基于同心环形缝隙流理论的纤维编织网增强混凝土抗渗性能研究

通过对压力水作用下纤维编织网增强混凝土(TRC)的渗透试验和扫描电镜(SEM)试验,探究不同水灰比、纤维单丝含量对TRC试件抗渗性能及内部细观结构的影响。研究表明,自由水在压力作用下沿着混凝土基体与纵向纤维束的界面进行定向迁移,TRC的抗渗性能随水灰比及纤维单丝含量增大而减弱。此外,SEM试验表明,混凝土基体与纤维束的界面存在环形裂隙,裂隙宽度随水灰比及纤维单丝含量增大而增大。基于同心环形缝隙流理论,建立压力水作用下TRC试件渗透率的计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

玄武岩纤维编织网的网格尺寸对混凝土拉伸性能的影响

为研究网格尺寸对玄武岩纤维编织网增强混凝土(BTRC)拉伸性能的影响,进行了不同网格尺寸的4组48个试件的BTRC薄板单轴拉伸试验,分别从宏观和细观尺度分析BTRC薄板的破坏模式。在分析过程中采用ACK模型验证BTRC薄板拉伸的本构关系方程,并通过有限元模拟对结果进行对比验证。结果表明:BTRC薄板在拉伸荷载下呈明显的应变硬化特点;BTRC薄板的破坏模式为典型的脱黏破坏,且网格尺寸越小,纤维编织网与混凝土之间的黏结性能越好,单裂缝开展的细小裂纹越多;玄武岩纤维编织网不会改变混凝土的开裂强度,却能明显地提高其极限抗拉强度;编织网的网格尺寸越小,有效受力纤维束越多,抗拉强度越高。     

冲击荷载作用下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的变形特性

采用φ100mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,研究了不同基体强度的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC)在冲击荷载作用下的变形特性.SHPB结果表明:BFRGC的临界应变具有显著的应变率相关性;随着基体强度的增加,BFRGC在冲击荷载作用下的变形能力降低:当玄武岩纤维的体积掺量为0.2%时,玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的变形能力的改善效果最佳.     

玄武岩纤维再生混凝土抗冻性能及损伤劣化模型

为了研究纤维再生混凝土的抗冻性能,提高寒区再生混凝土结构服役寿命,试验采用等体积再生骨料替代石子制备了5组不同玄武岩纤维掺量的再生混凝土,分别从质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度等方面探讨纤维再生混凝土抗冻性能损伤劣化规律。研究结果表明:冻融初期,再生混凝土质量损失率呈现负增长现象,相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度曲线随冻融循环次数的增加呈下降趋势;玄武岩纤维加入能够减缓再生混凝土冻融破坏,掺量为1.2 kg·m~(-3)时再生混凝土的抗冻性能最优;纤维加入对冻融作用下再生混凝土抗拉强度的作用效果优于抗压强度。建立了基于相对动弹性模量和强度为损伤变量的线性及多项式损伤劣化模型,模型可以准确预测纤维再生混凝土冻融损伤劣化程度。     

高温作用下不同掺量玄武岩纤维混凝土力学性能研究

为了研究高温作用下玄武岩纤维混凝土的力学性能,分析不同温度作用下的混凝土(玄武岩纤维掺量分别为0、0.2%和0.4%)的物理变化,并结合单轴压缩试验,进一步研究高温对混凝土力学性能的影响。结果表明:基准混凝土与玄武岩纤维混凝土随着温度的升高,其烧失量均逐渐增加,玄武岩纤维的掺加对高温作用下混凝土水分消散阻止作用较小;表面所产生裂纹数逐渐增加,基准混凝土所产生的裂纹无论是数量还是长度与宽度均为最大。可见,玄武岩纤维在混凝土高温时所起作用主要为减少混凝土爆裂现象的产生;抗压强度均表现为先升高后降低的趋势,其中相同温度时,玄武岩纤维混凝土强度始终高于基准混凝土,且随着纤维掺量的增加而增加;由于玄武岩纤维具有较好的阻裂效果,因此当试样破坏时,玄武岩纤维混凝土破坏程度小于基准混凝土。玄武岩纤维在高温作用下主要作用为减少爆裂现象对水分蒸发的影响较小。     

生态型高延性水泥基复合材料的高温损伤

为了研究生态型高延性水泥基复合材料(ECO-HDCC)在高温作用后的力学性能及损伤机理,研究了高温作用对混凝土抗压强度和对ECO-HDCC微观形貌和物相组成的影响。结果表明:300℃时ECO-HDCC抗压强度降低不明显;500℃时ECO-HDCC抗压强度损失率为32.6%～58.0%;800℃时ECO-HDCC抗压强度持续降低,损失率为58.9%～77.8%;1 100℃时ECO-HDCC无继续承载能力,损失率最高达92.5%。纤维熔化产生大量孔道和水化产物分解导致基体结构密实性降低,使ECO-HDCC抗压强度降低,也为ECO-HDCC在高温作用下形成的应力提供了释放通道,使ECO-HDCC在1 100℃高温作用下持续180min仍未发生爆裂。     

玄武岩纤维及其增强水泥基复合材料研究进展

玄武岩纤维是一种新型无机绿色环保高性能纤维材料.综述了玄武岩纤维及其玄武岩纤维增强水泥基复合材料(basalt fiber reinforced cement-based composite)国内外最新研究进展,简要介绍了玄武岩纤维国内外研究进展,玄武岩纤维表面处理技术对界面性能的影响以及对提高复合材料整体性能的必要性,并重点介绍了玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能研究和纤维增强机理以及玄武岩纤维水工混凝土及BFRP加固应用.最后对玄武岩纤维增强水泥基复合材料的发展研究方向进行了展望.     

高寒高海拔地区玄武岩纤维沥青混凝土损伤自愈合性能分析

为探究玄武岩纤维沥青混凝土在不同损伤程度及冻融循环、紫外辐射老化作用下的损伤自愈合性能,利用四点弯曲疲劳试验及扫描电子显微镜从宏、微观角度进行分析。通过对比分析试件愈合前后疲劳损伤速率v_D及累计耗散能ECD分别得到相应的愈合系数R_HI,结果表明:玄武岩纤维能提高普通基质沥青混凝土的损伤自愈合性能,其损伤愈合系数最大值为96％;在相同环境因素中,试件的损伤程度与愈合系数成反比;在相同的损伤程度下,冻融循环对试件的愈合性能影响最大,损伤愈合系数下降幅度最高达到4％;利用累计耗散能作为评价指标,可以更精确地表征沥青混凝土的损害自愈合性能。通过扫描电镜图像分析,从微观上解释了玄武岩纤维对于沥青混凝土紫外辐射老化及冻融作用前后自愈合性能的影响机理。     

动态疲劳荷载下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减及机理研究

为了探究动态疲劳荷载作用下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减规律及机理,基于抗渗性优选了玄武岩纤维最佳参数;利用自主研发的加载装置设计了疲劳试验,分析疲劳荷载下电通量的变化规律;研究了荷载作用下微观结构的演化以揭示玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减机理。结果表明:混凝土抗渗性随玄武岩纤维长度和掺量增加呈现先增强后减弱的变化规律,基于抗渗性推荐玄武岩纤维的最佳长度为12 mm,掺量为0.08%(质量分数);随疲劳作用次数和应力比增加,玄武岩纤维混凝土电通量增加幅度低于基准混凝土,其更适合在重载、重交通地区应用;玄武岩纤维细化了混凝土孔结构,无害孔比例增加18.51%,疲劳荷载下混凝土孔径呈扩张趋势,孔分布呈粗化状态;疲劳加载前期混凝土微裂缝主要沿长度方向延伸,而加载后期以宽度扩展为主;玄武岩纤维延缓了混凝土孔结构劣化和微裂缝扩展,从而降低了抗渗性衰减幅度。     

高温后玄武岩纤维混凝土抗压强度与孔隙结构变化规律研究

为了研究高温损伤后不同掺量玄武岩纤维混凝土的孔隙结构和力学性能的变化规律,以及高温后孔隙结构对宏观力学性能的影响。对不同体积掺量(0.5%、1%、1.5%)的玄武岩纤维混凝土进行200～800℃高温处理,运用饱和水法测量其在不同高温后的孔隙率,并对不同高温后的玄武岩纤维混凝土试块进行抗压强度试验。结果表明：随着温度的升高,玄武岩纤维混凝土的孔隙率不断增大,200℃高温作用后孔隙率增长缓慢,超过400℃高温作用后孔隙率则迅速增大;抗压强度先增大后降低,经过200℃高温作用后抗压强度达到峰值,经过800℃高温作用后抗压强度急剧下降。     

Experimental and analytical study of hybrid fiber reinforced concrete prepared with basalt fiber under high temperature

The usage of mineral basalt fibers is a relatively novel and popular topic nowadays due to its abundant availability, low cost, and higher temperature resistance. In addition, the establishment of analytical models is beneficial because the experimental work is more time-consuming and expensive. Therefore, in this study, the inorganic mineral basalt fibers with different length and content in hybrid fiber concrete composite are investigated to assess its suitability at room temperature and under high temperature. In addition, a new analytical model for stress-stain curve of hybrid fiber concrete composite is developed and compared with the models in previous studies. The microstructure examination is also conducted after exposure to high temperature to explore the fiber morphology and interaction with matrix. The substantial improvement was indicated by addition of basalt fiber in hybrid fiber concrete for stress-strain response, peak stress, elastic modulus, peak strain, ultimate stain, toughness, and specific toughness at room temperature and at 850°C. It was revealed that the basalt fiber had demonstrated overall good appropriateness in the hybrid fiber concrete composite for all the compressive properties. Moreover, the proposed analytical model could be useful for prediction of analytical behavior from experimental data under high temperature for the research and design purposes.     

玄武岩纤维混凝土耐高温性能分析

对不同玄武岩纤维体积率混凝土进行室内高温试验,总结与分析了温度和纤维体积率对混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和静弹性模量的影响规律。研究结果表明:玄武岩混凝土的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均在200℃高温出现拐点,200℃高温后玄武岩纤维混凝土的力学性能均出现不同程度的降低;混凝土的力学性能随玄武岩纤维体积率的增大而呈现出先增大后减小的趋势,最优的玄武岩纤维体积率为0.15%;玄武岩再生混凝土的力学性能随再生骨料取代率的增大而减弱,再生骨料取代率不宜大于30%。     

石墨质改性混凝土高温性能的研究

通过热处理后混凝土力学性能及微观结构的变化,研究了石墨、氧化石墨烯复合玄武岩纤维对混凝土高温性能的影响。结果表明:石墨的添加会引起混凝土力学稳定性的降低,而氧化石墨烯则可以大幅度提升混凝土的高温力学稳定性,有效降低了热处理所带来的劣化影响;玄武岩纤维与石墨、氧化石墨烯的复合使用均未形成协同作用效果,反而降低了试样的力学性能。微观分析显示石墨分散在材料体系之中形成了界面缺陷,而氧化石墨烯可以在材料系统中形成紧密连续的交联结构,有效提高了混凝土的高温力学性能。     

纤维矿渣微粉混凝土高温中的劈拉性能

通过高温（200～800℃）劈拉试验,测定124个纤维矿渣微粉混凝土（FRC-GGBFS）试件的劈拉强度和荷载—横向变形曲线,探讨温度、矿渣掺量、钢纤维掺量和聚丙烯纤维掺量对FRC-GGBFS的高温中劈拉强度和变形的影响,并通过不同温度下扫描电镜分析,探讨FRC-GGBFS的高温劣化过程。结果表明：随温度升高,FRC-GGBFS劈拉强度不断劣化,劈拉荷载—横向变形曲线渐趋扁平,韧性显著下降;矿渣微粉掺量为40%时,其对混凝土的高温中劈拉性能的改善最为显著;钢纤维显著提高了FRC-GGBFS的高温中劈拉强度和韧性;聚丙烯纤维能有效防止高温爆裂,其掺量为0.9 kg/m3时对FRC-GGBFS的高温中劈拉性能有明显改善。最后,建立了考虑温度、钢纤维体积率等影响的FRC-GGBFS高温中劈拉强度计算模型。     

粉煤灰对铝酸盐水泥和硅酸盐水泥耐热性能的影响

将粉煤灰作为矿物掺合料分别掺人到铝酸盐水泥和硅酸盐水泥中,通过耐热性能测试、X射线衍射和扫描电子显微镜研究粉煤灰对水泥石在750℃条件下的耐热性能的影响.结果表明:粉煤灰在铝酸盐水泥中没有发生反应,对铝酸盐水泥的耐热性能没有改善作用;粉煤灰对硅酸盐水泥的耐热性能有明显的改善作用,在掺量40％以下,随着粉煤灰掺量的增加,水泥石煅烧后的残余强度增加;综合比较,粉煤灰-硅酸盐水泥体系的耐热性能优于粉煤灰-铝酸盐水泥体系.     

玄武岩纤维掺量对混凝土力学性能的影响

研究了掺入0．05％～0．35％的玄武岩纤维对混凝土的抗压强度,劈裂抗拉强度以及弯曲性能的影响,并采用扫描电镜对纤维在混凝土中的微观作用机理进行了分析。结果表明,当纤维的掺量在0．3％以内时,混凝土3 d、7 d、28 d的抗压、抗拉强度都有不同程度的提高,当掺量超过0．3％时,混凝土28 d的抗压、抗拉强度开始下降,且掺量越大,强度下降的也越多;弯曲试验结果表明,掺入0．05％～0．25％的玄武岩纤维后,混凝土的抗折强度平均提高7．96％,掺量为0．2％时,抗折强度提高17．0％,且掺入玄武岩纤维后,混凝土的应力-应变曲线有了明显的屈服点,混凝土的极限拉伸值增大,弹性模量降低,刚度减小,延性与柔性增加,混凝土的抗裂性增加,使用寿命延长。