钢纤维长径比对水泥基复合材料力学性能的影响

为研究钢纤维长径比对水泥基复合材料立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和圆柱体轴心抗压强度的影响,进行了9组不同长径比镀铜微钢纤维水泥基复合材料立方体抗压强度、圆柱体劈裂抗拉强度和轴心抗压强度试验。试验研究表明:钢纤维水泥基复合材料的立方体抗压强度、圆柱体轴心抗压强度与劈裂抗拉强度随着钢纤维长径比的增大而提高。建立了钢纤维水泥基复合材料立方体抗压强度与圆柱体抗压强度比值K之间的关系,为钢纤维水泥基复合材料在土木工程的应用提供了理论依据。     

微钢纤维水泥基复合材料劈裂抗拉强度研究

为研究不同长径比微钢纤维和不同微钢纤维体积掺量对水泥基复合材料抗拉性能的影响,试验设计了3组不同基体混凝土强度(C50、C70、C90)共24组不同配合比,测试了试件28 d劈裂抗拉强度。分析研究了不同长径比微钢纤维掺量、不同体积率微钢纤维掺量与水泥基复合材料抗拉性能之间的相互关系,建立了相应的数学模型。研究结果为微钢纤维水泥基复合材料的工程设计提供了理论依据。     

微钢纤维掺量对水泥基复合材料相关性能的影响

为了研究微钢纤维掺量对水泥基复合材料相关性能的影响,采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、外加剂、以及微镀铜钢纤维进行水泥基复合材料配合比试验。设计和制作了三种不同纤维掺量的27组立方体、棱柱体、抗拉和抗折试件,通过试验,获得了不同纤维掺量下水泥基复合材料的力学性能,分析研究微钢纤维掺量与水泥浆复合材料相关性能的关系,建立了相应的数学模型。研究结果为普通水泥基复合材料的工程设计及工程应用质量评价提供参考依据。     

钢纤维水泥基复合材料弹性模量和峰值应变的研究

通过对不同微钢纤维掺量的9种配合比的钢纤维水泥基复合材料单轴压缩试验,研究了微钢纤维掺量对水泥基复合材料弹性模量和峰值应变的影响。试件采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体试块。单轴受压试验获得了棱柱体试件的轴心抗压强度、峰值应变和弹性模量,并系统分析了微钢纤维体积掺量对上述参数的影响。在试验结果基础上,分别给出了可以考虑微钢纤维掺量影响的弹性模量和峰值应变与轴心抗压强度的拟合公式。     

混杂纤维水泥基复合材料强度试验研究

研究了是掺有微钢纤维和PVA的混杂纤维对水泥基复合材料强度的影响。试验设置三组不同纤维体积的混杂比为1:1、1:3、1:2,来配制纤维增强水泥复合材料。研究不同纤维体积混杂比下,轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系。结果表明:不同纤维体积混杂比情况下,轴心抗压强度和立方体抗压强度成线性关系。     

混杂纤维水泥基复合材料的声发射特性研究

采用普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、外加剂、微镀铜钢纤维以及PVA纤维进行水泥基复合材料配比试验,设计和制造了尺寸为150mm×l50mm×300mm的棱柱体轴心抗压试件,通过实验和分析得到了三种不同应力条件下的声发射特征参数。     

钢纤维分布形式及试件尺寸对水泥基复合材料弯曲性能的影响

在掌握了定向钢纤维水泥基复合材料制备方法的基础上,通过3种试件尺寸下,乱向、定向两种钢纤维分布形式的预制缺口梁三点弯曲试验,研究了钢纤维分布形式及试件尺寸对钢纤维水泥基复合材料弯曲性能的影响。结果表明:钢纤维的定向分布进一步提高了材料的弯曲强度,并有效改善了弯曲变形能力。在该试验尺度范围内,定向试件的弯曲强度几乎不受试件尺寸的影响,标准化后的挠度与韧性有随着试件尺寸的增大而增大的趋势。     

钢纤维水泥基复合材料力学性能试验

为进一步提高PPC的力学性能，满足国防工程的需要，进行了不同掺量钢纤维的情况下水泥基复合材料的力学性能试验。试验测得了不同钢纤维含量的情况下，水泥的各种强度。试验表明，在钢纤维体积率相同的情况下，抗折强度的提高率要大于劈拉强度的提高率，但钢纤维体积率超过一定比例后抗折强度与劈拉强度的提高率变小。随钢纤维体积率的增加，钢纤维水泥净浆的抗压强度也有所增大，但提高并不明显。并对以上试验结果做了分析，认为纤维间距是影响强度的重要原因。     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土(RPC)和渗浇钢纤维混凝土(SIFCON)两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料(Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明:UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1MPa、韧性指数I20最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

钢纤维水泥基复合材料断裂的K R曲线研究

基于Wallin阻力曲线模型,结合纤维增强复合材料断裂理论,提出了钢纤维水泥基复合材料的K-R曲线模型.通过定向与乱向两种纤维分布形式以及不同尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,验证了K-R曲线模型的合理性与适用性.结果表明:K-R曲线模型能够有效描述不同钢纤维分布形式下水泥基复合材料的断裂过程,且理论预测的峰值荷载与试验结果偏差较小.该模型可为钢纤维水泥基复合材料的断裂参数尺寸效应研究提供新方法.     

镀铜钢纤维水泥基复合材料正交试验分析

通过水泥、普通砂、镀铜钢纤维和减水剂混掺水泥基材料的正交试验,分析了相关因素对镀铜钢纤维水泥基复合材料力学性能的影响规律,为镀铜钢纤维水泥基复合材料配合比的进一步改进提供了基础数据,以促进高性能水泥基材料的研制开发与应用。     

超细钢纤维增强粉煤灰水泥基材料的力学性能和干缩研究

研究了超细钢纤维增强粉煤灰水泥基材料在不同养护条件下的抗压、抗折强度发展,以及其干缩发展规律。试验结果表明:超细钢纤维增强粉煤灰水泥基材料标养28 d及蒸养3 d抗压强度最高可达到106.6和109.4 MPa,蒸养和水浴可提高水泥基材料早期强度。水泥基材料抗压强度随纤维掺量增加先轻微下降后增加,其抗折强度随钢纤维掺量增加而线性增加。钢纤维增强水泥基材料干缩与龄期符合指数函数关系,其15 d最大干缩值为0.000 521 mmmm,其3 d内的干缩应变均达到后期干缩应变的50%以上。钢纤维掺入水泥基材料干缩值最大降低了15.3%,且将干缩值趋于稳定的龄期提前;抗压强度及抗折强度随钢纤维的掺量增加,抗压强度增加值不超过25%,抗折强度最大增加接近50%。     

钢纤维混凝土抗裂性能试验研究

钢纤维可用于提高传统水泥基建筑材料的强度和韧性。钢纤维掺量影响水泥基材料性能,研究最佳钢纤维掺量在水泥基中的作用具有重要意义。试验采用相同水胶比进行了5组不同钢纤维掺量(0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%)的混凝土3 d、7 d和28 d抗压强度及抗裂试验。试验研究结果表明,钢纤维掺量0.8%~1.2%的混凝土抗压强度增长幅度最大,钢纤维混凝土7 d和28 d的抗压强度变化规律相近;钢纤维的掺入提高了混凝土的抗裂性能,随着钢纤维掺量增加,试件单位面积的裂缝条数和开裂面积都显著减小。     

PVA纤维增强水泥基材料尺寸效应及相关性能研究

为研究PVA纤维增强水泥基复合材料尺寸效应及相关力学性能,试验设计了27组不同配合比,测定了不同尺寸、不同纤维含量试件的28d抗压、轴压和抗折强度。结果表明,立方体抗压试件之间存在尺寸效应,且尺寸越小越明显。试件抗折强度随着PVA纤维掺量的增加而增大,但增大趋势逐渐减缓。试验建立了不同纤维掺量下,轴心抗压与立方体抗压强度之间的数值模型。     

龄期和试件尺寸对钢纤维混凝土抗压强度的影响

测定了不同尺寸、不同钢纤维体积率混凝土试件的各龄期折后抗压强度,并按照定义的抗压强度尺寸效应计算方法,求出了不同尺寸试件之间的抗压强度尺寸效应值.结果表明,相同龄期内,钢纤维混凝土的抗压强度较普通混凝土有所提高;钢纤维混凝土的抗压强度受到龄期、钢纤维体积率和试件尺寸的影响;不同尺寸混凝土试件之间存在一定的抗压强度尺寸效...     

钢纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

对掺入两种形状、3种钢纤维体积率的水泥基复合材料进行了抗压、抗折试验,并结合数字图像相关技术对抗折过程中试件的破坏形态进行实时观测。试验结果表明:钢纤维的掺入对水泥基体抗压强度提高不明显,但对抗折强度和弯曲韧性提高显著,并且均随钢纤维体积率的增加而增加;在相同体积率下掺入两种形状钢纤维的性能差别不大,两种钢纤维在微裂缝扩展阶段、宏观裂缝开展阶段、宏观裂缝扩展阶段3个阶段都改善了试件受力状态,延缓了开裂,起到了增韧作用。     

龄期对定向钢纤维增强水泥基复合材料断裂性能的影响

通过开展不同龄期的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,研究龄期对定向及随机乱向钢纤维增强水泥基复合材料断裂性能的影响。根据试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线,分析不同龄期的钢纤维增强水泥基复合材料裂缝扩展的全过程。结果表明:钢纤维增强水泥基复合材料的弯曲强度随着龄期的增加而增加;在7 d龄期内,随着龄期的增长,定向钢纤维增强水泥基复合材料的断裂能增长较快,在7 d龄期后,断裂能的增长放缓且趋于稳定;当钢纤维体积掺量由1.2%增加到2.0%时,断裂能明显增大,且定向钢纤维增强水泥基复合材料的断裂能增长幅度相较随机乱向钢纤维增强水泥基复合材料更为显著。     

定向钢纤维水泥基复合材料起裂特性的细观数值模拟

基于细观数值模拟方法研究了定向钢纤维水泥基复合材料的起裂特性。应用ABAQUS软件对钢纤维水泥基复合材料进行有限元建模,利用J积分计算裂缝尖端应力强度因子,研究钢纤维分布位置、角度、长度和直径以及钢纤维掺量对水泥基复合材料应力强度因子的影响。计算结果表明:钢纤维分布位置及几何特性对裂缝尖端应力强度因子影响显著,从而改变了钢纤维水泥基复合材料的起裂荷载;钢纤维的定向使水泥基复合材料的起裂荷载有所提高;随着钢纤维掺量的提高,纤维分布密度逐渐增大,纤维间距逐渐减小,定向钢纤维水泥基复合材料的起裂特性明显增强。     

混掺精细钢纤维/PVA纤维水泥基复合材料力学性能试验研究

对混掺聚乙烯醇纤维(PVA)与12 mm两端直勾型精细钢纤维的水泥基复合材料进行立方体抗压和哑铃试件轴向拉伸试验,分析纤维掺量对混掺纤维水泥基复合材料抗压、抗拉强度和韧性的影响规律。结果表明:混掺精细钢纤维可以提高水泥基复合材料的立方体抗压强度、抗拉强度和韧性;随着精细钢纤维的增加,其抗压强度、抗拉强度和极限拉应变呈先增大后降低的趋势,当精细钢纤维掺量为1.2%时,28 d立方体抗压强度平均值比单掺PVA纤维提高了61.9%;当精细钢纤维掺量为0.8%时,28 d抗拉强度和极限拉应变分别比单掺PVA纤维提高了56.9%和240%。     

超高强复合水泥基掺入料对抗压强度及疲劳性能影响研究

为了探究超高强水泥基复合材料力学及收缩性能,研究了超高强复合水泥基材料的收缩性能及力学表现,从抗压强度、抗折强度、体积收缩率及疲劳性能进行分析,得到不同硅粉掺加量和不同种类纤维及其掺加量对超高强复合水泥基材料的力学性能影响,对不同种类纤维及硅粉掺合料的配合比进行优化。结果表明,两种纤维及硅粉掺入水泥基材料后,收缩及力学性能得到明显改善,钢纤维对水泥基复合材料抗压及抗折强度提升较突出,但碳纤维与硅粉及水泥基材料相容性较好。纤维掺入体量为1%的碳纤维及1.5%的钢纤维对水泥基复合材料综合性能改善效果最佳,其抗压强度分别提高2.7%、3.0%,抗折强度分别提高21.2%、12.6%,体积收缩率分别降低3.5%、12.2%;且掺加1.5%钢纤维的水泥基复合材料相较于未掺加材料疲劳性能提升约4倍,最大跨中挠度阶段性特征变现显著;掺入8%硅粉相较于纤维改善效果最佳,其抗压、抗折强度分别提升10.4%、13.3%,体积收缩率降低了28.8%。