掺加杜拉纤维混凝土抑制裂缝在工程中的应用

杜拉纤维是一种聚丙烯单丝纤维，在混凝土中的主要作用是：阻止基体中原有的微裂的扩展并延缦新裂缝的出现；提高基体的变形能力从而改善其韧性与抗冲击特性，在中华民族园二期蓝海洋地下工程中使用取得好良好的效果。     

纤维桥接裂缝过程与分布对水泥基材料弯曲性能影响

对3类不同粉煤灰掺量下形成的聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基材料,通过三点弯曲试验测试,研究了PVA纤维水泥基材料的弯曲性能;通过对PVA纤维水泥基材料断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜影像分析,研究了PVA纤维-(水泥)基体界面微观结构,揭示了PVA纤维桥接裂缝过程;通过PVA纤维水泥基材料样本抛光表面的荧光影像,量化测定了PVA纤维在基体中的分布.结果表明:掺入粉煤灰后PVA纤维对水泥基材料增强增韧作用增加,高掺量下效果更显著;掺入粉煤灰后裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,随着裂缝的扩展,PVA纤维由短距离滑动转变为长距离滑动,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加;掺入粉煤灰后基体结构更加均匀,PVA纤维分布系数增大,PVA纤维对水泥基材料的增强增韧作用提高.     

现代混凝土增韧防裂原理及应用

从水泥基体和增强纤维两个方面综述混凝土增韧防裂的原理,分析增韧防裂技术的影响因素和作用效果,介绍了典型应用工程。从分子、微观和细观三个层次,阐述了纳米材料、有机高分子材料和聚合物对水泥基体增韧的作用机制。从纤维 基体界面作用力、裂缝形成和非稳态扩展抑制等方面,论述纤维种类和特性对混凝土硬化前后阶段增韧防裂的作用规律。基体增韧与纤维增韧相结合,能够提高混凝土的抗拉强度、拉伸应变和断裂能,并有效降低裂缝宽度,抑制裂缝扩展。     

粉煤灰对聚乙烯醇纤维水泥基材料弯曲性能与微观结构影响

采用3点弯曲试验,结合宏观裂缝形态与PVA纤维桥接状态,研究了不同粉煤灰掺量下聚乙烯醇纤维水泥基材料(PVA-ECC)的弯曲性能;通过分析试件断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜形貌,研究了不同粉煤灰掺量下PVA纤维-基体界面微观结构特征。结果表明:不同粉煤灰掺量下PVA纤维对水泥基材料的增强增韧效果不同,高掺量下增强增韧的效果显著;随粉煤灰掺量增加,基体结构特征更均匀,裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,桥接裂缝的PVA纤维状态由少量纤维短距离滑动拔出转变为大量纤维长距离滑动拔出,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加。     

微裂缝钢混构件水分侵入的成像与定量表征

通过三点弯曲施荷,对C30和C50钢筋混凝土构件诱导了宽度为20~88μm不等的微裂缝,然后采用中子透射技术对微裂缝钢混构件中的水分侵入过程进行了可视化成像探测,并对侵入过程中水分的空间分布进行了定量表征.结果表明,即使C30和C50混凝土的微裂缝仅为20μm,也为水分的侵入提供了畅通通道;水分在短时间内即快速充满裂缝,继而在水平方向上沿裂缝两侧、在垂直方向上超越裂缝末端侵入水泥基体;C30混凝土裂缝宽度为82μm(与混凝土保护层厚度比值为0.39%)时,受拉钢筋与水泥基体界面存在较明显的水分侵入,但其含量较低;水分侵入含量在微裂缝处最高,并以此为中心向裂缝两侧呈对称状逐渐降低.     

BF-ECC力学性能及应变硬化机理研究

火灾、爆炸等突发事件时常威胁人们的生命和财产安全，研发一种抗爆炸、抗冲击的建筑材料成为较为热门的研究方向。通过多缝开裂的应力准则设计配合比，掺入玄武岩纤维使复合材料发生应变硬化；并研究了裂缝数量和宽度随纤维掺量的变化规律，得出复合材料的强度和延性同时随着玄武岩纤维掺量的增大而提高的结论。薄板拉伸试件多缝开裂的裂缝宽度保持在3μm。还利用纤维简化模型对裂缝间距进行计算，与实测裂缝间距误差在10%以内；给出了玄武岩纤维应变硬化水泥基复合材料的峰值强度计算式，并用于预测高强水泥基体改变玄武岩纤维掺量的峰值应力。     

高延性纤维混凝土抗压性能试验研究

高延性纤维混凝土(ECC)具有应变硬化和多裂缝开展性能,能明显改善混凝土结构的抗裂性能和耐损伤能力。通过对9组不同配比的高延性纤维混凝土的抗压性能进行试验研究,并与砂浆基体和混凝土进行比较,得出以下结论:1)高延性纤维混凝土试块受压破坏过程中表现出良好的抗压韧性,与普通混凝土和砂浆基体的破坏明显不同;2)第2次加载时,裂缝截面处的纤维承担了大部分拉力,纤维受拉和拔出过程中试块内部形成多而细密的裂缝,使材料在破坏过程中逐渐释放能量;3)在保证纤维分散性和拌合物流动性的情况下,水胶比越低,抗压强度越高,粉煤灰掺量增大可以改善纤维和基体的界面特性、提高材料的延性;4)高延性纤维混凝土的第2次抗压强度与第1次抗压强度接近,受损后强度在一定程度上仍继续保持增长,其耐损伤能力明显优于普通混凝土。     

钢纤维混凝土抗冲击性能及其阻裂增韧机理

采用自制落锤冲击试验装置,以韧性系数和延性比来评价钢纤维混凝土(SFRC)的韧性,研究了钢纤维对混凝土抗冲击性能的影响.以纤维分散系数表征钢纤维分布的均匀程度,对冲击面裂缝进行观测,并对冲击断面纤维分布进行了统计计算,分析了冲击荷载作用下钢纤维混凝土的阻裂效应及增韧机理.结果表明:钢纤维的掺入可显著提高混凝土的抗冲击性能;在钢纤维掺量(体积分数,下同)为0.8%时,钢纤维混凝土的延性比超过15%,其韧性系数随钢纤维掺量的提高而增大,在钢纤维掺量为1.0%时达到最大值,接近基准混凝土的10倍;钢纤维的掺入降低了基体脆性,改善了其塑性特征,从而延缓了钢纤维混凝土的裂缝开展,并改善了其主裂缝形状、减少了裂缝条数;钢纤维混凝土的抗冲击韧性与钢纤维掺量及其在冲击断面上的分布均匀程度密切相关.     

高地应力下深部岩芯饼化裂缝发展规律及机制研究

以青海共和盆地干热岩调查井的钻孔岩芯为研究对象，首先分析现场岩芯饼化侧面破坏特征、端面断口宏观和微观特征，然后基于三维离散–连续混合方法，分析不同类型应力状态下钻孔取芯过程中的裂缝扩展行为，从细观角度探究岩芯饼化形成机制。研究结果表明：(1)饼化岩芯侧面特征可分为破碎状、薄饼状、饼化状和厚饼状；端面断口形态可分为马鞍形、平面、杯状凹面和椭圆形，大多粗糙不平，具有凹凸性；(2)岩芯饼化侧重于拉伸破坏机制；(3)高水平主应力是岩芯饼化发生的主要因素，诱发带状分布裂缝并产生杯状凹面断口；垂向应力抑制裂缝带状分布，水平应力较小时，足够大的垂向应力可使岩芯产生平面断口；(4)在应力重分布作用下，岩芯根部产生大量裂缝，岩芯上部的已有裂缝也会继续发展，加剧岩芯饼化程度；(5)水平主应力差异性既影响裂缝的分布状态，也影响裂缝走向，裂缝走向倾向于沿最大水平主应力方向，且聚集分布在岩芯边缘附近区域；(6)裂缝走向分布受应力水平的影响，沿最大水平主应力走向裂缝比例随最小水平主应力的减小或垂向应力的增大而增加，较大的最大水平主应力会削弱裂缝走向对应力方向的指示作用。     

基于V型缺口梁的聚乙烯纤维增强超高延性水泥基复合材料受剪性能试验研究

基于9根聚乙烯纤维增强超高延性水泥基复合材料(PE-ECC)和3根无纤维基体浇筑的V型缺口梁受剪性能试验，研究不同配合比和纤维体积掺量对V型缺口PE-ECC梁的剪切性能的影响。结果表明：对照组无纤维基体V型缺口梁表现为明显的脆性破坏特征，而V型缺口PE-ECC梁均发生延性破坏；V型缺口PE-ECC梁试验过程中裂缝主要出现在缺口两侧加载点与支座之间的区域，呈现明显的多缝开裂现象，当荷载达到峰值荷载之后试件的下支座处出现主裂缝并且试件具有明显的挠度，这与无纤维基体试件有着显著的区别；当纤维体积掺量在0%～2%范围内时，V型缺口PE-ECC梁的受剪承载力和延性随纤维体积掺量的增大而增加，且纤维体积掺量为2%的试件的裂缝开展较纤维体积掺量为1%的试件更加充分；当纤维体积掺量为2%时，PE-ECC梁的名义抗剪强度平均值为9.46MPa,为同配合比PE-ECC轴心抗拉强度的1.79倍。     

基体组分优化对纤维水泥基复合材料应变硬化性能的影响

纤维增强复合材料(FRCC)在负荷下具有应变硬化和多裂缝类型特征,然而,并不是所有水泥基材料中加入一定量纤维就可得到应变硬化性能,基体组分,加工制作过程的不同和基体缺陷的差异影响着应变硬化的稳定性。依据取得应变硬化行为的微观力学模型和其他一些研究方法,探讨了水灰比、骨料、矿物掺合料、基体缺陷等因素变化对FRCC应变硬化能力的影响。结果表明:在微观力学模型的指导下,优化基体材料的组分能够稳定的取得应变硬化的行为。     

混凝土纤维增韧原理及计算模型

从纤维-混凝土基体界面作用力和纤维拔出行为两个方面介绍了混凝土纤维增韧原理及计算模型.纤维增韧行为可分为弹性、弹性粘结-脱粘滑移和脱粘滑移三个作用阶段,而提升基体密实度和优选纤维种类,能够提高纤维-基体界面力,抑制裂缝扩展,提高混凝土韧性.     

高韧性PVA-SHCC多缝开裂后吸水特性研究

制备了高韧性PVA-SHCC(聚乙烯醇-应变硬化水泥基复合材料)试件,通过吸水试验和中子成像试验,研究了未开裂和直拉多缝开裂情况下SHCC的吸水特性.结果表明:中子成像能够对无裂缝和多缝开裂SHCC试件的吸水过程进行可视化追踪和定量分析计算;SHCC在无裂缝时吸水很少,中子成像无肉眼可见的水分前锋;多缝开裂后,能够清晰探测到水分沿80～140μm的裂缝迅速侵入材料内部,并通过遭横向拉拔破坏的纤维与水泥基体界面而充满裂缝区;在这种情况下,应从耐久性角度限制SHCC多重裂缝宽度.     

混凝土裂缝产生的材性分析和修补材料研究

混凝土作为一种多相复合基材料,裂缝产生的原因很多。主要从材性上分析了裂缝产生和发展的原因。并分析了裂缝修补材料的选取原则。结果表明,修补材料的材性和基体材料的材性需要有效协调,以避免产生二次裂缝。     

聚乙烯醇纤维和碳纳米管改性对混凝土力学性能的影响

为研究聚乙烯醇（PVA）纤维和碳纳米管（CNTs）对混凝土力学性能的影响，制备了不同PVA纤维和CNTs掺量的混凝土试件来进行抗压、劈裂抗拉以及抗折试验，并通过数字图像相关（DIC）技术对试件在抗折试验下的裂缝扩展进行了全过程监测.结果表明：当PVA纤维体积分数和CNTs质量分数均为0.15%时，混凝土试件的力学性能最优；DIC应变云图直观展示了混凝土试件在抗折试验过程中的裂缝扩展，可以对裂缝的位置以及发育方向进行准确地判别；PVA纤维和CNTs通过桥接作用延缓了水泥基体中微裂缝的发展，改善了混凝土的微观结构，表现出正混杂效应.     

多尺寸裂缝自修复体系的胶囊设计参数分析

混凝土裂纹扩展过程中,会同时或相继产生不同宽度的裂缝。为了实现胶囊对多尺寸裂缝的自修复,需要设计出在不同裂缝宽度下发生破裂的胶囊。采用扩展有限元和表面黏结技术相结合的应用模型综合分析了囊壁厚度、延性以及界面黏结强度和界面断裂能等因素对触发胶囊破裂的基体裂缝宽度的影响。结果表明:囊壁厚度和囊壁延性的增加可使触发胶囊破裂的基体裂缝宽度随之增大;采用较低的界面黏结强度,并且较大的界面断裂能可使触发胶囊破裂的基体裂缝宽度显著增大。     

高强砼与钢纤维高强砼冲击和疲劳特性及其机理的研究

本文主要采用了颗粒型与纤维型材料双重复合技术,配置了四个系列的高强和钢纤维高强混凝土.研究了在重复荷载作用下,它们的冲击、疲劳特性及其抑制损伤的机理.实验结果充分表明,因颗粒型材料硅灰的掺入,调整与改善了集料-基体、纤维-基体间界面区和整体的性状与结构,减少与缩小了裂缝源的数目、尺度,消除了界面区的薄弱,使界面粘结强度提高、界面效应范围增大,集料-基体和纤维-基体双重空间叠加效应增强,从而提高了抗冲击与耐疲劳能力;因钢纤维的掺入,在高强砼结构形成与破坏过程中,有效地抑制了裂缝的引发与扩展,缓和了裂缝尖端应力集中程度,推迟了冲击和疲劳损伤过程,使用寿命明显提高;当钢纤维与硅灰复合掺入高强砼中,两种材料各施其长、相互促进,产生优异的双重复合效应,更大幅度地提高了高强砼抗冲击与耐疲劳能力.     

砌体裂缝分析及其对策

结合砖混结构房屋的应用，对砌体结构的裂缝进行了分类，对裂缝的产生原因进行了分析；并针对性地阐述了砌体裂缝的处理措施，同时就砌体裂缝的预防进行了探讨，以解决砌体结构的裂缝问题，提高建筑物的质量。     

循环高温作用下花岗岩裂缝渗流–传热特性试验研究

在利用注水热交换方式进行高温岩体地热开发过程中，热交换对流通道周围高温岩体会反复经历降升温循环作用，循环温度作用下高温岩体裂缝壁面变形、裂缝导流与岩体传热特性都会受到一定影响。为揭示这一复杂过程中花岗岩裂缝渗流特性及强制对流换热规律，在实验室进行降–升温循环(300℃→250℃→200℃→150℃→300℃)作用下流体渗流换热试验，结果表明：(1)低温水注入会诱发高温花岗岩裂隙面损伤破裂，裂缝面粗糙度系数JRC由初始的14.51变化至作用后的21.03，粗糙裂缝面轮廓最大高差ξ由2.2 mm增至3.21 mm，高温岩体导流裂缝随温度变化而变得更为曲折、粗糙度增大。(2)岩体温度由300℃递减至150℃时，裂缝渗透率呈指数型下降，由初始1.63达西降至0.53达西；而岩体温度由150℃增至300℃后，由于岩石基质热膨胀导致裂缝闭合，渗透率进一步降低；随着降–升温循环次数增加，裂缝渗透率整体呈一定程度波动变化，最终使得渗透率明显降低。(3)岩石初始温度高、提高热交换注入水压力，有利于高温花岗岩裂缝对流换热效果；然而随着降–升温循环次数增加，对流热交换作用效果变弱。研究对高温岩体地热高效开发...     

聚丙烯纤维对水泥加固风积沙抗压强度的影响研究

将聚丙烯纤维作为添加剂掺入水泥加固风积沙,进行了水泥砂浆的抗压强度(CSCM)试验,试件由不同水泥含量的混合物和不同掺量聚丙烯纤维配制而成。在7d和28d养护期后进行抗压强度试验。试验结果显示:在水泥加固风积沙中掺入聚丙烯纤维后,聚丙烯纤维可均匀地分布于基体中,可降低裂缝尖端周围的应力集中并阻止裂缝扩张,提高了水泥加固风积沙的机械性能,且随着掺入的聚丙烯纤维的增加,水泥砂浆的抗压能力也随之增加,但当掺加率超过0.2%以后,试件的抗压能力基本稳定,没有更显著的增加。