纤维混凝土的应用研究

通常队为,混凝士强度越高,其韧性越差,脆性越高,结构廷性和抗裂能力越不足,给结构抗震性能带来的安全隐患。在混凝土中掺入微细纤维的纤维混凝土不仅能够提高混凝土本身的延性和韧性,增强混凝土的抗裂性,而且对原材料加工几乎没有特别的要求,成本增加不大甚至还有可能降低。聚丙烯纤维具有耐化学腐蚀性强、强度高、加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉和在低掺量下对混凝土的抗裂、增韧效果显著等优良的技术经济性能,因而在建筑工程中得到越来越广泛的应用。聚丙烯纤维混凝土是一种掺入少量短切聚丙烯纤维来增强或改善混凝土性能的复合材料。聚丙烯纤维混凝土在国外应用较多,在我国的工程中应用也日渐增多。低掺量的聚丙烯纤维掺人混凝土后可显著控制混凝土早期收缩裂缝,提高混凝土的耐久性。     

聚丙烯纤维-钢筋/混凝土管节受力性能试验

顶管施工中钢筋/混凝土管节存在开裂现象,严重影响工程质量与后续营运。鉴于聚丙烯纤维具有改善混凝土抗拉、抗裂性能的作用,本文采用2种聚丙烯细纤维和1种聚丙烯粗纤维,设计了无纤维、单掺粗纤维及混掺三种尺度纤维的3组钢筋/混凝土管试件,进行了三点试验,对比分析管节的开裂破坏形态、荷载挠度曲线和开裂延性指标。并建立纤维混凝土管节三点试验的有限元模型,进一步探究聚丙烯纤维掺量对钢筋/混凝土管节受力性能的影响规律。结果表明,聚丙烯粗纤维可提高混凝土管的抗裂与承载能力,聚丙烯粗、细纤维的协同作用使管达到更高的使用和极限强度。相比无纤维管,混掺多尺度纤维提升管的使用强度和极限强度分别为28.7%和36.4%。此外,数值模拟合理地预测了纤维/混凝土管节的荷载挠度响应,并针对混凝土管节的极限强度值,得到单掺和混掺聚丙烯纤维时粗纤维的最佳掺量。      

玄武岩—聚丙烯粗纤维混凝土管承载力试验研究

为改善素混凝土管易开裂、延性差等缺陷，基于纤维混凝土良好的抗裂性和耐久性，选用聚丙烯粗纤维和玄武岩纤维，设计了无纤维、单掺玄武岩纤维、单掺聚丙烯粗纤维及混掺玄武岩-聚丙烯粗纤维的四组混凝土管节，通过三点试验对比分析管节的开裂破坏形态、荷载-位移曲线和承载力，并建立纤维混凝土管节三点试验的数值模型，进一步探究聚丙烯粗纤维与玄武岩纤维对素混凝土管破坏形态和承载力的影响。结果表明，聚丙烯粗纤维可有效地改善混凝土管的破坏形态，提高混凝土管节的抗裂性能与承载能力，相比于无纤维管节，混掺玄武岩-聚丙烯粗纤维管B2P4的承载力提升了46.26%,效果最佳。此外，各组管节数值模拟结果与试验结果较为一致，承载力误差控制在5%以内，表明模拟合理。通过试验和数值模拟，获得提升混凝土管节抗裂性能和承载力的玄武岩-聚丙烯粗纤维的最佳掺量。     

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。     

克裂速纤维增强混凝土抗裂性能

用聚丙烯纤维来防止混凝土的早期塑性收缩裂缝是近年来为解决混凝土裂缝难题而采取的新措施。研究了两种聚丙烯纤维(Cemfiber和DF)的掺量、纤维种类等参数对塑性收缩裂缝的影响规律;分别采用圆形、平板状试件来研究砂浆、普通混凝土和高性能混凝土的抗裂性能。研究结果表明:(1) 聚丙烯纤维可以显著提高混凝土抗裂能力,纤维掺量越高,抗裂能力越强;(2) 为防止裂缝,应该尽可能降低水泥用量和提高骨料用量;(3) 聚丙烯纤维提高混凝土抗裂能力的主要原因是纤维提高混凝土的早期应变能力、减小收缩应变、提高塑性抗拉强度和减小毛细管的表面张力。     

聚丙烯纤维增强混凝土干接缝的抗剪性能

为了研究聚丙烯纤维对预制节段混凝土桥梁干接缝剪切性能的影响,本试验以接缝类型、键齿数量、混凝土类型、聚丙烯纤维掺量和水平正应力大小为试验参数,对C40普通混凝土和C40聚丙烯纤维增强混凝土试件进行抗剪性能的试验研究。记录了试件开裂载荷、极限载荷和残余载荷,同时也研究了试件开裂破坏模式和规范化剪应力-竖直位移曲线的关系。试验结果表明：聚丙烯纤维有利于提高干接缝试件的开裂荷载、极限荷载以及有利于试件的塑性变形;聚丙烯纤维对阻止干接缝试件开裂能起到一定的作用,但是聚丙烯纤维不同掺量的影响规律不明显。     

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。      

废旧地毯纤维混凝土材料的实验研究

成功制备了废旧地毯纤维混凝土材料。通过红外光谱仪、万能试验机和扫描电子显微镜等手段研究了废旧地毯纤维的化学组成、力学性能和形貌,并探讨了不同废旧地毯纤维掺量对混凝土抗裂、抗压和抗渗性能的影响,在性能及工艺成本方面与聚丙烯纤维混凝土进行比较和分析。结果表明:从地毯中可回收大量廉价的聚丙烯纤维,可用于制备纤维混凝土;与普通混凝土相比废旧地毯纤维混凝土渗水高度降低60%左右,减裂效果可提高约70%,具有与聚丙烯纤维混凝土相同的抗渗减裂效果。利用废旧地毯纤维制备纤维混凝土材料,既可以减少环境污染,变废为宝,又可改善普通混凝土的抗渗和抗裂性能,具有良好的经济效益和社会效益。     

海洋环境下纤维混凝土的氯离子扩散行为

对聚丙烯纤维混凝土在氯盐溶液进行长期浸泡和干湿交替试验,研究了海洋环境和纤维掺量对混凝土中氯离子分布的影响。结果表明,纤维掺量改变试件的抗氯离子侵蚀能力;与长期浸泡相比,干湿交替使试件距表层3mm处产生富集区,加速了氯离子的扩散。     

改性水稻秸秆对水泥基材料性能影响研究

为了减少农作物纤维废弃造成的污染,研究了利用植物纤维制备建筑材料的工艺,首先采用碱煮法对植物纤维进行改性,然后将其分别与聚丙烯纤维按照不同的比例加入到水泥净浆中进行比较,结果表明:植物纤维在水泥净浆中的分散比加入聚丙烯纤维均匀,经过改性后的秸秆纤维对水泥凝结硬化时间无明显影响,随掺量增加,水泥净浆的抗折强度呈先增后减趋势,且在掺量为4.5%时最高,与未掺纤维的参照组相比抗折强度提高了11%,抗压强度降低了近24%。并将其掺入砂浆中,砂浆抗干缩性能得到改善,植物纤维掺量为6.0%时砂浆干燥收缩值比基准组下降了37%,在本研究掺量条件下,与加入聚丙烯纤维相比,加入秸秆纤维对水泥净浆的抗折强度和抗压强度影响较小,原因在于其分散性更好。