玻纤织物增强混凝土界面黏结性能的试验研究

利用MTS万能试验机进行了纤维束的静态拔出试验,分别研究了不同的埋置深度、温度及纤维织物表面改性对耐碱玻璃纤维织物与水泥基体间黏结性能的影响.试验结果表明:玻璃纤维织物与水泥基体的黏结性能与纤维束埋深、纤维织物改性及温度条件存在一定的相关性.在常温条件25℃时,随着纤维束埋置深度的增大(15～25 mm),纤维束的拔出刚度、极限拔出力和拔出功不断增大,等效黏结强度反而呈现减小趋势.在相同的埋置深度(15 mm)下,随着温度的升高,纤维束的拔出刚度和极限拔出力不断降低.温度在25℃至300℃范围时,浸渍环氧树脂或者黏砂处理均能提高纤维束的极限拉拔承载力,且表面黏砂相比浸渍环氧树脂具有更好的增强效果.然而,当温度在400℃和500℃范围变化时,表面浸渍环氧树脂和黏砂对提高玻璃纤维束的极限拔出力影响不太显著,而在一定程度上降低了极限拔出力.     

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.     

PVA纤维增强水泥基复合材料拉伸特性试验研究

初步配制了PVA纤维水泥基复合材料,对使用原材料的性能、投料顺序和搅拌工艺进行了详细的描述;测定了各个配比的坍落扩展度,揭示掺加纤维后流动性减小的原因是由于PVA纤维有亲水性,纤维表面吸附了大量的自由水分子;利用外夹式单轴直接拉伸试验得到了硬化的应力-应变全曲线,观察到多条裂缝的出现,极限拉应变达到0.7%,大约是混凝土的70倍;根据试验数据得出基体和纤维掺量对极限拉应变、峰值应力和断裂能都产生影响,最后对假硬化的应力-应变全曲线进行了分析.所得结论为高韧性、高耗能材料的配制提供了大量的试验和理论依据.     

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.     

负载条件下纤维加筋土单根纤维拉拔特征及性能

为探究负载条件下纤维拉拔特征及性能,通过自制试验仪器,对不同纤维长度(1、2、3、4 cm)和负载应力(100、200、300、400 kPa)条件下的纤维进行了拉拔试验。试验结果表明:(1)负载条件下,纤维拉拔全过程可分为三个阶段:线性阶段、屈服阶段、软化阶段,拉拔过程连续无明显拉拔力突变情况;(2)随着拉拔位移的增加,线性阶段拉拔力线性增加,软化阶段拉拔力线性下降,拉拔力在线性阶段的增长速率显著大于软化阶段的下降速率;(3)线性阶段拉拔力的增长速率受负载应力和纤维长度变化的影响较小,软化阶段拉拔力的下降速率显著受到负载应力和纤维长度的影响,负载应力越大,下降越快,纤维长度越大,下降越慢;(4)峰值拉拔力随着负载应力和纤维长度的增加而增加;纤维-土界面抗剪强度随着负载应力的增加而增加,随着纤维长度的增加而降低。由此可见,纤维在土中的拉拔特征和性能同时受到纤维长度和负载应力的影响,负载应力增强了纤维-土的界面相互作用,纤维长度会削弱纤维-土的界面相互作用。     

聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料的抗盐冻性能

通过氯盐环境中的快速冻融试验研究了纤维体积率、冻融循环次数、粉煤灰、硅粉对聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基复合材料抗盐冻性能的影响。通过扫描电镜观察内部微观结构随盐冻作用的变化规律、PVA纤维在水泥基体中分布情况和界面结合状况。试验结果表明:PVA纤维的掺入可明显改善水泥基复合材料的抗盐冻性能;PVA纤维在基体中分散性较好,且与水泥基体界面结合状况较好;而粉煤灰、硅粉的掺入未明显改善PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能。     

纤维再生微粉水泥基复合材料断裂性能分析

基于三点弯曲试验,研究水胶比、再生微粉取代率、纤维种类对纤维再生微粉水泥基复合材料(FRPCC)断裂性能的影响.根据双K断裂参数分析各因素对FRPCC的增韧效果,并结合微观形貌分析各因素对FRPCC韧性的改善机制.结果表明：水胶比增大使纤维再生微粉水泥基复合材料失稳韧度先升高后降低;断裂韧度随着再生微粉取代率提升呈现先增后减的趋势;单掺玄武岩纤维(BF)会使FRPCC脆性增加,聚乙烯醇纤维(PVA纤维)占比增大能够明显提升FRPCC的断裂韧度;当水胶比为0.28、再生微粉取代率为45%、复掺0.2%玄武岩纤维和1.7%PVA纤维时,微观结构紧密,断裂韧度最优.     

纤维水镁石对水泥硬化浆体力学性能的影响

采用SEM,XRD和电阻率测定仪研究了纤维水镁石对硅酸盐水泥硬化浆体的力学增强机理.结果表明,由于添加具有高拉伸强度和高杨氏模量的纤维水镁石,在水泥硬化浆体原有网络结构的基础上又建立了一个新的网络结构,改进了基体材料的界面结构,同时,纤维水镁石和水泥基体材料同属极性物质,在水化开始后水镁石纤维表面被水化产物C-S-H凝胶所覆盖,表明其具有良好的物理相溶性,这种双重作用提高了水泥硬化浆体的物理力学性能.     

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.     

聚丙烯纤维拔出试验声发射监测

采用室内纤维拔出试验和声发射试验,以探究聚丙烯纤维混凝土/砂浆材料的粘结破坏机理。根据聚丙烯纤维拔出试验的拔出力-拔出位移曲线,提出将聚丙烯纤维拔出破坏模型分五个阶段：完全粘结、完全粘结至部分脱粘、部分脱粘至最大脱粘、最大脱粘至完全脱粘、摩擦拔出。同步进行的声发射试验表明,累计计数-时间曲线与聚丙烯纤维拔出力-拔出位移曲线有较好的相关性,同时,声发射试验结果为提出的聚丙烯纤维拔出破坏模型提供了较好的佐证。     

PVA接枝纤维增强水泥材料的研究

分别以丙烯酸和丙烯酰胺为单体 ,通过接枝反应向 PVA纤维表面引入带有极性羧基基因或酰胺基团的支链 ,考察了 PVA接枝纤维对其增强水泥材料力学性能的影响。结果表明 ,与未接枝 PVA纤维相比 ,PVA接枝纤维增强水泥材料的极限弯曲强度明显增大 ,增幅可达 30 % ,而其弯曲模量、屈服弯曲强度和断裂韧性几乎没有变化 ;随着接枝率的增大 ,PVA接技纤维增强水泥材料的极限弯曲强度减小。     

维尼纶纤维增强石膏基复合材料力学性能研究

研究了石膏基复合材料的结构、耐水机理和物理力学性能.结合弯曲载荷变形曲线,分析了维尼纶纤维增强石膏基复合材料的断裂机理;利用扫描电子显微镜,分析了复合材料界面性能.结果表明:石膏基复合材料实现了单一的结晶到晶胶共生的结构转变,材料的强度和耐水性得到改善;维尼纶纤维能提高复合材料的抗折强度、断裂能、断裂韧性和冲击韧度;维尼纶纤维增强石膏基复合材料断裂过程可分为3个阶段:基体断裂、纤维脱粘和纤维拔出;纤维和基体间界面结合强度较弱.     

碳纤维混凝土单丝拔出实验的扫描电镜观察

结合碳纤维混凝土单丝拔出实验应用扫描电镜观测了碳纤维与混凝土基体界面处的不同破坏形式。结果表明：在单丝拉拔过程中,随着界面应变的增大,试样出现纤维拔出、纤维断裂和界面脱粘的情况。这为碳纤维混凝土界面破坏的数值模拟分析提供了依据,对碳纤维混凝土界面粘接性能有了深入理解。     

提高纤维编织网与砂浆粘结性能的实用方法

纤维编织网增强混凝土结构(简称TRC)的力学性能与纤维编织网和基体之间的粘结状况密切相关.采用环氧树脂浸渍纤维编织网并在其表面粘砂的方法来提高粘结强度,控制砂浆基体的开裂.通过四点弯曲试验和拉拔试验考察了不同粘砂粒径对TRC粘结性能的影响.试验结果表明,采用环氧树脂浸渍纤维编织网并在其表面粘砂的方法能够提高纤维编织网与基体之间的摩擦力,甚至产生咬合效应.因此可明显提高TRC的弯曲开裂荷载,增加裂缝数量,改善纤维编织网与砂浆之间的粘结性能.其中粘砂粒径为0.15～0.30 mm改善效果最为显著.     

聚丙烯单丝与水泥石界面脱粘强度及其影响因素

采用纤维单丝自水泥基体中拔出方法研究了聚丙烯纤维单丝与水泥石之间的界面脱粘强度及其影响因素。结果表明：①随聚丙烯纤维单丝埋入长度的增加,界面脱粘强度逐步下降;②经NaOH或HCl表面处理,可使界面脱粘强度得到提高;③随着m(W)/m(C)的增大（在0.28-0.44范围内）,界面脱粘强度随之增大;④界面脱粘强度随标养龄期的增加而发展,且发展规律与抗压强度的发展规律相似。     

单纤维拔出试验表征硼纤维/环氧界面剪切强度研究

设计了一种单根硼纤维拔出试样制备方法,并测试了不同树脂基体的硼纤维/环氧复合材料的界面剪切强度;研究了单根硼纤维拔出界面破坏过程.结果表明:单根硼纤维拔出过程中,首先在纤维包埋起始部位和包埋端部产生裂纹,最后包埋中间部位的树脂基体破坏.摩擦力承担着较大的纤维拔出载荷;加入15%的液体丁腈橡胶硼纤维/环氧复合材料的界面剪切强度为33.69 MPa.     

后装拔出法检测PP-ECC抗压强度的试验研究

模拟实际工程加固情况,对5种强度等级的水泥聚丙烯纤维砂浆(PP-ECC)试件进行了后装拔出法检测砂浆抗压强度的试验研究;对加固层纤维砂浆有无布置钢筋网时 的拔出力数值进行对比,研究了不同钢筋网间距对拔出力的影响;分析了后装拔出法应用于实际工程中的可行性.试验结果表明:水泥聚丙烯纤维砂浆后装拔出力与其抗压强度之间存在显著的线性相关性;对砂浆拔出力值随着钢筋网间距的变化而变化;后装拔出法检测水泥聚丙烯纤维砂浆在加固工程中具有广泛的实用性,满足实际工程需要.     

PVA纤维增强高性能水泥基材料的韧性

采用低掺量(纤维体积率为1%~2%)的高强度高弹模聚乙烯醇纤维(简称PVA纤维)进行延性纤维基材料韧性的研究,分析了材料组成参数(PVA纤维体积率、纤维长径比、界面改性剂和砂灰比等)对高强度高弹模PVA纤维增强水泥基材料韧性的影响。结果表明,使用高强度高弹模PVA纤维以及通过材料组分优化,可以在低体积率下得到高韧性水泥基复合材料,凹土可以做为PVA纤维的一种界面改性剂。     

尼龙纤维增强MDF水泥的力学性能研究

制备了以ＭＤＦ水泥为基体的尼龙纤维增强复合材料并对其力学性能进行了测试,结果表明在ＭＤＦ水泥基体中加入一尼龙纤维可以有效地提高材料的抗冲击性能,当复合材料中尼龙纤维含量为体积分数￣２％时,材料的冲击强度即可达１４．２５ｋＪｍ＾－２,变曲强度８１．２ＭＰａ,并对纤维增韧机理以及断裂特性进行了探讨。     

热/机械载荷作用下金属基复合材料多纤维断裂的应力场

作为研究金属基复合材料破坏特性的前期工作,主要讨论了在热/机械载荷作用下多纤维断裂的复合材料应力场.运用影响函数加权叠加方法求解复合材料多纤维断裂时的应力场,并利用了已得出的结论:断裂纤维只对附近纤维与基体的应力有影响.可将影响函数仅建立在与断裂纤维紧邻的纤维和基体范围内.根据以上结论,对求解多纤维断裂问题的模型进行简化,基于剪切滞后模型理论,控制微分方程建立在受纤维断裂影响的纤维和基体范围内,大大降低求解的计算量,把金属基复合材料的应力场与纤维和基体体积分数以及纤维-基体界面特性定量地联系起来.