现代混凝土增韧防裂原理及应用

从水泥基体和增强纤维两个方面综述混凝土增韧防裂的原理,分析增韧防裂技术的影响因素和作用效果,介绍了典型应用工程。从分子、微观和细观三个层次,阐述了纳米材料、有机高分子材料和聚合物对水泥基体增韧的作用机制。从纤维 基体界面作用力、裂缝形成和非稳态扩展抑制等方面,论述纤维种类和特性对混凝土硬化前后阶段增韧防裂的作用规律。基体增韧与纤维增韧相结合,能够提高混凝土的抗拉强度、拉伸应变和断裂能,并有效降低裂缝宽度,抑制裂缝扩展。     

纤维混凝土界面应力增强机理分析

纤维对混凝土的增强效果主要取决于纤维-混凝土基体的界面粘结性能.从两相复合材料的界面性能入手,分析了纤维混凝土中纤维与基体混凝土之间界面应力的形成机理,根据剪切滑移模型分析了纤维与混凝土基体之间界面的应力传递,推导出了纤维与基体间的受拉应力和剪应力的传递模型,比较并给出了纤维混凝土应力四周的应力场的分布形态,分析了纤维增强混凝土的力学效果,并采用有限元方法验证了该模型的可靠性,从细观界面力学的角度分析了纤维对混凝土基体的增强机理.     

波纹型钢纤维-混杂纤维混凝土界面黏结性能

考虑钢-聚丙烯混杂纤维体积分数、波纹型钢纤维埋置深度和混凝土基体强度等因素,设计制作了21组混杂纤维混凝土拉拔试件,通过拉拔试验研究了波纹型钢纤维与混杂纤维混凝土基体的界面黏结性能.基于实测的钢纤维拉拔力-滑移曲线,分析了上述因素对波纹型钢纤维最大黏结力和拉拔功的影响规律,阐明了界面黏结机理.结果表明:当波纹型钢纤维体积分数为1.50%、聚丙烯纤维体积分数为0.05%时,界面黏结性能最佳;界面黏结力随着基体强度的提高而提高;增大钢纤维的埋置深度,界面黏结强度提高,但当埋置深度大于8mm时,界面黏结强度随着埋置深度的增加而减小.     

粗合成纤维混凝土力学性能及纤维-混凝土界面粘结行为研究

对3种粗合成纤维增强混凝土的抗压、抗弯强度进行研究并绘制了荷载-挠度曲线,采用日本JSCE方法计算纤维混凝土的抗弯韧性和抗弯韧性系数。通过拔出试验对纤维与混凝土基体的界面粘结性能进行研究,绘制拔出荷载-位移曲线,并对粗合成纤维增强混凝土的机理进行分析。结果表明,此类纤维与基体的界面粘结性能优异,对混凝土有明显的增强、增韧效果。     

高强钢绞线与纤维增强聚合物砂浆粘结滑移性能研究

高强钢绞线-纤维增强水泥基材料作为新型建筑加固修复材料，依靠其内部各组分材料的有效粘结应力，起到加固修复、阻裂增韧的效果。为理清高强钢铰线与纤维增强聚合物之间的粘结滑移机理，共设计55个轴心拉拔试件。得出试件的拉拔力-位移曲线并计算钢绞线与纤维水泥基材料界面粘结强度，分析多种短切纤维、不同基体强度、不同锚固长度等对加固材料粘结能力的影响。结果表明：锚固界面以剪切破坏为主；掺入纤维会削弱基体与钢绞线间的界面机械咬合力，钢纤维可增强基体与钢绞线滑移后的界面摩擦力，使拉拔力下降幅度较小，为15%～35%。     

纤维织物与混凝土基体界面粘结性能分析研究

在试验研究的基础上分析了纤维织物与混凝土基体界面粘结性能。探讨了纤维织物与混凝土基体界面粘结性能测试方法,通过试验研究分析了影响纤维织物与混凝土基体界面粘结性能的因素。试验表明,对纤维织物浸渍环氧树脂、表面粘砂及施加预应力,会明显改善纤维织物与混凝土基体的界面粘结性能。并对纤维织物与混凝土基体界面的粘结锚固机理进行了理论分析。     

温度对尼龙纤维-橡胶复合材料界面特性的影响

采用单纤维拔出的方法,研究了不同温度下尼龙纤维-橡胶复合材料的界面特性. 对尼龙纤维拔出荷载-位移曲线和拔出尼龙纤维表面SEM照片进行的分析表明：低温（40℃）时的尼龙纤维-橡胶界面破坏属粘结破坏;中等温度（80℃）时,界面破坏属以尼龙纤维和橡胶脱粘为主、且伴有橡胶基体破坏的混合破坏;而在较高温度范围（120～160℃）内,界面破坏则完全表现为橡胶基体的破坏.同时,通过计算分析了不同温度下尼龙纤维-橡胶复合材料界面粘附剪切力和界面破坏能的变化.     

纤维与混凝土粘结的界面力学性能研究

纤维与混凝土之间的粘结直接影响纤维对混凝土的增强、增韧和阻裂效果。分析纤维与混凝土界面破坏的过程,提出几种简化的粘结—滑移模型,采用弹簧粘结单元模拟纤维与混凝土之间的粘结—滑移过程,讨论模型参数的确定方法,将模型的计算结果与试验结果进行对比,检验简化模型的合理性。     

纤维混凝土增强机理的界面力学分析

纤维混凝土是一种利用纤维材料增强混凝土性能的复合材料.纤维对混凝土的增强效果主要起决于纤维-混凝土基体的界面粘结性能.利用复合材料的剪滞理论对纤维混凝土的纤维-混凝土基体的界面力学传递进行分析,得出了纤维承受拉应力和剪应力的表达式,并分析了纤维对混凝土的增强效果.     

纤维桥接裂缝过程与分布对水泥基材料弯曲性能影响

对3类不同粉煤灰掺量下形成的聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基材料,通过三点弯曲试验测试,研究了PVA纤维水泥基材料的弯曲性能;通过对PVA纤维水泥基材料断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜影像分析,研究了PVA纤维-(水泥)基体界面微观结构,揭示了PVA纤维桥接裂缝过程;通过PVA纤维水泥基材料样本抛光表面的荧光影像,量化测定了PVA纤维在基体中的分布.结果表明:掺入粉煤灰后PVA纤维对水泥基材料增强增韧作用增加,高掺量下效果更显著;掺入粉煤灰后裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,随着裂缝的扩展,PVA纤维由短距离滑动转变为长距离滑动,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加;掺入粉煤灰后基体结构更加均匀,PVA纤维分布系数增大,PVA纤维对水泥基材料的增强增韧作用提高.     

黏结树脂对复材-混凝土界面疲劳性能影响的试验研究

采用不同种类的黏结树脂制作复材-混凝土双面剪切试件,保持混凝土强度、复材粘贴层数和黏结长度等参数不变,仅将黏结树脂种类作为变化参数,进行疲劳荷载下复材-混凝土界面性能试验。比较疲劳荷载下试件破坏模式、荷载-滑移、复材应变分布、界面黏结-滑移关系等受力指标,分析黏结树脂性能对复材-混凝土界面疲劳受力行为的影响。试验结果表明,在同等疲劳荷载水平下,相比其他树脂,采用柔软树脂的试件平均疲劳寿命相对更高,界面黏结强度、刚度、界面断裂能更大、延性更好;通过液体橡胶对普通树脂进行增韧改性,能够有效改善界面的疲劳受力性能,提高疲劳寿命。     

粉煤灰对聚乙烯醇纤维水泥基材料弯曲性能与微观结构影响

采用3点弯曲试验,结合宏观裂缝形态与PVA纤维桥接状态,研究了不同粉煤灰掺量下聚乙烯醇纤维水泥基材料(PVA-ECC)的弯曲性能;通过分析试件断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜形貌,研究了不同粉煤灰掺量下PVA纤维-基体界面微观结构特征。结果表明:不同粉煤灰掺量下PVA纤维对水泥基材料的增强增韧效果不同,高掺量下增强增韧的效果显著;随粉煤灰掺量增加,基体结构特征更均匀,裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,桥接裂缝的PVA纤维状态由少量纤维短距离滑动拔出转变为大量纤维长距离滑动拔出,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加。     

钢聚丙烯混杂纤维自密实轻骨料混凝土性能

采用钢纤维和聚丙烯纤维对自密实轻骨料混凝土进行改性,完成了 1组无纤维自密实轻骨料混凝土及4组钢-聚丙烯混杂纤维自密实轻骨料混凝土的工作性能、力学性能及微观结构的试验研究,从宏观与微观2个尺度系统分析了钢-聚丙烯混杂纤维的增强增韧机理.结果表明:5组自密实轻骨料混凝土均具有良好的流动性、黏聚性和间隙通过性,可满足自密实混凝土工作性要求;钢纤维与聚丙烯纤维可在不同结构层次和受荷阶段发挥阻裂作用,产生正协同效应,显著提高自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度;骨料-基体界面区的密实度随养护龄期延长而明显提高,而纤维与基体间存在微细孔隙,界面区结构较为松散.     

形状记忆合金纤维与高延性水泥基复合材料基体的界面粘结性能的影响

针对形状记忆合金（SMA）纤维端部形式、直径、深径比（粘结长度/纤维直径）3个因素设计制作了5组试件，通过位移控制加载进行拉拔试验，分析了破坏形态、拉拔应力-应变曲线、平均粘结强度以及纤维利用率等性能，并比较了各因素对其与高延性水泥基复合材料（ECC）粘结力学性能的影响。基于试验结果，对SMA纤维在ECC中的破坏模式和粘结-滑移机理进行分析。结果表明，SMA纤维拉拔应力-位移曲线分为弹性阶段、脱粘阶段、马氏体相变阶段以及马氏体硬化阶段，直型端部SMA纤维直径和深径比的增大均会降低界面间粘结力，而N型端部SMA纤维端部锚固力能够有效改善界面间粘结性能和提高纤维利用率。     

预应力碳纤维编织网与混凝土界面粘结性能研究

为研究纤维编织网与混凝土基体界面粘结性能,配制了与纤维编织网性能相适应的高性能混凝土,并采用德国斯图加特大学提出的拉拔试验方法,对纤维编织网增强混凝土薄板中纤维束与混凝土进行粘结性能试验,试验表明,对纤维编织网浸胶和对纤维束施加预应力后,能明显改善混凝土与纤维编织网之间的界面粘结性能,同时根据试验结果,提出了简化的粘结滑移三线段本构模型。     

FRP片材加固混凝土结构黏结界面损伤分析

FRP(纤维增强复合材料)片材与混凝土界面的黏结性能是黏贴FRP片材加同混凝土结构中的关键问题.从损伤力学的角度出发,定义了FRP片材加固混凝土结构黏结滑移中的损伤变量,建立了界面黏结滑移的损伤模型,推导了损伤-滑移本构方程,分析了FRP加固混凝土结构黏结滑移破坏的损伤机理.     

钢纤维自密实高性能混凝土抗剪韧性的试验研究

钢纤维自密实高性能混凝土是具有高工作度和高韧性的结构材料。抗剪强度和剪切韧性是梁、板、柱等构件受力分析的重要参数。本文参照国际上先进的试验方法,采用改进的单面直接剪切试验的方法,研究了钢纤维自密实高性能混凝土的剪力-剪切滑移全曲线,分析了受剪试件抗剪强度和初裂剪切滑移值以及混凝土受剪状态下的变形能,并以此为基础计算等效抗剪强度。研究结果表明,钢纤维可改善混凝土基体的抗剪强度,显著提高基体的剪切韧性;随着纤维掺量增加,钢纤维对自密实高性能混凝土的增强增韧效果也相应增加;改进的单面直接剪切试验方法和建议的剪切韧性评价方法适合于钢纤维混凝土抗剪强度和剪切韧性研究。     

钢纤维增强混凝土的界面研究

本文主要研究钢纤维增强混凝土的界面特征。文章就基体中掺入不同类型、不同掺量的聚合物和减水剂,及改变水灰比,对改善界面结构,增强界面过渡层及其最薄弱点,提高界面粘结强度和刚度纤维拔出时所做的功和界面裂缝前沿临界能量释放率等,进行了分析和研究。研究结果表明,改变界面组成与结构,促使钢纤维与混凝土结成一体,是提高这类材料增强增韧效率的有效技术途径。     

纤维增韧高强轻骨料混凝土力学性能与微观结构

采用碎石型高强页岩陶粒制备了不同纤维类型和体积分数的LC60级纤维增韧高强轻骨料混凝土,研究了其力学性能,并从微观尺度揭示了纤维增韧机理.结果表明:高强轻骨料混凝土界面的黏结性能优于普通混凝土;纤维能够有效阻止高强轻骨料混凝土裂缝的发展,还可适当提高其抗压强度,并明显提高其抗折强度和劈裂抗拉强度,起到增强增韧的作用;钢纤维与水泥浆体的黏结性能良好,碳纤维可在高强轻骨料混凝土中均匀分散且与水泥浆体的黏结性能良好;相同体积分数下,碳纤维的增韧作用优于钢纤维.     

考虑界面滑移的钢-混凝土组合梁的新解法

本文利用Goodman弹性夹层假设,可以考虑各种连接情况,通过引入轴向变形转角位移函数,推导了钢-混凝土组合梁在弹性范围内以挠度表达的平衡微分方程,得出了方程的通解和考虑界面滑移的挠度和轴向变形转角位移表达式,进而求出简支组合梁在集中和均布荷载作用下的内力和界面约束弯矩,以及混凝土板和钢梁截面内力和界面滑移量.