水灰比对水泥基材料裂缝自愈合机制的影响

采用裂缝开口显微观察、超声波脉冲速度测试以及超声波形分析方法,研究水与胶凝材料的质量比(简称水灰比)对水泥基材料裂缝自愈合性能的影响,借助热重分析、物相分析、微观形貌观察等手段,比较不同水灰比的砂浆试块裂缝内表面水化产物及自愈合产物的差异,评价不同水灰比的砂浆试块裂缝自愈合能力.结果表明:随着水灰比的增大,砂浆试块的自...     

工程水泥基复合材料高温损伤超声特性

为了研究工程水泥基复合材料(ECC)在高温作用后的损伤机理及超声特性,对不同温度(20,105,250,400,600和800℃)作用后的ECC试件进行超声波和抗压强度测试.结果表明:超声波通过高温作用后ECC的波形幅值、主频幅值、能量和ECC抗压强度的变化趋势相同;不同温度作用后40~50kHz频段的能量占比均最大,约为0~300kHz总能量的15%;在20~250℃作用后声速变化不大,温度高于400℃后声速随温度升高而降低.原因是高温后自由水汽化、水化产物分解和骨料物性改变,导致孔隙蒸汽压力升高和骨料界面损伤,ECC内部裂纹产生并扩展.扫描电镜测试结果表明,PVA纤维随温度升高发生软化、熔化和汽化,ECC基体中产生空隙和孔道并与裂纹连通形成网络,有利于释放孔隙蒸汽压力,减弱ECC高温损伤.研究表明超声特性可以有效反映ECC的高温损伤演化过程.     

自愈合水泥在浅海固井中的应用研究

本文针对浅海固井的实际情况,研究了自愈合水泥的自修复性能。实验利用模拟海水配浆,并测试了水泥石试件在模拟海水、原油、不同温度养护下的抗压强度的恢复情况及其渗透率的下降情况。实验结果表明,在50℃、70℃养护温度下,模拟海水养护中的水泥石试件抗压强度恢复和渗透率的下降均超过了100%;在原油养护下的水泥石试件抗压强度恢复和渗透率的下降均达到了90%以上。     

纤维增强水泥基复合材料的分类研究

纤维增强水泥基复合材料因应用广泛而备受关注,本文对纤维水泥基复合材料进行了分类介绍,并进行了简要的评述。     

碳纳米管/水泥基复合材料导电机理的研究

利用四极法对碳纳米管/水泥基复合材料（MWNT/CC材料）的直流Ⅰ-V特性和交流阻抗特性进行了对比研究,同时采用SEM方法对碳纳米管在MWNT/CC材料的分布情况与连接情况进行了观察.研究结果表明,碳纳米管（MWNT）的掺入可以明显降低MWNT/CC材料的电阻率;不同MWNT掺量的MWNT/CC材料的电阻率在直流电压与交流电压下有相同的变化规律,且当MWNT掺量较高时,MWNT/CC材料内部出现了电容;当MWNT掺量较低时,MWNT/CC材料体现为非接触导电;当MWNT掺量提高到0.3％（占水泥质量的百分比）时,接触导电和非接触导电在MWNT/CC材料内部同时存在.     

碳纤维水泥基复合材料导电机理的探讨

通过研究水泥基体的导电性能和不同纤维掺量、外力作用下及掺入骨料后的碳纤维水泥基复合材料的导电性能,探讨碳纤维水泥基复合材料的导电机理.研究表明,水泥基体的电阻随水化时间显著增加,其导电机理是强电解质溶液的离子导电;碳纤维水泥基复合材料的电阻率随纤维掺量增加而显著降低,其电导由接触导电、隧道导电和离子导电3种机制共同决定;碳纤维水泥基复合材料在压力作用下,电阻率因界面接触的改善和纤维搭接概率的增加而降低,在拉力作用下,电阻率因纤维的拔出、折断而提高;骨料的引入增加了复合材料的电阻,这是由于骨料增加了纤维分散的难度和折断的概率,同时阻碍了纤维的搭接并提高了隧道势垒.     

水泥基导电复合材料渗滤阈值的判定方法

从理论上分析了水泥基导电复合材料的渗滤过程及其等效电路,得出了导电材料含量达到了阈值时的特征,提出了一种新的判定水泥基导电材料下阈值的方法,并用碳纤维增强水泥和石墨导电水泥进行了验证,发现这种新方法可以方便准确地确定水泥基导电复合材料的下阈值。     

碳纤维-水泥基复合材料冻融抗压强度的研究

以普通硅酸盐水泥为基体材料,以碳纤维为功能组分,采用压力成型法制备了碳纤维一水泥基导电复合材料。-20℃和70℃冻融循环25次,研究了碳纤维掺量、成型压力及养护方法对冻融性能的影响。结果表明：碳纤维质量分数掺量为0．2％时有较好的抗冻融能力,10MPa压力成型冻融前强度较高,冻融后期强度下降幅度较大,蒸养条件下,材料抵抗冻融破坏的能力强于水中养护。     

碳纤维表面处理工艺对水泥基复合材料韧性影响

针对原状碳纤维与水泥基体界面粘结差,导致水泥基复合材料韧性低等问题,采用常温硝酸、80℃硝酸水浴、80℃混酸(硝酸40%+浓硫酸60%)水浴等3种工艺进行碳纤维表面处理,制备碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC);利用SANS万能试验机,测试其弯曲强度,并计算韧性指数;同时借助扫描电镜(SEM)分析处理后的碳纤维表面微观结构。研究结果表明:与含未经表面处理碳纤维CFRC相比,碳纤维经过表面处理后,CFRC的极限弯拉强度、跨中位移和韧性指数明显提高,其中经80℃混酸水浴后,其增幅分别达到42.2%、87.5%和128.8%;碳纤维表面微观结构发生变化,经80℃混酸水浴处理的碳纤维表面存在明显刻蚀痕迹,沟槽数量增加,有助于提高CFRC韧性。     

基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析

建立了1-3型水泥基压电复合材料的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。得到了水泥基压电复合材料的内部应力应变分布、水泥基体对复合材料压电性能的影响、复合材料的厚度振动模态和在动态载荷下的响应情况。发现水泥基压电复合材料产生的驱动应变和节点应力都集中在压电陶瓷柱上,高泊松比和低弹性模量的水泥基体能够增加复合材料的压电性能;低频下水泥基压电复合材料的振动特性与压电陶瓷相同,且对外部的动态激励有着良好的线性响应。     

超高韧度水泥基修复剪力墙试验的数值分析

采用扩展有限元方法(XFEM)与内聚力裂缝模型相结合,模拟超高韧度水泥基(ECC)修复震损剪力墙中混凝土和ECC材料内部的裂缝开展,以及界面裂缝在ECC与混凝土界面之间开展的力学行为,并在此基础上数值再现了原有钢筋混凝土墙体及修复后墙体在侧向荷载作用下的反应.结果表明:将扩展有限元方法与基于界面的内聚力模型相结合,可较好地模拟有黏结界面的修复后剪力墙的受力行为,有限元模拟计算结果的极限承载力和相应位移与试验结果吻合良好.     

龄期对高温后高韧性水泥基复合材料力学性能的影响

研究了不同龄期超高韧性水泥基复合材料(ECC)试件高温后的残余力学性能.将ECC试件养护至不同龄期(1,3,7,28d),然后加热至不同温度(200,400,600和800℃),冷却后测量其力学性能.一般来讲,高温后ECC试件的强度和刚度会随着温度的升高而降低,但是在200℃时却有例外;温度相同时,ECC试件的强度和刚度随龄期的增加而增加,且早龄期时增加得非常快.高温前后ECC的微观结构特征可以通过扫描电子显微镜(SEM)法和压汞(MIP)试验分析,结果很好地解释了不同龄期的ECC试件高温后力学性能的变化.     

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.     

应变硬化水泥基复合材料-SHCC韧性性能试验研究

水泥基材料抗拉强度低、韧性差是其易开裂的主要原因之一。高模量PVA纤维可增强基材韧性,使其呈现准应变硬化和多缝开裂特征,改善结构耐久性。通过四点弯曲试验得出了不同加载速率和配比SHCC的力-变形曲线并用CON-SOFT软件计算断裂能。结果表明,硅灰使材料抗压强度有所提高,但最大抗弯承载力和变形下降,断裂能降低。甲基纤维素使SHCC脆性增大。加载速率降低,材料表现出更好的应变硬化性能,微裂缝条数增多。SHCC砂子最大粒径高于ECC,虽达不到后者的最大拉应变,但可降低成本并满足工程需要。韧性性能研究给出了基于耐久性能优化设计和评定SHCC的实用方法。     

高强超高延性混凝土梁弯剪性能理论分析与数值模拟

开展了14根高强超高延性混凝土（high-strength engineered cementitious composite,HS-ECC）梁的四点弯曲试验,研究了混凝土类型、纵筋配筋率和是否配置箍筋三因素对配筋梁弯剪性能的影响。基于平截面假定和材料本构关系,计算了配筋HS-ECC梁的受弯承载力。基于国内外规范,计算了无腹筋HS-ECC梁的受剪承载力。最后,采用Abaqus软件建立了HS-ECC梁的有限元模型。结果表明：有腹筋梁均为受弯破坏,随着纵筋配筋率增大,试件极限荷载和刚度逐渐增大,而延性未显著降低,配筋HS-ECC梁较普通混凝土梁具有更优异的裂缝分散能力和抗弯性能;无腹筋HS-ECC梁的破坏模式随配筋率增大由受弯破坏转变为受剪破坏,梁受剪承载力和刚度增大,但延性逐渐降低;配筋HS-ECC梁受弯承载力的计算结果与试验值吻合较好;HSECC梁有限元模型可有效模拟试件的荷载-位移曲线。     

混杂钢纤维水泥基材料的力学行为

研究了微细钢纤维以及中等直径钢纤维混杂增强水泥基材料的力学行为．结果表明，在纤维体积分数一定的情况下，混杂钢纤维体系对水泥基材料抗折强度的改善作用可优于单一直径钢纤维，而且，不同直径钢纤维混杂还可显著提高水泥基材料的断裂能和弯曲韧性，普通纤维增强水泥基材料断裂破坏时裂缝为沿切口开展的单一贯穿裂缝，而混杂钢纤维增强的试件破坏时切口附近呈现多缝开裂的现象，采用适当体积比的两种尺度钢纤维混杂增强基体，制备出了综合力学性能优越的混杂钢纤维增强水泥基材料。     

超高韧性水泥基材料桥面连续构造的疲劳试验

通过3个桥面连续构造节点的疲劳试验,分析不同材料(普通混凝土和超高韧性水泥基材料(UHTC))和配筋下桥面连续构造的疲劳性能.试验结果表明:在疲劳荷载作用下,UHTC材料表现出了明显的多缝开裂和延性破坏特征;在同等应力条件下,UHTC材料桥面连续构造节点的疲劳寿命是普通钢筋混凝土试件的3倍以上;相同荷载作用下,相比于普通混凝土,UHTC能有效减缓钢筋应变幅的增长,减缓桥面连续构造在疲劳荷载作用下的刚度退化,从而大大提高了桥面连续构造的疲劳寿命.     

ECC外壳约束海水海砂再生骨料混凝土柱受压性能

针对海水海砂再生骨料混凝土(SSRAC)在柱构件中的应用问题,本研究采用组合设计的方法,提出工程水泥基复合材料(ECC)外壳约束SSRAC柱的形式,对其施行轴心/偏心受压试验.结果显示,ECC外壳可对SSRAC形成良好的约束作用,构件破坏时表现为受压区及受拉区的裂缝宽度增大,材料未压溃.轴心受压时,ECC外壳约束SSRAC柱的峰值荷载相比整浇SSRAC试件提高15%,但其轴向刚度降低;偏心受压时,ECC外壳约束SSRAC柱的变形能力得到提高,在大偏心条件下,极限位移与峰值位移比值较SSRAC柱提高了111%.最后,考虑箍筋、 ECC外壳约束提升作用及其与荷载偏心率的关系,分别提出在轴心/偏心受压作用下柱构件承载能力的计算公式.     

弓形钢纤维增强水泥基材料断裂能模型

根据弓形钢纤维弯钩端变形情况对单根纤维拔出能量进行推导;应用概率统计方法综合评估了断裂面上各纤维的能量贡献,建立了相应的断裂能模型.试验验证表明,模型预测精度良好,且该断裂能模型与各细观参数,如纤维长度、弯钩端几何形状参数和水泥基体强度等密切相关,因此该模型不仅能用于预测弓形钢纤维增强水泥基材料的断裂能,还能用于该类材料的优化设计研究.