高韧性纤维增强水泥基复合材料的收缩变形

通过试验研究了砂灰比、水灰比、纤维种类和减缩剂对高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)收缩变形的影响.结果表明:随着砂灰比的增大,ECC收缩应变值逐渐减小;随着水灰比的增大,ECC收缩应变值逐渐增大;国产PVA纤维对控制ECC早期收缩变形有较明显的效果,而日本产的高弹性模量PVA纤维对控制ECC后期收缩变形效果显著;水灰比为0.40时,混杂纤维对控制ECC收缩变形的效用比单独掺入国产PVA或日本产PVA好;水灰比为0.40时,掺入减缩剂可使ECC收缩应变约减少200×10-6,可见减缩剂控制ECC收缩变形效果显著.     

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。     

ECC嵌缝加固砖砌体的剪切性能试验研究

采用工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite，ECC）沿水平灰缝对砖砌墙体进行嵌缝加固，几乎不改变其外观，符合文物建筑修旧如旧原则.为研究ECC水平嵌缝加固砖砌体的剪切性能，以聚乙烯纤维（PE）、聚乙烯醇纤维（PVA）和混杂纤维（PVA与PE）等不同纤维类型、PE纤维掺量、嵌缝间距和单双面加固为变量，开展砖砌体在剪压作用下的对角剪切试验.对比分析ECC加固砖砌体墙的破坏模式、荷载-位移曲线、剪切强度和延性，探究ECC与砖砌体的协同工作性能. 试验结果表明：ECC水平嵌缝加固减缓了砖砌体内部裂缝的开展，提升了试件的抗剪承载力和破坏时的整体性，加固试件的抗剪强度最大提升了44.5%，加固面的最大抗剪刚度约为未加固面的5倍.     

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。     

混杂纤维ECC高温后力学特性与微观结构变化

为利用玄武岩纤维的高强度、高熔点特性来提升高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)的高温力学性能,试验测试了混杂玄武岩-聚乙烯醇(PVA)纤维和单掺PVA纤维ECC从常温至400℃的抗压和抗弯力学性能,并结合扫描电镜(SEM)观察不同温度后的材料微观结构变化.结果表明:混杂纤维ECC的高温后抗压强度较常温有所提升,其高温后抗压韧性优于单掺纤维体系;随着温度升高,混杂纤维ECC的高温后峰值荷载和极限挠度下降速率要低于PVA纤维延性材料,但400℃时仍表现为显著的脆性破坏;PVA纤维熔化和纤维-基材界面性能退化是造成混杂纤维ECC高温力学性能下降的主要原因.     

高性能混凝干早期抗裂研究

为减小高性能混凝土早期开裂,利用非接触测量技术,测量了高性能混凝土早期自生及单面干燥条件下的收缩,研究了减缩剂、聚丙烯纤维等几种作用机理不同的物质对高性能混凝土早期自生及干燥收缩的影响.在此基础上,利用板式混凝土早期收缩开裂试验架,对高性能混凝土进行了约束试验,研究了减缩剂、减缩剂+聚丙烯纤维等对高性能混凝土早期抗裂的作用.结果表明:减缩剂、聚丙烯纤维、减缩剂+聚丙烯纤维及渗透结晶防水涂料均有减缩抗裂效果,其作用大小为渗透结晶防水涂料＞减缩剂＞减缩剂+聚丙烯纤维＞聚丙烯纤维.     

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.     

花岗岩石粉-高韧性水泥基复合材料的制备与性能

研究了掺花岗岩石粉的高韧性水泥基复合材料的基本力学性能。采用废弃花岗岩石粉部分取代磨细砂,制备具有不同石粉质量取代率的水泥砂浆;并对其进行抗压、抗折试验分析,得到最优的石粉取代率约为25%;在此最优石粉取代率的基础上配制出掺花岗岩石粉的高韧性水泥基复合材料;并研究聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量(0~1.5%)及其长径比(158~316)对混凝土复合材料基本力学性能的影响。研究结果表明,试验中,当花岗岩石粉掺量一定时(25%),纤维体积掺量1.5%且长径比237时电镜扫描显示纤维与基体界面结合最紧密,力学性能最佳,此时的极限拉应变高达3.03%,约为普通水泥基材料的300倍。     

聚乙烯醇纤维和减缩剂对等强度混凝土徐变性能的影响

采用自制的徐变加载装置,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维掺量、减缩剂以及两者双掺对7 d等强度达到C50混凝土徐变性能的影响规律,结合自然养护和加载状态2种条件下的净浆的化学结合水量分析了其影响机理.结果表明:混凝土7 d加载,其徐变系数在持荷60 d后趋于稳定;相比于基准混凝土,加载状态促进了单掺减缩剂混凝土的水化,极大地降低了其徐变系数,单掺适量(0.6 kg/m3)PVA纤维对混凝土徐变系数影响不大,而加载状态显著地延缓了单掺过量(1.2 kg/m3)PVA纤维混凝土的水化,明显增大了其徐变系数,双掺适量PVA纤维和减缩剂降低了其徐变系数,而双掺过量PVA纤维和减缩剂反而增大了其徐变系数.