了改善水泥基材料的抗干缩和抗裂性能,在水泥基材中掺加了体积分数为0,0.75%和1.5%的PVA纤维.通过圆环试验,用裂缝观测镜和裂缝显微观测仪观测裂缝宽度,并计算其裂缝总面积、裂缝数量、最大和平均裂缝宽度.结果表明:添加PVA纤维后基体可获得多裂缝发展与应变硬化效果;裂缝的宽度及数量受基材组成比例和PVA体积掺量影响;当PVA纤维的体积掺量为1.5%时,裂缝的最大宽度可控制在40μm内、平均宽度小于20μm,裂缝面积降至4%以下,裂缝数量增加5倍多,裂缝控制率高于96%.PVA纤维混凝土具有良好的抗干缩和抗裂性能,可用于高耐久性的混凝土结构建设或重要工程的修补工作.     

工程水泥基复合材料自愈合过程与产物

借助环境扫描电镜(ESEM)对纤维表面以及15,30,50μm不同宽度裂缝自愈合产物的生长过程进行了连续观察,结合EDS(energy dispersive spectroscopy)、TEM(transmission electron microscopy,透射电镜)、XRD(X-raydiffraction)及FTIR(fourier transform infrared spectroscopy)等先进研究手段,对工程水泥基复合材料(ECC)裂缝自愈合产物的化学特性进行了分析.结果表明,体系中水泥基材料的进一步水化及C-S-H凝胶和CaCO3晶体的生成是裂缝自愈合的主要原因.宽度15μm裂缝的自愈合产物主要为C-S-H凝胶;宽度30μm裂缝的自愈合产物主要为C-S-H凝胶和CaCO3;观察周期内,宽度50μm形成的自愈合产物量无法填满裂缝.从微观层次上看,宽度30μm以下的裂缝几乎都能完全自愈合.同时,ECC材料中的PVA(聚乙烯醇)纤维有亲水特性,为自愈合产物的形成提供了成核点,有助于ECC材料自愈合产物的形成和生长.     

以ECC作为保护层的RC梁耐久性试验研究

针对海洋工程混凝土结构存在的耐久性差的问题,提出采用具有拉伸应变硬化特征和裂缝分散能力的高韧性纤维增强复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)作为海洋工程混凝土结构的保护层,以提高结构的耐久性.为验证ECC作为钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)梁保护层时抗氯离子侵蚀的有效性,本文设计了4个含ECC层的RC梁,以及3个普通RC梁试件,开展梁试件的电化学加速锈蚀模拟对比试验,并在锈蚀损伤的基础上对梁进行四点抗弯对比试验,分析了各试件锈蚀前、后以及抗弯试验过程中的破坏形态,锈蚀后的承载力等方面.试验结果表明:ECC与混凝土交界面在养护过程中易产生开裂,且加速锈蚀过程中裂缝宽度继续增加,对试件耐久性不利;含ECC层的RC梁试件承载力及初始刚度大于普通RC梁,但试件变形能力低于普通RC梁试件.     

纤维特征参数对HES-HDC单轴拉伸性能的影响及拉伸韧性评价方法

为探究高早强高延性混凝土（HES-HDC）在不同PE纤维直径与体积率下的单轴拉伸力学性能,设计了17组薄板试件进行单轴拉伸试验,研究PE纤维直径（22?μm和25?μm）及体积率（1.00%、1.25%和1.50%）对不同龄期（2?h、24?h、7?d、28?d和56?d）HES-HDC应力-应变曲线、拉伸强度和应变的影响;根据试验结果提出了HDC拉伸韧性评价方法. 结果表明：在拉伸荷载作用下,HES-HDC应力-应变曲线展示出应变强化特性,破坏过程呈多裂缝开展;2? h龄期时,HES-HDC拉伸强度与应变达到3.29 MPa和0.88%以上;28?d时,HES-HDC拉伸应变可保持在1.28%以上;当纤维体积率为1.00%时,小直径纤维对试件拉伸应变有利,而大直径纤维对试件拉伸强度有利;综合大直径纤维试件拉伸强度与应变,纤维最佳体积率为1.25%. 提出的拉伸韧性评价方法可评价HDC薄板受拉全过程的韧性. 随龄期的增长,HES-HDC拉伸韧性指数降低,而拉伸强度系数提高;小直径纤维试件的拉伸韧性高于大直径纤维试件;纤维体积率为1.25%时试件拉伸韧性最大.     

耐碱集束型玻璃纤维混凝土板耐冲击性能研究

为了深入了解纤维混凝土的耐冲击性能,进行了不同体积掺率的高锆耐碱集束型玻璃纤维、粗聚丙烯纤维增强混凝土板的耐冲击性能的试验研究.通过试件的破坏形态、落锤的加速度时程和板底支座反力时程曲线,结合高速摄像机记录的整个试件冲击破坏过程,从动力学角度研究了纤维种类及纤维体积掺率对混凝土板耐冲击性能的改善效果.结果表明:经第2次冲击后,素混凝土与纤维混凝土板的破坏模式不同,素混凝土板呈脆性破坏,沿对角线方向破碎成4块;体积掺率为0.75%,的粗聚丙烯纤维混凝土板的损伤最小,板底出现9条主裂缝,无大面积混凝土崩落,板的塑形变形较大;体积掺率为0.75%,的高锆耐碱集束型玻璃纤维混凝土板的板底出现9条主裂缝,最大裂缝宽度仅为0.8,cm,底部出现半径约为8,cm的圆形混凝土崩落区域.通过加速度时程曲线可知,素混凝土与纤维混凝土板破坏过程也存在明显差异.在弹性变形阶段,纤维混凝土冲击持续时间比素混凝土约长1,ms;裂缝扩展及混凝土崩落阶段,当加速度降到约为峰值的1/3时,素混凝土板呈现脆性破坏,而纤维混凝土板的加速度时程曲线出现二次强化现象,呈延性破坏,纤维显著改善了板的冲击韧性,且纤维体积掺率越高,耐冲击性能改善效果越明显.     

双重环筋约束下超短混凝土试件的局部受压试验研究

针对27个配置了双重环筋的圆柱形构件进行了局部受压试验,试件高度低于试件直径.研究了非局压区宽度b、试件高度h和约束钢筋配筋率ρ对试件的破坏形态、极限承载力、等效应力-应变曲线、开裂荷载、正常使用状态下的荷载及内外环筋屈服荷载的影响.在环筋的约束下,试件局压区核心混凝土体出现较高的强度和较好的延性.试件发生了三类破坏形态:侧面只有竖向裂缝、竖向裂缝加不全贯通环向裂缝和竖向裂缝加全贯通环向裂缝.高度系数β对于试件承载力的影响是最大的,随着β的减小,承载力呈非线性增大趋势.随配筋率增大,承载力增大,其增大量有变缓的趋势.宽度系数对试件承载力有一定影响,但不太明显.     

钢-聚丙烯混杂纤维配筋混凝土抗裂性能试验

为了研究钢纤维和聚丙烯纤维对于配筋混凝土裂缝生发的影响,设计并开展了钢-聚丙烯混杂纤维配筋混凝土轴心拉伸试验.通过分析试件裂缝的形成过程、试件的初裂荷载以及平均裂缝宽度,得到不同应力水平下混杂纤维掺量对于基体混凝土抗裂性能的影响.试验结果表明:掺入混杂纤维可以明显改变有效配筋率在2%以下的混凝土的裂缝形态;混杂纤维能显著提高试件的初裂荷载并且减小试件的平均裂缝宽度;随着钢筋应力的增大,混杂纤维表现出了不同的阻裂效应;在同等纤维体积掺量下,配筋率越大则试件平均裂缝宽度越小.     

聚乙烯醇纤维砂浆的制备与基本力学性能试验

近年来聚乙烯醇纤维增韧水泥基复合材料(PVA-ECC)引起了国内外学者的广泛关注,但工程应用较少.因为目前尚没有纤维砂浆材料力学性能的试验规程,本文基于厦门本地原材料进行聚乙烯醇纤维(PVA)砂浆的制备试验,并参考相关试验规程对PVA纤维砂浆的抗压性能和抗折性能进行试验,研究砂胶比、PVA掺量变化等对其基本力学性能的影响.试验结果表明,利用室内小型砂浆搅拌机制备PVA纤维砂浆是可行的,宜采用适当的投料方式、控制PVA掺量、减小砂胶比等;随着PVA纤维掺入量的增加,砂浆的抗压强度变化不大,但抗折强度和抗弯极限承载力增幅显著,压折比降低;与素砂浆相比,PVA纤维砂浆受压或者受弯时裂缝发展缓慢,裂缝宽度也较小,表现出一定的延性性质.     

混杂纤维ECC高温后力学特性与微观结构变化

为利用玄武岩纤维的高强度、高熔点特性来提升高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)的高温力学性能,试验测试了混杂玄武岩-聚乙烯醇(PVA)纤维和单掺PVA纤维ECC从常温至400℃的抗压和抗弯力学性能,并结合扫描电镜(SEM)观察不同温度后的材料微观结构变化.结果表明:混杂纤维ECC的高温后抗压强度较常温有所提升,其高温后抗压韧性优于单掺纤维体系;随着温度升高,混杂纤维ECC的高温后峰值荷载和极限挠度下降速率要低于PVA纤维延性材料,但400℃时仍表现为显著的脆性破坏;PVA纤维熔化和纤维-基材界面性能退化是造成混杂纤维ECC高温力学性能下降的主要原因.     

玄武岩纤维织物高延性混凝土拉伸性能

为研究玄武岩纤维织物高延性混凝土（TR-HDC）的拉伸力学性能，设计和制作了36组TR-HDC狗骨形拉伸试件，通过单轴拉伸试验研究织物配网率、PVA短纤维掺量、基体类型和网格间距（5mm、10mm）对TR-HDC拉伸力学性能的影响.试验结果表明：随织物配网率的增加，TR-HDC试件的抗拉强度大幅提高，多裂缝开展特征明显；PVA短纤维的掺入可有效改善织物与基体的界面特性，防止基层的剥离，减少织物与基体之间的滑移，并且提高织物强度利用率；网格间距增大时，掺入的PVA短纤维更容易穿过织物网格，与纤维束充分接触，增加了织物与基体的机械锚固力，使纤维织物的强度利用率提高；基体中粉煤灰掺量的改变对于TR-HDC试件的抗拉强度影响较小，而粉煤灰掺量较多时，试件的应变较大，裂缝间距较小.通过对试验结果进行回归分析，考虑PVA掺量与纤维织物耦合作用，给出了TR-HDC单轴抗拉强度简化计算模型.     

高韧性纤维增强水泥基复合材料的收缩变形

通过试验研究了砂灰比、水灰比、纤维种类和减缩剂对高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)收缩变形的影响.结果表明:随着砂灰比的增大,ECC收缩应变值逐渐减小;随着水灰比的增大,ECC收缩应变值逐渐增大;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,混杂纤维对控制ECC收缩变形的效用比单独掺入国产PVA或日本产PVA好;水灰比为0.40时,掺入减缩剂可使ECC收缩应变约减少200×10-6,可见减缩剂控制ECC收缩变形效果显著.     

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.     

纤维对水泥基材料力学性能的影响

为了制备超高韧性的水泥基复合材料(UHTCC),通过抗压、抗折以及直接拉伸试验,探讨纤维掺量、纤维种类对水泥基材料力学性能的影响.研究结果表明:有机纤维的掺入都不同程度地降低了UHTCC的抗压强度,提高了其抗折强度;从力学性能以及材料成本综合考虑,聚乙烯醇纤维(PVA)体积掺量2%为最优掺量;掺入日本PVA的UHTCC的拉伸应变硬化现象最显著,其次是国产PVA纤维,而国产聚丙烯纤维(PP)和聚乙烯纤维(PE)在拉伸过程中没有应变硬化现象.     

工程用水泥基复合材料单轴受拉本构关系模型

考虑聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维体积掺量、水胶比的影响,设计制作了5组工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)薄板试件和1组基体试件并进行单轴受拉试验.通过各组试件的受拉性能对比分析,结果表明:ECC的开裂强度、开裂应变、极限抗拉...     

玄武岩纤维水泥砂浆抗冲击试验

为检验水泥砂浆加入玄武岩纤维(BF)后的破坏机理及吸收冲击能量的能力,结合高速影像技术,对不同掺量的玄武岩纤维(BF)水泥砂浆试件进行冲击试验.结果表明,没有掺入BF的试件,在受拉开裂时就出现了剪切裂缝;加入BF纤维后,在拉裂缝开展较宽的情况下才发生剪切破坏情况;BF的加入提高了试件的抗冲击韧性,同时还起到阻裂的作用,能够限制试件裂缝的发展.     

基于PVA-ECC的氯盐损伤RC梁抗弯加固效果

ECC(Engineered Cementitious Composites, ECC)是一种超高韧性水泥基复合材料,具有优良的控裂及抗氯盐侵蚀能力.为研究采用PVA-ECC对氯盐侵蚀破坏的钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁进行抗弯加固的有效性,设计了5根RC梁试件,其中4根进行了氯盐侵蚀下的通电锈蚀试验,并对其中的2根氯盐侵蚀后的试件在受拉区浇筑30mm厚度的PVA-ECC层进行加固.所有试件均进行抗弯加载试验,对比分析了各试件破坏形态、初始刚度、承载力及变形能力等.结果表明：抗弯试验加载初期,PVA-ECC加固试件的裂缝宽度明显小于未加固试件的裂缝宽度;加载后期,PVA-ECC中产生了明显的受弯主裂缝.PVA-ECC加固试件的初始刚度较未加固试件增加,变形能力较未加固试件降低,承载力较未加固试件未表现出明显增加.     

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.     

冲击荷载作用下钢纤维混凝土配筋梁性能试验

为探讨冲击荷载作用下掺有端钩型钢纤维的配筋混凝土梁的抗冲击性能,对6根简支的有不同钢纤维体积掺量和不同配箍率的试件进行了落锤冲击试验,冲击点为跨中.分析了不同钢纤维体积掺量和不同配箍率对钢筋混凝土梁的抗冲击能力的影响,并采用高速摄像机记录了各试件的开裂形态.详细分析了试件的开裂形态、跨中位移时程曲线、试件中纵筋和箍筋应变时程曲线的特征.结果表明:在相同冲击荷载作用下,配箍率较高的试件中钢筋发生屈服乃至失效的几率相对较小,随着配箍率的增加,试件承受冲击荷载时产生的最大裂缝宽度减小;在冲击荷载作用下,提高钢纤维体积掺量对构件混凝土基体强度的影响相对不大,但对于试件刚度的影响较为明显;同时,钢纤维含量的增加,会减少梁中箍筋的应变,使得钢筋混凝土梁中钢筋发挥更好的作用;钢纤维体积掺量的增加,可以明显减少试件在冲击荷载作用下裂纹的发生与开展,并改变梁本身的开裂形态,使得裂缝发生的区域相对集中,形成主要集中在试件跨中的竖直裂纹,而支座附近裂纹相对减少.     

弯曲荷载作用下PP-ECC梁裂缝发展规律试验研究

本文通过四点弯曲试验,研究PP-ECC梁在弯曲荷载作用下的裂缝发展规律,并与RC梁进行对比.研究结果表明:新裂缝的产生几乎贯穿了PP-ECC梁的整个加载阶段,并且在极限阶段呈现出多条主裂缝共同发展的破坏状态,同时,裂缝的发展模式以及发展形态也更为多元化.而RC梁表面不再有新裂缝产生,在加载后期则会出现单条较为明显的主裂缝;相同配筋率下,PP-ECC梁破坏时产生的裂缝数量远高于RC梁,裂缝数量增长率分别为420%和780%,并且随着配筋率的提高,RC梁与PP-ECC梁受拉区产生的裂缝数量逐渐减小;RC梁受拉区底部裂缝的延伸率达到了100%,而PP-ECC梁底部受拉区裂缝的延伸率则随着配筋率的提高而逐渐提高,平均延伸率为66.83%,远低于RC梁,较低的裂缝延伸率说明了PP-ECC梁具备比RC梁更好的受拉区裂缝控制能力.PP-ECC梁的最大裂缝宽度远小于RC梁,其最大裂缝宽度分别为RC梁试件的35.3%和38.5%,主裂缝的宽度随着加载级别的提升而呈现出近线性发展规律,PP-ECC梁的主裂缝的发展更为均匀稳定,并且随着配筋率的提高,RC梁与PPECC梁的最大裂缝宽度不断增大;PP-ECC梁裂缝最大延伸高度小于相同配筋率下RC梁的裂缝最大延伸高度,同时,加载过程中,PP-ECC梁的主裂缝宽度和裂缝数量发展以及主裂缝延伸高度和开裂宽度发展均体现出较高的一致性和同步性.