钢纤维增强水泥基复合材料增韧机理研究

钢纤维可有效阻碍水泥基材料中微裂缝的产生和发展,提高其抗裂能力。基于Eshebly等效夹杂理论和最大周向应力准则,获得了平面应力条件下无限大薄板中裂缝与钢纤维相互作用的应力强度因子(SIF)解,推导了掺入纤维后的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂裂缝尖端最大应力表达式。根据掺入钢纤维前后裂缝尖端最大应力比,分析了钢纤维方向、位置和弹性模量对增韧效果的影响。结果表明,钢纤维通过改变裂缝尖端应变场,影响应力强度因子,从而降低尖端最大应力。当钢纤维方向与裂缝方向垂直时,裂缝尖端最大应力比最小,定向后钢纤维的增韧效果最明显。钢纤维的增韧效果主要受纤维方向影响,而受纤维弹性模量的影响小。     

定向钢纤维增强水泥基复合材料断裂特性模拟分析

利用钢纤维随机生成算法建立了钢纤维增强水泥基复合材料有限元模型,基于粘聚裂纹模型模拟了定向钢纤维水泥砂浆三点弯曲断裂全过程.将数值模拟得到的荷载-绕度曲线与已有试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性.研究了砂浆基体不同粘聚律对定向钢纤维水泥砂浆断裂全过程的影响.计算分析了不同尺寸试件模型的断裂全过程,研究了试件尺寸对定向钢纤维水泥砂浆断裂特性的影响.结果表明:本文建立的定向钢纤维水泥砂浆有限元模型的数值结果与试验结果对比较好,粘聚律的变化对断裂全曲线影响较小;随着试件尺寸的增大,定向钢纤维水泥砂浆的名义强度存在一定的尺寸效应,本文建立的细观模型可有效研究钢纤维增强水泥基复合材料的细观断裂机理.     

现代水泥基复合材料

两种或者两种以上不同化学性质或不同组织相的物质,以微观或宏观的形式组合而形成的材料,均可称为复合材料。在工程上所称的复合材料主要是指一种材料以人工均匀地分散在另一种材料中,以克服单一材料的某些弱点,具有综合性能的材料。     

纤维增强水泥基复合材料的新发展

介绍了纤维增强水泥基复合材料的应用与研究现状，展望了新型纤维增强水泥基复合材料的发展方向。     

碳纤维-钢纤维水泥基复合材料电学性能试验研究

为优化水泥基复合材料的电学性能,以碳纤维(CF)和钢纤维(SF)为导电材料,通过抗压强度试验、交流阻抗测试、扫描电镜测试和升温试验,研究了碳纤维和钢纤维的体积掺量对水泥基复合材料抗压强度和电学性能的影响。结果表明,碳纤维-钢纤维水泥基复合材料的抗压强度随碳纤维掺量增大呈先增大后减小的趋势。碳纤维、钢纤维的渗滤阈值分别为0.35%和0.6%(均为体积分数),复掺碳纤维和钢纤维使水泥基复合材料的导电性能大幅增强,产生了明显的正向混杂效应,碳纤维和钢纤维体积掺量达到渗滤阈值后,继续增大纤维掺量对导电性能的提升作用不大。用ZSimp Win软件拟合得到等效电路各电路元件数值,并结合SEM照片分析了导电机制。碳纤维-钢纤维水泥基复合材料具有良好的电热性能,当输入功率为7.9 W,通电30 min、60 min、90 min后,其平均温度可达到33℃、43℃、50℃,通过曲线拟合得到了温度随时间变化的回归方程。     

集束效应对CFRC复合材料界面及力学性能的影响

碳纤维的分散均匀程度直接影响ＣＦＲＣ材料性能。碳纤维在水泥基体中分解性差，易集束或成团。本文用单丝、束丝拔出实验来考察集束效应对ＣＦＲＣ界面及力学性能的影响；结合Ｖ．Ｃ．Ｌｉ提出的束丝数学模型和实验结果对照；最后探讨了集束效应影响的机理。     

碳系水泥基复合材料的研究进展

本文介绍了国内外水泥基复合材料的研究进展,重点对水泥基导电复合材料、水泥基电磁屏蔽复合材料和水泥基压电机敏复合材料,如导电性能、磁性能、屏蔽性能、压电性能等材料的组成、特性及发展状况进行了综述.     

陶瓷基复合材料的界面相容性研究

有关陶瓷基复合材料（CMC）的界面问题已经得到广泛的重视。为了使材料达到一个很好的刚性，在纤维与基体之间保持尽量小的界面作用力对于陶瓷纤维增强Si-C-O复合材料是非常重要的。在纤维界面上涂层有利于减小它们之间相互作用，涂层处理后的Si-C-O复合材料的弯曲强度比一般无涂层的复合材料高5倍。在介质涂层、基体、以及涂层与纤维间的三相物质中避免化学反应的发生。目前，可利用化学相容性的原理对涂层纤维进行选择。     

碳纤维水泥基复合材料力电性能及尺寸效应研究进展

碳纤维水泥基复合材料(CFRC)是一种新型功能材料,既可作为结构材料又可作为智能材料,与普通混凝土相比,它不仅具有纤维增强所带来的较高的抗拉、抗压、抗折强度与韧性,还具有相对较小的电阻率与力电机敏性等优越性能。本文介绍了碳纤维水泥基复合材料的制备方法、力电性能、应用及其尺寸效应的最新研究进展,展望了其在功能材料方面的研究应用前景。     

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料的弯曲行为

高韧性的PVA-HPFRCC具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低。本文采用工业废料(粉煤灰、硅灰等)替代部分水泥来制备高强度的PVA-HPFRCC,并研究粉煤灰、硅灰掺量以及PVA纤维体积掺量对高强度HPFRCC的弯曲行为的影响。研究结果表明:大掺量粉煤灰替代水泥可有效改善HPFRCC的应变-硬化特性,当粉煤灰掺量达到胶凝材料重量的60%时,其应变-硬化特性发挥的最为明显;增加PVA纤维体积掺量可提高HPFRCC的抗弯承载力和达到极限荷载时的变形能力,硅灰则降低了HPFRCC的韧性。     

钢纤维高强混凝土断裂能及裂缝张开位移

通过对钢纤维高强混凝土和高强混凝土试件的楔劈拉伸试验,探讨了钢纤维体积率(ψf)和切口相对深度对钢纤维高强混凝土断裂能(GfF)和临界裂缝张开位移(δc)的影响.结果表明:随着ψf的增加,GfF、临界裂缝嘴张开位移(δfmc)、临界裂缝尖端张开位移δftc均线性增加,钢纤维高强混凝土断裂能增益比、临界裂缝嘴张开位移和临界裂缝尖端张开位移的增益比亦基本呈线性增加.随着切口深度的增加,GfF和高强混凝土断裂能GF都有不同程度的减小.相对于高强混凝土,切口深度变化对GfF的影响较小.在试验的基础上,提出了GfF和Qfmc的计算公式.     

钢纤维高强混凝土的抗剪强度

通过68个100mm×100mm×400mm,102个150mm×150mm×150mm高强混凝土和钢纤维高强混凝土试件的直接双面剪切实验、立方体抗压实验和劈裂抗拉实验,分析了钢纤维体积率、钢纤维类型对剪压强度比及剪拉强度比的影响,探讨了高强混凝土及钢纤维高强混凝土抗剪强度与抗压强度、劈拉强度的关系。研究表明:随钢纤维体积率的增大,剪压强度比呈上升趋势,剪拉强度比呈下降趋势。随抗压强度的提高,钢纤维高强混凝土抗剪强度的提高幅度大于高强混凝土的。通过对实验结果的统计分析,提出钢纤维高强混凝土抗剪强度与抗压强度、劈拉强度的关系式,得到不同类型钢纤维对高强混凝土抗剪强度和初裂抗剪强度的增强系数,建议了钢纤维高强混凝土抗剪强度的计算公式,供设计与施工参考。     

碳纤维增强水泥基复合材料的性能和应用

介绍了水泥混凝土材料以其抗压强度高、施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用,但由于其功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度低等缺点,在特殊领域中的用途受到很多限制。试验中,将碳纤维加入到水泥基体中,不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度、高模量、高韧性,更重要的是把普通的水泥建筑材料变成了具有自感知内部温度、应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料。     

钢纤维灰砂混凝土中基体增强效益研究

通过综合分析提出,钢纤维掺入灰砂混凝土后对基体有明显强化作用,表现在基体孔隙率下降;孔结构改善;显微硬度提高;界面薄弱层得到增强,故钢纤维灰砂混凝土性能提高．纤维混凝土增强机理应充分考虑纤维与基体的复合效应．本工作从组成结构上认识和剖析了纤维的增强作用     

国产PAN基高强中模型碳纤维的电化学表面改性研究

以国产聚丙烯腈基(PAN)高强中模型碳纤维为研究对象,采用X射线光电子能谱(XPS)、表面动态接触角测量仪、扫描电镜(SEM)等手段,表征分析其表面活性与力学性能,同时考察了不同表面状态碳纤维复合材料的层间剪切性能。研究结果表明,电流密度对纤维表面元素含量,-OH、-C=O、-COOH官能团含量、极性自由能影响显著。当电流密度为0.23 m A/cm2时,纤维表面活性最高,极性自由能达到最大值5.5 m/Nm,层间剪切强度达到111 MPa,分别比未处理纤维提高了10倍和68.2%。     

含脱层的复合材料连接件强度和疲劳试验研究

本文通过试验测定了含脱层的复合材料连接件的挤压强度和疲劳寿命数值,探讨了脱层对挤压强度和疲劳寿命的影响,由试验数据给出了疲劳寿命和脱层直径的函数曲线     

玻纤增强尼龙66疲劳性能的研究

采用液压疲劳试验机研究了尼龙分子量和结晶度的大小，加载频率，最大载荷，环境温度和内应力对玻纤增强尼龙66疲劳寿命的影响。结果表明，随尼龙66分子量和结晶度的增加，疲劳寿命增加；材料中玻纤分布均匀，取向明显，有利于提高疲劳寿命；随加载频率，内应力，最大载荷及环境温度的提高，疲劳寿命显著降低。     

三点弯曲下钢纤维高强混凝土的断裂性能

通过50个尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,研究钢纤维体积率对高强混凝土有效裂缝长度、断裂韧度和临界裂缝张开位移的影响.结果表明:随着钢纤维体积率的增加,钢纤维高强混凝土断裂韧度增益比基本呈线性增加,临界裂缝尖端和临界裂缝嘴张开位移分别呈指数型增加.有效裂缝长度趋于稳定值,基本不受钢纤维体积率变化的影响.在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土有效裂缝长度、断裂韧度和临界裂缝张开位移的计算公式.