工程纤维增强水泥基复合材料PVA-ECC单轴受拉性能研究

通过对工程纤维增强水泥基复合材料PVA-ECC的单轴受拉强度和变形特性试验,研究PVA纤维体积率、水胶比与砂胶比对ECC抗拉性能的影响,研究结果表明,随着PVA纤维体积掺量的增加,ECC的抗拉强度与极限拉应变明显增大,其受拉应变-硬化特性也越明显;水胶比增大,PVA-ECC的抗拉强度降低,但极限拉应变增大且可明显改善其受拉应变硬化特性;砂胶比为0.36时,PVA-ECC的极限拉应变最大,继续增大砂胶比,将不利于PVA-ECC受拉应变-硬化特性的发挥。     

高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种高韧性延性土木工程材料,通过对13组288个ECC试件进行单轴抗压、劈裂抗拉及四点弯曲等试验,分析聚乙烯醇纤维(PVA)掺量、水胶比及粉煤灰掺量对ECC力学性能的影响规律。研究表明:水胶比及粉煤灰掺量是影响其抗压强度的主要因素,增加PVA掺量,ECC抗压强度变化较小,峰值应变值及极限应变值明显提高,峰值后延性较好;随着水胶比增加,ECC抗拉强度及抗弯强度降低,增加PVA掺量可明显提高抗拉及抗弯强度,PVA掺量为2.0%的ECC抗拉强度较基体提高53%,抗弯强度及弯曲韧度系数分别是相应基体的2.8倍及7倍,ECC在各种破坏荷载作用下可保持良好的整体性,未发生脆性破坏。     

低干燥收缩性能的工程水泥基复合材料配合比研究

为了降低传统工程水泥基复合材料(ECC)的干燥收缩应变,减小混凝土与ECC之间的收缩差异,首先确定水胶比和砂胶比,使得ECC的尺寸变化率与混凝土变形协调;其次,基于正交法研究粉煤灰掺量、矿粉掺量和PVA纤维掺量对ECC干燥收缩率的影响,进一步优化干燥收缩值。最后,研究该配合比ECC的拉、压、弯性能,以保证结构构件的力学性能。结果表明：ECC的收缩应变随着水胶比和砂胶比的增加而增大,且水胶比对干燥收缩的影响远大于砂胶比;另外,随着粉煤灰掺量、矿粉掺量和PVA纤维掺量的增加而减小,其中粉煤灰对干燥收缩的抑制效果最佳,矿粉次之,PVA纤维对其影响最小。低干缩ECC的抗压强度达44.5 MPa以上,抗拉和抗弯强度分别超过2.5,10 MPa,极限拉应变稳定超过3%。     

纤维掺量对再生砖粉ECC流动性能及力学性能的影响

为更好地掌握再生砖粉超高韧性水泥基复合材料(ECC)的工作性能和力学性能,为再生砖粉ECC的研究与推广提供依据与参考,通过试验研究了不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量对再生砖粉ECC流动性能及力学性能的影响。结果表明:再生砖粉全取代石英砂会在一定程度上削弱ECC的力学性能; 随着PVA纤维体积掺量在1.25%～2.0%范围内不断增加,再生砖粉ECC拌合物流动性不断下降; 再生砖粉ECC抗折强度先增大后减小,纤维体积掺量为1.75%时抗折强度最大; 抗压强度随纤维掺量的增加而减小,在纤维体积掺量1.5%～1.75%范围内下降幅度最为明显; 压折比不断下降,材料柔韧性增加; 抗弯强度、弯曲开裂挠度与极限挠度随纤维掺量的增加而增大,试件表现出更好的韧性; 拉伸开裂应变与极限应变随纤维掺量的增加不断增大,拉应变硬化特征明显; 再生砖粉ECC四点弯曲试验中的极限跨中挠度和单轴拉伸试验中的极限应变具有较好的线性相关关系。     

延性纤维混凝土抗弯性能的试验研究

采用正交试验方法,考虑纤维掺量、水胶比、砂胶比和粉煤灰掺量的影响,设计了16组延性纤维混凝土试件,采用四点弯曲试验评定其抗弯性能。通过对弯曲初裂强度、极限抗弯强度、等效弯曲强度和弯曲韧性指数的分析可得:纤维的掺入改变了试件的破坏模式,显著提高了材料的抗弯强度和弯曲韧性;纤维掺量对抗弯性能影响显著,纤维掺量越大,抗弯强度和弯曲韧性越高;水胶比和砂胶比的影响次之,粉煤灰掺量的影响最小,水胶比不低于0.29,砂胶比不超过0.36时,延性纤维混凝土均具有较高的弯曲韧性。     

纤维编织网增强ECC的拉伸和弯曲性能

通过拉伸和四点弯曲试验,研究了纤维编织网的层数及种类、纤维编织网表面浸胶粘砂处理以及聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数对纤维编织网增强工程水泥基复合材料(TRE)拉伸和弯曲性能的影响,结果表明:和单层网TRE试件相比,双层网TRE试件的极限拉应力提高了将近1倍,极限弯曲荷载从单层碳纤维-玻璃纤维编织网TRE试件的0.73 kN增大到1.62 kN,极限拉应力和极限弯曲荷载明显提高,刚度增大;与碳纤维-玻璃纤维混编网TRE试件相比,玄武岩纤维-玻璃纤维混编网TRE试件的拉伸和弯曲性能均较低;将碳纤维-玻璃纤维混编网表面进行浸胶粘砂处理后,TRE试件的极限拉应力和极限弯曲荷载均降低,但极限拉应变和极限挠度增大;当PVA纤维体积分数从1.0％增加到2.0％时,单层碳纤维-玻璃纤维混编网TRE试件的极限拉应力从4.15 MPa增至7.05 MPa,弯曲开裂荷载从0.08 kN增至0.21 kN,试件的拉伸和弯曲性能提高.     

基于正交试验的UHTCC配合比设计

利用正交试验设计了9组不同配合比的超高韧性水泥基复合材料,通过直拉与弯拉试验,研究了水胶比、粉煤灰掺量、纤维体积掺量对极限拉应力、拉应变、弯拉应力和跨中挠度的影响。结果表明:PVA纤维明显提高了UHTCC的抗拉性能及抗弯性能;纤维体积掺量对7 d极限拉应变和28 d极限拉应力、拉应变均有显著影响,极限拉应力、拉应变总体上随着纤维体积掺量的增大而增大,水胶比对7 d极限拉应变影响显著,粉煤灰掺量对极限拉应力、拉应变的影响较小;水胶比和纤维体积掺量对7 d极限弯拉应力均有显著影响,粉煤灰掺量和纤维体积掺量对28 d极限弯拉应力有显著影响,水胶比和纤维体积掺量对7 d极限跨中挠度影响极其显著,对28 d极限跨中挠度有一定影响;通过综合分析确定了既保证强度又具有高延性的UHTCC的最优配合比。     

PVA纤维增强水泥基复合材料拉伸性能的影响因素研究

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）轴向拉伸试验,研究了水胶比、PVA纤维掺量、砂的种类和级配对PVA-ECC拉伸性能的影响,并利用扫描电镜（SEM）分析了砂种类和级配的影响机理。结果表明：当水胶比在0.28～0.34范围内时,PVA-ECC的极限拉应变随水胶比的增大而降低,当水胶比由0.28增至0.32时,PVAECC的极限拉应变仍大于3.0%,而当水胶比达到0.34时,PVA-ECC的极限拉应变小于3.0%;随着PVA纤维掺量的增加,PVA-ECC的极限抗拉强度增大,但极限拉应变呈先减小后增大的趋势;砂的种类和级配对PVA-ECC的拉伸性能有影响,选择粒径为0.075～0.150 mm的石英砂作为PVA-ECC的细骨料对PVA-ECC的拉伸性能最有利。     

工程水泥基复合材料受压性能及应力-应变关系研究

通过对5组工程水泥基复合材料(ECC)棱柱体试件及1组水泥砂浆基体试件进行单轴受压试验,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、水胶比对ECC棱柱体抗压性能的影响规律以及ECC受压应力-应变全曲线特性。试验结果表明:PVA纤维体积掺量的变化对ECC棱柱体抗压强度影响不大; ECC棱柱体抗压强度随着水胶比降低而增大; ECC棱柱体弹性模量随其抗压强度提高而逐渐增大; PVA纤维体积掺量、水胶比对ECC棱柱体泊松比影响不大,且试验得到ECC棱柱体泊松比平均值为0. 27。根据对ECC受压应力-应变试验全曲线进行特征分析,提出ECC轴心受压应力-应变关系模型,并将模型与试验结果对比,验证该模型的准确性。     

延性纤维增强混凝土单轴拉伸性能试验研究

选用5种不同的PVA纤维配制延性纤维增强混凝土,对其进行单轴拉伸性能试验,测得材料的立方体抗压强度、密度和拉伸应力-应变全曲线。通过试验对比分析发现,掺加不同PVA纤维的延性纤维增强混凝土的拉伸应力-应变曲线均具有一定的应变硬化特性;不同PVA纤维性能对初裂应力-应变、峰值应力-应变、极限拉应变和抗压强度都有明显的影响;同一种纤维配制的延性纤维增强混凝土随着水胶比增大,其立方体抗压强度均有明显降低,并且密度降低;水胶比对延性纤维增强混凝土的立方体抗压强度、应力-应变影响较大,在满足抗拉强度和韧性的前提下应采用较低的水胶比,这也有助于提高纤维的分散性,但同时较低的水胶比将使其和易性变差。     

高延性水泥基复合材料抗压强度尺寸效应的正交试验研究

高延性水泥基复合材料(ECC)具有准应变硬化和多裂缝开展的性能,能够明显改善混凝土结构的抗震性能和耐久性。通过对32组192个试件进行抗压强度正交试验,研究ECC材料的立方体受压破坏过程,研究水胶比、纤维掺量、粉煤灰掺量和砂胶比4种因素对ECC立方体抗压强度尺寸效应的影响。试验结果表明:聚乙烯醇PVA纤维掺量增大,ECC抗压韧性明显提高;水胶比和纤维掺量是影响ECC抗压强度和尺寸效应的主要因素;水胶比增大,ECC抗压强度降低,尺寸效应系数增大;纤维掺量增大,试块抗压强度增大,尺寸效应系数增大。抗折试验表明,随着纤维掺量的增加,ECC材料的抗折强度显著提高。     

纤维增韧水泥基复合材料的弯曲性能试验研究

对多种配合比的纤维增韧水泥基复合材料(ECC)进行了薄板四点弯曲试验,并对试验所测得的荷载-挠度曲线进行了弯曲性能指数的计算,定量分析了各种因素对于材料弯曲性能的影响,结果表明:粉煤灰比率(F～C)的增加将提高材料的弯曲性能,但会降低其抗弯强度,其含量宜在0.45～0.55;水胶比(W/B)对弯曲性能影响较为敏感,W/B≤0.36时,增加水胶比将有效提高材料弯曲能力,W/B＞0.36时,水胶比的增加将导致材料弯曲能力的骤降,合适的W/B宜在0.26～0.36;适量地增加砂胶比和矿渣含量有益于材料弯曲性能的提高,过量矿渣将产生负面影响.此外,纤维的种类及其体积含量也是材料弯曲性能的重要影响因素,材料发生位移硬化的临界PVA纤维体积含量为1％.     

掺玻璃纤维粉煤灰煤矸石骨料混凝土强度与抗裂性能试验研究

为了探究水胶比、粉煤灰掺量、煤矸石掺量和玻璃纤维掺量对混凝土抗压、劈裂抗拉和抗裂性能的影响,设计了四因素四水平正交试验。分析结果表明:各因素对混凝土抗压强度影响程度为水胶比煤矸石体积比例粉煤灰质量浓度纤维质量浓度,粉煤灰掺量20%、纤维掺量0.1%时混凝土抗压强度达到最佳;各因素对混凝土劈裂抗拉强度影响程度为水胶比纤维质量浓度粉煤灰质量浓度煤矸石体积比例,粉煤灰掺量20%、纤维掺量0.2%时混凝土劈裂抗拉强度达到最佳;各因素对混凝土抗裂性能影响程度为纤维质量浓度水胶比粉煤灰质量浓度煤矸石体积比例,粉煤灰掺量30%、纤维掺量0.3%、煤矸石掺量15%时混凝土抗裂性能达到最佳。     

矿物掺合料及龄期对PE-ECC拉伸性能影响的试验研究

为研究超高韧性水泥基复合材料(ECC)的拉伸性能,采用乌鲁木齐地区常用原材料制备PE-ECC试件,对8组PE-ECC试件进行单轴拉伸试验,以探讨龄期(7、28、60 d)、粉煤灰和矿粉掺量(30%、40%、50%、60%)对PE-ECC拉伸性能的影响。结果表明:采用PE纤维,配合乌鲁木齐当地矿物掺合料,可以制备出拥有较好拉伸性能,且满足工程需要的具有应变硬化特征的ECC材料;随着矿物掺合料掺量的增加,PE-ECC试件的拉伸性能没有明显的变化趋势;随着龄期的增加,单掺粉煤灰和单掺矿粉试件的抗拉强度都呈现上升的趋势。     

PVA-ECC的弯曲韧性方板法试验研究

主要研究了PVA纤维体积掺量对纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)弯曲韧性的影响,对PVC纤维体积掺量分别为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的PVA-ECC试件的抗压强度和方板法弯曲性能等进行试验研究,分析了PVA纤维在ECC中的作用机理,并对PVA-ECC方板进行能量评价。结果表明:PVA纤维体积掺量的改变对ECC材料的抗压强度影响甚微,PVA纤维体积掺量的增加对方板法弯曲韧性试验中ECC试件的初裂荷载影响不大,但峰值荷载有明显的提高,跨中挠度增加明显且裂缝宽度减小;PVA-ECC方板弯曲韧性随PVA纤维体积掺量增大而提高且体积掺量为2.0%时增韧的效果最佳。     

PVA ECC劈裂抗拉强度与变形性能试验研究

以劈裂抗拉强度和变形性能为主要评价指标,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数及水胶比对工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)劈裂全程荷载-变形曲线与劈裂抗拉强度的影响规律.结果表明:PVA纤维体积分数达到1.5%后,纤维的增强阻裂作用较为明显,横跨裂缝的PVA纤维可通过"桥接"作用继续承担和传递拉力,使PVA-ECC试件在劈裂拉伸荷载作用下具有明显的变形强化特性,且其峰值抗拉强度和峰值变形明显增大,延性得到显著改善;水胶比越大,试件在劈裂裂缝处的PVA纤维越易拔出,其峰值变形明显增大,试件破坏时具有明显的塑性特征.基于测得的材料抗拉强度,分析了2种垫条方式下所测试件劈裂抗拉强度之间的关系及其与轴心抗拉强度的关系.     

高延性偏高岭土-粉煤灰基地聚合物的制备及拉伸性能

在水玻璃和氢氧化钠配制而成的碱激发剂作用下,以粉煤灰为主要原材料,偏高岭土为辅助材料,共同制备了高延性偏高岭土-粉煤灰基地聚合物(MFA-EGC),并研究了其单轴拉伸性能.结果表明:MFA-EGC试件经单轴拉伸后具有良好的多缝开裂特性,裂缝分布均匀,裂缝间距为2～5mm,残余裂缝平均宽度约为25μm;最优配比试件3,7,28d抗拉强度分别为3.2,3.7,3.8MPa,极限拉伸应变可高达6.8%,6.4%,5.2%,初裂强度分别为1.4,1.5,1.9MPa;3种因素对MFA-EGC试件抗拉性能的影响程度依次为养护温度偏高岭土掺量PVA纤维掺量.通过三点弯曲和单裂缝拉伸试验计算出的MFA-EGC应变硬化性能(PSH)指数与由单轴拉伸试验得到的极限拉伸应变变化趋势相吻合,由此很好地解释了这一材料的高延性机理.     

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金（SMA）/聚乙烯醇（PVA）混杂纤维增强水泥基复合材料（SMA/PVA-ECC）的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明：SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料（ECC）试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.     

考虑多参数影响的水泥基复合材料单轴抗压性能试验研究

考虑聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维含量、水胶比、砂胶比、尺寸效应、形状效应等参数的影响,对10组工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)试件进行单轴抗压试验,探究了各参数对ECC单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变关系及抗压韧性的影响规律。结果表明:PVA纤维的掺量对ECC单轴抗压强度和弹性模量影响较小,但ECC较水泥砂浆基体的泊松比有所增加,试验得到的ECC泊松比平均值为0.26;且随着PVA掺量的提高,ECC的抗压韧性明显提高。ECC的单轴抗压强度随水胶比的减小而线性增加,但水胶比过小时会降低ECC的抗压韧性。ECC抗压试验得出合理的砂胶比为0.17;增大试件的尺寸对ECC单轴抗压强度影响较小,但可能降低其韧性;ECC棱柱体单轴抗压强度和韧性均明显低于其立方体单轴抗压强度。     

高韧性纤维混凝土受弯性能试验研究

利用正交试验分析方法,以粉煤灰掺量比、水胶比和聚乙烯醇(PVA)纤维掺量为变量因素,设计了9组共27个高韧性纤维混凝土试件,以四点弯曲试验方法测试材料的弯曲性能。对比分析了不同配比下材料的裂缝发展模式及弯曲荷载-挠度曲线的韧性性能。试验结果表明四点弯曲试验能够较好地反映材料变形能力;纤维的加入改变了基体的失效模式,提高了材料的弯曲性能;考察的3个变量因素对高韧性纤维混凝土极限强度和弯曲韧性的影响规律基本相同,其主次顺序为:PVA纤维掺量、粉煤灰掺量比、水胶比;当粉煤灰掺量比在1.2,PVA纤维掺量在2%,水胶比不高于0.27时,材料表现出较好的弯曲韧性。最后结合扫描电镜结果,对高韧性纤维混凝土中纤维的分布、截面性质做出了分析与讨论。