工程纤维增强水泥基复合材料PVA-ECC单轴受拉性能研究

通过对工程纤维增强水泥基复合材料PVA-ECC的单轴受拉强度和变形特性试验,研究PVA纤维体积率、水胶比与砂胶比对ECC抗拉性能的影响,研究结果表明,随着PVA纤维体积掺量的增加,ECC的抗拉强度与极限拉应变明显增大,其受拉应变-硬化特性也越明显;水胶比增大,PVA-ECC的抗拉强度降低,但极限拉应变增大且可明显改善其受拉应变硬化特性;砂胶比为0.36时,PVA-ECC的极限拉应变最大,继续增大砂胶比,将不利于PVA-ECC受拉应变-硬化特性的发挥。     

ECC拉伸性能与弯曲性能的试验研究

设计了10组ECC试件,并进行了哑铃型单轴拉伸和薄板四点弯曲试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比和PVA纤维体积率对ECC拉伸性能与弯曲性能的影响。结果表明,增加粉煤灰掺量,ECC试件抗拉强度和抗弯强度均先增大后减小,当粉煤灰掺量为1.2时,ECC的受拉应变-硬化特性最明显,极限拉应变可稳定达到4.7%以上;增大水胶比,ECC的抗拉强度和抗弯强度降低,但极限拉应变增大且受拉应变-硬化特性明显;增大PVA体积率可明显提高ECC的抗拉强度、极限拉应变和抗弯强度。     

高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种高韧性延性土木工程材料,通过对13组288个ECC试件进行单轴抗压、劈裂抗拉及四点弯曲等试验,分析聚乙烯醇纤维(PVA)掺量、水胶比及粉煤灰掺量对ECC力学性能的影响规律。研究表明:水胶比及粉煤灰掺量是影响其抗压强度的主要因素,增加PVA掺量,ECC抗压强度变化较小,峰值应变值及极限应变值明显提高,峰值后延性较好;随着水胶比增加,ECC抗拉强度及抗弯强度降低,增加PVA掺量可明显提高抗拉及抗弯强度,PVA掺量为2.0%的ECC抗拉强度较基体提高53%,抗弯强度及弯曲韧度系数分别是相应基体的2.8倍及7倍,ECC在各种破坏荷载作用下可保持良好的整体性,未发生脆性破坏。     

粉煤灰和矿粉对水泥胶砂自收缩的影响

试验研究了粉煤灰和矿粉对水泥胶砂自收缩的影响.结果表明:当胶砂比(质量比)为1:0.5,水胶比(质量比)为0.3时,随水化龄期延长,水泥胶砂自收缩增大,早期自收缩发展急剧.粉煤灰降低了水泥胶砂的自收缩,随着粉煤灰掺量(质量分数)增大,水泥胶砂自收缩减小;掺10%和20%粉煤灰水泥胶砂的21 d自收缩较纯水泥胶砂分别下降了21.1%和29.5%.水化早期(5d前),矿粉掺量(质量分数)在10%～20%时,随着矿粉掺量增大,水泥胶砂自收缩降低;掺10%和20%矿粉水泥胶砂的21 d自收缩较纯水泥胶砂分别增加了11.1%和6.6%.     

高延性水泥基复合材料抗压强度尺寸效应的正交试验研究

高延性水泥基复合材料(ECC)具有准应变硬化和多裂缝开展的性能,能够明显改善混凝土结构的抗震性能和耐久性。通过对32组192个试件进行抗压强度正交试验,研究ECC材料的立方体受压破坏过程,研究水胶比、纤维掺量、粉煤灰掺量和砂胶比4种因素对ECC立方体抗压强度尺寸效应的影响。试验结果表明:聚乙烯醇PVA纤维掺量增大,ECC抗压韧性明显提高;水胶比和纤维掺量是影响ECC抗压强度和尺寸效应的主要因素;水胶比增大,ECC抗压强度降低,尺寸效应系数增大;纤维掺量增大,试块抗压强度增大,尺寸效应系数增大。抗折试验表明,随着纤维掺量的增加,ECC材料的抗折强度显著提高。     

考虑多参数影响的水泥基复合材料单轴抗压性能试验研究

考虑聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维含量、水胶比、砂胶比、尺寸效应、形状效应等参数的影响,对10组工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)试件进行单轴抗压试验,探究了各参数对ECC单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变关系及抗压韧性的影响规律。结果表明:PVA纤维的掺量对ECC单轴抗压强度和弹性模量影响较小,但ECC较水泥砂浆基体的泊松比有所增加,试验得到的ECC泊松比平均值为0.26;且随着PVA掺量的提高,ECC的抗压韧性明显提高。ECC的单轴抗压强度随水胶比的减小而线性增加,但水胶比过小时会降低ECC的抗压韧性。ECC抗压试验得出合理的砂胶比为0.17;增大试件的尺寸对ECC单轴抗压强度影响较小,但可能降低其韧性;ECC棱柱体单轴抗压强度和韧性均明显低于其立方体单轴抗压强度。     

高延性剑麻纤维水泥基路面材料配合比研究

通过正交试验研究了水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量和剑麻纤维掺量对水泥基路面材料抗压性能和弯拉性能的影响。结果表明,高延性剑麻纤维水泥基路面材料的最佳配合比为：水胶比0.30、砂胶比0.4、粉煤灰掺量30%、剑麻纤维掺量0.5%,此时,试件的弯拉强度满足JTG D40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》的要求,且抗压强度较高,为66.62 MPa。     

PVA纤维增强水泥基复合材料拉伸性能的影响因素研究

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）轴向拉伸试验,研究了水胶比、PVA纤维掺量、砂的种类和级配对PVA-ECC拉伸性能的影响,并利用扫描电镜（SEM）分析了砂种类和级配的影响机理。结果表明：当水胶比在0.28～0.34范围内时,PVA-ECC的极限拉应变随水胶比的增大而降低,当水胶比由0.28增至0.32时,PVAECC的极限拉应变仍大于3.0%,而当水胶比达到0.34时,PVA-ECC的极限拉应变小于3.0%;随着PVA纤维掺量的增加,PVA-ECC的极限抗拉强度增大,但极限拉应变呈先减小后增大的趋势;砂的种类和级配对PVA-ECC的拉伸性能有影响,选择粒径为0.075～0.150 mm的石英砂作为PVA-ECC的细骨料对PVA-ECC的拉伸性能最有利。     

ECC圆柱体轴心受压性能试验研究

考虑聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维含量、水胶比、砂胶比对工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)圆柱体轴心受压性能的影响,设计制作8组不同配合比的ECC圆柱体进行试验,并与砂浆基体试件的试验结果进行对比。探究了在砂浆基体中掺入PVA纤维对其圆柱体轴心受压破坏机制的影响;分析了PVA纤维掺量、水胶比和砂胶比对ECC轴心抗压强度、弹性模量、泊松比和抗压韧性的影响规律。基于试验结果,绘制ECC圆柱体试件轴心受压典型应力-应变曲线,对曲线进行分析,并给出ECC圆柱体泊松比的建议取值。     

延性纤维混凝土抗弯性能的试验研究

采用正交试验方法,考虑纤维掺量、水胶比、砂胶比和粉煤灰掺量的影响,设计了16组延性纤维混凝土试件,采用四点弯曲试验评定其抗弯性能。通过对弯曲初裂强度、极限抗弯强度、等效弯曲强度和弯曲韧性指数的分析可得:纤维的掺入改变了试件的破坏模式,显著提高了材料的抗弯强度和弯曲韧性;纤维掺量对抗弯性能影响显著,纤维掺量越大,抗弯强度和弯曲韧性越高;水胶比和砂胶比的影响次之,粉煤灰掺量的影响最小,水胶比不低于0.29,砂胶比不超过0.36时,延性纤维混凝土均具有较高的弯曲韧性。     

基于正交试验的UHTCC配合比设计

利用正交试验设计了9组不同配合比的超高韧性水泥基复合材料,通过直拉与弯拉试验,研究了水胶比、粉煤灰掺量、纤维体积掺量对极限拉应力、拉应变、弯拉应力和跨中挠度的影响。结果表明:PVA纤维明显提高了UHTCC的抗拉性能及抗弯性能;纤维体积掺量对7 d极限拉应变和28 d极限拉应力、拉应变均有显著影响,极限拉应力、拉应变总体上随着纤维体积掺量的增大而增大,水胶比对7 d极限拉应变影响显著,粉煤灰掺量对极限拉应力、拉应变的影响较小;水胶比和纤维体积掺量对7 d极限弯拉应力均有显著影响,粉煤灰掺量和纤维体积掺量对28 d极限弯拉应力有显著影响,水胶比和纤维体积掺量对7 d极限跨中挠度影响极其显著,对28 d极限跨中挠度有一定影响;通过综合分析确定了既保证强度又具有高延性的UHTCC的最优配合比。     

粉煤灰对混凝土干缩的影响

研究了粉煤灰掺量和水胶比等因素对混凝土干燥收缩的影响规律。结果表明:随着粉煤灰掺量的增多,混凝土的干燥收缩率均降低,且降低的幅度逐渐减小;基准混凝土28d后的干燥收缩率增长缓慢,而粉煤灰混凝土28d后的干燥收缩率仍有一定幅度的增长;随着水胶比的降低,混凝土干燥收缩率明显减小。     

延性纤维混凝土抗压与抗弯性能试验研究

采用正交试验方法,设计了16组延性纤维混凝土试件,通过28,56,90 d立方体抗压试验和56d抗弯试验,研究了纤维掺量、水胶比、砂胶比和粉煤灰掺量对其力学性能的影响。试验表明:1)纤维桥联作用显著提高了混凝土的抗压韧性和延性;2)粉煤灰掺量和水胶比对抗压强度影响显著,纤维掺量和砂胶比的影响较小;3)纤维掺量对抗折强度的影响较显著,粉煤灰掺量、水胶比和砂胶比对抗弯强度的影响较小,但对试件延性均有一定影响。根据正交试验结果和延性纤维混凝土配合比设计参数分析,确定了具有较高延性并保证强度的延性纤维混凝土的最优配合比。     

不同配合比参数对高延性纤维增强水泥基复合材料的性能影响

通过不同配合比对高延性纤维增强水泥基复合材料进行稠度、抗压和抗折强度试验,分析研究水胶比、砂胶比、纤维掺量对高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)的性能影响。试验结果表明:随着水胶比增大,ECC的抗压强度逐渐降低,在0.30～0.40水胶比范围内,水胶比对28 d抗折强度影响较小;随着聚乙烯醇纤维掺量增加,ECC的抗压和抗折强度逐渐上升;砂胶比对水泥基复合材料的抗压和抗折强度影响较小。     

高性能轻集料混凝土收缩性能研究

试验研究了胶凝材料用量、砂率、矿物掺合料和引气剂掺量对高性能轻集料混凝土收缩性能的影响。结果表明,高性能轻集料混凝土的收缩早期增长较快,到45d后增长才逐渐减缓,其达到稳定所需时间较长。轻集料混凝土的收缩随着胶凝材料的增加、水胶比和砂率的降低而增大;掺入一定量的粉煤灰和矿渣可以明显减小轻集料混凝土的收缩变形;引气剂的掺量对轻集料混凝土早期收缩影响不大,但混凝土后期收缩随引气剂掺量的增加而有不同程度的增大。     

等强度条件下水胶比和粉煤灰掺量对混凝土自收缩的影响

在保持混凝土7d抗压强度不变的条件下，研究了水胶比和粉煤灰掺量变化对混凝土的自收缩的综合影响。降低水胶比会增大自收缩，而增加粉煤灰掺量会减小自收缩，在一定范围内，增加粉煤灰掺量所带来的减缩效应大于降低水胶比所带来的增缩效应。可以同时调整水胶比和粉煤灰掺量，使大掺量粉煤灰混凝土在满足强度要求的前提下，自收缩较小。     

PVA/钢混杂纤维增强水泥基材料（HFRCC）配合比优化及评价方法

将钢纤维、国产PVA纤维和日本PVA纤维按照适宜比例进行配制,不同纤维材料性能相互补充、取长补短,可以更好发挥出混杂纤维增强水泥基材料（HFRCC）的力学性能,有利于其成本控制,具有广泛应用前景。通过正交试验极差结果择优和信噪比S/N稳定性择优两种方法分析粉煤灰掺量、水胶比、砂胶比、钢纤维掺量、国产PVA掺量和日产PVA掺量对混杂纤维增强水泥基材料（HFRCC）抗拉强度和抗弯强度的影响规律,对比两种方法的结果,并建立各因素和响应量之间的回归关系,与和易性工程性能相结合,给出HFRCC的最优配合比。结果表明：信噪比S/N稳定性择优方案更加准确和全面。粉煤灰掺量、钢纤维掺量、国产PVA掺量和日产PVA掺量对HFRCC的响应量影响较大,水胶比和砂胶比影响较小;建立数学模型预测和优选配合比,HFRCC抗拉强度最大可以达到6.36 MPa,抗弯强度最大可以达到13.90 MPa,预测值和试验值之间的相对误差绝对值均接近3%,且和易性能较好。研究结果可以为混杂纤维增强水泥基材料（HFRCC）的制备提供依据。     

适合3D打印施工的超高性能混凝土研究

针对适合3D打印施工的超高性能混凝土(UHPC)的配制及性能进行了研究,研究了硅灰、粉煤灰和矿渣粉3种掺合料的掺量、砂胶比、水胶比对UHPC流动性和抗折、抗压强度的影响,以及钢纤维对UHPC强度和单轴拉伸性能的影响。结果表明:硅灰、粉煤灰、矿渣粉的掺量分别为5%、10%、10%,砂胶比为1∶0,水胶比为0.17时,制备的UHPC强度最高;当钢纤维体积掺量不小于2.0%时,UHPC的抗压强度170.0 MPa,抗折强度40.0 MPa,抗拉强度10.0 MPa,且单轴受拉应力-应变曲线呈现出应变强化行为;当钢纤维体积掺量为2.5%时,UHPC的极限拉应变达6000×10-6。     

国产PVA纤维用于高韧性纤维增强水泥基复合材料的试验研究

采用正交试验设计方法,以国产聚乙烯醇(PVA)纤维作为增强纤维,研究了水胶比、粉煤灰掺量和胶砂比对高韧性纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响。研究结果表明:在较大水灰比和粉煤灰掺量达到70%的情况下,选用国产PVA纤维,仍然可以配制出成本低/单轴拉伸应力应变达到1%,且具有多微裂缝开裂特征的高韧性纤维增强水泥基复合材料。     

工程水泥基复合材料受压性能及应力-应变关系研究

通过对5组工程水泥基复合材料(ECC)棱柱体试件及1组水泥砂浆基体试件进行单轴受压试验,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、水胶比对ECC棱柱体抗压性能的影响规律以及ECC受压应力-应变全曲线特性。试验结果表明:PVA纤维体积掺量的变化对ECC棱柱体抗压强度影响不大; ECC棱柱体抗压强度随着水胶比降低而增大; ECC棱柱体弹性模量随其抗压强度提高而逐渐增大; PVA纤维体积掺量、水胶比对ECC棱柱体泊松比影响不大,且试验得到ECC棱柱体泊松比平均值为0. 27。根据对ECC受压应力-应变试验全曲线进行特征分析,提出ECC轴心受压应力-应变关系模型,并将模型与试验结果对比,验证该模型的准确性。