单纤维段试验中载荷传递机理的微观力学分析

提出了一种新的、单纤维段埋入法(SFFM)试验中载荷传递机理的微观力学模型。当纤维/树脂界面所受到的剪切应力超过了界面的粘结剪切强度后,界面将发生脱粘,并且脱粘裂纹将沿着界面扩展。以Weibull模型来模拟纤维轴向拉伸强度的统计分布。讨论了纤维轴向拉伸强度以及界面粘结剪切强度对复合材料各组分内部应力分布的影响。认为在给定复合材料各相的弹性常数和几何参数后,根据不同的纤维轴向拉伸强度以及界面性能(包括界面粘结剪切强度、界面的摩擦系数和基体的径向压力),可以将单纤维段试验中纤维/树脂界面的状态清楚地分为三类:1)完全粘结界面;2)部分粘结界面;3)完全摩擦界面。给出了单纤维段试验过程中界面处于上述三种状态下时,所必须满足的一些条件。最后,还给出了极限纤维段长度的一个合理的定义,并说明该长度是由粘结纤维长度和脱粘纤维段长度所构成。     

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。     

聚丙烯酰胺对粗合成纤维/水泥基体界面性能的影响

针对聚丙烯粗合成纤维与水泥基体界面粘结性能差的问题,采用聚丙烯酰胺溶液对其进行浸泡处理,并通过纤维拔出试验、显微硬度测试、X射线衍射分析和扫描电镜分析等,分析了聚丙烯酰胺对粗合成纤维/基体界面性能的影响.结果表明:经聚丙烯酰胺处理后,纤维/基体界面粘结性能提高,纤维拔出曲线更为饱满,脱粘现象延后,并且随着聚丙烯酰胺处理液中聚丙烯酰胺含量的增大,其效果更为明显;处理后的界面区CH晶体减少,界面显微硬度增大,过渡层厚度变薄,CH、C-S-H和AFt交织生长,水化产物结构致密度提高,纤维与水泥基体界面薄弱区明显得到改善.     

聚丙烯纤维混凝土冻融损伤试验研究

通过快速冻融循环试验,研究聚丙烯纤维混凝土冻融损伤性能.结果表明:冻融循环对聚丙烯纤维混凝土有较大影响,随冻融循环次数的增加,聚丙烯纤维混凝土损伤不断累积,相对动弹模、劈拉强度不断下降;掺加一定量的聚丙烯纤维,能有效提高混凝土的抗冻性能;在一定范围内,随聚丙烯纤维掺量的增加,强度损伤逐渐减小.冻融循环75次时,聚丙烯纤维混凝土的强度损伤变量最大达到77.7%,掺量为1.5 kg/m3的聚丙烯纤维对混凝土强度增益比达240.5%.在试验基础上,分析了聚丙烯纤维混凝土冻融损伤机理,建立了冻融循环作用下聚丙烯纤维混凝土强度损伤模型.     

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。     

短纤维端部形状对其增强复合材料应力分布的影响

采用ABAQUS软件分析了不同纤维端部形状下碳纤维增强树脂基复合材料的纤维端部应力分布。考虑的纤维端部形状包括平面、半椭球面、楔形面。结果表明:当长径比≥0.75时,半椭球面纤维端部复合材料力学性能优于平面和楔形纤维端部复合材料。进一步研究了界面相厚度、界面相弹性模量对纤维端部轴向应力和剪应力的影响。结果表明:轴向应力σB随界面相弹性模量的增加逐渐减小,界面相弹性模量较小时(E≤4 GPa左右),剪应力τD随着界面相弹性模量的增加而迅速增加,此后τD基本保持不变;当E≥3 GPa左右时,轴向应力σB随界面相厚度的增加逐渐减小。在所研究的界面相厚度(0.1、0.2、0.3μm)范围内,τD基本不随界面相厚度的变化而改变。所以界面相弹性模量应尽可能小于并接近于树脂基体的弹性模量(4 GPa),并适当增加界面相厚度有利于抑制界面脱粘破坏。     

界面强度对纤维增强复合材料宏观韧性的影响

 研究不同的界面强度对纤维增强复合材料宏观韧性的影响。考虑材料的细观非均匀分布,采用数值试验的方法模拟了带缺口的纤维增强复合材料试件在单轴拉伸情况下的损伤破裂过程。结果表明,在满足界面应力传递所需强度的前提下,界面强度对复合材料宏观韧性影响很大,复合材料的宏观韧性随界面强度的提高而降低。且在较弱界面纤维增强复合材料破坏时,可以观察到界面脱粘、裂纹偏折、纤维桥联和拔出等现象。     

界面损伤对单向复合材料应力集中的影响研究

采用计及基体刚度的修正的剪滞模型，研究了含纤维／基体界面剪切屈服效应的单向纤维增强复合材料的应力重新分布问题，定量地讨论了界面剪切强度及纤维／基体拉伸刚度比对应力集中及界面剪切屈服区长度的影响。结果表明，界面的剪切屈服或脱粘可有效地降低纤维的应力集中，应力集中因子随界面剪切强度及纤维／基体拉伸刚度比的增加而增加；界面剪切屈服区长度则随界面剪切强度的增加而减小，随拉伸刚度比的增加而增加。     

新型棒状聚丙烯纤维混凝土抗剪性能试验与比较

针对最新引进日产棒状聚丙烯纤维和喷射混凝土衬砌中常用的钢纤维,通过18组72个混凝土试样的双面剪切试验,研究了不同基体强度、不同纤维掺量混凝土抗剪强度变化特性.试验结果表明:①棒状聚丙烯纤维混凝土抗剪强度随着纤维掺量增加呈现先增大后减小的趋势,钢纤维混凝土抗剪强度随着纤维掺量增加而增大;②纤维掺量在0.5%以内,棒状聚丙烯纤维混凝土抗剪强度增大幅度接近钢纤维混凝土,纤维掺量在0.5%以上,棒状聚丙烯纤维混凝土抗剪强度增大幅度低于钢纤维混凝土;③两种纤维对C30混凝土抗剪强度的改善一般比C50混凝土大.最后,基于回归分析理论得到纤维混凝土抗剪强度拟合计算公式,公式计算结果与试验结果比较一致.     

不同种类聚丙烯纤维混凝土性能对比试验

针对路面水泥混凝土的性能要求,对比研究了四种聚丙烯纤维对水泥混凝土性能的影响。结果表明,四种聚丙烯纤维对混凝土强度、韧性、耐磨性及渗透性均有不同程度的改善;聚丙烯单丝纤维能够提高混凝土的抗冻性,并且优于其他三种纤维;某些聚丙烯纤维不但没有改善混凝土的抗冻性,还使抗冻性下降;在选用聚丙烯纤维时,应根据不同的使用目的进行选择。     

不同界面剂对湿接缝混凝土黏结性能影响

为了研究界面剂对湿接缝粘结性能的影响,首先通过力学性能试验,确定硅灰水泥净浆界面剂中硅灰的最佳掺量,再通过劈裂抗拉强度试验、三点弯曲试验和抗剪强度试验,探究普通水泥净浆、硅灰最佳掺量下的水泥净浆、环氧树脂作为界面剂,对湿接缝粘结性能的影响效果。结果表明:硅灰最佳掺量为8%,此时水泥净浆力学性能最优,从抗拉角度和抗剪角度进行分析,不同界面剂对湿接缝粘结性能的影响,由大到小排序均为:环氧树脂界面剂＞掺8%硅灰水泥净浆界面剂＞普通水泥净浆界面剂＞无界面剂,其中普通水泥净浆界面剂对湿接缝粘结性能提升较小,而环氧树脂界面剂和掺8%硅灰水泥净浆界面剂对湿接缝粘结性能提升效果较为明显。     

纤维水泥砂浆与混凝土界面黏结性能钻芯拉拔试验研究

为研究纤维水泥砂浆与混凝土界面黏结性能,采用钻芯拉拔法试验制作模拟中型柱混凝土构件,并分别外包不同强度的聚乙烯醇纤维水泥砂浆、聚丙烯纤维水泥砂浆、钢纤维水泥砂浆。对制作的试验构件进行钻芯拉拔试验,得出界面破坏时的拉拔力,将得到的不同类型的纤维水泥砂浆构件拉拔力数据与构件混凝土轴心抗拉强度、纤维水泥砂浆抗压强度进行比较分析。结果表明,在该试验中合成纤维水泥砂浆的界面黏结强度比钢纤维水泥砂浆的界面黏结强度高;界面黏结强度与构件混凝土轴心抗拉强度呈正相关关系,与纤维水泥砂浆抗压强度呈正相关关系,界面黏结力与砂浆抗压强度呈线性相关关系。     

模型再生混凝土单轴受压性能细观数值模拟

提出了模型再生混凝土的概念,根据各相介质细微观力学参数和本构关系建立了数值模型,对再生混凝土的破坏机理进行了仿真分析.通过变化再生粗骨料取代率、新硬化水泥砂浆强度、老硬化水泥砂浆强度、老硬化水泥砂浆厚度以及界面过渡区(ITZ)强度等参数,对模型再生混凝土单向受压性能进行了对比分析.结果表明:新硬化水泥砂浆和老硬化水泥砂浆强度对混凝土的初始弹性模量和峰值应力有较大影响,老硬化水泥砂浆厚度对模型再生混凝土的初始弹性模量和峰值应变有一定影响,界面过渡区的强度对再生混凝土的初始弹性模量、峰值应力和峰值应变的影响不显著.     

纳米再生保温混凝土微观形貌研究

通过对不同再生骨料掺量的纳米再生保温混凝土进行抗压强度以及微观形貌分析,对玻化微珠颗粒与水泥砂浆界面、天然骨料与水泥砂浆界面、再生骨料与水泥砂浆界面,以及微裂缝开展区域进行分析,从微观上对不同再生骨料替代率的保温混凝土表现的宏观力学性能进行解释。通过对比玻化微珠颗粒与气孔的微观形态,得出玻化微珠颗粒替代发泡气孔可减少混凝土强度损失,纳米矿粉的掺入对微裂缝有填充作用。     

水泥浆/花岗岩的界面偶联机理初探

对比试验显示,花岗岩表面涂一层硅烷偶联剂溶液后,再浇水泥砂浆,能显著提高两者界面层的粘结强度．在此基础上结合硅烷偶联剂化学,初步探讨了偶联剂在水泥浆／花岗岩界面层形成化学键的机理及其检验问题,并说明用偶联剂大幅度改善新老混凝土修补界面层性能的可行性．     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能试验研究

为了研究聚丙烯纤维对水泥稳定碎石断裂韧性的影响，通过对84个尺寸为100 mm × 100 mm × 515 mm的聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石三点弯曲试件断裂试验，测得了试件的断裂能(GF)、裂缝嘴张开位移(CMOD)和裂缝尖端张开位移(CTOD)，并探讨了试验龄期、聚丙烯纤维体积掺量以及水泥掺量对聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能的影响，对聚丙烯纤维水泥稳定碎石的经济性和施工和易性进行了简要分析，给出了聚丙烯纤维体积掺量合适的建议范围为0.6‰ ～ 0.8‰。试验结果表明：聚丙烯纤维的掺入可以明显提高水泥稳定碎石的断裂能、极限裂缝嘴张开位移(CMODmax)和极限裂缝尖端张开位移(CTODmax)；随着试验龄期的增长，无论聚丙烯纤维掺入与否，水泥稳定碎石断裂能均呈增大趋势，但聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能增大的速率较大；随着纤维体积掺量的增加，水泥稳定碎石断裂能、CMODmax和CTODmax逐渐增大，尤其是当纤维体积掺量大于0.6‰时，GF增大的效果更为明显；随水泥掺量的增加，聚丙烯纤维水泥稳定碎石试件的极限荷载逐渐增加，但断裂能却逐渐减小。     

高强微膨胀钢管混凝土的界面过渡区结构

应用XRD，SEM，EDXA等测试手段，从钢-膨胀水泥石界面过渡层中各种元素离子的分布状况以及具有显著特点的CH相和AFt相的形态、CH取向度等方面研究了钢-膨胀水泥石界面过渡区的结构，并对限制条件下钢-膨胀水泥石界面结构的改善进行了讨论．研究结果表明，刚性限制条件下水泥石界面过渡区结构得到了显著改善；钢-膨胀水泥石界面区中CH的空间生长情况优于钢-普通水泥石界面区中CH的空间生长情况，Si元素质量分数高于后者，Ca元素质量分数低于后者。     

乳化沥青碾压贫混凝土路面基层材料研究

通过4种乳化沥青掺量的碾压贫混凝土工作性能观测,借助微机控制万能试验机测试无侧限抗压强度、间接抗拉强度和劈裂回弹模量,进行5次冻融循环实验,并借助扫描电镜观察乳化沥青与水泥浆体的微观结构特征。结果表明,乳化沥青掺量增加,降低了贫混凝土的工作性能、无侧限抗压强度、间接抗拉强度和劈裂回弹模量,乳化沥青微粒分散不均匀和局部黏聚成膜是引起贫混凝土力学性能离散的主要原因;增大乳化沥青掺量,贫混凝土抗冻性指标略有提高;水泥水化产物与沥青相互交织,改善了沥青与其它固化颗粒的界面性能;6%掺量的乳化沥青贫混凝土满足我国对沥青路面半刚性基层强度和回弹模量的要求。     

不同相对分子质量木素磺酸钙减水剂的性能

应用超滤分级方法，将木素磺酸钙分成不同相对分子质量范围的级分，发现高相对分子质量的级分比低相对分子质量的级分具有更高的表面活性和起泡性能；低相对分子质量（小于30000）级分在水泥颗粒表面和饱和吸附量随相对分子质量的增大而增加，而高相对分子级分的饱和吸附量基本不受相对分子质量的影响；当木素磺酸钙的掺杂量高于0．5％（质量分数）时，其对水泥的分散作用随相对分子质量的增大而增强。随着木素磺酸钙相对分子质量的增大，掺木素磺酸钙的水泥净浆流动度损失逐渐减少，混凝土的含气量增大，抗压强度降低。     

硅灰对水泥净浆与砂浆性能及砂浆结构影响的研究

探讨不同掺量的硅灰对水泥净浆与砂浆性能及砂浆结构的影响.结果表明:掺入硅灰可以减缓水泥早期水化反应速度,使水化产物减少,结构疏松,使水泥砂浆早期强度有所下降.掺入适量的硅灰可以提高水泥后期水化反应速度,使水化产物增多,提高水泥砂浆的密实度,并能促使水化反应长期进行,从而提高水泥砂浆的后期与长期强度;硅灰的优化掺量为8%.掺入硅灰会降低水泥净浆的流动性,增加水泥的凝结时间,但水泥的安定性均为合格.