碳酸钙晶须对混杂纤维增强高延性水泥基复合材料力学性能的影响

为了探究碳酸钙晶须对钢纤维/PVA混杂纤维增强高延性水泥基复合材料(HyFRHDCC)力学性能的影响,利用2%体积掺量的廉价碳酸钙晶须替代部分纤维,研究了不同纤维掺量HyFRHDCC的压缩性能和拉伸性能,利用扫描电子显微镜观察了HyFRHDCC的微观结构。研究结果表明,引入碳酸钙晶须能够提高HyFRHDCC的初裂拉伸应变和峰前压缩韧性;在1.5%PVA+0.25%钢纤维HyFRHDCC中掺入2%碳酸钙晶须可以改善材料的拉伸性能;当PVA纤维减少至1%时,HyFRHDCC出现了明显的应变软化行为。微观形貌分析发现,碳酸钙晶须能够通过裂纹偏转、晶须拔出以及裂缝桥联等微观机制改善HyFRHDCC的应变硬化行为。     

高温作用对混杂纤维增强高延性水泥基复合材料拉伸性能的影响

高温是高延性水泥基复合材料(HDCC)在使用阶段可能遇到的最不利工况之一,但是目前对于HDCC高温性能的研究较为有限。对比研究了聚乙烯醇(PVA)纤维HDCC材料(PVA-HDCC)、钢纤维/PVA纤维混杂HDCC材料(HyHDCC-A)以及钢纤维/PVA纤维/碳酸钙晶须混杂HDCC材料(HyHDCC-B)在常温以及200、400、600和800℃高温作用后的拉伸性能。研究发现,常温下利用钢纤维等量替代PVA纤维将劣化PVA-HDCC的拉伸应变硬化能力,而引入碳酸钙晶须适量替代PVA纤维可以提高材料的拉伸强度、拉伸韧性,改善其应变硬化行为。高温对PVA-HDCC、HyHDCC-A与HyHDCC-B的拉伸强度和拉伸韧性均有明显的劣化作用,高温作用后均已不具备拉伸应变硬化能力;PVA-HDCC的拉伸强度与拉伸韧性随温度呈指数型衰减,钢纤维可以减缓HyHDCC-A与HyHDCC-B拉伸强度与拉伸韧性的衰减速率;碳酸钙晶须虽然可以提高HyHDCC-B高温作用后的拉伸强度值和拉伸韧性值,但并没有进一步减缓拉伸强度和拉伸韧性随温度的衰减速率。     

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。     

多尺度纤维增强水泥基复合材料力学性能试验

基于水泥基材料多尺度的结构特征及破坏过程,设计了一种由钢纤维、聚乙烯醇（PVA）纤维以及碳酸钙晶须构成的多尺度纤维增强水泥基复合材料（MSFRCC）,研究了其抗压强度、抗弯强度、弯曲韧性、多缝开裂形态以及断裂过程等基本力学性能。结果表明：基体材料的强度和韧性均得到了显著提高;MSFRCC在弯曲荷载作用下表现出了硬化行为和多缝开裂模式。扫描电子显微镜和断裂试验结果证实了多尺度纤维在水泥基复合材料破坏过程中发挥了多尺度阻裂作用。研究认为：通过对纤维进行多尺度组合设计,可以显著改善水泥基复合材料的韧性,廉价的碳酸钙晶须可以适量取代钢纤维和PVA纤维。     

活性粉末混凝土高温后冲击压缩特性研究

利用分离式霍普金森压杆系统,分别对常温下、400℃、600℃及800℃高温过火后的RPC试样进行单轴冲击压缩实验.研究混杂纤维对高温过火后RPC材料抗冲击性能的影响规律.结果表明:常温下混杂纤维对RPC材料动态抗压强度和韧性均产生负混杂效应,但韧性指标降低幅度没有动态抗压强度明显.高温过火后,混杂纤维RPC 材料出现了塑性强化现象,动态抗压强度和韧性增加明显,抗冲击性能及材料完整性均优于单掺钢纤维RPC材料,出现正混杂效应.在研究范围内纤维最优体积掺量为:钢纤维2.0%、PVA 纤维0.1%.     

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的压缩本构关系

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyF/SHCC)的力学性能是近年来的研究热点问题之一，但是目前依然欠缺HyF/SHCC压缩本构关系的深入探讨。本文研究了钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维增强SHCC (SF-PVA/SHCC)的压缩应力-应变全曲线，分析了纤维对HyF/SHCC抗压强度、压缩应变以及压缩韧性的影响。研究发现，在本文研究工况下混杂纤维的引入对材料的抗压强度无明显影响，但是提高了压缩峰值应变。钢纤维对HyF/SHCC压缩韧性的影响较为显著，且随着钢纤维掺量的增大，HyF/SHCC的压缩韧性逐渐提高。基于损伤力学理论，从能量的角度提出了一种新的单轴压缩本构模型，通过与试验曲线的对比，发现该模型可以较好地预测SF-PVA/SHCC的压缩应力-应变关系。      

超细硫酸钡和轻质碳酸钙协同增韧聚乳酸混杂材料的制备及性能

采用熔融共混和模压成型工艺制备超细硫酸钡(BaSO_4)和轻质碳酸钙(CaCO_2)协同增韧聚乳酸(PLA)混杂材料。在保持CaCO_2质量分数恒定的情况下,着重考察了BaSO_4的含量对混杂体系的微观结构、力学性能、熔体流动速率和热稳定性的影响。结果表明:适量BaSO_4的引入在基体中分散均匀且界面结合良好,显著提高了材料的韧性。当BaSO_4的质量分数为15%时,PLA混杂材料的冲击韧度和断裂伸长率较PLA/CaCO_2体系分别提高了60.38%和151.90%。随着BaSO_4含量的增加,拉伸强度逐渐下降,而弹性模量却持续上升。总体上,BaSO_4的引入降低了PLA混杂材料的熔体流动速率,但对PLA的热分解行为影响甚微。     

自石灰石矿粉中直接提取CaCO3晶须的碳化-分解法研究

提出一种自石灰石矿粉中直接提取CaCO_3晶须的碳化-分解方法。该方法能够以天然石灰石矿粉为原料,通过水溶性碳酸的作用溶解出Ca(HCO_3)_2,进而在升温条件下通过Ca(HCO_3)_2的分解反应得到形貌规整的棱锥状CaCO_3晶须。扫描电镜观测与X射线衍射分析显示,Ca(HCO_3)_2分解温度对CaCO_3晶须微观形貌的影响显著,晶须长度与长径比随分解温度的升高均呈上升趋势,但分解温度超过80℃会导致文石晶相向方解石晶相转化。实验结果表明,80℃、2h条件下,Ca(HCO_3)_2分解产物中文石晶相含量较高,晶须几何形貌更为合理,其平均长度为14.61 μm、长径比为8.10。     

钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土单轴受力应力-应变曲线研究

既有研究表明,在混凝土基体中同时加入钢(S)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维,形成S-PVA混杂纤维混凝土,可以显著提升混凝土的综合性能。在此基础上,依据钢纤维、PVA纤维长度和掺量的不同,设计了17组试验组,完成了单轴受力全过程试验。根据试验结果,定量分析了钢纤维、PVA纤维对于改善混凝土弹性模量、材料韧性、抗拉抗压强度及其峰值应变的影响;提出了实用的S-PVA混杂纤维混凝土单轴受拉和受压应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为混杂纤维混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。     

异丙醇添加改善PVA/PEDOT∶PSS有机导电纤维表面形貌及性能研究

将浓度为10%(wt,质量分数,下同)的完全醇解的聚乙烯醇(PVA)水溶液与聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚对苯乙烯磺酸根阴离子(PEDOT∶PSS)分散液经高速搅拌共混制得纺丝液,采用湿法纺丝的方法制备PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维。通过向甲醇凝固浴中添加异丙醇改善PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维的表面微观形貌、导电及拉伸力学性能。混合凝固浴中异丙醇与甲醇的质量比分别为0∶1、1∶5、1∶4、1∶3、1∶2和1∶1,探究异丙醇添加量的变化对PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维表面微观形貌及力学、导电性能的影响。采用扫描电子显微镜、红外光谱分析仪、高阻计和电子单纤维强力仪对复合纤维进行测试表征。结果表明:异丙醇的添加改善了PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维的表面微观形貌、导电及拉伸力学性能。随着凝固浴中异丙醇含量的增加,PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维表面的沟槽逐渐减少,纤维表面逐渐变得光滑;复合纤维的电导率小幅度提升;复合纤维的拉伸强度提高,断裂伸长增加。     

混杂纤维增强水泥基复合材料弯曲韧性与纤维增强指数的定量关系

基于掺加CaCO₃晶须的混杂纤维增强水泥基复合材料梁和板四点弯曲试验,提出了确定弯曲韧性指标与纤维增强指数（S）关系的数学公式。S考虑了纤维抗拉强度和机械锚固性能对混杂纤维/水泥复合材料弯拉性能的影响,物理意义明确。公式为二次函数形式,可以反映混杂纤维体系对混杂纤维/水泥复合材料增韧效果,而通过确定二次函数极值,能对纤维配比进行优化。该数学模型对钢-合成纤维和钢-植物纤维增强水泥复合材料均有良好的适用性,且无需考虑基体（水泥砂浆或混凝土）和试件形状（梁或板）。另外,该公式不仅适用于指定挠度处弯曲韧性和等效抗弯强度表征的韧性指标,对ASTM C1018规定的弯曲韧性指标,如I₅、I₁₀、I₃₀和I₅₀等也同样适用。     

Multiple effects of nano-SiO2 and hybrid fibers on properties of high toughness fiber reinforced cementitious composites with high-volume fly ash

This article explores multiple effects of nano-SiO₂ and hybrid fibers on the flowability, microstructure and flexural properties of high toughness fiber reinforced cementitious composites. Only a little negative influences of nano-SiO₂ and hybrid fibers on the flowability are observed. SEM and MIP analysis reveal that nano-SiO₂ results in much smaller pore size in the composites. However, the porosity increases gradually with nano-SiO₂ addition. Three-point bending test results show that nano-SiO₂ increases the flexural strength of the composites with nearly equivalent deformability, but higher strength of the matrix leads to wider cracks. Due to larger volume fraction and higher modulus, hybrid fibers effectively mitigate this adverse influence on crack width and further enhance the flexural strength. The composites reinforced with 1.4% steel fiber and 2.5% polyvinyl alcohol (PVA) fiber exhibit the best flexural properties in the test. Finally, a simplified model is proposed to illustrate the reinforced mechanism of steel-PVA fibers.     

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。      

Strain hardening behavior of lightweight hybrid polyvinyl alcohol (PVA) fiber reinforced cement composites

Experimental results on the strain hardening and multiple cracking behaviors of polyvinyl alcohol (PVA) fiber reinforced cementitious composites under bending are reported in this paper. Different hybrid combinations of PVA fibers with different lengths and volume fractions are considered to reinforce the mortar matrix. Among different hybrid combinations, the composite containing 2% thicker PVA fibers of 12 mm length and 1% thinner PVA fibers of 6 mm length and the composite containing 2% thicker PVA fibers of 24 mm length and 1% thinner PVA fibers of 6 mm length showed the best performance in terms of highest ultimate load, largest CMOD (crack mouth opening displacement) at peak load and multiple cracking behavior. The effects of four types of light weight sands on the strain hardening and multiple cracking behavior of hybrid fiber composites are also evaluated in this study. It has been observed that the ultimate load and CMOD at peak load for all light weight hybrid fiber composites are almost the same irrespective of volume fractions of light weight sand. The composites containing finer light weight sands exhibited higher ultimate load than those containing coarser light weight sands. It is also observed that the hybrid fiber composite containing normal silica sand exhibited higher ultimate load than the composites with light weight sands.     

PVA及玄武岩纤维对水泥基复合材料力学性能的影响

在水泥基复合材料中掺入适量纤维可显著改善其物理力学性能,但有机-无机混杂纤维对水泥材料性能的影响目前研究不多。进行了单掺PVA纤维、单掺玄武岩纤维以及复掺两种纤维的水泥基复合材料力学性能实验。结果表明,单掺1.6%(体积分数)的短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低7%、抗压强度提升31%、折压比降低24%;单掺0.3%(体积分数)的短玄武岩纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低8%、抗压强度提升15.7%、折压比降低20%;掺0.3%(体积分数)短玄武岩纤维和0.5%(体积分数)短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度几乎无影响,抗压强度显著提升,折压比相对减少,其综合性能最优。     

Flexural behavior of geopolymer composites reinforced with steel and polypropylene macro fibers

Like ordinary Portland cement concrete, the matrix brittleness in geopolymer composites can be reduced by introducing appropriate fiber reinforcement. Several studies on fiber reinforced geopolymer composites are available, however there is still a gap to understand and optimize their performance. This paper presents the flexural behavior of fly ash-based geopolymer composites reinforced with different types of macro steel and polypropylene fibers with higher aspect ratio. Three types (length-deformed, end-deformed and straight) of steel fibers and another type of length-deformed polypropylene fiber with optimum fiber volume fraction of 0.5% are studied. The effects of different geometries of the fibers, curing regimes (ambient cured and heat cured at 60 °C for 24 h) and concentration of NaOH activator (10 M and 12 M) on the first peak strength, modulus of rupture and toughness of the geopolymer composites are investigated. The quantitative effect of fiber geometry on geopolymer composite performance was also analyzed through a fiber deformation ratio. The compressive strength, splitting tensile strength and flexural toughness are significantly improved with macro fibers reinforcement and heat curing. The results also show that heat curing increases the first peak load of all fiber-reinforced geopolymers composites. End-deformed steel fibers exhibit the most ductile flexural response compared to other steel fibers in both heat and ambient-cured fiber reinforced geopolymer composites.     

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。     

微发泡聚丙烯/晶须复合材料的发泡行为与力学性能

将改性的MgSO4和CaCO3晶须加入聚丙烯中,在二次开模条件下制备微发泡聚丙烯(PP)/晶须复合材料,通过晶须在基体中的分散性、泡孔直径大小分布和泡孔密度,分析了不同晶须对材料的发泡行为与力学性能的影响.结果表明,晶须具有一定成核效应,CaCO3晶须的泡孔尺寸25.27μm左右,填充增强效果差;MgSO4晶须的泡孔尺...