低温下玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能

采用直径15μm的两种长度的玄武岩纤维,制成不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土。对其进行抗冲击试验,分析玄武岩纤维混凝土在低温环境下的抗冲击性能。结果表明:玄武岩纤维能够提高混凝土在低温环境下的抗冲击次数。对试验结果进行统计分析和失效概率预测,结果表明:威布尔分布可以有效地对基于U形试件的玄武岩纤维混凝土抗冲击性能进行统计分析。以玄武岩纤维混凝土在冲击试验中的初裂和终裂次数的自然对数来评价其抗冲击性能,则在相同的失效概率情况下,玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能与玄武岩纤维的掺量近似呈线性关系。且在相同的失效概率和玄武岩纤维掺量的条件下,18mm长纤维对混凝土的抗冲击性能的改善作用优于6mm短纤维。     

连续玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料抗冲击性能研究

制备了连续玄武岩纤维增强的环氧树脂基复合材料靶板,并进行了抗冲击性能测试,研究了影响其抗冲击性能的主要因素及抗冲击机理.结果表明,表面处理会使复合材料抗冲击性能下降;而降低织物面密度、提高纤维体积含量可以使复合材料抗冲击性能得到提高.复合材料靶板的主要能量吸收形式为靶板局部变形、分层和纤维拉伸、剪切断裂及纤维拔脱.     

玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响

为研究玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响,以纤维长度及纤维体积掺率为变化参数,对纤维长度分别为12mm和30mm,纤维体积掺率分别为0.1%和0.2%的4根纤维混凝土梁和1根对比梁进行静载试验,试验中对纤维混凝土梁开裂荷载、裂缝宽度以及挠度进行监测。结果表明:与普通钢筋混凝土梁对比,玄武岩纤维混凝土梁的开裂荷载显著增大,且裂缝宽度发展更为缓慢,相同荷载作用下的裂缝宽度和跨中挠度显著减小,其主要原因是玄武岩纤维改善了混凝土梁的抗裂和阻裂性能,提高了梁的整体刚度。     

高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对高温后素混凝土(Plain Concrete,PC)及玄武岩纤维混凝土(Basalt Fiber Reinforced Concrete,BFRC)在冲击荷载作用下破碎块度分布、破碎分维及能耗特性进行研究。结果表明,冲击破坏后试件破碎块度分布为统计意义的分形,温度及弹速的升高导致试件破碎程度及分维值总体增大;BFRC分维在常温及600℃~800℃时普遍小于PC,在200℃~400℃时随弹速提高较PC先减小后增大,纤维掺量为0.2%时BFRC分维相对较大;同一温度下试件能耗密度随分维的增大而增大,相同能耗密度下分维随温度的升高而增大;BFRC分维随弹速的变化有两个临界速度特征点:起裂临界及粉碎临界弹速,在此弹速范围内,试件破碎分形演化特征明显,分维随弹速提高显著增大,且临界弹速随温度的升高逐渐下降。     

玄武岩纤维耐碱性及对混凝土力学性能的影响

为研究玄武岩纤维的耐碱性能及其对混凝土力学性能的影响规律,试验将玄武岩纤维分别置于不同碱浓度、不同温度的溶液中浸泡 1天、3天和5天后,测量其质量损失率;并在偏光显微镜下观察腐蚀后的表面形貌;同时研究了3种不同玄武岩纤维掺量的混凝土强度性能,采用SEM观察混凝土中纤维的腐蚀情况。结果表明,随着碱溶液浓度和浸泡温度的提高,纤维的质量损失率增加,表面剥落严重。玄武岩纤维混凝土与空白样相比7天的力学性能变化不大,而养护28天的抗压、抗折强度则随纤维掺量的增加有明显的下降,电镜照片显示混凝土中纤维表面被腐蚀,混凝土强度损失可能与玄武岩纤维耐碱性能不强有关。      

玄武岩纤维布约束高温损伤混凝土方柱轴压力学性能试验

对36个玄武岩纤维布增强聚合物基复合材料（BFRP）约束的高温损伤混凝土方柱和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,玄武岩纤维布横向约束能改变高温损伤后混凝土方柱的破坏形态,显著提高混凝土方柱的轴压强度和变形能力。其中三层玄武岩纤维布包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土方柱轴压强度分别提高了48%、130%、206%和389%,轴向变形分别提高了433%、344%、319%和251%。采用典型的纤维增强聚合物基复合材料（FRP）约束常温未损伤混凝土轴压力学性能的设计模型预测FRP约束高温损伤混凝土的轴压强度和变形时存在较大的偏差。通过构建柱状膜结构静水压力平衡模型和约束混凝土方柱与FRP体积应变能平衡模型,分别改进了FRP约束混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算模型的基本形式。基于该基本形式和试验数据,分别确定了BFRP约束高温损伤混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算中与温度相关的参量,提出了适用于高温损伤混凝土方柱的轴压极限应力和极限应变的设计模型。      

玄武岩纤维的性能应用及最新进展

玄武岩纤维相对于其它纤维,在许多方面具有更优越的特性.本文介绍了玄武岩纤维的性能与用途、制备方法及国内外的最新进展情况.     

玄武岩纤维/树脂基复合混凝土的力学性能和抗冻性能研究

以环氧树脂E51为基体材料,丙酮为稀释剂,通过添加玄武岩纤维,制备出了玄武岩纤维/树脂基复合混凝土,探究了玄武岩纤维掺杂量对复合混凝土的力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,掺入适量玄武岩纤维后,复合混凝土宏观裂纹数量减少,玄武岩纤维在混凝土中横纵交错分布,与凝胶和骨料结合紧密,混凝土的力学性能得到了显著提高。随着玄武岩纤维掺杂量的增多,复合混凝土的抗压强度、抗折强度和相对动弹性模量均先升高后轻微降低,质量损失率先减小后增大。当玄武岩纤维掺杂量为0.60%(体积分数)时,复合混凝土的抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为41.63和8.90 MPa,在冻融循环100次时,相对动弹性模量最大为59.54%,质量损失率最低为1.02%,其力学性能和抗冻性能最佳。通过对质量损失率和相对动弹性模量进行曲线拟合分析可知,相对动弹性模量对于冻融循环的敏感程度更高,更适合用于评估混凝土的使用寿命,测试出玄武岩纤维的掺杂量为0.60%(质量分数)的混凝土的预估寿命可达9.84年,较未掺杂的试样提高了51.38%。综合可知,玄武岩纤维的最佳掺杂量为0.60%(体积分数)。     

玄武岩纤维混凝土腐蚀条件下抗冻融性能试验研究

为了研究玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)工程应用的耐久性能,通过试验的方法开展了这种新型复合建筑材料在腐蚀条件下抗冻融性能研究。试验分别测试了玄武岩纤维增强混凝土在无腐蚀环境下、在相似文献   

玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的高应变率力学行为

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的高应变率力学行为,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明：地质聚合物混凝土材料的高应变率力学性能呈现出显著的应变率相关性;BFRGC的强度特性相对于地质聚合物混凝土(GC)无明显改善,而变形及能量吸收能力较 GC有明显提高。     

冲击载荷下玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系

为了研究玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系,利用Ф100mm分离式霍普金森压杆装置,对玄武岩纤维增强混凝土进行冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线,对试验数据进行了分析,根据试验结果,通过叠加应变率强化效应和损伤软化效应,对混凝土静态Ottosen非线性弹性本构模型进行修正,建立了玄武岩纤维增强混凝土损伤型的动态本构模型,确定参数并将理论模型计算结果与试验结果进行了对比。研究表明,玄武岩纤维增强混凝土的动态性能存在明显的应变率强化效应,动态强度增长因子和峰值应变与应变率对数之间存在近似函数关系;建立模型的方法可行,理论模型计算结果与试验结果吻合较好,建立的本构模型可用来描述玄武岩纤维混凝土的动态力学行为,并能为玄武岩纤维增强混凝土的进一步研究和工程应用提供参考依据。     

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆 (SHPB) 试验装置研究了不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能 , 并对试验的有效性进行了分析。结果表明: 玄武岩纤维混凝土的动态强度增长因子与平均应变率的对数近似呈线性关系 , 强度与变形能力随平均应变率的提高而线性增加 , 体现了很强的应变率相关性 ; 纤维体积掺量为 0. 1 %的玄武岩纤维混凝土较素混凝土的动态抗压强度提高了 26 % , 变形能力提高了 14 %; 纤维体积掺量分别为 0. 2 %、 0. 3 %的玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度比素混凝土高出 25 %左右 , 而变形能力较素混凝土无明显优势 ; 在玄武岩纤维混凝土的 SHPB试验中 , 试件破坏时刻为 123. 3～239.μ45 s , 近似恒应变率加载时间比例约为 62 % , 且应变率曲线的波动范围控制在 23 %左右 , 能够较好地满足应力均匀分布及恒应变率加载要求 , 表明 SHPB试验结果可靠。      

Effect of mineral admixtures and steel fiber volume contents on the behavior of high performance fiber reinforced concrete

High Performance Fiber Reinforced Concrete (HPFRC) is a structural material with advanced mechanical properties. The structural design of HPFRC members is based on the post-cracking residual strength provided by the addition into the mix of the fibers. Moreover, the addition of different types of mineral admixtures influences the overall behavior of this material. In order to optimize the performance of HPFRC in structural members, it is necessary to evaluate the mechanical properties and the post-cracking behavior in a reliable way. As a result, an experimental study on six different sets of HPFRC specimens was carried out. The main parameters that varied were the fiber volume content and the types of mineral addition. The behavior in compression, in flexural tension and the shrinkage properties were evaluated and critically analyzed in order to give a guide for structural use.The results showed that by adding high fiber volume content and the Algerian blast furnace slag into the mix, the HPFRC material obtained has a very good performance and it is suitable for use in practice.     

CBF/S-157酚醛树脂复合材料的研究

对连续玄武岩纤维(CBF)增强S-157酚醛树脂复合材料进行了研究.考察了树脂含量、纤维单丝直径、纤维股数对CBF/S-157复合材料弯曲性能和烧蚀性能的影响,并借助扫描电镜对其烧蚀表面形貌进行了观察,同时将CBF/S-157复合材料与高硅氧玻璃纤维(简称HSGF)/S-157酚醛树脂复合材料的弯曲性能和烧蚀性能进行了对比.结果表明:树脂含量在30%时,CBF/S-157复合材料弯曲性能和烧蚀性能最佳;CBF/S-157复合材料和HSGF/S-157复合材料的烧蚀性能相近,但前者的弯曲性能明显好于后者.     

Flexural behavior of reinforced concrete (RC) beams retrofitted with hybrid fiber reinforced polymers (FRPs) under sustaining loads

This paper reports experimental studies of reinforced concrete (RC) beams retrofitted with new hybrid fiber reinforced polymer (FRP) system consisting carbon FRP (CFRP) and glass FRP (GFRP). The objective of this study is to examine effect of hybrid FRPs on structural behavior of retrofitted RC beams and to investigate if different sequences of CFRP and GFRP sheets of the hybrid FRPs have influences on improvement of strengthening RC beams. Toward that goal, 14 RC beams are fabricated and retrofitted with hybrid FRPs having different combinations of CFRP and GFRP sheets. The beams are loaded with different magnitudes prior to retrofitting in order to investigate the effect of initial loading on the flexural behavior of the retrofitted beam. The main test variables are sequences of attaching hybrid FRP layers and magnitudes of preloads. Under loaded condition, beams are retrofitted with two or three layers of hybrid FRPs, then the load increases until the beams reach failure. Test results conclude that strengthening effects of hybrid FRPs on ductility and stiffness of RC beams depend on orders of FRP layers.     

玄武岩纤维增强复合材料抗弹性能试验研究

摘要：为了研究玄武岩纤维增强复合材料的抗弹性能,利用不同树脂基体制作了玄武岩纤维增强复合材料靶板试件,进行了弹道测试。研究了玄武岩纤维增强复合材料的抗侵彻性能和典型破坏模式,并分析了不同树脂基体和不同铺层方式对靶板防弹效果的影响。研究表明,玄武岩纤维增强复合材料在受弹体侵彻时,主要呈现局部破坏,破坏形式是迎弹面的纤维剪切失效、背弹面的拉伸断裂失效。另外,根据轻型防护的要求,提出设计新型防护结构的思路。研究结果可以为轻型复合装甲设计提供参考。     

Corrosion process and abatement in reinforced concrete wrapped by fiber reinforced polymer

The corrosion performance of steel reinforcement embedded in concrete samples encased by carbon fiber reinforced polymer (CFRP) wraps was investigated experimentally. Concrete samples were wrapped with 0−3 fabric layers impregnated with one of two different epoxies. To accelerate corrosion, samples were subjected to an impressed current and a high salinity solution. Current flow measurements dynamically monitored corrosion activity during exposure, while reinforcement mass losses were measured following exposure. Theoretical predictions of total mass loss were compared with actual corrosion mass loss values. Test results indicated that CFRP wrapped specimens had prolonged test life, decreased reinforcement mass loss, and lower corrosion rates. The performance of wrapped specimens was superior to that of either control samples or those coated only with epoxy. Results indicated that the level of corrosion abatement provided by the CFRP wraps was influenced both by the type of epoxy used and the number of wrap layers.     

玄武岩纤维纱线的耐高温性能研究

采用多种分析手段对国内某公司生产的玄武岩纤维纱线的高温性能及其机理进行研究。结果表明,随温度的升高,玄武岩纤维纱线的断裂强度呈现先增加后降低的规律,其中,在200℃时能够获得最佳力学性能。在升温过程中,表面处理剂先后发生团聚、分解挥发等变化,主要通过改变纱线的表面粗糙度和承受载荷的纤维数目间接地影响断裂强度。此外,高温处理后的玄武岩纤维纱线内部结构受到一定程度的不可逆破坏。     

Analysis of the strain-rate behavior of a basalt fiber reinforced natural hydraulic mortar

Fiber reinforced inorganic materials, such as concrete or mortars are expected to present good mechanical properties under high dynamic loading conditions, such as those induced by earthquakes. Furthermore, basalt fibers, which are being increasingly investigated in structural applications, are also expected to present good performance under high strain-rate conditions.This paper presents the results of a dynamic characterization of a basalt fiber reinforced natural hydraulic mortar, in order to verify its capability to withstand high dynamic loading conditions. In particular, the reinforced mortar was morphologically characterized by SEM and mercury intrusion porosimetry; then, quasi-static flexural and tensile tests were conducted. Finally, dynamic tensile failure tests were carried out at medium and high strain-rates, using a Hydropneumatic machine and a Modified Hopkinson bar apparatus, respectively. The results were elaborated to derive Dynamic Increase Factors for the tensile strength.The fiber addition leads to a bridge action effect, and consequently to a more ductile behavior and higher toughness of the fiber reinforced mortar compared to a plain mortar. In addition, the fiber reinforced mortar appears to be highly strain-rate sensitive, as the tensile strength DIF increased up to 5.1, for a high strain-rate of about 10² s⁻¹.