新型聚合物乳胶粉对碳纤维增强混凝土力学性能的影响

为了更好地提升碳纤维混凝土的力学性能,通过加入VAE聚合物乳胶粉,研究4种碳纤维掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%)下乳胶粉掺量对碳纤维混凝土性能的影响,并对混凝土的抗压强度、抗折强度、抗压峰值应变、抗折峰值应变和折压比进行分析。试验结果表明,随着VAE聚合物乳胶粉掺量的增加,乳胶粉对碳纤维混凝土性能的提升效果呈现先升高后下降的趋势,乳胶粉掺量在4%～8%范围内对碳纤维混凝土性能的提升最为明显,且碳纤维掺量和乳胶粉掺量之间存在交互作用。     

纳米碳纤维增强混凝土耐久性试验

为研究纳米碳纤维对混凝土耐久性的改善效果,进行了不同体积掺量(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%和0.5%)下纳米碳纤维增强混凝土的冻融循环实验、渗透实验以及碳化实验,另外通过SEM实验进一步探讨了纳米碳纤维对混凝土耐久性的微观改性机理。结果表明,纳米碳纤维能够通过纤维桥接、孔隙填充两种方式改善了混凝土的微观形貌,显著提高了混凝土的耐久性;掺量为0.3%时,纳米碳纤维增强混凝土的抗冻融性能、抗渗性能和抗碳化性能均达到最佳;冻融循环次数相同,随着纳米碳纤维掺量的增加,混凝土的质量损失率和抗压强度损失率均先减小后增大;混凝土的渗水高度和相对渗透系数均随纳米碳纤维掺量的增加呈现先减小后增大的趋势;相同碳化龄期下,随着纳米碳纤维掺量的增加,混凝土的碳化深度先减小后增大;但掺量为0.5%的纳米碳纤维增强混凝土的抗冻融性能、抗渗性能和抗碳化性能仍优于素混凝土。     

PVA及玄武岩纤维对水泥基复合材料力学性能的影响

在水泥基复合材料中掺入适量纤维可显著改善其物理力学性能,但有机-无机混杂纤维对水泥材料性能的影响目前研究不多。进行了单掺PVA纤维、单掺玄武岩纤维以及复掺两种纤维的水泥基复合材料力学性能实验。结果表明,单掺1.6%(体积分数)的短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低7%、抗压强度提升31%、折压比降低24%;单掺0.3%(体积分数)的短玄武岩纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低8%、抗压强度提升15.7%、折压比降低20%;掺0.3%(体积分数)短玄武岩纤维和0.5%(体积分数)短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度几乎无影响,抗压强度显著提升,折压比相对减少,其综合性能最优。     

PAN基碳纤维复合混凝土的制备及氯离子渗透性的影响

以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为无机填料，制备了PAN基碳纤维复合混凝土，研究了PAN基碳纤维掺量对混凝土力学性能、耐磨性能、抗冻性能等的影响。结果表明，PAN基碳纤维的添加加速了水化反应的进行，减少了混凝土结构中的孔隙数量，提高了混凝土的密实度。复合混凝土的抗压强度和抗折强度随PAN基碳纤维掺杂量的增大而先增大后减小，养护28 d,当PAN基碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时，抗压强度和抗折强度达到最大值，分别为50.73和5.58 MPa,这是由于PAN基碳纤维的添加使砂浆与集料之间的结合强度增加所致。养护28 d,当PAN基碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时，复合混凝土的单位面积磨损量最小为0.95 kg/m²,单位面积磨损量降低率最大为55.81%,冻融循环100次时质量损失率最低为1.14%,相对动弹性模量最高达95.03%,复合混凝土的氯离子扩散系数最低为8.1×10^-8 cm/s,具有优异的抗冻性能和抗氯离子侵蚀能力。     

聚乙烯醇纤维对盐冻混凝土抗折强度的影响

通过聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-FRC)试件和素混凝土试件28 d弯曲抗折试验和300次盐冻后弯曲抗折试验,考察盐冻对混凝土试件弯曲抗折强度的损伤和纤维对盐冻前后混凝土试件弯曲抗折强度的增强作用.设置了3种纤维体积掺量的PVA-FRC试件,并在纤维体积掺量为1.5％的基础上,分别以10％硅灰和20％粉煤灰替代等量水泥试图提高PVA-FRC试件盐冻前后抗折强度.结果表明,PVA-FRC试件盐冻前后抗折强度均大于素混凝土试件盐冻前后抗折强度,纤维体积掺量为1.5％的PVA-FRC试件盐冻前后增益比最大;PVA-FRC试件盐冻后抗折强度损伤量远小于素混凝土试件抗折强度损伤量,纤维体积掺量为1.5％的PVA-FRC试件损伤量最低;硅灰和粉煤灰的掺加没有提高PVA-FRC试件盐冻前后的抗折强度,也没能降低PVA-FRC试件盐冻后抗折强度损伤量.     

聚乙烯纤维对超高性能混凝土性能的影响

高强高模量聚乙烯纤维(PE纤维)是一种被广泛研究应用的新型合成纤维增强材料。系统地研究了不同掺量、不同长径比的PE纤维对超高性能混凝土(UHPC)性能的影响。结果表明PE纤维能显著提高混凝土的抗折强度和抗压强度,在纤维体积掺量为2%的情况下,抗折强度为28MPa,抗压强度为157MPa,较素UHPC分别提高了47.3%和28.1%。PE纤维的掺入大大提高了混凝土的韧性,改变了混凝土脆性破坏的形态,表现为多缝开裂,荷载-挠度全曲线表现为位移硬化。     

纳米碳纤维增强混凝土动态劈拉破坏的能耗规律研究

采用Φ100 mm SHPB试验装置对纳米碳纤维(CNFs)体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土(CNFRC)进行了动态劈拉试验，分析了CNFRC动态劈拉破坏的能耗规律，并与碳纤维(CFs)体积掺量为0.3%的碳纤维增强混凝土(CFRC)进行了对比分析。结果表明：在动态劈拉破坏过程中，随着入射能平均变化率的增大，混凝土的应变率不断增大。采用二次多项式能较好地拟合应变率随入射能平均变化率的变化规律。CNFs可“加固”混凝土内部结构，从而使得CNFRC的应变率较普通混凝土小。CNFRC的吸收能具有明显的应变率效应和入射能平均变化率效应。在分析混凝土内部能量耗散时，建议采用入射能平均变化率作为自变量。CNFs可以提高混凝土的吸能特性和强度。入射能平均变化率相同时，随着CNFs掺量的增大，CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均先增大后减小。CNFs掺量为0.3%时，CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均最大。入射能平均变化率相同时，CNFs对混凝土强度的提高效果较CFs差，对混凝土吸能特性的提高效果接近CFs。     

碳纤维增强alpha-TCP/TTCP骨水泥的研究

制备了经过氧化处理的碳纤维增强磷酸钙骨水泥(a-tricalcium phosphate cement/tetracalcium phosphate, a-CP/TTCP), 初步探讨了碳纤维长径比、含量对硬化体抗压、抗折强度的影响.实验结果表明长径比为375, 添加量为0.3wt%时, 增强效果最为理想, 抗压强度提高了55%(最大为63.46MPa), 抗折强度提高近100%(最大为11.95MPa), 而掺入量太大及长径比太高, 碳纤维因不能均匀分散将限制其性能的发挥.生物学评价实验结果表明碳纤维增强的骨水泥具有良好的生物相容性.     

短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验与分析

为了研究短切玄武岩纤维掺量变化对混凝土基本力学性能的影响,对6种不同体积掺量的短切玄武岩纤维混凝土(BFRC)分别进行立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折试验;基于试验结果,通过BP(Back Propagation)神经网路强度预测模型的构建,对附加纤维掺量的混凝土进行强度训练及预测。试验实测数据表明:掺入短切玄武岩纤维对混凝土早期抗压强度的发展有着延缓作用;当纤维掺量为0.1%时,抗压强度达到峰值。随着纤维掺量的增加,劈拉强度增幅较大,抗折强度保持上升趋势。通过BP神经网络的训练及发展趋势预测,结果表明:当纤维体积掺量为0.1%时,抗压强度达到最大值;劈拉强度与抗折强度则随着纤维掺量的增加而持续增大。基于试验数据及预测结果,得出短切玄武岩纤维的最佳体积掺量。     

纤维品种、长度及掺量对道面混凝土的性能影响研究

采用四种纤维品种、六个长度及五个掺量,试验研究了纤维品种、长度及掺量对道面混凝土强度的影响。结果表明：纤维能显著提高道面混凝土的抗折强度,但对抗压强度无显著影响,其中改性聚酯纤维混凝土抗折强度最高,抗折强度并不是简单地随纤维长度及掺量的增大而增加,而是存在一个最佳长度及掺量范围,其最佳长度为8mm～16mm,最佳体积掺量为0．10％～0．16％。建议机场高强道面采用体积掺量为0．10％～0．16％、长度为8mm～16mm的改性聚酯纤维混凝土铺筑。     

混杂纤维增强水泥基复合材料的力学性能

研究了化学改性聚丙烯（PP）纤维以及掺加聚丙烯纤维和芳纶纤维混杂比例和混杂效应对水泥基复合材料力学性能的影响,并构建了纤维增强水泥砂浆界面层的物理模型,描述了纤维对水泥砂浆的增强机制。实验表明,聚丙烯纤维经改性后使水泥砂浆前期抗折强度明显提高,聚丙烯纤维和芳纶纤维的混杂使水泥砂浆的后期抗折强度显著提高。改性聚丙烯纤维掺加体积分数为0.56%,芳纶纤维的体积分数为0.24%时,混杂纤维增强水泥砂浆试样较空白试样,3天、28天抗折强度分别提高了18.48%、31.17%,3天、28天抗压强度分别提高了7.16%、5.19%。     

纳米碳纤维改性混凝土的力学性能及抗冻性能研究

纳米碳纤维凭借着高的抗拉强度和弹性模量，被广泛应用于水泥混凝土的增韧剂。通过在混凝土材料中掺入不同含量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的纳米碳纤维，研究了纳米碳纤维掺杂量对混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明，纳米碳纤维的掺杂未生成新的产物，但加速了水化反应的进行，增加了改性混凝土的结构致密性，减小了孔隙和缺陷的数量。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时，改性混凝土的形貌结构最佳。随着纳米碳纤维掺杂量的增加，改性混凝土的抗压强度、抗折强度和磨损量降低比率先增大后减小，单位面积的磨损量和80次冻融循环时刻的质量损失率先减小后增大。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时，改性混凝土28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值，分别为47.83和5.92 MPa,单位面积的磨损量最小为1.12%,磨损量降低比率最大为55.56%,80次冻融循环时刻的质量损失率最小为1.23%。综合各分析可知，纳米碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

纳米二氧化硅对丁苯共聚物/硫铝酸盐水泥复合砂浆物理力学性能的影响

为厘清纳米二氧化硅(NS)和丁苯共聚物乳液(SB)在硫铝酸盐(CSA)水泥中的协同作用，同时解决SB/CSA水泥复合砂浆凝结时间长、抗压强度低的问题，采用NS和SB对CSA水泥砂浆进行复合改性，研究改性复合砂浆物理力学性能随NS掺量的变化，并通过测定水化放热及水化产物分析NS在SB/CSA水泥复合砂浆中的作用机制。结果表明：NS可有效缩短SB/CSA水泥复合砂浆的凝结时间，提高其抗压强度，并与SB对CSA水泥砂浆抗折强度提升具有协同作用；NS最佳掺量为1.5%,此时与不加NS的纯SB改性砂浆相比，28 d抗压和抗折强度分别提高了28%、30%。同时，掺入NS会降低复合砂浆的流动度，提高表观体积密度，降低含气量和干燥收缩率，并略微降低毛细孔吸水率。NS可通过促进无水硫铝酸钙和硫酸钙反应，进一步加快SB/CSA水泥复合浆体的水化进程，提高钙矾石的含量，从而缩短凝结时间并提高力学强度。     

丁苯胶乳改性水泥混凝土的力学性能及耐久性实验分析

目前聚合物水泥混凝土已成为高性能混凝土研究的一个重要组成部分。中实验采用了一种聚合物乳液(丁苯胶乳)对高性能混凝土进行改性处理,研究不同丁苯胶乳掺加量对水泥混凝土基本力学性能、韧性、自收缩性能及抗氯离子渗透性能的影响。实验结果表明,丁苯胶乳改性水泥混凝土的抗压强度随着丁苯胶乳掺加量的增加有所降低;而丁苯胶乳的加入,对混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度及韧性有较大提高,且掺量为15%的增强效果最明显,劈裂抗拉强度和抗折强度的提升幅度分别达到17.4%和23.8%,;掺量为10%的情况下韧度指数最高,增加幅度达到71.1%;丁苯胶乳改性混凝土浇注24 h后的总收缩值,随着丁苯胶乳掺量的增加而逐渐减少,掺量为15%情况下的总收缩值降幅高达35%;同时,改性后水泥混凝土的抗氯离子扩散能力有所提高,抗渗性能也得到改善。     

聚合物改性碳纤维增强混凝土的动态压缩力学性能

为探究聚合物改性碳纤维增强混凝土(PMCFRC)的动态压缩力学性能,利用直径Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,分别对碳纤维增强混凝土及聚合物体积分数为4vol%、8vol%、12vol%的PMCFRC进行了5组不同气压下的冲击压缩试验,获得了混凝土在不同应变率下的动态应力-应变曲线和破坏形态,分析了应变率和聚合物掺量对PMCFRC动态压缩强度、变形和韧性的影响规律。结果表明：PMCFRC的动态压缩强度、变形和韧性均具有明显的应变率强化效应,聚合物对PMCFRC的动态压缩力学性能既有强化效应,也有劣化效应。随着应变率的增大,PMCFRC的动态抗压强度、动态强度增长因子(DIF)、动态峰值应变、冲击韧性均逐渐增大。随着聚合物掺量的增大,PMCFRC的动态抗压强度、DIF、冲击韧性均先增大后减小,动态峰值应变不断增大。相同应变率水平下,4%PMCFRC的动态抗压强度、冲击韧性最大,破损程度最轻;8%PMCFRC的应变率敏感性最佳,DIF最大时达到1.94,对混凝土强度的增幅最大。聚合物一方面在混凝土基体中发挥着填充、阻裂、增韧作用,另一方面改善碳纤维-混凝土基体界面的粘结...     

有机纤维与聚合物复掺改性水泥砂浆力学性能研究

要 在固定水灰比为0.35条件下,分别研究了聚酯纤维、聚合物丁苯乳液单掺与复掺时对水泥混凝土抗压抗折强度、折压比的影响.结果表明:单掺聚酯纤维在一定掺量下可以不同程度地提高水泥砂浆的抗压抗折强度,折压比随着聚酯纤维含量的增加呈先减小后增加的趋势;单掺聚合物乳液降低了水泥砂浆的抗压强度,而折压比则随聚合物乳液掺量增加呈现逐步变大的趋势;聚酯纤维与聚合物乳液复掺时,聚合物乳液的掺入使聚酯纤维混凝土的抗压强度出现小幅降低,增强了其抗折强度,提高了其折压比,当纤维体积掺量为0.1％、聚灰比为15％时,聚酯纤维聚合物水泥混凝土的柔性最大;纤维-聚合物复掺能够使其性能得到进一步改善,效果优于两者的单掺效果.并通过扫描电镜探讨了聚酯纤维与聚合物乳液在水泥砂浆中的作用机理,表明两者复掺有效填充了水泥基材料内部的宏观与微观缺陷,提高了界面过渡区的密实程度.     

基于高岭土增韧环氧树脂水泥基材料的多强度组合指标配比优化法

煅烧高岭土能有效改善环氧树脂水泥基材料的力学性能,实验表明：煅烧高岭土可大大提高环氧树脂水泥基材料的3 d早期抗折、抗压强度,当高岭土掺量为30%时,改性环氧树脂水泥基材料的抗折及抗压强度分别提高了134.28%、106.25%;当高岭土掺量小于30%时,改性环氧树脂水泥基材料具有二次抗折强度,且抗折强度残余率大于50%。根据不同高岭土掺量对改性环氧树脂水泥基材料抗压强度、抗折强度、二次抗折强度的影响规律,提出了适用于不同结构工程受力特点的多强度组合指标配比优化法,获得了考虑二次抗拉强度影响的不同最大拉应力和最大压应力组合条件下最优的高岭土配比,为实际不同结构体不同部位不同受力特征的高岭土改性环氧树脂水泥基材料制备提供了理论依据。     

应用挤塑板颗粒制备轻骨料混凝土

在生产挤塑聚苯乙烯板(XPS)的过程中会产生大量的颗粒废料，为避免产生环境问题，可将XPS颗粒废料用于制备轻骨料混凝土。采用外掺法研究聚苯颗粒掺量、 XPS废料颗粒和可再分散性乳胶粉对轻骨料混凝土性能的影响。结果表明：聚苯颗粒体积掺量小于1 200 mL时，与混凝土的抗压强度、抗折强度、密度呈线性关系，当聚苯颗粒体积掺量为1 500 mL时在混凝土中趋向于饱和；可再分散性乳胶粉能改善聚苯颗粒与混凝土之间的界面问题，当质量掺量为6 g时，抗压强度提高了28%、抗折强度提高了48%。使用XPS颗粒等体积取代聚苯颗粒，XPS颗粒较大的空隙率导致导热系数升高；计算中去除颗粒之间空隙后，XPS颗粒等体积取代聚苯颗粒，当取代2/3的聚苯颗粒时导热系数降至0.0 896 W/(m·K)。     

碳纳米管对3D打印混凝土流变性能及力学性能的影响

碳纳米管(MWCNTs)是一种性能优良的纳米材料，将其掺入3D打印混凝土(3DPC)中不仅会对基体内部微裂纹的生成和扩展以及3D打印混凝土的宏观力学性能产生显著影响，而且会影响新拌3D打印混凝土的流变性能。为了明确碳纳米管对3D打印混凝土性能的影响，通过设置六种碳纳米管掺量(0%、0.01%、0.02%、0.05%、0.08%、0.1%),研究了碳纳米管的掺量对3D打印凝土流变性能及力学性能的影响，并基于SEM测试结果进行了微观分析。研究结果表明：随着碳纳米管掺量的增加，3D打印混凝土的流动度逐渐下降，静态屈服应力、动态屈服应力逐渐增加。各龄期的抗折强度均随着碳纳米管掺量的增加而增大。随碳纳米管掺量的增加，3D打印混凝土的抗压强度先增大后减小，当碳纳米管掺量为0.05%时，其抗压强度最大。SEM结果显示，碳纳米管可以起到桥接和填充作用，能与基体紧密连接，阻止3D打印混凝土内部微裂缝和孔洞的生成与扩展，在较低掺量(不超过0.05%)下即能显著改善3D打印混凝土的微观结构。     

稀土Ce接枝碳纳米管-碳纤维多尺度增强体对环氧树脂基复合材料界面性能的影响

将马来酰亚胺官能化的多壁碳纳米管(CNTs)和碳纤维(CF)混合并通过CeCl₃处理,得到CNTs-CF多尺度增强体,采用FTIR、XPS、SEM对增强体的表面物理化学状态进行表征;以环氧树脂(EP)为基体,通过模压法制备CNTs-CF/EP复合材料,对其力学性能和断口形貌进行分析,探讨CNTs-CF多尺度增强体对CNTs-CF/EP复合材料界面性能的影响。结果表明:通过Ce的桥接作用,可以将改性后的CNTs化学接枝在CF表面,以同时解决CF与树脂基体间界面结合弱及CNTs不易分散的问题,有效改善了增强体与基体间的界面性能。因此CNTs-CF/EP复合材料的拉伸强度和杨氏模量较CF/EP复合材料分别提高了36.76%和71.57%;较CeCl₃改性CF(RECF)/EP复合材料分别提高了24.79%和52.17%。采用稀土Ce的化学接枝法成功制备出CNTs-CF多尺度增强体,为获得高级轻质树脂基复合材料提供了一种环境友好的新方法。