无机玄武岩纤维微观结构的光谱学特征研究

利用多种光谱方法研究新制备的玄武岩纤维的组成和微观结构特征.X-射线探针分析表明其主要成份为硅酸盐和碱土金属氧化物.中红外光谱和显微远红外光谱研究表明纤维中含有Si-O,Si(Al)-O和金属与氧的振动模式;利用共焦激光显微拉曼光谱对比研究玄武岩和制备的玄武岩纤维的结构特征,结果表明纤维中含有[Si2O5]2-、[Si2O6]4-[、SiO4]4-等结构单元.广角X-射线衍射表明玄武岩纤维为非晶结构,具有短程有序的特点,计算的短程有序度为0.912 nm.详细解释了各种光谱变化的原因,据此提出了玄武岩纤维的非晶微观结构近程有序模型的特征.     

纤维加筋黄土的三轴蠕变试验研究

进行了纤维加筋黄土的三轴固结排水蠕变试验,通过对初始含水率、加筋率和围压的不同控制,分析了加筋黄土的蠕变特性,得到了以下几点结论:在黄土中掺入玄武岩纤维可以有效改善黄土试样的蠕变情况,蠕变变形的抑制效果与加筋率没有明显单调关系,存在最优加筋率;随着含水率的升高,加筋土的蠕变变形增大,加筋效果降低,偏应力越大该现象越明显;随着围压的增大,加筋黄土的蠕变变形降低,加筋效果增大,偏应力越大,该现象越明显;以Mesri蠕变模型为基准,对试验曲线进行模拟,计算出模型各参数,经验证,纤维加筋黄土的三轴蠕变特性可以用Mesri模型拟合。     

玄武岩纤维土工格栅加筋膨胀土三轴试验

采用玄武岩纤维双向土工格栅加筋膨胀土,分层压实成直径101 mm、高200 mm的试样,进行加筋与不加筋、饱和与非饱和的膨胀土试样在不同围压下的固结不排水三轴试验,研究其强度特性的变化。结果表明:饱和试样破坏模式表现为塑性破坏,非饱和试样破坏模式表现为偏脆性破坏;非饱和试样达到峰值强度时的轴向应变(5%以内)明显小于饱和试样(11%左右),同时峰值强度显著增加;同种加筋类型下,非饱和试样黏聚力远远大于饱和试样,而内摩擦角提高相对较小;无论饱和试样还是非饱和试样,与未加筋土相比,加筋膨胀土初始屈服应力增大,峰值强度提高,且随加筋层数增多,其提高值增大;无论饱和试样还是非饱和试样,加筋使膨胀土的内摩擦角略有提高,而黏聚力提高值相对明显。     

玄武岩纤维加筋微生物固化砂力学特性试验

针对微生物固化土体抗变形能力差、韧性低的特点,将离散的玄武岩纤维掺入到砂土中进行微生物固化处理,结合无侧限抗压强度试验和显微镜下观测,从宏细观角度研究不同纤维长度和掺量条件下玄武岩纤维对微生物固化砂土强度和韧性的影响.结果表明:玄武岩纤维加筋能够改善微生物固化砂土的强度和韧性;纤维长度的影响与纤维掺量密切相关,当纤维掺量较低时,试样的强度和韧性随着纤维长度的增加而增强;当纤维掺量较高时,试样的强度和韧性随着纤维长度的增加先增强后减弱;随着纤维掺量的增加,试样的强度和韧性均先增强后减弱,最优纤维掺量为0.3%～0.5%;研究范围内玄武岩纤维加筋最优条件为0.3%纤维掺量和20 mm纤维长度.     

加筋黄土的三轴试验研究

用三轴试验方法研究了加筋黄土的应力-应变及强度特性,得到了加筋土的强度指标与对应素土的强度指标间关系.通过强度的规格化性状的研究,分析了不同围压下加筋的效果;用复合材料观点及应力圆法解释了加筋土强度提高的原因.     

孔隙玄武岩力学性质试验研究

以孔隙玄武岩为研究对象,采用RMT—150岩石力学试验系统,对不同孔隙率的玄武岩在干燥和饱和两种状态下进行了单轴和三轴压缩试验;并分析和探讨了孔隙率对岩石强度力学指标的影响。研究结果表明,玄武岩孔隙率与其抗压强度、弹性模量、内摩擦角符合指数关系,有较好的相关性,黏聚力和泊松比与孔隙率之间无直接关联。在干燥状态下的岩石内摩擦角值小于饱和状态;而其余力学指标正好相反,说明水对孔隙玄武岩强度影响较大。     

热历史对连续玄武岩纤维力学性质的影响

连续玄武岩纤维是一种新型绿色环保材料，广泛应用于军工和民用领域。本文探讨热历史对连续玄武岩纤维力学性能的影响，对扩展其应用领域有着很重要的意义。通过对热处理后的连续玄武岩纤维进行结构分析，初步得出随热处理温度的升高有利于提高连续玄武岩纤维力学性能的结论。     

玄武岩纤维改良土应变速率效应试验研究

为深入研究不同加载速率对玄武岩纤维改良土力学性质的影响,以掺入0.25%、0.5%和0.75%玄武岩纤维的青藏高原粉质黏土为研究对象,对改良土进行不同围压、不同应变速率下的不固结不排水三轴试验,分析在不同的纤维掺量、不同的应变速率下改良土的应力-应变关系、破坏强度及抗剪强度指标的变化规律.研究结果表明：改良土的应变速率效应与土骨架自身的黏滞性和固结程度等因素有关;改良土在不同围压和加载速率下,其应力-应变关系均呈应变硬化特性;破坏强度和抗剪强度随加载速率的增加并不是呈现单调增大趋势,而是存在明显的临界点;纤维含量越高,应变速率对破坏强度的影响程度越显著.综上分析得出应变速率对改良土各力学参数的影响规律,可为今后工程应用提供技术参考.     

玉米秸秆纤维与玄武岩纤维加固水泥土力学性质对比分析

吉林省处于世界"三大黄金玉米带"地域之一,季节性秸秆过剩问题比较突出。为了拓宽其消化渠道,将短切玉米秸秆纤维按不同比例掺入取自长春地区的黄土中,基于无侧限抗压强度试验,探明其对水泥土加固效果的影响规律,通过与玄武岩纤维水泥土试验数据的对比分析,主要研究两种纤维水泥土强度、应力应变关系随纤维掺入比或纤维长度的演化规律,深入分析了界面剪切强度和软弱结构面等对强度的影响。试验结果表明:玉米秸秆纤维和玄武岩纤维均能提高水泥土强度,增强其延性,两种纤维水泥土强度发展规律相似,均呈现先增大后减小的特点;试验条件下,峰值强度、最优纤维掺入比和最佳纤维长度均基本相同。试验表明玉米秸秆纤维替代玄武岩纤维应用于水泥土加固具有一定的可行性,但玉米秸秆纤维的防腐和耐久性问题需进一步深入研究。     

黄土取土方向微观分析与动三轴颗粒流模拟研究

为探讨黄土非线性土动力学行为及其影响因素,采集兰州新区地下4m黄土原状样,利用高倍电子显微镜研究了黄土4个截面的微结构特征及参数,并开展动三轴颗粒流数值模拟.微结构分析表明,取土截面方向不同导致微观参数差别较大,沉积方向截面为大颗粒架空孔隙弱胶结结构,垂直于沉积面的截面则接近为颗粒密堆积结构,2种截面的颗粒体积分数和平均长轴粒径分别为63.71％、75.09％和31.72 μm、48.88 μm;2个侧面介于两者之间.采用基于微观图像所得黄土颗粒粒径分组、计算的刚度及模量等参数构建随机细观结构模型,利用PFC软件开展动三轴颗粒流数值模拟研究.结果 表明,考虑黄土微观颗粒粒径的离散元数值模拟动应力-应变曲线接近于室内试验曲线,并能体现非线性曲线之间的细节特征差别.不同截面之间动应力-应变曲线峰值差异较大,剪切带位置也发生变化.因此,土颗粒参数和排列方式差别应是产生动力学曲线特征差异的重要原因之一.     

冻融循环条件下重塑黄土水分迁移及其对力学性质影响

以西安地区黄土为研究对象,通过常规三轴剪切试验,研究了冻融循环对重塑黄土物理力学性质的影响。结果表明:试样冻融过程中水分不断向冰晶冰冻锋面迁移;即试样冻结过程中水分向试样表面迁移,融化之后水分向试样内部迁移;在此过程中试样结构性破坏,内部空隙增大,其剪切强度逐渐减小;故而试样含水率越大,冻融过程中水分迁移量越大,试样破坏越明显,其剪切强度降低越明显。     

短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究

玄武岩纤维混凝土(basalt fiber reinforced concrete, BFRC)是一种新型建筑复合材料,相比普通混凝土具有抗拉强度高、耐久性能好等优点。为探究玄武岩纤维掺量对混凝土基本力学性能的影响,分别对8种不同体积掺量的BFRC进行了立方体抗压和劈裂抗拉试验,基于试验结果,采用指数平滑预测模型对附加纤维掺量的混凝土强度性能进行预测。试验结果表明：随着纤维掺量的增加,混凝土抗压、劈拉强度和拉压比呈先增大后减小的趋势,存在最大值;对于立方抗压强度和劈裂抗拉强度而言,其峰值强度对应的纤维掺量有所不同,玄武岩纤维的掺入对混凝土劈裂抗拉强度影响较为明显;通过采用指数平滑预测模型对纤维体积掺量大于0.4%的BFRC强度性能进行预测发现,混凝土的抗压、劈拉强度及拉压比继续呈现出下降趋势。可见,适量掺入纤维提升了混凝土的强度性能,过多掺入纤维对混凝土的力学性能造成不利影响。     

玄武岩纤维桥梁混凝土韧性特征及衰减规律

为研究玄武岩纤维对桥梁混凝土的增韧阻裂效果,设计了弯曲韧性试验、断裂韧性试验,分析不同玄武岩纤维掺量(体积分数,0%、0.07%、0.08%、0.09%,下同)对桥梁混凝土抗裂性能的影响规律,从中选出最优纤维掺量。利用动态疲劳加载试验,研究普通混凝土和最优纤维掺量组在不同荷载应力水平下(0.5、0.7)弯曲韧性系数和断裂能的劣化衰减规律,并基于扫描电镜(SEM)试验,从微观角度剖析玄武岩纤维对桥梁混凝土的增韧阻裂机理。试验结果表明：玄武岩纤维能够增加混凝土的弯曲韧性,起到增韧阻裂作用,有利于避免在荷载作用下混凝土过早开裂,玄武岩纤维掺量为0.08%时,改善效果最明显,28 d弯曲韧性系数较普通混凝土提高了235%;玄武岩纤维显著提升了桥梁混凝土的断裂能,当纤维掺量为0.08%时,提升效果最明显,较普通混凝土提高了247%;在不同荷载应力水平下,桥梁混凝土的弯曲韧性系数和断裂能都随着疲劳加载次数的增加而逐渐衰退,且初期降低幅度小,后期降低幅度较大。但掺入玄武岩纤维可以减缓桥梁混凝土衰减速率,提高其抵抗疲劳开裂的能力,进而延长桥梁混凝土疲劳寿命;纤维与水泥基体之间良好的黏结性能,使得玄武岩...     

冻融作用下固化盐渍土的强度劣化及微观机理研究

为探讨固化硫酸盐渍土在冻融循环作用下的强度劣化机理,采用室内正交试验,考虑冻融循环周期、固化剂掺量、含盐量等影响因素,借助三轴试验、XRD衍射试验及电镜扫描试验。对粉煤灰、氯化钙固化硫酸盐渍土在不同冻融循环周期作用下的强度劣化指标及微观结构演化规律进行了研究。结果表明：(1)冻融循环作用对固化硫酸盐渍土强度劣化影响较大,且对黏聚力影响相较内摩擦角更显著。(2)衍射分析表明固化效果越好,固化剂反应物的低矮峰越多,同时电镜扫描分析也表明土体结构越紧密,强度更优。(3)在处理盐渍土地基时,从抑制盐胀及提高土体耐久性效果来看,单掺氯化钙优于单掺粉煤灰,且复掺优于单掺。不同含盐量的最佳配合比：含盐量为2%时,10%粉煤灰+4%氯化钙;含盐量为5%时,10%粉煤灰+6%氯化钙;含盐量为8%时,15%的粉煤灰+6%的氯化钙。固化后土体的强度指标劣化程度较低。本文从微观角度出发对冻融循环下硫酸盐渍土的强度劣化进行研究,旨在为长期冻融的硫酸盐渍土提出理论依据,以减少不必要的经济损失。     

玄武岩连续纤维成形漏嘴的研究

以玄武岩矿石为原料生产连续纤维,对玄武岩连续纤维成形所用漏嘴材料、结构及尺寸进行研究.实验结果表明,耐热不锈钢能替代昂贵的铂铑合金作为实验用漏嘴材料,采用孔径为4 mm,高度为13 mm的直角台阶式漏嘴结构,既符合连续纤维成形时的流动特点,便于成形连续纤维,又能满足定位要求,防止侧漏.用此漏嘴研究连续纤维成形技术,极大地降低纤维的生产成本.     

玄武岩纤维粉煤灰橡胶混凝土力学性能试验研究

对玄武岩纤维橡胶混凝土设计了正交试验,对其力学性能进行测试并与普通混凝土对比,分析橡胶颗粒取代率、玄武岩纤维和粉煤灰掺量对混凝土28 d抗压、劈裂抗拉和抗折强度的影响。结果表明:橡胶颗粒取代率5%,玄武岩纤维掺量4 kg/m~3,粉煤灰掺量15%时,混凝土各项性能最佳。随橡胶颗粒取代率增加,混凝土抗压强度显著降低;而掺入玄武岩纤维使抗拉和抗折强度有较大幅度提升;最后从玄武岩纤维对混凝土类材料增韧阻裂机制进行了讨论。     

玄武岩纤维在沥青混合料中的作用机理

玄武岩纤维具有较高的强度和弹性模量,与沥青和集料有较好的亲和力,在混合料中分散性好。为分析其在沥青混合料中的作用机理,对玄武岩纤维沥青胶结料进行动态剪切流变（DSR）试验和表观粘度试验,并利用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价纤维对沥青混合料水稳定性的改善效果,采用动态蠕变试验及车辙试验研究纤维对混合料高温抗剪切性能的提高作用。试验结果表明：在SBS原沥青中加入玄武岩纤维后,纤维胶浆的抗车辙因子值得到显著提高,其表观粘度曲线随着玄武岩纤维掺量的增加呈上升趋势;玄武岩纤维沥青混合料的稳定度和浸水马歇尔稳定度值明显增大,且随着纤维掺量的增加而递增;玄武岩纤维的加入显著提高了动态蠕变试验沥青混合料的流变次数,其对混合料动稳定度有明显的增强作用。     

CFRP材料加筋粘土的试验研究

作为新型材料CFRP材料应用于加筋材料在国内尚未开始研究.测试了CFRP材料作为加筋材料的力学指标试验.将CFRP材料作为加筋材料,应用3轴试验研究加筋粘土试样的强度变化规律.试验表明CFRP材料完全可以作为加筋材料,而且在粘土中加入CFRP材料后可以明显提高粘土试样的强度.试验表明CFRP材料不适合饱和度较大的粘土.图8,表5,参10.     

黄土的含水量对结构性的影响试验研究

以西安地区黄土为试验材料,通过室内三轴试验,分析黄土在不同含水量下的应力应变关系,得出了土在不同含水量下的应力应变关系.并通过对应力应变关系分析,得到黄土结构性和强度主要受初始含水量、围压和密度等的影响,这些因素决定黄土的应力应变关系和黄土破坏的形式.