钢纤维和碳纤维的混合效应对高性能混凝土力学性能的影响

通过在混凝土基体中加入一种纤维和混合纤维,制备了高性能混凝土试件和混合纤维高性能混凝土试件。通过劈裂抗拉强度试验和落锤冲击试验,研究了单掺钢纤维、单掺碳纤维和混合纤维对高性能混凝土试件劈裂抗拉强度和抗冲击性能的影响,分析了混合效应对试件力学性能的增强作用。劈裂抗拉强度试验结果表明,只掺入碳纤维,且碳纤维掺入量为1%时,试样劈裂抗拉强度的提升系数最多增加了50%;只掺入钢纤维时,钢纤维的掺入量越多,试样劈裂抗拉强度的提升系数越小,而且减小了基体高性能混凝土的劈裂抗拉强度;当钢纤维掺量为4.0%、碳纤维掺量为0.5%时,试样的混合效应系数最大为1.35,此时产生正混合效应,提升了高性能混凝土试样的劈裂抗拉强度。抗冲击性能试验结果表明,单掺碳纤维减弱了高性能混凝土试件的抗压强度,单掺钢纤维虽然可以加强试件的抗压强度但试件的延性比提升率不高,而混合纤维比单一纤维有优势,更能够增强高性能混凝土试件的抗冲击性能。因此,钢纤维与碳纤维的混合效应提升了试件的劈裂抗拉强度与抗冲击性能,明显提升了高性能混凝土的力学性能。     

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。     

太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展

采用高速研磨搅拌加水掺法,制备出含不同质量分数的纳米SiO2混杂纤维（NSPF）混凝土,通过力学试验测得立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、变形性能及冲击韧性。通过与钢纤维／聚丙烯二元混杂纤维（SPF）混凝土进行比较,NSPF混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、疲劳次数、弹性模量、初裂抗冲击次数和破坏抗冲击次数分别提高10...     

冲击荷载作用下混杂纤维混凝土能量耗散与破碎分形研究

为了研究聚丙烯纤维含量和长径比对混凝土劈裂强度以及分形维数的影响，首先通过在含钢混凝土中添加不同含量和长径比的聚丙烯纤维制作混杂纤维混凝土试样，再利用分离式霍普金森压杆对试样进行高应变率动态劈裂力学试验。实验以相同冲击气压(0.2 MPa)对直径65 mm,高35 mm的10组试件进行测试。研究结果表明：聚丙烯纤维体积掺量为0.05%、0.1%时，长径比在3 000～9 000区间，混杂纤维混凝土的动态劈裂强度与能耗随掺量和长径比的增加有明显上升；在掺量为0.15%时，混杂纤维混凝土的动态劈裂强度与能耗均有所降低。各实验组中混杂纤维混凝土的分形维数均在2.3～2.6之间且小于普通混凝土，说明混杂纤维的添加可使混凝土的韧性、阻裂性能提升。     

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。     

磁场诱导定向碳纤维增强水泥砂浆的力学性能

首次利用磁场诱导定向技术,制备了具有明显择优取向的碳纤维增强水泥砂浆,表征与测试了不同水灰比、龄期和纤维掺量的水泥砂浆的碳纤维取向、抗压和劈裂抗拉强度,研究了碳纤维的取向性对力学性能提升效果的影响。结果表明:水灰比、纤维掺量对碳纤维的取向性有显著影响;相较于无择优取向的普通碳纤维增强水泥砂浆,经磁场诱导定向的碳纤维增强水泥砂浆的劈裂抗拉强度有显著增加,而抗压强度无明显变化;相同水灰比下,纤维取向和纤维掺量是影响定向碳纤维增强水泥砂浆劈裂抗拉强度的主要因素。其中,定向碳纤维增强水泥砂浆劈裂抗拉强度增强效率的最佳碳纤维掺量为水泥的0.50%。      

纤维加筋固化黄土浸水强度试验研究

为探究水泥、石灰以及多种纤维复合固化黄土的水稳定性能,进行了浸水无侧限抗压强度试验和浸水无侧限劈裂抗拉强度试验。试验结果表明:加砂对复合固化黄土的水稳定性能不利;水泥固化效果优于其他固化剂;纤维可以提高浸水水泥固化土的浸水抗压强度和浸水劈裂抗拉强度,其中0.15%和0.30%纤维掺量的水泥固化黄土浸水抗压强度较高,但继续提高纤维掺量会导致抗压强度降低;纤维长度越长则复合固化黄土浸水抗压强度和劈裂抗拉强度越高,两种及两种以上的纤维混杂掺入会导致固化黄土浸水抗压强度和劈裂抗拉强度降低;水泥可以大幅提升固化土浸水劈裂抗拉强度,19mm聚丙烯纤维加筋固化土浸水劈裂抗拉强度较高,提高纤维掺量可以提高浸水劈裂抗拉强度,两种及两种以上的纤维混杂不能提高浸水劈裂抗拉强度。     

纳米SiO_2混杂纤维混凝土力学特性试验研究

采用高速研磨搅拌加水掺法,制备出含不同质量分数的纳米SiO2混杂纤维(NSPF)混凝土,通过力学试验测得立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、变形性能及冲击韧性。通过与钢纤维/聚丙烯二元混杂纤维(SPF)混凝土进行比较,NSPF混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、疲劳次数、弹性模量、初裂抗冲击次数和破坏抗冲击次数分别提高10.4%、24.1%、90.0%、3.3%、49.8%和46.1%,泊松比无明显变化。综合分析表明,纳米SiO2在SPF混凝土中的合理掺量处于1.0%~2.0%之间。     

聚丙烯-钢纤维/混凝土柱大偏心受压承载力计算

对270个聚丙烯纤维掺量(体积分数)分别为0vol%、0.1vol%、0.2vol%、0.3vol%、0.4vol%、0.5vol%、钢纤维掺量(体积分数)分别为0vol%、0.5vol%、1vol%、1.5vol%、2vol%的聚丙烯-钢纤维/混凝土试块进行立方体抗压试验、轴心抗压试验和劈裂抗拉试验,基于复合材料力学理论,考虑纤维的取向系数、长度有效系数和界面黏结系数,对其建立强度预测模型并进行机制分析,同时选取掺量分别为0vol%、0.1vol%、0.3vol%的聚丙烯纤维、掺量分别为0vol%、1.5vol%的钢纤维制作6根聚丙烯-钢纤维/混凝土柱,对其进行大偏心受压试验,在强度预测模型的基础上进行承载力计算,提出聚丙烯-钢纤维/混凝土承载力计算方法。结果表明:钢纤维对聚丙烯-钢纤维/混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度均有提高;聚丙烯纤维可提高聚丙烯-钢纤维/混凝土的劈裂抗拉强度,但不能提高聚丙烯-钢纤维/混凝土的抗压强度;聚丙烯-钢混杂纤维加入混凝土柱可有效提高其极限承载力。      

纤维对开裂后混凝土渗透性及裂缝恢复的影响

通过劈裂试验和渗透试验,研究了结构型钢纤维、聚丙烯粗纤维和聚丙烯细纤维对开裂后混凝土的裂缝恢复率、劈裂韧性和渗透系数的影响。研究结果表明:钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入可限制裂缝扩展,使混凝土由脆性破坏转为韧性破坏,提高开裂混凝土在卸载后裂缝的恢复作用,显著减小开裂后混凝土的渗透系数。钢纤维掺量越高,裂缝恢复和渗透性降低越明显,钢纤维掺量由25kg/m~3增加至55kg/m3时,渗透系数减小了87%。钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入具有较好的正混杂效应,当裂缝宽度为150μm时卸载,单掺25kg/m~3钢纤维和4kg/m~3聚丙烯粗纤维与单掺35kg/m~3钢纤维相比,渗透系数减小了60%。而聚丙烯细纤维对开裂混凝土的裂缝恢复和渗透性影响较小。     

混杂纤维再生砖骨料混凝土正交试验及卷积神经网络预测分析

利用正交试验研究了再生骨料比例、混杂纤维比例以及减水剂掺量三个因素对混杂纤维再生砖骨料混凝土力学性能敏感性的影响,并利用卷积神经网络(CNN)对试验结果进行了预测分析和变参数扩展分析.结果表明:再生砖骨料(RBA)与再生混凝土骨料(RCA)的比例对混杂纤维再生砖骨料混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度的影响最大,其次是减水剂掺量,最后是玻璃纤维(GF)与聚丙烯纤维(PF)的比例.抗压强度及劈裂抗拉强度随着RBA与RCA的比例的减小而增大,随着减水剂掺量的增大而减小.本工作建立的CNN模型具有较高的预测精度,并且可以用于试验结果的变参数扩展分析.     

纤维对混凝土裂缝宽度、曲折度及渗透性的影响

为研究不同纤维（钢纤维（SF）、聚丙烯长纤维（Macro-PP）、聚丙烯短纤维（Micro-PP））对荷载作用下带裂缝混凝土渗透性能的影响,通过劈裂试验引入不同宽度的结构裂缝（50~200 μm）,比较不同纤维对卸载后混凝土裂缝宽度及曲折度的影响。利用自主研发的渗透装置,分析了不同纤维类型、掺量及混杂方式对荷载作用下不同裂缝宽度混凝土渗透性的影响。研究发现:单掺55 kg/m3 SF比25 kg/m3渗透系数降低95.7%。与单掺SF相比,SF和Macro-PP的掺入具有正混杂效应;Micro-PP与SF混杂体系中渗透系数基本无变化,研究表明Micro-PP对结构裂缝间桥接作用甚微,对渗透性的作用不明显。SF和Macro-PP可有效限制裂缝的扩展,增大表面曲折度,降低开裂后混凝土的渗透性。      

聚丙烯纤维对高强混凝土性能的影响

为了改善高强混凝土的性能,掺入聚丙烯纤维提高高强混凝土的抗裂性和耐久性.通过测试含聚丙烯纤维的高强混凝土的脆性系数、抗裂特征长度、渗透系数、氯离子扩散系数及抗冻等级,研究聚丙烯纤维对高强混凝土抗裂性、耐久性等性能的影响.研究结果表明:聚丙烯纤维能有效地降低高强混凝土的脆性系数和抗裂特征长度,使渗透系数和氯离子扩散系数稳定下降,抗冻耐久性稳定提高.从而有效地提高高强混凝土的抗裂性和耐久性等性能.     

纳米SiO2/玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的制备和耐久性能研究

首先,利用上浆法,将改性纳米SiO_2与玄武岩纤维复合;然后利用手工铺料法,制备了纳米SiO_2/玄武岩纤维增强环氧树脂层状复合材料(S-BF/EP)。利用SEM对改性玄武岩纤维和玄武岩纤维/环氧树脂层状复合材料的表面形貌和界面形貌进行了研究;利用FT-IR、TGA和万能力学试验机对复合材料的分子结构、热解性能和耐久性能进行了研究。结果表明,纳米SiO_2成功被偶联剂改性,并均匀附着在玄武岩纤维表面,玄武岩纤维表面的粗糙度被有效地改善;S-BF/EP层状复合材料内纳米SiO_2对应的Si-O-Si键收缩振动,使得S-BF/EP层状复合材料比空白EP样品多出1 107和803 cm~(-1)两个振动峰;S-BF/EP层状复合材料降解温度比EP材料高10℃,其在建筑材料应用方面更有优势;S-BF/EP层状复合材料的抗拉强度和抗弯强度分别为489和987 MPa,均高于环氧树脂材料样品的368和795 MPa;经过95℃湿热老化后,S-BF/EP层状复合材料抗拉强度和抗弯强度性能损失分别为23.9%和9.6%,明显低于空白EP样品的32.9%和36.6%;断裂面SEM分析表明,S-BF/EP层状复合材料中纤维与环氧树脂基体结合紧密,未发现裂纹或者缝隙。     

混杂纤维混凝土的研究进展

本文从纤维混凝土增强机理、纤维的混杂效应、混杂纤维混凝土力学性能、混杂纤维混凝土耐久性能及高温后混杂纤维混凝土力学性能五个方面,对国内外的混杂纤维混凝土研究现状进行了总结。最后,提出了当前研究存在的问题和有待进一步努力的方向。     

纤维对超高性能混凝土残余强度及高温爆裂性能的影响

采用普通原材料制备56 d龄期抗压强度为140~160 MPa的空白组超高性能混凝土、钢纤维超高性能混凝土及混杂纤维超高性能混凝土,测定其遭受高温作用后的残余抗压强度和劈裂抗拉强度,并对100%含湿量的混凝土试块进行高温爆裂试验。此外,测定大小2种加热速率对超高性能混凝土高温爆裂行为的影响。结果表明:所配制混凝土的残余抗压强度均随着目标温度的升高呈现先增大再降低的趋势,800℃高温后的残余抗压强度约为常温强度的30%。钢纤维与混杂纤维混凝土的残余劈裂抗拉强度亦呈现先升高再降低的趋势,800℃高温后的残余劈裂抗拉强度分别为常温强度的15.1%和35.4%。空白组混凝土的残余劈裂抗拉强度随着目标温度的升高而单调下降,800℃高温后的强度值约为常温强度的20.3%。7.5℃/min加热速率下,100%含湿量的3种混凝土试块均发生了严重高温爆裂,单掺钢纤维可以改善超高性能混凝土的高温爆裂,但不能避免爆裂的发生,而混杂纤维对超高性能混凝土高温爆裂的改善效果并未显著优于钢纤维。2.5℃/min加热速率下,混杂纤维可避免部分超高性能混凝土试块发生爆裂。      

硅灰增强混杂纤维水泥基灌浆料与老混凝土粘结强度研究

通过四因素四水平正交试验进行硅灰增强混杂纤维水泥基灌浆料与老混凝土粘结强度的研究,选取硅灰掺量、钢纤维类型、钢纤维掺量和PVA纤维掺量作为研究因素,设定相应的水平。对粘结试块进行双面剪切试验和劈裂抗拉试验,运用极差分析上述因素和相应水平对粘结强度的影响。结果表明,当硅灰掺量为9%、长度35 mm端钩型钢纤维掺量为1.2%、PVA纤维掺量为0.5%时,粘结强度显著。基于正交试验结果,通过四组对比试验,研究了纤维对水泥基灌浆料与老混凝土粘结的界面剪切特性和劈拉破坏形态的影响。结果表明,当长度35 mm端钩型钢纤维与PVA纤维掺量分别为1.2%和0.5%混杂时,粘结试块的剪切变形性能和劈裂抗拉强度显著提高,表现出较强的粘结性能。     

纤维混凝土抗冻性能研究

为研究冻融循环条件下纤维混凝土抗冻性能,采取快速冻融试验对不同掺加方式下钢纤维、聚丙烯纤维混凝土性能进行研究。并通过SEM分析了其微观结构。试验结果表明,在纤维掺量固定时,不同纤维掺加方式的混凝土性能有显著不同。随冻融循环次数的增加,其质量损失、动弹性模量、抗压、抗折强度都有显著不同变化,混杂纤维混凝土性能较单一纤维混凝土好,层布式纤维混凝土性能较整体式纤维混凝土好。     

基于数字图像相关技术的混杂纤维混凝土动态抗拉性能试验研究

为研究不同纤维混杂比例下的钢-聚丙烯纤维混凝土(SPFRC)的动态抗拉性能，对六组不同纤维混杂比例的混凝土试件进行动态巴西劈裂试验，借助高速摄像仪和数字图像相关技术(DIC)对各组试样动态拉伸断裂过程进行记录和分析。研究表明：试件的应力时程曲线可以划分为缓速增长、快速增长、稳定、衰减和二次增长五个阶段，相较于素水泥砂浆试件，纤维混凝土试件在应力率二次增长后出现显著的稳定波动平台，纤维混凝土试件的动态拉伸破坏过程具有显著的延性特征；在总纤维掺量保持2%不变的条件下，混杂1%钢纤维与1%聚丙烯纤维的试件具有较优的动态抗拉强度和耗能能力；添加纤维可以减弱试件中心处的拉应变集中现象，混杂1.5%聚丙烯纤维和0.5%钢纤维的试件具有较优的开裂控制能力，平均开裂应变较素水泥砂浆试件提高了2.94倍。     

基于SHPB试验的多尺寸聚丙烯纤维混凝土动态力学性能研究

选用两种聚丙烯细纤维及一种聚丙烯粗纤维,制备了9组纤维掺量比不同的混凝土试件。采用变截面大尺寸分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了冲击压缩试验,研究了在0.4 MPa冲击气压作用下,不同纤维掺量比对混凝土抗冲击性能的影响,基于引入损伤的Z-W-T本构模型对试验结果进行拟合分析。结果表明,单掺粗纤维可提高混凝土的整体性,且能显著提高混凝土破坏前的抗冲击性能,单掺细纤维主要是提高混凝土破坏后的抗冲击性能,而混掺纤维混凝土各个时期的抗冲击性能均得到提高,其中多尺寸纤维混掺的效果最好。