绿色韧性水泥基复合材料力学性能

为了研究绿色尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的韧性,参考国内外试验方法开展了立方体抗压、薄板拉伸和冲击韧性等力学性能试验研究.分析了纤维与基体的相互作用及增韧机理,讨论了纤维掺量和水胶比二元因素对增韧性能的影响.该研究获得了复合材料相应的强度和韧性指标,为高性能尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的制备和工程应用提供了参考.     

稻壳灰对本地化高延性水泥基材料性能的影响

为了降低高延性水泥基复合材料的生产成本和提高废弃稻壳的建材资源化利用，首先利用国产涂油PVA纤维和天然河砂分别替代进口PVA和石英砂探究了本地化高延性水泥基复合材料的配制工艺，在此基础上试验研究了稻壳灰作为辅助胶凝材料替代部分水泥（10%、30%和50%，质量分数）对高延性水泥基复合材料流动度、抗压强度、拉伸性能和弯曲性能的影响规律。研究结果表明：采用国产涂油PVA纤维和天然河砂可成功配制强度等级可达C30且14 d的极限拉伸应变可达到1.44%的国产化高延性水泥基复合材料。水胶比和PVA纤维掺量分别是影响高延性水泥基复合材料抗压强度和拉伸强度的主要因素。相比对照组，随着稻壳灰替代率的增加，浆体流动度由于稻壳灰的吸水性逐渐下降，最大可降低10%；基体14 d抗压强度略有提高后大幅降低；试件抗拉强度呈略微下降趋势，而极限拉伸应变则显著提高可高达2.94%；基体弯曲强度呈先增加后逐渐降低的趋势，，且纯弯段裂纹数量明显增多，且裂纹宽度均低于100μm。可见，稻壳灰替代10%的水泥有利于高延性水泥基复合材料抗压强度、极限拉应变和弯曲强度的提高，同时对浆体流动度影响较小。微观分析可知，具有良好火山灰活性的稻壳灰可与水泥水化产物反应提高胶凝产物总量，同时降低Ca(OH)2数量，进而增强了高延性水泥基复合材料的强度。     

高韧性水泥基材料基本性能研究

为研究高韧性水泥基材料养护龄期与其力学性能之间的关系,对不同纤维掺量的水泥基材料开展抗压、抗折性能试验,测定不同纤维掺量的混凝土在7d、14d、28d、35d的抗压强度和抗折强度,并与基准混凝土试块对比。结果表明:纤维的掺入能够较好地提高混凝土的力学性能,高韧性水泥基材料的抗压强度和抗折强度与基准混凝土相比差异较大;基体抗压强度增幅不高而抗折性能有较大提高,试验抗折强度最高提高92.32%;高韧性水泥基材料抗压强度与抗折强度均随养护龄期的增加而增大,适当延长养护龄期有利于提高高韧性水泥基材料的工作性能。     

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料拉压比试验研究

立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验,是研究聚乙烯醇纤维对水泥基复合材料拉压比性能影响的最直接的方法。立方体试件的尺寸为100mm×100mm×100mm,PVA纤维掺量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,粉煤灰掺量为30%、50%。试验结果表明,掺入PVA纤维对立方体抗压强度影响不显著,而劈裂抗拉强度则提高了42.64%～135.12%,拉压比提高36.82%～134.27%;30%粉煤灰掺量的水泥基复合材料比50%粉煤灰掺量的水泥基复合材料抗压强度高20%以上,但对劈裂抗拉强度影响不明显。PVA纤维水泥基复合材料立方体抗压试块裂缝开展路径较多,不易破碎,抗压韧性显著增强。     

PVA-尾矿砂水泥基复合材料损伤破坏数值模拟

针对纤维掺量及缝高比对PVA-尾矿砂水泥基复合材料损伤破坏的影响问题,提出了基于RFPA分析系统的含有预裂缝PVA-尾矿砂水泥基复合材料的三点弯曲损伤破坏数值模拟方法.应用RFPA分析系统进行数值模拟,对复合材料的损伤断裂过程进行了分析,对复合材料的断裂能进行了计算,并将模拟结果与试验结果进行了对比.结果表明,模拟与试验所得的荷载位移曲线吻合较好,证明了数值模拟的合理性;在一定范围内,断裂能随着PVA纤维的体积掺量增大而增大,随着缝高比的增大而减小.     

PE纤维掺量对水泥基复合材料力学性能的影响

针对PE纤维掺量对水泥基复合材料力学性能的影响,开展不同PE纤维掺量下水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度、弯曲韧性、直接拉伸性能的试验研究,分析PE纤维水泥基复合材料的开裂模式,通过环境扫描电镜观察和分析薄板弯曲试验中PE纤维的破坏模式。研究表明,不大于2%的PE纤维掺量对水泥基复合材料的抗压强度没有明显改变;当PE纤维掺量大于1%后,PE纤维水泥基复合材料薄板在弯曲荷载作用下表现出极强的韧性特征和变形能力;当纤维掺量大于1.5%时,在直接拉伸荷载作用下PE纤维水泥基复合材料表现出显著的应变硬化特征,并且呈现多缝开裂的稳态破坏模式.     

养护温度对高延性水泥基材料力学性能的影响

研究养护温度对高延性水泥基复合材料性能的影响,分析养护温度在20、40、60和80℃时水泥基复合材料的抗弯性能、抗压强度、抗折强度及裂缝分布特点.结果表明,养护温度越高,高延性水泥基复合材料的早期跨中挠度越小;养护温度高于40℃时,试件的跨中挠度和韧性指数随龄期延长无明显变化;高养护温度能显著提高高延性水泥基复合材料的早期抗压强度和抗折强度,龄期对高温养护条件下高延性水泥基复合材料的抗压、抗折强度影响不大;粉煤灰掺量相同时,常温养护下高延性水泥基复合材料的裂缝更加细密均匀;养护温度为60℃时,粉煤灰掺量提高至80%,高延性水泥基复合材料的韧性显著提高,28d抗压强度可达70MPa.     

三点弯曲下PVA-尾矿砂水泥基复合材料断裂特性

针对混凝土的早期开裂问题,设计了PVA-尾矿砂水泥基复合材料三点弯曲梁试验,研究了尾矿砂掺量、缝高比、纤维掺量以及使用条件对断裂韧度和断裂能的影响规律.通过试验得出P-δ曲线和P-COM D曲线,并计算断裂韧度和断裂能.结果表明:断裂韧度与缝高比成反比,且随着纤维掺量的增加而增加,但尾矿砂对断裂韧度的影响却很小;断裂能随纤维掺量的增加而增加,随尾矿砂掺量的增加而降低;正常使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值比腐蚀使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值均增大约10%.     

尾矿砂塑性混凝土的力学特性

针对塑性混凝土具有弹性模量低、抗渗性及塑性变形特性良好等特点,利用尾矿砂配置了不同尾矿砂砂率和不同水泥掺量的塑性混凝土,对尾矿砂塑性混凝土试件分别进行了立方体抗压强度、轴心抗压强度以及弹性模量等试验.利用极差分析探讨了砂率和水泥掺量等对尾矿砂塑性混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度以及弹性模量的影响,得到了立方体抗压强度、轴心抗压强度以及弹性模量随砂率和水泥掺量的变化规律.试验结果表明,尾矿砂塑性混凝土立方体抗压强度和轴心抗压强度随砂率的增加而降低,随着水泥掺量的增加,其立方体抗压强度和轴心抗压强度均逐步增大,弹性模量在砂率为50%处达到最大,随着水泥掺量的增加其弹性模量也逐步增大.     

混杂纤维高韧性水泥基复合材料抗压性能研究

为改善传统单掺有机纤维水泥基材料的抗压性能,采用钢纤维+聚乙烯纤维混杂方式制备了一种高韧性水泥基复合材料,在聚乙烯(PE)纤维体积掺量固定为1%的情况下,考虑钢纤维体积掺量分别为0、0.3%、0.6%、0.9%4种工况下该水泥基复合材料的抗压试验,分析了钢纤维掺量、长度、直径对其抗压性能的影响。结果表明,采用钢纤维与PE纤维混杂方式可显著提高水泥基复合材料的抗压性能,在采用较长钢纤维的情况下,较低的体积掺量可以有效提升试件的抗压强度,直径越小的钢纤维试件抗压性能越好。对比发现,钢纤维直径0.12mm、长度13mm、体积掺量为0.6%时混杂效应较好,其峰值压应力较未掺钢纤维的试件提升33.8%,极限压缩应变提升24.3%。     

尾矿砂聚合物钢纤维混凝土的基本力学性能

针对尾矿砂聚合物钢纤维混凝土的基本力学性能,通过设置不同掺量组合,采用标准方法进行试验.结果表明,当尾矿砂替代率为50%、钢纤维掺量为1. 5%、聚灰比为10%时,尾矿砂聚合物钢纤维混凝土基本力学性能达到相对较高水平,抗压强度较素混凝土提高约15. 45%,抗折强度提高约36. 17%.该新型混凝土在加强混凝土抗压、抗拉和抗剪等力学性能,抗腐蚀和抗碳化等耐久性能的同时,有效解决了铁矿石在加工之后产生的废料所造成的环境污染问题,是一种高效环保的混凝土.     

尾矿砂钢纤维喷射混凝土在铁矿巷道中的应用

为了解决铁矿巷道开采过程中采用尾矿砂钢纤维喷射混凝土作为巷道单层衬砌的应用问题,以尾矿砂取代天然河砂作为细骨料配制钢纤维喷射混凝土,并对不同钢纤维掺量的喷射混凝土进行了抗压、抗折、劈拉等力学性能试验,得到了喷射混凝土的最优配比及钢纤维掺量对混凝土的影响.采用ANSYS对铁矿软弱岩层进行数值模拟分析,探讨了最佳衬砌厚度下巷道开挖后的计算结果,通过分析获得了尾矿砂钢纤维喷射混凝土的合理喷层厚度.结果表明,混凝土中钢纤维的掺入量为40 kg/m3时混凝土的力学性能达到最佳,并且混凝土的密实性、耐久性和质量稳定性亦有所加强,但抗压强度的提高不十分明显.     

耐碱玻璃纤维ECC复合材料受压应力–应变关系

为研究耐碱玻璃纤维工程用水泥基复合材料（耐碱玻璃纤维ECC）的抗压性能及应力-应变关系，对33组高性能水泥基材料试件进行了轴压性能试验，分析了纤维掺量、纤维长度及水灰比对耐碱玻璃纤维ECC的受压性能及应力-应变关系的影响，提出了耐碱玻璃纤维ECC受压应力-应变关系计算模型。结果表明，掺入耐碱玻璃纤维可以明显改善水泥基材料在单轴受压状态下的抗裂、受力和变形性能；耐碱玻璃纤维ECC试件抗压强度和变形能力的提升程度与纤维掺量、纤维长度及水灰比有关；随着纤维掺量和长度增加，耐碱玻璃纤维ECC试件的抗压强度和变形能力大致呈递增趋势，但掺量过多会因“团聚”现象明显导致试件抗压强度降低；水灰比主要影响试件的抗压强度，水灰比越大，抗压强度越小；当纤维质量掺量为6.5%、纤维长度为18mm及水灰比为0.32时，碱玻璃纤维ECC的综合力学性能相对较优，其抗压强度和变形能力分别可提升25.6%和88%；提出的应力-应变关系模型的计算值与试验值吻合较好，可用于描述耐碱玻璃纤维ECC的受压破坏全过程。     

自修复混凝土中玻璃纤维管最佳掺量的确定

在混凝土中埋入含有修复剂的中空玻璃纤维管,形成自愈合系统。纤维管的掺量直接影响到修复效果,掺加量太少不能把产生的裂缝完全修复,太多则会影响到混凝土材料的宏观性能。通过在混凝土中掺入不同体积率的中空玻璃纤维管和空白混凝土对比试验,观察对混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度所造成的影响,确定出中空玻璃纤维管在混凝土中的最佳掺量。     

铁尾矿钢纤维混凝土复合材料流动性能与抗压性能试验研究

为研究钢纤维掺量对铁尾矿混凝土的影响,研究单掺钢纤维和复合掺加钢纤维与硅粉2种不同的工况中,不同取代率下铁尾矿混凝土的流动性能与抗压性能。试验结果表明:混凝土的流动性能随着钢纤维掺量的增加而大幅度降低;复掺工况能够使抗压强度随着钢纤维掺量的增加而持续增加,硅粉的掺入能够提高中早期的抗压强度值,使其性能得到改善;2种工况对28 d棱柱体与立方体抗压强度的比值α₁的影响大致相同,其取值范围大致为0.80~0.85。     

粉煤灰-脱硫石膏水泥基材料水化活性及微结构

采用DTA—TG、XRD、SEM以及宏观水化收缩和强度试验等手段研究了粉煤灰一脱硫石膏一水泥三元复合胶凝体系的水化过程、活性效应及微观结构等,根据试验结果总结了复合胶凝材料的水化动力学过程。结果表明,粉煤灰一脱硫石膏水泥石的钙矾石吸热峰强于基准样;在各组分相互活性激发和外掺激发剂作用下,粉煤灰一脱硫石膏水泥石中2次水化效应明显;SEM、XRD表明水泥石早期有明显的钙矾石生成,同时粉煤灰颗粒的表面侵蚀现象明显,进一步说明复合胶凝体系的早期活性得到有效激发,硬化后综合性能得到有效保证。且宏观收缩及强度试验也从侧面印证了微观试验结果。粉煤灰一脱硫石膏水泥基复合胶凝材料体系的研发可大量消耗燃煤电厂的工业废渣,具有显著的“绿色”效应。     

SFRC兼有阻裂作用的复合理论

分析了钢纤维增强水泥基复合材料（SFRC）纤维间距理论、复合理论存在的问题，将纤维阻裂与纤维复合增强看成是两种不同的作用，据此提出了SFRC兼有阻裂作用的复合理论。该理论不仅可以给出复合材料的初裂强度和极限强度，而且还能给出复合材料的应力－应变曲线。     

石墨烯对水泥净浆力学性能及微观结构的影响

为改善石墨烯纳米材料疏水性,采用硝酸氧化和超声波法制备石墨烯分散悬浮液,考察石墨烯质量分数对水泥净浆力学性能及其微观结构的影响,探讨石墨烯的增强增韧作用机制,结果表明,水泥基复合材料的抗压、抗折强度随着石墨烯质量分数的增加呈先增大后减小的趋势,且最佳质量分数为水泥质量的0.02%.通过SEM和FT-IR对硬化水泥石的结构进行表征,发现石墨烯能够促进水泥水化产物的生长,改变水化晶体的形状、尺寸,使其有形成完整、簇状的趋势,但并未与水泥发生化学反应,改变其生成物类型.     

聚丙烯腈纤维混凝土性能试验研究

以河北丰宁抽水蓄能电站上、下库C30W12F400面板纤维混凝土为例,探讨了不同石粉含量、掺加聚丙烯腈纤维对混凝土力学性能影响,得出:沙中石粉含量对混凝土用水量、强度等性能影响极大,建议石粉含量控制在(10±2)%;聚丙烯腈纤维使用得当能够提高混凝土抗裂性,也可使混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度明显增大。