玻璃纤维混凝土力学性能及预测模型研究

为了研究玻璃纤维混凝土力学性能发展变化规律,将0、2、4、6、8、10和12 kg/m³的普通玻璃纤维和耐碱玻璃纤维分别按掺入混凝土中。结果表明,立方体抗压强度和抗折强度随玻璃纤维掺量的增加先增大后减小,劈拉强度随玻璃纤维掺量的增加而增大。玻璃纤维对劈拉强度的改善效果最好,其次是抗折强度,对立方体抗压强度的改善效果最小。随着玻璃纤维掺量的增加,混凝土拉压比增大,折压比先增大后减小。试验结果表明,掺加8 kg/m³普通玻璃纤维或6 kg/m³耐碱玻璃纤维对混凝土的力学性能、脆性和抗裂性能的改善效果最好,耐碱玻璃纤维的改善效果比普通玻璃纤维好。根据试验数据,提出了混凝土力学性能随玻璃纤维掺量变化的计算模型,可供工程实践参考。     

纤维自密实混凝土力学性能及早期抗裂性能研究

对掺聚丙烯腈纤维、钢纤维和混杂纤维自密实混凝土的配制进行了系列试验,得到纤维自密实混凝土的配制方法及纤维的适宜掺量。试验结果表明,当聚丙烯腈纤维掺量不高于1.2 kg/m3、钢纤维体积掺量不高于1.5%的情况下,通过适当调整外加剂的掺量、类型以及砂率,可以使混凝土达到自密实的工作性能。纤维自密实混凝土的28 d立方体抗压强度、劈拉强度试验表明,聚丙烯腈纤维掺量对自密实混凝土抗压强度的影响较小,劈拉强度随掺量增大而提高,但当掺量达到1.2 kg/m3时,将导致其劈拉强度的降低,因此聚丙烯腈纤维的掺量宜控制在0.9 kg/m3时为佳;钢纤维体积率变化对自密实混凝土劈拉强度的增强效果明显,混杂纤维的掺入对自密实混凝土抗压强度的影响较小,但对劈拉强度有一定影响,即掺量越大,劈拉强度越高。纤维自密实混凝土早期抗裂性能试验结果表明,在自密实混凝土中掺入纤维,将有助于早期抗裂性能的提高。     

撒布式混杂钢纤维再生混凝土梁抗裂性能

为了降低工程造价与施工难度,改变整体式钢纤维再生混凝土中钢纤维的掺入方式,同时选用最优钢纤维混杂比例,采用撒布式混杂钢纤维结构形式,分析了钢纤维掺量和纵筋配筋率对再生混凝土梁抗裂性能的作用规律。结果表明：撒布式混杂钢纤维再生混凝土梁的加载经历与基准组再生混凝土梁基本类似,都出现了弹性、开裂、屈服、破坏4个特征。随着混杂钢纤维掺量的增加,开裂荷载提高了33.3%～66.7%,裂缝数量增加了2～3条,裂缝宽度、平均裂缝间距与纵筋应变均有不同程度的减小,梁的抗裂能力逐渐增强。随着配筋率的增长,开裂荷载略有增大,极限荷载提高显著,梁破坏时的裂缝逐渐变宽,裂缝数量与纵筋应变减少,平均裂缝间距先小幅减少后增加。     

钢纤维陶粒轻骨料混凝土受拉性能试验

采用工程中常用的陶粒作为轻骨料,制成界面粘结强度较高的陶粒轻骨料混凝土,研究不同钢纤维掺量的钢纤维轻骨料混凝土的受拉性能.根据试验数据得出钢纤维轻骨料混凝土立方体劈拉强度随钢纤维体积率变化的规律,拟合出其劈拉强度与立方体抗压强度的关系式.试验结果表明,其抗拉强度提高幅度较大.当钢纤维体积率为2.5%时,试件的劈拉强度和抗折强度值分别提高55.9%和77.31%,钢纤维轻骨料混凝土的拉压比也随着钢纤维体积率的增加而增大.     

混杂纤维对活性粉末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。     

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。     

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。     

钢纤维混凝土的拉压比试验

考虑钢纤维体积率、混凝土基体强度和钢纤维类型等参数,采用标准试件150 mm×150 mm×150 mm的立方体进行抗压和劈裂抗拉试验,分析各因素对混凝土拉压比的影响.结果表明:钢纤维能提高混凝土立方体抗压强度和劈拉强度,显著改善混凝土受压和受拉破坏形态,使其保持良好的整体性;钢纤维的加入能提高混凝土的拉压比,且拉压比随钢纤维体积率的增加而逐渐加大,增幅最大达到27.4%;钢纤维混凝土的拉压比随基体强度提高而减小,但对比素混凝土降幅明显减小;波纹形钢纤维和端钩形钢纤维均能提高混凝土的拉压比,波纹形钢纤维优于端钩形钢纤维,而螺纹形钢纤维最差,降低了混凝土的拉压比.     

无配筋机制砂UHPC井盖受力性能试验研究

采用机制砂替代石英砂,可制备低碳环保、成本相对低廉的UHPC.将机制砂UHPC应用于A级井盖结构中,具有高强高韧、高抗冲磨与高耐久性等特征,无需配筋工序及后期维养、施工效率高,具有良好的工程应用前景.为此,开展机制砂UHPC配合比设计与基本力学性能研究,并进行无配筋机制砂UHPC井盖模型试验、数值模拟计算与经济效益分析.结果表明,随着水胶比的增加,机制砂UHPC抗压强度和弹性模量逐渐减小,抗拉强度呈先增大后减小的趋势;当石粉含量逐渐提高时,抗压/拉强度及弹性模量呈先提高后降低的变化;随着细度模数和钢纤维掺量的增加,抗压/拉强度及弹性模量均有所提高,但提升的幅度均逐渐趋缓;未添加钢纤维时,井盖呈脆性破坏,当添加钢纤维后,由于钢纤维具有显著阻裂效应,导致井盖的结构整体刚度和延性均有所提升,表现出明显的弹塑性破坏特征;随着钢纤维掺量的增加,井盖的裂缝荷载与破坏荷载逐渐增大,但增大幅度逐渐趋缓;与传统UHPC井盖、球墨铸铁井盖、普通钢纤维混凝土井盖相比,无配筋机制砂UHPC井盖成本可节省11%～66%;无配筋机制砂UHPC井盖可采用厚度20 mm、直径400 mm～600 mm、钢纤维掺量2%...     

不同钢纤维掺量活性粉末混凝土力学性能的试验研究

通过单轴受压、劈裂抗拉和抗折试验,研究了活性粉末混凝土的基本力学性能(抗压强度、劈拉强度和抗折强度).研究结果表明:钢纤维体积含量1.0％—2.0％之间变化时,活性粉末混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折强度变化不明显,当钢纤维体积含量超过2.0％后,其抗压强度、劈拉强度和抗折强度均有明显提高.当钢纤维体积含量超过3.5％后,钢纤维掺量对活性粉末混凝土轴心抗压强度和劈拉强度影响不明显,而对抗折强度的提高作用仍然比较明显.根据试验曲线,推导拟合出活性粉末混凝土单轴受压应力-应变曲线方程.     

高性能聚丙烯纤维对再生混凝土力学性能的影响

通过工作性能、立方体抗压、劈裂抗拉及弹性模量试验,研究了不同骨料取代率下的高性能聚丙烯纤维增强再生骨料混凝土(HPP fibers reinforced recycled aggregate concrete,HFRAC)随高性能聚丙烯(high performance polypropylene,HPP)纤维掺量增加...     

混杂纤维掺量对再生混凝土力学性能的影响研究

试验研究了钢纤维和聚丙烯纤维单一掺入,以及混合掺入时对再生混凝土力学性能的影响。结果表明:在再生混凝土中掺入钢纤维后,其各项力学性能都有所提高;单掺入聚丙烯纤维后其抗压强度有所降低,但显著提高了其劈裂抗拉强度和弹性模量;掺入混杂纤维后其抗压强度介于单掺钢纤维和单掺聚丙烯纤维之间,弹性模量受钢纤维掺量的影响较大,劈裂抗拉强度有显著提高,最高增强率达53.8%。加入纤维后,再生混凝土由脆性破坏变成塑性破坏。     

再生骨料混凝土的基本性能

针对废弃混凝土的应用问题,为获得再生骨料掺量对于混凝土性能的影响,选取配合比和坍落度均相同的条件,对不同再生骨料掺入量混凝土的基本性能进行了对比实验.实验结果表明:配合比相同的情况下,随着再生骨料掺入量的增加,混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度和弹性模量均有不同程度的降低;坍落度相同的情况下,随着再生骨料掺入量的增加,混凝土的抗压强度、抗弯强度和弹性模量也均降低且较配合比相同的情况下降低更多.     

基于超声检测的废弃纤维再生混凝土弹性模量试验研究

为研究长期持荷损伤后再生骨料取代率和废弃纤维掺入对再生混凝土弹性模量的影响规律,制备了再生骨料取代率为0、50%、100%,废弃纤维体积掺入量为0.08%的废弃纤维再生混凝土试件,进行了混凝土标准弹性模量试验和超声波无损检测试验。结果表明：弹性模量与超声波速呈线性正相关,在宏观尺度上表现为抵抗弹性变形的能力减小,在细观尺度上表现为混凝土和再生混凝土中界面强度降低。纤维的桥接作用可以阻断微裂缝的开展抑制废弃纤维再生混凝土内部损伤的演化,从而提高了再生混凝土的弹性模量。超声波速随着应力水平和时间的增加而减小。采用中国、美国、欧洲规范计算废弃纤维再生混凝土弹性模量,中国规范《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)和欧洲规范《混凝土结构设计》(BS EN 1992-1-1—2004)计算值与超声检测值相差0.9%～8.4%和0.3%～12%,超声波无损检测法可进行长期损伤后的再生混凝土和废弃纤维再生混凝土弹性模量的定量分析。     

钢纤维增强超高强混凝土拉压比试验研究

在超高强混凝土(C100级)中掺入螺纹型钢纤维,通过立方体抗压强度与劈裂抗拉强度试验,研究钢纤维对超高强混凝土增强增韧效果和拉压比性能的影响.立方体试件尺寸为100mm×100mm×100mm,钢纤维掺量为0、0.50%、0.75%、1.00%、1.50%.试验结果表明,掺入钢纤维后,超高强混凝土立方体试件裂缝开展路径较多,裂而不散,坏而不碎,抗压韧性显著增强;抗压强度提高10.6%～15.5%,劈裂抗拉强度提高38.2%～91.9%;掺入钢纤维的超高强混凝土拉压比为0.060 5～0.084 6,拉压比提高24.08%～73.46%.提出了钢纤维超高强混凝土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度预测模型,预测值与试验值误差分别在±1.79%、±17.84%范围内.掺入钢纤维可使超高强混凝土脆性大、韧性小的缺点得到显著改善.     

废易拉罐粗纤维增强再生混凝土基本性能

为改善再生混凝土的性能,用废易拉罐剪成纤维条制备纤维再生混凝土。通过纤维增强再生混凝土(fiber reinforced recycled aggregate concrete, FRRAC)、再生混凝土(recycled aggregate concrete, RAC)和天然骨料混凝土(nature aggregate concrete, NAC)的坍落度试验、立方体抗压试验和劈裂抗拉试验,研究废易拉罐粗纤维的长度、掺量对再生混凝土工作性能和力学性能的影响。结果表明：纤维再生混凝土的流动性随废易拉罐粗纤维长度和掺量的增大而降低,但小掺量时(0.5%)纤维对再生混凝土流动性影响不大;粗纤维的加入,使得再生混凝土的抗压强度存在小幅波动,但劈拉抗拉强度大幅提高。可见,废易拉罐粗纤维可用作再生混凝土的增强材料,实现环保和固体废物资源化目的。     

玄武岩纤维对再生混凝土轴心受拉性能的影响

为研究玄武岩纤维对再生混凝土轴心受拉性能的影响,通过自行设计的混凝土轴拉试验装置,对不同玄武岩纤维体积掺量下(0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％和0.5％)的玄武岩纤维再生混凝土(basalt fiber recycled aggregate concrete,BFRAC)进行了轴心受拉试验,并分别与玄武岩纤维增强混凝土(basalt fiber reinforced concrete,BFRC)进行比较.研究结果表明,随着纤维掺量的增加,BFRAC的初裂强度、轴拉强度、初裂应变、峰值应变和初始弹性模量均呈现先增加后减小的趋势,纤维掺量为0.3％时,各项轴拉性能达到最大值,对应的提升率分别为40.5％、35.4％、10.4％、22.4％和16.9％.玄武岩纤维对再生混凝土轴拉性能的提升效果要优于普通混凝土.     

基于贝叶斯优化高斯过程回归法的再生混凝土力学性能预测

为了更准确地预测再生骨料混凝土的抗压强度与弹性模量,建立了一个比以往研究大的数据库,具有730组数据,为建立可靠的预测模型奠定了基础。提出了贝叶斯优化的高斯过程回归方法,选取再生粗骨料体积分数、水灰比、混合粗骨料吸水率、细骨料与总骨料比、粗骨料与水泥比、混合粗骨料饱和表面干密度等6个参数作为影响因素,同时建立了再生骨料混凝土抗压强度和弹性模量预测模型。通过比较抗压强度、弹性模量的预测值与实验值,发现二者较为接近,说明该方法具有一定的可靠性。将贝叶斯优化的高斯过程回归与高斯过程回归、支持向量机回归、随机森林回归、人工神经网络进行比较,并选取4个统计指标对模型进行评价,结果表明贝叶斯优化的高斯过程回归预测抗压强度和弹性模量精度较高,相关系数分别达到了0.91和0.93。这说明贝叶斯优化的高斯过程回归方法对预测再生骨料混凝土的抗压强度和弹性模量同时适用。     

基于均匀化预测含初始缺陷钢纤维混凝土弹性模量

基于细观夹杂理论,将掺钢纤维的混凝土看成由砂浆、骨料、界面、初始缺陷、钢纤维以及界面处较大的孔隙率组成的多相复合材料,采用分步均匀化的方法建立预测混凝土混合夹杂模型,将微分法、Mori-Tanaka方法以及Christensen的三相模型相结合求解混合夹杂模型,模型预测结果与试验结果吻合较好,分析结果表明：骨料性质对纤维混凝土弹性模量影响显著,钢纤维混凝土整体弹性模量随水灰比,界面过渡区厚度,孔洞体积分数的增加而降低,随骨料体积分数,骨料弹性模量,钢纤维的弹性模量以及界面的弹性模量的而增大。