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。     

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。     

高性能纤维增强水泥基复合材料的力学性能试验研究

采用聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol,简称PVA纤维)制备高性能纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC),通过立方体抗压强度和梁四点弯曲试验分别研究不同PVA纤维体积掺入量、不同砂胶比以及粉煤灰掺入量对PVA-ECC材料的抗压强度与弯曲性能的影响。结果表明:随着纤维掺入量的增加PVA-ECC抗压强度逐渐降低,但弯曲延性增强。砂胶比的降低使得纤维更好的分散,延性效果得到明显改善。粉煤灰掺量的增加改善了PVA-ECC搅拌时的流动度,梁的抗弯承载力有所降低,但延性提高。     

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。     

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。     

混杂纤维超高性能混凝土力学性能尺寸效应

为研究钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土（HF-UHPC）的力学性能尺寸效应规律,考虑纤维参数的影响,对不同尺寸HF-UHPC试件开展立方体抗压强度和轴心受压力学性能试验.结果表明：随着钢纤维掺量和钢纤维长径比的增加,试件立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心受压峰值应变的尺寸效应更加显著;随着聚丙烯纤维掺量的增加,试件立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心受压峰值应变的尺寸效应变化幅度较小,呈现先减后增趋势;试件弹性模量的尺寸效应受混杂纤维参数影响很小,可忽略不计.此外,基于试验结果揭示了试件抗压强度尺寸效应产生机理,并建立了试件抗压强度尺寸效应律参数的计算公式,可用于不同尺寸试件的抗压强度计算.     

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。     

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料受压弹性模量试验研究

采用尺寸为150 mm×150 mm×300 mm的棱柱试件对聚乙烯醇纤维水泥基复合材料PVAECC进行轴心受压弹性模量的试验研究。采取连续加载的方式,通过应力-应变曲线获取原点切线模量以及一定应力比下的割线模量。对不同试验标准下的弹性模量取值进行分析对比,研究PVA纤维体积分数以及材料抗压强度对弹性模量的影响。试验表明,PVA-ECC材料的弹性模量随材料抗压强度的提高而提高,且PVA纤维掺量对水泥基复合材料的弹性模量有一定影响。     

PVA-ECC的弯曲韧性方板法试验研究

主要研究了PVA纤维体积掺量对纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)弯曲韧性的影响,对PVC纤维体积掺量分别为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的PVA-ECC试件的抗压强度和方板法弯曲性能等进行试验研究,分析了PVA纤维在ECC中的作用机理,并对PVA-ECC方板进行能量评价。结果表明:PVA纤维体积掺量的改变对ECC材料的抗压强度影响甚微,PVA纤维体积掺量的增加对方板法弯曲韧性试验中ECC试件的初裂荷载影响不大,但峰值荷载有明显的提高,跨中挠度增加明显且裂缝宽度减小;PVA-ECC方板弯曲韧性随PVA纤维体积掺量增大而提高且体积掺量为2.0%时增韧的效果最佳。     

基于正交试验设计的PVA-ECC基体组分对其力学性能影响的显著性水平研究

从单因素试验和正交试验两方面出发来研究PVA-ECC抗折强度和抗压强度的影响因素及每个因素的影响顺序。首先从水胶比、砂胶比、粉煤灰的掺量和纤维的掺量等单因素出发,来找出每个参数的最佳范围,然后用正交试验的方法分别设计制作出PVA-ECC纤维混凝土抗折强度和抗压强度试块,通过对试验结果的分析找出各指标因素影响的主次顺序、最优组合及显著性水平。结果表明:当水胶比为0.25,砂胶比为0.45,粉煤灰掺量为45%,减水剂掺量为0.5%时,PVA-ECC抗折、抗压强度达到最佳;28 d抗折强度的影响程度顺序:膨胀剂粉煤灰掺量水胶比减缩剂砂胶比;28 d抗压强度的影响程度顺序:水胶比减缩剂膨胀剂粉煤灰掺量砂胶比。     

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。     

沙漠砂PVA-ECC材料力学性能试验研究

PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)具有韧性高、吸能能力强、高耐久性和不易发生脆性破坏等优点,但其材料中的细砂采用的是最大粒径1.18mm的精细河砂,用砂量较大、成本较高,且不利于水土保持和环境保护。以沙漠砂部分替代PVA-ECC中的天然河砂,提出沙漠砂PVA-ECC,以水胶比、粉煤灰掺量、PVA纤维掺量、沙漠砂替代量4个因素设计了四因素四水平的正交试验,通过对沙漠砂PVA-ECC 7d,28d的抗压性能、抗劈裂性能和抗折性能进行极差和方差分析,确定了沙漠砂PVA-ECC的最优配合比。结果表明:水胶比、粉煤灰掺量是影响沙漠砂PVA-ECC抗压强度的最显著因素,沙漠砂的替代量对PVA-ECC的抗压强度、抗劈裂强度和抗折强度影响较小。     

低干燥收缩性能的工程水泥基复合材料配合比研究

为了降低传统工程水泥基复合材料(ECC)的干燥收缩应变,减小混凝土与ECC之间的收缩差异,首先确定水胶比和砂胶比,使得ECC的尺寸变化率与混凝土变形协调;其次,基于正交法研究粉煤灰掺量、矿粉掺量和PVA纤维掺量对ECC干燥收缩率的影响,进一步优化干燥收缩值。最后,研究该配合比ECC的拉、压、弯性能,以保证结构构件的力学性能。结果表明：ECC的收缩应变随着水胶比和砂胶比的增加而增大,且水胶比对干燥收缩的影响远大于砂胶比;另外,随着粉煤灰掺量、矿粉掺量和PVA纤维掺量的增加而减小,其中粉煤灰对干燥收缩的抑制效果最佳,矿粉次之,PVA纤维对其影响最小。低干缩ECC的抗压强度达44.5 MPa以上,抗拉和抗弯强度分别超过2.5,10 MPa,极限拉应变稳定超过3%。     

PVA-ECC动态压缩性能研究

用杆径为50mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验研究了不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数和不同基体强度的高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)在3种应变率下的动态压缩性能.结果表明:PVA纤维可有效改善PVA-ECC试件的冲击破坏程度,且体积分数越大,试件冲击破坏时的整体性越好;PVA-ECC的动态峰值应力、峰值应变和韧性均随应变率增加而明显提高,表现出较强的应变率效应;PVA纤维体积分数对PVA-ECC动态压缩性能影响明显,尤其对PVA-ECC峰后韧性的影响最为显著,但对PVA-ECC抗压强度应变率敏感性的影响较小;较高基体强度PVA-ECC具有较大的动态峰值应力,但动态峰值应变提高不明显,且其峰后韧性明显降低,不同基体强度对PVA-ECC抗压强度应变率敏感性的影响也不太显著.     

纤维增强的再生微粉混凝土工作性及抗压性能试验研究

以再生微粉混凝土为研究对象,探究了PVA纤维掺量、水胶比、砂胶比、再生微粉替代率、减水剂掺量等因素对再生微粉混凝土工作性及抗压性能的影响规律。研究表明,随PVA掺量、再生微粉掺量增加,拌合物流动度降低;当水胶比为0.24和0.28时拌合物保水性较好;再生微粉吸水率较高,使得流动性降低,即使添加过量减水剂也会出现泌水现象;各因素对再生微粉混凝土28 d抗压强度影响的主次顺序是水胶比>减水剂>再生微粉掺量>砂胶比>PVA纤维掺量;再生微粉掺量在25%时试件抗压强度最高。     

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。     

延性纤维增强混凝土单轴拉伸性能试验研究

选用5种不同的PVA纤维配制延性纤维增强混凝土,对其进行单轴拉伸性能试验,测得材料的立方体抗压强度、密度和拉伸应力-应变全曲线。通过试验对比分析发现,掺加不同PVA纤维的延性纤维增强混凝土的拉伸应力-应变曲线均具有一定的应变硬化特性;不同PVA纤维性能对初裂应力-应变、峰值应力-应变、极限拉应变和抗压强度都有明显的影响;同一种纤维配制的延性纤维增强混凝土随着水胶比增大,其立方体抗压强度均有明显降低,并且密度降低;水胶比对延性纤维增强混凝土的立方体抗压强度、应力-应变影响较大,在满足抗拉强度和韧性的前提下应采用较低的水胶比,这也有助于提高纤维的分散性,但同时较低的水胶比将使其和易性变差。     

超高韧性水泥基复合材料受压性能试验研究

通过对同批次2组圆柱体试件（每组3个）、2组立方体试件（每组3个）进行单轴受压试验,研究龄期、试件类型和纤维类型等因素对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）受压性能的影响,得到UHTCC的轴压应力 应变全曲线及不同类型试件的受压性能规律。结果表明：28 d龄期的圆柱体试件受压时,峰值应变约为0.015,明显高于普通混凝土峰值应变（0.002）;极限压应变为0.034,约为普通混凝土的10倍;7d龄期试件的轴压应力 应变全曲线在应力达到峰值后表现出明显的缓慢下降过程,说明此时UHTCC具有良好的压缩韧性;随着龄期的增长,UHTCC抗压强度提高,但变形能力有所下降;掺入普通高强高模PVA纤维制作的试件抗压强度较高,但变形性能低于K-ⅡREC15型PVA纤维制作的试件;龄期相同时,立方体试件的抗压强度高于圆柱体试件,说明试件尺寸与形状对抗压强度影响较大。     

高韧性PVA FRCC单轴受压力学性能及本构关系

通过单轴受压强度和变形特性试验,研究了聚乙烯醇（PVA）纤维体积掺量、粉煤灰及硅灰掺量对高韧性PVA纤维增强水泥基复合材料（PVA FRCC）受压性能的影响;依据测得的抗压强度、弹性模量、泊松比以及单轴受压应力应变全曲线,分别建立了立方体抗压强度与轴心抗压强度以及弹性模量的关系式;利用扫描电镜技术,对高韧性PVA FRCC的微观结构进行了初步研究;基于实测应力应变曲线的特点,提出了单轴受压本构方程,为高韧性PVA FRCC结构非线性有限元分析及结构设计提供了理论依据.     

掺纳米二氧化硅的RPC单轴受压力学性能

为研究不同骨料、纳米二氧化硅和钢纤维掺量对活性粉末混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量、横向变形系数等基本力学件能参数及应力应变关系的影响规律,在MTS试验机上对活性粉末混凝土棱柱体试件进行了单轴受压试验.试验结果表明:纳米二氧化硅的掺入可有效地提高活性粉末混凝土的抗压强度和峰值应变,在0.16水胶比下其轴心抗压强度可达172 MPa;标准砂对活性粉末混凝土抗压强度及变形能力的贡献比普通河砂大;在较小水胶比条件下,钢纤维掺量的增加反而会降低活性粉末混凝土的抗压强度,但对峰值应变的提高有一定贡献.