超高性能水泥基复合材料三点弯曲梁断裂韧度的试验测定及影响规律

研究超高性能水泥基复合材料的双K断裂参数,针对水泥基纤维复合材料和水泥基体两种不同材料设计了不同强度等级、不同尺寸以及不同初始缝高比的14组试件,进行3点弯曲梁断裂试验,测定其起裂荷载,并以此计算得到了起裂韧度的控制值;通过测定最大荷载及对应的裂缝张开位移计算失稳断裂韧度。结果表明,两种材料试件的起裂韧度和失稳韧度都随试件抗压强度的增大而增大;随初始缝高比的减小,水泥基纤维复合材料试件的起裂韧度和失稳韧度都明显增大,而水泥基体试件的起裂(失稳)断裂韧度增大不明显;尺寸效应均比较明显,试件尺寸的增大,水泥基纤维复合材料的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度增大较为明显,而水泥基体试件呈现一定的离散型。     

PVA纤维对超高韧性纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

通过对超高韧性纤维增强水泥基复合材料制作的立方体试件、棱柱体试件,进行了抗压、抗折和Ⅰ型断裂试验,研究了不同配合比下各组试块的抗压强度等力学指标与纤维掺量及基体材料强度的关系,研究了荷载与变形的关系、及不同切口高度试件的抗裂性能等.试验结果表明:合理的配合比及最佳PVA掺量能提高纤维增强水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度以及抗裂韧度;研究了国产PVA纤维与进口PVA纤维的合理掺量,在相同力学指标的前提下,利用国内PVA纤维造价低的优势,可实现部分代替超高性能水泥基复合材料中的进口PVA纤维,从而达到这种复合材料国产化、本地化的目的.     

复合SMA纤维增韧高性能水泥基材料的弯曲与疲劳性能研究

文章以砂浆为基体材料,将短切形状记忆合金纤维和钢纤维掺入到砂浆中制备得复合SMA纤维增韧高性能水泥基材料。研究纤维的种类和掺量、长径比对纤维增韧水泥基材料试件的弯曲、疲劳等力学性能的影响规律。实验结果表明：采用SMA纤维与钢纤维复合掺入能够明显改善水泥基材料的弯曲和疲劳性能。随着混杂纤维体积掺量的增加,试件的抗弯承载力提高,当混杂纤维体积掺量为1%时,韧性可提高6-9倍;当混杂体积掺量为2%时,试件的疲劳寿命提高2.3倍。     

钢纤维定向对水泥基复合材料等效断裂韧度的影响

通过不同钢纤维分布方向和不同钢纤维掺量的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,研究了钢纤维定向对钢纤维增强水泥基复合材料等效断裂韧度的影响。利用试验得到的荷载-挠度曲线,分析了钢纤维对水泥基复合材料断裂性能的影响,并计算了等效断裂韧度。结果表明,定向钢纤维增强水泥基复合材料的等效断裂韧度要明显高于相同掺量的乱向钢纤维增强水泥基复合材料,且等效断裂韧度随着钢纤维掺量的增加而逐渐增大;定向钢纤维试件的临界等效裂缝长度小于相同掺量的乱向钢纤维试件,且等效裂缝长度随着钢纤维掺量的增加而逐渐减小。此外,依据裂缝断裂面处的钢纤维数量和方向效应系数两方面解释了钢纤维掺量及定向对等效断裂韧度的提高作用。     

PVA纤维增强普通混凝土复合梁弯曲性能试验研究

为研究混凝土强度、复合梁黏结面处理方法和PVA纤维水泥基复合材料层厚度对PVA增强混凝土复合梁弯曲性能的影响,对十二组100 mm×100 mm×400 mm的复合梁试件进行了四点弯曲试验,分析了试件破坏过程和弯曲性能。结果表明,与基体强度C30的普通混凝土梁相比,随着PVA纤维水泥基复合材料层厚度的增加,复合梁的极限荷载提高了26.7%～48.4%;与基体强度C40的普通梁相比,随着PVA纤维混凝土层厚度的增加,复合梁的极限荷载提高了15.7%～46.6%;随着基体混凝土强度等级的提高,复合梁的极限承载力得到明显提升;复合梁黏结面进行凿毛处理对其极限荷载有所提高。     

超高韧性水泥基复合材料疲劳裂纹扩展规律研究

为了研究影响超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)疲劳裂纹扩展规律的因素,进行了试验研究。通过调整UHTCC动态断裂试验的加载条件和试验参数得到荷载幅值、加载频率和缝高比对疲劳裂纹扩展速率的影响关系。并通过试验数据拟合,确定了缝高比分别为0.33、0.40的疲劳裂纹扩展公式参数。试验结果表明:加载条件中,荷载幅值对疲劳裂纹扩展速率影响最大,荷载幅值越大,裂纹扩展速率越大;加载频率增大时,裂纹扩展速率趋于减小;在一定范围内,初始缝高比越大,疲劳裂纹扩展速率越大。     

大掺量粉煤灰对高韧性纤维增强 水泥基复合材料性能的影响

为了提高高韧性纤维增强水泥基复合材料的可持续发展指标,发展绿色环保型高韧性水泥基复合材料,以大掺量粉煤灰为基础,以粉煤灰掺量为参变量,研究不同粉煤灰掺量对高韧性纤维增强水泥基复合材料的流动度、抗压强度和弯曲性能的影响。研究结果表明,在大掺量粉煤灰情况下,随着粉煤灰掺量的增加,复合材料的流动度呈先增长后下降的趋势;抗压强度呈线性降低,且试件破坏时没有出现砂浆剥落现象,抗压破坏属于延性破坏;极限抗弯荷载呈现降低、增加又降低的变化趋势;极限挠度呈下降趋势,弯曲弹性刚度呈增加趋势。     

碳-钢纤维混杂水泥基复合材料的力学行为

研究了碳-钢纤维在水泥及复合材料断裂破坏过程中的作用机制。研究表明,碳纤维可显著提高基体初裂强度和断裂韧性,钢纤维则能明显改善基体初裂后的力学行为。碳-钢纤维混杂水泥基复合材料在初裂阶段和峰值荷载之后均具有较高的强度和断裂韧性。纤维混杂水泥基复合材料的力学行为反映了两种不同品种、不同尺度的纤维的增强、增韧机理。     

PVA纤维增强纳米SiO_2水泥基复合材料弯曲韧性研究

以初始弯曲韧度比R_(e,p)、弯曲韧度比R_(e,k)作为表征纳米水泥基复合材料弯曲韧性的评价指标,通过9组配合比共27个小梁试件的三分点加载弯曲试验,探究了PVA纤维掺量对普通水泥基复合材料和纳米SiO_2水泥基复合材料弯曲韧性的影响。结果表明,随着PVA纤维掺量的增加,PVA纤维增强普通水泥基复合材料和纳米SiO_2水泥基复合材料的弯曲韧性指标都呈现出先增大后减小的趋势,且均在PVA纤维掺量为1.2%时达到最大值,此时2种水泥基复合材料的荷载-挠度曲线最饱满。     

桥梁伸缩缝的水泥基复合材料抗疲劳性能试验研究

为研究用于桥梁伸缩缝的高性能水泥基复合材料(HPECC)的疲劳性能,分别对掺入国产PP纤维和PVA纤维的水泥基复合材料进行三点弯曲梁疲劳试验。结果表明PVA-HPECC出现多缝开裂的现象,在疲劳荷载作用下,其疲劳寿命远大于PP-HPECC;根据可靠度理论建立P-S-N曲线,得到不同可靠度下的疲劳寿命预测方程。     

PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱节点抗震性能试验研究

为抑制地震荷载作用下梁柱节点剪切裂缝的形成和梁纵向钢筋的滑移,提高梁柱节点抗震性能,采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料替代普通混凝土是可选措施之一。设计8个梁柱节点试件,其中6个试件采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料,2个对比试件分别采用单掺PVA纤维增强水泥基复合材料与普通混凝土,进行拟静力试验以研究混杂纤维的掺加对梁柱节点抗震性能的影响。通过改变纤维掺量,在循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究其滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明：纤维的掺加可有效抑制梁柱节点剪切裂缝的形成与发展,显著提高梁柱节点的承载能力、延性及耗能能力;混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱节点在峰值荷载前后的抗震性能均优于单掺PVA纤维增强水泥基复合材料梁柱节点。     

短纤维及混杂纤维砂浆轴向拉伸试验研究

采用自行设计的试验加载装置，对在砂浆中分别掺人钢纤维、PVA纤维以及同时掺人两种纤维的水泥基复合材料进行了直接拉伸试验，成功地获得了完整的应力-应变全曲线．数据采集采用动态应变测试系统，结果表明，在砂浆中掺人钢纤维．可以大大提高基体的抗拉强度及韧性，试件的最终破坏取决于钢纤维与基体之间的界面粘结强度；在砂浆中掺人PVA纤维对提高基体的抗拉强度有限，但却可以较大幅度地提高基体的韧性，试件的破坏是随着纤维的逐渐断裂而破坏。混杂纤维增强砂浆的破坏形式则是由基体、钢纤维、PVA纤维的材料特性共同决定。     

标准钢筋混凝土三点弯曲梁双K断裂特性试验研究

为研究缝高比对钢筋混凝土起裂韧度、失稳韧度等断裂参数的影响,以及钢筋在混凝土裂缝扩张过程中对裂缝的限制作用,设计制作了4组初始缝高比分别为0.2、0.3、0.4、0.5的标准钢筋混凝土三点弯曲梁,对其进行了断裂性能试验研究。根据试验现象分析了裂缝扩展过程,在此基础上建立了断裂韧度计算模型,给出了考虑钢筋限裂作用后的有效裂缝长度计算式。研究结果表明：在引入适应于钢筋混凝土的断裂韧度后,其裂缝扩展过程也可以用双K断裂准则来描述;当试件的初始缝高比大于或等于0.4时,钢筋混凝土三点弯曲梁的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度与初始缝高比无关;声发射参量可以准确地确定试件的起裂荷载值,而且与传统的应变片法相比,声发射信号能更好地反映试件内部真实的起裂状态。     

玄武岩纤维增强水泥基复合材料冲击压缩性能研究

利用φ50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对玄武岩纤维增强水泥基复合材料(BFRCC)进行冲击压缩试验,通过对3种不同纤维掺量的BFRCC试件在不同应变率下的动态压缩力学性能、吸能性能和韧度指数进行试验研究,结果表明:不同纤维掺量BFRCC的动态抗压强度、破碎状态、韧度系数等均具有明显的应变率效应;相近应变率条件下随着纤维掺量的增加,BFRCC试件的能量吸收呈现上升趋势;随纤维掺量的增加,BFRCC的韧度系数上升速率增大。     

初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响

为了研究初始缝高比对碾压混凝土的断裂性能的影响,制作了初始缝高比为0.4、0.5、0.6共18个楔入劈拉碾压混凝土试件并进行了断裂试验,得到了不同初始缝高比试件的有效裂缝长度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度等断裂参数,分析了初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响。结果表明:在不同初始缝高比的条件下,起裂断裂韧度的值变化较小,可认为是材料的固有参数;失稳断裂韧度随初始缝高比的增大而增大,但也逐渐趋于平缓;起裂断裂韧度与失稳断裂韧度的比值随着初始缝高比的增加维持在0.38左右;相同尺寸下,初始缝长越小,裂缝亚临界扩展量越大,试件韧性越好。     

纳米SiO2和PVA纤维增强水泥基复合材料的断裂性能

通过18组共90根纳米SiO2和聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料预制切口小梁试件的三点弯曲断裂试验,以起裂断裂韧度和断裂能作为评价指标,探讨了纳米SiO2掺量、PVA纤维体积分数及石英砂粒径对水泥基复合材料断裂性能的影响.结果 表明:适量的纳米SiO2和PVA纤维可显著改善试件的断裂性能,在未掺纳米SiO2或纳米SiO2掺量为2.0％条件下,随着PVA纤维体积分数的增加,试件的起裂断裂韧度和断裂能均呈现先增后减趋势,且均在PVA纤维体积分数为1.2％时达到最大值.当纳米SiO2掺量小于1.5％时,试件的断裂性能随着纳米SiO2掺量的增加而提高;当纳米SiO2掺量大于1.5％时,纳米SiO2的掺入对试件的断裂性能有不利影响;随着石英砂粒径的减小,试件的断裂性能逐渐降低.     

超高韧性水泥基复合材料单轴压缩疲劳性能研究

对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）进行单轴压缩疲劳试验,研究其压缩疲劳寿命、疲劳变形特征、纤维破坏形态以及疲劳寿命方程。结果表明：在单轴压缩疲劳荷载作用下,UHTCC材料的三阶段变形特征与普通混凝土以及钢纤维混凝土类似,所不同的是,该材料在疲劳荷载作用下的变形明显大于其静载包络线,具有更优异的变形能力,在疲劳破坏时呈现更显著的延性特征;疲劳破坏后,疲劳破坏面上的纤维受到严重挤压,其形态不同于纤维初始形态以及单调荷载作用下纤维的破坏形态。UHTCC材料的压缩疲劳寿命服从威布尔分布,p-S-N双对数方程可根据威布尔参数拟合得到。该研究结果可为UHTCC材料的工程应用提供参考。     

PVA纤维与织物复合增强水泥基材料弯曲韧性研究

水泥基复合材料掺入PVA纤维可以提升基体的韧性,定向分布的纤维织物也具有增韧效果。为了研究PVA纤维与织物复合对水泥基材料弯曲性能的影响,通过改变PVA纤维的掺量和织物配网率对方板试件进行抗弯性能试验,采用3种弯曲韧性的能量评价方法对试验结果进行分析和对比。试验结果表明,PVA纤维和织物在基体中产生协同作用;PVA纤维对基体弯曲韧性的贡献要优于织物;PVA纤维掺量和织物配网率的增加可以在一定程度上提高板在开裂过程中能量吸收的能力。     

不同材料胶结层对组合梁粘结性能影响的试验研究

为研究不同胶结层材料对装配式混合连接钢-混凝土组合梁受力性能及粘结性能的影响,设计制作了2根3 m跨径的试验梁进行静载试验。胶结层材料分别为环氧砂浆和C60水泥基灌浆料,其它参数不变。通过试验对比分析了试件的破坏模式、极限承载力、荷载-挠度曲线、荷载-滑移曲线和沿梁高应变曲线。研究表明,在弹性阶段,C60水泥基灌浆料的最大滑移量仅为环氧砂浆的62.7%,采用C60水泥基灌浆料作为胶结层在弹性阶段可以明显减少混凝土板与钢梁之间的滑移量,粘结性能更优;在塑性阶段,C60水泥基灌浆料的滑移量急剧增大,因此破坏阶段时环氧砂浆的粘结力稍强。     

基体强度对水泥基复合材料纤维混杂效应的影响

混杂纤维对提高砂浆和混凝土等水泥基复合材料的强度和韧性存在一定的混杂效应.通过试验研究了基体强度对纤维混杂效应的影响.结果表明,基体的强度越高则混杂纤维的增强混杂效应越小,而纤维的增韧混杂效应基本不受基体强度的影响.基于细观断裂力学和层次结构的观点探讨了基体强度对纤维混杂效应的影响机理,为利用混杂效应强化、韧化水泥基复合材料提供理论和试验依据.