生态型RPC材料的力学性能及微观机理研究

用超细工业废渣取代60%的水泥,用普通黄砂取代磨细石英砂制备生态型RPC材料.生态型RPC材料的各项静态力学性能达到国际上RPC200的水平,抗压强度、抗弯强度和断裂能分别为200MPa、60MPa和30 kJ/m2.生态RPC具有优异的动态力学性能,极限应力随着应变率的提高而提高.钢纤维的加入提高了材料的韧性,大大减少了材料在冲击荷载下的破坏程度.通过X射线衍射和环境扫描电镜观测从基体和纤维2个角度揭示了生态RPC材料超高性能的微观机理.     

生态型活性粉末混凝土单轴压缩力学性能

对不同钢纤维体积率的生态型活性粉末混凝土 (ECO RPC)进行了系统的准静态两种应变率单轴压缩试验 ,试验结果表明 :超细钢纤维的加入 ,不仅进一步提高了ECO RPC的强度 ,而且还显著地提高其韧性和阻裂能力 ,使ECO RPC破坏形态从脆性改变到假塑性 ,弹性模量和泊松比也分别相应有所微增与微减 ;随着应变率增大 ,相同配合比ECO RPC的应力 -应变全曲线形状保持很好的相似性 ,强度提高 ,韧性下降 ,ECO RPC基体韧度的下降程度大于掺钢纤维的ECO RPC。     

PVA-ECC动态压缩性能研究

用杆径为50mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验研究了不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数和不同基体强度的高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)在3种应变率下的动态压缩性能.结果表明:PVA纤维可有效改善PVA-ECC试件的冲击破坏程度,且体积分数越大,试件冲击破坏时的整体性越好;PVA-ECC的动态峰值应力、峰值应变和韧性均随应变率增加而明显提高,表现出较强的应变率效应;PVA纤维体积分数对PVA-ECC动态压缩性能影响明显,尤其对PVA-ECC峰后韧性的影响最为显著,但对PVA-ECC抗压强度应变率敏感性的影响较小;较高基体强度PVA-ECC具有较大的动态峰值应力,但动态峰值应变提高不明显,且其峰后韧性明显降低,不同基体强度对PVA-ECC抗压强度应变率敏感性的影响也不太显著.     

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能研究

为了研究玄武岩纤维混凝土(Basalt fiber reinforced concrete,BFRC)的动态力学性能,采用直径100 mm的分离式霍普金森压杆(Split hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,对纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、和0.3%的BFRC进行了动态试验,得到材料的应力应变曲线和试验数据,对试验结果进行了研究。结果表明,BFRC具有良好的动态力学性能,应变率和纤维掺量是影响BFRC动态力学性能的重要因素;BFRC的动态压缩强度和韧性显示出应变率硬化效应,当纤维掺量为0.1%时,动态压缩强度的应变率敏感性相对较强,动态压缩强度和韧性相对较高;BFRC的动态强度增长因子与应变率对数之间具有近似线性函数关系,峰值应变与应变率对数之间具有近似二次多项式函数关系。     

钢纤维对RPC材料增韧效果影响的研究

采用多元工业废渣复合技术，成功制备了三个配比的新型环保节能型活性粉末混凝土（RPC）；研究了不同纤维品种，不同纤维体积率对RPC的增强，增韧和阻裂效应；揭示了纤维体积率与RPC抗折强度的线性关系；提出了参数IG，并用作评价RPC的韧性及安全性的指标；研究了IG与纤维品种，纤维体积良Vf,RPC混合料的和易性之间的内在关系。     

高温后活性粉末混凝土SHPB试验研究

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)系统,采用铅片作为整形器,分别对常温下及400,600,800℃高温过火后的活性粉末混凝土(RPC)试样进行单轴冲击压缩试验,研究应变率及温度对RPC材料动态力学性能及变形破坏特性的影响规律.结果表明:常温下及高温过火后,RPC材料的动态抗压强度、破碎程度及吸收能量均具有明显的应变率效应,而峰值应变、初始弹性模量及能量吸收率的应变率相关性较弱,且温度对应变率效应没有明显影响;高温过火后,不同应变率下RPC材料的动态抗压强度、初始弹性模量及能量吸收率均有所降低,而峰值应变增大.     

混掺纤维RPC增韧特性试验研究

采用钢纤维与粗聚烯烃纤维或细聚乙烯醇纤维混掺技术,制备了新型超高强度活性粉末混凝土(RPC),以改善RPC的韧性及脆性;由弯曲试验测其荷载-位移曲线,分析了纤维品种、掺量变化对新型RPC韧性的影响规律,并对比了在胶凝材料中添加超细水泥或硅灰所制备的RPC的韧性.结果表明:混掺纤维RPC的荷载-位移曲线具有二次硬化特征;混掺纤维RPC的韧性指标明显高于单掺钢纤维RPC,以1%钢纤维体积分数与9kg/m3粗聚烯烃纤维混掺所制备的超细水泥RPC韧性指标T(7)比单掺钢纤维时提高70%;从经济性看,以1%钢纤维体积分数与粗聚烯烃纤维或细聚乙烯醇纤维混掺对RPC增韧效果更优;当钢纤维体积分数为2%时,细聚乙烯醇纤维掺量不宜高于9kg/m3;超细水泥RPC韧性优于硅灰RPC试件.     

圆柱形玄武岩纤维增强混凝土试件力学性能的试验研究

玄武岩纤维是一种目前被广泛研究应用的新型纤维增强材料。本文采用超细短切玄武岩纤维制作了圆柱形玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)试件,并开展了不同加载速率的压缩实验。实验表明超细短切玄武岩纤维对提高混凝土的强度效果不明显,但能够增加混凝土材料的极限变形,并改变混凝土的破坏形态。另外,实验表明试件的极限荷载和极限变形均随着加载速率的提高而增大,说明材料在低应变率下也具有较为明显的应变率效应。     

氧化铝空心球及玄武岩纤维对混凝土动力特性的影响

以氧化铝空心球为轻集料,玄武岩纤维为纤维增强材料制备轻质混凝土,利用直径100 mm的分离式霍普金森压杆试验系统,研究了不同应变率下素混凝土、玄武岩纤维混凝土、氧化铝空心球混凝土以及玄武岩纤维-氧化铝空心球复合混凝土的动态力学性能。结果表明:随着应变率的提高,四种试件的动压强度、动压韧性、动压比韧性及破坏程度均不断增大,表现出显著的应变率相关性;掺入氧化铝空心球使得试件破坏程度增大,动压强度及动压韧性减小,动压比韧性提高;掺入玄武岩纤维可以有效降低试件的破坏程度,并对试件具有明显的强韧化效果;通过复掺氧化铝空心球及玄武岩纤维,可以制备得到具有良好吸能特性的轻质混凝土。     

橡胶混凝土的冲击压缩试验研究

采用分离式霍普金森压杆装置对橡胶颗粒体积分数为0%～20%的橡胶混凝土进行多应变率动态力学性能试验研究,得到同一类试件在4种应变率下的应力-应变曲线.结果表明,橡胶混凝土是应变率敏感材料,其峰值应力、极限应变表现出显著的应变率强化效应.对于同一橡胶颗粒掺量,橡胶混凝土的增强效应随着应变率的增大而增强.对于同一应变率水平,橡胶混凝土的变形能力随橡胶掺量的增加而增强.从破坏形态来看,橡胶混凝土的抗冲击性能明显优于普通混凝土.     

基体强度对水泥基复合材料纤维混杂效应的影响

混杂纤维对提高砂浆和混凝土等水泥基复合材料的强度和韧性存在一定的混杂效应.通过试验研究了基体强度对纤维混杂效应的影响.结果表明,基体的强度越高则混杂纤维的增强混杂效应越小,而纤维的增韧混杂效应基本不受基体强度的影响.基于细观断裂力学和层次结构的观点探讨了基体强度对纤维混杂效应的影响机理,为利用混杂效应强化、韧化水泥基复合材料提供理论和试验依据.     

混杂粗纤维增强混凝土力学特性试验研究

选用低弹粗合成纤维、高弹钢纤维,以总体积掺率为1．5％的二元混杂纤维增强混凝土,系统研究了其弯曲韧性、抗弯冲击及断裂性能;用数理统计方法对抗弯冲击强度进行了分析;基于美国ASTM及日本JSCE方法,提出了适合评价粗纤维混凝土弯曲韧性的新方法。试验结果充分体现了粗合成纤维与钢纤维良好的协同效应;纤维混杂比例影响混杂纤维混凝土的性能,当粗合成纤维与钢纤维以体积掺率分别为1．0％、0．5％混杂时,纤维混凝土的各项力学性能达到优化,相对剩余强度、冲击延性指标、断裂韧度约分别达到79．6%、7．4、1．2。     

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。     

芳纶纤维增强复合材料约束混凝土的动态压缩韧性试验研究

采用φ100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对芳纶纤维增强复合材料(AFRP)约束混凝土动态压缩韧性进行试验研究,选用峰值应变法与特征点法相结合的综合评价体系进行分析。结果表明,不同基体强度的AFRP约束混凝土动态压缩韧度随着应变率的增加而增大;AFRP的约束作用可以提高混凝土的动态峰值应变,明显改善混凝土的动态压缩韧性,提高混凝土的抗冲击性能。     

珊瑚骨料混凝土动态压缩性能的试验研究

为探究珊瑚骨料混凝土在冲击荷载下的动态力学响应,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,建立了珊瑚骨料混凝土的动态应力-应变关系曲线,讨论了以珊瑚礁、砂为粗细骨料的混凝土动态强度增长因子、能耗密度、破损形态与应变率的关系,并与同强度等级的普通砂石混凝土进行对比分析.结果表明:珊瑚骨料混凝土的动态强度增长因子对应变率表现出更强的敏感性;2类混凝土的动态强度增长因子与应变率均呈对数函数关系,能耗密度与应变率呈线性关系;相同应变率条件下,珊瑚骨料混凝土由于骨料自身强度低、结构疏松且多内孔隙而使其能量吸收能力更强,表现出更好的抗冲击性能,但破碎程度稍大于普通砂石混凝土.     

纳米SiO2和PVA纤维增强水泥基复合材料的断裂性能

通过18组共90根纳米SiO2和聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料预制切口小梁试件的三点弯曲断裂试验,以起裂断裂韧度和断裂能作为评价指标,探讨了纳米SiO2掺量、PVA纤维体积分数及石英砂粒径对水泥基复合材料断裂性能的影响.结果 表明:适量的纳米SiO2和PVA纤维可显著改善试件的断裂性能,在未掺纳米SiO2或纳米SiO2掺量为2.0％条件下,随着PVA纤维体积分数的增加,试件的起裂断裂韧度和断裂能均呈现先增后减趋势,且均在PVA纤维体积分数为1.2％时达到最大值.当纳米SiO2掺量小于1.5％时,试件的断裂性能随着纳米SiO2掺量的增加而提高;当纳米SiO2掺量大于1.5％时,纳米SiO2的掺入对试件的断裂性能有不利影响;随着石英砂粒径的减小,试件的断裂性能逐渐降低.     

基于SHPB试验的纤维增强陶瓷材料抗爆能力的研究

为分析纤维添加量对陶瓷材料抗爆性能的影响,应用霍普金森压杆(SHPB)试验对3组不同纤维含量的陶瓷试样进行了冲击试验,得到了断裂强度及应变率曲线.试验结果表明:添加5%纤维的增韧陶瓷具有更高的断裂强度和更低的应变率,该成分对于改善陶瓷的动态冲击强度和抗爆性能效果最好.     

钢纤维高强混凝土在不同应变率时的单轴受压性能

对不同钢纤维体积率 (Vf)的钢纤维高强混凝土 (SFRHSC)进行了不同应变率下单轴压缩试验 ,试验结果表明 :钢纤维的加入 ,不仅提高了混凝土的强度 ,还显著地提高了其韧性和阻裂能力 ,使其破坏形态从脆性改变到延性 ,并且在一定程度上缓解了试验机刚度不够高而对测试结果的负面影响 ,使试验结果更接近真实。随着应变率增大 ,SFRHSC强度提高 ,但韧性呈现下降趋势 ,且Vf 越大 ,韧性下降幅度越小。弹性模量和泊松比受Vf 和应变率的影响甚微。推荐了适合于SFRHSC应力 应变曲线的数学表达式。     

钢纤维混凝土准静态单轴受压力学性能

采用WAW-2000型微机控制电液伺服万能试验机对钢纤维体积率（Vf）为0％～3％、基体强度为C50的钢纤维混凝土（SFRC）进行了准静态三种应变率单轴压缩试验,测出了基体混凝土和SFRC应力-应变全曲线,试验结果表明：随Vf的增加,SFRC抗压强度仅有小幅度增长,韧性则增长幅度较大;随着应变率增大,SFRC强度提高,韧性呈现下降趋势,但Vf越大,韧性下降幅度越小;SFRC的弹性模量和泊松比均是不敏感的材料参数,随Vf的提高而分别微增与微减;还推荐了适合于SFRC应力-应变曲线的数学表达式。