玻璃纤维网格布的耐碱性能及其对混凝土板双向受弯性能的影响

为了研究玻璃纤维网格布在混凝土板中的双向受力性能及钢纤维和纤维网格布混杂使用的增强效果,进行了耐碱试验和双向板受弯试验。探究了钢纤维和玻璃纤维网格布混杂替代传统钢筋网的可行性。结果表明,与中碱玻璃纤维相比,耐碱玻璃纤维的耐腐蚀性能更优越;掺入耐碱玻璃纤维网格布后,混凝土板的极限承载力提高了59%;钢纤维和玻璃纤维网格布的混杂使用表现出较好的正混杂效应,混凝土板的极限承载力和弯曲韧性明显提高,板的破坏形态由脆性破坏转变为延性破坏;可考虑用30 kg/m3钢纤维掺量的混杂钢纤维和耐碱玻璃纤维网格布增强混凝土板代替配筋率为0.2%的钢筋混凝土板。      

玄武岩纤维和玻璃纤维的耐碱性及其网格布对混凝土双向板弯曲性能的影响

为了研究玄武岩纤维网格布和玻璃纤维网格布的耐碱腐蚀性及其对混凝土方板双向受弯性能的影响,进行了玄武岩纤维和高锆玻璃纤维的耐碱试验和其网格布增强混凝土双向板的弯曲性能试验。借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,对比分析了不同纤维网格布对混凝土方板的双向增强效应。结果表明,与玄武岩纤维相比,高锆玻璃纤维的耐碱腐蚀性更好。纤维网格布较高的双向受拉性能可改善混凝土双向板的内力和应力重分布能力,玄武岩纤维网格布和高锆玻璃纤维网格布使水泥双向板的受弯承载力分别提高了48%和59%,高锆玻璃纤维的双向增强作用优于玄武岩纤维。      

玄武岩纤维网格布增强混凝土板双向弯曲性能试验

为研究玄武岩纤维网格布增强混凝土(BFT/PC)板的双向弯曲性能，首先进行了耐碱试验，通过碱液处理前后纤维的微观形貌及网格布断裂强力保持率评价了玄武岩纤维网格布的耐碱性能。在此基础上进行了双向板弯曲试验，研究了网格布层数、混凝土保护层厚度和结构型聚丙烯(PP)纤维对BFT/PC板受弯性能的影响。结果表明:玄武岩纤维网格布在NaOH溶液处理28 d后的经向、纬向断裂强力保持率分别为63%和73%，仅次于耐碱玻璃纤维网格布，具有较好的耐碱耐久性能。较小的混凝土保护层厚度可提高BFT/PC板在正常使用极限状态挠度下的残余承载力。增加网格布层数和PP纤维掺量可改善BFT/PC板的内力和应力重分布，提高正常使用极限状态挠度下的残余承载力、极限承载力和弯曲韧性，在BFT/PC板中掺入8 kg/m3 PP纤维，残余承载力、极限承载力和能量吸收值分别提高了1.40倍、0.36倍和5.10倍。本试验将PP纤维和玄武岩纤维网格布作为增强材料应用于混凝土构件的尝试为海工及近海侵蚀环境的基础设施建设提供了新思路。      

纤维/混杂纤维-矿渣地质聚合物复合材料的弯曲强度与弯曲韧性

碱激发矿渣地质聚合物存在脆性大、韧性差、易开裂等缺陷。利用纤维/混杂纤维对矿渣地质聚合物进行改性,以纤维-矿渣地质聚合物复合材料的弯曲强度与弯曲韧性作为考察指标,分析了3种单一纤维及2种混杂纤维对矿渣地质聚合物的增强与增韧效果。研究结果表明,碳纤维增强效果优于钢纤维、玄武岩纤维,钢纤维增韧效果优于碳纤维、玄武岩纤维,而玄武岩纤维增强及增韧效果相对较差;碳纤维与钢纤维混杂,可充分发挥碳纤维的增强效应和钢纤维的增韧效应,适当掺量下混杂纤维较单一纤维具有更好的增强与增韧效果;纤维与浆料的容重差对矿渣地质聚合物硬化体的均质性具有重要影响,碳纤维与钢纤维混杂可显著降低不同加载方向下矿渣地质聚合物弯曲强度与弯曲韧性的离散性。     

碳纤维混杂纤维混凝土抗冲击性能研究

对比美国混凝土学会的混凝土落锤冲击试验装置,自行设计了混凝土落锤弯曲冲击试验装置,进行了不同几何尺寸及弹性模量的碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维混凝土的抗冲击力学性能试验研究。分析比较了不同纤维几何尺寸和弹性模量、种类和掺量对混杂纤维混凝土抗冲击性能的影响和增强机理。本文通过定义混杂效应系数,可定量评价混凝土抗冲击力学性能的正混杂效应。研究表明纤维可以明显提高混凝土的抗冲击强度,其中碳纤维混杂纤维混凝土的提高幅度更为显著。     

混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响

将玄武岩纤维置于混杂铺层的压缩侧,研究了碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能及混杂比对其弯曲性能的影响。通过对试样进行三点弯曲试验得到了材料的弯曲性能,并通过扫描电子显微镜观察材料的失效模式。与纯碳纤维增强环氧树脂基复合材料相比,当混杂比为16.7%和33.3%时,混杂复合材料的弯曲强度明显提升,弯曲强度分别提高12.4%和15.2%,但是其弯曲模量随着混杂比的提升而降低。混杂后的材料及玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的失效位移都高于碳纤维增强环氧树脂基复合材料,断裂韧性明显提升。从侧面观察可以发现不同铺层在压缩侧、拉伸侧和中间层有不同的失效形式。      

钢纤维和微纤维混合增强混凝土的制备和性能研究

采用钢纤维分别与玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维、玻璃微纤维混合制备增强混凝土,研究了钢纤维和微纤维混合对混凝土试样的密度、抗压强度、单轴抗拉性能的影响,并分析了混凝土断裂失效机理。结果表明,微纤维的种类不会影响混凝土材料硬化密度。微纤维的长度可以影响混凝土的抗压强度,经过28 d抗压强度测试,发现掺杂玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维的混凝土抗压强度较基准钢纤维混凝土分别提高了15.4%和14.6%;而掺杂玻璃微纤维的混凝土抗压强度较基准钢纤维混凝土则降低了2.1%。微纤维材料自身的抗拉强度可影响增强混凝土的抗拉性能,掺杂玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维的混凝土抗拉强度和极限拉伸应变均提高了,而掺杂玻璃微纤维的混凝土却降低了。相比聚乙烯醇微纤维和玻璃微纤维,玄武岩微纤维与钢纤维混合增强混凝土的综合性能最优,其断裂过程中,钢纤维失效方式为纤维拔出,玄武岩微纤维失效方式为纤维断裂。     

纤维混杂效应对混凝土复合材料的力学及耐久性能的影响

以研究混杂纤维增强混凝土复合材料的力学性能及耐久性能为出发点,利用碳纤维(CF)、钢纤维(UR)和玻璃纤维(SGF)3种纤维按照不同比例掺入混凝土中,制作了对比试件CF-1和混杂纤维混凝土试件CF-2、CF-3及CF-4。通过弯拉强度试验和弯曲韧性试验,分析了混杂纤维混凝土试件的抗折性能和抗弯性能;通过抗冻试验和抗渗试验,分析了混杂纤维混凝土试件的抗冻性和耐久性。结果表明,纤维种类的增加对混杂纤维混凝土试件的初始弯曲裂纹程度、极限抗折强度和混杂纤维混凝土试件开裂后的强度增长率均有所提升,试件CF-4相比CF-1分别提升了73.58%,157.39%和48.30%。纤维掺量的增加可提升混凝土试件的增韧效果和延性,抑制混凝土试件的初裂和裂缝扩展,提升混凝土材料的抗弯性能和抗折性能,试件CF-4的弯曲韧性系数最大为99.58、挠度最大为30 mm。纤维的掺入可降低混凝土试件在冻融循环过程中的质量损失率,增强混凝土试件的抗冻性能,在前160次冻融循环中,试件CF-3的质量损失率1.5%。混凝土试件的抗渗性能随着纤维的掺入而提高,且3种纤维混杂对混凝土抗渗性能的提高高于单一纤维的掺入,混杂纤维可增强混凝土试件的耐久性。     

纤维自密实混凝土断裂能试验研究

通过14组56根带切口自密实混凝土梁三点弯曲试验,研究不同掺量的钢纤维、聚丙烯腈纤维、钢纤维与聚丙烯腈纤维组成的混杂纤维对自密实混凝土断裂能的影响规律。试验中制作了未掺纤维且强度相近的自密实混凝土伴随试件,用以对比并计算断裂能增益比。结果表明:钢纤维能显著提高自密实混凝土的断裂能,随着钢纤维掺量的增加,其断裂能呈线性增加;聚丙烯腈纤维有利于自密实混凝土断裂能的提高,但影响较小,且非线性增加;在钢纤维体积率不变情况下,聚丙烯腈纤维有利于混杂纤维自密实混凝土断裂能的提高,但也非线性增加。在分析试验结果的基础上,提出了以混凝土抗压强度、骨料最大粒径、纤维影响系数为主要因素的纤维自密实混凝土断裂能计算模型,经过对比表明,计算模型具有良好精度。     

局部高密度钢纤维混凝土弯曲疲劳损伤演变规律

在混凝土弯曲构件底部用高密度钢纤维局部增强称为局部高密度钢纤维混凝土(PHPFRC)与同样纤维掺量的传统钢纤维混凝土(SFRC)比较它可以用相近的价格获得高得多的刚度﹑承载力和抗疲劳断裂性能为了能够预测PHPFRC在循环荷载作用下的疲劳寿命需要确定其疲劳损伤演变规律本文通过试验发现局部高密度钢纤维混凝土的弯曲疲劳损伤表现出韧性材料所具有的性质基本上接近韧性损伤这与素混凝土及传统钢纤维混凝土有本质的不同根据其疲劳特性的实验结果探讨了PHPFRC弯曲疲劳损伤阈值结合损伤理论建立了适合于纤维体积掺量为1.2%的局部高密度钢纤维混凝土试件的弯曲疲劳损伤演变方程     

BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力试验与理论

通过11根玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验,研究了钢纤维混凝土层厚度、钢纤维体积分数和BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯破坏形态及其承载力的影响。结果表明,BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的破坏模式可分为受压破坏、受拉破坏和平衡破坏3种;钢纤维混凝土层厚度和钢纤维体积分数的变化对于BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力具有一定程度的影响,当BFRP筋配筋率为0.77%时,掺加体积分数为1.0%钢纤维的梁受弯承载力较无钢纤维梁提高了22.7%,在受拉区0.57倍截面高度内掺加1.0vol%钢纤维的梁受弯承载力达到全截面钢纤维混凝土梁受弯承载力的86.7%;增大BFRP筋配筋量可显著提高BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力,BFRP筋配筋率为1.65%的试验梁受弯承载力较配筋率为0.56%的试验梁提高了39.4%。针对不同的破坏模式,提出了BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力和平衡配筋率的计算方法,并结合安全配筋率的概念对试验梁的破坏模式进行了预测,试验结果与分析结果吻合良好。     

Response of steel fiber reinforced high strength concrete beams: Experiments and code predictions

The shear-flexure response of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams was investigated.Thirty-six reinforced concrete beams with and without conventional shear reinforcement (stirrups) were tested under a four-point bending configuration to study the effectiveness of steel fibers on shear and flexural strengths, failure mechanisms, crack control, and ductility.The major factors considered were compressive strength (normal strength and high strength concrete up to 100 MPa), shear span-effective depth ratio (a/d = 1.5, 2.5, 3.5), and web reinforcement (none, stirrups and/or steel fibers).The response of RC beams was evaluated based on the results of crack patterns, load at first cracking, ultimate shear capacity, and failure modes.The experimental evidence showed that the addition of steel fibers improves the mechanical response, i.e., flexural and shear strengths and the ductility of the flexural members.Finally, the most recent code-based shear resistance predictions for SFRC beams were considered to discuss their reliability with respect to the experimental findings. The crack pattern predictions are also reviewed based on the major factors that affect the results.     

混合配筋钢纤维增强混凝土梁受弯承载力试验及理论计算

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与普通钢筋混合配筋钢纤维增强混凝土(SF/混凝土)梁的受弯性能及其受弯承载力计算方法,在考虑受拉区混凝土抗拉强度的基础上,给出混合配筋SF/混凝土梁的界限配筋率及受弯承载力计算公式;在此基础上设计制作了三种配筋方式的SF/混凝土梁,重点探讨了混合配筋率及筋材面积比(A_f/A_s)对试验梁失效模式和受弯承载力的影响;同时,借助已有相关试验结果,对比分析了混凝土强度对混合配筋SF/混凝土梁受弯性能的影响。试验和对比分析结果表明:混合配筋SF/混凝土梁正截面应变仍符合平截面假定;相同配筋形式下,混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力和跨中挠度随筋材面积比A_f/A_s的增加而增大;单层配筋梁的受弯承载力比双层配筋梁大;合理提高混凝土强度可在充分发挥GFRP筋抗拉作用的同时进一步提高混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力;采用本文给出的界限配筋率公式能有效预测混合配筋SF/混凝土梁的失效模式;梁受弯承载力建议公式的预测值与试验值吻合较好,具有良好的适用性。      

氯盐环境下纤维编织网增强混凝土拉伸性能

通过拉伸试验研究了氯盐干湿、氯盐冻融循环和常规环境下纤维编织网层数、种类以及氯盐浓度和循环次数等因素对纤维编织网增强混凝土（纤维/混凝土）拉伸性能的影响。结果表明：三种环境下,增加纤维编织网层数均可提高纤维/混凝土的拉伸性能,且碳纤维编织网较玄武岩纤维编织网的增强作用更明显;氯盐浓度、干湿或冻融循环次数对纤维/混凝土拉伸极限荷载影响不明显;常规环境和氯盐干湿循环下,掺入短切聚乙烯醇（PVA）纤维和耐碱玻璃（AR-glass）纤维均可以提高纤维/混凝土的拉伸极限荷载;氯盐冻融循环下,掺入短切PVA纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载未有提高,而掺入短切AR-glass纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载增大。     

CBF/S-157酚醛树脂复合材料的研究

对连续玄武岩纤维(CBF)增强S-157酚醛树脂复合材料进行了研究.考察了树脂含量、纤维单丝直径、纤维股数对CBF/S-157复合材料弯曲性能和烧蚀性能的影响,并借助扫描电镜对其烧蚀表面形貌进行了观察,同时将CBF/S-157复合材料与高硅氧玻璃纤维(简称HSGF)/S-157酚醛树脂复合材料的弯曲性能和烧蚀性能进行了对比.结果表明:树脂含量在30%时,CBF/S-157复合材料弯曲性能和烧蚀性能最佳;CBF/S-157复合材料和HSGF/S-157复合材料的烧蚀性能相近,但前者的弯曲性能明显好于后者.     

纤维网格增强超高韧性水泥复合材料加固混凝土圆柱受压性能试验

为提升纤维增强聚合物复合材料（FRP）在加固材料中的优势和发挥效率,同时克服传统纤维网格增强砂浆的抗裂性差的缺点,将超高韧性水泥基材料（ECC）替代砂浆作为FRP网格无机黏结剂的新型复合材料已被提出,但仍缺乏相关的基础研究。本文以新型聚乙烯型ECC为基材,重点研究FRP grid/ECC加固混凝土柱的加固机制。以标准混凝土圆柱为试验对象,采用新型ECC材料为基材的FRP grid/ECC复合材料,以不同强度素混凝土、不同网格材料（玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）与碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）网格）为试验变量,研究了该加固方式下对混凝土轴心受压性能的影响。试验结果表明,该加固方法可有效改善素混凝土脆性压溃破坏模式,提高峰值强度及受压延性。基于FRP grid/ECC材性特征,提出两阶段FRP grid/ECC加固机制,并基于该机制提出加固素混凝土圆柱承载力计算方法。      

Shear Strength Evaluation of Concrete Beams Reinforced with BFRP Bars and Steel fibers without Stirrups

This paper presents experimental and analytical investigations on concrete beams reinforced with basalt fiber reinforced polymer (BFRP) and steel fibers without stirrups. Independent behaviour of BFRP reinforced beams and steel fiber reinforced beams were evaluated and the effect of combining BFRP bars and steel fiber was investigated in detail. It is found that combining steel fibers with BFRP could change the shear failure of BFRP reinforced beam to flexural failure. Further, the existing analytical models were reviewed and compared to predict the shear strength of both FRP reinforced and steel fiber reinforced beams. Based on the review, the appropriate model was chosen and modified to predict the shear strength of BFRP reinforced beam along with steel fibers.