钢纤维对玄武岩纤维编织网增强混凝土板双向弯曲性能的影响

为了研究钢纤维对玄武岩纤维网格布增强混凝土方板双向受弯性能的影响,借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,分别对素混凝土方板、玄武岩纤维网格布增强混凝土方板、钢纤维增强混凝土方板及钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂增强混凝土方板的弯曲性能进行研究,同时与传统钢筋网混凝土方板的弯曲性能进行对比,分析了网格布对混凝土方板的双向增强效果,探讨了钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用代替传统钢筋网的可行性。结果表明:玄武岩纤维网格布可以改善方板的内力重分布,显著提高其承载力,但是破坏时脆性特征明显;钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用表现出显著的正混杂效应,方板的韧性明显提高;在正常使用极限状态下,30 kg/m3的钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂方板的弯曲性能高于传统钢筋网混凝土方板,说明钢纤维与玄武岩纤维编织网混杂使用可以代替传统钢筋网。      

混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响

将玄武岩纤维置于混杂铺层的压缩侧,研究了碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能及混杂比对其弯曲性能的影响。通过对试样进行三点弯曲试验得到了材料的弯曲性能,并通过扫描电子显微镜观察材料的失效模式。与纯碳纤维增强环氧树脂基复合材料相比,当混杂比为16.7%和33.3%时,混杂复合材料的弯曲强度明显提升,弯曲强度分别提高12.4%和15.2%,但是其弯曲模量随着混杂比的提升而降低。混杂后的材料及玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的失效位移都高于碳纤维增强环氧树脂基复合材料,断裂韧性明显提升。从侧面观察可以发现不同铺层在压缩侧、拉伸侧和中间层有不同的失效形式。      

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。     

玄武岩纤维增韧三元地质聚合物的制备

制备了玄武岩纤维强化增韧的碱激发粒化高炉矿渣-粉煤灰钢渣三元地质聚合物胶凝材料.当矿渣∶粉煤灰∶钢渣为7∶2∶1,玄武岩纤维掺量为0.6％(wt)时,所形成的地质聚合物表现出最佳力学性能,其抗折强度为10.8MPa,抗压强度为95.4MPa； XRD分析结果表明,玄武岩纤维的掺入对地质聚合物的物相无明显影响,SEM微观...     

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。     

纤维增强地质聚合物混凝土早期冲击力学性能的对比研究

为对比研究玄武岩纤维和碳纤维对地质聚合物混凝土（geopolymeric concrete ,GC）早期冲击力学性能的改善效果,首先以矿渣与粉煤灰作为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土（basalt fiber reinforced geopolymeric concrete ,BFRGC）和碳纤维增强地质聚合物混凝土（carbon fiber reinforced geopolymeric concrete ,CFRGC）,再采用Φ100 mm 霍普金森压杆 (split Hopkinson pressure bar ,SHPB) 试验装置测试了两种材料3d、7d的冲击力学性能,并对试验进行对比分析。结果表明：纤维增强地质聚合物混凝土 (fiber reinforced geopolymeric concretes ,FRGCs) 早期冲击力学性能具有显著的应变率相关性;BFRGC的早期动态强度特性优于CFRGC;BFRGC在10–102 s-1范围内的能量吸收能力与CFRGC的相当,但BFRGC相对于CFRGC在吸收冲击能上的优势,将会随着应变率的增加而越发明显。对比可知：BFRGC较CFRGC而言,具有更加优越的早期冲击力学性能,主要体现在动态强度和能量吸收能力上。     

混杂比对碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料力学性能的影响

利用层内混杂的方式制备碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物,通过对材料进行拉伸、三点弯曲等实验研究该织物增强复合材料的力学性能及混杂比对其力学性能的影响。结果表明,按照一定的混杂比加入芳纶纤维后复合材料的拉伸性能提高,表现出积极的混杂效应。由于延伸性好的芳纶纤维的加入,使复合材料的拉伸断裂伸长率明显提高,材料破坏模式出现了完全脆性断裂模式(C12材料破坏形式)和“扫帚”形纤维断裂模式(C8A4,C6A6材料破坏形式)。此外,按照一定的混杂比加入芳纶纤维也有效改善了碳纤维增强复合材料的破坏韧性,碳/芳纶纤维混杂MBWK织物增强复合材料的弯曲强度和弯曲模量随混杂比的提高而呈下降趋势,当复合材料中芳纶含量从42%(体积分数,下同)(C6A6)到59.2%(C4A8)的变化过程中,弯曲强度和弯曲模量的降低率较高。0°试样在混杂比为59.2%(C4A8)时,弯曲挠度最大,达到7.49 mm,远高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料。所有90°混杂复合材料试样的弯曲挠度均高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料,表现出积极的混杂效应。     

混杂纤维增强超高性能混凝土弯曲韧性与评价方法

为了研究混掺纤维对超高性能混凝土(UHPC)的增韧效果, 通过161个三点弯曲梁的断裂试验, 测定了4种纤维和不同掺量下各UHPC试件的载荷-裂口张开位移(CMOD)曲线和载荷-挠度曲线。将素UHPC峰值载荷对应的CMOD视为混杂纤维增强UHPC的初裂CMOD值, 基于载荷-CMOD曲线提出了等效断裂韧度的韧性评价方法, 该方法具有明确的物理含义, 可用于分析混掺纤维品种和掺量对UHPC断裂韧性的影响规律。研究发现:在小变形(小于50倍素UHPC峰值载荷对应的CMOD值)时, UHPC韧性取决于钢纤维的掺率;粗合成纤维主要在中等变形和大变形阶段(大于50倍素UHPC峰值载荷对应的CMOD值)发挥其增韧效用。      

结构型纤维对混凝土弯曲韧性和裂缝表面形态的影响

为了研究结构型聚丙烯纤维、结构型钢纤维及混杂纤维(包括结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维)对混凝土弯曲韧性及裂缝表面形态的影响,参照RILEM TC 162-TDF[10]标准进行混凝土开口梁的三点弯曲试验。利用激光扫描仪对每个试件裂缝表面形态进行信息采集。基于裂缝表面信息,计算了四种裂缝表面粗糙程度参数(即裂缝粗糙度(R_N)、分形维数(D)、z坐标正态分布的标准差(σ_z)和裂缝曲折度(τ)),并比较分析了裂缝表面粗糙程度参数与弯曲韧性参数之间的相关性。研究表明:随着纤维掺量的增多,混凝土弯曲韧性和裂缝表面粗糙程度均随之增大。与结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维相比,混杂纤维在提高混凝土弯曲韧性和增大混凝土裂缝表面粗糙度方面均展现出正混杂效应。与分形维数D、z坐标正态分布标准差σ_z和裂缝曲折度τ相比,裂缝粗糙度R_N与纤维增强混凝土梁弯曲韧性参数的相关性最为显著,且存在指数函数关系。基于该函数关系,可借助纤维增强混凝土梁的弯曲试验快速估测裂缝表面的粗糙程度。      

高温对钢纤维-聚乙烯醇纤维-CaCO3晶须多尺度纤维/水泥复合材料弯曲性能和微观结构的影响

为促进钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维-CaCO₃晶须(CW)多尺度纤维/水泥复合材料的工程应用,考察其抗火耐高温性能,本文研究了SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料高温后的弯曲性能及其微观结构。研究发现:随温度升高,SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲强度总体下降,但在500℃以下时下降缓慢,CW掺量为3vol%的SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲强度有所提高;800℃及以上时,SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料的弯曲强度急剧下降。采用JSCE SF4规定的等效弯曲强度评价弯曲韧性。随温度升高,SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料的等效弯曲强度逐渐降低,500℃以下时掺加CW显著增强了SF对裂缝的控制能力,其中小挠度阶段的作用效果优于大挠度阶段。800℃以上时,等效弯曲强度急剧下降,其中大挠度阶段下降更为显著。借助数码相机、光学显微镜和SEM进行多尺度观测,揭示了高温对SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲性能影响的微观机制。      

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.     

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。      

The effect of organic and inorganic fibres on the mechanical and thermal properties of aluminate activated geopolymers

The addition of fibres to a brittle matrix is a well-known method to improve the flexural strength. However, the success of the reinforcements is dependent on the interaction between the fibre and the matrix. This paper presents the mechanical and microstructural properties of PVA and basalt fibre reinforced geopolymers. Moreover low density and thermal resistant materials used as insulating panels are known be susceptible to damage due to their poor flexural strength. As such the thermal and fire resistance properties of foamed geopolymers containing fibre reinforcement were also investigated.The results highlight that the presence of PVA fibres greatly increased the flexural strength and the toughness of the geopolymer composite, while the presence of basalt fibres improved the flexural behaviour of the composite after high temperature exposure.     

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。     

混杂比对单向碳-玻层间混编复合材料0°压缩和弯曲性能的影响

本文研究了相同铺层方式下不同混杂比对单向碳-玻(碳纤维-玻璃纤维)层间混编复合材料的0°压缩和弯曲性能的影响。以碳-玻层间混编形式向纯玻纤织物中混入碳纤维,对复合材料的0°压缩强度、0°压缩模量、弯曲强度和弯曲模量均有一定的提高作用,三种碳纤混杂比不同的复合材料0°压缩强度较纯玻纤结构分别提高了22.72%、26.95%、11.43%,混杂比不同所导致的试样破坏程度也各不相同。混杂复合材料0°压缩模量随碳纤含量增加逐渐增大。三种碳纤混杂比复合材料弯曲强度基本一致,而弯曲弹性模量随碳纤含量增加逐渐增大。     

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。     

Fracture behavior and microstructure of steel fiber reinforced cast iron

In this study, improvement of fracture toughness and strength of gray cast iron by reinforcing steel fiber was investigated. Three point bend specimens were used to calculate the flexural strength and fracture toughness. Fracture toughness of the reinforced cast iron with two distinct volume fraction (Vf = 0.05 and 0.08) were calculated by compliance method and J-integral method using single specimen technique. The study shows that fiber reinforced composite has higher fracture toughness and flexural strength than cast iron without reinforcement. Also, fracture toughness increases with increasing volume fraction of reinforcement. Optical and scanning electron microcopy (SEM) analyses were used to examine the microstructure and fracture surface. It is noted that the carbon diffuses from gray cast iron to steel fiber and graphite free transition regions with high hardness were observed due to the carbon diffusion.