不同纤维对高强轻骨料混凝土力学性能影响及微观机理研究

为改善高强轻骨料混凝土的力学性能和弯曲韧性,研究了玄武岩纤维、细聚乙烯醇纤维、仿钢纤维、聚丙烯纤维和粗聚乙烯醇纤维的掺入对高强轻骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度的影响规律。通过4点弯曲试验获取荷载-挠度曲线,基于韧性指标对比分析了5种纤维对高强轻骨料混凝土弯曲韧性的影响。通过扫描电子显微镜观察纤维破坏前后的表面微观形貌,阐释了不同纤维的增强增韧机理。研究结果表明：掺入纤维对高强轻骨料混凝土的力学性能均有提升,主要提升高强轻骨料混凝土的抗拉性能和弯曲韧性。粗聚乙烯醇纤维提升劈裂抗拉强度和抗弯强度程度最大,分别提高了83%和220%,使高强轻骨料混凝土破坏由脆性转为高延性。纤维对高强轻骨料混凝土抗拉性能和韧性的提升与纤维表面损伤程度成正比。     

超高性能海水海砂混凝土的组成设计与纤维增强增韧

基于单纯形重心设计法对超高性能海水海砂混凝土（ultra-high performance seawater sea-sand concrete, UHPSSC）进行了配合比设计优化,并研究了短切超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）纤维和钢纤维对UHPSSC工作性能和力学性能的影响. 结果表明：在综合考虑UHPSSC的流动度、抗折强度和抗压强度的情况下,胶凝材料组成的最优配比确定为水泥、硅灰、粉煤灰的质量比为0.75∶0.15∶0.10. 随着短切纤维掺量的增加,UHPSSC的流动度逐渐降低,抗折强度、抗压强度和弯曲韧性均逐渐增加. UHMWPE纤维对UHPSSC流动度的影响程度更大,而钢纤维对力学性能的提升效果更明显. 随着UHMWPE纤维体积分数的增加,UHPSSC的弯曲破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏. 当UHMWPE纤维掺量为1.0%时,二次峰值荷载会高于初裂荷载. 此外,当同时混掺钢纤维和UHMWPE纤维时,UHPSSC的流动度略有下降,抗折强度、抗压强度及弯曲韧性均大幅提高. 本研究成果可为UHPSSC的设计和工程应用提供一定的参考.     

PVA纤维对水工抗冲磨混凝土性能的影响

为了改善混凝土的抗裂性能和抗冲磨性能,确保泄水建筑物的安全运行,在抗冲磨混凝土中掺入具有高强度和高弹性模量的聚乙烯醇(PVA)纤维.研究了PVA纤维混凝土的力学性能、变形性能、抗裂性能和抗冲磨性能,并与聚丙烯(PP)纤维混凝土的性能进行了对比.试验结果表明:当PVA纤维掺量为0.9 kg/m3时,混凝土的28,90和180 d抗压强度基本不变;劈拉强度分别增加了4.4%,8.4%和5.7%;极限拉伸值分别增加了10%,11%和4%.PVA纤维对混凝土早期干缩有一定的抑制效果,但后期混凝土的干缩值略有增加;混凝土塑性阶段的抗裂性能提高;混凝土的90和180 d抗冲磨强度增加.与PP纤维相比,PVA纤维对抗冲磨混凝土性能的改善效果更好.     

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.     

纳米粒子和聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料抗折性能

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、聚乙烯醇(PVA)纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米Si O_2掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米Si O_2掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米Si O_2水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

聚乙烯醇、玄武岩混杂纤维混凝土性能研究

将玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维混杂后掺入到C60级普通混凝土基体中,对两种纤维长度和三种纤维体积掺量下混凝土基体的28d抗压、抗折和弯曲韧性等性能进行实验研究。结果表明,混凝土中掺入纤维后,低掺量纤维对基体的抗压强度有所增加;抗折强度随纤维掺量增加而增加,15mm混杂纤维对混凝土抗折强度效果最好;弯曲韧性随纤维掺量和纤维长度增加而增加。     

基体对风积沙高延性水泥基复合材料性能的影响

地域化是降低成本、推广应用高延性水泥基复合材料(ECC)最有效的一种方法。本文研究了新疆地区风积沙、粉煤灰和硅粉3种材料对ECC流动度和抗压、抗折强度的影响，并通过ASTM C1018标准、单轴拉伸性能和SEM微观形貌分析3种材料对ECC弯曲韧性、延性的影响规律及机理。结果表明：增大粉煤灰掺量可以提高风积沙ECC的韧性和延性，当掺量为3.50时峰值应变可达到3.41%,风积沙掺量为2.25时抗折强度最高可达18.52 MPa;添加硅粉可进一步提高抗压强度，掺量为0.60时最大抗压强度达47.00 MPa。本文研究结果可为深入研究风积沙ECC提供一定的数据参考。     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗折性能研究

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、PVA纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米SiO₂掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米SiO₂掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米SiO₂水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

纤维增强SCLC基本力学性能实验研究

针对抗震结构、高层建筑和大跨结构对质轻高强混凝土的需求,在满足纤维增强SCLC自密实性能情况下,对粗钢纤维、微细钢纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维等几种纤维增强SCLC的基本力学性能进行对比实验研究.结果表明：纤维对SCLC的抗压强度影响不大,相比普通混凝土,纤维增强SCLC的比强度有较大的提高,其中微细钢纤维增强SCLC提高率达28.8%,纤维对SCLC的弹性模量的影响基本与纤维弹性模量正相关;相比SCLC,纤维增强SCLC劈裂抗拉强度和抗折强度均有较大的提高,其中微细钢纤维增强SCLC的劈拉强度和抗折强度分别提高了115.2%和95.2%,拉压比和折压比分别为0.109和0.113,同时微细钢纤维和粗钢纤维改善了SCLC破坏形态,相应实件破坏时表现出较好的延性.     

粉煤灰基地聚合物砂浆组成设计与性能研究

以粉煤灰为主要原材料,矿粉为添加剂,水玻璃和氢氧化钠为复合激发剂,标准砂为细集料,制备地聚合物砂浆。运用三维图与等值线作图分析的方法,探究水胶比与胶砂比这两个组成设计参数对粉煤灰基地聚合物砂浆的流动度、抗压强度、抗折强度的影响规律。试验结果表明水胶比与胶砂比均对粉煤灰基地聚合物砂浆流动度与力学强度影响较大。水胶比在0.4~0.42,胶砂比在0.45~0.5时,制备出的地聚合物砂浆工作性能和力学性能较优。基于地聚合物砂浆脆性较大的特点,应用长度为8 mm与12 mm的PVA纤维进行增韧改性。结果表明,掺量为0.5%的PVA纤维对地聚合物砂浆抗压强度影响不大,但是抗折强度显著提高,延性增强,因此压折比下降,弯曲韧性增强。     

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。     

高延性水泥基复合材料的流变特性和纤维分散性

为了研究高延性水泥基复合材料(HDCC)流变特性对短切聚乙烯醇(PVA)纤维分散性的影响规律,采用流变仪和荧光显微分析技术分别对HDCC浆体的流变特性以及短切PVA纤维在HDCC基体中的分散性进行研究.实验结果表明:HDCC浆体流变行为符合赫切尔-巴尔克模型,浆体流动后,应变梯度随应力增量按幂指数增长;当HDCC浆体塑性黏度为1.3~7.3 Pa·s时,即使短切PVA纤维的体积掺量为1.5%~2.0%,纤维在HDCC基体中的分散系数均大于0.92,实现了均匀分散.合理调整配比中粉煤灰、减水剂和功能性组分的掺量,可调控HDCC浆体塑性黏度并实现短切PVA纤维的均匀分散,为HDCC高延性的理论设计提供实验支持.     

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.     

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.     

钢纤维再生混凝土抗折强度尺寸效应试验研究

通过5组再生骨料取代率和4组钢纤维体积掺量小梁试件的四点弯曲试验,研究了再生骨料取代率和钢纤维掺量对再生混凝土抗折强度及尺寸效应的影响.结果表明:各规格小梁试件的抗折强度均存在尺寸效应,随再生骨料取代率的增加,再生混凝土抗折强度尺寸效应呈先增大后降低的规律,取代率为75％小梁试件抗折强度尺寸效应约分别为取代率为0和100％试件的1.32倍和1.09倍.钢纤维掺量对再生混凝土抗折强度尺寸效应有一定影响,当掺量为0～0.75％时,钢纤维掺量越大,尺寸效应越明显,钢纤维掺量分别为0、0.25％和0.50％时,试件抗折强度尺寸效应约分别为钢纤维掺量0.75％试件的77％、85％和94％.钢纤维掺量较大时,钢纤维掺量对尺寸效应的影响较弱,钢纤维掺量为0.75％试件抗折强度尺寸效应度约为1.00％掺量试件的99％.提出了再生混凝土抗折强度尺寸效应律计算公式,可用于再生混凝土抗折强度的分析计算.     

轻骨料高强度钢纤维混凝土的力学特性

对轻骨料高强度钢纤维混凝土的抗压强度、初裂强度、弯曲强度、弹性模量和弯曲韧性指数等主要力学指标进行了试验研究。试验结果表明：给轻骨料混凝土中掺入钢纤维，可有效地提高基体的抗裂强度、弹性模量和变形性能等。     

网状纤维对轻集料混凝土性能的影响

针对可在轻集料混凝土中掺加纤维以改善混凝土的韧性.研究了网状纤维对轻集料混凝土力学性能(主要是抗压强度,抗折强度和韧性)的影响规律。结果表明加入网状纤维的轻集料混凝土综合性能有所改善与提高。     

具有光催化功能的高延性水泥基复合材料性能研究

为了研究Ti O2对高延性水泥基复合材料性能的影响,采用纳米Ti O2制备具有光催化性能的PVA纤维增强水泥基复合材料,综合测试并分析了复合材料的强度、韧性和光催化性能,并结合SEM对试件进行微观扫描分析。研究结果表明,掺入Ti O2后复合材料的抗压强度无明显变化,但抗折强度随Ti O2掺量的增加先增大后减小;当Ti O2的掺量为9%时,试件7 d和28 d抗折强度均达到最大值,荷载-挠度曲线塑性变形阶段曲线平缓,韧性指标I5、I10值最大,韧性最好;试件催化降解NOx的效率随Ti O2掺量的增大呈先增大后减小,Ti O2的掺量为6%时光催化降解率最大;当Ti O2掺量继续增大时,因其分散性变差而使光催化性能降低。     

低掺量下钢纤维混凝土抗拉和抗折性能试验研究

为研究低掺量下钢纤维对混凝土劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响,以钢纤维体积掺量、钢纤维类型、混凝土基体强度等级为主要参数,进行了钢纤维混凝土立方体劈裂抗拉标准试验以及小梁抗折标准试验研究.结果表明:钢纤维的掺入对混凝土劈裂抗拉强度以及抗折强度有显著提高,钢纤维体积掺量为0.9%时,劈裂抗拉强度提高37%,抗折强度提高18%;钢纤维的掺入显著改善了混凝土抗拉及抗折破坏形态,试件破坏后整体性较好;波纹型钢纤维和端钩型钢纤维的劈裂抗拉性能及抗折性能要优于螺纹型钢纤维.     

混杂纤维对活性粉末混凝土高温后力学性能的影响

研究了聚丙烯纤维体积掺量为0.3%时,不同钢纤维掺量对活性粉末混凝土高温后轴心抗拉强度、抗压强度、抗折强度、拉压比、折压比的影响及其随温度的变化规律。结果表明:聚丙烯纤维能够有效抑制爆裂、改善活性粉末高温后的性能;混掺聚丙烯纤维和钢纤维能够提高高温后混杂纤维活性粉末混凝土力学性能,500℃之前损伤率较小,500℃之后损伤率较大;混掺2%钢纤维的混杂纤维活性粉末混凝土高温后的拉压比、折压比提高较多,混杂纤维可以优势互补。